JP2001174265A - Angular velocity sensor - Google Patents

Angular velocity sensor

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JP2001174265A
JP2001174265A JP36311699A JP36311699A JP2001174265A JP 2001174265 A JP2001174265 A JP 2001174265A JP 36311699 A JP36311699 A JP 36311699A JP 36311699 A JP36311699 A JP 36311699A JP 2001174265 A JP2001174265 A JP 2001174265A
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angular velocity
vibrator
spring
velocity sensor
fixed
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JP36311699A
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Japanese (ja)
Inventor
Tsukasa Matsuura
Keii Sho
司 松浦
継偉 焦
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
三菱電機株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an angular velocity sensor by which a stress is hard to concentrate in a connection part when the sensor is operated and when a disturbance acceleration is applied, by which the breakdown strength of a spring and that of comb teeth are enhanced and whose durability is high. SOLUTION: The angular velocity sensor is provided with a plurality of sensor constituent elements which are composed of at least a support frame 1. The elements are composed of a support substrate 10 which is fixed to the support frame 1. The elements are composed of two first vibrating bodies 2 which are coupled to the support frame 1 via suspension springs 3. The elements are composed of coupling springs 4 which couple the two first vibrating bodies 2. The elements are composed of second vibrating bodies 5 which are coupled to the first respective vibrating bodies 2 via vibrating springs 6. The elements are composed of moving comb teeth 9 which are coupled to the second vibrating bodies 5. The elements are composed of fixed electrodes 7 which are fixed to the support substrate 10. The elements are composed of fixed comb teeth 8 which are coupled to the fixed electrodes 7. In any of the sensor constituent elements, a part which is coupled to at least one other sensor constituent element is formed in an arc shape.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【発明の属する技術分野】この発明はコリオリ力を利用して角速度を検出する、角速度センサに関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention detects the angular velocity using the Coriolis force, it relates to an angular velocity sensor.

【0002】 [0002]

【従来の技術】図7は、たとえば、文献 ”A Pre BACKGROUND ART FIG. 7, for example, the literature "A Pre
cision Yaw Rate Sensor in cision Yaw Rate Sensor in
Silicon Micromachining”, Silicon Micromachining ",
Digest of Transducers '9 Digest of Transducers' 9
7 (1997 International Con 7 (1997 International Con
ference on Solid−State Se ference on Solid-State Se
nsors and Actuators) P. nsors and Actuators) P. 84 84
7−850. 7-850. に掲載された従来の角速度センサを示す。 Showing a conventional angular velocity sensor that has been published in.
図7において、101はセンサの構成要素を支持するフレーム、102は振動質量体、103は振動失量耐10 7, a frame 101 for supporting the components of the sensor, 102 oscillating mass, 103 vibration loss amount withstand 10
2をフレーム101に懸垂させるU字形のバネ、104 The spring U-shaped for suspension 2 to the frame 101, 104
は振動質量体102上に搭載された加速度センサ、10 An acceleration sensor mounted on the seismic mass 102, 10
5は角振動質量体102間を連結する連結バネである。 5 is a connection spring for connecting the angular oscillating mass 102.

【0003】加速度センサ104は2つの振動質量体1 [0003] The acceleration sensor 104 of the two vibrating masses 1
02上に搭載され、振動質量体102はそれぞれ4つのU字形のばね103にてフレーム101に懸吊されている。 02 is mounted on, the seismic mass 102 is suspended from the frame 101 at each of the four U-shaped spring 103. さらに2つの振動質量体102は連結バネ105により連結されている。 Two additional seismic mass 102 is coupled by a coupling spring 105.

【0004】4つのU字形のバネ103および連結バネ105は、Z方向の厚みがX方向の厚みより大きくなっているため、X方向の剛性は小さいが、他の方向の剛性は大きい。 [0004] Four U-shaped spring 103 and the connecting spring 105, since the thickness in the Z direction is larger than the thickness of the X direction and rigid in the X direction is small, a large rigidity in the other direction. すなわち、振動質量体102はX方向のみに振動しやすい構造になっている。 That is, the seismic mass 102 is in a vibrating structure easily only in the X direction.

【0005】図8は、加速度センサ104部分をZ方向から見た拡大図である。 [0005] Figure 8 is an enlarged view of the acceleration sensor 104 portion as viewed from the Z direction. 加速度センサ104は、支持バネ106、加速度センサ質量体107、加速度センサ質量体107に支持された可動電極櫛歯108、可動電極櫛歯109と電極間に間隙を咬合した固定電極櫛歯10 The acceleration sensor 104, supporting spring 106, the acceleration sensor mass 107, the acceleration sensor mass 107 movable electrode digit 108 is supported by the fixed electrode digit 10 that bite a gap between the movable electrode digit 109 and the electrode
9、固定電極櫛歯109を支持する固定電極110からなる。 9 consists of a fixed electrode 110 which supports the fixed electrode digit 109. 図8でハッチングを施した部分は、振動質量体1 Hatched portions in FIG. 8, the seismic mass 1
02の表面に固定されており、その他の構造体は、ある距離をもって振動質量体102の表面から離れている。 Is fixed to 02 of the surface, other structures are spaced from the surface of the seismic mass 102 with a certain distance.

【0006】加速度センサ質量体107は支持バネ10 [0006] The acceleration sensor mass 107 is supported spring 10
6によって両端を支持されている。 It is supported at both ends by 6. 支持バネ106はy Support spring 106 is y
方向のバネ剛性が小さくなるように構成しているため、 Due to the structure such that the direction of the spring rigidity is reduced,
y方向のみに動きやすい。 Easy to move only in the y-direction. 可動電極櫛歯108は加速度センサ質量体に形成され、固定電極櫛歯109は固定電極110に形成されている。 Movable electrode digit 108 is formed on the acceleration sensor mass, the fixed electrode digit 109 is formed on the fixed electrode 110.

