JP4263790B2 - Angular velocity sensor - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は角速度センサおよび加速度検出機能をもった角速度センサに関し、特に、多軸まわりの角速度検出および多軸方向の加速度検出に適した角速度／加速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車産業や機械産業などでは、所定軸まわりの角速度や所定軸方向の加速度を正確に検出できる角速度センサや加速度センサの需要が高まってきている。一般に、三次元空間内において自由運動をする物体には、任意の向きの加速度とともに任意の回転方向の角速度が作用する。このため、この物体の運動を正確に把握するためには、ＸＹＺ三次元座標系における各座標軸方向に関する加速度とともに、各座標軸まわりの角速度を検出する必要がある。特に、ＸＹＺ三次元直交座標系内において、物体の三次元の動きを正確に捉えるためには、Ｘ軸まわりの角速度ωｘ，Ｙ軸まわりの角速度ωｙ，Ｚ軸まわりの角速度ωｚ，Ｘ軸方向の加速度αｘ，Ｙ軸方向の加速度αｙ，Ｚ軸方向の加速度αｚという合計６軸に関する角速度および加速度の成分を検出することが不可欠である。
【０００３】
このような需要に応えるため、本願発明者は、たとえば、特許協力条約に基づく国際公開第ＷＯ９４／２３２７２号公報、特開平８−３５９８１号公報、特開平８−６８６３６号公報、特開平８−９４６６１号公報、特開平８−２２６９３１号公報、特開平８−２８５６０８号公報などに、いくつかの角速度センサおよび加速度センサを提案した。これらのセンサによれば三次元の各軸まわりの角速度や各軸方向の加速度を検出することができる。ここで、角速度については、ある物体にＸ軸まわりの角速度ωｘが作用している状態において、この物体をＺ軸方向に運動させると、Ｙ軸方向にコリオリ力Ｆｙが作用するという原理を利用した検出が行われ、加速度については、ある物体にＸ軸方向の加速度αｘが作用すると、同じくＸ軸方向に加速度に基づく力（ここでは、加速度力と呼ぶことにする）ｆｘが作用するという原理を利用した検出が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
三次元空間内で運動する物体についての角速度・加速度検出という需要は、益々高まるばかりであり、今後は特に、小型かつ低価格でありながら、誤差の少ない信頼性の高い検出が可能なセンサが望まれている。しかしながら、これまで実用化されてきた角速度センサあるいは加速度センサは、構造的にまだまだ複雑な部分が多く、信頼性を高めるためには、小型化や低価格化が困難であるという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、小型かつ低価格でありながら、誤差の少ない信頼性の高い検出が可能な角速度センサおよび加速度検出機能をもった角速度センサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
(1) 本発明の第１の態様は、ＸＹＺ三次元直交座標系において定義されるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうちの少なくとも２軸まわりの角速度を検出する角速度センサにおいて、
三次元直交座標系の空間内で運動可能な第１の重錘体および第２の重錘体と、
この２つの重錘体を収容する装置筐体と、
この２つの重錘体のそれぞれを、装置筐体に対して、所定の自由度をもって運動可能となるように接続する接続部材と、
第１の重錘体をＸＹ平面に沿って回転運動させる第１の回転駆動手段と、第２の重錘体をＸＹ平面に沿って回転運動させる第２の回転駆動手段と、を有し、第１の重錘体の回転運動と第２の重錘体の回転運動とが、周期および回転方向が同一で位相が１８０°ずれたものとなるように、第１の重錘体および第２の重錘体を装置筐体内で運動させる駆動手段と、
第１の重錘体に対してＺ軸方向に作用する第１のＺ軸コリオリ力を検出する第１のコリオリ力検出手段と、
第２の重錘体に対してＺ軸方向に作用する第２のＺ軸コリオリ力を検出する第２のコリオリ力検出手段と、
第１のＺ軸コリオリ力と第２のＺ軸コリオリ力との差に基づいて、作用したＸ軸まわりおよびＹ軸まわりの角速度を求める演算手段と、
を設け、
第１の重錘体および第２の重錘体がＸ軸速度成分をもって運動中の所定時期にＸ軸検出時を定義し、第１の重錘体および第２の重錘体がＹ軸速度成分をもって運動中の所定時期にＹ軸検出時を定義したときに、
第１のコリオリ力検出手段は、
Ｘ軸検出時にＹ軸まわりの角速度が作用していた場合に、第１の重錘体に対してＺ軸方向に作用する第１のＺ軸コリオリ力を検出するＹ軸まわり角速度検出機能と、
Ｙ軸検出時にＸ軸まわりの角速度が作用していた場合に、第１の重錘体に対してＺ軸方向に作用する第１のＺ軸コリオリ力を検出するＸ軸まわり角速度検出機能と、
を有し、
第２のコリオリ力検出手段は、
Ｘ軸検出時にＹ軸まわりの角速度が作用していた場合に、第２の重錘体に対してＺ軸方向に作用する第２のＺ軸コリオリ力を検出するＹ軸まわり角速度検出機能と、
Ｙ軸検出時にＸ軸まわりの角速度が作用していた場合に、第２の重錘体に対してＺ軸方向に作用する第２のＺ軸コリオリ力を検出するＸ軸まわり角速度検出機能と、
を有し、
演算手段は、
Ｘ軸検出時に検出された第１のＺ軸コリオリ力と第２のＺ軸コリオリ力との差に基づいて、作用したＹ軸まわりの角速度を求める演算と、
Ｙ軸検出時に検出された第１のＺ軸コリオリ力と第２のＺ軸コリオリ力との差に基づいて、作用したＸ軸まわりの角速度を求める演算と、
を行う機能を有し、
Ｘ軸まわりの角速度およびＹ軸まわりの角速度を検出できるようにしたものである。
【０００７】
(2) 本発明の第２の態様は、上述の第１の態様に係る角速度センサにおいて、
第１のコリオリ力検出手段が、Ｘ軸検出時にＺ軸まわりの角速度が作用していた場合に、第１の重錘体に対してＹ軸方向に作用する第１のＹ軸コリオリ力を検出する機能と、Ｙ軸検出時にＺ軸まわりの角速度が作用していた場合に、第１の重錘体に対してＸ軸方向に作用する第１のＸ軸コリオリ力を検出する機能と、の少なくとも一方の機能からなるＺ軸まわり角速度検出機能を更に有し、
第２のコリオリ力検出手段が、Ｘ軸検出時にＺ軸まわりの角速度が作用していた場合に、第２の重錘体に対してＹ軸方向に作用する第２のＹ軸コリオリ力を検出する機能と、Ｙ軸検出時にＺ軸まわりの角速度が作用していた場合に、第２の重錘体に対してＸ軸方向に作用する第２のＸ軸コリオリ力を検出する機能と、の少なくとも一方の機能からなるＺ軸まわり角速度検出機能を更に有し、
演算手段が、Ｘ軸検出時に検出された第１のＹ軸コリオリ力と第２のＹ軸コリオリ力との差に基づいて、作用したＺ軸まわりの角速度を求める演算と、Ｙ軸検出時に検出された第１のＸ軸コリオリ力と第２のＸ軸コリオリ力との差に基づいて、作用したＺ軸まわりの角速度を求める演算と、のうちの少なくとも一方の演算を行う機能を更に有し、
Ｘ軸まわりの角速度、Ｙ軸まわりの角速度、Ｚ軸まわりの角速度のすべてを検出できるようにしたものである。
【００１０】
(3) 本発明の第３の態様は、上述の第１または第２の態様に係る角速度センサにおいて、
個々の回転駆動手段を、重錘体をＸ軸方向に沿って往復運動させるＸ軸方向駆動手段とＹ軸方向に沿って往復運動させるＹ軸方向駆動手段と、によって構成し、重錘体のＸ軸方向の往復運動とＹ軸方向の往復運動とが、周期が同一で位相が９０°ずれたものとなるように設定したものである。
【００１２】
(4) 本発明の第４の態様は、上述の第１から第３の態様に係る角速度センサにおいて、
検出時にＸ軸方向の加速度が作用していた場合に、第１の重錘体に対して加速度に起因してＸ軸方向に作用する第１のＸ軸加速度力を検出する第１の加速度力検出手段と、
検出時にＸ軸方向の加速度が作用していた場合に、第２の重錘体に対して加速度に起因してＸ軸方向に作用する第２のＸ軸加速度力を検出する第２の加速度力検出手段と、
を更に設け、
演算手段が、第１の加速度力と第２の加速度力との和に基づいて、作用したＸ軸方向の加速度を求める演算を行う機能を更に有するようにしたものである。
【００１３】
(5) 本発明の第５の態様は、上述の第１から第４の態様に係る角速度センサにおいて、
検出時にＹ軸方向の加速度が作用していた場合に、第１の重錘体に対して加速度に起因してＹ軸方向に作用する第１のＹ軸加速度力を検出する第１の加速度力検出手段と、
検出時にＹ軸方向の加速度が作用していた場合に、第２の重錘体に対して加速度に起因してＹ軸方向に作用する第２のＹ軸加速度力を検出する第２の加速度力検出手段と、
を更に設け、
演算手段が、第１の加速度力と第２の加速度力との和に基づいて、作用したＹ軸方向の加速度を求める演算を行う機能を更に有するようにしたものである。
【００１４】
(6) 本発明の第６の態様は、上述の第１から第５の態様に係る角速度センサにおいて、
検出時にＺ軸方向の加速度が作用していた場合に、第１の重錘体に対して加速度に起因してＺ軸方向に作用する第１のＺ軸加速度力を検出する第１の加速度力検出手段と、
検出時にＺ軸方向の加速度が作用していた場合に、第２の重錘体に対して加速度に起因してＺ軸方向に作用する第２のＺ軸加速度力を検出する第２の加速度力検出手段と、
を更に設け、
演算手段が、第１の加速度力と第２の加速度力との和に基づいて、作用したＺ軸方向の加速度を求める演算を行う機能を更に有するようにしたものである。
【００１５】
(7) 本発明の第７の態様は、上述の第４から第６の態様に係る角速度センサにおいて、
第１の重錘体について所定軸の方向に作用した力を検出する第１の力検出手段を、この所定軸を検出軸とする第１のコリオリ力検出手段および第１の加速度力検出手段として兼用し、
第２の重錘体について所定軸の方向に作用した力を検出する第２の力検出手段を、この所定軸を検出軸とする第２のコリオリ力検出手段および第２の加速度力検出手段として兼用し、
第１の力検出手段による力の検出値と第２の力検出手段による力の検出値との差に基づいて角速度を求め、
第１の力検出手段による力の検出値と第２の力検出手段による力の検出値との和に基づいて加速度を求めるようにしたものである。
【００１６】
(8) 本発明の第８の態様は、上述の第７の態様に係る角速度センサにおいて、
第１の重錘体および第２の重錘体の運動周波数を、検出対象となる加速度の周波数に比べて十分に高く設定し、前者を高周波数、後者を低周波数とする識別が可能になるようにし、
第１の力検出手段による力の検出値の高周波数の成分と第２の力検出手段による力の検出値の高周波数の成分との差に基づいて角速度を求め、
第１の力検出手段による力の検出値の低周波数の成分と第２の力検出手段による力の検出値の低周波数の成分との和に基づいて加速度を求めるようにしたものである。
【００１７】
(9) 本発明の第９の態様は、上述の第１から第８の態様に係る角速度センサにおいて、
各重錘体上に、励振用導電路を形成し、この励振用導電路が位置する空間に、この励振用導電路に対して磁束が平行にはならないような磁界を発生させる磁界発生手段を設け、
励振用導電路に電流を供給した場合に、この電流と磁界との相互作用に基づくローレンツ力によって重錘体が検出に必要な運動を行うように構成したものである。
【００１８】
(10) 本発明の第１０の態様は、上述の第９の態様に係る角速度センサにおいて、
各重錘体上に、更に検出用導電路を形成し、磁界発生手段が、励振用導電路および検出用導電路が位置する空間に、これら両導電路に対して磁束が平行にはならないような磁界を発生させる機能を有し、
検出用導電路に発生する誘導起電力に基づいて、重錘体に作用した力を検出できるようにしたものである。
【００１９】
(11) 本発明の第１１の態様は、上述の第１０の態様に係る角速度センサにおいて、
ＸＹＺ三次元直交座標系のＸＹ平面内に上面が含まれ、この上面の中央部に原点Ｏが定義された基板を重錘体として用い、
Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の負の部分に交差する第１の導電路と、Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の正の部分に交差する第２の導電路と、Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の負の部分に交差する第３の導電路と、Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の正の部分に交差する第４の導電路と、により励振用導電路を構成し、
Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の負の部分に交差する第５の導電路と、Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の正の部分に交差する第６の導電路と、Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の負の部分に交差する第７の導電路と、Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の正の部分に交差する第８の導電路と、により検出用導電路を構成したものである。
【００２０】
(12) 本発明の第１２の態様は、上述の第１から第１１の態様に係る角速度センサにおいて、
ＸＹＺ三次元直交座標系のＸＹ平面に平行な上面および下面を有する基板を重錘体として用い、装置筐体の一部に、重錘体の下面に対向する対向面を形成し、重錘体の下面に形成された導電面と対向面に形成された導電面とによって容量素子を形成し、この容量素子によってＺ軸コリオリ力およびＺ軸加速度力のうちの少なくとも一方を検出できるようにしたものである。
【００２１】
(13) 本発明の第１３の態様は、上述の第１から第１２の態様に係る角速度センサにおいて、
１枚の基板上に左右の領域を定義し、この基板の所定部分を除去することにより、各領域のそれぞれにおいて、中央に位置する重錘体と、この重錘体の周囲に位置し、可撓性の橋梁構造をもった接続部材とを形成するようにし、
この基板の外周部分によってフレームを構成し、接続部材により、各重錘体がフレームに接続されるようにし、橋梁構造の可撓性の範囲内で、各重錘体がフレーム内で所定の自由度をもって運動可能となるようにしたものである。
【００２２】
(14) 本発明の第１４の態様は、上述の第１から第８の態様に係る角速度センサにおいて、
重錘体側に形成した駆動用変位電極と、この駆動用変位電極に対向するように装置筐体側に形成した駆動用固定電極と、によって構成される駆動用容量素子を駆動手段として用い、駆動用変位電極と駆動用固定電極との間に電圧を印加することにより生じるクーロン力によって、重錘体を運動させるようにしたものである。
【００２３】
(15) 本発明の第１５の態様は、上述の第１４の態様に係る角速度センサにおいて、
ＸＹＺ三次元直交座標系のＸＹ平面に平行な矩形平面を上面および下面とする基板を重錘体として用い、
この重錘体のＸＺ平面に平行な側面に、ＹＺ平面に平行な電極面を有するＸ軸方向駆動用変位電極を形成し、この重錘体のＹＺ平面に平行な側面に、ＸＺ平面に平行な電極面を有するＹ軸方向駆動用変位電極を形成し、
装置筐体側に、Ｘ軸方向駆動用変位電極およびＹ軸方向駆動用変位電極の電極面にそれぞれ対向する電極面をもったＸ軸方向駆動用固定電極およびＹ軸方向駆動用固定電極を形成し、
Ｘ軸方向駆動用変位電極およびＸ軸方向駆動用固定電極の間に電圧を印加することにより生じるクーロン力によって、重錘体をＸ軸方向に運動させ、Ｙ軸方向駆動用変位電極およびＹ軸方向駆動用固定電極の間に電圧を印加することにより生じるクーロン力によって、重錘体をＹ軸方向に運動させるようにしたものである。
【００２４】
(16) 本発明の第１６の態様は、上述の第１５の態様に係る角速度センサにおいて、
重錘体の各側面にそれぞれ複数の駆動用変位電極をその側面の長手方向に並べて配置し、
装置筐体側には、これら複数の駆動用変位電極の間に互い違いに挿入されるように、複数の駆動用固定電極を配置し、
隣接して配置された１枚の駆動用変位電極と１枚の駆動用固定電極とにより駆動用容量素子が形成されるようにし、同一の駆動用容量素子を形成する駆動用変位電極と駆動用固定電極との電極間隔が、同一の駆動用容量素子を形成しない駆動用変位電極と駆動用固定電極との電極間隔よりも小さくなるように設定したものである。
【００２５】
(17) 本発明の第１７の態様は、上述の第１から第８の態様に係る角速度センサにおいて、
重錘体側に形成した検出用変位電極と、この検出用変位電極に対向するように装置筐体側に形成した検出用固定電極と、によって構成される検出用容量素子をコリオリ力または加速度力の検出手段として用い、検出用容量素子の静電容量値によってコリオリ力または加速度力を検出するようにしたものである。
【００２６】
(18) 本発明の第１８の態様は、上述の第１７の態様に係る角速度センサにおいて、
ＸＹＺ三次元直交座標系のＸＹ平面に平行な矩形平面を上面および下面とする基板を重錘体として用い、
この重錘体のＸＺ平面に平行な側面に、ＹＺ平面に平行な電極面を有するＸ軸方向検出用変位電極を形成し、この重錘体のＹＺ平面に平行な側面に、ＸＺ平面に平行な電極面を有するＹ軸方向検出用変位電極を形成し、
装置筐体側に、Ｘ軸方向検出用変位電極およびＹ軸方向検出用変位電極の電極面にそれぞれ対向する電極面をもったＸ軸方向検出用固定電極およびＹ軸方向検出用固定電極を形成し、
Ｘ軸方向検出用変位電極およびＸ軸方向検出用固定電極によって構成される検出用容量素子の静電容量値によってＸ軸方向に作用するコリオリ力または加速度力を検出し、Ｙ軸方向検出用変位電極およびＹ軸方向検出用固定電極によって構成される検出用容量素子の静電容量値によってＹ軸方向に作用するコリオリ力または加速度力を検出するようにしたものである。
【００２７】
(19) 本発明の第１９の態様は、上述の第１８の態様に係る角速度センサにおいて、
重錘体の各側面にそれぞれ複数の検出用変位電極をその側面の長手方向に並べて配置し、
装置筐体側には、これら複数の検出用変位電極の間に互い違いに挿入されるように、複数の検出用固定電極を配置し、
隣接して配置された１枚の検出用変位電極と１枚の検出用固定電極とにより検出用容量素子が形成されるようにし、同一の検出用容量素子を形成する検出用変位電極と検出用固定電極との電極間隔が、同一の検出用容量素子を形成しない検出用変位電極と検出用固定電極との電極間隔よりも小さくなるように設定したものである。
【００２８】
(20) 本発明の第２０の態様は、上述の第１８または第１９の態様に係る角速度センサにおいて、
重錘体の下面に、Ｚ軸方向検出用変位電極を形成し、装置筐体側に、Ｚ軸方向検出用変位電極に対向するＺ軸方向検出用固定電極を形成し、
Ｚ軸方向検出用変位電極およびＺ軸方向検出用固定電極によって構成される検出用容量素子の静電容量値によってＺ軸方向に作用するコリオリ力または加速度力を検出するようにしたものである。
【００２９】
(21) 本発明の第２１の態様は、上述の第１４から第２０の態様に係る角速度センサにおいて、
重錘体を導電性材料によって構成し、この重錘体表面の特定の一部分を、駆動用変位電極または検出用変位電極として用いるようにしたものである。
【００３０】
(22) 本発明の第２２の態様は、上述の第１〜第２１の態様に係る角速度センサにおいて、
互いに所定間隔をおいてほぼ平行に配置された２枚の基板と、この２枚の基板の外周部を互いに接続する側壁部と、によって密閉された検出動作空間を構成し、
この検出動作空間内に２つの重錘体を収容し、この重錘体が検出動作空間内で所定の自由度をもって運動可能となるように、重錘体と基板とを直接または間接的に接続部材によって接続するようにしたものである。
【００３１】
(23) 本発明の第２３の態様は、上述の第２２の態様に係る角速度センサにおいて、
検出対象となる範囲を越えた過度に大きな角速度または加速度が作用した場合に、重錘体がいずれか一方の基板に接触してその運動が妨げられるように、重錘体と各基板との間隔を設定し、各基板を重錘体の運動を制御する制御部材として利用できるようにしたものである。
【００３２】
(24) 本発明の第２４の態様は、上述の第２２または第２３の態様に係る角速度センサにおいて、
一方の基板に配線用開口窓を形成し、検出動作空間内に、この配線用開口窓を塞ぐように導電性の配線部材を設け、
検出動作空間の内部においては、重錘体を運動させるための駆動手段と、重錘体に作用したコリオリ力または加速度力を検出する力検出手段と、を配線部材に電気的に接続し、
検出動作空間の外部においては、配線用開口窓を通して、配線部材と外部配線とを電気的に接続するようにし、
検出動作空間の密閉状態を維持したまま電気的な配線が行われるようにしたものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。
【００３４】
§１． 重錘体を往復運動させる実施形態
＜＜＜ １．１ センサの物理的な基本構成 ＞＞＞
はじめに、本発明の一実施形態に係る角速度センサの基本構成を図１の斜視図を参照しながら説明する。図示のように、この角速度センサは、第１の重錘体１０Ａと第２の重錘体１０Ｂとを有しており、第１の重錘体１０Ａを用いた第１の検出系と第２の重錘体１０Ｂを用いた第２の検出系とが用意されている。両重錘体１０Ａ，１０Ｂは、いずれも接続部材２０によって装置筐体３０に接続されている。このとき、接続部材２０は、第１の重錘体１０Ａおよび第２の重錘体１０Ｂのそれぞれを、装置筐体３０に対して、所定の自由度をもって運動可能となるように接続する機能を有する。装置筐体３０は、図１では、単なる接続部材２０の支持点として描かれているが、実際には、接続部材２０を介して各重錘体１０Ａ，１０Ｂを支持する機能を果たすとともに、各重錘体１０Ａ，１０Ｂを収容する容器としても機能する。したがって、各重錘体１０Ａ，１０Ｂは、装置筐体３０の内部に、所定の自由度をもって運動可能となるように収容されることになり、振動子として機能することができる。
【００３５】
ここでは、説明の便宜上、図示されているＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸をもったＸＹＺ三次元直交座標系を定義し、この座標系におけるこの角速度センサの動作原理を説明することにする。上述したように、各重錘体１０Ａ，１０Ｂは、装置筐体３０内において、所定の自由度をもって運動可能となるように、接続部材２０によって支持されていることになる。より具体的に説明すれば、各重錘体１０Ａ，１０Ｂは、この直交座標系内におけるＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各座標軸方向に所定の範囲内で移動可能となるように、接続部材２０によって支持されている。図１では、接続部材２０をいわゆるコイル状のばねとして描いてあるが、本発明を実施する上での接続部材２０は、必ずしもコイル状のばねによって構成する必要はなく、後述するような板ばね状の橋梁構造などの弾力性あるいは可撓性をもった構造体によって接続部材２０を形成してもよい。また、図１の例では、第１の重錘体１０Ａと第２の重錘体１０Ｂとを接続するための接続部材２５が形成されているが、このように両重錘体間を直接接続する接続部材は必ずしも必要ではない。更に、図１の例では、接続部材２５上の１点Ｊは装置筐体３０には接続されていないが、この１点Ｊを装置筐体３０に直接接続して固定するようにしてもかまわない。要するに、本発明における接続部材２０は、各重錘体１０Ａ，１０Ｂが、それぞれ独立してＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各座標軸方向に、検出に必要な所定の範囲内で移動可能となるのであれば、どのような構造で実現してもかまわない。
【００３６】
本発明を実施する上で、各重錘体１０Ａ，１０Ｂの形状は特に限定されるものではないが、実用上は、図１に示すような基板状の重錘体を用いるのが好ましい。ここでは、ＸＹＺ三次元直交座標系のＸＹ平面に平行な上面および下面を有する同一サイズ、同一質量の基板を、第１の重錘体１０Ａおよび第２の重錘体１０Ｂとして用いた例を述べることにする。両重錘体は必ずしも同一サイズ、同一質量にする必要はないが、演算を容易にするためには、同一サイズ、同一質量にするのが好ましい。また、ここでは、第１の重錘体１０Ａと第２の重錘体１０Ｂとを、Ｘ軸方向に並べて配置した例を述べることにする。
【００３７】
＜＜＜ １．２ 角速度検出の基本原理 ＞＞＞
本発明に係る角速度センサの特徴は、第１の重錘体１０Ａを用いた第１の検出系と、第２の重錘体１０Ｂを用いた第２の検出系と、の２つの検出系を用いて、それぞれ重錘体に作用するコリオリ力を検出する点にある。後述するように、第１の重錘体１０Ａと第２の重錘体１０Ｂとを、互いに逆方向の速度成分をもつように運動させると、両重錘体に作用するコリオリ力は逆向きになるため、この両コリオリ力の差分として角速度の検出が可能になる。このような差分検出は、種々の要素に基づく誤差成分を取り除いた正確な検出値を得る上で効果的である。以下、この差分検出の原理を説明する。
【００３８】
いま、第１の重錘体１０Ａに対して、図に矢印で示されているようなＸ軸方向の振動Ｕｘ（Ａ）を与え、同時に、第２の重錘体１０Ｂに対して、図に矢印で示されているようなＸ軸方向の振動Ｕｘ（Ｂ）を与えた場合を考える。別言すれば、第１の重錘体１０Ａも第２の重錘体１０Ｂも、Ｘ軸方向に沿って往復運動していることになる。ここで、第１の重錘体１０Ａの重心Ｇ（Ａ）と、第２の重錘体１０Ｂの重心Ｇ（Ｂ）とが、いずれもＸ軸上に位置していたとすると、これら重心の変位は図２に示すようなものになる。すなわち、振動Ｕｘ（Ａ）によって、第１の重錘体１０Ａの重心Ｇ（Ａ）は、位置Ｘ０（Ａ）を中心として、Ｘ軸正方向へはＸ＋（Ａ）の位置まで移動し、Ｘ軸負方向へはＸ−（Ａ）の位置まで移動することになる。同様に、振動Ｕｘ（Ｂ）によって、第２の重錘体１０Ｂの重心Ｇ（Ｂ）は、位置Ｘ０（Ｂ）を中心として、Ｘ軸正方向へはＸ＋（Ｂ）の位置まで移動し、Ｘ軸負方向へはＸ−（Ｂ）の位置まで移動することになる。
【００３９】
さて、重錘体１０Ａ，１０ＢがこのようにＸ軸方向に往復運動しているときに、この系全体（別言すれば、装置筐体３０全体）に対して、Ｙ軸まわりの角速度ωｙが作用すると、Ｚ軸方向にコリオリ力Ｆｚが作用することになる。このコリオリ力Ｆｚの向きは、重錘体１０Ａ，１０Ｂの移動方向に応じて反転する。たとえば、作用しているＹ軸まわりの角速度ωｙが一定であったとしても、重錘体がＸ軸正方向へ移動しているときに、Ｚ軸正方向へのコリオリ力が作用したとすれば、重錘体がＸ軸負方向へ移動しているときには、Ｚ軸負方向へのコリオリ力が作用することになる。もちろん、これとは逆に、重錘体がＸ軸正方向へ移動しているときに、Ｚ軸負方向へのコリオリ力が作用し、重錘体がＸ軸負方向へ移動しているときには、Ｚ軸正方向へのコリオリ力が作用する場合もある。いずれの現象が起こるかは、作用したＹ軸まわりの角速度ωｙの回転方向（右まわりか左まわりか）に依存することになる。
【００４０】
図３(a) は、第１の重錘体１０ＡのＸ軸方向に関する往復運動（振動Ｕｘ（Ａ））によるＸ軸方向の速度Ｖｘ（Ａ）の時間変化を示すグラフであり、同図(b) は、第１の重錘体１０Ａがこのような運動を行っているときに、系全体に対してＹ軸まわりの角速度＋ωｙが作用した場合に、この角速度＋ωｙに起因して生じるＺ軸方向へのコリオリ力Ｆｚ（以下、Ｚ軸コリオリ力という）の時間変化を示すグラフであり、同図(c) は、第１の重錘体１０Ａがこのような運動を行っているときに、系全体に対してＹ軸まわりの角速度−ωｙ（角速度＋ωｙに対して逆まわりの角速度）が作用した場合に、この角速度−ωｙに起因して生じるＺ軸コリオリ力Ｆｚの時間変化を示すグラフである。これらの各グラフの横軸は、同図(d) に示す共通の時間軸に対応したものとなっている。
【００４１】
まず、第１の重錘体１０ＡのＸ軸方向の速度Ｖｘ（Ａ）の変化は、図３(a) に示すように、時刻ｔ＝ｔ０〜ｔ４を一周期とする正弦波グラフとなる。時刻ｔ＝ｔ０において、重心Ｇ（Ａ）は、Ｘ軸上の最も負側の位置Ｘ−（Ａ）にあり、このときの速度は０である。続く時刻ｔ＝ｔ１には、重心Ｇ（Ａ）は、中心位置Ｘ０（Ａ）を矢印ｒ１１で示される正の最大速度（ここでは、Ｖｘ（Ａｔ１）と表すことにする）で通過し、時刻ｔ＝ｔ２において、Ｘ軸上の最も正側の位置Ｘ＋（Ａ）に到達する。このときの速度は０である。そして、時刻ｔ＝ｔ３には、重心Ｇ（Ａ）は、中心位置Ｘ０（Ａ）を矢印ｒ１２で示される負の最大速度（ここでは、Ｖｘ（Ａｔ３）と表すことにする）で通過し、時刻ｔ＝ｔ４において、Ｘ軸上の最も負側の位置Ｘ−（Ａ）に到達する。これは、時刻ｔ０のときの状態と同じである。
【００４２】
第１の重錘体１０Ａがこのような往復運動を行っているときに、系全体にＹ軸まわりの各速度＋ωｙが作用すると、図３(b) に示すように、図３(a) のグラフと同位相の正弦波グラフで示されるようなＺ軸コリオリ力Ｆｚ（Ａ：＋ωｙ）が生じることになる。すなわち、Ｚ軸コリオリ力Ｆｚ（Ａ：＋ωｙ）の絶対値および極性は、速度Ｖｘ（Ａ）の絶対値および極性に応じて決まり、時刻ｔ＝ｔ１において矢印ｒ１３で示される正の最大値（ここでは、Ｆｚ（Ａｔ１）と表すことにする）をとり、時刻ｔ＝ｔ３において矢印ｒ１４で示される負の最大値（ここでは、Ｆｚ（Ａｔ３）と表すことにする）をとることになる。一方、角速度＋ωｙとは逆まわりの角速度−ωｙが作用していた場合には、図３(c) に示すように、図３(b) のグラフとは逆位相の正弦波グラフで示されるようなＺ軸コリオリ力Ｆｚ（Ａ：−ωｙ）が生じることになる。やはり、Ｚ軸コリオリ力Ｆｚ（Ａ：−ωｙ）の絶対値および極性は、速度Ｖｘ（Ａ）の絶対値および極性に応じて決まり、時刻ｔ＝ｔ１において矢印ｒ１５で示される負の最大値（ここでは、Ｆｚ（Ａｔ１）と表すことにする）をとり、時刻ｔ＝ｔ３において矢印ｒ１６で示される負の最大値（ここでは、Ｆｚ（Ａｔ３）と表すことにする）をとることになる。
【００４３】
結局、第１の重錘体１０ＡをＸ軸方向に往復運動させた状態において、Ｙ軸まわりの角速度＋ωｙまたは−ωｙが作用した場合、これに起因して生じるＺ軸コリオリ力Ｆｚを検出すれば、作用した角速度＋ωｙまたは−ωｙを求めることができる。たとえば、時刻ｔ１またはｔ３を検出時と定義し、この検出時におけるＺ軸コリオリ力Ｆｚの大きさおよび極性を検出することができれば、作用した角速度ωｙの大きさおよび極性（＋ωｙか、−ωｙか、別言すれば、右まわりか、左まわりか）を求めることができる。このような角速度検出原理は、既に前掲の先願において開示されている。
【００４４】
本発明の特徴は、第１の重錘体１０Ａとともに、第２の重錘体１０Ｂを設け、両重錘体の運動の位相を逆転させるようにした点にある。図４(a) は、第２の重錘体１０ＢのＸ軸方向に関する往復運動（振動Ｕｘ（Ｂ））によるＸ軸方向の速度Ｖｘ（Ｂ）の時間変化を示すグラフであり、同図(b) は、第２の重錘体１０Ｂがこのような運動を行っているときに、系全体に対してＹ軸まわりの角速度＋ωｙが作用した場合に、この角速度＋ωｙに起因して生じるＺ軸コリオリ力の時間変化を示すグラフであり、同図(c) は、第２の重錘体１０Ｂがこのような運動を行っているときに、系全体に対してＹ軸まわりの角速度−ωｙ（角速度＋ωｙに対して逆まわりの角速度）が作用した場合に、この角速度−ωｙに起因して生じるＺ軸コリオリ力Ｆｚの時間変化を示すグラフである。これらの各グラフの横軸は、同図(d) に示す共通の時間軸に対応したものとなっている。
【００４５】
まず、第２の重錘体１０ＢのＸ軸方向の速度Ｖｘ（Ｂ）の変化は、図４(a) に示すように、時刻ｔ＝ｔ０〜ｔ４を一周期とする正弦波グラフとなる。ここで留意すべき点は、図４(a) に示すグラフは、図３(a) に示すグラフに対して、位相が逆転している点である。すなわち、図４(a) のグラフでは、時刻ｔ＝ｔ０において、重心Ｇ（Ｂ）は、Ｘ軸上の最も正側の位置Ｘ＋（Ｂ）にあり、このときの速度は０である。続く時刻ｔ＝ｔ１には、重心Ｇ（Ｂ）は、中心位置Ｘ０（Ｂ）を矢印ｒ２１で示される負の最大速度（ここでは、Ｖｘ（Ｂｔ１）と表すことにする）で通過し、時刻ｔ＝ｔ２において、Ｘ軸上の最も負側の位置Ｘ−（Ｂ）に到達する。このときの速度は０である。そして、時刻ｔ＝ｔ３には、重心Ｇ（Ｂ）は、中心位置Ｘ０（Ｂ）を矢印ｒ２２で示される正の最大速度（ここでは、Ｖｘ（Ｂｔ３）と表すことにする）で通過し、時刻ｔ＝ｔ４において、Ｘ軸上の最も正側の位置Ｘ＋（Ｂ）に到達する。これは、時刻ｔ０のときの状態と同じである。
【００４６】
第２の重錘体１０Ｂがこのような往復運動を行っているときに、系全体にＹ軸まわりの各速度＋ωｙが作用すると、図４(b) に示すように、図４(a) のグラフと同位相の正弦波グラフで示されるようなＺ軸コリオリ力Ｆｚ（Ｂ：＋ωｙ）が生じることになる。すなわち、Ｚ軸コリオリ力Ｆｚ（Ｂ：＋ωｙ）の絶対値および極性は、速度Ｖｘ（Ｂ）の絶対値および極性に応じて決まり、時刻ｔ＝ｔ１において矢印ｒ２３で示される負の最大値（ここでは、Ｆｚ（Ｂｔ１）と表すことにする）をとり、時刻ｔ＝ｔ３において矢印ｒ２４で示される正の最大値（ここでは、Ｆｚ（Ｂｔ３）と表すことにする）をとることになる。一方、角速度＋ωｙとは逆まわりの角速度−ωｙが作用していた場合には、図４(c) に示すように、図４(b) のグラフとは逆位相の正弦波グラフで示されるようなＺ軸コリオリ力Ｆｚ（Ｂ：−ωｙ）が生じることになる。やはり、Ｚ軸コリオリ力Ｆｚ（Ｂ：−ωｙ）の絶対値および極性は、速度Ｖｘ（Ｂ）の絶対値および極性に応じて決まり、時刻ｔ＝ｔ１において矢印ｒ２５で示される正の最大値（ここでは、Ｆｚ（Ｂｔ１）と表すことにする）をとり、時刻ｔ＝ｔ３において矢印ｒ２６で示される負の最大値（ここでは、Ｆｚ（Ｂｔ３）と表すことにする）をとることになる。
【００４７】
さて、第１の重錘体１０Ａに対して作用したＺ軸コリオリ力を第１のＺ軸コリオリ力と呼び、第２の重錘体１０Ｂに対して作用したＺ軸コリオリ力を第２のＺ軸コリオリ力と呼ぶことにすれば、これら個々のＺ軸コリオリ力は、いずれもこの角速度センサに作用したＹ軸まわりの角速度ωｙを示すものになるが、第１のＺ軸コリオリ力と第２のＺ軸コリオリ力との差を求めれば、Ｙ軸まわりの角速度ωｙのより正確な検出値を得ることが可能になる。その理由は、たとえば、図３(b) に示すグラフ（第１の重錘体１０Ａに関するグラフ）と図４(b) に示すグラフ（第２の重錘体１０Ｂに関するグラフ）との差を求める演算結果を考えれば理解できよう。両グラフの値は、どの時点においても、常に極性が反転したものとなっているため、両者の和は理論的には０になってしまうが、両者の差をとれば、両グラフの特性を倍にした結果が得られることになる。しかも、差分演算を行うことにより、両グラフに共通して含まれていた誤差成分（たとえば、後述するような加速度成分や、温度や湿度などによる誤差成分など）が除去されることになるので、より正確な信頼性の高い検出結果を得ることができるようになる。これが、本発明に係る角速度センサにおける角速度検出の基本原理である。
【００４８】
なお、第１の重錘体１０Ａの質量と第２の重錘体１０Ｂの質量とが同一ではない場合には、両グラフの振幅は等しくならない。このような場合は、質量比に基づいた補正を行う必要がある。このような補正演算を省略するために、両重錘体の質量は等しくしておくのが好ましい。また、後述する具体的な検出動作を行う上では、両重錘体の形状やサイズも等しくしておくのが好ましい。
【００４９】
＜＜＜ １．３ 個々の角速度および加速度の検出原理 ＞＞＞
これまで、図１に示す角速度センサについて、Ｙ軸まわりの角速度ωｙを検出する原理を述べた。その要点は、まず、第１の重錘体１０Ａおよび第２の重錘体１０Ｂを、Ｘ軸方向に沿って往復運動させることである。このとき、両往復運動は、その周期は同一であるが、位相が反転したものとなるようにする。より広い概念でとらえれば、これら一対の重錘体の運動は、少なくとも所定の検出時において、第１の重錘体１０ＡがＸ軸の正方向の速度成分をもって運動し、第２の重錘体１０ＢがＸ軸の負方向の速度成分をもって運動していれば、必ずしも互いに位相が反転した往復運動である必要はない。ただ、実用上は、互いに位相が反転した往復運動をさせるのが最も簡単である。このように、一対の重錘体がＸ軸方向に運動している状態で、Ｙ軸まわりの角速度ωｙが作用すると、各重錘体にはＺ軸方向にコリオリ力が作用するので、このＺ軸コリオリ力を検出する。このとき、両重錘体の移動方向は逆向きなので、両重錘体に作用するＺ軸コリオリ力の向きも逆向きになる（向きを示す正負の符号が逆になる）。そこで、検出した両Ｚ軸コリオリ力の差（符号を考慮した差）を求めれば、この差が、作用したＹ軸まわりの角速度ωｙを示す値となる。より具体的には、差の絶対値が角速度ωｙの絶対値を示し、差の符号が角速度ωｙの向きを示すことになる。たとえば、図３および図４に示す時刻ｔ１における検出結果では、第１の重錘体１０Ａに作用したＺ軸コリオリ力から第２の重錘体１０Ｂに作用したＺ軸コリオリ力を引くことにより得られた差の符号が正ならば、角速度＋ωｙが作用したことになり、逆にこの差の符号が負ならば、角速度−ωｙが作用したことになる。
【００５０】
以上は、Ｙ軸まわりの角速度ωｙの検出原理であるが、図１に示す角速度センサでは、全く同様にして、Ｚ軸まわりの角速度ωｚを検出することも可能である。すなわち、両重錘体がＸ軸方向に往復運動している状態において、Ｚ軸まわりの角速度ωｚが作用すると、両重錘体には、Ｙ軸方向のコリオリ力（以下、Ｙ軸コリオリ力と呼ぶ）が作用することになる。この場合、やはり両重錘体の移動方向は逆向きなので、両重錘体に作用するＹ軸コリオリ力の向きも逆向きになる。そこで、検出した両Ｙ軸コリオリ力の差を求めれば、この差が、作用したＺ軸まわりの角速度ωｚを示す値となる。より具体的には、差の絶対値が角速度ωｚの絶対値を示し、差の符号が角速度ωｚの向きを示すことになる。
【００５１】
結局、両重錘体をＸ軸方向に往復運動させた状態において、各重錘体に作用するＺ軸コリオリ力およびＹ軸コリオリ力を検出すれば、Ｙ軸まわりの角速度ωｙとＺ軸まわりの角速度ωｚとの双方を求めることが可能である。なお、Ｘ軸まわりの角速度ωｘは、両重錘体をＸ軸方向に往復運動させる実施形態では求めることができない。この角速度ωｘの検出方法については、後に別な実施形態で説明する。
【００５２】
一方、図１に示す角速度センサでは、Ｘ軸方向の加速度αｘ、Ｙ軸方向の加速度αｙ、Ｚ軸方向の加速度αｚを検出することも可能である。すなわち、ニュートンの法則により、質量ｍを有する物体に加速度αが作用すると、この加速度αと同じ方向に加速度に起因した力ｆ（ここでは、加速度力ｆと呼ぶことにする）が作用し、この加速度力ｆは、ｆ＝ｍαで求められる。したがって、重錘体に作用する加速度力ｆを検出することができれば、重錘体に作用した加速度αを求めることができる。よって、図１の角速度センサでは、各重錘体に作用するＸ軸方向の加速度力ｆｘ、Ｙ軸方向の加速度力ｆｙ、Ｚ軸方向の加速度力ｆｚを検出すれば、各軸方向の加速度αｘ，αｙ，αｚを求めることができる。
