JP2000146592A - 振動式検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】振動式検出器において、励振振動の検出軸方向
への漏れ振動を抑制すること。 【解決手段】基板面に平行なｙ軸方向に伸びたビーム２
１、２２、２３、２４で支持されたマス部１０をｘ軸方
向に振動させ、ｙ軸回りの角速度Ωによりｚ方向に生起
されるコリオリ力による振動を検出することにより角速
度Ωを検出する角速度検出器において、ｘ軸方向にマス
部を挟んで配設された、各々がｘ軸方向、ｚ軸方向の成
分を持つ１対の加振電極３１、３２を設ける。１対の加
振電極３１、３２に印加する交流電圧をそれぞれ独立に
制御することで、１対の加振電極３１、３２からマス部
１０に及ぼされる、ｘ軸方向の力の成分の和、ｚ軸方向
の力の成分の和を独立に制御し、振動の検出軸方向への
漏れ振動を抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、互いに直交する２
軸方向に励振軸及び検出軸を持つ、振動式検出器に関す
る。本発明は、コリオリ力に関連する物理量を検出する
ことで角速度を検出する振動式角速度検出器に特に有効
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体の微細加工技術を用いて製
造した、振動式角速度検出器の開発が盛んである。図１
１、図１２に振動式角速度検出器の一例として、検出器
９００、９９０を示す。検出器９００は、図１１のｘ軸
方向にマス部１０を励振させ、ｙ軸回りの角速度が印加
されたときにｚ軸方向に発生するコリオリ力を検出す
る。また、検出器９９０は、図１２のｘ軸方向にマス部
１０を励振させ、ｚ軸回りの角速度が印加されたときに
ｙ軸方向に発生するコリオリ力を検出する。これら検出
器９００、９９０は半導体の微細加工技術を用いて製造
した場合、それら検出器自体の大きさが小さく、発生す
るコリオリ力も微小であるため、励振振動を共振状態に
置くことが一般的である。

【０００３】ところが、上述のような振動式角速度検出
器においては、励振振動、検出振動の共振周波数が一
致、若しくは近い周波数であることが多い。この場合、
構造の非対称性などの機械的要因、ノイズなどの電気的
要因により、角速度が印加されていない状態でも検出軸
方向に共振振動が現れる。これを漏れ振動と呼ぶが、こ
の漏れ振動は角速度検出の際のオフセット出力となる。
このオフセット出力が温度変化や振動状態の変化によっ
て揺らぐと、検出器の動作に重大な支障をきたす。この
漏れ振動を低減する方法として、例えば特開平１０−１
０３９６０には、検出軸方向に漏れ振動を打ち消す振動
発生装置を設けた角速度検出器９９９が提案されている
（図１３）。角速度検出器９９９の漏れ振動を打ち消す
手段は以下の通りである。

【０００４】図１３に、角速度検出器９９９の構成を示
す。紙面に平行にｘ軸、ｙ軸をとり、紙面に垂直にｚ軸
をとる。角速度検出器９９９のマス部１０はｘ軸方向に
も、ｙ軸方向にも振動可能に支持されている。

【０００５】このマス部１０のｘ軸に垂直な側面に、マ
ス部１０とシリコン基板に固定された電極双方から延設
され、所定間隔隔てて平行に設けられた櫛歯の組からな
るｘ軸励振電極９１１と、マス部１０のｘ軸励振電極９
１１とは反対の側面に、ｘ軸励振電極９１１と同様の構
成のｘ軸励振電極９１２が配設されている。ｘ軸励振電
極９１１及び９１２の一方はマス部１０のｘ軸方向の励
振振動を発生させ、一方はマス部１０のｘ軸方向の振動
を検出し、適当な回路により共振周波数で励振させるよ
うになっている。

【０００６】また、マス部１０のｘ軸に垂直な側面に、
マス部１０とシリコン基板に固定された電極双方から延
設され、所定間隔隔てて平行に設けられた櫛歯の組から
なるｙ軸振動検出電極９３１と、マス部１０のｙ軸振動
検出電極９３１とは反対の側面に、ｙ軸振動検出電極９
３１と同様の構成のｙ軸振動検出電極９３２が配設され
ている。ｙ軸振動検出電極９３１及び９３２は、マス部
１０のｙ軸方向の変位をその電極の容量変化として検出
するようになっており、２組あることでその精度をあげ
ることができる。

【０００７】さて、角速度検出器９９９は、マス部１０
のｙ軸に垂直な側面に、マス部１０とシリコン基板に固
定された電極双方から延設され、所定間隔隔てて平行に
設けられた櫛歯の組からなる、ｙ軸補正振動電極９４１
と、マス部１０のｙ軸補正振動電極９４１とは反対の側
面に、ｙ軸補正振動電極９４１と同様の構成のｙ軸補正
振動電極９４２が配設されている。ｙ軸補正振動電極９
４１及び９４２は、マス部１０をｙ軸方向に補正振動さ
せる役割を果たす。

【０００８】図１４に、角速度検出器９９９の、漏れ振
動を低減するための回路をブロック図として示した。駆
動回路９０１により、ｘ軸励振電極９１１に交流電圧Ｖ
_dが印加され、マス部１０がｘ軸方向に振動する。角速
度が印加されていない状態でのマス部１０のｙ軸方向の
変位を、容量変化としてｙ軸振動検出電極９３１及び９
３２から変位量検出回路９０２に出力され、角速度信号
変換回路９０３でオフセット出力Ｖ₀として出力され
る。このオフセット出力Ｖ₀が０に等しくなるよう、オ
フセット調整回路９０４を通し、補正駆動回路９０５か
ら補正交流電圧Ｖ_rがｙ軸補正振動電極９４１及び９４
２に印加される構成である。特開平１０−１０３９６０
には更に回路と論理演算回路を追加することで、漏れ振
動を自動補正する角速度検出器とすることも提案してい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この角速度検
出器９９９においては、漏れ振動を打ち消す振動発生の
構造であるｙ軸補正振動電極９４１、９４２を振動子に
追加するだけでなく、漏れ振動を検知したのち、その漏
れ振動を打ち消すための信号を発生する回路９０４、９
０５を新たに追加しなければならなかった。これらはオ
フセット出力が温度変化や振動状態の変化によって揺ら
ぐことをも防ぐ目的ではあるが、漏れ振動の主要因が機
械的要因であることに鑑みると、必ずしも妥当な改良と
は言いがたい。

【００１０】そこで本発明者らは、振動式検出器の構造
の非対称性、特に励振振動を発生させる電極の非対称性
などの機械的要因が上記漏れ振動の主要因であることに
鑑み、より簡易な構成並びに回路で振動式検出器の漏れ
振動を低減することに成功した。したがって本発明の目
的は、簡易な回路で漏れ振動を低減する手段を有する、
振動式検出器を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の手段によれば、次の構成の振動式
検出器となる。即ち、基板に対して振動可能に支持され
たマス部をｘ軸方向に励振させ、第１の物理量を、ｚ軸
（或いはｙ軸）方向に発生する第２の物理量を検出する
ことで検出する振動式検出器において、ｘ軸方向にマス
部を挟んで配設された少なくとも１対の加振手段を有
し、各加振手段が生起する加振力がｘ軸方向の成分及び
ｚ軸（若しくはｙ軸）方向の成分を有し、１対の加振手
段を成す２つの加振手段が生起する加振力の大きさを独
立に制御する手段を有し、１対の加振手段を成す２つの
加振手段が生起する加振力のｘ軸方向の成分の和、及び
ｚ軸（若しくはｙ軸）方向の成分の和を独立に制御する
ことを特徴とする。即ち、１対の加振手段により、励振
軸方向に振動を加え、検出軸方向には漏れ振動を低減す
ることができる構成とするのである。