【0007】次に、動作について説明する。 [0007] Next, a description will be given of the operation. 2つの振動質量体102はローレンツ力により、矢印の方向(x方向)に一定周波数で励振されている。 Two vibrating masses 102 by the Lorentz force, and is excited at a constant frequency in a direction (x direction) of the arrow. 2つの振動質量体102の振動の周波数は同じで、位相は180度ずれている。 Frequency of oscillation of the two seismic mass 102 is the same, the phase is shifted 180 degrees. すなわち、2つの振動質量体102は互いに逆位相で振動している。 That is, the two vibrating masses 102 are vibrating in phases opposite to each other. この状態でセンサのz軸回りに角速度ωが与えられると(すなわち、センサ自体が回転すると)、y軸方向に、以下の(1)式で示す大きさのコリオリの加速度aが発生する。 When an angular velocity ω is applied to the z-axis of the sensor in this state (i.e., when the sensor itself is rotated), the y-axis direction, the following (1) acceleration a magnitude of the Coriolis represented by formula is produced.

【0008】a=2vω・・・・・・・・(1) ここでvはY軸方向の励振の振動速度である。 [0008] a = 2vω ········ (1) where v is the vibration velocity of the excitation of the Y-axis direction.

【0009】この加速度aによって、加速度センサ質量体107はy方向に励振され、その振幅は加速度aに比例する。 [0009] This acceleration a, the acceleration sensor mass 107 is excited in the y-direction, the amplitude is proportional to the acceleration a. すなわち、振動速度vの振幅が一定であれば、 That is, if the constant amplitude of the vibration velocity v,
加速度センサ質量体107の振幅は角速度ωに比例する。 The amplitude of the acceleration sensor mass 107 is proportional to the angular velocity omega. 加速度センサ質量体107の振動により、可動電極櫛歯108と固定電極櫛歯109の間隔が変化し、櫛歯間の静電容量が変化する。 The vibration acceleration sensor mass 107, interval to vary the movable electrode digit 108 and the fixed electrode digit 109, the electrostatic capacitance between the comb teeth is changed. この静電容量の変化を電圧の変化に変換することにより、角速度ωを測定することができる。 By converting a change in capacitance to a change in voltage, it is possible to measure the angular velocity omega.

【0010】図9は、上記文献に掲載されている従来の角速度センサ(図7参照)の断面模式図である。 [0010] Figure 9 is a cross-sectional schematic view of a conventional angular velocity sensor has been published in the literature (see FIG. 7). 図において、112はキャップウエハ、113はガラスウエハ、114は封止ガラスを示す。 In the figure, 112 is a cap wafer, 113 glass wafer, 114 denotes a sealing glass.

【0011】 [0011]

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の角速度センサは、車載用が大きな割合を占めており、自動車の姿勢制御やナビゲーションシステムなどに使用されている。 Conventional angular velocity sensor as described above INVENTION SUMMARY is], the in-vehicle has a large percentage are used in automobiles of the attitude control and navigation systems. そのため、小型でありながらも性能としては高感度のものが求められている。 Therefore, as even performance while being compact and is required of high sensitivity. 角速度センサの感度を高めるためには、櫛歯間の静電容量の変化を大きくすること、あるいは、静電容量自体を大きくする必要がある。 To increase the sensitivity of the angular velocity sensor, it increases the change in capacitance between the comb teeth, or it is necessary to increase the capacitance itself.
櫛歯間の静電容量の変化を大きくするためにはコリオリの加速度aを大きくする方法と、同じコリオリの加速度aに対する加速度センサ質量体107の振動振幅を大きくする方法がある。 To increase the change in capacitance between the comb teeth, there is a method of increasing the method of increasing the Coriolis acceleration a, the vibration amplitude of the acceleration sensor mass 107 relative acceleration a of the same Coriolis.

【0012】前者に対しては、上記(1)式に示した振動速度vの振幅を大きくする方法が採用されている。 [0012] For the former, a method of increasing the amplitude of the vibration velocity v shown in the above (1) is employed. 即ち、ローレンツ力による励振の振幅を出来るだけ大きくする方法である。 That is a method of increasing as much as possible the amplitude of the excitation by the Lorentz force. このため、バネ103や連結バネ10 Thus, spring 103 and connecting springs 10
5には大きな歪みが生じ、特にこれらのバネの固定端付近には大きな応力集中が起こり、破壊しやすいという問題があった。 5 occurs large strain on particularly occurs a large stress concentration in the vicinity of the fixed end of the spring, there is liable to fracture.

【0013】また、後者に対しては加速度センサの支持バネ106の剛性を小さくして、y方向への変位を大きくする方法がなされている。 Further, with respect to the latter by reducing the rigidity of the support spring 106 of the acceleration sensor, a method of increasing the displacement in the y direction is made. このため、前者と同様に支持バネ106には大きな歪みが生じ、破壊しやすいという問題があった。 Therefore, cause large distortions in the former as well as the supporting spring 106, there is liable to fracture.

【0014】一方、静電容量自体を大きくする為には、 [0014] On the other hand, in order to increase the capacitance itself,
櫛歯間の間隔を狭くし、櫛歯の対向面積を大きくする必要がある。 Narrowing the spacing between the comb teeth, it is necessary to increase the facing area of ​​the comb teeth. そのため、櫛歯自体の厚みを薄くして多数の櫛歯を詰め込むことや、櫛歯の長さを長くする方法が取られている。 Therefore, and to pack a large number of comb teeth by reducing the thickness of the comb teeth themselves, a method of increasing the length of the comb teeth is taken. そのため、加速度衝撃が加わった時に、櫛歯の固定端から櫛歯が折れやすいという問題があった。 Therefore, when the acceleration shock is applied, there is a problem that the comb fragile from the fixed end of the comb teeth.

