JP2004233088A - 静電可動機構、共振型装置および角速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】可動電極が初期位置にあるときの静電力を高め、共振時の振幅を大きくする。
【解決手段】外側質量部１０，１１には駆動電極２５，２８からなる振動発生部３１を取付ける。また、駆動電極２５，２８の電極板２７，３０には段差部傾斜面２７Ｄ，３０Ｄをもったテーパ状の段差部２７Ｃ，３０Ｃを形成すると共に、先端部２７Ｅ，３０Ｅには先端部傾斜面２７Ｆ，３０Ｆを形成する。そして、初期状態で先端部傾斜面２７Ｆ，３０Ｆと相手方の段差部傾斜面３０Ｄ，２７Ｄとが対向するように配置する。これにより、先端部傾斜面２７Ｆ，３０Ｆと段差部傾斜面３０Ｄ，２７Ｄとの間の電気力線を増やして静電力を大きくでき、外側質量部１０，１１等の振幅を大きくすることができる。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電力を用いて可動させる静電可動機構および該静電可動機構を用いた共振型装置、角速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、第１の従来技術による静電可動機構として、複数の電極板によって櫛歯形状をなす固定電極と、複数の電極板によって櫛歯形状をなし該固定電極と噛合して静電力によって変位する可動電極とによって構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、第１の従来技術では、固定電極と可動電極とは、いずれも電極板が直線状に延びる構成となっている。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第５０２５３４６号明細書
【０００４】
また、第２の従来技術として、櫛歯形状をなす固定電極と可動電極とのうちいずれか一方の電極（例えば固定電極）の電極板は、基端側から先端側に向けて幅寸法を狭くする構成としたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。この場合、固定電極の隣合う２つの電極板間の溝幅は奥部（基端側）に向うに従って徐々に狭くなっている。このため、可動電極の電極板が固定電極の電極板間の溝内に進入したときには、可動電極が固定電極に近付くに従って可動電極と固定電極との間隔を加工精度以上に狭めることができるから、静電力が増加し、可動電極を大きく変位させることができる。
【０００５】
【特許文献２】
特許第２６８２１８１号公報
【０００６】
さらに、第３の従来技術として、櫛歯形状をなす固定電極と可動電極とは、段差部を有する電極板を用いて形成した構成も知られている（例えば、非特許文献１参照）。この場合も、第２の従来技術と同様に、固定電極の隣合う２つの電極板間の溝幅は先端側と基端側とで２段階に変化し、基端側の方が先端側よりも狭くなっている。このため、第３の従来技術でも、可動電極の電極板が固定電極の電極板間の溝のうち幅寸法の狭い奥部側に進入したときには、可動電極と固定電極との間隔を加工精度以上に狭まるから、静電力が増加し、可動電極を大きく変位させることができる。特に、第３の従来技術では、可動電極が初期位置（電圧印加前の位置）にあるときに、固定電極の階段状の段差部の近傍に可動電極の電極板の先端部が配置されるから、これらの間に生じる電気力線によって静電力を発生させることができる。このため、第３の従来技術では、第１の従来技術に比べて、可動電極の初期位置での静電力を大きくすることができる。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｔｏｓｈｉｋｉ Ｈｉｒａｎｏ ｅｔ ａｌ．， ”Ｄｅｓｉｇｎ， Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ， ａｎｄ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｕｂｍｉｃｒｏｎ Ｇａｐ Ｃｏｍｂ−Ｄｒｉｖｅ Ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒｓ”， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ， Ｍａｒｃｈ １９９２， Ｖｏｌ．１， Ｎｏ．１， ｐｐ．５２−５９
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した第１の従来技術では、固定電極と可動電極との間の静電力は電極間の間隔に反比例し、電極の厚さに比例する。このため、静電力を大きくするためには、電極間の間隔を狭くするか電極の厚さを大きくする方法が有効であるのに対し、固定電極と可動電極との間隔、電極の厚さは加工精度の限界によって制限される。この結果、大きな静電力を得るためには、電極板の数を増加するしかなく、電極の占有面積が大きくなって装置全体が大型化し易いという問題がある。
【０００９】
また、第２の従来技術では、例えば固定電極の隣合う２つの電極板間の溝幅は奥部（基端側）に向うに従って狭くなっているから、可動電極が固定電極に近付くに従って可動電極と固定電極との間隔を加工精度以上に狭めることができ、大きな静電力を得ることができる。しかし、第２の従来技術では、可動電極が固定電極に近付くに従って可動電極と固定電極との間隔が狭くなると共に、これらの間の静電力も増加するから、可動電極が必要以上に変位し易く、可動電極と固定電極とが接触し易いという問題がある。
【００１０】
さらに、第３の従来技術では、可動電極が初期位置にあるときに、固定電極の段差部の近傍に可動電極の先端部が配置されるから、これらの間に生じる電気力線によって静電力を発生させることができる。しかし、第３の従来技術では、可動電極の先端部は四角形状をなすと共に、固定電極の段差部も電極板の幅方向に沿って垂直に延びた階段状をなしている。このため、可動電極の先端部と固定電極の段差部との間に生じる電気力線は、先端部や段差部の角隅に集中して生じるから、電気力線の本数を増加させることができず、静電力を増加させることが難しいという問題がある。
【００１１】
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、本発明の目的は、可動電極が初期位置にあるときの静電力を大きくし、共振時の振幅を大きくすることができる静電可動機構、共振型装置および角速度センサを提供することにある。
【００１２】
【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の発明は、先端部が自由端となった複数の電極板によって櫛歯形状をなす固定電極と、先端部が自由端となった複数の電極板によって櫛歯形状をなし該固定電極と噛合して静電力によって変位する可動電極とからなる静電可動機構において、前記固定電極と可動電極との電極板には当該電極板の長さ方向途中部位に位置して幅寸法が異なる段差部を設け、これら各段差部には前記可動電極の変位方向に対して傾斜した段差部傾斜面を設け、前記固定電極と可動電極との電極板の先端部には相手方の段差部傾斜面と対向する先端部傾斜面を設ける構成としたことを特徴としている。
