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JP2011209270A - Angular velocity sensor element - Google Patents

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JP2011209270A
JP2011209270A JP2011003587A JP2011003587A JP2011209270A JP 2011209270 A JP2011209270 A JP 2011209270A JP 2011003587 A JP2011003587 A JP 2011003587A JP 2011003587 A JP2011003587 A JP 2011003587A JP 2011209270 A JP2011209270 A JP 2011209270A
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JP
Japan
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angular velocity
arm
velocity sensor
sensor element
drive arm
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Pending
Application number
JP2011003587A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasunobu Kobayashi
康展 小林
Takashi Kawai
孝士 川井
Tomohiro Mitani
朋弘 三谷
Hiroyuki Fujii
弘之 藤井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an angular velocity sensor element of higher output sensitivity available for angular velocity sensors used on various electronics.SOLUTION: This invented angular velocity sensor element is designed so that shape of its first drive arm 11a and second drive arm 11b may be a folding-back structure of arm sides extending in the direction perpendicular to vibrational direction of a spindle 10. According to this structure, amount of displacement towards vibrational direction of these first and second drive arms will increase, thereby the angular velocity sensor element of higher output sensitivity can be provided.

Description

本発明は、各種電子機器に用いられる角速度センサ素子に関するものである。   The present invention relates to an angular velocity sensor element used in various electronic devices.

従来のこの種の角速度センサ素子は、図11に示されるように構成されていた。   A conventional angular velocity sensor element of this type is configured as shown in FIG.

図11は従来の角速度センサ素子の上面図である。   FIG. 11 is a top view of a conventional angular velocity sensor element.

図11において、固定部1を中心として十字方向に設けられたアーム2a,2bと、この4つのアーム2a、2bのうち対称配置された一対のアーム2aを検出アーム2aとし、残る一対のアーム2bを支持アーム2bとして、この支持アーム2bの先端に駆動アーム3を設け、駆動アーム3を矢印で示すように振動させることで、角速度が加わることで駆動アーム3にコリオリ力が働き、このコリオリ力に伴う応力がアーム2bを介して検出アーム2aに伝達され、検出アーム2aを矢印で示す方向に振動させることになり、この振動による検出アーム2aの撓みを電気信号に変換し出力する構造が知られている。   In FIG. 11, arms 2a and 2b provided in a cross direction with the fixed portion 1 as the center, and a pair of arms 2a arranged symmetrically among the four arms 2a and 2b are used as detection arms 2a, and the remaining pair of arms 2b. Is provided as a support arm 2b, and a drive arm 3 is provided at the tip of the support arm 2b, and the drive arm 3 is vibrated as indicated by an arrow, so that an angular velocity is applied to the drive arm 3 to exert a Coriolis force. Is transmitted to the detection arm 2a via the arm 2b, and the detection arm 2a is vibrated in the direction indicated by the arrow, and the structure in which the deflection of the detection arm 2a due to this vibration is converted into an electrical signal and output is known. It has been.

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。   As prior art document information related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.

特開2003−337025号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-337025

しかしながら、上記した従来の角速度センサ素子においては、駆動アーム3の中央部分を支持アーム2bに固定した片持ち梁構造であるため、駆動アーム3の振動基点となる支持アーム2bの先端部分と駆動アーム3の先端部分との変形量が少なくなり、これにより、角速度センサ素子の出力感度が小さくなってしまうという課題を有していた。   However, since the above-described conventional angular velocity sensor element has a cantilever structure in which the central portion of the drive arm 3 is fixed to the support arm 2b, the distal end portion of the support arm 2b serving as the vibration base point of the drive arm 3 and the drive arm 3 has a problem that the amount of deformation from the tip portion of the three is reduced, and the output sensitivity of the angular velocity sensor element is thereby reduced.

本発明は上記従来の課題を解決するもので、出力感度の大きな角速度センサ素子を提供することを目的とするものである。   The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide an angular velocity sensor element having high output sensitivity.

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。   In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.

