JP2000329561A - 角速度センサ - Google Patents
角速度センサInfo
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- JP2000329561A JP2000329561A JP11142854A JP14285499A JP2000329561A JP 2000329561 A JP2000329561 A JP 2000329561A JP 11142854 A JP11142854 A JP 11142854A JP 14285499 A JP14285499 A JP 14285499A JP 2000329561 A JP2000329561 A JP 2000329561A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 薄型な角速度センサを提供することを目的と
する。 【解決手段】 シリコン基板１と、このシリコン基板１
上の周囲の少なくとも一部に設けられたシリコン酸化物
層２と、このシリコン酸化物層２の上に設けられたシリ
コン層からなる支持部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、前記
シリコン基板１の表面から離間したシリコン層からなる
四角形状の重り部４と、前記重り部４と前記支持部３
ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとが連接され、Ｘ軸方向とＹ軸方
向へ変位可能なシリコン層からなる支持梁５ａ，５ｂ，
５ｃ，５ｄと、前記重り部４をＸ軸方向へ駆動するため
の駆動手段としての第１の固定電極部７ａ，７ｂ及び第
１の可動電極部８ａ，８ｂと、コリオリ力による前記重
り部４のＹ軸方向への変位を検出する検出手段としての
第２の固定電極部１１ａ，１１ｂ及び第２の可動電極部
１２ａ，１２ｂとを備えるものである。
する。 【解決手段】 シリコン基板１と、このシリコン基板１
上の周囲の少なくとも一部に設けられたシリコン酸化物
層２と、このシリコン酸化物層２の上に設けられたシリ
コン層からなる支持部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、前記
シリコン基板１の表面から離間したシリコン層からなる
四角形状の重り部４と、前記重り部４と前記支持部３
ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとが連接され、Ｘ軸方向とＹ軸方
向へ変位可能なシリコン層からなる支持梁５ａ，５ｂ，
５ｃ，５ｄと、前記重り部４をＸ軸方向へ駆動するため
の駆動手段としての第１の固定電極部７ａ，７ｂ及び第
１の可動電極部８ａ，８ｂと、コリオリ力による前記重
り部４のＹ軸方向への変位を検出する検出手段としての
第２の固定電極部１１ａ，１１ｂ及び第２の可動電極部
１２ａ，１２ｂとを備えるものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は自動車の姿勢制御や
ナビゲーションなどに用いられる角速度センサに関す
る。
ナビゲーションなどに用いられる角速度センサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の振動型角速度センサとしては、特
開平４−２９５７１５号公報に記載されたものが知られ
ている。図１３に従来の振動型角速度センサの概略構造
の斜視図を示す。
開平４−２９５７１５号公報に記載されたものが知られ
ている。図１３に従来の振動型角速度センサの概略構造
の斜視図を示す。
【０００３】図１３において、略Ｕ字状の金属板１０１
の相対向する外側の面にＸ軸方向に駆動するための駆動
用圧電素子１０２とＸ軸方向の振動を検出するためのモ
ニタ用圧電素子１０３がそれぞれ接合され、駆動側振動
体が構成されている。また、駆動用圧電素子１０２とモ
ニタ用圧電素子１０３にそれぞれ直交するように金属板
１０４，１０５が金属板１０１に結合されている。さら
に、金属板１０４，１０５にはそれぞれ第１、第２の検
出用圧電素子１０６，１０７が接合され検出側振動体が
構成されている。
の相対向する外側の面にＸ軸方向に駆動するための駆動
用圧電素子１０２とＸ軸方向の振動を検出するためのモ
ニタ用圧電素子１０３がそれぞれ接合され、駆動側振動
体が構成されている。また、駆動用圧電素子１０２とモ
ニタ用圧電素子１０３にそれぞれ直交するように金属板
１０４，１０５が金属板１０１に結合されている。さら
に、金属板１０４，１０５にはそれぞれ第１、第２の検
出用圧電素子１０６，１０７が接合され検出側振動体が
構成されている。
【０００４】次に、この振動型角速度センサの動作の概
要を説明する。駆動用圧電素子１０２に正弦波電圧を加
えると金属板１０１はＸ軸方向に音叉振動を始める。こ
の音叉振動をモニタ用圧電素子１０３により検出し駆動
用の信号発生部に帰還することで安定したＸ軸方向への
音叉振動が得られる。Ｘ軸方向への音叉振動時にＺ軸ま
わりの角速度ωが加わると、Ｙ軸方向にコリオリ力Ｆｃ
が発生する。このコリオリ力Ｆｃにより、角速度ωに比
例した撓みが第１、第２の検出用圧電素子１０６，１０
７に発生し、角速度ωに比例した電荷が得られる。この
電荷を電気的に処理することで角速度センサとしての出
力が得られる。
要を説明する。駆動用圧電素子１０２に正弦波電圧を加
えると金属板１０１はＸ軸方向に音叉振動を始める。こ
の音叉振動をモニタ用圧電素子１０３により検出し駆動
用の信号発生部に帰還することで安定したＸ軸方向への
音叉振動が得られる。Ｘ軸方向への音叉振動時にＺ軸ま
わりの角速度ωが加わると、Ｙ軸方向にコリオリ力Ｆｃ
が発生する。このコリオリ力Ｆｃにより、角速度ωに比
例した撓みが第１、第２の検出用圧電素子１０６，１０
７に発生し、角速度ωに比例した電荷が得られる。この
電荷を電気的に処理することで角速度センサとしての出
力が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術では、
Ｚ軸まわりの角速度ωの検出のために駆動側振動体及び
検出側振動体のＺ軸方向への寸法があまりにも大きす
ぎ、近年の一般電子部品やセンサ等に要求される薄型化
（Ｚ軸方向の寸法低減）に対応することができないとい
った課題を有していた。
Ｚ軸まわりの角速度ωの検出のために駆動側振動体及び
検出側振動体のＺ軸方向への寸法があまりにも大きす
ぎ、近年の一般電子部品やセンサ等に要求される薄型化
（Ｚ軸方向の寸法低減）に対応することができないとい
った課題を有していた。
【０００６】本発明はこの課題を解決するものであり、
薄型な角速度センサを提供することを目的とする。
薄型な角速度センサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、シリコン基板と、このシリコン基板上の周
囲の少なくとも一部に設けられたシリコン酸化物層と、
このシリコン酸化物層の上に設けられたシリコン層から
なる支持部と、前記シリコン基板の表面から離間したシ
リコン層からなる重り部と、前記重り部と前記支持部と
が連接され、Ｘ軸方向とＹ軸方向へ変位可能なシリコン
層からなる支持梁と、前記重り部をＸ軸方向へ駆動する
ための駆動手段と、コリオリ力による前記重り部のＹ軸
方向への変位を検出する検出手段とを備えたものであ
る。この構成により、薄型な角速度センサを提供するこ
とが可能である。
に本発明は、シリコン基板と、このシリコン基板上の周
囲の少なくとも一部に設けられたシリコン酸化物層と、
このシリコン酸化物層の上に設けられたシリコン層から
なる支持部と、前記シリコン基板の表面から離間したシ
リコン層からなる重り部と、前記重り部と前記支持部と
が連接され、Ｘ軸方向とＹ軸方向へ変位可能なシリコン
