JP2001183138A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内部支持の角速度センサにおいて、振動体の
傾きを防止することにより検出精度を向上させること。 【解決手段】 支持部５１は、円形の中央支持部５１ａ
と扇状の延出支持部５１ｂとからなるので、支持部５１
とガラス基板１０との接合面積が大きく、また接合力も
向上している。支持部５１の安定性はきわめて良好とな
り、振動体５０の傾きを確実に防止できる。また、支持
部５１とガラス基板１０との接合面積が増加し接合力も
向上しているので、円形部１１及び導体配線１４のかみ
込みに伴う振動体５０の傾きも発生しない。これらの結
果、検出精度は向上する。しかも、支持部５１の傾きを
防止できるから、製造時の歩留まりも向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動型角速度セン
サの技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】基板（例えばガラス基板）に固定された
固定電極と振動体に設けられた可動電極との間に電圧を
印加することによって振動体を振動させ、その振動体に
角速度運動が与えられるとコリオリ力が振動面に垂直と
なる方向に作用して振動体と基板との間隔が変化する。
この振動体と基板上の電極との間隔の変化を静電容量の
変化として検出することによって角速度を検出する角速
度センサがある。

【０００３】例えば特開平７−４３１６６号公報には、
振動体を外側の枠体から支持する構成（外部支持）の角
速度センサが記載され、１９９７年の電気学会研究会資
料（社団法人電気学会）のＰＳ−９７−２７には、リン
グ状の振動体をその中心部から支持する構成（内部支
持）の角速度センサが記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】振動体に回転振動を与
える角速度センサの場合、外部支持であると振動体と基
板上電極との傾きは少ないものの回転の対称性が悪く、
内部支持であると回転の対称性は良いが傾きは発生しや
すい。つまり、どちらにも一長一短があった。また、内
部支持では、振動体の中心部に配される支持部と基板と
の間に導体配線をかみ込ませる必要があるが、ただでさ
え傾きやすい支持部の下に導体配線をかみ込ませれば更
に傾きやすくなる。また、支持部と基板との接合が弱い
ので、最悪の場合には基板から支持部がはがれてしまう
おそれすらある。

【０００５】本発明は、内部支持の角速度センサにおい
て、振動体の傾きを防止することにより検出精度及び歩
留まりを向上させることを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段および発明の効果】上記課
題を解決するための請求項１記載の角速度センサは、シ
リコンの振動体、該振動体を支持するガラス基板及び該
ガラス基板に固定される固定電極とを備え、前記振動体
は、前記固定電極と対をなす可動電極を備え該可動電極
と前記固定電極との間に発生する静電気力により中心軸
回りに回転振動する駆動体部と、該駆動体部の回転中心
部に配され前記ガラス基板に固定される支持部と、前記
駆動体部の径方向に沿って放射状に配されて前記支持部
と前記駆動体部の内周とを連結する駆動バネと、前記駆
動体部の外周を取り囲む検出マス部と、前記駆動体部の
中心軸を通る直線上に配されて前記駆動体部の外周と前
記検出マス部の内周とを連結する検出バネとからなり、
前記ガラス基板には、前記検出マス部に対面する検出用
電極と、該検出用電極、前記支持部及び前記固定電極に
接続される導体配線と、前記ガラス基板の上面側と下面
側との電気的導通をとるためのスルーホールとが設けら
れた角速度センサにおいて、前記支持部を、前記駆動バ
ネが連結される中央支持部と、前記駆動バネと前記駆動
体部の内周とで区画される領域に延出された延出支持部
とで形成したことを特徴とする。

【０００７】この角速度センサは、駆動体部の回転中心
部に配された支持部により振動体を支持する構成、すな
わち内部支持であるので回転の対称性は良い。そして、
その支持部を、駆動バネが連結される中央支持部と、駆
動バネと駆動体部の内周とで区画される領域に延出され
た延出支持部とで形成したので、支持部とガラス基板と
の接合面積が増加し、また接合力も向上したから、支持
部がガラス基板からはがれず歩留まりも向上している。
さらに傾きも少なくなるので、検出精度も向上してい
る。

【０００８】なお、振動体（駆動体部）の回転の対称性
を良好にし、また傾きを防止するには、駆動バネの本数
は３本以上として等ピッチで配するのが望ましい。ま
た、駆動バネの本数を多くすれば、それだけ回転の対称
性や振動安定性が向上するが、構造が複雑化し、更に回
転振動の対称性を考慮すると、駆動バネの本数は４本が
最良と考えられる。

