JP2006071477A - Angular velocity sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、第1の方向に振動可能な駆動用振動子と、第1の方向とは直交する第2の方向に振動可能な角速度検出用振動子とを備える角速度センサに関する。 The present invention relates to an angular velocity sensor including a driving vibrator capable of vibrating in a first direction and an angular velocity detecting vibrator capable of vibrating in a second direction orthogonal to the first direction.
一般に、この種の角速度センサは、支持基板と、この支持基板に第1の方向に振動可能に支持された駆動用振動子と、支持基板に第1の方向とは直交する第2の方向に振動可能に支持された角速度検出用振動子と、を備えて構成されている(たとえば、特許文献1参照)。
本発明者は、上記したような従来の角速度センサについて、試作を行い検討した。図4は、その試作品としての角速度センサの概略平面構成を示す図である。 The inventor made a trial manufacture and examined the conventional angular velocity sensor as described above. FIG. 4 is a diagram showing a schematic plan configuration of an angular velocity sensor as a prototype.
この角速度センサは、シリコン基板等の半導体基板10に、エッチング等の周知の半導体製造技術を用いて溝を形成することにより、図4に示されるように、振動子30、40を含む可動部25、および各電極60、70、80を区画形成してなる。
In this angular velocity sensor, a
可動部25は、駆動用振動子30と、角速度検出用振動子40と、これら両振動子30、40を連結する駆動梁35と、角速度検出用振動子40を基板10に連結する検出梁45とを備えて構成されている。
The
駆動用振動子30は、図4中のx方向に延びる錘部31とこの錘部31の両側においてy方向に延びる複数本の延設部32とを備えて構成されている。
The
また、角速度検出用振動子40は、図4中のx方向(以下、第1の方向xという)において駆動用振動子30の錘部31の両外側に2個設けられており、y方向(以下、第2の方向yという)へ沿って延びる細長形状をなしている。
In addition, two angular
ここで、駆動用振動子30の錘部31の両端部は、駆動梁35を介して角速度検出用振動子40に連結されている。そして、この角速度検出用振動子40は、基板10への固定部であるアンカー部50に対して検出梁45を介して連結されている。これにより、可動部25は、4個の検出梁45をアンカー部50に連結することで、基板10の基板面と平行な方向に動くことができるようになっている。
Here, both ends of the
ここで、駆動梁35は、第1の方向xへ自由度を持ち、検出梁45は、第2の方向yへ自由度を持つ。このような各梁35、45の構成により、駆動用振動子30は、第1の方向xに振動可能な状態で支持基板11に支持された形となり、角速度検出用振動子40は、第1の方向xとは直交する第2の方向yに振動可能な状態で支持基板11に支持された形となっている。
Here, the
また、図4に示されるように、駆動用振動子30の各延設部32の側面には、基板10に固定された駆動用固定電極60が対向して配置されている。また、角速度検出用振動子40の外側の側面には、基板10に固定された角速度検出用固定電極70が対向して配置されている。
Further, as shown in FIG. 4, a driving
なお、図4に示される角速度センサにおいては、駆動用振動子30には、基板10に固定された振動検出用固定電極80が対向して配置されている。この振動検出用固定電極80は、駆動用振動子30の第1の方向xへの駆動振動をモニタリングするためのモニタ電極として構成される。
In the angular velocity sensor shown in FIG. 4, a vibration detecting
このような角速度センサの検出動作について述べる。検出動作は、各パッド50a、60a、70a、80aおよび各電極60〜80を介して行われる。
The detection operation of such an angular velocity sensor will be described. The detection operation is performed via each
まず、駆動用固定電極60を介して、駆動用振動子30を第1の方向xへ駆動振動させる。この駆動振動のもと第1の方向xおよび第2の方向yとは直交する軸z回りに角速度Ωが印加されたときに、駆動用振動子30に加わるコリオリ力によって角速度検出用振動子40が第2の方向yへ検出振動する。
First, the
この角速度検出用振動子40の検出振動によって、角速度検出用振動子40と角速度検出用固定電極70との間の距離が変化し、それによる両者間の容量変化に基づいて角速度Ωの検出を行うようにしている。
The distance between the angular
このような構成の角速度センサにおいては、駆動振動時には、駆動用振動子30のみが振動することが好ましい。
In the angular velocity sensor having such a configuration, it is preferable that only the driving
しかし、角速度検出用振動子40は第2の方向yへ沿って延びる形状をなしているため、この角速度検出用振動子40に対して駆動用振動子30からの振動がわずかながらも伝わり、角速度検出用振動子40は、その幅方向すなわち第1の方向xに沿ってたわむ可能性がある。
However, since the angular
