JP3327150B2 - Resonant angular velocity sensor - Google Patents

Resonant angular velocity sensor

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JP3327150B2
JP3327150B2 JP33433796A JP33433796A JP3327150B2 JP 3327150 B2 JP3327150 B2 JP 3327150B2 JP 33433796 A JP33433796 A JP 33433796A JP 33433796 A JP33433796 A JP 33433796A JP 3327150 B2 JP3327150 B2 JP 3327150B2
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車や航空機の
ような輸送手段及び電子機器に作用する角速度を検知す
る角速度センサに関する。より具体的には、慣性質量で
あるマス部を励振させ、このマス部の励振方向と角速度
センサの回転軸方向との両方向に直交する方向に発生す
るコリオリ力によるマス部の変位に基づいて角速度を検
出する共振型角速度センサに関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an angular velocity sensor for detecting an angular velocity acting on a vehicle such as an automobile or an aircraft and electronic equipment. More specifically, the mass section, which is the inertial mass, is excited, and the angular velocity is determined based on the displacement of the mass section due to the Coriolis force generated in a direction orthogonal to both the excitation direction of the mass section and the rotation axis direction of the angular velocity sensor. The present invention relates to a resonance type angular velocity sensor for detecting

【0002】[0002]

【従来の技術】図16には、従来の角速度センサなど共
振型の振動素子の構造図が示されている。この振動素子
150では、慣性質量である平板形状のマス部152
が、シリコン基板520の枠部160に一端が固定され
た2本づつのビーム151によって、図中上下方向から
それぞれフローティングに支持されている。マス部15
2の図中左右方向の側方には、それぞれ櫛形電極156
が形成されており、枠部160には、それぞれこの櫛形
電極156にかみ合って対向するように櫛形電極158
が形成されている。
2. Description of the Related Art FIG. 16 is a structural view of a resonance type vibration element such as a conventional angular velocity sensor. In this vibrating element 150, a flat plate-shaped mass 152
Are floatingly supported from above and below in the figure by two beams 151 each having one end fixed to the frame 160 of the silicon substrate 520. Mass part 15
2, a comb-shaped electrode 156 is provided on each side in the horizontal direction.
Are formed on the frame 160 so that the comb-shaped electrodes 158 are engaged with and face the comb-shaped electrodes 156, respectively.
Are formed.

【0003】これら櫛型電極156及び158にはそれ
ぞれ図示しない励振用導体層が接続されている。この励
振用導体層に交流電圧を印加すると、櫛型電極156と
158との間に静電力が発生し、この静電力により、マ
ス部152が図中の左右方向に変位し、図16(b)の
ように振動する。
[0003] Excitation conductor layers (not shown) are connected to the comb electrodes 156 and 158, respectively. When an AC voltage is applied to the excitation conductor layer, an electrostatic force is generated between the comb-shaped electrodes 156 and 158, and the electrostatic force causes the mass portion 152 to be displaced in the left-right direction in FIG. Vibrates like).

【0004】このようにして、マス部152を左右方向
に励振している際に、図中の左右方向を回転軸とする角
速度が作用すると、励振方向と回転軸方向の両方に垂直
な方向にコリオリ力が発生する。このコリオリ力がマス
部152に作用すると、マス部152は、ビーム151
に支持されてコリオリ力の作用方向、つまり図16
(a)において、マス部152の厚み方向に変位して振
動する。
As described above, when the mass 152 is excited in the left-right direction and an angular velocity acting on the left-right direction in the drawing acts as a rotation axis, the mass section 152 moves in a direction perpendicular to both the excitation direction and the rotation axis direction. Coriolis force is generated. When this Coriolis force acts on the mass 152, the mass 152
The direction of action of the Coriolis force
In (a), the mass 152 is displaced in the thickness direction and vibrates.

【0005】図16(c)は、図16(a)のY−Y’
線に沿った断面図を示しているが、この図16(c)に
示すように、マス部152をその厚み方向から挟む位置
にはそれぞれマス部152の厚み方向への変位検出のた
めの変位検出電極155、157が設けられている。上
述のようにコリオリ力によりマス部152が厚み方向へ
変位すると、これを変位検出電極155、157が例え
ば容量検出方法などによって検出する。そして、コリオ
リ力によるマス部152の振動の振幅の大きさに対応し
た信号を得て、角速度の大きさなどを検知している。
FIG. 16C is a sectional view taken along the line YY ′ of FIG.
A cross-sectional view along the line is shown. As shown in FIG. 16 (c), displacements for detecting displacement of the mass portion 152 in the thickness direction are provided at positions sandwiching the mass portion 152 from the thickness direction. Detection electrodes 155 and 157 are provided. When the mass portion 152 is displaced in the thickness direction by the Coriolis force as described above, the displacement detection electrodes 155 and 157 detect the displacement by, for example, a capacitance detection method. Then, a signal corresponding to the magnitude of the amplitude of the vibration of the mass section 152 due to the Coriolis force is obtained, and the magnitude of the angular velocity is detected.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来の角速度センサ1
50においては、ビーム151が、マス部152を励振
方向に移動可能に支持すると共に、マス部152をコリ
オリ力発生方向にも変位可能に支持している。従って、
構造上マス部152に対するコリオリ力の作用方向は、
基板の厚み方向となる。従って、マス部152の厚み方
向への変位を検出するためには、図16(c)に示すよ
うに、マス部152の上下に変位検出電極155及び1
57を形成し、三層構造(下部電極、マス部、上部電
極)とする必要がある。しかし、このような三層構造を
得るための製造プロセスは複雑となり、製造プロセスが
簡易とするために基板の平面方向にコリオリ力を発生さ
せ、これを検出可能な構成が望まれていた。
SUMMARY OF THE INVENTION Conventional angular velocity sensor 1
In 50, the beam 151 supports the mass portion 152 so as to be movable in the excitation direction, and also supports the mass portion 152 so as to be displaceable in the Coriolis force generation direction. Therefore,
The direction of action of the Coriolis force on the mass 152 is structurally
This is in the thickness direction of the substrate. Therefore, in order to detect the displacement of the mass 152 in the thickness direction, as shown in FIG. 16C, the displacement detection electrodes 155 and 1 are disposed above and below the mass 152.
It is necessary to form a three-layer structure (a lower electrode, a mass portion, and an upper electrode). However, the manufacturing process for obtaining such a three-layer structure becomes complicated, and in order to simplify the manufacturing process, a configuration capable of generating a Coriolis force in the plane direction of the substrate and detecting the Coriolis force has been desired.

【0007】また、上述のような角速度センサ150
は、微細加工に適したいわゆる半導体プロセス技術を利
用して製造されている。ところが、この半導体プロセス
技術においても、製造プロセスのバラツキは避けられ
ず、例えば、エッチング工程におけるバラツキなどによ
り、マス部152を支持するビーム151の断面形状
が、理想的な長方形や正方形ではなく、プロセスの進行
方向、つまりビームの厚み方向を斜辺方向とする台形形
状などになることがある。
Further, the angular velocity sensor 150 as described above
Are manufactured using a so-called semiconductor process technology suitable for fine processing. However, even in this semiconductor process technology, variations in the manufacturing process cannot be avoided. For example, due to variations in the etching process, the cross-sectional shape of the beam 151 supporting the mass portion 152 is not an ideal rectangle or square, Of the beam, that is, a trapezoidal shape whose oblique side is the thickness direction of the beam.

【0008】ビーム151の断面が台形となると、マス
部152を励振方向に振動させると、このマス部152
を支持するビーム151が励振方向に振動する際にビー
ム151の厚み方向に漏れ振動成分が発生してしまう。
When the cross section of the beam 151 becomes trapezoidal, when the mass 152 is vibrated in the excitation direction, the mass 152
When the beam 151 that supports the beam 151 vibrates in the excitation direction, a leak vibration component occurs in the thickness direction of the beam 151.

【0009】従来の角速度センサ150においては、上
述のようにビーム151が、マス部152を励振方向に
移動可能に支持すると共に、コリオリ力発生方向(つま
り、ビーム151の厚み方向)に変位可能に支持し、か
つ図中の上下方向への変位についてはこれを禁止してい
る。従って、励振方向への振動によるビーム151の漏
れ振動成分は、コリオリ力の検出方向にそのほとんどが
発生してしまうこととなる。従って、マス部152を励
振させることにより、角速度が印加されていなくても、
マス部152が検出方向、つまり図16(a)の紙面垂
直方向に変位して出力が現れてしまうこととなり、角速
度センサ150の検出精度に悪影響を与えてしまう可能
性があった。
In the conventional angular velocity sensor 150, as described above, the beam 151 supports the mass portion 152 so as to be movable in the excitation direction and is displaceable in the Coriolis force generation direction (that is, the thickness direction of the beam 151). It is supported, and displacement in the vertical direction in the figure is prohibited. Therefore, most of the leak vibration component of the beam 151 due to the vibration in the excitation direction is generated in the Coriolis force detection direction. Therefore, by exciting the mass portion 152, even if no angular velocity is applied,
The mass 152 is displaced in the detection direction, that is, in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 16A, and an output appears, which may adversely affect the detection accuracy of the angular velocity sensor 150.

【0010】また、従来の角速度センサ150におい
て、枠部160におけるビーム151の一方側の付け根
領域159には、空隙154が設けられている。この空
隙154は、そのZ方向における幅、即ちビーム151
の励振方向と直交する方向の幅を図示しない空隙幅調整
手段(図示せず)によって可変調整される。そして、空
隙154の幅をこのような空隙幅調整手段により調整す
ることにより、ビーム151の引っ張り応力を変更し、
これによりビーム151の共振周波数を調整して、最も
感度が良い状態での測定を可能としているのである。
In the conventional angular velocity sensor 150, a gap 154 is provided in a base region 159 on one side of the beam 151 in the frame 160. The gap 154 has a width in the Z direction, that is, the beam 151.
Is variably adjusted by a gap width adjusting means (not shown) (not shown). Then, by adjusting the width of the gap 154 by such a gap width adjusting means, the tensile stress of the beam 151 is changed,
As a result, the resonance frequency of the beam 151 is adjusted, and measurement with the best sensitivity is possible.

【0011】しかしながら、従来の角速度センサ150
では、上述のように励振方向と検出方向の二方向にビー
ム151が兼用されているため、空隙154の幅を調整
してビーム151に引っ張り応力を印加すると、これに
より励振方向と検出方向における共振周波数が同時に増
加してしまう。ところが、マス部152における励振方
向の共振周波数と、コリオリ力検出方向の共振周波数と
は角速度センサの特性によりこれらの共振周波数の差Δ
fは0ではない。このように、上記2方向にマス部15
2の変位を支持するビーム151の引っ張り応力を調整
する構成では、最適なΔfを得るための調整が難しいと
いう問題があった。
However, the conventional angular velocity sensor 150
Since the beam 151 is used in both the excitation direction and the detection direction as described above, when the width of the gap 154 is adjusted to apply a tensile stress to the beam 151, the resonance in the excitation direction and the detection direction is thereby reduced. The frequency increases at the same time. However, the resonance frequency of the mass section 152 in the excitation direction and the resonance frequency in the Coriolis force detection direction are different due to the characteristics of the angular velocity sensor.
f is not zero. As described above, the mass 15 is moved in the two directions.
In the configuration for adjusting the tensile stress of the beam 151 supporting the displacement of 2, there is a problem that it is difficult to adjust to obtain the optimum Δf.

【0012】さらに、振動子を用いた従来の共振型角速
度センサは、素子自体が大きいため、レーザーなどによ
るトリミング加工が可能であった。しかし、図16に示
すように、シリコンなどの材料を用いたマイクロマニシ
ング技術によって作製された近年の微細な振動型センサ
では、このようなトリミング加工による周波数の微調整
は極めて困難である。これは、振動型センサのトリミン
グすべき領域が数μmと小さいのに対して、レーザービ
ームなどのスポット径が10〜数10μmと大きく、共
振周波数の調整に際して、希望通りのトリミングを行う
ことが極めて困難であるためである。
Further, the conventional resonance type angular velocity sensor using a vibrator has a large element itself, so that it is possible to perform a trimming process using a laser or the like. However, as shown in FIG. 16, it is extremely difficult to finely adjust the frequency by such a trimming process in recent fine vibration type sensors manufactured by a micromachining technique using a material such as silicon. This is because, while the area to be trimmed of the vibration type sensor is as small as several μm, the spot diameter of a laser beam or the like is as large as 10 to several tens of μm. This is because it is difficult.

【0013】以上のように、従来のトリミング技術によ
って振動子の共振周波数を一定の値に調整する方法も、
Δfを調整する方法として適切ではなく、効率的にΔf
を最適値に調整することの容易な構成が求められてい
た。
As described above, the method of adjusting the resonance frequency of the vibrator to a constant value by the conventional trimming technique is also described.
It is not appropriate as a method of adjusting Δf, and Δf is efficiently adjusted.
There has been a demand for a configuration that is easy to adjust to the optimum value.

【0014】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、簡単な構成で正確に角速度を検出することの可
能な共振型角速度センサを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a resonance type angular velocity sensor capable of accurately detecting an angular velocity with a simple configuration.

【0015】また、併せて、慣性質量であるマス部の共
振周波数の調整を容易に、かつ効率的に実行することの
可能な構成の共振型角速度センサを得ることを目的とす
る。
Another object of the present invention is to provide a resonance type angular velocity sensor having a configuration capable of easily and efficiently adjusting a resonance frequency of a mass portion as an inertial mass.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の共振型角速度センサは、慣性質量となるマ
ス部を励振させ、このマス部の励振方向と角速度センサ
の回転軸方向の両方向に直交する方向に発生するコリオ
リ力によるマス部の変位に基づいて角速度を検出する共
振型角速度センサであって、以下のような特徴を備え
る。
In order to achieve the above object, a resonance type angular velocity sensor according to the present invention excites a mass portion serving as an inertial mass, the excitation direction of the mass portion and the rotation axis direction of the angular velocity sensor. A resonance type angular velocity sensor for detecting an angular velocity based on displacement of a mass portion due to Coriolis force generated in a direction orthogonal to both directions, and has the following features.

【0017】即ち、励振方向にマス部を挟んで配置され
た一対のマス変位支持基部と、前記各マス変位支持基部
からそれぞれ前記マス部に伸び、コリオリ力発生時に前
記マス部のコリオリ力発生方向への変位を許容するよう
支持するマス変位方向支持ビームと、前記各マス変位支
持基部の前記コリオリ力発生方向への変位を禁止すると
共に、前記マス変位方向支持ビームを介して前記マス部
の前記励振方向への振動を許容するように前記マス変位
支持基部を支持するマス励振支持ビームと、前記マス変
位支持基部を励振させることにより前記マス部を励振さ
せるための励振手段と、前記マス部の変位を検出する変
位検出手段と、を具備する。また前記マス励振支持ビー
ムを構成するフォールディット型ビームは、該マス変位
支持基部の振動方向に直交する方向に延びる少なくとも
2本の同じ長さの平行配置されたビーム体を備え、前記
2本のビーム体はその一方の端部で互いに該ビーム体よ
り幅広の連結部によって連結され、前記2本のビーム体
の他方の端部は、一方のビーム体では前記マス変位支持
基部に連結され、他方のビーム体では基板に固定されて
いる
That is, a pair of mass displacement support bases arranged with the mass portion interposed therebetween in the excitation direction, and each of the mass displacement support bases extending from the mass displacement support base to the mass portion, and generating a Coriolis force of the mass portion when a Coriolis force is generated. And a mass displacement direction support beam supporting the mass displacement support base to allow displacement in the Coriolis force generation direction of the mass displacement support bases, and the mass section through the mass displacement direction support beam. A mass excitation support beam that supports the mass displacement support base so as to allow vibration in an excitation direction, excitation means for exciting the mass portion by exciting the mass displacement support base, Displacement detecting means for detecting displacement. The mass excitation support bee
The folded beam that composes the
At least extending in a direction perpendicular to the vibration direction of the support base
Comprising two parallel-arranged beam bodies of the same length,
The two beam bodies are at one end of each other
The two beam members are connected by a wide connecting portion.
The other end of the beam supports the mass displacement in one beam body
Connected to the base and fixed to the substrate in the other beam body
I have .

