JP2000055669A

JP2000055669A - 振動式角速度検出器

Info

Publication number: JP2000055669A
Application number: JP10230078A
Authority: JP
Inventors: Tokuo Fujitsuka; 徳夫藤塚; Motohiro Fujiyoshi; 基弘藤吉; Yutaka Nonomura; 裕野々村; Yoshiteru Omura; 義輝大村
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 2000-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】温度変化に対し安定に作動する振動式角速度検
出器を得ること【解決手段】慣性質量を持ったマス部１０とそれを支持
する支持ビーム２１、２２、２３、２４からなる、励振
振動方向と検出振動方向が直交する振動式角速度検出器
の振動子２１０のマス部１０に、励振振動方向に平行な
貫通した横穴３１０をもうけ、粘性媒体とともに封止す
る。この振動子２１０は励振振動方向には粘性媒体から
受ける粘性抵抗が小さく、検出振動方向には粘性抵抗が
大きい。周波数特性は励振振動のＱ値は大きく、検出振
動のＱ値は小さいので、励振振動方向の共振周波数で励
振させることにより、温度変化に対し安定に作動する振
動式角速度検出器が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体の微細加工によ
り形成され、角速度を振動子に生起されるコリオリ力に
関連して検出するようにした角速度検出器に関する。詳
しくは、ビームにより振動可能に支持された振動子を１
軸方向に励振させ、それと直交する方向の振動を検出す
る振動式角速度検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、シリコンマイクロマシニング技術
の発達により、たとえば特開平７−４３１６６号公報に
記載されているような振動式角速度検出器が提案されて
いる。これは図９の斜視図に示す振動子を基本とするも
のであり、図８に示すようなプロセスフローのもと微細
加工技術により作製される。作製された振動子は湿気等
外部からの異物の侵入を防ぐため図７のようにキャン封
止されるが、図１０の（ａ），（ｂ）に示すとおり振動
子の振動特性のＱ値は減圧により高くなり、励振振動の
消費電力を抑え、検出器としての感度を上げることがで
きるため、パッケージ内は高真空にすることが一般的で
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の振動
式角速度検出器はマイクロマシニング技術のプロセスば
らつきによる形状誤差、使用前の振動特性の調整の難し
さから、温度変化に対する安定性に問題があった。

【０００４】現在のマイクロマシニング技術ではトリミ
ング用レーザビームのスポット径が10^-5ｍ程度と大き
く、図９に示すような第１ビーム２１、２２、２３、２
４の幅が10^-6ｍ程度の振動子を精密にトリミング加工す
ることは困難で、形状誤差は無視できない。

【０００５】振動式検出器を効率よく作動させる、すな
わち低消費電力で励振させ大きな検出振動を得るために
は、励振振動と検出振動の共振周波数ｆ_x，ｆ_yを等し
くし、振動式検出器の内部を高真空に保持するなどして
励振振動と検出振動の振動特性のＱ値Ｑ_x，Ｑ_yを共に
高くするよう設計することが考えられる。しかしΔｆ＝
｜ｆ_x−ｆ_y｜が小さいと、図１１の（ａ），（ｂ）に
示すとおり、温度変化によりｆ_x，ｆ_y，Ｑ_x，Ｑ_yが
変化し、温度変化による感度変化が著しく、振動式角速
度検出器として非常に使いにくいものとなってしまう。

【０００６】更に、前述の理由により設計どおりΔｆ＝
０と作製することは非常に困難である。また、実際に作
動させた場合、Δｆが小さいほど角速度入力に対する高
速応答性が低下してしまうほか、高真空下では振動子の
共振特性がシャープになりすぎ、Δｆの調整がクリチカ
ルになったり、応答性能が低下する。加えて粘性効果が
働かず外部からの衝撃により破壊し易い。

