JP2001264069A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 高精度で、小型化可能な角速度センサの提
供。 【解決手段】 第１及び第２駆動振動子１６，１７は、
点Ｏに関して略対称に配置する。駆動側振動子１３は、
点Ｏに関して略対称な枠状に形成され駆動振動子１６，
１７を包囲する。駆動振動子１６，１７は、点Ｏを通る
ｙ方向に対して略対称に第１駆動用ばね４１，４２及び
第２駆動用ばね４３，４４を介して駆動側振動子１３に
対してそれぞれｘ方向に振動可能に浮動支持される。検
出振動子１２は、点Ｏに関して略対称な枠状に形成され
て駆動側振動子１３を包囲する。検出振動子１２及び駆
動側振動子１３は、検出用ばね３３，３４を介して応力
緩和枠１１に対して点Ｏを通るｚ軸廻りに互いに逆相で
ねじれ回転振動可能に浮動支持される。駆動振動子１
６，１７は駆動同相対策ばね４５を介して連成される。
駆動振動子１６，１７が逆相でｘ方向に振動駆動される
状態における検出振動子１２の点Ｏを通るｚ軸廻りのね
じれ回転振動により角速度を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板に対して浮動
支持された振動子を備え、該振動子の振動状態に基づき
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】従来、角速度センサとしては、例えば特
許番号２８８８０２９に記載されたものが知られてい
る。この角速度センサは、基板に対して第１の支持梁を
介して駆動方向（ｘ方向）に振動可能に支持された第１
の振動体と、同第１の振動体に第２の支持梁を介して検
出方向（ｙ方向）に振動可能に支持された第２の振動体
とを備えている。そして、第１の振動体が第２の振動体
とともに駆動方向に振動駆動されている状態においてｚ
軸廻りの角速度が加えられると、同角速度に基づくコリ
オリの力に応じて第２の振動体が検出方向に振動する。
角速度センサは、この第２の振動体の検出方向の振動に
基づく第２の支持梁の応力変化を、加えられた角速度と
して検出する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この角速度センサにお
いては、第１の振動体は第１の支持梁にて駆動方向にの
み振動しやすく支持されており、第２の振動体は第２の
支持梁にて検出方向にのみ振動しやすく支持されてい
る。換言すると、駆動のための振動体（第１の振動体）
を支持するばね（第１の支持梁）と、検出のための振動
体（第２の振動体）を支持するばね（第２の支持梁）と
がそれぞれ独立して設けられている。こうした角速度セ
ンサにおいては、その感度と応答性を確保するために、
駆動方向の共振周波数と検出方向の共振周波数とを互い
に若干、ずらして製作されるのが一般的である。これに
より、製造ばらつきや基板の熱膨張などでの応力による
予期しない振動に起因するメカニカルカップリングを低
減している。しかしながら、１つの振動体（第２の振動
体）のみの振動に基づく角速度の検出であるため、例え
ば車載された場合などのように振動の多い環境では、検
出に際して所定方向に作用する加速度などの外力の要因
を分離することができず、角速度の検出精度の低下を余
儀なくされている。

【０００４】そこで、例えば特開２０００−９４７０号
公報に記載されるように、上記に準じた一対の駆動枠
（第１及び第２駆動枠）及び検出枠（第１及び第２検出
枠）にて平面に音叉型に構成された角速度センサが知ら
れている。この角速度センサは、第１駆動枠及び第２駆
動枠をそれぞれ駆動方向に互いに逆相で振動させること
で、第１検出枠及び第２検出枠を同様に駆動方向に互い
に逆相に振動させる。この状態で、点Ｏを通るｚ軸廻り
の角速度が加えられると、同角速度に基づくコリオリの
力に応じて第１検出枠及び第２検出枠がそれぞれ検出方
向に振動する。このとき、第１検出枠及び第２検出枠は
駆動方向に互いに逆相で振動しているため、その検出方
向の振動も互いに逆相となっている。従って、これら第
１検出枠及び第２検出枠の検出方向の振動に基づく各振
動検出信号を差動増幅することで、その信号レベルを略
２倍にするとともに、同相で検出されたノイズを略相殺
する。このため、例えば加速度などの外力のように第１
検出枠及び第２検出枠に対して同相で影響を及ぼす要因
を略相殺することができ、その角速度の検出精度の向上
を図ることができる。

【０００５】しかし、この角速度センサにおいては、第
１駆動枠及び第２駆動枠を連成振動させるための対応が
考慮されているものの、第１検出枠及び第２検出枠に対
しては連成がないために、同第１検出枠及び第２検出枠
の検出方向の振動が不安定となっている。特に、第１検
出枠及び第２検出枠の検出方向の振動の感度の違いによ
り各振動振幅が異なると、上記のような同相で影響を及
ぼす要因を略相殺することが十分にできなくなる。この
ため、例えば車載された場合などのように振動の多い環
境では、角速度の検出誤差の発生を余儀なくされてい
る。

【０００６】さらに、この角速度センサにおいては、駆
動時の振動モード及び検出時の振動モードで、第１及び
第２駆動枠、第１及び第２検出枠がそれぞれ不動部
（点）の位置に支持されていないため、例えば製造ばら
つきや基板の熱膨張などでの応力による予期しない振動
に起因するメカニカルカップリングが生じ、角速度の検
出誤差が増大している。

【０００７】こうした問題を鑑みて、更に特開２０００
−９４７２号公報に記載されるような角速度センサも知
られている。同公報記載の角速度センサは、連成された
対のｘ振動子と、その外周側に設けられたリング状の検
出振動子と、これらｘ振動子及び検出振動子を点Ｏを通
るｚ軸廻りに互いに逆相でねじれ回転振動可能に連結す
る連結梁とを備えている。そして、上記ｘ振動子がｘ方
向に互いに逆相で振動駆動されている状態において、点
Ｏを通るｚ軸廻りの角速度が加わると、同角速度に基づ
くこれらｘ振動子の相対的に逆相の楕円振動により上記
連結梁を撓ませて、上記検出振動子をねじれ回転振動さ
せる。この検出振動子のねじれ回転振動を検出すること
により、加えられた角速度を検出している。

【０００８】この角速度センサにおいては、対のｘ振動
子の連成が実現されており、更に検出振動子もリング状
の一体形状となって、安定した振動を行っている。ま
た、この角速度センサは駆動時の振動モード及び検出時
の振動モードに共通の不動部（点）の位置である点Ｏに
支持され、上述の問題に対応している。

【０００９】しかしながら、この角速度センサにおいて
は、基本的には点Ｏのみにおいて、対のｘ振動子をｘ方
向に互いに逆相で振動可能に、検出振動子をねじれ回転
振動可能にそれぞれ支持する必要があるため、同角速度
センサの支持強度の増大が必要とされ、ひいては角速度
センサの大型化を余儀なくされるという別の問題が生じ
ている。

【００１０】本発明の目的は、精度が高く、且つ、小型
化を図ることができる角速度センサを提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、ｘｙ平面上の点Ｏに関
して略対称に配置された第１駆動振動子及び第２駆動振
動子と、点Ｏに関して略対称な略円形及び略多角形のい
ずれか一方の枠状に形成されて前記第１駆動振動子及び
第２駆動振動子を包囲する駆動側振動子と、点Ｏに関し
て略対称な略円形及び略多角形のいずれか一方の枠状に
形成されて前記駆動側振動子を包囲する検出振動子と、
点Ｏを通るｙ方向に対して略対称となるように前記駆動
側振動子に対して前記第１駆動振動子及び第２駆動振動
子をそれぞれｘ方向に振動可能に浮動支持する第１駆動
用ばね及び第２駆動用ばねと、前記駆動側振動子及び前
記検出振動子を、該駆動側振動子及び検出振動子間に配
置される基板との接続部に対して点Ｏを通るｚ軸廻りに
互いに逆相となるねじれ回転振動可能に浮動支持する複
数の検出用ばねと、前記第１駆動振動子及び第２駆動振
動子に介装されて該第１駆動振動子及び第２駆動振動子
を連成振動させる連成ばねと、前記第１駆動振動子及び
第２駆動振動子を逆相でｘ方向に振動駆動する駆動手段
と、前記検出振動子の点Ｏを通るｚ軸廻りのねじれ回転
振動を検出する検出手段とを備えたことを要旨とする。

