角速度センサ
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば車両等の回転方向，姿勢等を検出するのに用いて好適な角速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、車両等の回転方向を検出するのに用いられる角速度センサとしては、例えば特公平３−７４９２６号公報、特開昭６１−１１４１２３号公報等によって知られている。
【０００３】そこで、図１９に従来技術による角速度センサとして、特公平３−７４９２６号公報に記載の半導体回転センサを例に挙げて示す。
【０００４】図において、１はシリコン材料からなる基板を示し、該基板１は、図中下側に位置する下側基板１Ａと、該下側基板１Ａ上に形成された上側基板１Ｂとから大略構成され、該各基板１Ａ，１Ｂ間には後述する片持梁２の振動を許す空間１Ｃが形成されている。
【０００５】２は基板１の上側基板１Ｂにエッチング技術等を用いて一体形成された片持梁を示し、該片持梁２は、その基端２Ａ側が上側基板１Ｂに固定された固定端となり、その先端２Ｂ側が基板１に対して垂直な上，下方向に振動可能な自由端となっている。また、該片持梁２の基端２Ａ側には、幅方向の中心に位置して長手方向に伸びる角形状のスリット３が穿設されている。
【０００６】４は片持梁２の先端２Ｂ側上面に形成された電極を示し、該電極４は所定の周波数信号を発振する発振回路（図示せず）と接続されている。そして、発振回路からの周波数信号が電極４を介して片持梁２に印加されると、該片持梁２は静電力により上，下方向に振動するようになっている。
【０００７】５，５はスリット３の左，右に位置して片持梁２の基端２Ａ側に設けられたピエゾ抵抗素子を示し、該各ピエゾ抵抗素子５は、基板１の回転時に片持梁２に生じる応力を抵抗値変化として検出し、これを回転方向の角速度として信号処理回路（図示せず）に出力するものである。
【０００８】従来技術による角速度センサは上述の如き構成を有するもので、発振回路から電極４を介して所定の周波数信号を印加すると静電力が発生し、これにより、片持梁２の先端２Ｂは例えば自身の共振周波数で基板１に対して垂直な上，下方向に振動する。そして、この状態で、基板１に回転軸Ｏを中心とする回転力Ｔが加わると、コリオリの力Ｆ，Ｆ′によって片持梁２によじれ（応力）が生じ、この回転によるよじれは、スリットの左，右に圧縮応力，引張応力としてそれぞれ表われる。これにより、各ピエゾ抵抗素子５は、これら圧縮応力，引張応力に応じた信号を出力し、回転力Ｔの角速度を検出する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従来技術による角速度センサでは、シリコン材料からなる基板１にエッチング技術等を用いて片持梁２を一体形成し、該片持梁２を上，下方向に振動させることにより、回転力Ｔの角速度に応じた応力を各ピエゾ抵抗素子５によって検出している。しかし、片持梁２を基板１に対して垂直な上，下方向に振動させる３次元的構成であるから、励振構造が複雑化し、空気の粘性抵抗を受け易い。
【００１０】このため、上述した従来技術によるものでは、片持梁２の振動時に生じる空気の粘性抵抗力が大きくなって、該片持梁２を振動させるためのエネルギが徒に浪費されてしまい、エネルギ効率が極めて低いという問題がある。また、この粘性抵抗力のため、片持梁２の振幅を大きくすることができないから、各ピエゾ抵抗素子５による角速度の検出感度が低いという問題がある。
【００１１】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、振動体に加わる気体の粘性抵抗力を効果的に低減して検出感度を向上することができ、全体構造をコンパクトに形成することができるようにした角速度センサを提供することを目的とする。
【００１２】
【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本発明が採用する構成は、基板と、該基板に第１の支持梁を介して支持され、該基板と平行方向に振動可能に設けられた第１の振動体と、該第１の振動体に第２の支持梁を介して平行に支持され、該第１の振動体の振動方向に対して直交方向に振動可能に設けられた第２の振動体と、前記第１の振動体を前記基板に対して平行方向に振動させる振動発生手段と、前記第２の振動体の変位量を検出する変位量検出手段とからなる。
【００１３】
【作用】振動発生手段により第１の振動体が基板に対して平行方向に振動している状態で、センサ全体が該基板と垂直な回転軸を中心として回転すると、第２の振動体は、この回転力の角速度に応じたコリオリの力によって第１の振動体の振動方向と直交方向に振動する。そして、変位量検出手段は、該第２の振動体の振動時の変位量を検出し、これを前記回転力の角速度信号として出力する。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図１８に基づき、独立した角速度センサとして構成した場合を例に挙げて説明する。
【００１５】まず、図１ないし図１２は本発明の第１の実施例を示している。
【００１６】図中、１１はシリコン材料等からなる基板を示し、該基板１１は、下側に位置する下側基板１１Ａと、該下側基板１１Ａの上側に後述の酸化膜２７からなる支持枠１１Ｂを介して設けられた上側基板１１Ｃとから大略構成され、該各基板１１Ａ，１１Ｃ間には空間１１Ｄが画成されている。また、該基板１１の上側基板１１Ｃは所定の厚さ寸法ｔを有し、図２にも示す如く、後述する第１の振動体１２，第１の支持梁１３，第２の振動体１４，第２の支持梁１５等がエッチング技術等によってそれぞれ一体形成されている。
【００１７】１２は基板１１の上側基板１１Ｃに一体形成され、該上側基板１１Ｃと平行方向に振動可能に設けられた第１の振動体を示し、該第１の振動体１２は、上側基板１１Ｃのほぼ中央部に位置して方形枠状に形成された枠部１２Ａと、該枠部１２Ａの両端側からＸ軸方向に延設された一対の腕部１２Ｂ，１２Ｂとから構成され、該各腕部１２Ｂは第１の支持梁１３，１３によってＹ軸方向からそれぞれ支持されている。そして、該第１の振動体１２は、４本の支持梁１３によってＹ軸方向から支持されることにより、上側基板１１Ｃと平行にＸ軸方向に振動可能となっている。
【００１８】ここで、前記各第１の支持梁１３は、所定の長さ寸法Ｌ1 ，幅寸法Ｗ1 ，厚さ寸法ｔをもって長板状に形成され、所定の弾性率を有している。
【００１９】１４は第１の振動体１２の枠部１２Ａ内に位置して該第１の振動体１２とほぼ同一平面上に設けられ、方形平板状に形成された第２の振動体を示し、該第２の振動体１４は、図３にも示す如く、Ｘ軸方向に配設された２本一組の第２の支持梁１５，１５，…によって、第１の振動体１２の各腕部１２Ｂに平行に支持されている。そして、該第２の振動体１４は、各第２の支持梁１５によって支持されることにより、第１の振動体１２の振動方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）に振動可能となっている。
