JP4654668B2 - ジャイロセンサおよびそれを用いたセンサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いたジャイロセンサおよびそれを用いたセンサ装置に関するものである。

近年、自動車におけるサスペンションやエアバッグの制御装置、航空機における慣性航法システム、カメラの手ぶれ補償装置などにおいてジャイロセンサを設けたものが提供されている。この種のジャイロセンサは、規定の振動を与えている質量体に外力による角速度が作用したときのコリオリ力を計測することにより角速度を計測するものである。すなわち、コリオリ力は、外力による角速度と質量体の速度との外積に比例するから、コリオリ力の計測値と既知である質量体の速度とから角速度に相当する値を求めることができる。

この種のジャイロセンサとしては、ＭＥＭＳ技術を用いて半導体製造プロセスにより作製されるものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のジャイロセンサ（ジャイロスコープ）は、図の面に垂直な方向であるＺ方向に振動するように駆動される質量体を備え、図の面に沿う一方向であるＸ方向に作用する角速度を計測するものであって、図３５に示すように、矩形枠状の駆動質量体（第１質量体）６２と、駆動質量体６２の内側に配置される検出質量体（第２質量体）６３とを備え、駆動質量体６２の各辺の中央部にそれぞれ設けた第１ばね６４を図示しない支持基板にそれぞれ固定し、Ｘ方向に延長された４本の第２ばね６５を介して駆動質量体６２の左右両辺の各端部と検出質量体６３の上下両辺とをそれぞれ結合した構造を有している。駆動質量体６２の上下両辺には駆動質量体６２および検出質量体６３をＺ方向に振動させるように駆動電圧が印加される駆動電極６６が設けられ、検出質量体６３の左右両辺には検出質量体６３のＹ方向の変位を静電容量の変化によって検出する水平検知電極６７が設けられている。

したがって、駆動電極６６に駆動電圧を印加して駆動質量体６２および検出質量体６３をＺ方向に振動させている状態において、Ｘ方向の角速度が作用すると駆動質量体６２がＸ方向に変位する。検出質量体６３はＸ方向に延長された第２ばね６５を介して駆動質量体６２と結合されているから駆動質量体６２がＸ方向に変位すると検出質量体６３もＸ方向に変位する。また、検出質量体６３にはコリオリ力が生じるから第２ばね６５が撓んで検出質量体６３がＹ方向に変位する。検出質量体６３のＹ方向の変位は水平検知電極６７の出力により計測できるから、駆動質量体６２に与えたＺ方向の振動と水平検知電極６７の出力とを用いてコリオリ力を算出することができ、コリオリ力が算出されると角速度に相当する値を求めることができる。

特許文献１には他の構成例も記載されており、第１ばね６４を駆動質量体６２の各角位置に設けた構成、第１ばね６４に代えて第２ばね６５の一端を支持基板に固定するとともに駆動質量体６２と検出質量体６３とを第１ばね６４を介して連結した構成も開示されている。第２ばね６５の一端を支持基板に固定する構成例としては、第２ばね６５の他端を検出質量体６３に連結した構成のほか、第２ばね６５の他端を駆動質量体６２に連結した構成も開示されている。
特開２００３−１９４５４５号公報（第００１４−００２０段落、図２）

上述した特許文献１に記載のジャイロセンサは、駆動質量体６２および検出質量体６３が、第１ばね６４または第２ばね６５によって四方から拘束されており、また、駆動質量体６２および検出質量体６３は半導体基板により形成するのに対して、第１ばね６４もしくは第２ばね６５を接合する支持基板には一般にガラス基板を用いるから、半導体基板とガラス基板との熱膨張率の差により第１ばね６４もしくは第２ばね６５に熱応力が生じてジャイロセンサの共振周波数が変化する。このように、ジャイロセンサの共振周波数が変化すると検出値が変化するから、特許文献１に記載されたジャイロセンサは検出値の温度依存性が大きいという問題を有している。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、検出値の温度依存性を従来構成よりも低減したジャイロセンサおよびそれを用いたセンサ装置を提供することにある。

請求項１の発明は、一端部が支持基板に対して位置固定された検出ばねを介して、支持基板に対して支持基板に沿った面内で一方向に変位可能に支持された検出質量体と、検出質量体とは駆動ばねを介して結合され支持基板に交差する方向に振動するように駆動される駆動質量体と、支持基板に沿った面内での検出質量体の変位量を検出する検出手段とを半導体基板からなる主基板に備え、駆動質量体と検出質量体とは駆動ばねを介して支持基板に沿った面内で検出質量体の変位方向と直交する方向に並設され、検出ばねは２本あって、それぞれ検出質量体から駆動質量体と検出質量体とが並ぶ一つの向きに延長されており、駆動質量体は両検出ばねの内側に配置され、検出質量体は検出ばねの他端部に連続することによって片持ちで支持されていることを特徴とする。

この構成によれば、検出質量体および駆動質量体を支持基板に対して固定している検出ばねが検出質量体から一つの向きに延長され、片持ちで検出質量体を支持していることにより、主基板と支持基板との熱膨張率に差があっても主基板に熱応力がほとんど発生しないから、共振周波数の変化がほとんどなく、検出値の温度依存性が低減される。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記検出ばねは前記検出質量体の変位方向に可撓であって、両検出ばねの先端部間が検出質量体の変位方向に延長された剛性を有する連結片を介して連続一体に連結され、連結片の中間部が前記支持基板に固定されることを特徴とする。

この構成によれば、２本の検出ばねを連結片により連結し、連結片を支持基板に固定しているから、支持基板に対して主基板を１箇所で固定することができ、主基板と支持基板との接合作業が容易になる。また、２本の検出ばねを連結している連結片を支持基板に固定しているから、主基板と支持基板との熱膨張率に差があっても検出ばねには連結片の延長方向の熱応力がほとんど作用せず、検出値の温度依存性が一層低減される。

請求項３の発明では、請求項１または請求項２の発明において、前記駆動ばねは前記駆動質量体と前記検出質量体との間に配置されねじれ変形が可能なトーションばねであることを特徴とする。

この構成によれば、駆動ばねがトーションばねであるから、曲げ変形を利用する場合に比較すると駆動ばねを省スペースで配置することができる。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記駆動質量体と前記支持基板との少なくとも一方は、前記駆動ばねから離れるほど互いの間隔を広くするように厚み寸法が変化していることを特徴とする。

駆動質量体は、駆動ばね側の一端部を支点として振動するので、駆動ばねから離れるほど振幅が大きくなる。すなわち、請求項４の構成によれば、駆動質量体の振幅が大きい側ほど駆動質量体と支持基板との間隔が広いので、駆動質量体の振幅を比較的大きく設定することができる。結果的に、角速度が作用したときの検出質量体の変位量を比較的大きくすることができ、角速度の検出感度の向上につながる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記駆動質量体と前記支持基板との一方には、駆動質量体の最大振幅を規制する駆動質量体保護突起が突設されていることを特徴とする。

この構成によれば、駆動質量体の最大振幅が規制されるので、ジャイロセンサの落下などにより駆動質量体に衝撃が作用したとしても、駆動質量体の変位量が大きくなって駆動ばねや検出ばねが破損することはないという効果が期待できる。

請求項６の発明では、請求項１ないし請求項５の発明において、前記検出手段は、前記検出質量体に設けた切抜孔の内周面に突設した複数本の可動櫛歯片と、切抜孔の内側に配置され支持基板に固定された固定子の外周面に各可動櫛歯片とそれぞれ対向するように突設した複数本の固定櫛歯片とからなることを特徴とする。

この構成によれば、可動櫛歯片と固定櫛歯片とが複数本ずつ設けられているから、検出質量体の変位に対して可動櫛歯片と固定櫛歯片との間の静電容量が比較的大きく変化することになり、検出質量体の変位を検出する精度を高めることができる。

請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記検出手段は、前記可動櫛歯片と前記固定櫛歯片との間の静電容量の変化によって前記検出質量体の変位量を検出しており、検出質量体に対して検出質量体の変位方向に対向して配置され、検出質量体との間に電圧が印加されて静電力を作用させることにより、可動櫛歯片と固定櫛歯片との間の静電容量を調整する容量調整電極を備えることを特徴とする。

この構成によれば、ジャイロセンサ毎に可動櫛歯片と固定櫛歯片との間隔や対向面積にばらつきがあっても、可動櫛歯片と固定櫛歯片との間の静電容量を揃えることができるので、ジャイロセンサの精度の向上が期待できる。

請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７の発明において、前記検出質量体および前記駆動質量体と前記検出ばねとの間は、主基板を厚み方向に貫通するスリット溝によって分離されており、スリット溝は同じ幅寸法に設定されていることを特徴とする。

この構成によれば、主基板にスリット溝をエッチングにより形成する際にエッチングレートの差を小さく抑えることができる。したがって、抜け切り時間の調整が容易になり、抜け切り後の支持基板へのエッチングの低減、また、エッチングの局所的な熱抵抗増加によるサイドエッチングを防止することができる。結果的に、主基板を比較的高精度で形成することが可能になり、角速度の検出精度の向上が期待できる。

請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８の発明において、前記支持基板において前記駆動質量体との対向面に固定駆動電極が配置され、前記検出ばねにおける支持基板への固定部と、固定駆動電極との間に振動電圧を印加することにより、駆動質量体と固定駆動電極との間に作用する静電力で駆動質量体を振動させることを特徴とする。

この構成によれば、主基板に設けた検出ばねと検出質量体と駆動質量体とを電路に用いることになり、支持基板に固定駆動電極を形成するだけで駆動質量体を振動させるための振動電圧を印加することができるから、構成が簡単であり、小型化につながる。

請求項１０の発明は、請求項１ないし請求項８の発明において、前記支持基板において前記駆動質量体との対向面に、前記検出質量体の変位方向の中間位置で２分割された一対の固定駆動電極が配置され、両固定駆動電極間に互いに逆極性でかつ絶対値が等しい振動電圧を印加することにより、駆動質量体と各固定駆動電極との間にそれぞれ作用する静電力で駆動質量体を振動させることを特徴とする。

この構成によれば、駆動質量体において常に互いに同数の異極性の電荷が生じるので、駆動質量体が振動する期間に駆動質量体の電位が一定に保たれる。したがって、駆動質量体の電位が変化することによるジャイロセンサの共振周波数の変化が抑制され、角速度の検出精度が維持される。

