JP3090024B2 - 角速度センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば回転体等の
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】従来技術による角速度センサを図７ない
し図９に基づいて述べる。

【０００３】図中、１はマイクロマシニング技術によっ
て作製された角速度センサ、２は該角速度センサ１の本
体をなすように例えば高抵抗な単結晶のシリコン材料か
ら形成された基板をそれぞれ示し、該基板２は図７，図
８に示すように長方形の板状に形成されている。ここ
で、便宜上、基板２の長手方向と直交する方向をＸ軸方
向、長手方向をＹ軸方向、厚さ方向をＺ軸方向とする。

【０００４】３は例えばＰ，Ｂ，Ｓｂ等の不純物がドー
ピングされた低抵抗なポリシリコンからなる可動部を示
し、該可動部３は例えば酸化シリコン等により基板２の
表面に設けた絶縁膜４（図９参照）を介して基板２上に
形成され、Ｙ軸方向で対向するように固着された一対の
支持部５と、基端側が該各支持部５に一体形成され、Ｙ
軸方向に直線状に伸長する４本の支持梁６と、該各支持
梁６の先端側に一体形成された略長方形状の振動体７と
からなり、振動体７のＸ軸方向となる左，右両側面に
は、複数個の電極板８Ａからなる可動側くし状電極８，
８が突出形成されている。また、可動部３は各支持部５
のみが基板２に固着され、各支持梁６と振動体７とは基
板２から所定間隔を離間した状態で該基板２と平行に保
持されることにより、振動体７は基板２に対してＸ軸方
向とＺ軸方向に変位可能に配設されている。

【０００５】９，９は基板２上で振動体７の左，右側に
位置して設けられた固定側くし状電極を示し、該各固定
側くし状電極９は振動体７の左，右両側に位置して基板
２上に設けられた固定部９Ａ，９Ａと、前記可動側くし
状電極８の各電極板８Ａと対向するように、該各固定部
９Ａに突出形成された複数個の電極板９Ｂとからなる。
そして、可動側くし状電極８と固定側くし状電極９と
は、図８に示すように隙間を介して互いに対向し、各電
極板８Ａ，９Ｂが互いに離間した状態で噛合するように
交互に配設されている。

【０００６】１０，１０は振動発生手段となる振動発生
部を示し、該各振動発生部１０は可動側くし状電極８と
固定側くし状電極９とから構成されている。ここで、各
振動発生部１０に周波数ｆの振動駆動信号を交互に印加
すると、各電極板８Ａ，９Ｂ間には静電引力が交互に反
対向きに発生し、この静電引力によって振動体７は矢示
ＡのようにＸ軸方向に振動する。

【０００７】１１は基板２上に形成された基板側電極を
示し、該基板側電極１１は図９に示すように、例えば
Ｐ，Ｓｂ等の不純物を基板２の表面に高密度にドーピン
グすることにより導電性を有するように形成され、振動
体７の下側に位置して該振動体７と所定距離を離間した
状態で対向している。

【０００８】１２は変位検出手段となる変位検出部を示
し、該変位検出部１２は振動体７と基板側電極１１とか
ら構成され、振動体７と基板側電極１１とのＺ軸方向に
おける離間寸法の変化を、両者間の静電容量の変化とし
て検出する。

【０００９】このように構成される角速度センサ１にお
いては、各振動発生部１０に逆位相となる周波数ｆの振
動駆動信号を印加することにより、前記振動体７は図７
中の矢示Ａのように基板２に対してＸ軸方向の振動を行
い、この状態でＹ軸を回転軸とする角速度Ωが基板２に
加わると、前記振動体７には角速度Ωに比例したＦとい
うコリオリ力（慣性力）がＺ軸方向に交互に発生する。

【００１０】この結果、振動体７はこのコリオリ力Ｆに
比例した振幅をもってＺ軸方向に振動し、この振動の振
幅（変位）を変位検出部１２によって振動体７と基板側
電極１１との間の静電容量の変化として検出することに
より、Ｙ軸周りに加わった角速度Ωを検出する。

