JP2001183139A

JP2001183139A - 物理量検出装置

Info

Publication number: JP2001183139A
Application number: JP36516699A
Authority: JP
Inventors: Masahito Hashimoto; 雅人橋本; Masaru Nagao; 勝長尾; Hidemi Senda; 英美千田; Tsutomu Segawa; 勉瀬川; Atsuko Yokoyama; 敦子横山; Kazumi Senda; 和身千田; Tsunehisa Okayama; 倫久岡山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2001-07-06

Abstract

(57)【要約】【課題】角速度検出素子が収容された密閉空間内の圧
力変動にかかわらず、角速度検出装置の検出特性を良好
な値に維持すること。【解決手段】角速度検出装置は、密閉空間内にて基板
１０上に振動可能に支持された振動子２０を駆動電極部
５１−１〜５１−４によりＸ軸方向に振動させ、角速度
が作用したときに発生するコリオリ力により同振動子の
Ｙ軸方向の振動を検出電極５３−１〜５３−４により検
出する。サーボアンプ７６は、振動子のＸ軸方向の振幅
が一定となるように出力電圧E_0X ^’を発生する。この出
力電圧は、前記密閉空間の圧力を表す値となっていて、
サーボアンプ７９は、出力電圧E_0X ^’が一定となるよう
に電圧E_RCを変更し、これを離調調整電極５４−１〜５
４−４にを印加する。この結果、振動子の検出振動共振
周波数が変更され、同振動子の駆動周波数におけるゲイ
ン（実効検出振動Ｑ値）が一定に維持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板に変位可能に
支持された可動部と、前記可動部の変位に応じた量を検
出する検出手段とを備えた加速度や角速度等を検出する
物理量検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば基板と蓋部材とで形成
される気密又は液密の密閉空間において、前記基板に変
位（振動）可能に支持された可動部（振動部）を加速度
或いは角速度等に応じて変位（振動）させ、この可動部
の変位（振動）を検出することにより前記加速度或いは
角速度等の物理量を検出する物理量検出装置が知られて
いる。このような物理量検出装置においては、温度変化
等により密閉空間内の圧力が上昇すると、可動部に折れ
などが発生したり、可動部の振動特性が変化して検出感
度が低下するという問題がある。このため、特開平４−
１７４３６３号公報に開示された検出装置は、蓋部材に
密閉空間内の圧力変動に応じて変形する薄肉部を設け、
これにより前記圧力変動を吸収するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に開示された従来技術は、蓋部材の薄肉部が圧力変動
に応じて変形することを利用しており、薄肉部の肉厚や
弾性等は製品間で変動する（ばらつく）ことから、極め
て微妙な変位（振動）を検出する物理量検出装置に対し
ては、十分に圧力変動を吸収することができない場合が
ある。

【０００４】

【本発明の概要】本発明は、上記課題に対処すべくなさ
れたものであり、その特徴は、密閉空間内で基板に変位
可能に支持された可動部と、前記可動部が外力を受けた
ときに同可動部に生じる変位に応じた量を検出する変位
検出手段とを備え、前記変位検出手段の検出値を出力す
る物理量検出装置において、前記可動部を所定方向に所
定の駆動周波数にて振動させる駆動手段と、前記密閉空
間の圧力に応じた量を検出する圧力検出手段と、指示信
号に応じて前記駆動周波数における前記可動部の検出振
動のゲインを変更するゲイン変更手段と、前記検出され
た密閉空間の圧力に応じた量に基づいて前記ゲイン変更
手段に前記指示信号を出力するゲイン変更指示手段とを
備えたことにある。

【０００５】これによれば、可動部は、気密又は液密に
維持された密閉空間内において駆動手段により振動され
ているため、この振動方向に直交する軸回りの角速度が
加わるとコリオリ力（外力）が発生して変位する。変位
検出手段はこの変位に応じた量を検出し、その検出値
（検出量）が物理量検出装置の出力とされる。また、圧
力検出手段は密閉空間の圧力に応じた量を検出し、ゲイ
ン変更指示手段はこの検出量に基づいてゲイン変更手段
に指示信号を発生する。ゲイン変更手段は、この指示信
号に応じて駆動周波数における可動部の検出振動のゲイ
ン（駆動周波数における可動部のゲイン（振幅値）＝実
効検出振動Ｑ値）を変更する。従って、密閉空間内の圧
力が変動した場合であっても、可動部の検出振動のゲイ
ンを一定に保つことが可能となり、物理量検出装置の感
度を良好に維持することができる。この場合において、
圧力検出手段の検出する圧力に応じた量としては、密閉
空間の圧力、同密閉空間の温度、又は前記駆動手段が駆
動振幅を一定に維持する制御を行っているときの駆動信
号の振幅等を採用することができる。

【０００６】また、前記物理量検出装置において、前記
ゲイン変更手段を、前記可動部の検出振動の共振周波数
を調整する調整手段とすることができる。この共振周波
数の調整は、前記可動部に対し、前記検出振動の振動方
向における同可動部の変位が大きくなるに従って同変位
を妨げる方向に大きくなる力を付与することにより実現
することができる。

【０００７】また、前記物理量検出装置において、前記
変位検出手段は、前記可動部に形成された可動部電極と
前記基板に固定された検出電極との間の静電容量の変化
を検出することにより前記変位に応じた量を検出するよ
うに構成され、前記ゲイン変更手段は、前記可動部が前
記外力を受けていない場合における前記可動部電極と前
記検出電極との距離を変更することにより前記検出振動
のゲインを変更するように構成されることが好適であ
る。

【０００８】いま、可動部電極と検出電極との電極間距
離をｄ、密閉空間の圧力をＰとすると、検出振動のゲイ
ンは、一般にｄⁿ／Ｐ^m（ｎ≒３、ｍ≒１）に比例する。
従って、上記のように、検出電極と可動部電極との電極
間距離ｄを密閉空間の圧力Ｐの変動に応じて変更すれ
ば、同圧力Ｐの変動にかかわらず、一定の検出振動のゲ
インを得ることが可能となり、角速度検出装置の感度を
良好に維持することができる。また、この場合には、検
出振動共振周波数の変更を伴わないため、角速度が可動
部に作用してから検出手段により検出されるまでの時間
が長くなることはなく、物理量検出装置の応答性も良好
に維持される。

【０００９】本発明の他の特徴は、密閉空間内で基板に
変位可能に支持された可動部と、前記可動部が外力を受
けたときに同可動部に生じる変位に応じた量を検出する
変位検出手段とを備え、前記変位検出手段の検出量を出
力する物理量検出装置において、前記密閉空間の圧力に
応じた量を検出する圧力検出手段と、指示信号に応じて
前記密閉空間の体積を変更させる体積変更手段と、前記
検出された密閉空間の圧力に応じた量に基づいて前記体
積変更手段に前記指示信号を出力する体積変更指示手段
とを備えたことにある。

【００１０】これによれば、圧力検出手段が密閉空間の
圧力に応じた量を検出し、その検出量に応じて体積変更
手段が密閉空間の体積を変更する。従って、体積変更手
段の特性が製品間で異なる場合であっても、その特性上
の差異は圧力検出手段による検出量に反映されて補償さ
れることとなるため、密閉空間内の圧力を所望の値に維
持することが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の物理量検出装置
（角速度検出装置）の各実施形態について図面を参照し
つつ説明すると、図１は第１実施形態に係る角速度検出
装置の半導体素子部分の平面図である。

