JPH11311521A

JPH11311521A - 慣性量センサ

Info

Publication number: JPH11311521A
Application number: JP10134424A
Authority: JP
Inventors: Kenta Hatano; 健太波多野; Kazusuke Maenaka; 一介前中; Muneo Maeda; 宗雄前田; Takio Kojima; 多喜男小島; Takuya Mizuno; 卓也水野; Toshiyuki Matsuoka; 俊幸松岡; Takafumi Oshima; 崇文大島
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 1999-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】マイクロマシニング技術を用いて一体的に作
製することができ、角速度及び加速度の検出が可能な、
多軸タイプの慣性量センサを提供する。【解決手段】本慣性量センサ１はデバイス部２と基板
部３とからなる。デバイス部２はシリコン単結晶体製で
あり、質量体２１、弾性体２２、及び駆動電極２３とを
備える。この駆動電極２３は櫛歯状電極であり、交流電
圧を印加して静電気力を生じさせることにより、質量体
２１を回転振動させる。基板部３は、基台３１と検出電
極３２とを備える。この基台３１はパイレックスガラス
製で、質量体２１及び駆動電極２３を自由に回動できる
ように支持する。このような慣性量センサは角速度を検
出する検出電極３２を用いて回転中心軸方向の加速度も
検出することができ、多軸方向の複数の慣性量を同時に
求めることができる。また、デバイス部２の一体成型を
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体の角速度を
測定するための振動型で多軸検知型の角速度が測定で
き、加えて、移動体の加速度も測定できる加速度センサ
の機能も合わせ持った慣性量センサに関する。本発明の
慣性量センサは、例えば、衝撃の検出、姿勢制御、ビデ
オカメラの手振れ検出や、車軸の制動の検出等に利用さ
れる。

【０００２】

【従来の技術】シリコンマイクロマシニング技術を利用
したマイクロ振動型角速度センサとして、特開平７−
２３９３３９号公報や、特開平９−３２５０３２号公
報に開示されている振動型ジャイロセンサがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この特開平
７−２３９３３９号公報に開示の角速度センサでは、振
動や加速度といった外部からの外乱に対して、角速度を
受けたときの信号と同一の出力が出てしまうため、実際
の使用状態において誤差の成分が大きくなってしまう場
合があった。また、特開平９−３２５０３２号公報の
角速度センサでは参照振動源に、別に機械加工して得ら
れる圧電素子を使用しており、センサ全体をマイクロマ
シニング技術で製作することはできなかった。また、振
動板が複数個存在していたために、それら振動板の共振
周波数を高精度で一致させることは困難であり、センサ
感度の向上が難しかった。

【０００４】更に、これらの角速度センサは角速度を検
出することができるが、加速度等の検出には、使用して
いなかった。本発明は、このような課題を解決するため
になされたものであり、マイクロマシニング技術を用い
て一体的に作製することができ、角速度の検出だけでな
く加速度の検出も可能な、多軸タイプの慣性量センサを
提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本第１発明の慣性量セン
サは駆動電極２３、該駆動電極により発生する静電気力
により中心軸回りに回転振動する質量体２１、及び該質
量体を支持する少なくとも４本の弾性体２２とを備える
単結晶シリコンからなるデバイス部２と、該デバイス部
を支持する基台３１及び該基台上に設けられる検出電極
３２とを備える基板部３と、からなる慣性量センサであ
って、上記基板部が上記デバイス部と平行に配置され、
上記検出電極が回転中心軸に垂直な面上で互いに直交す
る２本の軸上にそれぞれ２ヶ所ずつ、上記中心軸に対向
する位置に形成され、デバイス部及び該基板部が接合さ
れていることを特徴とする。

【０００６】上記「デバイス部」の製作には、ＳＯＩ
（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハ
等も使用することができる。更に、上記「基台部」の材
質についても、微細加工ができる絶縁材料であれば任意
に選択することができ、パイレックスガラス等を例とし
て挙げることができる。また、上記「質量体」の形状に
おいても容易に回転振動することができれば任意に選択
することができ、例えば、円盤や多角形盤（四角形盤、
五角形盤等を挙げることができる）等を挙げることがで
きる。更に、上記弾性体は上記質量体が容易に回転振動
できればその構成を任意に選択することができ、例えば
容易に伸縮できるバネ状体を挙げることができる。

