JPH06123631A - 力学量センサ - Google Patents
力学量センサInfo
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- JPH06123631A JPH06123631A JP4274529A JP27452992A JPH06123631A JP H06123631 A JPH06123631 A JP H06123631A JP 4274529 A JP4274529 A JP 4274529A JP 27452992 A JP27452992 A JP 27452992A JP H06123631 A JPH06123631 A JP H06123631A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 新規な構造の力学量センサを提供することに
ある。 【構成】 基板１の凹部２の側壁から第１の梁３，４，
５，６が延設され、その第１の梁３，４，５，６には中
間支持体７が設けられている。この中間支持体７には第
１の梁３，４，５，６にほぼ直交する方向に延びる第２
の梁８，９，１０，１１が延設され、第２の梁８，９，
１０，１１には錘１２が設けられている。そして、対向
電極１７，１９及び対向電極１８，２０を励振用電極と
するとともに対向電極１３，１５及び対向電極１４，１
６を角速度検出用電極とし、角速度の印加に伴う錘１２
の動きが検出される。
ある。 【構成】 基板１の凹部２の側壁から第１の梁３，４，
５，６が延設され、その第１の梁３，４，５，６には中
間支持体７が設けられている。この中間支持体７には第
１の梁３，４，５，６にほぼ直交する方向に延びる第２
の梁８，９，１０，１１が延設され、第２の梁８，９，
１０，１１には錘１２が設けられている。そして、対向
電極１７，１９及び対向電極１８，２０を励振用電極と
するとともに対向電極１３，１５及び対向電極１４，１
６を角速度検出用電極とし、角速度の印加に伴う錘１２
の動きが検出される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、角速度や加速度等の
力学量を検出するための力学量センサに関するものであ
る。
力学量を検出するための力学量センサに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、コリオリの力を利用してヨーレイ
トを検出するものとしては、圧電素子を使用した音叉型
・音片型がある。
トを検出するものとしては、圧電素子を使用した音叉型
・音片型がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、複雑な形状
の機械加工及び圧電素子の貼り付けが必要であり、小型
化・低コスト化・高精度化が難しいという問題点があ
る。
の機械加工及び圧電素子の貼り付けが必要であり、小型
化・低コスト化・高精度化が難しいという問題点があ
る。
【０００４】そこで、この発明は、新規な構造の力学量
センサを提供することにある。
センサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、固定部に対
し第１の梁を延設し、その第１の梁に可動する中間支持
体を設け、この中間支持体に前記第１の梁にほぼ直交す
る方向に延びる第２の梁を延設し、同第２の梁に錘を設
け、力学量に伴う同錘の動きを検出するようにした力学
量センサをその要旨とするものである。
し第１の梁を延設し、その第１の梁に可動する中間支持
体を設け、この中間支持体に前記第１の梁にほぼ直交す
る方向に延びる第２の梁を延設し、同第２の梁に錘を設
け、力学量に伴う同錘の動きを検出するようにした力学
量センサをその要旨とするものである。
【０００６】
【作用】第１の梁あるいは第２の梁が変形することによ
り錘が可動状態となっている。そして、力学量に伴う錘
の動きが検出されて力学量が検出される。
り錘が可動状態となっている。そして、力学量に伴う錘
の動きが検出されて力学量が検出される。
【０００７】
【実施例】以下、この発明を角速度センサに具体化した
一実施例を図面に従って説明する。
一実施例を図面に従って説明する。
【０００８】図１には、本実施例の角速度センサの平面
図を示し、図２には、図１のＡ−Ａ断面を示す。基板１
は単結晶シリコン基板よりなり、数ｍｍ角、厚さ２００
〜５００μｍ程度のものである。この基板１の中央部分
には長方形状の凹部２が形成されている。この凹部２内
の側壁には第１の梁３，４，５，６が図１において上下
方向（Ｙ軸）に延設されている。
図を示し、図２には、図１のＡ−Ａ断面を示す。基板１
