JP2000088580A

JP2000088580A - シリコンジャイロ

Info

Publication number: JP2000088580A
Application number: JP10260392A
Authority: JP
Inventors: Shinji Murata; 眞司村田
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1998-09-14
Filing date: 1998-09-14
Publication date: 2000-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】弾性脚間の寸法を小さくすることができ、駆
動電圧用の高電圧を必要とせずに感度を向上させること
ができ、しかも安価であるシリコンジャイロを提供する
こと。【解決手段】シリコンウエハにより形成され、２箇所
の溝により分離された３個の弾性脚２ａ，２ｂ，２ｃを
有するシリコンジャイロであって、前記弾性脚２ａ，２
ｂ，２ｃを支持する振動子１の基部の一部を基体３に固
定し、前記弾性脚２ａ，２ｂ，２ｃの並び面と平行且つ
前記弾性脚２ａ，２ｂ，２ｃと近接する垂直電極４を配
設したこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動子の弾性脚が
振動しながら回転したときに発生するコリオリ力を利用
して回転角速度を検出するシリコンジャイロに係り、特
に、高電圧を必要とせず、感度を向上させることができ
るシリコンジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、車搭載用ナビゲーションシステム
や無人走行車用の姿勢制御装置、さらにはビデオカメラ
の画面振れ防止装置などに使用される振動型シリコンジ
ャイロとして、２カ所の溝により分離された３個の平行
な弾性脚を有する振動子と、前記弾性脚に振動を発生さ
せる駆動手段と、前記振動子が回転したときに前記弾性
脚に生じる前記振動の方向の振動成分を検出する検出手
段からなるシリコンジャイロが開発されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】静電容量検出、静電力
駆動の３音叉シリコンジャイロにおいて、安定した角速
度の検出を行うための一手段としては、弾性脚間に駆動
または検出のための電極を形成することが考えられてい
るが、このような構成のシリコンジャイロにおいて弾性
脚間の寸法Ｗを基板としてのシリコンウエハの厚みｄよ
り小さく形成することは難しい。なぜなら、基板の厚み
ｄに対して狭いギャップでの貫通穴加工がしにくいこ
と、脚間にある水平電極の幅を狭くしようとすると、水
平電極の機械的強度が小さくなり、エッチングの工程な
どによる破損頻度が多くなるためである。

【０００４】しかしながら、振動子としての弾性脚間の
寸法Ｗと基板の厚みｄと共振の大きさＱ値との関係は、
基板の厚みｄに対して弾性脚間の寸法Ｗが小さいほどＱ
値が高くなる。このことは図９のグラフからも明らかで
ある。つまり、弾性脚間の寸法Ｗを小さくすることがで
きれば、低い電圧でも弾性脚の変位量を大きくすること
ができ、振動状態が安定し感度が高くなるのである。

【０００５】また、一般に静電力駆動は、ＰＺＴなどの
圧電素子によって得られる駆動力を得るためには、比較
的高い電圧（１０〜５０Ｖ）が必要である。ところが、
小型のデバイスのほとんどは１５Ｖ以下の電源で動作す
るように設計されている。そのため、１５Ｖ以上の電圧
を必要とする場合、デバイス以外に電圧源を必要とし、
コストが高くなったり、小型化できないし、電源からの
誘導ノイズが大きくなり、感度が低下するといった欠点
があった。

【０００６】本発明は前記した点に鑑みなされたもの
で、弾性脚間の寸法を小さくすることができ、駆動電圧
用の高電圧を必要とせずに感度を向上させることがで
き、しかも安価であるシリコンジャイロを提供すること
を目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明の請求項１に係るシリコンジャイロは、シリコン
ウエハにより形成され、２箇所の溝により分離された３
個の弾性脚を有するシリコンジャイロであって、前記弾
性脚を支持する振動子の基部の一部を基体に固定し、前
記弾性脚の並び面と平行且つ前記弾性脚と近接する垂直
電極を配設したことを特徴とする。

【０００８】また、請求項２に記載のシリコンジャイロ
は、請求項１に記載のシリコンジャイロにおいて、前記
弾性脚間の溝幅Ｗと前記弾性脚の厚みｄとが、Ｗ／ｄ＝
１〜０．０２となる関係を有することを特徴とする。

