JPH0854240A - 角速度センサおよび角速度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低い駆動電圧でも検出感度を高くでき、駆動
による角速度検出誤差をなくし、これを簡単な構造にて
実現可能にする。 【構成】 振動片２の水平方向の振動に対し相互に重な
り合う面積が不変な駆動電極４，５と、振動片２の水平
方向の振動に対し相互に重なり合う面積が変化する対の
検出電極６ａ，７ａ、６ｂ，７ｂとを備え、上記振動片
２を振動させた時の上記各対の検出電極６ａ，７ａ、６
ｂ，７ｂ間の容量差の上記周波数成分より上記振動片２
の軸線回りの角速度を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体プロセス等に
より形成した微小の振動片を振動させ、この振動片に加
わる角速度を、この振動片に生ずる変形により検出する
振動ジャイロ方式の角速度センサおよび角速度検出装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４３は例えば特開昭６２−９３６６８
号公報に示された従来の振動ジャイロ方式の角速度セン
サを示す分解斜視図であり、図において、６０は基板、
６１，６２は基板６０の一部に形成された平板状の振動
片、６３，６４は同じく基板６０の一部に、この基板６
０の基部と各振動片６１，６２とを結ぶよう形成された
支持片、６５，６６は基板６０を挟持して接着される電
極板、６７ａ，６７ｂは各々電極板６５，６６上に形成
された駆動電極、６８ａ，６９ａは電極板６５上に、６
８ｂ，６９ｂは電極板６６上に形成された検出電極であ
る。

【０００３】基板６０はシリコン単結晶ウエハから切り
出された基板であり、その振動片６１，６２および支持
片６３，６４は基板６０からエッチング等の２次元的加
工方法により切り出されて形成される。支持片６３，６
４は細いビーム状に形成されてＸ方向およびＹ方向に所
定の曲げ剛性をもたせている。

【０００４】駆動電極６７ａ，６７ｂは振動片６１，６
２を挟み、振動片６１，６２の向かい合った側端部から
等しい面積を覆うように対向配置され、検出電極６８
ａ，６８ｂは振動片６１を挟み、振動片６１により電極
が覆われるように対向配置され、検出電極６９ａ、６９
ｂは振動片６２を挟み、振動片６２により電極が覆われ
るように対向配置されている。

【０００５】図４４は上記角速度センサを用いた角速度
検出装置を示す接続図であり、図において、７１は振動
片６１，６２に接続された定電圧回路、７２は駆動電極
６７ａ，６７ｂに接続された駆動回路、７３，７４は各
々検出電極６８ａ，６８ｂおよび振動片６１間の静電容
量を各々電圧Ｖ１，Ｖ２に変換する電圧変換回路、７
５，７６は各々検出電極６９ｂ，６９ａおよび振動片６
２間の静電容量を各々電圧Ｖ３，Ｖ４に変換する電圧変
換回路である。

【０００６】次に動作について説明する。駆動電極６７
ａ，６７ｂおよび振動片６１，６２間に電圧を印加する
と、振動片６１，６２は静電力によりＹ方向に互いに逆
向きに駆動電極の中心に向かい引き寄せられる。従っ
て、駆動回路７２より駆動電極６７ａ，６７ｂに角周波
数ωの交番電圧を印加すると振動片６１，６２はＹ方向
に互いに逆向きに振動する。

【０００７】振動片６１（６２）の共振周波数ω₀ は振
動片６１（６２），支持片６３（６４）の形状，質量お
よび支持片６３（６４）のＹ方向曲げ剛性によりきま
り、共振時、上記交番電圧の角周波数はω₀ ／２とな
る。この状態でＸＹ平面に垂直なＺ軸回りに角速度Ωが
生じると、振動している振動片６１，６２に角速度Ωに
比例したコリオリ力ＦｃがＸ方向に作用する。

【０００８】この場合駆動電圧による振動片６１（６
２）の駆動時のＹ方向変位は、Ｙ＝ａ（ｋ１，ｋ２）si
n ω₀ ｔとなる。ここで、ｋ１は支持片６３（６４）の
バネ剛性，等価長等により決まる定数であり、ｋ２は駆
動電圧Ｖｏ，駆動電極間の距離Ｄ，振動片の厚さＴ，断
面積Ｓ等で決まる定数である。最大振幅を決める係数ａ
はこれらのＶｏ，Ｔ／Ｄ，Ｓが大きいほど、またＤが小
さいほど大きくなる。

【０００９】また、上記式より振動片のＹ方向の速度ｖ
_Y は、ｖ_Y ＝ａω cos ω₀ｔとなり、振動片６１（６
２）と支持片６３（６４）を合わせた等価質量をｍとす
ると、コリオリ力Ｆｃは、Ｆｃ＝２ｍΩ×ｖ_Y ＝２ｍａ
ω cos3 ω₀ｔ ・Ωとなり、コリオリ力Ｆｃにより振動
片６１（６２）はＸ方向に振動し、その振幅は角速度Ω
に比例する。

【００１０】かかるＸ方向の振動により振動片６１（６
２）および検出電極６８ａ（６９ａ），６８ｂ（６９
ｂ）間の距離が変化するため、かかる距離変化による静
電容量変化を、各電圧変換回路７３，７４，７５，７６
の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４で測定することにより角
速度Ωを求める。

【００１１】ここで、振動片６１，６２のＹ軸方向への
振動は互いに逆向きであるから、コリオリ力Ｆｃによる
Ｘ軸方向への振動も図２２の如く互いに逆向きとなり、
図示の状態、即ち振動片６１が検出電極６８ｂに近いと
き、振動片６２は対岸の検出電極６９ａに近くなり、電
圧Ｖ２，Ｖ４が増加し、電圧Ｖ１，Ｖ３が低下する。

【００１２】従って、両辺の電圧差を差し引いた電圧Δ
Ｖは、ΔＶ＝（Ｖ２−Ｖ１）−（Ｖ３−Ｖ４）となり、
このΔＶは角速度Ωに比例した値となる。かかるΔＶは
コリオリ力Ｆｃに比例し、上記Ｆｃの式に示す如く係数
ａに比例するため、前述と同様Ｖｏ，Ｔ／Ｄ，Ｓが大き
いほど、またＤが小さいほど大きくなる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の角速度センサは
以上のように構成されているので、駆動電圧に対するＹ
方向の静電力が小さいため、駆動電圧／角速度検出感度
比が大きく、十分な検出感度を得るためには駆動電圧を
高くとらねばならないなどの問題点があった。

【００１４】また、検出感度を上げるためには、振動片
６１（６２）の厚さを大きくしたり、その断面積を大き
くすることも考えられるが、振動片６１（６２）を薄膜
等で形成することが不可能であるなどの問題点があっ
た。

【００１５】さらに、コリオリ力Ｆｃにより振動片６１
（６２）がＸ方向に振動することにより、駆動電極６７
ａ，６７ｂと振動片６１（６２）との距離が変わるた
め、振動片６１（６２）と駆動電極６７ａ，６７ｂ間の
静電力の差ΔＦが振動片６１（６２）にかかり、Ｘ方向
のコリオリ力Ｆｃに、静電力差ΔＦが重畳することによ
り、角速度検出誤差が大きくなるなどの問題点があっ
た。

【００１６】さらに、振動片６１（６２）を各電極間で
挟んだ構成のため構造が複雑となるなどの問題点があっ
た。

【００１７】請求項１の発明は上記のような問題点を解
消するためになされたもので、低い駆動電圧でも検出感
度が高くとれ、しかも駆動による角速度検出誤差を生じ
ない、簡単な構造の角速度センサを得ることを目的とす
る。

【００１８】請求項２の発明は片持梁基部の振動を抑え
て、片持梁先部との振動モードの分離を行えるととも
に、片持梁の寸法設計の自由度を高めることができる角
速度センサを得ることを目的とする。

【００１９】請求項３の発明は検出電極のＸ軸方向変位
を大きくして、角速度検出感度をさらに向上できる角速
度センサを得ることを目的とする。

【００２０】請求項４の発明は電極数を少なくして、配
線の容易化，電極形成時のマスキングの単純化およびリ
ード間の浮遊容量の低減を図ることができる角速度セン
サを得ることを目的とする。

【００２１】請求項５の発明は支持片における片持梁の
弾性支持により検出電極による変位検出を高感度に行う
ことができる角速度センサを得ることを目的とする。

【００２２】請求項６の発明は衝撃に対して機械的強度
を高めることができる角速度センサを得ることを目的と
する。

【００２３】請求項７の発明は支持片を通る検出電極部
からのリードの本数を少なくでき、配線の単純化および
電極形成時のマスキングの単純化を図ることができ、か
つ上記リード間の浮遊容量の低減を図ることができる角
速度センサを得ることを目的とする。

【００２４】請求項８の発明は水平軸回りの２軸の角速
度を同時に検出できる角速度センサを得ることを目的と
する。

【００２５】請求項９の発明は水平軸回りの２軸の角速
度を同時に検出できるほか、電極面積を広くとってＳ／
Ｎ比の向上を図ることができる角速度センサを得ること
を目的とする。

【００２６】請求項１０の発明は検出電極と駆動電極と
の共通化により、リードの本数の削減，配線およびマス
キングの単純化さらには上記リード間の浮遊容量の低減
を図ることができる角速度センサを得ることを目的とす
る。

【００２７】請求項１１の発明は振動片の形状で決まる
共振周波数を適切に調整できる角速度センサを得ること
を目的とする。

【００２８】請求項１２の発明は小形の角速度センサを
用いて、低い駆動電圧でも検出感度が高くとれ、しかも
駆動による角速度検出誤差を生じないで、より角速度を
高精度に演算出力することができる簡単な構造の角速度
検出装置を得ることを目的とする。

【００２９】請求項１３の発明は片持梁基部の振動を抑
えて、片持梁先部との振動モードの分離を行えるととも
に、片持梁の寸法設計の自由度を高めることができ、し
かも角速度演算を高精度に実施できる角速度検出装置を
得ることを目的とする。

【００３０】請求項１４の発明は電極数を少なくして、
配線の容易化，電極形成時のマスキングの単純化および
リード間の浮遊容量の低減を図りながら、演算によって
角速度検出を高精度に実施できる角速度検出装置を得る
ことを目的とする。

【００３１】請求項１５の発明は水平軸回りの２軸の角
速度を同時に検出しながら、所期の角速度演算を高精度
に実施できる角速度検出装置を得ることを目的とする。

【００３２】請求項１６の発明は水平軸回りの２軸の角
速度を同時に検出し、電極面積を広くしてＳ／Ｎ比の向
上を図るとともに、角速度演算を高精度に実施できる角
速度検出装置を得ることを目的とする。

【００３３】請求項１７の発明は低い駆動電圧でも検出
感度を高くとることができるとともに、駆動による角速
度検出誤差の発生を抑えることができる角速度センサを
得ることを目的とする。

【００３４】請求項１８の発明は検出電極間における静
電容量の変化量を高感度に検知できる角速度センサを得
ることを目的とする。

【００３５】請求項１９の発明は振動片の機械的支持強
度を高めることができる角速度センサを得ることを目的
とする。

【００３６】請求項２０の発明は片持梁基部のＸ軸方向
の振動を抑え、振動モードを分離可能にできるととも
に、片持梁の寸法設計上の自由度を高めることができる
角速度センサを得ることを目的とする。

【００３７】請求項２１の発明は矩形の振動片と４対の
検出電極を用いて水平軸回りの２軸の角速度を同時に検
出できる角速度センサを得ることを目的とする。

【００３８】請求項２２の発明は水平軸回りの２軸の角
速度を同時に検出できるほか、電極面積を広くとって、
Ｓ／Ｎ比の向上を図れる角速度センサを得ることを目的
とする。

【００３９】請求項２３の発明は振動片の形状で決まる
共振周波数を適切に調整できる角速度センサを得ること
を目的とする。

【００４０】請求項２４の発明は検出電極の共通化によ
り、該検出電極のマスクパターンの単純化およびリード
線数の削減を図ることができる角速度センサを得ること
を目的とする。

【００４１】請求項２５の発明は駆動振幅に対する駆動
電力を小さくすることで、振動片を薄くまたは小さくし
ても角速度検出感度を上げることができ、しかも角速度
を正確に検出できる角速度検出装置を得ることを目的と
する。

【００４２】請求項２６の発明は駆動振幅に対する駆動
電力を小さくすることで、振動片を薄くまたは小さくし
ても角速度検出感度を上げることができ、しかも角速度
を正確に検出できるとともに、２軸の上記角速度検出を
検出誤差を生じることなく同時かつ正確に行うことがで
きる角速度検出装置を得ることを目的とする。

【００４３】請求項２７の発明はＳ／Ｎ比の高い角速度
検出を検出誤差を生じることなく実施できる角速度検出
装置を得ることを目的とする。

【００４４】請求項２８の発明は細長の振動板を用いて
角速度検出感度／駆動電圧の比を大きくとり、正確な角
速度検出を実現できる角速度センサを得ることを目的と
する。

【００４５】請求項２９の発明は角速度検出処理の簡素
化と、電極数の削減を図り、かつマスクパターンの単純
化を実現できる角速度センサを得ることを目的とする。

【００４６】請求項３０の発明は圧電素子の電極の共通
化により、この圧電素子の電極数を削減および接続回路
の簡素化を実現できる角速度センサを得ることを目的と
する。

【００４７】請求項３１の発明は圧電素子の圧電膜中に
中性領域を作らずに、圧電素子の面積あたりの電気機械
変換効率を上げて、検出感度の向上を図ることができる
角速度センサを得ることを目的とする。

【００４８】請求項３２の発明は検出電極間における静
電容量の変化量を高感度に検知できる角速度センサを得
ることを目的とする。

【００４９】請求項３３の発明は振動片の機械的支持強
度を高めることができる角速度センサを得ることを目的
とする。

【００５０】請求項３４の発明は振動片の基部が軸方向
に振動するのを抑えることで、振動モードの分離を可能
にし、これにより片持梁としての寸法設計自由度を高く
とることができる角速度センサを得ることを目的とす
る。

【００５１】請求項３５の発明は片持梁としての振動片
の水平方向の実質剛性を下げることで、検出感度を著し
く向上できる角速度センサを得ることを目的とする。

【００５２】請求項３６の発明は圧電素子の振動により
生じる振動片の垂直方向振動を各対の検出電極の垂直方
向変位による容量和の変化により求めて、この容量和変
化の周波数成分から上記振動片の幅方向の中心軸回りの
角速度を求めることができる角速度検出装置を得ること
を目的とする。

【００５３】請求項３７の発明は検出電極の対向面積が
不変の場合でも、振動片の幅方向の中心軸回りの角速度
を求めることができる角速度検出装置を得ることを目的
とする。

【００５４】請求項３８の発明は１対の検出電極間の容
量和および容量差の比から、振動片の水平方向屈曲振動
の振動速度を所定値に維持することができる角速度検出
装置を得ることを目的とする。

【００５５】請求項３９の発明は圧電素子の制動アドミ
ッタンスと圧電素子に印加される電圧，電流とを用い
て、振動片の水平方向の振動速度を所定値に維持するこ
とができる角速度検出装置を得ることを目的とする。

【００５６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る角
速度センサは、振動片とこれに対向する基板に設けられ
て、上記振動片の水平方向の振動に対し相互に重なり合
う面積が不変な１対の駆動電極と、上記振動片の上記水
平方向の振動に対し相互に重なり合う面積が相互に変化
する少なくとも２対の検出電極とを設けたものである。

【００５７】請求項２の発明に係る角速度センサは、基
板に固定された保持部を有し、該保持部以外では上記基
板に対向して近接配置され、かつ上記基板面に対し水平
方向に曲げ変形する支持片を中途に有すると共に該支持
片より保持部側で上記基板面に対し垂直方向に曲げ変形
する片持梁と、上記保持部側における上記片持梁とこれ
に対向する位置の上記基板にそれぞれ設けられた１対の
駆動電極と、上記支持片より先端部側の上記片持梁およ
びこれに対向する位置の上記基板にそれぞれ設けられ、
上記先端部側の水平方向の振動に対し相互に重なり合う
面積が変化する少なくとも２対の検出電極とを設けたも
のである。

【００５８】請求項３の発明に係る角速度センサは、検
出電極を駆動電極に対して振動片または片持梁の先端部
側に配置したものである。

【００５９】請求項４の発明に係る角速度センサは、振
動片とこれに対向する基板との間に、上記振動片の水平
方向の振動に対し相互に重なり合う面積が変化する２対
の駆動検出電極を設けたものである。

【００６０】請求項５の発明に係る角速度センサは、振
動片を片持梁とし、支持片をその片持梁の一端または途
中に該片持梁の軸線方向に設けたものである。

【００６１】請求項６の発明に係る角速度センサは、振
動片を両持梁とし、支持片をその両持梁の両端にこれの
軸線方向に設け、駆動電極および検出電極、または駆動
検出電極を上記両持梁の幅方向の中心垂直面に対し対称
に配置したものである。

【００６２】請求項７の発明に係る角速度センサは、振
動片または両持梁に形成される複数の検出電極、および
これらに対応して基板側に形成される複数の検出電極の
いずれかを共通検出電極としたものである。

【００６３】請求項８の発明に係る角速度センサは、基
板に固定された保持部を有し、該保持部以外では上記基
板に対向して近接配置され、かつ該基板面に対し垂直方
向に曲げ変形する矩形の振動片と、該矩形の振動片の各
角部に設けられ、上記基板面に対し水平方向に曲げ変形
する支持片と、上記矩形の振動片およびこれに対向する
上記基板にそれぞれ設けられて、上記矩形の振動片の上
記水平方向の振動に対し相互に重なり合う面積が不変な
駆動静電容量部と、上記矩形の振動片の上記水平方向の
振動に対し相互に重なり合う面積が相互に変化する２水
平軸方向の４対の検出電極とを設けたものである。

【００６４】請求項９の発明に係る角速度センサは、矩
形の振動片の水平方向の振動に対し相互に重なり合う面
積が変化する、上記矩形の振動片の中心軸に対し点対称
となる４つの駆動検出電極を設けたものである。

【００６５】請求項１０の発明に係る角速度センサは、
振動片または両持梁に形成される駆動電極および検出電
極、およびこれらに対応して基板側に形成される駆動電
極および検出電極の少なくともいずれか一方を共通電極
としたものである。

【００６６】請求項１１の発明に係る角速度センサは、
振動片上面の一部に共振周波数を調整する重錘を設けた
ものである。

【００６７】請求項１２の発明に係る角速度検出装置
は、振動片およびこれに対向する基板に設けられて、上
記振動片の水平方向の振動に対し相互に重なり合う面積
が不変な１対の駆動電極と、上記振動片の上記水平方向
の振動に対し相互に重なり合う面積が相互に変化する少
なくとも２対の検出電極とを設けて、上記振動片を垂直
方向に共振周波数近傍で振動させた時の、上記各検出電
極間の容量差の上記周波数成分より、角速度検出回路に
よって上記振動片の軸線回りの角速度を検出するように
したものである。

【００６８】請求項１３の発明に係る角速度検出装置
は、基板に固定された保持部を有し、該保持部以外では
上記基板に対向して近接配置され、かつ該基板面に対し
水平方向に曲げ変形する支持片を中途に有すると共に該
支持片より保持部側で上記基板面に対し主に垂直方向に
曲げ変形する片持梁と、上記保持部側における上記片持
梁およびこれに対向する位置の上記基板にそれぞれ設け
られた１対の駆動電極と、上記支持片より先端部側の上
記片持梁およびこれに対向する位置の上記基板にそれぞ
れ設けられ、上記先端部側の水平方向の振動に対し相互
に重なり合う面積が相互に変化する少なくとも２対の検
出電極とを設けて、上記片持梁を垂直方向に共振周波数
近傍で振動させた時の、上記各検出電極間の容量差の上
記周波数成分より、角速度検出回路に上記片持梁の軸線
回りの角速度を検出させるようにしたものである。

【００６９】請求項１４の発明に係る角速度検出装置
は、振動片およびこれに対向する基板との間に、上記振
動片の水平方向の振動に対し相互に重なり合う面積が変
化する２対の駆動検出電極を設け、該２対の駆動検出電
極を同相駆動して上記振動片を垂直方向に共振周波数近
傍で振動させた時の、上記２対の駆動検出電極間の容量
差の上記周波数成分より、角速度検出回路によって上記
振動片の軸線回りの角速度を検出させるようにしたもの
である。

【００７０】請求項１５の発明に係る角速度検出装置
は、基板に固定された保持部を有し、該保持部以外では
上記基板に対向して近接配置され、該基板面に対し垂直
方向に曲げ変形する矩形の振動片と、該矩形の振動片の
各角に設けられて、上記基板面に対し水平方向に曲げ変
形する支持片と、上記矩形の振動片およびこれに対向す
る上記基板にそれぞれ設けられて、上記矩形の振動片の
上記水平方向の振動に対し相互に重なり合う面積が不変
な駆動電極と、上記矩形の振動片の上記水平方向の振動
に対し相互に重なり合う面積が相互に変化する２水平軸
方向の４対の検出電極とを設けて、上記各対の検出電極
間の容量差の上記周波数成分より、角速度検出回路に上
記矩形の振動片の各水平軸回りの角速度を検出させるよ
うにしたものである。

