JP2001208544A

JP2001208544A - ジャイロスコープおよびこれを用いた入力装置

Info

Publication number: JP2001208544A
Application number: JP2000015052A
Authority: JP
Inventors: Munemitsu Abe; 宗光阿部; Eiji Shinohara; 英司篠原; Masaki Esashi; 正喜江刺
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2000-01-24
Filing date: 2000-01-24
Publication date: 2001-08-03

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、振動片
７と、振動片７の基端側を連結する支持部８を有する音
叉２と、振動片７をｙ方向に振動させるための駆動用電
極３ａ、３ｂと、振動片７の先端部７ａのｘ方向に平行
な面との間に容量を形成しその容量の変化を検出する検
出用電極４ａ、４ｂとを有しており、振動片１７の中間
部１７ｂは先端部１７ａよりも細く、かつ振動片１７の
ｘ方向における共振周波数とｙ方向における共振周波数
とがほぼ等しくなるように構成されている。

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１８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、基
板１０３上の各脚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の水平方向両側に検出
用電極１０４が配置されており、隣り合う脚１０１の間
には２個の検出用電極１０４が配されるので、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ｘ ₁、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。このよう
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。

【０００７】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。

【０００８】

【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、振動片および該振
動片の基端側を連結する支持部を有してなる音叉と、前
記振動片の長手方向をｚ方向とするとき前記振動片を該
ｚ方向に垂直なｙ方向に振動させる駆動手段と、前記振
動片の先端部の前記ｙ方向およびｚ方向の両方に垂直な
ｘ方向の振動に伴う容量の変化を検出する検出用電極と
を有してなり、前記振動片の先端部の前記ｚ方向に垂直
な断面の面積が、前記振動片の先端部と前記支持部との
間の中間部の前記ｚ方向に垂直な断面の面積よりも大き
く、かつ前記振動片の前記ｘ方向における共振周波数と
前記ｙ方向における共振周波数とがほぼ等しいことを特
徴とするものである。

【０００９】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。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、すなわち
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、振動時における振動片（脚）と検出用電極との対
向面積の変化、すなわち上記（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。

【００１０】すなわち、本発明のジャイロスコープは、
音叉の振動片をその長手方向（ｚ方向）と垂直な方向
（ｙ方向に）振動させるように駆動手段を設け、かつ振
動片がｘ方向に変位すると容量が変化するように検出用
電極を設けるとともに、振動片の先端部の断面積を、振
動片の先端部と支持部との間の中間部の断面積よりも大
きくし、かつ振動片の振動方向（ｙ方向）における共振
周波数と変位検出方向（ｘ方向）における共振周波数と
がほぼ等しくなるようにした点を構成上の特徴点として
いる。具体的には、検出用電極は、振動片の先端部のｘ
方向に平行な面と対向して設けられる。

【００１１】このような構成によれば、駆動手段によっ
て音叉の振動片をｙ方向に振動させた状態で振動片の長
手方向（ｚ方向）を回転軸とする角速度が入力される
と、振動片にはコリオリ力によってｘ方向の振動が生じ
る。この時、振動片の先端部のｘ方向への振動に伴って
振動片先端部の外面と検出用電極との対向面積が変化し
て、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。

【００１２】本発明のジャイロスコープは、振動片の先
端部と支持部との間の中間部を、振動片の先端部よりも
細くすることにより、先端部と中間部が同じ太さである
場合に比べて、振動片に加えられた力が同じでも振動片
の振幅を大きくすることができる。また、振動片の中間
部を細くすると同時に、振動片の振動方向（ｙ方向）に
おける共振周波数と変位検出方向（ｘ方向）における共
振周波数とがほぼ等しくなるように振動片を設計するこ
とによってＱ値を大きくすることができ、検出感度を向
上、駆動電圧の低減を図ることができる。具体的に、振
動片の駆動方向（ｙ方向）における共振周波数をωy、
変位検出方向（ｘ方向）における共振周波数をωxとす
るとき、Ｑ値の増倍効果を得るためには０．６１８＜ω
x／ωy＜１．６１８であればよく、より好ましい範囲は
０．９５＜ωx／ωy＜１．０５である。

【００１３】ここで、運動物体（振動片）にはたらくコ
リオリ力Ｆは、振動片の質量Ｍ、回転座標軸からみた振
動片の速度Ｖ、角速度ベクトルΩに比例し、Ｆ＝２ＭＶ
×Ωで表される。したがって、質量Ｍを大きくすれば角
速度の変化によるコリオリ力Ｆの変位が大きくなるの
で、角速度の検出感度を向上させることができるが、振
動片を大きくすることは、小型のジャイロスコープを考
える場合には限界がある。一方、振動片のばね定数を
ｋ、振動片に作用する外力をｆ、この外力により生じる
振動片の変位（振幅）をｘとすると、フックの法則より
ｆ＝ｋｘと表されるので、ばね定数ｋを小さくすれば、
振動片の質量を大きくしなくても、一定の外力によって
振動する振幅を大きくすることができる。ばね定数は、
振動片の太さと長さによって制御することができ、振動
片のｚ方向に垂直な断面におけるｘ方向の幅をＷｘ、ｙ
方向の幅をＷｙ、振動片の長さをＬとすると、振動片が
ｙ方向に振動するときのばね定数ｋｙは、Ｗｙ³とＷｘ
に比例してＬ³に反比例し、振動片がｘ方向に振動する
ときのばね定数ｋｘは、Ｗｘ³とＷｙに比例してＬ³に反
比例する。したがって本発明では、少なくとも振動片が
変位検出方向（ｘ方向）に振動するときのばね定数ｋｘ
が小さくなるように振動片の太さおよび長さを設計すれ
ば、振動片の振幅を増大させることが可能である。

