JP6330501B2 - Vibration type angular velocity sensor - Google Patents
Vibration type angular velocity sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP6330501B2 JP6330501B2 JP2014121689A JP2014121689A JP6330501B2 JP 6330501 B2 JP6330501 B2 JP 6330501B2 JP 2014121689 A JP2014121689 A JP 2014121689A JP 2014121689 A JP2014121689 A JP 2014121689A JP 6330501 B2 JP6330501 B2 JP 6330501B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- detection
- drive
- vibration
- angular velocity
- weight
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Description
本発明は、振動型角速度センサに関するものである。 The present invention relates to a vibration type angular velocity sensor.
従来、特許文献1において、振動型の角速度センサが提案されている。この角速度センサでは、角速度センサに備えられる可動部の駆動振動や検出振動方向がxy平面上である場合において、z軸方向への不要振動が発生したときに、検出信号に不要振動に起因する不要信号が含まれることから、これを補正するようにしている。具体的には、可動部に補正電極を形成し、この補正電極によって検出信号に含まれる不要信号と逆位相の補正信号を取り出し、検出信号に対して付加することで、不要信号を減衰するようにしている。
Conventionally, in
上記した特許文献1に記載されているように、不要振動は、本来可動部を振動させたい方向以外の方向に振動するものであり、この不要振動によって検出信号にノイズが付加され、振動型角速度センサの検出精度を低下させている。特許文献1に示されるように、補正電極によって逆位相の補正信号を取り出して検出信号から不要信号を減衰することができたとしても、不要振動を抑制することができないため、不要振動自体を抑制することが望まれる。
As described in
また、従来では、可動部の剛性向上や周波数設計によって不要振動が生じ難くなるようにすることも行われているが、不要振動の方向や大きさが変わるような場合、つまりゆらぎを持つ場合には対応できない。 Conventionally, unnecessary vibrations have been made less likely to occur by improving the rigidity of the movable part or designing the frequency, but if the direction and magnitude of the unnecessary vibrations change, that is, if they have fluctuations. Can not respond.
本発明は上記点に鑑みて、可動部の不要振動を抑制し、検出精度を向上させることが可能な振動型角速度センサを提供することを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide a vibration type angular velocity sensor that can suppress unnecessary vibration of a movable part and improve detection accuracy.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明における振動型角速度センサでは、基板(1)に対して固定された固定部(20、100)と、駆動錘(31、32、122)および検出錘(31、32、121)とを有する可動部(30、120)と、駆動錘を基板の平面と平行な平面上において移動可能としつつ固定部に対して支持する駆動梁(42、114)、および、検出錘を基板の平面と平行な平面上において移動可能としつつ固定部に対して支持する検出梁(41、113)を有する梁部(40、110)と、を備え、駆動錘を基板の平面上における一方向に駆動振動させ、角速度の印加に伴って検出錘が基板の平面上において一方向に対する垂直方向にも振動することに基づき角速度検出を行う。 In order to achieve the above object, in the vibration type angular velocity sensor according to the first aspect of the present invention, a fixed portion (20, 100) fixed to the substrate (1), a drive weight (31, 32, 122), and A movable part (30, 120) having a detection weight (31, 32, 121) and a drive beam (42, 114) that supports the fixed weight while allowing the drive weight to move on a plane parallel to the plane of the substrate. And a beam portion (40, 110) having a detection beam (41, 113) that supports the fixed weight while allowing the detection weight to move on a plane parallel to the plane of the substrate. Is driven and vibrated in one direction on the plane of the substrate, and the angular velocity is detected based on the fact that the detection weight vibrates in the direction perpendicular to the one direction on the plane of the substrate as the angular velocity is applied.
このような振動型角速度センサにおいて、駆動梁に配置され、駆動錘を駆動振動させる圧電膜にて構成される駆動用薄膜(51b)を含む駆動部(51、131)と、検出梁に配置され、角速度の印加に伴う検出梁の変位を検出する検出素子(53、133)と、駆動梁に配置され、駆動錘が基板の平面に対する法線方向に移動する不要振動を抑制する振動を発生させる圧電膜にて構成される制御用薄膜(52b)を含む制御部(52、132)と、を備えていることを特徴としている。 In such a vibration type angular velocity sensor, a drive unit (51, 131) including a drive thin film (51b) which is arranged on a drive beam and is composed of a piezoelectric film configured to drive and vibrate a drive weight, and a detection beam. The detection element (53, 133) for detecting the displacement of the detection beam due to the application of the angular velocity, and the vibration that is disposed on the drive beam and suppresses unnecessary vibration in which the drive weight moves in the normal direction with respect to the plane of the substrate is generated. And a control unit (52, 132) including a control thin film (52b) made of a piezoelectric film.