【００１２】また、請求項２に記載の手段によれば、次
の第１又は第２の構成の振動式角速度検出器となる。即
ち、第１の構成は、基板に対して振動可能に支持された
マス部をｘ軸方向に励振させ、ｙ軸回りの角速度をｚ軸
方向に発生するコリオリ力に関連する物理量を検出する
ことで、角速度を検出する振動式角速度検出器におい
て、ｘ軸方向にマス部を挟んで配設された少なくとも１
対の加振手段を有し、各加振手段が生起する加振力がｘ
軸方向の成分及びｚ軸方向の成分を有し、１対の加振手
段を成す２つの加振手段が生起する加振力の大きさを独
立に制御する手段を有し、１対の加振手段を成す２つの
加振手段が生起する加振力のｘ軸方向の成分の和及びｚ
軸方向の成分の和を独立に制御することで、ｚ軸方向の
漏れ振動を低減することを特徴とする。即ち、１対の加
振手段により、励振軸方向（ｘ軸方向）に振動を加え、
検出軸方向（ｚ軸方向）には漏れ振動を低減することが
できる構成とするのである。また、第２の構成は、基板
面に垂直にｚ軸をとった上で、第１の構成でｙ軸とある
をｚ軸と、且つｚ軸とあるをｙ軸と読み替えた構成であ
る。即ち、ｚ軸回りの角速度を１対の加振手段により、
ｙ軸方向に発生するコリオリ力に関連する物理量を検出
することで、角速度を検出する振動式角速度検出器にお
いて励振軸方向（ｘ軸方向）に振動を加え、検出軸方向
（ｙ軸方向）には漏れ振動を低減することができる構成
とするのである。

【００１３】更に、請求項３に記載の手段によれば、請
求項２に記載の振動式角速度検出器において、検出器が
半導体の微細加工技術により作製されたものであり、マ
ス部と基板に形成された櫛歯電極間の静電力を加振手段
としたものであり、その加振手段による静電力が、ｘ軸
方向に常に正負いずれか一方の成分及びｚ軸方向（もし
くはｙ軸方向）に常に正負いずれか一方の成分を有する
ことを特徴とする。尚、この際、「常に正」及び「常に
負」は０となることが有りうるものとする。また、この
際、好ましくは、２つの加振手段による静電力が、ｘ軸
方向に一方は常に正且つ一方は常に負であり、ｚ軸方向
（もしくはｙ軸方向）に両方とも常に正或いは両方とも
常に負である事が好ましい。

【００１４】また、請求項４に記載の手段によれば、ｘ
軸方向にマス部を挟んで配設された、生起する第１加振
力及び第２加振力がそれぞれｘ軸方向の成分、及び、ｚ
軸（若しくはｙ軸方向）の成分を有する第１加振手段及
び第２加振手段と、第１加振手段及び第２加振手段が生
起する第１加振力及び第２加振力の大きさをそれぞれ独
立に制御する第１制御手段及び第２制御手段と、マス部
のｘ軸方向の振動を検出するｘ軸振動検出手段と、マス
部のｚ軸方向振動（若しくはｙ軸方向振動）を検出する
ｚ軸振動検出手段（若しくはｙ軸振動検出手段）と、ｚ
軸振動検出手段（若しくはｙ軸振動検出手段）の検出す
るｚ軸方向振動（若しくはｙ軸方向振動）が、ｙ軸回り
（若しくはｚ軸回り）の角速度由来のものかｘ軸方向の
振動由来のものかを判別する判別手段とを有し、ｘ軸振
動検出手段、判別手段、並びに第１制御手段及び第２制
御手段により、第１加振手段及び第２加振手段が生起す
る第１加振力及び第２加振力の大きさをそれぞれ独立に
フィードバック制御することでマス部のｘ軸方向の振動
由来のｚ軸方向振動（若しくはｙ軸方向振動）を自動低
減させることを特徴とする。

【００１５】

【作用】振動子検出器の構造の非対称性などの機械的要
因とは、例えば励振電極による静電力の方向が励振軸方
向以外の成分を持っている場合や、マス部を振動可能に
支持するビームが正確な直方体状でないなどの理由によ
り、印加される力の方向に対して変位方向がずれてしま
う場合などを意味する。本発明によれば、１対の加振手
段により、励振軸方向に振動を加え、検出軸方向には漏
れ振動を打ち消すことができる構成としたことにより、
従来の振動式検出器の励振振動が振動子（マス部）に与
えていた検出軸方向の漏れ振動を実質的に０に抑えるこ
とが可能となる。振動式検出器の漏れ振動の主要因は、
励振振動電極の振動により振動子（マス部）が検出軸方
向にも振動してしまうことであるので、本発明により、
振動式検出器の漏れ振動を大幅に低減できる。また、本
発明により、漏れ振動を自動的に低減する回路を接続す
る振動式検出器とすることもできる。特に、振動式角速
度検出器が半導体の微細加工技術により作製されたもの
である場合、１対の加振手段を、櫛歯電極を噛み合わ
せ、交流電圧を印加することで生じる櫛歯電極間の静電
力によるものとし、１対の加振手段をなす各々の加振手
段の静電力が、ｘ軸方向に常に正負いずれか一方の成分
を有し、ｚ軸方向に常に正負いずれか一方の成分を有す
るようにすれば、位相と交流電圧を適宜調整することに
より本発明が容易に実施できる。尚、この際、「常に
正」及び「常に負」は０となることが有りうるものとす
る。また好ましくは、各々の加振手段の静電力が、ｘ軸
方向に一方は常に正の成分、一方は常に負の成分を有
し、ｚ軸方向に両方とも常に正の成分或いは常に負の成
分を有するようにすれば、位相と交流電圧を適宜調整す
る際、ｘ軸方向（励振方向）の加振力の相殺を生じるこ
となく、本発明を有効に実施できる。

【００１６】

【発明の効果】本発明を実施するための構成は従来の漏
れ振動低減の方法よりも簡略であり、より少ない回路構
成で漏れ振動を低減できる。また、本発明により、漏れ
振動を低減させた安価な振動式検出器が提供できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例を
図を用いて説明する。尚、本発明はこれら実施例に限定
されるものではない。