本発明の請求項1に記載の発明は、一対の固定部と、この一対の固定部のうちの一方の固定部に一端が支持された第1の駆動アームと、他方の固定部に一端が支持されるとともに前記第1の駆動アームと連設された第2の駆動アームと、前記第1の駆動アームおよび第2の駆動アームの他端に支持された錘部と、前記一対の固定部の双方を連結する連結部と、前記第1の駆動アームと第2の駆動アームとのいずれか一方または両方に設けられて前記固定部と前記錘部を結ぶ方向に前記錘部を駆動振動させる圧電体層を設けた駆動電極と、前記第1の駆動アームと第2の駆動アームとのいずれか一方または両方に設けられて第1の駆動アームおよび第2の駆動アームに発生するコリオリ力を検出する圧電体層を設けた検出電極とを備え、前記第1の駆動アームおよび第2の駆動アームの形状を前記錘部の振動方向と直交する方向に延びるアーム辺の折り返し構造としたもので、この構成によれば、第1の駆動アームおよび第2の駆動アームの形状を前記錘部の振動方向と直交する方向に延びるアーム辺の折り返し構造としたため、第1の駆動アームおよび第2の駆動アームの振動方向への変位量が大きくなり、これにより、出力感度が大きくなるという作用効果を有するものである。   According to the first aspect of the present invention, a pair of fixed portions, a first drive arm having one end supported by one of the pair of fixed portions, and one end of the other fixed portion. A second drive arm supported and connected to the first drive arm; a weight portion supported on the other end of the first drive arm and the second drive arm; and the pair of fixed portions Are provided on one or both of the connecting portion for connecting both the first driving arm and the second driving arm, and the weight portion is driven to vibrate in a direction connecting the fixed portion and the weight portion. Coriolis force generated in the first drive arm and the second drive arm provided on one or both of the drive electrode provided with the piezoelectric layer and the first drive arm and the second drive arm. A detection electrode provided with a piezoelectric layer for detection; The driving arm and the second driving arm have a folded-back structure of arm sides extending in a direction perpendicular to the vibration direction of the weight portion. According to this configuration, the first driving arm and the second driving arm Since the arm has a folded-back structure that extends in a direction perpendicular to the vibration direction of the weight portion, the displacement amount of the first drive arm and the second drive arm in the vibration direction is increased, thereby increasing the output. The effect is that sensitivity is increased.

本発明の請求項2に記載の発明は、特に、角速度センサの周囲の温度が変化すると、一対の固定部の各々に弾性部を設けたため、弾性部が弾性変形することとなり、これにより、弾性部以外の固定部に引張応力が加わらなくなるから、温度変化による角速度センサ素子の駆動振動数および検出振動数の上昇が同程度となり、その結果、離調振動数が変化しづらくなるため、温度変化に対する角速度センサの出力信号が変動しないという作用効果を有するものである。   In the invention according to claim 2 of the present invention, in particular, when the temperature around the angular velocity sensor changes, the elastic portion is provided in each of the pair of fixed portions, so that the elastic portion is elastically deformed. Since the tensile stress is not applied to the fixed part other than the part, the increase in the driving frequency and detection frequency of the angular velocity sensor element due to temperature change is about the same, and as a result, the detuning frequency is difficult to change. This has the effect that the output signal of the angular velocity sensor does not fluctuate.

本発明の請求項3に記載の発明は、特に、一対の固定部の各々に孔を設けることにより孔の近傍に弾性部を設けたため、弾性部が弾性変形することとなり、これにより、弾性部以外の固定部に引張応力が加わらなくなるから、温度変化による角速度センサ素子の駆動振動数および検出振動数の上昇が同程度となり、その結果、離調振動数が変化しづらくなるため、温度変化に対する角速度センサの出力信号が変動しないとともに、一対の固定部の各々の孔以外の箇所で、一対の固定部を確実に、ASICに固定することが出来るから、角速度センサ素子をASICに固定する強度が向上するという作用効果を有するものである。   In the invention according to claim 3 of the present invention, in particular, since the elastic portion is provided in the vicinity of the hole by providing the hole in each of the pair of fixing portions, the elastic portion is elastically deformed, and thereby the elastic portion Since no tensile stress is applied to any other fixed part, the increase in the drive frequency and detection frequency of the angular velocity sensor element due to temperature change is about the same, and as a result, the detuned frequency is less likely to change. The output signal of the angular velocity sensor does not fluctuate, and since the pair of fixing portions can be securely fixed to the ASIC at locations other than the holes of the pair of fixing portions, the strength for fixing the angular velocity sensor element to the ASIC is high. It has the effect of improving.

