JP2991033B2 - Angular velocity sensor - Google Patents

Angular velocity sensor

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JP2991033B2
JP2991033B2 JP6091305A JP9130594A JP2991033B2 JP 2991033 B2 JP2991033 B2 JP 2991033B2 JP 6091305 A JP6091305 A JP 6091305A JP 9130594 A JP9130594 A JP 9130594A JP 2991033 B2 JP2991033 B2 JP 2991033B2
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光洋 山下
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば車両の姿勢制
御、進行方位算出などに用いられる角速度センサに関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity sensor used for, for example, controlling the attitude of a vehicle and calculating a traveling direction.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来例としては、例えば特開昭61−7
7712号公報に示された角速度センサがある。
2. Description of the Related Art A conventional example is disclosed in, for example, JP-A-61-7.
There is an angular velocity sensor disclosed in Japanese Patent No. 7712.

【0003】図10はこの従来の振動式の角速度センサ
の基本原理図を示すものであり、101、102が検出
用素子、103、104が励振用素子を示している。
FIG. 10 is a diagram showing the basic principle of this conventional vibration type angular velocity sensor. Reference numerals 101 and 102 denote detection elements, and 103 and 104 denote excitation elements.

【0004】各々の素子は圧電バイモルフにより構成さ
れており、励振用素子と検出用素子が二組で音叉を形成
している。実際には、音叉の根元に近い励振用素子に交
流電圧を加えて検出用素子を振動させ、検出用素子の面
に垂直に加わるコリオリ力を検出することで角速度を求
める方式となっている。
Each element is composed of a piezoelectric bimorph, and a pair of an excitation element and a detection element forms a tuning fork. In practice, an AC voltage is applied to an excitation element near the base of the tuning fork to vibrate the detection element, and the angular velocity is obtained by detecting a Coriolis force applied perpendicular to the surface of the detection element.

【0005】従来から、角速度を検出するセンサとして
様々なジャイロスコープ(以下、ジャイロと略称する)
が開発されている。その種類は、大まかに機械式のコマ
ジャイロ、流体式のガスレートジャイロ、音片・音叉の
振動を用いる振動ジャイロ、光学式の光ファイバジャイ
ロとリングレーザージャイロに分類される。
Conventionally, various gyroscopes (hereinafter abbreviated as gyroscopes) have been used as sensors for detecting angular velocity.
Is being developed. The types are roughly classified into a mechanical top gyro, a fluid type gas rate gyro, a vibration gyro using vibration of a sound piece / tuning fork, an optical fiber gyro, and a ring laser gyro.

【0006】光学式のジャイロはサニャック効果、それ
以外のものは回転体の角運動量保存則の表れであるコリ
オリ力を用いて角速度の検出を行なっており、使用用途
により精度と価格、サイズ等が勘案され使用センサが選
択されている。
The optical gyro detects the Sagnac effect, and the others detect the angular velocity using the Coriolis force, which is a manifestation of the law of conservation of the angular momentum of the rotating body. The accuracy, price, size, etc. depend on the intended use. The sensor to be used is selected in consideration.

【0007】自動車用途ではシャシー系の制御やナビゲ
ーションシステムの方位算出等に用いられるが、検出さ
れるのはヨー、ロール、ピッチと三種類ある車体の回転
運動の中で特にヨー方向(鉛直線を中心とする大地に水
平な面内での回転)の角速度(すなわちヨーレート)で
あることが多い。
In an automobile application, it is used for control of a chassis system and calculation of an azimuth of a navigation system, etc., but is detected particularly in a yaw direction (vertical line) in three kinds of rotational movements of a vehicle body such as yaw, roll, and pitch. It is often the angular velocity (i.e., the yaw rate) of the center ground (rotation in a plane horizontal to the ground).

【0008】検出目的は、例えば四輪操舵(4WS)の
様なシャシー制御の場合にはヨーレートを制御システム
側に車両の姿勢情報の一つとしてフィードバックし姿勢
制御性能を向上させることであり、またナビゲーション
システム用の場合にはヨーレートを時間積分することに
よって車両の旋回角度を算出することにある。
The purpose of detection is to improve the attitude control performance by feeding back the yaw rate to the control system as one of the attitude information of the vehicle in the case of chassis control such as four-wheel steering (4WS). In the case of a navigation system, the turning angle of the vehicle is calculated by time-integrating the yaw rate.