【０００９】また、検出バネは２本以上とするのが好ま
しく、最も好ましくは２本の検出バネを１８０度のピッ
チで（振動体の回転の中心を通る直線上に）配置するの
がよい。そして、請求項１の構成では、支持部と駆動体
部とを駆動バネで連結し、駆動体部と検出マス部とを検
出バネで連結しているので、駆動バネ及び検出バネの各
々の寸法、形状を適宜に設定することによって、駆動方
向の共振周波数と検出方向の共振周波数とを、各々ほぼ
独立して制御可能である。これにより設計自由度が広く
なる。さらに、駆動振動のみを与えている時でも検出マ
ス部が回転面内から外れず、角速度検出のオフセット出
力を低減できる。

【００１０】請求項２記載の角速度センサは、請求項１
記載の角速度センサにおいて、前記支持部と前記導体配
線とを前記中央支持部のみで接触させたので、導体配線
は延出支持部とガラス基板との間には存在しない。この
ため、導体配線のかみ込みによる影響は中央支持部だけ
にとどまり、延出支持部にはほとんど影響しない。した
がって、支持部の傾きはきわめて少ない。

【００１１】なお、従来技術には、ガラス基板の支持部
に対応する部分にスルーホールを設けて電極取り出しを
行うものもあり、この場合は支持部の傾きは少なかった
が、支持部（本発明の中央支持部に相当）の面積を大き
くする必要があり、振動体が大型化していた。

【００１２】しかし、請求項２の構成とすれば、スルー
ホールにて電極取り出しを行う場合に比べて中央支持部
の面積は小さくて済むし、延出支持部が配される領域は
もともと存在していた領域であるから、延出支持部を設
けたからといって振動体が大型化するわけではない。よ
って、スルーホールにて電極取り出しを行う場合に比べ
て振動体を小型化できる。

【００１３】請求項３記載の角速度センサは、請求項１
記載の角速度センサにおいて、前記延出支持部の前記駆
動体部の回転中心について対称となる複数箇所で前記支
持部と前記導体配線とを接触させたので、導体配線のか
み込みによる支持部の傾きは発生しない。また、請求項
２と同様に、スルーホールにて電極取り出しを行う場合
に比べて振動体を小型化できる。

【００１４】請求項４記載の角速度センサは、請求項１
ないし３のいずれか記載の角速度センサにおいて、前記
駆動体部及び検出マス部を共に円形リング状として同心
に配したことを特徴とする。振動体を回転振動させる場
合、不安定な振動を防ぐためにも対称性のよい形状にす
べきである。また、振動体の形状が、例えば特開平７−
４３１６６号公報に記載のように四角形であると、振動
体の駆動振幅に対し検出用電極から振動体が外れないよ
う、さらにエッジ効果を考慮に入れて設計しなければな
らず、複雑な電極形状となる。

【００１５】しかし、請求項４のように駆動体部及び検
出マス部を共に円形リング状にすれば、対称性がよく、
不安定な振動がない。また、回転振幅に対し電極から駆
動体部が外れず、エッジ効果も考慮しなくてよいから、
複雑な電極形状となることもない。

【００１６】請求項５記載の角速度センサは、請求項１
ないし４のいずれか記載の角速度センサにおいて、前記
固定電極と可動電極とは、それぞれ前記駆動体部の中心
軸を中心とする同心円に沿った櫛歯を備え、互いの前記
櫛歯をかみ合い状にして櫛歯型アクチュエータを構成し
ているので、駆動体部の中心軸を回転軸とした対称性の
よい回転振動が得られ、不安定な振動は現れない。更
に、平行平板型のアクチュエータに比べて回転振幅を大
きくとることができる。なお、固定電極と可動電極と
を、駆動体部の内部（駆動体部の内周と外周の間）に配
すると、対称性がより良好になる。

【００１７】一般に、マイクロ振動体はエアダンピング
の影響が大きく大気中動作が困難である。静電櫛歯等の
狭ギャップを持つ構造では特に難しい。しかし、請求項
６記載の角速度センサは、請求項１ないし５のいずれか
記載の角速度センサにおいて、前記ガラス基板に平行に
配される封止基板と、前記振動体を取り囲み両端をそれ
ぞれ前記ガラス基板と封止基板とに接合されるリング体
とを備え、前記ガラス基板、封止基板及びリング体にて
形成される真空ないし減圧の密閉空間内に前記振動体を
封入したので、振動体への粘性抵抗が低減されている。