【００１３】
このように構成したことにより、固定電極と可動電極との間に作用する電気力線のうち駆動方向に働くものは、固定電極の先端部と可動電極の段差部との間、および可動電極の先端部と固定電極の段差部との間に集中する。このとき、各電極の段差部傾斜面と相手方の先端部傾斜面とが互いに対向するから、電気力線は、段差部の角隅等に集中することがなく、段差部傾斜面や先端部傾斜面の全面に亘って広い範囲で分布させることができ、段差部傾斜面と先端部傾斜面との間に多数の電気力線を形成することができる。このため、可動電極が初期位置にあるときに、可動電極の変位方向（駆動方向）に作用する静電力を大きくすることができる。
【００１４】
請求項２の発明は、前記先端部傾斜面は前記電極板の先端部を三角形状にすべく当該先端部の幅方向両側に設け、前記相手方の段差部傾斜面は該先端部傾斜面にそれぞれ対向すべく前記先端部を挟んで幅方向両側にそれぞれ配置し、相互に対向する先端部傾斜面と段差部傾斜面とは互いに平行に形成したことにある。
【００１５】
これにより、電極板の先端部の幅方向両側に設けられた２つの先端部傾斜面と電極板を挟んで幅方向両側に配置された段差部傾斜面との間には、それぞれ電気力線を形成することができるから、電極板の幅方向両側で静電力を発生させることができる。この結果、駆動方向に対する静電力を大きくすることができると共に、電極板の幅方向に対する静電力を電極板の幅方向両側に形成される電気力線で相殺することができ、可動電極が電極板の幅方向に変位するのを防ぐことができる。
【００１６】
一方、請求項３の発明は、前記固定電極と可動電極との電極板には当該電極板の長さ方向途中部位に位置して幅方向に突出した突出部を複数箇所に設け、該突出部には前記可動電極の変位方向に対して傾斜した突出部傾斜面を設け、前記固定電極の突出部傾斜面と可動電極の突出部傾斜面とは互いに対向する構成としたことにある。
【００１７】
このように構成したことにより、先端部傾斜面と段差部傾斜面との間に電気力線を形成できるのに加えて、互いに対向する２つの突出部傾斜面の間にも電気力線を形成することができる。この結果、可動電極が初期位置にあるときに、各電極の先端部と段差部との間に静電力を作用させることができると共に、各電極の突出部間にも静電力を作用させることができるから、可動電極の変位方向に作用する静電力を大きくし、可動電極の振幅を大きくすることができる。
【００１８】
また、請求項４の発明のように、本発明の静電可動機構を用いて共振型装置を構成してもよく、請求項５の発明のように、本発明の静電可動機構を用いて角速度センサを構成してもよい。
【００１９】
このように本発明による静電可動機構を用いるから、可動電極が初期位置にあるときに、可動電極の変位方向に作用する静電力を大きくすることができる。このため、従来技術と同じ電極面積、同じ印加電圧のときに、従来技術に比べて可動電極側の共振時の振幅を大きくすることができ、共振型装置や角速度センサを小型で高感度にすることができる。
【００２０】
また、請求項６の発明は、基板と、該基板と隙間をもって対向し互いに直交するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸からなる３軸方向のうちＹ軸方向に並んで配置された４個の質量部と、該各質量部をＸ軸方向に変位可能に連結する支持梁と、該支持梁と前記基板との間に設けられ該支持梁を前記基板に固定する固定部と、前記各質量部のうち少なくとも一部の質量部を振動させることにより互いに隣接する質量部が逆位相でＸ軸方向に振動する振動発生手段と、前記４個の質量部のうちＹ軸方向の中心位置を挟んで対称な位置に配置された２個の質量部に角速度が作用したときに該質量部がＹ軸とＺ軸のうち少なくともいずれか一方の軸方向に変位する変位量を角速度として検出する角速度検出手段とからなる角速度センサであって、前記振動発生手段は、前記基板に設けられ先端部が自由端となった複数の電極板によって櫛歯形状をなす固定電極と、先端部が自由端となった複数の電極板によって櫛歯形状をなし前記４個の質量部のうち少なくともいずれかの質量部に設けられ該固定電極と噛合して静電力によって変位する可動電極とからなり、前記固定電極と可動電極との電極板には当該電極板の長さ方向途中部位に位置して幅寸法が異なる段差部を設け、これら各段差部には前記可動電極の変位方向に対して傾斜した段差部傾斜面を設け、前記固定電極と可動電極との電極板の先端部には相手方の段差部傾斜面と対向する先端部傾斜面を形成する構成としている。
【００２１】
このように構成することにより、４個の質量部を支持梁によって振動方向（Ｘ軸方向）と直交するＹ軸方向に沿って連結でき、例えば各質量部のうち一部の質量部を振動発生手段によって振動させることにより、互いに隣合う質量部をほぼ逆位相で振動させることができる。これにより、各質量部を連結する支持梁の途中部位には、支持梁が各質量部と一緒に振動するときにほぼ一定の位置を保持する振動の節を配置することができる。
【００２２】
また、Ｙ軸方向の中心位置を挟んで対称な位置（Ｙ軸方向の中央側または外側）に配置された２個の質量部は互いに逆位相で振動するから、これら２個の質量部は、角速度が加わるときにコリオリ力によって互いに逆方向に変位し、加速度が加わるときには慣性力によって互いに等しい方向に変位する。このため、例えばこれら２個の質量部の変位量を減算することにより、これらの変位量のうち互いに同じ方向に変位した分（加速度成分）を相殺して除去することができ、角速度を加速度から分離して検出することができる。
【００２３】
さらに、４個の質量部をＹ軸方向に並べる構成としたから、これらの質量部が振動するときに、質量部全体の重心をほぼ一定の位置に保持でき、その振動状態を安定させて基板側に振動が伝わるのを抑制することができる。また、Ｙ軸方向の中心位置を挟んで対称な位置に配置された２個の質量部を質量部全体の重心位置等を挟んで対称形状に形成できるから、これら２個の質量部の共振周波数や温度変化による各質量部の熱変形量等をほぼ等しく設定でき、２個の質量部を加速度によってほぼ同じ量だけ変位させることができる。この結果、２個の質量部の変位量を減算することによって加速度成分を確実に除去でき、角速度の検出精度を高めることができる。
【００２４】
また、固定電極と可動電極との間に作用する電気力線のうち駆動方向に働くものは、各電極の段差部と相手方の先端部との間に集中すると共に、段差部傾斜面と先端部傾斜面との間に多数の電気力線を形成することができる。このため、可動電極が初期位置にあるときに、可動電極の変位方向（駆動方向）に作用する静電力を大きくすることができるから、各質量部の共振時の振幅を大きくすることができ、角速度の検出感度を高めることができる。
