JPH05322578A - Gyroscopic device - Google Patents
Gyroscopic deviceInfo
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- JPH05322578A JPH05322578A JP4127402A JP12740292A JPH05322578A JP H05322578 A JPH05322578 A JP H05322578A JP 4127402 A JP4127402 A JP 4127402A JP 12740292 A JP12740292 A JP 12740292A JP H05322578 A JPH05322578 A JP H05322578A
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- electrode
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ジャイロ装置に関し、
特に、断面三角形の振動子の各斜面に対応させて一対の
検出電極を設け、一対の静電容量の変化により入力角速
度を検出するための新規な改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gyro device,
In particular, the present invention relates to a new improvement for detecting an input angular velocity by changing a pair of electrostatic capacitances by providing a pair of detection electrodes corresponding to each slope of a vibrator having a triangular cross section.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、用いられていたこの種のジャイロ
装置としては、ここでは図示を省略しているが、例え
ば、実開平１−61611号公報に開示された機械式の構成
を挙げることができる。2. Description of the Related Art Although a gyro device of this type that has been conventionally used is not shown here, for example, there is a mechanical structure disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 1-61611. it can.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】従来のジャイロ装置
は、以上のように構成されていたため、次のような課題
が存在していた。すなわち、従来のジャイロ装置の場
合、モータにより回転する回転体に対して角速度が印加
された場合の回転体の変位をトルカ−コイルにより電気
的に検出する構成であるため、構成が極めて複雑とな
り、コストダウンを達成し安価な製品として量産するこ
とは不可能であった。Since the conventional gyro device is constructed as described above, the following problems exist. That is, in the case of the conventional gyro device, since the displacement of the rotating body when the angular velocity is applied to the rotating body rotated by the motor is electrically detected by the torquer coil, the configuration becomes extremely complicated, It was impossible to achieve cost reduction and mass-produce as an inexpensive product.
【０００４】本発明は、以上のような課題を解決するた
めになされたもので、特に、角速度入力時の振動子の変
位をキャパシタンスの差として検出し、超小型の構成と
したジャイロ装置を提供することを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems, and in particular, provides a gyro device having a microminiaturized structure which detects displacement of a vibrator when an angular velocity is input as a difference in capacitance. The purpose is to do.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明によるジャイロ装
置は、支持部材に振動自在な状態で支持され断面形状が
三角形をなす振動子と、前記振動子の第１斜面に対応し
て平行な第１検出斜面を有する第１検出電極と、前記振
動子の第２斜面に対応して平行な第２検出斜面を有する
第２検出電極と、前記各検出電極を支持するための絶縁
基板とを備えた構成である。A gyro device according to the present invention comprises a vibrator which is supported by a supporting member in a vibrating state and has a triangular cross-section, and a vibrator which is parallel to a first slope of the vibrator. A first detection electrode having a first detection slope, a second detection electrode having a second detection slope parallel to the second slope of the vibrator, and an insulating substrate for supporting the detection electrodes. It has a different structure.
【０００６】さらに詳細には、前記振動子は前記支持部
材に片持支持されている構成である。More specifically, the vibrator is cantilevered by the support member.
【０００７】さらに詳細には、前記絶縁基板の凹部に
は、前記振動子の底面に対応して電極部を形成した構成
である。More specifically, in the recess of the insulating substrate, an electrode portion is formed corresponding to the bottom surface of the vibrator.
【０００８】さらに詳細には、前記振動子と各検出電極
は、表面の面方位が１００面のシリコン板よりなり、異
方性エッチングで形成された構成である。More specifically, the vibrator and each detection electrode are made of a silicon plate having a surface plane orientation of 100 faces and are formed by anisotropic etching.
【０００９】さらに詳細には、前記絶縁基板に設けた振
動発生体により絶縁振動子を振動させる構成である。More specifically, it is a constitution in which the vibration generator provided on the insulating substrate vibrates the insulating vibrator.
【００１０】さらに詳細には、前記振動子と電極部間に
信号を印加し、振動子を振動させる構成である。More specifically, the configuration is such that a signal is applied between the vibrator and the electrode section to vibrate the vibrator.
