JP2008190887A - Sensor - Google Patents

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Takami Ishida
貴巳 石田
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor which is improved in characteristics by reducing the static capacitance to be generated on the signal line. <P>SOLUTION: The sensor element is constituted of: two rectangular arms formed by crossing the first arm 2 and the second arm 4 approximately at right angle directions; and a supporting part 6 for supporting the ends of the two first arms 2, wherein first and second driving electrode parts 17a, 17b and first to fourth sensing electrodes 19a, 19b, 20a and 20b are arranged on the second arms, and the first and second driving electrodes 17a, 17b, and the first to fourth sensing electrodes 19a, 19b, 20a and 20b are formed while interposing a piezo electric layer 13 between an upper electrode 15 and a lower electrode 14, an upper signal line 15a is led out of the upper electrode 15, and a lower signal line 14a is led out of the lower electrode 14, moreover they are led out without opposing to each other. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等、各種電子機器に用いる慣性力を検出するセンサに関するものである。   The present invention relates to a sensor that detects inertial force used in various electronic devices such as attitude control and navigation of moving bodies such as aircraft, automobiles, robots, ships, and vehicles.

以下、センサの一つである角速度センサについて説明する。   Hereinafter, an angular velocity sensor which is one of the sensors will be described.

従来の角速度センサは、例えば、音さ形状やH形状やT形状等、各種形状の検出素子を振動させ、コリオリ力の発生に伴う検出素子の歪を電気的に検知して角速度を検出する。   Conventional angular velocity sensors, for example, vibrate detection elements of various shapes such as sound shape, H shape, T shape, etc., and electrically detect distortion of the detection elements accompanying the generation of Coriolis force to detect the angular velocity.

例えば、互いに略直交したX軸とY軸とZ軸において、X軸とY軸とのXY平面に車両を配置した場合、ナビゲーション装置用の角速度センサでは、車両のZ軸周りの角速度を検出している。   For example, when a vehicle is arranged on the XY plane of the X axis and the Y axis on the X axis, the Y axis, and the Z axis substantially orthogonal to each other, the angular velocity sensor for the navigation device detects the angular velocity around the Z axis of the vehicle. ing.

図6は従来の角速度センサの斜視図、図7は同角速度センサのA−A断面図である。   FIG. 6 is a perspective view of a conventional angular velocity sensor, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line AA of the angular velocity sensor.

図6、図7において、従来の角速度センサの検出素子51は音さ形状であって、2本のアーム52と、このアーム52を連結した基部53とを有する。   6 and 7, the detection element 51 of the conventional angular velocity sensor has a sound shape, and includes two arms 52 and a base 53 connecting the arms 52.

2本のアーム52にはアーム52を駆動振動させる駆動電極部54や角速度に起因したアーム52の歪を感知する感知電極部55が配置されており、例えば、各々の駆動電極部54や感知電極部55は圧電層56を介在させた上部電極57と下部電極58から形成されている。また、この駆動電極部54および感知電極部55からは信号線59が引き出され、基部53に形成した電極パッド60まで配置されている。さらに、電極パッド60からワイヤボンディング等を介して検出素子51を実装する実装基板(図示せず)の配線パターンに電気的に接続されている。   The two arms 52 are provided with a drive electrode portion 54 that drives and vibrates the arm 52 and a sense electrode portion 55 that senses the distortion of the arm 52 caused by the angular velocity. For example, each of the drive electrode portions 54 and the sense electrodes The portion 55 is formed of an upper electrode 57 and a lower electrode 58 with a piezoelectric layer 56 interposed. Further, a signal line 59 is drawn from the drive electrode portion 54 and the sensing electrode portion 55, and the electrode pad 60 formed on the base portion 53 is arranged. Furthermore, the electrode pad 60 is electrically connected to a wiring pattern of a mounting substrate (not shown) on which the detection element 51 is mounted via wire bonding or the like.

上記検出素子を、例えば、XY平面に対してZ軸方向に立設し、アーム52をX軸方向に駆動振動させ、Z軸周りの角速度に起因した歪をアーム52で感知することにより、Z軸周りの角速度を検出していた。このような検出素子51では、アーム52の駆動振動面(XZ平面)とアーム52の歪面(YZ平面)とは互いに略直交面となり、また、一方のアーム52と他方のアーム52では歪の方向が逆方向となる(一方のアーム52が正のY軸方向に歪めば、他方のアーム52は負のY軸方向に歪む)。   For example, the detection element is erected in the Z-axis direction with respect to the XY plane, the arm 52 is driven to vibrate in the X-axis direction, and the distortion caused by the angular velocity around the Z-axis is sensed by the arm 52. The angular velocity around the axis was detected. In such a detection element 51, the driving vibration surface (XZ plane) of the arm 52 and the distortion surface (YZ plane) of the arm 52 are substantially orthogonal to each other. The direction is opposite (if one arm 52 is distorted in the positive Y-axis direction, the other arm 52 is distorted in the negative Y-axis direction).

