JPH09159460A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板に対するＸ軸方向の振動板の振動を大き
くすることにより、Ｚ軸周りに加わる角速度による振動
板の変位を大きくし、検出感度を高める。 【解決手段】 基板２２上に形成した振動発生部３７の
可動側振動用楔状電極２７のＬ形電極板２８と、固定側
振動用楔状電極３１のＬ形電極板３３の形状を互いに離
間して噛合するように形成する。電極２７と３１に振動
駆動信号を印加し折曲部の伸長方向となる矢示ａ方向に
振動板２６を大きく振動させる。これにより、Ｚ軸周り
の角速度ΩZ が加わったときには、コリオリ力により振
動板２６がＹ軸方向に大きく変位し、この変位を変位検
出部３８で高精度に検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば回転体に加
わ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Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ
軸の３軸方向において、振動板をある方向軸、例えばＸ
軸に対して一定の振動（励振）を与えた状態で、外部か
らＺ軸周りの回転力を加えると、振動板にコリオリ力
（慣性力）が作用して該振動板はＹ軸方向に振動する。
そして、このコリオリ力に振動板のＹ軸方向の変位を圧
電抵抗、静電容量等の変化として検出するのが角速度セ
ンサである。その一例として、特開昭６１−１３９７１
９号公報、特開昭６１−１１４１２３号公報、特開平６
−１２３６３２号公報等に記載された片持梁や両持梁形
式の角速度センサが広く知られている。

【０００３】これらの形式のうち、従来技術による角速
度センサとして特開平６−１２３６３２号公報に示され
た角速度センサを図１７および図１８に示し説明する。

【０００４】図中、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の本体をなす矩形状に形成された
基板をそれぞれ示し、該基板２は例えば高抵抗なシリコ
ン材料によって形成されている。

【０００５】３は基板２上にＰ，Ｂ，Ｓｂ等がドーピン
グされた低抵抗なポリシリコンまたは単結晶シリコン等
によって形成された可動部を示し、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
４，４，…と、該各支持部４から中央部に向け、Ｘ軸と
平行になる部分とＹ軸と平行になる部分を有するように
Ｌ字状に折曲して形成された４本の支持梁５，５，…
と、該各支持梁５によってＸ軸とＹ軸方向に変位可能に
支持され、前記基板２の表面から離間した状態で支持さ
れた矩形状の振動板６とからなっている。そして、Ｘ軸
方向となる該振動板６の前，後両側面には、複数の電極
板７Ａ，７Ａ，…（４本）からなる可動側振動用くし状
電極７，７が突出形成され、Ｙ軸方向となる左，右両側
面には複数の電極板８Ａ，８Ａ，…（４本）からなる可
動側検出用くし状電極８，８が突出形成されている。

【０００６】そして、可動部３は各支持部４のみが基板
２に固着され、各支持梁５と振動板６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、
各支持梁５はＬ字状に形成されているから、Ｙ軸に平行
な部分を撓ませることにより振動板６をＸ軸方向に変位
させ、Ｘ軸に平行な部分を撓ませることにより振動板６
をＹ軸方向に変位させることができる。

【０００７】９，９は振動板６を前，後両側で挟むよう
に基板２上に設けられた一対の固定側振動用くし状電極
を示し、該各固定側振動用くし状電極９は振動板６の
前，後に位置して基板２上に設けられた固定部９Ａ，９
Ａと、前記可動側振動用くし状電極７の各電極板７Ａと
隙間をもって対面するように、該各固定部９Ａに突出形
成された４本の電極板９Ｂ，９Ｂ，…とからなる。

【０００８】１０，１０は振動板６を左，右両側で挟む
ように基板２上に設けられた一対の固定側検出用くし状
電極を示し、該各固定側検出用くし状電極１０は振動板
６の左，右に位置して基板２上に設けられた固定部１０
Ａ，１０Ａと、前記可動側検出用くし状電極８の各電極
板８Ａと隙間をもって対面するように、該各固定部１０
Ａに突出形成された４本の電極板１０Ｂ，１０Ｂ，…と
からなる。

【０００９】１１，１１は振動発生手段となる振動発生
部を示し、該各振動発生部１１は可動側振動用くし状電
極７と固定側振動用くし状電極９とから構成され、該可
動側振動用くし状電極７の各電極板７Ａと、固定側振動
用くし状電極９の各電極板９Ｂ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、可動側振動用くし状
電極７と各固定側振動用くし状電極９との間に逆位相と
なる周波数ｆの振動駆動信号を印加すると、前，後に位
置した各電極板７Ａ，９Ｂ間には静電引力が交互に発生
し、各振動発生部１１で接近，離間を交互に繰り返す。
これによって、振動板６はＸ軸をなす矢示ａ方向に振動
するようになっている。

【００１０】１２，１２は変位検出手段となる変位検出
部を示し、該各変位検出部１２は可動側検出用くし状電
極８と固定側検出用くし状電極１０とからなり、該可動
側検出用くし状電極８の各電極板８Ａと、固定側検出用
くし状電極１０の各電極板１０Ｂとの間にはそれぞれ隙
間寸法ｄ0 が形成され、該電極８，１０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１２
は各電極板８Ａ，１０Ｂ間の有効面積の変化を静電容量
の変化として検出する。

【００１１】このように構成される角速度センサ１にお
いては、各振動発生部１１に逆位相となる周波数ｆの振
動駆動信号を印加すると、各電極板７Ａ，９Ｂ間には静
電引力が前，後の振動発生部１１，１１に対して交互に
作用し、振動板６はＸ軸となる矢示ａ方向に接近，離間
を繰返して振動する。

【００１２】この状態で角速度センサ１にＺ軸周りの角
速度Ωが加わると、Ｙ軸方向にコリオリ力（慣性力）が
発生して振動板６をＹ軸方向に下記の数２に示すような
コリオリ力Ｆで振動する。

【００１３】ここで、各振動発生部１１によって振動板
６をＸ軸方向に移動させる変位ｘとその速度Ｖは、次の
数１のようになる。

【００１４】

【数１】 ただし、Ａ：振動板６の振幅 ｆ：振動駆動信号の周波数

【００１５】さらに、振動板６をＸ軸方向に変位ｘ，速
度Ｖで振動させたときに、Ｚ軸周りに加わる角速度Ωか
ら発生するＹ軸方向のコリオリ力Ｆは数２のようにな
る。

【００１６】

【数２】 ただし、ｍ：振動板６の質量

【００１７】そして、振動板６は数２のコリオリ力Ｆに
よってＹ軸方向に振動し、この振動板６による振動変位
を、各変位検出部１２では可動側検出用くし状電極８と
固定側検出用くし状電極１０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。

【００１８】なお、各振動発生部１１は、各電極板７Ａ
からなる可動側振動用くし状電極７と、各電極板９Ｂか
らなる固定側振動用くし状電極９とから構成したから、
電極７，９間の対面する有効面積を大きく確保すること
ができる。これにより、各振動発生部１１に振動駆動信
号を印加したときには、各電極板７Ａ，９Ｂ間に発生す
る静電引力を大きくして振動板６を矢示ａ方向に大きく
振動させる。

【００１９】一方、各変位検出部１２は、各電極板８Ａ
からなる可動側検出用くし状電極８と、各電極板１０Ｂ
からなる固定側検出用くし状電極１０とから構成したか
ら、電極８，１０間の対面する有効面積を大きくでき
る。これにより、各変位検出部１２によってＹ軸方向に
変位する振動板６の変位量を、各電極板８Ａ，１０Ｂ間
の有効面積の変化を静電容量の変化として検出すること
ができる。

【００２０】

【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の検出感度を高めることを
前記数２に着目して考えると、振動板６の振幅Ａを大き
くすればよいことがわかる。その具体的方法としては、
振動発生部１１に印加される振動駆動信号の電圧値を大
きくすればよい。

