JPH11257970A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 第１の軸方向に振動しているときの振動側共
振周波数と、第２の振動体を第２の軸方向に振動してい
るときの検出側共振周波数とを近づけることにより、角
速度の検出感度を高めるようにする。 【解決手段】 第１の支持梁５、第１の振動体６、第２
の振動体８は、Ｘ軸方向に振動する振動系９とし、第２
の支持梁７と第２の振動体８は、Ｙ軸方向に振動する検
出系１０とする。第１の振動体６の上下の辺には振動力
付加部２２を設ける。この振動力付加部２２は第１の振
動体６がＸ軸方向に振動するときに第１の振動体６に対
してＸ軸方向の力を付加し、大きく振動させる。これに
より、第１の支持梁５のばね定数を見掛け上小さくし、
振動系９の振動側共振周波数を低くし、検出系１０の検
出側共振周波数に近づける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば移動する物
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、従来技術による角速度センサと
しては、特開平５−３１２５７６号公等に記載されたも
のが知られている。

【０００３】ここで、この特開平５−３１２５７６号公
報に記載された角速度センサは、基板と、該基板に第１
の支持梁によって支持され、該基板に対して水平な２
軸、垂直な１軸の合わせて３軸のうち第１の軸方向に振
動可能に設けられた第１の振動体と、該第１の振動体に
第２の支持梁によって支持され、前記第１の軸方向と該
第１の軸方向に直交する第２の軸方向に振動可能に設け
られた第２の振動体と、前記第１の振動体を第１の軸方
向に振動させる振動発生手段と、該振動発生手段により
第１の振動体に第１の軸方向に振動を与えている状態
で、第１、第２の軸方向に直交する第３の軸周りに角速
度が加わったとき前記第２の振動体に生じる第２の軸方
向への変位を検出する変位検出手段とから大略構成され
ている。

【０００４】また、前記第１の支持梁、第１の振動体、
第２の振動体は、第１の軸方向へ振動する振動系を構成
し、この振動系は振動側共振周波数を有する。さらに、
前記第２の支持梁、第２の振動体は、第２の軸方向へ振
動する検出系を構成し、この検出系は検出側共振周波数
を有する。

【０００５】ここで、この角速度センサでは、振動発生
手段により第１の振動体を基板に対して平行な第１の軸
方向に振動させると、該第１の振動体に第２の支持梁に
よって支持された第２の振動体も、該第２の振動体の共
振周波数と実質的に等しい周波数で同一軸方向に振動す
る。この第２の振動体が振動している状態で、センサ全
体が該基板と垂直な回転軸（第３の軸）を中心として回
転すると、この回転力に応じたコリオリ力によって、第
２の振動体は第１の振動体の振動方向と直交する方向
（第２の軸方向）に振動される。そして、変位検出手段
は、該第２の振動体の振動時の変位量を検出することに
より、センサ全体に加わった角速度を検出することがで
きる。

【０００６】

【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では、その検出精度を高める
ために、振動系の振動側共振周波数と、検出系の検出側
共振周波数とを近づけるように設計している。

【０００７】一般に、ばね振動における共振周波数ｆ
は、下記の数１によって定義されている。

【０００８】

【数１】 ｋ：支持梁のばね定数 ｍ：振動体の重さ

【０００９】また、数１に示すように、各系の共振周波
数は、梁の幅と長さ（ばね定数）、振動体の重さによっ
て設定されている。しかし、従来技術による角速度セン
サは、シリコン半導体プロセスを用いて製造されるもの
であるから、製造時における加工寸法のばらつきが発生
し、振動体、支持梁等を精度良く形成することは困難で
ある。このため、各振動体を同一の共振周波数で振動さ
せることができず、角速度の検出感度を高めることがで
きないという問題がある。

【００１０】そこで、他の従来技術として、実開平７−
３２５１４号公報、特開平７−４３１６６号公報、特開
平７−１９０７８４号公報等では支持梁に加わる張力を
調整することによって、見掛け上ばね定数を変化させ、
振動体による共振周波数を調整する方法がある。一方、
特開平８−１１４４６０号公報等のように、振動体に重
りを付与して該重りをレーザビームまたは集中イオンビ
ーム等によってトリミングすることにより、共振周波数
を調整する方法もがある。

【００１１】しかし、前述した共振周波数を調整する方
法は、１個の振動体を支持梁で支持する構成に適用する
ものであって、第１の振動体に第２の支持梁によって第
２の振動体を支持する構成の角速度センサに適用するも
のではなく、ましてや振動系の振動側共振周波数、また
は検出系の検出側共振周波数を調整して各共振周波数を
近づけるものではなかった。

【００１２】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、本発明は第１の軸方向へ振動する振動系
の振動側共振周波数と第２の軸方向に振動する検出系の
検出側共振周波数とを近づけることにより、第３の軸周
りに角速度が加わったときに第２の振動体の振幅を大き
くし、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。