【００１８】≪第１実施例≫図１の（ａ）、（ｂ）は、
本発明の具体的な一実施例にかかる振動式検出器１０１
の平面図及び断面図である。振動式検出器１０１は、半
導体の微細加工により形成される。図１の（ａ）におい
て、紙面が基板面であり、基板面に垂直な方向にｚ軸、
基板面上に図のようにｘ軸、ｙ軸をとる。この検出器１
０１ではｙ軸の回りの角速度Ωが検出され、ｘ軸が励振
軸、ｚ軸が検出軸である。マス部１０の＋ｙ軸方向の側
には、ビーム２１、２２が＋ｙ軸方向に延設されてお
り、マス部１０の−ｙ軸方向の側には、ビーム２３、２
４が−ｙ軸方向に延設されている。ビーム２１、２２、
２３、２４はそれぞれ他端でアンカー２１０、２２０、
２３０、２４０によりシリコン基板１に固定されてい
る。このような構成により、アンカー２１０、２２０、
２３０、２４０によりシリコン基板１に固定され、ｙ軸
方向に伸びたビーム２１、２２、２３、２４により支持
されたマス部１０は、ｙ軸方向には振動可能ではない
が、ｘ軸方向、ｚ軸方向にはビーム２１、２２、２３、
２４がたわむことにより振動可能となっている。

【００１９】マス部１０の＋ｘ軸方向の側には、歯がｘ
軸方向に伸び、ｙ軸方向に沿ってマス部加振櫛歯電極１
１１と、マス部ｘ軸振動検出櫛歯電極１２１が形成され
ている。そして、それらマス部加振櫛歯電極１１１と、
マス部ｘ軸振動検出櫛歯電極１２１にそれぞれ噛み合う
ように加振電極３１及びｘ軸振動検出電極４１から加振
櫛歯電極３１０とｘ軸振動検出櫛歯電極４１０が延設さ
れている。但し、マス部ｘ軸振動検出櫛歯電極１１１と
加振櫛歯電極３１０は、図１の（ｂ）に示すように、ｚ
軸方向にずれた形でかみ合っている。加振電極３１及び
ｘ軸振動検出電極４１はシリコン基板１に固定されてい
る。マス部加振櫛歯電極１１１と加振櫛歯電極３１０が
右側加振電極を構成する。

【００２０】全く同様に、マス部１０の−ｘ軸方向の側
には、歯が−ｘ軸方向に伸び、ｙ軸方向に沿ってマス部
加振櫛歯電極１１２と、マス部ｘ軸振動検出櫛歯電極１
２２が形成されている。そして、それらマス部加振櫛歯
電極１１２と、マス部ｘ軸振動検出櫛歯電極１２２にそ
れぞれ噛み合うように加振電極３２及びｘ軸振動検出電
極４２から加振櫛歯電極３２０とｘ軸振動検出櫛歯電極
４２０が延設されている。但し、マス部ｘ軸振動検出櫛
歯電極１１２と加振櫛歯電極３２０は、図１の（ｂ）に
示すように、ｚ軸方向にずれた形でかみ合っている。加
振電極３２及びｘ軸振動検出電極４２はシリコン基板１
に固定されている。マス部加振櫛歯電極１１２と加振櫛
歯電極３２０が左側加振電極を構成する。

【００２１】一方、マス部ｘ軸振動検出櫛歯電極１２１
及びｘ軸振動検出櫛歯電極４１０、マス部ｘ軸振動検出
櫛歯電極１２２及びｘ軸振動検出櫛歯電極４２０はそれ
ぞれｘ軸振動検出電極の組を構成する。マス部ｘ軸振動
検出櫛歯電極１２１及びｘ軸振動検出櫛歯電極４１０と
の間、マス部ｘ軸振動検出櫛歯電極１２２及びｘ軸振動
検出櫛歯電極４２０との間に一定の電位差を印加してお
けば、マス部１０のｘ軸方向の振動により、マス部ｘ軸
振動検出櫛歯電極１２１及びｘ軸振動検出櫛歯電極４１
０との間、マス部ｘ軸振動検出櫛歯電極１２２及びｘ軸
振動検出櫛歯電極４２０との間の静電容量の変化により
電極間に蓄えられる電荷量が変化する。この２組の電極
間の電荷量の変化をｘ軸振動検出電極４１、４２から出
力する。

【００２２】また、シリコン基板１上にマス部１０と相
対してｚ軸振動電極５０が配設されている。ｚ軸振動電
極５０とマス部１０との間に一定の電位差を印加してお
けば、マス部１０のｚ軸方向の振動により、ｚ軸振動電
極５０とマス部１０との間隙が振動的に変化し、静電容
量の変化により電極間に蓄えられる電荷量が変化する。
この２組の電極間の電荷量の変化を出力することでマス
部１０のｚ軸方向の振動を検出することができる。

【００２３】このような構成の振動式検出器１０１の動
作について説明する。説明のため、図２の（ａ）の斜視
図に示すように、向かい合った面が平行な板状直方体の
マス部加振櫛歯電極１１１の１つの櫛歯１１１ａと、板
状直方体の加振櫛歯電極３１０の１つの櫛歯３１０ａの
関係について考える。マス部加振櫛歯電極の櫛歯１１１
ａについて、図２の（ａ）のとおり、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸
をとる。

【００２４】マス部１０及びマス部加振櫛歯電極１１１
に対し、加振電極３１及び加振櫛歯電極３１０に交流電
圧Ｖ＝Ｖ₀sinωｔを加えるとする。ここでｔは時刻、ω
は交流電圧の角周波数である。図２の（ｂ）の断面図に
示すように、交流電圧がかからず、マス部１０が振動し
ていない状態での、マス部加振櫛歯電極１１１ａと加振
櫛歯電極３１０ａの、ｙ軸方向から見た重なりを、ｘ軸
方向にｘ₀、ｚ軸方向にｚ₀の長方形状とする。但し、ｘ
₀、ｚ₀は共に正。マス部加振櫛歯電極１１１ａと加振櫛
歯電極３１０ａは交流電圧Ｖ＝Ｖ₀sinωｔにより、向か
い合った面が間隙ｄを保ち平行のままマス部加振櫛歯電
極１１１ａが振動するものとする。こうして、図２の
（ｃ）に示す通り、交流電圧＝Ｖ₀sinωｔが印加され、
ある時刻ｔにおいてマス部加振櫛歯電極の櫛歯１１１ａ
がｘ軸及びｚ軸方向に変位し、マス部加振櫛歯電極１１
１ａと加振櫛歯電極３１０ａの、ｙ軸方向から見た重な
りがｘ軸方向にｘ＋ｘ₀及びｚ軸方向にｚ＋ｚ₀の長方形
状となったとすると、マス部加振櫛歯電極１１１ａと加
振櫛歯電極３１０ａの間の静電エネルギーＵは、間隙の
誘電率をεとして次の通り表される。

【数１】Ｕ＝ε(ｘ₀＋ｘ)(ｚ₀＋ｚ)Ｖ²／２ｄ ＝ε(ｘ₀＋ｘ)(ｚ₀＋ｚ)Ｖ₀ ²sin²ωｔ／２ｄ …（１）

【００２５】ｘ≪ｘ₀、ｚ≪ｚ₀ならば、（１）式をｘ、
ｚでそれぞれ偏微分することにより、ある時刻ｔでの加
振櫛歯電極３１０ａからマス部加振櫛歯電極１１１ａに
及ぼされる力のｘ軸方向、ｚ軸方向の成分が次の通り求
められる。

【数２】 Ｆ_x＝δＵ／δｘ＝εｚ₀Ｖ₀ ²sin²ωｔ／２ｄ＝Ｆ_x0sin²ωｔ …（２） Ｆ_z＝δＵ／δｚ＝εｘ₀Ｖ₀ ²sin²ωｔ／２ｄ＝Ｆ_z0sin²ωｔ …（３）

