JP4223191B2 - 角速度測定のための構成 - Google Patents

Description

【０００１】
この発明は、角速度測定のための機構に関するものである。この発明による機構は、自動車に使用されて、転覆事故を検知し、エアーバッグのような安全装置の展開をコントロールするものである。
【０００２】
振動角速度計／チューニングフォーク形式のジャイロ又はその他の振動部材を使用したものは、これまでにも金属とクオーツの両者において、そしてまた、シリコンにおいても作られており、テストされている。これら両者のタイプのものは、オープンループとクローズドフィードバックループをもって構成されている。従来提案されている金属フォークジャイロ（Ｂａｒｎａｂｙ他、エアロノーティカル・エンジニアリング・リビユー，３１頁，１９５３年１１月）を越えるクオーツとシリコンとをベースにしたジャイロの利点は、小型化でき、バッチ製造により大量生産で比較的安価に製造できる点である。
【０００３】
コリオリの力が回転の間、定トルクを発展させる回転ジャイロと異なり、振動ジャイロの回転の結果、振動トルクとなり、その振幅が回転速度に比例し、位相がその回転方向を指示する。その結果として、コンベンショナルの回転ジャイロに比較して、振動するジャイロからのジャイロ信号を励起し、検知し、翻訳処理するためには、比較的広範囲の電子回路が要求される。
【０００４】
シリコンは、発展改良されている電子マテリアルであるから、関連の励起及びセンサー電子回路と一体にしたシリコンをベースとするジャイロを使用することは，かなりの利点があるものである。しかしながら、シリコンで従来のチューニングフォークを作り、励起することは、不可能であった。
【０００５】
チューニングフォーク構造の利点は、該フォークを振動に反応しないようにし、かつ、高いＱ因子を与えるダイナミックにバランスされたモードでスイングするようにできる点である。実際に最近のプラズマエッチング技術を用いて、シリコンにチューニングフォーク（又は他の水平にスイングする構造体（Ｓｔａｃｈｅｌｌ，英国特許出願ＧＢ２１９８２３１Ａ））をエッチングして作ることが可能であるとしても、それでも励起の問題が残される。
【０００６】
シリコンにおいては、クオーツの場合におけるように、励起のために圧電効果を直接利用することができないもので、これは、シリコンが圧電マテリアルではないからである。勿論、圧電層をシリコン面に被着できるが、構造体が基板面から縦方向にエッチングされてしまうと、これは、一定の厚さをもつ圧電抵抗層を縦の壁に被着しなければならないことを意味し、このことは、かなりの問題になってしまう。
【０００７】
その代わり、シリコンをベースとするジャイロについての励起の問題のこれまで最も普遍の解決策は、バー又は回転斜板の一方のサイド又は両サイドに導電性プレートを形成（それらに重量がかかる）する、又は、全く単純に全部のコンポーネントを圧電プレートに実際に”にかわ付け”することによって、基板面に対し直角な静電励起を使用することであった。
【０００８】
残念ながら、基板面に対し直角な静電励起を使用する従来提案のマイクロメカニカルのジャイロは、比較的簡単に作れるものではあるが、マグニチュードのオーダーが０．０１〜０．２の低いジャイロスコープ目盛係数（Ｂｏｘｈｏｒｎ，米国特許４５９８５８５）の欠点を有する。このことは、チューニングフォークと比較できるもので、このチューニングフォークは、ジャイロスコープ目盛係数が２であるが、製造には、一層の難点があり、これは、基板面に対し平行な励起が必要であるからで、何故ならば、リム（肢部）が互いに逆相で基板の面内でスイングしなければならないからである。
【０００９】
この発明の一つのアスペクトによれば、回転に応答するセンサーであり、このセンサーは、実質的に平らな基板から形成されたセンサー体を備え、このセンサー体は、ビーム（ｂｅａｍ，柱状体）と一体であり、このビームは、二つの対向する端部を有し、各端部は、所定位置に固定されるようになっており、前記ビームには、所定の位置で前記ビームに連結されている少なくとも一つの慣性質量体が設けられ、前記センサー体は、前記慣性質量体が前記基板の面に対し垂直な軸の実質的な軸まわりを振動する第１の振動を励起させる手段と関連しており、さらに、前記ビームの長さ方向の軸と一致する軸の実質的な軸まわりを振動する前記質量体の第２の振動を検知する手段が存在し、この第２の振動は、前記センサー体が前記面に少なくとも一部があるが、前記ビームの前記軸に垂直ではない軸まわりを回転させられるときに生じるコリオリの力によって発生するようになっており、前記ビームは、前記ビームが一つの所定の方向にそって最も簡単に曲がりやすくなる形状のものであって、前記方向は、前記面に対し鋭角をなし、その結果、前記方向は、前記面に対し平行でもなければ、垂直でもなく、これによって、前記第１の振動が前記面と平行ではない励起力によって開始される構成のセンサーが提供されるものである。
【００１０】
請求項１によるセンサーにおいては、前記ビームは、前記面と実質的に垂直な励起力によって第１の振動が生じるようになっているものであることが好ましい。
【００１１】
前記ビームが最も簡単に曲がる所定の方向は、前記基板に対し約５５°であると実用的である。
【００１２】
有利なことは、前記又は各慣性質量体は、前記基板の面内において、それぞれが前記ビームのいずれかの側面に位置する二つの要素を備え、前記二つの要素は、連結バーで相互に連結され、前記連結バーの中央部分は、前記ビームの一部と一体になっていることである。
【００１３】
好ましくは、前記又は各慣性質量体の前記第１の振動を励起する前記手段は、前記第１の慣性質量体の選択された部位に近接配置された少なくとも一つの容量性プレートと、選択されたポテンシャルを前記容量性プレートに付与する手段とを備え、前記慣性質量体には、導電性部分が設けられており、さらに、所定のポテンシャルを前記導電性部分に付与する手段が存在し、前記容量性プレートに加えられたポテンシャルによって前記慣性質量体が前記基板の面の外へ曲がるようになる構成になっている。
【００１４】
実用的には、前記容量性プレートは、複数である。
【００１５】
前記又は各容量性プレートがガラス又は半絶縁シリコンの基板面にあることが有利である。
【００１６】
好ましくは、前記容量性プレート又は複数の容量性プレートへポテンシャルを付与する手段は、前記慣性質量体が前記連結バーまわりをシーソー運動するようにする信号を供給するのに適しており、前記ビームの形状の作用で前記基板の面に対し垂直な軸まわりを振動する前記第１の振動を生じさせる構成になっている。
【００１７】
実用的には、前記第２の振動を検知する手段は、前記第１の慣性質量体の選択された部位に近接して配置の少なくとも一つのさらなる容量性プレートと、前記容量性プレートと前記センサー体との間のキャパシタンスを測定して、前記第２の振動を検知する手段とを備えている。