【００１８】また、請求項７記載のように、請求項６記
載の角速度センサにおいて、前記密閉空間とのみ連通す
る室内に固体ガス吸着剤を封入すると封止真空度を調節
しやすく、例えば封止真空度の向上、封止真空度の制
御、ウェハレベルでの封止真空度のばらつき低減が可能
となる。

【００１９】振動体の回転振幅を一定に制御することに
より角速度センサの精度を向上できるが、例えば特開平
１０−３３２３８３号公報に記載されているような複雑
な回路によって電気的に制御する場合には、回路面積の
増大（角速度センサの大型化）や少なくとも付加される
回路分のコストアップが避けられなかった。

【００２０】これに対して、請求項８記載の角速度セン
サは、請求項１ないし７のいずれか記載の角速度センサ
において、前記検出マス部の外周部に凹部または凸部を
設け、前記ガラス基板上には、前記振動体の振動に際し
て前記凹部または凸部と接触して前記振動体の振幅を規
定するシリコンのストッパを設けたので、機械的に振動
振幅を一定に制御することができる。つまり、複雑な付
加回路を用いることなく振動体の振動振幅を一定に制御
するので、構造は簡単であり、角速度センサの大型化及
びコストアップを避けることができる。

【００２１】請求項９記載の角速度センサは、請求項１
ないし８のいずれか記載の角速度センサにおいて、前記
振動体は、ＳＯＩウェハの活性層を用いて形成されてい
ることを特徴とする。ＳＯＩウェハを用いることで振動
体の厚みを均一にすることが可能となる。

【００２２】従来の角速度センサにおいては、その製作
工程において、振動体の厚みの精密なコントロールが難
しく、特性のばらつきを生じやすかったが、請求項９記
載の角速度センサは、振動体の厚みを均一にできるの
で、特性のばらつきは低減され、歩留まりも向上する。
更に、振動体の設計数値との整合性が高い。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面を参
照して説明することにより、発明の実施の形態を具体的
に説明する。

【００２４】

【実施例】図１に示すように、角速度センサ１は、ガラ
ス基板１０、シリコン部４０及び封止基板７０から構成
される。ガラス基板１０には、検出用電極１２、定置制
御用電極１３等の電極が設けられ、一端をそれらの電極
に接続された導体配線１４や櫛歯アクチュエータ６０
（図２参照）用の導体配線１４等が設けられている。そ
して。各導体配線１４の他端は、ガラス基板１０に貫通
形成されたスルーホール１５付近に達している。

【００２５】シリコン部４０は、リング体４１、シリコ
ンパット４７、振動体５０にて構成されている。リング
体４１は矩形の枠状で、その一隅は内側に延出された隔
壁４２、４３により区画されて吸着剤封入室４４とさ
れ、ここには図示省略する固体ガス吸着剤が封入され
る。隔壁４２、４３の先端間にはスリット４５が設けら
れており、このスリット４５により吸着剤封入室４４と
振動体封入室４６とが連通している。そして、振動体封
入室４６にはシリコンパット４７及び振動体５０が配さ
れている。各シリコンパット４７は、角速度センサ１に
信号を入出力するためのもので、導体配線１４により振
動体５０に接続されている。

【００２６】なお、これらリング体４１、シリコンパッ
ト４７及び振動体５０はそれぞれ別体であるが、１枚の
シリコンウェハ（ＳＯＩウェハ）を加工して製造された
ものである。その製造手順については後述する。図２に
示すように、振動体５０は、中心部に位置する支持部５
１、支持部５１を取り囲む円形リング状の駆動体部５
２、さらに駆動体部５２を取り囲む円形リング状の検出
マス部５３を備えており、支持部５１と駆動体部５２と
は９０度ピッチで配されている４本の棒状の駆動バネ５
４にて連結され、駆動体部５２と検出マス部５３とは１
８０度ピッチで配されている２本の棒状の検出バネ５５
によって連結されている。つまり、支持部５１、駆動体
部５２及び検出マス部５３が駆動バネ５４と検出バネ５
５とを介して一体化されている。なお、検出バネ５５と
駆動バネ５４との位置関係は、検出バネ５５の延長線と
駆動バネ５４の延長線とが４５度の角度で交差する関係
としているが、角速度検出軸の方向により適宜決定され
るものである。