このような構成において、駆動錘および駆動梁を駆動振動させている際に、駆動錘が基板の平面に対する法線方向に移動する不要振動が発生すると、不要振動によって検出梁が変位するため、それを検出素子で検出することができる。そして、この不要振動に応じて、制御部を駆動することで、その不要振動を抑制する方向、例えば基板の平面に対する法線方向において不要振動と逆位相の振動を発生させることで、不要振動を打ち消す。これにより、不要振動を抑制することが可能となる。そして、このように不要振動をフィードバックし、不要振動を打ち消すように制御部を駆動して振動を発生させることができることから、不要振動の方向や大きさが変わったとしても、それに対応することも可能となる。 In such a configuration, when the driving weight and the driving beam are driven to vibrate, if the driving weight moves in a direction normal to the plane of the substrate, the detection beam is displaced by the unnecessary vibration. Can be detected by the detection element. Then, by driving the control unit in accordance with the unnecessary vibration, unnecessary vibration is generated by generating vibration having a phase opposite to the unnecessary vibration in a direction in which the unnecessary vibration is suppressed, for example, in a normal direction to the plane of the substrate. Counteract. Thereby, unnecessary vibration can be suppressed. And since the vibration can be generated by feeding back the unnecessary vibration in this way and driving the control unit so as to cancel the unnecessary vibration, even if the direction and magnitude of the unnecessary vibration change, it is possible to cope with it. It becomes possible.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows an example of a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。本実施形態で説明する振動型角速度センサ(ジャイロセンサ)は、物理量として角速度を検出するためのセンサであり、例えば車両の上下方向に平行な中心線周りの回転角速度の検出に用いられるが、勿論、振動型角速度センサを車両用以外に適用することもできる。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. The vibration type angular velocity sensor (gyro sensor) described in the present embodiment is a sensor for detecting an angular velocity as a physical quantity, and is used for detecting a rotational angular velocity around a center line parallel to the vertical direction of the vehicle, for example. Further, the vibration type angular velocity sensor can be applied to other than the vehicle.
以下、図1〜図7を参照して、本実施形態にかかる振動型角速度センサについて説明する。 Hereinafter, the vibration type angular velocity sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
振動型角速度センサは、図1中のxy平面が車両水平方向に向けられ、z軸方向が車両の上下方向と一致するようにして車両に搭載される。振動型角速度センサは、板状の基板10を用いて形成されている。本実施形態では、基板10は、支持基板11と半導体層12とで犠牲層となる埋込酸化膜13を挟み込んだ構造とされたSOI(Silicon on insulator)基板にて構成されている。この基板10の平面の一方向がx軸、この平面上におけるx軸に対する垂直方向がy軸、この平面の法線方向かつx軸およびy軸に対する垂直方向がz軸となり、この基板10の平面がxy平面と平行な平面をなしている。このような基板10を用いて振動型角速度センサが構成されており、図2に示すように、例えば半導体層12側をセンサ構造体のパターンにエッチングしたのち埋込酸化膜13を部分的に除去し、センサ構造体の一部をリリースすることで構成されている。なお、図中では支持基板11を簡略化して記載してあるが、実際には平面板状で構成されている。また、図2は断面図ではないが、図を見やすくするために、支持基板11および埋込酸化膜13にハッチングを示してある。
