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JP7014267B2 - Physical quantity sensors and electronic devices - Google Patents

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JP7014267B2
JP7014267B2 JP2020125059A JP2020125059A JP7014267B2 JP 7014267 B2 JP7014267 B2 JP 7014267B2 JP 2020125059 A JP2020125059 A JP 2020125059A JP 2020125059 A JP2020125059 A JP 2020125059A JP 7014267 B2 JP7014267 B2 JP 7014267B2
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Japan
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vibrating
axis direction
axis
physical quantity
quantity sensor
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照夫 瀧澤
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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Description

本発明は、物理量センサーおよびそれを用いた電子機器に関する。 The present invention relates to a physical quantity sensor and an electronic device using the same.

近年、デジタルカメラ等の撮像機器の手ぶれ補正や、GPS信号を用いた車両等の移動体ナビゲーションシステムなどの姿勢制御として、角速度を検出する角速度センサーが多く用いられている。また、角速度センサーとして、1つのセンサーで互いに直交する3軸のそれぞれの軸まわりの角速度を検出できるようなものも知られている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, angular velocity sensors that detect angular velocities have been widely used for image stabilization of imaging devices such as digital cameras and attitude control of moving object navigation systems such as vehicles using GPS signals. Further, as an angular velocity sensor, one that can detect the angular velocity around each of the three axes orthogonal to each other with one sensor is also known (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1に記載のセンサーは、円環状の駆動質量と、その中心に配置されたアンカーと、駆動質量とアンカーとを連結する弾性アンカー要素と、アンカーが固定された基板2とを有しており、駆動質量を回転振動させた状態で、各軸まわりの角速度を検知するように構成されている。
しかしながら、このような構成では、駆動質量の振動が、弾性アンカー要素およびアンカーを介して基板2に伝達し振動漏れが生じる。このような振動漏れが生じると、センサーの振動のQ値が低下する(すなわち、エネルギー損失を招く)。振動のQ値が低下すると、所望の振動振幅が得られなくなり、センサーの検出感度が悪化する。また、必要な振幅を得るために高い駆動能力の駆動装置が必要となり、センサーの大型化を招いてしまう。
The sensor described in Patent Document 1 has an annular driving mass, an anchor arranged at the center thereof, an elastic anchor element connecting the driving mass and the anchor, and a substrate 2 to which the anchor is fixed. It is configured to detect the angular velocity around each axis while the drive mass is rotationally vibrated.
However, in such a configuration, the vibration of the driving mass is transmitted to the substrate 2 via the elastic anchor element and the anchor, and vibration leakage occurs. When such vibration leakage occurs, the Q value of the vibration of the sensor decreases (that is, it causes energy loss). When the Q value of vibration decreases, the desired vibration amplitude cannot be obtained, and the detection sensitivity of the sensor deteriorates. In addition, a drive device having a high drive capacity is required to obtain the required amplitude, which leads to an increase in the size of the sensor.

特開2007-271611号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-2716111

本発明の目的は、Q値が高く、高い検出感度を有する小型の物理量センサーおよびそれを用いた電子機器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a small physical quantity sensor having a high Q value and high detection sensitivity and an electronic device using the same.

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の物理量センサーは、互いに直交する2つの軸を第1軸および第2軸としたとき、
円環振動可能なリング部と、
前記リング部を支持する4つの支持部と、
前記支持部の各々と前記リング部の前記円環振動の節となる部位とを連結する4つの梁と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第1軸と平行な方向に対向配置された一対の第1質量部と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第2軸と平行な方向に対向配置された一対の第2質量部と、
前記第1質量部の各々が前記リング部に対して前記第1軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第1質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第1バネ部と、
前記第2質量部の各々が前記リング部に対して前記第2軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第2質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第2バネ部と、
前記一対の第1質量部および前記一対の第2質量部のうちの少なくとも一方を前記第1軸および前記第2軸を含む平面方向に第1の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第1質量部の各々が有する前記可動部および前記第2質量部の各々が有する前記可動部の変位量を電気信号に変換する少なくとも1つのトランスデューサーと、を有し、
前記リング部は、前記第1の周波数に応じて、前記第1軸と平行な方向および前記第2軸と平行な方向に対して円環振動することを特徴とする。
これにより、Q値が高く、高い検出感度を有する小型の物理量センサーを提供することができる。
Such an object is achieved by the following invention.
In the physical quantity sensor of the present invention, when two axes orthogonal to each other are defined as the first axis and the second axis,
Ring part that can vibrate in a circle and
The four support parts that support the ring part and
Four beams connecting each of the support portions and the ring portion of the ring portion to be a node of the annular vibration,
A pair of first mass parts having a movable part and arranged to face each other in a direction parallel to the first axis via the ring part.
A pair of second mass parts having a movable part and arranged to face each other in a direction parallel to the second axis via the ring part.
A pair of first springs connecting each of the first mass parts and the ring portion so that each of the first mass parts can vibrate in a direction parallel to the first axis with respect to the ring portion. Department and
A pair of second springs connecting each of the second mass parts and the ring portion so that each of the second mass parts can vibrate in a direction parallel to the second axis with respect to the ring portion. Department and
Vibration that causes at least one of the pair of first mass parts and the pair of second mass parts to vibrate in a plane direction including the first axis and the second axis so as to be in opposite phase to each other at the first frequency. Means and
It has at least one transducer that converts the displacement amount of the movable part of each of the first mass parts and the movable part of each of the second mass parts into an electric signal.
The ring portion is characterized in that it vibrates in an annulus in a direction parallel to the first axis and a direction parallel to the second axis according to the first frequency.
This makes it possible to provide a small physical quantity sensor having a high Q value and high detection sensitivity.

本発明の物理量センサーは、互いに直交する2つの軸を第1軸および第2軸としたとき、
円環振動可能なリング部と、
前記リング部を支持する4つの支持部と、
前記支持部の各々と前記リング部の前記円環振動の節となる4つの固定点とを連結する4つの梁と、
前記第2軸と平行な軸まわりに変位可能な第1可動部および前記第2軸と平行な方向に変位可能な第2可動部を有し、前記リング部を介して前記第1軸と平行な方向に対向配置された一対の第1質量部と、
前記第1軸と平行な軸まわりに変位可能な第3可動部および前記第1軸と平行な方向に変位可能な第4可動部を有し、前記リング部を介して前記第2軸と平行な方向に対向配置された一対の第2質量部と、
前記第1質量部の各々が前記リング部に対して前記第1軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第1質量部の各々と前記リングとを連結する一対の第1バネ部と、
前記第2質量部の各々が前記リングに対して前記第2軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第2質量部の各々と前記リングとを連結する一対の第2バネ部と、
前記一対の第1質量部および前記一対の第2質量部のうちの少なくとも一方を前記第1軸および前記第2軸を含む平面方向に第1の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第1質量部の各々が有する第1可動部および前記第2質量部の各々が有する第3可動部の変位量を電気得信号に変換するトランスデューサーと、
前記第1質量部の各々が有する第2可動部および前記第2質量部の各々が有する第4可動部の変位量を電気得信号に変換するトランスデューサーと、を有し、
前記リング部は、前記第1の周波数に応じて、前記第1軸と平行な方向および前記第2軸と平行な方向に対して円環振動することを特徴とする。
これにより、Q値が高く、高い検出感度を有する小型の物理量センサーを提供することができる。
The physical quantity sensor of the present invention has two axes orthogonal to each other as the first axis and the second axis.
Ring part that can vibrate in a circle and
The four support parts that support the ring part and
Four beams connecting each of the support portions and the four fixed points serving as the nodes of the ring vibration of the ring portion,
It has a first movable portion that can be displaced around an axis parallel to the second axis and a second movable portion that can be displaced in a direction parallel to the second axis, and is parallel to the first axis via the ring portion. A pair of first mass parts arranged to face each other in parallel directions,
It has a third movable portion that can be displaced around an axis parallel to the first axis and a fourth movable portion that can be displaced in a direction parallel to the first axis, and is parallel to the second axis via the ring portion. A pair of second mass parts arranged so as to face each other in parallel directions,
A pair of first spring portions connecting each of the first mass parts and the ring so that each of the first mass parts can vibrate in a direction parallel to the first axis with respect to the ring portion. When,
A pair of second spring portions connecting each of the second mass parts and the ring so that each of the second mass parts can vibrate in a direction parallel to the second axis with respect to the ring. ,
Vibration that causes at least one of the pair of first mass parts and the pair of second mass parts to vibrate in a plane direction including the first axis and the second axis so as to be in opposite phase to each other at the first frequency. Means and
A transducer that converts the displacement amount of the first movable part of each of the first mass parts and the displacement amount of the third movable part of each of the second mass parts into an electric gain signal.
It has a transducer that converts the displacement amount of the second movable part of each of the first mass parts and the displacement amount of the fourth movable part of each of the second mass parts into an electric gain signal.
The ring portion is characterized in that it vibrates in an annulus in a direction parallel to the first axis and a direction parallel to the second axis according to the first frequency.
This makes it possible to provide a small physical quantity sensor having a high Q value and high detection sensitivity.

本発明の物理量センサーでは、前記リング部を支持する基板を有し、
前記基板は、半導体基板、絶縁基板、或いは半導体層と絶縁層が積層してなる複合基板で構成されていることが好ましい。
これにより、装置構成が簡単なものとなる。
本発明の物理量センサーでは、前記リング部は、外径と内径とを備え、内径より内側は空隙となっており、前記リング部は弾性変形可能であることが好ましい。
これにより、リング部をより効率的に円環振動させることができる。
The physical quantity sensor of the present invention has a substrate that supports the ring portion, and has a substrate.
The substrate is preferably composed of a semiconductor substrate, an insulating substrate, or a composite substrate in which a semiconductor layer and an insulating layer are laminated.
This simplifies the device configuration.
In the physical quantity sensor of the present invention, it is preferable that the ring portion has an outer diameter and an inner diameter, the inner side of the inner diameter is a gap, and the ring portion is elastically deformable.
This makes it possible to vibrate the ring portion more efficiently.

本発明の物理量センサーでは、前記第1バネ部は、それぞれ、前記第2軸と平行な方向への変形および前記第1軸と前記第2軸とに直交する軸と平行な方向への変形が規制されており、
前記第2バネ部は、それぞれ、前記第1軸と平行な方向への変形および前記第1軸と前記第2軸とに直交する軸と平行な方向への変形が規制されていることが好ましい。
これにより、第1質量部を第1軸と平行な方向に安定して振動させることができ、第2質量部を第2軸と平行な方向へ安定して振動させることができる。
In the physical quantity sensor of the present invention, the first spring portion is deformed in a direction parallel to the second axis and deformed in a direction parallel to an axis orthogonal to the first axis and the second axis, respectively. It is regulated and
It is preferable that the second spring portion is restricted from being deformed in a direction parallel to the first axis and deformed in a direction parallel to an axis orthogonal to the first axis and the second axis, respectively. ..
As a result, the first mass part can be stably vibrated in the direction parallel to the first axis, and the second mass part can be stably vibrated in the direction parallel to the second axis.

本発明の物理量センサーでは、前記4つの支持部は、前記一対の第1質量部および前記一対の第2質量部の内側かつ前記リング部の外側に位置しており、前記リング部の中心と交わる前記第1軸および前記第2軸に対して鏡面対称の位置に設けられたことが好ましい。
これにより、装置の小型化を図ることができる。また、リング部を安定して支持することができる。
In the physical quantity sensor of the present invention, the four support portions are located inside the pair of first mass parts and the pair of second mass parts and outside the ring portion, and intersect with the center of the ring portion. It is preferable that the first axis and the second axis are provided at positions symmetrical with respect to the mirror plane.
As a result, the size of the device can be reduced. In addition, the ring portion can be stably supported.

本発明の物理量センサーでは、前記梁の各々は、前記リングの中心からの動径方向への変位が規制されていることが好ましい。
これにより、振動漏れをより効果的に防止または抑制することができる。
本発明の物理量センサーでは、前記振動手段は、静電駆動、圧電駆動のいずれかであることが好ましい。
これにより、効率的に、第1質量部および第2質量部を振動させることができる。
In the physical quantity sensor of the present invention, it is preferable that the displacement of each of the beams in the radial direction from the center of the ring is regulated.
Thereby, vibration leakage can be prevented or suppressed more effectively.
In the physical quantity sensor of the present invention, it is preferable that the vibration means is either electrostatically driven or piezoelectrically driven.
Thereby, the first mass part and the second mass part can be vibrated efficiently.

本発明の物理量センサーでは、前記トランスデューサーは、静電型、圧電型、ピエゾ抵抗型のいずれかの検知能力を有していることが好ましい。
これにより、検知能力の優れた物理量センサーとなる。
本発明の物理量センサーでは、前記トランスデューサーは、前記第1軸まわりの角速度、前記第2軸まわりの角速度および前記第1軸と前記第2軸の両軸に直交する第3軸まわりの角速度を検知することが好ましい。
これにより、角速度センサーとして用いることができる。
In the physical quantity sensor of the present invention, it is preferable that the transducer has a detection capability of any of electrostatic type, piezoelectric type and piezo resistance type.
This makes the physical quantity sensor excellent in detection ability.
In the physical quantity sensor of the present invention, the transducer measures the angular velocity around the first axis, the angular velocity around the second axis, and the angular velocity around the third axis orthogonal to both the first axis and the second axis. It is preferable to detect it.
This makes it possible to use it as an angular velocity sensor.

本発明の物理量センサーでは、前記トランスデューサーは、それぞれ他の前記トランスデューサーと組になることにより、所定方向の直線加速度を電気的にキャンセルすることが好ましい。
これにより、角速度の検知精度が向上する。
本発明の物理量センサーでは、前記トランスデューサーも各々は、固有の共振周波数を有することが好ましい。
これにより、共振モードで駆動することができるため、角速度の検知精度がより向上する。
In the physical quantity sensor of the present invention, it is preferable that the transducers are paired with the other transducers to electrically cancel the linear acceleration in a predetermined direction.
This improves the detection accuracy of the angular velocity.
In the physical quantity sensor of the present invention, it is preferable that each of the transducers also has a unique resonance frequency.
As a result, it is possible to drive in the resonance mode, so that the detection accuracy of the angular velocity is further improved.

本発明の物理量センサーでは、前記リング部の前記円環振動は、前記第1軸と平行な方向に収縮すると共に前記第2軸と平行な方向に伸張する状態と、前記第1軸と平行な方向に伸張すると共に前記第2軸と平行な方向に収縮する状態とを繰り返す振動であることが好ましい。
本発明の物理量センサーでは、前記リング部の前記第1軸および前記第2軸の両軸から45度傾斜した部位に前記第1バネ部の各々および前記第2バネ部の各々が接続されたことが好ましい。
これにより、リング部の円環振動が外部に漏れるのを効果的に防止または抑制することができる。
In the physical quantity sensor of the present invention, the annular vibration of the ring portion contracts in a direction parallel to the first axis and expands in a direction parallel to the second axis, and is parallel to the first axis. It is preferable that the vibration repeats a state of expanding in a direction and contracting in a direction parallel to the second axis.
In the physical quantity sensor of the present invention, each of the first spring portion and each of the second spring portion is connected to a portion of the ring portion that is inclined by 45 degrees from both the first axis and the second axis. Is preferable.
This makes it possible to effectively prevent or suppress the ring vibration of the ring portion from leaking to the outside.

本発明の物理量センサーは、前記一対の第1質量部および前記一対の第2質量部の集合体の投影外形がほぼ円形であることを特徴とする。
これにより、装置の小型化を図ることができる。
本発明の物理量センサーは、前記一対の第1質量部および前記一対の第2質量部の集合体の投影外形がほぼ矩形であることを特徴とする。
これにより、装置の小型化を図ることができる。
The physical quantity sensor of the present invention is characterized in that the projected outer shape of the aggregate of the pair of first mass parts and the pair of second mass parts is substantially circular.
As a result, the size of the device can be reduced.
The physical quantity sensor of the present invention is characterized in that the projected outer shape of the aggregate of the pair of first mass parts and the pair of second mass parts is substantially rectangular.
As a result, the size of the device can be reduced.

本発明の物理量センサーでは、前記振動手段は、前記第1質量部の各々および前記第2質量部の各々の内側に接続されていることが好ましい。
これにより、装置の小型化を図ることができる。
本発明の物理量センサーでは、前記トランスデューサーは、前記第1質量部の各々および前記第2質量部の各々の内側に接続されていることが好ましい。
これにより、装置の小型化を図ることができる。
In the physical quantity sensor of the present invention, it is preferable that the vibrating means is connected to the inside of each of the first mass parts and each of the second mass parts.
As a result, the size of the device can be reduced.
In the physical quantity sensor of the present invention, it is preferable that the transducer is connected to the inside of each of the first mass parts and each of the second mass parts.
As a result, the size of the device can be reduced.