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
特開2005−201652号公報
As prior art document information related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
Japanese Patent Laying-Open No. 2005-201652

上記構成では、駆動電極部54や感知電極部55は圧電層56を介在させた上部電極57と下部電極58から形成されており、この上部電極57および下部電極58からは各々信号線59が引き出されている。   In the above configuration, the drive electrode portion 54 and the sensing electrode portion 55 are formed by the upper electrode 57 and the lower electrode 58 with the piezoelectric layer 56 interposed therebetween, and the signal lines 59 are drawn from the upper electrode 57 and the lower electrode 58, respectively. It is.

すなわち、上部電極57から引き出された信号線59と下部電極58から引き出された信号線59とは、圧電層56を介在させて上下に互いに対向しており、引き廻しの距離が長くなるにつれて、上下に対向する信号線59の間に静電容量が発生し、この静電容量がノイズ成分となって、S/N比を劣化するという問題点を有していた。   That is, the signal line 59 drawn from the upper electrode 57 and the signal line 59 drawn from the lower electrode 58 are opposed to each other vertically with the piezoelectric layer 56 interposed therebetween, and as the routing distance becomes longer, There is a problem in that an electrostatic capacity is generated between the signal lines 59 facing vertically, and this electrostatic capacity becomes a noise component and degrades the S / N ratio.

本発明は上記問題点を解決し、信号線に発生する静電容量を低減して、S/N比の向上を図ったセンサを提供することを目的としている。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a sensor that improves the S / N ratio by reducing the capacitance generated in a signal line.

上記問題点を解決するために本発明は、特に、検出素子は、可撓部と、前記可撓部に配置し前記可撓部を駆動させる駆動電極部と、前記可撓部に配置し前記可撓部の撓みを感知させる感知電極部と、前記駆動電極部および前記感知電極部から各々引き出した信号線とを有し、前記駆動電極部および前記感知電極部は、上部電極と下部電極との間に圧電層を介在させて形成し、前記信号線は前記上部電極および前記下部電極から引き出して形成し、かつ、前記信号線は上下に対向させずに引き出した構成である。   In order to solve the above-described problems, the present invention particularly provides a detection element, a flexible portion, a drive electrode portion that is disposed in the flexible portion and drives the flexible portion, and is disposed in the flexible portion. A sensing electrode unit that senses flexure of the flexible unit; and a signal line drawn from each of the driving electrode unit and the sensing electrode unit. The driving electrode unit and the sensing electrode unit include an upper electrode and a lower electrode, The signal line is formed by being drawn out from the upper electrode and the lower electrode, and the signal line is drawn without facing up and down.

上記構成により、上部電極および下部電極から引き出して形成する信号線は上下に対向させずに引き出しているので、上部電極から引き出す信号線と下部電極から引き出す信号線との間には静電容量が発生しにくく、静電容量に起因したS/N比の劣化を抑制できる。特に、信号線が長くなったとしても、S/N比の劣化を抑制でき、検出精度を向上できるものである。   With the above configuration, the signal lines drawn from the upper electrode and the lower electrode are drawn without being opposed to each other, so that there is a capacitance between the signal line drawn from the upper electrode and the signal line drawn from the lower electrode. It is difficult to generate and S / N ratio deterioration due to capacitance can be suppressed. In particular, even if the signal line becomes longer, the deterioration of the S / N ratio can be suppressed and the detection accuracy can be improved.

図1は本発明の一実施の形態における角速度センサの検出素子の平面図である。   FIG. 1 is a plan view of a detection element of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention.

図1において、本発明の一実施の形態における角速度センサは、角速度を検出する検出素子1を備え、この検出素子1は、第1アーム2を第2アーム4に略直交方向に連結して形成した2つの直交アームを有し、2つの第1アーム2の一端を支持部6にて支持しており、2つの第1アーム2の他端を実装基板(図示せず)に固定している。また、第2アーム4はU字状に折曲して第2アーム4自身と対向する対向部16を設け、その先端には錘部11を連結している。第1アーム2の厚みは第2アーム4の厚みよりも薄く、第1アーム2および第2アーム4は可撓性を有する可撓部である。   In FIG. 1, an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention includes a detection element 1 that detects angular velocity, and this detection element 1 is formed by connecting a first arm 2 to a second arm 4 in a substantially orthogonal direction. The two first arms 2 are supported at one end by the support portion 6 and the other ends of the two first arms 2 are fixed to a mounting board (not shown). . The second arm 4 is bent in a U shape and provided with a facing portion 16 facing the second arm 4 itself, and a weight portion 11 is connected to the tip thereof. The thickness of the 1st arm 2 is thinner than the thickness of the 2nd arm 4, and the 1st arm 2 and the 2nd arm 4 are flexible parts which have flexibility.

この検出素子1は、第1アーム2と支持部6とを略同一直線上に配置しており、互いに直交したX軸、Y軸、Z軸において、第1アーム2をX軸方向に配置した場合、第2アーム4がY軸方向に配置される。   In this detection element 1, the first arm 2 and the support portion 6 are arranged on substantially the same straight line, and the first arm 2 is arranged in the X-axis direction on the X-axis, Y-axis, and Z-axis orthogonal to each other. In this case, the second arm 4 is arranged in the Y-axis direction.