【００１４】ところで、振動片のばね定数（ｋｘ、ｋ
ｙ）を変化させると振動片の共振周波数が変化する。す
なわち、ｙ方向における共振周波数はωy＝√（ｋｙ／
Ｍ）で表され、ｘ方向における共振周波数はωx＝√
（ｋｘ／Ｍ）で表される。そして、振動片をｙ方向に振
動させながらコリオリ力によって生じるｘ方向の振動を
検出しようとするときに、ωxとωyとがほぼ等しけれ
ば、振動片の駆動方向（ｙ方向）における振動、および
検出方向（ｘ方向）における振動ともに共振周波数近傍
で設定することが可能である。これにより、振動片の駆
動方向（ｙ方向）における振動の振幅については、駆動
電圧を大きくしなくても、ｘ方向に対するＱ値（Ｑｘ）
に応じた大きな振幅（すなわち大きな速度Ｖ）が得ら
れ、かつこれにコリオリ力が作用したときの検出方向
（ｘ方向）における振幅も、ｙ方向に対するＱ値（Ｑ
ｙ）に応じた大きな振幅が得られる。

【００１５】これに対して、ωxとωyとの差が大きくな
ると、上述のようにｙ方向における振動とｘ方向におけ
る振動の両方でＱ値の倍増効果を得ることはできなくな
るため、検出感度は著しく低下する。具体的には、ｙ方
向における振動の振幅がＤで、振動片の機械的Ｑ値がＱ
_Fであるとき、検出感度は下記（Ｉ）式で表される。

【数１】この式において、ωx＝ωyであれば検出感度はＱ_Fに比
例するので、振動片のＱ値が大きくなれば検出感度は向
上する。しかしながらＱ_F＝１である場合の感度と同じ
感度を有するωxとωyの関係は、上記（Ｉ）式を変形す
ることによりωx／ωy＝０．６１８，１．６１８とな
る。このことから、０．６１８＞ωx／ωy、およびωx
／ωy＞１．６１８の範囲では、Ｑ値の改善による感度
の増大効果が理論的に得られなくなることが知られてい
る。よって、検出感度を向上させるためには、少なくと
もｘ方向におけるばね定数ｋｘを小さくすると同時に、
ωxとωyの値がほぼ等しくなるように振動片を設計する
ことが必要である。

【００１６】また本発明のジャイロスコープにおいて、
振動片の振動方向（ｙ方向）を上下方向とすると、検出
用電極は、振動片の先端部の上面、下面、または先端面
と対向するように設ければよく、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。

【００１７】本発明において、駆動手段としては、振動
片との間に容量を形成する駆動用電極を設けばよい。例
えば、振動片のｙ方向に垂直な面に対向するように基材
を設け、この基材上に駆動用電極を設けることができ
る。駆動用電極の形成位置に関しては、、振動片の先端
部に対向する位置に設けてもよく、あるいは振動片の中
間部に対向する位置に設けてもよい。したがって、振動
片の振動方向（ｙ方向）を上下方向とすると、振動片の
先端部の上面または下面に対向するように、あるいは振
動片の中間部の上面または下面に対向するように駆動用
電極を設ける。本発明における振動片の中間部は先端部
よりも細いので、駆動用電極を振動片の中間部と対向す
る位置に設ける場合には、この振動片と対向して配置さ
れる基材の表面に、振動片の外面形状に沿うように段差
を設けることが好ましい。このような段差を基材に設け
れば、振動片の中間部と基材側に設けられる駆動用電極
との距離を小さくして、駆動電圧を低減させることがで
きる。また基材上の同一面上に駆動用電極と検出用電極
とを設ける場合には、これら両電極間の寄生容量の発生
を防ぐために、駆動用電極と検出用電極とを離間させて
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。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。

【００１９】

【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および図４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
に沿う断面図である。図中符号２は音叉、３ａ、３ｂは
駆動用電極、４ａ、４ｂは検出用電極、５は上側ガラス
基板（基材）、６は下側ガラス基板（基材）である。

【００２０】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７（振動片）とこ
れらの基端側を連結する支持部８とを有する音叉２が用
いられている。また、音叉２の周囲には枠部９が設けら
れており、これら音叉２と枠部９とは、元々は厚さ２０
０μｍ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および図４に示すように、枠部９は
上側ガラス基板５と下側ガラス基板６との間に挟持され
て固定されている。本実施の形態において、支持部８は
枠部９の一部を成しており両ガラス基板５，６間に固定
されている。そして、２枚のガラス基板５、６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１０μ
ｍ程度の深さの凹部５ａ、６ａとなっており、各ガラス
基板５、６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７が振動可能となっている。
脚７の長手方向をｚ方向、ｚ方向に垂直な音叉２の厚さ
方向をｙ方向、ｚ方向およびｙ方向に垂直な方向をｘ方
向とする。各脚７（振動片）は、先端部７ａと、この先
端部７ａと支持部８との間の中間部７ｂとからなり、中
間部７ｂは先端部７ａより細く形成されている。すなわ
ち先端部７ａのｚ方向に垂直な断面の面積は、中間部７
ｂのｚ方向に垂直な断面の面積よりも大きい。また先端
部７ａのｚ方向に垂直な断面と中間部７ｂのｚ方向に垂
直な断面とは形状が相似形であり、かつ中心軸が一致し
ている。