【０００９】そして、請求項３に記載のシリコンジャイ
ロは、請求項１または請求項２に記載のシリコンジャイ
ロにおいて、前記垂直電極は前記各弾性脚に対応する駆
動電極と前記溝および弾性脚の外側辺に対応するコリオ
リ検出電極からなることを特徴とする。

【００１０】さらに、請求項４に記載のシリコンジャイ
ロは、請求項１または請求項２に記載のシリコンジャイ
ロであって、前記垂直電極は前記各弾性脚に対応する駆
動電極と、前記溝に対応するコリオリ検出電極からな
り、さらに、前記弾性脚の外側方には、前記弾性脚の並
び方向と垂直且つ前記弾性脚に近接する水平電極を配設
したことを特徴とする。

【００１１】そして、請求項５に記載のシリコンジャイ
ロは、請求項１乃至請求項４に記載のシリコンジャイロ
において、前記各弾性脚に対する駆動電極を２本の電極
で構成し、前記２本の駆動電極間にコリオリ力の垂直方
向の検出を行うための駆動同期電極をさらに形成したこ
とを特徴とする。

【００１２】さらに、請求項６に記載のシリコンジャイ
ロは、請求項５に記載のシリコンジャイロであって、前
記２本の駆動電極には、それぞれ互いに相反する位相関
係にあるＡＣ成分と互いに相反する極性関係にあるＤＣ
成分を印加することを特徴とする。

【００１３】これらのシリコンジャイロによれば、従来
において各弾性脚間に配設されていた水平電極を省略し
て弾性脚間の寸法を狭くすることで高いＱ値（千〜数
万）を得ることができる。

【００１４】また、前記各弾性脚に対する駆動電極を２
本の電極で構成することにより、互いに相反する位相関
係にあるＡＣ成分と互いに相反する極性関係にあるＤＣ
成分をそれぞれの電極に印加することが可能となり、検
出回路系に誘導される互いの影響を相殺させることがで
き、検出感度を向上できる。

【００１５】そして、コリオリ力の水平方向の検出は、
弾性脚と前記コリオリ検出電極との重ね率の変化を検出
することで行うことができ、さらに、弾性脚の外側方に
水平電極を設ければ、その精度をより向上させることが
できる。また、振動子の垂直方向の検出は、駆動同期電
極で検出することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１乃
至図９を参照して説明する。

【００１７】図１は本発明の第一実施形態を示す平面
図、図２は図１の２−２断面図、図３は図１の３−３断
面図である。

【００１８】図１乃至図３に示す本発明の第１実施形態
のシリコンジャイロ本体は、振動子１、基体３および垂
直電極４より構成されている。

【００１９】前記振動子１は、シリコンからなり、ベー
ス部１ａとベース部１ａより伸びた２カ所の溝により分
離された互いに平行な３つの弾性脚２ａ，２ｂ，２ｃに
より構成されている。そして、本実施形態において前記
振動子１は、ベース部１ａの端部近傍がガラスよりなる
基体３と陽極接合等の手段により接合されており、前記
弾性脚２ａ，２ｂ，２ｃ間の溝幅Ｗと前記弾性脚２の厚
みｄとが、Ｗ／ｄ＝１〜０．０２となるように形成され
ている。Ｗ／ｄを１以下としたときに、図９に示すよう
にＱ値が千以上となり、Ｗ／ｄを０．０２以下にするこ
とは加工的に無理があるためである。具体的には、シリ
コンウエハの厚みｄを３００μｍとした場合には、溝幅
Ｗは３０〜１５０μｍ程度とすることが好ましい。

【００２０】また、本実施形態の前記垂直電極４は、駆
動電極４Ａ、駆動同期電極４Ｂおよびコリオリ検出電極
４Ｃの何れかとされており、基体３の上面に凹設された
溝３ａ内に前記弾性脚２ａ，２ｂ，２ｃの並び面と平行
に、且つ弾性脚２に近接させて配設されている。