本発明の物理量センサーは、互いに直交する2つの軸を第1軸および第2軸としたとき、
伸縮可能な連結部と、
前記連結部の該連結部の中心と交わる前記第1軸および前記第2軸の両軸から所定角度傾斜した位置に設けられ、前記連結部を支持する4つの支持部と、
前記支持部の各々と前記連結部とを連結する4つの梁と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第1軸と平行な方向に対向配置された一対の第1質量部と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第2軸と平行な方向に対向配置された一対の第2質量部と、
前記第1質量部の各々が前記リング部に対して前記第1軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第1質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第1バネ部と、
前記第2質量部の各々が前記リング部に対して前記第2軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第2質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第2バネ部と、
前記一対の第1質量部および前記一対の第2質量部のうちの少なくとも一方を前記第1軸および前記第2軸を含む平面方向に第1の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第1質量部の各々が有する前記可動部および前記第2質量部の各々が有する前記可動部の変位量を電気信号に変換する少なくとも1つのトランスデューサーと、を有し、
前記連結部が、前記第1の周波数に応じて伸縮運動するときに、前記梁と前記連結部との接続部が節となることを特徴とする。
これにより、Q値が高く、高い検出感度を有する小型の物理量センサーを提供することができる。
本発明の電子機器は、本発明の物理量センサーを用いたことを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器を提供することができる。
In the physical quantity sensor of the present invention, when two axes orthogonal to each other are defined as the first axis and the second axis,
With a stretchable connection
Four support portions that are provided at positions inclined by a predetermined angle from both axes of the first axis and the second axis that intersect the center of the connecting portion of the connecting portion and support the connecting portion, and
Four beams connecting each of the support portions and the connecting portion, and
A pair of first mass parts having a movable part and arranged to face each other in a direction parallel to the first axis via the ring part.
A pair of second mass parts having a movable part and arranged to face each other in a direction parallel to the second axis via the ring part.
A pair of first springs connecting each of the first mass parts and the ring portion so that each of the first mass parts can vibrate in a direction parallel to the first axis with respect to the ring portion. Department and
A pair of second springs connecting each of the second mass parts and the ring portion so that each of the second mass parts can vibrate in a direction parallel to the second axis with respect to the ring portion. Department and
Vibration that causes at least one of the pair of first mass parts and the pair of second mass parts to vibrate in a plane direction including the first axis and the second axis so as to be in opposite phase to each other at the first frequency. Means and
It has at least one transducer that converts the displacement amount of the movable part of each of the first mass parts and the movable part of each of the second mass parts into an electric signal.
When the connecting portion expands and contracts according to the first frequency, the connecting portion between the beam and the connecting portion becomes a node.
This makes it possible to provide a small physical quantity sensor having a high Q value and high detection sensitivity.
The electronic device of the present invention is characterized in that the physical quantity sensor of the present invention is used.
This makes it possible to provide a highly reliable electronic device.

本発明の物理量センサーの第1実施形態を示す概略図平面図である。It is a schematic plan view which shows the 1st Embodiment of the physical quantity sensor of this invention. 図1に示す物理量センサーの詳細な平面図である。It is a detailed plan view of the physical quantity sensor shown in FIG. 図2に示す物理量センサーが有するリング部の振動を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the vibration of the ring part which the physical quantity sensor shown in FIG. 2 has. 図2に示す物理量センサーが有する検出手段の構成を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the structure of the detection means which the physical quantity sensor shown in FIG. 2 has. 物理量センサーの駆動を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the drive of a physical quantity sensor. 物理量センサーの駆動を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the drive of a physical quantity sensor. 物理量センサーの駆動を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the drive of a physical quantity sensor. 本発明の物理量センサーの第2実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows the 2nd Embodiment of the physical quantity sensor of this invention. 本発明の物理量センサーの第3実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows the 3rd Embodiment of the physical quantity sensor of this invention. 本発明の物理量センサーの第4実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows the 4th Embodiment of the physical quantity sensor of this invention. 本発明の物理量センサーの第5実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows the 5th Embodiment of the physical quantity sensor of this invention. 本発明の物理量センサーの第6実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows the 6th Embodiment of the physical quantity sensor of this invention. 本発明の物理量センサーの第7実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows the 7th Embodiment of the physical quantity sensor of this invention. 本発明の物理量センサーの第8実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows the 8th Embodiment of the physical quantity sensor of this invention. 本発明の物理量センサーを備える電子機器(ノート型パーソナルコンピュータ)である。It is an electronic device (notebook type personal computer) provided with the physical quantity sensor of the present invention. 本発明の物理量センサーを備える電子機器(携帯電話機)である。It is an electronic device (mobile phone) provided with the physical quantity sensor of the present invention. 本発明の物理量センサーを備える電子機器(ディジタルスチルカメラ)である。It is an electronic device (digital still camera) provided with the physical quantity sensor of the present invention.

以下、本発明の物理量センサーを添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明の物理量センサーの第1実施形態を示す概略図平面図、図2は、図1に示す物理量センサーの詳細な平面図、図3は、図2に示す物理量センサーが有するリング部の振動を説明するための平面図、図4は、図2に示す物理量センサーが有する検出手段の構成を説明するための平面図、図5、図6および図7は、それぞれ、物理量センサーの駆動を説明するための図である。なお、各図では、説明の便宜上、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸およびZ軸を図示している。また、以下では、X軸(第1軸)に平行な方向を「X軸方向」、Y軸(第2軸)に平行な方向をY軸方向、Z軸(第3軸)に平行な方向を「Z軸方向」と言う。
Hereinafter, the physical quantity sensor of the present invention will be described in detail based on the preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<First Embodiment>
1 is a schematic plan view showing a first embodiment of the physical quantity sensor of the present invention, FIG. 2 is a detailed plan view of the physical quantity sensor shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a ring included in the physical quantity sensor shown in FIG. A plan view for explaining the vibration of the portion, FIG. 4 is a plan view for explaining the configuration of the detection means included in the physical quantity sensor shown in FIG. 2, and FIGS. 5, 6, and 7 are the physical quantity sensors, respectively. It is a figure for demonstrating the drive. In each figure, for convenience of explanation, the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis are shown as three axes orthogonal to each other. In the following, the direction parallel to the X axis (first axis) is the "X axis direction", the direction parallel to the Y axis (second axis) is the Y axis direction, and the direction parallel to the Z axis (third axis). Is called "Z-axis direction".

1.物理量センサー
本実施形態の物理量センサー1は、X軸まわりの角速度、Y軸まわりの角速度およびZ軸まわりの角速度を検出することのできる角速度センサーである。このような角速度センサーによれば、1つのセンサーで3つの軸まわりの角速度をそれぞれ独立して検出することができるため、優れた利便性を発揮することができる。
1. 1. Physical quantity sensor The physical quantity sensor 1 of the present embodiment is an angular velocity sensor capable of detecting an angular velocity around the X axis, an angular velocity around the Y axis, and an angular velocity around the Z axis. According to such an angular velocity sensor, one sensor can independently detect the angular velocities around the three axes, so that excellent convenience can be exhibited.

図1に示すように、物理量センサー1は、円環振動可能なリング部31と、リング部31を支持する4つの基板固定部(支持部)61、62、63、64と、基板固定部61、62、63、64とリング部31の円環振動の節となる部位とを連結する4つの梁71、72、73、74と、可動部を有しリング部31を介してX軸方向に対向配置された一対の第1振動部(第1質量部)51、52と、可動部を有しリング部31を介してY軸方向に対向配置された一対の第2振動部(第2質量部)53、54と、第1振動部51、52がリング部31に対してX軸方向に振動可能となるように第1振動部51、52とリング部31とを連結する一対の第1内側バネ部(第1バネ部)81、82と、第2振動部53、54がリング部31に対してY軸と平行な方向に振動可能となるように、第2振動部53、54とリング部31とを連結する一対の第2内側バネ部(第2バネ部)83、84とを有している。さらに、第1振動部51、52をX軸方向に第1の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段4と、第1振動部51、52が内包する可動部および第2振動部53、54が内包する可動部の変位量を電気信号に変換するトランスデューサー(検知手段9)とを有している。
リング部31は、前記第1の周波数に応じて、X軸方向およびY軸方向に対して円環振動する。このような物理量センサー1によれば、リング部31の振動が基板へ漏れないため、装置の小型化を図りつつ、振動のQ値を高めることができる。したがって、検知精度に優れた小型の物理量センサーを提供することができる。
As shown in FIG. 1, the physical quantity sensor 1 includes a ring portion 31 capable of circular vibration, four substrate fixing portions (support portions) 61, 62, 63, 64 supporting the ring portion 31, and a substrate fixing portion 61. , 62, 63, 64 and four beams 71, 72, 73, 74 connecting the ring portion 31 and the portion of the ring portion 31 that becomes a node of the annular vibration, and a movable portion having a movable portion in the X-axis direction via the ring portion 31. A pair of first vibrating parts (first mass part) 51 and 52 arranged facing each other and a pair of second vibrating parts (second mass part) having movable parts and arranged facing each other in the Y-axis direction via the ring portion 31. Part) 53, 54 and a pair of first vibrating parts 51, 52 connecting the first vibrating part 51, 52 and the ring part 31 so that the first vibrating part 51, 52 can vibrate with respect to the ring part 31 in the X-axis direction. The inner spring portions (first spring portion) 81, 82 and the second vibrating portions 53, 54 so that the second vibrating portions 53, 54 can vibrate in the direction parallel to the Y axis with respect to the ring portion 31. It has a pair of second inner spring portions (second spring portions) 83 and 84 that connect the ring portion 31. Further, a vibrating means 4 that vibrates the first vibrating portions 51 and 52 so as to be in opposite phase to each other at the first frequency in the X-axis direction, and a movable portion and a second vibrating portion included in the first vibrating portions 51 and 52. It has a transducer (detecting means 9) that converts the displacement amount of the movable portion included in the 53 and 54 into an electric signal.
The ring portion 31 vibrates in an annulus in the X-axis direction and the Y-axis direction according to the first frequency. According to such a physical quantity sensor 1, since the vibration of the ring portion 31 does not leak to the substrate, it is possible to increase the Q value of the vibration while reducing the size of the device. Therefore, it is possible to provide a small physical quantity sensor having excellent detection accuracy.

以下、物理量センサー1について詳細に説明する。
図2に示すように、物理量センサー1は、XY面内に設けられた振動系構造体3と、振動系構造体3を支持する基板2と、振動系構造体3を振動させる振動手段4と、物理量センサー1に加わる角速度を検出する検出手段9とを有している。
-振動系構造体-
図2に示すように、振動系構造体3は、リング部(連結部)31と、リング部31を介してX軸方向に対向配置された一対の第1振動部(第1質量部)51、52と、第1振動部51、52とリング部31とを連結する第1内側バネ部(第1バネ部)81、82と、リング部31を介してY軸方向に対向配置された一対の第2振動部(第2質量部)53、54と、第2振動部53、54とリング部31とを連結する第2内側バネ部(第2バネ部)83、84と、リング部31の周囲に設けられた内側固定部(支持部)61、62、63、64と、リング部31と内側固定部61、62、63、64とを連結する梁71、72、73、74と、振動部51、52、53、54の外側に設けられた外側固定部651、652、661、662、671、672、681、682と、振動部51、52、53、54と外側固定部651、652、661、662、671、672、681、682とを連結する外側バネ部851、852、861、862、871、872、881、882とで構成されている。
Hereinafter, the physical quantity sensor 1 will be described in detail.
As shown in FIG. 2, the physical quantity sensor 1 includes a vibration system structure 3 provided in the XY plane, a substrate 2 that supports the vibration system structure 3, and a vibration means 4 that vibrates the vibration system structure 3. It also has a detecting means 9 for detecting an angular velocity applied to the physical quantity sensor 1.
-Vibration system structure-
As shown in FIG. 2, the vibration system structure 3 has a ring portion (connecting portion) 31 and a pair of first vibrating portions (first mass portions) 51 arranged to face each other in the X-axis direction via the ring portion 31. 52, first inner spring portions (first spring portions) 81 and 82 connecting the first vibrating portions 51 and 52 and the ring portion 31, and a pair arranged facing each other in the Y-axis direction via the ring portion 31. Second inner spring part (second spring part) 83, 84 connecting the second vibrating part (second mass part) 53, 54, the second vibrating part 53, 54, and the ring part 31, and the ring part 31. The inner fixing portions (supporting portions) 61, 62, 63, 64 provided around the above, and the beams 71, 72, 73, 74 connecting the ring portion 31 and the inner fixing portions 61, 62, 63, 64, and The outer fixing portions 651, 652, 661, 662, 671, 672, 681, 682 provided outside the vibrating portions 51, 52, 53, 54, and the vibrating portions 51, 52, 53, 54 and the outer fixing portion 651, It is composed of outer spring portions 851, 852, 861, 862, 871, 872, 881, 882 connecting the 652, 661, 662, 671, 672, 681, and 682.

本実施形態の振動系構造体3は、シリコンを主材料として構成されていて、シリコン基板(シリコンウエハ)上に薄膜形成技術(例えば、エピタキシャル成長技術、化学気相成長技術等の堆積技術)や各種加工技術(例えば、ドライエッチング、ウェットエッチング等のエッチング技術)を用いて所望の外形形状に加工することにより、前述した各部が一体的に形成されている。或いは、シリコン基板とガラス基板を貼り合せた後に、シリコン基板のみを所望の外形形状に加工することで、前述の各部を形成することもできる。 The vibration system structure 3 of the present embodiment is composed of silicon as a main material, and has thin film forming technology (for example, deposition technology such as epitaxial growth technology and chemical vapor deposition technology) on a silicon substrate (silicon wafer) and various types. Each of the above-mentioned parts is integrally formed by processing into a desired outer shape using a processing technique (for example, an etching technique such as dry etching or wet etching). Alternatively, each of the above-mentioned parts can be formed by laminating the silicon substrate and the glass substrate and then processing only the silicon substrate into a desired outer shape.

少なくとも、振動系構造体3の主材料をシリコンとすることにより、優れた振動特性を実現できるとともに、優れた耐久性を発揮することができる。また、シリコン半導体デバイス作製に用いられる微細な加工技術の適用が可能となり、物理量センサー1の小型化を図ることができる。また、振動系構造体3の主材料をシリコンとすることにより、後述するように、振動系構造体3に電極を形成しなくても、物理量センサー1を駆動することができるため、装置の構造をより簡単なものとすることができる。シリコン以外の材料、例えば絶縁体等の材料であっても、その外周を金属膜で被覆することにより、本発明の振動系構造体を形成することは可能である。 At least, by using silicon as the main material of the vibration system structure 3, excellent vibration characteristics can be realized and excellent durability can be exhibited. Further, it becomes possible to apply the fine processing technology used for manufacturing a silicon semiconductor device, and it is possible to reduce the size of the physical quantity sensor 1. Further, by using silicon as the main material of the vibration system structure 3, the physical quantity sensor 1 can be driven without forming an electrode on the vibration system structure 3, as will be described later, so that the structure of the device can be driven. Can be made simpler. Even if it is a material other than silicon, for example, a material such as an insulator, it is possible to form the vibration system structure of the present invention by covering the outer periphery thereof with a metal film.

なお、基板2の主材料は、シリコンに限定されず、例えば、水晶や、各種ガラスであってもよい。
本実施形態の振動系構造体3は、Z軸方向を法線とする平面視にて、振動部51、52、53、54の集合体の投影外形がほぼ円形となっている。これにより、物理量センサー1の小型化を図ることができる。
The main material of the substrate 2 is not limited to silicon, and may be, for example, quartz or various types of glass.
In the vibration system structure 3 of the present embodiment, the projected outer shape of the aggregate of the vibration portions 51, 52, 53, 54 is substantially circular in a plan view with the Z-axis direction as a normal. As a result, the physical quantity sensor 1 can be downsized.

(リング部)
リング部31は、外径と内径が同心的な円形で構成された円環状をなしており、内径より内側には構造体を持たない構造となっている。なお、以下では、リング部31の中心を「中心O」と言う。
また、リング部31は、その軸がZ軸と平行となるように配置されている。このリング部31は、弾性変形可能であり、図3に示すように、振動手段4による第1の振動部51、52の振動によって、X軸方向に収縮すると共にY軸方向に伸張する第1の状態と、X軸方向に伸張すると共にY軸方向に収縮する第2の状態とに変形する。なお、以下では、第1の状態と第2の状態とを繰り返す振動を「円環振動」とも言う。
(Ring part)
The ring portion 31 has an annular shape having a circular shape whose outer diameter and inner diameter are concentric with each other, and has a structure having no structure inside the inner diameter. In the following, the center of the ring portion 31 is referred to as "center O".
Further, the ring portion 31 is arranged so that its axis is parallel to the Z axis. The ring portion 31 is elastically deformable, and as shown in FIG. 3, the first vibrating portion 51 and 52 vibrating by the vibrating means 4 contracts in the X-axis direction and expands in the Y-axis direction. And a second state that expands in the X-axis direction and contracts in the Y-axis direction. In the following, the vibration that repeats the first state and the second state is also referred to as "annulus vibration".

