JPH11264730A - Electromagnetic drive type angular velocity sensor and its manufacture - Google Patents

Electromagnetic drive type angular velocity sensor and its manufacture

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JPH11264730A
JPH11264730A JP10069015A JP6901598A JPH11264730A JP H11264730 A JPH11264730 A JP H11264730A JP 10069015 A JP10069015 A JP 10069015A JP 6901598 A JP6901598 A JP 6901598A JP H11264730 A JPH11264730 A JP H11264730A
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vibration
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velocity sensor
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正喜 江刺
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在濬 崔
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electromagnetic drive type angular velocity sensor capable of detecting angular velocity with high accuracy by a simple structure. SOLUTION: A glass substrate 11, a vibrator 20 disposed on an upper surface of the glass substrate 11, and a permanent magnet 12 mounted on an under surface of the glass substrate 11, form a three-layer structure. The vibrator 20 is equipped with a substantially square vibrator weight 21 formed to have four sides each supported in midair by two support beams 22 and metallic wires 21a formed on a surface of the vibrator weight 21 so as to connect two support beams neighboring each other on each side. Each support beam is formed into an L-shape so as to have a part extending vertically from each side of the vibrator and a part being bent at a right angle at an end thereof and extending therefrom.

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】本発明は物体の角速度を検出
するための角速度センサ、特に電磁駆動型角速度センサ
とその製造方法に関するものである。
The present invention relates to an angular velocity sensor for detecting an angular velocity of an object, and more particularly to an electromagnetically driven angular velocity sensor and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、角速度センサとしては、例えば図
12及び図13に示すような構成の角速度センサが知ら
れている。先ず、図12に示す角速度センサ1は電磁駆
動・圧抵抗検出型の角速度センサであって、図12
(A)に示すように、ベース2上に順次に載置されたガ
ラス基板3,シリコン基板4,ガラス基板5及び永久磁
石6とから構成されている。ここで、上記シリコン基板
4は、図12(B)に示すように、水平面内にて互いに
平行に並ぶように形成された二つの振動子4a,4bを
備えており、これらの振動子4a,4bは、それぞれ両
端が二本の細い棒状の連結部4cを介して外枠部分4d
に対して連結されている。さらに、これらの連結部4c
のうち、内側の連結部4cは、その表面に形成された検
出用のピエゾ抵抗4eを備えている。なお、図12
(B)においてz軸が検出振動の方向であり、x軸が駆
動振動の方向である。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an angular velocity sensor, for example, an angular velocity sensor having a configuration as shown in FIGS. 12 and 13 is known. First, an angular velocity sensor 1 shown in FIG. 12 is an electromagnetic drive / piezoresistive detection type angular velocity sensor.
As shown in FIG. 1A, a glass substrate 3, a silicon substrate 4, a glass substrate 5 and a permanent magnet 6 are sequentially placed on a base 2. Here, as shown in FIG. 12B, the silicon substrate 4 includes two vibrators 4a and 4b formed so as to be parallel to each other in a horizontal plane. 4b is an outer frame portion 4d through two thin rod-shaped connecting portions 4c at both ends.
Linked to Further, these connecting portions 4c
Of these, the inner connecting portion 4c has a piezoresistor 4e for detection formed on the surface thereof. FIG.
In (B), the z-axis is the direction of the detected vibration, and the x-axis is the direction of the driving vibration.

【0003】このような構成の角速度センサ1によれ
ば、振動子4a,4bに対して、図12(B)にて矢印
Iで示すように、駆動電流が流されて、振動子4a,4
bが電磁駆動される状態にて振動子4a,4bが角速度
を受けて振動したとき、このz軸方向の縦振動によって
上記連結部4cに加わる応力により、この連結部4cの
表面に形成されたピエゾ抵抗4eの抵抗値が変化する。
この抵抗値の変化が、例えば電流値の変化として計測,
処理されることにより、振動子4a,4bに加わる角速
度が検出される。
According to the angular velocity sensor 1 having such a configuration, a drive current is applied to the vibrators 4a and 4b as shown by an arrow I in FIG.
When the vibrators 4a and 4b vibrate by receiving an angular velocity in a state where b is driven electromagnetically, the vibrators 4a and 4b are formed on the surface of the connecting portion 4c by the stress applied to the connecting portion 4c by the longitudinal vibration in the z-axis direction. The resistance value of the piezo resistor 4e changes.
This change in resistance value is measured, for example, as a change in current value.
Through the processing, the angular velocity applied to the vibrators 4a and 4b is detected.

【0004】また、図13に示す角速度センサ7は、静
電駆動・容量検出型角速度センサであって、一対の互い
に平行になるように配設されたガラス基板7a,7b
と、これらガラス基板7a,7bの間に配設された振動
子8とから構成されており、三層構造になっている。こ
の角速度センサ7は、図示のように、内側に水平方向に
延び且つ両端が外枠部分8aに支持された角速度検出用
ビームのトーションバー8bと、このトーションバー8
bの中央から互いに交差して斜めに延びる駆動用ビーム
の2本の片持ち梁8cの両端に支持された重り8d,8
eとから振動子8が構成され、これらの振動子の重りの
上下面に電極が形成されている。ここで、振動子の重り
8dは、上記トーションバー8bの一側に位置し、また
振動子の重り8eは、他側に位置するように、配設され
ている。これに対して、上記ガラス基板7a,7bは、
その互いに対向する内面に上記振動子の重り8dに対向
する静電駆動用電極7c,7d及び静電駆動モニタ用電
極9a,9bと上記振動子の重り8eに対向する容量検
出用電極7e,7fとを備えている。
The angular velocity sensor 7 shown in FIG. 13 is an electrostatic drive / capacity detection type angular velocity sensor, and a pair of glass substrates 7a and 7b disposed in parallel with each other.
And a vibrator 8 disposed between the glass substrates 7a and 7b, and has a three-layer structure. As shown, the angular velocity sensor 7 includes a torsion bar 8b of an angular velocity detection beam extending inward in the horizontal direction and having both ends supported by an outer frame portion 8a.
weights 8d and 8 supported at both ends of two cantilever beams 8c of a driving beam that extend obliquely crossing each other from the center of b.
The vibrator 8 is composed of the elements e and e, and electrodes are formed on the upper and lower surfaces of the weights of these vibrators. Here, the vibrator weight 8d is disposed on one side of the torsion bar 8b, and the vibrator weight 8e is disposed on the other side. On the other hand, the glass substrates 7a and 7b
Electrostatic drive electrodes 7c, 7d and electrostatic drive monitor electrodes 9a, 9b facing the weight 8d of the vibrator and capacitance detecting electrodes 7e, 7f facing the weight 8e of the vibrator are provided on the inner surfaces facing each other. And

