JPH11325915A

JPH11325915A - 角速度センサ

Info

Publication number: JPH11325915A
Application number: JP10153620A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Negoro; 泰宏根来
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-05-18
Filing date: 1998-05-18
Publication date: 1999-11-26
Anticipated expiration: 2018-05-18
Also published as: JP3608381B2

Abstract

(57)【要約】【課題】周囲温度が変化したときでも、基板から支持
梁に加わる応力の変動を抑え、振動体に一定振幅の振動
を与える。【解決手段】第１の支持梁２５を支持する枠状体２４
を、Ｘ軸方向に延びる２本の支持辺２４Ａ1 、Ｙ軸方向
に延びる固定辺２４Ａ2 から略口状をなす枠部２４Ａ
と、固定辺２４Ａ2 の中央部に形成した枠固定部２４Ｂ
とから構成する。Ｙ軸方向に延びる第１の支持梁２５の
基端側は、基板２２から離間した支持辺２４Ａ1 に支持
される。そして、枠状体２４は、周囲温度が変化したと
き、基板２２の熱膨張と可動部２３の熱膨張の差を緩和
して第１の支持梁２５に加わる応力を低減し、各第１の
支持梁２５のばね定数を温度変化に拘らず一定にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば角速度セン
サのように、振動体を振動させ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、角速度センサを用いたものとし
て角速度センサが広く知られている。そこで、この角速
度センサは、基板に対して水平なＸ軸，Ｙ軸、垂直なＺ
軸の合わせて３軸のうち、振動体をある方向の第１の軸
方向、例えばＸ軸方向に一定の振動を与えた状態で、外
部からＺ軸（第３の軸）周りの角速度を加えると、振動
体にコリオリ力（慣性力）が作用して該振動体はＹ軸
（第２の軸）方向に振動する。そして、このコリオリ力
による振動体の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ことにより、Ｚ軸周りに加わる角
速度を検出するものである。

【０００３】ここで、従来技術による角速度センサにつ
いて、図８を参照しつつ説明するに、角速度センサとし
ては特開平６−１２３６３２号公報を例に挙げて示す。

【０００４】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の基台となる板状に形成された基板で、
該基板２は例えばガラス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、単結晶シリコン等のシ
リコン材料によって形成された可動部で、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
梁固定部４と、該各梁固定部４から中央部に向け、Ｘ軸
に延びる部分とＹ軸に延びる部分を有してＬ字状に折曲
して形成された４本の支持梁５と、該各支持梁５の先端
に支持され、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に振動可能に設けられ
た振動体６とからなり、Ｘ軸方向となる振動体６の左右
両側面には４枚の電極板７Ａからなる可動側振動電極７
が突出形成され、Ｙ軸方向となる振動体６の前後両側面
には４枚の電極板８Ａからなる可動側検出電極８が突出
形成されている。

【０００６】また、可動部３は、各梁固定部４のみが基
板２に支持され、各支持梁５と振動体６は前記基板２か
ら浮いた状態で支持され、振動体６は各支持梁５のＹ軸
と平行となる部分によってＸ軸（第１の軸）方向に振動
可能となり、Ｘ軸と平行となる部分によってＹ軸（第２
の軸）方向に振動可能となっている。

【０００７】９，９は基板２上に振動体６を挟んで左右
に設けられた一対の振動用固定部で、該各振動用固定部
９には、可動側振動電極７と対向する面に４枚の電極板
１０Ａからなる固定側振動電極１０が突出形成されてい
る。

【０００８】１１，１１は基板２上に振動体６を挟んで
前後に設けられた一対の検出用固定部で、該各検出用固
定部１１には、可動側検出電極８と対向する面に４枚の
電極板１２Ａからなる固定側検出電極１２が突出形成さ
れている。

【０００９】１３，１３は基板２と振動体６との間に設
けられた振動発生手段となる振動発生部で、該各振動発
生部１３は可動側振動電極７と固定側振動電極１０とか
ら構成され、該電極７，１０の電極板７Ａ，１０Ａとの
間には隙間が形成されている。ここで、振動体６の左右
の可動側振動電極７と固定側振動電極１０との間に交互
に周波数ｆ0 のパルス波または正弦波等の駆動信号を印
加すると、各電極板７Ａ，１０Ａ間には静電力が発生
し、この静電力によって振動体６は、第１の軸となるＸ
軸方向に同じ大きさで交互に振動する。

【００１０】１４，１４は基板２と振動体６との間に設
けられた変位検出手段としての変位検出部で、該各変位
検出部１４は可動側検出電極８と固定側検出電極１２と
から構成され、該電極８，１２の電極板８Ａ，１２Ａと
の間には隙間が形成されている。また、可動側検出電極
８と固定側検出電極１２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１４は各電極板８
Ａ，１２Ａ間の重なり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１３に交互に周波数ｆ0 の駆動信
号を入力すると、各電極板７Ａ，１０Ａ間には静電引力
が左右の振動発生部１３に対して交互に作用し、振動体
６は第１の軸となるＸ軸方向に振動する。このとき、各
振動発生部１３によって振動体６をＸ軸方向に移動させ
るときの、変位ｘとその速度ｖとの関係は、次の数１に
よって表わされる。

