JPH1164001A

JPH1164001A - 角速度センサ

Info

Publication number: JPH1164001A
Application number: JP9230236A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Mochida; 洋一持田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-08-12
Filing date: 1997-08-12
Publication date: 1999-03-05

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｘ，Ｙ二次元平面のＹ軸回りの回転角速度を
正確に検出可能な角速度センサを提供する。【解決手段】平面振動体３は直角四辺形状の枠体６の
内側に連結梁４を介して重り振動体５を連結した結合体
により構成し、支持梁８でＸ方向に振動可能に支持す
る。枠体６の外端部に移動電極１１Ａ，１１Ｂを突設
し、その対向側に固定電極１３Ａ，１３Ｂを設ける。重
り振動体５は垂直移動側電極とし、その対向側に下部電
極１６を設ける。連結梁４は重り振動体５の検出振動方
向となるＺ軸方向の剛性を平面振動体３の振動方向であ
るＸ方向の剛性よりも小さく形成し、支持梁８はＸ方向
の剛性をＺ軸方向の剛性よりも小さく形成することで、
平面振動体３をＸ方向に励振させてＹ軸回りの回転によ
りＺ軸方向のコリオリ力が発生したとき、平面振動体３
の重り振動体５だけがＺ軸方向に振動し、Ｙ軸回りの角
速度を検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、角速度を検出する
角速度センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マイクロマシニングによる微小振動子を
利用した角速度センサが開発されており、図６には、本
出願人が、特開平８−１８４４４８号公報に提案した角
速度センサが示されている。同図に示すように、角速度
センサ１は、平面振動体３を有しており、平面振動体３
は、枠体６の内側に連結梁４を介して重り振動体５が連
結されて枠体６と重り振動体５の結合体によって形成さ
れている。重り振動体５は、振動体として機能する以外
に垂直移動側電極としての機能も有し、この重り振動体
５と下部電極１６の組は、重り振動体５と下部電極１６
との間の静電容量の変化を検知することにより、Ｙ軸回
りの回転の角速度変化に対応する重り振動体５のＺ軸方
向の振動振幅を検出する、Ｙ軸回り角速度検出電極とし
ても機能する。

【０００３】この平面振動体３は固定基板２１に、かぎ
爪形状（コ字形状）の支持梁８を介して、Ｘ，Ｙ二次元
平面のＸ方向およびＹ方向の振動が可能に支持されてお
り、枠体６の外端部には櫛歯電極の移動電極１０Ａ，１
０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂが設けられ、固定基板２１側には
移動電極１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂと間隔を介し
て固定電極１２Ａ，１２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂが設けられ
ている。移動電極１１Ａ，１１Ｂと固定電極１３Ａ，１
３Ｂの組は、平面振動体３を静電力によってＸ方向に振
動させる励振電極として構成されている。

【０００４】前記重り振動体５には、図示されていない
垂直移動側電極が設けられており、この垂直移動側電極
と間隔を介した対向側には固定対向電極としての下部電
極１６が設けられている。

【０００５】この提案の角速度センサにおいては、平面
振動体３におけるＸ方向の振動の共振周波数と重り振動
体５におけるＺ軸方向（Ｚ方向）の共振周波数とがほぼ
一致するように調整されており、この調整により、重り
振動体５と枠体６とはＺ方向の振動の共振周波数が互い
に異なる共振周波数を有するようになっている。

【０００６】このセンサにおいて、移動電極１１Ａ，１
１Ｂと固定電極１３Ａ，１３Ｂとにより、平面振動体３
を静電力によってＸ方向に振動させた状態で、Ｙ軸回り
の回転が作用すると、振動方向（Ｘ方向）と回転軸方向
（Ｙ方向）の両方に直交するＺ方向に次式（１）に示す
コリオリ力が発生する。

