JP4248222B2

JP4248222B2 - Angular velocity sensor

Info

Publication number: JP4248222B2
Application number: JP2002309447A
Authority: JP
Inventors: 伸光谷口; 良幸松; 和廣岡田
Original assignee: Wacoh Corp
Current assignee: Wacoh Corp
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2022-10-24
Also published as: JP2004144598A

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an acceleration sensor and an angular velocity sensor capable of simplifying wiring furthermore. <P>SOLUTION: A weight body 250 comprising a conductive material is held in the suspended state in midair by flexible bridge parts 261, 262. Blocks 210, 220 comprising the conductive material are arranged right and left, and a capacitative element is formed between the blocks and the weight body 250. Each block is fixed in the sandwiched state between an upper substrate body 110 and a lower substrate body 310, but the weight body 250 is displaced with a prescribed degree of freedom. Electrodes E5, E6 are provided over and below the weight body 250, to thereby form a capacitative element. The displacement of the weight body 250 is detected based on a capacitance value of the capacitative element. Wiring relative to the block 210 is performed by a wiring terminal T1 penetrating the upper substrate body 110, and wiring relative to the block 220 is performed similarly at a prescribed spot. Wiring relative to the electrodes E5, E6 is performed by a similar method by using the blocks 225, 215, and wiring relative to the weight body 250 is performed through the conductive bridge part 262. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、角速度センサに関し、特に、角速度を容量素子を用いて検出するタイプのセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型で単純な構造を有する加速度センサあるいは角速度センサとして、静電容量素子を利用したタイプのセンサが実用化されている。これらのタイプのセンサでは、通常、所定の自由度をもって変位可能となるように支持された重錘体を用意し、この重錘体に対して作用する加速度や角速度を、重錘体の変位として検出する機能を有している。変位の検出は、容量素子の静電容量値に基づいて行われる。
【０００３】
たとえば、下記の特許文献１〜３には、重錘体側に形成された変位電極と、装置筐体側に形成された固定電極とによって容量素子を構成し、この容量素子の静電容量値の変化に基づいて、重錘体の変位を検出し、作用した加速度を電気的に検出することができる加速度センサが開示されている。複数の容量素子を工夫して配置することにより、ＸＹＺ三次元座標系における各座標軸方向の変位が独立して検出可能になるため、比較的単純な構成にもかかわらず、多次元加速度センサを実現することが可能になる。
【０００４】
また、下記の特許文献４には、ほぼ同様の構造体を用いて角速度を検出するセンサが開示されている。角速度の検出は、所定の容量素子に交流信号を供給して、クーロン力により重錘体を運動させ、この運動中の重錘体に対して角速度が作用することにより生じるコリオリ力を、所定の容量素子の静電容量の変化として検出することにより行われる。やはり複数の容量素子を工夫して配置することにより、重錘体に、単振動、円運動、歳差運動など、所定の軌道に沿ったくり返し運動を行わせることができ、かつ、ＸＹＺ三次元座標系における所望の座標軸方向の変位が独立して検出可能になるため、比較的単純な構成にもかかわらず、複数の座標軸まわりの角速度を検出可能な多次元角速度センサを実現することが可能になる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平４−２９９２２７号公報
【特許文献２】
特開平５−２６７５４号公報
【特許文献３】
特開平５−２１５６２７号公報
【特許文献４】
特開平１０−２２７６４４号公報
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、静電容量素子を利用した加速度センサや角速度センサは、比較的単純な構成にもかかわらず、多次元成分の加速度や角速度を検出することができる特徴を有しており、半導体基板などを材料に用いることにより、量産化が行われている。しかしながら、容量素子を利用して力の検出や重錘体の駆動が行われるため、容量素子を構成する個々の電極に対する配線が不可欠になる。半導体基板などを利用して構成したセンサの場合、基板上に配線パターンを形成することにより個々の電極に対する配線を行うことが可能になるが、容量素子の数が増えれば増えるほど、配線パターンも複雑にならざるを得ない。特に、多次元の加速度センサや角速度センサでは、用いる容量素子の数も多くなり、配線が繁雑になるのは避けられない。
【０００７】
また、角速度センサでは、重錘体を駆動するための駆動用容量素子と、重錘体の変位を検出するための変位検出用容量素子とが必要になる。検出回路を工夫すれば、同一の容量素子によって、駆動用容量素子と変位検出用容量素子とを兼務させることも可能であるが、両者を物理的に別々の容量素子によって構成した場合、容量素子の数はそれだけ増えることになり、個々の容量素子を構成する電極に対する配線は、非常に繁雑になる。
【０００８】
そこで本発明は、配線および検出回路をより単純化することが可能な角速度センサを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
(1) 本発明の第１の態様は、
所定間隔をおいて配置された上方基板および下方基板と、
上方基板および下方基板に挟まれた空間内で所定の自由度をもって変位可能となるように支持され、それぞれ電極として機能する４つの側面を有する重錘体と、
重錘体の側面の電極に対向する対向電極として機能する対向面を有し、上方基板および下方基板によって挟まれた位置に配置された第１〜第４のブロックと、
上方基板に形成した貫通孔を介して４組のブロックの上面に接触する配線用端子と、
によって角速度センサを構成し、
重錘体の４つの側面に形成された電極とその対向電極とによって４組の容量素子が形成されるようにし、この容量素子を利用して重錘体に作用した角速度を検出できるようにし、
４組のブロックにおける、少なくとも、対向電極の部分およびこの対向電極とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分を導電性材料から構成し、
第１〜第４のブロックのうちの一部もしくは全部を、物理的に分離された複数の副ブロックによって構成し、この第１〜第４のブロックを利用して構成される４組の容量素子のうちの一部もしくは全部を、電気的に独立した複数の副容量素子によって構成し、各副ブロックごとにそれぞれ配線用端子を設けるようにしたものである。
【００１０】
(2) 本発明の第２の態様は、上述の第１の態様に係るセンサにおいて、
重錘体の上面および下面がそれぞれ電極として機能し、これらの電極に対向する上方電極および下方電極がそれぞれ上方基板および下方基板に設けられており、重錘体の上面と上方電極とによって第５の容量素子が形成され、重錘体の下面と下方電極とによって第６の容量素子が形成され、これら容量素子を利用して重錘体に作用した角速度が検出できるように構成され、
上方基板および下方基板によって挟まれた位置に配置された第５のブロックおよび第６のブロックと、上方基板に形成した貫通孔を介して第５のブロックおよび第６のブロックの上面に接触する配線用端子と、上方電極と第５のブロックとを電気的に接続する配線と、下方電極と第６のブロックとを電気的に接続する配線と、を更に設け、
第５のブロックのうち、少なくとも、上方電極からの配線とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分は、導電性材料から構成されており、
第６のブロックのうち、少なくとも、下方電極からの配線とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分は、導電性材料から構成されているようにしたものである。
【００１１】
(3) 本発明の第３の態様は、上述の第１または第２の態様に係るセンサにおいて、
上方基板および下方基板によって挟まれた位置に配置され、重錘体を可撓性を有する橋梁部を介して支持する支持ブロックと、上方基板に形成した貫通孔を介して支持ブロックの上面に接触する配線用端子と、を更に設け、
重錘体側の複数の電極は相互に導通しており、橋梁部および支持ブロックのうち、少なくとも、重錘体側の電極とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分は、導電性材料から構成されているようにしたものである。
【００１３】
(4) 本発明の第４の態様は、上述の第２の態様に係るセンサにおいて、
上方電極および下方電極のうちのいずれか一方もしくは双方を、物理的に分離された複数の副電極によって構成し、第５の容量素子および第６の容量素子のうちのいずれか一方もしくは双方を、電気的に独立した複数の副容量素子によって構成し、第５のブロックおよび第６のブロックのうちのいずれか一方もしくは双方を、物理的に分離された複数の副ブロックによって構成し、各副電極と各副ブロックとの間をそれぞれ配線によって電気的に接続し、各副ブロックごとにそれぞれ配線用端子を設けるようにしたものである。
【００１５】
(5) 本発明の第５の態様は、ＸＹＺ三次元直交座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各座標軸まわりの角速度成分、または所定の二座標軸まわりの角速度成分を検出する角速度センサにおいて、
座標系の原点位置に配置された重錘体と、
重錘体に対して所定間隔をおいて、Ｘ軸正方向上に配置された第１のブロックと、
重錘体に対して所定間隔をおいて、Ｘ軸負方向上に配置された第２のブロックと、
重錘体に対して所定間隔をおいて、Ｙ軸正方向上に配置された第３のブロックと、
重錘体に対して所定間隔をおいて、Ｙ軸負方向上に配置された第４のブロックと、
配線用の第５のブロックと、
配線用の第６のブロックと、
重錘体を支持するための支持ブロックと、
重錘体と支持ブロックとの間に接続され、可撓性を有する橋梁部と、
重錘体の上面に対しては所定間隔を維持しつつ、第１〜第６のブロックの上面に接合された上方基板と、
重錘体の下面に対しては所定間隔を維持しつつ、第１〜第６のブロックの下面に接合された下方基板と、
上方基板の下面の重錘体の上面に対向する部分に形成された上方電極と、
下方基板の上面の重錘体の下面に対向する部分に形成された下方電極と、
所定の電気信号により重錘体を運動させ、検出対象となる角速度を電気信号として取り出す検出回路と、
を設け、
重錘体のうち、少なくとも表面の主要部は、電極層を形成することができるように導電性材料から構成されており、
第１〜第４のブロックのうち、少なくとも、重錘体側の電極層に対向する対向電極層を形成するのに必要な部分、およびこの対向電極層とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分は、導電性材料から構成されており、
重錘体の第１のブロックに対向する面に形成された電極層と、第１のブロックの重錘体に対向する面に形成された対向電極層と、により第１の容量素子が構成され、
重錘体の第２のブロックに対向する面に形成された電極層と、第２のブロックの重錘体に対向する面に形成された対向電極層と、により第２の容量素子が構成され、
重錘体の第３のブロックに対向する面に形成された電極層と、第３のブロックの重錘体に対向する面に形成された対向電極層と、により第３の容量素子が構成され、
重錘体の第４のブロックに対向する面に形成された電極層と、第４のブロックの重錘体に対向する面に形成された対向電極層と、により第４の容量素子が構成され、
重錘体の上方電極に対向する面に形成された電極層と、上方電極とにより第５の容量素子が構成され、
重錘体の下方電極に対向する面に形成された電極層と、下方電極とにより第６の容量素子が構成され、
上方電極と第５のブロックとの間には配線が施され、下方電極と第６のブロックとの間には配線が施され、
第５のブロックのうち、少なくとも、上方電極からの配線とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分は、導電性材料から構成されており、
第６のブロックのうち、少なくとも、下方電極からの配線とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分は、導電性材料から構成されており、
橋梁部および支持ブロックのうち、少なくとも、重錘体側の電極層とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分は、導電性材料から構成されており、
上方基板は絶縁性材料からなり、その厚み方向に形成された貫通孔内にそれぞれ第１の配線用端子〜第６の配線用端子および重錘体配線用端子が設けられており、各配線用端子の上端には、検出回路に対する配線が施されており、
第１の配線用端子の下端は第１のブロックの上面に電気的に接続され、第２の配線用端子の下端は第２のブロックの上面に電気的に接続され、第３の配線用端子の下端は第３のブロックの上面に電気的に接続され、第４の配線用端子の下端は第４のブロックの上面に電気的に接続され、第５の配線用端子の下端は第５のブロックの上面に電気的に接続され、第６の配線用端子の下端は第６のブロックの上面に電気的に接続され、重錘体配線用端子の下端は支持ブロックの上面に電気的に接続されており、
検出回路が、第１〜第６の容量素子の一部に対して交流信号を与えることにより重錘体を運動させ、この運動させた状態において、第１〜第６の容量素子の一部の静電容量値に基づいて、検出対象となる角速度成分を検出するようにし、
第１〜第４のブロックのうちの一部もしくは全部を、物理的に分離された複数の副ブロックによって構成し、第１〜第４の容量素子のうちの一部もしくは全部を、電気的に独立した複数の副容量素子によって構成し、各副ブロックごとにそれぞれ配線用端子を設け、複数の副容量素子の一部に対して交流信号を与えることにより重錘体を運動させ、複数の副容量素子の別な一部の静電容量値に基づいて、検出対象となる角速度成分を検出するようにしたものである。
【００１７】
(6) 本発明の第６の態様は、ＸＹＺ三次元直交座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各座標軸まわりの角速度成分、または所定の二座標軸まわりの角速度成分を検出する角速度センサにおいて、
座標系の原点位置に配置された重錘体と、
重錘体に対して所定間隔をおいて、Ｘ軸正方向上に配置された第１のブロックと、
重錘体に対して所定間隔をおいて、Ｘ軸負方向上に配置された第２のブロックと、
重錘体に対して所定間隔をおいて、Ｙ軸正方向上に配置された第３のブロックと、
重錘体に対して所定間隔をおいて、Ｙ軸負方向上に配置された第４のブロックと、
配線用の第５のブロックと、
配線用の第６のブロックと、
重錘体を支持するための支持ブロックと、
重錘体と支持ブロックとの間に接続され、可撓性を有する橋梁部と、
重錘体の上面に対しては所定間隔を維持しつつ、第１〜第６のブロックの上面に接合された上方基板と、
重錘体の下面に対しては所定間隔を維持しつつ、第１〜第６のブロックの下面に接合された下方基板と、
上方基板の下面の重錘体の上面に対向する部分に形成された上方電極と、
下方基板の上面の重錘体の下面に対向する部分に形成された下方電極と、
所定の電気信号により重錘体を運動させ、検出対象となる角速度を電気信号として取り出す検出回路と、
を設け、
重錘体のうち、少なくとも表面の主要部は、電極層を形成することができるように導電性材料から構成されており、
第１〜第４のブロックのうち、少なくとも、重錘体側の電極層に対向する対向電極層を形成するのに必要な部分、およびこの対向電極層とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分は、導電性材料から構成されており、
重錘体の第１のブロックに対向する面に形成された電極層と、第１のブロックの重錘体に対向する面に形成された対向電極層と、により第１の容量素子が構成され、
重錘体の第２のブロックに対向する面に形成された電極層と、第２のブロックの重錘体に対向する面に形成された対向電極層と、により第２の容量素子が構成され、
重錘体の第３のブロックに対向する面に形成された電極層と、第３のブロックの重錘体に対向する面に形成された対向電極層と、により第３の容量素子が構成され、
重錘体の第４のブロックに対向する面に形成された電極層と、第４のブロックの重錘体に対向する面に形成された対向電極層と、により第４の容量素子が構成され、
重錘体の上方電極に対向する面に形成された電極層と、上方電極とにより第５の容量素子が構成され、
重錘体の下方電極に対向する面に形成された電極層と、下方電極とにより第６の容量素子が構成され、
上方電極と第５のブロックとの間には配線が施され、下方電極と第６のブロックとの間には配線が施され、
第５のブロックのうち、少なくとも、上方電極からの配線とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分は、導電性材料から構成されており、
第６のブロックのうち、少なくとも、下方電極からの配線とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分は、導電性材料から構成されており、
橋梁部および支持ブロックのうち、少なくとも、重錘体側の電極層とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分は、導電性材料から構成されており、
上方基板は絶縁性材料からなり、その厚み方向に形成された貫通孔内にそれぞれ第１の配線用端子〜第６の配線用端子および重錘体配線用端子が設けられており、各配線用端子の上端には、検出回路に対する配線が施されており、
第１の配線用端子の下端は第１のブロックの上面に電気的に接続され、第２の配線用端子の下端は第２のブロックの上面に電気的に接続され、第３の配線用端子の下端は第３のブロックの上面に電気的に接続され、第４の配線用端子の下端は第４のブロックの上面に電気的に接続され、第５の配線用端子の下端は第５のブロックの上面に電気的に接続され、第６の配線用端子の下端は第６のブロックの上面に電気的に接続され、重錘体配線用端子の下端は支持ブロックの上面に電気的に接続されており、
検出回路が、第１〜第６の容量素子の一部に対して交流信号を与えることにより重錘体を運動させ、この運動させた状態において、第１〜第６の容量素子の一部の静電容量値に基づいて、検出対象となる角速度成分を検出するようにし、
上方電極および下方電極のうちのいずれか一方もしくは双方を、物理的に分離された複数の副電極によって構成し、第５の容量素子および第６の容量素子のうちのいずれか一方もしくは双方を、電気的に独立した複数の副容量素子によって構成し、第５のブロックおよび第６のブロックのうちのいずれか一方もしくは双方を、物理的に分離された複数の副ブロックによって構成し、各副電極と各副ブロックとの間をそれぞれ配線によって電気的に接続し、各副ブロックごとにそれぞれ配線用端子を設け、複数の副容量素子の一部に対して交流信号を与えることにより重錘体を運動させ、複数の副容量素子の別な一部の静電容量値に基づいて、検出対象となる角速度成分を検出するようにしたものである。
【００１８】
(7) 本発明の第７の態様は、上述の第５または第６の態様に係るセンサにおいて、
重錘体を直方体の形状とし、その各面がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれかに直交するように配置されるようにし、第１のブロック〜第４のブロックの重錘体に対する対向面が、重錘体の各面に対して平行面をなすように構成したものである。
【００１９】
(8) 本発明の第８の態様は、上述の第５〜第７の態様に係るセンサにおいて、
ＸＹ平面における第１象限〜第４象限にそれぞれ配置された４組の支持ブロックを設け、重錘体が、これら４組の支持ブロックのそれぞれから伸びた４本の橋梁部によって支持されており、少なくとも１組の支持ブロックについて配線用端子が設けられているようにしたものである。
【００２０】
(9) 本発明の第９の態様は、上述の第５〜第８の態様に係るセンサにおいて、
重錘体と第５のブロックとの間および重錘体と第６のブロックとの間に、第１のブロック〜第４のブロックのいずれかのブロックが介在するようにし、この介在するブロックに、上方電極と第５のブロックとを接続する配線および下方電極と第６のブロックとを接続する配線を非接触状態で挿通させるためのトンネルを形成するようにしたものである。
【００２１】
(10) 本発明の第１０の態様は、上述の第１〜第９の態様に係るセンサにおいて、
配線用端子を、上方基板に設けられた上広の錐状貫通孔の壁面に形成された金属層によって構成するようにしたものである。
【００２２】
(11) 本発明の第１１の態様は、上述の第１〜第１０の態様に係るセンサにおいて、
所定幅をもった橋梁部として利用した場合に可撓性を与えるのに適した厚みを有する第１の導電層と、重錘体として利用した場合に検出に必要な質量を与えるのに適した厚みを有する第２の導電層と、これら両導電層の間に形成された絶縁層と、によって構成される三層構造をもった基板の一部により、各ブロックおよび重錘体を構成し、橋梁部を第１の導電層を利用して形成するようにしたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。なお、本願特許請求の範囲に記載した発明は、角速度センサに係るものであるが、当該センサの構造部分はそのまま加速度センサとしても利用可能であるため、以下、説明の便宜上、加速度センサとしての実施形態も併せて説明する。
【００２４】
＜＜＜ §１．センサ構造体の物理的構造＞＞＞
はじめに、本発明に係るセンサの基本構造を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るセンサの物理的な構造部分（以下、センサ構造体という）を示す分解側断面図である。このセンサ構造体は、加速度センサに利用することもできるし、角速度センサに利用することもできる。実際のセンサは、図１に示すセンサ構造体に、所定の検出回路を付加することにより実現される。このセンサ構造体を、加速度センサとして利用するか、角速度センサとして利用するかは、付加する検出回路によって決まることになる。具体的な検出回路についての説明は、§３において行うこととし、ここでは、このセンサ構造体の物理的な構造を以下に詳述する。
【００２５】
このセンサ構造体は、図１に分解図として描かれているように、上方基板１００、中間部材２００、下方基板３００の３つの層から構成されている。実際には、これら３つの層を上下に接合することにより、センサ構造体が構成されることになる（図７参照）。ここでは説明の便宜上、中間部材２００の中心位置（後述するように、重錘体２５０の重心Ｇの位置になる）に原点Ｏをとり、図の右方向にＸ軸、上方向にＺ軸、紙面に対して垂直方向にＹ軸をとることにより、ＸＹＺ三次元直交座標系を定義することとし、必要に応じて、この座標系を用いた説明を行うことにする。図１は、このセンサ構造体を、ＸＺ平面で切断した分解側断面図ということになる。
【００２６】
上方基板本体１１０は、上方基板１００の主たる部分を占める構成要素であり、絶縁性材料から構成されている。この実施形態の場合、ガラス基板を上方基板本体１１０として用いている。この上方基板本体１１０の上面には、第１の配線用端子Ｔ１〜第６の配線用端子Ｔ６と、重錘体配線用端子Ｔ０とが配置されている（図１には、このうちのＴ１，Ｔ３，Ｔ５のみが現れている）。図２は、上方基板１００の上面図であり、各配線用端子Ｔ１〜Ｔ７，Ｔ０の配置が明瞭に示されている。図１に示す上方基板１００の断面は、この図２に示す上方基板１００をＸ軸に沿って切断した断面に相当する。各配線用端子Ｔ１〜Ｔ７，Ｔ０は、検出回路に対する配線に用いられる端子であり、後述するように、第１〜第６の配線用端子Ｔ１〜Ｔ６の下端は、それぞれ第１〜第６のブロックに接続され、重錘体配線用端子Ｔ０の下端は、支持ブロックに接続される。
【００２７】
一方、図１に示されているとおり、上方基板本体１１０の下面中央部には、上方基板溝部１２０が形成されており、空隙部ＳＰ５が確保されている。また、この上方基板溝部１２０の底には、上方電極Ｅ５が形成されており、配線層Ｌ５が接続されている。図３は、上方基板１００の下面図である。図示のとおり、上方基板本体１１０の下面に形成された上方基板溝部１２０は正方形状をしており、その底部に設けられた上方電極Ｅ５も正方形状をしている。もちろん、上方電極Ｅ５の形状は正方形状に限定されるものではなく、任意の形状でかまわない。配線層Ｌ５は、上方電極Ｅ５から図の左方へと伸びる配線パターンであり、上方基板溝部１２０の段差を越えて、上方基板本体１１０の下面へと連なっている。上方電極Ｅ５および配線層Ｌ５は、たとえば、アルミニウムなどの金属からなるパターンによって形成することができる。なお、図３の下面図には、各配線用端子Ｔ１〜Ｔ７，Ｔ０の下端が露出した状態が示されている。後述するように、各配線用端子は、上広の円錐形状（コーン状）をしており、図２の上面図に現れている上端に比べて、図３の下面図に現れている下端の方が半径が小さくなっている。また、図２と図３は上面図と下面図の関係なので、各配線用端子Ｔ１〜Ｔ７，Ｔ０の配置は、これらの図では表裏の関係となっている。
【００２８】
続いて、中間部材２００の構成を説明する。中間部材２００は、導電性材料からなる基板（たとえば、全体に不純物をドープしたシリコン基板）を加工することにより得ることができる。図４は、この中間部材２００の上面図である。図示のとおり、中間部材２００は複数のブロックから構成されている。まず、Ｘ軸の正方向上には、２つのブロック２１０，２１５が配置されており、Ｘ軸の負方向上には、２つのブロック２２０，２２５が配置されている。同様に、Ｙ軸の正方向上には、１つのブロック２３０が配置されており、Ｙ軸の負方向上には、１つのブロック２４０が配置されている。また、中央部にはブロック２５０が配置されており、このブロック２５０は、橋梁部２６１〜２６４によって、４隅に配置された４個のブロック２７１〜２７４に接続されている。橋梁部２６１〜２６４は、図１の側断面図にも一部が示されているとおり、ブロック２５０の上部のみに接続されたビーム状の構造部である。上述した各ブロックは、いずれも同じ厚み（図１に示す中間部材２００としての厚み）を有しているが、橋梁部２６１〜２６４は、これらのブロックに比べてかなり厚みが小さく設計されており、また、図４に示すように、幅も比較的小さいので、可撓性を有している。結局、中央のブロック２５０は、４本の橋梁部２６１〜２６４を介して、４つのブロック２７１〜２７４によって支持されることになるが、橋梁部２６１〜２６４が可撓性を有しているため、ある程度の自由度をもって変位可能な状態で支持される。
【００２９】
図５は、中間部材２００をＸＹ平面で切断した状態を示す横断面図である。この位置で切断すると、橋梁部２６１〜２６４は現れず、合計１１個のブロックのみが示されている。以下、説明の便宜上、これらの各ブロックを、第１のブロック２１０、第２のブロック２２０、第３のブロック２３０、第４のブロック２４０、第５のブロック２２５、第６のブロック２１５、重錘体２５０、支持ブロック２７１〜２７４と呼ぶことにする。第１のブロック２１０と第２のブロック２２０は、重錘体２５０のＸ軸方向への変位に関する駆動や検出に利用され、第３のブロック２３０と第４のブロック２４０は、重錘体２５０のＹ軸方向への変位に関する駆動や検出に利用される。また、第５のブロック２２５と第６のブロック２１５は、重錘体２５０のＺ軸方向への変位に関する駆動や検出を行うための配線の用途で利用される。支持ブロック２７１〜２７４は、前述したように、重錘体２５０を支持するための支持部材として利用されるとともに、重錘体２５０に対する配線の用途にも利用される。
【００３０】
なお、図４には、第２のブロック２２０の上面に、配線用トンネル２２０Ｔ（実際には、トンネルを形成するためにブロック上面に形成された溝）が形成されている状態が示されているが、この溝は、図１の側断面図に示されている程度の深さをもち、上方基板１００に形成された配線層Ｌ５を非接触状態で挿通させるためのトンネルを形成するためのものである。同様に、第１のブロック２１０の下面には、下方基板３００に形成された配線層Ｌ６を非接触状態で挿通させるための配線用トンネル２１０Ｔ（実際には、トンネルを形成するためにブロック下面に形成された溝）が形成されている。
【００３１】
一方、図１に示すとおり、下方基板３００の主たる構成要素は下方基板本体３１０である。この実施形態では、下方基板本体３１０は上方基板本体１１０と同様にガラス基板によって構成されている。もっとも、下方基板本体３１０は、配線用端子を設ける必要がないため、必ずしもガラスのような絶縁性材料で構成する必要はない。ただ、下方基板本体３１０を導電性材料で構成した場合には、後述する動作上、絶縁させることが必要な箇所については、部分的に絶縁層を形成するなどの処置が必要になるため、実用上は、上方基板本体１１０と同様に絶縁性材料で構成するのが好ましい。
【００３２】
下方基板本体３１０の上面中央部には、下方基板溝部３２０が形成されており、空隙部ＳＰ６が確保されている。また、この下方基板溝部３２０の底には、下方電極Ｅ６が形成されており、配線層Ｌ６が接続されている。図６は、下方基板３００の上面図である。図示のとおり、下方基板本体３１０の上面に形成された下方基板溝部３２０は正方形状をしており、その底部に設けられた下方電極Ｅ６も正方形状をしている。もちろん、下方電極Ｅ６の形状は正方形状に限定されるものではなく、任意の形状でかまわない。配線層Ｌ６は、下方電極Ｅ６から図の右方へと伸びる配線パターンであり、下方基板溝部３２０の段差を越えて、下方基板本体３１０の上面へと連なっている。下方電極Ｅ６および配線層Ｌ６は、たとえば、アルミニウムなどの金属からなるパターンによって形成することができる。
【００３３】
以上、図１に示す上方基板１００、中間部材２００、下方基板３００のそれぞれについての構造を別個に説明したが、本発明に係るセンサ構造体は、これら３層からなる構成要素を上下に積層して接合することにより構成される。図７は、図１に示す３層からなる各構成要素を接合することにより、センサ構造体を構成した状態を示す側断面図である。この図も、ＸＺ平面での切断面に相当する。ここに示す実施形態の場合、上方基板１００および下方基板３００はガラス基板から構成され、中間部材２００はシリコン基板から構成されているため、相互の接合は陽極接合の手法を利用して行われている。
【００３４】
図４および図５に示されているとおり、中間部材２００を構成する各ブロックは、物理的に分離されたものになっているが、重錘体２５０以外の各ブロックは、いずれも上方基板本体１１０と下方基板本体３１０とによって上下から挟まれることにより固定される。これに対して、重錘体２５０の上方および下方には、図７に示すとおり、空隙部ＳＰ５，ＳＰ６が形成されているため、上方基板本体１１０および下方基板本体３１０により重錘体２５０が直接的には固定されることはないが、図４に示すとおり、重錘体２５０は、４本の橋梁部２６１〜２６４によって、支持ブロック２７１〜２７４に接続されているため、所定の自由度をもって変位が可能な状態で、上方基板本体１１０および下方基板本体３１０によって間接的に支持されることになる。
【００３５】
＜＜＜ §２．センサ構造体の基本動作および配線＞＞＞
さて、ここで、図７に示すセンサ構造体の基本動作を考えてみる。この図７に示すセンサ構造体は、結局、上方基板１００と下方基板３００とを所定間隔をおいて配置し、これら両基板に挟まれる位置に各ブロックを配置し、中央部に重錘体２５０を配置した構造を有している。ここで、各ブロックと重錘体は、いずれも直方体の形状をなしている。各ブロックは、上方基板１００および下方基板３００によって固定されているが、重錘体２５０は、上方基板１００および下方基板３００に挟まれた空間内で所定の自由度をもって変位可能となるように、４本の橋梁部２６１〜２６４によって支持されている。すなわち、重錘体２５０と第１のブロック２１０〜第４のブロック２４０との間には、図５に示すとおり、それぞれ空隙部ＳＰ１〜ＳＰ４が確保されており、重錘体２５０と上方電極Ｅ５および下方電極Ｅ６との間には、図７に示すとおり、それぞれ空隙部ＳＰ５，ＳＰ６が確保されている。したがって、重錘体２５０は、これら空隙部の範囲内において、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各座標軸方向に自由に変位することができる。別言すれば、橋梁部２６１〜２６４は、このような重錘体２５０の変位を可能にするために適した可撓性を有している。
【００３６】
このセンサ構造体を加速度センサとして用いる場合は、加速度の作用に起因して生じる重錘体の変位を検出すればよい。たとえば、重錘体２５０に対して、Ｘ軸正方向（図７における右方向）の加速度が作用したとすると、この加速度に応じた外力により、重錘体２５０はＸ軸正方向に変位することになる。このときの変位量は作用した加速度の大きさに依存する。したがって、重錘体２５０のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の変位をそれぞれ検出することができれば、作用した加速度の各座標軸方向成分を求めることができる。
【００３７】
一方、このセンサ構造体を角速度センサとして用いる場合は、重錘体２５０を運動させる必要がある。一般に、三次元直交座標系において、第１の座標軸方向に運動中の物体に、第２の座標軸まわりの角速度が作用すると、この物体には第３の座標軸方向へのコリオリ力が作用することになる。したがって、たとえば、重錘体２５０をＸ軸方向に単振動させておき、その状態で、Ｙ軸方向に作用するコリオリ力を検出すればＺ軸まわりの角速度の検出が可能になり、Ｚ軸方向に作用するコリオリ力を検出すればＹ軸まわりの角速度の検出が可能になる。もちろん、座標軸の組み合わせを変えれば、任意の座標軸まわりの角速度検出が可能である。ここで、コリオリ力の検出は、上述した加速度に応じた外力の検出と同様に、重錘体２５０の変位を検出することにより行うことができる。たとえば、重錘体２５０をＸ軸方向に単振動させる駆動を行っているときに、Ｙ軸方向にコリオリ力が作用すると、重錘体２５０がＹ軸方向に変位することになるので、この変位を検出することにより、Ｚ軸まわりの角速度を求めることができる。
【００３８】
このように、重錘体を有するセンサ構造体を加速度センサとして利用する場合には、重錘体２５０の変位を検出する機構が必要になり、角速度センサとして利用する場合には、更に、重錘体２５０を運動させる機構が必要になる。本発明に係るセンサ構造体の場合、これらの機構として容量素子を用いている。特に、図７に示す実施形態に係るセンサ構造体の場合、合計６組の容量素子により、重錘体２５０のＸ軸方向の変位、Ｙ軸方向の変位、Ｚ軸方向の変位をそれぞれ独立して検出することが可能であり、また、必要に応じて、重錘体２５０をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に運動させることが可能である。
【００３９】
図７に示すセンサ構造体に組み込まれた６組の容量素子の一方の電極の役割は、第１のブロック２１０〜第４のブロック２４０および上方電極Ｅ５，Ｅ６が果たすことになり、もう一方の電極の役割は、重錘体２５０が果たすことになる（重錘体２５０は、６組の容量素子についての共通電極として機能する）。前述したとおり、この実施形態における中間部材２００は、導電性材料（不純物をドープしたシリコン）によって構成されており、重錘体２５０および各ブロックは、それぞれが電極としての機能を果たすことができる。
【００４０】
図８は、図７に示すセンサ構造体における４組の容量素子の所在を示す側面投影図である。ここでは、容量素子を構成する電極として機能する部分をハッチングを施して示してある。一般に、容量素子に固有の電磁気学現象は、導電性ブロックの表層部分で生じるものと考えられるので、ここでは、重錘体や各ブロックの表層部分に仮想電極（ハッチング部分）があるものと仮定して、以下の説明を行うことにする。上述したように、中間部材２００を構成する重錘体２５０や個々のブロックは、物理的にはいずれも導電体の塊であり、別体としての電極が表面に形成されているわけではない。ただ、容量素子としての動作を考慮した説明の便宜上、ここでは、個々の部分の表層部分を電極Ｅ０〜Ｅ４として捉えることにする。
【００４１】
まず、重錘体２５０側には、重錘体側電極Ｅ０が形成される。この実施形態の場合、重錘体２５０は直方体をしており、その６面にそれぞれ重錘体側電極Ｅ０が形成されることになる。図８の側断面図には、このうちの４面に形成された重錘体側電極Ｅ０が示されている。当然、これらはいずれも互いに導通した電極になる。一方、重錘体側電極Ｅ０に対向する位置には、各容量素子を形成するためのもう一方の電極が形成されている。すなわち、第１のブロック２１０の左側の面には対向電極Ｅ１が形成され、第２のブロック２２０の右側の面には対向電極Ｅ２が形成され、上方基板本体１１０の下面には上方電極Ｅ５が形成され、下方基板本体３１０の上面には下方電極Ｅ６が形成されている。
【００４２】
図８の側面投影図に対して、図９は、平面投影図であり、ここにもやはり図７に示すセンサ構造体における４組の容量素子の所在が示されている。すなわち、重錘体２５０の４つの側面には、それぞれ重錘体側電極Ｅ０が形成されている。このうち、重錘体２５０の右側面に形成された重錘体側電極Ｅ０は、図８に示したものと同一の電極であり、第１のブロック２１０の左側の面に対向電極Ｅ１が形成されている。同様に、重錘体２５０の左側面に形成された重錘体側電極Ｅ０は、図８に示したものと同一の電極であり、第２のブロック２２０の右側の面に対向電極Ｅ２が形成されている。更に、図９に示すように、重錘体２５０の図の上下の面にもそれぞれ重錘体側電極Ｅ０が形成されており、第３のブロック２３０および第４のブロック２４０にそれぞれ対向電極Ｅ３，Ｅ４が形成されている。
【００４３】
結局、図９の平面投影図を見ると、重錘体２５０を四方から囲む位置に、それぞれ第１のブロック２１０，第２のブロック２２０，第３のブロック２３０，第４のブロック２４０が配置され、その内側の面（原点Ｏを向く面）に、それぞれ対向電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４が形成されていることになり、図８の側面投影図を見ると、更に、重錘体２５０の上方に上方電極Ｅ５が形成され、下方に下方電極Ｅ６が形成されていることになる。ここでは、対向電極Ｅ１とこれに対向する重錘体側電極Ｅ０とによって構成される容量素子を第１の容量素子Ｃ１と呼び、対向電極Ｅ２とこれに対向する重錘体側電極Ｅ０とによって構成される容量素子を第２の容量素子Ｃ２と呼び、対向電極Ｅ３とこれに対向する重錘体側電極Ｅ０とによって構成される容量素子を第３の容量素子Ｃ３と呼び、対向電極Ｅ４とこれに対向する重錘体側電極Ｅ０とによって構成される容量素子を第４の容量素子Ｃ４と呼び、上方電極Ｅ５とこれに対向する重錘体側電極Ｅ０とによって構成される容量素子を第５の容量素子Ｃ５と呼び、下方電極Ｅ６とこれに対向する重錘体側電極Ｅ０とによって構成される容量素子を第６の容量素子Ｃ６と呼ぶことにする。
【００４４】
ここで、この６組の容量素子の配置に着目すると、第１の容量素子Ｃ１（Ｅ１とＥ０）は、重錘体２５０のＸ軸正方向側に配置され、第２の容量素子Ｃ２（Ｅ２とＥ０）は、重錘体２５０のＸ軸負方向側に配置され、第３の容量素子Ｃ３（Ｅ３とＥ０）は、重錘体２５０のＹ軸正方向側に配置され、第４の容量素子Ｃ４（Ｅ４とＥ０）は、重錘体２５０のＹ軸負方向側に配置され、第５の容量素子Ｃ５（Ｅ５とＥ０）は、重錘体２５０のＺ軸正方向側に配置され、第６の容量素子Ｃ６（Ｅ６とＥ０）は、重錘体２５０のＺ軸負方向側に配置されていることがわかる。このように、重錘体２５０に対して、各座標軸の正負両方向にそれぞれ容量素子を配置しておくと、§３で述べるとおり、これら容量素子の静電容量値に基づいて、重錘体２５０の各座標軸方向への変位を正確に検出することができ、また、重錘体２５０を各座標軸に沿って駆動させることができるようになる。
【００４５】
本発明は、このような容量素子に対する配線を単純化することを目的とするものであり、その基本手法は、導電性のブロック自体を配線の用に供することにある。たとえば、図９の平面投影図に示されているように、対向電極Ｅ１〜Ｅ４は、第１のブロック２１０〜第４のブロック２４０の表層部分からなるため、これらの電極に対する配線は、第１のブロック２１０〜第４のブロック２４０の上面に対して行えばよいことがわかる。図９には、各配線用端子の平面的な位置も描かれているが、第１の配線用端子Ｔ１〜第４の配線用端子Ｔ４は、それぞれ第１のブロック２１０〜第４のブロック２４０の上面位置に配置されている。これは、第１の配線用端子Ｔ１〜第４の配線用端子Ｔ４が、それぞれ対向電極Ｅ１〜Ｅ４に対して電気的に接続されていることを意味する。
【００４６】
また、図８に示すとおり、上方電極Ｅ５は、配線層Ｌ５を介して第５のブロック２２５に電気的に接続されており、下方電極Ｅ６は、配線層Ｌ６を介して第６のブロック２１５に電気的に接続されているので、これらの電極に対する配線は、第５のブロック２２５および第６のブロック２１５の上面に対して行えばよいことがわかる。図９を見ると、第５の配線用端子Ｔ５および第６の配線用端子Ｔ６は、それぞれ第５のブロック２２５および第６のブロック２１５の上面位置に配置されている。これは、第５の配線用端子Ｔ５および第６の配線用端子Ｔ６が、それぞれ上方電極Ｅ５および下方電極Ｅ６に対して電気的に接続されていることを意味する。図８に示されている配線用トンネル２２０Ｔは、配線層Ｌ５と第２のブロック２２０とが接触しないようにするためのものであり、配線用トンネル２１０Ｔは、配線層Ｌ６と第１のブロック２１０とが接触しないようにするためのものである。
【００４７】
続いて、重錘体側電極Ｅ０に対する配線を説明しよう。重錘体側電極Ｅ０は、直方体状の重錘体２５０の各面の表層部分からなり、６組の容量素子の一方の共通電極として機能する電極である。ここで、重錘体２５０は導電性材料（不純物ドープシリコン）の塊であり、これを支持するための４本の橋梁部２６１〜２６４および４個の支持ブロック２７１〜２７４も同じく導電性材料（不純物ドープシリコン）によって構成されている。このため、重錘体２５０、橋梁部２６１〜２６４、支持ブロック２７１〜２７４は、電気的には互いに導通していることになる。したがって、重錘体側電極Ｅ０に対する配線は、支持ブロック２７１〜２７４のいずれかの上面に対して行えばよいことがわかる。図９を見ると、重錘体配線用端子Ｔ０は、支持ブロック２７２の上面位置に配置されている（もちろん、他の支持ブロック２７１，２７３，２７４の上面位置に配置してもかまわない）。これは、重錘体配線用端子Ｔ０が、重錘体２５０すなわち重錘体側電極Ｅ０に対して電気的に接続されていることを意味する。
【００４８】
結局、図８または図９に示されている電極Ｅ１〜Ｅ６は、上方基板１００に配置された第１の配線用端子Ｔ１〜第６の配線用端子と電気的に接続された状態となっており、重錘体側電極Ｅ０は、上方基板１００に配置された重錘体配線用端子Ｔ０と電気的に接続された状態となっている。したがって、このセンサ構造体に対して必要な電気的配線は、すべて図２の上面図に示されているように、上方基板１００の上面に露出している合計７個の配線用端子Ｔ０〜Ｔ６に対して行うことができる。しかも、センサ構造体の内部における実質的な配線としては、図８に示すとおり、配線層Ｌ５，Ｌ６を設けただけであり、配線構造は非常に単純化されている。
【００４９】
図２に上端部が示されている各配線用端子Ｔ０〜Ｔ６は、前述したように、上広の円錐形状（コーン状）をしている。ただ、ここに示す実施形態では、図２に示すように、Ｘ軸上に配置された配線用端子が１つも存在しないため、図１や図７などの側断面図（ＸＺ平面で切った断面図）には配線用端子の側断面は現れていない。そこで、参考のために、このセンサ構造体を、第１の配線用端子Ｔ１および第５の配線用端子Ｔ５の各中心軸を通る平面で切った側断面図を図１０に示し、第３の配線用端子Ｔ３および重錘体配線用端子Ｔ０の各中心軸を通る平面で切った側断面図を図１１に示しておく。この図１０または図１１に示されているように、配線用端子Ｔ０〜Ｔ６は、いずれも上方基板本体１１０に設けられた上広の錐状貫通孔の壁面に形成された金属層によって構成されており、中空のコーン状をしていることになる。
【００５０】
図１２は、このコーン状の配線用端子Ｔの製造工程を示す拡大側断面図（配線用端子Ｔの形成部分のみを拡大して示す）である。まず、図１２(a) に示すように、上方基板本体１１０（この実施形態ではガラス基板）の所定箇所に、上広の円錐形状の貫通孔１１５を形成する。次に、中間部材２００の上に上方基板本体１１０を接合する。続いて、この上方基板本体１１０の上面に、アルミニウムなどの金属膜を蒸着法やスパッタ法などの方法で堆積させる。すると、上方基板本体１１０の上面が金属層で覆われるとともに、錐状貫通孔１１５の内側面および底部（中間部材２００の上面）にも金属が堆積し、図１２(b) に示すように、内部に円錐状の空洞部Ｋを有する中空コーン状の配線用端子Ｔが形成されることになる。この後、上方基板本体１１０上に堆積した金属層の不要な部分（図１２(b) に示す配線用端子Ｔの上端の縁の部分の外側に堆積した部分）をエッチングなどで除去すれば、最終的に、図１２(b) に示すような側断面をもった配線用端子Ｔを形成することができる。この配線用端子Ｔの上端の縁の部分は、上方基板本体１１０の上面に露出した状態となり、検出回路に対する配線部（ボンディングパッド）として機能することになり、下端のコーン先端部分は、中間部材２００を構成する各ブロックの上面に接触し、電気的なコンタクトをとる機能を果たす。
【００５１】
なお、図１２(a) に示す貫通孔１１５を錐状にしてあるのは、アルミニウムなどの蒸着やスパッタの工程において、その壁面に効果的に堆積層を形成するための配慮である。もちろん、錐状貫通孔１１５は必ずしも円錐状にする必要はなく、角錐状にしてもかまわない。また、蒸着法やスパッタ法などの一般的な堆積工程を採らずに、別な工程で貫通孔１１５内に配線用端子Ｔを埋め込むことが可能であれば、貫通孔１１５は必ずしも上広の錐状にする必要はない。
【００５２】
＜＜＜ §３．検出回路＞＞＞
これまで、本発明に係る加速度センサあるいは角速度センサに用いるセンサ構造体の構成、基本動作、配線を述べてきた。ここでは、このセンサ構造体に接続して用いる検出回路についての説明を行う。もっとも、これらの検出回路自体は、前掲の特許文献１〜４などに開示されている公知の回路であるので、ここでは代表的なの回路構成例について簡単な説明を行うことにする。本発明の特徴は、§１および§２で述べたセンサ構造体の構造および配線にあり、ここで述べる検出回路は、本発明にとって本質的な特徴ではない。
【００５３】
図１３は、図７に示すセンサ構造体を三次元加速度センサとして利用するための検出回路である。もっとも、図の左半分に記載されている容量素子Ｃ１〜Ｃ６と、配線用端子Ｔ０〜Ｔ６は、図７に示すセンサ構造体の構成要素であるので、実際の検出回路の部分は、図の右半分に記載されたＣ／Ｖ変換回路４０１〜４０６および減算器４０７〜４０９の部分ということになる。既に§２において述べたように、容量素子Ｃ１〜Ｃ６の一方の電極Ｅ１〜Ｅ６は、それぞれ第１の配線用端子Ｔ１〜第６の配線用端子Ｔ６に接続されており、容量素子Ｃ１〜Ｃ６の他方の共通電極Ｅ０（重錘体側電極）は、重錘体配線用端子Ｔ０に接続されているので、図におけるＣ／Ｖ変換回路４０１〜４０６に対する配線は、上方基板本体１１０上に露出した各配線用端子Ｔ０〜Ｔ６に対して行うことになる。この回路では、重錘体配線用端子Ｔ０は接地されており、重錘体側電極Ｅ０、すなわち、重錘体２５０全体の電位は接地レベルになる。
【００５４】
Ｃ／Ｖ変換回路４０１〜４０６は、それぞれ容量素子Ｃ１〜Ｃ６の静電容量値を電圧値Ｖ１〜Ｖ６に変換する機能をもった回路である。これらの電圧値Ｖ１〜Ｖ６に対しては、減算器４０７〜４０９による演算が行われ、演算結果として、出力端子Ｔｘには電圧値Ｖ１−Ｖ２が出力され、出力端子Ｔｙには電圧値Ｖ３−Ｖ４が出力され、出力端子Ｔｚには電圧値Ｖ５−Ｖ６が出力される。ここで、出力端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚに出力される電圧値は、それぞれ重錘体２５０に作用した加速度のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向成分になる。
【００５５】
その理由は、図７に示すセンサ構造体における重錘体２５０の変位を考えれば容易に理解できよう。たとえば、重錘体２５０に対して、Ｘ軸正方向の加速度αｘが作用したとすると、この加速度αｘに基づく力により、重錘体２５０は図７における右方へと移動することになり、容量素子Ｃ１の電極間距離（重錘体２５０と第１のブロック２１０との距離）は小さくなり、容量素子Ｃ２の電極間距離（重錘体２５０と第２のブロック２２０との距離）は大きくなる。よって、容量素子Ｃ１の静電容量値（電圧値Ｖ１）は大きくなり、容量素子Ｃ２の静電容量値（電圧値Ｖ２）は小さくなるので、出力端子Ｔｘに得られる電圧値Ｖ１−Ｖ２は、加速度αｘの大きさを示す値になる。加速度のＹ軸方向成分αｙが出力端子Ｔｙに得られ、加速度のＺ軸方向成分αｚが出力端子Ｔｚに得られる理由も同様である。このように、図１３に示す検出回路は、第１の容量素子Ｃ１〜第６の容量素子Ｃ６の静電容量値に基づいて、各座標軸方向の加速度成分を検出する機能を有しており、このような検出回路を用いることにより、三次元加速度センサを実現することができる。
【００５６】
続いて、角速度センサを実現するための検出回路の例を示す。角速度の検出を行うためには、前述したとおり、重錘体２５０を所定方向に運動させながら、運動中の重錘体２５０に作用するコリオリ力を検出する必要がある。このため、用いる検出回路は、容量素子に所定の電気信号（駆動信号）を与えることにより重錘体を運動させる機能と、この運動に同期した所定のタイミングで、重錘体の所定方向への変位量を容量素子の静電容量値に基づいて電気信号として取り出す機能と、が必要になる。具体的には、検出回路は、第１の容量素子Ｃ１〜第６の容量素子Ｃ６の一部に対して交流信号を与えることにより重錘体を運動させ、この運動させた状態において、第１の容量素子Ｃ１〜第６の容量素子Ｃ６の一部の静電容量値に基づいて、検出対象となる角速度成分を検出することになる。
【００５７】
図１４は、図７に示すセンサ構造体を二次元加速度センサとして利用するための検出回路である。ここでも、図の左半分に記載されている容量素子Ｃ１〜Ｃ６と、配線用端子Ｔ０〜Ｔ６は、図７に示すセンサ構造体の構成要素であるので、実際の検出回路の部分は、図の右半分に記載されたＣ／Ｖ変換回路４０１〜４０４、減算器４０７，４０８、交流電源４１１，４１２の部分ということになる。この検出回路を用いた場合、第５の容量素子Ｃ５および第６の容量素子Ｃ６は、重錘体２５０をＺ軸方向に駆動させる役割を果たすことになる。交流電源４１１，４１２としては、互いに逆位相の交流信号を発生させる電源を用いればよい。たとえば、交流電源４１１が前半周期にパルスを発生し、交流電源４１２が後半周期にパルスを発生すれば、重錘体側電極Ｅ０を接地レベルに維持したまま、上方電極Ｅ５と下方電極Ｅ６とに交互に電圧を印加することができるので、重錘体２５０をクーロン力により上下に交互に引き寄せることができるようになり、重錘体２５０をＺ軸方向に振動させることができるようになる。
【００５８】