【００２１】上側ガラス基板５の下面および下側ガラス
基板６の上面の各脚７の先端部７ａに対応する位置に
は、各脚７について２個ずつの駆動用電極３ａ、３ｂが
それぞれ脚７の長手方向に延在するように設けられてい
る。さらに、上側ガラス基板５の下面および下側ガラス
基板６の上面の駆動用電極３ａ、３ｂの形成位置よりも
脚７の先端寄りの位置には、各脚７に対して一対（２
個）の検出用電極４ａ、４ｂがそれぞれ設けられてい
る。これら駆動用電極３ａ、３ｂおよび検出用電極４
ａ、４ｂは、上側ガラス基板５の下面および下側ガラス
基板６の上面上に形成された膜厚３００ｎｍ程度のアル
ミニウム膜またはクロミウム膜で構成されている。そし
て、駆動用電極３ａ、３ｂ、検出用電極４ａ、４ｂには
電圧印加用または取り出し用の端子（図示略）がそれぞ
れ設けられている。

【００２２】図４に示すように、各脚７の先端部７ａに
対向配置されている検出用電極４ａ、４ｂは、脚７の変
位検出方向、すなわちｘ方向における振動片７の先端部
７ａの両外端（図４では左端と右端）よりも、１対の検
出用電極４ａ（または４ｂ）の外端の方が外側にはみ出
すように配置されている。この検出用電極４ａ（または
４ｂ）のはみ出し幅は、脚７の最大振幅以上とされる。
また、各検出用電極４ａ、４ｂのｘ方向における幅は、
脚７が大きな角速度を受けて振動片が変位検出方向（ｘ
方向）に最大に振動した状態でも、各検出用電極４ａ、
４ｂの少なくとも一部が脚７と対向するように設定する
必要がある。ここで言う「振幅」とは、「変位検出方向
（ｘ方向）の振幅」であり、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って駆
動手段による振動の振幅のことではない。

【００２３】ここで、各部の寸法の一例を示すと、１つ
の脚７の先端部７ａの大きさは、ｘ方向における幅Ｗｘ
ａが２００μｍ、ｚ方向における長さＬａが５８００μ
ｍ、ｙ方向における幅Ｗｙａが２００μｍである。この
先端部７ａに対向して設けられている検出用電極４ａ
（または４ｂ）の大きさは、ｘ方向における幅Ａ１が１
０５μｍ、ｚ方向における長さＡ２が１０００μｍ、一
対の検出用電極４ａ間の間隔Ａ３が２０μｍであり、一
対の検出用電極４ａ（または４ｂ）各々の外端の脚７外
端からのはみ出し量Ａ４が１５μｍである。なお、この
脚７の変位検出方向の最大振幅は１〜５μｍに設定して
いる。また、駆動用電極３ａ（または３ｂ）の大きさ
は、ｘ方向における幅Ｂ１が８０μｍ、ｚ方向における
長さＢ２が４０００μｍ、一対の駆動用電極３ａ（また
は３ｂ）間の間隔Ｂ３が２０μｍである。また検出用電
極４ａと駆動用電極３ａとのギャップＧは５００μｍに
設定されている。一方、１つの脚７の中間部７ｂの大き
さは、ｘ方向における幅ＷｘｂがＷｘａの１／２である
１００μｍ、ｙ方向における幅ＷｙｂがＷｙａの１／２
である１００μｍに設定されている。

【００２４】前述したように、脚７がｘ方向に振動する
ときのばね定数ｋｘは、振動片のｘ方向における幅の３
乗（Ｗｘ³）とｙ方向における幅（Ｗｙ）に比例する。
したがって、本実施の形態のように中間部７ｂの断面を
縦、横ともに先端部７ａの１／２とした場合には、中間
部７ｂの太さが先端部７ａの太さと同じである場合に比
べて、中間部７ｂのバネ定数は（１／２）⁴＝１／１６
となる。一方、前述したように脚７のｙ方向における共
振周波数はωy＝√（ｋｙ／Ｍ）で表され、ｘ方向にお
ける共振周波数はωx＝√（ｋｘ／Ｍ）で表される。本
実施の形態では、脚７の中間部７ｂを細くするに当た
り、先端部７ａの断面と中間部７ｂの断面とを正方形の
相似形としかつ中心軸を一致させたので、ｘ方向の共振
周波数ωxとｙ方向の共振周波数ωyとはほぼ等しく、す
なわちωx／ωy≒１に保たれている。したがって、本実
施の形態では、脚７のｘ方向の共振周波数ωxとｙ方向
の共振周波数ωyとをほぼ等しく保ちつつ、中間部７ｂ
を細くすることにより中間部７ｂのばね定数を１／１６
に低減したので、脚７の振動は１６倍に増倍され、した
がって角速度の検出感度が１６倍に向上する。また中間
部７ｂの長さＬｂは、共振周波数に応じて決められる。
尚、本実施の形態では、一対の検出用電極４ａのうち、
一方の検出用電極４ａの外端の脚７外端からのはみ出し
量と、他方の検出用電極４ａの外端の脚７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７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。また、本実施の形態では、脚７
の先端部７ａの太さに対する中間部７ｂの太さの比をｘ
方向、ｙ方向ともに１／２としたが、この太さの比の値
は適宜変更可能であり、また共振周波数ωxとωyの比が
０．６１８＜ωx／ωy＜１．６１８の範囲内であれば、
ｘ方向とｙ方向とで太さの比が異なっていてもよい。

【００２５】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。図５は本実施の形態のジ
ャイロスコープの製造方法を工程順に示した断面図であ
る。まず、図５（ａ）に示すように、下基板６となるガ
ラス基板を用意し、その上面にクロミウム膜をスパッタ
した後、レジストパターンを形成し、このレジストパタ
ーンをマスクとしてクロミウム膜をエッチングする。次
に、このレジストパターンおよびクロミウム膜をマスク
としてガラス基板６表面のフッ酸エッチングを行い、ガ
ラス基板６上の音叉２の位置に対応する領域に深さ１０
μｍ程度の凹部６ａを形成する。その後、レジストパタ
ーンおよびクロムパターンを除去する。次に、膜厚３０
０ｎｍ程度のアルミニウム膜またはクロミウム膜を上面
全面にスパッタした後、周知のフォトリソグラフィー技
術を用いてこれをパターニングして駆動用電極３ｂと検
出用電極４ｂを形成し、下側ガラス基板６とする。同様
の方法により、膜厚３００ｎｍ程度のアルミニウム膜ま
たはクロミウム膜からなる駆動用電極３ａおよび検出用
電極４ａを備えた上側ガラス基板５も作製しておく。

