JPH11230760A - 半導体振動ジャイロセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一つのセンサで角速度と加速度の計測が可能
で、しかも量産性に富む半導体振動ジャイロセンサを提
供する。 【解決手段】 第１及び第２の駆動電極19,20に所定の
励振信号を印加すると、第１乃至第４の錘10a〜10dが音
叉振動子と同様な状態で振動し、その際、ダイアフラム
12の面に直交する方向に沿う軸を中心とした角速度が作
用すると、第１及び第２の角速度検出電極21,22におけ
る静電容量変化として角速度の計測ができる。また、ダ
イアフラム12と加速度検出電極23との間隙が変化するよ
うな加速度が生ずると、加速度検出電極23における静電
容量変化として、加速度の計測ができるようになってい
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、いわゆるコリオリ
力の発生を検知して、角速度等の計測を可能とした振動
ジャイロセンサに係り、特に、計測能力の拡大を図った
ものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のセンサとしては、例え
ば、特開平７−３０１５３６号公報に示されたように、
いわゆる音叉振動子を設けると共に、この音叉振動子の
平面部分に磁気抵抗素子を配設し、音叉振動子を振動さ
せた状態において、振動子の長手軸方向を中心とした回
転力が作用した際に、音叉振動子に生ずるコリオリの力
に起因する捩れ振動によって、磁気抵抗素子の抵抗値の
変化を検出することで、角速度の計測を可能としたもの
が公知・周知となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来のセンサの場合、一つの軸回りにおける角速
度の計測ができるだけであるので、例えば、車両等の装
置において、角速度の他に、加速度を測定したい場合に
は、加速度測定用のセンサを別個に設ける必要が生ず
る。また、複数の軸、例えば、各々互いに直交する３軸
における角度度の測定を望む場合にも、測定を所望する
軸毎に専用のセンサを設ける必要が生じ、設定スペース
の拡大を余儀なくされ、特に、車両のように、狭い設置
スペースに種々の部品等が配置されなければならないよ
うなものにおいては、設置スペースの拡大は解決容易な
問題ではない。さらに、複数のセンサを設けることは、
装置の高価格化を招くこととなるという問題がある。

【０００４】本発明は、上記実状に鑑みてなされたもの
で、一つのセンサで角速度と加速度の計測が可能で、し
かも量産性に富む半導体振動ジャイロセンサを提供する
ものである。また、本発明の他の目的は、複数の軸にお
ける角速度の計測が可能で、しかも量産性に富む半導体
振動ジャイロセンサを提供することにある。さらに、本
発明の他の目的は、消費電力が小さくて済む半導体振動
ジャイロセンサを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る半導体振動ジャイロセンサは、半導体部材から形成さ
れたダイアフラムと、前記ダイアフラムに対向して設け
られ、所定の励振信号がそれぞれ印加される２つの駆動
電極と、前記ダイアフラムに対向して設けられ、前記ダ
イアフラムとの間の静電容量が検出される２つの角速度
検出用電極と、前記ダイアフラムの前記２つの駆動電極
及び前記２つの角速度検出用電極との対向面と反対側の
面上に設けられた４つの錘とを具備してなり、前記２つ
の駆動電極にそれぞれ励振信号が印加された状態におい
て、前記ダイアフラムと前記２つの駆動電極及び前記２
つの角速度検出用電極との対向方向に対して直交する方
向に沿った軸を中心に回転力が作用した際における前記
２つの角速度用検出電極と前記ダイアフラムとの間に得
られる静電容量の変化に基づいて角速度を計測可能とし
たものである。

【０００６】かかる構成は、特に、２つの駆動電極に所
定の励振信号を印加した状態において、ダイアフラムと
電極の対向方向に沿った軸を中心に回転力が生じた際
に、錘に作用するコリオリの力によるダイアフラムの変
位に着目したものである。すなわち、４つの錘を適宜な
配置とすることで、２つを一組として、それぞれが丁度
音叉型振動子として、コリオリ力により振動し、ダイア
フラムが変位し、その変位は、そのダイアフラムの部位
と対向する位置に配置された電極との静電容量変化とし
て捉えることができ、その変化は、回転力すなわち、角
速度の大きさに応じたものとなるため、角速度の検出が
可能となるものである。

【０００７】請求項４記載の発明に係る半導体振動ジャ
イロは、半導体部材から形成されたダイアフラムと、前
記ダイアフラムに対向して設けられ、所定の励振信号が
印加される駆動電極と、前記駆動電極の周囲において所
定の間隔を隔てて、前記ダイアフラムに対向するように
配設された一組のＸ軸検出電極と、前記駆動電極の周囲
において所定の間隔を隔て、前記一組のＸ軸検出電極が
配設された方向に対して直交する方向において前記ダイ
アフラムに対向するように配設された一組のＹ軸検出電
極と、前記一組のＸ軸検出電極及び前記一組のＹ軸検出
電極の各電極の一方の脇にそれぞれ配設された４つの第
１のＺ軸検出電極と、前記一組のＸ軸検出電極及び前記
一組のＹ軸検出電極の各電極の前記第１のＺ軸検出電極
が配設されたと反対側の前記各電極の脇にそれぞれ配設
された４つの第２のＺ軸検出電極と、前記ダイアフラム
の前記駆動電極、前記一組のＸ軸検出電極、前記一組の
Ｙ軸検出電極、前記４つの第１のＺ軸検出電極及び前記
４つの第２のＺ軸検出電極との対向面と反対側の面上に
配設された４つの錘とを具備してなり、前記駆動電極に
励振信号が印加された状態において、前記一組のＹ軸検
出電極が配設された方向に沿った第１の軸を中心とする
回転力が作用した場合に、前記一組のＸ軸検出電極と前
記ダイアフラムとの間の静電容量の変化量に基づいて前
記第１の軸を中心として作用した角速度の計測を可能と
し、前記一組のＸ軸検出電極が配設された方向に沿った
第２の軸を中心とする回転力が作用した場合に、前記一
組のＹ軸検出電極と前記ダイアフラムとの間の静電容量
の変化量に基づいて前記第２の軸を中心として作用した
角速度の計測を可能とし、前記ダイアフラムを含む面に
直交する方向に沿った第３の軸を中心とする回転力が作
用した場合に、前記ダイアフラムと前記４つの第１のＺ
軸検出検出電極との間の静電容量と、前記ダイアフラム
と前記４つの第２のＺ軸検出電極との間の静電容量との
変化量に基づいて前記第３の軸を中心として作用した角
速度の計測を可能としたものである。

【０００８】かかる構成は、特に、駆動電極に所定の励
振信号を印加し、４つの錘を所定の振動状態にした場合
において、全体に所定の軸を中心とした回転力が作用し
た際に、錘に作用するコリオリの力によるダイアフラム
の変位に着目したものである。すなわち、４つの錘を適
宜な配置とすることで、２つを一組として、それぞれが
丁度音叉型振動子として、コリオリ力により振動し、ダ
イアフラムが変位し、その変位は、そのダイアフラムの
部位と対向する位置に配置された電極との静電容量変化
として捉えることができ、その変化は、回転力すなわ
ち、角速度の大きさに応じたものとなるため、角速度の
検出が可能となるものである。特に、直交する３軸のそ
れぞれにおける角速度が可能となるように、電極を配置
して３軸方向での角速度の計測を可能とした点に特徴を
有するものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態におけ
る半導体振動ジャイロセンサについて、図１乃至図３０
を参照しつつ説明する。なお、以下に説明する部材、配
置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の
範囲内で種々改変することができるものである。最初
に、第１の例について、図１乃至図１４を参照しつつ説
明する。この第１の例における半導体振動ジャイロセン
サＳ1は、まず、概括的にその構造を述べれば、例えば
シリコン等の半導体部材を用いてなる平板状の上板部材
１と、例えばガラス等の非導電部材を用いてなる枠体２
と、この枠体２の内側に配設される錘部３と、例えばシ
リコン等の半導体部材を用いてなる支持板部材４と、例
えばガラス等の非導電部材を用いてなり、電極部５が形
成されてなる底板部材６とに大別されなるもので、いわ
ゆる４層構造に形成されたものとなっている（図１参
照）。

【００１０】以下、詳述すれば、まず、錘部３は、ガラ
スを用いてなる四面体、より具体的には、例えば、立方
体状に形成されてなる４つの第１乃至第４の錘１０ａ〜
１０ｄを具備し、これら第１乃至第４の錘１０ａ〜１０
ｄが支持板部材４に次述するようにして配設されてなる
ものである（図２参照）。なお、便宜上、図２に示され
た支持板部材４の奥行き方向をＸ軸方向、図２において
支持板部材４の紙面左右方向をＹ軸方向、そして、これ
らＸ，Ｙ軸方向に対して直交する方向Ｚ軸方向と、それ
ぞれ定義する（図２参照）。最初に、支持板部材４につ
いて説明すれば、この支持板部材４は、シリコンを用い
て、外観が大凡平板状に形成されてなるもので、一方の
平面部分には、その底部が一部を除いて薄膜状となるよ
うに平面形状（ＸＹ平面上に現れる形状）が略正方形状
の凹部１１が形成されており、底部はダイアフラム１２
となっている（図１及び図２参照）。

【００１１】また、この凹部１１の底部の一部には、シ
リコンが削除されることなくそのまま残されて、４つの
第１乃至第４の錘支持部１３ａ〜１３ｄが形成されてい
る。すなわち、第１乃至第４の錘支持部１３ａ〜１３ｄ
は、この第１の例においては、その縦断面形状（ＺＹ平
面に現れる形状）が、例えば図１に示されたように逆台
形状となるよう全体が台錘形状に形成されてなるもの
で、Ｚ軸方向における厚みは、凹部１１周辺の部位と同
一となっている（図１参照）。そして、この第１の例に
おいては、第１乃至第４の錘支持部１３ａ〜１３ｄは、
凹部１１の中心に対して略点対称に配設されたものとな
っており、この第１乃至第４の錘支持部１３ａ〜１３ｄ
の頂部に、第１乃至第４の錘１０ａ〜１０ｄが、その一
面側で接合されて、第１乃至第４の錘支持部１３ａ〜１
３ｄに載置されたものとなっている（図１及び図２参
照）。また、支持板部材４の一側部には、後述する底板
部材６に設けられている第１乃至第５の外部接続用電極
２４ａ〜２４ｅと外部との配線の接続を容易にするため
に、切り欠き部１４が形成されている（図２参照）。な
お、支持板部材４における上述した第１乃至第４の錘１
０ａ〜１０ｄ、第１乃至第４の錘支持部１３ａ〜１３
ｄ、ダイアフラム１２等は、シリコン基板により、いわ
ゆる半導体製造技術を用いて一体形成されるものであ
る。

【００１２】ガラスを用いてなる枠体２は、その平面形
状（ＸＹ平面に現れる形状）がいわゆる枠状に形成され
て、ＸＹ平面形状が矩形状の開口を有するものとなって
いる。そして、枠体２の一方の面は、支持板部材４の周
囲の面と接合され、先の開口部分に上述した錘部３が収
納されるようになっており、枠体２の他方の面には、上
板部材１が接合されるようになっている（図１参照）。
上板部材１は、その外観形状が平板状に形成されてな
り、丁度、先の第１乃至第４の錘１０ａ〜１０ｄに対向
する平面側の部位には、それぞれ間隙用凹部１５ａ〜１
５ｄが形成されている（図１参照）。なお、図１におい
ては、間隙用凹部１５ａ，１５ｃのみが図示されてお
り、残りの間隙用凹部１５ｂ，１５ｄは、図示を省略し
てある。

