(57)【要約】【課題】振動モードに対する同相モードの影響を抑制することができるジャイロセンサー等を提供する。【解決手段】本発明に係るジャイロセンサーは、振動体と、第１軸に沿う方向に延出し、固定部及び前記振動体と接続している第１バネ構造部と、前記振動体を励振する駆動部と、前記振動体に設けられている検出部と、を含み、前記振動体は、平面視において、前記第１軸に沿う方向において並設され、互いに逆相で駆動振動する第１及び第２振動部と、前記第１軸に沿う方向に延出し、前記第１及び前記第２振動部と接続している第２バネ構造部と、を有し、前記第１バネ構造部の第１バネ定数Ｋ１は、前記第２バネ構造部の両端からの長さを２等分する中間点から、前記第２バネ構造部の一端における第２バネ定数Ｋ２よりも小さい。【選択図】図３
2014169934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体と、
第１軸に沿う方向に延出し、固定部及び前記振動体と接続している第１バネ構造部と、
前記振動体を励振する駆動部と、
前記振動体に設けられている検出部と、
を含み、
前記振動体は、平面視において、
前記第１軸に沿う方向において並設され、互いに逆相で駆動振動する第１及び第２振動部と、
前記第１軸に沿う方向に延出し、前記第１及び前記第２振動部と接続している第２バネ構造部と、
を有し、
前記第１バネ構造部の第１バネ定数Ｋ１は、前記第２バネ構造部の両端からの長さを２等分する中間点から、前記第２バネ構造部の一端における第２バネ定数Ｋ２よりも小さい、ジャイロセンサー。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１バネ構造部の両端からの長さは、前記第２バネ構造部の前記一端から前記中間点までの長さよりも長い、ジャイロセンサー。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第１バネ構造部の幅は、前記第２バネ構造部の幅よりも小さい、ジャイロセンサー。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項において、
前記第１バネ構造部及び前記第２バネ構造部は、前記第１軸と直交する第２軸に沿う方向に往復しながら前記第１軸に沿う方向に延出する構造を有し、
前記第１バネ構造部の前記第２軸に沿う方向における長さは、前記第２バネ構造部の前記第２軸に沿う方向における長さよりも長い、ジャイロセンサー。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１バネ構造の前記第２軸に沿う方向に延出する回数は、前記第２バネ構造の前記第２軸に沿う方向に延出する回数の半分よりも多い、ジャイロセンサー。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項において、
前記第２バネ定数Ｋ２の前記第１バネ定数Ｋ１に対する比率γ（Ｋ２／Ｋ１）は、２以上、４０９６以下である、ジャイロセンサー。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のジャイロセンサーを含む、電子機器。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１項に記載のジャイロセンサーを含む、移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジャイロセンサー、電子機器、及び移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えばシリコンＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いて角速度を検出するジャイロセンサー（静電容量型ＭＥＭＳジャイロセンサー素子）が開発されている。例えば特許文献１には、２つの振動体（可動構造体）がバネによって連結され、該振動体が振動（音叉振動ともいう）する駆動系を備えたジャイロセンサーが開示されている。
【０００３】
このようなジャイロセンサーを製造する場合、例えば、ウェットエッチング等の微細加工技術を用い、製造用の基台上に設けられたシリコン基板から、支持用のバネと連結用のバネとが設けられた振動体からなるシリコン構造体を個別に準備する。次に、連結用のバネを互いに接続することで、上記構造を備えたジャイロセンサーを製造することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００６−５１５９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のようなＭＥＭＳデバイス製造プロセスでは、それぞれの駆動系を全く同一の形状に製造することは実質的に困難である。また、２つの振動体（可動構造体）がバネによって連結された形態を一体的に製造する場合であっても、化学又は物理プロセス条件を常に均一に保つことはできないため、それぞれの駆動系が全く同一で完全に対称となる形状に製造することは実質的に困難である。したがって、それぞれの振動体には微少な寸法誤差が発生する場合がある。２つの振動体の固有周波数には寸法誤差に起因した微少な差異が生じた場合、駆動モードの振動周波数が分離し、逆相モードに加えて、好ましくない同相モードが形成される。ここで、逆相とは、２つの振動体が互いに遠ざかるように動く又は互いに近づくように動くことをいい、同相とは、２つの振動体が同じ方向に動くことをいう。好ましくない同相モードの周波数が逆相モードの周波数と近い場合、ジャイロセンサーの信頼性が低下する恐れがある。
【０００６】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、振動モードに対する同相モードの影響を抑制することができるジャイロセンサーを提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記のジャイロセンサーを有する電子機器及び移動体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は前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、以下の態様又は適用例として実現することができる。
【０００８】
［適用例１］
本適用例に係るジャイロセンサーは、
振動体と、
第１軸に沿う方向に延出し、固定部及び前記振動体と接続している第１バネ構造部と、
前記振動体を励振する駆動部と、
前記振動体に設けられている検出部と、
を含み、
前記振動体は、平面視において、
前記第１軸に沿う方向において並設され、互いに逆相で駆動振動する第１及び第２振動部と、
前記第１軸に沿う方向に延出し、前記第１及び前記第２振動部と接続している第２バネ構造部と、
を有し、
前記第１バネ構造部の第１バネ定数Ｋ１は、前記第２バネ構造部の両端からの長さを２等分する中間点から、前記第２バネ構造部の一端における第２バネ定数Ｋ２よりも小さい。
【０００９】
本適用例に係るジャイロセンサーによれば、前記第１バネ構造部の第１バネ定数Ｋ１は、前記第２バネ構造部の両端からの長さを２等分する中間点から、前記第２バネ構造部の一端における第２バネ定数Ｋ２よりも小さい。換言すれば、振動体がより柔らかい第１バネ部（第２バネ定数Ｋ２よりも相対的に小さい第１バネ定数Ｋ１を有する第１バネ部）で支持されるジャイロセンサーを設計することができる。このようなジャイロセンサーによれば、振動モードに対する同相モードの影響を抑制することができる。したがって、信頼性が向上したジャイロセンサーを提供することができる。
【００１０】
なお、本発明に係る記載では、「平面視」という文言を、「基体のジャイロセンサーが設けられる基面の法線方向から見た平面視」を意味する文言として用いる。
