JP2006064539A - Gyroscope sensor and method for detecting angular speed - Google Patents

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稔 熊原
Shinji Sakamoto
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce influences of disturbance factors in an electromagnetic gyroscope sensor. <P>SOLUTION: A bias electric line 13 and a detection electric line 14 are made up in a movable ring 12 being a ring-like vibrator, and alternating current is applied to the bias electric line 13, while applying a bias magnetic field in the axis direction (Z) of the movable ring 12 by using a permanent magnet disposed in the above axis direction, in order to produce Lorentz force according to Fleming's left-hand rule, thereby making the movable ring 12 expanded and contracted concentrically at a predetermined resonance frequency. When an angular speed about the axis of the movable ring 12 is applied in this condition, the movable ring 12 is deformed, and Coriolis force is detected from changes which are caused by the above deformation, in resistance values of piezoresistive elements R1-R4 making up the detection electric line, and the angular speed is calculated based on the Coriolis force and the resonance frequency. Consequently, since concentric bias vibrations are produced in the ring-like structure, the gyroscope sensor can be made up so that the disturbance factors hardly influence it. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、角速度を検出することができる電磁式のジャイロセンサおよびそれによる角速度検出方法に関する。   The present invention relates to an electromagnetic gyro sensor capable of detecting an angular velocity and an angular velocity detection method using the same.

一般に、ジャイロセンサの測定原理は、慣性とプリセッション、コリオリ力、サニャック効果の3つに集約される。その内、本発明は、コリオリ力を検出することで角速度を求めるセンサであり、さらにそのコリオリ力を検出するジャイロセンサの中において、振動式ジャイロと呼ばれるセンサである。   In general, the gyro sensor measurement principles are summarized into three: inertia, precession, Coriolis force, and Sagnac effect. Among them, the present invention is a sensor for obtaining an angular velocity by detecting a Coriolis force, and is a sensor called a vibrating gyroscope among the gyrosensors for detecting the Coriolis force.

前記振動式ジャイロの原理は、「速度を持ったものに角速度が印加されると、速度と角速度とが互いに直交する方向にコリオリ力が生じる」というものである。振動式ジャイロセンサの構造は様々で、音さ型、ビーム型、シリンダ型、4点支持型等があるが、共通しているのは、構造物を振動させて、コリオリ力を検出していることである。如何に構造物を安定に振動させ、高感度でコリオリ力を検出するかが課題であるが、特に考慮しなければならない点は、耐環境性である。ジャイロセンサは、角速度、つまり動きを検出するセンサであるので、航空機やロケット等、移動体に搭載される。したがって、前記移動体に生じる角速度を正確に検出するためには、検出したい角速度以外の外乱振動(雑音)の影響に対して高い耐久性が要求される。   The principle of the vibratory gyro is that “when an angular velocity is applied to a device having a velocity, a Coriolis force is generated in a direction in which the velocity and the angular velocity are orthogonal to each other”. The structure of the vibration type gyro sensor is various, and there are a sound type, a beam type, a cylinder type, a four-point support type, etc., but the common thing is to detect the Coriolis force by vibrating the structure. That is. The problem is how to stably vibrate the structure and detect the Coriolis force with high sensitivity, but the point that must be taken into consideration is the environmental resistance. Since the gyro sensor is a sensor that detects angular velocity, that is, movement, it is mounted on a moving body such as an aircraft or a rocket. Therefore, in order to accurately detect the angular velocity generated in the moving body, high durability is required against the influence of disturbance vibration (noise) other than the angular velocity to be detected.

そのため、振動させる構造物が外乱振動に強い構造であり、振動方法も雑音に強い振動印加手段を備えることが高性能なジャイロセンサの条件である。この外乱振動に強い構造としては、リング型の構造物が、特許文献1において既に提案されている。また、外乱雑音に強い振動印加手段を有したジャイロセンサは、既に“(株) シリコン センシング システムズ ジャパン(略:SSSJ)”社が開発している。   Therefore, it is a condition of a high-performance gyro sensor that the structure to be vibrated is a structure that is resistant to disturbance vibrations, and the vibration method is also provided with a vibration applying means that is resistant to noise. As a structure resistant to this disturbance vibration, a ring-type structure has already been proposed in Patent Document 1. Further, a gyro sensor having a vibration applying means that is resistant to disturbance noise has already been developed by “Silicon Sensing Systems Japan (abbreviation: SSSJ)”.

前記SSSJ社のジャイロセンサは、耐衝撃性、耐振動性および広い使用温度範囲での性能安定を実現したセンサであると考えられる。特徴は、振動形態を、棒を上下左右に振るのではなく、リング状の振動子をスポークで中吊りにして、リングを楕円状に歪ませるというものである。そのような楕円歪の振動形態は外乱要因では起こりにくく、また振動が対称であり、さらに振動の支点が中吊りで外部の衝撃・振動はリングに伝わりにくく、これによって外部衝撃・振動によるノイズが極少である。   The SSSJ gyro sensor is considered to be a sensor that realizes impact resistance, vibration resistance, and performance stability in a wide operating temperature range. The feature is that the ring is distorted into an elliptical shape by suspending the ring-like vibrator with spokes instead of swinging the bar up, down, left and right. Such an elliptic strain vibration form is unlikely to occur due to disturbance factors, and the vibration is symmetrical.Further, the fulcrum of the vibration is suspended, and external shocks and vibrations are not easily transmitted to the ring. It is extremely small.

検出原理としては、前記SSSJ社のジャイロセンサ動作原理(http://www.spp.co.jp/sssj/sirikon.html(検索日2004.8.5))に示されているが、図22でも示すように、以下のとおりである。角速度検出体(リング振動子)を固有振動数に加振(縦長楕円と横長楕円とで交互に変化)する(振動モード1)。この状態で角速度が加わると、振動モード1に対し、コリオリのカが働き、新たに振動(振動モード2)が発生する。前記振動モード1の不動点(ノード)が、振動モード2になると移動するので、それをモニターすることによって、角速度を得るというものである。
特開平10−160483号公報
The detection principle is shown in the gyro sensor operating principle of SSSJ (http://www.spp.co.jp/sssj/sirikon.html (search date 2004.8.5)), but is also shown in FIG. It is as follows. An angular velocity detector (ring vibrator) is vibrated to a natural frequency (alternately changes between a vertically long ellipse and a horizontally long ellipse) (vibration mode 1). When an angular velocity is applied in this state, Coriolis force acts on the vibration mode 1 and a new vibration (vibration mode 2) is generated. Since the fixed point (node) of the vibration mode 1 moves when the vibration mode 2 is entered, the angular velocity is obtained by monitoring it.
JP-A-10-160483

コリオリ力を検出する場合、振動する構造物(リング)から振動(任意に振動させた振動成分を含む)の影響なく、コリオリ力によって変位した成分のみを検出するのが最も効率的である。しかしながら、上述の楕円振動の場合は、外乱要因の影響を受けにくいものの、さらに改善の余地が残されている。   When detecting the Coriolis force, it is most efficient to detect only the component displaced by the Coriolis force without the influence of the vibration (including the vibration component arbitrarily vibrated) from the vibrating structure (ring). However, in the case of the above-described elliptical vibration, there is still room for improvement although it is not easily affected by disturbance factors.

本発明の目的は、外乱要因の影響を一層抑えることができる電磁式のジャイロセンサおよび角速度検出方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide an electromagnetic gyro sensor and an angular velocity detection method that can further suppress the influence of disturbance factors.

本発明のジャイロセンサは、リング状の振動子と、前記振動子に設けられるバイアス電路と、前記リング状の振動子が形成される面を直交方向に通過する磁束を発生する磁束発生手段と、前記磁束発生手段に一定方向の磁界を発生させ、かつ前記バイアス電路に交番電流を与えることで、または前記バイアス電路に一定方向の電流を与え、かつ前記磁束発生手段に交番磁界を発生させることで、前記振動子を予め定める共振周波数で同心円状に膨縮させる振動印加手段と、前記振動子上に区間分割して形成され、ピエゾ抵抗を有する検知電路と、前記振動子に与えられたその軸回りの角速度に対する該振動子の変形による前記検知電路の各区間の抵抗値変化から、コリオリカを検出し、前記コリオリカと前記共振周波数とに基づいて前記角速度を算出する角速度算出手段とを含むことを特徴とする。   The gyro sensor of the present invention includes a ring-shaped vibrator, a bias electric circuit provided in the vibrator, a magnetic flux generating means for generating a magnetic flux passing in a direction orthogonal to the surface on which the ring-shaped vibrator is formed, By generating a magnetic field in a certain direction in the magnetic flux generating means and applying an alternating current to the bias electric circuit, or applying an electric current in a predetermined direction to the bias electric circuit and generating an alternating magnetic field in the magnetic flux generating means. Vibration applying means for concentrically expanding / contracting the vibrator at a predetermined resonance frequency, a detection electric circuit having a piezoresistance formed on the vibrator by dividing into sections, and an axis thereof provided to the vibrator Coriolis is detected from a change in resistance value of each section of the detection circuit due to deformation of the vibrator with respect to the angular velocity around, and the angular velocity is determined based on the Coriolis and the resonance frequency. Characterized in that it comprises a velocity calculating means for calculating.

上記の構成によれば、本発明で注目すべきは、電磁式のジャイロセンサにおいて、振動子をリング状に形成し、そのリングを予め定める共振周波数で同心円状、すなわち径方向に膨縮させることである。具体的には、振動子には、リング状の内周面や外周面、あるいは端面にバイアス電路およびピエゾ抵抗を有する検知電路を設けておき、振動印加手段が、磁束発生手段に一定方向の磁界を発生させ、かつ前記バイアス電路に交番電流を与えることで、または前記バイアス電路に一定方向の電流を与え、かつ前記磁束発生手段に交番磁界を発生させることで、フレミングの左手の法則によって発生したローレンツ力によって、前記リング状の振動子を予め定める共振周波数で同心円状、すなわち径方向に膨縮させる。   According to the above configuration, it should be noted that in the present invention, in the electromagnetic gyro sensor, the vibrator is formed in a ring shape, and the ring is expanded and contracted concentrically, that is, radially, at a predetermined resonance frequency. It is. Specifically, the vibrator is provided with a detection electric circuit having a bias electric circuit and a piezoresistor on a ring-shaped inner peripheral surface, outer peripheral surface, or end surface, and the vibration applying unit applies a magnetic field in a certain direction to the magnetic flux generating unit. And by applying an alternating current to the bias circuit, or by applying a current in a certain direction to the bias circuit and generating an alternating magnetic field in the magnetic flux generating means, the Fleming's left-hand rule is generated. By the Lorentz force, the ring-shaped vibrator is expanded and contracted concentrically, that is, radially, at a predetermined resonance frequency.