【0009】なお、通常車載用として使用される角速度
センサは圧電型の振動ジャイロと光ファイバジャイロ
で、光ジャイロは高精度用途に、また振動ジャイロは廉
価版ジャイロとして既に車載用として実用化されてい
る。
[0009] The angular velocity sensors usually used in vehicles are a piezoelectric vibrating gyroscope and an optical fiber gyroscope. I have.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】振動ジャイロに着目す
ると、振動体の励振および角速度の検出には通常圧電体
の圧電効果を利用する。
Focusing on the vibrating gyroscope, the excitation of the vibrating body and the detection of the angular velocity usually utilize the piezoelectric effect of the piezoelectric body.

【0011】しかしセンサの使用環境が特に厳しい車載
用途では、温度環境が80℃を越える高温から−40℃
以下の低温まで広範囲に変化するが、圧電体では焦電効
果等の影響で、広い温度範囲で安定な出力特性を維持す
ることは非常に困難であるという課題を有していた。
However, in the case of an automotive application where the use environment of the sensor is particularly severe, the temperature environment is from a high temperature exceeding 80 ° C. to −40 ° C.
Although it changes widely over the following low temperatures, it has been a problem that it is very difficult to maintain stable output characteristics over a wide temperature range due to the effects of the pyroelectric effect and the like with piezoelectric materials.

【0012】また車載用途では電子部品の小型化が必須
となるが、圧電振動式のジャイロでも他の部品と比較す
れば十分小さいとは言えず、角速度センサをより一層小
型化するという課題も有していた。
[0012] In addition, for automotive applications, it is necessary to reduce the size of electronic components. However, a piezoelectric vibratory gyro is not sufficiently small as compared with other components, and there is a problem that the angular velocity sensor is further reduced in size. Was.

【0013】本発明は上記のような課題を考慮し、出力
特性の安定した小型振動式角速度センサを提供すること
を目的とする。
An object of the present invention is to provide a small vibration type angular velocity sensor having stable output characteristics in consideration of the above-mentioned problems.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、基板と、前記基板面内に含まれる第一の軸方
向に可動性を有し前記基板に支持され前記基板面に垂直
で前記第一の軸に平行な第一の面群を有する振動体と、
前記振動体の第一の面群と平行で対を成す第二の面群を
含む駆動電極を備え、前記振動体の第一の面群と前記駆
動電極の第二の面群の間の静電気力により前記振動体を
前記第一の軸方向に駆動し、基板面と垂直で第一の軸と
平行な第三の面群を有する検出電極を備え、振動体は第
一の面群と平行で前記検出電極の第三の面群と対を成す
第四の面群を有するものであり、第一の軸と垂直で基板
面内に含まれる第二の軸回りの角速度を前記振動体の第
四の面群と前記検出電極の第三の面群の間の静電容量の
変化で検出することを特徴とする角速度センサである。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is directed to a substrate, which is movable in a first axial direction included in the surface of the substrate and is supported by the substrate and perpendicular to the surface of the substrate. A vibrating body having a first surface group parallel to the first axis,
A drive electrode including a second surface group parallel to and paired with the first surface group of the vibrating body, wherein static electricity between the first surface group of the vibrator and the second surface group of the drive electrode is provided. The vibrating body is driven in the first axial direction by a force, and includes a detection electrode having a third surface group perpendicular to the substrate surface and parallel to the first axis, and the vibrating body is parallel to the first surface group. And a fourth surface group paired with the third surface group of the detection electrode, and the angular velocity of the vibrating body about a second axis perpendicular to the first axis and included in the substrate plane. An angular velocity sensor characterized by detecting a change in capacitance between a fourth surface group and a third surface group of the detection electrode.