【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の角速度センサにおいて、前記基板との接続部は、前記
駆動側振動子及び前記検出振動子が点Ｏを通るｚ軸廻り
の互いに逆相となるねじれ回転振動をするときの節に略
一致していることを要旨とする。

【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の角速度センサにおいて、点Ｏに関して略対称な
略円形及び略多角形のいずれか一方の枠状に形成されて
前記駆動側振動子及び前記検出振動子間に配置される応
力緩和枠と、前記応力緩和枠を基板に対してｘｙ平面上
に振動可能に浮動支持する応力緩和ばねとを備え、前記
基板との接続部は、前記応力緩和枠及び応力緩和ばねを
介して基板に接続されることを要旨とする。

【００１４】（作用）請求項１に記載の発明によれば、
上記第１駆動振動子及び第２駆動振動子は、上記駆動手
段により互いに逆相でｘ方向に振動駆動される。すなわ
ち、これら第１駆動振動子及び第２駆動振動子は、ｘ方
向に安定した共振音叉振動とされており、エネルギー消
費率の高い振動となっている。そして、第１駆動振動子
及び第２駆動振動子から、例えば駆動側振動子及び検出
振動子に伝達されるｘ方向の振動は、全体として略相殺
される。

【００１５】また、これら第１駆動振動子及び第２駆動
振動子は、上記連成ばねが介装されることで連成振動す
る。従って、例えば第１駆動振動子及び第２駆動振動子
が個別に設けられているときに生じるような互いに同相
の振動モードは除去される。このため、例えば車載され
た場合などのように振動の多い環境においても、これら
第１駆動振動子及び第２駆動振動子は安定動作する。

【００１６】上記第１駆動振動子及び第２駆動振動子が
互いに逆相でｘ方向に振動駆動されている状態において
点Ｏを通るｚ軸廻りの角速度が加わると、同角速度に応
じたコリオリ力により、同第１駆動振動子及び第２駆動
振動子は互いに逆相のｙ成分を有する楕円振動を行う。
これら第１駆動振動子及び第２駆動振動子の各楕円振動
により回転振動が誘起され、上記駆動側振動子及び検出
振動子は点Ｏを通るｚ軸廻りに互いに逆相でねじれ回転
振動する。この検出振動子のねじれ回転振動を上記検出
手段により検出することで、加えられた角速度が検出さ
れる。これら駆動側振動子及び検出振動子の互いに逆相
となるねじれ回転振動は、上記第１及び第２駆動用ばね
とは別体で設けられた検出用ばねの振動に基づいている
ため、例えば第１及び第２駆動振動子と駆動側振動子及
び検出振動子との間のメカニカルカップリングなどが抑
制される。

【００１７】また、例えば製造ばらつきなどにより、上
記第１及び第２駆動振動子が互いに逆相でｘ方向に対し
て斜めに振動駆動された場合、この斜め振動は上記駆動
側振動子及び検出振動子に対してねじれ回転振動を誘起
しない。

【００１８】一方、例えば所定方向に加えられる加速度
などにより、上記第１及び第２駆動振動子が互いに同相
で所定方向に斜めに振動駆動された場合にも、駆動側振
動子及び検出振動子は略円形及び略多角形のいずれか一
方の枠状に形成されているため、この斜め振動は上記駆
動側振動子及び検出振動子に対してねじれ回転振動を誘
起しない。

【００１９】さらに、上記駆動側振動子及び検出振動子
の各ねじれ回転振動を略相殺するように、これら駆動側
振動子及び検出振動子を互いに逆相で振動駆動すること
で、検出に係る上記駆動側振動子及び検出振動子の各ね
じれ回転振動が基板に伝搬することが抑制される。

【００２０】一方、上記基板との接続部を挟んでその外
周側に検出振動子を、点Ｏ側に駆動側振動子、第１及び
第２駆動振動子を配置し、同接続部を支点としてこれら
の釣り合いをとる態様となっている。従って、浮動支持
される構造部の重量が略２分されることで、上記検出用
ばねに必要とされる支持強度、例えば検出用ばねの断面
積が低減され、ひいては角速度センサの小型化が図られ
る。

【００２１】以上の動作が同時に実現されることによ
り、精度が高く、且つ、小型化を図ることができる角速
度センサが提供される。請求項２に記載の発明によれ
ば、上記基板との接続部は、駆動側振動子及び前記検出
振動子が点Ｏを通るｚ軸廻りの互いに逆相となるねじれ
回転振動をするときの節に略一致している。従って、例
えば製造ばらつきや基板の熱膨張などでの応力による予
期しない振動に起因するこれら駆動側振動子（第１及び
第２駆動振動子）及び検出振動子のメカニカルカップリ
ングが極めて低減される。そして、例えば車載された場
合などのように振動の多い環境においても、角速度の検
出精度が向上される。

【００２２】請求項３に記載の発明によれば、上記基板
との接続部は、応力緩和枠及び応力緩和ばねを介して基
板に接続される。従って、例えば外部の温度変化や外力
等の印加による基板からの応力が、検出振動子（セン
サ）側に伝達されることが緩和される。

【００２３】また、上記応力緩和枠及び応力緩和ばねを
介して基板に接続される駆動側振動子及び検出振動子の
互いに逆相となるねじれ回転振動の共振周波数が駆動時
の共振周波数からずらされ、角速度センサの応答性が確
保される。

【００２４】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明に
係る角速度センサの第１実施形態について図１〜図５に
従って説明する。

【００２５】図１に示されるように、絶縁層を形成する
基板としてのシリコン基板１０には、例えば導電性とす
るために不純物の添加されたポリシリコン（以下、「導
電性ポリシリコン」という）にて形成された応力緩和枠
１１、検出振動子１２、駆動側振動子１３、第１駆動振
動子１６、第２駆動振動子１７、第１駆動力印加固定電
極２１、第２駆動力印加固定電極２２、第１駆動変位検
出固定電極２３、第２駆動変位検出固定電極２４、第１
角速度検出固定電極２５、第２角速度検出固定電極２６
及び浮動体アンカーａ１０，ａ１１，ａ１２が設けられ
ている。なお、上記第１及び第２駆動力印加固定電極２
１，２２、第１及び第２駆動変位検出固定電極２３，２
４、第１及び第２角速度検出固定電極２５，２６及び浮
動体アンカーａ１０〜ａ１２はシリコン基板１０に接合
されている。また、浮動体アンカーａ１０は、点Ｏに略
一致して配置されている。そして、この角速度センサ
は、点Ｏに関してｘｙ平面上に略対称に設けられてい
る。

【００２６】上記応力緩和枠１１は略八角枠状に形成さ
れており、そのｘｙ平面における中心は点Ｏに略一致し
ている。この応力緩和枠１１のｘ方向及びｙ方向一側及
び他側（図１の右側及び左側、上側及び下側）には、そ
れぞれ点Ｏを通るｘ方向及びｙ方向に略沿って点Ｏ側に
突出する突部１１ａが形成されている。この応力緩和枠
１１は、各突部１１ａの周方向略中間部を挟んで配設さ
れた導電性ポリシリコンの対の基板応力緩和ばね３１，
３２を介して上記浮動体アンカーａ１１，ａ１２にそれ
ぞれ連続している。これら応力緩和枠１１及び基板応力
緩和ばね３１，３２は、例えばリソグラフによる半導体
プロセス加工にて、上記シリコン基板１０から浮くよう
に形成されている。

【００２７】上記各基板応力緩和ばね３１，３２は、上
記突部１１ａの突出方向と反対の方向に延びる態様で屈
曲形成されており、略対称であるほかは、互いに略同等
の形状となっている。これら基板応力緩和ばね３１，３
２は、点Ｏを中心とするｚ軸廻りの回転方向に撓み性が
高く形成されており、例えば外部の温度変化や外力等の
印加によるシリコン基板１０からの応力がセンサ側に伝
達されるのを緩和する。