以上のように、本発明の角速度センサ素子は、一対の固定部と、この一対の固定部のうちの一方の固定部に一端が支持された第1の駆動アームと、他方の固定部に一端が支持されるとともに前記第1の駆動アームと連設された第2の駆動アームと、前記第1の駆動アームおよび第2の駆動アームの他端に支持された錘部と、前記一対の固定部の双方を連結する連結部と、前記第1の駆動アームと第2の駆動アームとのいずれか一方または両方に設けられて前記固定部と前記錘部を結ぶ方向に前記錘部を駆動振動させる圧電体層を設けた駆動電極と、前記第1の駆動アームと第2の駆動アームとのいずれか一方または両方に設けられて第1の駆動アームおよび第2の駆動アームに発生するコリオリ力を検出する圧電体層を設けた検出電極とを備え、前記第1の駆動アームおよび第2の駆動アームの形状を前記錘部の振動方向と直交する方向に延びるアーム辺の折り返し構造としたもので、この構成によれば、第1の駆動アームおよび第2の駆動アームの形状を前記錘部の振動方向と直交する方向に延びるアーム辺の折り返し構造としたため、第1の駆動アームおよび第2の駆動アームの振動方向への変位量が大きくなり、これにより、出力感度が大きな角速度センサ素子を提供することができるという効果を有するものである。   As described above, the angular velocity sensor element of the present invention includes a pair of fixed portions, a first drive arm whose one end is supported by one of the pair of fixed portions, and one end at the other fixed portion. Is supported, the second drive arm is connected to the first drive arm, the weight is supported at the other end of the first drive arm and the second drive arm, and the pair of fixings. Drive the vibration of the weight part in the direction connecting the fixed part and the weight part, provided on one or both of the connecting part for connecting both of the parts and the first drive arm and the second drive arm. Coriolis force generated in the first driving arm and the second driving arm provided on one or both of the driving electrode provided with the piezoelectric layer to be driven and the first driving arm and the second driving arm. And a detection electrode provided with a piezoelectric layer for detecting The shape of the first drive arm and the second drive arm is a folded structure of arm sides extending in a direction orthogonal to the vibration direction of the weight portion. According to this configuration, the first drive arm and Since the shape of the second drive arm is a folded structure of the arm side extending in the direction orthogonal to the vibration direction of the weight portion, the displacement amount of the first drive arm and the second drive arm in the vibration direction increases. Thereby, an angular velocity sensor element having a high output sensitivity can be provided.

本発明の実施の形態1における角速度センサ素子を用いた角速度センサを示す分解斜視図1 is an exploded perspective view showing an angular velocity sensor using an angular velocity sensor element according to Embodiment 1 of the present invention. 同角速度センサ素子の上面図Top view of the same angular velocity sensor element 同角速度センサ素子の駆動振動状態を示す模式図Schematic diagram showing the drive vibration state of the same angular velocity sensor element 同角速度センサ素子の検出振動状態を示す模式図Schematic diagram showing the detected vibration state of the same angular velocity sensor element 同角速度センサ素子に設けられた電極の伸縮原理を示す模式図Schematic diagram showing the principle of electrode expansion and contraction provided in the same angular velocity sensor element 同角速度センサ素子の駆動原理を示す模式図Schematic diagram showing the driving principle of the same angular velocity sensor element 同角速度センサ素子の検出原理を示す模式図Schematic diagram showing the detection principle of the same angular velocity sensor element 本発明の実施の形態2における角速度センサ素子の上面図The top view of the angular velocity sensor element in Embodiment 2 of this invention 同角速度センサ素子の弾性部が変形する状態を示す上面図Top view showing a state where the elastic part of the angular velocity sensor element is deformed 同実施の形態2における他の角速度センサ素子の例を示す上面図Top view showing an example of another angular velocity sensor element in the second embodiment 従来の角速度センサ素子の模式図Schematic diagram of conventional angular velocity sensor element

(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1における角速度センサ素子について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the angular velocity sensor element according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の実施の形態1における角速度センサ素子を用いた角速度センサを示す分解斜視図、図2は同角速度センサ素子の上面図である。   FIG. 1 is an exploded perspective view showing an angular velocity sensor using the angular velocity sensor element according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a top view of the angular velocity sensor element.

図1,図2において、角速度センサ素子を用いた角速度センサの基本構造はパッケージ4内に角速度センサ素子5と、この角速度センサ素子5に駆動信号を印加する駆動制御回路および角速度センサ素子5から出力された検出信号を処理する検出回路を包含するASIC6を配置し、パッケージ4の開口をリッド7で封口した構造となっている。なお、ASIC6および角速度センサ素子5は防振対策用のTABテープ8を介してパッケージ4に取り付けられている。   1 and 2, the basic structure of an angular velocity sensor using an angular velocity sensor element is an angular velocity sensor element 5 in a package 4, a drive control circuit for applying a drive signal to the angular velocity sensor element 5, and an output from the angular velocity sensor element 5. An ASIC 6 including a detection circuit for processing the detected signal is arranged, and the opening of the package 4 is sealed with a lid 7. The ASIC 6 and the angular velocity sensor element 5 are attached to the package 4 via a TAB tape 8 for anti-vibration measures.