層からなる支持梁と、前記重り部をＸ軸方向へ駆動する
ための駆動手段と、コリオリ力による前記重り部のＹ軸
方向への変位を検出する検出手段とを備えたものであ
る。この構成により、薄型な角速度センサを提供するこ
とが可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、シリコン基板と、このシリコン基板上の周囲の少な
くとも一部に設けられたシリコン酸化物層と、このシリ
コン酸化物層の上に設けられたシリコン層からなる支持
部と、前記シリコン基板の表面から離間したシリコン層
からなる重り部と、前記重り部と前記支持部とが連接さ
れ、Ｘ軸方向とＹ軸方向へ変位可能なシリコン層からな
る支持梁と、前記重り部をＸ軸方向へ駆動するための駆
動手段と、コリオリ力による前記重り部のＹ軸方向への
変位を検出する検出手段とを備えているため、駆動方向
と検出方向がともに前記シリコン基板の表面と平行とな
りセンサの薄型化が可能となる。また、駆動方向と検出
方向がともに前記シリコン基板の表面と平行であるた
め、振動に対する空気抵抗が低減され、特別にセンサ内
の真空処理をする必要がなくなるといった作用を有す
る。
は、シリコン基板と、このシリコン基板上の周囲の少な
くとも一部に設けられたシリコン酸化物層と、このシリ
コン酸化物層の上に設けられたシリコン層からなる支持
部と、前記シリコン基板の表面から離間したシリコン層
からなる重り部と、前記重り部と前記支持部とが連接さ
れ、Ｘ軸方向とＹ軸方向へ変位可能なシリコン層からな
る支持梁と、前記重り部をＸ軸方向へ駆動するための駆
動手段と、コリオリ力による前記重り部のＹ軸方向への
変位を検出する検出手段とを備えているため、駆動方向
と検出方向がともに前記シリコン基板の表面と平行とな
りセンサの薄型化が可能となる。また、駆動方向と検出
方向がともに前記シリコン基板の表面と平行であるた
め、振動に対する空気抵抗が低減され、特別にセンサ内
の真空処理をする必要がなくなるといった作用を有す
る。
【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、支持部、支持梁及び重り部がシリコン
酸化物層に貼り合わされたシリコン基板から一体に形成
されているため、前記支持梁や前記重り部の厚さを自由
に調整しやすくなるといった作用を有する。
の発明において、支持部、支持梁及び重り部がシリコン
酸化物層に貼り合わされたシリコン基板から一体に形成
されているため、前記支持梁や前記重り部の厚さを自由
に調整しやすくなるといった作用を有する。
【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の発明において、支持梁の厚さを重り部の厚さよりも薄
くしてあるため、容易に前記重り部の振動振幅を大きく
することができる。これにより、前記重り部の質量を増
加させたのと等価な効果が得られ、検出感度が大きくな
るといった作用を有する。
の発明において、支持梁の厚さを重り部の厚さよりも薄
くしてあるため、容易に前記重り部の振動振幅を大きく
することができる。これにより、前記重り部の質量を増
加させたのと等価な効果が得られ、検出感度が大きくな
るといった作用を有する。
【００１１】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、シリコン基板上の周囲に設けられた支
持部は、前記シリコン基板上の四隅にあると同時に四角
形状の重り部の直近の四隅と支持梁により連接されてい
るため、Ｘ軸方向とＹ軸方向の共振周波数を一致させる
構造を構築しやすいといった作用を有する。
の発明において、シリコン基板上の周囲に設けられた支
持部は、前記シリコン基板上の四隅にあると同時に四角
形状の重り部の直近の四隅と支持梁により連接されてい
るため、Ｘ軸方向とＹ軸方向の共振周波数を一致させる
構造を構築しやすいといった作用を有する。
【００１２】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の発明において、Ｘ軸方向の共振周波数とＹ軸方向の共
振周波数が略一致するように支持梁を構成しているた
め、コリオリ力による前記重り部のＹ軸方向への変位が
増大し、検出感度が大きくなるといった作用を有する。
の発明において、Ｘ軸方向の共振周波数とＹ軸方向の共
振周波数が略一致するように支持梁を構成しているた
め、コリオリ力による前記重り部のＹ軸方向への変位が
増大し、検出感度が大きくなるといった作用を有する。
【００１３】請求項６に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、駆動手段は支持部と支持部の間にあり
且つ重り部を挟んでＹ軸方向に相対向するようにシリコ
ン基板上のシリコン酸化物層上に設けられたシリコン層
の少なくとも一部に形成された一対の櫛歯状の第１の固
定電極部と、重り部の周縁の一部に設けられ、前記第１
の櫛歯状の固定電極部と所定の間隔を隔てて対向する一
対の櫛歯状の第１の可動電極部とから構成されているた
め、両電極間に駆動用の信号を印加することにより、静
電引力に基づく振動が得られるといった作用を有する。
の発明において、駆動手段は支持部と支持部の間にあり
且つ重り部を挟んでＹ軸方向に相対向するようにシリコ
ン基板上のシリコン酸化物層上に設けられたシリコン層
の少なくとも一部に形成された一対の櫛歯状の第１の固
定電極部と、重り部の周縁の一部に設けられ、前記第１
の櫛歯状の固定電極部と所定の間隔を隔てて対向する一
対の櫛歯状の第１の可動電極部とから構成されているた
め、両電極間に駆動用の信号を印加することにより、静
電引力に基づく振動が得られるといった作用を有する。
【００１４】請求項７に記載の発明は、請求項６に記載
の発明において、第１の固定電極部の少なくとも一部と
第１の可動電極部の少なくとも一部とから重り部のＸ軸
方向の振幅検出手段が構成されているため、温度等の環
境条件が変化した際にも重り部の振幅を常に一定に制御
可能となる。これにより結果として高精度な角速度の検
出が可能となるといった作用を有する。
の発明において、第１の固定電極部の少なくとも一部と
第１の可動電極部の少なくとも一部とから重り部のＸ軸
方向の振幅検出手段が構成されているため、温度等の環
境条件が変化した際にも重り部の振幅を常に一定に制御
可能となる。これにより結果として高精度な角速度の検
出が可能となるといった作用を有する。
【００１５】請求項８に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、検出手段は支持部と支持部の間にあり
且つ重り部を挟んでＹ軸方向に相対向するようにシリコ
ン基板上のシリコン酸化物層上に設けられたシリコン層
の少なくとも一部に形成された一対の櫛歯状の第２の固
定電極部と、重り部の周縁の一部に設けられ、前記第２
の櫛歯状の固定電極部と所定の間隔を隔てて対向する一
対の櫛歯状の第２の可動電極部とから構成されているた
め、コリオリ力による前記重り部のＹ軸方向への変位を
両電極間の静電容量の変化として検出できるといった作
用を有する。
の発明において、検出手段は支持部と支持部の間にあり
且つ重り部を挟んでＹ軸方向に相対向するようにシリコ
ン基板上のシリコン酸化物層上に設けられたシリコン層
の少なくとも一部に形成された一対の櫛歯状の第２の固
定電極部と、重り部の周縁の一部に設けられ、前記第２
の櫛歯状の固定電極部と所定の間隔を隔てて対向する一
対の櫛歯状の第２の可動電極部とから構成されているた
め、コリオリ力による前記重り部のＹ軸方向への変位を
両電極間の静電容量の変化として検出できるといった作
用を有する。
【００１６】請求項９に記載の発明は、請求項２、請求
項６及び請求項８に記載の発明において、支持部、重り