【０００７】Ｆｃ＝２・ｍ・Ｖ・Ω・・・・・・・・（１）

【０００８】なお、式（１）において、Ｆｃはコリオリ
力、ｍは振動子の質量（kg）、Ｖは振動子の駆動時の速
度（ｍ／ｓ）、Ωは作用する角速度（°／ｓ）である。

【０００９】そうすると、提案の角速度センサ１におい
ては、前記のように、平面振動体３におけるＸ方向の振
動の共振周波数と重り振動体５におけるＺ方向の振動の
共振周波数とがほぼ一致するように調整され、重り振動
体５と枠体６とはＺ方向の振動の共振周波数が互いに異
なる共振周波数を有するようになっていることから、前
記コリオリ力によって平面振動体３の重り振動体５だけ
が大きくＺ方向に振動し、重り振動体５の底面電極と下
部電極１８との間の静電容量の変化に基づいてＹ軸回り
の回転角速度の大きさ等が検知される。

【００１０】また、このとき、枠体６および移動電極１
１Ａ，１１Ｂは枠体６と重り振動体５とのＺ方向の振動
の共振周波数が異なっているので、ほとんどＺ方向に振
動しないため、移動電極１１Ａ，１１Ｂが固定電極１３
Ａ，１３Ｂに対してずれることがなく、平面振動体３は
常に安定した振動振幅の大きさで励振振動を行えるとさ
れていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如く、重り振動体５と枠体６とのＺ方向の振動の共振周
波数を互いに異なる共振周波数にすることにより、Ｚ方
向のコリオリ力によって重り振動体５のみをＺ方向に大
きく振動させ、枠体６はＺ方向にほとんど振動させない
ようにすることは原理的には可能だが、平面振動体３は
コ字形状の支持梁８に支持されて固定基板２１に取り付
けられているものであり、重り振動体５は、高さおよび
幅がほぼ同じ厚みの連結梁４を介して枠体６に設けられ
ているものであるため、実際には、重り振動体５がＺ方
向に振動すると、枠体６もＺ方向に多少振動してしま
う。そして、枠体６のＺ方向の振動により、移動電極１
１Ａ，１１ＢもＺ方向に振動してしまうため、平面振動
体３が前記のように常に安定した振動振幅の励振振動を
行えるとは限らず、Ｙ軸回りの回転角速度の大きさを高
精度で検出する機能に多少支障がでてしまうことに本出
願人は気付いた。

【００１２】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、振動体をＸ方向に振動さ
せ、Ｙ軸回りの回転によって生じるコリオリ力により、
振動体全体がＺ方向に振動することを抑制し、Ｙ軸回り
の回転角速度を非常に正確に検出することができる角速
度センサを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は次のような構成をもって課題を解決するた
めの手段としている。すなわち、第１の発明は、枠体の
内側に連結梁を介して重り振動体が連結されて枠体と重
り振動体の結合体によって平面振動体が形成され、この
平面振動体は固定基板に支持梁を介してＸ，Ｙ二次元平
面のＸ方向の振動が可能に支持されており、前記枠体の
外端部には移動電極が設けられ、固定基板側には該移動
電極と間隔を介して固定電極が設けられ、また、前記重
り振動体には垂直移動側電極が設けられるとともに該垂
直移動側電極と間隔を介した対向側には固定対向電極が
設けられ、前記移動電極と固定電極の組は平面振動体を
静電力によってＸ方向に振動させる励振電極として構成
され、前記垂直移動側電極と固定対向電極の組はＹ軸回
りの回転の角速度変化に対応する重り振動体の前記Ｘ，
Ｙ平面に垂直なＺ軸方向の振動振幅を検出するＹ軸回り
角速度検出電極として構成され、前記連結梁は前記重り
振動体の検出振動方向となるＺ軸方向の剛性が平面振動
体の振動方向であるＸ方向の剛性よりも小さく形成さ
れ、前記支持梁は前記平面振動体の振動方向であるＸ方
向の剛性が前記重り振動体の検出振動方向となるＺ軸方
向の剛性よりも小さく形成されている構成をもって課題
を解決するための手段としている。