【００２１】しかし、振動板６のＸ軸方向の振幅Ａの最
大幅は、変位検出部１２を構成する各電極板８Ａ，１０
Ｂの隙間寸法ｄ0 によっても規制されているため、振動
板６の振幅Ａを大きくするにはこの隙間寸法ｄ0 を大き
くしなければならない。このため、電極板８Ａ，１０Ｂ
間の隙間寸法ｄ0 を広げると、隙間寸法ｄ0 に反比例し
て有効面積に比例する静電容量は小さくなり、変位検出
部１２で検出される静電容量値は小さくなる。

【００２２】従って、従来技術による角速度センサ１で
は、検出感度を高めるために隙間寸法ｄ0 を大きくする
と、検出静電容量が小さくなってしまい、逆に隙間寸法
ｄ0を小さくすると大きな振幅Ａを得ることができず、
簡単な設計変更では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、本発明は振動板の振動を大きくすること
によって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】本発明が採用する角速度
センサは、基板と、基端側が該基板側に固着された支持
梁と、該支持梁の先端側に位置して前記基板の表面から
離間した状態でＸ軸，Ｙ軸方向に変位可能に設けられた
振動板と、該振動板をＸ軸とＹ軸のうち一方の軸方向に
振動させる振動発生手段と、該振動発生手段によって前
記振動板をＸ軸とＹ軸のうち一方の軸方向に振動させた
状態で、Ｚ軸周りの角速度が加えられたとき、この角速
度の変化に対応するＸ軸とＹ軸のうち他方の軸方向の変
位量を検出する変位検出手段とから構成している。

【００２５】そして、上述した課題を解決するために、
請求項１の発明では、前記振動発生手段は前記振動板の
少なくとも一辺に突出して設けられ、Ｘ軸方向とＹ軸方
向の成分を有する可動側楔状電極と、該可動側楔状電極
と隙間をもって対面するように前記基板側に設けられ、
Ｘ軸方向とＹ軸方向の成分を有する固定側楔状電極とか
ら構成し、前記変位検出手段は前記振動板の可動側楔状
電極と直交する少なくとも他の一辺に突出して設けられ
た可動側くし状電極と、該可動側くし状電極と隙間をも
って対面するように前記基板側に設けられた固定側くし
状電極とから構成したことにある。

【００２６】上記構成により、振動発生手段の可動側楔
状電極と固定側楔状電極との間に振動駆動信号を入力す
ると、該可動側楔状電極，固定側楔状電極間のそれぞれ
対面するＸ軸方向とＹ軸方向の成分間に静電引力が発生
し、該静電引力によって可動側楔状電極は固定側楔状電
極に対して近接，離間し、Ｘ軸とＹ軸のうち一方の軸方
向に振動板を振動させる。一方、変位検出手段では前記
振動板に形成した可動側くし状電極と固定側くし状電極
との間の静電容量によって変位を検出するから、例えば
Ｘ軸方向に振動させた状態で、Ｚ軸周りの角速度が加わ
ると、この角速度に応じて振動板はＹ軸方向に変位し、
この変位量を前記変位検出手段によって検出し、Ｚ軸周
りに加わる角速度を検出する。さらに、変位検出手段を
構成する可動側くし状電極と固定側くし状電極とは、振
動発生手段によって振動板が振動する振動方向と同一方
向に延びる部分を有するから、振動板の振幅が変位検出
手段を構成するくし状電極板によって規制されないよう
にすることができる。

【００２７】請求項２の発明では、前記変位検出手段は
前記振動板の少なくとも一辺に突出して設けられ、Ｘ軸
方向とＹ軸方向の成分を有する可動側楔状電極と、該可
動側楔状電極と隙間をもって対面するように前記基板側
に設けられ、Ｘ軸方向とＹ軸方向の成分を有する固定側
楔状電極とから構成し、前記振動発生手段は前記振動板
の可動側楔状電極と直交する少なくとも他の一辺に突出
して設けられた可動側くし状電極と、該可動側くし状電
極と隙間をもって対面するように前記基板側に設けられ
た固定側くし状電極とから構成したことにある。

【００２８】上記構成により、振動発生手段の可動側く
し状電極と固定側くし状電極との間に振動駆動信号を入
力すると、該可動側くし状電極，固定側くし状電極間の
それぞれ対面するＸ軸方向とＹ軸方向の成分間に静電引
力が発生し、該静電引力によって可動側くし状電極は固
定側くし状電極に対して近接，離間し、Ｘ軸とＹ軸のう
ち一方の軸方向に振動板を振動させる。一方、変位検出
手段では前記振動板に形成した可動側楔状電極と固定側
楔状電極との間のそれぞれ対面するＸ軸方向とＹ軸方向
の成分間の静電容量によって変位を検出するから、例え
ばＸ軸方向に振動させた状態で、Ｚ軸周りの角速度が加
わると、この角速度に応じて振動板はＹ軸方向に変位
し、この変位量を前記変位検出手段によって検出し、Ｚ
軸周りに加わる角速度を検出する。さらに、変位検出手
段を構成する可動側楔状電極と固定側楔状電極とは、振
動発生手段によって振動板が振動する振動方向と同一方
向に延びる部分を有するから、振動板の振幅が変位検出
手段を構成する楔状電極板によって規制されないように
することができる。

【００２９】請求項３の発明では、前記振動板は外枠体
と該外枠体の内部に連結梁を介してＺ軸方向に変位する
振動子とから構成し、該振動子に形成した可動側電極と
該可動側電極に隙間をもって対面するように前記基板に
設けた固定側電極とにより、前記振動発生手段によって
前記振動板をＸ軸とＹ軸のうち一方の軸方向に振動させ
た状態で、Ｘ軸とＹ軸のうち他方の軸周りの角速度が加
えられたとき、この角速度の変化に対応するＺ軸方向の
変位量を検出するＺ軸方向変位検出手段を構成したこと
にある。

【００３０】上記構成により、振動発生手段によって振
動板を例えばＸ軸方向に振動させた状態で、Ｙ軸周りの
角速度が加わると、振動子にはＺ軸方向の変位が発生
し、この変位をＺ軸方向変位検出手段では、振動子側の
可動側電極と基板側の固定側電極との隙間寸法の変化を
静電容量の変化として検出する。

【００３１】請求項４の発明では、前記可動側楔状電極
と固定側楔状電極は、Ｘ軸方向の成分とＹ軸方向の成分
を有する複数個の電極板からなり、前記可動側楔状電極
を構成する電極板と固定側楔状電極を構成する電極板と
は隙間をもって対面させる構成としたから、可動側楔状
電極と固定側楔状電極とを振動発生手段として用いた場
合には、各電極間に振動駆動信号を入力すると、各電極
板間で静電引力が働き、振動板をＸ軸方向に振動させ
る。一方、可動側楔状電極と固定側楔状電極とを変位検
出手段として用いた場合には、各電極間の離間寸法の変
位に対応した静電容量の変化を検出できる。

【００３２】請求項５の発明では、前記可動側楔状電極
を構成する電極板と固定側楔状電極を構成する電極板
は、前記振動板から突出して設けられたＹ軸方向の成分
となる突出部と、該突出部の先端から折曲して形成され
たＸ軸方向の成分となる折曲部とから構成したことにあ
る。

【００３３】上記構成により、可動側楔状電極を構成す
る電極板と固定側楔状電極を構成する電極板とは互いに
離間して噛合するように配設され、可動側楔状電極と固
定側楔状電極とを振動発生手段として用いた場合には、
可動側楔状電極と固定側楔状電極との間に振動駆動信号
を入力すると、可動側楔状電極の電極板の突出部と対向
する固定側楔状電極の電極板の突出部との間、可動側楔
状電極の電極板の折曲部と対面する固定側楔状電極の電
極板の折曲部との間に静電引力が発生し、該静電引力に
よって可動側楔状電極は固定側楔状電極に対して各折曲
部の伸長する方向に近接して振動板をＸ軸方向に振動さ
せる。一方、可動側楔状電極と固定側楔状電極とを変位
検出手段として用いた場合には、可動側楔状電極の電極
板の折曲部と対面する固定側楔状電極の電極板の折曲部
との間の離間寸法の変位を静電容量の変化として検出で
きる。

