JPH07294262A - Angular speed sensor - Google Patents
Angular speed sensorInfo
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- JPH07294262A JPH07294262A JP6114291A JP11429194A JPH07294262A JP H07294262 A JPH07294262 A JP H07294262A JP 6114291 A JP6114291 A JP 6114291A JP 11429194 A JP11429194 A JP 11429194A JP H07294262 A JPH07294262 A JP H07294262A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、回転体の角速度を検出
する角速度センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity sensor for detecting the angular velocity of a rotating body.
【0002】[0002]
【従来の技術】ここで、図10および図11に異なった
2種類の従来技術による角速度センサを示し説明する。2. Description of the Related Art Here, two different types of conventional angular velocity sensors will be shown and described with reference to FIGS.
【0003】まず、一般的な第1の従来技術による角速
度センサを図10に示す。First, FIG. 10 shows an angular velocity sensor according to a general first prior art.
【0004】図中、1は第1の従来技術による角速度セ
ンサ、2は略Y字状の音叉型振動子を示し、該音叉型振
動子2は対向して上方に向けて延びる一対の板状振動板
2A,2Bと、該板状振動板2A,2Bを連結する肉厚
の底部2Cと、該底部2Cから音叉軸(Z軸)となる柱
2Dを介して支持する固定板2Eとから構成されてい
る。In the figure, 1 is an angular velocity sensor according to the first prior art, 2 is a substantially Y-shaped tuning fork type vibrator, and the tuning fork type vibrator 2 is a pair of plate-shaped members facing each other and extending upward. A diaphragm 2A, 2B, a thick bottom portion 2C connecting the plate-shaped diaphragms 2A, 2B, and a fixed plate 2E supported from the bottom portion 2C via a pillar 2D serving as a tuning fork axis (Z axis). Has been done.
【0005】3A,3Bは音叉型振動子2の板状振動板
2A,2Bの外側にそれぞれ固着された駆動用圧電素子
を示し、該駆動用圧電素子3A,3BはPZT等の材料
により薄膜状に形成されている。Reference numerals 3A and 3B denote driving piezoelectric elements fixed to the outer sides of the plate-like diaphragms 2A and 2B of the tuning fork type vibrator 2, respectively. The driving piezoelectric elements 3A and 3B are made of a material such as PZT and formed into a thin film. Is formed in.
【0006】4は底部2Cの側面に突設された検出部を
示し、該検出部4の両側面にはマグネットまたは電極等
によって形成された振動変位検出手段(図示せず)が設
けられている。Reference numeral 4 denotes a detecting portion provided on the side surface of the bottom portion 2C, and both sides of the detecting portion 4 are provided with vibration displacement detecting means (not shown) formed by magnets or electrodes. .
【0007】なお、便宜上、前述した角速度センサ1に
おいて、検出部4の突設された方向をX軸、板状振動板
2A,2Bの音叉振動する方向(矢示A1 ,A2 )をY
軸、柱2Dの延びる方向をZ軸とし、前記音叉型振動子
2の板状振動板2A,2BはZ軸を音叉軸(中心軸)と
するY軸方向の振動を起すようになっている。For the sake of convenience, in the above-described angular velocity sensor 1, the direction in which the detecting portion 4 is provided is the X axis and the direction in which the vibrating plates 2A and 2B vibrate (arrows A1 and A2) is Y.
The Z-axis is the extending direction of the shaft and the column 2D, and the plate-like diaphragms 2A and 2B of the tuning fork type vibrator 2 are adapted to generate vibration in the Y-axis direction with the Z-axis as the tuning fork axis (central axis). .
【0008】このように構成される第1の従来技術によ
る角速度センサ1では、駆動用圧電素子3A,3Bに振
動駆動信号を印加すると、前記板状振動板2A,2Bは
矢示A1 ,A2 方向に同じ大きさ,周期で広がるように
音叉振動し、この状態でZ軸(音叉軸)周りに音叉型振
動子2を角速度ωで回転させると、互いに逆向きのX軸
方向にF1 ,F2 というコリオリ力(慣性力)が発生す
る。このコリオリ力F1 ,F2 によるトルクが音叉型振
動子2に作用して、該音叉振動子2は捩れ振動を起す。
この捩れ振動の大きさを検出部4により検出することに
より、角速度ωを検出するようになっている。In the angular velocity sensor 1 according to the first prior art constructed as described above, when a vibration driving signal is applied to the driving piezoelectric elements 3A, 3B, the plate-shaped diaphragms 2A, 2B are directed in the directions of arrows A1, A2. When the tuning fork vibrator 2 is rotated around the Z axis (tuning fork axis) at an angular velocity ω in this state, the tuning fork vibrates so as to spread in the same magnitude and period, and F1 and F2 are given in the opposite X axis directions. Coriolis force (inertial force) is generated. The torque generated by the Coriolis forces F1 and F2 acts on the tuning fork vibrator 2, and the tuning fork vibrator 2 causes torsional vibration.
The angular velocity ω is detected by detecting the magnitude of this torsional vibration by the detection unit 4.
【0009】しかし、この第1の従来技術による角速度
センサは、機械加工によって製造されているため、微細
加工を行うことができず、大型となってしまうという欠
点がある。However, since the angular velocity sensor according to the first prior art is manufactured by machining, it has a drawback that it cannot be micromachined and becomes large in size.
【0010】この欠点を解決したものとして、図11に
示す第2の従来技術による角加速度センサも知られてい
る。なお、この角速度センサはシリコン基板等の半導体
基板を用いることにより半導体微細加工技術を利用して
製造されている。As a solution to this drawback, an angular acceleration sensor according to the second prior art shown in FIG. 11 is also known. The angular velocity sensor is manufactured by using a semiconductor fine processing technique by using a semiconductor substrate such as a silicon substrate.
【0011】図中、11は第2の従来技術による角速度
センサを示し、該角速度センサ11は、高抵抗を有する
シリコン材料によって形成された基板12と、該基板1
2上にはポリシリコン材料を加工することによって、後
述する角速度検出部が形成されている。In the figure, reference numeral 11 denotes an angular velocity sensor according to a second conventional technique. The angular velocity sensor 11 includes a substrate 12 made of a silicon material having high resistance, and the substrate 1.
An angular velocity detecting portion, which will be described later, is formed on 2 by processing a polysilicon material.
【0012】13,13は支持部を示し、該各支持部1
3は前記基板12上の前後方向に離間して設けられ、該
各支持部13には前後方向に向けて伸長する4本の支持
梁14,14,…が一体形成されている。Reference numerals 13 and 13 denote support portions, and the respective support portions 1
3 are provided on the substrate 12 so as to be separated from each other in the front-rear direction, and four support beams 14, 14, ... That extend in the front-rear direction are integrally formed on each of the support portions 13.
【0013】15は各支持梁14を介して支持された枠
状の音叉振動子を示し、該音叉振動子15は、左右方向
に離間して設けられた一対の振動板16,16と、該各
振動板16の左右側面に形成され、左右方向に伸長する
複数枚の電極板17A,17A,…を有する振動側くし
状電極17,17と、前記各振動板16から前後方向両
側に向けて伸長する8本の第1の腕部18,18,…
と、それぞれ同じ方向に伸びた4本の該各第1の腕部1
8と前記支持梁14とを連結する左右方向に伸びる第2
の腕部19,19とからなる。Reference numeral 15 denotes a frame-shaped tuning fork vibrator supported through each support beam 14, and the tuning fork vibrator 15 includes a pair of vibrating plates 16 and 16 which are spaced apart from each other in the left-right direction. Vibrating-side comb-shaped electrodes 17, 17 formed on the left and right side surfaces of each diaphragm 16 and having a plurality of electrode plates 17A, 17A, ... Eight first arm portions 18, 18, ...
And each of the four first arm portions 1 extending in the same direction.
8 extending in the left-right direction connecting 8 and the support beam 14
The arm portions 19 and 19 of the.
【0014】20,21,21は基板12上に固着され
た固定電極を示し、該固定電極20は前記振動板16の
間(即ち中央部)に位置して設けられ、各固定電極21
は基板12の左右両側に位置して設けられている。ま
た、中央部に位置した該固定電極20の左右側面には、
前記各振動板16の振動側くし状電極17に対向するよ
うに、複数枚の電極板22A,22A,…を有する固定
側くし状電極22,22が形成されている。さらに、左
右両側に位置した各固定電極21の内側側面には、前記
各振動板16の振動側くし状電極17に対向するよう
に、複数枚の電極板23A,23A,…を有する固定側
くし状電極23が形成されている。Reference numerals 20, 21 and 21 denote fixed electrodes fixed on the substrate 12. The fixed electrodes 20 are provided between the vibrating plates 16 (that is, in the center), and the fixed electrodes 21 are provided.
Are provided on both left and right sides of the substrate 12. Further, on the left and right side surfaces of the fixed electrode 20 located in the central portion,
Fixed-side comb-shaped electrodes 22, 22 having a plurality of electrode plates 22A, 22A, ... Are formed so as to face the vibrating-side comb-shaped electrodes 17 of each diaphragm 16. Further, fixed side combs having a plurality of electrode plates 23A, 23A, ... On the inner side surfaces of the fixed electrodes 21 located on both the left and right sides so as to face the vibrating side comb-shaped electrodes 17 of the respective vibrating plates 16. The electrode 23 is formed.
【0015】24,24は固定電極20を挟んで左右の
振動板16,16との間に設けられた振動発生手段とし
ての振動発生部を示し、該各振動発生部24はくし状電
極17と22とから構成されている。そして、各くし状
電極17と22とに、振動駆動信号を与えることによ
り、これらの間の静電力によって各振動板16を矢示A
1 ,A2 方向に駆動させる。Reference numerals 24 and 24 denote vibration generating portions as vibration generating means provided between the left and right vibrating plates 16 and 16 with the fixed electrode 20 interposed therebetween, and each of the vibration generating portions 24 is comb-shaped electrodes 17 and 22. It consists of and. Then, by applying a vibration drive signal to each of the comb-shaped electrodes 17 and 22, each vibration plate 16 is indicated by an arrow A by the electrostatic force between them.
Drive in the 1 and A2 directions.
