物理量傳感器的制造方法
【專利摘要】在物理量傳感器中，關(guān)于同相模式的共振頻率f1和比其大的同相吸收模式的共振頻率f3，設(shè)為同相吸收模式的共振頻率f3與同相模式的共振頻率f1的n倍的值的差的絕對(duì)值Δf3比對(duì)同相模式的共振頻率f1乘以避免差D后的值大的關(guān)系(Δf3>f1×D)，并至少使避免差D比0％大。由此，能夠避免由共振干涉帶來(lái)的振動(dòng)激勵(lì)成為最大位移。通過(guò)進(jìn)行設(shè)定為滿足這樣的關(guān)系的同相模式的共振頻率f1和同相吸收模式的共振頻率f3的設(shè)計(jì)，使由共振干涉帶來(lái)的振動(dòng)激勵(lì)降低。因而，能夠不使用防振部件且不導(dǎo)致傳感器靈敏度的降低，而使耐沖擊性能提高。
【專利說(shuō)明】物理量傳感器
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)基于2012年5月29日提交的日本申請(qǐng)?zhí)?012 - 122120號(hào)及2013年2 月14日提交的日本申請(qǐng)?zhí)?013 - 26699,此處引用其記載內(nèi)容。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本公開(kāi)涉及由構(gòu)成為至少兩個(gè)平衡塊（weight)能夠分別被彈簧支承而位移的、2 自由度以上的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)構(gòu)成的物理量傳感器。

【背景技術(shù)】
[0004] 以往，有基于支承在彈簧上的平衡塊隨著物理量的施加而位移、根據(jù)該位移量檢 測(cè)施加的物理量的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的物理量傳感器。例如，在專利文獻(xiàn)1中，作為彈簧質(zhì)量系 統(tǒng)的物理量傳感器，提出了將支承在基板上的固定電極和在經(jīng)由彈簧（梁）支承在基板上 的平衡塊上所裝備的可動(dòng)電極以希望的間隔對(duì)置配置的傳感器。該物理量傳感器通過(guò)隨著 物理量的施加而支承在梁上的平衡塊及可動(dòng)電極位移，固定電極與可動(dòng)電極之間的間隔發(fā) 生變化，基于在它們之間構(gòu)成的電容變化來(lái)檢測(cè)物理量。
[0005] 在上述那樣的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的物理量傳感器中，當(dāng)從外部施加了過(guò)大的沖擊時(shí)， 有發(fā)生比根據(jù)彈簧常數(shù)及平衡塊的質(zhì)量、外部加速度而設(shè)想的位移量大的位移的情況。結(jié) 果，平衡塊有可能超過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)的可動(dòng)范圍而位移，例如可動(dòng)電極與固定電極接觸而導(dǎo)致 傳感器誤輸出。
[0006] 對(duì)此，可以通過(guò)在物理量傳感器的周圍設(shè)置防振部件、使得沖擊本身不傳遞給物 理量傳感器的構(gòu)造，或擴(kuò)大可動(dòng)電極與固定電極之間的間隔來(lái)對(duì)應(yīng)。但是，前者有可能因防 振部件而裝置大型化或成本增加，后者有可能傳感器靈敏度降低。
[0007] 先行技術(shù)文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)1 :特開(kāi)2002 - 40044號(hào)公報(bào)（對(duì)應(yīng)于US2002/0035873A1)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本公開(kāi)鑒于上述問(wèn)題，目的是提供一種不使用防振部件、并且能夠不導(dǎo)致傳感器 靈敏度的降低而使耐沖擊性能提高的物理量傳感器。
[0011] 根據(jù)本公開(kāi)的第1技術(shù)方案，物理量傳感器具有：驅(qū)動(dòng)平衡塊（drive weight)，經(jīng) 由第1彈簧支承在基板上；檢測(cè)平衡塊，經(jīng)由第2彈簧支承在驅(qū)動(dòng)平衡塊上，具備檢測(cè)用可 動(dòng)電極；檢測(cè)用固定部，具備相對(duì)于檢測(cè)用可動(dòng)電極對(duì)置配置的檢測(cè)用固定電極；如果在 使驅(qū)動(dòng)平衡塊驅(qū)動(dòng)振動(dòng)時(shí)施加物理量，則通過(guò)隨著該物理量的施加而檢測(cè)用可動(dòng)電極與檢 測(cè)平衡塊一起位移，基于檢測(cè)用可動(dòng)電極與檢測(cè)用固定電極之間的間隔變化進(jìn)行物理量的 檢測(cè)；如果設(shè)隨著物理量的施加而驅(qū)動(dòng)平衡塊及檢測(cè)平衡塊向同方向移動(dòng)的同相模式的共 振頻率為fl，設(shè)驅(qū)動(dòng)平衡塊及檢測(cè)平衡塊向反方向移動(dòng)的同相吸收模式的共振頻率為f3， 設(shè)n為整數(shù)，則同相吸收模式的共振頻率f3比同相模式的共振頻率fl大，使同相吸收模式 的共振頻率f3與同相模式的共振頻率fl的n倍的值的差的絕對(duì)值△ f3比對(duì)同相模式的 共振頻率fl乘以將表示使該絕對(duì)值A(chǔ) f3從同相模式的共振頻率fl偏離（deviation、偏 差）的程度的避免差（avoidance difference、日語(yǔ)：回避差）D以后的值大的關(guān)系成立，并 且使避免差D比0%大。
