JP6435631B2 - 角速度センサ - Google Patents

Description

本発明は、振動体を有する角速度センサに関するものである。

従来より、この種の角速度センサとして、第１、第２駆動片および検出片が基部に固定された振動体を有する角速度センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

具体的には、この角速度センサにおける振動体は、圧電材料で構成される基板をエッチング等することにより形成され、第１、第２駆動片および検出片が基部から同じ方向に突出したいわゆる三脚音叉型とされている。

なお、検出片は、第１、第２駆動片の間に配置されている。また、第１、第２駆動片および検出片は、これら第１、第２駆動片および検出片の配列方向と直交する側面、当該側面と直交する（基板の面方向と平行となる）表面および裏面を有する断面矩形状とされている。

このような角速度センサでは、第１、第２駆動片に位相が１８０°異なるパルス状の駆動信号が印加されると、第１、第２駆動片は、第１、第２駆動片および検出片の配列方向に振動し、検出片はほぼ静止した状態となる。そして、この状態で角速度が印加されると、第１、第２駆動片には突出方向に沿って向きが反対の一対のコリオリ力が発生し、当該コリオリ力によって発生するモーメントが基部を介して検出片に伝達される。これにより、検出片が角速度に応じて振動する（撓む）ため、検出片に発生する電荷に基づいて角速度が検出される。

特開２００６−１０６５９号公報

しかしながら、上記角速度センサでは、第１、第２駆動片は断面矩形状とされているものの、側面と表面および裏面との連結部分を完全に垂直とすることは困難であり、当該連結部分は僅かに丸みを帯びている（テーパ状とされている）。このため、第１、第２駆動片を振動させた場合、第１、第２駆動片が基板の面方向に対する法線方向（振動方向と直交する方向）に変位する（不用振動する）ことがある。そして、当該法線方向に第１、第２駆動片が変位すると、当該変位によるモーメントが検出片に伝達されることによって検出精度が低下してしまう。

本発明は上記点に鑑みて、検出精度が低下することを抑制できる角速度センサを提供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、一面（２０ａ）および一面と反対側の他面（２０ｂ）を有する第１基板（２０）と、第１基板に形成され、第１基板の面方向に振動する駆動片（２４、２５、１１４）を有し、第１基板に保持された振動体（２２）と、を備え、駆動片を振動させた状態で第１基板の面内に印加される角速度を検出する角速度センサにおいて、以下の点を特徴としている。

すなわち、第１基板の一面側に配置された第２基板（５０）と、駆動片のうちの第２基板側の部分に形成された第１駆動片制御電極（３４ａ、３５ａ）と、第２基板のうちの駆動片に形成された第１駆動片制御電極の変位可能領域と対向する部分の全体に形成され、第１駆動片制御電極との間に容量（ＣＶ１、ＣＶ２）を構成する第１駆動片補助電極（５２、５３）と、第１駆動片補助電極に電圧を印加する第１駆動片制御手段（１００ａ、１００ｂ）と、を有し、第１駆動片制御手段は、第１駆動片制御電極と第１駆動片補助電極との間に構成される容量に基づき、第１駆動片制御電極と第１駆動片補助電極との間の距離が第１駆動片制御電極の変位可能領域の全体に渡って一定となるように、第１駆動片補助電極に印加する電圧を調整することを特徴としている。

これによれば、第１駆動片制御電極と第１駆動片補助電極との間の距離が一定となるように、第１駆動片補助電極に印加する電圧を調整している。すなわち、第１駆動片制御電極と第１駆動片補助電極との間の距離が一定となるように、第１駆動片制御電極と第１駆動片補助電極との間の静電気力を調整している。このため、駆動片が第１基板の面方向に対する法線方向に変位することを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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ものである。

センサ部１０における第１基板２０の平面図である。 図１中のII−II線に沿ったセンサ部１０の断面図である。 図１中のIII−III線に沿ったセンサ部１０の断面図である。 本発明の第１実施形態における角速度センサの回路構成を示す図である。 図４とは別の部分の回路構成を示す図である。 角速度が印加されていないときの第１、第２駆動片２４、２５および検出片２６の状態を示す模式図である。 角速度ωｚが印加されているときの第１、第２駆動片２４、２５および検出片２６の状態を示す模式図である。 第１駆動片２４がｚ方向に変位していないときの制御電極３４ａ、３４ｂ、上部電極５２、下部電極７２に印加される電圧を示す模式図である。 第１駆動片２４が＋ｚ方向に変位したときの制御電極３４ａ、３４ｂ、上部電極５２、下部電極７２に印加される電圧を示す模式図である。 第１駆動片２４が−ｚ方向に変位したときの制御電極３４ａ、３４ｂ、上部電極５２、下部電極７２の電圧を示す模式図である。 本発明の第２実施形態におけるセンサ部１０の断面図である。 本発明の第２実施形態における角速度センサの回路構成を示す図である。 第１駆動片２４がｚ方向に変位していないときの制御電極３４ａおよび上部電極５２に印加される電圧を示す模式図である。 第１駆動片２４が＋ｚ方向に変位したときの制御電極３４ａおよび上部電極５２に印加される電圧を示す模式図である。 第１駆動片２４が−ｚ方向に変位したときの制御電極３４ａおよび上部電極５２に印加される電圧を示す模式図である。 本発明の他の実施形態における第１基板２０の平面図である。