【００３４】請求項６の発明では、前記振動発生手段は
前記振動板の平行な２辺に位置して設けることにより、
振動板に形成した可動側楔状電極と基板側に形成した固
定側楔状電極との有効面積を大きくでき、振動発生手段
によってＸ軸方向に振動する振幅を大きくできる。

【００３５】請求項７の発明では、前記変位検出手段は
前記振動発生手段に直交する振動板の他の２辺に位置し
て設けることにより、振動板に形成した可動側くし状電
極と基板側に形成した固定側くし状電極との有効面積を
大きくでき、該変位検出手段から検出される静電容量を
大きくできる。

【００３６】請求項８の発明では、前記変位検出手段の
後段に、角速度による変位量を静電容量の変化として検
出する静電容量検出手段と、該静電容量検出手段から出
力される静電容量の変化に基づいて変位量を零とするよ
うな制御信号を前記変位検出手段に印加する制御手段と
を設け、該制御手段から出力される制御信号によって角
速度による変位量を検出するようにしたから、前記静電
容量検出手段と制御手段とは、角速度による変位を阻止
するサーボ機構として構成され、該サーボ機構は変位し
ようとするときに、この力を打消すように制御手段から
変位検出手段に変位に反発する静電力を発生させる制御
信号を入力し、この制御信号は加わる角速度に応じた信
号となる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明による実施例を図１
ないし図１６の添付図面に従って詳細に説明する。

【００３８】まず、図１ないし図３は本発明による第１
の実施例を示す。なお、実施例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。

【００３９】図中、２１は本実施例による角速度セン
サ、２２は該角速度センサ２１が形成された従来技術と
同様の基板をそれぞれ示し、該基板２２は図１，図２に
示すように、高抵抗を有する単結晶のシリコン材料から
矩形状の板状に形成されている。また、基板２２には、
例えば酸化シリコン膜，窒化シリコン膜またはこれらの
複合膜等からなる絶縁膜（図示せず）が表面に形成され
ている。ここで、便宜上、基板２２に対して水平方向で
それぞれ直交する方向をＸ軸，Ｙ軸方向とし、垂直方向
をＺ軸方向とする。

【００４０】２３は基板２２上に形成された可動部を示
し、該可動部２３は図１に示すように、低抵抗のポリシ
リコン膜をエッチング処理することによって形成され、
基板２２の四隅に位置して該基板２２上に設けられた４
個の支持部２４，２４，…と、基端側が該各支持部２４
に設けられ、先端側が基板２２の中央部に向けて伸長す
る支持梁２５，２５，…と、該各支持梁２５の先端側に
支持され、各支持梁２５によってＸ軸，Ｙ軸方向に変位
可能に設けられた振動板２６とからなり、該振動板２６
の直交する２辺には、後述する可動側振動用楔状電極２
７と可動側検出用くし状電極２９とがそれぞれ形成され
ている。また、該可動部２３は各支持部２４のみが基板
２２上に固着され、各支持梁２５と振動板２６は基板２
２と離間した状態で保持されている。

【００４１】ここで、前記各支持梁２５は、図２に示す
ように各支持部２４からそれぞれ１本ずつ伸長し、Ｘ軸
と平行になる部分とＹ軸と平行になる部分を有する略コ
字状に屈曲して形成されている。これにより、該各支持
梁２５のＸ軸に平行な部分を撓ませることにより振動板
２６をＹ軸方向に変位させ、Ｙ軸に平行な部分を撓ませ
ることにより振動板２６をＸ軸方向に変位させ、該各支
持梁２５によって振動板２６は基板２２に対してＸ軸，
Ｙ軸方向に変位可能に支持されている。

【００４２】２７は振動板２６の左側の一辺に設けられ
た可動側振動用楔状電極を示し、該可動側振動用楔状電
極２７は複数の楔形に形成されたＬ形電極板２８，２
８，…（４本）からなり、該各Ｌ形電極板２８は図３に
示すように、振動板２６からＹ軸方向に突出する突出部
２８Ａと、該突出部２８Ａの先端側からＸ軸方向に延び
る折曲部２８Ｂとから形成されている。

【００４３】２９は振動板２６の前側の一辺に設けられ
た可動側検出用くし状電極を示し、該可動側検出用くし
状電極２９は複数個の板状の電極板３０，３０，…（４
本）からなり、該可動側検出用くし状電極２９は可動側
振動用楔状電極２７と直交して配置されている。

【００４４】３１は基板２２上で振動板２６の左側に位
置して設けられた固定側振動用楔状電極を示し、該固定
側振動用楔状電極３１は振動板２６の左側に位置して基
板２２上に設けられた固定部３２と、前記可動側振動用
楔状電極２７の各Ｌ形電極板２８と対向するように、該
固定部３２に突出形成された楔形のＬ形電極板３３，３
３，…（４本）とからなり、該各Ｌ形電極板３３は、固
定部３２からＹ軸方向の振動板２６側に向けて突出する
突出部３３Ａと、該突出部３３Ａの先端側からＸ軸方向
に延びる折曲部３３Ｂとから形成されている。

【００４５】なお、固定側振動用楔状電極３１の各Ｌ形
電極板３３，可動側振動用楔状電極２７の各Ｌ形電極板
２８は、互いに離間して突出部３３Ａ，２８Ａと折曲部
３３Ｂ，２８Ｂとがそれぞれ対面した状態で噛合するよ
うに配設されている。そして、固定側振動用楔状電極３
１の折曲部３３Ｂと可動側振動用楔状電極２７の折曲部
２８Ｂとの間は隙間寸法ｄ1 となり、一方の折曲部２８
Ｂの先端と対向する突出部３３ＡまでのＸ軸方向の間隔
は隙間寸法ｄ2 となり、該隙間寸法ｄ2 は振動板２６が
矢示ａ方向に振動するときの最大振幅距離となる。

【００４６】３４は基板２２上で振動板２６の前側に位
置して設けられた固定側検出用くし状電極を示し、該固
定側検出用くし状電極３４は基板２２上に設けられた固
定部３５と、前記可動側検出用くし状電極２９の各電極
板３０と対向するように、該固定部３５に突出形成され
た４本の板状の電極板３６，３６，…とからなる。

【００４７】３７は振動発生手段となる振動発生部を示
し、該各振動発生部３７は可動側振動用楔状電極２７と
固定側振動用楔状電極３１とから構成され、該振動発生
部３７に周波数ｆの振動駆動信号を印加すると、各Ｌ形
電極板２８と３３との間に静電引力が発生し、この静電
引力によって隙間寸法ｄ2 を伸縮させる矢示ａ方向に振
動を発生させる。

【００４８】３８は変位検出手段となる変位検出部を示
し、該変位検出部３８は可動側検出用くし状電極２９と
固定側検出用くし状電極３４とからなり、該可動側検出
用くし状電極２９の各電極板３０と固定側検出用くし状
電極３４の各電極板３６との間には隙間寸法ｄ0 が形成
され、該可動側検出用くし状電極２９と固定側検出用く
し状電極３４によって検出用の平行平板コンデンサを構
成している。そして、該変位検出部３８は、各電極板３
０，３６間の隙間寸法ｄ0 の変化を静電容量の変化とし
て検出する。

【００４９】本実施例による角速度センサ２１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。

【００５０】まず、振動発生部３７に振動駆動信号を印
加すると、Ｌ形電極板２８，３３間に静電引力が発生し
てこの静電引力によって振動板２６を矢示ａ方向に振動
させる。この状態で、Ｚ軸周りに角速度ΩZ が加わる
と、Ｙ軸方向に変位可能な振動板２６に対して角速度Ω
Z の大きさと振動板２６の振幅に比例したコリオリ力が
Ｙ軸方向に発生する。

