JP2001141461A - ジャイロスコープおよびこれを用いた入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 デバイスの小型化、検出感度の向上、駆動電
圧の低減等が図れるジャイロスコープを提供する。 【解決手段】 本発明のジャイロスコープ１は、３本の
脚９と支持部１０とを有する音叉２と、音叉２を挟持す
る上側ガラス基板７、下側ガラス基板８と、各脚９の基
端側と対向して両ガラス基板７，８上に設けられた駆動
用固定電極４ａ，４ｂと、各脚９の先端部の上面および
下面に設けられ、凹凸加工された凸部からなる６個の検
出用可動電極５ａ，５ｂと、これと対向して両ガラス基
板７，８上に設けられた６個の検出用固定電極６ａ，６
ｂとを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ジャイロスコープ
とこれを用いた入力装置に関し、特に角速度入力時の音
叉の脚の変位を容量の変化で検出するタイプのジャイロ
スコープとこれを用いた入力装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、導電性を有するシリコン等の
材料で形成された音叉を用いたジャイロスコープが知ら
れている。この種のジャイロスコープは、音叉の脚を一
方向に振動させ、振動中に脚の長手方向を中心軸とする
角速度が入力された際にコリオリ力によって生じる前記
振動方向と垂直な方向の振動を検出するものである。コ
リオリ力により生じる振動の大きさは角速度の大きさに
対応するので、このジャイロセンサを角速度センサとし
て用いることができ、例えばパソコンの座標入力装置等
に適用することができる。

【０００３】図１５は、従来のジャイロスコープの主要
部である音叉の構成を示す図である。この図に示す通
り、この例の音叉１００は、３本の脚１０１と各脚１０
１の基端側を連結する支持部１０２とを有しており、導
電性を付与したシリコンで形成されている。音叉１００
は、基板１０３上に支持部１０２で固定されており、各
脚１０１の下方にあたる箇所には駆動用電極（図示略）
がそれぞれ設けられている。したがって、駆動用電極に
電圧を印加した際に生じる静電引力によって各脚１０１
が鉛直方向に振動する構成となっている。

【０００４】このジャイロスコープにおいて、鉛直方向
振動中に脚１０１の長手方向を回転軸とする角速度が入
力されると水平方向の振動が生じるが、この水平方向の
振動は各脚１０１の両側方に配置された一対の検出用電
極１０４で検出している。すなわち、脚１０１が水平方
向に変位した際、脚１０１の一方側に配置された検出用
電極１０４と脚１０１との間隔が狭まると、他方側に配
置された検出用電極１０４と脚１０１との間隔が広が
り、各検出用電極１０４と脚１０１とで構成される２組
の静電容量が変化する。この静電容量の変化から、入力
された角速度の大きさを検出することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構成の
ジャイロスコープは、各脚１０１の両側方に検出用電極
１０４が配置されているため、脚１０１と脚１０１との
間隔（以下、脚間ギャップという）をあまり狭くするこ
とができなかった。すなわち、検出用電極１０４の幅を
ｘ₁、検出用電極１０４と脚１０１との間隔および検出
用電極１０４同士の間隔をｘ₂とすると、脚間ギャップ
ＧはＧ＝２ｘ₁＋３ｘ₂となり、一般的な半導体デバイス
製造技術を利用したシリコン加工におけるｘ₁、ｘ₂の加
工限界から、脚間ギャップＧの縮小化にも限界があっ
た。

【０００６】その一方、３脚型の音叉において脚間ギャ
ップＧを小さくすると、この種のデバイスの共振の大き
さを表す性能指標である「Ｑ値」が大きくなることがわ
かった。Ｑ値を大きくすることができれば、角速度の検
出感度が向上することに加えて、デバイスに入力する電
気エネルギーから振動エネルギーへの変換効率が向上す
るため、駆動電圧の低減を図ることができる。

【０００７】ところが上述したように、脚間ギャップが
縮小化できれば、デバイスの小型化、検出感度の向上、
駆動電圧の低減等、種々の利点が得られることが予想さ
れながらも、従来のジャイロスコープは脚間ギャップの
縮小化に限界があったため、その実現が不可能であっ
た。

【０００８】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、上記種々の利点が得られ、高品
質、低コストのジャイロスコープ、およびこのジャイロ
スコープを利用した入力装置の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のジャイロスコープは、導電性材料からな
り、基端側が支持部とされた振動片と、該振動片の支持
部を支持する基材と、該振動片を駆動する駆動手段と、
前記振動片の先端側の駆動方向と垂直かつ変位検出方向
と平行な面の少なくとも一部が凹凸加工され、この凹凸
加工されてなる複数の凸部からなり、該凸部の各々が前
記振動片の変位検出方向の振幅以上の幅を有し、互いに
並列接続された複数の検出用可動電極と、該複数の検出
用可動電極との間で容量を形成するよう前記複数の検出
用可動電極と対向配置されて前記基材に設けられ、各々
が前記振動片の変位検出方向の振幅以上の幅を有し、互
いに並列接続されて前記振動片の変位を検出する複数の
検出用固定電極とを有することを特徴とするものであ
る。

【００１０】本発明のジャイロスコープの検出原理も従
来と同様、音叉の振動片（先に述べた「脚」に相当）の
振動を容量変化で検出するものである。通常、容量Ｃ
は、 Ｃ＝ε・（Ｓ／ｄ） ……（１） （ε：誘電体の誘電率、Ｓ：電極の面積、ｄ：電極間の
ギャップ） で表される。ところが、従来のジャイロスコープが、振
動時における脚と検出用電極との間隔の変化、上記
（１）式で言えば、電極間ギャップｄの変化による容量
変化を検出するのに対し、本発明のジャイロスコープ
は、振動時における検出用電極同士の対向面積の変化、
上記（１）式で言えば、電極面積Ｓの変化による容量変
化を検出する点で相違している。

【００１１】すなわち、本発明のジャイロスコープにお
ける検出用電極は、振動片側に設けられた複数の検出用
可動電極と基材側に設けられた複数の検出用固定電極と
が対向配置されてなるものである。そして、複数の検出
用可動電極は、振動片の先端側の駆動方向と垂直かつ変
位検出方向と平行な面の少なくとも一部が凹凸加工され
て形成された複数の凸部からなり、該凸部の各々が前記
振動片の変位検出方向の振幅以上の幅を有し、互いに並
列接続されている。複数の検出用固定電極は、各々が前
記振動片の変位検出方向の振幅以上の幅を有し、互いに
並列接続されている。特に本発明では、振動片の表面に
金属薄膜等を用いて検出用可動電極を形成するのではな
く、シリコン等の導電性材料からなる振動片自体の先端
を凹凸加工してできた凸部を検出用可動電極とすること
を特徴としている。つまり、凹部に対して検出用固定電
極に接近した側に位置する凸部が電極として機能するこ
とになる。