[0012] 這樣，在設(shè)為絕對(duì)值A(chǔ)f3比對(duì)共振頻率fl乘以避免差D后的值大的關(guān)系 (Af3>flXD)的同時(shí)，使得至少避免差D比0%大。由此，能夠避免由共振干涉帶來(lái)的振動(dòng) 激勵(lì)成為最大位移。
[0013]根據(jù)本公開(kāi)的第2技術(shù)方案，在物理量傳感器中，通過(guò)使得避免差D>5 %，不論Q值 如何都能夠使放大率A降低，能夠提高穩(wěn)健性。
[0014] 根據(jù)本公開(kāi)的第3技術(shù)方案，在物理量傳感器中，通過(guò)使得避免差D>10%，能夠使 放大率A大致降低1位數(shù)，能夠?qū)⒂晒舱窀缮鎺?lái)的振動(dòng)激勵(lì)抑制為充分降低到與由非共 振帶來(lái)的振動(dòng)激勵(lì)或由共振帶來(lái)的振動(dòng)激勵(lì)等同程度的狀態(tài)。
[0015] 通過(guò)進(jìn)行設(shè)定為滿足這樣的關(guān)系的同相模式的共振頻率fl和同相吸收模式的共 振頻率f3的設(shè)計(jì)，使由共振干涉帶來(lái)的振動(dòng)激勵(lì)降低。因而，能夠不使用防振部件并且不 導(dǎo)致傳感器靈敏度的降低而使耐沖擊性能提高。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016] 關(guān)于本公開(kāi)的上述目的及其他目的、特征及優(yōu)點(diǎn)，參照附圖并通過(guò)下述詳細(xì)的敘 述會(huì)變得更明確。
[0017] 圖1是有關(guān)本公開(kāi)的一實(shí)施方式的振動(dòng)型角速度傳感器的平面示意圖。
[0018] 圖2是表不有關(guān)本公開(kāi)的一實(shí)施方式的振動(dòng)型角速度傳感器的基本動(dòng)作時(shí)的狀 況的示意圖。
[0019] 圖3是表不對(duì)有關(guān)本公開(kāi)的一實(shí)施方式的振動(dòng)型角速度傳感器施加了角速度時(shí) 的狀況的示意圖。
[0020] 圖4中（a)是表示被彈簧支承的兩個(gè)平衡塊（weight)的靜止?fàn)顟B(tài)的示意圖，（b) 是表示相對(duì)于靜止?fàn)顟B(tài)的同相模式的運(yùn)動(dòng)的示意圖，（c)是表示相對(duì)于靜止?fàn)顟B(tài)的同相吸 收模式的運(yùn)動(dòng)的示意圖。
[0021] 圖5是表不對(duì)有關(guān)本公開(kāi)的一實(shí)施方式的振動(dòng)型角速度傳感器從紙面左方向施 加了沖擊時(shí)的同相模式的運(yùn)動(dòng)的示意圖。
[0022] 圖6是表不對(duì)有關(guān)本公開(kāi)的一實(shí)施方式的振動(dòng)型角速度傳感器從紙面左方向施 加了沖擊時(shí)的同相吸收模式的運(yùn)動(dòng)的示意圖。
[0023] 圖7是表示對(duì)各種振動(dòng)激勵(lì)調(diào)查的結(jié)果的圖。
[0024] 圖8是使Q值變化時(shí)的數(shù)式1的曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 以下，基于附圖對(duì)本公開(kāi)的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。另外，在以下的各實(shí)施方式相互 中，對(duì)于相互相同或等同的部分賦予相同的標(biāo)號(hào)而進(jìn)行說(shuō)明。
[0026] 對(duì)本公開(kāi)的一實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施方式中，作為物理量傳感器而舉振動(dòng) 型角速度傳感器（陀螺儀傳感器）為例進(jìn)行說(shuō)明。
[0027] 在本實(shí)施方式中說(shuō)明的振動(dòng)型角速度傳感器是用來(lái)作為物理量而檢測(cè)角速度的 傳感器，例如用于與車輛的上下方向平行的中心線的周圍的旋轉(zhuǎn)角速度的檢測(cè)。此外，振動(dòng) 型角速度傳感器也被應(yīng)用到車輛用以外。
[0028] 圖1是有關(guān)本實(shí)施方式的振動(dòng)型角速度傳感器的平面示意圖。振動(dòng)型角速度傳 感器以使圖1的紙面法線方向與車輛的上下方向一致的方式搭載到車輛上。振動(dòng)型角速 度傳感器形成在板狀的基板10的一面?zhèn)?。基?0由通過(guò)支承基板11和半導(dǎo)體層12將 未圖示的作為犧牲層的埋入氧化膜夾持構(gòu)造而成的SOI (Silicon on insulator、絕緣襯底 上的硅）基板構(gòu)成。這樣的傳感器構(gòu)造通過(guò)將半導(dǎo)體層12側(cè)蝕刻為傳感器構(gòu)造體的圖案 (pattern)后將埋入氧化膜部分地除去、成為將傳感器構(gòu)造體的一部分開(kāi)放（released)的 狀態(tài)而構(gòu)成。
[0029] 另外，在以下的說(shuō)明中，將作為與半導(dǎo)體層12的表面平行的面上的一方向、沿著 紙面左右方向的軸設(shè)為x軸，將沿著x軸的方向設(shè)為x軸方向。此外，將與該x軸垂直的紙 面上下方向設(shè)為y軸，將沿著y軸的方向設(shè)為y軸方向。進(jìn)而，將與半導(dǎo)體層12的一面垂 直的方向設(shè)為z軸，將沿著z軸的方向設(shè)為z軸方向。
