JP2000074676A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 第１の振動子の周波数と、第２の振動子の周
波数とを調整することにより、音叉振動時の振幅を大き
くして角速度の検出感度を高める。 【解決手段】 基板２上には、支持部４、第１の支持梁
７、第１の振動子８、第２の支持梁９、第２の振動子１
０からなる音叉振動部３を設け、振動子８，１０には周
波数調整部３１，３２を設ける。周波数調整部３１，３
２には外部からバイアス電圧を印加することにより、振
動子８，１０にＹ軸方向の静電引力を発生する。これに
より、支持梁７，９のばね定数を高め、共振周波数を高
くする。そして、バイアス電圧を調整することにより、
各共振周波数を近づけ、振動子８，１０を大きな振幅で
振動させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば移動する物
体、回転体等に作用する角速度を検出するのに用いて好
適な角速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、従来技術による音叉型の角速度
センサとしては、少なくとも一つの組からなる第１，第
２の振動子と、該第１，第２の振動子を第１の軸方向に
音叉振動させる振動発生手段と、該振動発生手段により
前記第１，第２の振動子を第１の軸方向に音叉振動させ
た状態でこの第１の軸と直交する第２の軸回りに角速度
が作用したとき、第１，第２の振動子とが第１，第２の
軸に直交する第３の軸方向に変位するときの変位を検出
する変位検出手段とから大略構成したものがある（例え
ば、特開平７−２１８２６８号公報等）。

【０００３】ここで、この角速度センサでは、振動発生
手段により第１，第２の振動子を第１の軸方向に音叉振
動させた状態で、第２の軸回りに角速度が作用すると、
第１，第２の振動子には第３の軸方向にコリオリ力が発
生する。そして、この第１，第２の振動子の第３の軸方
向への変位を変位検出手段でそれぞれ検出し、これらの
信号を差算することにより、センサ全体に加わった角速
度を、加速度等のノイズを除去して測定する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術による角速度センサでは、第１の振動子の固有の
共振周波数は、該第１の振動子の質量と支持梁等のばね
定数とによって設定され、第２の振動子の固有の共振周
波数は、該第２の振動子の質量と支持梁等のばね定数と
によって設定されている。また、これらの共振周波数と
を等しくすることにより、音叉振動時の振幅を大きくし
て検出感度を高めるようにしていた。しかし、製造誤差
によりこれらの振動子、支持梁を同一寸法に加工できな
い場合、各振動子が共鳴し合って振動する音叉モードが
起こらず、角速度センサが設計どおりに駆動しないとい
う問題がある。

【０００５】この問題を解決するために、振動子を支持
する支持梁にＦＩＢ（ＦｏｃｕｓＩｏｎ Ｂｅａｍ：集
中イオンビーム）等を照射し、該支持梁のばね定数を機
械的に調整するトリミング方法が知られている（例え
ば、特開平８−６８８０５号公報等）。

【０００６】しかし、この他の従来技術によって支持梁
を加工する場合には、該支持梁に対してＦＩＢを上側か
ら照射しているため、該支持梁の厚さ寸法のみを主に調
整している。このため、この方法では、振動子が厚さ方
向に振動するときのばね定数を変えて周波数を変えるこ
とができるものの、振動子が横方向に振動するときのば
ね定数を調整して周波数を変えることは困難である。

【０００７】このため、ある周波数で第１，第２の振動
子が横方向に音叉振動を行ったとき、第１の振動子が大
きな振幅で振動しているのに対し、第２の振動子が微小
な振幅で振幅してしまうような状態が起こり、角速度セ
ンサの検出感度を低下させてしまうという問題がある。

【０００８】しかも、この他の従来技術により角速度セ
ンサを製造した場合には、製造後に支持梁にトリミング
による後加工が必要となり、歩留が悪化して生産性が低
下してしまうという問題がある。

【０００９】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、本発明は第１の振動子の共振周波数と第
２の振動子の共振周波数とを同調させることにより、音
叉振動時の各振動子による振幅を大きくして角速度を検
出感度を高めることのできる角速度センサを提供するこ
とを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１による発明では、少なくとも一つの組
からなる第１，第２の振動子と、該第１，第２の振動子
を第１の軸方向に音叉振動させる振動発生手段と、該振
動発生手段により前記第１，第２の振動子を第１の軸方
向に音叉振動させた状態でこの第１の軸と直交する第２
の軸回りに角速度が作用したとき、第１，第２の振動子
とが第１，第２の軸に直交する第３の軸方向に変位する
ときの変位を検出する変位検出手段とを備えてなる角速
度センサにおいて、前記第１の振動子の周波数と第２の
振動子の周波数とが同調するように調整する周波数調整
手段を設けたことを特徴としている。

