JPH10267663A - Angular velocity sensor - Google Patents
Angular velocity sensorInfo
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- JPH10267663A JPH10267663A JP9077934A JP7793497A JPH10267663A JP H10267663 A JPH10267663 A JP H10267663A JP 9077934 A JP9077934 A JP 9077934A JP 7793497 A JP7793497 A JP 7793497A JP H10267663 A JPH10267663 A JP H10267663A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は角速度を検出する
半導体角速度センサに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor angular velocity sensor for detecting an angular velocity.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、バルクマイクロマシニング技術を
利用した半導体角速度センサの小型化、低価格化、高精
度化の要望が高まっている。この一例として、特開平７
−３０１５３６号公報に示された半導体角速度センサを
説明する。2. Description of the Related Art In recent years, there has been an increasing demand for miniaturization, low cost, and high accuracy of a semiconductor angular velocity sensor using bulk micromachining technology. An example of this is disclosed in
A semiconductor angular velocity sensor disclosed in JP-A-301536 will be described.
【０００３】図７は従来の半導体角速度センサの斜視図
である。図において、この基板１３上に支持枠１４を設
け、支持枠１４に各支持梁１５を介して音叉振動子２１
を浮遊状態に設けると共に、基板１３の中央部には固定
部１７を固着して設ける。また、基板１３を施蓋するカ
バー１８上にはマグネット１９を固着して設けるととも
に、音叉振動子２１の各振動板１６上には磁気抵抗素子
２０を着膜形成する。これにより、音叉振動子２１の各
振動板１６が矢示の方向に振動している状態で、音叉軸
Ｙ−Ｙを軸中心とする角速度ωの回転が作用すると、各
振動板１６にはコリオリ力による捩れ振動が生じる。こ
の時の各振動板１６の変位をマグネット１９により形成
された磁界中において、各磁気抵抗素子２０が角速度と
して検知する。FIG. 7 is a perspective view of a conventional semiconductor angular velocity sensor. In the drawing, a support frame 14 is provided on a substrate 13, and the tuning fork vibrator 21 is provided on the support frame 14 via each support beam 15.
Are provided in a floating state, and a fixing portion 17 is fixedly provided at a central portion of the substrate 13. Further, a magnet 19 is fixedly provided on a cover 18 covering the substrate 13, and a magnetoresistive element 20 is formed on each diaphragm 16 of the tuning fork vibrator 21. Thus, when each of the diaphragms 16 of the tuning fork vibrator 21 is vibrating in the direction indicated by an arrow and a rotation of an angular velocity ω about the tuning fork axis Y-Y acts, each of the diaphragms 16 is subjected to Coriolis. Torsional vibration occurs due to force. The displacement of each diaphragm 16 at this time is detected as an angular velocity by each magnetoresistive element 20 in a magnetic field formed by the magnet 19.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところが、温度変化が
生じるとアンカー部が両側にあり閉じた形になってるた
め温度変化により膨張、収縮を起こし梁に圧縮、引張応
力が生じてしまい、感度が悪くなるおそれがあった。However, when a temperature change occurs, the anchor portion is closed on both sides, so that expansion and contraction are caused by the temperature change, and compression and tensile stress are generated in the beam, and the sensitivity is reduced. There was a risk of getting worse.
【０００５】また、振動がアンカー部を伝わってエネル
ギーが逃げやすく、Ｑ値が低くなるおそれがあった。[0005] In addition, there is a possibility that the vibration is transmitted through the anchor portion, energy is easily released, and the Q value is reduced.
【０００６】さらに、外部にマグネットを必要とし、小
型化やバッチ処理に不向きであった。Further, an external magnet is required, which is not suitable for miniaturization and batch processing.
【０００７】この発明は上記のような課題を解消するた
めになされたもので、耐環境性が高く、小型、低コスト
で高精度の半導体角速度センサを提供することを目的と
する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide a small, low-cost, high-precision semiconductor angular velocity sensor having high environmental resistance.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】この発明の第１の構成に
よる角速度センサは、梁で一体に支持された複数の質量
体を有する音叉振動体の対称中心または音叉振動の中性
点をアンカー部で基板に１点支持し、前記質量体をＹ方
向を軸とする角速度を前記質量体のＺ方向の捩れ振動と
して検出するものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided an angular velocity sensor comprising: a tuning center of a tuning fork vibrator having a plurality of masses integrally supported by beams; At one point on the substrate, and detects the angular velocity of the mass body about the Y direction as torsional vibration of the mass body in the Z direction.
