JP3835212B2 - 角速度センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動子を加振手段により駆動振動させ、角速度が印加されたときに該駆動振動方向と直交する方向への振動子の振動に基づいて角速度を検出するようにした振動型の角速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の振動型の角速度センサは、一般に、基部と、この基部に連結された振動子と、この振動子と連結して設けられ振動子側の部位とこれに対向する基部との間にて、振動子を第１の方向へ駆動振動させるために振動を発生させる加振手段と、振動子の駆動振動のもと角速度が印加されたときに第１の方向と直交する第２の方向への振動子の振動に基づいて角速度を検出する検出手段とを備えるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の角速度センサについて、本発明者等は、試作検討を行った。図８は、本発明者等が周知の半導体製造技術を用いて試作した角速度センサの概略平面構成を示す図である。
【０００４】
図８に示す様に、半導体基板Ｊ１には、エッチング等にて溝を形成することにより、振動子Ｊ３及び振動子Ｊ３の外周に位置し振動子Ｊ３を支持する基部Ｊ２等が形成されている。なお、振動子Ｊ３は基部Ｊ２に対して可動となっており、基部Ｊ２は、図示しない支持部（支持基板等）に支持されている。
【０００５】
振動子Ｊ３は、図中のｙ方向へ自由度を持つ検出梁Ｊ５を介して基部Ｊ２に連結された略コの字型をなす外側部Ｊ３１と、外側部Ｊ３１の内側に位置する内側部Ｊ３２と、図中のｘ方向へ自由度を持ち、これら外側部と内側部とを連結する駆動梁Ｊ６とより構成されている。
【０００６】
また、基部Ｊ２には、振動子Ｊ３をｘ方向へ駆動振動させるための櫛歯状の駆動電極Ｊ７が形成されている。この駆動電極Ｊ７は、振動子Ｊ３の内側部Ｊ３２から突出する櫛歯部Ｊ４と噛み合うように配置されている。また、基部Ｊ２には、角速度を検出するための櫛歯状の検出電極Ｊ８が形成されている。検出電極Ｊ８は、振動子Ｊ３の外側部Ｊ３１から突出する櫛歯部Ｊ９と噛み合うように配置され、検出手段Ｊ８、Ｊ９を構成している。
【０００７】
かかる角速度センサにおいては、駆動電極Ｊ７から信号を印加することにより、振動子Ｊ３をｘ方向に駆動振動させる。そして、この駆動振動のもとｚ軸回りに角速度Ωが加わったとき、コリオリ力によって振動子Ｊ３は、ｙ方向へ振動（検出振動）する。この検出振動によって、検出電極Ｊ８における櫛歯間の容量が変化し、この容量変化を検出することで、角速度Ωを求めることができる。
【０００８】
ここで、基部Ｊ２側の櫛歯状の駆動電極Ｊ７とこの駆動電極Ｊ７に対向する振動子Ｊ３の内側部Ｊ３２の櫛歯部Ｊ４とにより、振動子Ｊ３をｘ方向へ駆動振動させるための加振手段が形成される。
【０００９】
そして、加振手段においては、駆動電極Ｊ７への信号印加により、図９中の矢印に示す様に、両櫛歯部Ｊ４、Ｊ７が近づいたり遠ざかったりする様に、両櫛歯部Ｊ４、Ｊ７の間にて、振動子Ｊ３をｘ方向へ駆動振動させるための振動が発生する。
【００１０】
このとき、角速度センサを大気中にて駆動させると、両櫛歯部Ｊ４、Ｊ７の間には、空気の粘性抵抗が存在し、それによって、両櫛歯部Ｊ４、Ｊ７間における振動（つまり、加振手段における振動）が減衰する（ダンピング）という問題がある。
【００１１】
そして、このダンピングによって、加振手段による振動子Ｊ３における駆動振動の振幅を十分に稼ぐことができないという問題が生じる。振動子Ｊ３の駆動振動の振幅が不十分であると、検出振動の振幅も不十分となり、結果、角速度検出の感度が不十分になってしまい、センサ特性が低下する。
【００１２】
単純には、加振手段における振動の振幅を小さくすれば、両櫛歯部Ｊ４、Ｊ７の間における空気の粘性抵抗を小さくすることができるが、この場合、振動子Ｊ３の駆動振動の振幅も小さくなってしまう。
【００１３】
また、加振手段における空気の粘性抵抗の影響を無くすために、センサ全体を真空にパッケージすることも考えられるが、センサを真空に封止するために手間がかかったり、構成自体が複雑化する等の問題がある。