部、支持梁、第１及び第２の固定電極部並びに第１及び
第２の可動電極部が、反応性イオンエッチングにより形
成されているため、シリコン酸化物層上に貼り合わされ
た厚いシリコン基板から容易に立体的且つ高精度な各構
成部が得られるといった作用を有する。
項６及び請求項８に記載の発明において、支持部、重り
部、支持梁、第１及び第２の固定電極部並びに第１及び
第２の可動電極部が、反応性イオンエッチングにより形
成されているため、シリコン酸化物層上に貼り合わされ
た厚いシリコン基板から容易に立体的且つ高精度な各構
成部が得られるといった作用を有する。
【００１７】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図１２を用いて説明する。
から図１２を用いて説明する。
【００１８】（実施の形態１）図１は本発明の角速度セ
ンサの実施の形態１の主要部を説明するための斜視図で
ある。図２から図４は同センサの構造を形成するにあた
っての概略プロセスを説明するためのＡ−Ａ線による断
面図である。図５は同センサの駆動回路構成を説明する
ためのブロック図である。図６、図７は同センサの駆動
時の固定電極と可動電極の動作説明図である。図８は同
センサの検出回路構成を説明するためのブロック図であ
る。図９、図１０は同センサのコリオリ力の検出時の固
定電極と可動電極の動作説明図である。
ンサの実施の形態１の主要部を説明するための斜視図で
ある。図２から図４は同センサの構造を形成するにあた
っての概略プロセスを説明するためのＡ−Ａ線による断
面図である。図５は同センサの駆動回路構成を説明する
ためのブロック図である。図６、図７は同センサの駆動
時の固定電極と可動電極の動作説明図である。図８は同
センサの検出回路構成を説明するためのブロック図であ
る。図９、図１０は同センサのコリオリ力の検出時の固
定電極と可動電極の動作説明図である。
【００１９】図１において、１は四角形状のシリコン基
板である。このシリコン基板１の面と平行で、シリコン
基板１の周縁とは平行であり且つ互いに直交する方向を
それぞれＸ軸とＹ軸と定義し、Ｘ軸とＹ軸とにそれぞれ
直交する方向をＺ軸と定義する。図１において、２は絶
縁層としてのシリコン基板上に形成されたシリコン酸化
物層、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄはシリコン酸化物層２の
上に形成されたシリコン層からなる支持部、４はシリコ
ン基板１から離間したシリコン層からなる四角形状の重
り部、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは重り部４の四隅４ａ，
４ｂ，４ｃ，４ｄと支持部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとが
それぞれ連接され、Ｘ軸方向とＹ軸方向へ変位可能なシ
リコン層からなるＬ字状の支持梁、６ａはシリコン基板
１上の支持部３ａ，３ｂの間に形成されたシリコン酸化
物層２の上に設けられたシリコン層からなる固定部、７
ａは固定部６ａの一部に形成されたＹ軸に平行な櫛歯状
の第１の固定電極部、８ａは重り部４の周縁の一部に設
けられ、第１の櫛歯状の固定電極部７ａと所定の間隔を
隔てて対向するＹ軸に平行な櫛歯状の第１の可動電極
部、６ｂはシリコン基板１上の支持部３ｃ，３ｄの間に
形成されたシリコン酸化物層２の上に設けられたシリコ
ン層からなる固定部、７ｂは固定部６ｂの一部に形成さ
れたＹ軸に平行な櫛歯状の第１の固定電極部、８ｂは重
り部４の周縁の一部に設けられ、第１の櫛歯状の固定電
極部７ｂと所定の間隔を隔てて対向するＹ軸に平行な櫛
歯状の第１の可動電極部、９ａは第１の固定電極部７ａ
と第１の可動電極部８ａとから構成され静電引力に基づ
く振動を発生させるための駆動手段、９ｂは第１の固定
電極部７ｂと第１の可動電極部８ｂとから構成され静電
引力に基づく振動を発生させるための駆動手段、１０ａ
はシリコン基板１上の支持部３ｂ，３ｃの間に形成され
たシリコン酸化物層２の上に設けられたシリコン層から
なる固定部、１１ａは固定部１０ａの一部に形成された
Ｘ軸に平行な櫛歯状の第２の固定電極部、１２ａは重り
部４の周縁の一部に設けられ、第２の櫛歯状の固定電極
部１１ａと所定の間隔を隔てて対向するＸ軸に平行な櫛
歯状の第２の可動電極部、１０ｂはシリコン基板１上の
支持部３ａ，３ｄの間に形成されたシリコン酸化物層２
の上に設けられたシリコン層からなる固定部、１１ｂは
固定部１０ｂの一部に形成されたＸ軸に平行な櫛歯状の
第２の固定電極部、１２ｂは重り部４の周縁の一部に設
けられ、第２の櫛歯状の固定電極部１１ｂと所定の間隔
を隔てて対向するＸ軸に平行な櫛歯状の第２の可動電極
部、１３ａは第２の固定電極部１１ａと第２の可動電極
部１２ａとから構成され、コリオリ力による重り部４の
Ｙ軸方向への変位を両電極１１ａ，１２ａ間の静電容量
の変化として検出するための検出手段、１３ｂは第２の
固定電極部１１ｂと第２の可動電極部１２ｂとから構成
され、コリオリ力による重り部４のＹ軸方向への変位を
両電極１１ｂ，１２ｂ間の静電容量の変化として検出す
るための検出手段、１４は重り部４に設けた１６個の孔
である。前述の各支持梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、そ
れぞれＸ軸、Ｙ軸と平行な部分を有し、Ｘ軸方向、Ｙ軸
方向へ変位可能である。
板である。このシリコン基板１の面と平行で、シリコン
基板１の周縁とは平行であり且つ互いに直交する方向を
それぞれＸ軸とＹ軸と定義し、Ｘ軸とＹ軸とにそれぞれ
直交する方向をＺ軸と定義する。図１において、２は絶
縁層としてのシリコン基板上に形成されたシリコン酸化
物層、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄはシリコン酸化物層２の
上に形成されたシリコン層からなる支持部、４はシリコ
ン基板１から離間したシリコン層からなる四角形状の重
り部、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは重り部４の四隅４ａ，
４ｂ，４ｃ，４ｄと支持部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとが
それぞれ連接され、Ｘ軸方向とＹ軸方向へ変位可能なシ
リコン層からなるＬ字状の支持梁、６ａはシリコン基板
１上の支持部３ａ，３ｂの間に形成されたシリコン酸化
物層２の上に設けられたシリコン層からなる固定部、７
ａは固定部６ａの一部に形成されたＹ軸に平行な櫛歯状
の第１の固定電極部、８ａは重り部４の周縁の一部に設
けられ、第１の櫛歯状の固定電極部７ａと所定の間隔を
隔てて対向するＹ軸に平行な櫛歯状の第１の可動電極
部、６ｂはシリコン基板１上の支持部３ｃ，３ｄの間に
形成されたシリコン酸化物層２の上に設けられたシリコ
ン層からなる固定部、７ｂは固定部６ｂの一部に形成さ
れたＹ軸に平行な櫛歯状の第１の固定電極部、８ｂは重
り部４の周縁の一部に設けられ、第１の櫛歯状の固定電
極部７ｂと所定の間隔を隔てて対向するＹ軸に平行な櫛
歯状の第１の可動電極部、９ａは第１の固定電極部７ａ
と第１の可動電極部８ａとから構成され静電引力に基づ
く振動を発生させるための駆動手段、９ｂは第１の固定
電極部７ｂと第１の可動電極部８ｂとから構成され静電
引力に基づく振動を発生させるための駆動手段、１０ａ
はシリコン基板１上の支持部３ｂ，３ｃの間に形成され
たシリコン酸化物層２の上に設けられたシリコン層から
なる固定部、１１ａは固定部１０ａの一部に形成された
Ｘ軸に平行な櫛歯状の第２の固定電極部、１２ａは重り
部４の周縁の一部に設けられ、第２の櫛歯状の固定電極
部１１ａと所定の間隔を隔てて対向するＸ軸に平行な櫛