【００１２】

【数１】ｘ＝Ａｓｉｎωｔｖ＝ＡωｃｏｓωｔＡ：振動体６の振幅 ω ：駆動モードの角周波数

【００１３】さらに、振動体６をＸ軸方向に変位ｘ，速
度ｖで振動させたとき、Ｚ軸（第３の軸）周りに加わる
角速度ΩによってＹ軸（第２の軸）方向に発生するコリ
オリ力Ｆは数２として表わされる。

【００１４】

【数２】Ｆ＝２ｍΩｖｍ：振動体６の質量 Ω ：角速度ｖ：振動体６のＸ軸方向の速度

【００１５】そして、振動体６は数２のコリオリ力Ｆに
よってＹ軸方向に振動し、この振動体６による振動変位
を、変位検出部１４では電極板８Ａ，１２Ａ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。

【００１６】

【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では、その検出精度を高め
るために、振動発生部１３によって振動体６を大きな振
幅で振動させればよいことは知られている。このため、
振動体６の固有振動数（以下共振周波数という）を駆動
信号の周波数ｆ0 に近づけるように設計している。

【００１７】また、一般にばね振動における共振周波数
ｆは、下記の数３によって定義されている。

【００１８】

【数３】ｋ：支持梁５のばね定数ｍ：振動体６の質量

【００１９】ここで、従来技術による角速度センサ１で
は、基板２をガラス材料によって形成し、基板２上に設
けられた可動部３、振動用固定部９等はシリコン材料に
よって形成されている。また、両材料は異なった熱膨張
率を持っているため、周囲温度が上昇した場合には、基
板２の四隅に位置した梁固定部４間での基板２の伸び
と、梁固定部４間に位置した支持梁５、振動体６等の伸
びとに差が生じる。

【００２０】例えば、基板２側のガラス材料の熱膨張率
がシリコンよりも大きい場合には、基板２側の伸びが大
きくなり、各支持梁５には各梁固定部４から引張り応力
が加わり、該支持梁５のばね定数ｋが変化する。このた
め、上記数３中のばね定数ｋが温度依存性を持つため、
共振周波数ｆも温度依存性を有することになる。

【００２１】そして、温度変化によって共振周波数ｆが
変化するため、各振動発生部１３によって振動される振
動体６は、その振幅ｘ、速度ｖが変化してしまい、振動
体６に一定の振動を起こすことができないという問題が
ある。

【００２２】この結果、角速度センサ１は、周囲温度の
変化によりＺ軸周りに加わる角速度Ωの検出感度がばら
ついてしまい、角速度センサ１の信頼性を低下させてし
まうという問題があった。

【００２３】また、一般に、駆動モードと検出モードの
共振周波数が近いほど検出感度が高くなることが知られ
ている。従って、周囲温度が変化した場合、温度変化に
よって駆動モードと検出モードの共振周波数が変化する
ため、各モード間の共振周波数の差が変化してしまい角
速度センサとしての検出感度がばらついてしまう虞れが
ある。

【００２４】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、本発明は周囲温度の変化に拘らず振動体
を常に一定の振幅で振動させることにより、検出感度の
ばらつきをなくし、信頼性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。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１の発明では、基板と、該基板上に設け
られた枠状体と、基端側が該枠状体内に位置して支持さ
れ、前記基板に対して水平面上で互いに直交する第１の
軸と第２の軸のうち第２の軸方向に延びる複数本の支持
梁と、前記枠状体内に位置して該各支持梁の先端側に前
記第１の軸方向と第２の軸方向に振動可能に設けられた
振動体と、前記振動体に前記各支持梁を通して第１の軸
方向に振動を与える振動発生手段と、前記基板と前記振
動体との間に設けられ、該振動発生手段により振動体に
第１の軸方向に振動を与えている状態で、該第１の軸と
第２の軸に直交する第３の軸周りに角速度が加わったと
き前記振動体に生じる第２の軸方向への変位を検出する
変位検出手段とからなり、かつ前記枠状体は、前記基板
の表面から離間した状態で少なくとも前記第２の軸方向
に延び、前記各支持梁の基端側をそれぞれ支持する枠部
と、該枠部の一部を前記基板の表面に固定する枠固定部
とから構成したことにある。

【００２６】このように構成することにより、各支持梁
の基端側は、第２の軸方向に延びる枠部にそれぞれ固定
され、該枠部はその一部を枠固定部によって基板に固定
しているから、周囲温度が変化して、基板の伸縮と、振
動体、支持梁の伸縮とに差が生じた場合でも、この伸縮
の差を第２の軸方向に延びる枠部によって緩和する。そ
して、伸縮の差から支持梁に加わる応力を低減でき、温
度変化に拘らず、支持梁のばね定数を一定に保つことが
できる。