さらに、4つの第2アーム4の内、互いに対向する一方の2つの第2アーム4には錘部11を駆動振動させる第1駆動手段17および前記第2アーム4の駆動振動状態を検知する第1検知手段18を設けるとともに、互いに対向する他方の2つの第2アーム4には第2アーム4の歪を感知する第1感知手段19、第2感知手段20を設けている。   Further, of the four second arms 4, one of the two second arms 4 facing each other has a first driving means 17 for driving and vibrating the weight portion 11 and a first driving means for detecting the driving vibration state of the second arm 4. The first detection means 18 is provided, and the other two second arms 4 facing each other are provided with a first detection means 19 and a second detection means 20 for detecting distortion of the second arm 4.

第1駆動手段17は第2アーム4の錘部11を駆動させるための電極部を有し、第1検知手段18は第2アーム4の駆動状態を検知するための電極部を有し、一方の第2アーム4には、その内周部側に第1駆動電極部17aを配置するとともに外周部側に第2駆動電極部17bを配置し、他方の第2アーム4には、その内周部側に第1検知電極部18aを配置するとともに外周部側に第2検知電極部18bを配置している。また、第1、第2駆動電極部17a、17bは互いに対向配置させるとともに、第1、第2検知電極部18a、18bは互いに対向配置させている。この第1、第2駆動電極部17a、17bおよび第1、第2検知電極部18a、18bは、図2に示すように、圧電層13を介在させた下部電極14と上部電極15とからなる。   The first drive means 17 has an electrode part for driving the weight part 11 of the second arm 4, and the first detection means 18 has an electrode part for detecting the drive state of the second arm 4, The second arm 4 has a first drive electrode portion 17a disposed on the inner peripheral side thereof and a second drive electrode portion 17b disposed on the outer peripheral portion side, and the other second arm 4 has an inner peripheral portion thereof. The first detection electrode part 18a is arranged on the part side and the second detection electrode part 18b is arranged on the outer peripheral part side. The first and second drive electrode portions 17a and 17b are arranged to face each other, and the first and second detection electrode portions 18a and 18b are arranged to face each other. As shown in FIG. 2, the first and second drive electrode portions 17a and 17b and the first and second detection electrode portions 18a and 18b are composed of a lower electrode 14 and an upper electrode 15 with a piezoelectric layer 13 interposed therebetween. .

第1感知手段19および第2感知手段20は、2つの第2アーム4の歪を感知させるための電極部であり、一方の第2アーム4には、その内周部側に第1感知電極部19aを配置するとともに外周部側に第2感知電極部19bを配置しており、他方の第2アーム4には、その内周部側に第3感知電極部20aを配置するとともに外周部側に第4感知電極部20bを配置している。また、第1、第2感知電極部19a、19bは互いに対向配置させるとともに、第3、第4感知電極部20a、20bは互いに対向配置させている。この第1〜第4感知電極部19a、19b、20a、20bは、図2に示すように、圧電層13を介在させた下部電極14と上部電極15とからなる。   The first sensing means 19 and the second sensing means 20 are electrode portions for sensing the strain of the two second arms 4. One of the second arms 4 has a first sensing electrode on its inner peripheral side. The second sensing electrode portion 19b is disposed on the outer peripheral side while the portion 19a is disposed, and the third sensing electrode portion 20a is disposed on the inner peripheral side of the other second arm 4 and the outer peripheral side. The 4th sensing electrode part 20b is arrange | positioned. The first and second sensing electrode portions 19a and 19b are arranged to face each other, and the third and fourth sensing electrode portions 20a and 20b are arranged to face each other. As shown in FIG. 2, the first to fourth sensing electrode portions 19a, 19b, 20a, and 20b include a lower electrode 14 and an upper electrode 15 with a piezoelectric layer 13 interposed therebetween.

さらに、第1、第2駆動電極部17a、17bの下部電極14と上部電極15、第1、第2検知電極部18a、18bの下部電極14と上部電極15、第1〜第4感知電極部19a、19b、20a、20bの下部電極14と上部電極15からは、各々、下部信号線14a、上部信号線15aを引き出している。これらの信号線14a、15aは互いに上下に対向しないように、支持部6の近傍から第1アーム2の他端に向かって、略同一平面上に引き出しており、その端部を電極パッド等(図示せず)に接続している。   Further, the lower electrode 14 and upper electrode 15 of the first and second drive electrode portions 17a and 17b, the lower electrode 14 and upper electrode 15 of the first and second detection electrode portions 18a and 18b, and the first to fourth sensing electrode portions. The lower signal line 14a and the upper signal line 15a are led out from the lower electrode 14 and the upper electrode 15 of 19a, 19b, 20a, and 20b, respectively. These signal lines 14a and 15a are led out on the substantially same plane from the vicinity of the support portion 6 toward the other end of the first arm 2 so as not to face each other up and down, and the end portions thereof are electrode pads or the like ( (Not shown).