【００２８】上記検出振動子１２は、上記応力緩和枠１
１を包囲する態様で略八角枠状に形成されており、その
ｘｙ平面における中心も点Ｏに略一致している。この検
出振動子１２は、点Ｏを通るｘ方向一側及び他側（図１
の右側及び左側）において、ｘ方向内側に延びる導電性
ポリシリコンの検出用ばね３３を介して上記応力緩和枠
１１及び前記駆動側振動子１３に連続している。また、
この検出振動子１２は、点Ｏを通るｙ方向一側及び他側
（図１の上側及び下側）において、ｙ方向内側に延びる
導電性ポリシリコンの検出用ばね３４を介して上記応力
緩和枠１１及び駆動側振動子１３に連続している。

【００２９】なお、これら検出振動子１２、駆動側振動
子１３及び検出用ばね３３，３４も、例えばリソグラフ
による半導体プロセス加工にて、上記シリコン基板１０
から浮くように形成されている。

【００３０】上記各検出用ばね３３，３４は、上記基板
応力緩和ばね３１（浮動体アンカーａ１１）及び基板応
力緩和ばね３２（浮動体アンカーａ１２）間を通過して
上記突部１１ａの周方向略中間部において、応力緩和枠
１１に連続している。そして、上記応力緩和枠１１に対
する検出用ばね３３，３４の各接続部は、上記検出振動
子１２及び駆動側振動子１３の点Ｏを中心とするｚ軸廻
りの互いに逆相となるねじれ回転振動の不動部（節）の
位置に設定されている。従って、この応力緩和枠１１が
上記検出振動子１２及び駆動側振動子１３の上記互いに
逆相となるねじれ回転振動に及ぼす影響はわずかとなっ
ている。

【００３１】なお、これら検出振動子１２及び駆動側振
動子１３を支持する検出用ばね３３，３４を、十字方向
（点Ｏを通るｘ方向、ｙ方向）に延びるように配置した
ことで、同検出振動子１２及び駆動側振動子１３の姿勢
はシリコン基板１０に対して平行に維持される。そし
て、これら検出用ばね３３，３４は、点Ｏを中心とする
ｚ軸廻りの回転方向に撓み性が高く形成されているた
め、上記検出振動子１２及び駆動側振動子１３の点Ｏを
中心とするｚ軸廻りの各ねじれ回転はそれぞれ容易とな
っている。

【００３２】上記検出振動子１２には、各辺に沿って並
設される略四角形の複数の検出窓３６が開口されてお
り、各隣接する検出窓３６を区画する渡し梁は角速度検
出可動電極３７となっている。この検出振動子１２（角
速度検出可動電極３７）は、同検出振動子１２の点Ｏを
中心とするｚ軸廻りのねじれ回転振動により前記第１及
び第２角速度検出固定電極２５，２６との間での静電容
量を変動させる。

【００３３】上記駆動側振動子１３は、上記応力緩和枠
１１に包囲される態様で略八角枠状に形成されており、
そのｘｙ平面における中心も点Ｏに略一致している。こ
の駆動側振動子１３のｘ方向一側及び他側（図１の右側
及び左側）には、点Ｏを通るｘ方向に略沿って点Ｏ側に
突出する第１突部１３ａがそれぞれ形成されている。ま
た、上記駆動側振動子１３のｙ方向一側及び他側（図１
の上側及び下側）には、点Ｏを通るｙ方向に略沿って点
Ｏ側に突出する第２突部１３ｂがそれぞれ形成されてい
る。そして、駆動側振動子１３は、各第１及び第２突部
１３ａ，１３ｂの周方向略中間部において上記検出用ば
ね３３，３４（応力緩和枠１１）にそれぞれ連続してい
る。さらに、この駆動側振動子１３は、上記各第２突部
１３ｂからｙ方向内側に延びる導電性ポリシリコンの検
出用ばね３８を介して前記浮動体アンカーａ１０に連続
している。

【００３４】なお、この検出用ばね３８も、例えばリソ
グラフによる半導体プロセス加工にて、上記シリコン基
板１０から浮くように形成されており、点Ｏを中心とす
るｚ軸廻りの回転方向に撓み性が高く形成されているた
め、上記駆動側振動子１３の点Ｏを中心とするｚ軸廻り
のねじれ回転は容易となっている。

【００３５】上記第１駆動振動子１６は、点Ｏを通るｙ
軸に対してｘ方向一側（図１の右側）に上記駆動側振動
子１３に包囲される態様で配置されている。この第１駆
動振動子１６は、ｙ方向一側及び他側の各傾斜部１６ａ
を介してｘ方向一側（図１の右側）に縮幅された略台形
状の枠に形成されている。この第１駆動振動子１６は、
ｘ方向外側（図１の右側）の外壁面において上記駆動側
振動子１３の対向する内壁面との間に設けられた導電性
ポリシリコンの第１駆動用ばね４１を介して同駆動側振
動子１３に連続している。また、上記第１駆動振動子１
６は、中心側の外壁面のｙ方向一側及び他側において上
記駆動側振動子１３の対向する各第２突部１３ｂとの間
に設けられた導電性ポリシリコンの第１駆動用ばね４２
を介して同駆動側振動子１３に連続している。

【００３６】これら第１駆動振動子１６及び第１駆動用
ばね４１，４２も、例えばリソグラフによる半導体プロ
セス加工にて、上記シリコン基板１０から浮くように形
成されている。そして、上記第１駆動用ばね４１，４２
は、ｘ方向にのみ撓み性が高くなるようにｙ方向に延び
る態様で屈曲形成されている。

【００３７】上記第１駆動振動子１６の短幅側の枠に
は、ｘ方向略中間部においてｙ方向に沿って延びる駆動
力印加可動電極１６ｂが形成されている。この駆動力印
加可動電極１６ｂは、ｙ方向に所定間隔をおいてｘ方向
各側に延びる略櫛歯状の電極となっている。この駆動力
印加可動電極１６ｂは、前記第１及び第２駆動力印加固
定電極２１，２２に供給される駆動信号により同第１及
び第２駆動力印加固定電極２１，２２との間での静電引
力が周期的に変動され、上記第１駆動振動子１６にｘ方
向の振動を発生させる。

【００３８】また、上記第１駆動振動子１６の長幅側の
枠には、ｘ方向略中間部においてｙ方向に沿って延びる
駆動変位検出可動電極１６ｃが形成されている。この駆
動変位検出可動電極１６ｃも、ｙ方向に所定間隔をおい
てｘ方向各側に延びる略櫛歯状の電極となっている。こ
の駆動変位検出可動電極１６ｃは、第１駆動振動子１６
のｘ方向の振動により前記第１及び第２駆動変位検出固
定電極２３，２４との間での静電容量を変動させる。

【００３９】一方、上記第２駆動振動子１７は、点Ｏを
通るｙ軸に対して第１駆動振動子１６と略対称に上記駆
動側振動子１３に包囲される態様で配置されている。こ
の第２駆動振動子１７は、同様にｙ方向一側及び他側の
各傾斜部１７ａを介してｘ方向他側（図１の左側）に縮
幅された略台形状の枠に形成されている。この第２駆動
振動子１７は、ｘ方向外側（図１の左側）の外壁面にお
いて上記駆動側振動子１３の対向する内壁面との間に設
けられた導電性ポリシリコンの第２駆動用ばね４３を介
して同駆動側振動子１３に連続している。また、上記第
２駆動振動子１７は、中心側の外壁面のｙ方向一側及び
他側において上記駆動側振動子１３の対向する各第２突
部１３ｂとの間に設けられた導電性ポリシリコンの第２
駆動用ばね４４を介して同駆動側振動子１３に連続して
いる。

【００４０】これら第２駆動振動子１７及び第２駆動用
ばね４３，４４も、例えばリソグラフによる半導体プロ
セス加工にて、上記シリコン基板１０から浮くように形
成されており、ｘ方向にのみ撓み性が高くなるようにｙ
方向に延びる態様で屈曲形成されている。

