(57)【要約】【課題】  出力暴れを抑制しつつ加速度を高感度に検出することができる複合センサを提供する。【解決手段】  ４個の質量部４，８，１２，１３を支持梁１４によって連結する。振動発生部１６，１９は、互いに隣合う質量部４，１３と、質量部８，１２とを逆位相で振動させる。そして、角速度検出用の変位検出部２２，２５は、質量部４，８の内側枠体６，１０を用いてＺ軸周りの角速度Ωを検出する。一方、質量部１２，１３の外側には、質量部２９，３２を設ける。加速度検出用の変位検出部４０，４３は、質量部２９，３２を用いてＹ軸方向の加速度αを検出する。また、基板２と質量部２９，３２との間には、質量部２９，３２の振動を減衰させるダンピング部３４，３７を設ける。これにより、質量部２９，３２の機械的なＱ値を低下することができる。【選択図】        図１
2010085313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板に設けられた第１の支持部と、
前記基板と隙間をもって対向して配置された第１の振動子と、
該第１の振動子と第１の支持部とを接続し、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる３軸方向のうちＸ軸方向に向けて振動可能な状態で該第１の振動子を支持する第１の支持梁と、
前記第１の振動子に設けられた角速度検出用振動子と、
該角速度検出用振動子と第１の振動子とを接続し、該角速度検出用振動子をＹ軸方向またはＺ軸方向に向けて変位可能に支持する角速度検出用支持梁と、
前記第１の振動子をＸ軸方向に振動させる振動発生手段と、
前記第１の振動子がＸ軸方向に振動した状態で角速度検出用振動子がＹ軸方向またはＺ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する角速度検出用の変位検出手段と、
前記基板に設けられた第２の支持部と、
前記基板と隙間をもって対向して配置された第２の振動子と、
該第２の振動子と第２の支持部とを接続し、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に向けて変位可能な状態で該第２の振動子を支持する第２の支持梁と、
前記基板に設けられた固定側板体と、該固定側板体と対向して前記第２の振動子に設けられた可動側板体とからなり、前記固定側板体と可動側板体との間にエアダンピングを発生させて前記第２の振動子の振動を減衰させるダンピング手段と、
前記第１，第２の振動子の間に設けられ、第２の振動子がＸ軸方向またはＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する加速度検出用の変位検出手段と、
前記第１の振動子がＸ軸方向に振動したときの第１の振動子の変位をモニタする振動モニタ手段と、
前記加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号を該振動モニタ手段によるモニタ信号を用いて同期検波し、前記第２の振動子に作用する加速度を検出する加速度検出手段とを備える構成としてなる複合センサ。
【請求項２】
前記ダンピング手段は、前記基板に複数の固定側板体を櫛歯状に配置した固定側櫛歯状板体群と、前記第２の振動子に複数の可動側板体を櫛歯状に配置し該固定側櫛歯状板体群と噛合する可動側櫛歯状板体群とによって構成してなる請求項１に記載の複合センサ。
【請求項３】
前記第１の振動子は、Ｙ軸方向に複数並んで配置され、
前記第１の支持梁は、該複数の第１の振動子を互いに連結し、
前記振動発生手段は、互いに隣合う第１の振動子を逆位相で振動させる構成としてなる請求項１または２に記載の複合センサ。
【請求項４】
前記第２の振動子は、加速度が作用したときに前記第１の振動子に対して互いに逆方向に変位するように２つ設け、
前記加速度検出用の変位検出手段は、該２つの第２の振動子に対応して２つ設け、
前記加速度検出手段は、該２つの加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号の差を用いて加速度を検出する構成としてなる請求項１，２または３に記載の複合センサ。
【請求項５】
前記加速度検出用の変位検出手段は、前記第１，第２の振動子の間に互いに対向して設けられ、前記第１，第２の振動子の変位に応じて静電容量が変化する一対の電極部を備え、
該一対の電極部は、前記第１の振動子が停止した中立状態となるときに、部分的に対向するようにＸ軸方向に対して互いに位置ずれして配置する構成としてなる請求項１，２または３に記載の複合センサ。
【請求項６】