上述したように、角速度検出用振動子40は、角速度検出用固定電極70との間の容量変化によって出力を行うのであるが、角速度検出用振動子40が上記のように、たわんでしまうと、そのたわみによる上記容量変化が生じ、本来検出すべき角速度成分以外の成分も検出してしまい、出力誤差につながる。
As described above, the angular
このことを具体的に言うと、角速度検出用振動子40が第1の方向xにたわむと、それに伴い、角速度検出用振動子40は第2の方向yへも変形する。すると、角速度検出用振動子40と角速度検出用固定電極70との間の第2の方向yに沿った距離(間隔)が変わる。そして、この距離変化によって上記容量変化が生じる。
Specifically, when the angular
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、互いに直交する方向に振動可能なように支持基板に支持された駆動用振動子および角速度検出用振動子を備える角速度センサにおいて、駆動用振動子の駆動振動によって角速度検出用振動子がたわみ、出力誤差を発生することを極力防止することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in an angular velocity sensor including a driving vibrator and an angular velocity detection vibrator supported on a support substrate so as to be able to vibrate in directions orthogonal to each other, the driving vibration is provided. An object of the present invention is to prevent the angular velocity detecting vibrator from being bent by the driving vibration of the child and generating an output error as much as possible.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、支持基板(11)と、支持基板(11)に第1の方向(x)に振動可能に支持された駆動用振動子(30)と、支持基板(11)に第1の方向(x)とは直交する第2の方向(y)に振動可能に支持された角速度検出用振動子(40)と、を備える角速度センサにおいて、次のような点を特徴としている。 To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a support substrate (11) and a driving vibrator (30) supported by the support substrate (11) so as to vibrate in the first direction (x). And an angular velocity detecting vibrator (40) supported on the support substrate (11) so as to vibrate in a second direction (y) orthogonal to the first direction (x). It features the following points.
・角速度検出用振動子(40)は、第2の方向(y)に自由度を持つ検出梁(45)を介して支持基板(11)に連結されて支持されるとともに、第2の方向(y)へ沿って延びる形状をなしていること。 The vibrator for detecting angular velocity (40) is connected to and supported by the support substrate (11) via a detection beam (45) having a degree of freedom in the second direction (y), and the second direction ( It has a shape extending along y).
・駆動用振動子(30)は、第1の方向(x)に自由度を持つ駆動梁(35)を介して角速度検出用振動子(40)に連結されて支持されていること。 The driving vibrator (30) is connected to and supported by the angular velocity detecting vibrator (40) via a driving beam (35) having a degree of freedom in the first direction (x).
・駆動用振動子(30)の第1の方向(x)への振動のもと第1の方向(x)および第2の方向(y)とは直交する軸(z)回りに角速度が印加されたときに、駆動用振動子(30)に加わるコリオリ力によって角速度検出用振動子(40)が第2の方向(y)へ振動し、この角速度検出用振動子(40)の振動に基づいて角速度の検出を行うようにしていること。 An angular velocity is applied about an axis (z) orthogonal to the first direction (x) and the second direction (y) under the vibration of the driving vibrator (30) in the first direction (x). The angular velocity detecting vibrator (40) vibrates in the second direction (y) due to the Coriolis force applied to the driving vibrator (30), and based on the vibration of the angular velocity detecting vibrator (40). To detect the angular velocity.