【0015】さらに、従来の角速度センサにおいては、 [0015] Furthermore, in the conventional angular velocity sensor,
図9の断面図で示されるように、振動質量体102がバネ103に懸吊され、ガラスウエハから浮いた状態になっている。 As shown in the sectional view of FIG. 9, the seismic mass 102 is suspended from the spring 103, it is in a state of being floated from the glass wafer. そのためZ方向に加速度衝撃が加わり、振動質量体102がZ方向に大きく変位した場合、バネ10 Therefore applied acceleration shock in the Z direction, if the seismic mass 102 is largely displaced in the Z direction, the spring 10
3に破壊応力を越える応力が生じ、バネ103が折れてしまうという問題があった。 Stress exceeding failure stress to 3 occurs, there is a problem that the spring 103 will be broken.

【0016】この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、耐久性に優れ、信頼性の高い角速度センサを得ることを目的としている。 [0016] The present invention has been made to solve the above problems, it is excellent in durability, it is an object to obtain a highly reliable angular rate sensor.

【0017】 [0017]

【課題を解決するための手段】この発明に係る角速度センサは、少なくとも、支持枠と、この支持枠に固定された支持基板と、この支持枠に懸吊バネを介して連結された2つの第一の振動体と、2つの第一の振動体を連結する連結バネと、前記各々の第一の振動体に振動バネを介して連結された第二の振動体と、この第二の振動体に連結された可動櫛歯と、前記支持基板に固定された固定電極と、この固定電極に連結された固定櫛歯とからなる複数のセンサ構成素子を備え、上記何れかのセンサ構成素子が少なくとも上記他の一つのセンサ構成素子と連結される部分を円弧状に成形したものである。 Means for Solving the Problems] angular velocity sensor according to the present invention includes at least a support frame, a supporting substrate which is fixed to the support frame, the two coupled via a suspension spring to the supporting frame a and one vibrator, a connecting spring connecting the two first vibrating body, and a second vibrator coupled via a vibrating spring to the first vibrating body, wherein each, the second vibrator a movable comb coupled to said provided a fixed electrode fixed to the supporting substrate, a plurality of sensors component consisting of a fixed comb which is connected to the fixed electrode, the one of the sensor component at least it is obtained by forming a portion coupled with the other one of the sensor components in a circular arc shape. また、この発明に係る角速度センサは、支持枠および第一の振動体に接続する懸吊バネの接続部分が円弧状である。 Further, the angular velocity sensor according to the present invention, the support frame and the first connection portion of the suspension spring to be connected to the vibrating body is arcuate. また、この発明に係る角速度センサは、発明に係る角速度センサは、第一の振動体および第二の振動体に接続する振動バネの接続部分が円弧状である。 Further, the angular velocity sensor according to the present invention, an angular velocity sensor according to the invention, the connection portion of the vibration spring connected to the first vibrator and the second vibrator is arcuate. また、この発明に係る角速度センサは、第一の振動体と連結バネが接続される部分が円弧状である。 Further, the angular velocity sensor according to the present invention, the portion coupling spring is connected to the first vibrating body is formed in a circular arc shape. また、この発明に係る角速度センサは、固定電極に接続する固定櫛歯の接続部分が円弧状である。 Further, the angular velocity sensor according to the present invention, the connection portion of the fixed comb teeth connected to the fixed electrode is arcuate. また、この発明に係る角速度センサは、第二の振動体に接続する可動櫛歯の接続部分が円弧状である。 Further, the angular velocity sensor according to the present invention, the connection portion of the movable comb to be connected to the second vibrator is arcuate. また、この発明に係る角速度センサは、固定櫛歯の厚みは、先端部分より接続部分に向けて厚くする。 Further, the angular velocity sensor according to the present invention, the thickness of the fixed comb-teeth is thicker toward the connection portion from the tip portion. また、この発明に係る角速度センサは、第一の振動体の振動方向と第二の振動体の振動方向のいずれの方向にも垂直な方向への第二の振動体の変位量を制限する機構を、第二の振動体上であって、支持基板に対向する面に設けた。 Further, the angular velocity sensor according to the present invention, the first vibrator in the vibration direction and the second second-mechanism for limiting the displacement of the vibrating body in a direction perpendicular to both the direction of the vibration direction of the vibrating body and even on the second vibrator, it provided on a surface facing the supporting substrate.

【0018】 [0018]

【発明の実施の形態】実施の形態1. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Embodiment 1. 以下、この発明の実施の形態1に係る角速度センサを添付図面について説明する。 Hereinafter, explaining the angular velocity sensor according to a first embodiment of the present invention the accompanying drawings. 図1の(a)は実施の形態1による角速度センサの平面図である。 In Figure 1 (a) is a plan view of the angular velocity sensor according to the first embodiment. 図1の(b)は図1の(a)においてa−a'線部分で切断した場合の断面図である。 (B) in FIG. 1 is a sectional view taken along the line a-a 'portion in FIG. 1 (a).

【0019】図1の(a)および(b)において、1はシリコンからなる支持枠、10はシリコン、あるいはガラスからなる支持基板で、支持枠1は支持基板10上に固定されている。 [0019] In the FIGS. 1 (a) and (b), 1 the support frame made of silicon, 10 denotes a supporting substrate made of silicon or glass, the support frame 1 is fixed on the supporting substrate 10. 2は第一の振動体である。 2 is a first vibrator. 斜線を施した3は支持枠1と第一の振動体2を連結するために設けられた懸吊バネである。 Shaded 3 is suspended spring provided for connecting the support frame 1 and the first vibrator 2. ○印の模様を施した4は、左右2つの第一の振動体2を連結するために設けられた連結バネである。 ○ 4 subjected to pattern indicia are linked spring provided for connecting the two left and right of the first vibrator 2.