【００２１】具体的には、図１および図３に示すよう
に、前記弾性脚２ａに対しては、２つの駆動電極４Ａ
ａ，４Ａｂと、前記弾性脚２ａの同期検波用のＲＥＦ出
力をとるために前記両駆動電極４Ａａ，４Ａｂ間に配設
された駆動同期電極４Ｂａが垂直電極として形成されて
いる。同様に、前記弾性脚２ｂに対しては、２つの駆動
電極４Ａｃ，４Ａｄと、前記弾性脚２ｂの同期検波用の
ＲＥＦ出力をとるための両駆動電極４Ａｃ，４Ａｄ間に
配設された駆動同期電極４Ｂｂが、そして、前記弾性脚
２ｃに対しては、２つの駆動電極４Ａｅ，４Ａｆと、前
記弾性脚２ｃの同期検波用のＲＥＦ出力をとるために両
駆動電極４Ａｅ，４Ａｆ間に駆動同期電極４Ｂｃが垂直
電極として形成されている。また、前記溝３ａ内の前記
弾性脚２ａ，２ｂ間および弾性脚２ｂ，２ｃ間に対応す
る部分には、それぞれコリオリ検出電極４Ｃｂ，４Ｃｃ
が垂直電極として形成されている。さらに、本実施形態
においては、前記溝３ａ内の前記弾性脚２ａ、２ｃの外
側方に対応する部分には、それぞれコリオリ検出電極４
Ｃａ，４Ｃｄが形成されている。なお、本実施形態にお
ける前記垂直電極４はクロムからなるものとする。

【００２２】前記振動子１は、振動する際には弾性脚２
ａ，２ｂ，２ｃがベース部１ａを支点として振動するこ
ととなる。弾性脚２ａ，２ｂ，２ｃの振動はベース部１
ａにも伝達してくるが、そのレベルは弱く、ベース部１
ａの端部においてはほとんど振動しない。本発明では、
弾性脚２ａ，２ｂ，２ｃの振動に影響を与えないように
ベース部１ａの端部を基体３と接合している。

【００２３】前述のように、振動子１の弾性脚２ａ，２
ｂ，２ｃ間を狭く形成することにより、共振の大きさを
表すＱ値を高くすることができる。Ｑ値は、入力エネル
ギーに対する出力（この場合は弾性脚の振動振幅）を表
し、前掲の図９に示すように、この値が高くなるほど共
振振幅が大きくなる。このことはシリコンジャイロの駆
動に、例えばＱ値が低いときに１００Ｖの電圧が必要で
あったものが、Ｑ値を高くすることにより、１５Ｖ以下
の電圧で足りるようになることを意味するものである。
また、３音叉シリコンジャイロのＱ値は、水平／垂直方
向ともに基板の厚みを一定にしたときに弾性脚間を狭く
するほど高くなる。

【００２４】本実施形態においても、弾性脚２ａ，２
ｂ，２ｃ間を３０〜１５０μｍと狭く形成し、また、シ
リコンウエハの基板の厚みを３００μｍとして形成した
ことにより、低電圧駆動化を図ることができる。

【００２５】このように構成された振動子１を駆動する
際は、振動子１は垂直または水平方向に自由に振動する
ことができるため、水平または垂直方向に振動する場合
でも、振動子１はねじれることなく振動することとな
り、駆動方向と直交方向に生じるコリオリ力による振動
子１の変位は、駆動方向と直交方向の成分を検出するこ
とを可能とする。なお、図３の矢印は、ある瞬間におけ
る振動子１の弾性脚２ａ，２ｂ，２ｃの駆動方向を示し
ており、左右の２つの脚２ａ，２ｃと中央の脚２ｂの駆
動方向が逆になることを示している。

【００２６】また、振動子１の駆動または角速度検出に
ついては、本実施形態の振動子１に格子欠陥が少ない単
結晶のシリコンを用いれば、振動子１内部に歪みはな
く、熱的な特性も優れるし、振動子１の駆動や角速度検
出を全て非接触で行うことができ、振動子１の振動に影
響を与えるような付加的な構造物は一切必要でないの
で、安定した角速度検出ができるものとなる。