【００２５】
また、請求項７の発明によると、固定部は支持梁のうち前記各質量部が互いに逆位相で振動するときの節に対応する部位を基板に固定する構成としている。
【００２６】
これにより、固定部は、各質量部と支持梁とが振動するときの振動の節に対応する位置で該支持梁を基板側に固定できるから、各質量部の振動が支持梁を介して基板側に伝わるのを抑制することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、図１ないし図６は第１の実施の形態による静電可動機構を角速度センサの振動発生手段に適用した場合を示し、本実施の形態では、基板と垂直なＺ軸周りの角速度を検出する角速度センサを例に挙げて述べる。
【００２８】
１は例えば高抵抗なシリコン材料、ガラス材料等により形成された基板で、該基板１の表面側には、低抵抗なシリコン材料を用いて後述の質量部２，６，１０，１１、外側支持梁１２、固定部１４、変位量検出部２０，２１、振動発生部３１、モニタ電極３４等が形成されている。
【００２９】
２は基板１の中央側に配置された第１の中央質量部で、該第１の中央質量部２は、図２に示す如く、四角形の中央側枠状体３と、該中央側枠状体３内に設けられた水平振動子４と、例えば４本の内側支持梁５とを含んで構成されている。また、水平振動子４は四角形の枠状体として形成され、各内側支持梁５によりＹ軸方向に変位可能に支持されている。
【００３０】
６は中央質量部２とほぼ同様に形成された第２の中央質量部で、該第２の中央質量部６は、中央側枠状体７、水平振動子８及び内側支持梁９を含んで構成され、水平振動子８は、４本の内側支持梁９によりＹ軸方向に変位可能に支持されている。
【００３１】
１０，１１はＹ軸方向に対して中央質量部２，６の外側に設けられた２個の外側質量部で、該外側質量部１０，１１は、Ｘ軸方向に延びた直線状の質量体として形成され、その両端側は各外側支持梁１２に連結されている。
【００３２】
ここで、４個の質量部２，６，１０，１１は、Ｙ軸方向に直線状に並んだ状態で各外側支持梁１２により連結され、これら全体の重心Ｇを中心としてＹ軸方向の前，後で対称形状に形成されている。また、２個の中央質量部２，６は、Ｙ軸方向の中心位置（重心Ｇ）を挟んで対称な位置に配置されると共に、２個の外側質量部１０，１１も、Ｙ軸方向の中心位置を挟んで対称な位置に配置されている。そして、質量部２，１１と質量部６，１０とは、重心Ｇをほぼ一定の位置に保持しつつ、互いに逆位相でＸ軸方向に振動する構成となっている。
【００３３】
１２は４個の質量部２，６，１０，１１をＸ軸方向に振動可能に支持する左，右の外側支持梁で、該各外側支持梁１２には、その長さ方向途中部位に連結部１３を介して中央質量部２，６の枠状体３，７が連結されている。そして、質量部２，１１と質量部６，１０とが互いに逆位相で振動するときには、各外側支持梁１２がＸ軸方向に対して略Ｓ字状に撓み変形し、その長さ方向途中部位には、振動の節となってほぼ一定の位置を保持する３箇所の節部１２Ａがそれぞれ形成される。
【００３４】
１４は基板１に設けられた固定部で、該固定部１４は、基板１上に固定された四角形状の台座部１４Ａと、該台座部１４Ａの内側にＹ軸方向に延びて形成された左，右の延設部１４Ｂと、該各延設部１４Ｂに設けられ、各外側支持梁１２の節部１２Ａに連結された３個の腕部１４Ｃとによって構成されている。そして、質量部２，１１と質量部６，１０とが互いに逆位相で振動するときには、基板１に振動が伝わるのを抑制する構成となっている。
【００３５】
１５は水平振動子４，８内に位置して基板１上に設けられた例えば２個の検出電極用支持部で、該各検出電極用支持部１５のうち図１中で上側に位置する一方の支持部１５には、櫛歯状の電極板１６Ａを有する固定側検出電極１６が設けられ、他方の支持部１５には、櫛歯状の電極板１７Ａを有する固定側検出電極１７が設けられている。
【００３６】
１８，１９は水平振動子４，８に突設された可動側検出電極で、これらの可動側検出電極１８，１９は、固定側検出電極１６，１７の電極板１６Ａ，１７ＡとＹ軸方向の隙間を挟んで噛合する複数の電極板１８Ａ，１９Ａを有している。
【００３７】
２０は水平振動子４の変位量を静電容量の変化により角速度として検出する角速度検出手段としての変位量検出部で、該変位量検出部２０は、固定側検出電極１６と可動側検出電極１８とにより構成されている。そして、変位量検出部２０は、水平振動子４がＹ軸方向に沿って図１中の矢示ｂ１方向に変位するときに静電容量が増大し、水平振動子４が矢示ｂ２方向に変位するときに静電容量が減少する。
【００３８】
２１は水平振動子８の変位量を検出する他の角速度検出手段としての変位量検出部で、該変位量検出部２１は、固定側検出電極１７と可動側検出電極１９とにより構成されている。そして、変位量検出部２１は、変位量検出部２０の場合と逆に、水平振動子８が矢示ｂ１方向に変位するときに静電容量が減少し、水平振動子８が矢示ｂ２方向に変位するときに静電容量が増大する。
【００３９】
そして、質量部２，６，１０，１１がＸ軸方向に振動しているときには、基板１にＺ軸周りの角速度Ωが加わると、水平振動子４，８がコリオリ力によりＹ軸方向に対して互いに逆向きに変位する。これにより、変位量検出部２０，２１は、これらの変位量を静電容量の変化として検出し、支持部１５に設けられた検出用電極パッド２２，２３から外部に検出信号を出力する。このとき、固定側検出電極１６，１７と可動側検出電極１８，１９とが一緒に近付き、遠ざかるから、変位量検出部２０，２１の静電容量は互いに一緒に（同位相で）増減する。従って、これらの検出信号を加算することにより、角速度Ωを高い精度で検出することができる。
【００４０】
また、例えば基板１にＹ軸方向の加速度が加わったときには、水平振動子４，８がＹ軸方向に対して互いに同方向に変位するので、変位量検出部２０，２１の静電容量のうち一方は増加し、他方は減少する。このため、検出用電極パッド２２，２３からの検出信号を加算することによって、加速度による変位量検出部２０，２１の静電容量の変化を相殺でき、角速度を加速度から分離して検出することができる。
【００４１】
２４は中央質量部２，６と外側質量部１０，１１との間に位置して基板１上に設けられた例えば４個の駆動電極用支持部で、該各駆動電極用支持部２４には、外側質量部１０，１１に向けて延びた後述の固定側駆動電極２５が設けられている。
【００４２】
２５は各駆動電極用支持部２４に設けられた固定電極としての固定側駆動電極で、該固定側駆動電極２５は、図３、図４に示すように駆動電極用支持部２４から各外側質量部１０，１１に向けてＹ軸方向に延びる支柱２６と、該支柱２６の側面から突出すると共に所定の間隔を持って複数箇所に設けられＸ軸方向に延びる電極板２７とによって構成されている。
【００４３】