【００１１】[0011]
【作用】本発明によるジャイロ装置においては、断面三
角形の振動子と一対の検出電極が、１枚の１００面の面
方位を有するシリコンを異方性エッチングして得られて
いるため、振動子の各斜面と各検出電極の各検出斜面と
が完全な平行状態となり、静電容量を検出するためのコ
ンデンサを構成するエアギャップの間隔を高精度に構成
することができ、高精度の静電容量の検出を行うことが
できる。従って、前述の構成において、振動子が振動中
に入力角速度が印加された場合、振動子が横方向に振動
を生じ、この時の各検出電極から検出される静電容量の
差を検出することによって入力角速度を得ることができ
る。In the gyro device according to the present invention, since the vibrator having the triangular cross section and the pair of detection electrodes are obtained by anisotropically etching one silicon having the plane orientation of 100 planes, The slopes and the detection slopes of the detection electrodes are in a completely parallel state, and the gaps of the air gaps that make up the capacitors for detecting the capacitance can be configured with high precision, and the capacitance with high precision can be obtained. Can be detected. Therefore, in the above-mentioned configuration, when the input angular velocity is applied while the vibrator is vibrating, the vibrator vibrates in the lateral direction, and the difference in capacitance detected by each detection electrode at this time can be detected. The input angular velocity can be obtained by
【００１２】[0012]
【実施例】以下、図面と共に本発明によるジャイロ装置
の好適な実施例について詳細に説明する。図１から図３
迄は本発明によるジャイロ装置を示すもので、図１は概
略斜視図、図２は角速度検出状態を示す構成図、図３は
組立工程を示す構成図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of the gyro device according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. 1 to 3
FIG. 1 is a schematic perspective view, FIG. 2 is a configuration diagram showing an angular velocity detection state, and FIG. 3 is a configuration diagram showing an assembly process.
【００１３】図１において符号１で示されるものは断面
三角形をなし棒状に構成された振動子であり、この振動
子１は絶縁性の支持部材２にその一端１ａが固定された
片持式に構成されている。A reference numeral 1 in FIG. 1 is a bar-shaped vibrator having a triangular cross section, and the vibrator 1 is a cantilever type whose one end 1a is fixed to an insulating support member 2. It is configured.
【００１４】前記振動子１の両側には、前記振動子１を
挟持するように一対の第１検出電極３及び第２検出電極
４が設けられており、この第１検出電極３の第１検出斜
面３ａは振動子１の第１斜面１ｂに対して平行な状態で
所定の第１間隔Ｄ1を保持して配設されている。また、
前記第２検出電極４の第２検出斜面４ａは振動子１の第
２斜面１ｃに対して平行な状態で所定の第２間隔Ｄ2を
保持して配設されている。A pair of first detection electrode 3 and second detection electrode 4 are provided on both sides of the vibrator 1 so as to sandwich the vibrator 1, and the first detection electrode 3 performs the first detection. slope 3a is disposed so as to hold the first distance D 1 given in parallel to the first inclined surface 1b of the vibrator 1. Also,
Second detecting slope 4a of the second detection electrode 4 is arranged to hold a predetermined second distance D 2 in parallel to the second inclined surface 1c of the vibrator 1.
【００１５】前記振動子１及び各検出電極３，４は、図
３で示されるように、表面の面方位が１００面を有する
単結晶のシリコンウェハー１０を用い、パターニングの
後、異方性エッチングを施すと、振動子１の各斜面１
ｂ，１ｃは１１１面が露出し、同時に各検出斜面３ａ，
４ａも１１１面となる。その後、各検出電極３，４を図
３で示すように反転させると、振動子１の各斜面１ｂ，
１ｃと各検出電極３，４の各検出斜面３ａ，４ａは互い
に平行な状態となり、第１コンデンサ２０及び第２コン
デンサ２１を構成している。As shown in FIG. 3, the vibrator 1 and the detection electrodes 3 and 4 are made of a single crystal silicon wafer 10 having a surface orientation of 100 planes. After patterning, anisotropic etching is performed. Is applied to each slope 1 of the vibrator 1.
In b and 1c, 111 surfaces are exposed, and at the same time, the respective detection slopes 3a,
4a also has 111 faces. After that, when the detection electrodes 3 and 4 are inverted as shown in FIG.
1c and the detection slopes 3a and 4a of the detection electrodes 3 and 4 are in parallel with each other to form a first capacitor 20 and a second capacitor 21.
