(57)【要約】【課題】  基板に垂直な軸周りの角加速度を高感度に検出する。【解決手段】  回転質量部３は、基板２の表面と隙間をもって対向した状態で配置する。回転質量部３と固定支持部５Ａ，５Ｂの間は回転支持梁４を用いて連結し、回転支持梁４は回転質量部３を回転可能に支持する。また、回転質量部３の中心部３Ａと固定支持部５Ａ，５Ｂとの間には、検出梁６Ａ〜６Ｄを設ける。これにより、角加速度αによって回転質量部３が回転変位したときには、検出梁６Ａ〜６Ｄのピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdが変化するから、ピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdに応じて角加速度αを検出することができる。【選択図】        図１
2010139263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板と隙間をもって対向した状態で配置された回転質量部と、
該回転質量部に設けられ前記基板の垂直軸周りで該回転質量部の中心部を中心として回転変位が可能な状態で支持する回転支持梁と、
前記回転質量部の周囲に設けられ回転変位が規制された非回転部と、
前記回転質量部の中心部の近傍に位置して、該非回転部と前記回転質量部との間を接続し、前記回転質量部が回転変位したときに伸縮して抵抗値が変化するピエゾ抵抗を有する検出梁とによって構成してなる角加速度センサ。
【請求項２】
前記回転支持梁は、前記回転質量部の中心部から径方向に沿って延びた複数本の径方向梁からなり、
該複数本の径方向梁のうち少なくとも２本は互いに直交する方向に延びる構成としてなる請求項１に記載の角加速度センサ。
【請求項３】
前記検出梁は、前記回転質量部および回転支持梁よりも厚さ寸法が小さい構成としてなる請求項１または２に記載の角加速度センサ。
【請求項４】
前記回転質量部、回転支持梁および検出梁は、前記回転質量部の回転中心を通る互いに直交した２軸に対して線対称な形状に形成してなる請求項１，２または３に記載の角加速度センサ。
【請求項５】
前記回転質量部、回転支持梁、非回転部および検出梁は、絶縁層を第１，第２のシリコン層によって挟んだＳＯＩ基板を用いて形成し、
前記回転質量部、回転支持梁および非回転部は、該ＳＯＩ基板の絶縁層および第１，第２のシリコン層を用いて形成し、
前記検出梁は、前記ＳＯＩ基板のうち第２のシリコン層を用いて形成してなる請求項１，２，３または４に記載の角加速度センサ。
【請求項６】
前記ＳＯＩ基板の第２のシリコン層のうち前記検出梁の領域は、不純物がドープされてピエゾ抵抗が形成され、
前記ＳＯＩ基板の第２のシリコン層のうち前記検出梁以外の領域は、前記検出梁の領域に比べて高濃度に不純物がドープされた低抵抗層をなし、該低抵抗層をスリットを用いて分割することによって前記検出梁のピエゾ抵抗を外部に接続するための配線を形成してなる請求項５に記載の角加速度センサ。
【請求項７】
前記回転支持梁は、一端側が前記回転質量部に連結され、他端側が前記非回転部に連結される構成とし、
前記非回転部には、当該非回転部を前記基板の面内方向および垂直方向の３軸方向に変位可能に支持する非回転部支持梁を設ける構成としてなる請求項１，２，３，４，５または６に記載の角加速度センサ。
【請求項８】
前記回転質量部の周囲には、前記回転質量部の変位を制限するストッパを設ける構成としてなる請求項７に記載の角加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば基板に垂直な軸周りの角加速度を検出するのに好適に用いられる角加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、第１の従来技術による角加速度センサとして、例えばＸＹ平面に広がる基板と対向して平板状の質量部を設けると共に、質量部にはその中心を通ってＹ軸方向に延びる梁を設け、基板の面内方向となるＹ軸周りの角加速度を検出するものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。この場合、質量部の回転変位は、質量部および基板に互いに対向した電極を設け、これらの電極間の静電容量変化を用いて検出している。また、他の検出方法として、梁にピエゾ抵抗を設け、該ピエゾ抵抗の抵抗値変化を用いて、質量部の回転変位を検出している。
【０００３】
また、第２の従来技術による角加速度センサとして、基板に垂直なＺ軸周りの角加速度を検出するものが知られている（例えば、特許文献３，４参照）。この場合、円環状の質量部をその中心から放射状に伸長したスポークの先端に取付け、質量部および基板に互いに対向した電極を設ける構成としている。これにより、質量部がＺ軸周りに回転変位したときに、この回転変位を電極間の静電容量変化を用いて検出している。
【０００４】
また、第３の従来技術による角加速度センサとして、例えば圧電体としての水晶を加工して基板に垂直なＺ軸周りの角加速度を検出するが知られている（例えば、特許文献５参照）。この場合、Ｘ軸方向に延びる棒状の質量部を形成すると共に、質量部にはその中心部付近からＹ軸方向の両側に延びる複数本の梁を設ける構成としている。そして、質量部がＺ軸周りに回転変位するときには、複数本の梁がＳ字状に捩れると共に、この捩れによる歪みを圧電効果を用いて検出している。
【０００５】
【特許文献１】特開平４−２５２９６１号公報
【特許文献２】特開平５−１４２２５１号公報
【特許文献３】特開平６−１８５５１号公報
【特許文献４】特開２００１−１４７２３６号公報
【特許文献５】特開２００７−３２２２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１，２の角加速度センサは、検知軸が基板の面（ＸＹ面）内方向となり、基板に垂直なＺ軸周りの角加速度を検出することができない。これに加えて、静電容量を用いて角加速度を高感度に検出するためには、電極間の間隔を狭くする必要があり、素子の製造が難しくなる。また、高感度化するために電極面積を増やした場合には、質量部が大きくなり、素子が大型化するという問題がある。
【０００７】
さらに、梁の一部にピエゾ抵抗を形成した場合には、ピエゾ抵抗の位置に応じて抵抗値の変化量が異なるから、素子毎のピエゾ抵抗の位置ずれによって感度ばらつきが生じ易い。
【０００８】
また、特許文献３，４の角加速度センサは、円環状に形成された質量部の内部に静電容量を検出するための電極が設けられている。このため、角加速度を高感度に検出するためには、変位量が大きい径方向の外側部分に多数の電極を形成する必要があり、素子が大型化する傾向がある。
【０００９】
さらに、特許文献５の角加速度センサは、質量部の回転変位を梁の捩れによる圧電効果によって検出するから、梁の上下面だけでなく側面にも電極を形成する必要があり、素子の作製が難しい傾向がある。また、質量部の回転変位量を大きくして角加速度を高感度に検出するためには、梁の幅寸法を小さくする必要がある。この場合、電極面積が小さくなるので、十分に発生電荷量が増えないのに加え、電極形成が難しいという問題がある。