この状態で前記角速度が加わると、前記コリオリカによって振動子が楕円に変形し、その変形方向は角速度の方向に対応し、変形具合は角速度の大きさに略比例する。その変形方向および変形具合を前記振動子上に区間分割して形成され、ピエゾ抵抗を有する検知電路で検知し、各区間の抵抗値変化から、角速度算出手段は、コリオリカを検出し、そのコリオリカと前記共振周波数とに基づいて前記角速度を算出する。   When the angular velocity is applied in this state, the vibrator is deformed into an ellipse by the Coriolis, the deformation direction corresponds to the direction of the angular velocity, and the degree of deformation is substantially proportional to the magnitude of the angular velocity. The deformation direction and degree of deformation are divided into sections on the vibrator and detected by a detection electric circuit having a piezoresistor, and from the change in resistance value of each section, the angular velocity calculation means detects Coriolis, The angular velocity is calculated based on the resonance frequency.

したがって、リング型の構造物を外乱要因の影響を最も受けにくい同心円状にバイアス振動させることで、楕円歪みのバイアス振動に比べて、更に外乱要因の影響を受けにくくすることができる。   Therefore, by causing the ring-shaped structure to vibrate in a concentric manner that is most unlikely to be affected by the disturbance factor, it is possible to further reduce the influence of the disturbance factor as compared to the bias vibration of elliptic distortion.

なお、特に前記磁束発生手段に交番磁界を発生させ、前記バイアス電路に一定方向の電流を与えることで振動させる場合、前記バイアス電路の所定範囲間に一定電圧を印加するので、このような場合に前記のバイアス電路と検知電路とは、共用されてもよい。   In particular, when a magnetic field is generated by generating an alternating magnetic field in the magnetic flux generation means and a current in a certain direction is applied to the bias circuit, a constant voltage is applied between a predetermined range of the bias circuit. The bias electric circuit and the detection electric circuit may be shared.

また、本発明のジャイロセンサでは、前記振動子は、前記検知電路が形成された伸縮自在の4本の支持ビームによって、枠状のフレーム内に懸架されることを特徴とする。   In the gyro sensor of the present invention, the vibrator is suspended in a frame-like frame by four telescopic support beams on which the detection electric circuit is formed.

上記の構成によれば、ピエゾ抵抗を有する検知電路を4つの区間に分割して、4本の支持ビームによって振動子上から引き出すことができ、ホイートストーンブリッジなどによるピエゾ抵抗値の検知に適した懸架構造を実現することができる。   According to the above configuration, the detection electric circuit having piezoresistance can be divided into four sections and drawn out from the vibrator by the four support beams, which is suitable for detection of piezoresistance by a Wheatstone bridge or the like. Suspension structure can be realized.

さらにまた、本発明のジャイロセンサでは、前記ピエゾ抵抗は、リング状の振動子の中心に対して、点対称となる位置に形成されることを特徴とする。   Furthermore, in the gyro sensor of the present invention, the piezoresistor is formed at a point-symmetrical position with respect to the center of the ring-shaped vibrator.

上記の構成によれば、前記検知電路を前記ホイートストーンブリッジに形成した場合のアンバランスを取り除くことができ、抵抗値変化を電圧値変化に変換した場合に、そのアンバランスによるオフセット電圧の発生を抑えることができる。   According to the above configuration, the imbalance when the detection electric circuit is formed in the Wheatstone bridge can be removed, and when the resistance value change is converted into the voltage value change, the offset voltage is generated due to the unbalance. Can be suppressed.

また、本発明のジャイロセンサでは、前記検知電路は、2経路に分割されて、それぞれにピエゾ抵抗を有することを特徴とする。   In the gyro sensor of the present invention, the detection electric circuit is divided into two paths, each having a piezoresistor.

上記の構成によれば、前記検知電路が4つの区間に分割されている場合、該検知電路に与える検知バイアスが同じ電圧であっても、180°で2経路に分割し、それぞれにバイアス電圧を与えることで、90°と270°とでの取り出し位置における検知電圧を、分割していない場合に比べて2倍にすることができる。   According to the above configuration, when the detection electric circuit is divided into four sections, even if the detection bias applied to the detection electric circuit is the same voltage, the detection electric circuit is divided into two paths at 180 °, and the bias voltage is applied to each. By giving, the detection voltage at the take-out positions at 90 ° and 270 ° can be doubled as compared to the case where the voltage is not divided.

さらにまた、本発明のジャイロセンサでは、前記振動子は、径方向に変化する部分が無い大略リング状に形成されることを特徴とする。   Furthermore, in the gyro sensor of the present invention, the vibrator is formed in a substantially ring shape having no portion that changes in the radial direction.

上記の構成によれば、限られたリング径で、ローレンツ力が作用する部分を増加するにあたって、振動子を、正弦波状や三角波状に波打った形状などの大略リング状に形成する。しかしながら、その際、リングの径方向に延びる部分が無いように形成する。   According to the above configuration, in order to increase the portion where the Lorentz force acts with a limited ring diameter, the vibrator is formed in a substantially ring shape such as a sine wave shape or a triangular wave shape. However, in this case, the ring is formed so as not to have a portion extending in the radial direction.

したがって、リングを拡縮させる前記ローレンツ力が不所望に周方向に作用する部分がなく、振動子の周長を長くすることができる。   Accordingly, there is no portion where the Lorentz force for expanding and contracting the ring acts undesirably in the circumferential direction, and the circumferential length of the vibrator can be increased.

また、本発明のジャイロセンサは、前記振動子のリングを、その厚み方向に複数形成し、および/または同心円状に複数形成することを特徴とする。   The gyro sensor of the present invention is characterized in that a plurality of rings of the vibrator are formed in the thickness direction and / or a plurality of concentric circles are formed.

上記の構成によれば、同じ角速度の入力に対して、検知出力を増加することができる。   According to said structure, a detection output can be increased with respect to the input of the same angular velocity.

さらにまた、本発明のジャイロセンサは、前記振動子に、リング駆動検知用のピエゾ抵抗をさらに備えることを特徴とする。   Furthermore, the gyro sensor of the present invention is characterized in that the vibrator further includes a piezoresistor for detecting a ring drive.

上記の構成によれば、その検知結果を振動印加手段へフィードバックすることで、バイアス振動を一定にすることができる。   According to said structure, a bias vibration can be made constant by feeding back the detection result to a vibration application means.

また、本発明のジャイロセンサは、前記振動子には、前記バイアス電路および検知電路とは電気的に絶縁され、該振動子の面方向に広がる第1の支持電極を有し、前記振動子を内部に封止する封止部材において、前記第1の支持電極に対応する部分には第2の支持電極を有し、前記第1の支持電極と第2の支持電極との間に電圧を印加することで、静電力によって前記振動子を面方向の規定位置に保持する保持手段をさらに備えることを特徴とする。   In the gyro sensor of the present invention, the vibrator has a first support electrode that is electrically insulated from the bias electric circuit and the detection electric circuit and extends in a surface direction of the vibrator. The sealing member for sealing inside has a second support electrode at a portion corresponding to the first support electrode, and a voltage is applied between the first support electrode and the second support electrode. Thus, the apparatus further includes holding means for holding the vibrator at a predetermined position in the plane direction by electrostatic force.

上記の構成によれば、振動子が支持されるフレームを上下からキャップ状のフレームなどの封止部材で挟み込むことで振動子を気密に封止するにあたって、前記振動子には、前記バイアス電路および検知電路とは電気的に絶縁され、該振動子の面方向に広がる第1の支持電極を設けておき、前記上下の封止部材の少なくとも一方に、前記第1の支持電極に対応する部分に第2の支持電極を設けておき、保持手段からそれらの間に電圧を印加することで、両者の間に発生する静電力によって前記振動子を面方向の規定位置に保持する。   According to the above configuration, when the vibrator is hermetically sealed by sandwiching the frame supporting the vibrator from above and below with a sealing member such as a cap-shaped frame, the vibrator includes the bias electric circuit and A first support electrode that is electrically insulated from the detection circuit and extends in the surface direction of the vibrator is provided, and at least one of the upper and lower sealing members is provided at a portion corresponding to the first support electrode. A second support electrode is provided, and a voltage is applied between them from the holding means, whereby the vibrator is held at a specified position in the plane direction by an electrostatic force generated between them.

したがって、前記振動子を封止部材内の面方向の規定位置、すなわち中心に安定して保持することができ、前記振動子を前記フレームに懸架する各支持ビームの状態を常に一定(均等)にして、角速度を高精度に測定することができる(測定にあたっての振動子の位置ずれ等によるオフセットを無くすことができる)。   Therefore, the vibrator can be stably held at a predetermined position in the surface direction in the sealing member, that is, the center, and the state of each support beam for suspending the vibrator on the frame is always constant (equal). Thus, the angular velocity can be measured with high accuracy (the offset due to the displacement of the vibrator during the measurement can be eliminated).

さらにまた、本発明の角速度検出方法は、振動子をリング状に形成し、前記振動子を予め定める共振周波数で同心円状、すなわち径方向に膨縮させ、前記振動子の軸回りの角速度に対する該振動子の変形からコリオリカを検出し、前記コリオリカと前記共振周波数とに基づいて前記角速度を算出することを特徴とする。   Furthermore, in the angular velocity detection method of the present invention, the vibrator is formed in a ring shape, and the vibrator is concentrically formed at a predetermined resonance frequency, that is, expanded and contracted in the radial direction, so that the angular velocity around the axis of the vibrator is reduced. Coriolis is detected from deformation of the vibrator, and the angular velocity is calculated based on the Coriolis and the resonance frequency.

上記の構成によれば、振動子をリング状に形成し、その変形からコリオリカを検出し、前記コリオリカと振動子の共振周波数とに基づいて角速度を求めるにあたって、前記リング状の振動子を予め定める共振周波数で同心円状、すなわち径方向に膨縮させる。   According to the above configuration, when the vibrator is formed in a ring shape, Coriolis is detected from the deformation, and the angular velocity is obtained based on the resonance frequency of the Coriolisa and the vibrator, the ring-shaped vibrator is determined in advance. It is concentrically formed at the resonance frequency, that is, expanded and contracted in the radial direction.

