JPH09325031A - 振動型角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出感度及び検出感度の安定性を向上させ
る。 【解決手段】 基板１１上に配設された振動体１２を基
板１１と平行方向に振動させ、角速度入力によって発生
する振動体１２の、基板１１と垂直方向の変位を検出し
て入力角速度を検知する振動型角速度センサにおいて、
振動体１２を上記垂直方向に変位させることができる復
元手段を設ける。復元手段は振動体１２と復元用電極３
１とで構成され、それら間の静電気力を用いる。加速度
入力による振動体１２の変位を静電気力により防止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は振動型角速度セン
サの構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の振動型角速度センサの構造を図３
及び図４に示す。なお、図４は各部を分解して示したも
のである。基板１１上に、基板１１と対向して振動体１
２が配設される。振動体１２は方形状の質量部１３と、
その質量部１３の４隅からそれぞれ延長されて質量部１
３を支持するヒンジ状支持部１４と、その各支持部１４
の先端に設けられたワイヤ（リード線）接続用のパッド
を兼ねる固定部１５とよりなり、各固定部１５は絶縁層
１６を介して基板１１に固定されている。従って、この
絶縁層１６の厚さ分、質量部１３及び支持部１４は基板
１１から離間されており、支持部１４が弾性変形するこ
とによって質量部１３は変位可能とされている。なお、
質量部１３の互いに対向する二辺にはそれぞれ後述する
駆動電極及びモニタ電極と対向するくし歯状の電極１７
及び１８が形成されている。

【０００３】質量部１３に形成された電極１７と対向す
るくし歯状の駆動電極１９は絶縁層２１を介して基板１
１上に設けられ、一方電極１８と対向するくし歯状のモ
ニタ電極２２が同様に絶縁層２３を介して基板１１上に
設けられる。駆動電極１９及びモニタ電極２２にはそれ
ぞれワイヤ接続用のパッド２４及び２５が形成されてい
る。

【０００４】基板１１の、振動体１２の質量部１３と対
向する板面には検出電極２６が配設され、質量部１３と
検出電極２６とは平行対向されて、それら間に静電容量
を有する構成とされる。検出電極２６はこの例では基板
１１の板面に埋め込まれており、その一端が質量部１３
の外側に位置するように導出されて、その導出部分にパ
ッド２７が設けられている。

【０００５】この振動型角速度センサ２８は固定部１５
及びパッド２４、２５、２７にそれぞれ所要の配線が施
されて使用される。以下、その動作を説明する。駆動電
極１９と振動体１２との間に、電圧を印加し、振動体１
２を基板１１に対して平行に振動させる。この振動状態
をモニタ電極２２及び振動体１２間の静電容量を検出す
ることによってモニタし、静電容量の変化量が一定にな
るように、即ち振動振幅が一定になるように、駆動電極
１９及び振動体１２間の印加電圧を制御する。図５Ａ，
Ｂはこの印加電圧及びモニタ静電容量を示したものであ
る。

【０００６】振動体１２が基板１１と平行方向に振動し
ている状態で、角速度Ωが入った場合、振動体１２は基
板１１と垂直方向に、駆動電極１９による駆動周波数に
同期したコリオリ力を受けて変位し、検出電極２６及び
振動体１２間のギャップが変動する。従って、検出電極
２６及び振動体１２間の静電容量の変化を検出すること
によって、入力角速度に比例した出力を得ることがで
き、この出力から入力角速度を検知することができる。
図５Ｃはこの検出静電容量の一例を示したものであり、
図中ΔＣが角速度入力によるコリオリ出力となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構造の
振動型角速度センサ２８では、加速度入力によっても振
動体１２の変位が発生するため、検出静電容量は角速度
入力によるコリオリ出力ΔＣと加速度入力によるバイア
ス成分を含んだものとなり、検出感度がこのバイアス成
分の変動の影響を受け、つまり入力加速度の変動の影響
を受けるため、検出感度の安定性に欠けるものとなって
いた。

【０００８】また、加速度入力によって振動体１２が変
位した場合に、最悪、振動体１２と検出電極２６とが接
触することがないように、検出電極２６及び振動体１２
間のギャップ量を、想定される加速度入力に応じて所要
量確保しておく必要があり、その分ギャップを小さくす
ることができないものとなっているため、静電容量検出
において十分な検出感度を得るのが困難となっていた。

【０００９】この発明の目的は上述した従来の問題点に
鑑み、十分で、かつ安定した検出感度を得ることができ
る振動型角速度センサを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、基板上に、その基板と対向して配設された振動体を
基板と平行方向に振動させ、角速度入力によって発生す
るコリオリ力による振動体の、基板と垂直方向の変位を
検出して入力角速度を検知する振動型角速度センサにお
いて、振動体を上記垂直方向に変位させることができる
復元手段が設けられる。

【００１１】請求項２の発明では、請求項１の発明にお
いて、復元手段が振動体と、振動体に対向する復元用電
極とで構成され、それら振動体及び復元用電極間の静電
気力を用いるものとされる。請求項３の発明では、請求
項２の発明において、振動体の変位の検出が静電容量に
よるものであって、その検出手段が振動体と、振動体に
対向する検出電極とで構成され、その検出電極と復元用
電極とが同一平面上に位置される。

【００１２】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図面を参
照して実施例により説明する。図１はこの発明の一実施
例を示したものであり、図２は各部を分解して示したも
のである。なお、図３及び４と対応する部分には同一符
号を付し、その説明を省略する。