【0015】[0015]

【作用】本発明によれば、平行な振動体の第一の面群と
駆動電極の第二の面群の間の静電気力により振動体を励
振するため、駆動に圧電体を用いる必要がない。そのた
め広い温度範囲で安定な出力特性を有する角速度センサ
を構成することが可能になる。
According to the present invention, the vibrating body is excited by the electrostatic force between the first surface group of the parallel vibrating body and the second surface group of the driving electrode, so that it is not necessary to use a piezoelectric body for driving. . Therefore, it is possible to configure an angular velocity sensor having stable output characteristics over a wide temperature range.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0017】(参考例まず、本発明の実施例を説明するにあたり、その参考と
なる参考例を図面を参照しながら説明する。 図1は本発
明の参考例となる 角速度センサの概略構成を示す主要部
の斜視図である。また、図2は、図1で示した参考例
概略構成を示す主要部の上面図であり、図3から図6
は、同様に各々本参考例のA−A’、B−B’、C−
C’、D−D’断面における側面図を示している。
Reference Example First, in describing an embodiment of the present invention, the reference and
A reference example will be described with reference to the drawings. Fig. 1
It is a perspective view of the principal part which shows the schematic structure of the angular velocity sensor which becomes a reference example of light . FIG. 2 is a top view of a main part showing a schematic configuration of the reference example shown in FIG.
Likewise each of the reference example A-A ', B-B ', C-
The side view in C 'and DD' cross section is shown.

【0018】この中で、図1および図2では角速度セン
サの中心部を構成するシリコン板の概略のみを示してい
る。また説明の便宜上、図1、図2で図示したA−A’
断面と平行で基板面内に含まれるベクトルv方向を第一
の軸、第一の軸に垂直で基板面内に含まれC−C’断面
と平行なベクトルω方向を第二の軸、基板面に垂直なベ
クトルFc方向を第三の軸とする。
FIGS. 1 and 2 show only the outline of the silicon plate constituting the central portion of the angular velocity sensor. For convenience of explanation, AA ′ shown in FIGS.
A vector v direction parallel to the cross section and included in the substrate plane is the first axis. A vector ω direction perpendicular to the first axis and parallel to the CC ′ cross section included in the substrate plane is the second axis. A vector Fc direction perpendicular to the plane is defined as a third axis.

【0019】図1、図2において、11は、その厚さ方
向の上下面(ベクトルFcに垂直な面)が面方位(11
0)面であるシリコン板からなる基板である。12は振
動体で、可撓性を有する四本の梁15a、15b、15
c、15dにより基板11に支持されており、第一の軸
方向に振動可能である。
In FIG. 1 and FIG. 2, reference numeral 11 denotes an upper surface and a lower surface (a surface perpendicular to the vector Fc) in the thickness direction.
This is a substrate made of a silicon plate which is the 0) plane. Reference numeral 12 denotes a vibrating body, and four beams 15a, 15b, and 15 having flexibility.
It is supported by the substrate 11 by c and 15d, and can vibrate in the first axial direction.

【0020】振動体12の両端部には、基板面に垂直で
A−A’断面と平行な面方位(111)の壁面からなる
突起が複数設置されており、基板11と平行な断面では
両端部は櫛状となっている。また、振動体12の上下面
は基板11と平行に形成されている。
At both ends of the vibrating body 12, a plurality of projections each having a wall surface having a plane orientation (111) perpendicular to the substrate surface and parallel to the AA 'section are provided. The part has a comb shape. The upper and lower surfaces of the vibrating body 12 are formed parallel to the substrate 11.

【0021】さらに、13、14は駆動電極であり、基
板11、振動体12と分離されて各々振動体12の両端
部と相対して設置されている。
Reference numerals 13 and 14 denote drive electrodes, which are separated from the substrate 11 and the vibrating body 12, and are respectively installed opposite to both ends of the vibrating body 12.

【0022】駆動電極13、14の振動体12側の端部
には、振動体12の端部と同様に基板面に垂直でA−
A’断面と平行な面方位(111)の壁面からなる突起
が、振動体の突起とは凹凸逆に複数設置されており、基
板11と平行な断面では両端部は櫛状となっている。
The ends of the drive electrodes 13 and 14 on the side of the vibrating body 12 are perpendicular to the substrate surface as in the case of the end of the vibrating body 12.
A plurality of protrusions each having a wall surface having a plane orientation (111) parallel to the A ′ cross section are provided in a manner opposite to the protrusions of the vibrating body, and both ends of the cross section parallel to the substrate 11 have a comb shape.

【0023】また図3から図6の側面図において、61
a、61b、61c、61d、61eは図1、図2に示
された駆動電極13に、また62a、62b、62c、
62dは振動体12に相当する。
Also, in the side views of FIGS.
a, 61b, 61c, 61d, and 61e correspond to the drive electrode 13 shown in FIGS. 1 and 2 and 62a, 62b, 62c,
62d corresponds to the vibrating body 12.

