WO2009107573A1 - 角速度センサ - Google Patents

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WO2009107573A1
WO2009107573A1 PCT/JP2009/053136 JP2009053136W WO2009107573A1 WO 2009107573 A1 WO2009107573 A1 WO 2009107573A1 JP 2009053136 W JP2009053136 W JP 2009053136W WO 2009107573 A1 WO2009107573 A1 WO 2009107573A1
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WO
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axis direction
mass
angular velocity
excitation
support
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PCT/JP2009/053136
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French (fr)
Inventor
康男 早川
Original Assignee
アルプス電気株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5719—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using planar vibrating masses driven in a translation vibration along an axis

Definitions

  • the present invention relates to an angular velocity sensor formed using MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology.
  • MEMS Micro Electro Mechanical System
  • An angular velocity sensor (gyro sensor) formed using an SOI substrate includes a mass portion (Mass) located above the support substrate, a support beam that supports the mass portion in a displaceable manner, and an excitation for exciting the mass portion. And a detection unit for detecting the amount of displacement of the mass unit displaced due to the Coriolis force.
  • the angular velocity sensor disclosed in Patent Document 1 has a structure in which a plurality of mass portions (Mass) are provided, and a mass portion located at the center and a mass portion located on both sides thereof are excited in opposite directions.
  • the central mass part is displaced due to the Coriolis force.
  • the movable-side vibrating electrode that constitutes the vibration generating unit is also integrally formed on the central mass portion provided with the detection electrode.
  • the movable side vibration electrode which comprises a vibration generation part is also integrally formed in the mass part provided with a detection electrode.
  • the angular velocity sensor disclosed in Patent Document 3 has a structure in which a circular mass portion is excited by a comb electrode, and a second mass portion provided in the notch portion is displaced by receiving a Coriolis force.
  • the circular mass is centrally supported on the substrate.
  • the angular velocity sensor disclosed by patent document 4 equips an inner side and an outer side with a mass part, respectively.
  • the outer mass portion is vibrated, Coriolis force is transmitted from the outer mass portion to the inner mass portion, and the displacement amount is measured by receiving the Coriolis force in the inner mass portion.
  • the movable side vibration electrode is integrally formed in the mass part provided with the detection electrode.
  • the drive signal supplied to the movable vibration electrode easily leaks to the detection side through the parasitic capacitance of the substrate etc., and vibration in the detection direction (leakage vibration) occurs in the mass even in the state where the angular velocity ⁇ does not act. It was easy to occur. Then, in order to suppress such leaked vibration, it is necessary to devise an electrode for suppressing leaked vibration (a quadrature cancellation (balancing) electrode) as in Patent Document 2, for example, and the structure becomes complicated and large. It was easy to convert.
  • a quadrature cancellation (balancing) electrode as in Patent Document 2
  • the mass portion including the detection electrode is not directly provided with the movable vibration electrode, and the movable vibration electrode is integrated with another mass portion connected to the mass portion including the detection electrode.
  • the structure is complicated, the leakage to the detection side of the drive signal supplied to the vibration generating unit can not be made sufficiently small.
  • rotational vibration is applied as in the angular velocity sensor of Patent Document 3
  • Patent Document 4 although the Coriolis force is transmitted from the outer mass portion to the inner mass portion, the Coriolis force is transmitted, and it is considered that the Coriolis force is largely attenuated and it is difficult to detect with high accuracy.
  • Coriolis force always acts on the vibration generating part together with the mass part.
  • the present invention is intended to solve the above-mentioned conventional problems, and in particular, it is possible to suppress leakage vibration, excite the mass appropriately with a simple configuration, and appropriately improve the detection accuracy of the angular velocity. It is an object of the present invention to provide an angular velocity sensor capable of
  • the angular velocity sensor comprises a support substrate, a mass portion positioned above the support substrate, an excitation portion for exciting the mass portion, and the mass portion and the excitation portion supported so as to be displaceable in a predetermined direction.
  • An outline connecting each support beam is formed in a frame shape, and the anchor portions are provided at a plurality of places of the frame shape to support each support beam,
  • the mass portion and the excitation portion are provided in pairs, and the mass portions face each other in the Y-axis direction, assuming that two directions orthogonal to each other in the support substrate plane are the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the mass portion and the excitation portion are provided separately. Furthermore, a pair of mass parts are respectively provided on the support beams located on the two sides of the frame shape facing each other in the Y-axis direction, and the excitation parts are provided for the support beams located on the two sides of the frame shape facing each other in the X-axis direction.
  • the pair of excitation parts vibrate in the opposite phase in the X axis direction
  • the pair of mass parts are excited in the opposite phase in the Y axis direction.
  • the occurrence of leakage vibration can be appropriately suppressed, and the pair of mass portions can be excited in an opposite phase appropriately with a simple structure. Therefore, according to the present invention, the detection accuracy of the angular velocity can be improved as compared with the prior art.
  • a vibration transmission beam is connected between the support beams from each anchor portion to the mass portion and the excitation portion.
  • the arrangement direction of the pair of mass parts is orthogonal to the arrangement direction of the pair of excitation parts.
  • the outline which connected each support beam is substantially square or substantially rectangular, and the said anchor part is provided in the four corners of the said frame shape.
  • the excitation unit is a comb-like fixed side drive electrode fixedly supported by the support substrate, and is connected to the support beam so as to be positioned above the support substrate, and the fixed side drive electrode
  • the movable side drive electrodes have a structure in which the movable side drive electrodes are vibrated by the coulomb force generated between the fixed side drive electrodes and the movable side drive electrodes.
  • the present invention when an angular velocity is generated around the X axis, a Coriolis force is generated in the Z axis direction orthogonal to the X axis direction and the Y axis direction, so that the pair of mass parts are reversed in the Z axis direction.
  • the present invention can be effectively applied to a structure that is displaced in phase and the displacement amount at this time is detected as a capacitance change by the detection unit.
  • the vibration direction of the excitation unit and the rotation axis coincide with each other, the excitation unit does not receive the Coriolis force, the excitation vibration efficiency can be more appropriately improved, and the detection accuracy of the angular velocity is improved. Is possible.
  • the detection accuracy of the angular velocity can be improved as compared with the prior art.
  • FIG. 1 is a conceptual view of an angular velocity sensor according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view at the time of cutting in the height direction along line AA shown in FIG. 4
  • FIG. 4 is a schematic diagram (plan view) of the angular velocity sensor shown in FIG. 3
  • FIG. 5 is a schematic diagram of the angular velocity sensor partially different from FIG. 6 and FIG. 6 are specific configuration diagrams (plan views) of the angular velocity sensor partially different from FIG. 4, and
  • FIG. 7 changes the structure of the mass portion of the angular velocity sensor of FIG. It is a concrete block diagram (plan view) of an angular velocity sensor which made detection possible.
