JP4353087B2 - 回転振動型角速度センサ - Google Patents

Description

本発明は、基板上にて中心軸回りに回転振動可能な回転振動体を有する回転振動型角速度センサに関する。

振動型角速度センサは、振動体を駆動振動させた状態で角速度印加時のコリオリ力による振動体の振動状態の変化に基づいて印加角速度を検出するものである。

このような振動型角速度センサとしては、従来より、一般的に大きく分類して、振動体を直線的に振動させる平行振動型のものと、振動体を回転軸を中心に回転振動させる回転振動型のものとが知られている。

平行振動型角速度センサは、基板上に支持され所定方向に振動可能な振動体を備え、該振動体の振動のもと角速度が印加されたときに該振動体は前記の所定方向と直交する方向に変位し、この変位に基づいて角速度を検出するようにしたものである。

一方、回転振動型角速度センサは、基板と、該基板に固定された支持部と、該基板上にて該支持部に支持され該基板の水平面と直交する中心軸回りに回転振動可能な回転振動体とを備え、該回転振動体の回転振動のもと、該基板の水平面と平行な軸回りに角速度が印加されたときに、該回転振動体が該基板の水平面と直交する方向に変位し、この変位に基づいて角速度を検出するようにしたものである（たとえば、特許文献１参照）。

ここで、平行振動型角速度センサについては、検出方向に加速度成分が印加されると、角速度が０すなわちコリオリ力が０であるのに振動体が検出方向に変位し、あたかも角速度が印加されたかのように出力がされてしまう。

そこで、平行振動型角速度センサにおいては、この加速度に起因する不要な出力をキャンセルするために、振動体を２個設けてそれぞれの振動体を互いに逆相に同じ周波数で振動させる必要があることから、構造が複雑になるのが一般的である。

それに対して、回転振動型角速度センサでは、振動体の検出方向に加速度成分が印加されたとしても、原理的に直線的な加速度に対する振動体の変位が無いために回転振動体は１個でよいというメリットがある。
特開２００１−９９８５５号公報

図３は、従来の一般的な回転振動型角速度センサＪ１００の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面構成を示す図であって、（ｂ）は（ａ）中のＣ−Ｃ一点鎖線に沿った概略断面図である。

この角速度センサは、大きくは、基板１０と、基板１０に固定された支持部２０と、基板１０上にて支持部２０に支持され基板１０の水平面と直交する中心軸ｚ回りに回転振動可能な回転振動体３０とを備えて構成されている。

このような角速度センサは、基板１０の上に犠牲層１１、半導体層１２が積層された３層構造の半導体基板を用い、これにエッチング等の周知の半導体製造技術を施すことにより製造される。

たとえば、半導体層１２をエッチングすることにより、半導体層１２を図３に示されるような回転振動体３０や支持梁４０、各駆動電極６０、６１を有する平面形状にパターニングする。その後、犠牲層エッチングにより、犠牲層１１を図示パターンにエッチングすることにより、支持部２０等を形成する。こうして、図３に示される角速度センサができあがる。

ここで、回転振動体３０は、犠牲層１１からなる支持部２０を介して基板１０上に支持されるとともに、支持部２０と回転振動体３０とは、支持梁４０を介して連結されている。従来においては、この支持梁４０は、回転振動体３０の回転振動の方向すなわち中心軸ｚ回りの回転方向と、基板１０の水平面と直交する方向との両方向に自由度を持つように作られてある。

これにより、回転振動体３０は、支持梁４０によって中心軸ｚ回りに回転振動が可能であるとともに、基板１０の水平面と直交する方向にも振動可能になっている。

また、図３（ａ）に示されるように、この角速度センサには、回転振動体３０を回転振動させるすなわち回転振動体３０を駆動させるための駆動電極６０、６１が備えられている。この駆動電極６０、６１は、基板１０に対して犠牲層１１を介して固定され支持されている。

この駆動電極６０、６１は、第１の駆動電極６０と第２の駆動電極６１とからなる。これら第１の駆動電極６０と第２の駆動電極６１とは、回転振動体３０を中心軸ｚ回りに回転させるために、互いに回転振動体３０に対して逆相の交流成分を持つ駆動信号を印加するようになっている。