【0016】一方、25,25は振動板16,16を挟
んで固定電極21,21との間に設けられた振動発生手
段としての振動発生部を示し、該各振動発生部25はく
し状電極17と23とから構成されている。そして、各
くし状電極17と23とに、振動駆動信号を与えること
により、これらの間の静電力によって各振動板16を矢
示A1 ,A2 方向に振動させる。On the other hand, reference numerals 25 and 25 denote vibration generating portions as vibration generating means provided between the fixed electrodes 21 and 21 with the diaphragms 16 and 16 sandwiched therebetween, and each of the vibration generating portions 25 is a comb-shaped electrode 17. And 23. Then, by applying a vibration drive signal to each of the comb-shaped electrodes 17 and 23, each diaphragm 16 is vibrated in the directions of arrows A1 and A2 by the electrostatic force between them.
【0017】さらに、26,26,…は各振動板16の
上下方向に貫通するスルホールを示す。Further, reference numerals 26, 26, ... Depict through holes penetrating each diaphragm 16 in the vertical direction.
【0018】このように構成される第2の従来技術によ
る角速度センサにおいては、各支持部13,各支持梁1
4および音叉振動子15をポリシリコンによって一体形
成することによって、各支持梁14および音叉振動子1
5を基板12上に浮遊した状態で支持しているから、支
持梁14および各腕部18,19の張力により、各振動
板16は左右方向と上下方向に振動可能となっている。In the angular velocity sensor according to the second prior art constructed as described above, each support portion 13 and each support beam 1
The support beam 14 and the tuning fork vibrator 1 are formed by integrally forming 4 and the tuning fork vibrator 15 with polysilicon.
Since 5 is supported in a floating state on the substrate 12, each diaphragm 16 can be vibrated in the left and right direction and the up and down direction by the tension of the support beam 14 and the arm portions 18 and 19.
【0019】次に、音叉軸(各振動板16が音叉振動す
る中心軸)となるY軸回りの角速度ωの検出動作につい
て説明するが、コリオリ力を利用して検出するという基
本的な作用においては変わるところはない。Next, the detection operation of the angular velocity ω around the Y axis, which is the tuning fork axis (the central axis where each vibrating plate 16 vibrates in the tuning fork), will be described. In the basic operation of detecting by utilizing the Coriolis force. Does not change.
【0020】まず、各振動発生部24,25に振動駆動
信号を印加すると、各振動板16が図中の矢示A1 ,A
2 のように互いに逆方向に同じ大きさで振動し、この状
態でY軸(音叉軸)回りに角速度ωで回転すると、各振
動板16にはY軸に直交する方向にコリオリ力F1 ,F
2 (慣性力)が発生する。また、このコリオリ力F1,
F2 によって振動板16に捩れ振動が生じ、この捩れ振
動の振幅変化を基板12と各振動板16間に対向配設し
た振動変位検出手段としての電極板(図示せず)によっ
て、静電容量の変化として検出し、これを角速度の検出
信号として出力するようになっている。First, when a vibration drive signal is applied to each of the vibration generators 24 and 25, each diaphragm 16 is moved by the arrows A1 and A in the figure.
As shown in Fig. 2, when they vibrate in the opposite directions with the same magnitude and rotate in this state at the angular velocity ω about the Y axis (tuning fork axis), the Coriolis forces F1 and F
2 (Inertial force) is generated. Also, this Coriolis force F1,
Torsional vibration is generated in the vibrating plate 16 due to F2, and the change in the amplitude of the torsional vibration is detected by an electrode plate (not shown) as a vibration displacement detecting means which is disposed between the substrate 12 and each vibrating plate 16 so as to be The change is detected, and this is output as an angular velocity detection signal.
【0021】この第2の従来技術においては、半導体微
細加工技術を用いて製造することができるため、第1の
従来技術に比べて非常に加工精度よく小型化できるとい
う利点がある。Since the second conventional technique can be manufactured by using the semiconductor fine processing technique, it has an advantage that it can be miniaturized with extremely high processing precision as compared with the first conventional technique.
【0022】一方、角速度センサを半導体(シリコンま
たはポリシリコン)の加工技術を用いて製造した場合に
は、半導体の機械特性から共振時のQ値が高い角速度セ
ンサを製造することが可能となる。On the other hand, when the angular velocity sensor is manufactured by using a semiconductor (silicon or polysilicon) processing technique, it becomes possible to manufacture an angular velocity sensor having a high Q value at resonance due to the mechanical characteristics of the semiconductor.
【0023】[0023]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した第
2の従来技術においては、音叉振動子15の各振動板1
6は、該各振動板16の各角部から前後方向に伸長する
各第1の腕部18と、該各第1の腕部18に連結される
左右方向に伸長する第2の腕部19とを介して各支持梁
14(各支持部13)に支持されている。このため、各
振動板16に発生するコリオリ力F1 ,F2 による捩れ
振動によって各角部と第1の腕部18との間に大きな歪
みが生じ、捩れ振動を起す振動エネルギの大部分が第1
の腕部18,第2の腕部19,支持梁14および支持部
13を介して基板12に外部伝播され、該基板12から
外部に漏れて消費されてしまうという問題がある。By the way, in the above-mentioned second prior art, each diaphragm 1 of the tuning fork vibrator 15 is described.
Reference numeral 6 denotes first arm portions 18 extending in the front-rear direction from the respective corner portions of the diaphragms 16, and second arm portions 19 extending in the left-right direction connected to the first arm portions 18. It is supported by each support beam 14 (each support portion 13) via and. Therefore, torsional vibrations caused by the Coriolis forces F1 and F2 generated in each diaphragm 16 cause a large strain between each corner and the first arm 18, and most of the vibration energy causing the torsional vibration is the first.
There is a problem that it is externally propagated to the substrate 12 through the arm portion 18, the second arm portion 19, the support beam 14 and the support portion 13, and leaks to the outside from the substrate 12 and is consumed.
【0024】この結果、音叉振動子15の各振動板16
のQ値が低くなり、該各振動板16におけるコリオリ力
F1 ,F2 の捩れ振動が小さくなり、検出感度を低下さ
せるという問題がある。As a result, each diaphragm 16 of the tuning fork vibrator 15
Has a problem in that the Q value becomes low, the torsional vibrations of the Coriolis forces F1 and F2 in the respective diaphragms 16 become small, and the detection sensitivity decreases.
【0025】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明は捩れ振動する音叉振動子の各振
動板を高い共振状態とすることにより、高感度の角速度
の検出を行うことのできる角速度センサを提供すること
を目的としている。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and the present invention is to detect the angular velocity with high sensitivity by setting the respective vibration plates of the tuning fork vibrator that are torsionally vibrated to a high resonance state. It is an object of the present invention to provide an angular velocity sensor capable of performing the above.
【0026】[0026]
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項1の発明が採用する角速度センサの構成
は、基板と、該基板上に形成された支持枠と、音叉軸を
軸中心とする音叉振動を行う一対の振動板を有する音叉
振動子と、該音叉振動子を前記基板に対して前記支持枠
を介して支持するため音叉軸上に設けられた支持梁と、
前記音叉振動子の音叉軸を回動軸中心とする角速度が加
わったときに、各振動板に生じるコリオリ力による捩れ
を伝達すべく、前記音叉振動子に連結された検出用捩れ
振動子と、該検出用捩れ振動子の振動変位を音叉軸回り
の角速度として検出する振動変位検出手段とを備え、前
記音叉振動子の各振動板から生じる音叉振動の節となる
部分を前記支持梁で固定したことにある。In order to solve the above-mentioned problems, the structure of the angular velocity sensor adopted by the invention of claim 1 is such that a substrate, a support frame formed on the substrate, and a tuning fork shaft are provided. A tuning fork vibrator having a pair of vibrating plates that vibrate in the center of the tuning fork; and a support beam provided on the tuning fork shaft for supporting the tuning fork vibrator on the substrate via the support frame,
A torsion oscillator for detection connected to the tuning fork oscillator, in order to transmit a twist due to the Coriolis force generated in each diaphragm when an angular velocity about the tuning fork shaft of the tuning fork oscillator is applied, A vibration displacement detecting means for detecting the vibration displacement of the detecting torsional vibrator as an angular velocity around the tuning fork axis, and a portion serving as a node of the tuning fork vibration generated from each diaphragm of the tuning fork vibrator is fixed by the support beam. Especially.
【0027】また、請求項2の発明が採用する角速度セ
ンサの構成は、基板と、該基板上に形成された支持枠
と、音叉軸を軸中心とする音叉振動を行う一対の振動板
を有し、該各振動板を保持する腕部によって前記支持枠
よりも小形な枠状に形成された音叉振動子と、該音叉振
動子を前記基板に対して前記支持枠を介して支持するた
め音叉軸上に設けられた支持梁と、前記音叉振動子の音
叉軸を回動軸中心とする角速度が加わったときに、各振
動板に生じるコリオリ力による捩れを伝達すべく、前記
音叉振動子と支持枠との間に位置して連結された中形な
枠状に形成された検出用捩れ振動子と、該検出用捩れ振
動子の振動変位を音叉軸回りの角速度として検出する振
動変位検出手段とを備え、前記音叉振動子の各振動板か
ら生じる音叉振動の節となる部分を前記支持梁で固定し
たことにある。Further, the structure of the angular velocity sensor adopted in the invention of claim 2 has a substrate, a support frame formed on the substrate, and a pair of vibrating plates for vibrating the tuning fork centering on the tuning fork shaft. A tuning fork vibrator formed in a frame shape smaller than the support frame by an arm portion holding each of the vibrating plates, and a tuning fork for supporting the tuning fork vibrator on the substrate via the support frame. A support beam provided on the shaft and the tuning fork vibrator to transmit the twist due to the Coriolis force generated in each diaphragm when an angular velocity about the tuning fork shaft of the tuning fork vibrator is applied as a rotation axis. A torsional vibrator for detection, which is formed in the shape of a medium frame and is connected between the supporting frame and the frame, and a vibrational displacement detection means for detecting the vibrational displacement of the torsional vibrator for detection as an angular velocity around the tuning fork axis. And a tuning fork vibration generated from each diaphragm of the tuning fork vibrator. A portion to be that there be fixed with the support beam.