【0018】本発明では、上記のようにマス部を励振方
向に振動可能に支持するためのマス励振支持ビームと、
マス部のコリオリ力発生方向への変位を許容するように
支持するためのマス変位方向支持ビームとを別々に設け
ている。このため、マス部励振支持ビームを励振方向に
振動させた場合に、例え製造プロセスのバラツキに起因
してこのビームにビーム厚み方向の漏れ振動成分が発生
したとしても、この漏れ振動成分の方向とコリオリ力の
検出方向とは、多くの場合一致しない(具体的には、9
0°異なる)。従って、本発明の共振型角速度センサの
センサ出力は、ビーム形状の影響を受け難く、製造プロ
セスのバラツキに関わらず検出精度の高いセンサが得ら
れる。
According to the present invention, as described above, the mass excitation support beam for supporting the mass portion so as to be able to vibrate in the excitation direction,
A mass displacement direction support beam for supporting the mass portion to allow displacement in the Coriolis force generation direction is provided separately. Therefore, when the mass excitation support beam is vibrated in the excitation direction, even if a leakage vibration component in the beam thickness direction is generated in the beam due to a variation in the manufacturing process, the direction of the leakage vibration component is In many cases, the direction of detection of the Coriolis force does not match (specifically, 9
0 °). Therefore, the sensor output of the resonance type angular velocity sensor of the present invention is hardly affected by the beam shape, and a sensor with high detection accuracy can be obtained regardless of the variation in the manufacturing process.

【0019】また、ビームを分離することにより、それ
ぞれのビームについて例えばその引っ張り応力を個別に
調整して、マス部励振方向とコリオリ力検出方向の各方
向における共振周波数をそれそれ適切な値とすることが
容易となる。従って、最適なΔfを得るための調整を容
易に実行することが可能となる。
Further, by separating the beams, for example, the tensile stress of each beam is individually adjusted, and the resonance frequency in each of the mass portion excitation direction and the Coriolis force detection direction is set to an appropriate value. It becomes easier. Therefore, adjustment for obtaining the optimum Δf can be easily performed.

【0020】さらに、直交する2方向について別々のビ
ームでマス部を支持することにより励振方向とコリオリ
力検出方向を同一平面方向とすることが機構原理的に可
能となる。このため、共振型角速度センサとしての製造
プロセスを簡易なものとすることが可能となる。
Further, by supporting the mass portion with separate beams in two orthogonal directions, it becomes possible in principle to make the excitation direction and the Coriolis force detection direction the same plane direction. For this reason, it becomes possible to simplify the manufacturing process as a resonance type angular velocity sensor.

【0021】[本発明の態様]本発明の共振型角速度セ
ンサは、例えば、さらに次のような態様を採用すること
が可能である。
[Aspects of the Present Invention] The resonance type angular velocity sensor of the present invention can employ, for example, the following aspects.

【0022】(i)態様1 まず、マス部が励振方向に振動可能となるようにマス変
位支持基部を支持するマス励振支持ビームとして、フォ
ールディット(折り畳み)型ビームを用いることができ
る。
(I) Aspect 1 First, a folded (folded) beam can be used as a mass excitation support beam that supports a mass displacement support base so that the mass portion can vibrate in the excitation direction.

【0023】フォールディット型ビームは、支持する対
象(ここではマス変位支持基部)の振動方向に直交する
方向に延び、少なくとも2本の同じ長さの平行配置され
たビーム体を備える。そして、これらのビーム体が、上
記振動方向への直交方向における一方の端部で互いに連
結されて構成されている。また、2本のビーム体の他方
の端部は、一方のビーム体では、基板等に固定され、も
う一方のビーム体においては、支持対象に連結されてい
る。
The folded beam has at least two parallel beam members of the same length extending in a direction perpendicular to the vibration direction of the object to be supported (here, the mass displacement support base). These beam members are connected to each other at one end in a direction orthogonal to the vibration direction. Further, the other ends of the two beam members are fixed to a substrate or the like in one beam member, and connected to a support target in the other beam member.

【0024】マス励振支持ビームとして、一本の直線状
のビームよりなるストレート型ビームを用いることも可
能であるが、このストレート型ビームを利用した場合、
励振方向に対するマス部の振幅が大きいと、ビームがビ
ーム長手方向に引っ張りを受け、ビーム内に引っ張り応
力が発生する。このためビームのバネ定数が増加し、変
位とビームによる復元力の関係が非線形となる。つま
り、励振振幅が増すにつれ励振方向の共振周波数が増加
して、センサ特性が変化してしまう。
As the mass excitation support beam, it is possible to use a straight beam composed of one linear beam. However, when this straight beam is used,
When the amplitude of the mass portion with respect to the excitation direction is large, the beam is pulled in the longitudinal direction of the beam, and a tensile stress is generated in the beam. For this reason, the spring constant of the beam increases, and the relationship between the displacement and the restoring force due to the beam becomes non-linear. That is, as the excitation amplitude increases, the resonance frequency in the excitation direction increases, and the sensor characteristics change.

【0025】これに対し、フォールディッド型ビームを
用いれば、支持対象に連結された一方のビーム体が変位
すると、他方のビーム体が同じように動作し、大振幅で
あっても各ビーム体の長さが変化しない。従って、大振
幅時にビーム体が長手方向に引っ張られることがなく、
バネ定数が一定となり、大振幅であってもセンサ特性の
変化を避けることが可能となる。特に、本発明では2本
の平行配置されるビーム体の連結部が幅広に設計されて
おり、ビーム体長手方向、つまりセンサの検出方向に於
けるフォールディット型ビームの剛性が高められてい
る。従って、励振成分の検出方向への振動漏れを一層低
減できセンサの精度向上に寄与することができる。
On the other hand, if a folded beam is used, when one of the beam members connected to the support is displaced, the other beam member operates in the same manner, and even if the beam member has a large amplitude, each beam member has a different amplitude. The length does not change. Therefore, the beam is not pulled in the longitudinal direction at the time of large amplitude,
The spring constant is constant, and it is possible to avoid a change in sensor characteristics even with a large amplitude. In particular, in the present invention, two
The connecting part of the parallel arranged beam body is designed wide
In the longitudinal direction of the beam, that is, in the detection direction of the sensor.
The rigidity of the folded-type beam
You. Therefore, vibration leakage in the detection direction of the excitation component is further reduced.
This can contribute to an improvement in the accuracy of the sensor.

【0026】(ii)態様2 コリオリ力の発生方向へのマス部の変位を支持するマス
変位方向支持ビームとしては、変位許容方向に対して直
交する方向に真っ直ぐ延びるストレート状のビーム(ス
トレート型ビーム)を用いることができる。このストレ
ート型ビームは、変位許容方向の直交方向において弛み
なく形成することができ、支持が確実であり、例えば変
位時の振動の停止が迅速である。また、ビームが真っ直
ぐな形状であり構造がシンプルであるため、製造時の歩
留まり向上にもメリットがある。なお、ストレート型ビ
ームの変位量が大きければビームへの引っ張り応力が発
生するという前述のデメリットが生ずるが、検出方向に
おいて角速度印加により生じるコリオリ力は小さく、ビ
ームの振幅時に生ずる引っ張り応力はそれほどは大きく
なく、センサの特性変化は小さい。
(Ii) Aspect 2 As the mass displacement direction support beam for supporting the displacement of the mass portion in the direction in which the Coriolis force is generated, a straight beam (straight beam) extending straight in a direction perpendicular to the displacement allowable direction is used. ) Can be used. This straight beam can be formed without slack in the direction orthogonal to the displacement permissible direction, the support is reliable, and, for example, the stop of vibration at the time of displacement is quick. In addition, since the beam has a straight shape and a simple structure, there is an advantage in improving the yield during manufacturing. Note that if the displacement amount of the straight type beam is large, the above-mentioned disadvantage that a tensile stress is generated on the beam occurs. And the change in the characteristics of the sensor is small.

【0027】(iii)態様3 本発明の共振型角速度センサにおいては、ビームの役割
に応じて、上述のようにマス励振支持ビームと、マス変
位方向支持ビームとを設けているため、それぞれのビー
ムについて例えばその引っ張り応力を個別に調整して、
マス部励振方向とコリオリ力検出方向の各方向における
共振周波数をそれそれ適切な値とすることができる。
(Iii) Aspect 3 In the resonance type angular velocity sensor of the present invention, the mass excitation support beam and the mass displacement direction support beam are provided as described above according to the role of the beam. For example, individually adjust the tensile stress,
The resonance frequency in each of the mass portion excitation direction and the Coriolis force detection direction can be set to an appropriate value.

【0028】例えば、周波数調整機構を設け、マス変位
支持基部からそれぞれ延びるマス励振支持ビームに応力
を与えることにより、マス部の励振方向の共振周波数の
みを調整することが可能となる。このマス励振支持ビー
ムに対する調整は、例えば、静電力などを利用して電気
的調整方法によりビームに引っ張り応力または圧縮応力
を与えることにより実現できる。
For example, by providing a frequency adjusting mechanism and applying stress to the mass excitation support beams extending from the mass displacement support base, it is possible to adjust only the resonance frequency in the excitation direction of the mass portion. The adjustment to the mass excitation support beam can be realized by applying a tensile stress or a compressive stress to the beam by an electric adjustment method using, for example, an electrostatic force.

【0029】より具体的な構成としては、マス励振支持
ビームとして、例えば、フォールディッド型ビームを用
いた場合に、このフォールディット型ビームの互いにビ
ーム体が連結されている端部に電極を形成し、この電極
を用いて静電力により制御することによってビームに応
力を与え、周波数調整を行うことが可能である。例え
ば、上記フォールディット型ビームのマス部励振方向に
沿って設けられている端部側連結部をさらにマス部励振
方向に延し、この連結部の複数箇所に周波数調整用電極
を設ける構成とすれば、励振方向の共振周波数の微調整
がより容易となる。
As a more specific configuration, for example, when a folded beam is used as the mass excitation support beam, electrodes are formed at the ends of the folded beam which are connected to each other. By controlling the electrostatic force using this electrode, it is possible to apply stress to the beam and adjust the frequency. For example, the end-side connecting portion provided along the mass portion exciting direction of the folded beam may be further extended in the mass portion exciting direction, and a frequency adjusting electrode may be provided at a plurality of portions of the connecting portion. If this is the case, fine adjustment of the resonance frequency in the excitation direction becomes easier.

【0030】さらに、マス部の励振状態を検出する検出
手段を別途設ければ、この検出手段によって得られる励
振状態(励振周波数、振幅など)に基づいて、随時最適
なマス部の共振周波数が常時得られるようにマス励振支
持ビームの応力を調整することが可能となる。また、マ
ス部を励振させるための励振手段に関しても、上記検出
手段の検出結果に基づいて励振方向の振動周波数が最適
な値となるようにこの励振手段をフィードバック制御す
ることが好適である。
Further, if detecting means for detecting the excitation state of the mass section is separately provided, the optimum resonance frequency of the mass section can be constantly adjusted based on the excitation state (excitation frequency, amplitude, etc.) obtained by this detection means. It is possible to adjust the stress of the mass excitation support beam so that it can be obtained. In addition, it is preferable that the excitation means for exciting the mass section is feedback-controlled based on the detection result of the detection means so that the vibration frequency in the excitation direction becomes an optimum value.

【0031】周波数調整機構として、電気的な調整手段
に代え、あるいはこれと組み合わせて適用可能な調整手
段としては、レーザトリミングなどの機械的な調整があ
る。この機械的調整方法においては、例えば、マス励振
支持ビームに専用に形成したトリミング用パターンを除
去する、あるいはマス励振支持ビームに後発的に金属材
料などを付着させるなどの方法によってマス励振支持ビ
ームの共振周波数のみを選択的に調整することができ
る。このような機械的調整方法では、周波数調整幅が大
きいため調整効率が高く、特に、周波数の粗調整などに
極めて適している。
As a frequency adjustment mechanism, mechanical adjustment such as laser trimming is available as an adjustment means that can be used in place of or in combination with the electrical adjustment means. In this mechanical adjustment method, for example, a trimming pattern formed exclusively for the mass excitation support beam is removed, or a metal material or the like is later attached to the mass excitation support beam, and the mass excitation support beam is removed. Only the resonance frequency can be selectively adjusted. In such a mechanical adjustment method, the adjustment efficiency is high because the frequency adjustment width is large, and it is particularly suitable for rough adjustment of the frequency.

【0032】次に、共振型角速度センサの各方向での共
振周波数とその周波数調整との関係について説明する。
Next, the relationship between the resonance frequency in each direction of the resonance type angular velocity sensor and its frequency adjustment will be described.

【0033】共振特性の変化を利用した振動型センサ
は、その高感度、高分解能という優れた特性を備えるこ
とから注目されている。これはネルギー損失の少ない、
高い振動Q値を持つ材料を用いて振動子を製造している
ため、振動子の共振周波数とそれを励振する励振周波数
が一致する共振状態では、振幅が著しく増幅されるとい
う性質を利用しているためである。
Vibration sensors utilizing changes in resonance characteristics have attracted attention because of their excellent characteristics of high sensitivity and high resolution. This is low energy loss,
Since the vibrator is manufactured using a material having a high vibration Q value, in the resonance state where the resonance frequency of the vibrator coincides with the excitation frequency for exciting the vibrator, the characteristic that the amplitude is significantly amplified is utilized. Because it is.

【0034】しかし、その反面、振動型センサは、励振
周波数がなんらかの原因で変化すると共振状態が変化
し、センサの感度は著しく低下してしまう。このような
共振特性の変化をもたらすものとして、製造プロセスの
バラツキや使用時の温度変化、長期的な使用で生ずる振
動体の微視的な構造の変化(例として材料の疲労)など
がある。特にこれらの影響は、自動車の車両制御用など
過酷な環境下では問題となり角速度の正確な測定を妨げ
る要因となっている。
However, on the other hand, when the excitation frequency changes for some reason, the resonance state of the vibration type sensor changes, and the sensitivity of the sensor is significantly reduced. Factors causing such a change in the resonance characteristics include variations in the manufacturing process, temperature changes during use, and changes in the microscopic structure of the vibrating body caused by long-term use (for example, material fatigue). In particular, these effects become problems in a severe environment such as for controlling a vehicle of an automobile, and hinder accurate measurement of angular velocity.

【0035】センサ特性のうち、最も重要である感度に
ついて、その変動要因を次に説明する。
Among the sensor characteristics, with regard to the sensitivity which is the most important, the cause of the fluctuation will be described below.