【００５１】この結果、振動板２６はこのコリオリ力に
よってＹ軸方向の振動を行い、この変位に応じて固定側
検出用くし状電極３４の各電極板３６と可動側検出用く
し状電極２９の各電極板３０との間で近接，離間を繰返
す。そして、変位検出部３８では電極板３０，３６の隙
間寸法ｄ0 の変化を静電容量の変化として検出すること
により、Ｚ軸周りの角速度ΩZ を検出することができ
る。

【００５２】然るに、本実施例による角速度センサ２１
では、振動発生部３７を構成する可動側振動用楔状電極
２７の各Ｌ形電極板２８と、固定側振動用楔状電極３１
の各Ｌ形電極板３３をＬ字状に形成し、折曲部２８Ｂと
折曲部３３Ｂとが互いに平行で離間した状態で噛合する
ように配設したから、可動側振動用楔状電極２７と固定
側振動用楔状電極３１との有効面積を大きく確保でき
る。そして、振動発生部３７の可動側振動用楔状電極２
７と固定側振動用楔状電極３１間に振動駆動信号を入力
したときの静電引力を大きく発生させ、振動板２６を矢
示ａ方向に大きく振動させることができる。

【００５３】さらに、振動板２６の矢示ａ方向の振幅を
規制する部分は、一方の折曲部２８Ｂの先端から対向す
る突出部３３Ａまでの隙間寸法ｄ2 であるが、この隙間
寸法ｄ2 は従来技術よりも大きく確保することができ、
振動板２６の振幅を大きくすることができる。

【００５４】この結果、前記数２の示すように、振幅Ａ
を大きくすることにより該振動板２６に発生するコリオ
リ力によるＹ軸方向の変位を大きくし、振動板２６のＹ
軸方向の変位を変位検出部３８で検出することにより、
Ｚ軸周りの角速度ΩZ の検出感度を高めることができ
る。

【００５５】また、振動板２６の振動と変位は基板２２
に対して水平なＸ軸，Ｙ軸方向であるから、振動板２６
の空気抵抗を低減でき、大気中での使用も可能である。

【００５６】次に、図４に本発明による第２の実施例を
示すに、本実施例の特徴は、第１の実施例で述べた角速
度センサ２１の変位検出部３８の後段に静電容量検出手
段と制御手段からなるサーボ機構を設けたことにある。
なお、本実施例では前述した第１の実施例と同一の構成
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。

【００５７】図中、４１は変位検出部３８の後段に接続
されたサーボ機構４１を示し、該サーボ機構４１は静電
容量検出回路４２とフィードバック電圧演算出力回路４
３とから構成されている。

【００５８】ここで、前記静電容量検出回路４２は静電
容量検出手段として構成され、変位検出部３８の可動側
検出用くし状電極２９と固定側検出用くし状電極３４の
隙間寸法ｄ0 の変化を可動側検出用くし状電極２９と固
定側検出用くし状電極３４間の静電容量の変化としてフ
ィードバック電圧演算出力回路４３に出力するものであ
る。

【００５９】また、前記フィードバック電圧演算出力回
路４３は制御手段として構成され、前記静電容量検出回
路４２から出力される静電容量の信号に基づいて振動板
２６の変位を零にするためのフィードバック電圧ＶF を
演算し、前記可動側検出用くし状電極２９と固定側検出
用くし状電極３４間に出力するもので、該フィードバッ
ク電圧ＶF は振動板２６のＹ軸方向に変位させるコリオ
リ力に比例した出力となる。

【００６０】この結果、角速度センサ２１では、Ｚ軸周
りの角速度ΩZ が加わると、コリオリ力によって振動板
２６はＹ軸方向に変位しようとするが、サーボ機構４１
はＹ軸方向の変位を打消すためのフィードバック電圧Ｖ
F を変位検出部３８の電極２９，３４間に印加している
から、該フィードバック電圧ＶF を検出することによっ
てＺ軸周りの角速度ΩZ を検出することができる。

【００６１】然るに、本実施例では、前記サーボ機構４
１によって振動板２６のＹ軸方向の変位を打消すフィー
ドバック電圧ＶF によって振動板２６に加わるコリオリ
力を検出するようにしたから、変位検出部３８の可動側
検出用くし状電極２９と固定側検出用くし状電極３４間
の隙間寸法ｄ0 に関係なく大きな変位量を検出すること
ができる。例えば、角速度センサ２１のように、角速度
ΩZ の検出感度を高めるために、振動板２６のＸ軸方向
の振動による振幅を大きくし、角速度ΩZ が加わったと
きのＹ軸方向の振動板２６の変位が変位検出部３８の可
動側検出用くし状電極２９と固定側検出用くし状電極３
４間の隙間寸法ｄ0 を越えるような場合には、特に有効
である。

【００６２】従って、本実施例では、変位検出部３８を
構成する可動側検出用くし状電極２９，固定側検出用く
し状電極３４間の隙間寸法ｄ0 に捕らわれることなく、
振動板２６を矢示ａ方向に大きく振動させることがで
き、より高精度の角速度検出を行うことができる。

【００６３】次に、図５ないし図７に本発明による第３
の実施例を示すに、本実施例の特徴は、振動板に基板に
対して垂直方向に変位可能な振動子を形成したことにあ
る。なお、本実施例では、前述した第１の実施例と同一
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。

【００６４】図中、５１は本実施例による角速度センサ
を示し、該角速度センサ５１は第１の実施例による角速
度センサ２１とほぼ同様に構成しているものの、可動部
２３の振動板５２の形状が異なっている。

【００６５】ここで、前記振動板５２は、各支持梁２５
の先端側に設けられた矩形状の外枠体５３と、基端側が
該外枠体５３の内側一辺に固着され、先端側が中央部に
向けて延びる２本の連結梁５４，５４と、該各連結梁５
４の先端側に位置して設けられた振動子５５とからな
り、前記各支持部２４，各支持梁２５と共に一体形成し
た可動部２３を構成している。そして、前記振動子５５
は各連結梁５４によって片持ち支持されているから、該
振動子５５は基板２２に対して垂直方向となるＺ軸方向
に変位可能に支持されている。なお、可動部２３は低抵
抗のポリシリコンまたは単結晶シリコン等によって形成
されているから、振動子５５の下面電極５５Ａは可動側
電極となる。

【００６６】図７中の５６は基板側電極を示し、該基板
側電極５６は基板２２上に、例えばＰ，Ｓｂ等の不純物
を高密度にドーピングすることにより導電性を有する電
極として形成されている。

【００６７】５７は一方の変位検出手段となるＹ軸方向
変位検出部を示し、該Ｙ軸方向変位検出部５７は第１の
実施例で述べた変位検出部３８と同様に、可動側検出用
くし状電極２９と固定側検出用くし状電極３４とからな
り、該可動側検出用くし状電極２９の各電極板３０と、
固定側検出用くし状電極３４の各電極板３６との間には
隙間寸法ｄ0 が形成され、該可動側検出用くし状電極２
９と固定側検出用くし状電極３４によって検出用の平行
平板コンデンサを構成し、各電極板３０，３６間の隙間
寸法ｄ0 の変化を静電容量の変化として検出している。

【００６８】５８は他方の変位検出手段となるＺ軸方向
変位検出部を示し、該Ｚ軸方向変位検出部５８は振動子
５５と基板側電極５６とからなり、該振動子５５の下面
に形成される下面電極５５Ａと基板側電極５６と間には
隙間寸法ｄ00が形成され、振動子５５の下面電極５５Ａ
と基板側電極５６によって検出用の平行平板コンデンサ
を構成し、振動子５５の下面電極５５Ａ，基板側電極５
６間の隙間寸法ｄ00の変化を静電容量の変化として検出
する。