【００７１】請求項１６の発明に係る角速度検出装置
は、矩形の振動片の水平方向の振動に対し相互に重なり
合う面積が変化する、上記矩形の振動片の中心軸に対し
点対称となる４対の駆動検出電極を設け、該各駆動検出
電極を同相駆動して、上記矩形の振動片を垂直方向に共
振周波数近傍で振動させた時の、水平軸方向の２対の駆
動検出電極の容量和を一組とした各組の容量差の上記周
波数成分より、角速度検出回路に上記矩形の振動片の各
水平軸回りの角速度を検出させるようにしたものであ
る。

【００７２】請求項１７の発明に係る角速度センサは、
振動片の片面に設けられ、該振動片を水平方向に伸縮変
位するよう分極された圧電素子を有し、上記振動片下面
と基板に、上記振動片の水平方向の振動に対し相互に重
なり合う面積が変化する少なくとも２対の検出電極を設
けたものである。

【００７３】請求項１８の発明に係る角速度センサは、
支持片を振動片の片持支持側に設けると共に、検出電極
を上記振動片の自由端側に設けたものである。

【００７４】請求項１９の発明に係る角速度センサは、
支持片を振動片の両持支持側に設けると共に、検出電極
を上記振動片の幅方向の中心垂直面に対し対称に設けた
ものである。

【００７５】請求項２０の発明に係る角速度センサは、
支持片を振動片の中途に設けると共に、圧電素子を上記
支持片より保持部側の上記振動片に設け、検出電極を上
記支持片より先端部側の、上記振動片の幅方向の中心垂
直面に対して対称に配置したものである。

【００７６】請求項２１の発明に係る角速度センサは、
基板に固定された保持部を有し、該保持部以外では上記
基板の片面に対向して近接配置され、かつ該基板面に対
し主に垂直方向に曲げ変形する矩形の振動片と、該矩形
の振動片の各角部に設けられ、上記基板面に対し水平方
向に変形する支持片と、上記矩形の振動片の片面に設け
られこれの中心から周囲方向に伸縮変位するよう分極さ
れた圧電素子とを設け、上記矩形の振動片および上記基
板に、それぞれ上記矩形の振動片の各水平方向の振動に
対し各水平方向に相互に重なり合う面積が変化する２水
平軸方向の４対の検出電極を設けたものである。

【００７７】請求項２２の発明に係る角速度センサは、
矩形の振動片の水平軸方向の振動に対し相互に重なり合
う面積が変化する、上記矩形の振動片の中心軸に対し点
対称となる４対の検出電極を設けたものである。

【００７８】請求項２３の発明に係る角速度センサは、
振動片の一部に共振周波数を調整する重錘を設けたもの
である。

【００７９】請求項２４の発明に係る角速度センサは、
片持梁や両持梁または矩形の振動片に形成される複数の
検出電極を共通電極としたものである。

【００８０】請求項２５の発明に係る角速度検出装置
は、振動片の片面に設けられ該振動片を所定方向に伸縮
変位するよう分極された圧電素子と、上記振動片と基板
に設けられ、上記振動片の水平方向の振動に対し相互に
重なり合う面積が変化する少なくとも２対の検出電極と
を設けて、上記圧電素子を駆動して上記振動片を垂直方
向に共振周波数近傍で振動させた時の、上記各検出電極
間の容量差の上記周波数成分より、角速度検出回路によ
って上記振動片の軸線回りの角速度を検出するようにし
たものである。

【００８１】請求項２６の発明に係る角速度検出装置
は、基板に固定された保持部を有し、該保持部以外では
上記基板の片面に対向して近接配置され、かつ該基板面
に対し主に垂直方向に変形する矩形の振動片と、該矩形
の振動片の各角部に設けられた、上記基板面に対し水平
方向に変形する支持片と、上記矩形の振動片の片面に設
けられこれの中心から周囲方向に伸縮変位するよう分極
された圧電素子とを設け、該圧電素子を駆動し上記振動
片を垂直方向に共振周波数近傍で振動させた時の、各対
の検出電極間の容量差の上記周波数成分より、角速度検
出回路によって上記矩形の振動片の各水平軸回りの角速
度を検出するようにしたものである。

【００８２】請求項２７の発明に係る角速度検出装置
は、矩形の振動片の水平軸方向の振動に対し相互に重な
り合う面積が変化する、上記矩形の振動片の中心軸に対
し点対称となる４対の検出電極を設け、圧電素子を駆動
して上記矩形の振動片を垂直方向に共振周波数近傍で振
動させた時の、上記各水平軸方向の２対の検出電極間の
容量和を一組とした各組の容量差の上記周波数成分よ
り、角速度検出回路によって上記矩形の振動片の各水平
軸回りの角速度を検出するようにしたものである。

【００８３】請求項２８の発明に係る角速度センサは、
細長の振動片の片面に該振動片の軸方向の中心垂直面に
対称に設けられ、上下２対の電極により圧電膜を挟持す
るよう積層されて、上記振動片を水平方向に伸縮変位す
るように分極された圧電素子を設け、上記振動片および
上記基板に、上記振動片の水平方向の振動に対し相互に
重なり合う面積が変化する２対の検出電極をそれぞれ設
けたものである。

【００８４】請求項２９の発明に係る角速度センサは、
振動片および基板に、上記振動片の水平方向の振動に対
し対向面積が不変な１対の検出電極をそれぞれ形成した
ものである。

【００８５】請求項３０の発明に係る角速度センサは、
圧電素子の２対の電極のうち、圧電素子の少なくとも片
面側の電極を共通化したものである。

【００８６】請求項３１の発明に係る角速度センサは、
圧電素子を、各１対の電極間に各一の圧電膜を挟持する
ように積層し、かつ振動片の幅方向の中心垂直面に対称
に配置したものである。

【００８７】請求項３２の発明に係る角速度センサは、
振動片を片持梁とし、支持片を上記振動片の片持支持側
に設けると共に、検出電極を上記振動片の自由端側に設
けたものである。

【００８８】請求項３３の発明に係る角速度センサは、
振動片を両持梁とし、支持片を上記振動片の両持支持側
に設けると共に、検出電極を上記振動片の幅方向の中心
垂直面に対称に設けたものである。

【００８９】請求項３４の発明に係る角速度センサは、
振動片を片持梁とし、支持片を上記振動片の中途に設け
て、該支持片より先端部側の垂直方向曲げ剛性を、該支
持片より保持部側の垂直方向曲げ剛性より小にすると共
に、圧電素子を上記保持部側に設け、検出電極を上記先
端部側に設けたものである。

【００９０】請求項３５の発明に係る角速度センサは、
振動片の一部に、該振動片の幅方向の中心垂直面に沿っ
て貫通部を設けたものである。

【００９１】請求項３６の発明に係る角速度検出装置
は、振動片の水平方向の振動に対し相互に重なり合う面
積が変化する２対の検出電極を設け、角速度検出回路
に、圧電素子を駆動して上記振動片を水平方向に共振周
波数近傍で屈曲振動させた時の、各対の検出電極間の容
量和の上記周波数成分より上記振動片の軸線回りの角速
度を検出するさせるようにしたものである。

【００９２】請求項３７の発明に係る角速度検出装置
は、振動片の水平方向の振動に対し対向面積が不変な１
対の検出電極を設け、角速度検出回路に、圧電素子を駆
動して上記振動片を水平方向に共振周波数近傍で屈曲振
動させた時の、上記検出電極間の容量の上記周波数成分
より、上記振動片の軸線回りの角速度を検出させるよう
にしたものである。

【００９３】請求項３８の発明に係る角速度検出装置
は、角速度検出回路に、各対の検出電極間の容量和に対
する容量差の比が一定となるように、駆動電圧あるいは
駆動電流を制御して圧電素子を所定振動速度で駆動させ
るようにしたものである。

【００９４】請求項３９の発明に係る角速度検出装置
は、角速度検出回路に、圧電素子に印加される電流と、
上記圧電素子に印加される電圧および該圧電素子の制動
アドミッタンスの積との差が所定値となるように、上記
電圧あるいは電流を制御して、上記圧電素子を所定振動
速度で駆動させるようにしたものである。

【００９５】

【作用】請求項１の発明における角速度センサは、駆動
電極を駆動して振動片を基板面に対し垂直方向にその振
動片の共振周波数近傍で振動させ、上記振動片の軸線回
りにかかる角速度と上記垂直方向の振動に基づくコリオ
リ力により支持片の弾性に依存して生ずる振動片の軸線
に直角な水平軸方向振動を、検出電極間の容量差として
取り出せるようにする。

【００９６】請求項２の発明における角速度センサは、
片持梁の基部をＸ軸方向に振動しないようにし、一方、
片持梁の先部を支持片のＸ方向曲げ弾性によりＸ軸方向
のコリオリ力で振動可能にすることで、振動モードの分
離を可能にする。

【００９７】請求項３の発明における角速度センサは、
片持梁のＸ軸方向に屈曲振動する支持片から検出電極ま
での距離を長くとることで、振動時の検出電極のＸ軸方
向変位を大きくし、検出電極間の容量の差を大きくす
る。

【００９８】請求項４の発明における角速度センサは、
２対の駆動検出電極を同相で駆動して振動片を基板面に
対し垂直方向に共振周波数近傍で振動させ、振動片の軸
線回りにかかる角速度と上記垂直方向振動に基づくコリ
オリ力により振動片の支持片の弾性に依存して生ずる振
動片の軸線に直角な水平方向の振動を、上記２対の駆動
検出電極間の容量差として取り出せるようにする。

【００９９】請求項５の発明における角速度センサは、
支持片が片持梁の変位を許容し、検出電極によるこの変
位検出を高感度で行えるようにする。

【０１００】請求項６の発明における角速度センサは、
２つの支持片で両持梁を支承することで、衝撃に対して
この両持梁の機械的強度を十分に確保できるようにす
る。

【０１０１】請求項７の発明における角速度センサは、
振動片，片持梁または両持梁、および基板のそれぞれに
形成される各検出電極を共通化することで、支持片など
を通るリードの本数を少なくして、配線を簡単にすると
ともに、電極形成時のマスキングを単純化し、リード間
の浮遊容量を低減可能にする。

【０１０２】請求項８の発明における角速度センサは、
駆動電極を駆動して矩形の振動片を基板面に対し垂直方
向に矩形の振動片の共振周波数近傍で振動させ、矩形の
振動片の各水平軸回りにかかる角速度と上記垂直方向の
振動に基づくコリオリ力により矩形の振動片の支持片の
弾性に依存して生ずる矩形の振動片の各水平軸に各々直
角な水平軸方向の振動を、各対の検出電極間の容量差と
して取り出せるようにする。

【０１０３】請求項９の発明における角速度センサは、
矩形の振動片の中心軸に対し点対称となる４対の駆動検
出電極を同相で駆動して、上記矩形の振動片を基板面に
対し垂直方向にその矩形の振動片の共振周波数近傍で振
動させ、矩形の振動片の各水平軸方向回りにかかる角速
度と上記垂直方向振動に基づくコリオリ力により矩形の
振動片の支持片の弾性に依存して生ずる矩形の振動片の
各水平軸に各々直角な水平軸方向振動を、各水平軸方向
の２対の駆動検出電極間の容量和を一組とした各組の容
量差として取り出せるようにする。

【０１０４】請求項１０の発明における角速度センサ
は、振動片，両持梁あるいは基板に形成される駆動電極
および検出電極を共通電極とすることで、電極数を削減
し、配線を簡単にするとともに、電極形成時のマスキン
グの単純化およびリード間の浮遊容量の低減を図れるよ
うにする。

【０１０５】請求項１１の発明における角速度センサ
は、振動片または矩形の振動片に設けた重錘により、こ
れらの各振動片の共振周波数を調整可能にする。

【０１０６】請求項１２の発明における角速度検出装置
は、駆動電極を駆動して振動片を基板面に対し垂直方向
に振動片の共振周波数近傍で振動させ、その振動片の軸
線回りにかかる角速度と上記垂直方向の振動に基づくコ
リオリ力により支持片の弾性に依存して生ずる振動片の
軸線に直角な水平軸方向の振動を、角速度検出回路を用
いて、各検出電極間の容量差の上記周波数成分により検
出して、振動片の軸線回りの角速度を検出する。

【０１０７】請求項１３の発明における角速度検出装置
は、片持梁の基部をＸ軸方向に振動しないようにし、一
方、片持梁の先部を支持片のＸ方向曲げ弾性によりＸ軸
方向のコリオリ力で振動可能にすることで、振動モード
の分離を可能にし、演算処理によって角速度を高精度に
検出する。

【０１０８】請求項１４の発明における角速度検出装置
は、２対の駆動検出電極を同相で駆動して振動片を基板
面に対し垂直方向に共振周波数近傍で振動させ、振動片
の軸線回りにかかる角速度と上記垂直方向振動に基づく
コリオリ力により振動片の支持片の弾性に依存して生ず
る振動片の軸線に直角な水平方向の振動を、角速度検出
回路を用いて、上記２対の駆動検出電極間の容量差の上
記周波数成分により検出して、振動片の軸線回りの角速
度を検出する。

【０１０９】請求項１５の発明における角速度検出装置
は、駆動電極を駆動して矩形の振動片を基板面に対し垂
直方向に矩形の振動片の共振周波数近傍で振動させ、矩
形の振動片の各水平軸回りにかかる角速度と上記垂直方
向の振動に基づくコリオリ力により矩形の振動片の支持
片の弾性に依存して生ずる矩形の振動片の各水平軸に各
々直角な水平軸方向の振動を、角速度検出回路を用い
て、各対の検出電極間の容量差の上記周波数成分により
検出して、矩形の振動片の各水平軸回りの角速度を検出
する。

【０１１０】請求項１６の発明における角速度検出装置
は、矩形の振動片の中心軸に対し点対称となる４対の駆
動検出電極を同相で駆動して、上記矩形の振動片を基板
面に対し垂直方向にこの矩形の振動片の共振周波数近傍
で振動させ、矩形の振動片の各水平軸回りにかかる角速
度と上記垂直方向の振動に基づくコリオリ力により支持
片の弾性に依存して生ずる矩形の振動片の各水平軸に各
々直角な水平軸方向の振動を、角速度検出回路によっ
て、各水平軸方向の２対の駆動検出電極間の容量和を一
組とした各組の容量差の上記周波数成分により検出し
て、矩形の振動片の各水平軸回りの角速度を検出する。

【０１１１】請求項１７の発明における角速度センサ
は、圧電素子を駆動して、振動片の所定方向への圧電素
子の伸縮振動により、上記振動片を基板面に対し垂直に
該振動片の共振周波数近傍で振動させ、該振動片の軸線
回りにかかる角速度と上記垂直方向振動に基づくコリオ
リ力により、支持片の弾性に依存して生ずる振動片の軸
線に直角な水平軸方向振動を、該振動片の水平方向変位
により生じる検出電極間の容量差として求める。

【０１１２】請求項１８の発明における角速度センサ
は、支持片が片持梁の変位を助長し、検出電極間におけ
る静電容量の変化を高感度検出を可能にする。

【０１１３】請求項１９の発明における角速度センサ
は、２つの支持片にて振動片を支持するため、この振動
片の変位を助けながら機械的支持強度を高めるように機
能する。

【０１１４】請求項２０の発明における角速度センサ
は、振動が抑えられている片持梁基部に対して片持梁先
部の振動モードを分離可能にし、正確な振動変位の容量
変化による検出を行えるようにするとともに、片持梁の
寸法上の設計自由度を向上する。

【０１１５】請求項２１の発明における角速度センサ
は、圧電素子を駆動して、矩形の振動片の中心から周囲
方向への圧電素子の伸縮運動により、その矩形の振動片
を基板面に対し垂直方向に矩形の振動片の共振周波数近
傍で振動させ、上記矩形の振動片の２水平軸回りにかか
る角速度と垂直方向振動に基づくコリオリ力により支持
片の弾性に依存して生ずる矩形の振動片の各水平軸に各
々直角な水平軸方向振動を、上記矩形の振動片の水平方
向変位により生じる各対の検出電極間の容量差として求
める。

【０１１６】請求項２２の発明における角速度センサ
は、矩形の振動片の２水平軸の各々に直角な水平軸方向
振動を、各水平軸方向の２対の検出電極間の容量和をと
ることにより一軸方向の容量差を除去し、次に上記容量
和の容量差として求める。

【０１１７】請求項２３の発明における角速度センサ
は、振動片の片面に設けた重錘により、該振動片の共振
周波数を調整する。

【０１１８】請求項２４の発明における角速度センサ
は、検出電極を共通化することで、支持片などを通るリ
ードの本数を少なくして、配線作業を容易化し、配線を
簡素化するとともに、上記検出電極形成時のマスキング
を単純化し、さらにリード間の浮遊容量を低減する。

【０１１９】請求項２５の発明における角速度検出装置
は、支持片の弾性に依存して生ずる振動片の軸線に直角
な水平軸方向振動を、角速度検出回路による演算によ
り、該振動片の水平方向変位により生じる各対の検出電
極間の容量差として求める。

【０１２０】請求項２６の発明における角速度検出装置
は、支持片の弾性に依存して生ずる矩形の振動片の各水
平軸に各々直角な水平軸方向振動を、角速度検出回路に
よる演算により、上記矩形の振動片の水平方向変位によ
り生じる各対の検出電極間の容量差として求め、この容
量差の上記周波数成分より、矩形の振動片の各水平軸回
りの角速度を検出する。

【０１２１】請求項２７の発明における角速度検出装置
は、矩形の振動片の各水平軸に各々直角な水平軸方向振
動を、角速度検出回路による演算により、各水平軸方向
の２対の検出電極間の容量和として求めることにより一
軸方向の容量差を除去し、上記容量和の容量差を求め
て、この容量差の上記周波数成分より、上記矩形の振動
片の各水平軸回りの角速度を検出する。

【０１２２】請求項２８の発明における角速度センサ
は、圧電素子の駆動により細長の振動片を基板面に対し
水平方向に共振周波数で屈曲振動させ、上記振動片の軸
線回りに作用する角速度によるコリオリ力により、振動
片が上記軸線に直角に垂直方向に振動変位し、この振動
変位による検出電極間に静電容量の変化を生じさせ、こ
の変化を角速度データとして利用可能にする。

【０１２３】請求項２９の発明における角速度センサ
は、検出電極間の静電容量を各電極間距離に対してのみ
変化するようにし、かつ検出電極の出力数を少なくする
ことで、角速度検出回路の構成を簡略化できるほか、リ
ード線数の削減により電極形成時のマスクパターンを単
純化可能にする。

【０１２４】請求項３０の発明における角速度センサ
は、圧電素子を同一方向に分極し、２つの電極と圧電体
を挟んで対向する共通電極との間に互いに逆方向の電圧
を印加するか、あるいは、２つの電極と対向する共通電
極間の圧電体の分極を逆向きに設定し同一の電圧を印加
するかして、細長の振動片を水平方向に屈曲振動させ
る。

【０１２５】請求項３１の発明における角速度センサ
は、同一方向に分極した１対の圧電素子に互いに逆方向
の電圧を印加するか、あるいは、互いに逆方向に分極し
た１対の圧電素子に同一の電圧を印加するかして、細長
の振動片を水平方向に屈曲振動させる。

【０１２６】請求項３２の発明における角速度センサ
は、片持梁である振動片を、これの上に設けた圧電素子
により基板面に水平に屈曲振動させ、振動片の軸線回り
の角速度印加時に、振動片の固定端側に設けられた支持
片の垂直方向弾性に依存して生ずる振動片の垂直方向振
動を、その振動片の自由端側に設けた検出電極間の静電
容量により検知して、角速度を検出する。

【０１２７】請求項３３の発明における角速度センサ
は、両持梁を、これの上に設けた圧電素子により基板面
に水平に屈曲振動させ、その両持梁の軸線回りの角速度
印加時に、両持梁の固定端側に設けられた支持片の垂直
方向弾性に依存して生ずる両持梁の垂直方向振動を、両
持梁の軸線に垂直な中心線に対称に設けた検出電極間の
静電容量により検知して、角速度を検出する。

【０１２８】請求項３４の発明における角速度センサ
は、片持梁の基部を、その上に設けられた圧電素子によ
り基板面に水平に屈曲振動させ、その片持梁の軸線回り
の角速度印加時に、片持梁の中途に設けられた支持片の
垂直方向弾性に依存して生ずる片持梁の先部の垂直方向
振動を、その片持梁の先部に設けた検出電極間の静電容
量により検知して、角速度を検出する。