(第1振動部)
第1振動部51は、板状をなしている。また、第1振動部51は、第1振動部51の縁部を構成するフレーム部511と、軸部513、514を介してフレーム部511に連結するZ軸方向変位部(第1可動部、可動部)512と、櫛歯状の駆動電極515と、バネ部517を介してフレームに連結するY軸方向変位部(第2可動部、可動部)516とで構成されている。
(1st vibrating part)
The first vibrating portion 51 has a plate shape. Further, the first vibrating portion 51 is a Z-axis direction displacement portion (first movable portion, which is connected to the frame portion 511 constituting the edge portion of the first vibrating portion 51 and the frame portion 511 via the shaft portions 513 and 514. It is composed of a movable portion) 512, a comb-shaped drive electrode 515, and a Y-axis direction displacement portion (second movable portion, movable portion) 516 connected to the frame via a spring portion 517.

同様に、第1振動部52も板状をなしている。また、第1振動部52も、第1振動部52の縁部を構成するフレーム部521と、軸部523、524を介してフレーム部521に連結するZ軸方向変位部(第1可動部、可動部)522と、櫛歯状の駆動電極525と、バネ部527を介してフレームに連結するY軸方向変位部(第2可動部、可動部)526とで構成されている。 Similarly, the first vibrating portion 52 also has a plate shape. Further, the first vibrating portion 52 also has a frame portion 521 constituting the edge portion of the first vibrating portion 52 and a Z-axis direction displacement portion (first movable portion, which is connected to the frame portion 521 via the shaft portion 523 and 524. It is composed of a movable portion) 522, a comb-shaped drive electrode 525, and a Y-axis direction displacement portion (second movable portion, movable portion) 526 connected to the frame via a spring portion 527.

以下、第1振動部51、52について詳細に説明するが、第1振動部51、52は、互いに同様の構成であるため、以下では、第1振動部51について代表して説明し、第1振動部52については、その説明を省略する。
フレーム部511の外形は、Z軸を法線とする平面視にて、ほぼ90度の扇型をなしている。このフレーム部511には、一対の第1開口511aと、一対の第2開口511bと、第3開口511cとが形成されている。
Hereinafter, the first vibrating units 51 and 52 will be described in detail, but since the first vibrating units 51 and 52 have the same configuration as each other, the first vibrating unit 51 will be described below as a representative of the first vibrating unit 51. The description of the vibrating unit 52 will be omitted.
The outer shape of the frame portion 511 has a fan shape of approximately 90 degrees in a plan view with the Z axis as a normal. A pair of first openings 511a, a pair of second openings 511b, and a third opening 511c are formed in the frame portion 511.

各第1の開口511aには、櫛歯状の駆動電極515が複数配置されている。各駆動電極515は、Y軸方向に延在して、かつ、互いにX軸方向に離間して設けられている。この駆動電極515は、振動手段4の一部を構成するものである。
各第2開口511bの内側には、Y軸方向変位部516が設けられている。Y軸方向変位部516は、枠部516aと、枠部516aの内側に設けられた複数の検出電極516bとで構成されている。検出電極516bは、X軸方向に延在し、かつ互いにY軸方向に離間して設けられている。
A plurality of comb-shaped drive electrodes 515 are arranged in each first opening 511a. Each drive electrode 515 extends in the Y-axis direction and is provided so as to be separated from each other in the X-axis direction. The drive electrode 515 constitutes a part of the vibrating means 4.
A displacement portion 516 in the Y-axis direction is provided inside each second opening 511b. The Y-axis direction displacement portion 516 is composed of a frame portion 516a and a plurality of detection electrodes 516b provided inside the frame portion 516a. The detection electrodes 516b extend in the X-axis direction and are provided apart from each other in the Y-axis direction.

各Y軸方向変位部516は、4つのバネ部517によって、フレーム部511に接続されている。各バネ部517は、X軸方向に往復しながらY軸方向に延在する形状をなしている。各バネ部517をこのような形状とすることにより、バネ部517をY軸方向にスムーズに伸縮させることができるとともに、バネ部517のY軸方向以外の方向(すなわち、X軸方向およびZ軸方向)への変形を効果的に防止または抑制することができる。そのため、各Y軸方向変位部516をスムーズにY軸方向に変位させることができる。 Each Y-axis displacement portion 516 is connected to the frame portion 511 by four spring portions 517. Each spring portion 517 has a shape extending in the Y-axis direction while reciprocating in the X-axis direction. By forming each spring portion 517 in such a shape, the spring portion 517 can be smoothly expanded and contracted in the Y-axis direction, and the spring portion 517 can be expanded and contracted in directions other than the Y-axis direction (that is, the X-axis direction and the Z-axis direction). It is possible to effectively prevent or suppress deformation in the direction). Therefore, each Y-axis direction displacement portion 516 can be smoothly displaced in the Y-axis direction.

第3開口511cの内側には、Z軸方向変位部512が設けられている。Z軸方向変位部512は、軸部513、514によってフレーム部511に連結されている。軸部513、514は、Y軸方向に延在し、かつ同軸的に設けられている。そのため、Z軸方向変位部512は、物理量センサー1にZ軸方向の応力が加わると、軸部513、514をその軸まわりに捩じり変形させつつ、軸部513、514まわりに回転する。
以上、第1振動部51について説明した。第1振動部52は、前述したように、第1振動部51と同様の構成であり、Z軸を法線とする平面視にて、リング部31の中心Oと交わるY軸に対して対称的に設けられている。但し、本発明の要件は基板2への振動漏れを最小とする構成であり、構成要素が中心OやY軸に対して完全に対称である必要はない。
A displacement portion 512 in the Z-axis direction is provided inside the third opening 511c. The Z-axis direction displacement portion 512 is connected to the frame portion 511 by the shaft portion 513 and 514. The shaft portions 513 and 514 extend in the Y-axis direction and are provided coaxially. Therefore, when stress in the Z-axis direction is applied to the physical quantity sensor 1, the displacement portion 512 in the Z-axis direction rotates around the shaft portion 513 and 514 while twisting and deforming the shaft portion 513 and 514 around the axis.
The first vibration unit 51 has been described above. As described above, the first vibrating portion 52 has the same configuration as the first vibrating portion 51, and is symmetrical with respect to the Y axis intersecting the center O of the ring portion 31 in a plan view with the Z axis as the normal line. It is provided as a target. However, the requirement of the present invention is a configuration that minimizes vibration leakage to the substrate 2, and the components need not be completely symmetrical with respect to the central O and Y axes.

(第2振動部)
第2振動部53は、板状をなしている。また、第2振動部53は、第2振動部53の縁部を構成するフレーム部531と、軸部533、534を介してフレーム部531に連結するZ軸方向変位部(第3可動部、可動部)532と、バネ部537を介してフレームに連結するX軸方向変位部(第4可動部、可動部)536とで構成されている。
同様に、第2振動部54も板状をなしている。また、第2振動部54も、第2振動部54の縁部を構成するフレーム部541と、軸部543、544を介してフレーム部541に連結するZ軸方向変位部(第3可動部、可動部)542と、バネ部547を介してフレームに連結するX軸方向変位部(第4可動部、可動部)546とで構成されている。
(2nd vibrating part)
The second vibrating portion 53 has a plate shape. Further, the second vibrating portion 53 includes a frame portion 531 constituting the edge portion of the second vibrating portion 53 and a Z-axis direction displacement portion (third movable portion, which is connected to the frame portion 531 via the shaft portion 533 and 534. It is composed of a movable portion) 532 and an X-axis direction displacement portion (fourth movable portion, movable portion) 536 connected to the frame via a spring portion 537.
Similarly, the second vibrating portion 54 also has a plate shape. Further, the second vibrating portion 54 also has a frame portion 541 constituting the edge portion of the second vibrating portion 54 and a Z-axis direction displacement portion (third movable portion, which is connected to the frame portion 541 via the shaft portions 543 and 544. It is composed of a movable portion) 542 and an X-axis direction displacement portion (fourth movable portion, movable portion) 546 connected to the frame via a spring portion 547.

以下、第2振動部53、54について詳細に説明するが、第2振動部53、54は、互いに同様の構成であるため、以下では、第2振動部53について代表して説明し、第2振動部54については、その説明を省略する。
フレーム部531の外形は、Z軸を法線とする平面視にて、ほぼ90度の扇型をなしている。また、フレーム部531の外形は、第1振動部51、52のフレーム部511、521と同じである。このフレーム部531には、一対の第2開口531bと、第3開口531cとが形成されている。
Hereinafter, the second vibrating section 53, 54 will be described in detail, but since the second vibrating section 53, 54 has the same configuration as each other, the second vibrating section 53 will be described as a representative of the second vibrating section 53. The description of the vibrating unit 54 will be omitted.
The outer shape of the frame portion 531 has a fan shape of approximately 90 degrees in a plan view with the Z axis as a normal. The outer shape of the frame portion 531 is the same as that of the frame portions 511 and 521 of the first vibrating portions 51 and 52. A pair of second openings 531b and a third opening 531c are formed in the frame portion 531.

各第2の開口511bの内側には、X軸方向変位部536が設けられている。X軸方向変位部536は、枠部536aと、枠部536aの内側に設けられた複数の検出電極536bとで構成されている。検出電極536bは、Y軸方向に延在して、かつ互いにX軸方向に離間して設けられている。
このようなX軸方向変位部536は、4つのバネ部537によって、フレーム部531に接続されている。各バネ部537は、Y軸方向に往復しながらX軸方向に延在する形状をなしている。各バネ部537をこのような形状とすることにより、バネ部537をX軸方向にスムーズに伸縮させることができるとともに、バネ部537のX軸方向以外の方向(すなわち、Y軸方向およびZ軸方向)への変形を効果的に防止または抑制することができる。そのため、X軸方向変位部536をスムーズにX軸方向に変位させることができる。
Inside each of the second openings 511b, a displacement portion 536 in the X-axis direction is provided. The displacement portion 536 in the X-axis direction is composed of a frame portion 536a and a plurality of detection electrodes 536b provided inside the frame portion 536a. The detection electrodes 536b extend in the Y-axis direction and are provided apart from each other in the X-axis direction.
Such an X-axis direction displacement portion 536 is connected to the frame portion 531 by four spring portions 537. Each spring portion 537 has a shape extending in the X-axis direction while reciprocating in the Y-axis direction. By forming each spring portion 537 in such a shape, the spring portion 537 can be smoothly expanded and contracted in the X-axis direction, and the spring portion 537 can be expanded and contracted in directions other than the X-axis direction (that is, the Y-axis direction and the Z-axis direction). It is possible to effectively prevent or suppress deformation in the direction). Therefore, the displacement portion 536 in the X-axis direction can be smoothly displaced in the X-axis direction.

第3開口531cの内側には、Z軸方向変位部532が設けられている。Z軸方向変位部532は、軸部533、534によってフレーム部531に連結されている。軸部533、534は、X軸方向に延在し、かつ同軸的に設けられている。そのため、Z軸方向変位部532は、物理量センサー1にZ軸方向の応力が加わると、軸部533、534をその軸まわりに捩じり変形させつつ、軸部533、534まわりに回転する。
以上、第2振動部53について説明した。第2振動部54は、前述したように、第2振動部53と同様の構成であり、Z軸を法線とする平面視にて、リング部31の中心Oと交わるX軸に対して対称的に設けられている。但し、第2振動部53、54についても前述同様、中心OやX軸に対して完全に対称である必要はない。
Inside the third opening 531c, a displacement portion 532 in the Z-axis direction is provided. The displacement portion 532 in the Z-axis direction is connected to the frame portion 531 by the shaft portion 533 and 534. The shaft portions 533 and 534 extend in the X-axis direction and are provided coaxially. Therefore, when stress in the Z-axis direction is applied to the physical quantity sensor 1, the displacement portion 532 in the Z-axis direction rotates around the shaft portion 533 and 534 while twisting and deforming the shaft portion 533 and 534 around the axis.
The second vibration unit 53 has been described above. As described above, the second vibrating portion 54 has the same configuration as the second vibrating portion 53, and is symmetrical with respect to the X axis intersecting the center O of the ring portion 31 in a plan view with the Z axis as the normal line. It is provided as a target. However, the second vibrating portions 53 and 54 do not have to be completely symmetrical with respect to the center O and the X axis as described above.

(第1内側バネ部)
第1内側バネ部81は、第1振動部51とリング部31とを連結している。また、第1内側バネ部82は、第1振動部52とリング部31とを連結している。このような第1内側バネ部81、82は、互いに同様の構成であるため、以下では、第1内側バネ部81について代表して説明し、第1内側バネ部82については、その説明を省略する。
(1st inner spring part)
The first inner spring portion 81 connects the first vibrating portion 51 and the ring portion 31. Further, the first inner spring portion 82 connects the first vibrating portion 52 and the ring portion 31. Since such first inner spring portions 81 and 82 have the same configuration as each other, the first inner spring portion 81 will be described as a representative below, and the description of the first inner spring portion 82 will be omitted. do.

第1内側バネ部81は、一対のバネ部811、812で構成されており、各バネ部811、812は、Y軸方向に往復しながらX軸方向に延在した形状をなしている。また、バネ部811、812は、Z軸を法線とする平面視にて、リング部31の中心Oと交わるX軸に対して対称的に設けられている。各バネ部811、812をこのような形状とすることにより、第1内側バネ部81を、Y軸方向およびZ軸方向への変形を抑制(規制)しつつX軸方向にスムーズに伸縮させることができる。そのため、後述するように、第1内側バネ部81をX軸方向に伸縮させつつ、第1振動部51をX軸方向にスムーズに振動させることができる。 The first inner spring portion 81 is composed of a pair of spring portions 811 and 812, and each of the spring portions 811 and 812 has a shape extending in the X-axis direction while reciprocating in the Y-axis direction. Further, the spring portions 811 and 812 are provided symmetrically with respect to the X axis intersecting the center O of the ring portion 31 in a plan view with the Z axis as a normal. By forming the spring portions 811 and 812 in such a shape, the first inner spring portion 81 can be smoothly expanded and contracted in the X-axis direction while suppressing (regulating) deformation in the Y-axis direction and the Z-axis direction. Can be done. Therefore, as will be described later, the first vibrating portion 51 can be smoothly vibrated in the X-axis direction while the first inner spring portion 81 is expanded and contracted in the X-axis direction.

(第2内側バネ部)
第2内側バネ部83は、第2振動部53とリング部31とを連結している。また、第2内側バネ部84は、第2振動部54とリング部31とを連結している。このような第2内側バネ部83、84は、互いに同様の構成であるため、以下では、第2内側バネ部83について代表して説明し、第1内側バネ部84については、その説明を省略する。
(2nd inner spring part)
The second inner spring portion 83 connects the second vibrating portion 53 and the ring portion 31. Further, the second inner spring portion 84 connects the second vibrating portion 54 and the ring portion 31. Since such second inner spring portions 83 and 84 have the same configuration as each other, the second inner spring portion 83 will be described as a representative below, and the description of the first inner spring portion 84 will be omitted. do.

第2内側バネ部83は、一対のバネ部831、832で構成されており、各バネ部831、832は、X軸方向に往復しながらY軸方向に延在した形状をなしている。また、バネ部831、832は、Z軸を法線とする平面視にて、リング部31の中心Oと交わるY軸に対して対称的に設けられている。第2内側バネ部83をこのような構成とすることにより、第2内側バネ部83を、X軸方向およびZ軸方向への変形を抑制(規制)しつつY軸方向にスムーズに伸縮させることができる。そのため、後述するように、第2内側バネ部83をY軸方向に伸縮させつつ、第2振動部53をY軸方向にスムーズに振動させることができる。 The second inner spring portion 83 is composed of a pair of spring portions 831 and 832, and each of the spring portions 831 and 832 has a shape extending in the Y-axis direction while reciprocating in the X-axis direction. Further, the spring portions 831 and 832 are provided symmetrically with respect to the Y axis intersecting the center O of the ring portion 31 in a plan view with the Z axis as a normal. By having the second inner spring portion 83 having such a configuration, the second inner spring portion 83 can be smoothly expanded and contracted in the Y-axis direction while suppressing (regulating) deformation in the X-axis direction and the Z-axis direction. Can be done. Therefore, as will be described later, the second vibrating portion 53 can be smoothly vibrated in the Y-axis direction while the second inner spring portion 83 is expanded and contracted in the Y-axis direction.