【００６９】このように、本実施例による変位検出手段
は、Ｙ軸方向変位検出部５７によって振動板５２のＹ軸
方向の変位を検出し、Ｚ軸方向変位検出部５８によって
振動子５５のＺ軸方向の変位を検出するようになってい
る。

【００７０】本実施例による角速度センサ５１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。

【００７１】まず、振動発生部３７に振動駆動信号を印
加すると、Ｌ形電極板２８，３３との間に静電引力が発
生し、振動板５２は矢示ａ方向に振動する。この状態
で、Ｚ軸周りに角速度ΩZ が加わると、振動板５２は角
速度ΩZ の大きさと振動板５２の振幅に比例したコリオ
リ力によってＹ軸方向に変位する振動を発生する。この
結果、振動板５２のＹ軸方向の変位は、Ｙ軸方向変位検
出部５７によって、この隙間寸法ｄ0 の変化を静電容量
の変化として検出することにより、Ｚ軸周りの角速度Ω
Z を検出することができる。なお、Ｚ軸周りの角速度が
加わるときには、振動板５２の振動子５５はＺ軸方向に
は変位しない。

【００７２】一方、前述したように振動板５２を矢示ａ
方向に振動させた状態で、Ｙ軸周りの角速度ΩY が加わ
ったときには、振動板５２には角速度ΩY の大きさと振
動板５２の振幅に比例したコリオリ力がＺ軸方向に発生
する。この結果、振動板５２の振動子５５は各連結梁５
４によってＺ軸方向に変位可能になっているから、該振
動子５５はＺ軸方向に変位する。そして、振動子５５の
Ｚ軸方向の変位は、Ｚ軸方向変位検出部５８によって、
隙間寸法ｄ00の変化を静電容量の変化として検出し、Ｙ
軸周りの角速度ΩY を検出することができる。

【００７３】かくして、本実施例による角速度センサ５
１では、Ｘ軸とＹ軸方向に変位可能な振動板５２と、該
振動板５２内に位置してＸ軸とＹ軸とＺ軸の３軸方向に
変位可能な振動子５５を設けたから、振動板５２をＸ軸
方向に振動させた状態で、Ｚ軸周りの角速度ΩZ が加わ
ったときにはＹ軸方向変位検出部５６によって振動板５
２のＹ軸方向の変位として検出し、Ｙ軸周りの角速度Ω
Y が加わったときにはＺ軸方向変位検出部５７によって
振動子５５のＺ軸方向の変位として検出するようにした
から、コンパクトな１個の角速度センサ５１であっても
２軸方向の角速度を検出でき、その占有面積も小さくす
ることができる。

【００７４】次に、図８ないし図１０は本発明による第
４の実施例を示すに、本実施例の特徴は、振動発生手段
を振動板の平行する２辺に位置して設け、変位検出手段
を前記振動発生手段に直交する振動板の他の２辺に位置
して設けると共に、前記振動発生手段をなす可動側振動
用楔状電極と固定側振動用楔状電極の各電極板の形状を
略Ｅ字状に形成し、それぞれ対向するように突出した突
出部と、該突出部に形成した複数個の折曲部とからな
る。なお、本実施例では前述した第１の実施例と同一の
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。

【００７５】図中、６１は本実施例による角速度センサ
を示し、該角速度センサ６１は前述した角速度センサ２
１とほぼ同様に形成されているものの、可動側振動用楔
状電極と固定側振動用楔状電極の各電極板の形状が異な
っている。

【００７６】６２は振動板２６の左，右両側面に設けら
れた可動側振動用楔状電極を示し、該可動側振動用楔状
電極６２は複数の略Ｅ字状のＥ形電極板６３，６３，…
（４本）からなり、該各Ｅ形電極板６３は図１０に示す
ように、Ｙ軸方向に突出する突出部６３Ａと、該突出部
６３ＡからＸ軸方向にそれぞれ平行に延びる３本の折曲
部６３Ｂ，６３Ｂ，６３Ｂとから形成されている。

【００７７】６４，６４は振動板２６の前，後両側面に
設けられた可動側検出用くし状電極を示し、該各可動側
検出用くし状電極６４は複数個の板状の電極板６５，６
５，…（４本）からなる。

【００７８】６６，６６は基板２２上で振動板２６を
左，右両側から挟むように設けられた固定側振動用楔状
電極を示し、該各固定側振動用楔状電極６６は振動板２
６の左，右に位置して基板２２上に設けられた固定部６
７，６７と、前記可動側振動用楔状電極６２の各Ｅ形電
極板６３と対向するように、該各固定部６７に突出形成
された複数の略Ｅ字状のＥ形電極板６８，６８，…（４
本）とからなり、該各Ｅ形電極板６８は、Ｙ軸方向に突
出する突出部６８Ａと、該突出部６８ＡからＸ軸方向に
延びる３本の折曲部６８Ｂ，６８Ｂ，６８Ｂとから形成
されている。

【００７９】なお、固定側振動用楔状電極６６の各Ｅ形
電極板６８と可動側振動用楔状電極６２の各Ｅ形電極板
６３とは互いに離間して噛合するように配設されている
から、対面する固定側振動用楔状電極６６の各折曲部６
８Ｂと可動側振動用楔状電極６２の各折曲部６３Ｂとの
間はそれぞれ隙間寸法ｄ1 となり、一方の各折曲部６３
Ｂの先端と対向する突出部６８ＡまでのＸ軸方向の間隔
は隙間寸法ｄ2 となり、該隙間寸法ｄ2 は振動板２６が
矢示ａ方向の振動を行うときの最大振幅距離となる。

【００８０】６９，６９は基板２２上で振動板２６の
前，後両側に設けられた固定側検出用くし状電極を示
し、該各固定側検出用くし状電極６９は前，後に位置し
て基板２２上に設けられた固定部７０，７０と、前記可
動側検出用くし状電極６４の各電極板６５と対向するよ
うに、該固定部７０に突出形成された電極板７１，７
１，…（４本）とからなる。

【００８１】７２，７２は振動発生手段となる振動発生
部を示し、該各振動発生部７２は可動側振動用楔状電極
６２と固定側振動用楔状電極６６とから構成され、該各
振動発生部７２に周波数ｆの振動駆動信号を印加する
と、各Ｅ形電極板６３，６８間に静電引力が発生し、こ
の静電引力によって隙間寸法ｄ2 を伸縮させて矢示ａ方
向に振動を発生させる。

【００８２】７３，７３は変位検出手段となる変位検出
部を示し、該変位検出部７３は可動側検出用くし状電極
６４と固定側検出用くし状電極６９とからなり、該可動
側検出用くし状電極６４の各電極板６５と、固定側検出
用くし状電極６９の各電極板７１との間には隙間寸法ｄ
0 が形成され、該可動側検出用くし状電極６４と固定側
検出用くし状電極６９によって検出用の平行平板コンデ
ンサを構成し、各電極板６５，７１間の隙間寸法ｄ0 の
変化を静電容量の変化として検出している。

【００８３】本実施例による角速度センサ６１はこのよ
うに構成されるが、その検出動作は前述した第１の実施
例による角速度センサ２１と同様であるので、その動作
説明は省略する。

【００８４】また、本実施例では、振動発生部７２を構
成する各Ｅ形電極板６３と６８の形状を、それぞれ離間
して平行となる複数個の折曲部６３Ｂと６８Ｂを有する
ように形成したから、可動側振動用楔状電極６２と固定
側振動用楔状電極６６によって形成される有効面積を大
きくすることができ、振動発生部７２に入力される振動
駆動信号が電気的に振幅の小さな信号であっても、振動
板２６を矢示ａ方向に大きく振動させることができ、検
出感度を高めることができる。

【００８５】さらに、図１１ないし図１３は本発明によ
る第５の実施例を示すに、本実施例の特徴は、第４の実
施例に示した角速度センサ６１の振動板２６に代えて第
３の実施例に示すようなＺ軸方向に変位可能な振動子を
有する振動板を形成したことにある。なお、本実施例で
は、前述した第４の実施例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。