請求項１１の発明は、請求項９または請求項１０の発明において、前記支持基板において前記駆動質量体との対向面に、前記固定駆動電極に隣接して配置され、駆動質量体との間に電圧が印加されて静電力を作用させることにより、駆動質量体と固定駆動電極との間隔を調整する間隔調整電極を備えることを特徴とする。

この構成によれば、ジャイロセンサ毎に駆動質量体と固定駆動電極との間隔にばらつきがあっても、駆動質量体と固定駆動電極との間隔を揃えることができるので、ジャイロセンサの精度の向上が期待できる。

請求項１２の発明は、請求項９ないし請求項１１の発明において、前記支持基板における前記固定駆動電極の周囲に、接地電位に設定されたグランド配線が配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、特に検出質量体へのノイズ放射を低減することができ、角速度の検出精度の向上につながる。

請求項１３の発明は、請求項９ないし請求項１２の発明において、前記固定駆動電極は、前記支持基板において、前記駆動質量体における振幅が最大となる部位に対向する領域を避けて形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、駆動質量体の振幅が大きくなって駆動質量体における振幅が最大となる部位が支持基板に当接する場合にも、駆動質量体と固定駆動電極とが短絡することはない。

請求項１４の発明は、請求項１ないし請求項１３の発明において、前記支持基板は厚み方向に貫通する複数個の透孔を有し、透孔の内周面には導電性の金属薄膜からなり主基板を外部回路に接続する電極配線が形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、支持基板に設けた透孔の内周面に形成した電極配線によって主基板の各部を外部回路に接続するから、主基板の各部位を外部回路に接続するための配線を引き回す必要がなく、結果的に支持基板の占有面積を比較的小さくすることができ、小型化につながる。

請求項１５の発明は、請求項１ないし請求項１３の発明において、前記支持基板は厚み方向に貫通する複数個の透孔を有し、透孔内には透孔を埋めるように充填された導電性材料からなり主基板を外部回路に接続する電極配線が形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、支持基板に設けた透孔内に充填された電極配線によって主基板の各部を外部回路に接続するから、主基板の各部位を外部回路に接続するための配線を引き回す必要がなく、結果的に支持基板の占有面積を比較的小さくすることができ、小型化につながる。また、電極配線として透孔内に充填された導電性材料を用いているので、導電性の金属薄膜を電極配線とする構成よりも確実に主基板の各部と外部回路とを電気的に接続することができる。

請求項１６の発明は、請求項１４または請求項１５の発明において、前記支持基板において前記駆動質量体との対向面に固定駆動電極が配置され、前記主基板と支持基板とが接合された状態で、固定駆動電極と前記電極配線とは、共に主基板に当接することにより主基板を介して電気的に接続されることを特徴とする。

この構成によれば、固定駆動電極と電極配線とを主基板によって接続するから、固定駆動電極を電極配線に接続するための配線を引き回す必要がなく、結果的に支持基板の占有面積を比較的小さくすることができ、小型化につながる。

請求項１７の発明では、請求項１６の発明において、前記支持基板は、前記主基板と接合された状態で主基板との間に前記固定駆動電極を挟む部位に、主基板との間隔を広げる支持基板側応力緩和凹部が凹設されていることを特徴とする。

この構成によれば、主基板と支持基板とが接合された状態で主基板と支持基板との間には支持基板側応力緩和凹部の分だけ隙間が生じ、固定駆動電極がこの隙間に配置される形になるので、主基板および支持基板において固定駆動電極を挟む部位に生じる歪みを比較的小さく抑えることができる。結果的に、この歪みによって生じる応力が検出ばねに作用して角速度の検出精度を低下させることが防止され、角速度の検出精度が維持されるという効果を奏する。

請求項１８の発明では、請求項１６または請求項１７の発明において、前記主基板は、前記支持基板と接合された状態で前記固定駆動電極に当接する部位に、支持基板との間隔を広げる主基板側応力緩和凹部が凹設されていることを特徴とする。

この構成によれば、主基板と支持基板とが接合された状態で主基板と支持基板との間には少なくとも主基板側応力緩和凹部の分だけ隙間が生じ、固定駆動電極がこの隙間に配置される形になるので、主基板および支持基板において固定駆動電極を挟む部位に生じる歪みを比較的小さく抑えることができる。結果的に、この歪みによって生じる応力が検出ばねに作用して角速度の検出精度を低下させることが防止され、角速度の検出精度が維持されるという効果を奏する。また、半導体基板からなる主基板に対してはエッチングにより主基板側応力緩和凹部を容易に凹設することができる。

請求項１９の発明は、請求項１６ないし請求項１８の発明において、前記主基板において前記支持基板と接合された状態で前記固定駆動電極に当接する部位が、主基板における他の部位に対して応力緩和ばねを介して連結されていることを特徴とする。

この構成によれば、主基板において固定駆動電極に当接する部位に生じる歪みにより発生した応力は応力緩和ばねによって緩和されるので、当該応力が検出ばねに作用することによる角速度の検出精度の低下が防止され、角速度の検出精度が維持されるという効果を奏する。

請求項２０の発明は、請求項１ないし請求項１９の発明において、前記駆動質量体の厚み寸法は前記検出質量体の厚み寸法よりも大きいことを特徴とする。

この構成によれば、駆動質量体と検出質量体との質量差を大きくすることができ、駆動質量体の質量を検出質量体よりも大きくすることによって、感度を高めることができる。

請求項２１の発明は、請求項１ないし請求項２０の発明において、前記駆動質量体は、振動方向に貫通された貫通孔を有することを特徴とする。

この構成によれば、駆動質量体が振動する際のダンピングを低減することができるので、駆動質量体の振動方向についての機械的Ｑ値を向上させることができる。その結果、駆動質量体の振幅を比較的大きくすることができるので、角速度が作用したときの検出質量体の変位量を比較的大きくすることができ、角速度の検出感度の向上につながる。

請求項２２の発明は、請求項２１の発明において、前記貫通孔は、前記検出質量体の変位方向に長い帯状に開口していることを特徴とする。

この構成によれば、駆動質量体が、検出質量体の変位方向に変位する際のダンピングを低減することができるので、角速度が作用したときの検出質量体の変位量を比較的大きくすることができ、角速度の検出感度の向上につながる。

請求項２３の発明は、請求項２１または請求項２２の発明において、前記貫通孔は、前記支持基板から離れるほど前記主基板の板面に沿う断面を狭くするテーパ状に形成されていることを特徴とする。

駆動質量体の質量が減少すると駆動質量体の機械的Ｑ値が低減するが、請求項２３の構成によれば、貫通孔を形成したことによる駆動質量体の質量の減少を比較的小さく抑えることができるので、貫通孔を形成しても、質量の減少による駆動質量体の機械的Ｑ値の低下を比較的小さく抑えることができる。したがって、駆動質量体の振幅の低下を抑制でき、角速度の検出感度を維持できる。

請求項２４の発明は、請求項１ないし請求項２３の発明において、前記支持基板において前記検出質量体との対向面に、検出質量体の変位方向に長い帯状に開口した応力緩和溝が形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、支持基板と主基板との熱膨張率に差があっても応力緩和溝の幅方向に生じる熱応力は応力緩和溝の幅寸法が変化することにより緩和されるので、支持基板における内部応力を低減することができる。結果的に、駆動ばねに熱応力が発生することによる共振周波数の変化が抑制され、温度変化に伴う角速度の検出精度の変化が生じないという効果につながる。

なお、ここでいう応力緩和溝は、支持基板を厚み方向に貫通するものと貫通しないものとの両方を含む。

請求項２５の発明は、請求項１ないし請求項２４の発明において、前記主基板は前記駆動質量体および前記検出質量体の周囲を囲む形で前記支持基板に固定されるフレームを備え、検出質量体とフレームとの一方には、検出質量体の最大変位量を規制する検出質量体保護突起が突設されていることを特徴とする。

この構成によれば、検出質量体の最大変位量が規制されるので、ジャイロセンサの落下などにより検出質量体に衝撃が作用したとしても、検出質量体の変位量が大きくなって検出ばねが破損することはないという効果が期待できる。

請求項２６の発明は、請求項１ないし請求項２５の発明において、前記主基板は、前記支持基板に沿った面内において前記検出質量体の変位方向に直交する方向に所定の間隔を有して前記駆動質量体に対向する加速度検出電極を有し、加速度検出電極は、駆動質量体とともに支持基板に沿った面内において検出質量体の変位方向に直交する方向の駆動質量体の変位量を検出する加速度検出手段を構成することを特徴とする。

この構成によれば、支持基板に沿った面内において検出質量体の変位方向に直交する方向の駆動質量体の変位量を検出することができるので、当該方向に作用する加速度の検出が可能になる。

請求項２７の発明は、請求項１ないし請求項２６のいずれかのジャイロセンサを２個備え、両ジャイロセンサの駆動質量体を互いに逆向きに振動させるように両ジャイロセンサを駆動するとともに、各ジャイロセンサのそれぞれの出力の差を出力する信号処理部を有することを特徴とする。

この構成によれば、両ジャイロセンサにおける駆動質量体の振動が互いに逆向きであるから、角速度が作用したときには両ジャイロセンサの出力は互いに逆極性となり、信号処理部の出力は各ジャイロセンサの出力の２倍になる。また、一方向に加速度が作用したときには両ジャイロセンサにおける検出質量体は同じ向きかつ同じ変位量だけ変位するので、両ジャイロセンサの出力は互いに同じになり、信号処理部の出力はゼロとなる。すなわち、角速度に対する感度が各ジャイロセンサの２倍になるとともに、一方向に作用する加速度による影響を受け難いという利点がある。

本発明の構成によれば、検出質量体および駆動質量体を支持基板に対して固定している検出ばねが検出質量体から一つの向きに延長され、片持ちで検出質量体を支持していることにより、主基板と支持基板との熱膨張率に差があっても主基板に熱応力がほとんど発生しないから、共振周波数の変化がほとんどなく、検出値の温度依存性が低減されるという利点がある。