[0030] 將半導(dǎo)體層12形成圖案為固定部20和可動(dòng)部30及梁部40。固定部20至少在其 背面的一部分上殘留有埋入氧化膜，且固定部20沒(méi)有從支承基板11開(kāi)放，而為經(jīng)由埋入氧 化膜固定在支承基板11上的狀態(tài)?？蓜?dòng)部30及梁部40構(gòu)成振動(dòng)型角速度傳感器的振子。 可動(dòng)部30其背面?zhèn)鹊穆袢胙趸け怀?，為從支承基?1開(kāi)放的狀態(tài)。梁部40支承可動(dòng) 部30,并且為了進(jìn)行角速度檢測(cè)，使可動(dòng)部30在x軸方向及y軸方向上位移。下面說(shuō)明這 些固定部20和可動(dòng)部30及梁部40的具體的構(gòu)造。
[0031] 固定部20構(gòu)成為具有用來(lái)支承可動(dòng)部30的支承用固定部21、被施加驅(qū)動(dòng)用電壓 的驅(qū)動(dòng)用固定部22、23、以及用于角速度檢測(cè)的檢測(cè)用固定部24、25。
[0032] 支承用固定部21被配置為例如將固定部20中的其他部分（驅(qū)動(dòng)用固定部22、23 及檢測(cè)用固定部24、25)及可動(dòng)部30等的傳感器構(gòu)造體的周圍包圍，在其內(nèi)壁上經(jīng)由梁部 40支承著可動(dòng)部30。這里，舉出支承用固定部21將傳感器構(gòu)造體的周圍全域包圍的構(gòu)造 為例，但也可以是僅形成在其一部分上的構(gòu)造。
[0033] 驅(qū)動(dòng)用固定部22、23由如后述那樣配置在外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊31與內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊 33之間的驅(qū)動(dòng)用固定部22、和配置在外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊32與內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊34之間的驅(qū)動(dòng) 用固定部23構(gòu)成。這些驅(qū)動(dòng)用固定部22、23為具備基部22a、23a和梳齒狀的驅(qū)動(dòng)用固定 電極22b、23b的結(jié)構(gòu)。
[0034] 基部22a、23a在y軸方向上延伸設(shè)置。該基部22a、23a連接著多個(gè)驅(qū)動(dòng)用固定電 極22b、23b，并構(gòu)成為能夠經(jīng)由連接在基部22a、23a所具備的未圖示的接合墊上的接合線 從外部施加對(duì)DC電壓加上的AC電壓（驅(qū)動(dòng)用電壓）。通過(guò)對(duì)該基部22a、23a施加希望的 AC電壓，能夠?qū)Ω黩?qū)動(dòng)用固定電極22b、23b也施加希望的AC電壓。
[0035] 驅(qū)動(dòng)用固定電極22b、23b是與如后述那樣裝備在外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊31、32或內(nèi)側(cè)驅(qū) 動(dòng)平衡塊33、34上的梳齒狀的驅(qū)動(dòng)用可動(dòng)電極31b、32b、33b、34b的各梳齒對(duì)置配置的梳 齒狀的電極。具體而言，驅(qū)動(dòng)用固定電極22b、23b由在x軸方向上延伸設(shè)置的多個(gè)支承部 22c、23c、和從各支承部22c、23c在y軸方向上延伸設(shè)置的多個(gè)梳齒狀電極22d、23d構(gòu)成， 這樣的構(gòu)造體為在基部22a、23a的x軸方向兩側(cè)沿著y軸方向排列了多個(gè)的結(jié)構(gòu)。
[0036] 檢測(cè)用固定部24、25如后述那樣配置在內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊33、34所具備的檢測(cè)平衡 塊35、36內(nèi)。檢測(cè)用固定部24、25為具有基部24a、25a和檢測(cè)用固定電極24b、25b的結(jié)構(gòu)。
[0037] 在基部24a、25a上具備未圖示的接合墊（bonding pads)，能夠經(jīng)由連接在該接合 墊上的接合線進(jìn)行向外部的信號(hào)取出。檢測(cè)用固定電極24b、25b是從基部24a、25a在y軸 方向上延伸設(shè)置的多個(gè)梳齒狀的電極，與檢測(cè)平衡塊35、36所具備的梳齒狀的檢測(cè)用可動(dòng) 電極35b、36b的各梳齒對(duì)置配置。