【0024】図3において、31、32はガラスで構成
された絶縁基板であり、図3に示すように、図1、図2
に示したシリコン板を挟み込む形で本参考例の角速度セ
ンサは形成される。
In FIG. 3, reference numerals 31 and 32 denote insulating substrates made of glass. As shown in FIG.
The angular velocity sensor of the present embodiment is formed so as to sandwich the silicon plate shown in FIG.

【0025】また33、34は各々絶縁基板31、32
上に形成された検出電極で、振動体12の上下面と平行
に(即ち基板面と平行に)形成されている。
Reference numerals 33 and 34 denote insulating substrates 31 and 32, respectively.
The detection electrodes formed on the upper side are formed in parallel with the upper and lower surfaces of the vibrating body 12 (that is, in parallel with the substrate surface).

【0026】なお図1、図4で示すように、振動体12
を支持する四本の梁(15a、15b、15c、15
d)は第一の軸方向に可撓性をもたせるため、第一の軸
方向の厚みを薄くしており、また振動体12を第三の軸
方向にも振動可能とするため梁15の第三の軸方向の厚
みも振動体12の厚みと比較し薄くしている。
As shown in FIG. 1 and FIG.
Four beams (15a, 15b, 15c, 15
In d), the thickness in the first axial direction is reduced in order to have flexibility in the first axial direction, and the first beam 15 is formed in the third axial direction so as to be able to vibrate in the third axial direction. The thickness in the third axial direction is also smaller than the thickness of the vibrating body 12.

【0027】以上のように構成された本参考例の角速度
センサについて、以下にその製造方法を簡単に説明す
る。
[0027] The angular velocity sensor of the present embodiment configured as described above will be briefly described a method of manufacturing below.

【0028】本参考例では、一般にバルクマイクロマシ
ニングと呼ばれる技術を用いてセンサを作成する。
In this embodiment , a sensor is prepared by using a technique generally called bulk micromachining.

【0029】面方位(110)面のシリコン板の露出部
分を、例えば60℃で40%KOH水溶液を用いてエッ
チングすれば、露出面は徐々に異方性エッチングされ
る。
If the exposed portion of the silicon plate in the (110) plane direction is etched using, for example, a 40% KOH aqueous solution at 60 ° C., the exposed surface is gradually anisotropically etched.

【0030】(100)面と比較し(110)面のシリ
コン板を用いて異方性エッチングを行なう場合の特徴
は、エッチング穴の形状は矩形とならないが(111)
面で構成されるエッチング穴の壁面と基板表面が高精度
に直交関係を保ちながら形成されることにあり、このた
めシリコン板に細く深い溝を形成するのに適する。
The feature of performing anisotropic etching using a (110) plane silicon plate as compared with the (100) plane is that the shape of the etching hole is not rectangular but (111)
The wall surface of the etching hole formed by the surface and the surface of the substrate are formed while maintaining the orthogonal relationship with high precision. Therefore, it is suitable for forming a thin and deep groove in the silicon plate.

【0031】本参考例では、フォトリソグラフィ技術を
用いてエッチング穴の形状を規定しながら上述した異方
性エッチングを含むウェットエッチング、RIE(反応
性イオンエッチング)等のドライエッチングを併用し図
1、図2に示す様な形状を面方位(110)面の単結晶
シリコン板から形成する。
In this embodiment , wet etching including the above-described anisotropic etching and dry etching such as RIE (reactive ion etching) are used together with the etching hole while defining the shape of the etching hole using the photolithography technique. A shape as shown in FIG. 2 is formed from a single crystal silicon plate having a (110) plane orientation.

【0032】一方、ガラスからなる絶縁基板31、32
の振動体12の上下面に対応する部位には、振動体12
の上下面に平行に凹部を形成した後、各々検出電極3
3、34がスパッタ等の手法により形成される。
On the other hand, insulating substrates 31 and 32 made of glass
The portions corresponding to the upper and lower surfaces of the vibrating body 12
After the concave portions are formed in parallel with the upper and lower surfaces of the
3, 34 are formed by a technique such as sputtering.