（実施形態１）
本実施形態は、図１および図２に示すように、シリコン基板からなる主基板１の一面にガラス基板からなる支持基板２が積層され、主基板１の他面にガラス基板からなるキャップ３が積層された３層構造であって、支持基板２およびキャップ３は主基板１に対して、たとえば陽極接合により接合される。なお、主基板１にはシリコン以外の半導体を用いることも可能である。

主基板１は、図３に示すように、平面視において矩形状である駆動質量体１１および検出質量体１２が主基板１の板面に沿って並設されるとともに、駆動質量体１１および検出質量体１２の周囲を囲む矩形枠状のフレーム１０を備えている。したがって、主基板１に支持基板２およびキャップ３を接合した状態では、支持基板２とキャップ３とフレーム１０とに囲まれる空間内に駆動質量体１１および検出質量体１２が密封される。以下では、駆動質量体１１と検出質量体１２とが並ぶ方向をＹ方向、主基板１の板面に沿う面内でＹ方向に直交する方向をＸ方向、Ｘ方向とＹ方向とに直交する方向すなわち主基板１の板面に直交する方向をＺ方向とする。

駆動質量体１１と検出質量体１２とは、Ｘ方向に延長された一対の駆動ばね１３を介して連続一体に連結される。すなわち、Ｘ方向において検出質量体１２の全長よりもやや短いスリット溝１４ａと、駆動質量体１１におけるＸ方向の各側縁にそれぞれ一端が開放されＸ方向の一直線上に並ぶ２本のスリット溝１４ｂとが形成され、スリット溝１４ａと各スリット溝１４ｂとの間にそれぞれ駆動ばね１３が形成される。各駆動ばね１３の一端部はスリット溝１４ａの各一端と検出質量体１２の側縁との間に連続し、各駆動ばね１３の他端部は２本のスリット溝１４ｂの間の部位において駆動質量体１１にそれぞれ連続する。駆動ばね１３はねじれ変形が可能なトーションばねであって、駆動質量体１１は検出質量体１２に対して駆動ばね１３の回りで変位可能になっている。つまり、駆動質量体１１は検出質量体１２に対してＺ方向の並進とＸ方向の軸回りの回転とが可能であると言える。また、駆動ばね１３にトーションばねを用いているから、主基板１の厚み方向における駆動ばね１３の寸法を小さくする必要がなく、駆動ばね１３を形成する際の加工が容易である。

検出質量体１２におけるＸ方向の各側縁にはＹ方向に延長された検出ばね１５の一端部がそれぞれ連続し、両検出ばね１５の他端部同士はＸ方向に延長された連結片１６を介して連続一体に連結される。すなわち、一対の検出ばね１５と連結片１６とにより平面視コ字状の部材が形成される。ただし、連結片１６は駆動ばね１３および検出ばね１５に比較して十分に剛性が高くなるように設計されている。連結片１６の長手方向の中間部には固定片１７が突設され、固定片１７は支持基板２に接合され定位置に固定される。駆動質量体１１および検出質量体１２と検出ばね１５および連結片１６との間はコ字状のスリット溝１４ｃにより分離されており、スリット溝１４ｂの一端はスリット溝１４ｃに連続する。検出ばね１５はＸ方向に曲げ変形が可能であって駆動質量体１１および検出質量体１２は固定片１７に対してＸ方向に変位可能になっている。

ところで、検出質量体１２は厚み方向に貫通する４個の切抜孔１８を有し、各切抜孔１８の内側にはそれぞれ固定子２０が配置される。固定子２０は、検出質量体１２のＸ方向の両端付近に配置される電極片２１を有し、電極片２１からは櫛骨片２２がＸ方向に延長され、電極片２１と櫛骨片２２とでＬ字状をなす。電極片２１と櫛骨片２２とは支持基板２に接合され、固定子２０は定位置に固定される。切抜孔１８の内周面は固定子２０の外周面の形状に沿った形状であって、固定子２０との間には間隙が形成される。検出質量体１２のＸ方向の両端部には２個ずつの電極片２１が配置される。櫛骨片２２の幅方向の両端面にはそれぞれ多数本の固定櫛歯片２３がＸ方向に列設される。一方、切抜孔１８の内側面であって櫛骨片２２との対向面には、図４に示すように、固定櫛歯片２３にそれぞれ対向する多数本の可動櫛歯片２４がＸ方向に列設される。各固定櫛歯片２３と各可動櫛歯片２４とは互いに離間しており、検出質量体１２がＸ方向に変位する際の固定櫛歯片２３と可動櫛歯片２４との距離変化に伴う静電容量の変化を検出できるようにしてある。すなわち、固定櫛歯片２３と可動櫛歯片２４とにより検出質量体１２の変位を検出する検出手段が構成される。

支持基板２およびキャップ３は主基板１に設けたフレーム１０に接合され、固定片１７および固定子２０は支持基板２に接合されている。ただし、駆動質量体１１および検出質量体１２は、支持基板２およびキャップ３の間に形成される間隙においてＺ方向に変位可能でなければならないから、図５に示すように、駆動質量体１１および検出質量体１２における支持基板２との対向面を支持基板２から後退させることにより支持基板２と駆動質量体１１および検出質量体１２との間隙ｇ１を確保し、キャップ３における主基板１との対向面に凹所２９を形成することによってキャップ３と駆動質量体１１および検出質量体１２との間隙ｇ２を確保する。両間隙ｇ１，ｇ２は、数μｍ〜十数μｍであって、たとえば１０μｍに設定される。この場合、固定片１７の厚み寸法ｔ１を３００μｍ、駆動質量体１１の厚み寸法ｔ２を２９０μｍなどと設定する。なお、主基板１の厚み寸法を変化させる代わりに、支持基板２において駆動質量体１１および検出質量体１２と対向する部位に凹所を形成してもよい。要するに、駆動質量体１１と支持基板２との対向面において間隙ｇ１を確保できるように駆動質量体１１と支持基板２との一方を他方から後退させた形状とすればよい。

支持基板２において駆動質量体１１との対向面にはアルミニウムのような導電性の金属薄膜からなる固定駆動電極２５（図１参照）が形成してある。一方、支持基板２には、固定片１７に対応する部位と、固定子２０の各電極片２１に対応する部位と、固定駆動電極２５に対応する部位とにそれぞれ透孔２６を形成してある。さらに、図示例ではフレーム１０において固定片１７の近傍部位に、固定片１７を挟む形で一対の接地片１９が形成されており、各接地片１９に対応する部位においても透孔２６が形成される。透孔２６には図５に示すようにアルミニウムのような導電性の金属薄膜からなる電極配線２７が形成される。透孔２６は主基板１に近付くほど内径を小さくするテーパ状であって、電極配線２７は透孔２６の内周面だけではなく主基板１の表面も覆うように形成されている。つまり、透孔２６の一端面は電極配線２７により閉塞され、電極配線２７は主基板１の各部位に電気的に接続される。また、電極配線２７の一部は支持基板２の表面（厚み方向における主基板１との反対面）に延長され、支持基板２の表面に延長された部位は電極パッド２８として機能する。このように、支持基板２に形成した透孔２６の内周面にスルーホールメッキと同様の金属薄膜の電極配線２７を形成することによって、主基板１に形成した各部材と電極パッド２８とを支持基板２の厚み方向において接続しているから、主基板１の上で配線を引き回すことなく外部回路と接続することが可能になり、結果的に基板面積の小型化につながる。

上述したジャイロセンサを製造する際には、透孔２６を形成した支持基板２に主基板１を接合する。この状態では、主基板１の各部位（フレーム１０、駆動質量体１１および検出質量体１２、固定子２０）は分離されていないから、主基板１を支持基板２に接合した後に、フレーム１０を分離する溝、スリット溝１４ａ〜１４ｃ、固定子２０を分離する溝を主基板１におけるキャップ３との対向面から形成して各部位に分離する。この段階において、固定片１７は支持基板２に接合されているから、固定片１７に連続する駆動質量体１１および検出質量体１２は支持基板２に保持されており、また、固定子２０も支持基板２に接合されている。その後、主基板１にキャップ３を接合すれば、駆動質量体１１および検出質量体１２は支持基板２とキャップ３とフレーム１０とに囲まれた空間内に密封される。さらに、支持基板２の透孔２６に電極配線２７を形成するとともに電極パッド２８を形成することにより、上述したジャイロセンサが形成される。

以下に本実施形態の動作を説明する。従来構成として説明したように、ジャイロセンサは駆動質量体１１に規定の振動を与えておき、外力による角速度が作用したときの検出質量体１２の変位を検出するものである。駆動質量体１１を振動させるには固定駆動電極２５と駆動質量体１１との間に正弦波形ないし矩形波形の振動電圧を印加すればよい。振動電圧は、交流電圧が望ましいが、極性を反転させることは必須ではない。駆動質量体１１は駆動ばね１３と検出質量体１２と検出ばね１５と連結片１６とを介して固定片１７に電気的に接続され、支持基板２において固定片１７に対応する部位には透孔２６が形成されており、また固定駆動電極２５に対応する部位にも透孔２６が形成されているから、両透孔２６に対応する電極配線２７に振動電圧を印加すれば、駆動質量体１１と固定駆動電極２５との間に静電力を作用させて駆動質量体１１を支持基板２およびキャップ３に対してＺ方向に振動させることができる。振動電圧の周波数は、駆動質量体１１および検出質量体１２の質量や駆動ばね１３および検出ばね１５のばね定数などにより決まる共振周波数に一致させれば、比較的小さい駆動力で大きな振幅を得ることができる。

駆動質量体１１を振動させている状態において、主基板１にＹ方向の軸回りの角速度が作用したときに、Ｘ方向にコリオリ力が発生し、検出質量体１２（および駆動質量体１１）は固定子２０に対してＸ方向に変位する。可動櫛歯片２４が固定櫛歯片２３に対して変位すれば、可動櫛歯片２４と固定櫛歯片２３との距離が変化し、結果的に可動櫛歯片２４と固定櫛歯片２３との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化は、４個の固定子２０に接続される電極配線２７から取り出すことができる。すなわち、Ｘ方向において並ぶ各一対の電極片２１の間の静電容量は固定櫛歯片２３と可動櫛歯片２４との距離変化を反映するから、両電極片２１は可変容量コンデンサの電極と等価であって、図示する構成では２個の可変容量コンデンサが形成されるから、各可変容量コンデンサの静電容量をそれぞれ検出したり、両可変容量コンデンサを並列に接続した合成容量を検出したりすることにより、検出質量体１２の変位を検出することができる。駆動質量体１１の振動は既知であるから、検出質量体１２の変位を検出することにより、コリオリ力を求めることができる。

