JP2001304867A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特別な回路構成とすることなく、簡単に外力
の影響を受けないようにすることのできる新規な角速度
センサを提供する。 【解決手段】 基板に設けられた可動部１〜４を基板の
水平面内で振動させて基板と垂直軸Ｊ回りに角速度Ωが
発生したときに、可動部１〜４に対して基板の水平面内
に作用するコリオリ力を検出するようにした角速度セン
サにおいて、４個の可動部１〜４を、基板の水平面内の
所定点Ｋを中心に点対称に配置し、互いの可動部１〜４
の全てを、所定点Ｋを中心とした円の径方向に沿って同
一方向に駆動振動させる。それにより、各可動部１〜４
に発生するコリオリ力は所定点Ｋを中心とした円の周方
向に沿って同一方向となり、このコリオリ力により各可
動部１〜４は所定点Ｋ回りの同一方向へ回転振動し、直
線的な外力の影響を受けない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板に設けられた
可動部を基板の水平面内で振動させて基板と垂直軸回り
に角速度が発生したときに、可動部に対して基板の水平
面内に作用するコリオリ力を検出するようにした角速度
センサ（ジャイロセンサ、ヨーレートセンサ）に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】基板に設けられた可動部を該基板の水平
面内で駆動振動させるようにした角速度センサにおいて
は、該基板と垂直軸回りに角速度が発生したときに、該
可動部に対して該基板の水平面内に作用するコリオリ力
を検出することができる。一般には、コリオリ力による
可動部の変位によって発生する電気的信号（例えば、可
動部側の電極と固定部側の電極との容量変化等）に基づ
いて角速度を検出するようにしている。

【０００３】このようなセンサにおいては、外部加速度
等の外力がセンサに加わった場合、この外力が可動部を
変位させ、出力の誤差を発生させる。従来より、一般
に、この外力による出力への影響を除去するために、可
動部を複数個設け、互いの可動部から得られるコリオリ
力による信号を、回路により差動処理する等の演算処理
を行うことにより、外力の成分をキャンセルし、センサ
出力から外力の影響を除去するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の外力成分の除去方法では、互いの可動部から得られ
るコリオリ力による信号に含まれる外力成分をキャンセ
ルするために、センサの回路に差動回路等の演算処理機
能が必要となるため、複雑な回路構成となってしまう。

【０００５】この問題に鑑み、本発明は、特別な回路構
成とすることなく、簡単に外力の影響を受けないように
することのできる新規な角速度センサを提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明では、基板（１０４）に設けられた
可動部（１〜４）を基板の水平面内で駆動振動させて基
板と垂直軸回りに角速度が発生したときに、可動部に対
して基板の水平面内に作用するコリオリ力を検出するよ
うにした角速度センサにおいて、可動部を、基板の水平
面内の所定点（Ｋ）を中心に点対称に配置された複数個
のものより構成し、互いの可動部の全てを、上記所定点
を中心とした円の径方向に沿って同一方向に同期して、
同一周波数で駆動振動させるようにしたことを特徴とし
ている。

【０００７】本発明によれば、まず、複数個の可動部を
基板の水平面内の所定点を中心に点対称に配置すること
で、駆動振動において、互いの可動部の振動によって漏
れ振動を打ち消し合うことができるため、各可動部の駆
動振動を高精度に行うことができる。

【０００８】そして、複数個の可動部の全てが、上記所
定点を中心とした円の径方向に沿って同一方向に同期し
て駆動振動する。即ち、複数個の可動部の全てが、この
円の径方向に沿って上記所定点からみて同時に広がる
か、同時に狭まるように駆動振動するため、基板と垂直
軸回りに角速度が発生したときに、各可動部に対して作
用するコリオリ力も全ての可動部で、この円の周方向に
沿って同一方向に作用する。そのため、各可動部は全
て、コリオリ力によって上記所定点を中心として同一方
向に回転振動し、この回転振動に基づいて角速度を検出
することができる。

【０００９】ここで、センサに加わる外部加速度等の外
力は直線的な力であるので、コリオリ力による各可動部
の回転振動は、この外力により影響を受けない。回転運
動する物体に対し、直線的な力を加えても回転の度合を
変えることはできないためである。また、可動部に対し
て上記円の径方向に作用する遠心力については、そもそ
も、コリオリ力の方向が上記円の周方向なので、出力に
は影響しない。