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、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態の角速度センサは、センサ部と回路部とを有しており、まず、センサ部の構成について説明する。

センサ部１０は、図１〜図３に示されるように、一面２０ａおよびこの一面２０ａと反対側の他面２０ｂを有する第１基板２０を備えている。この第１基板２０は、圧電材料としての水晶やＰＺＴ（チタン酸ジルコン鉛）等で構成されている。そして、第１基板２０には、周知のマイクロマシン加工が施されて溝部２１が形成され、溝部２１によって振動体２２および外周部２３が区画形成されている。

振動体２２は、第１、第２駆動片２４、２５および検出片２６が基部２７に保持され、当該基部２７が梁部２８を介して外周部２３に固定された構成とされている。詳述すると、振動体２２は、第１、第２駆動片２４、２５および検出片２６が基部２７から同じ方向に突出するように配置されたいわゆる三脚音叉型とされており、検出片２６が第１、第２駆動片２４、２５の間に配置されている。そして、第１、第２駆動片２４、２５および検出片２６は、一面２０ａと平行となる表面２４ａ、２５ａ、２６ａ、他面２０ｂと平行となる裏面２４ｂ、２５ｂ、２６ｂ、これら表面２４ａ、２５ａ、２６ａおよび裏面２４ｂ、２５ｂ、２６ｂを繋ぐ側面２４ｃ、２４ｄ、２５ｃ、２５ｄ、２６ｃ、２６ｄを有する断面矩形状とされた棒状とされている。

なお、梁部２８は、外周部２３に発生する応力を緩和して当該応力が振動体２２に伝達されることを抑制するものであるが、備えられていなくてもよい。つまり、基部２７がそのまま外周部２３と連結されていてもよい。また、第１、第２駆動片２４、２５および検出片２６は、断面矩形状とされているが、厳密には、表面２４ａ、２５ａ、２６ａおよび裏面２４ｂ、２５ｂ、２６ｂと側面２４ｃ、２４ｄ、２５ｃ、２５ｄ、２６ｃ、２６ｄとの連結部分が僅かに丸まっている（テーパ状とされている）。

ここで、図１〜図３中のｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の各方向について説明する。図１〜図３中では、ｘ軸方向は第１、第２駆動片２４、２５および検出片２６の配列方向に沿った方向（図１中紙面左右方向）である。ｙ軸方向は、第１基板２０の面内においてｘ軸と直交する方向（図１中紙面上下方向）である。ｚ軸方向は、第１基板２０の面方向に対する法線方向（図１中紙面奥行き方向）である。また、後述する＋ｚ方向とは、第１基板２０から第２基板５０に向かう方向であり、−ｚ方向とは第１基板２０から第３基板７０に向かう方向である。

そして、図１および図２に示されるように、第１駆動片２４のうちの基部２７側の部分には、表面２４ａに駆動電極３１ａが形成されていると共に裏面２４ｂに駆動電極３１ｂが形成され、側面２４ｃ、２４ｄに共通電極３１ｃ、３１ｄが形成されている。同様に、図１に示されるように、第２駆動片２５のうちの基部２７側の部分には、表面２５ａに駆動電極３２ａが形成され、側面２５ｃ、２５ｄに共通電極３２ｃ、３２ｄが形成されている。そして、裏面２５ｂに駆動電極３２ｂが形成されている（図４参照）。また、検出片２６のうちの基部２７側の部分には、表面２６ａに検出電極３３ａが形成され、側面２６ｃ、２６ｄに共通電極３３ｃ、３３ｄが形成されている。そして、裏面２６ｂに検出電極３３ｂが形成されている（図４参照）。

また、図１および図３に示されるように、第１駆動片２４のうちの基部２７側と反対側の部分（突出方向先端側の部分）には、表面２４ａに制御電極３４ａが形成されていると共に、裏面２４ｂに制御電極３４ｂが形成されている。同様に、第１駆動片２４のうちの基部２７側と反対側の部分（突出方向先端側の部分）には、表面２５ａに制御電極３５ａが形成されていると共に、裏面２５ｂに制御電極３５ｂが形成されている。また、検出片２６のうちの基部２７側と反対側の部分（突出方向先端側の部分）には、表面２６ａに制御電極３６ａが形成されていると共に裏面２６ｂに制御電極３６ｂが形成されている。

そして、図３に示されるように、このような第１基板２０の一面２０ａには、酸化膜や低誘電ガラス、金属等で構成される接合部材４０を介して第２基板５０が接合されている。第２基板５０は、例えば、シリコン基板等が用いられ、振動体２２と対向する部分に窪み部５１が形成されている。なお、接合部材４０は、振動体２２を囲むように、第１基板２０の一面２０ａに枠状に配置されている。

窪み部５１の底面には、第１、第２駆動片２４、２５および検出片２６の表面２４ａ〜２６ａに形成された制御電極３４ａ〜３６ａの変位可能領域と対向する部分に上部電極５２〜５４がそれぞれ形成されている。これにより、制御電極３４ａ〜３６ａと上部電極５２〜５４との間には、それぞれ第１〜第３容量ＣＶ１〜ＣＶ３が構成される。