【０１２９】請求項３５の発明における角速度センサ
は、細長の振動片の延長軸に沿って設けた貫通部によ
り、その振動片の水平方向の実効剛性を低下させる。

【０１３０】請求項３６の発明における角速度検出装置
は、圧電素子を角速度検出回路の駆動制御回路により駆
動して、振動片の軸線を境界としてこの軸線方向に互い
に反対向きに伸縮する圧電素子の振動により、細長の上
記振動片を基板面に水平に、振動片の共振周波数近傍で
屈曲振動させ、その振動片の上記軸線回りにかかる角速
度と上記水平方向振動に基づくコリオリ力により、振動
片の支持片の弾性に依存して生ずる振動片の垂直方向振
動を、この振動片の垂直方向変位により生じる１対の検
出電極間の容量和変化により求め、この容量和変化の上
記周波数成分を検出して、振動片の軸線回りの角速度を
検出する。

【０１３１】請求項３７の発明における角速度検出装置
は、圧電素子を角速度検出回路の駆動制御回路により駆
動して、細長の振動片を基板面に水平に振動片の共振周
波数近傍で屈曲振動させ、その振動片の軸線回りの角速
度印加時に生ずる振動片の垂直方向振動を、振動片の水
平方向振動に対し対向面積が不変な１対の検出電極間の
容量変化により求め、この容量変化の上記周波数成分を
検出して、振動片の軸線回りの角速度を検出する。

【０１３２】請求項３８の発明における角速度検出装置
は、１対の検出電極間の容量和に対する容量差の比によ
り、振動片の垂直方向振動を検出して、この比が一定と
なるよう圧電素子の駆動電圧あるいは駆動電流を制御し
て圧電素子を駆動し、上記振動片の水平方向の屈曲振動
の振動速度を所定値に維持する。

【０１３３】請求項３９の発明における角速度検出装置
は、圧電素子に印加される電圧Ｖ，電流Ｉを検出し、圧
電素子の制動アドミッタンスをＹｄとして、Ｉ−Ｙｄ×
Ｖが所定値となるよう、圧電素子の駆動電圧あるいは駆
動電流を制御して圧電素子を駆動し、細長の振動片の水
平方向屈曲振動の振動速度を所定値に維持する。

【０１３４】

【実施例】 実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１，図２および図３において、１はＸ―Ｚ座標
面内に水平に配置された基板としてのシリコン基板（以
下、Ｓｉ基板という）、２はこのＳｉ基板１と平行に近
接配置され、少なくとも一部がＳｉ基板１に対し主に垂
直方向、すなわちＹ軸方向に曲げ変形する振動片として
の平板状の片持梁（振動片）、３はこの片持梁２の一端
にこれの軸線Ｇ方向、すなわち、片持梁２の幅方向の中
心を通る中心方向に設けられ、Ｓｉ基板１に対し水平方
向、すなわちＸ軸方向に曲げ変形する支持片、３ａはこ
の支持片３を介して片持梁２を保持する保持部で、下面
はＳｉ基板１上に固定されている。４は片持梁２の先側
のＳｉ基板１との対向面に設けられた片側の駆動電極、
５はＳｉ基板１上に駆動電極４と対向して設けられた他
側の駆動電極である。なお、図１では振動の方向を、Ｘ
軸およびＺ軸のＸ―Ｚ座標系を、図２ではＹ軸およびＸ
軸のＹ―Ｘ座標系をそれぞれ用いて示してあり、図３以
下ではこれらの座標系を中心に構成，動作を述べる。

【０１３５】また、６ａ，６ｂは片持梁２の保持部３ａ
側のＳｉ基板１との対向面に設けられた片側の検出電
極、７ａ，７ｂはＳｉ基板１上に各々検出電極６ａ，６
ｂと対向して設けられた他側の検出電極であり、６ａ，
７ａで第１の検出電極対が、６ｂ，７ｂで第２の検出電
極対がそれぞれ構成される。

【０１３６】ここで、駆動電極５は駆動電極４の全体を
覆うように幅、長さ共大きく形成されており、Ｘ軸方向
への片持梁２の振動に対し静電容量が変化せず、駆動静
電容量部Ｐとしての駆動電極４，５間の静電容量Ｃｄ
は、駆動電極４，５間の距離をＤ、各電極４，５間の媒
質の誘電率をε、電極間の対向面積をＳとすると、材
質，形状によって決定されるεＳを定数Ｋとおいて、Ｃ
ｄ＝εＳ／Ｄ＝Ｋ／Ｄとなり、距離Ｄのみに依存する。

【０１３７】また、片側の検出電極６ａ，６ｂは幅Ｌが
他側の検出電極７ａ，７ｂの幅より狭く、長さ方向はＸ
軸方向に互いに反対方向にずらせて静止時同一重なり長
さＸｏとなるように形成されており、検出静電容量部Ｑ
としての第１の検出電極対６ａ，７ａ間および第２の検
出電極対６ｂ，７ｂ間の各静電容量Ｃｍａ，Ｃｍｂは、
片持梁２のＸ方向変位に対し各々大きさが異なり、静止
位置からのＸ方向変位をΔＸとすると、Ｃｍａ＝εＬ
（Ｘｏ−ΔＸ）／Ｄ，Ｃｍｂ＝εＬ（Ｘｏ＋ΔＸ）／Ｄ
となる。従って、各電極６ａ，７ａ間および電極６ｂ，
７ｂ間の静電容量の差ΔＣｍは、ΔＣｍ＝Ｃｍｂ−Ｃｍ
ａ＝２εＬΔＸ／Ｄとなり、片持梁２のＸ方向変位ΔＸ
に比例する。

【０１３８】図４は角速度センサの製造工程図であり、
表面マイクロマシニング技術を用いてＳｉ基板１上に薄
膜を積層して片持梁２を形成した検出部の例を示してい
る。まず、工程（Ａ）においてＳｉ基板１上に絶縁層と
なる第１のシリコン酸化膜（以下、ＳｉＯ₂ 膜という）
４０ａをＣＶＤ法により形成し、工程（Ｂ）において第
１のＳｉＯ₂ 膜４０ａ上にＡｌ等の金属電極を蒸着法あ
るいはスパッタ法を用いて積層し、電極５，７ａ，７ｂ
を形成する。

【０１３９】次に、工程（Ｃ）で片持梁２とＳｉ基板１
との間隙を形成する犠牲層としての第１のポリＳｉ層４
１を片持梁２の保持部３ａ部分を残してＣＶＤ法により
積層した後、工程（Ｄ）でこの第１のポリＳｉ層４１上
に電極４，６ａ，６ｂを工程（Ｂ）と同様の方法で形成
し、工程（Ｅ）でこの上に片持梁２の下層を形成する第
２のＳｉＯ₂ 膜４０ｂを図１の平面外形形状のマスクを
用いて積層する。

【０１４０】さらに、工程（Ｆ）でかかる第２のＳｉＯ
₂ 膜４０ｂ上に片持梁２の中心層となる第２のポリＳｉ
層４２を上記マスクより若干面積の狭いマスクを用いて
積層し、工程（Ｇ）で再度工程（Ｅ）のマスクを用いて
第３のＳｉＯ₂ 膜４０ｃを、第２のポリＳｉ層４２を包
むように積層して、片持梁２の上層を形成する。

【０１４１】最後に工程（Ｈ）でＨＦ系水溶液等のエッ
チャントにより犠牲層である第１のポリＳｉ層４１を選
択エッチングし、駆動，検出静電容量部となる間隙４３
を形成し、保持部３ａ側に支持片３を有する片持梁２を
作製する。

【０１４２】かかる方式によれば、例えば振動片の幅数
十μ、長さ数百μ、厚さ数μ以内の微小な角速度検出部
を作製できると共に、静電容量部を形成する間隙が振動
片の片側面のみにあるため構造も簡単で工程数も少なく
てすむという利点がある。

【０１４３】上記実施例では、ポリＳｉで犠牲層および
振動片の中心層を、ＳｉＯ₂ で振動片の外殻と電極絶縁
層を形成したが、実施例とは逆に犠牲層および振動片の
中心層をＳｉＯ₂ で、振動片の外殻と電極絶縁層をポリ
Ｓｉで形成しても良い。但し、この場合金属電極に接す
るポリＳｉは絶縁性を上げるためにＰ型不純物を高濃度
で添加したＰドープドポリＳｉを使用する。さらに、Ｓ
ｉＯ₂ の代わりにシリコン窒化膜（Ｓｉ₃ Ｎ₄ 膜）を用
いてもよいし、Ｓｉ基板１の代わりにサファイア基板等
他の材質の基板を用いても良い。

【０１４４】また、上記実施例では表面マイクロマシニ
ング技術を用いて基板１上に薄膜を積層して片持梁２を
形成する例を示したが、バルクマイクロマシニング技術
を用いて同様の構造を得る事もできる。

【０１４５】例えば、図示しないがＳｉ基板１の片持梁
２との対向部をエッチングして間隙４３となる段差を形
成した後、この段差の低部に電極５，７ａ，７ｂをｎ型
不純物ドープ、金属蒸着等で形成した下部部材と、他の
Ｓｉ基板上に電極４，６ａ，６ｂを同様な方法で形成し
た後エッチングして片持梁２の形状に切り出した上部部
材を接合する等の方法によっても作製できる。

【０１４６】かかる方法では、片持梁２の大きさは上記
薄膜積層方式の場合ほど小さくはできないが、薄膜積層
方式の場合と比較し構造が簡単で工程数も少なくてすむ
という利点がある。

【０１４７】次に、かかる実施例の角速度センサを持つ
角速度検出装置について、図５を用いて説明する。図に
おいて、５０は駆動電極４，５に接続された駆動回路、
５１は検出電極６ａ，６ｂに接続された電源回路、５２
ａは第１の検出電極対６ａ，７ａに接続された第１の容
量／電圧変換回路、５２ｂは第２の検出電極対６ｂ，７
ｂに接続された第２の容量／電圧変換回路、５３は加算
回路、５４は駆動制御回路、５５は差動回路、５６は検
波回路、５７は出力調整回路である。Ｑは検出電極６
ａ，７ａ間および６ｂ，７ｂ間の検出静電容量部を示
す。また、Ｒは角速度検出回路である。

【０１４８】次に動作について説明する。まず、駆動回
路５０は駆動電極４，５間に交番電圧を印加し、これら
の各駆動電極４，５間に駆動力Ｆｄを発生させ、片持梁
２を図のＹ方向にその共振周波数で振動させる。この
時、Ｙ方向の駆動による変位は上記の式のＹで与えら
れ、ｋ１は片持梁２とその支持片３のバネ剛性，等価長
等により決まる定数であり、ｋ２は駆動電圧Ｖｏ，駆動
電極間の距離Ｄ，対向面積Ｓで決まる定数となる。

【０１４９】かかるＹ方向振動により検出電極６ａ，７
ａ間および検出電極６ｂ，７ｂ間の静電容量Ｃｍａ，Ｃ
ｍｂは電極間隔Ｄの変化に従い変化する。かかる静電容
量Ｃｍａ，Ｃｍｂの変化は電源回路５１から上記各静電
容量に供給される微小な検出電流により各容量／電圧変
換回路５２ａ，５２ｂで検出され、各々電圧Ｖｍａ，Ｖ
ｍｂに変換される。

【０１５０】このような状態において、片持梁２の軸
線、即ち図のＺ軸回りに角速度Ωが作用すると、片持梁
２にはその等価質量ｍとして図のＸ軸方向に上記式で示
されるコリオリ力Ｆｃが働く。このコリオリ力Ｆｃによ
り片持梁２はその支持片３のＸ軸方向剛性に依存してＸ
方向に振動し、その振動変位ΔＸは角速度Ωに比例す
る。片持梁２がＸ軸方向に振動変位すると、静電容量Ｃ
ｍａ，Ｃｍｂが上記式に示すように変化し、静電容量の
差ΔＣｍは上記式に示すように振動変位ΔＸ即ち角速度
Ωに比例する。

【０１５１】ここで、各静電容量Ｃｍａ，Ｃｍｂに相当
する電圧Ｖｍａ，Ｖｍｂは、加算回路５３で加算され、
片持梁２の振動振幅ΔＤに相当する電圧（Ｖｍａ＋Ｖｍ
ｂ）が求められ、駆動制御回路５４はこの加算結果が所
定の一定値となるよう駆動回路５０を帰還制御して、片
持梁２の上記式で示されるＹ方向振動速度ｖ_Y が常に一
定値ｖ_C となるよう制御するとともに、静電容量の差に
相当する電圧ΔＶｍ（＝Ｖｍａ−Ｖｍｂ）を差動回路５
５で求める。

【０１５２】さらに、検波回路５６で駆動回路５０より
の信号を基に検波を行って角速度Ωに比例したＸ方向振
動変位ΔＸを求め、出力調整回路５７で適当な出力範囲
となるよう増幅を行い、角速度信号ＶΩとして出力す
る。ここで、駆動速度ｖ_Y を制御する帰還信号（Ｖｍａ
＋Ｖｍｂ）は、ΔＸに依存せず、コリオリ力Ｆｃには影
響されない。

【０１５３】かかる実施例においては、駆動電極間の電
界方向と駆動による振動方向が一致するため、駆動電圧
に対するＹ方向の静電力が大きく、角速度検出感度／駆
動電圧比が大きいという利点がある。また、従来と異な
り片持梁２の厚さや断面積は検出感度に関係しないた
め、片持梁２を薄く、小さく構成できるという利点もあ
る。さらには、従来の如くＸ軸方向振動時にコリオリ力
Ｆｃへの駆動力Ｆｄの成分重畳がないため、角速度Ωが
正確に検出できる。

【０１５４】実施例２．図６は角速度センサの他の実施
例を示し、ここでは、検出電極６ａ，７ａ間および検出
電極６ｂ，７ｂ間の検出静電容量部Ｑを、実施例１と異
なり片持梁２の先端側に配したものである。かかる実施
例によれば、Ｘ軸方向に屈曲振動する支持片３から上記
検出静電容量部Ｑまでの距離が長くとれるため、振動時
の検出電極のＸ軸方向変位ΔＸが大となり、検出電極間
容量Ｑの差ΔＣｍが大きくなって角速度検出感度をさら
に向上できる。

【０１５５】実施例３．図７は角速度センサのさらに他
の実施例を示し、ここでは片側の検出電極を共通化した
例を示している。図において、８は片持梁２に配置した
上記のような検出電極６ａと６ｂを一つにまとめた共通
検出電極であり、図５の電源回路５１，容量／電圧変換
回路５２ａ，５２ｂに接続され、この共通検出電極８と
検出電極７ａ，７ｂ間に形成される静電容量の差ΔＣｍ
により角速度Ωが検出される。

【０１５６】即ち、かかる実施例によれば検出電極の一
方を共通化したため、支持片３を通るリードの本数を少
なくでき、配線が簡単になると共に、電極形成時のマス
キングを単純化でき、リード間の浮遊容量の影響も低減
できるという利点がある。

【０１５７】実施例４．図８は角速度センサのさらに他
の実施例を示し、ここでは片側の駆動電極および検出電
極を共通化した例を示している。図において、９は片持
梁２に配置した上記のような駆動電極４と検出電極６
ａ，６ｂを一つにまとめた共通電極である。図示しない
が、共通電極９はアースに接続され、他側の駆動電極５
は駆動回路５０に、他側の検出電極７ａ，７ｂは各々電
源回路５１，容量／電圧変換回路５２ａ，５２ｂに接続
される。かかる実施例においては、さらに配線が簡単に
なると共に、電極形成時のマスキングをさらに一段と単
純化できるという利点がある。

【０１５８】実施例５．図９は角速度センサの他の実施
例を示し、ここでは支持片を片持梁の中途に設けた例を
示している。図において、２１はＳｉ基板１と平行に近
接配置され、このＳｉ基板１に対し主に垂直方向に曲げ
変形する片持梁２の一部としての平板状の片持梁基部、
２２は同様にＳｉ基板１と平行に近接配置された曲げに
対する剛性の高い、片持梁２の一部としての平板状の片
持梁先部、３１は片持梁基部２１と片持梁先部２２とを
結び水平方向に曲げ変形する支持片である。また、片持
梁基部２１はこれを支持する保持部２１ａ側に一体連設
されている。

【０１５９】また、駆動電極４は片持梁基部２１のＳｉ
基板１との対向面に設けられ、検出電極６ａ，６ｂは片
持梁先部２２のＳｉ基板１との対向面に片持梁の軸線Ｇ
に対称に設けられており、他側の駆動電極４，検出電極
７ａ，７ｂは各々駆動電極４，検出電極６ａ，６ｂに対
応してＳｉ基板１上に対向配置される。

【０１６０】かかる実施例では、駆動電極４，５間に交
番電圧を加えて片持梁基部２１をＳｉ基板１に対し垂直
方向（Ｙ方向）に振動させ、片持梁先部２２をこれに連
動させて同様にＹ方向に振動させる。この状態で振動片
２の軸線Ｇ回りに角速度Ωが作用すると、片持梁先部２
２は支持片３１のＸ方向曲げ弾性によりＸ軸方向のコリ
オリ力で変位して振動するため、検出電極６ａ，７ａ間
と６ｂ，７ｂ間の静電容量が相互に変化する。従って、
同様に図５に示す検出回路を用いて上記静電容量の差よ
り角速度Ωを検出できる。

【０１６１】かかる実施例においては、片持梁基部２１
がＸ軸方向に振動しないため、振動モードの分離ができ
るとともに、振動片２の寸法設計自由度が高くなるとい
う利点がある。

【０１６２】実施例６．図１０は角速度センサ片持梁検
出部のさらに他の実施例を示し、ここでは片持梁２の一
部である片持梁基部２１の駆動電極４と上記片持梁２の
一部である片持梁先部２２の検出電極６ａ，６ｂをまと
めて共通電極９としたものである。かかる実施例におい
ても、上記実施例５と同様に角速度Ωを検出できると共
に、実施例４と同様の効果がある。

【０１６３】実施例７．図１１はこの発明の角速度セン
サの検出部が両持梁である場合の実施例を示し、図にお
いて、２３はＳｉ基板１と平行に近接配置され、該Ｓｉ
基板１に対し主に垂直方向に曲げ変形する振動片として
の平板状の両持梁、３２はこの両持梁２３の両端と各保
持部３２ａとを結び、上記Ｓｉ基板１に対し垂直方向に
曲げ変形すると共に水平方向にも曲げ変形する支持片で
ある。

【０１６４】検出電極６ａと６ｂは両持梁２３のＳｉ基
板１に対向する面の中央にその両持梁２３の軸線Ｇに対
し対称に配置され、駆動電極４は検出電極６ａ，６ｂを
挟み両持梁２３の両端側に分離して設けられる。他側の
検出電極７ａ，７ｂ、他側の駆動電極５は、各々実施例
１と同様にＳｉ基板１上に両持梁２３上の各電極６ａ，
６ｂ，４に対して対向配置される。なお、かかる角速度
センサも図４と同じ製造工程にて作製できる。

【０１６５】また、角速度Ωの検出は、図５の検出回路
を用いて行われ、分離した駆動電極４，５には同じ駆動
電圧が与えられる。かかる実施例においても実施例１と
同様な効果があると共に、衝撃に対する機械的強度が得
られる点で有利である。

【０１６６】実施例８．図１２は角速度センサの検出部
が両持梁である他の実施例を示し、ここでは、実施例４
と同様に、図１１の両持梁２３側の駆動電極４，検出電
極６ａ，６ｂを共通化して共通電極９とした例を示して
いる。この例ではさらにＳｉ基板１側の左右に分離した
駆動電極５を中央でつないで一体化している。かかる実
施例では、実施例４と同様にリード配線の簡素化および
成形時のマスキングの単純化を実現できる。

【０１６７】なお、実施例３，実施例４，実施例６，実
施例８では電極の共通化をいずれも振動片である片持梁
２，両持梁２３側の電極で行った場合を示したが、Ｓｉ
基板１側の電極で行ってもよい。ただ、振動片側の電極
を共通化した方が狭い支持片を通る電極リードの本数が
減るため効果的である。

【０１６８】実施例９．図１３および図１４はこの発明
の角速度センサのまた他の実施例を示すもので、図１３
は片持梁検出部を示し、図１４はこの角速度センサを持
つ角速度検出装置のブロック図を示す。

【０１６９】図１３において、１４ａ，１４ｂは実施例
１と同じくＳｉ基板１上に近接対向して形成された片持
梁２のＳｉ基板１との対面に、振動片である片持梁２の
軸線Ｇに対し対称に配置された片側の共通電極としての
駆動検出電極、１５ａ，１５ｂはＳｉ基板１上に各々駆
動検出電極１４ａ，１４ｂに対応して対向配置された他
側の共通電極としての駆動検出電極である。

【０１７０】ここで、片側の駆動検出電極１４ａ，１４
ｂは実施例１の場合と同様、他側の駆動検出電極１５
ａ，１５ｂとＸ軸方向に互いに反対方向にずらせて形成
されており、片持梁２のＸ方向変位に対し、駆動検出静
電容量部Ｓを構成する各一の駆動検出電極１４ａ，１５
ａ間と駆動検出電極１４ｂ，１５ｂ間の静電容量の差Δ
Ｃｍが、上記式に示すような片持梁２のＸ方向変位ΔＸ
に比例するようにしている。