は単結晶シリコン基板よりなり、数ｍｍ角、厚さ２００
〜５００μｍ程度のものである。この基板１の中央部分
には長方形状の凹部２が形成されている。この凹部２内
の側壁には第１の梁３，４，５，６が図１において上下
方向（Ｙ軸）に延設されている。
【０００９】又、凹部２内には四角枠状の中間支持体７
が配置され、この中間支持体７は第１の梁３，４，５，
６の他端に連結支持されている。四角枠状の中間支持体
７の内壁には第２の梁８，９，１０，１１が図１におい
て左右方向（Ｘ軸）に延設されている。中間支持体７の
内方には錘１２が配置され、この錘１２は第２の梁８，
９，１０，１１の他端に連結支持されている。
が配置され、この中間支持体７は第１の梁３，４，５，
６の他端に連結支持されている。四角枠状の中間支持体
７の内壁には第２の梁８，９，１０，１１が図１におい
て左右方向（Ｘ軸）に延設されている。中間支持体７の
内方には錘１２が配置され、この錘１２は第２の梁８，
９，１０，１１の他端に連結支持されている。
【００１０】又、図２に示すように、第１の梁３，４，
５，６と中間支持体７と第２の梁８，９，１０，１１と
錘１２とは、凹部２の底面との間に所定のギャップ（空
間）が形成されている。
５，６と中間支持体７と第２の梁８，９，１０，１１と
錘１２とは、凹部２の底面との間に所定のギャップ（空
間）が形成されている。
【００１１】尚、第１及び第２の梁３〜６，８〜１１
は、幅数μｍ、厚さ１０〜５０μｍとなっている。又、
中間支持体７は幅が数１０μｍにて枠状に形成され、厚
さ１０〜５０μｍとなっている。又、錘１２は、縦・横
の寸法が数１００μｍで厚さ１０〜５０μｍの直方体よ
りなっている。
は、幅数μｍ、厚さ１０〜５０μｍとなっている。又、
中間支持体７は幅が数１０μｍにて枠状に形成され、厚
さ１０〜５０μｍとなっている。又、錘１２は、縦・横
の寸法が数１００μｍで厚さ１０〜５０μｍの直方体よ
りなっている。
【００１２】図１での中間支持体７の外面における左右
の側壁には電極１３，１４が形成され、電極１３，１４
と相対向する凹部２の内壁には電極１５，１６が形成さ
れている。よって、電極１３，１５により対向電極が構
成されるとともに、電極１４，１６により対向電極が構
成されている。
の側壁には電極１３，１４が形成され、電極１３，１４
と相対向する凹部２の内壁には電極１５，１６が形成さ
れている。よって、電極１３，１５により対向電極が構
成されるとともに、電極１４，１６により対向電極が構
成されている。
【００１３】又、図１での中間支持体７における上下の
内壁には電極１７，１８が形成され、電極１７，１８と
相対向する錘１２の側壁には電極１９，２０が形成され
ている。よって、電極１７，１９により対向電極が構成
されるとともに、電極１８，２０により対向電極が構成
されている。
内壁には電極１７，１８が形成され、電極１７，１８と
相対向する錘１２の側壁には電極１９，２０が形成され
ている。よって、電極１７，１９により対向電極が構成
されるとともに、電極１８，２０により対向電極が構成
されている。
【００１４】又、第１及び第２の梁３〜６，８〜１１と
中間支持体７と錘１２とは、後述するように、犠牲層エ
ッチングを用いた基板１の表面マイクロマシニング技術
によって作成される。
中間支持体７と錘１２とは、後述するように、犠牲層エ
ッチングを用いた基板１の表面マイクロマシニング技術
によって作成される。
【００１５】次に、角速度センサの製造工程を図３，
４，５を用いて説明する。図３に示すように、単結晶シ
リコン基板２１を用意し、その基板２１の表面に数μｍ
〜１０μｍのｐ型拡散層を形成する。その後、単結晶シ
リコン基板２１上に１０〜５０μｍのｎ型エピタキシャ
ル層２２を成長させる。このとき、ｐ型埋め込み層２３
が形成される。このｐ型埋め込み層２３の形成領域を図
６にて示す。
４，５を用いて説明する。図３に示すように、単結晶シ
リコン基板２１を用意し、その基板２１の表面に数μｍ
〜１０μｍのｐ型拡散層を形成する。その後、単結晶シ
リコン基板２１上に１０〜５０μｍのｎ型エピタキシャ
ル層２２を成長させる。このとき、ｐ型埋め込み層２３
が形成される。このｐ型埋め込み層２３の形成領域を図
６にて示す。
【００１６】そして、図４に示すように、ＲＩＥにより
ｎ型エピタキシャル層２３に対し図６に示すようなパタ
ーンのトレンチ２４を形成する。さらに、図５に示すよ
うに、電気化学エッチングにより選択的にｐ型埋め込み
層２３を除去する（犠牲層エッチング）。
ｎ型エピタキシャル層２３に対し図６に示すようなパタ
ーンのトレンチ２４を形成する。さらに、図５に示すよ
うに、電気化学エッチングにより選択的にｐ型埋め込み
