JPH1047966A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 角速度検出精度の向上。振動電極の共振周波
数調整の容易化。 【解決手段】 基台１；これに、ｘ方向およびｚ方向に
振動可能に支持された振動体６，１７，２１；振動体を
ｘ振動駆動する加振手段４，５，１８，１９；ｚ方向に
相対向する固定電極８，１４および可動電極７，１３，
２１ｈ；および、可動電極を支持し、振動体の振動を可
動電極に伝える可動電極支持部材２，３，１５，１６，
２１ｉ，２１ｊ；を備える。可動電極支持部材は、振動
体から可動電極へのｘ方向の振動は遮断しｚ方向の振動
のみを伝える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動体をｘ方向に
振動駆動し、振動方向ｘと直交するｙ軸を中心とする回
転方向の角速度により現われる振動体の、振動方向ｘお
よび該軸ｙに直交する方向ｚの振動成分を検出するため
の電極を有する角速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の角速度センサの１つが、「COMB
DRIVE MICROMECHANICAL TUNING FORKGYRO」との名称で、
米国特許第５，３４９，８５５号明細書に開示されてお
り、もう１つが、「角速度センサ」との名称で、特開平
７−４３１６６号公報に開示されている。いずれも半導
体加工プロセスを用いてシリコンを微細加工して得るマ
イクロジャイロである。

【０００３】この種の角速度センサの振動板は、ｘ，ｙ
平面に平行な平板の両側端（ｙ平行辺）に各１組、計２
組の櫛歯を有し、かつ、両終端（ｘ平行辺）のそれぞれ
よりｙ方向に延びる支脚を有し、これらの支脚で支えら
れて宙吊りとなっており、ｘ方向およびｚ方向に振動し
うる。振動板の第１および第２組の櫛歯と互に噛み合う
形で第１組および第２組の固定櫛歯が、振動板の櫛歯と
は非接触で微小ギャップを置いて、振動板の両側端の外
側にある。振動板と第１組および第２組の固定櫛歯との
間に、周波数ｆの交流高電圧を印加することにより、静
電吸引力により振動板が第１組および第２組の固定櫛歯
に交互に引かれて、ｘ方向に周波数ｆで振動する。

【０００４】振動板がｘ方向に振動しているとき、ｙ軸
廻りの回転の角速度が振動板に加わると、コリオリ力が
振動板に作用し、振動板が、ｘ方向の振動にｚ方向の振
動が加わった楕円運動をする。すなわち振動板にｚ方向
の振動が現われる。ｚ方向に微小ギャップを置いて振動
板と対向する電極の、振動板／電極間の静電容量が、該
ｚ方向の振動により変動する。この変動の振幅は振動板
のｚ方向の振幅に略逆比例する。この静電容量を電気信
号レベル（アナログ電圧）すなわち容量検出信号に変換
することにより、振幅が振動板のｚ方向の振幅に逆比例
する電圧が得られ、この振幅が角速度の値に対応するの
で、容量検出信号を振動板の励振信号に同期して位相検
波することにより、角速度の値に対応するレベルの直流
電圧が得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】振動板の質量をｍ、振
動の振幅をａ、周期をω、角速度をΩとすると、振動速
度ｖの最大値はａωであるから、コリオリ力Ｆｃの最大
値Ｆｃmaxは、 Ｆｃmax＝２ｍΩａω となる。コリオリ力Ｆｃの大きさは、ａおよびωに比例
するが、マイクロジャイロの場合ωの可変範囲は、マイ
クロジャイロの構造上限定されるため、振幅ａを大きく
することにより、大きなコリオリ力Ｆｃを発生させる。
そこで従来より、コリオリ力Ｆｃを最も効率良く発生す
るために、振動板を、共振周波数（固有振動数）で振動
駆動するように、駆動電気回路を設計している。しかし
ながら、振動板の製作誤差により、共振周波数がばらつ
き、角速度センサ毎に駆動電気回路を調整（チュ−ニン
グ）する必要があるが、小型であるほど製作誤差又はば
らつき（個体差）が大きいため、チュ−ニングが難かし
い。

【０００６】本発明は、角速度検出精度の高い角速度セ
ンサを提供することを第１の目的とし、角速度検出精度
を高くするための、振動電極の共振周波数調整を容易に
することを第２の目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

（１）基台(1)；該基台(1)に、ｘ方向およびｚ方向に振
動可能に支持された振動体(6,17,21)；該振動体にｘ方
向に振動する力を及ぼすための加振手段(4,5,18,19)；
ｚ方向に相対向する固定電極(8,14)および可動電極(7,1
3,21h)；および、該可動電極を支持し、前記振動体の振
動を可動電極に伝える可動電極支持手段(2,3,15,16,21
i,21j)；を備える角速度センサ（図１，図４〜図８）。

