JPH10115527A - 共振子 - Google Patents
共振子Info
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- JPH10115527A JPH10115527A JP9331159A JP33115997A JPH10115527A JP H10115527 A JPH10115527 A JP H10115527A JP 9331159 A JP9331159 A JP 9331159A JP 33115997 A JP33115997 A JP 33115997A JP H10115527 A JPH10115527 A JP H10115527A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 機械加工技術等によるトリミング加工を必要
とせず、検出感度が良好で、かつ、極めて小型の共振子
を提供する。 【解決手段】シリコンのマイクロマシニング技術を利用
してシリコン基板１に両端固定の重り部２と梁３からな
る振動体10を形成する。この振動体10に静電引力15を付
与する静電印加手段としての導電層12を、振動体に隙間
を介して対向配設する。この静電引力15を調整すること
で、振動体10の共振周波数を調整する。
とせず、検出感度が良好で、かつ、極めて小型の共振子
を提供する。 【解決手段】シリコンのマイクロマシニング技術を利用
してシリコン基板１に両端固定の重り部２と梁３からな
る振動体10を形成する。この振動体10に静電引力15を付
与する静電印加手段としての導電層12を、振動体に隙間
を介して対向配設する。この静電引力15を調整すること
で、振動体10の共振周波数を調整する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ジャイロ等の共振
子に関するものである。
子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３には、従来の共振子の斜視図が示さ
れている。この共振子16は、従来のシリコンのマイクロ
マシニング技術等を利用して作製した微細素子の共振子
16である。同図において、シリコン基板１上には窒化膜
７およびポリシリコン膜５が形成され、この窒化膜７お
よびポリシリコン膜５を、例えば、ドライエッチング等
によりシリコン基板１の両端固定の重り部２と梁３から
なる振動体10が形成されている。
れている。この共振子16は、従来のシリコンのマイクロ
マシニング技術等を利用して作製した微細素子の共振子
16である。同図において、シリコン基板１上には窒化膜
７およびポリシリコン膜５が形成され、この窒化膜７お
よびポリシリコン膜５を、例えば、ドライエッチング等
によりシリコン基板１の両端固定の重り部２と梁３から
なる振動体10が形成されている。
【０００３】この振動体10の中央部の重り部２の両側に
は、横方向（梁３に対して直交方向）の外側に向かって
櫛形電極６Ｂが形成されており、櫛形電極６Ｂと対向す
る位置、すなわち、両側のポリシリコン膜５側の位置
に、横方向の内側に向かって櫛形電極６Ａが櫛形電極６
Ｂに噛み合う状態で配置されている。これら櫛形電極６
Ａ，６Ｂには、駆動用導体層11Ａ，11Ｂが接続されてお
り、図示しない導体パターンを介して外部の電極パッド
（図示せず）に接続されて励振器４を形成している。こ
の励振器４の駆動用導体層11Ａ，11Ｂに交流電圧を印加
すると、櫛形電極６Ａ，６Ｂ間に静電力が発生し、この
静電力により重り部２と梁３からなる振動体10は、矢印
Ｆの横方向（梁３に対して直交方向）に振動するように
なっている。
は、横方向（梁３に対して直交方向）の外側に向かって
櫛形電極６Ｂが形成されており、櫛形電極６Ｂと対向す
る位置、すなわち、両側のポリシリコン膜５側の位置
に、横方向の内側に向かって櫛形電極６Ａが櫛形電極６
Ｂに噛み合う状態で配置されている。これら櫛形電極６
Ａ，６Ｂには、駆動用導体層11Ａ，11Ｂが接続されてお
り、図示しない導体パターンを介して外部の電極パッド
（図示せず）に接続されて励振器４を形成している。こ
の励振器４の駆動用導体層11Ａ，11Ｂに交流電圧を印加
すると、櫛形電極６Ａ，６Ｂ間に静電力が発生し、この
静電力により重り部２と梁３からなる振動体10は、矢印
Ｆの横方向（梁３に対して直交方向）に振動するように
なっている。
【０００４】上記構成の共振子16の櫛形電極６Ａ，６Ｂ
を駆動して、重り部２と梁３からなる振動体10を横方向
に振動し、この共振子16をＺ軸を回転軸として回転させ
ると、図３の紙面に垂直方向にコリオリ力が発生し、こ
のコリオリ力が重り部２と梁３からなる振動体10に加え
られ、振動体10はコリオリ力の方向に振動する。このと
きの振動体10のコリオリ力による振動振幅の大きさに対
応する電気信号を測定することで、例えば、回転の角速