また、基板１０における半導体層１２と対向する面のうち、回転振動体と対向する部位には、検出電極７０が設けられている。この検出電極７０と回転振動体３０との間には、検出容量部が形成されており、回転振動体３０の基板１０と直交する方向への変位に伴い、当該容量部の静電容量が変化するようになっている。

このような角速度センサにおいては、第１の駆動電極６０と第２の駆動電極６１とから回転振動体３０に対して互いに逆相の交流成分を持つ駆動信号を印加すると、静電気力が作用し、支持梁４０の作用により、図３（ａ）中の矢印に示されるように、回転振動体３０が中心軸ｚ回りに回転振動する。

なお、この回転振動は小さな静電引力で大きな回転振動が得られるように、回転振動体３０の回転振動モードの共振周波数で振動させることが一般的である。この共振周波数は、この支持梁４０のヤング率と寸法および回転振動体３０の質量により決まる。

こうして、回転振動体３０が回転振動しているときに、基板１０の水平面と平行な軸ｘすなわち検出軸ｘ回りに角速度Ωｘが印加されると、回転振動体３０には振動速度に比例したコリオリ力が作用する。

すると、図３（ｂ）中において、破線形状にて示されるように、回転振動体３０は、支持梁４０の作用により、基板１０の水平面と直交する方向すなわち中心軸ｚに沿った検出に変位する。これが検出振動である。

この検出振動において、回転振動体３０とこれに対応する検出電極７０との距離が変化し、この距離変化に伴い、上記検出容量部の静電容量が変化する。そして、この容量変化を信号として検出することにより、上記角速度Ωｘが検出される。

このような従来の回転振動型角速度センサにおいては、回転振動を担っている支持梁４０が検出方向の変位に対しても機能することが問題であり、支持梁４０の設計においても検出方向の共振周波数を十分考慮する必要がある。

つまり、回転振動体３０を支えている支持梁４０は、回転振動方向すなわち駆動方向に対してバネ定数を低く設計すると同時に検出方向へも回転振動体３０を振動させるための設計が課題となっている。

また、駆動方向と検出方向の共振周波数を狙いの値とするためには、高精度の出来映えが必要であり、エッチング等で支持梁４０を形成する場合でも、小さな寸法ばらつきでも大きな精度低下の原因となるため、高精度の加工が必要となってくる。

このように、従来の回転振動型角速度センサにおいては、梁構造について高精度な設計、高精度な加工が必要となり、このことが問題になっている。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、基板上にて中心軸回りに回転振動可能な回転振動体を有する回転振動型角速度センサにおいて、梁構造の設計や加工が容易な構成を実現できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基板（１０）と、基板（１０）に固定された支持部（２０）と、基板（１０）上にて支持部（２０）に支持され基板（１０）の水平面と直交する中心軸（ｚ）回りに回転振動可能な回転振動体（３０）とを備え、回転振動体（３０）の回転振動のもと、基板（１０）の水平面と平行な軸（ｘ）回りに角速度が印加されたときに、回転振動体（３０）が基板（１０）の水平面と直交する方向に変位し、この変位に基づいて角速度を検出するようにした回転振動型角速度センサにおいて、回転振動体（３０）は、回転振動の方向に変位可能な駆動梁（４０）を介して支持部（２０）に連結された第１の振動部（３１）と、基板（１０）の水平面と直交する方向に変位可能な検出梁（５０）を介して第１の振動部（３１）に連結された第２の振動部（３２）とを有するものであり、第１の振動部（３１）は中空円板形状をなしており、支持部（２０）は第１の振動部（３１）の中空部に位置し、駆動梁（４０）を介して第１の振動部（３１）を支持しており、駆動梁（４０）は、支持部（４０）上に位置する中心軸（ｚ）から放射状に設けられているものであり、第２の振動部（３２）は、中心軸（ｚ）から延びる駆動梁（４０）の延伸方向に設置されており、さらに、第２の振動部（３２）は、第１の振動部（３１）を構成する円板の周辺部の一部を切り欠き、この切り欠き内に設置されたものであることを特徴としている。

それによれば、回転振動体（３０）が回転振動するときは、駆動梁（４０）によって第１の振動部（３１）および第２の振動部（３２）が一体に回転振動する。

そして、この回転振動のもと、基板（１０）の水平面と平行な軸（ｘ）回りに角速度が印加されたときには、コリオリ力によって回転振動体（３０）のうちの第２の振動部（３２）が、検出梁（５０）を介して基板（１０）の水平面と直交する方向に変位し、この変位に基づいて角速度を検出することができる。