【０００８】なお、理解を容易にするためにカッコ内に
は、図面に示し後述する実施例の対応要素又は相当部材
に付した記号もしくは対応実施例を示す図面の図番号
を、参考までに付記した。

【０００９】これによれば、振動体(6,17,21)がｘ方向
に振動し、それにｙ軸廻りの角速度が加わると、振動体
がｘ，ｚ面上に楕円を描く楕円振動となり、ｘ方向振動
成分に加えてｚ方向振動成分が現われ、このｚ方向振動
成分の振幅が角速度に対応したものとなり、角速度値に
対する振幅値が大きいほど、角速度センサの感度が高
い。可動電極支持手段(2,3,15,16,21i,21j)が振動体の
振動を可動電極(7,13,21h)に伝えるので可動電極も振動
し、この振動のｚ方向振動成分により、可動電極が固定
電極(8,14)に近づきそして離れるように振動する。すな
わち固定電極に対する可動電極のｚ方向の相対距離が振
動する。固定電極／可動電極間の静電容量が、該相対距
離に反比例するので、該静電容量が振動する。固定電極
／可動電極間の静電容量を測定してその振動の振幅を算
出することにより、角速度が分かる。

【００１０】振動体は加振手段(4,5,18,19)でｘ方向に
励振されるので、振動体のｘ方向の振動の共振周波数と
加振手段(4,5,18,19)の励振周波数が合致するのが好ま
しい。そうであるなら、加振手段(4,5,18,19)による振
動体の励振の、エネルギ消費効率が最高となる。また、
可動電極はｚ方向の振動の共振周波数が、加振手段(4,
5,18,19)の励振周波数に合致するのが好ましい。そうで
あるなら、角速度が加わったときの、可動電極のｚ方向
振動の振幅が大きく、角速度検出感度が高い。従来のよ
うに１つの平板を振動体と可動電極に共用していた場合
には、該平板のｘ方向およびｚ方向の共振周波数を、共
に励振周波数に合致する同一値とする設計および調整
は、２軸方向（２次元）のものとなるので、困難もしく
は非常に手数のかかる複雑なものとなる。例えば、該平
板の一部に光レ−ザ加工により穴開け又は切削を施して
共振周波数を調整するが、ｘ方向の共振周波数を調整す
るための加工が、ｚ方向の共振周波数を変えてしまう。

【００１１】本発明の角速度センサでは、振動体はその
ｘ方向の共振周波数が設定値（励振周波数）となるよう
に設計又は調整し、可動電極はそのｚ方向の共振周波数
が設定値（励振周波数）となるように設計又は調整すれ
ばよく、１軸方向（１次元）のものであるので、設計が
容易である。また製作後の調整が容易である。例えば、
振動体に光レ−ザ加工を施してｘ方向の共振周波数を調
整し、可動電極に光レ−ザ加工を施してｚ方向の共振周
波数を調整すればよい。振動体と可動電極が、局部的に
は連接しているが、実質上別体であるので、これらｘ，
ｚ方向の一方の共振周波数の調整のための加工が、他方
の共振周波数に影響する度合いは極く低い。

【００１２】

【発明の実施の形態】

（２）可動電極支持手段(2,3,15,16,21i,21j)は、振動
体から可動電極へのｘ方向の振動は実質上遮断しｚ方向
の振動を実質上伝えるものである（図１，図４〜図
８）。これによれば、可動電極は実質上ｚ方向のみに振
動する。すなわち、角速度が振動体に加わっていないと
きにはｚ方向の振動が無いので、可動電極は実質上振動
しない。角速度が加わって振動体がｚ方向にも振動する
と、可動電極がｚ方向に振動する。この可動電極の共振
周波数が振動体の励振周波数に合致していると（そのよ
うに設計又は調整されていると）、可動電極がｚ方向に
大きく振動する。 仮に可動電極がｘ方向に振動する
と、可動電極／固定電極間の微視的な平行度のずれや可
動電極の微視的な傾動により、可動電極／固定電極間の
静電容量がゆらぎ又は振動し、これが角速度による静電
容量の振動に対してはノイズとなるが、可動電極が実質
上ｘ方向に振動しないことにより、このようなノイズが
極く低い。すなわち角速度検出精度が高い。

【００１３】（３）可動電極支持手段(2,3,15,16)は、
ｘ方向と直交する方向に延び一端が振動体(6,17)と一体
の第１組の支幹(3d,3e:図1)および該支幹の他端と一体
であってｘ方向に延びる第２組の支幹(3c)を含む（図
１，図４〜図６）。これによれば、第１組の支幹(3d,3
e)はｘ方向にたわみ易く、これにより振動体(6,17)のｘ
方向の振動は第２組の支幹(3c)に伝わりにくい。加え
て、第２組の支幹(3c)がｘ方向に延びるのでこれはｚ方
向には振動しうるがｘ方向には実質上振動しない。した
がって振動体から可動電極へのｘ方向の振動が遮断さ
れ、ｚ方向の振動が伝播する。