【００２７】請求項２の発明では、基板と、該基板上に
設けられた枠状体と、基端側が該枠状体内に位置して支
持され、前記基板に対して水平面上に互いに直交する第
１の軸と第２の軸のうち第２の軸方向に延びる複数本の
第１の支持梁と、前記枠状体内に位置して該各第１の支
持梁の先端側に前記第１の軸方向に振動可能に設けられ
た第１の振動体と、基端側が該第１の振動体内に位置し
て支持され第１の軸方向に延びる第２の支持梁と、該第
２の支持梁の先端側に前記第２の軸方向に振動可能に設
けられた第２の振動体と、前記第１の振動体に前記各第
１の支持梁を通して第１の軸方向に振動を与える振動発
生手段と、該振動発生手段により第１の振動体を第１の
軸方向に振動を与えている状態で、該第１の軸と第２の
軸に直交する第３の軸周りに角速度が加わったとき前記
第２の振動体に生じる第２の軸方向への変位を検出する
変位検出手段とからなり、かつ前記枠状体は、前記基板
の表面から離間した状態で少なくとも前記第１の支持梁
の伸長方向に延び、前記各第１の支持梁の基端側をそれ
ぞれ支持する枠部と、該枠部の一部を前記基板の表面に
固定する枠固定部とから構成したことにある。

【００２８】このように構成することにより、各第１の
支持梁の基端側は、第１の支持梁の伸長方向に延びる枠
部にそれぞれ固定され、該枠部はその一部を枠固定部に
よって基板に固定しているから、周囲温度が変化したと
き、第１の支持梁の伸長方向に延びる枠部によって熱膨
張による伸縮の差を緩和し、第１の支持梁に加わる応力
を低減でき、このばね定数の変動を低減する。これによ
り、第１，第２の振動体の質量と第１の支持梁のばね定
数とによって設定される第１の軸方向への振動系の共振
周波数が、温度変化によって変動するのを抑えることが
できる。

【００２９】請求項３の発明では、枠状体の枠部を略口
状に形成したことにある。

【００３０】請求項４の発明では、枠状体の枠部を略コ
字状に形成したことにある。

【００３１】このような構成とすることにより、各支持
梁の基端側を、略口状または略コ字状に形成した枠部に
それぞれ固定しているから、周囲温度が変化して熱膨張
によって基板が進出した場合でも、支持梁に加わる応力
を小さくすることができる。

【００３２】請求項５の発明では、枠状体、支持梁、振
動体を、同一材料によって一体的に形成したことにあ
る。

【００３３】このように構成することにより、基板から
離間した枠状体の枠部、支持梁、振動体が周囲温度の変
化によって伸縮した場合でも、同一材料によって形成さ
れた各部位の延びは均一となっているから、支持梁のば
ね定数を一定に保つことができる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態に
適用される角速度センサを、図１ないし図７を参照しつ
つ説明する。

【００３５】まず、図１ないし図３に基づいて、本発明
による第１の実施の形態について述べる。２１は角速度
センサ、２２は該角速度センサ２１の基台をなす矩形状
に形成された基板で、該基板２２は例えばガラス材料に
よって形成されている。

【００３６】２３は基板２２上にＰ，Ｓ，Ｓｂ等がドー
ピングされた低抵抗なポリシリコン、単結晶シリコン等
のシリコン材料によって形成された可動部で、該可動部
２３は基板２２上に設けられた略口状に形成された枠状
体２４と、基端側が該枠状体２４の四隅に支持され、先
端側が中央部に向けてＹ軸方向に伸びる４本の第１の支
持梁２５と、該各第１の支持梁２５の先端に支持され、
該各第１の支持梁２５によってＸ軸方向に振動可能な長
方形の枠状に形成された第１の振動体２６と、該第１の
振動体２６の短尺辺の中央から突出しＸ軸方向に延びる
４本の第２の支持梁２７と、該各支持梁２７によってＹ
軸方向に振動可能に設けられたＨ字状の第２の振動体２
８とから構成されている。

【００３７】ここで、第１の支持梁２５、第１の振動体
２６、第２の振動体２８によって第１の軸方向となるＸ
軸方向へ振動する振動系２９を構成し、前記第２の支持
梁２７、第２の振動体２８によって第２の軸となるＹ軸
方向へ振動する検出系３０を構成している。また、前記
振動系２９は、第１の振動体２６と第２の振動体２８の
質量と、第１の支持梁２５のばね定数によって設定され
る振動側共振周波数ｆ1 を有し、検出系３０は、第２の
振動体２８の質量と、第２の支持梁２７のばね定数によ
って設定される検出側共振周波数ｆ2 を有している。

【００３８】また、枠状体２４は、基板２２から寸法ａ
だけ離間した状態で、前後に離間してＸ軸方向に伸びる
２本の支持辺２４Ａ1 、左右に離間してＹ軸方向に伸び
る２本の固定辺２４Ａ2 によって略口状に形成された枠
部２４Ａと、該枠部２４Ａのうち各固定辺２４Ａ2 の中
央部に位置して形成された枠固定部２４Ｂとから構成さ
れ、該枠状体２４は枠部２４Ａの一部となる枠固定部２
４Ｂによって基板２２上に固定されている。また、第１
の振動体２６からＹ軸方向に延びる第１の支持梁２５の
基端側は、各支持辺２４Ａ1 の左右両側に支持されてい
る。