【００１１】このように構成したことにより、周波数調
整手段を用いて、第１の振動子の周波数と第２の振動子
の周波数とが同調するように調整した場合には、振動発
生手段により第１，第２の振動子を第１の軸方向に大き
な振幅をもって音叉振動させることができる。

【００１２】請求項２の発明では、周波数調整手段を、
第１，第２の振動子のうち、一方の振動子に第２の軸方
向に突出して設けられたくし状の可動側調整電極と、該
可動側調整電極に第２の軸方向で対向して配置されたく
し状の固定側調整電極と、該固定側調整電極と可動側調
整電極との間にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印
加手段とから構成したことにある。

【００１３】このような構成としたことにより、第１の
振動子に設けた可動側調整電極と、該可動側調整電極に
対向した固定側調整電極との間にバイアス電圧印加手段
からバイアス電圧を印加すると、可動側調整電極と固定
側調整電極との間には静電引力が発生し、該可動側調整
電極を固定側調整電極側に引張る。このとき、第１の振
動子が第１の軸方向に変位すると、静電力が振動子に働
き、見掛け上ばね定数が変化し、共振周波数を変化させ
ることができる。この結果、第１の振動子の共振周波数
と第２の振動子の共振周波数とを調整することができ
る。

【００１４】請求項３の発明では、可動側調整電極を構
成する電極板の先端面と固定側調整電極を構成する電極
板の先端面とを、第２の軸方向で対面する構成としたこ
とにある。

【００１５】このような構成としたことにより、バイア
ス電圧印加手段からバイアス電圧を固定側調整電極と可
動側調整電極との間に印加すると、先端面が対面した電
極板間に静電引力が発生する。この状態で、振動発生手
段によって振動子を第１の軸方向に音叉振動させると、
周波数調整手段から発生する静電引力は振動子を元の位
置に戻す復帰力として作用する。このため、振動子のば
ね定数が見掛け上高くなり、この振動子の共振周波数を
高めることができる。

【００１６】請求項４の発明では、可動側調整電極を構
成する電極板の先端面と固定側調整電極を構成する電極
板の先端面とを、第１の軸方向にずらせて対面する構成
としている。

【００１７】このような構成としたことにより、バイア
ス電圧印加手段からバイアス電圧を固定側調整電極と可
動側調整電極との間に印加したとしても、各先端面が重
なり合っていないから、各先端面間には静電引力が発生
していない。この状態で、振動発生手段によって振動子
を第１の軸方向に音叉振動させると、先端面が重なり合
い静電引力が発生し、この静電引力は振動子を音叉振動
させる力に付与する付与力として作用する。このため、
振動子のばね定数が見掛け上低くなり、この振動子の共
振周波数を低くすることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る角速度センサ
の実施の形態を、図１ないし図５を参照しつつ詳細に説
明する。

【００１９】まず、図１ないし図４に基づいて、第１の
実施の形態による角速度センサについて述べる。

【００２０】１は角速度センサで、該角速度センサ１
は、後述する基板２と、該基板２上に設けられた第１の
振動子８，第２の振動子１０と、該第１の振動子８，第
２の振動子１０に音叉振動を発生させる振動発生部２
７，２８と、第１の振動子８，第２の振動子１０がＺ軸
方向に変位するときの変位を検出する変位検出部２９，
３０と、第１の振動子８の共振周波数と第２の振動子１
０の共振周波数とが同調するように調整する周波数調整
部３１，３２とから大略構成されている。

【００２１】２は角速度センサ１の基台をなす矩形状に
形成された基板で、該基板２は例えばガラス材料によっ
て形成され、該基板２の表面には矩形状の凹陥部２Ａ，
２Ａ（図３参照）が形成されている。

【００２２】３は基板２上にシリコン材料等によって形
成された音叉振動部で、該音叉振動部３は基板２上の中
央部の前後に位置して固定的に設けられた２個の支持部
４と、該各支持部４から前，後方向（Ｙ軸方向）に伸長
する例えば４本の支持梁５と、該各支持梁５の先端側に
設けられ左，右方向（Ｘ軸方向）に延びる腕部６，６
と、右側に位置した該各腕部６から中央に向けて前，後
方向に延びる例えば４本の第１の支持梁７と、該各第１
の支持梁７によって前，後に位置した腕部６，６に支持
された矩形状をなす第１の振動子８と、左側に位置した
各腕部６から中央に向けて前，後方向に延びる例えば４
本の第２の支持梁９と、該各第２の支持梁９によって
前，後に位置した腕部６，６に支持された矩形状をなす
第２の振動子１０とから構成されている。