【００１４】（４）可動電極支持手段(2,3,15,16)は、
第２組の支幹(3c:図1)のｘ方向端部と一体の、前記基台
(1)に固定されたアンカ(3a,3b)を含み、可動電極(7,13)
を支持すると共に、第１組の支幹(3d,3e)を介して振動
体(6,17)を支持する（図１，図４〜図６）。

【００１５】（５）ｘ方向と直交する方向に延び一端が
振動体(6)と一体の第３組の支幹(2d,2e)，該支幹の他端
と一体であってｘ方向に延びる第４組の支幹(2c)、およ
び、第４組の支幹のｘ方向端部と一体の、前記基台(1)
に固定されたアンカ(2a,2b)を含む振動体支持手段(2)；
を更に備える(図１)。 （６）可動電極および固定電極は、振動体(6)に関して
実質上対称に配設された第１および第２可動電極(7,13)
および第１および第２固定電極(8,14)を含み；可動電極
支持手段は、ｘ方向と直交する方向に延び一端が振動体
と一体の第１組の支幹，該支幹の他端と一体であってｘ
方向に延びる第２組の支幹、および、第２組の支幹のｘ
方向端部と一体の、前記基台に固定されたアンカを含
み、第１可動電極(7)を支持すると共に、第１組の支幹
を介して振動体(6)を支持する第１支持部材(3)、ならび
に、振動体(6)に関して第１支持部材(3)と実質上対称な
位置にあって第１支持部材(3)と実質上同一構成の、第
２可動電極(13)および振動体(6)を支持する第２支持部
材(2)、を含む（図４）。これによれば、振動板(6)を第
１支持部材(3)および第２支持部材(2)が両持ちの形で支
持するので、振動板(6)の支えが安定である。可動電極
と固定電極の対が２組であるので、２つの可動電極(7,1
3)を並列接続し、２つの固定電極(8,14)を並接接続する
ことにより、大きい静電容量が得られ、可動電極のｚ方
向の振動による静電容量の振動の振幅が大きく、角速度
検出の分解能が高い。

【００１６】（７）ｘ方向と直交する方向に延び一端が
第１可動電極(7)と一体の第３組の支幹，該支幹の他端
と一体であってｘ方向に延びる第４組の支幹、および、
第４組の支幹のｘ方向端部と一体の、前記基台に固定さ
れたアンカを含む第３支持部材(16)、ならびに、振動体
(6)に関して第３支持部材(16)と実質上対称な位置にあ
って第３支持部材(16)と実質上同一構成の、第２可動電
極(13)を支持する第４支持部材(15)、を含む（図５）。
これによれば、第１可動電極(7)を第１支持部材(3)およ
び第３支持部材(16)が両持ちの形で支持するので、第１
可動電極(7)の支えが安定である。同様に、第２可動電
極(13)を第２支持部材(2)および第４支持部材(15)が両
持ちの形で支持するので、第２可動電極(13)の支えが安
定である。

【００１７】（８）可動電極支持手段(3,2)は、第２組
の支幹からｙ方向に、可動電極(7,13)の重心位置または
その近傍まで延びそこで可動電極と連続する連結支幹(3
f:図1)を含む（図１，図４，図５）。これによれば、可
動電極の端でそれを支持する場合よりも可動電極のたわ
みが少く、また、可動電極のｚ方向の振動中の、固定電
極に対する可動電極の平行度が高く、両電極間の静電容
量の振動のサイン波からの歪が少く、角速度検出精度が
高い。

【００１８】（９）振動体は可動電極(7)に関して実質
上対称に配設された第１および第２振動体(6,17)を含
み；可動電極支持手段は、ｘ方向と直交する方向に延び
一端が第１振動体と一体の第１組の支幹，該支幹の他端
と一体であってｘ方向に延びる第２組の支幹、および、
第２組の支幹のｘ方向端部と一体の、前記基台に固定さ
れたアンカを含み、可動電極(7)を支持すると共に、第
１組の支幹を介して第１振動体(6)を支持する第１支持
部材(3)、ならびに、可動電極(7)に関して第１支持部材
(3)と実質上対称な位置にあって第１支持部材(3)と実質
上同一構成の、可動電極(7)および第２振動体(17)を支
持する第２支持部材(16)、を含む（図６）。これによれ
ば、可動電極(7)を第１支持部材(3)および第２支持部材
(16)が両持ちの形で支持するので、可動電極(7)の支え
が安定である。加えて、第１および第２の振動体(6,17)
が、角速度が加わったときのｚ方向の振動を両持ちの各
端に与えるので、可動電極のｚ方向の振動中の、固定電
極に対する可動電極の平行度が高く、両電極間の静電容
量の振動のサイン波からの歪が少く、角速度検出精度が
高い。