【００１２】この角速度検出素子は、水平面内にて互い
に直交したＸ，Ｙ軸各方向の中心線に対してそれぞれ対
称に形成されており、シリコンで方形状に形成された基
板１０上に、振動子２０、一対のメインフレーム３０−
１，３０−２及び一対のサブフレーム３０−３，３０−
４をその上面から所定距離だけ隔てた水平面内に延設さ
せている。これらの振動子２０及び各フレーム３０−
１，３０−２，３０−３，３０−４は、基板１０上に振
動可能に支持された可動部（振動部）を構成する。ま
た、基板１０上には図示しない蓋部材が固着されてい
て、基板１０と同蓋部材が構成する密閉空間内に、上記
振動子２０、一対のメインフレーム３０−１，３０−
２、及び一対のサブフレーム３０−３，３０−４を含む
角速度検出素子全体が収容されている。この密閉空間内
は、略真空に保たれているが、若干の空気分子が残存し
ている。なお、他の部材により構成される密閉空間内に
基板１０を含む角速度検出素子全体を配設してもよい。

【００１３】振動子２０は、Ｘ軸方向に振動している状
態で、Ｘ，Ｙ両軸に直交するＺ軸回りの角速度によって
同角速度の大きさに比例した振幅でＹ軸方向に振動する
もので、中央部に設けられて適当な質量を有するととも
にＸ軸及びＹ軸を各辺の延設方向とする長方形状のマス
部２１と、このマス部２１の各対角位置からＸ軸方向に
延設された４つのアーム部２２−１〜２２−４とを有し
ている。

【００１４】メインフレーム３０−１，３０−２は、振
動子２０をＸ軸方向に振動させるもので、振動子２０の
アーム部２２−１〜２２−４のＹ軸方向外側位置にてＸ
軸方向にそれぞれ延設された幅広の長尺部３１−１，３
１−２と、両長尺部３１−１，３１−２の両端にてそれ
らの両側にそれぞれＹ軸方向に短く延設された幅広の終
端部３２−１〜３２−４とからなり、ほぼＩ型にそれぞ
れ形成されている。サブフレーム３０−３，３０−４
も、幅広に構成されていて、長尺部３１−１，３１−２
のＹ軸方向各外側にてＸ軸方向にそれぞれ延設されてい
る。

【００１５】メインフレーム３０−１，３０−２は、Ｘ
軸方向に延設された梁（検出ばね）３３−１〜３３−４
により振動子２０に連結されている。梁３３−１〜３３
−４も、基板１０上面から所定距離だけ隔てた水平面内
に形成されていて、各一端は振動子２０のアーム部２２
−１〜２２−４の根元付近にそれぞれ接続され、各他端
はメインフレーム３０−１，３０−２の各終端部３２−
１〜３２−４にそれぞれ接続されている。また、梁３３
−１〜３３−４は、振動子２０のアーム部２２−１〜２
２−４、メインフレーム３０−１，３０−２の長尺部３
１−１，３１−２及び終端部３２−１〜３２−４の幅よ
り細く構成されていて、Ｘ軸方向には実質的に変形不能
であり、Ｙ方向には変形可能となっている。これによ
り、メインフレーム３０−１，３０−２から振動子２０
へＸ軸方向の振動が効率よく伝達されるようになるとと
もに、振動子２０がメインフレーム３０−１，３０−２
に対しＸ軸方向に比べてＹ軸方向に振動し易くなってい
る。すなわち、梁３３−１〜３３−４は、振動子２０
を、基板１０、メインフレーム３０−１，３０−２及び
サブフレーム３０−３，３０−４に対してＹ軸方向に振
動可能に支持する機能を有する。

【００１６】メインフレーム３０−１は、アンカ４１−
１，４１−２、梁４２−１，４２−２、サブフレーム３
０−３、及び梁（駆動ばね）４３−１，４３−２を介
し、基板１０に対して振動可能に支持されている。アン
カ４１−１，４１−２は、メインフレーム３０−１の長
尺部３１−１の各外側位置にて、基板１０の上面に絶縁
層を介して形成され、同基板１０に対して固定されてい
る。このアンカ４１−１，４１−２には梁４２−１，４
２−２の各一端がそれぞれ接続されるとともに、同梁４
２−１，４２−２はアンカ４１−１，４１−２からそれ
ぞれＹ軸方向外側に延設されている。梁４２−１，４２
−２の各先端はサブフレーム３０−３の外側端にそれぞ
れ接続されており、サブフレーム３０−３には、同フレ
ーム３０−３のＸ軸方向内側にてＹ軸方向に延設された
梁４３−１，４３−２の各一端がそれぞれ接続されてい
る。梁４３−１，４３−２の各他端はメインフレーム３
０−１の長尺部３１−１の外側端にそれぞれ接続されて
いる。梁４２−１，４２−２，４３−１，４３−２は、
振動子２０、メインフレーム３０−１，３０−２及びサ
ブフレーム３０−３，３０−４と同様に、基板１０から
所定距離だけ上方に浮いて設けられており、梁３３−
１，３３−２と同様に狭い幅を有するように形成されて
いる。

【００１７】メインフレーム３０−２は、アンカ４１−
３，４１−４、梁４２−３，４２−４、サブフレーム３
０−４、及び梁（駆動ばね）４３−３，４３−４を介
し、基板１０に対して振動可能に支持されている。これ
らのアンカ４１−３，４１−４、梁４２−３，４２−
４、サブフレーム３０−４、及び梁４３−３，４３−４
は、アンカ４１−１，４１−２、梁４２−１，４２−
２、サブフレーム３０−３及び梁４３−１，４３−２と
Ｙ軸方向の中心線に対して対称かつそれぞれ同様に構成
されている。これらの構成により、メインフレーム３０
−１，３０−２は、基板１０に対しＸ軸方向に振動し易
くかつＹ軸方向に振動し難く支持されている。すなわ
ち、梁４２−１〜４２−４，４３−１〜４３−４は、メ
インフレーム３０−１，３０−２、サブフレーム３０−
３，３０−４、及び振動子２０を基板１０に対してＸ軸
方向に振動可能に支持する機能を有する。また、サブフ
レーム３０−３，３０−４は、補強部材として作用し
て、梁４２−１〜４２−４，４３−１〜４３−４をＸ軸
方向以外に変形し難くする。なお、これらのアンカ４１
−１〜４１−４、梁４２−１〜４２−４，４３−１〜４
３−４，３３−１〜３３−４が、可動部（振動子２０及
びフレーム３０−１〜３０−４）を基板１０に対して振
動可能に支持する支持部材を構成する。

【００１８】基板１０上には、メインフレーム３０−
１，３０−２を基板１０に対してＸ軸方向に駆動するた
めの駆動電極部５１−１〜５１−４と、前記メインフレ
ーム３０−１，３０−２の基板１０に対するＸ軸方向の
駆動をモニタするための駆動モニタ電極部５２−１〜５
２−４と、振動子２０の基板１０に対するＹ軸方向の振
動を検出するための検出電極部５３−１〜５３−４と、
振動子２０の検出振動共振周波数を変更して検出振動の
ゲイン（実効検出振動Ｑ値）を変更する離調調整電極部
５４−１〜５４−４が設けられている。なお、離調調整
とは、駆動電極部５１−１〜５１−４によるＸ軸方向の
振動の共振周波数（駆動振動共振周波数）と振動子２０
のＹ軸方向の振動の共振周波数（検出振動共振周波数）
との差を調整することを意味する。