  • the X-axis direction and the Y-axis direction in each figure refer to two orthogonal directions in the support substrate plane.
  • the Z-axis direction indicates a height direction (film thickness direction) orthogonal to the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the angular velocity sensor 1 is formed using an SOI (Silicon on Insulator) substrate 2.
  • SOI substrate 2 is located between a support substrate 3 formed of a silicon substrate, an SOI layer (active layer) 5 formed of a silicon substrate, and the support substrate 3 and the SOI layer 5.
  • the SOI substrate 2 is located between a support substrate 3 formed of a silicon substrate, an SOI layer (active layer) 5 formed of a silicon substrate, and the support substrate 3 and the SOI layer 5.
  • it is a laminated structure of the oxidation insulating layer (sacrificial layer) 4 formed of SiO 2 .
  • mass parts (Mass) 10 and 11, excitation parts 12 and 13, and support beams 14 to 21 are formed in the SOI layer 5 constituting the SOI substrate 2. None of the oxide insulating layer 2 is located below the mass portions 10 and 11 and the support beams 14 to 21, and the mass portions 10 and 11 and the support beams 14 to 21 are located above the support substrate 3.
  • the structure of the excitation units 12 and 13 will be described in detail later.
  • the contour C connecting the support beams 14 to 21 has a frame shape.
  • the frame shape may be a circular shape, an elliptical shape, or the like.
  • the excitation portions 12 and 13 and the mass portions 10 and 11 can be stably opposed to each other.
  • the shape is a polygonal shape or a square shape, and specifically, it is preferable that the shape is a substantially rectangular shape or a substantially square shape. Alternatively, it may be octagonal in addition to quadrilateral.
  • anchor portions 22 to 25 are provided at four corners of the frame shape to support the support beams 15 to 21.
  • the anchor portions 22-25 are provided integrally with the support beams 15-21.
  • the anchor portions 22 to 25 are fixed and supported on the support substrate 3 via the oxide insulating layer 4 (see FIG. 2).
  • the first mass portion 10 is provided between the support beam 14 and the support beam 15 linearly extending in the X-axis direction, and the second mass portion 11 is formed in the X-axis direction.
  • the first mass portion 10 and the second mass portion 11 face each other in the Y axis direction.
  • the first excitation unit 12 is provided between the support beam 20 and the support beam 21 linearly extending in the Y-axis direction, and the second excitation unit 13 is in the Y-axis direction.
  • the first excitation unit 12 and the second excitation unit 13 face each other in the X axis direction.
  • the arrangement direction of the pair of mass parts 10 and 11 and the arrangement direction of the pair of excitation parts 12 and 13 be orthogonal to each other.
  • “orthogonal relationship” means a line connecting the centers of a pair of mass parts 10 and 11 (parallel to the Y-axis direction) and a line connecting the centers of a pair of excitation parts 12 and 13 (X-axis direction Parallel) means that they are orthogonal to each other.
  • the frame shape connecting the support beams 14 to 21 shown in FIG. 1 is substantially square, and the centers O2 and O3 of the mass portions 10 and 11 and the centers O4 and O5 of the excitation portions 12 and 13 have four sides of the frame shape. Match each center. Therefore, the distances from the center O1 of the frame shape to the centers O2 and O3 of the respective mass parts 10 and 11 and the centers O4 and O5 of the respective excitation parts 12 and 13 are substantially equal.
  • the support beams 16, 17, 20, 21 may be configured to be easily displaced only in the X-axis direction.
  • the support beams 14, 15, 18, 19 extending in the X-axis direction for supporting the mass units 10, 11 are displaceable in the Y-axis direction and the Z-axis direction, but hardly displaceable in the X-axis direction. Adjustment of the displacement direction of each support beam can be controlled by the thickness dimension, width dimension, length dimension, etc. of the support beam.
  • a driving force is generated by the drive signal applied to the pair of excitation portions 12 and 13, and the pair of excitation portions 12 and 13 generate X of the support beams 16, 17, 20 and 21.
  • the displacement in the direction it oscillates in the opposite phase linearly in the X-axis direction (solid arrows D, E or dotted arrows F, G).
  • the excitation units 12 and 13 vibrate at the natural frequency.
  • the support beams 14, 15, 18, 19 supporting the mass units 10, 11 are displaced in the Y direction, and the pair of mass units 10, 11 are excited linearly in opposite phase in the Y axis direction (solid line Arrows H, I or dotted arrows J, K).
  • solid line Arrows H, I or dotted arrows J, K solid line Arrows H, I or dotted arrows J, K.
  • an electrode portion 49 is provided on the support substrate 3 located below the mass portions 10 and 11.
  • the angular velocity ⁇ is detected based on the change in electrostatic capacitance caused by the change in the distance between the electrode unit 49 and the mass units 10 and 11 which occurs when the mass units 10 and 11 are displaced in the Z-axis direction.
  • the electrode unit 49 is provided only below the mass units 10 and 11, but the electrode unit is provided only above the mass units 10 and 11 or both above and below the mass units 10 and 11. May be
  • the mass units 10 and 11 and the excitation units 12 and 13 are separately provided. Furthermore, a pair of mass parts 10 and 11 are respectively provided on the support beams 14, 15, 18 and 19 located on two sides of the frame shape facing each other in the Y axis direction, and the excitation parts 12 and 13 face each other in the X axis direction Provided on the support beams 16, 17, 20 and 21 positioned on two sides of the frame shape, when the pair of excitation units 12 and 13 vibrate in opposite phase in the X-axis direction, the pair of mass units 10 and 11 are Y It was made to excite in antiphase in the axial direction.
  • the leakage of the drive signals supplied to the excitation units 12 and 13 to the mass units 10 and 11 can be sufficiently reduced, and the leakage vibration can be appropriately suppressed.
  • the present embodiment with a simple structure, it is possible to excite the pair of mass portions 10 and 11 with large amplitude and in opposite phase. Therefore, the detection accuracy of the angular velocity can be improved as compared with the prior art.
  • the arrangement direction of the mass units 10 and 11 and the arrangement direction of the excitation units 12 and 13 are orthogonal to each other. Although not limited to the orthogonal relationship, the orthogonal relationship more appropriately vibrates the pair of excitation units 12 and 13 in the reverse phase in the X-axis direction, and reverses the pair of mass units 10 and 11 in the Y-axis direction. Can be excited by
  • the excitation vibration efficiency can be improved as compared with the conventional case, and the detection accuracy of the angular velocity can be more effectively improved.
  • the structure of the angular velocity sensor 30 shown in FIG. 3 is different from the angular velocity sensor 1 shown in FIG. 1 in that vibration transfer beams 31 to 34 are provided.
  • the same parts as those of the angular velocity sensor 1 of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those of FIG.