また、各電極板２７は、支柱２６に連結された基端側が幅寸法の太い太幅部２７Ａをなすと共に、自由端となった先端側が幅寸法の狭い狭幅部２７Ｂをなし、全体として段差形状をなしている。そして、幅寸法が互いに異なる太幅部２７Ａと狭幅部２７Ｂとの間には、段差部２７Ｃが設けられると共に、該段差部２７Ｃは太幅部２７Ａから狭幅部２７Ｂに向けて徐々に幅寸法が狭くなったテーパ形状をなしている。これにより、段差部２７Ｃには、電極板２７の幅方向両側に位置して後述の可動側駆動電極２８の変位方向（Ｘ軸方向）に対して傾斜した段差部傾斜面２７Ｄが形成されている。
【００４４】
さらに、各電極板２７の先端部２７Ｅは、幅寸法が先端に向けて漸次狭くなった略三角形状をなし、その幅方向両側には可動側駆動電極２８の変位方向（Ｘ軸方向）に対して傾斜した先端部傾斜面２７Ｆが形成されている。そして、電極板２７は幅方向両側に対して略対称形状をなしている。
【００４５】
２８は各外側質量部１０，１１に設けられた可動電極としての可動側駆動電極で、該可動側駆動電極２８は、外側質量部１０，１１から駆動電極用支持部２４に向けてＹ軸方向に延びる支柱２９と、該支柱２９の側面から突出すると共に所定の間隔を持って複数箇所に設けられＸ軸方向に延びる電極板３０とによって構成されている。
【００４６】
また、各電極板３０は、固定側駆動電極２５の電極板２７とほぼ同様に基端側の太幅部３０Ａと先端側の狭幅部３０Ｂとによって全体として段差形状をなし、太幅部３０Ａと狭幅部３０Ｂとの間にはテーパ形状の段差部３０Ｃが設けられている。そして、段差部３０Ｃには、電極板３０の幅方向両側に位置して可動側駆動電極２８の変位方向（Ｘ軸方向）に対して傾斜した段差部傾斜面３０Ｄが形成されている。
【００４７】
さらに、各電極板３０の先端部３０Ｅは、幅寸法が先端に向けて漸次狭くなった略三角形状をなし、その幅方向両側には可動側駆動電極２８の変位方向（Ｘ軸方向）に対して傾斜した先端部傾斜面３０Ｆが形成されている。
【００４８】
そして、固定側駆動電極２５と可動側駆動電極２８とは互いに噛合すると共に、これらの電極２５，２８間に静電力を作用させることによって、可動側駆動電極２８の電極板３０が固定側駆動電極２５の複数の電極板２７間の隙間内（溝内）に進入するものである。
【００４９】
また、先端部傾斜面２７Ｆと段差部傾斜面３０Ｄとは略平行に形成されると共に、先端部傾斜面３０Ｆと段差部傾斜面２７Ｄとは略平行に形成されている。そして、電極２５，２８間に静電力が作用せず可動側駆動電極２８が初期状態にあるときには、電極板２７の先端部傾斜面２７Ｆは、加工限界程度の隙間を介して電極板３０の段差部傾斜面３０Ｄに対向すると共に、電極板３０の先端部傾斜面３０Ｆは、加工限界程度の隙間を介して電極板２７の段差部傾斜面２７Ｄに対向している。
【００５０】
３１は駆動電極２５，２８により構成された４個の振動発生手段としての振動発生部で、該各振動発生部３１は、各駆動電極用支持部２４に設けられた駆動用電極パッド３２に交流の駆動信号が直流バイアス電圧と共に入力されることにより、外側質量部１０，１１を静電力によって図１中の矢示ａ１，ａ２方向に振動させるものである。
【００５１】
３３は外側質量部１０，１１の前，後両側に位置して基板１上に設けられた例えば２個のモニタ電極用支持部で、該各モニタ電極用支持部３３には、後述のモニタ電極３４とモニタ用電極パッド３５とが設けられている。
【００５２】
３４は各モニタ電極用支持部３３と外側質量部１０，１１との間にそれぞれ設けられた振動状態モニタ手段としてのモニタ電極で、該各モニタ電極３４は、外側質量部１０，１１の振動周波数、振幅等に対応する交流のモニタ信号をモニタ用電極パッド３５から出力し、このモニタ信号は、例えば中央質量部２，６の振動状態をモニタしたり、角速度の検出信号に対して同期検波等の信号処理を行うときの基準として用いられるものである。
【００５３】
本実施の形態による角速度センサは上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。
【００５４】
まず、駆動信号出力手段となる外部の信号出力回路（図示せず）から左，右の振動発生部３１に対して、互いに逆位相となる交流の駆動信号を直流バイアス電圧と共に印加すると、左，右の固定側駆動電極２５と可動側駆動電極２８との間に静電力が交互に発生し、外側質量部１０，１１が図５中の矢示ａ１，ａ２方向に振動する。このとき、外側質量部１０の駆動信号と外側質量部１１の駆動信号とを逆位相に設定することにより、これらを振動の位相が約１８０°ずれた逆位相で振動させることができる。
【００５５】
そして、この振動が各外側支持梁１２を介して中央質量部２，６に伝わると、質量部２，１１と質量部６，１０とは、これら全体の重心Ｇをほぼ一定の位置に保持しつつ、互いに逆位相で振動するようになる。
【００５６】
ここで、質量部２，６，１０，１１が振動した状態で基板１にＺ軸周りの角速度Ωが加わると、中央質量部２，６のうち一方の質量部２は、下記数１の式に示すＹ軸方向のコリオリ力Ｆ１を受けるようになる。このため、中央質量部２は、例えば図５に示すように、内側支持梁５が撓み変形することにより、コリオリ力Ｆ１に応じて矢示ｂ１方向に変位する。
【００５７】
【数１】
Ｆ１＝２×Ｍ１×Ω×ｖ
但し、Ｍ１：中央質量部２の質量
Ω：Ｚ軸周りの角速度
ｖ：中央質量部２のＸ軸方向の速度
【００５８】
また、他方の中央質量部６は、中央質量部２と逆位相（逆方向の速度）で振動しているため、前記数１の式から判るように、中央質量部２と逆向きのコリオリ力Ｆ２を受けるようになる。このため、中央質量部６は、内側支持梁９が撓み変形することにより、例えばコリオリ力Ｆ２に応じて矢示ｂ２方向に変位する。
【００５９】
これにより、固定側検出電極１６，１７と可動側検出電極１８，１９とが一緒に近付き、遠ざかるから、変位量検出部２０，２１の静電容量は互いに一緒に（同位相で）増減する。従って、これらの検出信号を加算することにより、角速度Ωを高い精度で検出することができる。
【００６０】
一方、基板１にＹ軸方向（例えば矢示ｂ１方向）の加速度が加わったときには、図６に示すように、水平振動子４，８がＹ軸方向に対して互いに同方向に変位するので、変位量検出部２０，２１の静電容量のうち一方は増加し、他方は減少する。このため、検出用電極パッド２２，２３からの検出信号を加算することによって、加速度による変位量検出部２０，２１の静電容量の変化を相殺でき、角速度を加速度から分離して検出することができる。
【００６１】
然るに、本実施の形態によれば、各駆動電極２５，２８の電極板２７，３０にはテーパ状の段差部２７Ｃ，３０Ｃを設け、初期状態で該段差部２７Ｃ，３０Ｃの段差部傾斜面２７Ｄ，３０Ｄと先端部２７Ｅ，３０Ｅの先端部傾斜面２７Ｆ，３０Ｆとが互いに対向する配置としたから、駆動電極２５，２８間に作用する電気力線のうち駆動方向に働くものは、図４中に矢示するように、互いに近接する段差部２７Ｃ，３０Ｃと先端部２７Ｅ，３０Ｅとの間に集中する。
【００６２】