【００２７】つまり、振動子１の材料としてのシリコン
は純度が高く、欠陥のない単結晶材料を容易に使用する
ことができるので、高いＱ値が得られる（千〜数万）。
また、格子欠陥が非常に少ないことから振動による疲労
が無く、大きな振幅で振動させても塑性破壊が起こら
ず、シリコン内部に歪みや内部応力が発生しないため、
温度変化のある環境で長時間使用しても安定した出力を
得ることができる。

【００２８】また、本実施形態のシリコンジャイロの振
動子１には異種材料の付着がないため、振動子１の振動
として他の構造体の影響を受けずに安定した振動が得ら
れるし、振動子１に圧電素子や電極を形成する際に振動
子１との間に空隙を生じたり、振動子そのものに歪みや
応力を与えるということがない。また、異種材料の熱膨
張係数の差による歪みがなく、異種材料による温度変化
の影響を受けない。さらに、シリコン自体の熱膨張率は
２ｐｐｍ程度と小さいため、圧電素子に比べて共振周波
数に対する影響は少ない。また、自励振回路を採用した
場合、振動子１の伸び縮みに追従して発振周波数が変化
し、常に共振状態を維持することができる。

【００２９】また、振動子１をシリコン製とすること
で、フォトリソグラフィ技術を用いることにより一括で
大量に微細加工精度につくることができ、直交精度を良
好にして駆動振動が検出振動に与える影響を抑え、出力
信号に影響を与えることを防止することができるものと
なる。

【００３０】図４は、前記シリコンジャイロの駆動およ
び検出の一実施例を示すブロック図である。

【００３１】発振回路１０１により、前記コリオリ検出
電極４Ｃｂ，４Ｃｄには、周波数５０ＫＨｚ、振幅５Ｖ
の交番電圧が印加されている。さらに位相反転回路１０
２により、前記コリオリ検出電極４Ｃａ，４Ｃｃに対し
て発振回路１０１とは逆位相の搬送波が加えられる。

【００３２】振動子１の各弾性脚２ａ，２ｂ，２ｃと垂
直電極４であるコリオリ検出電極４Ｃとの間は、ギャッ
プ２０μｍを隔てて離間されており、静電容量を生じ
る。

【００３３】これらの静電容量はＣ−Ｖ変換回路１０３
により電圧値に変換される。振動子１の共振周波数であ
る２ＫＨｚのサイドバンド周波数を通し、静電駆動によ
る誘導ノイズの２ＫＨｚをカットするため、カットオフ
周波数１０ＫＨｚのＨＰＦ１０４を通した後、同期検波
回路１０５により、発振回路（器）１０１と同期した周
波数と位相で同期検波される。この出力をＬＰＦ１０６
を通すことにより、前記コリオリ検出電極４Ｃと振動子
１の３本の弾性脚２ａ，２ｂ，２ｃとの間の水平方向の
静電容量の変化が得られる。

【００３４】振動子１は、低比抵抗のシリコンにより構
成されているため、振動子１の各脚２ａ，２ｂ，２ｃと
駆動電極４Ａとの間により静電容量によって形成される
交番電圧に対するインピーダンス成分に対しては、電気
的には導通していると考えてよい。すなわち、Ｃ−Ｖ変
換回路１０３に３つの脚による容量変化は、信号取り出
し部１００により直結され、各弾性脚２ａ，２ｂ，２ｃ
の容量変化がＣ−Ｖ変換回路１０３により加算される。

【００３５】また、駆動同期電極４Ｂａ，４Ｂｂ，４Ｂ
ｃは、駆動同期電極４Ｂａ，４Ｂｃが短絡されて位相反
転回路１２１に接続されており、駆動同期電極４Ｂｂは
発振回路１２０に接続されている。発振回路１２０は、
周波数７０ＫＨｚ、振幅５Ｖで発振する。

【００３６】これらの駆動同期電極４Ｂａ，４Ｂｂ，４
Ｂｃと振動子１の３本の弾性脚２ａ，２ｂ，２ｃは、ギ
ャップ２０μｍを隔てて離間されているため、両者間に
は静電容量が生じている。これらの静電容量は、Ｃ−Ｖ
変換回路１０３により電圧値に変換される。