【００２６】これらがマス部加振櫛歯電極１１１と加振
櫛歯電極３１０の１つ１つの間隙に生じるので、間隙が
ｎ個あれば、加振電極３１からマス部１０に及ぼされる
力Ｆ ₃₁のｘ軸方向、ｚ軸方向の成分Ｆ_x1Ｆ_z1は、
（２）、（３）のｎ倍である。これらを次のように置
く。

【数３】 Ｆ_x1＝ｎＦ_x0sin²ωｔ＝Ｆ_x10sin²ωｔ …（４） Ｆ_z1＝ｎＦ_z0sin²ωｔ＝Ｆ_z10sin²ωｔ …（５）

【００２７】＜振動式検出器１０１が完全に左右対称な
構造であるとき＞いま、振動式検出器１０１の構造が、
完全に左右対称であると仮定して、振動の様子を考察す
る。即ち、マス部１０の重心を通りｘ軸に垂直な平面に
対して振動式検出器１０１全体が、左右対称な構造であ
ると仮定する。さらに、加振電極３２には、交流電圧Ｖ
₀sin(ωｔ＋π/２)を印加したとする。上記と全く同様
の論理で、次の成分を持つ力が加振電極３２からマス部
１０に及ぼされることが判る。

【数４】 Ｆ_x2＝Ｆ_x20sin²(ωｔ＋π/２) …（６） Ｆ_z2＝Ｆ_z20sin²(ωｔ＋π/２) …（７）

【００２８】さて、図３の（ａ）に示すように、振動式
検出器１０１の構造が、完全に左右対称であれば明らか
に次が成り立つ。

【数５】 Ｆ_x20＝−Ｆ_x10 …（８） Ｆ_z20＝Ｆ_z10 …（９）

【００２９】ここまでの事情を、グラフとして図４に示
す。図４の（ａ）は、加振電極３１に印加される、交流
電圧Ｖ₀sinωｔの平方Ｖ₀ ²sin²ωｔを示している。ま
た、図４の（ｂ）は、加振電極３２に印加される、交流
電圧Ｖ₀sin(ωｔ＋π/２)の平方Ｖ₀ ²sin²(ωｔ＋π/２)
を示している。

【００３０】ｘ軸方向の加振力について図４で説明す
る。図４の（ｃ）は、（４）式で示される、加振電極３
１からマス部１０に及ぼされる力Ｆ₃₁のｘ軸方向成分Ｆ
_x1を示し、図４の（ｄ）は、（６）式で示される、加振
電極３２からマス部１０に及ぼされる力Ｆ₃₂のｘ軸方向
成分Ｆ_x2を示している。このように、振動式検出器１０
１が完全に左右対称な構造を持つと仮定した場合、加振
電極３１、３２に位相がπ/２違う交流電圧を印加する
ことにより、交流電圧の平方に比例する加振力のｘ軸方
向の成分は（８）式の関係から同位相となり、加振電極
３１、３２の力は合わせて図４の（ｅ）のように振幅Ｆ
_x10を持つ振動状態となる。実際、（８）式を使って
（４）＋（６）を作れば、次の通りとなる。

【数６】 Ｆ_x1＋Ｆ_x2＝Ｆ_x10sin²ωｔ＋Ｆ_x20sin²(ωｔ＋π/２) ＝Ｆ_x10(１−cos２ωｔ)/２−Ｆ_x10[１−cos(２ωｔ＋π)]/２ ＝−Ｆ_x10cos２ωｔ …（１０）

【００３１】ｚ軸方向の加振力について図４で説明す
る。図４の（ｆ）は、（５）式で示される、加振電極３
１からマス部１０に及ぼされる力Ｆ₃₁のｚ軸方向の成分
Ｆ_z1を示し、図４の（ｇ）は、（７）式で示される、加
振電極３２からマス部１０に及ぼされる力Ｆ₃₂のｚ軸方
向成分Ｆ_z2を示している。このように、振動式検出器１
０１が完全に左右対称な構造を持つと仮定した場合、加
振電極３１、３２に位相がπ/２違う交流電圧を印加す
ることにより、交流電圧の平方に比例する加振力のｚ軸
方向の成分は（９）式の関係から逆位相となるが相殺さ
れるわけではなく、加振電極３１、３２の力は合わせて
図４の（ｈ）のように一定値Ｆ_z10になる。実際、
（９）式を使って（５）＋（７）を作れば、次の通りと
なる。

【数７】 Ｆ_z1＋Ｆ_z2＝Ｆ_z10sin²ωｔ＋Ｆ_z20sin²(ωｔ＋π/２) ＝Ｆ_z10(１−cos２ωｔ)/２＋Ｆ_z10[１−cos(２ωｔ＋π)]/２ ＝Ｆ_z10 …（１１）

【００３２】このように、振動式検出器１０１が完全に
左右対称な構造を持つと仮定した場合、加振電極３１、
３２に位相がπ/２違う角周波数ωの交流電圧を印加す
ることにより、ｘ軸方向には角周波数２ωの加振力が加
わり、ｚ軸方向には一定の力が加わる。即ち、振動式検
出器１０１のマス部１０はｘ軸方向には角周波数２ωの
強制振動により励振され、ｚ軸方向には一定の力により
一定の変位が生じる。

【００３３】このとき振動式検出器１０１にｙ軸回りの
角速度Ωが印加されれば、マス部１０にｚ軸方向にコリ
オリ力が働く。即ち、ｘ軸方向のマス部１０がｘ＝ｘ_Vs
inαｔで示される励振状態にあれば、ｚ軸方向にコリオ
リ力Ｆ_cが働き、その大きさは次の通りである。

【数８】 Ｆ_c＝２ｍΩｄｘ／ｄｔ＝２ｍΩαｘ_Vcosαｔ …（１２）

【００３４】一方、角速度Ωが印加される前はｚ軸方向
には一定の力により一定の変位が生じている。即ち、マ
ス部１０を支持するビーム２１、２２、２３、２４の復
元力と釣り合ったところでマス部１０のｚ軸方向の変位
は一定となる。よって、（１２）式のコリオリ力Ｆ_cに
よる振動が、マス部１０とｚ軸振動電極５０の静電容量
の振動として検出できるので、振動式検出器１０１はｙ
軸方向の角速度の検出器として使用できる。

【００３５】さて、以上の議論から更に、振動式検出器
１０１は、左右対称でない場合も適当な制御手段を設け
ることにより、ｙ軸回りの角速度が印加されない状態で
のマス部１０のｚ軸方向の変位を一定とすることで、ｙ
軸回りの角速度の検出器として使用できる。さらに、振
動式検出器１０１の構成とすることで、加振電極３１若
しくは３２がマス部１０に及ぼす静電力自体がｚ軸方向
の成分を持つ場合、或いはマス部１０がビーム２１、２
２、２３、２４形状等の問題から、加振電極３１若しく
は３２がマス部１０に及ぼす静電力の方向と実際のマス
部１０の変位の方向がずれてしまう場合においても、ｙ
軸回りの角速度が印加されない状態でのマス部１０のｚ
軸方向の変位を一定とすることで、ｙ軸回りの角速度を
検出する検出器とすることができる。以下にこれを説明
する。

