JPH07301536A

JPH07301536A - 角速度センサ

Info

Publication number: JPH07301536A
Application number: JP6119605A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kawai; 浩史川合
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-05-09
Filing date: 1994-05-09
Publication date: 1995-11-14

Abstract

(57)【要約】【目的】角速度センサの構造を、感磁性半導体素子等
を用いた簡単なものとし、製造の簡素化を図る。【構成】基板２２上に支持枠２３を設け、支持枠２３
に各支持梁２５を介して音叉振動子２６を浮遊状態に設
けると共に、基板２２の中央部には固定部２９を固着し
て設ける。また、基板２２を施蓋するカバー３１上には
マグネット３２を固着して設けると共に、音叉振動子２
６の各振動板２７上には磁気抵抗素子３３を着膜形成す
る。これにより、音叉振動子２６の各振動板２７が矢示
Ａ1 ，Ａ2に振動している状態で、音叉軸Ｙ−Ｙを軸中
心とする角速度ωの回転が作用すると、各振動板２７に
はコリオリ力（矢示Ｆ1 ，Ｆ2 ）による捩れ振動が生じ
る。このときの各振動板２７の変位をマグネット３２に
より形成された磁界中において、各磁気抵抗素子３３が
角速度として検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転体の角速度を検出
する角速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術による角速度センサを図１４お
よび図１５に基づいて述べる。

【０００３】図中、１は従来技術による角速度センサを
示し、該角速度センサ１は、高抵抗を有するシリコン材
料によって形成された基板２と、該基板２上にはポリシ
リコン材料を半導体微細加工技術を利用して加工するこ
とによって形成された後述の音叉振動子６，固定部１
２，１３，１３等からなる角速度検出部とから大略構成
されている。

【０００４】３，３は支持部を示し、該各支持部３は絶
縁膜４を介して前記基板２上の前後方向に離間して設け
られ、該各支持部３には前後方向に向けて伸長する４本
の支持梁５，５，…が一体形成されている。

【０００５】６は各支持梁５を介して支持された枠状の
音叉振動子を示し、該音叉振動子６は、左右方向に離間
して設けられた一対の振動板７，７と、該各振動板７の
左，右両側面に形成され、それぞれ左右方向に伸長する
振動側くし状部８，８と、前記各振動板７から前後方向
両側に向けて伸長する８本の第１の腕部９，９，…と、
各第１の腕部９の先端側と前記支持梁５の先端側とを連
結して左右方向に伸びる第２の腕部１０，１０とからな
る。また、前記各振動板７には上下方向に貫通するスル
ホール１１，１１，…が設けられ、該各振動板７が上下
方向に変位するときの空気抵抗を低減するようになって
いる。

【０００６】１２，１３，１３は基板２上に絶縁膜４を
介して固着された固定部を示し、該固定部１２は前記振
動板７の間（即ち基板２の中央部）に位置して設けら
れ、各固定部１３は基板２の左右両側に位置して設けら
れている。また、中央部に位置した該固定部１２の左，
右両側面には、前記各振動板７の振動側くし状部８に対
向し、該振動側くし状部８と隙間を介して噛合う固定側
くし状部１４，１４が形成されている。一方、前記各固
定部１３の内側側面には、前記各振動板７の振動側くし
状部８に対向し、該振動側くし状部８と隙間を介して噛
合う固定側くし状部１５が形成されている。

【０００７】１６，１６は固定部１２を挟んで左右の振
動板７，７との間に設けられた振動発生手段としての振
動発生部を示し、該各振動発生部１６は各振動側くし状
部８と各固定側くし状部１４とから構成されている。そ
して、各振動側くし状部８と各固定側くし状部１４とに
振動駆動信号が印加されると、これらの間に発生する静
電力によって各振動板７が矢示Ａ1 ，Ａ2 方向に振動す
る。

【０００８】一方、１７，１７は振動板７，７と固定部
１３，１３との間にそれぞれ設けられた振動発生手段と
しての振動発生部を示し、該各振動発生部１７は振動側
くし状部８と固定側くし状部１５から構成されている。
そして、各振動側くし状部８と固定側くし状部１５とに
振動駆動信号が印加されると、これらの間に発生する静
電力によっても各振動板７が矢示Ａ1 ，Ａ2 方向に振動
する。

【０００９】１８，１８は音叉振動子６の各振動板７上
にそれぞれ設けられた一対の振動側電極板を示し、該各
振動側電極板１８は各振動板７に絶縁膜を介して形成さ
れている。また、該各振動側電極板１８にはリード線を
介して外部の信号処理回路（いずれも図示せず）に接続
され、後述の各カバー側電極板２０との間の静電容量を
検出するようになっている。なお、該各振動側電極板１
８に接続されたリード線は、各第２の腕部１０，各第１
の腕部９および支持梁５等の上側表面にパターニングさ
れており、各支持部３を介して外部の信号処理回路に接
続されている。