【００２０】ここで、前記各第２の支持梁１５は、所定の長さ寸法Ｌ2 ，幅寸法Ｗ2 ，厚さ寸法ｔを有する長板状に形成されて所定の弾性率を有し、これにより、後述する振動発生部１６，１６の励起周波数と第２の振動体１４の共振周波数とを実質的に一致せしめ、コリオリの力に対する該第２の振動体１４の感度を高めるものである。また、該各第２の支持梁１５は、その基端側が第１の振動体１２の各腕部１２Ｂに接続され、その先端側が第２の振動体１４に接続されている。
【００２１】図１中に二点鎖線で示す１６，１６は第１の振動体１２の各腕部１２Ｂ両側に位置して基板１１の上側基板１１Ｃ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、図４にも示す如く、第１の振動体１２の各腕部１２Ｂ先端側に設けられ、Ｘ軸方向に伸長する複数の突起１７Ａ，１７Ａ，…がＹ軸方向に離間して形成された可動側導電部１７と、該可動側導電部１７と対向して基板１１の上側基板１１Ｃに設けられ、前記各突起１７Ａと互い違いに組み合される複数の突起１８Ａ，１８Ａ，…が形成された固定側導電部１８とから構成されている。また、該各導電部１７，１８はプリント配線（金属配線）１９，２０を介して基板１１に形成された発振回路（図示せず）とそれぞれ接続されている。
【００２２】そして、前記各振動発生部１６は、発振回路から第２の振動体１４の共振周波数に一致した所定の周波数信号が各プリント配線１９，２０を介して各導電部１７，１８に印加されると、電極たる該各導電部１７，１８間に静電力を発生せしめ、この静電力によって第１の振動体１２を第２の振動体１４と共に、Ｘ軸方向に振動させるものである。
【００２３】２１，２１，…は第２の支持梁１５の基端側にそれぞれ設けられた変位量検出手段としての変位量検出部を示し、該各変位量検出部２１は、図４，図５に示す如く、第２の支持梁１５の基端側に位置して幅方向両側に配設され、該第２の支持梁１５の長さ方向（Ｘ軸方向）に伸びて形成されたピエゾ抵抗素子としての拡散抵抗２２，２２と、該各拡散抵抗２２の両端側に設けられたコンタクトホール２３，２３とから大略構成され、該各拡散抵抗２２は、各コンタクトホール２３に接続されたプリント配線２４，２５，２６を介して、基板１１に形成された信号処理回路（図示せず）に接続されている。
【００２４】そして、前記各変位量検出部２１は、回転に伴うコリオリの力によって第２の振動体１４がＹ軸方向に変位（振動）すると、これにより、各第２の支持梁１５に生じる歪み（圧縮応力および引張応力）を検出し、これを角速度信号として信号処理回路に出力するものである。ここで、該各変位量検出部２１の各拡散抵抗２２は、第２の支持梁１５の幅方向両端側に離間して設けられているため、一の拡散抵抗２２には圧縮応力が作用し、他の拡散抵抗２２には逆の引張応力が作用する。従って、該各拡散抵抗２２のピエゾ抵抗効果による抵抗変化率も互いに逆符号となるので、信号処理回路によって両者の抵抗変化率を比較演算することにより、角速度に比例するコリオリの力に応じた第２の振動体１４のＹ軸方向の変位量、即ち、振幅を求めることができるようになっている。
【００２５】本実施例による角速度センサは上述の如き構成を有するもので、次に、その製造方法について図６ないし図１１を参照しつつ、単結晶シリコンを用いた場合を例に挙げて説明する。
【００２６】まず、図６に示す酸化膜形成工程では、例えば熱酸化法等の手段を用いて、単結晶シリコン材料からなる基板１１の下側基板１１Ａの上面側に酸化膜２７を形成する。
【００２７】次に、図７に示す支持枠形成工程では、酸化膜形成工程で形成された酸化膜２７を、その周縁部を除いてエッチングにより除去し、方形角枠状の支持枠１１Ｂを形成する。
【００２８】そして、図８に示す接合工程では、別工程で形成された方形板状の単結晶シリコンからなるウエハ２８を下側基板１１Ａの上側に支持枠１１Ｂを介して搭載し、例えばシリコンの直接接合技術によって両者を接合し、固定する。
【００２９】さらに、図９に示す上側基板形成工程では、基板接合工程で接合されたウエハ２８を均一に研磨し、所定の厚さ寸法ｔを有する上側基板１１Ｃを形成する。
【００３０】次に、図１０に示す素子形成工程では、上側基板形成工程で形成された上側基板１１Ｃの上面側に、不純物導入技術，フォトリソグラフィ技術等の手段を用いて、素子たる振動発生部１６、変位量検出部２１、プリント配線１９，２０，２４，２５，２６（図示せず）等を形成する。
【００３１】最後に、図１１に示す振動体形成工程では、素子形成工程で振動発生部１６等が形成された上側基板１１Ｃをエッチングすることにより、図１にも示す如く、各振動体１２，１４および各支持梁１３，１５を形成する。なお、このときに、各導電部１７，１８の各突起１７Ａ，１８Ａも形成される。
【００３２】次に、このようにして形成された本実施例による角速度センサの作動について、図１２を参照しつつ説明する。
【００３３】まず、図１２は、本実施例による角速度センサの機械的構成を模式的に表現したものであり、弾性体たる各第１の支持梁１３によって上側基板１１ＣにＹ軸方向から４点で支持された第１の振動体１２内に、第２の振動体１４が他の弾性体たる各第２の支持梁１５によってＸ軸方向から４点で支持されている。
【００３４】次に、図１，図４に示す各振動発生部１６に発振回路から所定の周波数信号を印加すると、各導電部１７，１８間に静電力が発生し、これにより、第１の振動体１２は、各第１の支持梁１３に支持されつつ第２の振動体１４と共に、該第２の振動体１４の共振周波数と実質的に等しい周波数でＸ軸方向に振動する。
【００３５】そして、各振動体１２，１４をＸ軸方向に振動させた状態で、図１にも示す如く、Ｚ軸を回転軸とする回転力Ｔが加わってセンサ全体が回転すると、第２の振動体１４は、この回転力により生じた角速度に比例するコリオリの力を受けて、各第２の支持梁１５に支持されつつ、第１の振動体１２の振動方向と同一平面上で直交するＹ軸方向に変位する。
【００３６】これにより、各第２の支持梁１５には、第２の振動体１４の変位量に応じた歪みが発生し、各変位量検出部２１は、この歪みによる圧縮応力，引張応力を各拡散抵抗２２のピエゾ抵抗効果を利用して検出し、これを信号処理回路に角速度信号として出力する。そして、該信号処理回路は、第２の支持梁１５，１５，…にそれぞれ設けられた変位量検出部２１からの信号を処理することにより、第２の振動体１４のＺ軸方向等の振動，ねじれ等を検出し、角速度信号を補正して外部に出力する。
【００３７】かくして、本実施例によれば、シリコン材料からなる下側基板１１Ａ上に空間１１Ｄを介して設けられたシリコン材料からなる上側基板１１Ｃに、エッチング技術等の半導体微細加工技術を用いて、各第１の支持梁１３によってＸ軸方向に振動可能に支持された第１の振動体１２と、該第１の振動体１２に各第２の支持梁１５により第１の振動体１２の振動方向と同一平面上で直交するＹ軸方向に振動可能に支持された第２の振動体１４と、各導電部１７，１８間に生じる静電力によって第１の振動体１２をＸ軸方向に振動させる振動発生部１６と、各拡散抵抗２２により回転の角速度に比例するコリオリの力を第２の支持梁１５の応力変化として検出する変位量検出部２１とを、一体形成する構成としたから、図１に示す如く、第１の振動体１２の振動方向（Ｘ軸方向）および第２の振動体１４の振動方向（Ｙ軸方向）に対して垂直な回転軸（Ｚ軸方向）を回転中心に加わった回転力Ｔの角速度を確実に検出することができ、以下の効果を奏する。