【００１３】そして、この間隙用凹部１５ａ〜１５ｄに
よって、周囲に比較してそのＺ軸方向の厚みが薄く形成
された部位は、ストッパ１６として作用するものとなっ
ている。すなわち、複数のストッパ１６は、この半導体
振動ジャイロセンサＳ1に、例えば過度の衝撃が加えら
れた際、第１乃至第４の錘１０ａ〜１０ｄがその衝撃に
より振動して、相互に激突する等して破損するようなこ
とを防止するためのものである。

【００１４】また、４つの間隙用凹部１５ａ〜１５ｄの
底部の略中央には、それぞれダンピング調整孔１７が穿
設されており、第１乃至第４の錘１０ａ〜１０ｄの動き
に対する空気抵抗に基づくいわゆるダンピングが効きす
ぎることのないようにしている。なお、このダンピング
調整孔１７は、半導体振動ジャイロセンサＳ1のいわゆ
るパッケージングが大気と略同じ状態とされる場合に必
要となるものであり、真空中でパッケージングが行われ
る場合には、ダンピングは軽減されるために、このダン
ピング調整孔１７は不要となる。

【００１５】次に、電極部５が形成されてなる底板部材
６は、その外周形状が上述した支持板部材４等と略同一
の矩形状に形成されたもので、一方の面、すなわち、支
持板部材４に対応する側の平面部分には、支持板部材４
と接合される部位が複数形成される一方、これらの部位
に対して所定の厚みだけガラスが除去されて、Ｚ軸方向
での断面が先の部位に対して凹状（図１参照）となるよ
うに形成された電極配設部１８を有するものとなってい
る（図３参照）。

【００１６】そして、この電極配設部１８において、次
述するように電極部５が形成されている。すなわち、電
極部５は、第１の駆動電極１９、第２の駆動電極２０、
第１の角速度用検出電極２１、第２の角速度用検出電極
２２及び加速度検出電極２３並びに第１乃至第５の外部
接続用電極２４ａ〜２４ｅを主たる構成要素としてなる
ものである（図３及び図４参照）。第１及び第２の駆動
電極１９，２０並びに第１及び第２の角速度用検出電極
２１，２２は、加速度検出電極２３を中心に、その周囲
に配設されたものとなっている（図４参照）。加速度検
出電極２３は、底板部材６が先の支持板部材４に接合さ
れた状態において、先の第１乃至第４の錘１０ａ〜１０
ｄに囲まれたダイアフラム１２の部位に略対向する位置
に設けられており、この第１の例においては、その平面
形状が略正方形状に形成されたものとなっている（図４
参照）。

【００１７】一方、第１及び第２の駆動電極１９，２０
並びに第１及び第２の角速度用検出電極２１，２２は、
共に加速度検出電極２３より大きな正方形状に形成され
た電極の一つの角が切り欠かれた平面形状を有してなる
もので、その切り欠き部分の辺が、加速度検出電極２３
の一辺と間隙を介して対向するように配設されるものと
なっており、いずれも略同一の大きさに形成されたもの
となっている（図４参照）。そして、第１の駆動電極１
９は、第１及び第４の錘１０ａ，１０ｄと支持板部材４
の角部分に囲まれたダイアフラム１２の部位に略対向す
る部位に配設されたものとなっている（図２乃至図５参
照）。第２の駆動電極２０は、第２及び第３の錘１０
ｂ，１０ｃと支持板部材４の角部分に囲まれたダイアフ
ラム１２の部位に略対向する部位に配設されたものとな
っている（図２乃至図５参照）。

【００１８】また、第１の角速度用検出電極２１は、第
１及び第２の錘１０ａ，１０ｂと支持板部材４の角部分
に囲まれたダイアフラム１２の部位に略対向する部位に
配設されたものとなっている（図２乃至図５参照）。そ
して、第２の角速度用検出電極２２は、第３及び第４の
錘１０ｃ，１０ｄと支持板部材４の角部分に囲まれたダ
イアフラム１２の部位に略対向する部位に配設されたも
のとなっている（図２乃至図５参照）。

【００１９】そして、これら第１及び第２の駆動電極１
９，２０、第１及び第２の角速度用検出電極２１，２２
及び加速度検出電極２３と第１乃至第４の錘１０ａ〜１
０ｄとの相対的な位置関係は、図５に示されたように、
ＸＹ平面で見た場合、まず、第１の錘１０ａは、第１の
駆動電極１９と第１の角速度用検出電極２１の双方にい
わば跨るような位置となっている。また、第２の錘１０
ｂは、第１の角速度用検出電極２１と第２の駆動電極２
０の双方にいわば跨るような位置となっている。さら
に、第３の錘１０ｃは、第２の駆動電極２０と第２の角
速度用検出電極２２の双方にいわば跨るような位置とな
っている。またさらに、第４の錘１０ｃは、第１の駆動
電極１９と第２の角速度用検出電極２２の双方にいわば
跨るような位置となっている。

【００２０】一方、第１乃至第５の外部接続用電極２４
ａ〜２４ｅは、何れも略正方形状に形成されて、先の支
持板部材４の切り欠き部１４に対向する部位において、
適宜な間隔を隔てて、略直線上に配設されている（図３
及び図４参照）。そして、第１の外部接続用電極２４ａ
と第１の駆動電極１９とが、適宜に配設された第１の接
続用配線２５ａを介して接続されている（図３及び図４
参照）。また、第２の外部接続用電極２４ｂと第１の角
速度用検出電極２１とが、適宜に配設された第２の接続
用配線２５ｂを介して接続されている（図３及び図４参
照）。さらに、第３の外部接続用電極２４ｃと加速度検
出電極２３とが、適宜に配設された第３の接続用配線２
５ｃを介して接続されている（図３及び図４参照）。さ
らに、第４の外部接続用電極２４ｄと第２の駆動電極２
０とが、適宜に配設された第４の接続用配線２５ｄを介
して接続されている（図３及び図４参照）。またさら
に、第５の外部接続用電極２４ｅと第２の角速度用検出
電極２２とが、適宜に配設された第５の接続用配線２５
ｅを介して接続されている（図３及び図４参照）。

【００２１】なお、これら第１及び第２の駆動電極１
９，２０、第１及び第２の角速度用検出電極２１，２
２、加速度検出電極２３、第１乃至第５の外部接続用電
極２４ａ〜２４ｅ及び第１乃至第５の接続用配線２５ａ
〜２５ｅは、導電性部材からなるもので、例えばアルミ
ニウム、銅等が好適である。

【００２２】次に、上記構成における動作について図６
乃至図１４を参照しつつ説明する。最初に、この半導体
振動ジャイロセンサＳ1の駆動方法と概略的な振動の形
態について、図６乃至図８を参照しつつ説明する。ま
ず、第１及び第２の駆動電極１９，２０には、いわゆる
励振信号として、それぞれ適宜な周波数を有する電圧を
交互に印加する。換言すれば、互いに１８０度位相が異
なる同一周波数の交流信号（または繰り返しパルス信
号）を印加する。なお、ダイアフラム１２が形成された
支持板部材４は、上述の励振信号を発生する図示されな
い信号発生装置のいわゆる回路アースと共通の回路アー
スに接続されていることとする。

【００２３】この励振信号の印加により、第１及び第２
の駆動電極１９，２０と対応するダイアフラム１２の部
位との間には静電力が作用し、その結果、ダイアフラム
１２が振動し、その振動と共に第１乃至第４の錘１０ａ
〜１０ｄも振動することとなる。このダイアフラム１２
及び第１乃至第４の錘１０ａ〜１０ｄの振動の形態は、
後述するように、励振信号の周波数に応じて種々異なる
ものである。図６乃至図８には、このダイアフラム１２
の振動に対する第１乃至第４の錘１０ａ〜１０ｄの変位
の状態が模式的に示されており、以下、同図を参照しつ
つ説明する。例えば、ダイアフラム１２の第１乃至第４
の錘１０ａ〜１０ｄに囲まれた部位が静電力により電極
部５へ近づくように変位すると、第１乃至第４の錘１０
ａ〜１０ｄは、相互の間隔が小さくなるような方向に振
れることとなる（図６参照）。なお、図６乃至図８にお
いては、第１及び第３の錘１０ａ，１０ｃの振れの様子
が示されており、第２及び第４の錘１０ｂ，１０ｄにつ
いては図示を省略してある。

【００２４】一方、上述したダイアフラム１２の部位が
電極部５から離間する方向へ変位すると、第１乃至第４
の錘１０ａ〜１０ｄも、相互の間隔が拡がる方向へ振れ
ることとなる（図７参照）。上述したダイアフラム１２
の変位は、励振信号の振幅変化に伴い交互に生じて振動
状態となり、その結果、第１乃至第４の錘１０ａ〜１０
ｄも同様に上述した２つの状態を繰り返すことで振動状
態となる（図８参照）。

【００２５】次に、励振信号の周波数に応じたより具体
的なダイアフラム１２と第１乃至第４の錘１０ａ〜１０
ｄの典型的な振動の形態について図９乃至図１３を参照
しつつ説明すれば、まず、図９は、励振信号の周波数が
７８０Ｈｚの場合の振動の様子を模式的に示したもので
ある。この場合、ダイアフラム１２は、第１乃至第４の
錘１０ａ〜１０ｄで囲まれた部位（図９においていわゆ
る網掛け状態に表示された部位）がＺ軸方向で振動する
こととなる。そして、特に、図９において網掛けされた
部位が電極部５から離間する方向、換言すれば、図９に
おいて紙面裏面側から表面側へ変位した場合、第１乃至
第４の錘１０ａ〜１０ｄは、同図において実線矢印で示
された方向へ振れることとなる。なお、ダイアフラム１
２が逆に電極部５へ接近する方向へ変位した場合には、
第１乃至第４の錘１０ａ〜１０ｄは、図９において実線
矢印とは反対方向へ振れることとなる。

【００２６】次に、励振信号の周波数を２０１９Ｈｚと
した場合について説明する。この場合、図１０におい
て、網掛けされたダイアフラム１２の部位（第２及び第
３の錘１０ｂ，１０ｃの間のダイアフラム１２の部分）
がＺ軸方向で振動すると共に、同図において点線で囲ま
れたダイアフラム１２の部位（第１及び第４の錘１０
ａ，１０ｄの間のダイアフラム１２の部位）が同じくＺ
軸方向で振動することとなる。この２つの部位の振動
は、例えば、図１０において、網掛けされたダイアフラ
ム１２の部位（第２及び第３の錘１０ｂ，１０ｃの間の
ダイアフラム１２の部分）が電極部５から離間する方向
へ変位（換言すれば紙面裏面側から表面側へ変位）した
場合には、同図において点線で囲まれたダイアフラム１
２の部位（第１及び第４の錘１０ａ，１０ｄの間のダイ
アフラム１２の部位）は、電極部５へ接近する方向へ変
位（換言すれば紙面表面側から裏面側へ変位）する状態
となるものである。

【００２７】そして、上述のようにダイアフラム１２が
変位した場合においては、第１の錘１０ａと第４の錘１
０ｄとが互いに接近する方向へ振れ（図１０の実線矢印
参照）、第２の錘１０ｂと第３の錘１０ｃとは、互いに
離間する方向へ振れることとなる（図１０の実線矢印参
照）。特に、この場合、第１及び第４の錘１０ａ，１０
ｄは、一組のいわゆる音叉型振動子として振動している
と捉えることができる。また、第２及び第３の錘１０
ｂ，１０ｃも同様に一組の音叉型振動子として振動して
いると捉えることができるものである。