  • the vibration transfer beam 31 is connected to the support beam 15 and the support beam 16
  • the vibration transfer beam 32 is connected to the support beam 17 and the support beam 18, and the vibration transfer beam 33 is connected to the support beam 19 and the support beam 20.
  • the vibration transmission beam 34 is connected to the support beam 14 and the support beam 21.
  • the anchor portions 22 to 25 are twisted or Alternatively, it is necessary that the anchors 22 to 25 be deformable, such as being inclined with respect to the height direction.
  • the excitation units 12 and 13 are positioned above the support substrate 3 with the comb-like fixed side drive electrode 35 fixedly supported on the support substrate 3 and Y axis
  • a comb-like movable side drive electrode 36 connected to the support beams 16, 17, 20, 21 linearly extending in the direction and alternately arranged with the fixed side drive electrode 35 is provided.
  • the movable drive electrode 36 is connected to the support beams 16, 17, 20, 21 and extends linearly on both sides in the X axis direction of the support portion 37 and extends linearly in the Y axis direction. And a comb-like electrode 38 disposed at a predetermined interval in the Y-axis direction. Further, two fixed side drive electrodes 35 are provided for each of the excitation portions 12 and 13, and the fixed side drive electrodes 35 are fixedly supported on the support substrate 3 via the oxide insulating layer 4, and A comb-like electrode 40 extending between the comb-like electrodes 38 of the movable drive electrode 36 from the fixed portion 39 is formed. Although not limited, there is no oxidation insulating layer 4 below the comb-like electrode 40 of the fixed drive electrode 35, and the comb-like electrode 40 floats above the support substrate 3.
  • the structure shown in FIG. 4 includes substantially L-shaped vibration transfer beams 31 to 34 bent substantially at right angles. As described in FIG. 3B, the vibration is transmitted to the mass units 10 and 11 through the vibration transmission beams 31 to 34 by the excitation units 12 and 13 vibrating in the opposite phase in the X-axis direction. . And, the mass sections 10 and 11 supported by the support beams 14, 15, 18 and 19 are Y axis along with the displacement of the support beams 14, 15, 18 and 19 which support the mass sections 10 and 11 in the Y direction. It excites in the opposite phase in the direction.
  • the present embodiment shown in FIG. 4 is configured to be able to detect an angular velocity when an angular velocity ⁇ is applied to the angular velocity sensor with the X axis direction as a rotation axis. That is, as described above, in the present embodiment, the mass units 10 and 11 receive the Coriolis force in the Z-axis direction when the angular velocity ⁇ is applied to the angular velocity sensor with the X-axis direction as the rotation axis, but the excitation units 12 and 13 I do not receive power.
  • the excitation units 12 and 13 receive the Coriolis force in the Z axis direction, but the mass units 10 and 11 do not receive the Coriolis force and are not displaced. Not detected Further, even if an angular velocity ⁇ occurs with the Z axis direction as the rotation axis, the mass sections 10 and 11 and the excitation sections 12 and 13 are not easily displaced because the support beams 14 to 21 are stretched in the direction receiving the Coriolis force. Therefore, in the present embodiment shown in FIG. 4, the angular velocity can be detected with excellent excitation vibration efficiency only when the angular velocity ⁇ is applied with the X axis direction as the rotation axis.
  • both of the mass units 10 and 11 are displaced in the same direction under the force (inertial force) accompanying the acceleration. Etc. can prevent false detection.
  • the shape of the vibration transmission beam is not particularly limited.
  • the vibration transfer beams 41 to 44 may be formed in a straight line
  • the vibration transfer beams 45 to 48 may be formed in a curved shape. .
  • FIGS. 4 to 6 detects an angular velocity ⁇ with the rotation axis in the X-axis direction.
  • the angular velocity sensor shown in FIGS. 4 to 6 by 90 degrees in the XY plane, it becomes possible to detect the angular velocity ⁇ with the Y axis direction as the rotation axis.
  • the displacement amount of the mass units 10 and 11 in the Z-axis direction may be detected by a structure other than the electrode structure described with reference to FIG.
  • FIG. 8 shows the movable electrode 70 and the fixed electrode 72 in a cross-sectional shape cut in the thickness direction. Note that only the movable electrode 70 is hatched so that the movable electrode and the fixed electrode can be easily distinguished.
  • the movable electrode 70 and the fixed electrode 72 are formed to have the same thickness, and in the initial state (state in which Coriolis force is not applied), the upper surface of the movable electrode 70 is from the upper surface of the fixed electrode 72 Is also in a high position.
  • the comb-like electrode structure for detecting displacement in the Z-axis direction shown in FIG. 8 is an example.
  • the structure of the electrode is not particularly limited as long as the change in electrostatic capacitance tends to be reversed between when the movable electrode moves upward and when it moves downward.
  • the structure shown in FIG. 7 can be considered.
  • the angular velocity sensor 50 shown in FIG. 7 is a modification of the structure of the mass portion of the angular velocity sensor shown in FIG. Therefore, the parts other than the mass part have the same structure as that of the angular velocity sensor shown in FIG.
  • the mass portion 61 includes the outer mass portions 51 and 52 and the inner mass portions 53 and 54.
  • the outer mass portions 51, 52 have a frame shape with a square outline, and the square inner mass portions 53, 54 are provided in the central space provided in the outer mass portions 51, 52.
  • the inner mass portions 53 and 54 are connected to the outer mass portions 51 and 52 via the support beams 55.
  • the support beam 55 enables displacement in the X-axis direction.
  • a comb-shaped movable electrode 63 formed at a predetermined interval in the Y-axis direction integrally formed with the inner mass portions 53, 54 is provided inside the inner mass portions 53, 54.
  • a movable electrode 63 and a comb-like fixed electrode 62 alternately provided in the Y-axis direction are provided inside the inner mass portions 53, 54.
  • the fixed electrode 62 is fixed and supported on the support substrate 3 via the oxide insulating layer 4.
  • the pair of excitation units 12 and 13 vibrate in the opposite phase in the X-axis direction, and the pair of mass units 60 and 61 excite in the opposite phase in the Y-axis direction.
  • the excitation units 12 and 13 By detecting the displacement amount at this time as a capacitance change generated between the movable electrode 63 and the fixed electrode 62, it becomes possible to detect the angular velocity ⁇ with the Z axis direction as the rotation axis.
  • the excitation units 12 and 13 also receive the Coriolis force in the Y-axis direction, but the movable-portion-side electrodes of the excitation units 12 and 13 are supported by the support beams 16, 17, 20, 21 which are not easily displaced in the Y-axis direction. Therefore, the excitation units 12 and 13 are hardly affected by the Coriolis force, and the excitation vibration efficiency does not decrease.