【００１４】また、第２の発明は、前記第１の発明の構
成に加え、重り振動体は四角形状を呈しており、連結梁
はＬ字形状を呈しており、重り振動体の四隅部にはそれ
ぞれ連結梁のＬ字形状の短辺の先端側が接続され、各連
結梁のＬ字形状の長辺は重り振動体の辺に間隔を介して
沿わせて前記Ｌ字形状の短辺の先端側が接続されている
隅部の反対側の隅部に向けて伸設されてその伸設先端側
が枠体側に接続されている構成をもって課題を解決する
ための手段としている。

【００１５】さらに、第３の発明は、前記第１の発明の
構成に加え、連結梁は平面振動体の振動方向となるＸ方
向と直交するＹ方向に設けられている構成をもって課題
を解決するための手段としている。

【００１６】第４の発明は、前記第１乃至第３の発明の
いずれか１つの構成に加え、固定基板側に重り振動体と
間隔を介して重り振動体に静電力を印加するための静電
力印加電極を設けた構成としている。静電力印加電極に
直流電圧を印加して重り振動体に静電力を印加すること
により、重り振動体のＺ方向に共振周波数を調整するこ
とができ、共振周波数を微調整することで角速度を高密
度に検出できるようになる。

【００１７】上記構成の本発明において、枠体の内側に
連結梁を介して重り振動体が連結されて枠体と重り振動
体の結合体によって平面振動体が形成され、前記連結梁
は前記重り振動体の検出振動方向となるＺ軸方向の剛性
が平面振動体の振動方向であるＸ方向の剛性よりも小さ
く形成され、前記支持梁は前記平面振動体の振動方向で
あるＸ方向の剛性が前記重り振動体の検出振動方向とな
るＺ軸方向の剛性よりも小さく形成されているために、
平面振動体はその振動方向であるＸ方向に振動し易く、
重り振動体の検出振動方向となるＺ方向に振動しにく
く、一方、重り振動体は平面振動体の振動方向であるＸ
方向に振動しにくく、重り振動体の検出方向となるＺ方
向に振動し易い。

【００１８】そのため、平面振動体がＸ方向に振動して
Ｙ軸回りの回転によってＺ方向のコリオリ力が生じたと
き、このコリオリ力によって重り振動体のみがＺ方向に
大きく振動して平面振動体の枠体はＺ方向にほとんど振
動せず、平面振動体は安定した振動振幅での振動が可能
となり、Ｙ軸回りの回転角速度が精度よく検出され、上
記課題が解決される。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて説明する。なお、本実施形態例の説明
において、図６に示した角速度センサと同一名称部分に
は同一符号を付し、その重複説明は省略する。図１に
は、本発明に係る角速度センサの一実施形態例の振動子
構成が斜視図により示されている。本実施形態例の角速
度センサ１は、図６に示した角速度センサ１と同様に、
平面振動体３と、移動電極１１Ａ，１１Ｂと、固定電極
１３Ａ，１３Ｂと、支持梁８と、下部電極１６とを有し
ており、平面振動体３は、直角四辺形状の枠体６の内側
に連結梁４を介して重り振動体５が連結されて形成され
ている。

【００２０】また、移動電極１１Ａ，１１Ｂと固定電極
１３Ａ，１３Ｂの組は平面振動体３を静電力によってＸ
方向に振動させる励振電極として構成され、重り振動体
５の垂直移動側電極と下部電極１６の組はＹ軸回りの回
転の角速度変化に対応する重り振動体５のＺ方向の振動
振幅を検出するＹ軸回り角速度検出電極として構成され
ている。なお、図中２０は重り振動体５への接続電極を
示す。

【００２１】本実施形態例が図６に示した角速度センサ
１と異なる特徴的なことは、連結梁４は重り振動体５の
検出振動方向となるＺ軸方向の剛性が平面振動体３の振
動方向であるＸ方向の剛性よりも小さく形成され、支持
梁８は平面振動体３の振動方向であるＸ方向の剛性が重
り振動体５の検出振動方向となるＺ方向の剛性よりも小
さく形成されていることである。