(内側固定部)
内側固定部61、62、63、64は、リング部31を支持する機能を有している。このような内側固定部61、62、63、64は、それぞれ、4つの振動部51、52、53、54の内側に設けられている。内側固定部61、62、63、64をこのように配置することにより、スペースを有効活用することができ、物理量センサー1の小型化を図ることができる。また、梁71、72、73、74の長さを短くすることができるため、リング部31をより安定して支持することができる。更に、内側固定部61、62、63、64をこのように配置することにより、第1振動部51、52、第2振動部53、54のストッパーとしての役割を担わせることができる。
(Inner fixing part)
The inner fixing portions 61, 62, 63, 64 have a function of supporting the ring portion 31. Such inner fixing portions 61, 62, 63, 64 are provided inside the four vibrating portions 51, 52, 53, 54, respectively. By arranging the inner fixing portions 61, 62, 63, 64 in this way, the space can be effectively utilized and the physical quantity sensor 1 can be miniaturized. Further, since the lengths of the beams 71, 72, 73, and 74 can be shortened, the ring portion 31 can be supported more stably. Further, by arranging the inner fixing portions 61, 62, 63, 64 in this way, it is possible to serve as a stopper for the first vibrating portions 51, 52 and the second vibrating portions 53, 54.

内側固定部61、62、63、64は、Z軸を法線とする平面視にて、リング部31の外周まわりに90度間隔で設けられている。具体的には、Z軸を法線とする平面視にて、リング部31の中心Oと交わり、X軸およびY軸のそれぞれの軸に対して45度傾いた一対の軸をJ1、J2としたとき、内側固定部61、63が軸J1上に位置し、かつリング部31を介して対向配置されている。また、内側固定部62、64が軸J2上に位置し、かつリング部31を介して対向配置されている。
言い換えれば、4つの内側固定部61、62、63、64は、X軸およびY軸の両軸に対して鏡面対象の位置に設けられている。これにより、リング部31を安定して支持することができる。
The inner fixing portions 61, 62, 63, 64 are provided around the outer periphery of the ring portion 31 at intervals of 90 degrees in a plan view with the Z axis as a normal. Specifically, in a plan view with the Z axis as the normal, a pair of axes that intersect the center O of the ring portion 31 and are tilted 45 degrees with respect to the respective axes of the X axis and the Y axis are designated as J1 and J2. At this time, the inner fixing portions 61 and 63 are located on the shaft J1 and are arranged so as to face each other via the ring portion 31. Further, the inner fixing portions 62 and 64 are located on the shaft J2 and are arranged to face each other via the ring portion 31.
In other words, the four inner fixing portions 61, 62, 63, 64 are provided at positions that are mirrored with respect to both the X-axis and the Y-axis. As a result, the ring portion 31 can be stably supported.

(梁)
梁71、72、73、74は、リング部31と内側固定部61、62、63、64とを連結している。梁71は、軸J1に沿って直線状に延在し、リング部31と内側固定部61とを連結している。同様に、梁72は、軸J2に沿って直線状に延在し、リング部31と内側固定部62とを連結している。また、梁73は、軸J1に沿って直線状に延在し、リング部31と内側固定部63とを連結している。また、梁74は、軸J2上に沿って直線状に延在し、リング部31と内側固定部64とを連結している。
(Beam)
The beams 71, 72, 73, 74 connect the ring portion 31 and the inner fixing portions 61, 62, 63, 64. The beam 71 extends linearly along the axis J1 and connects the ring portion 31 and the inner fixing portion 61. Similarly, the beam 72 extends linearly along the axis J2 and connects the ring portion 31 and the inner fixing portion 62. Further, the beam 73 extends linearly along the axis J1 and connects the ring portion 31 and the inner fixing portion 63. Further, the beam 74 extends linearly along the axis J2 and connects the ring portion 31 and the inner fixing portion 64.

このような梁71、72、73、74は、それぞれ、リング部31の側面のX軸およびY軸のそれぞれの軸に対して45度傾斜した各部位(固定点、第1グループの固定点)に接続されている。この各固定点は、図3に示すように、リング部31の円環振動の節となる部位(すなわち、実質的に変位・変形が起きない部位)である。このような各固定点に梁71、72、73、74を接続することにより、梁71、72、73、74によって、リング部31の円環振動が阻害されず、かつ円環振動に起因する振動が梁71、72、73、74および固定部61、62、63、64を介して振動系構造体3の外部に漏れることが防止または抑制される。その結果、振動系構造体3の振動のQ値が高くなり、物理量センサー1の検知精度が向上する。また、振動系構造体3を効率的に振動させることができるため、振動手段4の出力を小さくすることができ、その結果、物理量センサー1の小型化を図ることができる。
また、梁71、72、73、74は、リング部31の中心Oに対する動径方向(延在方向)に動く(変形する)ことを制限されている。これにより、内側固定部61、62、63、64によってリング部31をより安定して支持することができると共に、振動漏れをより効果的に防止または抑制することができる。
Each of such beams 71, 72, 73, 74 is inclined by 45 degrees with respect to each of the X-axis and Y-axis of the side surface of the ring portion 31, respectively (fixed point, fixed point of the first group). It is connected to the. As shown in FIG. 3, each of these fixed points is a portion (that is, a portion where displacement / deformation does not substantially occur) that becomes a node of the annular vibration of the ring portion 31. By connecting the beams 71, 72, 73, 74 to each of such fixed points, the annular vibration of the ring portion 31 is not hindered by the beams 71, 72, 73, 74, and is caused by the annular vibration. Vibration is prevented or suppressed from leaking to the outside of the vibration system structure 3 via the beams 71, 72, 73, 74 and the fixing portions 61, 62, 63, 64. As a result, the Q value of the vibration of the vibration system structure 3 becomes high, and the detection accuracy of the physical quantity sensor 1 is improved. Further, since the vibration system structure 3 can be vibrated efficiently, the output of the vibration means 4 can be reduced, and as a result, the physical quantity sensor 1 can be miniaturized.
Further, the beams 71, 72, 73, and 74 are restricted from moving (deforming) in the radial direction (extending direction) with respect to the center O of the ring portion 31. As a result, the ring portion 31 can be supported more stably by the inner fixing portions 61, 62, 63, 64, and vibration leakage can be prevented or suppressed more effectively.

(外側固定部)
外側固定部651、652、661、662、671、672、681、682は、それぞれ、4つの振動部51、52、53、54の外側に設けられている。また、外側固定部651、652は、第1振動部51に対応して設けられており、互いにY軸方向に離間している。同様に、外側固定部661、662は、第1振動部52に対応して設けられており、互いにY軸方向に離間している。また、外側固定部671、672は、第2振動部53に対応して設けられており、互いにX軸方向に離間している。また、外側固定部681、682は、第2振動部54に対応して設けられており、互いにX軸方向に離間して設けられている。
(Outer fixing part)
The outer fixing portions 651, 652, 661, 662, 671, 672, 681, and 682 are provided outside the four vibrating portions 51, 52, 53, and 54, respectively. Further, the outer fixing portions 651 and 652 are provided corresponding to the first vibrating portion 51 and are separated from each other in the Y-axis direction. Similarly, the outer fixing portions 661 and 662 are provided corresponding to the first vibrating portion 52 and are separated from each other in the Y-axis direction. Further, the outer fixing portions 671 and 672 are provided corresponding to the second vibrating portion 53, and are separated from each other in the X-axis direction. Further, the outer fixing portions 681 and 682 are provided corresponding to the second vibrating portion 54, and are provided so as to be separated from each other in the X-axis direction.

(外側バネ部)
外側バネ部851、852、861、862、871、872、881、882は、外側固定部651、652、661、662、671、672、681、682と振動部51、52、53、54とを連結している。具体的には、外側バネ部851、852は、第1の振動部51と外側固定部651、652とを連結し、外側バネ部861、862は、第1の振動部52と外側固定部661、656とを連結し、外側バネ部871、872は、第2の振動部53と外側固定部671、672とを連結し、外側バネ部881、882は、第2の振動部54と外側固定部681、682とを連結している。
(Outer spring part)
The outer spring portions 851, 852, 861, 862, 871, 872, 881, 882 have the outer fixing portions 651, 652, 661, 662, 671, 672, 681, 682 and the vibrating portions 51, 52, 53, 54. It is connected. Specifically, the outer spring portions 851 and 852 connect the first vibrating portion 51 and the outer fixing portions 651 and 652, and the outer spring portions 861 and 862 are the first vibrating portion 52 and the outer fixing portion 661. , 656 are connected, the outer spring portions 871 and 872 are connected to the second vibrating portion 53 and the outer fixing portions 671 and 672, and the outer spring portions 881 and 882 are connected to the second vibrating portion 54 and the outer side. The portions 681 and 682 are connected to each other.

外側バネ部851、852は、Y軸方向に往復しながらX軸方向に延在する形状をなしている。また、外側バネ部851、852は、リング部31の中心Oと交わるX軸に対して対称的に設けられている。
同様に、外側バネ部861、862は、Y軸方向に往復しながらX軸方向に延在する形状をなしている。また、外側バネ部861、862は、リング部31の中心Oと交わるX軸に対して対称的に設けられている。
外側バネ部871、872は、X軸方向に往復しながらY軸方向に延在する形状をなしている。また、外側バネ部871、872は、リング部31の中心Oと交わるY軸に対して対称的に設けられている。
The outer spring portions 851 and 852 have a shape extending in the X-axis direction while reciprocating in the Y-axis direction. Further, the outer spring portions 851 and 852 are provided symmetrically with respect to the X axis intersecting the center O of the ring portion 31.
Similarly, the outer spring portions 861 and 862 have a shape extending in the X-axis direction while reciprocating in the Y-axis direction. Further, the outer spring portions 861 and 862 are provided symmetrically with respect to the X axis intersecting the center O of the ring portion 31.
The outer spring portions 871 and 872 have a shape extending in the Y-axis direction while reciprocating in the X-axis direction. Further, the outer spring portions 871 and 872 are provided symmetrically with respect to the Y axis intersecting the center O of the ring portion 31.

同様に、外側バネ部881、882は、X軸方向に往復しながらY軸方向に延在する形状をなしている。また、外側バネ部881、882は、リング部31の中心Oと交わるY軸に対して対称的に設けられている。但し、外側バネ部851と852、861と862、871と872、881と882は、中心OやX軸、或いはY軸に対して完全に対称であることが本発明の必須条件ではない。
以上のような振動系構造体3は、固有の共振周波数を有している。これにより、後述するように、振動系構造体3を共振モードで駆動することができ、角速度の検出精度を向上させることができる。
Similarly, the outer spring portions 881 and 882 have a shape extending in the Y-axis direction while reciprocating in the X-axis direction. Further, the outer spring portions 881 and 882 are provided symmetrically with respect to the Y axis intersecting the center O of the ring portion 31. However, it is not an essential condition of the present invention that the outer spring portions 851 and 852, 861 and 862, 871 and 872, 881 and 882 are completely symmetrical with respect to the central O, X axis, or Y axis.
The vibration system structure 3 as described above has a unique resonance frequency. As a result, as will be described later, the vibration system structure 3 can be driven in the resonance mode, and the detection accuracy of the angular velocity can be improved.

-基板-
基板2は、振動系構造体3を支持するものである。図2に示すように、基板2は、板状をなしており、XY面内に設けられている。そして、基板2の上面に、振動系構造体3の内側固定部61、62、63、64および外側固定部651、652、661、662、671、672、681、682を接合することにより、振動系構造体3が基板2に固定・支持される。
-substrate-
The substrate 2 supports the vibration system structure 3. As shown in FIG. 2, the substrate 2 has a plate shape and is provided in the XY plane. Then, vibration is caused by joining the inner fixing portions 61, 62, 63, 64 and the outer fixing portions 651, 652, 661, 662, 671, 672, 681, 682 of the vibration system structure 3 to the upper surface of the substrate 2. The system structure 3 is fixed and supported on the substrate 2.

基板2と内側固定部61、62、63、64および外側固定部651、652、661、662、671、672、681、682の接合方法は、特に限定されず、直接接合や陽極接合等の各種接合方法を用いて接合してもよしい、振動系構造体3および基板2の構成材料によっては、接着剤等の支持部材を用いて接合してもよい。
また、基板2の上面(振動系構造体3と対向する側の面)には、必要に応じて凹部が形成されている。この凹部は、基板2と振動系構造体3の実際に振動する部分(例えば、第1振動部51、52および第2振動部53、54)との接触を防止する機能を有している。
このような基板2は、例えば、シリコンなどの半導体基板、ガラス、石英などの絶縁基板、或いは半導体層と絶縁層が積層してなる複合基板を各種加工技術を用いて所望の外形形状に加工することにより形成されている。これにより、物理量センサー1の構成が簡単なものとなる。
The bonding method between the substrate 2 and the inner fixing portions 61, 62, 63, 64 and the outer fixing portions 651, 652, 661, 662, 671, 672, 681, 682 is not particularly limited, and various types such as direct bonding and anode bonding are not particularly limited. Depending on the constituent materials of the vibration system structure 3 and the substrate 2, which may be joined by a joining method, a support member such as an adhesive may be used for joining.
Further, a recess is formed on the upper surface of the substrate 2 (the surface on the side facing the vibration system structure 3) as needed. This recess has a function of preventing contact between the substrate 2 and the actually vibrating portion (for example, the first vibrating portion 51, 52 and the second vibrating portion 53, 54) of the vibrating system structure 3.
In such a substrate 2, for example, a semiconductor substrate such as silicon, an insulating substrate such as glass or quartz, or a composite substrate in which a semiconductor layer and an insulating layer are laminated is processed into a desired outer shape by using various processing techniques. It is formed by that. This simplifies the configuration of the physical quantity sensor 1.

-振動手段-
振動手段4は、第1振動部51、52を互いに逆位相でX軸方向に所定の周波数(第1の周波数)で振動させる機能を有している。すなわち、振動手段4は、第1振動部51、52を互いにリング部31に接近する方向(内側)に変位させる状態と、第1振動部51、52を互いにリング部31から離間する方向(外側)に変位させる状態とを繰り返すように第1振動部51、52を振動させる。
-Vibration means-
The vibrating means 4 has a function of vibrating the first vibrating portions 51 and 52 at a predetermined frequency (first frequency) in the X-axis direction in opposite phases to each other. That is, the vibrating means 4 displaces the first vibrating portions 51 and 52 in a direction (inside) approaching the ring portion 31 and a direction in which the first vibrating portions 51 and 52 are separated from the ring portion 31 (outside). ) Is repeated, and the first vibrating portions 51 and 52 are vibrated.

このような振動手段4は、第1振動部51が有する駆動電極515に対応して設けられた複数の固定電極41を有している。各固定電極41は、駆動電極515を介してX軸方向に対向配置された櫛歯状の一対の電極片411、412を有している。同様に、振動手段4は、第1振動部52が有する各駆動電極525に対応して設けられた複数の固定電極42を有している。各固定電極42は、駆動電極525を介してX軸方向に対向配置された櫛歯状の一対の電極片421、422を有している。 Such a vibrating means 4 has a plurality of fixed electrodes 41 provided corresponding to the driving electrode 515 of the first vibrating portion 51. Each fixed electrode 41 has a pair of comb-shaped electrode pieces 411 and 412 arranged to face each other in the X-axis direction via a drive electrode 515. Similarly, the vibrating means 4 has a plurality of fixed electrodes 42 provided corresponding to each driving electrode 525 of the first vibrating unit 52. Each fixed electrode 42 has a pair of comb-shaped electrode pieces 421 and 422 arranged to face each other in the X-axis direction via a drive electrode 525.

そして、振動手段4は、図示しない電源によって、各電極片411、421と、各電極片412、422に位相が180度ずれた交番電圧を印加することにより、各駆動電極515、525と各電極片411、421との間と、各駆動電極515、525と各電極片412、422との間にそれぞれ静電力を発生させ、第1内側バネ部81、82および外側バネ部851、852、861、862をX軸方向に伸縮させつつ、第1振動部51、52が互いに逆位相でかつ所定の周波数でX軸方向に振動する。 Then, the vibrating means 4 applies an alternating voltage 180 degrees out of phase to each of the electrode pieces 411 and 421 and each of the electrode pieces 412 and 422 by a power source (not shown), thereby causing each drive electrode 515 and 525 and each electrode. Electrostatic forces are generated between the pieces 411 and 421 and between the drive electrodes 515 and 525 and the electrode pieces 412 and 422, respectively, and the first inner spring portions 81 and 82 and the outer spring portions 851, 852 and 861 are generated. , 862 expands and contracts in the X-axis direction, and the first vibrating portions 51 and 52 vibrate in the X-axis direction in opposite phases to each other and at a predetermined frequency.