【0028】さらに、請求項3の発明が採用する角速度
センサの構成は、基板と、該基板上に形成された支持枠
と、音叉軸を軸中心とする音叉振動を行う一対の振動板
を有し、該各振動板を保持する腕部によって前記支持枠
よりも小形な枠状に形成された音叉振動子と、該音叉振
動子を前記基板に対して前記支持枠を介して支持するた
め音叉軸上に設けられた支持梁と、前記音叉振動子の音
叉軸を回動軸中心とする角速度が加わったときに、各振
動板に生じるコリオリ力による捩れを伝達すべく、前記
音叉振動子内に位置して音叉軸上に連結された板状の検
出用捩れ振動子と、該検出用捩れ振動子の振動変位を音
叉軸回りの角速度として検出する振動変位検出手段とを
備え、前記音叉振動子の各振動板から生じる音叉振動の
節となる部分を前記支持梁で固定したことにある。Further, the structure of the angular velocity sensor adopted in the invention of claim 3 includes a substrate, a support frame formed on the substrate, and a pair of vibrating plates for vibrating the tuning fork centering on the tuning fork shaft. A tuning fork vibrator formed in a frame shape smaller than the support frame by an arm portion holding each of the vibrating plates, and a tuning fork for supporting the tuning fork vibrator on the substrate via the support frame. In order to transmit the twist due to the Coriolis force generated in each diaphragm when a supporting beam provided on the shaft and an angular velocity about the tuning fork shaft of the tuning fork vibrator as a rotation axis are applied, the inside of the tuning fork vibrator is transmitted. The tuning fork vibration is provided with a plate-shaped detection torsional vibrator located on the tuning fork shaft and connected to the tuning fork shaft, and vibration displacement detection means for detecting the vibrational displacement of the detection torsional vibrator as an angular velocity around the tuning fork axis. The part that becomes the node of the tuning fork vibration generated from each diaphragm of the child Some that were fixed in the support beam.
【0029】一方、請求項4の発明では、前記基板を単
結晶のシリコン材料によって形成し、前記支持枠、支持
梁、音叉振動子および検出用捩れ振動子をポリシリコン
材料によって形成することができる。On the other hand, in the invention of claim 4, the substrate can be formed of a single crystal silicon material, and the support frame, the support beam, the tuning fork vibrator and the torsional vibrator for detection can be formed of a polysilicon material. .
【0030】また、請求項5の発明では、検出用捩れ振
動子の外側には、緩衝用捩れ振動子を設けることができ
る。According to the fifth aspect of the present invention, a buffer torsion oscillator can be provided outside the detection torsion oscillator.
【0031】[0031]
【作用】請求項1の発明のように、音叉振動子は支持梁
を介して支持枠に支持され、支持梁によって支持される
音叉振動子の部分は、該音叉振動子の各振動板から発生
する音叉振動の節と一致させているから、この節は音叉
振動の不動点となり、支持梁および支持枠を介して基板
に漏れる振動エネルギを低減することができ、各振動板
をQ値が高い共振状態に保持することができる。According to the present invention, the tuning fork vibrator is supported by the support frame through the support beam, and the portion of the tuning fork vibrator supported by the support beam is generated from each diaphragm of the tuning fork vibrator. Since this is the same as the tuning fork vibration node, this node becomes a fixed point of the tuning fork vibration, and it is possible to reduce the vibration energy leaking to the substrate through the supporting beam and the supporting frame, and to make each diaphragm resonate with a high Q value. Can be held in a state.
【0032】また、請求項2の発明のように、支持枠を
大形、検出用捩れ振動子を中形、音叉振動子を小形とな
る枠状に形成することにより、該支持枠、検出用捩れ振
動子、音叉振動子および支持梁を同一平面に形成するこ
とができる。また、音叉振動子の不動点となる節の部分
を支持梁で固定することにより、各振動板をQ値が高い
共振状態に保持することができる。According to the second aspect of the present invention, by forming the support frame in a large size, the detection torsional vibrator in a medium size, and the tuning fork vibrator in a small size, the support frame and the detection frame are formed. The torsional oscillator, the tuning fork oscillator and the support beam can be formed on the same plane. Further, by fixing the node portion, which is the fixed point of the tuning fork vibrator, with the support beam, each diaphragm can be held in a resonance state where the Q value is high.
【0033】さらに、請求項3の発明のように、支持枠
を大形、音叉振動子を中形となる枠状に形成し、検出用
捩れ振動子を音叉振動子内に位置した板状に形成し、該
支持枠、音叉振動子、検出用捩れ振動子および支持梁を
同一平面に形成することができる。また、音叉振動子の
不動点となる節の部分を支持梁で固定することにより、
各振動板をQ値が高い共振状態に保持することができ
る。Further, as in the invention of claim 3, the support frame is formed in a large size, the tuning fork vibrator is formed in a medium frame shape, and the detection torsional vibrator is formed in a plate shape located in the tuning fork vibrator. The support frame, the tuning fork vibrator, the detection torsion vibrator, and the support beam can be formed on the same plane. In addition, by fixing the node part, which is the fixed point of the tuning fork vibrator, with the support beam,
Each diaphragm can be kept in a resonance state with a high Q value.
【0034】一方、請求項4の発明のように、シリコン
材料による基板上にポリシリコン材料を膜形成し、該ポ
リシリコンの膜をエッチング等を行うことにより、容易
に支持枠、音叉振動子および検出用捩れ振動子を形成で
きる。On the other hand, as in the invention of claim 4, by forming a film of a polysilicon material on a substrate made of a silicon material and etching the film of the polysilicon, the supporting frame, the tuning fork vibrator and the tuning fork vibrator are easily formed. A torsion oscillator for detection can be formed.
【0035】また、請求項5の発明のように、音叉振動
子と検出用捩れ振動子との間に緩衝用捩れ振動子を設け
ることにより、検出用捩れ振動子から外部に伝播される
捩れ振動を緩衝用捩れ振動子によって緩和することがで
き、支持梁および支持枠を介して外部に漏れる振動エネ
ルギを極めて少なくすることができる。Further, as in the fifth aspect of the present invention, by providing the buffer torsional oscillator between the tuning fork oscillator and the detection torsional oscillator, the torsional vibration propagated from the detection torsional oscillator to the outside is provided. Can be relaxed by the buffering torsional oscillator, and the vibration energy leaking to the outside through the support beam and the support frame can be extremely reduced.
【0036】[0036]
【実施例】以下、本発明の実施例を図1ないし図9に基
づき説明する。なお、実施例では前述した従来技術と同
一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する
ものとする。Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. In the embodiments, the same components as those of the above-described conventional technique are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
【0037】まず、図1ないし図3に本発明の第1の実
施例を示す。First, FIGS. 1 to 3 show a first embodiment of the present invention.
【0038】図中、31は本実施例による角速度セン
サ、32は単結晶のシリコン材料によって板状に形成さ
れた基板をそれぞれ示す。In the figure, 31 indicates an angular velocity sensor according to this embodiment, and 32 indicates a plate-shaped substrate made of a single crystal silicon material.
【0039】33は基板32上に固着され、ポリシリコ
ン材料によって大形の枠状に形成された支持枠を示し、
該支持枠33には後述する音叉軸となる支持梁34,3
4が音叉軸となるY軸方向内側に向けて突出形成されて
いる。Reference numeral 33 denotes a support frame fixed on the substrate 32 and formed in a large frame shape with a polysilicon material.
The support frame 33 includes support beams 34 and 3 which serve as tuning fork shafts described later.
Reference numeral 4 is formed so as to project inward in the Y-axis direction, which is the tuning fork axis.
【0040】ここで、前記各支持梁34,34は、支持
枠33と後述する検出用捩れ振動子40とを連結する第
1の支持梁部35,35と、前記検出用捩れ振動子40
と音叉振動子37とを連結する第2の支持梁部36,3
6とからなり、該各第2の支持梁部36は支持枠33の
中心部に向けてY軸方向に伸長する棒状支持梁部36
A,36Aと、該各棒状支持梁部36Aに連結され、先
端部36B1 ,36B1を有する略コ字状に形成された
コ字状支持梁部36B,36Bとからなる。また、該各
コ字状支持梁部36Bの各先端部36B1 には音叉振動
子37の各腕部39がそれぞれ連結されている。Here, each of the support beams 34, 34 has first support beam portions 35, 35 for connecting the support frame 33 to a detection torsion oscillator 40, which will be described later, and the detection torsion oscillator 40.
Second support beam portions 36 and 3 for connecting the tuning fork vibrator 37 with the tuning fork vibrator 37.
6 and the second support beam portions 36 extend in the Y-axis direction toward the center of the support frame 33.
A and 36A, and U-shaped support beam portions 36B and 36B that are connected to the rod-shaped support beam portions 36A and are formed in a substantially U-shape having tip portions 36B1 and 36B1. Further, each arm portion 39 of the tuning fork vibrator 37 is connected to each tip portion 36B1 of each U-shaped support beam portion 36B.
【0041】37は基板32上に位置し、小形の枠状に
ポリシリコン材料によって形成された音叉振動子を示
し、該音叉振動子37は、Y軸に平行な位置に設けられ
た一対の振動板38,38と、該各振動板38に連結さ
れ、当該音叉振動子37を枠状に形成する略コ字状の腕
部39,39とからなる。また、該音叉振動子37は前
記各腕部39に支持梁34を介して支持枠33に連結さ
れているから、該音叉振動子37は基板32上に浮遊し
た状態で支持されている。Reference numeral 37 denotes a tuning fork vibrator 37 which is located on the substrate 32 and is made of a polysilicon material in a small frame shape. The tuning fork vibrator 37 is a pair of vibrations provided in a position parallel to the Y axis. It is composed of plates 38, 38, and substantially U-shaped arm portions 39, 39 connected to the respective vibration plates 38 and forming the tuning fork vibrator 37 in a frame shape. Further, since the tuning fork vibrator 37 is connected to the support frame 33 via the support beam 34 to each of the arm portions 39, the tuning fork vibrator 37 is supported in a floating state on the substrate 32.