【００１３】この例では図２に示すように、振動体１２
の質量部１３と対向する基板１１の板面に、検出電極２
６と共に復元用電極３１が設けられる。検出電極２６と
復元用電極３１とは基板１１の板面に埋め込まれて同一
平面上に位置され、共に質量部１３と平行対向される。
復元用電極３１はこの例では検出電極２６を囲むように
コ字状に配されており、その一端が質量部１３の外側に
位置するように、検出電極２６とは反対方向に導出され
て、その導出部分にパッド３２が設けられている。

【００１４】この復元用電極３１はパッド３２に配線が
施され、振動体１２との間に電位を有するように電圧が
印加されるもので、これにより振動体１２及び復元用電
極３１間に静電気力が発生する構成とされており、即ち
図３に示した従来の振動型角速度センサ２８に対して、
この例では振動体１２と復元用電極３１とよりなる復元
手段が設けられ、静電気力によって振動体１２を基板１
１と垂直方向に変位させることができるものとなってい
る。

【００１５】上記のような構成を有する振動型角速度セ
ンサ３３は例えば以下のようにして作製される。基板１
１にはシリコンウェハが用いられる。検出電極２６及び
復元用電極３１はこのシリコンウェハ上に拡散層を形成
することによって作製でき、絶縁層１６、２１及び２３
は酸化膜によって形成される。また、振動体１２、駆動
電極１９及びモニタ電極２２は、ポリシリコン膜からフ
ォトリソグラフィによって形成される。なお、パッド２
７及び３２にはアルミニウムや金などの金属が用いられ
る。

【００１６】次に、この振動型角速度センサ３３による
角速度の検出について説明する。振動体１２と復元用電
極３１との間に予め電位を与え、振動体１２を基板１１
に近接する方向に所定量変位させておく。この状態で駆
動電極１９と振動体１２との間に電圧を印加して振動体
１２を基板１１と平行方向に振動させ、角速度Ωの入力
による振動体１２の基板１１と垂直方向の変位を、検出
電極２６及び振動体１２間の静電容量の変位として検出
する。

【００１７】この時、検出静電容量が駆動周波数以外に
おいて一定となるように、つまり図５Ｃにおけるバイア
ス成分Ｃ_B が一定となるように、復元用電極３１及び振
動体１２間の印加電圧を制御する。これにより、検出感
度はバイアス成分Ｃ_B の変動の影響を受けないものとな
り、よって安定した検出感度を得ることができる。つま
り、この振動型角速度センサ３３によれば復元手段によ
って検出電極２６及び振動体１２間のギャップの加速度
入力による変動を防止することができるため、入力加速
度の影響を受けない安定したコリオリ出力を得ることが
でき、また加速度入力によってギャップが変動しないた
め、その分ギャップを小さく設定でき、よって検出感度
の向上を図ることができる。

【００１８】なお、上述した例では構成の簡易化を図る
べく、検出電極２６と復元用電極３１とを基板１１の同
一平面上に設けているが、この構成に限らず、例えば検
出電極２６と復元用電極３１とを振動体１２の質量部１
３を挟んで質量部１３の両側に設ける構成としてもよ
い。この場合は検出電極２６及び復元用電極３１の振動
体１２との対向面積をそれぞれ大きくすることができ
る。

【００１９】また、振動体１２を変位させる復元手段は
この例では静電気力を用いる構成としているが、例えば
ローレンツ力を利用する構成とすることも可能である。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明では振動
体１２を基板１１と垂直方向、つまりコリオリ力の検出
方向に変位可能な復元手段を設けたことにより、加速度
入力による振動体１２の変位を防止することができるた
め、検出感度は入力加速度の変動の影響を受けないもの
となり、よって安定した検出感度を得ることができる。

【００２１】また、加速度入力による振動体１２の変位
を考慮しなくてもよいため、振動体１２のコリオリ力に
よる変位を例えば静電容量により検出する場合に、その
ギャップを小さく設定することができ、よって検出感度
の向上を図ることができる。従って、この発明によれば
入力加速度の影響を受けることなく、入力角速度を精度
良く検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す斜視図。

【図２】図１を各部に分解して示した斜視図。

【図３】従来の振動型角速度センサを示す斜視図。

【図４】図３を各部に分解して示した斜視図。

【図５】Ａは振動体駆動印加電圧を示す図、Ｂはモニタ
静電容量を示す図、Ｃは検出静電容量を示す図。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、その基板と対向して配設され
   た振動体を上記基板と平行方向に振動させ、角速度入力
   によって発生するコリオリ力による上記振動体の、上記
   基板と垂直方向の変位を検出して入力角速度を検知する
   振動型角速度センサにおいて、 上記振動体を上記垂直方向に変位させることができる復
   元手段を設けたことを特徴とする振動型角速度センサ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の振動型角速度センサにお
   いて、上記復元手段が上記振動体と、上記振動体に対向
   する復元用電極とで構成され、それら振動体及び復元用
   電極間の静電気力を用いるものであることを特徴とする
   振動型角速度センサ。
3. 【請求項３】 請求項２記載の振動型角速度センサにお
   いて、上記振動体の変位の検出が静電容量によるもので
   あって、その検出手段が上記振動体と、上記振動体に対
   向する検出電極とで構成され、その検出電極と上記復元
   用電極とが同一平面上に位置されていることを特徴とす
   る振動型角速度センサ。