【0036】共振型角速度センサの感度は、マスを励振
する際のマスの移動速度に比例する。そしてマスの移動
速度はマスの振幅に比例する。つまり高感度化のために
はマスを大きく振幅させる必要がある。本センサは共振
型センサであるので、センサの励振方向の共振周波数と
励振力の周波数を一致させると、振幅は著しく増幅され
る。その結果、小さい加振電圧で非常に大きい励振振幅
を得ることができる。加振電圧を低く押さえることは、
加振信号が電気的に検出回路に飛び込むノイズ(クロス
トーク)を低減させることも役立ち、これはセンサの分
解能を向上させることにもなる。検出方向についても同
様である。角速度により周期的に発生するコリオリ力
は、励振周波数と同じ周期を持つ検出側への加振力とな
る。このコリオリ力の発生周期を検出方向の共振周波数
と合致させれば、検出方向に発生する振幅も著しく増幅
される。この結果、検出方向の振動系においても高感度
化を図ることができる。
The sensitivity of the resonance type angular velocity sensor is proportional to the moving speed of the mass when exciting the mass. The moving speed of the mass is proportional to the amplitude of the mass. That is, it is necessary to increase the amplitude of the mass in order to increase the sensitivity. Since this sensor is a resonance type sensor, when the resonance frequency in the excitation direction of the sensor and the frequency of the excitation force are matched, the amplitude is significantly amplified. As a result, a very large excitation amplitude can be obtained with a small excitation voltage. Keeping the excitation voltage low
It is also useful to reduce the noise (crosstalk) that the excitation signal electrically jumps into the detection circuit, which also improves the resolution of the sensor. The same applies to the detection direction. The Coriolis force periodically generated by the angular velocity is an exciting force on the detection side having the same cycle as the excitation frequency. If the generation cycle of this Coriolis force is matched with the resonance frequency in the detection direction, the amplitude generated in the detection direction is also greatly amplified. As a result, high sensitivity can be achieved even in the vibration system in the detection direction.

【0037】以上の説明から、励振側と検出側の共振周
波数の関係が重要であることがわかる。この関係は次に
述べるとおりである。振動子(マス部)はあらかじめ櫛
型電極で発生する静電力で加振されている。このときの
励振周波数は、励振方向の共振周波数と一致させてあ
る。ここでセンサに角速度を与えれば、角速度や振動子
の振動速度に比例したコリオリ力Fcが検出方向に発生
する。Fcは次式(1)であらわされる。
From the above description, it is understood that the relationship between the resonance frequencies on the excitation side and the detection side is important. This relationship is as described below. The vibrator (mass portion) is vibrated in advance by electrostatic force generated by the comb-shaped electrode. The excitation frequency at this time is matched with the resonance frequency in the excitation direction. Here, if an angular velocity is given to the sensor, a Coriolis force Fc proportional to the angular velocity and the vibration velocity of the vibrator is generated in the detection direction. Fc is represented by the following equation (1).

【0038】[0038]

【数1】 Fc=2×M×V×Ω ・・・(1) ただし、Mはマスの質量、Vは励振速度、Ωは角速度で
ある。このコリオリ力の発生周期は励振周波数と同一で
ある。このコリオリ力により、マス部は励振方向と直角
に振動を始め、その周期はコリオリ力の発生周期と同一
となる。このとき、もしコリオリ力の周波数と、検出方
向の共振周波数を一致させれば高感度化を図ることがで
きる。以上の原理より“励振方向の共振周波数fxと検
出方向の共振周波数fyが一致すると、最も高感度にな
る”ことがわかる。すなわち両方向の周波数の差をΔf
とおけば、Δfがゼロに小さいほど感度がよいと言え
る。図17は、Δfの定義を示している。このΔfが小
さいほど、励振側と検出側の共振周波数のカーブの重な
る程度が強いので、励振側共振周波数fxにおける検出
側の振幅Aが大きくなることがわかる。この振幅Aが大
きいほど、センサ感度が高いことを示している。しか
し、Δfはセンサの応答性にも深く関係しており、これ
が小さいほど角速度入力に対する応答性が低下する。車
両用センサとして用いる場合、一般にΔfは数十〜数百
Hz程度必要である。このΔfの最適値は、感度とのト
レードオフで決定される。
Fc = 2 × M × V × Ω (1) where M is the mass of the mass, V is the excitation velocity, and Ω is the angular velocity. The generation cycle of this Coriolis force is the same as the excitation frequency. Due to this Coriolis force, the mass portion starts to vibrate at right angles to the excitation direction, and its cycle becomes the same as the generation cycle of the Coriolis force. At this time, if the frequency of the Coriolis force is made to coincide with the resonance frequency in the detection direction, high sensitivity can be achieved. From the above principle, it is understood that "the highest sensitivity is obtained when the resonance frequency fx in the excitation direction matches the resonance frequency fy in the detection direction". That is, the difference between the frequencies in both directions is Δf
Thus, it can be said that the smaller the Δf is, the higher the sensitivity is. FIG. 17 shows the definition of Δf. It can be seen that the smaller the value of Δf, the greater the degree of overlapping of the resonance frequency curves on the excitation side and the detection side, so that the amplitude A on the detection side at the excitation side resonance frequency fx increases. The greater the amplitude A, the higher the sensor sensitivity. However, Δf is also closely related to the response of the sensor, and the smaller this is, the lower the response to the angular velocity input is. When used as a vehicle sensor, Δf generally requires about several tens to several hundreds Hz. The optimum value of Δf is determined by a trade-off with sensitivity.

【0039】ところが、センサの製造プロセスにおける
製造誤差は、一般に10%程度あると言われている。こ
のため製造プロセス後のセンサ形状は、設計値からばら
ついていることになる。製造プロセスでの誤差を十分小
さくする努力をしても、各部の質量や、ビームの太さな
どにはバラツキがあり、Δfを目的の値に完全に合致さ
せることは難しい。また、このΔfが何らかの要因に対
して変化すれば、与えられた角速度が一定であっても、
感度や分解能、また零点出力(オフセット出力)など全
て変化する。
However, it is generally said that a manufacturing error in a sensor manufacturing process is about 10%. Therefore, the sensor shape after the manufacturing process varies from the design value. Even if efforts are made to minimize errors in the manufacturing process, there are variations in the mass of each part, the thickness of the beam, and the like, and it is difficult to completely match Δf to the target value. Also, if this Δf changes for some factor, even if the given angular velocity is constant,
The sensitivity, resolution, and zero point output (offset output) all change.

【0040】よって、このような問題を解決するために
は、センサ素子の製造後に簡単かつ自動的な手法によっ
て周波数調整を加えることが要求されることとなるので
ある。
Therefore, in order to solve such a problem, it is necessary to adjust the frequency by a simple and automatic method after the manufacture of the sensor element.

【0041】そこで、上述のようにフォールディッド型
ビームとそれに隣接した周波数調整用電極間に直流電圧
を印加するなどの手法を採用することにより、励振方向
の共振周波数を可変調整し検出方向の共振周波数に近づ
けることで角速度センサの感度を高めることが可能とな
る。
Therefore, by employing a method such as applying a DC voltage between the folded beam and the frequency adjustment electrode adjacent thereto as described above, the resonance frequency in the excitation direction is variably adjusted, and the resonance in the detection direction is adjusted. By approaching the frequency, the sensitivity of the angular velocity sensor can be increased.

【0042】また、しばしば問題となる振動型センサの
製造プロセスや温度、経時変化に対するセンサの特性変
化については、振動子のビーム形状と電気的な回路の工
夫により自動的に機能を付加することにより、製造工程
後の調整の大部分を自動化し、製造後長期間に渡って高
い性能を維持することが可能となる。なお、製造にあた
っては特殊な工程を用いないため、製造コストを低く押
さえることができる。
In addition, with respect to the manufacturing process of the vibration type sensor, which often poses a problem, and changes in the characteristics of the sensor due to changes over time and temperature, functions are automatically added by contriving the beam shape of the vibrator and the electric circuit. It is possible to automate most of the adjustments after the manufacturing process and maintain high performance for a long period after the manufacturing. Since no special process is used in the manufacturing, the manufacturing cost can be kept low.

【0043】(iv)態様4 本発明の共振型角速度センサにおいては、さらに以下の
ような態様をとることができる。
(Iv) Aspect 4 In the resonance type angular velocity sensor of the present invention, the following aspects can be further taken.

【0044】まず、上記のような共振型角速度センサの
いずれか2つを1組として用い、この1組のセンサの各
マス部をそれぞれ同一の励振方向において逆位相となる
ように励振させる。すなわち、180度の位相差を持つ
ように2つのマス部にそれぞれ励振力を付与する構成と
する。このような構成とすれば、励振方向と、角速度の
回転軸方向との双方に直交する方向にコリオリ力が作用
してマス部が変位すると、このマス部の変位方向の向き
が、2つのマス部で正反対となる。
First, any two of the above-described resonance type angular velocity sensors are used as one set, and the respective mass portions of the one set of sensors are excited so as to have opposite phases in the same excitation direction. That is, an excitation force is applied to each of the two mass portions so as to have a phase difference of 180 degrees. With this configuration, when the mass is displaced by Coriolis force acting in a direction orthogonal to both the excitation direction and the direction of the rotational axis of the angular velocity, the displacement direction of the mass is changed to two mass directions. The opposite is true in the department.

【0045】単一の共振型角速度センサの場合には、こ
のセンサのマス部にコリオリ力の作用方向と同一方向に
加速度が作用した場合、マス部が、あたかも角速度が付
与された場合と同様に変位してしまう。
In the case of a single resonance-type angular velocity sensor, when acceleration acts on the mass of the sensor in the same direction as the direction of action of the Coriolis force, the mass acts as if the angular velocity were applied. It will be displaced.

【0046】そこで、1組の共振型角速度センサを用
い、2つのマス部をそれぞれ180度の位相差で励振さ
せる構成とすると、角速度が付与された時には、上述の
ように2つのマス部にそれぞれ発生するコリオリ力がて
正反対方向となるので、角速度を選択的に検出すること
が容易となる。従って、コリオリ力の作用方向の加速度
影響を簡単に相殺でき、さらに高い信頼性が保証される
こととなる。
Therefore, if a configuration is adopted in which a pair of resonant angular velocity sensors are used to excite the two mass parts with a phase difference of 180 degrees, when the angular velocity is applied, the two mass parts are respectively applied to the two mass parts as described above. Since the generated Coriolis force is in the opposite direction, it is easy to selectively detect the angular velocity. Therefore, the acceleration effect in the direction of action of the Coriolis force can be easily canceled, and higher reliability is guaranteed.

【0047】(v)態様5 マス部の変位を検出するための変位検出手段をマス部の
変位方向の一方側に設けると共に、マス部の変位方向の
他方側には変位制御手段を設ける構成も採用可能であ
る。この変位制御手段は、コリオリ力の作用によってマ
ス部が変位し、変位検出手段がその変位を検出すると、
これに応じてマス部の変位をキャンセルするようにマス
部を制御する。また、変位検出手段が変位をキャンセル
するのに要した制御量に基づいて、マス部の変位量を検
出する。このような変位制御手段を設ければ、共振型角
速度センサの直線性、感度、周波数特性、温度特性など
を向上させることができる。
(V) Mode 5 A configuration in which displacement detecting means for detecting displacement of the mass portion is provided on one side in the displacement direction of the mass portion, and displacement control means is provided on the other side in the displacement direction of the mass portion. Can be adopted. This displacement control means, when the mass portion is displaced by the action of Coriolis force, and when the displacement detection means detects the displacement,
In response to this, the mass section is controlled so as to cancel the displacement of the mass section. Further, the displacement amount of the mass portion is detected based on the control amount required for the displacement detecting means to cancel the displacement. By providing such a displacement control means, it is possible to improve the linearity, sensitivity, frequency characteristics, temperature characteristics and the like of the resonance type angular velocity sensor.

【0048】[0048]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
(以下、実施形態という)について図面を用いて説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention (hereinafter, referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.

【0049】[実施形態1] (共振型角速度センサの構成)図1は、本実施形態1に
係る共振型角速度センサ(以下、角速度センサという)
の平面図を示しており、図2はそのA−A線に沿った断
面図を示し、図3は容量検出電極の拡大図、図4は、こ
の角速度センサの製造プロセスの例を示している。
[First Embodiment] (Configuration of Resonant Angular Velocity Sensor) FIG. 1 shows a resonance angular velocity sensor according to the first embodiment (hereinafter referred to as angular velocity sensor).
2 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 2, FIG. 3 is an enlarged view of the capacitance detecting electrode, and FIG. 4 shows an example of a manufacturing process of the angular velocity sensor. .

【0050】本実施形態1の角速度センサは、シリコン
のマイクロマシン技術などを利用して作製した微細な角
速度センサである。この角速度センサ500では、マス
励振支持ビームと、マス変位支持ビームによって、マス
部1が基板平面上にフローティングに支持されている。
The angular velocity sensor according to the first embodiment is a fine angular velocity sensor manufactured by using a silicon micromachine technology or the like. In the angular velocity sensor 500, the mass portion 1 is floatingly supported on the substrate plane by the mass excitation support beam and the mass displacement support beam.

【0051】具体的には、励振方向(図1の上下方向)
にマス部1を挟んで配置された一対のマス変位支持基部
24、25を有し、マス変位支持ビーム20,21,2
2,23が各マス変位支持基部24、25からそれぞれ
マス部1に伸びて、コリオリ力発生時にマス部1のコリ
オリ力発生方向への変位を許容するようにマス部1を図
1の上下方向からそれぞれ支持している。
Specifically, the excitation direction (the vertical direction in FIG. 1)
And a pair of mass displacement support bases 24 and 25 disposed with the mass portion 1 interposed therebetween, and mass displacement support beams 20, 21 and 2.
2 extend from the respective mass displacement support bases 24 and 25 to the mass portion 1 and move the mass portion 1 in the vertical direction of FIG. 1 so as to allow displacement of the mass portion 1 in the direction in which Coriolis force is generated when Coriolis force is generated. From each support.

【0052】また、本実施形態1では、マス部1をその
励振方向に支持するためのマス励振支持ビームとして、
各ビーム体10,11,12,13,14,15,1
6,17と、これらを連結する各ビーム体より幅広の
結部80、81とより構成されたフォールディット型ビ
ームが用いられている。このフォールディット型ビーム
では、そのビーム体11,13,15,17が各マス変
位支持基部24、25を図1の左右方向からそれぞれ支
持しており、このマス変位支持基部24、25のコリオ
リ力発生方向への変位を禁止すると共に、マス変位方向
支持ビーム22,23を介してマス部1の励振方向への
振動を許容している。
In the first embodiment, a mass excitation support beam for supporting the mass unit 1 in its excitation direction is
Each beam body 10, 11, 12, 13, 14, 15, 1
A folded-type beam is used, which is composed of 6, 17 and connecting portions 80 and 81 wider than each of the beam members connecting them. In this folded-type beam, the beam members 11, 13, 15, 17 support the respective mass displacement support bases 24, 25 from the left and right directions in FIG. 1, respectively, and the Coriolis force of the mass displacement support bases 24, 25 is provided. Displacement in the generation direction is prohibited, and vibration of the mass portion 1 in the excitation direction is allowed via the mass displacement direction support beams 22 and 23.

【0053】フォールディット型ビームにおいて、ビー
ム体10、12、14、16の一端は、基板に固定され
たアンカー部90,91,92,93にそれぞれ接続さ
れており、この4つのアンカー部90,91,92,9
3によって、角速度センサにおいて、振動部を構成する
パート(マス部1及び各支持ビームなど)が基板上にフ
ローティングに支持されている。
In the folded beam, one ends of the beam members 10, 12, 14, 16 are connected to anchor portions 90, 91, 92, 93 fixed to the substrate, respectively. 91, 92, 9
In the angular velocity sensor, the parts (mass part 1 and each support beam, etc.) constituting the vibrating part are floatingly supported on the substrate by 3.

【0054】また、上記フォールディット型ビームによ
って支持されるマス変位支持基部24および25にはそ
れぞれ、櫛形電極50、61及び64が形成されてい
る。
Further, comb-shaped electrodes 50, 61 and 64 are formed on the mass displacement supporting bases 24 and 25 supported by the folded beam, respectively.