【０００７】本第２発明による慣性量センサは、上記直
交する２本の軸における一本の軸上にある２ヶ所の上記
検出電極により検出される静電容量の差から角速度を求
めるようにした慣性量センサであって、該２本の軸上で
検出される各々の上記角速度から直交する２軸回りの角
速度を求めることができる。このような慣性量センサは
２本の軸のそれぞれに、一本の軸上で対向する２枚の上
記「検出電極」を備えることにより、検出される各々の
角速度から直交する２軸回りの角速度を測定することが
できる。

【０００８】本第３発明による慣性量センサは、上記基
台上に形成された全ての上記検出電極からそれぞれ検出
される静電容量の和から、上記質量体の回転中心軸方向
の加速度を求めることができる。本第４発明の慣性量セ
ンサは、上記質量体は円盤形状であり、上記駆動電極は
櫛歯形状に形成されており、この櫛歯状駆動電極が該質
量体の外周辺と平行な円弧形状に形成され、かつ上記回
転中心軸と対向する位置で少なくとも２ヶ所形成するこ
とができる。

【０００９】本第５発明の慣性量センサは、上記駆動電
極はスリット形状に形成されており、一組のこのスリッ
ト状駆動電極の一方が上記質量体に形成され、他方が上
記基台部に形成することができる。この「スリット状駆
動電極」は、上記駆動電極がスリット形状に形成されて
いる。このような電極は例えば、一組のスリット状駆動
電極のうち、一方の電極が上記質量体に形成され、他方
の電極が基台部に形成することができる。また、本第６
発明の慣性量センサに示すように、上記駆動電極として
第４発明の櫛歯状駆動電極及び第５発明のスリット状駆
動電極を共に備えることができる。

【００１０】本第７発明の慣性量センサは、上記質量体
の一部分を切り欠き、該質量体を該質量体の内部で上記
弾性体により支持することができる。このような弾性体
は、形状を直線状やジグザグ状等の任意の形状にするこ
とができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図１〜１４に示すように、
本発明の慣性量センサーを実施例によって詳細に説明す
る。（１）慣性量センサの製造以下に、本発明の慣性量センサの製造方法について説明
する。（３−１）基板部の作製始めに、基板部３を図７に示す加工プロセスにより作製
した。まず、厚さ１ｍｍの平板状パイレックスガラスに
フォトリングフィを用いてパターニングを行い、バッフ
ァードフッ酸によるエッチングによって、図７（ａ）に
示すような基台３１を作製した。このエッチング深さは
３μｍである。その後、エッチング部にクロム及び金を
それぞれ５００Å及び４０００Å厚でスパッタリングを
行い、更にパターニングすることによって、図７（ｂ）
に示すように基台３１上に検出用電極３２を形成し、基
板部３とした。

【００１２】（３−２）加工ウエハの作製次に、最終的にはデバイス部１となる加工ウエハ４２を
作製した。まず、図８（ｃ）に示すように単結晶シリコ
ンウエハ４１（Ｎ型、膜厚５２５μｍ）表面に酸化膜を
形成し、フォトリソグラフィによるパターンニングによ
って、図８（ｄ）に示すように質量体及び弾性体等の形
状に酸化膜を加工した。その後、図８（ｅ）に示すよう
に単結晶シリコンウエハ４１をデバイス部２の厚さ(５
５μｍ)まで反応性イオンエッチング（ＲＩＥともい
う）を行い、単結晶シリコンウエハ４１上に質量体及び
弾性体等のパターンを形成した。更に、図８（ｆ）に示
すようにマスクとして使用した酸化膜をバッファードフ
ッ酸で除去して、再度、単結晶シリコンウエハ４１の全
面を酸化し、加工ウエハ４２とした。