【００１８】
前記さらなる容量性プレートが複数であると有利である。
【００１９】
一つの実施の態様においては、ただ一つの慣性質量体が存在し、この慣性質量体は、前記ビームの実質的な中央で、前記ビームを所定位置に装着するために前記ビームの対向し合う端部に設けられている手段の中間に位置している。
【００２０】
前記慣性質量体は、前記ビームの軸に対し対称になっていることが好ましいものである。
【００２１】
別の実施の態様においては、二つの慣性質量体が存在し、これら慣性質量体は、前記ビームに対称に配置され、各慣性質量体は、前記ビームの中央部と前記ビームのそれぞれの端部との間の位置に配置されている。
【００２２】
前記二つの慣性質量体は、同一のもので、前記ビームの軸に対し対称であることが実用的である。
【００２３】
好ましくは、各慣性質量体には、前記基板の面に垂直な軸まわりにおける前記質量体の第１の振動を励起する手段を備え、前記複数の質量体が逆相で振動する構成になっている。
【００２４】
前記センサー体がシリコンのような単結晶基板から形成されていることが有利である。
【００２５】
前記センサーは、角速度を表す出力信号を与えるようになっている。
【００２６】
この発明は、また、自動車に搭載されて安全装置の展開をコントロールする上記したようなセンサーに関するものである。
【００２７】
また、参考例のアスペクトによれば、回転に応答するセンサーであり、このセンサーは、実質的に平らな基板から形成されたセンサー体を備え、このセンサー体は、ビームと一体であり、このビームは、二つの対向する端部を有し、各端部は、所定位置に固定されるようになっており、前記ビームには、前記ビームに連結されている少なくとも一つの慣性質量体が設けられ、前記センサー体は、前記慣性質量体の第１の振動を励起させる手段と関連しており、この第１の振動は、所定の軸まわりの振動であり、さらに、前記所定の軸に対し垂直な軸の実質的な軸まわりを振動する前記慣性質量体の手段の第２の振動を検知する手段が存在し、この第２の振動は、前記センサー体が前記面に少なくとも一部があるが、前記ビームの前記軸に垂直になっている軸まわりを回転させられるときに生じるコリオリの力によって発生するようになっており、前記慣性質量体手段は、前記ビームの異なる長さ方向の位置にある少なくとも二つの独立した慣性質量体を備え、前記二つの質量体は、逆相で振動するように励起されるものになっているセンサーが提供される。実用的には、前記所定の軸は、前記基板の面内にあり、前記垂直な軸は、前記ビームの長さ方向の軸と一致している。好ましくは、二つの慣性質量体が存在し、これら慣性質量体は、前記ビームに対称に配置され、各慣性質量体は、前記ビームの中央部と前記ビームのそれぞれの端部との間の位置に配置されている。
【００２８】
実用的には、前記二つの慣性質量体は、同一のもので、前記ビームの軸に対し対称である。
【００２９】
各慣性質量体は、前記基板の面内において、それぞれが前記ビームのいずれかの側面に位置する二つの要素を備え、前記二つの要素は、連結バーで相互に連結され、前記連結バーの中央部分は、前記ビームの一部と一体になっていることが好ましい。
【００３０】
前記第１の振動は、前記面に実質的に垂直の励起力により発生されることが好ましい。
【００３１】
一つの好ましい実施の態様では、前記慣性質量体の前記第１の振動を励起する前記手段は、複数の慣性質量体を備え、少なくとも一つの容量性プレートは、各慣性質量体の選択された部位と、前記容量性プレートに選択されたポテンシャルを付与する手段とに近接配置されており、前記慣性質量体それぞれには、導電性部分が設けられており、さらに、所定のポテンシャルを各慣性質量体に設けた前記導電性部分に付与する手段が存在し、前記容量性プレートに加えられたポテンシャルによって前記慣性質量体の一部が前記基板の面の外へ曲がるようになる構成になっている。
【００３２】
各容量性プレートがガラス又は半絶縁シリコンの基板面にあることが有利である。
【００３３】
前記複数の容量性プレートへポテンシャルを付与する手段は、各慣性質量体が前記連結バーまわりを”シーソー”運動するようにする信号を供給するのに適しており、前記ビームの形状の作用で前記ビームは、一つの所定の方向に最も曲がりやすくなっており、この方向は、前記面に対し平行でもなければ、垂直でもなく、その結果、この”シーソー”振動が前記基板の面に垂直な軸まわりの各慣性質量体の前記第１の振動を発生させるようになることが好ましい。
【００３４】
前記第２の振動を検知する手段は、さらなる負数の容量性プレートを備え、少なくとも一つのさらなる容量性プレートは、各慣性質量体の選択された部位に近接配置され、さらに、前記さらなる容量性プレートの各々と、前記センサー体との間のキャパシタンスを測定して、前記第２の振動を検知することが実用的である。
【００３５】
前記センサー体が単結晶基板から形成されていることが好ましい。
【００３６】
前記センサーは、角速度を表す出力信号を与えるようになっている。
【００３７】
この発明は、自動車に搭載されて安全装置の展開をコントロールする、この発明の第２のアスペクトによるセンサーに関する。
【００３８】
この発明の好ましい実施の態様によれば、静電的に一方向的に励起されるようになっている基板から形成されたジャイロスケールファクターが０．２以上の振動ジャイロ構造が提供されるもので、この構造は、ダイナミックにバランスされた構造形態であって、直線加速および角加速に感応しないものである。このことは、バーにジャイロ質量体又は複数の質量体をサスペンドすることにより達成され、該質量体は、一つの所定の方向−ここでは、”ソフトに”曲がる方向という−へ最も曲がりやすくなっている形状のもので、前記方向は、前記基板の垂直な面に対し直角でもなければ、平行なものでもない方向である。その結果として前記ジャイロ質量体又は複数の質量体は，前記基板に対し主に直角の静電励起が正しい周波数で与えられると、主として基板の面内で動きことができるようになる。このようにして、前記質量体の動きを利用して、前記機構が質量体の動きに対し直角の前記面における回転運動を受けると、ジャイロトルクが前記面から得られることになる。スウェーデン特許ＳＥ９５００７２９−０から知られるような従前の自在継手状にサスペンドされた構造は、ジャイロスケールファクターが低い点で大きな欠点を有し、ジャイロスケースファクターが低いと、−特に、完全にバランスがとれた状態でスイングしない場合−ジャイロ振動感受性が低下し、一方向の励起及び検知が不可能であった。
【００３９】