  • between the first mass portion 10 and the support beam 14, between the first mass portion 10 and the support beam 15, between the second mass portion 11 and the support beam 18, and the second mass portion It is possible to displace the mass portions 10 and 11 in the X-axis direction by providing a spring portion which is lower in rigidity than the support beam and elastically deformable between the support beam 19 and the support beam 19.
  • the angular velocity ⁇ can be detected with the Z axis direction as the rotation axis.
  • FIG. 9 shows a method of manufacturing an angular velocity sensor in the present embodiment.
  • FIG. 9 shows a method of manufacturing a cross-sectional shape along the line AA shown in FIG.
  • the support substrate 3 made of silicon is prepared, and as shown in FIG. 9B, the electrode portion 49 is formed on the surface 3a of the support substrate 3.
  • an oxide insulating layer (SiO 2 layer, sacrificial layer) 4 is formed.
  • the surface of the oxide insulating layer 4 is planarized using, for example, a CMP technique.
  • the SOI layer (silicon layer) 5 is formed on the oxide insulating layer 4.
  • the SOI layer 5 for example, the mass units 10 and 11, the excitation units 12 and 13, the support beams 14 to 21, the anchor units 22 to 25, and the vibration transfer beams 31 to 34 shown in FIG.
  • the SOI layer 5 is removed using, for example, deep RIE. At this time, a large number of fine through holes 80 are formed in the mass portions 10 and 11.
  • the oxide insulating layer 4 is wet except for the oxide insulating layer 4 under the anchor portions 22 to 25 and under the fixing portion 39 constituting the excitation portions 12 and 13. It is removed by an isotropic etching process by etching or dry etching. At this time, the oxide insulating layer 4 under the mass parts 10 and 11 is also removed through the above-mentioned through holes.
  • an angular velocity sensor module can be configured that can detect each angular velocity when a plurality of angular velocity sensors with at least two of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are generated.
  • a specific configuration diagram (plan view) of an angular velocity sensor that is partially different from FIG.

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Abstract

【課題】　特に、励振振動効率を適切に向上させ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。 【解決手段】　各支持梁１４～２１を結んだ輪郭が枠形状に形成され、枠形状の四隅にアンカ部２２～２５が設けられて各支持梁を支持している。質量部１０，１１及び励振部１２，１３は夫々１対ずつ設けられ、質量部１０，１１はＹ軸方向にて向かい合う枠形状の２辺に夫々設けられ、励振部１２，１３はＸ軸方向にて向かい合う枠形状の２辺に夫々設けられている。一対の励振部１２、１３がＸ軸方向に逆位相で振動したときに、一対の質量部１０，１１がＹ軸方向に逆位相で励振する。

Description

角速度センサ
　本発明は、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム：Micro ElectroMechanical System）技術を用いて形成された角速度センサに関する。
　ＳＯＩ基板を用いて形成された角速度センサ（ジャイロセンサ）は、支持基板の上方に位置する質量部（Ｍａｓｓ）と、質量部を変位可能に支持する支持梁と、質量部を励振させるための励振部と、コリオリ力を受けて変位する質量部の変位量を検知するための検知部等を有して構成される。
　下記特許文献にはＭＥＭＳ技術を用いて形成された角速度センサの構造が開示されている。
　下記特許文献１に開示された角速度センサは、複数の質量部（Ｍａｓｓ）を備え、中心に位置する質量部と、その両側に位置する質量部とを互いに逆方向に励振させる構造である。中心の質量部がコリオリ力を受けて変位する。検出電極を備える中央の質量部には振動発生部を構成する可動側振動電極も一体的に形成される。