【００１４】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、振動型の角速度センサにおいて、加振手段における振動の振幅を小さくしても、振動子における駆動振動の振幅が小さくならずに確保できるようにすることを目的とする。
【００１５】
【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に記載の発明では、基部（２０）と、基部に連結された振動子（３０、４０）と、振動子を基部の表面と平行な第１の方向（ｘ）へ駆動振動させるために、第１の方向に振動を発生させる加振手段（３４、４４）と、振動子の駆動振動のもと角速度が印加されたときに第１の方向と直交するとともに基部の表面と平行な第２の方向（ｙ）への振動子の振動に基づいて角速度を検出する検出手段（７０、８０）と、振動子と加振手段とを連結する梁手段（６０）とを備え、梁手段は、加振手段に連結されて加振手段の発生した振動による変位を、てこの原理によって第１の方向に沿って拡大する第１の梁手段と、第１の梁手段に連結されて拡大された変位の振動をして振動子に伝える第２の梁手段とを備え、前記第１の梁手段は、一端が固定点である支点（６１）となり他端が互いに接続された作用点（６２）となる２つの梁を有し、それぞれの梁において、前記支点と前記作用点との間に前記加振手段に接続された力点（６３）が設けられ、前記加振手段の振動による前記力点の変位を前記作用点において前記第１の方向に沿って拡大するようになっており、前記第２の梁手段は、前記２つの梁の他端が接続された前記作用点に連結されていることを特徴としている。
【００１８】
本発明によれば、梁手段において、加振手段からの振動による力点の変位を、支点を介して、作用点では拡大して振動子に伝えることができるため、てこの原理により、振動子の変位は力点の変位よりも大きいものになる。従って、加振手段における振動の振幅を小さくしても、振動子における駆動振動の振幅が小さくならずに確保することができる。
【００２０】
また、請求項２に記載の発明のように、振動子を、それぞれ基部（２０）に連結された第１の振動子（３０）と第２の振動子（４０）とより構成する場合、第１及び第２の振動子のそれぞれに対して検出手段（７０、８０）を設け、加振手段（３４、４４）および梁手段（６０）を、第１の振動子と第２の振動子との間に設けたものにすることができる。
【００２１】
このように、振動子が２個ある場合、２個の振動子の間に、加振手段および梁手段を設ければ、センサ構成の簡略化の点で有効である。
【００２２】
さらに、請求項３に記載の発明のように、梁手段（６０）を、第１の振動子（３０）と第２の振動子（４０）とを連結するものとし、加振手段（３４、４４）の振動により、第１及び第２の振動子が、梁手段を介して第１の方向（ｘ）へ互いに逆相に駆動振動するようになっているものにすることができる。
【００２３】
それによれば、駆動振動において、第１の振動子の動きと第２の振動子の動きが互いにキャンセルされ、両振動子を連結する梁手段における梁の途中部に、固定点としての支点が構成されるため、梁手段における梁の一部を基部に固定して支点を形成すること無く、梁手段は、てこの作用を適切に発揮することができる。
【００２４】
梁手段における梁の一部を基部に固定して支点を形成する場合、当該支点を周囲の基部から電気的に絶縁するために溝等を形成する必要があるが、本発明によれば、そのようなことが不要となり、簡略化された構成を実現することができ、好ましい。
【００２５】
また、請求項４に記載の発明のように、加振手段（３４、４４）としては、加振手段における梁手段（６０）との接続部に形成された櫛歯部（３４ａ、４４ａ）と、基部（２０）に形成された櫛歯部（３４ｂ、４４ｂ）とが噛み合って対向しているものにすることができる。
【００２６】
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。
【００２７】
【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。図１は、本発明の実施形態に係る角速度センサＳ１の概略平面構成を示す図である。本角速度センサＳ１は、振動子を、それぞれ基部２０に連結された第１の振動子３０と第２の振動子４０とより構成したものである。