また、第１基板２０の他面２０ｂには、酸化膜や低誘電ガラス、金属等で構成される接合部材６０を介して第３基板７０が接合されている。第３基板７０は、第２基板５０と同様に、例えば、シリコン基板等が用いられ、振動体２２と対向する部分に窪み部７１が形成されている。なお、接合部材６０は、第１基板２０の振動体２２を囲むように、第１基板２０の他面２０ｂに枠状に配置されている。つまり、振動体２２は、第２、第３基板５０、７０および接合部材４０、６０によって構成される気密室８０に気密封止されている。本実施形態では、気密室８０は、真空圧とされている。

窪み部７１の底面には、第１、第２駆動片２４、２５および検出片２６の裏面２４ｂ〜２６ｂに形成された制御電極３４ｂ〜３６ｂの変位可能領域と対向する部分に下部電極７２〜７４がそれぞれ形成されている。これにより、制御電極３４ｂ〜３６ｂと下部電極７２〜７４との間には、それぞれ第４〜第６容量ＣＶ４〜ＣＶ６が構成される。

なお、制御電極３４ａ〜３５ｂの変位領域と対向する部分とは、具体的には後述するが、第１、第２駆動片２４、２５はｘ軸方向に振動するため、第１、第２駆動片２４、２５が振動したときにおいても対向する部分のことである。同様に、制御電極３６ａ、３６ｂと対向する部分とは、検出片２６は角速度が印加されるとｘ軸方向に振動する（撓む）ため、検出片２６が振動したときにおいても対向する部分のことである。

また、上記駆動電極３１ａ〜３２ｂ、検出電極３３ａ、３３ｂ、共通電極３１ｃ〜３３ｄ、制御電極３４ａ〜３６ｂは、特に図示していないが、それぞれ第１、第２駆動片２４、２５および検出片２６等に形成された配線層等を介して後述する回路部９０と接続されている。

以上が本実施形態におけるセンサ部１０の構成である。次に、上記角速度センサの回路構成について説明する。図４に示されるように、回路部９０は、駆動回路９１、第１チャージアンプ９２、コンパレータ９３、第２チャージアンプ９４、同期検波回路９５、増幅回路９６等を有している。

駆動回路９１は、ＡＧＣ（Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路等を有するものであり、第１駆動片２４の駆動電極３１ａ、３１ｂおよび第２駆動片２５の駆動電極３２ｂと接続されている。そして、第１チャージアンプ９２から入力される電圧信号に基づいて増幅率を調整した駆動信号を駆動電極３１ａ、３１ｂ、３２ｂに印加する。なお、第１駆動片２４の駆動電極３１ａ、３１ｂには、所定の振幅、周波数を有するパルス状の駆動信号（搬送波）が印加され、第２駆動片２５の駆動電極３２ｂには、駆動電極３１ａ、３１ｂに印加される駆動信号（搬送波）と位相が１８０°異なる駆動信号（搬送波）が印加される。

ここで、振動体２２の基本的な作動について簡単に説明する。第１、第２駆動片２４、２５の駆動電極３１ａ、３１ｂ、３２ｂに位相が１８０°異なる駆動信号（搬送波）が印加されると、第１駆動片２４および第２駆動片２５には、図４中に破線で示すように逆向きの電界が発生する。そして、例えば、図４中において、第１駆動片２４の側面２４ｃが圧縮すると共に側面２４ｄが伸長する場合、第２駆動片２５の側面２５ｃが伸長すると共に側面２５ｄが圧縮する。このため、第１、第２駆動片２４、２５において圧縮、伸長が交互に連続的に繰り返されることにより、図６Ａに示されるように、第１、第２駆動片２４、２５がｘ軸方向に振動する。

なお、この状態では、第１、第２駆動片２４、２５から基部２７を介して検出片２６に印加されるモーメントは逆方向であって相殺されるため、検出片２６はほぼ静止した状態となる。また、第１、第２駆動片２４、２５が振動することにより、各駆動電極３１ａ、３１ｂ、３２ｂおよび共通電極３１ｃ〜３２ｄにそれぞれ電荷が発生する。

そして、第１基板２０の面内で角速度ωｚが印加されると、図６Ｂに示されるように、第１、第２駆動片２４、２５にｙ方向で向きが反対の一対のコリオリ力Ｆｙ１、Ｆｙ２が周期的に発生する。このため、コリオリ力によって発生するモーメントが基部２７を介して検出片２６に伝達されることにより、検出片２６がｘ軸方向に振動する（撓む）。これにより、検出電極３３ａ、３３ｂおよび共通電極３３ｃ、３３ｄにそれぞれ電荷が発生する。以上が振動体２２の基本的な作動である。

第１チャージアンプ９２は、第２駆動片２５の駆動電極３２ａ、駆動回路９１、コンパレータ９３に接続されている。そして、第２駆動片２５が振動することによって駆動電極３２ａに発生した電荷を電圧信号に変換して駆動回路９１およびコンパレータ９３に出力する。