【００１２】この構成としたことにより、駆動手段によ
り音叉の振動片を振動させた状態で振動片の長手方向を
回転軸とする角速度が入力されると、コリオリ力によっ
て前記振動方向と直交する方向の振動が生じる。この
時、振動片側の検出用可動電極と基材側の検出用固定電
極とが対向した位置にあり、振動片の振動に伴って検出
用可動電極と検出用固定電極との対向面積が変化するた
め、容量変化が生じる。この容量変化を検出することで
角速度を検出することができる。なお、各検出用電極の
幅が振動片の変位検出方向の最大振幅以上であるとした
のは、仮に各検出用電極の幅が振動片の最大振幅よりも
小さかったとすると、振動片が大きな角速度を受けて振
動片が最大に振動した場合、振動片側の検出用可動電極
と基材側の検出用固定電極とが対向しない状態が生じ、
容量検出が不可能となってしまうからである。ここで言
う「振幅」とは、「変位検出方向の振幅」と記載したよ
うに、あくまでも角速度入力時のコリオリ力によって生
じる振動の振幅のことであり、駆動手段による振動の振
幅のことではない。

【００１３】つまり、本発明のジャイロスコープでは、
振動片の基端部を基材に支持した場合、その基材上に振
動片側の検出用可動電極と対向するように検出用固定電
極を設ければよく、従来のように脚と脚の間に検出用電
極を設ける必要がなくなる。その結果、脚間ギャップを
音叉を構成する材料、例えばシリコンの加工限界程度に
まで小さくすることができるため、Ｑ値を大きくするこ
とができ、検出感度の向上、駆動電圧の低減を図ること
ができる。勿論、デバイスの小型化を図ることも可能で
ある。

【００１４】また本発明の他のジャイロスコープは、導
電性材料からなり、基端側が支持部とされた振動片と、
該振動片の支持部を支持する基材と、該振動片を駆動す
る駆動手段と、前記振動片の先端側の駆動方向と垂直か
つ変位検出方向と平行な面の少なくとも一部が凹凸加工
され、この凹凸加工されてなる複数の凸部からなり、該
凸部の各々が前記振動片の変位検出方向の振幅以上の幅
を有し、互いに並列接続された複数の検出用可動電極
と、それぞれ複数の電極を有する２つの電極群からな
り、該２つの電極群のそれぞれの電極が前記複数の検出
用可動電極のいずれかの電極との間で容量を形成するよ
う前記複数の検出用可動電極と対向配置されて前記基材
に設けられるとともに、前記２つの電極群の一方の電極
群をなす各電極の外端が該各電極と対向する前記検出用
可動電極の一方の外端よりも前記変位検出方向の最大振
幅以上外側にはみ出しており、他方の電極群をなす各電
極の外端が該各電極と対向する前記検出用可動電極の他
方の外端よりも前記変位検出方向の最大振幅以上外側に
はみ出しており、前記各電極が前記振動片の変位検出方
向の最大振幅以上の幅を有する検出用固定電極とを有し
てなり、前記検出用固定電極のうちの一方の電極群とこ
れと対向する前記複数の検出用可動電極との間で形成さ
れる容量の和と、前記検出用固定電極のうちの他方の電
極群とこれと対向する前記複数の検出用可動電極との間
で形成される容量の和との差を検出することを特徴とす
るものである。

【００１５】本発明の他のジャイロスコープは、容量変
化の検出方法として、２つの電極群からなる検出用固定
電極のうちの一方の電極群の各電極とこれらと対向する
複数の検出用可動電極との間で形成される複数の容量の
和と、検出用固定電極のうちの他方の電極群の各電極と
これらと対向する複数の検出用可動電極との間で形成さ
れる複数の容量の和との差を検出することを特徴として
いる。言い換えると、上記構成の本発明の他のジャイロ
スコープでは、容量変化量の検出に差動検出法を用いて
いる。

【００１６】上記の構成であると、振動片がいずれか一
方向に変位した場合、検出用固定電極の一方の電極群の
各電極とこれと対向する検出用可動電極との対向面積が
増えて容量が増加する方向に変化したとすると、他方の
電極群の各電極とこれと対向する検出用可動電極との間
では逆に対向面積が減り、容量が減少する方向に変化す
ることになる。そこで、容量検出時に、２つの電極群か
らなる検出用固定電極のうちの一方の電極群側で形成さ
れる複数の容量の和と他方の電極群側で形成される複数
の容量の和との差分をとると、変位が無いときの初期容
量値は等しいために消去され、一方側の容量変化量は
正、他方側の容量変化量は負となるので、容量変化量の
みが残る。したがって、初期容量値の中に含まれるノイ
ズ成分をキャンセルすることができるので、検出精度を
向上させることができる。

【００１７】前記駆動手段の具体的構成としては、例え
ば基材側に振動片に対向するように駆動用電極を設けれ
ばよい。その場合、駆動用電極を、振動片の延在方向に
延ばして形成し、駆動用電極と検出用電極との間の寄生
容量の発生を防ぐためにこれら電極を離間させて設ける
ことが望ましい。仮に駆動用電極と検出用電極との間で
寄生容量が発生すると、角速度を検知し、検出用電極と
の間に生じた容量変化を検出する際、この寄生容量をも
検知してしまい、これがノイズ成分となり、ＳＮ比が低
下するという不具合が生じるが、駆動用電極と検出用電
極とを離間させて配置すれば、このような不具合の発生
が防止される。

【００１８】また、検出側の電極の形成位置に関して
は、振動片の上面、下面のいずれにも設けることができ
る。この場合、検出容量が大きくとれるとともに、電極
の形成が容易になる。

【００１９】凹凸加工による検出用可動電極を有する振
動片の形態には、例えば次の３つが考えられる。 （１） 支持部の上面から複数の検出用可動電極をなす
複数の凸部の上面に至る面を面一状態のまま残して、隣
接する検出用可動電極の間の領域を凹部としたもの。 （２） 複数の検出用可動電極をなす凸部の上面を残し
て、隣接する検出用可動電極の間の領域、および少なく
とも複数の検出用可動電極の形成領域と支持部との間の
領域を凹部としたもの。 （３）（２）の構成とした上で、支持部の上面を、検出
用可動電極をなす凸部の上面とともに面一状態のまま残
したもの。

【００２０】上記（１）、（２）、（３）の構成にはそ
れぞれ特徴点があり、（１）の場合、振動片の支持部と
基材とを接合する際に支持部の表面が凹部に加工されて
いないので、接合が容易となる。また駆動手段として、
平坦な基材の表面に振動片に対向させて駆動用電極を設
ける場合、支持部の上面から検出用可動電極をなす凸部
の上面に至る面を全て面一状態のまま残しているので、
駆動用電極と振動片の表面を充分に接近させることがで
き、駆動電圧を下げることができるという利点を有して
いる。（２）の場合、隣接する検出用可動電極の間の領
域が凹部となるのは勿論のこと、検出用可動電極の形成
領域と支持部との間の領域も凹部となっており、振動片
の中央部に対して先端側の重量が重くなるので、振動片
がより振動しやすくなり、検出感度を向上させることが
できる。（３）の場合、上記（２）の効果に加えて、振
動片の支持部が面一状態のまま残っているので、振動片
の支持部と基材との接合が容易となる。

【００２１】また、各検出用可動電極と各検出用固定電
極の位置関係としては、各検出用可動電極と各検出用固
定電極の振動片の変位検出方向における端部同士を、振
動片の変位検出方向の最大振幅以上の距離ずらして配置
することが望ましい。