【００１０】
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、本発明の目的は、基板に垂直な軸周りの角加速度を高感度に検出することができる角加速度センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明による角加速度センサは、基板と、該基板と隙間をもって対向した状態で配置された回転質量部と、該回転質量部に設けられ前記基板の垂直軸周りで該回転質量部の中心部を中心として回転変位が可能な状態で支持する回転支持梁と、前記回転質量部の周囲に設けられ回転変位が規制された非回転部と、前記回転質量部の中心部の近傍に位置して、該非回転部と前記回転質量部との間を接続し、前記回転質量部が回転変位したときに伸縮して抵抗値が変化するピエゾ抵抗を有する検出梁とによって構成している。
【００１２】
請求項２の発明では、前記回転支持梁は、前記回転質量部の中心部から径方向に沿って延びた複数本の径方向梁からなり、該複数本の径方向梁のうち少なくとも２本は互いに直交する方向に延びる構成としている。
【００１３】
請求項３の発明では、前記検出梁は、前記回転質量部および回転支持梁よりも厚さ寸法が小さい構成としている。
【００１４】
請求項４の発明では、前記回転質量部、回転支持梁および検出梁は、前記回転質量部の回転中心を通る互いに直交した２軸に対して線対称な形状に形成している。
【００１５】
請求項５の発明では、前記回転質量部、回転支持梁、非回転部および検出梁は、絶縁層を第１，第２のシリコン層によって挟んだＳＯＩ基板を用いて形成し、前記回転質量部、回転支持梁および非回転部は、該ＳＯＩ基板の絶縁層および第１，第２のシリコン層を用いて形成し、前記検出梁は、前記ＳＯＩ基板のうち第２のシリコン層を用いて形成している。
【００１６】
請求項６の発明では、前記ＳＯＩ基板の第２のシリコン層のうち前記検出梁の領域は、不純物がドープされてピエゾ抵抗が形成され、前記ＳＯＩ基板の第２のシリコン層のうち前記検出梁以外の領域は、前記検出梁の領域に比べて高濃度に不純物がドープされた低抵抗層をなし、該低抵抗層をスリットを用いて分割することによって前記検出梁のピエゾ抵抗を外部に接続するための配線を形成している。
【００１７】
請求項７の発明では、前記回転支持梁は、一端側が前記回転質量部に連結され、他端側が前記非回転部に連結される構成とし、前記非回転部には、当該非回転部を前記基板の面内方向および垂直方向の３軸方向に変位可能に支持する非回転部支持梁を設ける構成としている。
【００１８】
請求項８の発明では、前記回転質量部の周囲には、前記回転質量部の変位を制限するストッパを設ける構成としている。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、回転支持梁は基板の垂直軸周りに回転質量部を回転変位が可能な状態で支持するから、角加速度が作用したときには、回転質量部は基板に垂直な軸周りに回転変位する。また、回転質量部の中心部の近傍には、非回転部と前記回転質量部との間を接続する検出梁を設けたから、回転質量部が回転変位したときに、検出梁が伸長または縮小する。そして、検出梁はピエゾ抵抗を有しているから、回転質量部の回転変位によって、ピエゾ抵抗の抵抗値が変化する。このため、ピエゾ抵抗の抵抗値に応じて、回転質量部に作用した角加速度を検出することができる。
【００２０】
また、回転支持梁と独立して検出梁を設けたから、回転支持梁に比べて検出梁の剛性を低下させることができる。さらに、検出梁は回転質量部の中心部の近傍に配置したから、回転質量部の外径側に配置した場合に比べて、検出梁に作用した回転トルクから大きな応力が発生する。この結果、小さな角加速度が作用したときでも、検出梁の歪み変形量を大きくすることができ、角加速度を高感度に検出することができる。
【００２１】
また、回転支持梁と独立して伸縮する検出梁を設けたから、検出梁全体をピエゾ抵抗とすることができる。このため、回転支持梁にピエゾ抵抗を形成した場合に比べて、ピエゾ抵抗が位置ずれすることがなく、素子毎の感度ばらつきを抑制することができる。
【００２２】
さらに、検出梁を回転質量部の中心部の近傍に配置すると共に、該検出梁のピエゾ抵抗を用いて角加速度を検出するから、例えば静電容量を用いた場合のように素子の大型化等の問題や、圧電効果を用いた場合のように発生電荷量が不十分となる問題が生じない。この結果、同じ寸法の素子で静電容量や圧電効果を用いた場合に比べて、容易に角加速度の検出感度を高めることができる。
【００２３】
請求項２の発明によれば、回転支持梁をなす複数本の径方向梁のうち少なくとも２本は互いに直交する方向に延びる構成としたから、回転質量部が基板に垂直な軸周りの角加速度による回転運動に対しては径方向梁が柔らかく、基板の面内方向に沿った直線加速度による並進運動に対しては径方向梁が硬くなる。このため、角加速度が作用したときには、回転質量部を大きく変位させることができると共に、回転質量部の中心部の近傍に設けた検出梁には、回転トルクによる大きな応力を作用させることができ、角加速度を高感度に検出することができる。一方、直線加速度が作用したときには、複数本の径方向梁によって回転質量部の変位を規制することができるから、検出梁に作用する応力を低減でき、直線加速度に対する検出梁の破壊限界を高めることができる。
【００２４】
請求項３の発明によれば、検出梁は回転質量部および回転支持梁よりも厚さ寸法が小さい構成としたから、回転質量部および回転支持梁に比べて検出梁の剛性を低下させることができる。これにより、検出梁を回転支持梁と同じ厚さ寸法とした場合に比べて、回転質量部が回転変位したときに、検出梁に大きな歪み変形を生じさせることができる。この結果、検出梁のピエゾ抵抗を用いて角加速度を高感度に検出することができる。
【００２５】
請求項４の発明によれば、回転質量部、回転支持梁および検出梁は回転質量部の回転中心を通る互いに直交した２軸に対して線対称な形状に形成したから、回転質量部に対して基板の面内方向に沿った直線加速度が作用しても、回転質量部に回転トルクが生じることがない。これにより、直線加速度による回転質量部の回転変位を抑制することができ、直線加速度に基づく検出誤差を低減することができる。
【００２６】
請求項５の発明によれば、回転質量部、回転支持梁および非回転部はＳＯＩ基板の絶縁層および第１，第２のシリコン層を用いて形成すると共に、検出梁はＳＯＩ基板の絶縁層および第１のシリコン層を省いた第２のシリコン層を用いて形成した。このため、検出梁の厚さ寸法を回転質量部および回転支持梁よりも小さくすることができる。これにより、検出梁を回転支持梁と同じ厚さ寸法とした場合に比べて、回転質量部が回転変位したときに、検出梁に大きな歪み変形を生じさせることができるから、検出梁のピエゾ抵抗を用いて角加速度を高感度に検出することができる。
【００２７】