ここに、可動櫛歯片２４の変位は、（駆動質量体１１の質量）／（駆動質量体１１の質量＋検出質量体１２の質量）に比例するから、駆動質量体１１の質量が検出質量体１２の質量に比較して大きいほど可動櫛歯片２４の変位が大きくなり、結果的に感度が向上することになる。そこで、本実施形態では駆動質量体１１の厚み寸法を検出質量体１２の厚み寸法の略２倍に設定してある。たとえば、上述のように駆動質量体１１の厚み寸法ｔ２（図５参照）を２９０μｍに設定しているときには、検出質量体１２の厚み寸法を１５０μｍなどと設定するのが望ましい。

上述した寸法関係から明らかなように、駆動質量体１１および検出質量体１２のＺ方向の変位を可能とするには、支持基板２の厚み寸法が一定である場合には、主基板１の厚み寸法を、フレーム１０および固定片１７および固定子２０と、他の部位とで異なる２段階とすればよく、さらに検出質量体１２の厚み寸法を駆動質量体１１の厚み寸法よりも小さくする場合には、主基板１の厚み寸法を、フレーム１０および固定片１７および固定子２０と、検出質量体１２と、他の部位とで異なる３段階とすればよい。また、支持基板２の厚み寸法を固定片１７および固定子２０との接合部と、他の部位とで異なる２段階とする場合には、主基板１の厚み寸法を、フレーム１０および駆動質量体１１および連結片１６および固定片１７および固定子２０と、他の部位とで異なる２段階とすればよい。この構成によって、駆動質量体１１と検出質量体１２との厚み寸法を異ならせることができる。

以下では、ジャイロセンサを駆動する駆動回路について、駆動回路の一例を示す図６を参照して説明する。図６では、駆動回路の説明のために必要なジャイロセンサＡの要部を、一点鎖線で囲まれた領域に模式的に表している。

駆動質量体１１を振動させるには、駆動回路において発生した振動電圧を固定駆動電極２５と駆動質量体１１との間に印加する方法もあるが、ここで示す駆動回路はジャイロセンサＡとともに自励発振回路を構成するものである。図６の駆動回路は、演算増幅器２９を用いてジャイロセンサＡとともにループ回路を形成しており、駆動質量体１１の振動に対応する信号を駆動質量体１１に正帰還することにより駆動質量体１１を振動させる。ここで、駆動質量体１１は演算増幅器２９の反転入力端子に接続されており、演算増幅器２９の出力は、バンドパスフィルタ（図では「ＢＰＦ」と示す）３０と位相シフタ３１と振幅調整回路３２とを介して固定駆動電極２５に帰還される。

演算増幅器２９の非反転入力端子は接地されており、演算増幅器２９の反転入力端子と出力端子との間には帰還インピーダンス３３が設けられている。演算増幅器２９の出力は、位相シフタ３１によって位相が９０度進められ、振幅調整回路３２によって振幅が所定の大きさに調整される。この駆動回路の構成によれば、駆動質量体１１が振動すると、駆動質量体１１の振動に対応する信号は、演算増幅器２９の出力から反転されて出力された後、位相シフタ３１によって位相が９０度進められ、さらに固定駆動電極２５と駆動質量体１１との間において位相が９０度進められることにより、駆動質量体１１に正帰還される。つまり、駆動回路によって駆動質量体１１の振動が維持されることになる。

ところで、駆動質量体１１は、ねじれ変形が可能な駆動ばね１３を介して検出質量体１２と連結されており、駆動ばね１３に連結された検出質量体１２側の一端部を支点として振動するので、駆動ばね１３との反対側の一端部が最も振幅が大きくなる部位であって、たとえば振動電圧が大きくなると、駆動ばね１３との反対側の一端部が支持基板２に当接する可能性がある。本実施形態では、支持基板２において駆動質量体１１の最も振幅が大きくなる部位（駆動ばね１３との反対側の一端部）に対向する領域を避けて固定駆動電極２５が形成されており、駆動質量体１１の一端部が支持基板２に当接したとしても、この一端部が固定駆動電極２５に当接することはない。したがって、駆動質量体１１と固定駆動電極２５とが短絡することにより駆動回路に大電流が流れ込むことはなく、駆動回路が帰還インピーダンス３３に抵抗を用いた抵抗帰還型アンプである場合においても、出力が飽和してジャイロセンサＡの動作が中断することはない。

あるいは、支持基板２において駆動質量体１１の最も振幅が大きくなる部位に対向する領域に固定駆動電極２５を形成し、図７に示すように、支持基板２上における固定駆動電極２５の表面を電気的な絶縁性を有する絶縁層３４により被覆することによって、駆動質量体１１の一端部が固定駆動電極２５に当接して電極短絡が生じることを防止してもよい。固定駆動電極２５の表面に絶縁層３４を形成する構成を採用すれば、固定駆動電極２５の腐食を防止する効果も期待できる。

また、駆動質量体１１の振幅は駆動質量体１１と固定駆動電極２５との間隔により制限されるので、本実施形態では、駆動質量体１１と固定駆動電極２５との間隔を駆動質量体１１の振幅が大きい部位ほど広くすることにより、駆動質量体１１の振幅を極力大きく設定できるようにしてある。角速度が作用したときの検出質量体１２の変位量は駆動質量体１１の振幅が大きいほど大きくなるので、駆動質量体１１の振幅を大きく設定することは角速度の検出感度の向上につながる。本実施形態においては、駆動質量体１１は上述したように駆動ばね１３との反対側の一端部の振幅が最も大きいので、駆動質量体１１を駆動ばね１３から離れるほど薄くすることによって駆動質量体１１と固定駆動電極２５との間隔を広げてある。ただし、固定駆動電極２５を駆動質量体１１の振幅が大きい部位ほど薄くする構成を採用してもよく、あるいは駆動質量体１１と固定駆動電極２５との両方を駆動質量体１１の振幅が大きい部位ほど薄くしてもよい。

上述した構成では、連結片１６の長手方向の中間部の１箇所に固定片１７を設けているが、本発明では駆動質量体１１および検出質量体１２とがトーションばねである駆動ばね１３を介して連結されることにより検出質量体１２が駆動質量体１３に対して相対的に変位可能であり、かつ検出質量体１２を支持基板２に対して変位可能に支持する検出ばね１５が片持ちであれば目的を達成することができる。したがって、図８に示すように、連結片１６を設けずに各検出ばね１５の一端にそれぞれ連続一体に固定片１７を設けてもよい。この構成では、主基板１と支持基板２との熱膨張率の差によって熱応力が生じたとしてもＸ方向の熱応力のみであって、Ｙ方向には熱応力が生じないから共振周波数の変化はほとんど生じない。つまり、温度変化に伴う検出精度の変化を低減することができる。なお、Ｘ方向の熱応力の影響を低減するために、検出ばね１５はＸ方向におけるばね定数を小さくするように形成するのが望ましい。上述した構成例は、駆動質量体１１をＺ方向に振動させている間にＹ方向の軸回りの角速度が作用することによるＸ方向のコリオリ力を計測するものであり、駆動質量体１１がＺ方向に並進移動し、検出質量体１２がＸ方向の軸回りに回転移動するとともにＸ方向に並進移動するものであるが、駆動質量体１１が回転移動あるいは回転移動と並進移動とを行う構成を採用したり、検出質量体１２が回転移動と並進移動とのいずれかのみを行う構成を採用したりすることも可能であり、また駆動質量体１１および検出質量体１２の移動方向についても特に制限されるものではない。

なお、上述した実施形態では、Ｘ方向において並ぶ各一対の電極片２１の間の静電容量の変化を検出することにより検出質量体１２の変位を検出していたが、以下の各実施形態では、Ｙ方向において並ぶ各一対の電極片２１と検出質量体１２との間の静電容量の変化をそれぞれ検出することにより、検出質量体１２の変位を検出するものとする。ここで、検出質量体１２は検出ばね１５と連結片１６とを介して固定片１７に電気的に接続されており、支持基板２において固定片１７に対応する部位と各電極片２１に対応する部位とのそれぞれには透孔２６が形成されているから、これらの透孔２６に対応する電極配線２７から各電極片２１と検出質量体１２との間の静電容量を取り出すことができる。

（実施形態２）
本実施形態のジャイロセンサＡは、図９に示すように、実施形態１のジャイロセンサＡにおける図３の下方の接地片１９に代えて、フレーム１０から切り離された接続片３５が設けられた構成を採用している。接続片３５における透孔２６との対向面には接続パッド３６が形成される。また、実施形態１の図面では省略していたが、接続パッド３６は、固定片１７と接地片１９と電極片２１とのそれぞれにも形成される。支持基板２において角接続パッド３６に対応する部位にはそれぞれ透孔２６が形成されている。

一方、本実施形態の固定駆動電極２５の形状について実施形態３の支持基板２を示す図１２（ａ）を参照して説明する。本実施形態の固定駆動電極２５は、図の右端縁の一部から図の右方に延長された固定駆動電極パッド３７を有している。固定駆動電極パッド３７の先端部は、主基板１と支持基板２とを接合した状態で接続片３５に対向する部位まで延長されている。これにより、図１１（ａ）の要部Ｂを示す図１０のように、接続片３５と支持基板２とがたとえば陽極接合により接合された状態において、固定駆動電極パッド３７および電極配線２７がともに接続片３５に当接し、固定駆動電極２５と電極配線２７とが接続片３５を介して電気的に接続されることになる。したがって、外部回路からの振動電圧は、電極配線２７および接続片３５を通して固定駆動電極２５と駆動質量体１１との間に印加されることになる。このように固定駆動電極２５と電極配線２７とを接続することによって、たとえばワイヤボンディングのように支持基板２上で配線を引き回すことなく固定駆動電極２５を外部回路に接続することが可能になり、結果的に基板面積の小型化につながる。