【００２２】その理由は、一般に、振動片がその長手方
向を回転軸とする角速度を受けた場合、その角速度の向
きが右回りであるか、左回りであるかによって、駆動方
向と直交する方向における振動片の振動の向きが変わ
る。そこで、各検出用可動電極と各検出用固定電極をず
らして配置すると、振動片がいずれか一方向に変位した
場合、各検出用可動電極と各検出用固定電極との対向面
積が増え、容量が増加する方向に変化したとすると、振
動片が先の方向と逆方向に変位した場合には、必ず、各
検出用可動電極と各検出用固定電極の対向面積が減り、
容量が減少する方向に変化することになる。したがっ
て、容量の変化量の正負を見ることによって角速度の向
きも検知できるため、各検出用可動電極と各検出用固定
電極をずらして配置するのが好ましいのである。つま
り、各検出用可動電極と各検出用固定電極の端部同士を
揃えて配置したとすると、振動片がいずれの方向に変位
しても各検出用可動電極と各検出用固定電極の対向面積
が減る方向にしか変化しないため、角速度の絶対値は検
出できても角速度の向きが検知できない。それに、各検
出用可動電極と各検出用固定電極の端部同士を揃えるこ
とは、製造上難しいという問題もある。

【００２３】本発明の入力装置は、上記本発明のジャイ
ロスコープを用いたことを特徴とするものである。本発
明のジャイロスコープの使用により、例えばパソコンの
座標入力装置等の小型の機器を実現することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］以下、本発
明の第１の実施の形態を図１ないし図６を参照して説明
する。図１は本実施の形態のジャイロスコープの全体構
成を示す分解斜視図、図２はその平面図（ただし、電極
構成は上側ガラス基板の下面を示している）、図３は図
２のIII−III線に沿う断面図、図４は図２のIＶ−IＶ線
に沿う断面図（脚１本分を示す拡大図）、図５および図
６はジャイロスコープの製造方法を示す工程断面図であ
って、図５は上側ガラス基板の製造方法を示す工程断面
図、図６はジャイロスコープ全体の製造方法を示す工程
断面図である。図中符号２は音叉、４ａ，４ｂは駆動用
固定電極、５ａ，５ｂは検出用可動電極、６ａ，６ｂは
検出用固定電極、７は上側ガラス基板（基材）、８は下
側ガラス基板（基材）である。

【００２５】本実施の形態のジャイロスコープ１は、図
１および図２に示すように、３本の脚９（振動片）とこ
れらの基端側を連結する支持部１０とを有する３脚型の
音叉２が用いられている。また、音叉２の周囲には枠部
１１が設けられており、これら音叉２と枠部１１とは、
元々は厚さ２００μｍ程度の導電性を有する１枚のシリ
コン基板から形成されている。図３に示すように、支持
部１０は上側ガラス基板７と下側ガラス基板８との間に
挟持されて固定されるとともに、２枚のガラス基板７、
８の内面のうち、音叉２の上方および下方に位置する領
域は１０μｍ程度の深さの凹部７ａ、８ａとなってお
り、各ガラス基板７、８と音叉２との間に１０μｍ程度
の間隙が形成されることで音叉２の各脚９が宙に浮いた
状態となり、振動可能となっている。

【００２６】図１および図２に示すように、上側ガラス
基板７の下面の脚９の基端側と対向する位置には、各脚
９に１個ずつの駆動用固定電極４ａが脚９の長手方向に
延在するように設けられている。駆動用固定電極４ａは
膜厚３００ｎｍ程度のアルミニウム膜またはクロム膜、
もしくは白金／チタン膜等から形成されており、駆動用
固定電極４ａに駆動信号を供給するための配線（図示
略）が電極と同じレイヤーのアルミニウム膜またはクロ
ム膜、もしくは白金／チタン膜等により一体的に形成さ
れている。同様に、下側ガラス基板８の上面の脚９の基
端側と対向する位置にも、各脚９に１個ずつの駆動用固
定電極４ｂが脚９の長手方向に延在するように設けられ
ている。本実施の形態の場合、脚９が導電性を有するシ
リコンで形成されているので、脚９側には特に駆動用電
極を形成する必要がなく、脚９自身と駆動用固定電極４
ａ，４ｂとの容量結合により脚９の駆動手段が構成され
ている。

【００２７】図２および図３に示すように、各脚９の上
面の先端寄りの領域には、脚９の長手方向に延びる溝９
ｂ（凹部）が形成されており（凹凸加工）、隣接する溝
９ｂ間の凸部９ａとなる領域が検出用可動電極５ａ，５
ｂとして機能する。これにより、各脚９の上面に対して
６個ずつの検出用可動電極５ａが脚９の長手方向に延在
するように設けられている。なお、これら６個の検出用
可動電極５ａは脚と一体に形成されているため、互いに
並列接続されたことと等価であり、図示しない検出信号
取り出し用の配線が形成されている。同様に、各脚９の
下面にも６個ずつの検出用可動電極５ｂが脚９の長手方
向に延在するように設けられている。図３に示すよう
に、音叉２の部分は、支持部１０の上面から複数の検出
用可動電極５ａをなす複数の凸部９ａの上面に至る面に
わたって元々のシリコン表面が面一状態のまま残ってお
り、隣接する検出用可動電極５ａの間の領域のみが凹部
９ｂとなっている。下面側も同様である。

【００２８】一方、図３に示すように、上側ガラス基板
７の下面の駆動用固定電極４ａの形成位置よりも脚９の
先端寄りの位置には、脚９の上面の検出用可動電極５ａ
と対向するように各脚９に対して６個ずつの検出用固定
電極６ａが設けられている。検出用固定電極６ａも駆動
用固定電極４ａと同様、アルミニウム膜またはクロム
膜、もしくは白金／チタン膜等から形成されている。こ
れら６個の検出用固定電極６ａは互いに並列接続されて
おり、検出信号取り出し用の配線（図示略）が形成され
ている。同様に、下側ガラス基板８の上面の駆動用固定
電極４ｂの形成位置よりも脚９の先端寄りの位置にも、
脚９の下面の検出用可動電極５ｂと対向するように各脚
９に対して６個ずつの検出用固定電極６ｂが設けられて
いる。

【００２９】図４に示すように、各脚９上面の検出用可
動電極５ａと上側ガラス基板７の検出用固定電極６ａ、
各脚９下面の検出用可動電極５ｂと下側ガラス基板７の
検出用固定電極６ｂとはそれぞれ対向配置されている
が、検出用可動電極５ａ，５ｂと検出用固定電極６ａ，
６ｂの脚９の変位検出方向の端部同士が揃うように完全
に対向配置されているわけではなく、検出用可動電極５
ａ，５ｂの端部と検出用固定電極６ａ，６ｂの端部が、
脚９の変位検出方向の最大振幅以上の距離ずれた状態に
配置されている。また、各検出用可動電極５ａ，５ｂの
幅Ｗ１および各検出用固定電極６ａ，６ｂの幅Ｗ２自体
は、脚９の最大振幅以上の寸法に設定されている。

【００３０】ここで、各部の寸法の一例を示すと、１つ
の脚９の幅Ｗが２００μｍ、各検出用可動電極５ａ，５
ｂの幅Ｗ１および各検出用固定電極６ａ，６ｂの幅Ｗ２
が２０μｍ、検出用可動電極５ａ，５ｂ間の間隙Ｇ１お
よび検出用固定電極６ａ，６ｂ間の間隙Ｇ２がともに１
０μｍ、検出用可動電極５ａ，５ｂの端部と検出用固定
電極６ａ，６ｂの端部のずれ量Ｚが５μｍ、である。な
お、この脚９の変位検出方向の最大振幅は１μｍに設定
している。