【００３６】＜振動式検出器１０１が左右対称な構造で
ないとき−１＞加振電極３１及び３２に、交流電圧Ｖ₀s
inωｔ及びＶ₀sin(ωｔ＋π/２)とをそれぞれ印加した
とき、加振電極３１、３２からマス部１０に及ぼされる
力のｘ軸、ｚ軸方向の成分が数９で示され、且つ、数１
０の条件が成立するものとする。

【数９】 Ｆ_x1＝Ｆ_x10sin²ωｔ …（１３） Ｆ_z1＝Ｆ_z10sin²ωｔ …（１４） Ｆ_x2＝Ｆ_x20sin²(ωｔ＋π/２) …（１５） Ｆ_z2＝Ｆ_z20sin²(ωｔ＋π/２) …（１６）

【数１０】 Ｆ_x10・Ｆ_x20＜０ …（１７） Ｆ_z10・Ｆ_z20＞０ …（１８）

【００３７】即ち、Ｆ_x10とＦ_x20、Ｆ_z10とＦ_z20の符号
は上述の振動式検出器１０１が完全に左右対称な構造の
時と同じだが、大きさの条件が無い場合である。

【００３８】式（１３）〜（１８）のもとでは、加振電
極３１、３２に印加する交流電圧を同じ電圧Ｖ₀でな
く、Ｆ_z10とＦ_z20が等しくなるように設定すればよい。
例えば加振電極３１、３２にＶ₁sinωｔ及びＶ₂sin(ω
ｔ＋π/２)とを印加したとき、条件数１１が成立すれ
ば、加振電極３１、３２からマス部１０に及ぼされる力
の和は数１２のとおりとなる。

【数１１】 ｜Ｆ_x10｜＜｜Ｆ_x20｜ 且つ Ｆ_x10・Ｆ_x20＜０ …（１９） Ｆ_z20＝Ｆ_z10 …（２０）

【数１２】 Ｆ_x1＋Ｆ_x2＝Ｆ_x10sin²ωｔ＋Ｆ_x20sin²(ωｔ＋π/２) ＝Ｆ_x10(１−cos２ωｔ)/２＋Ｆ_x20[１−cos(２ωｔ＋π)]/２ ＝Ｆ_x10＋Ｆ_x20＋[(Ｆ_x20−Ｆ_x10)cos２ωｔ]／２ …（２１） Ｆ_z1＋Ｆ_z2＝Ｆ_z10sin²ωｔ＋Ｆ_z20sin²(ωｔ＋π/２) ＝Ｆ_z10(１−cos２ωｔ)/２＋Ｆ_z10[１−cos(２ωｔ＋π)]/２ ＝Ｆ_z10 …（２２）

【００３９】よって式（２１）、（２２）から、マス部
１０は交流電圧Ｖ₁sinωｔ及びＶ₂sin(ωｔ＋π/２)と
を加振電極３１、３２に印加する前の状態から、ｘ軸方
向、ｚ軸方向にわずかに変位した位置を中心として、ｘ
軸方向のみに励振振動状態とすることができる。ここに
ｙ軸回りの角速度Ωが印加されれば、それにより生起さ
れるコリオリ力によりｚ軸方向に振動が発生するので、
角速度検出器として使用できる。

【００４０】＜振動式検出器１０１が左右対称な構造で
ないとき−２＞振動式検出器１０１の変形として、断面
図が図３の（ｂ）のような加振電極を持っている場合を
考える。即ち、加振電極３１の加振櫛歯電極３１０がマ
ス部加振櫛歯電極１１１よりも＋ｚ軸方向にずれ、加振
電極３２の加振櫛歯電極３２０がマス部加振櫛歯電極１
１２よりも−ｚ軸方向にずれている場合である。加振電
極３１及び３２のどちらにも、交流電圧Ｖ₀sinωｔを印
加したとき、加振電極３１、３２からマス部１０に及ぼ
される力のｘ軸、ｚ軸方向の成分が数１３で示され、且
つ、数１４の条件が成立するものとする。

【数１３】 Ｆ_x1＝Ｆ_x10sin²ωｔ …（２３） Ｆ_z1＝Ｆ_z10sin²ωｔ …（２４） Ｆ_x2＝Ｆ_x20sin²ωｔ …（２５） Ｆ_z2＝Ｆ_z20sin²ωｔ …（２６）

【数１４】 Ｆ_x10・Ｆ_x20＜０ …（２７） Ｆ_z10・Ｆ_z20＜０ …（２８）

【００４１】即ち、Ｆ_x10とＦ_x20の符号は正負逆、Ｆ
_z10とＦ_z20の符号も正負逆の場合を考える。

【００４２】式（２３）〜（２８）のもとでは、加振電
極３１、３２に印加する交流電圧を同じ電圧Ｖ₀でな
く、Ｆ_z10とＦ_z20の絶対値が等しくなるように設定すれ
ばよい。例えば加振電極３１、３２にＶ₁sinωｔ及びＶ
₂sinωｔとを印加したとき、条件数１５が成立すれば、
加振電極３１、３２からマス部１０に及ぼされる力の和
は数１６のとおりとなる。

【数１５】 Ｆ_x10・Ｆ_x20＜０ …（２９） ｜Ｆ_z10｜＝｜Ｆ_z20｜ 且つ Ｆ_z10・Ｆ_z20＜０ …（３０）

【数１６】 Ｆ_x1＋Ｆ_x2＝Ｆ_x10sin²ωｔ＋Ｆ_x20sin²ωｔ ＝Ｆ_x10(１−cos２ωｔ)/２＋Ｆ_x20(１−cos２ωｔ)/２ ＝(Ｆ_x10＋Ｆ_x20)[１−(cos２ωｔ)／２] …（３１） Ｆ_z1＋Ｆ_z2＝Ｆ_z10sin²ωｔ＋Ｆ_z20sin²ωｔ ＝０ …（３２）

【００４３】よって式（３１）、（３２）から、｜Ｆ
_x10｜＝｜Ｆ_x20｜且つＦ_x10・Ｆ_x20＜０でない限り、マ
ス部１０は交流電圧Ｖ₁sinωｔ及びＶ₂sinωｔとを加振
電極３１、３２に印加する前の状態から、ｘ軸方向にわ
ずかに変位した位置を中心として、ｘ軸方向のみに励振
振動状態とすることができる。

【００４４】以上から、振動式検出器１０１の構成にお
いて、加振電極３１若しくは３２がマス部１０に及ぼす
静電力自体がｚ軸方向の成分を持つ場合は、加振電極３
１、３２に印加する交流電圧を制御することで、次の条
件が成立する以外の場合はｘ軸方向のみに励振振動状態
とすることができることが判った。