【００１９】（１０）ｘ方向と直交する方向に延び一端
が第１振動体(6)と一体の第３組の支幹，該支幹の他端
と一体であってｘ方向に延びる第４組の支幹、および、
第４組の支幹のｘ方向端部と一体の、前記基台に固定さ
れたアンカを含む第３支持部材(2)、ならびに、可動電
極(7)に関して第３支持部材(2)と実質上対称な位置にあ
って第３支持部材(2)と実質上同一構成の、第２振動体
(17)を支持する第４支持部材(20)、を含む（図６）。こ
れによれば、第１振動板(6)を第１支持部材(3)および第
３支持部材(2)が両持ちの形で支持し、第２振動板(6)を
第２支持部材(16)および第４支持部材(20)が両持ちの形
で支持するので、第１および第２振動板(6,17)の支えが
安定である。

【００２０】（１１）可動電極(21h)は振動体(21)の枠
内にあり、振動体(21)と可動電極(21h)は実質上同一平
面上に位置する（図７，８）。これによれば、振動体(2
1)の枠内に可動電極(21h)が設けられるために小型化さ
れ、振動体，可動電極と基台との分離のためのエッチン
グ処理がし易くなり、低コストのものとなる。

【００２１】（１２）可動電極支持手段は、ｘ方向と直
交する方向に延び一端が振動体(21)と、他端が可動電極
(21h)と連続の第１組の支幹(21d)および可動電極(21h)
と連続であってｘ方向に延びる第２組の支幹(21i)を含
む（図７）。これによれば、第１組及び第２組の支幹に
より振動体(21)の振動のうちｘ方向の振動は伝えずに、
検出方向の振動のみ可動電極(21h)に伝達できるので、
固定電極に対する可動電極の平行度が高く角速度の検出
精度が高くなる。

【００２２】（１３）可動電極支持手段は、ｘ方向と直
交する方向に延び一端が振動体(21)と一体の第１組の支
幹，該支幹の他端と一体であってｘ方向に延びる第２組
の支幹(21j)、および、第２組の支幹(21j)に一端が一体
で他端が可動電極(21h)に一体の第３組の支幹(21k)を含
む（図８）。これによれば、第１組，第２組および第３
組の支幹により振動体(21)の振動のうちｘ方向の振動は
伝えずに、検出方向ｚの振動のみ可動電極(21h)に伝達
できるので、固定電極に対する可動電極の平行度が高く
角速度の検出精度が高くなる。

【００２３】（１４）可動電極支持手段は、第２組の支
幹(21i,21j)のｘ方向端部と一体の、前記基台に固定さ
れたアンカ(21ia,21ja)を含み、可動電極(21h)を支持す
ると共に、可動電極(21h)および第１組の支幹(21d)を介
して振動体(21)を支持する（図７，８）。これによれ
ば、アンカを設けたので可動電極の支えが、安定なもの
となる。

【００２４】本発明の他の目的および特徴は、図面を参
照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

【００２５】

【実施例】

−第１実施例− 図１に、本発明の第１実施例のマイクロジャイロ（角速
度センサ）の内部構造を示し、図２に該ジャイロの、図
１のII−II線で破断した断面を、図３には縮小した平面
を示す。

【００２６】図１を参照すると、絶縁体のシリコン基板
１には、導電性とするための不純物を含むポリシリコン
の、振動板アンカ２ａ，２ｂ、駆動電極アンカ４ａ，５
ａおよび可動電極アンカ３ａ，３ｂが接合している。

【００２７】振動板アンカ２ａおよび２ｂに、ｘ方向に
延びる振動板支持梁２ｃが連続しており、この支持梁２
ｃより支幹２ｄ，２ｅがｙ方向に突出し、これらの支幹
２ｄ，２ｅに、基板１の表面に実質上平行な振動板６が
連続している。振動板６にはｙ方向に延びる支幹３ｄ，
３ｅが連続する。これらの支幹３ｄ，３ｅは、可動電極
アンカ３ａ，３ｂに連続したｘ方向に延びる可動電極支
持梁３ｃよりｙ方向に突出したものである。

【００２８】可動電極支持梁３ｃより連結支幹３ｆがｙ
方向に延び、その先端が可動電極７の重心位置で可動電
極７と連なっている。可動電極７の側端で連結支幹３ｆ
が可動電極と連続となる端持ちとなるのを避けるため
に、可動電極７には、スリット７ａ，７ｂが刻まれてお
り、これらのスリット７ａ，７ｂにより、連結支幹３ｆ
が可動電極の重心位置まで延びることになる。可動電極
７に対向する基板１の表面上に、静電容量検出用の電極
すなわち固定電極８がある。

【００２９】振動板６から左右（ｘ方向）に、櫛歯状に
ｙ方向に等ピッチで分布する複数個の移動側電極すなわ
ちｘ移動電極６ａおよび６ｂが、突出している。

【００３０】駆動電極アンカ４ａ，５ａと一体連続に、
振動板６の櫛歯状のｘ移動電極６ａ，６ｂのそれぞれの
歯間スロットに進入した、櫛歯状の固定側電極すなわち
ｘ駆動電極４ｂ，５ｂが形成されている。ｘ駆動電極４
ｂ，５ｂと、ｘ移動電極６ａ，６ｂとの間には微小ギャ
ップがある。