前記加速度検出用の変位検出手段は、前記第１，第２の振動子の間に互いに対向して設けられ、前記第１，第２の振動子の変位に応じて静電容量が変化する一対の第１電極部と一対の第２電極部とを備える構成とし、
前記一対の第１電極部と一対の第２電極部とは、前記第１の振動子が変位したときに静電容量の増加と減少が互いに逆に変化し、かつ前記第２の振動子が変位したときに静電容量の増加と減少が互いに逆に変化する構成としてなる請求項１，２または３に記載の複合センサ。
【請求項７】
基板と、
該基板に設けられた第１の支持部と、
前記基板と隙間をもって対向して配置された第１の振動子と、
該第１の振動子と第１の支持部とを接続し、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる３軸方向のうちＸ軸方向に向けて振動可能な状態で該第１の振動子を支持する第１の支持梁と、
前記第１の振動子に設けられた角速度検出用振動子と、
該角速度検出用振動子と第１の振動子とを接続し、該角速度検出用振動子をＹ軸方向またはＺ軸方向に向けて変位可能に支持する角速度検出用支持梁と、
前記第１の振動子をＸ軸方向に振動させる振動発生手段と、
前記第１の振動子がＸ軸方向に振動した状態で角速度検出用振動子がＹ軸方向またはＺ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する角速度検出用の変位検出手段と、
前記基板に設けられた第２の支持部と、
前記基板と隙間をもって対向して配置された第２の振動子と、
該第２の振動子と第２の支持部とを接続し、Ｚ軸と直交し、かつＸ軸およびＹ軸に対して傾斜した傾斜方向に向けて変位可能な状態で該第２の振動子を支持する第２の支持梁と、
前記基板に設けられた固定側板体と、該固定側板体と対向して前記第２の振動子に設けられた可動側板体とからなり、前記固定側板体と可動側板体との間にエアダンピングを発生させて前記第２の振動子の振動を減衰させるダンピング手段と、
前記第１，第２の振動子の間に設けられ、第２の振動子がＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する加速度検出用の変位検出手段と、
前記基板に設けられた第３の支持部と、
前記基板と隙間をもって対向して配置された第３の振動子と、
該第３の振動子と第３の支持部とを接続し、Ｚ軸と直交し、かつＸ軸およびＹ軸に対して傾斜した傾斜方向であって前記第２の振動子が変位する方向と異なる方向に向けて変位可能な状態で該第３の振動子を支持する第３の支持梁と、
前記基板に設けられた他の固定側板体と、該他の固定側板体と対向して前記第３の振動子に設けられた他の可動側板体とからなり、前記他の固定側板体と他の可動側板体との間にエアダンピングを発生させて前記第３の振動子の振動を減衰させる他のダンピング手段と、
前記第１，第３の振動子の間に設けられ、第３の振動子がＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する他の加速度検出用の変位検出手段と、
前記第１の振動子がＸ軸方向に振動したときの第１の振動子の変位をモニタする振動モニタ手段と、
前記２つの加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号の差を該振動モニタ手段によるモニタ信号を用いて同期検波して第１の加速度を検出し、前記２つの加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号の和を該振動モニタ手段によるモニタ信号を用いて同期検波して第２の加速度を検出する加速度検出手段とを備える構成としてなる複合センサ。
【請求項８】
前記ダンピング手段は、前記基板に複数の固定側板体を櫛歯状に配置した固定側櫛歯状板体群と、前記第２の振動子に複数の可動側板体を櫛歯状に配置し該固定側櫛歯状板体群と噛合する可動側櫛歯状板体群とによって構成し、
前記他のダンピング手段は、前記基板に複数の他の固定側板体を櫛歯状に配置した他の固定側櫛歯状板体群と、前記第３の振動子に設けられ複数の可動側板体を櫛歯状に配置し該他の固定側櫛歯状板体群と噛合する他の可動側櫛歯状板体群とによって構成してなる請求項７に記載の複合センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば角速度および加速度を検出するのに用いて好適な複合センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複合センサとして、振動子を用いて角速度と加速度を検出するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような複合センサは、支持梁によって互いに直交する２軸方向（例えばＸ軸方向およびＹ軸方向）に変位可能に支持された振動子と、該振動子をＸ軸方向に振動させた状態でＹ軸方向の変位を検出する変位検出器とによって構成されている。