・角速度検出用振動子(40)における第2の方向(y)に沿った長さLと第1の方向(x)に沿った幅Wとの比(W/L)が、0.1以上であること。本発明は、これらの点を特徴としている。 The ratio (W / L) of the length L along the second direction (y) and the width W along the first direction (x) in the angular velocity detecting vibrator (40) is 0.1 or more Be. The present invention is characterized by these points.
本発明は、上記図4に示されるような構成の角速度センサについて、本発明者が行ったFEM(有限要素法)解析の結果に基づくものであり、その解析によれば、比(W/L)が、0.1以上であれば、駆動用振動子(30)の駆動振動による角速度検出用振動子(40)の第2の方向(y)へのたわみ量を、実用上問題ない程度まで小さくすることができる(図3参照)。 The present invention is based on the result of FEM (finite element method) analysis performed by the present inventor for the angular velocity sensor having the configuration as shown in FIG. 4, and according to the analysis, the ratio (W / L ) Is 0.1 or more, the deflection amount in the second direction (y) of the angular velocity detecting vibrator (40) due to the driving vibration of the driving vibrator (30) is reduced to a level that does not cause a problem in practice. It can be made smaller (see FIG. 3).
よって、本発明によれば、互いに直交する方向(x、y)に振動可能なように支持基板(11)に支持された駆動用振動子(30)および角速度検出用振動子(40)を備える角速度センサにおいて、駆動用振動子(30)の駆動振動によって角速度検出用振動子(40)がたわみ、出力誤差を発生することを極力防止できる。 Therefore, according to the present invention, the driving vibrator (30) and the angular velocity detecting vibrator (40) supported by the support substrate (11) so as to vibrate in directions (x, y) orthogonal to each other are provided. In the angular velocity sensor, it is possible to prevent the angular velocity detecting vibrator (40) from being bent by the driving vibration of the driving vibrator (30) and generating an output error as much as possible.
ここで、請求項2に記載の発明のように、請求項1に記載の角速度センサにおいては、角速度検出用振動子(40)における比(W/L)をxで表し、駆動用振動子(30)の第1の方向(x)への振動時における角速度検出用振動子(40)の第2の方向(y)への変位量を単位をmmとしてYで表したとき、比xと変位量Yとが、次の数式2にて示される関係を満足しているものにできる。 Here, as in the invention according to claim 2, in the angular velocity sensor according to claim 1, the ratio (W / L) in the angular velocity detecting vibrator (40) is represented by x, and the driving vibrator ( 30) When the amount of displacement of the angular velocity detecting vibrator (40) in the second direction (y) during vibration in the first direction (x) is expressed in units of mm, the ratio x and the displacement The amount Y can satisfy the relationship expressed by the following formula 2.
(数2)
Y=0.0148x4−0.0076x3+0.0015x2−0.0001x+6×10-6
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
(Equation 2)
Y = 0.0148x 4 −0.0076x 3 + 0.0015x 2 −0.0001x + 6 × 10 −6
In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互および上記図4において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments and in FIG. 4, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings for the sake of simplicity.