【0005】このような構成の角速度センサ7によれ
ば、振動子の重り8dは、図示しない電源から供給され
る駆動電圧が静電駆動用電極に印加され、静電力により
駆動振動する。このとき、片持ち梁8cの反対側に支持
された振動子の重り8eも同様に振動することになる。
この状態にて、振動子が角速度を受けて振動したとき、
振動子の重り8eと容量検出用電極7e,7fとの間の
距離が変動して、これらの間の容量が変化する。この容
量変化が、適宜に計測、処理されることにより振動子の
角速度が検出される。
According to the angular velocity sensor 7 having such a configuration, a driving voltage supplied from a power source (not shown) is applied to the electrostatic driving electrode, and the vibrator weight 8d is driven and vibrated by electrostatic force. At this time, the weight 8e of the vibrator supported on the opposite side of the cantilever 8c also vibrates similarly.
In this state, when the vibrator vibrates by receiving the angular velocity,
The distance between the weight 8e of the vibrator and the capacitance detection electrodes 7e and 7f fluctuates, and the capacitance between them changes. The change in capacitance is appropriately measured and processed to detect the angular velocity of the vibrator.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに構成された角速度センサ1,7においては、それぞ
れ以下のような解決すべき課題がある。即ち、角速度セ
ンサ1においては、二つの振動子4a,4bを支持する
連結部4cの表面にピエゾ抵抗4eが形成されていると
共に、ガラス基板3,シリコン基板4,ガラス基板5及
び永久磁石6の四層構造であって構造が複雑になり、製
造コストが高くなってしまうということがあった。ま
た、振動子4a,4bの駆動振動と検出すべき角速度に
基づく検出振動の振動モードが異なることから、これら
の振動の共振周波数の調整作業が必要となり、コストが
高くなってしまう。
However, the angular velocity sensors 1 and 7 configured as described above have the following problems to be solved. That is, in the angular velocity sensor 1, the piezoresistor 4e is formed on the surface of the connecting portion 4c supporting the two vibrators 4a and 4b, and the glass substrate 3, the silicon substrate 4, the glass substrate 5 and the permanent magnet 6 In some cases, the structure is complicated because of the four-layer structure, and the manufacturing cost is increased. Further, since the vibration modes of the driving vibrations of the vibrators 4a and 4b and the detection vibration based on the angular velocity to be detected are different, it is necessary to adjust the resonance frequency of these vibrations, which increases the cost.

【0007】これに対して、図13に示した角速度セン
サ7においては、振動子の重り8dが静電駆動されるの
で外部素子が不要であるが、大きな駆動電圧を印加する
と、振動子の重り8dの構造的なアンバランスの影響が
大きくなって、振動子の重り8d,8eが対向する駆動
電極に衝突してしまうので、このような衝突を回避する
ためにその駆動振幅が小さくなっており、従って角速度
の検出精度が低いという解決すべき課題があった。ま
た、この角速度センサ7の場合も、角速度センサ1と同
様に、振動子4a,4bの駆動振動と検出すべき角速度
に基づく検出振動の共振周波数が異なることから、これ
らの共振周波数を合わせる調整作業が必要となり、コス
トが高くなってしまうという課題があった。さらに、角
速度センサ7全体は振動子の重り8eの振動を容量検出
するようになっていることから、振動子の重り8eと容
量検出用電極7e,7fとの間のギャップを狭くする必
要があるので、空気ダンピングの影響を排除するため振
動子を真空封止する必要があり、コストが高くなってし
まうという課題があった。
On the other hand, in the angular velocity sensor 7 shown in FIG. 13, an external element is unnecessary because the weight 8d of the vibrator is electrostatically driven, but when a large driving voltage is applied, the weight of the vibrator is reduced. Since the influence of the structural imbalance of 8d becomes large and the weights 8d and 8e of the vibrator collide with the opposing drive electrodes, the drive amplitude is reduced to avoid such collision. Therefore, there is a problem to be solved that the detection accuracy of the angular velocity is low. Also, in the case of the angular velocity sensor 7, similarly to the angular velocity sensor 1, since the resonance frequencies of the driving vibration of the vibrators 4 a and 4 b and the detection vibration based on the angular velocity to be detected are different, the adjustment operation for adjusting these resonance frequencies is performed. However, there is a problem that the cost is increased. Further, since the entire angular velocity sensor 7 detects the capacitance of the vibration of the vibrator weight 8e, it is necessary to narrow the gap between the vibrator weight 8e and the capacitance detecting electrodes 7e and 7f. Therefore, it is necessary to vacuum seal the vibrator in order to eliminate the influence of air damping, and there has been a problem that the cost increases.

【0008】本発明は以上の点に鑑み、簡単な構成によ
り、角速度が高精度で検出され得るようにした、電磁駆
動型角速度センサ及びその製造方法を提供することを目
的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, it is an object of the present invention to provide an electromagnetically driven angular velocity sensor and a method of manufacturing the same, which can detect an angular velocity with high accuracy with a simple configuration.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の電磁駆動型角速度センサのうちで請求項1
記載の発明は、電極配線を形成した対称性を有する重り
と、重りを対称的位置にて弾性的に支持する複数の支持
ビームとを有する振動子と、重りに均一な磁界を作用す
る磁石と、振動子を上面側に有し、磁石を下面側に有す
る基板とを備え、一の支持ビームが上面に形成した電気
配線と重りの電極配線とを一電気回路に形成した駆動振
動用の支持ビームであり、他の支持ビームが上面に形成
した電気配線と重りの電極配線とを一電気回路に形成し
た検出振動用の支持ビームであり、駆動振動用の支持ビ
ームに電流を流すことにより振動子の重りにローレンツ
力が作用して振動し、角速度の印加によりコリオリ力が
作用して振動子の重りがローレンツ力による振動方向と
直角方向に振動して発生する誘導起電力を検出振動用の
支持ビームの両端で検出して角速度を検出する構成とし
た。さらに請求項2記載の発明は上記構成に加え、振動
子の重りが略正方形状であって、駆動振動用の支持ビー
ムの幅と、検出振動用の支持ビームの幅とを同じにして
共振型で高感度を有するようにしたことを特徴とする。
また請求項3記載の発明は、検出振動用の支持ビームの
幅に対して駆動振動用の支持ビームの幅を変えて、駆動
振動と検出振動の振動周波数を調整したことを特徴とす
る。さらに請求項4記載の発明は、ローレンツ力による
駆動振動方向に対して対称な位置に一対の検出振動用の
支持ビームを配設し、コリオリ力による検出振動方向に
対して対称な位置に一対の駆動振動用の支持ビームを配
設したことを特徴とする。また請求項5記載の発明は、
電磁駆動型角速度センサを大気圧中で使用することを特
徴とする。
In order to achieve the above object, an electromagnetically driven angular velocity sensor according to the present invention has the following features.
The described invention is a vibrator having a symmetrical weight formed with electrode wiring, a plurality of supporting beams for elastically supporting the weight at symmetrical positions, and a magnet for applying a uniform magnetic field to the weight. A substrate having a vibrator on the upper surface side and a magnet on the lower surface side, and a support for driving vibration in which an electric wiring formed on the upper surface by one support beam and an electrode wiring of the weight are formed in one electric circuit. This is a support beam for detection vibration, in which electric wiring and weight electrode wiring formed on the upper surface by another support beam are formed in one electric circuit. The Lorentz force acts on the vibrator weight and vibrates, and the Coriolis force acts upon the application of angular velocity and the vibrator weight vibrates in the direction perpendicular to the direction of the Lorentz force. Both ends of the support beam It was configured to detect the angular velocity is detected. Further, in addition to the above configuration, the weight of the vibrator is substantially square, and the width of the support beam for driving vibration and the width of the support beam for detection vibration are the same. And has high sensitivity.
The invention according to claim 3 is characterized in that the vibration frequency of the drive vibration and the detection vibration is adjusted by changing the width of the support beam for the drive vibration with respect to the width of the support beam for the detection vibration. Furthermore, in the invention according to claim 4, a pair of support beams for detection vibration are disposed at positions symmetrical with respect to the driving vibration direction due to Lorentz force, and the pair of detection beams A support beam for driving vibration is provided. The invention according to claim 5 is
An electromagnetically driven angular velocity sensor is used under atmospheric pressure.