【００１０】従って、本発明によれば、複数個の可動部
全体でみたときのコリオリ力による信号は、外力が加わ
ったときでも、外力が加わっていないときでも、変化す
ることが無いため、外力の影響を考慮した特別な回路構
成とすることなく、簡単に外力の影響を受けないように
することのできる新規な角速度センサを提供することが
できる。

【００１１】また、請求項２の発明では、コリオリ力を
検出するための検出部（６）を、基板（１０４）の水平
面内において所定点（Ｋ）からみて各々の可動部（１〜
４）の外側に設けたことを特徴としている。検出部は、
コリオリ力による可動部の上記所定点を中心とした円の
周方向への変位に基づく電気的信号を検出するが、検出
部を各可動部の外側に設けることにより、検出部におけ
る電極自体を大面積化でき、出力の高感度化を容易に図
れる等の利点がある。

【００１２】また、請求項３の発明では、請求項２記載
の検出部（６）を、基板（１０４）の水平面内において
所定点（Ｋ）からみて各可動部（１〜４）の外側に設け
られた櫛歯状の第１電極（６ｃ）と、各可動部に形成さ
れ第１電極における櫛歯の隙間と噛み合うように設けら
れた櫛歯状の第２電極（６ｂ）とにより構成し、これら
第１の電極と第２の電極との間に形成される検出間隔
（６ｄ）の変化によって生じる容量変化に基づいてコリ
オリ力を検出するようにしたことを特徴としている。

【００１３】それによれば、検出部を上記所定点を中心
とした円の径方向において可動部の外側に設けることに
より、第１電極及び第２電極の各櫛歯の長さをこの円の
径方向へ伸ばすことができるため、電極の大面積化が図
れる。また、第１及び第２電極の櫛歯の隙間（つまり、
検出間隔）は、上記円の径が大きくなる方向へ行くに従
い、広がるため、第１電極及び第２電極間の容量変化を
大きくできる。このように、本発明によれば、電極面積
及び容量変化を大きくすることができるため、センサ出
力の感度をさらに向上させることが容易となる。

【００１４】さらに、請求項４の発明では、各々の可動
部（１〜４）に対応する各々の検出部（６）において、
検出間隔（６ｄ）が、第１電極を基準としてみたとき、
所定点（Ｋ）を中心とした円の周方向に沿って一方向側
にある部分（Ｃ１）と、他方向側にある部分（Ｃ２）と
が存在していることを特徴としている。

【００１５】それによれば、各可動部に対応する検出部
において、検出間隔が上記一方向側にある部分と上記他
方向側にある部分とで、第１電極と第２電極との間に発
生する静電気力が逆方向となる。そのため、上記検出間
隔が、第１電極を基準としてみたとき上記円の周方向に
沿って一方向側のみにある構成を採用した場合に比べ
て、各可動部が回転しにくい構成を実現することができ
る。

【００１６】また、請求項５及び請求項６の発明は、可
動部の適切な具体的構成を提供するものである。また、
請求項７の発明のように、複数個の可動部（１〜４）を
互いに、所定点（Ｋ）を中心とした円の径方向に弾性変
形可能な連成梁（１０）にて連結し、駆動振動時に各可
動部を連成振動させれば、確実に各可動部を同じ周波数
で駆動振動させることができ、好ましい。

【００１７】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。本実施形態では、車両に搭載される
姿勢制御用として適用され、基板に設けられた可動部を
該基板の水平面内で振動させて該基板と垂直軸回りに角
速度が発生したときに、該可動部に対して該基板の水平
面内に作用するコリオリ力を検出するようにした角速度
センサについて、説明する。

【００１９】図１は本実施形態に係る角速度センサの平
面構成を示し、図２は図１中のＡ−Ａ断面を示し、図３
は図１中のセンサ主要部の拡大図、図４は図３の部分拡
大図であって１個の可動部の構成を示す説明図である。
なお、図４中のハッチングは、識別のためのもので断面
を示すものではない。

【００２０】本角速度センサ１００は、図２に示す様
に、共に結晶方位が（１００）である単結晶シリコンか
らなる第１の半導体層１０１と第２の半導体層１０２と
の間に酸化膜からなる絶縁層１０３を有する矩形状のＳ
ＯＩ基板（本発明でいう基板）１０４に、半導体製造技
術を利用した周知のマイクロマシン加工を施すことによ
り形成されたものである。そして、車両へは、図１の紙
面垂直方向における紙面表側を上、紙面裏側を下として
搭載される。