【００２３】なお、便宜上、第１の軸をＸ軸（左，右方
向）、第２の軸をＹ軸（前，後方向）、第３の軸をＺ軸
（上，下方向）とする。

【００２４】ここで、前記音叉振動部３は、２個の支持
部４によって基板２の中央部に固着されている。そし
て、該音叉振動部３を構成する支持梁５、第１の支持梁
７、第１の振動子８、第２の支持梁９および第２の振動
子１０は、基板２の凹陥部２Ａによって、該凹陥部２Ａ
の底部から所定間隔を離間した状態にある。また、第１
の支持梁７はＹ軸方向に伸長しているから、該支持梁７
をＸ軸方向に撓ませることにより、第１の振動子８をＸ
軸方向に変位させる。さらに、第２の支持梁９もＹ軸方
向に伸長しているから、該支持梁９をＸ軸方向に撓ませ
ることにより、第２の振動子１０をＸ軸方向に変位させ
ることができる。

【００２５】さらに、前記音叉振動部３を構成する第１
の振動子８側は、質量、第１の支持梁７のばね定数等に
よって固有の共振周波数ｆ1 を有し、第２の振動子１０
側は、質量、第２の支持梁９のばね定数等によって固有
の共振周波数ｆ2 を有している。

【００２６】なお、振動子８，１０、支持梁７，９はほ
ぼ同一形状になるように設計されているものの、シリコ
ン加工による製造誤差により、振動子８，１０の質量、
支持梁７，９のばね定数とは若干相違してしまい、第１
の振動子８の共振周波数ｆ1と、第２の振動子１０の共
振周波数ｆ2 とは、異なった値となる場合がある。

【００２７】１１は第１の振動子８側の可動側振動電極
で、該可動側振動電極１１は、第１の振動子８の右側側
面に位置してＸ軸方向に伸長する複数枚の電極板１１Ａ
によって構成されている。また、１２は第２の振動子１
０側の可動側振動電極で、該可動側振動電極１２は、第
２の振動子１０の左側側面に位置してＸ軸方向に伸長す
る複数枚の電極板１２Ａによって構成されている。そし
て、これらの可動側振動電極１１，１２は、後述する固
定側振動電極１９，２０と共に振動発生部２７，２８を
構成している。

【００２８】１３は第１の振動子８側の可動側検出電極
で、該可動側検出電極１３は、図３に示すように、第１
の振動子８の裏面によって形成されている。また、１４
は第２の振動子１０側の可動側検出電極で、該可動側検
出電極１４は、第２の振動子１０の裏面によって形成さ
れている。そして、これら可動側検出電極１３，１４
は、後述する固定側検出電極２１，２２と共に変位検出
部２９，３０を構成している。

【００２９】１５，１５は第１の振動子８側の可動側調
整電極で、該可動側調整電極１５，１５は、第１の振動
子８の前，後の側面に位置して先端面１５Ｂを有してＹ
軸方向に伸長する複数枚の電極板１５Ａから構成されて
いる（図４参照）。また、１６，１６は第２の振動子１
０側の可動側調整電極で、該可動側調整電極１６，１６
は、第２の振動子１０の前，後の側面に位置して先端面
を有してＹ軸方向に伸長する複数枚の電極板１６Ａから
構成されている。そして、これら可動側調整電極１５，
１６は、後述する固定側調整電極２５，２６と共に周波
数調整部３１，３２を構成している。

【００３０】１７は第１の振動子８側の振動用固定部
で、該振動用固定部１７は基板２上の右側に位置して固
定的に設けられている。また、１８は第２の振動子１０
側の振動用固定部で、該振動用固定部１８は基板上の左
側に位置して固定的に設けられている。

【００３１】１９は第１の振動子８側の固定側振動電極
で、該固定側振動電極１９は、可動側振動電極１１の各
電極板１１Ａと隙間をもってＹ軸方向で交互に対面する
ように、右側に位置した振動側固定部１７に突出形成さ
れた複数枚の電極板１９Ａにより構成されている。ま
た、２０は第２の振動子１０側の固定側振動電極で、該
固定側振動電極２０は、可動側振動電極１２の各電極板
１２Ａと隙間をもってＹ軸方向に交互に対面するよう
に、左側に位置した振動用固定部１８に突出形成された
複数枚の電極板２０Ａにより構成されている。

