(57)【要約】  本発明のＭＥＭＳセンサ用モジュール、殊に振動駆動モジュールは、振動可能に支持され、振動方向に延在する可動電極と、この可動電極と略平行に配設され、前記振動方向に延在する固定電極と、前記可動電極の前記固定電極に対向する対向壁面上に前記振動方向に並設される複数の凸部と、前記固定電極の前記可動電極に対向する対向壁面上に前記可動電極の凸部と対向する複数の凸部とを有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動可能に支持され、振動方向に延在する可動電極と、
前記可動電極と略平行に配設され、前記振動方向に延在する固定電極と、
前記可動電極の前記固定電極に対向する対向壁面上に前記振動方向に並設される複数の凸部と、
前記固定電極の前記可動電極に対向する対向壁面上に前記可動電極の凸部と対向する複数の凸部と、
を有するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）センサ用モジュール。
【請求項２】
前記ＭＥＭＳセンサ用モジュールは、前記可動電極および固定電極間への電圧の印加によって前記振動方向への振動を発生する振動駆動モジュールである請求項１に記載のＭＥＭＳセンサ用モジュール。
【請求項３】
前記固定電極の凸部が、対向する前記可動電極の凸部に対して、前記振動の中心線に関して対称に前記振動方向にシフトしている請求項１または２に記載のＭＥＭＳセンサ用モジュール。
【請求項４】
前記可動電極は、前記固定電極の前記振動方向の両面に対向する一対の対向壁面を有し、前記一対の対向壁面に前記凸部が前記振動方向に関して対称に形成されている請求項１から３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ用モジュール。
【請求項５】
前記可動電極の凸部と前記固定電極の凸部との振動方向の平均重複長さが１μｍ以上１０μｍ以下である請求項１から４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ用モジュール。
【請求項６】
前記可動電極の凸部と前記固定電極の凸部との振動方向の平均非重複長さが１μｍ以上１０μｍ以下である請求項１から５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ用モジュール。
【請求項７】
前記可動電極の凸部及び前記固定電極の凸部の振動方向の平均長さが１μｍ以上２０μｍ以下である請求項１から６のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ用モジュール。
【請求項８】
前記可動電極の凸部の対向面又は前記固定電極の凸部の対向面が前記振動方向に対して傾斜している請求項１から７のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ用モジュール。
【請求項９】
前記可動電極の凸部の対向面及び前記固定電極の凸部の対向面の双方が前記振動方向に対して傾斜している請求項８に記載のＭＥＭＳセンサ用モジュール。
【請求項１０】
前記可動電極の凸部の対向面又は前記固定電極の凸部の対向面の前記振動方向に対する傾斜角が０．１度以上１５度以下である請求項８または９に記載のＭＥＭＳセンサ用モジュール。
【請求項１１】
前記固定電極の凸部が、対向する可動電極の凸部に対して前記振動方向にシフトしており、
傾斜している前記可動電極の凸部の対向面又は前記固定電極の凸部の対向面の法線が、対向する前記固定電極の凸部又は前記可動電極の凸部の中心側に傾斜している請求項８から１０のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ用モジュール。
【請求項１２】
前記可動電極の凸部の対向面と前記固定電極の凸部の対向面とが平行である請求項８から１１のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ用モジュール。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ用モジュールを備えるＭＥＭＳセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳセンサ用モジュール、振動駆動モジュール及びＭＥＭＳセンサに関する。
本願は、２０１３年６月１９日に、日本に出願された特願２０１３−１２８９６６号および特願２０１３−１２９００４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）と呼ばれる半導体製造技術を利用して形成した微細な機械要素を有する装置が開発されており、被測定体の角速度を検出するジャイロセンサや加速度センサとして実現されている。【０００３】
例えば、上述のジャイロセンサは、Ｘ−Ｙ方向に延在する基板上にＸ方向に振動可能に支持される振動駆動モジュール、この振動駆動モジュールに接続される移動体、この移動体にＹ方向に弾性変位可能に支持されＹ方向の変位量を検出する静電容量変化検出モジュール等を備えている。【０００４】
このようなジャイロセンサは、振動駆動モジュールによって移動体及び移動体に支持されている静電容量変化検出モジュールの可動電極をＸ方向に常時往復移動させておき、ジャイロセンサがＸ−Ｙ平面に垂直なＺ方向の軸を中心に回転したときに可動電極に作用するコリオリ力を可動電極のＹ方向の変位として検出する。静電容量変化検出モジュールの可動電極は、ジャイロセンサの向きの変化により作用するコリオリ力だけでなく、ジャイロセンサのＹ方向の速度変化によっても変位する。そこで、２つの静電容量変化検出モジュールの可動電極の変位の差分をとることでジャイロセンサに加えられたＹ方向の加速度を相殺し、ジャイロセンサのＸ−Ｙ平面上の向きの変化のみを検出する。【０００５】
このようなＭＥＭＳセンサに用いられる振動駆動モジュールにおいて、可動電極及び固定電極に、振動方向に互い違いに突出する突出部を設け、可動電極の櫛歯状電極を固定電極の櫛歯状電極間に交互に配置することで、駆動力を得、振幅および駆動力を増大させる技術が知られている（例えば特開２０１３−９６９５２号公報参照）。【０００６】
従来の振動駆動モジュールにおいて、可動電極を固定電極側に引き寄せるためには、電極間に存在する空気を電極の外側に排出又は電極間で圧縮する必要がある。このような空気の抵抗は微細なＭＥＭＳにおいては駆動力及び振幅を制限する大きな要因である。ＭＥＭＳセンサに駆動力及び振幅が不十分な振動駆動モジュールを用いると、角速度の十分な検出精度が得られないおそれがある。【０００７】
また、可動電極と固定電極との間の静電気力を用いて振動を発生する従来の振動駆動モジュールでは、可動電極が移動すると固定電極と可動電極との位置関係が変化する。このため、従来の振動駆動モジュールは、可動電極の位置に応じて駆動力が変化するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−９６９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、高性能なＭＥＭＳセンサ用モジュール、特に、駆動力及び振幅が大きい振動駆動モジュール及びこれを用いたＭＥＭＳセンサを提供することを目的とする。【００１０】
また、本発明は、安定性の良いＭＥＭＳセンサ用モジュール、特に、駆動力の変化が小さい振動駆動モジュール及びこれを用いたＭＥＭＳセンサを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のＭＥＭＳセンサ用モジュールは、振動可能に支持され、振動方向に延在する可動電極と、前記可動電極と略平行に配設され、前記振動方向に延在する固定電極と、前記可動電極の前記固定電極に対向する対向壁面上に前記振動方向に並設される複数の凸部と、前記固定電極の前記可動電極に対向する対向壁面上に前記可動電極の凸部と対向する複数の凸部とを有する。【００１２】
このＭＥＭＳセンサ用モジュールは、前記可動電極および固定電極間への電圧の印加によって前記振動方向への振動を発生する振動駆動モジュールであってもよい。また、前記固定電極の凸部が、対向する前記可動電極の凸部に対して、前記振動の中心線に関して対称に前記振動方向にシフトしていてもよい。【００１３】
この振動駆動モジュールでは、可動電極の凸部と固定電極の凸部とが振動方向にシフト（位置ずれ）しているので、両者の間に作用する静電気力が振動方向の成分を含む。これにより、可動電極がその中心軸に直交する方形断面の長さ方向に移動するので、この移動によって可動電極の凸部と固定電極の凸部との間の距離が大きく変化せず、可動電極と固定電極との間の空気を可動電極と固定電極との間から押し出す必要がない。従って、この振動駆動モジュールは、可動電極移動時の空気抵抗が小さいので、駆動力及び振幅を大きくできる。【００１４】
上記振動駆動モジュールにおいて、上記可動電極の凸部の対向面又は上記固定電極の凸部の対向面が振動方向に対して傾斜していてもよい。
この振動駆動モジュールでは、可動電極の凸部の対向面又は固定電極の凸部の対向面が振動方向に対して傾斜しているので、可動電極が振動方向に移動すると可動電極の凸部の対向面と上記固定電極の凸部の対向面との間の実効距離（静電ギャップ）が変化する。この振動駆動モジュールは、この静電ギャップの変化を用いて上記可動電極の凸部の対向面と上記固定電極の凸部の対向面との振動方向のずれに起因する振動方向の吸引力成分の変化を補充できる。このため、この振動駆動モジュールは、可動電極の変位に対する駆動力の変化を小さくできる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、上記振動駆動モジュールは、可動電極の空気抵抗が小さく動作時の駆動力及び振幅が大きい。このため、この振動駆動モジュールを用いたＭＥＭＳセンサは高精度である。【００１６】