交番電圧の周波数としては、特に限定されないが、振動系構造体3の共振周波数とほぼ等しいのが好ましい。これにより、振動系構造体3を共振モードで駆動することができるため、角速度の検出精度を向上させることができる。
第1振動部51、52が互いに逆位相に振動すると、その振動が第1内側バネ部81、82を伝達してリング部31に伝達される。すると、リング部31は、第1振動部51、52が内側に向けて変位するときに、X軸方向に収縮すると共にY軸方向に伸張するように変形し、第1振動部51、52が外側に向けて変位するときに、X軸方向に伸張すると共にY軸方向に収縮するように変形する。すなわち、リング部31は、第1振動部51、52の振動と同期して円環振動する。
The frequency of the alternating voltage is not particularly limited, but is preferably substantially equal to the resonance frequency of the vibration system structure 3. As a result, the vibration system structure 3 can be driven in the resonance mode, so that the detection accuracy of the angular velocity can be improved.
When the first vibrating portions 51 and 52 vibrate in opposite phases to each other, the vibration is transmitted to the first inner spring portions 81 and 82 and transmitted to the ring portion 31. Then, when the first vibrating portions 51 and 52 are displaced inward, the ring portion 31 is deformed so as to contract in the X-axis direction and extend in the Y-axis direction, and the first vibrating portions 51 and 52 are deformed. When displaced outward, it expands in the X-axis direction and contracts in the Y-axis direction. That is, the ring portion 31 vibrates in an annulus in synchronization with the vibration of the first vibrating portions 51 and 52.

さらに、円環振動によってリング部31がX軸方向に収縮すると共にY軸方向に伸張するように変形すると、その変形によって、第2振動部53、54が共に外側に変位し、逆に、X軸方向に伸張すると共にY軸方向に収縮するように変形すると、第2振動部53、54が共に内側に変位する。すなわち、リング部31の円環振動に同期して、第2振動部53、54が互いに逆位相でY軸方向に振動する。 Further, when the ring portion 31 contracts in the X-axis direction and is deformed so as to extend in the Y-axis direction due to the annular vibration, the second vibrating portions 53 and 54 are both displaced outward due to the deformation, and conversely, X. When deformed so as to extend in the axial direction and contract in the Y-axis direction, the second vibrating portions 53 and 54 are both displaced inward. That is, the second vibrating portions 53 and 54 vibrate in the Y-axis direction in opposite phases to each other in synchronization with the annular vibration of the ring portion 31.

すなわち、物理量センサー1では、リング部31の円環振動を利用して、第1振動部515、52を内側へ向けて変位させつつ第2振動部53、54を外側に向けて変位させる状態と、第1振動部51、52を外側に向けて変位させつつ第2振動部53、54を内側へ変位させる状態とが繰り返されるように、振動部51、52、53、54を振動させることができる。 That is, in the physical quantity sensor 1, the ring vibration of the ring portion 31 is used to displace the first vibrating portions 515 and 52 inward and the second vibrating portions 53 and 54 outward. , The vibrating portions 51, 52, 53, 54 can be vibrated so that the state in which the first vibrating portions 51, 52 are displaced outward and the second vibrating portions 53, 54 are displaced inward is repeated. can.

リング部31の梁71、72、73、74が接続された固定点は、リング部31の円環振動の節となる部位(すなわち、実質的に変位・変形が起きない部位)である。そのため、梁71、72、73、74によってリング部31の円環振動が阻害さることがなく、かつ円環振動に起因する振動が梁71、72、73、74および固定部61、62、63、64を介して振動系構造体3の外部に漏れることが防止または抑制される。その結果、振動系構造体3の振動のQ値が高くなり、物理量センサー1の検知精度が向上する。また、振動系構造体3を効率的に振動させることができるため、振動手段4の出力を小さくすることができ、その結果、物理量センサー1の小型化を図ることができる。
また、本実施形態のような静電駆動によれば、よりスムーズかつ確実に、上記のような振動を起こすことができる。また、本実施形態では、振動手段4を各振動部51、52、53、54の内側に接続しているため、スペースを有効活用でき、物理量センサー1の小型化を図ることができる。
The fixed point to which the beams 71, 72, 73, 74 of the ring portion 31 are connected is a portion (that is, a portion where displacement / deformation does not substantially occur) that becomes a node of the annular vibration of the ring portion 31. Therefore, the annular vibration of the ring portion 31 is not hindered by the beams 71, 72, 73, 74, and the vibration caused by the annular vibration is caused by the beams 71, 72, 73, 74 and the fixed portions 61, 62, 63. , 64 is prevented or suppressed from leaking to the outside of the vibration system structure 3. As a result, the Q value of the vibration of the vibration system structure 3 becomes high, and the detection accuracy of the physical quantity sensor 1 is improved. Further, since the vibration system structure 3 can be vibrated efficiently, the output of the vibration means 4 can be reduced, and as a result, the physical quantity sensor 1 can be miniaturized.
Further, according to the electrostatic drive as in the present embodiment, the above-mentioned vibration can be generated more smoothly and surely. Further, in the present embodiment, since the vibrating means 4 is connected to the inside of each vibrating portion 51, 52, 53, 54, the space can be effectively utilized and the physical quantity sensor 1 can be miniaturized.

-検出手段9-
検出手段9は、図4に示すように、変位トランスデューサー91、92、93、94と、回転トランスデューサー95、96、97、98とを有している。なお、図4では、説明の便宜上、物理量センサー1の構成要素の一部の図示を省略している。
変位トランスデューサー91は、第1振動部51に設けられたY軸方向変位部516と、アンカーを介して基板2に固定された固定電極911とを有している。固定電極911は、Y軸方向変位部516が有する検出電極516bに対応して複数設けられている。各固定電極911は、検出電極516bを介して対向配置された一対の電極片911a、911bを有しており、これら各電極片911a、911bは、X軸方向に延在して設けられている。
-Detecting means 9-
As shown in FIG. 4, the detecting means 9 has displacement transducers 91, 92, 93, 94 and rotary transducers 95, 96, 97, 98. In FIG. 4, for convenience of explanation, some of the components of the physical quantity sensor 1 are not shown.
The displacement transducer 91 has a Y-axis direction displacement portion 516 provided in the first vibration portion 51 and a fixed electrode 911 fixed to the substrate 2 via an anchor. A plurality of fixed electrodes 911 are provided corresponding to the detection electrodes 516b included in the Y-axis direction displacement portion 516. Each fixed electrode 911 has a pair of electrode pieces 911a and 911b arranged so as to face each other via the detection electrode 516b, and these electrode pieces 911a and 911b are provided extending in the X-axis direction. ..

変位トランスデューサー92は、第1振動部52に設けられたY軸方向変位部526と、アンカーを介して基板2に固定された固定電極921とを有している。固定電極921は、Y軸方向変位部526が有する検出電極526bに対応して複数設けられている。各固定電極921は、検出電極526bを介して対向配置された一対の電極片921a、921bを有しており、これら各電極片921a、921bは、X軸方向に延在して設けられている。 The displacement transducer 92 has a Y-axis direction displacement portion 526 provided in the first vibration portion 52 and a fixed electrode 921 fixed to the substrate 2 via an anchor. A plurality of fixed electrodes 921 are provided corresponding to the detection electrodes 526b included in the Y-axis direction displacement portion 526. Each fixed electrode 921 has a pair of electrode pieces 921a and 921b arranged to face each other with the detection electrode 526b interposed therebetween, and these electrode pieces 921a and 921b are provided extending in the X-axis direction. ..

変位トランスデューサー93は、第2振動部53に設けられたX軸方向変位部536と、アンカーを介して基板2に固定された固定電極931とを有している。固定電極931は、X軸方向変位部536が有する検出電極536bに対応して複数設けられている。各固定電極931は、検出電極536bを介して対向配置された一対の電極片931a、931bを有しており、これら各電極片931a、931bは、Y軸方向に延在して設けられている。 The displacement transducer 93 has an X-axis direction displacement portion 536 provided in the second vibration portion 53 and a fixed electrode 931 fixed to the substrate 2 via an anchor. A plurality of fixed electrodes 931 are provided corresponding to the detection electrodes 536b included in the displacement portion 536 in the X-axis direction. Each fixed electrode 931 has a pair of electrode pieces 931a and 931b which are arranged to face each other with the detection electrode 536b interposed therebetween, and these electrode pieces 931a and 931b are provided extending in the Y-axis direction. ..

変位トランスデューサー94は、第2振動部54に設けられたX軸方向変位部546と、アンカーを介して基板2に固定された固定電極941とを有している。固定電極941は、X軸方向変位部546が有する検出電極546bに対応して複数設けられている。各固定電極941は、検出電極546bを介して対向配置された一対の電極片941a、941bを有しており、これら各電極片941a、941bは、Y軸方向に延在して設けられている。
本実施形態では、これら変位トランスデューサー91、92、93、94を、振動部51、52、53、54の内側に接続しているため、装置のスペースを有効活用でき、物理量センサー1の小型化を図ることができる。
The displacement transducer 94 has an X-axis direction displacement portion 546 provided in the second vibration portion 54 and a fixed electrode 941 fixed to the substrate 2 via an anchor. A plurality of fixed electrodes 941 are provided corresponding to the detection electrodes 546b included in the displacement portion 546 in the X-axis direction. Each fixed electrode 941 has a pair of electrode pieces 941a and 941b arranged to face each other with the detection electrode 546b interposed therebetween, and these electrode pieces 941a and 941b are provided extending in the Y-axis direction. ..
In the present embodiment, since these displacement transducers 91, 92, 93, 94 are connected to the inside of the vibrating portions 51, 52, 53, 54, the space of the device can be effectively utilized and the physical quantity sensor 1 can be downsized. Can be planned.

回転トランスデューサー95は、第1振動部51に軸513、514を介して設けられたZ軸方向変位部512と、基板2に固定されZ軸方向変位部512とZ軸方向に離間して対向配置された固定電極951と、を有している。
回転トランスデューサー96は、第1振動部52に軸523、524を介して設けられたZ軸方向変位部522と、基板2に固定されZ軸方向変位部522とZ軸方向に離間して対向配置された固定電極961と、を有している。
The rotary transducer 95 faces the Z-axis direction displacement portion 512 provided on the first vibrating portion 51 via the shaft 513 and 514 and the Z-axis direction displacement portion 512 fixed to the substrate 2 so as to be separated from each other in the Z-axis direction. It has an arranged fixed electrode 951 and.
The rotary transducer 96 faces the Z-axis direction displacement portion 522 provided on the first vibrating portion 52 via the shaft 523 and 524, and the Z-axis direction displacement portion 522 fixed to the substrate 2 so as to be separated from each other in the Z-axis direction. It has an arranged fixed electrode 961 and.

回転トランスデューサー97は、第2振動部53に軸533、534を介して設けられたZ軸方向変位部532と、基板2に固定されZ軸方向変位部532とZ軸方向に離間して対向配置された固定電極971と、を有している。
回転トランスデューサー98は、第2振動部54に軸543、544を介して設けられたZ軸方向変位部542と、基板2に固定されZ軸方向変位部542とZ軸方向に離間して対向配置された固定電極981と、を有している。
本実施形態では、これら回転トランスデューサー95、96、97、98を、振動部51、52、53、54の内側に接続しているため、装置のスペースを有効活用でき、物理量センサー1の小型化を図ることができる。
The rotary transducer 97 faces the Z-axis direction displacement portion 532 provided on the second vibrating portion 53 via the shaft 533 and 534, and the Z-axis direction displacement portion 532 fixed to the substrate 2 so as to be separated from each other in the Z-axis direction. It has an arranged fixed electrode 971 and.
The rotary transducer 98 has a Z-axis direction displacement portion 542 provided on the second vibrating portion 54 via a shaft 543 and 544, and is fixed to the substrate 2 and faces the Z-axis direction displacement portion 542 separated from each other in the Z-axis direction. It has an arranged fixed electrode 981 and.
In the present embodiment, since these rotary transducers 95, 96, 97, 98 are connected to the inside of the vibrating portions 51, 52, 53, 54, the space of the device can be effectively utilized and the physical quantity sensor 1 can be downsized. Can be planned.

以下、このような検出手段9による角速度の検出方法について、図5、図6および図7に基づいて簡単に説明する。なお、図5、図6および図7では、説明の便宜上、物理量センサー1の構成の一部の図示を省略している。
-Z軸まわりの角速度の検出-
図5に示すように、振動手段4によって、第1振動部51、52をX軸方向に振動させつつ、第2振動部53、54をY軸方向に振動させた状態で物理量センサー1にZ軸まわりの角速度ωが加わると、X軸方向に振動する第1振動部51、52にY軸方向のコリオリ力が作用し、Y軸方向に振動する第2振動部53、54にX軸方向のコリオリ力が作用する。
Hereinafter, a method of detecting the angular velocity by such a detecting means 9 will be briefly described with reference to FIGS. 5, 6 and 7. Note that, in FIGS. 5, 6 and 7, for convenience of explanation, a part of the configuration of the physical quantity sensor 1 is not shown.
-Detection of angular velocity around the Z axis-
As shown in FIG. 5, the physical quantity sensor 1 Z in a state where the first vibrating portions 51 and 52 are vibrated in the X-axis direction and the second vibrating portions 53 and 54 are vibrated in the Y-axis direction by the vibrating means 4. When the angular velocity ω around the axis is applied, a colliorative force in the Y-axis direction acts on the first vibrating portions 51 and 52 that vibrate in the X-axis direction, and the second vibrating portions 53 and 54 vibrating in the Y-axis direction are in the X-axis direction. The collior force of is acting.

このようなコリオリ力が作用すると、第1振動部51では、Y軸方向変位部516がフレーム部511に対してY軸方向に変位し、これにより、検出電極516bと電極片911aの間の静電容量と、検出電極516bと電極片911bの間の静電容量とが変化し、これらの静電容量に差が生じる。同様に、第1振動部52でも、Y軸方向変位部526がフレーム部521に対してY軸方向に変位し、これにより、検出電極526bと電極片921aの間の静電容量と、検出電極516bと電極片921bの間の静電容量とが変化し、これらの静電容量に差が生じる。 When such a collior force acts, in the first vibrating section 51, the Y-axis direction displacement section 516 is displaced in the Y-axis direction with respect to the frame section 511, whereby the static force between the detection electrode 516b and the electrode piece 911a is static. The capacitance and the capacitance between the detection electrode 516b and the electrode piece 911b change, and a difference occurs in these capacitances. Similarly, in the first vibrating section 52, the Y-axis direction displacement section 526 is displaced in the Y-axis direction with respect to the frame section 521, whereby the capacitance between the detection electrode 526b and the electrode piece 921a and the detection electrode are detected. The capacitance between the 516b and the electrode piece 921b changes, resulting in a difference in these capacitances.

また、第2振動部53では、X軸方向変位部536がフレーム部531に対してX軸方向に変位し、これにより、検出電極536bと電極片931aの間の静電容量と、検出電極536bと電極片931bの間の静電容量とが変化し、これらの静電容量に差が生じる。同様に、第2振動部54でも、X軸方向変位部546がフレーム部541に対してX軸方向に変位し、これにより、検出電極546bと電極片941aの間の静電容量と、検出電極546bと電極片941bの間の静電容量とが変化し、これらの静電容量に差が生じる。
そして、検出手段9は、各振動部51、52、53、54で起きるこのような静電用容量の変化を検出し、その検出結果から物理量センサー1に加わるZ軸まわりの角速度を検出することができる。
Further, in the second vibrating portion 53, the X-axis direction displacement portion 536 is displaced in the X-axis direction with respect to the frame portion 531, whereby the capacitance between the detection electrode 536b and the electrode piece 931a and the detection electrode 536b The capacitance between the electrode piece 931b and the electrode piece 931b changes, and a difference occurs in these capacitances. Similarly, in the second vibrating portion 54, the X-axis direction displacement portion 546 is displaced in the X-axis direction with respect to the frame portion 541, whereby the capacitance between the detection electrode 546b and the electrode piece 941a and the detection electrode are detected. The capacitance between 546b and the electrode piece 941b changes, resulting in a difference in these capacitances.
Then, the detection means 9 detects such a change in electrostatic capacitance that occurs in each vibrating unit 51, 52, 53, 54, and detects the angular velocity around the Z axis applied to the physical quantity sensor 1 from the detection result. Can be done.

-X軸まわりの角速度の検出-
図6に示した斜視図のように、振動手段4によって、第1振動部51、52をX軸方向に振動させつつ、第2振動部53、54をY軸方向に振動させた状態で物理量センサー1にX軸まわりの角速度が加わると、Y軸方向に振動する第2振動部53、54にZ軸方向のコリオリ力が作用する。
-Detection of angular velocity around the X-axis-
As shown in the perspective view shown in FIG. 6, the physical quantity is in a state where the first vibrating portion 51, 52 is vibrated in the X-axis direction and the second vibrating portion 53, 54 is vibrated in the Y-axis direction by the vibrating means 4. When an angular velocity around the X axis is applied to the sensor 1, a collior force in the Z axis direction acts on the second vibrating portions 53 and 54 that vibrate in the Y axis direction.