【００２６】一方、図５（ｂ）に示すように、振動片７
等となるシリコン基板９０を用意し、その下面の、脚７
の中間部７ｂとなる部位以外にレジストパターン９１を
形成し、このレジストパターンをマスクとして、反応性
イオンエッチングを行い、中間部７ｂとなる部位に深さ
約５０μｍの凹部９２を形成する。そしてレジストパタ
ーン９１を除去した後、図５（ｂ）に示すように、シリ
コン基板９０の上面に湿式酸化を施してＳｉＯ₂からな
るマスクパターン９３を形成する。このマスクパターン
９３は、音叉２の先端部７ａとなる部位、および枠部９
となる部位に形成する。さらに、図５（ｃ）に示すよう
に、凹部９２が形成された面を下側基板６と対向させ
て、シリコン基板９０の下面と下側ガラス基板６とを陽
極接合法を用いて接合する。このとき、音叉２の枠部９
となる部分を下側ガラス基板６に接合することにより、
音叉２の部分が下側ガラス基板６の上方で中に浮いた状
態で接合される。この接合の際、陽極接合法ではシリコ
ンからなる音叉２に正、ガラス基板６に負の電位を印加
してシリコンとガラスを接合することができる。音叉２
の振動片７の先端部７ａとガラス基板６表面との間隙は
１０μｍ程度しかないが、この振動片７の先端部７ａと
対向するガラス基板６上には駆動用電極３ｂおよび検出
用電極４ｂが形成されており、また振動片７の中間部７
ｂとガラス基板６表面とは６０μｍ程度離間しているの
で、陽極接合時の静電引力により音叉２（シリコン基
板）が撓んでも、枠部９以外の部分が接合されてしまう
心配はない。

【００２７】次に、図５（ｄ）に示すように、マスク９
３上にレジストパターン９４を形成する。このレジスト
パターン９４は、音叉２の先端部７ａ、中間部７ｂ、支
持部８、および枠部９となる部位に形成する。そして、
このレジストパターン９４をマスクとして反応性イオン
エッチングを行い、シリコン基板９０を貫通させて枠部
９を形成する。続いて、図５（ｅ）に示すように、レジ
ストパターン９４を除去した後に、マスクパターン９３
をマスクとして反応性イオンエッチングを行い、シリコ
ン基板９０の上面の中間部７ｂとなる部位に深さ約５０
μｍの凹部９５を形成する。これにより音叉２が形成さ
れる。この後、マスクパターン９３を除去し、音叉２の
枠部９の上面と上側ガラス基板５とを陽極接合法を用い
て接合することにより、図３に示すような本実施の形態
のジャイロスコープ１が完成する。

【００２８】本実施の形態のジャイロスコープ１を使用
する際には、駆動用電極３ａ、３ｂにオシレータを接続
するとともに、検出用電極４ａ、４ｂに容量検出器を接
続し、音叉２は接地しておく。オシレータを駆動して駆
動用電極３ａ、３ｂに数ｋＨｚ程度の周波数の電圧を印
加すると、音叉２の各脚７がｙ方向に振動する。その状
態で、ｚ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てｘ方向の振動が生じ
る。この時、音叉２の各脚７の上面および下面と各検出
用電極４ａ、４ｂが対向した状態にあり、脚７がｘ方向
に振動すると脚７の上面および下面と各検出用電極４
ａ、４ｂとの対向面積が変化するため、容量変化が生じ
る。この容量変化を容量検出器で検出することにより角
速度を検出することができる。

【００２９】本実施の形態のジャイロスコープ１にあっ
ては、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い。したがって、脚間ギャッ
プをシリコン基板の加工限界近く、例えば１０μｍ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７のｘ方向における幅が２００μｍの
ジャイロスコープにおいて、脚間ギャップが３００μｍ
〜４００μｍ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以上と、２倍以上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。また本実施の形態
では脚７のｘ方向の共振周波数ωxとｙ方向の共振周波
数ωyとをほぼ等しく保ちつつ、脚７の中間部７ｂを先
端部７ａよりも細くして中間部７ｂのばね定数を低減し
たことにより、脚７の振動を増幅させて、角速度の検出
感度を向上させることができる。しかも、ジャイロスコ
ープ１全体の大きさを変更せずに検出感度を向上させる
ことができ。

【００３０】特に本実施の形態では、音叉２の各脚７に
対応して一対（２個）の検出用電極４ａ、４ｂが設けら
れ、各脚７毎に２個のキャパシタが構成されている。こ
れにより、各脚７がｘ方向に振動した際に２個のキャパ
シタのうちの一方のキャパシタの容量が増加すると、そ
の容量増加分だけ他方のキャパシタの容量が減少するこ
とになる。したがって、２つの容量変化の差分を検出す
れば、同じ振動であっても２倍の容量変化が得られ、検
出感度をより向上することができる。さらに、検出用電
極４ａ、４ｂが脚７の先端側に設けられているので、振
動時の変位が最大の最も感度が高い状態で容量変化を検
出することができる。