【００３７】ＨＰＦ１０９（カットオフ周波数１０ＫＨ
ｚ）を通した後、同期検波回路１１０により、発振回路
（器）１２０と同期した周波数と位相で同期検波され
る。この出力をＬＰＦ１１１を通すことにより、前記駆
動同期電極４Ｂと振動子１の３本の弾性脚２ａ，２ｂ，
２ｃとの間の垂直方向の静電容量の変化が得られる。

【００３８】さらに、駆動電極４Ａｃ，４Ａｄは増幅お
よびＤＣ電圧重畳回路１１８に接続されており、駆動電
極４Ａａ，４Ａｂ，４Ａｅ，４Ａｆは同じく増幅および
ＤＣ電圧重畳回路１１９に接続されている。

【００３９】そして、電圧制御発振器（以下、ＶＣＯと
いう）の発振位相と振動子の振動位相を比較する位相検
出回路１１４、ループフィルタ１１５、そして前記ＶＣ
Ｏ１１６で構成されるＰＬＬ部１１３と、＋９０゜位相
シフト回路１１２とにより、ＰＬＬ部１１３の出力は、
前記増幅およびＤＣ電圧重畳回路１１８と１１９とによ
り増幅され、さらにＤＣ電圧を重畳されているので、振
動子１の各弾性脚２ａ，２ｂ，２ｃと各駆動電極４Ａ間
には静電引力が働く。そして、駆動電極４Ａａ，４Ａ
ｂ，４Ａｅ，４Ａｆとに対して、駆動電極４Ａｃ，４Ａ
ｄは、位相反転器１１７により位相が反転した交番電圧
が印加されている。

【００４０】増幅およびＤＣ電圧重畳回路１１９の出力
と、Ｃ−Ｖ変換回路１０３の入力（すなわち、振動子１
の垂直方向の振動）は、＋９０゜位相シフト回路１１２
により、常に９０゜だけＣ−Ｖ変換回路１０３の出力が
遅れるように構成されている。すなわち、振動子１の垂
直方向の振動が９０゜遅れ、ＰＬＬ部１１３によりその
位相がロックされ続けるような構成になっている。その
ため、振動子１は、振動子固有の共振周波数で、垂直方
向に共振状態（振動子の駆動位相に対して実際の変位が
９０゜遅れる）で発振を続ける。

【００４１】このため、外部から温度変化があり、振動
子１の寸法が微小に変化して、振動子固有の共振周波数
に変化を生じても、常に、変位量は最大となる共振状態
で発振を続ける。また、ＰＬＬ部１１３の出力は、同期
検波回路１０７の同期信号となっている。このため、振
動子１の水平方向の容量変化成分において、ＰＬＬ部１
１３の出力と同期した成分のみが検波され、ＬＰＦ１０
８を通して所望の出力となるが、その際に、ＰＬＬ部１
１３により位相がロックされているため、同期検波回路
１０７による位相のずれは発生せず、安定した出力が得
られる。

【００４２】ところで、シリコンジャイロに振動子１の
延長方向に角速度が生じたとき、垂直方向に振動する振
動子１の各弾性脚２ａ，２ｂ，２ｃにコリオリ力が働
く。

【００４３】速度Ｖ（ベクトル値）で運動する物体ｍ
に、角速度ｗ（ベクトル値）が印加されたときのコリオ
リ力Ｆｃは、Ｆｃ＝２ｍ（Ｖｘｗ）と表される（ｘはベ
クトル積を示す）。

【００４４】例えば、振動子１が垂直に振動している時
と、振動子１の延長方向の周りに角速度が働くと、振動
子１は、コリオリ力を水平方向に受けることとなる。コ
リオリ力により、振動子１は水平方向に力を受け、垂直
方向の振動と同期して水平方向にも変位する。

【００４５】この変位量は、印加角速度に比例してい
る。この振動子１の水平方向の変位量は、コリオリ検出
電極４Ｃとの静電容量変化に比例するので、振動子１の
垂直方向に同期した水平方向の静電容量変化を検出する
ことでシリコンジャイロに印加された角速度の大きさと
向き（回転方向）がわかる。しかしながら、本発明のシ
リコンジャイロにおいては、弾性脚２ａ，２ｂ，２ｃ間
を狭く形成すべく、前記弾性極２ａ，２ｂ，２ｃ間には
静電容量変化を検出するための水平電極を配設していな
い。