【００１１】
［適用例２］
本適用例に係るジャイロセンサーにおいて、
前記第１バネ構造部の両端からの長さは、前記第２バネ構造部の前記一端から前記中間点までの長さよりも長くてもよい。
【００１２】
［適用例３］
本適用例に係るジャイロセンサーにおいて、
前記第１バネ構造部の幅は、前記第２バネ構造部の幅よりも小さくてもよい。
【００１３】
［適用例４］
本適用例に係るジャイロセンサーにおいて、
前記第１バネ構造部及び前記第２バネ構造部は、前記第１軸と直交する第２軸に沿う方向に往復しながら前記第１軸に沿う方向に延出する構造を有し、
前記第１バネ構造部の前記第２軸に沿う方向における長さは、前記第２バネ構造部の前記第２軸に沿う方向における長さよりも長くてもよい。
【００１４】
［適用例５］
本適用例に係るジャイロセンサーにおいて、
前記第１バネ構造の前記第２軸に沿う方向に延出する回数は、前記第２バネ構造の前記第２軸に沿う方向に延出する回数の半分よりも多くてもよい。
【００１５】
［適用例６］
本適用例に係るジャイロセンサーにおいて、
前記第２バネ定数Ｋ２の前記第１バネ定数Ｋ１に対する比率γ（Ｋ２／Ｋ１）は、２以上、４０９６以下であってもよい。
【００１６】
［適用例７］
本適用例に係る電子機器は、本適用例に係るジャイロセンサーを含む。
【００１７】
［適用例８］
本適用例に係る移動体は、本適用例に係るジャイロセンサーを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係るジャイロセンサーを模式的に示す平面図。
【図２】本実施形態に係るジャイロセンサーを模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係るジャイロセンサーを模式的に示す平面図。
【図４】本実施形態に係るジャイロセンサーの要部を模式的に示す平面図。
【図５】本実施形態に係るジャイロセンサーの動作を説明する平面図。
【図６】本実施形態に係るジャイロセンサーの動作を説明する平面図。
【図７】本実施形態に係るジャイロセンサーの動作を説明する平面図。
【図８】本実施形態に係るジャイロセンサーの動作を説明する平面図。
【図９】比較例に係るシミュレーション結果を示す図。
【図１０】実施例に係るシミュレーション結果を示す図。
【図１１】本実施形態に係るジャイロセンサーの製造工程を模式的に示す断面図。
【図１２】本実施形態に係るジャイロセンサーの製造工程を模式的に示す断面図。
【図１３】電子機器を模式的に示す斜視図。
【図１４】電子機器を模式的に示す斜視図。
【図１５】電子機器を模式的に示す斜視図。
【図１６】移動体を模式的に示す上視図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２０】
１．ジャイロセンサー
［本実施形態に係るジャイロセンサーの構成］
まず、本実施形態に係るジャイロセンサーについて、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るジャイロセンサー１００の一例を模式的に示す平面図である。図２は、本実施形態に係るジャイロセンサー１００を模式的に示す図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図３は、本実施形態に係るジャイロセンサー１００のその他の一例を模式的に示す平面図である。なお、図１〜３では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸（第１軸）、Ｙ軸（第２軸）、Ｚ軸（第３軸）を図示している。
【００２１】
本実施形態に係るジャイロセンサー１００は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）プロセスで製造されるデバイスである。換言すれば、ジャイロセンサー１００は、シリコン基板から半導体プロセス等の微細加工技術を用いて形成されたジャイロセンサーである。
【００２２】
ジャイロセンサー１００は、図１及び図２に示すように、基体１０と、振動体２０と、第１バネ部３０と、第２バネ部３６と、駆動部４０と、検出部５０と、を含むことができる。ジャイロセンサー１００では、検出部５０が、Ｚ軸回りの角速度を検出するジャイロセンサー素子（静電容量型ＭＥＭＳジャイロセンサー素子）である。なお、便宜上、図１では、基体１０及び蓋体８０を透視して図示している。
【００２３】
基体１０の材質は、例えば、ガラス、シリコンである。基体１０は、図２に示すように、第１面１１と、第１面１１と反対側の第２面１２と、を有している。第１面１１には、凹部１４が設けられている。凹部１４の上方には、間隙を介して、振動体２０、第１バネ部３０、第２バネ部３６が設けられている。凹部１４によって、振動体２０は、基体１０に妨害されることなく、所望の方向に可動することができる。凹部１４の平面形状（Ｚ軸方向から見たときの形状）は、特に限定されないが、図１に示す例では、長方形である。凹部１４は、例えば、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術によって形成される。
【００２４】
基体１０は、固定部１５を有する。図１及び図２に示すように、固定部１５は、振動体２０の形態に応じて、第１面１１に適宜設けられる領域である。
【００２５】
固定部１５は、振動体２０を支持する第１バネ部３０の一端が固定（接合）され、該第１バネ部３０を介して振動体２０を支持する部分である。図１及び２に示すように、固定部１５は、Ｘ軸方向において振動体２０を挟むように配置されていてもよい。
【００２６】
固定部１５の第１面１１（基体１０）と、後述される第１バネ部３０、駆動用固定電極部４２、検出用固定電極５４等と、の固定（接合）方法は、特に限定されないが、例えば、基体１０の材質がガラスであり、振動体２０等の材質がシリコンである場合は、陽極接合を適用することができる。
【００２７】
振動体２０は、図２に示すように、基体１０及び蓋体８０によって囲まれるキャビティー８２に収容されている。振動体２０は、基体１０の上方に間隙（凹部１４）を介して設けられている。振動体２０は、基体１０の第１面１１に（基体１０上に）第１バネ部３０を介して支持される。振動体２０は、図１に示すように、第１及び第２振動部２１、２２を有し、第１及び第２振動部２１、２２は第２バネ部３６によって連結されている。
【００２８】
第１振動部２１及び第２振動部２２は、第１バネ部３０を介して固定部１５によって、支持されており、基体１０と離間して配置されている。より具体的には、基体１０の上方に間隙（凹部１４）を介して、第１振動部２１及び第２振動部２２が設けられている。第１振動部２１及び第２振動部２２は、例えば、フレーム状の形状（升形状）を有することができる。第１振動部２１及び第２振動部２２は、Ｙ軸に沿った軸を中心とし、対称となる形状であってもよい。第１振動部２１及び第２振動部２２は、Ｘ軸に沿う方向において並設され、第２バネ部３６によって連結されている。
【００２９】
第１バネ部３０は、振動体２０を支持する支持バネ部であって、Ｘ軸方向に振動体２０を変位し得るように構成されている。より具体的には、第１バネ部３０は、固定部１５から振動体２０（第１振動部２１又は第２振動部２２）までＸ軸に沿う方向に延出し、Ｙ軸方向に往復しながらＸ軸方向に延出する形状を有している。具体的には、第１バネ部３０の一端は、固定部１５（基体１０の第１面１１）に接合（固定）されている。また、第１バネ部３０の他端は、振動部２０（第１振動部２１又は第２振動部２２）に接合（固定）されている。図１の一例では、第１バネ部３０は、振動体２０をＸ軸方向において挟むように、２つ設けられている。また、後述される図３の一例では４つ設けられている。
【００３０】