このように、重錘体２５０をＺ軸方向に振動させた状態において、Ｙ軸まわりの角速度ωｙが作用すると、重錘体２５０にはＸ軸方向へのコリオリ力が作用し、Ｘ軸方向へ変位することになる。このＸ軸方向への変位は、前述したとおり、減算器４０７から出力される電圧値Ｖ１−Ｖ２として検出される。よって、図１４の回路では、出力端子Ｔｙに得られる電圧値は、Ｙ軸まわりの角速度ωｙを示すものになる。同様に、出力端子Ｔｘに得られる電圧値は、Ｘ軸まわりの角速度ωｘを示すものになる。かくして、図１４の検出回路を用いることにより、Ｘ軸まわりの角速度ωｘおよびＹ軸まわりの角速度ωｙを検出する機能をもった二次元角速度センサを実現することができる。
【００５９】
この図１４の検出回路は、重錘体２５０をＺ軸方向に振動させながら、Ｘ軸方向へのコリオリ力に基づく変位を検出してＹ軸まわりの角速度ωｙを検出し、Ｙ軸方向へのコリオリ力に基づく変位を検出してＸ軸まわりの角速度ωｘを検出することにより二次元角速度センサを実現する回路であるが、同様の原理に基づき、重錘体２５０をＸ軸方向に振動させながら、Ｙ軸まわりの角速度ωｙとＺ軸まわりの角速度ωｚとを検出する二次元角速度センサを実現することも可能であるし、重錘体２５０をＹ軸方向に振動させながら、Ｘ軸まわりの角速度ωｘとＺ軸まわりの角速度ωｚとを検出する二次元角速度センサを実現することも可能である。
【００６０】
二次元角速度センサを実現する場合は、上述の例のように、重錘体２５０を１つの座標軸方向に振動させれば十分であるが、３つの座標軸まわりの角速度ωｘ，ωｙ，ωｚのすべてを検出する三次元角速度センサを実現するためには、重錘体２５０を２つの座標軸方向に交互に運動させる必要がある。そのためには、重錘体２５０を円運動させると都合がよい。たとえば、図１５に示すように、ＸＹ平面内において、重錘体２５０の重心Ｇを円運動させたとする。
【００６１】
ここで、重心Ｇが図示の円軌道上を運動中にＹ軸との交差点Ｐ１を通過する瞬間を考えてみると、この瞬間における重心Ｇの運動方向ベクトルＵｘは、Ｘ軸方向に沿った方向を向いていることがわかる。したがって、重心Ｇの交差点Ｐ１を通過する瞬間に、Ｚ軸方向の変位（コリオリ力）を検出できれば、この検出値はＹ軸まわりの角速度ωｙを示すものになり、Ｙ軸方向の変位（コリオリ力）を検出できれば、この検出値はＺ軸まわりの角速度ωｚを示すものになる。したがって、交差点Ｐ１を通過する瞬間には、角速度ωｙおよびωｚの検出が可能になる。同様に、重心Ｇが図示の円軌道上を運動中にＸ軸との交差点Ｐ２を通過する瞬間を考えてみると、この瞬間における重心Ｇの運動方向ベクトルＵｙは、Ｙ軸方向に沿った方向を向いていることがわかる。したがって、重心Ｇの交差点Ｐ２を通過する瞬間に、Ｚ軸方向の変位（コリオリ力）を検出できれば、この検出値はＸ軸まわりの角速度ωｘを示すものになり、Ｘ軸方向の変位（コリオリ力）を検出できれば、この検出値はＺ軸まわりの角速度ωｚを示すものになる。したがって、交差点Ｐ２を通過する瞬間には、角速度ωｘおよびωｚの検出が可能になる。なお、角速度ωｚは、交差点Ｐ１，Ｐ２のいずれでも検出可能なので、どちらか一方で検出すれば十分である。
【００６２】
重錘体２５０の重心ＧをＸＹ平面上で円運動させるには、図９に示されている４組の容量素子Ｃ１（Ｅ１とＥ０），Ｃ２（Ｅ２とＥ０），Ｃ３（Ｅ３とＥ０），Ｃ４（Ｅ４とＥ０）に、それぞれ所定の位相をもった駆動信号を与えるようにすればよい。たとえば、図１６に示すような制御回路５００を用意し、図示のような４種類の駆動信号ＤＲ１〜ＤＲ４を発生させ、各容量素子Ｃ１〜Ｃ４に与えれば、重錘体２５０の重心ＧをＸＹ平面上で円運動させることができる。すなわち、駆動信号ＤＲ１とＤＲ２とは相互に位相φがπだけずれており、重錘体２５０をＸ軸方向に振動させることができ、駆動信号ＤＲ３とＤＲ４とは相互に位相φがπだけずれており、重錘体２５０をＹ軸方向に振動させることができる。しかも、駆動信号ＤＲ１とＤＲ３とは相互に位相φがπ／２だけずれているため、容量素子Ｃ１，Ｃ３，Ｃ２，Ｃ４にはそれぞれ移相φがπ／２だけ遅れた駆動信号が与えられることになり、重錘体２５０はＸＹ平面上で円運動することになる。
【００６３】
上述したように、このような円運動中の重錘体２５０を利用して、角速度を検出するには、重心Ｇが交差点Ｐ１，Ｐ２を通過する瞬間に変位検出を行う必要がある。そこで、制御回路５００からは、重錘体２５０の重心Ｇが、交差点Ｐ１を通過した瞬間を示す同期検波信号Ｓ（Ｐ１）と、交差点Ｐ２を通過した瞬間を示す同期検波信号Ｓ（Ｐ２）と、を出力させるようにし、この信号を利用して、変位検出を行うようにすればよい。
【００６４】
図１７は、図７に示すセンサ構造体を三次元角速度センサとして利用するための検出回路である。ここでも、図の左側に記載されている容量素子Ｃ１〜Ｃ６と、配線用端子Ｔ０〜Ｔ６は、図７に示すセンサ構造体の構成要素であるので、実際の検出回路の部分は、Ｃ／Ｖ変換回路４０３〜４０６、減算器４０８，４０９、同期検波回路４２１〜４２３、増幅器４３１〜４３３の部分ということになる。この他、図１６に示す制御回路５００も検出回路の一部に組み込まれる。図１７の回路図における信号ＤＲ１〜ＤＲ４および信号Ｓ（Ｐ１），Ｓ（Ｐ２）は、図１６に示す制御回路５００によって発生された各信号である。
【００６５】
ここでは、まず、この図１７に示す回路の中で、重錘体２５０の重心Ｇを円運動させる機能を果たす部分を説明する。図示のとおり、制御回路５００で発生された駆動信号ＤＲ１〜ＤＲ４は、配線用端子Ｔ１〜Ｔ４に供給される。これにより、各容量素子Ｃ１〜Ｃ４には、位相が互いにπ／２ずつずれた駆動信号が供給され、前述したとおり、重心ＧはＸＹ平面内で円運動を行うことになる。このように、容量素子Ｃ１〜Ｃ４は、重錘体２５０を円運動させる駆動機能を果たすために利用される。
【００６６】
続いて、重錘体２５０に作用するコリオリ力を検出する機能、すなわち、重錘体２５０の変位検出を行う部分を説明する。Ｃ／Ｖ変換回路４０３〜４０６は、それぞれ容量素子Ｃ３〜Ｃ６の静電容量値を電圧値Ｖ３〜Ｖ６に変換する回路であり、減算器４０８，４０９は、それぞれ電圧値の差Ｖ３−Ｖ４およびＶ５−Ｖ６を求める回路である。ここで、電圧差Ｖ３−Ｖ４が重錘体２５０のＹ軸方向の変位（すなわち、Ｙ軸方向のコリオリ力）を示す値であり、電圧差Ｖ５−Ｖ６が重錘体２５０のＺ軸方向の変位（すなわち、Ｚ軸方向のコリオリ力）を示す値であることは既に述べたとおりである。また、同期検波回路４２１〜４２３は、同期検波信号Ｓ（Ｐ１）またはＳ（Ｐ２）によって示されるタイミングで、減算器４０８，４０９からの信号を出力する回路であり、重錘体の重心Ｇが交差点Ｐ１を通過する瞬間または交差点Ｐ２を通過する瞬間のタイミングに合わせて信号出力を行う。各同期検波回路４２１〜４２３から出力された信号は、それぞれ増幅器４３１〜４３３で増幅された後、出力端子Ｔｚ，Ｔｙ，Ｔｘに出力される。
【００６７】
ここで、出力端子Ｔｚに出力される信号は、重錘体の重心Ｇが運動方向ベクトルＵｘをもって交差点Ｐ１を通過する瞬間におけるＹ軸方向に作用したコリオリ力を示すものであり、Ｚ軸まわりの角速度ωｚを示す信号になる。また、出力端子Ｔｙに出力される信号は、重錘体の重心Ｇが運動方向ベクトルＵｘをもって交差点Ｐ１を通過する瞬間におけるＺ軸方向に作用したコリオリ力を示すものであり、Ｙ軸まわりの角速度ωｙを示す信号になる。更に、出力端子Ｔｘに出力される信号は、重錘体の重心Ｇが運動方向ベクトルＵｙをもって交差点Ｐ２を通過する瞬間におけるＺ軸方向に作用したコリオリ力を示すものであり、Ｘ軸まわりの角速度ωｘを示す信号になる。
【００６８】
かくして、図１６に示す回路と図１７に示す回路によって構成される検出回路を用いれば、各座標軸まわりの角速度ωｘ，ωｙ，ωｚを検出することが可能な三次元角速度センサを実現することが可能になる。なお、図１７の回路図において、容量素子Ｃ３，Ｃ４に関する回路部分に抵抗Ｒが挿入されているのは、駆動系の信号と検出系の信号とが重畳しても支障が生じないようにするための配慮である。すなわち、容量素子Ｃ１〜Ｃ４は重錘体を駆動するために利用され、容量素子Ｃ３〜Ｃ６は重錘体の変位検出に利用されることになるので、容量素子Ｃ３，Ｃ４は、重錘体を駆動する役割と重錘体の変位を検出する役割とを兼務することになる。このため、容量素子Ｃ３，Ｃ４の静電容量値の検出は、駆動信号ＤＲ３，ＤＲ４を供給した状態で行う必要があるので、抵抗Ｒを挿入し、駆動信号と検出信号とを分離可能にしている。
【００６９】
以上、重錘体をＸＹ平面上で円運動させる例を述べたが、もちろん、重錘体をＹＺ平面上で円運動させたり、ＸＺ平面上で円運動させたりしても、三次元角速度センサは実現可能であり、その場合には、図１６および図１７に示す検出回路に準じた回路を用意すればよい。
【００７０】
＜＜＜ §４．副ブロックを設ける変形例＞＞＞
上述した基本的な実施形態では、重錘体の側方に配置すべき電極Ｅ１〜Ｅ４を構成する役割と、その配線の用に供する役割とを兼務するために第１のブロック２１０〜第４のブロック２４０を配置し、上方電極Ｅ５，下方電極Ｅ６に対する配線の用に供する役割を果たすために第５のブロック２２５、第６のブロック２１６を配置した。ここで、三次元加速度センサや二次元角速度センサを実現する上では、これら６組のブロックを設けることで十分である。ただ、三次元角速度センサの場合には、これら６組のブロックだけで実現しようとすると、同一の容量素子に、重錘体を駆動する役割と重錘体の変位を検出する役割とを兼務させる必要が生じるため、１組のブロックを、物理的に分離された複数の副ブロックに分け、駆動用の容量素子と検出用の容量素子とを別個に設けた方が便利な場合もある。
【００７１】
たとえば、図１７に示す検出回路では、前述したとおり、容量素子Ｃ３，Ｃ４は、重錘体を駆動する役割と重錘体の変位を検出する役割とを兼務するため、抵抗Ｒを挿入し、駆動信号ＤＲ３，ＤＲ４が供給された状態で、静電容量値の検出を行うことができるようなＣ／Ｖ変換回路４０３，４０４を用意する必要がある。このように検出回路が複雑化するのを避けたい場合には、容量素子Ｃ３，Ｃ４をそれぞれ電気的に独立した複数の副容量素子によって構成しておくようにすればよい。たとえば、容量素子Ｃ３を、駆動用副容量素子Ｃ３Ａと検出用副容量素子Ｃ３Ｂとによって構成しておけば、駆動信号ＤＲ３は駆動用副容量素子Ｃ３Ａに供給するようにし、静電容量値の検出は検出用副容量素子Ｃ３Ｂを利用して行うようにすることができる。そうすれば、物理的に同一の容量素子が、重錘体を駆動する役割と重錘体の変位を検出する役割とを兼務することがなくなり、回路構成をより単純化することが可能になる。
【００７２】
１組の容量素子を複数の副容量素子に分けるには、容量素子を構成する１枚の電極を複数の副電極に分ける必要がある。図７に示すセンサ構造体では、６組の容量素子を構成するために、６枚の電極Ｅ１〜Ｅ６を設けている。ここでは、変形例として、この６枚の電極Ｅ１〜Ｅ６のすべてを複数の副電極に分けた例を以下に示しておく。
【００７３】
図１８は、この変形例に用いる上方基板１００′の下面図である。この上方基板１００′は、図３に示す上方基板１００の代わりに用いるものであり、上方基板溝部１２０の底部には、上方電極Ｅ５の代わりに副電極Ｅ５１，Ｅ５２が形成されており、それぞれについて配線Ｌ５１，Ｌ５２が設けられている。なお、この図１８におけるハッチングは、電極や配線の平面パターンを示すものであり、断面を示すものではない。このように一対の副電極Ｅ５１，Ｅ５２を設けておけば、副電極Ｅ５１と重錘体側電極Ｅ０とによって副容量素子Ｃ５１が形成され、副電極Ｅ５２と重錘体側電極Ｅ０とによって副容量素子Ｃ５２が形成されることになるので、一方を駆動専用、他方を検出専用に利用することができる。下方基板３００についても全く同様に、下方電極Ｅ６を２つの副電極に分けるようにすればよい。
【００７４】
図１９は、この変形例に用いる中間部材２００′の上面図である。この中間部材２００′は、図４に示す中間部材２００の代わりに用いるものである。両者を比較すると、第１のブロック２１０が３つの副ブロック２１１〜２１３に分けられ、第２のブロック２２０が３つの副ブロック２２１〜２２３に分けられ、第３のブロック２３０が３つの副ブロック２３１〜２３３に分けられ、第４のブロック２４０が３つの副ブロック２４１〜２４３に分けられ、第５のブロック２２５が２つの副ブロック２２６，２２７に分けられ、第６のブロック２１５が２つの副ブロック２１６，２１７に分けられていることがわかる。
【００７５】
第１のブロック２１０〜第４のブロック２４０を、２つの副ブロックではなく、３つの副ブロックに分けているのは、座標軸に関する対称性を確保するためである。すなわち、重錘体の駆動や変位は、力学的な作用であるため、駆動用に用いる副容量素子や、検出用に用いる副容量素子は、いずれも座標軸に関して対称性を有するような配置を行っておくのが好ましい。図１９に示す例の場合、３つに並んだ副ブロックのうち、中央の副ブロック２１２，２２２，２３２，２４２がそれぞれ駆動用に利用され、その両側に並んだ副ブロック対、すなわち、２１１／２１３の対、２２１／２２３の対、２３１／２３３の対、２４１／２４３の対が、それぞれ検出用に利用される。副ブロック２２６，２２７は、図１８に示す上方基板１００′に形成された配線Ｌ５１，Ｌ５２に接続され、副電極Ｅ５１，Ｅ５２に対する配線に利用される。同様に、副ブロック２１６，２１７は、下方基板に形成された２つの副電極に対する配線に利用される。
【００７６】
図２０は、図１９に示す中間部材２００′に形成される各仮想電極と各配線用端子との関係を示す平面投影図であり、ハッチング部分が仮想電極を示している。図示の各副電極Ｅ１１〜Ｅ４３と重錘体側電極Ｅ０とによって、それぞれ副容量素子Ｃ１１〜Ｃ４３が形成されることになる。上述したように、座標軸に関して対称性を有する安定した検出動作を可能にするためには、３つに並んだ副容量素子のうち、中央の副容量素子Ｃ１２，Ｃ２２，Ｃ３２，Ｃ４２をそれぞれ駆動用に利用し、その両側に並んだ副容量素子対、すなわち、Ｃ１１／Ｃ１３の対、Ｃ２１／Ｃ２３の対、Ｃ３１／Ｃ３３の対、Ｃ４１／Ｃ４３の対を、それぞれ検出用に利用すればよい。
【００７７】
このように各ブロックを副ブロックに分割した場合、当然、個々の副ブロックの上面に対して別個独立して配線を行うことになる。図２０に黒丸で示したＴ１１〜Ｔ６２は、各副ブロックについての配線用端子の位置を示すものである。これら各配線用端子は、図１２(b) に示すような中空のコーン状をしており、その上端は、いずれも上方基板１００′の上面に露出しており、下端は、各副ブロックの上面に電気的に接触していることになる。
【００７８】
結局、図２０に示すような中間部材２００′を有するセンサ構造体では、６組の容量素子のすべてが、複数の副容量素子に分けられており、駆動用副容量素子と検出用副容量素子とを独立して利用することができる。もっとも、実際に三次元角速度センサを構成する場合、６組の容量素子のすべてについて、駆動用副容量素子と検出用副容量素子と用意する必要はない。たとえば、図１５に示すように、重錘体２５０の重心ＧをＸＹ平面内で円運動させながら、交差点Ｐ１，Ｐ２を通過した瞬間に変位検出を行うタイプの三次元角速度センサの場合、第３の容量素子Ｃ３と第４の容量素子Ｃ４は駆動／検出を兼ねる必要があるので、副容量素子を利用することに意味があるが、その他の容量素子は、駆動もしくは検出のみを行えばよいため、副容量素子を利用する意味はない。したがって、図２０に示すような中間部材２００′を有するセンサ構造体は、必ずしもすべての機能が利用されるわけではなく、いくつかのブロックや配線が無駄になる。しかしながら、このようなセンサ構造体を、汎用のセンサ構造体として量産しておくようにすれば、これに接続する検出回路を種々変えることにより、様々なタイプのセンサを実現することができるようになる。
【００７９】
たとえば、この汎用のセンサ構造体を利用して、図２１および図２２に示す回路を構成し、更に図１６に示す制御回路５００を併せて利用すれば、三次元角速度センサを実現することが可能になる。図２１に示す回路は、重錘体を駆動するための回路であり、制御回路５００からの駆動信号ＤＲ１〜ＤＲ４が副容量素子Ｃ１２，Ｃ２２，Ｃ３２，Ｃ４２（駆動専用の副容量素子）に与えられている。これにより、図２０に示す各副電極Ｅ１２，Ｅ３２，Ｅ２２，Ｅ４２にπ／２ずつ位相がずれた交流信号が加えられることになり、重錘体をＸＹ平面上で円運動させることが可能になる。
【００８０】
一方、図２２の上段に示す回路では、変位検出専用の副容量素子Ｃ１１，Ｃ１３の静電容量値の合計をＣ／Ｖ変換回路４４１で電圧値に変換し、変位検出専用の副容量素子Ｃ２１，Ｃ２３の静電容量値の合計をＣ／Ｖ変換回路４４２で電圧値に変換し、減算器４５１で両者の差が演算される。この差は、重錘体のＸ軸方向の変位を示すものになる。同様に、図２２の下段に示す回路では、変位検出専用の副容量素子Ｃ５１の静電容量値をＣ／Ｖ変換回路４４３で電圧値に変換し、変位検出専用の副容量素子Ｃ６１の静電容量値をＣ／Ｖ変換回路４４４で電圧値に変換し、減算器４５２で両者の差が演算される。この差は、重錘体のＺ軸方向の変位を示すものになる。
【００８１】
同期検波回路４６１，４６２，４６３は、それぞれ同期検波信号Ｓ（Ｐ２），Ｓ（Ｐ１），Ｓ（Ｐ２）によって示されるタイミングで、減算器４５１，４５２からの信号を出力する回路である。各同期検波回路４６１〜４６３から出力された信号は、それぞれ増幅器４７１〜４７３で増幅された後、出力端子Ｔｚ，Ｔｙ，Ｔｘに出力される。
【００８２】
ここで、出力端子Ｔｚに出力される信号は、重錘体の重心Ｇが運動方向ベクトルＵｙをもって交差点Ｐ２を通過する瞬間におけるＸ軸方向に作用したコリオリ力を示すものであり、Ｚ軸まわりの角速度ωｚを示す信号になる。また、出力端子Ｔｙに出力される信号は、重錘体の重心Ｇが運動方向ベクトルＵｘをもって交差点Ｐ１を通過する瞬間におけるＺ軸方向に作用したコリオリ力を示すものであり、Ｙ軸まわりの角速度ωｙを示す信号になる。更に、出力端子Ｔｘに出力される信号は、重錘体の重心Ｇが運動方向ベクトルＵｙをもって交差点Ｐ２を通過する瞬間におけるＺ軸方向に作用したコリオリ力を示すものであり、Ｘ軸まわりの角速度ωｘを示す信号になる。
【００８３】
このように、図２１および図２２に示す回路を用いれば、各座標軸まわりの角速度ωｘ，ωｙ，ωｚを検出することが可能な三次元角速度センサを実現することが可能になる。しかも、各副容量素子には、重錘体を駆動する役割か、重錘体の変位を検出する役割かのいずれか一方の役割のみが与えられることになるので、駆動信号と検出信号とを分離するような回路上の工夫は不要になる。
【００８４】
図１９に上面が示されている中間部材２００′では、図４に示す中間部材２００を構成する６つのブロックのすべてを副ブロックに分割しており、このような構成にしておけば、用途に応じて種々の検出回路が適用可能な汎用のセンサ構造体が量産できることは既に述べたとおりである。ただ、このような汎用のセンサ構造体では、実際には無用のブロックや配線が形成されることになるので、個々の検出回路に合わせたいわゆるオーダーメイドのセンサ構造体を作成する場合には、必要なブロックについてのみ副ブロックへの分割を行うようにすればよい。
【００８５】
要するに、この§４で述べる変形例は、図４に上面が示されている基本的な実施形態に係るセンサ構造体を構成する第１のブロック２１０〜第４のブロック２４０のうちの必要な一部もしくは全部を、物理的に分離された複数の副ブロックによって構成し、第１の容量素子Ｃ１〜第４の容量素子Ｃ４のうちの必要な一部もしくは全部を、電気的に独立した複数の副容量素子によって構成し、各副ブロックごとにそれぞれ配線用端子を設け、複数の副容量素子の一部に対して交流信号を与えることにより重錘体を運動させ、複数の副容量素子の別な一部の静電容量値に基づいて、検出対象となる角速度成分を検出するようにすればよい。また、上方電極Ｅ５および下方電極Ｅ６については、必要に応じて、いずれか一方もしくは双方を、物理的に分離された複数の副電極によって構成し、第５の容量素子および第６の容量素子のうちのいずれか一方もしくは双方を、電気的に独立した複数の副容量素子によって構成し、第５のブロックおよび第６のブロックのうちのいずれか一方もしくは双方を、物理的に分離された複数の副ブロックによって構成し、各副電極と各副ブロックとの間をそれぞれ配線によって電気的に接続し、各副ブロックごとにそれぞれ配線用端子を設け、複数の副容量素子の一部に対して交流信号を与えることにより重錘体を運動させ、複数の副容量素子の別な一部の静電容量値に基づいて、検出対象となる角速度成分を検出するようにすればよい。
【００８６】
＜＜＜ §５．その他の変形例＞＞＞
これまで本発明に係るセンサの基本的な実施形態および副ブロックを用いる変形例を述べたが、ここでは、更にいくつかの変形例を紹介しておく。
【００８７】
まず、これまで述べた例では、重錘体を直方体の形状とし、その各面がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれかに直交するように配置されるようにし、第１のブロック２１０〜第４のブロック２４０の重錘体２５０に対する対向面が、重錘体２５０の各面に対して平行面をなすように構成しているが、重錘体は必ずしも直方体にする必要はない。要するに、重錘体の第１〜第４のブロックに対向する面に形成された電極層と、第１〜第４のブロックの重錘体に対向する面に形成された対向電極層と、によりそれぞれ容量素子が構成され、重錘体の上面および下面と上方電極および下方電極とによりそれぞれ容量素子が構成されるようになっていれば、重錘体の形状は直方体に限定されるものではない。
【００８８】
また、上述の実施形態では、ＸＹ平面における第１象限〜第４象限にそれぞれ支持ブロック２７１〜２７４を設け、重錘体２５０が、これら４組の支持ブロック２７１〜２７４のそれぞれから伸びた４本の橋梁部２６１〜２６４によって支持されるようにし、少なくとも１組の支持ブロックについて重錘体配線用端子Ｔ０を接続するようにしているが、支持ブロックの数や位置は、このような例に限定されるものではなく、橋梁部によって重錘体を支持することが可能であれば、支持ブロックをどの位置にいくつ設けるようにしてもかまわない。ただ、センサ構造体のスペース効率を高めて小型化し、また、重錘体を安定して支持できるようにするためには、上述した実施形態のように、４隅の位置に支持ブロック２７１〜２７４を設け、重錘体を４方向から支持するようにするのが好ましい。また、橋梁部は、必ずしも重錘体２５０の上部を支持する構造にする必要はなく、たとえば、重錘体２５０の下部を支持する構造にしてもかまわない。
【００８９】
更に、上述の基本的な実施形態では、重錘体２５０に隣接するように、第１のブロック２１０〜第４のブロック２４０を配置し、第１のブロック２１０の外側に第６のブロック２１５を配置し、第２のブロック２２０の外側に第５のブロック２２５を配置するようにし、上方電極Ｅ５と第５のブロック２２５とを接続する配線Ｌ５および下方電極Ｅ６と第６のブロック２１５とを接続する配線Ｌ６を、非接触状態で挿通させるための配線用トンネル２１０Ｔ，２２０Ｔを形成するようにしたが、第５のブロック２２５や第６のブロック２１５は、配線の用に供するためのものであるから、どこに配置するようにしてもかまわない。もちろん、配置を変えた場合には、必要に応じて、配線用トンネルを適宜形成すればよい。
【００９０】
また、上述の実施形態では、重錘体の６面についてそれぞれ容量素子を形成し、合計６組の容量素子を設けているが、たとえば、一次元もしくは二次元加速度センサとして利用する場合や、一次元角速度センサとして利用する場合は、必ずしも６組の容量素子は必要ではないので、必要に応じた数の容量素子を必要な箇所に設けるようにすればよい。
【００９１】
上述の実施形態では、中間部材２００や中間部材２００′は、いずれも全体が導電性材料から構成されており、重錘体や各ブロックは、全体が導電性材料の塊として機能した。しかしながら、重錘体や各ブロックは、必ずしも全体がすべて導電性材料で構成されている必要はなく、少なくとも、それぞれの機能に必要な部分が導電性材料によって構成されていればよい。たとえば、重錘体は、重錘体側電極Ｅ０としての機能に必要な表面の主要部が導電性材料から構成されていればよい。ただし、配線の便宜を考慮すると、複数の重錘体側電極Ｅ０が互いに導通した状態になっているのが好ましい。また、橋梁部および支持ブロックに関しては、少なくとも、重錘体側電極Ｅ０と支持ブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分を導電性材料から構成すればよい。一方、第１のブロック〜第４のブロックに関しては、少なくとも、対向電極Ｅ１〜Ｅ４の部分およびこの対向電極Ｅ１〜Ｅ４とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分を導電性材料から構成すればよい。また、第５のブロック２２５に関しては、少なくとも、上方電極Ｅ５からの配線Ｌ５とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分を導電性材料から構成しておけばよく、第６のブロック２１５に関しては、少なくとも、下方電極Ｅ６からの配線Ｌ６とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分を導電性材料から構成しておけばよい。
【００９２】
＜＜＜ §６．本発明に係るセンサ構造体の製造工程＞＞＞
最後に、図７に示すセンサ構造体の量産に適した製造工程の一例、特に、中間部材２００の構造を得るために適した工程を、図２３〜図２５の側断面図（いずれも、ＸＺ平面で切断した断面）を参照しながら説明する。
【００９３】
まず、図２３(a) に示すように、シリコン導電層６１０、酸化シリコン絶縁層６２０、シリコン導電層６３０なる三層構造をもった三層基板６００を用意する。ここで、シリコン導電層６１０およびシリコン導電層６３０は、いずれもシリコンに不純物をドープすることにより導電性をもたせるようにした導電層であるが、図示のとおり、シリコン導電層６１０の厚みはシリコン導電層６３０の厚みに比べて小さくなっている。これは、シリコン導電層６１０は橋梁部２６１〜２６４を構成する部分であるため、所定幅をもった橋梁部として利用した場合に可撓性を与えるのに適した厚みを有しているのに対し、シリコン導電層６３０は重錘体２５０の主要部を構成する部分であるため、重錘体として利用した場合に検出に必要な質量を与えるのに適した厚みを有しているからである。
【００９４】
後述するように、この三層基板６００を加工することにより、図１に示す中間部材２００が構成されることになる。中間に酸化シリコン絶縁層６２０を挟んで三層構造にしたのは、シリコン導電層６１０を利用して橋梁部２６１〜２６４を構成する際に、この橋梁部の厚み制御を正確に行うための配慮である。このように、シリコン／酸化シリコン／シリコンという三層構造をもった材料基板は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板として種々のタイプのものが市販されており、この市販のＳＯＩ基板をそのまま利用して以下の工程を実行することが可能である。
【００９５】
まず、この三層基板６００のうちのシリコン導電層６３０に対して、基板下面側から、ちょうど図５におけるハッチング部分に対応するマスクを用いたエッチングを行う。その結果、図２３(b) に示すように、シリコン導電層６３０の一部分が除去され、シリコン導電層６３０がいくつかのブロック（図５に示すようなブロック）に分割される。このエッチング工程では、酸化シリコンに対しては腐食性がなく、シリコンに対して選択的に腐食性を有するエッチング方法を用いるようにする。そうすることにより、酸化シリコン絶縁層６２０がエッチングストッパとして機能することになる。続いて、前回とは逆に、シリコンに対しては腐食性がなく、酸化シリコンに対して選択的に腐食性を有するエッチング方法を用いて、基板下面側からエッチングを行うと、図２３(c) に示すように、酸化シリコン絶縁層６２０の露出部分がエッチング除去されることになる。このときは、シリコン導電層６１０がエッチングストッパとして機能する。
【００９６】
続いて、シリコン導電層６１０とシリコン導電層６３０とを必要な部分で導通させるための導通部６４０を形成する。たとえば、図２４(a) の側断面図には、５か所に導通部６４０が形成され、シリコン導電層６１０とシリコン導電層６３０とを電気的に接続した例が示されている。実際には、導通部６４０を、配線上必要となる部分（すなわち、シリコン導電層６３０からなるブロックの下の部分と、シリコン導電層６１０からなるブロックの上の部分とを、配線上、導通させておく必要がある部分）に適宜形成しておけばよい。また、この時点で、配線用トンネル２１０Ｔをエッチングなどの方法で形成しておく。
【００９７】
なお、導通部６４０は、図２４(a) では単純な太い垂直線で示してあるが、実際には、図２４(b) の拡大図に示すような中空コーン状の金属膜などによって構成することができる（これは、図１２に示した配線用端子と同様である）。この図２４(b) に示すような導通部６４０を形成するには、シリコン導電層６１０の上面の所定箇所に、エッチングにより酸化シリコン絶縁層６２０まで貫通するような錐状貫通孔を掘り、図１２に示した配線用端子Ｔの形成プロセスと同様に、アルミニウムなどの金属を蒸着法やスパッタ法で付着させて導通部６４０を形成し、シリコン導電層６１０の上面に堆積した不要なアルミニウム層をエッチングで除去する方法を採ればよい。
【００９８】
続いて、図１に示す下方基板３００を用意し、これを図２４(a) に示すシリコン導電層６３０の下面に接合する。この接合には、たとえば陽極接合（Anodic Bonding）を利用すればよい。図２４(c) は、この接合が完了した状態を示す。続いて、シリコン導電層６１０の上面側から、図４に示す各ブロックおよび橋梁部に相当する部分を覆うマスクを用いて、酸化シリコンに対しては腐食性がなく、シリコンに対して選択的に腐食性を有するエッチングを実行する。その結果、図２５(a) に示すような構造体が得られる。図示のとおり、シリコン導電層６１０の一部には、橋梁部２６１〜２６４が形成されており、シリコン導電層６１０、酸化シリコン絶縁層６２０、シリコン導電層６３０からなる構造部分は、図１に示す中間部材２００と同等の構造を有することになる。たとえば、中央の重錘体２５０は、４本の橋梁部２６１〜２６４によって支持された状態となっており、その周囲には、ブロック２１０，２１５，２２０，２２５などが形成されている。
【００９９】
次に、必要に応じて、第２のブロック２２０の上面に、配線用トンネル２２０Ｔをエッチングなどの方法で形成する。続いて、図１に示す上方基板１００（但し、錐状貫通孔は所定位置に形成されているが、各配線用端子がまだ形成されていない状態のもの：たとえば、図１２(a) に示す状態）を用意し、これを図２５(a) に示すシリコン導電層６１０の上面に接合する。この接合には、やはり陽極接合を利用すればよい。この時点で、上方基板本体１１０には、いくつかの錐状貫通孔が形成されており、その底には、各ブロックの上面（シリコン導電層６１０の上面）が覗いて見えることになる。そこで、上方基板本体１１０の上面にアルミニウムなどの金属を蒸着し、錐状貫通孔の壁面に金属層を堆積させて各配線用端子を形成し（蒸着する代わりに、スパッタ法などで形成してもよい）、上方基板本体１１０上に堆積した不要な金属層をエッチング除去すれば、図２５(b) に示すようなセンサ構造体が得られる。
【０１００】
このセンサ構造体は、図７に示すセンサ構造体と、機械的な構造はほぼ同じであるが、中間部材２００を構成する重錘体２５０や個々のブロックが、シリコン／酸化シリコン／シリコンなる三層構造をもっている点が異なっている。酸化シリコンは絶縁層であるため、図２５(b) に示す重錘体２５０や個々のブロックは、中間に絶縁層を含んだものになるが、必要な箇所は、導通部６４０による導通が図られているので、センサとしての機能には何ら支障は生じない。
【０１０１】
なお、以上のエッチング工程では、たとえば、誘導結合型プラズマエッチング法（ＩＣＰエッチング法：Induced Coupling Plasma Etching Method）など、一般に、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）と呼ばれているエッチング方法を用いるのが有効である。
【０１０２】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明に係る角速度センサでは、配線および検出回路をより単純化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るセンサの物理的な構造部分（センサ構造体という）をＸＺ平面で切断した状態を示す分解側断面図である。
【図２】図１に示すセンサ構造体における上方基板１００の上面図である。
【図３】図１に示すセンサ構造体における上方基板１００の下面図である。
【図４】図１に示すセンサ構造体における中間部材２００の上面図である。
【図５】図１に示すセンサ構造体における中間部材２００をＸＹ平面で切断した状態を示す横断面図である。
【図６】図１に示すセンサ構造体における下方基板３００の上面図である。
【図７】図１に示す各構成要素を接合することにより、完成した状態のセンサ構造体を示す側断面図（ＸＺ平面で切断した断面を示す）である。
【図８】図７に示すセンサ構造体における４組の容量素子の所在を示す側面投影図である。
【図９】図７に示すセンサ構造体における４組の容量素子の所在を示す平面投影図である。
【図１０】図７に示すセンサ構造体を、第１の配線用端子Ｔ１および第５の配線用端子Ｔ５の各中心軸を通る平面で切った側断面図である。
【図１１】図７に示すセンサ構造体を、第３の配線用端子Ｔ３および重錘体配線用端子Ｔ０の各中心軸を通る平面で切った側断面図である。
【図１２】コーン状の配線用端子Ｔの製造工程を示す拡大側断面図（配線用端子Ｔの形成部分のみを拡大して示す）である。
【図１３】図７に示すセンサ構造体を三次元加速度センサとして利用するための検出回路図である。
【図１４】図７に示すセンサ構造体を二次元角速度センサとして利用するための検出回路図である。
【図１５】ＸＹ平面内で重錘体の重心Ｇを円運動させる様子を示す平面図である。
【図１６】重錘体を円運動させるための駆動信号および検出時点の同期をとるための同期検波信号を発生させる制御回路５００を示すブロック図である。
【図１７】図７に示すセンサ構造体を三次元角速度センサとして利用するための検出回路図である。
【図１８】図７に示すセンサ構造体の変形例に用いる上方基板１００′の下面図である（ハッチングは、電極や配線の平面パターンを示すものであり、断面を示すものではない）。
【図１９】図７に示すセンサ構造体の変形例に用いる中間部材２００′の上面図である。
【図２０】図１９に示す中間部材２００′に形成される各仮想電極と各配線用端子との関係を示す平面投影図である。
【図２１】図１９に示す中間部材２００′を有するセンサ構造体を三次元加速度センサとして利用するための重錘体駆動用回路を示す回路図である。
【図２２】図１９に示す中間部材２００′を有するセンサ構造体を三次元加速度センサとして利用するための変位検出用回路を示す回路図である。
【図２３】図７に示すセンサ構造体の製造工程の前段階のプロセスを示す側断面図である。
【図２４】図７に示すセンサ構造体の製造工程の中段階のプロセスを示す側断面図である。
【図２５】図７に示すセンサ構造体の製造工程の後段階のプロセスを示す側断面図である。
【符号の説明】
１００，１００′…上方基板
１１０…上方基板本体
１１５…錐状貫通孔
１２０…上方基板溝部
２００，２００′…中間部材
２１０…第１のブロック
２１０Ｔ…配線用トンネル
２１１〜２１３…第１の副ブロック
２１５…第６のブロック
２１６，２１７…第６の副ブロック
２２０…第２のブロック
２２０Ｔ…配線用トンネル
２２１〜２２３…第２の副ブロック
２２５…第５のブロック
２２６，２２７…第５の副ブロック
２３０…第３のブロック
２３１〜２３３…第３の副ブロック
２４０…第４のブロック
２４１〜２４３…第４の副ブロック
２５０…重錘体
２６１〜２６４…橋梁部
２７１〜２７４…支持ブロック
３００…下方基板
３１０…下方基板本体
３２０…下方基板溝部
４０１〜４０６…Ｃ／Ｖ変換回路
４０７〜４０９…減算器
４１１，４１２…交流電源
４２１〜４２３…同期検波回路
４３１〜４３３…増幅器
４４１〜４４４…Ｃ／Ｖ変換回路
４５１，４５２…減算器
４６１〜４６３…同期検波回路
４７１〜４７３…増幅器
５００…制御回路
６００…三層基板
６１０…シリコン導電層
６２０…酸化シリコン絶縁層
６３０…シリコン導電層
６４０…導通部
Ｃ１〜Ｃ６…容量素子
ＤＲ１〜ＤＲ４…駆動信号
Ｅ０…重錘体側電極
Ｅ１〜Ｅ４…対向電極
Ｅ５…上方電極
Ｅ６…下方電極
Ｅ１１〜Ｅ５２…副電極
Ｇ…重心
Ｋ…空洞部
Ｌ５…配線層
Ｌ６…配線層
Ｌ５１，Ｌ５２…配線層
Ｏ…座標系の原点
Ｐ１，Ｐ２…交差点
Ｒ…抵抗
Ｓ（Ｐ１），Ｓ（Ｐ２）…同期検波信号
ＳＰ１〜ＳＰ６…空隙部
Ｔ０…重錘体配線用端子
Ｔ，Ｔ１〜Ｔ６…配線用端子
Ｔ１１〜Ｔ６２…副ブロック用の配線用端子
Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ…出力端子
Ｕｘ，Ｕｙ…運動方向ベクトル
Ｖ１〜Ｖ６…電圧[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present inventionAngular velocity sensorIn particular,Angular velocityThe present invention relates to a sensor of a type that detects using a capacitive element.
[0002]
[Prior art]
A sensor using a capacitive element has been put into practical use as an acceleration sensor or an angular velocity sensor having a small and simple structure. In these types of sensors, normally, a weight body supported so as to be displaceable with a predetermined degree of freedom is prepared, and acceleration and angular velocity acting on the weight body are defined as displacement of the weight body. It has a function to detect. The displacement is detected based on the capacitance value of the capacitive element.
[0003]
For example, in Patent Documents 1 to 3 below, a capacitive element is constituted by a displacement electrode formed on the weight body side and a fixed electrode formed on the apparatus housing side, and the capacitance value of this capacitive element changes. An acceleration sensor that can detect the displacement of the weight body and electrically detect the applied acceleration is disclosed. By disposing a plurality of capacitive elements, displacement in each coordinate axis direction in the XYZ three-dimensional coordinate system can be detected independently, thus realizing a multidimensional acceleration sensor despite a relatively simple configuration. It becomes possible to do.
[0004]
Patent Document 4 below discloses a sensor that detects an angular velocity using a substantially similar structure. The angular velocity is detected by supplying an AC signal to a predetermined capacitive element, moving the weight body by the Coulomb force, and generating a Coriolis force generated by the angular velocity acting on the moving weight body. This is performed by detecting the change in the capacitance of the capacitive element. Also by devising and arranging a plurality of capacitive elements, it is possible to cause the weight body to perform repeated motions along a predetermined trajectory such as simple vibration, circular motion, precession motion, and XYZ three-dimensional Since the displacement in the desired coordinate axis direction in the coordinate system can be detected independently, it is possible to realize a multidimensional angular velocity sensor capable of detecting angular velocities around a plurality of coordinate axes in spite of a relatively simple configuration. Become.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-4-299227
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-26754
[Patent Document 3]
JP-A-5-215627
[Patent Document 4]
JP-A-10-227644
[Problems to be solved by the invention]
[0006]
As described above, an acceleration sensor and an angular velocity sensor using a capacitive element have a feature that can detect acceleration and angular velocity of a multidimensional component in spite of a relatively simple configuration. Mass production is performed by using a substrate or the like as a material. However, since the detection of force and the driving of the weight body are performed using the capacitive element, wiring for the individual electrodes constituting the capacitive element is indispensable. In the case of a sensor configured using a semiconductor substrate or the like, it is possible to perform wiring to individual electrodes by forming a wiring pattern on the substrate. However, as the number of capacitive elements increases, the wiring pattern also increases. It must be complicated. In particular, in a multidimensional acceleration sensor or angular velocity sensor, the number of capacitive elements to be used increases, and it is inevitable that wiring becomes complicated.
[0007]
Further, the angular velocity sensor requires a driving capacitive element for driving the weight body and a displacement detecting capacitive element for detecting the displacement of the weight body. If the detection circuit is devised, it is possible to use both the driving capacitive element and the displacement detecting capacitive element by the same capacitive element. However, when both are constituted by physically separate capacitive elements, the capacitive element Therefore, the wiring for the electrodes constituting the individual capacitive elements becomes very complicated.
[0008]
  Therefore, the present inventionWiring and detection circuitCan be simplifiedAngular velocity sensorThe purpose is to provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  (1) The first aspect of the present invention is:
  An upper substrate and a lower substrate arranged at a predetermined interval;
  A weight body that is supported so as to be displaceable with a predetermined degree of freedom in a space sandwiched between the upper substrate and the lower substrate, and has four side surfaces each functioning as an electrode;
  A first block to a fourth block having a facing surface that functions as a facing electrode facing the electrode on the side surface of the weight body, and disposed at a position sandwiched between the upper substrate and the lower substrate;
  Wiring terminals that contact the upper surfaces of the four sets of blocks via through holes formed in the upper substrate;
  ByAngular velocity sensorConfigure
  Four sets of capacitive elements were formed by the electrodes formed on the four side surfaces of the weight body and the counter electrodes, and the capacitive elements were used to act on the weight body.angular velocityTo detect
  In the four sets of blocks, at least a portion of the counter electrode and a portion necessary for electrically connecting the counter electrode and the upper surface of the block are made of a conductive material.Configure
  Part or all of the first to fourth blocks are configured by a plurality of physically separated sub-blocks, and four sets of capacitive elements configured using the first to fourth blocks A part or all of them are constituted by a plurality of electrically independent sub-capacitance elements, and wiring terminals are provided for each sub-block.
[0010]
  (2) According to a second aspect of the present invention, in the sensor according to the first aspect described above,
  The upper and lower surfaces of the weight body function as electrodes, respectively, and an upper electrode and a lower electrode facing these electrodes are provided on the upper substrate and the lower substrate, respectively. The sixth capacitive element was formed by the lower surface of the weight body and the lower electrode, and acted on the weight body using these capacitive elements.angular velocityIs configured to detect,
  A fifth block and a sixth block arranged at a position sandwiched between the upper substrate and the lower substrate, and wiring that contacts the upper surfaces of the fifth block and the sixth block through a through hole formed in the upper substrate And a wiring for electrically connecting the upper electrode and the fifth block, and a wiring for electrically connecting the lower electrode and the sixth block,
  Of the fifth block, at least a portion necessary for electrically connecting the wiring from the upper electrode and the upper surface of the block is made of a conductive material,