【００２７】支持部５１は、円形の中央支持部５１ａと
扇状の延出支持部５１ｂとからなり、駆動バネ５４は中
央支持部５１ａから放射状に延ばされて駆動体部５２の
内周に達している。これら駆動バネ５４と駆動体部５２
の内周とで扇状の領域が区画され、延出支持部５１ｂは
その領域内に延出されている。振動体５０は、この支持
部５１のみをガラス基板１０上に接合されており、駆動
バネ５４、駆動体部５２、検出バネ５５及び検出マス部
５３はガラス基板１０からフローティングしている。し
たがって、駆動体部５２は駆動バネ５４の弾性変形によ
りガラス基板１０との相対位置を可変であり、検出マス
部５３は駆動バネ５４及び検出バネ５５の弾性変形によ
りガラス基板１０との相対位置を可変である。

【００２８】図３に示すように、支持部５１は、円形の
中央支持部５１ａと扇状の延出支持部５１ｂとからなる
ので、図３（ｂ）に示す従来の支持部１５１（中央支持
部５１ａに該当する寸法）と比べれば、支持部５１とガ
ラス基板１０との接合面積が何倍にも増加し、また接合
力も向上している。つまり、支持部５１の安定性はきわ
めて良好となり、振動体５０の傾きを確実に防止でき
る。

【００２９】また、本実施例の場合、図４に示すよう
に、導体配線１４の先端に設けられた円形部１１をガラ
ス基板１０と中央支持部５１ａとの間にかみ込ませてい
るが、支持部５１とガラス基板１０との接合面積が増加
し接合力も向上しているので、円形部１１及び導体配線
１４のかみ込みに伴う振動体５０の傾きも発生しない。
これらの結果、検出精度は向上する。しかも、支持部５
１の傾きを防止できるから、製造時の歩留まりも向上す
る。

【００３０】図２に戻り、駆動体部５２には扇状台形の
アクチュエータ収容部５７が窓状に形成されている。各
アクチュエータ収容部５７にはそれぞれ２つの固定電極
５８が背中合わせの状態で配されている。なお、各固定
電極５８はガラス基板１０に固定されており、固定電極
５８の下面（ガラス基板１０側）は固定電極５８に電圧
を印加するための導体配線１４に接触している。

【００３１】固定電極５８には、円内に拡大して示すよ
うに多数の櫛歯５８ａが設けられ、駆動体部５２にはこ
れと対応する櫛歯５２ａが設けられている。各櫛歯５８
ａ、５２ａは、駆動体部５２の中心軸（中央支持部５１
ａの中心）を中心とする同心円に沿っており、互いにか
み合い状になっている。ただし、櫛歯５８ａと櫛歯５２
ａとは接触しておらず、両者の間には微小な空隙が確保
されている。

【００３２】こうした構造であるので、固定電極５８の
櫛歯５８ａと駆動体部５２の櫛歯５２ａとの間に電圧を
印加することにより、固定電極５８と駆動体部５２とが
引き合う方向の静電気力を発生させることができ、その
静電気力の大きさ（つまり印加電圧）を変化させること
により、駆動体部５２を中心軸回りに回転振動させるこ
とができる。そして、この駆動体部５２の回転振動は検
出バネ５５を介して検出マス部５３に及ぼされるので、
検出マス部５３も駆動体部５２に同期して回転振動す
る。つまり、櫛歯５２ａは可動電極に該当し、固定電極
５８側の櫛歯５８ａと共同して櫛歯型アクチュエータ６
０を構成している。

【００３３】検出マス部５３の外周部６１には、検出バ
ネ５５の延長線が検出マス部５３の外周と交差する２箇
所にそれぞれ凸部６２ａ、６２ｂが設けられている。一
方、振動体５０が静止しているときに凸部６２ａ、６２
ｂから設定距離だけ離れている位置に、シリコンのスト
ッパ６３ａ、６３ｂがガラス基板１０に接合されてい
る。ストッパ６３ａは凸部６２ａの反時計回り側に配さ
れていて、振動体５０の反時計回り方向の変位を規定
し、ストッパ６３ｂは凸部６２ｂの時計回り側に配され
ていて、振動体５０の時計回り方向の変位を規定する。
すなわち、振動体５０の回転振動の振幅は、ストッパ６
３ａ、６３ｂによって一定に制御される。なお、振動体
５０が静止しているときのストッパ６３ａ〜凸部６２ａ
の回転振幅とストッパ６３ｂ〜凸部６２ｂの回転振幅と
は等しく設定されており、本実施例では０．２°（振動
体５０の回転振幅は±０．２°）である。