【００３１】さらに、ジャイロスコープ１の機能上は特
に必要ではなく、後述する製造上の都合により必要なも
のであるため、ここでは図示を省略するが、実際には、
駆動用固定電極４ａ，４ｂおよび検出用固定電極６ａ，
６ｂが設けられた領域以外の上側ガラス基板７の内面
側、および下側ガラス基板８の内面側に、駆動用固定電
極４ａ，４ｂおよび検出用固定電極６ａ，６ｂと同一の
アルミニウム膜またはクロム膜、もしくは白金／チタン
膜等からなる同電位パターンが設けられている。

【００３２】次に、上記構成のジャイロスコープ１を製
造する方法の一例を説明する。最初に上側ガラス基板
７、下側ガラス基板８の製造方法を図５を用いて説明す
る。図５Ａに示すように、ガラス基板１３を用意し、洗
浄後、図５Ｂに示すように、両面にクロム膜１４をスパ
ッタする。次いで、レジストパターン１５を形成し、こ
のレジストパターン１５をマスクとしてクロム膜１４を
エッチングする。次に、図５Ｃに示すように、このレジ
ストパターン１５およびパターニングされたクロム膜１
４をマスクとしてガラス基板１３表面のフッ酸エッチン
グを行い、ガラス基板１３上の音叉の位置に対応する領
域に深さ１０μｍ程度の凹部１３ａを形成する。その
後、図５Ｄに示すように、レジストパターン１５および
クロム膜１４のパターンを除去する。次に、図５Ｅに示
すように、膜厚３００ｎｍ程度のアルミニウム膜、クロ
ム膜等の金属膜１６をガラス基板１３の一面にスパッタ
した後、その上にレジストパターン１４を形成し、これ
をマスクとして金属膜１６のエッチングを行うことによ
り駆動用固定電極４ａ、検出用固定電極６ａおよび同電
位パターンを形成する。以上の工程により、上側ガラス
基板７および下側ガラス基板８が完成する。

【００３３】次に、図６Ａに示すように、シリコン基板
１７を用意し、図６Ｂに示すように、隣接する検出用可
動電極５ｂ間の溝９ｂとなる部分以外を覆うレジストパ
ターン１４を片面に形成し、シリコン基板１７のエッチ
ングを行うことにより隣接する検出用可動電極５ｂ間の
溝９ｂを形成する。これにより、隣接する溝９ｂの間の
領域から支持部１０に至る領域にわたってシリコン基板
１７表面がそのまま面一状態で残り、隣接する溝９ｂの
間の凸部９ａが検出用可動電極５ｂとなる。次にレジス
トパターン１４を剥離した後、図６Ｃに示すように、シ
リコン基板１７の下面と下側ガラス基板８とを陽極接合
法を用いて接合する。この際、シリコン基板１７の溝９
ｂを形成した側の面が下側ガラス基板８に対向するよう
に両基板１７，８を配置し、シリコン基板１７のうち、
後で支持部１０となる部分が接合されるようにする。陽
極接合法ではシリコン基板に正、ガラス基板に負の電位
を印加してシリコンとガラスを容易に接合することがで
きるが、シリコン基板１７が音叉２となる部分では下側
ガラス基板８表面との間隙が１０μｍ程度しかないた
め、陽極接合時の静電引力によりシリコン基板１７が撓
んで下側ガラス基板８と接触すると、その部分も接合さ
れてしまい、振動可能な音叉２を形成できなくなる。し
たがって、下側ガラス基板８に接合すべきでない部分が
接合されてしまうのを防止する目的で下側ガラス基板８
のその部分をシリコン基板１７と同電位とするために、
下側ガラス基板８表面に同電位パターンを形成してお
く。この点は上側ガラス基板７についても同様である。

【００３４】次に、図６Ｄに示すように、シリコン基板
１７の上面に隣接する検出用可動電極５ａ間の溝９ｂと
なる部分以外を覆うレジストパターン１４を形成し、シ
リコン基板１４のエッチングを行うことにより隣接する
検出用可動電極５ａ間の溝９ｂを形成し、検出用可動電
極５ａを形成する。これにより、脚９となる部分の上
面、下面の双方に検出用可動電極５ａ，５ｂが形成され
たことになる。なお、本実施の形態では、脚９の下面側
の検出用可動電極５ｂの形成、陽極接合、脚９の上面側
の検出用可動電極５ａの形成という工程順で行っている
が、この手順に代えて、陽極接合前に脚９の下面側の検
出用可動電極５ｂの形成、上面側の検出用可動電極５ａ
の形成を順次行っておき、その後、陽極接合を行う手順
を採ってもよい。

【００３５】次にレジストパターン１４を剥離した後、
図６Ｅに示すように、シリコン基板１７表面にレジスト
パターン１９を形成する。この際のレジストパターン１
９の平面形状は、図２に示すような音叉２、支持部１
０、枠部１１等、シリコンを残す部分の形状とする。こ
のレジストパターン１９をマスクとして、反応性イオン
エッチング等の異方性エッチングを用いてシリコン基板
１７を貫通するエッチングを行う。これにより、音叉
２、支持部１０、枠部１１がそれぞれ形成され、音叉２
の部分は下側ガラス基板８の上方で宙に浮いた状態とな
る。その後、レジストパターン１９を剥離する。

【００３６】次に、図６Ｆに示すように、下側ガラス基
板８に接合されたシリコン基板１７の上面と上側ガラス
基板７とを陽極接合法を用いて接合する。この際、この
図に示すように、シリコン基板１７の音叉の支持部１０
が上側ガラス基板７に接合されることになる。以上の工
程により、本実施の形態のジャイロスコープ１が完成す
る。

【００３７】本実施の形態のジャイロスコープ１を使用
する際には、駆動用固定電極４ａ，４ｂの配線に駆動源
としての発振器を接続するとともに、検出用可動電極５
ａ，５ｂの信号取出用配線と検出用固定電極６ａ，６ｂ
の信号取出用配線との間に容量検出器を接続する。発振
器を駆動して音叉２−駆動用固定電極４ａ，４ｂ間に数
ｋＨｚ程度の周波数の電圧を印加すると、音叉２の各脚
９が鉛直方向に振動する。その状態で、脚９の長手方向
を回転軸とする角速度が入力されると、入力された角速
度の大きさに応じた水平方向の振動が生じる。この時、
音叉２の各脚９の検出用可動電極５ａ，５ｂと上側ガラ
ス基板７の検出用固定電極６ａ、下側ガラス基板８の検
出用固定電極６ｂが対向した状態にあり、脚９の水平振
動に伴って検出用可動電極５ａ，５ｂと検出用固定電極
６ａ，６ｂの対向面積が変化するため、容量変化が生じ
る。この容量変化を容量検出器で検出することにより角
速度の大きさを検出することができる。

【００３８】さらに、本実施の形態の場合、図４に示し
たように、互いに対向する検出用可動電極５ａ，５ｂと
検出用固定電極６ａ，６ｂの端部をずらして配置してい
るため、例えば図４において脚９がガラス基板７、８に
対して右方向（矢印Ａで示す方向）に変位した場合、各
検出用可動電極５ａ，５ｂと各検出用固定電極６ａ，６
ｂとの対向面積が増え、容量が増加する方向に変化す
る。また、脚９がガラス基板７、８に対して左方向（矢
印Ｂで示す方向）に変位した場合には、各検出用可動電
極５ａ，５ｂと各検出用固定電極６ａ，６ｂの対向面積
が減り、容量が減少する方向に変化する。よって、容量
の変化量の正負を検知することによって角速度の向きも
検知することができる。