そして、このような角速度センサにおいては、駆動梁（４０）は、実質的に回転振動の方向にのみ変位可能なように設計されればよく、基板（１０）の水平面と直交する方向すなわち検出方向に変位しないものであってよい。

つまり、第２の振動部（３２）の検出方向への変位は、検出梁（５０）に任せればよい。そして、この検出梁（５０）は、実質的に検出方向にのみ変位可能なように設計されればよく、回転振動の方向すなわち駆動方向に変位しないものであってよい。

そのため、本発明の回転振動型角速度センサにおいては、従来の回転振動体を支持していた支持梁のように、駆動方向と検出方向との両方向に変位可能とすべく高精度な設計や加工を行う必要がなくなり、さらに周波数設計の自由度も大きくなる。

このようにして、本発明によれば、基板（１０）上にて中心軸（ｚ）回りに回転振動可能な回転振動体（３０）を有する回転振動型角速度センサにおいて、梁構造の設計や加工が容易な構成を実現することができる。

また、請求項２に記載の発明では、請求項１の発明に記載の回転振動型角速度センサにおいて、回転振動体（３０）において、第２の振動部（３２）は、第１の振動部（３１）の周辺部にて中心軸（ｚ）に対して対称な位置に２個設けられていることを特徴としている。

それによれば、回転振動体（３０）に対して検出方向への加速度成分が印加されても、２個の第２の振動部（３２）からの出力の差をとるなどにより、当該加速度をキャンセルすることができ、好ましい。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る回転振動型角速度センサ１００の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面構成を示す図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ一点鎖線に沿った概略断面図である。なお、図１（ａ）におけるハッチングは識別のために便宜上、施したものであり、断面を示すものではない。

ここで、図１（ｂ）に示されるように、本例の角速度センサ１００は、基板１０の上に酸化膜などの犠牲層１１、半導体層１２が積層された３層構造の半導体基板を用い、これにエッチング等の周知の半導体製造技術を施すことにより製造される。

そして、図１（ａ）におけるハッチングのうち点ハッチングの部分は、パターニングされた半導体層１２のうちその下の犠牲層１１を介して基板１０に接して支持されている部分であり、一方、斜線ハッチングの部分は、パターニングされた半導体層１２のうちその下の犠牲層１１が除去されることにより基板１０からリリースされて離間している部分である。なお、このような各ハッチングとそれの意味するところについては、上記図３および後述する図２においても同様である。

この角速度センサ１００は、たとえば、車両に搭載されて鉛直軸回りの角速度すなわちヨーレートを検出するものや、車両前後方向軸回りの角速度すなわちロールレートを検出するものや、車両左右方向軸回りの角速度すなわちピッチレートを検出するものなどに適用することができる。

ここで、本角速度センサ１００は、ヨーレートを検出する場合には、基板１０を鉛直方向に立てて配置した状態で使用され、ロールレートやピッチレートを検出する場合には、基板１０を水平方向に寝かせて配置した状態で使用される。

［構成等］
この角速度センサ１００は、大きくは、基板１０と、基板１０に固定された支持部２０と、基板１０上にて支持部２０に支持され基板１０の水平面と直交する中心軸ｚ回りに回転振動可能な回転振動体３０とを備えて構成されている。

上述したように、本例の角速度センサ１００は、基板１０の上に犠牲層１１、半導体層１２が積層された３層構造の半導体基板を用い、これにエッチング等の周知の半導体製造技術を施すことにより製造される。

ここで、この３層構造の半導体基板としては、たとえば、シリコンからなる基板１０の上に、シリコン酸化膜などからなる犠牲層１１を形成し、その上にエピタキシャルポリシリコン層からなる半導体層１２を形成したものを採用することができる。

また、３層構造の半導体基板としては、たとえば、シリコンからなる基板１０および半導体層１２により酸化膜からなる犠牲層１１を挟んでなるＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）基板を採用することもできる。このＳＯＩ基板の場合、半導体層１２を構成するシリコン層においては、不純物を拡散させることにより導電性の高いものとすることが好ましい。