歯状の第２の可動電極部、１０ｂはシリコン基板１上の
支持部３ａ，３ｄの間に形成されたシリコン酸化物層２
の上に設けられたシリコン層からなる固定部、１１ｂは
固定部１０ｂの一部に形成されたＸ軸に平行な櫛歯状の
第２の固定電極部、１２ｂは重り部４の周縁の一部に設
けられ、第２の櫛歯状の固定電極部１１ｂと所定の間隔
を隔てて対向するＸ軸に平行な櫛歯状の第２の可動電極
部、１３ａは第２の固定電極部１１ａと第２の可動電極
部１２ａとから構成され、コリオリ力による重り部４の
Ｙ軸方向への変位を両電極１１ａ，１２ａ間の静電容量
の変化として検出するための検出手段、１３ｂは第２の
固定電極部１１ｂと第２の可動電極部１２ｂとから構成
され、コリオリ力による重り部４のＹ軸方向への変位を
両電極１１ｂ，１２ｂ間の静電容量の変化として検出す
るための検出手段、１４は重り部４に設けた１６個の孔
である。前述の各支持梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、そ
れぞれＸ軸、Ｙ軸と平行な部分を有し、Ｘ軸方向、Ｙ軸
方向へ変位可能である。
【００２０】次に、図２から図４を用いて同センサの構
造を形成する概略プロセスを説明する。
造を形成する概略プロセスを説明する。
【００２１】図２において、単結晶のシリコン基板１の
表面を酸化処理することで絶縁層としてのシリコン酸化
物層２が形成され、このシリコン酸化物層２の表面にリ
ンまたはホウ素等の不純物がドーピングされた低抵抗率
の単結晶のシリコン基板２０が貼り合わされている。こ
のシリコン基板２０の上に支持部３ａ，３ｂ，３ｃ，３
ｄ、重り部４、支持梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ、固定部
６ａ，６ｂ，１０ａ，１０ｂ、固定電極部７ａ，７ｂ，
１１ａ，１１ｂ、可動電極部８ａ，８ｂ，１２ａ，１２
ｂ、孔１４等の形成に対応したエッチング用マスク２１
が設けられている。
表面を酸化処理することで絶縁層としてのシリコン酸化
物層２が形成され、このシリコン酸化物層２の表面にリ
ンまたはホウ素等の不純物がドーピングされた低抵抗率
の単結晶のシリコン基板２０が貼り合わされている。こ
のシリコン基板２０の上に支持部３ａ，３ｂ，３ｃ，３
ｄ、重り部４、支持梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ、固定部
６ａ，６ｂ，１０ａ，１０ｂ、固定電極部７ａ，７ｂ，
１１ａ，１１ｂ、可動電極部８ａ，８ｂ，１２ａ，１２
ｂ、孔１４等の形成に対応したエッチング用マスク２１
が設けられている。
【００２２】図３において、エッチング用マスク２１の
上から反応性イオンエッチングによりシリコン基板２０
がエッチングされ終わった状態を示す。これにより、孔
１４等が完成する。また、反応性イオンエッチングを用
いているため、図１に示す支持梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５
ｄ、固定電極部７ａ，７ｂ，１１ａ，１１ｂや可動電極
部８ａ，８ｂ，１２ａ，１２ｂの幅を細く且つ高精度に
形成することも可能である。
上から反応性イオンエッチングによりシリコン基板２０
がエッチングされ終わった状態を示す。これにより、孔
１４等が完成する。また、反応性イオンエッチングを用
いているため、図１に示す支持梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５
ｄ、固定電極部７ａ，７ｂ，１１ａ，１１ｂや可動電極
部８ａ，８ｂ，１２ａ，１２ｂの幅を細く且つ高精度に
形成することも可能である。
【００２３】図４において、図３に示すプロセスで完成
した多数の孔１４等からフッ酸等を用いて、重り部４、
支持梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ、固定電極部７ａ，７
ｂ，１１ａ，１１ｂ、可動電極部８ａ，８ｂ，１２ａ，
１２ｂの直下等にある不要なシリコン酸化物層２を取り
除き終えた状態を示す。これにより、支持部３ａ，３
ｂ，３ｃ，３ｄ、重り部４、支持梁５ａ，５ｂ，５ｃ，
５ｄ、可動電極部８ａ，８ｂ，１２ａ，１２ｂが一体に
形成されるばかりか、重り部４、支持梁５ａ，５ｂ，５
ｃ，５ｄはＸ軸方向、Ｙ軸方向に自由に振動可能とな
る。また、可動電極部８ａ，８ｂ，１２ａ，１２ｂと支
持部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとを同一電位に保つことも
できる。また、導電性のある単結晶シリコン２０から一
体に形成されているため、電気的配線が容易になり、特
別な金属膜による電気的配線を省略することも可能にな
る。
した多数の孔１４等からフッ酸等を用いて、重り部４、
支持梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ、固定電極部７ａ，７
ｂ，１１ａ，１１ｂ、可動電極部８ａ，８ｂ，１２ａ，
１２ｂの直下等にある不要なシリコン酸化物層２を取り
除き終えた状態を示す。これにより、支持部３ａ，３
ｂ，３ｃ，３ｄ、重り部４、支持梁５ａ，５ｂ，５ｃ，
５ｄ、可動電極部８ａ，８ｂ，１２ａ，１２ｂが一体に
形成されるばかりか、重り部４、支持梁５ａ，５ｂ，５
ｃ，５ｄはＸ軸方向、Ｙ軸方向に自由に振動可能とな
る。また、可動電極部８ａ，８ｂ，１２ａ，１２ｂと支
持部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとを同一電位に保つことも
できる。また、導電性のある単結晶シリコン２０から一
体に形成されているため、電気的配線が容易になり、特
別な金属膜による電気的配線を省略することも可能にな
る。
【００２４】図５において、２２は駆動用発振回路、２
３，２４はコンデンサ、２５はバッファ、２６は差動増
幅器、２７は重り部４のＸ軸方向の変位量を検出するた
めの駆動振幅検出手段、２８はＡＧＣ（オートゲインコ
ントロール）回路である。また、駆動振幅検出手段２７
は固定部６ａ，６ｂにそれぞれ設けられた固定電極部７
ａ，７ｂ、重り部４にそれぞれ設けられた可動電極部８
ａ，８ｂ、コンデンサ２３，２４、バッファ２５と差動
増幅器２６から構成されている。
３，２４はコンデンサ、２５はバッファ、２６は差動増
幅器、２７は重り部４のＸ軸方向の変位量を検出するた
めの駆動振幅検出手段、２８はＡＧＣ（オートゲインコ
ントロール）回路である。また、駆動振幅検出手段２７
は固定部６ａ，６ｂにそれぞれ設けられた固定電極部７
ａ，７ｂ、重り部４にそれぞれ設けられた可動電極部８
ａ，８ｂ、コンデンサ２３，２４、バッファ２５と差動
増幅器２６から構成されている。
【００２５】発振回路２２からは振幅Ａ、周波数ｆ１の
正弦波の駆動信号が発せられる。この駆動信号は、コン
デンサ２３，２４を介してそれぞれ固定部６ａに設けら
れた固定電極部７ａと固定部６ｂに設けられた固定電極
部７ｂに印加される。これにより、重り部４は静電引力
に基づく力を受けて、Ｘ軸方向及びＸ軸方向と反対の方
向に速度νで振幅する。
正弦波の駆動信号が発せられる。この駆動信号は、コン
デンサ２３，２４を介してそれぞれ固定部６ａに設けら
れた固定電極部７ａと固定部６ｂに設けられた固定電極
部７ｂに印加される。これにより、重り部４は静電引力
に基づく力を受けて、Ｘ軸方向及びＸ軸方向と反対の方
向に速度νで振幅する。
【００２６】また、コンデンサ２３と固定電極部７ａの
接続点ａとコンデンサ２４と固定電極部７ｂの接続点ｂ
のそれぞれの電圧をバッファ２５を介して、差動増幅器
２６で増幅することにより、重り部４の振幅に比例した
ＤＣ電圧としてモニターすることができる。このモニタ
ー信号であるＤＣ電圧をＡＧＣ回路２８を介して発振回