したがって、リング型の構造物を外乱要因の影響を最も受けにくい同心円状にバイアス振動させることで、楕円歪みのバイアス振動に比べて、更に外乱要因の影響を受けにくくすることができる。   Therefore, by causing the ring-shaped structure to vibrate in a concentric manner that is most unlikely to be affected by the disturbance factor, it is possible to further reduce the influence of the disturbance factor as compared to the bias vibration of elliptic distortion.

本発明のジャイロセンサおよび角速度検出方法は、以上のように、電磁式のジャイロセンサにおいて、振動子をリング状に形成し、そのリングを予め定める共振周波数で同心円状、すなわち径方向に膨縮させ、この状態で角速度が加わることで、コリオリカによって振動子が楕円に変形し、その変形方向は角速度の方向に対応し、変形具合は角速度の大きさに略比例するので、その変形方向および変形具合を前記振動子上に区間分割して形成した検知電路で検知して各区間の抵抗値変化からコリオリカを検出し、そのコリオリカと前記共振周波数とに基づいて前記角速度を算出する。   As described above, in the gyro sensor and the angular velocity detection method of the present invention, in the electromagnetic gyro sensor, the vibrator is formed in a ring shape, and the ring is expanded and contracted concentrically, that is, radially, at a predetermined resonance frequency. When an angular velocity is applied in this state, the vibrator is deformed into an ellipse by Coriolis, the deformation direction corresponds to the direction of the angular velocity, and the degree of deformation is approximately proportional to the magnitude of the angular velocity. Is detected by a detection electric circuit formed by dividing a section on the vibrator, Coriolis is detected from a resistance value change in each section, and the angular velocity is calculated based on the Coriolis and the resonance frequency.

それゆえ、リング型の構造物を外乱要因の影響を最も受けにくい同心円状にバイアス振動させることで、楕円歪みのバイアス振動に比べて、更に外乱要因の影響を受けにくくすることができる。   Therefore, by causing the ring-type structure to vibrate in a concentric manner that is least susceptible to the influence of the disturbance factor, it is possible to further reduce the influence of the disturbance factor compared to the bias vibration of the elliptical distortion.

[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の第1の形態に係るジャイロセンサ1における主基板2の平面図であり、図2は図1の切断面線II−IIから見た断面図である。このジャイロセンサ1は、図1の紙面に垂直方向のZ軸回りの角速度を検出する電磁式のジャイロセンサであり、大略的に、シリコン基板などが後述するような形状に彫り出され、さらにパターン形成されて成る前記主基板2の上下に、シリコンから成るキャップ状のフレーム3,4が陽極接合などで接合されて構成されている。前記各フレーム3,4には、たとえばガラスなどのシリコン以外の素材を用いることも可能である。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a plan view of a main substrate 2 in a gyro sensor 1 according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the section line II-II in FIG. The gyro sensor 1 is an electromagnetic gyro sensor that detects an angular velocity around the Z axis in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1, and is roughly engraved with a silicon substrate or the like in a shape that will be described later. Cap-shaped frames 3 and 4 made of silicon are joined to the upper and lower sides of the formed main substrate 2 by anodic bonding or the like. It is also possible to use materials other than silicon such as glass for each of the frames 3 and 4.

前記主基板2は、大略的に、枠状のフレーム11内に、振動子である可動リング12が、薄肉の4本の支持ビームB1〜B4(総称するときは、以下参照符号Bで示す)によって懸架されて構成されている。前記可動リング12は、リングの中心に対しほぼ放射状(径方向)に伸縮可能な構造または材質を有した質量体である。前記支持ビームBは、上述のようにフレーム11や可動リング12に比べて薄肉であり、撓みまたは圧縮・伸長変形することによって伸縮自在であり、後述するような可動リング12の膨縮(径方向の伸縮)を可能に、かつ該可動リング12を前記フレーム3,4;11で形成された内部空間の一定高さで水平に、さらにフレーム11の中心に保持する。   The main substrate 2 is roughly composed of a frame-shaped frame 11 and a movable ring 12 as a vibrator having four thin support beams B1 to B4 (generically referred to as reference sign B below). It is configured to be suspended by. The movable ring 12 is a mass body having a structure or material that can expand and contract substantially radially (in the radial direction) with respect to the center of the ring. The support beam B is thinner than the frame 11 and the movable ring 12 as described above, and can be expanded and contracted by bending or compressing / extending, and the expansion and contraction (radial direction) of the movable ring 12 as will be described later. The movable ring 12 is held horizontally at a constant height of the internal space formed by the frames 3, 4; 11 and further held at the center of the frame 11.

前記可動リング12上には、同心円状に、バイアス電路13と、ピエゾ抵抗を有する検知電路14とが設けられている。前記バイアス電路13は、その両端が支持ビームB1からフレーム11上に引き出され、電極パターンP01,P02にそれぞれ接続されている。これに対して、前記検知電路14は、4つの区間に分割され、可動リング12の90°毎に設けられる4本の支持ビームB1〜B4を介してフレーム11上に引き出され、電極パターンP1〜P5に接続されている。前記各電極パターンP01,P02;P1〜P5は、たとえばフレーム3に形成したスルーホールを介して該フレーム3の上面に形成された電極パッドに接続され、あるいはフレーム11の側面に形成された電極パッドに接続されることで、外部回路との接続が可能になっている。   On the movable ring 12, a bias electric circuit 13 and a detection electric circuit 14 having a piezoresistance are provided concentrically. Both ends of the bias circuit 13 are drawn from the support beam B1 onto the frame 11, and are connected to electrode patterns P01 and P02, respectively. On the other hand, the detection electric circuit 14 is divided into four sections, and is drawn out on the frame 11 through four support beams B1 to B4 provided every 90 ° of the movable ring 12, and the electrode patterns P1 to P1. Connected to P5. Each of the electrode patterns P01, P02; P1 to P5 is connected to an electrode pad formed on the upper surface of the frame 3 through a through hole formed in the frame 3, or is formed on a side surface of the frame 11, for example. It is possible to connect to an external circuit.

前記検知電路14におけるピエゾ抵抗成分には、電流を流すことで、流れる電流とピエゾ抵抗成分とに略比例した電圧が発生する。前記ピエゾ抵抗成分は、電路自体が有する、俗に配線の寄生成分として一般に認識されている寄生抵抗も含むが、そのような寄生的に付与される抵抗ではなく、任意に不純物をイオン注入して作成するような抵抗を含むこともある。   By passing a current through the piezoresistive component in the detection circuit 14, a voltage approximately proportional to the flowing current and the piezoresistive component is generated. The piezoresistive component includes a parasitic resistance that is generally recognized as a parasitic component of wiring, which the electric circuit itself has, but it is not such a parasitically imparted resistance, but impurities can be arbitrarily ion-implanted. It may include resistances that you create.

なお、図1および図2では、バイアス電路13および検知電路14は可動リング12の上面に形成されているけれども、下面に形成されてもよく、あるいは内周面や外周面に形成されてもよい。また、引き出しが容易なように、引き出し箇所の少ないバイアス電路13が内周側に形成され、引き出し箇所の多い検知電路14が外周側に形成されているけれども、周長を長くして後述するローレンツ力を大きくするために、バイアス電路13が外周側に形成され、検知電路14が内周側に形成されてもよい。   1 and 2, the bias electric circuit 13 and the detection electric circuit 14 are formed on the upper surface of the movable ring 12, but may be formed on the lower surface, or may be formed on the inner peripheral surface or the outer peripheral surface. . Further, in order to facilitate the drawing, the bias electric circuit 13 with a small number of extraction portions is formed on the inner peripheral side and the detection electric circuit 14 with a large number of extraction portions is formed on the outer peripheral side. In order to increase the force, the bias electric circuit 13 may be formed on the outer peripheral side, and the detection electric circuit 14 may be formed on the inner peripheral side.

一方、前記フレーム3,4には、前記可動リング12と同径または大径の永久磁石15,16がそれぞれ嵌め込まれている。これらの永久磁石15,16は、円板状で、厚み方向に着磁しており、図2ではフレーム3側の永久磁石15がN極側となり、フレーム4側の永久磁石16がS極側となって、図2の上から下へ磁束が発生している。これらの永久磁石15,16は、X,Y平面に形成される可動リング12に対して垂直方向に磁束を通過させればよく、したがって上記の円板状ではなく、リング状に形成されていてもよい。   On the other hand, permanent magnets 15 and 16 having the same diameter or larger diameter as the movable ring 12 are fitted in the frames 3 and 4, respectively. These permanent magnets 15 and 16 are disk-shaped and are magnetized in the thickness direction. In FIG. 2, the permanent magnet 15 on the frame 3 side is the N pole side, and the permanent magnet 16 on the frame 4 side is the S pole side. Thus, magnetic flux is generated from the top to the bottom of FIG. These permanent magnets 15 and 16 only have to pass magnetic flux in a direction perpendicular to the movable ring 12 formed in the X and Y planes. Therefore, the permanent magnets 15 and 16 are formed in a ring shape instead of the disk shape described above. Also good.

図3〜図5は、上述のように構成されるジャイロセンサ1の動作原理を説明するための図である。図3はジャイロセンサ1の縦断面を模式的に示す図であり、図4は可動リング12の振動原理を説明するための図であり、図5はコリオリ力の検出原理を説明するための図である。なお、以降水平方向とは、前記可動リング12が広がる図1の紙面に平行な方向であり、X軸方向とY軸方向とから成る2次元の平面を指す。それに対して、Z軸方向は、水平方向(前記図1の紙面に平行な方向)に対して垂直な方向であるとする。   3-5 is a figure for demonstrating the principle of operation of the gyro sensor 1 comprised as mentioned above. 3 is a diagram schematically showing a longitudinal section of the gyro sensor 1, FIG. 4 is a diagram for explaining the vibration principle of the movable ring 12, and FIG. 5 is a diagram for explaining the detection principle of the Coriolis force. It is. In the following description, the horizontal direction is a direction parallel to the sheet of FIG. 1 in which the movable ring 12 spreads, and refers to a two-dimensional plane composed of an X-axis direction and a Y-axis direction. On the other hand, the Z-axis direction is assumed to be a direction perpendicular to the horizontal direction (direction parallel to the paper surface of FIG. 1).

