(57)【要約】【課題】  循環する流体に生じるコリオリ力を利用することによって、小型化が図られ、感度が向上し、かつ、耐衝撃性が高められた角速度センサを提供する。【解決手段】  角速度センサは、電界共役流体（Electro-Conjugate Fluid＝ＥＣＦ）が循環する閉流路２と、ＥＣＦを循環させる駆動部としての正の電極および負の電極と、閉流路２の一部として設けられたダイヤフラム６および８と、ダイヤフラム６および８のひずみを検出するひずみ検出器１１および１３とを備えている。【選択図】        図３
2006153542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が循環する閉流路と、
前記流体を循環させる駆動部と、
前記閉流路の一部として設けられたダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムのひずみを検出するひずみ検出器とを備えた、角速度センサ。
【請求項２】
前記駆動部が正の電極と負の電極とを有し、
前記流体が前記正の電極と前記負の電極との間に生じる電界によって移動する電気感応流体である、請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項３】
前記電気感応流体が電界共役流体（Electro-Conjugate Fluid＝ＥＣＦ）である、請求項２に記載の角速度センサ。
【請求項４】
前記ダイヤフラムの厚さが、その全体にわたってほぼ一定である、請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項５】
前記閉流路は、第１の部材に形成された溝と第２の部材に形成された溝とによって形成された、請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項６】
前記ダイヤフラムは、少なくとも一対のダイヤフラム部を有し、
前記一対のダイヤフラム部は、流体に生じるコリオリ力によって変形するときに、閉流路内の流体の体積の変化がないように、その位置、形状、および大きさが決定されている、請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項７】
前記閉流路の平断面は、全てが曲線部からなる形状であるか、または、曲線部と直線部とが連続的に接続された形状である、請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項８】
前記閉流路を形作る部材としてシリコンが用いられた、請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項９】
前記閉流路の横断面が、前記閉流路の全周にわたって、略同一の形状である、請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項１０】
前記閉流路を形作る部材としてＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板が用いられ、
前記ダイヤフラムが前記ＳＯＩの絶縁部を含む、請求項１に記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジャイロ方式の角速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ジャイロセンサは、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラの手ぶれ検知および自動車等の運動検知をはじめとして、ロボット技術およびバーチャルリアリテイ技術等にも用いられ、その用途は益々拡大してきている。一方、携帯電話等に代表されるモバイル機器には、小型カメラおよびそのズーム機構が搭載されるようになっている。今後、携帯電話用カメラに手ぶれ補正機構が搭載されることも考えられる。
【０００３】
携帯電話用センサは、動画または静止画とを撮影するＣＣＤカメラのセンサに比較して、小型でありかつ落下時の衝撃に耐え得る程度の高い耐衝撃性を有していることが必要である。
【０００４】
従来の携帯電話用センサにおいては、１軸周りの角速度を検知するセンサが複数個設けられている。しかしながら、携帯電話用センサの小型化のためには、前述の複数個のセンサを一体化することが必要である。そのため、たとえば、特開平１１−６７３３号公報に開示されているように、多数の回転中心軸のそれぞれに関する角速度を検知すること可能なジャイロセンサが考案されている。このジャイロセンサにおいては、ＥＨＤ（Elector Hydro Dynamic）流体がリング状の閉流路内に封入されている。ＥＨＤ流体には外部から電圧が印加される。それによって、ＥＨＤ流体が閉流路内を循環する。そのため、ＥＨＤ流体にコリオリ力が生じる。このコリオリ力によってリング状の閉流路が傾く。その傾きを計測することによって、角速度が得られる。