【００２１】ＳＯＩ基板１０４における第１の半導体層
１０１及び絶縁層１０３は、センサの主要部が形成され
る領域において、第２の半導体層１０２が露出するよう
に矩形状に除去され、その除去部分は、第１の半導体層
１０１の開口部（図１中、破線図示）１０５を構成して
いる。この開口部１０５の領域における第２の半導体層
１０２は、開口部１０５の外周部にて絶縁層１０３を介
して第１の半導体層１０１に支持され、開口部１０５に
臨んだ状態となっている。

【００２２】本角速度センサ１００においては、この開
口部１０５の領域における第２の半導体層１０２を溝で
区画することにより、４個の可動部１、２、３、４、各
可動部１〜４を駆動振動させるための駆動電極５、及
び、各可動部１〜４からコリオリ力を検出するための検
出電極６等からなるセンサ主要部が分離形成されてい
る。なお、各半導体層１０１、１０２を構成する単結晶
シリコンには、その抵抗率を下げるために不純物が予め
拡散されている。

【００２３】４個の可動部１〜４は互いに同一形状であ
り、基板１０４の水平面（図１中の紙面に相当）におい
て該水平面の所定点Ｋを中心に点対称に配置されてい
る。個々の可動部１〜４は、略扇状の振動部（図４中、
クロスハッチングで図示）１ａ、２ａ、３ａ、４ａと、
振動部１ａ〜４ａの外周を取り囲むように配置された検
出錘（図４中、片側斜線ハッチングで図示）７とを備え
ている。こうして、各可動部１〜４は全体として、振動
部１ａ〜４ａの円周方向両側を検出錘７で挟んだ１／４
円形状をなす。

【００２４】そして、各可動部１〜４の円周方向両側に
は、所定点Ｋを中心とした円の径方向に延びるように検
出梁（本発明でいう第１の弾性部材）８が設けられてお
り、この検出梁８により、検出錘７はＳＯＩ基板１０４
に支持されている。また、各可動部１〜４において、振
動部１ａ〜４ａは、その円周方向両側に設けられた略コ
の字形状を有する駆動梁（本発明でいう第２の弾性部
材）９により、検出錘７に支持されている。

【００２５】また、各振動部１〜４は、上記所定点Ｋを
略中心として環状に配置された１個の連成梁１０に懸架
され、連成梁１０は、懸架梁１１を介して各可動部１〜
４の検出錘７に懸架されている。従って、各可動部１〜
４は、連結された各梁８〜１１を介して、絶縁層１０３
を介して第１の半導体層１０１に支持されており、開口
部１０５に臨んだ状態となっている。

【００２６】ここで、検出梁８は、所定点Ｋを中心とし
た円の周方向に弾性変形可能なものであり、振動部１ａ
〜４ａに対して検出錘７が、基板１０４の水平面内且つ
上記所定点Ｋを中心とした円の周方向（駆動振動の方向
と直交する方向）へ振動できるように、弾性を発揮す
る。また、駆動梁９及び連成梁１０は、所定点Ｋを中心
とした円の径方向に弾性変形可能なものであり、各振動
部１ａ〜４ａが基板１０４の水平面内且つ所定点Ｋを中
心とした円の径方向（駆動振動の方向）へ振動できるよ
うに、弾性を発揮する。

【００２７】また、連成梁１０によって、各可動部１〜
４の振動部１ａ〜４ａが互いに連結されているため、駆
動振動時に各振動部１ａ〜４ａが連成振動するようにな
っている。このような、各梁における振動方向への弾性
の発揮は、例えば、アスペクト比を上げる等によって、
振動方向には柔らかく、その他の方向には固くすること
によって実現できる。次に、駆動及び検出電極５、６の
詳細について述べる（上記図４参照）。

【００２８】各可動部１〜４を駆動振動させるための駆
動電極（駆動部）５は、各可動部１〜４毎に設けられて
いる。各駆動電極５は、第１の半導体層１０１上に絶縁
層１０３を介して片持ち状に支持固定されるとともに、
所定点Ｋを中心とした円の径方向外側から振動部１ａ〜
４ａに対向して配置された固定部（図４中、点々ハッチ
ングで図示）５ａと、この固定部５ａにおける振動部１
ａ〜４ａと対向する面に形成された櫛歯状の固定部側電
極５ｂと、この固定部側電極５ｂにおける櫛歯の隙間と
噛み合うように振動部１ａ〜４ａ側に設けられた櫛歯状
の可動部側電極５ｃとにより構成されている。