【００１０】１９は基板２を上側から施蓋するように設
けられたカバーを示し、該カバー１９はその内側に前記
音叉振動子６，固定部１２，１３，１３等を収容し、外
部から異物や液体が侵入するのを防止する。

【００１１】２０，２０は図１５に示すようにカバー１
９の内部側に位置し、前記各振動側電極板１８と対向す
る位置に配設されたカバー側電極板を示し、該各カバー
側電極板２０は前述した信号処理回路に接続され、前記
各振動側電極板１８との間の静電容量を検出するように
なっている。

【００１２】このように構成される従来技術による角速
度センサ１においては、各支持部３，各支持梁５および
音叉振動子６をポリシリコンによって一体形成すること
によって、各支持梁５および音叉振動子６を基板２上に
浮遊した状態で支持しているから、支持梁５および各腕
部９，１０の張力により、各振動板７は左右方向（基板
２に対して水平方向）と上下方向（垂直方向）に振動可
能となっている。

【００１３】次に、従来技術による角速度センサ１の角
速度検出動作について述べるに、まず、各振動発生部１
６，１７に振動駆動信号を印加すると、各振動側くし状
部８と各固定側くし状部１４との間、各振動側くし状部
８と各固定側くし状部１５との間に静電力が生じ、各振
動板７が図中の矢示Ａ1 ，Ａ2 のように互いに逆方向に
同じ大きさで音叉振動する。この状態で、音叉軸Ｙ−Ｙ
を軸中心に角速度ωで回転すると、各振動板７には音叉
軸Ｙ−Ｙに直交する方向にコリオリ力Ｆ1 ，Ｆ2 （慣性
力）が発生する。また、このコリオリ力Ｆ1 ，Ｆ2 によ
って振動板７に捩れ振動が生じるため、各振動側電極板
１８と対向する各カバー側電極板２０との間の離間距離
が変化し、これにより両者間の静電容量が変化する。こ
れを角速度の検出信号として外部の信号処理回路に出力
する。なお、この信号処理回路はダイオードキャパシタ
ブリッジ回路またはスイッチドキャパシタ回路等により
構成されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、音叉振動子６の各振動板７の捩れ振動を、
該各振動板７上に設けた各振動側電極板１８と、カバー
１９側に設けた各カバー側電極２０との間の静電容量を
検出することにより、角速度検出を行う構成となってい
る。

【００１５】しかし、当該角速度センサ１は半導体微細
加工技術を利用して加工された小型のチップとして製造
され、例えば音叉振動子６の各振動板７等はその厚さ寸
法が１〜数μｍと非常に薄いものである。さらに、前記
各振動側電極板１８と各カバー側電極板２０との間の離
間距離も１〜数μｍと微小なため、各振動側電極板１８
と各カバー側電極板２０との相互の位置決めや、両者の
離間距離を正確に設定することが難しく、加工が複雑に
なるという問題がある。

【００１６】また、従来技術による角速度センサ１は、
各振動側電極板１８と各カバー側電極板２０との間の静
電容量を検出し、これを信号処理回路によって処理する
ことで角速度を測定する構成であるため、ダイオードキ
ャパシタブリッジ回路またはスイッチドキャパシタ回路
等の複雑な電子回路を角速度検出の信号処理回路として
用いる必要があり、部品点数の削減等を図れないという
問題がある。

【００１７】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、磁界発生手段および感磁性検知手段等か
らなる比較的簡単な構造とし、製造面においても簡素化
を図ることができる角速度センサを提供することを目的
としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１の発明による角速度センサは、基板
と、該基板に支持梁を介して支持され、音叉軸を軸中心
とする音叉振動を行う音叉振動子と、該音叉振動子を前
記基板に対して水平方向に振動させる振動発生手段と、
前記音叉振動子に磁界を与えるように前記基板側に固着
された磁界発生手段と、前記音叉振動子に設けられ、前
記振動発生手段で音叉振動子に水平振動を与えている状
態で、該音叉振動子の音叉軸を中心とする角速度が加わ
ったときに、コリオリ力により前記音叉振動子に生じる
垂直方向の捩れ振動を、前記磁界発生手段による磁界の
変化として検知する感磁性検知手段とからなる構成を採
用している。

【００１９】さらに、前記基板には、前記音叉振動子を
内側に収容するように施蓋するカバーを設け、該カバー
に前記磁界発生手段を固着する構成とするのが好まし
い。

【００２０】また、請求項３の発明による角速度センサ
は、基板と、該基板に支持梁を介して支持され、音叉軸
を軸中心とする音叉振動を行う音叉振動子と、該音叉振
動子を前記基板に対して水平方向に振動させる振動発生
手段と、前記音叉振動子に連結され、前記振動発生手段
で該音叉振動子に水平振動を与えている状態で、該音叉
振動の音叉軸を中心とする角速度が加わったときに、コ
リオリ力により前記音叉振動子に生じる捩れ振動を受け
て振動する検出用捩れ振動子と、該検出用捩れ振動子に
磁界を与えるように前記基板側に固着された磁界発生手
段と、前記検出用捩れ振動子に設けられ、該検出用捩れ
振動子の振動を前記磁界発生手段による磁界の変化とし
て検知する感磁性検知手段とからなる構成を採用してい
る。