【００１９】駆動電極部５１−１〜５１−４は、メイン
フレーム３０−１，３０−２の終端部３２−１〜３２−
４の各Ｘ軸方向外側位置にて同終端部３２−１〜３２−
４に向けてＸ軸方向に延設した複数の電極指を有する櫛
歯状電極５１ａ１〜５１ａ４をそれぞれ備えている。各
櫛歯状電極５１ａ１〜５１ａ４は絶縁層を介して基板１
０の上面に形成・固定されていて、同様に絶縁層を介し
て基板１０の上面に形成・固定されたパッド部５１ｂ１
〜５１ｂ４とそれぞれ接続されている。また、パッド部
５１ｂ１〜５１ｂ４の上面には、導電金属（例えばアル
ミニウム）からなる電極パッド５１ｃ１〜５１ｃ４がそ
れぞれ形成されている。

【００２０】前記メインフレーム３０−１，３０−２の
終端部３２−１〜３２−４には、Ｘ軸方向外側に向けて
延設した複数の電極指からなる櫛歯状電極３２ａ１〜３
２ａ４が櫛歯状電極５１ａ１〜５１ａ４に対向してそれ
ぞれ設けられている。櫛歯状電極３２ａ１〜３２ａ４
は、終端部３２−１〜３２−４と一体的に形成されて基
板１０の上面から所定距離だけ浮かして設けられてお
り、同電極３２ａ１〜３２ａ４の各電極指は櫛歯状電極
５１ａ１〜５１ａ４の各隣合う電極指の幅方向中心位置
に侵入して同隣合う電極指に対向している。

【００２１】駆動モニタ電極部５２−１〜５２−４は、
メインフレーム３０−１，３０−２の終端部３２−１〜
３２−４の各Ｘ軸方向内側位置にて同終端部３２−１〜
３２−４に向けてＸ軸方向に延設した複数の電極指を有
する櫛歯状電極５２ａ１〜５２ａ４をそれぞれ備えてい
る。各櫛歯状電極５２ａ１〜５２ａ４は、絶縁層を介し
て基板１０の上面に形成・固定されていて、同様に絶縁
層を介して基板１０の上面に形成・固定されたパッド部
５２ｂ１〜５２ｂ４とそれぞれ接続されている。また、
パッド部５２ｂ１〜５２ｂ４の上面には、導電金属（例
えばアルミニウム）からなる電極パッド５２ｃ１〜５２
ｃ４がそれぞれ形成されている。

【００２２】前記メインフレーム３０−１，３０−２の
終端部３２−１〜３２−４には、Ｘ軸方向内側に向けて
延設した複数の電極指からなる櫛歯状電極３２ｂ１〜３
２ｂ４が櫛歯状電極５２ａ１〜５２ａ４に対向してそれ
ぞれ設けられている。櫛歯状電極３２ｂ１〜３２ｂ４
は、終端部３２−１〜３２−４と一体的に形成されて基
板１０の上面から所定距離だけ浮かして設けられてお
り、同電極３２ｂ１〜３２ｂ４の各電極指は櫛歯状電極
５２ａ１〜５２ａ４の各隣合う電極指の幅方向中心位置
に侵入して同隣合う電極指に対向している。

【００２３】検出電極部５３−１〜５３−４は、マス部
２１の各外側位置にてＸ軸方向内外両側に延設された複
数の電極指を有する櫛歯状電極５３ａ１〜５３ａ４をそ
れぞれ備えている。各櫛歯状電極５３ａ１〜５３ａ４
は、絶縁層を介して基板１０の上面に形成・固定されて
いて、同様に絶縁層を介して基板１０の上面に形成・固
定されたパッド部５３ｂ１〜５３ｂ４とそれぞれ接続さ
れている。パッド部５３ｂ１〜５３ｂ４の上面には、導
電金属（例えばアルミニウム）からなる電極パッド５３
ｃ１〜５３ｃ４がそれぞれ形成されている。

【００２４】離調調整電極部５４−１〜５４−４は、振
動子２０のＸ軸方向各外側位置にてＸ軸方向内側に延設
された複数の電極指を有する櫛歯状電極５４ａ１〜５４
ａ４をそれぞれ備えている。各櫛歯状電極５４ａ１〜５
４ａ４は、絶縁層を介して基板１０の上面に形成・固定
されていて、同様に絶縁層を介して基板１０の上面に形
成・固定されたパッド部５４ｂ１〜５４ｂ４とそれぞれ
接続されている。パッド部５４ｂ１〜５４ｂ４の上面に
は、導電金属（例えばアルミニウム）からなる電極パッ
ド５４ｃ１〜５４ｃ４がそれぞれ形成されている。

【００２５】振動子２０のマス部２１には、Ｘ軸方向外
側に向けて延設した複数の電極指からなる櫛歯状電極２
１ａ１〜２１ａ４が櫛歯状電極５３ａ１〜５３ａ４の各
一方に対向してそれぞれ設けられている。また、振動子
２０のアーム部２２−１〜２２−４の端部には、Ｘ軸方
向内側に向けて延設された複数の電極指を有する櫛歯状
電極２２ａ１〜２２ａ４が櫛歯状電極５３ａ１〜５３ａ
４の各他方に対向してそれぞれ設けられている。更に、
振動子２０のアーム部２２−１〜２２−４の端部には、
Ｘ軸方向外側に向けて延設された複数の電極指を有する
櫛歯状電極２３ａ１〜２３ａ４が櫛歯状電極５４ａ１〜
５４ａ４に対向してそれぞれ設けられている。

【００２６】櫛歯状電極２１ａ１〜２１ａ４，２２ａ１
〜２２ａ４は、マス部２１及びアーム部２２−１〜２２
−４と一体的に形成されて基板１０の上面から所定距離
だけ浮かして設けられており、同電極２１ａ１〜２１ａ
４，２２ａ１〜２２ａ４の各電極指は櫛歯状電極５３ａ
１〜５３ａ４の各隣合う電極指間に侵入して同隣合う電
極指に対向している。この場合、櫛歯状電極２１ａ１〜
２１ａ４，２２ａ１〜２２ａ４の各電極指は櫛歯状電極
５３ａ１〜５３ａ４の隣合う各電極指の幅方向中心位置
から一方にずれて設けられている。

【００２７】また、櫛歯状電極２３ａ１〜２３ａ４は、
アーム部２２−１〜２２−４と一体的に形成されて基板
１０の上面から所定距離だけ浮かして設けられており、
同電極２３ａ１〜２３ａ４の各電極指は離調調整電極部
５４−１〜５４−４の櫛歯状電極５４ａ１〜５４ａ４の
各隣合う電極指間に侵入して同隣合う電極指に対向して
いる。