【００２２】具体的には、本実施形態例の角速度センサ
１は、ガラス基板２３上に厚さ５０μｍのシリコン層２
５を加工して平面振動体３および支持梁８を備えた振動
子を形成しているが、連結梁４は厚さ５μｍ程度に局所
的に薄く加工され、梁幅は５０μｍと成している。検出
梁４は、このように、幅５０μｍに対して厚さ５μｍと
することにより、前記の如く、Ｚ軸方向の剛性がＸ軸方
向の剛性よりも小さく形成されている。前記支持梁８
は、梁幅が５μｍと成しており、このように、梁幅が５
μｍに対して、前記の如く厚みが５０μｍと成している
ことから、Ｘ方向の剛性がＺ軸方向の剛性よりも小さく
形成されている。

【００２３】また、本実施形態例では、図６に示した角
速度センサ１と異なり、検出梁４は図の右側にのみ２本
設けられており、連結梁４は平面振動体３の振動方向と
なるＸ方向と直交するＹ方向に設けられており、重り振
動体５は連結梁４によって直角四辺形状の枠体６の図の
右側の辺に接続されている。

【００２４】さらに、本実施形態例では、平面振動体３
におけるＸ方向の振動の共振周波数と、重り振動体にお
けるＺ方向の振動の共振周波数とがほぼ一致するように
調整され、このようにすることで、駆動モードの共振周
波数と検出モードの共振周波数がほぼ一致するように調
整されている。

【００２５】具体的には、平面振動体３のＸ方向の振動
は支持梁８に支持されて行われるため、駆動モードの共
振周波数は支持梁８の寸法で決まる。また、平面振動体
３のＸ方向の励振によるＹ軸回りの回転で生じるＺ軸方
向のコリオリ力で重り振動体５がＺ軸方向に振動する
と、この振動は連結梁４に支持されて行われるため、検
出モードの共振周波数は連結梁４の寸法で決まる。その
ため、本実施形態例では、これらの寸法を適切な大きさ
に設計して駆動モードと検出モードの共振周波数を一致
させている。例えば、検出モードの共振周波数が駆動モ
ードの共振周波数よりも高い場合は、連結梁４を集束イ
オンビーム加工等でトリミングすることにより、検出モ
ードの共振周波数を低くして駆動モードの共振周波数と
一致させている。

【００２６】本実施形態例は以上のように構成されてお
り、次に、本実施形態例の角速度センサ１の作製工程を
図２，３に基づいて説明する。まず、図２の（ａ）に示
すように、ガラス基板２３の表面側にキャビティ２４と
なる窪みを形成し、同図の（ｂ）に示すように、キャビ
ティ２４に下部電極１６を形成する。一方、同図の
（ａ′）に示すように、厚さ５０μｍの活性層Ｓi３３
の上部側に埋め込みＳiＯ₂３２をし、さらに、その上部
側に支持層Ｓi３１を形成し、さらにその上部側にＳiＯ
₂３０を形成したＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板
を用意し、同図の（ｂ′）に示すように、表面のＳiＯ₂
３０をエッチングする。そして、同図の（ｃ）に示すよ
うに、ガラス基板２３の上部側にＳiＯ₂エッチング後の
ＳＯＩ基板を陽極接合する。なお、図中３４は接合界面
を示す。

【００２７】次に、同図の（ｄ）に示すように、ドライ
エッチング又はＫＯＨ等のアルカリ水溶液によるエッチ
ングでＳＯＩ基板の支持層Ｓi３１を除去し、さらに、
同図の（ｅ）に示すように、絶縁膜である埋め込みＳi
Ｏ₂３２を除去する。

【００２８】次に、図３の（ａ）に示すように活性層Ｓ
iの表面側にレジスト３５を塗布してパターニングす
る。なお、このパターニングは、連結梁４を形成するた
めのパターニングである。次に、同図の（ｂ）に示すよ
うに、レジスト３５をマスクとして、連結梁４となる部
分の活性層Ｓi３３を厚さ５μｍまでエッチングし、レ
ジスト３５を除去する。次に、同図の（ｃ）に示すよう
に、レジスト３５をマスクとしてパターニングし、同図
の（ｄ）に示すように、レジスト３５をマスクとして活
性層Ｓiをドライエッチングし、ガラス基板２３に届く
まで垂直加工することにより、振動子を作製する。