【0055】この内、マス変位支持基部24の櫛形電極
50に対向する位置には、マス部1を励振させるための
励振手段をなす櫛形励振電極51が配置されており、こ
の電極51は、少なくともその基部が基板に固定支持さ
れ、この励振電極51の上部には電極パッド52が形成
されている。この電極パッド52および18を介して櫛
形電極50、51間に交流電圧を印加すると、これによ
り静電引力が発生して、マス変位支持基部24が励振さ
れ、このマス変位支持基部24の振動がマス変位支持ビ
ーム22、23を介してマス部1に伝達され、図1の上
下方向にマス部1が励振方向に振動する。
Among them, a comb-shaped excitation electrode 51 serving as an excitation means for exciting the mass portion 1 is disposed at a position facing the comb-shaped electrode 50 of the mass displacement support base 24. The base is fixedly supported on a substrate, and an electrode pad 52 is formed on the excitation electrode 51. When an AC voltage is applied between the comb-shaped electrodes 50 and 51 via the electrode pads 52 and 18, an electrostatic attraction is generated, and the mass displacement support base 24 is excited, and the vibration of the mass displacement support base 24 is reduced. The beam is transmitted to the mass unit 1 via the mass displacement supporting beams 22 and 23, and the mass unit 1 vibrates in the excitation direction in the vertical direction in FIG.

【0056】また、図1の上方のマス変位支持基部25
の櫛形電極61及び64にそれぞれ対向する位置には、
マス部1の励振の振幅を検出するための一対の櫛形検出
電極60、63が配置されており、これらの電極は、少
なくともその基部がそれぞれ基板に固定支持されてい
る。各櫛形検出電極60、63には、それぞれ電極パッ
ド62、65が接続されており、マス部1の励振がマス
変位支持ビーム20、21を介してマス変位支持基部2
5に伝達されると、これにより櫛形電極61、64と、
櫛形検出電極60、63との間の静電容量が変化する。
そこで、この容量変化に基づいて、マス部1における励
振振幅を検出している。なお、本実施形態1において
は、ノイズの影響を低減するため、電極63、64間の
容量変化と電極61、60間の容量変化の差動出力を得
る構成としているので、励振振幅の高精度な測定が可能
となっている。
The mass displacement support base 25 shown in FIG.
At positions facing the comb-shaped electrodes 61 and 64, respectively.
A pair of comb-shaped detection electrodes 60 and 63 for detecting the amplitude of excitation of the mass portion 1 are arranged, and at least the bases of these electrodes are fixedly supported on the substrate. Electrode pads 62, 65 are connected to the comb-shaped detection electrodes 60, 63, respectively, and the mass section 1 is excited by the mass displacement support bases 2, via the mass displacement support beams 20, 21.
5, the comb-shaped electrodes 61, 64,
The capacitance between the comb-shaped detection electrodes 60 and 63 changes.
Therefore, the excitation amplitude in the mass section 1 is detected based on the capacitance change. In the first embodiment, in order to reduce the influence of noise, a differential output of a change in capacitance between the electrodes 63 and 64 and a change in capacitance between the electrodes 61 and 60 are obtained. Measurement is possible.

【0057】図1において、マス部1の左右の側面に
は、平行平板状の延出電極31及び41が延出して形成
されている。そして、この延出電極31及び41とそれ
ぞれ対向する位置には、図1の紙面垂直方向を回転軸と
する角速度によって発生するコリオリ力によるマス部1
の図1の左右方向への変位を検出する容量検出電極3
0、32と、マス部1の変位を制御する制御電極40、
42が配置され、それぞれ基板に固定されている。
In FIG. 1, parallel plate-shaped extending electrodes 31 and 41 are formed to extend on the left and right side surfaces of the mass portion 1. At the positions facing the extended electrodes 31 and 41, respectively, the mass portion 1 due to the Coriolis force generated by the angular velocity with the rotation axis in the direction perpendicular to the paper of FIG.
Capacitance detecting electrode 3 for detecting the displacement of the right and left in FIG.
0, 32, and a control electrode 40 for controlling the displacement of the mass 1;
42 are arranged and fixed to the substrate, respectively.

【0058】ここで、角速度に基づくコリオリ力によっ
てマス部1が図1の左右方向へ変位すると、これによ
り、容量検出電極30、32と、延出電極31とのそれ
ぞれの間の静電容量が変化する。これに対して、制御電
極40と延出電極41との間、および制御電極42と、
延出電極41との間に電極パッド43、46を介して外
部より交流電圧を印加して、容量検出側の電極30、3
1および32、31により検出されるマス部1の変位が
零になるように制御する。そして、マス部1の変位を零
とするために要した制御量に基づき、マス部1の変位量
を算出している。
Here, when the mass portion 1 is displaced in the left-right direction in FIG. 1 by the Coriolis force based on the angular velocity, the capacitance between the capacitance detection electrodes 30 and 32 and the extension electrode 31 is thereby reduced. Change. On the other hand, between the control electrode 40 and the extension electrode 41, and the control electrode 42,
An AC voltage is applied from the outside to the extension electrode 41 via the electrode pads 43 and 46, and the electrodes 30 and 3 on the capacitance detection side are applied.
Control is performed such that the displacement of the mass portion 1 detected by the first, second, and 31 is zero. Then, the displacement amount of the mass portion 1 is calculated based on the control amount required to make the displacement of the mass portion 1 zero.

【0059】本実施形態1では、容量検出電極30、3
2を一対設けており、電極30、31間、および31、
32間の静電容量の差動出力を測定することで、マス部
1の左右方向の変位を検出することによって、測定精度
の向上を図っている。さらに、制御電極も一対(電極4
0、42)設けて、これらにより制御することにより、
制御精度の向上を図っており、更なる測定精度の向上に
寄与している。
In the first embodiment, the capacitance detecting electrodes 30, 3
2 are provided in a pair, between the electrodes 30, 31 and 31,
By measuring the differential output of the capacitance between the 32 and detecting the displacement of the mass unit 1 in the left-right direction, the measurement accuracy is improved. Further, a pair of control electrodes (electrode 4
0, 42), and by controlling them,
The control accuracy has been improved, contributing to further improvement in measurement accuracy.

【0060】ところで、印加される角速度が小さけれ
ば、コリオリ力によって生ずる検出方向への振幅も小さ
い。そのため、そのような微少な振幅変化を測定するた
めに設けられている容量検出電極30、32における静
電容量の変化も小さく、このような微小な容量変化を測
定することは容易ではない。
By the way, if the applied angular velocity is small, the amplitude in the detection direction caused by the Coriolis force is also small. Therefore, the change in the capacitance of the capacitance detection electrodes 30 and 32 provided for measuring such a small change in amplitude is small, and it is not easy to measure such a small change in capacitance.

【0061】そこで、本実施形態1においては、同じ振
幅における静電容量の変化を増すために、励振振幅を妨
げない方向に平行に配置されている平板電極、つまり櫛
歯の枚数nを増やしている。図3は、図1の櫛形容量検
出電極30、32とこれに対向する櫛形延出電極31の
構成を拡大しており、図3に示す容量検出電極30、3
2および対向する延出電極31の例では、櫛歯の数がそ
れぞれ3枚とされている。この櫛歯の枚数をn倍にすれ
ば、静電容量の変化量もn倍になるので振幅測定を容易
とすることができる。
Therefore, in the first embodiment, in order to increase the change in capacitance at the same amplitude, the number n of plate electrodes, ie, the number of comb teeth, arranged in parallel in a direction that does not hinder the excitation amplitude is increased. I have. FIG. 3 is an enlarged view of the configuration of the comb-shaped capacitance detecting electrodes 30 and 32 of FIG. 1 and the comb-shaped extending electrode 31 opposed thereto.
In the example of 2 and the extension electrode 31 facing each other, the number of comb teeth is 3 respectively. If the number of comb teeth is increased by n times, the amount of change in capacitance is also increased by n times, so that amplitude measurement can be facilitated.

【0062】(製造方法)上記の角速度センサ500
は、図4に示すようなプロセスによって製造することが
できる。まず、角速度センサ500において、図4
(a)に示すように、材質に特に限定されない基板20
0、例えばシリコン基板やセラミック、ガラスなどの基
板上には、薄い酸化膜2などの絶縁膜(例えばSi
2)を介して、弾性材料(例えば単結晶または多結晶
など)よりなる膜3が形成される。この弾性材料膜3は
ニッケルなどの金属や、他のいかなる弾性材料でも構わ
ない。ただし、これらの膜3は、振動体の振幅の大きさ
を容量変化として検出するための電極としても用いられ
るため、例えばシリコン材を用いた場合は、リンやボロ
ンなどの不純物をドープ、拡散し、抵抗率を小さくする
ことが好ましい。
(Manufacturing method) The above angular velocity sensor 500
Can be manufactured by a process as shown in FIG. First, in the angular velocity sensor 500, FIG.
As shown in (a), the material of the substrate 20 is not particularly limited.
0, for example, on a silicon substrate or a substrate such as ceramic or glass, an insulating film such as a thin oxide film 2 (eg, Si
Through O 2 ), a film 3 made of an elastic material (for example, single crystal or polycrystal) is formed. The elastic material film 3 may be a metal such as nickel or any other elastic material. However, since these films 3 are also used as electrodes for detecting the magnitude of the amplitude of the vibrating body as a change in capacitance, for example, when a silicon material is used, impurities such as phosphorus and boron are doped and diffused. It is preferable to reduce the resistivity.

【0063】弾性材料膜3の形成後、図4(b)に示す
ように、この弾性材料膜3の上に、電極を構成するため
の導電膜6を形成し、この導電膜をフォトレジスト工程
などによって所望の形状にパターニングする。
After the formation of the elastic material film 3, a conductive film 6 for forming an electrode is formed on the elastic material film 3 as shown in FIG. It is patterned into a desired shape by the method described above.

【0064】次に、図4(c)に示すようにレジストな
どを用いたマスクパターン7を形成し、このマスクパタ
ーン7をマスクとし、ドライエッチング技術や異方性ウ
エットエッチング技術などによって、弾性材料膜3をエ
ッチングし所望の形状にパターニングする。
Next, as shown in FIG. 4C, a mask pattern 7 using a resist or the like is formed, and using this mask pattern 7 as a mask, an elastic material is formed by a dry etching technique or an anisotropic wet etching technique. The film 3 is etched and patterned into a desired shape.

【0065】この後、犠牲層エッチング技術などにより
各ビームや、マス部1を構成する弾性材料膜3の下部の
酸化膜2が選択的に除去され、シリコン基板200上に
振動するための図1に示すような構造体が形成される。
Thereafter, each beam and the oxide film 2 under the elastic material film 3 constituting the mass portion 1 are selectively removed by a sacrificial layer etching technique or the like, and FIG. The structure shown in FIG.

【0066】ところで、角速度センサ500において、
その中心には慣性質量として機能する平板形状のマス部
1が形成されている。そして、このマス部1は、基板2
00上にフローティングに支持しなければならず、この
マス部1の形成領域では、酸化膜2を選択的に除去する
必要がある。このような構成を作成するための方法とし
ては、上述のような犠牲層エッチング技術が一般的であ
る。この犠牲層エッチングは、基板をフッ酸溶液に浸す
と、マス部1などシリコンで形成された振動部分が、そ
のまま残り、酸化シリコンの部分のみがフッ酸で浸食さ
れる現象を利用している。そこで、平板形状のマス部1
においては、フッ酸をシリコン(弾性材料膜3)下層に
ある酸化シリコンに効率よく浸透させるために、シリコ
ン表面に多数の孔を開けている。ここで、この孔の大き
さには最適値がある。小さすぎるとフッ酸が通り難く、
大きすぎるとマスとしての役割を果さない。従って、マ
ス部1の厚みと孔の直径を同程度にすることが適当と考
えられる。
Incidentally, in the angular velocity sensor 500,
At the center thereof, a flat plate-shaped mass portion 1 functioning as an inertial mass is formed. And this mass part 1
The oxide film 2 must be selectively removed in the region where the mass portion 1 is formed. As a method for creating such a configuration, the above-described sacrificial layer etching technique is generally used. This sacrifice layer etching utilizes a phenomenon that when the substrate is immersed in a hydrofluoric acid solution, the vibrating portion formed of silicon such as the mass portion 1 remains as it is, and only the silicon oxide portion is eroded by hydrofluoric acid. Therefore, the flat plate-shaped mass portion 1
In (2), a large number of holes are formed in the silicon surface in order to allow hydrofluoric acid to efficiently penetrate into silicon oxide under the silicon (elastic material film 3). Here, there is an optimum value for the size of this hole. If it is too small, hydrofluoric acid will not pass easily,
If it is too large, it will not serve as a mass. Therefore, it is considered appropriate to make the thickness of the mass portion 1 and the diameter of the hole approximately the same.

【0067】(動作)以下に角速度センサ500の動作
について説明する。まず励振方向の振動系について述べ
る。
(Operation) The operation of the angular velocity sensor 500 will be described below. First, the vibration system in the excitation direction will be described.

【0068】本センサでは、角速度入力に対するセンサ
感度は励振振幅に比例している。このため、高い感度を
得るためには、励振振幅を大きくすることに都合のよい
構造が好適である。例えば、もし、励振振幅用に図1の
ビーム20、21、22、23の如きストレート型ビー
ムを用いたとすれば、大振幅時にはビームが長手方向に
引っ張りを受け、ビーム内に引っ張りの応力が発生す
る。このためビームのバネ定数が増加し、変位とビーム
による復元力の関係が非線形となる。つまり励振振幅が
増すにつれ励振方向の共振周波数が増加しセンサ特性が
変化する。
In the present sensor, the sensor sensitivity to the angular velocity input is proportional to the excitation amplitude. Therefore, in order to obtain high sensitivity, a structure convenient for increasing the excitation amplitude is preferable. For example, if a straight beam such as the beams 20, 21, 22, and 23 in FIG. 1 is used for the excitation amplitude, the beam is stretched in the longitudinal direction at a large amplitude, and a tensile stress is generated in the beam. I do. For this reason, the spring constant of the beam increases, and the relationship between the displacement and the restoring force due to the beam becomes non-linear. That is, as the excitation amplitude increases, the resonance frequency in the excitation direction increases and the sensor characteristics change.

【0069】従って、大振幅を伴う励振振動系において
は、ストレート型ビームではなく、本実施形態1のよう
にフォールディッド型ビームを用いることが好ましい。
なぜなら、このようなフォールディット型ビームは、ビ
ームを支持している固定方法の違いから、ストレート型
ビームのように大振幅時にもビーム長が変化せず、大振
幅時にもバネ定数は一定となり、センサ特性は変化しな
いからである。
Therefore, in an excitation vibration system having a large amplitude, it is preferable to use not a straight beam but a folded beam as in the first embodiment.
Because, in such a folded type beam, the beam length does not change even at the time of large amplitude unlike the straight type beam due to the difference in the fixing method that supports the beam, and the spring constant is constant even at the time of large amplitude, This is because the sensor characteristics do not change.

【0070】本実施形態のフォールディット型ビーム
は、アンカー部90、91、92、93にそれぞれ一端
が接続されたビーム体10、12、14、16とそれぞ
れ対を成すビーム体11、13、15、17とが図1の
左右方向に同一長さを有している。そして、各アンカー
部への接続端と反対側の端部が連結部80、81によっ
て接続されて構成されている。マス変位支持基部24に
励振電極51によって励振力が与えられると、マス変位
支持基部24が振動し、また同時にビーム体15、17
もこれに応じて励振方向に振動する。このビーム体1
5、17の振動により、連結部80、81を介してこの
ビーム体15、17と対をなすビーム体14、16にも
振動が伝達され、ビーム体15と14、およびビーム体
17と16とが同様に振動する。
The folded beam of the present embodiment has beam members 11, 13, 15 paired with beam members 10, 12, 14, 16 having one ends connected to anchor portions 90, 91, 92, 93, respectively. , 17 have the same length in the left-right direction of FIG. The ends opposite to the ends connected to the respective anchor portions are connected by connecting portions 80 and 81. When an excitation force is applied to the mass displacement support base 24 by the excitation electrode 51, the mass displacement support base 24 vibrates, and at the same time, the beam members 15, 17
Also vibrate in the excitation direction in response to this. This beam body 1
Due to the vibrations of the beam members 5 and 17, the vibrations are also transmitted to the beam members 14 and 16 paired with the beam members 15 and 17 via the connecting portions 80 and 81, and the beam members 15 and 14 and the beam members 17 and 16 Vibrate similarly.