【００２８】
角速度センサＳ１は、シリコン基板等の半導体基板１０よりなり、この半導体基板１０に、エッチング等の周知の半導体製造技術を用いて溝を形成することにより、図１に示す様に、矩形破線１０ａの内部を中空部とする枠形状の基部２０、２個の振動子３０、４０、各手段等が区画形成されている。
【００２９】
基部２０の内周に位置する第１の振動子（図中、左側）３０及び第２の振動子（図中、右側）４０は、互いに対称形状をなしている。本例では、両振動子３０、４０は、図１中のｘ方向（第１の方向）に沿って並べられており、両方とも基部２０に対して可動となっている。なお、基部２０は、図１では図示しない支持部（支持基板等）に支持されている。
【００３０】
両振動子３０、４０は、矩形枠状をなす外側部（第１の振動部）３１、４１と、この外側部３１、４１の内側に位置する略矩形状の内側部（第２の振動部）３２、４２と、これら外側部３１、４１と内側部３２、４２とを連結する駆動梁３３、４３とを備えている。そして、両振動子３０、４０は、外側部３１、４１にて検出梁５０を介して基部２０に連結支持されている。
【００３１】
駆動梁３３、４３は、図１中のｘ方向（第１の方向）へ自由度を持つもので、本例では、ｘ方向へバネ変形可能な様に、ｘ方向へ延びて折り返された略コの字形状をなしている。また、検出梁５０は、図１中のｙ方向（第２の方向）へ自由度を持つもので、本例では、ｙ方向へバネ変形可能な様に、ｙ方向が長手方向となっている長方形枠状をなしている。
【００３２】
また、第１の振動子３０と第２の振動子４０との間には、両振動子３０、４０の各内側部３２、４２をｘ方向へ互いに逆相に駆動振動させるために振動を発生させる加振手段３４、４４と、加振手段３４、４４の振動による変位をてこの原理によって拡大して振動子３０、４０の内側部３２、４２に伝える梁手段６０とが設けられている。
【００３３】
ここで、図１中の梁手段６０およびその近傍部の拡大図を図２に示す。なお、図２においては、溝によって区画された半導体基板１０の表面に、識別を容易にするためのハッチングを便宜上、施してある。
【００３４】
梁手段６０は、第１の振動子の内側部３２とこれに対応する加振手段３４との間を連結し、第２の振動子の内側部４２とこれに対応する加振手段４４との間を連結するとともに、第１の振動子の内側部３２と第２の振動子の内側部４２とを連結する折り返し枠形状を有する梁である。
【００３５】
そして、梁手段６０は、折り返し部に位置し固定点である支点６１と、各振動子の内側部３２、４２に接続された作用点６２と、各加振手段３４、４４に接続された力点６３とを備える。
【００３６】
ここで、図１、図２に示す様に、各振動子３０、４０について、梁手段６０における振動子の内側部３２、４２との接続部（作用点６２）の上下に、それぞれ、支点６１、力点６３を備える。また、力点６３が支点６１と作用点６２との間に設けられているため、作用点６２は力点６３よりも支点６１から遠い位置に存在する。
【００３７】
また、各加振手段３４、４４は、加振手段３４、４４における梁手段６０（力点６３）との接続部に形成された櫛歯部（加振用可動櫛歯部）３４ａ、４４ａと、基部２０に形成された櫛歯部（加振用固定櫛歯部）３４ｂ、４４ｂとが噛み合って対向しているものである。そして、図１、図２に示す様に、各振動子３０、４０について、梁手段６０における作用点６２の上下に、それぞれ加振手段３４、４４は２個設けられている。
【００３８】
詳細は後述するが、このような加振手段３４、４４および梁手段６０は、次のような作動を行うものとして構成されている。加振手段３４、４４に駆動信号が印加されると、加振手段における対向する両櫛歯部３４ａと３４ｂとの間および４３ａと４４ｂとの間にて、梁手段６０側の加振用可動櫛歯部３４ａ、４４ａがｘ方向へ振動する。ただし、第１の振動子３０と第２の振動子４０とで、互いに逆相（逆方向）に振動するように、加振手段３４と加振手段４４とでも互いに逆相に振動が発生する。
【００３９】