【００３９】そして、可動部２３は枠状体２４の枠固定
部２４Ｂのみが基板２２に固定され、第１の支持梁２
５、第１の振動体２６、第２の支持梁２７、第２の振動
体２８は、前記基板２２から離間した状態で、４本から
なる第１の支持梁２５の基端側が、枠状体２４の枠部２
４Ａに４点支持されている。

【００４０】さらに、４本からなる第１の支持梁２５
は、Ｙ軸方向に伸長しているからＸ軸方向に撓ませるこ
とにより、第１の振動体２６をＸ軸方向に変位させる。
また、４本からなる第２の支持梁２７は、Ｘ軸方向に伸
長しているからＹ軸方向に撓ませることにより、第２の
振動体２８をＹ軸方向に変位させることができる。

【００４１】３１，３１は第１の振動体２６の左右の長
尺辺に形成された可動側振動電極で、これら２個の可動
側振動電極３１は７枚の電極板３１Ａをくし状に配置す
ることによって構成されている。そして、各可動側振動
電極３１は後述する固定側振動電極３４と共に振動発生
部３７を構成する。

【００４２】３２，３２は第２の振動体２８の中央辺の
中心から上下に向けて形成された可動側検出電極で、こ
れら２個の可動側検出電極３２は、Ｙ軸方向に延びる腕
部３２Ａと、該腕部３２Ａに均等間隔で左右方向に向け
て延びる６枚の電極板３２Ｂとによってアンテナ状に形
成されている。そして、該可動側検出電極３２は後述す
る固定側検出電極３６と共に変位検出部３８を構成す
る。

【００４３】３３，３３は振動用固定部で、これら２個
の振動用固定部３３は第１の振動体２６を左右から挟む
ように基板２２上に設けられている。３４，３４は固定
側振動電極で、これら２個の固定側振動電極３４は、可
動側振動電極３１の各電極板３１Ａと隙間をもって交互
に対面するように、振動用固定部３３に突出形成された
６枚の電極板３４Ａからなる。

【００４４】３５，３５は検出用固定部で、これら２個
の検出用固定部３５は第２の支持梁２７と第２の振動体
２８との空間内に位置した基板２２上に設けられてい
る。３６，３６は固定側検出電極で、これら２個の固定
側検出電極３６は、検出用固定部３５の左右両側から上
下方向に延びる腕部３６Ａと、可動側検出電極３２の各
電極板３２Ｂと隙間をもって交互に対面するように、該
腕部３６Ａから内側に向けて突出形成された６枚の電極
板３６Ｂとから構成される。

【００４５】３７，３７は振動発生手段としての振動発
生部で、これら２個の振動発生部３７はそれぞれ可動側
振動電極３１と固定側振動電極３４とによって構成さ
れ、該可動側振動電極３１の各電極板３１Ａと、固定側
振動電極３４の各電極板３４Ａ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、可動側振動電極３１
と固定側振動電極３４との間には、逆位相となる周波数
ｆ0 のパルス波または正弦波等の駆動信号を印加され、
左右に位置した電極板３１Ａ，３４Ａ間には静電引力が
交互に発生し、各振動発生部３７で近接、離間を繰り返
す。これにより、各振動発生部３７は、第１の振動体２
６、第２の振動体２８等をＸ軸方向（第１の軸方向）に
振動させる。

【００４６】３８，３８は変位検出手段としての変位検
出部で、これら２個の変位検出部３８は可動側検出電極
３２と固定側検出電極３６とによって構成され、該可動
側検出電極３２の各電極板３２Ｂと、固定側検出電極３
６の各電極板３６Ｂとの間はそれぞれ離間している。ま
た、可動側検出電極３２と固定側検出電極３６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３８は各電極板３２Ｂ，３６Ｂ間の離間寸法の変化
を静電容量の変化として検出する。

【００４７】ここで、本実施の形態による角速度センサ
２１は、角速度Ωの検出感度を高めるために、振動系２
９の振動側共振周波数ｆ1 、検出系３０の検出側共振周
波数ｆ2 、各振動発生部３７に印加される駆動信号の周
波数ｆ0 を同調させ、第１の振動体２６、第２の振動体
２８を小さな駆動力によって大きく振動させると共に、
検出感度を高くさせるものである。

【００４８】本実施の形態による角速度センサ２１は、
上述した如くに構成され、次にＺ軸（第３の軸）周りに
角速度Ωを加えた場合の検出動作について説明する。

【００４９】まず、左右に位置した振動発生部３７に逆
位相となる駆動信号を印加すると、各電極板３１Ａ，３
４Ａ間に静電引力が左右の振動発生部３７，３７に対し
て交互に作用し、第１の振動体２６と第２の振動体２８
はＸ軸方向に振動を発生する。この場合、各第１の支持
梁２５がＸ軸方向に撓むだけで、第２の支持梁２７はＸ
軸方向には撓まないから、第２の振動体２８もＸ軸方向
にのみ振動する。この状態で、Ｚ軸（第３の軸）周りに
角速度Ωが加わると、Ｙ軸（第２の軸）方向にコリオリ
力Ｆ（慣性力）が発生する。