【００２１】さらに、前記基板には、前記音叉振動子と
前記検出用捩れ振動子とを内側に収容するように施蓋す
るカバーを設け、該カバーに前記磁界発生手段を固着す
る構成とするのが好ましい。

【００２２】一方、請求項１の発明に基づく角速度セン
サまたは請求項３の発明に基づく角速度センサのいずれ
においても、前記感磁性検知手段は磁気抵抗素子または
ホール素子からなる感磁性半導体素子を用いることが好
ましい。

【００２３】

【作用】上記請求項１の構成によれば、振動発生手段に
より振動が付与され、基板に対して水平振動している音
叉振動子に、該音叉振動子の音叉軸を回転中心とする角
速度が加わると、該音叉振動子はコリオリ力によって垂
直方向に捩れ振動する。一方、該音叉振動子には磁界発
生手段によって磁界が与えられているので、該音叉振動
子に設けられた感磁性検知手段は、該音叉振動子の捩れ
振動を磁界の変化として捉え、これを角速度として検出
する。

【００２４】また、請求項３の構成によれば、振動発生
手段により振動が付与され、基板に対して水平振動して
いる音叉振動子に、該音叉振動子の音叉軸を回転中心と
する角速度が加わると、該音叉振動子はコリオリ力によ
って垂直方向に捩れ振動する。そして、該音叉振動子の
捩れ振動は検出用捩れ振動子に伝達され、該検出用捩れ
振動子も垂直方向に振動する。一方、該検出用捩れ振動
子には磁界発生手段によって磁界が与えられているの
で、該検出用捩れ振動子に設けられた感磁性検知手段
は、該検出用捩れ振動子の捩れ振動を磁界の変化として
捉え、これを角速度として検出する。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図１３に
基づいて説明する。

【００２６】まず、図１ないし図９に本発明の第１の実
施例を示すに、図中、２１は本実施例による角速度セン
サ、２２は単結晶のシリコン材料によって板状に形成さ
れた基板をそれぞれ示す。

【００２７】２３は基板２２上に絶縁膜２４を介して固
着され、ポリシリコン材料によって大形の枠状に形成さ
れた支持枠を示し、該支持枠２３には、支持梁２５，２
５が音叉軸Ｙ−Ｙに沿って内側に向けて突出形成されて
いる。

【００２８】２６は基板２２上に位置し、小形の枠状に
形成された音叉振動子を示し、該音叉振動子２６は低抵
抗なポリシリコン材料によって形成され、音叉軸Ｙ−Ｙ
に平行な位置に設けられた一対の振動板２７，２７と、
該各振動板２７に連結され、該音叉振動子２６を枠状に
形成する略コ字状の腕部２８，２８とからなる。また、
該音叉振動子２６は前記各腕部２８により支持梁２５を
介して支持枠２３に連結されているから、該音叉振動子
２６は基板２２に対して浮遊した状態で支持されてい
る。これにより、該各振動板２７は左右方向（基板２２
に対して水平方向）、上下方向（垂直方向）に振動可能
となっている。

【００２９】２９は基板２２の中央部に位置して該基板
２２上に絶縁膜２４を介して固着された固定部を示し、
該固定部２９と振動板２７間とに振動駆動信号が印加さ
れると、固定部２９の左右両側面と、この側面に対向す
る各振動板２７の側面との間に静電力が発生し、この静
電力により該各振動板２７は矢示Ａ1 ，Ａ2 のように互
いに逆方向に同じ大きさで振動し、当該音叉振動子２６
には音叉軸Ｙ−Ｙを中心軸とする音叉振動が発生する。
即ち、固定部２９の左，右両側面と、各振動板２７の側
面は、各振動板２７に振動を発生させる振動発生手段と
しての振動発生部３０，３０を構成している。

【００３０】３１は音叉振動子２６，固定部２９等を上
側から施蓋するカバーを示し、該カバー３１はガラス材
料，セラミック，樹脂等の絶縁材料によって形成されて
いる。また、該カバー３１の内側中央は図２に示すよう
に凹状に形成され、その内側に音叉振動子２６，固定部
２９等を収容するようになっている。さらに、該カバー
３１は支持枠２３上に陽極接合、接着剤等によって接合
されている。