The vibration type angular velocity sensor is mounted on the vehicle such that the xy plane in FIG. 1 is oriented in the horizontal direction of the vehicle and the z-axis direction coincides with the vertical direction of the vehicle. The vibration type angular velocity sensor is formed using a plate-
半導体層12は、固定部20と可動部30および梁部40とにパターニングされている。固定部20は、図2に示すように、少なくともその裏面の一部に埋込酸化膜13が残されており、支持基板11からリリースされることなく、埋込酸化膜13を介して支持基板11に固定された状態とされている。可動部30および梁部40は、振動型角速度センサにおける振動子を構成するものである。可動部30は、その裏面側において埋込酸化膜13が除去されており、支持基板11からリリースされている。梁部40は、可動部30を支持すると共に角速度検出を行うために可動部30をx軸方向およびy軸方向において変位させるものである。これら固定部20と可動部30および梁部40の具体的な構造を説明する。
The
固定部20は、可動部30を支持すると共に、図示しないが駆動用電圧の印加用のパッドや角速度検出に用いられる検出信号の取り出し用のパッドが形成される部分である。本実施形態では、これら各機能を1つの固定部20によって実現しているが、例えば可動部30を支持するための支持用固定部、駆動用電圧が印加される駆動用固定部、角速度検出に用いられる検出用固定部に分割した構成とされても良い。その場合、例えば図1に示した固定部20を支持固定部とし、支持固定部に連結されるように駆動用固定部と検出用固定部を備え、駆動用固定部に駆動用電圧の印加用のパッドを備えると共に検出用固定部に検出信号取り出し用のパッドを備えればよい。
The fixed
具体的には、固定部20は、例えば上面形状が四角形で構成されており、相対する二辺の中央部に梁部40における後述する検出梁41が連結された構造とされている。固定部20の下方には埋込酸化膜13が残されており、埋込酸化膜13を介して固定部20が支持基板11に固定されている。
Specifically, the fixed
可動部30は、角速度印加に応じて変位する部分であり、駆動用電圧の印加によって駆動振動させられる駆動用錘と駆動振動時に角速度が印加されたときにその角速度に応じて振動させられる検出用錘とを有した構成とされる。本実施形態の場合、可動部30として、駆動用錘と検出用錘の役割を同じ錘によって担う駆動兼検出用錘31、32が備えられている。駆動兼検出用錘31、32は、x軸方向において、固定部20を挟んだ両側に配置されており、固定部20から等間隔の場所に配置されている。各駆動兼検出用錘31、32は、同寸法(同質量)で構成され、本実施形態の場合、上面形状が四角形で構成されている。そして、各駆動兼検出用錘31、32は、それぞれ相対する二辺において梁部40に備えられる後述する駆動梁42に連結させられることで、両持ち支持されている。各駆動兼検出用錘31、32の下方においては、埋込酸化膜13が除去されており、支持基板11から各駆動兼検出用錘31、32がリリースされている。このため、各駆動兼検出用錘31、32は、駆動梁42の変形によってx軸方向に駆動振動可能とされ、角速度印加の際には駆動梁42などの変形によってy軸方向を含む固定部20を中心とした回転方向へも振動可能とされている。
The
梁部40は、検出梁41と、駆動梁42および支持部材43を有した構成とされている。
The
検出梁41は、固定部20と支持部材43とを連結するy軸方向に延設された直線状の梁とされている。検出梁41のx軸方向の寸法は、z軸方向の寸法よりも薄くされており、x軸方向に変形可能とされている。
The
駆動梁42は、駆動兼検出用錘31、32と支持部材43とを連結するy軸方向、つまり検出梁41と平行な方向に延設された直線状の梁とされている。各駆動兼検出用錘31、32に備えられた駆動梁42から検出梁41までは等距離とされている。駆動梁42のx軸方向の寸法も、z軸方向の寸法よりも薄くされており、x軸方向に変形可能とされている。これにより、駆動兼検出用錘31、32をxy平面状において変位可能としている。
The
支持部材43は、x軸方向に延設された直線状の部材とされ、支持部材43の中心位置において検出梁41が連結されており、両端位置において各駆動梁42が連結されている。支持部材43は、y軸方向の寸法が検出梁41や駆動梁42におけるx軸方向の寸法よりも大きくされている。このため、駆動振動時には駆動梁42が主に変形し、角速度印加時には検出梁41および駆動梁42が主に変形するようになっている。
The
このような構造により、駆動梁42と支持部材43および駆動兼検出用錘31、32によって上面形状が四角形の枠体が構成され、その内側に検出梁41および固定部20が配置された振動型角速度センサが構成されている。
With such a structure, the
さらに、駆動梁42には、図1および図3に示すように駆動部51が形成されていると共に制御部52が形成されており、検出梁41には、図4に示すように、振動検出部53が形成されている。これら駆動部51、制御部52および振動検出部53が外部に備えられた図示しない制御装置に電気的に接続されることで、振動型角速度センサの駆動が行われるようになっている。
Further, the
駆動部51は、図1に示すように、各駆動梁42のうち支持部材43との連結部近傍に備えられており、各場所に2本ずつ所定距離を空けて配置され、y軸方向に延設されている。図3に示すように、駆動部51は、駆動梁42を構成する半導体層12の表面に下層電極51aと駆動用薄膜51bおよび上層電極51cが順に積層された構造とされている。下層電極51aおよび上層電極51cは、例えばAl電極などによって構成されている。これら下層電極51aおよび上層電極51cは、図1に示した支持部材43および検出梁41を経て固定部20まで引き出された配線部51d、51eを通じて、図示しない駆動用電圧の印加用のパッドやGND接続用のパッドに接続されている。また、駆動用薄膜51bは、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)膜によって構成されている。