【００１３】（３−３）フローティング構造の作製これら作製した基板部２及び加工ウエハ４２を元に、フ
ローティング構造を作製した。まず、図９（ｇ）に示す
ように基板部３と加工ウエハ４２とを、加工ウエハ４２
の質量体及び弾性体等の形成面が基板部３の検出電極形
成面と対向する向きで接合した。その後、図９（ｈ）に
示すように加工ウエハ４２裏面（つまりパターンを形成
していない面）の酸化膜を除去し、露出した単結晶シリ
コンを水酸化テトラメチルアンモニウムによりエッチン
グを行った。このとき、パターン部分が露出する手前ま
で単結晶シリコンのエッチングを行う。このエッチング
後の乾燥では、加工ウエハ４２のパターン面と基板部３
上に形成された電極との間隔が微小であることによっ
て、乾燥途中で互いに張りついてしまう可能性があるた
めに、凍結乾燥によって乾燥処理を行った。その後、図
９（ｉ）に示すように加工ウエハ４２裏面からパターン
を露出するまで、ＲＩＥによりエッチングを行った。エ
ッチング後、バッファードフッ酸によりパターン面に形
成した酸化膜を除去し、前述した凍結乾燥処理を再び行
う。尚、駆動電極や検出電極の信号線は、パッド上及び
基台上にワイヤーボンディングを行うことよって取り出
される。このように作製された図１に示す慣性量センサ
１の大きさは縦横それぞれ５ｍｍであり、厚さが１.０
５ｍｍである。

【００１４】（２）慣性量センサの構成本発明の慣性量センサ１は図１〜３に示すように、デバ
イス部２と基板部３とからなる。このデバイス部２は、
シリコン単結晶体の平板をフォトリソグラフィやエッチ
ング等のマイクロマシニング技術を用いて成型すること
によって得られるものであり、図１及び図２に示すよう
に質量体２１、弾性体２２、及び駆動電極２３とを備え
る。

【００１５】質量体２１は、円盤状であり、円盤の中心
を中心軸Ｃとして回転振動させるものである。また、波
形であって４本の弾性体２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２
ｄの一端により４隅を支持されることによって、容易に
回転可能な状態となる（フローティング構造とい
う。）。尚、これら弾性体２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２
２ｄのもう一端は、パッド２５に固定されている。ま
た、図１及び図２に示すように、駆動電極２３は一対の
質量体２１の外周辺と平行な円弧状の櫛歯電極であり、
質量体２１の外周に沿って等間隔に４対設けられてい
る。この駆動電極２３を構成する１対の電極のうち、一
方の駆動電極２３１は駆動端子２４に設けられ、他方の
駆動電極２３２は質量体と一体化して形成されている。
この駆動電極２３に交流電圧を印加し、駆動電極２３
１、２３２間に静電気力を生じさせることにより、質量
体２１を回転振動させる。

【００１６】基板部３は図１及び図３に示すように、基
台３１と検出電極３２とを備える。この基台３１はパイ
レックスガラス製であり、支持部３４によりデバイス部
２のパッド２５を支え、質量体２１及び駆動電極２３を
自由に回動できるようにする。また、検出電極３２は４
つの扇型の検出電極３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄと
からなり、また、質量体２１の回転の中心軸Ｃに垂直な
面上で互いに直交する２本の軸上にそれぞれ２ヶ所ず
つ、中心軸Ｃを中心に対向する位置に配置されている。
この検出電極３２は、質量体２１の位置の変位を静電容
量の変化として検出する。

【００１７】（３）慣性量センサの動作本発明の慣性量センサ１の動作を図４〜図６に基づいて
説明する。尚、ｘ軸とは図面における左右方向であり、
右向きを正とする。また、ｙ軸とは図面における上下方
向であり、上向きを正とするとする。更に、ｚ軸とは図
面における表裏方向であり、表向きを正とする。本慣性
量センサ１は図４に示すように、デバイス部２に形成さ
れた４対の駆動電極２３１、２３２によって発生する静
電気力により、質量体２１に中心軸Ｃを軸としてｚ軸回
りの回転振動が励振され、コリオリ力の発生に必要な初
期回転振動が与えられる。この振動のある瞬間に注目し
た場合、質量体のａ部はｙ軸の正方向、ｂ部はｘ軸負方
向、ｃ部はｙ軸負方向、ｄ部はｘ軸正方向に変位してい
る。