【0020】図1の(b)に示すように、懸吊バネ3と連結バネ4の断面はY方向よりZ方向が厚く形成されているため、Y方向の剛性が他の方向の剛性に比べて小さい。 As shown in the FIG. 1 (b), the order section of the connecting spring 4 and suspension spring 3 is Z-direction than the Y-direction are formed thicker than the stiffness in the Y direction to the stiffness in the other direction small Te. 従って、これらのバネ3,4に支持されている第一の振動体2はY方向にのみ振動しやすい。 Accordingly, a first vibrator 2 is supported on these springs 3 and 4 tends to vibrate only in the Y direction. 5は第二の振動体である。 5 is a second vibrator.

【0021】図1の(a)において、×印の模様を施した6は、第一の振動体2と第二の振動体5を連結するために設けられた振動バネである。 [0021] in FIG. 1 in (a), 6 subjected to pattern × mark is a vibrating spring provided for coupling the first vibrator 2 a second vibrator 5. この振動バネ6の断面は、X方向よりZ方向が厚く形成されているため、X方向の剛性が他の方向の剛性に比べて小さい。 The cross section of the vibrating spring 6, for the X direction Z-direction are formed thick, the rigidity of the X-direction is smaller than the stiffness in the other direction. 従って、第二の振動体5はX方向のみに振動しやすい。 Accordingly, the second vibrator 5 tends to vibrate only in the X direction.

【0022】7は固定電極で、支持基板10上に固定されている。 [0022] 7 is the fixed electrode is fixed on the supporting substrate 10. 8は固定電極7に一体的に形成された固定櫛歯である。 8 is a fixed comb which is integrally formed on the fixed electrode 7. 9は可動電極に一体的に形成された可動櫛歯である。 9 is a movable comb teeth which is integrally formed on the movable electrode. 振動体とバネが動くことが出来るように、支持基板10には溝12が形成されている。 As can be vibrating body and the spring moves, groove 12 is formed in the supporting substrate 10.

【0023】次に、本実施の形態に係る角速度センサの動作の概略を説明する。 Next, an outline of operation of the angular velocity sensor according to the present embodiment. 2つの第一の振動体2はローレンツ力により、Y方向に一定周波数で励振される。 The first vibrator 2 two by Lorentz force, is excited at a constant frequency in the Y direction. 2つの第一の振動体2の振動の周波数は同じで、位相は18 The two first frequency of the vibration of the vibrating member 2 of the same, phase 18
0度ずれている。 It is shifted 0 degrees. すなわち2つの第一の振動体2は互いに逆位相で振動している。 That first vibrator 2 of two is vibrating in phases opposite to each other. 当然ながら、振動バネ6、第二の振動体5、可動櫛歯9も第一の振動体2に連結されているため、同じ振動状態でY方向に振動する。 Of course, vibration spring 6, the second vibrator 5, the movable comb teeth 9 are also connected to the first vibrator 2 to vibrate in the Y direction at the same vibration state. この状態でセンサのZ軸回りに角速度ωが与えられると(すなわち、センサ自体が回転すると)、X軸方向に、以下の(2)式で表せる大きさのコリオリの加速度aが発生する。 When an angular velocity ω is applied around the Z-axis of the sensor in this state (i.e., when the sensor itself is rotated), the X-axis direction, the following (2) acceleration a magnitude of the Coriolis represented by the formula is produced.

【0024】a=2vω・・・・・・・・(2) ここでvはY軸方向の励振の振動速度である。 [0024] a = 2vω ········ (2) where v is the vibration velocity of the excitation of the Y-axis direction.

【0025】この加速度aによって、第二の振動体5はX方向に励振され、その振幅は加速度aに比例する。 [0025] This acceleration a, the second vibrator 5 is excited in the X direction, the amplitude is proportional to the acceleration a. すなわち、振動速度vの振幅が一定であれば、第二の振動体5の振幅は角速度ωに比例する。 In other words, the amplitude of the vibration velocity v is equal constant, the amplitude of the second vibrator 5 is proportional to the angular velocity omega.

【0026】第二の振動体5の振動により、固定櫛歯8 [0026] The vibration of the second vibrator 5, the fixed comb tooth 8
と可動櫛歯9の間隔が変化し、櫛歯間の静電容量が変化する。 Spacing the movable comb 9 is changed, the electrostatic capacitance between the comb teeth is changed. この静電容量の変化を電圧の変化に変換することにより、角速度ωを測定することができる。 By converting a change in capacitance to a change in voltage, it is possible to measure the angular velocity omega.

【0027】更に、実施の形態1の特徴を図2をも参照して詳細に説明する。 Furthermore, the features of the first embodiment with reference to FIG. 2 will be described in detail. 図1の(a)において、○で囲ったAの部分およびBの部分は、支持枠1および第一の振動体2に接続する懸吊バネ3の固定端部分を示す。 In FIG. 1 (a), portions and portions of B of A surrounded by ○ shows a fixed end portion of the suspension spring 3 connected to the support frame 1 and the first vibrator 2. 図2 Figure 2
の(a)、図2の(b)にこれら固定端部分の拡大図を示す。 Of (a), shows an enlarged view of the fixed end portion in FIG. 2 (b). 図2の(a),(b)の拡大図に示すように接続部分は曲率半径Rの円弧状に形成したことが特徴である。 In FIG. 2 (a), the connecting portion as shown in the enlarged view of (b) is characterized by the formation in an arc-shaped curvature radius R.