そして、複合センサに角速度が作用した場合には、Ｘ軸方向に振動している振動子に対して、Ｙ軸方向に向けて角速度によるコリオリ力が作用する。このコリオリ力は振動子の振動周波数と同じ周波数で発生するから、複合センサは、変位検出器によって検出した検出信号に対して振動周波数で同期検波を行い、角速度を検出する。一方、複合センサに加速度が作用した場合には、加速度によって振動子が例えばＹ軸方向に変位する。このため、複合センサは、この振動子の変位を変位検出器を用いて検出し、加速度を検出する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０５６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した従来技術では、共通の振動子を用いて角速度および加速度を検出する構成となっている。このため、例えば角速度を検出するために振動子および支持梁を設計した場合には、加速度に対する支持梁の剛性が過度に大きくなる。この結果、加速度に対する振動子の変位を十分に確保することができず、加速度の検出感度が低下するという問題がある。一方、加速度を検出するために振動子および支持梁を設計した場合には、支持梁の剛性が過度に小さくなる。この結果、角速度の検出信号に加速度の検出信号が混入し、角速度の検出精度が劣化するという問題がある。
【０００５】
また、角速度の検出感度を向上するためには、振動子の振幅を大きくする必要がある。この場合、振動子を減圧雰囲気中に封止し、振動子の機械的Ｑ値を大きくする。このとき、加速度の検出方向と同一方向に向けて外部から共振周波数成分を含む衝撃が印加されたときには、振動子が大きく振動する。このため、加速度の検出信号が過度に大きく変動して出力暴れが発生するという問題もある。
【０００６】
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、本発明の目的は、出力暴れを抑制しつつ加速度を高感度に検出することができる複合センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明による複合センサは、基板と、該基板に設けられた第１の支持部と、前記基板と隙間をもって対向して配置された第１の振動子と、該第１の振動子と第１の支持部とを接続し、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる３軸方向のうちＸ軸方向に向けて振動可能な状態で該第１の振動子を支持する第１の支持梁と、前記第１の振動子に設けられた角速度検出用振動子と、該角速度検出用振動子と第１の振動子とを接続し、該角速度検出用振動子をＹ軸方向またはＺ軸方向に向けて変位可能に支持する角速度検出用支持梁と、前記第１の振動子をＸ軸方向に振動させる振動発生手段と、前記第１の振動子がＸ軸方向に振動した状態で角速度検出用振動子がＹ軸方向またはＺ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する角速度検出用の変位検出手段と、前記基板に設けられた第２の支持部と、前記基板と隙間をもって対向して配置された第２の振動子と、該第２の振動子と第２の支持部とを接続し、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に向けて変位可能な状態で該第２の振動子を支持する第２の支持梁と、前記基板に設けられた固定側板体と、該固定側板体と対向して前記第２の振動子に設けられた可動側板体とからなり、前記固定側板体と可動側板体との間にエアダンピングを発生させて前記第２の振動子の振動を減衰させるダンピング手段と、前記第１，第２の振動子の間に設けられ、第２の振動子がＸ軸方向またはＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する加速度検出用の変位検出手段と、前記第１の振動子がＸ軸方向に振動したときの第１の振動子の変位をモニタする振動モニタ手段と、前記加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号を該振動モニタ手段によるモニタ信号を用いて同期検波し、前記第２の振動子に作用する加速度を検出する加速度検出手段とを備える構成としている。