【００１３】

【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、請求項１の発明では、基板と、該基板に第１の
支持梁によって支持され、該基板に対して水平な２軸、
垂直な１軸の合わせて３軸のうち第１の軸方向に振動可
能に設けられた第１の振動体と、該第１の振動体に第２
の支持梁によって支持され、前記第１の軸方向と該第１
の軸方向に直交する第２の軸方向に振動可能に設けられ
た第２の振動体と、前記第１の振動体を第１の軸方向に
振動させる振動発生手段と、該振動発生手段により第１
の振動体に第１の軸方向に振動を与えている状態で、第
１、第２の軸方向に直交する第３の軸周りに角速度が加
わったとき前記第２の振動体に生じる第２の軸方向への
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、前記振動発生手段によって第１の軸方向に振動
しているときの振動側共振周波数と、前記第３の軸周り
に角速度が加わって前記第２の振動体が第２の軸方向に
振動するときの検出側共振周波数とを調整する周波数調
整手段を設けたことを特徴とする。

【００１４】このように構成することにより、周波数調
整手段で振動側共振周波数と検出側共振周波数とを近づ
け、第３の軸周りに角速度が加わったときに、コリオリ
力によって第２の振動体をより大きな振幅で振動させる
ことができる。

【００１５】請求項２の発明では、周波数調整手段を、
振動発生手段で第１の振動体に第１の軸方向に振動を与
えている状態で、該第１の振動体に対してさらに第１の
軸方向の力を付加する振動力付加手段とする。

【００１６】このように構成することにより、振動力付
加手段は第１の振動体を第１の軸方向に大きく振動さ
せ、第１の支持梁のばね定数を見掛け上小さくし、振動
側共振周波数を低くすることができる。

【００１７】請求項３の発明では、周波数調整手段を、
第３の軸周りに角速度が加わって前記第２の振動体が第
２の軸方向に振動するとき、該第２の振動体に対してさ
らに第２の軸方向の力を付加する振動力付加手段とす
る。

【００１８】このように構成することにより、振動力付
加手段は第２の振動体を第２の軸方向に大きく振動さ
せ、第２の支持梁のばね定数を見掛け上小さくし、検出
側共振周波数を低くすることができる。

【００１９】請求項４の発明では、周波数調整手段を、
第１の振動体に設けた重りとする。第２の振動体に設け
た重りによって構成したことにある。

【００２０】このように構成することにより、第１の振
動体に重りを設けると、振動側共振周波数が低くなり、
また重りを切削することで、振動側共振周波数を高くす
ることができる。

【００２１】請求項５の発明では、周波数調整手段を、
第２の振動体に設けた重りとする。

【００２２】このように構成することにより、第２の振
動体に重りを設けると、検出側共振周波数が低くなり、
また重りを切削することで検出側共振周波数を高くする
ことができる。

【００２３】請求項６の発明では、振動力付加手段を、
第１の振動体の端面に形成された可動側付加電極と、該
可動側付加電極に対向して基板側に形成された固定側付
加電極とによって構成したことにある。

【００２４】このような構成とすることにより、例えば
可動側付加電極と固定側付加電極との間に直流電圧を印
加しておき、第１の振動体に形成した可動側付加電極が
振動時に第１の振動体と共に固定側付加電極に近づく
と、付加電極間の静電引力が増加し、この静電引力の増
加分が付加される振動力となる。この振動力は、第１の
振動体を第１の軸方向に大きく振動させることができ、
第１の支持梁のばね定数を見掛け上小さくし、振動側共
振周波数を低くする。

【００２５】請求項７の発明では、振動力付加手段を、
第２の振動体の端面に形成された可動側付加電極と、該
可動側付加電極に対向して基板側に形成された固定側付
加電極とによって構成したことにある。

【００２６】このような構成とすることにより、例えば
可動側付加電極と固定側付加電極との間に直流電圧を印
加しておき、第３の軸周りに角速度が加わって第２の振
動体が第２の軸方向への変位したとき、可動側付加電極
が固定側付加電極に近づくと、付加電極間の静電引力が
増加し、この静電引力の増加分が付加される振動力とな
る。この振動力は、第２の振動体を第２の軸方向に大き
く振動させることができ、第２の支持梁のばね定数を見
掛け上小さくし、検出側共振周波数を低くする。

【００２７】請求項８の発明では、可動側付加電極の対
向面と固定側付加電極の対向面とを、それぞれ鋸歯状の
対向面として形成したことにある。

【００２８】このように構成することにより、振動力付
加手段による付加電極間の離間寸法を確保し、静電引力
を大きくできる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る角速度センサ
の実施の形態を、図１ないし図８を参照しつつ詳細に説
明する。