【００１１】また、振動体７に作用するコリオリ力Ｆは
Ｘ軸方向に発生させる矢示Ａ方向の振動による振幅の大
きさにも比例するため、角速度センサ１では印加する振
動駆動信号の周波数ｆを振動体７の力学的な共振周波数
にほぼ等しくすることによって、該振動体７をＸ軸方向
に大きく振動させてコリオリ力ＦによるＺ軸方向の変位
を増大させ、Ｙ軸周りの角速度Ωを高精度に検出できる
ようにしている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術においては、角速度センサ１は例えばＹ軸の１軸
周りだけの角速度を検出するように構成されている。し
かし、現在、ビデオカメラの手振れ防止やカーナビゲー
ションの角度検知等の用途では、互いに直交する２軸周
りの角速度を検出して検知精度を向上することが行われ
ており、２個の１軸周りの角速度を検出する角速度セン
サを用い、これらの角速度センサの検出軸が互いに直交
するように配置する構成が採用されている。

【００１３】従って、上述した角速度センサ１において
も、互いに直交する２軸周りの角速度を検出するには、
２個の角速度センサ１を、これらの検出軸が互いに直交
するように配置することが考えられるが、このように精
密に配置することは非常に難しく製造上の歩留りが悪く
なると共に、プリント基板に角速度センサ１を実装する
スペースが必要となり、ビデオカメラ等のセットが大型
化するという問題がある。また、基板２上に２個の角速
度センサ１を検出軸が互いに直交するように形成するこ
とも考えられるが、基板２の面積が増大して角速度セン
サ１の小型化が困難になると共に、製造コストが上昇す
るという問題がある。

【００１４】さらに、振動体７の共振周波数はある程度
のバラツキを有するため、前述した各角速度センサ１の
振動体７が互いに異なる共振周波数を有する場合は、振
動駆動信号の発生回路が各角速度センサ１に対してそれ
ぞれ必要になり、発生回路の基板面積が増大してしま
う。

【００１５】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、互いに直交する水平方向の２
軸周りの角速度を検出できる角速度センサを提供するこ
とを目的とする。

【００１６】

【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、本発明は、基板と、該基板に設けられた支持部
と、基端側が該支持部に設けられた支持梁と、前記基板
の表面から離間した状態で該支持梁の先端側に設けら
れ、前記基板に対してＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向からなる３
軸方向に変位可能な振動子と、該振動子をＺ軸方向に振
動させる振動発生手段と、該振動発生手段によって前記
振動子にＺ軸方向の振動を与えている状態で、Ｘ軸周り
またはＹ軸周りの角速度によって振動子がＹ軸方向また
はＸ軸方向に変位するときの変位量を検出する変位検出
手段とからなる角速度センサに適用される。

【００１７】そして、請求項１の発明が採用する構成の
特徴は、振動発生手段を枠状に形成した振動子と、該振
動子内に位置して基板に固着して設けられ、該振動子の
高さ寸法よりも低い高さ寸法をもって柱状に形成された
柱状電極とから構成したことにある。

【００１８】上記構成により、振動発生手段で振動子を
Ｚ軸方向に振動させた状態で、例えばＹ軸周りの角速度
が加わると、振動子はコリオリ力を受けてＸ軸方向に変
位し、変位検出手段はこの振動子の変位を角速度に加わ
ったＹ軸周りの角速度として検出する。一方、Ｘ軸周り
に角速度が加わったときには、振動子はコリオリ力を受
けてＹ軸方向に変位し、変位検出手段は、この振動子の
Ｙ軸方向の変位を角速度センサのＸ軸周りに加わった角
速度として検出する。

【００１９】また、枠状の振動子と柱状電極との間にあ
る所定周波数の振動駆動信号を印加すると、振動子と柱
状電極間に静電引力が発生し、この静電引力は振動子と
柱状電極との有効面積を増やす方向に引き合わせ、結果
として振動子が基板側に引き寄せられ、これを繰返すこ
とにより振動子はＺ軸方向に振動する。

【００２０】請求項２の発明は、前記変位検出手段を、
振動子のＸ軸方向に形成された第１の可動側電極と、該
第１の可動側電極と対向するように前記基板に形成され
た第１の固定側電極とからＸ軸方向の変位検出手段を構
成し、振動子のＹ軸方向に形成された第２の可動側電極
と、該第２の可動側電極と対向するように前記基板に形
成された第２の固定側電極とからＹ軸方向の変位検出手
段を構成したことにある。