また、上記振動駆動モジュールは、可動電極の変位に対する駆動力の変化が小さい。このため、この振動駆動モジュールを用いたＭＥＭＳセンサは高精度である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態の振動駆動モジュールを示す模式的平面図である。
【図２】図１の振動駆動モジュールのＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の振動駆動モジュールを用いたジャイロセンサを示す模式的平面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の振動駆動モジュールを示す模式的平面図である。
【図５】図４の振動駆動モジュールのＡ−Ａ線における断面図である。
【図６】図４の振動駆動モジュールの振動中心にある可動電極の凸部と固定電極の凸部との位置関係を拡大して示す模式的平面図である。
【図７】図４の振動駆動モジュールの変位した可動電極の凸部と固定電極の凸部との位置関係を拡大して示す模式的平面図である。
【図８】実施例２の振動駆動モジュールの可動電極の変位量と駆動力との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の第２の実施形態の振動駆動モジュールを用いたジャイロセンサを示す模式的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照しつつ本発明の第１の実施形態の振動駆動モジュールを詳説する。
【００１９】
［振動駆動モジュール］
図１及び図２の振動駆動モジュールは、Ｘ−Ｙ方向に延在する基板１の上に形成されており、Ｙ方向に並んで一体に形成されている３つの振動駆動ユニット２と、この振動駆動ユニット２のＸ方向両側に接続されている２つの弾性体３とを備える。
【００２０】
＜基板＞
基板１は、振動駆動ユニット２及び弾性体３を支持するベースであると共に、振動駆動ユニット２に電圧を印可するための電気回路が形成される。
【００２１】
基板１の材質としては、例えばシリコンを使用できる。
【００２２】
＜振動駆動ユニット＞
各振動駆動ユニット２は、Ｘ−Ｙ平面に対して直交したＺ軸方向の高さを有し、Ｘ方向に長手方向を有する長方形枠状の可動電極４と、可動電極４内で振動中心線Ｃに関してその長手方向に対称に配設された一対の第１及び第２の固定電極５ｆおよび５ｓとを備える。この振動駆動ユニット２は、可動電極４と固定電極５ｆおよび５ｓとの間へ電圧を印加することにより、可動電極４のＸ方向への振動を生じさせる。
【００２３】
（可動電極）
可動電極４は、３組の対向する長手方向（長辺方向）の内壁を有する。これらの長手方向の内壁には、振動方向（Ｘ方向）に振動中心線Ｃに関して対称となるよう配設され、Ｚ軸と略平行な複数の凸部６ｆおよび６ｓが形成されている。凸部６ｆは第１の固定電極５ｆに対向し、凸部６ｓは第２の固定電極５ｓに対向する。可動電極４は、基板１との間に隙間を有するように一体に形成され、一対の弾性体３によって支持されている。
【００２４】
このように、可動電極４の凸部は、長方形枠状の一対の長辺方向の内壁に対称に形成されている。したがって、両面に凸部を設けた固定電極を可動電極の内壁の内側に配設することで、固定電極の両面に発生する静電気力の合力によって可動電極を振動させることができる。
【００２５】
可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓの振動方向の平均長さの下限としては、１μｍが好ましく、４μｍがより好ましい。可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓの振動方向の平均長さが上記下限値未満の場合、振動方向に強い静電気力を発生できる範囲が狭く、駆動力及び振幅が不十分になるおそれがある。一方、可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓの振動方向の平均長さの上限としては、２０μｍが好ましく、１５μｍがより好ましい。上記可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓの振動方向の平均長さが上記上限値を超える場合、面積効率が低下するので振動駆動モジュールの駆動力が不十分になったり、振動駆動モジュールが不必要に大型化するおそれがある。
【００２６】
可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓの振動方向の間隔（隙間）の下限としては、凸部６ｆおよび６ｓの振動方向の平均長さの１／２が好ましく、凸部６ｆおよび６ｓの振動方向の平均長さの３／４がより好ましい。可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓの振動方向の間隔が上記下限値未満の場合、隣接する凸部６ｆおよび６ｓが互いに干渉して振動駆動モジュールの駆動力及び振幅が不十分になるおそれがある。一方、上記可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓの振動方向の間隔の上限としては、凸部６ｆおよび６ｓの振動方向の平均長さの２倍が好ましく、凸部６ｆおよび６ｓの振動方向の平均長さの３／２がより好ましい。上記可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓの振動方向の間隔が上記上限値を超える場合、面積効率が低下するので振動駆動モジュールの駆動力が不十分になったり、振動駆動モジュールが不必要に大型化するおそれがある。
【００２７】
上記可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓの平均突出長さ（Ｙ方向の長さ）の下限としては、１μｍが好ましく、２μｍがより好ましい。可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓの平均突出長さが上記下限値未満の場合、可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓの間の凹部が固定電極５ｆおよび５ｓとの間に電界を形成し、凸部６ｆおよび６ｓが形成する電界に干渉することによって、振動駆動モジュールの駆動力及び振幅が不十分になるおそれがある。一方、可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓの平均突出長さの上限としては、２０μｍが好ましく１０μｍがより好ましい。上記可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓの平均突出長さが上記上限値を超える場合、振動駆動モジュールがＹ方向に不必要に大型化するおそれがある。
【００２８】
可動電極４の材質としては、例えばシリコンを使用できる。
【００２９】
（固定電極）
第１および第２の固定電極５ｆおよび５ｓは、基板１上に固定形成されている。また、固定電極５ｆおよび５ｓは、それぞれ、その両面に可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓに対向するように形成された複数の凸部７ｆおよび７ｓを有する。凸部７ｆおよび７ｓの間は、可動電極４から離間した薄板状に形成されている。固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓは、可動電極４の長手方向の内壁に平行な面に対してＹ軸方向に突出している。凸部７ｆおよび７ｓは、振動中心線Ｃに関して対称に形成され、さらに、可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓに対し、それぞれ振動方向振動中心Ｃ側に一定量シフトするように形成されている。
【００３０】
上記固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓの振動方向の平均長さの下限としては、１μｍが好ましく、４μｍがより好ましい。上記固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓの振動方向の平均長さが上記下限値未満の場合、振動方向に強い静電気力を発生できる範囲が狭く、駆動力及び振幅が不十分になるおそれがある。一方、上記固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓの振動方向の平均長さの上限としては、２０μｍが好ましく、１０μｍがより好ましい。上記固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓの振動方向の平均長さが上記上限値を超える場合、面積効率が低下するので振動駆動モジュールの駆動力が不十分になったり振動駆動モジュールが不必要に大型化するおそれがある。
【００３１】
上記のとおり、可動電極の凸部及び上記固定電極の凸部の振動方向の平均長さとしては１μｍ以上２０μｍ以下が好ましい。可動電極の凸部及び固定電極の凸部がこのような振動方向の平均長さを有することで、隣接する凸部との干渉を避けつつ凸部を高密度に配設でき、振動駆動モジュールの駆動力を増大でき、振動駆動モジュールを小型化できる。
【００３２】