【００１６】前記各検出電極３，４は、ガラスで構成さ
れた絶縁基板３０の表面３０ａ上に添着して設けられて
おり、この絶縁基板３０に形成された凹部３１内には前
記振動子１の底面１ｄに対応して電極部３２が形成され
ている。The detection electrodes 3 and 4 are attached to the surface 30a of an insulating substrate 30 made of glass, and the vibrator 1 is provided in a recess 31 formed in the insulating substrate 30. The electrode portion 32 is formed corresponding to the bottom surface 1d of the.
【００１７】従って、前述の構成において、入力角速度
の検出を行う場合について説明する。まず、振動子１を
外部より加振するため、絶縁基板３０の裏面に設けられ
た圧電振動子等からなる振動発生体４０により加振させ
るか、又は、振動子１と電極部３２間に交流信号からな
る駆動信号を印加して振動子１を振動させた状態下にお
いて、外部から入力角速度ωが印加されると、図２で示
すように横方向の振動Ｂが振動子１に発生する。Therefore, the case where the input angular velocity is detected in the above-described configuration will be described. First, in order to vibrate the vibrator 1 from the outside, the vibrator 1 is vibrated by the vibration generator 40 such as a piezoelectric vibrator provided on the back surface of the insulating substrate 30, or an alternating current is applied between the vibrator 1 and the electrode portion 32. When an input angular velocity ω is applied from the outside while a vibrator 1 is vibrated by applying a drive signal composed of signals, a lateral vibration B is generated in the vibrator 1 as shown in FIG.
【００１８】この振動子１の横方向の振動Ｂが発生する
と、前記振動子１と各検出電極３，４間の各間隔Ｄ1，
Ｄ2が変化するため、各コンデンサ２０，２１の静電容
量ＣA，ＣBが変化する。この各静電容量ＣA，ＣBの差
（ＣA−ＣB）を求めることにより、入力角速度ωの大き
さを検出することができる。When the lateral vibration B of the vibrator 1 occurs, the distance D 1 between the vibrator 1 and the detection electrodes 3 and 4 is
Since D 2 changes, the electrostatic capacities C A and C B of the capacitors 20 and 21 change. Each capacitance C A, by obtaining a difference C B (C A -C B) , it is possible to detect the magnitude of the input angular velocity omega.
【００１９】なお、前記電極部３２には、加振用の電極
として用いるだけでなく、前記振動子１の振動量を検出
するための振動量センシング電極として用いることもで
きる。The electrode portion 32 can be used not only as a vibration electrode but also as a vibration amount sensing electrode for detecting the vibration amount of the vibrator 1.
【００２０】[0020]
【発明の効果】本発明によるジャイロ装置は、以上のよ
うに構成されているため、次のような効果を得ることが
できる。シリコンの異方性エッチングにより振動子と検
出電極を作るため、各斜面間の平行状態を高精度に得る
ことができ、高精度の静電容量検出を行うことができ
る。また、ガラスよりなる基板に電極を直接形成するこ
とができるため、加振電極及び振動量センシング電極を
作ることができる。従って、従来の機械式ジャイロの構
成と比較すると、その機械的構成は大幅に簡略化され、
超小型、超低価格、超軽量のジャイロを得ることによ
り、超小型の電子機器に適用できるものである。Since the gyro device according to the present invention is constructed as described above, the following effects can be obtained. Since the oscillator and the detection electrode are formed by anisotropic etching of silicon, the parallel state between the slopes can be obtained with high precision, and the capacitance can be detected with high precision. In addition, since the electrodes can be directly formed on the substrate made of glass, the vibrating electrode and the vibration amount sensing electrode can be formed. Therefore, compared to the configuration of the conventional mechanical gyro, its mechanical configuration is greatly simplified,
By obtaining an ultra-compact, ultra-low price, ultra-light gyro, it can be applied to ultra-compact electronic devices.
【図１】本発明によるジャイロ装置の概略構成を示す要
部の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a main part showing a schematic configuration of a gyro device according to the present invention.
【図２】図１の拡大正面図である。FIG. 2 is an enlarged front view of FIG.
【図３】本発明によるジャイロ装置の製造工程を示す概
略構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a manufacturing process of the gyro device according to the present invention.