【００５３】
ここで留意すべき点は、コリオリ力の向きは重錘体の運動方向によって左右されるのに対し、加速度力の向きは重錘体の運動方向とは無関係であるという点である。たとえば、この系全体に対して、Ｘ軸正方向の加速度＋αｘが作用していた場合、各重錘体がどのような方向に運動していようとも、重錘体には常にＸ軸正方向の加速度力＋ｆｘが加わることになる。すなわち、第１の重錘体１０Ａに加わる加速度力と第２の重錘体１０Ｂに加わる加速度力とは、両者の運動が逆向きであっても、理論的には常に同じ向き、同じ大きさとなる。したがって、両重錘体に作用した加速度力の和を求めれば、両重錘体に作用した平均的な加速度を求めることができる。
【００５４】
このように、重錘体に作用するコリオリ力に基づいて角速度を求めることができ、重錘体に作用する加速度力に基づいて加速度を求めることができるが、物理的な力としてみれば、コリオリ力と加速度力とに区別はない。これまで、重錘体に作用する力を検出するための具体的な手法については触れていないが、本実施形態では、後述するように、重錘体に生じた変位に基づいて作用した力を検出する方法を採っている。たとえば、図２に示すように、第１の重錘体１０Ａの重心Ｇ（Ａ）がＸ軸上で振動Ｕｘ（Ａ）に相当する運動を行っている状態において、Ｙ軸の正または負方向への力が作用すれば、重心Ｇ（Ａ）の位置はＹ軸の正または負方向へ変位することになり、振動Ｕｘ（Ａ）の軌道はＹ軸の正または負方向へずれることになる。このずれ量を検出すれば、作用したＹ軸方向の力を求めることができる。同様に、Ｚ軸方向の力については、Ｚ軸方向のずれ量を検出することにより求めることができ、Ｘ軸方向の力については、Ｘ軸方向のずれ量（この場合、振動Ｕｘ（Ａ）全体がＸ軸方向に移動することになり、たとえば、振動の中心位置Ｘ０（Ａ）が変位することになる）を検出することにより求めることができる。
【００５５】
各重錘体１０Ａ，１０Ｂを、接続部材２０によって、各座標軸方向に所定の自由度をもって運動可能なように支持しているのは、このように各軸方向の変位に基づいて、各軸方向に作用した力を検出することができるようにするためである。ただ、このようにして検出される力は、コリオリ力Ｆと加速度力ｆとの合成力であり、検出された力の絶対値からは、コリオリ力Ｆの割合や加速度力ｆの割合を知る手掛かりはない。上述したように、本発明では、コリオリ力Ｆに基づいて角速度を求め、加速度力ｆに基づいて加速度を求める必要があるため、コリオリ力Ｆと加速度力ｆとを区別して取り扱わねばならない。ところが、幸いにして、両者を区別した取り扱いが可能になる。以下、その理由を述べる。
【００５６】
まず、第１の理由は、周波数成分に基づいて両者を区別することが可能になるためである。一般に、重錘体の運動周波数は、たとえば、数ｋＨｚ程度の高い周波数に維持することが可能であるのに対し、検出対象となる加速度の周波数は、たかだか数Ｈｚ程度の低い周波数で十分である。たとえば、本発明に係る角速度センサを自動車や航空機などに搭載した場合、自動車の走行や航空機の航行によって生じる加速度は、たかだか数Ｈｚ程度の低い周波数成分だけ検出できれば十分である。もちろん、工作機械の振動検出などの用途に利用する場合は、検出対象となる加速度の周波数はより高くなるが、この場合でも、重錘体の運動周波数を更に高く設定することにより、重錘体の運動周波数と検出対象となる加速度の周波数とを区別することは可能である。
【００５７】
ところで、コリオリ力Ｆは、図３(b) ，(c) あるいは図４(b) ，(c) のグラフにも示されているように、重錘体の運動周波数と同じ周波数をもって変化する量になる。これに対して、加速度力ｆは、重錘体の運動周波数とは無関係の量である。したがって、上述したように、重錘体の運動周波数を、検出対象となる加速度の周波数に比べて十分に高く設定し、前者を高周波数、後者を低周波数とする識別が可能になるようにしておけば、得られた力の検出値のうち、高周波成分をコリオリ力Ｆとして取り扱い、低周波成分を加速度力ｆとして取り扱うことが可能になる。具体的には、力の検出信号を周波数フィルタで弁別すれば、コリオリ力Ｆに関する信号と加速度力ｆに関する信号とを分離することが可能になる。これが第１の理由である。
【００５８】
第２の理由は、角速度を求める際には、第１の重錘体１０Ａに作用したコリオリ力Ｆと第２の重錘体１０Ｂに作用したコリオリ力Ｆとの差を求める演算が行われるのに対し、加速度を求める際には、第１の重錘体１０Ａに作用した加速度力ｆと第２の重錘体１０Ｂに作用した加速度力ｆとの和を求める演算が行われるためである。たとえば、図３(b) には、角速度＋ωｙに起因して第１の重錘体１０Ａに対して生じるコリオリ力Ｆｚ（Ａ：＋ωｙ）のグラフが示されており、図４(b) には、角速度＋ωｙに起因して第２の重錘体１０Ｂに対して生じるコリオリ力Ｆｚ（Ｂ：＋ωｙ）のグラフが示されている。両グラフは正負が反転した状態になっており、両者の差に基づいて角速度ωｙが求まることになる。たとえば、時刻ｔ１を検出時とした場合、角速度ωｙは、Ｆｚ（Ａｔ１）−Ｆｚ（Ｂｔ１）なる演算によって求まる。ここで、Ｆｚ（Ｂｔ１）は負の値であり、実際には、この差の演算は、矢印ｒ１３の長さと矢印ｒ２３の長さとの和を求める演算になる。
【００５９】
以上は、コリオリ力Ｆｚのみが作用していた場合の議論であるが、もしＺ軸方向の加速度ｆｚが作用していた場合、実際に検出されるＺ軸方向の力は、コリオリ力Ｆｚと加速度力ｆｚとの合成力となる。いま、第１の重錘体１０Ａに作用するＺ軸方向の加速度力をｆｚ（Ａ）、第２の重錘体１０Ｂに作用するＺ軸方向の加速度力をｆｚ（Ｂ）とすれば、時刻ｔ１において、第１の重錘体１０Ａに作用する合成力は、Ｆｚ（Ａｔ１）＋ｆｚ（Ａ）となり、第２の重錘体１０Ｂに作用する合成力は、Ｆｚ（Ｂｔ１）＋ｆｚ（Ｂ）となる。ここで、Ｆｚ（Ａｔ１）とＦｚ（Ｂｔ１）とは、絶対値が等しく符号が逆であるのに対し、ｆｚ（Ａ）とｆｚ（Ｂ）とは、絶対値も符号も等しくなる。したがって、両合成力の差をとれば、コリオリ力Ｆｚの絶対値の和のみが求まり、加速度力ｆｚは相殺されてしまう。逆に、両合成力の和をとれば、加速度力ｆｚの絶対値の和のみが求まり、コリオリ力Ｆｚは相殺されてしまう。
【００６０】
このように、本発明では、２つの重錘体に作用した力の差に基づいて角速度が求まり、和に基づいて加速度が求まる、という基本原理があるため、差および和を求める演算によって、不要な力成分（角速度検出における加速度力の成分、加速度検出におけるコリオリ力の成分）がうまく相殺されることになる。これが第２の理由である。
【００６１】
＜＜＜ １．４ 角速度および加速度の検出回路 ＞＞＞
図５〜図７は、上述した原理に基づいて、ＸＹＺの各座標軸方向の加速度αｘ，αｙ，αｚと、Ｙ軸まわりの角速度ωｙおよびＺ軸まわりの角速度ωｚとの５軸成分を検出する検出回路の基本構成を示すブロック図である。
【００６２】
図５は、第１の重錘体１０Ａに関する検出回路のブロック図を示す。Ｘ軸方向駆動手段４０Ａは、第１の重錘体１０ＡをＸ軸に沿って往復運動させる手段であり、その具体的な構成例については後述する。このＸ軸方向駆動手段４０Ａの動作により、第１の重錘体１０ＡがＸ軸に沿って運動している状態において、Ｘ軸方向力検出手段５１Ａ，Ｙ軸方向力検出手段５２Ａ，Ｚ軸方向力検出手段５３Ａによって、第１の重錘体１０Ａに対してＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に作用した力（コリオリ力Ｆと加速度力ｆ）が検出される。まず、Ｘ軸方向力検出手段５１Ａによって、加速度力ｆｘ（Ａ）のみが検出される（重錘体はＸ軸方向に運動しているので、Ｘ軸方向のコリオリ力は生じない）。一方、Ｙ軸方向力検出手段５２Ａによって、加速度力ｆｙ（Ａ）と、Ｚ軸まわりの角速度ωｚに起因して生じるコリオリ力Ｆｙ（Ａ：ωｚ）との合成力が検出される。また、Ｚ軸方向力検出手段５３Ａによって、加速度力ｆｚ（Ａ）と、Ｙ軸まわりの角速度ωｙに起因して生じるコリオリ力Ｆｚ（Ａ：ωｙ）との合成力が検出される。
【００６３】
Ｙ軸方向信号分離手段６１ＡおよびＺ軸方向信号分離手段６２Ａは、上述したように、得られた合成力の信号を、高周波成分（コリオリ力Ｆの成分）と低周波成分（加速度力ｆの成分）とに分離する機能を果たす。これにより、加速度力ｆｙ（Ａ）とコリオリ力Ｆｙ（Ａ：ωｚ）とが分離され、加速度力ｆｚ（Ａ）とコリオリ力Ｆｚ（Ａ：ωｙ）とが分離される。加速度および角速度の各演算手段７１Ａ〜７５Ａは、得られた加速度力ｆｘ（Ａ），ｆｙ（Ａ），ｆｚ（Ａ）とコリオリ力Ｆｙ（Ａ：ωｚ），Ｆｚ（Ａ：ωｙ）とに基づいて、それぞれ加速度αｘ（Ａ），αｙ（Ａ），αｚ（Ａ），角速度ωｚ（Ａ），ωｙ（Ａ）を演算する機能を有する。具体的には、所定の検出時に入力された加速度力ｆあるいはコリオリ力Ｆの信号値に、所定の係数を乗じて、加速度値あるいは角速度値として出力する処理を行う。
【００６４】
こうして、各演算手段７１Ａ〜７５Ａから出力された加速度αｘ（Ａ），αｙ（Ａ），αｚ（Ａ），角速度ωｚ（Ａ），ωｙ（Ａ）の値は、もちろん、そのまま加速度検出値および角速度検出値として利用することができる。しかしながら、これらの検出値は必ずしも正確な値ではなく、実際には、種々の誤差成分が含まれている。たとえば、信号分離手段６１Ａ，６２Ａにおいて行われた周波数に基づく分離処理では、必ずしも加速度力とコリオリ力との厳密な分離が行われているわけではない。また、実際のセンサでは、各軸方向に作用した力を検出するために具体的な検出素子が用いられるが、これらの検出素子では、温度などの環境によって検出感度に変化が生じる可能性がある。
【００６５】
本発明では、第１の重錘体１０Ａを用いた第１の検出系とともに、第２の重錘体１０Ｂを用いた第２の検出系が設けられており、両検出計の検出結果を用いて、種々の誤差成分を相殺できるようにしている。図６は、第２の重錘体１０Ｂに関する検出回路のブロック図を示す。この図６の検出回路は、図５に示す検出回路における符号Ａを符号Ｂに書き替えたものであり、両検出回路の実体的な内容は全く同じである。したがって、ここでは、図６の検出回路の構成および動作についての説明は省略する。この図６の検出回路によって、加速度αｘ（Ｂ），αｙ（Ｂ），αｚ（Ｂ），角速度ωｚ（Ｂ），ωｙ（Ｂ）の値が得られることになる。
【００６６】
図７に示す回路は、図５に示す検出回路によって得られた加速度αｘ（Ａ），αｙ（Ａ），αｚ（Ａ），角速度ωｙ（Ａ），ωｚ（Ａ）と、図６に示す検出回路によって得られた加速度αｘ（Ｂ），αｙ（Ｂ），αｚ（Ｂ），角速度ωｙ（Ｂ），ωｚ（Ｂ）とに基づいて、最終的な加速度αｘ，αｙ，αｚ，角速度ωｙ，ωｚを求める回路である。すなわち、各軸方向の加速度を示す値については和を求める演算が行われ、各軸まわりの角速度を示す値については差を求める演算が行われる。この演算により、種々の誤差成分が相殺され、より正確な検出値が得られることになる。
【００６７】
＜＜＜ １．５ Ｘ軸まわりの角速度ωｘの検出原理 ＞＞＞
図７に示されているように、上述した角速度センサでは、３軸に関する加速度αｘ，αｙ，αｚと、２軸に関する角速度ωｙ，ωｚを検出することができるが、Ｘ軸まわりの角速度ωｘについては検出することはできない。これは、重錘体の運動方向がＸ軸方向であるため、Ｘ軸まわりの角速度ωｘに基づくコリオリ力が発生しないためである。したがって、Ｘ軸まわりの角速度ωｘを検出するためには、重錘体をＹ軸方向またはＺ軸方向に運動させた状態で、Ｚ軸方向またはＹ軸方向に作用するコリオリ力を検出すればよい。
【００６８】
たとえば、図８に示すように、第１の重錘体１０Ａに対して、図に矢印で示されているようなＹ軸方向の振動Ｕｙ（Ａ）を与え、同時に、第２の重錘体１０Ｂに対して、図に矢印で示されているようなＹ軸方向の振動Ｕｙ（Ｂ）を与えたとする。別言すれば、第１の重錘体１０Ａも第２の重錘体１０Ｂも、Ｙ軸方向に沿って往復運動していることになる。このとき、振動Ｕｙ（Ａ）と振動Ｕｙ（Ｂ）とは、周期が同一で位相が反転したものとなるようにし、常に、両重錘体が逆方向に運動するようにする。ここで、第１の重錘体１０Ａの重心Ｇ（Ａ）と、第２の重錘体１０Ｂの重心Ｇ（Ｂ）とが、いずれもＸ軸上に位置していたとすると、これら重心の変位は図９に示すようなものになる。すなわち、振動Ｕｙ（Ａ）によって、第１の重錘体１０Ａの重心Ｇ（Ａ）は、位置Ｙ０（Ａ）を中心として、Ｙ軸正方向へはＹ＋（Ａ）の位置まで移動し、Ｙ軸負方向へはＹ−（Ａ）の位置まで移動することになる。同様に、振動Ｕｙ（Ｂ）によって、第２の重錘体１０Ｂの重心Ｇ（Ｂ）は、位置Ｙ０（Ｂ）を中心として、Ｙ軸正方向へはＹ＋（Ｂ）の位置まで移動し、Ｙ軸負方向へはＹ−（Ｂ）の位置まで移動することになる。
【００６９】
この状態で、重錘体１０Ａ，１０Ｂに作用する各Ｚ軸コリオリ力（互いに逆符号になる）を検出し、両者の差を求めれば、Ｘ軸まわりの角速度ωｘを得ることができる。もちろん、このとき、重錘体１０Ａ，１０Ｂに作用する各Ｙ軸コリオリ力（互いに逆符号になる）を検出し、両者の差を求めれば、Ｚ軸まわりの角速度ωｚを得ることもできるし、各軸方向の加速度αｘ，αｙ，αｚを得ることもできる。
【００７０】
結局、図８に示すような運動態様（各重錘体をＹ軸方向に振動させる態様）では、３軸に関する加速度αｘ，αｙ，αｚと、２軸に関する角速度ωｘ，ωｚを検出することができるが、Ｙ軸まわりの角速度ωｙについては検出することはできない。したがって、各軸方向に関する加速度と各軸まわりに関する角速度とのすべてを検出するためには、図１に示すような運動態様（各重錘体をＸ軸方向に振動させる態様）と図８に示すような運動態様とを交互に切り替えて実施すればよい。しかしながら、実用上は、Ｘ軸方向の運動態様をＹ軸方向の運動態様に切り替えるのは非効率的である。そこで、３軸方向の加速度と３軸まわりの角速度との６軸成分を検出するためには、次のセクションで述べるように、重錘体を回転運動させる実施形態を採るのが好ましい。
【００７１】
§２． 重錘体を回転運動させる実施形態
＜＜＜ ２．１ 回転運動の形態 ＞＞＞
前述した§１では、各重錘体１０Ａ，１０Ｂを、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に沿って往復運動させる形態を述べたが、ここでは、各重錘体１０Ａ，１０Ｂを、円軌道に沿って回転運動させる形態を、図１０を参照しながら説明する。図１０は、各重錘体１０Ａ，１０Ｂの重心Ｇ（Ａ），Ｇ（Ｂ）の運動軌跡を示すＸＹ平面の平面図である。ここでは、説明の便宜上、Ｘ軸の正方向を図の右方向にとり、Ｙ軸の正方向を図の上方向にとって示してあり、図の右半分には第１の重錘体１０Ａの運動軌跡が示され、図の左半分には第２の重錘体１０Ｂの運動軌跡が示されている。図の右半分において、点Ｐ１（Ａ）〜点Ｐ４（Ａ）は、それぞれ時刻ｔ１〜ｔ４における重心Ｇ（Ａ）の位置を示しており、重心Ｇ（Ａ）は図示された円軌道に沿って時計まわりに移動している。同様に、図の左半分において、点Ｐ１（Ｂ）〜点Ｐ４（Ｂ）は、それぞれ時刻ｔ１〜ｔ４における重心Ｇ（Ｂ）の位置を示しており、重心Ｇ（Ｂ）は図示された円軌道に沿って時計まわりに移動している。
【００７２】
このように、重錘体１０Ａ，１０Ｂはいずれも同一周期で同一の回転方向に回転運動をしていることになるが、その位相は１８０°ずれたものとなっている。すなわち、時刻ｔ１において、重心Ｇ（Ａ）は円軌道の最上位置にある点Ｐ１（Ａ）に位置しているのに対して、重心Ｇ（Ｂ）は円軌道の最下位置にある点Ｐ１（Ｂ）に位置している。このように両重錘体の回転運動の位相を１８０°ずらすと、どの瞬間においても、両重錘体の移動方向は逆向きになる。図１０の各点には、それぞれその時点における重錘体の運動速度ベクトル（円軌道の接線方向を向いている）を矢印で示してある。すなわち、時刻ｔ１では、第１の重錘体１０Ａは、点Ｐ１（Ａ）においてＸ軸正方向に速度Ｖｘ（Ａｔ１）で移動しているのに対し、第２の重錘体１０Ｂは、点Ｐ１（Ｂ）においてＸ軸負方向に速度Ｖｘ（Ｂｔ１）で移動している。同様に、時刻ｔ２では、第１の重錘体１０Ａは、点Ｐ２（Ａ）においてＹ軸負方向に速度Ｖｙ（Ａｔ２）で移動しているのに対し、第２の重錘体１０Ｂは、点Ｐ２（Ｂ）においてＹ軸正方向に速度Ｖｙ（Ｂｔ２）で移動しており、時刻ｔ３では、第１の重錘体１０Ａは、点Ｐ３（Ａ）においてＸ軸負方向に速度Ｖｘ（Ａｔ３）で移動しているのに対し、第２の重錘体１０Ｂは、点Ｐ３（Ｂ）においてＸ軸正方向に速度Ｖｘ（Ｂｔ３）で移動しており、時刻ｔ４では、第１の重錘体１０Ａは、点Ｐ４（Ａ）においてＹ軸正方向に速度Ｖｙ（Ａｔ４）で移動しているのに対し、第２の重錘体１０Ｂは、点Ｐ４（Ｂ）においてＹ軸負方向に速度Ｖｙ（Ｂｔ４）で移動している。
【００７３】
このような回転運動には、Ｘ軸方向についての単振動とＹ軸方向についての単振動とが含まれており、図１に示すように、重錘体をＸ軸方向に往復運動させた状態での検出動作と、図８に示すように、重錘体をＹ軸方向に往復運動させた状態での検出動作と、の両方を行うことが可能になる。
【００７４】
たとえば、時刻ｔ１では、上述したように、第１の重錘体１０Ａは、点Ｐ１（Ａ）においてＸ軸正方向に速度Ｖｘ（Ａｔ１）で移動し、第２の重錘体１０Ｂは、点Ｐ１（Ｂ）においてＸ軸負方向に速度Ｖｘ（Ｂｔ１）で移動しており、これは図３(a) の矢印ｒ１１および図４(a) の矢印ｒ２１で示されている運動と同じである。同様に、時刻ｔ３では、上述したように、第１の重錘体１０Ａは、点Ｐ３（Ａ）においてＸ軸負方向に速度Ｖｘ（Ａｔ３）で移動し、第２の重錘体１０Ｂは、点Ｐ３（Ｂ）においてＸ軸正方向に速度Ｖｘ（Ｂｔ３）で移動しており、これは図３(a) の矢印ｒ１２および図４(a) の矢印ｒ２２で示されている運動と同じである。結局、時刻ｔ１およびｔ３では、図１に示すように、重錘体をＸ軸方向に往復運動させた状態と等価な運動状態が得られることになり、この時刻ｔ１およびｔ３を検出時とする検出を行えば、加速度αｘ，αｙ，αｚおよび角速度ωｙ，ωｚの５軸成分を検出することができる。ここでは、時刻ｔ１およびｔ３を、Ｘ軸検出時と呼ぶことにする。
【００７５】
これに対して、時刻ｔ２およびｔ４では、図８に示すように、重錘体をＹ軸方向に往復運動させた状態と等価な運動状態が得られることになり、この時刻ｔ２およびｔ４を検出時とする検出を行えば、加速度αｘ，αｙ，αｚおよび角速度ωｘ，ωｚの５軸成分を検出することができる。ここでは、時刻ｔ２およびｔ４をＹ軸検出時と呼ぶことにする。
【００７６】
結局、時刻ｔ１〜ｔ４を一周期とする検出動作を行えば、Ｘ軸検出時には、αｘ，αｙ，αｚ，ωｙ，ωｚの５軸成分が検出でき、Ｙ軸検出時には、αｘ，αｙ，αｚ，ωｘ，ωｚの５軸成分が検出できることになり、一検出周期の間に、全６軸成分の検出が可能になる。
【００７７】
＜＜＜ ２．２ 角速度および加速度の検出回路 ＞＞＞
図１１〜図１３は、上述した原理に基づいて、ＸＹＺの各座標軸方向の加速度αｘ，αｙ，αｚと、各座標軸まわりの角速度ωｘ，ωｙ，ωｚとの６軸成分を検出する検出回路の基本構成を示すブロック図である。
【００７８】
図１１は、第１の重錘体１０Ａに関する検出回路のブロック図を示す。回転駆動手段１４０Ａは、第１の重錘体１０Ａを円軌道に沿って回転運動させる手段であり、その具体的な構成例については後述する。この回転駆動手段１４０Ａの動作により、第１の重錘体１０Ａが円軌道に沿って運動している状態において、Ｘ軸方向力検出手段１５１Ａ，Ｙ軸方向力検出手段１５２Ａ，Ｚ軸方向力検出手段１５３Ａによって、第１の重錘体１０Ａに対してＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に作用した力（コリオリ力Ｆと加速度力ｆ）が検出される。
【００７９】
まず、Ｘ軸方向力検出手段１５１Ａによって、Ｘ軸方向に作用した力が検出されるが、Ｘ軸検出時（時刻ｔ１，ｔ３）には、加速度力ｆｘ（Ａ）のみが検出され（Ｘ軸検出時には、重錘体はＸ軸方向に運動しているので、Ｘ軸方向のコリオリ力は生じない）、Ｙ軸検出時（時刻ｔ２，ｔ４）には、加速度力ｆｘ（Ａ）とコリオリ力Ｆｘ（Ａ：ωｚ）との合成力が検出される。なお、図では、Ｘ軸検出時に検出される力を▲１▼で示し、Ｙ軸検出時に検出される力を▲２▼で示してある。
【００８０】
同様に、Ｙ軸方向力検出手段１５２Ａによって、Ｙ軸方向に作用した力が検出されるが、Ｘ軸検出時（時刻ｔ１，ｔ３）には、加速度力ｆｙ（Ａ）とコリオリ力Ｆｙ（Ａ：ωｚ）との合成力が検出され、Ｙ軸検出時（時刻ｔ２，ｔ４）には、加速度力ｆｙ（Ａ）のみが検出される（Ｙ軸検出時には、重錘体はＹ軸方向に運動しているので、Ｙ軸方向のコリオリ力は生じない）。
【００８１】
また、Ｚ軸方向力検出手段１５３Ａによって、Ｚ軸方向に作用した力が検出されるが、Ｘ軸検出時（時刻ｔ１，ｔ３）には、加速度力ｆｚ（Ａ）とＹ軸まわりの角速度に起因したコリオリ力Ｆｚ（Ａ：ωｙ）との合成力が検出され、Ｙ軸検出時（時刻ｔ２，ｔ４）には、加速度力ｆｚ（Ａ）とＸ軸まわりの角速度に起因したコリオリ力Ｆｚ（Ａ：ωｘ）との合成力が検出される。
【００８２】
Ｘ軸方向信号分離手段１６１Ａ，Ｙ軸方向信号分離手段１６２Ａ，Ｚ軸方向信号分離手段１６３Ａは、得られた合成力の信号を、高周波成分（コリオリ力Ｆの成分）と低周波成分（加速度力ｆの成分）とに分離する機能を果たす。これにより、加速度力ｆｘ（Ａ）とコリオリ力Ｆｘ（Ａ：ωｚ）とが分離され、加速度力ｆｙ（Ａ）とコリオリ力Ｆｙ（Ａ：ωｚ）とが分離され、加速度力ｆｚ（Ａ）とコリオリ力Ｆｚ（Ａ：ωｙ）またはＦｚ（Ａ：ωｘ）とが分離される。加速度および角速度の各演算手段１７１Ａ〜１７６Ａは、得られた加速度力ｆｘ（Ａ），ｆｙ（Ａ），ｆｚ（Ａ）とコリオリ力Ｆｘ（Ａ：ωｚ），Ｆｙ（Ａ：ωｚ），Ｆｚ（Ａ：ωｙ），Ｆｚ（Ａ：ωｘ）とに基づいて、加速度αｘ（Ａ），αｙ（Ａ），αｚ（Ａ），角速度ωｘ（Ａ），ωｙ（Ａ），ωｚ（Ａ）を演算する機能を有する。具体的には、所定の検出時に入力された加速度力ｆあるいはコリオリ力Ｆの信号値に、所定の係数を乗じて、加速度値あるいは角速度値として出力する処理を行う。
【００８３】
なお、角速度演算手段１７２Ａと１７４Ａとは、いずれも角速度ωｚ（Ａ）を出力する機能を有しているので、少なくとも一方があれば足りる。ただ、両方を設けておけば、Ｘ軸検出時にもＹ軸検出時にも、角速度ωｚ（Ａ）を得ることができる。また、角速度演算手段１７６Ａは、Ｘ軸検出時には角速度ωｙ（Ａ）を出力し、Ｙ軸検出時には角速度ωｘ（Ａ）を出力する、という交互出力動作を行うことになるので、いずれの検出時に出力された値であるかによって、出力値を区別して取り扱うようにする必要がある。
【００８４】
こうして、各演算手段１７１Ａ〜１７６Ａから出力された加速度αｘ（Ａ），αｙ（Ａ），αｚ（Ａ），角速度ωｘ（Ａ），ωｙ（Ａ），ωｚ（Ａ）の値は、もちろん、そのまま加速度検出値および角速度検出値として利用することができる。しかしながら、これらの検出値は必ずしも正確な値ではなく、実際には、上述したように種々の誤差成分が含まれている。そこで、第１の重錘体１０Ａを用いた第１の検出系と、第２の重錘体１０Ｂを用いた第２の検出系とを利用して、誤差成分を相殺する。図１２は、第２の重錘体１０Ｂに関する検出回路のブロック図を示す。この図１２の検出回路は、図１１に示す検出回路における符号Ａを符号Ｂに書き替えたものであり、両検出回路の実体的な内容は全く同じである。したがって、ここでは、図１２の検出回路の構成および動作についての説明は省略する。この図１２の検出回路によって、加速度αｘ（Ｂ），αｙ（Ｂ），αｚ（Ｂ），角速度ωｘ（Ｂ），ωｙ（Ｂ），ωｚ（Ｂ）の値が得られることになる。
【００８５】
図１３に示す回路は、図１１に示す検出回路によって得られた加速度αｘ（Ａ），αｙ（Ａ），αｚ（Ａ），角速度ωｘ（Ａ），ωｙ（Ａ），ωｚ（Ａ）と、図１２に示す検出回路によって得られた加速度αｘ（Ｂ），αｙ（Ｂ），αｚ（Ｂ），角速度ωｘ（Ｂ），ωｙ（Ｂ），ωｚ（Ｂ）とに基づいて、最終的な加速度αｘ，αｙ，αｚ，角速度ωｘ，ωｙ，ωｚを求める回路である。すなわち、各軸方向の加速度を示す値については和を求める演算が行われ、各軸まわりの角速度を示す値については差を求める演算が行われる。この演算により、種々の誤差成分が相殺され、より正確な検出値が得られることになる。
【００８６】
§３． 重錘体の運動機構および力の検出機構
本発明に係る角速度センサでは、重錘体に所定の運動を行わせた状態において、この重錘体に作用する力を検出することにより、角速度および加速度の検出を行うことになる。そこで、ここでは、重錘体を運動させるための具体的な機構および重錘体に作用する力を検出するための具体的な機構を述べることにする。
【００８７】
＜＜＜ ３．１ 導電路を利用した基本原理 ＞＞＞
いま、図１４に示すように、ＸＹ平面に平行な上面を有する基板を重錘体１０として用いることにし、この重錘体１０を接続部材２０によって装置筐体３０に接続する。そして、この重錘体１０の上面に、図示のように、Ｙ軸に沿って伸びる一対の励振用導電路Ｌｙ１，Ｌｙ２を形成する。一方、この励振用導電路Ｌｙ１，Ｌｙ２が位置する空間に、この励振用導電路Ｌｙ１，Ｌｙ２に対して磁束が平行にはならないような均一磁界を発生させる磁界発生手段１００を設ける。図示の例の場合、磁界発生手段１００は、Ｚ軸方向を向いた均一な平行磁束φｚを発生させる機能を有する。
【００８８】
このような構成において、励振用導電路Ｌｙ１，Ｌｙ２に励振用電流Ｉｙを流すと、この電流Ｉｙと磁界との相互作用に基づくローレンツ力によって、重錘体１０に対してＸ軸方向の力が作用する。したがって、励振用導電路Ｌｙ１，Ｌｙ２に対して、それぞれ同位相の交流電流Ｉｙを供給すると、重錘体１０はＸ軸方向に単振動することになる。よって、重錘体１０上に励振用導電路Ｌｙ１，Ｌｙ２を設けておけば、重錘体１０をＸ軸方向に往復運動させることが可能になる。なお、原理的には、励振用導電路は、Ｌｙ１またはＬｙ２のいずれか一方のみで足りるが、安定した往復運動を行わせるためには、重錘体１０の重心位置を挟んで線対称となる位置に一対の励起用導電路を設けるのが好ましい。また、重錘体１０をＹ軸方向に往復運動させる場合には、Ｘ軸に沿って伸びる励振用導電路を用いればよいし、重錘体１０をＸＹ平面内で回転運動させる場合には、後述するように、Ｘ軸に沿って伸びる励振用導電路とＹ軸に沿って伸びる励振用導電路との双方を用いればよい。
【００８９】
次に、図１５に示すように、重錘体１０の上面に、Ｘ軸に沿って伸びる一対の検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２と、Ｙ軸に沿って伸びる一対の検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２とを形成した場合を考える。この場合も、検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２，Ｋｙ１，Ｋｙ２が位置する空間に、これらの導電路に対して磁束が平行にはならないような均一磁界を発生させる磁界発生手段１００を設ける。図示の例の場合、磁界発生手段１００は、Ｚ軸方向を向いた均一な平行磁束φｚを発生させる機能を有する。
【００９０】
この図１５に示すような構成において、重錘体１０に何らかの力が作用し、重錘体１０がＸ軸方向に速度Ｖｘで変位した場合、Ｙ軸に沿って伸びる検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２が磁束φｚを切る運動を行うため、この検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２の両端には、フレミングの法則に基づいて、それぞれ所定の誘導起電力Ｅｙが生じることになる。よって、この起電力Ｅｙを検出することにより、Ｘ軸方向への変位速度Ｖｘを求めることができる。また、図１６に示すように、重錘体１０に何らかの力が作用し、重錘体１０がＹ軸方向に速度Ｖｙで変位した場合、Ｘ軸に沿って伸びる検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２が磁束φｚを切る運動を行うため、この検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２の両端には、それぞれ所定の誘導起電力Ｅｘが生じることになる。よって、この起電力Ｅｘを検出することにより、Ｙ軸方向への変位速度Ｖｙを求めることができる。
【００９１】
なお、原理的には、検出用導電路は、Ｋｘ１またはＫｘ２のいずれか一方と、Ｋｙ１またはＫｙ２のいずれか一方と、を設けておけば足りるが、安定した検出動作を行うためには、重錘体１０の重心位置を挟んで線対称となる位置にそれぞれ一対の検出用導電路を設けるのが好ましい。
【００９２】
ところで、本発明において検出すべき量は、重錘体１０に作用した力（コリオリ力および加速度力）である。ここで、この重錘体１０に作用した力と、重錘体１０に生じた変位との間には、所定の対応関係が定義できる。すなわち、作用した力の方向と変位の方向は一致し、力の大きさと変位の大きさは対応する（作用した力が大きくなればなるほど、変位も大きくなる）。特に、接続部材２０が線形伸縮動作を行う場合には、作用した力の大きさと、変位の大きさは線形対応することになる。したがって、重錘体１０の変位量を直接検出することができれば、この変位量を作用した力を示す量としてそのまま利用することができる。
【００９３】
しかしながら、上述した検出用導電路に発生する誘導起電力は、重錘体１０の変位量を直接示す物理量ではなく、あくまでも重錘体１０の変位速度を示す物理量である。別言すれば、変位の時間微分値を示す物理量である。よって、この誘導起電力の値は、作用した力の時間微分値に対応した値ということになり、作用した力そのものを示す値にはならない。ただ、この誘導起電力の値を、作用した力を示す疑似的な値として利用しても、三次元空間内を自由運動する物体についての角速度や加速度を検出する用途における実用上は大きな問題は生じない。その理由は次のとおりである。
【００９４】
まず、角速度の検出については、何ら問題は生じない。なぜなら、角速度に基づいて作用するコリオリ力は、重錘体１０の運動方向が周期的に変化しているため、必ず周期的に変化することになるためである。たとえば、一定の向きに一定の角速度で回転しているシャフトに、この角速度センサを取り付けたとすると、センサの装置筐体３０内で、重錘体１０の運動方向は周期的に向きを変えるため、コリオリ力の向きも周期的に変わることになり、検出用導電路には常に誘導起電力が発生することになる。したがって、この誘導起電力の値を、重錘体１０に作用したコリオリ力を示す値として利用し、角速度ωを演算しても何ら問題はない。
【００９５】
一方、この誘導起電力の値を、重錘体１０に作用した加速度力を示す値として利用し、加速度αを求める場合を考える。フレミングの法則によると、発生する誘導起電力は、導電路の移動速度に比例するので、加速度は誘導起電力の微分値に比例することになる。したがって、発生した誘導起電力から加速度αを求めるためには、誘導起電力の値を微分すればよいことになる（図５，図６，図１１，図１２に示されている力検出手段または加速度演算手段に、このような微分を求めるための微分回路を内蔵させておけばよい）。
【００９６】
もっとも、この方法では、静的な加速度ではなく、動的な加速度（加速度の変動成分）のみしか検出することはできず、重力加速度ｇのような静的な加速度は、この方法では検出することができない。たとえば、重力加速度ｇが、重錘体１０に対してＹ軸方向に作用していた場合、重錘体１０自体はこの重力加速度ｇに起因した加速度力によってＹ軸方向に変位した状態を維持することになるが、このような定常的な変位によっては、検出用導電路に誘導起電力は生じない。このため、静的な加速度は、検出用導電路を利用する方法では検出することができない。しかしながら、自動車や航空機など、三次元空間内を自由運動する物体について測定すべき加速度は、ほとんどの場合、動的な加速度である。したがって、実用上は、上述した誘導起電力の微分値に基づいて動的加速度のみを検出する手法を採っても問題は生じない。もちろん、重力加速度ｇのような静的な加速度検出をも必要とする場合には、重錘体１０の変位自体を検出することができる別な手法を採ればよい。
【００９７】
＜＜＜ ３．２ 容量素子を利用した基本原理 ＞＞＞
上述した検出用導電路を用いた方法によれば、重錘体１０に作用したＸ軸方向の力およびＹ軸方向の力を検出することはできるが、Ｚ軸方向の力を検出することはできない。なぜなら、磁界発生手段１００によって発生した磁界が、Ｚ軸方向を向いた磁束φｚを有するからである。そこで、Ｚ軸方向の力検出を行うためには、別な手段を用いなければならない。ここでは、容量素子を利用して、Ｚ軸方向の力検出を行う方法を述べる。
【００９８】
図１７は、この方法で用いる重錘体１０の側断面図である。ここで、重錘体１０は、ＸＹ平面に平行な上面および下面を有する基板であり、接続部材２０によって、装置筐体３０に接続されている。また、この装置筐体３０の一部には、重錘体１０の下面に対向する対向面８０が形成されている。更に、重錘体１０の下面には、電極Ｅ１が形成され、対向面８０の上面には、電極Ｅ２が形成されている。両電極Ｅ１，Ｅ２は、対向した位置に配置され、対向した一対の導電面によって容量素子が形成されている。
【００９９】
一般に、容量素子の静電容量値は、その容量素子を形成する一対の電極間隔に反比例する。したがって、図１７において、両電極Ｅ１，Ｅ２によって形成された容量素子の静電容量値は、これら両電極間距離に応じて定まることになる。ここで、重錘体１０が図の下方（Ｚ軸負方向）に変位すると、電極間距離は短くなり、重錘体１０が図の上方（Ｚ軸正方向）に変位すると、電極間距離は長くなる。結局、この容量素子の静電容量値を測定することができれば、重錘体１０のＺ軸方向の変位を検出することができ、重錘体１０に作用したＺ軸方向の力を間接的に検出することができる。なお、この容量素子によって検出される値は、重錘体１０の変位そのものであるので、この検出値を利用して、重力加速度ｇのような静的加速度も求めることが可能である。
【０１００】
また、ここでは、Ｚ軸方向に作用した力の検出に容量素子を用いているが、この検出の原理は、Ｘ軸方向あるいはＹ軸方向に作用した力の検出にも利用することができる。更に、容量素子を構成する一対の電極間に電圧を印加するとクーロン力が発生するので、このクーロン力を利用して重錘体を運動させることも可能であり、容量素子は重錘体の駆動手段として利用することも可能である。このような利用形態の具体例は、§５の実施例で述べる。
【０１０１】
＜＜＜ ３．３ 具体的な適用例 ＞＞＞
以上、重錘体上に導電路を形成することにより、重錘体の運動および力検出を行う原理と、容量素子を利用して力検出を行う原理とを説明したが、ここでは、これらの原理を、§１および§２で述べた実施形態に具体的に適用した例を述べる。
【０１０２】
図１８は、図１に示す実施形態への適用例を示す平面図であり、ＸＹ平面を上方から見た状態が示されている。装置筐体３０内には、ＸＹ平面に平行な上面および下面を有する基板からなる第１の重錘体１０Ａおよび第２の重錘体１０Ｂが左右に並んで配置されている。これら重錘体１０Ａ，１０Ｂは、接続部材２０によって、装置筐体３０に接続されている。また、両重錘体１０Ａ，１０Ｂ間には、これらを相互接続する接続部材２５が設けられており、この接続部材２５上の１点Ｊは、装置筐体３０に接続した状態にしてもよいし、接続せずに自由な状態にしておいてもよい。
【０１０３】
第１の重錘体１０Ａの上面には、６個の導電路が配置されている。ここで、これら導電路の配置状態を説明する便宜のために、第１の重錘体１０Ａの上面中央の点Ｏａまで座標系の原点を移動させたとすると、この第１の重錘体１０Ａの上面には、Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の負の部分に交差するように配置された励振用導電路Ｌｙ１Ａと、Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の正の部分に交差するように配置された励振用導電路Ｌｙ２Ａと、が設けられている。また、同じく第１の重錘体１０Ａの上面には、Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の負の部分に交差するように配置された検出用導電路Ｋｙ１Ａと、Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の正の部分に交差するように配置された検出用導電路Ｋｙ２Ａと、Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の負の部分に交差するように配置された検出用導電路Ｋｘ１Ａと、Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の正の部分に交差するように配置された検出用導電路Ｋｘ２Ａと、が設けられている。一方、第２の重錘体１０Ｂの上面にも、原点Ｏｂの周囲に全く同じ構成で２本の励振用導電路Ｌｙ１Ｂ，Ｌｙ２Ｂと、４本の検出用導電路Ｋｙ１Ｂ，Ｋｙ２Ｂ，Ｋｘ１Ｂ，Ｋｘ２Ｂが設けられている。
【０１０４】
図１９は、図１８に示す角速度センサの側断面図であり、第１の重錘体１０Ａおよび第２の重錘体１０Ｂの上面に、各導電路が形成された状態が示されている。また、これら各重錘体の上方には、磁石９０（電磁石でもよい）が配置されている。この磁石９０は、磁界発生手段１００として機能し、Ｚ軸方向を向いた平行磁束φｚを発生させる機能を有する（図１８の平面図では、磁石９０の図示は省略されている）。第１の重錘体１０Ａの下面には、電極Ｅ１Ａが形成されており、第２の重錘体１０Ｂの下面には、電極Ｅ１Ｂが形成されている。装置筐体３０の底面には、これらの電極に対向して、電極Ｅ２Ａ，Ｅ２Ｂが形成されており、対向する一対の電極によって、それぞれ容量素子が形成されている。
【０１０５】
既に述べた原理により、図１８に示す一対の励振用導電路Ｌｙ１Ａ，Ｌｙ２Ａに同一の交流電流を供給すると、第１の重錘体１０ＡをＸ軸方向に往復運動させることができ、一対の励振用導電路Ｌｙ１Ｂ，Ｌｙ２Ｂに同一の交流電流を供給すると、第２の重錘体１０ＢをＸ軸方向に往復運動させることができる。このとき、第１の重錘体１０Ａ側に供給する交流電流の位相と、第２の重錘体１０Ｂ側に供給する交流電流の位相とを、互いに１８０°ずれた状態にしておけば、両重錘体は常に逆方向に運動することになる。
【０１０６】
こうして、重錘体１０Ａ，１０ＢをＸ軸方向に往復運動させた状態において、各重錘体に作用した各軸方向の力は、次のようにして検出することができる。まず、第１の重錘体１０Ａに対してＸ軸方向に作用した力は、検出用導電路Ｋｙ１Ａ，Ｋｙ２Ａに発生した誘導起電力に基づいて検出することができる。また、第１の重錘体１０Ａに対してＹ軸方向に作用した力は、検出用導電路Ｋｘ１Ａ，Ｋｘ２Ａに発生した誘導起電力に基づいて検出することができる。更に、第１の重錘体１０Ａに対してＺ軸方向に作用した力は、電極Ｅ１Ａ，Ｅ２Ａによって構成される容量素子の静電容量に基づいて検出することができる。第２の重錘体１０Ｂに作用した各軸方向の力についても、同様の方法で検出することが可能である。