【００３０】まず、図１ないし図４に基づいて、本発明
による第１の実施の形態に適用される角速度センサにつ
いて述べる。

【００３１】１は角速度センサ、２は該角速度センサ１
の基台をなす矩形状に形成された基板で、該基板２は例
えばガラス材料によって形成されている。

【００３２】３は基板２上にＰ，Ｓ，Ｓｂ等がドーピン
グされた低抵抗なポリシリコン、単結晶シリコン等によ
って形成された可動部で、該可動部３は基板２の四隅に
位置して該基板２上に設けられた４個の支持部４と、該
各支持部４から中央部に向けＹ軸方向に向けて延びる４
本の第１の支持梁５と、該各第１の支持梁５によってＸ
軸方向に変位可能に前記基板２の表面から離間した状態
で支持された長方形の枠状に形成された第１の振動体６
と、第１の振動体６の短尺辺の中央から突出しＸ軸方向
に延びる４本の第２の支持梁７と、該各支持梁７によっ
てＹ軸方向に振動可能に設けられたＨ字状の第２の振動
体８とからなる。

【００３３】ここで、第１の支持梁５、第１の振動体
６、第２の振動体８によって第１の軸方向となるＸ軸方
向へ振動する振動系９を構成し、前記第２の支持梁７、
第２の振動体８によって第２の軸方向となるＹ軸方向へ
振動する検出系１０を構成する。そして、前記振動系９
は、第１の振動体６と第２の振動体８の質量と、第１の
支持梁５のばね定数によって設定される振動側共振周波
数ｆ1 を有し、検出系１０は、第２の振動体８の質量
と、第２の支持梁７のばね定数によって設定される検出
側共振周波数ｆ2 を有している。

【００３４】また、前記第１の振動体６には、左右の長
尺辺には後述する可動側振動電極１１，１１が突出形成
され、上下の短尺辺には可動側付加電極１３，１３が突
出形成され、第２の振動体８の中央辺の中心には上下に
向けて可動側検出電極１２，１２が形成されている。

【００３５】１１，１１は第１の振動体６の左右の長尺
辺に形成された可動側振動電極で、該各可動側振動電極
１１は７枚の電極板１１Ａをくし状に配置することによ
って構成されている。そして、該可動側振動電極１１は
後述する固定側振動電極１５と共に振動発生部２０を構
成する。

【００３６】１２，１２は第２の振動体８の中央辺の中
心から上下に向けて形成された可動側検出電極で、該各
可動側検出電極１２は、Ｙ軸方向に延びる腕部１２Ａ
と、該腕部１２Ａに均等間隔で左右方向に向けて延びる
６枚の電極板１２Ｂとによってアンテナ状に形成されて
いる。そして、該可動側検出電極１２は後述する固定側
検出電極１７と共に変位検出部２１を構成する。

【００３７】１３，１３は第１の振動体６の上下の短尺
辺の側面に形成された可動側付加電極で、該各可動側付
加電極１３は、その対向面が鋸歯状の凹凸に形成され、
後述する固定側付加電極１９と共に振動力付加部２２を
構成している。

【００３８】そして、可動部３は各支持部４のみが基板
２に固着され、第１の支持梁５、第１の振動体６、第２
の支持梁７、第２の振動体８は前記基板２から所定間隔
を離間した状態で４点支持されている。また、各第１の
支持梁５はＹ軸方向に伸長しているからＸ軸方向に撓ま
せることにより、第１の振動体６をＸ軸方向に変位さ
せ、各第２の支持梁７はＸ軸方向に伸長しているからＹ
軸方向に撓ませることにより、第２の振動体８をＹ軸方
向に変位させることができる。

【００３９】１４，１４は振動用固定部で、該各振動用
固定部１４は第１の振動体６を左右から挟むように基板
２上に設けられている。１５，１５は固定側振動電極
で、該各固定側振動電極１５は、可動側振動電極１１の
各電極板１１Ａと隙間をもって交互に対面するように、
振動用固定部１４に突出形成された６枚の電極板１５Ａ
からなる。

【００４０】１６，１６は検出用固定部で、該各検出用
固定部１６は第２の支持梁７と第２の振動体８との空間
内に位置した基板２上に設けられている。１７，１７は
固定側検出電極で、該各固定側検出電極１７は、検出用
固定部１６の左右両側から上下方向に延びる腕部１７Ａ
と、可動側検出電極１２の各電極板１２Ｂと隙間をもっ
て交互に対面するように、該腕部１７Ａから内側に向け
て突出形成された６枚の電極板１７Ｂとから構成され
る。

【００４１】１８，１８は付加用固定部で、該各付加用
固定部１８は第１の振動体６を上下から挟むように基板
２上に設けられている。１９，１９は固定側付加電極
で、該各固定側付加電極１９は、可動側付加電極１３と
隙間をもって対面するように、鋸歯状の凹凸に形成され
ている。

【００４２】２０，２０は振動発生部で、該各振動発生
部２０は可動側振動電極１１と固定側振動電極１５とに
よって構成され、該可動側振動電極１１の各電極板１１
Ａと、固定側振動電極１５の各電極板１５Ａとの間には
それぞれ等しい隙間が形成されている。ここで、可動側
振動電極１１と固定側振動電極１５との間に逆位相とな
る周波数ｆ0 のパルス波または正弦波等の駆動信号を印
加すると、左右に位置した電極板１１Ａ，１５Ａ間には
静電引力が交互に発生し、各振動発生部２０で近接、離
間を繰り返す。これにより、各振動発生部２０は、第１
の振動体６、第２の振動体８等をＸ軸方向（第１の軸方
向）に振動させる。

