JPH11173856A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動体の振幅を大きくして、角速度の検出感
度を高める。 【解決手段】 振動体２６は、支持部２４と支持梁２５
によって、Ｘ軸方向とＹ軸方向に振動可能に支持され
る。振動体２６は左，右に配設された第１の振動発生部
３８によりＸ軸方向（矢示Ａ方向）に振動する。また、
振動体２６の前側には基板側検出電極３４を設け、この
基板側検出電極３４は、Ｙ軸方向に延び薄幅縦長な支持
梁３３により支持され、左，右に位置した第２の振動発
生部３９により、Ｘ軸方向（矢示Ｂ方向）にのみ振動す
る。振動体２６と基板側検出電極３４との振動を、同周
波数、同位相、同振幅な駆動信号によって同期させるこ
とにより、振動体側検出電極２８と基板側検出電極３４
との間に発生する空気抵抗を低減し、振動体２６を大き
く振動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動する物体、回
転体等に作用する角速度を検出するのに用いて好適な角
速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、角速度センサは、基板に対して
水平なＸ軸方向、Ｙ軸方向に変位可能となった振動体を
有し、この振動体を例えばＸ軸向に振動させた状態でＺ
軸周りの角速度が加わったときには、該振動体がコリオ
リ力（慣性力）を受けてＹ軸方向に変位するのを利用
し、この振動体の変位から角速度を検出する構成となっ
ている。

【０００３】そこで、この種の従来技術による角速度セ
ンサを、図６ないし図８に基づいて説明する。

【０００４】１は従来技術による角速度センサ、２は該
角速度センサ１を構成するため高抵抗な単結晶シリコン
材料等により形成された長方形状の基板を示し、該基板
２の表面には後述する可動部３、固定部９，１０が設け
られている。ここで、便宜上、基板２の長手方向をＸ軸
方向、長手方向と直交する方向をＹ軸方向、基板２の表
面と垂直な方向をＺ軸方向とする。

【０００５】３は基板２の表面に設けられた角速度検出
用の可動部で、該可動部３は、図示しない絶縁膜を挟ん
で基板２上の四隅に固着された４個の支持部４と、該各
支持部４からそれぞれＬ字状に延びる支持梁５と、該各
支持梁５によって連結され、Ｘ軸方向に延びる棒状の振
動体６とから構成されている。

【０００６】ここで、可動部３は、基板２上に形成した
低抵抗（例えば０．０１〜０．０２Ωｃｍ程度）なシリ
コン層に対してエッチング処理を施すことにより、支持
部４、支持梁５、後述の振動体側駆動電極７、振動体側
検出電極８等が一体形成され、これらはそれぞれ導電性
を有している。

【０００７】また、前記支持梁５は折曲部５Ａを有する
略Ｌ字状に形成されているから、基板２と離間した状態
でＸ軸方向およびＹ軸方向に可撓性をもって配設されて
いる。さらに、振動体６は、各支持梁５によってＸ軸方
向およびＹ軸方向に変位可能に支持され、振動体側駆動
電極７、振動体側検出電極８と共に基板２の表面から離
間した（浮いた）状態にある。

【０００８】７，７は後述する基板側駆動電極１１と共
に振動発生部１３を構成する振動体側駆動電極で、該各
振動体側駆動電極７は、振動体６の左，右両側に位置し
て形成され、Ｙ軸方向に延びる軸部７Ａと、該軸部７Ａ
に互いにほぼ等しい間隔をもってＸ軸方向に延びる複数
個の電極板７Ｂとから構成され、該各電極板７Ｂにより
くし状電極を形成している。

【０００９】８，８は後述する基板側検出電極１２と共
に変位検出部１４を構成するアンテナ状電極群からなる
振動体側検出電極を示し、該各振動体側検出電極８をな
すアンテナ状電極は振動体６の前，後の側面に位置して
所定間隔毎に複数個ずつ形成され、該各アンテナ状電極
は、該振動体６の両側面からＹ軸方向に延びる支柱８Ａ
と、該支柱８Ａの左，右に列設された複数個の電極板８
Ｂとからなり、該各電極板８Ｂは支柱８Ａに対して左，
右両側に形成されている。

【００１０】９，９は振動体６の左，右に位置して配設
された固定部で、該各固定部９は、基板側駆動電極１１
と共に導電性を有する低抵抗なシリコン材料等によって
形成され、絶縁膜を挟んで基板２の表面に固着されてい
る。また、１０，１０は振動体６の前，後側に位置して
配設された固定部で、該各固定部１０も基板側検出電極
１２と共に低抵抗なシリコン材料等によって形成され、
絶縁膜を挟んで基板２の表面に固着されている。

【００１１】１１，１１は固定部９にそれぞれ一体形成
された基板側駆動電極で、該各基板側駆動電極１１は、
互いにほぼ等しい間隔をもってＸ軸方向に延びる複数個
の電極板１１Ａからなるくし状電極として構成され、該
各電極板１１Ａは、振動体側駆動電極７の各電極板７Ｂ
と隙間を挟んで対面している。

【００１２】１２，１２，…は固定部１０にそれぞれ一
体形成されたアンテナ状電極群からなる基板側検出電極
で、該各基板側検出電極１２をなすアンテナ状電極は前
記固定部１０の長手方向に所定間隔毎に複数個ずつ形成
され、該各アンテナ状電極は、固定部１０からＹ軸方向
に延びる支柱１２Ａと、該支柱１２Ａの左，右に列設さ
れた複数個の電極板１２Ｂとからなり、該基板側検出電
極１２の各電極板１２Ｂは前記振動体側検出電極８の各
電極板８Ｂと微小な隙間を挟んで交互に対面するように
形成されている。なお、基板側検出電極１２をなすアン
テナ状電極のうち、固定部１０の端部に位置したもの
は、電極板１２Ｂが支柱１２Ａの片側にのみ形成されて
いる。