【００３９】したがって、本実施の形態のジャイロスコ
ープ１では、従来のジャイロスコープのように脚と脚の
間に検出用電極を設ける必要がなくなる。その結果、脚
間ギャップをシリコン基板の加工限界近く、例えば数十
μｍ程度にまで小さくすることができ、Ｑ値を大きくす
ることができる。例えば脚幅が２００μｍのジャイロス
コープにおいて、脚間ギャップが３００μｍ〜４００μ
ｍ程度であるとＱ値は１０００前後であるが、脚間ギャ
ップを数十μｍ程度にまで狭めるとＱ値は２０００前後
と、約２倍に増大することができる。このＱ値の増大に
より、角速度センサとしての検出感度の向上、駆動電圧
の低減を図ることができる。さらに、デバイスの小型化
を図ることもできる。

【００４０】本出願人は、本発明の目的を達成するため
に、他の構成のジャイロスコープを既に出願している。
本発明のジャイロスコープは既出願のジャイロスコープ
の改良版であって、既出願のジャイロスコープに対して
以下のような利点を有している。図１３は既出願のジャ
イロスコープの全体構成を示す分解斜視図、図１４は図
１３のXVI−XVI線に沿う断面図である。なお、図１３お
よび図１４において、図１〜図４に示した本実施の形態
のジャイロスコープと共通の構成要素には同一の符号を
付し、詳細な説明は省略する。

【００４１】図１３および図１４に示すジャイロスコー
プ２１は、上記実施の形態のジャイロスコープ１と異な
り、上側ガラス基板７の下面に１本の脚９に対して２個
ずつの検出用固定電極６ａが設けられている。そして、
導電性シリコンからなる脚９そのものを電極として機能
させているため、各脚９には駆動用電極も検出用電極も
設けられていない。

【００４２】本実施の形態のジャイロスコープ１の場
合、１つの脚９に対して全部で１２個の検出用可動電極
５ａ，５ｂおよび検出用固定電極６ａ，６ｂが設けられ
ており、検出用可動電極５ａ，５ｂ同士、検出用固定電
極６ａ，６ｂ同士は互いに並列接続されている。対向す
る検出用可動電極５ａ，５ｂと検出用固定電極６ａ，６
ｂの合計１２個の電極対で形成される容量をそれぞれＣ
₁、Ｃ₂、…、Ｃ₁₂とする。脚９に対して角速度が入力さ
れず、コリオリ力が働かずに変位が０の時（初期状態）
の１脚あたりの容量をＣ_dt1とすると、 Ｃ_dt1＝Ｃ₁＋Ｃ₂＋…＋Ｃ₁₂ ……（２） と表される。次に、脚９に対して任意の角速度が入力さ
れ、コリオリ力が働いて変位が生じた時の全体の容量を
Ｃ_dt2とすると、 Ｃ_dt2＝（Ｃ₁＋ΔＣ₁）＋（Ｃ₂＋ΔＣ₂）＋…＋（Ｃ₁₂＋ΔＣ₁₂） ……（３ ） （ただし、ΔＣ₁、ΔＣ₂、…、ΔＣ₁₂は各容量における
容量変化量）と表され、これを変形すると次の（４）式
となる。

【数１】 より一般的に１つの脚に対してｎ個の検出用電極を設け
ると、次の（５）式となる。

【数２】 具体的な容量値の一例として、Ｃ_dt1は１ｐＦ程度、Δ
Ｃ_iは０．０１〜０．１ｐＦ程度に設定される。

【００４３】図１３、図１４に示した既出願のジャイロ
スコープ２１の場合、１つの脚９に対して２個の検出用
電極６ａが設けられているため、（５）式におけるｎが
２であり、例えば１脚あたりの容量変化量は０．０２〜
０．２ｐＦ程度となる。これに対して、本実施の形態の
ジャイロスコープ１の場合、（５）式におけるｎが１２
であり、例えば１脚あたりの容量変化量は０．１２〜
１．２ｐＦ程度となる。したがって、脚９が同じ大きさ
の角速度を受け、同じ大きさの変位が生じたとしても、
本実施の形態のジャイロスコープ１では既出願のジャイ
ロスコープ２１に比べて６倍の容量変化、言い換える
と、６倍の感度を得ることができる。よって、１つの脚
９に対してｎ個の検出用電極を設けると、既出願のジャ
イロスコープ２１に比べて（ｎ／２）倍の感度を得るこ
とができる。このように、本実施の形態のジャイロスコ
ープ１によれば、検出感度をより向上させることができ
る。

【００４４】ここで、本実施の形態の検出用可動電極５
ａ，５ｂを形成する際の凸部９ａの高さについて考察す
る。図４に示したように、検出用可動電極５ａ，５ｂと
検出用固定電極６ａ，６ｂとが対向した部分の面積を
Ｓ、初期状態で検出用可動電極５ａ，５ｂと検出用固定
電極６ａ，６ｂとが対向していない部分の面積をＳ’、
検出用可動電極５ａ，５ｂと検出用固定電極６ａ，６ｂ
の間のギャップをｄ₁、検出用可動電極５ａ，５ｂをな
す凸部９ａの高さをｄ₂、とする。脚９の変位がない初
期状態での電極１個あたりの容量Ｃ₀は、 Ｃ₀＝ε₀ε・（Ｓ／ｄ₁）＋ε₀ε・（Ｓ’／（ｄ₁＋ｄ₂）） ……（６） 面積増加分がＳ’となるように脚９が変位した後の容量
Ｃ₁は、 Ｃ₁＝ε₀ε・（Ｓ／ｄ₁）＋ε₀ε・（Ｓ’／ｄ₁） ……（７） （ただし、ε₀εは電極間の空間の誘電率）よって、電
極１個あたりの容量変化量ΔＣは、（６）、（７）式よ
り、 ΔＣ＝Ｃ₁−Ｃ₀ ＝ε₀ε・（Ｓ’／ｄ₁）−ε₀ε・（Ｓ’／（ｄ₁＋ｄ₂）） ＝ε₀εＳ’・［（１／ｄ₁）−｛１／（ｄ₁＋ｄ₂）｝］ ……（８）

【００４５】図１３、図１４に示した既出願のジャイロ
スコープにおける容量変化量よりも本発明のジャイロス
コープにおいてｎ個の電極を設けた場合の容量変化量の
方が大きくなる条件は、（８）式より、 ｎ・［（１／ｄ₁）−｛１／（ｄ₁＋ｄ₂）｝］＞２×（１／ｄ₁） …（９） となる。本実施の形態の場合、ｎ＝６であるから、 ６×［（１／ｄ₁）−｛１／（ｄ₁＋ｄ₂）｝］＞２×（１／ｄ₁） ｄ₂＞１／２・ｄ₁ ……（１０） したがって、検出用可動電極となる凸部の高さｄ₂はｄ₁
の１／２以上、すなわち、検出用可動電極５ａ，５ｂと
検出用固定電極６ａ，６ｂの間のギャップの半分以上と
することが望ましい。例えば検出用可動電極５ａ，５ｂ
と検出用固定電極６ａ，６ｂの間のギャップを１０μｍ
とすると、凸部９ａの高さ（言い換えると溝９ｂ（凹
部）の深さ、凹凸加工時のエッチング量でもある）は５
μｍ以上とすることが望ましい。