そして、本角速度センサ１００は、このような３層構造の半導体基板を用いることにより、たとえば次のようにして製造することができる。

すなわち、半導体層１２をエッチングすることにより、半導体層１２を図１に示されるような回転振動体３０や各梁４０、５０、各駆動電極６０、６１を有する平面形状にパターニングする。その後、犠牲層エッチングにより、犠牲層１１を図示パターンにエッチングすることにより、支持部２０等を形成する。こうして、図１に示される本実施形態の角速度センサ１００ができあがる。

このような角速度センサ１００においては、犠牲層１１からなる支持部２０は、基板１０上に固定されており、回転振動体３０は、この支持部２０を介して基板１０上に支持されている。

形状等を限定するものではないが、図１（ａ）に示される例では、支持部２０は、基板１０の中央部に位置する平面矩形状のものである。そして、支持部２０と回転振動体３０とは支持梁としての駆動梁４０を介して連結されている。

このような駆動梁４０は、その一端部側が支持部２０上にて支持部２０に固定されて支持されており、他端部側が回転振動体３０に連結されている。ここでは、図１（ａ）に示されるように、駆動梁４０は、支持部４０上に位置する中心軸ｚから放射状に４本設けられている。

そして、この駆動梁４０は、回転振動体３０の回転振動の方向すなわち中心軸ｚ回りの回転方向にのみ実質的に自由度を持つものである。つまり、駆動梁４０は、実質的に回転振動体３０の回転振動の方向のみに変位し、基板１０の水平面と直交する方向には変位しないものである。

また、本例においては、回転振動体３０は、図１に示されるように、その中空部に支持部２０が位置する中空円板形状をなしている。そして、回転振動体３０は、上記した自由度を持つ駆動梁４０を介して支持部２０に支持されることにより、回転振動の中心軸としての中心軸ｚ回りに回転振動可能となっている。

ここで、本実施形態においては、回転振動体３０は、回転振動の方向に変位可能な駆動梁４０を介して支持部２０に連結された第１の振動部３１と、基板１０の水平面と直交する方向に変位可能な検出梁５０を介して第１の振動部３１に連結された第２の振動部３２とを備えて構成されている。

本例では、図１に示されるように、回転振動体３０において、第２の振動部３２は２個設けられ、２個の第２の振動部３２は、第１の振動部３１の周辺部にて上記の中心軸ｚに対して対称な位置にそれぞれ設けられている。

限定するものではないが、図示例では、第１の振動部３１は、回転振動体３０の主要な本体部として中空円板形状をなしており、一方、第２の振動部３２は、平面矩形状をなしている。

また、ここでは、第２の振動部３２は、回転振動体３０を構成する円板の周辺部の一部を第１の振動部３１と区画したものとして構成されており、センササイズの大型化を防止している。

また、検出梁４０は、その一端部側が第１の振動部３１に連結され、他端部側が第２の振動部３２に連結されている。ここでは、図１（ａ）に示されるように、検出梁５０は、それぞれの第２の振動部３２について２本設けられている。

そして、この検出梁５０は、基板１０の水平面と直交する方向すなわち中心軸ｚに沿った方向にのみ実質的に自由度を持つものである。つまり、検出梁５０は、実質的に、基板１０の水平面と直交する方向のみに変位し、回転振動体３０の回転方向には変位しないものである。

これにより、回転振動体３０においては、第１の振動部３１および第２の振動部３２は、駆動梁４０によって中心軸ｚ回りに回転振動が可能であるが、第１の振動部３１は基板１０の水平面と直交する方向には実質的に変位しない。

また、第２の振動部３２は、検出梁５０によって基板１０の水平面と直交する方向にも振動可能になっている。なお、駆動梁４０による振動の共振周波数と検出梁５０による振動の共振周波数とは、たがいに違う周波数となっている。

また、図１（ａ）に示されるように、本実施形態の角速度センサ１００には、回転振動体３０を回転振動させるすなわち回転振動体３０を駆動させるための駆動電極６０、６１が備えられている。

この駆動電極６０、６１は、第１の駆動電極６０と第２の駆動電極６１とからなる。これら第１の駆動電極６０と第２の駆動電極６１とは、回転振動体３０を中心軸ｚ回りに回転させるために、互いに回転振動体３０に対して逆相の交流成分を持つ駆動信号を印加するようになっている。ここで、駆動信号は、たとえば、正弦波や矩形波などの交流電圧である。