【００３１】３２はカバー３１上に接着剤等により固着
された磁界発生手段としてのマグネットを示し、該マグ
ネット３２はフェライト等により構成された永久磁石で
あり、音叉振動子２６に設けられた後述の各磁気抵抗素
子３３に磁界を付与するものである。

【００３２】３３，３３は磁気抵抗素子またはホール素
子からなる感磁性半導体素子である感磁性検知手段を示
す。実施例では、この感磁性検知手段を磁気抵抗素子３
３として述べる。即ち、当該各磁気抵抗素子３３は、例
えばＩｎＳｂ（インジウムアンチモナイド），ＩｎＡｓ
（インジウムヒソ），Ｆｅ−Ｎｉ（パーマロイ）または
Ｎｉ−Ｃｏ（ニッケルコバルト）の磁気抵抗物質の薄膜
であり、スパッタ等の手段により音叉振動子２６の各振
動板２７上に絶縁膜（図示せず）を介してそれぞれ着膜
形成されている。また、該各磁気抵抗素子３３はリード
線（図示せず）により外部の信号処理回路４１（図９）
に接続されている。なお、該各磁気抵抗素子３３に接続
されたリード線は、腕部２８，支持梁２５および支持枠
２３等の上側表面にパターニングされている。

【００３３】ここで、角速度ωが作用したことにより音
叉振動子２６の各振動板２７に捩れ振動が生じたときに
は、これに伴って該各磁気抵抗素子３３が前記マグネッ
ト３２により形成された磁界中を上下方向（垂直方向）
に変位することとなるから、各磁気抵抗素子３３は、こ
のときの磁界の変化によって抵抗値を変化させる。そし
て、図９に示す信号処理回路４１が各磁気抵抗素子３３
の抵抗値の変化を電圧値に変換する。

【００３４】なお、図９に示す信号処理回路４１は、各
磁気抵抗素子３３と固定抵抗４２，４２とからなるブリ
ッジ回路と、このブリッジ回路に電流を供給する電源４
３と、前記ブリッジ回路から出力される信号を増幅する
増幅回路とから構成され、例えば、前記増幅回路は演算
増幅器４４，固定抵抗４５，４６とからなる非反転増幅
回路である。

【００３５】本実施例による角速度センサ２１は上述の
ような構成を有するもので、次に、該角速度センサ２１
の製造方法について図３ないし図８に基づいて説明す
る。

【００３６】まず、絶縁膜形成工程では、図３に示すよ
うにシリコン基板５１の一側表面に熱酸化等の手段によ
りＳｉＯ₂ 膜からなる絶縁膜５２を形成する。なお、前
記シリコン基板５１には、通常、直径が７．５〜１５．
５ｃｍ程度で、厚さが３００μｍ程度のシリコンウェハ
が用いられ、角速度センサ２１を製造する際には、１枚
のシリコンウェハ上に複数個の角速度センサ２１を一度
に形成するようにしている。

【００３７】次に、犠牲層形成工程では、図４に示すよ
うに、ＣＶＤ等の手段によって、リンドープＳｉＯ₂ 膜
からなるＰＳＧ膜５３（犠牲層）をシリコン基板５１の
絶縁膜５２上に形成する。

【００３８】次に、シリコン層形成工程では、図５に示
すように、ＣＶＤ等の手段によって、ポリシリコン膜５
４をシリコン基板５１の絶縁膜５２上またはＰＳＧ膜５
３上に形成する。なお、前記ポリシリコン膜５４はボロ
ン等を拡散することにより低抵抗に形成されたものであ
る。

【００３９】次に、パターニング工程では、図６に示す
ように、ウエットエッチング等の手段によって、ポリシ
リコン膜５４にエッチングを施し、支持枠２３，振動板
２７，固定部２９等を分離し、形成する。

【００４０】次に、磁気抵抗素子形成工程では、図７に
示すように、スパッタ等の手段によって、ポリシリコン
膜５４の部分のうち振動板２７に該当する部位上に、絶
縁膜としてのＳｉＯ ₂ 膜５５を形成し、その上にスパッ
タ等の手段によってＩｎＳｂ膜５６（磁気抵抗素子）を
形成する。

【００４１】次に、犠牲層除去工程では、図８に示すよ
うに、ウエットエッチング等の手段によってＰＳＧ膜５
３を除去する。

【００４２】上述した製造工程により、基板５１（２
２）上に絶縁膜５２（２４）を介してポリシリコン膜５
４による支持枠２３，振動板２７および固定部２９が形
成され、振動板２７上にはＩｎＳｂ膜５６（磁気抵抗素
子３３）が形成される。さらに、カバー３１を支持枠２
３上に陽極接合または接着剤等によって接合し、カバー
３１上にマグネット３２を接着剤等によって固着するこ
とにより、角速度センサ２１が完成する。