【数１７】 Ｆ_x10／Ｆ_z10＝Ｆ_x20／Ｆ_z20 …（３３） 或いはＦ_z10、Ｆ_z20の一方のみが０ …（３４）

【００４５】＜静電力の方向と実際のマス部１０の変位
の方向がずれてしまう場合＞さて、ここから本題につい
て議論する。静電力Ｆ_x1並びにＦ_z1、及びＦ_x2並びにＦ
_z2が印加された際、Ｆ_x1或いはＦ_x2に起因するｚ軸方向
の漏れ振動が更にマス部１０に生起される場合を考え
る。上述までの議論では、加振電極３１、３２のｚ軸方
向の力の成分の和Ｆ_z1＋Ｆ _z2が０或いは一定値となり、
振動成分を持たないよう制御したが、Ｆ_x1或いはＦ _x2に
起因するｚ軸方向の漏れ振動を打ち消すためにはそれに
見合うようＦ_z1＋Ｆ _z2を制御すればよい。これは容易で
ある。即ち、以下の数２０以外の場合であれば、数１８
の場合は加振電極３１、３２にπ/２位相のずれた交流
電圧を印加することで、数１９の場合は加振電極３１、
３２に位相の一致した交流電圧を印加することで、それ
ら交流電圧の比を制御することにより、ｘ軸方向の強制
振動と、それがｚ軸方向に漏れることにより生ずる漏れ
振動を「打ち消すためのｚ軸方向の強制振動」とをマス
部１０に印加することができることは、上述の議論から
明らかである。即ち、互いに逆位相であるＦ_z1及びＦ_z2
のいずれか一方と同位相の外力Ｆ_z1＋Ｆ_z2を加えること
が可能であるので、これにより、ｚ軸方向に生ずる漏れ
振動を抑制することができる。尚、数１９の場合はｘ軸
方向の加振力を相殺することになるので、ｘ軸方向の加
振力を相殺しない数１８の条件が成立する場合のほうが
より好ましい。

【数１８】 Ｆ_x10・Ｆ_x20＜０ 且つ Ｆ_z10・Ｆ_z20＞０ …（３５）

【数１９】 Ｆ_x10・Ｆ_x20＜０ 且つ Ｆ_z10・Ｆ_z20＜０ …（３６）

【数２０】Ｆ_x10／Ｆ_z10＝Ｆ_x20／Ｆ_z20 …（３７）

【００４６】このことを実験結果により示す。図５の
（ａ）は振動式検出器１０１の加振電極３１、３２に、
同じ電圧の交流電圧を印加したときのマス部１０の振動
状態をオシロスコープにより測定した写真である。ｘ軸
方向の振動は、図１に示すｘ軸振動検出電極４１、４２
により、ｚ軸方向の振動は図１に示すｚ軸振動検出電極
５０により検出した。図５の（ａ）は、ｙ軸回りの角速
度が印加されていない場合にｚ軸方向の振動が生じてい
ることを示している。即ち、ｚ軸方向に漏れ振動が発生
していることが判る。ここで加振電極３１、３２に印加
する交流電圧の比を１：１．５としたときの状態を図５
の（ｂ）に示す。ｚ軸方向の振動がほとんどなくなり、
漏れ振動を効果的に抑制できたことが判る。

【００４７】また、適宜外部回路を設計、接続すること
により本発明の振動式検出器を、漏れ振動を自動的に検
知し、補正する振動式検出器とすることも可能である。

【００４８】振動式検出器１０１を動作させる回路をブ
ロック図として図６に示す。発振回路６０から、それぞ
れ独立に右振幅制御回路６１、左振幅制御回路６２に出
力が行われ、それぞれ加振電極３１、３２に交流電圧が
印加される。この交流電圧により、マス部１０はｘ軸方
向に振動し、ｚ軸方向は振動するか又は変位する。

【００４９】ｘ軸方向の振動がｘ軸振動検出電極４１、
４２の出力の和としてｘ軸振動検出回路７０に入力され
る。ｘ軸振動検出回路７０はその情報を発振回路６０に
フィードバックする。こうして、ｘ軸振動検出回路７０
からの情報により、ｘ軸振動の振幅が最大になるよう発
振回路６０は交流電圧の周波数を掃引する。こうしてマ
ス部１０のｘ軸方向の振動は共振状態になる。

【００５０】さて、ｚ軸方向に振動が生じると、ｚ軸振
動検出電極５０の出力としてｚ軸振動検出回路８０に出
力される。ｚ軸振動検出回路８０から角速度を出力する
と共に漏れ振動判別回路８１に出力される。ｚ軸方向の
振動が漏れ振動と判別されたならばその漏れ振動の大き
さを打ち消すよう、右振幅制御回路６１及び左振幅制御
回路６２にフィードバックされる。この際、ｚ軸方向の
漏れ振動を打ち消し、ｘ軸方向の振動に変化が無いよう
に右振幅制御回路６１及び左振幅制御回路６２から加振
電極３１及び３２に交流電圧が印加される。

【００５１】以上のように、振動式検出器１０１に、漏
れ振動の自動補正を可能とした回路を接続することがで
きる。ここで、加振電極３１、３２が第１加振手段、第
２加振手段を構成し、右振幅制御回路６１、左振幅制御
回路６２が第１制御手段、第２制御手段を構成し、ｘ軸
振動検出電極４１及び４２並びにｘ軸振動検出回路７０
がｘ軸振動検出手段を構成し、ｚ軸振動検出電極５０及
びｚ軸振動検出回路８０がｚ軸振動検出手段を構成し、
漏れ振動判別回路８１が判別手段を構成する。

【００５２】≪変形例１≫図７の（ａ）は、本発明の実
施例の第１の変形例にかかる振動式検出器１０２の平面
図である。振動式検出器１０２は、振動式検出器１０１
の櫛歯電極を、平行電極で置き換えたものである。即
ち、振動式検出器１０２においては、加振電極３１とそ
れに相対するマス部１０のｘ軸に垂直な側面１３１が、
振動式検出器１０１の加振櫛歯電極３１０とマス部加振
櫛歯電極１１１を置き換えた形になっている。加振電極
３１と、それに相対するマス部１０のｘ軸に垂直な側面
１３１は、図７の（ｂ）に示す断面図のようにｚ軸方向
にずれている。全く同様に、加振電極３２とｚ軸方向に
ずれてそれに相対するマス部１０のｘ軸に垂直な側面１
３２が、振動式検出器１０１の加振櫛歯電極３２０とマ
ス部加振櫛歯電極１１２を置き換えた形になっている。

【００５３】また、振動式検出器１０２においては、ｘ
軸振動検出電極４１とそれに相対するマス部１０のｘ軸
に垂直な側面１４１が、振動式検出器１０１のｘ軸振動
検出櫛歯電極４１０とマス部ｘ軸振動検出櫛歯電極１２
１を置き換えた形になっている。全く同様に、ｘ軸振動
検出電極４２とそれに相対するマス部１０のｘ軸に垂直
な側面１４２が、振動式検出器１０１のｘ軸振動検出櫛
歯電極４２０とマス部ｘ軸振動検出櫛歯電極１２２を置
き換えた形になっている。ｚ軸振動検出電極５０が、マ
ス部１０との間の静電容量の変化を出力することは振動
式検出器１０１と全く同様である。

【００５４】振動式検出器１０２においては、加振電極
３１若しくは３２の静電力がそれらに相対するマス部１
０のｘ軸に垂直な側面１３１若しくは１３２を直接引き
寄せる。この点以外は、上述の第１実施例とほぼ同様の
議論が成立するので、振動式検出器１０２は、簡易な回
路で漏れ振動を低減できる振動式検出器とすることがで
きる。