[0038] 可動(dòng)部30是對(duì)應(yīng)于角速度的施加而位移的部分，為具有外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊31、32和 內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊33、34及檢測(cè)平衡塊35、36的結(jié)構(gòu)。可動(dòng)部30為依次在x軸方向上排列 有外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊31、具備檢測(cè)平衡塊35的內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊33、具備檢測(cè)平衡塊36的內(nèi) 側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊34及外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊32的布局。即，構(gòu)成為內(nèi)部具備檢測(cè)平衡塊35、36的 內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊33、34在內(nèi)側(cè)排列有兩個(gè)、并且以?shī)A著這兩個(gè)內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊33、34的方 式在兩外側(cè)再配置有外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊31、32。
[0039] 外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊31、32為具有質(zhì)量部31a、32a和驅(qū)動(dòng)用可動(dòng)電極31b、32b的結(jié) 構(gòu)。
[0040] 質(zhì)量部31a、32a在y軸方向上延伸設(shè)置。質(zhì)量部31a與驅(qū)動(dòng)用固定部22的基部 22a對(duì)置配置，質(zhì)量部32a與驅(qū)動(dòng)用固定部23的基部23a對(duì)置配置。將該質(zhì)量部31a、32a 作為平衡塊，使外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊31、32能夠在y軸方向上移動(dòng)。
[0041] 驅(qū)動(dòng)用可動(dòng)電極3 lb、32b是與驅(qū)動(dòng)用固定部22、23所具備的梳齒狀的驅(qū)動(dòng)用固定 電極22b、23b的各梳齒對(duì)置配置的梳齒狀的電極。具體而言，驅(qū)動(dòng)用可動(dòng)電極31b、32b由 在x軸方向上延伸設(shè)置的多個(gè)支承部31c、32c、和從各支承部31c、32c在y軸方向上延伸設(shè) 置的多個(gè)梳齒狀電極31d、32d構(gòu)成，這樣的構(gòu)造體為在質(zhì)量部31a、32a中的驅(qū)動(dòng)用固定部 22、23側(cè)在y軸方向上排列有多個(gè)的結(jié)構(gòu)。
[0042] 內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊33、34為具有質(zhì)量部33a、34a和驅(qū)動(dòng)用可動(dòng)電極33b、34b的結(jié) 構(gòu)。
[0043] 質(zhì)量部33a、34a呈四邊形狀的框體形狀，將該質(zhì)量部33a、34a作為平衡塊，使內(nèi)側(cè) 驅(qū)動(dòng)平衡塊33、34能夠在y軸方向上移動(dòng)。以四邊形狀構(gòu)成的各質(zhì)量部33a、34a的相對(duì)的 兩邊分別與x軸方向和y軸方向平行，與y軸方向平行的邊中的一邊與驅(qū)動(dòng)用固定部22、23 的基部22a、23a對(duì)置配置。具體而言，質(zhì)量部33a、34a的與y軸方向平行的邊中的一邊與 驅(qū)動(dòng)用固定部22、23的基部22a、23a對(duì)置配置，在與其基部22a、23a對(duì)置配置的一邊上具 備驅(qū)動(dòng)用可動(dòng)電極33b、34b。
[0044] 驅(qū)動(dòng)用可動(dòng)電極33b、34b是與驅(qū)動(dòng)用固定部22、23所具備的梳齒狀的驅(qū)動(dòng)用固定 電極22b、23b的各梳齒對(duì)置配置的梳齒狀的電極。具體而言，驅(qū)動(dòng)用可動(dòng)電極33b、34b由 在x軸方向上延伸設(shè)置的多個(gè)支承部33c、34c、和從各支承部33c、34c在y軸方向上延伸設(shè) 置的多個(gè)梳齒狀電極33d、34d構(gòu)成，這樣的構(gòu)造體為在質(zhì)量部33a、34a中的驅(qū)動(dòng)用固定部 22、23側(cè)在y軸方向上排列有多個(gè)的結(jié)構(gòu)。
[0045] 檢測(cè)平衡塊35、36為具有質(zhì)量部35a、36a和檢測(cè)用可動(dòng)電極35b、36b的結(jié)構(gòu)。
[0046] 質(zhì)量部35a、36a呈四邊形狀的框體形狀，經(jīng)由后述的梁部40中的檢測(cè)梁41支承 在內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊33、34的內(nèi)壁面上。構(gòu)成為檢測(cè)平衡塊35、36為能夠與內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊 33、34 -起在y軸方向上移動(dòng)、而將質(zhì)量部35a、36a作為平衡塊、使檢測(cè)平衡塊35、36能夠 在x軸方向上移動(dòng)的結(jié)構(gòu)。檢測(cè)用可動(dòng)電極35b、36b是從質(zhì)量部35a、36a的內(nèi)壁面在y軸 方向上延伸設(shè)置的多個(gè)梳齒狀的電極，與檢測(cè)用固定部24、25所具備的梳齒狀的檢測(cè)用固 定電極24b、25b的各梳齒對(duì)置配置。