【００８６】図中、８１は本実施例による角速度センサ
を示し、該角速度センサ８１は第４の実施例による角速
度センサ６１とほぼ同様に構成しているものの、可動部
２３の振動板８２の形状が異なっている。

【００８７】ここで、前記振動板８２は、各支持梁２５
の先端側に設けられた矩形状の外枠体８３と、基端側が
該外枠体８３の内側に固着され、先端側が中央部に向け
て四方から延びる４本の連結梁８４，８４，…と、該各
連結梁８４の先端側に位置して設けられた振動子８５と
からなり、前記各支持部２４，各支持梁２５と共に一体
形成した可動部２３を構成している。そして、前記振動
子８５は各連結梁８４によって支持されているから、該
振動子８５は基板２２に対して垂直方向となるＺ軸方向
に変位可能に支持されている。なお、前記振動子８５の
下面電極８５Ａは可動側電極となっている。

【００８８】図１３中の８６は固定側電極となる基板側
電極を示し、該基板側電極８６は基板２２上に、例えば
Ｐ，Ｓｂ等の不純物を高密度にドーピングすることによ
り導電性を有する電極として形成している。

【００８９】８７，８７は一方の変位検出手段となるＹ
軸方向変位検出部を示し、該各Ｙ軸方向変位検出部８７
は可動側検出用くし状電極６４と固定側検出用くし状電
極６９とからなり、該可動側検出用くし状電極６４の各
電極板６５と、固定側検出用くし状電極６９の各電極板
７１との間には隙間寸法ｄ0 が形成され、該可動側検出
用くし状電極６４と固定側検出用くし状電極６９によっ
て検出用の平行平板コンデンサを構成し、各電極板６
５，７１間の隙間寸法ｄ0 の変化を静電容量の変化とし
て検出している。

【００９０】８８は他方の変位検出手段となるＺ軸方向
変位検出部を示し、該Ｚ軸方向変位検出部８８は振動子
８５と基板側電極８６とからなり、該振動子８５の下面
に形成された下面電極８５Ａと基板側電極８６との間に
は隙間寸法ｄ00が形成され、振動子８５の下面電極８５
Ａと基板側電極８６によって検出用の平行平板コンデン
サを構成し、振動子８５の下面電極８５Ａ，基板側電極
８６間の隙間寸法ｄ00の変化を静電容量の変化として検
出する。

【００９１】このように構成される角速度センサ８１で
は、その検出動作は前述した第３の実施例による角速度
センサ５１と同様に、Ｚ軸周りの角速度ΩZ とＹ軸周り
の角速度ΩY との２軸周りの角速度を検出することがで
きる。しかも、振動発生部７２を構成するＥ形電極板６
３と６８の形状によって有効面積を大きく形成している
から、振動板８２の矢示ａ方向の振幅を大きくでき、コ
リオリ力による振動板８２または振動子８５の変位を大
きくする。この結果、Ｙ軸方向変位検出部８７，Ｚ軸方
向変位検出部８８で検出される静電容量の変化を大きく
変化させ検出感度を高めることができる。

【００９２】さらに、図１４は本発明の第６の実施例を
示すに、本実施例の特徴は、第１の実施例中の振動発生
部３７を構成する楔状電極を変位検出手段として構成
し、変位検出部３８を構成するくし状電極を振動発生手
段としたことにある。

【００９３】なお、前記第１の実施例と同一の構成要素
に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
さらに、本実施例では、第１の実施例中の振動発生部３
７と変位検出部３８との動作を逆にして使用するため、
振動発生部３７を構成する可動側振動用楔状電極２７と
固定側振動用楔状電極３１とにダッシュ（′）を付して
可動側検出用楔状電極２７′と固定側検出用楔状電極３
１′とし、変位検出部３８を構成する可動側検出用くし
状電極２９と固定側検出用くし状電極３４とにダッシュ
（′）を付して可動側振動用くし状電極２９′と固定側
振動用くし状電極３４′として説明する。

【００９４】図中、９１は振動発生手段としての振動発
生部を示し、該振動発生部９１は可動側振動用くし状電
極２９′と固定側振動用くし状電極３４′とから構成さ
れ、該振動発生部９１に周波数ｆの振動駆動信号を印加
すると、各電極板３０′と３６′との間に静電引力が発
生し、この静電引力によって矢示ｂ方向に振動板２６を
振動させる。

【００９５】９２は変位検出手段としての変位検出部を
示し、該変位検出部９２は可動側検出用楔状電極２７′
と固定側検出用楔状電極３１′とから構成し、該可動側
検出用楔状電極２７′のＬ形電極板２８′と固定側検出
用楔状電極３１′のＬ形電極板３３′との間に検出用の
コンデンサを形成している。そして、該変位検出部９２
は、各Ｌ形電極板２８′，３３′間の隙間の変化を静電
容量の変化として検出する。

【００９６】本実施例による角速度センサにおいても、
前述した第１の実施例と同様の検出動作を行うもので、
振動発生部９１に振動駆動信号を印加すると、電極板３
０′，３６′間に静電引力が発生してこの静電引力によ
って振動板２６を矢示ｂ方向に振動させる。この状態
で、Ｚ軸周りの角速度ΩZ が加わると、Ｙ軸方向に変位
可能な振動板２６に対して角速度ΩZ の大きさと振動板
２６の振幅に比例したコリオリ力がＹ軸方向に発生す
る。

【００９７】これにより、振動板２６はこのコリオリ力
によってＹ軸方向の振動を行い、この変位に応じて固定
側検出用楔状電極３１′の各Ｌ形電極板３３′と可動側
検出用楔状電極２７′の各Ｌ形電極２８′との間で近
接，離間を繰返す。そして、変位検出部９２ではＬ形電
極板２８′，３３′の隙間の変化を静電容量の変化とし
て検出することにより、Ｚ軸周りの角速度ΩZ を検出す
ることができる。

【００９８】なお、前記第６の実施例では、振動板２６
をＸ，Ｙ軸の水平方向へ変位可能な振動板を有する角速
度センサに用いるだけでなく、図５に示すように、垂直
方向の変位を許す振動子を有する振動板を備えた角速度
センサに用いてもよいことは勿論である。

【００９９】次に、図１５は本発明の第７の実施例を示
すに、本実施例の特徴は、第４の実施例中の振動発生部
７２を構成する楔状電極を変位検出手段として構成し、
変位検出部７３を構成するくし状電極を振動発生手段と
したことにある。

【０１００】なお、前記第４の実施例と同一の構成要素
に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
さらに、本実施例では、第４の実施例中の振動発生部７
２と変位検出部７３の動作を逆にして使用するため、振
動発生部７２を構成する可動側振動用楔状電極６２と固
定側振動用楔状電極６６とにダッシュ（′）を付して可
動側検出用楔状電極６２′と固定側検出用楔状電極６
６′とし、変位検出部７３を構成する可動側検出用くし
状電極６４と固定側検出用くし状電極６９とにダッシュ
（′）を付して可動側振動用くし状電極６４′と固定側
振動用くし状電極６９′として説明する。

【０１０１】図中、９５は振動発生手段としての振動発
生部を示し、該振動発生部９５は可動側振動用くし状電
極６４′と固定側振動用くし状電極６９′とから構成さ
れ、該振動発生部９５に周波数ｆの振動駆動信号を印加
すると、各電極板６５′と７１′との間に静電引力が発
生し、この静電引力によって矢示ｂ方向に振動板２６を
振動させる。

【０１０２】９６は変位検出手段としての変位検出部を
示し、該変位検出部９６は可動側検出用楔状電極６２′
と固定側検出用楔状電極６６′とから構成し、該可動側
検出用楔状電極６２′のＥ形電極板６３′と固定側検出
用楔状電極６６′のＥ形電極板６８′との間に検出用の
コンデンサを形成している。そして、該変位検出部９６
は、各Ｅ形電極板６３′，６８′間の隙間の変化を静電
容量の変化として検出する。