請求項６の発明によれば、ＳＯＩ基板の第２のシリコン層のうち検出梁の領域は不純物がドープされてピエゾ抵抗が形成されるから、検出梁全体をピエゾ抵抗とすることができ、検出梁の一部にピエゾ抵抗を形成した場合に比べて、ピエゾ抵抗の位置ずれがなくなる。また、ＳＯＩ基板の第２のシリコン層のうち検出梁をピエゾ抵抗とすると共に、検出梁以外の領域を低抵抗層としたから、検出梁が微小で不純物拡散による配線が接続し難いときでも、検出梁のピエゾ抵抗に低抵抗層を確実に接続することができる。そして、低抵抗層はスリットを用いて分割するから、スリットによって低抵抗層を複数の配線に絶縁分離することができ、検出梁のピエゾ抵抗を外部に接続するための配線を形成することができる。
【００２８】
請求項７の発明によれば、回転支持梁は回転質量部および非回転部に連結されると共に、非回転部は非回転部支持梁によって基板の面内方向および垂直方向の３軸方向に変位可能に支持される構成とした。これにより、３軸方向の直線加速度が作用したときには、非回転部支持梁によって支持された非回転部と一緒に回転支持梁、回転質量部および検出梁が並進運動する。このため、非回転部支持梁によって並進運動の直線加速度を吸収して低減することができるから、過大な直線加速度が作用したときでも、検出梁に発生する応力を低減することができる。
【００２９】
請求項８の発明によれば、回転質量部の周囲にはストッパを設けたから、過大な直線加速度が作用しても、回転質量部に働く慣性力をストッパで受け止めることができる。このため、検出梁に生じる応力をさらに低減することができ、検出梁を保護して信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態による角加速度センサについて、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００３１】
まず、図１ないし図７は本発明による第１の実施の形態を示している。図において、角加速度センサ１は、基板２、回転質量部３、回転支持梁４、固定支持部５Ａ，５Ｂ、検出梁６Ａ〜６Ｄ等によって構成されている。
【００３２】
基板２は、角加速度センサ１のベース部分を構成している。そして、基板２は、図１ないし図６に示すように、例えばガラス材料等により四角形の平板状に形成され、互いに直交するＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸方向のうち、例えばＸ軸およびＹ軸方向に沿って水平に広がっている。
【００３３】
また、基板２上には、後述のＳＯＩ基板１０にエッチング等の微細加工を施すことによって、回転質量部３、回転支持梁４、固定支持部５Ａ，５Ｂ、検出梁６Ａ〜６Ｄ等が形成されている。そして、基板２には、回転質量部３、回転支持梁４、検出梁６Ａ〜６Ｄと対向した位置に窪んだ凹陥部２Ａが形成されている。これにより、回転質量部３等は、基板２から浮いた状態で設けられている。
【００３４】
また、基板２には、外周縁側から固定支持部５Ａ，５Ｂと対応した位置に向けて凹陥部２Ａよりも突出した一対の突出腕部２Ｂが形成されている。そして、突出腕部２Ｂには、固定支持部５Ａ，５Ｂが接合されている。
【００３５】
回転質量部３は、基板２の表面と隙間をもって対向し、数ｍｍ程度（例えば４ｍｍ）の長さ寸法をもってＹ軸方向に向けて延びると共に、幅寸法（Ｘ軸方向の寸法）が長さ寸法よりも小さい（例えば１ｍｍ）細長い平板状に形成されている。また、回転質量部３は、Ｙ軸方向の中間部分に位置して幅寸法の小さい四角形状の中心部３Ａと、該中心部３ＡのＹ軸方向の両側にそれぞれ設けられ幅寸法の大きい２つのウエイト部３Ｂ，３Ｃとによって構成されている。そして、回転質量部３は、ＳＯＩ基板１０の第１，第２のシリコン層１１，１２および絶縁層１３を含んで構成され、例えば数十〜数百μｍ程度（例えば１００μｍ）の厚さ寸法を有している。
【００３６】
ここで、回転質量部３は、その重心が中心部３Ａ内に配置されると共に、重心と回転中心となる中心点Ｏとが一致している。そして、回転質量部３は、中心部３Ａ内の中心点Ｏを中心として基板２と平行な状態で回転変位が可能となっている。このため、中心部３Ａは、ウエイト部３Ｂ，３Ｃに比べて、中心点Ｏに近い位置に配置されている。
【００３７】
また、ウエイト部３Ｂ，３Ｃの基端側は、径方向内側に位置して中心部３Ａに取付けられると共に、中心部３Ａから離れるに従って幅寸法が漸次大きくなった扇形状に形成されている。一方、ウエイト部３Ｂ，３Ｃの先端側は、径方向外側に位置して同じ幅寸法をもってＹ軸方向に延びる細長い四角形状に形成されている。
【００３８】
回転支持梁４は、回転質量部３の中心点Ｏを中心として放射状に配置された４本の径方向梁４Ａ〜４Ｄによって構成されている。そして、回転支持梁４は、ＳＯＩ基板１０の第１，第２のシリコン層１１，１２および絶縁層１３を含んで構成され、回転質量部３と同様に、例えば数十〜数百μｍ程度の厚さ寸法を有している。ここで、径方向梁４Ａ〜４Ｄは、いずれも中心点Ｏを中心として径方向に沿って延びると共に、径方向外側で折り返した形状となっている。これにより、径方向梁４Ａ〜４Ｄは、一端側が回転質量部３の中心部３Ａに連結され、他端側が後述する固定支持部５Ａ，５Ｂに連結されている。
【００３９】
また、径方向梁４Ａ〜４Ｄは、例えば数百μｍ〜数ｍｍ程度の長さ寸法を有すると共に、数μｍ〜数十μｍ程度の幅寸法を有している。さらに、径方向梁４Ａ〜４Ｄは、回転質量部３等と同様に、例えば数十μｍ〜数百μｍ程度の厚さ寸法を有している。
【００４０】
また、径方向梁４Ａ，４Ｄは、例えばいずれもＸ軸方向およびＹ軸方向から４５°傾斜した方向に向けて延びると共に、互いに平行な状態で延びている。一方、径方向梁４Ｂ，４Ｃは、径方向梁４Ａ，４Ｄと直交した方向に向けて延びると共に、互いに平行な状態で延びている。そして、径方向梁４Ａ，４Ｂは、回転質量部３の中心部３ＡのうちＸ軸方向の一側に配置されている。一方、径方向梁４Ｃ，４Ｄは、回転質量部３の中心部３Ａを挟んで径方向梁４Ａ，４Ｂとは反対側（Ｘ軸方向の他側）に配置されている。
【００４１】
ここで、径方向梁４Ａ〜４Ｄは径方向に向けて伸長しているから、回転質量部３に対して中心点Ｏを通るＺ軸周りの角加速度が作用してときには、径方向梁４Ａ〜４Ｄが撓み変形して、回転質量部３の回転変位を許容する。一方、径方向梁４Ａ，４Ｂと径方向梁４Ｃ，４Ｄとは互いに直交した方向に伸長しているから、回転質量部３に対して基板２の面内方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）に沿った直線加速度が作用したときには、径方向梁４Ａ〜４Ｄが硬くなって、回転質量部３の並進運動を規制する。さらに、径方向梁４Ａ〜４Ｄの厚さ寸法は例えば１００μｍ程度の値に設定されているから、径方向梁４Ａ〜４Ｄは、回転質量部３が基板２の垂直方向（Ｚ軸方向）に変位するのも規制する。
【００４２】