【００１８】このような状態で例えば、ｘ軸まわりの角
速度が慣性量センサ１に加わると、図５に示すように、
角速度に比例したコリオリ力がａ側にはｚ軸負方向、ｃ
側にはｚ軸正方向に発生し、基台３１に対して質量体２
１が質量体２１’の位置に変位する。従って、基板部３
に設けられた検出電極３２ａ、３２ｃと質量体２１との
距離が変化する（検出電極３２ａは質量体２１に離れ、
検出電極３２ｃは接近する）ため、質量体２１と検出電
極３２ａ間の静電容量と、質量体２１と検出電極３２ｃ
間の静電容量との差が変化する。従って、角速度の大き
さに比例してこの静電容量差が変化するため、この静電
容量差を検出することで、慣性量センサ１に加わった回
転力の角速度が求められる。このように一対の検出電極
の静電容量の差を用いて検出することで、他の振動や加
速度といった別の因子の影響を低減することができる。
また、本発明の慣性量センサ１では、基台３１上の４つ
の検出電極３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄが、互いに
直交する２本の軸上に形成されているため、２軸の角速
度を同時に且つ各々独立して測定することができる。

【００１９】また、図４に示した振動状態でｚ軸正方向
に力が加わった場合、図６に示すように慣性力により質
量体２１が基台３１側へ接近するように質量体２１’の
位置に変位し、質量体２１と検出電極３２ａ、３２ｂ、
３２ｃ、３２ｄとの間の静電容量の和が変化する。この
とき、加速度の大きさに比例してこの静電容量の和が変
化するため、慣性量センサ１に加えられた力の加速度を
換算して求めることができる。

【００２０】（４）慣性量センサの特性の評価質量体２１の中心軸Ｃ周りの共振特性を図１０に示す。
デバイス部２に作製した質量体２１を、図４に示すよう
に駆動電極２３により発生する静電気力により中心軸Ｃ
周りに回動させ、駆動電極２３の振動変位による一対の
駆動電極２３１、２３２間の静電容量変化を測定するこ
とにより、図１０に示す共振特性が得られた。このとき
の共振周波数は２．１３４ｋＨｚであり、真空中での機
械的Ｑ値は約８０００であった。また、質量体２１の回
転振動の共振状態を走査電子顕微鏡下で観察することに
より、３０Ｖの交流駆動電圧の印加時に、真空中での質
量体２１外周部での振動振幅が約３０μｍであることが
確認できた。

【００２１】本慣性量センサ１の角速度検出特性を図１
１に示す。慣性量センサ１をターンテーブル上に載置し
て、図５に示すようなｘ軸周りの角速度を加えたときの
質量体２１と検出電極３２間の静電容量変化を測定する
ことにより、図１１に示す結果が得られた。出力感度は
０．１ｍＶ／（ｒａｄ／ｓ）であった。本慣性量センサ
１に加えられた加速度に対する出力電気特性を図１２に
示す。これは慣性量センサ１を加振機上に載置してか
ら、図６に示すようなｚ軸方向の加速度を加え、質量体
２１と検出電極３２間の静電容量変化を測定することに
よって求めた。本慣性量センサ１の出力感度は２ｍＶ／
Ｇであった。

【００２２】また、慣性量センサに加えられた角速度を
検出するための電気回路系を図１３に示す。検出電極３
２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄには、周波数がｆａで位
相がそれぞれ順に９０°異なる交流電圧が印加されてい
る。今、Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃ、Ｃｄをそれぞれ質量体と検
出電極３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄとの間の静電容
量とすると、出力Ｖ0には、周波数ｆａで変化する、Ｃ
ａとＣｃの差に比例した出力信号及びその出力信号とは
位相が９０°ずれたＣｂとＣｄの差に比例した出力信号
が足し合わされて出力される。従って、この出力Ｖ0か
らＣａとＣｃの差成分を取りだすには、この差成分と同
期した信号を参照信号として同期検波を行えばよく、そ
のためには容量Ｃａに印加していた信号を参照信号に用
いればよい。この同期検波により出力Ｖ1が得られる。