  In the sixth block, at least a portion necessary for electrically connecting the wiring from the lower electrode and the upper surface of the block is made of a conductive material.
[0011]
(3) According to a third aspect of the present invention, in the sensor according to the first or second aspect described above,
It is arranged at a position sandwiched between the upper substrate and the lower substrate, and supports the weight body via a flexible bridge portion, and contacts the upper surface of the support block via a through hole formed in the upper substrate. A wiring terminal to be provided,
The plurality of electrodes on the weight body side are electrically connected to each other, and at least a part of the bridge portion and the support block necessary for electrically connecting the electrodes on the weight body side to the block upper surface is a conductive material. It is made up of.
[0013]
  (Four)   Of the present invention4thAspect is the sensor according to the second aspect described above,
  Either one or both of the upper electrode and the lower electrode is constituted by a plurality of physically separated sub-electrodes, and one or both of the fifth capacitor element and the sixth capacitor element are A plurality of electrically independent sub-capacitance elements, and either one or both of the fifth block and the sixth block are constituted by a plurality of physically separated sub-blocks, and each sub-electrode Are electrically connected to each sub-block by wiring, and a wiring terminal is provided for each sub-block.
[0015]
  (Five)   Of the present invention5thAn aspect is an angular velocity sensor that detects an angular velocity component around each of the X, Y, and Z coordinate axes in an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system, or an angular velocity component around a predetermined two coordinate axes.
  A weight placed at the origin of the coordinate system;
  A first block disposed on the positive direction of the X axis at a predetermined interval with respect to the weight body;
  A second block disposed on the negative direction of the X-axis at a predetermined interval with respect to the weight body;
  A third block disposed on the positive direction of the Y axis at a predetermined interval with respect to the weight body;
  A fourth block disposed on the negative Y-axis direction at a predetermined interval with respect to the weight body;
  A fifth block for wiring;
  A sixth block for wiring;
  A support block for supporting the weight body;
  A bridge portion connected between the weight body and the support block and having flexibility;
  An upper substrate bonded to the upper surfaces of the first to sixth blocks while maintaining a predetermined interval with respect to the upper surface of the weight body;
  A lower substrate bonded to the lower surfaces of the first to sixth blocks while maintaining a predetermined interval with respect to the lower surface of the weight body,
  An upper electrode formed on a portion of the lower surface of the upper substrate facing the upper surface of the weight body;
  A lower electrode formed on a portion of the upper surface of the lower substrate facing the lower surface of the weight body;
  A detection circuit that moves the weight body with a predetermined electric signal and extracts an angular velocity as a detection target as an electric signal;
  Provided,
  Of the weight body, at least the main part of the surface is made of a conductive material so that an electrode layer can be formed,
  Of the first to fourth blocks, at least a portion necessary for forming the counter electrode layer facing the electrode layer on the weight body side, and the counter electrode layer and the block upper surface are electrically connected. The necessary parts are made of conductive material,
  The electrode layer formed on the surface of the weight body facing the first block and the counter electrode layer formed on the surface of the first block facing the weight body constitutes a first capacitor element. ,
  The electrode element formed on the surface facing the second block of the weight body and the counter electrode layer formed on the surface facing the weight body of the second block constitute a second capacitor element. ,
  A third capacitor element is configured by the electrode layer formed on the surface of the weight body facing the third block and the counter electrode layer formed on the surface of the third block facing the weight body. ,
  The electrode element formed on the surface facing the fourth block of the weight body and the counter electrode layer formed on the surface facing the weight body of the fourth block constitute a fourth capacitor element. ,
  A fifth capacitor element is constituted by the electrode layer formed on the surface of the weight body facing the upper electrode and the upper electrode,
  A sixth capacitor element is constituted by the electrode layer formed on the surface of the weight body facing the lower electrode and the lower electrode,
  Wiring is applied between the upper electrode and the fifth block, and wiring is applied between the lower electrode and the sixth block.
  Of the fifth block, at least a portion necessary for electrically connecting the wiring from the upper electrode and the upper surface of the block is made of a conductive material,
  Of the sixth block, at least a portion necessary for electrically connecting the wiring from the lower electrode and the upper surface of the block is made of a conductive material,
  Of the bridge portion and the support block, at least a portion necessary for electrically connecting the electrode layer on the weight body side and the upper surface of the block is made of a conductive material,
  The upper substrate is made of an insulating material, and first through sixth wiring terminals and weight wiring terminals are provided in through holes formed in the thickness direction of the upper substrate. At the upper end of the terminal, wiring to the detection circuit is made,
  The lower end of the first wiring terminal is electrically connected to the upper surface of the first block, the lower end of the second wiring terminal is electrically connected to the upper surface of the second block, and the third wiring terminal Is connected to the upper surface of the third block, the lower end of the fourth wiring terminal is electrically connected to the upper surface of the fourth block, and the lower end of the fifth wiring terminal is connected to the fifth block. Electrically connected to the upper surface of the block, the lower end of the sixth wiring terminal is electrically connected to the upper surface of the sixth block, and the lower end of the weight wiring terminal is electrically connected to the upper surface of the support block Has been
  The detection circuit moves the weight body by applying an AC signal to a part of the first to sixth capacitive elements. In this moved state, a part of the first to sixth capacitive elements is moved. Based on the capacitance value, the angular velocity component to be detected isTo detect,
  Part or all of the first to fourth blocks are configured by a plurality of physically separated sub-blocks, and part or all of the first to fourth capacitive elements are electrically A plurality of independent sub-capacitance elements are provided, wiring terminals are provided for each sub-block, and the weight body is moved by applying an alternating current signal to a part of the plurality of sub-capacitance elements. An angular velocity component to be detected is detected based on another partial capacitance value of the capacitive element.
[0017]
(6) According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an angular velocity sensor that detects an angular velocity component around each of the X, Y, and Z coordinate axes in an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system, or an angular velocity component around a predetermined two coordinate axes.
A weight placed at the origin of the coordinate system;
A first block disposed on the positive direction of the X axis at a predetermined interval with respect to the weight body;
A second block disposed on the negative direction of the X-axis at a predetermined interval with respect to the weight body;
A third block disposed on the positive direction of the Y axis at a predetermined interval with respect to the weight body;
A fourth block disposed on the negative Y-axis direction at a predetermined interval with respect to the weight body;
A fifth block for wiring;
A sixth block for wiring;
A support block for supporting the weight body;
A bridge portion connected between the weight body and the support block and having flexibility;
An upper substrate bonded to the upper surfaces of the first to sixth blocks while maintaining a predetermined interval with respect to the upper surface of the weight body;
A lower substrate bonded to the lower surfaces of the first to sixth blocks while maintaining a predetermined interval with respect to the lower surface of the weight body,
An upper electrode formed on a portion of the lower surface of the upper substrate facing the upper surface of the weight body;
A lower electrode formed on a portion of the upper surface of the lower substrate facing the lower surface of the weight body;
A detection circuit that moves the weight body with a predetermined electric signal and extracts an angular velocity as a detection target as an electric signal;
Provided,
Of the weight body, at least the main part of the surface is made of a conductive material so that an electrode layer can be formed,
Of the first to fourth blocks, at least a portion necessary for forming the counter electrode layer facing the electrode layer on the weight body side, and the counter electrode layer and the block upper surface are electrically connected. The necessary parts are made of conductive material,
The electrode layer formed on the surface of the weight body facing the first block and the counter electrode layer formed on the surface of the first block facing the weight body constitutes a first capacitor element. ,
The electrode element formed on the surface facing the second block of the weight body and the counter electrode layer formed on the surface facing the weight body of the second block constitute a second capacitor element. ,
A third capacitor element is configured by the electrode layer formed on the surface of the weight body facing the third block and the counter electrode layer formed on the surface of the third block facing the weight body. ,
The electrode element formed on the surface facing the fourth block of the weight body and the counter electrode layer formed on the surface facing the weight body of the fourth block constitute a fourth capacitor element. ,
A fifth capacitor element is constituted by the electrode layer formed on the surface of the weight body facing the upper electrode and the upper electrode,
A sixth capacitor element is constituted by the electrode layer formed on the surface of the weight body facing the lower electrode and the lower electrode,
Wiring is applied between the upper electrode and the fifth block, and wiring is applied between the lower electrode and the sixth block.
Of the fifth block, at least a portion necessary for electrically connecting the wiring from the upper electrode and the upper surface of the block is made of a conductive material,
Of the sixth block, at least a portion necessary for electrically connecting the wiring from the lower electrode and the upper surface of the block is made of a conductive material,
Of the bridge portion and the support block, at least a portion necessary for electrically connecting the electrode layer on the weight body side and the upper surface of the block is made of a conductive material,
The upper substrate is made of an insulating material, and first through sixth wiring terminals and weight wiring terminals are provided in through holes formed in the thickness direction of the upper substrate. At the upper end of the terminal, wiring to the detection circuit is made,
The lower end of the first wiring terminal is electrically connected to the upper surface of the first block, the lower end of the second wiring terminal is electrically connected to the upper surface of the second block, and the third wiring terminal Is connected to the upper surface of the third block, the lower end of the fourth wiring terminal is electrically connected to the upper surface of the fourth block, and the lower end of the fifth wiring terminal is connected to the fifth block. Electrically connected to the upper surface of the block, the lower end of the sixth wiring terminal is electrically connected to the upper surface of the sixth block, and the lower end of the weight wiring terminal is electrically connected to the upper surface of the support block Has been
The detection circuit moves the weight body by applying an AC signal to a part of the first to sixth capacitive elements. In this moved state, a part of the first to sixth capacitive elements is moved. Based on the capacitance value, the angular velocity component to be detected is detected,
  Either one or both of the upper electrode and the lower electrode is constituted by a plurality of physically separated sub-electrodes, and one or both of the fifth capacitor element and the sixth capacitor element are A plurality of electrically independent sub-capacitance elements, and either one or both of the fifth block and the sixth block are constituted by a plurality of physically separated sub-blocks, and each sub-electrode Are electrically connected to each sub-block by wiring, wiring terminals are provided for each sub-block, and an AC signal is applied to a part of the plurality of sub-capacitance elements to thereby reduce the weight body. The angular velocity component to be detected is detected on the basis of another part of the capacitance values of the plurality of sub-capacitance elements.
[0018]
  (7)   Of the present invention7thAspects of the above5th or 6thIn the sensor according to the aspect of
  The weight body has a rectangular parallelepiped shape, and each surface thereof is arranged so as to be orthogonal to any of the X axis, the Y axis, and the Z axis, and the first block to the fourth block are opposed to the weight body. The surface is configured to be parallel to each surface of the weight body.
[0019]
  (8)   Of the present invention8thAspects of the above5th to 7thIn the sensor according to the aspect of
  Four sets of support blocks arranged in the first quadrant to the fourth quadrant in the XY plane are provided, and the weight body is supported by four bridge portions extending from each of the four sets of support blocks, A wiring terminal is provided for at least one set of support blocks.
[0020]
  (9)   Of the present invention9thAspects of the above5th to 8thIn the sensor according to the aspect of
  Any one of the first block to the fourth block is interposed between the weight body and the fifth block and between the weight body and the sixth block. In addition, a tunnel for inserting the wiring connecting the upper electrode and the fifth block and the wiring connecting the lower electrode and the sixth block in a non-contact state is formed.
[0021]
  (Ten)  Of the present invention10thAspects of the above1st to 9thIn the sensor according to the aspect of
  The wiring terminal is configured by a metal layer formed on the wall surface of the wide conical through hole provided in the upper substrate.
[0022]
  (11)  Of the present invention11thAspects of the above1st to 10thIn the sensor according to the aspect of
  A first conductive layer having a thickness suitable for providing flexibility when used as a bridge portion having a predetermined width, and suitable for providing a mass necessary for detection when used as a weight body. Each block and weight body are constituted by a part of a substrate having a three-layer structure constituted by a second conductive layer having a thickness and an insulating layer formed between the two conductive layers, The bridge portion is formed using the first conductive layer.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.Although the invention described in the claims of the present application relates to an angular velocity sensor, the structural portion of the sensor can be used as an acceleration sensor as it is. A form is also demonstrated collectively.
[0024]
<<< §1. Physical structure of sensor structure >>>
First, the basic structure of the sensor according to the present invention will be described. FIG. 1 is an exploded side sectional view showing a physical structure portion (hereinafter referred to as a sensor structure) of a sensor according to an embodiment of the present invention. This sensor structure can be used for an acceleration sensor or an angular velocity sensor. An actual sensor is realized by adding a predetermined detection circuit to the sensor structure shown in FIG. Whether the sensor structure is used as an acceleration sensor or an angular velocity sensor depends on a detection circuit to be added. The specific detection circuit will be described in §3. Here, the physical structure of the sensor structure will be described in detail below.
[0025]
As illustrated in an exploded view in FIG. 1, the sensor structure includes three layers: an upper substrate 100, an intermediate member 200, and a lower substrate 300. In practice, a sensor structure is formed by joining these three layers vertically (see FIG. 7). Here, for convenience of explanation, the origin O is set at the center position of the intermediate member 200 (which will be the position of the center of gravity G of the weight body 250 as will be described later), the X axis is the right direction in the figure, the Z axis is the upward direction, An XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system is defined by taking the Y axis in the direction perpendicular to the paper surface, and description using this coordinate system will be given as necessary. FIG. 1 is an exploded side sectional view of the sensor structure taken along the XZ plane.
[0026]
The upper substrate body 110 is a component that occupies the main portion of the upper substrate 100 and is made of an insulating material. In the case of this embodiment, a glass substrate is used as the upper substrate body 110. A first wiring terminal T1 to a sixth wiring terminal T6 and a weight body wiring terminal T0 are disposed on the upper surface of the upper substrate body 110 (in FIG. 1, T1 of these terminals is shown. , T3, T5 only appears). FIG. 2 is a top view of the upper substrate 100, and the arrangement of the wiring terminals T1 to T7, T0 is clearly shown. The cross section of the upper substrate 100 shown in FIG. 1 corresponds to a cross section obtained by cutting the upper substrate 100 shown in FIG. 2 along the X axis. Each of the wiring terminals T1 to T7 and T0 is a terminal used for wiring to the detection circuit. As will be described later, the lower ends of the first to sixth wiring terminals T1 to T6 are the first to sixth terminals, respectively. The lower end of the weight body wiring terminal T0 is connected to the support block.
[0027]
On the other hand, as shown in FIG. 1, an upper substrate groove 120 is formed in the center of the lower surface of the upper substrate body 110, and a gap SP5 is secured. Further, an upper electrode E5 is formed on the bottom of the upper substrate groove 120, and the wiring layer L5 is connected thereto. FIG. 3 is a bottom view of the upper substrate 100. As illustrated, the upper substrate groove 120 formed on the lower surface of the upper substrate body 110 has a square shape, and the upper electrode E5 provided on the bottom thereof also has a square shape. Of course, the shape of the upper electrode E5 is not limited to a square shape, and may be an arbitrary shape. The wiring layer L5 is a wiring pattern extending from the upper electrode E5 to the left in the figure, and is connected to the lower surface of the upper substrate body 110 beyond the step of the upper substrate groove 120. The upper electrode E5 and the wiring layer L5 can be formed by a pattern made of a metal such as aluminum, for example. The bottom view of FIG. 3 shows a state in which the lower ends of the wiring terminals T1 to T7 and T0 are exposed. As will be described later, each wiring terminal has a wide conical shape (cone shape), and has a lower end appearing in the bottom view of FIG. 3 as compared to the upper end appearing in the top view of FIG. The radius is smaller. 2 and 3 are a relationship between the top view and the bottom view, the arrangement of the wiring terminals T1 to T7, T0 is a front-back relationship in these drawings.
[0028]
Next, the configuration of the intermediate member 200 will be described. The intermediate member 200 can be obtained by processing a substrate made of a conductive material (for example, a silicon substrate doped entirely with impurities). FIG. 4 is a top view of the intermediate member 200. As illustrated, the intermediate member 200 is composed of a plurality of blocks. First, two blocks 210 and 215 are arranged on the positive direction of the X axis, and two blocks 220 and 225 are arranged on the negative direction of the X axis. Similarly, one block 230 is disposed on the positive direction of the Y axis, and one block 240 is disposed on the negative direction of the Y axis. In addition, a block 250 is disposed at the center, and the block 250 is connected to four blocks 271 to 274 disposed at four corners by bridge portions 261 to 264. The bridge portions 261 to 264 are beam-like structural portions connected only to the upper portion of the block 250 as partly shown in the side sectional view of FIG. Each of the blocks described above has the same thickness (thickness as the intermediate member 200 shown in FIG. 1), but the bridge portions 261 to 264 are designed to be considerably smaller than these blocks. Moreover, as shown in FIG. 4, since the width is relatively small, it has flexibility. Eventually, the central block 250 is supported by the four blocks 271 to 274 via the four bridge portions 261 to 264, but the bridge portions 261 to 264 are flexible. It is supported in a displaceable state with a certain degree of freedom.
[0029]
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state where the intermediate member 200 is cut along the XY plane. When cutting at this position, the bridge portions 261 to 264 do not appear, and only a total of 11 blocks are shown. Hereinafter, for convenience of explanation, these blocks are referred to as a first block 210, a second block 220, a third block 230, a fourth block 240, a fifth block 225, a sixth block 215, and a weight. The body 250 and the support blocks 271 to 274 will be called. The first block 210 and the second block 220 are used for driving and detecting the displacement of the weight body 250 in the X-axis direction, and the third block 230 and the fourth block 240 are used for the weight body 250. It is used for driving and detection related to displacement in the Y-axis direction. Further, the fifth block 225 and the sixth block 215 are used for the purpose of wiring for performing driving and detection related to the displacement of the weight body 250 in the Z-axis direction. As described above, the support blocks 271 to 274 are used as support members for supporting the weight body 250 and are also used for wiring for the weight body 250.
[0030]