As shown in FIG. 1, the
このような構成において、下層電極51aと上層電極51cとの間に電位差を発生させることで、これらの間に挟まれた駆動用薄膜51bを変位させ、駆動梁42を強制振動させることで駆動兼検出用錘31、32をx軸方向に沿って駆動振動させる。例えば、各駆動梁42のx軸方向の両端側に1本ずつ駆動部51を備えるようにし、一方の駆動部51の駆動用薄膜51bを圧縮応力で変位させると共に他方の駆動部51の駆動用薄膜51bを引張応力で変位させる。このような電圧印加を各駆動部51に対して交互に繰り返し行うことで、駆動兼検出用錘31、32をx軸方向に沿って駆動振動させている。
In such a configuration, by generating a potential difference between the
制御部52は、図1および図3に示すように、各駆動梁42のうち支持部材43との連結部近傍に備えられており、当該場所に2本ずつ配置された駆動部51の間において、各駆動部51から所定距離空けて配置され、y軸方向に延設されている。図3に示すように、制御部52は、駆動梁42を構成する半導体層12の表面に下層電極52aと制御用薄膜52bおよび上層電極52cが順に積層された構造とされている。下層電極52aおよび上層電極52cや制御用薄膜52bは、それぞれ、駆動部51を構成する下層電極51aおよび上層電極51cや駆動用薄膜51bと同様の構成とされている。下層電極52aおよび上層電極52cは、図1に示した支持部材43および検出梁41を経て固定部20まで引き出された配線部52d、52eを通じて、図示しない制御用電圧の印加用のパッドやGND接続用のパッドに接続されている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
このような構成において、下層電極52aと上層電極52cとの間に電位差を発生させることで、これらの間に挟まれた制御用薄膜52bを変位させ、駆動梁42に対して所望の振動を印加できる。これにより、駆動兼検出用錘31、32の振動を制御でき、不要振動を抑制する振動を印加することが可能となっている。
In such a configuration, by generating a potential difference between the
振動検出部53は、図1および図4に示すように、検出梁41のうちの固定部20との連結部近傍に備えられており、検出梁41におけるx軸方向の両側それぞれに設けられ、y軸方向に延設されている。図4に示すように、振動検出部53は、検出梁41を構成する半導体層12の表面に下層電極53aと検出用薄膜53bおよび上層電極53cが順に積層された構造とされている。下層電極53aおよび上層電極53cや検出用薄膜53bは、それぞれ、振動検出部53を構成する下層電極51aおよび上層電極51cや駆動用薄膜51bと同様の構成とされている。下層電極53aおよび上層電極53cは、図1に示した固定部20まで引き出された配線部53d、53eを通じて、図示しない検出信号出力用のパッドに接続されている。
As shown in FIGS. 1 and 4, the
このような構成では、角速度の印加に伴って検出梁41が変位すると、それに伴って検出用薄膜53bが変形する。これにより、例えば下層電極53aと上層電極53cとの間の電気信号(定電圧駆動の場合の電流値、定電流駆動の場合の電流値)が変化することから、それを角速度を示す検出信号として図示しない検出信号出力用のパッドを通じて外部に出力している。
In such a configuration, when the
また、振動検出部53では、不要振動の検出も行っている。角速度検出において、駆動兼検出用錘31、32は基本的にxy平面上において振動させられることになり、z軸方向への振動は不要振動となる。このような不要振動が発生した場合にも、検出梁41が変位することから、それに起因して下層電極53aと上層電極53cとの間の電気信号(定電圧駆動の場合の電流値、定電流駆動の場合の電流値)が変化する。それを不要振動を示す検出信号として図示しないパッドを通じて外部に出力している。
The
なお、角速度が印加されたときの振動と不要振動とは振動の位相が異なっていることから、電気信号の変化の位相に基づいて、角速度印加時に対応する振動か不要振動かを確認することができる。これにより、電気信号の変化が角速度印加によるものであるか不要振動によるものであるかを判別できる。 Since the vibration phase when the angular velocity is applied is different from the unnecessary vibration, it is possible to check whether the vibration corresponding to the angular velocity is applied or the unnecessary vibration based on the phase of the change in the electrical signal. it can. This makes it possible to determine whether the change in the electrical signal is due to application of angular velocity or unnecessary vibration.
以上のようにして、本実施形態にかかる振動型角速度センサが構成されている。次に、このように構成される振動型角速度センサの作動について説明する。 As described above, the vibration type angular velocity sensor according to the present embodiment is configured. Next, the operation of the vibration type angular velocity sensor configured as described above will be described.