【０１０７】
結局、図１に示す実施形態に適用した場合、次のような方法で角速度および加速度を検出することができる。まず、Ｙ軸まわりの角速度ωｙは、両重錘体に作用したＺ軸コリオリ力の差として検出されるので、両重錘体の容量素子の静電容量値の差として求めることができる。
【０１０８】
また、Ｚ軸まわりの角速度ωｚは、両重錘体に作用したＹ軸コリオリ力の差として検出されるので、検出用導電路Ｋｘ１ＡまたはＫｘ２Ａに発生する誘導起電力と、検出用導電路Ｋｘ１ＢまたはＫｘ２Ｂに発生する誘導起電力との差として求めることができる。あるいは、検出用導電路Ｋｘ１Ａに発生する誘導起電力と検出用導電路Ｋｘ２Ａに発生する誘導起電力との和と、検出用導電路Ｋｘ１Ｂに発生する誘導起電力と検出用導電路Ｋｘ２Ｂに発生する誘導起電力との和と、の差によって求めることも可能である。
【０１０９】
一方、Ｘ軸方向の加速度αｘは、検出用導電路Ｋｙ１ＡまたはＫｙ２Ａに発生する誘導起電力と、検出用導電路Ｋｙ１ＢまたはＫｙ２Ｂに発生する誘導起電力と、の和の微分値として検出することができる。あるいは、検出用導電路Ｋｙ１Ａに発生する誘導起電力と検出用導電路Ｋｙ２Ａに発生する誘導起電力との和と、検出用導電路Ｋｙ１Ｂに発生する誘導起電力と検出用導電路Ｋｙ２Ｂに発生する誘導起電力との和と、の更なる和の微分値として検出することもできる。
【０１１０】
また、Ｙ軸方向の加速度αｙは、検出用導電路Ｋｘ１ＡまたはＫｘ２Ａに発生する誘導起電力と、検出用導電路Ｋｘ１ＢまたはＫｘ２Ｂに発生する誘導起電力と、の和の微分値として検出することができる。あるいは、検出用導電路Ｋｘ１Ａに発生する誘導起電力と検出用導電路Ｋｘ２Ａに発生する誘導起電力との和と、検出用導電路Ｋｘ１Ｂに発生する誘導起電力と検出用導電路Ｋｘ２Ｂに発生する誘導起電力との和と、の更なる和の微分値として検出することもできる。
【０１１１】
更に、Ｚ軸方向の加速度αｚは、両重錘体に作用したＺ軸加速度力の和として検出されるので、両重錘体の容量素子の静電容量値の和として求めることができる。
【０１１２】
以上、図１に示す実施形態への適用例を述べた。これに対して、図２０は、図８に示す実施形態への適用例を示す平面図であり、ＸＹ平面を上方から見た状態が示されている。第１の重錘体１０Ａの上面には、座標系の原点を中央の点Ｏａまで移動させたとすれば、Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の負の部分に交差するように配置された励振用導電路Ｌｘ１Ａと、Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の正の部分に交差するように配置された励振用導電路Ｌｘ２Ａと、が設けられている。一方、検出用導電路Ｋｘ１Ａ，Ｋｘ２Ａ，Ｋｙ１Ａ，Ｋｙ２Ａの配置に関しては、図１８に示す前述の適用例と同様である。また、第２の重錘体１０Ｂの上面にも、全く同じ構成で２本の励振用導電路Ｌｘ１Ｂ，Ｌｘ２Ｂと、４本の検出用導電路Ｋｙ１Ｂ，Ｋｙ２Ｂ，Ｋｘ１Ｂ，Ｋｘ２Ｂが設けられている。更に、各重錘体１０Ａ，１０Ｂの下面には、図１９に示す前述の適用例と同様に電極が形成されており、装置筐体３０の底面側に形成された対向電極とともに容量素子が形成されている。
【０１１３】
結局、図８に示す実施形態に適用した場合、次のような方法で角速度および加速度を検出することができる。まず、Ｘ軸まわりの角速度ωｘは、両重錘体に作用したＺ軸コリオリ力の差として検出されるので、両重錘体の容量素子の静電容量値の差として求めることができる。また、Ｚ軸まわりの角速度ωｚは、両重錘体に作用したＸ軸コリオリ力の差として検出されるので、検出用導電路Ｋｙ１ＡまたはＫｙ２Ａに発生する誘導起電力と、検出用導電路Ｋｙ１ＢまたはＫｙ２Ｂに発生する誘導起電力との差として求めることができる。あるいは、検出用導電路Ｋｙ１Ａに発生する誘導起電力と検出用導電路Ｋｙ２Ａに発生する誘導起電力との和と、検出用導電路Ｋｙ１Ｂに発生する誘導起電力と検出用導電路Ｋｙ２Ｂに発生する誘導起電力との和と、の差によって求めることも可能である。
【０１１４】
一方、図２１は、図１０に示す実施形態への適用例を示す平面図であり、ＸＹ平面を上方から見た状態が示されている。第１の重錘体１０Ａの上面には、座標系の原点を中央の点Ｏａまで移動させたとすれば、Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の負の部分に交差するように配置された励振用導電路Ｌｘ１Ａと、Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の正の部分に交差するように配置された励振用導電路Ｌｘ２Ａと、Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の負の部分に交差するように配置された励振用導電路Ｌｙ１Ａと、Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の正の部分に交差するように配置された励振用導電路Ｌｙ２Ａと、が設けられている。また、同じく第１の重錘体１０Ａの上面には、Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の負の部分に交差するように配置された検出用導電路Ｋｙ１Ａと、Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の正の部分に交差するように配置された検出用導電路Ｋｙ２Ａと、Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の負の部分に交差するように配置された検出用導電路Ｋｘ１Ａと、Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の正の部分に交差するように配置された検出用導電路Ｋｘ２Ａと、が設けられている。一方、第２の重錘体１０Ｂの上面にも、原点Ｏｂの周囲に全く同じ構成で４本の励振用導電路Ｌｘ１Ｂ，Ｌｘ２Ｂ，Ｌｙ１Ｂ，Ｌｙ２Ｂと、４本の検出用導電路Ｋｙ１Ｂ，Ｋｙ２Ｂ，Ｋｘ１Ｂ，Ｋｘ２Ｂとが設けられている。更に、各重錘体１０Ａ，１０Ｂの下面には、図１９に示す前述の適用例と同様に電極が形成されており、装置筐体３０の底面側に形成された対向電極とともに容量素子が形成されている。
【０１１５】
このように、４本の励振用導電路Ｌｘ１Ａ，Ｌｘ２Ａ，Ｌｙ１Ａ，Ｌｙ２Ａを用いると、第１の重錘体１０Ａに対して回転運動をさせることが可能になる。既に述べたように、励振用導電路Ｌｙ１Ａ，Ｌｙ２Ａに同一の交流電流Ｉｙを与えると、重錘体はＸ軸方向に単振動を行うことになり、この励振用導電路Ｌｙ１Ａ，Ｌｙ２Ａは、重錘体をＸ軸方向に沿って往復運動させるＸ軸方向駆動手段として機能することになる。一方、励振用導電路Ｌｘ１Ａ，Ｌｘ２Ａに同一の交流電流Ｉｘを与えると、重錘体はＹ軸方向に単振動を行うことになり、この励振用導電路Ｌｘ１Ａ，Ｌｘ２Ａは、重錘体をＹ軸方向に沿って往復運動させるＹ軸方向駆動手段として機能することになる。このＸ軸方向駆動手段とＹ軸方向駆動手段とを組み合わせると、重錘体を回転運動させる回転駆動手段を構成することができる。そのためには、重錘体のＸ軸方向の往復運動とＹ軸方向の往復運動とが、周期が同一で位相が９０°ずれたものとなるように設定すればよい。すなわち、図２２に示すように、位相が９０°ずれた正弦波信号Ｉｙ，Ｉｘを用意し、信号Ｉｙを励振用導電路Ｌｙ１Ａ，Ｌｙ２Ａに与えて重錘体をＸ軸方向に沿って往復運動させるとともに、信号Ｉｘを励振用導電路Ｌｘ１Ａ，Ｌｘ２Ａに与えて重錘体をＹ軸方向に沿って往復運動させれば、第１の重錘体１０Ａの重心Ｇ（Ａ）は、図１０の右半分に示す円軌道に沿った回転運動を行うことになる。
【０１１６】
一方、図２２に示す正弦波信号Ｉｙ，Ｉｘに対して、それぞれ位相が１８０°ずれた信号を用意し、これらの信号を、第２の重錘体１０Ｂ上の励振用導電路Ｌｘ１Ｂ，Ｌｘ２ＢおよびＬｙ１Ｂ，Ｌｙ２Ｂに供給すれば、第２の重錘体１０Ｂの重心Ｇ（Ｂ）は、図１０の左半分に示す円軌道に沿った回転運動を行うことになる。重心Ｇ（Ｂ）の回転運動は、重心Ｇ（Ａ）の回転運動に対して、位相が１８０°ずれたものになる。
【０１１７】
こうして、重錘体１０Ａ，１０Ｂを回転運動させた状態において、各重錘体に作用した各軸方向の力は、次のようにして検出することができる。まず、第１の重錘体１０Ａに対してＸ軸方向に作用した力は、検出用導電路Ｋｙ１Ａ，Ｋｙ２Ａに発生した誘導起電力に基づいて検出することができる。また、第１の重錘体１０Ａに対してＹ軸方向に作用した力は、検出用導電路Ｋｘ１Ａ，Ｋｘ２Ａに発生した誘導起電力に基づいて検出することができる。更に、第１の重錘体１０Ａに対してＺ軸方向に作用した力は、電極Ｅ１Ａ，Ｅ２Ａによって構成される容量素子の静電容量に基づいて検出することができる。第２の重錘体１０Ｂに作用した各軸方向の力についても、同様の方法で検出することが可能である。
【０１１８】
結局、図１０に示す実施形態に適用した場合、次のような方法で角速度および加速度を検出することができる。
【０１１９】
まず、Ｘ軸まわりの角速度ωｘは、Ｙ軸検出時において、両重錘体に作用したＺ軸コリオリ力の差として検出されるので、両重錘体の容量素子の静電容量値の差として求めることができる。
【０１２０】
一方、Ｙ軸まわりの角速度ωｙは、Ｘ軸検出時において、両重錘体に作用したＺ軸コリオリ力の差として検出されるので、両重錘体の容量素子の静電容量値の差として求めることができる。
【０１２１】
また、Ｚ軸まわりの角速度ωｚは、Ｘ軸検出時において、両重錘体に作用したＹ軸コリオリ力の差として検出されるので、検出用導電路Ｋｘ１ＡまたはＫｘ２Ａに発生する誘導起電力と、検出用導電路Ｋｘ１ＢまたはＫｘ２Ｂに発生する誘導起電力との差として求めることができる。あるいは、検出用導電路Ｋｘ１Ａに発生する誘導起電力と検出用導電路Ｋｘ２Ａに発生する誘導起電力との和と、検出用導電路Ｋｘ１Ｂに発生する誘導起電力と検出用導電路Ｋｘ２Ｂに発生する誘導起電力との和と、の差によって求めることも可能である。更に、このＺ軸まわりの角速度ωｚは、Ｙ軸検出時にも検出可能である。すなわち、Ｚ軸まわりの角速度ωｚは、Ｙ軸検出時において、両重錘体に作用したＸ軸コリオリ力の差として検出されるので、検出用導電路Ｋｙ１ＡまたはＫｙ２Ａに発生する誘導起電力と、検出用導電路Ｋｙ１ＢまたはＫｙ２Ｂに発生する誘導起電力との差として求めることができる。あるいは、検出用導電路Ｋｙ１Ａに発生する誘導起電力と検出用導電路Ｋｙ２Ａに発生する誘導起電力との和と、検出用導電路Ｋｙ１Ｂに発生する誘導起電力と検出用導電路Ｋｙ２Ｂに発生する誘導起電力との和と、の差によって求めることも可能である。
【０１２２】
一方、Ｘ軸方向の加速度αｘは、検出用導電路Ｋｙ１ＡまたはＫｙ２Ａに発生する誘導起電力と、検出用導電路Ｋｙ１ＢまたはＫｙ２Ｂに発生する誘導起電力と、の和の微分値として検出することができる。あるいは、検出用導電路Ｋｙ１Ａに発生する誘導起電力と検出用導電路Ｋｙ２Ａに発生する誘導起電力との和と、検出用導電路Ｋｙ１Ｂに発生する誘導起電力と検出用導電路Ｋｙ２Ｂに発生する誘導起電力との和と、の更なる和の微分値として検出することもできる。
【０１２３】
また、Ｙ軸方向の加速度αｙは、検出用導電路Ｋｘ１ＡまたはＫｘ２Ａに発生する誘導起電力と、検出用導電路Ｋｘ１ＢまたはＫｘ２Ｂに発生する誘導起電力と、の和の微分値として検出することができる。あるいは、検出用導電路Ｋｘ１Ａに発生する誘導起電力と検出用導電路Ｋｘ２Ａに発生する誘導起電力との和と、検出用導電路Ｋｘ１Ｂに発生する誘導起電力と検出用導電路Ｋｘ２Ｂに発生する誘導起電力との和と、の更なる和の微分値として検出することもできる。
【０１２４】
更に、Ｚ軸方向の加速度αｚは、両重錘体に作用したＺ軸コリオリ力の和として検出されるので、両重錘体の容量素子の静電容量値の和として求めることができる。
【０１２５】
§４． 具体的な実施例（その１）
ここでは、本発明に係る角速度センサの具体的な実施例を述べておく。まず、図２３に示すような断面を有する１枚の基板２００を用意する。図示の断面は、この基板２００を、基板面に平行な面で切断したときに現れる断面であり、境界線Ｗ−Ｗによって右側領域と左側領域との２つの領域に分けられている。これらの領域の構造は、境界線Ｗ−Ｗを対称軸として対称となっており、各領域のそれぞれにおいて、中央に位置する重錘体２１０Ａ，２１０Ｂと、この重錘体の周囲に位置し、可撓性の橋梁構造をもった接続部材２２０とが形成されている。また、基板２００の外周部分はフレーム２３０を形成しており、橋梁構造をもった接続部材２２０により、各重錘体２１０Ａ，２１０Ｂは、フレーム２３０に接続されている。また、重錘体２１０Ａと２１０Ｂとの間は、接続部材２２０および中間部材２４０によって接続されている。接続部材２２０は、可撓性をもった橋梁構造を有しているため、各重錘体２１０Ａ，２１０Ｂは、この橋梁構造の可撓性の範囲内で、フレーム２３０内で所定の自由度をもって運動可能となる。
【０１２６】
図２４は、基板２００を切断線Ｘ−Ｘに沿って切った側断面図である。図示のとおり、フレーム２３０の部分は、他の部分に比べて足桁が高くなっており、台座の働きを果たす。また、基板２００自身は導電性の材料から構成されているが、その上面部分には、絶縁層２０１が形成されている。
【０１２７】
このような構造をもった基板は、１枚の完全な基板に対してエッチング加工などを施し、所定部分を除去することにより大量生産することができる。この実施例では、Ｐ型またはＮ型の不純物を高濃度にドープしたシリコン基板に、所定のマスクを用いたエッチング加工を施すことにより、図２３に示すような構造をもった基板２００を用意している。橋梁構造の幅をある程度まで細くすると、十分な可撓性をもった接続部材２２０を構成することができ、この可撓性をもった接続部材２２０によって、重錘体２１０Ａ，２１０Ｂを三次元空間内の各軸方向に所定の許容範囲内で運動可能な状態で支持することができる。なお、この基板２００の上面に形成される絶縁層２０１としては、この実施例では酸化シリコン膜を用いている。
【０１２８】
続いて、このような基板２００の上面に、図２５の上面図に示すように、各導電路２１１Ａ，２１１Ｂと、ボンディングパッド２５０Ａ，２５０Ｂを形成する。すなわち、重錘体２１０Ａの上面には、８本の導電路２１１Ａが形成され、重錘体２１０Ｂの上面には、８本の導電路２１１Ｂが形成される。これらの導電路は、図２１に示されている各励振用導電路および各検出用導電路に相当するものである。なお、図には示されていないが、これら各導電路の両端部と、特定のボンディングパッド２５０Ａ，２５０Ｂとの間には、接続部材２２０上を通る配線が形成されている。
【０１２９】
このような基板２００が用意できたら、この基板２００を利用して、図２６の側断面図に示すような角速度センサを構成する。このセンサの外装は、ベース基板３１０とキャップ部３２０とによって構成されており、これらによって装置筐体が構成されている。ベース基板３１０の上面には、ガラスからなる固定基板３３０が固着されており、上述した基板２００は、この固定基板３３０の上面に固着される。前述したように、基板２００のフレーム２３０は、台座として機能するため、フレーム２３０より内側の部分と、固定基板３３０の上面との間には、所定の空隙が形成される。この空隙は、容量素子を形成するために利用される。すなわち、固定基板３３０の上面には、図示のとおり、電極３３５Ａ，３３５Ｂが形成される。一方、基板２００自身は導電性を有しているため、電極３３５Ａ，３３５Ｂと、基板２００の下面側の対向面とにより、それぞれ容量素子が形成されることになる。これらの容量素子は、図１９に示されている容量素子に相当するものである。
【０１３０】
キャップ部３２０の内側面には、磁石３４０（永久磁石でも電磁石でもよい）が取り付けられており、図の垂直方向に平行な磁束を形成する。この磁石３４０は、図１９に示されている磁石９０に相当するものである。ベース基板３１０には、配線用の孔部が形成されており、この孔部を挿通して、配線ピン３５０Ａ，３５０Ｂが設けられている（実際には、ボンディングパッド２５０Ａ，２５０Ｂに対応した数だけ設けられる）。また、ボンディングパッド２５０Ａ，２５０Ｂと、配線ピン３５０Ａ，３５０Ｂとの間は、ボンディングワイヤ３５５Ａ，３５５Ｂによって接続される。
【０１３１】
以上のような構成の角速度センサは、図２１に示す角速度センサと同等の動作を行う機能を有し、３軸まわりの角速度と３軸方向の加速度とを検出することが可能である。すなわち、所定の配線ピンに所定の交流信号を供給することにより各重錘体２１０Ａ，２１０Ｂを回転運動させることができ、その状態において、所定の配線ピン間に生じる誘導起電力または所定の配線ピン間の静電容量値を所定の検出タイミングで測定することにより、角速度および加速度の検出が可能になる。
【０１３２】
前述したように、基板２００は、一般的な半導体プロセスにおけるエッチング加工などを利用して構成することができ、この基板２００上の各導電路、ボンディングパッド、基板上の配線などは、印刷の手法を利用して形成することができるので、ここで述べた実施例に係る角速度センサは、大量生産を行う場合に好適である。
【０１３３】
§５． 具体的な実施例（その２）
続いて、容量素子により重錘体の駆動および力の検出を行う具体的な実施例を述べる。図２７は、この実施例に係る角速度センサの主要部分の上面図である。ベース基板４００は、ＸＹ平面に平行な上面および下面を有する基板であり、その上面には、図示のとおり、多数の細かな構成要素が配置されている。これらの構成要素は、図示のとおり、境界線Ｗ−Ｗを対称軸として左右対称に配置されており、左側領域４００Ａに配置された構成要素からなる系は、図１に示す角速度センサにおける重錘体１０Ａを用いた第１の検出系と同等の機能を果たし、右側領域４００Ｂに配置された構成要素からなる系は、図１に示す角速度センサにおける重錘体１０Ｂを用いた第２の検出系と同等の機能を果たす。このような２つの検出系を用いた連係動作による角速度および加速度検出の基本原理については既に前節までに述べてあるので、ここでは、左側領域４００Ａに配置された構成要素からなる系についての構造および簡単な動作原理のみを示す。
【０１３４】
図２８は、ベース基板４００上の左側領域４００Ａに配置された構成要素のみを示す平面図であり、形状の把握を容易にするため、個々の構成要素の部分についてはハッチングを施して示してある（このハッチングは、断面を示すものではない）。多数の構成要素が配置されているため、やや図面が繁雑ではあるが、基本的には、中心部に板状の重錘体（上面から見ると正方形の部分）４１０が配置されており、この重錘体４１０の上辺に突起するように４つの変位電極４２１〜４２４が形成され、下辺に突起するように４つの変位電極４３１〜４３４が形成され、左辺に突起するように４つの変位電極４４１〜４４４が形成され、右辺に突起するように４つの変位電極４５１〜４５４が形成されている。これらの各変位電極に対向するように、上辺近傍に固定電極５２１〜５２４が配置され、下辺近傍に固定電極５３１〜５３４が配置され、左辺近傍に固定電極５４１〜５４４が配置され、右辺近傍に固定電極５５１〜５５４が配置されている。
【０１３５】
各固定電極５２１〜５５４は、ベース基板４００上に絶縁層を介して固定されている。一方、重錘体４１０は、その四辺の各中央部において、それぞれ可撓性の橋梁構造をもった接続部材４６１〜４６４を介して、固定部材５６１〜５６４に取り付けられており、ベース基板４００の上面と重錘体４１０の下面との間には所定の空隙が形成されている。要するに、板状の重錘体４１０は、四辺の各中央部において、可撓性の橋梁構造をもった接続部材４６１〜４６４によって宙吊り状態で支持されていることになる。このため、重錘体４１０は、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸（図の紙面に垂直な軸）のいずれの方向についても所定の自由度（接続部材４６１〜４６４の可撓性の範囲内の自由度）をもって運動することが可能である。したがって、各変位電極４２１〜４５４は、重錘体４１０の運動とともに変位することになる。これに対して、各固定電極５２１〜５５４は、ベース基板４００上に固定されており、変位することはない。
【０１３６】
なお、各固定電極５２１〜５５４の外側部分（ベース基板４００の外周に近い部分）は、ボンディングパッドを形成できるように、内側部分（本来の電極として機能する部分）に比べて、上面から見たときの面積が広くなっている。このような構造を採ることにより、図２７の上面図に示されているように、ベース基板４００の外周に沿って、各固定電極の外側部分が配列されることになり、各固定電極への配線が容易になる。なお、図２８における右辺近傍に配置された固定電極５５１〜５５４については、別途、配線部材５７１〜５７４を設け、配線層で接続するようにしている。これは、右側領域４００Ｂに形成された重錘体の左辺近傍に配置された固定電極についても同様である。また、この実施例では、重錘体４１０は、全体が導電性材料（具体的には、Ｐ型またはＮ型の不純物を高濃度でドープしたシリコン基板）から構成されており、各変位電極４２１〜４５４、各固定電極５２１〜５５４、各固定部材５６１〜５６４、各配線部材５７１〜５７４も、同じ導電性材料から構成されている。したがって、各変位電極４２１〜４５４は電気的にはいずれも等電位となり、固定部材５６１〜５６４は、各変位電極４２１〜４５４に共通した配線用の部材として機能する。実際には、この角速度センサは、固定部材５６１〜５６４を接地電位とし、各変位電極４２１〜４５４を接地レベルに維持した状態で動作させている。
【０１３７】
図２９は、重錘体４１０の上辺近傍の拡大上面図である。上述したように、重錘体４１０の上辺には、４つの変位電極４２１〜４２４が形成されている。これらの変位電極は、重錘体４１０のＸＺ平面に平行な側面４１１（上面図における重錘体４１０の上辺に相当する側面）に形成された電極であり、その電極面（図２９における各電極の左右の面）は、いずれもＹＺ平面に平行になっている。一方、上述したように、４つの固定電極５２１〜５２４の外側部分（図２９における上方の部分）はボンディングパッドを形成する配線用の部材として機能し、内側部分（図２９における下方の部分）が本来の電極として機能する。すなわち、各固定電極５２１〜５２４の内側部分の電極面（図２９における各電極の下方側部分の左右の面）は、いずれもＹＺ平面に平行になっている。結局、各変位電極４２１〜４２４の電極面も各固定電極５２１〜５２４の電極面も、いずれもＹＺ平面に平行になっており、隣接して配置された変位電極と固定電極とによって容量素子が形成されることになる。すなわち、変位電極４２１と固定電極５２１とによって１つの容量素子が形成され、変位電極４２２と固定電極５２２とによって１つの容量素子が形成され、変位電極４２３と固定電極５２３とによって１つの容量素子が形成され、変位電極４２４と固定電極５２４とによって１つの容量素子が形成される。
【０１３８】
要するに、重錘体４１０の側面には、複数の変位電極がこの側面の長手方向に並べて配置され、ベース基板４００（装置筐体に固定される）側には、これら複数の変位電極の間に互い違いに挿入されるように複数の固定電極が配置されており、隣接して配置された１枚の変位電極と１枚の固定電極とにより容量素子が形成されている。
【０１３９】
図３０(a) ，(b) ，(c) は、図２９に示す構造物を、それぞれ切断線Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃに沿って切った側断面図である。図３０(a) に示すように、固定電極５２１は、絶縁層６２１を介してベース基板４００上に固定されており、その奥に配置されている変位電極４２１とともに容量素子が形成される。また、重錘体４１０は、ベース基板４００の上方に浮いた状態になっている。図３０(b) には、固定電極５２２の配線用の部材として機能する部分が絶縁層６２２を介してベース基板４００上に固定された状態が示されている。この固定電極５２２は、変位電極４２２とともに容量素子を形成することになり、その奥には、接続部材４６１が示されている。図３０(c) は、接続部材４６１および固定部材５６１の位置における側断面図であり、固定部材５６１が絶縁層６６１を介してベース基板４００上に固定された状態が示されている。接続部材４６１は、可撓性をもった橋梁構造をなし、重錘体４１０が所定の自由度をもって運動することができるように支持している。
【０１４０】
図２９に示す変位電極４２１，４２４および固定電極５２１，５２４は、重錘体４１０を駆動するために用いられ、ここでは駆動用変位電極および駆動用固定電極と呼ぶことにする。一方、変位電極４２２，４２３および固定電極５２２，５２３は、重錘体４１０に作用した力を検出するために用いられ、ここでは検出用変位電極および検出用固定電極と呼ぶことにする。いま、固定部材５６１を電気的な接地レベルに接続すると、重錘体４１０全体が接地レベルとなり、各変位電極も接地レベルとなる。この状態で、駆動用固定電極５２１に所定の電圧を印加すると、駆動用変位電極４２１と駆動用固定電極５２１との間にクーロン引力が作用することになり、重錘体４１０は図の左方向に移動することになる。逆に、駆動用固定電極５２４に所定の電圧を印加すると、駆動用変位電極４２４と駆動用固定電極５２４との間にクーロン引力が作用することになり、重錘体４１０は図の右方向に移動することになる。したがって、駆動用固定電極５２１への電圧印加と駆動用固定電極５２４への電圧印加とを交互に行えば（たとえば、交互にパルス電圧を印加する）、重錘体４１０はＸ軸方向に振動することになる。
【０１４１】
一方、重錘体４１０に対して、コリオリ力あるいは加速度力が作用して、重錘体４１０が図の左方向（Ｘ軸の正方向）に移動した場合、検出用変位電極４２２と検出用固定電極５２２との電極間隔は減少し、検出用変位電極４２３と検出用固定電極５２３との電極間隔は増大する。よって、前者によって構成される容量素子の静電容量値は増加し、後者によって構成される容量素子の静電容量値は減少する。したがって、両容量素子の静電容量値の差をとることにより、作用したＸ軸正方向の力の大きさを検出することができる。また、重錘体４１０を図の右方向（Ｘ軸の負方向）に移動させる力が作用した場合も、同様に両容量素子の静電容量値の差として作用した力の大きさを検出することができる。しかも、作用した力の方向は、各容量素子の静電容量値が減少するか増加するかによって判断することができる。結局、検出用変位電極４２２と検出用固定電極５２２とによって構成される容量素子と、検出用変位電極４２３と検出用固定電極５２３とによって構成される容量素子と、の静電容量値を電気的に検出することができれば、重錘体４１０に対してＸ軸方向に作用したコリオリ力あるいは加速度力を検出することが可能になる。
【０１４２】
以上、図２９を用いて、重錘体４１０の上辺近傍に配置された電極を利用して、重錘体４１０をＸ軸方向に駆動する方法および重錘体４１０に作用したＸ軸方向の力を検出する方法について述べたが、重錘体４１０の下辺近傍に配置された電極を利用しても全く同様のことが可能である。すなわち、図２８において、重錘体４１０の下辺近傍に配置された電極のうち、変位電極４３１，４３４および固定電極５３１，５３４を、重錘体４１０を駆動するための駆動用変位電極および駆動用固定電極として用いれば、Ｘ軸方向への駆動が可能になり、変位電極４２２，４２３および固定電極５２２，５２３を、重錘体４１０に作用した力を検出するための検出用変位電極および検出用固定電極として用いれば、Ｘ軸方向に作用した力の検出が可能になる。実際には、重錘体４１０の上辺近傍に配置された電極と下辺近傍に配置された電極との双方を利用して、Ｘ軸方向への駆動およびＸ軸方向に作用した力の検出を行うようにすると、安定した駆動および安定した検出が可能になり好ましい。
【０１４３】
全く同様にして、Ｙ軸方向への駆動およびＹ軸方向に作用した力の検出も可能である。すなわち、重錘体４１０の左辺近傍に配置された電極のうち、変位電極４４１，４４４および固定電極５４１，５４４を、重錘体４１０を駆動するための駆動用変位電極および駆動用固定電極として用いれば、Ｙ軸方向への駆動が可能になり、変位電極４４２，４４３および固定電極５５２，５５３を、重錘体４１０に作用した力を検出するための検出用変位電極および検出用固定電極として用いれば、Ｙ軸方向に作用した力の検出が可能になる。重錘体４１０の右辺近傍に配置された電極も同等の機能を果たし、実用上は、左辺および右辺に配置された全電極を用いた駆動および検出を行うのが好ましい。
【０１４４】
また、この実施例では、Ｚ軸方向に作用した力の検出も可能である。上述したように、この実施例では、重錘体４１０は導電性材料の基板で構成されているが、ベース基板４００も同様の導電性材料（不純物をドープしたシリコン基板）で構成されている。したがって、重錘体４１０の下面およびベース基板４００の上面を、それぞれ電極と考えれば、これら両電極によって容量素子が形成されることになる。しかも、重錘体４１０に対してＺ軸方向の力が作用すると、重錘体４１０全体はベース基板４００に対して、離れる方向または近付く方向に変位するため、この容量素子の静電容量は減少するか増加することになる。したがって、この容量素子の静電容量値を検出することにより、Ｚ軸方向に作用した力の検出が可能になる。
【０１４５】
結局、この実施例に係る角速度センサでは、重錘体をＸ軸方向に振動させることもできるし、Ｙ軸方向に振動させることもでき、また、両振動を組み合わせることにより、ＸＹ平面に沿った回転運動をさせることもできる。しかも、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に作用した力を検出することもできる。したがって、前節までに述べた角速度センサと同様に、３軸まわりの角速度ωｘ，ωｙ，ωｚと、３軸まわりの加速度αｘ，αｙ，αｚを検出することが可能である。
【０１４６】
なお、本実施例においては、同一の容量素子を形成する変位電極と固定電極との電極間隔が、同一の容量素子を形成しない変位電極と固定電極との電極間隔よりも小さくなるように設定するのが好ましい。たとえば、図３１は、図２９と同様に、重錘体４１０の上辺近傍の拡大上面図であるが、ここで、駆動用変位電極４２１と駆動用固定電極５２１との間隔ｄ１（角速度や加速度が作用していない状態での間隔）は、駆動用変位電極４２１と検出用固定電極５２２との間隔ｄ２よりも小さく設定されている。これは、この角速度センサの動作上、駆動用変位電極４２１と駆動用固定電極５２１とによって１つの容量素子が形成されることを配慮したためである。すなわち、変位電極４２１にとって、容量素子を形成するためのパートナーとなる電極は固定電極５２１であるため、このパートナーとなる電極５２１に対する距離ｄ１を、パートナーとはならない電極５２２に対する距離ｄ２よりも小さく設定することにより、効率的な動作を行わせることが可能になる。
【０１４７】
このような電極間距離設定は、特に、隣接配置された複数の電極によって同一の機能を分担させるような設計を行った場合に重要である。たとえば、図３２に上面図を示す例は、駆動用変位電極４２１を、隣接配置された２つの電極４２１ａ，４２１ｂによって構成し、駆動用固定電極５２１を、隣接配置された２つの電極５２１ａ，５２１ｂによって構成し、検出用変位電極４２２を、隣接配置された２つの電極４２２ａ，４２２ｂによって構成し、検出用固定電極５２２を、隣接配置された２つの電極５２２ａ，５２２ｂによって構成した例である。このように、重錘体４１０をより効率的に運動させ、これに作用した力をより効率的に検出するためには、同等の機能を果たす電極を多数配置するのが好ましい。図３２の例では、同一の機能を果たす電極を２つだけ隣接配置しているが、実用上は、より多数の電極を隣接配置するのが好ましい。
【０１４８】
さて、このように同一機能を果たす電極が隣接配置されている場合、上述したような電極間距離設定がなされていないと、正しい動作が期待できない。たとえば、図３２において、重錘体４１０を左方向に移動させるためには、重錘体４１０を接地レベルに維持した状態で、駆動用固定電極５２１ａ，５２１ｂに所定の電圧を印加することになる。このとき、図示のように、駆動用変位電極４２１ａは、その左側に位置する駆動用固定電極５２１ａの方に近くなるように配置されているので、電極５２１ａと電極４２１ａとの間に作用するクーロン引力の方が、電極５２１ｂと電極４２１ａとの間に作用するクーロン力よりも大きくなり、電極４２１ａは図の左方向へと移動することができる。もし、電極４２１ａが、電極５２１ａと電極５２１ｂとの中間位置に配置されていると、左右から等しいクーロン引力が作用し、正しい動作を行うことができなくなる。検出用電極についても同様の理由から、容量素子を形成するパートナーとなる電極同士の距離を短く設定するようにする。
【０１４９】
最後に、上述した構造を有する角速度センサを大量生産するためのより具体的な工夫を述べる。まず、図２７に示す角速度センサにおけるベース基板４００および重錘体４１０は、いずれも導電性材料で構成しておくと、配線が単純になる。特に、ベース基板４００および重錘体４１０を、導電性の半導体基板（たとえば、不純物をドープしたシリコン基板）で構成すると、一般的な半導体加工プロセスを利用することができるため、実用的な量産工程への適用が容易になる。通常、このような半導体加工プロセスでは、１枚の半導体ウエハから、多数の半導体ペレットを切り出し、これを１つの製品として利用する。たとえば、図２７に示すような構造を半導体加工プロセスで量産する場合、図３３に示すようなシリコンウエハ上に多数の区画を定義し（図では、１つの区間をハッチング表示している）、個々の区画をベース基板４００として利用することになる。実際には、図２７に示す細かな構造体のすべてをシリコンウエハ上の個々の区画上に形成し、最終的に、このシリコンウエハをダイシングして、個々の区画ごとに分離して利用することになる。
【０１５０】
ただ、半導体加工プロセスにおけるダイシング工程は、通常、ダイシングブレードを用いた機械的な切断工程になるため、細かな削りかすが発生する。このような削りかすが、図２７に示す細かな構造体の上に堆積すると、電極間の短絡などが発生する要因になり好ましくない。このような問題に対処するためには、図３４に示すような保護基板７００を用いるようにするとよい。この保護基板７００は、ベース基板４００と同じ大きさの矩形基板であり、ここに示す例では、絶縁性の基板（たとえば、酸化シリコン、ガラスなどを用いればよい）によって保護基板７００を構成している。この保護基板７００には、多数の配線用開口窓７０１が形成されている。これらの開口窓は、図２７に示す各固定電極５２１〜５５４、固定部材５６１〜５６４、配線部材５７１〜５７４に対する配線を行うために用いられ、これらの位置に合わせた貫通孔として、各配線用開口窓７０１が形成されている。
【０１５１】
図３５は、図３４に示す保護基板７００を、図２７に示す構造体の上に固定した状態を示す上面図である。ベース基板４００上に形成された細かな構造体は、すべて保護基板７００によって覆われて保護された状態になっているが、必要な配線は、配線用開口窓７０１の部分から行うことができるようになっている。ベース基板４００上に保護基板７００を固定するために、フレーム状の側壁部７５０が形成されている。この側壁部７５０は、ベース基板４００の外周部に沿って配置された壁であり、ベース基板４００と保護基板７００とは、互いに所定間隔をおいて平行に配置された状態において、この側壁部７５０によって外周部を互いに接続された状態になる。結局、ベース基板４００、側壁部７５０、保護基板７００によって囲まれた部分として、検出動作空間が形成されることになり、重錘体４１０Ａ，４１０Ｂは、この検出動作空間内に収容された状態になる。
【０１５２】
図３６は、図３５に示す角速度センサを切断線Ａ−Ａで切断した断面を拡大して示す側断面図である。ベース基板４００の左端部には、側壁部７５０が絶縁層７５５上に形成された状態を示されている。絶縁層７５５は、このセンサの動作上、特に必要な層ではないが、絶縁層６４３を形成する工程で、一緒に形成される層である。もちろん、絶縁層７５５を形成せずに、ベース基板４００上に側壁部７５０を直接形成するようにしてもかまわない。この図３６に示す実施形態では、図３０に示す実施形態に比べて、固定電極５４３の厚みを若干厚く設定してある。すなわち、各固定電極５２１〜５５４、固定部材５６１〜５６４、配線部材５７１〜５７４は、いずれも側壁部７５０と同じ厚みに設定されており、これらの上面には、保護基板７００が密着した状態で接続されている。この接続には、たとえば、陽極接合や低融点ガラスを用いた接合などが可能である。このような接合を行うと、検出動作空間を密閉状態に維持することができ、また、必要に応じて、この検出動作空間内を真空状態にすることも可能になる。
【０１５３】
一方、重錘体４１０の上面は、図３６に示すように、保護基板７００の下面との間に所定間隔を維持した状態となる。したがって、重錘体４１０は、検出動作空間内で所定の自由度をもって運動可能である。特に、検出動作空間内を真空状態にした場合、重錘体４１０をその共振点で効率良く振動させることができる。
【０１５４】
この実施形態では、重錘体４１０の上面と保護基板７００の下面との間隔、および重錘体４１０の下面とベース基板４００の上面との間隔を、所定の寸法値に設定することにより、ベース基板４００および保護基板７００が、重錘体４１０の運動を制御する制御部材として機能するようにしている。すなわち、このセンサの検出対象となる範囲を越えた過度に大きな角速度または加速度が作用した場合、重錘体４１０は、この作用した角速度または加速度に応じて大きな運動を行うことになる。ところが、重錘体４１０が何ら制限を受けずに過度の運動を行うと、可撓性橋梁構造を有する接続部材４６１〜４６４が破損するおそれがある。そこで、重錘体４１０に過度の力が加わった場合、ベース基板４００あるいは保護基板７００に接触して、その運動が妨げられるように、重錘体４１０と各基板間との距離を設定するようにしている。
【０１５５】
なお、検出動作空間内の各固定電極５２１〜５５４、固定部材５６１〜５６４、配線部材５７１〜５７４への配線は、配線用開口窓７０１を通して行うことができる。たとえば、図３６には、固定電極５４３に対して配線を行った状態が示されている。固定電極５４３の上面の一部分は、配線用開口窓７０１によって外部に露出した状態となっているので、この露出面に、この例ではアルミニウムからなるボンディングパッド７０２を形成し、このボンディングパッド７０２にボンディングワイヤ７０３を接続するようにしている。固定電極５４３は、配線用開口窓７０１を内側から塞ぐように配置されているため、配線用開口窓７０１が存在していても、検出動作空間の密閉状態はそのまま維持される。
【０１５６】