FIG. 4 shows a state in which a wiring tunnel 220T (actually, a groove formed on the upper surface of the block for forming the tunnel) is formed on the upper surface of the second block 220. However, this groove has a depth as shown in the side sectional view of FIG. 1 and forms a tunnel through which the wiring layer L5 formed in the upper substrate 100 is inserted in a non-contact state. It is. Similarly, on the lower surface of the first block 210, a wiring tunnel 210T for inserting the wiring layer L6 formed on the lower substrate 300 in a non-contact state (actually, on the lower surface of the block to form a tunnel). Formed grooves).
[0031]
On the other hand, as shown in FIG. 1, the main component of the lower substrate 300 is a lower substrate body 310. In this embodiment, the lower substrate body 310 is formed of a glass substrate in the same manner as the upper substrate body 110. However, since the lower substrate body 310 does not need to be provided with a wiring terminal, it is not necessarily made of an insulating material such as glass. However, in the case where the lower substrate body 310 is made of a conductive material, it is necessary to take measures such as forming an insulating layer partially for the portions that need to be insulated for the operation described later. The upper part is preferably made of an insulating material as with the upper substrate body 110.
[0032]
A lower substrate groove 320 is formed in the center of the upper surface of the lower substrate body 310, and a gap SP6 is secured. Further, a lower electrode E6 is formed on the bottom of the lower substrate groove 320, and the wiring layer L6 is connected thereto. FIG. 6 is a top view of the lower substrate 300. As shown in the drawing, the lower substrate groove 320 formed on the upper surface of the lower substrate body 310 has a square shape, and the lower electrode E6 provided on the bottom thereof also has a square shape. Of course, the shape of the lower electrode E6 is not limited to a square shape, and may be an arbitrary shape. The wiring layer L6 is a wiring pattern extending from the lower electrode E6 to the right in the figure, and is continuous to the upper surface of the lower substrate body 310 beyond the step of the lower substrate groove 320. The lower electrode E6 and the wiring layer L6 can be formed by a pattern made of a metal such as aluminum, for example.
[0033]
As described above, the structure of each of the upper substrate 100, the intermediate member 200, and the lower substrate 300 shown in FIG. 1 has been described separately. However, the sensor structure according to the present invention has these three layers stacked vertically. It is constituted by joining. FIG. 7 is a side cross-sectional view showing a state in which the sensor structure is configured by joining the three-layer components shown in FIG. This figure also corresponds to a cut surface in the XZ plane. In the embodiment shown here, the upper substrate 100 and the lower substrate 300 are made of a glass substrate, and the intermediate member 200 is made of a silicon substrate. Therefore, mutual bonding is performed using an anodic bonding method. Yes.
[0034]
As shown in FIGS. 4 and 5, the blocks constituting the intermediate member 200 are physically separated, but all the blocks other than the weight body 250 are the upper substrate body. 110 and the lower substrate body 310 are fixed by being sandwiched from above and below. On the other hand, since the gaps SP5 and SP6 are formed above and below the weight body 250 as shown in FIG. 7, the weight body 250 is directly formed by the upper substrate body 110 and the lower substrate body 310. However, as shown in FIG. 4, since the weight body 250 is connected to the support blocks 271 to 274 by the four bridge portions 261 to 264, it has a predetermined degree of freedom. In a state where the displacement is possible, the upper substrate body 110 and the lower substrate body 310 are indirectly supported.
[0035]
<<< §2. Basic operation and wiring of sensor structure >>
Now, let us consider the basic operation of the sensor structure shown in FIG. In the sensor structure shown in FIG. 7, the upper substrate 100 and the lower substrate 300 are eventually arranged at a predetermined interval, the blocks are arranged at positions sandwiched between the two substrates, and the weight body 250 is provided at the center. It has the structure which arranged. Here, each block and the weight body have a rectangular parallelepiped shape. Each block is fixed by the upper substrate 100 and the lower substrate 300, but the weight body 250 can be displaced with a predetermined degree of freedom in a space sandwiched between the upper substrate 100 and the lower substrate 300. It is supported by four bridge parts 261-264. That is, as shown in FIG. 5, gaps SP1 to SP4 are secured between the weight body 250 and the first block 210 to the fourth block 240, respectively, and the weight body 250 and the upper electrode E5. Between the lower electrode E6 and the lower electrode E6, gaps SP5 and SP6 are secured as shown in FIG. Therefore, the weight body 250 can be freely displaced in the coordinate axis directions of the X axis, the Y axis, and the Z axis within the range of these gaps. In other words, the bridge portions 261 to 264 have flexibility suitable for enabling the weight body 250 to be displaced.
[0036]
When this sensor structure is used as an acceleration sensor, the displacement of the weight body caused by the action of acceleration may be detected. For example, if acceleration in the X axis positive direction (right direction in FIG. 7) acts on the weight body 250, the weight body 250 is displaced in the X axis positive direction by an external force corresponding to the acceleration. become. The amount of displacement at this time depends on the magnitude of the applied acceleration. Therefore, if the displacement of the weight body 250 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction can be detected, the components of the applied acceleration in each coordinate axis direction can be obtained.
[0037]
On the other hand, when this sensor structure is used as an angular velocity sensor, the weight body 250 needs to be moved. In general, in a three-dimensional orthogonal coordinate system, when an angular velocity about the second coordinate axis acts on an object moving in the first coordinate axis direction, Coriolis force in the third coordinate axis direction acts on the object. Become. Therefore, for example, if the weight body 250 is simply vibrated in the X-axis direction, and the Coriolis force acting in the Y-axis direction is detected in this state, the angular velocity around the Z-axis can be detected. If the Coriolis force acting on is detected, the angular velocity around the Y axis can be detected. Of course, if the combination of coordinate axes is changed, the angular velocity around any coordinate axis can be detected. Here, the detection of the Coriolis force can be performed by detecting the displacement of the weight body 250 in the same manner as the detection of the external force according to the acceleration described above. For example, when driving the weight body 250 to vibrate in the X-axis direction, if the Coriolis force acts in the Y-axis direction, the weight body 250 is displaced in the Y-axis direction. By detecting this, the angular velocity around the Z axis can be obtained.
[0038]
As described above, when a sensor structure having a weight body is used as an acceleration sensor, a mechanism for detecting the displacement of the weight body 250 is required. When the sensor structure body is used as an angular velocity sensor, the weight is further reduced. A mechanism for moving the body 250 is required. In the case of the sensor structure according to the present invention, capacitive elements are used as these mechanisms. In particular, in the case of the sensor structure according to the embodiment shown in FIG. 7, the displacement of the weight body 250 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction is independent by a total of six capacitive elements. The weight body 250 can be moved in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction as necessary.
[0039]
The first block 210 to the fourth block 240 and the upper electrodes E5 and E6 play the role of one electrode of the six sets of capacitive elements incorporated in the sensor structure shown in FIG. The weight 250 plays the role of an electrode (the weight 250 functions as a common electrode for six sets of capacitive elements). As described above, the intermediate member 200 in this embodiment is made of a conductive material (silicon doped with impurities), and each of the weight body 250 and each block can function as an electrode.
[0040]
FIG. 8 is a side projection showing the location of four sets of capacitive elements in the sensor structure shown in FIG. Here, a portion functioning as an electrode constituting the capacitor is shown by hatching. In general, the electromagnetic phenomenon inherent to the capacitive element is considered to occur in the surface layer portion of the conductive block, so here it is assumed that there are virtual electrodes (hatched portions) on the weight body and the surface layer portion of each block. The following explanation will be given. As described above, the weight body 250 and the individual blocks constituting the intermediate member 200 are physically a lump of conductors, and separate electrodes are not formed on the surface. However, for convenience of explanation in consideration of the operation as a capacitive element, here, the surface layer portions of the individual portions are regarded as the electrodes E0 to E4.
[0041]
First, a weight body side electrode E0 is formed on the weight body 250 side. In the case of this embodiment, the weight body 250 has a rectangular parallelepiped shape, and weight body side electrodes E0 are formed on the six surfaces thereof. The side cross-sectional view of FIG. 8 shows the weight body side electrode E0 formed on four of them. Of course, both of these are electrically connected electrodes. On the other hand, another electrode for forming each capacitive element is formed at a position facing the weight side electrode E0. That is, the counter electrode E1 is formed on the left surface of the first block 210, the counter electrode E2 is formed on the right surface of the second block 220, and the upper electrode E5 is formed on the lower surface of the upper substrate body 110. A lower electrode E6 is formed on the upper surface of the lower substrate body 310.
[0042]
FIG. 9 is a plan view of the side projection of FIG. 8, which again shows the location of the four sets of capacitive elements in the sensor structure shown in FIG. 7. In other words, the weight body side electrode E0 is formed on each of the four side surfaces of the weight body 250. Among these, the weight body side electrode E0 formed on the right side surface of the weight body 250 is the same electrode as shown in FIG. 8, and the counter electrode E1 is formed on the left side surface of the first block 210. ing. Similarly, the weight body side electrode E0 formed on the left side surface of the weight body 250 is the same electrode as shown in FIG. 8, and the counter electrode E2 is formed on the right side surface of the second block 220. ing. Furthermore, as shown in FIG. 9, weight body side electrodes E0 are respectively formed on the upper and lower surfaces of the weight body 250, and the counter electrodes E3 and E3 are respectively formed on the third block 230 and the fourth block 240. E4 is formed.
[0043]
9A and 9B, the first block 210, the second block 220, the third block 230, and the fourth block 240 are respectively arranged at positions that surround the weight body 250 from four directions. The opposing electrodes E1, E2, E3, and E4 are formed on the inner surface (the surface facing the origin O), respectively. When the side projection view of FIG. The upper electrode E5 is formed on the upper side, and the lower electrode E6 is formed on the lower side. Here, the capacitive element constituted by the counter electrode E1 and the weight body side electrode E0 opposed thereto is referred to as a first capacitive element C1, and is constituted by the counter electrode E2 and the weight body side electrode E0 opposed thereto. The capacitive element is called the second capacitive element C2, and the capacitive element constituted by the counter electrode E3 and the weight side electrode E0 facing the counter electrode E3 is called the third capacitive element C3, and is opposed to the counter electrode E4. The capacitive element configured by the weight body side electrode E0 is referred to as a fourth capacitive element C4, and the capacitive element configured by the upper electrode E5 and the weight body side electrode E0 opposed thereto is referred to as the fifth capacitive element C5. A capacitive element constituted by the lower electrode E6 and the weight body side electrode E0 facing the lower electrode E6 will be called a sixth capacitive element C6.
[0044]
Here, paying attention to the arrangement of the six capacitive elements, the first capacitive element C1 (E1 and E0) is arranged on the X axis positive direction side of the weight body 250, and the second capacitive element C2 (E2). And E0) are arranged on the negative X-axis side of the weight body 250, and the third capacitive element C3 (E3 and E0) is arranged on the Y-axis positive direction side of the weight body 250, and the fourth capacitor The element C4 (E4 and E0) is arranged on the Y axis negative direction side of the weight body 250, and the fifth capacitor element C5 (E5 and E0) is arranged on the Z axis positive direction side of the weight body 250, It can be seen that the sixth capacitive element C6 (E6 and E0) is arranged on the negative side of the weight body 250 in the Z-axis direction. Thus, when capacitive elements are arranged in both positive and negative directions of each coordinate axis with respect to the weight body 250, as described in § 3, the weight body 250 is based on the capacitance values of these capacitive elements. The displacement in the direction of each coordinate axis can be accurately detected, and the weight body 250 can be driven along each coordinate axis.
[0045]
An object of the present invention is to simplify wiring for such a capacitive element, and its basic method is to provide a conductive block itself for wiring. For example, as shown in the plan view of FIG. 9, since the counter electrodes E1 to E4 are composed of the surface layer portions of the first block 210 to the fourth block 240, the wiring for these electrodes is the first It can be seen that the processing may be performed on the upper surfaces of the blocks 210 to the fourth block 240. FIG. 9 also shows the planar positions of the respective wiring terminals, but the first wiring terminal T1 to the fourth wiring terminal T4 are the first block 210 to the fourth block 240, respectively. It is arrange | positioned in the upper surface position. This means that the first wiring terminal T1 to the fourth wiring terminal T4 are electrically connected to the counter electrodes E1 to E4, respectively.
[0046]
Further, as shown in FIG. 8, the upper electrode E5 is electrically connected to the fifth block 225 via the wiring layer L5, and the lower electrode E6 is connected to the sixth block 215 via the wiring layer L6. Since the electrodes are electrically connected, it is understood that wiring for these electrodes may be performed on the upper surfaces of the fifth block 225 and the sixth block 215. Referring to FIG. 9, the fifth wiring terminal T5 and the sixth wiring terminal T6 are disposed at the upper surface positions of the fifth block 225 and the sixth block 215, respectively. This means that the fifth wiring terminal T5 and the sixth wiring terminal T6 are electrically connected to the upper electrode E5 and the lower electrode E6, respectively. The wiring tunnel 220T shown in FIG. 8 is for preventing the wiring layer L5 and the second block 220 from coming into contact with each other, and the wiring tunnel 210T is composed of the wiring layer L6 and the first block 210. Is to prevent contact with.
[0047]
Next, wiring for the weight body side electrode E0 will be described. The weight body side electrode E0 is an electrode which is composed of a surface layer portion of each surface of the rectangular parallelepiped weight body 250 and functions as one common electrode of six sets of capacitive elements. Here, the weight body 250 is a lump of conductive material (impurity-doped silicon), and the four bridge portions 261 to 264 and the four support blocks 271 to 274 for supporting the weight body 250 are also conductive materials ( Impurity doped silicon). For this reason, the weight body 250, the bridge portions 261 to 264, and the support blocks 271 to 274 are electrically connected to each other. Therefore, it is understood that the wiring for the weight side electrode E0 may be performed on the upper surface of any one of the support blocks 271 to 274. Referring to FIG. 9, the weight wiring terminal T0 is disposed at the upper surface position of the support block 272 (of course, it may be disposed at the upper surface position of the other support blocks 271, 273, 274). This means that the weight body wiring terminal T0 is electrically connected to the weight body 250, that is, the weight body side electrode E0.
[0048]
Eventually, the electrodes E1 to E6 shown in FIG. 8 or FIG. 9 are in a state of being electrically connected to the first wiring terminals T1 to the sixth wiring terminals arranged on the upper substrate 100. The weight side electrode E0 is in a state of being electrically connected to the weight body wiring terminal T0 disposed on the upper substrate 100. Therefore, all of the electrical wiring necessary for this sensor structure is a total of seven wiring terminals T0 to T6 exposed on the upper surface of the upper substrate 100 as shown in the top view of FIG. Can be done against. Moreover, as the substantial wiring inside the sensor structure, only wiring layers L5 and L6 are provided as shown in FIG. 8, and the wiring structure is greatly simplified.
[0049]
As described above, each of the wiring terminals T0 to T6 whose upper end is shown in FIG. 2 has a wide conical shape (cone shape). However, in the embodiment shown here, as shown in FIG. 2, since there is no wiring terminal arranged on the X axis, side sectional views (cross sections cut along the XZ plane) of FIG. 1 and FIG. The side cross section of the wiring terminal does not appear in the figure. Therefore, for reference, FIG. 10 shows a side sectional view of the sensor structure cut along a plane passing through the central axes of the first wiring terminal T1 and the fifth wiring terminal T5. FIG. 11 shows a side sectional view taken along a plane passing through the central axes of the wiring terminal T3 and the weight body wiring terminal T0. As shown in FIG. 10 or FIG. 11, each of the wiring terminals T0 to T6 is configured by a metal layer formed on the wall surface of the wide conical through hole provided in the upper substrate body 110. It has a hollow cone shape.
[0050]
FIG. 12 is an enlarged side sectional view showing only the manufacturing process of the cone-shaped wiring terminal T (only the portion where the wiring terminal T is formed is shown enlarged). First, as shown in FIG. 12A, a wide conical through-hole 115 is formed at a predetermined location of the upper substrate body 110 (a glass substrate in this embodiment). Next, the upper substrate body 110 is bonded onto the intermediate member 200. Subsequently, a metal film such as aluminum is deposited on the upper surface of the upper substrate body 110 by a method such as vapor deposition or sputtering. Then, the upper surface of the upper substrate body 110 is covered with a metal layer, and metal is deposited also on the inner surface and bottom of the conical through-hole 115 (the upper surface of the intermediate member 200), as shown in FIG. A hollow cone-shaped wiring terminal T having a conical cavity K inside is formed. Thereafter, unnecessary portions of the metal layer deposited on the upper substrate body 110 (portions deposited outside the edge portion of the upper end of the wiring terminal T shown in FIG. 12B) are removed by etching or the like. Finally, a wiring terminal T having a side cross section as shown in FIG. 12B can be formed. The upper edge portion of the wiring terminal T is exposed on the upper surface of the upper substrate body 110 and functions as a wiring portion (bonding pad) for the detection circuit. The lower end cone tip portion is an intermediate member. It contacts the upper surface of each block constituting 200, and fulfills the function of making electrical contact.
[0051]
Note that the through-hole 115 shown in FIG. 12 (a) is formed in a conical shape in order to effectively form a deposited layer on the wall surface in a vapor deposition or sputtering process of aluminum or the like. Of course, the conical through-hole 115 is not necessarily conical, and may be pyramidal. Further, if it is possible to embed the wiring terminal T in the through-hole 115 in another process without taking a general deposition process such as a vapor deposition method or a sputtering method, the through-hole 115 does not necessarily have a wide cone. There is no need to make it.
[0052]
<<< §3. Detection circuit >>
The configuration, basic operation, and wiring of the sensor structure used for the acceleration sensor or the angular velocity sensor according to the present invention have been described so far. Here, a detection circuit used by being connected to the sensor structure will be described. However, since these detection circuits themselves are known circuits disclosed in the above-mentioned Patent Documents 1 to 4 and the like, a simple circuit configuration example will be briefly described here. The feature of the present invention lies in the structure and wiring of the sensor structure described in §1 and §2, and the detection circuit described here is not an essential feature of the present invention.
[0053]
FIG. 13 shows a detection circuit for using the sensor structure shown in FIG. 7 as a three-dimensional acceleration sensor. However, since the capacitive elements C1 to C6 and the wiring terminals T0 to T6 described in the left half of the figure are constituent elements of the sensor structure shown in FIG. The C / V conversion circuits 401 to 406 and the subtracters 407 to 409 described in the right half are the parts. As already described in §2, one of the electrodes E1 to E6 of the capacitive elements C1 to C6 is connected to the first wiring terminal T1 to the sixth wiring terminal T6, and the capacitive elements C1 to C6. Since the other common electrode E0 (weight body side electrode) is connected to the weight body wiring terminal T0, the wiring for the C / V conversion circuits 401 to 406 in the drawing is exposed on the upper substrate body 110. This is performed for each of the wiring terminals T0 to T6. In this circuit, the weight body wiring terminal T0 is grounded, and the potential of the weight body side electrode E0, that is, the weight body 250 as a whole is at the ground level.
[0054]