【００３２】２１は第１の振動子８側の固定側検出電極
で、該固定側検出電極２１は基板２の凹陥部２Ａの底部
に位置し、図３に示すように、第１の振動子８と対向す
る位置に形成されている。また、２２は第２の振動子１
０側の固定側検出電極で、該固定側検出電極２２は基板
２の凹陥部２Ａの底部に位置し、第２の振動子１０と対
向する位置に形成されている。そして、これらの固定側
検出電極２１，２２は、基板２上に形成したパターン配
線を介して基板２上に形成した電極パッド（図示せず）
に接続されている。

【００３３】２３，２３は第１の振動子８側の調整用固
定部で、該調整用固定部２３は基板２上のうち、第１の
振動子８と前，後の腕部６，６との間に位置してそれぞ
れ固定的に設けられている。また、２４，２４は第２の
振動子１０側の調整用固定部で、該調整用固定部２４は
基板２上のうち、第２の振動子１０と前，後の腕部６，
６との間に位置してそれぞれ固定的に設けられている。

【００３４】２５，２５は第１の振動子８側の固定側調
整電極で、該固定側調整電極２５は、可動側調整電極１
５の各電極板１５Ａの先端面１５Ｂと隙間をもってＹ軸
方向で対面するように、調整用固定部２３に突出形成さ
れ、先端面２５Ｂを有する複数枚の電極板２５Ａによっ
て構成されている（図４参照）。また、２６，２６は第
２の振動子１０側の固定側調整電極で、該固定側調整電
極２６は、可動側調整電極１６の各電極板１６Ａの先端
面と隙間をもってＹ軸方向で対面するように、調整用固
定部２４に突出形成されている。

【００３５】２７は第１の振動子８側の振動発生部で、
該振動発生部２７は、可動側振動電極１１と固定側振動
電極１９とによって構成され、該可動側振動電極１１の
各電極板１１Ａと、固定側振動電極１９の各電極板１９
Ａとの間には、それぞれ等しい隙間が形成されている。
また、２８は第２の振動子１０側の振動発生部で、該振
動発生部２８は、可動側振動電極１２と固定側振動電極
２０とによって構成され、該可動側振動電極１２の各電
極板１２Ａと、固定側振動電極２０の各電極板２０Ａと
の間には、それぞれ等しい隙間が形成されている。

【００３６】ここで、右，左に位置した振動発生部２
７，２８に同位相となった振動周波数ｆ0 のパルス波ま
たは正弦波等の駆動信号を印加すると、電極板１１Ａ，
１９Ａ間、電極板１２Ａ，２０Ａ間には静電引力が同時
に発生する。これにより、振動発生部２７，２８は、第
１の振動子８、第２の振動子１０をＸ軸方向（第１の軸
方向）に音叉振動させる。なお、振動周波数ｆ0 は、第
１の支持梁７と第１の振動子８，第２の支持梁９と第２
の振動子１０とによってそれぞれ設定されるＸ軸方向の
共振周波数ｆ1 ，ｆ2 にほぼ一致させることにより、第
１の振動子８をＸ軸方向に大きな振幅で振動させること
ができる。

【００３７】２９は第１の振動子８側の変位検出部で、
該変位検出部２９は、図３に示すように、可動側検出電
極１３と固定側検出電極２１とからなり、検出電極１
３，２１間には隙間が形成されている。そして、変位検
出部２９は、検出電極１３，２１間の離間寸法の変化を
静電容量の変化として検出信号ＶA を出力するものであ
る。また、３０は第２の振動子１０側の変位検出部で、
該変位検出部３０は、可動側検出電極１４と固定側検出
電極２２とからなり、検出電極１４，２２間には隙間が
形成されている。そして、変位検出部３０は、検出電極
１４，２２間の離間寸法の変化を静電容量の変化として
検出信号ＶB を出力するものである。

【００３８】３１，３１は周波数調整手段としての第１
の振動子８側の周波数調整部で、該各周波数調整部３１
は、可動側調整電極１５と固定側調整電極２５とによっ
て構成されている。また、図４に示すように、可動側調
整電極１５の各先端面１５Ｂと固定側調整電極２５の各
先端面２５Ｂとは、第２の軸（Ｙ軸）方向で対面する構
成となっている。

【００３９】ここで、図４に基づいて、周波数調整部３
１の動作について説明するに、該周波数調整部３１に後
述の直流電源３３からバイアス電圧が印加されることに
より、対面した先端面１５Ｂ，２５Ｂ間にＹ軸に沿った
静電引力が発生する。しかも、振動子８はＹ軸方向に延
びる支持梁７によって支持されているため、該振動子８
はＸ軸，Ｚ軸方向に変位し易く、Ｙ軸方向には変位しに
くいようにして支持されている。これにより、周波数調
整部３１から発生した静電引力は、振動子８がＸ軸方向
に変位して二点鎖線で示す位置のようになったときに
は、該振動子８を元の位置（初期位置）に戻すための復
帰力Ｒが発生する（図４参照）。