第２バネ部３６は、第１振動部２１及び第２振動部２２を連結する連結バネ部であって、第１振動部２１及び第２振動部２２をＸ軸方向において変位し得るように構成されている。より具体的には、第２バネ部３６は、第１振動部２１及び第２振動部２２の間においてＸ軸に沿う方向に延出し、Ｙ軸方向に往復しながらＸ軸方向に延出する形状を有している。これにより、第１振動部２１及び第２振動部２２は、Ｘ軸方向において互いに逆相で振動することができる。
【００３１】
振動体２０（第１及び第２振動部２１、２２）、第１バネ部３０、及び第２バネ部３６の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。振動体２０（第１及び第２振動部２１、２２）、第１バネ部３０、及び第２バネ部３６は、例えば、シリコン基板（図示せず）を、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術によって加工することにより形成される。振動体２０（第１及び第２振動部２１、２２）、第１バネ部３０、及び第２バネ部３６は、シリコン基板から一体的に形成されてもよい。また、シリコン基板から個別に部品を形成し、接続することで形成してもよい。
【００３２】
また、本実施形態に係るジャイロセンサー１００において、第１バネ部３０及び第２バネ部３６が設けられる数は図１に示す形態に限定されない。
【００３３】
図３に示されるように、ジャイロセンサー１００には、第１及び第２振動部２１、２２を連結している第２バネ部３６が２つ設けられていてもよい。また、図示の例では、第１バネ部３０は、振動体２０において、４つ設けられていてもよい。
【００３４】
具体的には、第１バネ部３０は、Ｘ軸方向において中央の第２バネ部３６と対向するように、第１振動部２１に２つ設けられていてもよい。また、第１バネ部３０は、Ｘ軸方向において中央の第２バネ部３６と対向するように、第２振動部２２に２つ設けられていてもよい。これにより、振動体２０は、第１バネ部３０を介して４つの固定部１５により支持されている。
【００３５】
また、図示はされないが、第１振動部２１及び第２振動部２２に、Ｘ軸方向において互いに対向するように、３組の第１バネ部３０及び第２バネ部３６が設けられていてもよい。
【００３６】
なお、本実施形態に係るジャイロセンサー１００の第１バネ部３０及び第２バネ部３６の詳細な構造については後述される。
【００３７】
駆動部４０は、振動体２０の第１振動部２１又は第２振動部２２を励振することができる機構を有する。なお、駆動部４０の構成及び数は、第１振動部２１又は第２振動部２２を励振することができる限り、特に限定されない。
【００３８】
例えば、駆動部４０は、振動体２０に直接設けられていてもよい。図１に示すように、振動体２０の外側に接続された駆動用可動電極部４１と、該駆動用可動電極部４１と所定の距離を介して対向配置された駆動用固定電極部４２から構成されていてもよい。また、図示はされないが、駆動部４０は、振動体２０に直接接続せずに静電気力等によって振動体２０を励振する機構を有し、振動体２０の外側に配置されていてもよい。
【００３９】
駆動用可動電極部４１は、第１振動部２１及び第２振動部２２に接続されて複数設けられていてもよい。図示の例では、駆動用可動電極部４１は、第１、第２振動部２１、２２から＋Ｙ方向（又はＹ方向）に延出している幹部と、該基部から＋Ｘ方向及びＸ方向に延出している複数の枝部と、を有する櫛歯状電極であってもよい。
【００４０】
駆動用固定電極部４２は、駆動用可動電極部４１の外側に配置されている。駆動用固定電極部４２は、基体１０の第１面１１に接合（固定）されている。図示の例では、駆動用固定電極部４２は、複数設けられ、駆動用可動電極部４１を介して、対向配置されている。駆動用可動電極部４１が櫛歯状の形状を有する場合、駆動用固定電極部４２の形状は、駆動用可動電極部４１に対応した櫛歯状電極であってもよい。
【００４１】
駆動用可動電極部４１及び駆動用固定電極部４２は、図示しない電源に電気的に接続されている。駆動用可動電極部４１及び駆動用固定電極部４２に電圧が印加されると、駆動用可動電極部４１と駆動用固定電極部４２との間に静電力を発生させることができる。これにより、第１バネ部３０をＸ軸に沿って伸縮させることができ、振動部２０をＸ軸に沿って振動させることができる。
【００４２】
駆動部４０の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。駆動部４０は、例えば、シリコン基板（図示せず）を、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術によって振動体２０と共に一体的に加工することにより形成される。
【００４３】
検出部５０は、振動体２０に連結されている。図示の例では、検出部５０は、第１振動部２１及び第２振動部２２の内側に、それぞれが設けられている。検出部５０は、検出用支持部５１と、検出用バネ部５２と、検出用可動電極部５３と、検出用固定電極部５４と、を有することができる。なお、図示はしないが、検出部５０は、振動体２０に連結されていれば、第１振動部２１及び第２振動部２２の外側に配置されていてもよい。
【００４４】
検出用支持部５１の形状は環状の形状であれば特に限定されない。検出用支持部５１は、例えば、フレーム状の形状を有している。
【００４５】
検出用バネ部５２は、検出用支持部５１の外側に配置されている。検出用バネ部５２は、検出用支持部５１と振動体２０（第１振動部２１又は第２振動部２２）とを接続している。より具体的には、検出用バネ部５２の一端は、検出用支持部５１に接続されている。検出用バネ部５２の他端は、振動体２０（第１振動部２１又は第２振動部２２）に接続されている。検出用バネ部５２は、Ｙ軸方向に検出用支持部５１を変位し得るように構成されている。より具体的には、検出用バネ部５２は、Ｘ軸方向に往復しながらＹ軸方向に延出する形状を有している。
【００４６】
検出用可動電極部５３は、検出用支持部５１の内側に、検出用支持部５１に接続されて配置されている。図示の例では、検出用可動電極部５３は、Ｘ軸に沿って延出している。
【００４７】
検出用固定電極部５４は、検出用支持部５１の内側に配置されている。検出用固定電極部５４は、基体１０の第１面１１に接合（固定）されている。図示の例では、検出用固定電極部５４は、複数設けられ、検出用可動電極部５３を介して、対向配置されている。
【００４８】
検出部５０の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。検出部５０は、例えば、シリコン基板（図示せず）を、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術によって振動体２０と共に一体的に加工することにより形成される。
【００４９】
蓋体８０は、基体１０上に設けられている。基体１０及び蓋体８０は、図２に示すように、パッケージを構成することができる。基体１０及び蓋体８０は、キャビティー８２を形成することができ、キャビティー８２に振動体２０を収容することができる。例えば、図２に示す基体１０と蓋体８０との間は、接着部材等によって埋められていてもよく、この場合、キャビティー８２は、例えば、不活性ガス（例えば窒素ガス）雰囲気、又は真空雰囲気で密閉されていてもよい。
【００５０】
蓋体８０の材質は、例えば、シリコン、ガラスである。蓋体８０と基体１０との接合方法は、特に限定されないが、例えば、基体１０の材質がガラスであり、蓋体８０の材質が
シリコンである場合は、基体１０と蓋体８０とは、陽極接合されることができる。
【００５１】
次に、本実施形態に係るジャイロセンサー１００の第１バネ部３０及び第２バネ部３６の詳細な構造について図面を参照しながら説明する。図４は第１バネ部３０及び第２バネ部３６を模式的に説明するための平面図である。