【０００７】本発明の目的は、温度変化に対し安定に作
動する振動式角速度検出器を得ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、振動子の励振振動方向と検出振動方向
が直交する振動式角速度検出器において、前記振動子が
粘性を持った媒体と共に封止されており、前記振動子が
励振振動方向と検出振動方向について前記媒体から及ぼ
される粘性抵抗に差がある構造とし、前記粘性抵抗によ
り、前記振動子の励振振動の振動特性のＱ値を検出振動
の振動特性のＱ値と異なるようにしたことを特徴とす
る。

【０００９】励振振動の振動特性のＱ値を検出振動の振
動特性のＱ値とは異なるようにする具体的な手段は以下
のとおりである。振動子が粘性を持った媒体と共に封止
され、Ｑ値を大きくする振動方向には前記媒体を通過さ
せて粘性抵抗を下げ、Ｑ値を小さくする振動方向には前
記媒体の通過を阻止して粘性抵抗を上げる構造を持つこ
とで、前記粘性抵抗により、前記振動子の励振振動の振
動特性のＱ値を検出振動の振動特性のＱ値とは異なるよ
うにすることができる。

【００１０】励振振動の方向にｘ軸、それと直交する検
出振動の方向にｙ軸をとり、ｘ軸、ｙ軸と直交するｚ軸
をとるとき、慣性質量を有するマス部を振動可能に支持
しｚ軸の回りの角速度をｙ軸方向に生起されるコリオリ
力に関連する物理量を検出することで角速度を検出する
振動式角速度検出器において、ｘ軸方向の励振振動がｘ
＝ｘ₀sinαｔで表されるとき、振動子の質量をｍとして
ｚ軸の回りの角速度Ωによるｙ軸方向のコリオリ力Ｆ_c
は数１のとおりであり、これによって生起される検出振
動は、励振振動同様、角周波数αで振動することがわか
る。

【数１】Ｆ_c＝−２ｍΩｄｘ／ｄｔ＝−２ｍΩｘ₀α cosαｔ

【００１１】振動特性のＱ値は、外部から角周波数ωの
強制振動を受ける振動系において、振動の系のエネルギ
ーｗに対し、最大値ｗ_maxとなる時のω＝ω₀と半分の
ｗ_max／２となる時のω＝ω₊，ω_-（ω₊＞ω_-）に
ついて、Ｑ＝ω₀／（ω₊−ω_-）と定義される。別の
定義では、外部から角周波数ω₀の強制振動で共鳴が起
こったときに、振動系のエネルギーをＷ、単位時間のエ
ネルギー損失をＳとしてＱ＝ω₀Ｗ／Ｓで定義される。
これら二つの定義は同一の意味を二通りの方法で表現し
たものである。第一の定義からはＱが大きいと強制振動
の角周波数ωの狭い範囲で強制振動から振動系に効率的
にエネルギーが伝わることが、第二の定義からはＱが大
きいと共振周波数ω₀において振動系のエネルギーに対
するエネルギー損失が少ないことが容易に理解される。

【００１２】図１２のように、励振振動の振動特性のＱ
値Ｑ_xが検出振動の振動特性のＱ値Ｑ_yよりも大きくΔ
ｆ＝｜ｆ_x−ｆ_y｜≠０となるようにし、常に励振振動
の共振周波数ｆ_xで振動子を励振させると、ｆ_xでの検
出振動の振幅Ａが検出感度に比例することは明らかであ
る。するとｆ_x付近における検出振幅周波数特性の傾き
が、Ｑ_yがＱ_xと等しい時よりも小さいため、温度変化
によるｆ_x，ｆ_y及びΔｆの変化が感度（励振振動の共
振周波数ｆ_xでの検出振動の振幅Ａ）に与える影響を抑
えることができる。したがって温度変化があっても検出
振動振幅の変化は小さいので、安定に作動する振動式角
速度検出器を得ることができる。全く同様に図１３のよ
うに励振振動の振動特性のＱ値Ｑ_xが検出振動の振動特
性のＱ値Ｑ_yよりも小さくΔｆ＝｜ｆ_x−ｆ_y｜≠０と
し、常に検出振動の共振周波数ｆ_yで振動子を励振させ
ると、ｆ_yでの励振振動の振幅Ｂが励振効率に比例す
る。ｆ_y付近における励振振幅周波数特性の傾きが小さ
いため、温度変化によるｆ_x，ｆ_y及びΔｆの変化が励
振振幅の変化に及ぼす影響を抑えることができる。した
がって温度変化があっても励振振動振幅の変化は小さく
でき、その結果、検出振動振幅の温度変化も小さくする
ことができる。よって、安定に作動する振動式角速度検
出器を得ることができる。