先ず、可動リング12の振動は、「フレミングの左手の法則」によって発生するローレンツ力を用いて発生させる。具体的には、図3のように磁界が可動リング12に対し垂直方向であり、たとえば上から下に発生している状態で、図示しない振動印加手段によって、始端の電極パターンP1および終端の電極パターンP5間に、予め定める振動バイアスVB、たとえば5Vが印加され、図4(a)で示すようにバイアス電路13に或る一定方向に電流を流すと、該可動リング12に力が発生する。印加電圧を反転させ、図4(b)で示すように可動リング12に流す電流の方向を反転させることによって、該可動リング12に加わる力の方向を反転することができる。このようにして、該可動リング12を水平方向に振動(膨縮)させることができる。   First, the vibration of the movable ring 12 is generated by using the Lorentz force generated by the “Fleming's left-hand rule”. Specifically, as shown in FIG. 3, in the state where the magnetic field is perpendicular to the movable ring 12 and is generated from the top to the bottom, for example, the electrode pattern P1 at the start and the electrode at the end by the vibration applying means (not shown). When a predetermined vibration bias VB, for example, 5 V, is applied between the patterns P5 and a current is passed through the bias circuit 13 as shown in FIG. 4A, a force is generated in the movable ring 12. By reversing the applied voltage and reversing the direction of the current flowing through the movable ring 12 as shown in FIG. 4B, the direction of the force applied to the movable ring 12 can be reversed. In this way, the movable ring 12 can be vibrated (expanded / contracted) in the horizontal direction.

可動リング12の振動は、図示しない振動印加手段によって、前記バイアス電路13の電極パターンP01,P02間に一定電圧を印加し、永久磁石15,16に代えて電磁石を用い、さらに前記振動印加手段がこの電磁石に交番磁界を発生させることでも実現することができる。   For vibration of the movable ring 12, a constant voltage is applied between the electrode patterns P01 and P02 of the bias electric path 13 by vibration application means (not shown), an electromagnet is used in place of the permanent magnets 15 and 16, and the vibration application means This can also be realized by generating an alternating magnetic field in this electromagnet.

このように振動させた可動式リング12に、図5(a)で示すように該可動リング12の原点を中心に左回転の角速度が加わると、該可動リング12にコリオリ力が発生し、図5(b)において参照符号12で示すように該可動リング12の形状に歪が生じる。右回転の角速度が加わると、図5(b)において参照符号12aで示すように逆方向の歪が生じる。歪みの大きさは、角速度に略比例する。コリオリ力の発生原理については、従来の技術で述べた参考文献にて明記してあるので、ここでは説明を省略する。   When the counterclockwise angular velocity is applied to the movable ring 12 thus vibrated as shown in FIG. 5A, the Coriolis force is generated in the movable ring 12. As shown by reference numeral 12 in FIG. 5B, distortion occurs in the shape of the movable ring 12. When the angular velocity of clockwise rotation is applied, distortion in the reverse direction occurs as indicated by reference numeral 12a in FIG. The magnitude of the distortion is approximately proportional to the angular velocity. The generation principle of the Coriolis force is clearly described in the reference document described in the prior art, so the description is omitted here.

次に、本構成におけるコリオリ力の検出原理について説明する。可動リング12に歪が生じると、可動リング12に分布している抵抗にアンバランスが生じる。本発明では、この歪を利用して可動リング12上に設けられた検知電路14のピエゾ抵抗の電圧変化を検出することで、コリオリ力を求める。その具体的な検出方法を以下に説明する。   Next, the principle of Coriolis force detection in this configuration will be described. When distortion occurs in the movable ring 12, an unbalance occurs in the resistance distributed in the movable ring 12. In the present invention, the Coriolis force is obtained by detecting the voltage change of the piezoresistor of the detection electric circuit 14 provided on the movable ring 12 using this distortion. The specific detection method will be described below.

図6は前記可動リング12上の検知電路14を模式的に示す図であり、図7はその等価回路図である。前記検知電路14は、5つの電極パターンP1〜P5によって、前述のように4つの区間に分割されており、各区間には、抵抗R1〜R4がそれぞれ形成される。これらの抵抗R1〜R4は、前述のように、電路自体が有する寄生成分で形成してもよく、または不純物をイオン注入して形成してもよい。そして、本発明では、可動リング12の中心に対して点対称となる位置に形成される抵抗R1とR3およびR2とR4は、それぞれ等しい抵抗値に形成される。そして、前記検知電路14は、図7で示すようなブリッジ回路に構成されている。   FIG. 6 is a diagram schematically showing the detection electric circuit 14 on the movable ring 12, and FIG. 7 is an equivalent circuit diagram thereof. The detection electric circuit 14 is divided into four sections as described above by five electrode patterns P1 to P5, and resistors R1 to R4 are formed in each section, respectively. As described above, these resistors R1 to R4 may be formed of parasitic components included in the electric circuit itself, or may be formed by ion implantation of impurities. In the present invention, the resistors R1 and R3 and R2 and R4 formed at positions that are point-symmetric with respect to the center of the movable ring 12 are formed to have equal resistance values. The detection circuit 14 is configured as a bridge circuit as shown in FIG.

支持ビームB1に形成される始端の電極パターンP1および終端の電極パターンP5間には、予め定める一定で直流の検知バイアスV0が与えられる。そして、電極パターンP2,P4が検出端子となり、その検出電圧V2,V4から、前記コリオリ力の方向および大きさを検知することができる。すなわち、上述のように中心に対して点対称位置に配置される抵抗R1とR3およびR2とR4は、それぞれ等しい抵抗値に形成され、前記コリオリ力による歪みも対称位置では相互に等しく現れるので、前記歪みによって、抵抗R1,R3の抵抗値が大きくなると抵抗R2,R4の抵抗値が小さくなり、抵抗R1,R3の抵抗値が小さくなると抵抗R2,R4の抵抗値が大きくなる。   A predetermined DC detection bias V0 is applied between the start electrode pattern P1 and the end electrode pattern P5 formed on the support beam B1. The electrode patterns P2 and P4 serve as detection terminals, and the direction and magnitude of the Coriolis force can be detected from the detection voltages V2 and V4. That is, as described above, the resistors R1 and R3 and R2 and R4 arranged at point-symmetrical positions with respect to the center are formed to have the same resistance value, and distortion due to the Coriolis force also appears equally at the symmetrical position. When the resistance values of the resistors R1 and R3 increase due to the distortion, the resistance values of the resistors R2 and R4 decrease, and when the resistance values of the resistors R1 and R3 decrease, the resistance values of the resistors R2 and R4 increase.

したがって、中点の電極パターンP3の検出電圧Vcomは、歪みの有無に拘わらずV0/2で一定であるけれども、たとえば電極パターンP1に5Vを印加し、電極パターンP5をGNDに接続している状態で、抵抗R1,R3の抵抗値が大きくなり、かつ抵抗R2,R4の抵抗値が小さくなると検出電圧V2,V4は共に下降し、抵抗R1,R3の抵抗値が小さくなり、かつ抵抗R2,R4の抵抗値が大きくなると検出電圧V2,V4は共に上昇する。こうして、前記コリオリ力の方向および大きさを検知することができる。また、中心に対して点対称位置に配置される抵抗R1とR3およびR2とR4をそれぞれ等しい抵抗値に形成することで、抵抗をブリッジ構造にした時の、抵抗のアンバランスを取り除くことができる。前記アンバランスは、抵抗変化を上述のように電圧に変換して検出した場合、オフセット電圧として出力に現れてきてしまうものであり、ゼロであるのが望ましい。また、抵抗値を高くすることで、抵抗変化によって発生する検出電圧V2,V4の変化を大きくすることができる。   Therefore, although the detection voltage Vcom of the middle electrode pattern P3 is constant at V0 / 2 regardless of the presence or absence of distortion, for example, 5V is applied to the electrode pattern P1 and the electrode pattern P5 is connected to GND. When the resistance values of the resistors R1 and R3 increase and the resistance values of the resistors R2 and R4 decrease, both the detection voltages V2 and V4 decrease, the resistance values of the resistors R1 and R3 decrease, and the resistors R2 and R4 As the resistance value increases, both the detection voltages V2 and V4 rise. Thus, the direction and magnitude of the Coriolis force can be detected. In addition, by forming the resistors R1 and R3 and R2 and R4 arranged at point-symmetrical positions with respect to the center to have the same resistance value, it is possible to remove the resistance imbalance when the resistors have a bridge structure. . When the resistance change is detected by converting the resistance change into a voltage as described above, the unbalance appears at the output as an offset voltage, and is preferably zero. Further, by increasing the resistance value, it is possible to increase the changes in the detection voltages V2 and V4 that are caused by the resistance change.

前記検出電圧V2,V4は、図示しない角速度算出手段に与えられて、該検出電圧V2,V4と既知の共振周波数とから、角速度が算出される。コリオリ力から角速度を求める方法については、従来の技術で述べた参考文献にて明記してあるので、ここでは説明を省略する。前記検知電路14での歪みに対する検出電圧V2,V4の変化は、非線形であってもよく、前記角速度算出手段での演算をその非線形に近似させることによって、前記角速度を正確に求めることができる。   The detection voltages V2 and V4 are given to an angular velocity calculation means (not shown), and the angular velocity is calculated from the detection voltages V2 and V4 and a known resonance frequency. The method for obtaining the angular velocity from the Coriolis force is specified in the reference document described in the prior art, and thus the description thereof is omitted here. Changes in the detection voltages V2 and V4 with respect to distortion in the detection circuit 14 may be non-linear, and the angular velocity can be accurately obtained by approximating the calculation in the angular velocity calculating means to the non-linearity.