【００２８】更に、基板１０上には、振動子２０に梁３
３−３，３３−４、メインフレーム３０−２、梁４３−
３，４３−４、サブフレーム３０−４、梁４２−３及び
アンカ４１−３を介して電気的に接続されたパッド部２
０ａが設けられている。パッド部２０ａは、アンカ４１
−３と一体的に形成されて基板１０の上面に形成・固定
されており、パッド部２０ａの上面には、導電金属（例
えばアルミニウム）で形成された電極パッド２０ｂが設
けられている。

【００２９】次に、上記のように構成した角速度検出素
子を用いて角速度を検出するための電気回路装置につい
て説明すると、図２は同電気回路装置をブロック図によ
り示している。

【００３０】この電気回路装置において、検出電極部５
３−１，５３−２の電極パッド５３ｃ１，５３ｃ２には
高周波発振器６１が接続されており、同発振器６１は、
振動子２０の共振周波数よりも極めて高い周波数ｆ₁の
検出用信号E₁sin(２πｆ₁ｔ)を同パッド５３ｃ１，５３
ｃ２に供給する。この高周波発振器６１には位相反転回
路６１ａが接続されており、同回路６１ａは前記検出用
信号E₁sin(２πｆ₁ｔ)の位相を反転した検出用信号E₁si
n(２πｆ₁ｔ＋π)を検出電極部５３−３，５３−４の電
極パッド５３ｃ３，５３ｃ４に供給する。

【００３１】駆動モニタ電極部５２−１，５２−３の電
極パッド５２ｃ１，５２ｃ３には高周波発振器６２が接
続されており、同発振器６２は、振動子２０の共振周波
数よりも極めて高くかつ前記周波数ｆ₁とは異なる周波
数ｆ₂のモニタ用信号E₂sin(２πｆ₂ｔ)を同パッド５２
ｃ１，５２ｃ３に供給する。高周波発振器６２には位相
反転回路６２ａが接続されており、同回路６２ａはモニ
タ用信号E₂sin(２πｆ₂ｔ)の位相を反転したモニタ用信
号E₂sin(２πｆ₂ｔ＋π)を駆動モニタ電極部５２−２，
５２−４の電極パッド５２ｃ２，５２ｃ４に供給する。
これにより、振動子２０のＸ，Ｙ軸方向の各振動をE_0xs
in(２πｆ₀ｔ)，E_0ysin(２πｆ₀ｔ)で表すと、電極パッ
ド２０ｂから出力されて振動子２０のＸ，Ｙ両軸方向の
各振動をそれぞれ表す信号は、E₂・E_0x・sin(２πｆ₀ｔ)・
sin(２πｆ₂ｔ)，E₁・E_0y・sin(２πｆ₀ｔ)・sin(２πｆ₁
ｔ)となる。なお、周波数ｆ₀は、振動子２０の共振周波
数近傍の周波数である。

【００３２】駆動電極部５１−１〜５１−４の各電極パ
ッド５１ｃ１〜５１ｃ４には、駆動回路７０が接続され
ている。駆動回路７０は、電極パッド２０ｂから増幅器
６３を介して入力した信号に基づいて駆動信号を形成し
て各電極パッド５１ｃ１〜５１ｃ４に供給する。

【００３３】駆動回路７０は、増幅器６３に直列接続さ
れた復調回路７１、復調回路７１に接続された移相回路
７２、及び移相回路７２に接続された乗算回路７３を備
えているとともに、復調回路７１に接続されたｒｍｓ回
路（root mean square)７５と、ｒｍｓ回路７５及び乗
算回路７３の間に直列接続されサーボアンプ７６とを備
えている。

【００３４】復調回路７１は、電極パッド２０ｂから出
力された信号を周波数ｆ₂で同期検波して（周波数２π
ｆ₂の信号の振幅エンベロープを取り出して）、振動子
２０のＸ軸方向の振動成分を表す信号E_0xsin(２πｆ
₀ｔ)を出力する。移相回路７２は、振動子２０の振動を
表す検出信号が振動子２０を駆動するための信号に対し
てπ／２（＝１／（４ｆ₀）秒に相当）だけ遅れること
を補正するために、入力信号の位相をπ／２だけ進めて
出力する。ｒｍｓ回路７５は、前記復調回路７１からの
信号を直流信号に変換して、振動子２０のＸ軸方向の振
動成分の振幅を表す信号E_0xを出力する。

【００３５】サーボアンプ７６は、ｒｍｓ回路７５から
の出力信号E_0xと一定の参照電圧V₀とを比較し、同出力
信号E_0xと同参照電圧V₀とを等しくするために必要な所
定の電圧E_0x'を出力する。乗算回路７３は、移相回路７
２の出力信号と電圧E_0x'と所定の定数を乗算した信号E
_0x'sin(２πｆ₀ｔ)を出力する。即ち、サーボアンプ７
６は、ｒｍｓ回路７５からの信号が大きくなるにしたが
って乗算回路７３の出力信号の振幅が小さくなるように
制御し、振動子２０のＸ軸方向の振動成分の振幅が一定
値となるように機能する。

【００３６】ここで、サーボアンプ７６の出力電圧E_0x'
について説明を加える。角速度検出素子の存在する密閉
空間内の温度が上昇し、その圧力が上昇すると、振動子
２０は密閉空間内の気体（この例では、空気。なお、同
密閉空間に他の気体又は液体が存在しているときは、そ
れらの流体。）から大きい摩擦力を受けるために振動し
難くなる。従って、ｒｍｓ回路７５からの出力信号E_0x
は小さくなり、サーボアンプ７６の出力電圧E_0x'は大き
くなる。これとは逆に、角速度検出素子の存在する密閉
空間の圧力が低下すると、振動子２０の密閉空間内の気
体から受ける摩擦力が小さくなるため、同振動子２０は
振動し易くなる。従って、ｒｍｓ回路７５からの出力信
号E_0xは大きくなり、サーボアンプ７６の出力電圧E_0x'
は小さくなる。このことから明らかなように、サーボア
ンプ７６の出力電圧E_0x'は、密閉空間の圧力を表す値と
なる。

【００３７】また、駆動回路７０は、乗算回路７３の出
力に接続された加算器７７−１，７７−３も備えている
とともに、乗算回路７３に位相反転回路７３ａを介して
接続された加算器７７−２，７７−４も備えている。位
相反転回路７３ａは、乗算回路７３からの信号を位相反
転して出力する。加算器７７−１〜７７−４には、一定
の直流電圧E_Bを出力する定電圧源回路７８も接続されて
いる。

【００３８】加算器７７−１，７７−３は、乗算回路７
３からの信号E_0x'sin(２πｆ₀ｔ)と定電圧源回路７８か
らの直流電圧信号E_Bとを加算して、加算電圧E_B＋E_0x'si
n(２πｆ₀ｔ)を駆動電極部５１−１，５１−３の電極パ
ッド５１ｃ１，５１ｃ３にそれぞれ供給する。加算器７
７−２，７７−４は、位相反転回路７３ａからの信号E
_0x'sin(２πｆ₀ｔ＋π)と定電圧源回路７８からの直流
電圧信号E_Bとを加算して、加算電圧E_B＋E_0x'sin(２πｆ
₀ｔ＋π)＝E_B−E_0x'sin(２πｆ₀ｔ)を駆動電極部５１−
２，５１−４の電極パッド５１ｃ２，５１ｃ４にそれぞ
れ供給する。