【0042】なお、前記音叉振動子37においては、各
振動板38が音叉振動したときの、音叉振動の節(音叉
振動の不動点)となる部分Pは腕部39,39上に存在
し、この節となる部分Pの位置に前記コ字状支持梁部3
6Bの各先端部36B1 を連結することにより、音叉振
動子37の節となる部分Pを支持梁34によって固定す
るようになっている。In the tuning fork vibrator 37, a part P which is a node of tuning fork vibration (fixing point of tuning fork vibration) when each vibrating plate 38 vibrates in tuning fork is present on the arms 39, 39. The U-shaped support beam portion 3 is provided at the position of the portion P serving as the node.
By connecting the tip portions 36B1 of 6B, the portion P serving as a node of the tuning fork vibrator 37 is fixed by the support beam 34.
【0043】40は支持枠33と音叉振動子37との間
に位置して連結された検出用捩れ振動子を示し、該検出
用捩れ振動子40は各第1の支持梁部35と各第2の支
持梁部36とによって保持され、ポリシリコン材料によ
って中形な枠状に形成され、前記音叉振動子37に発生
するコリオリ力による捩れ振動が伝達されるものであ
る。Reference numeral 40 denotes a detection torsion oscillator which is located and connected between the support frame 33 and the tuning fork oscillator 37. The detection torsion oscillator 40 has each first support beam portion 35 and each first torsion beam oscillator 35. It is held by the second support beam portion 36 and is formed in a medium frame shape by a polysilicon material, and the torsional vibration due to the Coriolis force generated in the tuning fork vibrator 37 is transmitted.
【0044】41は固定電極を示し、該固定電極41は
前記基板32の中央部に位置して固着されている。Reference numeral 41 designates a fixed electrode, which is fixed to the central portion of the substrate 32.
【0045】42,42は固定電極41を挟んで左右の
振動板38,38との間に設けられた振動発生手段とし
ての振動発生部を示し、該各振動発生部42はそれぞれ
対向する振動板38の側面38Aと固定電極41の側面
41Aとから構成されている。そして各側面38A,4
1Aとに、振動駆動信号を与えることにより、これらの
間に静電力を発生させ、この静電力により該各振動板3
8は矢示A1 ,A2 のように互いに逆方向に同じ大きさ
で振動し、当該音叉振動子37は音叉軸(Y軸)を中心
軸とする音叉振動を発生する。Reference numerals 42 and 42 denote vibration generating portions as vibration generating means provided between the left and right vibrating plates 38 and 38 with the fixed electrode 41 sandwiched therebetween, and the vibration generating portions 42 are opposed to each other. It is composed of a side surface 38A of 38 and a side surface 41A of the fixed electrode 41. And each side 38A, 4
By applying a vibration drive signal to 1A, an electrostatic force is generated between them, and this vibration plate 3
Reference numeral 8 oscillates in the same magnitude in opposite directions as indicated by arrows A1 and A2, and the tuning fork vibrator 37 generates tuning fork vibration centered on the tuning fork axis (Y axis).
【0046】43は角速度センサ31をカバーするガラ
ス基板を示し、該ガラス基板43の中央部には矩形状の
凹溝43Aが形成され、陽極接合、接着剤等によって支
持枠33上に接合されている。なお、カバーはガラス基
板43だけでなく、他の絶縁材料(例えば、セラミッ
ク、樹脂等)でもよい。Reference numeral 43 denotes a glass substrate that covers the angular velocity sensor 31, and a rectangular groove 43A is formed in the central portion of the glass substrate 43 and is joined to the support frame 33 by anodic bonding, adhesive or the like. There is. The cover is not limited to the glass substrate 43 and may be another insulating material (for example, ceramic, resin, etc.).
【0047】44,44,…は振動変位検出手段として
の検出用電極を示し、該各検出用電極44は検出用捩れ
振動子40の上面と、この面に対向するガラス基板43
の凹溝43A内にアルミニウム薄膜等によって着膜形成
されている。なお、検出用捩れ振動子40に設けられた
検出用電極44は、酸化シリコン等の絶縁膜(図示せ
ず)を介して着膜形成されている。Reference numerals 44, 44, ... Show detection electrodes as vibration displacement detection means, and each detection electrode 44 has an upper surface of the torsion oscillator 40 for detection and a glass substrate 43 facing this surface.
A film is formed in the concave groove 43A by an aluminum thin film or the like. The detection electrode 44 provided on the detection torsional oscillator 40 is formed as a film via an insulating film (not shown) such as silicon oxide.
【0048】なお、基板32は高抵抗なシリコン板によ
って形成され、支持枠33、各支持梁34、音叉振動子
37および検出用捩れ振動子40はボロン等を拡散させ
て低抵抗なポリシリコン膜によって形成されている。The substrate 32 is formed of a high resistance silicon plate, and the support frame 33, the respective support beams 34, the tuning fork vibrator 37 and the detection torsion vibrator 40 diffuse a boron or the like to form a low resistance polysilicon film. Is formed by.
【0049】本実施例による角速度センサ31は、上述
した如く構成されるが、次に検出動作について説明す
る。The angular velocity sensor 31 according to this embodiment is constructed as described above, and the detecting operation will be described below.
【0050】まず、各振動発生部42に振動駆動信号が
入力されると、固定電極41と音叉振動子37の各振動
板38との間に静電力が発生し、音叉振動子37の各振
動板38は矢示A1 ,A2 方向のような反対向きに音叉
軸(Y軸)を中心軸とする音叉振動を行う。この状態に
あるときに、音叉軸回りに角速度ωの回転力が作用する
と、各振動板38には音叉軸および音叉振動方向に直交
する方向のコリオリ力F1 ,F2 が発生する。このコリ
オリ力F1 ,F2 により音叉軸回りのトルクが第2の支
持梁部36を介して検出用捩れ振動子40に作用し、該
検出用捩れ振動子40では捩れ振動が発生する。First, when a vibration drive signal is input to each vibration generator 42, an electrostatic force is generated between the fixed electrode 41 and each vibration plate 38 of the tuning fork vibrator 37, and each vibration of the tuning fork vibrator 37 is generated. The plate 38 oscillates the tuning fork about the tuning fork axis (Y axis) in the opposite direction such as the directions A1 and A2. In this state, when a rotational force of angular velocity ω acts around the tuning fork axis, Coriolis forces F1 and F2 are generated on each diaphragm 38 in a direction orthogonal to the tuning fork axis and the tuning fork vibration direction. Due to the Coriolis forces F1 and F2, a torque around the tuning fork axis acts on the detection torsional oscillator 40 via the second support beam portion 36, and torsional vibration is generated in the detection torsional oscillator 40.
【0051】そして、この検出用捩れ振動子40の捩れ
振動の振幅変化を各検出用電極44により静電容量の変
化として検出し、角速度に対応した検出信号として外部
に導出するようになっている。Then, a change in the amplitude of the torsional vibration of the detecting torsional oscillator 40 is detected by each detecting electrode 44 as a change in the capacitance, and is output to the outside as a detection signal corresponding to the angular velocity. .
【0052】また、本実施例による角速度センサ31で
は、物が振動するときに必ず存在する振幅のない不動点
(節)に着目し、音叉振動子37における音叉振動の節
となる部分Pを、支持梁34を構成するコ字状支持梁部
36Bの各先端部36B1 で音叉振動子37の各腕部3
9を固定するようにしたから、音叉振動子37からの音
叉振動による振動エネルギが該音叉振動子37を支持す
る支持梁34を介して外部に伝達されるのを低減でき
る。そして、各振動板38を矢示A1 ,A2 方向に大き
く変位させ、Q値が高い共振状態にすることができる。Further, in the angular velocity sensor 31 according to the present embodiment, paying attention to the fixed point (node) having no amplitude, which is always present when an object vibrates, the portion P of the tuning fork vibrator 37 that becomes the node of tuning fork vibration is Each of the arm portions 3 of the tuning fork vibrator 37 is formed by each tip portion 36B1 of the U-shaped support beam portion 36B that constitutes the support beam 34.
Since 9 is fixed, it is possible to reduce the transmission of vibration energy due to the tuning fork vibration from the tuning fork vibrator 37 to the outside through the support beam 34 that supports the tuning fork vibrator 37. Then, each diaphragm 38 can be largely displaced in the directions of arrows A1 and A2 to bring them into a resonance state with a high Q value.
【0053】この結果、音叉軸(Y軸)回りに加わる角
速度ωに対するコリオリ力F1 ,F2 を大きくすること
ができ、検出用捩れ振動子40の捩れ振動を大きくして
当該角速度センサ31の検出感度を著しく向上させるこ
とができる。As a result, the Coriolis forces F1 and F2 with respect to the angular velocity ω applied around the tuning fork axis (Y axis) can be increased, the torsional vibration of the detection torsional oscillator 40 can be increased, and the detection sensitivity of the angular velocity sensor 31 can be increased. Can be significantly improved.
【0054】さらに、音叉振動子37の音叉振動におけ
る節となる部分Pを、支持梁34を構成するコ字状支持
梁部36Bの各先端部36B1 で固定することにより、
該各先端部36B1 等が振動エネルギによって振動する
のを防止し、支持梁34等の振動を実質的になくすこと
ができ、支持梁34等の各連結部における耐久性を向上
させ、当該角速度センサ31のセンサ寿命を確実に延ば
すことができる。Further, by fixing the portion P of the tuning fork vibrator 37, which serves as a node in the tuning fork vibration, with each tip end portion 36B1 of the U-shaped support beam portion 36B constituting the support beam 34,
The tip portions 36B1 and the like can be prevented from vibrating due to vibration energy, and the vibration of the support beam 34 and the like can be substantially eliminated, the durability of each connecting portion of the support beam 34 and the like can be improved, and the angular velocity sensor The sensor life of 31 can be reliably extended.
【0055】一方、本実施例における角速度センサ31
では、基板32をシリコン板によって形成し、支持枠3
3、各支持梁34、音叉振動子37および検出用捩れ振
動子40を同一平面のポリシリコン材料によって薄膜状
に一体形成している。このため、角速度センサ31の製
造時においては、基板32上に全面にポリシリコン膜を
形成し、このポリシリコン膜に支持枠33、各支持梁3
4、音叉振動子37および検出用捩れ振動子40をパタ
ーン形成する。これにより、小型の角速度センサ31の
製造を容易に行うと共に、シリコンウエハの状態での多
数個取りが可能となるから、角速度センサ31の生産性
を向上させることができる。On the other hand, the angular velocity sensor 31 in the present embodiment.