【００３８】第１に、第１の振動体１２および第２の振動体１４を基板１１の上側基板１１Ｃに対して平行に、同一平面上で平行に振動させる構成としたから、従来技術で述べた如く、各振動体１２，１４の周囲の空気から受ける粘性抵抗力を大幅に低減することができ、該各振動体１２，１４の振幅（変位量）を大きくして角速度の検出感度を大幅に向上することができる。
【００３９】第２に、各振動体１２，１４は基板１１に対して平行に振動する２次元的構成としたから、従来技術で述べた如く、片持梁２が基板１に対して垂直に振動する３次元的構成とは異なり、センサ全体の構造を簡素化してコンパクトに形成することができる。
【００４０】第３に、シリコン材料からなる基板１１に、エッチング等の半導体微細加工技術を用いて各振動体１２，１４、各支持梁１３，１５等を一体形成する構成としたから、同一素材のシリコンウエハから複数個の角速度センサを容易に製造することができ、均一な特性を有する角速度センサを効果的に量産することができ、コストを大幅に低減することができる。
【００４１】第４に、各振動発生部１６の励起周波数を第２の振動体１４の共振周波数と実質的に一致させる構成としたから、コリオリの力を受けたときの第２の振動体１４の変位量を増大することができ、角速度の検出感度を大幅に向上することができる。
【００４２】第５に、一対の拡散抵抗２２等からなる変位量検出部２１を、各第２の支持梁１５の基端側にそれぞれ設ける構成としたから、第２の振動体１４のＹ軸方向の変位量に加えて、Ｚ軸方向等の振動，よじれ等も効果的に検出することができ、角速度の検出精度を高めて信頼性を大幅に向上することができる。
【００４３】第６に、各振動体１２，１４を各支持梁１３，１５によって４点で支持する構成としたから、機械的強度が増大し、衝撃に対する信頼性等を大幅に向上することができる。
【００４４】第７に、各支持梁１３，１５の形状、即ち、長さ寸法Ｌ1 ，Ｌ2 、幅寸法Ｗ1，Ｗ2 、厚さ寸法ｔを調整することにより、角速度の検出範囲、要求精度等の諸条件に応じた弾性率を容易に得ることができ、市場要求に即応できる。
【００４５】次に、図１３は本発明の第２の実施例を示し、本実施例の特徴は、各振動体１２，１４間の静電容量変化に基づき、第２の振動体１４の変位量を検出する構成としたことにある。なお、本実施例では、上述した第１の実施例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。
【００４６】図中、３１は第１の振動体１２と第２の振動体１４との間にＹ軸方向に亘って設けられた変位量検出手段としての変位量検出部を示し、該変位量検出部３１は、第１の振動体１２の内側に形成された固定側電極３１Ａと、該固定側電極３１Ａと対向して第２の振動体１４に形成された可動側電極３１Ｂとから構成され、該各電極３１Ａ，３１Ｂはプリント配線３２，３３を介して信号処理回路（図示せず）と接続されている。そして、該変位量検出部３１は、各電極３１Ａ，３１Ｂ間の静電容量変化を検出することにより、第２の振動体１４のＹ軸方向の変位量を検出するものである。
【００４７】このように構成される本実施例でも、前記第１の実施例とほぼ同一の作用効果を得ることができる。
【００４８】さらに、図１４は本発明の第３の実施例を示し、本実施例の特徴は、第１の支持梁を水平方向に凹凸を有する凹凸板状に形成したことにある。なお、本実施例では、前記第１の実施例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。
【００４９】図中、４１，４１，…は本実施例による第１の支持梁を示し、該各第１の支持梁４１は、前記各実施例で述べた第１の支持梁１３とほぼ同様に、第１の振動体１２を基板１１に対して平行に支持しているものの、該各第１の支持梁４１は、エッチング技術等により、角速度の検出範囲、各振動体１２，１４の共振周波数等の条件に応じた所定の弾性率を得るべく、水平方向に凹凸を有する凹凸板状に形成されている。
【００５０】かくして、このように構成される本実施例でも、前記各実施例とほぼ同一の作用効果を得ることができるが、特に、本実施例では、各第１の支持梁４１を水平方向に凹凸を有する凹凸板状に形成する構成としたから、その形状によって容易に弾性率を調整することができる。
【００５１】なお、前記各実施例では、基板１１に単結晶シリコン材料を用いて角速度センサを製造する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば図１５ないし図１８に示す他の製造方法の如く、上側基板１１Ｃを多結晶シリコン材料を用いて形成する構成としてもよい。
【００５２】即ち、図１５に示す酸化膜形成工程では、例えば熱酸化法等の手段を用いて、単結晶シリコン材料からなる基板１１の下側基板１１Ａの上面側に酸化膜２７を形成する。
【００５３】次に、図１６に示す上側基板形成工程では、酸化膜２７の上面側に、ＣＶＤ法等の手段を用いて不純物を含まない多結晶シリコン材料からなる上側基板１１Ｃを、所定の厚さ寸法ｔをもって一体形成する。
【００５４】そして、図１７に示す素子，振動体形成工程では、上側基板形成工程で形成された多結晶シリコン膜からなる上側基板１１Ｃの上面側に、不純物導入技術，フォトリソグラフィ技術等の手段を用いて、振動発生部１６、変位量検出部２１、プリント配線１９，２０，２４，２５，２６（図示せず）等を形成した後、該上側基板１１Ｃをエッチングすることにより、各振動体１２，１４、各支持梁１３，１５を形成する。
【００５５】最後に、図１８に示す支持枠形成工程では、下側基板１１Ａと上側基板１１Ｃとの間にエッチング液を注入し、いわゆる犠牲層エッチング技術により周縁部を残して酸化膜２７を除去し、支持枠１１Ｂを形成する。
【００５６】このようにしても図１に示す角速度センサを形成することができるが、特に、この他の製造方法によれば、ＣＶＤ法により多結晶シリコン材料からなる上側基板１１Ｃを、直接的に形成することができ、その厚さ寸法ｔを例えば数μｍ程度に低減して、生産効率を大幅に向上することができる。
【００５７】さらに、前記各実施例では、各振動発生部１６の励起周波数を、第２の振動体１４の共振周波数と実質的に一致させる場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、各振動体１２，１４の共振周波数と各振動発生部１６の励起周波数の三者を実質的に一致させる構成としてもよい。この場合には、各振動発生部１６によって第１の振動体１２を少ないエネルギで振動させることができるから、該各振動発生部１６に印加する周波数信号の電圧値を低減することができ、エネルギ効率を大幅に向上することができる。