【０００５】
一方、特開平１１−１２４５２５号公報（インクジェット記録装置）、特開平１１−２１５８６８号公報（マイクロモータ）、および特開２００４−９６８９０号公報（流体駆動モータ）には、ＥＣＦ（Electro-Conjugate Fluid：電界共役流体）に関する技術が開示されている。ＥＣＦはＥＨＤ流体と同様な電気感応流体である。ＥＣＦとして用いられる流体は、デカン二酸ジブチル等、約４０種類存在する。前述の特許文献には、ＥＣＦはがＥＨＤ流体よりも低い電圧でかつ速い速度（たおえば、５ｋＶで１ｍ／ｓの流速）で駆動されることが開示されている。
【特許文献１】特開平１１−６７３３号公報
【特許文献２】特開平１１−１２４５２５号公報
【特許文献３】特開平１１−２１５８６８号公報
【特許文献４】特開２００４−９６８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特開平１１−６７３３号公報に示される角速度センサによれば、リング状の閉流路が傾くようにリング状の閉流路の中心点が１本の梁で支えられている。そのため、前述の角速度センサは、落下等によって衝撃を受けると、梁が破損してしまうという問題を有している。また、ＥＨＤ流体に数十ｋＶの電圧が印加されても、ＥＨＤ流体は、閉流路内を数十ｃｍ／ｓ程度の流速でしか循環できない。つまり、ＥＨＤ流体の流速が遅い。そのため、ＥＨＤ流体に生じるコリオリ力は小さい。したがって、前述の角速度センサの感度は低い。角速度センサの感度を向上させるためには、リング状の閉流路を支えている支柱を長くしなければならない。支柱が長くなると、角速度センサの耐衝撃性が低くなる。つまり、特開平１１−６７３３公報に開示された角速度センサでは、小型、高感度、および、高耐衝撃性の３つの条件を満足させることはできない。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、小型化され、感度が高く、かつ高い耐衝撃性を有する角速度センサを提供することである。
【０００８】
また、上記の特開平１１−１２４５２５号公報（インクジェット記録装置）、特開平１１−２１５８６８号公報（マイクロモータ）、および特開２００４−９６８９０号公報（流体駆動モータ）に開示されている角角度センサにおいては、ＥＣＦが大きく加速されることが直接利用されているが、本発明は、ＥＣＦが大きく加速されることを利用して、二次的に生じるコリオリ力の増大を図っている。したがって、本発明は、特開平１１−１２４５２５号公報（インクジェット記録装置）、特開平１１−２１５８６８号公報（マイクロモータ）、および特開２００４−９６８９０号公報（流体駆動モータ）とは異なった新しいＥＣＦの利用法を提示するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の角速度センサは、流体が循環する閉流路と、流体を循環させる駆動部と、閉流路の一部として設けられたダイヤフラムと、ダイヤフラムのひずみを検出するひずみ検出器とを備えている。この構成によれば、流体に生じるコリオリ力をひずみ検出器によって検出して角速度を測定することができる。そのため、従来技術で説明したようなリング状の閉流路の中心点を支える梁を設ける角速度センサおよびコリオリ力を利用しない角速度センサとの比較において、小型で、感度が高く、かつ高い耐衝撃性を有する角速度センサを形成することが可能になる。
【００１０】
また、角速度センサが正の電極と負の電極とを有し、流体が正の電極と負の電極との間に生じる電界によって移動する電気感応流体であることが望ましい。この構成によれば、ポンプなどの角速度センサの外部に設けられる駆動装置が不要となるため、より一層小型化された角速度センサを形成することが可能になる。
【００１１】
また、電気感応流体が電界共役流体（Electro-Conjugate Fluid＝ＥＣＦ）であることが望ましい。これによれば、ＥＨＤ（Elector Hydro Dynamic）流体よりも低い電圧で、閉流路内において大きな速度で流体を循環させることができる。そのため、駆動部に印加される電圧が低い場合にも、流体に生じるコリオリ力を大きくすることができる。その結果、省電力化が図られ、かつ、高い感度を有する角速度センサを得ることができる。
【００１２】