　また特許文献２に記載された角速度センサでは、２つの質量部を逆位相で励振させている。検出電極を備える質量部に振動発生部を構成する可動側振動電極も一体的に形成されている。
　また、特許文献３に開示された角速度センサは、円形の質量部を櫛歯状電極で励振し、切欠き部に設けられた第２質量部がコリオリ力を受けて変位する構造である。円形の質量部は中心部で基板上に支持されている。
　また、特許文献４に開示された角速度センサは、内側と外側とに夫々質量部を備える。特許文献４では、外側の質量部を振動させ、コリオリ力を外側の質量部から内側の質量部へと伝達し、内側の質量部でコリオリ力を受けて変位した変位量を測定する構造である。
特開２００２－８１９３９号公報 ＷＯ２００６／００９５７８ 特開２００６－１５３７９８号公報 特表２００１－５２０３８５号公報
　上記した特許文献１，２に記載された発明では、検出電極を備える質量部に可動側振動電極が一体的に形成されている。
　そのため、可動側振動電極に供給された駆動信号が、基板等の寄生容量を介して検出側に漏れやすく、角速度Ωが作用していない状態でも質量部に検出方向への振動（漏れ振動）が発生しやすかった。そして、このような漏れ振動を抑制するために、例えば特許文献２のように漏れ振動抑制用の電極（quadrature cancellation（balancing）electrode）を設ける等の工夫が必要であり、構造が複雑化・大型化しやすかった。
　また特許文献３や特許文献４では、検出電極を備える質量部に直接、可動側振動電極を備えておらず、検出電極を備える質量部と連結された別の質量部に可動側振動電極を一体的に形成しているが、構造が複雑化する上に、振動発生部に供給された駆動信号の検出側への漏れを十分に小さくできない。また特許文献３の角速度センサのように回転振動を与える構成では、直線振動を与えるより困難であり実現性が低く、また回転振動させたときの質量部の振動方位と設計上の振動方位との間にずれが生じやすいと考えられ、不要な方向への振動が増大する恐れがあった。
　また特許文献４では、コリオリ力を外側の質量部から内側の質量部へと伝達させているが、コリオリ力を伝達しているためコリオリ力の減衰が大きく高精度な検出が難しいと思われる。
　さらに上記した特許文献では、質量部と共に必ず振動発生部にもコリオリ力が作用する不具合があった。
　よって特許文献の角速度センサの構造では、角速度の検出精度を適切に向上させることができなかった。
　そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、漏れ振動を抑制し、簡単な構成で質量部を適切に励振させることができ、角速度の検出精度を適切に向上させることが可能な角速度センサを提供することを目的としている。
　本発明の角速度センサは、支持基板と、前記支持基板の上方に位置する質量部と、前記質量部を励振するための励振部と、前記質量部及び前記励振部を所定方向に変位可能に支持する支持梁と、前記支持基板上に固定支持されたアンカ部と、コリオリ力を受けて変位する前記質量部の変位量を検出するための検知部と、を備え、
　各支持梁を結んだ輪郭が枠形状に形成され、前記枠形状の複数箇所に前記アンカ部が設けられて各支持梁を支持しており、
　前記質量部及び前記励振部は夫々１対ずつ設けられ、支持基板平面にて直交する２方向をＸ軸方向とＹ軸方向としたとき、前記質量部は夫々、Ｙ軸方向にて向かい合う前記枠形状の２辺に位置する前記支持梁に支持され、前記励振部は夫々、Ｘ軸方向にて向かい合う前記枠形状の２辺に位置する前記支持梁に支持されており、
　前記一対の励振部が前記Ｘ軸方向に逆位相で振動したときに、前記一対の質量部が前記Ｙ軸方向に逆位相で励振することを特徴とするものである。
　本発明では、質量部と、励振部とを別々に設けた。さらに、一対の質量部を、Ｙ軸方向にて向かい合う枠形状の２辺に位置する支持梁に夫々設け、励振部をＸ軸方向にて向かい合う前記枠形状の２辺に位置する支持梁に夫々設け、一対の励振部がＸ軸方向に逆位相で振動したときに、一対の質量部がＹ軸方向に逆位相で励振するようにした。本発明によれば、漏れ振動の発生を適切に抑制でき、簡単な構造で、適切に、一対の質量部を逆位相で励振させることが出来る。よって本発明では、従来に比べて、角速度の検出精度を向上させることができる。
　本発明では、各アンカ部から前記質量部及び前記励振部に至る前記支持梁間に振動伝達梁が連結されていることが好ましい。これにより、一対の励振部をＸ軸方向に逆位相で振動させたときに、効果的に一対の質量部をＹ軸方向に逆位相で励振させることが出来る。
　また本発明では、前記一対の質量部の並び方向と、前記一対の励振部の並び方向とが直交していることが好ましい。また、各支持梁を結んだ輪郭が略正方形あるいは略長方形であり、前記アンカ部が前記枠形状の四隅に設けられることが好ましい。
　また本発明では、前記励振部は、前記支持基板に固定支持される櫛歯状の固定側駆動電極と、前記支持基板の上方に位置して前記支持梁に連結され、前記固定側駆動電極と交互に配置される櫛歯状の可動側駆動電極とを備え、前記固定側駆動電極と前記可動側駆動電極間に発生するクーロン力により前記可動側駆動電極が振動する構造であることが好ましい。これにより、簡単な構成により適切に、一対の励振部をＸ方向に逆位相で振動させることが出来る。
　また本発明では、Ｘ軸周りに角速度が発生したとき、前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向と直交するＺ軸方向にコリオリ力が生じることで、前記一対の質量部が前記Ｚ軸方向に逆位相で変位し、このときの変位量が前記検知部にて静電容量変化として検知される構造に効果的に適用出来る。この構成では、励振部の振動方向と回転軸とが一致しているため、励振部がコリオリ力を受けず、励振振動効率をより適切に向上させることができ、角速度の検出精度を向上させることが可能である。
　本発明の角速度センサの構成によれば、従来に比べて、角速度の検出精度を向上させることができる。
　図１は、本発明の第１実施形態の角速度センサの概念図、図２は図１に示すＡ－Ａ線に沿って高さ方向に切断した際の断面図、図３は、本発明の第２実施形態の角速度センサの概念図、図４は、図３に示す角速度センサの具体的構成図（平面図）、図５は、図４と一部異なる角速度センサの具体的構成図（平面図）、図６は、図４と一部異なる角速度センサの具体的構成図（平面図）、図７は、図４の角速度センサの質量部の構造を変えて、Ｚ軸回りの角速度Ωを検知可能とした角速度センサの具体的構成図（平面図）、である。
　各図におけるＸ軸方向及びＹ軸方向は支持基板平面内での直交する２方向を指す。Ｚ軸方向はＸ軸方向及びＹ軸方向に対して直交する高さ方向（膜厚方向）を指す。
　角速度センサ１は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板２を用いて形成される。図２に示すように、ＳＯＩ基板２は、シリコン基板で形成された支持基板３と、シリコン基板で形成されたＳＯＩ層（活性層）５と、支持基板３とＳＯＩ層５の間に位置する例えばＳｉＯ2で形成された酸化絶縁層（犠牲層）４の積層構造である。