【００４６】また、本実施の形態のジャイロスコープ１
は、音叉２が２枚のガラス基板７、８の間に挟持されて
いるため、ガラス基板７、８によって音叉２の部分が保
護され、取り扱いやすいものとなっている。さらに、音
叉２の部分に塵埃が入りにくい構造であるから、外乱が
抑制され、センサ精度を向上することができる。また、
真空封止も行える構造であり、これによれば更にＱ値を
向上させることができる。

【００４７】なお、本実施の形態においては、脚９の上
面、下面の両面に検出用可動電極５ａ，５ｂを形成し、
検出用可動電極の数をより多くした例を示したが、この
例に限らず、検出用可動電極は脚９の上面、下面のいず
れか一面のみに形成しても良い。

【００４８】［第２の実施の形態］以下、本発明の第２
の実施の形態を図７を参照して説明する。図７は本実施
の形態のジャイロスコープの脚１本分の電極構成を示す
拡大図である。本実施の形態のジャイロスコープの基本
的な構成は第１の実施の形態と全く同様であり、本実施
の形態のジャイロスコープが第１の実施の形態と異なる
点は、脚１本あたりの電極の構成のみである。以下で
は、図４と共通の構成要素に同一の符号を付した図７を
用いて異なる部分のみを説明し、共通部分の説明は省略
する。

【００４９】第１の実施の形態においては、１本の脚９
に対して、脚９の上面および下面、上側ガラス基板７の
下面および下側ガラス基板８の上面に、検出用可動電極
５ａ，５ｂ、検出用固定電極６ａ，６ｂがそれぞれ６個
ずつ設けられていた。これに対して、本実施の形態のジ
ャイロスコープ２３では、脚９の上面および下面にそれ
ぞれ３個ずつの検出用可動電極２４ａ，２４ｂが設けら
れ、上側ガラス基板７の下面および下側ガラス基板８の
上面に６個ずつの検出用固定電極６ａ，６ｂ，６ｃ，６
ｄが設けられている。

【００５０】すなわち、各脚９の上面の先端寄りの位置
には、各脚９に対して３個の凸部９ａからなる検出用可
動電極２４ａが、脚９の長手方向に延在するように設け
られている。同様に、下面側にも３個の検出用可動電極
２４ｂが脚９の長手方向に延在するように設けられてい
る。一方、上側ガラス基板７の下面の駆動用固定電極４
ａの形成位置よりも脚９の先端部寄りの位置には、各検
出用可動電極２４ａと対向するように各検出用可動電極
２４ａに対して２個ずつ（１対）、各脚９に対して６個
ずつ（３対）の検出用固定電極６ａ，６ｃが設けられて
いる。これら１脚あたり６個の検出用固定電極６ａ，６
ｃは、１個おきにそれぞれ並列接続された２つの電極群
（６ａからなる群と６ｃからなる群）からなり、並列接
続された各電極群から検出信号取出用の配線（図示略）
がそれぞれ延びている。すなわち、本実施の形態では、
検出用固定電極６ａ，６ｃ側が２つの電極群で構成され
ており、検出用固定電極６ａ，６ｃの各電極群の電極数
（３個）が、検出用可動電極２４ａの電極数（３個）と
同一であって、検出用固定電極６ａ，６ｃの各電極群内
の電極が互いに並列接続された構成である。同様に、下
側ガラス基板８の上面にも、各検出用可動電極２４ｂと
対向するように各検出用可動電極２４ｂに対して２個ず
つ（１対）の検出用固定電極６ｂ，６ｄが設けられてい
る。

【００５１】図７に示すように、各脚９上の検出用可動
電極２４ａ，２４ｂと上側ガラス基板７、下側ガラス基
板８上の１対の検出用固定電極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ
とは対向配置されているが、脚９の変位検出方向におけ
る検出用可動電極２４ａ，２４ｂの両外端（図７におけ
る左端と右端）と１対の検出用固定電極６ａ，６ｃ、６
ｂ，６ｄの各々の外端が揃うように完全に対向配置され
ているわけではなく、１対の検出用固定電極６ａ，６
ｃ、６ｂ，６ｄをなす各電極の外端が各検出用可動電極
２４ａ，２４ｂの両外端よりも脚９の最大振幅以上外側
にはみ出している。また、各検出用可動電極２４ａ，２
４ｂの幅Ｗ１および各検出用固定電極６ａ，６ｂ，６
ｃ，６ｄの幅Ｗ２は、脚９の最大振幅以上の寸法に設定
されている。

【００５２】ここで、各部の寸法の一例を示すと、１つ
の脚９の幅Ｗが２００μｍ、各検出用可動電極２４ａ，
２４ｂの幅Ｗ１が３５μｍ、検出用可動電極２４ａ，２
４ｂ間の間隔Ｇ１が１５μｍ、各検出用固定電極６ａ，
６ｂ，６ｃ，６ｄの幅Ｗ２が２０μｍ、検出用固定電極
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ間の間隔Ｇ２が５μｍ、一対の
検出用固定電極６ａ，６ｃ、６ｂ，６ｄの各々の外端の
検出用可動電極２４ａ，２４ｂ外端からのはみ出し量Ｚ
が５μｍ、である。なお、この脚９の変位検出方向の最
大振幅は１μｍに設定している。本例では、一対の検出
用固定電極６ａ，６ｃ、６ｂ，６ｄのうち、一方の検出
用固定電極６ａ，６ｂの外端の検出用可動電極２４ａ，
２４ｂ外端からのはみ出し量と、他方の検出用固定電極
６ｃ，６ｄの外端の検出用可動電極２４ａ，２４ｂ外端
からのはみ出し量とを同じにしているが、これらのはみ
出し量はともに脚９の最大振幅以上の寸法にすればよ
く、必ずしも同じでなくても良い。

【００５３】本実施の形態のジャイロスコープ１を使用
する際には、音叉２と駆動用固定電極の配線との間に駆
動源としての発振器を接続し、検出用可動電極２４ａ，
２４ｂの配線と一方の電極群の検出用固定電極６ａ，６
ｂの配線との間に第１の容量検出器を接続するととも
に、検出用可動電極２４ａ，２４ｂの配線と他方の電極
群の検出用固定電極６ｃ，６ｄの配線との間に第２の容
量検出器を接続する。発振器を駆動して音叉２−駆動用
固定電極間に数ｋＨｚ程度の周波数の電圧を印加する
と、音叉２の各脚９が鉛直方向に振動する。その状態
で、脚９の長手方向を回転軸とする角速度が入力される
と、入力された角速度の大きさに応じた水平方向の振動
が生じる。この時、音叉２の各脚９の各検出用可動電極
２４ａ，２４ｂと上側ガラス基板７の１対の検出用固定
電極６ａ，６ｃおよび下側ガラス基板８の１対の検出用
固定電極６ｂ，６ｄとが対向した状態にあり、脚９の水
平振動に伴って各検出用可動電極２４ａ，２４ｂと各検
出用固定電極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの対向面積が変化
するため、容量変化が生じる。この時の容量変化量を第
１の容量検出器および第２の容量検出器で差動検出する
ことにより角速度の大きさを検出することができる。