また、ダイヤフラムの厚さが、その全体にわたってほぼ一定であることが望ましい。厚さがその全体にわたってほぼ一定なダイヤフラムにコリオリ力が作用する場合、厚さが不均一なダイヤフラムを有する角速度センサよりも感度の高い角速度センサを得ることができる。
【００１３】
また、閉流路は、第１の部材に形成された溝と第２の部材に形成された溝とによって形成されていることが望ましい。この構成によれば、第１の部材および第２の部材をそれぞれ別個に形成した後、第１の部材と第２の部材とを貼り合わせることによって閉流路を形成することができるため、閉流路を加工することが容易になる。また、第１の部材の溝と第２の部材の溝とを同時に形成することができるため、閉流路の形成時間の短縮を図ることが可能となる。
【００１４】
また、ダイヤフラムは、少なくとも一対のダイヤフラム部を有し、一対のダイヤフラム部は、流体に生じるコリオリ力によって変形するときに、閉流路内の流体の体積の変化がないように、その位置、形状、および大きさが決定されていることが望ましい。この構成によれば、流体に生じるコリオリ力に起因してダイヤフラムが変形しても、閉流路内の流体の体積は変化しない。したがって、流体に生じるコリオリ力が、流体を圧縮または膨張させるために使われることはない。つまり、流体に生じたコリオリ力の全てがダイヤフラムの変形だけのために作用する。その結果、角速度センサの感度がより一層向上する。
【００１５】
また、閉流路の平断面は、全てが曲線部からなる構造であるか、または、曲線部と直線部とが連続的に接続された形状であることが望ましい。この構成によれば、平断面において屈曲部がない閉流路が形成されるため、屈曲部において生じる流体の剥離の発生を抑制することできる。その結果、流体の流れが安定するため、角速度センサの出力が安定する
また、閉流路を形作る部材としてシリコンが用いられることが望ましい。この構成によれば、マイクロマシンニング技術等を使用することができるため、薄型化されかつ小型化された角速度センサを得ることができる
また、閉流路の横断面が、閉流路の全周にわたって、略同一の形状であることが望ましい。この構成によれば、閉流路の横断面がその全周にわたって急激に大きくなったり小さくなったりする部分がない。そのため、閉流路内での流体の圧力損失の発生が抑制される。その結果、閉流路の横断面が急激に大きくなったり小さくなったりする部分を有する閉流路を備えた角速度センサの感度に比較して高い感度を有する角速度センサを得ることができる。
【００１６】
また、閉流路を形作る部材としてＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板が用いられ、ダイヤフラムがＳＯＩの絶縁部を含んでいることが望ましい。この構成によれば、ダイヤフラムを形成する工程においてＳＯＩ基板の絶縁部をエッチングストッパ層として用いることが可能になる。そのため、ダイヤフラムの形成のためにエッチングストッパ層を別途形成する必要がない。したがって、角速度センサの製造プロセスの簡略化を図ることが可能になる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、小型化され、感度が高く、かつ高い耐衝撃性を有する角速度センサが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態の角速度センサを説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
まず、図１〜図４を用いて、実施の形態１の角速度センサを説明する。
【００２０】
図１を用いて、本実施の形態の角速度センサを構成する本発明の第１の部材１を説明する。図１には、第１の部材１の上面が示されている。第１の部材１は、閉流路２を構成する溝を有している。この溝は、正方形の４つの辺のそれぞれに沿うように形成されている。
【００２１】
また、第１の部材１は、シリコン基板からなっている。閉流路２を構成する溝は、シリコン基板をフォトエッチング工程で加工することによって形成されている。第１の部材１の閉流路２を構成する溝の中には、正電極３および負電極４が形成されている。一対の正電極３および負電極４は、フォトエッチング工程およびメッキ工程などを用いて形成されている。
【００２２】
閉流路２を構成する溝の底面には、正電極３と負電極４との間の絶縁性を保持するための絶縁層（図示せず）が設けられている。つまり、正電極３および負電極４は、絶縁層の上に形成されている。その絶縁層の形成方法としては、絶縁材料を閉流路２を構成する溝の底面に塗布して硬化させる方法、および、絶縁材料をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって閉流路２を構成する溝の底面に堆積させる方法等がある。また、正電極３および負電極４のそれぞれは、図示しない電源に接続されており、その電源によって両電極間に直流電圧が印加される。