コンパレータ９３は、同期検波回路９５と接続されており、第１チャージアンプ９２から入力された電圧信号から駆動信号に基づいた基準信号を生成して同期検波回路９５に出力する。

第２チャージアンプ９４は、検出片２６の検出電極３３ａ、３３ｂおよび同期検波回路９５と接続され、検出電極３３ａ、３３ｂに発生した電荷を電圧に変換したセンサ信号を同期検波回路９５に出力する。

同期検波回路９５は、増幅回路９６と接続されており、コンパレータ９３から入力された基準信号を用いて第２チャージアンプ９４から入力されたセンサ信号を同期検波し、増幅回路９６に出力する。

増幅回路９６は、同期検波回路９５から入力されたセンサ信号を所定倍に増幅し、増幅したセンサ信号Ｖｏｕｔを外部回路に出力する。これにより、外部回路にて角速度が検出される。

なお、第１、第２駆動片２４、２５および検出片２６に形成された共通電極３１ｃ〜３３ｄは、グランド電位とされている。

また、回路部９０は、図５に示されるように、Ｃ−Ｖ変換回路９７ａ〜９７ｃ、同期検波回路９８ａ〜９８ｃ、増幅回路９９ａ〜９９ｃ、第１制御回路１００ａ〜１００ｃ、第２制御回路１０１ａ〜１０１ｃを有している。

Ｃ−Ｖ変換回路９７ａは、同期検波回路９８ａと接続され、制御電極３４ａと上部電極５２との間に構成される第１容量ＣＶ１と、制御電極３４ｂと下部電極７２との間に構成される第４容量ＣＶ４との差を電圧信号である検出信号に変換して同期検波回路９８ａに出力する。

同様に、Ｃ−Ｖ変換回路９７ｂは、同期検波回路９８ｂと接続され、制御電極３５ａと上部電極５３との間に構成される第２容量ＣＶ２と、制御電極３５ｂと下部電極７３との間に構成される第５容量ＣＶ５との差を電圧信号である検出信号に変換して同期検波回路９８ｂに出力する。

また、Ｃ−Ｖ変換回路９７ｃは、同期検波回路９８ｃと接続され、制御電極３６ａと上部電極５４との間に構成される第３容量ＣＶ３と、制御電極３６ｂと下部電極７４との間に構成される第６容量ＣＶ６との差を電圧信号である検出信号に変換して同期検波回路９８ｃに出力する。

同期検波回路９８ａ〜９８ｃは、それぞれ増幅回路９９ａ〜９９ｃと接続されていると共に図４中のコンパレータ９３と接続されている。そして、コンパレータ９３から入力された基準信号を用いてＣ−Ｖ変換回路９７ａ〜９７ｃから入力された検出信号を同期検波し、増幅回路９９ａ〜９９ｃに出力する。

増幅回路９９ａ〜９９ｃは、それぞれ第１、第２制御回路１００ａ〜１０１ｃと接続され、同期検波回路９８ａ〜９８ｃから入力された検出信号を所定倍に増幅し、第１、第２制御回路１００ａ〜１０１ｃに出力する。

第１、第２制御回路１００ａ、１０１ａは、増幅回路９９ａから入力された検出信号に基づいて、第１駆動片２４の位置を判定する。そして、第１制御回路１００ａは、第１駆動片２４の位置に基づいて上部電極５２に印加する電圧を調整し、第２制御回路１０１ａは、第１駆動片２４の位置に基づいて下部電極７２に印加する電圧を調整することにより、第１駆動片２４の位置を調整する。つまり、制御電極３４ａと上部電極５２との間に発生する静電気力、および制御電極３４ｂと下部電極７２との間に発生する静電気力を調整することにより、第１駆動片２４の位置を調整する。

同様に、第１、第２制御回路１００ｂ、１０１ｂは、増幅回路９９ｂから入力された検出信号に基づいて第２駆動片２５の位置を判定する。そして、第１制御回路１００ｂは、第２駆動片２５の位置に基づいて上部電極５３に印加する電圧を調整し、第２制御回路１０１ｂは、第２駆動片２５の位置に基づいて下部電極７３に印加する電圧を調整することにより、第２駆動片２５の位置を調整する。つまり、制御電極３５ａと上部電極５３との間に発生する静電気力、および制御電極３５ｂと下部電極７３との間に発生する静電気力を調整することにより、第２駆動片２５の位置を調整する。

また、第１、第２制御回路１００ｃ、１０１ｃは、増幅回路９９ｃから入力された検出信号に基づいて検出片２６の位置を判定する。そして、第１制御回路１００ｃは、検出片２６の位置に基づいて上部電極５４に印加する電圧を調整し、第２制御回路１０１ｃは、検出片２６の位置に基づいて下部電極７４に印加する電圧を調整することにより、検出片２６の位置を調整する。つまり、制御電極３６ａと上部電極５４との間に発生する静電気力、および制御電極３６ｂと下部電極７４との間に発生する静電気力を調整することにより、検出片２６の位置を調整する。