以上、本発明を図示する実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、この他にも種々の態様で実施可能である。特に、本発明は、１軸まわりの角速度を検出する１軸角速度センサとしても利用できるし、３軸まわりの角速度および３軸方向の加速度を検出することができる６軸の角速度／加速度センサとしても利用できる。もちろん、２〜５軸のセンサとして利用してもかまわない。また、上述の実施形態では、励起用導電路に電流を供給することにより重錘体を運動させる例を示したが、重錘体を運動させる手法は、このような方法に限定されるものではない。更に、上述の実施形態では、検出用導電路に生じる誘導起電力または容量素子の静電容量の変化によって、重錘体に作用した力を検出する例を示したが、重錘体に作用した力を検出する手法は、このような方法に限定されるものではない。
【０１５７】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明に係る角速度センサによれば、一対の重錘体を用いた測定における差により角速度を検出し、和により加速度を検出するようにしたため、小型かつ低価格でありながら、誤差の少ない信頼性の高い検出が可能な角速度センサおよび加速度検出機能をもった角速度センサを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る角速度センサの基本構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す角速度センサにおける重錘体の重心の変位を示す図である。
【図３】図１に示す角速度センサにおける第１の重錘体１０Ａの運動およびこれに基づいて生じるコリオリ力を示すグラフである。
【図４】図１に示す角速度センサにおける第２の重錘体１０Ｂの運動およびこれに基づいて生じるコリオリ力を示すグラフである。
【図５】図１に示す角速度センサに用いられる検出回路の第１の部分を示すブロック図である。
【図６】図１に示す角速度センサに用いられる検出回路の第２の部分を示すブロック図である。
【図７】図１に示す角速度センサに用いられる検出回路の第３の部分を示すブロック図である。
【図８】本発明の別な一実施形態に係る角速度センサの基本構成を示す斜視図である。
【図９】図８に示す角速度センサにおける重錘体の重心の変位を示す図である。
【図１０】本発明の更に別な一実施形態に係る角速度センサの動作原理を示す平面図である。
【図１１】図１０に示す角速度センサに用いられる検出回路の第１の部分を示すブロック図である。
【図１２】図１０に示す角速度センサに用いられる検出回路の第２の部分を示すブロック図である。
【図１３】図１０に示す角速度センサに用いられる検出回路の第３の部分を示すブロック図である。
【図１４】本発明に係る角速度センサに適用する励振用導電路による駆動原理を示す斜視図である。
【図１５】本発明に係る角速度センサに適用する検出用導電路による検出原理を示す第１の斜視図である。
【図１６】本発明に係る角速度センサに適用する検出用導電路による検出原理を示す第２の斜視図である。
【図１７】本発明に係る角速度センサに適用する容量素子による検出原理を示す側断面図である。
【図１８】図１に示す実施形態をより具体化した角速度センサの平面図である。
【図１９】図１８に示す角速度センサの側断面図である。
【図２０】図８に示す実施形態をより具体化した角速度センサの平面図である。
【図２１】図１０に示す実施形態をより具体化した角速度センサの平面図である。
【図２２】図２１に示す角速度センサを動作させるために用いる交流信号波形を示すグラフである。
【図２３】大量生産に適した角速度センサを構成するために用いる基板の平断面図である。
【図２４】図２３に示す基板の側断面図である。
【図２５】図２３に示す基板の上面図である。
【図２６】図２３に示す基板を利用して構成した角速度センサの側断面図である。
【図２７】容量素子により重錘体の駆動および力の検出を行う角速度センサの主要部分の上面図である。
【図２８】図２７に示す左側領域４００Ａに配置された構成要素のみを示す平面図である（形状の把握を容易にするため、個々の構成要素の部分についてはハッチングを施して示してあるが、このハッチングは、断面を示すものではない）。
【図２９】図２７に示す重錘体４１０の上辺近傍の拡大上面図である。
【図３０】図２９に示す構造体を、切断線Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃで切断した断面を示す側断面図である。
【図３１】図２７に示す重錘体４１０の上辺近傍の別な拡大上面図である。
【図３２】図２７に示す角速度センサの変形例を示す拡大上面図である。
【図３３】図２７に示す角速度センサのベース基板を大量生産する際に用いるシリコンウエハの上面図である。
【図３４】図２７に示す角速度センサに用いる保護基板の上面図である。
【図３５】図３４に示す保護基板を図２７に示す角速度センサの上に固着した状態を示す上面図である。
【図３６】図３５に示す角速度センサの一部分を、切断線Ａ−Ａで切断した拡大断面を示す側断面図である。
【符号の説明】
１０…重錘体
１０Ａ…第１の重錘体
１０Ｂ…第２の重錘体
２０…接続部材
２５…接続部材
３０…装置筐体
４０Ａ，４０Ｂ…Ｘ軸方向駆動手段
５１Ａ，５１Ｂ…Ｘ軸方向力検出手段
５２Ａ，５２Ｂ…Ｙ軸方向力検出手段
５３Ａ，５３Ｂ…Ｚ軸方向力検出手段
６１Ａ，６１Ｂ…Ｙ軸方向信号分離手段
６２Ａ，６２Ｂ…Ｚ軸方向信号分離手段
７１Ａ，７１Ｂ…加速度演算手段
７２Ａ，７２Ｂ…加速度演算手段
７３Ａ，７３Ｂ…角速度演算手段
７４Ａ，７４Ｂ…加速度演算手段
７５Ａ，７５Ｂ…角速度演算手段
８０…対向面
９０…磁石／電磁石
１００…磁界発生手段
１４０Ａ，１４０Ｂ…回転駆動手段
１５１Ａ，１５１Ｂ…Ｘ軸方向力検出手段
１５２Ａ，１５２Ｂ…Ｙ軸方向力検出手段
１５３Ａ，１５３Ｂ…Ｚ軸方向力検出手段
１６１Ａ，１６１Ｂ…Ｘ軸方向信号分離手段
１６２Ａ，１６２Ｂ…Ｙ軸方向信号分離手段
１６３Ａ，１６３Ｂ…Ｚ軸方向信号分離手段
１７１Ａ，１７１Ｂ…加速度演算手段
１７２Ａ，１７２Ｂ…角速度演算手段
１７３Ａ，１７３Ｂ…加速度演算手段
１７４Ａ，１７４Ｂ…角速度演算手段
１７５Ａ，１７５Ｂ…加速度演算手段
１７６Ａ，１７６Ｂ…角速度演算手段
２００…基板
２０１…絶縁層
２１０Ａ，２１０Ｂ…重錘体
２１１Ａ，２１１Ｂ…導電路
２２０…可撓性の橋梁構造をもった接続部材
２３０…フレーム
２４０…中間部材
２５０Ａ，２５０Ｂ…ボンディングパッド
３１０…ベース基板
３２０…キャップ部
３３０…固定基板
３４０…磁石／電磁石
３５０Ａ，３５０Ｂ…配線ピン
３５５Ａ，３５５Ｂ…ボンディングワイヤ
４００…ベース基板
４００Ａ…左側領域
４００Ｂ…右側領域
４１０…重錘体
４１１…重錘体の側面
４２１〜４５４…変位電極（駆動用変位電極および検出用変位電極）
４６１〜４６４…接続部材
４２１ａ，４２１ｂ，４２２ａ，４２２ｂ…変位電極（駆動用変位電極および検出用変位電極）
５２１〜５５４…固定電極（駆動用固定電極および検出用固定電極）
５２１ａ，５２１ｂ，５２２ａ，５２２ｂ…固定電極（駆動用固定電極および検出用固定電極）
５６１〜５６４…固定部材
５７１〜５７４…配線部材
６２１，６２２，６６１…絶縁層
７００…保護基板
７０１…配線用開口窓
７０２…ボンディングパッド
７０３…ボンディングワイヤ
７５０…側壁部
７５５…絶縁層
ｄ１，ｄ２…電極間距離
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ１Ａ，Ｅ１Ｂ，Ｅ２Ａ，Ｅ２Ｂ…電極
Ｆｘ（Ａ：ωｚ）…角速度ωｚが作用したときに第１の重錘体１０Ａに対してＸ軸方向に作用するコリオリ力
Ｆｘ（Ｂ：ωｚ）…角速度ωｚが作用したときに第２の重錘体１０Ｂに対してＸ軸方向に作用するコリオリ力
Ｆｙ（Ａ：ωｚ）…角速度ωｚが作用したときに第１の重錘体１０Ａに対してＹ軸方向に作用するコリオリ力
Ｆｙ（Ｂ：ωｚ）…角速度ωｚが作用したときに第２の重錘体１０Ｂに対してＹ軸方向に作用するコリオリ力
Ｆｚ（Ａ：ωｘ）…角速度ωｘが作用したときに第１の重錘体１０Ａに対してＺ軸方向に作用するコリオリ力
Ｆｚ（Ｂ：ωｘ）…角速度ωｘが作用したときに第２の重錘体１０Ｂに対してＺ軸方向に作用するコリオリ力
Ｆｚ（Ａ：ωｙ）…角速度ωｙが作用したときに第１の重錘体１０Ａに対してＺ軸方向に作用するコリオリ力
Ｆｚ（Ｂ：ωｙ）…角速度ωｙが作用したときに第２の重錘体１０Ｂに対してＺ軸方向に作用するコリオリ力
ｆｘ（Ａ）…加速度αｘが作用したときに第１の重錘体１０Ａに対してＸ軸方向に作用する加速度力
ｆｘ（Ｂ）…加速度αｘが作用したときに第２の重錘体１０Ｂに対してＸ軸方向に作用する加速度力
ｆｙ（Ａ）…加速度αｙが作用したときに第１の重錘体１０Ａに対してＹ軸方向に作用する加速度力
ｆｙ（Ｂ）…加速度αｙが作用したときに第２の重錘体１０Ｂに対してＹ軸方向に作用する加速度力
ｆｚ（Ａ）…加速度αｚが作用したときに第１の重錘体１０Ａに対してＺ軸方向に作用する加速度力
ｆｚ（Ｂ）…加速度αｚが作用したときに第２の重錘体１０Ｂに対してＺ軸方向に作用する加速度力
Ｇ（Ａ）…第１の重錘体１０Ａの重心
Ｇ（Ｂ）…第２の重錘体１０Ｂの重心
Ｉｘ，Ｉｙ…駆動用交流電流
Ｊ…接続点
Ｋｘ１，Ｋｘ２，Ｋｙ１，Ｋｙ２…検出用導電路
Ｋｘ１Ａ，Ｋｘ２Ａ，Ｋｙ１Ａ，Ｋｙ２Ａ…検出用導電路
Ｋｘ１Ｂ，Ｋｘ２Ｂ，Ｋｙ１Ｂ，Ｋｙ２Ｂ…検出用導電路
Ｌｘ１，Ｌｘ２…励振用導電路
Ｌｘ１Ａ，Ｌｘ２Ａ，Ｌｙ１Ａ，Ｌｙ２Ａ…励振用導電路
Ｌｘ１Ｂ，Ｌｘ２Ｂ，Ｌｙ１Ｂ，Ｌｙ２Ｂ…励振用導電路
Ｏａ，Ｏｂ…座標系の原点
Ｐ１（Ａ）〜Ｐ４（Ａ）…重心Ｇ（Ａ）の位置
Ｐ１（Ｂ）〜Ｐ４（Ｂ）…重心Ｇ（Ｂ）の位置
ｔ０〜ｔ４…時刻
Ｕｘ（Ａ）…第１の重錘体１０ＡのＸ軸方向への振動
Ｕｘ（Ｂ）…第２の重錘体１０ＢのＸ軸方向への振動
Ｕｙ（Ａ）…第１の重錘体１０ＡのＹ軸方向への振動
Ｕｙ（Ｂ）…第２の重錘体１０ＢのＹ軸方向への振動
Ｖｘ（Ａ）…第１の重錘体１０ＡのＸ軸方向速度
Ｖｘ（Ｂ）…第２の重錘体１０ＢのＸ軸方向速度
Ｗ…境界線
Ｘ＋（Ａ），Ｘ０（Ａ），Ｘ−（Ａ）…重心Ｇ（Ａ）の位置
Ｘ＋（Ａ），Ｘ０（Ａ），Ｘ−（Ａ）…重心Ｇ（Ｂ）の位置
Ｙ＋（Ａ），Ｙ０（Ａ），Ｙ−（Ａ）…重心Ｇ（Ａ）の位置
Ｙ＋（Ａ），Ｙ０（Ａ），Ｙ−（Ａ）…重心Ｇ（Ｂ）の位置
αｘ…Ｘ軸方向の加速度
αｙ…Ｙ軸方向の加速度
αｚ…ｚ軸方向の加速度
ωｘ…Ｘ軸まわりの角速度
ωｙ…Ｙ軸まわりの角速度
ωｚ…ｚ軸まわりの角速度
αｘ（Ａ）…第１の重錘体１０Ａによって検出されたＸ軸方向の加速度
αｙ（Ａ）…第１の重錘体１０Ａによって検出されたＸ軸方向の加速度
αｚ（Ａ）…第１の重錘体１０Ａによって検出されたＸ軸方向の加速度
ωｘ（Ａ）…第１の重錘体１０Ａによって検出されたＸ軸まわりの角速度
ωｙ（Ａ）…第１の重錘体１０Ａによって検出されたＹ軸まわりの角速度
ωｚ（Ａ）…第１の重錘体１０Ａによって検出されたＺ軸まわりの角速度
αｘ（Ｂ）…第２の重錘体１０Ｂによって検出されたＸ軸方向の加速度
αｙ（Ｂ）…第２の重錘体１０Ｂによって検出されたＸ軸方向の加速度
αｚ（Ｂ）…第２の重錘体１０Ｂによって検出されたＸ軸方向の加速度
ωｘ（Ｂ）…第２の重錘体１０Ｂによって検出されたＸ軸まわりの角速度
ωｙ（Ｂ）…第２の重錘体１０Ｂによって検出されたＹ軸まわりの角速度
ωｚ（Ｂ）…第２の重錘体１０Ｂによって検出されたＺ軸まわりの角速度
φｚ…Ｚ軸方向を向いた平行磁束[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an angular velocity sensor and an angular velocity sensor having an acceleration detection function, and more particularly to an angular velocity / acceleration sensor suitable for detecting angular velocity around multiple axes and detecting acceleration in multiple axes.
[0002]
[Prior art]
In the automobile industry, the machine industry, and the like, there is an increasing demand for angular velocity sensors and acceleration sensors that can accurately detect angular velocity around a predetermined axis and acceleration in a predetermined axis direction. Generally, an angular velocity in an arbitrary rotational direction acts on an object that freely moves in a three-dimensional space together with an acceleration in an arbitrary direction. For this reason, in order to accurately grasp the motion of the object, it is necessary to detect the angular velocity around each coordinate axis along with the acceleration related to each coordinate axis direction in the XYZ three-dimensional coordinate system. In particular, in order to accurately capture the three-dimensional movement of an object in the XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system, the angular velocity ωx around the X axis, the angular velocity ωy around the Y axis, the angular velocity ωz around the Z axis, It is essential to detect angular velocity and acceleration components related to a total of six axes, ie, acceleration αx, acceleration αy in the Y-axis direction, and acceleration αz in the Z-axis direction.
[0003]
In order to meet such demand, the inventor of the present application, for example, International Publication No. WO94 / 23272, JP-A-8-35981, JP-A-8-68636, JP-A-8-94661 based on the Patent Cooperation Treaty. Several angular velocity sensors and acceleration sensors have been proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-226931 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-285608. These sensors can detect the three-dimensional angular velocity around each axis and the acceleration in each axis direction. Here, regarding the angular velocity, the principle that the Coriolis force Fy acts in the Y-axis direction when the object is moved in the Z-axis direction in a state where the angular velocity ωx around the X-axis acts on a certain object is used. As a result of detection, the acceleration is based on the principle that when an acceleration αx in the X-axis direction acts on an object, a force fx (hereinafter referred to as acceleration force) based on the acceleration acts in the X-axis direction. Detection is used.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The demand for angular velocity / acceleration detection for objects moving in a three-dimensional space is only increasing, and in the future, there will be a demand for a sensor that is small and low in price but capable of highly reliable detection with few errors. It is rare. However, the angular velocity sensor or the acceleration sensor that has been put to practical use has many structurally complicated parts, and there is a problem that it is difficult to reduce the size and the price to improve the reliability.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an angular velocity sensor and an angular velocity sensor having an acceleration detection function that are small in size and low in price and capable of highly reliable detection with little error.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  (1) A first aspect of the present invention provides at least one of an X axis, a Y axis, and a Z axis defined in an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system.Around two axesIn the angular velocity sensor that detects the angular velocity of
  A first weight body and a second weight body movable in a space of a three-dimensional orthogonal coordinate system;
  A device housing for housing these two weight bodies;
  A connection member for connecting each of the two weight bodies to the apparatus housing so as to be movable with a predetermined degree of freedom; and
  A first rotation driving means for rotating the first weight body along the XY plane; and a second rotation driving means for rotating the second weight body along the XY plane; The rotational motion of the first weight body and the rotational motion of the second weight body are the same in period and rotational direction, and the phase is shifted by 180 °.Drive means for moving the first weight body and the second weight body in the apparatus housing;
  First weight bodyFirst Coriolis force detecting means for detecting a first Z-axis Coriolis force acting in the Z-axis direction with respect to
  Second weight bodySecond Coriolis force detecting means for detecting a second Z-axis Coriolis force acting in the Z-axis direction with respect to
  Acted based on the difference between the first Z-axis Coriolis force and the second Z-axis Coriolis forceAround X axis and Y axisMeans for calculating the angular velocity of
  Provided,
  The first weight body and the second weight body define an X-axis detection time at a predetermined time during movement with the X-axis velocity component, and the first weight body and the second weight body have the Y-axis speed. When the Y axis detection time is defined at a predetermined time during movement with a component,
The first Coriolis force detection means is:
A Y-axis angular velocity detection function for detecting a first Z-axis Coriolis force acting in the Z-axis direction on the first weight body when an angular velocity around the Y-axis is acting at the time of X-axis detection;
An X-axis angular velocity detection function for detecting a first Z-axis Coriolis force acting in the Z-axis direction on the first weight body when an angular velocity around the X-axis is acting at the time of Y-axis detection;
Have
The second Coriolis force detecting means is
A Y-axis angular velocity detection function that detects a second Z-axis Coriolis force acting in the Z-axis direction on the second weight body when an angular velocity around the Y-axis is acting at the time of X-axis detection;
An X-axis angular velocity detection function that detects a second Z-axis Coriolis force acting in the Z-axis direction on the second weight body when an angular velocity around the X-axis is acting at the time of Y-axis detection;
Have
The calculation means is
An operation for obtaining an angular velocity around the applied Y axis based on a difference between the first Z-axis Coriolis force and the second Z-axis Coriolis force detected at the time of X-axis detection;
An operation for obtaining an angular velocity around the applied X axis based on a difference between the first Z axis Coriolis force and the second Z axis Coriolis force detected at the time of detecting the Y axis;
Have the ability to
The angular velocity around the X axis and the angular velocity around the Y axis can be detected.
[0007]
  (2) According to a second aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the first aspect described above,
  The first Coriolis force detecting means isA function for detecting the first Y-axis Coriolis force acting in the Y-axis direction against the first weight body when an angular velocity around the Z-axis is acting at the time of X-axis detection, and Z at the time of Y-axis detection When the angular velocity around the axis is acting, the function of detecting the first X-axis Coriolis force acting in the X-axis direction with respect to the first weight body, and the Z-axis around consisting of at least one function It further has an angular velocity detection function,
  The second Coriolis force detecting means isA function for detecting a second Y-axis Coriolis force acting in the Y-axis direction on the second weight body when an angular velocity around the Z-axis is acting at the time of X-axis detection, and Z at the time of Y-axis detection When the angular velocity around the axis is acting, the function of detecting the second X-axis Coriolis force acting in the X-axis direction on the second weight body, and at least one of the functions around the Z-axis It further has an angular velocity detection function,
  The computing means isBased on the difference between the first Y-axis Coriolis force detected at the time of X-axis detection and the second Y-axis Coriolis force, the calculation for obtaining the angular velocity around the applied Z-axis, and the first detected at the time of Y-axis detection A function of calculating at least one of an operation for obtaining an angular velocity around the applied Z axis based on a difference between the X-axis Coriolis force and the second X-axis Coriolis force of
All of the angular velocity around the X axis, the angular velocity around the Y axis, and the angular velocity around the Z axis can be detected.
[0010]
  (3) According to a third aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the first or second aspect described above,
  Each rotational driving means is constituted by an X-axis direction driving means for reciprocating the weight body along the X-axis direction and a Y-axis direction driving means for reciprocating the weight body along the Y-axis direction. The reciprocating motion in the X-axis direction and the reciprocating motion in the Y-axis direction are set so that the cycle is the same and the phase is shifted by 90 °.
[0012]
(Four) According to a fourth aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the first to third aspects described above,
  A first acceleration force for detecting a first X-axis acceleration force acting in the X-axis direction on the first weight body due to the acceleration when acceleration in the X-axis direction is acting at the time of detection Detection means;
  A second acceleration force for detecting a second X-axis acceleration force acting in the X-axis direction due to the acceleration on the second weight body when an acceleration in the X-axis direction is acting at the time of detection Detection means;
  Further provided,
  The calculation means further has a function of performing a calculation for obtaining an applied acceleration in the X-axis direction based on the sum of the first acceleration force and the second acceleration force.
[0013]
(Five) According to a fifth aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the first to fourth aspects described above,
  A first acceleration force for detecting a first Y-axis acceleration force acting in the Y-axis direction due to the acceleration on the first weight body when an acceleration in the Y-axis direction is acting at the time of detection Detection means;
  A second acceleration force for detecting a second Y-axis acceleration force acting in the Y-axis direction due to the acceleration on the second weight body when an acceleration in the Y-axis direction is acting at the time of detection Detection means;
  Further provided,
  The calculation means further has a function of performing a calculation for obtaining the applied acceleration in the Y-axis direction based on the sum of the first acceleration force and the second acceleration force.
[0014]
(6) According to a sixth aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the first to fifth aspects described above,
  A first acceleration force for detecting a first Z-axis acceleration force acting in the Z-axis direction due to the acceleration on the first weight body when acceleration in the Z-axis direction is acting at the time of detection Detection means;
  A second acceleration force for detecting a second Z-axis acceleration force acting in the Z-axis direction due to the acceleration on the second weight body when acceleration in the Z-axis direction is acting at the time of detection Detection means;
  Further provided,
  The calculation means further has a function of performing a calculation for obtaining the applied acceleration in the Z-axis direction based on the sum of the first acceleration force and the second acceleration force.