まず、図3に示すように、駆動梁42に備えられた駆動部51に対して駆動用電圧の印加を行う。具体的には、下層電極51aと上層電極51cとの間に電位差を発生させることで、これらの間に挟まれた駆動用薄膜51bを変位させる。そして、2本並んで設けられた2つの駆動部51のうち、一方の駆動部51の駆動用薄膜51bを圧縮応力で変位させると共に他方の駆動部51の駆動用薄膜51bを引張応力で変位させる。このような電圧印加を各駆動部51に対して交互に繰り返し行うことで、駆動兼検出用錘31、32をx軸方向に沿って駆動振動させる。これにより、図5に示すように、駆動梁42によって両持ち支持された駆動兼検出用錘31、32が固定部20を挟んでx軸方向において互いに逆方向に移動させられる駆動モードとなる。つまり、駆動兼検出用錘31、32が共に固定部20が近づく状態と遠ざかる状態とが繰り返されるモードとなる。
First, as shown in FIG. 3, a drive voltage is applied to the
この駆動振動が行われているときに、振動型角速度センサに対して角速度、つまり固定部20を中心軸としたx軸周りの振動が印加されると、図6に示すように駆動兼検出用錘31、32がy軸方向を含む固定部20を中心とした回転方向へも振動する検出モードとなる。したがって、検出梁41も変位し、この検出梁41の変位に伴って、振動検出部53に備えられた検出用薄膜53bが変形する。これにより、例えば下層電極53aと上層電極53cとの間の電気信号が変化し、この電気信号が外部に備えられる図示しない制御装置などに入力されることで、発生した角速度を検出することが可能となる。
When this driving vibration is performed, if an angular velocity, that is, a vibration around the x-axis with the fixed
このような動作を行うに際し、例えば振動型角速度センサ以外の部分から伝わる振動(車両振動など)、軸配向ズレ、加工の非対称性、結晶欠陥の存在の有無など、何らかの原因でz軸方向への不要振動が発生することがある。例えば、図7(a)に示すように、不要振動が発生していない通常の状態であれば、駆動兼検出用錘31、32が固定部20を挟んでx軸方向に対称的に振動するのみであり、z軸方向への移動がない。これに対して、図7(b)に示すように、不要振動が発生した状態だと、駆動兼検出用錘31、32がz軸方向へも移動する。
When performing such an operation, for example, vibration transmitted from a part other than the vibration type angular velocity sensor (vehicle vibration, etc.), axial orientation deviation, processing asymmetry, existence of crystal defects, etc. Unnecessary vibration may occur. For example, as shown in FIG. 7A, in the normal state where unnecessary vibration is not generated, the driving and detecting
その場合、z軸方向への不要振動によって検出梁41が変位し、それに起因して下層電極53aと上層電極53cとの間の電気信号が変化する。それが不要振動を示す検出信号として外部に備えられた図示しない制御装置に入力される。このため、制御装置では、不要振動を検出し、制御部52を駆動することで、その不要振動を抑制する方向、例えばz軸方向において不要振動と逆位相の振動を発生させることで、不要振動を打ち消す。これにより、不要振動を抑制することが可能となる。そして、このように不要振動をフィードバックし、不要振動を打ち消すように制御部52を駆動して振動を発生させることができることから、不要振動の方向や大きさが変わったとしても、それに対応することも可能となる。
In that case, the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して振動型角速度センサの形状を変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the shape of the vibration type angular velocity sensor is changed with respect to the first embodiment, and the other parts are the same as those in the first embodiment. Therefore, only the parts different from the first embodiment will be described.
図8に示す本実施形態の振動型角速度センサも、支持基板11の上に埋込酸化膜13を介して形成された半導体層12をパターニングし、固定部100、梁部110および可動部120などを形成することによって製造される。具体的には、本実施形態の振動型角速度センサは次のように構成されている。
The vibration type angular velocity sensor of the present embodiment shown in FIG. 8 also patterns the
上面形状が四角形状の固定部100の一辺から片持ちの支持梁111が形成されており、この支持梁111に対して垂直方向に支持部材112が延設されている。具体的には、支持部材112の中央位置において、支持梁111が連結されている。そして、支持部材112を挟んで支持梁111と反対側には検出梁113が形成され、その先端に検出錘121が備えられていると共に、支持部材112の両端において支持梁111と同方向に駆動梁114が形成され、その先端に駆動錘122が備えられている。
A
これらのうち、固定部100は第1実施形態における固定部20と対応するものである。支持部材112、検出梁113および駆動梁114は、第1実施形態における支持部材43、検出梁102および検出梁41にそれぞれ対応していて同様の役割を果たし、支持梁111と共に梁部110を構成している。検出錘121と駆動錘122は可動部120を構成するものである。これらを別体で構成しているが、駆動兼検出用錘31、32の役割を別々に行う。
Among these, the
なお、支持梁111は、支持部材112を介して検出梁113や検出錘121および駆動梁114や駆動錘122を支持するものであり、固定部100に固定されている。
The
また、各種配線については図示していないが、駆動梁114には駆動部131が形成されていると共に制御部132が形成されており、検出梁113には振動検出部133が形成されている。これら駆動部131、制御部132および振動検出部133は、第1実施形態における駆動部51、制御部52および振動検出部53と同様の役割を果たす。
Although various wirings are not shown, a
このように、可動部120および梁部110が固定部100に片持ち支持される構造の振動型角速度センサにおいても、駆動部51、振動検出部53に加えて制御部52を備えた構造とすることができる。このような構成としても、制御部52を用いて不要振動を抑制することが可能であり、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
As described above, the vibration-type angular velocity sensor having the structure in which the
(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be appropriately changed within the scope described in the claims.