【００３９】さらに、駆動回路７０は、サーボアンプ７
６の出力に接続されたサーボアンプ７９を備えている。
サーボアンプ７９は、サーボアンプ７６の出力電圧E_0x'
と一定の参照電圧V_Qとを比較し、同サーボアンプ７６の
出力電圧E_0x'が同参照電圧V_Qと等しくするために必要な
所定の離調電圧E_RCを出力する。サーボアンプ７９は、
この離調電圧E_RCを離調調整電極部５４−１〜５４−４
の電極パッド５４ｃ１〜５４ｃ４に印加する。

【００４０】また、増幅器６３には、直列接続された復
調回路８１、検波回路８２及び増幅器８３からなる出力
回路８０が接続されている。復調回路８１は、電極パッ
ド２０ｂから出力された信号を周波数ｆ₁で同期検波し
て（周波数ｆ₁の信号の振幅エンベロープを取り出し
て）、振動子２０のＹ軸方向の振動成分を表す信号E_0ys
in(２πｆ₀ｔ)を出力する。検波回路８２は、前記復調
回路８１からの信号を周波数ｆ₀で同期検波して（振動
子２０のＹ軸方向の振動成分の振幅エンベロープを取り
出して）、振動子２０のＹ軸方向の振動成分の振幅を表
す信号E_0yを出力する。増幅器８３は、前記信号E_0yを入
力して出力端子ＯＵＴから振動子２０のＹ軸方向の振動
の大きさを表す直流信号を出力する。これが、角速度検
出装置の出力となる。

【００４１】次に、上記のように構成した角速度検出装
置を使ってＺ軸回りの角速度を検出する動作について説
明する。まず、この角速度検出装置を角速度を検出しよ
うとする物体（例えば、自動車の車体）に固定して、前
述のように電気回路装置を作動させる。この状態で、Ｚ
軸回りに角速度が作用すると、振動子２０はコリオリ力
によって前記角速度に比例した振幅でＹ軸方向に振動し
始める。

【００４２】この場合、振動子２０のＹ軸方向への振動
により検出電極部５３−１〜５３−４の静電容量が前記
振動に応じて変化する。そして、この静電容量の変化
は、高周波発振器６１及び位相反転回路６１ａから出力
された検出用信号E₁sin(２πｆ ₁ｔ)，E₁sin(２πｆ₁ｔ
＋π)＝−E₁sin(２πｆ₁ｔ)の振幅を変調した信号、す
なわちE₁・E_0y・sin(２πｆ₀ｔ)・sin(２πｆ₁ｔ)となって
電極パッド２０ｂに現れ、増幅器６３を介して出力回路
８０に出力される。出力回路８０は、復調回路８１、検
波回路８２及び増幅器８３の作用により、出力端子ＯＵ
Ｔから前記振動子２０のＹ軸方向の振動の大きさを表す
信号E_0yを出力する。そして、このＹ軸方向の振動の大
きさはＺ軸回りの角速度に比例するので、同角速度を表
す検出信号が出力端子ＯＵＴから出力されることにな
る。

【００４３】また、上記の角速度検出装置においては、
密閉空間の圧力変動に応じてサーボアンプ７６の出力電
圧E_0x'が変化し、サーボアンプ７９は、この出力電圧E
_0x'が一定となるように、離調電圧E_RCを変化させる。こ
れにより、離調調整電極部５４−１〜５４−４による静
電引力の大きさが変化し、Ｙ軸方向の力に対する振動子
２０の変位量すなわち検出用の梁３３−１〜３３−４の
ばね定数が変更される。その結果、振動子２０のＹ軸方
向の共振周波数（検出振動共振周波数）が適宜調整され
るので、密閉空間内の圧力変動にかかわらず、常に安定
した出力を得ることができる。

【００４４】このように、離調調整電極部５４−１〜５
４−４は、ゲイン変更指示手段として機能する電気回路
装置（サーボアンプ７９）からの密閉空間の圧力に応じ
た指示信号に基づいて、可動部である振動子２０の検出
振動の共振周波数を調整する調整手段（ゲイン変更手
段）として機能する。また、この調整手段は、振動子２
０に対し、検出振動の振動方向（Ｙ軸方向）における振
動子２０の変位が大きくなるに従って、同変位を妨げる
方向に大きくなる力を付与する手段ともいえる。

【００４５】ここで、上記の作用について説明を加える
と、図３は上記角速度検出装置の振動周波数に対する振
幅の変化の状態を示したものであり、図３（Ａ）は密閉
空間内の圧力が低下した場合、図３（Ｂ）は密閉空間内
の圧力が上昇した場合である。

【００４６】図３において、曲線L1は密閉空間内の圧力
が標準値である場合の特性である。角速度検出装置とし
ては、検出特性を示す駆動共振周波数f₀における振幅、
即ち実効検出振動のゲイン（実効検出振動Ｑ値）が一定
値ωｓとなることが望ましい。ところが、前述したよう
に、密閉空間内の圧力が低下すると振動子２０の摩擦抵
抗が低下するため、振動子２０は振動し易くなる。従っ
て、そのまま放置すると、図３（Ａ）の曲線L2にて示し
たように検出特性が変化し、駆動共振周波数f₀における
実効検出振動Ｑ値はωｕに上昇してしまう。これに対
し、第１実施形態においては、密閉空間の圧力低下に伴
ってサーボアンプ７６の出力値E_0x'が小さくなるので、
サーボアンプ７９はこれを補償すべく離調電圧E_RCを増
大する。これにより、検出振動共振周波数が増大して特
性は同図３（Ａ）の曲線L3のようになり、実効検出振動
Ｑ値がωｓに維持される。

【００４７】同様に、密閉空間内の圧力が上昇すると振
動子２０の摩擦抵抗が増大するため、振動子２０は振動
し難くなる。従って、そのまま放置すると、図３（Ｂ）
の曲線L4にて示したように検出特性が変化し、駆動振動
共振周波数f₀における実効検出振動Ｑ値はωｄに低下し
てしまう。これに対し、第１実施形態においては、密閉
空間の圧力上昇に伴ってサーボアンプ７６の出力値E_0x'
が大きくなるので、サーボアンプ７９はこれを補償すべ
く離調電圧E_RCを減少する。これにより、検出振動共振
周波数が低下して特性は同図３（Ｂ）の曲線L5のように
なり、実効検出振動Ｑ値がωｓに維持される。

【００４８】その結果、第１実施形態によれば、密閉空
間内の圧力が温度変化により変動した場合であっても実
効検出振動Ｑ値、即ち駆動振動の周波数における検出振
動のゲインが一定に保たれるため、角速度検出装置の検
出特性が安定したものとなり、角速度の検出精度を向上
させることができる。

【００４９】次に、本発明の第２実施形態に係る角速度
検出装置について説明する。図４は第２実施形態に係る
角速度検出素子の平面図、図５は、その内の一つの検出
電極５３−２のＸ軸方向外側端部を拡大して示した平面
図である。

【００５０】この角速度検出素子は、上記第１実施形態
の角速度検出素子と比べて、検出電極５３−１〜５３−
４の構造が若干だけ異なる点、及び、離調調整電極部５
４−１〜５４−４に代えてＱ値調整用電極部５５−１〜
５５−４を設けた点で相違する。他の部分に関しては、
上記第１実施形態と同じであるので、同一符号を付して
その説明を省略する。