[0015]
(7) According to a seventh aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the fourth to sixth aspects described above,
  The first force detection means for detecting the force acting on the first weight body in the direction of the predetermined axis is used as the first Coriolis force detection means and the first acceleration force detection means using the predetermined axis as the detection axis. Combined use
  The second force detection means for detecting the force acting on the second weight body in the direction of the predetermined axis is used as second Coriolis force detection means and second acceleration force detection means using the predetermined axis as the detection axis. Combined use
  An angular velocity is obtained based on the difference between the force detection value by the first force detection means and the force detection value by the second force detection means,
  The acceleration is obtained based on the sum of the detected force value by the first force detecting means and the detected force value by the second force detecting means.
[0016]
(8) According to an eighth aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the seventh aspect described above,
  The motion frequency of the first weight body and the second weight body is set sufficiently higher than the acceleration frequency to be detected, and the former can be identified as a high frequency and the latter as a low frequency. And
  An angular velocity is obtained based on the difference between the high frequency component of the force detection value by the first force detection means and the high frequency component of the force detection value by the second force detection means,
  The acceleration is obtained based on the sum of the low frequency component of the force detection value by the first force detection means and the low frequency component of the force detection value by the second force detection means.
[0017]
(9) According to a ninth aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the first to eighth aspects described above,
  An excitation conductive path is formed on each weight body, and a magnetic field generating means for generating a magnetic field in which a magnetic flux is not parallel to the excitation conductive path is formed in a space where the excitation conductive path is located. Provided,
  When a current is supplied to the excitation conductive path, the weight body is configured to perform a motion necessary for detection by Lorentz force based on the interaction between the current and the magnetic field.
[0018]
(Ten) According to a tenth aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the ninth aspect described above,
  Further, a detection conductive path is formed on each weight body so that the magnetic field generating means does not allow the magnetic flux to be parallel to both the conductive paths in the space where the excitation conductive path and the detection conductive path are located. Has a function to generate a strong magnetic field,
  Based on the induced electromotive force generated in the detection conductive path, the force acting on the weight body can be detected.
[0019]
(11) An eleventh aspect of the present invention is the angular velocity sensor according to the tenth aspect described above,
  A substrate whose upper surface is included in the XY plane of the XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system and whose origin O is defined at the center of the upper surface is used as a weight body.
  A first conductive path extending along the X axis and intersecting the negative part of the Y axis, a second conductive path extending along the X axis and intersecting the positive part of the Y axis, and along the Y axis The third conductive path extending along the negative portion of the X-axis and the fourth conductive path extending along the Y-axis and crossing the positive portion of the X-axis constitute an excitation conductive path. ,
  A fifth conductive path extending along the X axis and intersecting the negative part of the Y axis, a sixth conductive path extending along the X axis and intersecting the positive part of the Y axis, and along the Y axis And a seventh conductive path that crosses the negative part of the X-axis and an eighth conductive path that extends along the Y-axis and crosses the positive part of the X-axis constitute a detection conductive path Is.
[0020]
(12) A twelfth aspect of the present invention is the angular velocity sensor according to the first to eleventh aspects described above,
  A substrate having an upper surface and a lower surface parallel to the XY plane of the XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system is used as a weight body, and a counter surface that faces the lower surface of the weight body is formed on a part of the apparatus housing. A capacitive element is formed by the conductive surface formed on the lower surface of the electrode and the conductive surface formed on the opposite surface, and at least one of the Z-axis Coriolis force and the Z-axis acceleration force can be detected by the capacitive element. It is.
[0021]
(13) A thirteenth aspect of the present invention is the angular velocity sensor according to the first to twelfth aspects described above,
  By defining left and right regions on one substrate and removing a predetermined portion of this substrate, each region has a weight body located at the center and around this weight body. To form a connecting member with a flexible bridge structure,
  A frame is constituted by the outer peripheral portion of the substrate, and each weight body is connected to the frame by a connecting member, and each weight body has a predetermined freedom within the frame within the flexible range of the bridge structure. It is designed to be able to exercise with a degree.
[0022]
(14) A fourteenth aspect of the present invention is the angular velocity sensor according to the first to eighth aspects described above,
  A driving capacitive element constituted by a driving displacement electrode formed on the weight body side and a driving fixed electrode formed on the apparatus housing side so as to face the driving displacement electrode is used as a driving means. The weight body is moved by a Coulomb force generated by applying a voltage between the displacement electrode and the driving fixed electrode.
[0023]
(15) According to a fifteenth aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the fourteenth aspect described above,
  Using a substrate whose upper and lower surfaces are rectangular planes parallel to the XY plane of the XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system,
  An X-axis direction driving displacement electrode having an electrode surface parallel to the YZ plane is formed on a side surface parallel to the XZ plane of the weight body, and parallel to the XZ plane on a side surface parallel to the YZ plane of the weight body. Forming a displacement electrode for driving in the Y-axis direction having an appropriate electrode surface;
  An X-axis direction driving fixed electrode and a Y-axis direction driving fixed electrode having electrode surfaces respectively opposed to the electrode surfaces of the X-axis direction driving displacement electrode and the Y-axis direction driving displacement electrode are formed on the apparatus housing side. ,
  The weight body is moved in the X-axis direction by the Coulomb force generated by applying a voltage between the X-axis direction driving displacement electrode and the X-axis direction driving fixed electrode, and the Y-axis direction driving displacement electrode and the Y-axis are moved. The weight body is moved in the Y-axis direction by a Coulomb force generated by applying a voltage between the direction driving fixed electrodes.
[0024]
(16) According to a sixteenth aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the fifteenth aspect,
  A plurality of driving displacement electrodes are arranged on each side of the weight body in the longitudinal direction of the side,
  On the apparatus housing side, a plurality of driving fixed electrodes are arranged so as to be alternately inserted between the plurality of driving displacement electrodes,
  A driving capacitive element is formed by one driving displacement electrode and one driving fixed electrode which are arranged adjacent to each other, and the driving displacement electrode and the driving driving electrode form the same driving capacitive element. The distance between the fixed electrode and the fixed electrode is set to be smaller than the distance between the driving displacement electrode and the fixed driving electrode that do not form the same driving capacitive element.
[0025]
(17) According to a seventeenth aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the first to eighth aspects described above,
  Coriolis force or acceleration force is detected by a detection capacitive element composed of a detection displacement electrode formed on the weight body side and a detection fixed electrode formed on the apparatus housing side so as to face the detection displacement electrode. The Coriolis force or acceleration force is detected by the capacitance value of the detection capacitive element.
[0026]
(18) According to an eighteenth aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the seventeenth aspect described above,
  Using a substrate whose upper and lower surfaces are rectangular planes parallel to the XY plane of the XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system,
  A displacement electrode for X-axis direction detection having an electrode surface parallel to the YZ plane is formed on a side surface parallel to the XZ plane of the weight body, and parallel to the XZ plane on a side surface parallel to the YZ plane of the weight body. Forming a displacement electrode for Y-axis direction detection having a simple electrode surface;
  An X-axis direction detection fixed electrode and a Y-axis direction detection fixed electrode having electrode surfaces respectively opposed to the electrode surfaces of the X-axis direction detection displacement electrode and the Y-axis direction detection displacement electrode are formed on the apparatus housing side. ,
  The Coriolis force or acceleration force acting in the X-axis direction is detected based on the capacitance value of the detection capacitive element constituted by the X-axis direction detection displacement electrode and the X-axis direction detection fixed electrode, and the Y-axis direction detection displacement The Coriolis force or acceleration force acting in the Y-axis direction is detected by the capacitance value of the detection capacitive element constituted by the electrode and the Y-axis direction detection fixed electrode.
[0027]
(19) According to a nineteenth aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the eighteenth aspect described above,
  A plurality of detection displacement electrodes are arranged side by side in the longitudinal direction of each side surface of each weight body,
  On the apparatus housing side, a plurality of detection fixed electrodes are arranged so as to be inserted alternately between the plurality of detection displacement electrodes,
  A detection capacitive element is formed by one detection displacement electrode and one detection fixed electrode arranged adjacent to each other, and the detection displacement electrode and the detection are formed to form the same detection capacitance element. The electrode interval with the fixed electrode is set to be smaller than the electrode interval between the detection displacement electrode and the detection fixed electrode that do not form the same detection capacitive element.
[0028]
(20) According to a twentieth aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the eighteenth or nineteenth aspect described above,
  A Z-axis direction detection displacement electrode is formed on the lower surface of the weight body, and a Z-axis direction detection fixed electrode facing the Z-axis direction detection displacement electrode is formed on the apparatus housing side,
  The Coriolis force or acceleration force acting in the Z-axis direction is detected based on the capacitance value of the detection capacitive element constituted by the Z-axis direction detection displacement electrode and the Z-axis direction detection fixed electrode.
[0029]
(twenty one) According to a twenty-first aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the fourteenth to twentieth aspects described above,
  The weight body is made of a conductive material, and a specific part of the surface of the weight body is used as a drive displacement electrode or a detection displacement electrode.
[0030]
(twenty two) According to a twenty-second aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the first to twenty-first aspects described above,
  A closed detection operation space is constituted by two substrates disposed substantially parallel to each other at a predetermined interval and a side wall portion connecting the outer peripheral portions of the two substrates to each other,
  Two weight bodies are accommodated in the detection operation space, and the weight body and the substrate are directly or indirectly connected so that the weight body can move with a predetermined degree of freedom in the detection operation space. The connection is made by a member.
[0031]
(twenty three) According to a twenty-third aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the twenty-second aspect described above,
  The distance between the weight body and each board so that when the excessively large angular velocity or acceleration that exceeds the detection target is applied, the weight body touches one of the boards and the movement is hindered. And each substrate can be used as a control member for controlling the movement of the weight body.
[0032]
(twenty four) According to a twenty-fourth aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the twenty-second or twenty-third aspect described above,
  An opening window for wiring is formed on one substrate, and a conductive wiring member is provided in the detection operation space so as to close the opening window for wiring.
  Inside the detection operation space, a driving means for moving the weight body and a force detection means for detecting Coriolis force or acceleration force acting on the weight body are electrically connected to the wiring member,
  Outside the detection operation space, the wiring member and the external wiring are electrically connected through the opening window for wiring,
  The electrical wiring is performed while maintaining the sealed state of the detection operation space.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.
[0034]
§1. Embodiment in which weight body is reciprocated
<<<< 1.1 Physical Basic Configuration of Sensor >>>>
First, a basic configuration of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to a perspective view of FIG. As shown in the figure, this angular velocity sensor has a first weight body 10A and a second weight body 10B, and a first detection system using the first weight body 10A and a second weight system 10A. A second detection system using the weight body 10B is prepared. Both the weight bodies 10 </ b> A and 10 </ b> B are connected to the apparatus housing 30 by the connection member 20. At this time, the connecting member 20 has a function of connecting each of the first weight body 10A and the second weight body 10B to the apparatus housing 30 so as to be movable with a predetermined degree of freedom. Have. In FIG. 1, the device housing 30 is depicted as a mere support point for the connection member 20, but in practice, the device housing 30 functions to support the weight bodies 10 </ b> A and 10 </ b> B via the connection member 20. It also functions as a container for housing the weight bodies 10A and 10B. Accordingly, each of the weight bodies 10A and 10B is accommodated in the apparatus housing 30 so as to be movable with a predetermined degree of freedom, and can function as a vibrator.
[0035]
Here, for convenience of explanation, an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system having the X axis, Y axis, and Z axis shown in the figure is defined, and the operating principle of this angular velocity sensor in this coordinate system will be described. As described above, each of the weight bodies 10A and 10B is supported by the connecting member 20 so as to be movable with a predetermined degree of freedom in the apparatus housing 30. More specifically, each of the weight bodies 10A and 10B can be moved within a predetermined range in the coordinate axis directions of the X axis, the Y axis, and the Z axis in the orthogonal coordinate system. 20 is supported. In FIG. 1, the connecting member 20 is depicted as a so-called coiled spring. However, the connecting member 20 for carrying out the present invention does not necessarily need to be configured by a coiled spring, and is a plate spring as described later. The connecting member 20 may be formed of a structure having elasticity or flexibility such as a bridge structure. Further, in the example of FIG. 1, the connection member 25 for connecting the first weight body 10A and the second weight body 10B is formed, but the two weight bodies are directly connected in this way. The connecting member to be used is not always necessary. Further, in the example of FIG. 1, one point J on the connection member 25 is not connected to the apparatus housing 30, but this one point J may be directly connected and fixed to the apparatus housing 30. Absent. In short, the connection member 20 according to the present invention allows the weight bodies 10A and 10B to move independently in the respective coordinate axis directions of the X axis, the Y axis, and the Z axis within a predetermined range necessary for detection. If so, it may be realized in any structure.
[0036]
In practicing the present invention, the shape of each of the weight bodies 10A and 10B is not particularly limited. However, in practice, it is preferable to use a substrate-like weight body as shown in FIG. Here, an example will be described in which substrates of the same size and the same mass having upper and lower surfaces parallel to the XY plane of the XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system are used as the first weight body 10A and the second weight body 10B. I will decide. Both weights do not necessarily have the same size and the same mass, but are preferably the same size and the same mass in order to facilitate calculation. Here, an example in which the first weight body 10A and the second weight body 10B are arranged side by side in the X-axis direction will be described.
[0037]
<<< 1.2 Basic Principle of Angular Velocity Detection >>>
The angular velocity sensor according to the present invention is characterized by two detection systems, a first detection system using the first weight body 10A and a second detection system using the second weight body 10B. And Coriolis force acting on each weight body is detected. As will be described later, when the first weight body 10A and the second weight body 10B are moved so as to have velocity components in opposite directions, the Coriolis force acting on both weight bodies is reversed. Therefore, the angular velocity can be detected as the difference between the two Coriolis forces. Such difference detection is effective in obtaining an accurate detection value from which error components based on various elements are removed. Hereinafter, the principle of the difference detection will be described.
[0038]
Now, a vibration Ux (A) in the X-axis direction as indicated by an arrow in the figure is given to the first weight body 10A, and at the same time, the second weight body 10B is shown in the figure. Consider a case where a vibration Ux (B) in the X-axis direction as indicated by an arrow is given. In other words, the first weight body 10A and the second weight body 10B both reciprocate along the X-axis direction. Here, assuming that the center of gravity G (A) of the first weight body 10A and the center of gravity G (B) of the second weight body 10B are both located on the X axis, the displacement of these center of gravity. Is as shown in FIG. That is, due to the vibration Ux (A), the center of gravity G (A) of the first weight body 10A moves about the position X0 (A) to the position of X + (A) in the positive direction of the X axis. It moves to the position of X- (A) in the negative axis direction. Similarly, due to the vibration Ux (B), the center of gravity G (B) of the second weight body 10B moves around the position X0 (B) to the position of X + (B) in the positive direction of the X axis, In the negative direction of the X axis, it moves to the position X- (B).
[0039]
Now, when the weight bodies 10A and 10B are reciprocatingly moved in the X-axis direction, the angular velocity ωy around the Y-axis is relative to the entire system (in other words, the entire apparatus housing 30). When acting, the Coriolis force Fz acts in the Z-axis direction. The direction of the Coriolis force Fz is reversed according to the moving direction of the weight bodies 10A and 10B. For example, even if the acting angular velocity ωy around the Y-axis is constant, if the weight body is moving in the X-axis positive direction, the Coriolis force in the Z-axis positive direction is applied. When the weight body is moving in the negative direction of the X axis, Coriolis force in the negative direction of the Z axis acts. Of course, on the contrary, when the weight body is moving in the X-axis positive direction, when the Coriolis force acts in the Z-axis negative direction and the weight body is moving in the X-axis negative direction. In some cases, a Coriolis force in the positive direction of the Z-axis may act. Which phenomenon occurs depends on the rotational direction (clockwise or counterclockwise) of the angular velocity ωy about the Y axis that has acted.
[0040]
FIG. 3 (a) is a graph showing the time change of the velocity Vx (A) in the X-axis direction due to the reciprocating motion (vibration Ux (A)) of the first weight body 10A in the X-axis direction. b) is the Z axis generated due to the angular velocity + ωy when the angular velocity + ωy around the Y axis acts on the entire system when the first weight body 10A performs such a motion. It is a graph which shows the time change of Coriolis force Fz (henceforth Z-axis Coriolis force) to a direction, The figure (c) is, when the 1st weight body 10A is performing such a motion, FIG. 6 is a graph showing a time change of a Z-axis Coriolis force Fz generated due to an angular velocity −ωy when an angular velocity −ωy around the Y-axis (angular velocity + an angular velocity reverse to ωy) acts on the entire system. is there. The horizontal axis of these graphs corresponds to the common time axis shown in FIG.
[0041]
First, the change in the velocity Vx (A) in the X-axis direction of the first weight body 10A becomes a sine wave graph with time t = t0 to t4 as one cycle, as shown in FIG. At time t = t0, the center of gravity G (A) is at the most negative position X- (A) on the X axis, and the speed at this time is zero. At the subsequent time t = t1, the center of gravity G (A) passes through the center position X0 (A) at the maximum positive speed indicated by the arrow r11 (here, Vx (At1)), At t = t2, the position reaches the most positive position X + (A) on the X axis. The speed at this time is zero. At time t = t3, the center of gravity G (A) passes through the center position X0 (A) at the negative maximum speed indicated by the arrow r12 (here, Vx (At3)). At time t = t4, the position reaches the most negative position X- (A) on the X axis. This is the same as the state at time t0.
[0042]
When the first weight body 10A performs such a reciprocating motion, if each speed + ωy around the Y axis acts on the entire system, as shown in FIG. 3 (b), as shown in FIG. A Z-axis Coriolis force Fz (A: + ωy) as shown by the sine wave graph having the same phase as the graph is generated. That is, the absolute value and polarity of the Z-axis Coriolis force Fz (A: + ωy) are determined according to the absolute value and polarity of the speed Vx (A), and the positive maximum value indicated by the arrow r13 at time t = t1 (here In this case, it is expressed as Fz (At1)), and at time t = t3, the negative maximum value indicated by the arrow r14 (here, expressed as Fz (At3)) is taken. On the other hand, when an angular velocity −ωy that is opposite to the angular velocity + ωy is acting, as shown in FIG. 3 (c), a sine wave graph having an opposite phase to the graph of FIG. 3 (b) is shown. Z-axis Coriolis force Fz (A: -ωy) is generated. Again, the absolute value and polarity of the Z-axis Coriolis force Fz (A: −ωy) are determined according to the absolute value and polarity of the velocity Vx (A), and the negative maximum value indicated by the arrow r15 at time t = t1 ( Here, it is expressed as Fz (At1)), and at time t = t3, the negative maximum value indicated by the arrow r16 (here, expressed as Fz (At3)) is taken.
[0043]
Eventually, in the state where the first weight body 10A is reciprocated in the X-axis direction, when the angular velocity + ωy or −ωy around the Y-axis acts, if the Z-axis Coriolis force Fz generated due to this is detected, The applied angular velocity + ωy or −ωy can be obtained. For example, if the time t1 or t3 is defined as the time of detection and the magnitude and polarity of the Z-axis Coriolis force Fz at the time of detection can be detected, the magnitude and polarity of the applied angular velocity ωy (+ ωy or −ωy? , In other words, right-handed or left-handed). Such an angular velocity detection principle has already been disclosed in the above-mentioned prior application.
[0044]
A feature of the present invention resides in that a second weight body 10B is provided together with the first weight body 10A, and the phases of movement of both weight bodies are reversed. FIG. 4A is a graph showing the time change of the velocity Vx (B) in the X-axis direction due to the reciprocating motion (vibration Ux (B)) in the X-axis direction of the second weight body 10B. b) is the Z axis generated due to the angular velocity + ωy when the angular velocity + ωy around the Y axis acts on the entire system when the second weight body 10B performs such a motion. It is a graph which shows the time change of a Coriolis force, The figure (c) is the angular velocity -omegay (about the Y-axis) with respect to the whole system, when the 2nd weight body 10B is performing such a motion. It is a graph which shows the time change of the Z-axis Coriolis force Fz which arises when this angular velocity -omegay acts when the angular velocity of the reverse rotation | direction with respect to angular velocity + omegay acts. The horizontal axis of these graphs corresponds to the common time axis shown in FIG.
[0045]
First, the change in the velocity Vx (B) in the X-axis direction of the second weight body 10B becomes a sine wave graph with time t = t0 to t4 as one cycle, as shown in FIG. The point to be noted here is that the phase of the graph shown in FIG. 4 (a) is reversed with respect to the graph shown in FIG. 3 (a). That is, in the graph of FIG. 4A, at time t = t0, the center of gravity G (B) is at the most positive position X + (B) on the X axis, and the speed at this time is zero. At the subsequent time t = t1, the center of gravity G (B) passes through the center position X0 (B) at the negative maximum speed indicated by the arrow r21 (here, Vx (Bt1)), At t = t2, the most negative position X− (B) on the X axis is reached. The speed at this time is zero. At time t = t3, the center of gravity G (B) passes through the center position X0 (B) at the maximum positive speed indicated by the arrow r22 (here, Vx (Bt3)). At time t = t4, the position reaches the most positive position X + (B) on the X axis. This is the same as the state at time t0.
[0046]
When each speed + ωy around the Y-axis acts on the entire system when the second weight body 10B performs such reciprocating motion, as shown in FIG. 4 (b), as shown in FIG. A Z-axis Coriolis force Fz (B: + ωy) as shown by a sine wave graph in phase with the graph is generated. That is, the absolute value and polarity of the Z-axis Coriolis force Fz (B: + ωy) are determined according to the absolute value and polarity of the velocity Vx (B), and the negative maximum value indicated by the arrow r23 at time t = t1 (here In this case, Fz (Bt1) is taken), and the positive maximum value (here, Fz (Bt3) is shown) indicated by an arrow r24 at time t = t3. On the other hand, when an angular velocity −ωy that is opposite to the angular velocity + ωy is acting, as shown in FIG. 4 (c), a sine wave graph having an opposite phase to the graph of FIG. 4 (b) is shown. Z-axis Coriolis force Fz (B: -ωy) is generated. Again, the absolute value and polarity of the Z-axis Coriolis force Fz (B: −ωy) are determined according to the absolute value and polarity of the velocity Vx (B), and the positive maximum value (indicated by the arrow r25 at time t = t1) ( Here, Fz (Bt1) is taken), and the negative maximum value indicated by the arrow r26 at time t = t3 (here, Fz (Bt3) is taken) is taken.
[0047]
Now, the Z-axis Coriolis force acting on the first weight body 10A is called a first Z-axis Coriolis force, and the Z-axis Coriolis force acting on the second weight body 10B is called the second Z-axis Coriolis force. If these are called axial Coriolis forces, each of these individual Z-axis Coriolis forces indicates the angular velocity ωy around the Y-axis acting on the angular velocity sensor, but the first Z-axis Coriolis force and the second If the difference from the Z-axis Coriolis force is obtained, a more accurate detection value of the angular velocity ωy around the Y-axis can be obtained. The reason is, for example, to find the difference between the graph shown in FIG. 3B (graph relating to the first weight body 10A) and the graph shown in FIG. 4B (graph relating to the second weight body 10B). This can be understood by considering the calculation results. The values in both graphs are always reversed in polarity at any point in time, so the sum of the two is theoretically 0, but if the difference between the two is taken, the characteristics of both graphs The result will be doubled. Moreover, by performing the difference calculation, an error component (for example, an acceleration component described later, an error component due to temperature, humidity, etc.) that is included in both graphs is removed. A more accurate and reliable detection result can be obtained. This is the basic principle of angular velocity detection in the angular velocity sensor according to the present invention.
[0048]
When the mass of the first weight body 10A and the mass of the second weight body 10B are not the same, the amplitudes of both graphs are not equal. In such a case, it is necessary to perform correction based on the mass ratio. In order to omit such a correction calculation, it is preferable that the masses of both weight bodies are equal. Moreover, when performing the specific detection operation | movement mentioned later, it is preferable that the shape and size of both weight bodies are also made equal.
[0049]
<<< 1.3 Detection Principle of Individual Angular Velocity and Acceleration >>>
So far, the principle of detecting the angular velocity ωy around the Y axis has been described for the angular velocity sensor shown in FIG. The main point is to first reciprocate the first weight body 10A and the second weight body 10B along the X-axis direction. At this time, both the reciprocating motions have the same period but have the phases reversed. Viewed from a broader concept, the movement of the pair of weight bodies is such that the first weight body 10A moves with a velocity component in the positive direction of the X axis at least during a predetermined detection, and the second weight body As long as 10B moves with a velocity component in the negative direction of the X axis, it is not always necessary to perform a reciprocating motion whose phases are reversed. However, in practice, it is easiest to perform reciprocating motions whose phases are reversed. In this way, when an angular velocity ωy around the Y-axis acts in a state where the pair of weights move in the X-axis direction, Coriolis force acts on each weight body in the Z-axis direction. Axis Coriolis force is detected. At this time, since the moving directions of both weights are opposite, the direction of the Z-axis Coriolis force acting on both weights is also reversed (the positive and negative signs indicating the direction are reversed). Therefore, if the difference between the detected Z-axis Coriolis forces (difference considering the sign) is obtained, this difference becomes a value indicating the angular velocity ωy around the applied Y-axis. More specifically, the absolute value of the difference indicates the absolute value of the angular velocity ωy, and the sign of the difference indicates the direction of the angular velocity ωy. For example, the detection result at time t1 shown in FIGS. 3 and 4 is obtained by subtracting the Z-axis Coriolis force acting on the second weight body 10B from the Z-axis Coriolis force acting on the first weight body 10A. If the sign of the difference obtained is positive, it means that the angular velocity + ωy has acted. Conversely, if the sign of this difference is negative, it means that the angular velocity −ωy has acted.
[0050]
The above is the principle of detecting the angular velocity ωy around the Y axis, but the angular velocity sensor shown in FIG. 1 can also detect the angular velocity ωz around the Z axis in exactly the same manner. That is, when an angular velocity ωz about the Z-axis acts in a state where both weights are reciprocating in the X-axis direction, the Coriolis force in the Y-axis direction (hereinafter referred to as Y-axis Coriolis force) is applied to both weights. Call). In this case, since the moving directions of both weights are opposite, the direction of the Y-axis Coriolis force acting on both weights is also reversed. Therefore, if the difference between both detected Y-axis Coriolis forces is obtained, this difference becomes a value indicating the angular velocity ωz around the applied Z-axis. More specifically, the absolute value of the difference indicates the absolute value of the angular velocity ωz, and the sign of the difference indicates the direction of the angular velocity ωz.
[0051]
Eventually, when the Z-axis Coriolis force and Y-axis Coriolis force acting on each weight body are detected in a state where both weight bodies are reciprocated in the X-axis direction, the angular velocity ωy about the Y-axis and the Z-axis Coriolis force Both the angular velocity ωz can be obtained. Note that the angular velocity ωx around the X axis cannot be obtained in the embodiment in which both weights are reciprocated in the X axis direction. A method for detecting the angular velocity ωx will be described later in another embodiment.
[0052]
On the other hand, the angular velocity sensor shown in FIG. 1 can also detect the acceleration αx in the X-axis direction, the acceleration αy in the Y-axis direction, and the acceleration αz in the Z-axis direction. That is, according to Newton's law, when acceleration α acts on an object having mass m, a force f (hereinafter referred to as acceleration force f) due to acceleration acts in the same direction as this acceleration α. The acceleration force f is obtained by f = mα. Therefore, if the acceleration force f acting on the weight body can be detected, the acceleration α acting on the weight body can be obtained. Therefore, in the angular velocity sensor of FIG. 1, if the acceleration force fx in the X-axis direction acting on each weight body, the acceleration force fy in the Y-axis direction, and the acceleration force fz in the Z-axis direction are detected, the acceleration αx in each axis direction is detected. , Αy, αz can be obtained.
[0053]
It should be noted that the direction of the Coriolis force depends on the movement direction of the weight body, whereas the direction of the acceleration force is independent of the movement direction of the weight body. For example, if acceleration in the positive X-axis direction + αx acts on the entire system, the weight body always has the positive X-axis direction regardless of the direction in which each weight moves. The acceleration force + fx is applied. That is, the acceleration force applied to the first weight body 10A and the acceleration force applied to the second weight body 10B are theoretically always in the same direction and the same magnitude, even if the movements of both are in the opposite directions. Become. Therefore, if the sum of acceleration forces acting on both weight bodies is obtained, the average acceleration acting on both weight bodies can be obtained.
[0054]
As described above, the angular velocity can be obtained based on the Coriolis force acting on the weight body, and the acceleration can be obtained based on the acceleration force acting on the weight body. There is no distinction between force and acceleration force. So far, a specific method for detecting the force acting on the weight body has not been described, but in the present embodiment, as will be described later, the force acting based on the displacement generated on the weight body is calculated. The method to detect is taken. For example, as shown in FIG. 2, in the state where the center of gravity G (A) of the first weight body 10A performs a movement corresponding to the vibration Ux (A) on the X axis, the positive or negative direction of the Y axis If the force acts on the center of gravity, the position of the center of gravity G (A) is displaced in the positive or negative direction of the Y axis, and the trajectory of the vibration Ux (A) is shifted in the positive or negative direction of the Y axis. . If this amount of deviation is detected, the applied force in the Y-axis direction can be obtained. Similarly, the force in the Z-axis direction can be obtained by detecting the amount of deviation in the Z-axis direction, and the force in the X-axis direction can be obtained by the amount of deviation in the X-axis direction (in this case, vibration Ux (A) It can be obtained by detecting (for example, the center position X0 (A) of vibration is displaced).
[0055]
The weights 10A and 10B are supported by the connecting member 20 so as to be movable with a predetermined degree of freedom in the coordinate axis directions based on the displacements in the axial directions. This is because it is possible to detect the force acting on the. However, the force detected in this way is a combined force of the Coriolis force F and the acceleration force f, and a clue to know the ratio of the Coriolis force F and the ratio of the acceleration force f from the absolute value of the detected force. There is no. As described above, in the present invention, since it is necessary to obtain the angular velocity based on the Coriolis force F and obtain the acceleration based on the acceleration force f, the Coriolis force F and the acceleration force f must be handled separately. Fortunately, however, it is possible to handle both of them separately. The reason will be described below.
[0056]
First, the first reason is that it becomes possible to distinguish the two based on the frequency component. In general, the motion frequency of the weight body can be maintained at a high frequency of, for example, several kHz, while the acceleration frequency to be detected is a frequency as low as several Hz at most. . For example, when the angular velocity sensor according to the present invention is mounted on an automobile, an aircraft, or the like, it is sufficient that the acceleration generated by the traveling of the automobile or the navigation of the airplane can be detected only by a low frequency component of about several Hz. Of course, when used for applications such as machine tool vibration detection, the acceleration frequency to be detected becomes higher, but even in this case, by setting the motion frequency of the weight body higher, the weight body It is possible to distinguish between the motion frequency and the acceleration frequency to be detected.
[0057]
By the way, the Coriolis force F changes with the same frequency as the motion frequency of the weight body, as shown in the graphs of FIGS. 3 (b) and 3 (c) or FIGS. 4 (b) and 4 (c). become. On the other hand, the acceleration force f is an amount unrelated to the motion frequency of the weight body. Therefore, as described above, the motion frequency of the weight body is set sufficiently higher than the acceleration frequency to be detected so that the former can be identified as a high frequency and the latter as a low frequency. In this case, it is possible to handle the high frequency component as the Coriolis force F and the low frequency component as the acceleration force f in the obtained force detection value. Specifically, if a force detection signal is discriminated by a frequency filter, a signal related to the Coriolis force F and a signal related to the acceleration force f can be separated. This is the first reason.
[0058]
The second reason is that when the angular velocity is obtained, an operation for obtaining a difference between the Coriolis force F acting on the first weight body 10A and the Coriolis force F acting on the second weight body 10B is performed. On the other hand, when the acceleration is obtained, calculation is performed to obtain the sum of the acceleration force f applied to the first weight body 10A and the acceleration force f applied to the second weight body 10B. For example, FIG. 3 (b) shows a graph of the Coriolis force Fz (A: + ωy) generated on the first weight body 10A due to the angular velocity + ωy, and FIG. A graph of Coriolis force Fz (B: + ωy) generated with respect to the second weight body 10B due to the angular velocity + ωy is shown. Both graphs are in a state in which positive and negative are reversed, and the angular velocity ωy is obtained based on the difference between the two graphs. For example, when the time t1 is detected, the angular velocity ωy is obtained by a calculation of Fz (At1) −Fz (Bt1). Here, Fz (Bt1) is a negative value. Actually, the calculation of this difference is an operation for obtaining the sum of the length of the arrow r13 and the length of the arrow r23.
[0059]
The above is a discussion in the case where only the Coriolis force Fz is acting. If the acceleration fz in the Z-axis direction is acting, the actually detected force in the Z-axis direction is the Coriolis force Fz and the acceleration. The resultant force is combined with the force fz. Assuming that the acceleration force in the Z-axis direction acting on the first weight body 10A is fz (A) and the acceleration force in the Z-axis direction acting on the second weight body 10B is fz (B), At t1, the combined force acting on the first weight body 10A is Fz (At1) + fz (A), and the combined force acting on the second weight body 10B is Fz (Bt1) + fz (B). Become. Here, while Fz (At1) and Fz (Bt1) have the same absolute value and opposite signs, fz (A) and fz (B) have the same absolute value and sign. Therefore, if the difference between the two combined forces is taken, only the sum of absolute values of the Coriolis force Fz is obtained, and the acceleration force fz is canceled out. Conversely, if the sum of both combined forces is taken, only the sum of absolute values of the acceleration force fz is obtained, and the Coriolis force Fz is canceled out.
[0060]
As described above, in the present invention, there is a basic principle that the angular velocity is obtained based on the difference between the forces acting on the two weight bodies, and the acceleration is obtained based on the sum. Force components (acceleration force component in angular velocity detection, Coriolis force component in acceleration detection) are canceled well. This is the second reason.
[0061]
<< 1.4 Detection circuit of angular velocity and acceleration >>>>
FIG. 5 to FIG. 7 show detections for detecting five-axis components of the accelerations αx, αy, αz in the XYZ coordinate axis directions, the angular velocity ωy around the Y axis, and the angular velocity ωz around the Z axis based on the principle described above. It is a block diagram which shows the basic composition of a circuit.
[0062]
FIG. 5 shows a block diagram of a detection circuit related to the first weight body 10A. The X-axis direction driving means 40A is means for reciprocating the first weight body 10A along the X-axis, and a specific configuration example thereof will be described later. By the operation of the X-axis direction driving means 40A, the X-axis direction force detecting means 51A, the Y-axis direction force detecting means 52A, and the Z-axis direction in the state where the first weight body 10A is moving along the X-axis. The force (Coriolis force F and acceleration force f) acting on the first weight body 10A in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions is detected by the force detection means 53A. First, only the acceleration force fx (A) is detected by the X-axis direction force detection means 51A (since the weight body moves in the X-axis direction, no Coriolis force in the X-axis direction is generated). On the other hand, the combined force of the acceleration force fy (A) and the Coriolis force Fy (A: ωz) generated due to the angular velocity ωz around the Z axis is detected by the Y-axis direction force detection means 52A. Further, the combined force of the acceleration force fz (A) and the Coriolis force Fz (A: ωy) generated due to the angular velocity ωy around the Y axis is detected by the Z-axis direction force detection means 53A.
[0063]
As described above, the Y-axis direction signal separating unit 61A and the Z-axis direction signal separating unit 62A convert the resultant force signal into a high frequency component (Coriolis force F component) and a low frequency component (acceleration force f component). ) And function to separate. As a result, the acceleration force fy (A) and the Coriolis force Fy (A: ωz) are separated, and the acceleration force fz (A) and the Coriolis force Fz (A: ωy) are separated. The acceleration and angular velocity calculating means 71A to 75A are based on the obtained acceleration forces fx (A), fy (A), fz (A) and Coriolis forces Fy (A: ωz), Fz (A: ωy). Thus, it has a function of calculating accelerations αx (A), αy (A), αz (A), angular velocities ωz (A), ωy (A), respectively. Specifically, a process of multiplying a signal value of the acceleration force f or Coriolis force F input at a predetermined detection by a predetermined coefficient and outputting it as an acceleration value or an angular velocity value is performed.
[0064]
In this way, the values of the accelerations αx (A), αy (A), αz (A), angular velocities ωz (A), ωy (A) output from the respective computing means 71A to 75A are of course the acceleration detection values and angular velocities as they are. It can be used as a detection value. However, these detected values are not necessarily accurate values, and actually include various error components. For example, in the separation processing based on the frequency performed in the signal separation means 61A, 62A, the acceleration force and the Coriolis force are not necessarily strictly separated. In actual sensors, specific detection elements are used to detect forces acting in the respective axial directions. However, in these detection elements, there is a possibility that the detection sensitivity may vary depending on the environment such as temperature. .