また、本実施形態では、実施形態１のジャイロセンサＡにおいて支持基板２の透孔２６の内周面に形成されていた金属薄膜に代えて、図１１に示すように、透孔２６を埋めるように透孔２６内に充填された導電性材料によって電極配線２７を構成する。図１１においては、導電性材料として導電性ペーストを採用している。透孔２６内に充填された導電性材料を電極配線２７とすることにより、導電性の金属薄膜を電極配線２７とする構成に比べて、主基板１の各部と外部回路との電気的接続の信頼性を高めることができる。

ところで、本実施形態においては、主基板１を厚み方向に貫通することにより主基板１の各部位（フレーム１０、駆動質量体１１および検出質量体１２、固定子２０）を分離する溝（フレーム１０を分離する溝とスリット溝１４ａ〜１４ｃと固定子２０を分離する溝）をすべてスリット溝１４とする。スリット溝１４はエッチングによって形成されている。ここで、スリット溝１４は、可動櫛歯片２４および固定櫛歯片２３の間とそれ以外とのそれぞれにおいて同じ幅寸法に設定されている。これにより、主基板１にスリット溝１４を形成する際にエッチングレートの差を小さく抑えることができ、抜け切り時間の調整が容易になり、抜け切り後の支持基板２へのエッチングの低減、また、エッチング時の局所的な熱抵抗増加によるサイドエッチングを防止することができる。したがって、主基板１を比較的高精度で形成することが可能になり、角速度の検出精度を向上させることができる。

なお、導電性ペーストに代えて、金属片を透孔２６内に埋め込むことにより電極配線２７を形成してもよい。金属片はたとえばメッキなどにより透孔２６内に埋め込むことができるので、金属片を埋め込む構成を採用すれば半導体の製造ラインにおいて確立されている自動化ラインに電極配線２７を形成する工程を入れることができ、コスト削減につながる。透孔２６内に金属片を埋め込む場合には、金属片における支持基板２の板面から突出した部分をたとえば研磨することにより除去し、電極配線２７を含む支持基板２の板面を平らに仕上げることができる。その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

（実施形態３）
本実施形態のジャイロセンサＡは、支持基板２において、図１２（ａ）に示すように、Ｘ方向に長い帯状に開口する応力緩和溝３８が検出質量体１２との対向部位に形成されたものである。

応力緩和溝３８は、図１２（ｂ）に示すように支持基板２を厚み方向に貫通するものであっても、図１２（ｃ）に示すように貫通しないものであってもよい。応力緩和溝３８を形成する方法としては、たとえば反応性イオンエッチングやフッ酸を用いたウェットエッチングなどがある。ここにおいて、支持基板２と主基板１との熱膨張率に差があっても応力緩和溝３８の幅方向（Ｙ方向）に生じる熱応力は応力緩和溝３８の幅寸法が変化することにより緩和されるので、応力緩和溝３８を有することにより支持基板２におけるＹ方向の内部応力を低減することができる。結果的に、駆動ばね１３にＹ方向の熱応力が発生することによる共振周波数の変化はほとんど生じず、温度変化に伴う検出精度の変化を低減することができる。その他の構成および機能は実施形態２と同様である。

（実施形態４）
本実施形態のジャイロセンサＡは、図１３に示すように、支持基板２上の固定駆動電極２５がＸ方向に２等分されている。このジャイロセンサでは、各固定駆動電極２５と駆動質量体１１との間に、それぞれ図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すように互いに逆位相となる交流電圧を振動電圧として印加することにより駆動質量体１１を振動させる。ここにおいて、両固定駆動電極２５に印加する振動電圧は、駆動質量体１１を駆動している期間において常に互いに逆極性でかつ絶対値が等しい電圧であればよく、たとえば図１４（ｃ）および図１４（ｄ）に示すように互いに逆極性となる脈動電圧であってもよい。これにより、駆動質量体１１においては振動している期間に常に互いに同数の異極性の電荷が生じるので、駆動質量体１１自体の電位が一定に保たれる。結果的に、駆動質量体１１の電位が変化することによる共振周波数の変化はほとんど生じず、検出精度の変化を低減することができる。図１４においては、駆動質量体１１と固定駆動電極２５とが静電力によって互いに引き合う期間を図中Ｔで示している。

また、支持基板２上には、図１３の右側の一辺を除いて一対の固定駆動電極２５を包囲するようにグランド配線３９が形成されている。グランド配線３９は、ジャイロセンサＡの基準電位であるグランド電位と等電位にあって、たとえばジャイロセンサＡに対して実施形態１に示したような駆動回路が接続される場合に、駆動回路の信号グランドとグランド配線３９の電位とは等しくなる。このように固定駆動電極２５の周囲に低インピーダンスのグランド配線３９を形成することによって、特に検出質量体１２へのノイズ放射を低減でき、結果的に角速度の検出精度を向上させることができる。

なお、各固定駆動電極２５は、図１３に示すように、図の右端部において、Ｘ方向の両端部からＸ方向にそれぞれ延長され、先端部が図の右方に延長された固定駆動電極パッド３７をそれぞれ有している。主基板１において、支持基板２に接合された状態で固定駆動電極パッド３７の先端部に対向する部位には、それぞれフレーム１０から切り離された接続片３５が設けられている（図１７参照）。これにより、接続片３５と支持基板２とが接合された状態において、固定駆動電極２５と接続片３５に対応する電極配線２７とが接続片３５を介して電気的に接続される。また、グランド配線３９においては、図１３の左端部において、Ｘ方向の両端部からＸ方向にそれぞれ延長されたグランド配線パッド４０を有しており、グランド配線パッド４０がフレーム１０に当接することにより、フレーム１０に連続する接地片１９に電気的に接続され、接地片１９に対応する電極配線２７に電気的に接続されることになる。その他の構成および機能は実施形態２と同様である。

（実施形態５）
本実施形態のジャイロセンサＡは、実施形態４のジャイロセンサＡにおいて、振動電圧が印加されておらずかつ角速度および加速度が作用していない状態での、駆動質量体１１と固定駆動電極２５との間隔、および固定櫛歯片２３と可動櫛歯片２４との間の静電容量（以下では「検出容量」と呼ぶ）をそれぞれ調整できるようにしている。

具体的に説明すると、駆動質量体１１と固定駆動電極２５との間隔を調整可能とする構成として、図１５に示すように各固定駆動電極２５の一部をそれぞれ分離して一対の間隔調整電極４１を形成する。図１５におけるＬ字状の加速度検出電極パッド５１については実施形態６で説明する。ここで、一方の間隔調整電極４１と駆動質量体１１との間に直流電圧を印加して両者間に静電力を作用させることにより、駆動質量体１１と一方の固定駆動電極４１との間隔を調整することができる。したがって、一対の固定駆動電極２５間で駆動質量体１１との間隔が異なっていてもこの間隔を揃えることができる。さらに、ジャイロセンサＡ毎に駆動質量体１１と固定駆動電極２５との間隔にばらつきがあっても、一対の間隔調整電極４１間に直流電圧を印加することによって、両固定駆動電極２５と駆動質量体１１との間隔を調整することができるので、ジャイロセンサＡ毎に駆動質量体１１の振幅が異なることを防止でき、ジャイロセンサＡの精度の向上につながる。

また、実施形態１のジャイロセンサＡのように固定駆動電極２５が２等分されておらず１つの場合にも、図１６に示すように、固定駆動電極２５の一部を分離して間隔調整電極４１を形成し、間隔調整電極４１と駆動質量体１１との間に静電力を作用させることにより、駆動質量体１１と固定駆動電極２５との間隔を調整できるようにすることが望ましい。これにより、ジャイロセンサＡ毎に駆動質量体１１と固定駆動電極２５との間隔にばらつきがあっても、この間隔を揃えることができるので、ジャイロセンサＡ毎に駆動質量体１１の振幅が異なることを防止でき、ジャイロセンサＡの精度の向上につながる。

一方、検出容量を調整可能とする構成としては、支持基板２に固定された容量調整電極４２（図１８参照）を主基板１に形成している。容量調整電極４２は、図１７に示すように、切抜孔１８内において櫛骨片２２における電極片２１との反対側の一端縁と検出質量体１２との間に配置された容量調整片４３の一部に形成されている。容量調整片４３は、図１７の要部Ｃを示す図１８のように、Ｘ方向に長い矩形状であってＸ方向において検出質量体１２側の一端部が検出質量体１２との対向面積を広げるようにＹ方向に延長されている。容量調整電極４２は、容量調整片４３において検出質量体１２に対してＸ方向に対向する面に形成されている。ここで、容量調整電極４２と検出質量体１２との間に直流電圧を印加して静電力を作用させることにより、固定櫛歯片２３と可動櫛歯片２４との距離を調整することができる。したがって、１つのジャイロセンサＡにおいて切抜孔１８毎に（あるいはジャイロセンサＡ毎に）固定櫛歯片２３と可動櫛歯片２４との間隔や対向面積にばらつきがあっても、検出容量を揃えることができるので、ジャイロセンサＡの精度の向上につながる。

また、容量調整片４３における支持基板２との対向面には接続パッド３６が設けられており、支持基板２においてこの接続パッド３６に対向する部位には電極配線２７が形成されている。ここで、容量調整片４３に対応する電極配線２７は接続パッド３６に当接することにより容量調整電極４２に電気的に接続されるので、当該電極配線２７を介して容量調整電極４２と外部回路との接続が可能になる。

ところで、本実施形態では、検出質量体１２および駆動質量体１１の最大変位量をそれぞれ規制するストッパを備える。まず検出質量体１２の最大変位量を規制するストッパ（検出質量体保護突起）から先に説明する。

検出質量体１２は、主基板１に角速度が作用したときにコリオリ力によって変位するようにコリオリ力による変位方向（Ｘ方向）には比較的低い剛性を有し、Ｘ方向に作用する加速度によっても変位し易い構造となっている。ストッパ４４は、図１７に示すように、検出質量体１２の一対（図の左上と左下）の角部から検出質量体１２の変位方向（Ｘ方向）に突出する形で設けられている（図１７の要部Ｄを示す図１９（ａ）参照）。定常状態では図１９（ｂ）に示すようにストッパ４４の先端面とフレーム１０とは離間されており、たとえば落下などの衝撃により検出質量体１２に過度の変位が生じたときにはフレーム１０にストッパ４４が当接することによって、検出ばね１５が破損することが防止される。ストッパ４４はフレーム１０に設けられていてもよい。