【００５２】
第１バネ部３０は、図４（Ａ）に示されるように、Ｘ軸方向に沿う方向に延出する第１バネ構造部３１と、第１バネ構造部３１を固定部１５及び振動体２０にそれぞれ接続している第１接続部３２と、を備える。具体的には、第１バネ構造部３１の一端は、第１接続部３２を介して固定部１５に固定され、第１バネ構造部３１の他端は、第１接続部３２を介して振動体２０（第１振動部２１又は第２振動部２２）に接続される。
【００５３】
第１バネ構造部３１は、第１バネ部３０において、実質的にＸ軸方向に伸縮することができる部分であり、バネ機構を構成する部分である。第１バネ構造部３１のバネ機構は、半導体プロセス等の微細加工技術を用いて形成することができ、Ｘ軸方向に伸縮することができる限り、特に限定されない。
【００５４】
図示されるように、第１バネ構造部３１は、Ｘ軸に沿う方向に延出し、Ｙ軸方向に往復しながらＸ軸方向に延出する形状（蛇行形状）を有している折り畳みビーム型のバネ構造（ｆｏｌｄｅｄ  ｂｅａｍ  ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）であってもよい。具体的には、図４（Ａ）に示すように、第１バネ構造部３１は、Ｙ軸方向に延出する延出部３１ａとＸ軸方向に延出する延出３１ｂとが交互に連続するバネ構造を有していてもよい。
【００５５】
ここで、第１バネ構造部３１の構成部材の合計の長さをＬ１とし、伸縮するＸ軸方向と直交するＹ軸方向における長さをＬ２とする。図示される形態においては、延出部３１ａと延出部３１ｂの合計の長さ（点Ｐ１から点Ｐ２までの長さ）がＬ１となり、Ｙ軸方向に延出する延出部３１ａの長さがＬ２となる。
【００５６】
第１バネ構造部３１が図４（Ａ）に示される折り畳みビーム型のバネ構造である場合、第１バネ構造部３１の第１バネ定数Ｋ１は、長さＬ２のカンチレバーのバネ定数ｋcantL2が直列に配置される場合のバネ定数として考えることができる。長さＬ２、厚みｈ、幅ｗであるビームからなるカンチレバーのバネ定数ｋcantL2は下式［数１］により規定される。なお、下式［数１］におけるＥは部材固有のヤング率である。
【００５７】
【数１】
2014169934.tif 000003
第１バネ構造部３１において含まれる延出部３１ａの数をｎ１とした場合（図示の例ではｎ１＝１２）、折り畳みビーム型のバネ構造である第１バネ構造部３１の第１バネ定数Ｋ１は、下式［数２］により規定される。
【００５８】
【数２】
2014169934.tif 000004
次に、第２バネ部３６は、図４（Ｂ）に示されるように、Ｘ軸方向に沿う方向に延出する第２バネ構造部３７と、第２バネ構造部３７を第１振動部２１及び第２振動部２２にそれぞれ接続している第２接続部３８と、を備える。具体的には、第２バネ構造部３７の一端は、第２接続部３８を介して第１振動部２１に接続され、第２バネ構造部３７の他端は、第２接続部３８を介して第２振動部２２に接続される。
【００５９】
第２バネ構造部３７は、第２バネ部３６において、実質的にＸ軸方向に伸縮することができる部分であり、バネ機構を構成する部分である。第２バネ構造部３７のバネ機構は、半導体プロセス等の微細加工技術を用いて形成することができ、Ｘ軸方向に伸縮することができる限り、特に限定されない。
【００６０】
図示されるように、第２バネ構造部３７は、Ｘ軸に沿う方向に延出し、Ｙ軸方向に往復しながらＸ軸方向に延出する形状（蛇行形状）を有している折り畳みビーム型のバネ構造（ｆｏｌｄｅｄ  ｂｅａｍ  ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）であってもよい。具体的には、図４（Ｂ）に示すように、第２バネ構造部３７は、Ｙ軸方向に延出する延出部３７ａとＸ軸方向に延出する延出部３７ｂとが交互に連続するバネ構造を有していてもよい。
【００６１】
ここで、第２バネ構造部３７の構成部材の合計の長さをＬ３とし、伸縮するＸ軸方向と直交するＹ軸方向における長さをＬ４とする。図示される形態においては、延出部３７ａと延出部３７ｂの合計の長さ（点Ｐ３から点Ｐ４までの長さ）がＬ３となり、Ｙ軸方向に延出する延出部３７ａの長さがＬ４となる。
【００６２】
また、図４（Ｂ）に示すように、第２バネ構造部３７の両端（Ｐ３及びＰ４）からの長さＬ３を２等分するポイントを中間点Ｍとする。また、第２バネ構造部３７の両端からの長さを２等分する中間点Ｍから、第２バネ構造部３７の一端（Ｐ３又はＰ４）におけるバネ定数を第２バネ定数Ｋ２とする。
【００６３】
第２バネ構造部３７が図４（Ｂ）に示される折り畳みビーム型のバネ構造である場合、上述の第２バネ定数Ｋ２は、長さＬ４のカンチレバーのバネ定数ｋcantL４が直列に配置される場合のバネ定数として考えることができる。長さＬ４、厚みｈ、幅ｗであるビームからなるカンチレバーのバネ定数ｋcantL４は下式［数３］により規定される。なお、下記［数３］におけるＥは部材のヤング率である。
【００６４】
【数３】
2014169934.tif 000005
中間点Ｍから第２バネ構造部３７の一端（Ｐ３又はＰ４）において含まれる延出部３７ａの数をｎ２とした場合（図示の例ではｎ２＝６）、第２バネ構造部３７の両端からの長さを２等分する中間点Ｍから第２バネ構造部３７の一端における第２バネ定数Ｋ２は、下式［数４］により規定される。
【００６５】
【数４】
2014169934.tif 000006
本実施形態に係るジャイロセンサー１００において、第１バネ構造部３１の第１バネ定数Ｋ１は、第２バネ構造部３７の両端からの長さを２等分する中間点Ｍから、第２バネ構造部３７の一端（Ｐ３又はＰ４）における第２バネ定数Ｋ２よりも小さい。したがって、ジャイロセンサー１００の第１バネ部３０及び第２バネ部３６は、下式［数５］を満たすように設計される。
【００６６】
【数５】
2014169934.tif 000007
第１バネ部３０の第１バネ定数Ｋ１が第２バネ定数Ｋ２よりも小さくなるように設計することで、振動モードに対する同相モードの影響を抑制することができ、信頼性が向上し
たジャイロセンサーを提供することができる。その詳細は後述される。
【００６７】
上式［数５］を満たすための第１バネ構造部３１及び第２バネ構造部３７の具体的な設計手段としては、例えば、以下の手段を採用することができる。
【００６８】
例えば、第１バネ構造部３１の両端からの長さＬ１が第２バネ構造部３７の一端から中間点Ｍまでの長さ（Ｌ３／２）よりも長く設計してもよい。換言すれば、第１バネ構造部３１のＹ軸方向に往復する回数（延出する回数であって、ターン数ともいう）が、第２バネ構造部３７の一端から中間点ＭにおけるＹ軸方向に往復する回数（延出する回数であって、ターン数ともいう）よりも多くなるように設計してもよい。
【００６９】
また、例えば、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、第１バネ構造部３１の幅をＷ１とし、第２バネ構造部３７の幅をＷ２としたとき、第１バネ構造部３１の幅Ｗ１は、第２バネ構造部の幅Ｗ２よりも小さくなるように設計してもよい。
【００７０】
また、例えば、第１バネ構造部３１の厚みは、第２バネ構造部の厚みよりも小さくてもよい（図示せず）。しかしながら、実質的に均一な厚みを有するシリコン基板から半導体プロセス等の微細加工技術を用いて形成する場合、第１バネ構造部３１の厚みと、第２バネ構造部の厚みとを異ならせるよりも、第１バネ構造部３１の幅をＷ１と、第２バネ構造部３７の幅をＷ２とを異ならせる方がプロセス上、より簡便である。また、上記の［数１］及び［数３］から、厚みｈを変更するよりも、幅ｗを変更することにより、より効果的に第２バネ定数Ｋ２の第１バネ定数Ｋ１に対する比率を大きくすることができる。
【００７１】