　図１（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板２を構成するＳＯＩ層５には、質量部（Ｍａｓｓ）１０，１１、励振部１２，１３、及び支持梁１４～２１が形成される。質量部１０，１１及び支持梁１４～２１の下側にはいずれも酸化絶縁層２はなく、質量部１０，１１及び支持梁１４～２１は支持基板３の上方に位置している。励振部１２、１３の構造については後で詳述する。
　図１（ａ）に示すように、各支持梁１４～２１を結んだ輪郭Ｃは枠形状となっている。枠形状は、円形状や楕円形状等でもよいが、多角形のほうが励振部１２、１３同士、質量部１０，１１同士が安定して対向できる。また、多角形でも四角状であることが好ましく、具体的には略長方形あるいは略正方形であることが好適である。あるいは四角形以外に八角形等でもよい。
　図１（ａ）に示すように、枠形状の四隅にはアンカ部２２～２５が設けられ、各支持梁１５～２１を支持している。アンカ部２２～２５は支持梁１５～２１と一体で設けられている。アンカ部２２～２５は支持基板３上に酸化絶縁層４を介して固定支持されている（図２参照）。
　図１（ａ）に示すように、第１質量部１０は、Ｘ軸方向に直線状に延びる支持梁１４と支持梁１５との間に設けられ、第２質量部１１は、Ｘ軸方向に直線状に延びる支持梁１８と支持梁１９との間に設けられ、第１質量部１０と第２質量部１１は、Ｙ軸方向に向かい合っている。
　また図１（ａ）に示すように、第１励振部１２は、Ｙ軸方向に直線状に延びる支持梁２０と支持梁２１との間に設けられ、第２励振部１３は、Ｙ軸方向に直線状に延びる支持梁１６と支持梁１７の間に設けられ、第１励振部１２と第２励振部１３は、Ｘ軸方向に向かい合っている。
　図１（ａ）に示すように、一対の質量部１０，１１の並び方向と、一対の励振部１２，１３の並び方向とは直交した関係であることが好ましい。ここで「直交関係」とは、一対の質量部１０，１１の各中心を結んだ線（Ｙ軸方向に平行）と、一対の励振部１２，１３の中心を結んだ線（Ｘ軸方向に平行）とが直交していることを指す。
　図１に示す各支持梁１４～２１を結んだ枠形状は略正方形であり、各質量部１０，１１の中心Ｏ２，Ｏ３及び各励振部１２，１３の中心Ｏ４，Ｏ５は枠形状の四辺の各中心に一致している。よって枠形状の中心Ｏ１から、各質量部１０，１１の中心Ｏ２，Ｏ３の距離と各励振部１２，１３の中心Ｏ４，Ｏ５の距離はほぼ等しい。
　励振部１２，１３を支持するＹ軸方向に延びる支持梁１６，１７，２０，２１は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に変位可能であるがＹ軸方向には変位しにくい。なお、支持梁１６，１７，２０，２１はＸ軸方向のみに変位しやすい構造としてもよい。一方、質量部１０，１１を支持するＸ軸方向に延びる支持梁１４，１５，１８，１９は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に変位可能であるがＸ軸方向には変位しにくい。各支持梁の変位方向の調整は、支持梁の厚さ寸法、幅寸法、及び長さ寸法等にて制御できる。
　図１（ｂ）に示すように、一対の励振部１２，１３に印加した駆動信号により駆動力が発生して、一対の励振部１２，１３が、支持梁１６，１７，２０，２１のＸ方向への変位に伴い、Ｘ軸方向に直線的に逆位相で振動する（実線の矢印Ｄ，Ｅ、あるいは点線の矢印Ｆ，Ｇ）。このとき、励振部１２，１３は固有振動数で振動する。すると、質量部１０，１１を支持する支持梁１４，１５，１８，１９がＹ方向へ変位し、一対の質量部１０，１１は、Ｙ軸方向に直線的に逆位相で励振する（実線の矢印Ｈ，Ｉ、あるいは点線の矢印Ｊ，Ｋ）。図１（ｂ）は、励振部１２，１３がＸ軸方向にて近づく方向（実線の矢印Ｄ，Ｅ）に振動し、質量部１０，１１がＹ軸方向に離れる方向（実線の矢印Ｈ，Ｉ）に励振した一状態を示している。
　図１（ｂ）の状態で、角速度センサ１にＸ軸方向を回転軸として角速度Ωが加わると、質量部１０，１１はコリオリ力を受けてＺ軸方向と平行な方向に変位する。このとき第１質量部１０が図示上方向（あるいは図示下方向）に変位したとき、第２質量部１１は図示下方向（あるいは図示上方向）に変位するように質量部１０、１１はＺ軸方向に逆位相で変位する。
　例えば図２に示すように、質量部１０，１１の下方に位置する支持基板３上には電極部４９が設けられている。そして質量部１０，１１がＺ軸方向に変位したときに生じる電極部４９と質量部１０，１１間の距離が変化することで生じる静電容量変化に基づき角速度Ωを検出する。なお図２では、質量部１０，１１の下方にのみ電極部４９が設けられているが、電極部は、質量部１０，１１の上方にのみ、あるいは質量部１０，１１の上下両方に設けられてもよい。
　以上のように本実施形態では、質量部１０，１１と、励振部１２，１３とを別々に設けた。さらに、一対の質量部１０，１１を、Ｙ軸方向にて向かい合う枠形状の２辺に位置する支持梁１４，１５，１８，１９に夫々設け、励振部１２，１３をＸ軸方向にて向かい合う枠形状の２辺に位置する支持梁１６，１７，２０，２１に夫々設け、一対の励振部１２，１３がＸ軸方向に逆位相で振動したときに、一対の質量部１０，１１がＹ軸方向に逆位相で励振するようにした。本実施形態の構成によれば、励振部１２，１３に供給される駆動信号の質量部１０，１１への漏れを十分小さくでき、漏れ振動を適切に抑制できる。しかも本実施形態では、簡単な構造で、適切に、一対の質量部１０，１１を逆位相で大きい振幅にて励振させることが出来る。よって従来に比べて、角速度の検出精度を向上させることができる。
　図１に示す構造では、質量部１０，１１の並び方向と励振部１２，１３の並び方向とが直交した関係となっている。直交関係に限定しないが、直交関係とすることで、より適切に、一対の励振部１２，１３をＸ軸方向に逆位相で振動させ、一対の質量部１０，１１をＹ軸方向に逆位相で励振させることが出来る。
　そして、上記構成により、Ｘ軸方向を回転軸として角速度Ωが生じると、回転軸と、励振部１２，１３の振動方向とが一致しているので、励振部１２、１３はコリオリ力を受けない。よって本実施形態では、従来に比べて、励振振動効率を向上させることができ、角速度の検出精度をより効果的に向上させることができる。
　図３に示す角速度センサ３０の構造は、図１に示す角速度センサ１と異なって振動伝達梁３１～３４が設けられている。なお図１の角速度センサ１と同じ部位には図１と同じ符号が付されている。
　振動伝達梁３１は、支持梁１５と支持梁１６とに連結し、振動伝達梁３２は、支持梁１７と支持梁１８とに連結し、振動伝達梁３３は支持梁１９と支持梁２０とに連結し、振動伝達梁３４は、支持梁１４と支持梁２１とに連結して設けられている。
　振動伝達梁３１～３４を備えない図１の構造では、励振部１２，１３で生じた振動を確実に質量部１０，１１にまで伝達するには、アンカ部２２～２５の部分が捩れたり、あるいは、高さ方向に対して傾く等、アンカ部２２～２５が変形可能であることが必要であった。