【００２１】上記構成により、振動発生手段で振動子を
Ｚ軸方向に振動させた状態で、例えばＹ軸周りの角速度
が加わると、振動子はコリオリ力を受けてＸ軸方向に変
位し、この変位はＸ軸方向の変位検出手段で第１の可動
側電極，第１の固定側電極間の有効面積の変化または離
間寸法の変化となって、静電容量の変化として検出す
る。一方、Ｘ軸周りの角速度が加わると、振動子はコリ
オリ力を受けてＹ軸方向に変位し、この変位はＹ軸方向
の変位検出手段で第２の可動側電極，第２の固定側電極
間の有効面積の変化または離間寸法の変化となって、静
電容量の変化として検出する。

【００２２】請求項３の発明は、振動発生手段を構成す
る振動子と柱状電極とは凹凸状に噛合する構成としたこ
とにある。

【００２３】これにより、振動子と柱状電極との間の有
効面積を大きくすることができるから、振動子の応答性
を高めてＺ軸方向の振幅を大きくでき、角速度の検出感
度を高めることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に従って詳細に説明するに、図１ないし図６は本発
明による実施例を示す。

【００２５】まず、図１ないし図３に第１の実施例によ
る角速度センサを示す。

【００２６】図中、２１は本実施例による角速度セン
サ、２２は該角速度センサ２１が形成された従来技術と
同様の基板をそれぞれ示し、該基板２２は図１，図２に
示すように、例えば高抵抗な単結晶のシリコン材料によ
って正方形の板状に形成されている。ここで、便宜上、
図１に示すように基板２２に対して水平方向でそれぞれ
直交する軸をＸ軸，Ｙ軸方向とし、垂直方向をＺ軸方向
とする。

【００２７】２３は基板２２上に形成された可動部を示
し、該可動部２３は図１に示すように、例えば低抵抗な
ポリシリコン膜をエッチング処理することによって形成
され、基板２２の四隅に位置して該基板２２上に形成さ
れた４個の支持部２４と、基端側が該各支持部２４に設
けられ、先端側が基板２２の中央部に向けて形成された
４本のＬ字状の支持梁２５と、該各支持梁２５の先端側
に支持され、基板２２に対する水平方向となるＸ軸，Ｙ
軸方向と垂直方向となるＺ軸方向の３軸方向に変位可能
に設けられた枠状の振動子２６とから構成されている。
また、該可動部２３は各支持部２４のみが基板２２上に
固着され、各支持梁２５と振動子２６は基板２２の表面
から離間した状態で保持されている。

【００２８】ここで、前記各支持梁２５は、図２に示す
ように各支持部２４からそれぞれ１本ずつ伸長し、Ｘ軸
と平行になる部分とＹ軸と平行になる部分を有するＬ字
状に屈曲して形成されている。これにより、該各支持梁
２５のＸ軸に平行な部分を撓ませることにより振動子２
６をＹ軸方向に変位させ、Ｙ軸に平行な部分を撓ませる
ことにより振動子２６をＸ軸方向に変位させると共に、
各支持梁２５は振動子２６をＺ軸方向に変位可能にして
いる。これにより、振動子２６は、各支持梁２５により
基板２２に対してＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸方向に変位可
能に支持されている。

【００２９】また、前記振動子２６は四角い枠状に形成
され、その四個の頂点には前記支持梁２５がそれぞれ連
結され、該振動子２６の４つの内側面２６Ａには後述す
る柱状電極３３の外側面３３Ａがそれぞれ等しい隙間を
介して配置されている。

【００３０】２７，２７は振動子２６の左，右外周側に
位置して設けられた第１の可動側くし状電極を示し、該
各第１の可動側くし状電極２７はＸ軸方向にそれぞれ延
びる５個の板状の電極板２７Ａからなる。

【００３１】２８，２８は振動子２６の前，後外周側に
位置して設けられた第２の可動側くし状電極を示し、該
各第２の可動側くし状電極２８はＹ軸方向にそれぞれ延
びる５個の板状の電極板２８Ａからなり、該第２の可動
側くし状電極２８と第１の可動側くし状電極２７とは直
交し、振動子２６の４辺に交互に配設されている。

【００３２】２９，２９は基板２２上で振動子２６の
左，右側に位置して設けられた第１の固定側くし状電極
を示し、該各第１の固定側くし状電極２９は振動子２６
の左，右両側に位置して基板２２上に設けられた固定部
２９Ａ，２９Ａと、前記第１の可動側くし状電極２７の
各電極板２７Ａと対向するように、該各固定部２９Ａに
突出形成された６個の板状の電極板２９Ｂとからなる。