The C / V conversion circuits 401 to 406 are circuits having a function of converting the capacitance values of the capacitive elements C1 to C6 into voltage values V1 to V6, respectively. These voltage values V1 to V6 are calculated by the subtractors 407 to 409, and as a calculation result, the voltage value V1-V2 is output to the output terminal Tx, and the voltage value V3-V is output to the output terminal Ty. V4 is output, and the voltage value V5-V6 is output to the output terminal Tz. Here, the voltage values output to the output terminals Tx, Ty, and Tz are the X-axis, Y-axis, and Z-axis direction components of the acceleration acting on the weight body 250, respectively.
[0055]
The reason can be easily understood by considering the displacement of the weight body 250 in the sensor structure shown in FIG. For example, if the acceleration αx in the positive direction of the X axis acts on the weight body 250, the weight body 250 moves to the right in FIG. The distance between the electrodes of the element C1 (the distance between the weight body 250 and the first block 210) is reduced, and the distance between the electrodes of the capacitive element C2 (the distance between the weight body 250 and the second block 220) is increased. . Therefore, the capacitance value (voltage value V1) of the capacitive element C1 is increased, and the capacitance value (voltage value V2) of the capacitive element C2 is decreased. Therefore, the voltage value V1-V2 obtained at the output terminal Tx is The value indicates the magnitude of the acceleration αx. The reason why the Y-axis direction component αy of acceleration is obtained at the output terminal Ty and the Z-axis direction component αz of acceleration is obtained at the output terminal Tz is also the same. As described above, the detection circuit illustrated in FIG. 13 has a function of detecting the acceleration component in each coordinate axis direction based on the capacitance values of the first capacitor element C1 to the sixth capacitor element C6. By using such a detection circuit, a three-dimensional acceleration sensor can be realized.
[0056]
Then, the example of the detection circuit for implement | achieving an angular velocity sensor is shown. In order to detect the angular velocity, as described above, it is necessary to detect the Coriolis force acting on the moving weight body 250 while moving the weight body 250 in a predetermined direction. For this reason, the detection circuit to be used has a function of moving the weight body by applying a predetermined electric signal (driving signal) to the capacitive element and a predetermined timing synchronized with the movement in the predetermined direction of the weight body. And a function of taking out the displacement amount as an electric signal based on the capacitance value of the capacitive element. Specifically, the detection circuit moves the weight body by applying an AC signal to a part of the first capacitor element C1 to the sixth capacitor element C6, and in this moved state, The angular velocity components to be detected are detected based on the capacitance values of some of the capacitive elements C1 to C6.
[0057]
FIG. 14 shows a detection circuit for using the sensor structure shown in FIG. 7 as a two-dimensional acceleration sensor. Also here, the capacitive elements C1 to C6 and the wiring terminals T0 to T6 described in the left half of the figure are components of the sensor structure shown in FIG. The C / V conversion circuits 401 to 404, subtracters 407 and 408, and AC power supplies 411 and 412 described in the right half of FIG. When this detection circuit is used, the fifth capacitor element C5 and the sixth capacitor element C6 serve to drive the weight body 250 in the Z-axis direction. As the AC power supplies 411 and 412, power supplies that generate AC signals having opposite phases may be used. For example, if the AC power supply 411 generates a pulse in the first half cycle and the AC power supply 412 generates a pulse in the second half cycle, the upper electrode E5 and the lower electrode E6 alternate with the weight side electrode E0 maintained at the ground level. Thus, the weight body 250 can be alternately pulled up and down by Coulomb force, and the weight body 250 can be vibrated in the Z-axis direction.
[0058]
As described above, in the state where the weight body 250 is vibrated in the Z-axis direction, when the angular velocity ωy around the Y-axis acts, the Coriolis force in the X-axis direction acts on the weight body 250, and in the X-axis direction. Will be displaced. This displacement in the X-axis direction is detected as the voltage value V1-V2 output from the subtractor 407 as described above. Therefore, in the circuit of FIG. 14, the voltage value obtained at the output terminal Ty indicates the angular velocity ωy about the Y axis. Similarly, the voltage value obtained at the output terminal Tx indicates the angular velocity ωx around the X axis. Thus, by using the detection circuit of FIG. 14, a two-dimensional angular velocity sensor having a function of detecting the angular velocity ωx around the X axis and the angular velocity ωy around the Y axis can be realized.
[0059]
The detection circuit of FIG. 14 detects a displacement based on the Coriolis force in the X-axis direction while vibrating the weight body 250 in the Z-axis direction, detects an angular velocity ωy around the Y-axis, and moves in the Y-axis direction. This circuit realizes a two-dimensional angular velocity sensor by detecting the displacement based on the Coriolis force and detecting the angular velocity ωx around the X axis, but based on the same principle, while vibrating the weight body 250 in the X axis direction It is also possible to realize a two-dimensional angular velocity sensor that detects the angular velocity ωy around the Y axis and the angular velocity ωz around the Z axis, and the angular velocity around the X axis while vibrating the weight body 250 in the Y axis direction. It is also possible to realize a two-dimensional angular velocity sensor that detects ωx and the angular velocity ωz around the Z axis.
[0060]
When realizing a two-dimensional angular velocity sensor, it is sufficient to vibrate the weight body 250 in the direction of one coordinate axis as in the above example. However, all of the angular velocities ωx, ωy, and ωz around the three coordinate axes are obtained. In order to realize a three-dimensional angular velocity sensor to be detected, it is necessary to move the weight body 250 alternately in two coordinate axis directions. For this purpose, it is convenient to circularly move the weight body 250. For example, as shown in FIG. 15, it is assumed that the center of gravity G of the weight body 250 is circularly moved in the XY plane.
[0061]
Here, considering the moment when the center of gravity G passes through the intersection P1 with the Y axis while moving on the circular orbit shown in the drawing, the motion direction vector Ux of the center of gravity G at this moment is a direction along the X axis direction. It turns out that it is facing. Therefore, if the displacement (Coriolis force) in the Z-axis direction can be detected at the moment of passing through the intersection P1 of the center of gravity G, the detected value indicates the angular velocity ωy around the Y-axis, and the displacement (Coriolis force in the Y-axis direction). ) Can be detected, the detected value indicates the angular velocity ωz around the Z axis. Therefore, the angular velocities ωy and ωz can be detected at the moment of passing through the intersection P1. Similarly, when the moment when the center of gravity G passes through the intersection P2 with the X axis while moving on the circular orbit shown in the figure, the motion direction vector Uy of the center of gravity G at this moment is a direction along the Y axis direction. It turns out that it is facing. Therefore, if the displacement (Coriolis force) in the Z-axis direction can be detected at the moment of passing through the intersection P2 of the center of gravity G, the detected value indicates the angular velocity ωx around the X-axis, and the displacement (Coriolis force in the X-axis direction). ) Can be detected, the detected value indicates the angular velocity ωz around the Z axis. Therefore, the angular velocities ωx and ωz can be detected at the moment of passing through the intersection P2. Note that the angular velocity ωz can be detected at either of the intersections P1 and P2, so it is sufficient to detect one of them.
[0062]
In order to circularly move the center of gravity G of the weight body 250 on the XY plane, the four capacitive elements C1 (E1 and E0), C2 (E2 and E0), and C3 (E3 and E0) shown in FIG. , C4 (E4 and E0) may be given drive signals having predetermined phases, respectively. For example, if a control circuit 500 as shown in FIG. 16 is prepared, and four types of drive signals DR1 to DR4 as shown in the figure are generated and given to the capacitive elements C1 to C4, the center of gravity G of the weight body 250 is set to XY. It can be moved circularly on a plane. In other words, the drive signals DR1 and DR2 have a phase φ shifted from each other by π, and the weight body 250 can be vibrated in the X-axis direction, and the drive signals DR3 and DR4 have a phase φ shifted from each other by π. The weight body 250 can be vibrated in the Y-axis direction. Moreover, since the drive signals DR1 and DR3 are mutually shifted in phase φ by π / 2, the drive signals whose phase shift φ is delayed by π / 2 are given to the capacitive elements C1, C3, C2, and C4, respectively. Therefore, the weight body 250 moves circularly on the XY plane.
[0063]
As described above, in order to detect the angular velocity using the weight body 250 in such a circular motion, it is necessary to detect the displacement at the moment when the center of gravity G passes the intersections P1 and P2. Therefore, from the control circuit 500, the synchronous detection signal S (P1) indicating the moment when the center of gravity G of the weight body 250 passes through the intersection P1, and the synchronous detection signal S (P2) indicating the moment when the gravity center 250 passes through the intersection P2. , And the displacement may be detected using this signal.
[0064]
  FIG. 17 shows a three-dimensional view of the sensor structure shown in FIG.angular velocityThis is a detection circuit for use as a sensor. Also here, the capacitive elements C1 to C6 and the wiring terminals T0 to T6 shown on the left side of the figure are components of the sensor structure shown in FIG. The V conversion circuits 403 to 406, the subtracters 408 and 409, the synchronous detection circuits 421 to 423, and the amplifiers 431 to 433 are included. In addition, the control circuit 500 shown in FIG. 16 is also incorporated in a part of the detection circuit. Signals DR1 to DR4 and signals S (P1) and S (P2) in the circuit diagram of FIG. 17 are signals generated by the control circuit 500 shown in FIG.
[0065]
Here, first, a part of the circuit shown in FIG. 17 that fulfills the function of circularly moving the center of gravity G of the weight body 250 will be described. As illustrated, the drive signals DR1 to DR4 generated by the control circuit 500 are supplied to the wiring terminals T1 to T4. As a result, drive signals whose phases are shifted from each other by π / 2 are supplied to the capacitive elements C1 to C4. As described above, the center of gravity G performs a circular motion in the XY plane. As described above, the capacitive elements C1 to C4 are used to perform a drive function of causing the weight body 250 to perform a circular motion.
[0066]
Next, a function for detecting the Coriolis force acting on the weight body 250, that is, a portion for detecting the displacement of the weight body 250 will be described. The C / V conversion circuits 403 to 406 are circuits that convert the capacitance values of the capacitive elements C3 to C6 into voltage values V3 to V6, respectively, and the subtracters 408 and 409 respectively include voltage value differences V3 to V4 and V3 to V4. This is a circuit for obtaining V5-V6. Here, the voltage difference V3-V4 is a value indicating displacement in the Y-axis direction of the weight body 250 (that is, Coriolis force in the Y-axis direction), and the voltage difference V5-V6 is in the Z-axis direction of the weight body 250. As described above, the value indicates the displacement (that is, the Coriolis force in the Z-axis direction). The synchronous detection circuits 421 to 423 are circuits that output signals from the subtracters 408 and 409 at the timing indicated by the synchronous detection signal S (P1) or S (P2). A signal is output in accordance with the timing of the instant of passing through the intersection P1 or the instant of passing through the intersection P2. The signals output from the respective synchronous detection circuits 421 to 423 are amplified by the amplifiers 431 to 433, and then output to the output terminals Tz, Ty, Tx.
[0067]
Here, the signal output to the output terminal Tz indicates the Coriolis force acting in the Y-axis direction at the moment when the gravity center G of the weight body passes through the intersection P1 with the motion direction vector Ux. This signal indicates the angular velocity ωz. The signal output to the output terminal Ty indicates the Coriolis force acting in the Z-axis direction at the moment when the gravity center G of the weight body passes the intersection P1 with the motion direction vector Ux, and the angular velocity around the Y-axis. The signal indicates ωy. Further, the signal output to the output terminal Tx indicates the Coriolis force acting in the Z-axis direction at the moment when the gravity center G of the weight body passes the intersection P2 with the motion direction vector Uy, and the angular velocity around the X-axis. It becomes a signal indicating ωx.
[0068]
Thus, by using the detection circuit constituted by the circuit shown in FIG. 16 and the circuit shown in FIG. 17, it is possible to realize a three-dimensional angular velocity sensor capable of detecting angular velocities ωx, ωy, and ωz around each coordinate axis. become. In the circuit diagram of FIG. 17, the resistor R is inserted in the circuit portion relating to the capacitive elements C3 and C4 so that no trouble occurs even if the drive system signal and the detection system signal overlap. Is due to consideration. That is, since the capacitive elements C1 to C4 are used for driving the weight body and the capacitive elements C3 to C6 are used for detecting the displacement of the weight body, the capacitive elements C3 and C4 are used for the weight body. And the role of detecting the displacement of the weight body. For this reason, since it is necessary to detect the capacitance values of the capacitive elements C3 and C4 with the drive signals DR3 and DR4 supplied, a resistor R is inserted so that the drive signal and the detection signal can be separated. Yes.
[0069]
The example of moving the weight body circularly on the XY plane has been described above. Of course, even if the weight body is moved circularly on the YZ plane or circularly moved on the XZ plane, the three-dimensional angular velocity sensor is used. In such a case, a circuit according to the detection circuit shown in FIGS. 16 and 17 may be prepared.
[0070]
<<< §4. Modified example of providing a sub-block >>>
In the basic embodiment described above, the first blocks 210 to 4 are used in order to serve both the role of configuring the electrodes E1 to E4 to be arranged on the side of the weight body and the role of serving the wiring. The fifth block 225 and the sixth block 216 are disposed in order to serve the role of wiring for the upper electrode E5 and the lower electrode E6. Here, in order to realize a three-dimensional acceleration sensor or a two-dimensional angular velocity sensor, it is sufficient to provide these six sets of blocks. However, in the case of a three-dimensional angular velocity sensor, if it is intended to be realized with only these six sets of blocks, the same capacitive element is made to have both the role of driving the weight body and the role of detecting the displacement of the weight body. Since the necessity arises, it may be more convenient to divide a set of blocks into a plurality of physically separated sub-blocks and separately provide a driving capacitive element and a detecting capacitive element.
[0071]
For example, in the detection circuit shown in FIG. 17, as described above, the capacitive elements C3 and C4 have both the role of driving the weight body and the role of detecting the displacement of the weight body. It is necessary to prepare C / V conversion circuits 403 and 404 that can detect the capacitance value in a state where the drive signals DR3 and DR4 are supplied. When it is desired to avoid such a complicated detection circuit, the capacitive elements C3 and C4 may be configured by a plurality of electrically independent sub-capacitance elements. For example, if the capacitive element C3 is composed of the driving sub-capacitance element C3A and the detection sub-capacitance element C3B, the drive signal DR3 is supplied to the driving sub-capacitance element C3A to detect the capacitance value. Can be performed using the sub-capacitance element C3B for detection. By doing so, the physically identical capacitive elements do not have both the role of driving the weight body and the role of detecting the displacement of the weight body, and the circuit configuration can be further simplified. .
[0072]
In order to divide a set of capacitive elements into a plurality of sub-capacitance elements, it is necessary to divide one electrode constituting the capacitive element into a plurality of sub-electrodes. In the sensor structure shown in FIG. 7, six electrodes E1 to E6 are provided in order to constitute six sets of capacitive elements. Here, as a modification, an example in which all of the six electrodes E1 to E6 are divided into a plurality of sub-electrodes will be described below.
[0073]
FIG. 18 is a bottom view of the upper substrate 100 ′ used in this modification. The upper substrate 100 ′ is used in place of the upper substrate 100 shown in FIG. 3, and sub-electrodes E51 and E52 are formed on the bottom of the upper substrate groove 120 instead of the upper electrode E5. Wirings L51 and L52 are provided. The hatching in FIG. 18 indicates a plane pattern of electrodes and wirings, and does not indicate a cross section. If the pair of sub-electrodes E51 and E52 are provided in this way, the sub-capacitor element C51 is formed by the sub-electrode E51 and the weight-side electrode E0, and the sub-capacitor element C52 is formed by the sub-electrode E52 and the weight-side electrode E0. Therefore, one can be used exclusively for driving and the other can be used exclusively for detection. For the lower substrate 300, the lower electrode E6 may be divided into two sub-electrodes in the same manner.
[0074]
FIG. 19 is a top view of an intermediate member 200 ′ used in this modification. This intermediate member 200 'is used instead of the intermediate member 200 shown in FIG. Comparing the two, the first block 210 is divided into three sub-blocks 211 to 213, the second block 220 is divided into three sub-blocks 221 to 223, and the third block 230 is divided into three sub-blocks 231. The second block 240 is divided into three sub-blocks 241 to 243, the fifth block 225 is divided into two sub-blocks 226 and 227, and the sixth block 215 is divided into two sub-blocks. It can be seen that it is divided into 216 and 217.
[0075]
The reason why the first block 210 to the fourth block 240 are divided into three sub-blocks instead of two sub-blocks is to ensure symmetry with respect to the coordinate axes. In other words, since the driving and displacement of the weight body are dynamic actions, the sub-capacitance elements used for driving and the sub-capacitance elements used for detection are both arranged so as to have symmetry with respect to the coordinate axis. It is preferable to keep it. In the example shown in FIG. 19, among the three sub-blocks, the central sub-blocks 212, 222, 232, and 242 are used for driving, and the sub-block pairs arranged on both sides, that is, 211 / A pair of 213, a pair of 221/223, a pair of 231/233, and a pair of 241/243 are used for detection. The sub-blocks 226 and 227 are connected to the wirings L51 and L52 formed on the upper substrate 100 ′ shown in FIG. 18, and are used for the wiring to the sub-electrodes E51 and E52. Similarly, the sub-blocks 216 and 217 are used for wiring for two sub-electrodes formed on the lower substrate.
[0076]
FIG. 20 is a plan view showing the relationship between each virtual electrode and each wiring terminal formed on the intermediate member 200 ′ shown in FIG. 19, and the hatched portion shows the virtual electrode. The sub-capacitance elements C11 to C43 are formed by the illustrated sub-electrodes E11 to E43 and the weight side electrode E0, respectively. As described above, in order to enable a stable detection operation having symmetry with respect to the coordinate axis, among the three sub-capacitance elements arranged in the center, the central sub-capacitance elements C12, C22, C32, and C42 are respectively used for driving. Sub-capacitance element pairs arranged on both sides, that is, C11 / C13 pair, C21 / C23 pair, C31 / C33 pair, and C41 / C43 pair may be used for detection.
[0077]
When each block is divided into sub-blocks as described above, naturally, wiring is performed independently and independently on the upper surface of each sub-block. T11 to T62 indicated by black circles in FIG. 20 indicate the positions of the wiring terminals for each sub-block. Each of these wiring terminals has a hollow cone shape as shown in FIG. 12 (b), and the upper ends thereof are all exposed on the upper surface of the upper substrate 100 ', and the lower ends are the sub-blocks. It is in electrical contact with the top surface.
[0078]
As a result, in the sensor structure having the intermediate member 200 ′ as shown in FIG. 20, all of the six sets of capacitive elements are divided into a plurality of sub-capacitance elements. And can be used independently. However, when actually configuring a three-dimensional angular velocity sensor, it is not necessary to prepare a driving sub-capacitance element and a detection sub-capacitance element for all of the six capacitive elements. For example, as shown in FIG. 15, in the case of a type of three-dimensional angular velocity sensor that detects displacement at the moment of passing through intersections P1 and P2 while circularly moving the center of gravity G of the weight body 250 in the XY plane, Since the capacitive element C3 and the fourth capacitive element C4 need to be used for both driving and detection, it makes sense to use the sub-capacitance element, but the other capacitive elements need only be driven or detected. There is no point in using the sub-capacitance element. Therefore, the sensor structure having the intermediate member 200 ′ as shown in FIG. 20 does not necessarily use all functions, and some blocks and wirings are wasted. However, if such a sensor structure is mass-produced as a general-purpose sensor structure, various types of sensors can be realized by variously changing the detection circuit connected thereto. Become.
[0079]
For example, if the general-purpose sensor structure is used to form the circuit shown in FIGS. 21 and 22 and further use the control circuit 500 shown in FIG. 16, a three-dimensional angular velocity sensor can be realized. become. The circuit shown in FIG. 21 is a circuit for driving the weight body, and drive signals DR1 to DR4 from the control circuit 500 are given to the sub-capacitance elements C12, C22, C32, and C42 (sub-capacitance elements dedicated to driving). It has been. As a result, an AC signal having a phase shift of π / 2 is applied to each of the sub-electrodes E12, E32, E22, E42 shown in FIG. 20, and the weight body can be moved circularly on the XY plane. Become.