[0065]
In the present invention, a second detection system using the second weight body 10B is provided in addition to the first detection system using the first weight body 10A, and the detection results of both detectors are used. Thus, various error components can be canceled out. FIG. 6 is a block diagram of a detection circuit related to the second weight body 10B. The detection circuit of FIG. 6 is obtained by rewriting the code A in the detection circuit shown in FIG. 5 to the code B, and the substantial contents of both the detection circuits are exactly the same. Therefore, description of the configuration and operation of the detection circuit in FIG. 6 is omitted here. The values of acceleration αx (B), αy (B), αz (B), angular velocity ωz (B), ωy (B) are obtained by the detection circuit of FIG.
[0066]
The circuit shown in FIG. 7 includes the accelerations αx (A), αy (A), αz (A), angular velocities ωy (A), ωz (A) obtained by the detection circuit shown in FIG. Based on the acceleration αx (B), αy (B), αz (B), angular velocity ωy (B), ωz (B) obtained by the circuit, the final acceleration αx, αy, αz, angular velocity ωy, ωz This is a circuit for obtaining. That is, the calculation for obtaining the sum is performed for the values indicating the acceleration in each axis direction, and the calculation for determining the difference is performed for the value indicating the angular velocity around each axis. By this calculation, various error components are canceled out, and a more accurate detection value can be obtained.
[0067]
<<< 1.5 Detection Principle of Angular Velocity ωx Around X-axis >>>
As shown in FIG. 7, the angular velocity sensor described above can detect accelerations αx, αy, αz with respect to three axes and angular velocities ωy, ωz with respect to two axes. It cannot be detected. This is because the Coriolis force based on the angular velocity ωx around the X axis is not generated because the movement direction of the weight body is the X axis direction. Therefore, in order to detect the angular velocity ωx around the X axis, it is only necessary to detect the Coriolis force acting in the Z axis direction or the Y axis direction while the weight body is moved in the Y axis direction or the Z axis direction. .
[0068]
For example, as shown in FIG. 8, the first weight body 10A is given a vibration Uy (A) in the Y-axis direction as indicated by an arrow in the figure, and at the same time, the second weight body It is assumed that a vibration Uy (B) in the Y-axis direction as indicated by an arrow in FIG. In other words, both the first weight body 10A and the second weight body 10B reciprocate along the Y-axis direction. At this time, the vibration Uy (A) and the vibration Uy (B) have the same period and are inverted in phase, so that both weights always move in opposite directions. Here, assuming that the center of gravity G (A) of the first weight body 10A and the center of gravity G (B) of the second weight body 10B are both located on the X axis, the displacement of these center of gravity. Is as shown in FIG. That is, due to the vibration Uy (A), the center of gravity G (A) of the first weight body 10A moves around the position Y0 (A) to the position of Y + (A) in the Y axis positive direction. It moves to the position of Y- (A) in the negative axis direction. Similarly, due to the vibration Uy (B), the center of gravity G (B) of the second weight body 10B moves around the position Y0 (B) to the position of Y + (B) in the positive Y-axis direction. In the negative Y-axis direction, it moves to the position Y- (B).
[0069]
In this state, if each Z-axis Coriolis force (with opposite signs) acting on the weights 10A and 10B is detected and the difference between the two is obtained, the angular velocity ωx around the X-axis can be obtained. Of course, at this time, if the respective Y-axis Coriolis forces acting on the weight bodies 10A and 10B (with opposite signs to each other) are detected and the difference between them is obtained, the angular velocity ωz around the Z-axis can be obtained, It is also possible to obtain accelerations αx, αy, αz in the respective axial directions.
[0070]
After all, in the motion mode as shown in FIG. 8 (mode in which each weight body is vibrated in the Y-axis direction), the accelerations αx, αy, αz about the three axes and the angular velocities ωx, ωz about the two axes can be detected. However, the angular velocity ωy around the Y axis cannot be detected. Therefore, in order to detect all the accelerations related to the respective axis directions and the angular velocities related to the respective axes, the movement mode as shown in FIG. 1 (the mode of vibrating each weight body in the X-axis direction) and FIG. Such exercise modes may be switched alternately. However, in practice, it is inefficient to switch the movement mode in the X-axis direction to the movement mode in the Y-axis direction. Therefore, in order to detect the six-axis component of the acceleration in the three-axis direction and the angular velocity around the three axes, it is preferable to adopt an embodiment in which the weight body is rotated as described in the next section.
[0071]
§2. Embodiment for rotating the weight body
<<<< 2.1 Form of rotational movement >>>>
In §1 described above, the form in which each weight body 10A, 10B is reciprocated along the X-axis direction or the Y-axis direction has been described. Here, each weight body 10A, 10B is moved along a circular orbit. A form in which the rotary movement is performed will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a plan view of the XY plane showing the motion trajectory of the gravity centers G (A) and G (B) of the weight bodies 10A and 10B. Here, for convenience of explanation, the positive direction of the X-axis is shown as the right direction of the figure, and the positive direction of the Y-axis is shown as the upward direction of the figure, and the movement locus of the first weight body 10A is shown in the right half of the figure. In the left half of the figure, the movement locus of the second weight body 10B is shown. In the right half of the figure, points P1 (A) to P4 (A) indicate the positions of the center of gravity G (A) at times t1 to t4, respectively, and the center of gravity G (A) follows the circular orbit shown in the figure. Is moving clockwise. Similarly, in the left half of the figure, points P1 (B) to P4 (B) indicate the positions of the center of gravity G (B) at times t1 to t4, respectively, and the center of gravity G (B) is the circle shown. It moves clockwise along the trajectory.
[0072]
As described above, the weight bodies 10A and 10B both rotate in the same rotation direction in the same cycle, but their phases are shifted by 180 °. That is, at time t1, the center of gravity G (A) is located at the point P1 (A) at the top position of the circular orbit, while the center of gravity G (B) is at the point P1 at the bottom position of the circular orbit. It is located in (B). Thus, if the phase of the rotational movement of both weight bodies is shifted by 180 °, the movement direction of both weight bodies is reversed at any moment. At each point in FIG. 10, the motion velocity vector of the weight body at that time (facing the tangential direction of the circular orbit) is indicated by an arrow. That is, at the time t1, the first weight body 10A moves at the speed Vx (At1) in the positive direction of the X axis at the point P1 (A), whereas the second weight body 10B In P1 (B), it moves in the X-axis negative direction at a speed Vx (Bt1). Similarly, at time t2, the first weight body 10A is moving at the speed Vy (At2) in the negative Y-axis direction at the point P2 (A), whereas the second weight body 10B is At point P2 (B), the first weight body 10A moves in the positive direction of the Y axis at the speed Vy (Bt2), and at time t3, the first weight body 10A moves at the speed Vx (At3) in the negative direction of the X axis at the point P3 (A). ), The second weight body 10B moves at the speed Vx (Bt3) in the positive direction of the X-axis at the point P3 (B), and at time t4, the first weight The body 10A moves at the speed Vy (At4) in the positive direction of the Y axis at the point P4 (A), whereas the second weight body 10B moves in the negative direction of the Y axis at the point P4 (B). Moving with Vy (Bt4).
[0073]
Such rotational motion includes simple vibration in the X-axis direction and simple vibration in the Y-axis direction. As shown in FIG. 1, the weight body is reciprocated in the X-axis direction. As shown in FIG. 8, it is possible to perform both of the detection operation in FIG. 8 and the detection operation in a state where the weight body is reciprocated in the Y-axis direction.
[0074]
For example, at time t1, as described above, the first weight body 10A moves at the speed Vx (At1) in the positive direction of the X axis at the point P1 (A), and the second weight body 10B In P1 (B), it moves in the negative direction of the X-axis at a velocity Vx (Bt1), which is the same as the movement indicated by the arrow r11 in FIG. 3 (a) and the arrow r21 in FIG. 4 (a). . Similarly, at time t3, as described above, the first weight body 10A moves at the speed Vx (At3) in the negative direction of the X axis at the point P3 (A), and the second weight body 10B is It moves at a speed Vx (Bt3) in the positive direction of the X axis at the point P3 (B), which is the same as the movement indicated by the arrow r12 in FIG. 3 (a) and the arrow r22 in FIG. 4 (a). is there. Eventually, at times t1 and t3, as shown in FIG. 1, a motion state equivalent to a state in which the weight body is reciprocated in the X-axis direction is obtained, and these times t1 and t3 are set as detection times. If detection is performed, five-axis components of accelerations αx, αy, αz and angular velocities ωy, ωz can be detected. Here, the times t1 and t3 are referred to as X-axis detection times.
[0075]
On the other hand, at times t2 and t4, as shown in FIG. 8, a motion state equivalent to a state in which the weight body is reciprocated in the Y-axis direction is obtained, and the times t2 and t4 are detected. If timely detection is performed, the five-axis components of accelerations αx, αy, αz and angular velocities ωx, ωz can be detected. Here, times t2 and t4 are referred to as Y-axis detection times.
[0076]
Eventually, if the detection operation with time t1 to t4 as one cycle is performed, the five-axis components of αx, αy, αz, ωy, and ωz can be detected at the time of X-axis detection, and αx, αy, αz, The five-axis components of ωx and ωz can be detected, and all six-axis components can be detected during one detection cycle.
[0077]
<<< 2.2 Detection circuit of angular velocity and acceleration >>>
FIGS. 11 to 13 show the basics of a detection circuit that detects six-axis components of accelerations αx, αy, αz in the respective XYZ coordinate axes and angular velocities ωx, ωy, ωz around the respective coordinate axes based on the principle described above. It is a block diagram which shows a structure.
[0078]
FIG. 11 is a block diagram of a detection circuit related to the first weight body 10A. The rotation driving means 140A is means for rotating the first weight body 10A along a circular orbit, and a specific configuration example thereof will be described later. By the operation of the rotation driving unit 140A, the X-axis direction force detection unit 151A, the Y-axis direction force detection unit 152A, and the Z-axis direction force detection are performed in a state where the first weight body 10A is moving along the circular orbit. By means 153A, forces (Coriolis force F and acceleration force f) acting on the first weight body 10A in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions are detected.
[0079]
First, the force acting in the X-axis direction is detected by the X-axis direction force detection means 151A, but only the acceleration force fx (A) is detected (X-axis) when the X-axis is detected (time t1, t3). At the time of detection, since the weight body moves in the X-axis direction, no Coriolis force in the X-axis direction is generated.) At the time of Y-axis detection (time t2, t4), the acceleration force fx (A) and the Coriolis force are detected. A combined force with Fx (A: ωz) is detected. In the figure, the force detected when the X axis is detected is indicated by (1), and the force detected when the Y axis is detected is indicated by (2).
[0080]
Similarly, the force acting in the Y-axis direction is detected by the Y-axis direction force detection means 152A, but at the time of X-axis detection (time t1, t3), the acceleration force fy (A) and the Coriolis force Fy (A : Ωz) is detected, and when the Y axis is detected (time t2, t4), only the acceleration force fy (A) is detected (when the Y axis is detected, the weight body moves in the Y axis direction). Therefore, no Coriolis force in the Y-axis direction is generated).
[0081]
Further, the force acting in the Z-axis direction is detected by the Z-axis direction force detection means 153A, but when the X-axis is detected (time t1, t3), the acceleration force fz (A) and the angular velocity around the Y-axis are detected. The resultant force with the resulting Coriolis force Fz (A: ωy) is detected, and when the Y-axis is detected (time t2, t4), the Coriolis force Fz (A) caused by the acceleration force fz (A) and the angular velocity around the X-axis is detected. A: The combined force with ωx) is detected.
[0082]
The X-axis direction signal separation unit 161A, the Y-axis direction signal separation unit 162A, and the Z-axis direction signal separation unit 163A convert the resultant composite force signal into a high-frequency component (Coriolis force F component) and a low-frequency component (acceleration force). f). Thereby, the acceleration force fx (A) and the Coriolis force Fx (A: ωz) are separated, the acceleration force fy (A) and the Coriolis force Fy (A: ωz) are separated, and the acceleration force fz (A) and The Coriolis force Fz (A: ωy) or Fz (A: ωx) is separated. The acceleration and angular velocity calculation means 171A to 176A respectively obtain the obtained acceleration forces fx (A), fy (A), fz (A) and Coriolis forces Fx (A: ωz), Fy (A: ωz), Fz ( Based on A: ωy) and Fz (A: ωx), accelerations αx (A), αy (A), αz (A), angular velocities ωx (A), ωy (A), ωz (A) are calculated. It has a function. Specifically, a process of multiplying a signal value of the acceleration force f or Coriolis force F input at a predetermined detection by a predetermined coefficient and outputting it as an acceleration value or an angular velocity value is performed.
[0083]
Note that each of the angular velocity calculation means 172A and 174A has a function of outputting the angular velocity ωz (A), so that at least one is sufficient. However, if both are provided, the angular velocity ωz (A) can be obtained both when the X axis is detected and when the Y axis is detected. Further, the angular velocity calculating means 176A performs an alternate output operation of outputting the angular velocity ωy (A) when detecting the X axis and outputting the angular velocity ωx (A) when detecting the Y axis. It is necessary to treat the output value differently depending on whether it is a set value.
[0084]
In this way, the values of the accelerations αx (A), αy (A), αz (A), angular velocities ωx (A), ωy (A), and ωz (A) output from the arithmetic units 171A to 176A are of course unchanged. It can be used as an acceleration detection value and an angular velocity detection value. However, these detected values are not necessarily accurate values, and actually include various error components as described above. Therefore, the error component is canceled by using the first detection system using the first weight body 10A and the second detection system using the second weight body 10B. FIG. 12 is a block diagram of a detection circuit related to the second weight body 10B. The detection circuit of FIG. 12 is obtained by rewriting the code A in the detection circuit shown in FIG. 11 to the code B, and the actual contents of both the detection circuits are exactly the same. Therefore, description of the configuration and operation of the detection circuit in FIG. 12 is omitted here. The values of acceleration αx (B), αy (B), αz (B), angular velocity ωx (B), ωy (B), ωz (B) are obtained by the detection circuit of FIG.
[0085]
The circuit shown in FIG. 13 includes accelerations αx (A), αy (A), αz (A), angular velocities ωx (A), ωy (A), ωz (A) obtained by the detection circuit shown in FIG. Based on the accelerations αx (B), αy (B), αz (B), angular velocities ωx (B), ωy (B), and ωz (B) obtained by the detection circuit shown in FIG. This is a circuit for obtaining αx, αy, αz and angular velocities ωx, ωy, ωz. That is, the calculation for obtaining the sum is performed for the values indicating the acceleration in each axis direction, and the calculation for determining the difference is performed for the value indicating the angular velocity around each axis. By this calculation, various error components are canceled out, and a more accurate detection value can be obtained.
[0086]
§3. Weight mechanism and force detection mechanism
In the angular velocity sensor according to the present invention, the angular velocity and the acceleration are detected by detecting the force acting on the weight body in a state where the weight body is caused to perform a predetermined motion. Therefore, here, a specific mechanism for moving the weight body and a specific mechanism for detecting the force acting on the weight body will be described.
[0087]
<<<< 3.1 Basic Principles Using Conductive Paths >>>>
Now, as shown in FIG. 14, a substrate having an upper surface parallel to the XY plane is used as the weight body 10, and the weight body 10 is connected to the apparatus housing 30 by the connecting member 20. Then, a pair of excitation conductive paths Ly1 and Ly2 extending along the Y axis are formed on the upper surface of the weight body 10 as shown in the figure. On the other hand, a magnetic field generating means 100 for generating a uniform magnetic field so that the magnetic flux is not parallel to the excitation conductive paths Ly1 and Ly2 is provided in the space where the excitation conductive paths Ly1 and Ly2 are located. In the case of the illustrated example, the magnetic field generating means 100 has a function of generating a uniform parallel magnetic flux φz facing the Z-axis direction.
[0088]
In such a configuration, when an excitation current Iy is passed through the excitation conductive paths Ly1 and Ly2, a force in the X-axis direction is applied to the weight body 10 by the Lorentz force based on the interaction between the current Iy and the magnetic field. Works. Therefore, when the alternating current Iy having the same phase is supplied to the excitation conductive paths Ly1 and Ly2, the weight body 10 vibrates in the X-axis direction. Therefore, if the excitation conductive paths Ly1 and Ly2 are provided on the weight body 10, the weight body 10 can be reciprocated in the X-axis direction. In principle, only one of Ly1 and Ly2 is sufficient as the excitation conductive path. However, in order to perform a stable reciprocating motion, the excitation conductive path is line-symmetric with respect to the position of the center of gravity of the weight body 10. It is preferable to provide a pair of excitation conductive paths at the positions. Further, when reciprocating the weight body 10 in the Y-axis direction, an excitation conductive path extending along the X-axis may be used, and when the weight body 10 is rotated in the XY plane, As will be described later, both an excitation conductive path extending along the X axis and an excitation conductive path extending along the Y axis may be used.
[0089]
Next, as shown in FIG. 15, a pair of detection conductive paths Kx1 and Kx2 extending along the X axis and a pair of detection conductive paths Ky1 and Ky2 extending along the Y axis are formed on the upper surface of the weight body 10. Consider the case of forming Also in this case, the magnetic field generating means 100 for generating a uniform magnetic field so that the magnetic flux is not parallel to these conductive paths is provided in the space where the conductive paths for detection Kx1, Kx2, Ky1, Ky2 are located. In the case of the illustrated example, the magnetic field generating means 100 has a function of generating a uniform parallel magnetic flux φz facing the Z-axis direction.
[0090]
In the configuration shown in FIG. 15, when some force is applied to the weight body 10 and the weight body 10 is displaced in the X-axis direction at the speed Vx, the detection conductive paths Ky1, Ky2 extending along the Y-axis. Performs a movement that cuts the magnetic flux φz, a predetermined induced electromotive force Ey is generated at both ends of the detection conductive paths Ky1 and Ky2 based on Fleming's law. Therefore, by detecting the electromotive force Ey, the displacement speed Vx in the X-axis direction can be obtained. As shown in FIG. 16, when some force acts on the weight body 10 and the weight body 10 is displaced in the Y-axis direction at a speed Vy, the detection conductive paths Kx1 and Kx2 extending along the X-axis are provided. Since the movement of cutting off the magnetic flux φz is performed, a predetermined induced electromotive force Ex is generated at both ends of the detection conductive paths Kx1 and Kx2. Therefore, by detecting this electromotive force Ex, the displacement speed Vy in the Y-axis direction can be obtained.
[0091]
In principle, it is sufficient that the detection conductive path is provided with either Kx1 or Kx2 and either Ky1 or Ky2. However, in order to perform a stable detection operation, the detection conductive path is important. It is preferable to provide a pair of detection conductive paths at positions that are line-symmetric with respect to the center of gravity of the weight body 10.
[0092]
By the way, the amount to be detected in the present invention is the force (Coriolis force and acceleration force) acting on the weight body 10. Here, a predetermined correspondence can be defined between the force acting on the weight body 10 and the displacement generated on the weight body 10. That is, the direction of the applied force coincides with the direction of the displacement, and the magnitude of the force corresponds to the magnitude of the displacement (the greater the applied force, the greater the displacement). In particular, when the connecting member 20 performs a linear expansion / contraction operation, the magnitude of the applied force and the magnitude of the displacement correspond linearly. Therefore, if the displacement amount of the weight body 10 can be directly detected, the displacement amount can be used as it is as an amount indicating the applied force.
[0093]
However, the induced electromotive force generated in the detection conductive path described above is not a physical quantity that directly indicates the displacement amount of the weight body 10 but a physical quantity that indicates the displacement speed of the weight body 10 to the last. In other words, it is a physical quantity indicating a time differential value of displacement. Therefore, the value of the induced electromotive force is a value corresponding to the time differential value of the applied force, and does not indicate the applied force itself. However, even if this induced electromotive force value is used as a pseudo value indicating the applied force, there is a big problem in practical use in applications that detect angular velocity and acceleration of an object that freely moves in a three-dimensional space. Does not occur. The reason is as follows.
[0094]
First, there is no problem with the detection of angular velocity. This is because the Coriolis force acting on the basis of the angular velocity always changes periodically because the movement direction of the weight body 10 changes periodically. For example, if this angular velocity sensor is attached to a shaft rotating at a constant angular velocity in a certain direction, the movement direction of the weight body 10 periodically changes direction within the device housing 30 of the sensor. The direction of the Coriolis force also changes periodically, and an induced electromotive force is always generated in the detection conductive path. Therefore, there is no problem even if the angular velocity ω is calculated using the value of the induced electromotive force as a value indicating the Coriolis force acting on the weight body 10.
[0095]
On the other hand, the case where the value of the induced electromotive force is used as a value indicating the acceleration force acting on the weight body 10 to obtain the acceleration α will be considered. According to Fleming's law, the induced electromotive force generated is proportional to the moving speed of the conductive path, so that the acceleration is proportional to the differential value of the induced electromotive force. Therefore, in order to obtain the acceleration α from the generated induced electromotive force, the value of the induced electromotive force may be differentiated (the force detection means shown in FIGS. 5, 6, 11, and 12 or It is only necessary to incorporate a differentiation circuit for obtaining such differentiation in the acceleration calculation means).
[0096]
However, in this method, only dynamic acceleration (a fluctuation component of acceleration) can be detected, not static acceleration, and static acceleration such as gravitational acceleration g can be detected by this method. I can't. For example, when the gravitational acceleration g acts on the weight body 10 in the Y-axis direction, the weight body 10 itself maintains the state displaced in the Y-axis direction by the acceleration force resulting from the gravitational acceleration g. However, an induced electromotive force does not occur in the detection conductive path due to such a steady displacement. For this reason, static acceleration cannot be detected by a method using a detection conductive path. However, in most cases, the acceleration to be measured for an object that freely moves in a three-dimensional space, such as an automobile or an aircraft, is a dynamic acceleration. Therefore, in practice, no problem arises even if the method of detecting only the dynamic acceleration based on the above-described differential value of the induced electromotive force is adopted. Of course, when a static acceleration detection such as gravitational acceleration g is also required, another method that can detect the displacement of the weight body 10 itself may be employed.
[0097]
<<< 3.2 Basic Principle Using Capacitance Element >>>
According to the method using the detection conductive path described above, the force in the X-axis direction and the force in the Y-axis direction acting on the weight body 10 can be detected, but the force in the Z-axis direction can be detected. Can not. This is because the magnetic field generated by the magnetic field generation means 100 has a magnetic flux φz that faces the Z-axis direction. Therefore, another means must be used to detect the force in the Z-axis direction. Here, a method of performing force detection in the Z-axis direction using a capacitive element will be described.
[0098]
FIG. 17 is a side sectional view of the weight body 10 used in this method. Here, the weight body 10 is a substrate having an upper surface and a lower surface parallel to the XY plane, and is connected to the apparatus housing 30 by a connection member 20. In addition, a facing surface 80 that faces the lower surface of the weight body 10 is formed in a part of the device housing 30. Further, an electrode E1 is formed on the lower surface of the weight body 10, and an electrode E2 is formed on the upper surface of the facing surface 80. Both electrodes E1 and E2 are arranged at opposing positions, and a capacitive element is formed by a pair of opposing conductive surfaces.
[0099]
In general, the capacitance value of a capacitive element is inversely proportional to the distance between a pair of electrodes forming the capacitive element. Accordingly, in FIG. 17, the capacitance value of the capacitive element formed by both electrodes E1, E2 is determined according to the distance between these electrodes. Here, when the weight body 10 is displaced downward (Z-axis negative direction) in the figure, the distance between the electrodes is shortened, and when the weight body 10 is displaced upward (Z-axis positive direction), the distance between the electrodes is become longer. After all, if the capacitance value of this capacitive element can be measured, the displacement of the weight body 10 in the Z-axis direction can be detected, and the force in the Z-axis direction acting on the weight body 10 can be indirectly detected. Can be detected. Since the value detected by this capacitive element is the displacement of the weight body 10 itself, it is possible to obtain a static acceleration such as the gravitational acceleration g using this detected value.
[0100]
Here, the capacitive element is used to detect the force acting in the Z-axis direction, but the principle of this detection can also be used to detect the force acting in the X-axis direction or the Y-axis direction. Furthermore, since a Coulomb force is generated when a voltage is applied between a pair of electrodes constituting the capacitive element, it is possible to move the weight body using this Coulomb force, and the capacitive element drives the weight body. It can also be used as a means. A specific example of such a usage pattern will be described in the example of §5.
[0101]
<<< 3.3 Specific application examples >>>
As described above, the principle of performing motion and force detection of the weight body by forming a conductive path on the weight body and the principle of performing force detection using the capacitive element have been described. An example in which the principle is specifically applied to the embodiments described in §1 and §2 will be described.
[0102]
FIG. 18 is a plan view showing an application example to the embodiment shown in FIG. 1, and shows a state in which the XY plane is viewed from above. In the apparatus housing 30, a first weight body 10A and a second weight body 10B made of a substrate having an upper surface and a lower surface parallel to the XY plane are arranged side by side. These weight bodies 10 </ b> A and 10 </ b> B are connected to the apparatus housing 30 by a connection member 20. Further, a connecting member 25 is provided between the weight bodies 10A and 10B to interconnect them, and one point J on the connecting member 25 may be connected to the apparatus housing 30. However, it may be left free without being connected.
[0103]
Six conductive paths are arranged on the upper surface of the first weight body 10A. Here, for convenience of explaining the arrangement state of these conductive paths, if the origin of the coordinate system is moved to a point Oa at the center of the upper surface of the first weight body 10A, the first weight body 10A On the upper surface, an excitation conductive path Ly1A is disposed so as to extend along the Y axis and intersect the negative part of the X axis, and to extend along the Y axis and intersect the positive part of the X axis. An excitation conductive path Ly2A is provided. Similarly, the upper surface of the first weight body 10A extends along the Y axis and extends along the Y axis, and the detection conductive path Ky1A arranged so as to intersect the negative portion of the X axis. A detection conductive path Ky2A disposed so as to intersect the positive part of the X axis, a detection conductive path Kx1A disposed so as to extend along the X axis and intersect the negative part of the Y axis, and X A detection conductive path Kx2A that extends along the axis and intersects the positive part of the Y axis is provided. On the other hand, on the upper surface of the second weight body 10B, two excitation conductive paths Ly1B and Ly2B and four detection conductive paths Ky1B, Ky2B, Kx1B, and Kx2B have the same configuration around the origin Ob. Is provided.
[0104]
FIG. 19 is a side sectional view of the angular velocity sensor shown in FIG. 18 and shows a state in which each conductive path is formed on the top surfaces of the first weight body 10A and the second weight body 10B. A magnet 90 (which may be an electromagnet) is disposed above each weight body. The magnet 90 functions as the magnetic field generating means 100 and has a function of generating a parallel magnetic flux φz facing the Z-axis direction (the magnet 90 is not shown in the plan view of FIG. 18). An electrode E1A is formed on the lower surface of the first weight body 10A, and an electrode E1B is formed on the lower surface of the second weight body 10B. Electrodes E2A and E2B are formed on the bottom surface of the apparatus housing 30 so as to face these electrodes, and a capacitive element is formed by a pair of electrodes facing each other.
[0105]
When the same alternating current is supplied to the pair of excitation conductive paths Ly1A and Ly2A shown in FIG. 18 according to the principle already described, the first weight body 10A can be reciprocated in the X-axis direction, and the pair of excitation paths When the same alternating current is supplied to the conductive paths Ly1B and Ly2B, the second weight body 10B can be reciprocated in the X-axis direction. At this time, if the phase of the alternating current supplied to the first weight body 10A side and the phase of the alternating current supplied to the second weight body 10B side are shifted from each other by 180 °, both The weight body always moves in the opposite direction.
[0106]
Thus, in the state where the weight bodies 10A and 10B are reciprocated in the X-axis direction, the force in each axial direction acting on each weight body can be detected as follows. First, the force acting in the X-axis direction on the first weight body 10A can be detected based on the induced electromotive force generated in the detection conductive paths Ky1A and Ky2A. Further, the force acting on the first weight body 10A in the Y-axis direction can be detected based on the induced electromotive force generated in the detection conductive paths Kx1A and Kx2A. Further, the force acting on the first weight body 10A in the Z-axis direction can be detected based on the capacitance of the capacitive element constituted by the electrodes E1A and E2A. The axial force acting on the second weight body 10B can also be detected by the same method.
[0107]
After all, when applied to the embodiment shown in FIG. 1, the angular velocity and acceleration can be detected by the following method. First, since the angular velocity ωy about the Y axis is detected as a difference between the Z-axis Coriolis forces acting on the two weight bodies, it can be obtained as a difference between the capacitance values of the capacitive elements of the two weight bodies.
[0108]
Further, since the angular velocity ωz around the Z-axis is detected as a difference between the Y-axis Coriolis forces acting on both weight bodies, the induced electromotive force generated in the detection conductive path Kx1A or Kx2A and the detection conductive path Kx1B or It can be obtained as a difference from the induced electromotive force generated in Kx2B. Alternatively, the sum of the induced electromotive force generated in the detection conductive path Kx1A and the induced electromotive force generated in the detection conductive path Kx2A, and the induced electromotive force generated in the detection conductive path Kx1B and generated in the detection conductive path Kx2B. It is also possible to obtain the difference from the sum of the induced electromotive force.
[0109]
On the other hand, the acceleration αx in the X-axis direction can be detected as a differential value of the sum of the induced electromotive force generated in the detection conductive path Ky1A or Ky2A and the induced electromotive force generated in the detection conductive path Ky1B or Ky2B. it can. Alternatively, the sum of the induced electromotive force generated in the detection conductive path Ky1A and the induced electromotive force generated in the detection conductive path Ky2A, and the induced electromotive force generated in the detection conductive path Ky1B and generated in the detection conductive path Ky2B. It can also be detected as a differential value of the sum of the induced electromotive force and a further sum of the sum.
[0110]
Further, the acceleration αy in the Y-axis direction can be detected as a differential value of the sum of the induced electromotive force generated in the detection conductive path Kx1A or Kx2A and the induced electromotive force generated in the detection conductive path Kx1B or Kx2B. it can. Alternatively, the sum of the induced electromotive force generated in the detection conductive path Kx1A and the induced electromotive force generated in the detection conductive path Kx2A, and the induced electromotive force generated in the detection conductive path Kx1B and generated in the detection conductive path Kx2B. It can also be detected as a differential value of the sum of the induced electromotive force and a further sum of the sum.
[0111]
Furthermore, since the acceleration αz in the Z-axis direction is detected as the sum of the Z-axis acceleration forces acting on both weights, it can be obtained as the sum of the capacitance values of the capacitive elements of both weights.
[0112]
The application example to the embodiment shown in FIG. 1 has been described above. On the other hand, FIG. 20 is a plan view showing an application example to the embodiment shown in FIG. 8, and shows a state in which the XY plane is viewed from above. If the origin of the coordinate system is moved to the center point Oa on the upper surface of the first weight body 10A, the excitation is arranged so as to extend along the X axis and cross the negative portion of the Y axis. There are provided a conductive path Lx1A and an excitation conductive path Lx2A arranged so as to extend along the X axis and cross the positive portion of the Y axis. On the other hand, the arrangement of the detection conductive paths Kx1A, Kx2A, Ky1A, and Ky2A is the same as that in the above-described application example shown in FIG. Also, two excitation conductive paths Lx1B and Lx2B and four detection conductive paths Ky1B, Ky2B, Kx1B, and Kx2B are provided on the upper surface of the second weight body 10B with the same configuration. Further, electrodes are formed on the lower surfaces of the respective weight bodies 10A and 10B in the same manner as the application example shown in FIG. 19, and a capacitive element is formed together with the counter electrode formed on the bottom surface side of the device housing 30. Has been.
[0113]
After all, when applied to the embodiment shown in FIG. 8, the angular velocity and acceleration can be detected by the following method. First, since the angular velocity ωx around the X axis is detected as a difference between the Z-axis Coriolis forces acting on the two weight bodies, it can be obtained as a difference between the capacitance values of the capacitive elements of the two weight bodies. Further, since the angular velocity ωz around the Z-axis is detected as a difference between the X-axis Coriolis forces acting on both weights, the induced electromotive force generated in the detection conductive path Ky1A or Ky2A and the detection conductive path Ky1B or It can be obtained as a difference from the induced electromotive force generated in Ky2B. Alternatively, the sum of the induced electromotive force generated in the detection conductive path Ky1A and the induced electromotive force generated in the detection conductive path Ky2A, and the induced electromotive force generated in the detection conductive path Ky1B and generated in the detection conductive path Ky2B. It is also possible to obtain the difference from the sum of the induced electromotive force.
[0114]
On the other hand, FIG. 21 is a plan view showing an application example to the embodiment shown in FIG. 10, and shows a state in which the XY plane is viewed from above. If the origin of the coordinate system is moved to the center point Oa on the upper surface of the first weight body 10A, the excitation is arranged so as to extend along the X axis and cross the negative portion of the Y axis. The conductive path Lx1A, the excitation conductive path Lx2A arranged so as to extend along the X axis and cross the positive part of the Y axis, and the Y conductive line Lx2A, extend along the Y axis and cross the negative part of the X axis And the excitation conductive path Ly2A extending along the Y axis and intersecting the positive portion of the X axis are provided. Similarly, the upper surface of the first weight body 10A extends along the Y axis and extends along the Y axis, and the detection conductive path Ky1A arranged so as to intersect the negative portion of the X axis. A detection conductive path Ky2A disposed so as to intersect the positive part of the X axis, a detection conductive path Kx1A disposed so as to extend along the X axis and intersect the negative part of the Y axis, and X A detection conductive path Kx2A that extends along the axis and intersects the positive part of the Y axis is provided. On the other hand, on the upper surface of the second weight body 10B, four excitation conductive paths Lx1B, Lx2B, Ly1B, Ly2B and four detection conductive paths Ky1B, Ky2B, with the same configuration around the origin Ob. Kx1B and Kx2B are provided. Further, electrodes are formed on the lower surfaces of the respective weight bodies 10A and 10B in the same manner as the application example shown in FIG. 19, and a capacitive element is formed together with the counter electrode formed on the bottom surface side of the device housing 30. Has been.
[0115]
As described above, when the four excitation conductive paths Lx1A, Lx2A, Ly1A, and Ly2A are used, the first weight body 10A can be rotated. As described above, when the same alternating current Iy is applied to the excitation conductive paths Ly1A and Ly2A, the weight body performs simple vibration in the X-axis direction, and the excitation conductive paths Ly1A and Ly2A It functions as X-axis direction driving means for reciprocating the weight body along the X-axis direction. On the other hand, when the same alternating current Ix is applied to the excitation conductive paths Lx1A and Lx2A, the weight body performs simple vibration in the Y-axis direction. The excitation conductive paths Lx1A and Lx2A It functions as a Y-axis direction drive means for reciprocating along the axial direction. When this X-axis direction driving means and the Y-axis direction driving means are combined, a rotational driving means for rotating the weight body can be configured. For this purpose, the reciprocating motion of the weight body in the X-axis direction and the reciprocating motion in the Y-axis direction may be set so that the cycle is the same and the phase is shifted by 90 °. That is, as shown in FIG. 22, sine wave signals Iy and Ix whose phases are shifted by 90 ° are prepared, and the signal Iy is given to the excitation conductive paths Ly1A and Ly2A to reciprocate the weight body along the X-axis direction. When the signal Ix is applied to the excitation conductive paths Lx1A and Lx2A and the weight body is reciprocated along the Y-axis direction, the center of gravity G (A) of the first weight body 10A is obtained as shown in FIG. A rotational motion is performed along the circular orbit shown in the right half.
[0116]
On the other hand, signals having phases shifted by 180 ° with respect to the sine wave signals Iy and Ix shown in FIG. 22 are prepared, and these signals are supplied to the excitation conductive paths Lx1B and Lx2B on the second weight body 10B. When supplied to Ly1B and Ly2B, the center of gravity G (B) of the second weight body 10B performs a rotational motion along the circular orbit shown in the left half of FIG. The rotational motion of the center of gravity G (B) is 180 ° out of phase with respect to the rotational motion of the center of gravity G (A).
[0117]
Thus, in the state where the weight bodies 10A and 10B are rotationally moved, the axial force acting on each weight body can be detected as follows. First, the force acting in the X-axis direction on the first weight body 10A can be detected based on the induced electromotive force generated in the detection conductive paths Ky1A and Ky2A. Further, the force acting on the first weight body 10A in the Y-axis direction can be detected based on the induced electromotive force generated in the detection conductive paths Kx1A and Kx2A. Further, the force acting on the first weight body 10A in the Z-axis direction can be detected based on the capacitance of the capacitive element constituted by the electrodes E1A and E2A. The axial force acting on the second weight body 10B can also be detected by the same method.
[0118]
After all, when applied to the embodiment shown in FIG. 10, the angular velocity and acceleration can be detected by the following method.
[0119]
First, since the angular velocity ωx around the X axis is detected as a difference between the Z-axis Coriolis forces acting on both weight bodies when detecting the Y-axis, the difference between the capacitance values of the capacitive elements of both weight bodies is detected. Can be sought.