【００４０】３２，３２は周波数調整手段としての第２
の振動子１０側の周波数調整部で、該各周波数調整部３
２は、可動側調整電極１６と固定側調整電極２６とによ
って構成されている。また、各周波数調整部３２の可動
側調整電極１６と固定側調整電極２６とは、各周波数調
整部３１と同様に構成されている。

【００４１】３３はバイアス電圧印加手段を構成する直
流電源（１個のみ図示）で、該直流電源３３は、図４に
示すように、可動側調整電極１５と固定側調整電極２５
との間にバイアス電圧を印加することにより、調整電極
１５，２５間、調整電極１６，２６間に、それぞれ静電
引力を発生させる。

【００４２】本実施の形態による角速度センサ１は、上
述した如くに構成され、次にＹ軸回りに角速度Ωを加え
た場合の基本的な検出動作について説明する。

【００４３】まず、右，左に位置した振動発生部２７，
２８に同位相となる駆動信号を印加すると、可動側振動
電極１１と固定側振動電極１９との間、可動側振動電極
１２と固定側振動電極２０との間には、静電引力が左，
右方向に同時に発生し、第１の振動子８，第２の振動子
１０は図２中の矢示Ａ1 ，Ａ1 方向またはＡ2 ，Ａ2方
向に示すように、Ｘ軸方向に沿った音叉振動を発生す
る。この場合、第１の支持梁７と第２の支持梁９とは、
Ｘ軸方向に撓み易くＹ軸方向には撓みにくいから、振動
子８，１０はＸ軸方向にのみ音叉振動を発生する。

【００４４】この状態で、Ｙ軸（第２の軸）回りに角速
度Ωが加わると、第１の振動子８と第２の振動子１０に
は、Ｚ軸方向（第３の軸方向）に下記の数１に示すコリ
オリ力Ｆ（慣性力）が発生する。

【００４５】

【数１】 Ｆ＝２ｍΩｖ ただし、ｍ：振動子８，１０の質量 Ω：角速度 ｖ：第２の振動子１０のＸ軸方向の速度

【００４６】そして、このコリオリ力Ｆによって、第１
の振動子８と第２の振動子１０とは、図３の矢示Ｂ1 ，
Ｂ2 に示すように、Ｚ軸方向にそれぞれ交互に振動す
る。そして、変位検出部２９，３０では、これらの振動
変位を、可動側検出電極１３と固定側検出電極２１との
間，可動側検出電極１４と固定側検出電極２２との間の
静電容量の変化としてそれぞれ検出し、Ｙ軸回りの角速
度Ωを検出することができる。

【００４７】しかも、角速度ΩがＹ軸回りに加わったと
きには、例えば右側に位置した第１の振動子８が矢示Ｂ
1 のように下側に変位し、左側に位置した第２の振動子
１０が矢示Ｂ1 のように上側に変位した場合には、変位
検出部２９，３０から出力される検出信号ＶA ，ＶB は
下記の表１のようになる。なお、右段中のΔＶa は、Ｙ
軸回りに角速度Ωに加えてＺ軸方向に加速度が加わった
場合の検出信号の値を示す。

【００４８】

【表１】

【００４９】そして、一方の変位検出部２９による検出
信号ＶA から他方の変位検出部３０による検出信号ＶB
を後述する数２のように減算することにより、（２×Δ
Ｖt）の信号を得ることができ、これにより、角速度Ω
の検出感度を高めることができる。

【００５０】

【数２】

【００５１】一方、Ｚ軸方向に加速度が加わったとして
も、この加速度の影響は、振動子８，１０のＺ軸方向に
同様に影響するから、変位検出部２９，３０にも同じ大
きさのノイズ（ΔＶa ）として検出信号ＶA ，ＶB に加
算される。

【００５２】しかし、前述した如く、変位検出部２９，
３０から出力される検出信号ＶA ，ＶB を、数３のよう
に減算することにより、振動子８，１０に加わる角速度
を相殺することができ、角速度Ωの高精度に検出するこ
とができる。

【００５３】

【数３】 ＶA −ＶB ＝（＋ΔＶt ＋ΔＶa ）−（−ΔＶt ＋ΔＶa ） ＝２×ΔＶt

【００５４】さらに、本実施の形態による角速度センサ
１では、センサ全体が左右で対称構造となっているか
ら、振動子８，１０に外来ノイズが加わったとしても、
全てキャンセルでき、角速度センサ１の信頼性を高める
ことができる。