[0080]
On the other hand, in the circuit shown in the upper part of FIG. 22, the total capacitance value of the sub capacitance elements C11 and C13 dedicated to displacement detection is converted into a voltage value by the C / V conversion circuit 441, and the sub capacitance element C21 dedicated to displacement detection is used. , C23 are converted into voltage values by a C / V conversion circuit 442, and a subtracter 451 calculates the difference between them. This difference indicates the displacement of the weight body in the X-axis direction. Similarly, in the circuit shown in the lower part of FIG. 22, the capacitance value of the sub-capacitance element C51 dedicated to displacement detection is converted into a voltage value by the C / V conversion circuit 443, and the capacitance of the sub-capacitance element C61 dedicated to displacement detection is converted. The capacitance value is converted to a voltage value by the C / V conversion circuit 444, and the difference between the two is calculated by the subtracter 452. This difference indicates the displacement of the weight body in the Z-axis direction.
[0081]
The synchronous detection circuits 461, 462, and 463 are circuits that output signals from the subtracters 451 and 452 at timings indicated by the synchronous detection signals S (P2), S (P1), and S (P2), respectively. The signals output from the respective synchronous detection circuits 461 to 463 are amplified by the amplifiers 471 to 473 and then output to the output terminals Tz, Ty, Tx.
[0082]
Here, the signal output to the output terminal Tz indicates the Coriolis force acting in the X-axis direction at the moment when the gravity center G of the weight body passes through the intersection P2 with the motion direction vector Uy. This signal indicates the angular velocity ωz. The signal output to the output terminal Ty indicates the Coriolis force acting in the Z-axis direction at the moment when the gravity center G of the weight body passes the intersection P1 with the motion direction vector Ux, and the angular velocity around the Y-axis. The signal indicates ωy. Further, the signal output to the output terminal Tx indicates the Coriolis force acting in the Z-axis direction at the moment when the gravity center G of the weight body passes the intersection P2 with the motion direction vector Uy, and the angular velocity around the X-axis. It becomes a signal indicating ωx.
[0083]
As described above, if the circuits shown in FIGS. 21 and 22 are used, a three-dimensional angular velocity sensor capable of detecting the angular velocities ωx, ωy, and ωz around each coordinate axis can be realized. In addition, each sub-capacitance element is given only one of the roles of driving the weight body and detecting the displacement of the weight body. A circuit ingenuity such as separation is not necessary.
[0084]
In the intermediate member 200 ′ whose upper surface is shown in FIG. 19, all of the six blocks constituting the intermediate member 200 shown in FIG. 4 are divided into sub-blocks. As described above, a general-purpose sensor structure to which various detection circuits can be applied can be mass-produced. However, in such a general-purpose sensor structure, useless blocks and wirings are actually formed, so when creating a so-called made-to-order sensor structure tailored to each detection circuit, It suffices to divide only necessary blocks into sub-blocks.
[0085]
In short, the modification described in this section 4 is a necessary one of the first block 210 to the fourth block 240 constituting the sensor structure according to the basic embodiment whose upper surface is shown in FIG. Part or the whole is constituted by a plurality of physically separated sub-blocks, and a necessary part or all of the first capacitor element C1 to the fourth capacitor element C4 are electrically isolated from each other. It is composed of sub-capacitance elements, wiring terminals are provided for each sub-block, and the weight body is moved by applying an AC signal to a part of the plurality of sub-capacitance elements. An angular velocity component to be detected may be detected based on a part of the capacitance value. In addition, as for the upper electrode E5 and the lower electrode E6, either one or both of them is constituted by a plurality of physically separated sub-electrodes, and the fifth capacitive element and the sixth capacitive element Either one or both of them is constituted by a plurality of electrically independent sub-capacitance elements, and one or both of the fifth block and the sixth block are physically separated from each other. Consists of sub-blocks, each sub-electrode and each sub-block are electrically connected by wiring, wiring terminals are provided for each sub-block, and AC is applied to some of the sub-capacitance elements The weight body may be moved by giving a signal, and the angular velocity component to be detected may be detected on the basis of another partial capacitance value of the plurality of sub-capacitance elements.
[0086]
<<< §5. Other variations >>
So far, the basic embodiment of the sensor according to the present invention and the modification using the sub-block have been described. Here, some modifications are introduced here.
[0087]
First, in the example described so far, the weight body has a rectangular parallelepiped shape, and each surface thereof is arranged so as to be orthogonal to any of the X axis, the Y axis, and the Z axis. Although the surface of the fourth block 240 facing the weight body 250 is configured to be parallel to each surface of the weight body 250, the weight body is not necessarily a rectangular parallelepiped. In short, the electrode layer formed on the surface of the weight body facing the first to fourth blocks, and the counter electrode layer formed on the surface of the first to fourth blocks facing the weight body, If each capacitor element is configured and each capacitor element is configured by the upper and lower surfaces of the weight body and the upper and lower electrodes, the shape of the weight body is not limited to a rectangular parallelepiped. .
[0088]
In the above-described embodiment, support blocks 271 to 274 are provided in the first to fourth quadrants in the XY plane, respectively, and the weight body 250 extends from each of the four sets of support blocks 271 to 274. The weight part wiring terminal T0 is connected to at least one set of support blocks, but the number and position of the support blocks are limited to such an example. However, any number of support blocks may be provided at any position as long as the weight body can be supported by the bridge portion. However, in order to increase the space efficiency of the sensor structure to reduce the size and to support the weight body stably, the support blocks 271 to 274 are positioned at the four corners as in the above-described embodiment. It is preferable that the weight body is supported from four directions. Further, the bridge portion is not necessarily configured to support the upper portion of the weight body 250, and may be configured to support the lower portion of the weight body 250, for example.
[0089]
Further, in the above-described basic embodiment, the first block 210 to the fourth block 240 are disposed so as to be adjacent to the weight body 250, and the sixth block 215 is disposed outside the first block 210. The fifth block 225 is arranged outside the second block 220, and the wiring L5 and the lower electrode E6 that connect the upper electrode E5 and the fifth block 225 are connected to the sixth block 215. The wiring tunnels 210T and 220T for inserting the wiring L6 to be inserted in a non-contact state are formed, but the fifth block 225 and the sixth block 215 are used for wiring. From here, you can place it anywhere. Of course, when the arrangement is changed, a wiring tunnel may be appropriately formed as necessary.
[0090]
In the above-described embodiment, the capacitive elements are formed on each of the six surfaces of the weight body, and a total of six capacitive elements are provided. For example, when using as a one-dimensional or two-dimensional acceleration sensor, When used as an original angular velocity sensor, six sets of capacitive elements are not necessarily required, and therefore, as many capacitive elements as necessary may be provided at necessary locations.
[0091]
In the above-described embodiment, the intermediate member 200 and the intermediate member 200 ′ are all made of a conductive material, and the weight body and each block function as a whole of the conductive material. However, the weight body and each block do not necessarily need to be entirely made of a conductive material, and at least a portion necessary for each function may be made of a conductive material. For example, in the weight body, it is only necessary that the main part of the surface necessary for the function as the weight body side electrode E0 is made of a conductive material. However, in consideration of the convenience of wiring, it is preferable that the plurality of weight body side electrodes E0 are in a conductive state. Regarding the bridge portion and the support block, at least a portion necessary for electrically connecting the weight side electrode E0 and the upper surface of the support block may be made of a conductive material. On the other hand, for the first block to the fourth block, at least a portion of the counter electrodes E1 to E4 and a portion necessary for electrically connecting the counter electrodes E1 to E4 and the upper surface of the block are made of a conductive material. What is necessary is just to comprise. For the fifth block 225, at least a portion necessary for electrically connecting the wiring L5 from the upper electrode E5 and the upper surface of the block may be made of a conductive material. As for 215, at least a portion necessary for electrically connecting the wiring L6 from the lower electrode E6 and the upper surface of the block may be made of a conductive material.
[0092]
<<< §6. Manufacturing process of sensor structure according to the present invention >>
Finally, an example of a manufacturing process suitable for mass production of the sensor structure shown in FIG. 7, particularly a process suitable for obtaining the structure of the intermediate member 200, is shown in the side sectional views of FIGS. A description will be given with reference to a cross section cut along a plane.
[0093]
First, as shown in FIG. 23A, a three-layer substrate 600 having a three-layer structure including a silicon conductive layer 610, a silicon oxide insulating layer 620, and a silicon conductive layer 630 is prepared. Here, each of the silicon conductive layer 610 and the silicon conductive layer 630 is a conductive layer that is made conductive by doping impurities into silicon, but the thickness of the silicon conductive layer 610 is silicon conductive as shown in the figure. It is smaller than the thickness of the layer 630. This is because the silicon conductive layer 610 is a portion constituting the bridge portions 261 to 264, and therefore has a thickness suitable for providing flexibility when used as a bridge portion having a predetermined width. On the other hand, since the silicon conductive layer 630 is a portion constituting the main part of the weight body 250, the silicon conductive layer 630 has a thickness suitable for giving a mass necessary for detection when used as the weight body. .
[0094]
As will be described later, the intermediate member 200 shown in FIG. 1 is formed by processing the three-layer substrate 600. The reason why the three-layer structure is formed with the silicon oxide insulating layer 620 in the middle is that when the bridge portions 261 to 264 are formed using the silicon conductive layer 610, consideration is given for accurately controlling the thickness of the bridge portion. It is. As described above, various types of material substrates having a three-layer structure of silicon / silicon oxide / silicon are commercially available as SOI (Silicon On Insulator) substrates, and these commercially available SOI substrates are used as they are. The following steps can be performed.
[0095]
First, the silicon conductive layer 630 of the three-layer substrate 600 is etched from the lower surface side of the substrate using a mask corresponding to the hatched portion in FIG. As a result, as shown in FIG. 23B, a part of the silicon conductive layer 630 is removed, and the silicon conductive layer 630 is divided into several blocks (blocks as shown in FIG. 5). In this etching step, an etching method that is not corrosive to silicon oxide and selectively corrosive to silicon is used. By doing so, the silicon oxide insulating layer 620 functions as an etching stopper. Subsequently, contrary to the previous time, when etching is performed from the lower surface side of the substrate using an etching method that is not corrosive to silicon and selectively corrosive to silicon oxide, FIG. ), The exposed portion of the silicon oxide insulating layer 620 is etched away. At this time, the silicon conductive layer 610 functions as an etching stopper.
[0096]
Subsequently, a conducting portion 640 is formed for conducting the silicon conductive layer 610 and the silicon conductive layer 630 at necessary portions. For example, the side sectional view of FIG. 24 (a) shows an example in which conductive portions 640 are formed at five locations and the silicon conductive layer 610 and the silicon conductive layer 630 are electrically connected. Actually, the conductive portion 640 is electrically connected to a portion necessary on the wiring (that is, a portion below the block made of the silicon conductive layer 630 and a portion above the block made of the silicon conductive layer 610 on the wiring. It may be formed as appropriate in the portion that needs to be kept. At this time, the wiring tunnel 210T is formed by a method such as etching.
[0097]
The conductive portion 640 is shown by a simple thick vertical line in FIG. 24 (a), but in actuality, it is constituted by a hollow cone-shaped metal film or the like as shown in the enlarged view of FIG. 24 (b). (This is the same as the wiring terminal shown in FIG. 12). In order to form the conducting portion 640 as shown in FIG. 24B, a conical through hole penetrating to the silicon oxide insulating layer 620 is dug at a predetermined position on the upper surface of the silicon conductive layer 610 by etching. Similar to the process for forming the wiring terminal T shown in FIG. 12, a conductive portion 640 is formed by depositing a metal such as aluminum by vapor deposition or sputtering, and an unnecessary aluminum layer deposited on the upper surface of the silicon conductive layer 610 is formed. A method of removing by etching may be employed.
[0098]
Subsequently, the lower substrate 300 shown in FIG. 1 is prepared, and this is bonded to the lower surface of the silicon conductive layer 630 shown in FIG. For this bonding, for example, anodic bonding may be used. FIG. 24 (c) shows a state where this joining is completed. Subsequently, from the upper surface side of the silicon conductive layer 610, by using a mask that covers portions corresponding to the respective blocks and bridge portions shown in FIG. Perform corrosive etching. As a result, a structure as shown in FIG. 25 (a) is obtained. As shown in the figure, bridge portions 261 to 264 are formed in a part of the silicon conductive layer 610, and a structural portion including the silicon conductive layer 610, the silicon oxide insulating layer 620, and the silicon conductive layer 630 is shown in FIG. The intermediate member 200 has the same structure. For example, the central weight body 250 is supported by four bridge portions 261 to 264, and blocks 210, 215, 220, 225 and the like are formed around the center weight body 250.
[0099]
Next, if necessary, a wiring tunnel 220T is formed on the upper surface of the second block 220 by a method such as etching. Subsequently, the upper substrate 100 shown in FIG. 1 (however, the conical through hole is formed at a predetermined position, but the wiring terminals are not yet formed: for example, as shown in FIG. 12 (a)). State) is prepared and bonded to the upper surface of the silicon conductive layer 610 shown in FIG. For this bonding, anodic bonding may be used. At this point, the upper substrate body 110 has several conical through holes, and the upper surface of each block (the upper surface of the silicon conductive layer 610) can be seen through the bottom. Therefore, a metal such as aluminum is vapor-deposited on the upper surface of the upper substrate body 110, and a metal layer is deposited on the wall surface of the conical through hole to form each wiring terminal (instead of vapor deposition, it is formed by sputtering or the like). If unnecessary metal layers deposited on the upper substrate body 110 are removed by etching, a sensor structure as shown in FIG. 25B can be obtained.
[0100]
This sensor structure has substantially the same mechanical structure as the sensor structure shown in FIG. 7, but the weight body 250 and the individual blocks constituting the intermediate member 200 are made of silicon / silicon oxide / silicon. The difference is that it has a layered structure. Since silicon oxide is an insulating layer, the weight body 250 and individual blocks shown in FIG. 25 (b) include an insulating layer in the middle, but necessary portions are electrically connected by the conductive portion 640. Therefore, there is no problem with the function as a sensor.
[0101]
In the above etching process, it is effective to use an etching method generally called DRIE (Deep Reactive Ion Etching) such as an inductively coupled plasma etching method (ICP etching method). It is.
[0102]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present inventionAngular velocity sensorThenWiring and detection circuitCan be further simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded side sectional view showing a state in which a physical structure portion (referred to as a sensor structure) of a sensor according to an embodiment of the present invention is cut along an XZ plane.
2 is a top view of an upper substrate 100 in the sensor structure shown in FIG. 1. FIG.
3 is a bottom view of an upper substrate 100 in the sensor structure shown in FIG. 1. FIG.
4 is a top view of an intermediate member 200 in the sensor structure shown in FIG. 1. FIG.
5 is a transverse sectional view showing a state in which an intermediate member 200 in the sensor structure shown in FIG. 1 is cut along an XY plane.
6 is a top view of a lower substrate 300 in the sensor structure shown in FIG. 1. FIG.
7 is a side sectional view showing a sensor structure in a completed state by joining the components shown in FIG. 1 (showing a cross section cut along an XZ plane). FIG.
FIG. 8 is a side projection showing the location of four sets of capacitive elements in the sensor structure shown in FIG. 7;
FIG. 9 is a plan view showing the location of four sets of capacitive elements in the sensor structure shown in FIG. 7;
10 is a side cross-sectional view of the sensor structure shown in FIG. 7 cut along a plane that passes through the central axes of the first wiring terminal T1 and the fifth wiring terminal T5. FIG.
11 is a side sectional view of the sensor structure shown in FIG. 7 cut along a plane that passes through the central axes of a third wiring terminal T3 and a weight wiring terminal T0. FIG.
FIG. 12 is an enlarged side sectional view showing only the manufacturing process of the cone-shaped wiring terminal T (only the forming portion of the wiring terminal T is enlarged);
13 is a detection circuit diagram for using the sensor structure shown in FIG. 7 as a three-dimensional acceleration sensor. FIG.
14 is a detection circuit diagram for using the sensor structure shown in FIG. 7 as a two-dimensional angular velocity sensor. FIG.
FIG. 15 is a plan view showing a state in which the center of gravity G of the weight body is circularly moved in the XY plane.
FIG. 16 is a block diagram showing a control circuit 500 that generates a drive signal for circularly moving a weight body and a synchronous detection signal for synchronizing detection points.
FIG. 17 is a detection circuit diagram for using the sensor structure shown in FIG. 7 as a three-dimensional angular velocity sensor.
18 is a bottom view of an upper substrate 100 ′ used in a modified example of the sensor structure shown in FIG. 7 (hatching indicates a planar pattern of electrodes and wiring, not a cross section).
19 is a top view of an intermediate member 200 ′ used in a modified example of the sensor structure shown in FIG.
20 is a plan view showing a relationship between each virtual electrode and each wiring terminal formed on the intermediate member 200 ′ shown in FIG.
FIG. 21 is a circuit diagram showing a weight driving circuit for using the sensor structure having the intermediate member 200 ′ shown in FIG. 19 as a three-dimensional acceleration sensor.
22 is a circuit diagram showing a displacement detection circuit for using the sensor structure having the intermediate member 200 ′ shown in FIG. 19 as a three-dimensional acceleration sensor.
23 is a side sectional view showing a process in a previous stage of the manufacturing process of the sensor structure shown in FIG.
24 is a side cross-sectional view showing an intermediate stage process for manufacturing the sensor structure shown in FIG. 7;
25 is a side sectional view showing a later stage process for manufacturing the sensor structure shown in FIG. 7;
[Explanation of symbols]
100, 100 '... Upper substrate
110 ... Upper substrate body
115 ... Conical through hole
120 ... Upper substrate groove
200, 200 '... intermediate member
210 ... first block
210T ... Tunnel for wiring
211-213 ... 1st subblock
215 ... Sixth block
216, 217 ... Sixth sub-block
220 ... second block
220T ... Tunnel for wiring
221 to 223 ... second sub-block
225 ... fifth block
226, 227 ... fifth sub-block
230 ... third block
231 to 233 ... third sub-block
240 ... fourth block
241-243 ... Fourth sub-block
250 ... weight body
261-264 ... Bridge part
271 to 274 ... Support block
300 ... lower substrate
310 ... Lower substrate body
320 ... Lower substrate groove
401-406 ... C / V conversion circuit
407 to 409 ... subtractor
411, 412 ... AC power supply
421-423 ... Synchronous detection circuit
431-433 ... Amplifier
441-444 ... C / V conversion circuit
451, 452 ... Subtractor
461-463 ... Synchronous detection circuit
471-473 ... Amplifier
500 ... Control circuit
600 ... Three-layer substrate
610 ... Silicon conductive layer
620 ... Silicon oxide insulating layer
630 ... Silicon conductive layer
640 .. conduction part
C1 to C6: Capacitance elements
DR1 to DR4 ... Drive signal
E0: Weight side electrode
E1-E4 ... Counter electrode
E5: Upper electrode
E6 ... Lower electrode
E11 to E52 ... Sub electrode
G ... Center of gravity
K ... Cavity
L5 ... Wiring layer
L6 ... Wiring layer
L51, L52 ... wiring layer
O ... Origin of coordinate system
P1, P2 ... Intersection
R ... resistance
S (P1), S (P2) ... synchronous detection signal
SP1 to SP6 ... gap
T0: Weight body wiring terminal
T, T1 to T6 ... wiring terminals
T11 to T62: Sub-block wiring terminals
Tx, Ty, Tz ... output terminals
Ux, Uy ... direction vector
V1 to V6 ... Voltage