【０００９】この発明の第２の構成による角速度センサ
は、前記質量体が２個で構成するものである[0009] An angular velocity sensor according to a second configuration of the present invention comprises two mass bodies.
【００１０】この発明の第３の構成による角速度センサ
は、前記音叉振動体を２板の基板の間に密封封止したも
のである。In the angular velocity sensor according to the third configuration of the present invention, the tuning fork vibrator is hermetically sealed between two substrates.
【００１１】この発明の第４の構成による角速度センサ
は、前記質量体と前記アンカー部との間に梁を介して接
合部を設け、該接合部を前記梁より太くして接合部の捩
れ振動を抑制したものである。In the angular velocity sensor according to a fourth aspect of the present invention, a joint is provided between the mass body and the anchor via a beam, and the joint is made thicker than the beam to torsional vibration of the joint. Is suppressed.
【００１２】この発明の第５の構成による角速度センサ
は、前記質量体と前記アンカーとの間に梁を介して第２
の質量体を設け、該質量体により捩れ振動に対する動的
吸振器を構成したものである。In the angular velocity sensor according to a fifth aspect of the present invention, the second angular velocity sensor is provided between the mass body and the anchor via a beam.
And a dynamic vibration absorber for torsional vibration is constituted by the mass body.
【００１３】[0013]
実施の形態１．以下、この発明を図面に従って説明す
る。図１はこの発明の実施の形態１である角速度センサ
を示す斜視図、図２は図１の平面図、図３は図２のＡ−
Ａ断面図である。本実施の形態は静電力駆動による容量
検出型の半導体角速度センサとなっている。この角速度
センサはアンカー部４、捩れ梁５、接合部６、質量体
７、梁８からなり、２個の質量体と梁によって音叉振動
体を構成している。音叉振動体はその対称中心をアンカ
ー部４によって基板１または基板１と基板３に接合さ
れ、全体として１点支持されている。Embodiment 1 FIG. Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a plan view of FIG. 1, and FIG.
It is A sectional drawing. The present embodiment is a capacitance detection type semiconductor angular velocity sensor driven by electrostatic force. This angular velocity sensor includes an anchor part 4, a torsion beam 5, a joint part 6, a mass body 7, and a beam 8, and a tuning fork vibrator is constituted by the two mass bodies and the beam. The tuning fork vibrator has its center of symmetry joined to the substrate 1 or the substrate 1 and the substrate 3 by an anchor portion 4, and is supported at one point as a whole.
【００１４】また、質量体７には、Ｙ方向の振動のモニ
ターのための電極として、櫛歯１０が付いている。The mass body 7 has comb teeth 10 as electrodes for monitoring vibration in the Y direction.
【００１５】また、駆動するための固定電極１１は質量
体７とアンカー部４の中間に位置している。The fixed electrode 11 for driving is located between the mass body 7 and the anchor part 4.
【００１６】また、モニターするモニター電極９は質量
体７の両側に付いている。The monitoring electrodes 9 for monitoring are provided on both sides of the mass body 7.
【００１７】さらに、基板１、補助支持部２、基板３に
よって、音叉振動体を密封封止している。Further, the tuning fork vibrator is hermetically sealed by the substrate 1, the auxiliary support 2, and the substrate 3.
【００１８】次に、角速度センサの動作を説明する。固
定電極１１に交流電圧を印加することにより、音叉振動
体の質量体７、梁８をＹ方向に振動させ、音叉軸Ｘ−Ｘ
に角速度ωが生じると、コリオリ力によりＺ方向の捩れ
振動が生じ、その質量体７の変位を基板３に着膜した電
極１２で検出する。Next, the operation of the angular velocity sensor will be described. By applying an AC voltage to the fixed electrode 11, the mass body 7 and the beam 8 of the tuning fork vibrator are vibrated in the Y direction, and the tuning fork axis XX
When the angular velocity ω occurs, torsional vibration in the Z direction occurs due to Coriolis force, and the displacement of the mass body 7 is detected by the electrode 12 deposited on the substrate 3.