【００４１】上記第２駆動振動子１７にも、上記駆動力
印加可動電極１６ｂと同様の駆動力印加可動電極１７ｂ
が形成されている。この駆動力印加可動電極１７ｂも、
前記第１及び第２駆動力印加固定電極２１，２２に供給
される駆動信号により同第１及び第２駆動力印加固定電
極２１，２２との間での静電引力が周期的に変動され、
上記第２駆動振動子１７にｘ方向の振動を発生させる。

【００４２】また、上記第２駆動振動子１７にも、上記
駆動変位検出可動電極１６ｃと同様の駆動変位検出可動
電極１７ｃが形成されている。この駆動変位検出可動電
極１７ｃも、第２駆動振動子１７のｘ方向の振動により
前記第１及び第２駆動変位検出固定電極２３，２４との
間での静電容量を変動させる。

【００４３】なお、上記第１及び第２駆動振動子１６，
１７は点Ｏを通るｙ軸に対して略対称に配置されている
ため、これら第１及び第２駆動振動子１６，１７に供給
される駆動信号は互いに逆相となっている。従って、図
４に誇張して示されるように、これら第１及び第２駆動
振動子１６，１７は互いに逆相でｘ方向に振動する。す
なわち、これら第１及び第２駆動振動子１６，１７はｘ
方向に安定した共振音叉振動とされており、エネルギー
消費率の高い振動となっている。そして、上記駆動変位
検出可動電極１６ｃ，１７ｃと第１及び第２駆動変位検
出固定電極２３，２４との間での静電容量の変動も互い
に逆相となっている。

【００４４】ここで、上記第１及び第２駆動振動子１
６，１７の対向壁面は、点Ｏを通るｘ軸及びｙ軸に対し
て略対称な導電性ポリシリコンの連成ばねとしての駆動
同相対策ばね４５を介して連結されている。この駆動同
相対策ばね４５も、例えばリソグラフによる半導体プロ
セス加工にて、上記シリコン基板１０から浮くように形
成されており、ｘ方向にのみ撓み性が高くなるようにｙ
方向両外側に延びる態様で屈曲形成されている。上記第
１及び第２駆動振動子１６，１７は、この駆動同相対策
ばね４５により連成振動するため、同相の振動モードが
除去されている。従って、例えば車載された場合などの
ように振動の多い環境においても、これら第１及び第２
駆動振動子１６，１７は安定動作する。

【００４５】上記第１駆動力印加固定電極２１は、上記
第１及び第２駆動振動子１６，１７の各駆動力印加可動
電極１６ｂ，１７ｂのｘ方向外側の枠内においてｙ方向
に略沿って形成されており、同駆動力印加可動電極１６
ｂ，１７ｂに対してｘ方向に互い違いに延びる略櫛歯状
の電極となっている。また、同様に上記第２駆動力印加
固定電極２２は、上記第１及び第２駆動振動子１６，１
７の各駆動力印加可動電極１６ｂ，１７ｂのｘ方向内側
の枠内においてｙ方向に略沿って形成されており、同駆
動力印加可動電極１６ｂ，１７ｂに対してｘ方向に互い
違いに延びる略櫛歯状の電極となっている。これら第１
及び第２駆動力印加固定電極２１，２２は、駆動信号
（電圧）が印加されることで、上記各駆動力印加可動電
極１６ｂ，１７ｂとの間での静電引力をそれぞれ周期的
に変動し、上記第１及び第２駆動振動子１６，１７を互
いに逆相でｘ方向に振動させる。このとき、上記第１及
び第２駆動振動子１６，１７は、上記駆動電圧が加えら
れることでその共振周波数にてｘ方向に励振されるよう
になっている。

【００４６】ちなみに、上記第１及び第２駆動振動子１
６，１７は、それぞれ第１駆動用ばね４１，４２及び第
２駆動用ばね４３，４４を介して駆動側振動子１３に連
結されているものの、これら第１及び第２駆動振動子１
６，１７が互いに逆相でｘ方向に振動するため、同駆動
側振動子１３に伝達されるｘ方向の振動は、全体として
略相殺されている。

【００４７】上記第１及び第２駆動振動子１６，１７が
ｘ方向に共振音叉振動している状態において点Ｏを通る
ｚ軸廻りの角速度が加わると、同第１及び第２駆動振動
子１６，１７はこの角速度に基づくコリオリ力により互
いに逆向きのｙ方向の振動成分を有する相対的に逆相の
楕円振動を行う。このとき、上記第１及び第２駆動振動
子１６，１７は、それぞれｘ方向にのみ撓み性が高い第
１駆動用ばね４１，４２及び第２駆動用ばね４３，４４
を介して駆動側振動子１３に連結されているため、同駆
動側振動子１３には点Ｏを通るｚ軸廻りのねじれ回転振
動が誘起される。このとき、上記応力緩和枠１１と検出
用ばね３３，３４との各接続部は、上記検出振動子１２
及び駆動側振動子１３の点Ｏを中心とするｚ軸廻りの互
いに逆相となるねじれ回転振動の不動部（節）の位置に
設定されてため、図５に誇張して示されるように、同検
出振動子１２及び駆動側振動子１３は互いに逆相となる
ねじれ回転振動を行う。換言すると、検出に係る上記検
出振動子１２及び駆動側振動子１３の各ねじれ回転振動
が互いに逆相にあることで、シリコン基板１０への振動
伝搬が抑制されている。

【００４８】なお、上記応力緩和枠１１は、シリコン基
板１０（浮動体アンカーａ１１，ａ１２）に対して基板
応力緩和ばね３１，３２を介して点Ｏを通るｚ軸廻りに
回転可能に支持されているため、同応力緩和枠１１を不
動部（節）とするこれら検出振動子１２及び駆動側振動
子１３の互いに逆相となるねじれ回転振動の共振周波数
が駆動時の共振周波数からずらされる。従って、角速度
センサの応答性が確保されている。

【００４９】上記第１駆動変位検出固定電極２３は、上
記第１及び第２駆動振動子１６，１７の各駆動変位検出
可動電極１６ｃ，１７ｃのｘ方向外側の枠内においてｙ
方向に略沿って形成されており、同駆動変位検出可動電
極１６ｃ，１７ｃに対してｘ方向に互い違いに延びる略
櫛歯状の電極となっている。また、同様に上記第２駆動
変位検出固定電極２４は、上記第１及び第２駆動振動子
１６，１７の各駆動変位検出可動電極１６ｃ，１７ｃの
ｘ方向内側の枠内においてｙ方向に略沿って形成されて
おり、同駆動変位検出可動電極１６ｃ，１７ｃに対して
ｘ方向に互い違いに延びる略櫛歯状の電極となってい
る。

【００５０】これら第１及び第２駆動変位検出固定電極
２３，２４は、上記第１及び第２駆動振動子１６，１７
のｘ方向の振動に基づく同第１及び第２駆動振動子１
６，１７（駆動変位検出可動電極１６ｃ，１７ｃ）との
間の静電容量の振動により、同第１及び第２駆動振動子
１６，１７のｘ方向の各振動状態を検出等する。すなわ
ち、第１駆動振動子１６がｘ方向外側（図１の右側）に
移動するときには、第１駆動変位検出固定電極２３と駆
動変位検出可動電極１６ｃとの間の静電容量が減少する
とともに、第２駆動変位検出固定電極２４と同駆動変位
検出可動電極１６ｃとの間の静電容量が増加する。ま
た、第１駆動振動子１６がｘ方向内側（図１の左側）に
移動するときには、これらの関係は逆となる。一方、第
２駆動振動子１７がｘ方向外側（図１の左側）に移動す
るときには、第１駆動変位検出固定電極２３と駆動変位
検出可動電極１７ｃとの間の静電容量が減少するととも
に、第２駆動変位検出固定電極２４と同駆動変位検出可
動電極１７ｃとの間の静電容量が増加する。また、第２
駆動振動子１７がｘ方向内側（図１の右側）に移動する
ときには、これらの関係は逆となる。従って、上記第１
及び第２駆動変位検出固定電極２３，２４の静電容量振
動は、互いに逆相となっている。また、上記第１及び第
２駆動振動子１６，１７の各ｘ方向の振動に対する第１
及び第２駆動変位検出固定電極２３，２４の静電容量の
振動も、互いに逆相となっている。

