JP2001264069A - Angular velocity sensor - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【課題】 高精度で、小型化可能な角速度センサの提
供。
【解決手段】 第1及び第2駆動振動子16,17は、
点Oに関して略対称に配置する。駆動側振動子13は、
点Oに関して略対称な枠状に形成され駆動振動子16,
17を包囲する。駆動振動子16,17は、点Oを通る
y方向に対して略対称に第1駆動用ばね41,42及び
第2駆動用ばね43,44を介して駆動側振動子13に
対してそれぞれx方向に振動可能に浮動支持される。検
出振動子12は、点Oに関して略対称な枠状に形成され
て駆動側振動子13を包囲する。検出振動子12及び駆
動側振動子13は、検出用ばね33,34を介して応力
緩和枠11に対して点Oを通るz軸廻りに互いに逆相で
ねじれ回転振動可能に浮動支持される。駆動振動子1
6,17は駆動同相対策ばね45を介して連成される。
駆動振動子16,17が逆相でx方向に振動駆動される
状態における検出振動子12の点Oを通るz軸廻りのね
じれ回転振動により角速度を検出する。
(57) [Summary] (With correction) [Problem] To provide an angular velocity sensor that can be miniaturized with high accuracy. SOLUTION: First and second driving vibrators 16, 17 are:
It is arranged substantially symmetrically with respect to the point O. The driving-side vibrator 13 is
The driving vibrators 16, which are formed in a substantially symmetrical frame shape with respect to the point O,
Surround 17. The driving vibrators 16 and 17 are respectively symmetric with respect to the driving-side vibrator 13 via the first driving springs 41 and 42 and the second driving springs 43 and 44 symmetrically with respect to the y direction passing through the point O. Floating supported so that it can vibrate in the direction. The detection oscillator 12 is formed in a substantially symmetrical frame shape with respect to the point O, and surrounds the driving-side oscillator 13. The detection vibrator 12 and the drive-side vibrator 13 are supported by the stress relieving frame 11 via the detection springs 33 and 34 so as to be capable of torsional rotational vibration in opposite phases around the z-axis passing through the point O with respect to each other. Drive vibrator 1
6 and 17 are coupled via a drive common-mode countermeasure spring 45.
The angular velocity is detected by the torsional rotational vibration around the z-axis passing through the point O of the detection vibrator 12 in a state where the driving vibrators 16 and 17 are vibrated and driven in the x direction in opposite phases.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、基板に対して浮動
支持された振動子を備え、該振動子の振動状態に基づき
角速度を検出する角速度センサに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity sensor having a vibrator floatingly supported on a substrate and detecting an angular velocity based on a vibration state of the vibrator.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、角速度センサとしては、例えば特
許番号2888029に記載されたものが知られてい
る。この角速度センサは、基板に対して第1の支持梁を
介して駆動方向(x方向)に振動可能に支持された第1
の振動体と、同第1の振動体に第2の支持梁を介して検
出方向(y方向)に振動可能に支持された第2の振動体
とを備えている。そして、第1の振動体が第2の振動体
とともに駆動方向に振動駆動されている状態においてz
軸廻りの角速度が加えられると、同角速度に基づくコリ
オリの力に応じて第2の振動体が検出方向に振動する。
角速度センサは、この第2の振動体の検出方向の振動に
基づく第2の支持梁の応力変化を、加えられた角速度と
して検出する。2. Description of the Related Art Conventionally, as an angular velocity sensor, for example, one described in Japanese Patent No. 2888029 is known. The angular velocity sensor is supported on a substrate via a first support beam so as to be capable of vibrating in a driving direction (x direction).
And a second vibrating body supported by the first vibrating body via a second support beam so as to be able to vibrate in the detection direction (y-direction). Then, in a state where the first vibrating body is driven to vibrate in the driving direction together with the second vibrating body, z
When an angular velocity around the axis is applied, the second vibrating body vibrates in the detection direction according to Coriolis force based on the angular velocity.
The angular velocity sensor detects a change in stress of the second support beam based on the vibration in the detection direction of the second vibrating body as the applied angular velocity.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】この角速度センサにお
いては、第1の振動体は第1の支持梁にて駆動方向にの
み振動しやすく支持されており、第2の振動体は第2の
支持梁にて検出方向にのみ振動しやすく支持されてい
る。換言すると、駆動のための振動体(第1の振動体)
を支持するばね(第1の支持梁)と、検出のための振動
体(第2の振動体)を支持するばね(第2の支持梁)と
がそれぞれ独立して設けられている。こうした角速度セ
ンサにおいては、その感度と応答性を確保するために、
駆動方向の共振周波数と検出方向の共振周波数とを互い
に若干、ずらして製作されるのが一般的である。これに
より、製造ばらつきや基板の熱膨張などでの応力による
予期しない振動に起因するメカニカルカップリングを低
減している。しかしながら、1つの振動体(第2の振動
体)のみの振動に基づく角速度の検出であるため、例え
ば車載された場合などのように振動の多い環境では、検
出に際して所定方向に作用する加速度などの外力の要因
を分離することができず、角速度の検出精度の低下を余
儀なくされている。In this angular velocity sensor, the first vibrating body is supported by the first support beam so as to easily vibrate only in the driving direction, and the second vibrating body is supported by the second supporting beam. It is easily supported by beams only in the detection direction. In other words, a vibrating body for driving (first vibrating body)
And a spring (second support beam) that supports a vibrating body for detection (a second vibrating body). In such an angular velocity sensor, in order to secure its sensitivity and responsiveness,
It is general that the resonance frequency in the driving direction and the resonance frequency in the detection direction are slightly shifted from each other. As a result, mechanical coupling caused by unexpected vibration due to manufacturing variations and stress due to thermal expansion of the substrate is reduced. However, since the angular velocity is detected based on the vibration of only one vibrating body (the second vibrating body), for example, in an environment where there is a lot of vibration such as when mounted on a vehicle, acceleration such as acceleration acting in a predetermined direction upon detection is detected. The factor of the external force cannot be separated, and the detection accuracy of the angular velocity must be reduced.
【0004】そこで、例えば特開2000−9470号
公報に記載されるように、上記に準じた一対の駆動枠
(第1及び第2駆動枠)及び検出枠(第1及び第2検出
枠)にて平面に音叉型に構成された角速度センサが知ら
れている。この角速度センサは、第1駆動枠及び第2駆
動枠をそれぞれ駆動方向に互いに逆相で振動させること
で、第1検出枠及び第2検出枠を同様に駆動方向に互い
に逆相に振動させる。この状態で、点Oを通るz軸廻り
の角速度が加えられると、同角速度に基づくコリオリの
力に応じて第1検出枠及び第2検出枠がそれぞれ検出方
向に振動する。このとき、第1検出枠及び第2検出枠は
駆動方向に互いに逆相で振動しているため、その検出方
向の振動も互いに逆相となっている。従って、これら第
1検出枠及び第2検出枠の検出方向の振動に基づく各振
動検出信号を差動増幅することで、その信号レベルを略
2倍にするとともに、同相で検出されたノイズを略相殺
する。このため、例えば加速度などの外力のように第1
検出枠及び第2検出枠に対して同相で影響を及ぼす要因
を略相殺することができ、その角速度の検出精度の向上
を図ることができる。Therefore, as described in, for example, JP-A-2000-9470, a pair of drive frames (first and second drive frames) and detection frames (first and second detection frames) according to the above are provided. 2. Description of the Related Art An angular velocity sensor configured as a tuning fork in a plane has been known. The angular velocity sensor vibrates the first drive frame and the second drive frame in opposite phases in the drive direction, so that the first detection frame and the second detection frame similarly oscillate in opposite phases in the drive direction. In this state, when an angular velocity about the z-axis passing through the point O is applied, the first detection frame and the second detection frame vibrate in the detection direction according to Coriolis force based on the angular velocity. At this time, since the first detection frame and the second detection frame vibrate in opposite phases in the driving direction, the vibrations in the detection directions also have opposite phases. Therefore, by differentially amplifying each vibration detection signal based on the vibration in the detection direction of the first detection frame and the second detection frame, the signal level is approximately doubled and the noise detected in the same phase is substantially reduced. cancel. Therefore, for example, the first force such as an external force such as acceleration
Factors that affect the detection frame and the second detection frame in the same phase can be substantially cancelled, and the detection accuracy of the angular velocity can be improved.
【0005】しかし、この角速度センサにおいては、第
1駆動枠及び第2駆動枠を連成振動させるための対応が
考慮されているものの、第1検出枠及び第2検出枠に対
しては連成がないために、同第1検出枠及び第2検出枠
の検出方向の振動が不安定となっている。特に、第1検
出枠及び第2検出枠の検出方向の振動の感度の違いによ
り各振動振幅が異なると、上記のような同相で影響を及
ぼす要因を略相殺することが十分にできなくなる。この
ため、例えば車載された場合などのように振動の多い環
境では、角速度の検出誤差の発生を余儀なくされてい
る。[0005] However, in this angular velocity sensor, although consideration has been given to cooperating vibration of the first drive frame and the second drive frame, the angular velocity sensor is coupled to the first detection frame and the second detection frame. Therefore, the first detection frame and the second detection frame have unstable vibrations in the detection direction. In particular, if the amplitudes of the vibrations are different due to the difference in the sensitivity of the vibration in the detection direction of the first detection frame and the second detection frame, it is not possible to sufficiently cancel the above-described factors having the same phase. For this reason, in an environment where there is a lot of vibration such as when the vehicle is mounted on a vehicle, for example, an angular velocity detection error must be generated.
【0006】さらに、この角速度センサにおいては、駆
動時の振動モード及び検出時の振動モードで、第1及び
第2駆動枠、第1及び第2検出枠がそれぞれ不動部
(点)の位置に支持されていないため、例えば製造ばら
つきや基板の熱膨張などでの応力による予期しない振動
に起因するメカニカルカップリングが生じ、角速度の検
出誤差が増大している。Further, in this angular velocity sensor, the first and second drive frames and the first and second detection frames are supported at the positions of immovable parts (points) in the vibration mode during driving and the vibration mode during detection. For example, mechanical coupling occurs due to unexpected vibration caused by stress due to, for example, manufacturing variations or thermal expansion of the substrate, and an error in angular velocity detection increases.
【0007】こうした問題を鑑みて、更に特開2000
−9472号公報に記載されるような角速度センサも知
られている。同公報記載の角速度センサは、連成された
対のx振動子と、その外周側に設けられたリング状の検
出振動子と、これらx振動子及び検出振動子を点Oを通
るz軸廻りに互いに逆相でねじれ回転振動可能に連結す
る連結梁とを備えている。そして、上記x振動子がx方
向に互いに逆相で振動駆動されている状態において、点
Oを通るz軸廻りの角速度が加わると、同角速度に基づ
くこれらx振動子の相対的に逆相の楕円振動により上記
連結梁を撓ませて、上記検出振動子をねじれ回転振動さ
せる。この検出振動子のねじれ回転振動を検出すること
により、加えられた角速度を検出している。In view of these problems, Japanese Patent Laid-Open Publication
An angular velocity sensor as described in JP-A-9472 is also known. The angular velocity sensor described in the publication includes a pair of coupled x vibrators, a ring-shaped detection vibrator provided on the outer peripheral side thereof, and a rotation of the x vibrator and the detection vibrator around a z-axis passing through a point O. And a connecting beam that is connected to be capable of torsional rotational vibration in opposite phases. When an angular velocity about the z-axis passing through the point O is applied in a state where the x-vibrators are driven to vibrate in the x-direction in mutually opposite phases, the x-vibrators have a relatively opposite phase based on the same angular velocity. The connection beam is bent by the elliptical vibration, and the detection vibrator is torsionally oscillated. By detecting the torsional rotational vibration of the detection vibrator, the applied angular velocity is detected.
【0008】この角速度センサにおいては、対のx振動
子の連成が実現されており、更に検出振動子もリング状
の一体形状となって、安定した振動を行っている。ま
た、この角速度センサは駆動時の振動モード及び検出時
の振動モードに共通の不動部(点)の位置である点Oに
支持され、上述の問題に対応している。In this angular velocity sensor, coupling of a pair of x vibrators is realized, and the detection vibrator also has a ring-shaped integral shape and performs stable vibration. Further, this angular velocity sensor is supported at a point O which is a position of a fixed part (point) common to the vibration mode at the time of driving and the vibration mode at the time of detection, and addresses the above-described problem.
【0009】しかしながら、この角速度センサにおいて
は、基本的には点Oのみにおいて、対のx振動子をx方
向に互いに逆相で振動可能に、検出振動子をねじれ回転
振動可能にそれぞれ支持する必要があるため、同角速度
センサの支持強度の増大が必要とされ、ひいては角速度
センサの大型化を余儀なくされるという別の問題が生じ
ている。However, in this angular velocity sensor, it is basically necessary to support the pair of x-vibrators in the x-direction so as to be able to vibrate in opposite phases to each other and the detection vibrator to be capable of torsional rotational vibration only at the point O. Therefore, there is another problem that the supporting strength of the angular velocity sensor needs to be increased, and the angular velocity sensor must be increased in size.
【0010】本発明の目的は、精度が高く、且つ、小型
化を図ることができる角速度センサを提供することにあ
る。It is an object of the present invention to provide an angular velocity sensor which has high accuracy and can be downsized.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項1に記載の発明は、xy平面上の点Oに関
して略対称に配置された第1駆動振動子及び第2駆動振
動子と、点Oに関して略対称な略円形及び略多角形のい
ずれか一方の枠状に形成されて前記第1駆動振動子及び
第2駆動振動子を包囲する駆動側振動子と、点Oに関し
て略対称な略円形及び略多角形のいずれか一方の枠状に
形成されて前記駆動側振動子を包囲する検出振動子と、
点Oを通るy方向に対して略対称となるように前記駆動
側振動子に対して前記第1駆動振動子及び第2駆動振動
子をそれぞれx方向に振動可能に浮動支持する第1駆動
用ばね及び第2駆動用ばねと、前記駆動側振動子及び前
記検出振動子を、該駆動側振動子及び検出振動子間に配
置される基板との接続部に対して点Oを通るz軸廻りに
互いに逆相となるねじれ回転振動可能に浮動支持する複
数の検出用ばねと、前記第1駆動振動子及び第2駆動振
動子に介装されて該第1駆動振動子及び第2駆動振動子
を連成振動させる連成ばねと、前記第1駆動振動子及び
第2駆動振動子を逆相でx方向に振動駆動する駆動手段
と、前記検出振動子の点Oを通るz軸廻りのねじれ回転
振動を検出する検出手段とを備えたことを要旨とする。In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is based on a first driving vibrator and a second driving vibration arranged substantially symmetrically with respect to a point O on an xy plane. A driving-side vibrator formed in a frame shape of one of a substantially circular shape and a substantially polygonal shape substantially symmetrical with respect to the point O and surrounding the first driving vibrator and the second driving vibrator; A detection vibrator formed in a substantially symmetrical substantially circular or substantially polygonal frame shape and surrounding the driving-side vibrator;
A first driving vibrator that floats and supports the first driving vibrator and the second driving vibrator in the x direction with respect to the driving vibrator so as to be substantially symmetric with respect to the y direction passing through the point O; A z-axis passing through a point O with respect to a connection portion between a spring and a second driving spring, and a connection portion between the driving-side vibrator and the detection vibrator and a substrate disposed between the driving-side vibrator and the detection vibrator; A plurality of detection springs floatingly supported so as to be capable of torsional rotational vibration having opposite phases to each other, and the first drive vibrator and the second drive vibrator interposed between the first drive vibrator and the second drive vibrator. A coupling spring for coupling vibration, a driving means for oscillatingly driving the first driving vibrator and the second driving vibrator in the x direction in opposite phases, and a torsion around the z-axis passing through a point O of the detection vibrator. The gist of the present invention is to provide a detecting means for detecting the rotational vibration.