【００１３】図１２、図１３にはｆ_x＞ｆ_yの例を示し
たが、当然ｆ_x＜ｆ_yのときも前述のとおり、温度変化
に対し安定に作動する振動式角速度検出器を得ることが
できる。

【００１４】粘性を持った媒体としては、適度な粘度と
振動子の素材自体に影響を与えない点から不活性ガスが
望ましく、具体的には窒素、ネオン、ヘリウム、アルゴ
ン、キセノン等が望ましい。図１４に本発明に使用可能
な主な気体の常温常圧での粘度を示す。振動子に働く粘
性効果は、気体の場合圧力が数Paから存在し、大気圧
（圧力10⁵Pa）より大きい圧力まで有効であるが、励振
振動の振動特性のＱ値を数百から数千とするためには圧
力を数Paから数百Pa程度とすることが必要である。

【００１５】Ｑ値と粘度の関係は以下のように理解する
ことができる。粘性抵抗Ｆ_vは例えば粘度ηの媒体中の
半径ａの球が速度ｖで動くときＦ_v＝６πａηｖと
なるように、粘性抵抗Ｆ_vは速度と粘度ηに比例するか
ら、数２が成立し、単位時間のエネルギー損失Ｓは当然
一周期当たりのＦ_vのする仕事に比例するから、Ｑの第
二の定義からＱが粘度ηに反比例することがわかる。

【数２】Ｆ_v∝ηｄｘ／ｄｔ

【００１６】以上まとめると、励振振動方向、検出振動
方向とも、それぞれのＱ値は粘性媒体の粘度に反比例す
ることがわかる。

【００１７】以上から、振動子が粘性を持った媒体と共
に封止され、振動子がｘ軸方向とｙ軸方向について粘性
媒体から及ぼされる粘性抵抗に差がある構造を持つこと
で、粘性を持った媒体の粘度ηとの関係から、励振振動
の振動特性のＱ値Ｑ_xを検出振動の振動特性のＱ値Ｑ_y
と異なるようにすることが可能となった。更に励振振動
の共振周波数ｆ_xと検出振動の共振周波数ｆ_yをΔｆ＝
｜ｆ_x−ｆ_y｜が所望の値になるよう設計し、Ｑ_x＞Ｑ
_yの時は励振振動の共振周波数ｆ_xで、Ｑ_x＜Ｑ_yの時
は検出振動の共振周波数ｆ_yで励振させるよう振動式角
速度検出器を作製する。

【００１８】

【発明の作用及び効果】振動式角速度検出器の振動子が
粘性を持った媒体と共に封止されており、振動子の構造
は励振振動方向と検出振動方向について粘性媒体から及
ぼされる粘性抵抗に差があるので、振動子の励振振動の
振動特性のＱ値は検出振動の振動特性のＱ値と異なる。
励振振動の振動特性のＱ値が検出振動の振動特性のＱ値
よりも大きいときは、励振振動方向の共振周波数で励振
させることにより、その周波数付近での検出振動振幅の
周波数特性の傾きが小さく、温度変化による感度変化を
抑えることができる。逆に、励振振動の振動特性のＱ値
が検出振動の振動特性のＱ値よりも小さいときは、この
振動子を検出振動方向の共振周波数で励振させることに
より、その周波数付近での励振振動振幅の周波数特性の
傾きが小さく、温度変化による励振振幅の変化を抑える
ことができ、結果、検出振動の温度変化も抑えることが
できる。すなわち、本発明により、温度変化に対して安
定に作動する振動式角速度検出器を得ることができる。