路２２にフィードバックすることで、駆動振幅を常に一
定に制御することができる。これにより、温度変化等の
環境条件が変化する場合や外乱振動に対しても重り部４
の振幅を常に一定に制御可能となり、結果として高精度
な角速度の検出が可能となる。
接続点ａとコンデンサ２４と固定電極部７ｂの接続点ｂ
のそれぞれの電圧をバッファ２５を介して、差動増幅器
２６で増幅することにより、重り部４の振幅に比例した
ＤＣ電圧としてモニターすることができる。このモニタ
ー信号であるＤＣ電圧をＡＧＣ回路２８を介して発振回
路２２にフィードバックすることで、駆動振幅を常に一
定に制御することができる。これにより、温度変化等の
環境条件が変化する場合や外乱振動に対しても重り部４
の振幅を常に一定に制御可能となり、結果として高精度
な角速度の検出が可能となる。
【００２７】図６は、図５に示す駆動回路により駆動し
た時の重り部４がＸ軸方向へ最大に変位した状態を示
す。図６において、固定電極部７ａのＸ軸方向を向いた
面３０ａと可動電極部８ａのＸ軸方向と反対の方向を向
いた面３１ａとは離れている。一方、固定電極部７ｂの
Ｘ軸方向と反対の方向を向いた面３０ｂと可動電極部８
ｂのＸ軸方向を向いた面３１ｂとは接近している。
た時の重り部４がＸ軸方向へ最大に変位した状態を示
す。図６において、固定電極部７ａのＸ軸方向を向いた
面３０ａと可動電極部８ａのＸ軸方向と反対の方向を向
いた面３１ａとは離れている。一方、固定電極部７ｂの
Ｘ軸方向と反対の方向を向いた面３０ｂと可動電極部８
ｂのＸ軸方向を向いた面３１ｂとは接近している。
【００２８】図７は、図５に示す駆動回路により駆動し
た時の重り部４がＸ軸方向と反対の方向へ最大に変位し
た状態を示す。図７において、固定電極部７ａのＸ軸方
向を向いた面３０ａと可動電極部８ａのＸ軸方向と反対
の方向を向いた面３１ａとは接近している。一方、固定
電極部７ｂのＸ軸方向と反対の方向を向いた面３０ｂと
可動電極部８ｂのＸ軸方向を向いた面３１ｂとは離れて
いる。
た時の重り部４がＸ軸方向と反対の方向へ最大に変位し
た状態を示す。図７において、固定電極部７ａのＸ軸方
向を向いた面３０ａと可動電極部８ａのＸ軸方向と反対
の方向を向いた面３１ａとは接近している。一方、固定
電極部７ｂのＸ軸方向と反対の方向を向いた面３０ｂと
可動電極部８ｂのＸ軸方向を向いた面３１ｂとは離れて
いる。
【００２９】図８において、４０は検出側電極である１
１ａ，１２ａ，１１ｂ，１２ｂを動作させるための発振
回路、４１，４２はコンデンサ、４３はバッファ、４４
は差動増幅器、４５は位相シフタ、４６は同期検波回
路、４７はローパスフィルタである。
１ａ，１２ａ，１１ｂ，１２ｂを動作させるための発振
回路、４１，４２はコンデンサ、４３はバッファ、４４
は差動増幅器、４５は位相シフタ、４６は同期検波回
路、４７はローパスフィルタである。
【００３０】発振回路４０からは発振回路２２と同一位
相、同一周波数の出力信号が発せられる。この出力信号
は、コンデンサ４１，４２を介してそれぞれ固定部１０
ａに設けられた固定電極部１１ａと固定部１０ｂに設け
られた固定電極部１１ｂに印加される。この状態で図１
に示すＺ軸まわりに角速度ωが加わると、重り部４には
Ｙ軸方向またはＹ軸方向と反対の方向に（数１）に示す
ようなコリオリ力Ｆｃが加わる。
相、同一周波数の出力信号が発せられる。この出力信号
は、コンデンサ４１，４２を介してそれぞれ固定部１０
ａに設けられた固定電極部１１ａと固定部１０ｂに設け
られた固定電極部１１ｂに印加される。この状態で図１
に示すＺ軸まわりに角速度ωが加わると、重り部４には
Ｙ軸方向またはＹ軸方向と反対の方向に（数１）に示す
ようなコリオリ力Ｆｃが加わる。
【００３１】
【数１】
【００３２】ただし、ｍ：重り部４の質量 （数１）に示すようなコリオリ力Ｆｃが重り部４に加わ
ることにより、固定電極部１１ａと可動電極部１２ａ間
の静電容量及び固定電極部１１ｂと可動電極部１２ｂ間
の静電容量がそれぞれ変化する。これらの静電容量変化
をコンデンサ４１と固定電極部１１ａの接続点ｃ及びコ
ンデンサ４２と固定電極部１１ｂの接続点ｄからそれぞ
れ電圧Ｖ１，Ｖ２として取り出す。これらの電圧Ｖ１，
Ｖ２は、互いに等振幅で位相が１８０°ずれた正弦波で
ある。これらの電圧Ｖ１，Ｖ２をバッファ４３を介し
て、差動増幅器４４で増幅することで電圧Ｖ３（ｅ点の
電圧）が得られる。さらに、この電圧Ｖ３を位相シフタ
４５を通し−９０°位相シフトさせた後、同期検波回路
４６を用いて発振回路２２の駆動周波数で同期検波す
る。同期検波回路４６の出力をローパスフィルタ４７を
通すことで（数１）に示すコリオリ力Ｆｃに比例した電
圧Ｖ４（ｆ点の電圧）が得られる。この電圧Ｖ４が、Ｚ
軸まわりの角速度ωに比例した最終出力である。
ることにより、固定電極部１１ａと可動電極部１２ａ間
の静電容量及び固定電極部１１ｂと可動電極部１２ｂ間
の静電容量がそれぞれ変化する。これらの静電容量変化
をコンデンサ４１と固定電極部１１ａの接続点ｃ及びコ
ンデンサ４２と固定電極部１１ｂの接続点ｄからそれぞ
れ電圧Ｖ１，Ｖ２として取り出す。これらの電圧Ｖ１，
Ｖ２は、互いに等振幅で位相が１８０°ずれた正弦波で
ある。これらの電圧Ｖ１，Ｖ２をバッファ４３を介し
て、差動増幅器４４で増幅することで電圧Ｖ３（ｅ点の
電圧）が得られる。さらに、この電圧Ｖ３を位相シフタ
４５を通し−９０°位相シフトさせた後、同期検波回路
４６を用いて発振回路２２の駆動周波数で同期検波す
る。同期検波回路４６の出力をローパスフィルタ４７を
通すことで（数１）に示すコリオリ力Ｆｃに比例した電
圧Ｖ４（ｆ点の電圧）が得られる。この電圧Ｖ４が、Ｚ
軸まわりの角速度ωに比例した最終出力である。
【００３３】図９は、図１に示す重り部４がコリオリ力
ＦｃによりＹ軸方向へ最大に変位した状態を示す。図９
において、固定電極部１１ａのＹ軸方向を向いた面５０
ａと可動電極部１２ａのＹ軸方向と反対の方向を向いた
面５１ａとは離れている。一方、固定電極部１１ｂのＹ
軸方向と反対の方向を向いた面５０ｂと可動電極部１２
ｂのＹ軸方向を向いた面５１ｂとは接近している。これ
により、図８に示す固定電極部１１ａと可動電極部１２
ａ間の静電容量は小さくなり、固定電極部１１ｂと可動
電極部１２ｂ間の静電容量は大きくなる。これにより、
図８の説明で詳述したように電圧Ｖ１，Ｖ２は、互いに
等振幅で位相が１８０°ずれた正弦波の電圧が得られ
る。
ＦｃによりＹ軸方向へ最大に変位した状態を示す。図９
において、固定電極部１１ａのＹ軸方向を向いた面５０
ａと可動電極部１２ａのＹ軸方向と反対の方向を向いた
面５１ａとは離れている。一方、固定電極部１１ｂのＹ
軸方向と反対の方向を向いた面５０ｂと可動電極部１２
ｂのＹ軸方向を向いた面５１ｂとは接近している。これ
により、図８に示す固定電極部１１ａと可動電極部１２
ａ間の静電容量は小さくなり、固定電極部１１ｂと可動
電極部１２ｂ間の静電容量は大きくなる。これにより、
図８の説明で詳述したように電圧Ｖ１，Ｖ２は、互いに
等振幅で位相が１８０°ずれた正弦波の電圧が得られ
る。
【００３４】図１０は、図１に示す重り部４がコリオリ
力ＦｃによりＹ軸方向と反対の方向へ最大に変位した状
態を示す。図１０において、固定電極部１１ａのＹ軸方
向を向いた面５０ａと可動電極部１２ａのＹ軸方向と反
対の方向を向いた面５１ａとは接近している。一方、固
定電極部１１ｂのＹ軸方向と反対の方向を向いた面５０
ｂと可動電極部１２ｂのＹ軸方向を向いた面５１ｂとは
離れている。これにより得られる電圧Ｖ１，Ｖ２の値
は、図９で説明した値と逆になる。
力ＦｃによりＹ軸方向と反対の方向へ最大に変位した状
態を示す。図１０において、固定電極部１１ａのＹ軸方
向を向いた面５０ａと可動電極部１２ａのＹ軸方向と反