このとき、段差部傾斜面２７Ｄ，３０Ｄと先端部傾斜面２７Ｆ，３０Ｆとが互いに対向するから、電気力線は、段差部２７Ｃ，３０Ｃの角隅等に集中することがなく、段差部傾斜面２７Ｄ，３０Ｄや先端部傾斜面２７Ｆ，３０Ｆの全面に亘って広い範囲で分布させることができる。このため、従来技術のように階段状の段差部を形成した場合に比べて、段差部傾斜面２７Ｄ，３０Ｄと先端部傾斜面２７Ｆ，３０Ｆとの間に多数の電気力線を形成することができるから、可動側駆動電極２８が初期位置にあるときに、可動側駆動電極２８の変位方向（駆動方向）に作用する静電力を大きくすることができる。
【００６３】
ここで、駆動電極２５，２８間の静電力を用いて外側質量部１０，１１を共振させる場合、外側質量部１０，１１に供給されるエネルギーＷは以下の数２の式のように表すことができ、このエネルギーＷが大きいほど外側質量部１０，１１が共振したときの振幅も大きくなる。
【００６４】
【数２】

但し、ｘ：変位（ｘ＝Ａｓｉｎωｔ）
Ａ：振幅
Ｆｅ：静電力
【００６５】
外側質量部１０，１１に供給するエネルギーＷを大きくするためには、初期位置を中心にＸ軸方向に振動変位する外側質量部１０，１１の速度（ｄｘ／ｄｔ）が最大のときの静電力を大きくすること、即ち初期位置における静電力を大きくすることが有効である。
【００６６】
本実施の形態では、従来技術に比べて、初期位置で可動側駆動電極２８の変位方向に作用する静電力を増加させることができるから、同じ印加電圧で大きなエネルギーＷを共振状態の外側質量部１０，１１に供給することができ、外側質量部１０，１１および中央質量部２，６の振幅を大きくすることができる。この結果、中央質量部２，６のＸ軸方向の振幅に比例して角速度Ωに対応した水平振動子４，８のＹ軸方向への変位量も増加するから、駆動電極２５，２８の占有面積を増加させることなく、角速度Ωの検出感度を高めることができる。
【００６７】
また、先端部傾斜面２７Ｆ，３０Ｆを先端部２７Ｅ，３０Ｅの幅方向両側にそれぞれ設け、相手方の段差部傾斜面３０Ｄ，２７Ｄは前記先端部２７Ｅ，３０Ｅを挟んで幅方向両側にそれぞれ配置し、相互に対向する先端部傾斜面２７Ｆ，３０Ｆと段差部傾斜面３０Ｄ，２７Ｄとは互いに平行に形成したから、電極板２７，３０の幅方向両側で静電力を発生させることができる。この結果、駆動方向に対する静電力を大きくすることができると共に、電極板２７，３０の幅方向に対する静電力を電極板２７，３０の幅方向両側に形成される電気力線で相殺することができ、可動側駆動電極２８が電極板２７，３０の幅方向に変位するのを防ぐことができる。
【００６８】
また、中央質量部２，６と外側質量部１０，１１とからなる４個の質量部を外側支持梁１２によってＸ軸方向に変位可能に連結する構成としたので、質量部２，６，１０，１１を、これら全体の重心Ｇを挟んでＹ軸方向に対称な形状に形成することができる。そして、角速度センサの作動時には、質量部２，１１と質量部６，１０とが全体の重心Ｇをほぼ一定の位置に保持しつつ、互いに逆位相でＸ軸方向に安定的に振動することができる。
【００６９】
これにより、外側支持梁１２の節部１２Ａの位置で質量部２，６，１０，１１の振動を打消すことができ、この節部１２Ａを固定部１４によって基板１に固定することができる。従って、これらの振動エネルギが固定部１４から基板１に伝わるのを防止でき、質量部２，６，１０，１１を予め定められた振幅、振動速度等で効率よく振動できると共に、基板１の振動を抑えて角速度の検出精度を安定させることができる。
【００７０】
しかも、質量部２，６，１０，１１全体の重心Ｇをほぼ一定の位置に保持できるから、質量部２，１１と質量部６，１０とをバランスよく振動させて振動時の反力を相互に打消すことができ、基板１側に振動が伝わるのをより確実に抑制することができる。
【００７１】
また、質量部２，６，１０，１１を重心Ｇを挟んで対称に形成できるから、これらの間に存在する僅かな寸法誤差、加工誤差等による共振周波数の差等を対称な形状によって補償でき、外部からの振動、衝撃等による加速度を変位量検出部２０，２１間で確実に除去することができる。これにより、角速度を加速度から分離して正確に検出でき、センサの性能や信頼性を向上させることができる。
【００７２】
また、４個の質量部２，６，１０，１１を直線状の外側支持梁１２により連結したので、この外側支持梁１２の撓み変形によって各質量部の振動状態（振動モード）をほぼ定めることができる。これにより、質量部２，６，１０，１１に多少の加工誤差等が存在したとしても、２個の中央質量部２，６をほぼ等しい振幅で振動させることができ、検出感度を安定させることができる。
【００７３】
さらに、中央質量部２を中央側枠状体３と水平振動子４とによって構成し、中央質量部６を中央側枠状体７と水平振動子８とによって構成したので、中央側枠状体３，７は、外側支持梁１２の撓み変形がＹ軸方向の変位となって水平振動子４，８に伝わるのを防止でき、角速度の検出精度をより高めることができる。
【００７４】
次に、図７および図８は本発明による第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、固定側駆動電極と可動側駆動電極とには、その電極板の長さ方向途中位置に複数の段差部を設け、一方の駆動電極の段差部に形成された段差部傾斜面を他方の駆動電極の段差部に形成された段差部傾斜面に対向させる構成としたことにある。なお、本実施の形態では前記第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。
【００７５】
４１は第１の実施の形態による駆動電極用支持部２４とほぼ同様に外側質量部１０，１１の近傍に位置して基板１上に設けられた例えば４個の駆動電極用支持部（１個のみ図示）で、該各駆動電極用支持部４１には、外側質量部１０，１１に向けて延びた後述の固定側駆動電極４２が設けられている。
【００７６】
４２は各駆動電極用支持部４１に設けられた固定電極としての固定側駆動電極で、該固定側駆動電極４２は、駆動電極用支持部４１から各外側質量部１０，１１に向けてＹ軸方向に延びる支柱４３と、該支柱４３の側面から突出すると共に所定の間隔を持って複数箇所に設けられＸ軸方向に延びる電極板４４とによって構成されている。
【００７７】
また、各電極板４４は、その基端側が幅寸法の太い太幅部４４Ａをなすと共に、自由端となった先端側が幅寸法の狭い狭幅部４４Ｂとなっている。そして、太幅部４４Ａと狭幅部４４Ｂとの間には、段差部４４Ｃが設けられると共に、該段差部４４Ｃは太幅部４４Ａから狭幅部４４Ｂに向けて徐々に幅寸法が狭くなったテーパ形状をなしている。これにより、段差部４４Ｃには、電極板４４の幅方向両側に位置して後述の可動側駆動電極４５の変位方向（Ｘ軸方向）に対して傾斜した段差部傾斜面４４Ｄが形成されている。
【００７８】
また、各電極板４４の先端部４４Ｅは、幅寸法が先端に向けて漸次狭くなった略三角形状をなし、その幅方向両側には可動側駆動電極４５の変位方向（Ｘ軸方向）に対して傾斜した先端部傾斜面４４Ｆが形成されている。