【００５０】そして、このコリオリ力Ｆによって、第２
の振動体２８はＹ軸方向に振動し、この第２の振動体２
８の振動変位を、各変位検出部３８では、可動側検出電
極３２と固定側検出電極３６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。

【００５１】また、本実施の形態による角速度センサ２
１では、第１の振動体２６からＹ軸方向に延びる各第１
の支持梁２５の基端側を、Ｙ軸方向に延びる各支持辺２
４Ａ1 の両側に支持し、枠部２４Ａは固定辺２４Ａ2 の
中央部に形成したＹ軸方向に延びる部分の比較的短い枠
固定部２４Ｂによって基板２２に固定されている。さら
に、各枠固定部２４ＢはＸ軸方向に離間して設けられて
いるものの、Ｙ軸方向には離間せずに１個のみ設けられ
ている。

【００５２】このため、周囲温度の上昇によって基板２
２が伸びたとき、基板のＹ軸方向の伸びは、枠固定部２
４ＢのＹ軸方向にのみ加わり、該枠固定部２４ＢはＹ軸
方向には短尺であるから、基板２２から枠状体２４の枠
部２４Ａに加わるＹ軸方向の応力を低減できる。

【００５３】一方、枠状体２４は、第１の支持梁２５、
第１の振動体２６、第２の支持梁２７、第２の振動体２
８等と共に可動部２３の一部としてシリコン材料によっ
て一体的に形成されているから、可動部２３の各部位で
は熱膨張による伸縮は常に均一となる。

【００５４】かくして、本実施の形態による角速度セン
サ２１では、周囲温度の変化により、基板２２と可動部
２３とに異なる伸縮が発生した場合でも、枠状体２４の
枠部２４Ａによって、Ｙ軸方向の基板２２の伸縮と可動
部２３の伸縮との差を緩和することができ、基板２２の
伸縮により第１の支持梁２５に加わる応力を低減するこ
とができる。

【００５５】しかも、枠状体２４は、可動部２３を構成
する各部位と同一のシリコン材料によって一体的に形成
されているから、可動部２３を構成する各部位の伸びは
均一になり、第１の振動体２６、第２の支持梁２７、第
２の振動体２８を支持する各第１の支持梁２５のばね定
数は、周囲温度が変化した場合でも、その変化を低減す
ることができる。

【００５６】なお、枠状体２４にはＸ軸方向に伸びる支
持辺２４Ａ1 が形成されているから、該支持辺２４Ａ1
によって、基板２２側のＸ軸方向の伸びが第１の支持梁
２５に伝わるのを緩和することができる。しかも、第１
の支持梁２５はＹ軸方向のみでＸ軸方向には延びていな
いから、基板２２のＸ軸方向の伸縮は第１の支持梁２５
のばね定数に影響を与えていない。

【００５７】このように、各第１の支持梁２５は、ばね
定数の温度依存性を低減することにより、振動系２９の
振動側共振周波数ｆ1 の変化をなくすことができ、第１
の振動体２６は、周囲温度の変化に拘らず、常に一定の
振幅で振動させることができる。この結果、角速度セン
サ２１では、周囲温度が変化した場合でも、Ｘ軸方向の
第２の振動体２８を常に一定の振幅で振動させることに
より、Ｚ軸周りに加わる角速度Ωを高精度に検出するこ
とができ、当該角速度センサ２１の信頼性を高めること
ができる。

【００５８】また、各第１の支持梁２５は、そのばね定
数の温度依存性が低減し、振動系２９の振動側共振周波
数ｆ1 の変化をなくすことができるようになり、周囲温
度が変化した場合でも、振動側共振周波数ｆ1 と検出側
共振周波数ｆ2 との差の変化も低減することができる。
この結果、角速度センサ２１は、検出感度のばらつきを
小さくすることができる。

【００５９】次に、第２の実施の形態を、図４と図５を
参照しつつ説明するに、本実施の形態の特徴は、枠状体
の枠部を基板に固定する枠固定部を基板の四隅に形成し
たことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１
の実施の形態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。

【００６０】４１は本実施の形態に適用される角速度セ
ンサで、該角速度センサ４１は、基板２２と、該基板２
２上に形成された後述の可動部４２、振動用固定部３
３、検出用固定部３５等からなる。

【００６１】４２は可動部２３の代わりに基板２２上に
形成される可動部で、該可動部４２は、シリコン材料に
よって形成され、基板２２上に設けられた後述する枠状
体４３と、該枠状体４３に支持されＹ軸方向に延びる４
本の第１の支持梁２５と、該各第１の支持梁２５によっ
て支持された枠状の第１の振動体２６と、該第１の振動
体２６から内向きに突出しＸ軸方向に延びる４本の第２
の支持梁２７と、該各支持梁２７によってＹ軸方向に振
動可能に設けられたＨ字状の第２の振動体２８とから構
成されている。