【0033】そして本参考例の角速度センサは、シリコ
ン板と二枚の絶縁基板を精密に位置合わせしながら陽極
接合することにより形成する。
The angular velocity sensor of the present embodiment is formed by anodic bonding a silicon plate and two insulating substrates while precisely positioning them.

【0034】なお、駆動電極13、14は基板11から
分離されているため、そのままでは簡単に絶縁基板と接
合できないが、例えばエッチング段階では基板11と接
続してそのままの形で絶縁基板と接合を行い最後にYA
Gレーザーで切り放す等の手段を用いることにより形成
すれば良い。
Since the drive electrodes 13 and 14 are separated from the substrate 11 and cannot be easily joined to the insulating substrate as it is, for example, in the etching stage, the drive electrodes 13 and 14 are connected to the substrate 11 and joined to the insulating substrate as they are. And finally YA
It may be formed by using a means such as cutting off with a G laser.

【0035】次に、本参考例の角速度センサの動作を説
明する。振動体12の励振には、振動体12と駆動電極
13、14間の静電気力を用いる。
[0035] Next, the operation of the angular velocity sensor of the present embodiment. The excitation of the vibrating body 12 uses an electrostatic force between the vibrating body 12 and the drive electrodes 13 and 14.

【0036】振動体12の両端部と駆動電極13、14
は、凹凸逆の櫛状の突起から構成されるが、各々の突起
の壁面を構成する平行な(111)面の間隔は数μmと
非常に狭い。
Both ends of the vibrating body 12 and the driving electrodes 13 and 14
Is composed of comb-shaped protrusions with reversed concavities and convexities, and the interval between the parallel (111) planes forming the wall surfaces of the respective protrusions is extremely small at several μm.

【0037】そのため比較的低い電位差を両者に与える
ことで大きな静電気力を発生させることができる。ただ
し、梁15の構成上振動体12は基板面内では第一の軸
方向にのみ可撓性を有するため、振動体12は電位差を
与えた駆動電極側に移動する。
Therefore, a large electrostatic force can be generated by applying a relatively low potential difference to both. However, since the vibrating body 12 has flexibility only in the first axial direction in the plane of the substrate due to the configuration of the beam 15, the vibrating body 12 moves to the side of the drive electrode to which a potential difference has been applied.

【0038】よって、駆動電極13、14に交互に電位
差を与えることで、振動体12を第一の軸方向に励振す
ることが可能となる。
Therefore, the vibrating body 12 can be excited in the first axial direction by alternately applying a potential difference to the drive electrodes 13 and 14.

【0039】この時、第二の軸回りの角速度ωがセンサ
に加えられると、コリオリの力Fcが
At this time, when the angular velocity ω about the second axis is applied to the sensor, the Coriolis force Fc becomes

【0040】[0040]

【数1】 (Equation 1)

【0041】の式に従い第三の軸方向に発生する(ただ
し、mは振動体12の質量を表わす)。
Occurs in the third axial direction according to the formula (where m represents the mass of the vibrating body 12).

【0042】そのため、第一の軸方向への振動体12の
変位速度v及び入力角速度ωの値に比例し、振動体12
は変位速度vに同期して第三の軸方向に変位する。
Therefore, in proportion to the displacement velocity v of the vibrating body 12 in the first axial direction and the value of the input angular velocity ω, the vibrating body 12
Is displaced in the third axial direction in synchronization with the displacement speed v.

【0043】これを振動体12の上下面と検出電極3
3、34間の静電容量の変化として検出することで入力
角速度を検出することができる(なお、説明の簡単化の
ため電気的な配線、電気回路は図示せず省略してい
る)。
This is connected to the upper and lower surfaces of the vibrating body 12 and the detecting electrode 3.
The input angular velocity can be detected by detecting the change in capacitance between the terminals 3 and 34 (electrical wiring and an electric circuit are not shown for simplicity of description).

【0044】以上のように、本参考例では、シリコン
(110)面の異方性エッチングを用いることで厚みを
有し比較的質量の大きな振動体を形成できる。
As described above, in this embodiment , a vibrating member having a relatively large mass can be formed by using anisotropic etching of the silicon (110) plane.