Then, the substrate 32 is formed of a silicon plate, and the support frame 3
3, the support beams 34, the tuning fork vibrator 37, and the torsional vibrator 40 for detection are integrally formed in a thin film shape with a polysilicon material on the same plane. Therefore, when manufacturing the angular velocity sensor 31, a polysilicon film is formed on the entire surface of the substrate 32, and the support frame 33 and the support beams 3 are formed on the polysilicon film.
4. The tuning fork vibrator 37 and the detection torsion vibrator 40 are patterned. Thereby, the small-sized angular velocity sensor 31 can be easily manufactured, and a large number of silicon wafers can be taken, so that the productivity of the angular velocity sensor 31 can be improved.
【0056】次に、図4ないし図6に本発明による第2
の実施例を示すに、本実施例の特徴は、検出用捩れ振動
子を当該角速度センサの中心部に位置した一枚の板状に
形成したことにある。なお、本実施例では前述した第1
の実施例と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説
明を省略するものとする。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The present embodiment is characterized in that the torsional oscillator for detection is formed in a single plate shape located at the center of the angular velocity sensor. In this embodiment, the above-mentioned first
The same components as those of the embodiment are given the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
【0057】図中、51は本実施例による角速度セン
サ、52は単結晶のシリコン材料によって板状に形成さ
れた基板をそれぞれ示す。In the figure, 51 indicates an angular velocity sensor according to this embodiment, and 52 indicates a plate-like substrate made of a single crystal silicon material.
【0058】53は基板52上に固着され、ポリシリコ
ン材料によって大形の枠状に形成された支持枠を示し、
該支持枠53には音叉軸となるY軸方向内側に向けて伸
長する支持梁54,54が突出形成されている。Reference numeral 53 denotes a support frame fixed on the substrate 52 and formed in a large frame shape by a polysilicon material.
Support beams 54, 54 are formed on the support frame 53 so as to extend inward in the Y-axis direction, which is the tuning fork axis.
【0059】ここで、前記各支持梁54,54は、支持
枠53と後述する音叉振動子57とを連結すべくY軸方
向内側に向けてに伸長する棒状支持梁部55,55と、
該各棒状支持梁部55に連結され、先端部56A,56
Aを有する略コ字状に形成されたコ字状支持梁部56,
56とからなる。また、該各コ字状支持梁部56の各先
端部56Aには音叉振動子57の腕部59が連結されて
いる。Here, each of the support beams 54, 54 has rod-shaped support beam portions 55, 55 extending inward in the Y-axis direction so as to connect the support frame 53 and a tuning fork vibrator 57 described later,
The tip end portions 56A, 56 are connected to the rod-shaped support beam portions 55.
A substantially U-shaped support beam portion 56 having A,
And 56. An arm 59 of a tuning fork vibrator 57 is connected to each tip 56A of each U-shaped support beam 56.
【0060】57は基板52上に位置し、中形の枠状に
ポリシリコン材料によって形成された音叉振動子を示
し、該音叉振動子57は、Y軸に平行となるように設け
られた一対の振動板58,58と、該各振動板58と連
結して当該音叉振動子57を枠状に形成する略コ字状の
腕部59,59とからなる。また、該音叉振動子57は
前記各腕部59を支持梁54を介して支持枠53に連結
されているから、該音叉振動子57は基板52に浮遊し
た状態で支持されている。Reference numeral 57 denotes a tuning fork vibrator 57 formed on the substrate 52 and formed of a polysilicon material in a medium frame shape. The tuning fork vibrator 57 is a pair provided so as to be parallel to the Y axis. Vibration plates 58, 58, and substantially U-shaped arm portions 59, 59 connected to the vibration plates 58 to form the tuning fork vibrator 57 in a frame shape. Further, since the tuning fork vibrator 57 is connected to the support frame 53 through the support beams 54 at the respective arm portions 59, the tuning fork vibrator 57 is supported in a floating state on the substrate 52.
【0061】なお、前記音叉振動子57においては、各
振動板58が音叉振動したときの、音叉振動の節(音叉
振動の不動点)となる部分Pは腕部59,59上に存在
し、この節となる部分Pはコ字状支持梁部56の各先端
部56Aと一致するようになっている。In the tuning fork vibrator 57, the part P which is a node of tuning fork vibration (fixing point of tuning fork vibration) when each vibrating plate 58 vibrates is present on the arms 59, 59. The portion P serving as the node coincides with each tip portion 56A of the U-shaped support beam portion 56.
【0062】60,60は振動板58の外側に面した側
面に形成され、複数枚(例えば4枚)の電極板60A,
60A,…を有する振動側くし状電極を示し、該各振動
側くし状電極60は後述する固定側くし状電極63の各
電極板63Aに対向するように配設されている。60, 60 are formed on the side surface of the vibrating plate 58 facing the outside, and a plurality of (for example, four) electrode plates 60A,
.., the vibrating-side comb-shaped electrodes 60 are arranged so as to face the electrode plates 63A of the fixed-side comb-shaped electrode 63, which will be described later.
【0063】61は音叉振動子57の各腕部59に連結
され、当該角速度センサ51の中心部に位置した板状の
検出用捩れ振動子を示し、該検出用捩れ振動子61は、
音叉振動子57からの振動変位が伝達される検出用振動
板61Aと、該検出用振動板61Aを保持すべくY軸方
向に向けて伸長する棒状の棒状腕部61B,61Bと、
該各棒状腕部61Bの先端側に略コ字状に形成され、先
端の接続部が前記コ字状支持梁部56の先端部56A,
56Aと一致する位置で音叉振動子57に連結されるコ
字状腕部61C,61Cとからなる。Reference numeral 61 denotes a plate-like detection torsional vibrator which is connected to each arm 59 of the tuning fork vibrator 57 and is located at the center of the angular velocity sensor 51. The detection torsional vibrator 61 is
A detection diaphragm 61A to which the vibration displacement from the tuning fork vibrator 57 is transmitted, and rod-shaped bar-shaped arm portions 61B and 61B extending in the Y-axis direction to hold the detection diaphragm 61A,
Each rod-shaped arm portion 61B is formed in a substantially U-shape on the tip end side, and the connecting portion at the tip is a tip end portion 56A of the U-shaped support beam portion 56.
It is composed of U-shaped arms 61C and 61C connected to the tuning fork vibrator 57 at a position corresponding to 56A.
【0064】62,62は基板52の左右に位置して固
着された固定電極を示し、該各固定電極62には、それ
ぞれ内側に位置した各振動板58に向けて突出形成され
た複数枚(例えば4枚)の電極板63A,63A,…を
有する固定側くし状電極63,63が形成されている。
ここで、くし状電極60,63間に振動駆動信号が入力
されると、該固定電極62と各振動板58との間には静
電力が発生し、この静電力により該各振動板58は矢示
A1 ,A2 のように互いに逆方向に同じ大きさで振動
し、当該音叉振動子57は音叉軸(Y軸)を中心軸とす
る音叉振動を発生する。Reference numerals 62 and 62 denote fixed electrodes that are fixedly positioned on the left and right sides of the substrate 52, and a plurality of fixed electrodes are formed on each of the fixed electrodes 62 so as to project toward the respective vibrating plates 58 located inside. Fixed side comb-shaped electrodes 63, 63 having four electrode plates 63A, 63A, ... Are formed.
Here, when a vibration drive signal is input between the comb-shaped electrodes 60 and 63, an electrostatic force is generated between the fixed electrode 62 and each diaphragm 58, and this electrostatic force causes each diaphragm 58 to move. As indicated by arrows A1 and A2, they vibrate in opposite directions with the same magnitude, and the tuning fork vibrator 57 generates tuning fork vibration about the tuning fork axis (Y axis).
【0065】64,64は振動板58,58と固定電極
62,62との間に設けられた振動発生手段としての振
動発生部を示し、該各振動発生部64はくし状電極60
と63とから構成されている。そして、各くし状電極6
0と63とに、振動駆動信号を与えることにより、これ
らの間の静電力によって各振動板58を矢示A1 ,A2
方向に振動させる。Reference numerals 64 and 64 denote vibration generating portions as vibration generating means provided between the vibrating plates 58 and 58 and the fixed electrodes 62 and 62, and each of the vibration generating portions 64 is a comb-shaped electrode 60.
And 63. And each comb-shaped electrode 6
By giving a vibration driving signal to 0 and 63, each diaphragm 58 is indicated by arrows A1 and A2 by the electrostatic force between them.
Vibrate in the direction.
【0066】65は支持枠53に接合されたカバーとし
てのガラス基板を示し、該ガラス基板65の中央部には
矩形状の凹溝65Aが形成されている。Reference numeral 65 denotes a glass substrate as a cover joined to the support frame 53, and a rectangular groove 65A is formed in the central portion of the glass substrate 65.
【0067】66,66は振動変位検出手段としての検
出用電極を示し、該各検出用電極66は検出用捩れ振動
子61の上面と、この面に対向するガラス基板65の凹
溝65A内とにアルミニウム薄膜等によって着膜形成さ
れている。なお、検出用捩れ振動子61に設けられた検
出用電極66は、酸化シリコン等の絶縁膜(図示せず)
を介して着膜形成されている。Reference numerals 66 and 66 denote detection electrodes as vibration displacement detection means. Each detection electrode 66 is provided on the upper surface of the torsion torsion oscillator 61 and on the concave groove 65A of the glass substrate 65 facing this surface. Is formed by an aluminum thin film or the like. The detection electrode 66 provided on the detection torsion oscillator 61 is an insulating film (not shown) made of silicon oxide or the like.
The film is formed through the.
【0068】このように構成される本実施例による角速
度センサ51においても、その検出動作においては上述
した第1の実施例による角速度センサ31と変わるとこ
ろはない。The angular velocity sensor 51 according to the present embodiment having the above-mentioned configuration has the same detection operation as that of the angular velocity sensor 31 according to the first embodiment.