【００３１】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５、６の間に挟持されて
いるため、ガラス基板５、６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、外乱を
抑制して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るから、これにより更にＱ値を
向上させることもできる。また、上基板５および下基板
６の両方にそれぞれ検出用電極４ａ、４ｂと駆動用電極
３ａ、３ｂが設けられているので、これらが一方の基板
にしか設けられていない場合に比べて、検出信号値が大
きい、駆動電圧が小さくて済むなどの利点が得られる。
尚、本実施の形態において、上基板５および下基板６の
いずれか一方を設けない構成とすることも可能である。

【００３２】［第２の実施の形態］図６は本発明の第２
の実施の形態を示した断面図である。本実施の形態が前
記第１の実施の形態と大きく異なる点は、図６に示すよ
うに、下基板６の、脚７の中間部７ｂと対向する位置に
駆動用電極３ｂを設けた点である。本実施の形態によれ
ば、前記第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる
他、脚７の先端部７ａに対向して設ける検出用電極４ｂ
の面積を、前記第１の実施の形態の構成よりも大きくし
て、検出信号値を大きくすることができる。また本実施
の形態では、下基板６に検出用電極４ｂおよび駆動用電
極３ｂの両方が設けられているので、上基板を設けた場
合に比べて構造が簡単であり、より小型であり軽量であ
り低コストである。尚、本実施の形態において上基板を
設けてもよく、上基板を設けると音叉２の部分が保護さ
れ、取り扱い性が良くなる他、塵埃の侵入を防止して外
乱を抑制し、センサ精度を向上することができる。ま
た、真空封止して更にＱ値を向上させることもできる。
さらに上基板を設けるとともに、上基板にも本実施の形
態の下基板６と同様に検出用電極４ｂおよび駆動用電極
３ｂを設けると、検出信号値をさらに大きくでき、また
駆動電圧が小さくて済むなどの利点が得られる。

【００３３】［第３の実施の形態］図７は本発明の第３
の実施の形態を示した断面図である。本実施の形態が前
記第１の実施の形態と大きく異なる点は、図７に示すよ
うに、下基板６の、脚７の中間部７ｂと対向する位置に
駆動用電極３ｂを設けるとともに、下基板６の厚さを、
脚７の先端部７ａに対向する部位よりも中間部７ｂに対
向する部位を厚くして、駆動用電極３ｂと脚７の中間部
７ｂとを接近させた点である。本実施の形態によれば、
前記第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる他、
脚７の先端部７ａに対向して設ける検出用電極４ｂの面
積を、前記第１の実施の形態の構成よりも大きくして、
検出信号値を増大することができる。また駆動用電極３
ｂと脚７の中間部７ｂとの距離を小さくすることによ
り、駆動電圧の低減化が可能となる。さらに本実施の形
態では、下基板６に検出用電極４ｂおよび駆動用電極３
ｂの両方が設けられているので、上基板を設けた場合に
比べて構造が簡単であり、より小型であり軽量であり低
コストである。尚、本実施の形態において上基板を設け
てもよく、上基板を設けると音叉２の部分が保護され、
取り扱い性が良くなる他、塵埃の侵入を防止して外乱を
抑制し、センサ精度を向上することができる。また、真
空封止して更にＱ値を向上させることもできる。さらに
上基板を設けるとともに、上基板にも本実施の形態の下
基板６と同様に検出用電極４ｂおよび駆動用電極３ｂを
設けると、検出信号値をさらに大きくでき、また駆動電
圧が小さくて済むなどの利点が得られる。

【００３４】［第４の実施の形態］図８は本発明の第４
の実施の形態を示した断面図である。本実施の形態が前
記第１の実施の形態と異なる点は、図８に示すように、
上基板５の、脚７の先端部７ａと対向する位置に駆動用
電極３を設け、下基板６の、脚７の先端部７ａと対向す
る位置に検出用電極４を設けた点である。本実施の形態
によれば、前記第１の実施の形態と同様の作用効果が得
られる他、駆動用電極３および検出用電極４の面積を大
きくできるとともに、駆動用電極３と検出用電極４とを
十分に離間させて、両電極間に寄生容量が生じるのを確
実に防止できる。

【００３５】［第５の実施の形態］次に、本発明の第５
の実施の形態を図９ないし図１１を参照して説明する。
図９は本実施の形態のジャイロスコープ１１を分解した
状態を示す斜視図、図１０は平面図、図１１は図１０中
Ｘ−Ｘ線に沿う側断面図、図中符号１２は音叉、１３は
駆動用電極、１４は検出用電極、１５は上側ガラス基
板、１６は下側ガラス基板である。

【００３６】本実施の形態のジャイロスコープ１１は、
図９および図１０に示すように、３本の脚１７（振動
片）とこれらの基端側を連結する支持部１８とを有する
音叉１２が用いられている。そして、各脚１７が延在す
る方向の先端面１７ｃと対向するように１個の脚１７に
ついてそれぞれ一対（２個）の検出用電極１４が設けら
れている。また図１０に示すように、各脚１７に対する
２個の検出用電極１４は、各脚１７の側面の延長線から
外側にはみ出すように配置されている。また、音叉１２
の周囲には枠部１９が設けられており、これら音叉１
２、検出用電極１４、枠部１９は、元々は厚さ２００μ
ｍ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９および図１１に示すように、枠部１９は
上側ガラス基板１５と下側ガラス基板１６との間に挟持
されて固定されている。本実施の形態において支持部１
８は枠部１９の一部を成しており両基板１５，１６間に
固定されている。そして２枚のガラス基板１５、１６の
内面のうち、音叉１２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１５ａ、１６ａとなってお
り、各ガラス基板１５、１６と音叉１２との間に１０μ
ｍ程度の間隙が形成されることで音叉１２の各脚１７が
振動可能となっている。また、検出用電極１４は下側ガ
ラス基板１６上に固定されている。脚１７の長手方向を
ｚ方向、ｚ方向に垂直な音叉１２の厚さ方向をｙ方向、
ｚ方向およびｙ方向に垂直な方向をｘ方向とする。本実
施の形態においても、各脚１７（振動片）は、先端部１
７ａと、この先端部１７ａと支持部１８との間の中間部
１７ｂとからなり、中間部１７ｂは先端部１７ａより細
く形成されている。また先端部１７ａのｚ方向に垂直な
断面と中間部１７ｂのｚ方向に垂直な断面とは形状が相
似形であり、かつ中心軸が一致している。脚１７の先端
部１７ａおよび中間部１７ｂの各寸法は前記第１の実施
の形態と同様に設計されている。