また、例えば、第１バネ構造部３１のＹ軸に沿う方向における長さＬ２（延出部３１ａの長さ）は、第２バネ構造部３７のＹ軸に沿う方向における長さＬ４（延出部３７ａの長さ）よりも長くなるように設計してもよい。
【００７２】
ここで、ジャイロセンサー１００は、ＭＥＭＳプロセスで製造されるデバイスである。換言すれば、ジャイロセンサー１００は、実質的に均一な厚みを有するシリコン基板から半導体プロセス等の微細加工技術を用いて形成されたジャイロセンサーである。したがって、ジャイロセンサー１００を構成する第１バネ構造部３１及び第２バネ構造部３７の寸法を決定する際、微細加工技術で用いられるフォトマスクやシリコンウエハのサイズなど、ＭＥＭＳプロセス条件やデザインルール等の製造上の制約が発生する。
【００７３】
本実施形態に係るジャイロセンサー１００において、第２バネ定数Ｋ２の第１バネ定数Ｋ１に対する比率γ（Ｋ２／Ｋ１）は、２以上、４０９６以下であってもよい。これにより、ＭＥＭＳプロセス条件やデザインルール等の製造上の制約を考慮し、かつ、信頼性が向上したジャイロセンサー１００を提供することができる。以下、その理由を具体的に説明する。
【００７４】
微細加工技術を考慮して、ＭＥＭＳジャイロセンサー（例えば、８００×４００〜１０００×５００μｍ２サイズ）を設計する場合、第１バネ構造部３１及び第２バネ構造部３７の寸法は、幅を、４μｍとし、Ｙ軸方向に延出する延出部３１ａ、３７ａの長さ（Ｌ２及びＬ４）を、１００μｍとすることができる。また、第１バネ構造部３１のＹ軸方向に往復する回数（延出する回数であって、ターン数ともいう）と、第２バネ構造部３７の一端から中間点ＭにおけるＹ軸方向に往復する回数（延出する回数であって、ターン数ともいう）を、例えば３回とすることができる。換言すれば、第１バネ構造部３１において含まれる延出部３１ａの数ｎ１と、中間点Ｍから第２バネ構造部３７の一端（Ｐ３又はＰ４）において含まれる延出部３７ａの数ｎ２を、例えば６とすることができる。
【００７５】
まず、第２バネ定数Ｋ２の第１バネ定数Ｋ１に対する比率γ（Ｋ２／Ｋ１）が２となる場合を以下に説明する。
【００７６】
このようなデバイスにおいて、第１バネ構造部３１の両端からの長さＬ１が第２バネ構造部３７の一端から中間点Ｍまでの長さ（Ｌ３／２）よりも長くなるように設計する場合、シリコン材料の剛性等やパッケージ等のデザインルールを考慮し、第２バネ構造部３７の一端から中間点ＭにおけるＹ軸方向に往復する回数（延出する回数であって、ターン数ともいう）を３回とし、第１バネ構造部３１のＹ軸方向に往復する回数（延出する回数であって、ターン数ともいう）を最大６回としてもよい。これにより、第１バネ構造部３１において含まれる延出部３１ａの数ｎ１は６から１２とすることができる。
【００７７】
このとき、Ｙ軸方向に延出する延出部３１ａ、３７ａの長さは同じであり、第１バネ構造部３１の幅Ｗ１は、第２バネ構造部の幅Ｗ２と同じである。したがって、上記の［数１］ないし［数４］から、第２バネ定数Ｋ２の第１バネ定数Ｋ１に対する比率γ（Ｋ２／Ｋ１）を２とすることができる。
【００７８】
次に、第２バネ定数Ｋ２の第１バネ定数Ｋ１に対する比率γ（Ｋ２／Ｋ１）が４０９６となる場合を以下に説明する。
【００７９】
このようなデバイスにおいて、まず、第１バネ構造部３１の幅Ｗ１は、第２バネ構造部の幅Ｗ２よりも小さくなるように設計することができる。このような場合、シリコン材料の剛性等やパッケージ等のデザインルールを考慮し、第１バネ構造部３１の幅Ｗ１は、４分の１である１μｍまで小さくすることができる。
【００８０】
第１バネ構造部３１の幅Ｗ１は、１μｍまで小さくした場合、第１バネ構造部３１の設計上、Ｘ軸方向において使用できるスペースが増加し、第１バネ構造部３１のＹ軸方向に往復する回数（延出する回数であって、ターン数ともいう）を、４μｍ幅における最大６回から４倍の２４回とすることができる。これにより、第１バネ構造部３１において含まれる延出部３１ａの数ｎ１は、６から８倍である４８となる。
【００８１】
また、このようなデバイスにおいて、第１バネ構造部３１のＹ軸に沿う方向における長さＬ２（延出部３１ａの長さ）は、第２バネ構造部３７のＹ軸に沿う方向における長さＬ４（延出部３７ａの長さ）よりも長くなるように設計することができる。シリコン材料の剛性等やパッケージ等のデザインルールを考慮し、延出部３１ａの長さＬ２を、１００μｍから最大２倍である２００μｍとすることができる。
【００８２】
以上の条件下においてＭＥＭＳジャイロセンサーを設計した場合、上記の［数１］ないし［数４］から、第２バネ定数Ｋ２の第１バネ定数Ｋ１に対する比率γ（Ｋ２／Ｋ１）の最大値は、４０９６（＝４３×８×２３）と規定することができる。
【００８３】
本実施形態に係るジャイロセンサー１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００８４】
ジャイロセンサー１００によれば、第１バネ構造部３１の第１バネ定数Ｋ１は、第２バネ構造部３７の両端からの長さを２等分する中間点Ｍから、第２バネ構造部３７の一端における第２バネ定数Ｋ２よりも小さい。換言すれば、振動体２０がより柔らかい第１バネ部３０（第２バネ定数Ｋ２よりも相対的に小さい第１バネ定数Ｋ１を有する第１バネ部３０）で支持されるジャイロセンサー１００を設計することができる。このようなジャイロセンサー１００によれば、振動モードに対する同相モードの影響を抑制することができる。したがって、信頼性が向上したジャイロセンサーを提供することができる。
【００８５】
２．ジャイロセンサーの動作
次に、ジャイロセンサー１００の動作について、図面を参照しながら説明する。図５〜図８はジャイロセンサー１００の動作を模式的に説明するための図である。ここで、図５〜図８ではジャイロセンサー１０１の形態でもって本発明に係るジャイロセンサーの動作を例示する。なお、図５〜図８では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示している。また、便宜上、図５〜図８では、ジャイロセンサー１００の各構成を、簡略化して図示している。
【００８６】
前述のように、ジャイロセンサー１００の振動モードでは、第１振動部２１と第２振動部２２は、駆動部４０により励振され、互いに逆相（逆位相）で駆動振動することができる。より具体的には、第１振動部２１に設けられた駆動用可動電極部４１と駆動用固定電極部４２との間に第１交番電圧を印加し、第２振動部２２の駆動用可動電極部４１と駆動用固定電極部４２との間に第１交番電圧と位相が１８０度ずれた第２交番電圧を印加する。これにより、第１振動部２１及び第２振動部２２を、互いに逆相（逆位相）でかつ所定の周波数で、Ｘ軸に沿って振動させることができる。すなわち、Ｘ軸に沿って互いに連結された第１振動部２１及び第２振動部２２は、Ｘ軸に沿って、互いに逆相で振動する。すなわち、第１振動部２１及び第２振動部２２は、Ｘ軸に沿って、互いに反対方向に変位する。
【００８７】
図５に示す例では、第１振動部２１は、α１方向（−Ｘ軸方向）に変位し、第２振動部２２は、α１方向と反対方向のα２方向（＋Ｘ軸方向）に変位している。図６に示す例では、第１振動部２１は、α２方向に変位し、第２振動部２２は、α１方向に変位している。
【００８８】
なお、検出部５０の振動体２０（第１振動部２１、第２振動部２２）に連結されている部分は、振動体２０（第１振動部２１、第２振動部２２）の振動に伴い、Ｘ軸に沿って変位する。
【００８９】
図７及び図８に示すように、第１振動部２１、第２振動部２２がＸ軸に沿って振動を行っている状態で、ジャイロセンサー１００にＺ軸回りの角速度ωが加わると、コリオリの力が働き、検出部５０は、Ｙ軸に沿って変位する。すなわち、第１振動部２１に連結された第１検出部５０ａ、及び第２振動部２２に連結された第２検出部５０ｂは、Ｙ軸に沿って、互いに反対方向に変位する。図７に示す例では、第１検出部５０ａは、β１方向に変位し、第２検出部５０ｂは、β１方向と反対方向のβ２方向に変位している。図８に示す例では、第１検出部５０ａは、β２方向に変位し、第２検出部５０ｂは、β１方向に変位している。