【００２８】励振信号の周波数が２０１９Ｈｚの場合、
振動の形態は、図１０に示された形態の他にもう一つあ
り、その模式的な様子が図１１に示されており、以下、
この振動の形態について説明する。この場合、振動のあ
る瞬間を捉えると、図１１において、網掛けされた第１
及び第２の錘１０ａ，１０ｂの間のダイアフラム１２の
部位が紙面裏面側から表面側へ変位すると同時に、図１
１において点線で囲まれた第３及び第４の錘１０ｃ，１
０ｄの間のダイアフラム１２の部位が紙面表面側から裏
面側へ変位することとなる。そして、第１の錘１０ａと
第２の錘１０ｂとが互いに離間する方向へ振れる（図１
１の実線矢印参照）一方、第３の錘１０ｃと第４の錘１
０ｄとが互いに接近する方向へ振れることとなる（図１
１の実線矢印参照）。

【００２９】次に、励振信号の周波数が２３８８Ｈｚの
場合について図１２を参照しつつ説明する。この場合、
振動のある瞬間を捉えると、図１２に示されたように、
ダイアフラム１２の網掛けされた２箇所の部位、すなわ
ち、第２の錘１０ｂと第３の錘１０ｃと支持板部材４の
角部とに囲まれた部位ａと、第１の錘１０ａと、第４の
錘１０ｄと支持板部材４の角部とに囲まれた部位ｂと
が、それぞれ紙面裏面側から紙面表面側へ変位すると同
時に、図１２において、ダイアフラム１２の点線で囲ま
れた２箇所の部位、すなわち、第１の錘１０ａと第２の
錘１０ｂと支持板部材４の角部とに囲まれた部位ｃと、
第３の錘１０ｃと第４の錘１０ｄと支持板部材４の角部
とに囲まれた部位ｄとが、それぞれ紙面表側から裏面側
へ変位することとなる。そして、第１及び第２の錘１０
ａ，１０ｂは、部位ｃの方向へ振れる（図１２の実線矢
印参照）一方、第３及び第４の錘１０ｃ，１０ｄは、部
位ｄの方向へ振れることとなる（図１２の実線矢印参
照）。

【００３０】次に、励振信号の周波数が３３２２Ｈｚの
場合について図１３を参照しつつ説明する。この場合、
振動のある瞬間を捉えると、図１３に示されたように、
第１の錘１０ａの周囲では、同図において第１の錘１０
ａの紙面左脇のダイアフラム１２の部位（図１３におい
て網掛けされた部位）ｅが紙面裏面側から表面側へ変位
すると同時に、第１の錘１０ａの紙面右脇のダイアフラ
ム１２の部位（図１３において点線で囲まれた部位）ｆ
が紙面表面側から裏面側へ変位することとなる。また、
第２の錘１０ｂの周囲では、図１３において第２の錘１
０ｂの紙面上側のダイアフラム１２の部位（図１３にお
いて網掛けされた部位）ｇが紙面裏面側から表面側へ変
位すると同時に、第２の錘１０ｂの紙面下側のダイアフ
ラム１２の部位（図１３において点線で囲まれた部位）
ｈが紙面表面側から裏面側へ変位することとなる。

【００３１】さらに、第３の錘１０ｃの周囲において
は、図１３において第３の錘１０ｃの紙面右脇のダイア
フラム１２の部位（図１３において網掛けされた部位）
ｉが紙面裏面側から表面側へ変位すると同時に、第３の
錘１０ｃの紙面左脇のダイアフラム１２の部位（図１３
において点線で囲まれた部位）ｊが紙面表面側から裏面
側へ変位することとなる。またさらに、第４の錘１０ｄ
の周囲においては、図１３において第４の錘１０ｄの紙
面下側のダイアフラム１２の部位（図１３において網掛
けされた部位）ｋが紙面裏面側から表面側へ変位すると
同時に、第４の錘１０ｄの紙面上側のダイアフラム１２
の部位（図１３において点線で囲まれた部位）ｌが紙面
表面側から裏面側へ変位することとなる。そして、第１
の錘１０ａは、部位ｆの方向へ、第２の錘１０ｂは、部
位ｈの方向へ、第３の錘１０ｃは、部位ｊの方向へ、第
４の錘１０ｄは、部位ｌの方向へへ、それぞれ振れるこ
ととなる。なお、上述したそれぞれの振動形態において
示された励振信号の周波数は、あくまでも試験例であっ
て、ダイアフラム１２の大きさや厚み等によって変わり
得るものであり、絶対的なものではない。

【００３２】以上、代表的な振動の形態を説明したが、
この第１の例における半導体振動ジャイロセンサＳ1の
場合には、励振信号の周波数が２０１９Ｈｚの場合であ
って、特に、図１０に示された振動の形態を角速度の計
測に用いることとした。以下、この場合の動作について
図１４を参照しつつ説明する。まず、前提として、Ｚ軸
（同図において紙面表裏方向）を中心として作用する角
速度の計測を行うものとして以下説明する。すなわち、
先の図１０に示された状態において、例えば、Ｚ軸を中
心に回転力が作用したとし（例えば、図１４において紙
面時計回りの方向に回転力が作用した場合）、角速度ω
が生じたとする。ここで、Ｚ軸は、このセンサの略中心
を通るものと仮定する。

【００３３】Ｚ軸を中心とした回転により、第１乃至第
４の錘１０ａ〜１０ｄには、それぞれ錘１０ａ〜１０ｄ
の振れる方向と直交する方向にコリオリ力が発生する
（図１４参照）。すなわち、第１の錘１０ａが図１４に
おいて実線矢印で示されたように第４の錘１０ｄへ接近
する方向、すなわち、時計の９時と６時との略中間方向
へ振れた場合には、これと直交する方向、すなわち、９
時と１２時との略中間方向にコリオリ力が作用すること
となる（図１４の点線矢印参照）。また、第２の錘１０
ｂが図１４において実線矢印で示されたような方向、す
なわち、時計の１２時と３時の略中間方向に振れた場合
には、これと直交する方向、すなわち、３時と６時との
略中間方向にコリオリ力が作用することとなる（図１４
の点線矢印参照）。

【００３４】さらに、第３の錘１０ｃが時計の６時と９
時との略中間方向に振れた場合（図１４の実線矢印参
照）には、これと直交する方向、すなわち、９時と１２
時の略中間方向にコリオリ力が作用することとなる（図
１４の点線矢印参照）。またさらに、第４の錘１０ｄが
時計の１２時と３時との略中間方向に振れた場合（図１
４の実線矢印参照）には、これと直交する方向、すなわ
ち、３時と６時の略中間方向にコリオリ力が作用するこ
ととなる（図１４の点線矢印参照）。

【００３５】上述のようにコリオリ力が第１乃至第４の
錘１０ａ〜１０ｄに作用する結果、このコリオリ力によ
るダイアフラム１２の変位が生ずる。すなわち、第１の
角速度用検出電極２１に対向するダイアフラム１２の部
位は、第１及び第２の錘１０ａ，１０ｂにコリオリ力が
図１４において点線矢印で示されたように作用した場
合、電極部５と離間する方向、すなわち、紙面裏面側か
ら表面側へ変位することとなる。その結果、このダイア
フラム１２の部位と第１の角速度用検出電極２１との間
の静電容量が、上述の変位に応じて減少することとな
る。

【００３６】一方、第２の角速度用検出電極２２に対向
するダイアフラム１２の部位は、第３及び第４の錘１０
ｃ，１０ｄにコリオリ力が図１４において点線矢印で示
されたように作用した場合、電極部５へ接近する方向、
すなわち、紙面表面側から裏面側へ変位することとな
り、その変位の大きさは、先の第１の角速度用検出電極
２１に対向するダイアフラム１２の部位におけるものと
略同一である。その結果、このダイアフラム１２の部位
と第２の角速度用検出電極２２との間の静電容量が、上
述の変位に応じて増加することとなる。なお、上述した
第１の角速度用検出電極２１に対向するダイアフラム１
２の部位の変位及び第２の角速度用検出電極２２に対向
するダイアフラム１２の部位の変位は、ダイアフラム１
２の振動におけるある瞬間のものであるので、実際に
は、交互にその変位の状態が変わるものである。すなわ
ち、上述のように第１の角速度用検出電極２１に対向す
るダイアフラム１２の部位が電極部５から離間する方向
へ変位した後は、逆に電極部５へ接近する方向へ変位
し、このとき、第２の角速度用検出電極２２に対向する
ダイアフラム１２の部位は、先とは逆に電極部５から離
間する方向へ変位することとなるものである。

【００３７】ここで、第１の角速度用検出電極２１によ
り検出される静電容量について、コリオリ力によるダイ
アフラム１２の変位がない場合の静電容量をＣ₀と、コ
リオリ力によるダイアフラム１２の変位による静電容量
の変化分をΔＣと、それぞれ定義すると、コリオリ力が
生じ、第１の角速度用検出電極２１により検出される静
電容量が減少した際の静電量値は、Ｃ₀−ΔＣと表され
る。また、第２の角速度用検出電極２２により検出され
る静電容量について、コリオリ力によるダイアフラム１
２の変位がない場合の静電容量を同じくＣ₀と、コリオ
リ力によるダイアフラム１２の変位による静電容量の変
化分をΔＣと、それぞれ定義すると、コリオリ力が生
じ、第２の角速度用検出電極２２により検出される静電
容量が増加した際の静電量値は、Ｃ₀＋ΔＣと表され
る。

【００３８】そして、この第１の角速度用検出電極２１
により得られる静電容量値と第２の角速度用検出電極２
２により得られる静電容量値との差｛(Ｃ₀−ΔＣ)−(Ｃ
₀＋ΔＣ)｝の絶対値を求めると、２ΔＣとなり、その大
きさは、Ｚ軸回りの角速度ωの大きさに応じたものとな
る。すなわち、第１の角速度用検出電極２１から得られ
る静電容量と第２の角速度用検出電極２２から得られる
静電容量の差の絶対値を得ることで、角速度の計測が可
能となる。

【００３９】次に、加速度の計測について説明する。前
提として、先の角速度の計測の場合と同様に、Ｚ軸方向
に加速度が作用する場合について説明する。例えば、加
速度が図１４において紙面表裏方向へ作用したとする
と、ダイアフラム１２は、慣性力により電極部５と離間
する方向、すなわち、換言すれば、図１４において紙面
裏面側から表面側へ変位することとなり、その変位の大
きさは、加速度の大きさに対応したものとなる。これに
よって、加速度検出電極２３と、対向するダイアフラム
１２の部位とで形成される静電容量が変化する。すなわ
ち、この場合には、静電容量値は、加速度が作用する前
の状態から減少することとなる。一方、加速度が上述し
た方向と逆に作用した場合には、ダイアフラム１２の変
位も逆となり、加速度検出電極２３に得られる静電容量
は、加速度が作用する前を基準とすると増加することと
なる。したがって、加速度検出電極２３に得られる静電
容量の変化により、加速度の方向とその大きさを計測す
ることができることとなる。