【００３１】上述の、支持梁２ｃ，３ｃ，支幹２ｄ，２
ｅ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，可動電極７，ｘ移動電極６ａ，
６ｂおよびｘ駆動電極４ｂ，５ｂは、基板１の表面から
離れている。すなわち基板１の表面に、ギャップを置い
て対向している。可動電極７は固定電極８から離れてお
り、可動電極７／固定電極８間にもギャップがある。こ
れらは、振動板アンカ２ａ，２ｂ、駆動電極アンカ４
ａ，４ｂおよび可動電極アンカ３ａ，３ｂを、マイクロ
加工技術の蒸着によりシリコン基板１の表面上に形成す
るときに、振動板アンカ２ａ，２ｂ、駆動電極アンカ４
ａ，４ｂあるいは可動電極支持アンカ３ａ，３ｂに、一
体連続で形成される。この形成過程の概要を次に説明す
る。

【００３２】まず、すでに静電容量検出用の固定電極８
が形成されている基板１の表面の、それら（支持梁２
ｃ，３ｃ，支幹２ｄ，２ｅ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，可動電
極７，ｘ移動電極６ａ，６ｂおよびｘ駆動電極４ｂ，５
ｂ）の直下の位置には、該ギャップを形成するための第
１マスク層が形成される。すなわち、基板１の表面に一
様な第１マスク層を形成した後、振動板アンカ２ａ，２
ｂ、駆動電極アンカ４ａ，４ｂおよび可動電極支持アン
カ３ａ，３ｂの下面に相当する位置の第１マスク層がエ
ッチングにより除去される。そして第２マスク層が基板
１の表面に形成され、この第２マスク層の、上述の各ア
ンカならびに、支持梁２ｃ，３ｃ，支幹２ｄ，２ｅ，３
ｄ，３ｅ，３ｆ，可動電極７，ｘ移動電極６ａ，６ｂお
よびｘ駆動電極４ｂ，５ｂに相当する位置がエッチング
により除去される。次に、導電性とするための不純物を
含むシリコン蒸気の蒸着を基板表面全面に行なった後
に、第１および第２マスク層が溶剤で除去される。これ
により、図１〜図３に示す、基板１上の各エレメントが
現われる。

【００３３】かくして、振動板支持部材２は、アンカ２
ａ，２ｂおよび支持梁２ｃが一体に形成されたものであ
り、それに一体の支幹２ｄ，２ｅを介して振動板６を支
持する。駆動電極部材４および５は、それぞれアンカ４
ａおよび５ａならびにｘ駆動電極４ｂおよび５ｂが一体
に形成されたものである。可動電極支持部材３は、アン
カ３ａ，３ｂおよび支持梁３ｃが一体に形成されたもの
であり、それに一体の支幹３ｄ，３ｅを介して振動板６
を支持し、かつ連結支幹３ｆを介して可動電極７を支持
する。

【００３４】全アンカおよび固定電極８のそれぞれは、
基板１を貫通するスル−ホ−ル導体９ａ〜９ｇ（図２）
を介して、基板１の裏面のリ−ド電極１０ａ〜１０ｇ
（図２，図３）のそれぞれに接続されている。

【００３５】図１を参照する。例えば、マイクロジャイ
ロの外部から、上述のリ−ド電極を介して、アンカ４ａ
（ｘ駆動電極４ｂ）とアンカ２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ
（振動板６）との間に高電圧を印加すると、静電気力に
より振動板６がアンカ４ａに近づく方向に移動する。ア
ンカ５ａ（ｘ駆動電極５ｂ）とアンカ２ａ，２ｂ，３
ａ，３ｂ（振動板６）との間に高電圧を印加すると、静
電気力により振動板６がアンカ５ａに近づく方向に移動
する。図３に示す駆動回路１１でこれら２態様の電圧印
加を交互に繰返すことにより、振動板６がｘ方向に往復
振動する。この振動中に、振動板６にｙ軸廻りの角速度
Ωが加わると、コリオリ力により、振動板６の振動はｙ
軸を中心としｘ−ｚ平面に平行な楕円振動、すなわち、
ｘ方向の往復振動にｚ方向の往復振動が加わったものと
なる。

【００３６】支幹２ｄ，２ｅ，３ｄ，３ｅがｘ方向と直
交する方向（図示例ではｙ方向であるが、ｚ方向でもよ
い）に延びるのでｘ方向にはたわみ易い。すなわちｘ方
向の振動を吸収し易い。しかし支持梁３ｃ，２ｃはｘ方
向に延びるので、ｘ方向のたわみはほとんどなく、ｘ方
向にはほとんど振動しない。これにより、ｘ方向の振動
は支幹２ｄ，２ｅ，３ｄ，３ｅが吸収し、可動電極７へ
の伝播は支持梁３ｃが遮断する。