固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓの振動方向の間隔（隙間）の下限としては、凸部７ｆおよび７ｓの振動方向の平均長さの１／２が好ましく、凸部７ｆおよび７ｓの振動方向の平均長さの３／４がより好ましい。固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓの振動方向の間隔が上記下限値未満の場合、隣接する凸部７ｆおよび７ｓが互いに干渉して振動駆動モジュールの駆動力及び振幅が不十分になるおそれがある。一方、固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓの振動方向の間隔の上限としては、凸部７ｆおよび７ｓの振動方向の平均長さの２倍が好ましく、凸部７ｆおよび７ｓの振動方向の平均長さの３／２がより好ましい。固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓの振動方向の間隔が上記上限値を超える場合、面積効率が低下するので振動駆動モジュールの駆動力が不十分になったり振動駆動モジュールが不必要に大型化するおそれがある。
【００３３】
固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓの平均突出長さ（Ｙ方向の長さ）の下限としては、１μｍが好ましく、２μｍがより好ましい。固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓの平均突出長さが上記下限値未満の場合、固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓの間の凹部が可動電極４との間に電界を形成し、凸部７ｆおよび７ｓが形成する電界に干渉することによって、振動駆動モジュールの駆動力及び振幅が不十分になるおそれがある。一方、固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓの平均突出長さの上限としては、２０μｍが好ましく、１０μｍがより好ましい。固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓの平均突出長さが上記上限値を超える場合、振動駆動モジュールがＹ方向に不必要に大型化するおそれがある。
【００３４】
可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓと固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓとの振動方向の平均重複長さＬ１の下限としては、１μｍが好ましく、２μｍがより好ましい。可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓと固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓとの振動方向の平均重複長さＬ１が上記下限値未満の場合、可動電極４の振動時に可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓと固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓとが離間して振動駆動モジュールの駆動力及び振幅が不十分になるおそれがある。一方、可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓと固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓとの振動方向の平均重複長さＬ１の上限としては、１０μｍが好ましく、８μｍがより好ましい。可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓと固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓとの振動方向の平均重複長さＬ１が上記上限値を超える場合、振動駆動モジュールが振動方向に不必要に大型化するおそれがある。
【００３５】
上記のとおり、可動電極の凸部と固定電極の凸部との振動方向の平均重複長さとしては１μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。可動電極の凸部と固定電極の凸部との振動方向の平均重複長さが上記下限値未満である場合、可動電極が固定電極から離間する方向に移動したときに固定電極から離れ過ぎて十分な静電気力を発揮できず、駆動力が不十分になるおそれがある。一方、可動電極の凸部と固定電極の凸部との振動方向の平均重複長さが上記上限値を超える場合、両電極の間に形成される電界の向きの振動方向成分が相対的に小さくなるため、駆動力が不十分になるおそれがある。
【００３６】
可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓと固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓとの振動方向の平均非重複長さＬ２の下限としては、１μｍが好ましく、２μｍがより好ましい。可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓと固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓとの振動方向の平均非重複長さＬ２が上記下限値未満の場合、可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓと固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓとの間の静電気力の振動方向の成分が小さくなり、振動駆動モジュールの駆動力及び振幅が不十分になるおそれがある。一方、可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓと固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓとの振動方向の平均非重複長さＬ２の上限としては、１０μｍが好ましく、８μｍがより好ましい。可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓと固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓとの振動方向の平均非重複長さＬ２が上記上限値を超える場合、実質的に可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓと固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓとの間の距離が大きくなり、十分な静電気力を発揮できず、振動駆動モジュールの駆動力が不十分になる恐れがあると共に、振動駆動モジュールが振動方向に不必要に大型化するおそれがある。
【００３７】
なお、可動電極の凸部と固定電極の凸部との振動方向の平均非重複長さとは、すべての可動電極の凸部の非重複部分の長さとすべての固定電極の凸部の非重複部分の長さとの平均値として算出される。
【００３８】
上記のとおり、可動電極の凸部と上記固定電極の凸部との振動方向の平均非重複長さとしては１μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。可動電極の凸部と固定電極の凸部との振動方向の平均非重複長さが上記下限値未満である場合、両電極の間に形成される電界の向きの振動方向成分が相対的に小さくなり、駆動力が不十分になるおそれがある。一方、可動電極の凸部と固定電極の凸部との振動方向の平均非重複長さが上記上限値を超える場合、実施的に電極間の距離が大きくなり、十分な静電気力を発揮できず、駆動力が不十分になる恐れがある。
【００３９】
可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓと固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓとの対向方向（Ｙ方向）の平均距離の下限としては、０．１μｍが好ましく、１μｍがより好ましい。可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓと固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓとの対向方向の平均距離が上記下限値未満の場合、空気の粘性に起因して可動電極４の振動に伴う空気のせん断抵抗が大きくなり、振動駆動モジュールの駆動力及び振幅が不十分になるおそれがある。一方、可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓと固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓとの対向方向の平均距離の上限としては、１０μｍが好ましく、５μｍがより好ましい。可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓと固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓとの対向方向の平均距離が上記上限値を超える場合、可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓと固定電極５の凸部７ｆおよび７ｓとの間の静電気力が弱くなり、振動駆動モジュールの駆動力及び振幅が不十分になるおそれがある。
【００４０】
固定電極５ｆおよび５ｓの材質としても、例えばシリコンを使用できる。