【００２９】また、各可動部１〜４からコリオリ力を検
出するための検出電極（本発明でいう検出部）６は、各
可動部１〜４毎に設けられている。各検出電極６は、各
々、基板４の水平面内において所定点Ｋからみて可動部
１〜４の外側（つまり上記所定点Ｋより離れる側）に位
置している。

【００３０】各検出電極６は、第１の半導体層１０１上
に絶縁層１０３を介して支持固定されるとともに、検出
錘７に対向して配置された固定部６ａと、この固定部６
ａにおける検出錘７と対向する面に形成された櫛歯状の
固定部側電極（本発明でいう検出部の第２電極）６ｂ
と、この固定部側電極６ｂにおける櫛歯の隙間と噛み合
うように検出錘７側に設けられた櫛歯状の可動部側電極
（本発明でいう検出部の第１電極）６ｃとにより構成さ
れている。

【００３１】ここで、図４に示す様に、検出電極６にお
いては、固定部側電極６ｂと可動部側電極６ｃとの間隔
のうち狭い方の間隔が検出間隔６ｄであり、この検出間
隔６ｄにて両電極６ｂ、６ｃ間にコンデンサが形成され
る。そして、コリオリ力により可動部１〜４（検出錘
７）が変位すると、検出間隔６ｄの距離が変化する。そ
のため、両電極６ｂ、６ｃ間の容量の変化に基づいて、
コリオリ力を電気信号として検出し、角速度を求めるこ
とができるようになっている。

【００３２】また、開口部１０５以外の部位にて第１の
半導体層１０１上に絶縁層１０３を介して支持された第
２の半導体層（固定部）１０２には、上記駆動電極５及
び検出電極６と後述する回路部２００との信号のやり取
りを行うためのパッド２０〜２２が、アルミニウムを蒸
着する等により形成されている（図１参照）。駆動用パ
ッド２０は各駆動電極５の固定部５ａに形成され、駆動
電極５の固定部側電極５ｂに導通している。

【００３３】また、検出用可動部側パッド２１は、検出
梁８及び検出錘７を介して各検出電極６の可動部側電極
６ｃに導通し、検出用固定部側パッド２２は各検出電極
６の固定部６ａに形成されて各検出電極６の各固定部側
電極６ｂに導通している。これら駆動用及び検出用の各
パッド２０〜２２は、ワイヤボンディングや基板１０４
に配線を形成する等により、上記回路部２００に電気的
に接続されるようになっている。

【００３４】次に、角速度センサ１００の作動を行うた
めに角速度センサに備えられた回路部（回路手段）２０
０について、図５に示すブロック図を参照して述べる。
回路部２００は、各振動部１ａ〜４ａを駆動させるとと
もに、基板１０４の水平面方向への各振動部１ａ〜４ａ
の変位に基づく信号を角速度信号として出力するもの
で、上記駆動用パッド２０に結線された駆動回路２０１
と、上記検出用固定部側パッド２２に結線された検出・
処理回路２０２とを備えている。また、検出用可動部側
パッド２１は所定の電圧もしくはＧＮＤの状態となって
おり、可動部１〜４は基準電位となっている。

【００３５】駆動回路２０１は、駆動電極５の固定部側
電極５ｂに駆動信号（交流電圧）を印加し、各振動部１
ａ〜４ａを駆動振動させるものである。検出・処理回路
２０２は、検出電極６の固定部側電極６ｂと可動部側電
極６ｃとの間の静電容量変化を電圧値に変換するスイッ
チドキャパシタ等の容量−電圧変換回路（図５中、Ｃ／
Ｖで図示）２０２ａと、該容量−電圧変換回路２０２ａ
から送られてきた電圧値を増幅し角速度検出信号Ｓ１と
して出力する増幅部２０２ｂとを備えている。

【００３６】かかる構成を有する角速度センサ１００
は、図６及び図７に示す製造方法により製造される。図
６及び図７は、上記図２に示すＡ−Ａ断面に基づく製造
工程を示すものである。なお、図６（ａ）〜図７（ｃ）
は図７（ｄ）に示す完成図（上記図２と同様）に対応し
た途中部分を示す。