【００５１】上記第１及び第２角速度検出固定電極２
５，２６は、上記検出振動子１２の各検出窓３６におい
て同検出振動子１２の辺に略直交する方向に現出形成さ
れた平行平板電極となっている。これら第１及び第２角
速度検出固定電極２５，２６は、上記検出振動子１２の
点Ｏを中心とするｚ軸廻りのねじれ回転振動に基づく同
検出振動子１２（角速度検出可動電極３７）との間の静
電容量の振動により、同検出振動子１２の点Ｏを中心と
するｚ軸廻りのねじれ回転振動の状態を検出する。すな
わち、検出振動子１２が点Ｏを中心とするｚ軸廻りの一
側（図１において時計回り側）にねじれ回転するときに
は、同検出振動子１２と第１角速度検出固定電極２５と
の間の静電容量が減少するとともに、検出振動子１２と
第２角速度検出固定電極２６との間の静電容量が増加す
る。また、検出振動子１２が点Ｏを中心とするｚ軸廻り
の他側（図１において反時計回り側）にねじれ回転する
ときには、これらの関係は逆となる。すなわち、上記第
１及び第２角速度検出固定電極２５，２６の静電容量の
振動は、互いに逆相となっている。

【００５２】上記検出振動子１２の点Ｏを中心とするｚ
軸廻りのねじれ回転振動の状態により、加えられたｚ軸
廻りの角速度が検出されるようになっている。尚、駆動
力印加可動電極１７ｂ、第１及び第２駆動力印加固定電
極２１，２２と、駆動変位検出可動電極１７ｃ、第１及
び第２駆動変位検出固定電極２３，２４を機能上入れ替
えてもよい。また、点Ｏに対して右側の電極について
も、同様である。

【００５３】次に、この角速度センサの角速度検出に係
る電気的構成について図２に基づき説明する。図２に示
されるように、タイミング信号発生器５１は、上記第１
及び第２駆動振動子１６，１７を共振周波数にてｘ方向
に逆相駆動するための駆動パルス信号を発生して、駆動
回路５２，５３に出力するとともに、同期検波用の同期
信号を同期検波回路５４，５５，５６に出力する。

【００５４】上記駆動回路５２，５３は、上記駆動パル
ス信号に同期して図３に示される駆動信号（電圧）Ａ，
Ｂをそれぞれ第１及び第２駆動力印加固定電極２１，２
２に印加する。同図に示されるように、これら駆動信号
（電圧）Ａ，Ｂは互いに逆相となる出力駆動電圧Ｖ１，
Ｖ２を有している。上記第１及び第２駆動振動子１６，
１７は、第１及び第２駆動力印加固定電極２１，２２に
この駆動信号（電圧）Ａ，Ｂが印加されることで、ｘ方
向に振動駆動される。このとき、これら第１駆動振動子
１６及び第２駆動振動子１７は、互いに逆相でｘ方向に
振動する。そして、上記第１及び第２駆動変位検出固定
電極２３，２４の静電容量は、互いに逆相で振動する。
また、上記第１及び第２駆動振動子１６，１７の各ｘ方
向の振動に対する第１及び第２駆動変位検出固定電極２
３，２４の静電容量の振動も、互いに逆相となってい
る。チャージアンプ５７，５８，５９，６０は、これら
静電容量の振動を電圧振動に変換する。差動増幅器６１
は、チャージアンプ５７，５８からの互いに逆相の信号
を差動増幅し、同信号のレベル（振幅）を略２倍とし、
ノイズを相殺した差動増幅信号を発生する。そして、差
動増幅器６１は、この差動増幅信号を上記同期検波回路
５４およびフィ−ドバック処理回路６３に出力する。同
様に、差動増幅器６２は、チャージアンプ５９，６０か
らの信号を差動増幅し、同信号のレベル（振幅）を略２
倍とし、ノイズを相殺した差動増幅信号を発生する。そ
して、差動増幅器６２は、この差動増幅信号を上記同期
検波回路５５およびフィ−ドバック処理回路６３に出力
する。

【００５５】同期検波回路５４，５５は、駆動パルス信
号と同相の同期信号に同期して、差動増幅器６１，６２
が与える差動増幅信号、すなわち第１及び第２駆動振動
子１６，１７の各ｘ方向の振動を表わす検出信号（電
圧）を検波し、駆動パルス信号に対する同ｘ方向の振動
の位相ずれに相当する信号を発生してフィ−ドバック処
理回路６３に出力する。

【００５６】フィ−ドバック処理回路６３は、上記同期
検波回路５４，５５からの位相ずれに相当する信号のレ
ベルを設定値に合わせるための移相信号を、上記駆動回
路５２，５３に出力する。駆動回路５２，５３は、この
移相信号に対応して駆動パルス信号に対する駆動信号
（電圧）Ａ，Ｂの各出力駆動電圧Ｖ１，Ｖ２の位相をシ
フトする。そして、同期検波回路５４，５５の位相ずれ
に相当する信号のレベルが実質上設定値になると、第１
及び第２駆動振動子１６，１７の共振音叉振動は安定し
たものとなる。

【００５７】第１及び第２駆動振動子１６，１７が安定
した共振音叉振動をしている状態において、点Ｏを通る
ｚ軸廻りの角速度が加わると、検出振動子１２及び駆動
側振動子１３に互いに逆相となるねじれ回転振動が発生
する。

【００５８】検出振動子１２にねじれ回転振動が発生す
ると、前記第１及び第２角速度検出固定電極２５，２６
の静電容量は、互いに逆相で振動する。チャージアンプ
６６，６７は、これら静電容量の振動を電圧振動に変換
する。差動増幅器６８は、チャージアンプ６６，６７か
らの互いに逆相の信号を差動増幅し、同信号のレベル
（振幅）を略２倍とし、ノイズを相殺した差動増幅信号
を発生する。そして、差動増幅器６８は、この差動増幅
信号を前記同期検波回路５６に出力する。同期検波回路
５６は、駆動パルス信号と同相の同期信号に同期して、
差動増幅器６８が与える差動増幅信号、すなわち検出振
動子１２のねじれ回転振動に相当する信号（電圧）を検
波し、角速度信号を出力する。この角速度信号の振幅
（信号レベル）は加えられた角速度の大きさに対応して
おり、同角速度信号により加えられた角速度が検出され
る。

【００５９】以上詳述したように、本実施形態によれ
ば、以下に示す効果が得られるようになる。 （１）本実施形態では、第１駆動振動子１６及び第２駆
動振動子１７を互いに逆相でｘ方向に振動駆動した。す
なわち、これら第１駆動振動子１６及び第２駆動振動子
１７は、ｘ方向に安定した共振音叉振動とされており、
エネルギー消費率の高い振動となっている。そして、第
１駆動振動子１６及び第２駆動振動子１７から、例えば
駆動側振動子１３、応力緩和枠１１及び検出振動子１２
に伝達されるｘ方向の振動を全体として略相殺すること
ができる。

【００６０】また、本実施形態では、第１駆動振動子１
６及び第２駆動振動子１７は、駆動同相対策ばね４５が
介装されることで連成振動する。従って、例えば第１駆
動振動子１６及び第２駆動振動子１７が個別に設けられ
ているときに生じるような互いに同相の振動モードを除
去することができる。このため、例えば車載された場合
などのように振動の多い環境においても、これら第１駆
動振動子１６及び第２駆動振動子１７を安定動作させる
ことができる。

【００６１】さらに、本実施形態では、角速度に基づく
検出振動子１２及び駆動側振動子１３の互いに逆相とな
るねじれ回転振動は、上記第１駆動用ばね４１，４２及
び第２駆動用ばね４３，４４とは別体で設けられた検出
用ばね３３，３４の振動に基づいているため、例えば第
１及び第２駆動振動子１６，１７と検出振動子１２及び
駆動側振動子１３との間のメカニカルカップリングなど
を抑制することができる。