【００１３】１３，１３は振動発生部を示し、該各振動
発生部１３は、振動体側駆動電極７の各電極板７Ｂと、
基板側駆動電極１１の各電極板１１Ａとから構成され、
各電極板７Ｂ，１１Ａ間にはそれぞれ等しい隙間が形成
されている。

【００１４】さらに、左，右に位置した振動発生部１３
に、互いに逆位相となる周波数ｆの駆動信号を印加する
ことにより、隙間を挟んでそれぞれ対面した各電極板７
Ｂ，１１Ａ間には静電力が発生し、振動体６をＸ軸方向
（矢示Ａ方向）に振動させる。

【００１５】なお、前記振動体６の固有振動数と駆動信
号の周波数とを一致するように可動部３を形成すること
により、振動体６に共振を起こさせて、振動体６のＸ軸
方向の振幅を大きくしている。

【００１６】１４，１４は変位検出手段となる変位検出
部で、該各変位検出部１４は振動体６と支持梁５との空
隙領域に形成され、該各変位検出部１４は、振動体側検
出電極８の各電極板８Ｂと、基板側検出電極１２の各電
極板１２Ｂとからなり、隙間を挟んで対面した該電極板
８Ｂ，１２Ｂは検出用の平行平板コンデンサとして構成
されている。

【００１７】また、前記各変位検出部１４の隣り合う電
極板８Ｂ，１２Ｂの離間寸法は、小さい隙間と大きい隙
間が交互に配置されている。そして、各変位検出部１４
では、コリオリ力を受けて振動体６がＹ軸方向（矢示Ｆ
方向）に変位したとき、振動体側検出電極８と基板側検
出電極１２との間で隙間が変化し、この変化を静電容量
の変化として検出する。

【００１８】従来技術による角速度センサ１は、上述の
如き構成を有するもので、次にその動作について説明す
る。

【００１９】まず、外部の駆動回路（図示せず）等から
各固定部９と支持部４を通して基板２の左，右に位置し
た振動発生部１３に駆動信号をそれぞれ印加すると、該
振動体側駆動電極７と基板側駆動電極１１との間には、
Ｘ軸方向の静電力が振動体６の両端側で交互に発生し、
振動体６はＸ軸方向（矢示Ａ方向）に振動する。

【００２０】そして、この状態でＺ軸回りの角速度Ωが
加わると、振動体６にはＹ軸方向のコリオリ力が作用す
るため、振動体６は角速度の大きさに応じてＹ軸方向
（矢示Ｆ方向）に変位する。このとき、振動体６の両側
に位置した変位検出部１４は、振動体６のＹ軸方向への
変位を、振動体側検出電極８と基板側検出電極１２との
間の静電容量として検出し、この静電容量の変化は各固
定部１０と支持部４等を通して角速度Ωに対する検出信
号として外部の検出回路（図示せず）等に出力される。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術による角速度センサ１では、各変位検出部１４を
構成する振動体側検出電極８と基板側検出電極１２との
Ｙ軸方向の隙間は微小な隙間となっている。このため、
振動体６をＸ軸方向（矢示Ａ方向）に振動させる際、そ
の間にかなり大きな空気抵抗が発生し、特に各振動発生
部１３に印加する駆動信号が低電圧のときには、振動体
６の振幅が小さくなってしまい、角速度Ωの検出感度を
低下させてしまうという問題がある。

【００２２】また、角速度センサ１による角速度Ωの検
出感度を高めるためには、振動体側検出電極８と基板側
検出電極１２との隙間をより狭くすればよいが、その分
空気抵抗が増加してしまうため、振動体６を大きく振動
させることができない。さらに、この状態でも振動体６
を大きく振動させようとすると、駆動信号の電圧を高く
する必要があり、容易に角速度センサ１の検出感度を高
めることができないという問題がある。

【００２３】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明は、振動体を低い駆動信号で大き
く振動させ、角速度の検出感度を高めることのできる角
速度センサを提供することを目的としている。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明が採用する角速度センサは、基板と、該
基板の表面から離間した状態で設けられ、該基板に対し
て水平なＸ軸方向、Ｙ軸方向に変位可能となった振動体
と、該振動体をＸ軸方向に振動させる第１の振動発生手
段と、該第１の振動発生手段によって前記振動体をＸ軸
方向に振動させた状態で基板と垂直なＺ軸周りに角速度
が加えられたときに、コリオリ力を受けて振動体のＹ軸
方向への変位を検出する変位検出手段とから構成したこ
とにある。

【００２５】そして、請求項１の発明が採用する手段の
特徴は、変位検出手段を、振動体にＸ軸方向に伸長して
設けられ、コリオリ力によってＹ軸方向に変位する振動
体側検出電極と、該振動体側検出電極に微小な隙間をも
って対向して配設され、基板に対し支持梁を介してＸ軸
方向にのみ振動可能に支持された基板側検出電極とから
構成し、前記基板側検出電極には該基板側検出電極をＸ
軸方向に振動させる第２の振動発生手段を設けたことに
ある。

【００２６】このように構成することにより、基板側検
出電極を振動体がＸ軸方向に振動するときの動きに合わ
せて振動させることができ、振動体側検出電極と該基板
側検出電極との間に発生する空気抵抗を低減し、振動体
を大きく振動させることができる。しかも、振動体側検
出電極と基板側検出電極との間の空気抵抗を低減するこ
とにより、各電極間に印加される駆動信号の信号値を小
さくしても基板側検出電極を大きく振動させることがで
きる。