図1は、本発明の実施形態に係る容量型の角速度センサ100の模式的な平面図であり、図2は、図1中のA−A線に沿った概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic plan view of a capacitive
本角速度センサ100は、シリコン基板等の半導体基板10よりなり、この半導体基板10に、エッチング等の周知の半導体製造技術を用いて溝を形成することにより、図1に示されるように、外周部に枠部20、その内周部に振動子30、40を含む可動部25、および各電極60、70、80が区画形成されている。
The
具体的には、図2に示されるように、半導体基板10は、支持基板としての第1の半導体層11とその上の第2の半導体層12との間にシリコン酸化膜などの絶縁膜13を挟んでなるSOI(シリコンオンインシュレータ)基板である。
Specifically, as shown in FIG. 2, the
そして、この半導体基板10において、第2の半導体層12の表面から、トレンチエッチングおよびリリースエッチングを施すことにより、第2の半導体層12に対して、上記したような区画された枠部20、可動部25、および各固定電極60〜80が形成されている。
Then, in this
これら各部のうち枠部20および各固定電極60〜80は、図2に示されるように、絶縁膜13を介して、支持基板としての第1の半導体層11に支持され固定されている。つまり、枠部20および各固定電極60〜80は、支持基板11(つまり基板10)に固定された固定部に相当するものである。
Among these portions, the
可動部25は、駆動用振動子30と、角速度検出用振動子40と、これら両振動子30、40を連結する駆動梁35と、角速度検出用振動子40と支持基板としての第1の半導体層11とを連結する検出梁45とを備えて構成されている。
The
駆動用振動子30は、図1中のx方向に延びる錘部31とこの錘部31の両側においてy方向に延びる延設部32とを備えて構成されている。本例では、延設部32は錘部31の上側に4本、下側に4本の計8本設けられている。
The driving
また、角速度検出用振動子40は、図1中のx方向(以下、第1の方向xという)において駆動用振動子30の錘部31の両外側に2個設けられており、y方向(以下、第2の方向yという)へ沿って延びる細長形状をなしている。
Further, two angular
本実施形態では、この角速度検出用振動子40における第2の方向yに沿った長さLと第1の方向xに沿った幅Wとの比(W/L)を、0.1以上とした独自の構成を採用している。この比(W/L)を0.1以上とした根拠については後述する。
In the present embodiment, the ratio (W / L) of the length L along the second direction y and the width W along the first direction x in the angular
ここで、駆動用振動子30の錘部31の両端部は、駆動梁35を介して角速度検出用振動子40に連結されている。図1に示されるように、本例では4個の駆動梁35により駆動用振動子30と角速度検出用振動子40とが連結されている。
Here, both ends of the
そして、この角速度検出用振動子40は、支持基板11への固定部であるアンカー部50に対して検出梁45を介して連結されている。このアンカー部50は、図2に示される枠部20などと同様に、絶縁膜13を介して、支持基板としての第1の半導体層11に支持され固定されている。
The angular
本例では、図1に示されるように、アンカー部50は4個設けられており、それぞれのアンカー部50に対して検出梁45が片持梁として連結されている。これにより、可動部25は、4個の検出梁45をアンカー部50を介して支持基板11に連結することで、支持基板11上に浮遊するように支持されている。
In this example, as shown in FIG. 1, four
さらに言うならば、角速度検出用振動子40は、検出梁45を介して支持基板11に連結支持されており、駆動用振動子30は、駆動用振動子30は角速度検出用振動子40および検出梁45を介在させてはいるが、駆動梁35を介して支持基板11に連結されている。
More specifically, the angular
ここで、駆動梁35は、第1の方向xへ自由度を持つ。本例では、駆動梁35は、図1に示されるように、複数の梁を有しており、実質的に第1の方向xのみへバネ変形可能なものである。
Here, the
また、検出梁45は、第2の方向yへ自由度を持つ。本例では、検出梁45は、図1に示されるように、x方向へ延びる梁形状をなすものであり、実質的に第2の方向yのみへバネ変形可能なものである。なお、駆動梁35と検出梁45とでは共振周波数は異なっている。
The
このような各梁35、45の構成により、駆動用振動子30は、第1の方向xに振動可能な状態で支持基板11に支持された形となり、角速度検出用振動子40は、第1の方向xとは直交する第2の方向yに振動可能な状態で支持基板11に支持された形となる。そのため、可動部25は、支持基板11の基板面に平行な方向に動くことができる。
With such a configuration of the