【0028】○で囲ったCの部分およびDの部分は、第一の振動体2および第二の振動体5に接続される振動バネ6の固定端部分を示す。 The encircled part C and part D of at ○ shows the fixed end portion of the vibration spring 6 connected to the first vibrating body 2 and the second vibrator 5. 図2の(c),(d)にこれらの拡大図を示す。 In FIG. 2 (c), shows an enlarged view of the (d). 図2の(c),(d)の拡大図に示すように接続部分は曲率半径Rの円弧状に形成したことが特徴である。 In FIG. 2 (c), the connecting portion as shown in the enlarged view of (d) is characterized by the formation in an arc-shaped curvature radius R.

【0029】○で囲ったEの部分は、第一の振動体2と連結バネ4の固定端部分を示す。 The portion of the enclosed E in ○ denotes a fixed end portion of the first vibrator 2 and the connecting spring 4. 図2の(h)にこの部分の拡大図を示す。 In (h) of FIG. 2 shows an enlarged view of this portion. 図2の(h)の拡大図に示すように接続部分は曲率半径Rの円弧状に形成したことが特徴である。 Connecting portion as shown in the enlarged view of (h) in FIG. 2 is characterized in that it has an arc-shaped curvature radius R.

【0030】○で囲ったFの部分およびGの部分は、固定櫛歯8と固定電極7の接続部分と、可動櫛歯9と可動電極5の接続部分を示す。 The portion of the moiety and G of F surrounded by ○ shows a fixed comb-shaped teeth 8 and the connecting portion of the fixed electrode 7, the connection portion of the movable comb 9 and the movable electrode 5. 図2の(e),(g)にこれらの拡大図を示す。 In FIG. 2 (e), the an enlarged view of the (g). 図2の(e),(g)の拡大図に示すように接続部分は曲率半径Rの円弧状に形成したことが特徴である。 In FIG. 2 (e), the connecting portion as shown in the enlarged view of (g) is characterized by the formation in an arc-shaped curvature radius R.

【0031】また、図1の(b)における断面図で、○ Further, a sectional view of the FIG. 1 (b), ○
で囲ったHの部分は、固定櫛歯8と固定電極7の接続部分の断面を示す。 Portion of H surrounded by shows a cross-section of a connecting portion of the fixed comb-shaped teeth 8 and the fixed electrode 7. 図2の(i)にこれらの拡大図を示す。 In (i) of FIG. 2 shows these enlarged view. 図2の(i)の拡大図に示すように、接続部分は円弧状に形成したことが特徴である。 As shown in the enlarged view of (i) 2, connecting portion is characterized by the formation in an arc shape.

【0032】上記、各接続部の曲率半径Rの大きさは、 [0032] The magnitude of the radius of curvature R of each connecting portion,
接続部の幅を2Sとした場合、0.1S以上が望ましく、また、Sであればなお好ましい。 If the width of the connecting portion was set to 2S, is preferably more than 0.1 S, also further preferred if S. これは、一般に曲率半径Rが0.1Sより小さくなると、接続部における応力集中が急激に大きくなるためである。 This is because generally the radius of curvature R is less than 0.1 S, because the stress concentration at the connecting portion is rapidly increased. たとえば、文献(裳華房、材料強度データブック、第5版、776〜 For example, the literature (Mohanabo, material strength Data Book, 5th Edition, 776~
777ページ)に曲げの実験公式をグラフにしたものが紹介されている。 Has been introduced is that the bending of the experimental official in 777 page) in the graph.

【0033】このグラフを図3示す。 [0033] shown Figure 3. This graph. 図3ではh=Sといえる。 In Figure 3 it can be said that h = S. また、上記、図2(a)〜(i)の拡大図の形状から判断して、ほとんどの場合、D/d>5といえるため、図3から、ρ/h<0.1の場合、形状係数αk Also, above, judging from the shape of the enlarged view of FIG. 2 (a) ~ (i), in most cases, D / d> 5 and for said from FIG. 3, in the case of [rho / h <0.1, shape factor αk
(最大応力と公称応力または当該部分の平均応力の比) (The ratio of mean stress of the maximum stress and nominal stress or the portion)
が極端に上昇するのが分かる。 There is seen to rise excessively. ρ=R、h=Sを代入すると、R<0.1Sの場合に応力集中が急激に大きくなることが分かる。 [rho = R, Substituting h = S, it can be seen that stress concentration in the case of R <0.1 S rapidly increases.

【0034】実施の形態1によると、このようにバネや櫛歯の接続部分が円弧状をなしているため、センサの稼働時および外乱加速度が加わった場合に、接続部分に応力集中が生じにくい。 [0034] According to the first embodiment, since the connecting portion of the thus spring or comb teeth is an arc shape, when the operating time and the disturbance acceleration sensor is applied, stress concentration hardly occurs in the connection portion . 従って、バネや櫛歯の破壊強度が向上し、耐久性の高い角速度センサが期待できる。 Therefore, improved fracture strength of the spring or comb teeth can be expected durable angular velocity sensor.

【0035】実施の形態2. [0035] Embodiment 2. 図4は、図1に示した角速度センサにおける固定櫛歯8付近の断面図である。 Figure 4 is a cross-sectional view of the vicinity of the fixed comb tooth 8 in the angular velocity sensor shown in FIG. この断面図より明らかなように固定櫛歯8の断面においてZ Z in the cross section of the fixed comb-shaped teeth 8 As is apparent from this sectional view
方向の厚みは、先端部分Aから接続部分Bに向かって次第にテーパ状に厚くなるように形成されていることを特徴としている。 Direction thickness is characterized in that toward the distal portion A in the connecting portion B are formed gradually to be thicker in a tapered shape. このような形状は、固定電極構成部材をディープ・ドライエッチングによって部材下方から加工を行うことにより実現できる。 Such shapes can be realized by performing the processing of the fixed electrode structure member from member downward by deep dry etching. このように構成することにより、固定櫛歯8に対し、Z方向に外力が加わった時に、固定端付近への応力集中は緩和され、破壊強度を高めることが出来る。 With this configuration, the fixed comb teeth 8, when an external force is applied in the Z direction, stress concentration in the fixed end vicinity is reduced, it is possible to increase the breaking strength.