【００３７】振動板６がｚ方向に振動すると、支持梁３
ｃ，２ｃはｚ方向にはたわみ易く、支持梁３ｃが振動板
６のｚ方向の振動を連結支幹３ｆを介して可動電極７に
伝える。これにより可動電極７がｚ方向に振動する。

【００３８】したがって、角速度Ωが加わっていないと
きの振動板６のｘ方向の往復振動によっては、可動電極
７／固定電極８間の静電容量は実質上変化しないが、角
速度Ωが加わってｚ方向の振動成分が発生すると、可動
電極７／固定電極８間の静電容量が振動する。

【００３９】可動電極７の共振周波数が上述の楕円振動
のｚ方向の振動成分の周波数すなわち励振周波数に合致
するものであると、可動電極７のｚ方向の振動の振幅が
大きく、角速度検出の分解能が高い。したがって、可動
電極７のサイズは、そのｚ方向の共振周波数が設定値
（励振周波数）となるように設計し、実際の共振周波数
が設定値とずれているときには、光レ−ザ加工により可
動電極７に穴開け，切削あるいは物体の付加接合を行な
って、ｚ方向の共振周波数を調整する。また、振動板６
のｘ方向の共振周波数を調整したい場合には、同様に光
レ−ザ加工により可動電極７に穴開け，切削あるいは物
体の付加接合を行なって、ｘ方向の共振周波数を調整す
る。

【００４０】−第２実施例− 第２実施例を図４に示す。第２実施例は、もう１つの可
動電極１３および固定電極１４を追加したものであり、
支持梁２ｃと一体の連結支幹２ｃにより可動電極１３が
支持されている。連結支幹２ｃは、ｙ方向に延び、その
先端が可動電極１３の重心位置で可動電極１３と連続し
ている。可動電極１３の側端で連結支幹２ｃが可動電極
と連続となる片持ちとなるのを避けるために、可動電極
１３にも、可動電極７と同様に、スリット１３ａ，１３
ｂが刻まれている。第２実施例のその他の構造は、上述
の第１実施例と同様である。

【００４１】−第３実施例− 第３実施例を図５に示す。第３実施例では、第１可動電
極７の側端を支持する可動電極支持部材１６および第２
可動電極１３の側端を支持する可動電極支持部材１５を
第２実施例に付加したものである。これらの支持部材１
６および１５は、支持部材３および２が振動板６を支持
する構造と同様な構造で、支幹を介して第１可動電極１
６および第２可動電極１３を支持する。第３実施例のそ
の他の構造は、上述の第２実施例と同様である。

【００４２】−第４実施例− 第４実施例を図６に示す。この第４実施例は概略で、図
３に示す第１実施例の振動板６，駆動電極部材４，５お
よび支持部材３，２を第１組の振動機構とし、これと同
様な構造の第２組の振動機構（振動板１７，駆動電極部
材１８，１９および支持部材１６，２０）を、可動電極
７に関して第１組の振動機構と対称に加えて、第１組お
よび第２組の振動機構から可動電極７にｚ方向の振動を
与えるようにしたものである。細かくは、これらの振動
機構に含まれる支持部材３および１６で、可動電極７を
両持ちの形で支持している。第４実施例のその他の構造
は、上述の第１実施例と同様である。

【００４３】−第５実施例− 第５実施例を図７の（ａ）に示す。この第５実施例で
は、振動板２１は４角枠形としてその内部に可動電極２
１ｈを形成した。図７の（ａ）の７Ｂ−７Ｂ線断面を図
７の（ｂ）に示す。可動電極２１ｈは、凹形のスリット
の中央に位置する支幹２１ｉと一体連続のアンカ２１ｉ
ａで基板１に固定されており、基板１に対しては支幹２
１ｉで支えられている。可動電極７に連続の支幹２１
ｄ，２１ｅ，２１ｆおよび２１ｇが振動板２１を支持す
る。

【００４４】第１実施例と同様に振動板６がｘ方向に励
振されるが、支幹２１ｉがｘ方向に延び、これが可動電
極２１ｈのｘ方向の移動を阻止するので、可動電極２１
ｈはｘ方向には実質上振動しない。振動板２１を支持す
る支幹２１ｄ，２１ｅ，２１ｆおよび２１ｇがｙ方向に
延び、ｘ方向にたわみ易いので、振動板２１のｘ方向の
振動を許す。支幹２１ｉがｘ方向に延びるのでｚ方向に
はたわみ易いので可動電極２１ｈはｚ方向には振動す
る。すなわち、角速度が加わって振動板２１が楕円運動
をすると、そのｚ方向振動成分が支幹２１ｄ，２１ｅ，
２１ｆおよび２１ｇを介して可動電極７に伝播する。