以上が本実施形態における角速度センサの構成である。なお、本実施形態では、制御電極３４ａ、３５ａが本発明の第１駆動片制御電極に相当し、制御電極３６ａが本発明の第１検出片制御電極に相当している。また、制御電極３４ｂ、３５ｂが本発明の第２駆動片制御電極に相当し、制御電極３６ｂが本発明の第２検出片制御電極に相当している。そして、上部電極５２、５３が本発明の第１駆動片補助電極に相当し、上部電極５４が本発明の第１検出片補助電極に相当している。また、下部電極７２、７３が本発明の第２駆動片補助電極に相当し、下部電極７４が本発明の第２検出片補助電極に相当している。さらに、第１制御回路１００ａ、１００ｂが本発明の第１駆動片制御手段に相当し、第１制御回路１００ｃが本発明の第１検出片制御手段に相当している。そして、第２制御回路１０１ａ、１０１ｂが本発明の第２駆動片制御手段に相当し、第２制御回路１０１ｃが本発明の第２検出片制御手段に相当している。次に、上記角速度センサの作動について説明する。

上記のように、第１駆動片２４の駆動電極３１ａ、３１ｂと第２駆動片２５の駆動電極３２ｂに位相が１８０°異なる駆動信号（搬送波）が印加されると、第１、第２駆動片２４、２５はｘ軸方向に振動し、検出片２６はほぼ静止した状態となる。そして、この状態で第１基板２０の面内で角速度が印加されると、角速度に応じて検出片２６がｘ軸方向に振動するため、検出電極３３ａ、３３ｂに発生した電荷に基づいて角速度が検出される。

このとき、第１、第２駆動片２４、２５および検出片２６は、断面矩形状とされているものの、厳密には、表面２４ａ〜２６ａおよび裏面２４ｂ〜２６ｂと側面２４ｃ〜２６ｄとの連結部分が僅かに丸まっているため、ｚ方向に変位することがある。

このため、第１、第２制御回路１００ａ〜１０１ｃは、それぞれ第１、第２駆動片２４、２５および検出片２６がｚ方向に変位しないように、上部電極５２〜５４および下部電極７２〜７４に印加する電圧を適宜調整する。

第１駆動片２４を例に説明すると、図７Ａに示されるように、角速度を検出する際、上部電極５２には、第１制御回路１００ａから振幅が０〜１／２Ｖｃｃであるパルス状の搬送波（電圧）Ｐ１が入力されている。そして、下部電極７２には、第２制御回路１０１ａから振幅が０〜１／２ｖｃｃであり、搬送波Ｐ１と位相が１８０°異なるパルス状の搬送波（電圧）Ｐ２が入力されている。

なお、制御電極３４ａ、３４ｂは、グランド電位とされている。このため、この状態では、制御電極３４ａと上部電極５２との間の電位差と、制御電極３４ｂと下部電極７２との間の電位差とは等しくされている。

そして、第１駆動片２４を振動させている際、図７Ｂに示されるように、第１駆動片２４が＋ｚ方向（上部電極５２側）に変位する（不用振動）と、第１、第４容量ＣＶ１、ＣＶ４が変化する。この場合、第１、第２制御回路１０１ａ、１０１ｂは、まず、Ｃ−Ｖ変換回路９７ａから出力される検出信号に基づいて第１駆動片２４の位置を判定する。そして、図７Ｂでは第１駆動片２４が＋ｚ方向に変位しているため、第１制御回路１００ａは、上部電極５２にそのまま搬送波Ｐ１を印加し、第２制御回路１０１ｂは、下部電極７２に振幅が０〜Ｖｃｃである搬送波（電圧）Ｐ２´を印加する。つまり、第１駆動片２４が＋ｚ方向に変位して第４容量ＣＶ４が小さくなったため、第４容量ＣＶ４を構成する下部電極７２に印加する電圧の振幅を大きくする。これにより、制御電極３４ｂと下部電極７２との間に発生する静電気力が大きくなり、第１駆動片２４が−ｚ方向（下部電極７２側）に引き寄せられる。このため、第１駆動片２４が＋ｚ方向に変位することを抑制できる。つまり、制御電極３４ａと上部電極５２との間の距離と、制御電極３４ｂと下部電極７２との間の距離を一定に維持することができる。

また、図７Ｃに示されるように、第１駆動片２４が−ｚ方向（下部電極７２側）に変位（不用振動）しても第１、第４容量ＣＶ１、ＣＶ４が変化する。この場合も第１、第２制御回路１０１ａ、１０１ｂは、まず、Ｃ−Ｖ変換回路９７ａから出力される検出信号に基づいて第１駆動片２４の位置を判定する。そして、図７Ｃでは第１駆動片２４が−ｚ方向に変位しているため、第１制御回路１００ａは、上部電極５２に振幅が０〜Ｖｃｃである搬送波（電圧）Ｐ１´を印加し、第２制御回路１０１ｂは、下部電極７２にそのまま搬送波Ｐ２を印加する。つまり、第１駆動片２４が−ｚ方向に変位して第１容量ＣＶ１が小さくなったため、第１容量ＣＶ１を構成する上部電極５２に印加する電圧の振幅を大きくする。これにより、制御電極３４ａと上部電極５２との間に発生する静電気力が大きくなり、第１駆動片２４が＋ｚ方向（上部電極５２側）に引き寄せられる。このため、第１駆動片２４が−ｚ方向に変位することを抑制できる。つまり、制御電極３４ａと上部電極５２との間の距離と、制御電極３４ｂと下部電極７２との間の距離を一定に維持することができる。