【００１９】振動子の構造は、Ｑ値を大きくする振動方
向には粘性媒体を通過させ、Ｑ値を小さくする振動方向
には粘性媒体の通過を阻止する構造にすることが有効で
ある。また、粘性媒体で封止しているので外気の侵入に
よる検出器の破壊、特性変化も抑えることができる。
尚、粘性媒体は水分を含まないように処理し、温度変化
による結露が起きないようにすることが望ましい。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。《第１実施例》図６は本発明にかかる振動式角速度検出
器１００の平面図、図７は振動式角速度検出器１００を
実装し粘性媒体とともに封止した角速度検出装置であ
る。図７の（ａ）は封止する前の平面図、図７の（ｂ）
は粘性媒体とともに封止しキャップした透視図である。
振動式角速度検出器１００は図８に示す半導体の微細加
工技術により作製される。図８の（ａ）に示すように、
シリコン基板１の上にシリコン酸化膜２を形成し、この
シリコン膜２の上に、不純物を添加して導電性を持たせ
たシリコン層３を形成する。次に、シリコン層３の上に
アルミニウムを蒸着して、図８の（ｂ）に示すように、
フォトリソグラフにより所定形状にパターンニングし
て、配線層８０、８１、８２、８３、８４、８５を形成
する（図８では配線層８４と８５）。

【００２１】次に可動部を形成するために、フォトレジ
ストをシリコン層３の表面に一様に塗布してパターンニ
ングし、シリコン層３上のマスクパターン４を形成する
（図８の（ｃ））。次にマスクパターンをマスクとし
て、ウェットエッチングによりシリコン層３をエッチン
グし、シリコン層３を所望形状にパターンニングする
（図８の（ｄ））。次に犠牲層エッチング技術を用い
て、可動部の下部のシリコン酸化膜２を除去する。この
犠牲層エッチングでは、基板１をフッ酸溶液に浸すこと
でシリコン酸化膜２が除去される。この時、アンカー５
１１及び５１２、５２１及び５２２、５３１及び５３
２、５４１及び５４２と配線層８０、８１、８２、８
３、８４、８５の面積は広いので基板とは分離しない
が、可動部と固定櫛歯電極は下部のシリコン酸化膜が除
去されるため、基板と分離される（図８の（ｅ））。

【００２２】尚、基板１の材料は特に限定されない。シ
リコンのほか、他の半導体、セラミックス、ガラス等を
用いることもできる。また、エッチング犠牲層として
は、シリコン酸化膜のほか、窒化シリコン膜、アルミナ
等を用いることもできる。更に、可動部を形成するため
の機能層としては、主として弾性があれば良く、単結
晶、多結晶のシリコンのほか、ニッケル等の金属、他の
弾性材料を用いることができる。また、水晶、ＰＺＴ、
ＬｉＴａＯ₃、ＬｉＮｂＯ₃などの圧電材料を用いても
よい。シリコンを用いた場合には、シリコン膜３により
可動櫛歯電極６０、６１、６２、６３、固定櫛歯電極７
０、７１，７２、７３、７４、７５を形成する関係上、
導電率が大きいほど望ましく、ドナー、アクセプタ不純
物を添加することが望ましい。更に近年では、シリコン
酸化膜２の犠牲層エッチング技術としてフッ酸蒸気によ
るドライエッチング手法も用いられており、マス部１０
と基板１のスティッキングに対処している。電極材料に
はアルミを用いたが、フッ酸に対して耐性のあるＡｕ、
Ｐｔ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｗ等でも可能である。