【００９０】
検出部５０ａ、５０ｂがＹ軸に沿って変位することにより、検出用可動電極部５３と検出用固定電極部５４との間の距離Ｌは、変化する。そのため、検出用可動電極部５３と検出用固定電極部５４との間の静電容量は、変化する。ジャイロセンサー１００では、検出用可動電極部５３及び検出用固定電極部５４に電圧を印加することにより、検出用可動電極部５３と検出用固定電極部５４との間の静電容量の変化量を検出し、Ｚ軸回りの角速度ωを求めることができる。
【００９１】
ジャイロセンサー１００によれば、振動モードにおいて、同相モードの影響を低減することができる。これにより、ジャイロセンサーが所望の振動周波数を達成することができ、ジャイロセンサーの信頼性を向上させることができる。詳細は後述される。
【００９２】
３．実施例
次に、実施例に係るシミュレーション結果ついて説明する。シミュレーションは、有限
要素法により振動周波数を算出した。本実施例に係るシミュレーションのベースモデルとして、図３に係るジャイロセンサー１００の形態のように第１バネ部３０が４つ、第２バネ部が２つ設けられ、振動体２０が音叉振動する駆動系を備えたモデルを採用した。構成部材の物性条件としては、ヤング率１３０．１８ＧＰａ、断面積５０μｍ2とした。
【００９３】
第１バネ部３０と第２バネ部３６の寸法としては、幅Ｗ１、Ｗ２をそれぞれ４μｍとし、Ｙ軸方向に延出する延出部３１ａ、３７ａの長さ（Ｌ２及びＬ４）をそれぞれ１００μｍとした。また、実際のジャイロセンサーのバネ部等の各部材は、形状（寸法）において、製造過程から不可避に発生するばらつき（誤差）を有している。したがって、本実施例においては、第１振動部２１に接続されている第１バネ部３０と、第２振動部２２に接続されている第１バネ部３０と、の間に０．１７μｍの寸法誤差を設けた。
【００９４】
［比較例］
比較例では、前述の条件下において、第１バネ構造部３１の第１バネ定数Ｋ１と、第２バネ構造部３７の両端からの長さを２等分する中間点Ｍから、第２バネ構造部３７の一端における第２バネ定数Ｋ２とが等しくなる条件を設定し、同相モードと逆相モードの周波数を測定するシミュレーションを行った。具体的には、各第１バネ部３０が３ターン（３回の折り返し）、第２バネ部３６が６ターン（第２バネ構造部３７の両端からの長さを２等分する中間点Ｍから、第２バネ構造部３７の一端において、３回の折り返し）の形態であった。
【００９５】
図９は、比較例に係るシミュレーション結果を示す図である。横軸は周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は変位量（ｄＢｍ）である。図９の上図の縦軸のスケールは、絶対値であり、下図の縦軸は、変位量を対数変換した対数スケールである。図９に示されるように、比較例における同相モードと逆相モードの周波数の差Δｆは０．４７ｋＨｚであった。
【００９６】
［実施例］
実施例では、第１バネ構造部３１の第１バネ定数Ｋ１が、第２バネ構造部３７の両端からの長さを２等分する中間点Ｍから、第２バネ構造部３７の一端における第２バネ定数Ｋ２よりも小さくなる条件を設定し、同相モードと逆相モードの周波数を測定するシミュレーションを行った。具体的には、各第１バネ部３０が６ターン（６回の折り返し）、第２バネ部３６が６ターン（第２バネ構造部３７の両端からの長さを２等分する中間点Ｍから、第２バネ構造部３７の一端において、３回の折り返し）の形態であった。したがって、第２バネ定数Ｋ２の第１バネ定数Ｋ１に対する比率γ（Ｋ２／Ｋ１）が２となる条件で実施例に係るシミュレーションを行った。
【００９７】
図１０は、実施例に係るシミュレーション結果を示す図である。横軸は周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は変位量（ｄＢｍ）である。図１０の上図の縦軸のスケールは、絶対値であり、下図の縦軸は、変位量を対数変換した対数スケールである。図１０に示されるように、比較例における同相モードと逆相モードの周波数の差Δｆは０．５５ｋＨｚであった。
【００９８】
図９及び図１０から、比較例と比べ実施例においては、第１バネ構造部３１の第１バネ定数Ｋ１を、第２バネ構造部３７の両端からの長さを２等分する中間点Ｍから、第２バネ構造部３７の一端における第２バネ定数Ｋ２よりも小さくすることにより、同相モードと逆相モードの周波数の差Δｆを０．０８ｋＨｚだけ引き離すことができた。換言すれば、逆相モードの周波数から同相モードの周波数を離すことができた。したがって、本発明によれば、駆動系の振動モードに対する同相モードの影響を抑制することができることが確認された。
【００９９】
４．ジャイロセンサーの製造方法
次に、本実施形態に係るジャイロセンサーの製造方法について、図面を参照しながら説明する。図１１及び図１２は、本実施形態に係るジャイロセンサー１００の製造工程を模式的に示す断面図であって、図２に対応している。
【０１００】
図１１に示すように、基板１０の第１面１１に、凹部１４を形成する。このとき、凹部１４の周囲に溝部（図示せず）を形成することができる。凹部１４、溝部は、例えば、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術により形成される。これにより、第１面１１に凹部１４が設けられている基板１０を用意することができる。
【０１０１】
次に、図示はされないが、凹部１４内を含む基板１０上に駆動部４０や検出部５０を構成するための配線を形成することができる。配線は、例えば、スパッタ法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などによって成膜された後、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術によってパターニングされることによって形成される。
【０１０２】
図１２に示すように、基板１０上に振動体２０、第１バネ部３０等を形成する。より具体的には、シリコン基板（図示せず）を基板１０の第１面１１に載置（接合）し、該シリコン基板を薄膜化させた後にパターニングすることにより形成される。パターニングは、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術によって行われる。シリコン基板と基板１０の接合は、例えば、陽極接合によって行われる。
【０１０３】
本工程において、第１面１１上に駆動用固定電極部４２、検出用固定電極５４等を形成し、駆動部４０、検出部５０を形成することができる。
【０１０４】
図２に示すように、基板１０及び蓋体８０を接合して、基板１０及び蓋体８０によって囲まれるキャビティー８２に振動体２０を収容する。基板１０と蓋体８０との接合は、例えば、陽極接合によって行われる。
【０１０５】
以上の工程により、ジャイロセンサー１００を製造することができる。
【０１０６】
５．電子機器
次に、本実施形態に係る電子機器について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る電子機器は、本発明に係るジャイロセンサーを含む。以下では、本発明に係るジャイロセンサーとして、ジャイロセンサー１００を含む電子機器について、説明する。
【０１０７】
図１３は、本実施形態に係る電子機器として、モバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューター１１００を模式的に示す斜視図である。
【０１０８】