【００４０】次に、第２の例について、図１５を参照し
つつ説明する。この第２の例は、特に、上述した第１の
例に示された構成を有する半導体振動ジャイロセンサに
おける電極の他の配置例を示すもので、次述する電極配
置を除けば、他の構成については、上述した第１の例と
同様のものである。したがって、以下の説明において
は、電極配置についてのみ説明することとする。なお、
図１５においては、先に図４に示されたような第１の外
部接続用電極２４ａや第１の接続用配線２５ａ等のよう
ないわば付属的なものの図示を省略してある。まず、図
１５において、点線で表された４つの正方形イ，ロ，
ハ，ニは、第１乃至第４の錘支持部１３ａ〜１３ｄ（図
２参照）のそれぞれの４つの頂点を、支持板部材４（図
２参照）へ投影し、それぞれ４つの投影された頂点を相
互に結んで形成される仮想的なものである。

【００４１】そして、第１の駆動電極１９Ａは、正方形
イ，ニの対向する２つの頂点ｃ1,ｃ2近傍の部分が含ま
れるような位置に、また、第２の駆動電極２０Ａは、正
方形ロ，ハの対向する２つの頂点ｃ3,ｃ4近傍の部分が
含まれるような位置に、それぞれ配設されている（図１
５参照）。さらに、第１の角速度用検出電極２１Ａは、
正方形イ，ロの対向する２つの頂点ｃ5，ｃ6近傍の部分
が含まれるような位置に、また、第２の角速度用検出電
極２２Ａは、正方形ハ，ニの対向する２つの頂点ｃ7,ｃ
8近傍の部分が含まれるような位置に、それぞれ配設さ
れている（図１５参照）。

【００４２】特に、第１及び第２の角速度用検出電極２
１Ａ，２２Ａを上述のような配置とするのは、先に、図
１０で説明した振動形態において、頂点ｃ5,ｃ6,ｃ7,ｃ
8の付近に対応するダイアフラム１２（図２参照）の部
位が最も変位が大となり、静電容量変化の検出に適する
ためである。

【００４３】この第２の例の場合、これら第１及び第２
の駆動電極１９Ａ，２０Ａ並びに第１及び第２の角速度
用検出電極２１Ａ，２２Ａは、いずれも正方形状に形成
されたものとなっている。また、上述のように配設さ
れ、さらに、これら第１及び第２の駆動電極１９Ａ，２
０Ａ並びに第１及び第２の角速度用検出電極２１Ａ，２
２Ａの全体的な配置は、図１５において、第１及び第２
の駆動電極１９Ａ，２０Ａ並びに第１及び第２の角速度
用検出電極２１Ａ，２２Ａの各々の角が丁度角を占める
ような正方形を仮想した場合、その正方形の角に、それ
ぞれ第１及び第２の駆動電極１９Ａ，２０Ａ並びに第１
及び第２の角速度用検出電極２１Ａ，２２Ａが位置する
ような配置となっている。

【００４４】さらに、十字状に形成された加速度検出電
極２３Ａが、第１及び第２の駆動電極１９Ａ，２０Ａ並
びに第１及び第２の角速度用検出電極２１Ａ，２２Ａの
間に、これらと略等しい間隔を隔てて配設されている
（図１５参照）。

【００４５】かかる構成における角速度及び加速度の検
出動作は、先の第１の例において、図１４を参照しつつ
述べたと同様であるので、ここでの詳細な説明は省略す
ることとする。なお、加速度検出電極２３Ａは、第１及
び第２の駆動電極１９Ａ，２０Ａ並びに第１及び第２の
角速度用検出電極２１Ａ，２２Ａに対して、略中央に位
置すればよいもので、図１５に示されたように必ずしも
十字状に形成されたものである必要はない。また、第１
及び第２の駆動電極１９Ａ，２０Ａ並びに第１及び第２
の角速度用検出電極２１Ａ，２２Ａについても、図１５
に示された配置に限定される必要はなく、特に、第１及
び第２の角速度用検出電極２１Ａ，２２Ａは、上述した
ようにダイアフラム１２の変位が最大となる部位に対向
する部分を有するように配設されればよいものである。

【００４６】次に、第３の例について、図１６乃至図２
９を参照しつつ説明する。この第３の例における半導体
振動ジャイロセンサは、いわゆる４層構造である点は、
先の第１の例と同一のものであるが、第４層目となる底
板部材６内における電極部５Ａの構成が後述するように
第１の例と異なるものであり、先の第１の例における半
導体振動ジャイロセンサが１軸における角速度及び１軸
における加速度の計測を可能としたものであるのに対し
て、この第３の例における半導体振動ジャイロセンサ
は、３軸の角速度の計測を可能としたものである。

【００４７】なお、図１及び図２に示された構成要素と
同一の構成要素については、同一の符号を付して、その
詳細な説明は省略し、以下、第１の例と異なる点を中心
に説明することとする。この第３の例における半導体振
動ジャイロセンサＳ2の底板部材６は、そこに設けられ
た電極部５Ａの構成が第１の例における半導体振動ジャ
イロセンサＳ1と異なる点を除けば、他の部分について
は、第１の例における底板部材６と基本的に同一のもの
である（図１乃至図３並びに図１６乃至図１８参照）。
なお、図１６においては、電極部５Ａの第１乃至第７の
接続用配点２６ａ〜２６ｇについての図示は省略してあ
る。

【００４８】すなわち、電極部５Ａは、駆動電極３０
と、２つのＸ軸検出電極３１ａ，３１ｂと、２つのＹ軸
検出電極３２ａ，３２ｂと、８つのＺ軸検出電極３３ａ
〜３３ｄ，３４ａ〜３４ｄと、第１乃至第７の外部接続
用電極２４ａ〜２４ｇとを主たる構成要素としてなるも
のである（図１８乃至図２０参照）。駆動電極３０は、
略正方形状に形成されており、ダイアフラム１２の第１
乃至第４の錘１０ａ〜１０ｄに囲まれた部位に略対向す
る位置に設けられている（図１７乃至図２０参照）。

【００４９】長方形状に形成された第１のＹ軸検出電極
３２ａは、第１の錘１０ａが配設された支持板部材４の
部位に略対向する位置に配設されており、この第１のＹ
軸検出電極３２ａの右脇（図１９において紙面右脇）に
第１の錘用第１のＺ軸検出電極３３ａが、左脇（図１９
において紙面左脇）に第１の錘用第２のＺ軸検出電極３
４ａが、それぞれ配設されており、これら２つのＺ軸検
出用電極３３ａ，３４ａは、第１のＹ軸検出電極３２ａ
と略同一形状寸法に形成されたものとなっている（図１
９参照）。なお、この第３の例においては、これら第１
のＹ軸検出電極３２ａ及び２つのＺ軸検出電極３３ａ，
３４ａは、その長手軸方向がＸ軸に沿うように配設され
ている（図１９及び図２０参照）。

【００５０】第２のＸ軸検出電極３１ｂは、第２の錘１
０ｂが配設された支持板部材４の部位に略対向する位置
に配設されており、この第２のＸ軸検出電極３１ｂの上
側（図１９において紙面上側）に第２の錘用第２のＺ軸
検出電極３４ｂが、下側（図１９において紙面下側）に
第２の錘用第１のＺ軸検出電極３３ｂが、それぞれ配設
されており、これら第２のＸ軸検出電極３１ｂ及び２つ
のＺ軸検出用電極３３ｂ，３４ｂは、先の第１のＹ軸検
出電極３２ａと略同一形状寸法に形成されたものとなっ
ている（図１９参照）。そして、これら第２のＸ軸検出
電極３１ｂ及び２つのＺ軸検出電極３３ｂ，３４ｂは、
その長手軸方向がＹ軸方向に沿うように配設されたもの
となっている（図１９及び図２０参照）。

【００５１】第２のＹ軸検出電極３２ｂは、第３の錘１
０ｃが配設された支持板部材４の部位に略対向する位置
に配設されており、この第２のＹ軸検出電極３２ｂの左
脇（図１９において紙面左脇）に第３の錘用第１のＺ軸
検出電極３３ｃが、右脇（図１９において紙面右脇）に
第３の錘用第２のＺ軸検出電極３４ｃが、それぞれ配設
されており、これら第２のＹ軸検出電極３２ｂ及び２つ
のＺ軸検出用電極３３ｃ，３４ｃは、第１のＹ軸検出電
極３２ａと略同一形状寸法に形成されたものとなってい
る（図１９参照）。なお、この第３の例においては、こ
れら第２のＹ軸検出電極３２ｂ及び２つのＺ軸検出電極
３３ｃ，３４ｃは、その長手軸方向がＸ軸に沿うように
配設されている（図１９及び図２０参照）。

【００５２】第１のＸ軸検出電極３１ａは、第４の錘１
０ｄが配設された支持板部材４の部位に略対向する位置
に配設されており、この第１のＸ軸検出電極３１ａの上
側（図１９において紙面上側）に第４の錘用第１のＺ軸
検出電極３３ｄが、下側（図１９において紙面下側）に
第４の錘用第２のＺ軸検出電極３４ｄが、それぞれ配設
されており、これら第１のＸ軸検出電極３１ａ及び２つ
のＺ軸検出用電極３３ｄ，３４ｄは、先の第１のＹ軸検
出電極３２ａと略同一形状寸法に形成されたものとなっ
ている（図１９参照）。そして、これら第１のＸ軸検出
電極３１ａ及び２つのＺ軸検出電極３３ｄ，３４ｄは、
その長手軸方向がＹ軸方向に沿うように配設されたもの
となっている（図１９及び図２０参照）。

【００５３】一方、第１乃至第７の外部接続用電極２４
ａ〜２４ｇは、何れも略正方形状に形成されて、支持板
部材４の切り欠き部１４に対向する部位において、適宜
な間隔を隔てて、略直線上に配設されている（図１７乃
至図１９参照）。そして、第１の外部接続用電極２４ａ
に対して、第１の錘用第１のＺ軸検出電極３３ａ、第２
の錘用第１のＺ軸検出電極３３ｂ、第３の錘用第１のＺ
軸検出電極３３ｃ及び第４の錘用第１のＺ軸検出電極３
３ｄが、これらの間を相互に接続するよう適宜に配設さ
れた第１の接続用配線２６ａを介して接続されている
（図１９参照）。

【００５４】第２の外部接続用電極２４ｂには、第１の
Ｙ軸検出電極３２ａが、適宜に配設された第２の接続用
配線２６ｂを介して接続されている（図１９参照）。第
３の外部接続用電極２４ｃには、第１の錘用第２のＺ軸
検出電極３４ａ、第２の錘用第２のＺ軸検出電極３４
ｂ、第３の錘用第２のＺ軸検出電極３４ｃ及び第４の錘
用第２のＺ軸検出電極３４ｄが、これらの間を相互に接
続するよう適宜に配設された第３の接続用配線２６ｃを
介して接続されている（図１９参照）。

【００５５】第４の外部接続用電極２４ｄには、駆動電
極３０が、適宜に配設された第４の接続用配線２６ｄを
介して接続されている（図１９参照）。第５の外部接続
用電極２４ｅには、第２のＸ軸検出電極３１ｂが、適宜
に配設された第５の接続用配線２６ｅを介して接続され
ている（図１９参照）。第６の外部接続用電極２４ｆに
は、第１のＸ軸検出電極３１ａが、適宜に配設された第
６の接続用配線２６ｆを介して接続されている（図１９
参照）。第７の外部接続用電極２４ｇには、第２のＹ軸
検出電極３２ｂが、適宜に配設された第７の接続用配線
２６ｇを介して接続されている（図１９参照）。