固定支持部５Ａ，５Ｂは、基板２に固定されて回転変位が規制された非回転部を構成している。また、固定支持部５Ａ，５Ｂは、ＳＯＩ基板１０の第１，第２のシリコン層１１，１２および絶縁層１３を含んで構成され、回転質量部３と同様に、例えば数十〜数百μｍ程度の厚さ寸法を有している。ここで、固定支持部５Ａ，５Ｂは、回転質量部３の中心部３Ａを挟んでＸ軸方向の両側にそれぞれ配置されている。また、各固定支持部５Ａ，５Ｂには、径方向梁４Ａ〜４Ｂがそれぞれ接続されている。これにより、固定支持部５Ａ，５Ｂは、径方向梁４Ａ〜４Ｂを介して、回転質量部３を基板２から離間した状態に支持している。
【００４３】
また、一方の固定支持部５Ａは、中心部３ＡよりもＸ軸方向の一側に位置して、径方向梁４Ａ，４Ｂの間に配置されている。これに対し、他方の固定支持部５Ｂは、中心部３ＡよりもＸ軸方向の他側に位置して、径方向梁４Ｃ，４Ｄの間に配置されている。そして、これらの固定支持部５Ａ，５Ｂは、回転質量部３のウエイト部３Ｂ，３Ｃよりも径方向内側に位置して、中心部３Ａの近傍に配置されている。
【００４４】
検出梁６Ａ〜６Ｄは、回転質量部３の中心部３Ａの近傍に位置して、回転質量部３の中心部３Ａと各固定支持部５Ａ，５Ｂとの間を接続している。具体的には、検出梁６Ａ〜６Ｄは、例えば中心部３Ａから回転質量部３の先端部分（ウエイト部３Ｂ，３Ｃの先端部分）までの距離に比べて、例えば１０分の１以下の範囲で中心部３Ａに近い位置に配置されている。
【００４５】
そして、検出梁６Ａ，６Ｂは、中心部３ＡよりもＸ軸方向の一側に位置して中心部３Ａと固定支持部５Ａとの間を接続し、径方向梁４Ａの他端側と径方向梁４Ｂの他端側との間に配置されている。一方、検出梁６Ｃ，６Ｄは、中心部３ＡよりもＸ軸方向の他側に位置して中心部３Ａと固定支持部５Ｂとの間を接続し、径方向梁４Ｃの他端側と径方向梁４Ｄの他端側との間に配置されている。
【００４６】
また、検出梁６Ａ，６Ｃは、中心点ＯよりもＹ軸方向の一側（ウエイト部３Ｂ側）に配置されている。一方、検出梁６Ｂ，６Ｄは、中心点ＯよりもＹ軸方向の他側（ウエイト部３Ｃ側）に配置されている。
【００４７】
これにより、検出梁６Ａ〜６Ｄは、固定支持部５Ａのうち径方向梁４Ａ〜４Ｄが連結された部位の近傍位置にそれぞれ接続されている。このため、回転質量部３が一側方向に回転変位したときには、検出梁６Ａ，６Ｄに圧縮応力が作用し、検出梁６Ｂ，６Ｃに引張り応力が作用する。一方、回転質量部３が他側方向に回転変位したときには、検出梁６Ａ，６Ｄに引張り応力が作用し、検出梁６Ｂ，６Ｃに圧縮応力が作用する。
【００４８】
また、検出梁６Ａ〜６Ｄは、ＳＯＩ基板１０のうち絶縁層１３および第１のシリコン層１１を省いた第２のシリコン層１２によって形成されている。このため、検出梁６Ａ〜６Ｄの厚さ寸法は、回転質量部３等に比べて小さく、例えば０．１〜３μｍ程度（例えば０．５μｍ）の値に設定されている。また、検出梁６Ａ〜６Ｄは、Ｘ軸方向に延びる長さ寸法が例えば５μｍ〜２０ｍｍ程度（例えば１０μｍ）に設定されると共に、Ｙ軸方向の幅寸法が例えば数μｍ程度（例えば２μｍ）の値に設定されている。このため、検出梁６Ａ〜６Ｄの剛性は、回転支持梁４に比べて低くなっている。
【００４９】
また、検出梁６Ａ〜６Ｄには、検知部としてのピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdが形成されている。これにより、検出梁６Ａ〜６Ｄは、回転質量部３が回転変位したときに、圧縮または伸長する方向に歪み変形し、ピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdの抵抗値が変化する。
【００５０】
そして、回転質量部３、回転支持梁４および検出梁６Ａ〜６Ｄは、回転質量部３の中心点Ｏ（回転中心）を通る互いに直交したＸ軸およびＹ軸に対してそれぞれ線対称な形状に形成されている。このため、回転質量部３、回転支持梁４および検出梁６Ａ〜６Ｄの重心は、中心点Ｏと同じ位置に配置されている。
【００５１】
一方、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板１０は、角加速度センサ１の回転質量部３、回転支持梁４、固定支持部５Ａ，５Ｂおよび検出梁６Ａ〜６Ｄを形成している。このＳＯＩ基板１０は、例えば単結晶シリコン等からなる第１，第２のシリコン層１１，１２と、これらのシリコン層１１，１２に挟まれた絶縁層１３とによって形成されている。
【００５２】
ここで、第１，第２のシリコン層１１，１２のうち第１のシリコン層（支持基板）１１は、Ｚ軸方向のうち基板２側に位置して、例えば数十〜数百μｍ程度の厚さ寸法を有している。また、第２のシリコン層（活性層）１２は、Ｚ軸方向のうち絶縁層１３を挟んで基板２の反対側に位置して、例えば０．１〜３μｍ程度の厚さ寸法を有している。
【００５３】
また、絶縁層（ＢＯＸ層）１３は、例えばシリコン酸化物等の絶縁性材料からなり、例えば０．１〜０．５μｍ程度の厚さ寸法をもって形成されている。そして、絶縁層１３は、シリコン層１１，１２の間に介在し、これらの間を絶縁している。
【００５４】
このとき、第２のシリコン層１２のうち検出梁６Ａ〜６Ｄの領域は、例えばホウ素（Ｂ）等の不純物がドープされてピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdが形成されている。一方、第２のシリコン層１２のうち検出梁６Ａ〜６Ｄ以外の領域、即ち回転質量部３、回転支持梁４、固定支持部５Ａ，５Ｂの領域は、検出梁６Ａ〜６Ｄの領域に比べて高濃度にホウ素等の不純物がドープされ、導電性をもった低抵抗層（ｐ型半導体層）として形成されている。
【００５５】
また、第２のシリコン層１２のうち回転質量部３および固定支持部５Ａ，５Ｂの領域には、例えばドライエッチング等によって複数のスリット１４が形成され、該スリット１４によって複数に分割されている。これにより、第２のシリコン層１２は、ピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdを外部に接続するために、配線となる端子１５〜１８を形成している。
【００５６】
具体的には、固定支持部５Ａの表面には、正側（＋側）の出力端子１５およびグランド端子１６が形成されている。このとき、出力端子１５は、検出梁６Ａ，６Ｂのピエゾ抵抗Ｒa，Ｒbにそれぞれ電気的に接続されている。一方、グランド端子１６は、シリコン層１２のうち径方向梁４Ｂの領域を介して回転質量部３の中心部３Ａの領域に電気的に接続され、検出梁６Ｂ，６Ｄのピエゾ抵抗Ｒb，Ｒdにそれぞれ接続されている。
【００５７】
一方、固定支持部５Ｂの表面には、負側（−側）の出力端子１７およびバイアス端子１８が形成されている。このとき、出力端子１７は、検出梁６Ｃ，６Ｄのピエゾ抵抗Ｒc，Ｒdにそれぞれ電気的に接続されている。一方、バイアス端子１８は、シリコン層１２のうち径方向梁４Ｃの領域を介して回転質量部３の中心部３Ａの領域に電気的に接続され、検出梁６Ａ，６Ｃのピエゾ抵抗Ｒb，Ｒdにそれぞれ接続されている。
【００５８】