【００３７】まず、共に結晶方位が（１００）である単
結晶シリコンからなる第１の半導体層１０１と第２の半
導体層１０２との間にシリコン酸化膜（例えば厚さ１μ
ｍ）からなる絶縁層１０３を有するＳＯＩ基板１０４を
用意し（図６（ａ）参照）、第２の半導体層１０２の全
面に表面抵抗値を下げ、次工程にて形成されるアルミニ
ウムからなる上記パッド電極２０〜２２との接触抵抗を
下げるために、例えばリンを高濃度に拡散（Ｎ⁺ 拡散）
する。

【００３８】続いて、図６（ｂ）に示す様に、基板１０
４の表面（第２の半導体層１０２）にアルミニウムを例
えば１μｍ蒸着し、ホト、エッチングを行い、信号取り
出し用の上記パッド電極２０〜２２を形成する。続い
て、図６（ｃ）に示す様に、基板１０４の裏面（第１の
半導体層１０１）を切削研磨（バックポリッシュ）する
ことにより所定の厚さ（例えば３００μｍ）とし、且つ
鏡面仕上げする。

【００３９】続いて、図６（ｄ）に示す様に、基板１０
４の裏面（第１の半導体層１０１）にプラズマＳｉＮ膜
３００を堆積（例えば０．５μｍ）し、ホトパターンを
形成し、プラズマＳｉＮ膜３００をエッチングすること
により所定の領域を開口する。

【００４０】続いて、図７（ａ）に示す様に、第２の半
導体層１０２の表面に、上記振動部１ａ〜４ａ、検出錘
７、各電極５、６及び各梁８〜１１等を画定するパター
ンをレジストで形成し、ドライエッチングにより垂直に
絶縁層１０３までトレンチ形状を形成する。

【００４１】続いて、図７（ｂ）に示す様に、第１の半
導体層１０１を、プラズマＳｉＮ膜３００に形成したパ
ターンをマスクとして、例えばＫＯＨ水溶液で深くエッ
チングする。このとき、絶縁層１０３までエッチングを
進めると、エッチング液の圧力により絶縁層１０３が破
れて基板１０４を破損するため、絶縁層１０３が破れな
いように、例えば第１の半導体層１０１のシリコンを１
０μｍ残してエッチングを終了できるようエッチング時
間を管理する。

【００４２】続いて、図７（ｃ）に示す様に、プラズマ
ドライエッチングにより、図７（ｂ）の工程で残したＳ
ｉをエッチング除去する。このとき、基板１０４の裏面
のプラズマＳｉＮ膜３００は同時に除去される。最後
に、図７（ｄ）に示す様に、絶縁層１０３をドライエッ
チングによって除去して、上記振動部１ａ〜４ａ等を形
成し、上記回路部２００との配線等を行うことにより、
上記図２に示す角速度センサ１００が出来上がる。

【００４３】次に、上記角速度センサ１００の作動につ
いて、図８に示す図２の平面構成に対応したモデルを参
照して、説明する。なお、図８は、各可動部１〜４の振
動部１ａ〜４ａを所定点Ｋを中心としたバネ系モデル
（駆動梁９及び連成梁１０をバネで示す）で示したもの
である。

【００４４】角速度センサ１００において、駆動回路２
０１によって、全ての駆動電極５において固定部側電極
５ｂと可動部側電極５ｃとの間に、同相の矩形波もしく
は正弦波の電圧信号（駆動信号）を印加する。すると、
両電極５ｂと５ｃとの間に静電気力が発生し、駆動梁
（第１の弾性部材）９及び連成梁１０の弾性力によっ
て、全ての可動部１〜４において、振動部１ａ〜４ａが
所定点Ｋを中心とした円の径方向に沿って同一方向に駆
動振動する。

【００４５】つまり、４個の振動部１ａ〜４ａの全て
が、この円の径方向に沿って所定点Ｋからみて同時に広
がるか、同時に狭まるように駆動振動する。図８では、
各矢印ｖに示す様に、４個の振動部１ａ〜４ａの全て
が、同時に広がる瞬間を示している。このように各振動
部１ａ〜４ａを基板１０４の水平面内で駆動振動させ、
基板１０４と垂直軸（図１中、符号Ｊで図示）回りに角
速度Ωが発生すると、各振動部１ａ〜４ａに対して基板
１０４の水平面内において所定点Ｋを中心とした円の周
方向にコリオリ力Ｆｃが作用する。

【００４６】全ての振動部１ａ〜４ａの駆動振動方向が
同一であるため、コリオリ力Ｆｃの作用方向は、全ての
振動部１ａ〜４ａにおいて該円周方向に沿って同一の方
向である。例えば、ある瞬間をみたとき、図８に示す様
に、全ての可動部１〜４においてコリオリ力Ｆｃは、該
円周方向に沿って左回り（反時計回り）方向に作用して
いる。