また、角速度センサ素子5は図2に示されるように、9aは第1の固定部で、この第1の固定部9aは第2の固定部9bと連結部9cにより連結されている。そして、前記第1の固定部9aと第2の固定部9bとを挟む両側に錘部10を対称配置し、それぞれの錘部10を第1の駆動アーム11aおよび第2の駆動アーム11bで各々接続した形状となっており、第1の駆動アーム11a上には後述する駆動電極12を設けている。一方、第2の駆動アーム11bには駆動電極12、検出電極13およびモニタ電極14が適宜配置され、前記第1の固定部9aおよび第2の固定部9bに設けられたパッド電極15と接続配線16を介して接続されている。なお、それぞれの第1の駆動アーム11aおよび第2の駆動アーム11bは第1の固定部9aおよび第2の固定部9bと錘部10を結ぶ方向(X軸方向)と直交する向き(Y軸方向)に延びるアーム辺の折り返し構造となっている。   As shown in FIG. 2, the angular velocity sensor element 5 is a first fixing portion 9a, and the first fixing portion 9a is connected to the second fixing portion 9b by a connecting portion 9c. The weight portions 10 are symmetrically arranged on both sides of the first fixed portion 9a and the second fixed portion 9b, and the weight portions 10 are respectively connected to the first drive arm 11a and the second drive arm 11b. It has a connected shape, and a drive electrode 12 described later is provided on the first drive arm 11a. On the other hand, the drive electrode 12, the detection electrode 13, and the monitor electrode 14 are appropriately disposed on the second drive arm 11b, and the pad electrode 15 and the connection wiring provided on the first fixed portion 9a and the second fixed portion 9b. 16 is connected. Each of the first drive arm 11a and the second drive arm 11b has a direction (Y-axis) orthogonal to the direction (X-axis direction) connecting the first fixed part 9a and the second fixed part 9b and the weight part 10 (Y-axis). The arm side is folded back in the direction).

そして、ASIC6で形成された駆動信号をパッド電極15、接続配線16を介して駆動電極12に駆動信号を印加することで、図3に示すように錘部10をX軸方向に伸縮するように振動させ、この駆動振動状態において角速度センサ素子5の基板面(XY平面)に垂直な方向(Z軸方向)に回転軸を有する角速度を受けることでコリオリ力が生じ、このコリオリ力により第1の駆動アーム11aおよび第2の駆動アーム11bが図4に示すようにY軸方向に振動するようになり、この検出振動による第1の駆動アーム11aおよび第2の駆動アーム11bの変形を図2に示す検出電極13で検知し電気信号に変換し、この検出信号を接続配線16、パッド電極15を介してASIC6に出力する構造となっている。また、モニタ電極14は駆動アーム11の振幅や駆動周期を検出してその情報をASIC6にフィードバックさせ駆動信号および検出信号を制御するために設けている。   Then, the drive signal formed by the ASIC 6 is applied to the drive electrode 12 via the pad electrode 15 and the connection wiring 16 so that the weight portion 10 expands and contracts in the X-axis direction as shown in FIG. In this driving vibration state, a Coriolis force is generated by receiving an angular velocity having a rotation axis in a direction (Z-axis direction) perpendicular to the substrate surface (XY plane) of the angular velocity sensor element 5 in this driving vibration state. The drive arm 11a and the second drive arm 11b vibrate in the Y-axis direction as shown in FIG. 4, and the deformation of the first drive arm 11a and the second drive arm 11b due to this detected vibration is shown in FIG. The detection electrode 13 shown in FIG. 2 converts the detection signal into an electrical signal, and outputs the detection signal to the ASIC 6 via the connection wiring 16 and the pad electrode 15. The monitor electrode 14 is provided to detect the amplitude and drive period of the drive arm 11 and feed back the information to the ASIC 6 to control the drive signal and the detection signal.