すなわち、本実施形態では、第１、第２制御回路１００ａ、１０１ａは、制御電極３４ａ、３４ｂと上部電極５２および下部電極７２との間に発生する静電気力を調整することにより、第１駆動片２４がｚ方向に変位しないようにしている。

なお、ここでは、第１駆動片２４を例に挙げて説明したが、第２駆動片２５および検出片２６も第１駆動片２４と同様である。すなわち、第２駆動片２５および検出片２６は、第１、第２制御回路１００ｂ、１００ｃ、１０１ｂ、１０１ｃによって上部電極５３、５４および下部電極７３、７４に印加される搬送波（電圧）が適宜調整されることにより、ｚ方向に変位することが抑制される。つまり、制御電極３５ａ、３６ａと上部電極５３、５４との間の距離と、制御電極３５ｂ、３６ｂと下部電極７３、７４との間の距離が一定に維持される。

以上説明したように、本実施形態では、第１、第２駆動片２４、２５に制御電極３４ａ〜３５ｂを形成している。また、第２基板５０に、制御電極３４ａ、３５ａとの間に第１、第２容量ＣＶ１、ＣＶ２を構成する上部電極５２、５３を形成すると共に、第３基板７０に、制御電極３４ｂ、３５ｂとの間に第４、第５容量ＣＶ４、ＣＶ５を形成する下部電極７２、７３を形成している。

そして、第１、第２制御回路１００ａ、１００ｂ、１０１ａ、１０１ｂは、第１、第２、第４、第５容量ＣＶ１、ＣＶ２、ＣＶ４、ＣＶ５に基づき、制御電極３４ａ、３５ａと上部電極５２、５３との間の距離と、制御電極３４ｂ、３５ｂと下部電極７２、７３との間の距離が一定となるように、上部電極５２、５３および下部電極７２、７３に印加する搬送波（電圧）を調整している。このため、第１、第２駆動片２４、２５がｚ方向に変位することを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。

さらに、本実施形態では、検出片２６に制御電極３６ａ、３６ｂを形成している。また、第２基板５０に、制御電極３６ａとの間に第３容量ＣＶ３を構成する上部電極５４を形成すると共に、第３基板７０に、制御電極３６ｂとの間に第６容量ＣＶ６を構成する第６下部電極７４を形成している。

そして、第１、第２制御回路１００ｃ、１０１ｃは、第３、第６容量ＣＶ３、ＣＶ６に基づき、制御電極３６ａと上部電極５４との間の距離と、制御電極３６ｂと下部電極７４との間の距離が一定となるように、上部電極５４および下部電極７４に印加する搬送波（電圧）を調整している。このため、検出片２６もｚ方向に変位することを抑制でき、さらに検出精度が低下することを抑制できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して制御電極３４ｂ、３５ｂ、３６ｂおよび下部電極７２〜７４を備えないものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図８に示されるように、第１、第２駆動片２４、２５および検出片２６には、制御電極３４ｂ、３５ｂ、３６ｂが形成されていない。また、第３基板７０に下部電極７２〜７４が形成されていない。

そして、図９に示されるように、回路部９０は、第２制御回路１０１ａ〜１０１ｃを有しておらず、Ｃ−Ｖ変換回路９７ａ〜９７ｃには、基準電位としてのグランド電位が入力される。

次に、このような角速度センサの作動について、第１駆動片２４を例に挙げて説明する。

このような角速度センサでは、図１０Ａに示されるように、角速度を検出する際、上部電極５２には、第１制御回路１００ａから振幅が０〜１／２Ｖｃｃであるパルス状の搬送波（電圧）Ｐ１が入力されている。なお、制御電極３４ａは、グランド電位とされている。つまり、本実施形態では、制御電極３４ａと上部電極５２との間の静電気力によって第１駆動片２４が予め上部電極５２側に引き寄せられた状態で角速度の検出が行われる。

そして、図１０Ｂに示されるように、第１駆動片２４を振動させている際、第１駆動片２４が＋ｚ方向（上部電極５２側）に変位する（不用振動）と、第１容量ＣＶ１が変化する。この場合、第１制御回路１００ａは、Ｃ−Ｖ変換回路９７ａから出力される検出信号に基づいて第１駆動片２４の位置を判定する。そして、図１０Ｂでは第１駆動片２４が＋ｚ方向に変位しているため、第１制御回路１００ａは、上部電極５２にグランド電位を印加する。つまり、第１駆動片２４が＋ｚ方向に変位して第１容量ＣＶ１が大きくなったため、上部電極５２に印加する電圧を小さくする。これにより、制御電極３４ａと上部電極５２との間に発生する静電気力が小さくなり、第１駆動片２４が−ｚ方向（第３基板７０側）に戻ろうとするため、第１駆動片２４が＋ｚ方向に変位すること（図１０Ａの状態から変位すること）を抑制できる。つまり、制御電極３４ａと上部電極５２との間の距離一定に維持することができる。