【００５８】また、前記各実施例では、振動発生手段としての振動発生部１６を可動側導電部１７および固定側導電部１８とから構成し、該各導電部１７，１８間に生じる静電力によって、第１の振動体１２を第２の振動体１４と共にＸ軸方向に振動させるものとして述べたが、本発明はこれに限らず、例えば第１の支持梁１３の一部にヒータとしての導電部を形成し、該導電部に間欠的に電流を通電することにより発熱せしめ、この発熱による熱膨張を利用して各振動体１２，１４を基板１１と平行なＸ軸方向に振動させる構成としてもよく、他の振動発生手段を用いてもよい。
【００５９】さらにまた、前記各実施例では、各支持梁１３（４１），１５をそれぞれ４本設けた場合を例に挙げて説明したが、これに替えて、例えば第１の支持梁，第２の支持梁を１本ないし３本、あるいは５本以上設ける構成としてもよい。
【００６０】また、前記第１，第３の実施例では、各第２の支持梁１５の基端側に変位量検出部２１をそれぞれ設ける場合を例に挙げて説明したが、これに替えて、４本の第２の支持梁１５のうち、いずれか１本ないし３本にのみ変位量検出部２１を設ける構成としてもよい。
【００６１】さらに、前記第１，第３の実施例では、ピエゾ抵抗素子として拡散抵抗２２を用いる場合を例に挙げて説明したが、これに替えて、例えば電界効果型トランジスタのピエゾ抵抗効果を利用してもよい。
【００６２】一方、前記第２の実施例では、変位量検出部３１をＹ軸方向に沿って１個だけ設ける場合を例に挙げて説明したが、これに替えて、例えばＹ軸方向に複数の変位量検出部３１を配設してもよく、また、Ｘ軸方向にも変位量検出部３１を設ける構成としてもよい。
【００６３】また、前記第３の実施例では、第１の支持梁４１を水平方向に凹凸を有する凹凸板状に形成するものとして述べたが、本発明はこれに限らず、例えば鋸歯状等の他の形状に形成してもよく、あるいは、第２の支持梁１５の形状も凹凸板状，鋸歯状等の他の形状に形成してもよい。
【００６４】さらに、前記各実施例では、独立した単体の角速度センサとして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、例えば車両に搭載される他の基板の一部として形成することもできる。
【００６５】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、基板と、該基板に第１の支持梁を介して支持され、該基板と平行方向に振動可能に設けられた第１の振動体と、該第１の振動体に第２の支持梁を介して平行に支持され、該第１の振動体の振動方向に対して直交方向に振動可能に設けられた第２の振動体と、前記第１の振動体を前記基板に対して平行方向に振動させる振動発生手段と、前記第２の振動体の変位量を検出する変位量検出手段とから構成したから、振動発生手段により第１の振動体が基板に対して平行方向に振動している状態で、センサ全体が該基板と垂直な回転軸を中心として回転すると、第２の振動体は、この回転力に応じたコリオリの力によって第１の振動体の振動方向と直交方向に振動する。そして、変位量検出手段は、該第２の振動体の振動時の変位量を検出し、これを前記回転力の角速度信号として出力することができる。
【００６６】この結果、各振動体の振動時に周囲の空気から受ける粘性抵抗力を低減することができ、該各振動体の変位量を大きくして角速度の検出感度、検出精度等を向上することができる。また、各振動体は基板に対して平行に振動する２次元的構成としたから、センサ全体の構造を簡素化してコンパクトに形成することができる。
【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示す一部破断の斜視図ある。
【図２】図１中の角速度センサを上側から見た平面図である。
【図３】図２中の矢示III −III 方向断面図である。
【図４】図２中の要部を拡大して示す平面図である。
【図５】図２中の矢示V −V 方向断面図である。
【図６】第１の実施例による酸化膜形成工程を示す断面図である。
【図７】第１の実施例による支持枠形成工程を示す断面図である。
【図８】第１の実施例による接合工程を示す断面図である。
【図９】第１の実施例による上側基板形成工程を示す断面図である。
【図１０】第１の実施例による素子形成工程を示す断面図である。
【図１１】第１の実施例による振動体形成工程を示す図５R>５と同様の断面図である。
【図１２】第１の実施例による角速度センサの機械的構成を示す模式図である。
【図１３】本発明の第２の実施例による角速度センサを示す図２と同様の平面図である。
【図１４】本発明の第３の実施例による角速度センサを示す図２と同様の平面図である。
【図１５】本発明の他の製造方法による酸化膜形成工程を示す断面図である。
【図１６】他の製造方法による上側基板形成工程を示す断面図である。
【図１７】他の製造方法による素子，振動体形成工程を示す断面図である。
【図１８】他の製造方法による支持枠形成工程を示す断面図である。
【図１９】従来技術による角速度センサを示す一部破断の斜視図である。
【符号の説明】
１１ 基板
１２ 第１の振動体
１３，４１ 第１の支持梁
１４ 第２の振動体
１５ 第２の支持梁
１６ 振動発生部（振動発生手段）
２１，３１ 変位量検出部（変位量検出手段）
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば車両等の回転方向，姿勢等を検出するのに用いて好適な角速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、車両等の回転方向を検出するのに用いられる角速度センサとしては、例えば特公平３−７４９２６号公報、特開昭６１−１１４１２３号公報等によって知られている。
【０００３】そこで、図１９に従来技術による角速度センサとして、特公平３−７４９２６号公報に記載の半導体回転センサを例に挙げて示す。
【０００４】図において、１はシリコン材料からなる基板を示し、該基板１は、図中下側に位置する下側基板１Ａと、該下側基板１Ａ上に形成された上側基板１Ｂとから大略構成され、該各基板１Ａ，１Ｂ間には後述する片持梁２の振動を許す空間１Ｃが形成されている。
【０００５】２は基板１の上側基板１Ｂにエッチング技術等を用いて一体形成された片持梁を示し、該片持梁２は、その基端２Ａ側が上側基板１Ｂに固定された固定端となり、その先端２Ｂ側が基板１に対して垂直な上，下方向に振動可能な自由端となっている。また、該片持梁２の基端２Ａ側には、幅方向の中心に位置して長手方向に伸びる角形状のスリット３が穿設されている。
【０００６】４は片持梁２の先端２Ｂ側上面に形成された電極を示し、該電極４は所定の周波数信号を発振する発振回路（図示せず）と接続されている。そして、発振回路からの周波数信号が電極４を介して片持梁２に印加されると、該片持梁２は静電力により上，下方向に振動するようになっている。