【0045】また振動体の駆動には静電気力を用いる
が、電極として上下面に垂直な(111)面からなる壁
面を駆動用に使用でき、さらにその(111)面を櫛状
に平行に配置するため等価的な駆動電極面積を十分広く
とることができるため、比較的低い電位差で小型ながら
も比較的質量の大きな振動体を駆動できる。
Although an electrostatic force is used to drive the vibrating body, a wall composed of the (111) plane perpendicular to the upper and lower surfaces can be used as an electrode for driving, and the (111) plane is arranged in parallel in a comb shape. As a result, the equivalent driving electrode area can be made sufficiently large, so that a small-sized but relatively large-mass vibrator can be driven with a relatively low potential difference.

【0046】そのため、振動体の質量に比例するコリオ
リの力を大きくとることができ角速度の検出感度を向上
させることができる。
Therefore, the Coriolis force proportional to the mass of the vibrator can be increased, and the angular velocity detection sensitivity can be improved.

【0047】また、駆動面と検出面を、シリコン(11
0)面の異方性エッチングで形成するため、面の直交精
度を高精度に維持しながら形成することが可能であり、
他軸感度を低減することができるだけでなく、駆動およ
び検出に圧電体を使用しないため広い温度範囲で安定な
角速度出力を得ることができる。
The drive surface and the detection surface are made of silicon (11
0) Since it is formed by anisotropic etching of the surface, it can be formed while maintaining the orthogonality of the surface with high accuracy.
Not only the sensitivity to other axes can be reduced, but also a stable angular velocity output can be obtained in a wide temperature range because a piezoelectric body is not used for driving and detection.

【0048】なお、本参考例では、シリコン(110)
面の異方性エッチング特性を用いて角速度センサの振動
体の駆動電極を構成したが、これは反応性イオンエッチ
ング(RIE)を用いて形成しても良い。
In this embodiment , silicon (110)
Although the drive electrode of the vibrator of the angular velocity sensor is configured by using the anisotropic etching characteristics of the surface, it may be formed by using reactive ion etching (RIE).

【0049】また、本参考例ではシリコンとガラスの陽
極接合でセンサを構成したが、絶縁膜を適宜用い、シリ
コンとシリコンの接合でセンサを形成しても良い。
In the present embodiment , the sensor is formed by anodic bonding of silicon and glass. However, the sensor may be formed by bonding silicon and silicon by appropriately using an insulating film.

【0050】さらに、本参考例ではガラス側に微小で平
坦な凹部を作ることで、振動体とガラスの間に微小な間
隙を形成したが、これはシリコン製振動体の厚みを薄く
することで形成しても良いしその手法に限定するもので
はない。
Further, in this embodiment , a minute gap is formed between the vibrator and the glass by forming a minute flat recess on the glass side. This is achieved by reducing the thickness of the vibrator made of silicon. It may be formed or is not limited to that method.

【0051】(実施例) 次に、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。
( Example ) Next, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0052】本実施例の角速度センサの概略構成を示す
主要部の上面図を図7に示す。図7では、図2と同様に
本実施例の角速度センサの中心部を構成するシリコン板
の概略のみを示している。
FIG. 7 is a top view of a main part showing a schematic configuration of the angular velocity sensor of this embodiment. FIG. 7 shows only the outline of the silicon plate constituting the central part of the angular velocity sensor of the present embodiment as in FIG.

【0053】また、図8、図9は各々本実施例のE−
E’、F−F’断面における側面図である。また、参考
と同様に第一、第二、第三の軸方向を決定するものと
する。
FIG. 8 and FIG. 9 show E-
It is a side view in E 'and FF' cross section. Also, for reference
As in the example , the first, second, and third axial directions are determined.

【0054】図1から図6と図7から図9を比較して明
かな様に、本実施例では本質的に参考例と検出電極7
1、72の構成のみ異なっている。
As is clear from the comparison between FIGS. 1 to 6 and FIGS. 7 to 9, in this embodiment, the reference electrode and the detection electrode 7 are essentially used.
Only the configurations 1 and 72 are different.

【0055】本実施例においてもバルクマイクロマシニ
ング技術を用い、面方位(110)面の単結晶シリコン
板を異方性エッチングすることにより、センサ主要部を
形成するが、検出電極71、72は駆動電極13、14
と同様に基板11、振動体12より分離しているため形
成には例えば参考例の様な手法を用いる。
Also in this embodiment, the bulk of the sensor is formed by anisotropically etching the single crystal silicon plate having the plane orientation (110) using the bulk micromachining technique, but the detection electrodes 71 and 72 are driven. Electrodes 13, 14
In the same manner as described above, since it is separated from the substrate 11 and the vibrating body 12, for example , a method as in the reference example is used for the formation.