[0047] 梁部40為具有檢測(cè)梁41、驅(qū)動(dòng)梁42及支承部件43的結(jié)構(gòu)。
[0048] 檢測(cè)梁41構(gòu)成第2彈簧，是將內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊33、34的質(zhì)量部33a、34a的內(nèi)壁面 中的與x軸方向平行的邊、和檢測(cè)平衡塊35、36的質(zhì)量部35a、36a的外壁面中的與x軸方 向平行的邊連接的梁。由于檢測(cè)梁41能夠在x軸方向上位移，所以基于該檢測(cè)梁41的位 移，檢測(cè)平衡塊35、36能夠相對(duì)于內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊33、34在x軸方向上移動(dòng)。
[0049] 驅(qū)動(dòng)梁42將外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊31、32及內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊33、34連結(jié)，并且能夠進(jìn)行 這些外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊31、32及內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊33、34的向y軸方向的移動(dòng)。一方的外側(cè)驅(qū) 動(dòng)平衡塊31、一方的內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊33、另一方的內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊34及另一方的外側(cè)驅(qū)動(dòng) 平衡塊32在依次排列的狀態(tài)下通過(guò)驅(qū)動(dòng)梁42連結(jié)。
[0050] 具體而言，驅(qū)動(dòng)梁42是y軸方向的寬度為規(guī)定尺寸的直線狀梁，在y軸方向上，在 隔著外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊31、32及內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊33、34的兩側(cè)各配置有一根，分別連接在外 側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊31、32及內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊33、34上。驅(qū)動(dòng)梁42與外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊31、32及 內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊33、34也可以直接連接，但例如在本實(shí)施方式中將驅(qū)動(dòng)梁42與內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平 衡塊33、34經(jīng)由連結(jié)部42a連接。
[0051] 支承部件43是支承外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊31、32、內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊33、34及檢測(cè)平衡塊 35、36的部件。具體而言，支承部件43裝備在支承用固定部21的內(nèi)壁面與驅(qū)動(dòng)梁42之間， 經(jīng)由驅(qū)動(dòng)梁42將上述各平衡塊31?36支承在支承用固定部21上。
[0052] 支承部件43為具有旋轉(zhuǎn)梁43a、支承梁43b及連結(jié)部43c的結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)梁43a是 y軸方向的寬度為規(guī)定尺寸的直線狀梁，在其兩端連接著支承梁43b，并且在與支承梁43b 相反側(cè)的中央位置連接著連結(jié)部43c。該旋轉(zhuǎn)梁43a在傳感器驅(qū)動(dòng)時(shí)以連結(jié)部43c為中心 以S字狀起伏而撓曲。支承梁43b構(gòu)成第1彈簧，將旋轉(zhuǎn)梁43a的兩端連接到支承用固定 部21，在本實(shí)施方式中為直線狀部件。該支承梁43b還起到在沖擊等施加時(shí)容許各平衡塊 31?36在x軸方向上移動(dòng)的作用。連結(jié)部43c起到將支承部件43連接在驅(qū)動(dòng)梁42上的 作用。
[0053] 通過(guò)以上那樣的構(gòu)造，構(gòu)成分別各具備兩個(gè)外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊31、32、內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡 塊33、34及檢測(cè)平衡塊35、36的具備一對(duì)角速度檢測(cè)構(gòu)造的振動(dòng)型角速度傳感器。并且， 在這樣構(gòu)成的振動(dòng)型角速度傳感器中，能夠得到耐沖擊性能。對(duì)于能夠得到這樣的效果，將 在后面詳細(xì)地說(shuō)明。