度の大きさを検知するものである。
を駆動して、重り部２と梁３からなる振動体10を横方向
に振動し、この共振子16をＺ軸を回転軸として回転させ
ると、図３の紙面に垂直方向にコリオリ力が発生し、こ
のコリオリ力が重り部２と梁３からなる振動体10に加え
られ、振動体10はコリオリ力の方向に振動する。このと
きの振動体10のコリオリ力による振動振幅の大きさに対
応する電気信号を測定することで、例えば、回転の角速
度の大きさを検知するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、共振子16を
作製する場合、振動体10のコリオリ力の方向（紙面に垂
直方向）の周波数を、予め設計段階で共振周波数に設定
して、振動体10の形状、寸法、重量等をその共振周波数
になるように設計製作するが、振動体10の形状、寸法、
重量等は、シリコンのマイクロマシニング技術の加工精
度により設計通りに作製されない場合が度々あり、振動
体10の共振周波数が設計上の周波数からずれることが度
々発生する。振動体10の振動が共振状態ならば、構造的
に起因するＱ（Quality Factor）の値により振幅が飛躍
的に増幅されるが、周波数がずれると増幅が殆どされ
ず、共振子の感度も著しく低下するという問題がある。
そのため、重り部２や梁３を、例えば、面倒な機械加工
等によるトリミングを行い、振動体10の共振周波数を設
計の設定周波数に調整する必要がある。
作製する場合、振動体10のコリオリ力の方向（紙面に垂
直方向）の周波数を、予め設計段階で共振周波数に設定
して、振動体10の形状、寸法、重量等をその共振周波数
になるように設計製作するが、振動体10の形状、寸法、
重量等は、シリコンのマイクロマシニング技術の加工精
度により設計通りに作製されない場合が度々あり、振動
体10の共振周波数が設計上の周波数からずれることが度
々発生する。振動体10の振動が共振状態ならば、構造的
に起因するＱ（Quality Factor）の値により振幅が飛躍
的に増幅されるが、周波数がずれると増幅が殆どされ
ず、共振子の感度も著しく低下するという問題がある。
そのため、重り部２や梁３を、例えば、面倒な機械加工
等によるトリミングを行い、振動体10の共振周波数を設
計の設定周波数に調整する必要がある。
【０００６】しかしながら、前記共振子16は、シリコン
のマイクロマシニング技術を応用して作製した微細な共
振子16のため、機械加工を利用して所望の共振周波数を
得るために必要な微小のトリミング調整部分をトリミン
グしようとしても、面倒な機械加工では加工精度上から
微細な重り部２や梁３を所望の寸法、形状、重量等に削
り加工することは殆ど不可能である。したがって、共振
子16の共振周波数を設定の値に調整することは極めて困
難であった。
のマイクロマシニング技術を応用して作製した微細な共
振子16のため、機械加工を利用して所望の共振周波数を
得るために必要な微小のトリミング調整部分をトリミン
グしようとしても、面倒な機械加工では加工精度上から
微細な重り部２や梁３を所望の寸法、形状、重量等に削
り加工することは殆ど不可能である。したがって、共振
子16の共振周波数を設定の値に調整することは極めて困
難であった。
【０００７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、面倒なトリミング加工を
行う必要がなく、検知感度が良好で、かつ、極めて小型
の共振子を提供することにある。
れたものであり、その目的は、面倒なトリミング加工を
行う必要がなく、検知感度が良好で、かつ、極めて小型
の共振子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明の共振子は、基板に浮いた状態に配置された重り部
と、この重り部を両側から支持する梁と、重り部を梁の
長さ方向に対して直交する方向に振動する励振器とを有
する共振子において、前記重り部と梁とからなる振動体
に静電曲げ張力を付与する静電印加手段が振動体に間隙
を介して対向配設されていることを特徴として構成され
ている。
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明の共振子は、基板に浮いた状態に配置された重り部
と、この重り部を両側から支持する梁と、重り部を梁の
長さ方向に対して直交する方向に振動する励振器とを有
する共振子において、前記重り部と梁とからなる振動体
に静電曲げ張力を付与する静電印加手段が振動体に間隙
を介して対向配設されていることを特徴として構成され
ている。
【０００９】本発明においては、重り部と梁とからなる
振動体に、静電力を付与する静電印加手段を振動体に間
隙を介して対向配設する。この静電印加手段を駆動し、
振動体に静電力を付与すると、振動体は静電印加手段側