【００３７】図９および図１０に示すように、駆動用電
極１３は音叉１２の各脚１７の先端部１７ａに対応して
１個ずつ設けられており、図１１に示すように、上側ガ
ラス基板１５の下面に形成された膜厚３００ｎｍ程度の
アルミニウム膜またはクロミウム膜などで形成されてい
る。また図示していないが、駆動用電極１３、検出用電
極１４には電圧印加用または取り出し用の端子がそれぞ
れ設けられている。

【００３８】さらに、ジャイロスコープ１１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、図９，１０では図示を省略するが、実
際には、図１１に示すように、駆動用電極１３が設けら
れた領域以外の両ガラス基板１５、１６の内面側の、少
なくとも脚１７の先端部１７ａと対向する部位には、駆
動用電極１３と同一のアルミニウム膜またはクロミウム
膜などからなる同電位パターン１０が設けられている。

【００３９】次に、上記構成のジャイロスコープ１１を
製造する方法の一例を説明する。まず図１２に示すよう
に、ガラス基板１６を用意し、表面にクロミウム膜をス
パッタした後、レジストパターンを形成し、このレジス
トパターンをマスクとしてクロミウム膜をエッチングす
る。次に、このレジストパターンおよびクロミウム膜を
マスクとしてガラス基板１６表面のフッ酸エッチングを
行い、ガラス基板１６上の音叉１２の位置に対応する領
域に深さ１０μｍ程度の凹部１６ａを形成する。その
後、レジストパターンおよびクロムパターンを除去す
る。次に、膜厚３００ｎｍ程度のアルミニウム膜または
クロミウム膜などを全面にスパッタした後、周知のフォ
トリソグラフィー技術を用いてこれをパターニングして
同電位パターン１０を形成し、下側ガラス基板１６とす
る。同様の方法により、上側ガラス基板１５も作製す
る。上側ガラス基板１５の場合には、膜厚３００ｎｍ程
度のアルミニウム膜またはクロミウム膜により駆動用電
極１３を形成する。

【００４０】一方、図１２（ｂ）に示すように、前記第
１の実施の形態の製造方法と同様にして、振動片１７等
となるシリコン基板８０を用意し、その下面の中間部１
７ｂとなる部位に凹部８２を形成した後、シリコン基板
８０に湿式酸化を施してＳｉＯ₂からなるマスクパター
ン８３を形成する。このマスクパターン８３は、音叉１
２の先端部１７ａとなる部位、検出用電極１４となる部
位、および枠部１９となる部位に形成する。さらに、凹
部８２が形成された面を下側基板１６と対向させて、シ
リコン基板８０の下面と下側ガラス基板１６とを陽極接
合法を用いて接合する。この際、シリコン基板８０のう
ち、後で枠部１９となる部分と検出用電極１４となる部
分が接合されることになる。陽極接合法ではシリコン基
板８０に正、下側ガラス基板１６に負の電位を印加して
シリコンとガラスを接合することができるが、シリコン
基板８０が脚１７の先端部１７ａとなる部分ではガラス
基板１６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８０が撓んでガ
ラス基板１６と接触すると、この部分も接合されてしま
い、音叉１２を形成できなくなる。したがって、ガラス
基板１６に接合すべきでない部分がガラス基板１６に接
合されてしまうのを防止する目的でガラス基板１６表面
をシリコン基板と同電位とするために、ガラス基板１６
表面の同電位パターン１０を用いるのである。

【００４１】次に、図１２（ｃ）に示すように、マスク
８３上にレジストパターン８４を形成する。このレジス
トパターン８４は、音叉２の先端部７ａ、中間部７ｂ、
検出用電極１４、および枠部１９となる部位に形成す
る。そして、このレジストパターン８４をマスクとして
反応性イオンエッチングを行い、シリコン基板８０を貫
通させて検出用電極１４および枠部１９を形成する。続
いて、図１２（ｄ）に示すように、レジストパターン８
４を除去した後に、前記第１の実施の形態の製造方法と
同様にして、シリコン基板８０の上面の中間部１７ｂと
なる部位に凹部８５を形成する。これにより音叉１２が
形成される。この後、マスクパターン８３を除去し、音
叉１２の枠部１９の上面と上側ガラス基板１５とを陽極
接合法を用いて接合することにより、図１１に示すよう
な本実施の形態のジャイロスコープ１１が完成する。

【００４２】本実施の形態のジャイロスコープ１１を使
用する際には、前記第１の実施の形態と同様に、音叉１
２の各脚１７をｙ方向に振動させた状態で、ｚ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ｘ方向の振動が生じる。この時、音叉１
２の各脚１７の先端面１７ｃと検出用電極１４が対向し
た状態にあり、脚１７の振動に伴って脚１７の先端面１
７ｃと検出用電極１４との対向面積が変化するため、容
量変化が生じる。この容量変化を容量検出器で検出する
ことにより角速度を検出することができる。特に本実施
の形態では、２個の検出用電極１４と１個の脚１７から
２つのキャパシタが構成されているので、脚１７がｘ方
向に振動した際に一方のキャパシタの容量が増加する
と、その容量増加分だけ他方のキャパシタの容量が減少
することになる。したがって、２つの容量変化の差分を
検出すれば、１つの容量変化を検出するよりも２倍の容
量変化が得られ、優れた検出感度が得られる。