[0054] 接著，對(duì)于這樣構(gòu)成的振動(dòng)型角速度傳感器的動(dòng)作，參照?qǐng)D2及圖3所示的表示振 動(dòng)型角速度傳感器的動(dòng)作中的狀況的示意圖進(jìn)行說(shuō)明。
[0055] 首先，參照?qǐng)D2對(duì)振動(dòng)型角速度傳感器的基本動(dòng)作時(shí)的狀況進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)通過(guò)對(duì) 驅(qū)動(dòng)用固定部22、23施加對(duì)DC電壓加上的AC電壓，使外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊31、32及內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng) 平衡塊33、34之間產(chǎn)生電位差時(shí)，基于該電位差在y軸方向上產(chǎn)生靜電力。基于該靜電力， 使各驅(qū)動(dòng)平衡塊31?34在y軸方向上振動(dòng)。此時(shí)，一邊改變AC電壓的頻率一邊監(jiān)視各驅(qū) 動(dòng)平衡塊31?34的y軸方向的振動(dòng)，進(jìn)行調(diào)整以使AC電壓的頻率成為驅(qū)動(dòng)共振頻率fd。 例如，與外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊31、32對(duì)置配置而設(shè)置監(jiān)視用的電極，基于在它們之間形成的電 容的變化檢測(cè)外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊31、32的位移。此時(shí)，通過(guò)電路處理，當(dāng)電容變化較大時(shí)檢測(cè) 到驅(qū)動(dòng)共振頻率fd。驅(qū)動(dòng)共振頻率fd由驅(qū)動(dòng)梁42的寬度等的振子的構(gòu)造決定，但可以通 過(guò)將驅(qū)動(dòng)共振頻率fd設(shè)定為幾kHz?幾十kHz、特別是設(shè)定為5kHz?10kHz，能夠?qū)崿F(xiàn)振 動(dòng)型角速度傳感器的高靈敏度化。
[0056] 此時(shí)，通過(guò)裝備在驅(qū)動(dòng)用固定部22上的驅(qū)動(dòng)用固定電極22b、裝備在外側(cè)驅(qū)動(dòng)平 衡塊31上的驅(qū)動(dòng)用可動(dòng)電極31b及裝備在內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊33上的驅(qū)動(dòng)用可動(dòng)電極33b的 配置，如圖2所示，使外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊31和內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊33在y軸方向上相互以反相位 振動(dòng)。此外，通過(guò)裝備在驅(qū)動(dòng)用固定部23上的驅(qū)動(dòng)用固定電極23b、裝備在外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡 塊32上的驅(qū)動(dòng)用可動(dòng)電極32b及裝備在內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊34上的驅(qū)動(dòng)用可動(dòng)電極34b的配 置，如圖2所示，使外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊32和內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊34在y軸方向上相互以反相位振 動(dòng)。進(jìn)而，使得兩個(gè)內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊33、34在y軸方向上相互以反相位振動(dòng)。由此，將振動(dòng) 型角速度傳感器以驅(qū)動(dòng)模式形狀驅(qū)動(dòng)。
[0057] 另外，此時(shí)通過(guò)驅(qū)動(dòng)梁42以S字狀起伏，容許各平衡塊31?34向y軸方向的移 動(dòng)，但關(guān)于將旋轉(zhuǎn)梁43a與驅(qū)動(dòng)梁42連接的連結(jié)部43c的部分為振幅的節(jié)（不動(dòng)點(diǎn)），為幾 乎不位移的構(gòu)造。
[0058] 接著，參照?qǐng)D3對(duì)在振動(dòng)型角速度傳感器上被施加角速度時(shí)的狀況進(jìn)行說(shuō)明。如 果在進(jìn)行上述圖2那樣的基本動(dòng)作時(shí)在振動(dòng)型角速度傳感器上被施加繞z軸的角速度，則 通過(guò)科里奧利力，如圖3所示那樣檢測(cè)平衡塊35、36向x軸方向位移。通過(guò)該位移，由檢測(cè) 平衡塊35的檢測(cè)用可動(dòng)電極35b和檢測(cè)用固定部24的檢測(cè)用固定電極24b構(gòu)成的電容器 的電容值、或由檢測(cè)平衡塊36的檢測(cè)用可動(dòng)電極36b和檢測(cè)用固定部25的檢測(cè)用固定電 極25b構(gòu)成的電容器的電容值發(fā)生變化。