一方、駆動質量体１１の最大振幅を規制するストッパ（駆動質量体保護突起）は、図１７に示すように、駆動質量体１１の一対（図の右上と右下）の角部から主基板１の板面に沿う面内において検出質量体１２の変位方向に直交するＹ方向に突出する形で設けられている（図１７の要部Ｅを示す図２０（ａ）参照）。駆動質量体１１は、ねじれ変形が可能な駆動ばね１３を介して検出質量体１２と連結されており、駆動ばね１３に連結された検出質量体１２側の一端部を支点として振動するので、たとえば落下などの衝撃により駆動質量体１１にＺ方向に過度の変位が生じたときには、支点とは反対側の一端部に設けられたストッパ４５が支持基板２あるいはキャップ３に当接することによって、検出ばね１５や駆動ばね１３が破損することが防止される（図２０（ｂ）参照）。ストッパ４５は支持基板２に設けられていてもよいが、本実施形態の構成とすることにより、駆動質量体１１の形状を変更するだけでストッパ４５としての機能を容易に付加することができる。

加えて、いずれのストッパ４４，４５においても、検出質量体１２や駆動質量体１１に過度の変位が生じたときにフレーム１０あるいは支持基板２やキャップ３に当接するのはストッパ４４，４５の先端部のみであって比較的小面積であるから、フレーム１０あるいは支持基板２やキャップ３への検出質量体１２および駆動質量体１１の固着も防止されるのである。

以下では、ジャイロセンサＡを駆動する駆動回路について、駆動回路の一例を示す図２１を参照して説明する。図２１では、駆動回路の説明のために必要なジャイロセンサＡの要部を、一点鎖線で囲まれた領域に模式的に表している。図２１に示す駆動回路は、実施形態１において説明したものと基本構成が同じであるで、実施形態１との共通部分に関しては説明を省略する。

本実施形態においては、一方の固定駆動電極２５は実施形態２と同様に駆動回路に接続されており、他方の固定駆動電極２５は、前記一方の固定駆動電極２５との間に振動電圧の極性を反転させる反転回路４６を介して駆動回路に接続されている。これにより、一対の固定駆動電極２５には、互いに逆極性でかつ絶対値が等しい電圧が印加されることになる。

なお、各間隔調整電極４１は、図１５に示すように、図の右端部において、一部が図の右方に延長された間隔調整電極パッド４７をそれぞれ有している。主基板１において、支持基板２に接合された状態で間隔調整電極パッド４７の先端部に対向する部位には、図１７に示すように、それぞれフレーム１０から切り離された接続片３５が設けられている。これにより、接続片３５と支持基板２とが接合された状態において、間隔調整電極４１と接続片３５に対応する電極配線２７とが接続片３５を介して電気的に接続されることになる。その他の構成および機能は実施形態４と同様である。

（実施形態６）
本実施形態のジャイロセンサＡは、実施形態５のジャイロセンサＡにおいて、図２２に示すように、駆動質量体１１を厚み方向（Ｚ方向）に貫通する貫通孔４８が形成されている。図２２（ａ）においては、開口面がそれぞれ円形状に形成された１４個の貫通孔４８が形成されており、貫通孔４８はＸ方向に７個ずつＹ方向に２列になるように配列されている。貫通孔４８を形成する方法としては、たとえば反応性イオンエッチングなどがある。この構成によれば、駆動質量体１１がＺ方向に振動する際の空気粘性によるダンピングが低減され、駆動質量体１１のＺ方向についての機械的Ｑ値の向上につながる。その結果、駆動質量体１１の振幅が大きくなることにより、Ｘ方向に発生するコリオリ力の大きさが大きくなるので、感度の向上が期待できる。

また、貫通孔４８の形状は図２２（ａ）に示すものに限らず、たとえば図２２（ａ）においてＸ方向に並ぶ貫通孔４８をすべて連続させることにより、図２３（ａ）に示すように、検出質量体１２の変位方向（Ｘ方向）に長い帯状に開口する形状の貫通孔４８がＹ方向に２本配列されている構成としてもよい。このように貫通孔４８をＸ方向に長く形成することによって、駆動質量体１１がＸ方向に変位する際の空気粘性によるダンピングが低減し、駆動質量体１１のＸ方向についての機械的Ｑ値の向上につながるので、主基板１にＹ方向の軸回りの角速度が作用したときに検出振動体１２（および駆動質量体１１）がＸ方向に変位し易く、感度の向上が期待できる。

さらに、貫通孔４８は、図２３（ｂ）に示すように支持基板２から離れるほど主基板１の板面に沿う断面を狭くするテーパ状に形成されていてもよく、この場合には、貫通孔４８を形成することによって駆動質量体１１の質量が減少することによる駆動質量体１１の機械的Ｑ値の低下を比較的小さく抑えることができるという効果が期待できる。図２３（ｂ）は図２３（ａ）のＡ−Ａ断面図であるが、図２２（ａ）の形状に開口する貫通孔４８においても同様にテーパ状に形成されていてもよい。

ところで、本実施形態においては、図２２（ａ）に示すように、駆動質量体１１における検出質量体１２との反対側の一端面の一部に対向する加速度検出電極４９が主基板１に形成されている。加速度検出電極４９は、連結片１６におけるＸ方向の中央部において駆動質量体１１との間隔を広げるように連結片１６を駆動質量体１１から後退させた電極配置用凹部５０内に配置され、駆動質量体１１側の端面が連結片１６における電極配置用凹部５０の両側と面一に形成されている（図２２（ａ）の要部Ｆを示す図２４参照）。この構成では、駆動質量体１１と加速度検出電極４９とがＹ方向に対向しているので、Ｙ方向に作用する加速度により駆動質量体１１がＹ方向に変位して生じる駆動質量体１１と加速度検出電極４９との距離変化を、駆動質量体１１と加速度検出電極４９との間の静電容量の変化として検出することができる。すなわち、本実施形態のジャイロセンサを用いれば、駆動質量体１１と加速度検出電極４９とが加速度検出手段として機能し、Ｙ方向の軸回りの角速度に加えてＹ方向に作用する加速度を検出することができる。

なお、支持基板２においては、図１５に示すように、加速度検出電極４９との対向部位から図の下方に延長され、先端部が図の右方に延長されたＬ字状の加速度検出電極パッド５１が形成されている。主基板１においては、支持基板２に接合された状態で加速度検出電極パッド５１における加速度検出電極４９との反対側の一端部に対向する部位には、図２２（ａ）に示すように、フレーム１０から切り離された接続片３５が設けられている。これにより、接続片３５と支持基板２とが接合された状態において、加速度検出電極４９と接続片３５に対応する電極配線２７とが接続片３５を介して電気的に接続されることになる。その他の構成および機能は実施形態５と同様である。

（実施形態７）
本実施形態では、図２５に示すように、実施形態２のジャイロセンサＡを２個備えたセンサ装置について説明する。両ジャイロセンサＡは、互いにＸ方向とＹ方向とＺ方向とがそれぞれ一致するように配置され、一方をＺ方向の軸回りに１８０度回転させた形に位置決めされている。センサ装置は、両ジャイロセンサＡの出力（固定櫛歯片２３と可動櫛歯片２４との間の静電容量の変化）の差を出力する差動インタフェース回路５２（信号処理部）を備える。差動インタフェース回路５２はたとえば演算増幅器を用いて構成される。各ジャイロセンサに印加される振動電圧は図２６（ａ）および図２６（ｂ）にそれぞれ示すような互いに逆位相の脈動電圧であって、両ジャイロセンサの駆動質量体１１をＺ方向に交互に変位させている。図２６においては、駆動質量体１１と固定駆動電極２５とが静電力によって互いに引き合う期間を図中Ｔで示している。

本実施形態のセンサ装置を用いれば、Ｙ方向の軸回りの角速度（図２５の矢印Ｇ）が作用した場合に、両ジャイロセンサＡの駆動質量体１１が互いに逆向きに振動しているので、それぞれのジャイロセンサＡの検出質量体１２には互いに逆向きのコリオリ力が作用し、両ジャイロセンサＡの検出質量体１２は互いに逆向きに変位（図２５の矢印Ｈ）する。その結果、両ジャイロセンサＡの出力は互いに逆位相になるから、各ジャイロセンサＡの出力が２倍の大きさに増幅されて差動インタフェース回路５２から出力されることになる。一方、Ｘ方向の加速度（図２５の矢印Ｉ）が作用した場合には、両ジャイロセンサＡの検出質量体１２は同じ向きに変位（図２５の矢印Ｊ）する。その結果、両ジャイロセンサＡの出力は、同位相になるので差動インタフェース回路５２において相殺され、差動インタフェース回路５２の出力はゼロになる。すなわち、２個のジャイロセンサＡを用いてセンサ装置を構成することによって、一方向の軸回りに作用する角速度の検出の感度が２倍になるとともに、一方向に作用する加速度の影響を受け難いという利点がある。

なお、センサ装置の各ジャイロセンサＡとして、実施形態４に示したような固定駆動電極２５が２等分されたジャイロセンサをそれぞれ用いてもよく、この場合においても、両ジャイロセンサＡの駆動質量体１１が互いに逆向きに振動するように、両ジャイロセンサＡにたとえば互いに逆位相の脈動電圧を振動電圧として印加する。その他の構成および機能は実施形態２と同様である。

ところで、上述した実施形態２のジャイロセンサＡでは、支持基板２における主基板１との対向面においては固定駆動電極２５の厚み寸法だけ固定駆動電極２５が突出しているので、図１０のように主基板１と支持基板２とが接合された状態で、接続片３５と支持基板２との間において固定駆動電極パッド３７の当接部位に固定駆動電極パッド３７の厚み寸法分の間隔が開くことにより、主基板１および支持基板２における固定駆動電極パッド３７の当接部位に歪みが生じる。この歪みにより生じる応力が検出ばね１５に作用すると、検出ばね１５のばね特性が変化し角速度の検出精度の低下につながる可能性がある。しかも、固定駆動電極パッド３７は、ジャイロセンサＡにおけるＸ方向の一方（図９の下方）に偏って配置されているので、固定駆動電極パッド３７の当接部位に生じた応力がジャイロセンサＡのＸ方向に対称に設けられた両検出ばね１５に対して不平衡に作用し、検出質量体１２を変位させることにより、角速度の検出結果に誤差が生じることもある。そこで、以下の実施形態８〜１０においては、これらの問題を解決するために、主基板１および支持基板２において固定駆動電極パッド３７の当接部位に生じる応力を低減する構成について説明する。