特に、第1駆動電極部17aの下部信号線14aと、第2駆動電極部17bの下部信号線14aと、第1感知電極部19aの下部信号線14aと、第2感知電極部19bの下部信号線14aとは互いに同一信号線としており、この下部信号線14aを挟むように、第1、第2駆動電極部17a、17bの上部信号線15aと、第1、第2感知電極部19a、19bの上部信号線15aとを互いに平行に引き出している。   In particular, the lower signal line 14a of the first drive electrode unit 17a, the lower signal line 14a of the second drive electrode unit 17b, the lower signal line 14a of the first sensing electrode unit 19a, and the lower signal of the second sensing electrode unit 19b. The line 14a is the same signal line, and the upper signal line 15a of the first and second drive electrode portions 17a and 17b and the first and second sensing electrode portions 19a and 19b are sandwiched between the lower signal lines 14a. The upper signal lines 15a are led out in parallel with each other.

また、第1検知電極部18aの下部信号線14aと、第2検知電極部18bの下部信号線14aと、第3感知電極部20aの下部信号線14aと、第4感知電極部20bの下部信号線14aとは互いに同一信号線としており、この下部信号線14aを挟むように、第1、第2検知電極部18a、18bの上部信号線15aと、第3、第4感知電極部20a、20bの上部信号線15aとを互いに平行に引き出している。   Further, the lower signal line 14a of the first sensing electrode unit 18a, the lower signal line 14a of the second sensing electrode unit 18b, the lower signal line 14a of the third sensing electrode unit 20a, and the lower signal of the fourth sensing electrode unit 20b. The line 14a is the same signal line, and the upper signal line 15a of the first and second sensing electrode portions 18a and 18b and the third and fourth sensing electrode portions 20a and 20b are sandwiched between the lower signal lines 14a. The upper signal lines 15a are led out in parallel with each other.

次に、同検出素子の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the detection element will be described.

第1に、図3(a)〜(d)に示すように、シリコンからなる基板30上にPtからなる第1導体層31を形成し、この第1導体層31上にPZTからなる圧電層13を形成し、この圧電層13上にAuからなる第2導体層32を形成する。これら、第1導体層31、圧電層13、第2導体層32は、スパッタや蒸着等で形成すればよい。   First, as shown in FIGS. 3A to 3D, a first conductor layer 31 made of Pt is formed on a substrate 30 made of silicon, and a piezoelectric layer made of PZT is formed on the first conductor layer 31. 13 is formed, and a second conductor layer 32 made of Au is formed on the piezoelectric layer 13. These first conductor layer 31, piezoelectric layer 13, and second conductor layer 32 may be formed by sputtering, vapor deposition, or the like.

第2に、図3(e)に示すように、圧電層13を介在させた第1導体層31および第2導体層32にエッチングを施して、所望形状の圧電層13を介在させた下部電極14および上部電極15を形成する。この所望形状の圧電層13を介在させた下部電極14および上部電極15は、上述した検出素子1における第1、第2駆動電極部17a、17b、第1、第2検知電極部18a、18b、第1〜第4感知電極部19a、19b、20a、20bに対応する。   Secondly, as shown in FIG. 3 (e), the first conductor layer 31 and the second conductor layer 32 with the piezoelectric layer 13 interposed therebetween are etched, and the lower electrode with the piezoelectric layer 13 having a desired shape interposed therebetween. 14 and the upper electrode 15 are formed. The lower electrode 14 and the upper electrode 15 with the piezoelectric layer 13 having a desired shape interposed therebetween are the first and second drive electrode portions 17a and 17b, the first and second detection electrode portions 18a and 18b in the detection element 1 described above. This corresponds to the first to fourth sensing electrode portions 19a, 19b, 20a, and 20b.

第3に、図4(a)に示すように、第2導体層32および圧電層13にエッチングを施して、下部電極14の一部を露出させる。   Third, as shown in FIG. 4A, the second conductor layer 32 and the piezoelectric layer 13 are etched to expose a part of the lower electrode 14.

第4に、図4(b)〜(c)に示すように、上部電極15および下部電極14上にCVDやスパッタ、蒸着などにより、SiO2やSiN等の絶縁層33を形成し、この絶縁層33にエッチングを施して、上部電極15の一部および下部電極14の一部を露出させて引き出し部34を形成する。 Fourth, as shown in FIGS. 4B to 4C, an insulating layer 33 such as SiO 2 or SiN is formed on the upper electrode 15 and the lower electrode 14 by CVD, sputtering, vapor deposition, etc. Etching is performed on the layer 33 to expose a part of the upper electrode 15 and a part of the lower electrode 14 to form a lead portion 34.