【００３４】以上は角速度センサ１の構造の説明であ
る。次に、この角速度センサ１の製造プロセスを図５〜
７によって説明する。 （ガラス基板１０の作製、図５） （ａ）厚さ５００μｍの４インチサイズのパイレックス
ガラスにサンドブラスト加工でスルーホール１５を形成
した。なお、本実施例ではサンドブラストを採用してい
るが、例えば超音波ドリル、レーザ加工等で行ってもよ
い。また、スルーホール１５は、後述する封止接合後に
形成してもよい。

【００３５】（ｂ）振動体５０をフローティングさせる
ために、ガラス基板１０にフォトリソグラフィを行い、
バッファードフッ酸（ＢＨＦ）にて凹部を形成した。こ
の例ではガラス基板１０に凹部を形成したが、シリコン
部４０側を加工して凹凸を設け、それによって振動体５
０をフローティングさせる構造も可能である。

【００３６】（ｃ）検出用電極１２や導体配線１４をガ
ラス基板１０上に形成するため、チタン、白金を５０ｎ
ｍ、２００ｎｍの膜厚でスパッタリングし、さらにフォ
トリソグラフィを行って検出用電極１２や導体配線１４
のパターン形成をした。 （シリコンウェハの加工、図６） （ｄ）シリコンウェハは４インチサイズＮ型、０．０１
〜０．０２Ωｃｍ、４００μｍ厚のものを用いた。

【００３７】（ｅ）ＬＰ−ＣＶＤ装置によりシリコンウ
ェハの両面に窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄、以下、単にＳｉＮとも
言う。）を１００ｎｍ成膜する。その後、センサ面でな
い方に、リング体４１を形成し吸着剤封入室４４及び振
動体封入室４６のための空間のパターンを除去するため
に、フォトリソグラフィを行い、ＲＩＥ装置によりＳｉ
Ｎをエッチングする。このとき、振動体５０となる面の
ＳｉＮは残しておく。その後、ウェット酸化を行い、酸
化膜をリング体４１、吸着剤封入室４４及び振動体封入
室４６のパターンで、１μｍ形成する。

【００３８】（ｆ）次に、振動体面（図では上側の面）
にてガラス基板１０と接合する部分を残すためにフォト
リソグラフィを行い、ＲＩＥ装置にてＳｉＮをエッチン
グする。 （ｇ）次に、振動体５０、リング体４１、吸着剤封入室
４４及び振動体封入室４６のパターンを残すためにフォ
トリソグラフィを行い、ディープＲＩＥ装置にてエッチ
ングを行う。このエッチング深さが振動体５０の厚みと
なる。

【００３９】（ｈ）次に、振動体５０の形状保護のため
に、０．３μｍ程度、酸化膜ＳｉＯ ₂ を形成する。な
お、（ｇ）でＳｉＮでカバーされている部分には酸化膜
が形成されない。その後、ホットリン酸（熱リン酸）に
てＳｉＮを除去し、ガラス基板１０と接合するためにシ
リコン鏡面を出す。

【００４０】上記のようにシリコンウェハを用いたが、
ＳＯＩウェハの活性層を用いて振動体５０を形成するこ
とで、振動体５０の厚みの均一化が可能になり、共振周
波数の制御に適している。 （組立〜素子の作製、図７） （ｉ）前工程（ｃ）と（ｈ）で作製したウェハを振動体
面とガラス基板１０の凹部側の面とを対向させる向きで
陽極接合を行う。この時、電極とシリコンパット４７及
び支持部５１とガラス基板１０との間に電極或いは配線
導体をかみ込ませて接合する。

【００４１】（ｊ）（ｈ）工程でリング体４１、吸着剤
封入室４４及び振動体封入室４６のパターンで酸化膜が
形成されているので、これをマスクとしてディープＲＩ
Ｅを行う。 （ｋ）ディープＲＩＥを行い振動体５０の形状を露出さ
せる。その後、振動体５０保護のために形成した酸化膜
をＢＨＦにて除去し乾燥させる。

【００４２】（ｌ）固体ガス吸着剤を吸着剤封入室４４
に入れ、ガラス製の封止基板７０をリング体４１に真空
ないし減圧雰囲気下にて陽極接合して封止する。本例で
は陽極接合としているが、シールガラスを用いて封止基
板７０を接合してもよい。 （ｍ）スルーホール１５に蒸着等により金属を付着させ
る。この付着させた金属を通して、封止されている振動
体５０に電気信号を与え、また振動体５０側からの信号
を取り出すことが可能になる。最後に、ウェハをダイシ
ングし、素子（角速度センサ１）を切り分ける。以上で
素子作製は終了である。なお、完成した素子サイズは１
０ｍｍ×１０ｍｍ×ｔ１．４ｍｍである。