　これに対して、図３に示すように、振動伝達梁３１～３４を設けることで、アンカ部２２～２５の構成に関わらず、図３（ｂ）に示すように、一対の励振部１２、３をＸ軸方向に逆位相で振動させたときに、その振動を振動伝達梁３１～３４を介して効果的に質量部１０，１１にまで伝達でき、効果的に、一対の質量部１０，１１をＹ軸方向に逆位相で大きい振幅で励振させることが出来る。
　次に図４の具体的形態に示すように、励振部１２，１３は、支持基板３に固定支持される櫛歯状の固定側駆動電極３５と、支持基板３の上方に位置してＹ軸方向に直線状に延びる支持梁１６，１７，２０，２１に連結され固定側駆動電極３５と交互に配置される櫛歯状の可動側駆動電極３６とを備える。
　図４に示すように可動側駆動電極３６は、支持梁１６，１７，２０，２１に連結されＹ軸方向に直線状に延びる支持部３７と、支持部３７のＸ軸方向の両側に延びると共に、Ｙ軸方向に所定間隔を空けて配置された櫛歯状電極３８を備える。また固定側駆動電極３５は、励振部１２，１３の夫々に２個ずつ設けられ、固定側駆動電極３５は、支持基板３上に酸化絶縁層４を介して固定支持される固定部３９と、この固定部３９から可動側駆動電極３６の櫛歯状電極３８間に延びる櫛歯状電極４０とで構成される。限定されないが、固定側駆動電極３５の櫛歯状電極４０下には酸化絶縁層４が無く、櫛歯状電極４０は支持基板３の上方に浮いている。
　励振部１２、１３に対して互いに逆位相となる交流の駆動信号を印加すると、各励振部１２，１３の可動側駆動電極３６と固定側駆動電極３５との間にはクーロン力が作用し駆動力が発揮される。そして一対の励振部１２、１３は、支持梁１６，１７，２０，２１のＸ方向への変位に伴い、Ｘ軸方向に逆位相で振動する。
　図４に示す構造では、ほぼ直角に屈曲する略Ｌ字状の振動伝達梁３１～３４を備える。図３（ｂ）で説明したように、励振部１２，１３がＸ軸方向に逆位相で振動することで、振動が振動伝達梁３１～３４を介して質量部１０，１１にまで伝達される。そして、支持梁１４，１５，１８，１９に支持された質量部１０，１１は、質量部１０，１１を支持する支持梁１４，１５，１８，１９のＹ方向への変位に伴い、Ｙ軸方向に逆位相で励振する。
　そして図１で説明したように、Ｘ軸方向を回転軸として角速度Ωが角速度センサに加わると、コリオリ力を受けて質量部１０，１１がＺ軸方向に変位する。このとき第１質量部１０と第２質量部１１とが逆位相で変位する。質量部１０，１１と支持基板３の距離が変動することで、図２に示す支持基板３上に設けられた電極部４９と質量部１０，１１間の静電容量変化をとらえ、この静電容量変化に基づき角速度Ωを検出する。
　図４に示す本実施形態は、角速度センサにＸ軸方向を回転軸として角速度Ωが加わったときに角速度を検知できる構成である。すなわち既に述べたように本実施形態では角速度センサにＸ軸方向を回転軸として角速度Ωが加わると、質量部１０，１１はＺ軸方向へのコリオリ力を受けるが、励振部１２、１３はコリオリ力を受けない。一方、Ｙ軸方向を回転軸として角速度Ωが生じたとしても、励振部１２，１３はＺ軸方向へのコリオリ力を受けるが、質量部１０，１１はコリオリ力を受けず変位しないので、誤検知しない。またＺ軸方向を回転軸として角速度Ωが生じても、コリオリ力を受ける方向に突っ張る支持梁１４～２１が存在するため、質量部１０，１１及び励振部１２，１３は変位し難い。よって図４に示す本実施形態では、Ｘ軸方向を回転軸として角速度Ωが加わったときにのみ、優れた励振振動効率にて角速度を検知できる。
　また、本実施形態では、コリオリ力を受けて質量部１０，１１が逆位相で変位するため、加速度に伴う力（慣性力）を受けて質量部１０，１１の双方が同じ方向に変位した場合等に誤検知を防止できる。
　本実施形態では、振動伝達梁の形状を特に限定しない。例えば、図５に示すように、振動伝達梁４１～４４は、直線状で形成されてもよいし、図６に示すように、振動伝達梁４５～４８は、湾曲状で形成されてもよい。
　図４～図６はいずれもＸ軸方向を回転軸とした角速度Ωを検出するものであった。当然に、図４～図６に示す角速度センサをＸ－Ｙ平面内で９０度反転させれば、Ｙ軸方向を回転軸とした角速度Ωの検知が可能になる。
　なお質量部１０，１１のＺ軸方向への変位量は、図２で説明した電極構造以外の構造で検出してもよい。
　例えば図８に示すように、質量部１０，１１の側面に共に櫛歯状の可動電極７０が設けられている。また可動電極７０と交互に櫛歯状の固定電極７２が設けられ、この固定電極７２は支持基板３上に固定支持されている。図８は、可動電極７０及び固定電極７２を厚み方向から切断した断面形状で示している。なお可動電極と固定電極を区別しやすいように可動電極７０のみを斜線で示している。
　図８に示すように、例えば可動電極７０と固定電極７２は同じ厚さ寸法で形成され、初期状態（コリオリ力が作用していない状態）では、可動電極７０の上面は固定電極７２の上面よりも高い位置にある。
　図８（ａ）に示すように、可動電極７０が下方向に移動すると、可動電極７０と固定電極７２との対向面積は増大するため、静電容量は増大する。一方、図８（ｂ）に示すように、可動電極７０が上方向に移動すると、可動電極７０と固定電極７２との対向面積は減少するため、静電容量は減少する。
　これにより、Ｚ軸方向にコリオリ力を受けて質量部１０，１１が変位したときの変位量を静電容量変化の差動出力として得ることが出来る。
　なお、図８に示すＺ軸方向の変位を検知する櫛歯状の電極構造は一例である。可動電極が上方向に移動したときと下方向に移動したときとで静電容量変化の増減が逆傾向になれば特に電極の構造を限定しない。
　Ｚ軸方向を回転軸とした角速度Ωを検知するには、例えば図７に示す構造が考えられる。
　図７に示す角速度センサ５０は、図４に示す角速度センサの質量部の構造を変更したものである。よって質量部以外の部位は図４に示す角速度センサと同じ構造である（符号も図４と同じとした）。
　図７に示すように、Ｘ軸方向に直線状に延びる支持梁１４，１５に連結された第１質量部６０、及びＸ軸方向に直線状に延びる支持梁１８，１９に連結された第２質量部６１は、共に外側質量部５１，５２と、内側質量部５３，５４を備える。限定しないが、外側質量部５１，５２は輪郭が四角の枠形状であり、外側質量部５１，５２に設けられた中央の空間内に四角い内側質量部５３，５４が設けられる。内側質量部５３，５４は外側質量部５１，５２と支持梁５５を介して連結される。支持梁５５は、Ｘ軸方向への変位を可能とする。
　図７に示すように内側質量部５３，５４の内部には、内側質量部５３，５４と一体的に形成されたＹ軸方向に所定間隔を空けて成る櫛歯状の可動電極６３が設けられ、また、可動電極６３とＹ軸方向に交互に設けられた櫛歯状の固定電極６２が設けられる。固定電極６２は支持基板３上に酸化絶縁層４を介して固定支持されている。
　図４～図６と同様に、一対の励振部１２、１３がＸ軸方向に逆位相で振動し、一対の質量部６０，６１がＹ軸方向に逆位相で励振する。