【００５４】よって、本実施の形態のジャイロスコープ
２３では、従来のジャイロスコープのように脚と脚の間
に検出用電極を設ける必要がなくなり、脚間ギャップが
小さくできるため、Ｑ値を大きくすることができる。こ
のＱ値の増大により、角速度センサとしての検出感度の
向上、駆動電圧の低減、デバイスの小型化が図れる、と
いった第１の実施の形態と同様の効果を得ることができ
る。また、従来のジャイロスコープに比べて検出感度が
向上する点も第１の実施の形態と同様である。

【００５５】さらに、本実施の形態では差動検出法を採
用しているが、各電極群毎の初期容量値の和が互いに等
しいため、差分をとると初期容量値分が消去され、容量
変化量のみが残る。したがって、初期容量値の中に含ま
れるノイズ成分をキャンセルすることができるので、検
出精度を向上させることができる。また本実施の形態の
場合、検出用固定電極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ側が２つ
の電極群で構成されており、検出用固定電極６ａ，６
ｂ，６ｃ，６ｄの各電極群の電極数（３個）が、検出用
可動電極２４ａ，２４ｂの電極数（３個）と同一であ
り、２つの電極群を構成する各検出用固定電極６ａ，６
ｂ，６ｃ，６ｄを、これと対向する１つの検出用可動電
極２４ａ，２４ｂに対して互いに対となる構成としてい
るので、脚９の幅方向を最も有効に利用することができ
る。

【００５６】［第３の実施の形態］以下、本発明の第３
の実施の形態を図８を参照して説明する。図８は本実施
の形態のジャイロスコープを示す断面図であり、第１の
実施の形態における図３に相当している。本実施の形態
および次に説明する第４の実施の形態のジャイロスコー
プの基本構成は第１、第２の実施の形態と全く同様であ
って、異なる点は、検出用可動電極を形成するに際して
脚を凹凸加工するが、脚表面のどの領域まで凸部（また
は凹部）とするかという点のみである。以下では、図３
と共通の構成要素に同一の符号を付した図８を用いて異
なる部分のみを説明し、共通部分の説明は省略する。

【００５７】図３に示した第１の実施の形態の場合、音
叉２の部分は支持部１０の上面から検出用可動電極５ａ
をなす凸部９ａの上面にわたって元々のシリコン表面が
面一状態のまま残っており、隣接する検出用可動電極５
ａの間の領域のみが溝状の凹部となっていた。これに対
して、本実施の形態では、図８に示すように、脚２７に
おける検出用可動電極５ｃ，５ｄをなす凸部９ａの上面
のみが元々のシリコン表面を残した部分であり、それ以
外の箇所、すなわち隣接する検出用可動電極５ｃ，５ｄ
の間の領域、検出用可動電極５ｃ，５ｄの形成領域と支
持部１０との間の領域、支持部１０の領域を全てエッチ
ングし、凹部９ｃとした。

【００５８】特に本実施の形態の場合、隣接する検出用
可動電極５ｃ，５ｄの間の領域が凹部となるのは勿論の
こと、検出用可動電極５ｃ，５ｄの形成領域と支持部１
０との間の領域も凹部９ｃとなっており、脚２７の中央
部に対して先端側の重量が重くなるので、脚２７がより
振動しやすくなり、検出感度を向上させることができ
る。

【００５９】［第４の実施の形態］以下、本発明の第４
の実施の形態を図９を参照して説明する。以下では、図
３と共通の構成要素に同一の符号を付した図９を用いて
異なる部分のみを説明し、共通部分の説明は省略する。

【００６０】第３の実施の形態では、検出用可動電極５
ｃ，５ｄをなす凸部９ａの上面のみを元々のシリコン表
面のまま残し、それ以外の領域を全てエッチングして凹
部９ｃとした。これに対して、本実施の形態では、脚２
９における検出用可動電極５ｃ，５ｄをなす凸部９ａの
上面に加えて、支持部１０の部分も元々のシリコン表面
のまま残し、隣接する検出用可動電極５ｃ，５ｄの間の
領域、検出用可動電極５ｃ，５ｄの形成領域と支持部１
０との間の領域をエッチングして凹部９ｄとした。

【００６１】本実施の形態の場合も第３の実施の形態と
同様、脚２９の中央部に対して先端側の重量が重く、脚
２９がより振動しやすくなるので、検出感度が向上す
る。それに加えて、脚２９の支持部１０の表面は元々の
シリコン表面が残っているので、陽極接合の際にシリコ
ンとガラス基板とが接合されやすく、強固な接合が実現
される。

【００６２】［第５の実施の形態］以下、本発明の第５
の実施の形態を図１０ないし図１２を参照して説明す
る。本実施の形態は第１〜第５の実施の形態のジャイロ
スコープを用いた入力装置の例であり、具体的にはパソ
コンの座標入力装置であるペン型マウスに適用した例で
ある。

【００６３】本実施の形態のペン型マウス３０は、図１
０に示すように、ペン型のケース３１の内部に第１〜第
５の実施の形態で示したようなジャイロスコープ３２
ａ、３２ｂが２個収容されている。２個のジャイロスコ
ープ３２ａ、３２ｂは、図１１に示すように、ペン型マ
ウス３０を上から見たとき（図１０の矢印Ａ方向から見
たとき）に各ジャイロスコープ３２ａ、３２ｂの音叉の
脚の延在方向が直交するように配置されている。また、
各ジャイロスコープ３２ａ、３２ｂを駆動し、回転角を
検出するための駆動検出回路３３が設けられている。そ
の他、ケース３１内に電池３４が収容されるとともに、
一般のマウスのスイッチに相当する２つのスイッチ３５
ａ、３５ｂ、マウス本体のスイッチ３６等が備えられて
いる。

【００６４】使用者は、このペン型マウス３０を持ち、
所望の方向にペン先を移動させることによって、パソコ
ン画面上のカーソル等をペン先の移動方向に応じて動か
すことができる。すなわち、ペン先を図１０中の紙面３
７のＸ軸方向に沿って移動させると、ジャイロスコープ
３２ｂが回転角θ１を検出し、紙面３７のＹ軸方向に沿
って移動させると、ジャイロスコープ３２ａが回転角θ
２を検出する。それ以外の方向に移動させた場合には回
転角θ１と回転角θ２の組み合わせとなる。したがっ
て、パソコン側では回転角θ１および回転角θ２に対応
した信号をペン型マウス３０から受け取って、図１２に
示すように、画面３８上のカーソル３９等の移動前の点
から画面３８上でのＸ’軸、Ｙ’軸に対応させて回転角
θ１、θ２の大きさに対応する距離だけカーソル３９を
移動させる。このようにして、このペン型マウス３０
は、光学式エンコーダ等を用いた一般のマウスと同様の
動作を実現することができる。

【００６５】ここで用いた本発明のジャイロスコープ３
２ａ、３２ｂは、小型、低駆動電圧、高感度という特徴
を持っているため、本実施の形態のペン型マウス３０の
ような小型の座標入力機器に好適に使用することができ
る。また、ナビゲーションやヘッドマウントディスプレ
イなど、角速度を検知する一般の入力装置に応用が可能
である。

【００６６】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば上記の実施の形態のジャイロスコープにおける電極
の数は任意に設定してかまわない。しかしながら、感度
向上の面からは、加工が可能である限り、多くすること
が望ましい。また、検出用電極の形成位置は、３本の脚
で例えば上面側、下面側、上面側というように異なる面
側に設けてもよい。また、上記実施の形態では３脚型の
音叉を用いた例を示したが、脚の数も変更が可能であ
り、１本でも良い。