【0036】実施の形態3. [0036] Embodiment 3. 図5は実施の形態3による角速度センサの構成を示す図である。 Figure 5 is a diagram showing a configuration of an angular velocity sensor according to the third embodiment. 図5の(a)は本実施の形態における角速度センサの平面図、図5の(b)は図5の(a)においてb−b'線の部分で切断した場合の断面図である。 (A) is a plan view of the angular velocity sensor of this embodiment of FIG. 5, (b) in FIG. 5 is a sectional view taken along the portion of the line b-b 'in (a) of FIG. 図5の(a),(b)において、11はZ方向への第二の振動体5の変位量を制限するために設けられたストッパーである。 In the FIG. 5 (a), (b), 11 is a stopper which is provided to limit the displacement of the second vibrator 5 in the Z direction. ストッパー11 Stopper 11
は第二の振動体5上に設けられ、その表面は溝12を挟んで支持基板10の表面に対向している。 It is provided on the second vibrator 5, the surface confronting the surface of the support substrate 10 across the groove 12. 第二の振動体5のZ方向の下側(図面上の下側)への変位量を制限するためには、ストッパー11と支持基板10の間隔を適度に設定する必要があり、構造に依存するが、通常1μ To limit the amount of displacement of the lower Z-direction of the second vibrator 5 (lower side in the drawing), it is necessary to appropriately set the interval of the stopper 11 and the supporting substrate 10, depending on the structure Suruga, usually 1μ
m〜50μmが適当である。 m~50μm is appropriate.

【0037】このように、ストッパーを設けて、Z方向への第二の振動体5の変位量を制限することで、Z方向に外力が加わった時の梁や振動体に加わる応力を小さくでき、そのため破壊強度が向上し、耐久性の高い角速度センサが期待できる。 [0037] Thus, by providing the stopper, by limiting the amount of displacement of the second vibrator 5 in the Z direction, you can reduce the stress applied to the beam and the vibrating body when an external force is applied to the Z-direction improves therefore fracture strength can be expected durable angular velocity sensor. 本実施の形態ではストッパー11 In the present embodiment stopper 11
の個数は第二の振動体5一つにつき4個で、第二の振動体5の隅に取り付けられているが、第二の振動体5のZ The number four per second vibrator 5 one, but is attached to the corners of the second vibrator 5, the second vibrator 5 Z
方向の変位量を制限する作用があれば、その個数と位置を特に限定するものではない。 If the action to limit the direction of displacement, it is not particularly limited with the location and number.

【0038】実施の形態4. [0038] Embodiment 4. 図6は実施の形態4に係る角速度センサの断面図である。 6 is a cross-sectional view of an angular velocity sensor according to the fourth embodiment. 図6において、13はZ 6, 13 is Z
方向への振動体および梁の変位量を制限するために設けられた保護基板であり、他の構成は、実施の形態3と同じ構成である。 A protective substrate provided in order to limit the vibration member and the displacement amount of the beam in the direction, the other configuration is the same as the third embodiment.

【0039】保護基板13はシリコンあるいはガラスで形成され、陽極接合や封着ガラスで支持枠1上に固定される。 The protective substrate 13 is formed of silicon or glass, it is fixed on the support frame 1 by anodic bonding or sealing glass. このように、保護基板13を設けることで、Z方向に外力が加わって、振動体がZ方向の上側(図面上の上側)に変位した場合、保護基板13上に形成された溝12の表面に接触するので、振動体の変位量は制限される。 Thus, by providing the protective substrate 13, when an external force is applied in the Z direction, if the vibrator is displaced upward (upper side in the drawing) of the Z-direction, it is formed on the protection substrate 13 a groove 12 surface since contact with the displacement of the vibrating body is limited. そのため、実施の形態3に示した、ストッパーの効果に加え、振動体の破壊強度がさらに向上し、耐久性の高い角速度センサが期待できる。 Therefore, as shown in the third embodiment, in addition to the effect of the stopper, the fracture strength of the vibrating body is further improved, can be expected durable angular velocity sensor. 振動体から溝12の表面までの距離は構造に依存するが、通常1μm〜50μ Although the distance to the surface of the groove 12 from the vibrating body depends on the structure, usually 1μm~50μ
mが適当である。 m is appropriate.

【0040】 [0040]