【0069】然るに、本実施例による角速度センサ51
では、音叉振動子57の音叉振動の振幅のない節となる
部分Pを、コ字状支持梁部56の各先端部56Aで固定
するようにしたから、音叉振動子57からの音叉振動に
よる振動エネルギが該音叉振動子57を支持する支持梁
54を介して外部に伝達されるのを低減する。Therefore, the angular velocity sensor 51 according to this embodiment is
Then, since the portion P of the tuning fork vibrator 57 that serves as a node having no amplitude of the tuning fork vibration is fixed at each tip portion 56A of the U-shaped support beam portion 56, the vibration due to the tuning fork vibration from the tuning fork vibrator 57 is generated. The energy is reduced from being transmitted to the outside through the support beam 54 that supports the tuning fork vibrator 57.
【0070】これにより、各振動板58を矢示A1 ,A
2 方向に大きく変位させ、Q値が高い共振状態に保持す
ることができる。この結果、音叉軸(Y軸)回りに加わ
る角速度ωに対するコリオリ力F1 ,F2 を大きくする
ことができ、角速度センサ51の検出感度を著しく向上
させることができる。As a result, the respective vibrating plates 58 are indicated by the arrows A1 and A.
It can be largely displaced in two directions and can be maintained in a resonance state with a high Q value. As a result, the Coriolis forces F1 and F2 with respect to the angular velocity ω applied around the tuning fork axis (Y axis) can be increased, and the detection sensitivity of the angular velocity sensor 51 can be significantly improved.
【0071】また、コ字状支持梁部56の各先端部56
Aを音叉振動子57の音叉振動における節となる位置P
で連結することにより、該各先端部56Aが振動エネル
ギによって振動するのを防止し、支持梁54等の振動を
実質的になくすことができ、各連結部における耐久性を
確実に向上し、当該角速度センサ51の寿命を効果的に
延ばすことができる。Further, each tip portion 56 of the U-shaped support beam portion 56 is
A is a position P that is a node in the tuning fork vibration of the tuning fork vibrator 57.
By connecting with each other, it is possible to prevent the respective tip portions 56A from vibrating due to vibration energy and substantially eliminate the vibration of the support beam 54 and the like, and reliably improve the durability of each connecting portion. The life of the angular velocity sensor 51 can be effectively extended.
【0072】さらに、本実施例においては、音叉振動子
57の各振動板58を振動側くし状電極60で形成する
と共に、該振動側くし状電極60に対向する固定電極6
2も固定側くし状電極63で形成したから、振動側くし
状電極60の各電極板60Aと固定側くし状電極63の
各電極板63Aとの間の有効面積を大きくすることがで
きる。そして、各電極板60A,63A間に振動駆動信
号を印加したときの静電力を大きくすることができ、各
振動板58の矢示A1,A2 方向の振動を大きくし、角
速度センサ51の検出感度を一層高めることができる。Further, in this embodiment, each vibrating plate 58 of the tuning fork vibrator 57 is formed by the vibrating-side comb-shaped electrode 60, and the fixed electrode 6 facing the vibrating-side comb-shaped electrode 60.
Since 2 is also formed of the fixed-side comb-shaped electrode 63, the effective area between each electrode plate 60A of the vibrating-side comb-shaped electrode 60 and each electrode plate 63A of the fixed-side comb-shaped electrode 63 can be increased. Then, the electrostatic force when the vibration drive signal is applied between the electrode plates 60A and 63A can be increased, the vibration of the vibration plates 58 in the directions A1 and A2 can be increased, and the detection sensitivity of the angular velocity sensor 51 can be increased. Can be further enhanced.
【0073】さらに、図7ないし図9に本発明による第
3の実施例を示すに、本実施例の特徴は、第1の実施例
による角速度センサ31の支持枠33と検出用捩れ振動
子40との間に緩衝用捩れ振動子を形成したことにあ
る。なお、本実施例では前述した第1の実施例と同一の
構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するもの
とする。Further, FIG. 7 to FIG. 9 show a third embodiment according to the present invention. The features of this embodiment are that the support frame 33 of the angular velocity sensor 31 and the detection torsion oscillator 40 according to the first embodiment are provided. This is because a torsional oscillator for buffering was formed between and. In this embodiment, the same components as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
【0074】図中、71は本実施例による角速度セン
サ、72は単結晶のシリコン材料によって板状に形成さ
れた基板、73は該基板72上に固着された大形の枠状
にポリシリコン材料によって形成された支持枠をそれぞ
れ示す。In the figure, 71 is the angular velocity sensor according to the present embodiment, 72 is a substrate formed of a single crystal silicon material in a plate shape, and 73 is a large frame-shaped polysilicon material fixed on the substrate 72. The support frame formed by each is shown.
【0075】74,74は支持枠73から音叉軸となる
Y軸方向内側に向けて突出形成された支持梁を示し、該
各支持梁74,74は、支持枠73と後述する緩衝用捩
れ振動子82とを連結する第1の支持梁部75,75
と、前記緩衝用捩れ振動子82と検出用捩れ振動子81
とを連結する第2の支持梁部76,76と、前記検出用
捩れ振動子81と音叉振動子78とを連結する第3の支
持梁部77,77とからなる。そして、該各第3の支持
梁部77は支持枠73からY軸方向内側に向けて伸長す
る棒状支持梁部77A,77Aと、該各棒状支持梁部7
7Aの先端に連結され、先端部77B1 ,77B1 を有
する略コ字状のコ字状支持梁部77B,77Bとからな
り、該各コ字状支持梁部77Bの各先端部77B1 には
音叉振動子78の腕部80が連結されている。Reference numerals 74 and 74 denote support beams formed so as to project from the support frame 73 toward the inner side in the Y-axis which is the tuning fork axis. The support beams 74 and 74 are respectively supported by the support frame 73 and a torsional vibration for buffering which will be described later. First support beam portions 75, 75 for connecting the child 82
And the buffer torsion oscillator 82 and the detection torsion oscillator 81.
The second support beam portions 76 and 76 for connecting the above and the third support beam portions 77 and 77 for connecting the above-described torsional oscillator 81 for detection and the tuning fork oscillator 78. The third support beam portions 77 include rod-shaped support beam portions 77A and 77A extending inward in the Y-axis direction from the support frame 73, and the rod-shaped support beam portions 7 respectively.
7A, which is composed of substantially U-shaped support beam portions 77B and 77B having tip portions 77B1 and 77B1 and having tip portions 77B1 and 77B1, respectively, and each tip portion 77B1 of each U-shaped support beam portion 77B has a tuning fork vibration. The arms 80 of the child 78 are connected.
【0076】78は基板72上に位置し、小形の枠状に
ポリシリコン材料によって形成された音叉振動子を示
し、該音叉振動子78は、Y軸と平行に設けられた一対
の振動板79,79と、該各振動板79と連結して当該
音叉振動子78を小形な枠状に形成する略コ字状の腕部
80,80とからなる。また、該音叉振動子78は各腕
部80に支持梁74を介して支持枠73に連結されてい
るから、該音叉振動子78は基板72に浮遊した状態で
支持されている。Reference numeral 78 denotes a tuning fork vibrator formed on the substrate 72 and formed of a polysilicon material in a small frame shape. The tuning fork vibrator 78 is a pair of vibrating plates 79 provided parallel to the Y axis. , 79 and substantially U-shaped arms 80, 80 which are connected to the respective vibration plates 79 to form the tuning fork vibrator 78 in a small frame shape. Further, since the tuning fork vibrator 78 is connected to the support frame 73 via the support beam 74 to each arm 80, the tuning fork vibrator 78 is supported on the substrate 72 in a floating state.
【0077】なお、前記音叉振動子78においては、各
振動板79が音叉振動したときの、音叉振動の節(音叉
振動の不動点)となる部分Pは腕部80,80上に存在
し、この節となる部分Pの位置でコ字状支持梁部77B
の各先端部77B1 が音叉振動子78を固定するように
なっている。In the tuning fork vibrator 78, a portion P which is a node of tuning fork vibration (fixing point of tuning fork vibration) when each vibrating plate 79 vibrates in tuning fork exists on the arms 80, 80. The U-shaped support beam portion 77B at the position of the portion P serving as the node
The respective tip portions 77B1 of the are fixed to the tuning fork vibrator 78.
【0078】81は緩衝用捩れ振動子82と音叉振動子
78との間に位置し、各第2の支持梁部76と各第3の
支持梁部77とによって保持された検出用捩れ振動子を
示し、該検出用捩れ振動子81はポリシリコン材料によ
って中形な枠状に形成され、前記音叉振動子78の各振
動板79から生じるコリオリ力による捩れ振動が伝達さ
れるものである。Reference numeral 81 is located between the buffer torsion oscillator 82 and the tuning fork oscillator 78, and is a torsion torsion oscillator for detection held by the second support beam portions 76 and the third support beam portions 77. The detection torsional oscillator 81 is formed of a polysilicon material in a medium frame shape, and the torsional vibration due to the Coriolis force generated from each diaphragm 79 of the tuning fork oscillator 78 is transmitted.
【0079】82は支持枠73と検出用捩れ振動子81
との間に位置し、各第1の支持梁部75と各第2の支持
梁部76とによって保持された緩衝用捩れ振動子を示
し、該緩衝用捩れ振動子82は前記検出用捩れ振動子8
1よりも大形に形成され、該検出用捩れ振動子81から
漏れる振動エネルギを吸収するようになっている。Reference numeral 82 denotes a support frame 73 and a torsional vibrator 81 for detection.
Between the first support beam portion 75 and the second support beam portion 76, the buffer torsion torsion oscillator is shown, and the buffer torsion oscillator 82 is the detection torsion vibration. Child 8
It is formed to be larger than 1 and absorbs vibration energy leaking from the detection torsional vibrator 81.
【0080】83は固定電極を示し、該固定電極83は
前記基板72の中央部に位置して固着されている。Reference numeral 83 designates a fixed electrode, which is fixed to the central portion of the substrate 72.