【００４５】−第６実施例− 第６実施例を図８の（ａ）に示す。この第６実施例で
も、振動板２１は４角枠形としてその内部に可動電極２
１ｈを形成した。図８の（ａ）の８Ｂ−８Ｂ線断面を図
８の（ｂ）に示す。振動板２１と可動電極２１ｈとの間
に４角枠型の支持部材２１ｊがあり、その４コ−ナにア
ンカ２１ｊａが一体連続であって、このアンカ２１ｊａ
が基板１に固定されている。４コ−ナそれぞれのアンカ
の、隣り合うものの間は支持梁になっており、ｘ方向に
平行な相対向する１対の支持梁から振動板２１に一体連
続の支幹２１ｄ（４本）がｙ方向に延び、かつ、可動電
極２１ｈに一体連続の支幹２１ｋ（４本）がｙ方向に延
びている。これら１対の、ｘ方向に平行な支持梁は、ア
ンカで基板１に固定されかつｘ方向に延びるので、ｘ方
向には実質上振動し得ず、ｚ方向に振動可能である。し
たがって可動電極２１ｈはｘ方向には実質上振動しな
い。角速度が加わって振動板２１が楕円運動をすると、
そのｚ方向振動成分が、支幹２１ｄ，前記支持部材２１
ｊのｘ方向に平行な１対の支持梁および支幹２１ｋを介
して可動電極７に伝播する。

【００４６】以上に説明した実施例のいずれも、振動板
６，１７，２１に対して可動電極７，１３，２１ｈが支
幹（３ｄ等）を介して、また特定の実施例では更に支持
梁（３ｃ等）を介して一体連続であるが、振動板６を支
持する支幹（３ｄ等）が振動板（６等）を振動伝播に関
しては浮動体のごときに他から分離し、支持梁（３ｃ
等）が振動板（６等）から可動電極（７等）へのｘ方向
の振動の伝播を実質上遮断し、支持梁（３ｃ等）と可動
電極（７等）とを連結する連結支幹（３ｆ等）が可動電
極（７等）を浮動体のごときに他から分離し、振動板６
のｚ方向の振動は支幹３ｄ等，支持梁３ｃ等および連結
支幹３ｆ等を介して伝播するので、振動板と可動電極が
それぞれ独立に振動し易い。

【００４７】そして、光レ−ザ加工などにより、振動板
と可動電極のそれぞれに対して、重量低減，付加などを
個別に、それぞれの任意の位置に行なって、振動板のｘ
方向共振周波数および可動電極のｚ方向共振周波数を個
別に調整することが容易である。一方に対するこのよう
な調整が、他方の共振周波数をずらしてしまうような相
互影響はきわめて小さい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例の構成を示す斜視図であ
る。

【図２】 図１に示すジャイロの、II−II線断面図であ
る。

【図３】 図１に示すジャイロの縮小平面図である。

【図４】 本発明の第２実施例の構成を示す平面図であ
る。

【図５】 本発明の第３実施例の構成を示す平面図であ
る。

【図６】 本発明の第４実施例の構成を示す平面図であ
る。

【図７】 （ａ）は本発明の第５実施例の構成を示す平
面図、（ｂ）は（ａ）の７Ｂ−７Ｂ線断面図である。

【図８】 （ａ）は本発明の第６実施例の構成を示す平
面図、（ｂ）は（ａ）の８Ｂ−８Ｂ線断面図である。

【符号の説明】

１：絶縁体のシリコン基板 ２，３，１５，１６，２０，２１j：支持部材 ４，５：駆動電極部材 ２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，２
１ia，２１ja：アンカ ２ｃ，３ｃ：支持梁 ２ｄ，２ｅ，２ｆ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，２１ｄ〜２１
ｇ，２１ｉ，２１ｋ：支幹 ４ｂ，５ｂ：ｘ駆動電極 ６：振動
板 ６ａ，６ｂ，２１ａ，２１ｂ：ｘ移動電極 ７，１
３，２１ｈ，：可動電極 ８，１４：固定電極 ９ａ〜９
ｇ：スル−ホ−ル導体 １０ａ〜１０ｇ：リ−ド電極 １１：駆
動回路 １２：検出回路