【００６２】さらにまた、本実施形態では、例えば製造
ばらつきなどにより、第１及び第２駆動振動子１６，１
７が互いに逆相でｘ方向に対して斜めに振動駆動された
場合にも、この斜め振動が検出振動子１２及び駆動側振
動子１３に対してねじれ回転振動を誘起することを回避
することができる。

【００６３】一方、例えば所定方向に加えられる加速度
などの印加により、第１及び第２駆動振動子１６，１７
が互いに同相で所定方向に斜めに振動駆動された場合に
も、検出振動子１２及び駆動側振動子１３は略八角形の
枠状に形成されているため、この斜め振動が検出振動子
１２及び駆動側振動子１３に対してねじれ回転振動を誘
起することを回避することができる。

【００６４】さらに、本実施形態では、検出振動子１２
及び駆動側振動子１３の各ねじれ回転振動を略相殺する
ように、これら検出振動子１２及び駆動側振動子１３を
互いに逆相で振動駆動した。従って、検出に係る上記検
出振動子１２及び駆動側振動子１３の各ねじれ回転振動
がシリコン基板１０に伝搬することを抑制することがで
きる。

【００６５】一方、本実施形態では、上記応力緩和枠１
１を挟んでその外周側に検出振動子１２を、点Ｏ側に駆
動側振動子１３、第１及び第２駆動振動子１６，１７を
配置し、同応力緩和枠１１の検出用ばね３３，３４との
各接続部を支点としてこれらの釣り合いをとる態様とな
っている。従って、浮動支持される構造部の重量が略２
分されることで、上記検出用ばね３３，３４に必要とさ
れる支持強度、例えば検出用ばね３３，３４の断面積を
低減し、ひいては角速度センサの小型化を図ることがで
きる。

【００６６】以上の動作を同時に実現することにより、
精度が高く、且つ、小型化を図ることができる角速度セ
ンサを提供することができる。 （２）本実施形態では、応力緩和枠１１と検出用ばね３
３，３４との各接続部を、検出振動子１２及び駆動側振
動子１３の点Ｏを中心とするｚ軸廻りの互いに逆相とな
るねじれ回転振動の不動部（節）の位置に設定した。従
って、例えば製造ばらつきや基板の熱膨張などでの応力
による予期しない振動に起因するこれら検出振動子１２
及び駆動側振動子１３（第１及び第２駆動振動子１６，
１７）のメカニカルカップリングを極めて低減すること
ができる。そして、例えば車載された場合などのように
振動の多い環境においても、角速度の検出精度を向上す
ることができる。

【００６７】（３）本実施形態では、例えば外部の温度
変化や外力等の印加によるシリコン基板１０からの応力
が、検出振動子１２（センサ）側に伝達されることを緩
和することができる。

【００６８】（４）本実施形態では、応力緩和枠１１を
シリコン基板１０（浮動体アンカーａ１１，ａ１２）に
対して基板応力緩和ばね３１，３２を介して点Ｏを通る
ｚ軸廻りに回転可能に支持するようにした。従って、上
記応力緩和枠１１を不動部（節）とする検出振動子１２
及び駆動側振動子１３の互いに逆相となるねじれ回転振
動の共振周波数を駆動時の共振周波数からずらし、角速
度センサの応答性を確保することができる。

【００６９】（５）本実施形態では、基板応力緩和ばね
３１，３２、検出用ばね３３，３４，３８、第１駆動用
ばね４１，４２、第２駆動用ばね４３，４４及び駆動同
相対策ばね４５を全て、ｘ方向若しくはｙ方向に延びる
形状及びその組み合わせの形状とした。従って、例えば
リソグラフによる半導体プロセス加工を好適に行うこと
ができる。

【００７０】（第２実施形態）以下、本発明に係る角速
度センサの第２実施形態について図６に従って説明す
る。なお、第２実施形態の角速度センサは、第１実施形
態の角速度センサの主に形状を変更した構成であり、そ
の動作態様は第１実施形態と略同等となっている。

【００７１】図６に示されるように、シリコン基板１０
には、第１実施形態と形状の異なる導電性ポリシリコン
の応力緩和枠７１、検出振動子７２、駆動側振動子７
３、第１駆動振動子７４、第２駆動振動子７５、第１駆
動力印加固定電極７６、第２駆動力印加固定電極７７、
第１駆動変位検出固定電極７８、第２駆動変位検出固定
電極７９、第１角速度検出固定電極８０、第２角速度検
出固定電極８１及び浮動体アンカーａ２１と、導電性ポ
リシリコンの第１補助固定電極８２及び第２補助固定電
極８３とが設けられている。なお、第１及び第２補助固
定電極８２，８３はシリコン基板１０に接合されてい
る。ちなみに、浮動体アンカーａ１０及び同浮動体アン
カーａ１０に駆動側振動子を支持するための検出用ばね
（検出用ばね３８）は、本実施形態では割愛されている
が、この角速度センサが点Ｏに関してｘｙ平面上に略対
称に設けられていることは第１実施形態と同様である。

【００７２】上記応力緩和枠７１は略八角枠状に形成さ
れており、そのｘｙ平面における中心は点Ｏに略一致し
ている。この応力緩和枠７１は、各角部において導電性
ポリシリコンの基板応力緩和ばね８６を介して上記浮動
体アンカーａ２１に連続している。

【００７３】上記各基板応力緩和ばね８６は、ｘｙ平面
において応力緩和枠７１の当該外壁面に略沿って屈曲形
成されており、各隣接する基板応力緩和ばね８６の屈曲
方向が互い違いになっているほかは、互いに略同等の形
状となっている。これら基板応力緩和ばね８６は、ｘｙ
方向に撓み性が高く形成されており、例えば外部の温度
変化や外力等の印加によるシリコン基板１０からの応力
がセンサ側に伝達されるのを緩和する。

【００７４】上記検出振動子７２は、前記検出振動子１
２に準じて形成・配置されている。この検出振動子７２
の点Ｏを通るｘ方向を略４５度回転した方向（以下、
「ｘｙ方向」という）一側及び他側（図６の右上側及び
左下側）には、同方向に略沿って内壁面から外壁面側に
切り欠かれた切欠き部７２ａがそれぞれ形成されてい
る。そして、検出振動子７２は、各切欠き部７２ａから
ｘｙ方向内側に延びる導電性ポリシリコンの検出用ばね
８７を介して前記応力緩和枠７１及び駆動側振動子７３
に連続している。また、この検出振動子７２の点Ｏを通
るｙ方向を略４５度回転した方向（以下、「−ｘｙ方
向」という）一側及び他側（図６の左上側及び右下側）
には、同方向に略沿って内壁面から外壁面側に切り欠か
れた切欠き部７２ｂがそれぞれ形成されている。そし
て、検出振動子７２は、各切欠き部７２ｂから−ｘｙ方
向内側に延びる導電性ポリシリコンの検出用ばね８８を
介して前記応力緩和枠７１及び駆動側振動子７３に連続
している。

【００７５】なお、上記各検出用ばね８７，８８は、上
記応力緩和枠７１の隣接する角部の中間部において、同
応力緩和枠７１に連続している。そして、上記応力緩和
枠７１に対する検出用ばね８７，８８の各接続部は、上
記検出振動子７２及び駆動側振動子７３の点Ｏを中心と
するｚ軸廻りの互いに逆相となるねじれ回転振動の不動
部（節）の位置に設定されていることは第１実施形態と
同様である。

【００７６】本実施形態においても、検出振動子７２及
び駆動側振動子７３を支持する検出用ばね８７，８８
を、十字方向（点Ｏを通るｘｙ方向、−ｘｙ方向）に延
びるように配置したことで、同検出振動子７２及び駆動
側振動子７３の姿勢はシリコン基板１０に対して平行に
維持される。そして、これら検出用ばね８７，８８は、
点Ｏを中心とするｚ軸廻りの回転方向に撓み性が高く形
成されているため、上記検出振動子７２及び駆動側振動
子７３の点Ｏを中心とするｚ軸廻りの各ねじれ回転は容
易となっている。

