JPH10267663A - 角速度センサ - Google Patents
角速度センサInfo
- Publication number
- 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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- Japan
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- angular velocity
- electrodes
- velocity sensor
- vibration
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐衝撃性に優れ、低価格、高感度、高信頼性
の角速度センサを得る。 【解決手段】 質量体７と梁８とねじれ梁５と接合部６
とアンカー４と櫛型電極１０が一体形成されたものから
なる音叉振動体と、固定電極１１と櫛形モニター電極
９，１０と補助支持部２を備えた構造体を同一ウェハか
ら作り、質量体７と梁８とねじれ梁５と接合部６と櫛形
電極１０は基板１と基板３に対し空隙を有して位置し、
かつアンカー４と固定電極１１と櫛形モニター電極９，
１０と補助支持部２は基板１と基板３に接合することに
より封止し、固定電極１１に交流電圧をかけることによ
り質量体７を振動させ、櫛形モニター電極９，１０でモ
ニター出来るようにし、音叉軸Ｘ−Ｘを軸中心とする角
速度ωが生じたとき、コリオリ力により駆動方向と音叉
軸方向に対して垂直方向に質量体７が振動し、基板３に
付いている電極１２との間の容量を測定することにより
角速度を検出することが出来るようにした。
の角速度センサを得る。 【解決手段】 質量体７と梁８とねじれ梁５と接合部６
とアンカー４と櫛型電極１０が一体形成されたものから
なる音叉振動体と、固定電極１１と櫛形モニター電極
９，１０と補助支持部２を備えた構造体を同一ウェハか
ら作り、質量体７と梁８とねじれ梁５と接合部６と櫛形
電極１０は基板１と基板３に対し空隙を有して位置し、
かつアンカー４と固定電極１１と櫛形モニター電極９，
１０と補助支持部２は基板１と基板３に接合することに
より封止し、固定電極１１に交流電圧をかけることによ
り質量体７を振動させ、櫛形モニター電極９，１０でモ
ニター出来るようにし、音叉軸Ｘ−Ｘを軸中心とする角
速度ωが生じたとき、コリオリ力により駆動方向と音叉
軸方向に対して垂直方向に質量体７が振動し、基板３に
付いている電極１２との間の容量を測定することにより
角速度を検出することが出来るようにした。
Description
【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。
半導体角速度センサに関するものである。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
ギーが逃げやすく、Ｑ値が低くなるおそれがあった。
【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。
型化やバッチ処理に不向きであった。
【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。
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。
【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。
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。
【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
は、前記質量体が２個で構成するものである
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
ターのための電極として、櫛歯１０が付いている。
【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。
体７とアンカー部４の中間に位置している。
【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。
体７の両側に付いている。
【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。
よって、音叉振動体を密封封止している。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
ているので、以下に記載するような効果を奏する。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
である。
【図２】 図１の平面図である。
【図３】 図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】 実施例３を説明するための斜視図である。
【図５】 実施例４を説明するための斜視図である。
【図６】 実施例５を説明するための斜視図である。
【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。
サの斜視図である。
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。
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。
Claims (5)
- 【請求項１】 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
出する角速度センサ。 - 【請求項２】 前記質量体が２個である請求項１記載の
角速度センサ。 - 【請求項３】 前記音叉振動体を２板の基板の間に密封
封止した請求項１記載の角速度センサ。 - 【請求項４】 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請求項１記載の角速度セン
サ。 - 【請求項５】 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請求項１記載の角速度セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9077934A JPH10267663A (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 角速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9077934A JPH10267663A (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 角速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10267663A true JPH10267663A (ja) | 1998-10-09 |
Family
ID=13647921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9077934A Pending JPH10267663A (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 角速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10267663A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009002834A (ja) * | 2007-06-22 | 2009-01-08 | Hitachi Ltd | 角速度検出装置 |
| JP2009192400A (ja) * | 2008-02-15 | 2009-08-27 | Wacoh Corp | 角速度センサ |
| KR101143124B1 (ko) * | 2004-05-05 | 2012-05-08 | 오엔에에르아(오피스 나씨오날 데뛰드 에 드 흐쉐르쉬 아에로스빠씨알르) | 일체형 차동 진동 센서용 역학적 디커플링 장치 |
| CN103185576A (zh) * | 2011-12-29 | 2013-07-03 | 马克西姆综合产品公司 | 微机电*** |
| KR101388814B1 (ko) * | 2012-09-11 | 2014-04-23 | 삼성전기주식회사 | 각속도 센서 |
| KR101540162B1 (ko) * | 2013-12-20 | 2015-07-28 | 삼성전기주식회사 | 각속도 센서 |
| CN104973561A (zh) * | 2014-04-09 | 2015-10-14 | 立锜科技股份有限公司 | 微机电元件 |
-
1997
- 1997-03-28 JP JP9077934A patent/JPH10267663A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2009002834A (ja) * | 2007-06-22 | 2009-01-08 | Hitachi Ltd | 角速度検出装置 |
| US8327706B2 (en) | 2007-06-22 | 2012-12-11 | Hitachi, Ltd. | Angular velocity detecting device |
| US8616058B2 (en) | 2007-06-22 | 2013-12-31 | Hitachi, Ltd. | Angular velocity detecting device |
| US9366687B2 (en) | 2007-06-22 | 2016-06-14 | Hitachi, Ltd. | Angular velocity detecting device |
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