【００４７】各可動部１〜４において、このコリオリ力
Ｆｃは、振動部１ａ〜４ａから駆動梁９を介して検出錘
７に作用する。すると、検出梁（第２の弾性部材）８の
弾性力によって、４個の可動部１〜４全てにおいて、振
動部１ａ〜４ａ及び検出錘７（つまり、可動部全体）
が、基板１０４の水平面内且つ所定点Ｋを中心とした円
の周方向に沿って同一方向へ回転振動（検出振動）す
る。

【００４８】そして、この可動部１〜４の検出振動によ
る変位を、検出電極６の固定部側電極６ｂと可動部側電
極６ｃ間の容量変化として検出する。この容量変化の検
出は、上記検出用パッド２１、２２を介し、上記容量−
電圧変換回路２０２によって、電圧値に変換し、該電圧
値を増幅し、角速度検出信号Ｓ１として出力する。本実
施形態では４個のコリオリ力Ｆｃが全て単純に加算され
た分（４Ｆｃ）に相当する出力がなされる。以上が角速
度センサ１００の基本動作である。

【００４９】このように、本実施形態によれば、４個の
可動部１〜４における振動部１ａ〜４ａの全てを、所定
点Ｋを中心とした円の径方向に沿って同一方向に駆動振
動させることによって、基板１０４と垂直軸Ｊ回りに角
速度Ωが発生したときに、コリオリ力Ｆｃは、全ての可
動部１〜４で、この円の周方向に沿って同一方向に作用
するため、各可動部１〜４は全て、コリオリ力Ｆｃによ
って所定点Ｋを中心として同一方向に回転振動（検出振
動）し、この回転振動に基づいて角速度Ωを検出するこ
とができる。

【００５０】ここで、もし、可動部が１個であると、駆
動振動時において、振動の反作用により振動の漏れ（漏
れ振動）が生じるが、本実施形態では、４個の可動部１
〜４を基板１０４の水平面内の所定点Ｋを中心に点対称
に配置しているので、そのような問題はない。即ち、駆
動振動において、互いの振動部１ａ〜４ａの振動によっ
て漏れ振動を打ち消し合うことができるため、各振動部
１ａ〜４ａの駆動振動を高精度に行うことができる。

【００５１】また、可動部１〜４に対して上記円の径方
向に作用する遠心力については、そもそも、コリオリ力
Ｆｃの方向が上記円の周方向なので、出力には影響しな
い。また、センサに加わる外部加速度等の外力は直線的
な力であるので、コリオリ力Ｆｃによる各可動部１〜４
の回転振動は、この外力により影響を受けない。回転運
動する物体に対し、直線的な力を加えても回転の度合を
変えることはできないためである。

【００５２】この外部加速度等の外力が影響しないこと
について、もう少し具体的に述べる。例えば、図８に示
す様に、急停止、急発進等により、センサ１００に対し
て外部加速度（外力、外部Ｇ）ＦＧが加わったとする。
このとき、外部加速度ＦＧは振動部２ａ及び４ａに作用
し、部分的に見た場合、振動部２ａの出力は（Ｆｃ＋Ｆ
Ｇ）、振動部４ａの出力は（Ｆｃ−ＦＧ）であるが、４
個の可動部１〜４全体の出力（４Ｆｃ）は変わらない。

【００５３】従って、本実施形態によれば、４個の可動
部全体でみたときのコリオリ力による信号（４Ｆｃ分の
出力）は、外力が加わったときでも、外力が加わってい
ないときでも、変化することが無いため、外力の影響を
考慮した特別な回路構成とすることなく、簡単に外力の
影響を受けないようにすることのできる新規な角速度セ
ンサを提供することができる。

【００５４】また、本実施形態によれば、コリオリ力検
出用の検出電極（検出部）６を、基板１０４の水平面内
において所定点Ｋからみて各々の可動部１〜４の外側に
設けたことを特徴としている。それにより、検出電極６
における櫛歯状電極５ｂ、５ｃの長さを上記円の径方向
へ任意に伸ばすことができ、電極自体を大面積化できる
ため、出力の高感度化を図れる。