対の方向を向いた面５１ａとは接近している。一方、固
定電極部１１ｂのＹ軸方向と反対の方向を向いた面５０
ｂと可動電極部１２ｂのＹ軸方向を向いた面５１ｂとは
離れている。これにより得られる電圧Ｖ１，Ｖ２の値
は、図９で説明した値と逆になる。
【００３５】本実施の形態１においては、駆動方向と検
出方向がともにシリコン基板１の表面と平行となるた
め、センサのＺ軸方向の薄型化が可能となる。同様に、
駆動方向と検出方向がともにシリコン基板１の表面と平
行であるため、駆動方向と検出方向の振動に対する空気
抵抗が小さく、特別にセンサ内の真空処理をする必要が
なくなる。
出方向がともにシリコン基板１の表面と平行となるた
め、センサのＺ軸方向の薄型化が可能となる。同様に、
駆動方向と検出方向がともにシリコン基板１の表面と平
行であるため、駆動方向と検出方向の振動に対する空気
抵抗が小さく、特別にセンサ内の真空処理をする必要が
なくなる。
【００３６】また、本実施の形態１においては、支持部
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、支持梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５
ｄ及び重り部４がシリコン酸化物層２に貼り合わされた
シリコン基板２０から一体に形成されているため、シリ
コン酸化物層２の上に従来のようなエピタキシャル成長
させたシリコン層を用いる場合に比して支持梁５ａ，５
ｂ，５ｃ，５ｄや重り部４のＺ軸方向の厚さを厚くする
構成は極めて容易である。また、センサの主要構造体の
中で大きな体積を占める重り部４に関しては、厚いシリ
コン基板２０の特徴をそのまま活かしながら、支持梁５
ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの幅のみを細くすることで容易に
重り部４の振幅を大きくすることができる。これによ
り、大きな検出感度が得られる。このように、シリコン
酸化物層２に貼り合わされたシリコン基板２０を用いる
のが好ましいが、必ずしもこれに特定されるものではな
い。
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、支持梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５
ｄ及び重り部４がシリコン酸化物層２に貼り合わされた
シリコン基板２０から一体に形成されているため、シリ
コン酸化物層２の上に従来のようなエピタキシャル成長
させたシリコン層を用いる場合に比して支持梁５ａ，５
ｂ，５ｃ，５ｄや重り部４のＺ軸方向の厚さを厚くする
構成は極めて容易である。また、センサの主要構造体の
中で大きな体積を占める重り部４に関しては、厚いシリ
コン基板２０の特徴をそのまま活かしながら、支持梁５
ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの幅のみを細くすることで容易に
重り部４の振幅を大きくすることができる。これによ
り、大きな検出感度が得られる。このように、シリコン
酸化物層２に貼り合わされたシリコン基板２０を用いる
のが好ましいが、必ずしもこれに特定されるものではな
い。
【００３７】また、本実施の形態１のように、Ｘ軸方向
の共振周波数とＹ軸方向の共振周波数が略一致するよう
に支持梁が構成されているため、コリオリ力による重り
部４のＹ軸方向への変位が増大し、検出感度も大きくな
る。
の共振周波数とＹ軸方向の共振周波数が略一致するよう
に支持梁が構成されているため、コリオリ力による重り
部４のＹ軸方向への変位が増大し、検出感度も大きくな
る。
【００３８】また、本実施の形態１において、駆動振幅
検出手段２７は固定部６ａ，６ｂにそれぞれ設けられた
固定電極部７ａ，７ｂ、重り部４にそれぞれ設けられた
可動電極部８ａ，８ｂの全体を用いて構成しても構わな
いし、その一部から構成しても構わない。
検出手段２７は固定部６ａ，６ｂにそれぞれ設けられた
固定電極部７ａ，７ｂ、重り部４にそれぞれ設けられた
可動電極部８ａ，８ｂの全体を用いて構成しても構わな
いし、その一部から構成しても構わない。
【００３９】また、本実施の形態１においては、利用効
率の点から駆動用、検出用のために重り部４の周囲の略
全体に可動電極部８ａ，８ｂ，１２ａ，１２ｂを設けた
例について説明してきたが、必ずしもこれに特定される
ものではない。
率の点から駆動用、検出用のために重り部４の周囲の略
全体に可動電極部８ａ，８ｂ，１２ａ，１２ｂを設けた
例について説明してきたが、必ずしもこれに特定される
ものではない。
【００４０】また、本実施の形態１においては、駆動手
段として静電引力を用いる例について説明したが、必ず
しもこれに特定されるものではない。例えば、シリコン
基板１から重り部４の方向（Ｚ軸方向）に向かう磁界と
重り部４上をＹ軸方向に流れる電流によるローレンツ力
を用いる等、様々な駆動手段が考えられる。また、検出
手段に関しても静電容量の変化を利用する形態ばかりで
なく、例えば固定部１０ａ，１０ｂに設けられた磁石と
重り部４に設けた磁気検出手段により、コリオリ力によ
る重り部４のＹ軸方向への変位を検出する等、様々な形
態が考えられる。
段として静電引力を用いる例について説明したが、必ず
しもこれに特定されるものではない。例えば、シリコン
基板１から重り部４の方向（Ｚ軸方向）に向かう磁界と
重り部４上をＹ軸方向に流れる電流によるローレンツ力
を用いる等、様々な駆動手段が考えられる。また、検出
手段に関しても静電容量の変化を利用する形態ばかりで
なく、例えば固定部１０ａ，１０ｂに設けられた磁石と
重り部４に設けた磁気検出手段により、コリオリ力によ
る重り部４のＹ軸方向への変位を検出する等、様々な形
態が考えられる。
【００４１】（実施の形態２）図１１は本発明の角速度
センサの実施の形態２の主要部を説明するための斜視図
である。図１２は同センサの構造を形成するにあたって
の特徴的な概略プロセスを説明するための斜視図であ
る。図１１において、図１と同一構成部分には同一の番
号を付して詳細な説明を省略し、異なる部分についての
み詳述する。図１１において、６０ａ，６０ｂ，６０
ｃ，６０ｄはシリコン層からなる支持部、６１ａ，６１
ｂ，６１ｃ，６１ｄはシリコン層からなる支持梁であ
る。
センサの実施の形態２の主要部を説明するための斜視図
である。図１２は同センサの構造を形成するにあたって
の特徴的な概略プロセスを説明するための斜視図であ
る。図１１において、図１と同一構成部分には同一の番
号を付して詳細な説明を省略し、異なる部分についての
み詳述する。図１１において、６０ａ，６０ｂ，６０
ｃ，６０ｄはシリコン層からなる支持部、６１ａ，６１
ｂ，６１ｃ，６１ｄはシリコン層からなる支持梁であ
る。
【００４２】支持部６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄの
厚さと支持梁６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄの厚さ
は、図１に示す支持部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの厚さと
支持梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの厚さに比して薄い。ま
た、支持梁６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄの幅と支持
梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの幅は同じである。従って、
図１の場合に比してバネ定数が低下し、重り部４のＸ軸
方向及びＹ軸方向の振幅がより大きくなる。これによ