（実施形態８）
本実施形態のジャイロセンサＡは、実施形態２のジャイロセンサＡにおいて、図１１（ａ）の要部Ｂを示す図２７のように、支持基板２における固定駆動電極パッド３７が形成された部位に応力緩和凹部５３（支持基板側応力緩和凹部）が凹設されている点が実施形態２と相違する。ここで、応力緩和凹部５３は固定駆動電極パッド３７の厚み寸法と同じ深さに形成されており、固定駆動電極パッド３７が応力緩和凹部５３内に配置されることにより固定駆動電極パッド３７と支持基板２における応力緩和凹部５３の両側とが面一になる。

本実施形態の構成によれば、図２７に示すように、主基板１と支持基板２とが接合された状態において、接続片３５と支持基板２との間には応力緩和凹部５３の分だけ隙間が形成されることになり、固定駆動電極パッド３７がこの隙間に収納される形になるので、主基板１および支持基板２において固定駆動電極パッド３７の当接部位に応力が生じることはない。結果的に、ジャイロセンサＡの角速度の検出精度が維持され、かつ角速度の検出結果に誤差が生じることを防止できるという効果につながる。

また、応力緩和凹部は、図２８に示すように、支持基板２に代えて主基板１の接続片３５に凹設されていてもよい。主基板１に凹設された応力緩和凹部５４（主基板側応力緩和凹部）は、固定駆動電極パッド３７の厚み寸法と同じ深さに形成されている。この構成においても、支持基板２に応力緩和凹部５３が凹設された上記構成と同様に、主基板１と支持基板２とが接合された状態において、接続片３５と支持基板２との間に応力緩和凹部５４の分だけ隙間が形成され、固定駆動電極パッド３７がこの隙間に収納される形になる。つまり、応力緩和凹部５４が主基板１に凹設されていても、主基板１および支持基板２において固定駆動電極パッド３７の当接部位に応力が生じることを防止する作用を奏する。ここで、シリコン基板からなる主基板１の加工はエッチングにより可能であって、接続片３５に応力緩和凹部５４を設けた構成では応力緩和凹部５４の形成が容易である。その他の構成および機能は実施形態２と同様である。

（実施形態９）
本実施形態のジャイロセンサＡは、実施形態２のジャイロセンサＡにおいて、図１１（ａ）の要部Ｂを示す図２９のように、固定駆動電極２５において主基板１と支持基板２とが接合された状態で接続片３５と支持基板２との間に挟まれる部位を他の部位よりも薄くする段差５５が、固定駆動電極２５に形成されている点が実施形態２と相違する。

本実施形態では、固定駆動電極２５において主基板１と支持基板２とが接合された状態で接続片３５と支持基板２との間に挟まれる部位の厚み寸法が比較的小さいので、主基板１および支持基板２において固定駆動電極パッド３７の当接部位に生じる応力を比較的小さく抑えることができる。結果的に、ジャイロセンサＡの角速度の検出精度が維持され、かつ角速度の検出結果に誤差が生じることを防止できるという効果が期待できる。ここで、アルミニウムのような導電性の金属薄膜からなる固定駆動電極２５の加工はエッチングにより可能であって、固定駆動電極２５に段差を形成する加工は容易である。

また、図３０に示すように、支持基板２において固定駆動電極パッド３７とＸ方向に対称となる位置に、固定駆動電極パッド３７と同形状のダミーパッド５６を形成することにより、角速度の検出結果に誤差が生じることを防止するようにしてもよい。ダミーパッド５６は、支持基板２の板面に沿う形状だけでなく厚み寸法においても固定駆動電極パッド３７と同じであって、主基板１と支持基板２との間に挟まれることにより、主基板１と支持基板２との間に固定駆動電極パッド３７を挟むことと同じ機械的な作用を奏するものである。すなわち、主基板１と支持基板２とが接続された状態で、主基板１および支持基板２においては、固定駆動電極パッド３７とダミーパッド５６とのそれぞれの当接部位に同様の歪みが生じる。ここで、これらの歪みにより生じる応力は両検出ばね１５に対して等しく作用するので、角速度の検出結果に誤差を生じることはない。ただし、ダミーパッド５６は、固定駆動電極２５に電気的に接続されていなくてもよいが、固定駆動電極２５に電気的に接続され第２の固定駆動電極パッドとして用いられるものであってもよく、後者の場合には、第２の固定駆動電極パッドに対しても接続片３５を介して外部回路を電気的に接続しておくことが望ましい。その他の構成および機能は実施形態２と同様である。

（実施形態１０）
本実施形態のジャイロセンサＡは、実施形態２のジャイロセンサＡにおいて、図１１（ａ）の要部Ｂを示す図３１のように、接続片３５における固定駆動電極パッド３７の当接部位の周囲に応力緩和ばね５７が形成され、接続片３５における固定駆動電極パッド３７の当接部位が応力緩和ばね５７を介して接続片３７における他の部位に連結されている点が実施形態２と相違する。

具体的に説明すると、接続片３５において固定駆動電極パッド３７に当接する部位と電極配線２７に当接する部位との間に、支持基板２側に開口し厚み方向（Ｚ方向）に切り込む形に切込５８が形成されており、接続片３５において切込５８によって他の部位より厚み寸法が小さくなった部位を応力緩和ばね５７としている。つまり、接続片３５において固定駆動電極パッド３７の当接部位に歪みが生じたとしても、この歪みによって生じる応力は周囲の応力緩和ばね５７により緩和され、検出ばね１５に作用することが防止される。結果的に、ジャイロセンサＡの角速度の検出精度が維持され、かつ角速度の検出結果に誤差が生じることを防止できるという効果が期待できる。その他の構成および機能は実施形態２と同様である。

（実施形態１１）
本実施形態のジャイロセンサＡは、実施形態２のジャイロセンサＡにおいて、図１１（ａ）の要部Ｂを示す図３２のように、接続片３５における固定駆動電極パッド３７との対向面に、先端面が固定駆動電極パッド３７に当接する当接突起５９を突設したものである。接続片３５における当接突起５９の周囲は固定駆動電極パッド３７との間に隙間を有しており、接続片３５においては当接突起５９のみが固定駆動電極パッド３７に当接する。ここにおいて、当接突起５９の先端面の面積が一定の大きさに設定されることにより、接続片３５と固定駆動電極２５との接触面積は一定の大きさに設定される。したがって、主基板１と支持基板２とが接合される際に両者の間に位置ずれが生じたとしても、接続片３５と固定駆動電極２５との接触面積が変わることはない。

ところで、駆動質量体１１および固定駆動電極２５への振動電圧の印加は、接続片３５および固定駆動電極２５を介して行うので、接続片３５と固定駆動電極２５との間の接触抵抗が振動電圧の大きさに影響することがある。つまり、接続片３５と固定駆動電極２５との間の接触抵抗にばらつきが生じると、駆動質量体１１を振動させる静電力の大きさにばらつきが生じる可能性がある。

ここにおいて、本実施形態の構成によれば、接続片３５と固定駆動電極２５との接触面積が一定であるから、接続片３５と固定駆動電極２５との間の接触抵抗のばらつきが低減され、ジャイロセンサＡ毎に振動電圧の大きさにばらつきが生じることを防止できる。その結果、固定駆動電極２５を振動させる静電力の大きさを揃えることができ、角速度の検出感度を揃えることができる。

また、本実施形態では、接続片３５において当接突起５９が形成される位置は統一されている。これにより、接続片３５内の電界分布が統一され、接続片３５における電気抵抗がばらつくことも防止できるので、接続片３５の電気抵抗のばらつきによる角速度の検出感度のばらつきも低減することができる。その他の構成および機能は実施形態２と同様である。

（実施形態１２）
本実施形態のジャイロセンサＡは、実施形態２のジャイロセンサＡにおいて、固定駆動電極パッド３７における接続片３５に当接する部位を規制することにより、接続片３５と固定駆動電極２５との接触面積を一定の大きさに設定したものである。

具体的に説明すると、図１１（ａ）の要部Ｂを示す図３３のように、支持基板２における主基板１との対向面において固定駆動電極パッド３７の一部（以下では「接続部」という）の周囲に接触規制凹部６０が凹設される。ここで、固定駆動電極パッド３７において前記接続部６１以外の部位は、接触規制凹部６０内に形成されることにより、接続部６１よりも支持基板２の厚み方向において主基板１から離れる向きに後退した形になる。したがって、固定駆動電極２５においては、固定駆動電極パッド３７の接続部６１のみが接続片３５に当接する。接続部６１の面積は接触規制凹部６０の位置や形状によって決定されるので、接触規制凹部６０の位置や形状を統一することにより、接続片３５と固定駆動電極２５との接触面積を揃えることができる。すなわち、主基板１と支持基板２とが接合される際に両者の間に位置ずれが生じたとしても、接続片３５と固定駆動電極２５との接触面積が変わることはない。

ところで、駆動質量体１１および固定駆動電極２５への振動電圧の印加は、接続片３５および固定駆動電極２５を介して行うので、接続片３５と固定駆動電極２５との間の接触抵抗が振動電圧の大きさに影響することがある。つまり、接続片３５と固定駆動電極２５との間の接触抵抗にばらつきが生じると、駆動質量体１１を振動させる静電力の大きさにばらつきが生じる可能性がある。

ここにおいて、本実施形態の構成によれば、接続片３５と固定駆動電極２５との接触面積が一定であるから、接続片３５と固定駆動電極２５との間の接触抵抗のばらつきが低減され、ジャイロセンサＡ毎に振動電圧の大きさにばらつきが生じることを防止できる。その結果、固定駆動電極２５を振動させる静電力の大きさを揃えることができ、角速度の検出感度を揃えることができる。

また、支持基板２に接触規制凹部６０を凹設する上記構成に代えて、図１１（ａ）の要部Ｂを示す図３４のように、固定駆動電極２５の厚み寸法を２段階にし、固定駆動電極パッド３７における接続部６１の厚み寸法を固定駆動電極２５の他の部位より大きくする構成を採用してもよい。図３４の構成では、接続部６１は支持基板２の厚み方向において固定駆動電極２５の他の部位より大きく支持基板２から突出するので、固定駆動電極２５において接続部６１のみが接続片３５に当接することになる。ここで、アルミニウムのような導電性の金属薄膜からなる固定駆動電極２５の加工はエッチングにより可能であって、固定駆動電極２５の厚み寸法を２段階にすることにより接続部６１を形成する加工は容易である。その他の構成および機能は実施形態２と同様である。