【００５５】≪変形例２≫図８は、図７に示した振動式
検出器１０２を更に変形し、ｙ軸方向に生起されるコリ
オリ力を検出することでｚ軸回りの角速度を検出するよ
うにした、振動式検出器１０３である。振動式検出器１
０３はｘ軸方向、ｙ軸方向に振動可能となるよう、４点
を支える支持ビームを折れ曲がりビームとしたものであ
る。即ち、振動式検出器１０１、１０２でｙ軸方向に伸
びた支持ビーム２１としていたものを、ｙ軸方向に伸び
た部分２１１とｘ軸方向に伸びた部分２１２の構成とし
た。その他の３点を支える折れ曲がりビーム２２１及び
２２２、２３１及び２３２、２４１及び２４２も同様で
ある。また、加振電極３１、３２はそれらによる静電力
がｘ軸、ｙ軸方向の成分を持つよう、加振電極３１とそ
れに相対するマス部１０の側面１３１は法線がｙ＝ａｘ
（ａは正）となる向きに、加振電極３２とそれに相対す
るマス部１０の側面１３２は法線がｙ＝ａｘ（ａは負）
となる向きに、配設されている。また、ｙ軸方向の振動
を検出するため、ｙ軸振動検出電極５１及びそれと相対
するマス部１０の側面１５１、ｙ軸振動検出電極５２及
びそれと相対するマス部１０の側面１５２を電極面がｙ
軸に垂直となるよう設けた。ｘ軸振動検出電極４１とそ
れに相対するマス部１０のｘ軸に垂直な側面１４１、及
びｘ軸振動検出電極４２とそれに相対するマス部１０の
ｘ軸に垂直な側面１４２は、各々の電極面がｘ軸に垂直
に配設されている。このような構成の振動式検出器１０
３は、振動式検出器１０１、１０２とほぼ同様な作動原
理により、簡易な回路で漏れ振動を低減できる振動式検
出器とすることができる。

【００５６】≪変形例３、４≫このほかにも、次のよう
な変形例が考えられる。振動式検出器１０１では、加振
櫛歯電極３１０及び３２０と、マス部加振櫛歯電極１１
１及び１１２がｚ軸方向にずれた形のものを示した。同
様に、図９、図１０のような、櫛歯をｚ軸方向に非対称
なものとすることで、振動式検出器１０１のような効果
が期待できる。即ち、図９に示す、櫛歯電極の断面がｚ
軸方向に細くなる台形状である振動式検出器１０４、図
１０に示す、櫛歯電極の端部が各々ｚ軸方向に反った振
動式検出器１０５は、上述の振動式検出器１０１同様、
加振電極３１、３２からマス部１０に及ぼされる静電力
をｘ軸、ｚ軸方向の成分を持つものとすることができる
ので、振動式検出器１０１と同様な作動原理により、簡
易な回路で漏れ振動を低減できる振動式検出器とするこ
とができる。

【００５７】以上のような構造を持つ振動式検出器１０
１、１０３、或いは１０４は、製造技術上、意図せずに
作製される場合が多い。しかし振動式検出器１０１或い
は１０２のようにマス部及びマス部加振櫛歯電極が基板
に接近する状態は、例えばｚ軸振動検出電極に検出用の
電位をかけることによってもつくり出すことができる。
即ち、ｚ軸振動検出電極とマス部の間の静電力により、
電位をかけていないときよりもマス部及びマス部加振櫛
歯電極がｚ軸の負方向にずれ、図１の（ｂ）、図７の
（ｂ）の状態をつくり出すことができる。これらは、よ
り好ましい図３の（ａ）の状態であり、２つの加振電極
のｘ軸方向の加振力を相殺することなく、本発明を有効
に実施できる。

【００５８】また、振動式検出器１０１或いは１０２の
ようにマス部及びマス部加振櫛歯電極が基板に接近する
状態は、次のように振動式検出器を作製することによっ
ても可能である。即ち、振動式検出器１０１の場合、犠
牲層をマス部加振櫛歯電極、加振櫛歯電極の下部に形成
する際、マス部加振櫛歯電極下部の犠牲層表面が加振櫛
歯電極下部の犠牲層表面よりも低くなるよう形成し、マ
ス部加振櫛歯電極及び加振櫛歯電極を形成する半導体層
を形成する際もマス部加振櫛歯電極表面が加振櫛歯電極
表面よりも低くなるよう形成すれば、犠牲層を除去する
ことにより所望の振動式検出器１０１が形成できる。振
動式検出器１０２の場合は櫛歯電極を形成しないほか、
全く同様である。

【００５９】上記実施例及び変形例は、一例をそれぞれ
示したものであり、同様の作動原理により様々な実施形
態をとることができる。よって、本発明の要部である２
軸方向振動成分を持つ１対の加振手段を有し、それらを
独立に制御できる振動式検出器であれば、振動式検出器
の形状、振動方向、外部回路の接続等は全く任意であ
る。

【００６０】又、上記実施例は半導体の微細加工により
作製されたものを示したが、本発明の実施はこれに限ら
れず、金属、樹脂、他の無機材料を用いても可能であ
る。

【００６１】上記実施例及び変形例では、主に角速度検
出器として利用可能なものを示したが、これらの用途は
角速度検出器に限られない。本発明の本質は、２軸方向
振動成分を持つ１対の加振手段を有し、それら加振手段
を独立に制御することであり、同様の作動原理により加
速度検出器、角加速度検出器、その他の化学的、光学的
センサなど、様々な実施形態をとることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の具体的な第１実施例にかかる
振動式検出器の平面図、（ｂ）は断面図。

【図２】（ａ）は本発明の具体的な第１実施例にかかる
振動式検出器の加振櫛歯電極の関係を示した斜視図、
（ｂ）は交流電圧が印加される前の断面図、（ｃ）は交
流電圧が印加された後、時刻ｔでの断面図。

【図３】（ａ）は本発明の具体的な第１実施例にかかる
振動式検出器の１対の加振櫛歯電極の関係を示した断面
図、（ｂ）は変形例にかかる振動式検出器の１対の加振
櫛歯電極の関係を示した断面図。

【図４】本発明の具体的な第１実施例にかかる振動式検
出器の、加振電極３１に印加される交流電圧の平方を示
したグラフ図（ａ）、加振電極３２に印加される交流電
圧の平方を示したグラフ図（ｂ）、それにより加振電極
３１からマス部１０に及ぼされる加振力のｘ軸方向の成
分を示したグラフ図（ｃ）、加振電極３２からマス部１
０に及ぼされる加振力のｘ軸方向の成分を示したグラフ
図（ｄ）、それらの和のグラフ図（ｅ）、加振電極３１
からマス部１０に及ぼされる加振力のｚ軸方向の成分を
示したグラフ図（ｆ）、加振電極３２からマス部１０に
及ぼされる加振力のｚ軸方向の成分を示したグラフ図
（ｇ）、それらの和のグラフ図（ｈ）。