すると、この加振用可動櫛歯部３４ａ、４４ａのｘ方向への変位により、梁手段６０においては、支点６１を固定点として力点６３がｘ方向へ変位することで、作用点６２も、ｘ方向において力点６３と同方向へ変位する。そして、作用点６２は力点６３よりも支点６１から遠くにあるため、加振手段３４、４４の振動による力点６３の変位は、作用点６２では拡大して振動子の内側部３２、４２に伝えられる。
【００４０】
このように、両振動子３０、４０の各内側部３２、４２をｘ方向へ駆動振動させるために加振手段３４、４４にて発生した振動の変位は、梁手段６０を介して、てこの原理によって拡大して振動子３０、４０の内側部３２、４２に伝えられるように構成されている。
【００４１】
また、図１に示す様に、基部２０と各振動子３０、４０との間には、角速度を検出するための検出手段７０、８０が、各振動子３０、４０毎に設けられている。各検出手段７０、８０は、各振動子３０、４０の外側部３１、４１から突出する櫛歯部（検出用可動電極）７０ａ、８０ａと、この検出用可動電極７０ａ、８０ａと噛み合って対向するように基部２０側に形成された櫛歯部（検出用固定櫛歯部）７０ｂ、８０ｂとよりなる。
【００４２】
また、半導体基板１０の基部２０には、アルミ等よりなる各パッドが形成されている。第１の振動子３０が検出梁５０を介して支持されている基部２０には、第１の振動子３０に電気的に接続されたパッド３０ａが形成され、第２の振動子４０が検出梁５０を介して支持されている基部２０には、第２の振動子４０に電気的に接続されたパッド４０ａが形成されている。
【００４３】
また、加振手段３４、４４における加振用固定櫛歯部３４ｂ、４４ｂと導通する基部２０には、加振用固定櫛歯部３４ｂ、４４ｂに電気的に接続されたパッド３４ｃ、４４ｃが形成されている。また、各検出手段７０、８０における検出用固定櫛歯部７０ｂ、８０ｂと導通する基部２０には、検出用固定櫛歯部７０ｂ、８０ｂに電気的に接続されたパッド７０ｃ、８０ｃが形成されている。
【００４４】
ここで、パッド３０ａ、４０ａは、それぞれ第１の振動子３０、第２の振動子４０を一定電位に保つためのパッドであり、パッド３４ｃ、４４ｃは加振手段３４、４４に振動を発生させ各振動子３０、４０をｘ方向へ駆動振動させるための駆動用パッドである。また、パッド７０ｃ、８０ｃは、検出手段７０、８０からの信号を取り出すための検出用パッドである。
【００４５】
また、図１において、基部２０の左下隅部に設けられているパッド９０ａは、振動子、加振手段、検出手段と溝を介して電気的に絶縁されている基部２０を一定電位に保つためのパッドである。これら各パッドは、ワイヤボンディング等により、後述するセンサＳ１の外部に設けられた信号回路と電気的に接続されている。
【００４６】
次に、角速度センサＳ１の製造方法について、ＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）基板を用いた例として述べる。図３及び図４は、最終的に図４（ｄ）に示す角速度センサＳ１を製造するための製造方法を示すもので、上記図１中のＡ−Ａ線に沿った断面に対応して、各工程中のワークを示したものである。
【００４７】
図４（ｄ）に示す様に、このＳＯＩ基板１０４は、一対のシリコン基板１０１、１０２を酸化膜（絶縁層）１０３を介して貼り合わせてなるものであり、上記図１に示す半導体基板１０は、図４（ｄ）中のＳＯＩ基板１０４における上側のシリコン基板１０２に相当する。
【００４８】
そして、図４（ｄ）に示す様に、上側のシリコン基板（半導体基板）１０は、開口部１０ａが形成された下側のシリコン基板１０１及び酸化膜１０３に、支持されている。なお、開口部１０ａの平面形状は、上記図１中の破線に示すようになっており、それにより、各振動子、梁手段、加振手段、検出手段は、開口部１０ａ上にて可動となっている。
【００４９】
まず、図３（ａ）に示す様に、単結晶シリコンからなる両シリコン基板１０１、１０２の間に酸化膜（例えば厚さ１μｍ）１０３を挟んでなるＳＯＩ基板１０４を用意し、上側のシリコン基板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各パッド（図中では、パッド７０ｃ、８０ｃが図示されている）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。
【００５０】