【００２３】
図２を用いて、本発明の第２の部材９を説明する。図２には、第２の部材９の上面が示されている。第２の部材９は、シリコン材料がフォトエッチングで加工されたものである。第２の部材９の上面には、ダイヤフラム５、６、７、および８が形成されている。ダイヤフラム５、６、７、および８のフラットな上面には、たとえば、圧電材料、ひずみケージ、またはコンデンサ等が用いられたひずみ検出器１０、１１、１２、および１３が設けられている。このひずみ検出器１０、１１、１２、および１３は、それぞれ、ダイヤフラム５、６、７、および８のひずみを検出し、そのひずみの大きさを電圧等に変換して出力することができ、図示しない増幅回路に接続されている。
【００２４】
ダイヤフラム５、６、７、および８の形成方法としては、イオン注入法または熱拡散法などが用いられる。その方法では、まず、シリコン基板の表面層にボロンまたはリンがドープされ、それによって、ボロン（Ｂ）層またはリン（Ｐ）層が形成される。その後、ボロン層またはリン層をエッチングストッパ層として用いて、フォトリソグラフィ法により所定の部位をエッチングすることによって、ダイヤフラム５、６、７、および８としての薄肉部が形成される。つまり、ボロン層またはリン層からなるエッチングストッパ層が、その上部がエッチングによって除去された後、ダイヤフラム５、６、７、および８として残存する。
【００２５】
図３は、第１の部材１と第２の部材９とが接合された状態を示す図であり、図１および図２のそれぞれのＩＩＩ−ＩＩＩ線断面が組み合わされた図である。図３に示すように、第２の部材９に形成されたダイヤフラム５、６、７、および８のそれぞれと、第１の部材１に形成された閉流路２を構成する溝とは、互いの中心軸（たとえば、Ｃ１，Ｃ２）が一致するように、対向している。第１の部材１と第２の部材９との接合方法としては、接着剤による接合方法、陽極接合法、および低融点ガラスを用いた接合方法などが挙げられる。
【００２６】
図３に示すような接合体の閉流路２内には、電気感応流体１４が充填されている。電気感応流体の充填方法としては、たとえば、次のようなものがある。まず、角速度センサの閉流路２と外気とを連通する導入口（図示せず）が形成される。次に、その導入口を介して閉流路２内の真空引きを行なう。その後、導入口に蓋がされる。続いて、容器内の大気圧下の状態または加圧された状態の電気感応流体１４内に、前述の導入口を有する図３に示す構造の角速度センサが浸される。次に、電気感応流体１４内に図３に示す構造の角速度センサが浸された状態で、導入口の蓋がはずされる。それにより、閉流路２の内部と外部との圧力差に起因して、電気感応流体１４が導入口を介して閉流路２内に自動的に充填される。
【００２７】
また、単に導入口から注射器のような加圧装置を用いて電気感応流体１４を閉流路２内へ注入する方法もある。この方法においては、電気感応流体１４が閉流路２内に充填された後、導入口が樹脂等で閉ざされる。
【００２８】
前述のような閉流路２内に電気感応流体１４を充填された状態で、正電極３と負電極４との間の電気感応流体１４に電圧が印加されると、電気感応流体１４は、その特性のために、閉流路２内を図１の白抜き矢印で示す方向に流れる。図３においては、記号で示すように、電気感応流体１４は、右側の閉流路２では紙面に垂直に向かっていく方向に流れ、左側の閉流路２では紙面から垂直に向かってくる方向に流れる。つまり、閉流路２内で電気感応流体１４が循環する。なお、図１では、１対の正電極３および負電極４が示されているが、複数対の正電極および負電極が閉流路２内に設けられていてもよい。
【００２９】
閉流路２内において電気感応流体１４が循環しているときには、図１および図２に示すように、ω0の角速度でＺ軸周りに図３に示す構造が回転すると、図３に示すように、コリオリ力Ｆ１が電気感応流体１４からダイヤフラム６に向かって作用し、コリオリ力Ｆ１とは逆向きにコリオリ力Ｆ２がダイヤフラム８から電気感応流体１４に向かって作用する。一般に、コリオリ力Ｆは、次に示す式（１）を用いて算出される。
【００３０】
Ｆ＝２×ｍ×ｖ×ω…（１）式
ここで、Ｆは電気感応流体１４に生じるコリオリ力であり、ｍは電気感応流体１４の単位時間当たりの流動質量であり、ｖは電気感応流体１４の速度であり、ωは角速度センサの角速度である。
【００３１】
また、閉流路２の横断面の面積が同じであれば、流速および流量が等しいため、コリオリ力Ｆ１とコリオリ力Ｆ２とは、その大きさが同一でありかつその向きが逆である。
【００３２】