【0081】84,84は振動板79,79と固定電極
83との間に設けられた振動発生手段としての振動発生
部を示し、該各振動発生部84は振動板79の側面79
Aと固定電極83の側面83A,83Aとから構成され
ている。そして、各側面79Aと83Aとに、振動駆動
信号を与えることにより、これらの間の静電力によって
各振動板79を矢示A1 ,A間に静電力を発生させ、こ
の静電力により該各振動板79は矢示A1 ,A2 のよう
に互いに逆方向に同じ大きさで振動し、当該音叉振動子
37は音叉軸(Y軸)を中心軸とする音叉振動を発生す
る。Reference numerals 84 and 84 denote vibration generating portions as vibration generating means provided between the vibration plates 79 and 79 and the fixed electrode 83. Each vibration generating portion 84 is a side surface 79 of the vibration plate 79.
A and the side surfaces 83A and 83A of the fixed electrode 83. Then, by applying a vibration drive signal to each of the side surfaces 79A and 83A, an electrostatic force between them causes each diaphragm 79 to generate an electrostatic force between the arrows A1 and A. The plate 79 oscillates in the same magnitude in opposite directions as indicated by arrows A1 and A2, and the tuning fork vibrator 37 generates tuning fork vibration centered on the tuning fork axis (Y axis).
【0082】85は角速度センサ71をカバーするガラ
ス基板を示し、該ガラス基板85の中央部には矩形状の
凹溝85Aが形成されている。なお、カバーはガラス基
板85だけでなく、他の絶縁材料(例えば、セラミッ
ク、樹脂等)でもよい。Reference numeral 85 denotes a glass substrate that covers the angular velocity sensor 71, and a rectangular groove 85A is formed in the central portion of the glass substrate 85. The cover is not limited to the glass substrate 85, but may be another insulating material (for example, ceramic, resin, etc.).
【0083】86,86,…は振動変位検出手段として
の検出用電極を示し、該各検出用電極86は検出用捩れ
振動子81の上面と、この面に対向するガラス基板85
の凹溝85A内にアルミニウム薄膜等によって着膜形成
されている。なお、検出用捩れ振動子81に設けられた
検出用電極86は、酸化シリコン等の絶縁膜(図示せ
ず)を介して着膜形成されている。Reference numerals 86, 86, ... Depict detection electrodes as vibration displacement detection means. Each detection electrode 86 has an upper surface of the torsion oscillator 81 for detection and a glass substrate 85 facing this surface.
A film is formed in the concave groove 85A by an aluminum thin film or the like. The detection electrode 86 provided on the detection torsional oscillator 81 is formed as a film via an insulating film (not shown) such as silicon oxide.
【0084】このように構成される本実施例による角速
度センサ71においては、その検出動作においては、前
述した第1の実施例による角速度センサ31と同様であ
るために、その説明は省略する。Since the angular velocity sensor 71 according to the present embodiment thus constructed has the same detecting operation as that of the angular velocity sensor 31 according to the first embodiment, the description thereof will be omitted.
【0085】然るに、本実施例の角速度センサ71にお
いても、音叉振動子78の音叉振動による節となる部分
Pを第3の支持梁部77で固定するようにしたから、捩
れ振動が支持梁74および支持枠73を介して外部に損
失されるのを低減することができ、音叉振動子78の各
振動板79の音叉振動による振幅を大きくすることがで
き、当該角速度センサ71の検出感度を向上させること
ができる。However, also in the angular velocity sensor 71 of this embodiment, since the portion P serving as the node due to the tuning fork vibration of the tuning fork vibrator 78 is fixed by the third supporting beam portion 77, the torsional vibration causes the supporting beam 74. Further, it is possible to reduce loss to the outside through the support frame 73, increase the amplitude due to the tuning fork vibration of each diaphragm 79 of the tuning fork vibrator 78, and improve the detection sensitivity of the angular velocity sensor 71. Can be made.
【0086】しかし、上述した如くに、音叉振動子78
の節となる部分Pを支持梁74で固定するようにして
も、微妙な位置ずれによる振動エネルギの漏れを防止す
ることはできず、このため、第1,第2の実施例による
角速度センサ31,51では微小な振動エネルギが損失
されている。そこで、本実施例の角速度センサ71のよ
うに、支持枠73と検出用捩れ振動子81との間に緩衝
用捩れ振動子82を設けることにより、微小な振動エネ
ルギも緩和させて外部に伝達することができる。この結
果、検出捩れ振動子81の捩れ振動も大きくなり、当該
角速度センサ71の検出感度をより向上させることがで
きる。However, as described above, the tuning fork oscillator 78
Even if the portion P serving as the node is fixed by the support beam 74, it is not possible to prevent the leakage of vibration energy due to a slight positional displacement, and therefore the angular velocity sensor 31 according to the first and second embodiments. , 51, a small amount of vibration energy is lost. Therefore, like the angular velocity sensor 71 of the present embodiment, by providing a buffer torsional vibrator 82 between the support frame 73 and the detection torsional vibrator 81, minute vibration energy is also relaxed and transmitted to the outside. be able to. As a result, the torsional vibration of the detection torsional oscillator 81 also increases, and the detection sensitivity of the angular velocity sensor 71 can be further improved.
【0087】なお、前記第3の実施例では、緩衝用捩れ
振動子82を検出用捩れ振動子81の外側に1重のみを
設けた場合を説明したが、本発明はこれに限らず、2
重,3重,…に形成してもよい。In the third embodiment, the case where the buffer torsional vibrator 82 is provided outside the detection torsional vibrator 81 only once is described, but the present invention is not limited to this.
It may be formed in multiple layers, triple layers, ....
【0088】また、前記各実施例では、音叉振動子3
7,57,78の各振動板38,58,79に音叉振動
を発生させるために、静電力を利用したが、本発明はこ
れに限らず、第1の従来技術による圧電体等を用いて音
叉振動を発生させるようにしてもよい。In each of the above embodiments, the tuning fork vibrator 3 is used.
The electrostatic force was used to generate the tuning fork vibration in each of the vibrating plates 38, 58, 79 of 7, 57, 78, but the present invention is not limited to this, and a piezoelectric body or the like according to the first conventional technique is used. Tuning fork vibration may be generated.
【0089】さらに、前記各実施例では音叉振動子3
7,57,78に発生する音叉振動の節となる部分Pを
単数とした場合について述べたが、本発明は支持梁とな
る部分Pが複数個ある場合には、その位置に対応した部
分を固定するように支持梁を形成して固定するようにす
ればよい。Further, in each of the above embodiments, the tuning fork vibrator 3 is used.
Although the case where the part P which becomes the node of the tuning fork vibration generated at 7, 57 and 78 is set to one is described, in the present invention, when there are a plurality of parts P which become the supporting beams, the part corresponding to the position is selected. A support beam may be formed so as to be fixed.
【0090】さらにまた、前記各実施例で音叉振動市3
7,57,78と、検出用捩れ振動子40,61,81
の各共振周波数に一致させることにより、検出感度の向
上をより得られる。Furthermore, in each of the above embodiments, the tuning fork vibration 3
7, 57, 78 and the torsional vibrators 40, 61, 81 for detection
The detection sensitivity can be further improved by matching the resonance frequencies of the above.
【0091】[0091]
【発明の効果】以上詳述した如く、請求項1の本発明に
よれば、音叉振動子のうちで音叉振動の節となる部分を
支持梁で固定するようにしたから、音叉振動子からの捩
れ振動による振動エネルギが支持梁および支持枠を介し
て外部に漏れるのを低減し、音叉振動子の各振動板をQ
値が高い共振状態で保持することができ、検出用捩れ振
動子に伝達される捩れ振動を大きくし、音叉軸方向の角
速度の検出感度を大幅に向上させることができる。As described above in detail, according to the present invention of claim 1, since the portion of the tuning fork vibrator which becomes the node of the tuning fork vibration is fixed by the support beam, the tuning fork vibrator is not required. Vibration energy due to torsional vibration is reduced from leaking outside through the support beam and the support frame, and each vibration plate of the tuning fork vibrator is
It can be maintained in a high-resonance state, the torsional vibration transmitted to the detection torsional oscillator can be increased, and the angular velocity detection sensitivity in the tuning fork axis direction can be significantly improved.
【0092】また、請求項2の発明では、支持枠、検出
用捩れ振動子、音叉振動子をそれぞれ枠状に形成し、各
部材を支持梁で連結するようにしたから、該支持枠、検
出用捩れ振動子、音叉振動子および支持梁を同一平面に
形成でき、製造を容易にできる。また、音叉振動子を音
叉振動の節となる部分で支持梁を介して固定することに
より、各振動板の振動を大きくして音叉軸方向の角速度
の検出感度を大幅に向上させることができる。According to the second aspect of the present invention, the support frame, the torsional oscillator for detection, and the tuning fork oscillator are each formed in a frame shape, and each member is connected by the support beam. The torsional oscillator, tuning fork oscillator and support beam can be formed on the same plane, which facilitates manufacturing. Further, by fixing the tuning fork vibrator at the portion that becomes a node of the tuning fork vibration via the support beam, the vibration of each diaphragm can be increased and the detection sensitivity of the angular velocity in the tuning fork axis direction can be greatly improved.
【0093】さらに、請求項3の発明では、支持枠およ
び音叉振動子をそれぞれ枠状に形成し、検出用捩れ振動
子を板状に形成し、各部材を支持梁で連結するようにし
たから、該支持枠、検出用捩れ振動子、音叉振動子およ
び支持梁を同一平面に形成でき、製造を容易にできる。
また、音叉振動子を音叉振動の節となる部分で支持梁を
介して固定することにより、各振動板の振動を大きくし
て音叉軸方向の角速度の検出感度を大幅に向上させるこ
とができる。Further, according to the third aspect of the invention, the support frame and the tuning fork vibrator are respectively formed in a frame shape, the detection torsional vibrator is formed in a plate shape, and each member is connected by the support beam. The support frame, the torsional oscillator for detection, the tuning fork oscillator, and the support beam can be formed on the same plane, which facilitates manufacturing.
Further, by fixing the tuning fork vibrator at the portion that becomes a node of the tuning fork vibration via the support beam, the vibration of each diaphragm can be increased and the detection sensitivity of the angular velocity in the tuning fork axis direction can be greatly improved.