Claims

所定間隔をおいて配置された上方基板および下方基板と、
前記上方基板および前記下方基板に挟まれた空間内で所定の自由度をもって変位可能となるように支持され、それぞれ電極として機能する４つの側面を有する重錘体と、
前記重錘体の側面の電極に対向する対向電極として機能する対向面を有し、前記上方基板および前記下方基板によって挟まれた位置に配置された第１〜第４のブロックと、
前記上方基板に形成した貫通孔を介して前記４組のブロックの上面に接触する配線用端子と、
を備え、
前記重錘体の４つの側面に形成された電極とその対向電極とによって４組の容量素子を構成し、この容量素子を利用して前記重錘体に作用した角速度を検出できるようにし、
前記４組のブロックにおける、少なくとも、前記対向電極の部分およびこの対向電極とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分を導電性材料から構成し、
前記第１〜第４のブロックのうちの一部もしくは全部を、物理的に分離された複数の副ブロックによって構成し、前記第１〜第４のブロックを利用して構成される４組の容量素子のうちの一部もしくは全部を、電気的に独立した複数の副容量素子によって構成し、各副ブロックごとにそれぞれ配線用端子を設けたことを特徴とする角速度センサ。 An upper substrate and a lower substrate arranged at a predetermined interval;
A weight body that is supported so as to be displaceable with a predetermined degree of freedom within a space sandwiched between the upper substrate and the lower substrate, and has four side surfaces each serving as an electrode;
A first block to a fourth block having a facing surface that functions as a facing electrode facing the electrode on the side surface of the weight body, and disposed at a position sandwiched between the upper substrate and the lower substrate;
Wiring terminals that contact the upper surfaces of the four sets of blocks through through holes formed in the upper substrate;
With
The electrode formed on the four side surfaces of the weight body and the counter electrode constitute four sets of capacitive elements, and the angular velocity acting on the weight body can be detected using the capacitive elements,
In the four sets of blocks, at least a portion of the counter electrode and a portion necessary for electrically connecting the counter electrode and the block upper surface are made of a conductive material ,
Four or more sets of capacities constructed by using a plurality of physically separated sub-blocks, part or all of the first to fourth blocks, and using the first to fourth blocks An angular velocity sensor, wherein a part or all of the elements are constituted by a plurality of electrically independent sub-capacitance elements, and a wiring terminal is provided for each sub-block.