【0071】また、この振動は連結部80、81を介し
て励振検出電極61、63側に配置されているビーム体
10、11およびビーム体12、13に伝達され、これ
らも同様に振動する。このようにして、マス部変位支持
ビーム20、21、22、23を介してマス変位支持基
部24、25に連結されているマス部1が図1の上下方
向に振動することとなる。
This vibration is transmitted to the beam members 10 and 11 and the beam members 12 and 13 disposed on the excitation detection electrodes 61 and 63 via the connecting portions 80 and 81, and these also vibrate similarly. In this manner, the mass 1 connected to the mass displacement support bases 24 and 25 via the mass displacement support beams 20, 21, 22 and 23 vibrates vertically in FIG. 1.

【0072】なお、マス励振支持ビームは、必ずしもフ
ォールディット型ビームには限られず、ストレート型ビ
ームであってもよい。ストレート型ビームを用いた場合
には、マス変位支持基部24、25の図1中の左右方向
にアンカー部を設け、マス変位支持基部24、25から
このアンカー部に向かって真っすぐに延びるストレート
型ビームを設ける。このようにストレート型ビームを用
いた場合、上述のようにマス部1の励振方向への振幅が
大きい場合にはフォールディット型ビームに比較して多
少特性が劣るものの、ビームをマス部1の支持方向によ
って分離でき、ビームの漏れ振動がコリオリ力検出方向
へ発生することなどを確実に防止するという効果につい
ては、フォールディット型ビームと同様に、得ることが
できる。
The mass excitation support beam is not necessarily limited to a folded beam but may be a straight beam. When a straight beam is used, anchor portions are provided in the left and right directions of the mass displacement support bases 24 and 25 in FIG. 1, and straight beams extending straight from the mass displacement support bases 24 and 25 toward the anchor portions. Is provided. When the straight beam is used, when the amplitude of the mass portion 1 in the excitation direction is large as described above, the beam is supported by the mass portion 1 although the characteristics are slightly inferior to those of the folded beam. The effect of being able to be separated depending on the direction and reliably preventing the leakage vibration of the beam from being generated in the Coriolis force detection direction can be obtained as in the case of the folded type beam.

【0073】次に、コリオリ力の検出方向の振動系につ
いて説明する。本実施形態1において、検出方向には、
励振方向と違い、上述のようにストレート型ビーム(2
0、21、22、23)を用いている。ストレート型ビ
ームは、ビームがその両端で支持され、ビームは真っ直
ぐな形状である。このため、両側からピンと引っ張られ
ており製造が容易であると共に、マス部1の支持が確実
である。もしストレート型ビームの変位量が大きければ
前述のデメリットが生ずるが、実際は検出側において角
速度印加により生じるコリオリ力は小さく、ビームの振
幅内部に生ずる引っ張り応力は無視できるほど小さいた
め、構造のシンプルさと製造時の歩留まり向上にメリッ
トがあるストレート型ビームはマス変位支持ビームとし
て好適である。
Next, a description will be given of a vibration system in the direction in which the Coriolis force is detected. In the first embodiment, the detection direction includes:
Unlike the excitation direction, the straight beam (2
0, 21, 22, 23). In a straight beam, the beam is supported at both ends, and the beam is straight. For this reason, the pins are pulled from both sides, so that the manufacture is easy and the support of the mass portion 1 is reliable. If the displacement of the straight beam is large, the above-mentioned disadvantage occurs.However, since the Coriolis force generated by the application of angular velocity on the detection side is small, and the tensile stress generated inside the beam amplitude is negligibly small, the structure is simple and the manufacturing is simple A straight beam having an advantage in improving the yield at the time is suitable as a mass displacement supporting beam.

【0074】次に、励振振幅制御機構の動作について説
明する。励振方向の振動は共振状態であるので、構造的
に起因する振動Q(Quality Factor)値により振幅が飛
躍的に増幅されている。しかし、温度や長期間の間に
は、センサパッケージ内部の圧力の変化や、振動子の固
定状態の劣化などにより、振動Q値が変化することが考
えられる。そのため、励振振幅が変化し、感度にばらつ
きが生ずる。そこで、このQ値の変化を補償する機構が
必要である。本実施形態1においては、励振振幅検出電
極60、63で検出される電極61及び64との間の静
電容量の変化により、マス部1の励振振幅を測定し、こ
れが一定になるように励振側の電極50、51間に印加
する交流電圧を制御する。この結果、Q値の変化に関わ
らず、角速度に対して一定の感度を得ることが可能とな
っている。
Next, the operation of the excitation amplitude control mechanism will be described. Since the vibration in the excitation direction is in a resonance state, the amplitude is greatly amplified by the structurally-induced vibration Q (Quality Factor) value. However, it is conceivable that the vibration Q value changes due to a change in the pressure inside the sensor package or a deterioration of the fixed state of the vibrator during a temperature or a long period of time. As a result, the excitation amplitude changes and the sensitivity varies. Therefore, a mechanism for compensating for the change in the Q value is required. In the first embodiment, the excitation amplitude of the mass section 1 is measured by a change in capacitance between the electrodes 61 and 64 detected by the excitation amplitude detection electrodes 60 and 63, and the excitation is measured so that the amplitude becomes constant. The AC voltage applied between the side electrodes 50 and 51 is controlled. As a result, it is possible to obtain a constant sensitivity to the angular velocity regardless of a change in the Q value.

【0075】次に、マス部1のコリオリ力検出方向への
振動に対するフィードバック技術について説明する。上
述のようにマス部1は励振側の電極50、51により励
振されている。このように励振されているマス部1に図
1の紙面垂直方向を回転軸とする角速度が与えられる
と、コリオリ力Fcが図1の左右方向(検出方向)に発
生する。このコリオリ力により、マス部1は励振方向と
直角な検出方向に振動を始める。
Next, a feedback technique for the vibration of the mass section 1 in the Coriolis force detection direction will be described. As described above, the mass section 1 is excited by the electrodes 50 and 51 on the excitation side. When an angular velocity having a rotation axis in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1 is given to the mass unit 1 thus excited, a Coriolis force Fc is generated in the left-right direction (detection direction) of FIG. Due to this Coriolis force, the mass section 1 starts to vibrate in a detection direction perpendicular to the excitation direction.

【0076】この検出方向へのマス部1の振動により、
容量検出電極30、32と延出電極31間の静電容量が
変化する。よって、この変化によりマス部1の位置、速
度、加速度、角速度などの情報を検出することができる
のである。さらに、本実施形態1では、このマス部1の
運動を打ち消すように、計算された制御量を、制御電極
40、42に交流電圧として印加する。このため、フィ
ードバックループが形成されマス部1の動きは零点付近
に拘束される。本実施形態1では、制御電極を用いるこ
とによって、上述のような、いわゆる零位法を用いた制
御を行っており、これにより、センサの直線性や周波数
特性、応答性、感度、温度特性などが改善されている。
The vibration of the mass 1 in the detection direction causes
The capacitance between the capacitance detection electrodes 30 and 32 and the extension electrode 31 changes. Therefore, information such as the position, velocity, acceleration, and angular velocity of the mass section 1 can be detected from this change. Further, in the first embodiment, the calculated control amount is applied to the control electrodes 40 and 42 as an AC voltage so as to cancel the movement of the mass unit 1. For this reason, a feedback loop is formed, and the movement of the mass unit 1 is restricted near the zero point. In the first embodiment, the control using the so-called null method as described above is performed by using the control electrode, whereby the linearity, the frequency characteristic, the response, the sensitivity, the temperature characteristic, and the like of the sensor are performed. Has been improved.

【0077】以上のように本実施形態1では、上記のよ
うにマス部を励振方向に振動可能に支持するためのマス
励振支持ビームと、マス部のコリオリ力発生方向への変
位を許容するように支持するためのマス変位方向支持ビ
ームとを別々に設けている。このため、マス部励振支持
ビームを励振方向に振動させた場合に、ビームにビーム
厚み方向の漏れ振動成分が発生したとしても、この漏れ
振動成分の方向とコリオリ力の検出方向とが一致せず、
共振型角速度センサ500のセンサ出力は、ビーム形状
の影響を受け難い。従って、ビーム形状にバラツキを与
える製造プロセスのバラツキに関わらず、検出精度の高
いセンサが得られる。
As described above, in the first embodiment, the mass excitation support beam for supporting the mass portion so as to be able to vibrate in the excitation direction as described above, and the displacement of the mass portion in the Coriolis force generation direction are allowed. And a beam for supporting the mass displacement direction for supporting the beam. Therefore, when the mass excitation support beam is vibrated in the excitation direction, even if a leak vibration component in the beam thickness direction is generated in the beam, the direction of the leak vibration component does not match the direction in which the Coriolis force is detected. ,
The sensor output of the resonance type angular velocity sensor 500 is hardly affected by the beam shape. Therefore, a sensor with high detection accuracy can be obtained irrespective of the variation in the manufacturing process that causes the beam shape to vary.

【0078】また、ビームを分離することにより、それ
ぞれのビームについて例えばその引っ張り応力を個別に
調整して、最適なΔfを得ることが容易である。
Also, by separating the beams, it is easy to adjust the tensile stress of each beam individually, for example, and to obtain the optimum Δf.

【0079】さらに、直交する2方向について別々のビ
ームでマス部を支持することにより励振方向とコリオリ
力検出方向を同一平面方向とすることを可能としてい
る。よって、角速度センサとしての製造プロセスを簡易
なものとすることが可能となる。
Further, by supporting the mass portion with separate beams in two orthogonal directions, it is possible to make the excitation direction and the Coriolis force detection direction the same plane direction. Therefore, the manufacturing process as the angular velocity sensor can be simplified.

【0080】ところで、本実施形態1においては、マス
部1の上下方向の両側からそれぞれ2本のストレート型
ビーム20、21、22、23によってマス部1を支持
している。しかし、上下方向から1本ずつのストレート
型ビームによってマス部1を支持してもよい。但し、図
1に示すように2本ずつのストレート型ビーム20、2
1、22、23によってマス部1を支持すれば、マス部
1の平面方向のよれが発生し難く、支持が確実である。
In the first embodiment, the mass portion 1 is supported by two straight beams 20, 21, 22, and 23 from both sides of the mass portion 1 in the vertical direction. However, the mass portion 1 may be supported by one straight beam from the top and bottom. However, as shown in FIG.
If the mass portion 1 is supported by the mass portions 1, 22, 23, the mass portion 1 is less likely to be distorted in the planar direction, and the support is reliable.

【0081】また、本実施形態1においては、マス部1
の励振方向とコリオリ力検出方向が平板状のマス部の平
面内であるが、必ずしもこれには限られず、図5に示す
ようにコリオリ力によるマス部1の変位方向をマス部の
平板の厚み方向としてもよい。図5では、マス部の平板
平面方向に直交する方向から(図の右左方向)マス励振
支持ビームがマス変位支持基部を介してマス部を支持
し、マス部をその平面方向(図の上下方向)に励振させ
る。またマス変位支持ビームがマス部をその励振方向か
ら、コリオリ力によるマス部の変位を許容するように支
持する。このような場合にも、マス励振支持ビームとマ
ス変位支持ビームとを分離しているため、マス励振支持
ビームのマス励振方向への振動による漏れ振動がコリオ
リ力検出方向に現れないようにすることができる。
In the first embodiment, the mass 1
The excitation direction and the Coriolis force detection direction are within the plane of the plate-shaped mass portion, but are not necessarily limited to this. As shown in FIG. The direction may be used. In FIG. 5, the mass excitation support beam supports the mass portion through the mass displacement support base from a direction perpendicular to the plane direction of the mass portion (right and left direction in the diagram), and moves the mass portion in the plane direction (vertical direction in the diagram). ). The mass displacement supporting beam supports the mass portion from its excitation direction so as to allow displacement of the mass portion due to Coriolis force. Even in such a case, since the mass excitation support beam and the mass displacement support beam are separated from each other, the leakage vibration due to the vibration of the mass excitation support beam in the mass excitation direction should not appear in the Coriolis force detection direction. Can be.

【0082】[実施形態2]次に、実施形態2について
説明する。本実施形態2では、マス部1の励振周波数と
コリオリ力検出方向への振動周波数のいずれかを選択的
に調整可能としてこれらの周波数差Δfを適切な値に補
正することを可能としている。図6は、本実施形態2の
角速度センサ501の構成を示している。
[Second Embodiment] Next, a second embodiment will be described. In the second embodiment, either the excitation frequency of the mass unit 1 or the vibration frequency in the Coriolis force detection direction can be selectively adjusted, and the frequency difference Δf can be corrected to an appropriate value. FIG. 6 shows the configuration of the angular velocity sensor 501 according to the second embodiment.

【0083】実施形態2においては、実施形態1と同様
に、マス変位支持ビーム及びマス励振支持ビームとを分
離している。そして、本実施形態2においては、これら
の各ビームの特徴を生かして周波数調整を行っている。
In the second embodiment, as in the first embodiment, the mass displacement support beam and the mass excitation support beam are separated. In the second embodiment, the frequency is adjusted by utilizing the characteristics of these beams.

【0084】調整は励振方向と検出方向のどちらか一方
だけでも構わないが、両者の周波数が同時に変化するこ
とは調整が複雑になるので、避けなければならない。つ
まり、周波数調整に際して、励振方向と検出方向の各共
振周波数を独立に変化できるかが重要なポイントとな
る。そして、この角速度センサに周波数調整機構を付加
するには、調整機構とセンサ構造とのマッチングが最も
重要である。
The adjustment may be made in only one of the excitation direction and the detection direction. However, simultaneous changes in the frequencies of both directions must be avoided because the adjustment becomes complicated. In other words, when adjusting the frequency, it is important whether the resonance frequencies in the excitation direction and the detection direction can be changed independently. In order to add a frequency adjustment mechanism to this angular velocity sensor, matching between the adjustment mechanism and the sensor structure is most important.

【0085】Δfの調整手法として、静電気力などを用
いた電気的調整法と、レーザートリミングなどを用いて
機械的に調整する方法の二つが考えられる。本実施形態
2においては、電気的調整法を用いている。本実施形態
2における電気的調整法の原理は、ビームを静電気引力
により、長手方向に引っ張り、または圧縮応力が生じる
ことでビームのバネ定数を変化させ、共振周波数を可変
調整するものである。電気的調整のメリットは、Δfの
調整の自動化が可能となることである。このようなΔf
の調整の自動化には以下のような三つの目的がある。
As a method of adjusting Δf, there are two methods, an electric adjustment method using electrostatic force or the like, and a mechanical adjustment method using laser trimming or the like. In the second embodiment, an electrical adjustment method is used. The principle of the electric adjustment method in the second embodiment is to variably adjust the resonance frequency by changing the spring constant of the beam by pulling or compressing the beam in the longitudinal direction by electrostatic attraction. An advantage of the electrical adjustment is that the adjustment of Δf can be automated. Such Δf
There are three objectives in automating the adjustment of the following.

【0086】第一には、センサの組み付けたあとの調整
工程が簡易となることである。つまり、センサをパッケ
ージに組み付けた後の調整が容易となるので、調整コス
トを低減することができる。調整に必要な電気的回路
は、他の電気回路と同時に作り込めば余分なコストはか
からない。
First, the adjustment process after assembling the sensor is simplified. In other words, the adjustment after the sensor is assembled in the package becomes easy, so that the adjustment cost can be reduced. There is no extra cost if the electric circuit required for the adjustment is made simultaneously with other electric circuits.