【０００７】５，５はスリット３の左，右に位置して片持梁２の基端２Ａ側に設けられたピエゾ抵抗素子を示し、該各ピエゾ抵抗素子５は、基板１の回転時に片持梁２に生じる応力を抵抗値変化として検出し、これを回転方向の角速度として信号処理回路（図示せず）に出力するものである。
【０００８】従来技術による角速度センサは上述の如き構成を有するもので、発振回路から電極４を介して所定の周波数信号を印加すると静電力が発生し、これにより、片持梁２の先端２Ｂは例えば自身の共振周波数で基板１に対して垂直な上，下方向に振動する。そして、この状態で、基板１に回転軸Ｏを中心とする回転力Ｔが加わると、コリオリの力Ｆ，Ｆ′によって片持梁２によじれ（応力）が生じ、この回転によるよじれは、スリットの左，右に圧縮応力，引張応力としてそれぞれ表われる。これにより、各ピエゾ抵抗素子５は、これら圧縮応力，引張応力に応じた信号を出力し、回転力Ｔの角速度を検出する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従来技術による角速度センサでは、シリコン材料からなる基板１にエッチング技術等を用いて片持梁２を一体形成し、該片持梁２を上，下方向に振動させることにより、回転力Ｔの角速度に応じた応力を各ピエゾ抵抗素子５によって検出している。しかし、片持梁２を基板１に対して垂直な上，下方向に振動させる３次元的構成であるから、励振構造が複雑化し、空気の粘性抵抗を受け易い。
【００１０】このため、上述した従来技術によるものでは、片持梁２の振動時に生じる空気の粘性抵抗力が大きくなって、該片持梁２を振動させるためのエネルギが徒に浪費されてしまい、エネルギ効率が極めて低いという問題がある。また、この粘性抵抗力のため、片持梁２の振幅を大きくすることができないから、各ピエゾ抵抗素子５による角速度の検出感度が低いという問題がある。
【００１１】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、振動体に加わる気体の粘性抵抗力を効果的に低減して検出感度を向上することができ、全体構造をコンパクトに形成することができるようにした角速度センサを提供することを目的とする。
【００１２】
【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本発明が採用する構成は、基板と、該基板に第１の支持梁を介して支持され、該基板と平行方向に振動可能に設けられた第１の振動体と、該第１の振動体に第２の支持梁を介して平行に支持され、該第１の振動体の振動方向に対して直交方向に振動可能に設けられた第２の振動体と、前記第１の振動体を前記基板に対して平行方向に振動させる振動発生手段と、前記第２の振動体の変位量を検出する変位量検出手段とからなる。
【００１３】
【作用】振動発生手段により第１の振動体が基板に対して平行方向に振動している状態で、センサ全体が該基板と垂直な回転軸を中心として回転すると、第２の振動体は、この回転力の角速度に応じたコリオリの力によって第１の振動体の振動方向と直交方向に振動する。そして、変位量検出手段は、該第２の振動体の振動時の変位量を検出し、これを前記回転力の角速度信号として出力する。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図１８に基づき、独立した角速度センサとして構成した場合を例に挙げて説明する。
【００１５】まず、図１ないし図１２は本発明の第１の実施例を示している。
【００１６】図中、１１はシリコン材料等からなる基板を示し、該基板１１は、下側に位置する下側基板１１Ａと、該下側基板１１Ａの上側に後述の酸化膜２７からなる支持枠１１Ｂを介して設けられた上側基板１１Ｃとから大略構成され、該各基板１１Ａ，１１Ｃ間には空間１１Ｄが画成されている。また、該基板１１の上側基板１１Ｃは所定の厚さ寸法ｔを有し、図２にも示す如く、後述する第１の振動体１２，第１の支持梁１３，第２の振動体１４，第２の支持梁１５等がエッチング技術等によってそれぞれ一体形成されている。
【００１７】１２は基板１１の上側基板１１Ｃに一体形成され、該上側基板１１Ｃと平行方向に振動可能に設けられた第１の振動体を示し、該第１の振動体１２は、上側基板１１Ｃのほぼ中央部に位置して方形枠状に形成された枠部１２Ａと、該枠部１２Ａの両端側からＸ軸方向に延設された一対の腕部１２Ｂ，１２Ｂとから構成され、該各腕部１２Ｂは第１の支持梁１３，１３によってＹ軸方向からそれぞれ支持されている。そして、該第１の振動体１２は、４本の支持梁１３によってＹ軸方向から支持されることにより、上側基板１１Ｃと平行にＸ軸方向に振動可能となっている。
【００１８】ここで、前記各第１の支持梁１３は、所定の長さ寸法Ｌ1 ，幅寸法Ｗ1 ，厚さ寸法ｔをもって長板状に形成され、所定の弾性率を有している。
【００１９】１４は第１の振動体１２の枠部１２Ａ内に位置して該第１の振動体１２とほぼ同一平面上に設けられ、方形平板状に形成された第２の振動体を示し、該第２の振動体１４は、図３にも示す如く、Ｘ軸方向に配設された２本一組の第２の支持梁１５，１５，…によって、第１の振動体１２の各腕部１２Ｂに平行に支持されている。そして、該第２の振動体１４は、各第２の支持梁１５によって支持されることにより、第１の振動体１２の振動方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）に振動可能となっている。
【００２０】ここで、前記各第２の支持梁１５は、所定の長さ寸法Ｌ2 ，幅寸法Ｗ2 ，厚さ寸法ｔを有する長板状に形成されて所定の弾性率を有し、これにより、後述する振動発生部１６，１６の励起周波数と第２の振動体１４の共振周波数とを実質的に一致せしめ、コリオリの力に対する該第２の振動体１４の感度を高めるものである。また、該各第２の支持梁１５は、その基端側が第１の振動体１２の各腕部１２Ｂに接続され、その先端側が第２の振動体１４に接続されている。
【００２１】図１中に二点鎖線で示す１６，１６は第１の振動体１２の各腕部１２Ｂ両側に位置して基板１１の上側基板１１Ｃ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、図４にも示す如く、第１の振動体１２の各腕部１２Ｂ先端側に設けられ、Ｘ軸方向に伸長する複数の突起１７Ａ，１７Ａ，…がＹ軸方向に離間して形成された可動側導電部１７と、該可動側導電部１７と対向して基板１１の上側基板１１Ｃに設けられ、前記各突起１７Ａと互い違いに組み合される複数の突起１８Ａ，１８Ａ，…が形成された固定側導電部１８とから構成されている。また、該各導電部１７，１８はプリント配線（金属配線）１９，２０を介して基板１１に形成された発振回路（図示せず）とそれぞれ接続されている。
【００２２】そして、前記各振動発生部１６は、発振回路から第２の振動体１４の共振周波数に一致した所定の周波数信号が各プリント配線１９，２０を介して各導電部１７，１８に印加されると、電極たる該各導電部１７，１８間に静電力を発生せしめ、この静電力によって第１の振動体１２を第２の振動体１４と共に、Ｘ軸方向に振動させるものである。