【００２３】マス部１０はｚ軸に平行な貫通したエッチ
ングホール３４０を持ってもよく、ｘ軸方向にのびた第
１ビーム２１、２２、２３、２４でｙ軸方向に振動可能
に支持されており、第１ビーム２１と２２はｙ軸に平行
なリンク３０１で、第１ビーム２３と２４はｙ軸に平行
なリンク３０２で繋がれている。リンク３０１の両端か
ら第２ビーム４１０、４２０がｙ軸方向に延設され、そ
れぞれｘ軸に平行なリンク３１１、３１２の中央に接続
される。リンク３１１の両端からは、折り返しビーム４
１１、４１２がｙ軸に平行に第１ビーム２１に向かって
延設され、第１ビーム２１の手前でアンカー５１１、５
１２により基板１に固定される。全く同様にリンク３１
２から折り返しビーム４２１、４２２が延設され、アン
カー５２１、５２２により基板１に固定される。また、
リンク３０１からと全く同様に、リンク３０２の両端か
ら第２ビーム４３０、４４０がｙ軸方向に延設され、ｘ
軸に平行なリンク３１３、３１４の中央に接続され、折
り返しビーム４３１、４３２、４４１、４４２がｙ軸に
平行に延設され、アンカー５３１、５３２、５４１、５
４２により基板１に固定される。

【００２４】こうして、アンカー５１１、５１２、５２
１、５２２、５３１、５３２、５４１、５４２が固定さ
れたまま、マス部１０のｙ軸方向の振動は第１ビーム２
１、２２、２３、２４が、マス部１０のｘ軸方向の振動
は第２ビーム４１０、４２０、４３０、４４０、折り返
しビーム４１１、４１２、４２１、４２２、４３１、４
３２、４４１、４４２が横振動することにより可能とな
っている。

【００２５】リンク３０１及び３０２、マス部１０に可
動櫛歯電極６０、６３、６１及び６２を設け、固定櫛歯
電極７０、７３、７１及び７４、７２及び７５と相対さ
せる。固定櫛歯電極７０、７３、７１及び７４、７２及
び７５は配線層８０、８３、８１及び８４、８２及び８
５を通して外部回路と接続される。

【００２６】こうして、配線層８０を通して固定櫛歯電
極７０に交流電圧を印加すると、可動櫛歯電極６０との
間の静電力により振動子（マス部１０及び第１ビーム
２１、２２、２３、２４）がｘ軸方向にｘ＝ｘ₀sinαｔ
で振動する。この時ｚ軸の回りにΩの角速度がかかる
と、ｙ軸方向にコリオリ力Ｆ_c＝−２ｍΩｘ₀α cosα
ｔがかかり（ｍはマス部１０の質量）、マス部、第１ビ
ームがｙ軸方向に振動する。すなわち、第１ビーム２
１、２２、２３、２４が湾曲することにより振動する。
これに連動した可動櫛歯電極６１の変位を、可動櫛歯電
極６１と固定櫛歯電極７１、７４との間の静電容量の変
化により検出し、配線層８１、８４を通して出力する。
これからｚ軸の回りの角速度Ωが求められる。

【００２７】他の固定櫛歯電極と可動櫛歯電極の組は、
例えば可動櫛歯電極６３と固定櫛歯電極７３との間の静
電容量によりｘ軸方向の励振振動の変位を検出し共振状
態を保つよう励振振動ｘ＝ｘ₀sinαｔを制御することが
できる使い方がある。検出振動側の可動櫛歯電極６２と
固定櫛歯電極７２、７５については、固定櫛歯電極７
１、７４からの出力からｙ軸方向の変位を検知し、その
変位が常に０となるように固定櫛歯電極７２、７５に電
圧を印加するよう回路を組み、その電極７２、７５の電
圧からｚ軸のまわりの角速度Ωを検出するようにしても
よい。

【００２８】こうして、図７のように、ベース９０を貫
通して外部とつなぐ電極９２を持ったベース９０に振動
式角速度検出器１００が実装される。配線層８０、８
３、８１及び８４、８２及び８５は各々電極９２とリー
ド線９３で繋がれる。ベース９０に実装された振動式角
速度検出器１００は粘性媒体とともにキャップ９１で封
止される。本発明では粘性媒体として窒素を充填した。

【００２９】図６では電極の位置はリンク３０１及び３
０２とマス部１０に隣接させているが、代表例として表
記したものであり、本発明を限定するものではない。同
様に図６ではマス部１０にｚ軸に平行な縦穴（エッチン
グホール）３４０を持ったものを記載したが、代表例と
して表記したものであり、マス部１０はエッチングホー
ル３４０を持ったものに限定されない。