【0087】第二には、センサの長期的な安定に寄与す
ることができることである。一般に、車両などに搭載さ
れたセンサは、長期間に渡り使用される。このような状
況では、振動子の機械的特性の変化やパッケージ内部の
圧力の変化などによりセンサ特性が変化する可能性があ
るため、常にセンサ特性を監視し、より長期間最適な状
態で動作するようセンサ特性を自動的に調整することが
好適である。
Second, it can contribute to long-term stability of the sensor. Generally, a sensor mounted on a vehicle or the like is used for a long period of time. In such a situation, the sensor characteristics may change due to changes in the mechanical characteristics of the vibrator or changes in the pressure inside the package. Therefore, the sensor characteristics are constantly monitored, and the device operates in an optimal state for a longer period of time. It is preferable to automatically adjust the sensor characteristics as described above.

【0088】第三にセンサの温度特性の改善である。車
両制御用の場合、センサの使用温度は−30度〜+85
度と広い。このような厳しい条件で使われた場合、セン
サ特性が温度によって変化する可能性がある。電気的調
整により、この特性変化を自動的におさえ、センサの温
度特性を改善することができる。
Third is the improvement of the temperature characteristics of the sensor. For vehicle control, the operating temperature of the sensor is -30 degrees to +85
Degree and wide. If used under such severe conditions, the sensor characteristics may change with temperature. By the electric adjustment, this characteristic change can be automatically suppressed, and the temperature characteristic of the sensor can be improved.

【0089】以上の調整のうち、第二と第三の目的達成
のためには、出荷前に前もって角速度センサを調整する
ことは不可能である。それは、これらのセンサ特性の変
化をもたらす環境が、センサが出荷されたあとに依存す
るからである。そこで、励振または検出方向の共振周波
数を独立に調整するためには、励振と検出の各振動系を
分離独立することが好適な解決策の一つである。これ
は、すなわち振動しているマス部1を支持するビーム
を、励振と検出で分離独立することを意味している。さ
らに、マス部1が、励振・検出のどちらへも自由に動く
ことができることが必要である。これは、マス部1は常
に励振されながらも、角速度が印加されたときは励振方
向と直角に振動を開始しなければならないからである。
本実施形態2においては、実施形態1と同様に、励振方
向に用いるビームと検出方向に用いるビームを巧みに分
離独立させることで調整効率のよい構造が得られてい
る。
Of the above adjustments, it is impossible to adjust the angular velocity sensor before shipment in order to achieve the second and third objects. This is because the environment that causes these changes in sensor characteristics depends on the sensor being shipped. Therefore, in order to adjust the resonance frequency in the excitation or detection direction independently, it is one of preferable solutions to separate and excite the respective vibration systems for excitation and detection. This means that the beam supporting the vibrating mass 1 is separated and independent for excitation and detection. Furthermore, it is necessary that the mass unit 1 can freely move to both excitation and detection. This is because the mass unit 1 must always be excited, but when an angular velocity is applied, it must start to vibrate at right angles to the exciting direction.
In the second embodiment, similarly to the first embodiment, a structure with good adjustment efficiency is obtained by skillfully separating and independent the beam used in the excitation direction and the beam used in the detection direction.

【0090】図6に示す角速度センサ501では、マス
励振支持ビームに対して引っ張り応力あるいは圧縮応力
を与えることにより、2つの周波数の内、励振周波数を
調整している。
The angular velocity sensor 501 shown in FIG. 6 adjusts the excitation frequency of the two frequencies by applying a tensile stress or a compressive stress to the mass excitation support beam.

【0091】具体的には、図6において、マス励振支持
ビームをフォールディッド型ビームで構成し、このフォ
ールディット型ビームを構成するビーム体10、11、
12、13、14、15、16、17の一端を連結する
連結部80及び81の側面に、櫛形の周波数調整用延出
電極71、73、75、77が形成されている。そし
て、各櫛形延出電極71、73、75、77に対向する
位置に、これらの延出電極71、73、75、77と噛
み合うように、櫛形の周波数調整電極70、72、7
4、76が、それぞれ配置されている。なお、各調整電
極70、72、74、76にはそれぞれ導電材よりなる
電極パッド100、101、102、103が形成され
ている。
More specifically, in FIG. 6, the mass excitation support beam is composed of a folded beam, and the beam members 10, 11,
Comb-shaped frequency adjusting extension electrodes 71, 73, 75, 77 are formed on side surfaces of connecting portions 80, 81 connecting one ends of 12, 13, 14, 15, 16, 17. Comb-shaped frequency adjusting electrodes 70, 72, 7 are provided at positions facing the respective comb-shaped extending electrodes 71, 73, 75, 77 so as to mesh with these extending electrodes 71, 73, 75, 77.
4, 76 are arranged respectively. Note that electrode pads 100, 101, 102, and 103 made of a conductive material are respectively formed on the adjustment electrodes 70, 72, 74, and 76.

【0092】ここで、これら周波数調整電極70、7
2、74、76、77と、対応する延出電極71、7
3、75、77との間に直流電圧を印加して、両者の間
に静電引力を与えると、ビーム体10及び11、12及
び13、14及び15、16及び17は周波数調整電極
の方向に引っ張られる。よって、各ビーム体10、1
1、12、13、14、15、16、17にそれぞれ引
っ張り応力が発生し、励振方向におけるビーム体の共振
周波数、つまりマス部1の励振方向における共振周波数
が高くなる。また、静電的な反発力を両者の間に与えれ
ば各ビーム体10、11、12、13、14、15、1
6、17には圧縮応力が発生し、これによりビーム体の
共振周波数(マス部1の励振周波数)が低くなる。
Here, these frequency adjusting electrodes 70, 7
2, 74, 76, 77 and the corresponding extension electrodes 71, 7
When a DC voltage is applied between the beam members 3, 75, and 77, and an electrostatic attraction is applied between them, the beam members 10 and 11, 12, and 13, 14, 15, 16, and 17 move in the direction of the frequency adjustment electrode. Pulled by. Therefore, each beam body 10, 1
Tensile stresses are generated at 1, 12, 13, 14, 15, 16, and 17, respectively, and the resonance frequency of the beam body in the excitation direction, that is, the resonance frequency of the mass section 1 in the excitation direction increases. If an electrostatic repulsive force is applied between them, each of the beam members 10, 11, 12, 13, 14, 15, 1, 1
Compressive stress is generated in 6, 17 and the resonance frequency (excitation frequency of the mass section 1) of the beam body is lowered.

【0093】なお、一般には、周波数調整電極とこれと
対向する電極との間に直流電圧を印可すると、両者の間
に静電引力が働き、各ビーム体には引っ張り応力が発生
するが、電極70、71、72、73、74、75、7
6、77の配置箇所を変えれば、両者の間に静電引力を
与えてビーム体に圧縮応力を発生させることも可能であ
る。これは、例えば、図6に示す構成において、連結部
80や81の励振方向の中間付近に延出電極71、73
と同様な櫛形延出電極を形成し、これに対向して周波数
調整電極を配置し、中央部を図中の左右外方に向けて引
っ張ることにより、ビーム体10、11、12、13、
14、15、16、17に圧縮応力を発生させるて達成
できる。このような圧縮応力により、励振共振周波数を
低減させることも可能である。
Generally, when a DC voltage is applied between the frequency adjusting electrode and the electrode facing the frequency adjusting electrode, an electrostatic attractive force acts between the electrodes and a tensile stress is generated in each beam member. 70, 71, 72, 73, 74, 75, 7
By changing the positions of the arrangements 6 and 77, it is also possible to apply an electrostatic attraction between them to generate a compressive stress in the beam body. This is because, for example, in the configuration shown in FIG. 6, the extension electrodes 71, 73
By forming a comb-shaped extending electrode similar to that described above, a frequency adjusting electrode is disposed in opposition to the electrode, and the center portion is pulled outward in the left and right directions in the drawing to form beam members 10, 11, 12, 13,.
It can be achieved by generating a compressive stress at 14, 15, 16, and 17. The excitation resonance frequency can be reduced by such a compressive stress.

【0094】また、図6に示すような櫛形電極を利用し
た周波数調整機構では、櫛形電極に対向するように周波
数調整電極70、72、74、76を少ない面積にその
櫛歯を多数配置することで、ビーム体10、11、1
2、13、14、15、16、17により効率的に引っ
張り応力や圧縮応力を印加することを可能としている。
なお、図6の構成では、電極70、71、72、73、
74、75、76、77が、ビーム体10、11、1
2、13、14、15、16、17の延長線上付近に置
かれている。これは確実にビームに引っ張り応力を生じ
させるためである。
In the frequency adjusting mechanism using a comb-shaped electrode as shown in FIG. 6, the frequency adjusting electrodes 70, 72, 74, 76 are arranged with a large number of comb teeth in a small area so as to face the comb-shaped electrode. And the beam members 10, 11, 1
2, 13, 14, 15, 16, and 17 make it possible to efficiently apply a tensile stress or a compressive stress.
In the configuration of FIG. 6, the electrodes 70, 71, 72, 73,
74, 75, 76, 77 are beam members 10, 11, 1
It is located near the extension of 2, 13, 14, 15, 16 and 17. This is to ensure that a tensile stress is generated in the beam.

【0095】このような周波数調整機構を設けることに
より、本実施形態2においては、ビーム体10、11、
12、13、14、15、16、17に所望の引っ張り
または圧縮応力を生じさせることができる。そして、こ
のビーム体への引っ張り応力あるいは圧縮応力は、マス
変位支持ビームであるビーム20、21、22、23に
は影響を与えることはない。従って、この結果、励振方
向の共振周波数のみを自由に調整することが可能となっ
ている。
By providing such a frequency adjusting mechanism, in the second embodiment, the beam members 10, 11,
12, 13, 14, 15, 16, 17 can be subjected to a desired tensile or compressive stress. The tensile or compressive stress on the beam does not affect the beams 20, 21, 22, and 23, which are the mass displacement support beams. Therefore, as a result, only the resonance frequency in the excitation direction can be freely adjusted.

【0096】(回路構成および動作)本実施形態2の角
速度センサ501の駆動及び各方向の共振周波数の調整
は、例えば、図7に示すような回路構成を利用して行わ
れる。
(Circuit Configuration and Operation) The driving of the angular velocity sensor 501 of the second embodiment and the adjustment of the resonance frequency in each direction are performed using, for example, a circuit configuration as shown in FIG.

【0097】「角速度センサ501の駆動」角速度セン
サを駆動する場合は、コントロールユニット191によ
りSW1は変位制御回路182側に、またSW2は自励
振回路176側にセットされる。
[Driving of Angular Velocity Sensor 501] When driving the angular velocity sensor, the control unit 191 sets SW1 to the displacement control circuit 182 and SW2 to the self-excitation circuit 176.

【0098】励振電極51には自励振回路176から振
幅制御回路177、交流アンプ179を介して供給され
る交流電圧が印加され、これにより、マス部1が励振方
向に振動し、その振動が励振振幅検出電極60、63を
介して容量検出回路170で検出される。容量検出回路
170からの検出出力は自励振回路176に供給され、
自励振回路176は、上記検出出力に基づいて自励振信
号を発生し、さらに、振幅制御回路177はこの励振制
御信号に基づき振動の振幅が一定となるように制御す
る。そして、これらの構成により、常時適切な周波数で
適切な振幅でマス部1が励振方向に振動するようにフィ
ードバックループが形成される。
An AC voltage supplied from the self-exciting circuit 176 through the amplitude control circuit 177 and the AC amplifier 179 is applied to the excitation electrode 51, whereby the mass section 1 vibrates in the excitation direction, and the vibration is excited. The capacitance is detected by the capacitance detection circuit 170 via the amplitude detection electrodes 60 and 63. The detection output from the capacitance detection circuit 170 is supplied to the self-exciting circuit 176,
The self-exciting circuit 176 generates a self-exciting signal based on the detected output, and the amplitude control circuit 177 controls the amplitude of the vibration to be constant based on the exciting control signal. With these configurations, a feedback loop is formed such that the mass unit 1 always vibrates in the excitation direction at an appropriate frequency and with an appropriate amplitude.

【0099】マス部1が励振方向に振動している際に角
速度によるコリオリ力が作用してマス部1が検出方向に
変位して振動すると、このマス部1の検出方向への振動
は、容量検出電極30、32を介して容量変化として容
量検出回路173に伝達されその変化が検出される。
When the mass 1 is displaced and vibrated in the detection direction by Coriolis force due to angular velocity while the mass 1 is vibrating in the excitation direction, the vibration of the mass 1 in the detection direction is The change is transmitted to the capacitance detection circuit 173 as a capacitance change via the detection electrodes 30 and 32, and the change is detected.

【0100】容量検出回路173からの検出出力は、変
位制御回路182に供給され、変位制御回路182は、
この検出出力に基づきマス部1の変位を零とするように
交流電源181を制御し、対応する制御電圧が交流アン
プ180を介して制御電極40、42に印加される。
The detection output from the capacitance detection circuit 173 is supplied to a displacement control circuit 182.
Based on this detection output, the AC power supply 181 is controlled so that the displacement of the mass section 1 becomes zero, and a corresponding control voltage is applied to the control electrodes 40 and 42 via the AC amplifier 180.

【0101】また、変位制御回路182は、マス部1の
変位を零とするのに必要な制御信号に基づいて、マス部
1に作用したコリオリ力を求め、対応する角速度を算出
する。そして、算出された角速度は、角速度表示部19
0に出力され、所望の表示が行われる。
The displacement control circuit 182 determines the Coriolis force acting on the mass 1 based on a control signal required to make the displacement of the mass 1 zero, and calculates a corresponding angular velocity. Then, the calculated angular velocity is displayed on the angular velocity display unit 19.
0, and a desired display is performed.

【0102】「周波数の調整」まずコントロールユニッ
ト191によりSW1を自励振回路192側に、またS
W2を自励振回路176側にセットする。
"Adjustment of Frequency" First, the control unit 191 switches SW1 to the self-exciting circuit 192 and
W2 is set on the self-exciting circuit 176 side.

【0103】次に、制御電極40、42と延出電極41
との間に自励振回路192から交流アンプ180を介し
て交流電圧を印加する。これによるマス部1の検出方向
への振動が、容量検出電極33、36を介して容量変化
として容量検出回路173に伝達される。容量検出回路
173は、この容量変化に応じた検出出力を発生し、こ
の検出出力は周波数制御回路174に供給される。
Next, the control electrodes 40 and 42 and the extension electrode 41
, An AC voltage is applied from the self-exciting circuit 192 via the AC amplifier 180. The vibration of the mass section 1 in the detection direction is transmitted to the capacitance detection circuit 173 via the capacitance detection electrodes 33 and 36 as a capacitance change. The capacitance detection circuit 173 generates a detection output corresponding to the change in the capacitance, and the detection output is supplied to the frequency control circuit 174.