【００２３】同様に、出力Ｖ0から容量ＣｂとＣｄとの
差成分を取り出すには、参照信号でＣｂに印加していた
信号を用いて同期検波すればよく、これにより、出力Ｖ
2が得られる。ここで、角速度が加えられていないとき
には、ＣａとＣｃあるいはＣｂとＣｄの間に差がないの
でＶ0の出力電圧は０であるが、角速度が加えられる
と、角速度に比例して発生するコリオリ力により容量に
差が生じて出力があらわれる。尚、このコリオリ力は質
量体の初期回転振動に同期して発生するので、ＣａとＣ
ｃの差及びＣｂとＣｄの差は初期回転振動に同期して変
化する。したがって、出力Ｖ1及びＶ2に対して、更に初
期回転振動を励振した駆動電圧信号を参照信号にして同
期検波を行うことにより、加えられた角速度に比例した
最終出力を得ることができる。

【００２４】また、加えられた角速度と加速度とを同時
に検出するための電気回路系を図１４に示す。検出電極
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄには図１３に示した交
流電圧に更に周波数がｆｂの交流電圧が重畳されて印加
される。ここで、周波数ｆａと周波数ｆｂとは、異なる
周波数である。周波数ｆｂの信号は、検出電極３２ａ、
３２ｂ、３２ｃ、３２ｄに同位相に印加されているた
め、出力Ｖ3には、周波数ｆｂで変化するＣａ、Ｃｂ、
Ｃｃ及びＣｄの和に比例した出力信号が、前述のＶ0に
あらわれた出力に足し合わされて発生する。この出力信
号Ｖ3から加えられた加速度に比例した出力を得るに
は、Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃ及びＣｄの和成分に同期した参照
信号により同期検波をすればよく、そのためには、これ
らの検出電極に対して同相で印加した周波数ｆｂの信号
を用いればよい。

【００２５】尚、加えられた加速度により発生する慣性
力は、初期回転振動には同期して変化しないため、この
出力が加速度に比例した最終出力となる。一方、角速度
を検知する方法は、図１３に示した方法と全く同様であ
り、したがって、図１４に示した電気回路系で、角速度
と加速度の同時検知が可能となる。

【００２６】（５）実施例の効果本実施例の慣性量センサ１によれば、唯一の振動体であ
る質量体２１を回転振動させているため、複数個の振動
体の場合に必要な共振周波数の合わせ込みといった複雑
な工程を必要としない。また、質量体２１、弾性体２２
及び駆動電極２３は基台３１と接触しないフローティン
グ構造となっているので、それぞれの動きを妨げられな
く、回転振動をさせることができる。

【００２７】更に、角速度や加速度を検出する全ての検
出電極３２を基台３１上に設けたので、振動体である質
量体を簡素なものとすることができ、２軸回りの角速度
を検出することができる。また、角速度を検出する検出
電極３２を用いて回転中心軸方向の加速度も検出するこ
とができ、多軸方向の複数の慣性量を同時に求めること
ができる。また、対向する対となった検出電極３２から
測定される静電容量の差から角速度を検知するため、振
動や加速度、温度変化といった外乱からの影響を抑制す
ることができる。更に、駆動電極２３を質量体２１と一
体成型することができるため、慣性量センサ１の製造工
程を簡素なものとすることができる。

【００２８】尚、本発明においては、上記実施例に限ら
ず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した
実施例とすることができる。即ち、上記の実施例では単
結晶シリコンウエハを用いて製作したが、これに限定さ
れるものではなくＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎ
ｓｕｌａｔｏｒ）ウエハを使用してもよく、この場合は
デバイス部の厚みを高精度で均一に形成することが可能
であり、更に、真空封止構造にも適している。