【００２９】このような工程で作製されたガラス基板２
３上の振動子は、ダイサー等でチップに分離し、検出・
駆動回路等と一緒にパッケージングして角速度センサ１
とする。なお、本実施形態例の角速度センサ１は空気の
ダンピングの影響を避けるため、真空パッケージし、パ
ッケージ内部の圧力等を調整することにより、検出モー
ドのＱ（Quality Factor)値を最適の値に調整し、感度
と安定性のバランスがとれた角速度センサを作製する。

【００３０】本実施形態例の角速度センサ１は以上のよ
うにして作製されるものであり、この角速度センサ１に
おいて、移動電極１１Ａ，１１Ｂと固定電極１３Ａ，１
３Ｂ間の静電力によって平面振動体３を平面振動体３と
同一平面内でＸ方向に励振させるが、重り振動体５を支
持する連結梁はＺ軸方向の剛性がＸ方向の剛性よりも小
さく形成されていて、Ｘ方向に振動しにくいために、平
面振動体３をＸ方向に励振させても、この励振によって
重り振動体５が枠体６に対してＸ方向にぶれるようなこ
とはない。

【００３１】そして、平面振動体３がＸ方向に励振して
Ｙ軸を中心として回転すると、Ｚ方向のコリオリ力が生
じるが、本実施形態例では、平面振動体３を支持する支
持梁８はＺ方向の剛性がＸ方向の剛性よりも大きく形成
されており、Ｘ方向に振動し易くＺ方向には振動しにく
い構成と成しており、一方、重り振動体５を支持する連
結梁４は、前記の如く、Ｚ方向の剛性がＸ方向の剛性よ
りも小さく形成されていてＸ方向に振動しにくくＺ方向
に振動し易く構成されているために、Ｚ方向のコリオリ
力によって平面振動体３の重り振動体５だけが大きくＺ
方向に振動し、枠体６はほとんどＺ方向に振動しない。
そして、重り振動体５の底面電極と、下部電極１６との
間の静電容量の変化に基づいてＹ軸回りの回転角速度の
大きさ等が検知される。

【００３２】また、平面振動体３にＺ軸方向のコリオリ
力が加えられたときに、重り振動体５のみが振動して移
動電極１１Ａ，１１Ｂが枠体６と一体となってＺ軸方向
に振動しないため、移動電極１１Ａ，１１Ｂは固定電極
１３Ａ，１３Ｂに対してずれることがなく、平面振動体
３は常に安定した振動振幅の大きさで励振振動を行う。

【００３３】本実施形態例よれば、枠体６と重り振動体
５を連結する連結梁４のＺ方向の剛性をＸ方向の剛性よ
りも小さく形成し、平面振動体３を支持する支持梁８の
Ｘ方向の剛性をＺ軸方向の剛性よりも小さく形成したこ
とにより、平面振動体３がＸ方向に振動してＹ軸回りに
回転すると、重り振動体５だけがＺ軸方向に振動し、枠
体６はＺ方向にほとんど振動しないようにすることがで
きる。そのため、励振電極である移動電極１１Ａ，１１
Ｂが固定電極１３Ａ，１３Ｂに対してＺ軸方向にずれる
ことはなく、平面振動体３は、移動電極１１Ａ，１１Ｂ
あるいは固定電極１３Ａ，１３Ｂに印加した電圧分の振
幅の大きさで常に安定して励振振動をすることができる
し、Ｙ軸回りの回転角速度を精度よく検知することがで
きる。

【００３４】また、本実施形態例によれば、連結梁４の
剛性と支持梁８の剛性を前記の如く形成して重り振動体
５はＺ軸方向に振動し易くＸ方向に振動しにくい構成と
し、枠体６はＸ方向に振動し易くＺ軸方向に振動しにく
い構成としたことから、駆動モードの共振周波数を支持
梁８の寸法によって決め、検出モードの振動周波数を連
結梁４の寸法によって決めることができるために、平面
振動体３のＸ方向の励振振動の共振周波数と重り振動体
５のＺ方向の振動の共振周波数とを容易に一致させるこ
とが可能となり、角速度センサ１の感度を高いものとす
ることができる。