続いて、ＳＯＩ基板１０４の表面（上側のシリコン基板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、上記各パッド３０ａ、４０ａ、３４ｃ、４４ｃ、７０ｃ、８０ｃ、９０ａを形成する。続いて、図３（ｂ）に示す様に、ＳＯＩ基板１０４の裏面（下側のシリコン基板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。
【００５１】
続いて、図３（ｃ）に示す様に、ＳＯＩ基板１０４の裏面（下側のシリコン基板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。
【００５２】
続いて、図４（ａ）に示す様に、上側のシリコン基板１０２の表面に、上記基部２０、２個の振動子３０、４０、各手段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酸化膜１０３までトレンチ形状を形成する。
【００５３】
続いて、図４（ｂ）に示す様に、下側のシリコン基板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、酸化膜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酸化膜１０３が破れてＳＯＩ基板１０４を破損するため、酸化膜１０３が破れないように、例えば下側のシリコン基板１０１のシリコンを１０μｍ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。
【００５４】
続いて、図４（ｃ）に示す様に、プラズマドライエッチングにより、図４（ｂ）の工程で残したＳｉをエッチング除去する。このとき、ＳＯＩ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４（ｄ）に示す様に、酸化膜１０３をドライエッチングによって除去して、上記振動子３０、４０等を形成することにより、角速度センサＳ１が完成する。
【００５５】
この後、振動子３０、４０、加振手段３４、４４及び検出手段７０、８０における上記各パッドは、ワイヤボンディング等により、上記信号回路と電気的に接続される。図５は、この信号回路のブロック図である。
【００５６】
図５には、上記パッドのうち、第１の振動子３０、第２の振動子４０をそれぞれ駆動振動させるための駆動用パッド３４ｃ、４４ｃと、検出手段７０（第１の振動子側）、検出手段８０（第２の振動子側）からの信号を取り出すための検出用パッド７０ｃ、８０ｃが示してある。
【００５７】
図５に示す様に、第１の振動子３０、第２の振動子４０には、それぞれ共通の交流電圧（矩形波もしくは正弦波）が、駆動信号として印加されるようになっている。つまり、各加振手段３４、４４において、加振用可動櫛歯部３４ａ、４４ａと加振用固定櫛歯部３４ｂ、４４ｂとの間に、電圧が印加されることで静電気力が発生し、各加振手段３４、４４における加振用可動櫛歯部３４ａ、４４ａが振動するようになっている。
【００５８】
また、各検出手段７０、８０には、それぞれ検出用パッド７０ａ、８０ａを介して、検出用可動電極７０ａ、８０ａと検出用固定櫛歯部７０ｂ、８０ｂとの間の容量を電圧に変換するためのＣ／Ｖ変換回路１００が接続され、このＣ／Ｖ変換回路１００の先には、駆動信号からのタイミングに基づき、検出を行わせるためのスイッチングを行う同期検波回路１１０が接続されている。
【００５９】
次に、本角速度センサＳ１の作動について述べる。まず、信号回路に設けられた図示しない駆動回路から駆動用パッド３４ｃ、４４ｃを介して、それぞれ、第１の振動子３０に対応した加振手段３４、第２の振動子４０に対応した加振手段４４に上記駆動信号を印加する。
【００６０】
すると、加振手段３４、４４における加振用可動櫛歯部３４ａ、４４ａと加振用固定櫛歯部３４ｂ、４４ｂとの間の静電相互作用により、加振用可動櫛歯部３４ａ、４４ａが加振用固定櫛歯部３４ｂ、４４ｂに対して、近づいたり離れたりするようにｘ方向に沿って振動する。
【００６１】
このとき、第１の振動子３０に対応した加振手段３４と、第２の振動子４０に対応した加振手段４４とでは、ｘ方向に沿って互いに逆方向（つまり、逆相）に振動が発生する。それによって、加振手段３４、４４に接続された梁手段６０の力点６３も、加振用可動櫛歯部３４ａ、４４ａの振動の変位に伴って変位する。