【００２７】請求項２の発明では、支持梁を、基板の表
面から離間した状態でＹ軸方向に延びる薄幅縦長な板体
として形成し、基板側検出電極を、前記支持梁によりＸ
軸方向にのみ振動可能に支持する構成としたことにあ
る。

【００２８】このように構成したことにより、Ｙ軸方向
に延びる薄幅縦長な支持梁は、Ｘ軸方向に変形し、Ｙ軸
方向には変形しないから、基板側検出電極をＸ軸方向に
のみ振動させることができる。

【００２９】請求項３の発明では、変位検出手段の振動
体側検出電極と基板側検出電極とを、平板状電極として
構成したことにある。

【００３０】このように構成したことにより、振動体側
検出電極と基板側検出電極とを平面状電極で形成し、該
各電極を隙間を挟んで対面させることができ、振動体側
検出電極は第１の振動発生手段により振動体と共にＸ軸
方向に振動し、基板側検出電極は第２の振動発生手段に
よりＸ軸方向に振動する。このとき、基板側検出電極を
振動体がＸ軸方向に振動するときの動きに合わせること
により、各電極間の空気抵抗を低減でき、振動体を大き
く振動させることができる。

【００３１】請求項４の発明では、変位検出手段の振動
体側検出電極と基板側検出電極とを、Ｙ軸方向に延びる
複数の支柱と、該各支柱からＸ軸方向に延びる複数の電
極板とからアンテナ状電極として構成したことにある。

【００３２】このように構成したことにより、アンテナ
状電極からなる振動体側検出電極と基板側検出電極との
各電極板を隙間を挟んで対面させることができ、振動体
側検出電極は第１の振動発生手段により振動体と共にＸ
軸方向に振動し、基板側検出電極は第２の振動発生手段
によりＸ軸方向に振動する。このとき、基板側検出電極
を振動体の動きに合わせることにより、各電極間の空気
抵抗は低減し、振動体を大きく振動させることができ
る。しかも、各電極板間を大きくすることができ、変位
検出手段から出力される検出信号の値を大きくすること
ができる。

【００３３】請求項５の発明では、第１の振動発生手段
を、振動体に形成されたくし状の振動体側駆動電極と、
該振動体側駆動電極と対向し前記基板側に形成されたく
し状の第１の基板側駆動電極とから構成したことにあ
る。

【００３４】このように構成したことにより、振動体側
駆動電極と第１の基板側駆動電極との間に、駆動信号を
印加したときには、対向した各電極間に静電力が発生
し、基板側に形成した第１の基板側駆動電極に対して振
動体側駆動電極をＸ軸方向に引張り、振動体をＸ軸方向
に振動させることができる。

【００３５】請求項６の発明では、第２の振動発生手段
を、基板側検出電極に形成されたくし状の電極側駆動電
極と、該電極側駆動電極と対向し前記基板側に形成され
たくし状の第２の基板側駆動電極とから構成したことに
ある。

【００３６】このように構成したことにより、電極側駆
動電極と第２基板側駆動電極との間に、駆動信号を印加
したときには、対向した各電極間に静電力が発生し、基
板側に形成した電極側駆動電極をＸ軸方向に振動させる
ことができる。

【００３７】請求項７の発明では、第２の振動発生手段
を、第１の振動発生手段と同周波数、同位相、同振幅で
振動を発生する構成としたことにある。

【００３８】このように構成したことにより、振動体の
Ｘ軸方向の振動と、基板側検出電極のＸ軸方向への振動
を、同周波数、同位相、同振幅をもって同期させること
ができ、振動体と基板側検出電極との空気抵抗を低減す
ることができる。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、本発明による実施の形態
を、図１ないし図５を参照しつつ詳細に説明する。な
お、本実施の形態では前述した従来技術と同一の構成要
素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとす
る。

【００４０】まず、図１ないし図３に基づいて、本発明
による第１の実施の形態を述べる。２１は本実施の形態
による角速度センサ、２２は該角速度センサ２１の基台
をなす基板で、該基板２２上には後述する可動部２３、
基板側電極移動体３１、固定部２９，３６等が設けられ
ている。

【００４１】２３は基板２２上に設けられた角速度検出
用の可動部を示し、該可動部２３は、従来技術による可
動部３とほぼ同様に、図示しない絶縁膜を挟んで基板２
２の表面に固着された４個の支持部２４と、該各支持部
２４からそれぞれＬ字状に延びる支持梁２５と、該各支
持梁２５によって四隅が連結され、Ｘ軸方向に延びる棒
状の振動体２６とから構成されている。

【００４２】また、前記各支持梁２５は、その途中に略
Ｌ字状の折曲部２５Ａが形成されているから、該支持梁
２５は基板２２の表面から離間した状態で、Ｘ軸方向と
Ｙ軸方向に対して可撓性をもって配設されている。これ
により、振動体２６は、各支持梁２５によってＸ軸方向
とＹ軸方向に変位可能に支持され、後述する振動体側駆
動電極２７と振動体側検出電極２８と共に基板２２の表
面から離間した（浮いた）状態にある。

【００４３】２７，２７は後述する第１の基板側駆動電
極３０と共に第１の振動発生部３８を構成する振動体側
駆動電極で、該各振動体側駆動電極２７は、振動体２６
の左，右両側に位置し、それぞれほぼ等しい間隔をもっ
てＸ軸方向に延びる複数個の電極板２７Ａから構成さ
れ、該各電極板２７Ａはくし状に形成されている。