＜弾性体＞
【００４１】
弾性体３は、Ｘ−Ｙ平面視略Ｖ字状に形成され、一端が振動駆動ユニット２の可動電極４に接続され、他端が基板１に固設された固定壁８に固定されている。弾性体３は、基板１との間に隙間を空けて固定壁８に支持されている。これにより、弾性体３は、可動電極４をその弾性変形範囲内でＸ方向に振動可能に支持している。
【００４２】
弾性体３の材質としても、例えばシリコンを使用できる。
【００４３】
第１および第２の固定電極５ｆおよび５ｓと可動電極４との間に電圧を印加すると、第１および第２の固定電極５ｆおよび５ｓと可動電極４との間に静電気力が発生する。この静電気力は、固定電極５ｆおよび５ｓの凸部７ｆおよび７ｓと可動電極４の凸部６ｆおよび６ｓ間に集中する。
可動電極４のＸ方向への振動は、次のようにして行われる。まず、第１の固定電極５ｆと可動電極４との間に第１の駆動電圧を与えることによって、対向する固定電極５ｆの凸部７ｆと可動電極４の凸部６ｆとの間に静電気による吸引力が発生する。したがって、固定電極４は、図１における左方向（負のＸ方向）に移動する。次に第１の固定電極５ｆに与える第１の駆動電圧を停止し、第２の固定電極５ｓと可動電極４との間に第２の駆動電圧を与える。すると、対向する凸部７ｆと凸部６ｆとの間の吸引力が弱まり、弾性体３の復帰力により可動電極４が図１における右方向に移動する。さらに、第２の駆動電圧により、対向する固定電極５ｓの凸部７ｓと可動電極４の凸部６ｓとの間に静電気による吸引力が発生する。したがって、固定電極４は、図１における右方向（正のＸ方向）にさらに移動する。次に第２の固定電極５ｓに与える第２の駆動電圧を停止し、再び第１の固定電極５ｆと可動電極４との間に第１の駆動電圧を与えることによって、可動電極は再び図１における左方向（負のＸ方向）に移動する。このような第１および第２の駆動電圧の印加を予め定められた周期で繰り返すことによって可動電極４をＸ方向に振動させることができる。
【００４４】
＜振動駆動ユニットの製造方法＞
振動駆動ユニット２は、犠牲層を介して２枚のシリコン基板を積層する工程と、一方のシリコン層をエッチングして、可動電極４、弾性体３及び固定電極５ｆおよび５ｓの平面形状を形成する工程と、エッチングにより犠牲層を除去して可動電極４及び弾性体３を他方のシリコン層から分離する工程とを備える製造方法により製造され得る。
【００４５】
＜利点＞
上記振動駆動モジュールが備える振動駆動ユニット２は、可動電極４が振動方向に延在しているため、可動電極４と固定電極５ｆおよび５ｓとの間の空気を排出又は圧縮する必要がない。これにより、可動電極４が振動時に大きな空気抵抗を受けないので、この振動駆動モジュールは駆動力及び振幅が大きく、エネルギー効率も優れる。
【００４６】
＜第１の実施形態の変形例＞
振動駆動モジュールは、上記第１の実施形態に限定されるものではない。上記第１の実施形態では振動駆動モジュールが３つの振動駆動ユニットを備える構成としたが、振動駆動ユニットの数及び配列は任意に変更でき、振動駆動ユニットの数を１つとしてもよい。また、上記第１の実施形態では、固定電極の凸部を可動電極の凸部に対して振動中心線Ｃ側にシフトしているが、逆側（振動方向外側）にシフトしてもよい。この場合、電圧を印可する固定電極と可動電極の移動方向との関係が上記第１の実施形態とは逆になる。
【００４７】
［ジャイロセンサ］
次に、図３を参照して、上記第１の振動駆動モジュールを使用したジャイロセンサ（ＭＥＭＳセンサ）の実施形態を説明する。
【００４８】
図３のジャイロセンサは、Ｘ−Ｙ方向に延在する基板１と、並んで形成された２つの静電容量変化検出モジュール１０と、この静電容量変化検出モジュール１０のＹ方向両側にそれぞれ配設された二対（合計４つ）の第１の実施形態の振動駆動モジュール２０とを有する。
【００４９】
＜振動駆動モジュール＞
振動駆動モジュール２０の構成は図１の振動駆動モジュールと同一であるため、重複する説明を省略する。各対の振動駆動モジュール２０は、静電容量変化検出モジュール１０を取り囲むように形成された方形枠状の移動体１１を支持し、同期して振動を発生することで、移動体１１をＸ方向に振動させる。
【００５０】
＜静電容量変化検出モジュール＞
静電容量変化検出モジュール１０は、４つの駆動ばね１２によって移動体１１に対してＹ方向に移動可能に取り付けられる。静電容量変化検出モジュール１０は、Ｙ方向に並んで一体に形成された３連枠状の検出用可動電極１３と、基板１上に固定形成された検出用固定電極１４とを有する。
【００５１】
このジャイロセンサは、振動駆動モジュール２０によって静電容量変化検出モジュール１０の検出用可動電極１３をＸ方向に常時往復移動させておく。この状態で、ジャイロセンサがＸ−Ｙ平面に垂直なＺ方向の軸を中心に回転したときに検出用可動電極１３に作用するコリオリ力を、検出用可動電極１３のＹ方向の変位により生じる検出用可動電極１３と検出用固定電極１４との間の静電容量の変化として検出し、このジャイロセンサの向きの変化に変換する。
【００５２】
静電容量変化検出モジュール１０の検出用可動電極１３は、ジャイロセンサの向きの変化によるコリオリ力だけでなく、このジャイロセンサのＹ方向の速度変化による慣性力によってもＹ方向に変位する。そこで、このジャイロセンサは、２つの静電容量変化検出モジュール１０の検出用可動電極１３の変位の差分をとることで、このジャイロセンサに加えられたＹ方向の加速度を相殺し、２つの静電容量変化検出モジュール１０の中間を通るＺ方向の軸を中心にしたこのジャイロセンサの回転により生じるコリオリ力のみを検出する。
【００５３】
このジャイロセンサは、例えばシリコン製の基板１上に、フォトリソグラフィー、材料の積層、エッチング等の公知の半導体製造技術を用いて、振動駆動モジュール２０及び静電容量変化検出モジュール１０の構成要素を形成することにより製造され得る。
【００５４】
＜利点＞
上記ジャイロセンサは、振動駆動モジュール２０を備えるため、可動電極４が振動時に大きな空気抵抗を受けないので、検出用可動電極１３のＸ方向の振幅が大きい。このため検出用可動電極１３に作用するコリオリ力が大きくなり、精度よく角速度を検出することができる。
【００５５】
従って、第１の実施形態の振動駆動モジュールを備えるＭＥＭＳセンサは、この振動駆動モジュールの駆動力及び振幅が十分に大きいので検出精度に優れる。
【００５６】
＜本実施形態の変形＞
本発明のジャイロセンサは上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、検出用可動電極をＹ方向に挟み込むように配置した２つの振動駆動ユニットを用いて検出用可動電極を振動させたが、検出用可動電極をＸ方向に振動させられる配置であれば、振動駆動モジュールをどのように配置してもよい。
【００５７】
また、上記ジャイロセンサにおいて、静電容量変化検出モジュールの構造は、上記実施形態に限定されない。たとえば、静電容量変化検出モジュールとして、上記第１の実施形態の振動駆動モジュール２０と同様な構造を採用することもできる。すなわち、静電容量変化検出モジュールの検出用可動電極１３の形状を、複数の凸部が形成された可動電極４と同様な形状としてもよい。また、静電容量変化検出モジュールの検出用固定電極１４の形状を、複数の凸部が形成された第１および第２の固定電極５ｆおよび５ｓと同様な形状としてもよい。この場合、検出用固定電極の複数の凸部と、検出用可動電極の凸部とは対向させて配置するが、これらの位置関係は、振動駆動モジュール２０の凸部７ｆおよび７ｓと、凸部６ｆおよび６ｓと同様な位置関係である。
静電容量変化検出モジュールをこのような構造とした場合にも、ジャイロセンサが、Ｘ−Ｙ平面に垂直なＺ方向の軸を中心に回転したときに２つの静電容量変化検出モジュールの検出用可動電極に作用するコリオリ力を、検出用可動電極のＹ方向の変位により生じる検出用可動電極と検出用固定電極との間の静電容量の変化として検出し、上記と同様に、このジャイロセンサの向きの変化に変換することができる。
【実施例１】
【００５８】
以下、実施例１によって本発明の第１の実施形態の振動駆動モジュールをさらに詳細に説明するが、本発明はこの実施例１に限定されるものではない。【００５９】
（実施例１）
上述の構成からなる第１の実施形態の振動駆動モジュールの実施例１について、空気抵抗をコンピュータを用いたシミュレーションにより解析した。シミュレーションに用いたモデルにおいて、本実施例１の可動電極及び固定電極は、Ｙ方向に突出する合計２０個（一方側の駆動用に１０個）の凸部を有する。可動電極の凸部は、Ｙ方向の突出長さが５μｍ、Ｘ方向の長さが５μｍであり、可動電極の隣接する凸部のＸ方向の間隔が５μｍである。一方、固定電極の凸部は、Ｙ方向の突出長さが４μｍ、Ｘ方向の長さが５μｍであり、固定電極の隣接する凸部のＸ方向の間隔が５μｍである。可動電極の凸部と固定電極の凸部との振動中心における振動方向の重複長さ（平均重複長さ）は２．５μｍであり、可動電極の凸部と固定電極の凸部との対向面間距離（ギャップ）は１．５μｍである。【００６０】
（比較例）
また、上記実施例１と比較するために、特許文献１の図１に記載されたような櫛歯状の固定および可動電極を用いた従来の構成の振動駆動モジュールについても、空気抵抗をコンピュータを用いたシミュレーションにより解析した。シミュレーションに用いた比較例のモデルにおいて、可動電極は、Ｙ−Ｚ平面上に延在する板状の本体の両面にそれぞれ１２本（両面合計で２４本）の固定電極に向かってＸ方向に突出する櫛歯部を有する。各固定電極は、それぞれＹ−Ｚ平面上に延在する板状の本体から可動電極に向かってＸ方向に突出する１３本の櫛歯部を有する。可動電極の櫛歯部は、Ｙ方向の幅が２μｍで、振動方向（Ｘ方向）の長さが９μｍである。固定電極の櫛歯部は、Ｙ方向の幅が３μｍで、Ｘ方向の長さが９μｍである。可動電極の櫛歯部と固定電極の櫛歯部との対向面間距離（ギャップ）は１．５μｍである。振動方向中心において、各櫛歯部の先端と可動電極又は固定電極の本体との距離は５μｍである。【００６１】