本発明の実施形態１を示す分解斜視図である。 同上の斜視図である。 同上に用いる主基板を示す平面図である。 同上に用いる主基板を示す要部平面図である。 同上の要部断面図である。 同上に用いる駆動回路を示す説明図である。 同上の要部断面図である。 本発明の他の実施形態に用いる主基板を示す平面図である。 本発明の実施形態２に用いる主基板を示す平面図である。 同上の要部断面図である。 （ａ）は同上の断面図、（ｂ）は同上の要部断面図である。 本発明の実施形態３に用いる支持基板を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）および（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ段面図である。 本発明の実施形態４に用いる支持基板を示す平面図である。 同上の動作説明図である。 本発明の実施形態５に用いる支持基板を示す平面図である。 本発明の他の実施形態に用いる支持基板を示す平面図である。 本発明の実施形態５に用いる主基板を示す平面図である。 図１７の要部Ｃを示す平面図である。 図１７の要部Ｄを示す平面図である。 図１７の要部Ｅを示す平面図である。 同上に用いる駆動回路を示す説明図である。 本発明の実施形態６を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 本発明の他の実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図２２（ａ）の要部Ｆを示す平面図である。 本発明の実施形態７の接続関係を示す説明図である。 同上の動作説明図である。 本発明の実施形態８を示す要部断面図である。 同上の他の構成を示す要部断面図である。 本発明の実施形態９を示す要部断面図である。 同上に用いる支持基板を示す平面図である。 本発明の実施形態１０を示す要部断面図である。 本発明の実施形態１１を示す要部断面図である。 本発明の実施形態１２を示す要部断面図である。 同上の他の構成を示す要部断面図である。 従来例を示す平面図である。

符号の説明

１ 主基板
２ 支持基板
１０ フレーム
１１ 駆動質量体
１２ 検出質量体
１３ 駆動ばね
１４ スリット溝
１５ 検出ばね
１６ 連結片
１８ 切抜孔
２３ 固定櫛歯片
２４ 可動櫛歯片
２５ 固定駆動電極
２６ 透孔
２７ 電極配線
３８ 応力緩和溝
３９ グランド配線
４１ 間隔調整電極
４２ 容量調整電極
４４ ストッパ（検出質量体保護突起）
４５ ストッパ（駆動質量体保護突起）
４８ 貫通孔
４９ 加速度検出電極
５３ （支持基板側）応力緩和凹部
５４ （主基板側）応力緩和凹部
５７ 応力緩和ばね

Claims (27)

1. 一端部が支持基板に対して位置固定された検出ばねを介して、支持基板に対して支持基板に沿った面内で一方向に変位可能に支持された検出質量体と、検出質量体とは駆動ばねを介して結合され支持基板に交差する方向に振動するように駆動される駆動質量体と、支持基板に沿った面内での検出質量体の変位量を検出する検出手段とを半導体基板からなる主基板に備え、駆動質量体と検出質量体とは駆動ばねを介して支持基板に沿った面内で検出質量体の変位方向と直交する方向に並設され、検出ばねは２本あって、それぞれ検出質量体から駆動質量体と検出質量体とが並ぶ一つの向きに延長されており、駆動質量体は両検出ばねの内側に配置され、検出質量体は検出ばねの他端部に連続することによって片持ちで支持されていることを特徴とするジャイロセンサ。
2. 前記検出ばねは前記検出質量体の変位方向に可撓であって、両検出ばねの先端部間が検出質量体の変位方向に延長された剛性を有する連結片を介して連続一体に連結され、連結片の中間部が前記支持基板に固定されることを特徴とする請求項１記載のジャイロセンサ。
3. 前記駆動ばねは前記駆動質量体と前記検出質量体との間に配置されねじれ変形が可能なトーションばねであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のジャイロセンサ。
4. 前記駆動質量体と前記支持基板との少なくとも一方は、前記駆動ばねから離れるほど互いの間隔を広くするように厚み寸法が変化していることを特徴とする請求項３記載のジャイロセンサ。
5. 前記駆動質量体と前記支持基板との一方には、駆動質量体の最大振幅を規制する駆動質量体保護突起が突設されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のジャイロセンサ。
6. 前記検出手段は、前記検出質量体に設けた切抜孔の内周面に突設した複数本の可動櫛歯片と、切抜孔の内側に配置され支持基板に固定された固定子の外周面に各可動櫛歯片とそれぞれ対向するように突設した複数本の固定櫛歯片とからなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のジャイロセンサ。
7. 前記検出手段は、前記可動櫛歯片と前記固定櫛歯片との間の静電容量の変化によって前記検出質量体の変位量を検出しており、検出質量体に対して検出質量体の変位方向に対向して配置され、検出質量体との間に電圧が印加されて静電力を作用させることにより、可動櫛歯片と固定櫛歯片との間の静電容量を調整する容量調整電極を備えることを特徴とする請求項６記載のジャイロセンサ。
8. 前記検出質量体および前記駆動質量体と前記検出ばねとの間は、主基板を厚み方向に貫通するスリット溝によって分離されており、スリット溝は同じ幅寸法に設定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のジャイロセンサ。
9. 前記支持基板において前記駆動質量体との対向面に固定駆動電極が配置され、前記検出ばねにおける支持基板への固定部と、固定駆動電極との間に振動電圧を印加することにより、駆動質量体と固定駆動電極との間に作用する静電力で駆動質量体を振動させることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のジャイロセンサ。
10. 前記支持基板において前記駆動質量体との対向面に、前記検出質量体の変位方向の中間位置で２分割された一対の固定駆動電極が配置され、両固定駆動電極間に互いに逆極性でかつ絶対値が等しい振動電圧を印加することにより、駆動質量体と各固定駆動電極との間にそれぞれ作用する静電力で駆動質量体を振動させることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のジャイロセンサ。
11. 前記支持基板において前記駆動質量体との対向面に、前記固定駆動電極に隣接して配置され、駆動質量体との間に電圧が印加されて静電力を作用させることにより、駆動質量体と固定駆動電極との間隔を調整する間隔調整電極を備えることを特徴とする請求項９または請求項１０記載のジャイロセンサ。
12. 前記支持基板における前記固定駆動電極の周囲に、接地電位に設定されたグランド配線が配置されていることを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれか１項に記載のジャイロセンサ。
13. 前記固定駆動電極は、前記支持基板において、前記駆動質量体における振幅が最大となる部位に対向する領域を避けて形成されていることを特徴とする請求項９ないし請求項１２のいずれか１項に記載のジャイロセンサ。
14. 前記支持基板は厚み方向に貫通する複数個の透孔を有し、透孔の内周面には導電性の金属薄膜からなり主基板を外部回路に接続する電極配線が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載のジャイロセンサ。
15. 前記支持基板は厚み方向に貫通する複数個の透孔を有し、透孔内には透孔を埋めるように充填された導電性材料からなり主基板を外部回路に接続する電極配線が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載のジャイロセンサ。
16. 前記支持基板において前記駆動質量体との対向面に固定駆動電極が配置され、前記主基板と支持基板とが接合された状態で、固定駆動電極と前記電極配線とは、共に主基板に当接することにより主基板を介して電気的に接続されることを特徴とする請求項１４または請求項１５記載のジャイロセンサ。
17. 前記支持基板は、前記主基板と接合された状態で主基板との間に前記固定駆動電極を挟む部位に、主基板との間隔を広げる支持基板側応力緩和凹部が凹設されていることを特徴とする請求項１６記載のジャイロセンサ。
18. 前記主基板は、前記支持基板と接合された状態で前記固定駆動電極に当接する部位に、支持基板との間隔を広げる主基板側応力緩和凹部が凹設されていることを特徴とする請求項１６または請求項１７記載のジャイロセンサ。
19. 前記主基板において前記支持基板と接合された状態で前記固定駆動電極に当接する部位は、主基板における他の部位に対して応力緩和ばねを介して連結されていることを特徴とする請求項１６ないし請求項１８のいずれか１項に記載のジャイロセンサ。
20. 前記駆動質量体の厚み寸法は前記検出質量体の厚み寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし請求項１９のいずれか１項に記載のジャイロセンサ。
21. 前記駆動質量体は、振動方向に貫通された貫通孔を有することを特徴とする請求項１ないし請求項２０のいずれか１項に記載のジャイロセンサ。
22. 前記貫通孔は、前記検出質量体の変位方向に長い帯状に開口していることを特徴とする請求項２１記載のジャイロセンサ。
23. 前記貫通孔は、前記支持基板から離れるほど前記主基板の板面に沿う断面を狭くするテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項２１または請求項２２記載のジャイロセンサ。
24. 前記支持基板において前記検出質量体との対向面に、検出質量体の変位方向に長い帯状に開口した応力緩和溝が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項２３のいずれか１項に記載のジャイロセンサ。
25. 前記主基板は前記駆動質量体および前記検出質量体の周囲を囲む形で前記支持基板に固定されるフレームを備え、検出質量体とフレームとの一方には、検出質量体の最大変位量を規制する検出質量体保護突起が突設されていることを特徴とする請求項１ないし請求項２４のいずれか１項に記載のジャイロセンサ。
26. 前記主基板は、前記支持基板に沿った面内において前記検出質量体の変位方向に直交する方向に所定の間隔を有して前記駆動質量体に対向する加速度検出電極を有し、加速度検出電極は、駆動質量体とともに支持基板に沿った面内において検出質量体の変位方向に直交する方向の駆動質量体の変位量を検出する加速度検出手段を構成することを特徴とする請求項１ないし請求項２５のいずれか１項に記載のジャイロセンサ。
27. 請求項１ないし請求項２６のいずれか１項に記載のジャイロセンサを２個備え、両ジャイロセンサの駆動質量体を互いに逆向きに振動させるように両ジャイロセンサを駆動するとともに、各ジャイロセンサのそれぞれの出力の差を出力する信号処理部を有することを特徴とするセンサ装置。

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