【0010】このような構成によれば、駆動振動用の支
持ビームに電流を流すと振動子の重りに流れる電流と磁
石による磁界とに基づき、振動子の重りにローレンツ力
が作用する。この結果、振動子は磁石の磁界と直角な水
平方向に振動する。この状態から垂直軸方向に角速度が
印加すると、振動子がコリオリ力によって角速度方向及
び駆動方向と直角な水平方向に振動する。したがって、
この振動により、検出振動用の支持ビームに誘導起電力
が発生し、この誘導起電力による電圧を計測し、この電
圧に基づいて適宜な処理を行なうことにより、角速度が
検出できる。また駆動振動用の支持ビームの幅と検出振
動用の幅を同じにすると、電磁駆動による振動方向と角
速度により発生する振動(検出振動)は同じ振動モード
であることから、その共振周波数が等しくなり、完全な
共振型となる。さらに片方の支持ビームの幅を変えるこ
とにより振動周波数が変わる。したがって、駆動振動と
検出振動の振動周波数が一致するので感度が高くなり、
しかも振動周波数を自由に調節でき、角速度センサの周
波数特性を上げることができる。さらに、振動子が電磁
駆動により駆動振動を付与されることから駆動振幅が大
きくなり、角速度が高精度で検出されることになると共
に、空気ダンピングの影響を受けにくいことから振動子
の真空封止が不要となり、コストが低減する。
According to such a configuration, when an electric current is applied to the supporting beam for driving vibration, the Lorentz force acts on the weight of the oscillator based on the current flowing through the weight of the oscillator and the magnetic field generated by the magnet. As a result, the vibrator vibrates in a horizontal direction perpendicular to the magnetic field of the magnet. When an angular velocity is applied in the vertical axis direction from this state, the vibrator vibrates in the horizontal direction perpendicular to the angular velocity direction and the driving direction due to the Coriolis force. Therefore,
Due to this vibration, an induced electromotive force is generated in the support beam for the detected vibration, and a voltage based on the induced electromotive force is measured, and an appropriate process is performed based on the voltage to detect the angular velocity. If the width of the support beam for drive vibration and the width of detection vibration are the same, the vibration (detection vibration) generated by the vibration direction and the angular velocity by the electromagnetic drive is in the same vibration mode. , And a complete resonance type. Further, by changing the width of one of the support beams, the vibration frequency changes. Therefore, since the vibration frequency of the drive vibration and the detection vibration match, the sensitivity increases,
In addition, the vibration frequency can be freely adjusted, and the frequency characteristics of the angular velocity sensor can be improved. In addition, since the vibrator is applied with driving vibration by electromagnetic drive, the driving amplitude is increased, the angular velocity is detected with high accuracy, and the vibrator is vacuum-sealed because it is not easily affected by air damping. Is unnecessary, and the cost is reduced.

【0011】また本発明の電磁駆動型角速度センサの製
造方法は、シリコン基板の表裏に熱酸化膜を形成し、裏
面にパターニングをする工程と、熱酸化膜をマスクとし
てシリコン基板の裏面をエッチングしてギャップを形成
する工程と、シリコン基板の裏面の熱酸化膜を除去し、
シリコン基板の表面に電極をスパッタリングにより形成
し、パターニングにより金属配線と電極部を形成する工
程と、金属配線、電極部、振動子の重り及び支持ビーム
に対応する部分にて、シリコン基板の表面にレジストパ
ターンを形成しエッチングによりシリコン基板表面の熱
酸化膜を除去する工程と、レジストパターンをマスクと
して反応性イオンエッチングにより、シリコン基板の貫
通エッチングする工程と、レジストパターンを除去し、
シリコン基板とガラス基板とを陽極接合する工程と、電
極部にリード線を接続し、ガラス基板の下面に永久磁石
を取り付ける工程と、を備える構成とした。また、好ま
しくは、貫通エッチングが誘導結合プラズマ反応性イオ
ンエッチングであることを特徴とする。
In a method of manufacturing an electromagnetically driven angular velocity sensor according to the present invention, a thermal oxide film is formed on the front and back surfaces of a silicon substrate and patterning is performed on the rear surface, and the back surface of the silicon substrate is etched using the thermal oxide film as a mask. Forming a gap by removing the thermal oxide film on the back surface of the silicon substrate,
Forming an electrode on the surface of the silicon substrate by sputtering, forming a metal wiring and an electrode portion by patterning; and forming a metal wiring, an electrode portion, a weight corresponding to the vibrator and a support beam on the surface of the silicon substrate. Forming a resist pattern and removing the thermal oxide film on the surface of the silicon substrate by etching; and performing reactive ion etching using the resist pattern as a mask to perform a through etching of the silicon substrate; removing the resist pattern;
The configuration includes a step of anodically bonding the silicon substrate and the glass substrate, and a step of connecting a lead wire to the electrode portion and attaching a permanent magnet to the lower surface of the glass substrate. Preferably, the through etching is inductively coupled plasma reactive ion etching.

【0012】このような構成により、本発明の電磁駆動
型角速度センサの製造方法では、角速度センサの製作に
必要なマスクが3枚で済み、製作工程が非常に簡単にな
る。また、シリコン基板の貫通エッチングが極めて異方
性のよいエッチングであるため、構造的に対称性よく正
確に振動子を形成でき、しかも角速度センサ全体の大き
さに比して振動子の重りを大きく形成できる。
With this configuration, in the method of manufacturing an electromagnetically driven angular velocity sensor according to the present invention, only three masks are required for manufacturing the angular velocity sensor, and the manufacturing process is greatly simplified. In addition, since the through etching of the silicon substrate is an etching with extremely good anisotropy, a vibrator can be accurately formed with good structural symmetry, and the weight of the vibrator is larger than that of the entire angular velocity sensor. Can be formed.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明の電磁駆動型角速度センサ
は、例えばガラス基板上に配設された振動子が、電極配
線が形成された対称中心を有する板状の重りと、この重
りを対称的位置にて弾性的に支持する支持ビームとを備
え、重りに形成した電極配線に流れる電流に均一な磁界
を作用させる磁石を有するものである。この磁石は例え
ば永久磁石でもよい。振動子の重りは対称中心を有して
大きな重りになる形状がよく、例えば矩形状や略正方形
状でもよい。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In an electromagnetically driven angular velocity sensor according to the present invention, for example, a vibrator provided on a glass substrate comprises a plate-shaped weight having a center of symmetry on which electrode wiring is formed, and the weight being symmetrical. And a magnet for applying a uniform magnetic field to a current flowing through the electrode wiring formed as a weight. This magnet may be, for example, a permanent magnet. The weight of the vibrator preferably has a shape having a center of symmetry and a large weight, for example, a rectangular shape or a substantially square shape.