【００４３】以上のようにして図１に示される構造の角
速度センサ１が製造された。この角速度センサ１は、次
のとおりの優れた効果を発揮する。 （１）駆動体部５２の回転中心部に配された支持部５１
により振動体５０を支持する構成、すなわち内部支持で
あるので回転の対称性は良い。 （２）その支持部５１を、駆動バネ５４が連結される中
央支持部５１ａと、駆動バネ５４と駆動体部５２の内周
とで区画される領域に延出された延出支持部５１ｂとで
形成したので、支持部５１とガラス基板１０との接合面
積が増加し、また接合力も向上したから、支持部５１の
安定性はきわめて良好となり、振動体５０の傾きを防止
できる。また、円形部１１及び導体配線１４をガラス基
板１０と支持部５１との間にかみ込ませても、支持部５
１とガラス基板１０との接合面積が増加し接合力も向上
しているので、円形部１１及び導体配線１４のかみ込み
に伴う振動体５０の傾きも発生しない。これらの結果、
検出精度は向上する。しかも、支持部５１の傾きを防止
できるから、製造時の歩留まりも向上する。 （３）支持部５１と駆動体部５２とを駆動バネ５４で連
結し、駆動体部５２と検出マス部５３とを検出バネ５５
で連結しているので、駆動バネ５４及び検出バネ５５の
各々の寸法、形状を適宜に設定することによって、駆動
方向の共振周波数と検出方向の共振周波数とを、各々ほ
ぼ独立して制御可能である。これにより設計自由度が広
くなる。さらに、駆動振動のみを与えている時でも検出
マス部５３が回転面内から外れず、角速度検出のオフセ
ット出力を低減できる。 （４）支持部５１とガラス基板１０とを接合し、導体配
線１４の円形部１１を中央支持部５１ａとガラス基板１
０との間に挟み込んで支持部５１と接続しているので、
導体配線１４は延出支持部５１ｂとガラス基板１０との
間には存在しない。このため、導体配線１４のかみ込み
による影響は中央支持部５１ａだけにとどまり、延出支
持部５１ｂにはほとんど影響しない。したがって、支持
部５１の傾きはきわめて少ない。 （５）ガラス基板の支持部に対応する位置に設けられた
スルーホールにて電極取り出しを行う場合に比べて、中
央支持部５１ａの面積は小さくて済むし、延出支持部５
１ｂが配される領域はもともと存在していた領域である
から、延出支持部５１ｂを設けたからといって振動体５
０が大型化するわけではない。よって、スルーホールに
て電極取り出しを行う場合に比べて振動体５０を小型化
できる。 （６）駆動体部５２及び検出マス部５３を共に円形リン
グ状として同心に配したので、対称性がよく、不安定な
振動がない。また、回転振幅に対し検出用電極１２から
駆動体部５２が外れず、エッジ効果も考慮しなくてよい
から、複雑な電極形状となることもない。 （７）固定電極５８と駆動体部５２とは、それぞれ駆動
体部５２の中心軸を中心とする同心円に沿った櫛歯５８
ａ、５２ａを備え、互いの櫛歯５８ａ、５２ａをかみ合
い状にして櫛歯型アクチュエータ６０を構成しているの
で、駆動体部５２の中心軸を回転軸とした対称性のよい
回転振動が得られ、不安定な振動は現れない。更に、平
行平板型のアクチュエータに比べて回転振幅を大きくと
ることができる。しかも、櫛歯型アクチュエータ６０
を、駆動体部５２の内部（駆動体部５２の内周と外周の
間）に配しているので、対称性がより良好になってい
る。 （８）ガラス基板１０に平行に配される封止基板７０
と、振動体５０を取り囲み両端をそれぞれガラス基板１
０と封止基板７０とに接合されるリング体４１とを備
え、ガラス基板１０、封止基板７０及びリング体４１に
て形成される真空ないし減圧の密閉空間内（振動体封入
室４６）に振動体５０を封入したので、振動体５０への
粘性抵抗が低減されている。また、振動体封入室４６と
のみ連通する吸着剤封入室４４内に固体ガス吸着剤を封
入しているので、封止真空度の向上、封止真空度の制
御、ウェハレベルでの封止真空度のばらつき低減を可能
としている。 （９）検出マス部５３の外周部６１であって、検出バネ
５５の延長線が検出マス部５３の外周６１と交差する２
箇所にそれぞれ凸部６２ａ、６２ｂを設け、ガラス基板
１０上には、検出マス部５３の振動に際して凸部６２
ａ、６２ｂと接触して振動体５０の振幅を規定するシリ
コンのストッパ６３ａ、６３ｂを設けたので、機械的に
振動振幅を一定に制御することができる。つまり、複雑
な付加回路を用いることなく振動振幅を一定に制御する
ので、構造は簡単であり、角速度センサ１の大型化及び
コストアップを避けることができる。ストッパの位置に
ついては、振動振幅を所定の一定値にすることができれ
ば任意に配置することができる。 （１０）角速度センサ１は、振動体５０は、ＳＯＩウェ
ハの活性層を用いて形成されているので振動体５０の厚
みを均一にすることが可能となる。これ（振動体５０の
厚みを均一にできること）により、特性のばらつきは低
減され、歩留まりも向上する。更に、振動体５０の設計
数値との整合性が高い。