なお、角速度センサ素子5はSiからなる基板上に駆動電極12、検出電極13、モニタ電極14などを設けた構造であり、各電極構造は図5に示すように基板17上に設けられたPtからなる下部電極18と、この下部電極18上に設けられたPZTからなる圧電体層19と、この圧電体層19上に設けられたAuからなる上部電極20とからなる積層電極であり、下部電極18をグランド接続した状態で上部電極20に正電圧を印加すると電極の積層方向に対して圧縮力が働き、基板17が面内方向で伸びるものである。一方、上部電極20に負電圧を印加すると電極の積層方向に対して引張力が働き、基板17が面内方向に縮むものである。また、この逆の現象として、第1の駆動アーム11aおよび第2の駆動アーム11bを撓ませ、圧電体層19を縮ませれば負電圧が生じ、圧電体層19を伸ばせば正電圧が生じる。なお、上部電極20と圧電体層19の間や下部電極18と圧電体層19との間には特に図示していないが層間の密着力を高めるためTiからなる密着層(図示せず)が介在している。   The angular velocity sensor element 5 has a structure in which a drive electrode 12, a detection electrode 13, a monitor electrode 14 and the like are provided on a substrate made of Si, and each electrode structure is Pt provided on a substrate 17 as shown in FIG. A laminated electrode comprising a lower electrode 18 made of, a piezoelectric layer 19 made of PZT provided on the lower electrode 18, and an upper electrode 20 made of Au provided on the piezoelectric layer 19. When a positive voltage is applied to the upper electrode 20 with the electrode 18 connected to the ground, a compressive force acts in the electrode stacking direction, and the substrate 17 extends in the in-plane direction. On the other hand, when a negative voltage is applied to the upper electrode 20, a tensile force acts in the electrode stacking direction, and the substrate 17 contracts in the in-plane direction. Further, as a reverse phenomenon, if the first drive arm 11a and the second drive arm 11b are bent and the piezoelectric layer 19 is contracted, a negative voltage is generated, and if the piezoelectric layer 19 is extended, a positive voltage is generated. . Although not particularly shown between the upper electrode 20 and the piezoelectric layer 19 and between the lower electrode 18 and the piezoelectric layer 19, there is an adhesion layer (not shown) made of Ti in order to increase the adhesion between the layers. Intervene.

そして、この角速度センサ素子5を駆動させるにあたっては、図6に示されるように錘部10側に接続されたアーム辺を一点鎖線21a,21bで示すように縦横の中心軸(縦の中心軸はアーム辺の延伸方向の中心軸21aとし、横の中心軸はアーム辺の撓みの変曲点を含む延伸方向と直交する中心軸21bとする)で4分割する。そして、駆動電極12を錘部10に近接する側とその対角位置に配置し、これらに同じ電位の駆動信号を印加するように制御することで、共に正電圧を印加すれば共に圧縮力が発生し伸びが生じ、アーム辺がS字状に撓む。一方、負電圧を印加すれば共に引張応力が発生し縮みが生じ、アーム辺が正電圧を印加した場合と逆に撓もうとするので、この動作を繰り返すことで錘部10を駆動振動させることが出来るものである。   When the angular velocity sensor element 5 is driven, as shown in FIG. 6, the arm sides connected to the weight portion 10 side are vertically and horizontally centered as indicated by alternate long and short dashed lines 21a and 21b (the longitudinally centered axis is A central axis 21a in the extending direction of the arm side, and a horizontal central axis is defined as a central axis 21b orthogonal to the extending direction including the bending inflection point of the arm side). Then, the drive electrode 12 is disposed on the side close to the weight portion 10 and the diagonal position thereof, and is controlled so that a drive signal having the same potential is applied thereto. Occurs and stretches, and the arm side bends in an S-shape. On the other hand, if a negative voltage is applied, tensile stress is generated and shrinkage occurs, and the arm side tends to bend in the opposite direction to the case where a positive voltage is applied. Is something you can do.

なお、第1の駆動アーム11aおよび第2の駆動アーム11bを錘部10の振動方向と直交するアーム辺の折り返し構造とし、このアーム辺の撓みにより第1の駆動アーム11aおよび第2の駆動アーム11bの振幅を確保したことで、図11に示す従来の片持ち梁構造の駆動アーム3の振幅より多くの振幅が得られるとともに、アーム辺が振動方向と直交する方向に延出していることから、個々のアーム辺の全体で撓み振動するのでコリオリ力を受けやすい構造であり、結果として角速度センサ素子5の検出レベルを向上させている。   The first drive arm 11a and the second drive arm 11b have a folded-back structure on the arm side perpendicular to the vibration direction of the weight portion 10, and the first drive arm 11a and the second drive arm are bent by the bending of the arm side. By securing the amplitude of 11b, a larger amplitude than that of the drive arm 3 having the conventional cantilever structure shown in FIG. 11 is obtained, and the arm side extends in a direction perpendicular to the vibration direction. Since each arm side is bent and vibrated, the structure is easy to receive Coriolis force. As a result, the detection level of the angular velocity sensor element 5 is improved.