【0012】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の角速度センサにおいて、前記基板との接続部は、前記
駆動側振動子及び前記検出振動子が点Oを通るz軸廻り
の互いに逆相となるねじれ回転振動をするときの節に略
一致していることを要旨とする。According to a second aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the first aspect, the connection portion with the substrate is formed such that the driving-side vibrator and the detection vibrator are connected to each other around a z-axis passing through a point O. The gist is that it substantially coincides with the node at the time of the torsional rotational vibration having the opposite phase.
【0013】請求項3に記載の発明は、請求項1又は2
に記載の角速度センサにおいて、点Oに関して略対称な
略円形及び略多角形のいずれか一方の枠状に形成されて
前記駆動側振動子及び前記検出振動子間に配置される応
力緩和枠と、前記応力緩和枠を基板に対してxy平面上
に振動可能に浮動支持する応力緩和ばねとを備え、前記
基板との接続部は、前記応力緩和枠及び応力緩和ばねを
介して基板に接続されることを要旨とする。[0013] The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2.
In the angular velocity sensor described in the above, a stress relaxation frame formed in any one of a substantially circular or substantially polygonal frame substantially symmetric with respect to a point O and disposed between the drive-side vibrator and the detection vibrator, A stress relaxation spring for floatingly supporting the stress relaxation frame on the xy plane with respect to the substrate so that the stress relaxation frame can be oscillated on the xy plane. A connection portion with the substrate is connected to the substrate via the stress relaxation frame and the stress relaxation spring. That is the gist.
【0014】(作用)請求項1に記載の発明によれば、
上記第1駆動振動子及び第2駆動振動子は、上記駆動手
段により互いに逆相でx方向に振動駆動される。すなわ
ち、これら第1駆動振動子及び第2駆動振動子は、x方
向に安定した共振音叉振動とされており、エネルギー消
費率の高い振動となっている。そして、第1駆動振動子
及び第2駆動振動子から、例えば駆動側振動子及び検出
振動子に伝達されるx方向の振動は、全体として略相殺
される。(Operation) According to the first aspect of the present invention,
The first driving vibrator and the second driving vibrator are driven by the driving means to vibrate in the x direction in mutually opposite phases. In other words, the first driving vibrator and the second driving vibrator are resonance tuning fork vibrations stable in the x direction, and have high energy consumption rates. Then, the vibrations in the x direction transmitted from, for example, the first driving vibrator and the second driving vibrator to, for example, the driving vibrator and the detection vibrator are substantially canceled as a whole.
【0015】また、これら第1駆動振動子及び第2駆動
振動子は、上記連成ばねが介装されることで連成振動す
る。従って、例えば第1駆動振動子及び第2駆動振動子
が個別に設けられているときに生じるような互いに同相
の振動モードは除去される。このため、例えば車載され
た場合などのように振動の多い環境においても、これら
第1駆動振動子及び第2駆動振動子は安定動作する。Further, the first driving vibrator and the second driving vibrator vibrate in a coupled manner due to the interposed coupling spring. Therefore, in-phase vibration modes that occur when the first driving vibrator and the second driving vibrator are separately provided, for example, are eliminated. For this reason, even in an environment where there is a lot of vibration, for example, when mounted on a vehicle, the first driving vibrator and the second driving vibrator operate stably.
【0016】上記第1駆動振動子及び第2駆動振動子が
互いに逆相でx方向に振動駆動されている状態において
点Oを通るz軸廻りの角速度が加わると、同角速度に応
じたコリオリ力により、同第1駆動振動子及び第2駆動
振動子は互いに逆相のy成分を有する楕円振動を行う。
これら第1駆動振動子及び第2駆動振動子の各楕円振動
により回転振動が誘起され、上記駆動側振動子及び検出
振動子は点Oを通るz軸廻りに互いに逆相でねじれ回転
振動する。この検出振動子のねじれ回転振動を上記検出
手段により検出することで、加えられた角速度が検出さ
れる。これら駆動側振動子及び検出振動子の互いに逆相
となるねじれ回転振動は、上記第1及び第2駆動用ばね
とは別体で設けられた検出用ばねの振動に基づいている
ため、例えば第1及び第2駆動振動子と駆動側振動子及
び検出振動子との間のメカニカルカップリングなどが抑
制される。When an angular velocity about the z-axis passing through the point O is applied in a state where the first driving vibrator and the second driving vibrator are driven to vibrate in the x direction in opposite phases to each other, Coriolis force corresponding to the same angular velocity is applied. Accordingly, the first driving vibrator and the second driving vibrator perform elliptical vibrations having y components having phases opposite to each other.
Rotational vibrations are induced by the respective elliptical vibrations of the first driving vibrator and the second driving vibrator, and the driving-side vibrator and the detection vibrator are torsional rotationally vibrate around the z-axis passing through the point O in opposite phases. The applied angular velocity is detected by detecting the torsional rotational vibration of the detection vibrator by the detection means. Since the torsional rotational vibrations of the drive-side vibrator and the detection vibrator having phases opposite to each other are based on the vibration of the detection spring provided separately from the first and second driving springs, for example, Mechanical coupling between the first and second driving vibrators and the driving-side vibrator and the detecting vibrator is suppressed.
【0017】また、例えば製造ばらつきなどにより、上
記第1及び第2駆動振動子が互いに逆相でx方向に対し
て斜めに振動駆動された場合、この斜め振動は上記駆動
側振動子及び検出振動子に対してねじれ回転振動を誘起
しない。If the first and second driving vibrators are driven to vibrate obliquely in the x direction in opposite phases to each other due to, for example, manufacturing variations, the diagonal vibration is caused by the driving side vibrator and the detection vibration. It does not induce torsional rotational vibration on the child.
【0018】一方、例えば所定方向に加えられる加速度
などにより、上記第1及び第2駆動振動子が互いに同相
で所定方向に斜めに振動駆動された場合にも、駆動側振
動子及び検出振動子は略円形及び略多角形のいずれか一
方の枠状に形成されているため、この斜め振動は上記駆
動側振動子及び検出振動子に対してねじれ回転振動を誘
起しない。On the other hand, even when the first and second driving vibrators are driven to vibrate obliquely in the predetermined direction in the same phase with each other due to, for example, acceleration applied in a predetermined direction, the driving-side vibrator and the detecting vibrator are not driven. This oblique vibration does not induce torsional rotational vibration with respect to the drive-side vibrator and the detection vibrator, because the vibrator is formed in one of a substantially circular frame and a substantially polygonal frame.
【0019】さらに、上記駆動側振動子及び検出振動子
の各ねじれ回転振動を略相殺するように、これら駆動側
振動子及び検出振動子を互いに逆相で振動駆動すること
で、検出に係る上記駆動側振動子及び検出振動子の各ね
じれ回転振動が基板に伝搬することが抑制される。Further, the drive-side vibrator and the detection vibrator are driven to vibrate in opposite phases so as to substantially cancel out the torsional rotational vibrations of the drive-side vibrator and the detection vibrator. Propagation of each torsional rotational vibration of the drive-side vibrator and the detection vibrator to the substrate is suppressed.
【0020】一方、上記基板との接続部を挟んでその外
周側に検出振動子を、点O側に駆動側振動子、第1及び
第2駆動振動子を配置し、同接続部を支点としてこれら
の釣り合いをとる態様となっている。従って、浮動支持
される構造部の重量が略2分されることで、上記検出用
ばねに必要とされる支持強度、例えば検出用ばねの断面
積が低減され、ひいては角速度センサの小型化が図られ
る。On the other hand, a detection vibrator is disposed on the outer peripheral side of the connection portion with the substrate, and a driving side vibrator and first and second driving vibrators are disposed on the point O side. It is a mode to balance these. Therefore, by dividing the weight of the floating supported structure by approximately two, the supporting strength required for the detection spring, for example, the cross-sectional area of the detection spring is reduced, and the size of the angular velocity sensor can be reduced. Can be
【0021】以上の動作が同時に実現されることによ
り、精度が高く、且つ、小型化を図ることができる角速
度センサが提供される。請求項2に記載の発明によれ
ば、上記基板との接続部は、駆動側振動子及び前記検出
振動子が点Oを通るz軸廻りの互いに逆相となるねじれ
回転振動をするときの節に略一致している。従って、例
えば製造ばらつきや基板の熱膨張などでの応力による予
期しない振動に起因するこれら駆動側振動子(第1及び
第2駆動振動子)及び検出振動子のメカニカルカップリ
ングが極めて低減される。そして、例えば車載された場
合などのように振動の多い環境においても、角速度の検
出精度が向上される。By simultaneously realizing the above operations, there is provided an angular velocity sensor capable of achieving high accuracy and downsizing. According to the second aspect of the present invention, the connection portion with the substrate is a node when the drive-side vibrator and the detection vibrator perform torsional rotational vibrations around the z-axis passing through the point O and having opposite phases to each other. Approximately matches. Accordingly, the mechanical coupling between the driving-side vibrator (the first and second driving vibrators) and the detection vibrator due to unexpected vibration due to, for example, manufacturing variations or stress due to thermal expansion of the substrate is significantly reduced. In addition, the detection accuracy of the angular velocity is improved even in an environment where there is a lot of vibration such as when mounted on a vehicle.
【0022】請求項3に記載の発明によれば、上記基板
との接続部は、応力緩和枠及び応力緩和ばねを介して基
板に接続される。従って、例えば外部の温度変化や外力
等の印加による基板からの応力が、検出振動子(セン
サ)側に伝達されることが緩和される。According to the third aspect of the present invention, the connection portion with the substrate is connected to the substrate via the stress relaxation frame and the stress relaxation spring. Therefore, transmission of stress from the substrate due to, for example, an external temperature change or the application of an external force or the like is reduced to the detection vibrator (sensor) side.
【0023】また、上記応力緩和枠及び応力緩和ばねを
介して基板に接続される駆動側振動子及び検出振動子の
互いに逆相となるねじれ回転振動の共振周波数が駆動時
の共振周波数からずらされ、角速度センサの応答性が確
保される。Further, the resonance frequencies of the torsional rotational vibrations of the driving-side vibrator and the detection vibrator connected to the substrate via the stress relaxation frame and the stress relaxation spring, which are in opposite phases, are shifted from the resonance frequency at the time of driving. In addition, the responsiveness of the angular velocity sensor is ensured.
【0024】[0024]
【発明の実施の形態】(第1実施形態)以下、本発明に
係る角速度センサの第1実施形態について図1〜図5に
従って説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) A first embodiment of an angular velocity sensor according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
【0025】図1に示されるように、絶縁層を形成する
基板としてのシリコン基板10には、例えば導電性とす
るために不純物の添加されたポリシリコン(以下、「導
電性ポリシリコン」という)にて形成された応力緩和枠
11、検出振動子12、駆動側振動子13、第1駆動振
動子16、第2駆動振動子17、第1駆動力印加固定電
極21、第2駆動力印加固定電極22、第1駆動変位検
出固定電極23、第2駆動変位検出固定電極24、第1
角速度検出固定電極25、第2角速度検出固定電極26
及び浮動体アンカーa10,a11,a12が設けられ
ている。なお、上記第1及び第2駆動力印加固定電極2
1,22、第1及び第2駆動変位検出固定電極23,2
4、第1及び第2角速度検出固定電極25,26及び浮
動体アンカーa10〜a12はシリコン基板10に接合
されている。また、浮動体アンカーa10は、点Oに略
一致して配置されている。そして、この角速度センサ
は、点Oに関してxy平面上に略対称に設けられてい
る。As shown in FIG. 1, a silicon substrate 10 as a substrate on which an insulating layer is to be formed is provided with, for example, polysilicon doped with impurities to make it conductive (hereinafter referred to as “conductive polysilicon”). The stress relaxation frame 11, the detection vibrator 12, the driving vibrator 13, the first driving vibrator 16, the second driving vibrator 17, the first driving force applying fixed electrode 21, the second driving force applying fixed formed by Electrode 22, first drive displacement detection fixed electrode 23, second drive displacement detection fixed electrode 24, first
Angular velocity detection fixed electrode 25, second angular velocity detection fixed electrode 26
And floating body anchors a10, a11, and a12. The first and second driving force applying fixed electrodes 2
1, 22; first and second drive displacement detection fixed electrodes 23, 2
4. The first and second angular velocity detecting fixed electrodes 25 and 26 and the floating anchors a10 to a12 are joined to the silicon substrate 10. Further, the floating body anchor a10 is disposed substantially coincident with the point O. The angular velocity sensor is provided substantially symmetrically on the xy plane with respect to the point O.
【0026】上記応力緩和枠11は略八角枠状に形成さ
れており、そのxy平面における中心は点Oに略一致し
ている。この応力緩和枠11のx方向及びy方向一側及
び他側(図1の右側及び左側、上側及び下側)には、そ
れぞれ点Oを通るx方向及びy方向に略沿って点O側に
突出する突部11aが形成されている。この応力緩和枠
11は、各突部11aの周方向略中間部を挟んで配設さ
れた導電性ポリシリコンの対の基板応力緩和ばね31,
32を介して上記浮動体アンカーa11,a12にそれ
ぞれ連続している。これら応力緩和枠11及び基板応力
緩和ばね31,32は、例えばリソグラフによる半導体
プロセス加工にて、上記シリコン基板10から浮くよう
に形成されている。The stress relaxation frame 11 is formed in a substantially octagonal frame shape, and its center on the xy plane substantially coincides with the point O. On one side and the other side of the stress relaxation frame 11 in the x and y directions (the right and left sides of FIG. 1, the upper and lower sides), the point O side substantially along the x and y directions passing through the point O, respectively. A protruding protrusion 11a is formed. The stress relaxation frame 11 includes a pair of substrate stress relaxation springs 31 made of conductive polysilicon, which are disposed so as to sandwich a substantially central portion in the circumferential direction of each protrusion 11a.