第5に、図4(c)における引き出し部34を露出させた絶縁層33上に、スパッタ等で導体層を全面に形成するとともにエッチングを施して、図4(d)に示すように、引き出し部34から所定形状の上部信号線15aおよび下部信号線14aを形成する。上部電極15から引き出した上部信号線15aと、下部電極14から引き出した下部信号線14aとが上下対向することなく形成される。   Fifth, a conductor layer is formed on the entire surface of the insulating layer 33 from which the lead-out portion 34 in FIG. 4C is exposed by sputtering or the like and etched, as shown in FIG. 4D. The upper signal line 15a and the lower signal line 14a having a predetermined shape are formed from the portion 34. The upper signal line 15a drawn out from the upper electrode 15 and the lower signal line 14a drawn out from the lower electrode 14 are formed without being vertically opposed.

この際、図4(b)〜(d)のエッチングの施す位置や形状、上部信号線15aおよび下部信号線14aの引き出し方法によって、第1、第2駆動電極部17a、17bの下部電極14から引き出す下部信号線14aと、第1、第2検知電極部18a、18bの下部電極から引き出す上部信号線15aとを同一の信号線としたり、第1、第2駆動電極部17a、17bの各々の下部電極14から引き出す下部信号線14aを同一の信号線としたり、第1〜第4感知電極部19a、19b、20a、20bの各々の下部電極14から引き出す下部信号線14aを同一の信号線としたりできる。   At this time, from the lower electrode 14 of the first and second drive electrode portions 17a and 17b, the position and shape of the etching shown in FIGS. 4B to 4D and the method of extracting the upper signal line 15a and the lower signal line 14a are used. The lower signal line 14a to be drawn and the upper signal line 15a to be drawn from the lower electrodes of the first and second detection electrode portions 18a and 18b are made the same signal line, or each of the first and second drive electrode portions 17a and 17b. The lower signal line 14a drawn from the lower electrode 14 is the same signal line, or the lower signal line 14a drawn from each lower electrode 14 of the first to fourth sensing electrode portions 19a, 19b, 20a, 20b is the same signal line. You can.

上記のように角速度を検出するための駆動・感知信号の特性に問題が無い範囲で、信号線を同一化することにより、端部に形成される電極PAD部の数を必要最小限に留めることが可能となり、素子の小型化を実現することが可能となる。   As described above, the number of electrode PAD portions formed at the end portion is kept to the minimum necessary by making the signal lines the same as long as there is no problem in the characteristics of the driving / sensing signal for detecting the angular velocity. Therefore, it is possible to reduce the size of the element.

最後に、図4(e)に示すように、シリコンからなる基板30にエッチングを施して、上述した形状を有する検出素子1を形成すればよい。第1アーム2および第2アーム4が可撓性を有する可撓部となり、この可撓部に第1、第2駆動電極部17a、17b、第1、第2検知電極部18a、18b、第1〜第4感知電極部19a、19b、20a、20bが配置される。   Finally, as shown in FIG. 4E, the substrate 30 made of silicon may be etched to form the detection element 1 having the above-described shape. The first arm 2 and the second arm 4 become flexible flexible parts, and the first and second drive electrode parts 17a and 17b, the first and second detection electrode parts 18a and 18b, 1st-4th sensing electrode part 19a, 19b, 20a, 20b is arrange | positioned.

なお、上記工程において、エッチングを施す位置や形状を制御すれば、上記形状の検出素子1に限らず、様々な形状の検出素子1を形成できる。   In addition, if the position and shape which etch is controlled in the said process, not only the detection element 1 of the said shape but the detection element 1 of various shapes can be formed.

図5は本発明の一実施の形態における角速度センサの検出素子の動作状態図である。   FIG. 5 is an operation state diagram of the detection element of the angular velocity sensor according to the embodiment of the present invention.

互いに直交したX軸、Y軸、Z軸において、検出素子1の第1アーム2をX軸方向に配置して、第2アーム4をY軸方向に配置した場合、第1、第2駆動電極部17a、17bに共振周波数の交流電圧を印加すると、第2アーム4を起点に第2アーム4が駆動振動し、それに伴って錘部11も第2アーム4の対向方向(実線の矢印と点線の矢印で記した駆動振動方向)に駆動振動する。また、4つの第2アーム4および4つの錘部11の全てが同調して第2アーム4の対向方向に駆動振動する。この検出素子1における駆動振動方向はX軸方向となる。   When the first arm 2 of the detection element 1 is arranged in the X-axis direction and the second arm 4 is arranged in the Y-axis direction on the X, Y, and Z axes orthogonal to each other, the first and second drive electrodes When an AC voltage having a resonance frequency is applied to the parts 17a and 17b, the second arm 4 is driven and oscillated from the second arm 4, and accordingly, the weight part 11 is also opposed to the second arm 4 (solid arrow and dotted line). Drive vibration in the direction indicated by the arrow). Further, all of the four second arms 4 and the four weight portions 11 are synchronously driven and vibrated in a direction opposite to the second arm 4. The driving vibration direction in the detection element 1 is the X-axis direction.