【００３０】以下、本発明の主題である振動子（マス
部１０及び第１ビーム２１、２２、２３、２４）につい
て特に取りあげ、本発明の具体的な実施例の要点であ
る、励振振動のＱ値と検出振動のＱ値の大小と振動子の
構造の関係とを示す。

【００３１】図１の（ａ）は図６でと示した振動子２
１０である。マス部１０にｘ軸に平行な貫通した横穴３
１０（図１の（ｂ）参照）を設けた振動子２１０は、粘
性媒体がｘ軸に平行な貫通した横穴３１０を通過するこ
とにより、励振振動方向には粘性媒体から受ける粘性抵
抗が小さく、励振振動のＱ値を検出振動のＱ値より大き
くすることができる。また明らかに、マス部１０に１個
以上のｘ軸に平行な貫通した横穴を設けた振動子は、そ
の横穴の数に応じて励振振動のＱ値を大きくすることが
できる。

【００３２】更にこの時、ｚ軸に平行な縦穴（エッチン
グホール３４０）を設けなければｚ軸方向への粘性が大
きく働き、ｘ軸方向、ｙ軸方向の振動のｚ軸方向への漏
れを防ぐことも可能である。

【００３３】尚、図６のマス部１０はｚ軸に平行な縦穴
（エッチングホール）３４０を持っているが、図１の
（ａ）のようにｚ軸に平行な縦穴（エッチングホール）
３４０を持たせなくても良い。

【００３４】《第２実施例》図２は図６でと示した振
動子２２０である。マス部１０のｘ軸に垂直な側面１５
にｙ軸に垂直な遮蔽面３２５を持った羽根状突起３２０
を設けた振動子２２０は、粘性媒体がｙ軸に垂直な遮蔽
面３２５に押されることにより、検出振動方向には粘性
媒体から受ける粘性抵抗が大きく、励振振動のＱ値を検
出振動のＱ値より大きくすることができる。また明らか
に、マス部１０のどこかに１個以上のｙ軸に垂直な遮蔽
面を持った羽根状突起を設けた振動子は、その羽根状突
起の数に応じて検出振動のＱ値を小さくすることができ
る。

【００３５】更にこの時、ｚ軸に平行な縦穴（エッチン
グホール３４０）を設けなければｚ軸方向への粘性が大
きく働き、ｘ軸方向、ｙ軸方向の振動のｚ軸方向への漏
れを防ぐことも可能である。

【００３６】《第３実施例》図３のは図６でと示した
振動子２３０である。マス部１０の上面１６にｘ軸に平
行でｙ軸に垂直な遮蔽面３３５を持った段差状突起３３
０を設けた振動子２３０は、粘性媒体がｘ軸に平行でｙ
軸に垂直な遮蔽面３３５に検出振動方向に押され励振振
動方向には押されないことにより、検出振動方向には粘
性媒体から受ける粘性抵抗が大きく、励振振動のＱ値を
検出振動のＱ値より大きくすることができる。また明ら
かに、マス部１０及び第１ビーム２１、２２、２３、２
４の上面、下面のどこかに１個以上のｘ軸に平行でｙ軸
に垂直な遮蔽面を持った段差状突起を設けた振動子は、
その段差状突起の数に応じて検出振動のＱ値を小さくす
ることができる。

【００３７】更にこの時、ｚ軸に平行な縦穴（エッチン
グホール３４０）を設けなければｚ軸方向への粘性が大
きく働き、ｘ軸方向、ｙ軸方向の振動のｚ軸方向への漏
れを防ぐことも可能である。

【００３８】《第４実施例》図４は図６でと示した振
動子２４０である。マス部１０にｘ軸方向に細長い縦穴
（エッチングホール３４１）を設けた振動子２４０は、
エッチングホール３４１のｙ軸に垂直な壁面３４５が検
出振動方向に粘性媒体を剪断することにより、検出振動
方向に粘性媒体から受ける粘性抵抗は励振振動方向のそ
れより大きく、励振振動のＱ値を検出振動のＱ値より大
きくすることができる。