【０１７１】また、図１４においては、駆動検出電極１
４ａ，１４ｂが駆動回路５０に接続され、駆動検出電極
１４ａ，１５ａが容量／電圧変換回路５２ａに、駆動検
出電極１４ｂ，１５ｂが第２の容量／電圧変換回路５２
ｂに接続されている。まず、駆動回路５０は駆動検出電
極１４ａ，１５ａ間および駆動検出電極１４ｂ，１５ｂ
間に同相の交番電圧を印加し各電極間に駆動力Ｆｄを発
生させ、片持梁２を図のＹ方向にその共振周波数で振動
させる。

【０１７２】このような状態において、Ｚ軸回りに角速
度Ωが作用すると、片持梁２に働くコリオリ力Ｆｃによ
り片持梁２が支持片３のＸ軸方向剛性に依存してＸ方向
に角速度Ωに比例した変位ΔＸで振動し、電極間に上記
式に示す静電容量の差ΔＣｍが生ずる。ここで、各静電
容量Ｃｍａ，Ｃｍｂに相当する電圧Ｖｍａ，Ｖｍｂは、
加算回路５３で加算され、駆動制御回路５４はこの加算
結果が所定の一定値となるよう駆動回路５０を帰還制御
して、片持梁２の上記式で示されるＹ方向振動速度ｖ_Y
が常に一定値ｖ_C となるよう制御する。

【０１７３】また、上記静電容量の差ΔＣｍに相当する
電圧ΔＶｍを差動回路５５で求め、検波回路５６で駆動
回路５０よりの信号を基に検波を行った後、出力調整回
路５７で適当な出力範囲となるよう増幅を行い角速度信
号ＶΩとして出力する。ここで、駆動速度ｖ_Y を制御す
る帰還信号Ｖｍａ＋Ｖｍｂは、実施例１と同様、ΔＸに
依存せず、コリオリ力Ｆｃには影響されない。かかる実
施例によっては、実施例１と同様の効果があると共に、
電極数が少なくてすむため、リード数を少なくでき、配
線が簡単になるとともに、電極形成時のマスキングを単
純化でき、リード間の浮遊容量を低減できるという利点
もある。

【０１７４】なお、図示しないが駆動検出電極１４ａ，
１４ｂを共通化すればさらに電極数を少なくできる。

【０１７５】実施例１０．図１５は両持梁の角速度セン
サの他の実施例を示す。ここでは、両持梁２３に図１３
に示すような駆動検出電極１４ａ，１４ｂを共通化した
共通駆動検出電極１６を設けると共に、これに対向する
Ｓｉ基板１上に両持梁２３の軸線Ｇに対し対称に配置さ
れ共通駆動検出電極（共通電極）１６に対応した駆動検
出電極１５ａ，１５ｂを設けたものである。かかる実施
例においても、実施例９と同様の効果があると共に、両
持梁であるため衝撃に対する機械的強度の点で有利であ
る。

【０１７６】実施例１１．図１６は二軸の角速度を同時
に検出する角速度センサの一実施例を示し、２４はＳｉ
基板１に平行に近接配置され、このＳｉ基板１に対し主
に垂直方向に曲げ変形する振動片としての略正方形の矩
形の振動片、３３はこの矩形の振動片２４の四隅に四角
形枠状の保持部３３ａと連絡するよう設けられ、Ｓｉ基
板１に対し水平方向に曲げ変形し、長さ方向に伸縮変形
する支持片である。Ｓｉ基板１側の駆動電極５は矩形の
振動片２４の中央部に対向する位置に配置され、検出電
極７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは駆動電極５の各辺に隣接し
て配置されており、矩形の振動片２４側の駆動、検出用
の電極は共通電極９として共通化されている。また、駆
動電極５と共通電極９によって駆動静電容量部Ｐが形成
され、４つの検出電極７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄと共通電
極９とによって、矩形の振動片２４の中心軸Ｏに対し点
対称となる４対の検出静電容量部Ｑが形成されている。

【０１７７】共通電極９は、駆動電極５，共通電極９間
の駆動静電容量がＸ，Ｙ方向の振動に対し不変であるよ
うに駆動電極５を覆うと共に、検出電極７ａ，共通電極
９間および検出電極７ｂ，共通電極９間の静電容量がＸ
方向の振動に対し、検出電極７ｃ，共通電極９間および
検出電極７ｄ，共通電極９間の静電容量がＹ方向の振動
に対し各々変化するように各検出電極７ａ，７ｂ，７
ｃ，７ｄの矩形の振動片２４の端側の一部を除く部分を
覆って図示のように形成されている。

【０１７８】即ち、矩形の振動片２４のＸ方向変位ΔＸ
に対しては検出電極７ａ，共通電極９間と検出電極７
ｂ，共通電極９間の静電容量の差ΔＣｍｘのみが、Ｙ方
向変位ΔＹに対しては検出電極７ｃ，共通電極９間と検
出電極７ｄ，共通電極９間の静電容量の差ΔＣｍｙのみ
が、各々比例するようになっている。

【０１７９】検出回路は特に図示しないが、図５と同様
のものを用いて行われ、図１６の検出電極７ａ，７ｂに
接続される容量／電圧変換回路５２ａ，５２ｂ，差動回
路５５，検波回路５６，出力調整回路５７に加え、もう
一系統、図示しないが検出電極７ｃ，７ｄに接続される
容量／電圧変換回路，差動回路，検波回路，出力調整回
路が設けられる。

【０１８０】上記構成において、駆動静電容量部を駆動
し矩形の振動片２４をＳｉ基板１に対し垂直方向（Ｚ方
向）に共振させた状態で、この矩形の振動片２４のＹ
軸，Ｘ軸回りに各々角速度Ωｙ，Ωｘが作用すると、矩
形の振動片２４に働く各コリオリ力Ｆｃｘ，Ｆｃｙによ
り矩形の振動片２４は各々Ｘ方向，Ｙ方向に角速度Ω
ｙ，Ωｘに比例した変位ΔＸ，ΔＹで振動し、電極間に
上記式に示す静電容量の差ΔＣｍｘ，ΔＣｍｙが生ず
る。

【０１８１】この静電容量の差ΔＣｍｘ，ΔＣｍｙは各
々図５に示すような一系統の容量／電圧変換回路５２
ａ，５２ｂと他の系統の同様の容量／電圧変換回路、お
よび各組に接続された差動回路５５および図示しない差
動回路により電圧ΔＶｍｘ，ΔＶｍｙとして求められ、
図５に示すものと同様の各検波回路で駆動回路よりの信
号を基に検波を行って各軸方向の角速度Ωｙ，Ωｘに相
当する変位ΔＸ，ΔＹが求められた後、各出力調整回路
で適当な出力範囲となるよう増幅を行い、角速度信号Ｖ
Ωｙ、ＶΩｘとして出力する。即ち、かかる実施例にお
いては水平軸回りの２軸の角速度を同時に検出できると
いう利点がある。

【０１８２】実施例１２．図１７および図１８は二軸の
角速度を同時に検出する角速度センサの他の実施例を示
すもので、図１７は角速度センサの検出部を示し、図１
８はこの角速度センサを持つ角速度検出装置の検出回路
のブロック図を示す。図１７において、駆動検出電極１
５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄがＳｉ基板１側の矩形の
振動片２４の共通駆動検出電極１６に対向する位置に、
各水平軸Ｘ，Ｙ方向変位に対し対向面積が変化するよう
配置されている。

【０１８３】また、図１８において、各々駆動検出電極
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄと共通駆動検出電極１
６間の静電容量Ｃｍａ，Ｃｍｂ，Ｃｍｃ，Ｃｍｄが各々
容量／電圧変換回路５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄで
検出され電圧に変換された後、各々の加算回路５３でＣ
ｍａ＋Ｃｍｄ，Ｃｍｂ＋Ｃｍｃ，Ｃｍａ＋Ｃｍｂ，Ｃｍ
ｃ＋Ｃｍｄが算出され、各々の差動回路５５で上記容量
和の組の差ΔＣｍｘ，ΔＣｍｙが、ΔＣｍｘ＝（Ｃｍｂ
＋Ｃｍｃ）−（Ｃｍａ＋Ｃｍｄ）およびΔＣｍｙ＝（Ｃ
ｍａ＋Ｃｍｂ）−（Ｃｍｃ＋Ｃｍｄ）により算出され
る。

【０１８４】一方、加算回路５３Ａで全静電容量和が算
出され、駆動制御回路５４はこの加算結果が所定の一定
値となるよう駆動回路５０を帰還制御して、矩形の振動
片２４のＺ方向振動速度ｖ_z が常に一定値ｖ_C となるよ
う制御する。ここで、角速度Ωｙ，Ωｘに依存する矩形
の振動片２４のＸ方向，Ｙ方向の静止位置Ｘｏ，Ｙｏよ
りの変位を各々ΔＸ，ΔＹとすれば、上記式より、ΔＣ
ｍｘ＝４εＹｏ／Ｄ＊ΔＸ，ΔＣｍｙ＝４εＸｏ／Ｄ＊
ΔＹとなり、ΔＣｍｘ，ΔＣｍｙは各々角速度Ωｙ，Ω
ｘに比例するため、各差動回路５５の出力を各検波回路
５６で検波してΔＸ，ΔＹに相当する電圧を求めた後、
各出力調整回路５７で適当な出力範囲となるよう増幅を
行い角速度信号ＶΩｙ，ＶΩｘとして出力する。かかる
実施例によっては、実施例１１と同様の効果があると共
に、電極数が少なくてすむため、リード数の削減，マス
キングの単純化，浮遊容量の低減などで実施例３と同様
有利となる。

【０１８５】上記各実施例においては、支持片３，３
１，３２，３３が垂直方向曲げ弾性と水平方向曲げ弾性
を共に有するものとして示したが、水平方向曲げ弾性の
みを持つような形状としてもよい。

【０１８６】実施例１３．図１９および図２０は片持梁
２に共振周波数調整用の重錘４４を設けた実施例を示
し、重錘４４は図４の工程（Ｇ）の後、片持梁２の先端
部にＣｕ，Ａｇ等比較的重い金属を所定厚さに蒸着して
形成する。かかる、重錘４４の付加によれば、重錘４４
のない場合の片持梁２の形状で決まる共振周波数を応答
性等を考慮した適切な周波数に調整できるという利点が
ある。また、共振周波数の個体差を、重錘４４の質量を
超音波切削等の機械的手段、あるいは部分エッチング等
の化学的手段を用いて徐々に減じる事により修正でき
る。

【０１８７】なお、上記実施例では重錘４４を片持梁２
に設けた場合を示したが、上記両持梁２３，矩形の振動
片２４の中央部に設けるようにしてもよい。

【０１８８】実施例１４．図２１および図２２は、この
発明の他の実施例を示し、同図において、１はＸ―Ｚ座
標面内に水平に配置された基板としてのシリコン基板
（以下、Ｓｉ基板という）、２はこのＳｉ基板１の片面
である上面にこれと平行に近接配置され、少なくとも一
部がＳｉ基板１面に対し主に垂直方向、すなわちＹ軸方
向に曲げ変形する振動片としての平板状の片持梁、３は
この片持梁２の軸線Ｇ方向の片持支持側に連設され、Ｓ
ｉ基板１面に対し水平方向、Ｘ軸方向に曲げ変形する支
持片であって、この支持片３に連続する保持部３ａはＳ
ｉ基板１の一端部に保持（固定）されている。従って、
片持梁２は支持片３を介して敏感に振動変形可能にＳｉ
基板１上に保持されることとなる。

【０１８９】また、４Ａは片持梁２の上面に下部電極４
５，圧電膜４６，上部電極４７の順に積層された薄肉の
圧電素子、６ａ，６ｂは片持梁２下面の自由端側である
先端部側に設けられた一方の検出電極、７ａ，７ｂはＳ
ｉ基板１の上面に各々検出電極６ａ，６ｂに対向して設
けられた他方の検出電極であり、６ａ，７ａで第１の検
出電極対、６ｂ，７ｂで第２の検出電極対を成し、これ
らは検出静電容量部Ｑを形成している。なお、図２１で
は振動の方向をＸ軸およびＺ軸のＸ―Ｚ座標系を、図２
２ではＹ軸およびＸ軸のＹ―Ｘ座標系を用いて示してあ
り、以下ではこれらの座標系を中心に構成，動作を説明
する。

【０１９０】ここで、検出電極６ａ，６ｂはＺ軸に沿っ
た長さＬが検出電極７ａ，７ｂより短く、Ｘ軸方向に互
いに反対方向にずらせて静止時同一重なり長さＸｏとな
るように形成されている。

【０１９１】検出電極６ａ，７ａ間および検出電極６
ｂ，７ｂ間の各静電容量Ｃｍａ，Ｃｍｂは片持梁２のＸ
方向変位に対し各々大きさが異なり、静止位置からのＸ
方向変位をΔＸとすると、上記各検出電極６ａ，７ａ間
および検出電極６ｂ，７ｂ間の媒質の誘電率をεとし
て、Ｃｍａ＝εＬ（Ｘｏ＋ΔＸ）／Ｄ，Ｃｍｂ＝εＬ
（Ｘｏ−ΔＸ）／Ｄとなる。従って、各検出電極６ａ，
７ａ間および検出電極６ｂ，７ｂ間の静電容量の差ΔＣ
ｍは、ΔＣｍ＝Ｃｍａ−Ｃｍｂ＝２εＬΔＸ／Ｄとな
り、片持梁２のＸ方向変位ΔＸに比例する。

【０１９２】図２３は上記角速度センサの製造工程図で
あり、表面マイクロマシニング技術を用いてＳｉ基板１
上に薄膜を積層して振動片としての片持梁２を形成する
例を示している。まず、工程（Ａ）においてＳｉ基板１
上に絶縁層となる第１のシリコン酸化膜（以下、ＳｉＯ
₂ 膜という）１０をＣＶＤ法により積層し、次に、この
第１のＳｉＯ₂ 膜１０上にＡｌ等の金属電極を蒸着法あ
るいはスパッタ法を用いて積層し、検出電極７ａ，７ｂ
を形成する。

【０１９３】次に、工程（Ｂ）で片持梁２とＳｉ基板１
との間隙を形成する犠牲層としてのポリシリコン層（以
下、ポリＳｉ層という）１１を片持梁２の保持部３ａ基
台部分を残してＣＶＤ法により積層した後、このポリＳ
ｉ層１１上に検出電極６ａ，６ｂを工程（Ａ）と同様の
方法で積層し、工程（Ｃ）でこの上に電極絶縁層となる
とともに片持梁２の骨格の下層を形成する第２のＳｉＯ
₂ 膜１２をマスクを用いて積層し、工程（Ｄ）において
片持梁２の支持片３にあたる部分には垂直方向強度を増
す補強層としてさらに第３のＳｉＯ₂ 膜１３を積層す
る。

【０１９４】次に、工程（Ｅ）において第２のＳｉＯ₂
膜１２の上に、圧電素子４Ａの下部電極４５としてＰ
ｔ，Ｔｉ等が蒸着法により積層され、工程（Ｆ）におい
て上記下部電極４５上にジルコン・チタン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）等の圧電体をスパッタリング法あるいはＣＶＤ法に
より積層して圧電膜４６を形成し、さらにこの上にＡｌ
等の上部電極４７を蒸着等により積層して、圧電素子４
Ａを骨格下層上に形成し、片持梁２の骨格を完成する。

【０１９５】最後に、工程（Ｇ）でＨＦ系水溶液等のエ
ッチャントにより犠牲層であるポリＳｉ層１１を選択エ
ッチングし、検出静電容量部を形成する間隙１８を形成
し、これらにより保持部３ａ側に支持片３を有する片持
梁２を作製する。かかる方式によれば、例えば片持梁２
の幅数十μ、長さ数百μ、厚さ数μ以内の微小な角速度
検出部を作製できると共に、間隙が片持梁２の片側面の
みにあるため、構造も簡単で工程数も少なくてすむとい
う利点がある。

【０１９６】上記実施例では、ポリＳｉで犠牲層を、Ｓ
ｉＯ₂ で片持梁２の骨格下層と電極絶縁層を形成した
が、実施例とは逆に犠牲層をＳｉＯ₂ で、片持梁２の骨
格下層と電極絶縁層をポリＳｉで形成しても良い。但
し、この場合電極に接するポリＳｉは絶縁性を上げるた
めにＰ型不純物を高濃度で添加したＰドープドポリＳｉ
を使用する。さらに、ＳｉＯ₂ の代わりにシリコン窒化
膜（Ｓｉ₃ Ｎ₄ 膜）を用いてもよいし、Ｓｉ基板１の代
わりにサファイア基板等他の材質の基板を用いても良
い。

【０１９７】また、上記実施例では表面マイクロマシニ
ング技術を用いてＳｉ基板１上に薄膜を積層して片持梁
２を形成する例を示したが、バルクマイクロマシニング
技術を用いて同様の構造を得ることもできる。例えば、
図示しないが、Ｓｉ基板１の片持梁２との対向部をエッ
チングして間隙となる段差を形成した後、この段差の低
部に検出電極７ａ，７ｂをｎ型不純物ドープ、金属蒸着
等で形成して下部部材とし、他のＳｉ基板上に他方の検
出電極６ａ，６ｂを同様な方法で形成するとともにその
対面に圧電素子４Ａを上述の方法で形成した後エッチン
グして片持梁２の形状に切り出して上部部材とし、この
上部部材と下部部材とを接合する等の方法によっても作
製できる。ここで、圧電素子４Ａは接合方法にも依るが
接合後に形成することもできる。

【０１９８】かかる方法では、片持梁２の大きさは上記
薄膜積層方式の場合ほど小さくはできないが、薄膜積層
方式の場合と比較し構造が簡単で工程数も少なくてすむ
という利点がある。

【０１９９】次に、かかる角速度センサを用いた角速度
検出装置について説明する。図２４において、５０は圧
電素子４Ａの電極４５，４７に接続された駆動回路、５
１は検出電極６ａ，６ｂに接続された電源回路、５２ａ
は検出電極６ａ，７ａに接続された第１の容量／電圧変
換回路、５２ｂは検出電極６ｂ，７ｂに接続された第２
の容量／電圧変換回路、５３は加算回路、５４は駆動制
御回路、５５は差動回路、５６は検波回路、５７は出力
調整回路である。そして、Ｒは角速度検出回路である。

【０２００】次に動作について説明する。ここで、圧電
素子４Ａはあらかじめ電極４５，４７間に直流電界をか
けて、圧電膜４６がＺ軸方向に圧電横効果により伸縮変
位するよう分極処理がなされている。まず、駆動回路５
０は電極４５，４７間に交番電圧を与えて圧電膜４６に
交番電界を印加し、圧電素子４Ａを片持梁２の軸線方向
（Ｚ軸方向）に伸縮させる。圧電素子４Ａは片持梁２の
中性点より上側に形成されているため、圧電素子４Ａの
伸縮運動により片持梁２は図のＹ軸方向にその共振周波
数で屈曲振動する。Ｙ方向振動により検出電極６ａ，７
ａ間および検出電極６ｂ，７ｂ間の静電容量Ｃｍａ，Ｃ
ｍｂは電極間隔Ｄの変化に従い同相で変化する。

【０２０１】かかる静電容量Ｃｍａ，Ｃｍｂの変化は電
源回路５１から上記各静電容量に供給される微小な検出
電流により各容量／電圧変換回路５２ａ，５２ｂで検出
され、各々電圧Ｖｍａ，Ｖｍｂに変換される。このよう
な状態において、片持梁２の軸線、即ち図のＺ軸回りに
角速度Ωが作用すると、片持梁２にはその等価質量ｍと
して図のＸ軸方向に上記式で示されるコリオリ力Ｆｃが
働く。このコリオリ力Ｆｃにより片持片２はその支持片
３のＸ軸方向剛性に依存してＸ方向に振動し、その振動
変位ΔＸは角速度Ωに比例する。

【０２０２】片持梁２がＸ軸方向に振動変位すると、静
電容量Ｃｍａ，Ｃｍｂが上記式に示すように振動変位Δ
Ｘにより逆相で変化し、静電容量の差ΔＣｍは上記式に
示すように振動変位ΔＸ即ち角速度Ωに比例する。ここ
で、各静電容量Ｃｍａ，Ｃｍｂに相当する電圧Ｖｍａ，
Ｖｍｂは、加算回路５３で加算（Ｖｍａ＋Ｖｍｂ）され
て同相の駆動振幅が検出され、駆動制御回路５４はこの
駆動振幅の微分値が所定の一定値となるよう駆動回路５
０を帰還制御して、片持梁２の上記式で示されるＹ方向
振動速度ｖ_Y が常に一定値ｖ_C となるよう制御する。

【０２０３】一方、角速度Ωに比例する静電容量の差Δ
Ｃｍに相当する逆相電圧ΔＶｍ（＝Ｖｍａ−Ｖｍｂ）を
差動回路５５で求め、検波回路５６で駆動回路５０より
の信号を基に検波を行った後、出力調整回路５７で適当
な出力範囲となるよう増幅を行い、角速度信号ＶΩとし
て出力する。ここで、駆動速度ｖ_Y を制御する帰還信号
Ｖｍａ＋Ｖｍｂは、上記式よりΔＸに依存せず、コリオ
リ力Ｆｃには影響されない。