このようなコリオリ力が作用すると、第2振動部53では、Z軸方向変位部532が軸部533、534まわりに回転し、これにより、Z軸方向変位部532と固定電極971の間の静電容量が変化する。同様に、第2振動部54では、Z軸方向変位部542が軸部543、544まわりに回転し、これにより、Z軸方向変位部542と固定電極981の間の静電容量が変化する。
そして、検出手段9は、第2振動部53、54で起きるこのような静電用容量の変化を検出し、その検出結果から物理量センサー1に加わるX軸まわりの角速度を検出することができる。
When such a Coriolis force acts, in the second vibrating portion 53, the Z-axis direction displacement portion 532 rotates around the shaft portion 533, 534, whereby the static force between the Z-axis direction displacement portion 532 and the fixed electrode 971 is static. The electric capacity changes. Similarly, in the second vibrating portion 54, the Z-axis direction displacement portion 542 rotates around the shaft portion 543 and 544, whereby the capacitance between the Z-axis direction displacement portion 542 and the fixed electrode 981 changes.
Then, the detection means 9 can detect such a change in electrostatic capacitance that occurs in the second vibrating units 53 and 54, and can detect the angular velocity around the X axis applied to the physical quantity sensor 1 from the detection result.

-Y軸まわりの角速度の検出-
図7に示すように、振動手段4によって、第1振動部51、52をX軸方向に振動させつつ、第2振動部53、54をY軸方向に振動させた状態で物理量センサー1にY軸まわりの角速度が加わると、X軸方向に振動する第1振動部51、52にZ軸方向のコリオリ力が作用する。
-Detection of angular velocity around the Y-axis-
As shown in FIG. 7, the physical quantity sensor 1 is Y in a state where the first vibrating portions 51 and 52 are vibrated in the X-axis direction and the second vibrating portions 53 and 54 are vibrated in the Y-axis direction by the vibrating means 4. When the angular velocity around the axis is applied, a collior force in the Z-axis direction acts on the first vibrating portions 51 and 52 that vibrate in the X-axis direction.

このようなコリオリ力が作用すると、第1振動部51では、Z軸方向変位部512が軸部513、514まわりに回転し、これにより、Z軸方向変位部512と固定電極951の間の静電容量が変化する。同様に、第1振動部52では、Z軸方向変位部522が軸部523、524まわりに回転し、これにより、Z軸方向変位部522と固定電極961の間の静電容量が変化する。 When such a Coriolis force acts, in the first vibrating portion 51, the Z-axis direction displacement portion 512 rotates around the shaft portion 513 and 514, whereby the static force between the Z-axis direction displacement portion 512 and the fixed electrode 951 is static. The electric capacity changes. Similarly, in the first vibrating portion 52, the Z-axis direction displacement portion 522 rotates around the shaft portion 523, 524, whereby the capacitance between the Z-axis direction displacement portion 522 and the fixed electrode 961 changes.

そして、検出手段9は、第1振動部51、52で起きるこのような静電用容量の変化を検出し、その検出結果から物理量センサー1に加わるX軸まわりの角速度を検出することができる。
以上のように、物理量センサー1によれば、X軸、Y軸、Z軸の全ての軸まわりの角速度を検出することができる。そのため、小型で、利便性に優れた物理量センサー1となる。また、本実施形態では、静電型の検出手段9を用いているため、装置の小型化を図りつつ、検出精度の向上を図ることができる。
Then, the detection means 9 can detect such a change in electrostatic capacitance that occurs in the first vibrating units 51 and 52, and can detect the angular velocity around the X axis applied to the physical quantity sensor 1 from the detection result.
As described above, according to the physical quantity sensor 1, it is possible to detect the angular velocities around all the X-axis, Y-axis, and Z-axis. Therefore, the physical quantity sensor 1 is compact and has excellent convenience. Further, in the present embodiment, since the electrostatic detection means 9 is used, it is possible to improve the detection accuracy while reducing the size of the device.

なお、物理量センサー1では、変位トランスデューサー91、92が一組となって、物理量センサー1に加わるY軸方向の加速度(直線加速度)をキャンセルする機能を有している。また、変位トランスデューサー93、94が一組となって、物理量センサー1に加わるX軸方向の加速度をキャンセルする機能を有している。また、回転トランスデューサー95、96、97、98が組となって、物理量センサー1に加わるZ軸方向の加速度をキャンセルする機能を有している。 The physical quantity sensor 1 has a function of canceling the acceleration (linear acceleration) in the Y-axis direction applied to the physical quantity sensor 1 by combining the displacement transducers 91 and 92 as a set. Further, the displacement transducers 93 and 94 are combined to have a function of canceling the acceleration in the X-axis direction applied to the physical quantity sensor 1. Further, the rotary transducers 95, 96, 97, and 98 are paired to have a function of canceling the acceleration in the Z-axis direction applied to the physical quantity sensor 1.

具体的には、例えば、物理量センサー1にY軸方向に加速度が加わると、第1振動部51のY軸方向変位部516と第1振動部52のY軸方向変位部526とが共にY軸方向同じ側に変位する。このようなY軸方向変位部516、526の変位は、Z軸まわりの角速度が加わった場合の変位(すなわち、Y軸方向変位部516、526のY軸方向互いに反対側への変位)と異なっている。そのため、物理量センサー1によれば、検出電極516bと各電極片911a、911bの間の静電容量および検出電極526bと各電極片921a、921bの間の静電容量の変化から、物理量センサー1に加わる加速度を検出することができ、この角速度を検出した場合は、検出した加速度を補正処理等によって電気的にキャンセルすることができる。その結果、物理量センサー1の角速度の検出精度がより向上する。X軸方向の加速度およびZ軸方向の加速度についても同様にしてキャンセルすることができる。 Specifically, for example, when an acceleration is applied to the physical quantity sensor 1 in the Y-axis direction, the Y-axis displacement portion 516 of the first vibrating portion 51 and the Y-axis displacement portion 526 of the first vibrating portion 52 are both Y-axis. Displace to the same side in the direction. The displacement of the Y-axis displacement portions 516 and 526 is different from the displacement when the angular velocity around the Z-axis is applied (that is, the displacements of the Y-axis displacement portions 516 and 526 in opposite directions in the Y-axis direction). ing. Therefore, according to the physical quantity sensor 1, the physical quantity sensor 1 is based on the change in the capacitance between the detection electrode 516b and the electrode pieces 911a and 911b and the capacitance between the detection electrode 526b and the electrode pieces 921a and 921b. The applied acceleration can be detected, and when this angular velocity is detected, the detected acceleration can be electrically canceled by a correction process or the like. As a result, the detection accuracy of the angular velocity of the physical quantity sensor 1 is further improved. The acceleration in the X-axis direction and the acceleration in the Z-axis direction can be canceled in the same manner.

<第2実施形態>
図8は、本発明の物理量センサーの第2実施形態を示す平面図である。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の物理量センサー1は、振動手段の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図8にて、前述した第1実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
<Second Embodiment>
FIG. 8 is a plan view showing a second embodiment of the physical quantity sensor of the present invention.
The physical quantity sensor of the present embodiment will be described mainly on the differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters will be omitted.
The physical quantity sensor 1 of the present embodiment is the same as the physical quantity sensor of the first embodiment described above, except that the configuration of the vibration means is different. In FIG. 8, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the first embodiment described above.

本実施形態の物理量センサー1では、第2振動部53、54にも振動手段4が接続されている。すなわち、第2振動部53に、X軸方向に延在する複数の駆動電極535が設けられており、第2振動部54にもX軸方向に延在する複数の駆動電極545が設けられている。
また、振動手段4は、第2振動部53が有する駆動電極535に対応して設けられた複数の固定電極43を有している。各固定電極43は、駆動電極535を介してY軸方向に対向配置された櫛歯状の一対の電極片431、432を有している。同様に、振動手段4は、第2振動部54が有する各駆動電極545に対応して設けられた複数の固定電極44を有している。各固定電極44は、駆動電極545を介してY軸方向に対向配置された櫛歯状の一対の電極片441、442を有している。
In the physical quantity sensor 1 of the present embodiment, the vibrating means 4 is also connected to the second vibrating portions 53 and 54. That is, the second vibrating unit 53 is provided with a plurality of drive electrodes 535 extending in the X-axis direction, and the second vibrating unit 54 is also provided with a plurality of drive electrodes 545 extending in the X-axis direction. There is.
Further, the vibrating means 4 has a plurality of fixed electrodes 43 provided corresponding to the driving electrodes 535 of the second vibrating unit 53. Each fixed electrode 43 has a pair of comb-shaped electrode pieces 431 and 432 arranged to face each other in the Y-axis direction via a drive electrode 535. Similarly, the vibrating means 4 has a plurality of fixed electrodes 44 provided corresponding to each driving electrode 545 of the second vibrating unit 54. Each fixed electrode 44 has a pair of comb-shaped electrode pieces 441 and 442 arranged to face each other in the Y-axis direction via a drive electrode 545.

そして、振動手段4は、図示しない電源によって、電極片411、421、432、442と、電極片412、422、431、441とに180度位相のずれた交番電圧を印加することにより、第1振動部51、52を互いに逆位相でX軸方向に振動させつつ、第2振動部53、54を互いに逆位相でかつ第1振動部51、52とは反対側へY軸方向に振動させる。
このような第2実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
Then, the vibrating means 4 applies an alternating voltage 180 degrees out of phase to the electrode pieces 411, 421, 432, 442 and the electrode pieces 421, 422, 431, 441 by a power source (not shown). While the vibrating portions 51 and 52 are vibrated in the opposite phase to each other in the X-axis direction, the second vibrating portions 53 and 54 are vibrated in the opposite phase to each other and to the opposite side of the first vibrating portions 51 and 52 in the Y-axis direction.
Even with such a second embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be exhibited.

<第3実施形態>
図9は、本発明の物理量センサーの第3実施形態を示す平面図である。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の物理量センサー1は、振動系構造体の投影形状が異なる以外は、前述した第1実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図9にて、前述した第1実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
<Third Embodiment>
FIG. 9 is a plan view showing a third embodiment of the physical quantity sensor of the present invention.
The physical quantity sensor of the present embodiment will be described mainly on the differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters will be omitted.
The physical quantity sensor 1 of the present embodiment is the same as the physical quantity sensor of the first embodiment described above, except that the projected shape of the vibration system structure is different. In FIG. 9, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the first embodiment described above.

本実施形態の物理量センサー1では、Z軸を法線とする平面視にて、振動部51、52、53、54の外形がそれぞれ台形をなしている。そして、Z軸方向を法線とする平面視にて、振動部51、52、53、54の集合体の投影外形がほぼ矩形となっている。これにより、物理量センサー1の小型化を図ることができる。また、例えば、物理量センサー1をチップ内に搭載する場合には、チップの形状と対応するため、チップへの搭載が簡単となる。
このような第3実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
In the physical quantity sensor 1 of the present embodiment, the outer shapes of the vibrating portions 51, 52, 53, and 54 are trapezoidal in a plan view with the Z axis as a normal. Then, in a plan view with the Z-axis direction as a normal, the projected outer shape of the aggregate of the vibrating portions 51, 52, 53, 54 is substantially rectangular. As a result, the physical quantity sensor 1 can be downsized. Further, for example, when the physical quantity sensor 1 is mounted in the chip, it corresponds to the shape of the chip, so that the mounting on the chip becomes easy.
Even with such a third embodiment, the same effect as that of the above-mentioned first embodiment can be exhibited.

<第4実施形態>
図10は、本発明の物理量センサーの第4実施形態を示す平面図である。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の物理量センサー1は、振動手段の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図10にて、前述した第1実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
<Fourth Embodiment>
FIG. 10 is a plan view showing a fourth embodiment of the physical quantity sensor of the present invention.
The physical quantity sensor of the present embodiment will be described mainly on the differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters will be omitted.
The physical quantity sensor 1 of the present embodiment is the same as the physical quantity sensor of the first embodiment described above, except that the configuration of the vibration means is different. In FIG. 10, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the first embodiment described above.

本実施形態の振動手段4は、圧電駆動によって、第1振動部51、52をX軸方向に振動させるように構成されている。以下では、第1振動部51について代表して説明し、第1振動部52については、その説明を省略する。
第1振動部51には、第1開口511aの内側に設けられ、基板2に固定された固定部518aと、第1開口511aの内側に設けられ、固定部518aとフレーム部511とを連結する複数の連結部518bとを有している。各連結部518bは、Y軸方向に延在して設けられていると共に、互いにX軸方向に離間して配置されている。
振動手段4は、各連結部518bに設けられた一対の圧電体素子45、46とを有している。圧電体素子45、46は、Y軸方向に延在して設けられており、かつX軸方向に離間して設けられている。
The vibrating means 4 of the present embodiment is configured to vibrate the first vibrating portions 51 and 52 in the X-axis direction by piezoelectric drive. Hereinafter, the first vibrating unit 51 will be described as a representative, and the description of the first vibrating unit 52 will be omitted.
The first vibrating portion 51 is provided inside the first opening 511a and is fixed to the substrate 2, and is provided inside the first opening 511a to connect the fixing portion 518a and the frame portion 511. It has a plurality of connecting portions 518b. Each connecting portion 518b is provided so as to extend in the Y-axis direction, and is arranged so as to be separated from each other in the X-axis direction.
The vibrating means 4 has a pair of piezoelectric elements 45 and 46 provided in each connecting portion 518b. The piezoelectric elements 45 and 46 are provided so as to extend in the Y-axis direction and are provided apart from each other in the X-axis direction.

圧電体素子45、46は、Z軸方向に対向配置された一対の電極と、一対の電極間に介在する圧電性を有する圧電体層とで構成されており、一対の電極間に電圧を印加することにより、Y軸方向に伸張または収縮する。そのため、各圧電体素子45を伸張させると共に、各圧電体素子46を収縮させると、各連結部518bが湾曲変形し、フレーム部511と接続している側の端部がリング部31側に変位し、その結果、第1振動部51が内側に変位する。反対に、各圧電体素子45を収縮させると共に、各圧電体素子46を伸張させると、各連結部518bが湾曲変形し、フレーム部511と接続している側の端部がリング部31と反対側に変位し、その結果、第1振動部51が外側に変位する。 The piezoelectric elements 45 and 46 are composed of a pair of electrodes arranged to face each other in the Z-axis direction and a piezoelectric layer having piezoelectricity interposed between the pair of electrodes, and a voltage is applied between the pair of electrodes. By doing so, it expands or contracts in the Y-axis direction. Therefore, when each piezoelectric element 45 is stretched and each piezoelectric element 46 is contracted, each connecting portion 518b is curved and deformed, and the end portion on the side connected to the frame portion 511 is displaced toward the ring portion 31 side. As a result, the first vibrating portion 51 is displaced inward. On the contrary, when each piezoelectric element 45 is contracted and each piezoelectric element 46 is expanded, each connecting portion 518b is curved and deformed, and the end portion on the side connected to the frame portion 511 is opposite to the ring portion 31. It is displaced to the side, and as a result, the first vibrating portion 51 is displaced to the outside.

構成の振動手段4では、各圧電体素子45を伸張させると共に、各圧電体素子46を収縮させる状態と、各圧電体素子45を収縮させると共に、各圧電体素子46を伸張させる状態とが交互に繰り返されるように各圧電体素子45、46に電圧を印加することにより、第1振動部51、52を互いに逆位相でX軸方向に振動させる。
このような第4実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
In the vibrating means 4 having the configuration, a state in which each piezoelectric element 45 is stretched and each piezoelectric element 46 is contracted and a state in which each piezoelectric element 45 is contracted and each piezoelectric element 46 is stretched alternate with each other. By applying a voltage to each of the piezoelectric elements 45 and 46 so as to be repeated, the first vibrating portions 51 and 52 are vibrated in the X-axis direction in opposite phases to each other.
Even with such a fourth embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be exhibited.

<第5実施形態>
図11は、本発明の物理量センサーの第5実施形態を示す平面図である。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の物理量センサー1は、検出手段の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図11にて、前述した第1実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。また、第1振動部51、52の構成は互いに同様であり、第2振動部53、54の構成は互いに同様であるため、以下では、第1振動部51と第2振動部53とについて代表して説明し、第1振動部52と第2振動部54については、その説明を省略する。
<Fifth Embodiment>
FIG. 11 is a plan view showing a fifth embodiment of the physical quantity sensor of the present invention.
The physical quantity sensor of the present embodiment will be described mainly on the differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters will be omitted.
The physical quantity sensor 1 of the present embodiment is the same as the physical quantity sensor of the first embodiment described above, except that the configuration of the detection means is different. In FIG. 11, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the first embodiment described above. Further, since the configurations of the first vibrating section 51 and 52 are similar to each other and the configurations of the second vibrating section 53 and 54 are similar to each other, the first vibrating section 51 and the second vibrating section 53 are represented below. The description of the first vibrating unit 52 and the second vibrating unit 54 will be omitted.