[0120]
On the other hand, the angular velocity ωy about the Y axis is detected as a difference in the Z-axis Coriolis force acting on both weights at the time of X-axis detection. Can be sought.
[0121]
Further, since the angular velocity ωz around the Z axis is detected as a difference between the Y axis Coriolis forces acting on both weight bodies at the time of X axis detection, an induced electromotive force generated in the detection conductive path Kx1A or Kx2A, It can be obtained as a difference from the induced electromotive force generated in the detection conductive path Kx1B or Kx2B. Alternatively, the sum of the induced electromotive force generated in the detection conductive path Kx1A and the induced electromotive force generated in the detection conductive path Kx2A, and the induced electromotive force generated in the detection conductive path Kx1B and generated in the detection conductive path Kx2B. It is also possible to obtain the difference from the sum of the induced electromotive force. Further, the angular velocity ωz around the Z axis can be detected even when the Y axis is detected. That is, since the angular velocity ωz about the Z axis is detected as a difference between the X axis Coriolis forces acting on both weight bodies at the time of Y axis detection, the induced electromotive force generated in the detection conductive path Ky1A or Ky2A, It can be obtained as a difference from the induced electromotive force generated in the detection conductive path Ky1B or Ky2B. Alternatively, the sum of the induced electromotive force generated in the detection conductive path Ky1A and the induced electromotive force generated in the detection conductive path Ky2A, and the induced electromotive force generated in the detection conductive path Ky1B and generated in the detection conductive path Ky2B. It is also possible to obtain the difference from the sum of the induced electromotive force.
[0122]
On the other hand, the acceleration αx in the X-axis direction can be detected as a differential value of the sum of the induced electromotive force generated in the detection conductive path Ky1A or Ky2A and the induced electromotive force generated in the detection conductive path Ky1B or Ky2B. it can. Alternatively, the sum of the induced electromotive force generated in the detection conductive path Ky1A and the induced electromotive force generated in the detection conductive path Ky2A, and the induced electromotive force generated in the detection conductive path Ky1B and generated in the detection conductive path Ky2B. It can also be detected as a differential value of the sum of the induced electromotive force and a further sum of the sum.
[0123]
Further, the acceleration αy in the Y-axis direction can be detected as a differential value of the sum of the induced electromotive force generated in the detection conductive path Kx1A or Kx2A and the induced electromotive force generated in the detection conductive path Kx1B or Kx2B. it can. Alternatively, the sum of the induced electromotive force generated in the detection conductive path Kx1A and the induced electromotive force generated in the detection conductive path Kx2A, and the induced electromotive force generated in the detection conductive path Kx1B and generated in the detection conductive path Kx2B. It can also be detected as a differential value of the sum of the induced electromotive force and a further sum of the sum.
[0124]
Furthermore, since the acceleration αz in the Z-axis direction is detected as the sum of the Z-axis Coriolis forces acting on both weights, it can be obtained as the sum of the capacitance values of the capacitive elements of both weights.
[0125]
§4. Specific Example (Part 1)
Here, a specific embodiment of the angular velocity sensor according to the present invention will be described. First, a single substrate 200 having a cross section as shown in FIG. 23 is prepared. The cross section shown is a cross section that appears when the substrate 200 is cut along a plane parallel to the substrate surface, and is divided into two regions, a right region and a left region, by a boundary line WW. The structures of these regions are symmetric with respect to the boundary line W-W, and in each of the regions, the weights 210A and 210B located at the center, and the weights are located around the weights, A connecting member 220 having a flexible bridge structure is formed. Further, the outer peripheral portion of the substrate 200 forms a frame 230, and the respective weight bodies 210 </ b> A and 210 </ b> B are connected to the frame 230 by a connection member 220 having a bridge structure. Further, the weight bodies 210 </ b> A and 210 </ b> B are connected by the connection member 220 and the intermediate member 240. Since the connecting member 220 has a flexible bridge structure, each of the weight bodies 210A and 210B has a predetermined degree of freedom within the frame 230 within the flexibility range of the bridge structure. It becomes possible to exercise.
[0126]
FIG. 24 is a side sectional view of the substrate 200 taken along the cutting line XX. As shown in the figure, the frame 230 portion has a higher foot girder than the other portions and serves as a pedestal. Further, the substrate 200 itself is made of a conductive material, and an insulating layer 201 is formed on the upper surface portion thereof.
[0127]
A substrate having such a structure can be mass-produced by subjecting one complete substrate to etching or the like and removing a predetermined portion. In this embodiment, a substrate 200 having a structure as shown in FIG. 23 is prepared by performing etching using a predetermined mask on a silicon substrate doped with a P-type or N-type impurity at a high concentration. ing. When the width of the bridge structure is reduced to a certain extent, the connection member 220 having sufficient flexibility can be configured, and the weights 210A and 210B can be formed in the three-dimensional space by the connection member 220 having flexibility. It can be supported in a state in which it can move within a predetermined allowable range in each axial direction. In this embodiment, a silicon oxide film is used as the insulating layer 201 formed on the upper surface of the substrate 200.
[0128]
Subsequently, as shown in the top view of FIG. 25, conductive paths 211A and 211B and bonding pads 250A and 250B are formed on the top surface of the substrate 200. That is, eight conductive paths 211A are formed on the upper surface of the weight body 210A, and eight conductive paths 211B are formed on the upper surface of the weight body 210B. These conductive paths correspond to the excitation conductive paths and the detection conductive paths shown in FIG. Although not shown in the drawing, wiring passing over the connection member 220 is formed between both ends of each of the conductive paths and the specific bonding pads 250A and 250B.
[0129]
When such a substrate 200 is prepared, an angular velocity sensor as shown in the side sectional view of FIG. The exterior of this sensor is constituted by a base substrate 310 and a cap part 320, and an apparatus housing is constituted by these. A fixed substrate 330 made of glass is fixed to the upper surface of the base substrate 310, and the above-described substrate 200 is fixed to the upper surface of the fixed substrate 330. As described above, since the frame 230 of the substrate 200 functions as a pedestal, a predetermined gap is formed between a portion inside the frame 230 and the upper surface of the fixed substrate 330. This void is used to form a capacitive element. That is, electrodes 335A and 335B are formed on the upper surface of the fixed substrate 330, as shown. On the other hand, since the substrate 200 itself has conductivity, capacitive elements are formed by the electrodes 335 </ b> A and 335 </ b> B and the opposing surface on the lower surface side of the substrate 200. These capacitive elements correspond to the capacitive elements shown in FIG.
[0130]
A magnet 340 (which may be a permanent magnet or an electromagnet) is attached to the inner surface of the cap portion 320, and forms a magnetic flux parallel to the vertical direction in the figure. The magnet 340 corresponds to the magnet 90 shown in FIG. The base substrate 310 is formed with wiring holes, and wiring pins 350A and 350B are provided through the holes (in practice, the number corresponding to the bonding pads 250A and 250B). Provided). The bonding pads 250A and 250B and the wiring pins 350A and 350B are connected by bonding wires 355A and 355B.
[0131]
The angular velocity sensor configured as described above has a function of performing an operation equivalent to that of the angular velocity sensor shown in FIG. 21, and can detect angular velocities around three axes and acceleration in three axial directions. That is, by supplying a predetermined AC signal to a predetermined wiring pin, each of the weight bodies 210A and 210B can be rotated, and in this state, an induced electromotive force generated between the predetermined wiring pins or a predetermined wiring pin By measuring the capacitance value between them at a predetermined detection timing, angular velocity and acceleration can be detected.
[0132]
As described above, the substrate 200 can be configured by using etching processing or the like in a general semiconductor process, and each conductive path, bonding pad, wiring on the substrate, and the like on the substrate 200 are printed. Since the angular velocity sensor according to the embodiment described here is suitable for mass production.
[0133]
§5. Specific Example (Part 2)
Subsequently, a specific example in which the weight body is driven and the force is detected by the capacitive element will be described. FIG. 27 is a top view of the main part of the angular velocity sensor according to this embodiment. The base substrate 400 is a substrate having an upper surface and a lower surface parallel to the XY plane. On the upper surface, a large number of fine components are arranged as shown in the figure. As shown in the figure, these components are arranged symmetrically with respect to the boundary line WW as a symmetry axis, and the system composed of the components arranged in the left region 400A is a weight in the angular velocity sensor shown in FIG. A system that performs the same function as that of the first detection system using the body 10A and includes the components arranged in the right region 400B is a second detection system that uses the weight body 10B in the angular velocity sensor shown in FIG. Performs the same function as Since the basic principle of angular velocity and acceleration detection by such a cooperative operation using two detection systems has already been described up to the previous section, here, the structure of the system composed of the components arranged in the left region 400A and Only a simple operating principle is shown.
[0134]
FIG. 28 is a plan view showing only the components arranged in the left region 400A on the base substrate 400. In order to make it easy to grasp the shape, the individual component parts are shown hatched. (This hatching does not indicate a cross section). Since many components are arranged, the drawing is somewhat complicated, but basically a plate-like weight body (square part when viewed from the top) 410 is arranged at the center, and this Four displacement electrodes 421 to 424 are formed so as to project on the upper side of the weight body 410, four displacement electrodes 431 to 434 are formed so as to project on the lower side, and four displacement electrodes 441 so as to project on the left side. To 444, and four displacement electrodes 451 to 454 are formed so as to protrude from the right side. The fixed electrodes 521 to 524 are arranged in the vicinity of the upper side, the fixed electrodes 531 to 534 are arranged in the vicinity of the lower side, the fixed electrodes 541 to 544 are arranged in the vicinity of the left side, and the right side is in the vicinity of the displacement electrodes. Fixed electrodes 551 to 554 are arranged.
[0135]
Each of the fixed electrodes 521 to 554 is fixed on the base substrate 400 via an insulating layer. On the other hand, the weight body 410 is attached to the fixing members 561 to 564 via the connection members 461 to 464 having flexible bridge structures at the central portions of the four sides, respectively. A predetermined gap is formed between the upper surface and the lower surface of the weight body 410. In short, the plate-like weight body 410 is supported in a suspended state by the connection members 461 to 464 having a flexible bridge structure at the central portions of the four sides. For this reason, the weight body 410 has a predetermined degree of freedom (within the flexible range of the connecting members 461 to 464) in any of the X axis, Y axis, and Z axis (axis perpendicular to the drawing sheet). It is possible to exercise with a degree of freedom. Accordingly, the displacement electrodes 421 to 454 are displaced with the movement of the weight body 410. On the other hand, each of the fixed electrodes 521 to 554 is fixed on the base substrate 400 and is not displaced.
[0136]
In addition, the outer part of each fixed electrode 521 to 554 (the part close to the outer periphery of the base substrate 400) is seen from the upper surface compared to the inner part (the part that functions as an original electrode) so that a bonding pad can be formed. When the area is wide. By adopting such a structure, as shown in the top view of FIG. 27, the outer portions of the fixed electrodes are arranged along the outer periphery of the base substrate 400, and Wiring becomes easy. In addition, about the fixed electrodes 551-554 arrange | positioned in the right side vicinity in FIG. 28, the wiring members 571-574 are provided separately and it is made to connect with a wiring layer. The same applies to the fixed electrode disposed in the vicinity of the left side of the weight body formed in the right region 400B. In this embodiment, the weight body 410 is entirely made of a conductive material (specifically, a silicon substrate doped with a P-type or N-type impurity at a high concentration), and each displacement electrode 421 is formed. -454, each fixed electrode 521-554, each fixing member 561-564, and each wiring member 571-574 are also comprised from the same electroconductive material. Accordingly, the displacement electrodes 421 to 454 are all electrically equipotential, and the fixing members 561 to 564 function as wiring members common to the displacement electrodes 421 to 454. Actually, the angular velocity sensor is operated in a state where the fixing members 561 to 564 are set to the ground potential and the displacement electrodes 421 to 454 are maintained at the ground level.
[0137]
FIG. 29 is an enlarged top view in the vicinity of the upper side of the weight body 410. As described above, the four displacement electrodes 421 to 424 are formed on the upper side of the weight body 410. These displacement electrodes are electrodes formed on the side surface 411 (side surface corresponding to the upper side of the weight body 410 in the top view) parallel to the XZ plane of the weight body 410, and the electrode surfaces (each electrode in FIG. 29). Left and right surfaces) are parallel to the YZ plane. On the other hand, as described above, the outer portions (upper portions in FIG. 29) of the four fixed electrodes 521 to 524 function as wiring members forming bonding pads, and the inner portions (lower portions in FIG. 29) Functions as an original electrode. That is, the electrode surfaces of the inner portions of the fixed electrodes 521 to 524 (the left and right surfaces of the lower portion of each electrode in FIG. 29) are all parallel to the YZ plane. After all, the electrode surfaces of the displacement electrodes 421 to 424 and the electrode surfaces of the fixed electrodes 521 to 524 are both parallel to the YZ plane, and the capacitive element is formed by the displacement electrode and the fixed electrode arranged adjacent to each other. Will be formed. That is, one capacitive element is formed by the displacement electrode 421 and the fixed electrode 521, one capacitive element is formed by the displacement electrode 422 and the fixed electrode 522, and one capacitive element is formed by the displacement electrode 423 and the fixed electrode 523. The displacement electrode 424 and the fixed electrode 524 form one capacitive element.
[0138]
In short, on the side surface of the weight body 410, a plurality of displacement electrodes are arranged side by side in the longitudinal direction of the side surface, and on the base substrate 400 (fixed to the apparatus housing) side, between the plurality of displacement electrodes. A plurality of fixed electrodes are arranged so as to be inserted alternately, and a capacitive element is formed by one displacement electrode and one fixed electrode arranged adjacent to each other.
[0139]
30 (a), (b), and (c) are side cross-sectional views of the structure shown in FIG. 29 taken along cutting lines AA, BB, and CC, respectively. As shown in FIG. 30 (a), the fixed electrode 521 is fixed on the base substrate 400 via the insulating layer 621, and a capacitive element is formed together with the displacement electrode 421 disposed in the back thereof. Further, the weight body 410 is in a state of floating above the base substrate 400. FIG. 30B shows a state in which the portion of the fixed electrode 522 that functions as a wiring member is fixed on the base substrate 400 via the insulating layer 622. The fixed electrode 522 forms a capacitive element together with the displacement electrode 422, and a connection member 461 is shown in the back thereof. FIG. 30 (c) is a side sectional view at the position of the connection member 461 and the fixing member 561, and shows a state where the fixing member 561 is fixed on the base substrate 400 via the insulating layer 661. The connecting member 461 has a flexible bridge structure and supports the weight body 410 so that it can move with a predetermined degree of freedom.
[0140]
The displacement electrodes 421 and 424 and the fixed electrodes 521 and 524 shown in FIG. 29 are used to drive the weight body 410, and are referred to as driving displacement electrodes and driving fixed electrodes here. On the other hand, the displacement electrodes 422 and 423 and the fixed electrodes 522 and 523 are used to detect a force acting on the weight body 410, and are referred to as a detection displacement electrode and a detection fixed electrode here. Now, when the fixing member 561 is connected to an electrical ground level, the entire weight body 410 is at the ground level, and each displacement electrode is also at the ground level. In this state, when a predetermined voltage is applied to the driving fixed electrode 521, a Coulomb attractive force acts between the driving displacement electrode 421 and the driving fixed electrode 521, and the weight body 410 moves to the left in the figure. Will be moved to. Conversely, when a predetermined voltage is applied to the driving fixed electrode 524, a Coulomb attractive force acts between the driving displacement electrode 424 and the driving fixed electrode 524, and the weight body 410 moves in the right direction in the figure. Will move. Therefore, if the voltage application to the driving fixed electrode 521 and the voltage application to the driving fixed electrode 524 are alternately performed (for example, a pulse voltage is applied alternately), the weight body 410 vibrates in the X-axis direction. It will be.
[0141]
On the other hand, when Coriolis force or acceleration force acts on the weight body 410 and the weight body 410 moves in the left direction (the positive direction of the X axis) in the figure, the detection displacement electrode 422 and the detection fixing electrode The electrode interval with the electrode 522 decreases, and the electrode interval between the detection displacement electrode 423 and the detection fixed electrode 523 increases. Therefore, the capacitance value of the capacitive element constituted by the former increases, and the capacitance value of the capacitive element constituted by the latter decreases. Therefore, the magnitude of the applied force in the positive direction of the X axis can be detected by taking the difference between the capacitance values of the two capacitive elements. Further, even when a force that moves the weight body 410 in the right direction (the negative direction of the X axis) acts, the magnitude of the force acting as a difference between the capacitance values of the two capacitive elements is similarly detected. be able to. Moreover, the direction of the applied force can be determined based on whether the capacitance value of each capacitive element decreases or increases. As a result, the capacitance values of the capacitive element constituted by the detection displacement electrode 422 and the detection fixed electrode 522 and the capacitive element constituted by the detection displacement electrode 423 and the detection fixed electrode 523 are electrically calculated. If it can be detected, the Coriolis force or acceleration force acting on the weight body 410 in the X-axis direction can be detected.
[0142]
As described above, the method of driving the weight body 410 in the X-axis direction using the electrode disposed in the vicinity of the upper side of the weight body 410 and the force in the X-axis direction acting on the weight body 410 using FIG. Although the method for detecting the above has been described, the same can be achieved by using an electrode disposed in the vicinity of the lower side of the weight body 410. That is, in FIG. 28, among the electrodes arranged near the lower side of the weight body 410, the displacement electrodes 431 and 434 and the fixed electrodes 531 and 534 are driven displacement electrodes and driving electrodes for driving the weight body 410. When used as a fixed electrode, driving in the X-axis direction is possible, and the displacement electrodes 422 and 423 and the fixed electrodes 522 and 523 are used as detection displacement electrodes for detecting the force acting on the weight body 410 and for detection. When used as a fixed electrode, it is possible to detect a force acting in the X-axis direction. Actually, the driving in the X-axis direction and the detection of the force acting in the X-axis direction are performed by using both the electrode arranged in the vicinity of the upper side of the weight body 410 and the electrode arranged in the vicinity of the lower side. This is preferable because stable driving and stable detection are possible.
[0143]
In exactly the same manner, driving in the Y-axis direction and detection of force acting in the Y-axis direction are possible. That is, among the electrodes arranged in the vicinity of the left side of the weight body 410, the displacement electrodes 441 and 444 and the fixed electrodes 541 and 544 are used as a driving displacement electrode and a driving fixed electrode for driving the weight body 410. For example, driving in the Y-axis direction is possible, and the displacement electrodes 442 and 443 and the fixed electrodes 552 and 553 are used as a detection displacement electrode and a detection fixed electrode for detecting the force acting on the weight body 410. Thus, it is possible to detect the force acting in the Y-axis direction. The electrodes arranged in the vicinity of the right side of the weight body 410 also perform the same function, and in practice, it is preferable to perform driving and detection using all the electrodes arranged on the left side and the right side.
[0144]
In this embodiment, it is also possible to detect a force acting in the Z-axis direction. As described above, in this embodiment, the weight body 410 is formed of a conductive material substrate, but the base substrate 400 is also formed of the same conductive material (impurity-doped silicon substrate). Therefore, if the lower surface of the weight body 410 and the upper surface of the base substrate 400 are considered as electrodes, a capacitive element is formed by these both electrodes. In addition, when a force in the Z-axis direction acts on the weight body 410, the weight body 410 as a whole is displaced away from or closer to the base substrate 400, so that the capacitance of this capacitive element decreases. Will or will increase. Therefore, by detecting the capacitance value of this capacitive element, it is possible to detect the force acting in the Z-axis direction.
[0145]
Eventually, in the angular velocity sensor according to this embodiment, the weight body can be vibrated in the X-axis direction, can be vibrated in the Y-axis direction, or along the XY plane by combining both vibrations. It can also be rotated. In addition, it is possible to detect forces acting in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. Accordingly, it is possible to detect the angular velocities ωx, ωy, ωz around the three axes and the accelerations αx, αy, αz around the three axes as in the angular velocity sensor described up to the previous section.
[0146]
In the present embodiment, the electrode interval between the displacement electrode and the fixed electrode forming the same capacitive element is set to be smaller than the electrode interval between the displacement electrode and the fixed electrode not forming the same capacitive element. Is preferred. For example, FIG. 31 is an enlarged top view in the vicinity of the upper side of the weight body 410 as in FIG. 29. Here, the distance d1 (the angular velocity or acceleration between the driving displacement electrode 421 and the driving fixed electrode 521 is different). Is set smaller than the interval d2 between the drive displacement electrode 421 and the detection fixed electrode 522. This is because in consideration of the operation of the angular velocity sensor, it is considered that one capacitive element is formed by the driving displacement electrode 421 and the driving fixed electrode 521. That is, for the displacement electrode 421, the electrode serving as the partner for forming the capacitive element is the fixed electrode 521, and therefore the distance d1 to the partner electrode 521 is set smaller than the distance d2 to the electrode 522 that is not the partner. By doing so, it is possible to perform an efficient operation.
[0147]
Such inter-electrode distance setting is particularly important when a design is performed in which the same function is shared by a plurality of adjacently arranged electrodes. For example, in the example shown in the top view in FIG. 32, the driving displacement electrode 421 is configured by two adjacent electrodes 421a and 421b, and the driving fixed electrode 521 is two adjacent electrodes 521a and 521b. The detection displacement electrode 422 is configured by two adjacent electrodes 422a and 422b, and the detection fixed electrode 522 is configured by two adjacent electrodes 522a and 522b. As described above, in order to move the weight body 410 more efficiently and more efficiently detect the force acting on the weight body 410, it is preferable to arrange a large number of electrodes that perform the same function. In the example of FIG. 32, only two electrodes having the same function are arranged adjacent to each other, but it is preferable to arrange a larger number of electrodes adjacent to each other in practice.
[0148]
When electrodes having the same function are arranged adjacent to each other as described above, correct operation cannot be expected unless the inter-electrode distance is set as described above. For example, in FIG. 32, in order to move the weight body 410 to the left, a predetermined voltage is applied to the driving fixed electrodes 521a and 521b while the weight body 410 is maintained at the ground level. . At this time, as shown in the figure, the driving displacement electrode 421a is arranged so as to be closer to the driving fixed electrode 521a located on the left side thereof, so that the Coulomb acting between the electrode 521a and the electrode 421a is disposed. The attractive force is larger than the Coulomb force acting between the electrode 521b and the electrode 421a, and the electrode 421a can move to the left in the figure. If the electrode 421a is disposed at an intermediate position between the electrode 521a and the electrode 521b, equal Coulomb attractive force acts from the left and right, and correct operation cannot be performed. For the same reason as for the detection electrodes, the distance between the electrodes serving as the partners forming the capacitive element is set to be short.
[0149]
Finally, a more specific device for mass-producing angular velocity sensors having the above-described structure will be described. First, if both the base substrate 400 and the weight body 410 in the angular velocity sensor shown in FIG. 27 are made of a conductive material, wiring becomes simple. In particular, when the base substrate 400 and the weight body 410 are formed of a conductive semiconductor substrate (for example, a silicon substrate doped with impurities), a general semiconductor processing process can be used. The application to becomes easy. Usually, in such a semiconductor processing process, a large number of semiconductor pellets are cut out from one semiconductor wafer and used as one product. For example, when a structure as shown in FIG. 27 is mass-produced by a semiconductor processing process, a number of sections are defined on a silicon wafer as shown in FIG. 33 (in the figure, one section is hatched), These sections are used as the base substrate 400. In practice, all of the fine structures shown in FIG. 27 are formed on individual sections on a silicon wafer, and finally, the silicon wafer is diced and used separately for each section. become.
[0150]
However, since the dicing process in the semiconductor processing process is usually a mechanical cutting process using a dicing blade, fine shavings are generated. If such shavings are deposited on the fine structure shown in FIG. 27, it may cause a short circuit between the electrodes, which is not preferable. In order to cope with such a problem, a protective substrate 700 as shown in FIG. 34 may be used. The protective substrate 700 is a rectangular substrate having the same size as the base substrate 400. In the example shown here, the protective substrate 700 is configured by an insulating substrate (for example, silicon oxide, glass, or the like may be used). Yes. A large number of wiring opening windows 701 are formed on the protective substrate 700. These opening windows are used for wiring to the fixed electrodes 521 to 554, the fixing members 561 to 564, and the wiring members 571 to 574 shown in FIG. 27, and are used as through holes in accordance with these positions. An opening window 701 is formed.
[0151]
FIG. 35 is a top view showing a state in which the protective substrate 700 shown in FIG. 34 is fixed on the structure shown in FIG. All the fine structures formed on the base substrate 400 are covered and protected by the protective substrate 700, but necessary wiring can be performed from the wiring opening window 701 portion. It has become. In order to fix the protective substrate 700 on the base substrate 400, a frame-like side wall portion 750 is formed. The side wall portion 750 is a wall disposed along the outer peripheral portion of the base substrate 400, and the side wall portion 750 is in a state where the base substrate 400 and the protective substrate 700 are disposed in parallel at a predetermined interval. As a result, the outer peripheral portions are connected to each other. Eventually, a detection operation space is formed as a portion surrounded by the base substrate 400, the side wall portion 750, and the protection substrate 700, and the weight bodies 410A and 410B are accommodated in the detection operation space. Become.
[0152]
FIG. 36 is an enlarged side cross-sectional view of the cross section of the angular velocity sensor shown in FIG. 35 cut along a cutting line AA. A state in which a side wall portion 750 is formed on the insulating layer 755 is shown at the left end portion of the base substrate 400. The insulating layer 755 is not particularly necessary for the operation of the sensor, but is a layer formed together in the step of forming the insulating layer 643. Needless to say, the sidewall 750 may be formed directly on the base substrate 400 without forming the insulating layer 755. In the embodiment shown in FIG. 36, the thickness of the fixed electrode 543 is set slightly thicker than that in the embodiment shown in FIG. That is, the fixed electrodes 521 to 554, the fixing members 561 to 564, and the wiring members 571 to 574 are all set to the same thickness as the side wall portion 750, and the protective substrate 700 is in close contact with these upper surfaces. It is connected. For this connection, for example, anodic bonding or bonding using low-melting glass is possible. When such joining is performed, the detection operation space can be maintained in a sealed state, and the detection operation space can be evacuated as necessary.
[0153]
On the other hand, as shown in FIG. 36, the upper surface of the weight body 410 is in a state of maintaining a predetermined distance from the lower surface of the protective substrate 700. Therefore, the weight body 410 can move with a predetermined degree of freedom in the detection operation space. In particular, when the detection operation space is evacuated, the weight body 410 can be vibrated efficiently at the resonance point.
[0154]
In this embodiment, the distance between the upper surface of the weight body 410 and the lower surface of the protective substrate 700 and the distance between the lower surface of the weight body 410 and the upper surface of the base substrate 400 are set to predetermined dimensional values. The substrate 400 and the protective substrate 700 function as a control member that controls the movement of the weight body 410. That is, when an excessively large angular velocity or acceleration that exceeds the detection target range of the sensor is applied, the weight body 410 performs a large movement according to the applied angular velocity or acceleration. However, if the weight body 410 moves excessively without any restriction, the connecting members 461 to 464 having the flexible bridge structure may be damaged. Therefore, when an excessive force is applied to the weight body 410, the distance between the weight body 410 and each substrate is set so that the base body 400 or the protection substrate 700 is brought into contact with and the movement is prevented. I have to.
[0155]
Wiring to the fixed electrodes 521 to 554, the fixing members 561 to 564, and the wiring members 571 to 574 in the detection operation space can be performed through the wiring opening window 701. For example, FIG. 36 shows a state in which the fixed electrode 543 is wired. Since a part of the upper surface of the fixed electrode 543 is exposed to the outside by the wiring opening window 701, a bonding pad 702 made of aluminum in this example is formed on the exposed surface, and bonding is performed on the bonding pad 702. The wire 703 is connected. Since the fixed electrode 543 is disposed so as to close the wiring opening window 701 from the inside, even if the wiring opening window 701 exists, the sealed state of the detection operation space is maintained as it is.
[0156]
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment shown in figure, this invention is not limited to these embodiment, In addition, it can implement in a various aspect. In particular, the present invention can be used as a uniaxial angular velocity sensor that detects angular velocity around one axis, or as a six-axis angular velocity / acceleration sensor that can detect angular velocity around three axes and acceleration in three axes. Available. Of course, it may be used as a 2-5 axis sensor. In the above-described embodiment, the example in which the weight body is moved by supplying a current to the excitation conductive path has been described. However, the method for moving the weight body is not limited to such a method. Absent. Furthermore, in the above-described embodiment, the example in which the force acting on the weight body is detected by the induced electromotive force generated in the detection conductive path or the change in the capacitance of the capacitive element has been shown. The method for detecting the force is not limited to such a method.
[0157]
【The invention's effect】
As described above, according to the angular velocity sensor according to the present invention, the angular velocity is detected by the difference in the measurement using the pair of weight bodies, and the acceleration is detected by the sum. Therefore, it is possible to provide an angular velocity sensor capable of highly reliable detection with less and an angular velocity sensor having an acceleration detection function.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a basic configuration of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a displacement of the center of gravity of the weight body in the angular velocity sensor shown in FIG.
3 is a graph showing the movement of the first weight body 10A and the Coriolis force generated based on the movement of the first weight body 10A in the angular velocity sensor shown in FIG.
4 is a graph showing the movement of the second weight body 10B and the Coriolis force generated based on the movement of the second weight body 10B in the angular velocity sensor shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing a first portion of a detection circuit used in the angular velocity sensor shown in FIG. 1;
6 is a block diagram showing a second part of a detection circuit used in the angular velocity sensor shown in FIG. 1. FIG.
7 is a block diagram showing a third part of a detection circuit used in the angular velocity sensor shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 8 is a perspective view showing a basic configuration of an angular velocity sensor according to another embodiment of the present invention.
9 is a diagram showing the displacement of the center of gravity of the weight body in the angular velocity sensor shown in FIG.
FIG. 10 is a plan view showing an operation principle of an angular velocity sensor according to still another embodiment of the present invention.
11 is a block diagram showing a first portion of a detection circuit used in the angular velocity sensor shown in FIG.
12 is a block diagram showing a second part of a detection circuit used in the angular velocity sensor shown in FIG.
13 is a block diagram showing a third part of a detection circuit used in the angular velocity sensor shown in FIG.
FIG. 14 is a perspective view showing a driving principle by an excitation conductive path applied to the angular velocity sensor according to the present invention.
FIG. 15 is a first perspective view showing a detection principle by a detection conductive path applied to the angular velocity sensor according to the present invention.
FIG. 16 is a second perspective view showing the detection principle by the detection conductive path applied to the angular velocity sensor according to the present invention.
FIG. 17 is a side sectional view showing a detection principle by a capacitive element applied to the angular velocity sensor according to the present invention.
18 is a plan view of an angular velocity sensor that more specifically embodies the embodiment shown in FIG. 1. FIG.
19 is a side sectional view of the angular velocity sensor shown in FIG.
20 is a plan view of an angular velocity sensor that more specifically embodies the embodiment shown in FIG. 8;
FIG. 21 is a plan view of an angular velocity sensor that more specifically embodies the embodiment shown in FIG. 10;
22 is a graph showing an AC signal waveform used for operating the angular velocity sensor shown in FIG. 21. FIG.
FIG. 23 is a cross-sectional plan view of a substrate used to construct an angular velocity sensor suitable for mass production.
24 is a side sectional view of the substrate shown in FIG. 23. FIG.
25 is a top view of the substrate shown in FIG. 23. FIG.
FIG. 26 is a side sectional view of an angular velocity sensor configured using the substrate shown in FIG.
FIG. 27 is a top view of a main part of an angular velocity sensor that drives a weight body and detects a force by a capacitive element.
FIG. 28 is a plan view showing only the components arranged in the left region 400A shown in FIG. 27 (in order to facilitate understanding of the shape, the portions of the individual components are shown hatched). This hatching does not indicate a cross section).
29 is an enlarged top view of the vicinity of the upper side of the weight body 410 shown in FIG. 27. FIG.
30 is a side cross-sectional view showing a cross section of the structure shown in FIG. 29 taken along cutting lines AA, BB, and CC.
31 is another enlarged top view of the vicinity of the upper side of the weight body 410 shown in FIG. 27. FIG.
32 is an enlarged top view showing a modification of the angular velocity sensor shown in FIG. 27. FIG.
33 is a top view of a silicon wafer used when mass-producing the base substrate of the angular velocity sensor shown in FIG. 27. FIG.
34 is a top view of a protective substrate used in the angular velocity sensor shown in FIG. 27. FIG.
35 is a top view showing a state where the protective substrate shown in FIG. 34 is fixed on the angular velocity sensor shown in FIG. 27. FIG.
36 is a side cross-sectional view showing an enlarged cross section of a part of the angular velocity sensor shown in FIG. 35 taken along a cutting line AA.
[Explanation of symbols]
10 ... weight body
10A ... first weight body
10B ... second weight body
20: Connecting member
25. Connection member
30 ... Device housing
40A, 40B ... X-axis direction driving means
51A, 51B ... X-axis direction force detection means
52A, 52B ... Y-axis direction force detection means
53A, 53B ... Z-axis direction force detecting means
61A, 61B ... Y-axis direction signal separating means
62A, 62B ... Z-axis direction signal separating means
71A, 71B ... acceleration calculation means
72A, 72B ... acceleration calculation means
73A, 73B ... Angular velocity calculation means
74A, 74B ... acceleration calculation means
75A, 75B ... Angular velocity calculation means
80 ... opposite surface
90 ... Magnet / electromagnet
100: Magnetic field generating means
140A, 140B ... rotational drive means
151A, 151B ... X-axis direction force detection means
152A, 152B ... Y-axis direction force detecting means
153A, 153B ... Z-axis direction force detecting means
161A, 161B ... X-axis direction signal separating means
162A, 162B ... Y-axis direction signal separating means
163A, 163B ... Z-axis direction signal separating means
171A, 171B ... acceleration calculation means
172A, 172B ... Angular velocity calculation means
173A, 173B ... acceleration calculation means
174A, 174B ... Angular velocity calculation means
175A, 175B ... acceleration calculation means
176A, 176B ... Angular velocity calculation means
200 ... substrate
201: Insulating layer
210A, 210B ... weight body
211A, 211B ... conductive path
220 ... Connecting member having flexible bridge structure
230 ... Frame
240 ... intermediate member
250A, 250B ... Bonding pads
310 ... Base substrate
320 ... Cap part
330 ... Fixed substrate
340 ... Magnet / electromagnet
350A, 350B ... Wiring pins
355A, 355B ... Bonding wire
400 ... Base substrate
400A ... Left side area
400B ... Right area
410 ... weight body
411 ... Side surface of weight body
421 to 454... Displacement electrode (drive displacement electrode and detection displacement electrode)
461-464 ... connecting member
421a, 421b, 422a, 422b ... displacement electrode (drive displacement electrode and displacement electrode for detection)
521 to 554... Fixed electrode (fixed electrode for driving and fixed electrode for detection)
521a, 521b, 522a, 522b ... fixed electrodes (fixed electrodes for driving and fixed electrodes for detection)
561 to 564... Fixing member
571-574 ... wiring members
621, 622, 661 ... Insulating layer
700 ... Protective substrate
701 ... Opening window for wiring
702: Bonding pad
703: Bonding wire
750 ... side wall
755 ... Insulating layer
d1, d2 ... distance between electrodes
E1, E2, E1A, E1B, E2A, E2B ... Electrodes
Fx (A: ωz): Coriolis force acting in the X-axis direction on the first weight body 10A when the angular velocity ωz acts
Fx (B: ωz): Coriolis force acting in the X-axis direction on the second weight body 10B when the angular velocity ωz acts
Fy (A: ωz): Coriolis force acting in the Y-axis direction on the first weight body 10A when the angular velocity ωz acts.
Fy (B: ωz): Coriolis force acting in the Y-axis direction on the second weight body 10B when the angular velocity ωz acts.
Fz (A: ωx): Coriolis force acting in the Z-axis direction on the first weight body 10A when the angular velocity ωx acts.
Fz (B: ωx): Coriolis force acting in the Z-axis direction on the second weight body 10B when the angular velocity ωx acts.
Fz (A: ωy): Coriolis force acting in the Z-axis direction on the first weight body 10A when the angular velocity ωy acts.