【００３３】３０，３０は基板２２上で振動子２６の
前，後側に位置して設けられた第２の固定側くし状電極
を示し、該各第２の固定側くし状電極３０は振動子２６
の前，後側に位置して基板２２上に設けられた固定部３
０Ａ，３０Ａと、前記第２の可動側くし状電極２８の各
電極板２８Ａと対向するように、該固定部３０Ａに突出
形成された６個の板状の電極板３０Ｂとからなる。

【００３４】３１，３１はＺ軸の変位検出手段となるＸ
軸変位検出部を示し、該各Ｘ軸変位検出部３１は第１の
可動側くし状電極２７と第１の固定側くし状電極２９と
からなり、該第１の可動側くし状電極２７の各電極板２
７Ａと第１の固定側くし状電極２９の各電極板２９Ｂと
の間は等しい隙間が形成され、該第１の可動側くし状電
極２７と第１の固定側くし状電極２９によって検出用の
平行平板コンデンサを構成している。また、該Ｘ軸変位
検出部３１は、各電極板２７Ａ，２９Ｂ間の有効面積の
変化を静電容量の変化として検出する。さらに、左，右
のＸ軸変位検出部３１の出力側はその出力を差算するよ
うに接続されている。

【００３５】３２，３２はＹ軸の変位検出手段となるＹ
軸変位検出部を示し、該各Ｙ軸変位検出部３２は第２の
可動側くし状電極２８と第２の固定側くし状電極３０と
からなり、該第２の可動側くし状電極２８の各電極板２
８Ａと第２の固定側くし状電極３０の各電極板３０Ｂと
の間はそれぞれ等しい隙間が形成され、該第２の可動側
くし状電極２８と第２の固定側くし状電極３０によって
検出用の平行平板コンデンサを構成している。また、該
Ｙ軸変位検出部３２は、各電極板２８Ａ，３０Ｂ間の有
効面積の変化を静電容量の変化として検出する。さら
に、前，後のＹ軸変位検出部３２の出力側はその出力を
差算するように接続されている。

【００３６】次に、３３は基板２２の中央部に位置して
固着して設けられた柱状電極を示し、該柱状電極３３は
四角い柱状に低抵抗のシリコン材料によって形成され、
該柱状電極３３の４つの外側面３３Ａと振動子２６の４
つの内側面２６Ａとはそれぞれ等しい離間寸法となって
いる。ここで、基板２２に対して振動子２６の高さ寸法
ｄ1 、柱状電極３３の高さ寸法ｄ2 とするとき、柱状電
極３３の高さ寸法ｄ2は振動子２６の高さ寸法ｄ1 より
もΔｄだけ若干短くなるように形成されている（図３参
照）。

【００３７】３４は振動発生手段となる振動発生部を示
し、該振動発生部３４は枠状の振動子２６と、該振動子
２６の内側に位置した柱状電極３３とから構成され、振
動子２６の４つの内側面２６Ａと柱状電極３３の４つの
外側面３３Ａとは等しい離間寸法となっているから、振
動子２６と柱状電極３３との間に所定周波数の振動駆動
信号を印加することにより、振動子２６と柱状電極３３
との間に静電引力が発生し、この静電引力は振動子２６
と柱状電極３３との有効面積を増やす方向に働く。これ
により、振動子２６は柱状電極３３の高さと実質的に同
じになる位置までΔｄだけ引き下げられ、これを所定の
周波数毎に繰返して振動子２６はＺ軸方向に振動する。

【００３８】なお、本実施例では振動子２６の固有振動
数と振動駆動信号の周波数とを一致するように可動部２
３を形成することにより、振動子２６に共振を起こさせ
て、振動子２６のＺ軸方向の振幅を大きくするようにし
ている。

【００３９】本実施例による角速度センサ２１は上述の
如き構成を有するもので、次に角速度の検出動作につい
て説明する。

【００４０】まず、振動発生部３４に振動駆動信号を印
加すると、振動子２６，柱状電極３３間に静電引力が発
生してこの静電引力によって振動子２６をＺ軸方向に振
動させる。