【0094】一方、請求項4の発明では、基板を単結晶
のシリコン材料によって形成し、支持枠、支持梁、音叉
振動子および検出用捩れ振動子をポリシリコン材料によ
って形成することにより、該ポリシリコン材料は基板上
に薄膜形成し、該薄膜をエッチング等によってパターン
ニングすれば容易に支持枠、支持梁、音叉振動子および
検出用捩れ振動子を形成でき、角速度センサの生産性を
著しく向上できる。On the other hand, in the invention of claim 4, the substrate is made of a single crystal silicon material, and the supporting frame, the supporting beam, the tuning fork vibrator and the torsional vibrator for detection are made of a polysilicon material. If a thin film of silicon material is formed on a substrate and the thin film is patterned by etching or the like, a supporting frame, a supporting beam, a tuning fork oscillator and a torsion oscillator for detection can be easily formed, and the productivity of the angular velocity sensor can be remarkably improved. .
【0095】一方、請求項5の発明では、検出用捩れ振
動子の外側に緩衝用捩れ振動子を設けたから、該検出用
捩れ振動子からの漏れる捩れ振動を緩和することがで
き、検出捩れ振動子における捩れ振動の低減を抑え、検
出感度を向上する。On the other hand, in the fifth aspect of the invention, since the buffer torsional vibrator is provided outside the detection torsional vibrator, leaking torsional vibration from the detection torsional vibrator can be mitigated, and the detected torsional vibration can be reduced. It suppresses the reduction of torsional vibration in the child and improves the detection sensitivity.
【図1】本発明の第1の実施例による角速度センサをカ
バーの一部を破断にして示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an angular velocity sensor according to a first embodiment of the present invention with a part of a cover cut away.
【図2】図1中の矢示II−II方向からみた縦断面図であ
る。FIG. 2 is a vertical sectional view as seen from the direction of arrows II-II in FIG.
【図3】図1中の角速度センサを上側からみた上面図で
ある。FIG. 3 is a top view of the angular velocity sensor in FIG. 1 seen from above.
【図4】本発明の第2の実施例による角速度センサをカ
バーの一部を破断にして示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing an angular velocity sensor according to a second embodiment of the present invention with a part of the cover cut away.
【図5】図4中の矢示V−V方向からみた縦断面図であ
る。5 is a vertical cross-sectional view as seen from the direction of arrows VV in FIG.
【図6】図4中の角速度センサを上側からみた上面図で
ある。FIG. 6 is a top view of the angular velocity sensor in FIG. 4 seen from above.
【図7】本発明の第3の実施例による角速度センサをカ
バーの一部を破断にして示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing an angular velocity sensor according to a third embodiment of the present invention with a part of the cover cut away.
【図8】図7中の矢示VIII−VIII方向からみた縦断面図
である。8 is a vertical cross-sectional view as seen from the direction of arrows VIII-VIII in FIG.
【図9】図7中の角速度センサを上側からみた上面図で
ある。FIG. 9 is a top view of the angular velocity sensor in FIG. 7 viewed from above.
【図10】第1の従来技術による角速度センサを示す斜
視図である。FIG. 10 is a perspective view showing an angular velocity sensor according to a first conventional technique.
【図11】第2の従来技術による角速度センサを示す斜
視図である。FIG. 11 is a perspective view showing an angular velocity sensor according to a second conventional technique.
31,51,71 角速度センサ 32,52,72 基板 33,53,73 支持枠 34,54,74 支持梁 37,57,78 音叉振動子 38,58,79 振動板 39,59,80 腕部 40,61,81 検出用捩れ振動子 44,66,86 検出用電極(振動変位検出手段) 82 緩衝用捩れ振動子 P 節となる部分 31, 51, 71 Angular velocity sensor 32, 52, 72 Substrate 33, 53, 73 Support frame 34, 54, 74 Support beam 37, 57, 78 Tuning fork vibrator 38, 58, 79 Vibration plate 39, 59, 80 Arm 40 , 61, 81 Detecting torsional oscillator 44, 66, 86 Detecting electrode (vibration displacement detecting means) 82 Buffering torsional oscillator P Section to be a node
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 友保 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 田中 克彦 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tomohisa Hasegawa 2 26-10 Tenjin Tenjin, Nagaokakyo City, Kyoto Stock Company Murata Manufacturing Co., Ltd. (72) Inventor Katsuhiko Tanaka 2 26-10 Tenjin Tenjin, Nagaokakyo, Kyoto Murata Manufacturing Co., Ltd.
Claims (5)
と、音叉軸を軸中心とする音叉振動を行う一対の振動板
を有する音叉振動子と、該音叉振動子を前記基板に対し
て前記支持枠を介して支持するため音叉軸上に設けられ
た支持梁と、前記音叉振動子の音叉軸を回動軸中心とす
る角速度が加わったときに、各振動板に生じるコリオリ
力による捩れを伝達すべく、前記音叉振動子に連結され
た検出用捩れ振動子と、該検出用捩れ振動子の振動変位
を音叉軸回りの角速度として検出する振動変位検出手段
とを備え、前記音叉振動子の各振動板から生じる音叉振
動の節となる部分を前記支持梁で固定してなる角速度セ
ンサ。1. A tuning fork vibrator having a substrate, a support frame formed on the substrate, a pair of vibrating plates for vibrating the tuning fork centering on the tuning fork shaft, and the tuning fork oscillator with respect to the substrate. Support beam provided on the tuning fork shaft for supporting the tuning fork shaft by the Coriolis force generated in each diaphragm when an angular velocity about the tuning fork shaft of the tuning fork vibrator is applied. The tuning fork vibrator is provided with a detecting torsional vibrator connected to the tuning fork vibrator to transmit a torsion, and a vibration displacement detecting means for detecting a vibrational displacement of the detecting torsional vibrator as an angular velocity around the tuning fork axis. An angular velocity sensor in which a portion of a vibration of a child, which is a node of tuning fork vibration, is fixed by the support beam.
と、音叉軸を軸中心とする音叉振動を行う一対の振動板
を有し、該各振動板を保持する腕部によって前記支持枠
よりも小形な枠状に形成された音叉振動子と、該音叉振
動子を前記基板に対して前記支持枠を介して支持するた
め音叉軸上に設けられた支持梁と、前記音叉振動子の音
叉軸を回動軸中心とする角速度が加わったときに、各振
動板に生じるコリオリ力による捩れを伝達すべく、前記
音叉振動子と支持枠との間に位置して連結された中形な
枠状に形成された検出用捩れ振動子と、該検出用捩れ振
動子の振動変位を音叉軸回りの角速度として検出する振
動変位検出手段とを備え、前記音叉振動子の各振動板か
ら生じる音叉振動の節となる部分を前記支持梁で固定し
てなる角速度センサ。2. A substrate, a support frame formed on the substrate, and a pair of vibrating plates for vibrating a tuning fork centering on a tuning fork shaft, and the support is provided by an arm portion holding each vibrating plate. A tuning fork vibrator formed in a frame shape smaller than a frame, a support beam provided on a tuning fork shaft for supporting the tuning fork vibrator with respect to the substrate via the support frame, and the tuning fork vibrator Is connected between the tuning fork vibrator and the support frame so as to transmit a twist due to the Coriolis force generated in each diaphragm when an angular velocity about the tuning fork shaft of the rotation axis is applied. A vibration transducer for detecting the vibration displacement of the detection torsional oscillator as an angular velocity around the tuning fork axis, and the torsional oscillator for detection formed in a frame shape. An angular velocity sensor in which a portion that becomes a node of tuning fork vibration is fixed by the support beam.
と、音叉軸を軸中心とする音叉振動を行う一対の振動板
を有し、該各振動板を保持する腕部によって前記支持枠
よりも小形な枠状に形成された音叉振動子と、該音叉振
動子を前記基板に対して前記支持枠を介して支持するた
め音叉軸上に設けられた支持梁と、前記音叉振動子の音
叉軸を回動軸中心とする角速度が加わったときに、各振
動板に生じるコリオリ力による捩れを伝達すべく、前記
音叉振動子内に位置して音叉軸上に連結された板状の検
出用捩れ振動子と、該検出用捩れ振動子の振動変位を音
叉軸回りの角速度として検出する振動変位検出手段とを
備え、前記音叉振動子の各振動板から生じる音叉振動の
節となる部分を前記支持梁で固定してなる角速度セン
サ。3. A substrate, a support frame formed on the substrate, and a pair of vibrating plates for vibrating the tuning fork centering on the tuning fork shaft, the supporting being provided by an arm portion holding each vibrating plate. A tuning fork vibrator formed in a frame shape smaller than a frame, a support beam provided on a tuning fork shaft for supporting the tuning fork vibrator with respect to the substrate via the support frame, and the tuning fork vibrator In order to transmit the twist due to the Coriolis force generated in each vibrating plate when an angular velocity about the tuning fork shaft as a rotation axis is applied, a plate-like member located inside the tuning fork vibrator and connected on the tuning fork shaft is transmitted. A portion that serves as a node of tuning fork vibration generated from each of the vibrating plates of the tuning fork vibrator, including a detecting torsion vibrator and a vibration displacement detecting unit that detects a vibration displacement of the detecting torsion vibrator as an angular velocity around the tuning fork axis. An angular velocity sensor in which the support beam is fixed.
て形成し、前記支持枠、支持梁、音叉振動子および検出
用捩れ振動子をポリシリコン材料によって形成してなる
請求項1,2または3記載の角速度センサ。4. The substrate according to claim 1, wherein the substrate is made of a single crystal silicon material, and the supporting frame, the supporting beam, the tuning fork vibrator and the torsional vibrator for detection are made of a polysilicon material. Angular velocity sensor.
用捩れ振動子を設けてなる請求項1,2または3記載の
角速度センサ。5. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein a torsional oscillator for buffering is provided outside the torsional oscillator for detection.
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|---|---|---|---|
| JP11429194A JP3329068B2 (en) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | Angular velocity sensor |
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| JP3329068B2 JP3329068B2 (en) | 2002-09-30 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2002500961A (en) * | 1998-01-09 | 2002-01-15 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Micromechanical structural elements |
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Family Cites Families (1)
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-
1994
- 1994-04-28 JP JP11429194A patent/JP3329068B2/en not_active Expired - Lifetime
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