【００５６】かかる構成により、第１及び第２のＸ軸検
出電極３１ａ，３１ｂ、第１及び第２のＹ軸検出電極３
２ａ，３２ｂ、第１乃至第４の錘用第１のＺ軸検出電極
３３ａ〜３３ｄ及び第１乃至第４の錘用第２のＺ軸検出
電極３４ａ〜３４ｄと、これらに対向するダイアフラム
１２の部位との間には、いわゆる平板コンデンサが形成
されることとなるが、特に、第１乃至第４の錘用第１の
Ｚ軸検出電極３３ａ〜３３ｄと、これに対向するダイア
フラム１２の部位との間で形成される平板コンデンサ
は、いわゆる並列接続された状態に形成されたものとな
っている。すなわち、電気回路として表せば、図２１
（Ａ）に示されたようにダイアフラム１２が共通電極と
なり、これに対して第１乃至第４の錘用第１のＺ軸検出
電極３３ａ〜３３ｄが、それぞれ対向電極となり、これ
ら第１乃至第４の錘用第１のＺ軸検出電極３３ａ〜３３
ｄが相互に並列接続されて、第１の外部接続用電極２４
ａから４つの静電容量値の合成値が得られるものとなっ
ている。

【００５７】また、第１乃至第４の錘用第２のＺ軸検出
電極３４ａ〜３４ｄと、これに対向するダイアフラム１
２の部位との間で形成される平板コンデンサも同様に、
いわゆる並列接続された状態に形成されたものとなって
いる。すなわち、電気回路として表せば、図２１（Ｂ）
に示されたようにダイアフラム１２が共通電極となり、
これに対して第１乃至第４の錘用第２のＺ軸検出電極３
４ａ〜３４ｄが、それぞれ対向電極となり、これら第１
乃至第４の錘用第２のＺ軸検出電極３４ａ〜３４ｄが相
互に並列接続されて、第３の外部接続用電極２４ｃから
４つの静電容量の合成値が得られるものとなっている。

【００５８】次に、上記構成における動作について説明
する。最初に、この半導体振動ジャイロセンサＳ2の駆
動方法と概略的な振動の形態について説明すれば、ま
ず、駆動電極３０には、第４の外部接続用電極２４ｄを
介して、いわゆる励振信号として、適宜な周波数を有す
る電圧を印加する。この励振信号の周波数としては、種
々選択可能であるが、測定精度等を考慮して後述するよ
うに所定の周波数が選択される。なお、ダイアフラム１
２が形成された支持板部材４は、上述の励振信号を発生
する図示されない信号発生装置のいわゆる回路アースと
共通の回路アースに接続されていることとする。

【００５９】この励振信号の印加により、駆動電極３０
と対応するダイアフラム１２の部位との間には静電力が
作用し、その結果、ダイアフラム１２が振動し、その振
動と共に第１乃至第４の錘１０ａ〜１０ｄも振動するこ
ととなる。このダイアフラム１２の振動に対する第１乃
至第４の錘１０ａ〜１０ｄの振動の形態は、先に第１の
例において、図６乃至図８を用いて説明したのと基本的
に同一であり、特に、変わるところはないのでその詳細
な説明は省略することとする。

【００６０】次に、励振信号の周波数に応じたより具体
的なダイアフラム１２と第１乃至第４の錘１０ａ〜１０
ｄの典型的な振動の形態について図２２乃至図２６を参
照しつつ説明する。まず、図２２は、励振信号の周波数
が７８０Ｈｚの場合の振動の様子を模式的に示したもの
で、この場合、ダイアフラム１２は、第１乃至第４の錘
１０ａ〜１０ｄで囲まれた部位（図２２においていわゆ
る網掛け状態に表示された部位）がＺ軸方向で振動する
こととなる。そして、特に、図２２において網掛けされ
た部位が電極部５Ａから離間する方向、換言すれば、図
２２において紙面裏面側から表面側へ変位した場合に
は、第１乃至第４の錘１０ａ〜１０ｄは、同図において
実線矢印で示された方向へ振れることとなる。なお、ダ
イアフラム１２が逆に電極部５Ａへ接近する方向へ変位
した場合には、第１乃至第４の錘１０ａ〜１０ｄは、図
２２において実線矢印とは反対方向へ振れることとな
る。

【００６１】次に、励振信号の周波数を２０１９Ｈｚと
した場合について説明する。この場合、図２３におい
て、網掛けされたダイアフラム１２の部位（第２及び第
３の錘１０ｂ，１０ｃの間のダイアフラム１２の部分）
がＺ軸方向で振動すると共に、同図において点線で囲ま
れたダイアフラム１２の部位（第１及び第４の錘１０
ａ，１０ｄの間のダイアフラム１２の部位）が同じくＺ
軸方向で振動することとなる。この２つの部位の振動
は、例えば、図２３において、網掛けされたダイアフラ
ム１２の部位（第２及び第３の錘１０ｂ，１０ｃの間の
ダイアフラム１２の部分）が電極部５Ａから離間する方
向へ変位（換言すれば紙面裏面側から表面側へ変位）し
た場合には、同図において点線で囲まれたダイアフラム
１２の部位（第１及び第４の錘１０ａ，１０ｄの間のダ
イアフラム１２の部位）は、電極部５Ａへ接近する方向
へ変位（換言すれば紙面表面側から裏面側へ変位）する
状態となるものである。

【００６２】そして、上述のようにダイアフラム１２が
変位した場合においては、第１の錘１０ａと第４の錘１
０ｄとが互いに接近する方向へ振れ（図２３の実線矢印
参照）、第２の錘１０ｂと第３の錘１０ｃとは、互いに
離間する方向へ振れることとなる（図２３の実線矢印参
照）。特に、この場合、第１及び第４の錘１０ａ，１０
ｄは、一組のいわゆる音叉型振動子として振動している
と捉えることができる。また、第２及び第３の錘１０
ｂ，１０ｃも同様に一組の音叉型振動子として振動して
いると捉えることができるものである。

【００６３】励振信号の周波数が２０１９Ｈｚの場合、
振動の形態は、図２３に示された形態の他にもう一つあ
り、その模式的な様子が図２４に示されており、以下、
この振動の形態について説明する。この場合、振動のあ
る瞬間を捉えると、図２４において、網掛けされた第１
及び第２の錘１０ａ，１０ｂの間のダイアフラム１２の
部位が紙面裏面側から表面側へ変位すると同時に、図２
４において点線で囲まれた第３及び第４の錘１０ｃ，１
０ｄの間のダイアフラム１２の部位が紙面表面側から裏
面側へ変位することとなる。そして、第１の錘１０ａと
第２の錘１０ｂとが互いに離間する方向へ振れる（図２
４の実線矢印参照）一方、第３の錘１０ｃと第４の錘１
０ｄとが互いに接近する方向へ振れることとなる（図２
４の実線矢印参照）。

【００６４】次に、励振信号の周波数が２３８８Ｈｚの
場合について図２５を参照しつつ説明する。この場合、
振動のある瞬間を捉えると、図２５に示されたように、
ダイアフラム１２の網掛けされた２箇所の部位、すなわ
ち、第２の錘１０ｂと第３の錘１０ｃと支持板部材４の
角部とに囲まれた部位ａと、第１の錘１０ａと、第４の
錘１０ｄと支持板部材４の角部とに囲まれた部位ｂと
が、それぞれ紙面裏面側から紙面表面側へ変位すると同
時に、図２５において、点線で囲まれたダイアフラム１
２の２箇所の部位、すなわち、第１の錘１０ａと第２の
錘１０ｂと支持板部材４の角部とに囲まれた部位ｃと、
第３の錘１０ｃと第４の錘１０ｄと支持板部材４の角部
とに囲まれた部位ｄとが、それぞれ紙面表側から裏面側
へ変位することとなる。そして、第１及び第２の錘１０
ａ，１０ｂは、部位ｃの方向へ振れる（図２５の実線矢
印参照）一方、第３及び第４の錘１０ｃ，１０ｄは、部
位ｄの方向へ振れることとなる（図２５の実線矢印参
照）。

【００６５】次に、励振信号の周波数が３３２２Ｈｚの
場合について図２６を参照しつつ説明する。この場合、
振動のある瞬間を捉えると、図２６に示されたように、
第１の錘１０ａの周囲では、同図において第１の錘１０
ａの紙面左脇のダイアフラム１２の部位（図２６におい
て網掛けされた部位）ｅが紙面裏面側から表面側へ変位
すると同時に、第１の錘１０ａの紙面右脇のダイアフラ
ム１２の部位（図２６において点線で囲まれた部位）ｆ
が紙面表面側から裏面側へ変位することとなる。また、
第２の錘１０ｂの周囲では、図２６において第２の錘１
０ｂの紙面上側のダイアフラム１２の部位（図２６にお
いて網掛けされた部位）ｇが紙面裏面側から表面側へ変
位すると同時に、第２の錘１０ｂの紙面下側のダイアフ
ラム１２の部位（図２６において点線で囲まれた部位）
ｈが紙面表面側から裏面側へ変位することとなる。

【００６６】さらに、第３の錘１０ｃの周囲において
は、図２６において第３の錘１０ｃの紙面右脇のダイア
フラム１２の部位（図２６において網掛けされた部位）
ｉが紙面裏面側から表面側へ変位すると同時に、第３の
錘１０ｃの紙面左脇のダイアフラム１２の部位（図２６
において点線で囲まれた部位）ｊが紙面表面側から裏面
側へ変位することとなる。またさらに、第４の錘１０ｄ
の周囲においては、図２６において第４の錘１０ｄの紙
面下側のダイアフラム１２の部位（図２６において網掛
けされた部位）ｋが紙面裏面側から表面側へ変位すると
同時に、第４の錘１０ｄの紙面上側のダイアフラム１２
の部位（図２５において点線で囲まれた部位）ｌが紙面
表面側から裏面側へ変位することとなる。そして、第１
の錘１０ａは、図２６において紙面右側へ、第２の錘１
０ｂは、紙面下側へ、第３の錘１０ｃは、紙面左側へ、
第４の錘１０ｄは、紙面上側へ、それぞれ振れることと
なる。なお、上述したそれぞれの振動形態において示さ
れた励振信号の周波数は、あくまでも試験例であって、
ダイアフラム１２の大きさや厚み等によって変わり得る
ものであり、絶対的なものではない。

【００６７】以上、代表的な振動の形態を説明したが、
この第３の例における半導体振動ジャイロセンサＳ2の
場合には、角速度の計測にあたっては、励振信号の周波
数を７８０Ｈｚとした場合の振動状態（図２２参照）を
利用することとした。以下、この場合の動作について図
２７乃至図２９を参照しつつ説明する。最初に、Ｚ軸
（同図において紙面表裏方向）を中心として作用する角
速度の計測を行う場合について図２７を参照しつつ説明
する。

【００６８】例えば、周波数７８０Ｈｚ又はその近傍の
周波数の励振信号が駆動電極３０に印加され、図２２を
参照しつつ先に説明したような振動状態にある場合にお
いて、Ｚ軸を中心に反時計回りの回転が生じたとし、あ
る瞬間において、第１乃至第４の錘１０ａ〜１０ｄが図
２７において実線矢印方向へ振れたとする。すなわち、
図２７において言えば、Ｚ軸がこの半導体振動ジャイロ
センサＳ2の略中心を通るものと仮定し、第１の錘１０
ａは、時計の１２時方向へ、第２の錘１０ｂは、時計の
３時方向へ、第３の錘１０ｃは、時計の６時方向へ、第
４の錘１０ｄは、時計の９時方向へ、それぞれ振れた際
に、Ｚ軸を中心に反時計回り方向の回転力が作用する
と、各錘１０ａ〜１０ｄには、それぞれの振れ方向と直
交するコリオリ力が作用することとなる（図２７の点線
矢印参照）。