また、この角速度センサ素子5において図4に示す検出振動から検出信号を形成するにあたっては、図7に示すように検出電極13をアーム辺の延伸方向の中心軸22aに対して偏芯させた位置に配置することで、コリオリ力によるアーム辺の撓み成分を効率よく電気信号に変換できる。   Further, in forming the detection signal from the detection vibration shown in FIG. 4 in the angular velocity sensor element 5, the position where the detection electrode 13 is eccentric with respect to the central axis 22a in the extending direction of the arm side as shown in FIG. By arranging in the position, the deflection component of the arm side due to the Coriolis force can be efficiently converted into an electric signal.

すなわち、第1の駆動アーム11aおよび第2の駆動アーム11bを構成するアーム辺は、図4で示したように、角速度が印加された状態で弓なりに撓むので、この弓なりの撓みに対して検出信号を形成しなければならず、図7に示すように検出電極13がアーム辺の中心軸22aより右側に偏芯させて設ければ、アーム辺が図中左側に撓む場合、アーム辺の右半分には検出電極13を伸ばす力が加わるので正電圧が誘起され、アーム辺が図中右側に撓む場合、アーム辺の右半分には検出電極13を縮ませる力が加わるので負電圧が誘起されるものである。   That is, as shown in FIG. 4, the arm sides constituting the first drive arm 11a and the second drive arm 11b bend like a bow when an angular velocity is applied. If a detection signal must be formed and the detection electrode 13 is provided eccentrically to the right side of the central axis 22a of the arm side as shown in FIG. Since a force that stretches the detection electrode 13 is applied to the right half of the arm, a positive voltage is induced, and when the arm side is bent to the right side in the figure, a force that contracts the detection electrode 13 is applied to the right half of the arm side. Is induced.

また、第1の駆動アーム11aおよび第2の駆動アーム11bをアーム辺の折り返し構造としたことで、1つの錘部10に対して第1の駆動アーム11aおよび第2の駆動アーム11bを連設し、第1の駆動アーム11aを第2の駆動アーム11bと対称形状とすることで、駆動振動の方向性を高めることが出来る。なお、各第1の駆動アーム11aおよび第2の駆動アーム11bに設けられる駆動電極12についても同様に対称配置することで、より駆動振動の方向性を高めることができる。   Further, since the first drive arm 11 a and the second drive arm 11 b have the arm side folding structure, the first drive arm 11 a and the second drive arm 11 b are connected to the single weight portion 10. The direction of drive vibration can be improved by making the first drive arm 11a symmetrical with the second drive arm 11b. Note that the drive electrodes 12 provided on the first drive arms 11a and the second drive arms 11b are similarly arranged symmetrically, so that the direction of drive vibration can be further improved.

さらに、本発明の実施の形態1における角速度センサ素子においては、第1の固定部9aと第2の固定部9bとを連結部9cで連結しているため、角速度センサ素子に角速度が働かない状態において、第1の駆動アーム11aおよび第2の駆動アーム11bが駆動方向と垂直な方向であるコリオリ力が生じる方向に移動することを防止することができるという作用効果を有するものである。   Furthermore, in the angular velocity sensor element according to the first embodiment of the present invention, the first fixing portion 9a and the second fixing portion 9b are connected by the connecting portion 9c, so that the angular velocity does not act on the angular velocity sensor element. In this case, the first drive arm 11a and the second drive arm 11b can be prevented from moving in the direction in which the Coriolis force, which is the direction perpendicular to the drive direction, is generated.

なお、上述した角速度センサにおいては、角速度センサ素子5としてSiからなる基板17上にPZTを用いた積層電極を配置した構造を挙げて説明したが、基板17を水晶などの圧電体で構成し基板17の対向面に対向電極を形成した構造としても、角速度センサ素子5における駆動振動の振幅を大きくでき、検出レベルが高められる構成に変わりはなく同様の効果を奏することが出来る。   In the above-described angular velocity sensor, the structure in which the laminated electrode using PZT is arranged on the substrate 17 made of Si as the angular velocity sensor element 5 has been described. However, the substrate 17 is configured by a piezoelectric body such as quartz. Even in the structure in which the opposing electrode is formed on the 17 opposing surfaces, the amplitude of the drive vibration in the angular velocity sensor element 5 can be increased, and the same effect can be achieved without changing the configuration in which the detection level is increased.

(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2における角速度センサ素子について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, the angular velocity sensor element according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図8は本発明の実施の形態2における角速度センサ素子の上面図である。   FIG. 8 is a top view of the angular velocity sensor element according to the second embodiment of the present invention.