（シミュレーション結果）
以上の実施例１及び比較例のモデルを用い、可動電極をＸ方向に１．３μｍ移動させる際に各可動電極に作用する空気抵抗の値をシミュレーションによって算出した結果、比較例の空気抵抗が１．８×１０−７Ｎｓ／ｍであるのに対して、実施例１の空気抵抗は８．３×１０−９Ｎｓ／ｍであった。つまり、本願発明の振動駆動モジュールの空気抵抗は、従来の振動駆動モジュールの空気抵抗の約１／２１であり、極めて低抵抗である。このため、振動駆動モジュールは、一定の静電エネルギーによって駆動する場合、発生できる有効な駆動力（静電気力から空気抵抗を差し引いた値）が従来の構成よりも大きく、結果として振幅が大きくなる。【００６２】
次に、図４〜図８を参照して、本発明の第２の実施形態による振動駆動モジュールを詳説する。【００６３】
［振動駆動モジュール］
図４及び図５の振動駆動モジュールは、Ｘ−Ｙ方向に延在する基板２１の上に形成されている。この振動駆動モジュールは、Ｙ方向に並んで一体に形成されている３つの振動駆動ユニット２２と、この振動駆動ユニット２２のＸ方向両側に接続されている２つの弾性体２３とを備える。【００６４】
＜基板＞
基板２１は、振動駆動ユニット２２及び弾性体２３を支持するベースであると共に、振動駆動ユニット２２に電圧を印可するための電気回路が形成される。【００６５】
基板２１の材質としては、例えばシリコンを使用できる。【００６６】
＜振動駆動ユニット＞
各振動駆動ユニット２２は、Ｘ方向に延在し、Ｙ方向に対向し合う平板状の一対の可動電極２４と、可動電極２４の間にＸ方向に振動中心線Ｃに関して左右対称に配設され、それぞれＸ方向に延在する平板状の一対の第１および第２の固定電極２５ｆおよび２５ｓとを備える。隣接する振動駆動ユニット２２の可動電極２４は、一枚の板状に一体に形成されている。さらに、３つの振動駆動ユニット２２の可動電極２４は、両端がＹ方向に延在する接続部によって互いに接続されている。このように一体に接続された可動電極２４は、弾性体２３により、基板２１との間に隙間を空けて支持されており、弾性体２３の弾性変形の範囲内においてＸ方向に振動可能である。このような構成の振動駆動ユニット２２は、可動電極２４と固定電極２５ｆおよび２５ｓとの間への電圧の印加により可動電極２４のＸ方向への振動を生じさせる。【００６７】
（可動電極）
可動電極２４は、固定電極２５ｆおよび２５ｓに対向する面に、振動方向に直角なＹ方向に突出するよう配設された複数の凸部２６ｆおよび２６ｓを有する。これら凸部２６ｆおよび２６ｓは、方形枠状の可動電極２４の内壁にＸ方向に並設して形成されている。これらの凸部２６ｆおよび２６ｓは、第１および第２の固定電極２５ｆおよび２５ｓの両内壁にそれぞれ３つずつ対向するように中心線Ｃに関して左右対称に配置されている。
図６に示すように、各凸部２６ｆおよび２６ｓの固定電極２５ｆおよび２５ｓに対向する対向面２６ａは、可動電極２４の振動中心線Ｃに近い側縁のＹ方向の突出長さが、他方の側縁のＹ方向の突出長さより小さい。すなわち、対向面２６ａは，振動方向（Ｘ方向）に対して角度αを有するように傾斜している。これにより、可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの対向面２６ａの法線は、対向する固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの中央側に傾斜している。【００６８】
上記のとおり、第２の実施形態においては、可動電極２４の凸部の対向面及び固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部の対向面の双方が振動方向に対して傾斜している。この構成により、可動電極２４の変位に対する振動駆動モジュールの駆動力の変化をより小さくすることができる。【００６９】
可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの対向面２６ａの振動方向に対する傾斜角αの下限としては、０．１度が好ましく、０．５度がより好ましい。可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの対向面２６ａの振動方向に対する傾斜角αが上記下限値未満の場合、静電気力の調整機能が不十分となり、可動電極２４の変位による駆動力の変化を十分に抑制できないおそれがある。可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの対向面２６ａの振動方向に対する傾斜角αの上限としては、１５度が好ましく、１０度がより好ましい。可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの対向面２６ａの振動方向に対する傾斜角αが上記上限値を超える場合、固定電極２５ｆおよび２５ｓとの間の静電ギャップの変化が過大となり、却って可動電極２４の変位による駆動力の変化が大きくなるおそれがある。また、傾斜角αが上記上限値を超える場合、凸部２６ｆおよび２６ｓが固定電極２５ｆおよび２５ｓに干渉して可動電極２４の可動範囲が制限されるおそれがある。【００７０】
上記のとおり、可動電極の凸部の対向面又は固定電極の凸部の対向面の振動方向に対する傾斜角としては０．１度以上１５度以下が好ましい。傾斜角を上記範囲とすることで、可動電極の変位に対する振動駆動モジュールの駆動力の変化を十分に小さくできる。【００７１】
可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの振動方向（Ｘ方向）の平均長さの下限としては、１μｍが好ましく、４μｍがより好ましい。可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの振動方向の平均長さが上記下限値未満の場合、振動方向に強い静電気力を発生できる範囲が狭く、駆動力及び振幅が不十分になるおそれがある。一方、可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの振動方向の平均長さの上限としては、２０μｍが好ましく、１５μｍがより好ましい。可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの振動方向の平均長さが上記上限値を超える場合、面積効率が低下するので振動駆動モジュールの駆動力が不十分になったり、振動駆動モジュールが不必要に大型化するおそれがある。【００７２】
可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの振動方向の間隔（隙間）の下限としては、凸部２６ｆおよび２６ｓの振動方向の平均長さの１／２が好ましく、凸部２６ｆおよび２６ｓの振動方向の平均長さの３／４がより好ましい。可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの振動方向の間隔が上記下限値未満の場合、隣接する凸部２６ｆおよび２６ｓが互いに干渉して振動駆動モジュールの駆動力及び振幅が不十分になるおそれがある。一方、可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの振動方向の間隔の上限としては、凸部２６ｆおよび２６ｓの振動方向の平均長さの２倍が好ましく、凸部２６ｆおよび２６ｓの振動方向の平均長さの３／２がより好ましい。可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの振動方向の間隔が上記上限値を超える場合、面積効率が低下するので振動駆動モジュールの駆動力が不十分になったり振動駆動モジュールが不必要に大型化するおそれがある。【００７３】
可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの平均突出長さ（Ｙ方向の長さ）の下限としては、１μｍが好ましく、２μｍがより好ましい。可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの平均突出長さが上記下限値未満の場合、可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの間の凹部においても固定電極２５ｆおよび２５ｓとの間に電界が形成され、凸部２６ｆおよび２６ｓが形成する電界に干渉することによって、振動駆動モジュールの駆動力及び振幅が不十分になるおそれがある。一方、可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの平均突出高さの上限としては、２０μｍが好ましく１０μｍがより好ましい。可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの平均突出高さが上記上限値を超える場合、振動駆動モジュールがＹ方向に不必要に大型化するおそれがある。【００７４】
可動電極２４の材質としては、例えばシリコンを使用できる。【００７５】
（固定電極）