【００６２】４３は枠状体で、該枠状体４３は、基板２
２から離間した状態で、前後に離間してＸ軸方向に伸び
る２本の支持辺４３Ａ1 、左右に離間してＹ軸方向に伸
びる２本の固定辺４３Ａ2 によって枠状に形成された枠
部４３Ａと、該枠部４３Ａのうち各固定辺４３Ａ2 の長
さ方向両端に位置して形成された４個の枠固定部４３Ｂ
とから構成され、該枠状体４３は枠部４３Ａの四隅に位
置した枠固定部４３Ｂによって基板２２上に固定されて
いる。また、第１の振動体２６からＹ軸方向にそれぞれ
延びる第１の支持梁２５の基端側は、各支持辺４３Ａ1
の左右両側に支持される。

【００６３】このように構成される角速度センサ４１
は、Ｚ軸周りに加わる角速度Ωの検出動作は第１の実施
の形態で述べた角速度センサ２１と同様にして検出する
ことができる。

【００６４】また、角速度センサ４１では、前述した第
１の実施の形態と同様に、周囲温度が上昇して基板２２
が伸びた場合でも、基板２２の伸びをＸ軸方向に延びる
支持辺４３Ａ1 と、Ｙ軸方向に延びる固定辺４３Ａ2 と
からなる枠状体４３の枠部４３Ａによって緩和すること
ができる。

【００６５】これにより、周囲温度が変化した場合で
も、基板２２から枠状体４３に支持された各第１の支持
梁２５に伝わる応力を低減でき、第１の支持梁２５のば
ね定数の変化を低減することができる。この結果、角速
度センサ４１は、周囲温度の変化に拘らず、第２の振動
体２８を常に一定の振幅で振動させることができ、Ｚ軸
周りに加わる角速度Ωを高精度に検出することができ
る。

【００６６】さらに、各第１の支持梁２５は、そのばね
定数の温度依存性が低減し、振動系２９の振動側共振周
波数ｆ1 の変化をなくすことができるようになり、周囲
温度が変化した場合でも、振動側共振周波数ｆ1 と検出
側共振周波数ｆ2 との差の変化も低減することができ
る。この結果、角速度センサ４１は、検出感度のばらつ
きを小さくすることができる。

【００６７】次に、第３の実施の形態を、図６に基づい
て説明するに、本実施の形態の特徴は、枠状体の枠部を
略コ字状に形成したことにある。なお、本実施の形態で
は、前述した第１の実施の形態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。

【００６８】５１は本実施の形態に適用される角速度セ
ンサで、該角速度センサ５１は、基板２２と、該基板２
２上に形成された後述する可動部５２、振動用固定部３
３、検出用固定部３５等からなる。

【００６９】５２は可動部２３の代わりに基板２２上に
形成される可動部で、該可動部５２は、シリコン材料に
よって形成され、基板２２上の左右に設けられた後述す
る枠状体５３，５３と、該各枠状体５３に支持された４
本の第１の支持梁２５と、該各第１の支持梁２５の先端
に支持された枠状の第１の振動体２６と、該第１の振動
体２６から突出しＸ軸方向に延びる４本の第２の支持梁
２７と、該各支持梁２７によってＹ軸方向に振動可能に
設けられたＨ字状の第２の振動体２８とから構成されて
いる。

【００７０】５３，５３は基板２２の左右に設けられた
２個の枠状体で、該各枠状体５３は、基板２２から離間
した状態で、左右に離間してＹ軸方向に伸びる固定辺５
３Ａ1 、該固定辺５３Ａ1 の長さ方向両端に位置してＸ
軸方向に延びる２本の支持腕５３Ａ2 からなる略コ字状
に形成された枠部５３Ａと、該枠部５３Ａの各固定辺５
３Ａ1 の長さ方向両端に位置して形成された枠固定部５
３Ｂとから構成されている。そして、２個の枠状体５３
は枠部５３Ａの長さ方向両端に位置した２個の枠固定部
５３Ｂによって基板２２上に固定されている。また、第
１の振動体２６からＹ軸方向にそれぞれ延びる第１の支
持梁２５の基端側は、各支持腕５３Ａ2の先端に支持さ
れている。

【００７１】このように構成される角速度センサ５１
は、Ｚ軸周りに加わる角速度Ωの検出動作は第１の実施
の形態で述べた角速度センサ２１と同様にして検出する
ことができる。

【００７２】また、角速度センサ５１では、前述した第
１の実施の形態と同様に、周囲温度が上昇して基板２２
が伸びた場合でも、基板２２の伸びをＹ軸方向に延びる
固定辺５３Ａ1 によって緩和することができる。そし
て、周囲温度の変化に拘らず、各第１の支持梁２５は、
そのばね定数の変化を低減することができる。この結
果、角速度センサ５１は、周囲温度の変化に拘らず、Ｚ
軸周りに加わる角速度Ωの高精度な検出を行うことがで
き、信頼性を高めることができる。