【０２０４】かかる実施例においては、圧電素子４Ａの
伸縮運動により片持梁２を振動させており、駆動振幅に
対する駆動電圧が従来の静電駆動の場合と比較して小さ
くてすむため、角速度検出感度／駆動電圧比が大きいと
いう利点がある。また、従来と異なり片持梁２の厚さや
断面積は検出感度に関係しないため、片持梁２を薄く、
小さく構成できるという利点もある。さらには、従来の
如くＸ軸方向振動時にコリオリ力Ｆｃへの駆動力Ｆｄの
成分重畳がないため、角速度Ωが正確に検出できる。

【０２０５】実施例１５．図２５はこの発明における角
速度センサの他の実施例を示す平面図である。これは検
出部が振動片である両持梁の例を示すものであり、２３
ＡはＳｉ基板１と平行に近接配置され紙面と垂直方向に
のみ曲げ弾性を有する平板状の両持梁（振動片）、３２
Ａはこの両持梁２３Ａの両持支持側に連設され、紙面と
垂直方向に曲げ弾性を有すると共に、水平方向にも曲げ
弾性を有する支持片、３２ａはこの支持片３２Ａを介し
て両持梁２３Ａを保持する保持部である。

【０２０６】６Ａは両持梁２３Ａの中央に配置され上記
の検出電極５ａ，５ｂを共通化した共通電極であり、Ｓ
ｉ基板１上の検出電極７ａと７ｂは共通電極６Ａに対向
する位置に両持梁２３Ａの軸線に対称に配置されてい
る。上記のように片側の検出電極６ａ，６ｂを１つで共
通化することにより電極形成時のマスクパターンを単純
化でき、リード線数も低減できる。ここでは、１対の静
電容量部が両持梁２３Ａの幅Ｗ方向の中心垂直面Ｅに対
し対称に設けられている。

【０２０７】かかる角速度センサも図２３と同じ製造工
程にて作製でき、また、角速度Ωの検出は同様に図２４
の検出回路を用いて行われる。かかる実施例においても
実施例１４と同様な効果があるとともに、衝撃に対する
機械的強度の点で有利である。

【０２０８】実施例１６．図２６はこの発明における角
速度センサのさらに他の実施例を示す平面図である。こ
れは支持片３１を片持梁（振動片）２Ａの中途に設けた
例を示している。図において、２１はＳｉ基板１と平行
に近接配置され、紙面と垂直方向にのみ曲げ弾性を有す
る平板状の片持梁基部、２２は同様にＳｉ基板１と平行
に近接配置された曲げ剛性の高い平板状の片持梁先部、
３１は片持梁基部２１と片持梁先部２２を結び水平方向
に曲げ弾性を有する上記支持片であり、圧電素子４Ａは
支持片３１より保持部２１ａ側の片持梁基部２１の上面
に設けられ、共通電極６Ａが片持梁先部２２の下面に設
けられ、検出電極７ａ，７ｂがＳｉ基板１上面の共通電
極６Ａとの対向面にそれぞれ設けられている。そして、
共通電極６Ａおよび検出電極７ａ，７ｂからなる１対の
静電容量部が片持梁２Ａの幅方向の中心垂直面Ｅに対し
対称に設けられている。

【０２０９】かかる実施例では、圧電素子４Ａを駆動し
て片持梁基部２１を紙面に垂直方向（Ｙ方向）に振動さ
せ、片持梁先部２２をこれに連動させて同様にＹ方向に
振動させる。この状態で振動片２Ａの軸線回りに角速度
Ωが作用すると、片持梁先部２２は支持片３１のＸ方向
曲げ弾性によりＸ軸方向のコリオリ力で変位して振動す
るため、検出電極７ａ，共通電極６Ａ間と検出電極７
ｂ，共通電極６Ａ間の各静電容量が相互に変化する。

【０２１０】従って、同様に図２４に示す検出回路を用
いて上記静電容量の差より角速度Ωを検出できる。かか
る実施例においては、片持梁基部２１がＸ軸方向に振動
しないため、振動モードの分離ができるとともに、上記
片持梁としての振動片２Ａの寸法設計自由度が高くなる
という利点がある。

【０２１１】なお、実施例１５、実施例１６では電極の
共通化をいずれも両持梁２３Ａや片持梁２Ａの側の電極
で行った場合を示したが、Ｓｉ基板１側の電極で行って
もよい。ただ、各梁２３Ａ，２Ａの側の電極を共通化し
た方が、狭い支持片を通る電極リードの本数が減るため
効果的である。

【０２１２】実施例１７．図２７は二軸の角速度を同時
に検出する角速度センサを示し、図において、２４はＳ
ｉ基板１に平行に近接配置され、紙面と垂直方向にのみ
曲げ弾性を有する略正方形の振動片としての矩形の振動
片、３３はこの矩形の振動片２４の四隅に４角枠状の保
持部３３ａと連絡するよう設けられ、紙面と水平方向の
曲げ弾性と長さ方向の伸縮弾性を有する支持片である。
圧電素子４Ａはここでは中心から周囲に向かって伸縮変
位するよう分極された正方形の圧電素子を矩形の振動片
２４の上面に中心対称に配置している。

【０２１３】一方、矩形の振動片２４の下面には正方形
の共通電極６Ａがやはり中心対称に配置され、Ｓｉ基板
１上の、共通電極６Ａに対応する位置に、その共通電極
６Ａの各辺に沿って検出電極７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが
配置され、検出電極７ａ，共通電極６Ａ間および検出電
極７ｂ，共通電極６Ａ間の１水平軸方向Ｆにある静電容
量がＸ方向の振動に対し、検出電極７ｃ，共通電極６Ａ
間および検出電極７ｄ，共通電極６Ａ間の、上記１水平
軸方向Ｆに直交する他の水平軸方向Ｇにある静電容量が
Ｙ方向の振動に対し各々可変であるようなっている。ま
た、各検出電極７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄと共通電極６Ａ
とによって、矩形の振動片２４の中心軸Ｏに対し点対称
となる４つの検出静電容量部が形成されている。

【０２１４】即ち、矩形の振動片２４のＸ方向変位ΔＸ
に対しては検出電極７ａ，共通電極６Ａ間と検出電極７
ｂ，共通電極６Ａ間の静電容量の差ΔＣｍｘのみが、Ｙ
方向変位ΔＹに対しては検出電極７ｃ，共通電極６Ａ間
と検出電極７ｄ，共通電極６Ａ間の静電容量の差ΔＣｍ
ｙのみが、各々比例するようになっている。

【０２１５】検出回路は特に図示しないが、図２４と同
様のものを用いて行われ、図２７の各検出電極７ａ，７
ｂに接続される容量／電圧変換回路５２ａ，５２ｂ，差
動回路５５，検波回路５６，出力調整回路５７に加え、
もう一系統分、検出電極７ｃ，７ｄに接続される別の容
量／電圧変換回路，差動回路，検波回路および出力調整
回路が設けられる。

【０２１６】この実施例では、圧電素子４Ａを駆動する
と、圧電素子４Ａの中心から周囲への伸縮運動に伴い、
矩形の振動片２４が紙面に垂直方向（Ｚ方向）に共振周
波数で振動する。かかる振動状態で、この矩形の振動片
２４のＹ，Ｘ軸回りに各々角速度Ωｙ，Ωｘが作用する
と、矩形の振動片２４に働く各コリオリ力Ｆｃｘ，Ｆｃ
ｙにより矩形の振動片２４は各々Ｘ方向，Ｙ方向に角速
度Ωｙ，Ωｘに比例した変位ΔＸ，ΔＹで振動し、電極
間に上記式に示す静電容量の差ΔＣｍｘ，ΔＣｍｙが生
ずる。

【０２１７】この静電容量の差ΔＣｍｘ，ΔＣｍｙは各
々容量／電圧変換回路５２ａ，５２ｂと他系統の図示し
ない容量／電圧変換回路および各系統に接続された差動
回路５５等により電圧差ΔＶｍｘ，ΔＶｍｙとして求め
られ、各々検波回路５６等で駆動回路５０よりの信号を
基に検波を行った後、各出力調整回路５７等で適当な出
力範囲となるよう増幅を行われ、角速度信号ＶΩｙ，Ｖ
Ωｘとして出力される。即ち、かかる実施例においては
水平軸回りの２軸の角速度を同時に検出できるという利
点がある。

【０２１８】実施例１８．図２８は二軸の角速度を同時
に検出する角速度センサの他の実施例を示すもので、図
２８は角速度センサの検出部を示し、図２９はこの角速
度センサを持つ角速度検出装置の検出回路を示すブロッ
ク図である。図２８において、検出電極７ａ，７ｂ，７
ｃ，７ｄがＳｉ基板１の上面に設けられ、矩形の振動片
２４下面に共通電極６Ａが設けられ、これらが各水平軸
方向Ｆ，Ｇの変位に対し静電容量が変化する位置に配置
されている。従って、矩形の振動片２４とＳｉ基板１と
の間には、水平振動するその矩形の振動片の中心軸に対
し点対称となる４対の静電容量部が形成される。

【０２１９】また、図２９において、各検出電極７ａ，
７ｂ，７ｃ，７ｄと共通電極６Ａ間の静電容量Ｃｍａ，
Ｃｍｂ，Ｃｍｃ，Ｃｍｄが各々容量／電圧変換回路５２
ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄで検出され、電圧に変換さ
れた後、各々の加算回路５３でＣｍａ＋Ｃｍｄ，Ｃｍｂ
＋Ｃｍｃ，Ｃｍａ＋Ｃｍｂ，Ｃｍｃ＋Ｃｍｄが算出さ
れ、一方、各々の差動回路５４で上記容量和の組の差、
ΔＣｍｘ＝（Ｃｍｂ＋Ｃｍｃ）−（Ｃｍａ＋Ｃｍｄ），
ΔＣｍｙ＝（Ｃｍａ＋Ｃｍｂ）−（Ｃｍｃ＋Ｃｍｄ）が
算出される。

【０２２０】そして、加算回路５３では全静電容量和が
算出され、駆動制御回路５４はこの加算結果の微分値が
所定の一定値となるよう駆動回路５０を帰還制御して、
矩形の振動片２４のＺ方向振動速度ｖ_z が常に一定値ｖ
_C となるように、圧電素子４Ａの駆動を制御する。

【０２２１】ここで、角速度Ωｙ，Ωｘに依存する矩形
の振動片２４のＸ方向，Ｙ方向の静止位置Ｘｏ，Ｙｏよ
りの変位を各々ΔＸ，ΔＹとすれば、上記式より、ΔＣ
ｍｘ＝４εＹｏ／Ｄ＊ΔＸ，ΔＣｍｙ＝４εＸｏ／Ｄ＊
ΔＹとなり、ΔＣｍｘ，ΔＣｍｙは各々角速度Ωｙ，Ω
ｘに比例するため、各差動回路５５の出力を各検波回路
５６で検波した後、各出力調整回路５７で適当な出力範
囲となるように増幅を行い、角速度信号ＶΩｙ，ＶΩｘ
として出力する。

【０２２２】かかる実施例によっては、実施例１７と同
様の効果があると共に、電極面積が広くとれるため、検
出のＳ／Ｎ比を上げられるという利点がある。

【０２２３】なお、上記実施例１７，１８では圧電素子
４Ａを正方形状のものとした場合を示したが円形状のも
のを用いてもよい。

【０２２４】また、上記各実施例においては、支持片
３，３１，３３が垂直方向曲げ弾性と水平方向曲げ弾性
を共に有するものとして示したが、水平方向曲げ弾性の
みを持つような形状としてもよい。

【０２２５】実施例１９．図３０は片持梁２に共振周波
数調整用の重錘４４を設けた角速度センサを示す断面図
である。ここで、上記重錘１５は図２３の工程（Ｅ）ま
たは（Ｆ）の後、片持梁２の先端部にＣｕ，Ａｇ等の比
較的重い金属を所定厚さに蒸着して形成される。

【０２２６】かかる、重錘４４の付加によれば、重錘４
４のない場合の片持梁２の形状で決まる共振周波数を、
応答性等を考慮した適切な周波数に調整できるという利
点がある。また、共振周波数の個体差は、重錘４４の質
量を超音波切削等の機械的手段、あるいは部分エッチン
グ等の化学的手段を用いて徐々に減じることにより修正
できる。

【０２２７】なお、上記実施例では重錘４４を片持梁２
に設けた場合を示したが、両持梁２Ａ，矩形の振動片２
４の中央部に設けるようにしてもよい。かかる場合に
は、重錘４４を圧電素子４Ａの上部電極４７の上面に、
図２３の工程（Ｆ）の後に形成する。この場合、上部電
極４７と重錘４４を同じ金属を用いて形成してもよい。

【０２２８】実施例２０．図３１はこの発明の別の実施
例の角速度センサを示す平面図、図３２は図３１におけ
る角速度センサのＥ―Ｅ線断面図、図３３はその角速度
センサの製造工程図であり、図１のＦ―Ｆ線断面で見た
製造工程を示し、図３４は角速度センサの検出回路のブ
ロック図を示す。

【０２２９】図３１および図３２において、１はＳｉ基
板、２はこのＳｉ基板１の片面である上面にこのＳｉ基
板１と平行に近接配置され、少なくともＳｉ基板１面に
対し主に水平方向、すなわちＸ軸方向に曲げ変形する振
動片としての細長板状の片持梁、３はこの片持梁２の軸
線Ｇ方向の保持部３ａ側に設けられ、Ｓｉ基板１面に対
する垂直方向の曲げ弾性係数を、Ｓｉ基板１面に対する
水平方向の曲げ弾性係数より小さくした支持片である。
この支持片３に連続する保持部３ａはＳｉ基板１の一端
部に保持されている。

【０２３０】４Ｂは片持梁２の上面に下部電極４５ａ，
４５ｂ，圧電膜４６，上部電極４７ａ，４７ｂの順に積
層された薄肉の圧電素子であり、下部電極４５ａ，４５
ｂおよび上部電極４７ａ，４７ｂは片持梁２の中心垂直
面に対称に、すなわち、片持梁２の軸線Ｇでの垂直面に
対し平行でかつ対称に配置されている。かかる圧電素子
４Ｂの積層により片持梁２は全体として細長柱状の梁を
形成している。

【０２３１】７ａ，７ｂはＳｉ基板１の上面に設けられ
た片側の検出電極であり、片持梁２の先側の下面に設け
られた一枚の検出電極６に対向すると共に、上記軸線Ｇ
での垂直面対称に設けられ、Ｚ軸に沿った長さが検出電
極６より長く、Ｘ軸方向の幅が静止時に検出電極６との
重なり幅が同一長さＸ０となるように形成されている。

【０２３２】検出電極７ａ，６間，電極７ｂ，６間の静
電容量を各々Ｃｍa，Ｃｍbとすると、静電容量の和ΣＣ
ｍ，静電容量の差ΔＣｍ，静電容量の和ΣＣｍに対する
静電容量の差ΔＣｍの比Ｒは、検出電極６の長さＬ，電
極対向部の誘電率ε，Ｘ方向の変位ΔＸ，Ｙ方向の静止
位置Ｄ０，変位ΔＤとして、ΣＣｍ＝Ｃｍａ＋Ｃｍｂ＝
２εＬＸ０／（Ｄ０＋ΔＤ）、ΔＣｍ＝Ｃｍａ−Ｃｍｂ
＝２εＬΔＸ／（Ｄ０＋ΔＤ）、Ｒ＝ΔＣｍ／ΣＣｍ＝
ΔＸ／Ｘ０となる。

【０２３３】従って、和ΣＣｍはＹ方向の変位ΔＤのみ
に、比ＲはＸ方向の変位ΔＸのみに依存する。

【０２３４】図３３は角速度センサの製造工程図であ
り、表面マイクロマシニング技術を用いてＳｉ基板１上
に薄膜を積層して片持梁２を形成する例を示している。
まず、工程（Ａ）においてＳｉ基板１上に絶縁層となる
シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂ 膜）１０をＣＶＤ法により積
層し、続いて、このＳｉＯ₂ 膜１０上にＡｌ等の金属電
極を蒸着法あるいはスパッタ法を用いて積層し、片側の
検出電極７ａ，７ｂを形成する。

【０２３５】次に、工程（Ｂ）で片持梁２とＳｉ基板１
との間隙を形成する犠牲層としてのポリＳｉ層１１を片
持梁２の基台部分を残してＣＶＤ法により積層した後、
このポリＳｉ層１１上に検出電極６を工程（Ａ）と同様
の方法で積層し、工程（Ｃ）でこの上に電極絶縁層とな
るとともに片持梁２の骨格の下層を形成するＳｉＯ₂膜
１２を図３１の平面外形形状のマスクを用いて積層し、
工程（Ｄ）でかかるＳｉＯ₂ 膜１２上に片持梁２の中心
層となるポリＳｉ層１９を上記マスクより若干面積の狭
いマスクを用いて積層した後、再度工程（Ｃ）のマスク
を用いてＳｉＯ₂ 膜１２をポリＳｉ層１９を包むように
積層して片持梁２の骨格の上層を形成する。

【０２３６】さらに、工程（Ｅ）においてＳｉＯ₂ 膜１
２の上に圧電素子４Ｂの下部電極４５ａ，４５ｂとして
Ｐｔ，Ｔｉ等を蒸着法により積層し、工程（Ｆ）におい
て上記下部電極４７ａ，４７ｂ上にジルコン・チタン酸
鉛ＰＺＴ等の圧電体をスパッタリング法あるいはＣＶＤ
法により積層して圧電膜４６を形成し、さらにこの上に
Ａｌ等の上部電極４７ａ，４７ｂを蒸着等により積層し
て圧電素子４Ｂを骨格上層上に形成し、全体としてＸ方
向の幅がＹ方向の厚みより小さいな細長柱状の片持梁２
を完成する。

【０２３７】最後に、工程（Ｇ）でＨＦ系水溶液等のエ
ッチャントにより犠牲層であるポリＳｉ層１１を選択エ
ッチングし、検出静電容量部となる間隙１８を形成し、
これらにより保持部３ａ側に支持片３を有する片持梁２
を作製する。かかる方式によれば、例えば梁の幅、厚さ
数十μ、長さ数百μ以内の微小な角速度検出部を作製で
きると共に、間隙が片持梁２の片側面のみにあるため構
造も簡単で工程数も少なくてすむという利点がある。

【０２３８】この実施例では、ポリＳｉで犠牲層１１
を、ＳｉＯ₂ で片持梁２の骨格下層と電極絶縁層を形成
したが、実施例とは逆に犠牲層をＳｉＯ₂ で、梁の骨格
下層と電極絶縁層をポリＳｉで形成しても良い。但し、
この場合電極に接するポリＳｉは絶縁性を上げるために
Ｐ型不純物を高濃度で添加したＰドープトポリＳｉを使
用する。さらに、ＳｉＯ₂ の代わりにシリコン窒化膜
（Ｓｉ₃ Ｎ₄ 膜）を用いてもよいし、Ｓｉ基板１の代わ
りにサファイア基板等他の材質の基板を用いても良い。

【０２３９】また、この実施例では表面マイクロマシニ
ング技術を用いて基板１上に薄膜を積層して片持梁２を
形成する例を示したが、バルクマイクロマシニング技術
を用いて同様の構造を得る事もできる。

【０２４０】例えば図示しないが、Ｓｉ基板１の片持梁
２との対向部をエッチングして間隙１８となる段差を形
成した後、この段差の低部に電極７ａ，７ｂをｎ型不純
物ドープ、金属蒸着等で形成して下部部材とし、他のＳ
ｉ基板上に電極６を同様な方法で形成した後エッチング
して片持梁２の形状に切り出して上部部材とし、この上
部部材と下部部材とを接合した後、上部部材の電極６と
の対面に圧電素子４Ｂを上述の方法で形成する等の方法
によっても作製できる。圧電素子４Ｂは接合方法にも依
るが接合前に形成することもできる。

【０２４１】かかる方法では、片持梁２の大きさは上記
薄膜積層方式の場合ほど小さくはできないが、薄膜積層
方式の場合と比較し構造が簡単で工程数も少なくてすむ
という利点がある。

【０２４２】次にかかる実施例の角速度センサを用いた
角速度検出装置の動作を図３４を用いて説明する。ここ
で、圧電素子４Ｂは、予め電極４５ａ，４５ｂと電極４
７ａ，４７ｂ間に同方向の直流電界をかけて、圧電膜４
６がＺ軸方向に圧電横効果により伸縮変位するよう分極
処理がなされている。

【０２４３】図において、５０は圧電素子４Ｂの電極４
５ａ，４７ｂに接続された駆動回路であり、他方の電極
４７ａ，４５ｂは接地されており、５１は検出電極６に
接続された電源回路、５２ａ，５２ｂは各々検出電極７
ａ，７ｂに接続された容量／電圧変換回路、５３は各容
量／電圧変換回路５２ａ，５２ｂの出力が接続された加
算回路、５５は同じく各容量／電圧変換回路５２ａ，５
２ｂの出力が接続された差動回路である。