層２３を除去する（犠牲層エッチング）。
【００１７】このように製造された角速度センサにおい
ては、次のような動作をする。まず、図１の対向電極１
７，１９及び対向電極１８，２０に交流電圧を印加し
て、静電気力により図１での上下方向（Ｙ軸）に錘１２
を振動（励振）させる。つまり、第２の梁８〜１１の撓
みによりＹ軸方向への変位が可能である。
ては、次のような動作をする。まず、図１の対向電極１
７，１９及び対向電極１８，２０に交流電圧を印加し
て、静電気力により図１での上下方向（Ｙ軸）に錘１２
を振動（励振）させる。つまり、第２の梁８〜１１の撓
みによりＹ軸方向への変位が可能である。
【００１８】そして、図１の紙面に直交する軸に回転角
速度（ヨーレイト；Ω）が加わると、もとの振動（Ｙ
軸）に対し直角方向、即ち、図１の左右方向（Ｘ軸）に
コリオリ力が発生する。このとき、錘１２の質量をｍ、
図１の紙面に直交する軸の回りヨーレイトをΩ、励振に
よる錘１２の速度をｖとすると、錘１２にはＸ方向にＦ
＝２ｍｖΩのコリオリ力が働く。
速度（ヨーレイト；Ω）が加わると、もとの振動（Ｙ
軸）に対し直角方向、即ち、図１の左右方向（Ｘ軸）に
コリオリ力が発生する。このとき、錘１２の質量をｍ、
図１の紙面に直交する軸の回りヨーレイトをΩ、励振に
よる錘１２の速度をｖとすると、錘１２にはＸ方向にＦ
＝２ｍｖΩのコリオリ力が働く。
【００１９】錘１２は中間支持体７に対してはＸ方向に
変位できないが、コリオリ力は第２の梁８〜１１を介し
て中間支持体７に伝わる。そして、中間支持体７は第１
の梁３〜６の撓みによってＸ方向に変位可能である。こ
の中間支持体７の変位量はほぼコリオリ力に比例するも
のである。このコリオリ力による錘１２の変位が対向電
極１３，１５及び対向電極１４，１６により容量変化と
して検出される。この容量変化に基づいて回転角速度
（ヨーレイト；Ω）が検出される。
変位できないが、コリオリ力は第２の梁８〜１１を介し
て中間支持体７に伝わる。そして、中間支持体７は第１
の梁３〜６の撓みによってＸ方向に変位可能である。こ
の中間支持体７の変位量はほぼコリオリ力に比例するも
のである。このコリオリ力による錘１２の変位が対向電
極１３，１５及び対向電極１４，１６により容量変化と
して検出される。この容量変化に基づいて回転角速度
（ヨーレイト；Ω）が検出される。
【００２０】尚、錘１２の変位量の測定方法としては、
他にもコンデンサ（対向電極１３，１５及び対向電極１
４，１６）の容量変化、即ち、中間支持体７のＸ方向変
位が「０」になるようにコンデンサにかける電圧をサー
ボ制御し、その印加電圧によりコリオリ力を求めるよう
にしてもよい。
他にもコンデンサ（対向電極１３，１５及び対向電極１
４，１６）の容量変化、即ち、中間支持体７のＸ方向変
位が「０」になるようにコンデンサにかける電圧をサー
ボ制御し、その印加電圧によりコリオリ力を求めるよう
にしてもよい。
【００２１】このように本実施例では、基板１（固定
部）に対し第１の梁３，４，５，６を延設し、その第１
の梁３，４，５，６に可動する中間支持体７を設け、こ
の中間支持体７に第１の梁３，４，５，６にほぼ直交す
る方向に延びる第２の梁８，９，１０，１１を延設し、
同第２の梁８，９，１０，１１に錘１２を設け、対向電
極１７，１９及び対向電極１８，２０を励振用電極（励
振用コンデンサ）とするとともに対向電極１３，１５及
び対向電極１４，１６を角速度検出用電極（検出用コン
デンサ）とし、角速度の印加に伴う錘１２の動きを検出
するようにした。このように、マイクロ加工が可能な平
面状態で２次元的に変位可能な錘１２を有する梁構造と
なり、新規な構造の角速度センサとなる。
部）に対し第１の梁３，４，５，６を延設し、その第１
の梁３，４，５，６に可動する中間支持体７を設け、こ
の中間支持体７に第１の梁３，４，５，６にほぼ直交す
る方向に延びる第２の梁８，９，１０，１１を延設し、
同第２の梁８，９，１０，１１に錘１２を設け、対向電
極１７，１９及び対向電極１８，２０を励振用電極（励
振用コンデンサ）とするとともに対向電極１３，１５及
び対向電極１４，１６を角速度検出用電極（検出用コン
デンサ）とし、角速度の印加に伴う錘１２の動きを検出
するようにした。このように、マイクロ加工が可能な平
面状態で２次元的に変位可能な錘１２を有する梁構造と
なり、新規な構造の角速度センサとなる。
【００２２】尚、この発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、例えば、前記実施例では錘１２を両持ち梁
タイプとしたが、図７，８に示すように片持ち梁として
もよい。つまり、基板２４の凹部２５内の側壁に第１の