このとき、例えば、Z軸の左回りに角速度が生じた場合は、錘部11の駆動振動と同調して、錘部11に対して駆動振動方向と直交した方向(実線の矢印と点線の矢印で記したコリオリ方向)にコリオリ力が発生するので、第2アーム4にZ軸の左回りの角速度に起因した歪を発生させることができる。この検出素子1のコリオリ方向はY軸方向となる。   At this time, for example, when an angular velocity is generated in the counterclockwise direction of the Z axis, a direction (solid line arrow and dotted line arrow) perpendicular to the drive vibration direction with respect to the weight part 11 is synchronized with the drive vibration of the weight part 11. Since the Coriolis force is generated in the Coriolis direction indicated by (2), distortion caused by the counterclockwise angular velocity of the Z axis can be generated in the second arm 4. The Coriolis direction of the detection element 1 is the Y-axis direction.

実線の矢印で記したコリオリ方向にコリオリ力が発生した場合は、第1〜第4感知電極部19a、19b、20a、20bが設けられた第2アーム4において、第1感知電極部19aと第3感知電極部20aが第2アーム4の縮みを感知するとともに第2感知電極部19bと第4感知電極部20bが第2アーム4の伸びを感知し、点線の矢印で記したコリオリ方向にコリオリ力が発生した場合は、その逆方向の伸び縮みを感知する。   When the Coriolis force is generated in the Coriolis direction indicated by the solid line arrow, the first sensing electrode unit 19a and the first sensing electrode unit 19a are connected to the first sensing electrode unit 19a in the second arm 4 provided with the first to fourth sensing electrode units 19a, 19b, 20a, and 20b. The third sensing electrode unit 20a senses the contraction of the second arm 4, and the second sensing electrode unit 19b and the fourth sensing electrode unit 20b sense the extension of the second arm 4, and coriolis in the Coriolis direction indicated by the dotted arrow. When a force is generated, it senses the expansion and contraction in the opposite direction.

そして、感知した伸び縮みに応じて、第1〜第4感知電極部19a、19b、20a、20bから電圧が出力され、この出力電圧に基づき角速度が検出される。   A voltage is output from the first to fourth sensing electrode portions 19a, 19b, 20a, and 20b according to the sensed expansion / contraction, and the angular velocity is detected based on the output voltage.

一方、Z軸の右回りに角速度が生じた場合は、Z軸の左回りに角速度が生じた場合とは正反対に、第2アーム4の対向部16が伸び縮みし、この伸び縮みを第1〜第4感知電極部19a、19b、20a、20bが感知するので、同様に角速度が検出される。   On the other hand, when the angular velocity is generated clockwise around the Z axis, the opposite portion 16 of the second arm 4 is expanded and contracted in the opposite direction to the case where the angular velocity is generated counterclockwise about the Z axis. Since the fourth sensing electrode portions 19a, 19b, 20a, and 20b sense, the angular velocity is similarly detected.

また、Y軸周りに角速度が生じた場合も、錘部11の駆動振動と同調して、錘部11に対して駆動振動方向と直交した方向(Z軸方向)にコリオリ力が発生するので、第2アーム4にY軸周りの角速度に起因した歪を発生させ、第2アーム4の伸び縮みを第1〜第4感知電極部19a、19b、20a、20bが感知することにより、角速度が検出される。   Also, when an angular velocity occurs around the Y axis, Coriolis force is generated in a direction (Z axis direction) perpendicular to the drive vibration direction with respect to the weight portion 11 in synchronization with the drive vibration of the weight portion 11. The second arm 4 is distorted due to the angular velocity around the Y axis, and the first to fourth sensing electrode portions 19a, 19b, 20a, and 20b sense the angular velocity by detecting the expansion and contraction of the second arm 4. Is done.

なお、Z軸、Y軸周りに角速度が生じた場合に発生する歪は、第1、第2駆動電極部17a、17bおよび第1、第2検知電極部18a、18bが設けられた第2アーム4にも同様に発生するので、第1〜第4感知電極部19a、19b、20a、20bを第1、第2駆動電極部17a、17bおよび第1、第2検知電極部18a、18bが設けられた第2アーム4に配置することも可能である。   The distortion that occurs when angular velocities occur around the Z-axis and Y-axis is the second arm provided with the first and second drive electrode portions 17a and 17b and the first and second detection electrode portions 18a and 18b. 4 also occurs in the same manner, the first to fourth sensing electrode portions 19a, 19b, 20a and 20b are provided with the first and second driving electrode portions 17a and 17b and the first and second sensing electrode portions 18a and 18b. It is also possible to arrange the second arm 4.

上記構成により、下部電極14から引き出して形成する下部信号線14aおよび上部電極15から引き出して形成する上部信号線15aは上下に対向させずに引き出しているので、下部電極14から引き出す下部信号線14aと上部電極15から引き出す上部信号線15aとの間には静電容量が発生しにくく、静電容量に起因したS/N比の劣化を抑制できる。特に、下部信号線14aや上部信号線15aの引き廻し距離が長くなっても、S/N比を劣化させることがない。   With the above configuration, since the lower signal line 14a formed by being drawn out from the lower electrode 14 and the upper signal line 15a formed by being drawn out from the upper electrode 15 are drawn out without facing each other, the lower signal line 14a drawn out from the lower electrode 14 And the upper signal line 15a drawn from the upper electrode 15 are less likely to generate a capacitance, and can suppress the deterioration of the S / N ratio due to the capacitance. In particular, the S / N ratio does not deteriorate even when the routing distance of the lower signal line 14a and the upper signal line 15a is increased.