【００６９】具体的には、第１の錘１０ａには、図２７
で言えば、時計の３時方向のコリオリ力が、第２の錘１
０ｂには、同じく時計の６時方向のコリオリ力が、第３
の錘１０ｃには、同じく時計の９時方向のコリオリ力
が、第４の錘１０ｄには、同じく時計の１２時方向のコ
リオリ力が、それぞれ作用する（図２７の点線矢印参
照）。その結果、第１の錘１０ａ近傍のダイアフラム１
２においては、第１の錘用第１のＺ軸検出電極３３ａに
対向する部位が電極部５Ａへ接近する方向に変位する一
方、第１の錘用第２のＺ軸検出電極３４ａに対応する部
位は、電極部５Ａから離間する方向へ変位することとな
り、その変位量は、いずれも略同一の大きさとなる。

【００７０】ここで、第１の錘用第１及び第２のＺ軸検
出電極３３ａ，３４ａ、第２の錘用第１及び第２のＺ軸
検出電極３３ｂ，３４ｂ、第３の錘用第１及び第２のＺ
軸検出電極３３ｃ，３４ｃ、第４の錘用第１及び第２の
Ｚ軸検出電極３３ｄ，３４ｄは、先に述べたように略同
一の形状寸法に形成されており、ダイアフラム１２との
対向距離も、振動が無い状態では、略同一であるため、
各電極３３ａ〜３３ｄ，３４ａ〜３４ｄとダイアフラム
１２との間における静電容量値は、略同一値であり、仮
に、これをＣ₀とする。そして、上述のようなコリオリ
力によるダイアフラム１２の変位による静電容量の変化
分をΔＣとすると、上述のようにコリオリ力が生じた際
の第１の錘用第１のＺ軸検出電極３３ａとダイアフラム
１２との間の静電容量は、（Ｃ₀＋ΔＣ）と、第１の錘
用第２のＺ軸検出電極３４ａとダイアフラム１２との間
の静電容量は、（Ｃ₀−ΔＣ）と、それぞれ表される大
きさとなる。

【００７１】第２の錘１０ｂ近傍のダイアフラム１２に
おいては、第２の錘用第１のＺ軸検出電極３３ｂに対向
する部位が電極部５Ａへ接近する方向に変位する一方、
第２の錘用第２のＺ軸検出電極３４ｂに対応する部位
は、電極部５Ａから離間する方向へ変位することとな
り、その変位量は、いずれも略同一の大きさとなる。し
たがって、この場合も先の第１の錘用第１及び第２のＺ
軸検出電極３３ａ，３４ａにおける静電容量と同じよう
に、第２の錘用第１のＺ軸検出電極３３ｂとダイアフラ
ム１２との間の静電容量は、（Ｃ₀＋ΔＣ）と、第１の
錘用第２のＺ軸検出電極３４ａとダイアフラム１２との
間の静電容量は、（Ｃ₀−ΔＣ）と、それぞれ表される
大きさとなる。

【００７２】第３の錘１０ｃ近傍のダイアフラム１２に
おいては、第３の錘用第１のＺ軸検出電極３３ｃに対向
する部位が電極部５Ａへ接近する方向に変位する一方、
第３の錘用第２のＺ軸検出電極３４ｃに対応する部位
は、電極部５Ａから離間する方向へ変位することとな
り、その変位量は、いずれも略同一の大きさとなる。し
たがって、この場合も先の第１の錘用第１及び第２のＺ
軸検出電極３３ａ，３４ａにおける静電容量と同じよう
に、第３の錘用第１のＺ軸検出電極３３ｃとダイアフラ
ム１２との間の静電容量は、（Ｃ₀＋ΔＣ）と、第３の
錘用第２のＺ軸検出電極３４ｃとダイアフラム１２との
間の静電容量は、（Ｃ₀−ΔＣ）と、それぞれ表される
大きさとなる。

【００７３】第４の錘１０ｄ近傍のダイアフラム１２に
おいては、第４の錘用第１のＺ軸検出電極３３ｄに対向
する部位が電極部５Ａへ接近する方向に変位する一方、
第４の錘用第２のＺ軸検出電極３４ｄに対応する部位
は、電極部５Ａから離間する方向へ変位することとな
り、その変位量は、いずれも略同一の大きさとなる。し
たがって、この場合も先の第１の錘用第１及び第２のＺ
軸検出電極３３ａ，３４ａにおける静電容量と同じよう
に、第４の錘用第１のＺ軸検出電極３３ｄとダイアフラ
ム１２との間の静電容量は、（Ｃ₀＋ΔＣ）と、第４の
錘用第２のＺ軸検出電極３４ｄとダイアフラム１２との
間の静電容量は、（Ｃ₀−ΔＣ）と、それぞれ表される
大きさとなる。

【００７４】この結果、第１の外部接続用電極２４ａに
おいては、第１乃至第４の錘用第１のＺ軸検出電極３３
ａ〜３３ｄにおける上述した静電容量の変化を総和した
ものが現れる、すなわち、４（Ｃ₀＋ΔＣ）と表される
容量が得られることとなる。一方、第３の外部接続用電
極２４ｃにおいては、第１乃至第４の錘用第２のＺ軸検
出電極３４ａ〜３４ｄにおける上述した静電容量の変化
の総合したものが現れる、すなわち、４（Ｃ₀−ΔＣ）
と表される容量が得られることとなる。したがって、図
示されない外部回路において、第１の外部接続用電極２
４ａに得られた静電容量と、第３の外部接続用電極２４
ｃに得られた静電容量との差を求めることで、｛４（Ｃ
₀＋ΔＣ）−４（Ｃ₀−ΔＣ）｝＝８ΔＣを得ることがで
き、その大きさは、コリオリ力に対応したものとなる。
しかも、Ｚ軸周りの角速度とコリオリ力とは比例関係に
あることから、予め角速度の大きさと、上述のようにし
て得られる差８ΔＣの大きさとの関係を調べておくこと
で、差８ΔＣの大きさから角速度の計測が可能となるも
のである。

【００７５】なお、第１乃至第４の錘１０ａ〜１０ｄ
は、ダイアフラム１２の振動に伴い図２７において実線
矢印と反対方向にも振れるため、この場合には、コリオ
リ力の方向も同図において点線矢印で示された方向とは
逆方向となる。このため、第１の外部接続用電極２４ａ
及び第３の外部接続用電極２４ｃにおけるそれぞれの静
電容量の変化も、上述とは逆となるが、両者の差が８Δ
Ｃであることには変わりはない。

【００７６】次に、図２８を参照しつつ、Ｘ軸を中心に
回転力が作用した場合の角速度の計測について説明す
る。なお、励振信号はＺ軸の場合と同一であるとする。
例えば、図２８において、Ｘ軸がセンサの略中心を通る
ものと仮定し、このＸ軸を中心とし、例えば、Ｘ軸を図
２８に示された矢印方向に見て時計回りの方向に回転力
が作用し、その際、第１乃至第４の錘１０ａ〜１０ｄ
が、図２８に示されたように、それぞれ外側へ振れたと
すると、コリオリ力は、第２及び第４の錘１０ｂ，１０
ｄにそれぞれ作用することとなる。すなわち、第２の錘
１０ｂにおいては、図２８において紙面表面側から裏面
側へ、換言すれば、第２の錘１０ｂが位置するダイアフ
ラム１２の部位が電極部５Ａへ接近するようにコリオリ
力が作用する一方、第４の錘１０ｄにおいては、図２８
において紙面裏面側から表面側へ、換言すれば、第４の
錘１０ｄが位置するダイアフラム１２の部位が電極部５
Ａから離間するようにコリオリ力が作用することとなり
（図２８参照）、それぞれ、略同一のダイアフラム１２
の変位が生ずることとなる。

【００７７】その結果、コリオリ力が生ずる前の第１及
び第２のＸ軸検出用電極３１ａ，３１ｂにおける静電容
量をＣ₀とし、上述のダイアフラム１２の変位による容
量変化分をΔＣとすると、第１のＸ軸検出電極３１ａが
接続された第６の外部接続用電極２４ｆには、（Ｃ₀−
ΔＣ）の静電容量が、第２のＸ軸検出電極３１ｂが接続
された第５の外部接続用電極２４ｅには、（Ｃ₀＋Δ
Ｃ）の静電容量が、それぞれ得られることとなる。した
がって、Ｚ軸に関する角速度の計測の場合と同様に、こ
れら２つの容量差（２ΔＣ）を得ることで角速度の大き
さを知ることができる。なお、Ｘ軸の計測でも述べたと
同様に、第１乃至第４の錘１０ａ〜１０ｄが図２８の実
線矢印で示されたと逆方向へ振れた場合には、静電容量
の変化が上述した状態とは逆になるが、第５及び第６の
外部接続用電極２４ｅ，２４ｆ間の静電容量変化の差が
（２ΔＣ）となることには変わりはない。

【００７８】次に、図２９を参照しつつ、Ｙ軸を中心に
回転力が作用した場合の角速度の計測について説明す
る。なお、励振信号はＺ軸の場合と同一であるとする。
例えば、図２９において、Ｙ軸がセンサの略中心を通る
ものと仮定し、このＹ軸を同図矢印方向に見て、例え
ば、時計回りの方向に回転力が作用したとし、その際、
第１乃至第４の錘１０ａ〜１０ｄが、図２９に示された
ように、それぞれ外側へ振れたとすると、コリオリ力
は、第１及び第３の錘１０ａ，１０ｃにそれぞれ作用す
ることとなる。すなわち、第１の錘１０ａにおいては、
図２９において紙面表面側から裏面側へ、換言すれば、
第１の錘１０ａが位置するダイアフラム１２の部位が電
極部５Ａへ接近するようにコリオリ力が作用する一方、
第３の錘１０ｃにおいては、図２９において紙面裏面側
から表面側へ、換言すれば、第３の錘１０ｃが位置する
ダイアフラム１２の部位が電極部５Ａから離間するよう
にコリオリ力が作用することとなり（図２９参照）、そ
れぞれ略同一のダイアフラム１２の変位が生ずることと
なる。

【００７９】この場合の変位は、位置は異なるが、先の
図２８の場合と基本的に同一のものである。したがっ
て、この場合には、第２及び第７の外部接続用電極２４
ｂ，２４ｇにおいて、それぞれ得られる静電容量の差に
よって、図２８の場合と同様に、角速度を知ることがで
きるものとなる。なお、この場合も、Ｘ軸の計測でも述
べたと同様に、第１乃至第４の錘１０ａ〜１０ｄの振れ
が図２９の実線矢印で示された方向と逆に振れた場合で
あっても、第２の外部接続用電極２４ｂに得られる静電
容量と、第７の外部接続用電極２４ｇに得られる静電容
量との差の絶対値が（２ΔＣ）となることには変わりは
ない。

【００８０】次に、第４の例について、図３０を参照し
つつ説明する。この第４の例は、特に、上述した第３の
例に示された構成を有する半導体振動ジャイロセンサに
おける電極の他の配置例を示すもので、次述する電極配
置を除けば、他の構成については、上述した第３の例と
同様のものである。したがって、以下の説明において
は、電極配置についてのみ説明することとする。なお、
図３０においては、先に図１９に示されたような第１の
外部接続用電極２４ａや第１の接続用配線２６ａ等のよ
うないわば付属的なものの図示を省略してある。まず、
図３０において、点線で表された４つの正方形ホ，ヘ，
ト，チは、第１乃至第４の錘支持部１３ａ〜１３ｄ（図
１７参照）のそれぞれの４つの頂点を、支持板部材４
（図１７参照）へ投影し、それぞれ４つの投影された頂
点を相互に結んで形成される仮想的なものである。