【００１９】モニター電極９，１０はＹ方向の励起振動
をモニタすることに使われ、Ｚ方向の振動を検出するた
めの位相基準信号を得ることができる。The monitor electrodes 9 and 10 are used to monitor the excitation vibration in the Y direction, and can obtain a phase reference signal for detecting the vibration in the Z direction.
【００２０】音叉振動体７は、対称中心をアンカー部４
で１点支持されていて、熱膨張による内部応力が発生し
にくい構造となっている。これにより、温度変化による
特性の変化を少なくし、耐環境性を高めている。また、
音叉振動体７の対称中心は、質量体７が音叉振動した時
に振動の中性点となり、振動しない部分となるので、そ
こにアンカー部４を設けて１点支持すると外部への振動
エネルギーの逃げを防ぐことができ、振動のＱ値を高め
ることができる。従って、音叉振動の励振効率を高める
ことができ、角速度の測定感度を高めることができる。
また、音叉振動体を密封封止して内部を真空にすること
により、音叉振動体の振動のＱ値を高め、感度を高める
ことができる。The tuning fork vibrator 7 has a center of symmetry at the anchor portion 4.
At one point, and is less likely to generate internal stress due to thermal expansion. As a result, changes in characteristics due to temperature changes are reduced, and environmental resistance is improved. Also,
Since the center of symmetry of the tuning fork vibrator 7 becomes a neutral point of vibration when the mass body 7 vibrates in tuning fork and becomes a non-vibrating part, if the anchor part 4 is provided there and supported at one point, escape of vibration energy to the outside Can be prevented, and the Q value of the vibration can be increased. Therefore, the excitation efficiency of the tuning fork vibration can be increased, and the measurement sensitivity of the angular velocity can be increased.
Further, by making the inside of the tuning fork vibrator hermetically sealed and evacuating the interior, the Q value of the vibration of the tuning fork vibrator can be increased, and the sensitivity can be increased.
【００２１】接合部６を梁８より太くすると、接合部６
の捩れ振動を抑制することができ、振動エネルギーのア
ンカー部４への逃げを小さくすることができ、質量体７
の振動のＱ値と線形性を高めることができる。When the joint 6 is made thicker than the beam 8, the joint 6
Of the mass body 7 can be suppressed, and the escape of vibration energy to the anchor portion 4 can be reduced.
Q value and linearity of the vibration can be improved.
【００２２】実施の形態２．次に、実施の形態２を実施
の形態１との相違点を中心に説明する。実施の形態１の
駆動と検出方向を逆にする。すなわち、電極１２に交流
電圧をかけ、Ｚ方向に捩れ振動させておき、音叉軸Ｘ−
Ｘに角速度ωが生じたときコリオリ力によりＹ方向の音
叉振動が生じ、固定電極１１によって、質量体７の変位
を検出し、角速度を測定する。この時、固定電極１１と
モニタ電極９を入れ替えて使用してもよい。Embodiment 2 FIG. Next, the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment. The driving direction and the detection direction are reversed in the first embodiment. That is, an AC voltage is applied to the electrode 12 to cause torsional vibration in the Z direction, and the tuning fork axis X-
When an angular velocity ω occurs in X, a tuning fork vibration occurs in the Y direction due to the Coriolis force, and the fixed electrode 11 detects the displacement of the mass body 7 and measures the angular velocity. At this time, the fixed electrode 11 and the monitor electrode 9 may be used interchangeably.
【００２３】実施の形態３．次に、実施の形態３を実施
の形態１との相違点を中心に説明する。実施の形態の駆
動方法を静電力駆動ではなく磁気力駆動にする。すなわ
ち、基板３上に図４に示すマグネット２２を置き、ロー
レンツ力により質量体７をＹ方向に駆動させる。Embodiment 3 FIG. Next, the third embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment. The driving method according to the embodiment is changed to magnetic force driving instead of electrostatic force driving. That is, the magnet 22 shown in FIG. 4 is placed on the substrate 3, and the mass body 7 is driven in the Y direction by Lorentz force.