【００４１】この状態で、例えばＹ軸周りに角速度ΩY
が加わると、Ｘ軸方向に変位可能な振動子２６に対して
角速度ΩY の大きさと振動子２６の振幅に比例したコリ
オリ力がＸ軸方向に発生する。この結果、振動子２６は
このコリオリ力によってＸ軸方向の振動を行い、この変
位に応じて一方の第１の固定側くし状電極２９の各電極
板２９Ｂに対して一方の第１の可動側くし状電極２７の
各電極板２７Ａの噛み合いが深くなる方向（Ｘ軸方向）
に振動すると共に、他方の第１の固定側くし状電極２９
の各電極板２９Ｂに対して他方の第１の可動側くし状電
極２７の各電極板２７Ａの噛み合いが浅くなる方向に振
動して有効面積が変化する。これにより、Ｘ軸変位検出
部３１では電極板２７Ａ，２９Ｂの有効面積の変化を静
電容量の変化として検出することにより、Ｙ軸周りの角
速度ΩY を検出することができる。

【００４２】さらに、左，右のＸ軸変位検出部３１，３
１の間で差動の静電容量として検出すると共に、前，後
のＹ軸変位検出部３２，３２の間で差動の静電容量とし
て検出するようにしているから、各Ｘ軸変位検出部３１
による差動容量に基づく出力信号は大きい信号として出
力される。一方、各Ｙ軸変位検出部３２による差動容量
に基づく出力信号は零となる。また、各Ｘ軸変位検出部
３１および各Ｙ軸変位検出部３２がＺ軸方向に変位する
ときの差動容量は全てキャンセルされて出力信号は零と
なる。

【００４３】一方、Ｘ軸周りに角速度ΩX が加わると、
Ｙ軸方向に変位可能な振動子２６に対して角速度ΩX の
大きさと振動子２６の振幅に比例したコリオリ力がＹ軸
方向に発生する。

【００４４】この結果、振動子２６はこのコリオリ力に
よってＹ軸方向の振動を行い、この変位に応じて一方の
第２の固定側くし状電極３０の各電極板３０Ｂに対して
一方の第２の可動側くし状電極２８の各電極板２８Ａの
噛み合いが深くなる方向（Ｘ軸方向）に振動すると共
に、他方の第２の固定側くし状電極３０の各電極板３０
Ｂに対して他方の第１の可動側くし状電極２８の各電極
板２８Ａの噛み合いが浅くなる方向に振動さいて有効面
積が変化する。これにより、Ｙ軸変位検出部３２では電
極板２８Ａ，３０Ｂの有効面積の変化を静電容量の変化
として検出することにより、Ｘ軸周りの角速度ΩX を検
出することができる。

【００４５】さらに、左，右のＸ軸変位検出部３１，３
１の間で差動の静電容量として検出すると共に、前，後
のＹ軸変位検出部３２，３２の間で差動の静電容量とし
て検出するようにしているから、各Ｘ軸変位検出部３１
による差動容量に基づく出力信号は零となる一方、各Ｙ
軸変位検出部３２による差動容量に基づく出力信号は大
きい信号として出力される。

【００４６】然るに、本実施例による角速度センサ２１
では、振動発生部３４によって振動子２６をＺ軸方向に
振動させた状態で、Ｙ軸周りの角速度ΩY においてはＸ
軸変位検出部３１でコリオリ力よるＸ軸方向の変位を検
出し、Ｘ軸周りの角速度ΩXにおいては、Ｙ軸変位検出
部３２でコリオリ力によるＹ軸方向の変位を検出するこ
とができ、水平方向に互いに直交するＸ軸，Ｙ軸の２軸
周り角速度を１個の角速度センサ２１によって検出する
ことができる。

【００４７】また、振動子２６の形状を枠状に形成した
から、Ｚ軸方向に振動子２６が振動するときの振動子２
６の空気抵抗を大幅に低減して、振動子２６のエアダン
ピングを低減できる。これにより、振動発生部３４によ
って振動子２６をＺ軸方向に大きく振動させることがで
き、コリオリ力による振動子２６の変化を大きくし、Ｘ
軸変位検出部３１またはＹ軸変位検出部３２における検
出感度を高めることができる。

【００４８】さらに、角速度センサ２１は少ないスペー
スにＸ軸，Ｙ軸の２軸周りの角速度ΩX ，ΩY を検出す
ることができ、基板２２面積および製造コストを大幅に
低減することができる。

【００４９】次に、図４ないし図６に第２の実施例を示
すに、本実施例の特徴は、振動発生手段を枠状に形成し
た振動子と、該振動子内に位置して該振動子とは離間し
て基板に設けられた柱状電極とから構成し、振動子の内
側面と柱状電極の外側面にそれぞれ複数の凸部を形成す
ることにより、互いに離間した状態で凹凸状に噛合する
構成としたことにある。