【００２３】２１，２１，…は第２の支持梁１５の基端側にそれぞれ設けられた変位量検出手段としての変位量検出部を示し、該各変位量検出部２１は、図４，図５に示す如く、第２の支持梁１５の基端側に位置して幅方向両側に配設され、該第２の支持梁１５の長さ方向（Ｘ軸方向）に伸びて形成されたピエゾ抵抗素子としての拡散抵抗２２，２２と、該各拡散抵抗２２の両端側に設けられたコンタクトホール２３，２３とから大略構成され、該各拡散抵抗２２は、各コンタクトホール２３に接続されたプリント配線２４，２５，２６を介して、基板１１に形成された信号処理回路（図示せず）に接続されている。
【００２４】そして、前記各変位量検出部２１は、回転に伴うコリオリの力によって第２の振動体１４がＹ軸方向に変位（振動）すると、これにより、各第２の支持梁１５に生じる歪み（圧縮応力および引張応力）を検出し、これを角速度信号として信号処理回路に出力するものである。ここで、該各変位量検出部２１の各拡散抵抗２２は、第２の支持梁１５の幅方向両端側に離間して設けられているため、一の拡散抵抗２２には圧縮応力が作用し、他の拡散抵抗２２には逆の引張応力が作用する。従って、該各拡散抵抗２２のピエゾ抵抗効果による抵抗変化率も互いに逆符号となるので、信号処理回路によって両者の抵抗変化率を比較演算することにより、角速度に比例するコリオリの力に応じた第２の振動体１４のＹ軸方向の変位量、即ち、振幅を求めることができるようになっている。
【００２５】本実施例による角速度センサは上述の如き構成を有するもので、次に、その製造方法について図６ないし図１１を参照しつつ、単結晶シリコンを用いた場合を例に挙げて説明する。
【００２６】まず、図６に示す酸化膜形成工程では、例えば熱酸化法等の手段を用いて、単結晶シリコン材料からなる基板１１の下側基板１１Ａの上面側に酸化膜２７を形成する。
【００２７】次に、図７に示す支持枠形成工程では、酸化膜形成工程で形成された酸化膜２７を、その周縁部を除いてエッチングにより除去し、方形角枠状の支持枠１１Ｂを形成する。
【００２８】そして、図８に示す接合工程では、別工程で形成された方形板状の単結晶シリコンからなるウエハ２８を下側基板１１Ａの上側に支持枠１１Ｂを介して搭載し、例えばシリコンの直接接合技術によって両者を接合し、固定する。
【００２９】さらに、図９に示す上側基板形成工程では、基板接合工程で接合されたウエハ２８を均一に研磨し、所定の厚さ寸法ｔを有する上側基板１１Ｃを形成する。
【００３０】次に、図１０に示す素子形成工程では、上側基板形成工程で形成された上側基板１１Ｃの上面側に、不純物導入技術，フォトリソグラフィ技術等の手段を用いて、素子たる振動発生部１６、変位量検出部２１、プリント配線１９，２０，２４，２５，２６（図示せず）等を形成する。
【００３１】最後に、図１１に示す振動体形成工程では、素子形成工程で振動発生部１６等が形成された上側基板１１Ｃをエッチングすることにより、図１にも示す如く、各振動体１２，１４および各支持梁１３，１５を形成する。なお、このときに、各導電部１７，１８の各突起１７Ａ，１８Ａも形成される。
【００３２】次に、このようにして形成された本実施例による角速度センサの作動について、図１２を参照しつつ説明する。
【００３３】まず、図１２は、本実施例による角速度センサの機械的構成を模式的に表現したものであり、弾性体たる各第１の支持梁１３によって上側基板１１ＣにＹ軸方向から４点で支持された第１の振動体１２内に、第２の振動体１４が他の弾性体たる各第２の支持梁１５によってＸ軸方向から４点で支持されている。
【００３４】次に、図１，図４に示す各振動発生部１６に発振回路から所定の周波数信号を印加すると、各導電部１７，１８間に静電力が発生し、これにより、第１の振動体１２は、各第１の支持梁１３に支持されつつ第２の振動体１４と共に、該第２の振動体１４の共振周波数と実質的に等しい周波数でＸ軸方向に振動する。
【００３５】そして、各振動体１２，１４をＸ軸方向に振動させた状態で、図１にも示す如く、Ｚ軸を回転軸とする回転力Ｔが加わってセンサ全体が回転すると、第２の振動体１４は、この回転力により生じた角速度に比例するコリオリの力を受けて、各第２の支持梁１５に支持されつつ、第１の振動体１２の振動方向と同一平面上で直交するＹ軸方向に変位する。
【００３６】これにより、各第２の支持梁１５には、第２の振動体１４の変位量に応じた歪みが発生し、各変位量検出部２１は、この歪みによる圧縮応力，引張応力を各拡散抵抗２２のピエゾ抵抗効果を利用して検出し、これを信号処理回路に角速度信号として出力する。そして、該信号処理回路は、第２の支持梁１５，１５，…にそれぞれ設けられた変位量検出部２１からの信号を処理することにより、第２の振動体１４のＺ軸方向等の振動，ねじれ等を検出し、角速度信号を補正して外部に出力する。
【００３７】かくして、本実施例によれば、シリコン材料からなる下側基板１１Ａ上に空間１１Ｄを介して設けられたシリコン材料からなる上側基板１１Ｃに、エッチング技術等の半導体微細加工技術を用いて、各第１の支持梁１３によってＸ軸方向に振動可能に支持された第１の振動体１２と、該第１の振動体１２に各第２の支持梁１５により第１の振動体１２の振動方向と同一平面上で直交するＹ軸方向に振動可能に支持された第２の振動体１４と、各導電部１７，１８間に生じる静電力によって第１の振動体１２をＸ軸方向に振動させる振動発生部１６と、各拡散抵抗２２により回転の角速度に比例するコリオリの力を第２の支持梁１５の応力変化として検出する変位量検出部２１とを、一体形成する構成としたから、図１に示す如く、第１の振動体１２の振動方向（Ｘ軸方向）および第２の振動体１４の振動方向（Ｙ軸方向）に対して垂直な回転軸（Ｚ軸方向）を回転中心に加わった回転力Ｔの角速度を確実に検出することができ、以下の効果を奏する。
【００３８】第１に、第１の振動体１２および第２の振動体１４を基板１１の上側基板１１Ｃに対して平行に、同一平面上で平行に振動させる構成としたから、従来技術で述べた如く、各振動体１２，１４の周囲の空気から受ける粘性抵抗力を大幅に低減することができ、該各振動体１２，１４の振幅（変位量）を大きくして角速度の検出感度を大幅に向上することができる。
【００３９】第２に、各振動体１２，１４は基板１１に対して平行に振動する２次元的構成としたから、従来技術で述べた如く、片持梁２が基板１に対して垂直に振動する３次元的構成とは異なり、センサ全体の構造を簡素化してコンパクトに形成することができる。
【００４０】第３に、シリコン材料からなる基板１１に、エッチング等の半導体微細加工技術を用いて各振動体１２，１４、各支持梁１３，１５等を一体形成する構成としたから、同一素材のシリコンウエハから複数個の角速度センサを容易に製造することができ、均一な特性を有する角速度センサを効果的に量産することができ、コストを大幅に低減することができる。
【００４１】第４に、各振動発生部１６の励起周波数を第２の振動体１４の共振周波数と実質的に一致させる構成としたから、コリオリの力を受けたときの第２の振動体１４の変位量を増大することができ、角速度の検出感度を大幅に向上することができる。