【００７３】さらに、各第１の支持梁２５は、そのばね
定数の温度依存性が低減し、振動系２９の振動側共振周
波数ｆ1 の変化をなくすことができるようになり、周囲
温度が変化した場合でも、振動側共振周波数ｆ1 と検出
側共振周波数ｆ2 との差の変化も低減することができ
る。この結果、角速度センサ５１は、検出感度のばらつ
きを小さくすることができる。

【００７４】次に、第４の実施の形態を図７を参照しつ
つ説明するに、本実施の形態の特徴は、枠状の枠状体を
従来技術で述べた角速度センサに用いたものである。な
お、本実施の形態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。

【００７５】６１は本実施の形態に適用される角速度セ
ンサで、該角速度センサ６１は、基板２と、該基板２上
に形成された後述する可動部６２、振動用固定部９、検
出用固定部１１等からなる。

【００７６】６２は基板２上にシリコン材料によって形
成された可動部で、該可動部６２は後述の枠状体６３
と、該各枠状体６３の四隅から中央部に向けてＬ字状に
折曲して形成された形成された支持梁５と、該各支持梁
５の先端に支持された振動体６とからなる。

【００７７】６３は枠状体で、該枠状体６３は、基板２
から離間した状態で、前後に離間してＸ軸方向に伸びる
２本の支持辺６３Ａ1 、左右に離間してＹ軸方向に伸び
る２本の固定辺６３Ａ2 によって略口状に形成された枠
部６３Ａと、該枠部６３Ａのうち各固定辺６３Ａ2 の長
さ方向中央部に位置して設けられた枠固定部６３Ｂとか
ら構成され、該枠状体６３は枠部６３Ａの一部となる枠
固定部６３Ｂによって基板２上に固定されている。ま
た、振動体６からＹ軸方向に延びる支持梁５の基端側
は、各支持辺６３Ａ1 の左右両側で支持されている。

【００７８】このように構成される角速度センサ６１で
は、Ｘ軸周りに加わる角速度Ωの検出動作は従来技術と
同様にして検出することができる。

【００７９】また、角速度センサ６１は、前述した第１
の実施の形態と同様に、周囲温度が上昇して基板２が伸
びた場合でも、基板２の伸びをＸ軸方向に延びる支持辺
６３Ａ1 と、Ｙ軸方向に延びる固定辺６３Ａ2 によって
緩和することができる。そして、周囲温度の変化に拘ら
ず、各支持梁５は、そのばね定数の変化を低減すること
ができる。この結果、角速度センサ６１は、周囲温度の
変化に拘らず、Ｚ軸周りに加わる角速度Ωの高精度な検
出を行うことができ、信頼性を高めることができる。

【００８０】なお、第４の実施の形態では、枠状体６３
は、各固定辺６３Ａ2 の長さ方向中央部に形成した枠固
定部６３Ｂによって基板２上に固定するようにしたが、
これに限らず、第２，第３の実施の形態のように、固定
辺６３Ａ2 の両端に枠固定部を形成し、該各枠固定部に
よって基板２に固定するようにしてもよい。さらに、枠
状体６３は略口状に限らず、第４の実施の形態のように
略コ字状に形成してもよいことは勿論である。

【００８１】また、実施の形態では、振動発生手段を、
可動側振動電極と固定側振動電極とをくし状電極とし、
各電極間に発生する静電引力によって振動体を振動させ
る構成としたが、本発明はこれに限らず、支持梁の近傍
に圧電体を設け、該圧電体によって振動体を振動させる
ようにしてもよい。また、変位検出手段を、可動側検出
電極と固定側検出電極とをくし状電極として各電極板間
の離間寸法の変化を静電容量の変化として検出するよう
にしたが、これに代えて、支持梁に圧電体を設け、該圧
電体の伸縮によって振動体の変位を検出するようにして
もよい。

【００８２】

【発明の効果】以上詳述した如く、請求項１の本発明に
よれば、各支持梁の基端側は、第２の軸方向に延びる枠
部にそれぞれ固定され、該枠部はその一部を枠固定部に
よって基板に固定しているから、枠状体は、周囲温度が
変化したときでも、振動体、支持梁の熱膨張と、基板の
熱膨張との差を緩和し、支持梁に加わる応力を低減す
る。これにより、支持梁のばね定数が周囲の温度変化に
よって変動するのをなくし、振動体を常に一定の振幅で
振動させることにより、角速度の検出感度のばらつきを
なくし、角速度センサの信頼性を高めることができる。

【００８３】また、振動発生手段により、振動体が第１
の軸方向に振動するときの周波数を振動側共振周波数、
第３の軸周りに角速度が加わったときに振動体が第２の
軸方向に振動するときの周波数を検出側共振周波数とし
たとき、周囲温度が変化した場合でも、支持梁のばね定
数が変動するのを抑えることにより、振動側共振周波数
と検出側共振周波数との差を低減することができ、角速
度センサとしての検出感度のばらつきを小さくすること
ができる。