【００７７】上記駆動側振動子７３は、略十字の枠状に
形成されており、前記駆動側振動子１３に準じて配置さ
れている。この駆動側振動子７３は、各基端側の角部に
おいて上記検出用ばね８７，８８（応力緩和枠７１）に
それぞれ連続している。

【００７８】なお、上記駆動側振動子７３の点Ｏを通る
ｙ方向一側及び他側には、同方向に略沿って点Ｏ側に突
出する突部７３ａがそれぞれ形成されている。上記第１
駆動振動子７４は、前記第１駆動振動子１６に準じて配
置されている。この第１駆動振動子７４は、ｙ方向一側
及び他側の各段部７４ａを介してｘ方向一側（図６の右
側）に縮幅された略ステップ状の枠に形成されている。
この第１駆動振動子７４は、ｘ方向外側（図６の右側）
の外壁面において上記駆動側振動子７３の対向する内壁
面との間に設けられた導電性ポリシリコンの第１駆動用
ばね９１を介して同駆動側振動子７３に連続している。
また、上記第１駆動振動子７４は、中心側の外壁面のｙ
方向一側及び他側において上記駆動側振動子７３の対向
する各突部７３ａとの間に設けられた導電性ポリシリコ
ンの第１駆動用ばね９２を介して同駆動側振動子７３に
連続している。

【００７９】これら第１駆動用ばね９１，９２は、ｘ方
向にのみ撓み性が高くなるようにｙ方向に延びる態様で
屈曲形成されている。上記第１駆動振動子７４の短幅側
は、ｘ方向基端側及び先端側に２分されており、同基端
側の枠には、前記駆動力印加可動電極１６ｂと同様の駆
動力印加可動電極７４ｂが形成されており、同駆動力印
加可動電極７４ｂには前記第１及び第２駆動力印加固定
電極７６，７７がそれぞれ対向配置されている。従っ
て、この駆動力印加可動電極７４ｂは、前記第１及び第
２駆動力印加固定電極７６，７７に供給される駆動信号
により同第１及び第２駆動力印加固定電極７６，７７と
の間での静電引力が周期的に変動され、上記第１駆動振
動子７４にｘ方向の振動を発生させる。

【００８０】また、上記第１駆動振動子７４の短幅側の
ｘ方向先端側の枠には、上記駆動力印加可動電極７４ｂ
と同様の形状を有する補助可動電極７４ｃが形成されて
いる。この補助可動電極７４ｃは、前記第１及び第２駆
動力印加固定電極７６，７７とともに上記第１及び第２
補助固定電極８２，８３に供給される駆動信号により同
第１及び第２補助固定電極８２，８３との間での静電引
力が周期的に変動され、上記第１駆動振動子７４のｘ方
向の振動を助勢する。

【００８１】さらに、上記第１駆動振動子７４の長幅側
の枠には、前記駆動変位検出可動電極１６ｃと同様の駆
動変位検出可動電極７４ｄが形成されており、同駆動変
位検出可動電極７４ｄには前記第１及び第２駆動変位検
出固定電極７８，７９がそれぞれ対向配置されている。
従って、この駆動変位検出可動電極７４ｄは、第１駆動
振動子７４のｘ方向の振動により前記第１及び第２駆動
変位検出固定電極７８，７９との間での静電容量を変動
させる。

【００８２】一方、上記第２駆動振動子７５は、前記第
２駆動振動子１７に準じて配置されている。この第２駆
動振動子７５は、同様にｙ方向一側及び他側の段部７５
ａを介してｘ方向他側（図６の左側）に縮幅された略ス
テップ状の枠に形成されている。この第２駆動振動子７
５は、ｘ方向外側（図６の左側）の外壁面において上記
駆動側振動子７３の対向する内壁面との間に設けられた
導電性ポリシリコンの第２駆動用ばね９３を介して同駆
動側振動子７３に連続している。また、上記第２駆動振
動子７５は、中心側の外壁面のｙ方向一側及び他側にお
いて上記駆動側振動子７３の対向する各突部７３ａとの
間に設けられた導電性ポリシリコンの第２駆動用ばね９
４を介して同駆動側振動子７３に連続している。

【００８３】これら第２駆動用ばね９３，９４は、ｘ方
向にのみ撓み性が高くなるようにｙ方向に延びる態様で
屈曲形成されている。上記第２駆動振動子７５にも、上
記駆動力印加可動電極７４ｂと同様の駆動力印加可動電
極７５ｂが形成されている。この駆動力印加可動電極７
５ｂも、前記第１及び第２駆動力印加固定電極７６，７
７に供給される駆動信号により同第１及び第２駆動力印
加固定電極７６，７７との間での静電引力が周期的に変
動され、上記第２駆動振動子７５にｘ方向の振動を発生
させる。

【００８４】また、上記第２駆動振動子７５にも、上記
補助可動電極７４ｃと同様の補助可動電極７５ｃが形成
されている。この補助可動電極７５ｃも、前記第１及び
第２駆動力印加固定電極７６，７７とともに上記第１及
び第２補助固定電極８２，８３に供給される駆動信号に
より同第１及び第２補助固定電極８２，８３との間での
静電引力が周期的に変動され、上記第２駆動振動子７５
のｘ方向の振動を助勢する。

【００８５】さらに、上記第２駆動振動子７５にも、上
記駆動変位検出可動電極７４ｄと同様の駆動変位検出可
動電極７５ｄが形成されている。この駆動変位検出可動
電極７５ｄも、第２駆動振動子７５のｘ方向の振動によ
り前記第１及び第２駆動変位検出固定電極７８，７９と
の間での静電容量を変動させる。

【００８６】なお、上記第１及び第２駆動振動子７４，
７５は点Ｏを通るｙ軸に対して略対称に配置されている
ため、第１実施形態と同様に第１及び第２駆動振動子７
４，７５はｘ方向に安定した共振音叉振動とされてお
り、エネルギー消費率の高い振動となっている。

【００８７】ここで、上記第１及び第２駆動振動子７
４，７５の対向壁面は、導電性ポリシリコンの連成ばね
としての駆動同相対策ばね９５を介して連結されてい
る。この駆動同相対策ばね９５も、ｘ方向にのみ撓み性
が高くなるように中心側からｙ方向外側に延びる態様で
屈曲形成されている。上記第１及び第２駆動振動子７
４，７５は、この駆動同相対策ばね９５により連成振動
するため、同相の振動モードが除去されている。従っ
て、例えば車載された場合などのように振動の多い環境
においても、これら第１及び第２駆動振動子７４，７５
は安定動作する。

【００８８】上記第１及び第２駆動振動子７４，７５が
ｘ方向に共振音叉振動している状態において点Ｏを通る
ｚ軸廻りの角速度が加わると、同第１及び第２駆動振動
子７４，７５はこの角速度に基づくコリオリ力により互
いに逆向きのｙ方向の振動成分を有する相対的に逆相の
楕円振動を行う。このとき、上記応力緩和枠７１と検出
用ばね８７，８８との各接続部は、上記検出振動子７２
及び駆動側振動子７３の点Ｏを中心とするｚ軸廻りの互
いに逆相となるねじれ回転振動の不動部（節）の位置に
設定されてため、第１実施形態と同様に、同検出振動子
７２及び駆動側振動子７３は互いに逆相となるねじれ回
転振動を行う。

【００８９】上記検出振動子７２の点Ｏを通るｚ軸廻り
のねじれ回転振動は、第１及び第２角速度検出固定電極
８０，８１と検出振動子７２（角速度検出可動電極３
７）との間の静電容量の振動として検出される。そし
て、上記検出振動子７２の点Ｏを中心とするｚ軸廻りの
ねじれ回転振動の状態により、加えられたｚ軸廻りの角
速度が検出されるようになっている。