【００４３】本実施の形態のジャイロスコープ１１にお
いても、前記第１の実施の形態と同様に、脚間ギャップ
を小さくできるので、Ｑ値を増大させることができ、し
たがって検出感度の向上、駆動電圧の低減、デバイスの
小型化を図ることができる。また音叉１２が上基板１５
と下基板１６とに挟持されているので、音叉１２が保護
され、取り扱い性が良くなる他、塵埃の侵入を防止して
外乱を抑制し、センサ精度を向上することができる。ま
た、真空封止して更にＱ値を向上させることもできる。
また本実施の形態においても、前記第１の実施の形態と
同様に、脚１７のｘ方向における共振周波数ωxとｙ方
向における共振周波数ωyとをほぼ等しく保ちつつ、脚
１７の中間部１７ｂを先端部１７ａよりも細くして中間
部１７ｂのばね定数が低減されているので、脚１７の振
動が増幅され、角速度の検出感度が向上する。

【００４４】さらに、検出用電極１４を脚１７の先端面
１７ｃと対向させて設けたので、検出用電極１４を脚１
７の形成と同じプロセスで形成できるとともに、検出用
電極１４と駆動用電極１３との干渉を少なくすることが
できる。仮に音叉１２の部分と検出用電極１４とを全く
別個に作成して、それぞれを下基板１３上に固定すると
なると、製造工程中でこれらの位置合わせに多くの手間
や時間が掛かることが予想される。ところが、本実施の
形態のジャイロスコープ１１の製造方法においては、元
々１枚のシリコン基板１１をエッチングにより分離して
音叉１２の部分と検出用電極１４の部分を作成している
ので、位置合わせの必要もなく、加工精度の高いジャイ
ロスコープを作製することができる。

【００４５】尚、本実施の形態においては、駆動用電極
１３を上基板１５の、脚１７の先端部１７ａと対向する
位置に設けたが、下基板１６の、脚１７の先端部１７ａ
に対向する位置に設けてもよい。あるいは駆動用電極１
３を上基板１５または下基板１６の、脚１７の中間部１
７ｂに対向する位置に設けてもよく、この場合は、下基
板１６の厚さを、脚１７の先端部１７ａに対向する部位
よりも中間部１７ｂに対向する部位を厚くして、駆動用
電極１３と脚１７の中間部１７ｂとを接近させてもよ
い。そして駆動電極１３を下基板１６上に設けた場合に
は上基板１５を設けない構成とすることもできる。

【００４６】［第６の実施の形態］以下、本発明の第６
の実施の形態を図１３および図１４を参照して説明す
る。図１３は本実施の形態のジャイロスコープ２１の斜
視図であるが、便宜上、上基板の図示を省略している。
図１４は図１３中ＸII−ＸII線に沿う側断面図である。
図中符号２２は音叉、２３ａ、２３ｂは駆動用電極、２
４ａ、２４ｂは検出用電極、２５は上側ガラス基板、２
６は下側ガラス基板である。

【００４７】本実施の形態のジャイロスコープ２１が、
前記第１の実施の形態と大きく異なる点は、音叉２２の
枠部２９及び支持部２８が、脚２７の中間部２７ｂと同
じ厚さに形成されている点である。これらは、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
から形成されており、脚２７の中間部２７ｂ、支持部２
８、および枠部２９の厚さが１００μｍとなるように加
工されている。図１４に示すように、枠部２９は上側ガ
ラス基板２５と下側ガラス基板２６との間に挟持されて
固定されている。本実施の形態において支持部２８は枠
部２９の一部を成しており両基板２５，２６間に固定さ
れている。そして、２枚のガラス基板２５、２６の内面
のうち、音叉２２の上方および下方に位置する領域は６
０μｍ程度の深さの凹部２５ａ、２６ａとなっており、
各ガラス基板２５，２６と音叉２２との間に１０μｍ程
度の間隙が形成されることで音叉２２の各脚２７が宙に
浮いた状態となり、振動可能となっている。駆動用電極
２３ａ、２３ｂおよび検出用電極２４ａ、２４ｂは前記
第１の実施の形態と同様に構成されている。

【００４８】本実施の形態のジャイロスコープ２１は、
前記第１の実施の形態の製造方法と同様の手順で、シリ
コン基板の下面および上面に音叉２２の中間部２７ｂと
なる凹部を形成する際に、枠部２９の部分にもエッチン
グを施して枠部２９の厚みが中間部２７ｂと同じとなる
ように加工することによって製造することができる。

【００４９】本実施の形態によれば、前記第１の実施の
形態と同様に、脚間ギャップを小さくできるので、Ｑ値
を増大させることができ、したがって検出感度の向上、
駆動電圧の低減、デバイスの小型化を図ることができ
る。また音叉２２が上基板２５と下基板１６とに挟持さ
れているので、音叉２２が保護され、取り扱い性が良く
なる他、塵埃の侵入を防止して外乱を抑制し、センサ精
度を向上することができる。また、真空封止して更にＱ
値を向上させることもできる。また本実施の形態におい
ても、前記第１の実施の形態と同様に、脚２７のｘ方向
における共振周波数ωxとｙ方向における共振周波数ωy
とをほぼ等しく保ちつつ、脚２７の中間部２７ｂを先端
部２７ａよりも細くして中間部２７ｂのばね定数を低減
したので、脚２７の振動を増幅させ、したがって角速度
の検出感度を向上させることができる。