以上のように、本発明のジャイロセンサ1は、電磁式駆動を用いてリングを振動させる点で、従来のジャイロセンサと同様に、外乱要因の影響を受けにくいという特徴を有する。さらに前記のジャイロセンサは、楕円振動にコリオリカが加わったことによる不動点の移動を検知することによって前記コリオリ力を検出するジャイロセンサであるのに対して、本発明のジャイロセンサ1は、可動リング12に設けられたピエゾ抵抗による電圧変化によってコリオリ力を検出する。振動子である可動リング12をリング状に形成し、そのリングを同心円状にバイアス振動、すなわち径方向に膨縮させ、加わった角速度によるコリオリカによる前記可動リング12の変形をピエゾ抵抗を有する検知電路14で検知するので、更に外乱要因の影響を受けにくくすることができる。   As described above, the gyro sensor 1 of the present invention is characterized in that it is less susceptible to disturbance factors, like the conventional gyro sensor, in that the ring is vibrated using electromagnetic driving. Further, the gyro sensor described above is a gyro sensor that detects the Coriolis force by detecting the movement of a fixed point due to the addition of Coriolis to elliptical vibration, whereas the gyro sensor 1 of the present invention includes a movable ring. The Coriolis force is detected by a voltage change caused by a piezoresistor provided at 12. A movable ring 12 which is a vibrator is formed in a ring shape, the ring is concentrically biased vibration, that is, radially expanded and contracted, and the deformation of the movable ring 12 by Coriolica due to the applied angular velocity is detected with a piezoresistance. Since the detection is performed at 14, it is possible to further reduce the influence of disturbance factors.

また、前記のピエゾ抵抗を、図7で示すようなホイートストンブリッジのようなブリッジの構成を採用し、コリオリ力で可動リング12が変形することによって発生する差動成分のみを検出することで、振動による同相的な抵抗変化を除去し、角速度によって生じる抵抗変化を分離し、効率的な角速度検出を実現することができる。   Further, the piezoresistor employs a bridge configuration such as a Wheatstone bridge as shown in FIG. 7, and detects only the differential component generated by the deformation of the movable ring 12 by the Coriolis force. Efficient angular velocity detection can be realized by removing the resistance change caused by the common mode and separating the resistance change caused by the angular velocity.

さらにまた、上記のジャイロセンサ1では、前記可動リング12は、前記検知電路14が形成された伸縮自在の4本の支持ビームB1〜B4によって、枠状のフレーム11内に懸架されるので、ピエゾ抵抗を有する検知電路14を4つの区間に分割して、前記4本の支持ビームB1〜B4によって可動リング12上から引き出すことができ、前記ホイートストーンブリッジなどによるピエゾ抵抗値の検知に適した懸架構造を実現することができる。   Furthermore, in the above gyro sensor 1, the movable ring 12 is suspended in the frame-like frame 11 by the four telescopic support beams B1 to B4 in which the detection electric circuit 14 is formed. The detection electric circuit 14 having resistance can be divided into four sections and drawn out from the movable ring 12 by the four support beams B1 to B4, which is suitable for detecting the piezoresistance value by the Wheatstone bridge or the like. A suspended structure can be realized.

なお、上記のジャイロセンサ1では、バイアス電路13と検知電路14とは、個別に設けられているけれども、共用されてもよい。しかしながら、振動させるためには、常に電流の流れる方向を交互に反転させる必要があり、ここで可動リング12上に配置されたそれぞれの抵抗R1〜R4にばらつきがあると、検出電圧V2,V4にオフセットが生じ、バイアス電圧VBの印加方向が交互に反転するたびに、前記オフセット電圧の極性も交互に反転してしまい、後段に接続される前記角速度算出手段である信号処理回路の処理が複雑になる。したがって、上述のようにバイアス電路13と検知電路14とを分離することで、検出電路14には常に一方向の電圧バイアスVBを印加し、振動駆動用の電流の方向が反転しても、コリオリ力の検出にあたって、オフセット電圧が変動することを防止することが望ましい。   In the gyro sensor 1 described above, the bias electric circuit 13 and the detection electric circuit 14 are provided separately, but may be shared. However, in order to oscillate, it is always necessary to alternately reverse the direction of current flow. If the resistances R1 to R4 arranged on the movable ring 12 vary, the detection voltages V2 and V4 Whenever an offset occurs and the application direction of the bias voltage VB is alternately reversed, the polarity of the offset voltage is also reversed alternately, and the processing of the signal processing circuit, which is the angular velocity calculating means connected to the subsequent stage, is complicated. Become. Accordingly, by separating the bias electric circuit 13 and the detection electric circuit 14 as described above, even if a voltage bias VB in one direction is always applied to the detection electric circuit 14 and the direction of the current for vibration driving is reversed, In detecting the force, it is desirable to prevent the offset voltage from fluctuating.

一方、上述の構成では、永久磁石15,16によって一定方向にバイアス磁界を発生し、バイアス電路13には交流の振動バイアスVBを印加しているけれども、前述のように永久磁石15,16に代えて電磁石を用い、前記振動印加手段がこの電磁石に交番磁界を発生させ、バイアス電路13には直流のバイアス電圧を印加する場合、上述のようなオフセット電圧の変動の影響を考慮することなく、バイアス電路13と検知電路14とを、共用することができる。   On the other hand, in the above-described configuration, a bias magnetic field is generated in a fixed direction by the permanent magnets 15 and 16, and an alternating vibration bias VB is applied to the bias electric path 13, but instead of the permanent magnets 15 and 16 as described above. In the case where the vibration applying means generates an alternating magnetic field in the electromagnet and a DC bias voltage is applied to the bias circuit 13, the bias is applied without considering the influence of the fluctuation of the offset voltage as described above. The electric circuit 13 and the detection electric circuit 14 can be shared.

また、支持ビームB1〜B4も、4本に限らず、前記信号処理回路の構成に対応して設けられればよく、本数および配置場所は任意である。   Further, the number of support beams B1 to B4 is not limited to four, and may be provided corresponding to the configuration of the signal processing circuit, and the number and arrangement location thereof are arbitrary.

[実施の形態2]
図8は、本発明の実施の第2の形態に係るジャイロセンサにおける検知電路14a,14bを模式的に示す図であり、図9はその等価回路図である。この検知電路14a,14bは、前述の検知電路14に類似しており、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この検知電路14a,14bは、前記の検知電路14が180°で2経路に分割されて、それぞれにピエゾ抵抗を有することである。そして、その分割点は、180°位置の支持ビームB3を介してフレーム11上に引き出され、電極パターンP31,P32にそれぞれ接続され、電極パターンP1,P31間および電極パターンP5,P32間のそれぞれに、前記検知バイアスV0が与えられることである。
[Embodiment 2]
FIG. 8 is a diagram schematically showing the detection electric paths 14a and 14b in the gyro sensor according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 9 is an equivalent circuit diagram thereof. The detection electric circuits 14a and 14b are similar to the above-described detection electric circuit 14, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. It should be noted that the detection electric paths 14a and 14b are divided into two paths at 180 °, and each has a piezoresistance. The dividing points are drawn onto the frame 11 via the support beam B3 at 180 °, connected to the electrode patterns P31 and P32, and between the electrode patterns P1 and P31 and between the electrode patterns P5 and P32. The detection bias V0 is given.

したがって、検知電路14a,14bに与える検知バイアスV0が検知電路14と同じ電圧であっても、180°で2経路に分割し、それぞれにバイアス電圧V0を与えることで、90°と270°とでの取り出し位置における検出電圧V2,V4を、分割していない場合に比べて2倍にすることができる。   Therefore, even if the detection bias V0 applied to the detection electric circuits 14a and 14b is the same voltage as the detection electric circuit 14, it is divided into two paths at 180 °, and the bias voltage V0 is applied to each of them to obtain 90 ° and 270 °. The detection voltages V2 and V4 at the take-out position can be doubled as compared with the case where they are not divided.

[実施の形態3]
図10は、本発明の実施の第3の形態に係るジャイロセンサにおける支持ビームBb〜Bhの構造を示す一部分を拡大して示す平面図である。図10(a)に拡大して示す上述の支持ビームBは、薄肉化による撓みや反りによって前記可動リング12の膨縮を許容していたけれども、図10(b)〜図10(h)に拡大して示す本発明の他の形態に係る支持ビームBb〜Bhは、その長手方向の圧縮・伸長によって前記可動リング12の膨縮を許容する。
[Embodiment 3]
FIG. 10 is an enlarged plan view showing a part of the structure of the support beams Bb to Bh in the gyro sensor according to the third embodiment of the present invention. The above-described support beam B shown in an enlarged view in FIG. 10A allows expansion and contraction of the movable ring 12 due to bending and warping due to thinning, but in FIGS. 10B to 10H. Support beams Bb to Bh according to another embodiment of the present invention shown in an enlarged manner allow expansion and contraction of the movable ring 12 by compression and expansion in the longitudinal direction.

具体的には、図10(b)で示す支持ビームBbは可動リング12への取付け部分が狭小に形成されることで、前記取付け部分における可動リング12の膨縮方向への剛性を低減しており、前記膨縮振動によって該支持ビームBbに加わる応力を低減し、可動リング12の振動を妨げないように形成されている。   Specifically, the support beam Bb shown in FIG. 10B is formed with a narrow attachment portion to the movable ring 12 to reduce the rigidity of the attachment portion in the expansion / contraction direction of the movable ring 12. In addition, the stress applied to the support beam Bb by the expansion / contraction vibration is reduced so that the vibration of the movable ring 12 is not hindered.

これに対して、図10(c)で示す支持ビームBcは三角波(ジグザグ)状に屈曲形成されることで、図10(d)で示す支持ビームBdは正弦波状に屈曲形成されることで、図10(e)で示す支持ビームBeはクランク状に折り曲げ形成されることで、可動リング12の振動を妨げないように形成されている。   In contrast, the support beam Bc shown in FIG. 10C is bent and formed in a triangular wave (zigzag) shape, and the support beam Bd shown in FIG. 10D is bent and formed in a sine wave shape. The support beam Be shown in FIG. 10E is formed in a crank shape so as not to hinder the vibration of the movable ring 12.

また、図10(f)で示す支持ビームBfは梯子状に形成されることで、図10(g)で示す支持ビームBgはチェーン状に形成されることで、図10(h)で示す支持ビームBhはパンタグラフ状に形成されることで、それぞれ圧縮方向への変位を吸収する空間(支持ビームBfは方形の空間、支持ビームBgは環状の空間、支持ビームBhは菱形の空間)を有することで、可動リング12の振動を妨げないように形成されている。   Further, the support beam Bf shown in FIG. 10 (f) is formed in a ladder shape, and the support beam Bg shown in FIG. 10 (g) is formed in a chain shape, so that the support beam Bf shown in FIG. 10 (h) is formed. Each of the beams Bh is formed in a pantograph shape, and thus has a space for absorbing displacement in the compression direction (the support beam Bf is a square space, the support beam Bg is an annular space, and the support beam Bh is a diamond-shaped space). Thus, it is formed so as not to hinder the vibration of the movable ring 12.