例えば、上記各実施形態では、振動検出部53、133を検出する検出素子として、駆動部51、131や制御部52、132と同様の圧電膜を用いた構造のものを用いている。しかしながら、圧電膜を用いた構造以外にも、検出梁41、113の変位を電気信号として取り出すことができる検出素子であれば、他の検出素子を用いても良い。例えば、検出梁41、113を構成する半導体層12にピエゾ抵抗(ゲージ抵抗)を構成し、このピエゾ抵抗を検出素子としても良い。例えば、半導体層12の表層部にp+型層もしくはn+型層を形成することで、ピエゾ抵抗とすることができる。
For example, in each of the above embodiments, a detection element that detects the
また、検出梁41、113に櫛歯電極を設けると共に、検出用固定部として検出梁41、113に設けた櫛歯電極と対向する櫛歯電極を備えた容量センサを検出素子とし、各櫛歯電極の間に構成される容量の変化を電気信号として取り出すようにしても良い。 In addition, a comb-tooth electrode is provided on the detection beams 41 and 113, and a capacitive sensor including a comb-tooth electrode facing the comb-tooth electrode provided on the detection beams 41 and 113 as a detection fixing portion is used as a detection element. You may make it take out the change of the capacity | capacitance comprised between electrodes as an electrical signal.
また、上記各実施形態では、振動検出部53、133によって、角速度が印加されたときに振動と不要振動の両方を検出できる形態としたが、これらを別々の構成により検出できるようにしても良い。さらに、検出梁41、113にも制御部52、114と同様の制御部を備え、検出梁41、113に不要振動が印加されたときに、その不要振動を抑制することもできる。
In each of the above embodiments, the
また、上記実施形態では、検出梁41、113や駆動梁42、114のうち支持部材43、112の近傍にのみ、駆動部51、131、制御部52、132、振動検出部53、133を備えた構造とした。これについても単なる一例を示したに過ぎず、例えば検出梁41、113や駆動梁42、114の全域にこれらを設けるようにしても良い。
Moreover, in the said embodiment, the
10 基板
20、100 固定部
30、120 可動部
31 駆動兼検出用錘
40、110 梁部
41、113 検出梁
42、114 駆動梁
51、131 駆動部
52、132 制御部
53、133 振動検出部
121 検出錘
122 駆動錘
DESCRIPTION OF
Claims (7)
駆動錘(31、32、122)および検出錘(31、32、121)を有する可動部(30、120)と、
前記駆動錘を前記基板の平面と平行な平面上において移動可能としつつ前記固定部に対して支持する駆動梁(42、114)、および、前記検出錘を前記基板の平面と平行な平面上において移動可能としつつ前記固定部に対して支持する検出梁(41、113)を有する梁部(40、110)と、を備え、
前記駆動錘を前記基板の平面上における一方向に駆動振動させ、角速度の印加に伴って前記検出錘が前記基板の平面上において前記一方向に対する垂直方向にも振動することに基づき角速度検出を行う振動型角速度センサであって、
前記駆動梁に配置され、前記駆動錘を駆動振動させる圧電膜にて構成される駆動用薄膜(51b)を含む駆動部(51、131)と、
前記検出梁に配置され、前記角速度の印加に伴う前記検出梁の変位を検出する検出素子(53、133)と、
前記駆動梁に配置され、前記駆動錘が前記基板の平面に対する法線方向に移動する不要振動を抑制する振動を発生させる圧電膜にて構成される制御用薄膜(52b)を含む制御部(52、132)と、を備え、
前記固定部、前記可動部および前記梁部は、前記基板に備えられる半導体層(12)をパターニングすることにより形成されており、
前記駆動部は、前記半導体層の上に下層電極(51a)と前記駆動用薄膜および上層電極(51c)が積層された構成とされ、前記下層電極と前記上層電極との間に駆動用電圧が印加されることで前記駆動用薄膜を変形させて前記駆動錘を駆動振動させ、
前記制御部は、前記半導体層の上に下層電極(52a)と前記制御用薄膜および上層電極(52c)が積層された構成とされ、前記下層電極と前記上層電極との間に制御用電圧が印加されることで前記制御用薄膜を変形させて前記不要振動を抑制する振動を発生させ、
さらに、前記駆動部は、前記駆動振動の方向に対する垂直方向に沿って、2本が所定距離を空けて平行に前記駆動梁に延設されており、
前記制御部は、2本の前記駆動部の間において、前記駆動振動の方向に対する垂直方向に沿って前記駆動梁に延設されていることを特徴とする振動型角速度センサ。 A fixing part (20, 100) fixed to the substrate (1);
A movable part (30, 120 ) having a driving weight (31, 32, 122) and a detection weight (31, 32, 121 ) ;
A driving beam (42, 114) that supports the fixed weight while allowing the driving weight to move on a plane parallel to the plane of the substrate, and the detection weight on a plane parallel to the plane of the substrate A beam portion (40, 110) having a detection beam (41, 113) that is movable and supports the fixed portion,
The drive weight is driven to vibrate in one direction on the plane of the substrate, and angular velocity detection is performed based on the fact that the detection weight vibrates in the direction perpendicular to the one direction on the plane of the substrate as the angular velocity is applied. A vibration type angular velocity sensor,