【００５０】なお、本実施例では、前述した第１の実施
例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。

【００５１】図中、４１は本実施例による角速度センサ
を示す。４２は基板２２上に形成された可動部２３の一
部をなす四角い枠状の振動子を示し、該振動子４２は前
記基板２２の四隅に位置して該基板２２上に形成された
４個の支持部２４と、該各支持部２４に基端側が固着さ
れた支持梁２５によって基板２２上に支持され、該振動
子４２は各支持梁２５により水平方向となるＸ軸，Ｙ軸
方向と垂直方向となるＺ軸方向との３軸方向に変位可能
に支持されている。また、該振動子４２の４つの内側面
には、中心部に向けて複数の凸部４３が形成されてい
る。さらに、振動子４２の左，右側にはＸ軸変位検出部
３１を構成する可動側くし状電極２７，２７が突出形成
され、前，後側にはＹ軸変位検出部３２を構成する可動
側くし状電極２８，２８が突出形成されている。

【００５２】４４は基板２２の中央部に位置して設けら
れた四角い柱状電極を示し、該柱状電極４４の四つの外
側面には、前記振動子４２の各凸部４３と交互に離間し
た状態で噛合するように、外側に向けて複数の凸部４５
が形成されている。また、該柱状電極４４においても、
第１の実施例による振動子２６と柱状電極３３との関係
と同様に、該柱状電極４４の各凸部４５と振動子４２の
各凸部４３との隙間はどの位置でも等しい離間寸法とな
る。ここで、基板２２に対して振動子４２の高さ寸法を
ｄ1 、柱状電極４４の高さ寸法をｄ2 とすると、柱状電
極４４の高さ寸法ｄ2 は振動子４２の高さ寸法をｄ1 よ
りもΔｄだけ若干短くなるように形成されている（図６
参照）。

【００５３】４６は振動発生手段となる振動発生部を示
し、該振動発生部４６は枠状の振動子４２と、該振動子
４２の内側に位置した柱状電極４４とから構成され、前
記振動子４２と柱状電極４４との間には、振動子４２の
内側面に形成した複数の凸部４３と柱状電極４４の外側
面に形成した複数の凸部４５とが互いに離間した状態で
凹凸状に噛合するように配置され、該各凸部４３，４５
により振動子４２と柱状電極４４との間の有効面積を大
きくできる。

【００５４】本実施例による角速度センサ４１は、前述
した如くに構成されるもので、振動子４２をＺ軸方向に
励振させた状態で、Ｙ軸周りの角速度ΩY を加えたとき
のコリオリ力による振動子４２のＸ軸方向の変位は、Ｘ
軸変位検出部３１により検出し、Ｘ軸周りの角速度ΩX
を加えたときのコリオリ力による振動子４２のＹ軸方向
の変位は、Ｙ軸変位検出部３２により検出する。

【００５５】然るに、振動発生部４６を構成する振動子
４２の内側面には複数の凸部４３を設けると共に、柱状
電極４４の外周面にはこれら凸部４３とそれぞれ離間し
た状態で噛合する複数の凸部４５を形成したから、振動
発生部４６における有効面積を第１の実施例よりも大き
くでき、前記振動子４２と柱状電極４４との間に振動駆
動信号を印加したときに発生する静電引力を大きくでき
る。

【００５６】これにより、静電引力は振動子４２と柱状
電極４４との有効面積を増やす方向に働き、該振動子４
２は柱状電極４４の高さと同じになる位置まで引き寄せ
られ、これを共振周波数で繰返すことにより振動子４２
はＺ軸方向に大きく振動する。このとき、本実施例では
各凸部４３，４５によって振動発生部４６における有効
面積を大きくしているから、振動子４２の振動駆動信号
に対する応答性を高めて、Ｚ軸方向の振幅を大きくで
き、Ｘ軸変位検出部３１，Ｙ軸変位検出部３２における
角速度ΩY ，ΩX の検出感度を高めることができる。

【００５７】なお、前記各実施例では、Ｘ軸またはＹ軸
方向における変位検出を時間的に交互に行うものとして
述べたが、本発明はこれに限らず、角速度の作用方向に
よってはＸ軸とＹ軸方向の変位検出を同時に行うことも
できることは勿論である。