【００４６】そこで、本実施形態においては、コリオリ
検出電極４Ｃと、これに対応するに弾性脚２ａ，２ｂ，
２ｃとの重ね合わさる面積変化により水平方向の変位を
検出する。

【００４７】さらに、本実施例においては、垂直方向の
駆動同期電極４Ｂと駆動電極４Ａとを別電極として形成
されている。よって、発振回路１２０、位相反転回路１
２１、増幅及びＤＣ電圧重畳回路１１８、増幅及びＤＣ
電圧重畳回路１１９に接続される各結線において分圧用
の抵抗を配設するなどして電圧を分圧する必要がなく、
必要電圧のみを供給すればよいので、電源電圧を有効に
活用することができるものとなる。つまり、シリコンジ
ャイロの低電圧駆動が可能となる。

【００４８】そして、この駆動同期電極４Ｂから同期検
波用のＲＥＦ出力をとることにより垂直方向の変位を検
出することができる。

【００４９】図５は、前記シリコンジャイロの駆動およ
び検出の別の実施例を示すブロック図である。本実施例
においては、前述の第一実施例とは、１つの弾性脚２に
対応する２つの駆動電極４Ａに対し、相反する極性にあ
るＤＣ成分を印加する点において異なるものである。

【００５０】つまり、駆動電極４Ａｂ，４Ａｆは、増幅
およびＤＣ電圧重畳回路１３４に接続されており、駆動
電極４Ａａ，４Ａｅは、増幅およびＤＣ電圧重畳回路１
３５に接続されている。また、駆動電極４Ａｄは、増幅
およびＤＣ電圧重畳回路１３２に接続されており、駆動
電極４Ａｃは増幅およびＤＣ電圧重畳回路１３１に接続
されている。

【００５１】そして、ＶＣＯ１１６の発振位相と振動子
の振動位相とを比較する位相検出回路１１４、ループフ
ィルタ１１５、そして前記ＶＣＯ１１６で構成されるＰ
ＬＬ部１１３と、＋９０゜位相シフト回路１１２によ
り、ＰＬＬ部１１３の入力と出力間、つまり＋９０゜位
相シフト回路１１２からの入力とＶＣＯ１１６からの出
力間に、常に＋９０゜の位相差を与える。その際、ＰＬ
Ｌ部１１３の出力は、増幅およびＤＣ電圧重畳回路１３
１，１３２，１３４，１３５により増幅し、さらにＤＣ
電圧を重畳されているので、振動子１の各弾性脚２ａ，
２ｂ，２ｃと駆動電極４Ａａ，４Ａｂ，４Ａｃ，４Ａ
ｄ，４Ａｅ，４Ａｆ間には、静電引力が働く。

【００５２】増幅およびＤＣ電圧重畳回路１３２，１３
５の出力とＣ−Ｖ変換回路１０３の入力（すなわち、振
動子の垂直方向の振動）とは、＋９０゜位相シフト回路
１１２により、常に９０゜だけＣ−Ｖ変換回路出力が遅
れるように構成されている。すなわち、振動子１の垂直
方向の振動が９０゜遅れ、ＰＬＬ部１１３によりその位
相がロックされ続けるような構成になっている。そのた
め、振動子１は、振動子固有の共振周波数で、垂直方向
に共振状態（振動子の駆動位相に対して実際の変位が９
０゜遅れる状態）で発振を続けることになる。

【００５３】このため、外部から温度変化があり、振動
子１の寸法が微小に変化して、振動子固有の共振周波数
に変化を生じても、常に、変位量は最大となる共振状態
で発振を続ける。また、ＰＬＬ部１１３の出力は、同期
検波回路１０７の同期信号となっている。このため、振
動子１の垂直方向の容量変化成分において、ＰＬＬ部１
１３の出力と同期した成分のみが検波され、ＬＰＦ１０
８を通して所望の出力となるが、その際に、ＰＬＬ部１
１３により位相がロックされているため、同期検波回路
１０７による位相のずれは発生せず、安定した出力が得
られる。