【００８１】この第４の例も、基本的には、先に、図１
９及び図２０で示された電極配置と同様に、駆動電極３
０′を中心にして次述するように第１のＸ軸検出電極３
１ａ′等が配置されたものとなっている。すなわち、ま
ず、長方形状に形成された第１のＹ軸検出電極３２ａ′
は、正方形ホの略中央に位置するように配設され、その
右脇に、第１の錘用第１のＺ軸検出電極３３ａ′が、左
脇に、第１の錘用第２のＺ軸検出電極３４ａ′が、それ
ぞれ配設されている（図３０参照）。そして、第１の錘
用第１のＺ軸検出電極３３ａ′及び第１の錘用第２のＺ
軸検出電極３４ａ′は、その側部の一部が正方形ホの内
側に位置するようにして、かつ、第１のＹ軸検出電極３
２ａ′と所定の間隙を隔てて配設されたものとなってい
る（図３０参照）。

【００８２】上述のように、特に、第１の錘用第１のＺ
軸検出電極３３ａ′及び第１の錘用第２のＺ軸検出電極
３４ａ′の側部の一部が、正方形ホの内側に位置するよ
うにするのは、先に、図２７で説明した振動形態におい
て、第１の錘用第１のＺ軸検出電極３３ａ′及び第１の
錘用第２のＺ軸検出電極３４ａ′の側部の一部が位置す
る付近の正方形ホの内側の部位から外側の部位に至る部
分が最も変位が大となる部分であり、静電容量変化の検
出に適するためである。

【００８３】さらに、第１の錘用第１のＺ軸検出電極３
３ａ′は、長方形状に形成され、その一つの角部、すな
わち、隣接する第２の錘用第２のＺ軸検出電極３４ｂ′
側の角部が切り欠かれた形状となっており、また、第１
の錘用第２のＺ軸検出電極３４ａ′も同様に、第４の錘
用第１のＺ軸検出電極３３ｄ′側の角部が切り欠かれた
形状となっている（図３０参照）。

【００８４】次に、第２のＸ軸検出電極３１ｂ′、第２
の錘用第１のＺ軸検出電極３３ｂ′及び第２の錘用第２
のＺ軸検出３４ｂ′についても、その配置は基本的に上
述したと同様であるので、ここでは、概括的に説明する
こととする。すなわち、長方形状に形成されてなる第２
のＸ軸検出電極３１ｂ′は、正方形ヘの略中央に位置す
るように配設され、その左右に、第２の錘用第１のＺ軸
検出電極３３ｂ′及び第２の錘用第２のＺ軸検出３４
ｂ′がそれぞれ配設されたものとなっている（図３０参
照）。また、第２の錘用第１のＺ軸検出電極３３ｂ′及
び第２の錘用第２のＺ軸検出３４ｂ′は、共に、それぞ
れ、長方形の一つの角部を切り欠いた形状となってお
り、第２の錘用第１のＺ軸検出電極３３ｂ′は、第１の
錘用第１のＺ軸検出電極３３ａ′側の角部が、第２の錘
用第２のＺ軸検出３４ｂ′は、第３の錘用第２のＺ軸検
出電極３４ｃ′側の角部が、それぞれ切り欠かれたもの
となっている（図３０参照）。

【００８５】そして、正方形ヘと第２の錘用第１のＺ軸
検出電極３３ｂ′及び第２の錘用第２のＺ軸検出３４
ｂ′の相対的な位置関係は、上述した第１の錘用第１の
Ｚ軸検出電極３３ａ′及び第１の錘用第２のＺ軸検出電
極３４ａ′の場合と基本的に同様であり、そのような配
置とするのも基本的に同様な理由によるものである。

【００８６】第２のＹ軸検出電極３２ｂ′、第３の錘用
第１のＺ軸検出電極３３ｃ′及び第３の錘用第２のＺ軸
検出電極３４ｃ′についても、上述したと基本的に同様
であり、以下、概括的に説明すれば、まず、長方形状に
形成されてなる第２のＹ軸検出電極３２ｂ′は、正方形
トの略中央に位置するように配設されている（図３０参
照）。そして、第３の錘用第１のＺ軸検出電極３３ｃ′
及び第３の錘用第２のＺ軸検出電極３４ｃ′は、その左
右にそれぞれ配設されたものとなっている（図３０参
照）。第３の錘用第１のＺ軸検出電極３３ｃ′及び第３
の錘用第２のＺ軸検出電極３４ｃ′は、共に長方形状に
形成され、さらに、第３の錘用第１のＺ軸検出電極３３
ｃ′は、第４の錘用第２のＺ軸検出電極３４ｄ′側の角
部が、第３の錘用第２のＺ軸検出電極３４ｃ′は、第２
の錘用第１のＺ軸検出電極３３ｂ′側の角部が、それぞ
れ切り欠かれた形状となっている（図３０参照）。

【００８７】そして、正方形トと第３の錘用第１のＺ軸
検出電極３３ｃ′及び第３の錘用第２のＺ軸検出３４
ｃ′の相対的な位置関係は、上述した第１の錘用第１の
Ｚ軸検出電極３３ａ′及び第１の錘用第２のＺ軸検出電
極３４ａ′の場合と基本的に同様であり、そのような配
置とするのも基本的に同様な理由によるものとなってい
る。

【００８８】また、第１のＸ軸検出電極３１ａ′、第４
の錘用第１のＺ軸検出電極３３ｄ′及び第４の錘用第２
のＺ軸検出電極３４ｄ′についても、上述したと基本的
に同様であり、以下、概括的に説明すれば、まず、長方
形状に形成されてなる第１のＸ軸検出電極３１ａ′は、
正方形チの略中央に位置するように配設されている（図
３０参照）。そして、第４の錘用第１のＺ軸検出電極３
３ｄ′及び第４の錘用第２のＺ軸検出電極３４ｄ′は、
その左右にそれぞれ配設されたものとなっている（図３
０参照）。第４の錘用第１のＺ軸検出電極３３ｄ′及び
第４の錘用第２のＺ軸検出電極３４ｄ′は、共に長方形
状に形成され、さらに、第４の錘用第１のＺ軸検出電極
３３ｄ′は、第１の錘用第２のＺ軸検出電極３４ａ′側
の角部が、第４の錘用第２のＺ軸検出電極３４ｄ′は、
第３の錘用第１のＺ軸検出電極３３ｃ′側の角部が、そ
れぞれ切り欠かれた形状となっている（図３０参照）。

【００８９】そして、正方形チと第４の錘用第１のＺ軸
検出電極３３ｄ′及び第４の錘用第２のＺ軸検出３４
ｄ′の相対的な位置関係は、上述した第１の錘用第１の
Ｚ軸検出電極３３ａ′及び第１の錘用第２のＺ軸検出電
極３４ａ′の場合と基本的に同様であり、そのような配
置とするのも基本的に同様な理由によるものとなってい
る。

【００９０】かかる構成における角速度及び加速度の検
出動作は、先の第３の例において、図２７乃至図２９を
参照しつつ述べたと同様であるので、ここでの詳細な説
明は省略することとする。なお、上述した各電極の形状
は、あくまでも一例であり、これに限定される必要がな
いことは勿論である。特に、第１乃至第４の錘用第１の
Ｚ軸検出電極３３ａ′〜３３ｄ′並びに第１乃至第４の
錘用第２のＺ軸検出電極３４ａ′〜３４ｄ′は、上述し
たようにダイアフラム１２（図１７参照）の変位が最大
となる部位に対向する位置に配設されればよく、特に、
その形状が図１５に示されたものに限定されるものでは
ない。

【００９１】

【発明の効果】以上、述べたように、請求項１乃至３記
載の発明によれば、ダイアフラム上に設けられた錘に、
角速度によるコリオリ力が作用するようにし、そのコリ
オリ力によるダイアフラムの変位を静電容量変化として
検出できるような構成とすることにより、静電容量の変
化は、角速度に応じたものとなり、また、静電容量変化
を利用するため、消費電力が少なくて済み、そのうえ、
半導体製造技術による量産が可能な角速度を計測するこ
とのできる半導体振動ジャイロを提供することができ
る。特に、請求項２及び３記載の発明においては、上述
の効果に加えて、加速度の計測をも可能とした半導体振
動ジャイロを提供することができる。

【００９２】請求項４乃至６記載の発明によれば、ダイ
アフラム上に設けられた錘に、直交する３軸のそれぞれ
の軸回りの角速度に対応したコリオリ力が作用するよう
にし、そのコリオリ力によるダイアフラムの変位を静電
容量変化としてそれぞれ検出できるような構成とするこ
とにより、静電容量の変化は、角速度に応じたものとな
るため、複数の軸における角速度の計測が可能で、消費
電力が少なくて済み、半導体製造技術による量産が可能
な半導体振動ジャイロセンサを提供することができる。
また、一つのセンサによって、複数の軸における角速度
の計測が可能となるため、従来と異なり、設置スペース
の縮小化を図ることができ、ひいてはセンサを使用する
各種装置の小型化に寄与することができるという効果を
奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態の第１の例における半導
体振動ジャイロセンサの中央縦断面を示す断面図であっ
て、図４に示されたＡ−Ａ線に沿って半導体振動ジャイ
ロセンサを縦に切断した場合における断面図である。

【図２】第１の例における半導体振動ジャイロセンサの
支持板部材及び錘部の全体斜視図である。

【図３】第１の例における半導体振動ジャイロセンサの
底板部材及び電極部の全体斜視図である。

【図４】第１の例における半導体振動ジャイロセンサの
電極部の平面図である。

【図５】第１の例における半導体振動ジャイロセンサの
電極部と第１乃至第４の錘との相対的な位置関係を示す
平面図である。

【図６】ダイアフラムの中央が電極部側へ変位した場合
の錘の動きの様子を模式的に示した模式図である。

【図７】ダイアフラムの中央が電極部側から離間するよ
うに変位した場合の錘の動きの様子を模式的に示した模
式図である。

【図８】ダイアフラムの中央が電極部に対して振動した
場合の錘の動きの様子を模式的に示した模式図である。

【図９】図１に示された半導体振動ジャイロセンサにお
いて励振信号周波数を７８０Ｈｚとした場合のダイアフ
ラム及び錘の動きをＸＹ平面において模式的に示す平面
図である。

【図１０】第１の例における半導体振動ジャイロセンサ
の励振信号周波数を２０１９Ｈｚとした場合のダイアフ
ラム及び錘の動きをＸＹ平面において模式的に示す平面
図である。

【図１１】第１の例における半導体振動ジャイロセンサ
の励振信号周波数を２０１９Ｈｚとした場合のダイアフ
ラム及び錘の動きの他の例をＸＹ平面において模式的に
示す平面図である。

【図１２】第１の例における半導体振動ジャイロセンサ
の励振信号周波数を２３８８Ｈｚとした場合のダイアフ
ラム及び錘の動きをＸＹ平面において模式的に示す平面
図である。

【図１３】第１の例における半導体振動ジャイロセンサ
の励振信号周波数を３３２２Ｈｚとした場合のダイアフ
ラム及び錘の動きをＸＹ平面において模式的に示す平面
図である。