【００３９】《第５実施例》図５の（ａ）は図６でと
示した振動子２５０と、その近傍のｙ軸に垂直でマス部
１０と向かい合って基板１に固定した、振動子２５０か
ら直接振動を受けない２枚の固定板３５０である。この
振動子２５０は検出振動方向に振動すると、振動子２５
０のマス部１０と２枚の固定板３５０との間隙を粘性媒
体が出入りすることにより、粘性媒体から検出振動方向
に受ける粘性抵抗は励振振動方向のそれより大きく、励
振振動のＱ値を検出振動のＱ値より大きくすることがで
きる。

【００４０】図５の（ｂ）は図６でと示した振動子２
５１と、その近傍のｙ軸に垂直でマス部１０と向かい合
って基板１に固定し、構造体どうしの固着、すなわちス
ティッキングを防止する突起３６１を持たせた、振動子
２５１から直接振動を受けない２枚の固定板３５１であ
る。このスティッキング防止用突起３６１は、２枚の固
定板３５１のマス部１０と向かい合った面に、ｚ軸に平
行な溝を彫ることで形成することができる。この振動子
２５１は検出振動方向に振動すると、振動子２５１のマ
ス部１０と２枚の固定板３５１との間隙を粘性媒体が出
入りすることにより、粘性媒体から検出振動方向に受け
る粘性抵抗は励振振動方向のそれより大きく、励振振動
のＱ値を検出振動のＱ値より大きくすることができるほ
か、スティッキング防止用突起３６１によりマス部１０
の固定板３５１へのスティッキングを防止することがで
きる。

【００４１】また、図５の（ａ）、（ｂ）の場合、振動
子２５０又は振動子２５１がｚ軸を中心に回転するな
ど、振動子２５０と２枚の固定板３５０との間隙又は振
動子２５１と２枚の固定板３５１との間隙が平行でなく
なるような運動をすると、粘性媒体からの粘性抵抗が本
来の姿勢に戻るよう働き、振動子を正常な励振状態に自
動的に戻すことができる。更にｙ軸方向に異常に大きく
振れたとしても、固定板３５０又は固定板３５１が障害
となり、結果振動子２５０又は振動子２５１が想定以上
の振幅をとれなたいため、振動子を破壊から守ることが
できる。

【００４２】更に、ｚ軸に平行な縦穴（エッチングホー
ル）を設けなければｚ軸方向への粘性が大きく働き、ｘ
軸方向、ｙ軸方向の振動のｚ軸方向への漏れを防ぐこと
も可能である。

【００４３】以上の実施例では、検出振動方向に粘性媒
体から受ける粘性抵抗は励振振動方向のそれより大き
く、励振振動のＱ値を検出振動のＱ値より大きくする場
合について述べたが、これらをすべて励振振動方向に粘
性媒体から受ける粘性抵抗を検出振動方向のそれより大
きく、励振振動のＱ値を検出振動のＱ値より小さくし、
検出振動の共振周波数で励振させる場合も全く同様であ
る。

【００４４】また、振動子に対し、マス部１０に垂直
なｚ軸の回りの角速度をｙ軸方向に生起されるコリオリ
力で検出したが、図１から図５でｙ軸の回りの角速度を
ｚ軸方向に生起されるコリオリ力で検出する振動式角速
度検出器に用いることもできる。その際は、振動子に
対し、励振振動のＱ値を上げる加工（実施例１）をｘ軸
方向に、検出振動のＱ値を下げる加工（実施例２、３、
４、５）をｚ軸方向に有効になるよう施し、励振振動の
共振周波数で励振させるか、又は逆に、検出振動のＱ値
を上げる加工（実施例１）をｚ軸方向に、励振振動のＱ
値を下げる加工（実施例２、３、４、５）をｘ軸方向に
有効になるよう施し、検出振動の共振周波数で励振させ
るようにすればよい。