32, they are connected to the floating body anchors a11 and a12, respectively. The stress relaxation frame 11 and the substrate stress relaxation springs 31 and 32 are formed so as to float from the silicon substrate 10 by, for example, lithographic semiconductor processing.
【0027】上記各基板応力緩和ばね31,32は、上
記突部11aの突出方向と反対の方向に延びる態様で屈
曲形成されており、略対称であるほかは、互いに略同等
の形状となっている。これら基板応力緩和ばね31,3
2は、点Oを中心とするz軸廻りの回転方向に撓み性が
高く形成されており、例えば外部の温度変化や外力等の
印加によるシリコン基板10からの応力がセンサ側に伝
達されるのを緩和する。Each of the substrate stress relaxation springs 31 and 32 is bent and formed so as to extend in a direction opposite to the direction in which the protrusion 11a protrudes, and has substantially the same shape except that it is substantially symmetric. I have. These substrate stress relaxation springs 31 and 3
No. 2 is formed to have high flexibility in the rotation direction around the z-axis about the point O, and for example, stress from the silicon substrate 10 due to an external temperature change or application of an external force is transmitted to the sensor side. To relax.
【0028】上記検出振動子12は、上記応力緩和枠1
1を包囲する態様で略八角枠状に形成されており、その
xy平面における中心も点Oに略一致している。この検
出振動子12は、点Oを通るx方向一側及び他側(図1
の右側及び左側)において、x方向内側に延びる導電性
ポリシリコンの検出用ばね33を介して上記応力緩和枠
11及び前記駆動側振動子13に連続している。また、
この検出振動子12は、点Oを通るy方向一側及び他側
(図1の上側及び下側)において、y方向内側に延びる
導電性ポリシリコンの検出用ばね34を介して上記応力
緩和枠11及び駆動側振動子13に連続している。The detection vibrator 12 is mounted on the stress relaxation frame 1.
1 is formed in a substantially octagonal frame shape so as to surround the point 1, and the center of the xy plane substantially coincides with the point O. The detection vibrator 12 is located on one side and the other side in the x direction passing through the point O (FIG. 1).
(The right side and the left side of the figure), is connected to the stress relaxation frame 11 and the driving-side vibrator 13 via a conductive polysilicon detecting spring 33 extending inward in the x direction. Also,
The detection vibrator 12 is provided on one side and the other side (upper and lower sides in FIG. 1) in the y direction passing through the point O via a conductive polysilicon detection spring 34 extending inward in the y direction. 11 and the driving-side vibrator 13.
【0029】なお、これら検出振動子12、駆動側振動
子13及び検出用ばね33,34も、例えばリソグラフ
による半導体プロセス加工にて、上記シリコン基板10
から浮くように形成されている。Note that the detection oscillator 12, the drive-side oscillator 13, and the detection springs 33 and 34 are also formed on the silicon substrate 10 by, for example, lithographic semiconductor processing.
It is formed so as to float from.
【0030】上記各検出用ばね33,34は、上記基板
応力緩和ばね31(浮動体アンカーa11)及び基板応
力緩和ばね32(浮動体アンカーa12)間を通過して
上記突部11aの周方向略中間部において、応力緩和枠
11に連続している。そして、上記応力緩和枠11に対
する検出用ばね33,34の各接続部は、上記検出振動
子12及び駆動側振動子13の点Oを中心とするz軸廻
りの互いに逆相となるねじれ回転振動の不動部(節)の
位置に設定されている。従って、この応力緩和枠11が
上記検出振動子12及び駆動側振動子13の上記互いに
逆相となるねじれ回転振動に及ぼす影響はわずかとなっ
ている。The detection springs 33 and 34 pass between the substrate stress relieving spring 31 (floating body anchor a11) and the substrate stress relieving spring 32 (floating body anchor a12) and substantially extend in the circumferential direction of the protrusion 11a. In the middle part, it is continuous with the stress relaxation frame 11. The connection portions of the detection springs 33 and 34 to the stress relaxation frame 11 are torsional rotational vibrations having opposite phases around the z-axis around the point O of the detection vibrator 12 and the drive-side vibrator 13. Is set at the position of the immovable part (knot). Therefore, the influence of the stress relaxation frame 11 on the torsional rotational vibrations of the detection vibrator 12 and the drive-side vibrator 13 having the opposite phases to each other is small.
【0031】なお、これら検出振動子12及び駆動側振
動子13を支持する検出用ばね33,34を、十字方向
(点Oを通るx方向、y方向)に延びるように配置した
ことで、同検出振動子12及び駆動側振動子13の姿勢
はシリコン基板10に対して平行に維持される。そし
て、これら検出用ばね33,34は、点Oを中心とする
z軸廻りの回転方向に撓み性が高く形成されているた
め、上記検出振動子12及び駆動側振動子13の点Oを
中心とするz軸廻りの各ねじれ回転はそれぞれ容易とな
っている。The detection springs 33 and 34 that support the detection vibrator 12 and the driving-side vibrator 13 are arranged so as to extend in the cross direction (the x direction and the y direction passing through the point O). The postures of the detection vibrator 12 and the drive-side vibrator 13 are maintained parallel to the silicon substrate 10. Since the detection springs 33 and 34 are formed to have high flexibility in the rotation direction about the z-axis about the point O, the detection springs 33 and 34 are set at the point O of the detection vibrator 12 and the drive-side vibrator 13. , The respective torsional rotations around the z-axis are facilitated.
【0032】上記検出振動子12には、各辺に沿って並
設される略四角形の複数の検出窓36が開口されてお
り、各隣接する検出窓36を区画する渡し梁は角速度検
出可動電極37となっている。この検出振動子12(角
速度検出可動電極37)は、同検出振動子12の点Oを
中心とするz軸廻りのねじれ回転振動により前記第1及
び第2角速度検出固定電極25,26との間での静電容
量を変動させる。The detection vibrator 12 has a plurality of substantially quadrangular detection windows 36 arranged side by side along each side, and a bridge beam for partitioning each adjacent detection window 36 is an angular velocity detection movable electrode. 37. The detection vibrator 12 (angular velocity detection movable electrode 37) is caused to rotate between the first and second angular velocity detection fixed electrodes 25 and 26 by torsional rotational vibration about the z-axis about the point O of the detection vibrator 12. The capacitance at
【0033】上記駆動側振動子13は、上記応力緩和枠
11に包囲される態様で略八角枠状に形成されており、
そのxy平面における中心も点Oに略一致している。こ
の駆動側振動子13のx方向一側及び他側(図1の右側
及び左側)には、点Oを通るx方向に略沿って点O側に
突出する第1突部13aがそれぞれ形成されている。ま
た、上記駆動側振動子13のy方向一側及び他側(図1
の上側及び下側)には、点Oを通るy方向に略沿って点
O側に突出する第2突部13bがそれぞれ形成されてい
る。そして、駆動側振動子13は、各第1及び第2突部
13a,13bの周方向略中間部において上記検出用ば
ね33,34(応力緩和枠11)にそれぞれ連続してい
る。さらに、この駆動側振動子13は、上記各第2突部
13bからy方向内側に延びる導電性ポリシリコンの検
出用ばね38を介して前記浮動体アンカーa10に連続
している。The driving-side vibrator 13 is formed in a substantially octagonal frame shape so as to be surrounded by the stress relaxation frame 11.
The center on the xy plane also substantially coincides with the point O. On one side and the other side (the right side and the left side in FIG. 1) of the drive-side vibrator 13 in the x direction, first protrusions 13a projecting toward the point O substantially along the x direction passing through the point O are formed. ing. Further, one side and the other side in the y direction of the driving side vibrator 13 (FIG. 1)
(Upper side and lower side) are formed with second protrusions 13b that protrude toward the point O substantially along the y direction passing through the point O. The drive-side vibrator 13 is continuous with the detection springs 33 and 34 (stress relaxation frame 11) at substantially middle portions in the circumferential direction of the first and second protrusions 13a and 13b. Further, the drive-side vibrator 13 is connected to the floating body anchor a10 via a conductive polysilicon detecting spring 38 extending inward in the y direction from each of the second protrusions 13b.
【0034】なお、この検出用ばね38も、例えばリソ
グラフによる半導体プロセス加工にて、上記シリコン基
板10から浮くように形成されており、点Oを中心とす
るz軸廻りの回転方向に撓み性が高く形成されているた
め、上記駆動側振動子13の点Oを中心とするz軸廻り
のねじれ回転は容易となっている。The detection spring 38 is also formed so as to float from the silicon substrate 10 by, for example, lithographic semiconductor processing, and has flexibility in a rotational direction about the z-axis about the point O. Since it is formed high, the torsional rotation around the z-axis around the point O of the driving-side vibrator 13 is easy.
【0035】上記第1駆動振動子16は、点Oを通るy
軸に対してx方向一側(図1の右側)に上記駆動側振動
子13に包囲される態様で配置されている。この第1駆
動振動子16は、y方向一側及び他側の各傾斜部16a
を介してx方向一側(図1の右側)に縮幅された略台形
状の枠に形成されている。この第1駆動振動子16は、
x方向外側(図1の右側)の外壁面において上記駆動側
振動子13の対向する内壁面との間に設けられた導電性
ポリシリコンの第1駆動用ばね41を介して同駆動側振
動子13に連続している。また、上記第1駆動振動子1
6は、中心側の外壁面のy方向一側及び他側において上
記駆動側振動子13の対向する各第2突部13bとの間
に設けられた導電性ポリシリコンの第1駆動用ばね42
を介して同駆動側振動子13に連続している。The first driving vibrator 16 passes through the point O
It is arranged on one side in the x direction (the right side in FIG. 1) with respect to the axis so as to be surrounded by the driving-side vibrator 13. The first driving vibrator 16 includes inclined portions 16a on one side and the other side in the y direction.
Is formed in a substantially trapezoidal frame narrowed to one side in the x-direction (the right side in FIG. 1) via. This first driving vibrator 16
The driving-side vibrator is provided via a first driving spring 41 of conductive polysilicon provided between an outer wall surface on the outer side in the x direction (right side in FIG. 1) and an inner wall surface facing the driving-side vibrator 13. 13 in succession. Further, the first driving vibrator 1
Reference numeral 6 denotes a first driving spring 42 made of conductive polysilicon provided between the opposing second protrusions 13b of the driving-side vibrator 13 on one side and the other side in the y direction of the outer wall surface on the center side.
And is connected to the same drive-side vibrator 13 via the.
【0036】これら第1駆動振動子16及び第1駆動用
ばね41,42も、例えばリソグラフによる半導体プロ
セス加工にて、上記シリコン基板10から浮くように形
成されている。そして、上記第1駆動用ばね41,42
は、x方向にのみ撓み性が高くなるようにy方向に延び
る態様で屈曲形成されている。The first driving vibrator 16 and the first driving springs 41 and 42 are also formed so as to float from the silicon substrate 10 by, for example, lithographic semiconductor processing. The first driving springs 41, 42
Is bent and formed so as to extend in the y-direction so as to increase flexibility only in the x-direction.
【0037】上記第1駆動振動子16の短幅側の枠に
は、x方向略中間部においてy方向に沿って延びる駆動
力印加可動電極16bが形成されている。この駆動力印
加可動電極16bは、y方向に所定間隔をおいてx方向
各側に延びる略櫛歯状の電極となっている。この駆動力
印加可動電極16bは、前記第1及び第2駆動力印加固
定電極21,22に供給される駆動信号により同第1及
び第2駆動力印加固定電極21,22との間での静電引
力が周期的に変動され、上記第1駆動振動子16にx方
向の振動を発生させる。A driving force applying movable electrode 16b extending along the y-direction at a substantially intermediate portion in the x-direction is formed on the short width side frame of the first driving vibrator 16. The driving force applying movable electrode 16b is a substantially comb-shaped electrode extending on each side in the x direction at a predetermined interval in the y direction. The driving force applying movable electrode 16b is connected to the first and second driving force applying fixed electrodes 21 and 22 by a driving signal supplied to the first and second driving force applying fixed electrodes 21 and 22. The attraction force is periodically fluctuated, causing the first driving vibrator 16 to generate vibration in the x direction.
【0038】また、上記第1駆動振動子16の長幅側の
枠には、x方向略中間部においてy方向に沿って延びる
駆動変位検出可動電極16cが形成されている。この駆
動変位検出可動電極16cも、y方向に所定間隔をおい
てx方向各側に延びる略櫛歯状の電極となっている。こ
の駆動変位検出可動電極16cは、第1駆動振動子16
のx方向の振動により前記第1及び第2駆動変位検出固
定電極23,24との間での静電容量を変動させる。A drive displacement detecting movable electrode 16c extending along the y-direction at a substantially intermediate portion in the x-direction is formed in the frame on the long width side of the first drive vibrator 16. The drive displacement detection movable electrode 16c is also a substantially comb-shaped electrode extending on each side in the x direction at a predetermined interval in the y direction. The driving displacement detecting movable electrode 16c is connected to the first driving vibrator 16
The capacitance between the first and second drive displacement detection fixed electrodes 23 and 24 is varied by the vibration in the x direction.
【0039】一方、上記第2駆動振動子17は、点Oを
通るy軸に対して第1駆動振動子16と略対称に上記駆
動側振動子13に包囲される態様で配置されている。こ
の第2駆動振動子17は、同様にy方向一側及び他側の
各傾斜部17aを介してx方向他側(図1の左側)に縮
幅された略台形状の枠に形成されている。この第2駆動
振動子17は、x方向外側(図1の左側)の外壁面にお
いて上記駆動側振動子13の対向する内壁面との間に設
けられた導電性ポリシリコンの第2駆動用ばね43を介
して同駆動側振動子13に連続している。また、上記第
2駆動振動子17は、中心側の外壁面のy方向一側及び
他側において上記駆動側振動子13の対向する各第2突
部13bとの間に設けられた導電性ポリシリコンの第2
駆動用ばね44を介して同駆動側振動子13に連続して
いる。On the other hand, the second driving vibrator 17 is arranged so as to be substantially symmetrical to the first driving vibrator 16 with respect to the y-axis passing through the point O and surrounded by the driving-side vibrator 13. The second driving vibrator 17 is similarly formed in a substantially trapezoidal frame narrowed to the other side in the x direction (the left side in FIG. 1) via each inclined portion 17a on one side and the other side in the y direction. I have. The second driving vibrator 17 is a second driving spring made of conductive polysilicon provided between the outer wall surface on the outer side in the x direction (left side in FIG. 1) and the inner wall surface facing the driving-side vibrator 13. It is connected to the same drive side vibrator 13 via 43. The second driving vibrator 17 is formed of a conductive polymer provided between the opposing second protrusions 13b of the driving-side vibrator 13 on one side and the other side of the outer wall on the center side in the y direction. Silicon second
It is connected to the driving-side vibrator 13 via a driving spring 44.