【００６２】
そして、梁手段６０においては、この力点６３のｘ方向への変位により、作用点６２も、ｘ方向において力点６３と同方向へ変位する。そして、作用点６２は力点６３よりも支点６１から遠くにあるため、加振手段３４、４４の振動による力点６３の変位は、作用点６２では拡大して振動子の内側部３２、４２に伝えられる。
【００６３】
つまり、加振用可動櫛歯部３４ａ、４４ａが加振用固定櫛歯部３４ｂ、４４ｂに対して、近づいたり離れたりするに伴って、折り返し枠形状を有する梁手段６０は、図１および図２中の上下の支点６１を固定点とし、左右の作用点６２の部位を最大変位点として、ｘ方向への枠幅が広がったり縮まったりするのである。
【００６４】
こうして、梁手段６０における作用点６２の変位（振幅）は、加振手段３４、４４における振動の変位すなわち力点６３における変位（振幅）よりも大きな変位となる。そして、この作用点６２の変位に伴い、両振動子３０、４０における内側部３２、４２が、駆動梁３３、４３の作用により、互いに逆相（逆方向）でｘ方向へ駆動振動する。
【００６５】
なお、梁手段６０においては、支点６１が固定点であるが、厳密には、上記したような駆動振動における梁手段６０の変形（ｘ方向への枠幅の拡縮等）に伴って、若干変位する。しかし、この支点６１の変位は、駆動振動における力点６３の変位（加振手段３４、４４による振動の変位）に比べて、一桁以上小さいものであるため、支点６１は、実質的には動かない固定点として構成することができる。
【００６６】
こうして、両振動子３０、４０が駆動振動しているときに、ｚ軸（図１参照）回りに角速度Ωが印加されると、各振動子３０、４０にはｙ方向へ互いに逆方向のコリオリ力が作用する。すると、このコリオリ力によって、各振動子３０、４０は、それぞれ、振動子全体が検出梁５０の作用により、ｙ方向へ互いに逆相にて振動（検出振動）する。
【００６７】
この検出振動において、各振動子３０、４０に対応する検出手段７０、８０における櫛歯間の容量が、印加角速度（コリオリ力）の大きさに応じて変化する。この容量変化は、各検出用パッド７０ａ、８０ａを介して上記Ｃ／Ｖ変換回路１００にて電圧に変換される。このとき、上記同期検波回路１１０によって検出手段７０、８０からの出力が角速度信号として得られる。
【００６８】
このような角速度センサによれば、両振動子を逆相に駆動振動させることによって、外部加速度をキャンセルしつつ、角速度の検出信号を２個の振動子からの足し合わせとして感度良く検出することができるという利点がある。以上が、本角速度センサＳ１による角速度検出の作動である。
【００６９】
ところで、本実施形態によれば、振動型の角速度センサにおいて、加振手段３４、４４の振動による変位を、てこの原理によって拡大して振動子３０、４０に伝える梁手段６０を備えている。
【００７０】
本実施形態では、梁手段６０は、振動子３０、４０（振動子の内側部３２、４２）と加振手段３４、４４とを連結する梁であって、固定点である支点６１と、振動子の内側部３２、４２に接続された作用点６２と、加振手段３４、４４に接続された力点６３とを備えており、上記した、てこの原理による変位拡大作用を適切に発揮することができる。
【００７１】
このような振動子の変位拡大手段としての梁手段６０の作用を、図６に示す作用説明図を用いて具体的に説明する。振動子３０、４０（振動子の内側部３２、４２）の駆動振動の変位（振幅）をＸとすると、この変位Ｘは、実質的に梁手段６０における作用点６２の変位に相当する。
【００７２】
また、梁手段６０においては、力点６３が支点６１と作用点６２との間に設けられているため、作用点６２は力点６３よりも支点６１から遠い位置に存在するが、ここで、支点６１−作用点６２間の距離をＡ、支点６１−力点６３間の距離をＢとする。
【００７３】
すると、振動子３０、４０の駆動振動の変位（梁手段６０における作用点６２の変位）Ｘに対して、梁手段６０における力点６３の変位は、（Ｂ／Ａ）・Ｘとなる。つまり、所望の振動子の変位Ｘを実現するために必要な加振手段３３、４４の振動による変位は、振動子の変位Ｘよりも小さくすることができる。
【００７４】