請求項１に記載のセンサにおいて、
重錘体の上面および下面がそれぞれ電極として機能し、これらの電極に対向する上方電極および下方電極がそれぞれ上方基板および下方基板に設けられており、前記重錘体の上面と前記上方電極とによって第５の容量素子が形成され、前記重錘体の下面と前記下方電極とによって第６の容量素子が形成され、これら容量素子を利用して前記重錘体に作用した角速度が検出できるように構成され、
前記上方基板および前記下方基板によって挟まれた位置に配置された第５のブロックおよび第６のブロックと、前記上方基板に形成した貫通孔を介して前記第５のブロックおよび前記第６のブロックの上面に接触する配線用端子と、前記上方電極と前記第５のブロックとを電気的に接続する配線と、前記下方電極と前記第６のブロックとを電気的に接続する配線と、が更に設けられており、
前記第５のブロックのうち、少なくとも、前記上方電極からの配線とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分は、導電性材料から構成されており、
前記第６のブロックのうち、少なくとも、前記下方電極からの配線とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分は、導電性材料から構成されていることを特徴とする角速度センサ。 The sensor according to claim 1, wherein
The upper surface and the lower surface of the weight body function as electrodes, respectively, and an upper electrode and a lower electrode facing these electrodes are provided on the upper substrate and the lower substrate, respectively. A fifth capacitive element is formed, and a sixth capacitive element is formed by the lower surface of the weight body and the lower electrode so that the angular velocity acting on the weight body can be detected using these capacitive elements. Configured,
A fifth block and a sixth block arranged at a position sandwiched between the upper substrate and the lower substrate, and the fifth block and the sixth block through a through hole formed in the upper substrate. A wiring terminal that contacts the upper surface; a wiring that electrically connects the upper electrode to the fifth block; and a wiring that electrically connects the lower electrode to the sixth block. And
Of the fifth block, at least a portion necessary for electrically connecting the wiring from the upper electrode and the upper surface of the block is made of a conductive material,
Of the sixth block, at least a portion necessary for electrically connecting the wiring from the lower electrode and the upper surface of the block is made of a conductive material .

請求項１または２に記載のセンサにおいて、
上方基板および下方基板によって挟まれた位置に配置され、重錘体を可撓性を有する橋梁部を介して支持する支持ブロックと、前記上方基板に形成した貫通孔を介して前記支持ブロックの上面に接触する配線用端子と、が更に設けられており、
重錘体側の複数の電極は相互に導通しており、前記橋梁部および前記支持ブロックのうち、少なくとも、前記重錘体側の電極とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分は、導電性材料から構成されていることを特徴とする角速度センサ。 The sensor according to claim 1 or 2,
A support block disposed at a position sandwiched between the upper substrate and the lower substrate and supporting the weight body via a flexible bridge portion, and an upper surface of the support block via a through hole formed in the upper substrate And a wiring terminal in contact with the
The plurality of electrodes on the weight body side are electrically connected to each other, and at least the part necessary for electrically connecting the electrodes on the weight body side and the upper surface of the block among the bridge portion and the support block is, An angular velocity sensor comprising a conductive material .

請求項２に記載のセンサにおいて、The sensor according to claim 2, wherein
上方電極および下方電極のうちのいずれか一方もしくは双方を、物理的に分離された複数の副電極によって構成し、第５の容量素子および第６の容量素子のうちのいずれか一方もしくは双方を、電気的に独立した複数の副容量素子によって構成し、第５のブロックおよび第６のブロックのうちのいずれか一方もしくは双方を、物理的に分離された複数の副ブロックによって構成し、各副電極と各副ブロックとの間をそれぞれ配線によって電気的に接続し、各副ブロックごとにそれぞれ配線用端子を設けたことを特徴とする角速度センサ。 Either one or both of the upper electrode and the lower electrode is constituted by a plurality of physically separated sub-electrodes, and one or both of the fifth capacitor element and the sixth capacitor element are A plurality of electrically independent sub-capacitance elements, and either one or both of the fifth block and the sixth block are constituted by a plurality of physically separated sub-blocks, and each sub-electrode And each sub-block are electrically connected by wiring, and a wiring terminal is provided for each sub-block.

ＸＹＺ三次元直交座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各座標軸まわりの角速度成分、または所定の二座標軸まわりの角速度成分を検出する角速度センサであっAn angular velocity sensor that detects an angular velocity component around each of the X, Y, and Z coordinate axes in an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system, or an angular velocity component around two predetermined coordinate axes. て、And
前記座標系の原点位置に配置された重錘体と、  A weight body disposed at the origin position of the coordinate system;
前記重錘体に対して所定間隔をおいて、Ｘ軸正方向上に配置された第１のブロックと、  A first block disposed on the positive direction of the X axis at a predetermined interval with respect to the weight body;
前記重錘体に対して所定間隔をおいて、Ｘ軸負方向上に配置された第２のブロックと、  A second block disposed on the negative direction of the X-axis at a predetermined interval with respect to the weight body;
前記重錘体に対して所定間隔をおいて、Ｙ軸正方向上に配置された第３のブロックと、  A third block disposed on the positive direction of the Y-axis at a predetermined interval with respect to the weight body;
前記重錘体に対して所定間隔をおいて、Ｙ軸負方向上に配置された第４のブロックと、  A fourth block disposed on the negative direction of the Y axis at a predetermined interval with respect to the weight body;
配線用の第５のブロックと、  A fifth block for wiring;
配線用の第６のブロックと、  A sixth block for wiring;
前記重錘体を支持するための支持ブロックと、  A support block for supporting the weight body;
前記重錘体と前記支持ブロックとの間に接続され、可撓性を有する橋梁部と、  A bridge portion connected between the weight body and the support block and having flexibility;
前記重錘体の上面に対しては所定間隔を維持しつつ、前記第１〜第６のブロックの上面に接合された上方基板と、  An upper substrate bonded to the upper surfaces of the first to sixth blocks while maintaining a predetermined interval with respect to the upper surface of the weight body,
前記重錘体の下面に対しては所定間隔を維持しつつ、前記第１〜第６のブロックの下面に接合された下方基板と、  A lower substrate bonded to the lower surfaces of the first to sixth blocks while maintaining a predetermined interval with respect to the lower surface of the weight body,
前記上方基板の下面の前記重錘体の上面に対向する部分に形成された上方電極と、  An upper electrode formed on a portion of the lower surface of the upper substrate facing the upper surface of the weight body;
前記下方基板の上面の前記重錘体の下面に対向する部分に形成された下方電極と、  A lower electrode formed on a portion of the upper surface of the lower substrate facing the lower surface of the weight body;
所定の電気信号により前記重錘体を運動させ、検出対象となる角速度を電気信号として取り出す検出回路と、  A detection circuit that moves the weight body according to a predetermined electrical signal and extracts an angular velocity to be detected as an electrical signal;
を備え、  With
前記重錘体のうち、少なくとも表面の主要部は、電極層を形成することができるように導電性材料から構成されており、  Of the weight body, at least the main part of the surface is made of a conductive material so that an electrode layer can be formed,
前記第１〜第４のブロックのうち、少なくとも、前記重錘体側の電極層に対向する対向電極層を形成するのに必要な部分、およびこの対向電極層とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分は、導電性材料から構成されており、  Of the first to fourth blocks, at least a portion necessary for forming a counter electrode layer facing the electrode layer on the weight body side, and the counter electrode layer and the block upper surface are electrically connected. The necessary part is made of conductive material,
前記重錘体の前記第１のブロックに対向する面に形成された電極層と、前記第１のブロックの前記重錘体に対向する面に形成された対向電極層と、により第１の容量素子が構成され、  An electrode layer formed on a surface of the weight body facing the first block and a counter electrode layer formed on a surface of the first block facing the weight body have a first capacitance. The element is configured,
前記重錘体の前記第２のブロックに対向する面に形成された電極層と、前記第２のブロックの前記重錘体に対向する面に形成された対向電極層と、により第２の容量素子が構成され、  The electrode layer formed on the surface of the weight body facing the second block and the counter electrode layer formed on the surface of the second block facing the weight body has a second capacitance. The element is configured,
前記重錘体の前記第３のブロックに対向する面に形成された電極層と、前記第３のブロックの前記重錘体に対向する面に形成された対向電極層と、により第３の容量素子が構成され、  A third capacitor is formed by an electrode layer formed on a surface of the weight body facing the third block and a counter electrode layer formed on a surface of the third block facing the weight body. The element is configured,
前記重錘体の前記第４のブロックに対向する面に形成された電極層と、前記第４のブロックの前記重錘体に対向する面に形成された対向電極層と、により第４の容量素子が構成され、  A fourth capacitor is formed by an electrode layer formed on a surface of the weight body facing the fourth block and a counter electrode layer formed on a surface of the fourth block facing the weight body. The element is configured,
前記重錘体の前記上方電極に対向する面に形成された電極層と、前記上方電極とにより第５の容量素子が構成され、  A fifth capacitive element is constituted by the electrode layer formed on the surface of the weight body facing the upper electrode and the upper electrode,
前記重錘体の前記下方電極に対向する面に形成された電極層と、前記下方電極とにより第６の容量素子が構成され、  A sixth capacitor element is configured by the electrode layer formed on the surface of the weight body facing the lower electrode and the lower electrode,
前記上方電極と前記第５のブロックとの間には配線が施され、前記下方電極と前記第６のブロックとの間には配線が施され、  Wiring is applied between the upper electrode and the fifth block, and wiring is applied between the lower electrode and the sixth block.
前記第５のブロックのうち、少なくとも、前記上方電極からの配線とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分は、導電性材料から構成されており、  Of the fifth block, at least a portion necessary for electrically connecting the wiring from the upper electrode and the upper surface of the block is made of a conductive material,
前記第６のブロックのうち、少なくとも、前記下方電極からの配線とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分は、導電性材料から構成されており、  Of the sixth block, at least a portion necessary for electrically connecting the wiring from the lower electrode and the block upper surface is made of a conductive material,
前記橋梁部および前記支持ブロックのうち、少なくとも、前記重錘体側の電極層とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分は、導電性材料から構成されており、  Of the bridge portion and the support block, at least a portion necessary for electrically connecting the electrode layer on the weight body side and the upper surface of the block is made of a conductive material,
前記上方基板は絶縁性材料からなり、その厚み方向に形成された貫通孔内にそれぞれ第１の配線用端子〜第６の配線用端子および重錘体配線用端子が設けられており、各配線用  The upper substrate is made of an insulating material, and first to sixth wiring terminals to weight wiring terminals are provided in through holes formed in the thickness direction of the upper substrate. for 端子の上端には、前記検出回路に対する配線が施されており、The upper end of the terminal is wired to the detection circuit,
第１の配線用端子の下端は前記第１のブロックの上面に電気的に接続され、第２の配線用端子の下端は前記第２のブロックの上面に電気的に接続され、第３の配線用端子の下端は前記第３のブロックの上面に電気的に接続され、第４の配線用端子の下端は前記第４のブロックの上面に電気的に接続され、第５の配線用端子の下端は前記第５のブロックの上面に電気的に接続され、第６の配線用端子の下端は前記第６のブロックの上面に電気的に接続され、重錘体配線用端子の下端は前記支持ブロックの上面に電気的に接続されており、  The lower end of the first wiring terminal is electrically connected to the upper surface of the first block, the lower end of the second wiring terminal is electrically connected to the upper surface of the second block, and the third wiring The lower end of the terminal for electrical connection is electrically connected to the upper surface of the third block, the lower end of the fourth wiring terminal is electrically connected to the upper surface of the fourth block, and the lower end of the fifth wiring terminal Is electrically connected to the upper surface of the fifth block, the lower end of the sixth wiring terminal is electrically connected to the upper surface of the sixth block, and the lower end of the weight wiring terminal is the support block Is electrically connected to the top surface of
前記検出回路は、前記第１〜第６の容量素子の一部に対して交流信号を与えることにより前記重錘体を運動させ、この運動させた状態において、前記第１〜第６の容量素子の一部の静電容量値に基づいて、検出対象となる角速度成分を検出し、  The detection circuit moves the weight body by applying an AC signal to a part of the first to sixth capacitive elements, and in the moved state, the first to sixth capacitive elements Based on a part of the capacitance value, the angular velocity component to be detected is detected,
前記第１〜第４のブロックのうちの一部もしくは全部は、物理的に分離された複数の副ブロックによって構成され、前記第１〜第４の容量素子のうちの一部もしくは全部は、電気的に独立した複数の副容量素子によって構成され、各副ブロックごとにそれぞれ配線用端子が設けられ、複数の副容量素子の一部に対して交流信号を与えることにより重錘体を運動させ、複数の副容量素子の別な一部の静電容量値に基づいて、検出対象となる角速度成分を検出することを特徴とする角速度センサ。Some or all of the first to fourth blocks are configured by a plurality of physically separated sub-blocks, and some or all of the first to fourth capacitive elements are electrically Each of the sub-blocks is provided with a wiring terminal, and the weight body is moved by applying an AC signal to a part of the plurality of sub-capacitors, An angular velocity sensor that detects an angular velocity component to be detected based on another part of capacitance values of the plurality of sub-capacitance elements.

ＸＹＺ三次元直交座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各座標軸まわりの角速度成分、または所定の二座標軸まわりの角速度成分を検出する角速度センサであって、An angular velocity sensor that detects an angular velocity component around each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis coordinate axes in an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system, or an angular velocity component around a predetermined two coordinate axes,
前記座標系の原点位置に配置された重錘体と、  A weight body disposed at the origin position of the coordinate system;
前記重錘体に対して所定間隔をおいて、Ｘ軸正方向上に配置された第１のブロックと、  A first block disposed on the positive direction of the X axis at a predetermined interval with respect to the weight body;
前記重錘体に対して所定間隔をおいて、Ｘ軸負方向上に配置された第２のブロックと、  A second block disposed on the negative direction of the X-axis at a predetermined interval with respect to the weight body;
前記重錘体に対して所定間隔をおいて、Ｙ軸正方向上に配置された第３のブロックと、  A third block disposed on the positive direction of the Y-axis at a predetermined interval with respect to the weight body;
前記重錘体に対して所定間隔をおいて、Ｙ軸負方向上に配置された第４のブロックと、  A fourth block disposed on the negative direction of the Y axis at a predetermined interval with respect to the weight body;
配線用の第５のブロックと、  A fifth block for wiring;
配線用の第６のブロックと、  A sixth block for wiring;
前記重錘体を支持するための支持ブロックと、  A support block for supporting the weight body;
前記重錘体と前記支持ブロックとの間に接続され、可撓性を有する橋梁部と、  A bridge portion connected between the weight body and the support block and having flexibility;
前記重錘体の上面に対しては所定間隔を維持しつつ、前記第１〜第６のブロックの上面に接合された上方基板と、  An upper substrate bonded to the upper surfaces of the first to sixth blocks while maintaining a predetermined interval with respect to the upper surface of the weight body,
前記重錘体の下面に対しては所定間隔を維持しつつ、前記第１〜第６のブロックの下面に接合された下方基板と、  A lower substrate bonded to the lower surfaces of the first to sixth blocks while maintaining a predetermined interval with respect to the lower surface of the weight body,
前記上方基板の下面の前記重錘体の上面に対向する部分に形成された上方電極と、  An upper electrode formed on a portion of the lower surface of the upper substrate facing the upper surface of the weight body;
前記下方基板の上面の前記重錘体の下面に対向する部分に形成された下方電極と、  A lower electrode formed on a portion of the upper surface of the lower substrate facing the lower surface of the weight body;
所定の電気信号により前記重錘体を運動させ、検出対象となる角速度を電気信号として取り出す検出回路と、  A detection circuit that moves the weight body according to a predetermined electrical signal and extracts an angular velocity to be detected as an electrical signal;
を備え、  With
前記重錘体のうち、少なくとも表面の主要部は、電極層を形成することができるように導電性材料から構成されており、  Of the weight body, at least the main part of the surface is made of a conductive material so that an electrode layer can be formed,
前記第１〜第４のブロックのうち、少なくとも、前記重錘体側の電極層に対向する対向電極層を形成するのに必要な部分、およびこの対向電極層とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分は、導電性材料から構成されており、  Of the first to fourth blocks, at least a portion necessary for forming a counter electrode layer facing the electrode layer on the weight body side, and the counter electrode layer and the block upper surface are electrically connected. The necessary part is made of conductive material,
前記重錘体の前記第１のブロックに対向する面に形成された電極層と、前記第１のブロックの前記重錘体に対向する面に形成された対向電極層と、により第１の容量素子が構成され、  An electrode layer formed on a surface of the weight body facing the first block and a counter electrode layer formed on a surface of the first block facing the weight body have a first capacitance. The element is configured,
前記重錘体の前記第２のブロックに対向する面に形成された電極層と、前記第２のブロックの前記重錘体に対向する面に形成された対向電極層と、により第２の容量素子が構成され、  The electrode layer formed on the surface of the weight body facing the second block and the counter electrode layer formed on the surface of the second block facing the weight body has a second capacitance. The element is configured,
前記重錘体の前記第３のブロックに対向する面に形成された電極層と、前記第３のブロ  An electrode layer formed on a surface of the weight body facing the third block, and the third block. ックの前記重錘体に対向する面に形成された対向電極層と、により第３の容量素子が構成され、A third capacitive element is formed by a counter electrode layer formed on a surface of the pack facing the weight body,
前記重錘体の前記第４のブロックに対向する面に形成された電極層と、前記第４のブロックの前記重錘体に対向する面に形成された対向電極層と、により第４の容量素子が構成され、  A fourth capacitor is formed by an electrode layer formed on a surface of the weight body facing the fourth block and a counter electrode layer formed on a surface of the fourth block facing the weight body. The element is configured,
前記重錘体の前記上方電極に対向する面に形成された電極層と、前記上方電極とにより第５の容量素子が構成され、  A fifth capacitive element is constituted by the electrode layer formed on the surface of the weight body facing the upper electrode and the upper electrode,
前記重錘体の前記下方電極に対向する面に形成された電極層と、前記下方電極とにより第６の容量素子が構成され、  A sixth capacitor element is configured by the electrode layer formed on the surface of the weight body facing the lower electrode and the lower electrode,
前記上方電極と前記第５のブロックとの間には配線が施され、前記下方電極と前記第６のブロックとの間には配線が施され、  Wiring is applied between the upper electrode and the fifth block, and wiring is applied between the lower electrode and the sixth block.
前記第５のブロックのうち、少なくとも、前記上方電極からの配線とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分は、導電性材料から構成されており、  Of the fifth block, at least a portion necessary for electrically connecting the wiring from the upper electrode and the upper surface of the block is made of a conductive material,
前記第６のブロックのうち、少なくとも、前記下方電極からの配線とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分は、導電性材料から構成されており、  Of the sixth block, at least a portion necessary for electrically connecting the wiring from the lower electrode and the block upper surface is made of a conductive material,
前記橋梁部および前記支持ブロックのうち、少なくとも、前記重錘体側の電極層とブロック上面とを電気的に導通させるために必要な部分は、導電性材料から構成されており、  Of the bridge portion and the support block, at least a portion necessary for electrically connecting the electrode layer on the weight body side and the upper surface of the block is made of a conductive material,
前記上方基板は絶縁性材料からなり、その厚み方向に形成された貫通孔内にそれぞれ第１の配線用端子〜第６の配線用端子および重錘体配線用端子が設けられており、各配線用端子の上端には、前記検出回路に対する配線が施されており、  The upper substrate is made of an insulating material, and first to sixth wiring terminals to weight wiring terminals are provided in through holes formed in the thickness direction of the upper substrate. At the upper end of the terminal for use, wiring for the detection circuit is made
第１の配線用端子の下端は前記第１のブロックの上面に電気的に接続され、第２の配線用端子の下端は前記第２のブロックの上面に電気的に接続され、第３の配線用端子の下端は前記第３のブロックの上面に電気的に接続され、第４の配線用端子の下端は前記第４のブロックの上面に電気的に接続され、第５の配線用端子の下端は前記第５のブロックの上面に電気的に接続され、第６の配線用端子の下端は前記第６のブロックの上面に電気的に接続され、重錘体配線用端子の下端は前記支持ブロックの上面に電気的に接続されており、  The lower end of the first wiring terminal is electrically connected to the upper surface of the first block, the lower end of the second wiring terminal is electrically connected to the upper surface of the second block, and the third wiring The lower end of the terminal for electrical connection is electrically connected to the upper surface of the third block, the lower end of the fourth wiring terminal is electrically connected to the upper surface of the fourth block, and the lower end of the fifth wiring terminal Is electrically connected to the upper surface of the fifth block, the lower end of the sixth wiring terminal is electrically connected to the upper surface of the sixth block, and the lower end of the weight wiring terminal is the support block Is electrically connected to the top surface of
前記検出回路は、前記第１〜第６の容量素子の一部に対して交流信号を与えることにより前記重錘体を運動させ、この運動させた状態において、前記第１〜第６の容量素子の一部の静電容量値に基づいて、検出対象となる角速度成分を検出し、  The detection circuit moves the weight body by applying an AC signal to a part of the first to sixth capacitive elements, and in the moved state, the first to sixth capacitive elements Based on a part of the capacitance value, the angular velocity component to be detected is detected,
前記上方電極および前記下方電極のうちのいずれか一方もしくは双方は、物理的に分離された複数の副電極によって構成され、前記第５の容量素子および前記第６の容量素子のうちのいずれか一方もしくは双方は、電気的に独立した複数の副容量素子によって構成され、前記第５のブロックおよび前記第６のブロックのうちのいずれか一方もしくは双方は、物理的に分離された複数の副ブロックによって構成され、各副電極と各副ブロックとの間はそれぞれ配線によって電気的に接続され、各副ブロックごとにそれぞれ配線用端子が設けられ、複数の副容量素子の一部に対して交流信号を与えることにより重錘体を運動させ、複数の副容量素子の別な一部の静電容量値に基づいて、検出対象となる角速度成分を検出することを特徴とする角速度センサ。One or both of the upper electrode and the lower electrode are constituted by a plurality of physically separated sub-electrodes, and either one of the fifth capacitive element or the sixth capacitive element Alternatively, both are configured by a plurality of electrically independent sub-capacitance elements, and either one or both of the fifth block and the sixth block are formed by a plurality of physically separated sub-blocks. Each sub-electrode and each sub-block are electrically connected by wiring, wiring terminals are provided for each sub-block, and an AC signal is sent to some of the sub-capacitance elements. An angular velocity characterized by detecting the angular velocity component to be detected based on the capacitance value of another part of the plurality of sub-capacitance elements by moving the weight body Sensor.

請求項５または６に記載のセンサにおいて、The sensor according to claim 5 or 6,
重錘体が直方体からなり、その各面がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれかに直交するように配置されており、第１のブロック〜第４のブロックの前記重錘体に対する対向面が、前記重錘体の各面に対して平行面をなすように構成されていることを特徴とする角速度センサ。 The weight body is a rectangular parallelepiped, and each surface thereof is disposed so as to be orthogonal to any of the X-axis, Y-axis, and Z-axis, and the opposed surfaces of the first to fourth blocks with respect to the weight body The angular velocity sensor is configured to be parallel to each surface of the weight body.

請求項５〜７のいずれかに記載のセンサにおいて、The sensor according to any one of claims 5 to 7,
ＸＹ平面における第１象限〜第４象限にそれぞれ配置された４組の支持ブロックを有し、重錘体が、これら４組の支持ブロックのそれぞれから伸びた４本の橋梁部によって支持されており、少なくとも１組の支持ブロックについて配線用端子が設けられていることを特徴とする角速度センサ。 It has four sets of support blocks respectively arranged in the first quadrant to the fourth quadrant in the XY plane, and the weight body is supported by four bridge portions extending from each of these four sets of support blocks. An angular velocity sensor, wherein wiring terminals are provided for at least one set of support blocks.

請求項５〜８のいずれかに記載のセンサにおいて、The sensor according to any one of claims 5 to 8,
重錘体と第５のブロックとの間および重錘体と第６のブロックとの間に、第１のブロッ The first block is placed between the weight body and the fifth block and between the weight body and the sixth block. ク〜第４のブロックのいずれかのブロックが介在するように構成され、この介在するブロックに、上方電極と第５のブロックとを接続する配線および下方電極と第６のブロックとを接続する配線を非接触状態で挿通させるためのトンネルが形成されていることを特徴とする角速度センサ。The fourth block is configured to include any one of the fourth block, the wiring that connects the upper electrode and the fifth block, and the wiring that connects the lower electrode and the sixth block to the interposed block. An angular velocity sensor characterized in that a tunnel is formed to allow insertion of the sensor in a non-contact state.

請求項１〜９のいずれかに記載のセンサにおいて、The sensor according to any one of claims 1 to 9,
配線用端子が、上方基板に設けられた上広の錐状貫通孔の壁面に形成された金属層によって構成されていることを特徴とする角速度センサ。 An angular velocity sensor, wherein the wiring terminal is constituted by a metal layer formed on a wall surface of an upper conical through hole provided in the upper substrate.

請求項１〜１０のいずれかに記載のセンサにおいて、The sensor according to any one of claims 1 to 10,
所定幅をもった橋梁部として利用した場合に可撓性を与えるのに適した厚みを有する第１の導電層と、重錘体として利用した場合に検出に必要な質量を与えるのに適した厚みを有する第２の導電層と、これら両導電層の間に形成された絶縁層と、によって構成される三層構造をもった基板の一部により、各ブロックおよび重錘体が構成されており、橋梁部が前記第１の導電層を利用して形成されていることを特徴とする角速度センサ。 A first conductive layer having a thickness suitable for providing flexibility when used as a bridge portion having a predetermined width, and suitable for providing a mass necessary for detection when used as a weight body. Each block and weight body are constituted by a part of a substrate having a three-layer structure constituted by a second conductive layer having a thickness and an insulating layer formed between the two conductive layers. An angular velocity sensor, wherein a bridge portion is formed using the first conductive layer.