第１および第２の固定電極２５ｆおよび２５ｓは、基板２１上に固定して形成されている。また、固定電極２５ｆおよび２５ｓは、可動電極２４に対向する両面に、それぞれ可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓに対向するように配設された３つ（両面合計で６つ）の凸部２７ｆおよび２７ｓを有する。これらの凸部２７ｆおよび２７ｓは、それぞれ第１および第２の固定電極２５ｆおよび２５ｓのＺ軸方向に立設されＹ軸方向に延伸する側壁に併設して形成されている。これら固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓは、可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓに対して、可動電極２４の振動中心線Ｃに関してして対称に、それぞれ振動中心線Ｃ側に一定量だけシフトするように形成されている。【００７６】
このように、固定電極の凸部が、対向する可動電極の凸部に対して振動方向にシフトしており、傾斜している可動電極の凸部の対向面又は固定電極の凸部の対向面の法線が、対向する固定電極の凸部又は可動電極の凸部の中心側に傾斜している。このように構成すれば、固定電極の凸部と可動電極の凸部との中心間距離が小さくなって振動方向に対する静電気力の作用方向の傾斜が大きくなるのにつれて、対向面間のギャップが小さくなって静電気力が大きくなる。これにより、静電気力の振動方向の成分の変化を十分に抑制できる。【００７７】
また、図６に示すように、各凸部２７ｆおよび２７ｓの可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓに面する対向面２７ａは、可動電極２４の振動中心線Ｃに近い側縁のＹ方向の突出長さが、他方の側縁のＹ方向の突出長さより長く、振動方向（Ｘ方向）に対して角度αを有するように傾斜している。つまり、可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの対向面２６ａと固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの対向面２７ａとは互いに平行である。これにより、可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの対向面２６ａの法線は、対向する固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの中心側に傾斜している。【００７８】
上記のとおり、可動電極の凸部の対向面２６ａと上記固定電極の凸部の対向面２７ａとは平行であるとよい。このように構成すれば、凸部の対向面における電荷の偏在を抑制して効率よく静電気力を発生させられる。なお、平行とは±０．１度以下の傾斜を有するものを含む。【００７９】
固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの対向面２７ａの振動方向に対する傾斜角αの下限としては、０．１度が好ましく、０．５度がより好ましい。固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの対向面２７ａの振動方向に対する傾斜角αが上記下限値未満の場合、静電気力の調整機能が不十分となり、可動電極２４の変位による駆動力の変化を十分に抑制できないおそれがある。固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの対向面２７ａの振動方向に対する傾斜角αの上限としては、１５度が好ましく、１０度がより好ましい。固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの対向面２７ａの振動方向に対する傾斜角αが上記上限値を超える場合、可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの対向面２６ａとの間のギャップの変化が過大となり、却って可動電極２４の変位による駆動力の変化が大きくなるおそれがある。この傾斜角αが上記上限値を超える場合、凸部２７ｆおよび２７ｓが可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓに干渉して可動電極２４の可動範囲が制限されるおそれがある。【００８０】
固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの振動方向の平均長さの下限としては、１μｍが好ましく、４μｍがより好ましい。固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの振動方向の平均長さが上記下限値未満の場合、振動方向に強い静電気力を発生できる範囲が狭く、駆動力及び振幅が不十分になるおそれがある。一方、固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの振動方向の平均長さの上限としては、２０μｍが好ましく、１０μｍがより好ましい。固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの振動方向の平均長さが上記上限値を超える場合、面積効率が低下するので振動駆動モジュールの駆動力が不十分になったり振動駆動モジュールが不必要に大型化するおそれがある。【００８１】
固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの振動方向の間隔（隙間）の下限としては、凸部２７ｆおよび２７ｓの振動方向の平均長さの１／２が好ましく、凸部２７ｆおよび２７ｓの振動方向の平均長さの３／４がより好ましい。固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの振動方向の間隔が上記下限値未満の場合、隣接する凸部２７ｆおよび２７ｓが互いに干渉して振動駆動モジュールの駆動力及び振幅が不十分になるおそれがある。一方、固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの振動方向の間隔の上限としては、凸部２７ｆおよび２７ｓの振動方向の平均長さの２倍が好ましく、凸部２７ｆおよび２７ｓの振動方向の平均長さの３／２がより好ましい。固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの振動方向の間隔が上記上限値を超える場合、面積効率が低下するので振動駆動モジュールの駆動力が不十分になったり振動駆動モジュールが不必要に大型化するおそれがある。【００８２】
固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの平均突出長さ（Ｙ方向の長さ）の下限としては、１μｍが好ましく、２μｍがより好ましい。固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの平均突出長さが上記下限値未満の場合、固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの間の凹部が可動電極２４との間に電界を形成し、凸部２７ｆおよび２７ｓが形成する電界に干渉することによって、振動駆動モジュールの駆動力及び振幅が不十分になるおそれがある。一方、固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの平均突出長さの上限としては、２０μｍが好ましく、１０μｍがより好ましい。固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの平均突出高さが上記上限値を超える場合、振動駆動モジュールがＹ方向に不必要に大型化するおそれがある。【００８３】
可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓと上記固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓとの振動方向の平均重複長さの下限としては、１μｍが好ましく、２μｍがより好ましい。可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓと固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓとの振動方向の平均重複長さが上記下限値未満の場合、可動電極２４の振動時に可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓと固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓとが離間して振動駆動モジュールの駆動力及び振幅が不十分になるおそれがある。一方、可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓと固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓとの振動方向の平均重複長さの上限としては、１０μｍが好ましく、８μｍがより好ましい。可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓと固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓとの振動方向の平均重複長さが上記上限値を超える場合、振動駆動モジュールが振動方向に不必要に大型化するおそれがある。【００８４】