【０００８】
請求項２の発明では、前記ダンピング手段は、前記基板に複数の固定側板体を櫛歯状に配置した固定側櫛歯状板体群と、前記第２の振動子に複数の可動側板体を櫛歯状に配置し該固定側櫛歯状板体群と噛合する可動側櫛歯状板体群とによって構成している。
【０００９】
請求項３の発明では、前記第１の振動子は、Ｙ軸方向に複数並んで配置され、前記第１の支持梁は、該複数の第１の振動子を互いに連結し、前記振動発生手段は、互いに隣合う第１の振動子を逆位相で振動させる構成としている。
【００１０】
請求項４の発明では、前記第２の振動子は、加速度が作用したときに前記第１の振動子に対して互いに逆方向に変位するように２つ設け、前記加速度検出用の変位検出手段は、該２つの第２の振動子に対応して２つ設け、前記加速度検出手段は、該２つの加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号の差を用いて加速度を検出する構成としている。
【００１１】
請求項５の発明では、前記加速度検出用の変位検出手段は、前記第１，第２の振動子の間に互いに対向して設けられ、前記第１，第２の振動子の変位に応じて静電容量が変化する一対の電極部を備え、該一対の電極部は、前記第１の振動子が停止した中立状態となるときに、部分的に対向するようにＸ軸方向に対して互いに位置ずれして配置する構成としている。
【００１２】
請求項６の発明によれば、前記加速度検出用の変位検出手段は、前記第１，第２の振動子の間に互いに対向して設けられ、前記第１，第２の振動子の変位に応じて静電容量が変化する一対の第１電極部と一対の第２電極部とを備える構成とし、前記一対の第１電極部と一対の第２電極部とは、前記第１の振動子が変位したときに静電容量の増加と減少が互いに逆に変化し、かつ前記第２の振動子が変位したときに静電容量の増加と減少が互いに逆に変化する構成としている。
【００１３】
また、請求項７の発明による複合センサは、基板と、該基板に設けられた第１の支持部と、前記基板と隙間をもって対向して配置された第１の振動子と、該第１の振動子と第１の支持部とを接続し、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる３軸方向のうちＸ軸方向に向けて振動可能な状態で該第１の振動子を支持する第１の支持梁と、前記第１の振動子に設けられた角速度検出用振動子と、該角速度検出用振動子と第１の振動子とを接続し、該角速度検出用振動子をＹ軸方向またはＺ軸方向に向けて変位可能に支持する角速度検出用支持梁と、前記第１の振動子をＸ軸方向に振動させる振動発生手段と、前記第１の振動子がＸ軸方向に振動した状態で角速度検出用振動子がＹ軸方向またはＺ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する角速度検出用の変位検出手段と、前記基板に設けられた第２の支持部と、前記基板と隙間をもって対向して配置された第２の振動子と、該第２の振動子と第２の支持部とを接続し、Ｚ軸と直交し、かつＸ軸およびＹ軸に対して傾斜した傾斜方向に向けて変位可能な状態で該第２の振動子を支持する第２の支持梁と、前記基板に設けられた固定側板体と、該固定側板体と対向して前記第２の振動子に設けられた可動側板体とからなり、前記固定側板体と可動側板体との間にエアダンピングを発生させて前記第２の振動子の振動を減衰させるダンピング手段と、前記第１，第２の振動子の間に設けられ、第２の振動子がＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する加速度検出用の変位検出手段と、前記基板に設けられた第３の支持部と、前記基板と隙間をもって対向して配置された第３の振動子と、該第３の振動子と第３の支持部とを接続し、Ｚ軸と直交し、かつＸ軸およびＹ軸に対して傾斜した傾斜方向であって前記第２の振動子が変位する方向と異なる方向に向けて変位可能な状態で該第３の振動子を支持する第３の支持梁と、前記基板に設けられた他の固定側板体と、該他の固定側板体と対向して前記第３の振動子に設けられた他の可動側板体とからなり、前記他の固定側板体と他の可動側板体との間にエアダンピングを発生させて前記第３の振動子の振動を減衰させる他のダンピング手段と、前記第１，第３の振動子の間に設けられ、第３の振動子がＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する他の加速度検出用の変位検出手段と、前記第１の振動子がＸ軸方向に振動したときの第１の振動子の変位をモニタする振動モニタ手段と、前記２つの加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号の差を該振動モニタ手段によるモニタ信号を用いて同期検波して第１の加速度を検出し、前記２つの加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号の和を該振動モニタ手段によるモニタ信号を用いて同期検波して第２の加速度を検出する加速度検出手段とを備える構成としている。