【００５１】この第２実施形態に係る検出電極５３−１
〜５３−４は、櫛歯状電極５３ａ１〜５３ａ４と、電極
連結部５３ｄ１〜５３ｄ４と、調整電極接続部５３ｅ１
〜５３ｅ４と、移動電極指５３ｆ１〜５３ｆ４と、各一
対の電極アーム部５３ｇ１〜５３ｇ４と、調整用電極指
５３ｈ１〜５３ｈ４と、パッド部５３ｉ１〜５３ｉ４と
を備えている。

【００５２】櫛歯状電極５３ａ１〜５３ａ４の電極指
は、アーム部２２−１〜２２−４の櫛歯状電極２２ａ１
〜２２ａ４の各隣合う電極指間に侵入して同隣合う電極
指に対向していて、Ｌ字形の電極連結部５３ｄ１〜５３
ｄ４を介してパッド部５３ｉ１〜５３ｉ４に接続されて
いる。これら、櫛歯状電極５３ａ１〜５３ａ４と、電極
連結部５３ｄ１〜５３ｄ４と、パッド部５３ｉ１〜５３
ｉ４は絶縁層を介して基板１０の上面に形成・固定され
ている。

【００５３】電極接続部５３ｅ１〜５３ｅ４は、振動子
２０のアーム部２２−１〜２２−４のＸ軸方向外側にお
いてＹ軸方向に伸び、Ｘ軸方向内側に伸びる移動電極指
５３ｆ１〜５３ｆ４と、Ｘ軸方向外側に伸びる各一対の
アームである電極アーム部５３ｇ１〜５３ｇ４と、Ｘ軸
方向外側に伸びる調整用電極指５３ｈ１〜５３ｈ４と一
体的に形成されパッド部５３ｉ１〜５３ｉ４に接続され
ていて、これらは基板１０の上面から所定距離だけ浮か
して設けられている。移動電極指５３ｆ１〜５３ｆ４
は、アーム部２２−１〜２２−４からＸ軸方向外側に伸
びた電極指２３ａ１〜２３ａ４の各隣合う電極指間に侵
入して同隣合う電極指に対向している。電極アーム部５
３ｇ１〜５３ｇ４は、Ｙ軸方向の幅が小さく形成され、
これにより、パッド部５３ｉ１〜５３ｉ４に対してＹ軸
方向に変形可能に構成されている。パッド部５３ｉ１〜
５３ｉ４の上面には、導電金属（例えばアルミニウム）
で形成された電極パッド５３ｊ１〜５３ｊ４が設けられ
ている。

【００５４】Ｑ値調整用電極部５５−１〜５５−４は、
検出電極５３−１〜５３−４の電極接続部５３ｅ１〜５
３ｅ４、電極アーム部５３ｇ１〜５３ｇ４、及びパッド
部５３ｉ１〜５３ｉ４の各々により囲まれた領域内に形
成されていて、絶縁層を介して基板１０の上面に形成・
固定された電極指５５ａ１〜５５ａ４と、これに接続さ
れるとともに基板１０の上面に絶縁層を介して形成・固
定されたパッド部５５ｂ１〜５５ｂ４とからなってい
る。電極指５５ａ１〜５５ａ４は、各電極パッド５５ｂ
１〜５５ｂ４からＸ軸方向内側に伸びるととともに、前
記調整用電極指５３ｈ１〜５３ｈ４と対向している。パ
ッド部５５ｂ１〜５５ｂ４の上面には、導電金属（例え
ばアルミニウム）で形成された電極パッド５５ｃ１〜５
５ｃ４が設けられている。

【００５５】次に、上記のように構成した角速度検出素
子を用いて角速度を検出するための電気回路装置につい
て説明すると、図６は同電気回路装置をブロック図によ
り示している。この電気回路装置は、図５に示したもの
と実質的に同一の構成を有しているため、同一部分には
同一符号を付してその説明を省略する。図５の回路装置
と本回路装置との相違点は、本回路装置においては、サ
ーボアンプ７９の出力がＱ値調整用電極部５５−１〜５
５−４の電極パッド５５ｃ１〜５５ｃ４に接続されてい
る点、及び検出電極５３−１〜５３−４の電極パッドが
５３ｃ１〜５３ｃ４から５３ｊ１〜５３ｊ４に変更され
ている点のみである。

【００５６】このように構成した第２実施形態に係る角
速度検出装置においても、上記第１実施形態と場合と同
様にＺ軸回りの角速度が検出され、出力回路８０の出力
端子ＯＵＴから前記振動子２０のＹ軸方向の振動の大き
さを表す信号E_0yが出力される。一方、角速度検出素子
が収容される密閉空間内の圧力が変化した場合の出力特
性の補償方法については、第２実施形態は第１実施形態
と相違するため、この点について以下に説明する。

【００５７】図６に示した電気回路装置においても、密
閉空間の圧力変動に応じてサーボアンプ７６の出力電圧
E_0x'が変化し、この電圧E_0x'はサーボアンプ７９に入力
されている。サーボアンプ７９は、この出力電圧E_0x'が
一定となるように、Ｑ値調整電圧E_QCを変化させる。こ
れにより、検出電極５３−１〜５３−４の調整用電極指
５３ｈ１〜５３ｈ４とＱ値調整用電極部５５−１〜５５
−４の電極指５５ａ１〜５５ａ４との間の静電引力が変
化し、これらの電極指間の距離が変化する。これによ
り、移動電極指５３ｆ１〜５３ｆ４とアーム部２２−１
〜２２−４の電極指２３ａ１〜２３ａ４との距離が、図
５（Ａ）のｄ１から図５（Ｂ）のｄ２の間で変化する。
この結果、角速度検出装置としての感度（特性）を示す
実効検出振動Ｑ値が、密閉空間の圧力変動にかかわらず
略一定に保たれる。

【００５８】ここで、上記第２実施形態の実効検出振動
Ｑ値の調整方法について説明を加えておく。一般に、上
記のような角速度検出素子において、振動子の電極指と
同電極指に対向する検出電極の電極指とが形成するコン
デンサの極板間距離をｄとし、この距離ｄがコリオリ力
によってΔｄだけ変化するとき、感度Ｓに相当するコン
デンサの静電容量変化ΔＣはΔｄ／ｄ²に比例する。一
方、距離変化分Δｄは実効検出振動Ｑ値に比例し、また
角速度検出素子の収容されている密閉空間の圧力をＰと
すると、実効検出振動Ｑ値はｄⁿ／Ｐ^m（ｎ≒３，ｍ≒
１）に比例することが知られている。以上のことから、
感度Ｓはｄ^n-2／Ｐ^mに比例し、ｄ^n-2／Ｐ^mの値を一定に
保てば、感度Ｓを圧力Ｐの変動にかかわらず一定に維持
することが可能であることが解る。このような知見に基
づき、第２実施形態においては、サーボアンプ７９及び
Ｑ値調整電極部５５−１〜５５−４により、密閉空間の
圧力Ｐの変化に応じて実質的にｄ^n-2／Ｐ^mの値を一定に
保つように、移動電極指５３ｆ１〜５３ｆ４とアーム部
２２−１〜２２−４の電極指２３ａ１〜２３ａ４との距
離を変化させる。