【００３５】さらに、図６に示した角速度センサ１のよ
うに、連結梁４を平面振動体３の振動方向であるＸ方向
と同じ方向に形成されていると、平面振動体３を振動さ
せたときに生じる加速度が連結梁４と同方向に生じるこ
とから、この加速度と重力との合力方向に生じる力が重
り振動体５を上下させる方向に働き、この上下方向の変
動成分によって重り振動体５の底面電極と下部電極１６
との間の静電容量変化に変動が生じることになる。そう
なると、Ｙ軸回りの回転角速度検知の精度等に支障が生
じるが、本実施形態例では、連結梁４を平面振動体３の
振動方向となるＸ方向と直交するＹ方向に設けたことに
より、平面振動体３の振動によって生じる加速度による
モーメントは重り振動体５のねじれ方向に発生して上下
方向の変動成分が生じることはないために、Ｚ軸方向に
生じるコリオリ力に影響を与えることはなく、Ｙ軸回り
の回転角速度検知をより一層精度よく行うことができ
る。

【００３６】さらに、本実施形態例によれば、図２，３
に示したような方法により振動子を作製し、例えば基板
上のポリシリコンあるいは単結晶シリコン層をドライエ
ッチング加工して振動子を作製する場合と異なり、エッ
チングが可能な範囲で振動子の厚さを厚くすることがで
きるために、振動子の質量を大きくすることが可能とな
り、角速度センサの感度をより一層向上させることがで
きる。なお、振動子の厚みのうち、連結梁４の厚みのみ
は薄いため、連結梁４の長さは短くてもＺ軸方向の共振
周波数を低くすることが可能となり、重り振動体５のＺ
軸方向の共振周波数と平面振動体３のＸ方向の共振周波
数とをほぼ一致させて小型の振動子とし、角速度センサ
１を小型化することができる。

【００３７】図４には、本発明に係る角速度センサの第
２実施形態例における平面振動体３の構成が示されてい
る。なお、同図の（ａ）にはその平面図が示されてお
り、同図の（ｂ）には、（ａ）のＡ−Ａ′断面図が示さ
れている。同図に示すように、平面振動体３の重り振動
体５は四角形状を呈しており、連結梁４はＬ字形状を呈
しており、重り振動体５の四隅部にはそれぞれ連結梁４
のＬ字形状の短辺２６の先端側が接続されている。ま
た、各連結梁４のＬ字形状の長辺２７は、重り振動体５
の辺に間隔を介して沿わせて、Ｌ字形状の短辺２６の先
端側が接続されている隅部に向けて伸設されて、その伸
設先端側が枠体６側に接続されている。

【００３８】本実施形態例の上記以外の構成は上記第１
実施形態例と同様であり、本実施形態例も上記第１実施
形態例と同様の作製方法により作製され、同様に動作
し、同様の効果を奏することができる。

【００３９】また、本実施形態例のように、四本の連結
梁４を用いて重り振動体５と枠体６とを連結する場合
に、連結梁４をＬ字形状として、上記のように連結する
と、重り振動体５のＺ軸方向の共振周波数と平面振動体
３のＸ方向の共振周波数を一致させ易いために、角速度
センサ１の感度を高くすることができる。

【００４０】なお、本発明は上記各実施形態例に限定さ
れることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例え
ば、上記実施形態例では、支持梁８の固定端側がかぎ爪
形状に折曲形成されていたが、支持梁８の形状は特に限
定されるものではなく、平面振動体３をＸ，Ｙ二次元平
面のＸ方向に振動可能に支持できる形状に適宜に設定さ
れるものである。

【００４１】また、上記各実施形態例では、移動電極１
１Ａ，１１Ｂ、固定電極１３Ａ，１３Ｂは櫛歯電極とし
たが、移動電極１１Ａ，１１Ｂ、固定電極１３Ａ，１３
Ｂは必ずしも櫛歯電極とするとも限らず、電極形状は適
宜に設定されるものである。