なお、出力端子１５とバイアス端子１８との間は、スリット１４によって絶縁されている。同様に、出力端子１７とグランド端子１６との間もスリット１４によって絶縁され、グランド端子１６とバイアス端子１８との間もスリット１４によって絶縁されている。
【００５９】
このため、バイアス端子１８から入力された電流は、図３中に矢印で示すように、シリコン層１２の径方向梁４Ｃの領域を通って中心部３ＡのＹ軸方向一側の領域に流れる。この電流は、ピエゾ抵抗Ｒa，Ｒbを流れる電流とピエゾ抵抗Ｒc，Ｒdを流れる電流とに分流された後、中心部３ＡのＹ軸方向他側の領域で再び合流する。そして、合流した電流は、シリコン層１２の径方向梁４Ｂの領域を通ってグランド端子１６に流れる。
【００６０】
これにより、ピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdは、図７に示すように、互いに接続されてブリッジ回路を構成し、回転質量部３の回転変位に応じて、出力端子１５，１７間の出力電圧Ｖo（ブリッジ出力）が変化する。このため、出力端子１５，１７間の出力電圧Ｖoによって、回転質量部３に作用した角加速度αを検出することができる。
【００６１】
そして、各端子１６〜１８は、例えばボンディングワイヤ（図示せず）等を介して突出腕部２Ｂに設けられた引出電極１６Ａ〜１８Ａに接続されている。これにより、グランド端子１６は引出電極１６Ａを介して外部のグランド（ＧＮＤ）に接続されると共に、バイアス端子１８には引出電極１８Ａを介して駆動電圧Ｖddが印加される。また、出力端子１５，１７は、引出電極１５Ａ，１７Ａを介して外部の処理回路等に接続され、角加速度αに応じた出力電圧Ｖoを出力する。
【００６２】
第１の実施の形態による角加速度センサ１は上述の如き構成を有するもので、次にその動作について説明する。
【００６３】
回転質量部３に角加速度αが作用すると、角加速度αによって回転質量部３には、以下の数１に式に示すように、回転質量部３の慣性モーメントＩと角加速度αとの積からなるトルクＴが作用する。これにより、回転質量部３は、図６に示すように、中心点Ｏを通るＺ軸周りに回転振動する。
【００６４】
【数１】
2010139263.tif 000003
【００６５】
このとき、作用するトルクＴと回転質量部３の捩れ角θとの間には、以下の数２に示す関係がある。ここで、Ｇは回転支持梁４（径方向梁４Ａ〜４Ｄ）の捩れ剛性を示している。
【００６６】
【数２】
2010139263.tif 000004
【００６７】
このとき、回転振動の共振周波数ωは、以下の数３の式で表すことができる。角加速度センサ１では、必要な応答周波数範囲で感度を一定にするために、回転振動する共振周波数ωを応答周波数範囲よりも高く設定する必要がある。
【００６８】
【数３】
2010139263.tif 000005
【００６９】
この結果、角加速度センサ１の感度である角加速度α当りの捩れ角θは、以下の数４の式で表すことができる。このとき、角加速度α当りの捩れ角θは、共振周波数ωの二乗の逆数になる。即ち、要求される応答周波数範囲に対した共振周波数ωを設定すると、どのような寸法にしても角加速度α当りの捩れ角θは同じになる。
【００７０】
【数４】
2010139263.tif 000006
【００７１】
同じ捩れ角θでも回転質量部３の径方向外側（外周側）の方が変位量が大きい。このため、例えば静電容量の変化によって回転質量部３の回転変位を検出する場合、高感度に角加速度αを検出するためには、回転質量部３の径方向外側に多くの検出電極を設けた方が有利である。しかし、素子を小型化すると、検出電極の面積および回転質量部３の変位量の両方が小さくなり、検出感度が低下する。
【００７２】
また、角加速度αは、直線加速度に比べて小さいから、回転質量部３の回転変位量も小さくなる傾向がある。例えば１rad／s2の角加速度αが作用したときには、回転質量部３の変位量は、ウエイト部３Ｂ，３Ｃの先端部分でも０．０３ｎｍ程度である。このため、従来技術のように、電極間の静電容量を用いて回転質量部３の変位量を検出するのは難しく、感度が低くなる傾向ある。
【００７３】
これに対し、本実施の形態では、回転質量部３の回転中心（中心点Ｏ）に近い位置に検出梁６Ａ〜６Ｄが配置されているから、中心点Ｏから離れたウエイト部３Ｂ，３Ｃの周囲に配置した場合に比べて、検出梁６Ａ〜６Ｄには回転質量部３のトルクＴが大きく作用する。このため、例えば１rad／s2の角加速度αが作用したときでも、検出梁６Ａ〜６Ｄには４０２５Ｐａ程度の応力が生じるから、該応力によって検出梁６Ａ〜６Ｄに歪み変形が生じてピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdの抵抗値が変化し、出力端子１５，１７間には２．０２μＶ／Ｖ程度の出力電圧Ｖoを得ることができる。
【００７４】
かくして、本実施の形態では、回転支持梁４は基板２の垂直軸（Ｚ軸）周りで回転質量部３を回転変位が可能な状態に支持するから、角加速度αが作用したときには、回転質量部３は基板２に垂直なＺ軸周りに回転変位する。また、回転質量部３の中心部３Ａの近傍には、固定支持部５Ａ，５Ｂと回転質量部３との間を接続する検出梁６Ａ〜６Ｄを設けたから、回転質量部３が回転変位したときに、検出梁６Ａ〜６Ｄが伸長または縮小する。そして、検出梁６Ａ〜６Ｄはピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdを有しているから、回転質量部３の回転変位によって、ピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdの抵抗値が変化する。このため、ピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdの抵抗値に応じて、回転質量部３に作用した角加速度αを検出することができる。
【００７５】
また、回転支持梁４と独立して検出梁６Ａ〜６Ｄを設けたから、回転支持梁４に比べて検出梁６Ａ〜６Ｄの剛性を低下させることができる。さらに、検出梁６Ａ〜６Ｄは回転質量部３の中心部３Ａの近傍に配置したから、回転質量部３の外径側に配置した場合に比べて、回転トルクＴが作用したときに検出梁６Ａ〜６Ｄには大きな応力が発生する。この結果、小さな角加速度αが作用したときでも、検出梁６Ａ〜６Ｄの歪み変形量を大きくすることができ、角加速度αを高感度に検出することができる。
【００７６】
また、回転支持梁４と独立して検出梁６Ａ〜６Ｄを設けたから、検出梁６Ａ〜６Ｄ全体をピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdとすることができる。このため、回転支持梁４にピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdを形成した場合に比べて、ピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdが位置ずれすることがなく、素子毎の感度ばらつきを抑制することができる。
【００７７】