【００２４】実施の形態４．次に、実施の形態４を実施
の形態１との相違点を中心に説明する。実施の形態１の
駆動方法を静電力駆動ではなく圧電駆動とする。すなわ
ち、基板１、補助支持部２、基板３の側面に図５に示す
圧電素子２３を付け、基板全体を音叉振動する共振周波
数で振動させ駆動させる。Embodiment 4 Next, the fourth embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment. The driving method according to the first embodiment is not piezoelectric driving but piezoelectric driving. That is, the piezoelectric element 23 shown in FIG. 5 is attached to the side surfaces of the substrate 1, the auxiliary support portion 2, and the substrate 3, and the whole substrate is vibrated and driven at a resonance frequency for tuning fork vibration.
【００２５】圧電素子２３による質量体７の振動の励起
の方向は、２つの振動体７に対して同位相となり、音叉
振動モードとは異なるが、励起振動の周波数を質量対７
の音叉振動の固有周波数に合わせることによって音叉振
動をさせることができる。The direction of excitation of the vibration of the mass body 7 by the piezoelectric element 23 is in the same phase with respect to the two vibrators 7 and is different from the tuning fork vibration mode.
By tuning to the natural frequency of the tuning fork vibration, the tuning fork vibration can be caused.
【００２６】実施の形態５．次に、実施の形態５を実施
の形態１との相違点を中心に説明する。実施の形態１の
捩れ梁５に図６に示す第２の質量体２４を設置すること
によって、捩れ方向の感度を高めた構造である。Embodiment 5 Next, a fifth embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment. By providing the second mass body 24 shown in FIG. 6 on the torsion beam 5 of the first embodiment, a structure in which the sensitivity in the torsion direction is increased.
【００２７】質量体２４を捩れ振動に対する動的吸振器
として作用させ、その制振作用によりアンカー部４への
振動エネルギーの逃げを小さくすることによって質量体
７の振動のＱ値を高め、Ｚ方向の振動の感度を高めるも
のである。The mass body 24 acts as a dynamic vibration absorber against torsional vibration, and the vibration energy of the mass body 7 is increased by reducing the escape of the vibration energy to the anchor portion 4 by the vibration damping action. To increase the sensitivity of vibration of the object.
【００２８】[0028]
【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
ているので、以下に記載するような効果を奏する。Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.
【００２９】この発明の第１の構成による角速度センサ
によれば、音叉振動体がアンカー部によって１点支持さ
れているので、音叉振動体が温度変化を受けても熱応力
を発生することがなく、特性が安定で耐環境性がすぐれ
ている。また、音叉振動体の対称中心または音叉振動の
中性点をアンカー部で１点支持することにより、アンカ
ー部からの振動エネルギーの逃げを抑制することができ
るので、振動のＱ値を高めることができ、感度を高める
ことができる。According to the angular velocity sensor according to the first configuration of the present invention, since the tuning fork vibrator is supported at one point by the anchor portion, no thermal stress is generated even if the tuning fork vibrator receives a temperature change. It has stable characteristics and excellent environmental resistance. Further, since the center of symmetry of the tuning fork vibrator or the neutral point of the tuning fork vibration is supported at one point by the anchor portion, escape of vibration energy from the anchor portion can be suppressed, so that the Q value of the vibration can be increased. And sensitivity can be increased.
【００３０】この発明の第２の構成による角速度センサ
によれば、質量体を２個備えていることにより、音叉振
動体を容易に構成できる。According to the angular velocity sensor according to the second configuration of the present invention, the tuning fork vibrator can be easily configured by including two mass bodies.
【００３１】この発明の第３の構成による角速度センサ
によれば、音叉振動体を密封封止したので、内部を真空
にすることにより、振動のＱ値を高め、感度を高めるこ
とができる。According to the angular velocity sensor of the third configuration of the present invention, since the tuning fork vibrator is hermetically sealed, the vacuum value can be increased to increase the Q value of the vibration and increase the sensitivity.
【００３２】この発明の第４の構成による角速度センサ
によれば、接合部を梁より太くし、接合部の捩れ振動を
抑制したので、アンカー部からの振動エネルギーの逃げ
を少なくすることができ、振動のＱ値を高め、感度を高
めることができる。According to the angular velocity sensor according to the fourth aspect of the present invention, the joint is made thicker than the beam and the torsional vibration of the joint is suppressed, so that the escape of the vibration energy from the anchor can be reduced. The Q value of the vibration can be increased, and the sensitivity can be increased.