この発明の好ましい実施の態様は、半導体基板から形成した振動ジャイロ構造の技術を発展させて、三軸加速度計を一体化できるようにしたもので、これは、スウェーデン特許ＳＥ９２０３６４８−２から知られる同じ技術を利用して、”ソフトに”曲がる方向が基板の垂直な面に対し直角でもなければ、平行でもないバーを構成し、互いに直角な二つの軸まわりの回転を同時に測定するために同じ基板に振動ジャイロを作ることができる場合である。適用条件に応じて、この発明の好ましい実施の態様においては、同じ基板にいくつかの形態のものを一体化し、また、加速度計をも組み込むことができる。これによって、複数の軸周りの回転を加速度測定と組み合わせて同時に測定できる。また、適用の精度条件に応じて、前記機構にオープン又はクローズドループのいずれをも組み込むことができる。製造プロセスにおける改良発展したシリコン技術を使用して、高精度と高信頼性をもつ低コストでの大量生産が行える。
【００４０】
この発明による角速度測定のための機構の一つの好ましい実施の態様は、中央配置の慣性質量体をもつ基板に対しソフトに曲がる方向が直角でもなければ平行でもないバーを備え、前記質量体は、前記バーと同じマテリアルからエッチングされて作ることができるものになっている。このようなマテリアルの一つの例は、シリコンであり、これをドープして必要な導電性要素を作ることができる。
【００４１】
この発明による別の好ましい機構の実施の態様は、ソフトに曲がる方向が基板に対し垂直な面に直角でもなければ平行でもないバーと、前記バーと同じマテリアルからエッチングして作ることができて前記バーにそう二つの慣性質量体とを備えている。このようなマテリアルの一つの例は、シリコンであり、これをドープして必要な導電性要素を作ることができる。
【００４２】
これら機構の両者においては、前記慣性質量体は、フレキシブルなバーによって前記基板の残部の部分に連結され、前記バーは、基板に対し垂直な面に直角でもなければ平行でもない曲がり方向を有している。これは、種々の手段、例えば、ＳＥ９２０３６４８−２により、半導体基板の対抗する両面を異方性エッチングして、垂直面に対し角度をもつバーを作ることにより、そして、慣性質量体を基板に連結させることにより達成できる。また別途、垂直面に対し傾斜した角度でエッチングする異方性エッチングを垂直面に対し傾斜した角度でエッチングするドライエッチングと組み合わせて、断面が三角形のバーを作るようにしてもよい。また別途、断面が矩形のバーの一つのコーナーをエッチングで削り、これによって好ましい曲げ方向を変え、その結果、断面矩形の長い面に対し最早直角ではなくなるようにすることもできる。上記すべての例については、前記バーの幅及び厚さは、いろいろなものにすることができ、必要な軸にそう曲げ抵抗を強いものにすることができる。
【００４３】
上記した両方の機構は、オープンループをもつタイプの実施の態様のものと、クローズドフィードバックループをもつタイプの実施の態様のものとに適している。ハイブリッドの実施形態も容易であって、この形態にあっては、クローズドフィードバックループをもつシステムに長時間定数をもたせて作り、ジャイロが突然の変化に反応する一方、フィードバックによりスローなドリフトがキャンセルされるようになる。ハイブリッド構造の最大の利点は、共振周波数で得られる検知方向における機械的増幅（Ｑ因子）が利用できる点、さらに、エラーの静的源が自動的にキャンセルされる一方長い時間にわたるドリフト問題が解消される点である。クローズドループをもつコンベンショナルのシステムにおいては、前記Ｑ因子は、強いフィードバックの結果として１に留まる。それにも拘らず、このハイブリッド構造は、回転速度における変化しか測定することができず、コンスタントな回転速度を測定できないもので、これは、コンスタントな信号が遅れずに弱いフィードバックによりキャンセルされるからである。センサーは、ハイパス特性を有し、そのカットオフ周波数は、前記フィードバック時定数により決定される。
【００４４】
オープンループ構造も可能であるが、構造を機械的にか、又はＤＣ電圧によりもっと都合よくバランスさせることがきるタイプのものが必要になる。静電力は、プレートコンデンサーの場合におけるように、電極間の距離に非直線に依存するから、ＤＣ手段により電気的に負のスプリング定数を導入できる。これが理由で、所定の適当なパターンにより、異なるＤＣ電圧を励起のため、そして、検知プレートへ、さらには余剰のバランスさせる電極に印加することにより、前記構造における機械的及び電気的アンバランスを補償することができる。
【００４５】
この発明による機構は、周知の半導体製造方法、例えば、フォトリソグラフィックパターニング、等方性及び異方性エッチングを含む方法により半導体マテリアルに作ることができる。これによって、クローズの許容コントロール及び比較的中庸の厚さをもつ一つの通常の基板において信号処理電子回路のすべて又は一部を一体化できることを含む多くの利点が与えられる一方、バッチ製造による効果的な大量生産を許容する技術を利用できる。パターン化された導電性面は、例えば”アノードボンディング”又は”シリコン・ダイレクト・ボンディング”により前記バーと前記慣性質量体の面に配置できる。”アノードボンディング”によりクオーツガラスを接合部に電界を付与することにより比較的低温度（通常３００〜４００℃）でシリコン、酸化物、窒化物及び金属にボンドできる。１９８６年から知られている（Ｌａｓｋｙ，アプライド・フィジックス・レターズ４８巻７８頁，．１９８６年）”シリコン・ダイレクト・ボンディング”により、例えば、シリコンをシリコンへ、シリコンを二酸化シリコンへ、さらには、二酸化シリコンを二酸化シリコンへ接合することができる。”シリコン・ダイレクト・ボンディング”及び”アノードボンディング”は、また、機械的ストッパーを前記バーに取り付け、予期されない大きな力がバーにかかっても壊れないようにすることもできる。前記ボンディングが真空下で行った場合、前記技術を前記機構の真空カプセル化の方法と同時に併用することができる。
【００４６】
この発明とその参考例とを添付の図面を参照しながら例により詳細に説明するもので、添付の図面は、この発明による機構の実施の態様とその参考例とを図解するものである。
【００４７】
図１と図２とを参照すると、センサー体１が図示されており、これは、所定の軸を中心とする回転を検知するのに適しているものである。図示のセンサセンサー体１は、シリコンのような単結晶マテリアルで形成された平坦な基板をエッチングして得たものである。理解すべき点は、複数のセンサー体がシリコンのような、より多くの結晶体の一つの基板をエッチングしたもので、複数の軸を中心とする回転を検知するのに適している複数のセンサーを備えている点である。シリコンのような半導体性でアーバンのマテリアルの使用は、基板をドープして関連した電子機構のコンポーネンツを組み込むことができる点で好ましい。
【００４８】
図１に示されるように、センサー体１は、長く延びるビーム２を備え、このビームの両端は、パッド３，４で支持されていて、該ビームは、所定の固定位置に装着される。パッド３，４は、比較的小さなパッドとして図示されているが、該パッドは、はるかに大きいシリコン基板の一部として一体に形成されていてもよい。
【００４９】