さらに、検出梁６Ａ〜６Ｄを回転質量部３の中心部３Ａの近傍に配置すると共に、該検出梁６Ａ〜６Ｄのピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdを用いて角加速度αを検出するから、例えば静電容量を用いた場合のように素子の大型化等の問題や、圧電効果を用いた場合のように発生電荷量が不十分となる問題が生じない。また、ピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdは、通常の半導体プロセスで形成することができるため、例えば圧電効果を検出する場合のように、梁側面に電極を形成する等の特別な技術が不要である。この結果、同じ素子寸法で静電容量や圧電効果を用いた場合に比べて、容易に角加速度αの検出感度を高めることができる。
【００７８】
また、回転支持梁４をなす複数本の径方向梁４Ａ，４Ｄと径方向梁４Ｂ，４Ｃとは互いに直交する方向に延びる構成としたから、回転質量部３が基板２に垂直なＺ軸周りの角加速度αによる回転運動に対しては径方向梁４Ａ〜４Ｄが柔らかく、基板２の面内方向に沿った直線加速度による並進運動に対しては径方向梁４Ａ〜４Ｄが硬くなる。
【００７９】
このため、角加速度αが作用したときには、回転質量部３を大きく変位させることができると共に、回転質量部３の中心部３Ａの近傍に設けた検出梁６Ａ〜６Ｄには、大きな回転トルクＴによる応力を作用させることができ、角加速度αを高感度に検出することができる。
【００８０】
一方、角加速度αを高感度に検出するためには、検出梁６Ａ〜６Ｄの機械的な強度を低下させて、検出梁６Ａ〜６Ｄに大きな歪み変形を生じさせる必要がある。ここで、The 12th International Conference on Solid State Sensors, Actuators and Microsystems, Boston, June 8-12, 2003 (TRANSDUCERS '03), p.91-94には、支持梁によって質量部を片持ち支持すると共に、質量部と固定部との間に微小な検出梁を設け、該検出梁を用いて直線加速度を検出する構成が開示されている。しかし、この構成では、大きな直線加速度が作用すると、検出梁の応力が限界値を超えてしまうから、検出梁を保護するために、質量部の動きを制限するストッパ等の機構が必要となる。
【００８１】
これに対し、本実施の形態では、直線加速度が作用したときには、４本の径方向梁４Ａ〜４Ｄによって回転質量部３の変位を規制することができるから、検出梁６Ａ〜６Ｄに作用する応力を低減できる。また、角加速度αは直線加速度に比べて小さい傾向があるから、角加速度αによって検出梁６Ａ〜６Ｄに作用する応力は、限界値よりも小さい傾向がある。このため、直線加速度に対する検出梁６Ａ〜６Ｄの破壊限界を高めることができると共に、ストッパ等を設ける必要がなく、製造コストを低減することができる。
【００８２】
また、検出梁６Ａ〜６Ｄは回転質量部３および回転支持梁４よりも厚さ寸法が小さい構成としたから、回転質量部３および回転支持梁４に比べて検出梁６Ａ〜６Ｄの剛性を低下させることができる。これにより、検出梁６Ａ〜６Ｄを回転支持梁４と同じ厚さ寸法とした場合に比べて、回転質量部３が回転変位したときに、検出梁６Ａ〜６Ｄに大きな歪み変形を生じさせることができる。この結果、検出梁６Ａ〜６Ｄのピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdを用いて角加速度αを高感度に検出することができる。
【００８３】
さらに、回転質量部３、回転支持梁４および検出梁６Ａ〜６Ｄは回転質量部３の回転中心（中心点Ｏ）を通るＸ軸およびＹ軸に対して線対称な形状に形成したから、回転質量部３に対して基板２の面内方向に沿った直線加速度が作用しても、回転質量部３に回転トルクＴが生じることがない。これにより、直線加速度による回転質量部３の回転変位を抑制することができ、直線加速度に基づく検出誤差を低減することができる。
【００８４】
また、回転質量部３、回転支持梁４および固定支持部５Ａ，５ＢはＳＯＩ基板１０の絶縁層１３および第１，第２のシリコン層１１，１２を用いて形成すると共に、検出梁６Ａ〜６ＤはＳＯＩ基板１０の絶縁層１３および第１のシリコン層１１を省いた第２のシリコン層１２を用いて形成した。このため、検出梁６Ａ〜６Ｄの厚さ寸法を回転質量部３および回転支持梁４よりも小さくすることができる。
【００８５】
さらに、ＳＯＩ基板１０の第２のシリコン層１２のうち検出梁６Ａ〜６Ｄの領域は不純物がドープされてピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdが形成されるから、検出梁６Ａ〜６Ｄ全体をピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdとすることができ、検出梁６Ａ〜６Ｄの一部にピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdを形成した場合に比べて、ピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdの位置ずれがなくなる。
【００８６】
また、ｎ型半導体にｐ型半導体からなるピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdを形成した場合には、ｐｎ接合部からリーク電流が生じるという問題がある。これに対し、本実施の形態では、検出梁６Ａ〜６Ｄ全体をピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdとしたから、ｐｎ接合部からのリーク電流の影響を低減することができる。
【００８７】
さらに、ＳＯＩ基板１０の第２のシリコン層１２のうち検出梁６Ａ〜６Ｄをピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdとすると共に、検出梁６Ａ〜６Ｄ以外の領域を低抵抗層としたから、検出梁６Ａ〜６Ｄが微小で不純物拡散による配線が接続し難いときでも、検出梁６Ａ〜６Ｄのピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdに低抵抗層を確実に接続することができる。そして、低抵抗層はスリット１４を用いて分割するから、スリット１４によって低抵抗層を複数の配線となる端子１５〜１８に絶縁分離することができ、検出梁６Ａ〜６Ｄのピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdを外部に接続するための端子１５〜１８を形成することができる。
【００８８】
次に、図８ないし図１１は本発明による第２の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、検出梁を回転質量部と非回転部との間に設けると共に、非回転部は、非回転部支持梁によって基板の面内方向および垂直方向の３軸方向に変位可能に支持される構成としたことにある。なお、本実施の形態では前記第１の実施の形態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。