【０２４４】また、５８は加算回路５３と差動回路５５
の出力が接続された割算回路、５４は割算回路５８の出
力が接続され駆動回路５０に制御信号を送出する駆動制
御回路、５６は加算回路５３の出力が接続され駆動回路
５０の信号により制御される検波回路、５７は検波回路
５６の出力が接続された出力調整回路である。なお、容
量／電圧変換回路５２ａ，５２ｂ，加算回路５３，検波
回路５６，出力調整回路５７は角速度検出回路Ｒを構成
している。

【０２４５】次に動作について説明する。まず、駆動回
路５０は電極４５ａ，４７ａ間および電極４５ｂ，４７
ｂ間に逆相の交番電圧を与え、各々の電極間の挟む圧電
膜４６の領域を延長軸Ｚ方向に互いに逆向きに変位させ
る。

【０２４６】例えば、図３４の左側の電極４５ｂ，４７
ｂ間の領域がＺ方向に伸びた時、右側の電極４５ａ，４
７ａ間の領域は逆に縮むため圧電素子４Ｂの先側が図３
２に示すようにＸ軸方向に屈曲変位する。従って、かか
る駆動により片持梁２は水平方向即ち図のＸ軸方向にそ
の共振周波数で屈曲振動する。

【０２４７】片持梁２のＸ方向振動により電極７ａ，６
間および電極７ｂ，６間の静電容量Ｃｍａ，ＣｍｂはＸ
方向の振動変位ΔＸに従い互いに逆相で変化する。かか
る静電容量Ｃｍａ，Ｃｍｂの変化は電源回路５１から上
記各静電容量に供給される微小な検出電流により各容量
／電圧変換回路５２ａ，５２ｂで検出され各々電圧Ｖｍ
ａ，Ｖｍｂに変換される。

【０２４８】このような状態において、片持梁２の軸線
Ｇ、即ち図のＺ軸回りに角速度Ωが作用すると、片持梁
２にはその等価質量ｍとして図のＹ軸方向に、振動片の
Ｘ方向の速度Ｖｘとして、Ｆｃ＝２ｍΩ×Ｖｘなるコリ
オリ力Ｆｃが働く。このコリオリ力Ｆｃにより片持梁２
はその支持片３のＹ軸方向剛性に依存してＹ方向に振動
し、その振動による検出電極間距離の変位ΔＤは角速度
Ωに依存する。

【０２４９】片持梁２がＹ軸方向に振動変位すると、静
電容量Ｃｍａ，Ｃｍｂが振動変位ΔＤにより同相で変化
し、静電容量の和ΣＣｍは上記式に示すように変位ΔＤ
即ち角速度Ωに依存する。そこで、静電容量の和ΣＣｍ
に相当する電圧ΣＶｍ（＝Ｖｍａ＋Ｖｍｂ）を加算回路
５３で求め、検波回路５６で駆動回路５０よりの信号を
基に検波を行った後、出力調整回路５７で適当な出力範
囲となるよう増幅を行い角速度信号ＶΩとして出力す
る。

【０２５０】他方、電圧Ｖｍａ，Ｖｍｂは、差動回路５
５で減算されてΔＶｍ（＝Ｖｍａ−Ｖｍｂ）が求めら
れ、さらに割算回路５８で上記式に示す静電容量の比Ｒ
に相当する信号がΔＶｍ／ΣＶｍで求められる。

【０２５１】駆動制御回路５４はかかる割算回路５８の
出力Ｒ、即ちＸ方向の振動振幅ΔＸの微分値が所定の一
定値となるよう駆動回路５０を帰還制御して、片持梁２
の上記式に相当するＸ方向振動速度ｖ_X が常に一定値ｖ
_C となるよう制御する。ここで、駆動速度ｖ_X を制御す
る帰還信号Ｒは、上記式よりΔＤに依存せず、コリオリ
力Ｆｃには影響されない。

【０２５２】かかる実施例においては、圧電素子４Ｂの
伸縮運動により片持梁２を屈曲振動させており、駆動振
幅に対する駆動電圧が従来の静電駆動の場合と比較して
小さくてすむため、角速度検出感度／駆動電圧比が大き
いという利点がある。また、Ｙ軸方向振動時にコリオリ
力Ｆｃへの駆動力Ｆｄの成分重畳がないため、角速度Ω
が正確に検出できる。

【０２５３】実施例２１．図３５および図３６はこの発
明の他の実施例を示し、図３５はこの実施例における角
速度センサの片持梁の検出部の平面図、図３６は角速度
検出回路のブロック図である。

【０２５４】図３５において、７はＳｉ基板１の上面に
設けられた片側の一枚の大形の検出電極、６は片持梁２
の先側の下面に検出電極７と対向して設けられた他側の
検出電極である。ここで、検出電極７は片持梁２の水平
方向振動に対して検出電極６との対向面積が変化しない
よう、検出電極６より面積が広くとられている。

【０２５５】従って、検出電極７，６間の静電容量Ｃｍ
は電極間距離Ｄに対してのみ変化し、静止位置Ｄ０より
のＹ方向の変位ΔＤとすると、電極間の対向面積Ｓ，媒
質の誘電率εとして、Ｃｍ＝εＳ／（Ｄ０±ΔＤ）とな
る。

【０２５６】図３６において、５２は検出電極７に接続
された容量／電圧変換回路、５９ａは電極４７ａに接続
された第１の電流／電圧変換回路、５９ｂは電極４５ｂ
に接続された第２の電流／電圧変換回路であり、加算回
路５３には電流／電圧変換回路５９ａ，５９ｂの出力が
接続されている。

【０２５７】また、駆動制御回路５４には加算回路５３
の出力，駆動回路５０の駆動電圧Ｖがそれぞれ接続さ
れ、検波回路５６には容量／電圧変換回路５２の出力が
接続されるとともに実施例２０と同様制御信号として駆
動回路５０の信号が接続されている。また、圧電素子４
Ｂは実施例２０と同じ分極処理がなされている。

【０２５８】図３６においては、まず駆動回路５０は実
施例２０と同じく電極４５ａ，４７ａ間および電極４５
ｂ，４７ｂ間に逆相の交番電圧を与え、圧電素子４Ｂを
Ｘ軸方向に屈曲させて片持梁２をＸ軸方向にその共振周
波数で屈曲振動させる。圧電素子４Ｂの電極４５ａ，４
７ａ間および電極４５ｂ，４７ｂ間に流れる電流Ｉａ，
Ｉｂは各々電流／電圧変換回路５９ａ，５９ｂで検出さ
れて電圧に変換され、加算回路５３でＩ＝Ｉａ＋Ｉｂに
相当する電圧が算出される。

【０２５９】この電圧は圧電素子４Ｂに流れる総電流に
相当する。ここで、圧電素子４ＢのＸ軸方向の振動速度
をｖ_X ，力係数をＡ，制動アドミッタンスをＹｄとすれ
ば、圧電基本式より、ｖ_X ＝（Ｉ−Ｙｄ×Ｖ）／Ａとな
る。

【０２６０】そこで、駆動制御回路５４は加算回路５３
の出力である総電流Ｉと駆動回路５０の出力である駆動
電圧Ｖより、圧電素子４Ｂに固有の定数であるＹｄ，Ａ
を用いて、上記式により振動速度ｖ_X を求め、これを所
定値ｖ_X0と比較して両者が一致するよう駆動電圧Ｖを制
御する。かかる制御により、片持梁２のＸ軸方向振動速
度ｖ_X は常に一定に維持される。

【０２６１】このような状態において、片持梁２のＺ軸
回りに角速度Ωが作用すると、片持梁２はＹ方向に生ず
るコリオリ力Ｆｃにより支持片３のＹ軸方向剛性に依存
してＹ方向に振動し、その振動による検出電極間距離の
変位ΔＤは角速度Ωに依存する。

【０２６２】片持梁２の検出静電容量部の容量Ｃｍの振
動変位ΔＤによる変化は、容量／電圧変換回路５２によ
り容量Ｃｍが電圧Ｖｍに変換され、検波回路５６で駆動
回路５０よりの信号を基に検波が行われた後、出力調整
回路５７で適当な出力範囲となるよう増幅が行なわれ角
速度信号ＶΩとして出力される。

【０２６３】かかる実施例においても実施例２０と同様
な効果が得られるとともに、割算回路が不要となるた
め、回路が簡素化され安価になるとともに、検出静電容
量部の電極数が減少するためリード線数が減りリードの
引き回し等電極形成時のマスクパターンを単純化できる
という利点もある。

【０２６４】なお、上記実施例では圧電素子４Ｂの駆動
電圧Ｖと電流Ｉを検出して駆動電圧Ｖを制御するものと
したが、駆動電流Ｉを制御してもよいし、駆動電圧Ｖを
定電圧として駆動電流Ｉを制御するか、駆動電流Ｉを定
電流として電圧Ｖを制御してもよい。

【０２６５】実施例２２．図３７は振動片が両持梁であ
る実施例を示す平面図で、２３ＡはＳｉ基板１と平行に
近接配置された支持片としての板状の両持梁で、上面に
圧電素子４Ｂを積層して全体として細長柱状の梁を形成
しており、３２Ａはこの両持梁２３Ａの両端と固定部３
２ａとを結んで、両持梁２３Ａの延長線上に設けられ、
Ｓｉ基板１に対する垂直方向の曲げ弾性係数を、同じく
Ｓｉ基板１に対する水平方向の曲げ弾性係数より小さく
した支持片である。

【０２６６】検出電極６は、両持梁２３Ａの中央の、Ｓ
ｉ基板１上の検出電極７に対向する位置に、検出電極７
より狭い面積で、両持梁２３Ａの軸線Ｇにおける垂直面
に対称に配置されている。

【０２６７】かかる角速度センサも図３３について説明
した方法と同じ製造工程にて作製でき、また、角速度Ω
の検出は同様に図３６の検出回路を用いて行われる。か
かる実施例においても実施例２１と同様な効果があると
共に、衝撃に対する機械的強度の点で有利である。

【０２６８】実施例２３．図３８は支持片を振動片２Ａ
の中途に設けた実施例を示す平面図で、２１はＳｉ基板
１と平行に近接配置された板状の片持梁基部で、上面に
圧電素子４Ｂを積層して基部全体として細長柱状の梁を
形成しており、２２は同様にＳｉ基板１と平行に近接配
置された曲げ剛性の高い平板状の片持梁先部、３１は片
持梁基部２１と片持梁先部２２を結び垂直方向に曲げ弾
性を有する支持片である。

【０２６９】ここで、検出電極６は片持梁先部２２の下
面にＳｉ基板１上の検出電極７と対向して、この電極７
より狭い面積で片持梁基部２１の延長軸に対称に配置さ
れている。

【０２７０】かかる構成において、圧電素子４Ｂを駆動
して片持梁基部２１をＸ軸方向に屈曲振動させ、片持梁
先部２２をこれに連動させて同様にＸ軸方向に振動させ
る。この状態で片持梁２Ａの軸線廻りに角速度Ωが作用
すると、片持梁先部２２は支持片３１のＹ軸方向曲げ弾
性によりＹ軸方向のコリオリ力により変位して振動する
ため、電極７，６間の静電容量Ｃｍが変化する。

【０２７１】従って、図３６に示す検出回路を用いて、
上記静電容量Ｃｍの変化より角速度Ωを検出できる。か
かる実施例においては、片持梁基部２１がＹ軸方向に振
動しないため、振動モードの分離ができるとともに、梁
の寸法設計自由度が高くなるという利点がある。

【０２７２】実施例２４．なお、上記各実施例では圧電
素子４Ｂの電極４５ａ，４７ａ，電極４５ｂ，４７ｂが
すべて独立である場合を示したが、圧電素子４Ｂの分極
方向や駆動方法によって一部の電極を共通化できる。

【０２７３】図３９は圧電素子４Ｂの電極を共通化した
実施例を説明する検出回路の部分ブロック図であり、圧
電素子４Ｂの下面の上記電極４５ａ，４５ｂを共通電極
４５Ａとしている。

【０２７４】ここで共通電極４５Ａは駆動回路５０に、
電極４７ａは電流／電圧変換回路５９ａに、電極４７ｂ
は電流／電圧変換回路５９ｂに各々接続されている。こ
のほかは図３６と同じ検出回路を用いる。圧電素子４Ｂ
には予め電極４７ａ，４５Ａと電極４７ｂ，４５Ａ間に
逆方向の直流電界をかけて、電極４７ｂ，４５Ａ間、電
極４７ｂ，４５Ａ間で狭持される圧電膜４６の領域の分
極極性が互いに逆となるよう分極処理がなされている。

【０２７５】そこで、駆動回路５０より、共通電極４５
Ａと電極４７ａ，４７ｂ間に交番電圧を印加すると、上
記分極特性により、例えば共通電極４５Ａと電極４７ｂ
間の領域がＺ軸方向に伸びた場合には、共通電極４５Ａ
と電極４７ａ間の領域は逆に縮むため、片持梁２の先部
は図のＸ軸方向に屈曲することとなり、結局、片持梁２
は水平方向に屈曲振動する。屈曲振動時に、各電極４１
と電極４３ａ，４３ｂとの間に流れる電流は各電流／電
圧変換回路５９ａ，５９ｂで検出され、加算回路５３で
全電流Ｉが求められるとともに、角速度Ωが電極５，７
間の静電容量Ｃｍの変化より、図３６に示す回路を用い
て検出される。

【０２７６】かかる実施例によれば、圧電素子４Ｂの電
極を共通化できるため、圧電素子４Ｂの電極数を低減で
きるという利点がある。

【０２７７】なお、上記実施例では、電極４７ａ，４７
ｂを別々に示したが、電流は圧電膜４６の各分極領域を
分流して流れるため、左右の分極方向を違えた圧電素子
４Ｂを用いる図３９のごとき検出回路においては電極４
７ａ，４７ｂをも共通化してよく、この場合には加算回
路５３は不要となる。また、圧電素子４Ｂの左右の分極
を揃えた、図３４に示すごとき実施例においても、電極
４３ａ，４３ｂを共通電極化して接地し、電極４５ａ，
４５ｂに逆相の交番電圧を印加するようにしても、電極
の共通化がはかれる。

【０２７８】実施例２５．図４０は１対の圧電素子を有
する実施例を示す検出部の断面図であり、片持梁２上
に、上記のような圧電素子４Ｂの代わりに、片持梁２の
上記軸線Ｇにおける垂直面に対称な１対の圧電素子４
Ｃ，４Ｄを設けたものである。圧電素子４Ｃ，４Ｄは同
一方向、即ち電極４７ａ，４５ａ間と電極４７ｂ，４５
ｂ間に同方向の直流電界をかけて分極しておき、駆動時
に両電極間に逆相の交番電圧を印加して駆動するか、両
電極間に逆方向の直流電界をかけて分極しておき、駆動
時に両電極間に同相の交番電圧を印加して駆動する。

【０２７９】前者において電極４５ａ，４５ｂを接地側
とする場合、および後者の場合には、電極４５ａ，４５
ｂを共通電極として形成しておくのがよい。かかる実施
例においては圧電膜４６ａ，４６ｂ中に中性領域が存在
することがなく圧電素子の面積あたりの電気機械変換効
率を上げられるとともに、梁の水平方向の剛性も下げら
れるため、同一駆動電圧に対しより大きな水平方向の振
動変位を得ることができ、検出感度が向上するという利
点がある。

【０２８０】実施例２６．図４１は片持梁２の上記軸線
Ｇに沿って貫通部を設けた実施例を示す平面図で、８１
は片持梁２の中央に、上記軸線Ｇに沿って片持梁２を上
下に貫通する細長の貫通部である。片持梁２上面の貫通
部８１の両脇には圧電素子４Ｅ，４Ｆが、下面に検出電
極６ａ，６ｂが形成されている。検出電極６ａ，６ｂ
は、検出方法により、接続パターンを配して同電位に維
持しても良いし、他側の検出電極７を電極６ａ，６ｂよ
り小さくして図３２に示すものと逆の検出電極配置をと
るようにしても良い。かかる貫通部８１は図３３に示す
検出部の製造工程図（Ｃ）〜（Ｄ）において、片持梁２
の骨格の下層を形成するＳｉＯ₂ 膜１２と、中心層とな
るポリＳｉ層１３と、骨格の上層を形成するＳｉＯ₂ 膜
１２の製作時のマスクを変更することにより製作する。

【０２８１】図示しないが、まず貫通部８１を除く部分
にＳｉＯ₂ 膜１２を積層した後、貫通部８１の周囲の壁
となる領域を残して、壁の外側、および内側即ち貫通部
８１の内部にポリＳｉ層１３を積層し、さらにこの上か
ら貫通部８１を除く部分に再度ＳｉＯ₂ 膜１２を積層し
て上記壁をＳｉＯ₂ 膜１２で埋めて貫通部の内部のポリ
Ｓｉ層１３を分離し、行程（Ｇ）でポリＳｉ層１１と連
続した貫通部８１の内部のポリＳｉ層１３を同時に選択
エッチングすることにより間隙１８と同時に貫通部８１
を形成する。

【０２８２】かかる実施例によれば、貫通部８１により
片持梁２の水平方向の実効剛性を下げられるため、検出
感度をさらに向上できるという利点がある。

【０２８３】上記実施例では片持梁２の上記軸線Ｇに沿
って貫通部８１を設けた例を示したが、両持梁２３Ａに
おける軸線Ｇに沿って貫通部８１を設けても同様の効果
が期待できることは言うまでもない。

【０２８４】実施例２７．図４２は片持梁に複数の貫通
部を設けた実施例を示す平面図で、実施例２６と同じく
片持梁２の中央の軸線Ｇに沿って細長の貫通部８１を設
けるとともに、片持梁２の保持部３ａの基部に別の貫通
部８２を設けて片持梁２の基部を２つの細長柱状部８３
ａ，８３ｂに分離し、かかる細長柱状部２２ａ，２２に
より片持梁２の支持片を形成するようにしたものであ
る。

【０２８５】かかる実施例によっても実施例２６と同様
の利点があるとともに、片持梁２の支持片を梁の両脇に
形成することにより、Ｘ軸方向駆動時のＺ軸回りへの片
持梁２の捻れを低減できるという利点もある。

【０２８６】なお、上記実施例では貫通部８１，８２を
離間させて設けたが貫通部８１，８２を連続した貫通部
としても良い。

【０２８７】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、振動片とこれに対向する基板に設けられて、上記振
動片の水平方向の振動に対し相互に重なり合う面積が不
変な１対の駆動電極と、上記振動片の上記水平方向の振
動に対し相互に重なり合う面積が相互に変化する少なく
とも２対の検出電極とを設けるように構成したので、低
い駆動電圧でも検出感度を高くとることができるととも
に、駆動による角速度検出誤差を抑えることができ、こ
れを簡単，小形の構造にて実現できるものが得られる効
果がある。

【０２８８】請求項２の発明によれば、基板に固定され
た保持部を有し、該保持部以外では上記基板に対向して
近接配置され、中途に上記基板面に対し水平方向に曲げ
変形する支持片を有すると共に該支持片より保持部側で
上記基板面に対し垂直方向に曲げ変形する片持梁と、上
記保持部側における上記片持梁とこれに対向する位置の
上記基板にそれぞれ設けられた１対の駆動電極と、上記
支持片より先端部側の上記片持梁およびこれに対向する
位置の上記基板にそれぞれ設けられ、上記先端部側の水
平方向の振動に対し相互に重なり合う面積が変化する少
なくとも２対の検出電極とを設けるように構成したの
で、片持梁基部の水平方向の振動を抑えて、片持梁先部
との振動モードの分離を行えるとともに、片持梁の寸法
設計の自由度を高めることができるものが得られる効果
がある。

【０２８９】請求項３の発明によれば、検出電極を駆動
電極に対して振動片または片持梁の先端部側に配置する
ように構成したので、検出電極のＸ軸方向変位を大きく
して、角速度検出感度をさらに向上できるものが得られ
る効果がある。

【０２９０】請求項４の発明によれば、振動片とこれに
対向する基板との間に、上記振動片の水平方向の振動に
対し相互に重なり合う面積が変化する２対の駆動検出電
極を設けるように構成したので、電極数を少なくしても
配線の容易化，電極形成時のマスキングの単純化および
リード間の浮遊容量の低減を図ることができるものが得
られる効果がある。

【０２９１】請求項５の発明によれば、振動片を片持梁
とし、支持片をその片持梁の一端または途中に該片持梁
の軸線方向に設けるように構成したので、支持片におけ
る片持梁の弾性支持により検出電極による変位検出を高
感度に行うことができるものが得られる効果がある。

【０２９２】請求項６の発明によれば、振動片を両持梁
とし、支持片をその両持梁の両端にこれの軸線方向に設
け、駆動電極および検出電極、または駆動検出電極を上
記両持梁の幅方向の中心垂直面に対し対称に配置するよ
うに構成したので、衝撃に対して機械的強度を高めるこ
とができるものが得られる効果がある。