また、可動部25を片持支持する検出梁45が連結されている各アンカー部50には、角速度検出用のパッド50aが形成され、このパッド50aと検出梁45とは電気的に接続されている。この角速度検出用のパッド50aを通じて、駆動用振動子30および角速度検出用振動子40に対して所定電圧が印加できるようになっている。
In addition, an angular
また、図1に示されるように、駆動用振動子30の各延設部32の側面には、支持基板11に固定された駆動用固定電極60が対向して配置されている。そして、駆動用振動子30の延設部32と駆動用固定電極60とが対向する部位においては、たがいの対向面から相手側に向かって櫛歯状に突出する櫛歯部が、互いの櫛歯がかみ合うように設けられている。
Further, as shown in FIG. 1, the driving fixed
各駆動用固定電極60は、枠部20の近傍に設けられた駆動用パッド60aに電気的に接続されている。そして、この駆動用パッド60aを通して、駆動用固定電極60に駆動電圧が印加されるようになっている。
Each driving fixed
また、図1に示されるように、角速度検出用振動子40の外側の側面には、支持基板11に固定された角速度検出用固定電極70が対向して配置されている。ここでは、各角速度検出用振動子40の1個につき上下に2個ずつの角速度検出用固定電極70が設けられている。
As shown in FIG. 1, the angular velocity detection fixed
そして、角速度検出用振動子40と角速度検出用固定電極70とが対向する部位においては、たがいの対向面から相手側に向かって櫛歯状に突出する櫛歯部が、互いの櫛歯がかみ合うように設けられている。
Then, at the portion where the angular
各角速度検出用固定電極70は、枠部20の近傍に設けられた角速度検出用パッド70aに電気的に接続されている。そして、この角速度検出用パッド70aを通して、角速度検出用固定電極70の電位が測れるようになっている。
Each angular velocity detection fixed
また、図1に示されるように、駆動用振動子30には、支持基板11に固定された振動検出用固定電極80が対向して配置されている。ここでは、振動検出用固定電極80は、駆動用固定電極60よりも外側の位置において、上下に2つずつ、合計4個備えられている。
Further, as shown in FIG. 1, a vibration detecting fixed
そして、駆動用振動子30と振動検出用固定電極80とが対向する部位においては、たがいの対向面から相手側に向かって櫛歯状に突出する櫛歯部が、互いの櫛歯がかみ合うように設けられている。
And in the site | part which the vibrator |
各振動検出用固定電極80は、枠部20の近傍に設けられた振動検出用パッド80aに電気的に接続されている。そして、この振動検出用パッド80aを通して、振動検出用固定電極80の電位が測れるようになっている。
Each vibration detection fixed
なお、枠部20は、上記振動子30、40を含む可動部25および各固定電極60、70、80を囲むように構成されているが、この枠部20は、図示しないパッドなどを介して、GND電位に保持されるようになっている。このような構成により、本実施形態の角速度センサ100が構成されている。
The
次に、本実施形態の角速度センサ100の駆動方法について説明する。
Next, a driving method of the
本実施形態の角速度センサ100は、駆動用固定電極60が電気的に接続された駆動用パッド60aに対して所望の駆動電圧を印加することによって駆動される。
The
駆動電圧が駆動用パッド60aに印加されると、駆動電圧の交流成分の周期的な変動に伴って、駆動用固定電極60と駆動用振動子30の延設部32との間に形成される容量による吸引力が発生する。これにより、駆動梁35が撓み、駆動用振動子30が第1の方向xに振動、すなわち駆動振動させられる。
When the driving voltage is applied to the
このとき、この駆動振動に応じて振動検出用固定電極80における櫛歯部と駆動用振動子30における櫛歯部とのオーバラップ量が変動することから、これらによって形成される容量が変化する。
At this time, the amount of overlap between the comb tooth portion of the vibration detecting fixed
この容量変化を振動検出用固定電極80が接続された振動検出用パッド80aの電位から測定することで、駆動振動の大きさをモニタリングすることが可能となる。このため、駆動振動の大きさが所望の値となるように、駆動振動の大きさに合わせて駆動電圧をフィードバック制御する。
By measuring this change in capacitance from the potential of the
この駆動振動が行われている状態において、方向xおよびyと直交する回転軸z回りの角速度Ωが入力されると、コリオリ力が発生し、検出梁45のたわみにより、駆動用振動子30および角速度検出用振動子40を含む可動部25全体が、第2の方向yに沿って検出振動を行う。
When an angular velocity Ω about the rotation axis z orthogonal to the directions x and y is input in a state where the drive vibration is performed, a Coriolis force is generated, and the deflection of the