【００４２】第５に、一対の拡散抵抗２２等からなる変位量検出部２１を、各第２の支持梁１５の基端側にそれぞれ設ける構成としたから、第２の振動体１４のＹ軸方向の変位量に加えて、Ｚ軸方向等の振動，よじれ等も効果的に検出することができ、角速度の検出精度を高めて信頼性を大幅に向上することができる。
【００４３】第６に、各振動体１２，１４を各支持梁１３，１５によって４点で支持する構成としたから、機械的強度が増大し、衝撃に対する信頼性等を大幅に向上することができる。
【００４４】第７に、各支持梁１３，１５の形状、即ち、長さ寸法Ｌ1 ，Ｌ2 、幅寸法Ｗ1，Ｗ2 、厚さ寸法ｔを調整することにより、角速度の検出範囲、要求精度等の諸条件に応じた弾性率を容易に得ることができ、市場要求に即応できる。
【００４５】次に、図１３は本発明の第２の実施例を示し、本実施例の特徴は、各振動体１２，１４間の静電容量変化に基づき、第２の振動体１４の変位量を検出する構成としたことにある。なお、本実施例では、上述した第１の実施例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。
【００４６】図中、３１は第１の振動体１２と第２の振動体１４との間にＹ軸方向に亘って設けられた変位量検出手段としての変位量検出部を示し、該変位量検出部３１は、第１の振動体１２の内側に形成された固定側電極３１Ａと、該固定側電極３１Ａと対向して第２の振動体１４に形成された可動側電極３１Ｂとから構成され、該各電極３１Ａ，３１Ｂはプリント配線３２，３３を介して信号処理回路（図示せず）と接続されている。そして、該変位量検出部３１は、各電極３１Ａ，３１Ｂ間の静電容量変化を検出することにより、第２の振動体１４のＹ軸方向の変位量を検出するものである。
【００４７】このように構成される本実施例でも、前記第１の実施例とほぼ同一の作用効果を得ることができる。
【００４８】さらに、図１４は本発明の第３の実施例を示し、本実施例の特徴は、第１の支持梁を水平方向に凹凸を有する凹凸板状に形成したことにある。なお、本実施例では、前記第１の実施例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。
【００４９】図中、４１，４１，…は本実施例による第１の支持梁を示し、該各第１の支持梁４１は、前記各実施例で述べた第１の支持梁１３とほぼ同様に、第１の振動体１２を基板１１に対して平行に支持しているものの、該各第１の支持梁４１は、エッチング技術等により、角速度の検出範囲、各振動体１２，１４の共振周波数等の条件に応じた所定の弾性率を得るべく、水平方向に凹凸を有する凹凸板状に形成されている。
【００５０】かくして、このように構成される本実施例でも、前記各実施例とほぼ同一の作用効果を得ることができるが、特に、本実施例では、各第１の支持梁４１を水平方向に凹凸を有する凹凸板状に形成する構成としたから、その形状によって容易に弾性率を調整することができる。
【００５１】なお、前記各実施例では、基板１１に単結晶シリコン材料を用いて角速度センサを製造する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば図１５ないし図１８に示す他の製造方法の如く、上側基板１１Ｃを多結晶シリコン材料を用いて形成する構成としてもよい。
【００５２】即ち、図１５に示す酸化膜形成工程では、例えば熱酸化法等の手段を用いて、単結晶シリコン材料からなる基板１１の下側基板１１Ａの上面側に酸化膜２７を形成する。
【００５３】次に、図１６に示す上側基板形成工程では、酸化膜２７の上面側に、ＣＶＤ法等の手段を用いて不純物を含まない多結晶シリコン材料からなる上側基板１１Ｃを、所定の厚さ寸法ｔをもって一体形成する。
【００５４】そして、図１７に示す素子，振動体形成工程では、上側基板形成工程で形成された多結晶シリコン膜からなる上側基板１１Ｃの上面側に、不純物導入技術，フォトリソグラフィ技術等の手段を用いて、振動発生部１６、変位量検出部２１、プリント配線１９，２０，２４，２５，２６（図示せず）等を形成した後、該上側基板１１Ｃをエッチングすることにより、各振動体１２，１４、各支持梁１３，１５を形成する。
【００５５】最後に、図１８に示す支持枠形成工程では、下側基板１１Ａと上側基板１１Ｃとの間にエッチング液を注入し、いわゆる犠牲層エッチング技術により周縁部を残して酸化膜２７を除去し、支持枠１１Ｂを形成する。
【００５６】このようにしても図１に示す角速度センサを形成することができるが、特に、この他の製造方法によれば、ＣＶＤ法により多結晶シリコン材料からなる上側基板１１Ｃを、直接的に形成することができ、その厚さ寸法ｔを例えば数μｍ程度に低減して、生産効率を大幅に向上することができる。
【００５７】さらに、前記各実施例では、各振動発生部１６の励起周波数を、第２の振動体１４の共振周波数と実質的に一致させる場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、各振動体１２，１４の共振周波数と各振動発生部１６の励起周波数の三者を実質的に一致させる構成としてもよい。この場合には、各振動発生部１６によって第１の振動体１２を少ないエネルギで振動させることができるから、該各振動発生部１６に印加する周波数信号の電圧値を低減することができ、エネルギ効率を大幅に向上することができる。
【００５８】また、前記各実施例では、振動発生手段としての振動発生部１６を可動側導電部１７および固定側導電部１８とから構成し、該各導電部１７，１８間に生じる静電力によって、第１の振動体１２を第２の振動体１４と共にＸ軸方向に振動させるものとして述べたが、本発明はこれに限らず、例えば第１の支持梁１３の一部にヒータとしての導電部を形成し、該導電部に間欠的に電流を通電することにより発熱せしめ、この発熱による熱膨張を利用して各振動体１２，１４を基板１１と平行なＸ軸方向に振動させる構成としてもよく、他の振動発生手段を用いてもよい。
【００５９】さらにまた、前記各実施例では、各支持梁１３（４１），１５をそれぞれ４本設けた場合を例に挙げて説明したが、これに替えて、例えば第１の支持梁，第２の支持梁を１本ないし３本、あるいは５本以上設ける構成としてもよい。
【００６０】また、前記第１，第３の実施例では、各第２の支持梁１５の基端側に変位量検出部２１をそれぞれ設ける場合を例に挙げて説明したが、これに替えて、４本の第２の支持梁１５のうち、いずれか１本ないし３本にのみ変位量検出部２１を設ける構成としてもよい。
【００６１】さらに、前記第１，第３の実施例では、ピエゾ抵抗素子として拡散抵抗２２を用いる場合を例に挙げて説明したが、これに替えて、例えば電界効果型トランジスタのピエゾ抵抗効果を利用してもよい。
【００６２】一方、前記第２の実施例では、変位量検出部３１をＹ軸方向に沿って１個だけ設ける場合を例に挙げて説明したが、これに替えて、例えばＹ軸方向に複数の変位量検出部３１を配設してもよく、また、Ｘ軸方向にも変位量検出部３１を設ける構成としてもよい。
【００６３】また、前記第３の実施例では、第１の支持梁４１を水平方向に凹凸を有する凹凸板状に形成するものとして述べたが、本発明はこれに限らず、例えば鋸歯状等の他の形状に形成してもよく、あるいは、第２の支持梁１５の形状も凹凸板状，鋸歯状等の他の形状に形成してもよい。
【００６４】さらに、前記各実施例では、独立した単体の角速度センサとして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、例えば車両に搭載される他の基板の一部として形成することもできる。
【００６５】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、基板と、該基板に第１の支持梁を介して支持され、該基板と平行方向に振動可能に設けられた第１の振動体と、該第１の振動体に第２の支持梁を介して平行に支持され、該第１の振動体の振動方向に対して直交方向に振動可能に設けられた第２の振動体と、前記第１の振動体を前記基板に対して平行方向に振動させる振動発生手段と、前記第２の振動体の変位量を検出する変位量検出手段とから構成したから、振動発生手段により第１の振動体が基板に対して平行方向に振動している状態で、センサ全体が該基板と垂直な回転軸を中心として回転すると、第２の振動体は、この回転力に応じたコリオリの力によって第１の振動体の振動方向と直交方向に振動する。そして、変位量検出手段は、該第２の振動体の振動時の変位量を検出し、これを前記回転力の角速度信号として出力することができる。
【００６６】この結果、各振動体の振動時に周囲の空気から受ける粘性抵抗力を低減することができ、該各振動体の変位量を大きくして角速度の検出感度、検出精度等を向上することができる。また、各振動体は基板に対して平行に振動する２次元的構成としたから、センサ全体の構造を簡素化してコンパクトに形成することができる。
【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示す一部破断の斜視図ある。
【図２】図１中の角速度センサを上側から見た平面図である。
【図３】図２中の矢示III −III 方向断面図である。
【図４】図２中の要部を拡大して示す平面図である。
【図５】図２中の矢示V −V 方向断面図である。
【図６】第１の実施例による酸化膜形成工程を示す断面図である。
【図７】第１の実施例による支持枠形成工程を示す断面図である。
【図８】第１の実施例による接合工程を示す断面図である。
【図９】第１の実施例による上側基板形成工程を示す断面図である。
【図１０】第１の実施例による素子形成工程を示す断面図である。
【図１１】第１の実施例による振動体形成工程を示す図５R>５と同様の断面図である。
【図１２】第１の実施例による角速度センサの機械的構成を示す模式図である。
【図１３】本発明の第２の実施例による角速度センサを示す図２と同様の平面図である。
【図１４】本発明の第３の実施例による角速度センサを示す図２と同様の平面図である。
【図１５】本発明の他の製造方法による酸化膜形成工程を示す断面図である。
【図１６】他の製造方法による上側基板形成工程を示す断面図である。
【図１７】他の製造方法による素子，振動体形成工程を示す断面図である。
【図１８】他の製造方法による支持枠形成工程を示す断面図である。
【図１９】従来技術による角速度センサを示す一部破断の斜視図である。
【符号の説明】
１１ 基板
１２ 第１の振動体
１３，４１ 第１の支持梁
１４ 第２の振動体
１５ 第２の支持梁
１６ 振動発生部（振動発生手段）
２１，３１ 変位量検出部（変位量検出手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】 基板と、該基板に第１の支持梁を介して支持され、該基板と平行方向に振動可能に設けられた第１の振動体と、該第１の振動体に第２の支持梁を介して平行に支持され、該第１の振動体の振動方向に対して直交方向に振動可能に設けられた第２の振動体と、前記第１の振動体を前記基板に対して平行方向に振動させる振動発生手段と、前記第２の振動体の変位量を検出する変位量検出手段とから構成してなる角速度センサ。
【請求項１】 基板と、該基板に第１の支持梁を介して支持され、該基板と平行方向に振動可能に設けられた第１の振動体と、該第１の振動体に第２の支持梁を介して平行に支持され、該第１の振動体の振動方向に対して直交方向に振動可能に設けられた第２の振動体と、前記第１の振動体を前記基板に対して平行方向に振動させる振動発生手段と、前記第２の振動体の変位量を検出する変位量検出手段とから構成してなる角速度センサ。
【図３】
【図５】
【図１】
【図２】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図５】
【図１】
【図２】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【特許番号】第２８８８０２９号
【登録日】平成１１年（１９９９）２月１９日
【発行日】平成１１年（１９９９）５月１０日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平４−１４３１４８
【出願日】平成４年（１９９２）５月８日
【公開番号】特開平５−３１２５７６
【公開日】平成５年（１９９３）１１月２２日
【審査請求日】平成９年（１９９７）８月１１日
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【参考文献】
【文献】特開 平４−２４２１１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平４−２９６６５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表 平５−５０２９４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表 平６−５０８６８４（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成１１年（１９９９）２月１９日
【発行日】平成１１年（１９９９）５月１０日
【国際特許分類】
【出願日】平成４年（１９９２）５月８日
【公開番号】特開平５−３１２５７６
【公開日】平成５年（１９９３）１１月２２日
【審査請求日】平成９年（１９９７）８月１１日
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【参考文献】
【文献】特開 平４−２４２１１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平４−２９６６５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表 平５−５０２９４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表 平６−５０８６８４（ＪＰ，Ａ）
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