【００３３】この発明の第５の構成による角速度センサ
によれば、第２の質量体を設け、これにより捩れ振動に
対する動的吸振器を構成したので、アンカー部への捩れ
振動の伝達を抑制することができ、アンカー部からの振
動エネルギーの逃げを抑制し、振動のＱ値を高め、感度
を高めることができる。According to the angular velocity sensor according to the fifth aspect of the present invention, the second mass body is provided to form a dynamic vibration absorber for torsional vibration, so that transmission of torsional vibration to the anchor portion is suppressed. Thus, escape of vibration energy from the anchor portion can be suppressed, the Q value of vibration can be increased, and sensitivity can be increased.
【図１】 実施の形態１の半導体角速度センサの斜視図
である。FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor angular velocity sensor according to a first embodiment;
【図２】 図１の平面図である。FIG. 2 is a plan view of FIG.
【図３】 図２のＡ−Ａ断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2;
【図４】 実施例３を説明するための斜視図である。FIG. 4 is a perspective view for explaining a third embodiment.
【図５】 実施例４を説明するための斜視図である。FIG. 5 is a perspective view for explaining a fourth embodiment;
【図６】 実施例５を説明するための斜視図である。FIG. 6 is a perspective view for explaining a fifth embodiment;
【図７】 従来技術を説明するための半導体角速度セン
サの斜視図である。FIG. 7 is a perspective view of a semiconductor angular velocity sensor for explaining a conventional technique.
１，３ ガラス基板、２ シリコン基板、４ アンカ
ー、５ 捩れ梁、６ 接合部、７ 質量体、８ 梁、９
モニター電極、１０ 櫛歯、１１ 固定電極、１２
電極、１３ 基板、１４ 支持枠、１５ 支持梁、１６
振動板、１７固定部、１８ カバー、１９ マグネッ
ト、２０ 磁気抵抗素子、２１ 音叉振動子、２２ マ
グネット、２３ 圧電素子、２４ 質量体。1, 3 glass substrate, 2 silicon substrate, 4 anchor, 5 torsion beam, 6 joint, 7 mass body, 8 beam, 9
Monitor electrode, 10 comb teeth, 11 fixed electrode, 12
Electrode, 13 substrate, 14 support frame, 15 support beam, 16
Vibration plate, 17 fixing part, 18 cover, 19 magnet, 20 magnetoresistive element, 21 tuning fork vibrator, 22 magnet, 23 piezoelectric element, 24 mass body.
Claims (5)
する音叉振動体の対称中心または音叉振動の中性点をア
ンカー部で基板に１点支持し、前記質量体をＹ方向を軸
とする角速度を前記質量体のＺ方向の捩れ振動として検
出する角速度センサ。1. A center of symmetry of a tuning fork vibrator having a plurality of mass bodies integrally supported by beams or a neutral point of the tuning fork vibration is supported at one point on a substrate by an anchor unit, and the mass body is set in the Y direction. An angular velocity sensor for detecting the angular velocity to be used as torsional vibration of the mass body in the Z direction.
角速度センサ。2. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the number of the mass bodies is two.
封止した請求項１記載の角速度センサ。3. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein said tuning fork vibrator is hermetically sealed between two substrates.
を介して接合部を設け、該接合部を前記梁より太くして
接合部の捩れ振動を抑制した請求項１記載の角速度セン
サ。4. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein a joint is provided between the mass body and the anchor via a beam, and the joint is thicker than the beam to suppress torsional vibration of the joint. .
介して第２の質量体を設け、該質量体により捩れ振動に
対する動的吸振器を構成した請求項１記載の角速度セン
サ。5. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein a second mass body is provided between the mass body and the anchor via a beam, and the mass body constitutes a dynamic vibration absorber for torsional vibration.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9077934A JPH10267663A (en) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | Angular velocity sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9077934A JPH10267663A (en) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | Angular velocity sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10267663A true JPH10267663A (en) | 1998-10-09 |
Family
ID=13647921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9077934A Pending JPH10267663A (en) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | Angular velocity sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10267663A (en) |
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1997
- 1997-03-28 JP JP9077934A patent/JPH10267663A/en active Pending
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