【００８４】請求項２の発明では、各第１の支持梁の基
端側は、第１の支持梁の伸長方向に延びる枠部にそれぞ
れ固定され、該枠部はその一部を枠固定部によって基板
に固定しているから、周囲温度が変化したときの熱膨張
の差による応力を低減する。これにより、第１の支持
梁、第１の振動体、振動体からなる振動系の共振周波数
が温度変化によって変動するのを抑えることができ、温
度変化の影響を受けずに、振動体を同じ振幅で振動させ
ることができる。そして、角速度の検出感度のばらつき
をなくし、角速度センサの信頼性を高めることができ
る。

【００８５】請求項３の発明のように枠状体の枠部を略
口状に形成し、請求項４の発明のように枠状体の枠部を
略コ字状に形成したことにより、周囲温度が変化して熱
膨張によって基板が伸びた場合でも、枠部によって支持
梁に伝わる応力を小さくすることができる。

【００８６】請求項５の発明では、枠状体、支持梁、振
動体を、同一材料によって一体的に形成したから、基板
から離間した枠状体の枠部、支持梁、振動体が周囲温度
の上昇によって伸びた場合でも、同一材料によって形成
された各部位の延びは均一となっているから、支持梁に
加わる応力を一定に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態による角速度センサを示す平
面図である。

【図２】図１中の矢示II−II方向からみた断面図であ
る。

【図３】図１中の矢示III −III 方向からみた断面図で
ある。

【図４】第２の実施の形態による角速度センサを示す平
面図である。

【図５】図４中の矢示Ｖ−Ｖ方向からみた断面図であ
る。

【図６】第３の実施の形態による角速度センサを示す平
面図である。

【図７】第４の実施の形態による角速度センサを示す平
面図である。

【図８】従来技術による角速度センサを示す平面図であ
る。

【符号の説明】

５支持梁６振動体２１，４１，５１，６１角速度センサ２２基板２３，４２，５２，６２可動部２４，４３，５３，６３枠状体２４Ａ，４３Ａ，５３Ａ，６３Ａ枠部２４Ａ1 ，４３Ａ1 ，６３Ａ1 支持辺２４Ａ2 ，４３Ａ2 ，５３Ａ1 ，６３Ａ2 固定辺２４Ｂ，４３Ｂ，５３Ｂ，６３Ｂ枠固定部２５第１の支持梁２６第１の振動体２７第２の支持梁２８第２の振動体３１可動側振動電極３４固定側振動電極１３，３７振動発生部（振動発生手段）１４，３８変位検出部（変位検出手段）５３Ａ2 支持腕

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、該基板上に設けられた枠状体
と、基端側が該枠状体内に位置して支持され、前記基板
に対して水平面上で互いに直交する第１の軸と第２の軸
のうち第２の軸方向に延びる複数本の支持梁と、前記枠
状体内に位置して該各支持梁の先端側に前記第１の軸方
向と第２の軸方向に振動可能に設けられた振動体と、前
記振動体に前記各支持梁を通して第１の軸方向に振動を
与える振動発生手段と、前記基板と前記振動体との間に
設けられ、該振動発生手段により振動体に第１の軸方向
に振動を与えている状態で、該第１の軸と第２の軸に直
交する第３の軸周りに角速度が加わったとき前記振動体
に生じる第２の軸方向への変位を検出する変位検出手段
とからなり、かつ前記枠状体は、前記基板の表面から離
間した状態で少なくとも前記第２の軸方向に延び、前記
各支持梁の基端側をそれぞれ支持する枠部と、該枠部の
一部を前記基板の表面に固定する枠固定部とから構成し
てなる角速度センサ。
【請求項２】基板と、該基板上に設けられた枠状体
と、基端側が該枠状体内に位置して支持され、前記基板
に対して水平面上に互いに直交する第１の軸と第２の軸
のうち第２の軸方向に延びる複数本の第１の支持梁と、
前記枠状体内に位置して該各第１の支持梁の先端側に前
記第１の軸方向に振動可能に設けられた第１の振動体
と、基端側が該第１の振動体内に位置して支持され第１
の軸方向に延びる第２の支持梁と、該第２の支持梁の先
端側に前記第２の軸方向に振動可能に設けられた第２の
振動体と、前記第１の振動体に前記各第１の支持梁を通
して第１の軸方向に振動を与える振動発生手段と、該振
動発生手段により第１の振動体を第１の軸方向に振動を
与えている状態で、該第１の軸と第２の軸に直交する第
３の軸周りに角速度が加わったとき前記第２の振動体に
生じる第２の軸方向への変位を検出する変位検出手段と
からなり、かつ前記枠状体は、前記基板の表面から離間
した状態で少なくとも前記第１の支持梁の伸長方向に延
び、前記各第１の支持梁の基端側をそれぞれ支持する枠
部と、該枠部の一部を前記基板の表面に固定する枠固定
部とから構成してなる角速度センサ。
【請求項３】前記枠状体の枠部は、略口状に形成して
なる請求項１または２記載の角速度センサ。
【請求項４】前記枠状体の枠部は、略コ字状に形成し
てなる請求項１または２記載の角速度センサ。
【請求項５】前記枠状体、支持梁、振動体は、同一材
料によって一体的に形成してなる請求項１，２，３また
は４記載の角速度センサ。