に引っ張られ、振動体の共振周波数を低める方向とな
る。したがって、静電印加手段の静電力を制御すること
により、振動体を所望の共振周波数に調整し、共振子の
感度を高める。
振動体に、静電力を付与する静電印加手段を振動体に間
隙を介して対向配設する。この静電印加手段を駆動し、
振動体に静電力を付与すると、振動体は静電印加手段側
に引っ張られ、振動体の共振周波数を低める方向とな
る。したがって、静電印加手段の静電力を制御すること
により、振動体を所望の共振周波数に調整し、共振子の
感度を高める。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例を図面
に基づいて説明する。図１には、本実施形態例の共振子
が示されている。本実施形態例の説明において、従来例
と同一の名称部分には同一符号を付し、その詳細な重複
説明は省略する。本実施形態例の共振子16は、従来例と
同様に、シリコンのマイクロマシニング技術等を利用し
て作製した微細な素子の共振子である。
に基づいて説明する。図１には、本実施形態例の共振子
が示されている。本実施形態例の説明において、従来例
と同一の名称部分には同一符号を付し、その詳細な重複
説明は省略する。本実施形態例の共振子16は、従来例と
同様に、シリコンのマイクロマシニング技術等を利用し
て作製した微細な素子の共振子である。
【００１１】本実施形態例の共振子16は、従来例と同様
に、ドライエッチング等により、シリコン基板１の両端
固定の重り部２と梁３とからなる振動体10を形成し、こ
の振動体10の両側には、重り部２を梁３の長さ方向に対
して直交する方向に振動する櫛形電極６Ａ，６Ｂの静電
力を利用した励振器４を備えている。
に、ドライエッチング等により、シリコン基板１の両端
固定の重り部２と梁３とからなる振動体10を形成し、こ
の振動体10の両側には、重り部２を梁３の長さ方向に対
して直交する方向に振動する櫛形電極６Ａ，６Ｂの静電
力を利用した励振器４を備えている。
【００１２】本実施形態例の共振子16の特徴的なこと
は、シリコン基板１のドライエッチング等により形成し
た両端固定の重り部２と梁３とからなる振動体10に、図
１の（ｂ）に示すように、静電引力15を付与する静電印
加手段を振動体10に間隙９を介して対向配置したことで
ある。この静電印加手段は導電層12からなり、図１の
（ａ）に示されるように、導電パターン13を介して導電
パッド14に接続されている。
は、シリコン基板１のドライエッチング等により形成し
た両端固定の重り部２と梁３とからなる振動体10に、図
１の（ｂ）に示すように、静電引力15を付与する静電印
加手段を振動体10に間隙９を介して対向配置したことで
ある。この静電印加手段は導電層12からなり、図１の
（ａ）に示されるように、導電パターン13を介して導電
パッド14に接続されている。
【００１３】図２には、本実施形態例の共振子の作製プ
ロセスが示されている。まず、図２の（ａ）に示すよう
に、シリコン基板１上の外周側に窒化膜７を形成し、基
板１上の中央部には、リンＰやボロンＢをドープした静
電印加手段としての導電層12を形成する。この導電層12
上に、図２の（ｂ）に示すように、外周側の窒化膜７に
跨った状態で酸化膜等の犠牲層８を形成する。次いで、
図２の（ｃ）に示すように、窒化膜７および犠牲層８上
にポリシリコン膜５を形成し、図２の（ｄ）に示すよう
に、例えば、ドライエッチング等により犠牲層８を除去
して、間隙９を介して振動体としての重り部２を基板１
に浮いた状態で導電層12に対向配置し、共振子16を作製
する。
ロセスが示されている。まず、図２の（ａ）に示すよう
に、シリコン基板１上の外周側に窒化膜７を形成し、基
板１上の中央部には、リンＰやボロンＢをドープした静
電印加手段としての導電層12を形成する。この導電層12
上に、図２の（ｂ）に示すように、外周側の窒化膜７に
跨った状態で酸化膜等の犠牲層８を形成する。次いで、
図２の（ｃ）に示すように、窒化膜７および犠牲層８上
にポリシリコン膜５を形成し、図２の（ｄ）に示すよう
に、例えば、ドライエッチング等により犠牲層８を除去
して、間隙９を介して振動体としての重り部２を基板１
に浮いた状態で導電層12に対向配置し、共振子16を作製
する。
【００１４】本実施形態例の共振子16は振動体10のトリ
ミングを行う必要がなく、図１に示すように、導電パッ
ド14を介して導電層12に直流電圧を印加し、導電層12の
対向面の振動体10を、静電引力により基板１側に引っ張
る力を付与することにより、振動体10には基板１の方向
に変位するさらに大きな力で引っ張り、基板側と反対方
向に変位したときには引っ張る力が小さくなる。この力
により振動体の共振周波数を設計段階の共振周波数に合
わせられる構成となっている。したがって、前記静電印
加手段によって静電引力を調整し、振動体10の共振周波
数を、予め設計段階で設定した共振周波数になるように