Fz (B: ωy): Coriolis force acting in the Z-axis direction on the second weight body 10B when the angular velocity ωy acts.
fx (A): acceleration force acting in the X-axis direction on the first weight body 10A when the acceleration αx acts
fx (B): Acceleration force acting in the X-axis direction on the second weight body 10B when the acceleration αx acts
fy (A): acceleration force acting in the Y-axis direction on the first weight body 10A when the acceleration αy acts
fy (B): acceleration force acting in the Y-axis direction on the second weight body 10B when the acceleration αy is applied
fz (A): Acceleration force acting in the Z-axis direction on the first weight body 10A when the acceleration αz acts
fz (B): Acceleration force acting in the Z-axis direction on the second weight body 10B when the acceleration αz acts
G (A): Center of gravity of first weight body 10A
G (B): Center of gravity of second weight body 10B
Ix, Iy ... AC current for driving
J: Connection point
Kx1, Kx2, Ky1, Ky2 ... Conduction path for detection
Kx1A, Kx2A, Ky1A, Ky2A ... Conduction path for detection
Kx1B, Kx2B, Ky1B, Ky2B ... Detection conductive path
Lx1, Lx2 ... Excitation conductive path
Lx1A, Lx2A, Ly1A, Ly2A ... Excitation conductive path
Lx1B, Lx2B, Ly1B, Ly2B ... Excitation conductive path
Oa, Ob ... Origin of coordinate system
P1 (A) to P4 (A) ... position of the center of gravity G (A)
P1 (B) to P4 (B) ... position of the center of gravity G (B)
t0 to t4 ... time
Ux (A): Vibration of the first weight body 10A in the X-axis direction
Ux (B): Vibration of the second weight body 10B in the X-axis direction
Uy (A): Vibration of the first weight body 10A in the Y-axis direction
Uy (B): Vibration of the second weight body 10B in the Y-axis direction
Vx (A): X-axis direction speed of the first weight body 10A
Vx (B): X-axis direction speed of the second weight body 10B
W ... Boundary line
X + (A), X0 (A), X- (A) ... position of the center of gravity G (A)
X + (A), X0 (A), X- (A) ... position of the center of gravity G (B)
Y + (A), Y0 (A), Y- (A) ... position of the center of gravity G (A)
Y + (A), Y0 (A), Y- (A) ... position of the center of gravity G (B)
αx ... Acceleration in the X-axis direction
αy… Acceleration in the Y-axis direction
αz… Acceleration in the z-axis direction
ωx: Angular velocity around the X axis
ωy ... Yangular angular velocity
ωz: Angular velocity around the z axis
αx (A): X-axis direction acceleration detected by the first weight body 10A
αy (A): X-axis direction acceleration detected by the first weight body 10A
αz (A): X-axis direction acceleration detected by the first weight body 10A
ωx (A): angular velocity around the X axis detected by the first weight body 10A
ωy (A): angular velocity around the Y axis detected by the first weight body 10A
ωz (A): angular velocity around the Z axis detected by the first weight body 10A
αx (B): X-axis direction acceleration detected by the second weight body 10B
αy (B): X-axis direction acceleration detected by the second weight body 10B
αz (B): X-axis direction acceleration detected by the second weight body 10B
ωx (B): angular velocity around the X axis detected by the second weight body 10B
ωy (B): angular velocity around the Y axis detected by the second weight body 10B
ωz (B): angular velocity around the Z axis detected by the second weight body 10B
φz: Parallel magnetic flux oriented in the Z-axis direction

Claims (24)

ＸＹＺ三次元直交座標系において定義されるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうちの少なくとも２軸まわりの角速度を検出する角速度センサであって、
前記三次元直交座標系の空間内で運動可能な第１の重錘体および第２の重錘体と、
前記２つの重錘体を収容する装置筐体と、
前記２つの重錘体のそれぞれを、前記装置筐体に対して、所定の自由度をもって運動可能となるように接続する接続部材と、
前記第１の重錘体をＸＹ平面に沿って回転運動させる第１の回転駆動手段と、前記第２の重錘体をＸＹ平面に沿って回転運動させる第２の回転駆動手段と、を有し、前記第１の重錘体の回転運動と前記第２の重錘体の回転運動とが、周期および回転方向が同一で位相が１８０°ずれたものとなるように、前記第１の重錘体および前記第２の重錘体を前記装置筐体内で運動させる駆動手段と、
前記第１の重錘体に対して前記Ｚ軸方向に作用する第１のＺ軸コリオリ力を検出する第１のコリオリ力検出手段と、
前記第２の重錘体に対して前記Ｚ軸方向に作用する第２のＺ軸コリオリ力を検出する第２のコリオリ力検出手段と、
前記第１のＺ軸コリオリ力と前記第２のＺ軸コリオリ力との差に基づいて、作用したＸ軸まわりおよびＹ軸まわりの角速度を求める演算手段と、
を備え、
前記第１の重錘体および前記第２の重錘体がＸ軸速度成分をもって運動中の所定時期にＸ軸検出時を定義し、前記第１の重錘体および前記第２の重錘体がＹ軸速度成分をもって運動中の所定時期にＹ軸検出時を定義したときに、
前記第１のコリオリ力検出手段は、
前記Ｘ軸検出時にＹ軸まわりの角速度が作用していた場合に、前記第１の重錘体に対してＺ軸方向に作用する第１のＺ軸コリオリ力を検出するＹ軸まわり角速度検出機能と、
前記Ｙ軸検出時にＸ軸まわりの角速度が作用していた場合に、前記第１の重錘体に対してＺ軸方向に作用する第１のＺ軸コリオリ力を検出するＸ軸まわり角速度検出機能と、
を有し、
前記第２のコリオリ力検出手段は、
前記Ｘ軸検出時にＹ軸まわりの角速度が作用していた場合に、前記第２の重錘体に対してＺ軸方向に作用する第２のＺ軸コリオリ力を検出するＹ軸まわり角速度検出機能と、
前記Ｙ軸検出時にＸ軸まわりの角速度が作用していた場合に、前記第２の重錘体に対してＺ軸方向に作用する第２のＺ軸コリオリ力を検出するＸ軸まわり角速度検出機能と、
を有し、
前記演算手段は、
前記Ｘ軸検出時に検出された前記第１のＺ軸コリオリ力と前記第２のＺ軸コリオリ力との差に基づいて、作用したＹ軸まわりの角速度を求める演算と、
前記Ｙ軸検出時に検出された前記第１のＺ軸コリオリ力と前記第２のＺ軸コリオリ力との差に基づいて、作用したＸ軸まわりの角速度を求める演算と、
を行う機能を有し、
Ｘ軸まわりの角速度およびＹ軸まわりの角速度を検出する機能をもつことを特徴とする角速度センサ。 An angular velocity sensor that detects angular velocities about at least two of the X, Y, and Z axes defined in an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system,
A first weight body and a second weight body movable in the space of the three-dimensional orthogonal coordinate system;
An apparatus housing for housing the two weight bodies;
A connection member for connecting each of the two weight bodies to the device housing so as to be movable with a predetermined degree of freedom;
A first rotation driving means for rotating the first weight body along the XY plane; and a second rotation driving means for rotating the second weight body along the XY plane. The first weight is rotated so that the rotation of the first weight and the rotation of the second weight have the same period and rotation direction and are 180 ° out of phase. Driving means for moving the weight body and the second weight body in the device housing;
First Coriolis force detection means for detecting a first Z-axis Coriolis force acting in the Z-axis direction with respect to the first weight body ;
Second Coriolis force detecting means for detecting a second Z-axis Coriolis force acting in the Z-axis direction with respect to the second weight body ;
An arithmetic means for obtaining angular velocities around the X axis and the Y axis that acted based on a difference between the first Z axis Coriolis force and the second Z axis Coriolis force;
With
The first weight body and the second weight body define an X axis detection time at a predetermined time during movement of the first weight body and the second weight body with an X axis velocity component, and the first weight body and the second weight body When the Y axis detection time is defined at a predetermined time during movement with the Y axis velocity component,
The first Coriolis force detection means includes:
Y-axis angular velocity detection function for detecting a first Z-axis Coriolis force acting in the Z-axis direction on the first weight body when an angular velocity around the Y-axis is acting at the time of the X-axis detection When,
X-axis angular velocity detection function for detecting the first Z-axis Coriolis force acting in the Z-axis direction on the first weight body when an angular velocity around the X-axis is acting at the time of the Y-axis detection When,
Have
The second Coriolis force detecting means is
Y-axis angular velocity detection function for detecting a second Z-axis Coriolis force acting in the Z-axis direction on the second weight body when an angular velocity around the Y-axis is acting at the time of the X-axis detection When,
X-axis angular velocity detection function for detecting a second Z-axis Coriolis force acting in the Z-axis direction on the second weight body when an angular velocity around the X-axis is acting at the time of detecting the Y-axis When,
Have
The computing means is
An operation for obtaining an angular velocity around the applied Y axis based on a difference between the first Z-axis Coriolis force and the second Z-axis Coriolis force detected at the time of the X-axis detection;
An operation for obtaining an angular velocity around the applied X axis based on a difference between the first Z axis Coriolis force and the second Z axis Coriolis force detected at the time of detecting the Y axis;
Have the ability to
An angular velocity sensor having a function of detecting an angular velocity around an X axis and an angular velocity around a Y axis. 請求項１に記載の角速度センサにおいて、
第１のコリオリ力検出手段が、Ｘ軸検出時にＺ軸まわりの角速度が作用していた場合に、第１の重錘体に対してＹ軸方向に作用する第１のＹ軸コリオリ力を検出する機能と、Ｙ軸検出時にＺ軸まわりの角速度が作用していた場合に、第１の重錘体に対してＸ軸方向に作用する第１のＸ軸コリオリ力を検出する機能と、の少なくとも一方の機能からなるＺ軸まわり角速度検出機能を更に有し、
第２のコリオリ力検出手段が、Ｘ軸検出時にＺ軸まわりの角速度が作用していた場合に、第２の重錘体に対してＹ軸方向に作用する第２のＹ軸コリオリ力を検出する機能と、Ｙ 軸検出時にＺ軸まわりの角速度が作用していた場合に、第２の重錘体に対してＸ軸方向に作用する第２のＸ軸コリオリ力を検出する機能と、の少なくとも一方の機能からなるＺ軸まわり角速度検出機能を更に有し、
演算手段が、Ｘ軸検出時に検出された前記第１のＹ軸コリオリ力と前記第２のＹ軸コリオリ力との差に基づいて、作用したＺ軸まわりの角速度を求める演算と、Ｙ軸検出時に検出された前記第１のＸ軸コリオリ力と前記第２のＸ軸コリオリ力との差に基づいて、作用したＺ軸まわりの角速度を求める演算と、のうちの少なくとも一方の演算を行う機能を更に有し、
Ｘ軸まわりの角速度、Ｙ軸まわりの角速度、Ｚ軸まわりの角速度のすべてを検出する機能をもつことを特徴とする角速度センサ。 The angular velocity sensor according to claim 1,
The first Coriolis force detecting means detects the first Y-axis Coriolis force acting in the Y-axis direction with respect to the first weight body when the angular velocity around the Z-axis is acting when detecting the X-axis. And a function of detecting a first X-axis Coriolis force acting in the X-axis direction on the first weight body when an angular velocity around the Z-axis is acting at the time of detecting the Y-axis. It further has a function of detecting an angular velocity around the Z-axis comprising at least one of the functions,
The second Coriolis force detection means detects the second Y-axis Coriolis force acting in the Y-axis direction on the second weight body when the angular velocity around the Z-axis is acting when the X-axis is detected. And a function of detecting a second X-axis Coriolis force acting in the X-axis direction on the second weight body when an angular velocity around the Z-axis is acting at the time of detecting the Y- axis. It further has a function of detecting an angular velocity around the Z-axis comprising at least one of the functions,
An arithmetic means calculates an angular velocity around the applied Z-axis based on a difference between the first Y-axis Coriolis force and the second Y-axis Coriolis force detected at the time of X-axis detection, and Y-axis detection A function of calculating at least one of an operation for obtaining an angular velocity around the applied Z-axis based on a difference between the first X-axis Coriolis force and the second X-axis Coriolis force detected at times. Further comprising
An angular velocity sensor having a function of detecting all of the angular velocity around the X axis, the angular velocity around the Y axis, and the angular velocity around the Z axis. 請求項１または２に記載の角速度センサにおいて、
個々の回転駆動手段を、重錘体をＸ軸方向に沿って往復運動させるＸ軸方向駆動手段とＹ軸方向に沿って往復運動させるＹ軸方向駆動手段と、によって構成し、前記重錘体のＸ軸方向の往復運動とＹ軸方向の往復運動とが、周期が同一で位相が９０°ずれたものとなるように設定することにより回転運動を行わせることを特徴とする角速度センサ。 The angular velocity sensor according to claim 1 or 2,
Each rotary drive means is constituted by an X-axis direction drive means for reciprocating the weight body along the X-axis direction and a Y-axis direction drive means for reciprocating along the Y-axis direction, and the weight body An angular velocity sensor characterized in that rotational motion is performed by setting the reciprocating motion in the X-axis direction and the reciprocating motion in the Y-axis direction to have the same period and a phase shifted by 90 °. 請求項１〜３のいずれかに記載の角速度センサにおいて、
検出時にＸ軸方向の加速度が作用していた場合に、第１の重錘体に対して前記加速度に起因して前記Ｘ軸方向に作用する第１のＸ軸加速度力を検出する第１の加速度力検出手段と、
検出時にＸ軸方向の加速度が作用していた場合に、第２の重錘体に対して前記加速度に起因して前記Ｘ軸方向に作用する第２のＸ軸加速度力を検出する第２の加速度力検出手段と、
を更に設け、
演算手段が、前記第１の加速度力と前記第２の加速度力との和に基づいて、作用したＸ軸方向の加速度を求める演算を行う機能を更に有することを特徴とする加速度検出機能をもった角速度センサ。 The angular velocity sensor according to any one of claims 1 to 3,
A first X-axis acceleration force that acts on the first weight body in the X-axis direction due to the acceleration when an acceleration in the X-axis direction is acting at the time of detection is detected. Acceleration force detection means;
A second X-axis acceleration force that acts on the second weight body in the X-axis direction due to the acceleration when an acceleration in the X-axis direction is acting at the time of detection is detected. Acceleration force detection means;
Further provided,
The calculation means further has a function of calculating an applied X-axis direction acceleration based on the sum of the first acceleration force and the second acceleration force. Angular velocity sensor. 請求項１〜４のいずれかに記載の角速度センサにおいて、
検出時にＹ軸方向の加速度が作用していた場合に、第１の重錘体に対して前記加速度に起因して前記Ｙ軸方向に作用する第１のＹ軸加速度力を検出する第１の加速度力検出手段と、
検出時にＹ軸方向の加速度が作用していた場合に、第２の重錘体に対して前記加速度に起因して前記Ｙ軸方向に作用する第２のＹ軸加速度力を検出する第２の加速度力検出手段と、
を更に設け、
演算手段が、前記第１の加速度力と前記第２の加速度力との和に基づいて、作用したＹ軸方向の加速度を求める演算を行う機能を更に有することを特徴とする加速度検出機能をもった角速度センサ。 In the angular velocity sensor according to any one of claims 1 to 4,
A first Y-axis acceleration force that acts on the first weight body in the Y-axis direction due to the acceleration when the acceleration in the Y-axis direction is acting at the time of detection is detected. Acceleration force detection means;
A second Y-axis acceleration force that acts on the second weight body in the Y-axis direction due to the acceleration when an acceleration in the Y-axis direction is acting at the time of detection; Acceleration force detection means;
Further provided,
The calculation means further has a function of calculating an applied acceleration in the Y-axis direction based on the sum of the first acceleration force and the second acceleration force. Angular velocity sensor. 請求項１〜５のいずれかに記載の角速度センサにおいて、
検出時にＺ軸方向の加速度が作用していた場合に、第１の重錘体に対して前記加速度に起因して前記Ｚ軸方向に作用する第１のＺ軸加速度力を検出する第１の加速度力検出手段と、
検出時にＺ軸方向の加速度が作用していた場合に、第２の重錘体に対して前記加速度に起因して前記Ｚ軸方向に作用する第２のＺ軸加速度力を検出する第２の加速度力検出手段と、
を更に設け、
演算手段が、前記第１の加速度力と前記第２の加速度力との和に基づいて、作用したＺ軸方向の加速度を求める演算を行う機能を更に有することを特徴とする加速度検出機能をもった角速度センサ。 In the angular velocity sensor according to any one of claims 1 to 5,
A first Z-axis acceleration force that acts on the first weight body in the Z-axis direction due to the acceleration when an acceleration in the Z-axis direction is applied at the time of detection is detected. Acceleration force detection means;
A second Z-axis acceleration force that acts on the second weight body in the Z-axis direction due to the acceleration when acceleration in the Z-axis direction is applied at the time of detection; Acceleration force detection means;
Further provided,
The calculation means further has a function of calculating an applied Z-axis direction acceleration based on a sum of the first acceleration force and the second acceleration force. Angular velocity sensor. 請求項４〜６のいずれかに記載の角速度センサにおいて、
第１の重錘体について所定軸の方向に作用した力を検出する第１の力検出手段を、この所定軸を検出軸とする第１のコリオリ力検出手段および第１の加速度力検出手段として兼用し、
第２の重錘体について所定軸の方向に作用した力を検出する第２の力検出手段を、この所定軸を検出軸とする第２のコリオリ力検出手段および第２の加速度力検出手段として兼用し、
前記第１の力検出手段による力の検出値と前記第２の力検出手段による力の検出値との差に基づいて角速度を求め、
前記第１の力検出手段による力の検出値と前記第２の力検出手段による力の検出値との和に基づいて加速度を求めるようにしたことを特徴とする加速度検出機能をもった角速度センサ。 In the angular velocity sensor according to any one of claims 4 to 6,
The first force detection means for detecting the force acting on the first weight body in the direction of the predetermined axis is used as the first Coriolis force detection means and the first acceleration force detection means using the predetermined axis as the detection axis. Combined use
The second force detection means for detecting the force acting on the second weight body in the direction of the predetermined axis is used as second Coriolis force detection means and second acceleration force detection means using the predetermined axis as the detection axis. Combined use
An angular velocity is obtained based on the difference between the force detection value by the first force detection means and the force detection value by the second force detection means,
An angular velocity sensor having an acceleration detection function, wherein an acceleration is obtained based on a sum of a force detection value by the first force detection means and a force detection value by the second force detection means. . 請求項７に記載の角速度センサにおいて、
第１の重錘体および第２の重錘体の運動周波数を、検出対象となる加速度の周波数に比べて十分に高く設定し、前者を高周波数、後者を低周波数とする識別が可能になるようにし、
第１の力検出手段による力の検出値の前記高周波数の成分と第２の力検出手段による力の検出値の前記高周波数の成分との差に基づいて角速度を求め、
第１の力検出手段による力の検出値の前記低周波数の成分と第２の力検出手段による力の検出値の前記低周波数の成分との和に基づいて加速度を求めるようにしたことを特徴とする加速度検出機能をもった角速度センサ。 The angular velocity sensor according to claim 7,
The motion frequency of the first weight body and the second weight body is set sufficiently higher than the acceleration frequency to be detected, and the former can be identified as a high frequency and the latter as a low frequency. And
An angular velocity is obtained based on a difference between the high frequency component of the force detection value by the first force detection means and the high frequency component of the force detection value by the second force detection means,
The acceleration is obtained based on the sum of the low frequency component of the force detection value by the first force detection means and the low frequency component of the force detection value by the second force detection means. An angular velocity sensor with an acceleration detection function. 請求項１〜８のいずれかに記載の角速度センサにおいて、
各重錘体上に、励振用導電路を形成し、この励振用導電路が位置する空間に、この励振用導電路に対して磁束が平行にはならないような磁界を発生させる磁界発生手段を設け、
前記励振用導電路に電流を供給した場合に、この電流と前記磁界との相互作用に基づくローレンツ力によって前記重錘体が検出に必要な運動を行うように構成したことを特徴とする角速度センサ。 In the angular velocity sensor according to any one of claims 1 to 8,
An excitation conductive path is formed on each weight body, and a magnetic field generating means for generating a magnetic field in which a magnetic flux is not parallel to the excitation conductive path is formed in a space where the excitation conductive path is located. Provided,
An angular velocity sensor configured such that when a current is supplied to the excitation conductive path, the weight body performs a movement necessary for detection by a Lorentz force based on an interaction between the current and the magnetic field. . 請求項９に記載の角速度センサにおいて、
各重錘体上に、更に検出用導電路を形成し、磁界発生手段が、励振用導電路および検出用導電路が位置する空間に、これら両導電路に対して磁束が平行にはならないような磁界を発生させる機能を有し、
前記検出用導電路に発生する誘導起電力に基づいて、重錘体に作用した力を検出できるようにしたことを特徴とする角速度センサ。 The angular velocity sensor according to claim 9, wherein
Further, a detection conductive path is formed on each weight body so that the magnetic field generating means does not allow the magnetic flux to be parallel to both the conductive paths in the space where the excitation conductive path and the detection conductive path are located. Has a function to generate a strong magnetic field,
An angular velocity sensor characterized in that a force acting on a weight body can be detected based on an induced electromotive force generated in the detection conductive path. 請求項１０に記載の角速度センサにおいて、
ＸＹＺ三次元直交座標系のＸＹ平面内に上面が含まれ、この上面の中央部に原点Ｏが定義された基板を重錘体として用い、
Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の負の部分に交差する第１の導電路と、Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の正の部分に交差する第２の導電路と、Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の負の部分に交差する第３の導電路と、Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の正の部分に交差する第４の導電路と、により励振用導電路を構成し、
Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の負の部分に交差する第５の導電路と、Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の正の部分に交差する第６の導電路と、Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の負の部分に交差する第７の導電路と、Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の正の部分に交差する第８の導電路と、により検出用導電路を構成したことを特徴とする角速度センサ。 The angular velocity sensor according to claim 10.
A substrate whose upper surface is included in the XY plane of the XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system and whose origin O is defined at the center of the upper surface is used as a weight body.
A first conductive path extending along the X axis and intersecting the negative part of the Y axis, a second conductive path extending along the X axis and intersecting the positive part of the Y axis, and along the Y axis The third conductive path extending along the negative portion of the X-axis and the fourth conductive path extending along the Y-axis and crossing the positive portion of the X-axis constitute an excitation conductive path. ,
A fifth conductive path extending along the X axis and intersecting the negative part of the Y axis, a sixth conductive path extending along the X axis and intersecting the positive part of the Y axis, and along the Y axis And a seventh conductive path that crosses the negative part of the X-axis and an eighth conductive path that extends along the Y-axis and crosses the positive part of the X-axis constitute a detection conductive path An angular velocity sensor. 請求項１〜１１のいずれかに記載の角速度センサにおいて、
ＸＹＺ三次元直交座標系のＸＹ平面に平行な上面および下面を有する基板を重錘体として用い、装置筐体の一部に、前記重錘体の下面に対向する対向面を形成し、前記重錘体の下面に形成された導電面と前記対向面に形成された導電面とによって容量素子を形成し、この容量素子によってＺ軸コリオリ力およびＺ軸加速度力のうちの少なくとも一方を検出できるようにしたことを特徴とする角速度センサ。 The angular velocity sensor according to any one of claims 1 to 11,
A substrate having an upper surface and a lower surface parallel to the XY plane of the XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system is used as a weight body, and a facing surface that faces the lower surface of the weight body is formed on a part of the apparatus housing. A capacitive element is formed by the conductive surface formed on the lower surface of the weight body and the conductive surface formed on the opposing surface, and at least one of the Z-axis Coriolis force and the Z-axis acceleration force can be detected by the capacitive element. An angular velocity sensor characterized by that. 請求項１〜１２のいずれかに記載の角速度センサにおいて、
１枚の基板上に左右の領域を定義し、この基板の所定部分を除去することにより、各領域のそれぞれにおいて、中央に位置する重錘体と、この重錘体の周囲に位置し、可撓性の橋梁構造をもった接続部材とを形成するようにし、
前記基板の外周部分によってフレームを構成し、前記接続部材により、前記各重錘体が前記フレームに接続されるようにし、前記橋梁構造の可撓性の範囲内で、前記各重錘体が前記フレーム内で所定の自由度をもって運動可能となるようにしたことを特徴とする角速度センサ。 In the angular velocity sensor according to any one of claims 1 to 12,
By defining left and right regions on one substrate and removing a predetermined portion of this substrate, each region has a weight body located at the center and around this weight body. To form a connecting member with a flexible bridge structure,
A frame is constituted by an outer peripheral portion of the substrate, and each weight body is connected to the frame by the connection member, and each weight body is within the range of flexibility of the bridge structure. An angular velocity sensor characterized in that it can move within a frame with a predetermined degree of freedom. 請求項１〜８のいずれかに記載の角速度センサにおいて、
重錘体側に形成した駆動用変位電極と、この駆動用変位電極に対向するように装置筐体側に形成した駆動用固定電極と、によって構成される駆動用容量素子を駆動手段として用い、前記駆動用変位電極と前記駆動用固定電極との間に電圧を印加することにより生じるクーロン力によって、前記重錘体を運動させるようにしたことを特徴とする角速度センサ。 In the angular velocity sensor according to any one of claims 1 to 8,
A driving capacitive element comprising a driving displacement electrode formed on the weight body side and a driving fixed electrode formed on the apparatus housing side so as to face the driving displacement electrode is used as a driving means, and the driving An angular velocity sensor, wherein the weight body is moved by a Coulomb force generated by applying a voltage between the displacement electrode for driving and the fixed electrode for driving. 請求項１４に記載の角速度センサにおいて、
ＸＹＺ三次元直交座標系のＸＹ平面に平行な矩形平面を上面および下面とする基板を重錘体として用い、
この重錘体のＸＺ平面に平行な側面に、ＹＺ平面に平行な電極面を有するＸ軸方向駆動用変位電極を形成し、この重錘体のＹＺ平面に平行な側面に、ＸＺ平面に平行な電極面を有するＹ軸方向駆動用変位電極を形成し、
装置筐体側に、前記Ｘ軸方向駆動用変位電極および前記Ｙ軸方向駆動用変位電極の電極面にそれぞれ対向する電極面をもったＸ軸方向駆動用固定電極およびＹ軸方向駆動用固定電極を形成し、
前記Ｘ軸方向駆動用変位電極および前記Ｘ軸方向駆動用固定電極の間に電圧を印加することにより生じるクーロン力によって、前記重錘体をＸ軸方向に運動させ、前記Ｙ軸方向駆動用変位電極および前記Ｙ軸方向駆動用固定電極の間に電圧を印加することにより生じるクーロン力によって、前記重錘体をＹ軸方向に運動させるようにしたことを特徴とする角速度センサ。 The angular velocity sensor according to claim 14,
Using a substrate whose upper and lower surfaces are rectangular planes parallel to the XY plane of the XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system,
An X-axis direction driving displacement electrode having an electrode surface parallel to the YZ plane is formed on a side surface parallel to the XZ plane of the weight body, and parallel to the XZ plane on a side surface parallel to the YZ plane of the weight body. Forming a displacement electrode for driving in the Y-axis direction having an appropriate electrode surface;
An X-axis direction driving fixed electrode and a Y-axis direction driving fixed electrode having electrode surfaces opposed to the electrode surfaces of the X-axis direction driving displacement electrode and the Y-axis direction driving displacement electrode, respectively, on the apparatus housing side. Forming,
The weight body is moved in the X-axis direction by the Coulomb force generated by applying a voltage between the X-axis direction drive displacement electrode and the X-axis direction drive fixed electrode, and the Y-axis direction drive displacement An angular velocity sensor, wherein the weight body is moved in the Y-axis direction by a Coulomb force generated by applying a voltage between the electrode and the Y-axis direction driving fixed electrode. 請求項１５に記載の角速度センサにおいて、
重錘体の各側面にそれぞれ複数の駆動用変位電極を前記各側面の長手方向に並べて配置し、
装置筐体側には、これら複数の駆動用変位電極の間に互い違いに挿入されるように、複数の駆動用固定電極を配置し、
隣接して配置された１枚の駆動用変位電極と１枚の駆動用固定電極とにより駆動用容量素子が形成されるようにし、同一の駆動用容量素子を形成する駆動用変位電極と駆動用固定電極との電極間隔が、同一の駆動用容量素子を形成しない駆動用変位電極と駆動用固定電極との電極間隔よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする角速度センサ。 The angular velocity sensor according to claim 15,
A plurality of drive displacement electrodes are arranged side by side in the longitudinal direction of each side surface on each side surface of the weight body,
On the apparatus housing side, a plurality of driving fixed electrodes are arranged so as to be alternately inserted between the plurality of driving displacement electrodes,
A driving capacitive element is formed by one driving displacement electrode and one driving fixed electrode which are arranged adjacent to each other, and the driving displacement electrode and the driving driving electrode form the same driving capacitive element. An angular velocity sensor characterized in that an electrode interval with a fixed electrode is set to be smaller than an electrode interval between a driving displacement electrode and a driving fixed electrode that do not form the same driving capacitive element. 請求項１〜８のいずれかに記載の角速度センサにおいて、
重錘体側に形成した検出用変位電極と、この検出用変位電極に対向するように装置筐体側に形成した検出用固定電極と、によって構成される検出用容量素子をコリオリ力または加速度力の検出手段として用い、前記検出用容量素子の静電容量値によってコリオリ力または加速度力を検出するようにしたことを特徴とする角速度センサ。 In the angular velocity sensor according to any one of claims 1 to 8,
Coriolis force or acceleration force is detected by a detection capacitive element composed of a detection displacement electrode formed on the weight body side and a detection fixed electrode formed on the apparatus housing side so as to face the detection displacement electrode. An angular velocity sensor that is used as a means and detects a Coriolis force or an acceleration force based on a capacitance value of the detection capacitive element. 請求項１７に記載の角速度センサにおいて、
ＸＹＺ三次元直交座標系のＸＹ平面に平行な矩形平面を上面および下面とする基板を重錘体として用い、
この重錘体のＸＺ平面に平行な側面に、ＹＺ平面に平行な電極面を有するＸ軸方向検出用変位電極を形成し、この重錘体のＹＺ平面に平行な側面に、ＸＺ平面に平行な電極面を有するＹ軸方向検出用変位電極を形成し、
装置筐体側に、前記Ｘ軸方向検出用変位電極および前記Ｙ軸方向検出用変位電極の電極面にそれぞれ対向する電極面をもったＸ軸方向検出用固定電極およびＹ軸方向検出用固定電極を形成し、
前記Ｘ軸方向検出用変位電極および前記Ｘ軸方向検出用固定電極によって構成される検出用容量素子の静電容量値によってＸ軸方向に作用するコリオリ力または加速度力を検出し、前記Ｙ軸方向検出用変位電極および前記Ｙ軸方向検出用固定電極によって構成される検出用容量素子の静電容量値によってＹ軸方向に作用するコリオリ力または加速度力を検出するようにしたことを特徴とする角速度センサ。 The angular velocity sensor according to claim 17,
Using a substrate whose upper and lower surfaces are rectangular planes parallel to the XY plane of the XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system,
A displacement electrode for X-axis direction detection having an electrode surface parallel to the YZ plane is formed on a side surface parallel to the XZ plane of the weight body, and parallel to the XZ plane on a side surface parallel to the YZ plane of the weight body. Forming a displacement electrode for Y-axis direction detection having a simple electrode surface;
An X-axis direction detection fixed electrode and a Y-axis direction detection fixed electrode having electrode surfaces facing the electrode surfaces of the X-axis direction detection displacement electrode and the Y-axis direction detection displacement electrode, respectively, on the apparatus housing side. Forming,
Coriolis force or acceleration force acting in the X-axis direction is detected based on a capacitance value of a detection capacitive element constituted by the displacement electrode for X-axis direction detection and the fixed electrode for X-axis direction detection, and the Y-axis direction An angular velocity characterized in that a Coriolis force or an acceleration force acting in the Y-axis direction is detected by a capacitance value of a detection capacitive element constituted by a detection displacement electrode and the Y-axis direction detection fixed electrode. Sensor. 請求項１８に記載の角速度センサにおいて、
重錘体の各側面にそれぞれ複数の検出用変位電極を前記各側面の長手方向に並べて配置し、
装置筐体側には、これら複数の検出用変位電極の間に互い違いに挿入されるように、複数の検出用固定電極を配置し、
隣接して配置された１枚の検出用変位電極と１枚の検出用固定電極とにより検出用容量素子が形成されるようにし、同一の検出用容量素子を形成する検出用変位電極と検出用固定電極との電極間隔が、同一の検出用容量素子を形成しない検出用変位電極と検出用固定電極との電極間隔よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする角速度センサ。 The angular velocity sensor according to claim 18,
A plurality of detection displacement electrodes are arranged side by side in the longitudinal direction of each side surface on each side surface of the weight body,
On the apparatus housing side, a plurality of detection fixed electrodes are arranged so as to be inserted alternately between the plurality of detection displacement electrodes,
A detection capacitive element is formed by one detection displacement electrode and one detection fixed electrode arranged adjacent to each other, and the detection displacement electrode and the detection are formed to form the same detection capacitance element. An angular velocity sensor characterized in that an electrode interval with a fixed electrode is set to be smaller than an electrode interval between a detection displacement electrode and a detection fixed electrode that do not form the same detection capacitive element. 請求項１８または１９に記載の角速度センサにおいて、
重錘体の下面に、Ｚ軸方向検出用変位電極を形成し、装置筐体側に、前記Ｚ軸方向検出用変位電極に対向するＺ軸方向検出用固定電極を形成し、
前記Ｚ軸方向検出用変位電極および前記Ｚ軸方向検出用固定電極によって構成される検出用容量素子の静電容量値によってＺ軸方向に作用するコリオリ力または加速度力を検出するようにしたことを特徴とする角速度センサ。 The angular velocity sensor according to claim 18 or 19,
A Z-axis direction detection displacement electrode is formed on the lower surface of the weight body, and a Z-axis direction detection fixed electrode facing the Z-axis direction detection displacement electrode is formed on the apparatus housing side,
Coriolis force or acceleration force acting in the Z-axis direction is detected based on a capacitance value of a detection capacitive element constituted by the Z-axis direction detection displacement electrode and the Z-axis direction detection fixed electrode. A featured angular velocity sensor. 請求項１４〜２０のいずれかに記載の角速度センサにおいて、
重錘体を導電性材料によって構成し、この重錘体表面の特定の一部分を、駆動用変位電極または検出用変位電極として用いるようにしたことを特徴とする角速度センサ。 The angular velocity sensor according to any one of claims 14 to 20,
An angular velocity sensor, wherein a weight body is made of a conductive material, and a specific part of the surface of the weight body is used as a drive displacement electrode or a detection displacement electrode. 請求項１〜２１のいずれかに記載の角速度センサにおいて、
互いに所定間隔をおいてほぼ平行に配置された２枚の基板と、この２枚の基板の外周部を互いに接続する側壁部と、によって密閉された検出動作空間を構成し、
この検出動作空間内に２つの重錘体を収容し、前記重錘体が前記検出動作空間内で所定の自由度をもって運動可能となるように、前記重錘体と前記基板とを直接または間接的に接続部材によって接続したことを特徴とする角速度センサ。 The angular velocity sensor according to any one of claims 1 to 21,
A closed detection operation space is constituted by two substrates disposed substantially parallel to each other at a predetermined interval and a side wall portion connecting the outer peripheral portions of the two substrates to each other,
Two weight bodies are accommodated in the detection operation space, and the weight body and the substrate are directly or indirectly connected so that the weight body can move with a predetermined degree of freedom in the detection operation space. An angular velocity sensor characterized by being connected by a connecting member. 請求項２２に記載の角速度センサにおいて、
検出対象となる範囲を越えた過度に大きな角速度または加速度が作用した場合に、重錘体がいずれか一方の基板に接触してその運動が妨げられるように、重錘体と各基板との間隔を設定し、各基板を重錘体の運動を制御する制御部材として利用できるようにしたことを特徴とする角速度センサ。 The angular velocity sensor according to claim 22,
The distance between the weight body and each board so that when the excessively large angular velocity or acceleration that exceeds the detection target is applied, the weight body touches one of the boards and the movement is hindered. An angular velocity sensor characterized in that each substrate can be used as a control member for controlling the movement of the weight body. 請求項２２または２３に記載の角速度センサにおいて、
一方の基板に配線用開口窓を形成し、検出動作空間内に、この配線用開口窓を塞ぐように導電性の配線部材を設け、
前記検出動作空間の内部においては、重錘体を運動させるための駆動手段と、重錘体に作用したコリオリ力または加速度力を検出する力検出手段と、を前記配線部材に電気的に接続し、
前記検出動作空間の外部においては、前記配線用開口窓を通して、前記配線部材と外部配線とを電気的に接続するようにし、
前記検出動作空間の密閉状態を維持したまま電気的な配線が行われるようにしたことを特徴とする角速度センサ。 24. The angular velocity sensor according to claim 22 or 23.
An opening window for wiring is formed on one substrate, and a conductive wiring member is provided in the detection operation space so as to close the opening window for wiring.
Inside the detection operation space, a drive means for moving the weight body and a force detection means for detecting Coriolis force or acceleration force acting on the weight body are electrically connected to the wiring member. ,
Outside the detection operation space, the wiring member and the external wiring are electrically connected through the wiring opening window,
An angular velocity sensor, wherein electrical wiring is performed while maintaining a sealed state of the detection operation space.
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