【００６７】また、シリコンからなる音叉を２枚のガラ
ス基板で挟持するのではなく、上側ガラス基板がない構
成としてもよい。この場合、より簡易な構造のジャイロ
スコープとなる。また、陽極接合法による張り合わせを
考慮すると、シリコンとガラスの相性がよいが、ガラス
基板に関しては任意の基材の表面にガラスを融着したも
のでも代用できる。また、音叉の材料としてシリコンに
代えて、カーボンを用いることも可能である。さらに、
音叉とこれを挟む基材からなる３枚の基板を陽極接合法
を用いて容易に接合しようとすると、第１〜第４の実施
の形態で示したように、音叉の材料としてシリコンを用
い、基材としてガラス基板を用いるのが好適である。し
かしながら、３枚の基板の接合法として陽極接合法にこ
だわらないならば、３枚の基板を全てシリコンで構成す
ることも可能である。その他、各種構成部材の材料、寸
法等の具体的な記載は上記実施の形態に限ることなく、
適宜変更が可能である。

【００６８】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
ジャイロスコープにおいては、従来のように音叉の脚と
脚との間に検出用電極を設ける必要がなくなるため、Ｑ
値を大きくすることができ、検出感度の向上、駆動電圧
の低減、デバイスの小型化を図ることができる。このジ
ャイロスコープの使用により、例えばパソコンの座標入
力装置等の小型の機器を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態のジャイロスコー
プを示す分解斜視図である。

【図２】 同、平面図である。

【図３】 図２のIII−III線に沿う側断面図である。

【図４】 図２のＶI−ＶI線に沿う側断面図であり、脚
１本あたりの電極構成を示す拡大図である。

【図５】 同、ジャイロスコープの製造方法、特にガラ
ス基板の製造方法を順を追って示す工程断面図である。

【図６】 同、ジャイロスコープ全体の製造方法を順を
追って示す工程断面図である。

【図７】 本発明の第２の実施の形態のジャイロスコー
プにおける脚１本分の電極構成を示す拡大図である。

【図８】 本発明の第３の実施の形態のジャイロスコー
プの側断面図である。

【図９】 本発明の第４の実施の形態のジャイロスコー
プの側断面図である。

【図１０】 本発明の第５の実施の形態であるペン型マ
ウスを示す斜視図である。

【図１１】 同、ペン型マウスに用いた２個のジャイロ
スコープの配置を示す平面図である。

【図１２】 同、ペン型マウスを用いて操作を行うパソ
コン画面を示す正面図である。

【図１３】 本出願人が既に出願したジャイロスコープ
の一例を示す分解斜視図である。

【図１４】 図１３のXVI−XVI線に沿う側断面図であ
る。

【図１５】 従来のジャイロスコープの一例を示す斜視
図である。

【符号の説明】

１，２１，２３，２６，２８，３２ａ，３２ｂ ジャイ
ロスコープ ２ 音叉 ４ａ，４ｂ 駆動用固定電極 ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，２４ａ，２４ｂ 検出用可動
電極 ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ 検出用固定電極 ７ 上側ガラス基板（基材） ８ 下側ガラス基板（基材） ９，２７，２９ 脚（振動片） ９ａ 凸部 ９ｂ 溝（凹部） ９ｃ，９ｄ 凹部 １０ 支持部 １１ 枠部 ３０ ペン型マウス（入力装置）

フロントページの続き (72)発明者 江刺 正喜 宮城県仙台市太白区八木山南一丁目11−９ Ｆターム(参考） 2F105 AA10 BB02 BB13 BB14 CC01 CD03 CD05 CD06 CD13

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性材料からなり、基端側が支持部と
   された振動片と、該振動片の支持部を支持する基材と、
   該振動片を駆動する駆動手段と、前記振動片の先端側の
   駆動方向と垂直かつ変位検出方向と平行な面の少なくと
   も一部が凹凸加工され、この凹凸加工されてなる複数の
   凸部からなり、該凸部の各々が前記振動片の変位検出方
   向の振幅以上の幅を有し、互いに並列接続された複数の
   検出用可動電極と、該複数の検出用可動電極との間で容
   量を形成するよう前記複数の検出用可動電極と対向配置
   されて前記基材に設けられ、各々が前記振動片の変位検
   出方向の振幅以上の幅を有し、互いに並列接続されて前
   記振動片の変位を検出する複数の検出用固定電極とを有
   することを特徴とするジャイロスコープ。
2. 【請求項２】 導電性材料からなり、基端側が支持部と
   された振動片と、該振動片の支持部を支持する基材と、
   該振動片を駆動する駆動手段と、前記振動片の先端側の
   駆動方向と垂直かつ変位検出方向と平行な面の少なくと
   も一部が凹凸加工され、この凹凸加工されてなる複数の
   凸部からなり、該凸部の各々が前記振動片の変位検出方
   向の振幅以上の幅を有し、互いに並列接続された複数の
   検出用可動電極と、それぞれ複数の電極を有する２つの
   電極群からなり、該２つの電極群のそれぞれの電極が前
   記複数の検出用可動電極のいずれかの電極との間で容量
   を形成するよう前記複数の検出用可動電極と対向配置さ
   れて前記基材に設けられるとともに、前記２つの電極群
   の一方の電極群をなす各電極の外端が該各電極と対向す
   る前記検出用可動電極の一方の外端よりも前記変位検出
   方向の最大振幅以上外側にはみ出しており、他方の電極
   群をなす各電極の外端が該各電極と対向する前記検出用
   可動電極の他方の外端よりも前記変位検出方向の最大振
   幅以上外側にはみ出しており、前記各電極が前記振動片
   の変位検出方向の最大振幅以上の幅を有する検出用固定
   電極とを有してなり、前記検出用固定電極のうちの一方
   の電極群とこれと対向する前記複数の検出用可動電極と
   の間で形成される容量の和と、前記検出用固定電極のう
   ちの他方の電極群とこれと対向する前記複数の検出用可
   動電極との間で形成される容量の和との差を検出するこ
   とを特徴とするジャイロスコープ。
3. 【請求項３】 前記振動片の凹凸加工部が、前記支持部
   の上面から前記複数の検出用可動電極をなす複数の凸部
   の上面に至る面を面一状態のまま残して、隣接する前記
   検出用可動電極の間の領域が凹部とされたことを特徴と
   する請求項１または２に記載のジャイロスコープ。
4. 【請求項４】 前記振動片の凹凸加工部が、前記検出用
   可動電極をなす凸部の上面を残して、隣接する前記検出
   用可動電極の間の領域、および少なくとも前記複数の検
   出用可動電極の形成領域と前記支持部との間の領域が凹
   部とされたことを特徴とする請求項１または２に記載の
   ジャイロスコープ。
5. 【請求項５】 前記支持部の上面を、前記検出用可動電
   極をなす凸部の上面とともに面一状態のまま残したこと
   を特徴とする請求項４に記載のジャイロスコープ。
6. 【請求項６】 前記導電性材料がシリコンであることを
   特徴とする請求項１または２に記載のジャイロスコー
   プ。
7. 【請求項７】 請求項１ないし７のいずれか一項に記載
   のジャイロスコープを用いたことを特徴とする入力装
   置。