【００８９】
角加速度センサ２１は、第１の実施の形態による角加速度センサ１とほぼ同様に、基板２２、回転質量部３、回転支持梁４、検出梁６Ａ〜６Ｄ等を備えている。但し、検出梁６Ａ〜６Ｄは、非回転部支持梁２４に連結された非回転部２３Ａ，２３Ｂと回転質量部３との間に設けられ、角加速度センサ２１全体がＸ軸方向およびＹ軸方向に変位可能となっている点で、第１の実施の形態による角加速度センサ１とは異なる。
【００９０】
基板２２は、第１の実施の形態による基板２とほぼ同様に構成され、例えばガラス材料等により四角形の平板状に形成されている。また、基板２２上には、ＳＯＩ基板１０にエッチング等の微細加工を施すことによって、回転質量部３、回転支持梁４、非回転部２３Ａ，２３Ｂ、検出梁６Ａ〜６Ｄ、非回転部支持梁２４等が形成されている。そして、基板２２には、回転質量部３、回転支持梁４、非回転部２３Ａ，２３Ｂ、検出梁６Ａ〜６Ｄ、非回転部支持梁２４と対向した位置に窪んだ凹陥部２２Ａが形成されている。これにより、回転質量部３等は、基板２２から浮いた状態で設けられると共に、非回転部支持梁２４の第１，第２の弾性梁２５，２６と凹陥部２２Ａの底面との間には隙間が形成されている。
【００９１】
非回転部２３Ａ，２３Ｂは、回転質量部３と同様に基板２２の表面と隙間をもって対向すると共に、非回転部支持梁２４に連結されて回転変位が規制されている。また、非回転部２３Ａ，２３Ｂは、ＳＯＩ基板１０の第１，第２のシリコン層１１，１２および絶縁層１３を含んで構成されている。さらに、非回転部２３Ａ，２３Ｂは、第１の実施の形態による固定支持部５Ａ，５Ｂと同様に、回転質量部３の中心部３Ａを挟んでＸ軸方向の両側にそれぞれ配置されている。
【００９２】
ここで、非回転部２３Ａ，２３Ｂは、例えば径方向外側に向けて広がった三角形の平板状に形成されている。そして、非回転部２３Ａ，２３Ｂは、基端側が径方向外側に位置して非回転部支持梁２４に連結され、先端側が径方向内側に位置して中心部３Ａに対して僅かに離間した位置に配置されている。このため、非回転部２３Ａ，２３Ｂの先端部分と中心部３Ａとの間には、Ｘ軸方向に対して例えば数μｍ程度の隙間が形成されている。
【００９３】
また、一方の非回転部２３Ａは、中心部３ＡよりもＸ軸方向の一側に位置して、径方向梁４Ａ，４Ｂの間に配置されている。これに対し、他方の非回転部２３Ｂは、中心部３ＡよりもＸ軸方向の他側に位置して、径方向梁４Ｃ，４Ｄの間に配置されている。そして、これらの非回転部２３Ａ，２３Ｂの先端部分は、回転質量部３のウエイト部３Ｂ，３Ｃよりも径方向内側に位置して、中心部３Ａの近傍に配置されている。
【００９４】
また、各非回転部２３Ａ，２３Ｂの先端部分には、径方向梁４Ａ〜４Ｂがそれぞれ接続されている。さらに、非回転部２３Ａの先端部分と回転質量部３の中心部３Ａとの間には、検出梁６Ａ，６Ｂが接続されている。同様に、非回転部２３Ｂの先端部分と回転質量部３の中心部３Ａとの間には、検出梁６Ｃ，６Ｄが接続されている。
【００９５】
非回転部支持梁２４は、例えばウエイト部３Ｂ，３Ｃに沿ってＹ軸方向に延びた第１の弾性梁２５と、第１の弾性梁２５の先端側に連結され第１の弾性梁２５と直交するＸ軸方向に延びた第２の弾性梁２６とによって構成されている。このとき、第１の弾性梁２５は、ウエイト部３Ｂ，３Ｃを挟んでＸ軸方向の両側に配置されている。そして、各弾性梁２５は、基端側が非回転部２３Ａ，２３Ｂに連結され、先端側がウエイト部３Ｂ，３Ｃの先端部よりもＹ軸方向に対して突出している。
【００９６】
一方、第２の弾性梁２６は、中心部３Ａを中心としてウエイト部３Ｂ，３ＣよりもＹ軸方向の外側に位置して、Ｘ軸方向の中間部分で折り返した形状に形成されている。また、各弾性梁２６は、基端側が第１の弾性梁２５の先端に連結され、先端側が基板２２に固定された固定部２７に連結されている。このとき、４個の固定部２７の表面には、検出梁６Ａ〜６Ｄのピエゾ抵抗Ｒa〜Ｒdに接続された端子１５〜１８がそれぞれ形成されている。
【００９７】
そして、非回転部支持梁２４は、４本の弾性梁２５および４本の弾性梁２６とによって四角形の枠状に形成され、回転質量部３、回転支持梁４および検出梁６Ａ〜６Ｄを取囲んでいる。このとき、第１の弾性梁２５は、例えば数ｍｍの長さ寸法および数十μｍの幅寸法をもった細長い直線状の梁として形成され、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に対して撓み変形（弾性変形）可能となっている。一方、第２の弾性梁２６は、例えば数百μｍ〜数ｍｍの長さ寸法および数μｍ〜数十μｍの幅寸法をもった細長い梁として形成され、Ｙ軸方向に対して撓み変形（弾性変形）可能となっている。
【００９８】
この結果、非回転部支持梁２４は、基板２２の面内方向（Ｘ軸およびＹ軸方向）および垂直方向（Ｚ軸方向）に対して非回転部２３Ａ，２３Ｂを変位可能な状態で支持している。一方、非回転部支持梁２４は、回転方向に対してはその撓み変形が抑制されている。このため、角加速度αが作用したときには、回転質量部３は回転変位するのに対し、非回転部２３Ａ，２３Ｂは回転変位しない構成となっている。
【００９９】
なお、第１の弾性梁２５は、ウエイト部３Ｂ，３Ｃを挟んでＸ軸方向の両側に設けられると共に、第１の弾性梁２５とウエイト部３Ｂ，３Ｃとの間には数μｍ〜数十μｍ程度の隙間が形成されている。このため、回転質量部３が過大に回転変位したときには、ウエイト部３Ｂ，３Ｃが第１の弾性梁２５に接触する。これにより、第１の弾性梁２５は、回転質量部３の過大な回転変位を制限するストッパとしても機能している。
【０１００】
第１のストッパ２８は、Ｙ軸方向に延びる細長い島状に形成され、基板２２に固定されている。また、第１のストッパ２８は、中心部３Ａを中心として非回転部２３Ａ，２３ＢよりもＸ軸方向の外側にそれぞれ設けられると共に、重心（中心点Ｏ）を通るＸ軸の延長線上に配置されている。
【０１０１】
ここで、直線加速度が作用しない状態では、第１のストッパ２８と非回転部２３Ａ，２３Ｂとの間には隙間が形成されている。一方、Ｘ軸方向の直線加速度が作用したときには、図１０に示すように、回転質量部３の慣性力によって非回転部２３Ａ，２３ＢがＸ軸方向に変位して、２つのストッパ２８のうちいずれか一方に接触する。これにより、第１のストッパ２８は、非回転部２３Ａ，２３Ｂおよび非回転部２３Ａ，２３Ｂに連結された回転質量部３等がＸ軸方向に対して過大に変位するのを防止している。
【０１０２】
第２のストッパ２９は、Ｘ軸方向に延びる細長い島状に形成され、基板２２に固定されている。また、第２のストッパ２９は、回転質量部３を挟んでＹ軸方向の両側にそれぞれ設けられると共に、重心（中心点Ｏ）を通るＹ軸の延長線上に配置されている。そして、第２のストッパ２９は、第２の弾性梁２６と各ウエイト部３Ｂ，３Ｃとの間に配置されている。
【０１０３】