前記ビーム２の形状は、一つの所定の方向−”ソフトに”曲がる方向−に最も曲がりやすい形状のものになっている。記載の実施の態様においては、前記”ソフトに”曲がる方向は、前記基板に平行ではなく、前記基板に垂直なものでもなく、前記基板の面に対し鋭角の角度で傾斜するものになっている。この点は、この発明の記載の実施の態様においては、前記ビーム２を断面がほぼ矩形のものにし、この矩形の短辺を前記基板の上面と下面とで形成し、前記矩形の長辺の平行面を前記基板の両面に対し鋭角に傾斜させることによって達成できる。記載の実施の態様においては、前記鋭角の角度は、約５５°である。前記ビームの”ソフトに”曲がる方向は、前記矩形断面の長辺の平行面に対し実質的に垂直な方向である。
【００５０】
前記ビーム２には、慣性マス（質量体）または振動質量体５が設けられている。この振動質量体５は、ビーム２にその中央部で連結されている。この発明の図示した実施の態様においては、前記振動質量体は、対称のものになっており、二つの間隔をおいて平行になっている矩形のアーム６，７を備え、これらアームは、前記基板から作られていて、横断する連結バー８により相互に連結され、そのバーの中間点は、前記ビーム２の中間点に一致して一体に形成されている。前記平行のバーと前記連結バーとが組み合わされて、”Ｈ”形状になっている。
【００５１】
センサー体１の上面及び／又は下面、そして、したがって、アーム６，７の各々の面には、導電層９が設けられており、これは、アルミニウム又はその他の金属のめっき層のようなものである。また別に、前記導電層をドーピング技術又はボンディングを用いて形成することもできる。
【００５２】
図１に示すように、センサー体１は、所定の位置、例えば、パッド３，４を介して自動車のシャーシーに固定されて、感度軸１０まわりの回転を検知するようになっているもので、前記感度軸は、振動質量体５の連結バー８の軸と実質的に一致している。
【００５３】
以下に述べるように、アーム７，６は、励起軸１０に対し平行の方向で作用する静電気力により励起されるもので、前記軸は、前記基板による面に対し実質的に垂直に延びている。加えられた前記力の結果、アーム６，７は、連結バー８の軸を中心として回転するようになる。かくして”Ｈ”形状の振動質量体８前記バー８の軸にロックされて”シーソー”運動を行う。この運動でビーム２の中央部にねじり回転を与える。ビーム２は、”ソフトな”曲がり方向をもち、前記基板の面に対し鋭角になっているから、前記のねじり回転力が前記基板の面内に実質的にある振動質量体５の前記励起軸を中心とする振動運動に直かになる。
前記質量体５は、前記ビームの軸にそっている。前記質量体５の重心は、前記質量体が振動しても実質的に不動状態にある。
【００５４】
以下に述べるように、前記質量体５が励起されて前記基板の面内でアーム６，７が動き、センサー体１が感知軸１０を中心として回転すると、前記振動質量体５は、検知軸１２まわりを振動するようになるもので、前記軸は、ビーム２の軸と実質的に一致している。検知軸１２まわりの振動が測定されてセンサー体１の回転に関するデータになる。かくして、回転の角速度が測定できる。
【００５５】
図２を参照すると、上記したようなセンサー体１が電子機構と併用されている。この電子機構は、第１のリード線１３と関連しており、該リード線により前記基板上の導電層にポテンシャルが供給されるようになっている。第２のリード線１４が信号を容量性プレート１５，１６へ供給するもので、これらプレートは、相互連結バー８の一方側に位置するアーム６，７の一方の端部の上に位置している。記載した容量性プレートは、ガラス又は半絶縁シリコンのような絶縁体の面に作られ、ストレイキャパシタンスをなくすようになっている。
【００５６】
負のポテンシャルのようなポテンシャルが導電層９に印加されると、そして続いて正のポテンシャルが前記電子機構によりリード線１４に印加され、かくてアーム６，７の一方の端部にあるプレート１５，１６に印加されると、アーム６，７のこれらの端部は、静電気の引き寄せによりプレート１５，１６に向けて上方へ動くようになることを理解されたい。したがって、振動質量体１５は、連結バー８を軸として回転するようになる。この作用は、同時に負のポテンシャルが容量性プレート１８，１９にかかれば、倍増されるもので、これは、これらのプレートに近接するアーム６，７の端部が抵抗し、したがって、下方へ動くようになるからである。前記複数の容量性プレートに作用するポテンシャルがリバースされ、正のポテンシャルがプレート１８，１９にかかり、負のポテンシャルがプレート１５，１６にかかると、振動質量体５は、連結ビーム８と一致している軸まわりを回転する。前記信号が好ましくはフィードバックループのコントロールのもとに適宜の時間で前記容量性プレート１５，１６，１７，１８に付与されると、振動質量体５は、相互連結ビーム８の軸まわりを規則的な周波数でシーソー運動して振動する。しかしながら、相互連結ビーム８は、固定パッド３，４の間のビーム２と一体になっているから、ねじり力が前記ビームにかかり、前記ビームが基板の面に対し鋭角な軸を作る”ソフトな”曲げ方向を有しているから、その結果、振動質量体５は、前記基板の面に垂直に延びる縦の励起軸まわりを振動することになる。その結果、ビーム２は、図１，図２に示されら曲がり線２０により示されるように、曲がり運動を行う。かくして、ビーム２は、一つの方向に曲がって、”Ｓ”形状になり、ついで、反対方向へ曲がって、逆”Ｓ”形状になる。前記振動質量体５を励起するために使用される信号は、振動質量体５を前記基板の面内でナチュラルな共振周波数で振動させるものが好ましい。
【００５７】
前記電子機構は、二つの別のリード線２１，２２にも関連しており、これらリード線は、アーム６，７の上位に位置するガラス又は半導体基板に装着された容量性プレート２３．２４に達しており、これらプレートは、相互連結ビーム８に正合している。
【００５８】
前記振動質量体５に作用するコリオリの力の結果として、感知軸１０まわりをセンサー体１が回転すると、振動質量体５の全体がビーム２の軸に一致している検知軸１２まわりを回転するようになる。したがって、一方のアーム、例えばアーム６が容量性プレート２３に向け動き、これに対し、他方のアーム、例えばアーム７が容量性プレート２４から離れるようになる。前記電子機構は、前記容量プレート２３とセンサー体１の導電層９との間の容量の変化を測定し、また、プレート２４とセンサー体１の導電層９との間の容量の変化を測定する。容量の変化を測定することにより、振動質量体５の検知軸まわりの回転度合いが測定でき、したがって、センサー体１の最初の回転に関する角速度のような情報が測定できる。
【００５９】