可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓと固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓとの振動方向の平均非重複長さの下限としては、１μｍが好ましく、２μｍがより好ましい。可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓと固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓとの振動方向の平均非重複長さが上記下限値未満の場合、可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓと固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓとの間の静電気力の振動方向の成分が小さくなり、振動駆動モジュールの駆動力及び振幅が不十分になるおそれがある。一方、可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓと固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓとの振動方向の平均非重複長さの上限としては、１０μｍが好ましく、８μｍがより好ましい。可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓと固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓとの振動方向の平均非重複長さが上記上限値を超える場合、実質的に可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓと固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓとの間の距離が大きくなり、十分な静電気力を発揮できず、振動駆動モジュールの駆動力が不十分になる恐れがあると共に、振動駆動モジュールが振動方向に不必要に大型化するおそれがある。【００８５】
可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓと固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓとの対向方向（Ｙ方向）の平均距離の下限としては、０．１μｍが好ましく、１μｍがより好ましい。可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓと固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓとの対向方向の平均距離が上記下限値未満の場合、空気の粘性に起因して可動電極２４の振動に伴う空気のせん断抵抗が大きくなり、振動駆動モジュールの駆動力及び振幅が不十分になるおそれがある。一方、可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓと固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓとの対向方向の平均距離の上限としては、１０μｍが好ましく、５μｍがより好ましい。可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓと上記固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓとの対向方向の平均距離が上記上限値を超える場合、可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓと固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓとの間の静電気力が弱くなり、振動駆動モジュールの駆動力及び振幅が不十分になるおそれがある。【００８６】
固定電極２５ｆおよび２５ｓの材質としても、例えばシリコンを使用できる。
＜弾性体＞【００８７】
弾性体２３は、Ｘ−Ｙ平面視略Ｖ字状に形成され、一端が振動駆動ユニット２の可動電極２４に接続され、他端が基板２１に不動に設けた固定壁２８に固定されている。弾性体２３は、基板２１との間に隙間を空けて固定壁２８に支持されている。これにより、弾性体２３は、可動電極２４をその弾性変形範囲内でＸ方向に振動可能に支持している。【００８８】
弾性体２３の材質としても、例えばシリコンを使用できる。
可動電極２４をＸ方向に振動させるための駆動方法は、第１の実施形態と同様である。【００８９】
＜振動駆動ユニットの製造方法＞
振動駆動ユニット２２は、犠牲層を介して２枚のシリコン基板を積層する工程と、一方のシリコン層をエッチングして、可動電極２４、弾性体２３及び固定電極２５ｆおよび２５ｓの平面形状を形成する工程と、エッチングにより犠牲層を除去して可動電極２４及び弾性体２３を他方のシリコン層から分離する工程とを備える製造方法により製造され得る。【００９０】
＜作用＞
図６及び図７を参照しつつ、振動駆動モジュールにおける上記可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓ及び上記固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの作用を説明する。【００９１】
図６に示すように、可動電極２４が振動中心Ｃに位置するとき、つまり、可動電極２４と固定電極２５ｆおよび２５ｓとの間に電圧を印可していないときの配置において、可動電極２４と固定電極２５ｆおよび２５ｓとの間に電圧を印可すると、可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓと固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓとが引き合うような静電気力が発生する。静電気力は、可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの対向面２６ａと固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの対向面２７ａとの距離ｄが大きいほど小さくなる。また、可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓと固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓとの間に作用する静電気力の方向は、可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓと固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓとの振動方向のずれ（シフト）に応じて傾斜し、静電気力における振動方向（Ｘ方向）の成分の割合は、可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓと固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓとの振動方向の重複長さが小さいほど（非重複長さが長いほど）大きくなる。【００９２】
図７に示すように、このような静電気力によって可動電極２４が電圧を印可されている固定電極２５ｆおよび２５ｓの側にＸ方向に移動すると、可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓと固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓとの振動方向の重複長さが大きくなる（非重複長さが小さくなる）ため、静電気力における振動方向の成分の割合が減少する。しかしながら、可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの対向面２６ａ及び固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの対向面２７ａがＸ方向に角度αの傾斜を有しているため、可動電極２４が固定電極２５ｆおよび２５ｓ側へ振動方向に移動すると可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの対向面２６ａと固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの対向面２７ａとの距離ｄが小さくなる。これにより、可動電極２４と固定電極２５ｆおよび２５ｓとの間の静電気力は大きくなる。つまり、可動電極２４のＸ方向の移動による静電気力におけるＸ方向の成分割合の変化が静電気力全体の大きさの変化によって補充されることで、可動電極２４と固定電極２５ｆおよび２５ｓとの間Ｘ方向の静電気力の変化が抑制される。【００９３】
このように、この振動駆動モジュールでは、可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓが振動方向に固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓに接近すると可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓの対向面２６ａと固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓの対向面２７ａとの間の静電ギャップが減少し、可動電極２４の凸部２６ｆおよび２６ｓと固定電極２５ｆおよび２５ｓの凸部２７ｆおよび２７ｓとの間に発生する静電気力の振動方向成分の大きさの変化を抑制するので、可動電極２４の変位に対する駆動力の変化が小さい。【００９４】
＜第２の実施形態の変形例＞