【0014】またこの電磁駆動型角速度センサは、振動
子の重りを支持する支持ビームとして、一対の駆動振動
用の支持ビームと、角速度が印加されたときにコリオリ
力による振動を検知する一対の検出振動用支持ビームと
を備えている。駆動振動用の支持ビームは検出振動方向
に対して、また検出振動用支持ビームは駆動振動方向に
対して、それぞれ対称な位置に配設されている。さらに
各駆動振動用の支持ビーム上に形成された配線と重りに
対称な位置に形成された各電極配線とが一電気回路に接
続され、各検出振動用の支持ビーム上に形成された配線
も同様に重りの対称な位置に形成された各電極配線とで
一電気回路を形成されている。
This electromagnetically driven angular velocity sensor has a pair of supporting beams for driving vibration as supporting beams for supporting the weight of the vibrator, and a pair of detecting beams for detecting vibration due to Coriolis force when an angular velocity is applied. A supporting beam for vibration. The supporting beam for driving vibration is disposed at a position symmetric with respect to the detection vibration direction, and the supporting beam for detecting vibration is disposed at a position symmetrical with respect to the driving vibration direction. Furthermore, the wiring formed on the support beam for each drive vibration and each electrode wiring formed at a position symmetrical to the weight are connected to one electric circuit, and the wiring formed on the support beam for each detection vibration is also Similarly, one electric circuit is formed with each electrode wiring formed at a symmetrical position of the weight.

【0015】このような構成の電磁駆動型角速度センサ
では、重りの電極配線に交番電流を流すと、磁界により
電流の方向と直角な水平面方向(振動子と同一平面)に
ローレンツ力が作用し、振動子が振動する。このとき振
動子の垂直上方に角速度が印加すると、振動子はコリオ
リ力により駆動振動方向と直角方向の同一平面上で振動
する。この振動により一対の検出振動用の支持ビームの
両端に誘導起電力が発生する。したがって、この誘導電
圧から印加された角速度がわかる。また駆動振動と検出
振動が同じ面上にあるので完全な共振型にでき、感度が
高い。
In the electromagnetically driven angular velocity sensor having such a configuration, when an alternating current is applied to the electrode wiring of the weight, the Lorentz force acts in a horizontal plane direction (same plane as the vibrator) perpendicular to the direction of the current due to the magnetic field. The vibrator vibrates. At this time, when an angular velocity is applied vertically above the vibrator, the vibrator vibrates on the same plane in a direction perpendicular to the driving vibration direction by Coriolis force. Due to this vibration, induced electromotive force is generated at both ends of a pair of support beams for detection vibration. Therefore, the applied angular velocity can be determined from the induced voltage. Further, since the driving vibration and the detection vibration are on the same plane, a complete resonance type can be obtained, and the sensitivity is high.

【0016】なお、対称性をよくするため各支持ビーム
は一対とするのが望ましいが、一対でなくても駆動振動
方向とコリオリ力による検出振動方向の一側に各支持ビ
ームを配設する構造でもよい。また、一側の駆動振動用
の支持ビームの幅と一側の検出振動用の支持ビームの幅
を変えると、駆動振動と検出振動の振動周波数が変わ
る。したがって、支持ビームの幅を変えることにより角
速度センサの周波数特性をあげることができ、非共振型
にできる。
It is preferable that each support beam is paired in order to improve the symmetry. However, even if it is not a pair, each support beam is arranged on one side of the driving vibration direction and the detection vibration direction due to the Coriolis force. May be. Further, when the width of the support beam for one side of the drive vibration and the width of the support beam for one side of the detection vibration are changed, the vibration frequency of the drive vibration and the detection vibration is changed. Therefore, the frequency characteristic of the angular velocity sensor can be improved by changing the width of the support beam, and the angular velocity sensor can be made non-resonant.

【0017】以下、図面に示した実施形態に基づいて本
発明を詳細に説明する。なお、実質的に同一又は対応す
るものには同一符号を用いた。図1は本発明による電磁
駆動型角速度センサの一実施形態を示している。図1に
おいて、角速度センサ10は、ガラス基板11と、この
ガラス基板11の表面に配設された振動子20と、この
ガラス基板11の裏面に取り付けられた永久磁石12と
から構成されており、三層構造になっている。図2は本
発明による電磁駆動型角速度センサの他の実施形態を示
す表面図である。図3(a)は図2のB−B線端面図で
あり、図3(b)は図2のC−C線端面図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the drawings. In addition, the same code | symbol was used for the substantially same or corresponding thing. FIG. 1 shows an embodiment of an electromagnetically driven angular velocity sensor according to the present invention. In FIG. 1, the angular velocity sensor 10 includes a glass substrate 11, a vibrator 20 provided on the surface of the glass substrate 11, and a permanent magnet 12 attached to the back surface of the glass substrate 11. It has a three-layer structure. FIG. 2 is a front view showing another embodiment of the electromagnetically driven angular velocity sensor according to the present invention. 3A is an end view taken along line BB of FIG. 2, and FIG. 3B is an end view taken along line CC of FIG.

【0018】図1乃至図3を参照すると、L2で示す領
域が振動子20であり、この振動子20の下にはギャッ
プが形成され、ガラス基板11と永久磁石12が設けら
れている。なお、図2の電磁駆動型角速度センサ10は
L1の範囲が角速度センサの一単位である。ガラス基板
11は、例えば300μm厚に選定され、永久磁石12
は例えばSm−Co磁石から構成されている。さらにシ
リコン基板30は、例えば厚さ200μm,各辺の長さ
L1が10mm程度に選定されている。図2にて下面側
に例えば50μm程度のギャップを有するように150
μm程度の厚さで形成された振動子の重り21と、この
振動子の重り21を各辺にて支持するそれぞれ一対(即
ち、全体で8本)の支持ビーム22とから振動子20が
構成されている。上記振動子の重り21は、図示の場
合、例えば各辺の長さL2が7mm程度のほぼ正方形の
外形を有していると共に、各辺の中間位置にて内側に入
り込んだ位置において、一対の支持ビーム22,22に
よって中空に支持されるようになっている。さらに、上
記振動子20は、各辺の一対の支持ビーム22,22に
よる支持点を連結するように、その表面に形成されたそ
れぞれ一対の金属配線33a,33bを備えている。
Referring to FIGS. 1 to 3, a region indicated by L2 is a vibrator 20, a gap is formed below the vibrator 20, and a glass substrate 11 and a permanent magnet 12 are provided. In the electromagnetically driven angular velocity sensor 10 shown in FIG. 2, the range of L1 is one unit of the angular velocity sensor. The glass substrate 11 is selected to have a thickness of, for example, 300 μm.
Is composed of, for example, an Sm-Co magnet. Further, the silicon substrate 30 is selected to have, for example, a thickness of 200 μm and a length L1 of each side of about 10 mm. In FIG. 2, 150 is set so as to have a gap of, for example, about 50 μm on the lower surface side.
The vibrator 20 is composed of a vibrator weight 21 formed with a thickness of about μm and a pair (ie, a total of eight) of support beams 22 that support the vibrator weight 21 on each side. Have been. In the illustrated case, the weight 21 of the vibrator has, for example, a substantially square outer shape with a length L2 of each side of about 7 mm, and a pair of the pair at a position inward at an intermediate position between the sides. The support beams 22 are supported in a hollow manner by the support beams 22. Further, the vibrator 20 includes a pair of metal wires 33a and 33b formed on the surface thereof so as to connect the support points of the pair of support beams 22 on each side.