【0056】なお、検出電極71、72はガラスからな
る絶縁基板31、32に一部陽極接合されており、振動
体12の側面と向かい合う面は第一の軸に平行で基板1
1に垂直な(111)面で形成されている。
The detection electrodes 71 and 72 are partially anodically bonded to the insulating substrates 31 and 32 made of glass, and the surface facing the side surface of the vibrating body 12 is parallel to the first axis and is parallel to the substrate 1.
It is formed with a (111) plane perpendicular to 1.

【0057】また、振動体12の検出電極71、72と
向かい合う面も同様に第一の軸に平行で基板11に垂直
な(111)面で形成される。
The surface of the vibrating body 12 facing the detection electrodes 71 and 72 is also formed of a (111) plane which is parallel to the first axis and perpendicular to the substrate 11.

【0058】以下では本実施例の角速度センサの動作を
説明する。振動体12の駆動は参考例と同様である。第
二の軸回りの角速度が入力されると、コリオリの力は、
振動体12を第三の軸方向に変位させる様に発生する。
Hereinafter, the operation of the angular velocity sensor according to the present embodiment will be described. The driving of the vibrating body 12 is the same as in the reference example . When the angular velocity around the second axis is input, the Coriolis force becomes
This occurs so as to displace the vibrating body 12 in the third axial direction.

【0059】このとき、図9から明かな様に、振動体1
2の側面と検出電極71、72の重なる面積が変化す
る。即ち、入力角速度は振動体と検出電極で構成される
コンデンサの間隙変化ではなく面積変化による静電容量
の変化として検出する。
At this time, as apparent from FIG.
The overlapping area of the side surface 2 and the detection electrodes 71 and 72 changes. That is, the input angular velocity is detected not as a change in the gap between the capacitor formed by the vibrator and the detection electrode but as a change in capacitance due to a change in area.

【0060】以上のように、本実施例では、駆動および
検出に圧電体を使用しないため広い温度範囲で安定な角
速度出力を得ることができるだけでなく、小型角速度セ
ンサとして比較的大きな質量の振動体の駆動と角速度の
検出を基板に平行な面だけで行なうことができるため、
角速度センサとして比較的簡単に精度を確保することが
可能となる。
As described above, in this embodiment, since the piezoelectric body is not used for driving and detection, not only can a stable angular velocity output be obtained over a wide temperature range, but also a vibrating body having a relatively large mass can be used as a small angular velocity sensor. Drive and angular velocity detection can be performed only on the plane parallel to the substrate,
Accuracy can be relatively easily secured as an angular velocity sensor.

【0061】なお、本実施例では、シリコン(110)
面の異方性エッチング特性を用いて角速度センサ振動体
の駆動電極を構成したが、これは反応性イオンエッチン
グ(RIE)を用いて構成しても良い。
In this embodiment, silicon (110)
Although the drive electrode of the angular velocity sensor vibrator is configured using the anisotropic etching characteristics of the surface, it may be configured using reactive ion etching (RIE).

【0062】また、本実施例ではシリコンとガラスの陽
極接合でセンサを構成したが、絶縁膜を適宜用いシリコ
ンとシリコンの接合でセンサを形成しても良い。
In this embodiment, the sensor is formed by anodic bonding of silicon and glass. However, the sensor may be formed by bonding silicon and silicon using an insulating film as appropriate.

【0063】さらに、本実施例では、ガラス側に平坦な
凹部を作ることで振動体に可動性を持たせたが、これは
シリコン製振動体の厚みを薄くすることで形成しても良
いしその手法に限定するものではない。
Further, in the present embodiment, the vibrating body is made movable by forming a flat concave portion on the glass side, but it may be formed by reducing the thickness of the silicon vibrating body. It is not limited to that method.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
電体を用いず静電気力でのみ振動体を駆動するため、広
い温度範囲で安定な出力特性を有する角速度センサを構
成することが可能になり、その実用的効果は大きい。
According to the present invention as described in the foregoing, in order to drive only the vibrator by the electrostatic force without using a piezoelectric element, it can be configured an angular velocity sensor having a stable output characteristics over a wide temperature range And its practical effect is great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の参考例に係る角速度センサの概略構成
を示す主要部の斜視図
FIG. 1 is a perspective view of a main part showing a schematic configuration of an angular velocity sensor according to a reference example of the present invention.