したがって、図３において、右側のダイヤフラム６は上に押し上げられるように変形し、左側のダイヤフラム８は押し下げられるように変形する。この時、閉流路２全体の体積はダイヤフラム６および８の変形前の体積と同一であるため、コリオリ力Ｆ１およびＦ２は、それぞれ、そのままの大きさで、すなわち、低減されることなく、ダイヤフラム６および８に作用する。
【００３３】
仮に、ダイヤフラム６が設けられておらず、ダイヤフラム８だけが設けられた角速度センサが製造されたとする。この仮定の角速度センサにおいては、ダイヤフラム８だけがコリオリ力で変形しようとする。一方、閉流路２のダイヤフラム８以外の部分は、薄肉部ではないため、ほとんど変形しない。そのため、仮定の角速度センサにおける本実施の形態の角速度センサのダイヤフラム８に生じるコリオリ力Ｆ２は、電気感応流体１４を圧縮するように作用する。つまり、コリオリ力Ｆ２は、ダイヤフラム８を変形させるためのみならず、ダイヤフラム８を圧縮するためにも用いられる。したがって、仮定の角速度センサのダイヤフラム８の変形量は、ダイヤフラム６および８の双方を有する本実施の形態の角速度センサのダイヤフラム８の変形量に比較して、小さくなる。その結果、仮定の角速度センサは、ダイヤフラム６および８の双方を有する本実施の形態の角速度センサに比較して、感度が低くなってしまう。
【００３４】
したがって、ダイヤフラム６および８の双方が設けられた図３に示す本実施の形態の角速度センサのように、図１および図２に示すように、閉流路２を上面側から見たときに、閉流路２を構成する四角形の一方の対向する２辺の中心軸Ｘに対して対称にダイヤフラム６および８を設けることが望ましい。そのため、ダイヤフラム６とダイヤフラム８とが中心軸Ｘに対して鏡面対称になるように、ダイヤフラム６およびダイヤフラム８のそれぞれの形状、大きさ、および位置が決定されている。また、同様の観点から、図１および図２に示すように、閉流路２を上面側から見たときに、閉流路２を構成する正方形の他方の対向する２辺の中心軸Ｚに対して対称にダイヤフラム５および７を設けることが望ましい。そのため、ダイヤフラム５とダイヤフラム７とが中心軸Ｘに対して鏡面対称になるように、ダイヤフラム５およびダイヤフラム７のそれぞれの形状、大きさ、および位置が決定されている。
【００３５】
また、図４は、図３に示す構造の右半分の構造に対応する構造だけを示す図であり、図３の構造とは異なった構造によって、図３の構造によって得られる効果と同様の効果を得ることができることを説明するための図である。図４に示角速度センサにおいては、閉流路２の上側および下側に、それぞれ、ダイヤフラム６および１８が設けられている。ダイヤフラム６および１８の上には、それぞれ、ひずみ検出器１１および３３が設けられている。
【００３６】
図４に示す構造の角速度センサにおいては、ダイヤフラム６および１８に、それぞれ、大きさが同一でありかつ同じ向きの力が作用する。ただし、ダイヤフラム６とダイヤフラム８とは、電気感応流体１４を介して対向するように設けられているため、ダイヤフラム６が閉流路２の内側から外側へ向かうコリオリ力Ｆ１を受けると、ダイヤフラム１８は閉流路２の外側から内側へ向かうコリオリ力Ｆ１を受ける。そのため、ダイヤフラム６および１８の変形後の閉流路２の全体の体積は、ダイヤフラム６および１８の変形前の閉流路２の全体の体積と同一である。そのため、図４に示す角速度センサは、図３に示す角速度センサと同様に、閉流路２内の流体に生じるコリオリ力をそのままの大きさでダイヤフラム６および１８に作用させることができる。
【００３７】
図１に示す角速度センサのＺ軸周りに角速度ω0が作用した時、ダイヤフラム６および８には互いに逆向きで同じ大きさのコリオリ力が作用するため、コリオリ力に応じてダイヤフラム６および８が撓みかつ歪む。この時、ダイヤフラム６および８上に設けられたひずみ検出器１１および１３によって電気感応流体１４に生じたコリオリ力に応じたひずみが検出される。そのため、角速度ω0が算出される。一方、ダイヤフラム５および７は、コリオリ力が作用していないため、何ら変化していない。
【００３８】
次に、図１に示すＸ軸周りに角速度ω1で角速度センサが回転するような力が作用した場合には、前述のように、Ｘ軸に対して対称にダイヤフラム５とタイヤフラム７とが設けられていれば、ダイヤフラム５および７に、それぞれ、逆向きでかつ同一の大きさのコリオリ力が作用する。したがって、Ｚ軸周りの角速度ω0が生じる場合と同様の原理で、ダイヤフラム５および７のひずみから角速度ω1を算出することができる。この時、ダイヤフラム６および８にはコリオリ力が作用していない。このようにしてＸ軸およびＺ軸のそれぞれの軸周りの角速度が測定される。