梁２６，２７を延設し、その第１の梁２６，２７に中間
支持体２８を設け、この中間支持体２８に片持ち梁とし
ての第２の梁２９，３０を延設し、第２の梁２９，３０
に錘３１を設ける。又、錘３１の側壁に電極３２を形成
するとともに対向する凹部２５の内壁に電極３３を形成
する。さらに、錘３１の側壁に電極３４，３５を形成す
るとともに対向する凹部２５の内壁に電極３６，３７を
形成している。
のではなく、例えば、前記実施例では錘１２を両持ち梁
タイプとしたが、図７，８に示すように片持ち梁として
もよい。つまり、基板２４の凹部２５内の側壁に第１の
梁２６，２７を延設し、その第１の梁２６，２７に中間
支持体２８を設け、この中間支持体２８に片持ち梁とし
ての第２の梁２９，３０を延設し、第２の梁２９，３０
に錘３１を設ける。又、錘３１の側壁に電極３２を形成
するとともに対向する凹部２５の内壁に電極３３を形成
する。さらに、錘３１の側壁に電極３４，３５を形成す
るとともに対向する凹部２５の内壁に電極３６，３７を
形成している。
【００２３】又、中間支持体は前記実施例では枠状とし
たが、図７に示すように、中間支持体２８は枠状に限る
ことはない。つまり、図７に示すように、長方形状とし
てもよい。
たが、図７に示すように、中間支持体２８は枠状に限る
ことはない。つまり、図７に示すように、長方形状とし
てもよい。
【００２４】さらに、角速度センサの他にも、２次元加
速度センサとしてもよい。つまり、図１において、Ｘ軸
の加速度を対向電極１３，１５及び対向電極１４，１６
にてコンデンサ容量変化として測定するとともに、Ｙ軸
の加速度を対向電極１７，１９及び対向電極１８，２０
にてコンデンサ容量変化として測定するようにしてもよ
い。
速度センサとしてもよい。つまり、図１において、Ｘ軸
の加速度を対向電極１３，１５及び対向電極１４，１６
にてコンデンサ容量変化として測定するとともに、Ｙ軸
の加速度を対向電極１７，１９及び対向電極１８，２０
にてコンデンサ容量変化として測定するようにしてもよ
い。
【００２５】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
新規な構造の力学量センサとすることができる優れた効
果を発揮する。
新規な構造の力学量センサとすることができる優れた効
果を発揮する。
【図１】実施例の角速度センサの平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】角速度センサの製造工程を示す断面図である。
【図４】角速度センサの製造工程を示す断面図である。
【図５】角速度センサの製造工程を示す断面図である。
【図６】角速度センサの製造工程を示す平面図である。
【図７】別例の角速度センサの平面図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ断面図である。
１ 固定部としての基板 ３，４，５，６ 第１の梁 ７ 中間支持体 ８，９，１０，１１ 第２の梁 １２ 錘
Claims (1)
- 【請求項１】 固定部に対し第１の梁を延設し、その第
１の梁に可動する中間支持体を設け、この中間支持体に
前記第１の梁にほぼ直交する方向に延びる第２の梁を延
設し、同第２の梁に錘を設け、力学量に伴う同錘の動き
を検出するようにしたことを特徴とする力学量センサ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27452992A JP3669713B2 (ja) | 1992-10-13 | 1992-10-13 | 角速度センサ |
| US08/578,371 US5734105A (en) | 1992-10-13 | 1995-12-26 | Dynamic quantity sensor |
| US09/035,018 US6128953A (en) | 1992-10-13 | 1998-03-05 | Dynamical quantity sensor |
| US09/617,801 US6470747B1 (en) | 1992-10-13 | 2000-07-17 | Dynamical quantity sensor |
| US12/381,534 USRE42359E1 (en) | 1992-10-13 | 2009-03-12 | Dynamical quantity sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27452992A JP3669713B2 (ja) | 1992-10-13 | 1992-10-13 | 角速度センサ |