【００５５】次に、周波数調整部３１，３２によって周
波数を調整する場合の動作について、代表として基板２
の右側後方に位置した周波数調整部３１を例に挙げ、図
４を参照しつつ説明する。

【００５６】ここで、前述した如く、周波数調整部３１
を構成する可動側調整電極１５と固定側調整電極２５と
に直流電源３３からバイアス電圧が印加されると、先端
面１５Ｂと先端面２５Ｂとの間には静電引力が発生し、
第１の振動子８を調整用固定部２３側に引張る。しか
し、第１の振動子８は第１の支持梁７によってＸ軸、Ｚ
軸方向にのみ変位可能となって、該第１の振動子８はＹ
軸方向にはほとんど変位しないから、先端面１５Ｂと先
端面２５Ｂとが正対する位置（対向面積が最大となる位
置）まで第１の振動子８をＸ軸方向に移動させようとす
る復帰力Ｒが発生する。なお、第１の支持梁７がＸ軸方
向に撓んでいないときには、実線で示すように、先端面
１５Ｂと先端面２５Ｂとが対面する位置となり、この位
置を初期位置とする。

【００５７】次に、振動発生部２７に駆動信号を印加し
て第１の振動子８が右側の二点鎖線で示す位置に移動す
ると、第１の振動子８には、周波数調整部３１による復
帰力Ｒと第１の振動子８のばね定数Ｋによるばね力ＳＦ
とが同じ方向に作用する。そして、第１の支持梁７の初
期位置に戻そうとするばね力ＳＦには、復帰力Ｒの分が
加算され、このばね力ＳＦは見掛け上高くなり、支持針
７のばね定数ｋを高めることができる。

【００５８】しかも、一般的に共振周波数ｆは、下記の
数４によって設定されることは知られている。

【００５９】

【数４】 ただし、ｍ：振動子の質量 Ｋ：振動子のばね定数

【００６０】この数４に示すように、前述した如く、周
波数調整部３１にバイアス電圧を印加して第１の支持梁
７のばね定数ｋを高めることにより、第１の振動子８の
共振周波数ｆ1 を高めることができる。しかも、この共
振周波数ｆ1 は、周波数調整部３１に印加されるバイア
ス電圧の値を変えれば共振周波数ｆ1 を変化させること
ができ、第２の振動子１０の共振周波数ｆ2 が共振周波
数ｆ1 よりも高い場合にも、両者の周波数を近づけるこ
とができる。

【００６１】然るに、本実施の形態では、第１の振動子
８には周波数調整部３１を設け、第２の振動子１０に周
波数調整部３２を設けているから、周波数調整部３１，
３２に印加するバイアス電圧を制御することによって、
共振周波数ｆ1 ，ｆ2 をそれぞれ別個に調整することが
できる。

【００６２】かくして、本実施の形態による角速度セン
サ１では、シリコン加工による製造上の誤差によって、
第１の振動子８の共振周波数ｆ1 と第２の振動子１０の
共振周波数ｆ2 とがずれていた場合でも、周波数調整部
３１，３２に対し、直流電源３３からのバイアス電圧を
それぞれ印加することにより、第１の支持梁７のばね定
数、第２の支持梁９のばね定数を見掛け上変化させ、第
１の振動子８の共振周波数ｆ1 と第２の振動子１０の共
振周波数ｆ2 とを同調するように調整することができ
る。

【００６３】これにより、角速度センサ１では、第１の
振動子８と第２の振動子１０とを振動発生部２７，２８
によってＸ軸方向に音叉振動させたとき、周波数調整部
３１，３２に印加する電圧の値を調整し、第１の振動子
８の共振周波数ｆ1 と第２の振動子１０の共振周波数ｆ
2 とを同調させた上で、この共振周波数ｆ1 ，ｆ2 に駆
動信号の振動周波数ｆ0 を合わせることにより、第１の
振動子８と第２の振動子１０とを、Ｘ軸方向に大きな振
幅で音叉振動させることができる。

【００６４】この結果、Ｙ軸回りに角速度Ωを加えたと
きに、振動子８，１０がＺ軸方向に交互に大きく変位
し、変位検出部２９，３０でこの振動子８，１０のＺ軸
方向への大きな変位を検出する。従って、角速度センサ
１では、変位検出部２９，３０から検出された検出信号
ＶA ，ＶB を差算することにより、Ｚ軸方向に加わる加
速度等のノイズを除去した上で、角速度Ωを高精度に検
出することができる。