【0019】上記支持ビーム22は、図1及び図2に示
すように、振動子の重り21の各辺に関して、それぞれ
内側の支持点から各辺に対して垂直に延びる部分と、そ
の先端から直角に屈曲して延びる部分を備えるようにL
字形に形成されていると共に、その厚さが振動子の重り
21と同様に150μm程度に選定されている。そし
て、各支持ビーム22は、その先端が振動子の重り21
の四つの角部付近にまで延びており、そこでガラス基板
21に対して陽極接合されることにより固定保持されて
いる。これにより、振動子の重り21が各支持ビーム2
2によってガラス基板11上に中空に保持されることに
なる。さらに、上記各支持ビーム22は、その先端の表
面に、電極部(後述)が形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the support beam 22 has a portion extending perpendicularly to each side from an inner support point and a right angle from the tip of each side of the weight 21 of the vibrator. L
It is formed in the shape of a letter, and its thickness is selected to be about 150 μm like the weight 21 of the vibrator. The tip of each support beam 22 is the weight 21 of the vibrator.
, And is fixed and held by being anodically bonded to the glass substrate 21 there. As a result, the weight 21 of the vibrator is
By 2, it is held hollow on the glass substrate 11. Further, each of the support beams 22 has an electrode portion (described later) formed on the surface of the tip.

【0020】ここで、上記角速度センサ10は例えば図
4に示すようにして製造される。図4は図2のA−A線
端面の製造工程の模式図である。先ず図4(A)におい
て、所定の厚さ例えば200μmの厚さのシリコン基板
30を熱酸化することにより、表面及び裏面に熱酸化膜
31を形成後、裏面に対してパターニングをする。この
酸化膜が第1のマスクとなる。次に、図4(B)におい
て、上記熱酸化膜31を第1のマスクとして、裏面から
例えばTMAHを使用したエッチングによって50μm
のギャップ32を形成し、裏面の熱酸化膜31を除去す
る。これにより、ギャップ32に対応するシリコン基板
30の厚さは150μmになる。続いて、図4(C)に
示すように、シリコン基板30の表面に、Au/Crを
スパッタリングすることにより金属膜を形成し、パター
ニングにより金属配線33及び電極部33aを形成す
る。この金属膜のパターニングが第2のマスクとなる。
Here, the angular velocity sensor 10 is manufactured, for example, as shown in FIG. FIG. 4 is a schematic view of the manufacturing process of the end face along the line AA in FIG. First, in FIG. 4A, a thermal oxide film 31 is formed on the front surface and the back surface by thermally oxidizing a silicon substrate 30 having a predetermined thickness, for example, 200 μm, and then the back surface is patterned. This oxide film serves as a first mask. Next, in FIG. 4 (B), the thermal oxide film 31 is used as a first mask, and 50 μm is etched from the back surface using, for example, TMAH.
Is formed, and the thermal oxide film 31 on the back surface is removed. Thus, the thickness of the silicon substrate 30 corresponding to the gap 32 becomes 150 μm. Subsequently, as shown in FIG. 4C, a metal film is formed on the surface of the silicon substrate 30 by sputtering Au / Cr, and a metal wiring 33 and an electrode portion 33a are formed by patterning. This patterning of the metal film serves as a second mask.

【0021】その後、図4(D)に示すように、金属配
線33,電極部33a及び振動子の重り21,支持ビー
ム22に対応する部分にて、シリコン基板30の表面に
レジストパターン34を形成した後、このレジストパタ
ーン34を第3のマスクとして熱酸化膜31を除去す
る。続いて、図4(E)に示すように、上記レジストパ
ターン34を第3のマスクとして、例えばICPRIE
(誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング)によりシ
リコン基板30を貫通エッチング35し、その後レジス
トパターン34を除去する。この貫通エッチングではエ
ッチング速度を均一にし、オーバーエッチングを抑える
ことが重要である。最後に、図4(F)に示すように、
電極部33aに対してリード線36を接続すると共に、
シリコン基板30とガラス基板11とを陽極接合すると
共に、このガラス基板11の下面に対して永久磁石12
を接着等により取り付ける。かくして、角速度センサ1
0が完成することになる。
Thereafter, as shown in FIG. 4D, a resist pattern 34 is formed on the surface of the silicon substrate 30 at portions corresponding to the metal wiring 33, the electrode portion 33a, the oscillator weight 21, and the support beam 22. After that, the thermal oxide film 31 is removed using the resist pattern 34 as a third mask. Subsequently, as shown in FIG. 4E, using the resist pattern 34 as a third mask, for example, ICPRIE
The silicon substrate 30 is penetrated by etching 35 by (inductively coupled plasma reactive ion etching), and then the resist pattern 34 is removed. In this penetration etching, it is important to make the etching rate uniform and suppress over-etching. Finally, as shown in FIG.
While connecting the lead wire 36 to the electrode portion 33a,
The silicon substrate 30 and the glass substrate 11 are anodic-bonded, and a permanent magnet 12
Is attached by bonding or the like. Thus, the angular velocity sensor 1
0 will be completed.

【0022】このような製造方法により、大きな重りを
持った振動子の形成が正確にでき、さらに振動子とガラ
ス基板のギャップを形成するのに必要なマスクが3枚と
なり製作工程が非常に簡単になる。
According to such a manufacturing method, a vibrator having a large weight can be accurately formed, and three masks are required for forming a gap between the vibrator and the glass substrate, so that the manufacturing process is very simple. become.

【0023】次に本発明の角速度センサ10の機能につ
いて説明する。図5は図1に示した電磁駆動型角速度セ
ンサの振動特性を測定するための測定回路を示す概略図
である。なお、40はネットワークアナライザを示し、
41はオペアンプを示す。図5を参照すると、本発明の
角速度センサ10全体が角速度を測定するための物体等
に取り付けられ、振動子20の一つの辺に対応する一対
の支持ビームの電極部(駆動用電極)25,26間に対
して、ネットワークアナライザ40から交流電圧(例え
ば、0.3Vp−p)を印加する。これにより、振動子
20は永久磁石12の磁界と作用して電磁駆動し、駆動
振動を開始する。そして、この振動により発生する誘導
起電力を反対側の電極部(駆動モニタ用電極)27,2
8から取り出し、オペアンプ41により増幅し、ネット
ワークアナライザ40に帰還することによりネットワー
クアナライザ40によって振動を検出する。尚、測定は
すべて大気中で行った。
Next, the function of the angular velocity sensor 10 of the present invention will be described. FIG. 5 is a schematic diagram showing a measuring circuit for measuring the vibration characteristics of the electromagnetically driven angular velocity sensor shown in FIG. 40 indicates a network analyzer,
Reference numeral 41 denotes an operational amplifier. Referring to FIG. 5, the entire angular velocity sensor 10 of the present invention is attached to an object or the like for measuring an angular velocity, and a pair of supporting beam electrode portions (driving electrodes) 25 corresponding to one side of the vibrator 20. An AC voltage (e.g., 0.3 Vp-p) is applied from the network analyzer 40 to the area 26. Thus, the vibrator 20 acts on the magnetic field of the permanent magnet 12 to be electromagnetically driven, and starts driving vibration. Then, the induced electromotive force generated by this vibration is applied to the opposite electrode portions (drive monitoring electrodes) 27 and 2.
8, amplified by an operational amplifier 41, and returned to the network analyzer 40 to detect vibration by the network analyzer 40. All measurements were performed in the atmosphere.