【００５５】また、本実施形態によれば、検出電極６に
おける各櫛歯状電極６ｂ、６ｃは、上記円の径方向へ放
射状に伸びるため、対向する電極６ｂ、６ｃ間の隙間
（つまり、検出間隔）は、上記円の径が大きくなる方向
へ行くに従い広がり、第１電極６ｃ及び第２電極６ｂ間
の容量変化も大きくなる。そのため、センサ出力の感度
を向上させることが容易となる。

【００５６】また、各々の可動部１〜４は、所定点Ｋを
中心とした円の周方向に弾性変形可能な検出梁（第１の
弾性部材）８により基板１０４に支持された検出錘７
と、所定点Ｋを中心とした円の径方向に弾性変形可能な
駆動梁（第２の弾性部材）９により検出錘７の内周側に
て検出錘７に支持された振動部１ａ〜４ｄとを備えたも
のであり、それにより、各可動部１〜４は、上述のよう
な駆動振動及び検出振動を適切に行うことができる。

【００５７】また、本実施形態によれば、４個の可動部
１〜４を互いに、所定点Ｋを中心とした円の径方向に弾
性変形可能な連成梁１０にて連結し、駆動振動時に各可
動部１〜４を同じ周波数で連成振動させているので、確
実に、各可動部１〜４の全てを、所定点Ｋを中心とした
円の径方向に沿って同一方向に駆動振動させることがで
き、好ましい。なお、各可動部１〜４の全てを、該円の
径方向に沿って同一方向に駆動振動させることは、連成
梁１０にて各可動部を連結しなくとも、各可動部の駆動
梁９をトリミング等にて調整することでも可能である。

【００５８】また、上記図４に示す様に、各可動部１〜
４の検出電極６における固定部側電極（第２電極）６ｂ
と可動部側電極（第１電極）６ｃとの検出間隔６ｄは、
第１電極６ｃを基準としてみたとき、全ての検出間隔６
ｄが、所定点Ｋを中心とした円の周方向に沿って一方向
側（右回り側、時計回り側）にある。この検出間隔６ｄ
の位置関係については、図９に示す様な変形も可能であ
る。

【００５９】図９においては、各々の可動部１〜４に対
応する各々の検出電極６において、検出間隔６ｄが、第
１電極６ｃを基準としてみたとき、所定点Ｋを中心とし
た円の周方向に沿って一方向側（右回り側）にある部分
（図中、括弧で括ったＣ１部）と、他方向側（左回り
側）にある部分（図中、括弧で括ったＣ２部）とが存在
している。

【００６０】この変形例によれば、各検出電極６におい
て、検出間隔６ｄが上記一方向側にある部分Ｃ１と上記
他方向側にある部分Ｃ２とで、第１電極６ｃと第２電極
６ｂとの間に発生する静電気力が逆方向となる。そのた
め、両部分Ｃ１、Ｃ２からの信号を差動処理する必要は
あるけれども、上記図４に示す様に、検出間隔６ｄが、
第１電極６ｃを基準としてみたとき上記円の周方向に沿
って一方向側のみにある構成を採用した場合に比べて、
各可動部１〜４を回転しにくい構成にすることができ
る。

【００６１】また、上記角速度センサ１００では、ＳＯ
Ｉ基板１０４において支持基板となる第１の半導体層１
０１を、開口部１０５の形成によって除去した構成、い
わゆる裏面エッチングした構成としているが、本実施形
態の角速度センサとしては、図１０に示す様なものも可
能である。

【００６２】図１０に示すセンサ２００は、第２の半導
体層１０２側からトレンチを形成し、犠牲層エッチング
を行うことにより、上記開口部１０５に相当する位置の
絶縁層１０３を除去し、第１の半導体層１０１は残した
ことが、上記センサ１００とは異なる。他の部分は同一
である。このセンサ２００によれば、例えば、所定点Ｋ
の部分の絶縁層１０３及び第２の半導体層１０２を残し
て突起部１２を形成し、この突起部１２に連成梁１０や
懸架梁１１を支持させるようにすることができるため、
強度的により安定したセンサを実現することができる。

【００６３】（他の実施形態）なお、上記実施形態で
は、所定点Ｋを中心に点対称に配置された可動部は４個
であったが、該可動部は、漏れ振動を打ち消すために少
なくとも２個あれば良く、偶数、奇数を問わない。

【００６４】また、上述のように、検出電極（検出部）
は、基板１０４の水平面内において所定点Ｋからみて各
可動部１〜４の外側にあることが好ましいが、各可動部
１〜４の内側に位置していてもよい。また、検出部とし
ては、容量検出以外でも良く、例えば、検出錘７の変位
を電磁力の変化として検出するものであってもよい。ま
た、回路部２００は、角速度センサ１００と同一の基板
１０４上に形成しても良いし、他の基板上に形成しても
良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る角速度センサの平面構
成図である。