Related Child Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11284040A Division JP2000081338A (ja) | 1999-10-05 | 1999-10-05 | 力学量センサ |
| JP2005081908A Division JP3800238B2 (ja) | 2005-03-22 | 2005-03-22 | 角速度センサ及び角速度検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06123631A true JPH06123631A (ja) | 1994-05-06 |
| JP3669713B2 JP3669713B2 (ja) | 2005-07-13 |
Family
ID=17542983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27452992A Expired - Lifetime JP3669713B2 (ja) | 1992-10-13 | 1992-10-13 | 角速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3669713B2 (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO1999012002A2 (en) * | 1997-09-02 | 1999-03-11 | Analog Devices, Inc. | Micromachined gyros |
| US6023974A (en) * | 1997-03-05 | 2000-02-15 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Angular velocity sensor device |
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| US6250165B1 (en) | 1998-02-02 | 2001-06-26 | Denso Corporation | Semiconductor physical quantity sensor |
| US6388300B1 (en) | 1999-01-25 | 2002-05-14 | Denso Corporation | Semiconductor physical quantity sensor and method of manufacturing the same |
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| JP2005292117A (ja) * | 2004-03-12 | 2005-10-20 | Matsushita Electric Works Ltd | ジャイロセンサおよびそれを用いたセンサ装置 |
| JP2008145338A (ja) * | 2006-12-12 | 2008-06-26 | Hitachi Ltd | 角速度センサ |
| WO2008129865A1 (ja) * | 2007-04-13 | 2008-10-30 | Panasonic Corporation | 慣性力センサ |
| DE10035605B4 (de) * | 1999-07-22 | 2009-04-02 | Denso Corp., Kariya-shi | Halbleitersensoren für eine Physikalische Grösse |
| WO2011161958A1 (ja) * | 2010-06-25 | 2011-12-29 | パナソニック株式会社 | 慣性力検出素子とそれを用いた慣性力センサ |
Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
| EP2327960B1 (en) | 2008-08-18 | 2019-10-09 | Hitachi, Ltd. | Micro electro mechanical system |
| CN109613300B (zh) * | 2018-12-19 | 2020-09-11 | 东南大学 | 一种可同时测量垂直方向加速度和角速度的微传感器 |
-
1992
- 1992-10-13 JP JP27452992A patent/JP3669713B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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