[0059] 因此，基于從檢測(cè)用固定部24、25的接合墊的信號(hào)取出將電容器的電容值的變化 讀取，能從而夠檢測(cè)角速度。例如，在本實(shí)施方式那樣的結(jié)構(gòu)的情況下，由于能夠?qū)膬蓚€(gè) 角速度檢測(cè)構(gòu)造分別取出的信號(hào)進(jìn)行差動(dòng)放大而讀取電容器的電容值的變化，所以能夠更 正確地檢測(cè)角速度。這樣,能夠通過(guò)本實(shí)施方式的振動(dòng)型角速度傳感器檢測(cè)被施加的角速 度。
[0060] 這樣的振動(dòng)型角速度傳感器對(duì)于沖擊的施加具有兩個(gè)共振模式的頻率fl、f3。具 體而言，有如在圖4中（b)示意地表示那樣支承在彈簧si、s2上的兩個(gè)平衡塊ml、m2向同 方向擺動(dòng)的同相模式的共振頻率fl、和如在圖4中（c)示意地表示那樣兩個(gè)平衡塊ml、m2 向反方向擺動(dòng)的同相吸收模式的共振頻率f3。同相吸收模式的共振頻率f3為比同相模式 的共振頻率fl大的頻率。另外，圖4中（a)表示支承在彈簧sl、s2上的平衡塊ml、m2的靜 止?fàn)顟B(tài)。
[0061] 這里，為了簡(jiǎn)略化,使用圖4中（a)?（c)的示意圖表示了同相模式和同相吸收模 式的平衡塊ml、m2的運(yùn)動(dòng)，但在本實(shí)施方式的振動(dòng)型角速度傳感器的情況下，為圖5及圖6 所示的運(yùn)動(dòng)。即，如圖5所示，在對(duì)振動(dòng)型角速度傳感器從紙面左方施加了沖擊時(shí)，在同相 模式的共振頻率fl下，在x軸方向內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊33、34和檢測(cè)平衡塊35、36向同方向擺 動(dòng)。此外，如圖6所示，當(dāng)對(duì)振動(dòng)型角速度傳感器從紙面左方施加了沖擊時(shí)，在同相吸收模 式的共振頻率f 3下，在x軸方向內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊33、34和檢測(cè)平衡塊35、36向反方向擺動(dòng)。
[0062] 在簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)的物理量傳感器中，由于沒(méi)有考慮共振頻率的位置關(guān)系，所以共振頻 率fl的整數(shù)倍（n倍）位于共振頻率f3附近的情況較多。因此，當(dāng)被施加了過(guò)大的沖擊時(shí)， 共振頻率fl下的同相模式的擺動(dòng)和共振頻率f3下的同相吸收模式的擺動(dòng)干涉，發(fā)生比設(shè) 想大的位移。結(jié)果，例如裝備在檢測(cè)平衡塊35、36上的檢測(cè)用可動(dòng)電極35b、36b的各梳齒 對(duì)裝備在檢測(cè)用固定部24、25上的檢測(cè)用固定電極24b、25b接觸等，導(dǎo)致傳感器誤輸出。 [0063] 如果在振動(dòng)型角速度傳感器上被施加沖擊，則成為通過(guò)（1)由非共振帶來(lái)的振動(dòng) 激勵(lì)、（2)由共振帶來(lái)的振動(dòng)激勵(lì)、（3)由共振干涉帶來(lái)的振動(dòng)激勵(lì)的3個(gè)相加而各種驅(qū)動(dòng) 平衡塊31?34及檢測(cè)平衡塊35、36位移的位移機(jī)理。即，發(fā)生這些（1)?（3)的振動(dòng)激 勵(lì)且同時(shí)被疊加，各種驅(qū)動(dòng)平衡塊31?34或檢測(cè)平衡塊35、36位移。
[0064] (1)由非共振帶來(lái)的振動(dòng)激勵(lì)是單純根據(jù)慣性力和彈簧力計(jì)算的位移量。此外， (2) 由共振帶來(lái)的振動(dòng)激勵(lì)是根據(jù)物理量傳感器具有的共振模式、主要是根據(jù)具有與同相 模式的共振頻率fl相同的頻率的沖擊成分的施加時(shí)間和振子固有的Q值（共振倍率的峰 值）計(jì)算的激勵(lì)量。并且，（3)由共振干涉帶來(lái)的振動(dòng)激勵(lì)是由同相模式的共振頻率fl的 整數(shù)倍（n倍）和同相吸收模式的共振頻率f3下的干涉帶來(lái)的激勵(lì)量。在對(duì)這些（1)? (3) 的振動(dòng)激勵(lì)調(diào)查時(shí)，得到圖7的結(jié)果。根據(jù)圖7可知，作為比較例沒(méi)有考慮共振頻率的 位置關(guān)系，在同相模式的共振頻率fl的整數(shù)倍（n倍）位于同相吸收模式的共振頻率f3附 近的情況下，（3)由共振干涉帶來(lái)的振動(dòng)激勵(lì)的貢獻(xiàn)率非常大。即，對(duì)于（3)由共振干涉帶 來(lái)的振動(dòng)激勵(lì)的影響沒(méi)有考慮，所以不是采取降低該振動(dòng)激勵(lì)的方法，而是采用通過(guò)設(shè)置 防振部件、使沖擊本身不再傳遞給傳感器的構(gòu)造、或擴(kuò)大可動(dòng)電極與固定電極之間的間隔 來(lái)對(duì)應(yīng)。但是，如果能夠降低（3)由共振干涉帶來(lái)的振動(dòng)激勵(lì)，則能夠減少它在全振動(dòng)激勵(lì) 中所占的貝獻(xiàn)率，可以說(shuō)能夠?qū)崿F(xiàn)耐沖擊性能提_。
[0065] 這里，與（3)由共振干涉帶來(lái)的振動(dòng)激勵(lì)的影響程度相應(yīng)的放大率A用下式表示。 該數(shù)式意味著與使（3)由共振干涉帶來(lái)的振動(dòng)激勵(lì)充分降低到與（1)由非共振帶來(lái)的振動(dòng) 激勵(lì)或（2)由共振帶來(lái)的振動(dòng)激勵(lì)等同程度的狀態(tài)相比位移A倍。