第1振動部51は、第2開口511bの内側に設けられ、フレーム部511に対してY軸方向に変位可能な板状のY軸方向変位部519aと、Y軸方向変位部519aとフレーム部511とを連結する複数のバネ部519bとを有している。各バネ部519bは、X軸方向に延在して設けられている。
第2振動部53は、第2開口531bの内側に設けられ、フレーム部531に対してX軸方向に変位可能な板状のX軸方向変位部539aと、X軸方向変位部539aとフレーム部531とを連結する複数のバネ部539bとを有している。各バネ部539aは、Y軸方向に延在して設けられている。
The first vibrating portion 51 is provided inside the second opening 511b, and has a plate-shaped Y-axis direction displacement portion 519a that can be displaced in the Y-axis direction with respect to the frame portion 511, a Y-axis direction displacement portion 519a, and a frame portion. It has a plurality of spring portions 519b connecting with 511. Each spring portion 519b is provided so as to extend in the X-axis direction.
The second vibrating portion 53 is provided inside the second opening 531b, and has a plate-shaped displacement portion 539a in the X-axis direction that can be displaced in the X-axis direction with respect to the frame portion 531, and the X-axis direction displacement portion 539a and the frame portion. It has a plurality of spring portions 539b connecting the 531 and the spring portion 539b. Each spring portion 539a is provided so as to extend in the Y-axis direction.

検出手段9は、第1振動部51の各バネ部519bに設けられた一対の圧電体素子991、992を有している。圧電体素子991、992は、X軸方向に延在して、かつ互いにY軸方向に離間して設けられている。また、検出手段9は、第2振動部53の各バネ部539bに設けられた一対の圧電体素子993、994を有している。圧電体素子993、994は、Y軸方向に延在して、かつ互いにX軸方向に離間して設けられている。 The detecting means 9 has a pair of piezoelectric elements 991 and 992 provided in each spring portion 519b of the first vibrating portion 51. The piezoelectric elements 991 and 992 extend in the X-axis direction and are provided apart from each other in the Y-axis direction. Further, the detecting means 9 has a pair of piezoelectric elements 993 and 994 provided in each spring portion 539b of the second vibrating portion 53. The piezoelectric elements 993 and 994 extend in the Y-axis direction and are provided apart from each other in the X-axis direction.

各圧電体素子991、992、993、994は、それぞれ、Z軸方向に対向配置された一対の電極と、一対の電極間に介在する圧電性を有する圧電体層とで構成されている。このような圧電体素子991、992、993、994は、変形によって電荷を発生する性質を有しており、変形量が大きいほど大きな電荷が発生する。
そのため、物理量センサー1にZ軸まわりの角速度が加わり、第1振動部51のY軸方向変位部がバネ部519bをY軸方向に湾曲変形させつつY軸方向に変位すると、圧電体素子991、992がバネ部519bの変形量に応じた大きさの電荷を発生し、第2振動部53のX軸方向変位部が連結部539bをX軸方向に湾曲変形させつつX軸方向に変位すると、圧電体素子993、994が連結部539bの変形量に応じた大きさの電荷を発生することとなる。
検出手段9は、このような圧電体素子991、992、993、994から発生する電荷の大きさを検出することにより、Z軸まわりの角速度を検出する。
Each of the piezoelectric elements 991, 992, 993, and 994 is composed of a pair of electrodes arranged to face each other in the Z-axis direction and a piezoelectric layer having piezoelectricity interposed between the pair of electrodes. Such piezoelectric elements 991, 992, 993, and 994 have a property of generating electric charges by deformation, and the larger the amount of deformation, the larger the electric charge is generated.
Therefore, when the angular velocity around the Z axis is applied to the physical quantity sensor 1 and the displacement portion in the Y-axis direction of the first vibrating portion 51 is displaced in the Y-axis direction while bending and deforming the spring portion 519b in the Y-axis direction, the piezoelectric element 991, When 992 generates a charge having a magnitude corresponding to the amount of deformation of the spring portion 519b and the displacement portion in the X-axis direction of the second vibrating portion 53 bends and deforms the connecting portion 539b in the X-axis direction and displaces in the X-axis direction. The piezoelectric elements 993 and 994 generate a charge having a magnitude corresponding to the amount of deformation of the connecting portion 539b.
The detecting means 9 detects the angular velocity around the Z axis by detecting the magnitude of the electric charge generated from such the piezoelectric elements 991, 992, 993, 994.

<第6実施形態>
図12は、本発明の物理量センサーの第6実施形態を示す平面図である。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の物理量センサー1は、検出手段の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図12にて、前述した第1実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。また、第1振動部51、52の構成は互いに同様であり、第2振動部53、54の構成は互いに同様であるため、以下では、第1振動部51と第2振動部53とについて代表して説明し、第1振動部52と第2振動部54については、その説明を省略する。
<Sixth Embodiment>
FIG. 12 is a plan view showing a sixth embodiment of the physical quantity sensor of the present invention.
The physical quantity sensor of the present embodiment will be described mainly on the differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters will be omitted.
The physical quantity sensor 1 of the present embodiment is the same as the physical quantity sensor of the first embodiment described above, except that the configuration of the detection means is different. In FIG. 12, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the first embodiment described above. Further, since the configurations of the first vibrating section 51 and 52 are similar to each other and the configurations of the second vibrating section 53 and 54 are similar to each other, the first vibrating section 51 and the second vibrating section 53 are represented below. The description of the first vibrating unit 52 and the second vibrating unit 54 will be omitted.

第1振動部51は、第2開口511bの内側に設けられ、フレーム部511に対してY軸方向に変位可能な板状のY軸方向変位部519aと、Y軸方向変位部519aとフレーム部511とを連結する複数のバネ部519bとを有している。各バネ部519bは、X軸方向に延在して設けられている。
第2振動部53は、第2開口531bの内側に設けられ、フレーム部531に対してX軸方向に変位可能な板状のX軸方向変位部539aと、X軸方向変位部539aとフレーム部531とを連結する複数のバネ部539bとを有している。各バネ部539aは、Y軸方向に延在して設けられている。
The first vibrating portion 51 is provided inside the second opening 511b, and has a plate-shaped Y-axis direction displacement portion 519a that can be displaced in the Y-axis direction with respect to the frame portion 511, a Y-axis direction displacement portion 519a, and a frame portion. It has a plurality of spring portions 519b connecting with 511. Each spring portion 519b is provided so as to extend in the X-axis direction.
The second vibrating portion 53 is provided inside the second opening 531b, and has a plate-shaped displacement portion 539a in the X-axis direction that can be displaced in the X-axis direction with respect to the frame portion 531, and the X-axis direction displacement portion 539a and the frame portion. It has a plurality of spring portions 539b connecting the 531 and the spring portion 539b. Each spring portion 539a is provided so as to extend in the Y-axis direction.

本実施形態の検出手段9は、第1振動部51の各バネ部519bに設けられたピエゾ抵抗部995と、第2振動部53の各バネ部539bに設けられたピエゾ抵抗部996とを有している。ピエゾ抵抗部995、996は、例えば、n型のシリコン基板を用いて振動系構造体3を形成した場合には、ボロンなどの不純物を高濃度に拡散させ、その拡散部分にp型シリコン層を形成することで形成することができる。 The detection means 9 of the present embodiment has a piezo resistance portion 995 provided in each spring portion 519b of the first vibrating portion 51 and a piezo resistance portion 996 provided in each spring portion 539b of the second vibrating portion 53. is doing. In the piezo resistance portions 995 and 996, for example, when the vibration system structure 3 is formed using an n-type silicon substrate, impurities such as boron are diffused at a high concentration, and a p-type silicon layer is formed in the diffused portion. It can be formed by forming.

ピエゾ抵抗部995、996は、変形によって抵抗値が変化する性質を有しており、変形量が大きいほど抵抗値の変化量が大きくなる。そのため、物理量センサー1にZ軸まわりの角速度が加わり、第1振動部51のY軸方向変位部がバネ部519bをY軸方向に湾曲変形させつつY軸方向に変位すると、ピエゾ抵抗部995がバネ部519bの変形量に応じた大きさの抵抗値に変化し、第2振動部53のX軸方向変位部が連結部539bをX軸方向に湾曲変形させつつX軸方向に変位すると、ピエゾ抵抗部996が連結部539bの変形量に応じた大きさの抵抗値に変化する。
検出手段9は、このようなピエゾ抵抗部995、996の抵抗値変化を検出することにより、Z軸まわりの角速度を検出する。
The piezo resistance portions 995 and 996 have a property that the resistance value changes due to deformation, and the larger the deformation amount, the larger the change amount of the resistance value. Therefore, when the angular velocity around the Z axis is applied to the physical quantity sensor 1 and the displacement portion in the Y-axis direction of the first vibrating portion 51 is displaced in the Y-axis direction while bending and deforming the spring portion 519b in the Y-axis direction, the piezo resistance portion 995 is displaced. When the resistance value changes to a magnitude corresponding to the amount of deformation of the spring portion 519b and the displacement portion in the X-axis direction of the second vibrating portion 53 bends and deforms the connecting portion 539b in the X-axis direction and is displaced in the X-axis direction, the piezo The resistance portion 996 changes to a resistance value having a size corresponding to the amount of deformation of the connecting portion 539b.
The detecting means 9 detects the angular velocity around the Z axis by detecting such a change in the resistance value of the piezo resistance portions 995 and 996.

<第7実施形態>
図13は、本発明の物理量センサーの第7実施形態を示す平面図である。なお、図13では、説明の便宜上、物理量センサーの一部の構成の図示を省略している。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
<7th Embodiment>
FIG. 13 is a plan view showing a seventh embodiment of the physical quantity sensor of the present invention. In FIG. 13, for convenience of explanation, the illustration of a part of the configuration of the physical quantity sensor is omitted.
The physical quantity sensor of the present embodiment will be described mainly on the differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters will be omitted.

本実施形態の物理量センサー1は、検出手段の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図13にて、前述した第1実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。また、4つの振動部の構成は、Z軸まわりの配置が異なる以外は、互いに同様であるため、以下では、第1振動部51について代表して説明し、第1振動部52と第2振動部53、54については、その説明を省略する。 The physical quantity sensor 1 of the present embodiment is the same as the physical quantity sensor of the first embodiment described above, except that the configuration of the detection means is different. In FIG. 13, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the first embodiment described above. Further, since the configurations of the four vibrating parts are the same as each other except that the arrangement around the Z axis is different, the first vibrating part 51 will be described as a representative below, and the first vibrating part 52 and the second vibrating part will be described. The description of parts 53 and 54 will be omitted.

第1振動部51では、Y軸方向変位部516がフレーム部511の外側に設けられており、複数のバネ部517によってフレーム部511に連結されている。このようなY軸方向変位部516は、板状の基部516cと、基部516cからX軸方向に突出した複数の検出電極516dとで構成されている。
本実施形態の検出手段9の変位トランスデューサー91は、第1振動部51に設けられたY軸方向変位部516と、アンカーを介して基板2に固定された固定電極911とを有している。固定電極911は、Y軸方向変位部516が有する検出電極516dに対応して複数設けられている。各固定電極911は、検出電極516dを介して対向配置された一対の電極片911a、911bを有しており、これら各電極片911a、911bは、X軸方向に延在して設けられている。
In the first vibrating portion 51, the Y-axis direction displacement portion 516 is provided on the outside of the frame portion 511, and is connected to the frame portion 511 by a plurality of spring portions 517. Such a displacement portion 516 in the Y-axis direction is composed of a plate-shaped base portion 516c and a plurality of detection electrodes 516d protruding from the base portion 516c in the X-axis direction.
The displacement transducer 91 of the detection means 9 of the present embodiment has a Y-axis direction displacement portion 516 provided in the first vibration portion 51 and a fixed electrode 911 fixed to the substrate 2 via an anchor. .. A plurality of fixed electrodes 911 are provided corresponding to the detection electrodes 516d included in the Y-axis direction displacement portion 516. Each fixed electrode 911 has a pair of electrode pieces 911a and 911b arranged so as to face each other with the detection electrode 516d interposed therebetween, and these electrode pieces 911a and 911b are provided extending in the X-axis direction. ..

<第8実施形態>
図14は、本発明の物理量センサーの第8実施形態を示す平面図である。なお、図13では、説明の便宜上、物理量センサーの一部の構成の図示を省略している。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
<8th Embodiment>
FIG. 14 is a plan view showing an eighth embodiment of the physical quantity sensor of the present invention. In FIG. 13, for convenience of explanation, the illustration of a part of the configuration of the physical quantity sensor is omitted.
The physical quantity sensor of the present embodiment will be described mainly on the differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters will be omitted.

本実施形態の物理量センサー1は、検出手段の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図14にて、前述した第1実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。また、4つの振動部の構成は、Z軸まわりの配置が異なる以外は、互いに同様であるため、以下では、第1振動部51について代表して説明し、第1振動部52と第2振動部53、54については、その説明を省略する。 The physical quantity sensor 1 of the present embodiment is the same as the physical quantity sensor of the first embodiment described above, except that the configuration of the detection means is different. In FIG. 14, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the first embodiment described above. Further, since the configurations of the four vibrating parts are the same as each other except that the arrangement around the Z axis is different, the first vibrating part 51 will be described as a representative below, and the first vibrating part 52 and the second vibrating part will be described. The description of parts 53 and 54 will be omitted.

第1振動部51では、フレーム部511の外側に設けられたZ軸まわり変位部516Aが、一対の連結バネ517Aによってフレーム部511に連結されている。また、一対の連結バネ517Aは、それぞれ、リング部31の中心Oに対する動径方向に沿って延在している。また、Z軸まわり変位部516Aは、板状の基部516Aaと、基部516Aaからリング部31の中心Oに対する動径方向に突出した複数の固定電極516Abとを有している。 In the first vibrating portion 51, the Z-axis displacement portion 516A provided on the outside of the frame portion 511 is connected to the frame portion 511 by a pair of connecting springs 517A. Further, each of the pair of connecting springs 517A extends along the radial direction with respect to the center O of the ring portion 31. Further, the Z-axis displacement portion 516A has a plate-shaped base portion 516Aa and a plurality of fixed electrodes 516Ab protruding from the base portion 516Aa in the radial direction with respect to the center O of the ring portion 31.

このような第1振動部51では、Z軸まわりの角速度が加わった場合に生じるY軸方向のコリオリ力によって、Z軸まわり変位部516Aが、一対の連結バネ517Aを湾曲変形させつつ、Z軸まわりに回動する。このような構成によれば、Y軸方向のコリオリ力をZ軸まわりの応力に変化することができるため、Z軸まわり変位部516Aの変位量を大きくすることができる。 In such a first vibrating portion 51, the Z-axis displacement portion 516A bends and deforms the pair of connecting springs 517A due to the Coriolis force in the Y-axis direction generated when the angular velocity around the Z-axis is applied, while the Z-axis. Rotate around. According to such a configuration, since the Coriolis force in the Y-axis direction can be changed to the stress around the Z-axis, the displacement amount of the displacement portion 516A around the Z-axis can be increased.

本実施形態の検出手段9の回転トランスデューサー91は、第1振動部51に設けられたZ軸まわり変位部516Aと、アンカーを介して基板2に固定された固定電極911とを有している。固定電極911は、Z軸まわり変位部516Aが有する固定電極516Abに対応して複数設けられている。各固定電極911は、固定電極516Abを介して対向配置された一対の電極片911a、911bを有している。
以上説明したような各実施形態の振動片は、各種の電子機器に適用することができ、得られる電子機器は、信頼性の高いものとなる。
The rotary transducer 91 of the detection means 9 of the present embodiment has a Z-axis displacement portion 516A provided in the first vibration portion 51 and a fixed electrode 911 fixed to the substrate 2 via an anchor. .. A plurality of fixed electrodes 911 are provided corresponding to the fixed electrodes 516Ab included in the displacement portion 516A around the Z axis. Each fixed electrode 911 has a pair of electrode pieces 911a and 911b arranged so as to face each other via the fixed electrode 516Ab.
The vibrating pieces of each embodiment as described above can be applied to various electronic devices, and the obtained electronic devices are highly reliable.

ここで、本発明の振動片を備える電子機器について、図15~図17に基づき、詳細に説明する。
図15は、本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用したモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
この図において、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部100を備えた表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
このようなパーソナルコンピューター1100には、角速度検知手段(ジャイロセンサー)として機能する物理量センサー1が内蔵されている。
Here, the electronic device including the vibrating piece of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 15 to 17.
FIG. 15 is a perspective view showing the configuration of a mobile (or notebook) personal computer to which an electronic device equipped with the physical quantity sensor of the present invention is applied.
In this figure, the personal computer 1100 is composed of a main body portion 1104 provided with a keyboard 1102 and a display unit 1106 provided with a display unit 100, and the display unit 1106 rotates with respect to the main body portion 1104 via a hinge structure portion. It is movably supported.
Such a personal computer 1100 has a built-in physical quantity sensor 1 that functions as an angular velocity detecting means (gyro sensor).