【００２９】更に、慣性量センサ上の質量体を回転振動
させる駆動電極は任意の構成とすることができる。例え
ば図１５に示すように、質量体２１に回転振動を与える
手段として、基台３１及び質量体２１にスリット状駆動
電極２３１’、２３２’を形成し、このスリット状駆動
電極２３１’、２３２’間に交流電圧を印加すること
で、静電気力により質量体２１を回転振動させることが
できる。このようなスリット状駆動電極２３１’、２３
２’は、基板部３の基台３１上とデバイス部２の質量体
２１とにそれぞれ設けたものである。このデバイス部２
側スリット状駆動電極２３２’は、質量体２１に中心軸
Ｃを軸として放射状の貫通孔２１１を設けることによっ
て形成される。また、基板部３側のスリット状駆動電極
２３１’は、質量体２１の中心軸Ｃに垂直な面に対して
質量体２１に形成した電極と対向となるように形成す
る。このような手段で質量体２１を回転振動させる場
合、櫛歯形状の駆動電極による回転振動を行った場合に
発生する恐れのある、空気中の微小な塵により櫛歯状駆
動電極間の短絡や、櫛歯状駆動電極の加工精度不足によ
る回転振動時のこの櫛歯電極間の接触の問題を解決する
ことができる。また、この構成の慣性量センサにおける
角速度及び加速度の検出は、実施例における櫛歯状駆動
電極を用いた慣性量センサと同様に行うことができる。

【００３０】更に、図１６に示すように、慣性量センサ
に櫛歯状駆動電極２３とスリット状駆動電極２３１’、
２３２’を同時に設けてもよい。このような回転振動を
与える方式としては、櫛歯状駆動電極２３による静電気
力とスリット状駆動電極２３１’、２３２’による静電
気力の効果が足し合わされ、回転振動振幅が増大され
る。したがって櫛歯状駆動電極２３あるいはスリット状
駆動電極２３１’、２３２’の一方のみで励振させる場
合よりも、角速度の検出感度を向上させることができ
る。

【００３１】また、質量体２１を支持する別の手段とし
て図１７に示すように、弾性体２２の長手方向に質量体
２１の一部分を切り欠いた部位２１２を設け、質量体２
１をより中心寄りから支持するようすることができる。
このように質量体２１を支持することによって、図４に
示すような回転運動における回転振動モードにおける共
振周波数が約３０％減少し、更に図５に示すような角速
度が加えられたときに発生する検出振動モードの共振周
波数が約１０％減少する。同時に弾性体が長くなること
によって弾性体の全体の剛性が減少して振動振幅量が約
３倍に増加する。これらの効果によって角速度の検出感
度を向上させることができる。

【００３２】

【発明の効果】第１発明による慣性量センサによれば、
角速度や加速度を検出するための検出電極を基台上に設
けたので、振動体である質量体を簡素なものとすること
ができる。また、唯一の振動体である質量体を回転振動
させているため、複数個の振動体の共振周波数の合わせ
込みといった複雑な工程を必要としない。また、対向す
る２ヶ所の検出電極から測定される静電容量の差から角
速度を検知するため、振動や加速度、温度変化といった
外乱からの影響を抑制することができる。更に、直交す
るように配置した検出電極によって、第２発明に示すよ
うに２軸回りの角速度を求めることができるし、第３発
明に示すように回転軸方向の加速度も求めることができ
る。

【００３３】第４発明に示す櫛歯状駆動電極を質量体と
一体成型することができるため、慣性量センサの製造工
程を簡素なものとすることができる。また、櫛歯電極を
質量体と平行、且つ円弧状に作製することによって、十
分な回転振動を容易に得ることができる。第５発明に示
すスリット状駆動電極を質量体の駆動電極とすること
で、空気中の微小な塵によって短絡することがなく、加
工精度が低くても使用に耐えるものとすることができ
る。第６発明に示すように櫛歯状駆動電極及びスリット
状駆動電極を共に用いることで、回転振動振幅が増大さ
れ、角速度の検出感度を向上させることができる。

【００３４】第７発明に示すように質量体２１をより中
心寄りから支持することによって、各モードにおける共
振周波数が減少し、角速度の検出感度を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例における慣性量センサの外観を示す説明
斜視図である。