【００４３】２１，２１は変位検出部で、該各変位検出
部２１は可動側検出電極１２と固定側検出電極１７とに
よって構成され、該可動側検出電極１２の各電極板１２
Ｂと、固定側検出電極１７の各電極板１７Ｂとの間はそ
れぞれ離間している。また、可動側検出電極１２と固定
側検出電極１７は、検出用の平行平板コンデンサとして
構成され、当該各変位検出部２１は各電極板１２Ｂ，１
７Ｂ間の離間寸法の変化を静電容量の変化として検出す
る。

【００４４】２２，２２は周波数調整手段としての振動
力付加部で、該各振動力付加部２２は可動側付加電極１
３と固定側付加電極１９とから構成され、該可動側付加
電極１３と固定側付加電極１９との間には等しい隙間が
形成されている。ここで、上下に位置した可動側付加電
極１３と固定側付加電極１９との間に直流の付加信号を
印加すると、付加電極１３，１９間には静電引力が発生
する。しかし、第１の振動体６は第１の支持梁５によっ
てＹ軸方向への移動が規制され、Ｘ軸方向にのみ振動可
能となっているから、当該振動力付加部２２は、第１の
振動体６がＸ軸方向に振動していないときには振動力は
作用しない。一方、第１の振動体６がＸ軸方向に移動し
たときに、振動力付加部２２では左右のバランスが崩
れ、電極間の離間寸法が近づいた方の静電引力が増加
し、この静電引力がＸ軸方向の力として第１の振動体６
に付加されるものである。

【００４５】本実施の形態による角速度センサ１は、上
述した如くに構成され、次にＺ軸周りに角速度Ωを加え
た場合の基本的な検出動作について説明する。

【００４６】まず、左右に位置した振動発生部２０に逆
位相となる駆動信号を印加すると、各電極板１１Ａ，１
５Ａ間に静電引力が左右の振動発生部２０，２０に対し
て交互に作用し、第１の振動体６と第２の振動体８はＸ
軸方向に振動を発生する。この場合、各第１の支持梁５
がＸ軸方向に撓むだけで、第２の支持梁７はＸ軸方向に
は撓まないから、第２の振動体８もＸ軸方向にのみ振動
する。

【００４７】この状態で、Ｚ軸（第３の軸）周りに角速
度Ωが加わると、Ｙ軸方向（第２の軸方向）に下記の数
２に示すコリオリ力Ｆ（慣性力）が発生する。

【００４８】

【数２】Ｆ＝２ｍΩｖ ｍ：第２の振動体８の質量 Ω：角速度 ｖ：第２の振動体８のＸ方向の速度

【００４９】そして、このコリオリ力Ｆによって、第２
の振動体８はＹ軸方向に振動し、この第２の振動体８の
振動変位を、各変位検出部２１では、可動側検出電極１
２と固定側検出電極１７との間の静電容量の変化として
検出し、Ｚ軸周りの角速度Ωを検出することができる。

【００５０】次に、本実施の形態の特徴となる振動力付
加部２２の動作について説明する。まず、可動側付加電
極１３と固定側付加電極１９との間に付加信号を印加し
ておく、このとき第１の振動体６は振動していないか
ら、上下に位置した振動力付加部２２から発生する静電
引力は、第１の振動体６の上下を引っ張って釣り合って
いる。

【００５１】ここで、振動発生部２０，２０によって第
１の振動体６に振動を与えると、可動側付加電極１３と
固定側付加電極１９との離間寸法が左右のいずれかの方
向に偏り、離間寸法が近づいた方の静電引力が増加す
る。そして、この静電引力の増加分がＸ軸方向に付加さ
れる力となり、この力は第１の振動体６にさらに加わっ
てＸ軸方向に大きく振動させることができる。しかも、
振動力付加部２２によって付加される振動力は、第１の
振動体６のＸ軸方向への変位幅に伴って大きくなって付
加される。

【００５２】このように、振動力付加部２２は、第１の
振動体６を大きく振動させることにより、第１の支持梁
５のばね定数を見掛け上小さくし、振動系９の振動側共
振周波数ｆ1 を低くすることができる。そして、振動力
付加部２２は、電極１３，１９間に印加する直流の付加
信号を大きくすれば付加される振動力が大きくなり、振
動系９の振動側共振周波数ｆ1 を低くすることができ、
Ｙ軸方向への検出系１０の検出側共振周波数ｆ2 に近づ
けることができる。

【００５３】この結果、振動系９の振動側共振周波数ｆ
1 を検出系１０の検出側共振周波数ｆ2 に近づけ、さら
に振動発生部２０に印加される駆動信号の周波数ｆ0 に
近づけることにより、第１の振動体６、第２の振動体８
をＸ軸方向に大きな振幅で振動させ、数２の振動体の速
度ｖを大きくできる。これにより、コリオリ力Ｆを大き
くして第２の振動体８の変位幅を増やし、Ｚ軸周りに加
わる角速度Ωを高精度に検出することができる。