【0104】次に、上記駆動により得られたマス部1の
検出方向の共振周波数に対してΔfだけ離れた励振方向
の励振周波数を求め、これを設定する。一方、自励振回
路1が発振し、これが交流アンプ179を介して励振電
極50に供給され、マス部1が励振方向に振動する。マ
ス部1の励振方向への振動は容量検出回路170により
検出され、マス1は励振方向にその共振周波数をもって
振動する。その検出出力は、上記周波数制御回路174
に供給される。
Next, an excitation frequency in the excitation direction separated by Δf from the resonance frequency in the detection direction of the mass unit 1 obtained by the above driving is obtained and set. On the other hand, the self-excited oscillation circuit 1 oscillates, and this is supplied to the excitation electrode 50 via the AC amplifier 179, and the mass section 1 oscillates in the excitation direction. The vibration of the mass section 1 in the excitation direction is detected by the capacitance detection circuit 170, and the mass 1 oscillates in the excitation direction with its resonance frequency. The detection output is output from the frequency control circuit 174.
Supplied to

【0105】周波数制御回路174は、検出方向の容量
検出回路173と、励振方向の容量検出回路170から
の各検出出力に基づいて、最適な周波数差Δfと、実際
の周波数差Δfとのずれを求め、このずれに応じて直流
電源175を制御する。そしてこの直流電源175から
の直流電圧が各周波数調整電極70,72,74,76
に印加されると、これによりビーム体10〜17に所定
の応力が働き、励振方向における振動周波数が変化し、
検出方向の振動周波数と励振方向の振動周波数との周波
数差Δfが変化する。
The frequency control circuit 174 determines the difference between the optimum frequency difference Δf and the actual frequency difference Δf based on each detection output from the capacitance detection circuit 173 in the detection direction and the capacitance detection circuit 170 in the excitation direction. The DC power supply 175 is controlled according to the deviation. The DC voltage from the DC power supply 175 is applied to each of the frequency adjusting electrodes 70, 72, 74, 76.
When applied to the beam body, a predetermined stress acts on the beam members 10 to 17, thereby changing the vibration frequency in the excitation direction.
The frequency difference Δf between the vibration frequency in the detection direction and the vibration frequency in the excitation direction changes.

【0106】このように、実際の周波数差Δfを検出し
て、これが最適な周波数差Δfと一致するように、周波
数調整電極70,72,74,76に所望の電圧を印加
し、励振方向における振動周波数を選択的に調整する。
そして、この調整動作をこれらの回路が自動的に実行す
ることにより、常時、最適なΔfで角速度センサ501
を駆動することができ、長期間にわたって高い信頼性を
維持することが可能となる。
As described above, the actual frequency difference Δf is detected, and a desired voltage is applied to the frequency adjusting electrodes 70, 72, 74, and 76 so that the actual frequency difference Δf matches the optimum frequency difference Δf. Adjust the vibration frequency selectively.
These circuits automatically perform this adjustment operation, so that the angular velocity sensor 501 always has the optimum Δf.
, And high reliability can be maintained for a long period of time.

【0107】なお、周波数調整法は、以下の方法を用い
てもよい。マスを励振方向に振動させると、角速度を与
えていなくても、ビーム断面形状などの製造誤差のた
め、励振方向の振動と検出方向の振動の間で機械的なカ
ップリングが生じ、励振振動が多少検出側に漏洩する場
合もある。そこで、このような場合にはこの漏洩した振
動成分を積極的に利用し、Δfの調整に用いる。このた
めには二つの手法がある。
The following method may be used as the frequency adjustment method. When the mass is vibrated in the excitation direction, mechanical coupling occurs between the vibration in the excitation direction and the vibration in the detection direction due to manufacturing errors such as the beam cross-sectional shape, even if the angular velocity is not given, and the excitation vibration is generated. In some cases, it leaks to the detection side. Therefore, in such a case, the leaked vibration component is positively used to adjust Δf. There are two approaches for this.

【0108】第一の手法として、まずコントロールユニ
ット192により、SW2を自励振回路176側に設定
する。自励振回路176で発生した交流電圧は、振幅制
御回路177、交流アンプ179を介して励振電極52
に印加され、マス部1を励振方向に励振する。このとき
の周波数は励振方向の固有振動数となる。また、カップ
リングにより生じた検出方向への振動を、容量検出電極
30,31,32でモニタしながら周波数調整電極7
0,72,74,76に印加する電圧を掃引すれば、検
出方向の共振特性を知ることができる。ここで得られた
振幅のピーク値より、検出方向の共振周波数を得る。そ
こで所望するΔfとなるように周波数調整電極70,7
2,74,76に印加する電圧を決定する。
As a first method, first, the control unit 192 sets SW2 on the self-exciting circuit 176 side. The AC voltage generated by the self-excitation circuit 176 is supplied to the excitation electrode 52 via an amplitude control circuit 177 and an AC amplifier 179.
To excite the mass unit 1 in the excitation direction. The frequency at this time is the natural frequency in the excitation direction. Further, the vibration in the detection direction caused by the coupling is monitored by the capacitance detection electrodes 30, 31, 32 while the frequency adjustment electrode 7 is being monitored.
By sweeping the voltage applied to 0, 72, 74, 76, the resonance characteristics in the detection direction can be known. The resonance frequency in the detection direction is obtained from the peak value of the amplitude obtained here. Therefore, the frequency adjusting electrodes 70 and 7 are set so that the desired Δf is obtained.
The voltage applied to 2, 74, 76 is determined.

【0109】第二の手法として、コントロールユニット
192により、SW2を発振器178側に設定する。発
振器178で発生した交流電圧は、交流アンプ179を
介して励振電極52に印加され、マス部1を励振方向に
励振する。このときの励振周波数は、励振方向の固有振
動数とは限らない。そこで、検出方向への振動を容量検
出回路173でモニタしながら発振器178の発振周波
数を掃引することにより、検出方向の共振特性を知るこ
とができる。また容量検出回路170の出力から励振方
向の共振周波数を知ることができる。そこで所望するΔ
fとなるように周波数調整電極70,72,74,76
に印加する電圧を決定する。
As a second method, the control unit 192 sets SW2 to the oscillator 178 side. The AC voltage generated by the oscillator 178 is applied to the excitation electrode 52 via the AC amplifier 179, and excites the mass unit 1 in the excitation direction. The excitation frequency at this time is not necessarily the natural frequency in the excitation direction. Therefore, the resonance characteristic in the detection direction can be known by sweeping the oscillation frequency of the oscillator 178 while monitoring the vibration in the detection direction by the capacitance detection circuit 173. Also, the resonance frequency in the excitation direction can be known from the output of the capacitance detection circuit 170. So the desired Δ
f, the frequency adjustment electrodes 70, 72, 74, 76
Is determined.

【0110】[実施形態3]図8は、図6に示す機構と
は別の電気的周波数調整の機構を備えた角速度センサ5
02を示している。図8に示す構成では、図6の連結部
81、80を図中の上下方向、ここではマス部1の励振
方向に延長して枠部82、83を構成している。そし
て、この枠部82、83と微小な距離をおいて周波数調
整用対向電極84、85を設置している。対向電極8
4、85の励振方向の中央部にはそれぞれ電極パッド1
04、105が形成されており、これら対向電極84、
85と枠部82、83との両者の間に直流電圧を印加す
ることにより、ビーム体10、11、12、13、1
4、15、16、17に応力を与えている。図9は、図
8に示す構成において、対向電極84、85を用いて、
枠部82、83の励振方向中央部をそれぞれ外側に引き
寄せた場合における各部の状態を示している。なお、図
9(a)は、対向電極84、85と枠部82、83との
間に電圧が印加されていない状態を示し、図9(b)
は、両者の間に静電引力による引っ張り力が働いている
状態を示している。枠部82、83の中央部に外側への
引っ張り力が印加されると、図9(b)のようにこれに
より各ビーム体10、11、12、13、14、15、
16、17には、圧縮応力が発生し、このような構成に
よって、マス部1の励振方向の共振周波数が変化する
(ここでは、共振周波数は低下)。なお、図8に示す構
成は、図6に示すような櫛形形状の電極を連結部80、
81の励振方向における中心領域に設ける構成に代える
こともできる。
[Embodiment 3] FIG. 8 shows an angular velocity sensor 5 having an electrical frequency adjustment mechanism different from the mechanism shown in FIG.
02 is shown. In the configuration shown in FIG. 8, the connecting portions 81 and 80 in FIG. 6 extend in the vertical direction in the figure, in this case, extend in the excitation direction of the mass portion 1 to form the frame portions 82 and 83. Then, opposed electrodes 84 and 85 for frequency adjustment are provided at a small distance from the frame portions 82 and 83. Counter electrode 8
An electrode pad 1 is provided at the center of each of the excitation directions 4 and 85.
04 and 105 are formed.
By applying a DC voltage between both the beam 85 and the frame portions 82 and 83, the beam members 10, 11, 12, 13, 1
4, 15, 16 and 17 are stressed. FIG. 9 shows the configuration shown in FIG.
The state of each part when the center part in the excitation direction of the frame parts 82 and 83 is pulled outward is shown. FIG. 9A shows a state where no voltage is applied between the counter electrodes 84 and 85 and the frame portions 82 and 83, and FIG.
Indicates a state in which a tensile force due to electrostatic attraction is acting between the two. When an outward pulling force is applied to the central portions of the frame portions 82 and 83, as shown in FIG. 9B, the beam members 10, 11, 12, 13, 14, 15, and
Compressive stress is generated in the sections 16 and 17, and the resonance frequency of the mass section 1 in the excitation direction changes (in this case, the resonance frequency decreases) due to such a configuration. In the configuration shown in FIG. 8, a comb-shaped electrode as shown in FIG.
The configuration provided in the center region in the excitation direction of 81 can also be used.

【0111】[実施形態4]次に、上述の実施形態2お
よび3とさらに異なる電気的周波数調整機構を備えた角
速度センサ503について図10を用いて説明する。図
10では、マス部1の励振方向に延長された枠部82、
83に微少な間隔を持って対向するようにそれぞれ3つ
の周波数調整用対向電極120、121、122と、1
23、124、125を設けている。ここで電極12
0、123および122、125と、枠部82、83と
の間に直流電圧を印加することにより静電引力を与える
と、ビーム体10、11、12、13、14、15、1
6、17にそれぞれ引っ張り応力が生ずるため、励振方
向の共振周波数が増加する。また、反対に電極121お
よび124を利用してこれらと枠部82、83との間に
直流電圧を印加して静電引力を与えると、ビーム体1
0、11、12、13、14、15、16、17には圧
縮応力が生じ、励振方向の共振周波数が減少する。
[Embodiment 4] Next, an angular velocity sensor 503 provided with an electric frequency adjusting mechanism different from those of the above-described Embodiments 2 and 3 will be described with reference to FIG. In FIG. 10, a frame portion 82 extended in the excitation direction of the mass portion 1,
The three frequency-adjusting opposing electrodes 120, 121, 122, 1
23, 124 and 125 are provided. Here electrode 12
When a DC voltage is applied between the frame members 82, 83 and the frame portions 82, 83 to give electrostatic attraction, the beam members 10, 11, 12, 13, 14, 15, 1, 1
Since a tensile stress is generated in each of 6, 6 and 17, the resonance frequency in the excitation direction increases. Conversely, when a DC voltage is applied between the electrodes 121 and 124 and the frame portions 82 and 83 to apply electrostatic attraction, the beam 1
Compressive stress is generated at 0, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 and the resonance frequency in the excitation direction decreases.

【0112】上記実施形態3の図8や、本実施形態4の
図10に示すような枠部82、83と周波数調整用対向
電極を利用した構成は、構成が簡単であり製造工程での
歩留りを向上できるというメリットがある。そして、本
実施形態4の構成では、さらに、使用する電極の組み合
わせによって、励振共振周波数を増減することができ
る。
The configuration using the frame portions 82 and 83 and the counter electrode for frequency adjustment as shown in FIG. 8 of the third embodiment and FIG. 10 of the fourth embodiment has a simple configuration and a high yield in the manufacturing process. There is a merit that can be improved. In the configuration of the fourth embodiment, the excitation resonance frequency can be further increased or decreased depending on the combination of the electrodes used.

【0113】図11は、実施形態2に係る図6の櫛形電
極方式および実施形態4に係る図10に示す突出型電極
方式を利用した場合(例えば、図10の対向電極12
0、122、123、125のみ使用した場合)におけ
る電極間の印加電圧と共振周波数の変化を示している。
いずれの方式においても、電極間への印加電圧を高くす
るにつれて駆動側、つまりマス部の励振方向における共
振周波数を高くすることが可能となっている。そして、
これらの電気的調整方法によれば、共振周波数の微調整
が可能とできる。
FIG. 11 shows a case where the comb electrode system shown in FIG. 6 according to the second embodiment and the projecting electrode system shown in FIG. 10 according to the fourth embodiment are used (for example, the counter electrode 12 shown in FIG. 10).
5 shows changes in the applied voltage between the electrodes and the resonance frequency when only 0, 122, 123, and 125 are used.
In either method, as the voltage applied between the electrodes is increased, the resonance frequency in the drive side, that is, the excitation direction of the mass portion can be increased. And
According to these electrical adjustment methods, fine adjustment of the resonance frequency can be performed.

【0114】[実施形態5]本実施形態5では、上記実
施形態2〜4と異なり、機械的調整法による周波数調整
幅の機構を備えている。
[Fifth Embodiment] The fifth embodiment differs from the second to fourth embodiments in that a mechanism for adjusting the frequency by a mechanical adjustment method is provided.

【0115】このような機械的調整法では、調整効率が
良い反面、機械的調整は工場においてのみ可能であり、
また微調整が難しいため、電気的調整法が可能となる範
囲までの粗調整として特に有効である。
In such a mechanical adjustment method, although the adjustment efficiency is high, the mechanical adjustment is possible only in the factory.
Further, since fine adjustment is difficult, it is particularly effective as a rough adjustment up to a range where an electrical adjustment method can be performed.

【0116】本実施形態5では、機械的調整のうちビー
ムの剛性を変化させる手法を採用している。具体的に
は、図12(a)(b)に示すように、変形による応力
の大きな部位、例えばマス励振支持ビームであるフォー
ルディット型ビームのビーム体16の固定部付近にハシ
ゴ状のパターン140を付加して角速度センサ504を
構成している。なお、このハシゴ状パターン140は、
ビーム体16の他端部やビーム体11、12、13、1
4、15、17のいずれかの端部に設けても良い。そし
て、このパターンは望まれる周波数変化幅に応じて一つ
づつレーザートリミング装置で焼き切ることとする。共
振周波数の変化幅は前もって計算できており、レーザー
トリミングによって所望の変化幅を得ることができる。
In the fifth embodiment, a method of changing the rigidity of the beam among the mechanical adjustments is employed. More specifically, as shown in FIGS. 12A and 12B, a ladder-like pattern 140 is formed near a portion where the stress due to deformation is large, for example, near the fixing portion of the beam body 16 of the folded beam, which is a mass excitation support beam. Are added to constitute the angular velocity sensor 504. In addition, this ladder-like pattern 140
The other end of the beam body 16 and the beam bodies 11, 12, 13, 1
It may be provided at any one of 4, 15, and 17 ends. Then, the patterns are burned off one by one by a laser trimming device according to a desired frequency change width. The change width of the resonance frequency can be calculated in advance, and a desired change width can be obtained by laser trimming.

【0117】図13は、このようなハシゴパターンの除
去割合と共振周波数の変化の関係を示している。図13
から明らかなように、ハシゴパターンの除去割合が大き
くなるにつれて、●で示した駆動側、つまりマス部励振
方向における共振周波数が小さくなるように比較的大き
な変化を示している。一方、ハシゴパターンを除去して
も○で示した検出側、つまりコリオリ力の検出方向での
共振周波数は変化していない。
FIG. 13 shows the relationship between the ladder pattern removal ratio and the change in the resonance frequency. FIG.
As is clear from FIG. 7, as the removal ratio of the ladder pattern increases, the resonance frequency on the driving side indicated by ●, that is, the resonance direction in the mass part excitation direction decreases, and the change is relatively large. On the other hand, even if the ladder pattern is removed, the resonance frequency on the detection side indicated by 、, that is, the direction of detection of the Coriolis force does not change.