調整することで、共振子16の感度が高められる。
ミングを行う必要がなく、図１に示すように、導電パッ
ド14を介して導電層12に直流電圧を印加し、導電層12の
対向面の振動体10を、静電引力により基板１側に引っ張
る力を付与することにより、振動体10には基板１の方向
に変位するさらに大きな力で引っ張り、基板側と反対方
向に変位したときには引っ張る力が小さくなる。この力
により振動体の共振周波数を設計段階の共振周波数に合
わせられる構成となっている。したがって、前記静電印
加手段によって静電引力を調整し、振動体10の共振周波
数を、予め設計段階で設定した共振周波数になるように
調整することで、共振子16の感度が高められる。
【００１５】この共振子16の励振器４を駆動して、振動
体10を梁３の長さに直交する方向（横方向）に振動し、
Ｚ軸を回転軸として回転すると、図１の紙面に垂直方向
にコリオリ力が発生し、このコリオリ力が振動体10に加
えられ、振動体10はコリオリ力の方向に振幅する。この
振幅の大きさを測定することで、従来と同様に角速度を
検出するものである。
体10を梁３の長さに直交する方向（横方向）に振動し、
Ｚ軸を回転軸として回転すると、図１の紙面に垂直方向
にコリオリ力が発生し、このコリオリ力が振動体10に加
えられ、振動体10はコリオリ力の方向に振幅する。この
振幅の大きさを測定することで、従来と同様に角速度を
検出するものである。
【００１６】本実施形態例によれば、重り部２と梁３と
からなる振動体10に、静電引力15を付与する静電印加手
段としての導電層12を振動体10に間隙を介して対向配設
したので、静電引力15を調整することにより、シリコン
マイクロマシニング技術で作成した微細な共振子16であ
っても、振動体10の垂直方向へ振動する共振周波数を予
め設計段階で設定した共振周波数に調整することができ
る。すなわち、振動体の垂直方向へ振動する共振周波数
を調整して横方向に振動する駆動周波数に近い周波数に
することによって、駆動周波数と同じ周波数で発生する
コリオリ力による垂直方向への振動が共振による増幅で
大きくなる。その結果、この共振子16は、その製造プロ
セスにおいて生じた誤差や使用環境の変化にとらわれる
ことがなく、高感度、高精度で、例えば、角速度検出が
可能となる。
からなる振動体10に、静電引力15を付与する静電印加手
段としての導電層12を振動体10に間隙を介して対向配設
したので、静電引力15を調整することにより、シリコン
マイクロマシニング技術で作成した微細な共振子16であ
っても、振動体10の垂直方向へ振動する共振周波数を予
め設計段階で設定した共振周波数に調整することができ
る。すなわち、振動体の垂直方向へ振動する共振周波数
を調整して横方向に振動する駆動周波数に近い周波数に
することによって、駆動周波数と同じ周波数で発生する
コリオリ力による垂直方向への振動が共振による増幅で
大きくなる。その結果、この共振子16は、その製造プロ
セスにおいて生じた誤差や使用環境の変化にとらわれる
ことがなく、高感度、高精度で、例えば、角速度検出が
可能となる。
【００１７】本発明は上記実施形態例に限定されること
はなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記実
施形態例では、基板１に浮いた状態で、重り部２と梁３
とからなる振動体10を両端固定する構成としたが、この
振動体10を片側固定方式（片持ち梁方式）としてもよ
い。
はなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記実
施形態例では、基板１に浮いた状態で、重り部２と梁３
とからなる振動体10を両端固定する構成としたが、この
振動体10を片側固定方式（片持ち梁方式）としてもよ
い。
【００１８】さらに、上記実施形態例では、ジャイロの
共振子について説明したが、本発明の共振子はジャイロ
以外の他の分野にも利用することができる。
共振子について説明したが、本発明の共振子はジャイロ
以外の他の分野にも利用することができる。
【００１９】さらにまた、上記実施形態例では、静電印
加手段としての導電層12を振動体10の下側に位置する基
板１側に設けたが、この静電印加手段としての導電層12
を振動体10の上側に間隙を介して設けてもよい。
加手段としての導電層12を振動体10の下側に位置する基
板１側に設けたが、この静電印加手段としての導電層12
を振動体10の上側に間隙を介して設けてもよい。
【００２０】
【発明の効果】本発明は、重り部と梁とからなる振動体
に、静電力を付与する静電印加手段を振動体に間隙を介
して対向配設する構成としたので、静電力を調整するこ
とにより、シリコンマイクロマシニング技術で作製した
微細な共振子であっても、所望の共振周波数に調整する
ことができ、この共振子はその製造プロセスにおいて生