【００４４】２８は後述する基板側検出電極３４と共に
変位検出部４０を構成する平板状の振動体側検出電極
で、該振動体側検出電極２８は、振動体２６のＸ軸方向
に延びる平坦な側面（端面）のうち、後述する基板側検
出電極３４と対向した側面が対応している。

【００４５】２９，２９は振動体２６の左，右に位置し
て基板２２上に配設された固定部で、該各固定部２９は
前，後に位置する２個の支持部２４間に位置して配置さ
れている。そして、該各固定部２９は、第１の基板側駆
動電極３０と共に導電性を有する低抵抗なシリコン材料
等により形成され、絶縁膜を挟んで基板２２の表面に固
着されている。

【００４６】３０，３０は第１の基板側駆動電極を示
し、該第１の基板側駆動電極３０はほぼ等しい間隔をも
ってＸ軸方向に延びる複数個の電極板３０Ａからなり、
全体としてくし状に形成されている。

【００４７】３１は基板２２の表面に設けられた基板側
電極移動体で、該基板側電極移動体３１は、図示しない
絶縁膜を挟んで基板２２上に固着された支持部３２と、
基板２２の表面から離間した（浮いた）状態で該支持部
３２よりＹ軸方向に延びる薄幅縦長な板体からなる支持
梁３３と、基板２２の表面から離間した（浮いた）状態
で該支持梁３３の先端に設けられ、Ｘ軸方向に振動可能
に支持された薄幅縦長な板体からなる基板側検出電極３
４とによって構成されている。

【００４８】ここで、支持梁３３はＹ軸方向に伸長して
支持部３２に連結されているから、基板２２と離間した
状態で、Ｘ軸方向に変位可能でＹ軸方向に変位不可とな
って支持され、後述する電極側駆動電極３５と共に基板
２２の表面から離間した状態にある。

【００４９】また、基板側検出電極３４は、Ｘ軸方向に
延びる振動体側検出電極２８に微小な隙間をもって対向
して配設された電極板３４Ａと、該電極板３４Ａの両端
側に位置してＹ軸方向に延びる腕部３４Ｂ，３４Ｂとか
ら略コ字状に形成されている。また、基板側検出電極３
４は、電極板３４Ａの中央部と支持部３２との間をＹ軸
方向に延びる前記支持梁３３によって連結することによ
り、基板側検出電極３４は基板２２の表面から浮上した
状態で支持されている。従って、薄幅縦長に形成された
基板側検出電極３４は、Ｙ軸方向に延びる薄幅縦長に形
成された支持梁３３によってＸ軸方向にのみ振動可能と
なっている。

【００５０】３５，３５は後述する第２の基板側駆動電
極３７と共に第２の振動発生部３９を構成する電極側駆
動電極で、該各電極側駆動電極３５は、基板側検出電極
３４の各腕部３４Ｂの先端側に位置して、基板２２の表
面から離間した状態でＸ軸方向に延びる複数個の電極板
３５Ａから構成されている。

【００５１】３６，３６は基板側検出電極３４の左，右
に位置して基板２２上に配設された固定部で、該各固定
部３６は、第２の基板側駆動電極３７と共に導電性を有
する低抵抗なシリコン材料等によって形成され、絶縁膜
を挟んで基板２２上に固着されている。

【００５２】３７，３７は第２の基板側駆動電極を示
し、該第２の基板側駆動電極３７は各固定部３６からほ
ぼ等しい間隔をもってＸ軸方向に延びる複数個の電極板
３７Ａからなり、全体としてくし状に形成されている。

【００５３】３８，３８は振動体２６を振動させる第１
の振動発生部を示し、該各第１の振動発生部３８は、振
動体側駆動電極２７の各電極板２７Ａと、第１の基板側
駆動電極３０の各電極板３０Ａとから構成され、各電極
板２７Ａ，３０Ａ間には、それぞれ等しい隙間が形成さ
れている。

【００５４】さらに、左，右に位置した第１の振動発生
部３８には、互いに逆位相となる周波数ｆの駆動信号を
印加することにより、Ｘ軸方向に延びる各電極板２７
Ａ，３０Ａ間には静電力が発生し、振動体２６をＸ軸方
向（矢示Ａ方向）に振動させる。

【００５５】３９，３９は基板側検出電極３４を振動さ
せる第２の振動発生部を示し、該各第２の振動発生部３
９は、基板側検出電極３４の各腕部３４Ｂの先端に位置
した電極側駆動電極３５の各電極板３５Ａと、第２の基
板側駆動電極３７の各電極板３７Ａとから構成され、各
電極板３５Ａ，３７Ａ間には、それぞれ等しい隙間が形
成されている。ここで、第２の振動発生部３９には、第
１の振動発生部３８に印加される駆動信号に対して、同
周波数、同位相、同振幅な駆動信号が与えられる。

【００５６】さらに、左，右に位置した第２の振動発生
部３９には、互いに逆位相となる周波数ｆの駆動信号を
印加することにより、Ｘ軸方向に延びる各電極板３５
Ａ，３７Ａ間には静電力が発生し、基板側検出電極３４
をＸ軸方向（矢示Ｂ方向）に振動させる。

【００５７】４０は変位検出手段となる変位検出部で、
該変位検出部４０は、振動体２６の振動体側検出電極２
８と、該振動体側検出電極２８と微小な隙間を挟んで対
向し、Ｘ軸方向に振動する基板側検出電極３４とからな
り、電極２８，３４は検出用の平行平板コンデンサとし
て構成されている。

【００５８】また、前記変位検出部４０では、振動体２
６がＹ軸方向のコリオリ力を受けてＹ軸方向（矢示Ｆ方
向）に変位したとき、振動体側検出電極２８と基板側検
出電極３４との間で隙間が変化し、この変化を静電容量
の変化として検出する。