【図２】実施例における慣性量センサを構成するデバイ
ス部を説明するための平面図である。

【図３】実施例における慣性量センサを構成する基板部
を説明するための平面図である。

【図４】デバイス部において、質量体の初期回転振動状
態を説明するため平面図である。

【図５】本発明の慣性量センサにｘ軸回りの角速度が加
わった場合において、質量体の変位の様子を説明するた
めの模式図である。

【図６】本発明の慣性量センサにｚ軸方向の加速度が加
わった場合において、質量体の変位の様子を説明するた
めの模式図である。

【図７】実施例の慣性量センサを製造する各工程におい
て、基板部を作製する説明するための模式図である。

【図８】実施例の慣性量センサを製造する各工程におい
て、デバイス部となる加工ウエハを作製する説明するた
めの模式図である。

【図９】実施例の慣性量センサを製造する各工程におい
て、加工ウエハ及び基板部より慣性量センサを作製する
説明するための模式図である。

【図１０】実施例の慣性量センサにおける回転駆動時の
共振特性を示すグラフである。

【図１１】実施例の慣性量センサにおける角速度の検出
特性を示すグラフである。

【図１２】実施例の慣性量センサにおける加速度の検出
特性を示すグラフである。

【図１３】本発明の慣性量センサを用いて２軸角速度の
検出を行うための電気回路系の説明図である。

【図１４】本発明の慣性量センサを用いて２軸角速度及
びｚ軸方向加速度の検出を行うための電気回路系の説明
図である。

【図１５】他の実施例の慣性量センサの構成を示す説明
図である。

【図１６】他の実施例の慣性量センサの構成を示す説明
図である。

【図１７】他の実施例の慣性量センサの構成を示す説明
図である。

【符号の説明】

１；慣性量センサ、２；デバイス部、２１；質量体、２
２；弾性体、２３、２３ａ〜２３ｄ；駆動電極、２４；
駆動端子、２５；パッド、３；基板部、３１；基台、３
２；検出電極、３３；検出端子、３４；支持部、４１、
単結晶シリコンウエハ、４２；加工ウエハ、Ｃ；中心
軸。

フロントページの続き (72)発明者水野卓也名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者松岡俊幸名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者大島崇文名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動電極２３、該駆動電極により発生す
る静電気力により中心軸回りに回転振動する質量体２
１、及び該質量体を支持する少なくとも４本の弾性体２
２とを備える単結晶シリコンからなるデバイス部２と、
該デバイス部を支持する基台３１及び該基台上に設けら
れる検出電極３２とを備える基板部３と、からなる慣性
量センサであって、上記基板部が上記デバイス部と平行に配置され、上記検
出電極が回転中心軸に垂直な面上で互いに直交する２本
の軸上にそれぞれ２ヶ所ずつ、上記中心軸に対向する位
置に形成され、デバイス部及び該基板部が接合されてい
ることを特徴とする慣性量センサ。
【請求項２】上記直交する２本の軸における一本の軸
上にある２ヶ所の上記検出電極により検出される静電容
量の差から角速度を求めるようにした慣性量センサであ
って、該２本の軸上で検出される各々の上記角速度から
直交する２軸回りの角速度を求める請求項１記載の慣性
量センサ。
【請求項３】上記基台上に形成された全ての上記検出
電極からそれぞれ検出される静電容量の和から、上記質
量体の回転中心軸方向の加速度を求める請求項１又は２
記載の慣性量センサ。
【請求項４】上記質量体は円盤形状であり、上記駆動
電極は櫛歯形状に形成されており、この櫛歯状駆動電極
が該質量体の外周辺と平行な円弧形状に形成され、かつ
上記回転中心軸と対向する位置で少なくとも２ヶ所形成
されている請求項１、２又は３記載の慣性量センサ。
【請求項５】上記駆動電極はスリット形状に形成され
ており、一組のこのスリット状駆動電極の一方が上記質
量体に形成され、他方が上記基台部に形成されている請
求項１、２又は３記載の慣性量センサ。
【請求項６】上記駆動電極として請求項４記載の櫛歯
状駆動電極及び請求項５記載のスリット状駆動電極を共
に備える請求項１、２又は３記載の慣性量センサ。
【請求項７】上記質量体の一部分を切り欠き、該質量
体を該質量体の内部で上記弾性体により支持する請求項
１、２、３又は４記載の慣性量センサ。