【図５】本発明の具体的な第１実施例にかかる振動式検
出器の、（ａ）は加振電極３１及び３２の加振力のｚ軸
方向の成分の和が０のときのｘ軸方向の励振振動とｚ軸
方向の漏れ振動を示したオシロスコープ写真、（ｂ）は
加振電極３１及び３２の加振力のｚ軸方向の成分の和が
ｚ軸方向の漏れ振動を打ち消すようにしたときの、ｘ軸
方向の励振振動とｚ軸方向の振動を示したオシロスコー
プ写真。

【図６】本発明の具体的な第１実施例にかかる振動式検
出器の回路の接続を示したブロック図。

【図７】（ａ）は本発明の具体的な第２実施例にかかる
振動式検出器の平面図、（ｂ）は断面図。

【図８】（ａ）は本発明の具体的な第３実施例にかかる
振動式検出器の平面図、（ｂ）は断面図。

【図９】（ａ）は本発明の具体的な第４実施例にかかる
振動式検出器の平面図、（ｂ）は断面図。

【図１０】（ａ）は本発明の具体的な第５実施例にかか
る振動式検出器の平面図、（ｂ）は断面図。

【図１１】従来の、基板面に垂直な軸を検出軸とした振
動式検出器。

【図１２】従来の、基板面に平行な軸を検出軸とした振
動式検出器。

【図１３】従来の、基板面に平行な軸を検出軸とし、漏
れ振動を低減する手段を持たせた振動式検出器の平面図
。

【図１４】従来の、基板面に平行な軸を検出軸とし、漏
れ振動を低減する手段を持たせた振動式検出器の回路の
接続を示したブロック図。

【符号の説明】

１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１１０…本
発明の具体的な実施例及び変形例にかかる振動式検出器 １…シリコン基板 １０…マス部 １１１、１１２…マス部加振櫛歯電極 １２１、１２２…マス部ｘ軸振動検出櫛歯電極 ３１、３２…加振電極 ３１０、３２０…加振櫛歯電極 ４１、４２…ｘ軸振動検出電極 ４１０、４２０…ｘ軸振動検出櫛歯電極 ２１、２２、２３、２４…支持ビーム ２１０、２２０、２３０、２４０…アンカー ５０…ｚ軸振動検出電極 ６０…発振回路 ６１、６２…左、右加振制御回路 ７０…ｘ軸振動検出回路 ８０…ｚ軸振動検出回路 ９００、９９０、９９９…従来の振動式検出器 ９１１、９１２…ｘ軸励振電極 ９２…ｚ軸振動検出電極 ９３１、９３２…ｙ軸振動検出電極 ９４１、９４２…ｙ軸補正振動電極 ９０１、９０２、９０３、９０４、９０５…従来の振動
式検出器９９９の制御回路

フロントページの続き (72)発明者 坂田 二郎 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 Ｆターム(参考） 2F105 BB07 CC04 CD03 CD05 CD11 CD13 CD20

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板面上に互いに直交するｘ軸及びｙ軸
   と、基板面に垂直なｚ軸をとるとき、基板に対して振動
   可能に支持されたマス部をｘ軸方向に励振させ、第１の
   物理量を、ｚ軸或いはｙ軸方向に発生する第２の物理量
   を検出することで検出する振動式検出器において、 ｘ軸方向に前記マス部を挟んで配設された少なくとも１
   対の加振手段を有し、 前記各加振手段が生起する加振力がｘ軸方向の成分、及
   び、ｚ軸若しくはｙ軸方向の成分を有し、 前記１対の加振手段を成す２つの加振手段が生起する加
   振力の大きさを独立に制御する手段を有し、 前記１対の加振手段を成す２つの加振手段が生起する加
   振力のｘ軸方向の成分の和、及び、ｚ軸若しくはｙ軸方
   向の成分の和を独立に制御することを特徴とする振動式
   検出器。
2. 【請求項２】 基板面上に互いに直交するｘ軸及びｙ軸
   と、基板面に垂直なｚ軸をとるとき、基板に対して振動
   可能に支持されたマス部をｘ軸方向に励振させ、ｙ軸回
   り若しくはｚ軸回りの角速度を、ｚ軸若しくはｙ軸方向
   に発生するコリオリ力に関連する物理量を検出すること
   で前記角速度を検出する振動式角速度検出器において、 ｘ軸方向に前記マス部を挟んで配設された少なくとも１
   対の加振手段を有し、 前記各加振手段が生起する加振力がｘ軸方向の成分及び
   ｚ軸若しくはｙ軸方向の成分を有し、 前記１対の加振手段を成す２つの加振手段が生起する加
   振力の大きさを独立に制御する手段を有し、 前記１対の加振手段を成す２つの加振手段が生起する加
   振力のｘ軸方向の成分の和及びｚ軸若しくはｙ軸方向の
   成分の和を独立に制御することで、ｚ軸若しくはｙ軸方
   向の漏れ振動を低減することを特徴とする振動式角速度
   検出器。
3. 【請求項３】 前記振動式角速度検出器が、半導体の微
   細加工技術により作製されたものであり、 前記１対の加振手段が、前記マス部と共に振動する櫛歯
   電極と、前記基板に固定された櫛歯電極とを噛み合わ
   せ、交流電圧を印加することで生じる櫛歯電極間の静電
   力によるものであり、 前記マス部と共に振動する前記櫛歯電極と、前記基板に
   固定された前記櫛歯電極との間に働く静電力が、ｘ軸方
   向に常に正負いずれか一方の成分を有し、ｚ軸若しくは
   ｙ軸方向に常に正負いずれか一方の成分を有することを
   特徴とする請求項２に記載の振動式角速度検出器。
4. 【請求項４】 基板面上に互いに直交するｘ軸及びｙ軸
   と、基板面に垂直なｚ軸をとるとき、基板に対して振動
   可能に支持されたマス部をｘ軸方向に励振させ、ｙ軸回
   り若しくはｚ軸回りの角速度を、ｚ軸方向振動若しくは
   ｙ軸方向振動を検出することで検出する振動式検出器に
   おいて、 ｘ軸方向に前記マス部を挟んで配設された、生起する第
   １加振力及び第２加振力がそれぞれｘ軸方向の成分、及
   び、ｚ軸若しくはｙ軸方向の成分を有する第１加振手段
   及び第２加振手段と、 前記第１加振手段及び第２加振手段が生起する前記第１
   加振力及び第２加振力の大きさをそれぞれ独立に制御す
   る第１制御手段及び第２制御手段と、 前記マス部のｘ軸方向の振動を検出するｘ軸振動検出手
   段と、 前記マス部のｚ軸方向振動若しくはｙ軸方向振動を検出
   するｚ軸振動検出手段若しくはｙ軸振動検出手段と、 前記ｚ軸振動検出手段若しくはｙ軸振動検出手段の検出
   するｚ軸方向振動若しくはｙ軸方向振動が、ｙ軸回り若
   しくはｚ軸回りの角速度由来のものかｘ軸方向の振動由
   来のものかを判別する判別手段とを有し、 前記ｘ軸振動検出手段、前記判別手段、並びに前記第１
   制御手段及び第２制御手段により、前記第１加振手段及
   び第２加振手段が生起する前記第１加振力及び第２加振
   力の大きさをそれぞれ独立にフィードバック制御するこ
   とで前記マス部のｘ軸方向の振動由来のｚ軸方向振動若
   しくはｙ軸方向振動を自動低減させることを特徴とする
   振動式角速度検出器。