１ 振動子 1b 第１斜面 1c 第２斜面 1d 底面 ２ 支持部材 ３ 第１検出電極 ４ 第２検出電極 30 絶縁基板 31 凹部 32 電極部 40 振動発生体 1 Transducer 1b First slope 1c Second slope 1d Bottom 2 Support member 3 First detection electrode 4 Second detection electrode 30 Insulating substrate 31 Recess 32 Electrode 40 Vibration generator
Claims (6)
れ断面形状が三角形をなす振動子(1)と、前記振動子(1)
の第１斜面(1b)に対応して平行な第１検出斜面(3a)を有
する第１検出電極(3)と、前記振動子(1)の第２斜面(1c)
に対応して平行な第２検出斜面(4a)を有する第２検出電
極(4)と、前記各検出電極(3,4)を支持するための絶縁基
板(30)とを備え、前記振動子(1)の前記各斜面(1b,1c)と
前記各検出電極(3,4)間に存在する一対の静電容量の変
化により入力角速度の検出を行うことを特徴とするジャ
イロ装置。1. A vibrator (1) which is supported by a support member (2) in a freely vibrating state and has a triangular cross-section, and the vibrator (1).
A first detection electrode (3) having a first detection slope (3a) parallel to the first slope (1b) of the, and a second slope (1c) of the vibrator (1).
A second detection electrode (4) having a second detection slope (4a) parallel to each other, and an insulating substrate (30) for supporting each of the detection electrodes (3, 4). (1) A gyro device characterized in that an input angular velocity is detected by a change in a pair of capacitances existing between each of the slopes (1b, 1c) and each of the detection electrodes (3, 4).
支持されていることを特徴とする請求項１記載のジャイ
ロ装置。2. The gyro device according to claim 1, wherein the vibrator (1) is cantilevered by the support member (2).
振動子(1)の底面(1d)に対応して電極部(32)を形成して
いることを特徴とする請求項１記載のジャイロ装置。3. The recessed portion (31) of the insulating substrate (30) is provided with an electrode portion (32) corresponding to the bottom surface (1d) of the vibrator (1). The gyro device according to Item 1.
面の面方位が１００面のシリコン板よりなり、異方性エ
ッチングで形成された構成よりなることを特徴とする請
求項１記載のジャイロ装置。4. The vibrator (1) and each of the detection electrodes (3, 4) are made of a silicon plate having a surface orientation of 100 faces, and are formed by anisotropic etching. The gyro device according to claim 1.
0)により前記振動子を振動させることを特徴とする請求
項１記載のジャイロ装置。5. A vibration generator (4) provided on the insulating substrate (30).
The gyro device according to claim 1, wherein the vibrator is vibrated by 0).
印加し、前記振動子(1)を振動させる構成としたことを
特徴とする請求項３記載のジャイロ装置。6. The gyro device according to claim 3, wherein a signal is applied between the vibrator (1) and the electrode portion (32) to vibrate the vibrator (1).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12740292A JP3181368B2 (en) | 1992-05-20 | 1992-05-20 | Gyro device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12740292A JP3181368B2 (en) | 1992-05-20 | 1992-05-20 | Gyro device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05322578A true JPH05322578A (en) | 1993-12-07 |
| JP3181368B2 JP3181368B2 (en) | 2001-07-03 |
Family
ID=14959106
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12740292A Expired - Fee Related JP3181368B2 (en) | 1992-05-20 | 1992-05-20 | Gyro device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3181368B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0942973A (en) * | 1995-08-01 | 1997-02-14 | Nissan Motor Co Ltd | Angle speed sensor |
| WO1998041818A1 (en) * | 1997-03-19 | 1998-09-24 | Hitachi, Ltd. | Gyro sensor and video camera using the same |
| JP2018520348A (en) * | 2015-06-11 | 2018-07-26 | ジョージア テック リサーチ コーポレイション | MEMS inertial measurement device with tilted electrodes for quadrature tuning |
-
1992
- 1992-05-20 JP JP12740292A patent/JP3181368B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0942973A (en) * | 1995-08-01 | 1997-02-14 | Nissan Motor Co Ltd | Angle speed sensor |
| WO1998041818A1 (en) * | 1997-03-19 | 1998-09-24 | Hitachi, Ltd. | Gyro sensor and video camera using the same |
| JP2018520348A (en) * | 2015-06-11 | 2018-07-26 | ジョージア テック リサーチ コーポレイション | MEMS inertial measurement device with tilted electrodes for quadrature tuning |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3181368B2 (en) | 2001-07-03 |
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