【0024】このような測定装置を使用した角速度セン
サ10の振動特性、即ち周波数に対する振動の大きさ
(dB)及び位相(度)は、図6及び図7のグラフに示
す通りである。この振動特性によれば、駆動振動の共振
周波数は548Hz,検出振動の共振周波数は562H
zであり、その相互のずれは、約2%であった。従っ
て、駆動振動及び検出振動が同じ振動モードであること
から、ほぼ完全な共振型になるので、角速度の高い検出
感度が得られることになる。尚、このずれは、シリコン
基板30の貫通エッチングの際のエッチング速度の不均
一性によって各支持ビーム22の断面積にバラツキが発
生したためである。
The vibration characteristics of the angular velocity sensor 10 using such a measuring device, that is, the magnitude (dB) and phase (degree) of the vibration with respect to the frequency are as shown in the graphs of FIGS. According to the vibration characteristics, the resonance frequency of the driving vibration is 548 Hz, and the resonance frequency of the detection vibration is 562H.
z, and their mutual deviation was about 2%. Therefore, since the driving vibration and the detection vibration are in the same vibration mode, the driving vibration and the detection vibration become almost perfect resonance type, so that a detection sensitivity with a high angular velocity can be obtained. This shift is due to the unevenness of the cross-sectional area of each support beam 22 due to the non-uniformity of the etching rate during the through-etching of the silicon substrate 30.

【0025】ここで、二つの共振ピーク、即ち検出振動
及び駆動振動における共振周波数及びQ値は、真空度の
変化に伴って、図8及び図9のグラフにそれぞれ示すよ
うに変化する。これにより、駆動振動及び検出振動のQ
値は共に真空度の変化に対して急激な変化は見られなか
った。これは、振動子20がガラス基板11の表面に対
して大きなギャップを有していることから、空気ダンピ
ングの影響を受けにくいためである。従って、本角速度
センサ10は、振動子20の真空封止が不要である。
Here, the two resonance peaks, that is, the resonance frequency and the Q value in the detection vibration and the drive vibration change as shown in the graphs of FIGS. 8 and 9 with the change in the degree of vacuum. As a result, the Q of the drive vibration and the detected vibration
Both values did not show a sharp change with respect to the change in the degree of vacuum. This is because the vibrator 20 has a large gap with respect to the surface of the glass substrate 11 and thus is not easily affected by air damping. Therefore, the present angular velocity sensor 10 does not require vacuum sealing of the vibrator 20.

【0026】このような振動特性を有する角速度センサ
10は、図10に示すようにして角速度の検出を行う。
図10に示すように、本発明の角速度センサ10全体を
角速度を測定するための物体等に取り付け、振動子20
の一つの辺に対応する一対の支持ビームの電極部(駆動
用電極)25,26間に駆動電圧を印加しx方向に電流
を流すと、永久磁石12による磁界の方向zに基づいて
ローレンツ力が振動子21に作用することになり、水平
方向yに駆動振動が発生する。
The angular velocity sensor 10 having such vibration characteristics detects the angular velocity as shown in FIG.
As shown in FIG. 10, the whole angular velocity sensor 10 of the present invention is attached to an object for measuring angular velocity,
When a driving voltage is applied between the electrode portions (driving electrodes) 25 and 26 of the pair of support beams corresponding to one side of the pair and a current flows in the x direction, the Lorentz force is generated based on the magnetic field direction z by the permanent magnet 12. Act on the vibrator 21, and drive vibration is generated in the horizontal direction y.

【0027】この状態から、垂直方向zに角速度が加わ
ると、振動子20はコリオリ力によって電界とは直角な
水平方向xに振動(検出振動)する。これにより、上記
電極部25,26に関する一対の支持ビーム22と隣接
する辺の一対の支持ビーム22の電極部(検出用電極)
23,24間には、誘導起電力が発生する。したがっ
て、この誘導起電力による電圧を計測することにより、
この計測した電圧に基づいて適宜な処理を行なうことに
より角速度を検出することができる。
In this state, when an angular velocity is applied in the vertical direction z, the vibrator 20 vibrates (detects vibration) in the horizontal direction x perpendicular to the electric field due to Coriolis force. Thereby, a pair of support beams 22 related to the electrode portions 25 and 26 and an electrode portion (detection electrode) of a pair of support beams 22 on an adjacent side.
An induced electromotive force is generated between 23 and 24. Therefore, by measuring the voltage due to this induced electromotive force,
By performing appropriate processing based on the measured voltage, the angular velocity can be detected.

【0028】具体的には、図10において、角速度セン
サ10及び測定回路を図示しないターンテーブル上にセ
ットし、角速度センサ10の駆動用電極25,26に対
して、駆動電源42から、548Hzで12Vp−p及
び20Vp−pの交流電圧を印加する。このときの振動
子20の駆動振幅は、それぞれ40及び70μmであ
る。このようにして電磁駆動により駆動振動する振動子
20に対して、ターンテーブルの回動によって角速度が
加わると、振動子20はコリオリ力によってx方向に振
動を開始する。これにより発生した誘導起電力を検出用
電極23,24から取り出して、例えばゲイン500の
アンプ41により増幅し、駆動電源42からの駆動信号
に基づいて検波回路43により同期検波して、角速度に
対応する出力電圧を出力する。この出力電圧は、図11
に示すグラフのようになり、この出力電圧に基づいて角
速度を検出する。図11中、aは駆動電圧が20Vで駆
動振幅が70μmの場合であり、bは駆動電圧が12V
で駆動振幅が40μmの場合を示す。
More specifically, in FIG. 10, the angular velocity sensor 10 and the measurement circuit are set on a turntable (not shown), and the driving electrodes 25 and 26 of the angular velocity sensor 10 are supplied from the driving power source 42 at 12 Vp at 548 Hz. -P and an AC voltage of 20 Vp-p are applied. The driving amplitude of the vibrator 20 at this time is 40 and 70 μm, respectively. When an angular velocity is applied to the vibrator 20 that is driven and vibrated by the electromagnetic drive in this way by the rotation of the turntable, the vibrator 20 starts vibrating in the x direction due to the Coriolis force. The induced electromotive force generated thereby is taken out from the detection electrodes 23 and 24, amplified by, for example, an amplifier 41 having a gain of 500, and synchronously detected by a detection circuit 43 based on a drive signal from a drive power supply 42 to correspond to the angular velocity. Output voltage. This output voltage is shown in FIG.
The angular velocity is detected based on the output voltage. In FIG. 11, a shows the case where the driving voltage is 20 V and the driving amplitude is 70 μm, and b shows the case where the driving voltage is 12 V
Shows the case where the drive amplitude is 40 μm.