【００１４】
請求項８の発明では、前記ダンピング手段は、前記基板に複数の固定側板体を櫛歯状に配置した固定側櫛歯状板体群と、前記第２の振動子に複数の可動側板体を櫛歯状に配置し該固定側櫛歯状板体群と噛合する可動側櫛歯状板体群とによって構成し、前記他のダンピング手段は、前記基板に複数の他の固定側板体を櫛歯状に配置した他の固定側櫛歯状板体群と、前記第３の振動子に設けられ複数の可動側板体を櫛歯状に配置し該他の固定側櫛歯状板体群と噛合する他の可動側櫛歯状板体群とによって構成している。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、振動発生手段は第１の振動子をＸ軸方向に振動させる。この状態でＺ軸周りまたはＹ軸周りの角速度が作用すると、角速度検出用振動子にコリオリ力が作用し、角速度検出用振動子がＸ軸方向と直交するＹ軸方向またはＺ軸方向に変位する。このため、角速度検出用の変位検出手段を用いて角速度検出用振動子がＹ軸方向またはＺ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出することによって、角速度検出用振動子に作用する角速度を検出することができる。
【００１６】
また、Ｘ軸方向またはＹ軸方向の加速度が作用すると、加速度によって第２の振動子がＸ軸方向またはＹ軸方向に変位する。このとき、加速度検出用の変位検出手段は、第２の振動子が第１の振動子に対してＸ軸方向またはＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する。また、振動モニタ手段は、第１の振動子がＸ軸方向に振動したときの第１の振動子の変位をモニタする。このため、加速度検出手段は、加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号を振動モニタ手段によるモニタ信号を用いて同期検波し、第２の振動子に作用する加速度を検出することができる。
【００１７】
特に、請求項１の発明では、第１の振動子および角速度検出用振動子とは別個に第２の振動子を設けると共に、該第２の振動子を第２の支持梁を用いて支持する構成とした。このため、第１の振動子、角速度検出用振動子、第１の支持梁および角速度検出用支持梁とは独立して、第２の振動子および第２の支持梁を設計することができる。この結果、第１の振動子、角速度検出用振動子、第１の支持梁および角速度検出用支持梁は角速度の検出に適した質量や剛性にすることができると共に、第２の振動子および第２の支持梁は加速度の検出に適した質量や剛性にすることができる。これにより、角速度および加速度の両方を高感度に検出することができる。
【００１８】
また、加速度検出手段は、加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号を振動モニタ手段によるモニタ信号を用いて同期検波する構成としたから、第１の振動子の振動周波数とは異なる周波数成分の信号を除去することができる。このため、電気的な外部雑音等を容易に除去することができ、第１の振動子を停止させた状態で加速度を検出した場合に比べて、加速度の検出精度を高めることができる。
【００１９】
さらに、基板に設けた固定側板体と第２の振動子に設けた可動側板体とによってダンピング手段を構成した。このため、ダンピング手段は、固定側板体と可動側板体との間にエアダンピングを発生させて第２の振動子の振動を減衰させることができ、第２の振動子の機械的なＱ値を第１の振動子の機械的なＱ値に比べて十分に小さくすることができる。これにより、第１，第２の振動子を減圧雰囲気中に封止したときには、第１の振動子は大きな振幅でＸ軸方向に振動させることができ、角速度を高感度で検出できる。一方、第２の振動子の変位はダンピング手段によって抑制されるから、外部から第２の振動子の共振周波数成分を含む衝撃が印加されたときでも、第２の振動子の振幅が小さくなる。この結果、加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号が過度に変動する出力暴れを抑制することができる。
【００２０】