かくして、図２は、容量性励起と検知とを有するタイプの実施の態様を略図的に示す角速度測定の本発明による構成を示すものであることを理解されたい。容量１５，１６，１８，１９は、前記構成を励起し、その結果、前記質量体が主として前記基板面において振動するもので、容量２３，２４は、前記基板面の外の前記新導体の振動の振幅を測定するために使用されるもので、この振幅は、前記電子機構内の励起回路と前記角速度を計算する分析回路へフィードバックされる。ジャイロスコープ・スケール・ファクターが十分に大きければ、容量検知の代わりにピエゾ−抵抗検知が簡単に使用でき、このような手段で、より単純で経済的なシステムにすることができる。
【００６０】
角速度が閾値（スレショールド）を越えるか、又は、記載したタイプの直交して装着の複数のセンサーからの複合した角速度が閾値を越えた場合には、エアーバッグのような自動車における安全装置が展開することになる。
【００６１】
図３は、センサー体３０の略図的平面図と断面図であり、これは、上記したセンサー体１の対応する特徴と実質的に同じ多くの特徴を有するものである。これらの特徴を図１と図２に使用したと同じ符号で示し、したがって説明を省略する。
【００６２】
しかしながら、注目すべき点は、図３の実施の態様においては、ビーム２の対向端部にあるパッド３，４が大形になっており、これに対し、横断する連結バー８の対向端部に形成されて振動質量体５を構成する部分６，７は、矩形であったのとは反対に、それぞれが実質的に四角になっており、したがって”アーム”というよりはブロック６，７２を形成する。
【００６３】
図２の実施の態様においては、二つのパッド３，４の間で延びるビーム２は、断面が矩形の形状で、この矩形体の長い平行な二側面がセンサー体１を形成する基板の面に対し鋭角に傾斜している。
【００６４】
図３から分かるように、記載されているセンサー体の種々の要素の側面は、傾斜した形状になっている。これは、シリコン基板からセンサー体を製造するのに利用されるエッチング技術の結果である。しかしながら、センサー体をビーム２の軸と正合している検知軸１２に重なり合う線にそって実質的に対称とすることが考えられる。かくして、図３に示したセンサー体を検知軸１２を軸として１８０°回転させても、センサー体は、図３に示したと同じ態様になる。
【００６５】
この段階で注目すべき点は、図３に示したセンサー体３０と図１と図２とに示したセンサー体１との間には、ビーム２が振動質量体５の相互連結バー８とパッド３，４との間のポイントに設けられ、矩形の補強要素３１，３２が横方向に延びていることにおける物理的相違がみられる点である。該補強要素は、対称のもので、ビーム２の各側で同じように延びている。該補強要素は、横断する廉価津バー８と隣り合うパッド３又はパッド４との中間に間隔をおいて位置しているものである。補強要素３１，３２は、図２に関して図示し、記載したタイプの電子機構を図示のセンサー体３０が利用するとき、振動質量体５が基板面内を振動する結果ビーム２が”Ｓ”形状にまがるとき、斜め上方へ動き、斜め下方へ動くようになる。補強要素３１，３２は、バー２の共振周波数を調節する。
【００６６】
かくして、図３は、どのようにしてバー２が補強体３により励起されたＳ−曲げモード及び検知された回転モードのために同じ又は近似の共振周波数が得られるかを略図的に示すものである。このような手段で前記モードにすることにより機械的なＱ因子による前記補強体がジャイロ感知度を増加させるのに利用できる。
【００６７】
図４と図５とを参照すると、この発明の基本構成を含む参考例のセンサー体４０が図示されており、これは、所定の軸まわりの回転を感知するに適している。図示されたセンサー体１は、シリコンのような多結晶半導体から作られた平らな基板からエッチングされたものである。認識されたい点は、複数のセンサー体が一つのシリコン基板でエッチングされ、複数の軸まわりの回転を感知するのに適している複数のセンサーを備えている点である。
【００６８】
図４と図５とに示すように、センサー体４０は、長いビーム４１を備え、これの対向両端部は、パッド４２，４３に支持され、その結果、前記ビームの対向両端部は、固定の所定位置、例えば、自動車のシャーシに装着される。図示のパッド４２，４３は、比較的小さなパッドになっているが、もっと大きなシリコン基板の一部に一体に形成されることもできることを認識されたい。
【００６９】
この構成におけるビーム４１は、所定の一方向−”ソフトに”曲がる方向−に最も曲がりやすいような形状になっている。記載した構成においては、この”ソフトに”曲がる方向は、前記基板に平行ではなく、前記基板に垂直なものではない代わりに、前記基板の面に対し鋭角な角度で傾斜しているものである。この参考例の図４，図５に示した構成においては、これは、ビーム２の断面をほぼ矩形にし、この矩形体の短い側面を前記基板の上面と下面とで形成し、前記矩形体の長い平行な側面を前記基板の面に対し鋭角に傾斜させることによって達成される。記載した構成においては、前記鋭角の角度は、約５５°である。前記ビームの”ソフトに”曲がる方向は、前記矩形体の断面の長くなっている平行な側面に実質的に垂直になっている。
【００７０】
ビーム４１には、二つの同一の質量体又は振動質量体４４，４５が設けられている。これらの質量体は、ビーム４１の軸にそって各々対称である。振動質量体４４，４５は、パッド４２とパッド４３との間にビーム４１にそって等間隔に位置し、したがって、センサー体１は、対称になっている。
【００７１】
振動質量体４４は、二つの実質的に四角なブロック４６，４７を備え、これらは、相互連結バー４８により相互に連結されている。相互連結バー４８の中間点は、ビーム４１の部分と一致している。
【００７２】
少なくともブロック４６，４７の上面、好ましくは、図示のセンサー体４０の全体には、アルミニウム又はその他の金属のめっき層のような導電層４９が設けられている。この導電層は、また別に、ドーピング又はボンディング技術により形成されることができる。
【００７３】
図４，図５に示したセンサー体４０は、パッド４２，４３を介して例えば自動車のシャシーのような所に固定されるようになっていて、感知軸５０まわりの回転を感知するようになっており、この感知軸は、振動質量体４４，４５の連結バー４８の軸に実質的に平行のもので、前記二つの振動質量体４４，４５の間の中間に位置する。
【００７４】
以下に記載するように、ブロック４６，４７のような前記振動質量体両者のブロックは、前記基板の面に垂直な方向で加えられる静電気力により励起されるものである。作用する前記力の結果として、ブロック４６，４７は、相互連結バー４８の軸まわりを回転するようになる。かくして、振動質量体４４は、相互連結バー４８の軸にロックされて”シーソー”運動するようになる。この振動質量体４５は、また、その連結バーの軸にロックされて、前記質量体４４とは反対の位相で”シーソー”運動するようになる。これによって、相互連結バー４８の中央部と一致しているビーム４１の部分へねじり回転が与えられる。ビーム４１は、前記基板の面に対し鋭角をなす”ソフトに”曲がる方向を有するから、前記ねじり回転が前記基板の面の実質的の内側にあって、ビーム４１と相互連結バー４８との接合点に近接のポイントで前記基板に垂直な軸を中心とする振動質量体４４及び振動質量体４５の振動運動に直接結び付く。