[実施の形態4]
図11は、本発明の実施の第4の形態に係るジャイロセンサにおける可動リング12b〜12hの構造を示す平面図である。図11(a)に示す上述の可動リング12は、円環状に形成されているのに対して、図11(b)〜図11(h)に示す本発明の他の形態に係る可動リング12b〜12hは、径方向に変化する部分が無い大略リング状に形成されている。
[Embodiment 4]
FIG. 11 is a plan view showing the structure of the movable rings 12b to 12h in the gyro sensor according to the fourth embodiment of the present invention. The above-described movable ring 12 shown in FIG. 11A is formed in an annular shape, whereas the movable ring 12b according to another embodiment of the present invention shown in FIGS. 11B to 11H. ˜12h is formed in a generally ring shape having no portion that changes in the radial direction.

具体的には、図11(b)で示す可動リング12bは三角波(ジグザグ)状に屈曲形成され、図11(c)で示す可動リング12cは前記三角波が間引き形成され、図11(d)で示す可動リング12dは台形波状に屈曲形成され、図11(e)で示す可動リング12eは前記正弦波が半波で形成され、図11(f)で示す可動リング12fは前記台形波が間引き形成され、図11(g)および図11(h)で示す可動リング12g,12hはチェーン状に形成されている。   Specifically, the movable ring 12b shown in FIG. 11 (b) is bent and formed in a triangular wave (zigzag) shape, and the movable ring 12c shown in FIG. 11 (c) is formed by thinning out the triangular wave, as shown in FIG. 11 (d). The movable ring 12d shown is bent and formed in a trapezoidal wave shape, the movable ring 12e shown in FIG. 11 (e) is formed by the half wave of the sine wave, and the movable ring 12f shown in FIG. 11 (f) is formed by thinning out the trapezoidal wave. The movable rings 12g and 12h shown in FIGS. 11 (g) and 11 (h) are formed in a chain shape.

この図11では、可動リング12b〜12hの形状のみを示してあるが、それを支持するための任意の数の支持ビームが接続されて、フレーム11内に支持されている。また、図11において、可動リング12eは可動リング12cの角(カド)のRを丸めたものであるが、他の可動リング12b,12d,12f,12g,12hについても、この可動リング12eと同様に、Rを丸めた形状としてもよい。   Although only the shapes of the movable rings 12b to 12h are shown in FIG. 11, an arbitrary number of support beams for supporting the movable rings 12b to 12h are connected and supported in the frame 11. In FIG. 11, the movable ring 12e is obtained by rounding the corner R of the movable ring 12c. The other movable rings 12b, 12d, 12f, 12g, and 12h are the same as the movable ring 12e. Furthermore, it is good also as a shape which rounded R.

このように構成することで、所定の方向に電流を流した時に、可動リング12b〜12hの任意の点においてフレミングの左手の法則によって発生するローレンツ力が、全てリングに対して外向きあるいは内向きとなる。すなわち、径方向に延びて、前記ローレンツ力が不所望に周方向に作用する部分が無いように形成されている。これによって、限られたリング径で、ローレンツ力が作用する部分を増加することができる。   With this configuration, when a current flows in a predetermined direction, the Lorentz force generated by the Fleming's left-hand rule at any point of the movable rings 12b to 12h is all outward or inward with respect to the ring. It becomes. That is, it is formed so that there is no portion extending in the radial direction and where the Lorentz force acts undesirably in the circumferential direction. As a result, the portion where the Lorentz force acts can be increased with a limited ring diameter.

[実施の形態5]
図12は、本発明の実施の第5の形態に係るジャイロセンサ20の断面図である。このジャイロセンサ20は、前述の図2で示すジャイロセンサ1に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、このジャイロセンサ20では、複数(図12では3枚)の主基板21〜23が、その厚み方向に積層されていることである。各主基板21〜23は、前述の主基板2と同様に形成されるけれども、前記の電極パターンP01,P02;P1〜P5の外部の電極パッドへの引き回しによっては、スルーホールの数や位置など、フレーム3,4などの形状が異なることもある。各主基板21〜23フレームの間には、電路13,14や、電極パターンP01,P02;P1〜P5の接触を防ぐために、シリコン等の材質から成るスペーサ24,25が挿入され、相互に予め定める間隔が保持されている。
[Embodiment 5]
FIG. 12 is a cross-sectional view of a gyro sensor 20 according to a fifth embodiment of the present invention. The gyro sensor 20 is similar to the gyro sensor 1 shown in FIG. 2 described above, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. It should be noted that in the gyro sensor 20, a plurality (three in FIG. 12) of main boards 21 to 23 are stacked in the thickness direction. Each of the main substrates 21 to 23 is formed in the same manner as the main substrate 2 described above. However, depending on the routing of the electrode patterns P01 and P02; P1 to P5 to external electrode pads, the number and positions of through holes, etc. The shapes of the frames 3 and 4 may be different. Spacers 24 and 25 made of a material such as silicon are inserted between the main boards 21 to 23 in order to prevent contact between the electric paths 13 and 14 and the electrode patterns P01 and P02; P1 to P5. The set interval is maintained.

また、図13も、本発明の実施の第5の形態に係るジャイロセンサにおける可動リング30を模式的に示す図である。注目すべきは、この可動リング30は、同心円状に複数(図13では3つ)のリング31〜33から成ることである。最外周のリング31は、前述の支持ビームBによってフレーム11に支持され、残余のリング32,33も、その支持ビームBを延長して成る図示しない支持ビームによって順次支持される。図14に、その前記可動リング30上の検知電路34,35,36の具体的構成を模式的に示す。   FIG. 13 is also a diagram schematically showing the movable ring 30 in the gyro sensor according to the fifth embodiment of the present invention. It should be noted that the movable ring 30 includes a plurality (three in FIG. 13) of rings 31 to 33 concentrically. The outermost ring 31 is supported on the frame 11 by the support beam B described above, and the remaining rings 32 and 33 are also sequentially supported by a support beam (not shown) formed by extending the support beam B. FIG. 14 schematically shows a specific configuration of the detection electric paths 34, 35, and 36 on the movable ring 30.

このように主基板21〜23を厚み方向に複数形成し、または可動リング30を同心円状に複数形成することで、コリオリ力を検出するピエゾ抵抗の面積を増加できるので、同じ角速度の入力に対して、検知出力を増加(感度を向上)することができる。また、図12のジャイロセンサ20は、相互に等しい可動リング12で構成した場合、上述のように検知出力の増加を図ることができるけれども、相互に異なる可動リングで構成した場合、同じ角速度が加わった場合の歪量を変化することができ、各可動リング間でダイナミックレンジを異なるようにすることができる。一方、図13のジャイロセンサは、各リング31〜33の径が相互に異なるので、同じ材質で一体で成形しても、同じ角速度が加わった場合の歪量を変化することができる(径が小さい方が歪量も小さい)。したがって、ピエゾ抵抗の単位面積当りの抵抗値が同じであっても、リング径の大きさで可動リング毎の角速度に対する感度を調整することができ、歪み量の大きい可動リングで微小な角速度を高精度に検知し、歪み量の小さい可動リングで過大な角速度に対応してダイナミックレンジを拡大することができる。   In this way, by forming a plurality of main substrates 21 to 23 in the thickness direction or by forming a plurality of movable rings 30 concentrically, the area of the piezoresistor for detecting Coriolis force can be increased. Thus, the detection output can be increased (sensitivity is improved). In addition, when the gyro sensor 20 of FIG. 12 is configured with movable rings 12 that are equal to each other, the detection output can be increased as described above. However, when configured with different movable rings, the same angular velocity is added. In this case, the amount of distortion can be changed, and the dynamic range can be made different between the movable rings. On the other hand, since the diameters of the rings 31 to 33 are different from each other, the gyro sensor of FIG. 13 can change the amount of strain when the same angular velocity is applied even if the rings are integrally formed of the same material (diameter is reduced). Smaller means less distortion). Therefore, even if the resistance value per unit area of the piezoresistor is the same, the sensitivity to the angular velocity of each movable ring can be adjusted by the size of the ring diameter, and a minute angular velocity can be increased with a movable ring having a large amount of distortion. The dynamic range can be expanded in response to an excessive angular velocity with a movable ring with a small amount of distortion.

なお、同心円状に複数形成された可動リングを、さらに厚み方向に複数段積層するようにしてもよい。   It should be noted that a plurality of movable rings formed concentrically may be stacked in a plurality of stages in the thickness direction.

[実施の形態6]
図15は、本発明の実施の第6の形態に係るジャイロセンサにおける可動リング42の検知電路44a〜44dを模式的に示す図であり、図16はその等価回路図である。この可動リング42は、60°毎の6本の支持ビームB41〜B46によって前記フレーム11に支持される。注目すべきは、前述の図8および図9で示す検知電路14a,14bでは、可動リング12の全周に該検知電路14a,14bによる2つの検知系が設けられているのに対して、この可動リング42では、検知電路44a〜44dによる4つの検知系が設けられていることである。
[Embodiment 6]
FIG. 15 is a diagram schematically showing detection electric paths 44a to 44d of the movable ring 42 in the gyro sensor according to the sixth embodiment of the present invention, and FIG. 16 is an equivalent circuit diagram thereof. The movable ring 42 is supported on the frame 11 by six support beams B41 to B46 every 60 °. It should be noted that in the detection electric paths 14a and 14b shown in FIG. 8 and FIG. 9 described above, two detection systems based on the detection electric paths 14a and 14b are provided on the entire circumference of the movable ring 12. The movable ring 42 is provided with four detection systems by the detection electric paths 44a to 44d.

具体的には、可動リング42は、6本の支持ビームB41〜B46で分割される6つの区間それぞれに形成されるピエゾ抵抗R41〜R46を、2区間×2と1区間×2とに纏め、2区間のピエゾ抵抗R41,R42から成る検知電路44aと、相互に点対称位置に配置されるピエゾ抵抗R44,R45から成る検知電路44bとは、図16(a)で示すように前記の検知バイアスV0が与えられて前記コリオリ力の検知に用いられ、1区間のピエゾ抵抗R43から成る検知電路44cと、相互に点対称位置に配置されるピエゾ抵抗R46から成る検知電路44dとは、図16(b)で示すように別途の検知バイアスまたは電流(図16(b)では検知バイアスV0a)が与えられて振動特性の検知に用いられる。   Specifically, the movable ring 42 combines the piezoresistors R41 to R46 formed in each of the six sections divided by the six support beams B41 to B46 into two sections × 2 and one section × 2. As shown in FIG. 16 (a), the detection circuit 44a composed of two sections of the piezoresistors R41 and R42 and the detection circuit 44b composed of the piezoresistors R44 and R45 arranged at point-symmetrical positions are the above-described detection biases. A detection electric circuit 44c composed of one section of the piezoresistor R43 and a detection electric circuit 44d composed of a piezoresistor R46 arranged in a point-symmetrical position are used for detecting the Coriolis force given V0. As shown in b), a separate detection bias or current (detection bias V0a in FIG. 16B) is applied and used for detecting vibration characteristics.