請求項２の発明によれば、ダンピング手段は、基板に複数の固定側板体を櫛歯状に配置した固定側櫛歯状板体群と、第２の振動子に複数の可動側板体を櫛歯状に配置した可動側櫛歯状板体群とによって構成した。このとき、固定側櫛歯状板体群と可動側櫛歯状板体群とが噛合した状態で、第２の振動子と一緒に可動側櫛歯状板体群が変位するから、複数の固定側板体と複数の可動側板体との間で大きなエアダンピングを発生させることができ、第２の振動子の振動に対する減衰効果を高めることができる。
【００２１】
請求項３の発明によれば、互いにＹ軸方向の隣合う位置に配置された２つの第１の振動子は互いに逆位相で振動する。このとき、これら２つの第１の振動子に角速度検出用振動子をそれぞれ設けた場合には、これら２つの角速度検出用振動子は、角速度が作用したときにはコリオリ力によって互いに逆方向に変位し、加速度が作用したときには慣性力によって互いに等しい方向に変位する。このため、例えばこれら２つの角速度検出用振動子の変位量を減算することによって、これらの変位量のうち互いに同じ方向に変位した分（加速度成分）を相殺して除去することができ、加速度と分離して角速度を検出することができる。
【００２２】
請求項４の発明によれば、第２の振動子がＹ軸方向に変位可能に設けられているときには、例えば第１の振動子のＹ軸方向の両端側に２つの第２の振動子を配置する。これにより、加速度が作用したときには、これら２つの第２の振動子は、第１の振動子に対して互いに逆方向に変位する。このとき、２つの加速度検出用の変位検出手段は、逆方向に変位する２つの第２の振動子の変位量を検出する。このため、加速度検出手段は、２つの加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号の差を用いることによって、加速度の検出感度を例えば２倍に高めることができる。
【００２３】
なお、第２の振動子がＸ軸方向に変位可能に設けられているときには、例えば第１の振動子のＸ軸方向の両端側に２つの第２の振動子を配置する。これにより、上述と同様に、加速度が作用したときには、２つの第２の振動子は、第１の振動子に対して互いに逆方向に変位する。
【００２４】
請求項５の発明によれば、第１の振動子がＸ軸方向の一側に変位したときには、一対の電極部の対向面積は増加する。一方、第１の振動子がＸ軸方向の他側に変位したときには、一対の電極部の対向面積は減少する。このため、一対の電極部の対向面積は第１の振動子の振動周期と同期して変化するから、一対の電極部間の静電容量も第１の振動子の振動周期と同期させることができる。
【００２５】
請求項６の発明によれば、第１の振動子が変位した場合には、第１電極部の静電容量が増加すると第２電極部の静電容量は減少し、第１電極部の静電容量が減少すると第２電極部の静電容量は増加する。このため、第１の振動子がＸ軸方向に振動したときには、第１電極部の静電容量と第２電極部の静電容量とは互いに逆位相で変化する。従って、第１電極部の静電容量と第２電極部の静電容量とを加えた静電容量の総和は、第１の振動子が振動したときには、第１電極部の静電容量の変化分を第２電極部の静電容量の変化分によって相殺することができる。
【００２６】
一方、第２の振動子が変位した場合には、第１電極部の静電容量が増加すると第２電極部の静電容量は減少し、第１電極部の静電容量が減少すると第２電極部の静電容量は増加する。このとき、第１の振動子が振動した状態で加速度を検出するから、第１電極部の静電容量と第２電極部の静電容量とは互いに逆位相で変化する。この結果、第１の振動子が振動した状態で加速度によって第２の振動子が変位したときには、第１電極部の静電容量と第２電極部の静電容量との総和は、第１電極部の静電容量と第２電極部の静電容量との差に応じた値となり、第１の振動子の振動周期に同期して変化する。このとき、第１電極部の静電容量と第２電極部の静電容量との総和は、第１電極部および第２電極部のうちいずれか一方だけを設けたときに比べて、２倍の振幅で変化するから、加速度の検出感度を高めることができる。
【００２７】
請求項７の発明によれば、前述と同様に、第１の振動子をＸ軸方向に振動させた状態で、角速度検出用の変位検出手段を用いて角速度検出用振動子がＹ軸方向またはＺ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出することによって、角速度検出用振動子に作用する角速度を検出することができる。
【００２８】