【００７９】
さらに、狭幅部４４Ｂの長さ方向（Ｘ軸方向）途中位置には、幅寸法が太い突出部４４Ｇが複数箇所（例えば２箇所）に設けられると共に、該突出部４４Ｇは電極板４４の基端側から先端側に向けて幅寸法が狭くなったテーパ形状をなしている。これにより、突出部４４Ｇには、電極板４４の幅方向両側に位置して後述の可動側駆動電極４５の変位方向（Ｘ軸方向）に対して傾斜した突出部傾斜面４４Ｈが形成されている。
【００８０】
４５は各外側質量部１０，１１に設けられた可動電極としての可動側駆動電極で、該可動側駆動電極４５は、外側質量部１０，１１から駆動電極用支持部４１に向けてＹ軸方向に延びる支柱４６と、該支柱４６の側面から突出すると共に所定の間隔を持って複数箇所に設けられＸ軸方向に延びる電極板４７とによって構成されている。
【００８１】
また、各電極板４７は、固定側駆動電極４２の電極板４４とほぼ同様に基端側の太幅部４７Ａと先端側の狭幅部４７Ｂとによって全体として段差形状をなし、太幅部４７Ａと狭幅部４７Ｂとの間にはテーパ形状の段差部４７Ｃが設けられている。そして、段差部４７Ｃには、電極板４７の幅方向両側に位置して可動側駆動電極４５の変位方向（Ｘ軸方向）に対して傾斜した段差部傾斜面４７Ｄが形成されている。
【００８２】
また、各電極板４７の先端部４７Ｅは、幅寸法が先端に向けて漸次狭くなった略三角形状をなし、その幅方向両側には可動側駆動電極４５の変位方向（Ｘ軸方向）に対して傾斜した先端部傾斜面４７Ｆが形成されている。
【００８３】
さらに、狭幅部４７Ｂの長さ方向（Ｘ軸方向）途中位置には、幅寸法が太い突出部４７Ｇが複数箇所（例えば２箇所）に設けられると共に、該突出部４７Ｇは電極板４７の基端側から先端側に向けて幅寸法が狭くなったテーパ形状をなしている。これにより、突出部４７Ｇには、電極板４７の幅方向両側に位置して可動側駆動電極４５の変位方向（Ｘ軸方向）に対して傾斜した突出部傾斜面４７Ｈが形成されている。
【００８４】
そして、固定側駆動電極４２と可動側駆動電極４５とは互いに噛合すると共に、これらの駆動電極４２，４５間に静電力を作用させることによって、可動側駆動電極４５の電極板４７が固定側駆動電極４２の複数の電極板４４間の隙間内（溝内）に進入するものである。
【００８５】
また、先端部傾斜面４４Ｆと段差部傾斜面４７Ｄとは略平行に形成され、先端部傾斜面４７Ｆと段差部傾斜面４４Ｄとは略平行に形成されると共に、互いに近傍に位置する突出部傾斜面４４Ｈ，４７Ｈも略平行に形成されている。そして、駆動電極４２，４５間に静電力が作用せず可動側駆動電極４５が初期状態にあるときには、電極板４４の先端部傾斜面４４Ｆは、加工限界程度の隙間を介して電極板４７の段差部傾斜面４７Ｄに対向し、電極板４７の先端部傾斜面４７Ｆは、加工限界程度の隙間を介して電極板４４の段差部傾斜面４４Ｄに対向すると共に、互いに近傍に位置する突出部傾斜面４４Ｈ，４７Ｈも対向している。
【００８６】
４８は駆動電極４２，４５により構成された４個の振動発生手段としての振動発生部で、該各振動発生部４８は、各駆動電極用支持部４１に設けられた駆動用電極パッド４９に交流の駆動信号が直流バイアス電圧と共に入力されることにより、外側質量部１０，１１を静電力によってＸ軸方向に振動させるものである。
【００８７】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では各電極板４４，４７には突出部４４Ｇ，４７Ｇを設け、突出部傾斜面４４Ｈ，４７Ｈを互いに対向して配置したから、先端部傾斜面４４Ｆ，４７Ｆと段差部傾斜面４７Ｄ，４４Ｄとの間に電気力線を形成できるのに加えて、互いに対向する２つの突出部傾斜面４４Ｈ，４７Ｈの間にも電気力線を形成することができる。この結果、可動側駆動電極４５が初期位置にあるときに、先端部４４Ｅ，４７Ｅと段差部４７Ｃ，４４Ｃとの間に静電力を作用させることができると共に、突出部４４Ｇ，４７Ｇ間にも静電力を作用させることができるから、第１の実施の形態に比べて、可動側駆動電極４５の変位方向に作用する静電力をさらに大きくし、可動側駆動電極４５の振幅を大きくすることができる。
【００８８】
なお、前記第２の実施の形態では、各電極板４４，４７には突出部４４Ｇ，４７Ｇをそれぞれ２個ずつ設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図９に示す第１の変形例のように、各電極板４４，４７には突出部４４Ｇ′，４７Ｇ′をそれぞれ３個ずつ設ける構成としてもよく、４個以上の突出部を設ける構成としてもよい。
【００８９】
次に、図１０および図１１は本発明による第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、本発明による静電可動機構を共振型装置としての振動型センサに適用したことにある。
【００９０】
５１はシリコン材料、ガラス材料等により形成された基板で、該基板５１の表面には、一対の支持部５２が設けられると共に、該支持部５２にはＹ軸方向に向けて折返して延びる支持梁５３が接続して設けられ、該支持梁５３の先端には振動体５４が接続して設けられている。そして、振動体５４は基板５１から浮遊した状態で２つの支持部５２間に位置すると共に、支持梁５３によってＸ軸方向に変位可能に支持されている。また、振動体５４のＸ軸方向両端側には後述の可動側駆動電極５８が形成されている。
【００９１】
５５は振動体５４を挟んでＹ軸方向両側に設けられた一対の駆動電極用支持部で、該駆動電極用支持部５５には、固定電極としての固定側駆動電極５６が設けられている。また、固定側駆動電極５６は、振動体５４に向けてＸ軸方向に延びる複数の電極板５７によって構成され、全体として櫛歯形状をなしている。そして、電極板５７は、第１の実施の形態による電極板２７とほぼ同様に基端側の太幅部５７Ａと先端側の狭幅部５７Ｂとによって段差形状をなし、太幅部５７Ａと狭幅部５７Ｂとの間にはテーパ状の段差部５７Ｃが形成されている。そして、段差部５７ＣにはＹ軸方向に対して傾斜した段差部傾斜面５７Ｄが形成されると共に、電極板５７の先端部５７Ｅには先端部傾斜面５７Ｆが形成されている。
【００９２】
５８は振動体５４のＸ軸方向両端側に設けられた可動電極としての可動側駆動電極で、該可動側駆動電極５８は、駆動電極用支持部５５に向けてＸ軸方向に延びる複数の電極板５９によって構成され、全体として櫛歯形状をなしている。また、電極板５９は、電極板５７とほぼ同様に太幅部５９Ａと狭幅部５９Ｂとからなり、太幅部５９Ａと狭幅部５９Ｂとの間には段差部５９Ｃが設けられている。そして、段差部５９ＣにはＹ軸方向に対して傾斜した段差部傾斜面５９Ｄが形成されると共に、電極板５９の先端部５９Ｅには先端部傾斜面５９Ｆが形成されている。
【００９３】
そして、固定側駆動電極５６と可動側駆動電極５８とは互いに噛合すると共に、これらの電極５６，５８間に静電力を作用させることによって、可動側駆動電極５８がＸ軸方向に変位するものである。