【００６５】しかも、角速度センサ１は、製造後に外部
から印加するバイアス電圧を調整することにより、製造
誤差を補って角速度の検出感度を高めることができ、角
速度センサ１の歩留を高め、生産性を向上することがで
きる。さらに、経時劣化等によって振動子８，１０の共
振周波数ｆ1 ，ｆ2 が変化した場合でも、この周波数ｆ
1 ，ｆ2 を調整することができるから、長期に亘って角
速度を正確に検出することができ、信頼性と寿命を伸ば
すことができる。

【００６６】次に、図５に基づいて、本発明による第２
の実施の形態に適用される角速度センサについて述べ
る。本実施の形態の特徴は、周波数調整手段によって発
生する力を振動子が振動する方向に発生させる構成とし
たことにある。なお、本実施の形態では、前述した第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。

【００６７】４１は周波数調整部で、該周波数調整部４
１は、可動側調整電極１５と固定側調整電極２５とによ
って構成されている。また、可動側調整電極１５の各先
端面１５Ｂと固定側調整電極２５の各先端面２５Ｂと
は、Ｘ軸方向にずらせて対面する構成としている。

【００６８】ここで、周波数調整部４１を構成する可動
側調整電極１５と固定側調整電極２５とに直流電源３３
からバイアス電圧が印加すると、先端面１５Ｂと先端面
２５Ｂとの間には静電引力が発生しようとするが、先端
面１５Ｂと先端面２５Ｂとは重なり合う部分がないか
ら、静電引力はほとんど発生しない。なお、第１の支持
梁７がＸ軸方向に撓んでいないときには、実線で示すよ
うに、先端面１５Ｂと先端面２５Ｂとが重なり合ってい
ない位置を初期位置としている。

【００６９】次に、振動発生部２７に駆動信号を印加し
て第１の振動子８が右側の二点鎖線で示す位置に移動す
ると、先端面１５Ｂと先端面２５Ｂとが重なり合って静
電引力が発生し、この静電引力は振動子８が音叉振動さ
せる力に付与する付与力Ｐとして作用する。そして、第
１の振動子８には、周波数調整部３１による付与力Ｐ
と、第１の振動子８のばね定数Ｋによるばね力ＳＦとは
それぞれ反対向きに作用するから、第１の支持梁７の初
期位置に戻そうとするばね力ＳＦには、付与力Ｐの分が
差算され、このばね力ＳＦは支持針７のばね定数ｋを見
掛け上低くすることができる。

【００７０】かくして、本実施の形態による角速度セン
サでは、シリコン加工による製造上の誤差によって発生
する第１の振動子８の共振周波数ｆ1 と第２の振動子１
０の共振周波数ｆ2 とがずれていた場合でも、周波数調
整部４１に直流電源３３からバイアス電圧を印加するこ
とにより、第１の支持梁７のばね定数を見掛け上低く
し、第１の振動子８の共振周波数ｆ1 を低くして第２の
振動子１０の共振周波数ｆ2 に調整することができる。

【００７１】この結果、前述した第１の実施の形態によ
る角速度センサ１と同様に、振動子８，１０をＸ軸方向
に大きな振幅で音叉振動させることができ、Ｙ軸回りに
角速度Ωが加わったときの振動子８，１０のＺ軸方向の
変位を大きくし、検出感度を高めることができる。

【００７２】なお、第１の実施の形態による周波数調整
部３１は、振動子８が振動したときにばね力ＳＦを助け
る復帰力Ｒを発生して振動子８の共振周波数を高め、第
２の実施の形態による周波数調整部４１は、振動子８が
音叉振動するときの振動力を助ける付与力Ｐを発生して
振動子８の共振周波数を低めた場合について述べたが、
本発明はこれに限らず、この周波数調整部３１，４１を
組合せて用いてもよい。この場合、周波数調整部３１，
４１の配置は、基板２に対して右側後方と左側前方、右
側前方と左側後方とに分けてそれぞれ交互に設けるよう
にしてもよい。

【００７３】また、第１の実施の形態では、第１の振動
子８に対して２個の周波数調整部３１を設け、第２の振
動子１０に対して２個の周波数調整部３２を設けるよう
にしたが、それぞれ１個づつ設けても、いずれかの１箇
所に設けてもよいことは勿論である。

【００７４】さらに、実施の形態では、２つの振動子を
もった角速度センサについて述べたが、特開平７−２１
８２６８号公報の図５に示すように、振動子を４個配置
して互いに共鳴する振動子を有するものに適用してもよ
い。