【０２９３】請求項７の発明によれば、振動片，片持梁
または両持梁に形成される複数の検出電極、およびこれ
らに対応して基板側に形成される複数の検出電極のいず
れかを共通検出電極とするように構成したので、支持片
を通るリードの本数を少なくでき、配線の単純化および
電極形成時のマスキングの単純化を図れ、かつ上記リー
ド間の浮遊容量の低減を図ることができるものが得られ
る効果がある。

【０２９４】請求項８の発明によれば、基板に固定され
た保持部を有し、該保持部以外では上記基板に対向して
近接配置され、かつ該基板面に対し垂直方向に曲げ変形
する矩形の振動片と、該矩形の振動片の各角部に設けら
れ、上記基板面に対し水平方向に曲げ変形する支持片
と、上記矩形の振動片およびこれに対向する上記基板に
それぞれ設けられて、上記矩形の振動片の上記水平方向
の振動に対し相互に重なり合う面積が不変な駆動電極
と、上記矩形の振動片の上記水平方向の振動に対し相互
に重なり合う面積が相互に変化する２水平軸方向の４対
の検出電極とを設けるように構成したので、水平軸回り
の２軸の角速度を同時に検出できるものが得られる効果
がある。

【０２９５】請求項９の発明によれば、矩形の振動片の
水平方向の振動に対し相互に重なり合う面積が変化す
る、上記矩形の振動片の中心軸に対し点対称となる４つ
の駆動検出電極を設けるように構成したので、水平軸回
りの２軸の角速度を同時に検出できるほか、電極数を少
なくすることができるものが得られる効果がある。

【０２９６】請求項１０の発明によれば、振動片または
両持梁に形成される駆動電極および検出電極、およびこ
れらに対応して基板側に形成される駆動電極および検出
電極の少なくともいずれか一方を共通電極とするように
構成したので、リード本数の削減，配線およびマスキン
グの単純化、さらには上記リード間の浮遊容量の低減を
図ることができるものが得られる効果がある。

【０２９７】請求項１１の発明によれば、振動片上面の
一部に共振周波数を調整する重錘を設けるように構成し
たので、振動片の形状で決まる共振周波数を適切に調整
できるものが得られる効果がある。

【０２９８】請求項１２の発明によれば、振動片および
これに対向する基板面にそれぞれ設けられて、上記振動
片の水平方向の振動に対し相互に重なり合う面積が不変
な１対の駆動電極と、上記振動片の上記水平方向の振動
に対し相互に重なり合う面積が相互に変化する少なくと
も２対の検出電極とを設けて、上記振動片を垂直方向に
共振周波数近傍で振動させた時の、上記各検出電極間の
容量差の上記周波数成分より、角速度検出回路によって
上記振動片の軸線回りの角速度を検出するように構成し
たので、低い駆動電圧でも検出感度を高くとることがで
きるとともに、駆動による角速度検出誤差を抑えること
ができ、角速度演算を簡単な信号処理にて容易に実現で
きるものが得られる効果がある。

【０２９９】請求項１３の発明によれば、基板に固定さ
れた保持部を有し、該保持部以外では上記基板に対向し
て近接配置され、かつ該基板面に対し水平方向に曲げ変
形する支持片を中途に有すると共に該支持片より保持部
側で上記基板面に対し主に垂直方向に曲げ変形する片持
梁と、上記保持部側の片持梁の上記基部およびこれに対
向する位置の上記基板にそれぞれ設けられた１対の駆動
電極と、上記支持片より先端部側の上記片持梁およびこ
れに対向する位置の上記基板にそれぞれ設けられ、上記
先端部側の水平方向の振動に対し相互に重なり合う面積
が相互に変化する少なくとも２対の検出電極とを設け
て、上記片持梁を垂直方向に共振周波数近傍で振動させ
た時の、上記検出電極間の容量差の上記周波数成分よ
り、角速度検出回路に上記片持梁の軸線回りの角速度を
検出させるように構成したので、片持梁基部の水平方向
の振動を抑えて、片持梁先部との振動モードの分離を行
えるとともに、片持梁の寸法設計の自由度を高めること
ができ、これにより簡単な信号処理にて角速度演算を高
精度に実施できるものが得られる効果がある。

【０３００】請求項１４の発明によれば、振動片および
これに対向する基板に、上記振動片の水平方向の振動に
対し相互に重なり合う面積が変化する２対の駆動検出電
極を設け、該２対の駆動検出電極を同相駆動して上記振
動片を垂直方向に共振周波数近傍で振動させた時の、上
記２対の駆動検出電極間の容量差の上記周波数成分よ
り、角速度検出回路によって上記振動片の軸線回りの角
速度を検出させるように構成したので、電極数を少なく
しても配線の容易化，電極形成時のマスキングの単純化
およびリード間の浮遊容量の低減を図ることができるほ
か、その角速度検出を信号処理により高精度に実現でき
るものが得られる効果がある。

【０３０１】請求項１５の発明によれば、基板に固定さ
れた保持部を有し、該保持部以外では上記基板に対向し
て近接配置され、該基板面に対し垂直方向に曲げ変形す
る矩形の振動片と、該矩形の振動片の各角部に設けられ
て、上記基板面に対し水平方向に曲げ変形する支持片
と、上記矩形の振動片およびこれに対向する上記基板に
それぞれ設けられて、上記矩形の振動片の上記水平方向
の振動に対し相互に重なり合う面積が不変な駆動電極
と、上記矩形の振動片の上記水平方向の振動に対し相互
に重なり合う面積が相互に変化する２水平軸方向の４対
の検出電極とを設けて、上記各対の検出電極間の容量差
の上記周波数成分より、角速度検出回路に上記矩形の振
動片の各水平軸回りの角速度を検出させるように構成し
たので、水平軸回りの２軸の角速度を同時に検出でき、
これを信号処理により高精度に実現できるものが得られ
る効果がある。

【０３０２】請求項１６の発明によれば、矩形の振動片
の水平方向の振動に対し相互に重なり合う面積が変化す
る、上記矩形の振動片の中心軸に対し点対称となる４対
の駆動検出電極を設け、該各駆動検出電極を同相駆動し
て、上記矩形の振動片を垂直方向に共振周波数近傍で振
動させた時の、水平軸方向の２対の駆動検出電極間の容
量和を一組とした各組の容量差の上記周波数成分より、
角速度検出回路に上記矩形の振動片の各水平軸回りの角
速度を検出させるように構成したので、水平軸回りの２
軸の角速度を同時に検出できるほか、さらに上記角速度
検出を信号処理によって高精度に実現できるものが得ら
れる効果がある。

【０３０３】請求項１７の発明によれば，基板に固定さ
れた保持部を有し、該保持部以外では上記基板の片面に
対向して近接配置され、かつ少なくとも一部が該基板面
に対し主に垂直方向に曲げ変形する振動片と、該振動片
の一部に連設され、上記基板面に対し水平方向に曲げ変
形する支持片と、上記振動片の片面に設けられた圧電素
子と、上記振動片および上記基板にそれぞれ形成され、
上記振動片の水平方向の振動に対し相互に重なり合う面
積が変化する少なくとも２対の検出電極を設けるように
構成したので、低い駆動電圧でも検出感度を高くとるこ
とができるとともに、駆動による角速度検出誤差の発生
を抑えることができるものが得られる効果がある。

【０３０４】請求項１８の発明によれば支持片を振動片
の片持支持側に設けると共に、検出電極を上記振動片の
自由端側に設けるように構成したので、各対の検出電極
間における静電容量の変化量を高感度に検知できるもの
が得られる効果がある。

【０３０５】請求項１９の発明によれば支持片を振動片
の両持支持側に設けると共に、検出電極を上記振動片の
幅方向の中心垂直面に対し対称に設けるように構成した
ので、振動片の機械的強度を高めることができるものが
得られる効果がある。

【０３０６】請求項２０の発明によれば支持片を上記振
動片の中途に設けると共に、圧電素子を上記支持片より
保持部側の上記振動片に設け、検出電極を上記支持片よ
り先端部側の、上記振動片の幅方向の中心垂直面に対し
て対称に設けるように構成したので、片持梁基部の水平
（Ｘ軸）方向の振動を抑え、振動モードを分離可能にで
きるとともに、片持梁の寸法設計上の自由度を高めるこ
とができるものが得られる効果がある。

【０３０７】請求項２１の発明によれば矩形の振動片の
各角部に設けられた水平方向に変形する支持片と、上記
矩形の振動片の片面に設けられこれの中心から周囲方向
に伸縮変位するよう分極された圧電素子と、矩形の振動
片の各水平方向の振動に対し各水平方向に相互に重なり
合う面積が変化する、４対の検出電極とを設けるように
構成したので、水平軸回りの２軸の角速度を同時に検出
できるものが得られる効果がある。

【０３０８】請求項２２の発明によれば矩形の振動片の
水平軸方向の振動に対し相互に重なり合う面積が変化す
る、上記矩形の振動片の中心軸に対し点対称となる４対
の検出電極を設けるよう構成したので、水平軸回りの２
軸の角速度を同時に検出できるほか、電極面積を広くと
って、Ｓ／Ｎ比の向上を図れるものが得られる効果があ
る。

【０３０９】請求項２３の発明によれば振動片の一部に
共振周波数を調整する重錘を設けるように構成したの
で、振動片の形状で決まる共振周波数を適切に調整でき
るものが得られる効果がある。

【０３１０】請求項２４の発明によれば片持梁や両持梁
または矩形の振動片に形成される複数の検出電極を共通
電極とするように構成したので、検出電極の共通化によ
り、該検出電極のマスクパターンの単純化およびリード
線数の削減を図れるものが得られる効果がある。

【０３１１】請求項２５の発明によれば振動片の水平方
向の振動に対し相互に重なり合う面積が変化する、少な
くとも２対の検出電極を設けるように構成したので、圧
電素子を駆動して上記振動片を垂直方向に共振周波数近
傍で振動させた時の、上記検出電極間の容量差の上記周
波数成分より、角速度検出回路に上記振動片の軸線回り
の角速度を演算によって検出させるように構成したの
で、正確に角速度検出を実施でき、低い駆動電圧でも検
出感度を高くとることができるとともに、角速度検出誤
差を生じるのを抑えることができるものが得られる効果
がある。

【０３１２】請求項２６の発明によれば矩形の振動片の
各角部に設けられた水平方向に変形する支持片と、上記
矩形の振動片の片面に設けられこれの中心から周囲方向
に伸縮変位するよう分極された圧電素子と、矩形の振動
片の各水平方向の振動に対し各水平方向に相互に重なり
合う面積が変化する４対の検出電極とを設けて、上記圧
電素子を駆動し上記矩形の振動片を垂直方向に共振周波
数近傍で振動させた時の、上記各対の検出電極間の容量
差の上記周波数成分を角速度検出回路により演算によっ
て求めるように構成したので、矩形の振動片の水平軸回
りの２軸の角速度を同時かつ高精度に検出できるものが
得られる効果がある。

【０３１３】請求項２７の発明によれば矩形の振動片の
水平軸方向の振動に対し相互に重なり合う面積が変化す
る、上記矩形の振動片の中心軸に対し点対称となる４対
の検出電極を設け、圧電素子を駆動して上記矩形の振動
片を垂直方向に共振周波数近傍で振動させた時の、上記
各水平軸方向の２対の検出電極間の容量和を一組とした
各組の容量差の上記周波数成分より、角速度検出回路に
上記矩形の振動片の各水平軸回りの角速度を検出させる
ように構成したので、水平軸回りの２軸の角速度を同時
に検出できるものが得られる効果がある。

【０３１４】請求項２８の発明によれば、細長の振動片
の片面に該振動片の軸方向の中心垂直面に対称に設けら
れ、上下２対の電極により圧電膜を挟持するよう積層さ
れて、上記振動片を水平方向に伸縮変位するように分極
された圧電素子を設け、上記振動片および上記基板に、
上記振動片の水平方向の振動に対し相互に重なり合う面
積が変化する２対の検出電極をそれぞれ設けるように構
成したので、細長の振動板を用いて角速度検出感度／駆
動電圧の比を大きくとり、正確な角速度検出を実現でき
るものが得られる効果がある。

【０３１５】請求項２９の発明によれば、振動片および
基板に、上記振動片の水平方向の振動に対し対向面積が
不変な１対の検出電極をそれぞれ形成するように構成し
たので、角速度検出処理の簡素化と、電極数の削減を図
り、かつマスクパターンの単純化を実現できるものが得
られる効果がある。

【０３１６】請求項３０の発明によれば、圧電素子の２
対の電極うち、圧電素子の少なくとも片面側の電極を共
通化するように構成したので、この圧電素子の電極数を
削減および接続回路の簡素化を実現できるものが得られ
る効果がある。

【０３１７】請求項３１の発明によれば、圧電素子を、
各１対の電極間にで各一の圧電膜を挟持するように積層
し、かつ振動片の幅方向の中心垂直面に対称に配置する
ように構成したので、圧電素子の圧電膜中に中性領域を
作らずに、圧電素子の面積あたりの電気機械変換効率を
上げて、検出感度の向上を図ることができるものが得ら
れる効果がある。

【０３１８】請求項３２の発明によれば、振動片を片持
梁とし、支持片を上記振動片の片持支持側に設けると共
に、検出電極を上記振動片の自由端側に設けるように構
成したので、検出電極間における静電容量の変化量を高
感度に検知できるものが得られる効果がある。

【０３１９】請求項３３の発明によれば、振動片を両持
梁とし、支持片を上記振動片の両持支持側に設けると共
に、検出電極を上記振動片の幅方向の中心垂直面に対称
に設けるように構成したので、振動片の機械的支持強度
を高めることができるものが得られる効果がある。

【０３２０】請求項３４の発明によれば、振動片を片持
梁とし、支持片を上記振動片の中途に設けて、該支持片
より先端部側の垂直方向曲げ剛性を、該支持片より保持
部側の垂直方向曲げ剛性より小にすると共に、圧電素子
を上記保持部側に設け、検出電極を上記先端部側に設け
るように構成したので、振動片の基部が垂直方向に振動
するのを抑えることで、振動モードの分離を可能にし、
これにより片持梁としての寸法設計自由度を高くとれる
ものが得られる効果がある。

【０３２１】請求項３５の発明によれば、振動片の一部
に、該振動片の幅方向の中心垂直面に沿って貫通部を設
けるように構成したので、片持梁としての振動片の水平
方向の実質剛性を下げることで、検出感度を著しく向上
できるものが得られる効果がある。

【０３２２】請求項３６の発明によれば、振動片の水平
方向の振動に対し相互に重なり合う面積が変化する２対
の検出電極を設け、角速度検出回路に、圧電素子を駆動
して上記振動片を水平方向に共振周波数近傍で屈曲振動
させた時の、各対の検出電極間の容量和の上記周波数成
分より、上記振動片の軸線回りの角速度を検出させるよ
うに構成したので、圧電素子の振動により生じる振動片
の垂直方向振動を各対の検出電極の垂直方向変位による
容量和の変化により求めて、この容量和変化の周波数成
分から上記振動片の幅方向の中心軸回りの角速度を求め
ることができるものが得られる効果がある。

【０３２３】請求項３７の発明によれば、振動片の水平
方向の振動に対し対向面積が不変な１対の検出電極を設
け、角速度検出回路に、圧電素子を駆動して上記振動片
を水平方向に共振周波数近傍で屈曲振動させた時の、上
記検出電極間の容量の上記周波数成分より、上記振動片
の軸線回りの角速度を検出させるように構成したので、
ただ１対の検出電極により、振動片の幅方向の中心軸回
りの角速度を求めることができるものが得られる効果が
ある。

【０３２４】請求項３８の発明によれば、角速度検出回
路に、各対の検出電極間の容量和に対する容量差の比が
一定となるように、駆動電圧あるいは駆動電流を制御し
て圧電素子を所定振動速度で駆動させるように構成した
ので、１対の検出電極間の容量和および容量差の比か
ら、振動片の駆動方向の屈曲振動の振動速度を所定値に
維持することができるものが得られる効果がある。

【０３２５】請求項３９の発明によれば、角速度検出回
路に、圧電素子に印加される電流と、上記圧電素子に印
加される電圧および該圧電素子の制動アドミッタンスの
積との差が所定値となるように、上記電圧あるいは電流
を制御して、上記圧電素子を所定振動速度で駆動させる
ように構成したので、圧電素子の制動アドミッタンスと
圧電素子に印加される電圧，電流とを用いて、振動片の
駆動方向の振動速度を所定値に維持することができるも
のが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例による角速度検出装置に
用いられる角速度センサを示す平面図である。

【図２】 図１における角速度センサを詳細に示すＡ−
Ａ線断面図である。

【図３】 図１における角速度センサを詳細に示すＢ−
Ｂ線断面図である。

【図４】 図１における角速度センサの製造手順を示す
工程図である。

【図５】 この発明の角速度検出装置における角速度検
出回路を示すブロック図である。

【図６】 この発明における角速度センサの他の実施例
を示す平面図である。

【図７】 この発明における角速度センサのまた他の実
施例を示す平面図である。

【図８】 この発明における角速度センサのさらに他の
実施例を示す平面図である。

【図９】 この発明における角速度センサの他の実施例
を示す平面図である。

【図１０】 この発明における角速度センサのまた他の
実施例を示す平面図である。

【図１１】 この発明における角速度センサのさらに他
の実施例を示す平面図である。

【図１２】 この発明における角速度センサのまた他の
実施例を示す平面図である。

【図１３】 この発明における角速度センサのさらに他
の実施例を示す平面図である。

【図１４】 図１３の角速度センサに用いられる角速度
検出回路を示すブロック図である。

【図１５】 この発明における角速度センサの他の実施
例を示す平面図である。

【図１６】 この発明における角速度センサのまた他の
実施例を示す平面図である。

【図１７】 この発明における角速度センサのさらに他
の実施例を示す平面図である。

【図１８】 図１７の角速度センサに用いられる角速度
検出回路を示すブロック図である。

【図１９】 この発明における角速度センサの他の実施
例を示す平面図である。

【図２０】 図１９における角速度センサを詳細に示す
Ｃ−Ｃ線断面図である。

【図２１】 この発明の他の実施例による角速度検出装
置に用いられる角速度センサを示す平面図である。

【図２２】 図２１における角速度センサを詳細に示す
Ｄ−Ｄ線断面図である。

【図２３】 図２１における角速度センサの製造手順を
示す工程図である。

【図２４】 この発明の角速度検出装置における角速度
検出回路を示すブロック図である。

【図２５】 この発明における角速度センサの他の実施
例を示す平面図である。

【図２６】 この発明における角速度センサのさらに他
の実施例を示す平面図である。

【図２７】 この発明における角速度センサのまた他の
実施例を示す平面図である。

【図２８】 この発明における角速度センサの他の実施
例を示す平面図である。

【図２９】 図２８における角速度センサに用いられる
角速度検出回路を示すブロック図である。

【図３０】 この発明における角速度センサのさらに他
の実施例を示す縦断面図である。

【図３１】 この発明の別の実施例による角速センサを
示す平面図である。

【図３２】 図３１における角速度センサを詳細に示す
Ｅ―Ｅ線断面図である。

【図３３】 図３１における角速度センサの製造手順を
示す工程図である。

【図３４】 この発明の角速度検出装置における角速度
検出回路を示すブロック図である。

【図３５】 この発明の他の実施例による角速度センサ
を示す平面図である。

【図３６】 図３５における角速度センサを用いた角速
度検出回路を示すブロック図である。

【図３７】 この発明の角速度センサのまた他の実施例
を示す平面図である。

【図３８】 この発明の角速度センサのさらに他の実施
例を示す平面図である。

【図３９】 この発明における圧電素子の電極を共通化
した角速度検出回路の部分ブロック図である。

【図４０】 この発明における１対の圧電素子を有する
角速度センサを示す断面図である。

【図４１】 この発明のさらに別の実施例による角速度
センサ示す平面図である。

【図４２】 この発明のまたさらに別の実施例による角
速度センサを示す平面図である。

【図４３】 従来の振動ジャイロ方式の角速度センサを
示す分解斜視図である。

【図４４】 従来の振動ジャイロ方式の角速度センサを
用いた角速度検出装置を示す接続図である。

【符号の説明】

１ シリコン基板（基板）、２ 片持梁（振動片）、
３，３１，３２，３３支持片、４，５ 駆動電極、４
Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，４Ｆ 圧電素子、６ａ，
７ａ 検出電極（第１の検出電極対）、６Ａ，９ 共通
電極、６ｂ，７ｂ検出電極（第２の検出電極対）、７
ｃ，７ｄ 検出電極、８ 共通検出電極、１４ａ，１４
ｂ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ 駆動検出電極、
１６ 共通駆動検出電極（共通電極）、２３，２３Ａ
両持梁（振動片）、２４ 矩形の振動片、４４ 重錘、
４５ａ，４５ｂ 電極（下部電極）、４６ 圧電膜、４
７ａ，４７ｂ 電極（上部電極）、８１，８２ 貫通
部。