【權(quán)利要求】
1. 一種物理量傳感器，其特征在于， 具有： 基板（10); 驅(qū)動(dòng)平衡塊（33、34)，經(jīng)由第1彈簧（43b)支承于上述基板； 檢測(cè)平衡塊（35、36)，經(jīng)由第2彈簧（41)支承在上述驅(qū)動(dòng)平衡塊上，具備檢測(cè)用可動(dòng)電 極（35b、36b);以及 檢測(cè)用固定部（24、25)，具備相對(duì)于上述檢測(cè)用可動(dòng)電極對(duì)置配置的檢測(cè)用固定電極 (24b,25b)； 在使上述驅(qū)動(dòng)平衡塊驅(qū)動(dòng)振動(dòng)時(shí)施加物理量的情況下，隨著該物理量的施加而上述檢 測(cè)用可動(dòng)電極與上述檢測(cè)平衡塊一起位移，從而基于上述檢測(cè)用可動(dòng)電極與上述檢測(cè)用固 定電極之間的間隔變化進(jìn)行上述物理量的檢測(cè)； 當(dāng)設(shè)隨著物理量的施加而上述驅(qū)動(dòng)平衡塊及上述檢測(cè)平衡塊向同方向移動(dòng)的同相模 式的共振頻率為fl、設(shè)上述驅(qū)動(dòng)平衡塊及上述檢測(cè)平衡塊向反方向移動(dòng)的同相吸收模式的 共振頻率為f3、設(shè)n為整數(shù)時(shí)，上述同相吸收模式的共振頻率f3與上述同相模式的共振頻 率fl大，使絕對(duì)值A(chǔ) f3比對(duì)上述同相模式的共振頻率fl乘以避免差D而得到的值大的關(guān) 系成立，并且使上述避免差D比0%大，該絕對(duì)值A(chǔ) f3是上述同相吸收模式的共振頻率f3 與上述同相模式的共振頻率fl的n倍的值的差的絕對(duì)值，該避免差D表示使該絕對(duì)值A(chǔ) f3 從上述同相模式的共振頻率fl偏差的程度。
2. 如權(quán)利要求1所述的物理量傳感器，其特征在于， 上述避免差D為5%以上。
3. 如權(quán)利要求1所述的物理量傳感器，其特征在于， 上述避免差D為10%以上。
4. 一種振動(dòng)型角速度傳感器，在角速度檢測(cè)中使用權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的物 理量傳感器，其特征在于， 上述驅(qū)動(dòng)平衡塊為將上述檢測(cè)平衡塊的周圍包圍并且經(jīng)由與上述第2彈簧相當(dāng)?shù)臋z 測(cè)梁（41)連結(jié)上述檢測(cè)平衡塊的一對(duì)內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊（33、34); 該振動(dòng)型角速度傳感器具有： 一對(duì)外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊（31、32)，配置在隔著上述一對(duì)內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊的兩側(cè)；以及 驅(qū)動(dòng)用固定部（22、23)，產(chǎn)生使上述內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊和上述外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊相互向反 方向振動(dòng)的靜電引力； 上述內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊和上述外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊用驅(qū)動(dòng)梁（42)連結(jié)；并且， 用包括上述第1彈簧的支承部件（43)將連結(jié)著上述外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊及上述檢測(cè)平衡 塊的上述內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊支承在上述基板上； 該振動(dòng)型角速度傳感器構(gòu)成為，基于上述驅(qū)動(dòng)用固定部產(chǎn)生的靜電引力使上述驅(qū)動(dòng)梁 撓曲，進(jìn)行使上述外側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊和上述內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊振動(dòng)的傳感器驅(qū)動(dòng)，當(dāng)在該傳感 器驅(qū)動(dòng)中被施加角速度作為物理量時(shí)，通過(guò)上述檢測(cè)梁撓曲，使上述檢測(cè)平衡塊在與上述 內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)平衡塊的振動(dòng)方向垂直的方向上移動(dòng)，基于上述檢測(cè)用固定電極和上述檢測(cè)用可 動(dòng)電極的電容變化，檢測(cè)上述角速度。
【文檔編號(hào)】G01C19/5747GK104350359SQ201380028260
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月29日
【發(fā)明者】城森知也, 持田洋一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