【0040】これら第2駆動振動子17及び第2駆動用
ばね43,44も、例えばリソグラフによる半導体プロ
セス加工にて、上記シリコン基板10から浮くように形
成されており、x方向にのみ撓み性が高くなるようにy
方向に延びる態様で屈曲形成されている。The second driving vibrator 17 and the second driving springs 43 and 44 are also formed so as to float from the silicon substrate 10 by, for example, lithographic semiconductor processing, and have flexibility only in the x direction. Y to be high
It is bent to extend in the direction.
【0041】上記第2駆動振動子17にも、上記駆動力
印加可動電極16bと同様の駆動力印加可動電極17b
が形成されている。この駆動力印加可動電極17bも、
前記第1及び第2駆動力印加固定電極21,22に供給
される駆動信号により同第1及び第2駆動力印加固定電
極21,22との間での静電引力が周期的に変動され、
上記第2駆動振動子17にx方向の振動を発生させる。The second driving vibrator 17 has the same driving force applying movable electrode 17b as the driving force applying movable electrode 16b.
Are formed. This driving force applying movable electrode 17b also
The electrostatic attraction between the first and second driving force applying fixed electrodes 21 and 22 is periodically changed by the driving signal supplied to the first and second driving force applying fixed electrodes 21 and 22,
The second drive vibrator 17 generates vibration in the x direction.
【0042】また、上記第2駆動振動子17にも、上記
駆動変位検出可動電極16cと同様の駆動変位検出可動
電極17cが形成されている。この駆動変位検出可動電
極17cも、第2駆動振動子17のx方向の振動により
前記第1及び第2駆動変位検出固定電極23,24との
間での静電容量を変動させる。The second drive vibrator 17 also has a drive displacement detection movable electrode 17c similar to the drive displacement detection movable electrode 16c. The drive displacement detection movable electrode 17c also varies the capacitance between the first and second drive displacement detection fixed electrodes 23 and 24 by the vibration of the second drive vibrator 17 in the x direction.
【0043】なお、上記第1及び第2駆動振動子16,
17は点Oを通るy軸に対して略対称に配置されている
ため、これら第1及び第2駆動振動子16,17に供給
される駆動信号は互いに逆相となっている。従って、図
4に誇張して示されるように、これら第1及び第2駆動
振動子16,17は互いに逆相でx方向に振動する。す
なわち、これら第1及び第2駆動振動子16,17はx
方向に安定した共振音叉振動とされており、エネルギー
消費率の高い振動となっている。そして、上記駆動変位
検出可動電極16c,17cと第1及び第2駆動変位検
出固定電極23,24との間での静電容量の変動も互い
に逆相となっている。The first and second driving vibrators 16,
Since the drive signal 17 is arranged substantially symmetrically with respect to the y-axis passing through the point O, the drive signals supplied to the first and second drive vibrators 16 and 17 have opposite phases. Accordingly, as exaggeratedly shown in FIG. 4, the first and second driving vibrators 16 and 17 vibrate in the x direction in mutually opposite phases. That is, the first and second driving vibrators 16 and 17 have x
It is a resonance tuning fork vibration that is stable in the direction, and has a high energy consumption rate. The capacitance variations between the drive displacement detection movable electrodes 16c and 17c and the first and second drive displacement detection fixed electrodes 23 and 24 are also in opposite phases.
【0044】ここで、上記第1及び第2駆動振動子1
6,17の対向壁面は、点Oを通るx軸及びy軸に対し
て略対称な導電性ポリシリコンの連成ばねとしての駆動
同相対策ばね45を介して連結されている。この駆動同
相対策ばね45も、例えばリソグラフによる半導体プロ
セス加工にて、上記シリコン基板10から浮くように形
成されており、x方向にのみ撓み性が高くなるようにy
方向両外側に延びる態様で屈曲形成されている。上記第
1及び第2駆動振動子16,17は、この駆動同相対策
ばね45により連成振動するため、同相の振動モードが
除去されている。従って、例えば車載された場合などの
ように振動の多い環境においても、これら第1及び第2
駆動振動子16,17は安定動作する。Here, the first and second driving vibrators 1
The opposing wall surfaces 6 and 17 are connected via a driving common-mode countermeasure spring 45 as a coupling spring made of conductive polysilicon which is substantially symmetric with respect to the x-axis and the y-axis passing through the point O. The drive common-mode countermeasure spring 45 is also formed so as to float from the silicon substrate 10 by, for example, lithographic semiconductor processing, and has a high flexibility only in the x direction.
It is bent so as to extend outward in both directions. Since the first and second driving vibrators 16 and 17 are coupled and vibrated by the driving in-phase countermeasure spring 45, the in-phase vibration mode is eliminated. Therefore, even in an environment where there is a lot of vibration such as when mounted on a vehicle, for example,
The driving oscillators 16 and 17 operate stably.
【0045】上記第1駆動力印加固定電極21は、上記
第1及び第2駆動振動子16,17の各駆動力印加可動
電極16b,17bのx方向外側の枠内においてy方向
に略沿って形成されており、同駆動力印加可動電極16
b,17bに対してx方向に互い違いに延びる略櫛歯状
の電極となっている。また、同様に上記第2駆動力印加
固定電極22は、上記第1及び第2駆動振動子16,1
7の各駆動力印加可動電極16b,17bのx方向内側
の枠内においてy方向に略沿って形成されており、同駆
動力印加可動電極16b,17bに対してx方向に互い
違いに延びる略櫛歯状の電極となっている。これら第1
及び第2駆動力印加固定電極21,22は、駆動信号
(電圧)が印加されることで、上記各駆動力印加可動電
極16b,17bとの間での静電引力をそれぞれ周期的
に変動し、上記第1及び第2駆動振動子16,17を互
いに逆相でx方向に振動させる。このとき、上記第1及
び第2駆動振動子16,17は、上記駆動電圧が加えら
れることでその共振周波数にてx方向に励振されるよう
になっている。The first driving force applying fixed electrode 21 is substantially along the y direction in a frame outside the x direction of the driving force applying movable electrodes 16b and 17b of the first and second driving vibrators 16 and 17. The driving force applying movable electrode 16 is formed.
It is a substantially comb-shaped electrode extending alternately in the x direction with respect to b and 17b. Similarly, the second driving force applying fixed electrode 22 is connected to the first and second driving vibrators 16 and 1.
7 are formed substantially along the y direction in the frame inside the x direction of the driving force applying movable electrodes 16b and 17b, and extend approximately in the x direction with respect to the driving force applying movable electrodes 16b and 17b. It is a tooth-like electrode. These first
The second driving force applying fixed electrodes 21 and 22 periodically change electrostatic attraction between the driving force applying movable electrodes 16b and 17b, respectively, by applying a driving signal (voltage). The first and second driving vibrators 16 and 17 are vibrated in the x direction in opposite phases to each other. At this time, the first and second driving vibrators 16 and 17 are excited in the x direction at the resonance frequency by the application of the driving voltage.
【0046】ちなみに、上記第1及び第2駆動振動子1
6,17は、それぞれ第1駆動用ばね41,42及び第
2駆動用ばね43,44を介して駆動側振動子13に連
結されているものの、これら第1及び第2駆動振動子1
6,17が互いに逆相でx方向に振動するため、同駆動
側振動子13に伝達されるx方向の振動は、全体として
略相殺されている。Incidentally, the first and second driving vibrators 1
The first and second driving vibrators 1 and 6 are connected to the driving-side vibrator 13 via first driving springs 41 and 42 and second driving springs 43 and 44, respectively.
The vibrations in the x-direction transmitted to the same drive-side vibrator 13 are substantially canceled as a whole because the vibrations 6 and 17 are out of phase with each other in the x-direction.
【0047】上記第1及び第2駆動振動子16,17が
x方向に共振音叉振動している状態において点Oを通る
z軸廻りの角速度が加わると、同第1及び第2駆動振動
子16,17はこの角速度に基づくコリオリ力により互
いに逆向きのy方向の振動成分を有する相対的に逆相の
楕円振動を行う。このとき、上記第1及び第2駆動振動
子16,17は、それぞれx方向にのみ撓み性が高い第
1駆動用ばね41,42及び第2駆動用ばね43,44
を介して駆動側振動子13に連結されているため、同駆
動側振動子13には点Oを通るz軸廻りのねじれ回転振
動が誘起される。このとき、上記応力緩和枠11と検出
用ばね33,34との各接続部は、上記検出振動子12
及び駆動側振動子13の点Oを中心とするz軸廻りの互
いに逆相となるねじれ回転振動の不動部(節)の位置に
設定されてため、図5に誇張して示されるように、同検
出振動子12及び駆動側振動子13は互いに逆相となる
ねじれ回転振動を行う。換言すると、検出に係る上記検
出振動子12及び駆動側振動子13の各ねじれ回転振動
が互いに逆相にあることで、シリコン基板10への振動
伝搬が抑制されている。When an angular velocity about the z-axis passing through the point O is applied in a state where the first and second driving vibrators 16 and 17 are vibrating in a resonance tuning fork in the x direction, the first and second driving vibrators 16 and 17 are driven. , 17 perform relatively elliptical elliptical vibrations having mutually opposite y-direction vibration components by Coriolis force based on the angular velocity. At this time, the first and second driving vibrators 16 and 17 have the first driving springs 41 and 42 and the second driving springs 43 and 44 having high flexibility only in the x direction.
Is connected to the driving-side vibrator 13, torsional rotational vibration around the z-axis passing through the point O is induced in the driving-side vibrator 13. At this time, each connection between the stress relaxation frame 11 and the detection springs 33 and 34 is connected to the detection vibrator 12.
Since the drive-side vibrator 13 is set at the position of the non-moving part (node) of the torsional rotational vibration having the opposite phase around the z-axis around the point O of the drive-side vibrator 13, as shown in FIG. The detection vibrator 12 and the drive-side vibrator 13 perform torsional rotational vibrations having phases opposite to each other. In other words, since the torsional rotational vibrations of the detection vibrator 12 and the drive-side vibrator 13 related to the detection are in opposite phases to each other, the propagation of the vibration to the silicon substrate 10 is suppressed.
【0048】なお、上記応力緩和枠11は、シリコン基
板10(浮動体アンカーa11,a12)に対して基板
応力緩和ばね31,32を介して点Oを通るz軸廻りに
回転可能に支持されているため、同応力緩和枠11を不
動部(節)とするこれら検出振動子12及び駆動側振動
子13の互いに逆相となるねじれ回転振動の共振周波数
が駆動時の共振周波数からずらされる。従って、角速度
センサの応答性が確保されている。The stress relaxation frame 11 is supported by the silicon substrate 10 (floating body anchors a11 and a12) via substrate stress relaxation springs 31 and 32 so as to be rotatable around the z-axis passing through the point O. Therefore, the resonance frequencies of the torsional rotational vibrations of the detection vibrator 12 and the driving-side vibrator 13 having the stress relaxation frame 11 as the immovable part (node), which are in opposite phases to each other, are shifted from the resonance frequency at the time of driving. Therefore, the responsiveness of the angular velocity sensor is ensured.
【0049】上記第1駆動変位検出固定電極23は、上
記第1及び第2駆動振動子16,17の各駆動変位検出
可動電極16c,17cのx方向外側の枠内においてy
方向に略沿って形成されており、同駆動変位検出可動電
極16c,17cに対してx方向に互い違いに延びる略
櫛歯状の電極となっている。また、同様に上記第2駆動
変位検出固定電極24は、上記第1及び第2駆動振動子
16,17の各駆動変位検出可動電極16c,17cの
x方向内側の枠内においてy方向に略沿って形成されて
おり、同駆動変位検出可動電極16c,17cに対して
x方向に互い違いに延びる略櫛歯状の電極となってい
る。The first drive displacement detection fixed electrode 23 is located within the frame outside the x direction of the drive displacement detection movable electrodes 16c and 17c of the first and second drive vibrators 16 and 17, respectively.
It is formed substantially along the direction, and is a substantially comb-shaped electrode that extends alternately in the x direction with respect to the drive displacement detection movable electrodes 16c and 17c. Similarly, the second drive displacement detection fixed electrode 24 is substantially along the y direction within the frame inside the x direction of each drive displacement detection movable electrode 16c, 17c of the first and second drive vibrators 16, 17. It is a substantially comb-shaped electrode that extends alternately in the x direction with respect to the drive displacement detection movable electrodes 16c and 17c.
【0050】これら第1及び第2駆動変位検出固定電極
23,24は、上記第1及び第2駆動振動子16,17
のx方向の振動に基づく同第1及び第2駆動振動子1
6,17(駆動変位検出可動電極16c,17c)との
間の静電容量の振動により、同第1及び第2駆動振動子
16,17のx方向の各振動状態を検出等する。すなわ
ち、第1駆動振動子16がx方向外側(図1の右側)に
移動するときには、第1駆動変位検出固定電極23と駆
動変位検出可動電極16cとの間の静電容量が減少する
とともに、第2駆動変位検出固定電極24と同駆動変位
検出可動電極16cとの間の静電容量が増加する。ま
た、第1駆動振動子16がx方向内側(図1の左側)に
移動するときには、これらの関係は逆となる。一方、第
2駆動振動子17がx方向外側(図1の左側)に移動す
るときには、第1駆動変位検出固定電極23と駆動変位
検出可動電極17cとの間の静電容量が減少するととも
に、第2駆動変位検出固定電極24と同駆動変位検出可
動電極17cとの間の静電容量が増加する。また、第2
駆動振動子17がx方向内側(図1の右側)に移動する
ときには、これらの関係は逆となる。従って、上記第1
及び第2駆動変位検出固定電極23,24の静電容量振
動は、互いに逆相となっている。また、上記第1及び第
2駆動振動子16,17の各x方向の振動に対する第1
及び第2駆動変位検出固定電極23,24の静電容量の
振動も、互いに逆相となっている。The first and second driving displacement detecting fixed electrodes 23 and 24 are connected to the first and second driving vibrators 16 and 17 respectively.
First and second driving vibrators 1 based on the vibration in the x direction
The vibration states of the first and second driving vibrators 16 and 17 in the x direction are detected by the vibration of the capacitance between the first and second driving vibrators 16 and 17 (driving displacement detection movable electrodes 16c and 17c). That is, when the first driving vibrator 16 moves outward in the x direction (right side in FIG. 1), the capacitance between the first driving displacement detection fixed electrode 23 and the driving displacement detection movable electrode 16c decreases, and The capacitance between the second drive displacement detection fixed electrode 24 and the same drive displacement detection movable electrode 16c increases. When the first drive oscillator 16 moves inward in the x direction (left side in FIG. 1), these relationships are reversed. On the other hand, when the second drive vibrator 17 moves outward in the x direction (left side in FIG. 1), the capacitance between the first drive displacement detection fixed electrode 23 and the drive displacement detection movable electrode 17c decreases, and The capacitance between the second drive displacement detection fixed electrode 24 and the drive displacement detection movable electrode 17c increases. Also, the second
When the driving oscillator 17 moves inward in the x direction (the right side in FIG. 1), these relationships are reversed. Therefore, the first
The capacitance vibrations of the fixed electrodes 23 and 24 are opposite to each other. Further, the first and second driving vibrators 16 and 17 respond to the first vibrations in the respective x directions.