【0118】以上のことから、本実施形態5により、一
方の共振周波数(ここでは、励振方向の共振周波数)の
みを選択的に調整することが可能であることが明らかで
ある。また、図12に示されている構成では、切断され
るハシゴパターンがビーム体の本体から離れているた
め、誤ってビームを切断してしまうという危険性が緩和
されている。
From the above, it is apparent that the fifth embodiment makes it possible to selectively adjust only one resonance frequency (here, the resonance frequency in the excitation direction). Further, in the configuration shown in FIG. 12, since the ladder pattern to be cut is away from the main body of the beam body, the risk of erroneously cutting the beam is reduced.

【0119】[実施形態6]本実施形態6では、上述の
実施形態5のように機械的調整を行うものであるが、実
施形態5と異なるのは、図1に示す連結部80、81の
質量を調整することである。ここで注意すべきことは、
中心部にあるマス部1は励振方向と励振方向の両方の共
振周波数に関与するので、マス部1自体を調整箇所とは
できないことである。
[Embodiment 6] In Embodiment 6, the mechanical adjustment is performed as in Embodiment 5 described above. The difference from Embodiment 5 is that the connecting portions 80 and 81 shown in FIG. Adjusting the mass. The thing to note here is that
Since the mass 1 at the center is involved in the resonance frequency in both the excitation direction and the excitation direction, the mass 1 itself cannot be used as an adjustment point.

【0120】そこで、本実施形態6においては、連結部
80、81にあらかじめ蒸着等によって金などの金属材
料を付加している。これは、この連結部80、81の質
量は、励振方向の共振周波数のみに関与して、励振周波
数のみ変化させることが可能となるためである。そし
て、このとき検出方向の共振周波数は、ほとんど変化し
ない。図14は、連絡部20,81にあらかじめ金属材
料として金(Au)の蒸着等を行っておき、この金の除
去割合に対する共振周波数の変化の状態を示している。
金の除去にはレーザー照射やエッチング等の手法が考え
られる。また周波数調整のためには、金属材料の付加割
合を加減してもよい。図14より明らかなように、本実
施形態の構成によっても、コリオリ力検出側の共振周波
数を変化させることなく、励振方向の共振周波数のみを
変化させることができる。
Therefore, in the sixth embodiment, a metal material such as gold is previously added to the connecting portions 80 and 81 by vapor deposition or the like. This is because the mass of the connecting portions 80 and 81 is related only to the resonance frequency in the excitation direction, and can change only the excitation frequency. At this time, the resonance frequency in the detection direction hardly changes. FIG. 14 shows the state of the change in the resonance frequency with respect to the removal ratio of gold, in which gold (Au) is deposited as a metal material on the connecting portions 20 and 81 in advance.
Techniques such as laser irradiation and etching are conceivable for gold removal. For frequency adjustment, the addition ratio of the metal material may be adjusted. As is clear from FIG. 14, according to the configuration of the present embodiment, it is possible to change only the resonance frequency in the excitation direction without changing the resonance frequency on the Coriolis force detection side.

【0121】ところで、実施形態1の図4と同様な製造
プロセスを終えたセンサは、励振方向と検出方向につい
てそれぞれ共振周波数が測定される。この値の測定結果
に基づいて周波数差Δfが適切でなければ、上記実施形
態5、6に示すごとき機械的な粗調整を行うことが好ま
しい。機械的粗調整によって、Δfが目標値に近くなれ
ばセンサをパッケージングする(例えば、真空パッケー
ジング)。但し、測定の結果がもともとΔfが目標値に
近ければ、機械的粗調整は不要である。その後、上記実
施形態2〜4などに示す電気的な周波数調整機構によ
り、さらに、実施形態2に示す如き回路構成(図7)に
よって後発的に発生する共振周波数のずれなどによるΔ
fを常時適切な値になるよう調整する。
By the way, in the sensor which has completed the manufacturing process similar to that of FIG. 4 of the first embodiment, the resonance frequency is measured in each of the excitation direction and the detection direction. If the frequency difference Δf is not appropriate based on the measurement result of this value, it is preferable to perform a mechanical rough adjustment as described in the fifth and sixth embodiments. If Δf approaches the target value due to the mechanical coarse adjustment, the sensor is packaged (for example, vacuum packaging). However, if Δf is originally close to the target value, the mechanical coarse adjustment is unnecessary. After that, the electrical frequency adjustment mechanism described in the second to fourth embodiments and the like further causes the circuit configuration (FIG. 7) shown in the second embodiment to further reduce Δ 共振 due to a shift in the resonance frequency that occurs later.
f is always adjusted to an appropriate value.

【0122】[実施形態7]上述のような角速度センサ
では、基板に水平方向の加速度が印加されると、この加
速度の持つ周波数成分が角速度の周波数成分と近い場
合、角速度と加速度の区別がつかなくなる可能性があ
る。この問題を解決するために、本実施形態7では、図
15のように連結部116を介して、例えば、実施形態
2に示すような角速度センサ501を二個用い、これを
一つのパッケージ600内に設置している。さらに、そ
れぞれのマス部1を互いにその励振振動を180°位相
をずらして励振する。なお、連結部116は、基板に固
定されていると、非固定であるとを問わない。
[Embodiment 7] In the angular velocity sensor as described above, when a horizontal acceleration is applied to the substrate, if the frequency component of the acceleration is close to the frequency component of the angular velocity, it is difficult to distinguish between the angular velocity and the acceleration. May be gone. In order to solve this problem, in the seventh embodiment, for example, two angular velocity sensors 501 as shown in the second embodiment are used via the connecting portion 116 as shown in FIG. Installed in Further, the respective mass portions 1 are excited with their excitation vibrations shifted by 180 ° from each other. The connecting portion 116 may be fixed or not fixed to the substrate.

【0123】このように励振振動の位相を180°ずら
して駆動すると、その結果、角速度によって発生するコ
リオリ力が2つのマス部1に互いに逆方向に作用する。
従って、印加された角速度に対するセンサ出力も180
°ずれることとなる。一方、加速度が印加された場合に
は、2つのマス部1は、加速度により同一方向に変位す
る。そこで、これら二つの角速度センサ501の出力の
差をとれば、角速度と加速度を極めて容易に分離するこ
とが可能となる。
When the phase of the excitation vibration is shifted by 180 ° as described above, as a result, the Coriolis force generated by the angular velocity acts on the two mass portions 1 in opposite directions.
Therefore, the sensor output for the applied angular velocity is also 180
°. On the other hand, when acceleration is applied, the two mass portions 1 are displaced in the same direction by the acceleration. Therefore, by taking the difference between the outputs of these two angular velocity sensors 501, it becomes possible to separate angular velocity and acceleration very easily.

【0124】また、2つが逆相に振動されることで、音
叉のように二個のセンサの重心が常に不動であるので振
動のエネルギーが外部に漏れにくくなる。この結果、振
動子としての振動Q値が向上し高感度なセンサが実現で
きる。
Also, since the two are vibrated in opposite phases, the center of gravity of the two sensors is always immobile like a tuning fork, so that the energy of the vibration hardly leaks to the outside. As a result, the vibration Q value as a vibrator is improved, and a highly sensitive sensor can be realized.

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

【図1】 本発明の実施形態1の角速度センサを示す平
面図である。
FIG. 1 is a plan view showing an angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】 図1の角速度センサ500のA−A線に沿っ
た断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the angular velocity sensor 500 of FIG. 1 taken along line AA.

【図3】 図1の容量検出電極付近の構成を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration near a capacitance detection electrode in FIG. 1;

【図4】 図1の角速度センサ500の製造工程を示す
図である。
FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of the angular velocity sensor 500 of FIG.

【図5】 実施形態1に係る角速度センサの他の構成を
示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing another configuration of the angular velocity sensor according to the first embodiment.

【図6】 本発明の実施形態2に係る角速度センサを示
す平面図である。
FIG. 6 is a plan view showing an angular velocity sensor according to Embodiment 2 of the present invention.

【図7】 図6の角速度センサ501を制御する回路構
成を示す図である。
7 is a diagram showing a circuit configuration for controlling the angular velocity sensor 501 of FIG.

【図8】 本発明の実施形態3に係る角速度センサを示
す平面図である。
FIG. 8 is a plan view showing an angular velocity sensor according to Embodiment 3 of the present invention.

【図9】 図8の角速度センサ502の動作を示す概念
図である。
FIG. 9 is a conceptual diagram showing the operation of the angular velocity sensor 502 in FIG.

【図10】 本発明の実施形態4に係る角速度センサを
示す平面図である。
FIG. 10 is a plan view showing an angular velocity sensor according to Embodiment 4 of the present invention.

【図11】 角速度センサ501および503の周波数
調整特性を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing frequency adjustment characteristics of angular velocity sensors 501 and 503.

【図12】 本発明の実施形態5に係るハシゴパターン
を備えた角速度センサを示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing an angular velocity sensor having a ladder pattern according to Embodiment 5 of the present invention.

【図13】 図12の角速度センサ504の周波数調整
特性を示す図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating frequency adjustment characteristics of the angular velocity sensor 504 of FIG.

【図14】 本発明の実施形態6に係る角速度センサの
周波数調整特性を示す図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating frequency adjustment characteristics of an angular velocity sensor according to Embodiment 6 of the present invention.

【図15】 本発明の実施形態7に角速度センサを示す
平面図である。
FIG. 15 is a plan view showing an angular velocity sensor according to a seventh embodiment of the present invention.

【図16】 従来の角速度センサを示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a conventional angular velocity sensor.

【図17】 2方向の共振周波数の差Δfを説明する図
である。
FIG. 17 is a diagram illustrating a difference Δf between two resonance frequencies.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 マス部、10,11,12,13,14,15,1
6,17 ビーム体、20,21,22,23 マス変
位方向支持ビーム、24,25 マス変位支持基部、3
0,32 容量検出電極、31,41 延出電極 3
3,36,43,46,52,62,65,100,1
01,102,103 電極パッド、40,42 制御
電極、51 励振電極、60,63 励振振幅検出電
極、70,72,74,76 周波数調整電極、71,
73,75,77 周波数調整用延出電極、80,81
連結部、82,83 枠部、84,85,120,1
21,122,123,124,125 周波数調整用
対向電極、90,91,92,93 アンカー部、14
0 ハシゴ状パターン。
1 Mass section, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 1
6,17 beam body, 20,21,22,23 mass displacement direction support beam, 24,25 mass displacement support base, 3
0,32 capacitance detection electrode, 31,41 extension electrode 3
3,36,43,46,52,62,65,100,1
01, 102, 103 electrode pad, 40, 42 control electrode, 51 excitation electrode, 60, 63 excitation amplitude detection electrode, 70, 72, 74, 76 frequency adjustment electrode, 71,
73, 75, 77 Extension electrodes for frequency adjustment, 80, 81
Connecting part, 82, 83 Frame part, 84, 85, 120, 1
21, 122, 123, 124, 125 Counter electrodes for frequency adjustment, 90, 91, 92, 93 Anchor part, 14
0 Ladder pattern.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤塚 徳夫 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の1 株式会社豊田中央研究所内 (56)参考文献 特開 平8−159776(JP,A) 特開 平5−312576(JP,A) 特開 平6−123631(JP,A) 特開 平6−281665(JP,A) 特開 平7−120266(JP,A) 特開 平6−249667(JP,A) 特開 平5−333038(JP,A) 特開 平4−242114(JP,A) 特開 平8−54242(JP,A) 特開 平7−218268(JP,A) 特開 平8−219795(JP,A) 特開 平7−301535(JP,A) 特開 平7−43166(JP,A) 特開 昭58−221109(JP,A) 実開 平7−32514(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01C 19/56 G01P 9/04 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tokuo Fujitsuka 41-1, Oku-cho, Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. (56) References JP-A-8-159776 (JP, A) JP-A-5-312576 (JP, A) JP-A-6-123631 (JP, A) JP-A-6-281665 (JP, A) JP-A-7-120266 (JP, A) JP-A-6-249667 (JP, A) JP-A-5-333038 (JP, A) JP-A-4-242114 (JP, A) JP-A-8-54242 (JP, A) JP-A-7-218268 (JP, A) Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 8-2219795 (JP, A) Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 7-301535 (JP, A) Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 7-43166 (JP, A) JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01C 19/56 G01P 9/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 慣性質量となるマス部を励振させ、この
マス部の励振方向と角速度センサの回転軸方向の両方向
に直交する方向に発生するコリオリ力によるマス部の変
位に基づいて角速度を検出する共振型角速度センサであ
って、 前記励振方向に前記マス部を挟んで配置された一対のマ
ス変位支持基部と、 前記各マス変位支持基部からそれぞれ前記マス部に伸
び、コリオリ力発生時に前記マス部のコリオリ力発生方
向への変位を許容するよう支持するマス変位方向支持ビ
ームと、 前記各マス変位支持基部の前記コリオリ力発生方向への
変位を禁止すると共に、前記マス変位方向支持ビームを
介して前記マス部の前記励振方向への振動を許容するよ
うに前記マス変位支持基部を支持するビームであって、
支持位置から該マス変位支持基部の振動方向に直交する
方向に延びた端部で折り返し、折り返し部から支持位置
付近に向かって延びて前記支持位置付近で固定されたフ
ォールディット型ビームよりなるマス励振支持ビーム
と、 前記マス変位支持基部を励振させるための励振手段と、 前記マス部の変位を検出する変位検出手段と、を具備
し、 前記マス励振支持ビームを構成するフォールディット型
ビームは、 該マス変位支持基部の振動方向に直交する方向に延びる
少なくとも2本の同じ長さの平行配置されたビーム体を
備え、 前記2本のビーム体はその一方の端部で互いに該ビーム
体より幅広の連結部によって連結され、前記2本のビー
ム体の他方の端部は、一方のビーム体では前記マス変位
支持基部に連結され、他方のビーム体では基板に固定さ
れていることを特徴とする共振型角速度センサ。
1. A mass section serving as an inertial mass is excited, and an angular velocity is detected based on a displacement of the mass section due to a Coriolis force generated in a direction orthogonal to both an exciting direction of the mass section and a rotation axis direction of an angular velocity sensor. A pair of mass displacement support bases arranged with the mass portion interposed therebetween in the excitation direction, and extending from the mass displacement support bases to the mass portions, respectively, and the mass is provided when Coriolis force is generated. A mass displacement direction support beam for supporting the portion to allow displacement in the Coriolis force generation direction, and prohibiting displacement of each of the mass displacement support bases in the Coriolis force generation direction, and via the mass displacement direction support beam. A beam that supports the mass displacement support base so as to allow the mass portion to vibrate in the excitation direction,
A mass excitation made of a folded beam that is folded back from the support position at an end extending in a direction perpendicular to the vibration direction of the mass displacement support base, extends from the folded portion toward the vicinity of the support position, and is fixed near the support position A support beam; excitation means for exciting the mass displacement support base; and displacement detection means for detecting displacement of the mass part.
And the folded excitation type beam constituting the mass excitation support beam
The beam extends in a direction perpendicular to the vibration direction of the mass displacement support base
At least two parallel beams of the same length
The two beam bodies are at one end thereof
The two beads are connected by a connecting part wider than the body.
The other end of the beam body is the mass displacement in one beam body.
Connected to the support base, the other beam body is fixed to the substrate
A resonance type angular velocity sensor characterized in that:
【請求項2】 請求項1に記載の共振型角速度センサに
おいて、 さらに、前記マス励振支持ビームに与える応力を調整し
て、マス部の励振方向の共振周波数を調整する周波数調
整機構を備えることを特徴とする共振型角速度センサ。
2. The resonance type angular velocity sensor according to claim 1,
Oite further resonant angular velocity sensor, characterized in that to adjust the stress applied to the mass excitation support beam comprises a frequency adjustment mechanism for adjusting the resonance frequency of the excitation direction of the mass portion.
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