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基台；該基台に、ｘ方向およびｚ方向に振
   動可能に支持された振動体；該振動体にｘ方向に振動す
   る力を及ぼすための加振手段；ｚ方向に相対向する固定
   電極および可動電極；および、 該可動電極を支持し、前記振動体の振動を可動電極に伝
   える可動電極支持手段；を備える角速度センサ。
2. 【請求項２】可動電極支持手段は、振動体から可動電極
   へのｘ方向の振動は実質上遮断しｚ方向の振動を実質上
   伝える、請求項１記載の角速度センサ。
3. 【請求項３】可動電極支持手段は、ｘ方向と直交する方
   向に延び一端が振動体と一体の第１組の支幹および該支
   幹の他端と一体であってｘ方向に延びる第２組の支幹を
   含む、請求項２記載の角速度センサ。
4. 【請求項４】可動電極支持手段は、第２組の支幹のｘ方
   向端部と一体の、前記基台に固定されたアンカを含み、
   可動電極を支持すると共に、第１組の支幹を介して振動
   体を支持する、請求項３記載の角速度センサ。
5. 【請求項５】ｘ方向と直交する方向に延び一端が振動体
   と一体の第３組の支幹，該支幹の他端と一体であってｘ
   方向に延びる第４組の支幹、および、第４組の支幹のｘ
   方向端部と一体の、前記基台に固定されたアンカを含む
   振動体支持手段；を更に備える請求項４記載の角速度セ
   ンサ。
6. 【請求項６】可動電極および固定電極は、振動体に関し
   て実質上対称に配設された第１および第２可動電極およ
   び第１および第２固定電極を含み；可動電極支持手段
   は、ｘ方向と直交する方向に延び一端が振動体と一体の
   第１組の支幹，該支幹の他端と一体であってｘ方向に延
   びる第２組の支幹、および、第２組の支幹のｘ方向端部
   と一体の、前記基台に固定されたアンカを含み、第１可
   動電極を支持すると共に、第１組の支幹を介して振動体
   を支持する第１支持部材、ならびに、振動体に関して第
   １支持部材と実質上対称な位置にあって第１支持部材と
   実質上同一構成の、第２可動電極および振動体を支持す
   る第２支持部材、を含む、請求項４記載の角速度セン
   サ。
7. 【請求項７】ｘ方向と直交する方向に延び一端が第１可
   動電極と一体の第３組の支幹，該支幹の他端と一体であ
   ってｘ方向に延びる第４組の支幹、および、第４組の支
   幹のｘ方向端部と一体の、前記基台に固定されたアンカ
   を含む第３支持部材、ならびに、振動体に関して第３支
   持部材と実質上対称な位置にあって第３支持部材と実質
   上同一構成の、第２可動電極を支持する第４支持部材、
   を含む、請求項６記載の角速度センサ。
8. 【請求項８】可動電極支持手段は、第２組の支幹からｙ
   方向に、可動電極の重心位置またはその近傍まで延びそ
   こで可動電極と連続する連結支幹を含む、請求項１，請
   求項２，請求項３，請求項４，請求項５又は請求項６記
   載の角速度センサ。
9. 【請求項９】振動体は可動電極に関して実質上対称に配
   設された第１および第２振動体を含み；可動電極支持手
   段は、ｘ方向と直交する方向に延び一端が第１振動体と
   一体の第１組の支幹，該支幹の他端と一体であってｘ方
   向に延びる第２組の支幹、および、第２組の支幹のｘ方
   向端部と一体の、前記基台に固定されたアンカを含み、
   可動電極を支持すると共に、第１組の支幹を介して第１
   振動体を支持する第１支持部材、ならびに、可動電極に
   関して第１支持部材と実質上対称な位置にあって第１支
   持部材と実質上同一構成の、可動電極および第２振動体
   を支持する第２支持部材、を含む、請求項４記載の角速
   度センサ。
10. 【請求項１０】ｘ方向と直交する方向に延び一端が第１
    振動体と一体の第３組の支幹，該支幹の他端と一体であ
    ってｘ方向に延びる第４組の支幹、および、第４組の支
    幹のｘ方向端部と一体の、前記基台に固定されたアンカ
    を含む第３支持部材、ならびに、可動電極に関して第３
    支持部材と実質上対称な位置にあって第３支持部材と実
    質上同一構成の、第２振動体を支持する第４支持部材、
    を含む、請求項９記載の角速度センサ。
11. 【請求項１１】可動電極は振動体の枠内にあり、振動体
    と可動電極は実質上同一平面上に位置する、請求項２記
    載の角速度センサ。
12. 【請求項１２】可動電極支持手段は、ｘ方向と直交する
    方向に延び一端が振動体と、他端が可動電極と連続の第
    １組の支幹および可動電極と連続であってｘ方向に延び
    る第２組の支幹を含む、請求項１１記載の角速度セン
    サ。
13. 【請求項１３】可動電極支持手段は、ｘ方向と直交する
    方向に延び一端が振動体と一体の第１組の支幹，該支幹
    の他端と一体であってｘ方向に延びる第２組の支幹、お
    よび、第２組の支幹に一端が一体で他端が可動電極に一
    体の第３組の支幹を含む、請求項１１記載の角速度セン
    サ。
14. 【請求項１４】可動電極支持手段は、第２組の支幹のｘ
    方向端部と一体の、前記基台に固定されたアンカを含
    み、可動電極を支持すると共に、可動電極および第１組
    の支幹を介して振動体を支持する、請求項１２又は請求
    項１３記載の角速度センサ。