【図１４】第１の例における半導体振動ジャイロセンサ
に励振信号を印加し、Ｚ軸を中心とした回転力が作用し
た場合の錘の動きをＸＹ平面において模式的に示す平面
図である。

【図１５】本発明の実施の形態の第２の例における半導
体振動ジャイロセンサの電極の配置例を示す平面図であ
る。

【図１６】本発明の実施の形態の第３の例における半導
体振動ジャイロセンサの中央縦断面を示す断面図であっ
て、図１９に示されたＢ−Ｂ線に沿って第３の例におけ
る半導体振動ジャイロセンサを切断した場合の断面図で
ある。

【図１７】第３の例における半導体振動ジャイロセンサ
を構成する支持板部材及び錘部の全体斜視図である。

【図１８】第３の例における半導体振動ジャイロセンサ
の底板部材及び電極部の全体斜視図である。

【図１９】第３の例における半導体振動ジャイロセンサ
の電極部の平面図である。

【図２０】第３の例における半導体振動ジャイロセンサ
の電極部と第１乃至第４の錘との相対的な位置関係を示
す平面図である。

【図２１】第１乃至第４の錘用第１のＺ軸検出電極とダ
イアフラムとの間の静電容量及び第１乃至第４の錘用第
２のＺ軸検出電極とダイアフラムとの間の静電容量によ
る電気的等価回路を示す回路図であり、図２１（Ａ）
は、第１乃至第４の錘用第１のＺ軸検出電極とダイアフ
ラムとの間の静電容量による等価回路を、図２１（Ｂ）
は、第１乃至第４の錘用第２のＺ軸検出電極とダイアフ
ラムとの間の静電容量による等価回路を、それぞれ示す
回路図である。

【図２２】第３の例における半導体振動ジャイロセンサ
の励振信号周波数を７８０Ｈｚとした場合のダイアフラ
ム及び錘の動きをＸＹ平面において模式的に示す平面図
である。

【図２３】第３の例における半導体振動ジャイロセンサ
の励振信号周波数を２０１９Ｈｚとした場合のダイアフ
ラム及び錘の動きをＸＹ平面において模式的に示す平面
図である。

【図２４】第３の例における半導体振動ジャイロセンサ
の励振信号周波数を２０１９Ｈｚとした場合のダイアフ
ラム及び錘の動きの他の例をＸＹ平面において模式的に
示す平面図である。

【図２５】第３の例における半導体振動ジャイロセンサ
の励振信号周波数を２３８８Ｈｚとした場合のダイアフ
ラム及び錘の動きをＸＹ平面において模式的に示す平面
図である。

【図２６】第３の例における半導体振動ジャイロセンサ
の励振信号周波数を３３２２Ｈｚとした場合のダイアフ
ラム及び錘の動きをＸＹ平面において模式的に示す平面
図である。

【図２７】第３の例における半導体振動ジャイロセンサ
に励振信号を印加し、Ｚ軸を中心とした回転力が作用し
た場合の錘の動きをＸＹ平面において模式的に示す平面
図である。

【図２８】第３の例における半導体振動ジャイロセンサ
に励振信号を印加し、Ｘ軸を中心とした回転力が作用し
た場合の錘の動きをＸＹ平面において模式的に示す平面
図である。

【図２９】第３の例における半導体振動ジャイロセンサ
に励振信号を印加し、Ｙ軸を中心とした回転力が作用し
た場合の錘の動きをＸＹ平面において模式的に示す平面
図である。

【図３０】本発明の実施の形態の第４の例における半導
体振動ジャイロセンサの電極の配置例を示す平面図であ
る。

【符号の説明】

１…上板部材 ２…枠体 ３…錘部 ４…支持板部材 ５…電極部（第１の例） ５Ａ…電極部（第３の例） ６…底板部材 １０ａ…第１の錘 １０ｂ…第２の錘 １０ｃ…第３の錘 １０ｄ…第４の錘 １２…ダイアフラム １６…ストッパ １９…第１の駆動電極 ２０…第２の駆動電極 ２１…第１の角速度用検出電極 ２２…第２の角速度用検出電極 ２３…加速度検出電極 ３０…駆動電極 ３１ａ…第１のＸ軸検出電極 ３１ｂ…第２のＸ軸検出電極 ３２ａ…第１のＹ軸検出電極 ３２ｂ…第２のＹ軸検出電極 ３３ａ…第１の錘用第１のＺ軸検出電極 ３３ｂ…第１の錘用第２のＺ軸検出電極 ３３ｃ…第１の錘用第３のＺ軸検出電極 ３３ｄ…第１の錘用第４のＺ軸検出電極 ３４ａ…第２の錘用第１のＺ軸検出電極 ３４ｂ…第２の錘用第２のＺ軸検出電極 ３４ｃ…第２の錘用第３のＺ軸検出電極 ３４ｄ…第２の錘用第４のＺ軸検出電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カイ ノットマイヤー 埼玉県東松山市箭弓町３−13−26 株式会 社ゼクセル東松山工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体部材から形成されたダイアフラム
   と、 前記ダイアフラムに対向して設けられ、所定の励振信号
   がそれぞれ印加される２つの駆動電極と、 前記ダイアフラムに対向して設けられ、前記ダイアフラ
   ムとの間の静電容量が検出される２つの角速度検出用電
   極と、 前記ダイアフラムの前記２つの駆動電極及び前記２つの
   角速度検出用電極との対向面と反対側の面上に設けられ
   た４つの錘とを具備してなり、 前記２つの駆動電極にそれぞれ励振信号が印加された状
   態において、前記ダイアフラムと前記２つの駆動電極及
   び前記２つの角速度検出用電極との対向方向に対して直
   交する方向に沿った軸を中心に回転力が作用した際にお
   ける前記２つの角速度用検出電極と前記ダイアフラムと
   の間に得られる静電容量の変化に基づいて角速度を計測
   可能としたことを特徴とする半導体振動ジャイロセン
   サ。
2. 【請求項２】 矩形状に形成された加速度検出用の導電
   性部材からなる加速度検出電極と、 前記加速度検出電極の一辺と間隙を介して一辺が対向す
   るよう導電性部材により形成、配設され、第１の所定の
   励振信号が印加される第１の駆動電極と、 前記第１の駆動電極が対向する前記加速度検出電極の辺
   に対して対辺となる辺と間隙を介して一辺が対向するよ
   う導電性部材により形成、配設され、第２の所定の励振
   信号が印加される第２の駆動電極と、 前記加速度検出電極の他の２辺と間隙を介して一辺が対
   向するようそれぞれ配設された導電性部材からなる第１
   及び第２の角速度用検出電極とを具備してなる電極部
   と、 前記電極部と対向するよう設けられた半導体部材からな
   るダイアフラムと、 前記ダイアフラムの前記電極部との対向面と反対側の平
   面上に設けられた第１乃至第４の錘とを具備し、 前記第１乃至第４の錘は、前記加速度検出電極と対向す
   るダイアフラムの部位を囲むようにして、前記第１の錘
   は、前記第１の駆動電極と前記第１の角速度用検出電極
   とに跨って対向するような前記ダイアフラムの部位に、
   前記第２の錘は、前記第１の角速度用検出電極と前記第
   ２の駆動電極とに跨って対向するような前記ダイアフラ
   ムの部位に、前記第３の錘は、前記第２の駆動電極と前
   記第２の角速度用検出電極に跨って対向するような前記
   ダイアフラムの部位に、前記第４の錘は、前記第２の角
   速度用検出電極と前記第１の駆動電極とに跨って対向す
   るような前記ダイアフラムの部位に、それぞれ配設され
   てなり、 前記第１及び第２の駆動電極にそれぞれ励振信号が印加
   された状態において、前記ダイアフラムと前記電極部と
   の対向方向に対して直交する方向に沿った軸を中心に回
   転力が作用した際における前記第１及び第２の角速度用
   検出電極と前記ダイアフラムとの間に得られる静電容量
   の変化に基づいて角速度を計測可能としたことを特徴と
   する半導体振動ジャイロセンサ。
3. 【請求項３】 ２つの励振信号は、同一周波数で、か
   つ、相互の位相差が略１８０度ある正弦波信号または繰
   り返しパルス信号であることを特徴とする請求項１また
   は２記載の半導体振動ジャイロセンサ。
4. 【請求項４】 半導体部材から形成されたダイアフラム
   と、 前記ダイアフラムに対向して設けられ、所定の励振信号
   が印加される駆動電極と、 前記駆動電極の周囲において所定の間隔を隔てて、前記
   ダイアフラムに対向するように配設された一組のＸ軸検
   出電極と、 前記駆動電極の周囲において所定の間隔を隔て、前記一
   組のＸ軸検出電極が配設された方向に対して直交する方
   向において前記ダイアフラムに対向するように配設され
   た一組のＹ軸検出電極と、 前記一組のＸ軸検出電極及び前記一組のＹ軸検出電極の
   各電極の一方の脇にそれぞれ配設された４つの第１のＺ
   軸検出電極と、 前記一組のＸ軸検出電極及び前記一組のＹ軸検出電極の
   各電極の前記第１のＺ軸検出電極が配設されたと反対側
   の前記各電極の脇にそれぞれ配設された４つの第２のＺ
   軸検出電極と、 前記ダイアフラムの前記駆動電極、前記一組のＸ軸検出
   電極、前記一組のＹ軸検出電極、前記４つの第１のＺ軸
   検出電極及び前記４つの第２のＺ軸検出電極との対向面
   と反対側の面上に配設された４つの錘とを具備してな
   り、 前記駆動電極に励振信号が印加された状態において、 前記一組のＹ軸検出電極が配設された方向に沿った第１
   の軸を中心とする回転力が作用した場合に、前記一組の
   Ｘ軸検出電極と前記ダイアフラムとの間の静電容量の変
   化量に基づいて前記第１の軸を中心として作用した角速
   度の計測を可能とし、 前記一組のＸ軸検出電極が配設された方向に沿った第２
   の軸を中心とする回転力が作用した場合に、前記一組の
   Ｙ軸検出電極と前記ダイアフラムとの間の静電容量の変
   化量に基づいて前記第２の軸を中心として作用した角速
   度の計測を可能とし、 前記ダイアフラムを含む面に直交する方向に沿った第３
   の軸を中心とする回転力が作用した場合に、前記ダイア
   フラムと前記４つの第１のＺ軸検出検出電極との間の静
   電容量と、前記ダイアフラムと前記４つの第２のＺ軸検
   出電極との間の静電容量との変化量に基づいて前記第３
   の軸を中心として作用した角速度の計測を可能としたこ
   とを特徴とする半導体振動ジャイロセンサ。
5. 【請求項５】 ４つの錘は、一組のＸ軸検出電極に対向
   するダイアフラムののそれぞれの部位に対応するそれぞ
   れの位置に、一組のＹ軸検出電極に対向するダイアフラ
   ムのそれぞれの部位に対応するそれぞれの位置に、それ
   ぞれ配設されたことを特徴とする請求項４記載の半導体
   振動ジャイロセンサ。
6. 【請求項６】 励振信号は、正弦波信号または繰り返し
   パルス信号であって、その周波数は、４つの錘に囲まれ
   たダイアフラムの部位が駆動電極と離間する方向へ変位
   した際に、前記４つの錘のそれぞれ四方への振れが生ず
   るときのものであることを特徴とする請求項５記載の半
   導体振動ジャイロセンサ。