コリオリ力を検出する系については、前述の図8および図9等で説明しているので詳細は省略する。今回新たに設けられた検知電路44c,44dでは、ピエゾ抵抗R43,R46にそれぞれ前記バイアス電圧または電流を印加し、振動によってピエゾ抵抗値の変化を検出する。このようにリング駆動検知用のピエゾ抵抗R43,R46をさらに備え、検出した振動情報を前記振動印加手段にフィードバックすることによって、バイアス振動を一定にすることができる。前記バイアス電圧または電流の印加手段は、コリオリ力の検出のための検知電路44a,44bにバイアス電圧V0を印加する手段と共用されてもよい。
ることを特徴とする。
The system for detecting the Coriolis force has been described with reference to FIG. 8 and FIG. In the detection electric paths 44c and 44d newly provided this time, the bias voltage or current is applied to the piezo resistors R43 and R46, respectively, and a change in the piezo resistance value is detected by vibration. In this manner, the piezo resistors R43 and R46 for detecting the ring drive are further provided, and the bias vibration can be made constant by feeding back the detected vibration information to the vibration applying means. The means for applying the bias voltage or current may be shared with means for applying the bias voltage V0 to the detection electric paths 44a and 44b for detecting the Coriolis force.
It is characterized by that.

[実施の形態7]
図17は、本発明の実施の第7の形態に係るジャイロセンサ51の縦断面図であり、図18はそのジャイロセンサ51における主基板52の平面図である。これらの図17および図18は、それぞれ前述の図2および図1に対応しており、ジャイロセンサ1に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。また、図17の切断面を、図18にXVII−XVIIで示す。注目すべきは、このジャイロセンサ51では、主基板52において、可動リング12の内側に、さらに支持ビームB51〜B54によって懸架される支持部材50が設けられており、その支持部材50には、面方向に広がって形成される第1の支持電極K11〜K14(総称するときは、以下参照符号K1で示す)が形成されており、これに対向して、フレーム53,54には、図19で示すように第2の支持電極K21〜K24(総称するときは、以下参照符号K2で示す)が形成されていることである。
[Embodiment 7]
FIG. 17 is a longitudinal sectional view of a gyro sensor 51 according to a seventh embodiment of the present invention, and FIG. 18 is a plan view of a main substrate 52 in the gyro sensor 51. FIG. 17 and FIG. 18 correspond to FIG. 2 and FIG. 1, respectively, and are similar to the gyro sensor 1. Corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. . Moreover, the cut surface of FIG. 17 is shown by XVII-XVII in FIG. It should be noted that in the gyro sensor 51, a support member 50 is provided on the main substrate 52 inside the movable ring 12, and is suspended by support beams B51 to B54. First support electrodes K11 to K14 that are formed so as to spread in the direction (generally referred to as reference numeral K1 below) are formed. Opposing to these, the frames 53 and 54 are arranged on the frames 53 and 54 in FIG. As shown, second support electrodes K21 to K24 (generally referred to as reference symbol K2 below) are formed.

前記各第1の支持電極K11〜K14は、図示しない絶縁層などを介して前記のバイアス電路13および検知電路14とは電気的に絶縁され、支持ビームB51〜B54、可動リング12および支持ビームB1〜B4を介してフレーム11上に引き出され、個別に対応する電極パターンP51〜P54にそれぞれ接続されている。この第1の支持電極K1は、スルーホール55を介して支持部材50の裏面にも延長され、該裏面にも同様に第1の支持電極K1が形成されている。   Each of the first support electrodes K11 to K14 is electrically insulated from the bias electric circuit 13 and the detection electric circuit 14 through an insulating layer (not shown) and the like, and the support beams B51 to B54, the movable ring 12 and the support beam B1. Are pulled out on the frame 11 through B4 and connected to the corresponding electrode patterns P51 to P54, respectively. The first support electrode K1 is also extended to the back surface of the support member 50 through the through hole 55, and the first support electrode K1 is similarly formed on the back surface.

前記フレーム53,54においても、前記支持部材50に対向して、支持ビームB61〜B64によって懸架される支持部材60が設けられており、その支持部材60には前記第2の支持電極K21〜K24が形成されている。前記各第2の支持電極K21〜K24は、支持ビームB61〜B64を介して引き出され、個別に対応する電極パターンP61〜P64にそれぞれ接続されている。   The frames 53 and 54 are also provided with support members 60 suspended by support beams B61 to B64 so as to face the support member 50, and the support members 60 have the second support electrodes K21 to K24. Is formed. Each of the second support electrodes K21 to K24 is drawn out through support beams B61 to B64, and is individually connected to corresponding electrode patterns P61 to P64.

そして、前記第1の支持電極K1と第2の支持電極K2との間には、図示しない保持手段によって、電圧が印加される。これによって、前記可動リング12が支持されるフレーム11を上下からキャップ53,54で挟み込むことで前記可動リング12を気密に封止するにあたって、支持電極K1,K2間に発生する静電力によって、前記可動リング12を面(水平)方向の規定位置、すなわち中心にバランス良く安定して保持することができ、前記可動リング12を前記フレーム11に懸架する支持ビームBの状態を常に一定にして、角速度を高精度に測定することができる(測定にあたっての可動リング12の位置ずれ等によるオフセットを無くすことができる)。   A voltage is applied between the first support electrode K1 and the second support electrode K2 by a holding unit (not shown). Thus, when the movable ring 12 is hermetically sealed by sandwiching the frame 11 on which the movable ring 12 is supported by the caps 53 and 54 from above and below, the electrostatic force generated between the support electrodes K1 and K2 The movable ring 12 can be stably held in a well-balanced position in the plane (horizontal) direction, that is, in the center, and the state of the support beam B that suspends the movable ring 12 on the frame 11 is always constant, and the angular velocity is maintained. Can be measured with high accuracy (offset due to misalignment of the movable ring 12 during measurement can be eliminated).

以下に、上述の支持電極K1,K2を用いて静電力を利用し、どのように可動リング12を規定位置に保持するか説明する。たとえば、第1の支持電極K1に”0V”電圧を印加する。それに対し、上部フレーム53の第2の支持電極K2には”+5V”、下部フレーム54の第2の支持電極K2には”−5V”を印加する。これによって、上部フレーム53の第2の支持電極K2と第1の支持電極K1との間、および下部フレーム54の第2の支持電極K2と第1の支持電極K1との間には、それぞれ“5V”の電位差が発生することになり、同量の静電引力がそれぞれの電極間に発生することになる。これによって、支持リング50には、上方側と下方側とで同じ引力が発生し、上部フレーム53の第2の支持電極K2と下部フレーム54の第2の支持電極K2との中間に、第1の支持電極K1、したがって可動リング12を保持することが可能になる。各第2の支持電極K2に印加する電圧をそれぞれ調整することによって、可動リング12を規定位置に保持することが可能となる。   Hereinafter, how the movable ring 12 is held at a specified position by using the electrostatic force using the support electrodes K1 and K2 described above will be described. For example, a “0 V” voltage is applied to the first support electrode K1. On the other hand, “+5 V” is applied to the second support electrode K 2 of the upper frame 53, and “−5 V” is applied to the second support electrode K 2 of the lower frame 54. Accordingly, between the second support electrode K2 and the first support electrode K1 of the upper frame 53 and between the second support electrode K2 and the first support electrode K1 of the lower frame 54, “ As a result, a potential difference of 5V "is generated, and the same amount of electrostatic attraction is generated between the electrodes. As a result, the same attractive force is generated in the support ring 50 on the upper side and the lower side, and the first support electrode 50 is provided between the second support electrode K2 of the upper frame 53 and the second support electrode K2 of the lower frame 54. It is possible to hold the supporting electrode K1 and thus the movable ring 12. By adjusting the voltage applied to each second support electrode K2, the movable ring 12 can be held at a specified position.

4分割された前記各第1の支持電極K11〜K14およびそれに対向する第2の支持電極K21〜K24の組を用いることで面方向、すなわちX,Yの両方向に個別にバランスをとることが可能であるが、それらの総ての組が上述のような可動リング12の保持用に使用されるのではなく、一部が前述の第6の実施の形態のように、フィードバック用の保持位置検知のために使用されてもよい。また、前記第1の支持電極K11〜K14および第2の支持電極K21〜K24の各組が前記保持手段によって個別に制御されるのではなく、纏めて制御される場合には、1枚の電極で形成されていてもよい。   By using each of the first support electrodes K11 to K14 divided into four and the second support electrodes K21 to K24 opposed to the first support electrodes K11 to K14, it is possible to individually balance the surface direction, that is, both the X and Y directions. However, not all of these sets are used for holding the movable ring 12 as described above, and a part of the holding position detection for feedback is performed as in the sixth embodiment described above. May be used for. In addition, when each set of the first support electrodes K11 to K14 and the second support electrodes K21 to K24 is not controlled individually by the holding means but is controlled collectively, one electrode May be formed.

[実施の形態8]
図20および図21は、本発明の実施の第8の形態に係るジャイロセンサにおける主基板62,72の概略的な平面図である。これらの主基板62,72は、前述の主基板2に類似しており、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。上述の主基板2では、可動リング12の懸架構造として、支持ビームB1〜B4を用いた4点支持の構造であったけれども、また図15で示す可動リング30では支持ビームB41〜B46を用いた6点支持の構造であったけれども、本発明はそれらに限定されるものではなく、図20の主基板62に示すような1点支持、図21の主基板72のような2点支持も実現可能である。
[Embodiment 8]
20 and 21 are schematic plan views of main substrates 62 and 72 in the gyro sensor according to the eighth embodiment of the present invention. The main boards 62 and 72 are similar to the main board 2 described above, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Although the main substrate 2 has a four-point support structure using the support beams B1 to B4 as the suspension structure of the movable ring 12, the support ring B41 to B46 is used in the movable ring 30 shown in FIG. Although the six-point support structure is used, the present invention is not limited to these, and one-point support as shown in the main board 62 in FIG. 20 and two-point support as shown in the main board 72 in FIG. Is possible.