これにより、角速度検出用振動子40に備えられた櫛歯部と角速度検出用固定電極70に備えられた櫛歯部との間の間隔が変化し、これらによって形成される容量が変化する。そして、この容量の変化に伴って角速度検出用固定電極70の電位が変化するため、この電位を測定することにより、角速度Ωを検出することが可能となる。
Thereby, the space | interval between the comb-tooth part provided in the vibrator |
ところで、本実施形態によれば、支持基板11と、支持基板11に第1の方向xに振動可能に支持された駆動用振動子30と、支持基板11に第1の方向xとは直交する第2の方向yに振動可能に支持された角速度検出用振動子40と、を備える角速度センサ100において、次のような点を特徴としている。
By the way, according to the present embodiment, the
・角速度検出用振動子40は、第2の方向yに自由度を持つ検出梁45を介して支持基板11に連結されて支持されるとともに、第2の方向yへ沿って延びる形状をなしていること。
The angular
・駆動用振動子30は、第1の方向xに自由度を持つ駆動梁35を介して角速度検出用振動子40に連結されて支持されていること。
The driving
・駆動用振動子30の第1の方向xへの振動のもと軸z回りに角速度Ωが印加されたときに、駆動用振動子30に加わるコリオリ力によって角速度検出用振動子40が第2の方向yへ振動し、この角速度検出用振動子40の振動に基づいて角速度Ωの検出を行うようにしていること。
When the angular velocity Ω is applied around the axis z under the vibration of the driving
・角速度検出用振動子40における第2の方向yに沿った長さLと第1の方向xに沿った幅Wとの比(W/L)が、0.1以上であること。本実施形態は、これらの点を特徴としている。
The ratio (W / L) of the length L along the second direction y to the width W along the first direction x in the vibrator for detecting
上記した比(W/L)が、0.1以上であることの根拠について述べる。 The basis for the above ratio (W / L) being 0.1 or more will be described.
上述したように、角速度検出用振動子40が第2の方向yへ沿って延びる形状をなしている場合、この角速度検出用振動子40に対して駆動用振動子30からの振動が伝わり、角速度検出用振動子40は、その幅方向すなわち第1の方向xに沿ってたわむ可能性がある。
As described above, when the angular
角速度検出用振動子40が第1の方向xにたわむと、それに伴い、角速度検出用振動子40は第2の方向yへも変形する。すると、角速度検出用振動子40と角速度検出用固定電極70との間の第2の方向yに沿った距離(間隔)が変わるため、両者40、70間の容量変化が生じ、本来検出すべき角速度成分以外の成分も検出してしまい、出力誤差につながる。
When the angular
角速度検出用振動子40の第1の方向xに沿ったたわみを抑制し、それに伴う角速度検出用振動子40の第2の方向yへの変位を抑制するためには、角速度検出用振動子40の第1の方向xに沿った幅Wを大きくし、同方向xへの剛性を大きくしてやればよいと考えられる。
In order to suppress the deflection along the first direction x of the angular
しかし、単純に幅を長くするといっても、角速度検出用振動子40の長さLも考慮した上で、幅Wを大きくしなければ、角速度検出用振動子40の第1の方向xへの剛性は大きくならない。
However, even if the width is simply increased, the length L of the angular
そこで、角速度検出用振動子40の第1の方向xへの剛性のパラメータとして、角速度検出用振動子40における第2の方向yに沿った長さLと第1の方向xに沿った幅Wとの比(W/L)を採用することとした(図1参照)。
Accordingly, as the parameters of the rigidity of the angular
そして、FEM(有限要素法)解析を行い、駆動振動における、この比(W/L)と、角速度検出用振動子40の第2の方向yへの変位との関係を調べた。この解析において、駆動振動については、たとえば、駆動用振動子30の第1の方向xへの駆動振動の周期は数kHz程度にすることができる。
Then, FEM (finite element method) analysis was performed, and the relationship between this ratio (W / L) in driving vibration and the displacement of the angular