　図７に示すように、Ｚ軸方向を回転軸として角速度Ωが角速度センサ５０に加わると、質量部６０、６１にはＸ軸方向に逆位相でコリオリ力が作用する。このとき外側質量部５１，５２は、Ｘ軸方向に変位しない支持梁１４，１５，１８，１９に支持されているため変位しないが、内側質量部５３，５４は、Ｘ軸方向に変位可能な支持梁５５に支持されているので、内側質量部５３，５４がコリオリ力を受けて変位する。このときの変位量を可動電極６３と固定電極６２の間で生じる静電容量変化として検出することで、Ｚ軸方向を回転軸とした角速度Ωの検出が可能となる。図７では、励振部１２，１３もＹ軸方向へのコリオリ力を受けるが、励振部１２，１３の可動部側電極はＹ軸方向に変位し難い支持梁１６，１７，２０，２１に支持されているから、励振部１２，１３はコリオリ力の影響をほとんど受けず、励振振動効率が低下することはない。
　また例えば図４の形態においても、第１質量部１０と支持梁１４の間、第１質量部１０と支持梁１５の間、第２質量部１１と支持梁１８の間、及び第２質量部１１と支持梁１９との間に、支持梁に比べて低剛性であり、弾性変形可能なばね部を設けておくことで、質量部１０，１１をＸ軸方向に変位させることが可能であり、Ｚ軸方向を回転軸とした角速度Ωの検出が可能となる。
　図９は、本実施形態における角速度センサの製造方法を示す。なお図９は図１に示すＡ－Ａ線に沿った断面形状部分での製造方法である。
　図９（ａ）に示すようにシリコンで形成された支持基板３を用意し、図９（ｂ）に示すように支持基板３の表面３ａに電極部４９を形成する。
　次に図９（ｃ）に示す工程では、酸化絶縁層（ＳｉＯ2層、犠牲層）４を形成する。成膜後、酸化絶縁層４の表面を例えばＣＭＰ技術を用いて平坦化処理する。
　次に図９（ｄ）に示す工程では、酸化絶縁層４上にＳＯＩ層（シリコン層）５を形成する。ＳＯＩ層５には、例えば図４に示す質量部１０，１１、励振部１２，１３、支持梁１４～２１、アンカ部２２～２５、振動伝達梁３１～３４を区画形成し、それ以外の余分なＳＯＩ層５を例えばディープＲＩＥ（Deep　RIE）を用いて除去する。またこのとき、質量部１０、１１には多数の微細な貫通孔８０を形成しておく。
　そして図９（ｅ）に示す工程では、アンカ部２２～２５の下や励振部１２，１３を構成する固定部３９の下の酸化絶縁層４を除いて、それ以外の酸化絶縁層４をウエットエッチングやドライエッチングによる等方性エッチング工程にて除去する。このとき、質量部１０，１１の下にある酸化絶縁層４も上記した貫通孔を通して除去される。
　なお、上記した角速度センサを複数用いて、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向のうち少なくとも２方向を回転軸とした角速度が生じたときに、各角速度を検知できる角速度センサモジュールを構成してもよい。例えば、図４に示す構造の角速度センサを２つ用意にし、一方の角速度センサの配置を図４と同様にし、他方の角速度センサの配置を図４の向きからＸ－Ｙ平面に９０度傾ける。これによりＸ軸方向及びＹ軸方向を夫々回転軸とした角速度Ωの検知が可能な角速度センサモジュールを形成できる。
　上記したＸ－Ｙ軸検知用の角速度センサでは、例えばＸ軸を回転軸とした角速度Ωが加わったとき、Ｘ軸検知用の角速度センサの質量部にはコリオリ力が生じるが、Ｙ軸検知用の角速度センサの質量部にはコリオリ力が生じない。同様に、Ｙ軸を回転軸とした角速度Ωが加わったとき、Ｙ軸検知用の角速度センサの質量部にはコリオリ力が生じるが、Ｘ軸検知用の角速度センサの質量部にはコリオリ力が生じない。よってＸ軸及びＹ軸を回転軸とした角速度Ωが加わったときに、適切に、夫々の角速度Ωの検知が可能である。
本発明の第１実施形態の角速度センサの概念図、 図１に示すＡ－Ａ線に沿って高さ方向に切断した際の断面図、 本発明の第２実施形態の角速度センサの概念図、 図３に示す角速度センサの具体的構成図（平面図）、 図４と一部異なる角速度センサの具体的構成図（平面図）、 図４と一部異なる角速度センサの具体的構成図（平面図）、 図４の角速度センサの質量部の構造を変えて、Ｚ軸回りの角速度Ωを検知可能とした角速度センサの具体的構成図（平面図）、 Ｚ軸方向への変位量を測定するための櫛歯状構造の可動電極と固定電極を高さ方向から切断した断面図であり、（ａ）は初期状態と、初期状態から可動電極が下方向に移動したときの図、（ｂ）は初期状態と、初期状態から可動電極が上方向に移動したときの図、 本実施形態の角速度センサの製造方法を示す断面図、
符号の説明
１、３０、５０　角速度センサ
２　ＳＯＩ基板
３　支持基板
４　酸化絶縁層
５　ＳＯＩ層
１０、１１、６０、６１　質量部
１２、１３　励振部
１４～２１、５５　支持梁
２２～２５　アンカ部
３１～３４、４１～４４、４５～４８　振動伝達梁
３５　固定側駆動電極
３６　可動側駆動電極
４９　電極部
５１、５２　外側質量部
５３、５４　内側質量部
７０　可動電極
７２　固定電極

Claims (6)

  1. 　支持基板と、前記支持基板の上方に位置する質量部と、前記質量部を励振するための励振部と、前記質量部及び前記励振部を所定方向に変位可能に支持する支持梁と、前記支持基板上に固定支持されたアンカ部と、コリオリ力を受けて変位する前記質量部の変位量を検出するための検知部と、を備え、
    　各支持梁を結んだ輪郭が枠形状に形成され、前記枠形状の複数箇所に前記アンカ部が設けられて各支持梁を支持しており、
    　前記質量部及び前記励振部は夫々１対ずつ設けられ、支持基板平面にて直交する２方向をＸ軸方向とＹ軸方向としたとき、前記質量部は夫々、Ｙ軸方向にて向かい合う前記枠形状の２辺に位置する前記支持梁に支持され、前記励振部は夫々、Ｘ軸方向にて向かい合う前記枠形状の２辺に位置する前記支持梁に支持されており、
    　前記一対の励振部が前記Ｘ軸方向に逆位相で振動したときに、前記一対の質量部が前記Ｙ軸方向に逆位相で励振することを特徴とする角速度センサ。
  2. 　各アンカ部から前記質量部及び前記励振部に至る前記支持梁間に振動伝達梁が連結されている請求項１記載の角速度センサ。
  3. 　前記一対の質量部の並び方向と、前記一対の励振部の並び方向とが直交している請求項１又は２に記載の角速度センサ。
  4. 　各支持梁を結んだ輪郭が略正方形あるいは略長方形であり、前記アンカ部が前記枠形状の四隅に設けられる請求項１ないし３のいずれかに記載の角速度センサ。
  5. 　前記励振部は、前記支持基板に固定支持される櫛歯状の固定側駆動電極と、前記支持基板の上方に位置して前記支持梁に連結され、前記固定側駆動電極と交互に配置される櫛歯状の可動側駆動電極とを備え、前記固定側駆動電極と前記可動側駆動電極間に発生するクーロン力により前記可動側駆動電極が振動する請求項１ないし４のいずれかに記載の角速度センサ。
  6. 　Ｘ軸周りに角速度が発生したとき、前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向と直交するＺ軸方向にコリオリ力が生じることで、前記一対の質量部が前記Ｚ軸方向に逆位相で変位し、このときの変位量が前記検知部にて静電容量変化として検知される請求項１ないし５のいずれかに記載の角速度センサ。
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