主基板62では、可動リング12は支持ビームB0によって懸架され、また前記検知電路14は前記のようにピエゾ抵抗で作成されるけれども、引き出し用の電路63〜65は、低抵抗のメタル配線などで作成される。主基板72では、可動リング12は支持ビームB01,B02によって懸架される。なお、これらの図20および図21では、バイアス電路13は省略している。   In the main board 62, the movable ring 12 is suspended by the support beam B0, and the detection electric circuit 14 is made of piezoresistor as described above. However, the extraction electric circuits 63 to 65 are made of low resistance metal wiring or the like. Created. In the main substrate 72, the movable ring 12 is suspended by support beams B01 and B02. 20 and 21, the bias electric circuit 13 is omitted.

本発明の実施の第1の形態に係るジャイロセンサにおける主基板の平面図である。It is a top view of the main board in the gyro sensor concerning a 1st embodiment of the present invention. 図1の切断面線II−IIから見た断面図である。It is sectional drawing seen from the cut surface line II-II of FIG. 本発明のジャイロセンサの動作原理を説明するためのジャイロセンサの縦断面を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the longitudinal cross-section of the gyro sensor for demonstrating the principle of operation of the gyro sensor of this invention. 可動リングの振動原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the vibration principle of a movable ring. コリオリ力の検出原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the detection principle of a Coriolis force. 可動リング上の検知電路を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the detection electric circuit on a movable ring. 図6で示す検知電路の等価回路図である。It is an equivalent circuit schematic of the detection electric circuit shown in FIG. 本発明の実施の第2の形態に係るジャイロセンサにおける検知電路を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the detection electric circuit in the gyro sensor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図8で示す検知電路の等価回路図である。It is an equivalent circuit schematic of the detection electric circuit shown in FIG. 本発明の実施の第3の形態に係るジャイロセンサにおける支持ビームの構造を示す一部分を拡大して示す平面図である。It is a top view which expands and shows a part which shows the structure of the support beam in the gyro sensor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の実施の第4の形態に係るジャイロセンサにおける可動リングの構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the movable ring in the gyro sensor which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の実施の第5の形態に係るジャイロセンサの断面図である。It is sectional drawing of the gyro sensor which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の実施の第5の形態に係るジャイロセンサにおける可動リングを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the movable ring in the gyro sensor which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 図13で示す可動リング上の検知電路の具体的構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the specific structure of the detection electric circuit on a movable ring shown in FIG. 本発明の実施の第6の形態に係るジャイロセンサにおける可動リングの検知電路を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the detection electric circuit of the movable ring in the gyro sensor which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 図15で示す検知電路の等価回路図である。It is an equivalent circuit schematic of the detection electric circuit shown in FIG. 本発明の実施の第7の形態に係るジャイロセンサの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the gyro sensor which concerns on the 7th Embodiment of this invention. 図17で示すジャイロセンサにおける主基板の平面図である。It is a top view of the main board | substrate in the gyro sensor shown in FIG. 図17で示すジャイロセンサにおけるフレームの平面図である。It is a top view of the flame | frame in the gyro sensor shown in FIG. 本発明の実施の第8の形態に係るジャイロセンサにおける主基板の概略的な平面図である。It is a schematic plan view of the main board | substrate in the gyro sensor which concerns on the 8th Embodiment of this invention. 本発明の実施の第8の形態に係るジャイロセンサにおける主基板の概略的な平面図である。It is a schematic plan view of the main board | substrate in the gyro sensor which concerns on the 8th Embodiment of this invention. 従来のジャイロセンサにおける角速度の検出原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the detection principle of the angular velocity in the conventional gyro sensor.

符号の説明Explanation of symbols

1,20,51 ジャイロセンサ
2;21〜23;52;62,72 主基板
3,4;53,54 フレーム
11 フレーム
12;12b〜12h;30;42 可動リング
13 バイアス電路
14;14a,14b;34〜36;44a〜44d 検知電路
15,16 永久磁石
24,25 スペーサ
31〜33 リング
50,60 支持部材
55 スルーホール
63〜65 引き出し用の電路
B0;B01,B02;B1〜B4;B41〜B46 支持ビーム
B51〜B54;B61〜B64 支持ビーム
Bb〜Bh 支持ビーム
K11〜K14 第1の支持電極
K21〜K24 第2の支持電極
P01,P02 電極パターン
P1〜P5;P31,P32;P51〜P54;P61〜P64 電極パターン
R1〜R4 抵抗
R41〜R46ピエゾ抵抗
1, 20, 51 Gyro sensor 2; 21-23; 52; 62, 72 Main board 3, 4; 53, 54 Frame 11 Frame 12; 12b-12h; 30; 42 Movable ring 13 Bias circuit 14; 14a, 14b; 34-36; 44a-44d Detection electric circuit 15, 16 Permanent magnet 24, 25 Spacer 31-33 Ring 50, 60 Support member 55 Through hole 63-65 Electric circuit B0; B01, B02; B1-B4; B41-B46 Support beams B51 to B54; B61 to B64 Support beams Bb to Bh Support beams K11 to K14 First support electrodes K21 to K24 Second support electrodes P01, P02 Electrode patterns P1 to P5; P31, P32; P51 to P54; ~ P64 Electrode pattern R1 ~ R4 Resistance R41 ~ R46 Piezoresistor

Claims (9)

リング状の振動子と、
前記振動子に設けられるバイアス電路と、
前記リング状の振動子が形成される面を直交方向に通過する磁束を発生する磁束発生手段と、
前記磁束発生手段に一定方向の磁界を発生させ、かつ前記バイアス電路に交番電流を与えることで、または前記バイアス電路に一定方向の電流を与え、かつ前記磁束発生手段に交番磁界を発生させることで、前記振動子を予め定める共振周波数で同心円状に膨縮させる振動印加手段と、
前記振動子上に区間分割して形成され、ピエゾ抵抗を有する検知電路と、
前記振動子に与えられたその軸回りの角速度に対する該振動子の変形による前記検知電路の各区間の抵抗値変化から、コリオリカを検出し、前記コリオリカと前記共振周波数とに基づいて前記角速度を算出する角速度算出手段とを含むことを特徴とするジャイロセンサ。
A ring-shaped vibrator,
A bias electric circuit provided in the vibrator;
Magnetic flux generating means for generating a magnetic flux passing in a direction orthogonal to the surface on which the ring-shaped vibrator is formed,
By generating a magnetic field in a certain direction in the magnetic flux generating means and applying an alternating current to the bias electric circuit, or applying an electric current in a predetermined direction to the bias electric circuit and generating an alternating magnetic field in the magnetic flux generating means. Vibration applying means for expanding and contracting the vibrator concentrically at a predetermined resonance frequency;
A detection electric circuit having a piezoresistor formed by dividing into sections on the vibrator,
Coriolis is detected from a change in resistance value of each section of the detection electric circuit due to deformation of the vibrator with respect to the angular velocity around the axis given to the vibrator, and the angular velocity is calculated based on the Coriolis and the resonance frequency. And a gyro sensor for calculating the angular velocity.
前記振動子は、前記検知電路が形成された伸縮自在の4本の支持ビームによって、枠状のフレーム内に懸架されることを特徴とする請求項1記載のジャイロセンサ。   2. The gyro sensor according to claim 1, wherein the vibrator is suspended in a frame-like frame by four telescopic support beams on which the detection electric circuit is formed. 前記ピエゾ抵抗は、リング状の振動子の中心に対して、点対称となる位置に形成されることを特徴とする請求項2記載のジャイロセンサ。   3. The gyro sensor according to claim 2, wherein the piezoresistor is formed at a point-symmetrical position with respect to the center of the ring-shaped vibrator. 前記検知電路は、2経路に分割されて、それぞれにピエゾ抵抗を有することを特徴とする請求項2または3記載のジャイロセンサ。   4. The gyro sensor according to claim 2, wherein the detection electric circuit is divided into two paths and each has a piezoresistor. 前記振動子は、径方向に変化する部分が無い大略リング状に形成されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のジャイロセンサ。   5. The gyro sensor according to claim 1, wherein the vibrator is formed in a substantially ring shape having no portion that changes in a radial direction. 前記振動子のリングを、その厚み方向に複数形成し、および/または同心円状に複数形成することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のジャイロセンサ。   The gyro sensor according to claim 1, wherein a plurality of rings of the vibrator are formed in a thickness direction thereof and / or a plurality of concentric rings are formed. 前記振動子に、リング駆動検知用のピエゾ抵抗をさらに備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のジャイロセンサ。   The gyro sensor according to claim 1, wherein the vibrator further includes a piezoresistor for detecting a ring drive. 前記振動子には、前記バイアス電路および検知電路とは電気的に絶縁され、該振動子の面方向に広がる第1の支持電極を有し、
前記振動子を内部に封止する封止部材において、前記第1の支持電極に対応する部分には第2の支持電極を有し、
前記第1の支持電極と第2の支持電極との間に電圧を印加することで、静電力によって前記振動子を面方向の規定位置に保持する保持手段をさらに備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のジャイロセンサ。
The vibrator has a first support electrode that is electrically insulated from the bias circuit and the detection circuit and extends in a surface direction of the vibrator,
In the sealing member for sealing the vibrator inside, the portion corresponding to the first support electrode has a second support electrode,
The apparatus further comprises holding means for holding the vibrator at a specified position in a plane direction by electrostatic force by applying a voltage between the first support electrode and the second support electrode. The gyro sensor according to any one of 1 to 7.
振動子をリング状に形成し、
前記振動子を予め定める共振周波数で同心円状、すなわち径方向に膨縮させ、
前記振動子の軸回りの角速度に対する該振動子の変形からコリオリカを検出し、
前記コリオリカと前記共振周波数とに基づいて前記角速度を算出することを特徴とする角速度検出方法。
The vibrator is formed in a ring shape,
The vibrator is concentrically shaped at a predetermined resonance frequency, that is, radially expanded and contracted,
Coriolis is detected from the deformation of the vibrator with respect to the angular velocity around the axis of the vibrator,
An angular velocity detection method, wherein the angular velocity is calculated based on the Coriolis and the resonance frequency.
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