ここで、直線加速度が作用しない状態では、第２のストッパ２９とウエイト部３Ａ，３Ｂとの間には隙間が形成されている。一方、Ｙ軸方向の直線加速度が作用したときには、図１１に示すように、回転質量部３の慣性力によって回転質量部３がＹ軸方向に変位して、２つのストッパ２９のうちいずれか一方に接触する。これにより、第２のストッパ２９は、回転質量部３等がＹ軸方向に対して過大に変位するのを防止している。
【０１０４】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、回転支持梁４は回転質量部３および非回転部２３Ａ，２３Ｂに連結されると共に、非回転部２３Ａ，２３Ｂは非回転部支持梁２４によってＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向の３軸方向に変位可能に支持される構成とした。これにより、３軸方向の直線加速度が作用したときには、非回転部支持梁２４によって支持された非回転部２３Ａ，２３Ｂと一緒に回転支持梁４、回転質量部３および検出梁６Ａ〜６Ｄが並進運動する。このため、非回転部支持梁２４によって並進運動の直線加速度を吸収して低減することができるから、過大な直線加速度が作用したときでも、検出梁６Ａ〜６Ｄに発生する応力を低減することができる。
【０１０５】
また、回転質量部３の周囲にはストッパ２８，２９を設けたから、過大な直線加速度が作用しても、回転質量部３に働く慣性力をストッパ２８，２９で受け止めることができる。このため、検出梁６Ａ〜６Ｄに生じる応力をさらに低減することができ、検出梁６Ａ〜６Ｄを保護して信頼性を高めることができる。
【０１０６】
なお、前記第１の実施の形態では、回転支持梁４の径方向梁４Ａ〜４Ｄと検出梁６Ａ〜６Ｄは、いずれも回転質量部３と固定支持部５Ａ，５Ｂとの間を接続する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図１２に示す第１の変形例による角加速度センサ３１のように、回転支持梁３２の径方向梁３２Ａ〜３２Ｄは直線状に延びる構成とし、径方向梁３２Ａ〜３２Ｄの一端側は回転質量部３の中心部３Ａに連結すると共に、径方向梁３２Ａ〜３２Ｄの他端側は径方向外側に位置して基板２に固定された固定部３３に接続する構成としてもよい。この場合、固定部３３は、固定支持部５Ａ，５Ｂとは別個に独立して設ける構成としてもよい。
【０１０７】
また、前記第２の実施の形態では、回転質量部３等のＸ軸方向およびＹ軸方向の変位を制限する第１，第２のストッパ２８，２９を設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば回転質量部３の上側を覆う蓋体を設け、該蓋体と基板２２とによって回転質量部３等のＺ軸方向の変位を制限するストッパを設ける構成としてもよい。
【０１０８】
また、前記各実施の形態では、端子１５〜１８は、ＳＯＩ基板１０の第２のシリコン層１２に絶縁用のスリット１４を設けることによって形成した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば第２のシリコン層をｎ型半導体によって形成すると共に、この第２のシリコン層にｐ型の不純物を拡散させることによって、ｐ型半導体からなる端子（配線）を形成する構成としてもよい。
【０１０９】
また、前記各実施の形態では、回転質量部３、回転支持梁４、固定支持部５Ａ，５Ｂ，検出梁６Ａ〜６Ｄ、非回転部２３Ａ，２３Ｂ、非回転部支持梁２４、固定部２７等はＳＯＩ基板１０を用いて形成する構成としたが、例えば単結晶シリコンからなるシリコン基板を用いて形成してもよく、微細加工が可能な他の材料を用いて形成してもよい。
【０１１０】
また、前記各実施の形態では、回転支持梁４は、４本の径方向梁４Ａ〜４Ｄを用いて構成したが、少なくとも互いに直交する２本の径方向梁を備えていればよく、２本または３本の径方向梁によって構成してもよく、５本以上の径方向梁によって構成してもよい。
【０１１１】
また、前記各実施の形態では、４本の検出梁６Ａ〜６Ｄを備える構成としたが、少なくとも２本の検出梁を備えていればよく、例えば検出梁６Ａ，６Ｃだけを備えてもよく、検出梁６Ｂ，６Ｄだけを備えてもよく、検出梁６Ｂ，６Ｃだけを備える構成としてもよい。さらに、３本の検出梁を備える構成としてもよく、５本以上の検出梁を備える構成としてもよい。
【０１１２】
さらに、前記各実施の形態では、検出梁６Ａ〜６Ｄの一端側は回転質量部３に直接的に接続する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図１３に示す第２の変形例による角加速度センサ４１のように、検出梁４２Ａ〜４２Ｄの一端側は、回転支持梁４を介して間接的に回転質量部３に接続する構成としてもよい。即ち、検出梁４２Ａ〜４２Ｄの一端側は、回転質量部３と一体化して回転変位する部位に接続されていればよく、回転支持梁４のうち回転質量部３との連結部位の近傍に接続する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態による角加速度センサを示す平面図である。
【図２】図１中の角加速度センサの要部を拡大して示す平面図である。
【図３】図２中のａ部を拡大して示す平面図である。
【図４】固定支持部、検出梁等を示す図３中の矢示IV−IV方向からみた断面図である。
【図５】角加速度センサの検出梁等を拡大して示す斜視図である。
【図６】回転質量部が回転振動した状態を示す図３と同様位置の平面図である。
【図７】検出梁のピエゾ抵抗によって構成したブリッジ回路を示す等価回路図である。
【図８】第２の実施の形態による角加速度センサを示す平面図である。
【図９】図８中の角加速度センサを示す模式的な説明図である。
【図１０】角加速度センサにＸ軸方向の直線加速度が作用した状態で示す模式的な説明図である。
【図１１】角加速度センサにＹ軸方向の直線加速度が作用した状態で示す模式的な説明図である。
【図１２】第１の変形例による角加速度センサを示す図２と同様位置の平面図である。
【図１３】第２の変形例による角加速度センサを示す図３と同様位置の平面図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１，２１，３１，４１  角加速度センサ
２，２２  基板
３  回転質量部
３Ａ  中心部
４，３２  回転支持梁
４Ａ〜４Ｄ，３２Ａ〜３２Ｄ  径方向梁
５Ａ，５Ｂ  固定支持部（非回転部）
６Ａ〜６Ｄ，４２Ａ〜４２Ｄ  検出梁
１０  ＳＯＩ基板
１１  第１のシリコン層
１２  第２のシリコン層
１３  絶縁層
１４  スリット
１５〜１８  端子（配線）
２３Ａ，２３Ｂ  非回転部
２４  非回転部支持梁
２８  第１のストッパ
２９  第２のストッパ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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