A drive unit (51, 131) including a drive thin film (51b) arranged on the drive beam and configured by a piezoelectric film configured to drive and vibrate the drive weight;
A detection element (53, 133) disposed on the detection beam for detecting displacement of the detection beam accompanying application of the angular velocity;
A control unit (52) including a control thin film (52b) disposed on the drive beam and configured by a piezoelectric film that generates vibrations that suppress unnecessary vibrations in which the drive weight moves in a direction normal to the plane of the substrate. , and 132), with a,
The fixed part, the movable part and the beam part are formed by patterning a semiconductor layer (12) provided in the substrate,
The driving unit has a configuration in which a lower layer electrode (51a), the driving thin film and an upper layer electrode (51c) are stacked on the semiconductor layer, and a driving voltage is applied between the lower layer electrode and the upper layer electrode. The drive weight is driven to vibrate by deforming the driving thin film by being applied,
The control unit has a configuration in which a lower layer electrode (52a), the control thin film, and an upper layer electrode (52c) are stacked on the semiconductor layer, and a control voltage is applied between the lower layer electrode and the upper layer electrode. A vibration that suppresses the unnecessary vibration by deforming the control thin film by being applied,
Further, two of the drive sections are extended in parallel to the drive beam at a predetermined distance along a direction perpendicular to the direction of the drive vibration,
The vibration type angular velocity sensor , wherein the control unit extends between the two drive units along the drive beam along a direction perpendicular to the direction of the drive vibration .
前記検出梁(41)は、前記固定部を中心として、前記駆動振動の方向に対する垂直な方向の両側に延設され、
前記駆動梁(42)は、前記駆動兼検出用錘を中心として、前記駆動振動の方向に対する垂直な方向の両側に延設され、
前記検出梁のうち前記固定部と反対側および前記駆動梁のうち前記駆動兼検出用錘と反対側が直線状の支持部材(43)に連結されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の振動型角速度センサ。 Drive and detection weights (31, 32) serving as the drive weight and the detection weight are arranged on both sides of the fixed portion as the center in the same direction as the direction of the drive vibration,
The detection beam (41) extends on both sides in a direction perpendicular to the direction of the drive vibration, with the fixed portion as a center,
The drive beam (42) extends on both sides in a direction perpendicular to the direction of the drive vibration, with the drive / detection weight as the center.
Claims 1, characterized in that the side opposite to the driving and detecting weight of the opposite side and the driving beam and the fixed part of the detecting beam is connected to the linear support member (43) of 5 The vibration type angular velocity sensor according to any one of the above.