また、Ｘ軸方向の加速度が作用すると、加速度のうち傾斜方向の分力が第２の振動子に作用し、該分力に応じて第２の振動子がＸ軸およびＹ軸に対して傾斜した傾斜方向に変位する。このとき、加速度検出用の変位検出手段は、第２の振動子が第１の振動子に対してＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する。このため、加速度検出用の変位検出手段は、第２の振動子がＸ軸方向の加速度に応じて傾斜方向に変位したときに、この傾斜方向に対する変位量のうちＹ軸方向の変位量を検出する。
【００２９】
一方、Ｘ軸方向の加速度が作用すると、加速度のうち他の傾斜方向の分力が第３の振動子に作用し、該分力に応じて第３の振動子がＸ軸およびＹ軸に対して傾斜した他の傾斜方向に変位する。このとき、他の加速度検出用の変位検出手段は、第３の振動子が第１の振動子に対してＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する。このため、他の加速度検出用の変位検出手段は、第３の振動子がＸ軸方向の加速度に応じて他の傾斜方向に変位したときに、この他の傾斜方向に対する変位量のうちＹ軸方向の変位量を検出する。
【００３０】
また、Ｙ軸方向の加速度が作用すると、加速度のうち傾斜方向の分力に応じて第２の振動子が変位する。このため、加速度検出用の変位検出手段は、第２の振動子がＹ軸方向の加速度に応じて傾斜方向に変位したときに、この傾斜方向に対する変位量のうちＹ軸方向の変位量を検出する。
【００３１】
さらに、Ｙ軸方向の加速度が作用すると、加速度のうち他の傾斜方向の分力に応じて第３の振動子が変位する。このため、他の加速度検出用の変位検出手段は、第３の振動子がＹ軸方向の加速度に応じて傾斜方向に変位したときに、この傾斜方向に対する変位量のうちＹ軸方向の変位量を検出する。
【００３２】
ここで、例えば第２，第３の振動子が互いに直交した方向に変位するときには、加速度がＹ軸方向に作用したときには、例えば第２，第３の振動子のうち一方のＹ軸方向の変位量が増加し、他方のＹ軸方向の変位量は減少する。これに対し、加速度がＸ軸方向に作用したときには、例えば第２，第３の振動子のＹ軸方向の変位量は、両方とも一緒に増加または減少する。
【００３３】
このため、加速度検出手段は、２つの加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号の差を振動モニタ手段によるモニタ信号を用いて同期検波することによって、例えば第１の加速度としてＹ軸方向の加速度を検出することができる。一方、２つの加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号の和を振動モニタ手段によるモニタ信号を用いて同期検波することによって、例えば第２の加速度としてＸ軸方向の加速度を検出することができる。なお、第２，第３の振動子の変位方向や２つの加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号を適宜設定することによって、第１の加速度としてＸ軸方向の加速度を検出し、第２の加速度としてＹ軸方向の加速度を検出することも可能である。
【００３４】
特に、請求項７の発明では、第１の振動子および角速度検出用振動子とは別個に第２，第３の振動子を設けると共に、該第２，第３の振動子を第２，第３の支持梁を用いて支持する構成とした。このため、第１の振動子、角速度検出用振動子、第１の支持梁および角速度検出用支持梁とは独立して、第２，第３の振動子および第２，第３の支持梁を設計することができる。これにより、角速度および加速度の両方を高感度に検出することができる。
【００３５】
また、加速度検出手段は、２つの加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号の差または和を振動モニタ手段によるモニタ信号を用いて同期検波する構成としたから、第１の振動子の振動周波数とは異なる周波数成分の信号を除去することができる。このため、電気的な外部雑音等を容易に除去することができ、第１の振動子を停止させた状態で加速度を検出した場合に比べて、加速度の検出精度を高めることができる。
【００３６】
さらに、請求項７の発明では、基板に設けた固定側板体と第２の振動子に設けた可動側板体とによってダンピング手段を構成すると共に、基板に設けた他の固定側板体と第３の振動子に設けた他の可動側板体とによって他のダンピング手段を構成とした。このため、ダンピング手段によって、第２の振動子の機械的なＱ値を第１の振動子の機械的なＱ値に比べて十分に小さくすることができると共に、他のダンピング手段によって、第３の振動子の機械的なＱ値を第１の振動子の機械的なＱ値に比べて十分に小さくすることができる。これにより、第１〜第３の振動子を減圧雰囲気中に封止したときには、第１の振動子は大きな振幅でＸ軸方向に振動させることができ、角速度を高感度で検出できる。一方、第２，第３の振動子の変位はダンピング手段によって抑制されるから、外部から第２，第３の振動子の共振周波数成分を含む衝撃が印加されたときでも、第２，第３の振動子の振動が小さくなる。この結果、加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号および他の加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号が過度に変動する出力暴れを抑制することができる。