【００９０】なお、第２実施形態の角速度センサの角速
度検出に係る電気的構成は、上記第１及び第２駆動力印
加固定電極７６，７７とともに第１及び第２補助固定電
極８２，８３に駆動回路５２，５３からの駆動信号Ａ，
Ｂが供給されることを除き、第１実施形態と同様である
ため、その説明は省略する。

【００９１】以上詳述したように、本実施形態によれ
ば、前記第１実施形態における（１）〜（４）の効果に
加えて以下に示す効果が得られるようになる。 （１）本実施形態では、第１及び第２駆動振動子７４，
７５の振動駆動力を助勢するためにそれぞれ補助可動電
極７４ｃ，７５ｃと、対向する第１及び第２補助固定電
極８２，８３を設けた。従って、これら第１及び第２駆
動振動子７４，７５の振動駆動力を好適に確保すること
ができる。

【００９２】なお、本発明の実施の形態は上記実施形態
に限定されるものではなく、次のように変更してもよ
い。 ・前記各実施形態においては、応力緩和枠１１，７１及
び検出振動子１２，７２を略八角枠状に形成したが、点
Ｏに関して略対称であるならば、略円環状であってもそ
の他の多角形の枠状であってもよい。

【００９３】・前記各実施形態においては、駆動側振動
子１３，７３を略八角枠状若しくは略十字の枠状に形成
したが、点Ｏに関して略対称であるならば、略円環状で
あってもその他の多角形の枠状であってもよい。

【００９４】・前記各実施形態において採用された第１
駆動振動子１６，７４及び第２駆動振動子１７，７５の
形状は一例であってその他の形状としてもよい。例え
ば、これら第１駆動振動子１６，７４及び第２駆動振動
子１７，７５を、点Ｏを通るｙ軸に対して略対称となる
略多角形、略円形、略半円形等の枠状に形成してもよ
い。また、枠状ではなく骨格状に形成してもよい。

【００９５】・前記各実施形態において採用された第１
駆動振動子１６，７４及び第２駆動振動子１７，７５の
ｘ方向の駆動構造（駆動回路部）は一例であってその他
の構造を採用してもよい。例えば、第１駆動振動子１
６，７４のみに駆動信号（電圧）を印加して同第１駆動
振動子１６，７４をｘ方向に振動駆動し、共振作用によ
って第２駆動振動子１７，７５をｘ方向に逆相で振動駆
動するようにしてもよい。

【００９６】・前記各実施形態における検出振動子１
２，７２及び駆動側振動子１３，７３の位置関係は、互
いに逆であってもよい。 ・前記各実施形態におけるシリコン基板１０に代えて、
例えば多結晶、単結晶、又は非晶質のＳｉ，Ｇｅ，Ｓｉ
Ｃ，ＳｉｘＧｅ1-x ，ＳｉｘＧｅｙＣ1-x-y にて形成さ
れた基板としてもよい。

【００９７】次に、以上の実施形態から把握することが
できる請求項以外の技術的思想を、その効果とともに以
下に記載する。 （イ）ｘｙ平面上の点Ｏに関して略対称に配置された第
１駆動振動子及び第２駆動振動子と、点Ｏに関して略対
称な略円形及び略多角形のいずれか一方の枠状に形成さ
れて前記第１駆動振動子及び第２駆動振動子を包囲する
検出振動子と、点Ｏに関して略対称な略円形及び略多角
形のいずれか一方の枠状に形成されて前記検出振動子を
包囲する検出側振動子と、点Ｏを通るｙ方向に対して略
対称となるように前記検出振動子に対して前記第１駆動
振動子及び第２駆動振動子をそれぞれｘ方向に振動可能
に浮動支持する第１駆動用ばね及び第２駆動用ばねと、
前記検出振動子及び前記検出側振動子を、該検出振動子
及び検出側振動子間に配置される基板との接続部に対し
て点Ｏを通るｚ軸廻りに互いに逆相となるねじれ回転振
動可能に浮動支持する複数の検出用ばねと、前記第１駆
動振動子及び第２駆動振動子に介装されて該第１駆動振
動子及び第２駆動振動子を連成振動させる連成ばねと、
前記第１駆動振動子及び第２駆動振動子を逆相でｘ方向
に振動駆動する駆動手段と、前記検出振動子の点Ｏを通
るｚ軸廻りのねじれ回転振動を検出する検出手段とを備
えたことを特徴とする角速度センサ。同構成によれば、
請求項１と同様の効果が得られるようになる。

【００９８】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１に記載の
発明によれば、精度が高く、且つ、小型化を図ることが
できる角速度センサを提供することができる。

【００９９】請求項２に記載の発明によれば、角速度の
検出精度を向上することができる。請求項３に記載の発
明によれば、外部の温度変化や外力等の印加による基板
からの応力が、検出振動子（センサ）側に伝達されるこ
とを緩和することができる。

【０１００】また、応力緩和枠及び応力緩和ばねを介し
て基板に接続される駆動側振動子及び検出振動子の互い
に逆相となるねじれ回転振動の共振周波数を駆動時の共
振周波数からずらし、角速度センサの応答性を確保する
ことができる。

【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実施形態を示
す平面図。

【図２】同実施形態の電気的構成を示すブロック図。

【図３】同実施形態の第１及び第２駆動力印加固定電極
に印加される駆動信号を示すタイムチャート。

【図４】同実施形態の駆動振動を示す平面図。

【図５】同実施形態の検出振動を示す平面図。

【図６】本発明に係る角速度センサの第２実施形態を示
す平面図。

【符号の説明】

１１，７１ 応力緩和枠 １２，７２ 検出振動子 １３，７３ 駆動側振動子 １６，７４ 第１駆動振動子 １７，７５ 第２駆動振動子 ３３，３４，８７，８８ 検出用ばね ４１，４２，９１，９２ 第１駆動用ばね ４３，４４，９３，９４ 第２駆動用ばね ４５，９５ 連成ばねとしての駆動同相対策ばね

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｘｙ平面上の点Ｏに関して略対称に配
   置された第１駆動振動子及び第２駆動振動子と、 点Ｏに関して略対称な略円形及び略多角形のいずれか一
   方の枠状に形成されて前記第１駆動振動子及び第２駆動
   振動子を包囲する駆動側振動子と、 点Ｏに関して略対称な略円形及び略多角形のいずれか一
   方の枠状に形成されて前記駆動側振動子を包囲する検出
   振動子と、 点Ｏを通るｙ方向に対して略対称となるように前記駆動
   側振動子に対して前記第１駆動振動子及び第２駆動振動
   子をそれぞれｘ方向に振動可能に浮動支持する第１駆動
   用ばね及び第２駆動用ばねと、 前記駆動側振動子及び前記検出振動子を、該駆動側振動
   子及び検出振動子間に配置される基板との接続部に対し
   て点Ｏを通るｚ軸廻りに互いに逆相となるねじれ回転振
   動可能に浮動支持する複数の検出用ばねと、 前記第１駆動振動子及び第２駆動振動子に介装されて該
   第１駆動振動子及び第２駆動振動子を連成振動させる連
   成ばねと、 前記第１駆動振動子及び第２駆動振動子を逆相でｘ方向
   に振動駆動する駆動手段と、 前記検出振動子の点Ｏを通るｚ軸廻りのねじれ回転振動
   を検出する検出手段とを備えたことを特徴とする角速度
   センサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の角速度センサにおい
   て、 前記基板との接続部は、前記駆動側振動子及び前記検出
   振動子が点Ｏを通るｚ軸廻りの互いに逆相となるねじれ
   回転振動をするときの節に略一致していることを特徴と
   する角速度センサ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の角速度センサ
   において、 点Ｏに関して略対称な略円形及び略多角形のいずれか一
   方の枠状に形成されて前記駆動側振動子及び前記検出振
   動子間に配置される応力緩和枠と、 前記応力緩和枠を基板に対してｘｙ平面上に振動可能に
   浮動支持する応力緩和ばねとを備え、 前記基板との接続部は、前記応力緩和枠及び応力緩和ば
   ねを介して基板に接続されることを特徴とする角速度セ
   ンサ。