【００４２】さらに、上記各実施形態例では、重り振動
体５は振動体として機能するだけではなく垂直移動型電
極としても機能していたが、重り振動体５に別個の垂直
移動型電極を設けてもよい。

【００４３】さらに、上記第１実施形態例では、連結梁
４を平面振動体３の振動方向であるＸ方向と直交するＹ
方向に設けたが、連結梁４は、図６に示した角速度セン
サ１のように、Ｘ方向に設けても構わない。ただし、連
結梁４をＹ方向に設けることにより、前記の如く、振動
によって生じる加速度の影響を受けることなくＹ軸回り
の回転角速度を極めて正確に検知することができるため
に、連結梁４はＹ方向に設けることが望ましい。

【００４４】さらに、上記各実施形態例において、図５
の（ａ），（ｂ）に示すように、固定基板２３側に重り
振動体５と間隔を介して、重り振動体５に静電力を印加
するための静電力印加電極１４を設けることができる。
静電力印加電極１４に直流電圧を印加すると、重り振動
体５に静電力が作用し、これが静電的なバネとして重り
振動体５に作用する。すなわち、重り振動体５がＺ方向
に振動するときに振幅を増大させる方向に静電力が作用
するため、機械的なバネと反対方向の力を発生させる効
果があり、結果的に重り振動体５の共振周波数を低下さ
せる。よって、直流電圧の大きさを調整することで、重
り振動体５の固有の共振周波数から低周波数側に共振周
波数を微調整できる。この効果を利用すると、重り振動
体５の固有の共振周波数を最も高感度な共振周波数より
わずかに高く設計しておけば、直流電圧の調整により最
も高感度な共振周波数に微調整できる。なお、図５の
（ａ）は上記第１実施形態例に静電力印加電極１４を設
けた例の側断面図、（ｂ）は上記第２実施形態例に静電
力印加電極１４を設けた例の側断面図を示す。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、枠体の内側に連結梁を
介して重り振動体が連結された平面振動体を支持する支
持梁は平面振動体の振動方向であるＸ方向の剛性が重り
振動体の検出振動方向となるＺ軸方向の剛性よりも小さ
く形成し、前記連結梁は前記Ｚ軸方向の剛性が前記Ｘ方
向の剛性よりも小さく形成されたものであるから、平面
振動体はＸ方向に振動し易くＺ方向に振動しにくく、そ
の逆に、重り振動体はＺ方向に振動し易くＸ方向に振動
しにくくすることができる。

【００４６】そのため、平面振動体のＸ方向の振動によ
りＹ軸方向に回転し、Ｚ軸方向にコリオリ力が発生する
と、コリオリ力によって重り振動体のみがＺ軸方向に大
きく振動し、平面振動体の枠体はＺ軸方向にほとんど変
動しないため、例えば、平面振動体は、枠体に設けた移
動電極と、移動電極と間隔を介して設けた固定電極との
いずれかに印加した電圧分の梁幅の大きさで常に安定し
て励振振動することができるし、重り振動体の振動によ
って検出されるＹ軸回りの回転角速度を正確に検知する
ことができる。

【００４７】また、本発明によれば、支持梁と連結梁と
の剛性を前記の如く構成することにより、枠体は前記Ｘ
方向に振動し易く前記Ｚ軸方向に振動しにくく、重り振
動体は前記Ｘ方向に振動しにくくＺ軸方向に振動し易い
ため、重り振動体のＺ軸方向の共振周波数は連結梁の寸
法により決定し、平面振動体のＸ方向の共振周波数は支
持梁の寸法により決定することができる。したがって、
重り振動体のＺ軸方向の共振周波数と平面振動体のＸ方
向の共振周波数を容易に一致させることが可能となり、
両共振周波数を略一致させることにより、容易に、高感
度の角速度センサとすることができる。