【図2】同参考例センサの概略構成を示す主要部の上面
FIG. 2 is a top view of a main part showing a schematic configuration of the sensor of the reference example;

【図3】同参考例センサの概略構成を示す主要部のA−
A’断面での側面図
FIG. 3 is a main part A- showing a schematic configuration of the sensor of the reference example;
Side view of section A '

【図4】同参考例センサの概略構成を示す主要部のB−
B’断面での側面図
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a sensor according to the reference example,
Side view at B 'section

【図5】同参考例センサの概略構成を示す主要部のC−
C’断面での側面図
FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of a sensor according to the reference example;
Side view at C 'section

【図6】同参考例センサの概略構成を示す主要部のD−
D’断面での側面図
FIG. 6 is a main part D- showing a schematic configuration of the sensor of the reference example;
Side view at D 'section

【図7】本発明の実施例に係る角速度センサの概略構成
を示す主要部の上面図
FIG. 7 is a top view of a main part showing a schematic configuration of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention.

【図8】同実施例センサの概略構成を示す主要部のE−
E’断面での側面図
FIG. 8 is an E- diagram of a main part showing a schematic configuration of the sensor of the embodiment.
Side view at E 'section

【図9】同実施例センサの概略構成を示す主要部のF−
F’断面での側面図
FIG. 9 is an F- of a main part showing a schematic configuration of the sensor of the embodiment.
Side view at F 'section

【図10】従来例の音叉形の振動ジャイロの振動体の構
成図
FIG. 10 is a configuration diagram of a vibrating body of a conventional tuning-fork type vibrating gyroscope.

【符号の説明】 11 基板 12、62a、62b、62c、62d 振動体 15a、15b、15c、15d 梁 13、14、61a、61b、61c、61d、61e
駆動電極 33、34、71、72 検出電極 31、32 絶縁基板 101、102 検出用素子 103、104 励振用素子
[Description of Signs] 11 Substrate 12, 62a, 62b, 62c, 62d Vibrator 15a, 15b, 15c, 15d Beam 13, 14, 61a, 61b, 61c, 61d, 61e
Driving electrodes 33, 34, 71, 72 Detecting electrodes 31, 32 Insulating substrates 101, 102 Detecting elements 103, 104 Exciting elements

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01C 19/56 G01P 9/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G01C 19/56 G01P 9/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板と、前記基板面内に含まれる第一の軸
方向に可動性を有し前記基板に支持され前記基板面に垂
直で前記第一の軸に平行な第一の面群を有する振動体
と、前記振動体の第一の面群と平行で対を成す第二の面
群を含む駆動電極を備え、 前記振動体の第一の面群と前記駆動電極の第二の面群の
間の静電気力により前記振動体を前記第一の軸方向に駆
動し、 基板面と垂直で第一の軸と平行な第三の面群を有する検
出電極を備え、振動体は第一の面群と平行で前記検出電
極の第三の面群と対を成す第四の面群を有するものであ
り、第一の軸と垂直で基板面内に含まれる第二の軸回り
の角速度を前記振動体の第四の面群と前記検出電極の第
三の面群の間の静電容量の変化で検出することを特徴と
する角速度センサ。
1. A substrate, and a first axis included in the plane of the substrate.
Movably in the direction and supported by the substrate,
A vibrating body having a first surface group which is straight and parallel to the first axis
And a second surface forming a pair in parallel with the first surface group of the vibrator.
A driving electrode including a group of the first surface group of the vibrating body and a second surface group of the driving electrode.
The vibrating body is driven in the first axial direction by an electrostatic force
Having a third surface group perpendicular to the substrate surface and parallel to the first axis.
An output electrode is provided, and the vibrating body is parallel to the first surface group,
Having a fourth face group that is paired with the third face group of the poles
Around the second axis perpendicular to the first axis and contained in the substrate plane
The angular velocity of the fourth surface group of the vibrating body and the
The feature is to detect by the change of the capacitance between the three surface groups.
Angular velocity sensor.
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