また、図１０Ｃに示されるように、第１駆動片２４が−ｚ方向（第３基板７０側）に変位（不用振動）しても第１容量ＣＶ１が変化する。この場合も、第１制御回路１００ａは、まず、Ｃ−Ｖ変換回路９７ａから出力される検出信号に基づいて第１駆動片２４の位置を判定する。そして、図１０Ｃでは第１駆動片２４が−ｚ方向に変位しているため、第１制御回路１００ａは、上記図７Ｃと同様に、上部電極５２に振幅が０〜Ｖｃｃである搬送波（電圧）Ｐ１´を印加する。つまり、第１駆動片２４が−ｚ方向に変位して第１容量ＣＶ１が小さくなったため、第１容量ＣＶ１を構成する上部電極５２に印加する電圧の振幅を大きくする。これにより、制御電極３４ａと上部電極５２との間に発生する静電気力が大きくなり、第１駆動片２４が＋ｚ方向（上部電極５２側）に引き寄せられ、第１駆動片２４が−ｚ方向に変位すること（図１０Ａの状態から変位すること）を抑制できる。つまり、制御電極３４ａと上部電極５２との間の距離と、制御電極３４ｂと下部電極７２との間の距離を一定に維持することができる。

なお、ここでは、第１駆動片２４を例に挙げて説明したが、第２駆動片２５および検出片２６も第１駆動片２４と同様である。すなわち、第２駆動片２５および検出片２６は、第１制御回路１００ｂ、１００ｃによって上部電極５３、５４に印加される搬送波（電圧）が適宜調整されることにより、ｚ方向に変位することが抑制される。

このように、第３基板７０に下部電極７２〜７４を備えない角速度センサとしても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施形態のように、下部電極７２〜７４を備えない場合には、第１基板２０の他面２０ｂ側に第３基板７０が配置されていなくてもよい。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

（１）例えば、上記第１、第２実施形態では、第１、第２駆動片２４、２５および検出片２６は、基部２７から一方向に突出するものを例に挙げて説明した。しかしながら、第１、第２駆動片２４、２５および検出片２６は、それぞれ基部２７を挟んで両側に突出したいわゆるＴ型音叉型とされていてもよい。

また、上記第１、第２実施形態において、第２、第３基板５０、７０は、第１基板２０と同様に、圧電材料で構成されていてもよい。

そして、上記第１実施形態において、例えば、図７Ｂに示されるように第１駆動片２４が変位した場合、第１制御回路１００ａは、上部電極５２に振幅がさらに小さい搬送波（電圧）を入力するようにしてもよい。すなわち、制御電極３４ａと上部電極５２との間の静電気力を小さくするようにしてもよい。同様に、図７Ｃに示されるように第１駆動片２４が変位した場合、第２制御回路１０１ａは、下部電極７２に振幅がさらに小さい搬送波（電圧）を入力するようにしてもよい。

さらに、上記第１、第２実施形態において、検出片２６に制御電極３６ａ、３６ｂが形成されていなくてもよい。このような角速度センサとしても、第１、第２駆動片２４、２５がｚ方向に変位することを抑制できるため、検出精度が低下することを抑制できる。

（２）また、上記第１、第２実施形態では、本発明をいわゆる圧電型の角速度センサに適用した例について説明したが、例えば、図１１に示されるような容量型の角速度センサに本発明を適用することもできる。

すなわち、この容量型の角速度センサでは、振動体２２は、駆動梁１１１を介してアンカー部１１２に支持された棒状の錘部１１３を有している。そして、錘部１１３には、長手方向（図１１中紙面左右方向）と直交する方向に突出する駆動用可動電極１１４および検出用可動電極１１５が形成されている。また、駆動用可動電極１１４のうちの第２基板５０側の部分には制御電極３４ａが形成されている。

そして、第１基板２０には、駆動用可動電極１１４と対向するように形成された駆動用固定電極１１６を有する駆動部と、検出用可動電極１１５と対向するように形成された検出用固定電極１１７を有する検出部が形成されている。

このような角速度センサでは、駆動用可動電極１１４と駆動用固定電極１１６との間に発生する静電気力によって振動体２２を振動させた状態で角速度の検出が行われるが、振動体２２が第１基板２０の面方向に対する法線方向に変位する（不用振動する）ことがある。このため、第２基板５０のうちの駆動用可動電極１１４に形成された制御電極３４ａの変位可能領域と対向する部分に上部電極を形成し、上記のように、当該上部電極に印加する電圧を適宜調整することにより、本発明の効果を得ることができる。

２０ 第１基板
２０ａ 一面
２０ｂ 他面
２２ 振動体
２４ 第１駆動片
２５ 第２駆動片
３４ａ、３５ａ 制御電極（第１駆動片制御電極）
５０ 第２基板
５２、５２ 上部電極（第１駆動片補助電極）
１００ａ、１００ｂ 第１制御回路

Claims (5)