【発明の効果】この発明によれば、少なくとも、支持枠と、この支持枠に固定された支持基板と、この支持枠に懸吊バネを介して連結された2つの第一の振動体と、2 Effects of the Invention According to the present invention, at least a supporting frame, a supporting substrate which is fixed to the support frame, two a first vibrator which is connected via a suspension spring to the support frame, 2
つの第一の振動体を連結する連結バネと、前記各々の第一の振動体に振動バネを介して連結された第二の振動体と、この第二の振動体に連結された可動櫛歯と、前記支持基板に固定された固定電極と、この固定電極に連結された固定櫛歯とからなる複数のセンサ構成素子を備え、 One of the connecting spring connecting the first vibrating body, and a second vibrator coupled via a vibrating spring to the first vibrating body, wherein each, the second movable comb coupled to the vibrating body of If, comprising a fixed electrode fixed to the supporting substrate, a plurality of sensors component consisting of a fixed comb which is connected to the fixed electrode,
上記何れかのセンサ構成素子が少なくとも上記他の一つのセンサ構成素子と連結される部分を円弧状に成形したので、センサの稼働時および外乱加速度が加わった場合に、接続部分に応力集中が生じにくいという効果がある。 Since any of the above sensor component has molded parts to be coupled with at least the other one of the sensor components in a circular arc shape, if the operating time and the disturbance acceleration sensor is applied, stress concentration occurs in the connection portion there is an effect that hard to. 更に、バネや櫛歯の破壊強度が向上し、耐久性の高い角速度センサを実現できるという効果がある。 Furthermore, improved fracture strength of the spring or comb teeth, the effect of realizing a high angular velocity sensor durability. この発明によれば、支持枠および第一の振動体に接続する懸吊バネの接続部分が円弧状に形成したので、センサの稼働時および外乱加速度が加わった場合に、接続部分に応力集中が生じにくいという効果がある。 According to the present invention, since the connection portion of the suspension spring connected to the support frame and the first vibrating body is formed in a circular arc shape, if the operating time and the disturbance acceleration sensor is applied, the stress concentration on connecting portions there is an effect that it is difficult to occur. さらにバネや櫛歯の破壊強度が向上し、耐久性の高い角速度センサを実現できるという効果がある。 Further improved fracture strength of the spring or comb teeth, the effect of realizing a high angular velocity sensor durability.

【0041】この発明によれば、第一の振動体および第二の振動体に接続する振動バネの接続部分を円弧状に形成したので、センサの稼働時および外乱加速度が加わった場合に、接続部分に応力集中が生じにくいという効果がある。 According to this invention, since the form a connecting portion of the vibration spring connected to the first vibrator and the second vibrator in a circular arc, if the operating time and the disturbance acceleration sensor is applied, connected there is an effect that stress concentration is less likely to occur in the part. さらにバネや櫛歯の破壊強度が向上し、耐久性の高い角速度センサを実現できるという効果がある。 Further improved fracture strength of the spring or comb teeth, the effect of realizing a high angular velocity sensor durability.

【0042】この発明によれば、第一の振動体と連結バネが接続される部分を円弧状に形成したので、センサの稼働時および外乱加速度が加わった場合に、接続部分に応力集中が生じにくいという効果がある。 [0042] According to the present invention, since the forming portion coupling spring and the first vibrator is connected to a circular arc shape, if the operating time and the disturbance acceleration sensor is applied, stress concentration occurs in the connection portion there is an effect that hard to. さらにバネや櫛歯の破壊強度が向上し、耐久性の高い角速度センサを実現できるという効果がある。 Further improved fracture strength of the spring or comb teeth, the effect of realizing a high angular velocity sensor durability.

【0043】この発明によれば、固定電極に接続する固定櫛歯の接続部分を円弧状に形成したので、センサの稼働時および外乱加速度が加わった場合に、接続部分に応力集中が生じにくいという効果がある。 [0043] According to the present invention, since the connection portion of the fixed comb teeth connected to a fixed electrode formed in an arc shape, when the operating time and the disturbance acceleration sensor is applied, that stress concentration hardly occurs in the connection portion effective. さらにバネや櫛歯の破壊強度が向上し、耐久性の高い角速度センサを実現できるという効果がある。 Further improved fracture strength of the spring or comb teeth, the effect of realizing a high angular velocity sensor durability.

【0044】この発明によれば、第二の振動体に接続する可動櫛歯の接続部分を円弧状に形成したので、センサの稼働時および外乱加速度が加わった場合に、接続部分に応力集中が生じにくいという効果がある。 [0044] According to the present invention, since the form a connecting portion of the movable comb teeth connected to the second vibrator in a circular arc, if the operating time and the disturbance acceleration sensor is applied, the stress concentration on connecting portions there is an effect that it is difficult to occur. さらにバネや櫛歯の破壊強度が向上し、耐久性の高い角速度センサを実現できるという効果がある。 Further improved fracture strength of the spring or comb teeth, the effect of realizing a high angular velocity sensor durability.

【0045】この発明によれば、固定櫛歯の厚みは、先端部分より接続部分に向かって次第に厚くなるように形成したので、固定櫛歯に外力が加わった時に接続部分付近への応力集中は緩和され、破壊強度を高めることができるという効果がある。 [0045] According to the present invention, the thickness of the fixed comb teeth so formed so as gradually thicker toward the connecting portion distal portion, stress concentration in the connecting portion near when an external force is applied to the fixed comb teeth is relaxed, there is an effect that it is possible to enhance the breaking strength.

【0046】この発明によれば、、第一の振動体の振動方向と第二の振動体の振動方向のいずれの方向にも垂直な方向への第二の振動体の変位量を制限する機構を、第二の振動体上であって、支持基板に対向する面に設けたので、外部衝撃が加わった場合に梁や振動体に加わる応力を小さくでき、耐久性の高いセンサを得ることができるという効果がある。 The mechanism for limiting the second displacement of the vibrating body in either direction to be perpendicular to the direction of the vibration direction of the vibration direction and the second vibrating body according Invite ,, first vibrator to the present invention and even on the second vibrator, since there is provided on a surface facing the supporting substrate, it is possible to reduce the stress applied to the beam and the vibrating body when the applied external impact, obtaining a highly durable sensor there is an effect that can be.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】実施の形態1の角速度センサを説明するための図である。 1 is a diagram for explaining the angular velocity sensor of the first embodiment.

【図2】実施の形態1の角速度センサを詳細に説明するための図である。 2 is a diagram for explaining the angular velocity sensor in detail of the first embodiment.