Claims (39)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、該基板に固定された保持部を有
   し、該保持部以外では上記基板に対向して近接配置さ
   れ、かつ該基板面に対し主に垂直方向に曲げ変形する振
   動片と、該振動片の一部に連設され、上記基板面に対し
   水平方向に曲げ変形する支持片と、上記振動片およびこ
   れに対向する上記基板にそれぞれ設けられて、上記振動
   片の上記水平方向の振動に対し相互に重なり合う面積が
   不変な１対の駆動電極と、上記振動片およびこれに対向
   する上記基板にそれぞれ設けられて、上記振動片の上記
   水平方向の振動に対し相互に重なり合う面積が変化する
   少なくとも２対の検出電極とを備えた角速度センサ。
2. 【請求項２】 基板と、該基板に固定された保持部を有
   し、該保持部以外では上記基板に対向して近接配置さ
   れ、かつ上記基板面に対し水平方向に曲げ変形する支持
   片を中途に持つと共に該支持片より保持部側で上記基板
   面に対し主に垂直方向に曲げ変形する片持梁と、上記保
   持部側における上記片持梁およびこれに対向する位置の
   上記基板にそれぞれ設けられた１対の駆動電極と、上記
   支持片より先端部側の上記片持梁およびこれに対向する
   位置の上記基板にそれぞれ設けられ、上記先端部側の水
   平方向の振動に対し相互に重なり合う面積が変化する少
   なくとも２対の検出電極とを備えた角速度センサ。
3. 【請求項３】 検出電極を駆動電極に対して振動片また
   は片持梁の先端部側に配置したことを特徴とする請求項
   １または２に記載の角速度センサ。
4. 【請求項４】 基板と、該基板に固定された保持部を有
   し、該保持部以外では上記基板に対向して近接配置さ
   れ、かつ該基板面に対し主に垂直方向に曲げ変形する振
   動片と、該振動片の一部に連設され、上記基板面に対し
   水平方向に曲げ変形する支持片と、上記振動片およびこ
   れに対向する上記基板にそれぞれ設けられて、上記振動
   片の上記水平方向の振動に対し相互に重なり合う面積が
   変化する２対の駆動検出電極とを備えた角速度センサ。
5. 【請求項５】 振動片が片持梁であり、支持片が該片持
   梁の一端または途中に該片持梁の軸線方向に設けられて
   いる請求項１〜４のいずれかに記載の角速度センサ。
6. 【請求項６】 振動片が両端の保持部にて基板に固定さ
   れた両持梁であり、支持片が該両持梁の両端にこれの軸
   線方向に設けられて、駆動電極および検出電極、または
   駆動検出電極が上記両持梁の幅方向の中心垂直面に対し
   対称に配置されている請求項１または請求項４に記載の
   角速度センサ。
7. 【請求項７】 振動片，片持梁または両持梁に形成され
   る複数の検出電極、およびこれらに対応して基板側に形
   成される複数の検出電極のいずれかを共通検出電極とす
   る請求項１〜６のいずれかに記載の角速度センサ。
8. 【請求項８】 基板と、該基板に固定された保持部を有
   し、該保持部以外では上記基板に対向して近接配置さ
   れ、かつ該基板面に対し主に垂直方向に曲げ変形する矩
   形の振動片と、該矩形の振動片の各角部に連設され、上
   記基板面に対し水平方向に曲げ変形する支持片と、上記
   矩形の振動片およびこれに対向する上記基板にそれぞれ
   設けられて、上記矩形の振動片の上記水平方向の振動に
   対し相互に重なり合う面積が不変な１対の駆動電極と、
   上記矩形の振動片の上記水平方向の振動に対し相互に重
   なり合う面積が相互に変化する２水平軸方向の４対の検
   出電極とを備えた角速度センサ。
9. 【請求項９】 基板と、該基板に固定された保持部を有
   し、該保持部以外では上記基板に対向して近接配置さ
   れ、かつ該基板面に対し主に垂直方向に曲げ変形する矩
   形の振動片と、該矩形の振動片の各角部に連設され、上
   記基板面に対し水平方向に曲げ変形する支持片と、上記
   矩形の振動片およびこれに対向する上記基板にそれぞれ
   設けられて、上記矩形の振動片の上記水平方向の振動に
   対し相互に重なり合う面積が変化する、上記矩形の振動
   片の中心軸に対し点対称となる４対の駆動検出電極とを
   備えた角速度センサ。
10. 【請求項１０】 振動片または両持梁に形成される駆動
    電極および検出電極、およびこれらに対応して基板側に
    形成される駆動電極および検出電極の少なくともいずれ
    か一方を共通電極とした請求項１〜９のいずれかに記載
    の角速度センサ。
11. 【請求項１１】 振動片上面の一部に共振周波数を調整
    する重錘を設けた請求項１〜１０のいずれかに記載の角
    速度センサ。
12. 【請求項１２】 基板と、該基板に固定された保持部を
    有し、該保持部以外では上記基板に対向して近接配置さ
    れ、かつ該基板面に対し主に垂直方向に曲げ変形する振
    動片と、該振動片の一部に連設され、上記基板面に対し
    水平方向に曲げ変形する支持片と、上記振動片およびこ
    れに対向する上記基板にそれぞれ設けられて、上記振動
    片の上記水平方向の振動に対し相互に重なり合う面積が
    不変な１対の駆動電極と、上記振動片およびこれに対向
    する上記基板にそれぞれ設けられて、上記振動片の上記
    水平方向の振動に対し相互に重なり合う面積が変化する
    少なくとも２対の検出電極と、上記駆動電極を駆動し上
    記振動片を垂直方向に共振周波数近傍で振動させた時
    の、上記各検出電極間の容量差の上記周波数成分より上
    記振動片の軸線回りの角速度を検出する角速度検出回路
    とを備えた角速度検出装置。
13. 【請求項１３】 基板と、該基板に固定された保持部を
    有し、該保持部以外では上記基板に対向して近接配置さ
    れ、かつ上記基板面に対し水平方向に曲げ変形する支持
    片を中途に持つと共に該支持片より保持部側で上記基板
    面に対し主に垂直方向に曲げ変形する片持梁と、上記保
    持部側における上記片持梁およびこれに対向する位置の
    上記基板に設けられた１対の駆動電極と、上記支持片よ
    り先端部側の上記片持梁およびこれに対向する位置の上
    記基板にそれぞれ設けられ、上記先端部側の水平方向の
    振動に対し相互に重なり合う面積が変化する少なくとも
    ２対の検出電極と、上記駆動電極を駆動し上記片持梁を
    垂直方向に共振周波数近傍で振動させた時の、上記検出
    電極間の容量差の上記周波数成分より上記片持梁の軸線
    回りの角速度を検出する角速度検出回路とを備えた角速
    度検出装置。
14. 【請求項１４】 基板と、該基板に固定された保持部を
    有し、該保持部以外では上記基板に対向して近接配置さ
    れ、かつ該基板面に対し主に垂直方向に曲げ変形する振
    動片と、該振動片の一部に連設され、上記基板面に対し
    水平方向に曲げ変形する支持片と、上記振動片およびこ
    れに対向する上記基板にそれぞれ設けられて、上記振動
    片の上記水平方向の振動に対し相互に重なり合う面積が
    変化する２対の駆動検出電極と、該２対の駆動検出電極
    を同相駆動して上記振動片を垂直方向に共振周波数近傍
    で振動させた時の、上記２対の駆動検出電極間の容量差
    の上記周波数成分より上記振動片の軸線回りの角速度を
    検出する角速度検出回路とを備えた角速度検出装置。
15. 【請求項１５】 基板と、該基板に固定された保持部を
    有し、該保持部以外では上記基板に対向して近接配置さ
    れ、かつ該基板面に対し主に垂直方向に曲げ変形する矩
    形の振動片と、該矩形の振動片の各角部に連設され、上
    記基板面に対し水平方向に曲げ変形する支持片と、上記
    矩形の振動片およびこれに対向する上記基板にそれぞれ
    設けられて、上記矩形の振動片の上記水平方向の振動に
    対し相互に重なり合う面積が不変な１対の駆動電極と、
    上記矩形の振動片の上記水平方向の振動に対し相互に重
    なり合う面積が相互に変化する２水平軸方向の各４対の
    検出電極と、上記駆動電極を駆動し上記振動片を垂直方
    向に共振周波数近傍で振動させた時の、上記各対の検出
    電極間の容量差の上記周波数成分より上記矩形の振動片
    の各水平軸回りの角速度を検出する角速度検出回路とを
    備えた角速度検出装置。
16. 【請求項１６】 基板と、該基板に固定された保持部を
    有し、該保持部以外では上記基板に対向して近接配置さ
    れ、かつ該基板面に対し主に垂直方向に曲げ変形する矩
    形の振動片と、該矩形の振動片の各角部に連設され、上
    記基板面に対し水平方向に曲げ変形する支持片と、上記
    矩形の振動片およびこれに対向する上記基板にそれぞれ
    設けられて、上記矩形の振動片の上記水平方向の振動に
    対し相互に重なり合う面積が変化する、上記矩形の振動
    片の中心軸に対し点対称となる４対の駆動検出電極と、
    該各駆動検出電極を同相駆動して上記矩形の振動片を垂
    直方向に共振周波数近傍で振動させた時の、各水平軸方
    向の２対の駆動検出電極間の容量和を一組とした各組の
    容量差の上記周波数成分より上記矩形の振動片の各水平
    軸回りの角速度を検出する角速度検出回路とを備えた角
    速度検出装置。
17. 【請求項１７】 基板と、該基板に固定された保持部を
    有し、該保持部以外では上記基板の片面に対向して近接
    配置され、かつ少なくとも一部が該基板面に対し主に垂
    直方向に曲げ変形する振動片と、該振動片の一部に連設
    され、上記基板面に対し水平方向に曲げ変形する支持片
    と、上記振動片の片面に設けられ該振動片を所定方向に
    伸縮変位するよう分極された圧電素子と、上記振動片お
    よび上記基板にそれぞれ形成され、上記振動片の水平方
    向の振動に対し相互に重なり合う面積が変化する少なく
    とも２対の検出電極とを備えた角速度センサ。
18. 【請求項１８】 振動片が片持梁であり、支持片が該振
    動片の片持支持側に設けられていると共に、検出電極が
    上記振動片の自由端側に設けられている請求項１７に記
    載の角速度センサ。
19. 【請求項１９】 振動片が両持梁であり、支持片が該振
    動片の両持支持側に設けられていると共に、検出電極が
    上記振動片の幅方向の中心垂直面に対し対称に設けられ
    ている請求項１７に記載の角速度センサ。
20. 【請求項２０】 振動片が片持梁であり、支持片が上記
    振動片の中途に設けられていると共に、圧電素子が上記
    支持片より保持部側の上記振動片に設けられ、検出電極
    が垂直方向曲げ剛性を高くした上記支持片より先端部側
    の、上記振動片の幅方向の中心垂直面に対し対称に設け
    られている請求項１７に記載の角速度センサ。
21. 【請求項２１】 基板と、該基板に固定された保持部を
    有し、該保持部以外では上記基板の片面に対向して近接
    配置され、かつ該基板面に対し主に垂直方向に曲げ変形
    する矩形の振動片と、該矩形の振動片の各角部に連設さ
    れ、上記基板面に対し水平方向に曲げ変形する支持片
    と、上記矩形の振動片の片面に設けられこれの中心から
    周囲方向に伸縮変位するよう分極された圧電素子と、上
    記矩形の振動片および上記基板にそれぞれ設けられ、上
    記矩形の振動片の各水平方向の振動に対し各水平方向に
    相互に重なり合う面積が変化する２水平軸方向の４対の
    検出電極とを備えた角速度センサ。
22. 【請求項２２】 基板と、該基板に固定された保持部を
    有し、該保持部以外では上記基板の片面に対向して近接
    配置され、かつ該基板面に対し主に垂直方向に曲げ変形
    する矩形の振動片と、該矩形の振動片の各角部に連設さ
    れ、上記基板面に対し水平方向に曲げ変形する支持片
    と、上記矩形の振動片の片面に設けられこれの中心から
    周囲方向に伸縮変位するよう分極された圧電素子と、上
    記矩形の振動片および上記基板にそれぞれ設けられ、上
    記矩形の振動片の水平方向の振動に対し相互に重なり合
    う面積が変化する、上記矩形の振動片の中心軸に対し点
    対称となる４対の検出電極とを備えた角速度センサ。
23. 【請求項２３】 振動片または矩形の振動片の一部に共
    振周波数を調整する重錘を設けたことを特徴とする請求
    項１７〜２２のいずれかに記載の角速度センサ。
24. 【請求項２４】 片持梁や両持梁または矩形の振動片に
    形成される複数の検出電極を共通電極とする請求項１７
    〜２３のいずれかに記載の角速度センサ。
25. 【請求項２５】 基板と、該基板に固定された保持部を
    有し、該保持部以外では上記基板の片面に対向して近接
    配置され、かつ少なくとも一部が該基板面に対し主に垂
    直方向に曲げ変形する振動片と、該振動片の一部に連設
    され、上記基板面に対し水平方向に曲げ変形する支持片
    と、上記振動片の片面に設けられ該振動片を所定方向に
    伸縮変位するよう分極された圧電素子と、上記振動片お
    よび上記基板にそれぞれ設けられ、上記振動片の水平方
    向の振動に対し相互に重なり合う面積が変化する少なく
    とも２対の検出電極と、上記圧電素子を駆動して上記振
    動片を垂直方向に共振周波数近傍で振動させた時の、上
    記各対の検出電極間の容量差の上記周波数成分より上記
    振動片の軸線回りの角速度を検出する角速度検出回路と
    を備えた角速度検出装置。
26. 【請求項２６】 基板と、該基板に固定された保持部を
    有し、該保持部以外では上記基板の片面に対向して近接
    配置され、かつ該基板面に対し主に垂直方向に曲げ変形
    する矩形の振動片と、該矩形の振動片の各角部に連設さ
    れ、上記基板面に対し水平方向に曲げ変形する支持片
    と、上記矩形の振動片の片面に設けられこれの中心から
    周囲方向に伸縮変位するよう分極された圧電素子と、上
    記矩形の振動片および上記基板に設けられ、上記矩形の
    振動片の各水平方向の振動に対し各水平方向に相互に重
    なり合う面積が変化する２水平軸方向の４対の検出電極
    と、上記圧電素子を駆動し上記矩形の振動片を垂直方向
    に共振周波数近傍で振動させた時の、上記各対の検出電
    極間の容量差の上記周波数成分より、上記矩形の振動片
    の各水平軸回りの角速度を検出する角速度検出回路とを
    備えた角速度検出装置。
27. 【請求項２７】 基板と、該基板に固定された保持部を
    有し、該保持部以外では上記基板の片面に対向して近接
    配置され、かつ該基板面に対し主に垂直方向に曲げ変形
    する矩形の振動片と、該矩形の振動片の各角部に連設さ
    れ、上記基板面に対し水平方向に曲げ変形する支持片
    と、上記矩形の振動片の片面に設けられこれの中心から
    周囲方向に伸縮変位するよう分極された圧電素子と、上
    記矩形の振動片および上記基板に設けられ、上記矩形の
    振動片の水平方向の振動に対し相互に重なり合う面積が
    変化する、上記矩形の振動片の中心軸に対し点対称とな
    る４対の検出電極と、上記圧電素子を駆動して上記矩形
    の振動片を垂直方向に共振周波数近傍で振動させた時
    の、上記各水平軸方向の２対の検出電極間の容量和を一
    組とした各組の容量差の上記周波数成分より、上記矩形
    の振動片の各水平軸回りの角速度を検出する角速度検出
    回路とを備えた角速度検出装置。
28. 【請求項２８】 基板と、該基板に固定された保持部を
    有し、該保持部以外では上記基板の片面に対向して近接
    配置され、かつ少なくとも一部が該基板面に対し主に水
    平方向に曲げ変形する細長の振動片と、該振動片の一部
    に連設され、上記基板面に対し水平，垂直方向に曲げ変
    形する支持片と、上記振動片の片面に該振動片の軸方向
    の中心垂直面に対称に設けられ、上下２対の電極により
    圧電膜を挟持するよう積層されて、上記振動片を水平方
    向に伸縮変位するように分極された圧電素子と、上記振
    動片および上記基板にそれぞれ形成され、上記振動片の
    水平方向の振動に対し相互に重なり合う面積が変化する
    ２対の検出電極とを備えた角速度センサ。
29. 【請求項２９】 基板と、該基板に固定された保持部を
    有し、該保持部以外では上記基板の片面に対向して近接
    配置され、かつ少なくとも一部が該基板面に対し主に水
    平方向に曲げ変形する細長の振動片と、該振動片の一部
    に連設され、上記基板面に対し水平，垂直方向に曲げ変
    形する支持片と、上記振動片の片面に該振動片の軸方向
    の中心垂直面に対称に設けられ、上下２対の電極により
    圧電膜を挟持するよう積層されて、上記振動片を水平方
    向に伸縮変位するように分極された圧電素子と、上記振
    動片および上記基板にそれぞれ形成され、上記振動片の
    水平方向の振動に対し対向面積が不変な１対の検出電極
    とを備えた角速度センサ。
30. 【請求項３０】 圧電素子の２対の電極のうち、圧電素
    子の少なくとも片面側の電極が共通化されている請求項
    ２８または２９に記載の角速度センサ。
31. 【請求項３１】 圧電素子が、各１対の電極間に各一の
    圧電膜を挟持するように積層され、かつ振動片の幅方向
    の中心垂直面に対称に配置されている請求項２８または
    ２９に記載の角速度センサ。
32. 【請求項３２】 振動片が片持梁であり、支持片が上記
    振動片の片持支持側に設けられると共に、検出電極が上
    記振動片の自由端側に設けられている請求項２８または
    ２９に記載の角速度センサ。
33. 【請求項３３】 振動片が両持梁であり、支持片が上記
    振動片の両持支持側に設けられると共に、検出電極が上
    記振動片の幅方向の中心垂直面に対称に設けられている
    請求項２８または２９に記載の角速度センサ。
34. 【請求項３４】 振動片が片持梁であり、支持片が上記
    振動片の中途に設けられ、該支持片より先端部側の垂直
    方向曲げ剛性が、該支持片より保持部側の垂直方向曲げ
    剛性より小であると共に、圧電素子が上記保持部側に設
    けられ、検出電極が上記先端部側に設けられている請求
    項２８または２９に記載の角速度センサ。
35. 【請求項３５】 振動片の一部に、該振動片の幅方向の
    中心垂直面に沿って貫通部を設けたことを特徴とする請
    求項２８〜３４に記載の角速度センサ。
36. 【請求項３６】 基板と、該基板に固定された保持部を
    有し、該保持部以外では上記基板の片面に対向して近接
    配置され、かつ少なくとも一部が該基板面に対し主に水
    平方向に曲げ変形する細長の振動片と、該振動片の一部
    に連設され、上記基板面に対し水平，垂直方向に曲げ変
    形する支持片と、上記振動片の片面に該振動片の軸方向
    の中心垂直面に対称に設けられ、上下２対の電極により
    圧電膜を挟持するよう積層されて、上記振動片を水平方
    向に伸縮変位するように分極された圧電素子と、上記振
    動片および上記基板にそれぞれ形成され、上記振動片の
    水平方向の振動に対し相互に重なり合う面積が変化する
    ２対の検出電極と、上記圧電素子を駆動して上記振動片
    を水平方向に共振周波数近傍で屈曲振動させた時の、上
    記各対の検出電極間の容量和の上記周波数成分より、上
    記振動片の軸線回りの角速度を検出する角速度検出回路
    とを備えた角速度検出装置。
37. 【請求項３７】 基板と、該基板に固定された保持部を
    有し、該保持部以外でし主に水平方向に曲げ変形する細
    長の振動片と、該振動片の一部に連設され、上記基板面
    に対し水平，垂直方向に曲げ変形する支持片と、上記振
    動片の片面に該振動片の軸方向の中心垂直面に対称に設
    けられ、上下２対の電極により圧電膜を挟持するよう積
    層されて、上記振動片を水平方向に伸縮変位するように
    分極された圧電素子と、上記振動片および上記基板にそ
    れぞれ形成され、上記振動片の水平方向の振動に対し対
    向面積が不変な１対の検出電極と、上記圧電素子を駆動
    して上記振動片を水平方向に共振周波数近傍で屈曲振動
    させた時の、上記検出電極間の容量の上記周波数成分よ
    り、上記振動片の軸線回りの角速度を検出する角速度検
    出回路とを備えた角速度検出装置。
38. 【請求項３８】 角速度検出回路が、各対の検出電極間
    の容量和に対する容量差の比が一定となるように、駆動
    電圧あるいは駆動電流を制御して圧電素子を所定振動速
    度で駆動する請求項３６に記載の角速度検出装置。
39. 【請求項３９】 角速度検出回路が、圧電素子に印加さ
    れる電流と、上記圧電素子に印加される電圧および該圧
    電素子の制動アドミッタンスの積との差が所定値となる
    ように、上記電圧あるいは電流を制御して、上記圧電素
    子を所定振動速度で駆動する請求項２５，２６，２７，
    ３６，３７のいずれかに記載の角速度検出装置。