図１３に示すように、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１１０８を有する表示ユニット１１０６と、により構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
【０１０９】
このようなパーソナルコンピューター１１００には、ジャイロセンサー１００が内蔵されている。
【０１１０】
図１４は、本実施形態に係る電子機器として、携帯電話機（ＰＨＳも含む）１２００を模式的に示す斜視図である。
【０１１１】
図１４に示すように、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２
０４及び送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１２０８が配置されている。
【０１１２】
このような携帯電話機１２００には、ジャイロセンサー１００が内蔵されている。
【０１１３】
図１５は、本実施形態に係る電子機器として、デジタルスチルカメラ１３００を模式的に示す斜視図である。なお、図１５には、外部機器との接続についても簡易的に示している。
【０１１４】
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
【０１１５】
デジタルスチルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。
【０１１６】
また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。
【０１１７】
撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。
【０１１８】
また、このデジタルスチルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、ビデオ信号出力端子１３１２には、テレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４には、パーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。
【０１１９】
このようなデジタルスチルカメラ１３００には、ジャイロセンサー１００が内蔵されている。
【０１２０】
以上のような電子機器１１００、１２００、１３００は、２つの振動体が逆相で振動する駆動系において、信頼性が向上したジャイロセンサー１００を有することができる。
【０１２１】
なお、上記ジャイロセンサー１００を備えた電子機器は、図１３に示すパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図１４に示す携帯電話機、図１５に示すデジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ヘッドマウントディスプレイ、ビデオテープレコーダー、各種ナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、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、ロケット、船舶の計器類）、ロボットや人体などの姿勢制御、フライトシミュレーターなどに適用することができる。
【０１２２】
６．移動体
図１６は、本実施形態の移動体の一例を示す図（上面図）である。図１６に示す移動体１５００は、本発明に係るジャイロセンサー１００を含んで構成されている。なお、本実施形態の移動体は、図１６の構成要素（各部）の一部を省略又は変更してもよいし、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
【０１２３】
このような移動体１５００には、ナビゲーションシステム等においてジャイロセンサーが搭載されるが、移動体の移動に必要な制御を行うため高い信頼性が要求される。
【０１２４】
移動体用のジャイロセンサーとして、本発明に係るジャイロセンサー１００を適用することにより、高い信頼性を確保することができる。
【０１２５】
このような移動体１５００としては種々の移動体が考えられ、例えば、自動車（電気自動車も含む）、ジェット機やヘリコプター等の航空機、船舶、ロケット、人工衛星等が挙げられる。
【０１２６】
上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態及び各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【０１２７】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１２８】
１０…基体、１１…第１面、１２…第２面、１４…凹部、１５…固定部、２０…振動体、２１…第１振動部、２２…第２振動部、３０…第１バネ部、３１…第１バネ構造部、３１ａ…延出部、３１ｂ…延出部、３２…第１接続部、３６…第２バネ部、３７…第２バネ構造部、３７ａ…延出部、３７ｂ…延出部、３８…第２接続部、４０…駆動部、４１…駆動用可動電極部、４２…駆動用固定電極部、５０…検出部、５１…検出用支持部、５２…検出用バネ部、５３…検出用可動電極部、５４…検出用固定電極部、８０…蓋体、８２…キャビティー、１００…ジャイロセンサー、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１１０８…表示部、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１２０８…表示部、１３００…デジタルスチルカメラ、１３０２…ケース、１３０４…ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１０…表示部、１３１２…ビデオ信号出力端子、１３１４…入出力端子、１４３０…テレビモニター、１４４０…パーソナルコンピューター、１５００…移動体。
【図２】
2014169934.tif 000008
【図４】
2014169934.tif 000009
【図１１】
2014169934.tif 000010
【図１２】
2014169934.tif 000011
【図１３】
2014169934.tif 000012
【図１４】
2014169934.tif 000013
【図１５】
2014169934.tif 000014
【図１６】
2014169934.tif 000015
【図１】
2014169934.tif 000016
【図３】
2014169934.tif 000017
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2014169934.tif 000021
【図９】
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【図１０】
2014169934.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成26年2月14日(2014.2.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体と、
第１軸に沿う方向に延出し、固定部及び前記振動体と接続している第１バネ構造部と、
前記振動体を励振する駆動部と、
前記振動体に設けられている検出部と、
を含み、
前記振動体は、平面視において、
前記第１軸に沿う方向において並設され、互いに逆相で駆動振動する第１及び第２振動部と、
前記第１軸に沿う方向に延出し、前記第１及び前記第２振動部と接続している第２バネ構造部と、
を有し、