The vibrations of the capacitances of the fixed electrodes 23 and 24 for detecting the second drive displacement are also in opposite phases.
【0051】上記第1及び第2角速度検出固定電極2
5,26は、上記検出振動子12の各検出窓36におい
て同検出振動子12の辺に略直交する方向に現出形成さ
れた平行平板電極となっている。これら第1及び第2角
速度検出固定電極25,26は、上記検出振動子12の
点Oを中心とするz軸廻りのねじれ回転振動に基づく同
検出振動子12(角速度検出可動電極37)との間の静
電容量の振動により、同検出振動子12の点Oを中心と
するz軸廻りのねじれ回転振動の状態を検出する。すな
わち、検出振動子12が点Oを中心とするz軸廻りの一
側(図1において時計回り側)にねじれ回転するときに
は、同検出振動子12と第1角速度検出固定電極25と
の間の静電容量が減少するとともに、検出振動子12と
第2角速度検出固定電極26との間の静電容量が増加す
る。また、検出振動子12が点Oを中心とするz軸廻り
の他側(図1において反時計回り側)にねじれ回転する
ときには、これらの関係は逆となる。すなわち、上記第
1及び第2角速度検出固定電極25,26の静電容量の
振動は、互いに逆相となっている。The first and second angular velocity detecting fixed electrodes 2
Reference numerals 5 and 26 denote parallel plate electrodes formed in the respective detection windows 36 of the detection vibrator 12 so as to appear in a direction substantially perpendicular to the sides of the detection vibrator 12. These first and second angular velocity detection fixed electrodes 25 and 26 are connected to the same detection vibrator 12 (angular velocity detection movable electrode 37) based on torsional rotational vibration around the z-axis about the point O of the detection vibrator 12. The state of the torsional rotational vibration about the z-axis around the point O of the detection vibrator 12 is detected by the vibration of the capacitance between the two. That is, when the detection oscillator 12 is twisted and rotated to one side (clockwise in FIG. 1) around the z-axis about the point O, the distance between the detection oscillator 12 and the first angular velocity detection fixed electrode 25 is reduced. As the capacitance decreases, the capacitance between the detection vibrator 12 and the second angular velocity detection fixed electrode 26 increases. When the detection vibrator 12 is twisted to the other side (counterclockwise in FIG. 1) around the z-axis about the point O, these relationships are reversed. That is, the oscillations of the capacitances of the first and second angular velocity detection fixed electrodes 25 and 26 are in opposite phases.
【0052】上記検出振動子12の点Oを中心とするz
軸廻りのねじれ回転振動の状態により、加えられたz軸
廻りの角速度が検出されるようになっている。尚、駆動
力印加可動電極17b、第1及び第2駆動力印加固定電
極21,22と、駆動変位検出可動電極17c、第1及
び第2駆動変位検出固定電極23,24を機能上入れ替
えてもよい。また、点Oに対して右側の電極について
も、同様である。Z about the point O of the detection transducer 12 as a center
The applied angular velocity about the z-axis is detected based on the state of the torsional rotational vibration about the axis. Note that even if the driving force applying movable electrode 17b, the first and second driving force applying fixed electrodes 21, 22 and the driving displacement detecting movable electrode 17c, and the first and second driving displacement detecting fixed electrodes 23, 24 are functionally interchanged. Good. The same applies to the right electrode with respect to the point O.
【0053】次に、この角速度センサの角速度検出に係
る電気的構成について図2に基づき説明する。図2に示
されるように、タイミング信号発生器51は、上記第1
及び第2駆動振動子16,17を共振周波数にてx方向
に逆相駆動するための駆動パルス信号を発生して、駆動
回路52,53に出力するとともに、同期検波用の同期
信号を同期検波回路54,55,56に出力する。Next, an electrical configuration related to the angular velocity detection of the angular velocity sensor will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the timing signal generator 51
And a driving pulse signal for driving the second driving vibrators 16 and 17 in opposite phase in the x direction at the resonance frequency and outputting the driving pulse signals to the driving circuits 52 and 53 and synchronizing the synchronizing signal for synchronizing detection. Output to the circuits 54, 55, 56.
【0054】上記駆動回路52,53は、上記駆動パル
ス信号に同期して図3に示される駆動信号(電圧)A,
Bをそれぞれ第1及び第2駆動力印加固定電極21,2
2に印加する。同図に示されるように、これら駆動信号
(電圧)A,Bは互いに逆相となる出力駆動電圧V1,
V2を有している。上記第1及び第2駆動振動子16,
17は、第1及び第2駆動力印加固定電極21,22に
この駆動信号(電圧)A,Bが印加されることで、x方
向に振動駆動される。このとき、これら第1駆動振動子
16及び第2駆動振動子17は、互いに逆相でx方向に
振動する。そして、上記第1及び第2駆動変位検出固定
電極23,24の静電容量は、互いに逆相で振動する。
また、上記第1及び第2駆動振動子16,17の各x方
向の振動に対する第1及び第2駆動変位検出固定電極2
3,24の静電容量の振動も、互いに逆相となってい
る。チャージアンプ57,58,59,60は、これら
静電容量の振動を電圧振動に変換する。差動増幅器61
は、チャージアンプ57,58からの互いに逆相の信号
を差動増幅し、同信号のレベル(振幅)を略2倍とし、
ノイズを相殺した差動増幅信号を発生する。そして、差
動増幅器61は、この差動増幅信号を上記同期検波回路
54およびフィ−ドバック処理回路63に出力する。同
様に、差動増幅器62は、チャージアンプ59,60か
らの信号を差動増幅し、同信号のレベル(振幅)を略2
倍とし、ノイズを相殺した差動増幅信号を発生する。そ
して、差動増幅器62は、この差動増幅信号を上記同期
検波回路55およびフィ−ドバック処理回路63に出力
する。The drive circuits 52 and 53 synchronize with the drive pulse signals to generate drive signals (voltages) A,
B are first and second driving force applying fixed electrodes 21 and 2, respectively.
2 As shown in the drawing, these drive signals (voltages) A and B are output drive voltages V1 and
V2. The first and second driving vibrators 16,
Reference numeral 17 indicates that the driving signals (voltages) A and B are applied to the first and second driving force application fixed electrodes 21 and 22, thereby being driven to vibrate in the x direction. At this time, the first driving vibrator 16 and the second driving vibrator 17 vibrate in the x direction in opposite phases to each other. The capacitances of the first and second drive displacement detection fixed electrodes 23 and 24 vibrate in opposite phases.
Further, the first and second driving displacement detection fixed electrodes 2 with respect to the vibrations of the first and second driving vibrators 16 and 17 in each x direction.
The oscillations of the capacitances 3 and 24 are also in opposite phases. The charge amplifiers 57, 58, 59, 60 convert these vibrations of the capacitance into voltage vibrations. Differential amplifier 61
Differentially amplifies signals of opposite phases from the charge amplifiers 57 and 58, and makes the level (amplitude) of the signals approximately double,
Generates a differentially amplified signal that cancels noise. Then, the differential amplifier 61 outputs the differential amplified signal to the synchronous detection circuit 54 and the feedback processing circuit 63. Similarly, the differential amplifier 62 differentially amplifies the signals from the charge amplifiers 59 and 60 and reduces the level (amplitude) of the signals by approximately two.
A differential amplified signal is generated by canceling the noise. Then, the differential amplifier 62 outputs the differential amplified signal to the synchronous detection circuit 55 and the feedback processing circuit 63.
【0055】同期検波回路54,55は、駆動パルス信
号と同相の同期信号に同期して、差動増幅器61,62
が与える差動増幅信号、すなわち第1及び第2駆動振動
子16,17の各x方向の振動を表わす検出信号(電
圧)を検波し、駆動パルス信号に対する同x方向の振動
の位相ずれに相当する信号を発生してフィ−ドバック処
理回路63に出力する。Synchronous detection circuits 54 and 55 are provided with differential amplifiers 61 and 62 in synchronization with a synchronous signal having the same phase as the drive pulse signal.
, Ie, detection signals (voltages) representing the x-direction vibrations of the first and second driving vibrators 16 and 17 corresponding to the phase shift of the same x-direction vibration with respect to the driving pulse signal. And outputs it to the feedback processing circuit 63.
【0056】フィ−ドバック処理回路63は、上記同期
検波回路54,55からの位相ずれに相当する信号のレ
ベルを設定値に合わせるための移相信号を、上記駆動回
路52,53に出力する。駆動回路52,53は、この
移相信号に対応して駆動パルス信号に対する駆動信号
(電圧)A,Bの各出力駆動電圧V1,V2の位相をシ
フトする。そして、同期検波回路54,55の位相ずれ
に相当する信号のレベルが実質上設定値になると、第1
及び第2駆動振動子16,17の共振音叉振動は安定し
たものとなる。The feedback processing circuit 63 outputs a phase shift signal for adjusting the level of the signal corresponding to the phase shift from the synchronous detection circuits 54 and 55 to the set value to the drive circuits 52 and 53. The drive circuits 52 and 53 shift the phases of the output drive voltages V1 and V2 of the drive signals (voltages) A and B with respect to the drive pulse signal in response to the phase shift signal. When the level of the signal corresponding to the phase shift of the synchronous detection circuits 54 and 55 substantially reaches the set value, the first
And the resonance tuning fork vibration of the second driving vibrators 16 and 17 becomes stable.
【0057】第1及び第2駆動振動子16,17が安定
した共振音叉振動をしている状態において、点Oを通る
z軸廻りの角速度が加わると、検出振動子12及び駆動
側振動子13に互いに逆相となるねじれ回転振動が発生
する。In a state where the first and second driving vibrators 16 and 17 are performing stable resonance tuning fork vibrations, when an angular velocity about the z-axis passing through the point O is applied, the detecting vibrator 12 and the driving vibrator 13 , Torsional rotational vibrations having phases opposite to each other are generated.
【0058】検出振動子12にねじれ回転振動が発生す
ると、前記第1及び第2角速度検出固定電極25,26
の静電容量は、互いに逆相で振動する。チャージアンプ
66,67は、これら静電容量の振動を電圧振動に変換
する。差動増幅器68は、チャージアンプ66,67か
らの互いに逆相の信号を差動増幅し、同信号のレベル
(振幅)を略2倍とし、ノイズを相殺した差動増幅信号
を発生する。そして、差動増幅器68は、この差動増幅
信号を前記同期検波回路56に出力する。同期検波回路
56は、駆動パルス信号と同相の同期信号に同期して、
差動増幅器68が与える差動増幅信号、すなわち検出振
動子12のねじれ回転振動に相当する信号(電圧)を検
波し、角速度信号を出力する。この角速度信号の振幅
(信号レベル)は加えられた角速度の大きさに対応して
おり、同角速度信号により加えられた角速度が検出され
る。When torsional rotational vibration is generated in the detecting vibrator 12, the first and second angular velocity detecting fixed electrodes 25, 26
Vibrate in opposite phases. The charge amplifiers 66 and 67 convert these capacitance vibrations into voltage vibrations. The differential amplifier 68 differentially amplifies the signals of opposite phases from the charge amplifiers 66 and 67, approximately doubles the level (amplitude) of the signals, and generates a differentially amplified signal in which noise is canceled. Then, the differential amplifier 68 outputs the differential amplified signal to the synchronous detection circuit 56. The synchronous detection circuit 56 synchronizes with the synchronous signal in phase with the drive pulse signal,
A differential amplified signal provided by the differential amplifier 68, that is, a signal (voltage) corresponding to the torsional rotational vibration of the detection vibrator 12, is detected, and an angular velocity signal is output. The amplitude (signal level) of this angular velocity signal corresponds to the magnitude of the added angular velocity, and the applied angular velocity is detected by the same angular velocity signal.
【0059】以上詳述したように、本実施形態によれ
ば、以下に示す効果が得られるようになる。 (1)本実施形態では、第1駆動振動子16及び第2駆
動振動子17を互いに逆相でx方向に振動駆動した。す
なわち、これら第1駆動振動子16及び第2駆動振動子
17は、x方向に安定した共振音叉振動とされており、
エネルギー消費率の高い振動となっている。そして、第
1駆動振動子16及び第2駆動振動子17から、例えば
駆動側振動子13、応力緩和枠11及び検出振動子12
に伝達されるx方向の振動を全体として略相殺すること
ができる。As described in detail above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained. (1) In the present embodiment, the first driving vibrator 16 and the second driving vibrator 17 are vibrated in the x direction in opposite phases to each other. That is, the first driving vibrator 16 and the second driving vibrator 17 are made to have a stable tuning fork vibration in the x direction.
The vibration has a high energy consumption rate. Then, from the first drive oscillator 16 and the second drive oscillator 17, for example, the drive-side oscillator 13, the stress relaxation frame 11, and the detection oscillator 12
Can be substantially canceled as a whole.
【0060】また、本実施形態では、第1駆動振動子1
6及び第2駆動振動子17は、駆動同相対策ばね45が
介装されることで連成振動する。従って、例えば第1駆
動振動子16及び第2駆動振動子17が個別に設けられ
ているときに生じるような互いに同相の振動モードを除
去することができる。このため、例えば車載された場合
などのように振動の多い環境においても、これら第1駆
動振動子16及び第2駆動振動子17を安定動作させる
ことができる。In this embodiment, the first driving vibrator 1
The sixth driving vibrator 17 and the second driving vibrator 17 vibrate in a coupled manner with the driving common-mode countermeasure spring 45 interposed therebetween. Therefore, it is possible to eliminate the vibration modes having the same phase as each other, for example, when the first driving vibrator 16 and the second driving vibrator 17 are separately provided. Therefore, even in an environment where there is a lot of vibration such as when the vehicle is mounted on a vehicle, the first driving oscillator 16 and the second driving oscillator 17 can be operated stably.
【0061】さらに、本実施形態では、角速度に基づく
検出振動子12及び駆動側振動子13の互いに逆相とな
るねじれ回転振動は、上記第1駆動用ばね41,42及
び第2駆動用ばね43,44とは別体で設けられた検出
用ばね33,34の振動に基づいているため、例えば第
1及び第2駆動振動子16,17と検出振動子12及び
駆動側振動子13との間のメカニカルカップリングなど
を抑制することができる。Further, in the present embodiment, the torsional rotational vibrations of the detection vibrator 12 and the drive-side vibrator 13 having opposite phases based on the angular velocity are caused by the first driving springs 41 and 42 and the second driving spring 43. , 44, the vibrations of the detection springs 33, 34 provided separately from the first and second driving vibrators 16, 17 and the detecting vibrator 12, and the driving vibrator 13, for example. Mechanical coupling etc. can be suppressed.