実施の形態1の図2と同じものは同一符号を付し説明を省略する。   The same components as those in FIG. 2 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

実施の形態1の図2と相違するのは、第1の固定部31に第1の孔32を設けることにより、第1の孔32の近傍に第1の弾性部33を設けるとともに、第2の固定部34に第2の孔35を設けることにより、第2の孔35の近傍に第2の弾性部36を設けた点である。   2 is different from FIG. 2 of the first embodiment in that the first elastic portion 33 is provided in the vicinity of the first hole 32 by providing the first hole 32 in the first fixing portion 31, and the second The second elastic portion 36 is provided in the vicinity of the second hole 35 by providing the second hole 35 in the fixing portion 34 of the second fixing portion 34.

ここで、角速度センサの周囲の温度が25℃〜−40℃まで変化する場合を考える。図1に示すように、本発明の実施の形態1におけるASIC6に角速度センサ素子5を固定すると、角速度センサ素子5およびASIC6の熱膨張係数の差により、ASIC6よりも、角速度センサ素子5の方が大きく収縮する。そうすると、角速度センサ素子5における第1の固定部9aおよび第2の固定部9bに引張応力が加わる。そして、(表1)に示すように、角速度センサ素子5の駆動振動数fdが約107Hz上昇し、一方、検出振動数fsが33Hz上昇する。そのため、角速度センサ素子5の離調振動数Δfが74Hz変化する。この離調振動数Δfの変化により、角速度センサの出力信号が変化する。   Here, the case where the temperature around the angular velocity sensor changes from 25 ° C. to −40 ° C. is considered. As shown in FIG. 1, when the angular velocity sensor element 5 is fixed to the ASIC 6 in Embodiment 1 of the present invention, the angular velocity sensor element 5 is more than the ASIC 6 due to the difference in thermal expansion coefficient between the angular velocity sensor element 5 and the ASIC 6. It contracts greatly. Then, tensile stress is applied to the first fixed portion 9a and the second fixed portion 9b in the angular velocity sensor element 5. As shown in (Table 1), the driving frequency fd of the angular velocity sensor element 5 increases by about 107 Hz, while the detected frequency fs increases by 33 Hz. Therefore, the detuning frequency Δf of the angular velocity sensor element 5 changes by 74 Hz. Due to the change in the detuning frequency Δf, the output signal of the angular velocity sensor changes.

Figure 2011209270
Figure 2011209270

本発明の実施の形態2における角速度センサ素子においては、第1の固定部31に第1の孔32を設けることにより第1の孔32の近傍に第1の弾性部33を設けるとともに、第2の固定部34に第2の孔35を設けることにより第2の孔35の近傍に第2の弾性部36を設けたため、図9に示すように、第1の弾性部33および第2の弾性部36が弾性変形することとなり、これにより、第1の弾性部33および第2の弾性部36以外の第1の固定部31および第2の固定部34に引張応力が加わらなくなるから、(表2)に示すように、角速度センサ素子5の駆動振動数の上昇が107Hz、一方、検出振動数の上昇が94Hzと、両者の上昇が同程度となる。   In the angular velocity sensor element according to the second embodiment of the present invention, the first elastic portion 33 is provided in the vicinity of the first hole 32 by providing the first hole 32 in the first fixing portion 31, and the second Since the second elastic portion 36 is provided in the vicinity of the second hole 35 by providing the second hole 35 in the fixing portion 34, the first elastic portion 33 and the second elastic portion 33 are provided as shown in FIG. Since the portion 36 is elastically deformed, tensile stress is not applied to the first fixing portion 31 and the second fixing portion 34 other than the first elastic portion 33 and the second elastic portion 36 (Table As shown in 2), the increase in the driving frequency of the angular velocity sensor element 5 is 107 Hz, while the increase in the detection frequency is 94 Hz, both increases being similar.

Figure 2011209270
Figure 2011209270

その結果、離調振動数Δfの変化が12Hzと小さくなるため、温度変化に対する角速度センサの出力信号の変化量が小さくなるとともに、第1の固定部31の第1の孔32以外の箇所および第2の固定部34の第2の孔35以外の箇所で、第1の固定部31および第2の固定部34を確実に、ASIC6に固定することが出来るから、角速度センサ素子5をASIC6に固定する強度が向上するという作用効果を有するものである。   As a result, since the change in the detuning frequency Δf is as small as 12 Hz, the amount of change in the output signal of the angular velocity sensor with respect to the temperature change is small, and the first fixed portion 31 other than the first hole 32 and the first Since the first fixing portion 31 and the second fixing portion 34 can be reliably fixed to the ASIC 6 at a place other than the second hole 35 of the second fixing portion 34, the angular velocity sensor element 5 is fixed to the ASIC 6. This has the effect of improving the strength to be improved.