【００５９】本実施の形態による角速度センサ２１は、
上述したように構成されるもので、基板２２の表面に位
置した可動部２３、基板側電極移動体３１、固定部２
９，３６等は、単結晶シリコン材料からなる板体をエッ
チング処理することによって形成される。

【００６０】次に、本実施の形態による角速度センサ２
１の動作について説明する。まず、外部に設けられた駆
動回路から、各第１の振動発生部３８と各第２の振動発
生部３９に交流の駆動信号を印加する。

【００６１】まず、左，右に位置した第１の振動発生部
３８に、駆動信号を交互に印加することにより、固定部
２９に形成した第１の基板側駆動電極３０と振動体２６
に形成した振動体側駆動電極２７との間に静電力が発生
し、振動体２６はこの静電力によって左，右に位置した
固定部２９に交互に引っ張られる。これにより、第１の
振動発生部３８は、振動体２６にＸ軸方向（矢示Ａ方
向）の振動を発生させている。

【００６２】一方、左，右に位置した第２の振動発生部
３９に、駆動信号を交互に印加することにより、固定部
３６に形成した第２の基板側駆動電極３７と基板側検出
電極３４に形成した電極側駆動電極３５との間に静電力
が発生し、基板側検出電極３４はこの静電力によって
左，右に位置した固定部３６に交互に引っ張られる。こ
れにより、第２の振動発生部３９は、基板側検出電極３
４に対し、Ｘ軸方向（矢示Ｂ方向）の振動を発生させて
いる。

【００６３】しかも、第１の振動発生部３８と第２の振
動発生部３９に印加される駆動信号は、同一の駆動信号
を用いることにより、基板側検出電極３４を振動体２６
の振動に同期させ、同周波数、同位相、同振幅で振動さ
せることができる。これにより、振動体２６と基板側検
出電極３４との間の空気抵抗を低減でき、該振動体２６
を大きく振動させることができる。

【００６４】さらに、各第１の振動発生部３８によって
振動体２６をＸ軸方向（矢示Ａ方向）に振動を与えた状
態で、Ｚ軸周りの角速度Ωが加わったときには、振動体
２６はコリオリ力を受けてＹ軸方向（矢示Ｆ方向）に変
位する。そして、変位検出部４０では、この変位を振動
体側検出電極２８と基板側検出電極３４との間の静電容
量の変化として検出する。

【００６５】かくして、本実施の形態によれば、各第２
の振動発生部３９によって、変位検出部４０を構成する
基板側検出電極３４を、振動体２６と同じくＸ軸方向に
のみ振動させるようにしたから、該振動体２６と基板側
検出電極３４との間の空気抵抗を低減し、振動体２６を
大きく振動させることができる。この結果、コリオリ力
を受けた振動体２６は、その変位を大きくでき、当該角
速度センサ２１ではＺ軸周りに加わる角速度Ωを、高い
精度で検出することができる。

【００６６】また、振動体２６と基板側検出電極３４と
の間の空気抵抗を低減することにより、駆動回路から印
加される駆動信号が低い電圧値であっても、振動体２６
を大きく振動させることができ、コリオリ力による振動
体２６のＹ軸方向の変位を大きくし、角速度Ωを正確に
検出することができる。

【００６７】次に、図４に第２の実施の形態による角速
度センサを説明する。本実施の形態による角速度センサ
４１の特徴は、振動体２６の前，後両側に基板側検出電
極３４を形成すると共に、該各基板側検出電極３４の
左，右両側に該基板側検出電極３４をＸ軸方向にのみ振
動させる４個の第２の振動発生部３９を設けたことにあ
る。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の形
態と同様の構成に同一の符号を付し、その説明を省略す
る。

【００６８】このように構成する角速度センサ４１にお
いても、前述した第１の実施の形態と同様に、基板側検
出電極３４を第２の振動発生部３９によって、基板側検
出電極３４を振動体２６の振動方向と同じ振動方向（Ｘ
軸方向）にのみ振動させるようにしたから、該振動体２
６と各基板側検出電極３４との間の空気抵抗を低減し、
振動体２６を大きく振動させることができる。

【００６９】しかも、本実施の形態では、振動体２６の
両側に変位検出部４０を形成しているから、該各変位検
出部４０から出力される検出信号を差算することによ
り、Ｚ軸周りに加わる角速度Ωの検出感度をより高める
ことができる。

【００７０】さらに、図５に第３の実施の形態による角
速度センサを説明する。本実施の形態による角速度セン
サの特徴は、従来技術で述べた角速度センサ１のよう
に、変位検出部を構成する振動体側検出電極と基板側検
出電極の形状をアンテナ状に形成し、該基板側検出電極
を振動体の振動に対して、同周波数、同位相、同振幅で
振動させたことにある。

【００７１】５１は本実施の形態による角速度センサを
示し、該角速度センサ５１は、基板５２と、該基板５２
の表面に絶縁膜（図示せず）を挟んで形成された後述す
る可動部５３、固定部５９、基板側電極移動体６１、固
定部６８等から構成されている。

【００７２】５３は基板５２の表面に設けられた角速度
検出用の可動部で、該可動部５３は、図示しない絶縁膜
を挟んで基板５２上の四隅に固着された４個の支持部５
４と、該各支持部５４からそれぞれＬ字状に延びる支持
梁５５と、該各支持梁５５によって連結され、Ｘ軸方向
に延びる棒状の振動体５６とから大略構成されている。