また、互いに直交したX軸、Y軸、Z軸において、検出素子1の第1アーム2をX軸方向に配置して、第2アーム4をY軸方向に配置した場合、第1、第2駆動電極部17a、17bに共振周波数の交流電圧を印加すると、第1、第2駆動電極部17a、17bが配置された第2アーム4を起点に第2アーム4が駆動振動し、それに伴って錘部も第2アーム4のX軸方向に駆動振動する。   Further, when the first arm 2 of the detection element 1 is arranged in the X-axis direction and the second arm 4 is arranged in the Y-axis direction on the X-axis, Y-axis, and Z-axis orthogonal to each other, the first and second When an AC voltage having a resonance frequency is applied to the drive electrode portions 17a and 17b, the second arm 4 is driven to vibrate starting from the second arm 4 on which the first and second drive electrode portions 17a and 17b are arranged. The weight portion is also driven to vibrate in the X-axis direction of the second arm 4.

このとき、Z軸周りに角速度が生じた場合、錘部11の駆動振動と同調して、錘部11には駆動振動方向と直交した方向にコリオリ力が発生するので、第2アーム4にZ軸周りの角速度に起因した歪を発生させることができ、この歪を検出することにより角速度を検出できる。よって、検出素子1をZ軸方向に立設せずに伏せた状態で、Z軸周りの角速度を検出でき、低背化を図れる。   At this time, when an angular velocity is generated around the Z axis, Coriolis force is generated in the weight portion 11 in a direction orthogonal to the drive vibration direction in synchronization with the drive vibration of the weight portion 11. Distortion caused by the angular velocity around the axis can be generated, and the angular velocity can be detected by detecting this distortion. Therefore, the angular velocity around the Z axis can be detected with the detection element 1 lying down without standing in the Z axis direction, and the height can be reduced.

本発明の実施の形態における検出素子1は、第1アーム2を第2アーム4に略直交方向に連結して形成した2つの直交アームを有し、2つの第1アーム2の一端を支持部6にて支持し、2つの第1アーム2の他端を実装基板(図示せず)に固定した形状としたが、図6、図7に示すような、従来の角速度センサにおける検出素子51の形状、すなわち、2本のアーム52と、このアーム52を連結した基部53とを有する音さ形状であっても同様な効果を生じる。   The detection element 1 in the embodiment of the present invention has two orthogonal arms formed by connecting the first arm 2 to the second arm 4 in a substantially orthogonal direction, and supports one end of the two first arms 2 6 and the other end of the two first arms 2 is fixed to a mounting substrate (not shown). However, the detection element 51 of the conventional angular velocity sensor as shown in FIGS. The same effect can be obtained even in the shape of the sound, that is, the sound shape having the two arms 52 and the base 53 connecting the arms 52.

さらに、本発明の実施の形態における検出素子1は、角速度を検出するものであるが、加速度を検出する部分を形成し、角速度と加速度の両方を検出するものであってもよい。この場合、図1において、アーム2に加速度を検出する加速度検出部を形成すればよい。加速度検出部は、例えば、歪によって抵抗値が変化する歪抵抗素子をアーム2上に配置して、加速度に起因したアーム2の歪を歪抵抗素子で検出することにより加速度を検出させればよい。アーム2が歪やすいように、アーム2の厚みを他の箇所よりも薄く形成しておくことが望ましい。図3において、X軸方向に加速度が生じると、錘部11がX軸方向に可動するので、アーム2が歪んで検出できるものである。   Furthermore, although the detection element 1 in the embodiment of the present invention detects the angular velocity, it may form a portion for detecting acceleration and detect both the angular velocity and the acceleration. In this case, in FIG. 1, the arm 2 may be formed with an acceleration detection unit that detects acceleration. The acceleration detection unit may detect the acceleration by, for example, disposing a strain resistance element whose resistance value changes due to strain on the arm 2 and detecting the strain of the arm 2 caused by the acceleration by the strain resistance element. . It is desirable to make the arm 2 thinner than other portions so that the arm 2 is easily distorted. In FIG. 3, when acceleration occurs in the X-axis direction, the weight portion 11 moves in the X-axis direction, so that the arm 2 can be detected by being distorted.

本発明に係るセンサは、信号線間による静電容量に起因した特性劣化が低減され、各種電子機器に適用できるものである。   The sensor according to the present invention can be applied to various electronic devices with reduced characteristic deterioration due to capacitance between signal lines.