本例では、図１（ａ）に示されるように、第１の駆動電極６０、第２の駆動電極６１は、それぞれ、回転振動体３０のうち第１の振動部３１の周辺部にて上記の中心軸ｚに対して対称な位置に２個ずつ設けられている。

各駆動電極６０、６１は、それぞれ櫛歯部６０ａ、６１ａを有したものとなっている。そして、各駆動電極６０、６１においては、この櫛歯部６０ａ、６１ａを除く部分が犠牲層１１を介して基板１０に支持されており、櫛歯部６０ａ、６１ａの部分は基板１０から離間している。

そして、本角速度センサ１００では、第１の振動部３１のうち各駆動電極６０、６１と対向する部位には、駆動電極６０、６１の櫛歯部６０ａ、６１ａとかみ合うように櫛歯部３１ａが形成されている。

そして、上記駆動信号の印加時においては、駆動電極６０、６１の櫛歯部６０ａ、６１ａと第１の振動部３１の櫛歯部３１ａとの間に静電気力が作用し、回転振動体３０が回転振動するようになっている。

また、基板１０における半導体層１２と対向する面のうち、第２の振動部３２と対向する部位には、検出電極７０が設けられている。この検出電極７０と第２の振動部３２との間には、検出容量部が形成されており、第２の振動部３２の基板１０と直交する方向への変位に伴い、当該容量部の静電容量が変化するようになっている。

また、これら駆動電極６０、６１および検出電極７０は、図示しない回路手段に電気的に接続されており、本角速度センサ１００においては、この回路手段によって、駆動電極６０、６１に上記駆動信号を印加したり、検出電極７０における上記容量変化を検出できるようになっている。

なお、このような回路手段は、図示しない別のＩＣチップに形成されたものか、または、角速度センサ１００を構成する半導体基板に、トランジスタ等の素子を半導体製造技術を用いて一体に形成してなるものである。そして、この回路手段と回転振動体３０および各電極６０、６１、７０等との接続は、ボンディングワイヤや各種の配線部材などを用いることにより行うことができる。

［作動等］
次に、本角速度センサ１００の作動について述べる。まず、第１の駆動電極６０と第２の駆動電極６１とから回転振動体３０に対して互いに逆相の交流成分を持つ駆動信号を印加する。

すると、駆動電極６０、６１の櫛歯部６０ａ、６１ａと第１の振動部３２の櫛歯部３２ａとの間に静電気力が作用し、駆動梁４０の作用により、図１（ａ）中の矢印に示されるように、第１の振動部３１と第２の振動部３２とが一体に回転振動する。すなわち、回転振動体３０全体が中心軸ｚ回りに回転振動する。

こうして、回転振動体３０が回転振動しているときに、基板１０の水平面と平行な軸ｘすなわち検出軸ｘ回りに角速度Ωｘが印加されると、回転振動体３０には上記中心軸ｚ方向に沿った方向へコリオリ力が作用する。

すると、図１（ｂ）中において、破線形状にて示されるように、回転振動体３０のうち第２の振動部３２は、検出梁５０の作用により、基板１０の水平面と直交する方向すなわち中心軸ｚの方向に変位する。これが検出振動である。

この検出振動において、第２の振動部３２とこれに対応する検出電極７０との距離が変化し、この距離変化に伴い、検出電極７０と第２の振動部３２との間の検出容量部の静電容量が変化する。そして、この容量変化を信号として検出することにより、本角速度センサ１００において角速度Ωｘが検出される。

ここで、本例では、上記したように第２の振動部３２を２個設け、これら２個の第２の振動部３２を上記検出軸ｘに沿った方向にて、第１の振動部３１の周辺部にて上記中心軸ｚに対して対称な位置に設けている。

そのため、回転振動体３０の回転振動においては、２個の第２の振動部３２は、上記検出軸ｘに対して互いに振動方向が反対向きになる。すると、角速度Ωｘの印加時には、２個の第２の振動部３２において、互いに逆向きのコリオリ力が作用し、上記検出振動の方向も反対向きになる。