【００７３】ここで、可動部５３は、基板５２上に形成
した低抵抗（例えば０．０１〜０．０２Ωｃｍ程度）な
シリコン層に対してエッチング処理を施すことにより、
支持部５４、支持梁５５、後述の振動体側駆動電極５
７、振動体側検出電極５８等が一体形成され、これらは
それぞれ導電性を有している。

【００７４】また、前記支持梁５５は折曲部５５Ａを有
する略Ｌ字状に形成されているから、基板５２と離間し
た状態でＸ軸方向およびＹ軸方向に可撓性をもって配設
されている。さらに、振動体５６は、各支持梁５５によ
ってＸ軸方向およびＹ軸方向に変位可能に支持され、振
動体側駆動電極５７、振動体側検出電極５８と共に基板
５２の表面から離間した（浮いた）状態にある。

【００７５】５７，５７は後述する第１の基板側駆動電
極６０と共に第１の振動発生部７０を構成する振動体側
駆動電極で、該各振動体側駆動電極５７は、振動体５６
の左，右両側に位置して形成され、Ｙ軸方向に延びる軸
部５７Ａと、該軸部５７Ａに互いにほぼ等しい間隔をも
ってＸ軸方向に延びる複数個の電極板５７Ｂとから構成
され、該各電極板５７Ｂによりくし状電極を形成してい
る。

【００７６】５８，５８は後述する基板側検出電極６５
と共に変位検出部７２を構成するアンテナ状電極群から
なる振動体側検出電極を示し、該各振動体側検出電極５
８をなすアンテナ状電極は振動体５６の前，後の側面に
位置して所定間隔毎に複数個ずつ形成され、該各アンテ
ナ状電極は、該振動体５６の両側面からＹ軸方向に延び
る支柱５８Ａと、該支柱５８Ａの左，右に列設された複
数個の電極板５８Ｂとからなり、振動体側検出電極５８
の各電極板５８Ｂは支柱５８Ａに対して左，右両側に形
成されている。

【００７７】５９，５９は振動体５６の左，右に位置し
て配設された固定部で、該各固定部５９は、第１の基板
側駆動電極６０と共に導電性を有する低抵抗なシリコン
材料等によって形成され、絶縁膜を挟んで基板５２の表
面に固着されている。

【００７８】６０，６０は固定部５９にそれぞれ一体形
成された第１の基板側駆動電極で、該各第１の基板側駆
動電極６０は、互いにほぼ等しい間隔をもってＸ軸方向
に延びる複数個の電極板６０Ａからなるくし状電極とし
て構成され、該各電極板６０Ａは、振動体側駆動電極５
７の各電極板５７Ｂと隙間を挟んで対面している。

【００７９】６１，６１は基板５２の表面に設けられた
基板側電極移動体で、各基板側電極移動体６１は、図示
しない絶縁膜を挟んで基板５２の前，後側に固着された
支持部６２と、基板５２の表面から離間した状態で該支
持部６２より振動体５６に向けてＹ軸方向に延びる薄幅
縦長な板体からなる支持梁６３と、基板５２の表面から
離間した状態で該支持梁６３の先端に設けられた電極支
持体６４と、該電極支持体６４の先端に形成された基板
側検出電極６５と、基板５２の表面から離間した状態で
前記支持梁６３の基端側に位置してＸ軸方向にそれぞれ
延びる薄幅縦長な板体からなる連結梁６６と、該連結梁
６６の先端側に位置して設けられた電極側駆動電極６７
とから大略構成されている。

【００８０】ここで、前記各支持梁６３は、基板５２の
表面から離間しＸ軸方向に延びる薄幅縦長な板体によっ
て形成され、その中央部と支持部６２との間をＹ軸方向
に延びる前記支持梁６３によって連結することにより、
電極支持体６４は基板５２の表面から浮上した状態で支
持されている。従って、薄幅縦長に形成された電極支持
体６４は、支持梁６３によってＸ軸方向にのみ振動可能
となっている。

【００８１】また、前記各基板側検出電極６５は、振動
体側検出電極５８と共に後述する変位検出部７２を構成
するアンテナ状電極群からなり、該各基板側検出電極６
５をなすアンテナ状電極は互いに等しい間隔をもって電
極支持体６４からＹ軸方向に延びる複数本の支柱６５Ａ
と、該各支柱６５Ａの左，右に列設された複数個の電極
板６５Ｂとによって、アンテナ状に形成されている。

【００８２】また、前記各連結梁６６は、各支持梁６３
の支持部６２側からＸ軸方向に延びる薄幅縦長な板体と
して形成され、該連結梁６６の先端には電極側駆動電極
６７が設けられている。

【００８３】さらに、前記各電極側駆動電極６７は、Ｙ
軸方向に延びる腕部６７Ａと、該腕部６７Ａに互いに等
しい間隔をもってＸ軸方向に延びる複数個の電極板６７
Ｂとから構成され、全体としてくし状に形成されてい
る。

【００８４】６８，６８，…は各連結梁６６の左，右に
位置して基板５２上に配設された固定部で、該各固定部
６８は、後述する第２の基板側駆動電極６９と共に導電
性を有する低抵抗なシリコン材料等によって形成され、
絶縁膜を挟んで基板５２上に固着されている。

【００８５】６９，６９，…は第２の基板側駆動電極を
示し、該第２の基板側駆動電極６９は固定部６８からほ
ぼ等しい間隔をもってＸ軸方向に延びる複数個の電極板
６９Ａからなり、全体としてくし状に形成されている。

【００８６】７０，７０は第１の振動発生部を示し、該
各第１の振動発生部７０は、振動体側駆動電極５７の各
電極板５７Ｂと、第１の基板側駆動電極６０の各電極板
６０Ａとから構成され、各電極板５７Ｂ，６０Ａ間には
それぞれ等しい隙間が形成されている。