【００５９】この結果、密閉空間の圧力が低下した場合
に、角速度検出装置の検出特性は図３（Ａ）の曲線L1か
ら曲線L2へと変化し、実効検出振動Ｑ値がωｓからωｕ
に上昇するところ、本第２実施形態は検出振動共振周波
数を変更することなく特性をL1に維持する。同様に、密
閉空間の圧力が上昇した場合に、角速度検出装置の検出
特性は図３（Ｂ）の曲線L1から曲線L4へと変化し、実効
検出振動Ｑ値がωｓからωｄに低下するところ、本第２
実施形態は検出振動共振周波数を変更することなく特性
を曲線L1に維持する。

【００６０】従って、第２実施形態によれば、密閉空間
の圧力変動が生じた場合であっても、角速度検出装置の
感度特性が一定に維持され、角速度が精度良く検出され
る。また、圧力変動の補償を検出振動共振周波数の変更
なく行うことができるので、作用した角速度が角速度検
出装置の出力となって現れるまでの時間遅れを小さくす
ることができ、角速度検出装置の応答特性を良好に維持
することができる。

【００６１】なお、上記第２実施形態においては、移動
電極指５３ｆ１〜５３ｆ４とアーム部２２−１〜２２−
４の電極指２３ａ１〜２３ａ４との距離が連続的（リニ
ア）に変化するように構成したが、同距離を連続的に変
化させるほどの精度が要求されない場合、或いは、同距
離の変化量を大きくとる必要がある場合には、サーボア
ンプ７９の出力を２値化（値「０」、及び「０」でない
電圧値Ｖ）とし、電圧「０」がＱ値調整用電極部５５−
１〜５５−４の電極パッド５５ｃ１〜５５ｃ４に印加さ
れたときには、検出電極５３−１〜５３−４の調整用電
極指５３ｈ１〜５３ｈ４とＱ値調整用電極部５５−１〜
５５−４の電極指５５ａ１〜５５ａ４との間の距離を所
定の距離とするとともに、電圧Ｖが電極パッド５５ｃ１
〜５５ｃ４に印加されたときには同距離を「０」とする
ように構成してもよい。なお、電圧Ｖを電極パッド５５
ｃ１〜５５ｃ４に印加して、前記距離を「０」とする場
合には、コンデンサの極板間距離がある値以下となった
ときに両極板間が互いに引き合う力を発生するプルイン
現象を利用する。

【００６２】次に、本発明の第３実施形態に係る角速度
検出装置について説明すると、図７は第３実施形態に係
る角速度検出装置の側断面図である。この角速度検出装
置は、ベース基体９０と、ベース基体９０の上に固定さ
れた素子設置基体９１と、素子設置基体９１の上に固定
された角速度検出素子９２と、ベース基体９０に固定さ
れた温度センサ９３と、可動側壁９４と、天板９５とか
ら構成されている。

【００６３】角速度検出素子９２は、図１に示した角速
度検出装置素子から離調調整電極部５４−１〜５４−４
を省略したものである。また、この角速度検出素子９２
は、図２に示した電気回路装置からサーボアンプ７９を
省略した電気回路装置を含んでいる。樹脂からなるベー
ス基体９０、圧電素子からなる可動側壁９４、及び樹脂
からなる天板９５は、密閉空間を形成するように互いに
接合されている。可動側壁９４を構成する圧電素子は、
図示しない外部制御回路と接続されていて、同外部制御
回路からの駆動信号を受けて伸縮するようになってい
る。

【００６４】上記密閉空間内は、略真空に保たれている
が、空気分子が若干だけ存在している。素子設置基体９
１、角速度検出素子９２、及び温度センサ９３は、上記
密閉空間内に収容されている。温度センサ９３は、この
密閉空間内の温度（気体温度）を検出し、図示しないリ
ード線を介して前記外部制御回路に接続され、同外部制
御回路に気体温度に関する信号を送出するようになって
いる。

【００６５】次に、このように構成された角速度検出装
置の作用について説明すると、この角速度検出装置は、
第１，第２実施形態と同様にＺ軸回りの角速度が検出さ
れ、出力回路８０の出力端子ＯＵＴから前記振動子２０
のＹ軸方向の振動の大きさを表す信号E_0yが出力され
る。一方、角速度検出素子が収容される密閉空間内の圧
力が変化した場合の補償方法については、第１，第２実
施形態と相違するため、この点について以下に説明す
る。

【００６６】第３実施形態においては、温度センサ９３
が角速度検出素子９２が収容されている密閉空間内の温
度を検出し、体積変更指示手段として機能する外部制御
回路は、前記検出温度に基づき前記密閉空間内の圧力が
一定に維持されるように可動側壁９４を構成する圧電素
子に駆動（指示）信号を送出し、これにより体積変更手
段としての圧電素子を伸縮させて同密閉空間の体積を変
更する。

【００６７】この結果、第３実施形態に係る角速度検出
装置においては、その実効検出振動Ｑ値が温度変化に拘
らず一定に維持され、角速度検出装置の特性が良好に維
持される。また、外部制御回路は温度センサ９３により
直接検出された密閉空間内の温度に基づき、密閉空間内
の圧力を一定に維持するように可動側壁９４を伸縮させ
るため、同密閉空間内の圧力を精度よく一定値に維持す
ることが可能となる。

【００６８】次に、本発明の第４実施形態に係る角速度
検出装置について説明すると、図８は第４実施形態に係
る角速度検出装置の側断面図である。この角速度検出装
置は、第３実施形態の可動側壁９４に代えて側壁に変形
可能部材９６を採用し、ベース基体９０、変形可能部材
９６、及び天板９５により角速度検出素子９２を収容す
る密閉空間を構成するとともに、ベース基体９０と天板
９５との間に圧電素子９７を介在させた点でのみ第３実
施形態の角速度検出装置と相違する。従って、第３実施
形態と同一構成部分については同一符号を付して、その
説明を省略する。

【００６９】この第４実施形態においては、第３実施形
態と同様に、温度センサ９３が密閉空間内の温度を検出
し、体積変更指示手段としての外部制御回路は同検出温
度に基づき同密閉空間内の圧力が一定に維持されるよう
に圧電素子９７に駆動（指示）信号を送出し、これによ
り体積変更手段としての圧電素子９７を伸縮させ、同密
閉空間の体積を変更する。

【００７０】この結果、第４実施形態に係る角速度検出
装置においても、その実効検出振動Ｑ値が温度変化に拘
らず一定に維持され、角速度検出装置の特性が良好に維
持される。また、外部制御回路は温度センサ９３により
直接検出された密閉空間内の温度に基づき、密閉空間内
の圧力を一定に維持するように圧電素子９７を伸縮させ
るため、同密閉空間内の圧力を精度よく一定値に維持す
ることが可能となる。

【００７１】次に、本発明の第５実施形態に係る角速度
検出装置について説明すると、図８は第５実施形態に係
る角速度検出装置の側断面図である。この角速度検出装
置は、第４実施形態の圧電素子９７を省略し、圧電素子
９８を天板９５の上部とベース基体９０と相対移動不能
に構成されてなる堅牢な構造体９９との間に介在させた
点でのみ第４実施形態の角速度検出装置と相違する。従
って、第４実施形態と同一構成部分については同一符号
を付して、その説明を省略する。