そこで、本例では、一方の第２の振動部３２および検出電極７０による出力と他方の第２の振動部３２および検出電極７０による出力との差動出力をとることにより、角速度検出を行うことができる。

［効果等］
ところで、本実施形態によれば、基板１０と、基板１０に固定された支持部２０と、基板１０上にて支持部２０に支持され基板１０の水平面と直交する中心軸ｚ回りに回転振動可能な回転振動体３０とを備え、回転振動体３０の回転振動のもと、基板１０の水平面と平行な軸ｘ回りに角速度が印加されたときに、回転振動体３０が基板１０の水平面と直交する方向に変位し、この変位に基づいて角速度を検出するようにした回転振動型角速度センサにおいて、次のような点を特徴とする角速度センサ１００が提供される。

すなわち、本角速度センサ１００においては、回転振動体３０は、回転振動の方向に変位可能な駆動梁４０を介して支持部２０に連結された第１の振動部３１と、基板１０の水平面と直交する方向に変位可能な検出梁５０を介して第１の振動部３１に連結された第２の振動部３２とを有するものであることを特徴としている。

それによれば、上述したように、回転振動体３０が回転振動するときは、駆動梁４０によって第１の振動部３１および第２の振動部３２が一体に回転振動する。そして、この回転振動のもと、基板１０の水平面と平行な軸ｘ回りに角速度が印加されたときには、コリオリ力によって回転振動体３０のうちの第２の振動部３２が、検出梁５０を介して基板１０の水平面と直交する方向に変位し、この変位に基づいて上記角速度を検出することができる。

そして、このような角速度センサ１００においては、駆動梁４０は、実質的に回転振動の方向にのみ変位可能なように設計されればよく、基板１０の水平面と直交する方向すなわち検出方向に変位しないものであってよい。

つまり、第２の振動部３２の検出方向すなわち基板１０の水平面と直交する方向への変位は、検出梁５０に任せればよい。そして、この検出梁５０は、実質的に検出方向にのみ変位可能なように設計されればよく、回転振動の方向すなわち駆動方向に変位しないものであってよい。

そのため、本実施形態の回転振動型角速度センサ１００においては、従来の回転振動体を支持していた支持梁（駆動梁）のように、駆動方向と検出方向との両方向に変位可能とすべく高精度な設計や加工を行う必要がなくなる。

このようにして、本実施形態によれば、基板１０上にて中心軸ｚ回りに回転振動可能な回転振動体３０を有する回転振動型角速度センサ１００において、梁構造の設計や加工が容易な構成を実現することができる。

また、本角速度センサ１００においては、回転振動体３０の回転振動時すなわち駆動振動時には、回転振動体３０が検出方向へは動かないような設計にできるため、漏れ振動（つまり、駆動振動が検出方向に漏れる現象）を大きく改善することができ、さらに精度の良いセンサを実現できる。

ただし、この構造を用いた場合は、検出方向への加速度が加わった場合に、検出錘である第２の振動部３２が角速度によらず変位し出力を出してしまうという現象が発現するおそれがあるが、これは第２の振動部３２を２個にすることにより、それらの出力を差動で取ることでキャンセルでき、容易に解決できる。

つまり、本実施形態の回転振動型角速度センサ１００においては、回転振動体３０において、第２の振動部３２が、第１の振動部３１の周辺部にて中心軸ｚに対して対称な位置に２個設けられていることも特徴のひとつである。

それによれば、回転振動体３０に対して検出方向への加速度成分が印加されても、２個の第２の振動部３２からの出力の差をとるなどにより、当該加速度をキャンセルすることができ、好ましい。

（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態に係る回転振動型角速度センサ２００の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面構成を示す図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ一点鎖線に沿った概略断面図である。

本実施形態の角速度センサ２００は、上記図１に示される上記実施形態の角速度センサを一部変形することにより、２軸ｘ、ｙの角速度Ωｘ、Ωｙを検出可能としたものであり、上記実施形態との相違点を中心に述べることにする。

上記実施形態は、上記したように第２の振動部３２を２個設け、これら２個の第２の振動部３２を１つの検出軸ｘに沿った方向にて、第１の振動部３１の周辺部にて上記中心軸ｚに対して対称な位置に設けている。