【００４５】また、振動子に対して行ったＱ値を変化
させる加工（実施例１、２、３、４、５）は、リンク３
０１及び３０２、第２ビーム、リンク３１１、３１２、
３１３、３１４、折り返しビームに施すことも有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は第１実施例にかかる振動式角速度検出
器の振動子２１０を示した斜視図、（ｂ）は振動子２１
０のマス部１０付近のｙ軸に垂直な平面による断面図。

【図２】第２実施例にかかる振動式角速度検出器の振動
子２２０を示した斜視図。

【図３】第３実施例にかかる振動式角速度検出器の振動
子２３０を示した斜視図。

【図４】第４実施例にかかる振動式角速度検出器の振動
子２４０を示した斜視図。

【図５】（ａ）は第５実施例にかかる振動式角速度検出
器の振動子２５０と２枚の固定板３５０を示した斜視
図、（ｂ）は第５実施例にかかる振動式角速度検出器の
振動子２５１と２枚の固定板３５１を示した斜視図、
（ｃ）は固定板３５１の斜視図。

【図６】第１実施例にかかる振動式角速度検出器１００
を示した平面図。

【図７】（ａ）は第１実施例にかかる振動式角速度検出
器１００を実装した角速度検出装置の封止前の平面図、
と封止後の透視図。

【図８】第１実施例の製法にかかるシリコンマイクロマ
シニングにおけるプロセスフロー。

【図９】従来の振動式角速度検出器の振動子２００を示
した斜視図とマス部１０付近のｘ軸に垂直な平面による
断面図。

【図１０】Δｆ≠０のときの減圧前後での励振振動、検
出振動の振幅の周波数特性図。

【図１１】Δｆ＝０に調製した場合とその後の温度変化
による影響での励振振動、検出振動の振幅の周波数特性
の変化を示した特性図。

【図１２】励振振動のＱ値Ｑ_xを検出振動のＱ値Ｑ_yよ
り大きくした時の励振振動、検出振動の振幅の周波数特
性図。

【図１３】励振振動のＱ値Ｑ_xを検出振動のＱ値Ｑ_yよ
り小さくした時の励振振動、検出振動の振幅の周波数特
性図。

【図１４】本実施例に使用できる媒体の粘度を示した表
図。

【符号の説明】

１…シリコン基板２…シリコン酸化膜３…導電性シリコン層４…フォトレジストによるマスクパターン１０…マス２１，２２，２３，２４…第１ビーム３０１，３０２，３１１，３１２，３１３，３１４…リ
ンク４１０，４２０，４３０，４４０…第２ビーム４１１，４１２，４２１，４２２，４３１，４３２，４
４１，４４２…折り返しビーム５１１，５１２，５２１，５２２，５３１，５３２，５
４１，５４２…アンカー６０，６１，６２，６３…可動櫛歯電極７０，７１，７２，７３，７４，７５…固定櫛歯電極８０，８１，８２，８３，８４，８５…配線層９０…ベース９１…キャップ９２…電極９３…リード線１００…振動式角速度検出器２００，２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２
５１…振動子３１０…横穴３２０…羽根状突起３３０…段差状突起３４０，３４１…エッチングホール３５０，３５１…固定板３６１…スティッキングを防止する突起

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野々村裕愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者大村義輝愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内Ｆターム(参考） 2F105 BB02 BB04 BB09 BB12 BB14 CC04 CD03 CD05 CD13 CD20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動子の励振振動方向と検出振動方向が
直交する振動式角速度検出器において、前記振動子が粘
性を持った媒体と共に封止されており、前記振動子が励
振振動方向と検出振動方向について前記媒体から及ぼさ
れる粘性抵抗に差がある構造とし、前記粘性抵抗によ
り、前記振動子の励振振動の振動特性のＱ値を検出振動
の振動特性のＱ値と異なるようにしたことを特徴とする
振動式角速度検出器。
【請求項２】粘性媒体から及ぼされる粘性抵抗に差が
ある構造は、Ｑ値を大きくする振動方向には前記媒体を
通過させ、Ｑ値を小さくする振動方向には前記媒体の通
過を阻止する構造である請求項１に記載の振動式角速度
検出器。