【００７５】
前記二つの質量体４４，４５が励起されて前記質量体が逆相で前記基板の実質的な面内で振動する。かくして、前記質量体４４のブロック４６及び質量体４５の隣接するブロックは、同時に夫々互いに離れるように動き、その後同時に夫々互いの方向へ動く。したがって、ビーム４１は、点線５０で示すような単純な曲がり運動を行う。前記複数の質量体が逆相で振動するので、システム全体の全体の動きは、前記バーの励起のとき、ゼロとなり、これは、重心が動かないからである。
【００７６】
ここで図５を参照すると、センサー体４０は、図４について記載したように、電子機構６０に関連させて使用するようになっている。電子機構６０には、第１のリード線６１が設けられており、このリード線でポテンシャルを導電層４９へ与える。電子機構６０には、別のリード線６２が設けてあり、このリード線でポテンシャルをパッド４３に近接配置の振動質量体４４のブロック４６，４７の上に位置する容量性プレート６３，６４と前記要素４０の他方の端部に設けられた対応する容量性プレート６５，６６とに同時に与える。
【００７７】
同様に、電子機構６０には、別のリード線６７が設けられていて、このリード線によりセンサー体４０の中央に向けて位置する容量性プレート６８，６９へポテンシャルを与えると共に振動質量体４５と関連の対応する容量性プレート７０，７１にもポテンシャルを与える。図１と図２の実施の態様におけると同様に前記容量性プレートは、ガラス絶縁基板又は半絶縁基板上にある。
【００７８】
理解すべき点は、アースポテンシャルのような特殊のポテンシャルがリード線６１に与えられ、逆相信号がリード線６２，６７に与えられると、振動質量体４４（及び同様に振動質量体４５）がビーム４８の軸まわりを振動するようになる点である。負のポテンシャルのような第１のポテンシャルが導電層４９に与えられる。ついで、負のポテンシャルがリード線６２に与えられ、正のポテンシャルがリード線６７に与えられると、負のポテンシャルが容量性プレート６３，６４にあり、したがって、これらのプレートと振動質量体４４のブロック４６，４７の近接している部分との間で反発が生じる。同時に、正のポテンシャルが容量性プレート６８，６９に与えられ、このことは、前記ブロック４６，４７の近接する部分と、これらプレートとの間で吸引作用が生じることを意味する。この結果、前記振動質量体は、図５に示すように、連結バー８の軸を軸として反時計方向へ回転するようになる。同時に振動質量体４５が前記振動質量体の前記連結バーを中心として時計方向へ回転するようになることを認識されたい。
【００７９】
リード線６２，６７への極性が逆になると、振動質量体４４は、時計方向へ回転するようになるが、振動質量体４５は、反時計方向へ回転するようになる。
【００８０】
記載した態様において適切な周波数で信号が振動質量体４４，４５に与えられると、前記質量体４４，４５は、ロックされて”シーソー”運動する。前記ビームの”ソフトに”曲がる方向が前記基板の面に対し角度をもって傾斜している事実の結果として、振動質量体４４，４５は、前記基板の面において振動するようになり、各々の振動は、ビーム４１と各振動質量体４４，４５の相互連結バーとの交点に一致する実質的に垂直な軸まわりで行われる。その結果、ビーム４１は、図４の点線５０で示した単純な曲がり運動を実際に行う。
【００８１】
図５の電子機構は、さらに別の４つの容量性プレートと関連しており、各プレートは、振動質量体４４，４５のブロック４６，４７のようなブロックのそれぞれ一つと関連している。前記質量体が記載した態様で振動しているとき、センサー体全体が、振動質量体４４，４５に作用のコリオリの力の結果として、感知軸５０の軸まわりを回転すると、前記質量体は、ビーム４１の軸と一致している軸８０である検知軸まわりを回転するようになる。この回転は、コンデンサー７２，７３，７４，７５により検知されることができるもので、これは、各振動質量体４４の一方のブロックが近接の容量性プレートに近寄る一方、該損動要素の他方のブロックが近接の容量性プレートから遠退き、容量の変化が測定でき、前記電子機構に供給されて、そこで適切な検知回路が感知軸５０についてのセンサー体４０へ与えられたタームのパラメーターを決定する。
【００８２】
このようにして理解される点は、図４が角速度測定に適した本発明の基本構成を含む参考例の平面図で、図５がその斜視図であり、この構成ものは、ビーム４１からなり、このビームのソフトに曲がる方向が前記基板面と二つの質量体４４，４５に対し直角ではなく、また、それら垂直方向に平行ではない点である。前記センサー体が励起されると、前記バーは、単一の曲がりモードで振動し、前記質量体が主として、結果としての感知軸に対し平行な前記基板面内で励起軸まわりを振動するようになる。中央配置の質量体をもつバーに対してのこの利点は、前記二つの質量体の適切な形状と位置とにより、トータルのシステムに対する角運動量をゼロにすることができ、これによって前記検知が外部の角振動に対し不能になる点である。
【００８３】
バランスされた振動モードは、Ｑ因子に対しポジティブな作用を有するものでもあり、これは、エネルギーが全く周囲に放散されないからである。逆相で振動する前記質量体が前記感知軸まわりを回転すると、コリオリの力によって前記質量体にターニングモーメントが生じ、前記質量体は、ビーム４１の長さ方向の軸と一致する検知軸まわりを振動し、前記質量体は、逆相で前記面の外でスイングし出す。図４の断面図は、前記コリオリの力が前記励起された質量体運動及び感知軸に対し直角に振動する質量体に作用する状態を示す。
【００８４】
このタイプのこの構成における利点は、また、ビーム４１のある部分に補強セグメンツを設け（図３の実施の態様に示されているように）、前記励起された曲がりモードの共振周波数を検知したターニングモードによりよく合致させるようにする点である。
【００８５】
不定断面８０のｘｙｚ座標系におけるｚ軸方向の長さ方向に向くバーに対し、異なる慣性モーメントＩｙ，Ｉｘｙ及びＩｘが図６における等式により計算できる。このような断面に対し、座標変換が常に行われ、クロス慣性プロダクトＩｘ’ｙ’＝０及びｘ’−軸まわりの慣性モーメントは、Ｉｘ’＝Ｉｍｉｎになり、そして、ｙ’＝軸に対しては、Ｉｙ’＝Ｉｍａｘになる。この点に関しては、前記バーの”ソフトな”面は、前記ｘ’及びｚ−軸から立つ面として区画され、前記”ソフトに”曲がる方向は、前記”ソフトな”面に対し垂直なｙ’方向として構成される。前記機構を前記基板面に対し垂直な面に主としてそう力で励起するようにするためには、前記バーの”ソフトに”曲がる方向が前記基板面に対し垂直な面と直角又は平行にならないことが必要で、Ｉｙ’＝ＩｍａｘがＩｘ’＝Ｉｍｉｎよりも大きいことが好ましい。
【００８６】