本発明の一実施の形態における角速度センサの検出素子の平面図The top view of the detection element of the angular velocity sensor in one embodiment of this invention 図1のA−A断面図AA sectional view of FIG. 同検出素子の製造工程図Manufacturing process diagram of the detector 同検出素子の製造工程図Manufacturing process diagram of the detector 同検出素子の動作状態図Operation state diagram of the detector 従来の角速度センサの検出素子の斜視図The perspective view of the detection element of the conventional angular velocity sensor 同検出素子のA−A断面図AA sectional view of the same detection element

符号の説明Explanation of symbols

1 検出素子
2 第1アーム
4 第2アーム
6 支持部
11 錘部
13 圧電層
14 下部電極
14a 下部信号線
15 上部電極
15a 上部信号線
16 対向部
17a 第1駆動電極部
17b 第2駆動電極部
18a 第1検知電極部
18b 第2検知電極部
19a 第1感知電極部
19b 第2感知電極部
20a 第3感知電極部
20b 第4感知電極部
30 基板
31 第1導体層
32 第2導体層
33 絶縁層
34 引き出し部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Detection element 2 1st arm 4 2nd arm 6 Support part 11 Weight part 13 Piezoelectric layer 14 Lower electrode 14a Lower signal line 15 Upper electrode 15a Upper signal line 16 Opposing part 17a 1st drive electrode part 17b 2nd drive electrode part 18a First sensing electrode portion 18b Second sensing electrode portion 19a First sensing electrode portion 19b Second sensing electrode portion 20a Third sensing electrode portion 20b Fourth sensing electrode portion 30 Substrate 31 First conductor layer 32 Second conductor layer 33 Insulating layer 34 Drawer

Claims (5)

慣性力を検出する検出素子を備え、
前記検出素子は、可撓部と、前記可撓部に配置し前記可撓部を駆動させる駆動電極部と、前記可撓部に配置し前記可撓部の撓みを感知させる感知電極部と、前記駆動電極部および前記感知電極部から各々引き出した信号線とを有し、
前記駆動電極部および前記感知電極部は、上部電極と下部電極との間に圧電層を介在させて形成し、前記信号線は前記上部電極および前記下部電極から引き出して形成し、かつ、前記信号線は上下に対向させずに引き出したセンサ。
It has a detection element that detects inertial force,
The detection element includes a flexible portion, a drive electrode portion that is disposed in the flexible portion and drives the flexible portion, a sensing electrode portion that is disposed in the flexible portion and senses bending of the flexible portion, Each having a signal line drawn from the drive electrode part and the sensing electrode part,
The drive electrode portion and the sensing electrode portion are formed by interposing a piezoelectric layer between an upper electrode and a lower electrode, the signal line is formed by being drawn from the upper electrode and the lower electrode, and the signal The sensor is pulled out without facing up and down.
前記駆動電極部の下部電極から引き出した信号線と、前記感知電極部の下部電極から引き出した信号線とは、同一の信号線とした請求項1記載のセンサ。 2. The sensor according to claim 1, wherein the signal line drawn from the lower electrode of the drive electrode unit and the signal line drawn from the lower electrode of the sensing electrode unit are the same signal line. 前記駆動電極部を複数設け、前記駆動電極部の複数の下部電極から引き出した信号線は、同一の信号線とした請求項1記載のセンサ。 The sensor according to claim 1, wherein a plurality of the drive electrode portions are provided, and signal lines led out from a plurality of lower electrodes of the drive electrode portions are the same signal lines. 前記感知電極部を複数設け、前記感知電極部の複数の下部電極から引き出した信号線は、同一の信号線とした請求項1記載のセンサ。 The sensor according to claim 1, wherein a plurality of the sensing electrode portions are provided, and signal lines led out from a plurality of lower electrodes of the sensing electrode portions are the same signal lines. 前記検出素子は、第1アームを第2アームに略直交方向に連結して形成した2つの直交アームと、2つの前記第1アームを支持する支持部と、前記支持部に連結するとともに実装基板に固定する2つの固定用アームとを有し、前記第2アームを折曲して前記第2アームと対向させており、前記駆動電極部を前記第2アームに配置するとともに前記第2アームの対向方向に前記第2アームの端部を駆動振動させ、前記感知電極部を前記第1アームまたは前記第2アームまたは前記固定用アームのいずれかに配置するとともにその歪を検知して角速度を検出する請求項1記載のセンサ。 The detection element includes two orthogonal arms formed by connecting the first arm to the second arm in a substantially orthogonal direction, a support portion that supports the two first arms, a support substrate that is connected to the support portion, and a mounting substrate. Two fixing arms to be fixed to the second arm, the second arm is bent to face the second arm, the drive electrode portion is disposed on the second arm, and the second arm The end portion of the second arm is driven to vibrate in the opposite direction, and the sensing electrode portion is disposed on either the first arm, the second arm, or the fixing arm, and the angular velocity is detected by detecting the distortion. The sensor according to claim 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012093153A (en) * 2010-10-26 2012-05-17 Panasonic Corp Angular velocity sensor element for biaxial detection
JP5503796B1 (en) * 2013-10-04 2014-05-28 株式会社トライフォース・マネジメント Angular velocity detector

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