【００５０】尚、本実施の形態における駆動用電極２３
ａ、２３ｂおよび検出用電極２４ａ、２４ｂの形成位置
については、前記第２〜第４の実施の形態と同様に変更
することができる。

【００５１】以下、本発明の第７の実施の形態を図１５
ないし図１７を参照して説明する。本実施の形態は第１
ないし第６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。

【００５２】本実施の形態のペン型マウス３０は、図１
５に示すように、ペン型のケース３１の内部に第１ない
し第６の実施の形態で示したようなジャイロスコープ３
２ａ、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１６に示すように、ペン型
マウス３０を上から見たとき（図１５の矢印Ａ方向）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３５ａ、３５
ｂ、マウス本体のスイッチ３６等が備えられている。

【００５３】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１５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１７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。

【００５４】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。

【００５５】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、上記の各実施の形態では、検出用電極を脚１個に
ついてそれぞれ２個ずつ設けたが、ｘ方向における振動
の振幅を検出できる構成であればよく、少なくとも１個
設ければよい。感度向上の面からは、加工が可能である
限り、各脚について形成される検出用電極の数は多くす
ることが望ましい。また３本の脚で例えば上面側、下面
側、上面側というようにそれぞれ異なる面側に検出用電
極を設けてもよい。また駆動用電極については、脚を振
動でき、かつ検出用電極との間に寄生容量を発生しない
構成であれば、その形状、形成位置は適宜変更可能であ
る。また、上記各実施の形態では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。

【００５６】また上記各実施の形態では、脚（振動片）
を導電性を有するシリコンで形成し、これと対向して容
量を形成する駆動用電極および検出用電極を基板側に設
け、脚側には電極を設けない構成としたが、駆動用電極
または検出用電極として一対の電極を、脚側と基板側に
対向配置させて設けてもよい。具体的には、脚の表面上
にシリコン酸化膜などの絶縁膜を形成し、その上に導電
性材料で、一対の駆動用電極または検出用電極の一方を
なす電極を形成するとともに、これら脚上に設けられた
電極と対向して容量を形成する他方の電極を基板上に設
ける構成としてもよい。このような構成とすれば、脚上
に形成する電極の形状や個数を自由に設計できるので、
さらに検出感度を向上させる構成とすることが可能であ
る。

【００５７】また、ガラス基板については、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、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。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。

【００５８】

【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。また、
振動片の中間部を先端部よりも細くして中間部のばね定
数を低減するとともに、振動片のｘ方向における共振周
波数とｙ方向における共振周波数とをほぼ等しくするこ
とによって、振動片の振動を増幅させて角速度の検出感
度を向上させることができる。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ＩＶ−ＩＶ線に沿う側断面図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態のジャイロスコー
プの製造方法を示す工程図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態のジャイロスコー
プを示す側断面図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態のジャイロスコー
プを示す側断面図である。

【図８】本発明の第４の実施の形態のジャイロスコー
プを示す側断面図である。

【図９】本発明の第５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１０】同、平面図である。

【図１１】図１０のＸ−Ｘ線に沿う側断面図である。

【図１２】本発明の第５の実施の形態のジャイロスコ
ープの製造方法を示す工程図である。

【図１３】本発明の第６の実施の形態のジャイロスコ
ープを示す斜視図である。

【図１４】図１３のＸII−ＸII線に沿う側断面図であ
る。

【図１５】本発明の第７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１６】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１７】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１８】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】１，１１，２１，３２ａ，３２ｂジャイロスコープ２，１２，２２音叉３，３ａ，３ｂ，１３，２３ａ，２３ｂ駆動用電極４，４ａ，４ｂ，１４，２４ａ，２４ｂ検出用電極５，１５，２５上側ガラス基板６，１６，２６下側ガラス基板７，１７，２７脚（振動片）８，１８，２８支持部９，１９，２９枠部３０ペン型マウス（入力装置）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者篠原英司東京都大田区雪谷大塚町１番７号アルプス電気株式会社内 (72)発明者江刺正喜宮城県仙台市太白区八木山南一丁目11−９Ｆターム(参考） 2F105 AA10 BB02 BB13 CC01 CC06 CD03 CD05 CD13 5B087 AA06 BC12 BC13 BC19 BC34 DD03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動片および該振動片の基端側を連結す
る支持部を有してなる音叉と、前記振動片の長手方向を
ｚ方向とするとき前記振動片を該ｚ方向に垂直なｙ方向
に振動させる駆動手段と、前記振動片の先端部の前記ｙ
方向およびｚ方向の両方に垂直なｘ方向の振動に伴う容
量の変化を検出する検出用電極とを有してなり、前記振動片の先端部の前記ｚ方向に垂直な断面の面積
が、前記振動片の先端部と前記支持部との間の中間部の
前記ｚ方向に垂直な断面の面積よりも大きく、かつ前記
振動片の前記ｘ方向における共振周波数と前記ｙ方向に
おける共振周波数とがほぼ等しいことを特徴とするジャ
イロスコープ。
【請求項２】前記駆動手段として、前記振動片の先端
部の前記ｙ方向に垂直な面との間に容量を形成する駆動
用電極が設けられていることを特徴とする請求項１記載
のジャイロスコープ。
【請求項３】前記駆動手段として、前記振動片の中間
部の前記ｙ方向に垂直な面との間に容量を形成する駆動
用電極が設けられていることを特徴とする請求項１記載
のジャイロスコープ。
【請求項４】前記振動片の前記ｙ方向に垂直な面に対
向する基材を備え、該基材上の前記振動片と対向する面
に前記振動片の外面形状に沿う段差が形成されており、
前記基材の前記振動片の中間部と対向する位置に前記駆
動用電極が設けられていることを特徴とする請求項３記
載のジャイロスコープ。
【請求項５】請求項１ないし４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。