それに対して、図２に示されるように、本実施形態の角速度センサ２００では、基板１０の水平面と平行な検出軸ｘと、この検出軸ｘと直交し且つ基板１０の水平面と平行な検出軸ｙとの２個の検出軸ｘおよびｙの回りの角速度ΩｘおよびΩｙを検出できるようになっている。

そのような２軸検出を可能とするために、本実施形態では、回転振動体３０において、第２の振動部３２を４個設け、それぞれの第２の振動部３２を第１の振動部３１に検出梁５０を介して連結するとともに、各第２の振動部３２に対して基板１０に検出電極７０を設けている。

つまり、本実施形態では、２個の第２の振動部３２を一方の検出軸ｘに沿った方向にて、第１の振動部３１の周辺部にて上記中心軸ｚに対して対称な位置に設けるとともに、さらに２個の第２の振動部３２を他方の検出軸ｙに沿った方向にて、第１の振動部３１の周辺部にて上記中心軸ｚに対して対称な位置に設けている。

これにより、回転振動体３０が回転振動しているときに、一方の検出軸ｘ回りに角速度Ωｘが印加されると、回転振動体３０のうち一方の検出軸ｘに沿って設けられた第２の振動部３２は、検出梁５０の作用により、基板１０の水平面と直交する方向に変位する。そして、上記した検出容量部の容量変化に基づいて、一方の検出軸ｘ回りの角速度Ωｘが検出される。

さらに、回転振動体３０が回転振動しているときに、他方の検出軸ｙ回りに角速度Ωｙが印加されると、回転振動体３０のうち他方の検出軸ｙに沿って設けられた第２の振動部３２は、検出梁５０の作用により、基板１０の水平面と直交する方向に変位する。そして、上記した検出容量部の容量変化に基づいて、他方の検出軸ｙ回りの角速度Ωｙが検出される。

また、図２に示されるように、４個の第２の振動部３２を配置しているため、センサの体格を拡大させることはない。したがって、本実施形態によれば、センサのサイズを大型化することなく２軸の角速度を検出することが可能な角速度センサ２００を提供することができる。

また、本実施形態においても、上記実施形態と同様に、基板１０と、上記支持部２０と、上記回転振動体３０とを備え、回転振動体３０の回転振動のもと、基板１０の水平面と平行な軸ｘ、ｙ回りに角速度が印加されたときに、回転振動体３０が基板１０の水平面と直交する方向に変位し、この変位に基づいて角速度を検出するようにした回転振動型角速度センサにおいて、回転振動体３０は、回転振動の方向に変位可能な駆動梁４０を介して支持部２０に連結された第１の振動部３１と、基板１０の水平面と直交する方向に変位可能な検出梁５０を介して第１の振動部３１に連結された第２の振動部３２とを有するものであることを特徴とする角速度センサ２００が提供される。

それにより、本実施形態においても、上記実施形態と同様に、梁構造の設計や加工が容易な構成を実現できる回転振動型角速度センサ２００を提供することができる。また、本角速度センサ２００においても、上記漏れ振動を大きく改善することができ、さらに精度の良いセンサを実現できる。

さらに、本実施形態においても、上記実施形態と同様に、各検出軸ｘ、ｙにおいて、第２の振動部３２が、第１の振動部３１の周辺部にて中心軸ｚに対して対称な位置に２個設けられているため、回転振動体３０に対して各検出方向ｘ、ｙへの加速度成分が印加されても、２個の第２の振動部３２からの出力の差をとるなどにより、当該加速度をキャンセルすることができ、好ましい。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態においては、１つの検出軸に対して第２の振動部は２個設けられているが、１個であってもよい。つまり、第２の振動部は、少なくとも１個あれば角速度検出が可能である。

また、上記の角速度センサ１００、２００を製造するにあたっては、上記したような３層構造の半導体基板を用いなくてもよく、それ以外の素材を用いて製造するようにしてもよい。

また、回転振動体３０およびその構成部分としての第１の振動部３１、第２の振動部３２についても、上記図示例のような形状や配置構成に限定されるものではなく、上記したような駆動振動、検出振動が可能なものであればよい。

また、駆動梁４０は、回転振動体３０の回転振動の方向すなわち中心軸ｚ回りの回転方向にのみ実質的に自由度を持つものであればよく、一方、検出梁５０は、基板１０の水平面と直交する方向すなわち中心軸ｚに沿った方向にのみ実質的に自由度を持つものであればよい。そして、これら駆動梁４０および検出梁５０の形状などについては適宜選択可能である。