【００４３】次に、本実施例による角速度センサ２１に
おける角速度検出の動作について説明する。

【００４４】まず、各振動発生部３０に振動駆動信号が
印加されると、固定部２９と各振動板２７間に静電力が
発生し、各振動板２７は矢示Ａ1 ，Ａ2 方向のような逆
向きに音叉軸Ｙ−Ｙを中心とする音叉振動を行う。この
状態にあるときに、音叉軸Ｙ−Ｙを軸中心とした角速度
ωの回転力が作用すると、各振動板２７には音叉振動方
向に直交する方向のコリオリ力Ｆ1 ，Ｆ2 が発生する。
このコリオリ力Ｆ1 ，Ｆ2 により音叉軸回りのトルクが
各振動板２７に作用し、該各振動板２７には捩れ振動が
発生する。

【００４５】一方、音叉振動子２６にはマグネット３２
によって磁界が与えられているので、前記各振動板２７
が捩れ振動すると、該各振動板２７に設けられた磁気抵
抗素子３３が前記磁界中で上下方向（垂直方向）に変位
することとなる。即ち、前記各振動板２７が捩れ振動に
より各磁気抵抗素子３３とマグネット３２との距離が変
化するので、各磁気抵抗素子３３に作用する磁界強度が
変化し、磁気抵抗素子３３の抵抗値が変化する。そし
て、各磁気抵抗素子３３の抵抗値の変化を信号処理回路
４１を介して角速度検出信号として外部に出力する。

【００４６】かくして、本実施例によれば、音叉振動子
２６に磁界を与えるマグネット３２をカバー３１に固着
して設けると共に、音叉振動子２６の各振動板２７上に
磁気抵抗素子３３を着膜形成する構成としたから、当該
角速度センサ２１に角速度ωが作用したときの各振動板
２７の捩れ振動を、各磁気抵抗素子３３の抵抗値の変化
によって検出し、これを角速度として出力することがで
きる。

【００４７】これにより、従来技術で述べた静電容量式
の角速度センサ１が、音叉振動子６の各振動板７に各振
動側電極板１８を設けると共に、該各振動側電極板１８
と対向する位置に各カバー側電極板２０を設けるといっ
た複雑な構造だったのに対し、本実施例による角速度セ
ンサ２１は、カバー３１上にマグネット３２を設け、音
叉振動子２６の各振動板２７上に磁気抵抗素子３３を着
膜形成するといった簡単な構造とすることができる。

【００４８】即ち、音叉振動子２６の各振動板２７上に
磁気抵抗素子３３（５６）を形成することは、上述した
製造方法で述べた如く容易であり、カバー３１上にマグ
ネット３２を固着することは格別高度な技術を要しな
い。さらに、従来技術の角速度センサ１では、各電極板
１８，２０の位置決めや、離間距離の設定を高精度に行
わなければならなかったのに対し、本実施例による角速
度センサ２１では、その必要もない。

【００４９】従って、製造工程の簡素化，短縮化を図る
ことができ、角速度センサ２１の歩留を向上させること
ができる。

【００５０】また、本実施例による角速度センサ２１で
は、各磁気抵抗素子３３を用いたことにより、信号処理
回路４１を抵抗ブリッジ回路から構成される簡単な電子
回路とすることができ、部品点数の削減を図ることがで
きる。

【００５１】次に、図１０および図１１に本発明の第２
の実施例を示すに、本実施例の特徴は、音叉振動子に連
結して設けられ、音叉振動子の捩れ振動が伝達されて振
動する検出用捩れ振動子に感磁性検知手段を配設したこ
とにある。

【００５２】図中、６１は本実施例による角速度セン
サ、６２は単結晶のシリコン材料によって板状に形成さ
れた基板をそれぞれ示す。６３は基板６２上に絶縁膜６
４を介して固着され、ポリシリコン材料によって大形の
枠状に形成された支持枠を示し、該支持枠６３には支持
梁６５，６５が音叉軸Ｙ−Ｙに沿って内側に向けてそれ
ぞれ突出形成されている。

【００５３】ここで、前記各支持梁６５，６５は、支持
枠６３と後述する検出用捩れ振動子６９とを連結する第
１の支持梁部６５Ａ，６５Ａと、前記検出用捩れ振動子
６９と音叉振動子６６とを連結する第２の支持梁部６５
Ｂ，６５Ｂとからなる。

【００５４】６６は基板６２上に位置し、小形の枠状に
ポリシリコン材料によって形成された音叉振動子を示
し、該音叉振動子６６は前記第１の実施例で述べた音叉
振動子２６と同様に、振動板６７，６７と該各振動板６
７を連結する腕部６８，６８とからなり、該各腕部６８
が支持梁６５を介して支持枠６３に連結されている。ま
た、該音叉振動子６６は基板６２に対して浮遊した状態
で支持されており、各振動板６７は左右方向（基板６２
に対して水平方向），上下方向（垂直方向）に振動可能
となっている。