【００３９】
図３に示す角速度センサの製造方法においては、第１の部材１と第２の部材９とがそれぞれ別個に形成される。その後、第１の部材１に形成された溝と第２の部材９に形成された溝とが対応するように、第１の部材１の上面と第２の部材９の下面とが貼り合わせられ、それにより、２つの溝によって構成される閉流路２が形成される。
【００４０】
この製法により閉流路２を形成すると、閉流路２のシリコン基板への加工が容易になるとともに、第１の部材および第２の部材を同時に形成することができるため、角速度センサの製造時間の短縮を図ることが可能になる。
【００４１】
図４に示す角速度センサの製造方法においては、まず、第１の部材１にひずみ検出器３３を形成する。その後、第１の部材１および第２の部材９のそれぞれをエッチング加工することによって、それぞれに溝を形成する。次に、第１の部材に形成された溝と第２の部材９に形成された溝とが対応するように、第１の部材１の上面と第２の部材９の下面と貼り合わせることによって、閉流路２を形成する。このような図４に示す角速度センサによっても、ダイヤフラム６が変形したとき、ダイヤフラム１８も同じ大きさの変形をするため、ダイヤフラム６および１８の変形の前後で閉流路２全体の容積、すなわち電気感応流体１４の体積の変化がない。そのため、図４に示す角速度センサによっても、コリオリ力をそのままの大きさで、ダイヤフラム６および１８に作用させることができる。
【００４２】
前述の図３に示す構造においては、閉流路２の横断面の輪郭が複数の直線部のみからなり、閉流路２の内面が複数のフラットな面によって構成されている。しかしながら、図５に示すように、閉流路２５の内面は、フラットな面１９と曲面２５とによって構成されていてもよい。この場合、フラットな面１９上にダイヤフラム２０，２１が設けられる。また、ダイヤフラム２０，２１は、第２の部材９の一部であって、外側に向かう開放端を有する溝２４，２６の底面部である。また、ダイヤフラム２０，２１の上にはひずみ検出器２２，２３が設けられている。図５に示す構造によっても、図１〜図４に示す構造の角速度センサによって得られる効果と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
だだし、たとえば、閉流路の横断面が円形である場合には、ダイヤフラムは、その横断面の幅方向における厚みが一定ではない。そのため、ダイヤフラムが撓み難くなる。その結果、角速度センサの感度が低くなる。
【００４４】
したがって、閉流路２の横断面は、図５に示すように、ダイヤフラム２０，２１が撓み易いように、直線部を有する形状であり、その直線部を含むフラットな面１９に沿って延びる平板状のダイヤフラム２０，２１が形成されていることが望ましい。この構成によれば、ダイヤフラム２０，２１のそれぞれの厚さは、閉流路２の横断面の幅方向においてほぼ一定である。
【００４５】
また、閉流路２内の横断面の形状および大きさが位置によって異なっていると、その閉流路２の横断面の形状の変化によって、閉流路２内を流れる電気感応流体１４の圧力損失が大きくなる。この場合には、閉流路２の横断面がその全周にわたって略同一形状である角速度センサに比較して、電気感応流体１４の流量が減少し、角速度センサの感度が悪くなる。したがって、閉流路２の横断面は、閉流路の全周にわたって略同一の形状であることが望ましい。つまり、ダイヤフラム２０および２１が設けられる位置の閉流路２の横断面の形状は、ダイヤフラム２０および２１が設けられていない位置の断面形状と同一であることが望ましい。具体的には、図５に示すように、第２の部材９は、その横断面の形状が矩形であり、上面から所定の深さまで至る溝を有していることが望ましい。この場合、第２の部材９の溝の底面部が、薄肉のダイヤフラム２１および２２に相当する。
【００４６】
また、図１に示すように、閉流路２が平面的見て長方形のそれぞれの辺に沿って設けられている場合、長方形の４つの角部で流体に圧力損失が生じる。このような圧力損失が生じれば、流体は、剥離現象によって、その流れが不安定になる。その結果、流体に圧力変動が生じる。流体に圧力変動が生じれば、ダイヤフラム２１，２２の変形量がばらつく。したがって、ひすみ検出器で検出される角速度の値もばらつく。つまり、角速度センサの感度が悪くなる。
【００４７】
一方、図６に示すように、閉流路２の平断面における輪郭の全周が曲線部３１からなっていれば、すなわち閉流路２が角部を有していなければ、流体の剥離を抑制することができる。その結果、流体が安定して流れるため、流体の圧力変動の発生が抑制される。特に、図６に示すように、平断面における閉流路２の形状が２つの同心円の間の領域によって表わされる形状であれば、いずれの位置においても流れの状態は均一であるため、角速度センサの感度が良好になる。