【００５４】さらに、角速度センサ１が経時劣化等によ
り、第１の支持梁５のばね定数等が変化して振動系９の
振動側共振周波数ｆ1 が変わった場合でも、外部から振
動力付加部２２に印加する付加信号を制御することによ
り、振動系９の振動側共振周波数ｆ1 を検出系１０の検
出側共振周波数ｆ2 に近づけ、常に高精度な角速度検出
を行うことができ、角速度センサ１の信頼性を高めるこ
とができる。

【００５５】一方、振動力付加部２２は、可動側付加電
極１３の対向面と固定側付加電極１９の対向面とを鋸歯
状の凹凸に形成しているから、対向する電極面が斜めに
なって対向している分だけ、Ｘ軸方向に振動する第１の
振動体６の振幅を、振動力付加部２２をくし状電極によ
って構成した場合に比べて、大きく確保することができ
る。

【００５６】次に、図５に基づいて本発明による第２の
実施の形態に適用される角速度センサについて述べる。
本実施の形態の特徴は、検出系に振動力付加手段を設け
たことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１
の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、そ
の説明を省略する。

【００５７】３１は本実施の形態に適用される角速度セ
ンサで、該角速度センサ３１は第１の実施の形態で述べ
た角速度センサ１とほぼ同様に、正方形状の基板３２
と、該基板３２上に形成された可動部３３とから大略構
成ている。

【００５８】ここで、可動部３３は、基板３２の四隅に
設けられた４個の支持部３４と、該各支持部３４から中
央部に向けＹ軸方向に向けて延びる４本の第１の支持梁
３５と、該各第１の支持梁３５によってＸ軸方向に変位
可能に前記基板３２の表面から離間した状態で支持され
た正方形の枠状に形成された第１の振動体３６と、第１
の振動体３６の短尺辺の中央から突出しＸ軸方向に延び
る４本の第２の支持梁３７と、該各支持梁３７によって
Ｙ軸方向に振動可能に設けられたＨ字状の第２の振動体
３８とから構成されている。

【００５９】ここで、第１の支持梁３５、第１の振動体
３６、第２の振動体３８によって振動側共振周波数ｆ1
となるＸ軸方向の振動系３９を構成し、前記第２の支持
梁３７、第２の振動体３８によって検出側共振周波数ｆ
2 となるＹ軸方向の検出系４０を構成する。

【００６０】また、前記第１の振動体３６には、左右の
辺には７枚の電極板４１Ａからなるくし状の可動側振動
電極４１，４１が突出形成され、第２の振動体３８の中
央辺の中心には上下に向けて腕部４２Ａと６枚の電極板
４２Ｂからなるアンテナ状の可動側検出電極４２，４２
が形成されている。さらに、第２の振動体３８の左右の
辺には外側面が鋸歯状の凹凸となった可動側付加電極４
３，４３が形成されている。

【００６１】４４，４４は第１の振動体３６を左右から
挟むように基板３２上に設けられた振動用固定部で、該
各振動用固定部４４には６枚の電極板４５Ａからなる固
定側振動電極４５が突出形成されている。

【００６２】４６，４６は第２の支持梁３７と第２の振
動体３８との空間内に位置した基板３２上に設けられ検
出用固定部で、該各検出用固定部４６には、左右の両側
から上下方向に延びる腕部４７Ａと、該腕部４７Ａから
内側に向けて突出形成された６枚の電極板４７Ｂとから
なる固定側検出電極４７が形成されている。

【００６３】４８，４８は付加用固定部で、該各付加用
固定部４８は第１の振動体３６と第２の振動体３８との
間の左右に位置した基板３２上に設けられている。４
９，４９は固定側付加電極で、該各固定側付加電極４９
は、可動側付加電極４３と隙間をもって対面するように
鋸歯状の凹凸によって形成されている。

【００６４】５０，５０は振動発生部で、該各振動発生
部５０は可動側振動電極４１と固定側振動電極４５とに
よって構成されている。そして、該各振動発生部５０
は、第１の振動体３６、第２の振動体３８等をＸ軸方向
（第１の軸方向）に振動させるものである。

【００６５】５１，５１は変位検出部で、該各変位検出
部５１は可動側検出電極４２と固定側検出電極４７とに
よって構成されている。そして、該各変位検出部５１
は、各電極板４２Ｂ，４７Ｂ間の離間寸法の変化を静電
容量の変化として検出する。

【００６６】５２，５２は検出系４０に設けられた周波
数調整手段としての振動力付加部で、該各振動力付加部
５２は可動側付加電極４３と固定側付加電極４９とから
構成されている。