【００５５】６９は支持枠６３と音叉振動子６６との間
に位置し、支持梁６５に連結された検出用捩れ振動子を
示し、該検出用捩れ振動子６９は各第１の支持梁部６５
Ａと各第２の支持梁部６５Ｂとによって支持され、ポリ
シリコン材料によって中形な枠状に形成されている。そ
して、該検出用捩れ振動子６９は、前記音叉振動子６６
に捩れ振動が生じたときに、この振動を受けて上下方向
（垂直方向）に振動する。

【００５６】７０は基板６２上の中央部に絶縁膜６４を
介して固着された固定部を示し、該固定部７０と振動板
６７間とに振動駆動信号が印加されると、固定部７０の
左右両側面と、この側面に対向する各振動板６７の側面
との間に静電力が発生し、この静電力により該各振動板
６７は矢示Ａ1 ，Ａ2 のように互いに逆方向に同じ大き
さで振動し、当該音叉振動子６６には音叉軸Ｙ−Ｙを中
心軸とする音叉振動が発生する。即ち、固定部７０の
左，右両側面と、各振動板６７の側面は、各振動板６７
に振動を発生させる振動発生手段としての振動発生部７
１，７１を構成している。

【００５７】７２は音叉振動子６６，検出用捩れ振動子
６９および固定部７０等を上側から施蓋する絶縁材料か
らなるカバー、７３，７３は該カバー７２上に固着され
た２個のマグネットを示し、該各マグネット７３はフェ
ライト等により構成された永久磁石であり、検出用捩れ
振動子６９上に設けられた後述の各磁気抵抗素子７４に
磁界を与えるものである。

【００５８】７４，７４は検出用捩れ振動子６９上の左
側，右側にそれぞれ配設された感磁性検知手段としての
一対の磁気抵抗素子を示し、該各磁気抵抗素子７４は、
前記第１の実施例で述べた磁気抵抗素子３３とほぼ同様
に、ＩｎＳｂ（インジウムアンチモナイド）等の薄膜で
あり、スパッタ等の手段により各振動板６７上に絶縁膜
（図示せず）を介して着膜形成され、図９に示す信号処
理回路４１と同様の信号処理回路に接続されている。そ
して、該各磁気抵抗素子７４は、検出用捩れ振動子６９
の振動に伴い、前記各マグネット７３が形成した磁界中
で変位することにより抵抗値を変化させる。

【００５９】本実施例による角速度センサ６１は、上述
した如く構成されるが、次に、当該角速度センサ６１に
よる角速度検出の動作について説明する。

【００６０】まず、各振動発生部７１に振動駆動信号が
印加されると、各振動板６７は矢示Ａ1 ，Ａ2 方向のよ
うな音叉軸Ｙ−Ｙを中心とする音叉振動を行う。この状
態にあるときに、音叉軸回りに角速度ωの回転力が作用
すると、各振動板６７にはコリオリ力Ｆ1 ，Ｆ2 による
捩れ振動が発生する。そして、各振動板６７の捩れ振動
は、各支持梁６５Ａを介して検出用捩れ振動子６９に伝
達され、該検出用捩れ振動子６９が上下方向（垂直方
向）に振動する。

【００６１】一方、前記検出用捩れ振動子６９には各マ
グネット７３によって磁界が与えられているので、該検
出用捩れ振動子６９が振動すると、該検出用捩れ振動子
６９に設けられた磁気抵抗素子７４が前記磁界中で上下
方向（垂直方向）に変位することとなる。これにより、
各磁気抵抗素子７４に作用する磁界強度が変化するた
め、これに基づいて磁気抵抗素子７４の抵抗値が変化す
る。そして、該磁気抵抗素子７４の抵抗値の変化を信号
処理回路を介して角速度検出信号として外部に出力す
る。

【００６２】かくして、本実施例によれば、カバー７２
に設けた各マグネット７３と、検出用捩れ振動子６９に
設けた各磁気抵抗素子７４により、角速度ωが作用した
ときに検出用捩れ振動子６９が振動するのを各磁気抵抗
素子７４の抵抗値の変化によって検出し、これを角速度
として出力するようにしたから、前記第１の実施例と同
様に、角速度センサ６１の構造を従来技術による静電容
量式の角速度センサ１と比較しても大幅に簡素化でき
る。

【００６３】また、本実施例による角速度センサ６１も
前記第１の実施例による角速度センサ２１とほぼ同様の
製造方法によって製造することができる。これにより、
製造工程の簡素化，短縮化をも図ることができ、角速度
センサ６１の歩留を向上させることができる。

【００６４】さらに、本実施例による角速度センサ６１
は、検出用捩れ振動子６９に各磁気抵抗素子７４を設け
る構成としたから、第１の実施例による角速度センサ２
１のように音叉振動子２６の各振動板２７に磁気抵抗素
子３３を設ける場合と比較して、本実施例の角速度セン
サ６１では、音叉振動子６６の各振動板６７を軽量化す
ることができ、捩れ振動に対する負荷を軽減することが
できると共に、検出用捩れ振動子６９によって上下方向
（垂直方向）のみの振動を確実に検知することができる
ため、角速度の検出感度を大幅に向上させることができ
る。