【００７５】

【発明の効果】以上詳述した如く、請求項１の発明によ
れば、第１の振動子の周波数と第２の振動子の周波数と
が同調するように調整する調整手段を設けたから、第１
の振動子の周波数と調整して第２の振動子の周波数とを
調整することにより、第１，第２の振動子を第１の軸方
向に大きな振幅をもって音叉振動させることができる。
この状態で、第２の軸回りに角速度が加わったときに
は、第１，第２の振動子を第３の軸方向に大きな変位で
振動させ、この変位を変位検出手段で検出することによ
り、角速度の検出感度を高めることができる。

【００７６】請求項２の発明では、周波数調整手段を、
第１，第２の振動子のうち、一方の振動子に第２の軸方
向に突出して設けられたくし状の可動側調整電極と、該
可動側調整電極に第２の軸方向で対向して配置されたく
し状の固定側調整電極と、該固定側調整電極と可動側調
整電極との間にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印
加手段とから構成したから、第１の振動子に設けた可動
側調整電極と固定側調整電極との間に、バイアス電圧を
印加すると、可動側調整電極と固定側調整電極との間に
は静電引力が発生し、この静電引力が第１の振動子のば
ね定数を変化させ、周波数を変化させる。これにより、
第１の振動子の周波数と第２の振動子の周波数とを調整
することができ、製造時の歩留を高め、生産性を向上す
ることができる。

【００７７】請求項３の発明では、可動側調整電極を構
成する電極板の先端面と固定側調整電極を構成する電極
板の先端面とを、第２の軸方向で対面する構成としたか
ら、バイアス電圧を固定側調整電極と可動側調整電極と
の間に印加すると、先端面が対面した電極板間に静電引
力が発生する。この状態で、振動子を音叉振動させる
と、周波数調整手段から発生する静電引力は振動子を元
の位置に戻す復帰力として作用する。このため、振動子
のばね定数を見掛け上高くし、この振動子の周波数を高
めることができる。

【００７８】請求項４の発明では、可動側調整電極を構
成する電極板の先端面と固定側調整電極を構成する電極
板の先端面とは、第１の軸方向にずらせて対面する構成
としたから、バイアス電圧を固定側調整電極と可動側調
整電極との間に印加したとしても、先端面が重なり合っ
ていないから、各先端面間には静電引力が発生していな
い。この状態で、振動子を音叉振動させると、先端面が
重なり合い静電引力が発生し、この静電引力は振動子が
音叉振動させる力に付与する付与力として作用する。こ
のため、振動子のばね定数を見掛け上低くし、この振動
子の周波数を低くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施の形態による角速度セ
ンサを示す斜視図である。

【図２】第１の実施の形態による角速度センサの平面図
である。

【図３】図２中の矢示III −III 方向からみた縦断面図
である。

【図４】基板上に形成された周波数調整部を拡大して示
す平面図である。

【図５】第２の実施の形態による周波数調整部を拡大し
て示す平面図である。

【符号の説明】

１ 角速度センサ ２ 基板 ７ 第１の支持梁 ８ 第１の振動子 ９ 第２の支持梁 １０ 第２の振動子 ２７，２８ 振動発生部 ２９，３０ 変位検出部 ３１，３２，４１ 周波数調整部 ３３ 直流電源（バイアス電圧印加手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一つの組からなる第１，第２
   の振動子と、該第１，第２の振動子を第１の軸方向に音
   叉振動させる振動発生手段と、該振動発生手段により前
   記第１，第２の振動子を第１の軸方向に音叉振動させた
   状態でこの第１の軸と直交する第２の軸回りに角速度が
   作用したとき、第１，第２の振動子とが第１，第２の軸
   に直交する第３の軸方向に変位するときの変位を検出す
   る変位検出手段とを備えてなる角速度センサにおいて、 前記第１の振動子の周波数と第２の振動子の周波数とが
   同調するように調整する周波数調整手段を設けたことを
   特徴とする角速度センサ。
2. 【請求項２】 前記周波数調整手段は、前記第１，第２
   の振動子のうち、一方の振動子に第２の軸方向に突出し
   て設けられたくし状の可動側調整電極と、該可動側調整
   電極に第２の軸方向で対向して配置されたくし状の固定
   側調整電極と、該固定側調整電極と可動側調整電極との
   間にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段とか
   ら構成してなる請求項１記載の角速度センサ。
3. 【請求項３】 前記可動側調整電極を構成する電極板の
   先端面と前記固定側調整電極を構成する電極板の先端面
   とは、第２の軸方向で対面する構成としてなる請求項２
   記載の角速度センサ。
4. 【請求項４】 前記可動側調整電極を構成する電極板の
   先端面と前記固定側調整電極を構成する電極板の先端面
   とは、第１の軸方向にずらせて対面する構成としてなる
   請求項２記載の角速度センサ。