前記支持梁を挟んで前記固定部と反対側には前記駆動振動の方向に延設された直線状の支持部材(112)が備えられ、
前記検出梁(113)は、前記支持部材を挟んで前記固定部と反対側に、前記駆動振動の方向に対する垂直な方向に延設されていると共に、前記支持部材と反対側の端部において前記検出錘(121)が連結されており、
前記駆動梁(42)は、前記支持部材を挟んで前記固定部と反対側に、前記駆動振動の方向に対する垂直な方向に延設されていると共に、前記支持部材と反対側の端部において前記駆動錘(122)が連結されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の振動型角速度センサ。 The beam portion (110) has a support beam (111) fixed to the fixed portion,
A linear support member (112) extending in the direction of the drive vibration is provided on the opposite side of the fixed portion across the support beam,
The detection beam (113) extends in a direction perpendicular to the direction of the drive vibration on the opposite side to the fixed portion across the support member, and at the end portion on the opposite side to the support member. The detection weight (121) is connected,
The drive beam (42) extends in a direction perpendicular to the direction of the drive vibration on the opposite side to the fixed portion across the support member, and at the end opposite to the support member, the drive beam (42). The vibration type angular velocity sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein a driving weight (122) is connected.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014121689A JP6330501B2 (en) | 2014-06-12 | 2014-06-12 | Vibration type angular velocity sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014121689A JP6330501B2 (en) | 2014-06-12 | 2014-06-12 | Vibration type angular velocity sensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016001157A JP2016001157A (en) | 2016-01-07 |
JP6330501B2 true JP6330501B2 (en) | 2018-05-30 |
Family
ID=55076821
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014121689A Active JP6330501B2 (en) | 2014-06-12 | 2014-06-12 | Vibration type angular velocity sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6330501B2 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6610706B2 (en) | 2017-05-24 | 2019-11-27 | 株式会社村田製作所 | Piezoelectric gyroscope with lateral drive transducer |
JP6696530B2 (en) | 2017-05-24 | 2020-05-20 | 株式会社村田製作所 | Coupling suspension in a piezoelectric gyroscope |
JP6627912B2 (en) | 2017-05-24 | 2020-01-08 | 株式会社村田製作所 | Piezoelectric rotating MEMS resonator |
JP6627911B2 (en) | 2017-05-24 | 2020-01-08 | 株式会社村田製作所 | Piezoelectric rotating MEMS resonator |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0854242A (en) * | 1994-08-12 | 1996-02-27 | Murata Mfg Co Ltd | Oscillation gyro |
JPH09105634A (en) * | 1995-10-12 | 1997-04-22 | Nippon Soken Inc | Angular velocity sensor |
FR2789171B1 (en) * | 1999-02-01 | 2001-03-02 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | MONOLITHIC STRUCTURE OF A VIBRATING GYROMETER |
JP3659160B2 (en) * | 2000-02-18 | 2005-06-15 | 株式会社デンソー | Angular velocity sensor |
JP2002277248A (en) * | 2001-03-22 | 2002-09-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Angular velocity sensor |
JP2004085361A (en) * | 2002-08-27 | 2004-03-18 | Ngk Insulators Ltd | Physical quantity measuring device |
JP4233088B2 (en) * | 2003-06-06 | 2009-03-04 | 日本碍子株式会社 | Rotational angular velocity measuring method and rotational angular velocity measuring device |
JP4631329B2 (en) * | 2004-07-01 | 2011-02-16 | パナソニック株式会社 | Angular velocity sensor and manufacturing method thereof |
JP5050590B2 (en) * | 2007-03-15 | 2012-10-17 | ソニー株式会社 | Angular velocity sensor and electronic device |
JP2008256669A (en) * | 2006-10-30 | 2008-10-23 | Sony Corp | Angular velocity sensor and electronic device |
-
2014
- 2014-06-12 JP JP2014121689A patent/JP6330501B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016001157A (en) | 2016-01-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6575129B2 (en) | Vibration type angular velocity sensor | |
JP6191151B2 (en) | Physical quantity sensor | |
JP5884603B2 (en) | Rollover gyro sensor | |
WO2007145113A1 (en) | Inertial sensor | |
JP6330501B2 (en) | Vibration type angular velocity sensor | |
WO2018003692A1 (en) | Physical quantity sensor | |
JP6604170B2 (en) | Vibration type angular velocity sensor | |
JP6281421B2 (en) | Vibration type angular velocity sensor | |
JP6740965B2 (en) | Vibration type angular velocity sensor | |
JP6733621B2 (en) | Vibration type angular velocity sensor | |
JP2012112819A (en) | Vibration gyro | |
WO2016067543A1 (en) | Vibration-type angular velocity sensor | |
JP6604158B2 (en) | Vibration type angular velocity sensor | |
JP5125138B2 (en) | Compound sensor | |
JP6074629B2 (en) | Angular velocity sensor element and angular velocity sensor | |
JP6657842B2 (en) | Angular velocity sensor device | |
JP6988367B2 (en) | Physical quantity sensor | |
JP2008232704A (en) | Inertia force sensor | |
CN106415204B (en) | Vibration type angular velocity sensor | |
JP5849190B2 (en) | Angular velocity sensor element | |
JP2016070739A (en) | Sensor | |
JP5729316B2 (en) | Capacitive physical quantity detector | |
JP5786141B2 (en) | Angular velocity sensor element | |
JP5849243B2 (en) | Angular velocity sensor element | |
JP2008261771A (en) | Inertia force sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170224 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20171215 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180109 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180307 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180327 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180409 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6330501 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |