JP6024163B2 - ジャイロセンサー、及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、ジャイロセンサー、及びこれを搭載した電子機器について、特にジャイロセンサーの振動の振幅方向以外の変位を検知する技術に関する。

近年、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ：微小電気機械システム）技術を使用して、小型で高感度のジャイロセンサーを実現する技術が注目されている。

図１２に従来技術のジャイロセンサーを示す。図１２に示すように従来技術のジャイロセンサー１００は、ベース基板１０２上に枠形状の駆動質量部１０４と、駆動質量部１０４の内側に配置された可動質量部１０６を備えた構成を有している。駆動質量部１０４には駆動部１０８が取り付けられ、駆動質量部１０４の振幅方向がＸ軸方向となるように振動させている。また駆動質量部１０４にはＸ軸方向から挟み込むように駆動バネ１１０が取り付けられ、駆動バネ１１０はベース基板１０２に固定されたアンカー部１１２により支持されている。駆動バネ１１０は、Ｙ軸方向の力に対して一定の剛性を有し、Ｘ軸方向の力に対して可撓性を有している。

可動質量部１０６は、検出バネ１１４によって駆動質量部１０４に接続されている。検出バネ１１４は、Ｘ軸方向の力に対して一定の剛性を有しＹ軸方向の力に対して可撓性を有している。またベース基板１０２において可動質量部１０６にＹ軸方向から対向する位置に固定電極１１６が配置されている。

上記構成において、駆動部１０８により駆動質量部１０４を振動させると可動質量部１０６は、駆動質量部１０４に連動してＸ軸方向に振動するが、可動質量部１０６と固定電極１１６との間の距離は一定に保たれ、可動質量部１０６と固定電極１１６との間の静電容量が一定に保たれる。

この状態でＺ軸（ベース基板１０２の法線方向）回りの角速度を受けると可動質量部１０６はコリオリ力を受けてＹ軸方向に変位する。これにより可動質量部１０６と固定電極１１６との間の距離が変化する。よって、この距離の変化に伴う、可動質量部１０６と固定電極１１６との間の静電容量の変化をモニターすることによりＺ軸回りの角速度を検知することができる。

ところで、上記構成のようなジャイロセンサー１００では、駆動質量部１０４が、Ｘ軸方向のみならずＹ軸方向にも振動する、所謂ねじれ振動を起こし、この振動が可動質量部１０６にも伝達し、これが上述の静電容量の変化を表す信号の誤差の原因になることが知られている。

そこで、特許文献１においては、アンカー部１１２が駆動質量部１０４をＹ軸方向から挟み込む配置となるように、アンカー部１１２及び駆動バネ１１０を配置し、アンカー部１１２を駆動質量部１０４に対してＹ軸方向の変位のストッパとして機能させている。

特開２００７−１５５４８９号公報

上記構成によれば、駆動質量部１０４のＹ軸方向の振動の振幅（変位）をストッパとの間の隙間以上の大きさにすることを制限することが可能であるが、振動の振幅がその隙間以下となっている場合であっても、検出される角速度において、Ｙ軸方向の振動成分が含まれ、角速度に誤差が生じることになる。
そこで、本発明は、上記問題点に着目し、角速度をより正確に検出可能なジャイロセンサー及び電子機器を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
［適用例１］検出部を備えた駆動質量部と、前記駆動質量部を第１方向に振動させる駆動部と、を有し、前記駆動質量部は、前記第１方向に沿った側壁を備え、前記駆動質量部の前記側壁と対向する位置に、前記駆動質量部の前記第１方向に交差する方向の変位を検出するための検出電極が配置されていることを特徴とするジャイロセンサー。
また、検出部を備えた駆動質量部と、前記駆動質量部を第１方向に振動させる駆動部と、を有し、前記駆動質量部は、前記第１方向に沿った側壁を備え、前記駆動質量部の前記側壁と対向する位置に、前記駆動質量部の前記第１方向に交差する方向の変位を検出する検出電極が配置されていることを特徴とするジャイロセンサー。
また、角速度に応じたコリオリ力により変位する検出部を備えた駆動質量部と、前記駆動質量部を第１方向に振動させる駆動部と、を有し、前記駆動質量部は、前記第１方向に延びる一対の第１梁部と、前記第１方向に交差する方向に延びる一対の第２梁部と、を備え、前記駆動質量部の前記一対の第１梁部の長手方向の一方と他方に設けられ前記第１梁部と対向する位置に、前記駆動部の振動による前記駆動質量部の前記第１方向に交差する方向の変位を検出する検出電極が配置されていることを特徴とするジャイロセンサー。

上記構成により、検出電極と駆動質量部との間の静電容量の変化により駆動質量部の振幅方向に交差する方向、即ち検出部の感応性軸方向の変位が検知可能となり、この変位に基づいて検出部で検出される角速度の値を補正することができる。したがって、角速度をより正確に測定可能なジャイロセンサーとなる。

［適用例２］前記検出電極は、前記第１方向に交差する方向に少なくとも一対配置されていることを特徴とする適用例１に記載のジャイロセンサー。
上記構成により、駆動質量部の変位を、各検出電極と駆動質量部との間の静電容量の差分により検出することができるので、駆動質量部の感応性軸方向の変位を高感度に検出することができる。

［適用例３］前記駆動質量部は、前記第１方向に延びる第１梁部と、前記第１方向に交差する方向に延びる第２梁部と、を備え、前記検出電極は、前記第１梁部に対向して配置されていることを特徴とする適用例１または２に記載のジャイロセンサー。

上記構成により、角速度をより正確に測定可能なジャイロセンサーを簡易な構成で構築することができる。

［適用例４］前記検出電極は、前記第１梁部の長手方向の両端部の少なくとも一方に接近して設けられていることを特徴とする適用例３に記載のジャイロセンサー。

上記構成により、駆動質量部のねじれ振動の振幅の大きな位置に配置されるので、駆動質量部の感応性軸方向の変位の検知を高感度に行なうことができる。
特に、検出電極を第１梁部の長手方向の両端に配置した場合、各検出電極と駆動質量部との間の静電容量の変化にもとづいて各検出電極に印加する印加電圧を制御することにより、各検出電極の駆動質量部に対する静電引力を制御して駆動質量部の感応性軸方向の振動の振幅を低減することができる。これにより、検出される角速度における、駆動質量部の感応性軸方向の成分を低減することができる。

［適用例５］前記駆動部は、前記第１方向に沿って前記駆動質量部の前記側壁に設けられ、前記検出電極は、前記駆動部に隣接して配置されていることを特徴とする適用例１乃至４のいずれか１例に記載にジャイロセンサー。
また、前記駆動部は、前記第１方向に沿って前記駆動質量部の前記第１梁部に設けられ、前記検出電極は、前記駆動部に隣接して配置されていることを特徴とする適用例１乃至４のいずれか１例に記載にジャイロセンサー。

上記構成により、駆動部、駆動質量部、検出電極を、一つの部材を型抜きすることにより形成する場合に、その部材が抜け落ちるデッドスペースに検出電極を形成することになるので、部材の型抜き量を低減してコストを抑制することができる。

［適用例６］前記駆動質量部の前側壁記と、前記側壁に対向する前記検出電極の側壁と、からは、電極指がそれぞれ前記振幅方向に並ぶように交互に延出していることを特徴とする適用例１乃至５のいずれか１例に記載のジャイロセンサー。
また、前記駆動質量部の前記第１梁部と、前記第１梁部に対向する前記検出電極の側壁と、からは、電極指がそれぞれ振幅方向に並ぶように交互に延出していることを特徴とする適用例１乃至５のいずれか１例に記載のジャイロセンサー。

上記構成により、検出電極と部材とが互いに対向する部分の面積が増えるので、検出電極と駆動質量部との間の静電容量の変化の検出感度を高め、且つ検出電極が駆動質量部に印加する静電引力を高めることができる。

［適用例７］前記検出電極は、前記駆動質量部の前記側壁に対向する側が幅広となっていることを特徴とする適用例１乃至６のいずれか１例に記載のジャイロセンサー。
また、前記検出電極は、前記駆動質量部の前記第１梁部に対向する側が幅広となっていることを特徴とする適用例１乃至６のいずれか１例に記載のジャイロセンサー。

上記構成により、検出電極と部材とが互いに対向する部分の面積が増えるので、検出電極と駆動質量部との間の静電容量の変化の検出感度を高め、且つ検出電極が駆動質量部に印加する静電引力を高めることができる。

［適用例８］前記駆動質量部とベース基板とを接続している駆動バネと、を備え、平面視にて、前記駆動バネを通過し、前記第１方向と直交する第１仮想線と、前記駆動部を通過し、前記第１方向と直交する第２仮想線と、を有し、前記検出部は、前記第１仮想線と前記第２仮想線との間に設けられていることを特徴とする適用例１乃至７のいずれか１例に記載のジャイロセンサー
［適用例９］適用例１乃至８のいずれか１例に記載のジャイロセンサーを搭載したことを特徴とする電子機器。
上記構成により、角速度をより正確に測定可能な電子機器となる。

本実施形態のジャイロセンサーの平面図である。 図１の一点鎖線で囲まれた部分の詳細図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図２のＢ−Ｂ線断面図である。 本実施形態のジャイロセンサーの製造工程（溝及び凹部形成工程）を示す図である。 本実施形態のジャイロセンサーの製造工程（導電膜形成工程）を示す図である。 本実施形態のジャイロセンサーの製造工程（陽極接合工程）を示す図である。 本実施形態の検出電極の第１の変形例を示す図である。 本実施形態の検出電極の第２の変形例を示す図である。 本実施形態の検出電極の第３の変形例を示す図である。 本実施形態のジャイロセンサーを搭載した電子機器の模式図である。 従来技術のジャイロセンサーの模式図を示す。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

図１に、本実施形態のジャイロセンサーの平面図を示す。また、図２に、一点鎖線で囲まれた部分の詳細図、図３に、図２のＡ−Ａ線断面図、図４に、図２のＢ−Ｂ線断面図を示す。図において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は互いに直交するものとする。

図１に示すように、本実施形態のジャイロセンサー１０は、Ｘ軸方向（第１方向）に並べられた一対の駆動質量部２６Ａ，２６Ｂと、各駆動質量部を振動させる駆動部（可動電極４４、固定電極４６Ａ，４６Ｂ）と、駆動質量部２６Ａ，２６Ｂに支持された検出部（可動質量部３６Ａ，３６Ｂ）などがベース基板１２上に一体で配置されているものである。この一体物は、導電性のシリコン等により形成され、Ｙ軸方向の線（導電膜２２Ｏ）を中心線としてほぼ線対称な配置となっている。よって、図１の一点鎖線で囲まれた部分（図２）を用いて説明する。

図２等に示すように、駆動質量部２６Ａは、矩形の枠形状を有するものである。駆動質量部２６Ａは、Ｘ軸方向に長手方向を有し、互いに平行となる一対の部材となる第１梁部２８と、Ｙ軸方向に長手方向を有し、互いに平行となる一対の第２梁部３０を有する。また、駆動質量部２６Ａの第１梁部２８の長手方向の延長線上にはアンカー部３２（３２Ａ〜３２Ｄ）が配置されている。駆動質量部２６Ａは、第１梁部２８の長手方向の端部において駆動バネ３４に接続され、駆動バネ３４がアンカー部３２にそれぞれ接続されている。よって、駆動質量部２６Ａは、駆動バネ３４を介してアンカー部３２に電気的に接続されている。駆動バネ３４は、Ｘ軸方向（振動方向）には可撓性を有し（変形しやすく）、Ｙ軸方向（感応軸方向）には一定の剛性を有する（変形しにくい）ように形成されている。

検出部は、可動質量部３６Ａと島状電極４０Ａを有する。また検出部は、可動質量部３６Ａと島状電極４０Ａに接続され、可動質量部３６Ａと島状電極４０Ａとの間の静電容量を検出する検出回路（不図示）を有している。可動質量部３６Ａは、駆動質量部２６Ａの内側に配置され、検出バネ４２を介して駆動質量部２６Ａに接続されている。検出バネ４２は、Ｙ軸方向（感応軸方向）には可撓性を有し、Ｘ軸方向（振動方向）には一定の剛性を有するように形成されている。よって、可動質量部３６Ａは、ベース基板１２上で駆動質量部２６Ａの振動方向に交差（直交）する方向に変位可能となっている。可動質量部３６Ａは、矩形の枠形状を有し、Ｘ軸方向を長手方向とするスリット３８が、Ｙ軸方向に一定の間隔で並んで複数空けられている。島状電極４０Ａは、可動質量部３６Ａから空間的に分離した部材であり、各スリット３８の内部に配置され、ベース基板１２に接合している。

駆動部は、駆動質量部２６ＡからＹ軸方向に延出した櫛歯状の可動電極４４と、ベース基板１２に接合され、可動電極４４をＸ軸方向から挟み込む櫛歯状の固定電極４６Ａ，４６Ｂと、を有する。可動電極４４からは電極指４４ａが固定電極４６Ａ，４６Ｂに向かってＸ軸方向に延出している。また固定電極４６Ａ，４６Ｂからも電極指４６Ａａ，４６Ｂａが可動電極４４に向かってＸ軸方向に延出している。そして、可動電極４４から延出した電極指４４ａと固定電極４６Ａから延出した電極指４６Ａａ，４６ＢａがＹ軸方向に交互に並ぶように配置されている。

アンカー部３２、固定電極４６Ａ，４６Ｂは、ベース基板１２に接合されている。一方、駆動バネ３４、駆動質量部２６Ａ，２６Ｂ、可動電極４４、検出バネ４２、可動質量部３６Ａは、ベース基板１２上に形成された凹部１６上で浮いた状態でアンカー部３２に支持されている。

固定電極４６Ａ，４６Ｂには、一定の直流電圧が印加されるとともに、互いに逆位相となる交流電圧が印加される。よって、可動電極４４は、固定電極４６Ａ，４６Ｂの直流電圧の成分によって生じる静電引力により固定電極４６Ａ，４６Ｂの高さ位置に引きつけられ、交流電圧の成分により交流電圧と同一の周波数でＸ軸方向を振幅方向として振動する。これにより、駆動質量部２６Ａ、可動電極４４、検出バネ４２、可動質量部３６Ａは、Ｘ軸方向を振幅方向として振動し、駆動バネ３４は、Ｘ軸方向で伸縮振動をする。この振動において、駆動質量部２６ＡがＹ軸方向に変位しない場合は、可動質量部３６Ａと島状電極４０Ａとの間の幅が不変であるため、その間の静電容量に変化はない。

上記構成において、Ｚ軸回りの角速度が印加されると可動質量部３６ＡがＹ軸方向に変位するコリオリ力を受け、この力を受けて検出バネ４２がＹ軸方向に伸縮し、可動質量部３６ＡがＹ軸方向に変位する。これにより島状電極４０Ａと可動質量部３６Ａ（スリット３８の＋Ｙ軸側の壁面）との間隔が変化し、島状電極４０Ａと可動質量部３６Ａとの間の静電容量が変化する。よって、この静電容量の変化を検出回路（不図示）においてモニターすることにより、Ｚ軸回りの角速度の大きさ及び方向を検出することができる。

また、駆動質量部２６Ａの第１梁部２８の長手方向の両端側の側壁に対してＹ軸方向から対向する位置には、検出電極４８（４８Ａ〜４８Ｄ）が配置されている。検出電極４８は、駆動質量部２６Ａと空間的に分離し、電気的にも絶縁している。

また駆動質量部２６Ａに電気的に接続するアンカー部３２と、検出電極４８は、それぞれ検波回路（不図示）に接続されている。検波回路（不図示）は、検出回路と駆動質量部２６Ａ（第１梁部２８）との間の静電容量の変化をモニターするとともに、後述のように、検出電極４８（４８Ａ〜４８Ｈ）に対して個別に交流電圧を印加することができる。

図２に示すように、検出電極４８Ａは、第１梁部２８（駆動質量部２６Ａ）の−Ｘ軸側の端部であって＋Ｙ軸方向から第１梁部２８に対向する位置に配置され、検出電極４８Ｂは、第１梁部２８の＋Ｘ軸側の端部であって＋Ｙ軸方向から第１梁部２８に対向する位置に配置されている。検出電極４８Ｃは、第１梁部２８の−Ｘ軸側の端部であって−Ｙ軸方向から第１梁部２８に対向する位置に配置され、検出電極４８Ｄは、第１梁部２８の＋Ｘ軸側の端部であって−Ｙ軸方向から第１梁部２８に対向する位置に配置されている。この配置により、検出電極４８と駆動質量部２６Ａ（第１梁部２８）との間の静電容量を検出することができる。

背景技術で述べたように、駆動質量部２６Ａは、駆動部（可動電極４４、固定電極４６Ａ，４６Ｂ）の駆動によりＸ軸方向のみならず、Ｙ軸方向にも変位する。

具体的には、Ｘ軸方向の振動に同期して、Ｚ軸回りに一定の角度で往復回転する、いわゆるねじれ振動を起こす。この場合、駆動質量部２６Ａの対角線の一方の延長線上にある検出電極４８Ａ，４８Ｄと駆動質量部２６Ａとの間が広くなれば、駆動質量部２６Ａの対角線の他方の延長線上にある検出電極４８Ｂ，４８Ｃと駆動質量部２６Ａとの間が狭くなる。よって検出電極４８と駆動質量部２６Ａとの間の静電容量をモニターすることにより、駆動質量部２６ＡのＹ軸方向の変位を検出することができる。

また、各々の駆動バネ３４の幅や長さ等は製造ばらつきがあり、これによって駆動方向への振動だけでも（コリオリ力を受けなくても）、駆動質量部２６Ａはねじれを伴って振動することがある。

このとき、検波回路（不図示）は、駆動質量部２６ＡのＹ軸方向の振動成分を静電容量の変化として検出する。そして、検出電極４８と駆動質量部２６Ａとの間の静電容量は、駆動質量部２６Ａの振動周期と同一の周期で変動し、その振幅が、駆動質量部２６ＡのＹ軸方向の変位の大きさに対応したものとなる。

検出電極４８は、駆動質量部２６Ａの第１梁部２８の長手方向の端部側に対向する位置に配置されている。よって、検出電極４８は、上述の駆動質量部２６Ａのねじれ振動の最も振幅（変位）が大きくなる位置に対向するので、ねじれ振動を高精度に検出することができる。

また、ねじれ振動の場合、検出電極４８Ａ（４８Ｃ）と、検出電極４８Ｂ（４８Ｄ）とは静電容量の変化が互いに逆方向となるので、検波回路（不図示）において検出電極４８Ａ（４８Ｃ）と駆動質量部２６Ａとの間の静電容量と、検出電極４８Ｂ（４８Ｄ）と駆動質量部２６Ａとの間の静電容量と、の差分をとることにより、静電容量の変化が互いに強めあうことになるので、静電容量の変化を高精度に検出することができる。なお、ねじれ振動の場合、検出電極４８Ａ（４８Ｂ）と、検出電極４８Ｃ（４８Ｄ）との間でも静電容量の変化が互いに逆方向になる。

この静電容量の変化は、検出部（検出回路（不図示））において検出される角速度の情報に対する補正値に変換することができる。したがって、検出部（検出回路（不図示））で検出された角速度の情報を静電容量の変化に基づいた補正値により補正して、角速度をより高精度に検出することができる。

駆動質量部２６ＡのＹ軸方向の変位を検出するためには、検出電極４８が少なくともひとつあればよいが、静電容量の変化を高精度に得るためには上述のように互いに異なる位置に複数に配置することが望ましい。

本実施形態のように駆動質量部２６Ａに対して検出電極４８が４つ配置される場合には、駆動質量部２６ＡのＹ軸方向の変位を低減させる構成も可能である。例えば、検出電極４８Ａ，検出電極４８Ｄに駆動質量部２６Ａの振動周期と同一周期であって互い同位相となる交流電圧を印加し、検出電極４８Ｂ、検出電極４８Ｃにも駆動質量部２６Ａの振動周期と同一周期であって互いに同位相となる交流電圧を印加する。検出電極４８Ａ（４８Ｄ）に印加される交流電圧と検出電極４８Ｂ（４８Ｃ）に印加される交流電圧は互いに逆位相である。そして交流電圧は、駆動質量部２６Ａが、検出電極４８から駆動質量部２６Ａと検出電極４８との間の平均距離よりも遠くなるときに、その検出電極４８が駆動質量部２６Ａを引きつける静電引力を持たせるように高電圧となり、逆に近づいたときは低電圧（例えば０Ｖ）となるように振動する。

そして、その振幅は、検出電極４８と駆動質量部２６Ａとの間の静電容量の変化の振幅に基づいて制御する。すなわち、検出電極４８と駆動質量部２６Ａとの間の静電容量の変化の振幅が最小となるように交流電圧の振幅を制御する。これにより、検出電極４８からの静電引力が、駆動質量部２６Ａに対して、ねじれによる回転方向と逆向きに回転させる力を与え、ねじれによる回転を打ち消すことになるので、駆動質量部２６Ａのねじれ振動を低減させることができる。したがって、検出部（検出回路（不図示））において角速度を高精度に検出することができる。

図１に示すように、図１の右側にある、駆動バネ３４、駆動質量部２６Ｂ、可動電極４４、検出バネ４２は、それぞれ図１左側のものと同様である。可動質量部３６Ｂは、可動質量部３６Ａと同様であり、島状電極４０Ｂは、島状電極４０Ａと同様である。アンカー部３２Ｂ，３２Ｄは、それぞれＸ軸方向から駆動バネ３４に挟まれ、駆動バネ３４を支持している。

左側の駆動質量部２６Ａに隣接する検出電極４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄに倣って、右側の駆動質量部２６Ｂには検出電極４８Ｅ，４８Ｆ，４８Ｇ，４８Ｈが配置されている。この検出電極４８Ｅ，４８Ｆ，４８Ｇ，４８Ｈの機能は、検出電極４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄと同様である。また図１右側の駆動質量部２６Ｂに隣接する固定電極４６Ａ，４６Ｂは、図１左側の駆動質量部２６Ａに隣接する固定電極４６Ａ，４６Ｂと可動電極４４を中心として左右逆向きに配置されている。

ベース基板１２は、ガラス等の絶縁材料により形成されている。ベース基板１２上の、駆動バネ３４、駆動質量部２６Ａ，２６Ｂ、可動電極４４、検出バネ４２、可動質量部３６等に対向する位置には、凹部１６（図５、図６参照）が設けられている。よって、これらの構成要素は、アンカー部３２に支持されるものの、ベース基板１２に干渉せずに、ベース基板１２上でＸ軸方向、Ｙ軸方向に変位することができる。一方、固定電極４６Ａ，４６Ｂ、検出電極４８は、ベース基板１２上に接合される。また凹部１６の島状電極４０Ａ，４０Ｂに対向する位置には、島状電極４０Ａ，４０Ｂの外形に倣った形状の島部２０が配置され、島状電極４０Ａ，４０Ｂは、島部２０上に接合される。

また、ベース基板１２上には、互いに異なる駆動部に属する固定電極４６Ａ同士を電気的に接続する接合配線５０Ａ、互いに異なる駆動部に属する固定電極４６Ｂ同士を電気的に接続する接合配線５０Ｂ、アンカー３２Ａ〜３２Ｄを電気的に接続する接合配線５０Ｃ、アンカー３２Ｅ，３２Ｆ同士を電気的に接続する接合配線５０Ｄが配置されている。

ベース基板１２には溝１４（図３、図４、図５参照）が配置され、溝１４は、導電膜２２の接続先となる各種電極・接合配線の下面に対向する位置にまで延出している。溝１４において、導電膜２２の接続先となる各種電極・接合配線に対向する位置には凸部１８が配置されている。また溝１４にはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等で形成された導電膜２２（２２Ａ〜２２Ｏ）が配置され、導電膜２２は、溝１４の底部、凸部１８の表面を覆うように配置されている（図６参照）。凸部１８の上面はベース基板１２の表面とほぼ同じ高さとなっている。

よって図３、図４に示すように、導電膜２２は、凸部１８の上面では、ベース基板１２の表面より露出して各種電極・接合配線と接続するが、それ以外の部分はベース基板１２表面より低い位置に配置され、導電膜２２が凸部１８の上面以外で他の構成要素と短絡することはない。

また導電膜２２は、端部において端子２４（２４Ａ〜２４Ｍ）を形成している。端子２４Ａは、導電膜２２Ａを介して検出電極４８Ｄに電気的に接続されている。端子２４Ｂは、導電膜２２Ｂを介して検出電極４８Ｃに電気的に接続されている。端子２４Ｃは、導電膜２２Ｃを介して島状電極４０Ａと電気的に接続されている。端子２４Ｄは、導電膜２２Ｄを介して検出電極４８Ａと電気的に接続されている。

端子２４Ｅは、導電膜２２Ｅを介して接合配線５０Ａと電気的に接続されている。また接合配線５０Ａは、固定電極４６Ａを並列に接続している。これにより、端子２４Ｅは、接合配線５０Ａを介して固定電極４６Ａと電気的に接続される。

端子２４Ｆは、導電膜２２Ｆを介して検出電極４８Ｂに電気的に接続される。端子２４Ｇは、導電膜２２Ｇを介して検出電極４８Ｅに電気的に接続される。
端子２４Ｈは、導電膜２２Ｈを介して接合配線５０Ｂに電気的に接続される。接合配線５０Ｂは、導電膜２２Ｎを介して、固定電極４６Ｂを電気的に並列に接続している。これにより、端子２４Ｈは、接合配線５０Ｂ、導電膜２２Ｎを介して固定電極４６Ｂに電気的に接続される。

端子２４Ｉは、導電膜２２Ｉを介して検出電極４８Ｆと電気的に接続されている。端子２４Ｊは、導電膜２２Ｊを介して接合配線５０Ｃ及びアンカー部３２Ｅに電気的に接続されている。接合配線５０Ｃは、アンカー部３２Ａ及びアンカー部３２Ｃに接続されるとともに、導電膜２２Ｏを介してアンカー部３２Ｂ、及びアンカー部３２Ｄに電気的に接続されている。またアンカー部３２Ｆは、接合配線５０Ｄを介してアンカー部３２Ｅに電気的に接続している。これにより端子２４Ｉは、アンカー部３２Ａ〜３２Ｆと電気的に接続される。

端子２４Ｋは、導電膜２２Ｋを介して島状電極４０Ｂと電気的に接続されている。端子２４Ｌは、導電膜２２Ｌを介して検出電極４８Ｈと電気的に接続されている。端子２４Ｍは、導電膜２２Ｍを介して検出電極４８Ｇと電気的に接続されている。

端子２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｄ，２４Ｆ，２４Ｇ，２４Ｉ，２４Ｊ，２４Ｌ，２４Ｍは検波回路（不図示）に接続され、端子２４Ｃ、２４Ｋは検出回路（不図示）に接続される。

そして、端子２４Ｅと端子２４Ｈとの間に交流電圧を印加することにより、可動電極４４が固定電極４６Ａ，４６Ｂから交互に静電引力を受ける。そして、駆動質量部２６Ａ，２６Ｂにおいて、固定電極４６Ａ，４６Ｂの配置が互いに左右逆となっているので、駆動質量部２６Ａ，２６Ｂは、互いに逆位相となるようにＸ軸方向を振幅方向として振動する。これにより、駆動質量部２６Ａ，２６Ｂは、ベース基板１２上で左右対称に振動し、振動に伴う重心の移動はないので、振動もれを抑制することができる。

上記構成において、Ｚ軸回りの角速度を受けると、可動質量部３６Ａ，３６Ｂは、振幅方向（Ｘ軸方向）が互いに反対方向であるので、Ｙ軸方向に互いに反対方向にコリオリ力を受けることになる。またＹ軸に平行な方向の加速度を受けると、可動質量部３６Ａ，３６Ｂは、共にＹ軸方向で同一方向に慣性力（加速度）を受ける。

よって、可動質量部３６Ａと島状電極４０Ａとの間の静電容量と、可動質量部３６Ｂと島状電極４０Ｂとの間の静電容量との差分を取ると、Ｙ軸に平行な方向の加速度の成分は相殺され、Ｚ軸回りの角速度の成分を足し合わせたものを検出することができる。したがって、Ｚ軸回りの角速度の検出を高感度に行なうことができる。

次に、本実施形態のジャイロセンサー１０の製造工程について説明する。図５乃至図７に、本実施形態のジャイロセンサーの製造工程を示す。図５に示すように、ベース基板１２に、溝１４、凹部１６、凸部１８、島部２０をエッチングにより形成する。凹部１６は、駆動バネ３４、駆動質量部２６Ａ，２６Ｂ、可動電極４４等の外形に倣って形成される。凸部１８は、ベース基板１２の溝１４及び凹部１６を形成する領域において、凸部１８となる部分を残してエッチングを行なうことにより形成される。島部２０もベース基板１２の凹部１６を形成する領域において、島部２０となる部分を残してエッチングすることにより形成される。

図６に示すように、スパッタ等を用いて、導電膜２２、端子２４を形成する。このとき、ベース基板１２の導電膜２２を形成する位置以外の部分を覆うマスクをベース基板１２上に形成し、導電膜２２を形成後にマスクを除去する。この導電膜２２は、溝１４及び凹部１６の底面のみならず、凸部１８の上面にも形成される。

図７に示すように、構成要素（アンカー部３２、駆動バネ３４、駆動質量部２６Ａ，２６Ｂ、可動電極４４、固定電極４６Ａ，４６Ｂ、検出バネ４２、可動質量部３６Ａ，３６Ｂ、島状電極４０Ａ，４０Ｂ、検出電極４８、接合配線５０Ａ〜５０Ｄ）の材料基板となる導電性のシリコン基板５２をベース基板１２に配置して、シリコン基板５２をベース基板１２（ガラス基板）に陽極接合により接合する。この接合により、導電膜２２の凸部１８の上面に配置された部分とシリコン基板５２とが接続する。そして、シリコン基板５２をエッチングして上述の構成要素を型抜きすることにより、本実施形態のジャイロセンサー１０が構築される。

本実施形態のジャイロセンサー１０を低コストで製造するためには、シリコン基板５２の面積の肥大化を避ける必要がある。本実施形態のようなタイプのジャイロセンサーにおいて、駆動部（可動電極４４、固定電極４６Ａ，４６Ｂ）と駆動バネ３４は、Ｘ軸方向に並べて配置されているが、両者の間は、設計上空きやすい。一方、シリコン基板５２は、駆動部と駆動バネ３４との間の部分も包含しており、その部分がエッチングにより抜け落ちるため無駄（デッドスペース）となる。

そこで、本実施形態のように、検出電極４８を、駆動部（固定電極４６Ａ，４６Ｂ）と駆動バネ３４との間のデッドスペースに配置する。すなわち、シリコン基板５２において駆動部と駆動バネ３４の形成領域の間となる領域に検出電極４８を形成する。よって、検出電極４８を形成するための領域分だけ、用意するシリコン基板５２の面積が肥大化することを回避し、コストを抑制することができる。

図８に、本実施形態の検出電極の第１の変形例を示す。なお、以下の説明において、上述の実施形態と共通の構成要素については同一番号を付し、必要な場合を除いてその説明を省略する。

図８に示すように第１の変形例の検出電極４８は、駆動質量部２６の内側となる位置で駆動質量部２６の第１梁部２８と対向するように配置されている。また凸部１８及び検出電極４８に接続する導電膜２２もベース基板１２（凹部１６）上で検出電極４８に対向する位置に配置されている。これにより、シリコン基板５２の駆動質量部２６の内側となる部分を有効利用してコストを抑制することができる。また固定電極４６Ａ，４６Ｂと駆動バネ３４との間には、検出電極４８を形成しないので、駆動部の設計の自由度を阻害することはない。

図９に、本実施形態の検出電極の第２の変形例を示す。図９に示すように、第２の変形例の検出電極４８は、駆動質量部２６の第１梁部２８と固定電極４６Ａ，４６Ｂとの間となる位置に延出した延出部５４を有している。検出電極４８は、図９に示すように、駆動質量部２６に対向する部分がＬ字型に折れ曲がった形態でも良いし、その部分がハンマーヘッドのように第１梁部２８の長手方向に沿って伸びてもよい。いずれにしても、検出電極４８は、駆動質量部２６の側壁に対向する側が、その反対側よりも幅広となっている。

上記構成により、検出電極４８と第１梁部２８とが互いに対向する部分の面積が増えるので、検出電極４８と駆動質量部２６との間の静電容量の変化の検出感度を高め、且つ検出電極４８が駆動質量部２６に印加する静電引力を高めることができる。さらに、検出電極４８（延出部５４）が駆動部（固定電極４６Ａ，４６Ｂ）と駆動質量部２６との間に配置されるので、シリコン基板５２の駆動質量部２６に囲まれた部分のデッドスペースを有効利用してコストを抑制することができる。

図１０は、本実施形態の検出電極の第３の変形例を示す図である。図１０に示すように、第３の変形例の検出電極４８は、駆動質量部２６の第１梁部２８と対向する側壁から第１梁部２８に向けて伸びる（Ｙ軸方向に伸びる）電極指５６が設けられている。電極指５６は、Ｘ軸方向（駆動質量部２６の振幅方向）に一定の間隔で並べて複数配置されている。一方、第１梁部２８の検出電極４８と対向する側壁からは、検出電極４８に向けて伸びる（Ｙ軸方向に伸びる）電極指５８が設けられている。よって、検出電極４８と第１梁部２８の互いに対向する側壁同士からは、電極指５６，５８がそれぞれ振幅方向（Ｘ軸方向）に並ぶように交互に延出している。ここで、電極指５６と電極指５８との間のＸ軸方向の隙間の幅は、可動電極４４と固定電極４６Ａ，４６Ｂとの間のＸ軸方向の隙間の幅と同程度かそれ以上となるようにする。これにより、電極指５６、５８が可動電極４４の振動に干渉することはない。

上記構成により、検出電極４８と第１梁部２８とが互いに対向する部分の面積が増えるので、検出電極４８と駆動質量部２６との間の静電容量の変化の検出感度を高め、且つ検出電極４８が駆動質量部２６に印加する静電引力を高めることができる。なお第３の変形例は、第１の変形例のように、検出電極４８が駆動質量部２６の内側に配置されている場合でも、検出電極４８と、検出電極４８に対向する駆動質量部２６の第１梁部２８との側壁同士の間で構成することができる。

図１１に、本実施形態の電子部品を搭載した電子機器（携帯端末）の模式図を示す。図１１において、携帯端末６０（ＰＨＳを含む）は、複数の操作ボタン６２、受話口６４及び送話口６６を備え、操作ボタン６２と受話口６４との間には表示部６８が配置されている。最近では、このような携帯端末６０においても手ぶれ補正機能がついたカメラを備えている。そこで、携帯端末６０には、手振れ補正機能に用いる角速度検知のため、本実施形態のジャイロセンサー１０が内蔵されている。

なお、本実施形態のジャイロセンサー１０を備える電子機器は、上述の携帯端末６０のほかに、スマートフォン、デジタルスチルカメラ、パーソナルコンピュータ、タブレット型パーソナルコンピュータ、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、インクジェット式吐出装置、電子手帳、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニタ、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば、電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレータ等に適用することができる。

１０………ジャイロセンサー、１２………ベース基板、１４………溝、１６………凹部、１８………凸部、２０………島部、２２，２２Ａ〜２２Ｏ………導電膜、２４，２４Ａ〜２４Ｍ………端子、２６，２６Ａ、２６Ｂ………駆動質量部、２８………第１梁部、３０………第２梁部、３２，３２Ａ〜３２Ｆ………アンカー部、３４………駆動バネ、３６Ａ，３６Ｂ………可動質量部、３８………スリット、４０Ａ，４０Ｂ………島状電極、４２………検出バネ、４４………可動電極、４４ａ………電極指、４６Ａ，４６Ｂ………固定電極、４６Ａａ，４６Ｂａ………電極指、４８，４８Ａ〜４８Ｈ………検出電極、５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ………接合配線、５２………シリコン基板、５４………延出部、５６………電極指、５８………電極指、６０………携帯端末、６２………操作ボタン、６４………受話口、６６………送話口、６８………表示部、１００………ジャイロセンサー、１０２………ベース基板、１０４………駆動質量部、１０６………可動質量部、１０８………駆動部、１１０………駆動バネ、１１２………アンカー部、１１４………検出バネ、１１６………固定電極。

Claims (6)

1. 角速度に応じたコリオリ力により変位する検出部を備えた駆動質量部と、
   前記駆動質量部を第１方向に振動させる駆動部と、を有し、
   前記駆動質量部は、前記第１方向に延びる一対の第１梁部と、前記第１方向に交差する方向に延びる一対の第２梁部と、を備え、
   前記駆動質量部の前記一対の第１梁部の長手方向の一方と他方に設けられ前記第１梁部と対向する位置に、前記駆動部の振動による前記駆動質量部の前記第１方向に交差する方向の変位を検出する検出電極が配置されていることを特徴とするジャイロセンサー。
2. 前記駆動部は、前記第１方向に沿って前記駆動質量部の前記第１梁部に設けられ、
   前記検出電極は、
   前記駆動部に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１に記載にジャイロセンサー。
3. 前記駆動質量部の前記第１梁部と、前記第１梁部に対向する前記検出電極の側壁と、からは、電極指がそれぞれ振幅方向に並ぶように交互に延出していることを特徴とする請求項１又は２に記載のジャイロセンサー。
4. 前記検出電極は、前記駆動質量部の前記第１梁部に対向する側が幅広となっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のジャイロセンサー。
5. 前記駆動質量部とベース基板とを接続している駆動バネと、を備え、
   平面視にて、前記駆動バネを通過し、前記第１方向と直交する第１仮想線と、前記駆動部を通過し、前記第１方向と直交する第２仮想線と、を有し、
   前記検出部は、前記第１仮想線と前記第２仮想線との間に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のジャイロセンサー
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のジャイロセンサーを搭載したことを特徴とする電子機器。