【００４８】また、重り振動体は四角形状を呈してお
り、連結梁はＬ字形状を呈しており、重り振動体の四隅
部にはそれぞれ連結梁のＬ字形状の短辺の先端側が接続
され、角連結梁のＬ字形状の長辺は重り振動体の辺に間
隔を介して沿わせて前記Ｌ字形状の短辺の先端側が接続
されている隅部の反対側の隅部に向けて伸設されてその
伸設先端側が枠体側に接続されている本発明の角速度セ
ンサによれば、連結梁の形状および連結梁の重り振動体
と枠体との接続状態を上記の如く構成することにより、
重り振動体のＺ軸方向の共振周波数と平面振動体のＸ方
向の共振周波数とを非常に一致させ易くすることができ
る。

【００４９】さらに、連結梁は平面振動体の振動方向と
なるＸ方向と直交するＹ方向に設けられている本発明に
よれば、平面振動体の振動によって生じる加速度が重り
振動体に対して上下方向に作用することを防ぐことがで
きるために、前記加速度の影響を受けることなくＹ軸回
りの回転角速度をより一層正確に検知することができ
る。

【００５０】さらにまた、固定基板側に重り振動体と間
隔を介して、重り振動体に静電力を印加するための静電
力印加電極を設けた構成とし、静電力印加電極に直流電
圧を印加して重り振動体に静電力を印加することによ
り、重り振動体のＺ方向の共振周波数を調整することが
でき、共振周波数を微調整することで角速度を高密度に
検出できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る角速度センサの第１実施形態例の
振動子構成を示す要部構成図である。

【図２】上記実施形態例の角速度センサの振動子作製工
程を示す説明図である。

【図３】上記実施形態例の角速度センサの振動子作製工
程を図２に続いて示す説明図である。

【図４】本発明に係る角速度センサの第２実施形態例に
設けられている平面振動体を示す構成図である。

【図５】本発明に係る角速度センサの他の実施形態例の
平面振動体構成を示す断面図である。

【図６】本出願人らが先に提案している角速度センサの
振動子構成の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

３平面振動体４連結梁５重り振動体６枠体８支持梁１１Ａ，１１Ｂ移動電極１３Ａ，１３Ｂ固定電極１４静電力印加電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】枠体の内側に連結梁を介して重り振動体
が連結されて枠体と重り振動体の結合体によって平面振
動体が形成され、この平面振動体は固定基板に支持梁を
介してＸ，Ｙ二次元平面のＸ方向の振動が可能に支持さ
れており、前記枠体の外端部には移動電極が設けられ、
固定基板側には該移動電極と間隔を介して固定電極が設
けられ、また、前記重り振動体には垂直移動側電極が設
けられるとともに該垂直移動側電極と間隔を介した対向
側には固定対向電極が設けられ、前記移動電極と固定電
極の組は平面振動体を静電力によってＸ方向に振動させ
る励振電極として構成され、前記垂直移動側電極と固定
対向電極の組はＹ軸回りの回転の角速度変化に対応する
重り振動体の前記Ｘ，Ｙ平面に垂直なＺ軸方向の振動振
幅を検出するＹ軸回り角速度検出電極として構成され、
前記連結梁は前記重り振動体の検出振動方向となるＺ軸
方向の剛性が平面振動体の振動方向であるＸ方向の剛性
よりも小さく形成され、前記支持梁は前記平面振動体の
振動方向であるＸ方向の剛性が前記重り振動体の検出振
動方向となるＺ軸方向の剛性よりも小さく形成されてい
ることを特徴とする角速度センサ。
【請求項２】重り振動体は四角形状を呈しており、連
結梁はＬ字形状を呈しており、重り振動体の四隅部には
それぞれ連結梁のＬ字形状の短辺の先端側が接続され、
各連結梁のＬ字形状の長辺は重り振動体の辺に間隔を介
して沿わせて前記Ｌ字形状の短辺の先端側が接続されて
いる隅部の反対側の隅部に向けて伸設されてその伸設先
端側が枠体側に接続されていることを特徴とする請求項
１記載の角速度センサ。
【請求項３】連結梁は平面振動体の振動方向となるＸ
方向と直交するＹ方向に設けられていることを特徴とす
る請求項１記載の角速度センサ。
【請求項４】固定基板側に重り振動体と間隔を介し
て、重り振動体に静電力を印加するための静電力印加電
極を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のい
ずれか１つに記載の角速度センサ。