【0029】本発明の電磁駆動型角速度センサでは、検
出用電極23,24に誘電起電力による電圧が発生する
ため、例えば静電駆動型角速度センサにおける容量検出
の場合とは異なり、C−V変換が不要であることからJ
FET等(C−V変換用)が不要となり、構成が簡単に
なる。尚、上記実施形態においては、図10に示す角速
度の検出の際に、互いに対向する二対の支持ビームに関
連して、一側の支持ビームの電極部23,24のみを検
出用電極として使用しているが、双方の支持ビームの電
極部23,24及び電極部52,54を使用して誘導起
電力の検出を行うようにすれば、ほぼ二倍の感度の角速
度検出が行われ得ることは明らかである。
In the electromagnetically driven angular velocity sensor according to the present invention, since a voltage is generated at the detection electrodes 23 and 24 by the dielectric electromotive force, the CV conversion differs from, for example, the capacitance detection in the electrostatically driven angular velocity sensor. Is unnecessary, so J
An FET or the like (for CV conversion) is not required, and the configuration is simplified. In the above embodiment, when detecting the angular velocity shown in FIG. 10, only the electrode portions 23 and 24 of the support beam on one side are used as detection electrodes in relation to the two pairs of support beams facing each other. However, if the induced electromotive force is detected by using the electrode portions 23 and 24 and the electrode portions 52 and 54 of both the support beams, the angular velocity detection with almost twice the sensitivity can be performed. Is clear.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の電磁駆動型角速度センサによれば、狭いギャップ間で
振動子を振動させなくてもよく、また振動子の重りが大
きいので、振動子の大振幅駆動ができるとともに、角速
度センサの感度をあげることができるという効果を有す
る。さらに本発明では電磁駆動による振動と角速度によ
り発生する振動(検出振動)とが同じ面上の振動モード
であることから、その共振周波数を容易に合わせること
ができ、しかも完全な共振型にできることから角速度の
検出感度を格段に上げることができるという効果を有す
る。また本発明では片方のビーム幅を変えることにより
自由に振動周波数を決定して非共振型にすることがで
き、角速度センサの周波数特性を上げることができると
いう効果を有する。さらに、本発明では大きな重りを持
った振動子の駆動振幅が大きいので、角速度が高精度で
検出できるとともに、空気ダンピングの影響を受けない
という効果を有する。 したがって、振動子の真空封止
が不要となり、コストが低減するようになる。
As is apparent from the above description, according to the electromagnetically driven angular velocity sensor of the present invention, the vibrator does not need to be vibrated between the narrow gaps, and the vibrator has a large weight. This has the effect that the child can be driven with a large amplitude and the sensitivity of the angular velocity sensor can be increased. Further, in the present invention, since the vibration caused by the electromagnetic drive and the vibration (detection vibration) generated by the angular velocity are vibration modes on the same plane, the resonance frequency can be easily adjusted, and a complete resonance type can be achieved. This has the effect that the detection sensitivity of angular velocity can be significantly increased. Further, according to the present invention, the oscillation frequency can be freely determined by changing one of the beam widths to make it non-resonant, and the frequency characteristics of the angular velocity sensor can be improved. Further, in the present invention, since the driving amplitude of the vibrator having a large weight is large, the angular velocity can be detected with high accuracy, and there is an effect that it is not affected by air damping. Therefore, vacuum sealing of the vibrator becomes unnecessary, and the cost is reduced.

【0031】また本発明の電磁駆動型角速度センサの製
造方法では、大きな重りを持った振動子の形成が対称性
よく正確にでき、センサの製作に必要なマスクが3枚で
あり、製作工程を非常に簡単にできるという効果を有す
る。したがって、製造コスト及び組立コストが低減する
ようになる。
In the method of manufacturing an electromagnetically driven angular velocity sensor according to the present invention, a vibrator having a large weight can be formed accurately with good symmetry, and three masks are required for manufacturing the sensor. It has the effect that it can be done very easily. Therefore, manufacturing costs and assembly costs are reduced.

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

【図1】本発明による電磁駆動型角速度センサの一実施
形態の構成を示す概略斜視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing the configuration of an embodiment of an electromagnetically driven angular velocity sensor according to the present invention.

【図2】本発明による電磁駆動型角速度センサの他の実
施形態を示す表面図である。
FIG. 2 is a front view showing another embodiment of the electromagnetically driven angular velocity sensor according to the present invention.

【図3】(a)は図2のB−B線端面図、(b)は図2
のC−C線端面図である。
3A is an end view taken along the line BB of FIG. 2, and FIG.
FIG. 5 is an end view taken along line CC of FIG.

【図4】図2の電磁駆動型角速度センサのA−A線端面
の製造工程を順次に示す工程図である。
FIG. 4 is a process diagram sequentially illustrating a manufacturing process of an end surface of the electromagnetically driven angular velocity sensor of FIG. 2 along the line AA.

【図5】図1の電磁駆動型角速度センサの振動特性を測
定するための測定回路を示す概略図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a measurement circuit for measuring vibration characteristics of the electromagnetically driven angular velocity sensor of FIG. 1;

【図6】図4の測定回路により測定された駆動振動にお
ける振動特性を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing vibration characteristics in driving vibration measured by the measurement circuit of FIG. 4;

【図7】図4の測定回路により測定された検出振動にお
ける振動特性を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing a vibration characteristic of the detected vibration measured by the measurement circuit of FIG. 4;

【図8】図1の電磁駆動型角速度センサにおける真空度
に対する駆動振動の共振周波数とQ値を示すグラフであ
る。
8 is a graph showing a resonance frequency of driving vibration and a Q value with respect to a degree of vacuum in the electromagnetically driven angular velocity sensor of FIG. 1;

【図9】図1の電磁駆動型角速度センサにおける真空度
に対する検出振動の共振周波数とQ値を示すグラフであ
る。
FIG. 9 is a graph showing a resonance frequency and a Q value of detected vibration with respect to a degree of vacuum in the electromagnetically driven angular velocity sensor of FIG. 1;

【図10】図1の電磁駆動型角速度センサを使用した角
速度測定回路の構成を示す概略図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a configuration of an angular velocity measuring circuit using the electromagnetically driven angular velocity sensor of FIG. 1;

【図11】図10に示す角速度測定回路による角速度と
出力電圧との関係を表すグラフである。
11 is a graph showing a relationship between an angular velocity and an output voltage by the angular velocity measuring circuit shown in FIG.

【図12】従来の角速度センサの一例を示し、(A)は
概略断面図、(B)はシリコン基板の斜視図である。
12A and 12B show an example of a conventional angular velocity sensor, in which FIG. 12A is a schematic sectional view, and FIG. 12B is a perspective view of a silicon substrate.