例えば、１００の配向されたシリコン基板／フィルムの異方性ウエットエッチングを使用することにより、前記基板の垂直面に対し５４．７°の角度をもつエッチングが得られる。異なるタイプの異方性ドライエッチング、即ち、”プラズマ”エッチングで多かれ少なかれ垂直のエッチングをシリコン基板に作ることができ、拡散された電気化学ｐｎエッチングクレストをエッチングプロフィールを作るのに使用することができる。種々のエッチング方法を別々に使用し、そして、組み合わせて使用することにより、前記ソフトに曲がる方向を前記基板に対する垂直面に直角又は平行であってはならないとする要求に合致する種々異なる断面を作ることができる。図７は、例として、６つのこの種の異なる断面８１，８３，８７，８９，９１を示す。例えば、前記バーの断面８１は、スエーデン特許ＳＥ９２０３６４８−２から知られる技術を用いて、前記基板の対向する側面から異方性ウエットエッチングにより作られる。このバーは、”ソフト”な面８２を有している。前記バー断面８３を例えば異方性ウエットエッチングを用いて左側エッジをエッチングし、異方性ドライエッチングを用いて右側エッジをエッチングして作ることができる。このバーは、”ソフト”な面を有する。断面８５，８７のバーは、例えば左側エッジを異方性ドライエッチングし、右側エッジをバー断面８７に関する異方性ドライエッチングと組み合わせた電気化学ｐｎエッチングクレスト（畝）手段により作られる。これらのバーは、”ソフト”な面８６，８８を有する。バー断面８９は、ストレートのエッジをドライエッチングし、傾斜したエッジをウエットエッチングする異方性ウエットエッチングと異方性ドライエッチングとを組み合わせた例である。このバーは、”ソフト”な面９０を有する。バー断面９１は、前記バーにおける切り口がエッチング除去される二つの工程における異方性ドライエッチングの使用例である。
【００８７】
図８は、図１と図２とに関連して上記したタイプのシリコン体１、すなわち、センサー体１を関連する電極と共に組み込んだ機構を示す。
【００８８】
上記のように、シリコン体１は、シリコンに形成され、前記センサーの機械的構造を構成するのみならず、前記シリコン体を励起し、検知機能を行うように設けられたコンデンサーの各々の半分を有効に構成する。前記コンデンサーの各々の他方の半分は、容量性プレートを備え、このプレートは、例えばガラス又は半絶縁シリコンの絶縁体上に位置し、アースするストレイ容量を無くす。記載するように、前記ガラスの上に位置されている容量性プレート（複数）へ信号が送られ、固定のＤＣポテンシャルがシリコン体１に加えられる。
【００８９】
前記センサーは、前記励起機能を付与する前記容量性プレート（複数）にかかる低周波信号により励起されるもので、前記低周波信号は、シリコン体１の振動モードの所要の機械的共振周波数のものである。同時に、励起機能と検知機能を遂行する複数の容量性プレートには、それぞれ高周波信号が供給される。励起周波数で振動するセンサーがついでモデュレーターとして作用し、前記振動振幅に比例して前記高周波測定信号をモデュレートする。前記センサー体１の回転の結果として検出された、前記センサー体の面にある励起された振動及び前記検知軸まわりの振動両者についての測定信号は、回路に一緒に混合され、この回路は前記シリコン基板内に埋設され、感受性プリアンプへ結合されている。
【００９０】
前記プリアンプの後、信号は、励起及び検知ループ内で分割され、それぞれの高周波信号と混合され、ついで、低域濾波され、ついで再び分割され、二つの位相位置０°及び９０°それぞれをもつ励起信号と混合される。これら０°及び９０°信号は、前記励起ループにおいて調整器ネットワークを介して前記励起信号を発生する電圧調節された発振器へフィードバックされる。
【００９１】
検知ループにおいて励起信号と混合されてから、前記９０°信号は、回転を表し、前記０°信号は、機械的なアンバランス信号を表す。容量アンバランスもまた要求された信号をもって位相内に信号を与え、この望ましくない信号は、有用な信号よりもはるかに大きい。これをコントロールする一つの方法は、０°及び９０°信号両者を平衡ネットワークを介してフィードバックさせ、この手段においては、前記質量体に対する平衡信号の発生をコントロールして前記センサー構造体における機械的及び電気的アンバランス両者を補償する。この平衡信号は、前記励起信号と同じ周波数のＡＣタイプのもの又はインテリジェントパターンにより加えられる異なるＤＣ電圧からなる。
【００９２】
フィードバックでどのタイプのセンサー機構を使用すべきかが迅速に決定される。無限時定数が定常補償（コンスタント コンペンセーション）及びオープンループをもつ構成に相当する。短い時定数は、クローズドループをもつ構成に相当する一方遅い時定数がハイブリッド−時定数が遮断周波数を与える高域特性をもつセンサー−構造を与える。
【００９３】
半導体基板に前記機構を作ることで、励起、検知及び信号処理電子回路を必要なコントロール及びレギュレーション電子回路と共に機構として同じ基板に集積化（一体化）することが可能になる。
【００９４】
前記機構を振動させるには、実際の励起が必要で、数多くの利用できる技術が存在する：−容量、サーマル、ピエゾ電気フィルムなど。これら方法のいずれを選ぶかは、なかでも、構造形態、被包形態及び用途に要求される精度に依存する。容量励起の場合、前記構造体は、適切に配置の複数のプレートコンデンサーの間の振動電界を介して概ね励起される。励起は、二つの可動の機械的パーツの間で直接に行われるか、又は別途、一つ又は複数の固定のパーツと可動のパーツとの間で直接に行われる。サーマル（熱的）励起は、抵抗又は例えばプルス化されたレーザーのような輻射源により前記バーを部分的に加熱し、この手段で、前記バーにおいて応力勾配を得るものであり、前記サーマル励起が前記構造体の固有振動数に近い振動数で行われると、前記バーは、その固有振動数で自ら振動することが可能になる。前記バーに、例えばＺｎＯのような圧電フィルムの一層又は複数層を被着し、適当に接触させ、ついで、前記圧電フィルム層全体に振動電界を与えると、前記バーは、振動するようになる。
【００９５】