り、より大きな検出感度が得られる。
厚さと支持梁６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄの厚さ
は、図１に示す支持部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの厚さと
支持梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの厚さに比して薄い。ま
た、支持梁６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄの幅と支持
梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの幅は同じである。従って、
図１の場合に比してバネ定数が低下し、重り部４のＸ軸
方向及びＹ軸方向の振幅がより大きくなる。これによ
り、より大きな検出感度が得られる。
【００４３】図１２を用いて同センサの構造を形成する
特徴的な概略プロセスのみ詳述する。図１２において、
図２から図４で説明したプロセスと異なるのは支持部６
０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄと支持梁６１ａ，６１
ｂ，６１ｃ，６１ｄを形成する前段階のみであるため、
同一構成部分には同一の番号を付して詳細な説明を省略
し、異なる部分についてのみ詳述する。
特徴的な概略プロセスのみ詳述する。図１２において、
図２から図４で説明したプロセスと異なるのは支持部６
０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄと支持梁６１ａ，６１
ｂ，６１ｃ，６１ｄを形成する前段階のみであるため、
同一構成部分には同一の番号を付して詳細な説明を省略
し、異なる部分についてのみ詳述する。
【００４４】単結晶のシリコン基板１の表面を酸化処理
することで絶縁層としてのシリコン酸化物層２が形成さ
れ、このシリコン酸化物層２の表面にリンまたはホウ素
等の不純物がドーピングされた低抵抗率の単結晶のシリ
コン基板２０が貼り合わされている。６２ａ，６２ｂ，
６２ｃ，６２ｄは、支持部６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６
０ｄの厚さと支持梁６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄの
厚さに対応するようにシリコン基板２０の四隅を予め反
応性イオンエッチングによりエッチングし終えた部分で
ある。
することで絶縁層としてのシリコン酸化物層２が形成さ
れ、このシリコン酸化物層２の表面にリンまたはホウ素
等の不純物がドーピングされた低抵抗率の単結晶のシリ
コン基板２０が貼り合わされている。６２ａ，６２ｂ，
６２ｃ，６２ｄは、支持部６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６
０ｄの厚さと支持梁６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄの
厚さに対応するようにシリコン基板２０の四隅を予め反
応性イオンエッチングによりエッチングし終えた部分で
ある。
【００４５】本実施の形態２においては、シリコン基板
２０の四隅を予めエッチングするために反応性イオンエ
ッチングを用いた例について説明したが、これに特定さ
れるものではなく従来からのエッチング方法を用いても
構わない。
２０の四隅を予めエッチングするために反応性イオンエ
ッチングを用いた例について説明したが、これに特定さ
れるものではなく従来からのエッチング方法を用いても
構わない。
【００４６】
【発明の効果】以上のように本発明は、シリコン基板
と、このシリコン基板上の周囲の少なくとも一部に設け
られたシリコン酸化物層と、このシリコン酸化物層の上
に設けられたシリコン層からなる支持部と、前記シリコ
ン基板の表面から離間したシリコン層からなる重り部
と、前記重り部と前記支持部とが連接され、Ｘ軸方向と
Ｙ軸方向へ変位可能なシリコン層からなる支持梁と、前
記重り部をＸ軸方向へ駆動するための駆動手段と、コリ
オリ力による前記重り部のＹ軸方向への変位を検出する
検出手段とを備えたことにより、駆動方向と検出方向が
ともに前記シリコン基板の表面と平行となり角速度セン
サの薄型化が可能となる。また、駆動方向と検出方向が
ともに前記シリコン基板の表面と平行であるため、振動
に対する空気抵抗が低減され、特別にセンサ内の真空処
理をする必要をなくした角速度センサが実現可能であ
る。
と、このシリコン基板上の周囲の少なくとも一部に設け
られたシリコン酸化物層と、このシリコン酸化物層の上
に設けられたシリコン層からなる支持部と、前記シリコ
ン基板の表面から離間したシリコン層からなる重り部
と、前記重り部と前記支持部とが連接され、Ｘ軸方向と
Ｙ軸方向へ変位可能なシリコン層からなる支持梁と、前
記重り部をＸ軸方向へ駆動するための駆動手段と、コリ
オリ力による前記重り部のＹ軸方向への変位を検出する
検出手段とを備えたことにより、駆動方向と検出方向が
ともに前記シリコン基板の表面と平行となり角速度セン
サの薄型化が可能となる。また、駆動方向と検出方向が
ともに前記シリコン基板の表面と平行であるため、振動
に対する空気抵抗が低減され、特別にセンサ内の真空処
理をする必要をなくした角速度センサが実現可能であ
る。
【図１】本発明の角速度センサの実施の形態１の主要部
を説明するための斜視図
を説明するための斜視図
【図２】同センサの構造形成の概略プロセスを説明する
ためのＡ−Ａ線による断面図
ためのＡ−Ａ線による断面図
【図３】同断面図
【図４】同断面図
【図５】同センサの駆動回路構成を説明するためのブロ
ック図
ック図
【図６】同センサをＸ軸方向へ駆動した時の固定電極と
可動電極の動作説明図
可動電極の動作説明図
【図７】同センサをＸ軸方向と反対方向へ駆動した時の
固定電極と可動電極の動作説明図
固定電極と可動電極の動作説明図
【図８】同センサの検出回路構成を説明するためのブロ
ック図
ック図
【図９】同センサのＹ軸方向のコリオリ力の検出時の固
定電極と可動電極の動作説明図
定電極と可動電極の動作説明図
【図１０】同センサのＹ軸方向と反対方向のコリオリ力
の検出時の固定電極と可動電極の動作説明図
の検出時の固定電極と可動電極の動作説明図
【図１１】本発明の角速度センサの実施の形態２の主要
部を説明するための斜視図
部を説明するための斜視図
【図１２】同センサの構造形成の特徴的な概略プロセス
を説明するための斜視図
を説明するための斜視図
【図１３】従来の振動型角速度センサの概略構造の斜視
図
図
１，２０ シリコン基板 ２ シリコン酸化物層 ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６
０ｄ 支持部 ４ 重り部 ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 重り部の四隅 ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６
１ｄ 支持梁 ６ａ，６ｂ，１０ａ，１０ｂ 固定部 ７ａ，７ｂ 第１の固定電極部 ８ａ，８ｂ 第１の可動電極部 ９ａ，９ｂ 駆動手段 １１ａ，１１ｂ 第２の固定電極部 １２ａ，１２ｂ 第２の可動電極部 １３ａ，１３ｂ 検出手段 １４ 孔 ２１ エッチング用マスク ２２ 駆動用発振回路 ２３，２４，４１，４２ コンデンサ ２５，４３ バッファ ２６，４４ 差動増幅器 ２７ 駆動振幅検出手段 ２８ ＡＧＣ回路 ３０ａ，３１ｂ Ｘ軸方向を向いた面 ３０ｂ，３１ａ Ｘ軸方向と反対の方向を向いた面 ４０ 検出側の発振回路 ４５ 位相シフタ ４６ 同期検波回路 ４７ ローパスフィルタ ５０ａ，５１ｂ Ｙ軸方向を向いた面 ５０ｂ，５１ａ Ｙ軸方向と反対の方向を向いた面 ６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ シリコン基板２０か