【００６７】このように構成される角速度センサ３１で
あっても、Ｚ軸周りの角速度Ωの検出動作は第１の実施
の形態と同様にして検出することができる。

【００６８】さらに、この角速度センサ３１は、Ｚ軸周
りに角速度Ωが加わって第２の振動体３８がＹ軸方向に
振動するとき、振動力付加部５２によって、第２の振動
体３８にＹ軸方向の力を付加させるものである。これに
より、第２の振動体３８をＹ軸方向に大きく振動させ、
第２の支持梁３のばね定数を見掛け上小さくし、検出系
４０の検出側共振周波数ｆ2 を低くし、検出系４０の検
出側共振周波数ｆ2 を振動系３９の振動側共振周波数ｆ
1 に近づけることができる。この結果、第２の振動体３
８はＹ軸方向に大きな振幅で振動させることができ、変
位検出部２１によって検出される信号を大きくし、検出
感度を高めることができる。

【００６９】次に、図６に基づいて、第３の実施の形態
による角速度センサについて説明する。なお、本実施の
形態では、前述した第１の実施の形態で述べた角速度セ
ンサ１の振動力付加部２２を除いたもので、その他の構
成要素は同一であるので同一の番号を付し、その説明を
省略するものとする。

【００７０】ここで、本実施の形態による角速度センサ
６１の特徴は、第１の振動体６の左右に位置した長尺辺
の上面に重り６２，６２を設けたことにある。また、該
各重り６２は、ＡｕやＡｇ等の金属を蒸着によって薄膜
状に形成されている。さらに、重り６２は、第１の振動
体６の左右の長尺辺にそれぞれ形成されているから、該
第１の振動体６のバランスを保っている。

【００７１】従って、本実施の形態による角速度センサ
６１では、第１の振動体６の左右の長尺辺に設けた重り
６２によって周波数調整手段としているから、重り６２
によって第１の振動体８の質量を重くし、振動系９の振
動側共振周波数ｆ1 を低くすることができる。この結
果、振動系９の振動側共振周波数ｆ1 を検出系１０の検
出側共振周波数ｆ2 に近づけ、角速度Ωの検出感度を高
めることができる。

【００７２】しかも、蒸着によって第１の振動体６に形
成した重り６２は、レーザビームまたは集中イオンビー
ム等によってトリミングして重さを調整し、振動側共振
周波数ｆ1 を高くすることもでき、振動側共振周波数ｆ
1 の調整範囲を拡げることができる。

【００７３】次に、図７を参照しつつ、本発明による第
４の実施の形態に適用される角速度センサについて説明
する。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の
形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明
を省略するものとする。

【００７４】ここで、本実施の形態による角速度センサ
７１の特徴は、第２の振動体８の中央辺の上面に重り７
２を形成したことにある。また、該重り７２はＡｕやＡ
ｇ等の金属を蒸着によって薄膜状に形成されている。そ
して、重り７２は、第２の振動体８の中央辺に形成され
ているから、該第２の振動体８のバランスを保ってい
る。

【００７５】従って、本実施の形態による角速度センサ
７１では、第１の実施の形態で述べた角速度センサ１と
同様に、振動系９に振動力付加部２２を設けているか
ら、振動系９の振動側共振周波数ｆ1 は振動力付加部２
２に印加される付加信号を制御することによって調整す
ることができる。一方、第２の振動体８の中央辺に形成
した重り７２の重さを調整することにより、検出系１０
の検出側共振周波数ｆ2を調整することができる。

【００７６】これにより、角速度センサ７１では、重り
７２の重さを調整することにより振動側共振周波数ｆ1
と検出側共振周波数ｆ2 とを近づけ、製造誤差、経時劣
化等によって支持梁５，７のばね定数が変化したときで
も、振動力付加部２２に印加する付加信号を制御するこ
とによって行うことができ、角速度Ωの検出感度をより
確実に高めることができる。

【００７７】さらに、図８に基づいて本発明による第５
の実施の形態に適用される角速度センサについて述べ
る。本実施の形態の特徴は、第２の実施の形態による角
速度センサ３１の振動系に振動力付加手段を設けたもの
である。なお、本実施の形態では、前述した第２の実施
の形態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。

【００７８】８１は本実施の形態に用いられる角速度セ
ンサで、該角速度センサ８１は、第２の実施の形態で述
べた角速度センサ３１とほぼ同様に構成されるものの、
基板３２上に形成された可動部３３の第１の振動体３６
の上下の辺には、その外周面が鋸歯状の凹凸となった第
１の可動側付加電極８２，８２が形成され、第２の振動
体３８の左右の辺には、その外側面が鋸歯状の凹凸とな
った第２の可動側付加電極８３，８３が形成されてい
る。

【００７９】８４，８４は第１の振動体３６を上下から
挟むように基板２上に設けられた第１の付加固定部で、
該各第１の付加固定部８４の側面には、第１の可動側付
加電極８２と隙間をもって対向するように鋸歯状の凹凸
となった第１の固定側付加電極８５が形成されている。

【００８０】８６，８６は第１の振動体３６と第２の振
動体３８との間の左右に位置した基板３２上に設けられ
た第２の付加固定部で、該各第２の付加固定部８６の側
面には、第２の可動側付加電極８３と隙間をもって対向
するように鋸歯状の凹凸となった第２の固定側付加電極
８７が形成されている。