【００８７】さらに、左，右に位置した第１の振動発生
部７０に、互いに逆位相となる周波数ｆの駆動信号を印
加することにより、隙間を挟んでそれぞれ対面した各電
極板５７Ｂ，６０Ａ間には静電力が発生し、振動体５６
をＸ軸方向（矢示Ａ方向）に振動させる。

【００８８】７１，７１，…は電極支持体６４（基板側
検出電極６５）を振動させる第２の振動発生部を示し、
該各第２の振動発生部７１は、各連結梁６６の先端に位
置した電極側駆動電極６７の各電極板６７Ｂと、第２の
基板側駆動電極６９の各電極板６９Ａとから構成され、
各電極板６７Ｂ，６９Ａ間には、それぞれ等しい隙間が
形成されている。ここで、第２の振動発生部７１には、
第１の振動発生部７０に印加される駆動信号に対して、
同周波数、同位相、同振幅な駆動信号が与えられる。

【００８９】さらに、左，右に位置した第２の振動発生
部７１に、同相となる周波数ｆの駆動信号を印加するこ
とにより、Ｘ軸方向に延びる各電極板６７Ｂ，６９Ａ間
には静電力が発生し、電極支持体６４をＸ軸方向（矢示
Ｂ方向）に振動させる。

【００９０】７２，７２は変位検出手段となる変位検出
部で、該各変位検出部７２は振動体５６と支持梁５５と
の空隙領域に形成され、該各変位検出部７２は、振動体
側検出電極５８の各電極板５８Ｂと、基板側検出電極６
５の各電極板６５Ｂとからなり、隙間を挟んで対面した
該電極板５８Ｂ，６５Ｂは検出用の平行平板コンデンサ
として構成されている。

【００９１】また、前記各変位検出部７２の隣り合う電
極板５８Ｂ，６５Ｂの離間寸法は、小さい隙間と大きい
隙間が交互に配置されている。そして、各変位検出部７
２では、コリオリ力を受けて振動体５６がＹ軸方向（矢
示Ｆ方向）に変位したとき、振動体側検出電極５８と基
板側検出電極６５との間で隙間が変化し、この変化を静
電容量の変化として検出する。

【００９２】このように構成する角速度センサ５１にお
いても、前述した第１の実施の形態と同様に、電極支持
体６４（基板側検出電極６５）を第２の振動発生部７１
によって、振動体５６の振動方向（Ｘ軸方向（矢示Ａ方
向））と同じ振動方向（Ｘ軸方向（矢示Ｂ方向））に振
動させるようにしたから、該振動体側検出電極５８と基
板側検出電極６５との間の空気抵抗を低減し、振動体５
６を大きく振動させることができる。

【００９３】しかも、本実施の形態では、振動体５６の
両側にアンテナ状電極からなる変位検出部７２を形成し
ているから、各電極板５８Ｂ，６５Ｂ間の面積を大きく
できる。しかも、該各変位検出部７２から出力される検
出信号を差算することにより、Ｚ軸周りに加わる角速度
Ωの検出感度をより高めることができる。

【００９４】なお、各実施の形態では、振動発生手段を
電極間に駆動信号を印加することにより発生する静電力
によって、振動体と基板側検出電極を振動させるように
したが、本発明はこれに限らず、圧電体の歪によって、
振動体と基板側検出電極を振動させるようにしてもよ
い。

【００９５】また、各実施の形態では、くし状電極の個
数、アンテナ状電極の個数を、図面記載の都合上、３個
ないし５個として説明したが、本発明はこれに限るもの
ではなく、例えば、１０個〜３０個にすることにより、
各電極間の面積を大きくでき、振動発生手段によって発
生する静電力、変位検出手段から出力される検出信号を
大きくすることができ、当該角速度センサの検出感度を
より高めることができるものである。

【００９６】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１による発明
は、第１の振動発生手段によりＸ軸方向に振動体を振動
させ、支持梁によって支持された基板側検出電極を第２
の振動発生手段によりＸ軸方向に振動させるようにした
から、基板側検出電極を振動体がＸ軸方向に振動すると
きの動きに合わせるとき、振動体側検出電極と基板側検
出電極との間に発生する空気抵抗を低減し、振動体を大
きく振動させることができ、Ｚ軸周りに加わる角速度を
変位検出手段によって高精度に検出することができる。
しかも、振動体側検出電極と基板側検出電極との間の空
気抵抗を低減することにより、各電極間に印加される駆
動信号の信号値を小さくしても基板側検出電極を大きく
振動させることができる。

【００９７】請求項２による発明は、基板側検出電極を
支持する支持梁を、Ｙ軸方向に延びる薄幅縦長な板体に
よって形成したから、該支持梁により基板側検出電極を
Ｙ軸方向には振動させず、Ｘ軸方向にのみ振動させるこ
とができる。

【００９８】請求項３による発明は、振動体側検出電極
と基板側検出電極とを平面状電極で形成し、該各電極を
隙間を挟んで対面させることにより、第１の振動発生手
段により振動体側検出電極を振動体と共にＸ軸方向に振
動させ、第２の振動発生手段により基板側検出電極をＸ
軸方向にのみ振動させることができ、基板側検出電極を
振動体側検出電極がＸ軸方向に振動するときの動きに合
わせることにより、各電極間の空気抵抗を低減して振動
体を大きく振動させることができる。