本発明の振動駆動モジュールは、上記第２の実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では振動駆動モジュールが３つの振動駆動ユニットを備える構成としたが、振動駆動ユニットの数及び配列は任意に変更でき、振動駆動ユニットの数を１つとしてもよい。また、上記第２の実施形態では、固定電極の凸部を可動電極の凸部に対して振動方向に振動中心Ｃ側にシフトしているが、振動方向外側にシフトしてもよい。この場合、電圧を印可する固定電極と可動電極の移動方向との関係が上記実施形態とは逆になる。【００９５】
［ジャイロセンサ］
次に、図９を参照して、第２の実施形態の振動駆動モジュールを使用したジャイロセンサ（ＭＥＭＳセンサ）の実施形態を説明する。【００９６】
図９のジャイロセンサは、Ｘ−Ｙ方向に延在する基板２１と、並んで形成された２つの静電容量変化検出モジュール２１０と、この静電容量変化検出モジュール２１０のＹ方向両側にそれぞれ配設された二対（合計４つ）の第２の実施形態の振動駆動モジュール２２０とを有する。【００９７】
＜振動駆動モジュール＞
振動駆動モジュール２２０の構成は図４の振動駆動モジュールと同一であるため、重複する説明を省略する。各対の振動駆動モジュール２２０は、静電容量変化検出モジュール２１０を取り囲むように形成された方形枠状の移動体２１１を支持し、同期して振動を発生することで、移動体２１１をＸ方向に振動させる。【００９８】
＜静電容量変化検出モジュール＞
静電容量変化検出モジュール２１０は、４つの駆動ばね２１２によって移動体２１１に対してＹ方向に移動可能に取り付けられる。静電容量変化検出モジュール２１０は、Ｙ方向に並んで一体に形成された３連枠状の検出用可動電極２１３と、基板２１上に固定形成された検出用固定電極２１４とを有する。【００９９】
このジャイロセンサは、振動駆動モジュール２２０によって静電容量変化検出モジュール２１０の検出用可動電極２１３をＸ方向に常時往復移動させておく。この状態で、ジャイロセンサがＸ−Ｙ平面に垂直なＺ方向の軸を中心に回転したときに検出用可動電極２１３に作用するコリオリ力を、検出用可動電極２１３のＹ方向の変位により生じる検出用可動電極２１３と検出用固定電極２１４との間の静電容量の変化として検出し、このジャイロセンサの向きの変化に変換する。【０１００】
静電容量変化検出モジュール２１０の検出用可動電極２１３は、ジャイロセンサの向きの変化によるコリオリ力だけでなく、このジャイロセンサのＹ方向の速度変化による慣性力によってもＹ方向に変位する。そこで、このジャイロセンサは、２つの静電容量変化検出モジュール２１０の検出用可動電極２１３の変位の差分をとることで、このジャイロセンサに加えられたＹ方向の加速度を相殺し、２つの静電容量変化検出モジュール２１０の中間を通るＺ方向の軸を中心にしたこのジャイロセンサの回転により生じるコリオリ力のみを検出する。【０１０１】
このジャイロセンサは、例えばシリコン製の基板２１上に、フォトリソグラフィー、材料の積層、エッチング等の公知の半導体製造技術を用いて、振動駆動モジュール２２０及び静電容量変化検出モジュール２１０の構成要素を形成することにより製造され得る。【０１０２】
＜利点＞
上記ジャイロセンサは、振動駆動モジュール２２０を備えるため、検出用可動電極２１３を一定の速度でＸ方向に振動させられる。このため検出用可動電極２１３に作用するコリオリ力と基板２１の角速度との相関性が高く、精度よく角速度を検出できる。【０１０３】
従って、第２の実施形態の振動駆動モジュールを備えるＭＥＭＳセンサは、この振動駆動モジュールの駆動力の変化が小さいので検出精度に優れる。【０１０４】
＜本実施形態の変形＞
本発明のジャイロセンサは上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、検出用可動電極をＹ方向に挟み込むように配置した２つの振動駆動ユニットを用いて検出用可動電極を振動させたが、検出用可動電極をＸ方向に振動させられる配置であれば、振動駆動モジュールをどのように配置してもよい。固定電極は、凸部の間で分割して形成してもよい。【０１０５】
また、上記第２の実施形態では、可動電極の凸部の対向面と固定電極の凸部の対向面とが振動方向に対して同じ角度で傾斜しているが、両者が異なる角度で傾斜してもよく、一方のみが振動方向に対して傾斜してもよい。可動電極の凸部の対向面の傾斜角と固定電極の凸部の対向面の傾斜角との差は２０度以下が好ましい。【０１０６】
また、上記ジャイロセンサにおいて、静電容量変化検出モジュールの構造は、上記実施形態に限定されない。たとえば、静電容量変化検出モジュールとして、上記第２の実施形態の振動駆動モジュール２２０と同様な構造を採用することもできる。すなわち、静電容量変化検出モジュールの検出用可動電極２１３の形状を、複数の凸部が形成された可動電極２４と同様な形状としてもよい。また、静電容量変化検出モジュールの検出用固定電極２１４の形状を、複数の凸部が形成された第１および第２の固定電極２５ｆおよび２５ｓと同様な形状としてもよい。この場合、検出用固定電極の複数の凸部と、検出用可動電極の凸部とは対向させて配置するが、これらの位置関係は、振動駆動モジュール２２０の凸部２７ｆおよび２７ｓと、凸部２６ｆおよび２６ｓと同様な位置関係である。
静電容量変化検出モジュールをこのような構造とした場合にも、ジャイロセンサが、Ｘ−Ｙ平面に垂直なＺ方向の軸を中心に回転したときに２つの静電容量変化検出モジュールの検出用可動電極に作用するコリオリ力を、検出用可動電極のＹ方向の変位により生じる検出用可動電極と検出用固定電極との間の静電容量の変化として検出し、上記と同様に、このジャイロセンサの向きの変化に変換することができる。
【実施例２】
【０１０７】
以下、実施例２によって本発明の第２の実施形態の振動駆動モジュールをさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例２に限定されるものではない。【０１０８】
上述の構成からなる第２の実施形態の振動駆動モジュールの実施例２について、可動電極と固定電極との間に作用する振動方向の静電気力をコンピュータを用いたシミュレーションにより解析した。【０１０９】
シミュレーションに用いたモデルにおいて、可動電極の凸部は、Ｙ方向の突出高さが５μｍ、Ｘ方向（振動方向）の長さが５μｍであり、可動電極の隣接する凸部のＸ方向の間隔が５μｍである。一方、固定電極の凸部は、Ｙ方向の突出高さが４μｍ、Ｘ方向の長さが５μｍであり、固定電極の隣接する凸部のＸ方向の設間隔が５μｍである。可動電極の凸部と固定電極の凸部との振動中心における振動方向の重複長さは２．５μｍであり、可動電極が振動中心に位置するときの可動電極の凸部の対向面の中心と固定電極の凸部の対向面の中心とのＹ方向の距離は１．５μｍである。可動電極の凸部の対向面のＸ方向に対する傾斜角と固定電極の凸部の対向面のＸ方向に対する傾斜角とは同じ値とした。そして、上記条件を共通とし、可動電極の凸部の対向面及び固定電極の凸部の対向面のＸ方向に対する傾斜角が異なる複数のモデルを作成した。【０１１０】
（シミュレーション結果）
上記複数のモデルについて、それぞれ、可動電極を振動中心からＸ方向に変位させたときに可動電極と固定電極との間に作用する振動方向の静電気力の値をシミュレーションした結果、可動電極の変位と振動方向の静電気力との関係が、図８に示すように凸部の対向面のＸ方向の傾斜角に応じて変化することが分かった。【０１１１】
シミュレーションから得られた可動電極の変位量当たりの静電気力の変化率（図８のグラフの傾き）を、表１に示す。【０１１２】
【表１】
2014203896.tif 000003
【０１１３】
この結果から、可動電極の凸部の対向面及び固定電極の凸部の対向面のＸ方向に対する傾斜角を適切に選択すれば、可動電極が変位しても可動電極と固定電極との間に作用する振動方向の静電気力を常に一定に保てることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
以上説明したように、本発明の振動駆動モジュールは、駆動力及び振幅が大きい。さらに本発明の振動駆動モジュールは、駆動力の変化が小さい。そのため、この振動駆動モジュールを用いたＭＥＭＳセンサは精度が高くジャイロセンサとして携帯端末等に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１１５】
１  基板
２  振動駆動ユニット
３  弾性体
４  可動電極
５ｆおよび５ｓ  固定電極
６ｆおよび６ｓ、６ａ  凸部
７ｆおよび７ｓ、７ａ  凸部
８  固定壁
１０  静電容量変化検出モジュール
１１  移動体
１２  駆動ばね
１３  検出用可動電極
１４  検出用固定電極
２０  振動駆動モジュール
Ｃ  振動中心
Ｐ  中心軸
２１  基板
２２  振動駆動ユニット
２３  弾性体
２４  可動電極
２５ｆおよび２５ｓ  固定電極
２６ｆおよび２６ｓ  凸部
２６ａ  対向面
２７ｆおよび２７ｓ  凸部
２７ａ  対向面
２８  固定壁
２１０  静電容量変化検出モジュール
２１１  移動体
２１２  駆動ばね
２１３  検出用可動電極
２１４  検出用固定電極
２２０  振動駆動モジュール
【図１】
2014203896.tif 000004
【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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【国際調査報告】
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2014203896.tif 000014
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