【００７２】この第５実施形態においても、第３，４実
施形態と同様に、温度センサ９３が密閉空間内の温度を
検出し、体積変更指示手段としての外部制御回路は同検
出温度に基づき同密閉空間内の圧力が一定に維持される
ように圧電素子９８に駆動（指示）信号を送出し、体積
変更手段としての圧電素子９８を伸縮させる。この結
果、圧電素子９８は天板９５とベース基体９０との距離
を変更し、前記密閉空間の体積を変更する。

【００７３】この結果、第４実施形態に係る角速度検出
装置においても、その実効検出振動Ｑ値が温度変化に拘
らず一定に維持され、角速度検出装置の特性が良好に維
持される。また、外部制御回路は温度センサ９３により
直接検出された密閉空間内の温度に基づき、密閉空間内
の圧力を一定に維持するように圧電素子９８を伸縮させ
るため、同密閉空間内の圧力を精度よく一定値に維持す
ることが可能となる。

【００７４】なお、第３〜５実施形態においては、温度
センサ９３に代えて圧力センサを採用することもでき
る。この場合には、密閉空間内の圧力を直接検出するた
め、より精度良く同密閉空間内の圧力を一定値に維持す
ることが可能となる。また、第１，第２実施形態にて説
明したように、サーボアンプ７６の出力電圧E_0x'は密閉
空間内の圧力を表す値であるので、温度センサ９３の出
力に代え、この電圧E_0x'を用いて密閉空間の体積を変更
してもよい。

【００７５】以上、説明したように、本発明の第１，第
２実施形態におていは、角速度検出素子が収容されてい
る密閉空間の圧力に応じた値をサーボアンプ７６の出力
電圧E_0x'により検出し、これに応じて検出振動のゲイン
（実効検出振動Ｑ値）を調整・変更する。また、第３〜
第５実施形態においては、角速度検出素子が収容されて
いる密閉空間の圧力に応じた値を温度センサ９３により
検出し、これに応じて密閉空間の体積を調整・変更す
る。この結果、上記各実施形態によれば、角速度検出装
置の検出特性が良好なものに維持される。なお、本発明
は角速度の検出の他、加速度等が作用したときの可動部
の変位を検出する加速度検出装置等、密閉空間内に配設
された可動部の変位を検出する形式の物理量検出装置に
適用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る角速度検出素子
の平面図である。

【図２】前記第１実施形態に係る角速度検出素子を用
いて角速度を検出するための電気回路装置のブロック図
である。

【図３】本発明による角速度検出装置の振幅の周波数
特性を説明するためのグラフである。

【図４】本発明の第２実施形態に係る角速度検出素子
の平面図である。

【図５】図４に示した角速度検出素子の検出電極、及
びＱ値調整用電極部の一つを拡大して示した平面図であ
る。

【図６】前記第２実施形態に係る角速度検出素子を用
いて角速度を検出するための電気回路装置のブロック図
である。

【図７】本発明の第３実施形態に係る角速度検出素子
の側断面図である。

【図８】本発明の第４実施形態に係る角速度検出素子
の側断面図である。

【図９】本発明の第５実施形態に係る角速度検出素子
の側断面図である。

【符号の説明】

１０…基板、２０…振動子、２１…マス部、２２…アー
ム部、３０−１，３０−２…メインフレーム、３０−
３，３０−４…サブフレーム、３３−１〜３３−４…梁
（検出用梁）、４１−１〜４１−４…アンカ、４２−１
〜４２−４，４３−１〜４３−４…梁（駆動用梁）、５
１−１〜５１−４…駆動電極部（駆動部）、５２−１〜
５２−４…駆動モニタ電極部（駆動モニタ部）、５３−
１〜５３−４…検出電極部（検出部）、５３ｈ１〜５３
ｈ４…調整用電極指、５３ｇ１〜５３ｇ４…電極アーム
部、５４−１〜５４−４…離調調整電極部（ゲイン変更
手段，検出振動の共振周波数調整手段）、５５−１〜５
５−４…Ｑ値調整電極部（ゲイン変更手段）、６１…高
周波発振器、６２…高周波発振器、６３…増幅器、７０
…駆動回路、７１…復調回路、７２…移相回路、７３…
乗算回路、７５…検波回路、７６…サーボアンプ、７７
−１〜７７−４…加算器、７８…定電圧源回路、７９…
サーボアンプ（ゲイン変更指示手段）、８０…出力回
路、８１…復調回路、８２…検波回路、８３…増幅器、
９０…ベース基体、９２…角速度検出素子、９３…温度
センサ、９４…可動側壁（圧電素子，体積変更手段）、
９５…天板、９６…変形可能部材、９７，９８…圧電素
子（体積変更手段）、９９…構造体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者千田英美愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者瀬川勉愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者横山敦子愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者千田和身愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者岡山倫久愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 2F105 BB04 BB09 BB17 CC04 CD03 CD05 CD11 CD13 4M112 AA01 AA02 BA07 BA08 CA24 CA26 CA32 CA36 EA02 GA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】密閉空間内で基板に変位可能に支持された
可動部と、前記可動部が外力を受けたときに同可動部に生じる変位
に応じた量を検出する変位検出手段とを備え、前記変位
検出手段の検出値を出力する物理量検出装置において、前記可動部を所定方向に所定の駆動周波数にて振動させ
る駆動手段と、前記密閉空間の圧力に応じた量を検出する圧力検出手段
と、指示信号に応じて前記駆動周波数における前記可動部の
検出振動のゲインを変更するゲイン変更手段と、前記検出された密閉空間の圧力に応じた量に基づいて前
記ゲイン変更手段に前記指示信号を出力するゲイン変更
指示手段とを備えたことを特徴とする物理量検出装置。
【請求項２】前記ゲイン変更手段は、前記可動部の検出
振動の共振周波数を調整する調整手段である請求項１に
記載の物理量検出装置。
【請求項３】前記調整手段は、前記可動部に対し、前記
検出振動の振動方向における同可動部の変位が大きくな
るに従って同変位を妨げる方向に大きくなる力を付与す
る手段である請求項２に記載の物理量検出装置。
【請求項４】前記変位検出手段は、前記可動部に形成さ
れた可動部電極と前記基板に固定された検出電極との間
の静電容量の変化を検出することにより前記変位に応じ
た量を検出するように構成され、前記ゲイン変更手段は、前記可動部が前記外力を受けて
いない場合における前記可動部電極と前記検出電極との
距離を変更することにより前記検出振動のゲインを変更
するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載
の物理量検出装置。
【請求項５】密閉空間内で基板に変位可能に支持された
可動部と、前記可動部が外力を受けたときに同可動部に生じる変位
に応じた量を検出する変位検出手段とを備え、前記変位
検出手段の検出値を出力する物理量検出装置において、前記密閉空間の圧力に応じた量を検出する圧力検出手段
と、指示信号に応じて前記密閉空間の体積を変更させる体積
変更手段と、前記検出された密閉空間の圧力に応じた量に基づいて前
記体積変更手段に前記指示信号を出力する体積変更指示
手段とを備えたことを特徴とする物理量検出装置。