【００６５】次に、図１２および図１３に本発明の第３
の実施例を示すに、本実施例の特徴は、図１４および図
１５に示す従来技術と同様の角速度センサに、磁界発生
手段および感磁性検知手段を適用したことにある。な
お、本実施例では、従来技術による角速度センサと同一
の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するも
のとする。

【００６６】図中、８１は本実施例による角速度センサ
を示し、該角速度センサ８１は、従来技術による角速度
センサ１とほぼ同様に、基板２、支持部３、支持梁５、
音叉振動子６、各固定部１２，１３、カバー１９等から
大略構成されている。

【００６７】しかし、本実施例による角速度センサ８１
は、カバー１９上に磁界発生手段としてのマグネット８
２が設けられると共に、音叉振動子６の各振動板７上に
は感磁性検知手段としての磁気抵抗素子８３，８３が設
けられている点で従来技術による角速度センサ１と相違
している。

【００６８】即ち、マグネット８２は前記第１の実施例
によるマグネット３２と同様にフェライト等により構成
された永久磁石であり、該カバー１９上に接着剤等によ
って固着されている。そして、該マグネット８２は音叉
振動子６の各振動板７に設けられた各磁気抵抗素子８３
に磁界を与えるものである。

【００６９】一方、磁気抵抗素子８３，８３は前記第１
の実施例による磁気抵抗素子３３と同様に、ＩｎＳｂ
（インジウムアンチモナイド）等の薄膜であり、スパッ
タ等の手段により各振動板２７上に絶縁膜を介して着膜
形成され、図９に示す信号処理回路４１と同様の信号処
理回路に接続されている。そして、該各磁気抵抗素子８
３は、各振動板７の捩れ振動に伴い、前記マグネット８
２が形成した磁界中で変位することにより抵抗値を変化
させる。

【００７０】本実施例による角速度センサ８１は、上述
した如く構成されるが、次に、該各速度センサ８１によ
る角速度検出の動作について説明する。

【００７１】即ち、各振動発生部１６，１７に振動駆動
信号が印加され、各振動板７が図中の矢示Ａ1 ，Ａ2 の
ように互いに逆方向に同じ大きさで音叉振動している状
態で、音叉軸Ｙ−Ｙを軸中心とした角速度ωの回転力が
作用すると、各振動板７にはコリオリ力Ｆ1 ，Ｆ2 によ
る捩れ振動が生じる。

【００７２】このとき、該各磁気抵抗素子８３は各振動
板７の捩れ振動に伴って、前記マグネット８２が形成し
た磁界中で上下方向（垂直方向）に変位することにより
抵抗値を変化させるから、この抵抗値の変化を検出し信
号処理回路を介して角速度検出信号として外部に出力す
る。

【００７３】かくして、本実施例による角速度センサ８
１においても、前記第１の実施例による角速度センサ２
１とほぼ同様の効果を得ることができる。

【００７４】なお、前記各実施例では、感磁性検知手段
として磁気抵抗素子３３（７４，８３）を用いる場合を
例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、磁気抵
抗素子３３（７４，８３）に代えてＧｓＡｓ（ガリウム
ヒソ），ＩｎＳｂ（インジウムアンチモナイド）または
ＩｎＡｓ（インジウムヒソ）からなるホール素子を用い
てもよく、ホール素子を用いる場合には、信号処理回路
４１等に代えて、ホール素子からの出力電圧を増幅する
増幅回路等から構成する。

【００７５】また、前記各実施例では、カバー３１（１
９，７２）上にマグネット３２（７３，８２）を設ける
ものとして説明したが、本発明はこれに限るものでな
く、磁気抵抗素子３３（７４）または磁気抵抗素子８３
に磁界を与えることができる位置であれば、いずれの場
所でもよく、例えば基板２２（２，６２）の下側面に設
けてもよい。

【００７６】さらに、前記各実施例では、音叉振動子２
６（６，６６）の各振動板２７（７，６７）に音叉振動
を発生させるために、静電力を利用したが、本発明はこ
れに限らず、圧電体等を用いて音叉振動を発生させるよ
うにしてもよい。

【００７７】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１の発明によ
れば、磁界発生手段により音叉振動子に磁界を与え、こ
の磁界中で前記音叉振動子が捩れ振動するときに生じる
磁界の変化を感磁性検知手段により角速度として検知す
る構成としたから、従来技術の如く、音叉振動子の振動
板に電極を設けると共に、該振動板と対向する位置に他
の電極を設け、各電極間の静電容量を検出する構成のい
わゆる静電容量式の角速度センサと比較しても、構造を
簡単なものとすることができる。また、音叉振動子の振
動板に前記磁界検出素子を設けるのみであるため、当該
角速度センサの製造における半導体微細加工による工程
の簡素化，短縮化を図ることができる。