【００８１】８８，８８は振動系３９に設けられた周波
数調整手段としての第１の振動力付加部で、該各第１の
振動力付加部８８は第１の可動側付加電極８２と第１の
固定側付加電極８５とから構成されている。

【００８２】８９，８９は検出系４０に設けられた周波
数調整手段としての第２の振動力付加部で、該各第２の
振動力付加部８９は第２の可動側付加電極８３と第２の
固定側付加電極８７とから構成されている。

【００８３】かくして、本実施の形態による角速度セン
サ８１では、振動系３９に第１の振動力付加部８８を設
け、検出系４０に第２の振動力付加部８９を設けている
から、振動系３９の振動側共振周波数ｆ1 は第１の振動
力付加部８８に印加される付加信号を制御することによ
って調整することができ、検出系４０の検出側共振周波
数ｆ2 は第２の振動力付加部８９に印加される付加信号
を制御することにより調整することができる。

【００８４】これにより、角速度センサ８１では、各振
動力付加部８８，８９に印加する付加信号を調整するこ
とにより振動側共振周波数ｆ1 と検出側共振周波数ｆ2
とを近づけることができ、第１の振動体３６のＸ軸方向
への振幅、第２の振動体３８のＹ軸方向への振幅を大き
くして、検出感度を確実に高めることができる。

【００８５】なお、実施の形態では、振動力付加部２２
等を構成する可動側付加電極１３と固定側付加電極１９
の形状を鋸歯状の凹凸に形成するものとして述べたが、
本発明はこれに限らず、くし状、アンテナ状の電極を用
いてこれを複数個設けるようにしてもよい。

【００８６】また、実施の形態では、振動系または検出
系に対して振動力付加手段と重りを個々に設けるものと
して述べたが、振動系に振動力付加手段と重りの両方を
設けても、検出系に振動力付加手段と重りの両方と設け
てもよく、さらに、種々の組合せによって周波数調整手
段を構成してもよい。

【００８７】また、実施の形態では、可動側振動電極１
１（４１）の電極板１１Ａ（４１Ａ）を７枚、固定側振
動電極１５（４５）の電極板１５Ａ（４５Ａ）を６枚と
した場合を例示したが、これに限らず、７枚以上にして
もよく、枚数を増やすことにより、振動発生部２０（５
０）で発生する駆動力を増やすことができる。

【００８８】さらに、実施の形態では、可動側検出電極
１２（４２）の電極板１２Ｂ（４２Ｂ）を６枚、固定側
検出電極１６（４７）の電極板１６Ｂ（４７Ｂ）を６枚
とした場合を例示したが、これに限らず、８枚以上にし
てもよく、枚数を増やすことにより、変位検出部２１
（５１）での検出感度を高めることができる。

【００８９】

【発明の効果】以上詳述した如く、請求項１の本発明に
よれば、振動発生手段によって第１の軸方向に振動して
いるときの振動側共振周波数と、第３の軸周りに角速度
が加わって第２の振動体が第２の軸方向に振動するとき
の検出側共振周波数とを調整する周波数調整手段を設け
たから、該周波数調整手段によって、振動側共振周波数
と検出側共振周波数とを近づける。これにより、第３の
軸周りに角速度が加わったとき第２の振動体に生じる第
２の軸方向への変位を大きくし、角速度の検出感度を高
めることができる。

【００９０】請求項２の発明では、周波数調整手段を、
振動発生手段で第１の振動体に第１の軸方向に振動を与
えている状態で、該第１の振動体に対してさらに第１の
振動方向の力を付加する振動力付加手段としたから、該
振動力付加手段によって第１の振動体を第１の軸方向に
大きく振動させることにより、第１の支持梁のばね定数
を見掛け上小さし、振動側共振周波数を低くすることが
できる。

【００９１】請求項３の発明では、周波数調整手段を、
第３の軸周りに角速度が加わって第２の振動体が第２の
軸方向に振動するとき、該第２の振動体に対してさらに
第２の振動方向の力を付加する振動力付加手段としたか
ら、該振動力付加手段によって第２の振動体を第２の軸
方向に大きく振動させることにより、第２の支持梁のば
ね定数を見掛け上小さくし、検出側共振周波数を低くす
ることができる。

【００９２】請求項４の発明では、周波数調整手段を、
第１の振動体に設けた重りとしたから、第１の振動体に
重りを設けることにより、振動側共振周波数が低くな
り、また重りを切削することで、振動側共振周波数を高
くすることができる。

【００９３】請求項５の発明では、周波数調整手段を、
第２の振動体に設けた重りとしたから、第２の振動体に
重りを設けることにより、検出側共振周波数が低くな
り、また重りを切削することで、検出側共振周波数を高
くすることができる。

【００９４】請求項６の発明では、振動力付加手段を、
第１の振動体の端面に形成された可動側付加電極と、該
可動側付加電極に対向して基板側に形成された固定側付
加電極とから構成したから、可動側付加電極と固定側付
加電極との間に直流電圧を印加しておくことにより、第
１の振動体に対して第１の軸方向の力を付加し該振動体
を大きく振動させる。こにより、第１の支持梁のばね定
数を見掛け上小さくし、振動側共振周波数を低くする。