【００９４】
また、先端部傾斜面５７Ｆ，５９Ｆと段差部傾斜面５９Ｄ，５７Ｄとは略平行に形成されると共に、可動側駆動電極５８が初期状態にあるときには、先端部傾斜面５７Ｆ，５９Ｆと段差部傾斜面５９Ｄ，５７Ｄとは加工限界程度の隙間を介して互いに対向している。
【００９５】
６０は駆動電極５６，５８により構成された振動発生手段としての振動発生部で、該振動発生部６０には、駆動信号出力手段６１から各駆動電極用支持部５５に設けられた駆動用電極パッド６２を通じて交流の駆動信号が直流バイアス電圧と共に入力される。これにより、振動発生部６０は、振動体５４を静電力によってＹ軸方向に振動させるものである。
【００９６】
本実施の形態による振動型センサを上述の如き構成を有するもので、駆動信号出力手段６１から左，右の振動発生部６０に対して、互いに逆位相となる交流の駆動信号を直流バイアス電圧と共に印加すると、振動体５４がＸ軸方向に振動する。このとき、振動体５４は周囲の気圧等に応じた一定の固有振動数で大きく振幅するから、このときの固有振動数を検出することによって空気等の圧力を検出することができる。
【００９７】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様に駆動電極５６，５８間の静電力を大きくし、振動体５４の振幅を大きくすることができるから、振動型センサの検出感度を向上させることができる。
【００９８】
なお、前記第３の実施の形態では、振動発生部６０に第１の実施の形態とほぼ同様の駆動電極５６，５８を用いるものとしたが、例えば第２の実施の形態による駆動電極４２，４５を用いる構成としてもよい。
【００９９】
また、前記各実施の形態では、駆動電極２５，２８，４２，４５，５６，５８の段差部２７Ｃ，３０Ｃ，４４Ｃ，４７Ｃ，５７Ｃ，５９Ｃには傾斜角度が同じ単一の段差部傾斜面２７Ｄ，３０Ｄ，４４Ｄ，４７Ｄ，５７Ｄ，５９Ｄを設けると共に、駆動電極２５，２８，４２，４５，５６，５８の先端部２７Ｅ，３０Ｅ，４４Ｅ，４７Ｅ，５７Ｅ，５９Ｅには該段差部傾斜面２７Ｄ，３０Ｄ，４４Ｄ，４７Ｄ，５７Ｄ，５９Ｄと平行な単一の先端部傾斜面２７Ｆ，３０Ｆ，４４Ｆ，４７Ｆ，５７Ｆ，５９Ｆを設ける構成とした。
【０１００】
しかし、本発明はこれに限らず、図１２に示す第２の変形例のように駆動電極２５′，２８′の段差部２７Ｃ′，３０Ｃ′には傾斜角度の異なる複数の段差部傾斜面２７Ｄ′，３０Ｄ′を設けると共に、駆動電極２５′，２８′の先端部２７Ｅ′，３０Ｅ′には該段差部傾斜面２７Ｄ′，３０Ｄ′と平行な複数の先端部傾斜面２７Ｆ′，３０Ｆ′を設ける構成としてもよい。
【０１０１】
また、前記第１，第２の実施の形態では、４個の質量部２，６，１０，１１のうちＹ軸方向の外側に位置する外側質量部１０，１１に振動発生部３１を設ける構成としたが、本発明はこれに限らず、例えば中央側質量部に振動発生部を設ける構成としてもよい。
【０１０２】
また、前記第１，第２の実施の形態では、基板１と垂直なＺ軸周りの角速度Ωを検出する構成としたが、本発明はこれに限らず、例えばＸ軸方向に振動する各質量部をＹ軸周りの角速度に応じてＺ軸方向に変位させ、このときの変位量をＹ軸周りの角速度として検出する構成としてもよい。
【０１０３】
さらに、前記第１，第２の実施の形態では、４個の質量部２，６，１０，１１のうちＹ軸方向の中央側に位置する中央質量部２，６に変位量検出部２０，２１を設けるものとしたが、Ｙ軸方向の外側に位置する外側質量部に変位量検出部を設ける構成としてもよい。
【０１０４】
さらに、前記第１，第２の実施の形態では、４個の質量部２，６，１０，１１が外側支持梁１２によって連結された角速度センサに適用するものとしたが、質量部の振動を用いる角速度センサであれば質量部の個数は４個に限るものではなく、例えば２軸方向に変位可能な単一の質量部からなる角速度センサに適用してもよい。
【０１０５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１の発明によれば、固定電極と可動電極との電極板には段差部を設けると共に、これら各段差部には傾斜した段差部傾斜面を設け、前記固定電極と可動電極との電極板の先端部には相手方の段差部傾斜面と対向する先端部傾斜面を設けたから、各電極の先端部傾斜面と相手方の段差部傾斜面との間に多数の電気力線を形成することができる。このため、可動電極が初期位置にあるときに、可動電極の駆動方向に作用する静電力を大きくすることができ、大きな振幅で可動電極を振動させることができる。
【０１０６】
請求項２の発明によれば、先端部傾斜面を先端部の幅方向両側にそれぞれ設け、相手方の段差部傾斜面は前記先端部を挟んで幅方向両側にそれぞれ配置し、相互に対向する先端部傾斜面と段差部傾斜面とは互いに平行に形成したから、電極板の幅方向両側で静電力を発生させることができる。この結果、駆動方向に対する静電力を大きくすることができると共に、電極板の幅方向に対する静電力を電極板の幅方向両側に形成される電気力線で相殺することができ、可動電極が電極板の幅方向に変位するのを防ぐことができる。
【０１０７】
請求項３の発明によれば、固定電極と可動電極との電極板には当該電極板の長さ方向途中部位に位置して幅方向に突出した突出部を複数箇所に設け、該突出部には可動電極の変位方向に対して傾斜した突出部傾斜面を設け、固定電極の突出部傾斜面と可動電極の突出部傾斜面とは互いに対向する構成としたから、先端部傾斜面と段差部傾斜面との間に電気力線を形成できるのに加えて、互いに対向する２つの突出部傾斜面の間にも電気力線を形成することができる。この結果、可動電極が初期位置にあるときに、各電極の先端部と相手方の段差部との間に静電力を作用させることができると共に、互いに対向した突出部間にも静電力を作用させることができるから、可動電極の変位方向に作用する静電力を大きくし、可動電極の振幅を大きくすることができる。
【０１０８】
また、請求項４の発明のように、本発明の静電可動機構を用いて共振型装置を構成してもよく、請求項５の発明のように、本発明の静電可動機構を用いて角速度センサを構成してもよい。この場合、共振型装置や角速度センサに本発明による静電可動機構を用いるから、可動電極が初期位置にあるときに、可動電極の変位方向に作用する静電力を大きくすることができる。この結果、従来技術と同じ電極面積、同じ印加電圧のときに、従来技術に比べて可動電極側の共振時の振幅を大きくすることができ、共振型装置や角速度センサを小型で高感度にすることができる。
【０１０９】
請求項６の発明によれば、互いに支持梁によって連結された４個の質量部のうち少なくとも一部の質量部を振動させる振動発生手段は段差部傾斜面と先端部傾斜面とが形成された電極板からなる固定電極および可動電極を用いて構成したから、固定電極と可動電極との間の静電力を大きくすることができる。このため、各質量部の共振時の振幅を大きくすることができ、角速度の検出感度を高めることができる。