【０１０３】このように構成される本実施例の角速度セ
ンサにおいても、前述した第４の実施例と同様にＺ軸周
りの角速度ΩZ を検出することができる。

【０１０４】なお、前記第７の実施例では、振動板２６
をＸ，Ｙ軸の水平方向へ変位可能な振動板を有する角速
度センサに用いるだけでなく、図１１に示すように、垂
直方向の変位を許す振動子を有する振動板を備えた角速
度センサに用いてもよいことは勿論である。

【０１０５】また、前記各実施例では、振動板の一辺側
に振動発生部を形成し、直交する他辺側に変位検出部を
形成した角速度センサ２１，５１や、振動板の平行な両
辺側に振動発生部を形成し、他の直交する両辺側に変位
検出部を形成した角速度センサ６１，８１を記載した
が、本発明はこれに限らず、図１６に示す角速度センサ
２１′のように振動板２６の左，右両側面側に振動発生
部３７，３７を形成したものでもよく、さらに振動板の
左側に振動発生部を形成し、前，後両側面側に変位検出
部を形成したものでもよいことは勿論である。

【０１０６】また、前記第２の実施例では、第１の実施
例による角速度センサ２１にのみサーボ機構４１を接続
するようにしたが、本発明はこれに限らず、他の実施例
による角速度センサ５１，６１，８１，２１′に適用す
ることも可能である。

【０１０７】さらに、前記第３の実施例では変位検出手
段をＹ軸方向変位検出部５７とＺ軸方向変位検出部５８
から構成し、前記第５の実施例では、変位検出手段をＹ
軸方向変位検出部８７とＺ軸方向変位検出部８８から構
成するものとして述べたが、本発明はこれに限らず、第
３の実施例によるＺ軸方向変位検出部５８のみ、または
第５の実施例によるＺ軸方向変位検出部８８のみで角速
度センサを構成してもよい。

【０１０８】

【発明の効果】以上詳述した如く、請求項１の発明で
は、振動発生手段の可動側楔状電極と固定側楔状電極と
の間に振動駆動信号を入力すると、該可動側楔状電極，
固定側楔状電極間のそれぞれ対面するＸ軸方向とＹ軸方
向の成分間に静電引力が発生し、該静電引力によって可
動側楔状電極は固定側楔状電極に対して近接，離間し、
Ｘ軸とＹ軸のうち一方の軸方向に振動板を振動させる。
一方、変位検出手段では前記振動板に形成した可動側く
し状電極と固定側くし状電極との間の静電容量によって
変位を検出するから、例えばＸ軸方向に振動させた状態
で、Ｚ軸周りの角速度が加わると、この角速度に応じて
振動板はＹ軸方向に変位し、この変位量を前記変位検出
手段によって検出し、Ｚ軸周りに加わる角速度を検出す
る。さらに、変位検出手段を構成する可動側くし状電極
と固定側くし状電極とは、振動発生手段によって振動板
が振動する振動方向と同一方向に延びる部分を有するか
ら、振動板の振幅が変位検出手段を構成するくし状電極
板によって規制されないようにすることができ、Ｚ軸周
りに加わる角速度の検出感度を高めることができる。

【０１０９】請求項２の発明では、振動発生手段の可動
側くし状電極と固定側くし状電極との間に振動駆動信号
を入力すると、該可動側くし状電極，固定側くし状電極
間のそれぞれ対面するＸ軸方向とＹ軸方向の成分間に静
電引力が発生し、該静電引力によって可動側くし状電極
は固定側くし状電極に対して近接，離間し、Ｘ軸とＹ軸
のうち一方の軸方向に振動板を振動させる。一方、変位
検出手段では前記振動板に形成した可動側楔状電極と固
定側楔状電極との間の静電容量によって変位を検出する
から、例えばＸ軸方向に振動させた状態で、Ｚ軸周りの
角速度が加わると、この角速度に応じて振動板はＹ軸方
向に変位し、この変位量を前記変位検出手段によって検
出し、Ｚ軸周りに加わる角速度を検出する。さらに、変
位検出手段を構成する可動側楔状電極と固定側楔状電極
とは、振動発生手段によって振動板が振動する振動方向
と同一方向に延びる部分を有するから、振動板の振幅が
変位検出手段を構成する楔状電極板によって規制されな
いようにすることができ、Ｚ軸周りに加わる角速度の検
出感度を高めることができる。

【０１１０】請求項３の発明では、前記振動板は外枠体
と該外枠体の内部に連結梁を介してＺ軸方向に変位する
振動子とから構成し、該振動子に形成した可動側電極と
該可動側電極に隙間をもって対面するように前記基板に
設けた固定側電極とによってＺ軸方向の変位量を検出す
るＺ軸方向変位検出手段を構成したから、振動発生手段
によって振動板を例えばＸ軸方向に振動させた状態で、
Ｙ軸周りの角速度が加わると、振動子にはＺ軸方向の変
位が発生し、この変位をＺ軸方向変位検出手段では、振
動子側の可動側電極と基板側の固定側電極との離間寸法
の変化を静電容量の変化として検出する。

【０１１１】請求項４の発明では、前記可動側楔状電極
と固定側楔状電極は、Ｘ軸方向の成分とＹ軸方向の成分
を有する複数個の電極板からなり、前記可動側楔状電極
を構成する電極板と固定側楔状電極を構成する電極板と
は隙間をもって対面させる構成としたから、可動側楔状
電極と固定側楔状電極とを振動発生手段として用いた場
合には、各電極間に振動駆動信号を入力すると、各電極
板間で静電引力が働き、振動板をＸ軸方向に大きく振動
させる。一方、可動側楔状電極と固定側楔状電極とを変
位検出手段として用いた場合には、各電極間の離間寸法
の変位を大きくし、検出される静電容量の変化を大きく
できる。

【０１１２】請求項５の発明では、可動側楔状電極を構
成する電極板と固定側楔状電極を構成する電極板とは互
いに離間して噛合するように配設され、可動側楔状電極
と固定側楔状電極とを振動発生手段として用いた場合に
は、可動側楔状電極と固定側楔状電極との間に振動駆動
信号を入力すると、可動側楔状電極の電極板の突出部と
対向する固定側楔状電極の電極板の突出部との間、可動
側楔状電極の電極板の折曲部と対面する固定側楔状電極
の電極板の折曲部との間に静電引力が発生し、該静電引
力によって可動側楔状電極は固定側楔状電極に対して各
折曲部の伸長する方向に近接してＸ軸方向に振動する振
動板の振幅を大きくできる。一方、可動側楔状電極と固
定側楔状電極とを変位検出手段として用いた場合には、
可動側楔状電極の電極板の折曲部と対面する固定側楔状
電極の電極板の折曲部との間の離間寸法の変位を大きく
して静電容量の変化を大きくして検出できる。

【０１１３】請求項６の発明では、前記振動発生手段は
前記振動板の平行な２辺に位置して設けることにより、
振動板に形成した可動側楔状電極と基板側に形成した固
定側楔状電極との有効面積を大きくでき、振動発生手段
によってＸ軸方向に振動する振幅を大きくできる。

【０１１４】請求項７の発明では、前記変位検出手段は
前記振動発生手段に直交する振動板の他の２辺に位置し
て設けることにより、振動板に形成した可動側くし状電
極と基板側に形成した固定側くし状電極との有効面積を
大きくでき、該変位検出手段から検出される静電容量を
大きくできる。

【０１１５】請求項８の発明では、前記変位検出手段の
後段に、角速度による変位量を静電容量の変化として検
出する静電容量検出手段と、該静電容量検出手段から出
力される静電容量の変化に基づいて変位量を零とするよ
うな制御信号を前記変位検出手段に印加する制御手段と
を設け、該制御手段から出力される制御信号によって角
速度による変位量を検出するようにしたから、前記静電
容量検出手段と制御手段とは、角速度による変位を阻止
するサーボ機構として構成され、該サーボ機構は変位し
ようとするときに、この力を打消すように制御手段から
変位検出手段に変位に反発する静電力を発生させる制御
信号を入力し、この制御信号は加わる角速度に応じた信
号となる。これにより、変位検出手段における電極板間
の隙間寸法に拘らず高精度な検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例による角速度センサを示す斜視図
である。