【００５４】このように、第２実施例においては、駆動
電極を複数（本第２実施形態においては、各弾性脚２に
対する垂直電極を２つずつ）に分け、互いに相反するそ
れぞれ逆極性のＡＣ成分とＤＣ成分とを加えることによ
り、Ｃ−Ｖ変換回路１０３に与える駆動成分の影響度を
小さくすることができる。つまり、例えば弾性脚２ａに
おける駆動電極４Ａａ，４ＡｂのＡＣ成分、ＤＣ成分の
それぞれの和をとると、互いに相殺されることになる。
図において中央または右側に配設された弾性脚２ｂ，２
ｃの駆動電極４Ａｃ，４Ａｄ、４Ａｅ，４Ａｆについて
も同様である。

【００５５】そして、このように各弾性脚２ａ，２ｂ，
２ｃに対応する駆動電極４Ａをそれぞれ複数に分け、互
いに相反する位相関係にあるＡＣ成分と互いに相反する
極性関係にあるＤＣ成分を印加することにより、駆動電
極４Ａを分けたことによる単位面積あたりの静電力をほ
とんど損なうことなく、１つの電極での駆動と同等の静
電力が得られ、Ｃ−Ｖ変換回路１０３に与える誘導等の
ノイズを極小にすることが可能となる。

【００５６】つまり、駆動電極を複数に分け、互いに相
反する位相関係にあるＡＣ成分と互いに相反する極性関
係にあるＤＣ成分とをそれぞれの電極に印加することに
より、互いの影響を相殺させ、検出電極側に誘導される
ノイズを極小化し、同じデバイスでも電極配置を換える
ことにより、検出感度の向上と高いＳ／Ｎ比を得ること
ができ、また、駆動電極を複数本に分けることで、単一
の駆動電極を用いる場合と比べて、振動子１に印加する
静電力を損なうことなく、同じ電圧で同等の静電力を与
えることが可能となる。

【００５７】そして、振動子１の駆動については単一の
電極と同等の機能を果たすものとなり、さらには、誘導
ノイズの原因となるＡＣ成分の振幅を微小に調整するこ
とにより、相殺の効果を高めることができる。

【００５８】また、図６乃至図８は本発明の第２実施形
態のシリコンジャイロを示しており、図６は、第２実施
形態の振動子１の構成を示す平面図である。また、図７
は、図６の７−７断面図、図８は図６の８−８断面図で
ある。

【００５９】本第２実施形態のシリコンジャイロ本体
も、振動子１、基体３および垂直電極４より構成されて
おり、前記振動子１は、シリコンからなり、ベース部１
ａとベース部１ａより伸びた２カ所の溝により分離され
た互いに平行な３つの弾性脚２ａ，２ｂ，２ｃにより構
成されている。

【００６０】具体的には、図６および図８に示すよう
に、前記弾性脚２ａに対しては、それぞれ大きさが同じ
で逆極性のＡＣ成分とＤＣ成分が印加されている２つの
駆動電極４Ａａ，４Ａｂと、前記弾性脚２ａの同期検波
用のＲＥＦ出力をとるために前記両駆動電極４Ａａ，４
Ａｂ間に配設された駆動同期電極４Ｂａが垂直電極とし
て形成されている。同様に、前記弾性脚２ｂに対して
は、それぞれ大きさが同じで逆極性のＡＣ成分とＤＣ成
分が印加されている２つの駆動電極４Ａｃ，４Ａｄと、
前記弾性脚２ｂの同期検波用のＲＥＦ出力をとるための
両駆動電極４Ａｃ，４Ａｄ間に配設された駆動同期電極
４Ｂｂが、そして、前記弾性脚２ｃに対しては、それぞ
れ大きさが同じで逆極性のＡＣ成分とＤＣ成分が印加さ
れている２つの駆動電極４Ａｅ，４Ａｆと、前記弾性脚
２ｃの同期検波用のＲＥＦ出力をとるために両駆動電極
４Ａｅ，４Ａｆ間に駆動同期電極４Ｂｃが垂直電極とし
て形成されている。