1. 一面（２０ａ）および前記一面と反対側の他面（２０ｂ）を有する第１基板（２０）と、
   前記第１基板に形成され、前記第１基板の面方向に振動する駆動片（２４、２５、１１４）を有し、前記第１基板に保持された振動体（２２）と、を備え、
   前記駆動片を振動させた状態で前記第１基板の面内に印加される角速度を検出する角速度センサにおいて、
   前記第１基板の一面側に配置された第２基板（５０）と、
   前記駆動片のうちの前記第２基板側の部分に形成された第１駆動片制御電極（３４ａ、３５ａ）と、
   前記第２基板のうちの前記駆動片に形成された前記第１駆動片制御電極の変位可能領域と対向する部分の全体に形成され、前記第１駆動片制御電極との間に容量（ＣＶ１、ＣＶ２）を構成する第１駆動片補助電極（５２、５３）と、
   前記第１駆動片補助電極に電圧を印加する第１駆動片制御手段（１００ａ、１００ｂ）と、を有し、
   前記第１駆動片制御手段は、前記第１駆動片制御電極と前記第１駆動片補助電極との間に構成される前記容量に基づき、前記第１駆動片制御電極と前記第１駆動片補助電極との間の距離が前記第１駆動片制御電極の変位可能領域の全体に渡って一定となるように、前記第１駆動片補助電極に印加する電圧を調整することを特徴とする角速度センサ。
2. 前記第１基板の他面側に配置された第３基板（７０）と、
   前記駆動片のうちの前記第３基板側の部分に配置された第２駆動片制御電極（３４ｂ、３５ｂ）と、
   前記第３基板のうちの前記駆動片に形成された前記第２駆動片制御電極の変位可能領域と対向する部分の全体に形成され、前記第２駆動片制御電極との間に容量（ＣＶ４、ＣＶ５）を構成する第２駆動片補助電極（７２、７３）と、
   前記第２駆動片補助電極に電圧を印加する第２駆動片制御手段（１０１ａ、１０１ｂ）と、を有し、
   前記第２駆動片制御手段は、前記第２駆動片制御電極と前記第２駆動片補助電極との間に構成される前記容量に基づき、前記第２駆動片制御電極と前記第２駆動片補助電極との間の距離が前記第２駆動片制御電極の変位可能領域の全体に渡って一定となるように、前記第２駆動片補助電極に印加する電圧を調整することを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
3. 前記振動体は、前記駆動片（２４、２５）としての第１、第２駆動片と、前記第１、第２駆動片の間に配置された検出片（２６）と、前記第１、第２駆動片および前記検出片を保持する基部（２７）と、を備え、
   前記検出片のうちの前記第２基板側の部分に形成された第１検出片制御電極（３６ａ）と、
   前記第２基板のうちの前記検出片に形成された前記第１検出片制御電極の変位可能領域と対向する部分の全体に形成され、前記第１検出片制御電極との間に容量（ＣＶ３）を構成する第１検出片補助電極（５４）と、
   前記第１検出片補助電極に電圧を印加する第１検出片制御手段（１００ｃ）と、を有し、
   前記第１検出片制御手段は、前記第１検出片制御電極と前記第１検出片補助電極との間に構成される前記容量に基づき、前記第１検出片制御電極と前記第１駆動片補助電極との距離が前記第１検出片制御電極の変位可能領域に渡って一定となるように、前記第１駆動片補助電極に印加する電圧を調整することを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
4. 前記振動体は、前記駆動片（２４、２５）としての第１、第２駆動片と、前記第１、第２駆動片の間に配置された検出片（２６）と、前記第１、第２駆動片および前記検出片を保持する基部（２７）と、を備え、
   前記検出片のうちの前記第２基板側の部分に形成された第１検出片制御電極（３６ａ）と、
   前記検出片のうちの前記第３基板側の部分に形成された第２検出片制御電極（３６ｂ）と、
   前記第２基板のうちの前記検出片に形成された前記第１検出片制御電極の変位可能領域と対向する部分の全体に形成され、前記第１検出片制御電極との間に容量（ＣＶ３）を構成する第１検出片補助電極（５４）と、
   前記第３基板のうちの前記検出片に形成された前記第２検出片制御電極の変位可能領域と対向する部分の全体に形成され、前記第２検出片制御電極との間に容量（ＣＶ６）を構成する第２検出片補助電極（７４）と、
   前記第１、第２検出片補助電極に電圧を印加する第１、第２検出片制御手段（１００ｃ、１０１ｃ）と、を有し、
   前記第１、第２検出片制御手段は、前記第１検出片制御電極と前記第１検出片補助電極との間に構成される前記容量、および前記第２検出片制御電極と前記第２検出片補助電極との間に構成される前記容量に基づき、前記第１検出片制御電極と前記第１検出片補助電極との間の距離および前記第２検出片制御電極と前記第２検出片補助電極との間の距離が前記第１検出片制御電極の変位可能領域の全体および前記第２検出片制御電極の変位可能領域の全体に渡って一定となるように、前記第１駆動片補助電極および前記第２駆動片補助電極に印加する電圧を調整することを特徴とする請求項２に記載の角速度センサ。
5. 前記振動体は、前記駆動片（１１４）としての駆動用可動電極と、検出用可動電極（１１５）とを有し、
   前記第１基板には、前記駆動用可動電極と対向し、前記駆動用可動電極との間に静電気力を発生させて前記振動体を振動させる駆動用固定電極（１１６）と、前記検出用可動電極と対向する検出用固定電極（１１７）とが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。

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