【０１１０】
また、４個の質量部を支持梁によって連結し、互いに隣接する質量部を逆位相でＸ軸方向に振動させる構成としたので、４個の質量部を、これら全体の重心を挟んでＹ軸方向に対称な形状に形成でき、これらの質量部は、全体の重心Ｇをほぼ一定の位置に保持しつつ、互いに逆位相でＸ軸方向に安定的に振動することができる。これにより、互いに逆位相となる質量部をバランスよく振動させて振動時の反力を相互に打消すことができ、基板側に振動が伝わるのを確実に抑制することができる。
【０１１１】
さらに、各質量部に僅かな寸法誤差、加工誤差等がある場合でも、この誤差による共振周波数の差等を対称な形状によって補償できるから、外部からの振動、衝撃等による加速度が加わったときには、互いに逆位相で振動する質量部の変位量をほぼ等しくすることができ、これらの変位量を角速度検出手段により確実に打消すことができる。これにより、角速度を加速度から分離して正確に検出でき、センサの性能や信頼性を向上させることができる。
【０１１２】
また、請求項７の発明によれば、固定部は、支持梁のうち各質量部が互いに逆位相で振動するときの節に対応する部位を基板に固定する構成としたので、各質量部の振動が支持梁と固定部とを介して基板側に伝わるのを確実に抑制でき、センサの検出精度をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による角速度センサを示す平面図である。
【図２】角速度センサの左側部位を拡大して示す図１の部分拡大平面図である。
【図３】図２中の振動発生部を拡大して示す拡大平面図である。
【図４】図３中の電極板を拡大して示す要部拡大平面図である。
【図５】２個の中央質量部が角速度によって互いに逆向きに変位する状態を示す模式的な説明図である。
【図６】２個の中央質量部が加速度によって互いに同方向に変位する状態を示す模式的な説明図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態による角速度センサの振動発生部を示す拡大平面図である。
【図８】図７中の電極板を拡大して示す要部拡大平面図である。
【図９】第１の変形例による電極板を示す図８と同様位置の要部拡大平面図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態による共振型装置を示す平面図である。
【図１１】図１０中の振動発生部を示す拡大平面図である。
【図１２】第２の変形例による電極板を示す図４と同様位置の要部拡大平面図である。
【符号の説明】
１，５１ 基板
２，６ 中央質量部
１０，１１ 外側質量部
１２ 外側支持梁（支持梁）
１２Ａ 節部
２０，２１ 変位量検出部（角速度検出手段）
２４，４１，５５ 駆動電極用支持部
２５，４２，５６，２５′ 固定側駆動電極（固定電極）
２７，３０，４４，４７，５７，５９，２７′，３０′ 電極板
２７Ｃ，３０Ｃ，４４Ｃ，４７Ｃ，５７Ｃ，５９Ｃ，２７Ｃ′，３０Ｃ′ 段差部
２７Ｄ，３０Ｄ，４４Ｄ，４７Ｄ，５７Ｄ，５９Ｄ，２７Ｄ′，３０Ｄ′ 段差部傾斜面
２７Ｅ，３０Ｅ，４４Ｅ，４７Ｅ，５７Ｅ，５９Ｅ，２７Ｅ′，３０Ｅ′ 先端部
２７Ｆ，３０Ｆ，４４Ｆ，４７Ｆ，５７Ｆ，５９Ｆ，２７Ｆ′，３０Ｆ′ 先端部傾斜面
２８，４５，５８，２８′ 可動側駆動電極（可動電極）
３１，４８，６０ 振動発生部（振動発生手段）
４４Ｇ，４７Ｇ，４４Ｇ′，４７Ｇ′ 突出部
４４Ｈ，４７Ｈ，４４Ｈ′，４７Ｈ′ 突出部傾斜面
５２ 支持部
５３ 支持梁
５４ 振動体
６１ 駆動信号出力手段

Claims (7)

1. 先端部が自由端となった複数の電極板によって櫛歯形状をなす固定電極と、先端部が自由端となった複数の電極板によって櫛歯形状をなし該固定電極と噛合して静電力によって変位する可動電極とからなる静電可動機構において、
   前記固定電極と可動電極との電極板には当該電極板の長さ方向途中部位に位置して幅寸法が異なる段差部を設け、これら各段差部には前記可動電極の変位方向に対して傾斜した段差部傾斜面を設け、前記固定電極と可動電極との電極板の先端部には相手方の段差部傾斜面と対向する先端部傾斜面を設ける構成としたことを特徴とする静電可動機構。
2. 前記先端部傾斜面は前記電極板の先端部を三角形状にすべく当該先端部の幅方向両側に設け、前記相手方の段差部傾斜面は該先端部傾斜面にそれぞれ対向すべく前記先端部を挟んで幅方向両側にそれぞれ配置し、相互に対向する先端部傾斜面と段差部傾斜面とは互いに平行に形成してなる請求項１に記載の静電可動機構。
3. 前記固定電極と可動電極との電極板には当該電極板の長さ方向途中部位に位置して幅方向に突出した突出部を複数箇所に設け、該突出部には前記可動電極の変位方向に対して傾斜した突出部傾斜面を設け、前記固定電極の突出部傾斜面と可動電極の突出部傾斜面とは互いに対向する構成としてなる請求項１または２に記載の静電可動機構。
4. 前記請求項１ないし３のいずれかに記載の静電可動機構を用いた共振型装置。
5. 前記請求項１ないし３のいずれかに記載の静電可動機構を用いた角速度センサ。
6. 基板と、該基板と隙間をもって対向し互いに直交するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸からなる３軸方向のうちＹ軸方向に並んで配置された４個の質量部と、該各質量部をＸ軸方向に変位可能に連結する支持梁と、該支持梁と前記基板との間に設けられ該支持梁を前記基板に固定する固定部と、前記各質量部のうち少なくとも一部の質量部を振動させることにより互いに隣接する質量部が逆位相でＸ軸方向に振動する振動発生手段と、前記４個の質量部のうちＹ軸方向の中心位置を挟んで対称な位置に配置された２個の質量部に角速度が作用したときに該質量部がＹ軸とＺ軸のうち少なくともいずれか一方の軸方向に変位する変位量を角速度として検出する角速度検出手段とからなる角速度センサであって、
   前記振動発生手段は、前記基板に設けられ先端部が自由端となった複数の電極板によって櫛歯形状をなす固定電極と、先端部が自由端となった複数の電極板によって櫛歯形状をなし前記４個の質量部のうち少なくともいずれかの質量部に設けられ該固定電極と噛合して静電力によって変位する可動電極とからなり、
   前記固定電極と可動電極との電極板には当該電極板の長さ方向途中部位に位置して幅寸法が異なる段差部を設け、これら各段差部には前記可動電極の変位方向に対して傾斜した段差部傾斜面を設け、前記固定電極と可動電極との電極板の先端部には相手方の段差部傾斜面と対向する先端部傾斜面を形成する構成としてなる角速度センサ。
7. 前記固定部は支持梁のうち前記各質量部が互いに逆位相で振動するときの節に対応する部位を前記基板に固定する構成としてなる請求項６に記載の角速度センサ。

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