【００５８】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１の発明で
は、枠状の振動子と柱状電極との間にある所定周波数の
振動駆動信号を印加すると、振動子と柱状電極との間に
静電引力が発生し、この静電引力は振動子と柱状電極と
の有効面積を増やす方向に引き合わせ、結果として振動
子が基板側に引き寄せられ、これを繰返すことにより振
動子はＺ軸方向に振動する。そして、振動子をＺ軸方向
に振動させた状態で、Ｙ軸周りまたはＺ軸周りに加わる
角速度を検出することができる。

【００５９】請求項２の発明では、振動発生手段で振動
子をＺ軸方向に振動させた状態で、例えばＹ軸周りの角
速度が加わると、振動子はコリオリ力を受けてＸ軸方向
に変位し、この変位はＸ軸方向の変位検出手段で第１の
可動側電極，第１の固定側電極間の有効面積の変化また
は離間寸法の変化となって、静電容量の変化として検出
する。一方、Ｘ軸周りの角速度が加わると、振動子はコ
リオリ力を受けてＹ軸方向に変位し、この変位はＹ軸方
向の変位検出手段で第２の可動側電極，第２の固定側電
極間の有効面積または離間寸法の変化となって、静電容
量の変化として正確に検出することができる。

【００６０】請求項３の発明では、振動子と柱状電極と
を凹凸状に噛合する構成としたから、振動子と柱状電極
との間の有効面積を大きして振動子の応答性を高め、Ｚ
軸方向の振幅を大きくでき、角速度の検出感度を高める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による角速度センサを示
す斜視図である。

【図２】図１中の角速度センサを上側からみた平面図で
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】本発明の第２の実施例による角速度センサを示
す斜視図である。

【図５】図４中の角速度センサを上側からみた平面図で
ある。

【図６】図５中の矢示VI−VI方向からみた縦断面図であ
る。

【図７】従来技術による角速度センサを示す斜視図であ
る。

【図８】図７中の角速度センサを上側からみた平面図で
ある。

【図９】図８中の矢示IX−IX方向からみた縦断面図であ
る。

【符号の説明】

２１，４１ 角速度センサ ２２ 基板 ２４ 支持部 ２５ 支持梁 ２６，４２ 振動子 ２７ 第１の可動側くし状電極 ２８ 第２の可動側くし状電極 ２９ 第１の固定側くし状電極 ３０ 第２の固定側くし状電極 ３１ Ｘ軸変位検出部 ３２ Ｙ軸変位検出部 ３３，４４ 柱状電極 ３４，４６ 振動発生部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴野 富雄 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株 式会社村田製作所内 (72)発明者 大澤 哲夫 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株 式会社村田製作所内 (56)参考文献 特開 平５−248872（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−294262（ＪＰ，Ａ) 実開 平７−6720（ＪＰ，Ｕ) 特表 平６−508684（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 19/56 G01P 9/04

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、該基板に設けられた支持部と、
   基端側が該支持部に設けられた支持梁と、前記基板の表
   面から離間した状態で該支持梁の先端側に設けられ、前
   記基板に対してＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向からなる３軸方向
   に変位可能な振動子と、該振動子をＺ軸方向に振動させ
   る振動発生手段と、該振動発生手段によって前記振動子
   にＺ軸方向の振動を与えている状態で、Ｘ軸周りまたは
   Ｙ軸周りの角速度によって振動子がＹ軸方向またはＸ軸
   方向に変位するときの変位量を検出する変位検出手段と
   からなる角速度センサにおいて、 前記振動発生手段は、枠状に形成された振動子と、該振
   動子内に位置して前記基板に固着して設けられ、該振動
   子の高さ寸法よりも低い高さ寸法をもって柱状に形成さ
   れた柱状電極とから構成したことを特徴とする 角速度セ
   ンサ。
2. 【請求項２】 前記変位検出手段は、振動子のＸ軸方向
   に形成された第１の可動側電極と、該第１の可動側電極
   と対向するように前記基板に形成された第１の固定側電
   極とによりＸ軸方向の変位検出手段を構成し、振動子の
   Ｙ軸方向に形成された第２の可動側電極と、該第２の可
   動側電極と対向するように前記基板に形成された第２の
   固定側電極とによりＹ軸方向の変位検出手段を構成して
   なる請求項１記載の角速度センサ。
3. 【請求項３】 振動発生手段を構成する振動子と柱状電
   極とは凹凸状に噛合する構成としてなる請求項１または
   ２記載の角速度センサ。