【0062】さらにまた、本実施形態では、例えば製造
ばらつきなどにより、第1及び第2駆動振動子16,1
7が互いに逆相でx方向に対して斜めに振動駆動された
場合にも、この斜め振動が検出振動子12及び駆動側振
動子13に対してねじれ回転振動を誘起することを回避
することができる。Further, in the present embodiment, the first and second driving vibrators 16 and 1 are caused by, for example, manufacturing variations.
When the vibrators 7 are driven to vibrate obliquely with respect to the x direction in opposite phases to each other, it is possible to avoid that this oblique vibration induces torsional rotational vibration with respect to the detecting vibrator 12 and the driving vibrator 13. it can.
【0063】一方、例えば所定方向に加えられる加速度
などの印加により、第1及び第2駆動振動子16,17
が互いに同相で所定方向に斜めに振動駆動された場合に
も、検出振動子12及び駆動側振動子13は略八角形の
枠状に形成されているため、この斜め振動が検出振動子
12及び駆動側振動子13に対してねじれ回転振動を誘
起することを回避することができる。On the other hand, the first and second driving vibrators 16 and 17 are applied, for example, by applying acceleration or the like applied in a predetermined direction.
Are also in phase with each other and are obliquely driven in a predetermined direction, the detection vibrator 12 and the drive-side vibrator 13 are formed in a substantially octagonal frame shape. Inducing torsional rotational vibration with respect to the driving-side vibrator 13 can be avoided.
【0064】さらに、本実施形態では、検出振動子12
及び駆動側振動子13の各ねじれ回転振動を略相殺する
ように、これら検出振動子12及び駆動側振動子13を
互いに逆相で振動駆動した。従って、検出に係る上記検
出振動子12及び駆動側振動子13の各ねじれ回転振動
がシリコン基板10に伝搬することを抑制することがで
きる。Further, in the present embodiment, the detection oscillator 12
The detection vibrator 12 and the drive-side vibrator 13 were driven to vibrate in opposite phases to substantially cancel each torsional rotational vibration of the drive-side vibrator 13. Therefore, the torsional rotational vibrations of the detection vibrator 12 and the drive-side vibrator 13 related to the detection can be suppressed from propagating to the silicon substrate 10.
【0065】一方、本実施形態では、上記応力緩和枠1
1を挟んでその外周側に検出振動子12を、点O側に駆
動側振動子13、第1及び第2駆動振動子16,17を
配置し、同応力緩和枠11の検出用ばね33,34との
各接続部を支点としてこれらの釣り合いをとる態様とな
っている。従って、浮動支持される構造部の重量が略2
分されることで、上記検出用ばね33,34に必要とさ
れる支持強度、例えば検出用ばね33,34の断面積を
低減し、ひいては角速度センサの小型化を図ることがで
きる。On the other hand, in the present embodiment, the stress relaxation frame 1
1, the detection vibrator 12 is disposed on the outer peripheral side thereof, and the drive side vibrator 13 and the first and second drive vibrators 16 and 17 are disposed on the point O side. In this embodiment, these connections are made with each connecting portion with the fulcrum as a fulcrum. Therefore, the weight of the floating supported structure is approximately 2
With this arrangement, the supporting strength required for the detection springs 33 and 34, for example, the cross-sectional area of the detection springs 33 and 34 can be reduced, and the size of the angular velocity sensor can be reduced.
【0066】以上の動作を同時に実現することにより、
精度が高く、且つ、小型化を図ることができる角速度セ
ンサを提供することができる。 (2)本実施形態では、応力緩和枠11と検出用ばね3
3,34との各接続部を、検出振動子12及び駆動側振
動子13の点Oを中心とするz軸廻りの互いに逆相とな
るねじれ回転振動の不動部(節)の位置に設定した。従
って、例えば製造ばらつきや基板の熱膨張などでの応力
による予期しない振動に起因するこれら検出振動子12
及び駆動側振動子13(第1及び第2駆動振動子16,
17)のメカニカルカップリングを極めて低減すること
ができる。そして、例えば車載された場合などのように
振動の多い環境においても、角速度の検出精度を向上す
ることができる。By realizing the above operations simultaneously,
It is possible to provide an angular velocity sensor that has high accuracy and can be downsized. (2) In the present embodiment, the stress relaxation frame 11 and the detection spring 3
The connection portions with the reference numerals 3 and 34 are set at the positions of immovable portions (nodes) of torsional rotational vibrations having opposite phases around the z-axis around the point O of the detection vibrator 12 and the drive-side vibrator 13. . Therefore, for example, these detection vibrators 12 caused by unexpected vibration due to stress due to manufacturing variations, thermal expansion of the substrate, or the like.
And the driving-side vibrator 13 (the first and second driving vibrators 16,
17) The mechanical coupling can be extremely reduced. And, even in an environment where there is a lot of vibration, for example, when the vehicle is mounted on a vehicle, the accuracy of detecting the angular velocity can be improved.
【0067】(3)本実施形態では、例えば外部の温度
変化や外力等の印加によるシリコン基板10からの応力
が、検出振動子12(センサ)側に伝達されることを緩
和することができる。(3) In the present embodiment, it is possible to reduce the transmission of the stress from the silicon substrate 10 due to, for example, an external temperature change or the application of an external force to the detection vibrator 12 (sensor).
【0068】(4)本実施形態では、応力緩和枠11を
シリコン基板10(浮動体アンカーa11,a12)に
対して基板応力緩和ばね31,32を介して点Oを通る
z軸廻りに回転可能に支持するようにした。従って、上
記応力緩和枠11を不動部(節)とする検出振動子12
及び駆動側振動子13の互いに逆相となるねじれ回転振
動の共振周波数を駆動時の共振周波数からずらし、角速
度センサの応答性を確保することができる。(4) In this embodiment, the stress relaxation frame 11 can be rotated around the z-axis passing through the point O via the substrate stress relaxation springs 31 and 32 with respect to the silicon substrate 10 (floating body anchors a11 and a12). To support. Therefore, the detecting vibrator 12 having the stress relaxation frame 11 as a stationary part (node)
In addition, the resonance frequency of the torsional rotational vibration of the driving-side vibrator 13 having a phase opposite to that of the driving-side vibrator 13 is shifted from the resonance frequency at the time of driving, so that the response of the angular velocity sensor can be secured.
【0069】(5)本実施形態では、基板応力緩和ばね
31,32、検出用ばね33,34,38、第1駆動用
ばね41,42、第2駆動用ばね43,44及び駆動同
相対策ばね45を全て、x方向若しくはy方向に延びる
形状及びその組み合わせの形状とした。従って、例えば
リソグラフによる半導体プロセス加工を好適に行うこと
ができる。(5) In the present embodiment, the substrate stress relaxation springs 31, 32, the detection springs 33, 34, 38, the first drive springs 41, 42, the second drive springs 43, 44, and the drive common-mode countermeasure springs. 45 were all formed in a shape extending in the x or y direction and a combination thereof. Therefore, for example, semiconductor process processing by lithography can be suitably performed.
【0070】(第2実施形態)以下、本発明に係る角速
度センサの第2実施形態について図6に従って説明す
る。なお、第2実施形態の角速度センサは、第1実施形
態の角速度センサの主に形状を変更した構成であり、そ
の動作態様は第1実施形態と略同等となっている。(Second Embodiment) Hereinafter, a second embodiment of the angular velocity sensor according to the present invention will be described with reference to FIG. The angular velocity sensor according to the second embodiment has a configuration in which the shape of the angular velocity sensor according to the first embodiment is mainly changed, and its operation mode is substantially equivalent to that of the first embodiment.
【0071】図6に示されるように、シリコン基板10
には、第1実施形態と形状の異なる導電性ポリシリコン
の応力緩和枠71、検出振動子72、駆動側振動子7
3、第1駆動振動子74、第2駆動振動子75、第1駆
動力印加固定電極76、第2駆動力印加固定電極77、
第1駆動変位検出固定電極78、第2駆動変位検出固定
電極79、第1角速度検出固定電極80、第2角速度検
出固定電極81及び浮動体アンカーa21と、導電性ポ
リシリコンの第1補助固定電極82及び第2補助固定電
極83とが設けられている。なお、第1及び第2補助固
定電極82,83はシリコン基板10に接合されてい
る。ちなみに、浮動体アンカーa10及び同浮動体アン
カーa10に駆動側振動子を支持するための検出用ばね
(検出用ばね38)は、本実施形態では割愛されている
が、この角速度センサが点Oに関してxy平面上に略対
称に設けられていることは第1実施形態と同様である。As shown in FIG. 6, the silicon substrate 10
A stress relaxation frame 71 made of conductive polysilicon having a shape different from that of the first embodiment, a detection vibrator 72, and a driving vibrator 7
3, a first driving vibrator 74, a second driving vibrator 75, a first driving force applying fixed electrode 76, a second driving force applying fixed electrode 77,
The first drive displacement detection fixed electrode 78, the second drive displacement detection fixed electrode 79, the first angular velocity detection fixed electrode 80, the second angular velocity detection fixed electrode 81, the floating body anchor a21, and the first auxiliary fixed electrode of conductive polysilicon 82 and a second auxiliary fixed electrode 83 are provided. The first and second auxiliary fixed electrodes 82 and 83 are joined to the silicon substrate 10. Incidentally, the floating body anchor a10 and the detecting spring (the detecting spring 38) for supporting the driving-side vibrator on the floating body anchor a10 are omitted in the present embodiment. It is similar to the first embodiment that it is provided substantially symmetrically on the xy plane.
【0072】上記応力緩和枠71は略八角枠状に形成さ
れており、そのxy平面における中心は点Oに略一致し
ている。この応力緩和枠71は、各角部において導電性
ポリシリコンの基板応力緩和ばね86を介して上記浮動
体アンカーa21に連続している。The stress relaxation frame 71 is formed in a substantially octagonal frame shape, and its center on the xy plane substantially coincides with the point O. The stress relaxation frame 71 is connected to the floating body anchor a21 at each corner via a substrate stress relaxation spring 86 made of conductive polysilicon.
【0073】上記各基板応力緩和ばね86は、xy平面
において応力緩和枠71の当該外壁面に略沿って屈曲形
成されており、各隣接する基板応力緩和ばね86の屈曲
方向が互い違いになっているほかは、互いに略同等の形
状となっている。これら基板応力緩和ばね86は、xy
方向に撓み性が高く形成されており、例えば外部の温度
変化や外力等の印加によるシリコン基板10からの応力
がセンサ側に伝達されるのを緩和する。Each of the substrate stress relieving springs 86 is formed to bend substantially along the outer wall surface of the stress relieving frame 71 on the xy plane, and the bending directions of the adjacent substrate stress relieving springs 86 are alternated. Others have substantially the same shape. These substrate stress relaxation springs 86 are xy
It is formed to have high flexibility in the direction, so that the stress from the silicon substrate 10 due to, for example, an external temperature change or application of an external force is reduced from being transmitted to the sensor side.
【0074】上記検出振動子72は、前記検出振動子1
2に準じて形成・配置されている。この検出振動子72
の点Oを通るx方向を略45度回転した方向(以下、
「xy方向」という)一側及び他側(図6の右上側及び
左下側)には、同方向に略沿って内壁面から外壁面側に
切り欠かれた切欠き部72aがそれぞれ形成されてい
る。そして、検出振動子72は、各切欠き部72aから
xy方向内側に延びる導電性ポリシリコンの検出用ばね
87を介して前記応力緩和枠71及び駆動側振動子73
に連続している。また、この検出振動子72の点Oを通
るy方向を略45度回転した方向(以下、「−xy方
向」という)一側及び他側(図6の左上側及び右下側)
には、同方向に略沿って内壁面から外壁面側に切り欠か
れた切欠き部72bがそれぞれ形成されている。そし
て、検出振動子72は、各切欠き部72bから−xy方
向内側に延びる導電性ポリシリコンの検出用ばね88を
介して前記応力緩和枠71及び駆動側振動子73に連続
している。The detecting vibrator 72 is provided with the detecting vibrator 1
2 are formed and arranged in accordance with 2. This detection oscillator 72
A direction obtained by rotating the x direction passing through point O of
On one side and the other side (referred to as the “xy direction”) and on the other side (upper right side and lower left side in FIG. 6), cutout portions 72a cut out from the inner wall surface to the outer wall surface are formed substantially along the same direction. I have. Then, the detection vibrator 72 is connected to the stress relaxation frame 71 and the driving-side vibrator 73 via a conductive polysilicon detecting spring 87 extending inward in the xy direction from each notch 72a.
It is continuous. One side and the other side (the upper left side and the lower right side in FIG. 6) in which the y direction passing through the point O of the detection vibrator 72 is rotated by approximately 45 degrees (hereinafter referred to as “−xy direction”).
Are formed with cutout portions 72b which are cut out from the inner wall surface to the outer wall surface side substantially along the same direction. The detecting vibrator 72 is connected to the stress relieving frame 71 and the driving vibrator 73 via a conductive polysilicon detecting spring 88 extending inward in the -xy direction from each notch 72b.
【0075】なお、上記各検出用ばね87,88は、上
記応力緩和枠71の隣接する角部の中間部において、同
応力緩和枠71に連続している。そして、上記応力緩和
枠71に対する検出用ばね87,88の各接続部は、上
記検出振動子72及び駆動側振動子73の点Oを中心と
するz軸廻りの互いに逆相となるねじれ回転振動の不動
部(節)の位置に設定されていることは第1実施形態と
同様である。The detection springs 87 and 88 are continuous with the stress relieving frame 71 at an intermediate portion between adjacent corners of the stress relieving frame 71. The connection portions of the detection springs 87 and 88 to the stress relaxation frame 71 are torsional rotational vibrations having opposite phases around the z-axis around the point O of the detection vibrator 72 and the drive-side vibrator 73. This is the same as that of the first embodiment.
【0076】本実施形態においても、検出振動子72及
び駆動側振動子73を支持する検出用ばね87,88
を、十字方向(点Oを通るxy方向、−xy方向)に延
びるように配置したことで、同検出振動子72及び駆動
側振動子73の姿勢はシリコン基板10に対して平行に
維持される。そして、これら検出用ばね87,88は、
点Oを中心とするz軸廻りの回転方向に撓み性が高く形
成されているため、上記検出振動子72及び駆動側振動
子73の点Oを中心とするz軸廻りの各ねじれ回転は容
易となっている。Also in this embodiment, detection springs 87 and 88 for supporting the detection vibrator 72 and the driving vibrator 73 are provided.
Are arranged so as to extend in the cross direction (the xy direction passing through the point O, the -xy direction), so that the postures of the detection vibrator 72 and the drive-side vibrator 73 are maintained parallel to the silicon substrate 10. . These detection springs 87 and 88 are
Since the flexure is formed to be high in the rotation direction about the z-axis about the point O, the torsional rotation of the detection vibrator 72 and the driving-side vibrator 73 around the z-axis about the point O is easy. It has become.