ここで、図７に、本実施形態の具体的な効果を示す。図７は、支点６１−作用点６２間の距離Ａと支点６１−力点６３間の距離Ｂとの比Ｂ／Ａを変えていったときの、振動子３０、４０の駆動振動の振幅（図中、振動子振幅にて示し、単位はμｍである）の変化を調べた結果を示す図である。
【００７５】
図７に示す様に、比Ｂ／Ａ＝１のとき（従来のものに相当）に比べて、比Ｂ／Ａを小さくしていくと、振動子振幅が大きくなっており、本実施形態における振動子の変位拡大効果が実現されることがわかる。
【００７６】
このように、本実施形態によれば、梁手段６０において、加振手段３４、４４からの振動による力点６３の変位を、支点６１を介して、作用点６２では拡大して振動子３０、４０に伝えることができ、振動子の変位Ｘは力点の変位よりも大きいものになる。
【００７７】
従って、本実施形態によれば、加振手段３４、４４における振動の振幅を小さくし加振手段における空気の粘性抵抗を小さくしても、振動子３０、４０（振動子の内側部３２、４２）における駆動振動の振幅が小さくならず十分に確保することができる。
【００７８】
そのため、本実施形態の角速度センサＳ１は、センサを真空パッケージするといった手間を施すこと無く、角速度検出の感度が十分に確保され、センサ特性が確保されたものにすることができる。
【００７９】
また、本実施形態では、振動子を、それぞれ基部２０に連結された第１の振動子３０と第２の振動子４０とより構成し、第１及び第２の振動子３０、４０のそれぞれに対して検出手段７０、８０を設けており、加振手段３４、４４および梁手段６０を、第１の振動子３０と第２の振動子４０との間に設けたものとしている。
【００８０】
このように、振動子が２個ある場合、２個の振動子３０、４０の間に、加振手段３４、４４および梁手段６０を設ければ、センサ構成の簡略化の点で有効である。
【００８１】
具体的には、梁手段６０を、第１の振動子３０と第２の振動子４０とを連結するものとして、加振手段３４、４４の振動により、第１及び第２の振動子３０、４０が、梁手段６０を介してｘ方向（第１の方向）へ互いに逆相に駆動振動するようにしている。
【００８２】
それによれば、駆動振動において、第１の振動子３０の動きと第２の振動子４０の動きが互いにキャンセルされ、両振動子３０、４０を連結する梁手段６０における梁の途中部に、固定点としての支点６１が構成されるため、梁手段６０における梁の一部を基部２０に固定して支点を形成すること無く、梁手段６０は、てこの作用を適切に発揮することができる。
【００８３】
本発明では、梁手段の梁を基部２０に固定して支点を形成するようにしても良いが、その場合、当該支点を周囲の基部２０から電気的に絶縁するために溝等を形成する必要がある。その点、本実施形態によれば、そのようなことが不要となり、簡略化された梁構成を実現することができ、好ましい。
【００８４】
（他の実施形態）
なお、梁手段としては、上記実施形態のように、力点が支点と作用点との間に設けられたものでなくとも良く、加振手段の振動による変位を、てこの原理によって拡大して振動子に伝える構成ならば、力点と作用点との間に支点がある構成であっても良い。
【００８５】
また、振動子は、上記図８に示す如く、１個でも良い。この場合、例えば、図１における左右どちらか半分の構成において、上述のように、梁手段における梁の一部を基部２０に支持固定することで支点を構成すれば良い。
【００８６】
また、上記図１に示す角速度センサＳ１では、各振動子３０、４０について、梁手段６０における作用点６２の上側と下側に、それぞれ加振手段３４、４４は２個ずつ設けられている。この場合、例えば、作用点６２の下側の加振手段３４、４４のみを、拡振動子３０、４０の加振手段として用い、作用点６２の上側の加振手段３４、４４は、振動子の駆動振動をモニタするモニタ手段として用いても良い。
【００８７】
この場合、作用点６２の上側のモニタ手段３４、４４は、作用点６２の下側の加振手段３４、４４と同様に振動する。このモニタ手段における振動によって、モニタ手段における対向する両櫛歯部間の容量が変化し、この容量変化を上記したＣ／Ｖ変換回路等を用いてモニタ信号として検出すれば、振動子の駆動振動の状態をモニタすることができる。そして、このモニタ信号を上記駆動回路へフィードバックさせ、自励発振を行うことにより、振動子の駆動振動状態を適宜調整することが可能となる。