【図13】従来の角速度センサの他の例を示す分解斜視
図である。
FIG. 13 is an exploded perspective view showing another example of the conventional angular velocity sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 電磁駆動型角速度センサ 11 ガラス基板 12 永久磁石 20 振動子 21 振動子の重り 21a 金属配線 22 支持アーム 23,24,52,54 検出用電極 25,26 駆動用電極 27,28 駆動モニタ用電極 30 シリコン基板 31 熱酸化膜 32 ギャップ 33 金属配線 33a 電極部 34 レジストパターン 35 貫通エッチング 36 リード線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electromagnetic drive type angular velocity sensor 11 Glass substrate 12 Permanent magnet 20 Vibrator 21 Vibrator weight 21a Metal wiring 22 Support arm 23, 24, 52, 54 Detection electrode 25, 26 Driving electrode 27, 28 Driving monitoring electrode 30 Silicon substrate 31 Thermal oxide film 32 Gap 33 Metal wiring 33a Electrode part 34 Resist pattern 35 Penetration etching 36 Lead wire

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電極配線を形成した対称性を有する重り
と、この重りを対称的位置にて弾性的に支持する複数の
支持ビームとを有する振動子と、 上記重りに均一な磁界を作用する磁石と、 上記振動子を上面側に有し、上記磁石を下面側に有する
基板とを備え、 上記一の支持ビームが、この上面に形成した電気配線と
上記重りの電極配線とを一電気回路に形成した駆動振動
用の支持ビームであり、 上記他の支持ビームが、この上面に形成した電気配線と
上記重りの電極配線とを一電気回路に形成した検出振動
用の支持ビームであり、 上記駆動振動用の支持ビームに電流を流すことにより上
記振動子の重りにローレンツ力が作用して振動し、 角速度の印加によりコリオリ力が作用して上記振動子の
重りが上記ローレンツ力による振動方向と直角方向に振
動して発生する誘導起電力を上記検出振動用の支持ビー
ムの両端で検出して角速度を検出する、電磁駆動型角速
度センサ。
An oscillator having a symmetrical weight having electrode wiring formed thereon, and a plurality of support beams for elastically supporting the weight at symmetrical positions, and applying a uniform magnetic field to the weight. A magnet, and a substrate having the vibrator on an upper surface side and a magnet having the magnet on a lower surface side, wherein the one support beam forms an electric circuit formed by the electric wiring formed on the upper surface and the electrode wiring of the weight. The other supporting beam is a supporting beam for detecting vibration in which the electric wiring formed on the upper surface and the electrode wiring of the weight are formed in one electric circuit. The Lorentz force acts on the weight of the vibrator by applying a current to the support beam for driving vibration, and the Lorentz force acts on the weight of the vibrator. Right angle An electromagnetically driven angular velocity sensor for detecting an induced electromotive force generated by vibrating in a direction at both ends of the support beam for detecting vibration to detect an angular velocity.
【請求項2】 前記重りが略正方形状であって、前記駆
動振動用の支持ビームの幅と、前記検出振動用の支持ビ
ームの幅とを同じにして共振型で高感度を有するように
したことを特徴とする、請求項1に記載の電磁駆動型角
速度センサ。
2. The weight has a substantially square shape, and the width of the support beam for the drive vibration and the width of the support beam for the detection vibration are made the same so that the resonance type has high sensitivity. The electromagnetically driven angular velocity sensor according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記検出振動用の支持ビームの幅に対し
て前記駆動振動用の支持ビームの幅を変えて、駆動振動
と検出振動の振動周波数を調整したことを特徴とする、
請求項1に記載の電磁駆動型角速度センサ。
3. The vibration frequency of the drive vibration and the detection vibration is adjusted by changing the width of the support beam for the drive vibration with respect to the width of the support beam for the detection vibration.
The electromagnetically driven angular velocity sensor according to claim 1.
【請求項4】 前記ローレンツ力による駆動振動方向に
対して対称な位置に一対の前記検出振動用の支持ビーム
を配設し、前記コリオリ力による検出振動方向に対して
対称な位置に一対の前記駆動振動用の支持ビームを配設
したことを特徴とする、請求項1乃至3の何れかに記載
の電磁駆動型角速度センサ。
4. A pair of support beams for detecting vibration are disposed at positions symmetrical with respect to a driving vibration direction due to the Lorentz force, and a pair of support beams are disposed at positions symmetrical with respect to the detecting vibration direction due to the Coriolis force. 4. The electromagnetically driven angular velocity sensor according to claim 1, further comprising a support beam for driving vibration.
【請求項5】 大気圧中で使用することを特徴とする、
請求項1乃至4の何れかに記載の電磁駆動型角速度セン
サ。
5. Use at atmospheric pressure,
The electromagnetically driven angular velocity sensor according to claim 1.
【請求項6】 シリコン基板の表裏に熱酸化膜を形成
し、裏面にパターニングをする工程と、 上記熱酸化膜をマスクとしてシリコン基板の裏面をエッ
チングしてギャップを形成する工程と、 上記シリコン基板の裏面の熱酸化膜を除去し、シリコン
基板の表面に電極をスパッタリングにより形成し、パタ
ーニングにより金属配線と電極部を形成する工程と、 上記金属配線、上記電極部、振動子の重り及び支持ビー
ムに対応する部分にて、シリコン基板の表面にレジスト
パターンを形成し、エッチングにより上記シリコン基板
表面の熱酸化膜を除去する工程と、 上記レジストパターンをマスクとして、反応性イオンエ
ッチングによりシリコン基板の貫通エッチングする工程
と、 上記レジストパターンを除去し、上記シリコン基板とガ
ラス基板とを陽極接合する工程と、 上記電極部にリード線を接続し、上記ガラス基板の下面
に永久磁石を取り付ける工程と、を備える電磁駆動型角
速度センサの製造方法。
6. A step of forming a thermal oxide film on the front and back surfaces of a silicon substrate and patterning the reverse surface, etching the rear surface of the silicon substrate using the thermal oxide film as a mask to form a gap, Removing the thermal oxide film on the back surface of the silicon substrate, forming an electrode on the surface of the silicon substrate by sputtering, and forming a metal wiring and an electrode part by patterning; the metal wiring, the electrode part, the weight of the vibrator, and the support beam Forming a resist pattern on the surface of the silicon substrate at a portion corresponding to the above, and removing the thermal oxide film on the surface of the silicon substrate by etching; and penetrating the silicon substrate by reactive ion etching using the resist pattern as a mask. Etching step, removing the resist pattern, the silicon substrate and the glass substrate A step of anodic bonding, to connect the lead wire to the electrode portion, the manufacturing method of the electromagnetic driven angular velocity sensor comprising the steps of mounting a permanent magnet to the lower surface of the glass substrate.
【請求項7】 前記支持ビームを形成するための貫通エ
ッチングが、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング
であることを特徴とする、請求項6に記載の電磁駆動型
角速度センサの製造方法。
7. The method according to claim 6, wherein the penetration etching for forming the support beam is inductively coupled plasma reactive ion etching.
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WO2006090805A1 (en) * 2005-02-23 2006-08-31 Sony Corporation Oscillatory gyro sensor

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