じた誤差や使用環境の変化にとらわれることがなく、高
感度、高精度の、例えば、角速度の検出が可能となる。
に、静電力を付与する静電印加手段を振動体に間隙を介
して対向配設する構成としたので、静電力を調整するこ
とにより、シリコンマイクロマシニング技術で作製した
微細な共振子であっても、所望の共振周波数に調整する
ことができ、この共振子はその製造プロセスにおいて生
じた誤差や使用環境の変化にとらわれることがなく、高
感度、高精度の、例えば、角速度の検出が可能となる。
【図１】本実施形態例の共振子の説明図である。
【図２】本実施形態例の共振子の製造プロセスの説明図
である。
である。
【図３】従来の共振子の説明図である。
１ シリコン基板 ２ 重り部 ３ 梁 ４ 励振器 ５ ポリシリコン膜 ７ 窒化膜 10 振動体 12 静電印加手段としての導電層 15 重り部、梁と静電印加手段との静電引力
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森屋 和文 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 長谷川 友保 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内
Claims (1)
- 【請求項１】 基板に浮いた状態に配置された重り部お
よびこの重り部を両側から支持する梁とを備えた振動体
と、この振動体をその長さ方向に対して直交する方向に
振動する励振器と、前記振動体に間隔を介して対向配設
されるとともに、この振動体に静電引力を付与して振動
体の共振周波数を調整する静電印加手段とを備えた共振
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33115997A JP3351325B2 (ja) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | 共振子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33115997A JP3351325B2 (ja) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | 共振子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10115527A true JPH10115527A (ja) | 1998-05-06 |
| JP3351325B2 JP3351325B2 (ja) | 2002-11-25 |
Family
ID=18240541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33115997A Expired - Lifetime JP3351325B2 (ja) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | 共振子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3351325B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005510108A (ja) * | 2001-11-15 | 2005-04-14 | サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェサイアンティフィク（セエヌエールエス） | 実質的に平面的な微細機械構造及び相当する電気機械的共振器の二つの機械要素のギャップ調整に対する方法 |
| JP2008200758A (ja) * | 2007-02-16 | 2008-09-04 | Seiko Epson Corp | Ｍｅｍｓ素子およびその製造方法 |
| JP2009006479A (ja) * | 2008-09-30 | 2009-01-15 | Seiko Epson Corp | Ｍｅｍｓ素子およびその製造方法 |
| JP2012244349A (ja) * | 2011-05-18 | 2012-12-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 微小機械振動子とその製造方法 |
| JP2014011532A (ja) * | 2012-06-28 | 2014-01-20 | Seiko Epson Corp | 振動デバイス、電子機器 |
-
1997
- 1997-11-14 JP JP33115997A patent/JP3351325B2/ja not_active Expired - Lifetime
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