ら予めエッチングされた部分
０ｄ 支持部 ４ 重り部 ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 重り部の四隅 ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６
１ｄ 支持梁 ６ａ，６ｂ，１０ａ，１０ｂ 固定部 ７ａ，７ｂ 第１の固定電極部 ８ａ，８ｂ 第１の可動電極部 ９ａ，９ｂ 駆動手段 １１ａ，１１ｂ 第２の固定電極部 １２ａ，１２ｂ 第２の可動電極部 １３ａ，１３ｂ 検出手段 １４ 孔 ２１ エッチング用マスク ２２ 駆動用発振回路 ２３，２４，４１，４２ コンデンサ ２５，４３ バッファ ２６，４４ 差動増幅器 ２７ 駆動振幅検出手段 ２８ ＡＧＣ回路 ３０ａ，３１ｂ Ｘ軸方向を向いた面 ３０ｂ，３１ａ Ｘ軸方向と反対の方向を向いた面 ４０ 検出側の発振回路 ４５ 位相シフタ ４６ 同期検波回路 ４７ ローパスフィルタ ５０ａ，５１ｂ Ｙ軸方向を向いた面 ５０ｂ，５１ａ Ｙ軸方向と反対の方向を向いた面 ６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ シリコン基板２０か
ら予めエッチングされた部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 正裕 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2F105 AA02 BB13 CC04 CD03 CD05 CD07 CD11 CD13
Claims (9)
- 【請求項１】 シリコン基板と、このシリコン基板上の
周囲の少なくとも一部に設けられたシリコン酸化物層
と、このシリコン酸化物層の上に設けられたシリコン層
からなる支持部と、前記シリコン基板の表面から離間し
たシリコン層からなる重り部と、前記重り部と前記支持
部とが連接され、Ｘ軸方向とＹ軸方向へ変位可能なシリ
コン層からなる支持梁と、前記重り部をＸ軸方向へ駆動
するための駆動手段と、コリオリ力による前記重り部の
Ｙ軸方向への変位を検出する検出手段とを備えた角速度
センサ。 - 【請求項２】 支持部、支持梁及び重り部は、シリコン
酸化物層に貼り合わされたシリコン基板から一体に形成
された請求項１に記載の角速度センサ。 - 【請求項３】 支持梁の厚さを重り部の厚さよりも薄く
した請求項２に記載の角速度センサ。 - 【請求項４】 シリコン基板上の周囲に設けられた支持
部は、前記シリコン基板上の四隅にあると同時に四角形
状の重り部の直近の四隅と支持梁により連接された請求
項１に記載の角速度センサ。 - 【請求項５】 Ｘ軸方向の共振周波数とＹ軸方向の共振
周波数が略一致するように支持梁を構成した請求項４に
記載の角速度センサ。 - 【請求項６】 駆動手段は、支持部と支持部の間にあり
且つ重り部を挟んでＹ軸方向に相対向するようにシリコ
ン基板上のシリコン酸化物層上に設けられたシリコン層
の少なくとも一部に形成された一対の櫛歯状の第１の固
定電極部と、重り部の周縁の一部に設けられ、前記第１
の櫛歯状の固定電極部と所定の間隔を隔てて対向する一
対の櫛歯状の第１の可動電極部とから構成された請求項
１に記載の角速度センサ。 - 【請求項７】 第１の固定電極部の少なくとも一部と第
１の可動電極部の少なくとも一部とから重り部のＸ軸方
向の振幅検出手段が構成された請求項６に記載の角速度
センサ。 - 【請求項８】 検出手段は、支持部と支持部の間にあり
且つ重り部を挟んでＸ軸方向に相対向するようにシリコ
ン基板上のシリコン酸化物層上に設けられたシリコン層
の少なくとも一部に形成された一対の櫛歯状の第２の固
定電極部と、重り部の周縁の一部に設けられ、前記第２
の櫛歯状の固定電極部と所定の間隔を隔てて対向する一
対の櫛歯状の第２の可動電極部とから構成された請求項
１に記載の角速度センサ。 - 【請求項９】 支持部、重り部、支持梁、第１及び第２
の固定電極部並びに第１及び第２の可動電極部は、反応
性イオンエッチングにより形成された請求項２、請求項
６及び請求項８に記載の角速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11142854A JP2000329561A (ja) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | 角速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11142854A JP2000329561A (ja) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | 角速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000329561A true JP2000329561A (ja) | 2000-11-30 |
Family
ID=15325174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11142854A Pending JP2000329561A (ja) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | 角速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000329561A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3307906B2 (ja) | 1999-06-04 | 2002-07-29 | 三星電機株式会社 | マイクロジャイロスコープ |
| JP2009222691A (ja) * | 2008-03-19 | 2009-10-01 | Yamaha Corp | 角速度データ処理装置および角速度データ処理方法 |
| US7719162B2 (en) | 2005-04-07 | 2010-05-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Electrostatic actuator and controller with PWM driving |
| CN106598022A (zh) * | 2016-12-01 | 2017-04-26 | 南京中电熊猫晶体科技有限公司 | 恒温晶体振荡器智能测试车控制系统 |
| JP2018529972A (ja) * | 2015-10-07 | 2018-10-11 | エプコス アクチエンゲゼルシャフトＥｐｃｏｓ Ａｇ | Ｍｅｍｓ回転数センサ |
Citations (6)
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| JPH0942973A (ja) * | 1995-08-01 | 1997-02-14 | Nissan Motor Co Ltd | 角速度センサ |
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-
1999
- 1999-05-24 JP JP11142854A patent/JP2000329561A/ja active Pending
Patent Citations (6)
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