また、駆動電極６０、６１についても、上記したような櫛歯部６０ａ、６１ａを有するものに限定されるものではなく、回転振動体３０を中心軸ｚ回りに回転させるための駆動信号を印加できるものであれば、その構成は適宜選択可能である。

つまり、上記図１、図２に示される支持部、回転振動体、各梁、各電極の構成は、本発明の角速度センサを実現可能な一実施形態を示すものであり、これらの図に示されるような構成に限定されるものではない。

また、本発明の角速度センサの用途は、上述したような車両に搭載されてヨーレート、ロールレート、ピッチレートなど検出するものに限定されるものではなく、それ以外の角速度検出に用いてもよい。

要するに、本発明は、基板と、基板に固定された支持部と、基板上にて支持部に支持され基板の水平面と直交する中心軸回りに回転振動可能な回転振動体とを備え、回転振動体の回転振動のもと、基板の水平面と平行な軸回りに角速度が印加されたときに、回転振動体が基板の水平面と直交する方向に変位し、この変位に基づいて角速度を検出するようにした回転振動型角速度センサにおいて、回転振動体を、回転振動の方向に変位可能な駆動梁を介して支持部に連結された第１の振動部と、基板の水平面と直交する方向に変位可能な検出梁を介して第１の振動部に連結された第２の振動部とを有するものとしたことを要部とするものであり、その他の部分については適宜設計変更が可能である。

本発明の第１実施形態に係る回転振動型角速度センサの概略構成を示す図であり、（ａ）は平面構成を示す図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係る回転振動型角速度センサの概略構成を示す図であり、（ａ）は平面構成を示す図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ概略断面図である。 従来の一般的な回転振動型角速度センサの概略構成を示す図であり、（ａ）は平面構成を示す図、（ｂ）は（ａ）中のＣ−Ｃ概略断面図である。

符号の説明

１０…基板、２０…支持部、３０…回転振動体、
３１…回転振動体の第１の振動部、３２…回転振動体の第２の振動部、
４０…駆動梁、５０…検出梁、
ｘ…基板の水平面と平行な軸としての検出軸、
ｙ…基板の水平面と平行な軸としての検出軸、
ｚ…基板の水平面と直交する中心軸。

Claims (2)

1. 基板（１０）と、
   前記基板（１０）に固定された支持部（２０）と、
   前記基板（１０）上にて前記支持部（２０）に支持され前記基板（１０）の水平面と直交する中心軸（ｚ）回りに回転振動可能な回転振動体（３０）とを備え、
   前記回転振動体（３０）の前記回転振動のもと、前記基板（１０）の水平面と平行な軸（ｘ）回りに角速度が印加されたときに、前記回転振動体（３０）が前記基板（１０）の水平面と直交する方向に変位し、この変位に基づいて前記角速度を検出するようにした回転振動型角速度センサにおいて、
   前記回転振動体（３０）は、前記回転振動の方向に変位可能な駆動梁（４０）を介して前記支持部（２０）に連結された第１の振動部（３１）と、
   前記基板（１０）の水平面と直交する方向に変位可能な検出梁（５０）を介して前記第１の振動部（３１）に連結された第２の振動部（３２）とを有するものであり、
   前記第１の振動部（３１）は中空円板形状をなしており、
   前記支持部（２０）は前記第１の振動部（３１）の中空部に位置し、前記駆動梁（４０）を介して前記第１の振動部（３１）を支持しており、
   前記駆動梁（４０）は、前記支持部（４０）上に位置する前記中心軸（ｚ）から放射状に設けられているものであり、
   前記第２の振動部（３２）は、前記中心軸（ｚ）から延びる前記駆動梁（４０）の延伸方向に設置されており、
   さらに、前記第２の振動部（３２）は、前記第１の振動部（３１）を構成する円板の周辺部の一部を切り欠き、この切り欠き内に設置されたものであることを特徴とする回転振動型角速度センサ。
2. 前記回転振動体（３０）において、前記第２の振動部（３２）は、前記第１の振動部（３１）の周辺部にて前記中心軸（ｚ）に対して対称な位置に２個設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転振動型角速度センサ。
   

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