【００７８】また、請求項３の発明によれば、磁界発生
手段により検出用捩れ振動子に磁界を与え、該磁界中で
前記検出用捩れ振動子が振動するときに生じる磁界の変
化を感磁性検知手段により角速度として検知する構成と
したから、請求項１記載の発明と同様に、当該角速度セ
ンサの構造を簡単なものとすることができ、当該角速度
センサの製造を簡素化することができる。

【００７９】また、角速度検出用の信号処理回路の構成
も、上述した静電容量式の角速度センサのものと比較し
て大幅に簡単化することができ、部品点数を削減して製
造コストの低減等を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による角速度センサをカ
バーの一部を破断にして示す斜視図である。

【図２】図１中の矢示II−II方向からみた縦断面図であ
る。

【図３】角速度センサの製造工程においてシリコン基板
に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程を示す縦断面図であ
る。

【図４】絶縁膜形成工程に続く犠牲層形成工程を示す縦
断面図である。

【図５】犠牲層形成工程に続くシリコン層形成工程を示
す縦断面図である。

【図６】シリコン層形成工程に続くパターニング工程を
示す縦断面図である。

【図７】パターニング工程に続く磁気抵抗素子形成工程
を示す縦断面図である。

【図８】磁気抵抗素子形成工程に続く犠牲層除去工程を
示す縦断面図である。

【図９】第１の実施例による角速度センサ用の信号処理
回路を示す回路図である。

【図１０】本発明の第２の実施例による角速度センサを
カバーの一部を破断にして示す斜視図である。

【図１１】図１０中の矢示XI−XI方向からみた縦断面図
である。

【図１２】本発明の第３の実施例による角速度センサを
カバーの一部を破断にして示す斜視図である。

【図１３】図１２中の矢示XIII−XIII方向からみた縦断
面図である。

【図１４】従来技術による角速度センサをカバーの一部
を破断にして示す斜視図である。

【図１５】図１４中の矢示XV−XV方向からみた縦断面図
である。

【符号の説明】

２，２２，６２基板５，２５，６５支持梁６，２６，６６音叉振動子７，２７，６７振動板１２，１３，２９，７０固定部１６，１７，３０，７１振動発生部（振動発生手段）１９，３１，７２カバー２１，６１，８１角速度センサ３２，７３，８２マグネット（磁界発生手段）３３，７４，８３磁気抵抗素子（感磁性検知手段）６９検出用捩れ振動子Ｙ−Ｙ音叉軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、該基板に支持梁を介して支持さ
れ、音叉軸を軸中心とする音叉振動を行う音叉振動子
と、該音叉振動子を前記基板に対して水平方向に振動さ
せる振動発生手段と、前記音叉振動子に磁界を与えるよ
うに前記基板側に固着された磁界発生手段と、前記音叉
振動子に設けられ、前記振動発生手段で音叉振動子に水
平振動を与えている状態で、該音叉振動子の音叉軸を中
心とする角速度が加わったときに、コリオリ力により前
記音叉振動子に生じる垂直方向の捩れ振動を、前記磁界
発生手段による磁界の変化として検知する感磁性検知手
段とから構成してなる角速度センサ。
【請求項２】前記基板には、前記音叉振動子を内側に
収容するように施蓋するカバーを設け、該カバーに前記
磁界発生手段を固着してなる請求項１記載の角速度セン
サ。
【請求項３】基板と、該基板に支持梁を介して支持さ
れ、音叉軸を軸中心とする音叉振動を行う音叉振動子
と、該音叉振動子を前記基板に対して水平方向に振動さ
せる振動発生手段と、前記音叉振動子に連結され、前記
振動発生手段で該音叉振動子に水平振動を与えている状
態で、該音叉振動の音叉軸を中心とする角速度が加わっ
たときに、コリオリ力により前記音叉振動子に生じる捩
れ振動を受けて振動する検出用捩れ振動子と、該検出用
捩れ振動子に磁界を与えるように前記基板側に固着され
た磁界発生手段と、前記検出用捩れ振動子に設けられ、
該検出用捩れ振動子の振動を前記磁界発生手段による磁
界の変化として検知する感磁性検知手段とから構成して
なる角速度センサ。
【請求項４】前記基板には、前記音叉振動子と前記検
出用捩れ振動子とを内側に収容するように施蓋するカバ
ーを設け、該カバーに前記磁界発生手段を固着してなる
請求項３記載の角速度センサ。
【請求項５】前記感磁性検知手段は磁気抵抗素子また
はホール素子からなる感磁性半導体素子である請求項
１，２，３または４記載の角速度センサ。