前記励起の場合にあっては、前記振動の検知に多数の原理、容量性、共振ストレスセンサー類、圧電、圧電抵抗などなどが利用できる。構造形態と所要の精度に応じて、いずれかを選択できる。クローズドループをもつタイプの構成の例では、コリオリの力で発生した振動の検知は、容量性によるのが有利であり、これは、フィードバックとプレストレスが前記バー／質量体／複数の質量体と周囲の容量プレートとの間の電界によってなされることができるからである。これによって、キャパシタンスが構成位置で変化するコンデンサーへのアクセスができ、シフトがキャパシタンスブリッジにより検知でき、これによって、前記バー／質量体／複数の質量体がゼロ位置へ復帰する態様で前記電界を変化させるサーボシステムへ信号が与えられる。共振ストレスセンサーでの検知は、前記構成がヴァキュウム内に包まれていれば、興味ある検知方法であり、この理由は、前記構成が非常に高いＱ因子を有し、高解析能を与える点にある。圧電検知は、励起が圧電的に行われ、余計な処理段階を経ることなしに有利にアクセスできる点で興味ある方法である。前記バーの動きを検知できる単純な方法は、前記シリコン基板をドーピングして形成した抵抗を用いて、ピエゾ抵抗効果手段によるものである。感知度を最高にするには、適切に配置された４つの抵抗を備えるバランスされたブリッジカップリングを使用することが有利である。さらに、最大のピエゾ抵抗効果を得るには、曲がり／回転により前記バーに生じた、検知が必要なストレスが最大になっている部位に前記抵抗を配置しなければならない。特別な用途については、例えば、干渉現象を使用し又は反射光線が前記バー／質量体／複数の質量体の位置に応じる構成を使用して前記バー／質量体／複数の質量体の動きを光学的に検知することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による第１の形態におけるシリコンから作られたセンサー体を示し、励起軸、検知軸及び感知軸を示す斜視図及び断面図（図示の線にそうもの）。
【図２】 関連した励起回路及び検知回路をもつ図１のセンサー体の略図的斜視図。
【図３】 この発明によりシリコンから作られた第１の形態の代替例の励起軸、検知軸及び感知軸を示す平面図及び断面図（図示の線にそうもの）。
【図４】 この発明の参考例による第２の形態のシリコンの平面図及び断面図（図示の線にそうもの）。
【図５】 関連した励起回路及び検知回路をもつ図４のセンサー体の斜視図。
【図６】 バーのソフトな面と曲がる方向のコンセプトの定義を説明するために使用される断面図。
【図７】 ソフトに曲がる方向が垂直な面に対し直角でもなければ平行でもないものである異なるバー断面の複数の例を示すもの。
【図８】 図１と図２とのセンサー体に使用される容量性検知及び励起電子回路の一つの例を示す説明図。

Claims (19)

1. 回転に応答するセンサーであり、このセンサーは、実質的に平らな基板から形成されたセンサー体を備え、このセンサー体は、ビームと一体であり、このビームは、二つの対向する端部を有し、各端部は、所定位置に固定されるようになっており、前記ビームには、所定の位置で前記ビームに連結されている少なくとも一つの慣性質量体が設けられ、前記センサー体は、前記慣性質量体が前記基板の面に対し垂直な軸の実質的な軸まわりを振動する第１の振動を励起させる手段と関連しており、さらに、前記ビームの長さ方向の軸と一致する軸の実質的な軸まわりを振動する前記質量体の第２の振動を検知する手段が存在し、この第２の振動は、前記センサー体が前記面に少なくとも一部があるが、前記ビームの前記軸に垂直ではない軸まわりを回転させられるときに生じるコリオリの力によって発生するようになっており、前記ビームは、前記ビームが一つの所定の方向にそって最も簡単に曲がりやすくなる形状のものであって、前記方向は、前記面に対し鋭角をなし、その結果、前記方向は、前記面に対し平行でもなければ、垂直でもなく、これによって、前記第１の振動が前記面と平行ではない励起力によって開始されるもの。
2. 前記ビームは、前記面と実質的に垂直な励起力によって第１の振動が生じるようになっている請求項１に記載のセンサー。
3. 前記ビームが最も簡単に曲がる所定の方向は、前記基板に対し約５５°である請求項１に記載のセンサー。
4. 前記又は各慣性質量体は、前記基板の面内において、それぞれが前記ビームのいずれかの側面に位置する二つの要素を備え、前記二つの要素は、連結バーで相互に連結され、前記連結バーの中央部分は、前記ビームの一部と一体になっている請求項１から請求項３のいずれかに記載のセンサー。
5. 前記又は各慣性質量体の前記第１の振動を励起する前記手段は、前記第１の慣性質量体の選択された部位に近接配置された少なくとも一つの容量性プレートと、選択されたポテンシャルを前記容量性プレートに付与する手段とを備え、前記慣性質量体には、導電性部分が設けられており、さらに、所定のポテンシャルを前記導電性部分に付与する手段が存在し、前記容量性プレートに加えられたポテンシャルによって前記慣性質量体が前記基板の面の外へ曲がるようになる構成になっている請求項１から請求項４のいずれかに記載のセンサー。
6. 前記容量性プレートが複数である請求項５に記載のセンサー。
7. 前記又は各容量性プレートがガラス又は半絶縁シリコンの基板面にある請求項５又は請求項６に記載のセンサー。
8. 前記容量性プレート又は複数の容量性プレートへポテンシャルを付与する手段は、前記慣性質量体が前記連結バーまわりをシーソー運動するようにする信号を供給するのに適しており、前記ビームの形状の作用で前記基板の面に対し垂直な軸まわりを振動する前記第１の振動を生じさせる請求項５から請求項７のいずれかに記載のセンサー。
9. 前記第２の振動を検知する手段は、前記第１の慣性質量体の選択された部位に近接して配置の少なくとも一つのさらなる容量性プレートと、前記容量性プレートと前記センサー体との間のキャパシタンスを測定して、前記第２の振動を検知する手段とを備えている請求項１から請求項８のいずれかに記載のセンサー。
10. 前記さらなる容量性プレートが複数である請求項９に記載のセンサー。
11. ただ一つの慣性質量体が存在し、この慣性質量体は、前記ビームの実質的な中央で、前記ビームを所定位置に装着するために前記ビームの対向し合う端部に設けられている手段の中間に位置する請求項１から請求項１０のいずれかに記載のセンサー。
12. 前記慣性質量体は、前記ビームの軸に対し対称になっている請求項１１に記載のセンサー。
13. 二つの慣性質量体が存在し、これら慣性質量体は、前記ビームに対称に配置され、各慣性質量体は、前記ビームの中央部と前記ビームのそれぞれの端部との間の位置に配置されている請求項１から請求項１０のいずれかに記載のセンサー。
14. 前記二つの慣性質量体は、同一のもので、前記ビームの軸に対し対称である請求項１３に記載のセンサー。
15. 各慣性質量体には、前記基板の面に垂直な軸まわりにおける前記質量体の第１の振動を励起する手段を備え、前記複数の質量体が逆相で振動する構成になっている請求項１３又は請求項１４に記載のセンサー。
16. 前記センサー体が単結晶基板から形成されている請求項１から請求項１５のいずれかに記載のセンサー。
17. 前記センサー体がシリコンから形成されている請求項１から請求項１６のいずれかに記載のセンサー。
18. 角速度を示す出力信号を与えるようになっている請求項１から請求項１７のいずれかに記載のセンサー。
19. 自動車に搭載されて安全装置の展開をコントロールする請求項１から請求項１８のいずれかに記載のセンサー。

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