【００６１】そして、本実施形態においては、前記溝３
ａ内の前記弾性脚２ａ，２ｂ間および弾性脚２ｂ，２ｃ
間に対応する部分には、それぞれコリオリ検出電極４Ｃ
ｅ，４Ｃｆが垂直電極として形成されており、さらに、
前記弾性脚２ａ，２ｃの外側方には、前記弾性脚２の並
び方向と垂直且つ前記弾性脚２ａ，２ｃに近接する水平
電極５ａ，５ｂを配設した点で、前述の第１実施形態の
シリコンジャイロと構成を異ならせている。その他のシ
リコンジャイロ本体の構成は前述の第１実施形態と同様
とする。

【００６２】そして、このように構成された本実施形態
のシリコンジャイロにおいても前述のシリコンジャイロ
と基本的には同様の特性を示し、同様の効果を得ること
ができるものとなる。さらに、量産時の検査過程におい
ては水平方向に振動子１を駆動させることにより、水平
方向の共振周波数を測定することが必要であるが、その
際の検査作業を簡便に行うことが可能となる。

【００６３】

【発明の効果】以上述べたように本発明に係るシリコン
ジャイロによれば、弾性脚間の寸法を小さくすること
で、駆動用の高電圧を必要とせずにコリオリ力の検出の
感度を向上させることができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態のシリコンジャイロの
平面図

【図２】図１のシリコンジャイロの２−２断面図

【図３】図１のシリコンジャイロの３−３断面図

【図４】図１のシリコンジャイロの駆動および検出を
示す１実施例のブロック図

【図５】図１のシリコンジャイロの駆動および検出を
示す別の実施例のブロック図

【図６】本発明の第２実施形態のシリコンジャイロの
平面図

【図７】図６のシリコンジャイロの７−７断面図

【図８】図６のシリコンジャイロの８−８断面図

【図９】弾性脚間のギャップと振動子のＱ値との関係
を示すグラフ

【符号の説明】

１振動子２弾性脚３基体３ａ溝４垂直電極４Ａ駆動電極４Ｂ駆動同期電極４Ｃコリオリ検出電極５水平電極１００信号取り出し部１０１，１２０発振回路１０２，１１７，１２１，１３０，１３３位相反転回
路１０３Ｃ−Ｖ変換回路１０４，１０９ＨＰＦ１０５，１０７，１１０同期検波回路１０６，１０８，１１１ＬＰＦ１１２＋９０゜位相シフト１１３ＰＬＬ部１１４位相検出回路１１５ループフィルタ１１６ＶＣＯ１１８，１１９，１３１，１３２，１３４，１３５増
幅およびＤＣ電圧重畳回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコンウエハにより形成され、２箇所
の溝により分離された３個の弾性脚を有するシリコンジ
ャイロであって、前記弾性脚を支持する振動子の基部の
一部を基体に固定し、前記弾性脚の並び面と平行且つ前
記弾性脚と近接する垂直電極を配設したことを特徴とす
るシリコンジャイロ。
【請求項２】前記弾性脚間の溝幅Ｗと前記弾性脚の厚
みｄとが、Ｗ／ｄ＝１〜０．０２となる関係を有するこ
とを特徴とする請求項１に記載のシリコンジャイロ。
【請求項３】前記垂直電極は前記各弾性脚に対応する
駆動電極と前記溝および弾性脚の外側辺に対応するコリ
オリ検出電極からなることを特徴とする請求項１または
請求項２に記載のシリコンジャイロ。
【請求項４】前記垂直電極は前記各弾性脚に対応する
駆動電極と、前記溝に対応するコリオリ検出電極からな
り、さらに、前記弾性脚の外側方には、前記弾性脚の並
び方向と垂直且つ前記弾性脚に近接する水平電極を配設
したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
シリコンジャイロ。
【請求項５】前記各弾性脚に対する駆動電極を２本の
電極で構成し、前記２本の駆動電極間に、コリオリ力の
垂直方向の検出を行うための駆動同期電極をさらに形成
したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか
に記載のシリコンジャイロ。
【請求項６】前記２本の駆動電極には、それぞれ互い
に相反する位相関係にあるＡＣ成分と互いに相反する極
性関係にあるＤＣ成分を印加することを特徴とする請求
項５に記載のシリコンジャイロ。