なお、本発明の実施の形態2における角速度センサ素子5においては、第1の固定部31に第1の孔32を設けることにより第1の孔32の近傍に第1の弾性部33を設けるとともに、第2の固定部34に第2の孔35を設けることにより第2の孔35の近傍に第2の弾性部36を設ける構成としたが、図10に示すように、第1の固定部37に切欠部38を設けることにより、第1の弾性部39を設けるとともに、第2の固定部40に切欠部41を設けることにより、第2の弾性部42を設けても同様の効果を有するものである。   In the angular velocity sensor element 5 according to the second embodiment of the present invention, the first elastic portion 33 is provided in the vicinity of the first hole 32 by providing the first hole 32 in the first fixing portion 31. The second elastic portion 36 is provided in the vicinity of the second hole 35 by providing the second hole 35 in the second fixing portion 34. However, as shown in FIG. In addition to providing the first elastic portion 39 by providing the notched portion 38 in 37, providing the second elastic portion 42 by providing the notched portion 41 in the second fixing portion 40 has the same effect. Is.

本発明は、角速度センサ素子の検出レベルを高めるという効果を有し、特にナビゲーションシステムなどの小型で高感度な特性を要求する角速度センサに用いる角速度センサ素子として有用なものである。   The present invention has an effect of increasing the detection level of the angular velocity sensor element, and is particularly useful as an angular velocity sensor element used for an angular velocity sensor that requires a small and highly sensitive characteristic such as a navigation system.

9a,31,37 第1の固定部
9b,34,40 第2の固定部
9c 連結部
10 錘部
11a 第1の駆動アーム
11b 第2の駆動アーム
12 駆動電極
13 検出電極
19 圧電体層
9a, 31, 37 First fixed portion 9b, 34, 40 Second fixed portion 9c Connecting portion 10 Weight portion 11a First drive arm 11b Second drive arm 12 Drive electrode 13 Detection electrode 19 Piezoelectric layer

Claims (3)

一対の固定部と、この一対の固定部のうちの一方の固定部に一端が支持された第1の駆動アームと、他方の固定部に一端が支持されるとともに前記第1の駆動アームと連設された第2の駆動アームと、前記第1の駆動アームおよび第2の駆動アームの他端に支持された錘部と、前記一対の固定部の双方を連結する連結部と、前記第1の駆動アームと第2の駆動アームとのいずれか一方または両方に設けられて前記固定部と前記錘部を結ぶ方向に前記錘部を駆動振動させる圧電体層を設けた駆動電極と、前記第1の駆動アームと第2の駆動アームとのいずれか一方または両方に設けられて第1の駆動アームおよび第2の駆動アームに発生するコリオリ力を検出する圧電体層を設けた検出電極とを備え、前記第1の駆動アームおよび第2の駆動アームの形状を前記錘部の振動方向と直交する方向に延びるアーム辺の折り返し構造とした角速度センサ素子。 A pair of fixed portions, a first drive arm having one end supported by one of the pair of fixed portions, and one end supported by the other fixed portion and connected to the first drive arm. A second driving arm provided; a weight portion supported by the other ends of the first driving arm and the second driving arm; a connecting portion that connects both the pair of fixing portions; and the first A drive electrode provided with a piezoelectric layer provided on one or both of the drive arm and the second drive arm and configured to drive and vibrate the weight portion in a direction connecting the fixed portion and the weight portion; A detection electrode provided on one or both of the first drive arm and the second drive arm and provided with a piezoelectric layer that detects Coriolis force generated in the first drive arm and the second drive arm; The first drive arm and the second drive arm. Angular velocity sensor which has a folded structure of the arm side extending arm of the shape in the direction orthogonal to the vibration direction of the weight portion. 一対の固定部の各々に弾性部を設けた請求項1記載の角速度センサ素子。 The angular velocity sensor element according to claim 1, wherein an elastic portion is provided in each of the pair of fixed portions. 一対の固定部の各々に孔を設けることにより孔の近傍に弾性部を設ける構成とした請求項2記載の角速度センサ素子。 The angular velocity sensor element according to claim 2, wherein an elastic part is provided in the vicinity of the hole by providing a hole in each of the pair of fixed parts.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015031512A (en) * 2013-07-31 2015-02-16 セイコーエプソン株式会社 Vibrator, electronic device, electronic apparatus, and mobile unit
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