【００４４】次に、いくつかの変形例を説明する。 （変型例１）図８に示すのは、支持部５１に接続される
導体配線１４を延出支持部５１ｂにて接合した例であ
る。導体配線１４の先端部には、実施例で示した円形部
１１に変わる環状部１１ａが設けられ、環状部１１ａの
内側には９０度ピッチで４箇所の接点１１ｂが設けられ
ている。そして、各接点１１ｂがガラス基板１０と延出
支持部５１ｂとの間にかみ込まれている。

【００４５】このように延出支持部５１ｂの駆動体部５
２の回転中心について対称となる複数箇所で支持部５１
と導体配線１４（接点１１ｂ）とを接合しても、導体配
線１４のかみ込みによる支持部５１の傾きは発生しな
い。また、例えば支持部５１に対応するスルーホールに
て電極取り出しを行う場合に比べて振動体５０を小型化
できる。 （変型例２）図９に示すのは１つの凸部（例えば凸部６
２ａ）の両側にストッパ８５ａ、８５ｂを配置する例で
ある。この場合、凸部６２ａとストッパ８５ａ、８５ｂ
の回転振幅を等しく（この例では０．２°）に設定する
必要がある。このようにしても実施例と同様に振動体５
０の回転振幅を一定に制御できる。 （変形例３）図１０に示すのは凸部に代えて凹部を設け
た例である。本例では、検出マス部５３の外周部６１の
対称となる位置に、それぞれ凹部８７ａ、８７ｂを設
け、その凹部８７ａ、８７ｂの内側にストッパ８９ａ、
８９ｂを配している。この場合は、ストッパ８９ａの両
サイドと凹部８７ａの内面との回転振幅及びストッパ８
９ｂの両サイドと凹部８７ｂの内面との回転振幅を、い
ずれも等しく設定する必要がある。本例では、それぞれ
０．２°に設定してある。このようにしても実施例と同
様に振動体５０の回転振幅を一定に制御できる。 （ストッパによる回転振幅制御の効果）実施例或いは変
形例２〜３のようにストッパを設けて、振動体５０の回
転振幅を±０．２°に制御した場合とストッパを設けな
い場合（振動体５０の回転振幅を制御しない場合）との
比較実験を行った。その結果を図１１及び下記の表１に
示す。

【００４６】

【表１】

【００４７】図１１及び表１に示すとおり、ストッパ制
御を行った場合は、直線性が±０．２％／ＦＳと非常に
良い結果（ストッパ制御無とは１桁の差）である。ま
た、表１に示すとおり、ストッパ制御を行った場合、感
度においてわずかに劣るが、ゼロ点温度変動ではきわめ
て優れている。

【００４８】以上、実施例及び変形例に従って、本発明
の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの例
に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない
範囲でさまざまに実施できることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の角速度センサの層構造を示す斜視図
である。