図16は、本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用した携帯電話機(PHSも含む)の構成を示す斜視図である。
この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206を備え、操作ボタン1202と受話口1204との間には、表示部100が配置されている。
このような携帯電話機1200には、角速度検知手段(ジャイロセンサー)として機能する物理量センサー1が内蔵されている。
FIG. 16 is a perspective view showing the configuration of a mobile phone (including PHS) to which an electronic device provided with the physical quantity sensor of the present invention is applied.
In this figure, the mobile phone 1200 includes a plurality of operation buttons 1202, earpiece 1204, and earpiece 1206, and a display unit 100 is arranged between the operation button 1202 and the earpiece 1204.
Such a mobile phone 1200 has a built-in physical quantity sensor 1 that functions as an angular velocity detecting means (gyro sensor).

図17は、本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)などの撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
FIG. 17 is a perspective view showing the configuration of a digital still camera to which an electronic device including the physical quantity sensor of the present invention is applied. It should be noted that this figure also briefly shows the connection with an external device.
Here, while a normal camera exposes a silver halide photographic film by the light image of the subject, the digital still camera 1300 photoelectrically converts the light image of the subject by an image pickup device such as a CCD (Charge Coupled Device). Generates an image pickup signal (image signal).

ディジタルスチルカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面には、表示部が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。
また、ケース1302の正面側(図中裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCDなどを含む受光ユニット1304が設けられている。
A display unit is provided on the back surface of the case (body) 1302 of the digital still camera 1300, and the display unit is configured to display based on the image pickup signal by the CCD. The display unit serves as a finder for displaying the subject as an electronic image. Function.
Further, on the front side (back side in the drawing) of the case 1302, a light receiving unit 1304 including an optical lens (imaging optical system), a CCD, and the like is provided.

撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、メモリ1308に転送・格納される。
また、このディジタルスチルカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニター1430が、デ-タ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピューター1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリ1308に格納された撮像信号が、テレビモニター1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。
このようなディジタルスチルカメラ1300には、角速度検知手段(ジャイロセンサー)として機能する物理量センサー1が内蔵されている。
When the photographer confirms the subject image displayed on the display unit and presses the shutter button 1306, the image pickup signal of the CCD at that time is transferred and stored in the memory 1308.
Further, in the digital still camera 1300, a video signal output terminal 1312 and an input / output terminal 1314 for data communication are provided on the side surface of the case 1302. Then, as shown in the figure, a television monitor 1430 is connected to the video signal output terminal 1312, and a personal computer 1440 is connected to the input / output terminal 1314 for data communication, respectively, as needed. Further, the image pickup signal stored in the memory 1308 is output to the television monitor 1430 or the personal computer 1440 by a predetermined operation.
Such a digital still camera 1300 has a built-in physical quantity sensor 1 that functions as an angular velocity detecting means (gyro sensor).

なお、本発明の振動片を備える電子機器は、図15のパーソナルコンピューター(モバイル型パーソナルコンピューター)、図16の携帯電話機、図17のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシュミレーター等に適用することができる。 In addition to the personal computer (mobile personal computer) of FIG. 15, the mobile phone of FIG. 16, and the digital still camera of FIG. 17, the electronic device provided with the vibrating piece of the present invention is, for example, an inkjet ejection device (for example). Inkjet printer), laptop personal computer, TV, video camera, video tape recorder, car navigation device, pager, electronic notebook (including communication function), electronic dictionary, calculator, electronic game equipment, word processor, workstation, TV Telephones, security TV monitors, electronic binoculars, POS terminals, medical equipment (eg electronic thermometers, blood pressure monitors, blood glucose meters, electrocardiogram measuring devices, ultrasonic diagnostic devices, electronic endoscopes), fish finder, various measuring devices, instruments It can be applied to a class (for example, a vehicle, an aircraft, a ship's instrument), a flight simulator, and the like.

以上、本発明の物理量センサーを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。
また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
Although the physical quantity sensor of the present invention has been described above based on the illustrated embodiment, the present invention is not limited to this, and the configuration of each part may be replaced with an arbitrary configuration having the same function. Can be done.
Further, any other constituent may be added to the present invention. Further, the present invention may be a combination of any two or more configurations (features) in each of the above embodiments.

1‥‥物理量センサー 2‥‥基板 3‥‥振動系構造体 31‥‥リング部 4‥‥振動手段 41‥‥固定電極 411、412‥‥電極片 42‥‥固定電極 421、422‥‥電極片 43、44‥‥固定電極 431、432‥‥電極片 441、442‥‥電極片 45、46‥‥圧電体素子 51‥‥第1振動部 511‥‥フレーム部 511a‥‥第1開口 511b‥‥第2開口 511c‥‥第3開口 512‥‥Z軸方向変位部 513、514‥‥軸部 515‥‥駆動電極 516‥‥Y軸方向変位部 516A‥‥変位部 516Aa‥‥基部 516Ab‥‥固定電極 516a‥‥枠部 516b‥‥検出電極 516c‥‥基部 516d‥‥検出電極 517‥‥バネ部 517A‥‥一対の連結バネ 518a‥‥固定部 518b‥‥連結部 519a‥‥Y軸方向変位部 519b‥‥バネ部 52‥‥第1振動部 521‥‥フレーム部 522‥‥Z軸方向変位部 523、524‥‥軸部 525‥‥駆動電極 526‥‥Y軸方向変位部 526b‥‥検出電極 527‥‥バネ部 53‥‥第2振動部 531‥‥フレーム部 531a‥‥第1開口 531b‥‥第2開口 531c‥‥第3開口 532‥‥Z軸方向変位部 533、534‥‥軸部 535‥‥駆動電極 536‥‥X軸方向変位部 536a‥‥枠部 536b‥‥検出電極 537‥‥バネ部 539a‥‥バネ部 539b‥‥連結部 519a‥‥X軸方向変位部 519b‥‥バネ部 54‥‥第2振動部 541‥‥フレーム部 542‥‥Z軸方向変位部 543、544‥‥軸部 545‥‥駆動電極 546‥‥検出電極 546b‥‥Y軸方向延在部 547‥‥バネ部 61、62、63、64‥‥内側固定部 651、652、661、662、671、672、681、682‥‥外側固定部 71、72、73、74‥‥梁 81‥‥第1内側バネ部 811、812‥‥バネ部 82‥‥第1内側バネ部 83‥‥第2内側バネ部 831、832‥‥バネ部 84‥‥第2内側バネ部 851、852、861、862、871、872、881、882‥‥外側バネ部 9‥‥検出手段 91‥‥変位トランスデューサー 911、912‥‥固定電極 911a、911b‥‥電極片 92‥‥変位トランスデューサー 921、922‥‥固定電極 921a、921b‥‥電極片 93‥‥変位トランスデューサー 931、932‥‥固定電極 931a、931b‥‥電極片 94‥‥変位トランスデューサー 941、942‥‥固定電極 941a、941b‥‥電極片 95‥‥回転トランスデューサー 951‥‥固定電極 96‥‥回転トランスデューサー 961‥‥固定電極 97‥‥回転トランスデューサー 971‥‥固定電極 98‥‥回転トランスデューサー 981‥‥固定電極 991、992‥‥圧電体素子 993、994‥‥圧電体素子 995、996‥‥ピエゾ抵抗部 100‥‥表示部 1100‥‥パーソナルコンピューター 1102‥‥キーボード 1104‥‥本体部 1106‥‥表示ユニット 1200‥‥携帯電話機 1202‥‥操作ボタン 1204‥‥受話口 1206‥‥送話口 1300‥‥ディジタルスチルカメラ 1302‥‥ケース 1304‥‥受光ユニット 1306‥‥シャッターボタン 1308‥‥メモリ 1312‥‥ビデオ信号出力端子 1314‥‥入出力端子 1430‥‥テレビモニター 1440‥‥パーソナルコンピューター J1、J2‥‥軸 1 ‥‥ Physical quantity sensor 2 ‥‥‥ Substrate 3 ‥‥‥ Vibration system structure 31 ‥‥‥ Ring part 4 ‥‥‥ Vibration means 41 ‥‥‥ Fixed electrode 411, 412 ‥‥‥ Electrode piece 42 ‥‥‥ Fixed electrode 421 ‥‥‥ Electrode piece 43, 44 ‥‥ Fixed electrode 431, 432 ‥‥‥ Electrode piece 441, 442 ‥‥‥ Electrode piece 45,46 ‥‥‥ Fried material element 51 ‥‥‥ First vibration part 511 ‥‥‥ Frame part 511a ‥‥‥ First opening 511b ‥‥‥ 2nd opening 511c ‥‥ 3rd opening 512 ‥‥ Z-axis direction displacement part 513 514 ‥‥ Axis part 515 ‥‥ Drive electrode 516 ‥‥ Y-axis direction displacement part 516A ‥‥ Displacement part 516Aa ‥‥ Base 516Ab ‥‥ Electrode 516a ... Frame part 516b ... Detection electrode 516c ... Base part 516d ... Detection electrode 517 ... Spring part 517A ... Pair of connecting springs 518a ... Fixed part 518b ... 519b ... Spring part 52 ... First vibration part 521 ... Frame part 522 ... Z-axis direction displacement part 523 .... Shaft part 525 ... Drive electrode 526 ... Y-axis direction displacement part 526b ... 527 Spring part 53 Second vibration part 531 Frame part 531a First opening 531b Second opening 531c Third opening 532 Z-axis direction displacement part 533 534 Shaft part 535 ... Drive electrode 536 ... X-axis displacement part 536a ... Frame part 536b ... Detection electrode 537 ... Spring part 539a ... Spring part 539b ... Connection part 519a ... X-axis direction displacement part 519b ... Spring Part 54: Second vibration part 541: Frame part 542: Z-axis direction displacement part 543: 544: Shaft part: 545: Drive electrode 546: Detection electrode 546b: Y-axis direction extension part: 547: Spring part 61, 62, 63, 64 ... Inner fixing part 651, 652, 661, 662, 671, 672, 681, 682 ... Outer fixing part 71, 72, 73, 74 ... Beam 81 ... First inner Spring part 811, 812 ‥‥‥ Spring part 82 ‥‥‥ 1st inner spring part 83 ‥‥‥ 2nd inner spring part 831, 832 ‥‥‥ Spring part 84 ‥‥‥ 2nd inner spring part 851,852,861,862,871, 872, 881, 882 ... Outer spring part 9 ... Inspection Output means 91 ... Displacement transducer 911, 912 ... Fixed electrode 911a, 911b ... Electrode piece 92 ... Displacement transducer 921, 922 ... Fixed electrode 921a, 921b ... 932 ... Fixed electrode 931a, 931b ... Electrode piece 94 ... Displacement transducer 941, 942 ... Fixed electrode 941a, 941b ... Electrode piece 95 ... Rotational transducer 951 ... Fixed electrode 96 ... Rotational transducer 961 Fixed electrode 97 ‥‥ Rotating transducer 971 ‥‥ Fixed electrode 98 ‥‥ Rotating transducer 981 ‥‥ Fixed electrode 991, 992 ‥‥ Piezoelectric element 993, 994 ‥‥ Piezoelectric element 995, 996 ‥‥ Piezo resistance part 100 ‥‥ Display unit 1100 ‥‥ Personal computer 1102 ‥‥ Keyboard 1104 ‥‥ Main unit 1106 ‥‥ Display unit 1200 ‥‥ Mobile phone 1202 ‥‥ Operation button 1204 ‥‥ Earpiece 1206 ‥‥‥ Mouthpiece 1300 ‥‥ Digital still Camera 1302 ‥‥ Case 1304 ‥‥ Light receiving unit 1306 ‥‥ Shutter button 1308 ‥‥ Memory 1312 ‥‥ Video signal output terminal 1314 ‥‥‥ Input / output terminal 1430 ‥‥ TV monitor 1440 ‥‥ Personal computer J1, J2 ‥‥ Axis

Claims (5)

互いに直交する3つの軸をX軸、Y軸およびZ軸としたとき、
基板と、
前記基板に支持され、前記基板と前記Z軸に沿ったZ軸方向に離間している構造体と、
を含み、
前記構造体は、
対をなす第1振動部及び第2振動部と、
対をなす第3振動部及び第4振動部と、
前記第1振動部及び前記第2振動部を前記X軸に沿ったX軸方向であって互い逆位相で振動させ、前記第3振動部及び前記第4振動部を前記Y軸に沿ったY軸方向であって互いに逆位相で振動させる振動手段と、
前記第1振動部に設けられている第1検出電極と、
前記第1検出電極に対し前記Y軸方向に離間し、前記基板に設けられている第1固定電極と、
前記第2振動部に設けられている第2検出電極と、
前記第2検出電極に対し前記Y軸方向に離間し、前記基板に設けられている第2固定電極と、
前記第1振動部に設けられ、前記Z軸に沿ったZ軸方向に変位する第1可動部と、
前記第1可動部と前記Z軸方向に離間し、前記基板に設けられている第3固定電極と、
前記第2振動部に設けられ、前記Z軸方向に変位する第2可動部と、
前記第2可動部と前記Z軸方向に離間し、前記基板に設けられている第4固定電極と、
前記第3振動部に設けられ、前記Z軸方向に変位する第3可動部と、
前記第3可動部と前記Z軸方向に離間し、前記基板に設けられている第5固定電極と、
前記第4振動部に設けられ、前記Z軸方向に変位する第4可動部と、
前記第4可動部と前記Z軸方向に離間し、前記基板に設けられている第6固定電極と、
前記第1振動部と前記第2振動部との間に配置され、かつ前記第3振動部と第4振動部との間に配置されている連結部と、
前記連結部を梁を介して支持し、前記基板に取り付けられている4つの支持部と、
含み
前記構造体の投影外形は、ほぼ矩形であることを特徴とする物理用センサー。
When the three axes orthogonal to each other are the X-axis, Y-axis, and Z-axis,
With the board
A structure supported by the substrate and separated from the substrate in the Z-axis direction along the Z-axis.
Including
The structure is
A pair of first and second vibrating parts,
A pair of 3rd and 4th vibrating parts,
The first vibrating section and the second vibrating section are vibrated in the X-axis direction along the X axis and in opposite phases to each other, and the third vibrating section and the fourth vibrating section are Y along the Y axis. A vibrating means that vibrates in the axial direction and in opposite phases to each other,
The first detection electrode provided in the first vibration unit and
With respect to the first detection electrode, the first fixed electrode provided on the substrate, separated from the first detection electrode in the Y-axis direction,
The second detection electrode provided in the second vibration unit and
A second fixed electrode provided on the substrate, separated from the second detection electrode in the Y-axis direction,
A first movable portion provided in the first vibrating portion and displaced in the Z-axis direction along the Z-axis, and a first movable portion.
A third fixed electrode, which is separated from the first movable portion in the Z-axis direction and is provided on the substrate ,
A second movable portion provided in the second vibrating portion and displaced in the Z-axis direction, and a second movable portion.
A fourth fixed electrode, which is separated from the second movable portion in the Z-axis direction and is provided on the substrate ,
A third movable portion provided in the third vibrating portion and displaced in the Z-axis direction, and a third movable portion.
A fifth fixed electrode provided on the substrate separated from the third movable portion in the Z-axis direction,
A fourth movable portion provided in the fourth vibrating portion and displaced in the Z-axis direction, and a fourth movable portion.
With the sixth fixed electrode provided on the substrate separated from the fourth movable portion in the Z-axis direction,
A connecting portion arranged between the first vibrating portion and the second vibrating portion and between the third vibrating portion and the fourth vibrating portion.
The four support portions that support the connecting portion via a beam and are attached to the substrate, and
Including
A physical sensor characterized in that the projected outer shape of the structure is substantially rectangular.
請求項1において、In claim 1,
前記連結部は円弧状の梁を含むことを特徴とする物理用センサー。The connecting portion is a physical sensor characterized by including an arc-shaped beam.
請求項1または2において、
前記構造体は、
第1方向に延在している第1辺と、
前記第1方向に直交する第2方向に延在している第2辺と、
前記第1辺と対向し、前記第1方向に延在している第3辺と、
前記第2辺と対向し、前記第2方向に延在している第4辺と、
を含むことを特徴とする物理用センサー。
In claim 1 or 2,
The structure is
The first side extending in the first direction and
A second side extending in the second direction orthogonal to the first direction, and
A third side facing the first side and extending in the first direction,
A fourth side facing the second side and extending in the second direction,
A physical sensor characterized by including.
請求項1乃至3のいずれか一項において、In any one of claims 1 to 3,
前記第1振動部及び前記第2振動部の各々を前記基板に固定している複数の第1固定部と、A plurality of first fixing portions for fixing each of the first vibrating portion and the second vibrating portion to the substrate, and
前記第3振動部及び前記第4振動部の各々を前記基板の前記第1面に固定している複数の第2固定部と、A plurality of second fixing portions for fixing each of the third vibrating portion and the fourth vibrating portion to the first surface of the substrate, and
を含むことを特徴とする物理用センサー。A physical sensor characterized by containing.
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の物理量センサーを備えていることを特徴とする電子機器。 An electronic device comprising the physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 4.
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