【００９９】請求項４の発明は、振動体側検出電極と基
板側検出電極とをアンテナ状電極として形成し、第１の
振動発生手段により振動体側検出電極を振動体と共にＸ
軸方向に振動させ、第２の振動発生手段により基板側検
出電極をＸ軸方向にのみ振動させることができ、基板側
検出電極の振動を振動体側検出電極の動きに合わせるこ
とにより、各電極間の空気抵抗を低減して振動体を大き
く振動させることができる。

【０１００】請求項５による発明は、第１の振動発生手
段を構成する振動体側駆動電極と第１の基板側駆動電極
とをくし状電極として構成したから、振動体側駆動電極
と第１の基板側駆動電極との間に、駆動信号を印加する
ことにより、Ｘ軸方向に対向させた各電極間に静電力が
発生し、第１の基板側駆動電極に対して振動体側駆動電
極をＸ軸方向に引張り、振動体をＸ軸方向に振動させる
ことができる。

【０１０１】請求項６による発明は、第２の振動発生手
段を構成する基板側検出電極と第２の基板側駆動電極と
をくし状電極として構成したから、電極側駆動電極と第
２基板側駆動電極との間に、駆動信号を印加することに
より、隙間を挟んで対向させた各電極間に静電力が発生
し、電極側駆動電極をＸ軸方向に振動させることができ
る。

【０１０２】そして、振動体側検出電極と基板側検出電
極とをＸ軸方向に同期させて振動させたときには、各電
極間の空気抵抗を低減でき、振動体を大きな振幅で振動
させることができ、コリオリ力による変位を大きくして
変位検出手段による角速度の検出感度を高めることがで
きる。

【０１０３】請求項７の発明では、第２の振動発生手段
を、第１の振動発生手段と同周波数、同位相、同振幅で
振動を発生する構成としたから、振動体と基板側検出電
極の振動とを、同周波数、同位相、同振幅な駆動信号に
よって同期させてＸ軸方向にのみ振動させることがで
き、振動体と基板側検出電極との空気抵抗を低減するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態による角速度センサを示す平
面図である。

【図２】図１中の矢示II−II方向からみた拡大断面図で
ある。

【図３】図１中の矢示III − III方向からみた拡大断面
図である。

【図４】第２の実施の形態による角速度センサを示す平
面図である。

【図５】第３の実施の形態による角速度センサを示す平
面図である。

【図６】従来技術による角速度センサを示す平面図であ
る。

【図７】図６中の矢示VII −VII 方向からみた拡大断面
図である。

【図８】図６中の矢示VIII−VIII方向からみた拡大断面
図である。

【符号の説明】

２１，４１，５１ 角速度センサ ２２，５２ 基板 ２６，５６ 振動体 ２７，５７ 振動体側駆動電極 ２８，５８ 振動体側検出電極 ３０，６０ 第１の基板側駆動電極 ３３，６３ 支持梁 ３４，６５ 基板側検出電極 ３５，６７ 電極側駆動電極 ３７，６９ 第２の基板側駆動電極 ３８，７０ 第１の振動発生部 ３９，７１ 第２の振動発生部 ４０，７２ 変位検出部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、該基板の表面から離間した状態
   で設けられ、該基板に対して水平なＸ軸方向、Ｙ軸方向
   に変位可能となった振動体と、該振動体をＸ軸方向に振
   動させる第１の振動発生手段と、該第１の振動発生手段
   によって前記振動体をＸ軸方向に振動させた状態で基板
   と垂直なＺ軸周りに角速度が加えられたときに、コリオ
   リ力を受けて振動体のＹ軸方向への変位を検出する変位
   検出手段とからなる角速度センサにおいて、 前記変位検出手段は、前記振動体にＸ軸方向に伸長して
   設けられ、前記コリオリ力によってＹ軸方向に変位する
   振動体側検出電極と、該振動体側検出電極に微小な隙間
   をもって対向して配設され、前記基板に対し支持梁を介
   してＸ軸方向にのみ振動可能に支持された基板側検出電
   極とから構成し、 前記基板側検出電極には該基板側検出電極をＸ軸方向に
   振動させる第２の振動発生手段を設けたことを特徴とす
   る角速度センサ。
2. 【請求項２】 前記支持梁は、基板の表面から離間した
   状態でＹ軸方向に延びる薄幅縦長な板体として形成し、
   前記基板側検出電極は、前記支持梁によりＸ軸方向にの
   み振動可能に支持する構成とした請求項１記載の角速度
   センサ。
3. 【請求項３】 前記変位検出手段の振動体側検出電極と
   基板側検出電極とは、平板状電極として構成してなる請
   求項１または２記載の角速度センサ。
4. 【請求項４】 前記変位検出手段の振動体側検出電極と
   基板側検出電極とは、Ｙ軸方向に延びる複数の支柱と、
   該各支柱からＸ軸方向に延びる複数の電極板とからアン
   テナ状電極として構成してなる請求項１，２または３記
   載の角速度センサ。
5. 【請求項５】 前記第１の振動発生手段は、振動体に形
   成されたくし状の振動体側駆動電極と、該振動体側駆動
   電極と対向し前記基板側に形成されたくし状の第１の基
   板側駆動電極とから構成してなる請求項１，２，３また
   は４記載の角速度センサ。
6. 【請求項６】 前記第２の振動発生手段は、基板側検出
   電極に形成されたくし状の電極側駆動電極と、該電極側
   駆動電極と対向し前記基板側に形成されたくし状の第２
   の基板側駆動電極とから構成してなる請求項１，２，
   ３，４または５記載の角速度センサ。
7. 【請求項７】 前記第２の振動発生手段は、前記第１の
   振動発生手段と同周波数、同位相、同振幅で振動を発生
   する構成としてなる請求項１，２，３，４，５または６
   記載の角速度センサ。