前記第１バネ構造部の第１バネ定数Ｋ１は、前記第２バネ構造部の両端からの長さを２等分する中間点から、前記第２バネ構造部の一端における第２バネ定数Ｋ２よりも小さい、ジャイロセンサー。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１バネ構造部の両端からの長さは、前記第２バネ構造部の前記一端から前記中間点までの長さよりも長い、ジャイロセンサー。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第１バネ構造部の幅は、前記第２バネ構造部の幅よりも小さい、ジャイロセンサー。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項において、
前記第１バネ構造部及び前記第２バネ構造部は、前記第１軸と直交する第２軸に沿う方向に往復しながら前記第１軸に沿う方向に延出する構造を有し、
前記第１バネ構造部の前記第２軸に沿う方向における長さは、前記第２バネ構造部の前記第２軸に沿う方向における長さよりも長い、ジャイロセンサー。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１バネ構造部の前記第２軸に沿う方向に延出する回数は、前記第２バネ構造部の前記第２軸に沿う方向に延出する回数の半分よりも多い、ジャイロセンサー。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項において、
前記第２バネ定数Ｋ２の前記第１バネ定数Ｋ１に対する比率γ（Ｋ２／Ｋ１）は、２以上、４０９６以下である、ジャイロセンサー。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のジャイロセンサーを含む、電子機器。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１項に記載のジャイロセンサーを含む、移動体。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
［適用例５］
本適用例に係るジャイロセンサーにおいて、
前記第１バネ構造部の前記第２軸に沿う方向に延出する回数は、前記第２バネ構造部の前記第２軸に沿う方向に延出する回数の半分よりも多くてもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
固定部１５の第１面１１（基体１０）と、後述される第１バネ部３０、駆動用固定電極部４２、検出用固定電極部５４等と、の固定（接合）方法は、特に限定されないが、例えば、基体１０の材質がガラスであり、振動体２０等の材質がシリコンである場合は、陽極接合を適用することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
第１バネ部３０は、振動体２０を支持する支持バネ部であって、Ｘ軸方向に振動体２０を変位し得るように構成されている。より具体的には、第１バネ部３０は、固定部１５から振動体２０（第１振動部２１又は第２振動部２２）までＸ軸に沿う方向に延出し、Ｙ軸方向に往復しながらＸ軸方向に延出する形状を有している。具体的には、第１バネ部３０の一端は、固定部１５（基体１０の第１面１１）に接合（固定）されている。また、第１バネ部３０の他端は、振動体２０（第１振動部２１又は第２振動部２２）に接合（固定）されている。図１の一例では、第１バネ部３０は、振動体２０をＸ軸方向において挟むように、２つ設けられている。また、後述される図３の一例では４つ設けられている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
駆動用可動電極部４１は、第１振動部２１及び第２振動部２２に接続されて複数設けられていてもよい。図示の例では、駆動用可動電極部４１は、第１、第２振動部２１、２２から＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に延出している幹部と、該基部から＋Ｘ方向及び−Ｘ方向に延出している複数の枝部と、を有する櫛歯状電極であってもよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
駆動用可動電極部４１及び駆動用固定電極部４２は、図示しない電源に電気的に接続されている。駆動用可動電極部４１及び駆動用固定電極部４２に電圧が印加されると、駆動用可動電極部４１と駆動用固定電極部４２との間に静電力を発生させることができる。これにより、第１バネ部３０をＸ軸に沿って伸縮させることができ、振動体２０をＸ軸に沿って振動させることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
図示されるように、第１バネ構造部３１は、Ｘ軸に沿う方向に延出し、Ｙ軸方向に往復しながらＸ軸方向に延出する形状（蛇行形状）を有している折り畳みビーム型のバネ構造（ｆｏｌｄｅｄ  ｂｅａｍ  ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）であってもよい。具体的には、図４（Ａ）に示すように、第１バネ構造部３１は、Ｙ軸方向に延出する延出部３１ａとＸ軸方向に延出する延出部３１ｂとが交互に連続するバネ構造を有していてもよい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
このようなデバイスにおいて、まず、第１バネ構造部３１の幅Ｗ１は、第２バネ構造部３７の幅Ｗ２よりも小さくなるように設計することができる。このような場合、シリコン材料の剛性等やパッケージ等のデザインルールを考慮し、第１バネ構造部３１の幅Ｗ１は、４分の１である１μｍまで小さくすることができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８５】
２．ジャイロセンサーの動作
次に、ジャイロセンサー１００の動作について、図面を参照しながら説明する。図５〜図８はジャイロセンサー１００の動作を模式的に説明するための図である。ここで、図５〜図８ではジャイロセンサー１００の形態でもって本発明に係るジャイロセンサーの動作を例示する。なお、図５〜図８では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示している。また、便宜上、図５〜図８では、ジャイロセンサー１００の各構成を、簡略化して図示している。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
３．実施例
次に、実施例に係るシミュレーション結果ついて説明する。シミュレーションは、有限要素法により振動周波数を算出した。本実施例に係るシミュレーションのベースモデルとして、図３に係るジャイロセンサー１００の形態のように第１バネ部３０が４つ、第２バネ部３６が２つ設けられ、振動体２０が音叉振動する駆動系を備えたモデルを採用した。構成部材の物性条件としては、ヤング率１３０．１８ＧＰａ、断面積５０μｍ２とした。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９７】
図１０は、実施例に係るシミュレーション結果を示す図である。横軸は周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は変位量（ｄＢｍ）である。図１０の上図の縦軸のスケールは、絶対値であり、下図の縦軸は、変位量を対数変換した対数スケールである。図１０に示されるように、実施例における同相モードと逆相モードの周波数の差Δｆは０．５５ｋＨｚであった。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０３】
本工程において、第１面１１上に駆動用固定電極部４２、検出用固定電極部５４等を形成し、駆動部４０、検出部５０を形成することができる。