【００８８】
また、加振手段および検出手段は、上記した櫛歯部が対向する構造でなくとも良く、例えば、平板が平行して対向する平行平板型の構成であっても良い。
【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概略平面図である。
【図２】図１中の梁手段およびその近傍の拡大図である。
【図３】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４】図３に続く製造方法を示す工程図である。
【図５】上記実施形態に係る角速度センサの信号回路のブロック図である。
【図６】上記実施形態における梁手段の作用説明図である。
【図７】梁手段による効果を具体的に示す図である。
【図８】本発明者等が試作した角速度センサの概略平面図である。
【図９】加振手段における振動の様子を示す説明図である。
【符号の説明】
２０…基部、３０…第１の振動子、３４…第１の振動子の加振手段、
３４ａ…第１の振動子の加振手段における加振用可動櫛歯部、
３４ｂ…第１の振動子の加振手段における加振用固定櫛歯部、
４０…第２の振動子、４４…第２の振動子の加振手段、
４４ａ…第２の振動子の加振手段における加振用可動櫛歯部、
４４ｂ…第２の振動子の加振手段における加振用固定櫛歯部、
６０…梁手段、６１…梁手段の支点、６２…梁手段の作用点、
６３…梁手段の力点、７０…第１の振動子の検出手段、
８０…第２の振動子の検出手段。

Claims (4)

1. 基部（２０）と、
   前記基部に連結された振動子（３０、４０）と、
   前記振動子を前記基部の表面と平行な第１の方向（ｘ）へ駆動振動させるために、前記第１の方向に振動を発生させる加振手段（３４、４４）と、
   前記振動子の駆動振動のもと角速度が印加されたときに前記第１の方向と直交するとともに前記基部の表面と平行な第２の方向（ｙ）への前記振動子の振動に基づいて前記角速度を検出する検出手段（７０、８０）と、
   前記振動子と前記加振手段とを連結する梁手段（６０）とを備え、
   前記梁手段は、
   前記加振手段に連結されて前記加振手段の発生した振動による変位を、てこの原理によって前記第１の方向に沿って拡大する第１の梁手段と、
   前記第１の梁手段に連結されて前記拡大された変位の振動をして前記振動子に伝える第２の梁手段とを備え、
   前記第１の梁手段は、一端が固定点である支点（６１）となり他端が互いに接続された作用点（６２）となる２つの梁を有し、それぞれの梁において、前記支点と前記作用点との間に前記加振手段に接続された力点（６３）が設けられ、前記加振手段の振動による前記力点の変位を前記作用点において前記第１の方向に沿って拡大するようになっており、
   前記第２の梁手段は、前記２つの梁の他端が接続された前記作用点に連結されていることを特徴とする角速度センサ。
2. 前記振動子は、それぞれ前記基部（２０）に連結された第１の振動子（３０）と第２の振動子（４０）とよりなり、
   これら第１及び第２の振動子のそれぞれに対して前記検出手段（７０、８０）が設けられており、
   前記加振手段（３４、４４）および前記梁手段（６０）は、前記第１の振動子と前記第２の振動子との間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. 前記梁手段（６０）は、前記第１の振動子（３０）と前記第２の振動子（４０）とを連結するものであり、
   前記加振手段（３４、４４）の振動により、前記第１及び第２の振動子は、前記梁手段を介して前記第１の方向（ｘ）へ互いに逆相に駆動振動するようになっていることを特徴とする請求項２に記載の角速度センサ。
4. 前記加振手段（３４、４４）は、前記加振手段における前記梁手段（６０）との接続部に形成された櫛歯部（３４ａ、４４ａ）と、前記基部（２０）に形成された櫛歯部（３４ｂ、４４ｂ）とが噛み合って対向しているものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の角速度センサ。

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