【0077】上記駆動側振動子73は、略十字の枠状に
形成されており、前記駆動側振動子13に準じて配置さ
れている。この駆動側振動子73は、各基端側の角部に
おいて上記検出用ばね87,88(応力緩和枠71)に
それぞれ連続している。The drive-side vibrator 73 is formed in a substantially cross-shaped frame, and is arranged according to the drive-side vibrator 13. The drive-side vibrator 73 is connected to the detection springs 87 and 88 (stress relaxation frames 71) at corners on the base end side.
【0078】なお、上記駆動側振動子73の点Oを通る
y方向一側及び他側には、同方向に略沿って点O側に突
出する突部73aがそれぞれ形成されている。上記第1
駆動振動子74は、前記第1駆動振動子16に準じて配
置されている。この第1駆動振動子74は、y方向一側
及び他側の各段部74aを介してx方向一側(図6の右
側)に縮幅された略ステップ状の枠に形成されている。
この第1駆動振動子74は、x方向外側(図6の右側)
の外壁面において上記駆動側振動子73の対向する内壁
面との間に設けられた導電性ポリシリコンの第1駆動用
ばね91を介して同駆動側振動子73に連続している。
また、上記第1駆動振動子74は、中心側の外壁面のy
方向一側及び他側において上記駆動側振動子73の対向
する各突部73aとの間に設けられた導電性ポリシリコ
ンの第1駆動用ばね92を介して同駆動側振動子73に
連続している。On the one side and the other side in the y direction passing through the point O of the driving side vibrator 73, there are formed projections 73a projecting substantially toward the point O in the same direction. The first
The driving vibrator 74 is arranged according to the first driving vibrator 16. The first driving vibrator 74 is formed in a substantially stepped frame narrowed to one side in the x direction (the right side in FIG. 6) via each step 74a on one side in the y direction and the other side.
The first driving vibrator 74 is located on the outer side in the x direction (the right side in FIG. 6).
Is connected to the driving-side vibrator 73 via a first driving spring 91 made of conductive polysilicon provided between the outer wall surface and the opposing inner wall surface of the driving-side vibrator 73.
Further, the first driving vibrator 74 is provided on the outer wall surface on the center side by y.
On the one side and the other side in the direction, the driving side vibrator 73 is connected to the driving side vibrator 73 via a first driving spring 92 made of conductive polysilicon provided between the opposing projections 73a of the driving side vibrator 73. ing.
【0079】これら第1駆動用ばね91,92は、x方
向にのみ撓み性が高くなるようにy方向に延びる態様で
屈曲形成されている。上記第1駆動振動子74の短幅側
は、x方向基端側及び先端側に2分されており、同基端
側の枠には、前記駆動力印加可動電極16bと同様の駆
動力印加可動電極74bが形成されており、同駆動力印
加可動電極74bには前記第1及び第2駆動力印加固定
電極76,77がそれぞれ対向配置されている。従っ
て、この駆動力印加可動電極74bは、前記第1及び第
2駆動力印加固定電極76,77に供給される駆動信号
により同第1及び第2駆動力印加固定電極76,77と
の間での静電引力が周期的に変動され、上記第1駆動振
動子74にx方向の振動を発生させる。The first driving springs 91 and 92 are bent and formed so as to extend in the y-direction so as to increase flexibility only in the x-direction. The short width side of the first driving vibrator 74 is divided into a base end side and a tip end side in the x direction, and the same driving force applying movable electrode 16b as the driving force applying movable electrode 16b is applied to the base end side frame. A movable electrode 74b is formed, and the first and second driving force applying fixed electrodes 76 and 77 are respectively opposed to the driving force applying movable electrode 74b. Therefore, the driving force applying movable electrode 74b is moved between the first and second driving force applying fixed electrodes 76, 77 by the driving signal supplied to the first and second driving force applying fixed electrodes 76, 77. Is periodically fluctuated, causing the first driving vibrator 74 to generate vibration in the x direction.
【0080】また、上記第1駆動振動子74の短幅側の
x方向先端側の枠には、上記駆動力印加可動電極74b
と同様の形状を有する補助可動電極74cが形成されて
いる。この補助可動電極74cは、前記第1及び第2駆
動力印加固定電極76,77とともに上記第1及び第2
補助固定電極82,83に供給される駆動信号により同
第1及び第2補助固定電極82,83との間での静電引
力が周期的に変動され、上記第1駆動振動子74のx方
向の振動を助勢する。The drive force applying movable electrode 74b is provided on the short end side frame in the x direction of the first drive vibrator 74.
An auxiliary movable electrode 74c having the same shape as that of the auxiliary movable electrode 74c is formed. The auxiliary movable electrode 74c, together with the first and second driving force applying fixed electrodes 76 and 77, is connected to the first and second driving force applying fixed electrodes 76 and 77.
The electrostatic attraction between the first and second auxiliary fixed electrodes 82 and 83 is periodically changed by the drive signal supplied to the auxiliary fixed electrodes 82 and 83, and the x direction of the first driving vibrator 74 is changed. Assist the vibration of.
【0081】さらに、上記第1駆動振動子74の長幅側
の枠には、前記駆動変位検出可動電極16cと同様の駆
動変位検出可動電極74dが形成されており、同駆動変
位検出可動電極74dには前記第1及び第2駆動変位検
出固定電極78,79がそれぞれ対向配置されている。
従って、この駆動変位検出可動電極74dは、第1駆動
振動子74のx方向の振動により前記第1及び第2駆動
変位検出固定電極78,79との間での静電容量を変動
させる。Further, a drive displacement detection movable electrode 74d similar to the drive displacement detection movable electrode 16c is formed in the long width side frame of the first drive vibrator 74. , The first and second driving displacement detection fixed electrodes 78 and 79 are disposed to face each other.
Therefore, the drive displacement detection movable electrode 74d changes the capacitance between the first and second drive displacement detection fixed electrodes 78 and 79 by the vibration of the first drive vibrator 74 in the x direction.
【0082】一方、上記第2駆動振動子75は、前記第
2駆動振動子17に準じて配置されている。この第2駆
動振動子75は、同様にy方向一側及び他側の段部75
aを介してx方向他側(図6の左側)に縮幅された略ス
テップ状の枠に形成されている。この第2駆動振動子7
5は、x方向外側(図6の左側)の外壁面において上記
駆動側振動子73の対向する内壁面との間に設けられた
導電性ポリシリコンの第2駆動用ばね93を介して同駆
動側振動子73に連続している。また、上記第2駆動振
動子75は、中心側の外壁面のy方向一側及び他側にお
いて上記駆動側振動子73の対向する各突部73aとの
間に設けられた導電性ポリシリコンの第2駆動用ばね9
4を介して同駆動側振動子73に連続している。On the other hand, the second driving vibrator 75 is arranged according to the second driving vibrator 17. Similarly, the second drive vibrator 75 includes a step 75 on one side and the other side in the y direction.
It is formed in a substantially step-shaped frame that is reduced in width in the x direction on the other side (the left side in FIG. 6) via a. This second drive vibrator 7
Reference numeral 5 denotes the same driving via a second driving spring 93 made of conductive polysilicon provided between the outer wall surface on the outer side in the x direction (left side in FIG. 6) and the inner wall surface facing the driving-side vibrator 73. It is continuous with the side vibrator 73. The second drive vibrator 75 is made of conductive polysilicon provided between the opposing protrusions 73 a of the drive-side vibrator 73 on one side and the other side of the outer wall on the center side in the y direction. Second drive spring 9
4 and connected to the same drive side vibrator 73.
【0083】これら第2駆動用ばね93,94は、x方
向にのみ撓み性が高くなるようにy方向に延びる態様で
屈曲形成されている。上記第2駆動振動子75にも、上
記駆動力印加可動電極74bと同様の駆動力印加可動電
極75bが形成されている。この駆動力印加可動電極7
5bも、前記第1及び第2駆動力印加固定電極76,7
7に供給される駆動信号により同第1及び第2駆動力印
加固定電極76,77との間での静電引力が周期的に変
動され、上記第2駆動振動子75にx方向の振動を発生
させる。The second driving springs 93 and 94 are bent and formed so as to extend in the y direction so as to increase flexibility only in the x direction. The second driving vibrator 75 also has a driving force applying movable electrode 75b similar to the driving force applying movable electrode 74b. This driving force applying movable electrode 7
5b is also the first and second driving force applying fixed electrodes 76, 7
7, the electrostatic attraction between the first and second driving force applying fixed electrodes 76 and 77 is periodically changed, and the second driving vibrator 75 is caused to vibrate in the x direction. generate.
【0084】また、上記第2駆動振動子75にも、上記
補助可動電極74cと同様の補助可動電極75cが形成
されている。この補助可動電極75cも、前記第1及び
第2駆動力印加固定電極76,77とともに上記第1及
び第2補助固定電極82,83に供給される駆動信号に
より同第1及び第2補助固定電極82,83との間での
静電引力が周期的に変動され、上記第2駆動振動子75
のx方向の振動を助勢する。The second driving vibrator 75 also has an auxiliary movable electrode 75c similar to the auxiliary movable electrode 74c. The auxiliary movable electrode 75c is also driven by a drive signal supplied to the first and second auxiliary fixed electrodes 82 and 83 together with the first and second driving force applying fixed electrodes 76 and 77. The electrostatic attraction between the second driving vibrator 75 and the second driving vibrator 75 varies periodically.
In the x direction.
【0085】さらに、上記第2駆動振動子75にも、上
記駆動変位検出可動電極74dと同様の駆動変位検出可
動電極75dが形成されている。この駆動変位検出可動
電極75dも、第2駆動振動子75のx方向の振動によ
り前記第1及び第2駆動変位検出固定電極78,79と
の間での静電容量を変動させる。Further, the second drive vibrator 75 is also provided with a drive displacement detection movable electrode 75d similar to the drive displacement detection movable electrode 74d. The drive displacement detection movable electrode 75d also varies the capacitance between the first and second drive displacement detection fixed electrodes 78 and 79 by the vibration of the second drive vibrator 75 in the x direction.
【0086】なお、上記第1及び第2駆動振動子74,
75は点Oを通るy軸に対して略対称に配置されている
ため、第1実施形態と同様に第1及び第2駆動振動子7
4,75はx方向に安定した共振音叉振動とされてお
り、エネルギー消費率の高い振動となっている。The first and second driving vibrators 74, 74
75 is arranged substantially symmetrically with respect to the y-axis passing through the point O, so that the first and second driving vibrators 7 are arranged similarly to the first embodiment.
Nos. 4, 75 are resonance tuning fork vibrations stable in the x direction, and have high energy consumption rates.
【0087】ここで、上記第1及び第2駆動振動子7
4,75の対向壁面は、導電性ポリシリコンの連成ばね
としての駆動同相対策ばね95を介して連結されてい
る。この駆動同相対策ばね95も、x方向にのみ撓み性
が高くなるように中心側からy方向外側に延びる態様で
屈曲形成されている。上記第1及び第2駆動振動子7
4,75は、この駆動同相対策ばね95により連成振動
するため、同相の振動モードが除去されている。従っ
て、例えば車載された場合などのように振動の多い環境
においても、これら第1及び第2駆動振動子74,75
は安定動作する。Here, the first and second driving vibrators 7
4, 75 opposing wall surfaces are connected via a drive common-mode countermeasure spring 95 as a conductive spring of conductive polysilicon. The drive in-phase countermeasure spring 95 is also bent and formed so as to extend from the center side to the outside in the y direction so as to increase the flexibility only in the x direction. The first and second driving vibrators 7
4, 75 are coupled and vibrated by the driving common-mode countermeasure spring 95, so that the in-phase vibration mode is eliminated. Therefore, even in an environment where there is a lot of vibration such as when mounted on a vehicle, the first and second driving vibrators 74 and 75 can be used.
Operates stably.
【0088】上記第1及び第2駆動振動子74,75が
x方向に共振音叉振動している状態において点Oを通る
z軸廻りの角速度が加わると、同第1及び第2駆動振動
子74,75はこの角速度に基づくコリオリ力により互
いに逆向きのy方向の振動成分を有する相対的に逆相の
楕円振動を行う。このとき、上記応力緩和枠71と検出
用ばね87,88との各接続部は、上記検出振動子72
及び駆動側振動子73の点Oを中心とするz軸廻りの互
いに逆相となるねじれ回転振動の不動部(節)の位置に
設定されてため、第1実施形態と同様に、同検出振動子
72及び駆動側振動子73は互いに逆相となるねじれ回
転振動を行う。When an angular velocity about the z-axis passing through the point O is applied while the first and second driving vibrators 74 and 75 are resonating in a tuning fork vibration in the x direction, the first and second driving vibrators 74 and 75 are driven. , 75 perform relatively opposite-phase elliptical vibrations having mutually opposite y-direction vibration components by the Coriolis force based on the angular velocity. At this time, each connection between the stress relaxation frame 71 and the detection springs 87 and 88 is connected to the detection vibrator 72.
In addition, since it is set at the position of the non-moving part (node) of the torsional rotational vibration having the opposite phase around the z-axis around the point O of the drive-side vibrator 73, the same detected vibration is performed as in the first embodiment. The element 72 and the drive-side vibrator 73 perform torsional rotational vibrations having phases opposite to each other.
【0089】上記検出振動子72の点Oを通るz軸廻り
のねじれ回転振動は、第1及び第2角速度検出固定電極
80,81と検出振動子72(角速度検出可動電極3
7)との間の静電容量の振動として検出される。そし
て、上記検出振動子72の点Oを中心とするz軸廻りの
ねじれ回転振動の状態により、加えられたz軸廻りの角
速度が検出されるようになっている。The torsional rotational vibration about the z axis passing through the point O of the detection vibrator 72 is caused by the first and second angular velocity detection fixed electrodes 80 and 81 and the detection vibrator 72 (angular velocity detection movable electrode 3).
7) is detected as a vibration of the capacitance between them. The applied angular velocity about the z-axis is detected based on the state of the torsional rotational vibration about the z-axis about the point O of the detection vibrator 72.