図3は、このFEM解析による駆動振動における比(W/L)と、角速度検出用振動子40の第2の方向yへの変位(すなわちy方向変位)との関係を調査した結果を示す図である。図3では、比(W/L)をxで表して横軸にとり、y方向変位量を単位をmmとしてYで表して縦軸にとっている。
FIG. 3 is a diagram showing a result of investigating the relationship between the ratio (W / L) in the drive vibration by the FEM analysis and the displacement of the angular
図3に示されるように、本実施形態の角速度センサ100においては、比xと変位量Yとが、次の数式3にて示される関係を満足している。
As shown in FIG. 3, in the
(数3)
Y=0.0148x4−0.0076x3+0.0015x2−0.0001x+6×10-6
そして、本発明者の検討によれば、変位量Yは、5×10-7〜6×10-7mm程度よりも小さければ、角速度検出用振動子40と角速度検出用固定電極70との間の容量変化が問題ない程度まで小さいものになる。
(Equation 3)
Y = 0.0148x 4 −0.0076x 3 + 0.0015x 2 −0.0001x + 6 × 10 −6
According to the study of the present inventor, if the displacement amount Y is smaller than about 5 × 10 −7 to 6 × 10 −7 mm, the angular
そこで、図3に示されるように、比(W/L)が、0.1以上であれば、駆動用振動子30の駆動振動による角速度検出用振動子40の第2の方向yへのたわみ量Yを、実用上問題ない程度まで小さくすることができる。
Therefore, as shown in FIG. 3, if the ratio (W / L) is 0.1 or more, the deflection in the second direction y of the angular
以上述べてきたように、本実施形態によれば、互いに直交する方向x、yに振動可能なように支持基板11に支持された駆動用振動子30および角速度検出用振動子40を備える角速度センサ100において、駆動用振動子30の駆動振動によって角速度検出用振動子40がたわみ、出力誤差を発生することを極力防止できる。
As described above, according to the present embodiment, the angular velocity sensor including the driving
(他の実施形態)
なお、上記図1に示される角速度センサは、本発明の角速度センサの一実施形態を示すものであり、これに限定されるものではない。
(Other embodiments)
The angular velocity sensor shown in FIG. 1 shows an embodiment of the angular velocity sensor of the present invention, and is not limited to this.
要するに、本発明は、互いに直交する方向に振動可能なように支持基板に支持された駆動用振動子および角速度検出用振動子を備え、支持基板には検出梁を介して角速度検出用振動子が連結され、さらに角速度検出用振動子には駆動梁を介して駆動用振動子が連結されており、且つ、角速度検出用振動子がその振動方向に沿って延びる形状を有する角速度センサならば、適用可能である。 In short, the present invention includes a driving vibrator and an angular velocity detection vibrator supported on a support substrate so as to be able to vibrate in directions orthogonal to each other, and the angular velocity detection vibrator is provided on the support substrate via a detection beam. Applicable to any angular velocity sensor that is connected and further connected to the angular velocity detecting transducer via a driving beam, and the angular velocity detecting transducer extends along the vibration direction. Is possible.
そして、本発明は、そのような角速度センサにおいて、上記比(W/L)を0.1以上としたことを要部とするものであり、その他の部分については、適宜設計変更が可能である。 In the angular velocity sensor according to the present invention, the ratio (W / L) is set to be 0.1 or more, and the other parts can be appropriately changed in design. .