【図２】図１中のＡ−Ａに沿った概略断面図である。

【図３】図１中のセンサ主要部の拡大平面図である。

【図４】図３の部分拡大平面図である。

【図５】上記実施形態に係る角速度センサの回路部のブ
ロック図である。

【図６】上記実施形態に係る角速度センサの製造方法を
示す工程図である。

【図７】図６に続く製造方法を示す工程図である。

【図８】上記実施形態に係る角速度センサの作動説明図
である。

【図９】検出間隔の位置関係についての変形例を示す平
面図である。

【図１０】上記実施形態に係る角速度センサの他の例を
示す概略断面図である。

【符号の説明】

１〜４…可動部、１ａ〜４ａ…振動部、６…検出電極、
６ｂ…検出部の固定部側電極（検出部の第２電極）、６
ｃ…検出部の可動部側電極（検出部の第１電極）、６ｄ
…検出間隔、７…検出錘、１０…連成梁、１０４…ＳＯ
Ｉ（シリコンオンインシュレータ）基板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大矢 信之 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 伊藤 岳志 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 Ｆターム(参考） 2F105 AA10 BB03 BB07 CC04 CD03 CD05 CD13 4M112 AA02 BA07 CA24 CA26 CA31 CA36 EA03

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板（１０４）に設けられた可動部（１
   〜４）を前記基板の水平面内で駆動振動させて前記基板
   と垂直軸回りに角速度が発生したときに、前記可動部に
   対して前記基板の水平面内に作用するコリオリ力を検出
   するようにした角速度センサにおいて、 前記可動部は、前記基板の水平面内の所定点（Ｋ）を中
   心に点対称に配置された複数個のものよりなり、 これら複数個の可動部は、前記所定点を中心とした円の
   径方向に沿って全てが同一方向に同期して、同一周波数
   で駆動振動するものであることを特徴とする角速度セン
   サ。
2. 【請求項２】 前記コリオリ力を検出するための検出部
   （６）が、前記基板（１０４）の水平面内において前記
   所定点（Ｋ）からみて前記複数個の可動部（１〜４）の
   各々の外側に設けられていることを特徴とする請求項１
   に記載の角速度センサ。
3. 【請求項３】 前記検出部（６）は、前記基板（１０
   ４）の水平面内において前記所定点（Ｋ）からみて前記
   各可動部（１〜４）の外側に設けられた櫛歯状の第１電
   極（６ｃ）と、前記各可動部に形成され前記第１電極に
   おける櫛歯の隙間と噛み合うように設けられた櫛歯状の
   第２電極（６ｂ）とを備えるものであり、 これら第１の電極と第２の電極との間に形成される検出
   間隔（６ｄ）の変化によって生じる容量変化に基づいて
   前記コリオリ力を検出することを特徴とする請求項２に
   記載の角速度センサ。
4. 【請求項４】 前記各々の可動部（１〜４）に対応する
   各々の前記検出部（６）において、前記第１電極（６
   ｃ）を基準としてみたとき、前記検出間隔（６ｄ）が前
   記所定点（Ｋ）を中心とした円の周方向に沿って一方向
   側にある部分（Ｃ１）と、他方向側にある部分（Ｃ２）
   とが存在していることを特徴とする請求項３に記載の角
   速度センサ。
5. 【請求項５】 前記可動部（１〜４）は、前記所定点
   （Ｋ）を中心とした円の周方向に弾性変形可能な第１の
   弾性部材（８）により前記基板（１０４）に支持された
   検出錘（７）と、前記所定点を中心とした円の径方向に
   弾性変形可能な第２の弾性部材（９）により前記検出錘
   に支持された振動部（１ａ〜４ａ）とを備えたものであ
   ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに
   記載の角速度センサ。
6. 【請求項６】 前記検出錘（７）は前記振動部（１ａ〜
   ４ａ）の外周側に設けられていることを特徴とする請求
   項５に記載の角速度センサ。
7. 【請求項７】 前記複数個の可動部（１〜４）は互い
   に、前記所定点（Ｋ）を中心とした円の径方向に弾性変
   形可能な連成梁（１０）にて連結され、前記駆動振動時
   に各可動部が連成振動するようになっていることを特徴
   とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の角速度
   センサ。