【図3】実施の形態1の角速度センサをさらに詳しく説明するための図である。 3 is a diagram for explaining in more detail the angular velocity sensor of the first embodiment.

【図4】 実施の形態2の角速度センサを説明するための図である。 4 is a diagram for explaining the angular velocity sensor of the second embodiment.

【図5】 実施の形態3の角速度センサを説明するための図である。 5 is a diagram for explaining the angular velocity sensor of the third embodiment.

【図6】 実施の形態4の角速度センサを説明するための図である。 6 is a diagram for explaining the angular velocity sensor of the fourth embodiment.

【図7】 従来の角速度センサを説明するための図である。 7 is a diagram for explaining a conventional angular velocity sensor.

【図8】 従来の角速度センサを更に詳しく説明するための図である。 [8] The conventional angular velocity sensor is a diagram for explaining in more detail.

【図9】 従来の角速度センサを更に詳しく説明するための図である。 [9] The conventional angular velocity sensor is a diagram for explaining in more detail.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 支持梁、2 第一の振動体、3 懸吊バネ、4 連結バネ、5 第二の振動体、6 振動バネ、7 固定電極、8 固定櫛歯、9 可動櫛歯、10 支持基板、1 1 support beams, 2 first vibrator, 3 suspension springs, 4 coupling spring, 5 second vibrator, 6 vibrating spring, 7 fixed electrode 8 fixed comb-shaped teeth, 9 the movable comb, 10 support substrate, 1
1 ストッパー、12 溝、13 保護基板、101 1 stopper, 12 groove, 13 the protective substrate, 101
フレーム、102 振動質量体、103 バネ、104 Frame, 102 the seismic mass, 103 spring, 104
加速度センサ、105 連結バネ、106 支持バネ、107 加速度センサ質量体、108 可動電極櫛歯、109固定電極櫛歯、110 固定電極、111 An acceleration sensor, 105 connecting spring 106 supporting spring, 107 acceleration sensor mass, 108 movable electrode digit, 109 fixed electrode digit, 110 fixed electrode 111
可動電極。 Movable electrode.

Claims (8)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 少なくとも、支持枠と、この支持枠に固定された支持基板と、この支持枠に懸吊バネを介して連結された2つの第一の振動体と、2つの第一の振動体を連結する連結バネと、前記各々の第一の振動体に振動バネを介して連結された第二の振動体と、この第二の振動体に連結された可動櫛歯と、前記支持基板に固定された固定電極と、この固定電極に連結された固定櫛歯とからなる複数のセンサ構成素子を備え、上記何れかのセンサ構成素子が少なくとも上記他の一つのセンサ構成素子と連結される部分を円弧状に成形したことを特徴とする角速度センサ。 1. A least a support frame, a supporting substrate which is fixed to the support frame, this and the supporting frame to be coupled via the suspension spring the two first vibrating body, two first vibration a connection spring for connecting the body, a second vibrator coupled via a vibrating spring to the first vibrating body of said each of the the second movable comb coupled to the vibrating body of, the supporting substrate comprises a fixed stationary electrode, a plurality of sensors component consisting of a fixed comb which is connected to the fixed electrode, the one of the sensor component is connected with at least the other one of the sensor component an angular velocity sensor being characterized in that molded parts to an arc shape.
  2. 【請求項2】 前記記センサ構成素子の内、前記支持枠および前記第一の振動体に接続する前記懸吊バネの接続部分が円弧状であることを特徴とする請求項1に記載の角速度センサ。 Wherein among the Symbol sensor components, the angular velocity according to claim 1, wherein the support frame and the first connecting portion of the suspension spring to be connected to the vibrating body is characterized in that an arc-shaped sensor.
  3. 【請求項3】 前記第一の振動体および前記第二の振動体に接続する前記振動バネの接続部分が円弧状であることを特徴とする請求項1に記載の角速度センサ。 Wherein the angular velocity sensor according to claim 1, wherein the connection portion of the vibration spring to be connected to the first vibrator and the second vibrator is arcuate.
  4. 【請求項4】 前記第一の振動体と前記連結バネが接続される部分が円弧状であることを特徴とする請求項1に記載の角速度センサ。 4. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein a portion said coupling spring with the first vibrator is connected is a circular arc shape.
  5. 【請求項5】 前記固定電極に接続する前記固定櫛歯の接続部分が円弧状であることを特徴とする請求項1に記載の角速度センサ。 5. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the connecting portion of the stationary comb teeth connected to the fixed electrode is arcuate.
  6. 【請求項6】 前記第二の振動体に接続する前記可動櫛歯の接続部分が円弧状であることを特徴とする請求項1 6. The method of claim 1 in which connecting portions of the movable comb to be connected to the second vibrator is characterized in that an arc-shaped
    に記載の角速度センサ。 Angular velocity sensor according to.
  7. 【請求項7】 前記固定櫛歯の厚みは、先端部分から接続部分の方に向かって、次第に厚くなるように形成されていることを請求項1ないし6のいずれかに記載の角速度センサ。 7. The thickness of the fixed comb teeth toward the tip portion toward the connecting portion, the angular velocity sensor according to any of claims 1 to 6 that are formed so as gradually thicker.
  8. 【請求項8】 前記第一の振動体の振動方向と前記第二の振動体の振動方向のいずれの方向にも垂直な方向への第二の振動体の変位量を制限する機構を、前記第二の振動体上であって、前記支持基板に対向する面に設けたことを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の角速度センサ。 8. The mechanism for limiting the displacement of the second vibrator to the first one of the direction to be perpendicular to the direction of the vibration direction of the vibration direction and the second vibrator of the vibrating body, the a on the second vibrator, the angular velocity sensor according to any of claims 1 to 6, characterized in that provided on the surface facing the supporting substrate.
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