集積化慣性計測システム

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07555125
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 江刺 正喜 東北大学, 工学部, 教授 (20108468)
• 研究分担者: 戸田 理作 フォード自動車(日本)(株), 研究所, 研究員 ; 倉林 徹 東北大学, 工学部, 講師 (90195537) ; 南 和幸 東北大学, 工学部, 講師 (00229759)
• キーワード: 慣性計測 / マイクロマシン / マイクロマシニング / 加速度センサ / ジャイロ / 振動型センサ / 運動制御 / 文体的微細加工

研究概要

運動を正しく制御するには、加速度センサや角速度センサなどが不可欠である。本研究は、それぞれの方向成分のセンサを持つ集積化慣性計測システムを開発することを目標としており、2年度(最終年度)は以下の研究成果を得た。
1.要素技術の開発
重りの動きを静電容量の変化で検出する容量型センサを製作している。これには狭い間隔で電極を対向させる必要があり、このためガラスとシリコンを陽極接合した対向電極構造の歪みを最小限にする技術を開発している。この場合電極間の気体によるダンピングを制御する必要が有り、このため一定の真空度で封止する技術を開発した。
シリコン基板を貫通して垂直にエッチングする技術、およびXeF_2ガスを用いシリコンを選択的に等方エッチングする技術を開発した。前者は振動型角速度センサに応用している。また前者と後者を組み合わせシリコン基板の厚さの中央の位置に任意の幅の梁を形成するTBBMM技術を開発した。シリコンの薄いダイアフラムを形成するための、内部電池作用による新しい電気化学エッチストッップ技術を開発した。これらの技術は慣性センサを製作するのに多くの自由度を与え設計の幅を広くする。
2.多軸加速度、加速度・角速度の同時検出センサの開発
加速度の各方向成分を検出する多軸加速度センサや、加速度と角速度を同時に検出できるセンサなどを開発している。
3.シリコン振動ジャイロの開発
シリコンの音叉振動子による振動ジャイロを製作した。電磁駆動容量検出型、静電駆動容量検出型、および圧電薄膜による圧電検出型を開発している。真空封止した構造で製作しており、駆動側と検出側の共振周波数を電気的に一致させることで高感度化する研究も行った。
4.静電浮揚型回転ジャイロの基礎研究
シリコンの円板を静電引力で浮揚させ、高速で回転させる方式のジャイロについて研究しており、シミュレーションによる動作確認と製作、および制御実験を行った。

研究成果

• [文献書誌] M. Honma: "Face-Down Bonding with Sealed Cavity for Micromechanical Device Packaging" Sensors and Materials. 8, 1. 23-31 (1996)
• [文献書誌] J. Choi: "Application of Deep Reactive Ion Etching for Silicon Angular Rate Sensor" Microsystem Technologies. 2, 4. 186-199 (1996)
• [文献書誌] J, Mizuno: "Fabrications and Characterization of a Silicon Capacitive Structure for Simultanious Detection of Acceleration and Angular Rate" Sensors and Actuators. A, 54. 646-650 (1996)
• [文献書誌] P. J. French: "Electrocheical Etch-Stop in TMAH without External Applied Bias" Sensors and Actuators. A, 56. 279-280 (1996)
• [文献書誌] S. Kong: "Fabrication of Reactive Ion Etching Systems for Deep Silicon Machining" 電気学会論文誌E. 117-E, 1. 3-9 (1997)
• [文献書誌] T. Mineta: "Three-axis Capacitive Accelerometer with Uniform Axial Sensitivities" J of Micromechanics and Microengineering. 6, 4. 431-435 (1996)
• [文献書誌] 南和幸: "封止されたマイクロメカニカルデバイスのダンピング制御" 電気学会論文誌E. 117-E, 2. 109-116 (1997)
• [文献書誌] 江刺正喜: "微小世界の物理学とマイクロマシン" 日本ロボット学会誌. 14, 8. 1086-1089 (1996)
• [文献書誌] M. Esashi: "Silicon Resonant Sensors by Micromachining" Therd International Conf. on Motion and Vibration Control. 3. 194-199 (1996)
• [文献書誌] M. Esashi: "Resonant Sensors by Silicon Micromachining" 1996 IEEE International Frequency Control Symposium. 609-614 (1996)
• [文献書誌] S. Gon: "Fabrication of Reactive Ion Etching Systems for Deep Silicon Machining" Technical Digest of the 14th Sensor Symposium. 14. 183-186 (1996)
• [文献書誌] M. Yamashita: "A Silicon Micromachined Resonant Angular Rate Sensor Using Electrostatic Exitation and Capacitive Detection" Technical Digest of the 14th Sensor Symposium. 14. 39-42 (1996)
• [文献書誌] T. Murakoshi: "Preliminary Study on Electrostatically Levitating Inertia Measurement System" Technical Digest of the 14th Sensor Symposium. 14. 47-50 (1996)
• [文献書誌] R. Toda: "Study of Xenon Difluoride Silicon Etch for Thin Beam Bulk Micromachining" Technical Digest of the 14th Sensor Symposium. 14. 175-178 (1996)
• [文献書誌] 村越尊雄: "静電浮上型慣性計測システムの基礎研究" 電気学会研究会資料. PS-96-11. 43-52 (1996)
• [文献書誌] 長尾勝: "圧電薄膜を用いたシリコン角速度センサ" 電気学会研究会資料. PS-96-12. 53-62 (1996)