11…支持基板、30…駆動用振動子、35…駆動梁、
40…角速度検出用振動子、45…検出梁、
L…角速度検出用振動子における第2の方向に沿った長さ、
W…角速度検出用振動子における第1の方向に沿った幅、
x…第1の方向、y…第2の方向、z…角速度の回転軸。
DESCRIPTION OF
40 ... vibrator for detecting angular velocity, 45 ... detection beam,
L: Length along the second direction in the vibrator for detecting angular velocity,
W: the width along the first direction of the vibrator for detecting angular velocity,
x: first direction, y: second direction, z: rotation axis of angular velocity.
Claims (2)
前記支持基板(11)に第1の方向(x)に振動可能に支持された駆動用振動子(30)と、
前記支持基板(11)に第1の方向(x)とは直交する第2の方向(y)に振動可能に支持された角速度検出用振動子(40)と、を備える角速度センサにおいて、
前記角速度検出用振動子(40)は、前記第2の方向(y)に自由度を持つ検出梁(45)を介して前記支持基板(11)に連結されて支持されるとともに、前記第2の方向(y)へ沿って延びる形状をなしており、
前記駆動用振動子(30)は、前記第1の方向(x)に自由度を持つ駆動梁(35)を介して前記角速度検出用振動子(40)に連結されて支持されており、
前記駆動用振動子(30)の前記第1の方向(x)への振動のもと前記第1の方向(x)および前記第2の方向(y)とは直交する軸(z)回りに角速度が印加されたときに、前記駆動用振動子(30)に加わるコリオリ力によって前記角速度検出用振動子(40)が前記第2の方向(y)へ振動し、この前記角速度検出用振動子(40)の振動に基づいて前記角速度の検出を行うようにしており、
前記角速度検出用振動子(40)における前記第2の方向(y)に沿った長さLと前記第1の方向(x)に沿った幅Wとの比(W/L)が、0.1以上であることを特徴とする角速度センサ。 A support substrate (11);
A driving vibrator (30) supported on the support substrate (11) so as to vibrate in a first direction (x);
An angular velocity sensor comprising: an angular velocity detecting vibrator (40) supported on the support substrate (11) so as to vibrate in a second direction (y) orthogonal to the first direction (x).
The angular velocity detecting transducer (40) is connected to and supported by the support substrate (11) via a detection beam (45) having a degree of freedom in the second direction (y), and the second Has a shape extending along the direction (y) of
The driving vibrator (30) is connected to and supported by the angular velocity detecting vibrator (40) via a driving beam (35) having a degree of freedom in the first direction (x).
Under the vibration of the driving vibrator (30) in the first direction (x), the first direction (x) and the second direction (y) are about an axis (z) orthogonal to the first direction (x). When an angular velocity is applied, the angular velocity detecting vibrator (40) vibrates in the second direction (y) by the Coriolis force applied to the driving vibrator (30), and the angular velocity detecting vibrator. The angular velocity is detected based on the vibration of (40),
The ratio (W / L) of the length L along the second direction (y) and the width W along the first direction (x) in the angular velocity detecting vibrator (40) is 0. An angular velocity sensor characterized by being one or more.
前記比xと前記変位量Yとが、次の数式1
(数1)
Y=0.0148x4−0.0076x3+0.0015x2−0.0001x+6×10-6
にて示される関係を満足していることを特徴とする請求項1に記載の角速度センサ。
The ratio (W / L) in the angular velocity detecting vibrator (40) is represented by x, and the angular velocity detecting vibrator when the driving vibrator (30) vibrates in the first direction (x). When the amount of displacement of (40) in the second direction (y) is expressed in Y with the unit as mm
The ratio x and the displacement amount Y are expressed by the following formula 1.
(Equation 1)
Y = 0.0148x 4 −0.0076x 3 + 0.0015x 2 −0.0001x + 6 × 10 −6
The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the relationship expressed by:
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- 2004-09-02 JP JP2004255716A patent/JP2006071477A/en active Pending
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