【図２】 実施例の角速度センサの振動体の平面図であ
る。

【図３】 実施例の角速度センサの支持部と従来技術の
支持部との形状の比較図である。

【図４】 実施例の角速度センサにおける支持部と円形
部との接続の説明図である。

【図５】 実施例の角速度センサの製造工程中のガラス
基板の加工の説明図である。

【図６】 実施例の角速度センサの製造工程中のシリコ
ンウェハの加工の説明図である。

【図７】 実施例の角速度センサの製造工程中のガラス
基板にシリコンウェハを接合してからの加工の説明図で
ある。

【図８】 変形例１の支持部と円形部との接続の説明図
である。

【図９】 変形例２のストッパの配置の説明図である。

【図１０】 変形例３の凹部とストッパの説明図であ
る。

【図１１】 ストッパ有とストッパ無との比較実験にお
ける、回転角速度と出力の関係（直線性）のグラフであ
る。

【符号の説明】

１…角速度センサ、１０…ガラス基板、１１…円形部、
１２…検出用電極、１４…導体配線、１５…スルーホー
ル、４０…シリコン部、４１…リング体、４４…吸着剤
封入室、４６…振動体封入室、５０…振動体、５１…支
持部、５１ａ…中央支持部、５１ｂ…延出支持部、５２
…駆動体部、５３…検出マス部、５４…駆動バネ、５５
…検出バネ、５８…固定電極、５９…櫛歯電極、６０…
櫛歯電極（可動電極）、６１…外周部、６２ａ、６２ｂ
…凸部、６３ａ、６３ｂ、８５ａ、８５ｂ、８９ａ、８
９ｂ…ストッパ、８７ａ、８７ｂ…凹部、７０…封止基
板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 溝口 賢治 愛知県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 小島 多喜男 愛知県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 愛知県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 Ｆターム(参考） 2F105 AA10 BB11 CC04 CD03 CD05 CD13

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコンの振動体、該振動体を支持する
   ガラス基板及び該ガラス基板に固定される固定電極とを
   備え、 前記振動体は、前記固定電極と対をなす可動電極を備え
   該可動電極と前記固定電極との間に発生する静電気力に
   より中心軸回りに回転振動する駆動体部と、該駆動体部
   の回転中心部に配され前記ガラス基板に固定される支持
   部と、前記駆動体部の径方向に沿って放射状に配されて
   前記支持部と前記駆動体部の内周とを連結する駆動バネ
   と、前記駆動体部の外周を取り囲む検出マス部と、前記
   駆動体部の中心軸を通る直線上に配されて前記駆動体部
   の外周と前記検出マス部の内周とを連結する検出バネと
   からなり、 前記ガラス基板には、前記検出マス部に対面する検出用
   電極と、該検出用電極、前記支持部及び前記固定電極に
   接続される導体配線と、前記ガラス基板の表裏面の電気
   的導通をとるためのスルーホールとが設けられた角速度
   センサにおいて、 前記支持部を、 前記駆動バネが連結される中央支持部と、 前記駆動バネと前記駆動体部の内周とで区画される領域
   に延出された延出支持部とで形成したことを特徴とする
   角速度センサ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の角速度センサにおいて、 前記支持部と前記導体配線とを前記中央支持部のみで接
   触させたことを特徴とする角速度センサ。
3. 【請求項３】 請求項１記載の角速度センサにおいて、 前記延出支持部の前記駆動体部の回転中心について対称
   となる複数箇所で前記支持部と前記導体配線とを接触さ
   せたことを特徴とする角速度センサ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか記載の角速
   度センサにおいて、前記駆動体部及び検出マス部を共に
   円形リング状として同心に配したことを特徴とする角速
   度センサ。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれか記載の角速
   度センサにおいて、前記固定電極と可動電極とは、それ
   ぞれ前記駆動体部の中心軸を中心とする同心円に沿った
   櫛歯を備え、互いの前記櫛歯をかみ合い状にして櫛歯型
   アクチュエータを構成していることを特徴とする角速度
   センサ。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれか記載の角速
   度センサにおいて、 前記ガラス基板に平行に配される封止基板と、 前記振動体を取り囲み両端をそれぞれ前記ガラス基板と
   封止基板とに接合されるリング体とを備え、 前記ガラス基板、封止基板及びリング体にて形成される
   真空ないし減圧の密閉空間内に前記振動体を封入したこ
   とを特徴とする角速度センサ。
7. 【請求項７】 請求項６記載の角速度センサにおいて、
   前記密閉空間内とのみ連通する室内に固体ガス吸着剤を
   封入したことを特徴とする角速度センサ。
8. 【請求項８】 請求項１ないし７のいずれか記載の角速
   度センサにおいて、前記検出マス部の外周部に凹部また
   は凸部を設け、前記ガラス基板上には、前記振動体の振
   動に際して前記凹部または凸部と接触して前記振動体の
   振幅を規定するシリコンのストッパを設けたことを特徴
   とする角速度センサ。
9. 【請求項９】 請求項１ないし８のいずれか記載の角速
   度センサにおいて、前記振動体は、ＳＯＩウェハの活性
   層を用いて形成されていることを特徴とする角速度セン
   サ。