【図２】図１中の角速度センサを上からみた平面図であ
る。

【図３】図２中の要部を拡大して示す平面図である。

【図４】第２の実施例による角速度センサに用いるサー
ボ機構の構成を示すブロック図である。

【図５】第３の実施例による角速度センサを示す斜視図
である。

【図６】図５中の角速度センサを上からみた平面図であ
る。

【図７】図６中の矢示VII −VII からみた縦断面図であ
る。

【図８】第４の実施例による角速度センサを示す斜視図
である。

【図９】図８中の角速度センサを上からみた平面図であ
る。

【図１０】図９中の要部を拡大して示す平面図である。

【図１１】第５の実施例による角速度センサを示す斜視
図である。

【図１２】図１１中の角速度センサを上からみた平面図
である。

【図１３】図１２中の矢示XIII−XIIIからみた縦断面図
である。

【図１４】第６の実施例による角速度センサを示す斜視
図である。

【図１５】第７の実施例による角速度センサを示す斜視
図である。

【図１６】第１の実施例による角速度センサの変形例を
示す斜視図である。

【図１７】従来技術による角速度センサを示す斜視図で
ある。

【図１８】図１７中の角速度センサを上からみた平面図
である。

【符号の説明】

２１，２１′，５１，６１，８１ 角速度センサ ２２ 基板 ２４ 支持部 ２５ 支持梁 ２６，５２，８２ 振動板 ２７，６２ 可動側振動用楔状電極 ２７′，６２′ 可動側検出用楔状電極 ２８，３３，２８′，３３′ Ｌ形電極板 ２８Ａ，３３Ａ，６３Ａ，６８Ａ 突出部 ２８Ｂ，３３Ｂ，６３Ｂ，６８Ｂ 折曲部 ２９，６４ 可動側検出用くし状電極 ２９′，６４′ 可動側振動用くし状電極 ３０，３６，６５，７１，３０′，３６′，６５′，７
１′ 電極板 ３１，６６ 固定側振動用楔状電極 ３１′，６６′ 固定側検出用楔状電極 ３４，６９ 固定側検出用くし状電極 ３４′，６９′ 固定側振動用くし状電極 ３７，７２，９１，９５ 振動発生部 ３８，７３，９２，９６ 変位検出部 ４１ サーボ機構 ４２ 静電容量検出回路 ４３ フィードバック電圧演算出力回路 ５３，８３ 外枠体 ５４，８４ 連結梁 ５５，８５ 振動子 ５５Ａ，８５Ａ 下面電極（可動側電極） ５６，８６ 基板側電極（固定側電極） ５７，８７ Ｙ軸方向変位検出部 ５８，８８ Ｚ軸方向変位検出部 ６３，６８，６３′，６８′ Ｅ形電極板

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、基端側が該基板側に固着された
   支持梁と、該支持梁の先端側に位置して前記基板の表面
   から離間した状態でＸ軸，Ｙ軸方向に変位可能に設けら
   れた振動板と、該振動板をＸ軸とＹ軸のうち一方の軸方
   向に振動させる振動発生手段と、該振動発生手段によっ
   て前記振動板をＸ軸とＹ軸のうち一方の軸方向に振動さ
   せた状態で、Ｚ軸周りの角速度が加えられたとき、この
   角速度の変化に対応するＸ軸とＹ軸のうち他方の軸方向
   の変位量を検出する変位検出手段とを備えた角速度セン
   サにおいて、 前記振動発生手段は前記振動板の少なくとも一辺に突出
   して設けられ、Ｘ軸方向とＹ軸方向の成分を有する可動
   側楔状電極と、該可動側楔状電極と隙間をもって対面す
   るように前記基板側に設けられ、Ｘ軸方向とＹ軸方向の
   成分を有する固定側楔状電極とから構成し、前記変位検
   出手段は前記振動板の可動側楔状電極と直交する少なく
   とも他の一辺に突出して設けられた可動側くし状電極
   と、該可動側くし状電極と隙間をもって対面するように
   前記基板側に設けられた固定側くし状電極とから構成し
   たことを特徴とする角速度センサ。
2. 【請求項２】 基板と、基端側が該基板側に固着された
   支持梁と、該支持梁の先端側に位置して前記基板の表面
   から離間した状態でＸ軸，Ｙ軸方向に変位可能に設けら
   れた振動板と、該振動板をＸ軸とＹ軸のうち一方の軸方
   向に振動させる振動発生手段と、該振動発生手段によっ
   て前記振動板をＸ軸とＹ軸のうち一方の軸方向に振動さ
   せた状態で、Ｚ軸周りの角速度が加えられたとき、この
   角速度の変化に対応するＸ軸とＹ軸のうち他方の軸方向
   の変位量を検出する変位検出手段とを備えた角速度セン
   サにおいて、 前記変位検出手段は前記振動板の少なくとも一辺に突出
   して設けられ、Ｘ軸方向とＹ軸方向の成分を有する可動
   側楔状電極と、該可動側楔状電極と隙間をもって対面す
   るように前記基板側に設けられ、Ｘ軸方向とＹ軸方向の
   成分を有する固定側楔状電極とから構成し、前記振動発
   生手段は前記振動板の可動側楔状電極と直交する少なく
   とも他の一辺に突出して設けられた可動側くし状電極
   と、該可動側くし状電極と隙間をもって対面するように
   前記基板側に設けられた固定側くし状電極とから構成し
   たことを特徴とする角速度センサ。
3. 【請求項３】 前記振動板は外枠体と該外枠体の内部に
   連結梁を介してＺ軸方向に変位する振動子とから構成
   し、該振動子に形成した可動側電極と該可動側電極に隙
   間をもって対面するように前記基板に設けた固定側電極
   とにより、前記振動発生手段によって前記振動板をＸ軸
   とＹ軸のうち一方の軸方向に振動させた状態で、Ｘ軸と
   Ｙ軸のうち他方の軸周りの角速度が加えられたとき、こ
   の角速度の変化に対応するＺ軸方向の変位量を検出する
   Ｚ軸方向変位検出手段を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】 前記可動側楔状電極と固定側楔状電極
   は、Ｘ軸方向の成分とＹ軸方向の成分を有する複数個の
   電極板からなり、前記可動側楔状電極を構成する電極板
   と固定側楔状電極を構成する電極板とは隙間をもって対
   面させる構成としてなる請求項１，２または３記載の角
   速度センサ。
5. 【請求項５】 前記可動側楔状電極を構成する電極板と
   固定側楔状電極を構成する電極板は、前記振動板から突
   出して設けられたＹ軸方向の成分となる突出部と、該突
   出部の先端から折曲して形成されたＸ軸方向の成分とな
   る折曲部とから構成してなる請求項４記載の角速度セン
   サ。
6. 【請求項６】 前記振動発生手段は前記振動板の平行な
   ２辺に位置して設けてなる請求項１，２，３，４または
   ５記載の角速度センサ。
7. 【請求項７】 前記変位検出手段は前記振動発生手段に
   直交する振動板の他の２辺に位置して設けてなる請求項
   １，２，３，４，５または６記載の角速度センサ。
8. 【請求項８】 前記変位検出手段の後段には、角速度に
   よる変位量を静電容量の変化として検出する静電容量検
   出手段と、該静電容量検出手段から出力される静電容量
   の変化に基づいて変位量を零とするような制御信号を前
   記変位検出手段に印加する制御手段とを設け、該制御手
   段から出力される制御信号によって角速度による変位量
   を検出してなる請求項１，２，３，４，５，６または７
   記載の角速度センサ。