【００９５】請求項７の発明では、振動力付加手段を、
第２の振動体の端面に形成された可動側付加電極と、該
可動側付加電極に対向して基板側に形成された固定側付
加電極とから構成したから、可動側付加電極と固定側付
加電極との間に直流電圧を印加しておくことにより、第
２の振動体に対して第２の軸方向の力を付加し該振動体
を大きく振動させる。これにより、支持梁のばね定数を
見掛け上小さくし、振動側共振周波数または検出側共振
周波数を低くする。

【００９６】請求項８の発明では、可動側付加電極の対
向面と固定側付加電極の対向面とを、それぞれ鋸歯状に
形成したから、付加電極間の離間寸法を確保し、静電引
力を大きくできる。

【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正
面図である。

【図２】図１中の矢示II−II方向からみた縦断面図であ
る。

【図３】図１中の矢示III −III 方向からみた縦断面図
である。

【図４】第１の実施の形態による角速度センサの振動力
付加部を拡大して示す斜視図である。

【図５】第２の実施の形態による角速度センサを示す正
面図である。

【図６】第３の実施の形態による角速度センサを示す正
面図である。

【図７】第４の実施の形態による角速度センサを示す正
面図である。

【図８】第５の実施の形態による角速度センサを示す正
面図である。

【符号の説明】

１，３１，６１，７１，８１ 角速度センサ ２，３２ 基板 ５，３５ 第１の支持梁 ６，３６ 第１の振動体 ７，３７ 第２の支持梁 ８，３８ 第２の振動体 ９，３９ 振動系 １０，４０ 検出系 １３，４３ 可動側付加電極 １９，４９ 固定側付加電極 ２０，５０ 振動発生部（振動発生手段） ２１，５１ 変位検出部（変位検出手段） ２２，５２ 振動力付加部（振動力付加手段）（周波数
調整手段） ６２，７２ 重り（周波数調整手段） ８２ 第１の可動側付加電極 ８３ 第２の可動側付加電極 ８５ 第１の固定側付加電極 ８７ 第２の固定側付加電極 ８８ 第１の振動力付加部（振動力付加手段）（周波数
調整手段） ８９ 第２の振動力付加部（振動力付加手段）（周波数
調整手段） ｆ1 振動側共振周波数 ｆ2 検出側共振周波数

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 真司 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、該基板に第１の支持梁によって
   支持され、該基板に対して水平な２軸、垂直な１軸の合
   わせて３軸のうち第１の軸方向に振動可能に設けられた
   第１の振動体と、該第１の振動体に第２の支持梁によっ
   て支持され、前記第１の軸方向と該第１の軸方向に直交
   する第２の軸方向に振動可能に設けられた第２の振動体
   と、前記第１の振動体を第１の軸方向に振動させる振動
   発生手段と、該振動発生手段により第１の振動体に第１
   の軸方向に振動を与えている状態で、第１、第２の軸方
   向に直交する第３の軸周りに角速度が加わったとき前記
   第２の振動体に生じる第２の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、 前記振動発生手段によって第１の軸方向に振動している
   ときの振動側共振周波数と、前記第３の軸周りに角速度
   が加わって前記第２の振動体が第２の軸方向に振動する
   ときの検出側共振周波数とを調整する周波数調整手段を
   設けたことを特徴とする角速度センサ。
2. 【請求項２】 前記周波数調整手段は、前記振動発生手
   段で前記第１の振動体に第１の軸方向に振動を与えてい
   る状態で、該第１の振動体に対してさらに第１の軸方向
   の力を付加する振動力付加手段である請求項１記載の角
   速度センサ。
3. 【請求項３】 前記周波数調整手段は、前記第３の軸周
   りに角速度が加わって前記第２の振動体が第２の軸方向
   に振動するとき、該第２の振動体に対してさらに第２の
   軸方向の力を付加する振動力付加手段である請求項１ま
   たは２記載の角速度センサ。
4. 【請求項４】 前記周波数調整手段は、前記第１の振動
   体に設けた重りである請求項１記載の角速度センサ。
5. 【請求項５】 前記周波数調整手段は、前記第２の振動
   体に設けた重りである請求項１記載の角速度センサ。
6. 【請求項６】 前記振動力付加手段は、前記第１の振動
   体の端面に形成された可動側付加電極と、該可動側付加
   電極に対向して前記基板側に形成された固定側付加電極
   とによって構成してなる請求項２記載の角速度センサ。
7. 【請求項７】 前記振動力付加手段は、前記第２の振動
   体の端面に形成された可動側付加電極と、該可動側付加
   電極に対向して前記基板側に形成された固定側付加電極
   とによって構成してなる請求項３記載の角速度センサ。
8. 【請求項８】 前記可動側付加電極の対向面と固定側付
   加電極の対向面とは、それぞれ鋸歯状の対向面として形
   成してなる請求項６または７記載の角速度センサ。