【0090】なお、第2実施形態の角速度センサの角速
度検出に係る電気的構成は、上記第1及び第2駆動力印
加固定電極76,77とともに第1及び第2補助固定電
極82,83に駆動回路52,53からの駆動信号A,
Bが供給されることを除き、第1実施形態と同様である
ため、その説明は省略する。The electrical configuration relating to the angular velocity detection of the angular velocity sensor according to the second embodiment is such that the first and second auxiliary fixed electrodes 82 and 83 are driven together with the first and second driving force applying fixed electrodes 76 and 77. The drive signals A,
Except that B is supplied, it is the same as the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
【0091】以上詳述したように、本実施形態によれ
ば、前記第1実施形態における(1)〜(4)の効果に
加えて以下に示す効果が得られるようになる。 (1)本実施形態では、第1及び第2駆動振動子74,
75の振動駆動力を助勢するためにそれぞれ補助可動電
極74c,75cと、対向する第1及び第2補助固定電
極82,83を設けた。従って、これら第1及び第2駆
動振動子74,75の振動駆動力を好適に確保すること
ができる。As described in detail above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects (1) to (4) of the first embodiment. (1) In the present embodiment, the first and second driving vibrators 74,
The auxiliary movable electrodes 74c and 75c and the opposing first and second auxiliary fixed electrodes 82 and 83 are provided to assist the vibration driving force of 75. Therefore, the vibration driving force of the first and second driving vibrators 74 and 75 can be suitably secured.
【0092】なお、本発明の実施の形態は上記実施形態
に限定されるものではなく、次のように変更してもよ
い。 ・前記各実施形態においては、応力緩和枠11,71及
び検出振動子12,72を略八角枠状に形成したが、点
Oに関して略対称であるならば、略円環状であってもそ
の他の多角形の枠状であってもよい。The embodiment of the present invention is not limited to the above embodiment, but may be modified as follows. In each of the above embodiments, the stress relaxation frames 11 and 71 and the detection oscillators 12 and 72 are formed in a substantially octagonal frame shape. It may be a polygonal frame.
【0093】・前記各実施形態においては、駆動側振動
子13,73を略八角枠状若しくは略十字の枠状に形成
したが、点Oに関して略対称であるならば、略円環状で
あってもその他の多角形の枠状であってもよい。In each of the above embodiments, the drive-side vibrators 13 and 73 are formed in a substantially octagonal frame shape or a substantially cross-shaped frame shape. May be another polygonal frame shape.
【0094】・前記各実施形態において採用された第1
駆動振動子16,74及び第2駆動振動子17,75の
形状は一例であってその他の形状としてもよい。例え
ば、これら第1駆動振動子16,74及び第2駆動振動
子17,75を、点Oを通るy軸に対して略対称となる
略多角形、略円形、略半円形等の枠状に形成してもよ
い。また、枠状ではなく骨格状に形成してもよい。The first embodiment employed in each of the above embodiments.
The shapes of the driving vibrators 16 and 74 and the second driving vibrators 17 and 75 are merely examples, and may be other shapes. For example, the first driving vibrators 16 and 74 and the second driving vibrators 17 and 75 are formed into a substantially polygonal, substantially circular, substantially semicircular or other frame shape which is substantially symmetric with respect to the y-axis passing through the point O. It may be formed. Further, it may be formed not in a frame shape but in a skeleton shape.
【0095】・前記各実施形態において採用された第1
駆動振動子16,74及び第2駆動振動子17,75の
x方向の駆動構造(駆動回路部)は一例であってその他
の構造を採用してもよい。例えば、第1駆動振動子1
6,74のみに駆動信号(電圧)を印加して同第1駆動
振動子16,74をx方向に振動駆動し、共振作用によ
って第2駆動振動子17,75をx方向に逆相で振動駆
動するようにしてもよい。The first embodiment employed in each of the above embodiments
The drive structure (drive circuit unit) of the drive vibrators 16 and 74 and the second drive vibrators 17 and 75 in the x direction is an example, and another structure may be adopted. For example, the first driving vibrator 1
A drive signal (voltage) is applied to only the first and second vibrators 16 and 74 to vibrate in the x direction, and the second vibrators 17 and 75 vibrate in opposite directions in the x direction by resonance. It may be driven.
【0096】・前記各実施形態における検出振動子1
2,72及び駆動側振動子13,73の位置関係は、互
いに逆であってもよい。 ・前記各実施形態におけるシリコン基板10に代えて、
例えば多結晶、単結晶、又は非晶質のSi,Ge,Si
C,SixGe1-x ,SixGeyC1-x-y にて形成さ
れた基板としてもよい。The detection oscillator 1 in each of the above embodiments.
The positional relationship between the second and second drive units 72 and the driving-side vibrators 13 and 73 may be opposite to each other. -Instead of the silicon substrate 10 in each of the above embodiments,
For example, polycrystalline, single crystalline, or amorphous Si, Ge, Si
The substrate may be formed of C, SixGe1-x, or SixGeyC1-xy.
【0097】次に、以上の実施形態から把握することが
できる請求項以外の技術的思想を、その効果とともに以
下に記載する。 (イ)xy平面上の点Oに関して略対称に配置された第
1駆動振動子及び第2駆動振動子と、点Oに関して略対
称な略円形及び略多角形のいずれか一方の枠状に形成さ
れて前記第1駆動振動子及び第2駆動振動子を包囲する
検出振動子と、点Oに関して略対称な略円形及び略多角
形のいずれか一方の枠状に形成されて前記検出振動子を
包囲する検出側振動子と、点Oを通るy方向に対して略
対称となるように前記検出振動子に対して前記第1駆動
振動子及び第2駆動振動子をそれぞれx方向に振動可能
に浮動支持する第1駆動用ばね及び第2駆動用ばねと、
前記検出振動子及び前記検出側振動子を、該検出振動子
及び検出側振動子間に配置される基板との接続部に対し
て点Oを通るz軸廻りに互いに逆相となるねじれ回転振
動可能に浮動支持する複数の検出用ばねと、前記第1駆
動振動子及び第2駆動振動子に介装されて該第1駆動振
動子及び第2駆動振動子を連成振動させる連成ばねと、
前記第1駆動振動子及び第2駆動振動子を逆相でx方向
に振動駆動する駆動手段と、前記検出振動子の点Oを通
るz軸廻りのねじれ回転振動を検出する検出手段とを備
えたことを特徴とする角速度センサ。同構成によれば、
請求項1と同様の効果が得られるようになる。Next, technical ideas other than the claims that can be grasped from the above embodiments will be described below together with their effects. (A) The first and second driving vibrators arranged substantially symmetrically with respect to the point O on the xy plane, and formed into any one of a substantially circular shape and a substantially polygonal shape which is substantially symmetrical with respect to the point O. And a detection vibrator surrounding the first driving vibrator and the second driving vibrator, and one of a substantially circular frame and a substantially polygonal frame substantially symmetrical with respect to a point O to form the detection vibrator. The first driving vibrator and the second driving vibrator can be respectively vibrated in the x direction with respect to the detection vibrator so as to be substantially symmetric with respect to the surrounding detection side vibrator and the y direction passing through the point O. A first driving spring and a second driving spring floatingly supported;
The detection vibrator and the detection-side vibrator are torsionally rotated in opposite phases around a z-axis passing through a point O with respect to a connection portion between the detection vibrator and the substrate disposed between the detection-side vibrators. A plurality of detection springs floatingly supported as possible, and a coupling spring interposed between the first driving vibrator and the second driving vibrator to couple and vibrate the first driving vibrator and the second driving vibrator. ,
A driving means for driving the first driving vibrator and the second driving vibrator in opposite directions to vibrate in the x direction; and a detecting means for detecting a torsional rotational vibration around the z-axis passing through a point O of the detection vibrator. An angular velocity sensor characterized in that: According to the same configuration,
The same effect as the first aspect can be obtained.
【0098】[0098]
【発明の効果】以上詳述したように、請求項1に記載の
発明によれば、精度が高く、且つ、小型化を図ることが
できる角速度センサを提供することができる。As described in detail above, according to the first aspect of the present invention, it is possible to provide an angular velocity sensor that has high accuracy and can be downsized.
【0099】請求項2に記載の発明によれば、角速度の
検出精度を向上することができる。請求項3に記載の発
明によれば、外部の温度変化や外力等の印加による基板
からの応力が、検出振動子(センサ)側に伝達されるこ
とを緩和することができる。According to the second aspect of the present invention, the accuracy of detecting the angular velocity can be improved. According to the third aspect of the present invention, it is possible to reduce the transmission of the stress from the substrate due to the application of an external temperature change, external force, or the like to the detection vibrator (sensor) side.
【0100】また、応力緩和枠及び応力緩和ばねを介し
て基板に接続される駆動側振動子及び検出振動子の互い
に逆相となるねじれ回転振動の共振周波数を駆動時の共
振周波数からずらし、角速度センサの応答性を確保する
ことができる。Further, the resonance frequency of the torsional rotational vibration of the driving-side vibrator and the detection vibrator connected to the substrate via the stress relaxation frame and the stress relaxation spring is shifted from the resonance frequency at the time of driving, and the angular velocity is changed. The response of the sensor can be ensured.
【図1】本発明に係る角速度センサの第1実施形態を示
す平面図。FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of an angular velocity sensor according to the present invention.
【図2】同実施形態の電気的構成を示すブロック図。FIG. 2 is an exemplary block diagram showing the electrical configuration of the embodiment.
【図3】同実施形態の第1及び第2駆動力印加固定電極
に印加される駆動信号を示すタイムチャート。FIG. 3 is a time chart showing driving signals applied to first and second driving force application fixed electrodes of the embodiment.
【図4】同実施形態の駆動振動を示す平面図。FIG. 4 is a plan view showing driving vibration of the embodiment.
【図5】同実施形態の検出振動を示す平面図。FIG. 5 is an exemplary plan view showing the detection vibration of the embodiment;
【図6】本発明に係る角速度センサの第2実施形態を示
す平面図。FIG. 6 is a plan view showing a second embodiment of the angular velocity sensor according to the present invention.
11,71 応力緩和枠 12,72 検出振動子 13,73 駆動側振動子 16,74 第1駆動振動子 17,75 第2駆動振動子 33,34,87,88 検出用ばね 41,42,91,92 第1駆動用ばね 43,44,93,94 第2駆動用ばね 45,95 連成ばねとしての駆動同相対策ばね 11, 71 Stress relaxation frame 12, 72 Detection vibrator 13, 73 Driving vibrator 16, 74 First driving vibrator 17, 75 Second driving vibrator 33, 34, 87, 88 Detection spring 41, 42, 91 , 92 First drive spring 43, 44, 93, 94 Second drive spring 45, 95 Drive common-phase countermeasure spring as combined spring
Claims (3)
置された第1駆動振動子及び第2駆動振動子と、 点Oに関して略対称な略円形及び略多角形のいずれか一
方の枠状に形成されて前記第1駆動振動子及び第2駆動
振動子を包囲する駆動側振動子と、 点Oに関して略対称な略円形及び略多角形のいずれか一
方の枠状に形成されて前記駆動側振動子を包囲する検出
振動子と、 点Oを通るy方向に対して略対称となるように前記駆動
側振動子に対して前記第1駆動振動子及び第2駆動振動
子をそれぞれx方向に振動可能に浮動支持する第1駆動
用ばね及び第2駆動用ばねと、 前記駆動側振動子及び前記検出振動子を、該駆動側振動
子及び検出振動子間に配置される基板との接続部に対し
て点Oを通るz軸廻りに互いに逆相となるねじれ回転振
動可能に浮動支持する複数の検出用ばねと、 前記第1駆動振動子及び第2駆動振動子に介装されて該
第1駆動振動子及び第2駆動振動子を連成振動させる連
成ばねと、 前記第1駆動振動子及び第2駆動振動子を逆相でx方向
に振動駆動する駆動手段と、 前記検出振動子の点Oを通るz軸廻りのねじれ回転振動
を検出する検出手段とを備えたことを特徴とする角速度
センサ。1. A first driving vibrator and a second driving vibrator arranged substantially symmetrically with respect to a point O on an xy plane, and one of a substantially circular shape and a substantially polygonal shape substantially symmetrical with respect to the point O And a driving-side vibrator surrounding the first driving vibrator and the second driving vibrator; and a frame formed in one of a substantially circular and substantially polygonal shape substantially symmetric with respect to a point O. A first vibrator and a second vibrator in the x direction with respect to the driving vibrator so as to be substantially symmetric with respect to the y direction passing through the point O; A first driving spring and a second driving spring that are supported so as to be capable of vibrating and floating, and a connection between the driving-side vibrator and the detection vibrator and a substrate disposed between the driving-side vibrator and the detection vibrator. Torsional rotational vibrations in opposite phases around the z axis passing through point O to the part A plurality of detection springs floatingly supported, and a coupling spring interposed between the first driving vibrator and the second driving vibrator to couple and vibrate the first driving vibrator and the second driving vibrator; A driving means for oscillatingly driving the first driving vibrator and the second driving vibrator in the x direction in opposite phases; and a detecting means for detecting torsional rotational vibration around the z-axis passing through a point O of the detection vibrator. An angular velocity sensor comprising:
て、 前記基板との接続部は、前記駆動側振動子及び前記検出
振動子が点Oを通るz軸廻りの互いに逆相となるねじれ
回転振動をするときの節に略一致していることを特徴と
する角速度センサ。2. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the connection portion with the substrate has a torsional rotational vibration in which the driving-side vibrator and the detection vibrator are in opposite phases around the z-axis passing through a point O. An angular velocity sensor substantially coincident with a node at the time of performing.
において、 点Oに関して略対称な略円形及び略多角形のいずれか一
方の枠状に形成されて前記駆動側振動子及び前記検出振
動子間に配置される応力緩和枠と、 前記応力緩和枠を基板に対してxy平面上に振動可能に
浮動支持する応力緩和ばねとを備え、 前記基板との接続部は、前記応力緩和枠及び応力緩和ば
ねを介して基板に接続されることを特徴とする角速度セ
ンサ。3. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the drive-side vibrator and the detection vibrator are formed in any one of a substantially circular shape and a substantially polygonal shape that is substantially symmetric with respect to a point O. A stress relaxation frame disposed therebetween; and a stress relaxation spring for floatingly supporting the stress relaxation frame on the xy plane with respect to the substrate so that the stress relaxation frame can be vibrated. An angular velocity sensor connected to a substrate via a relaxation spring.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000074460A JP2001264069A (en) | 2000-03-16 | 2000-03-16 | Angular velocity sensor |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006524825A (en) * | 2003-04-28 | 2006-11-02 | アナログ ディバイス インコーポレイテッド | Microfabricated multi-sensor that provides 2-axis acceleration detection and 1-axis angular velocity detection |
| JP2008527319A (en) * | 2004-12-31 | 2008-07-24 | ヴェーテーイー テクノロジーズ オサケユキチュア | Vibration micro-mechanical sensor for angular velocity |
| WO2009119470A1 (en) * | 2008-03-24 | 2009-10-01 | アルプス電気株式会社 | Angular velocity sensor |
| KR101078587B1 (en) | 2008-01-07 | 2011-11-01 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | Angular velocity sensor |
| JP2013096801A (en) * | 2011-10-31 | 2013-05-20 | Mitsubishi Precision Co Ltd | Vibrating structure gyroscope with excellent output stability |
-
2000
- 2000-03-16 JP JP2000074460A patent/JP2001264069A/en active Pending
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