【００４８】
したがって、閉流路２の平断面の形状は、図６に示すように、閉流路２の全周にわたって曲線３１のみで構成された形状であることが望ましい。また、閉流路２の平断面は２つの同心円の間の領域によって表わされる形状であることが最も望ましい。ただし、図７に示すように、平断面にける閉流路２の輪郭が直線部３３と曲線部３２とが連続的に接続された形状であれば、前述の流体の剥離現象に起因する流体の圧力変動の発生を抑制することによって角速度センサの感度を向上させることは可能である。
【００４９】
以上、小型のためにシリコン基板を用いて角速度センサを形成する手法を説明したが、特に大きさが限定されていない場合には、前述の図１〜図７に示す構造を有する角速度センサの溝等を切削加工等によって形成することも可能である。また、小型化が必要とされていない場合には、ポンプなどの駆動手段を用いて閉流路内の流体を駆動する手法が用いられてもよい。
【００５０】
なお、本実施の形態においては、電気感応流体としてＥＨＤ流体が用いられているが、ＥＨＤ流体よりも低い電圧でかつ大きな速度(たとえば、５ｋＶで１ｍ／ｓの流速)で移動するＥＣＦが存在する。ＥＣＦが前述の電気感応流体として用いられれば、低い電圧で流動質量ｍおよび流速ｖの双方を増加させることができる。また、コリオリ力は、前述の式（１）式で示されるように、質量ｍと流速ｖとの積である。したがって、ＥＣＦを用いることによって、角速度センサの感度を相乗的に向上させることができる。
【００５１】
次に、図８を用いて、ＳＯＩ基板を用いて形成された角速度センサを説明する。
【００５２】
図８に示されていない正電極および負電極の配置は、図１に示す角速度センサの配置と同様である。図８において、角速度センサは、第１の部材４２と第２の部材４８とによって構成されており、第１の部材４２には横断面が矩形の溝４４が形成されている。この溝４４は、図１に示す閉流路２と同様に、流体が循環する閉流路を構成する。
【００５３】
一方、第２の部材４８はＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板であり、第２の部材４８においては、シリコン酸化膜４１がシリコン基板４３とシリコン基板４７によって挟まれている。したがって、フォトエッチング工程でＳＯＩ基板に溝４５を形成するときに、シリコン酸化膜４１をエッチングストッパ層として使用することが可能となる。したがって、シリコン基板にエッチングストッパ層を設けるためにボロンまたはリンをドープする前述の工程が不要になる。そのため、ＳＯＩ基板を用いれば、溝４５を簡単に形成することができる。
【００５４】
また、図８においては、シリコン酸化膜４１の上にひずみ検出器４６が形成されている。また、シリコン基板４７のうち閉流路２内の電気感応流体と接触する部分は、ダイヤフラムとして機能する。また、シリコン酸化膜４１上に、塗布または接着によって、ひずみ検出器４６が取り付けられている。
【００５５】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】実施の形態の角速度センサの第１の部材を示す上面図である。
【図２】実施の形態の角速度センサの第２の部材を示す上面図である。
【図３】実施の形態の角速度センサの第１の部材と第２の部材とが接合された状態を示す断面図である。
【図４】実施の形態の他の例の角速度センサを示す断面図である。
【図５】実施の形態の角速度センサの他の例の閉流路を示す断面図である。
【図６】実施の形態の角速度センサの他の例の閉流路を示す上面図である。
【図７】実施の形態の角速度センサの他の例の閉流路を示す上面図である。
【図８】ＳＯＩ基板を用いて形成された角速度センサを示す断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  第１の部材、２  閉流路、３  正電極、４  負電極、５，６，７，８，１８  ダイヤフラム、９  第２の部材、１０，１１，１２，１３，２２，２３，３３，４６  ひずみ検出器、１４  電気感応流体、１９  フラットな面、２０，２１  ダイヤフラム、２４，２６  溝、２５  曲面、３１，３２  曲線部、３３直線部、４１  シリコン酸化膜、４２  第１の部材、４３，４７  シリコン基板、４４，４５  溝、４８  第２の部材。
【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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