【００３７】
請求項８の発明によれば、ダンピング手段は、基板に複数の固定側板体を櫛歯状に配置した固定側櫛歯状板体群と、第２の振動子に複数の可動側板体を櫛歯状に配置した可動側櫛歯状板体群とによって構成した。このとき、固定側櫛歯状板体群と可動側櫛歯状板体群とが噛合した状態で、第２の振動子と一緒に可動側櫛歯状板体群が変位するから、複数の固定側板体と複数の可動側板体との間で大きなエアダンピングを発生させることができ、第２の振動子の振動に対する減衰効果を高めることができる。
【００３８】
同様に、他のダンピング手段は、基板に複数の他の固定側板体を櫛歯状に配置した他の固定側櫛歯状板体群と、第３の振動子に複数の可動側板体を櫛歯状に配置した他の可動側櫛歯状板体群とによって構成した。このとき、他の固定側櫛歯状板体群と他の可動側櫛歯状板体群とが噛合した状態で、第３の振動子と一緒に他の可動側櫛歯状板体群が変位するから、複数の他の固定側板体と複数の他の可動側板体との間で大きなエアダンピングを発生させることができ、第２の振動子の振動に対する減衰効果を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態による複合センサを、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００４０】
まず、図１ないし図７は第１の実施の形態を示している。図において、複合センサ１は、基板２、支持部３，２８，３１、質量部４，８，１２，１３，２９，３２、支持梁７，１１，１４，３０，３３、振動発生部１６，１９、変位検出部２２，２５，４０，４３、ダンピング部３４，３７、振動モニタ部４６，４９等によって構成されている。
【００４１】
基板２は、例えばシリコン材料、ガラス材料等により平板状に形成され、互いに直交するＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸のうち、例えばＸ軸とＹ軸とに沿って水平に延びると共に、Ｚ軸と垂直に配置されている。
【００４２】
また、基板２上には、例えば導電性を有する低抵抗なシリコン材料等にエッチング加工を施すことによって、支持部３，２８，３１、質量部４，８，１２，１３，２９，３２、支持梁７，１１，１４，３０，３３、振動発生部１６，１９、変位検出部２２，２５，４０，４３、ダンピング部３４，３７、振動モニタ部４６，４９等が形成されている。
【００４３】
中央支持部３は、第１の支持部を構成し、基板２上に位置してＸ軸方向の両側に設けられている。ここで、各中央支持部３は、基板２上に固定されＹ軸方向に延びた台座部３Ａと、該台座部３Ａに設けられ基板２から離れた位置で連結支持梁１４の節部１４Ａに連結された３個の腕部３Ｂとによって構成されている。
【００４４】
ここで、各腕部３Ｂは、質量部４，８，１２，１３、支持梁７，１１，１４等を基板２から離間した状態に保持している。また、腕部３Ｂは、各質量部等を連結支持梁１４の節部１４Ａ（振動の節）の位置で支持する。このため、これらの振動が節部１４Ａの位置で打消されるようになり、基板２に振動が伝わるのを抑制する。
【００４５】
第１の中央質量部４は、基板２と隙間をもって対向して配置されている。また、第１の中央質量部４は、Ｙ軸方向に並んで配置された４個の質量部４，８，１２，１３のうち、第２の中央質量部８と共に中央寄りに配置されている。また、中央質量部４は、四角形の枠状に形成された第１の振動子としての外側枠体５と、該外側枠体５の内側に配置された四角形の枠状体からなる角速度検出用振動子としての内側枠体６と、該内側枠体６の四隅と外側枠体５との間に設けられた例えば４本の角速度検出用支持梁７とにより構成されている。
【００４６】
ここで、外側枠体５は、中央質量部４がＸ軸方向（振動方向）に振動するときに、後述する連結支持梁１４の撓み変形がＹ軸方向（検出方向）の変位となって内側枠体６に伝わるのを遮断している。また、角速度検出用支持梁７は、Ｘ軸方向に延びてＹ軸方向に撓み変形可能に形成され、内側枠体６をＹ軸方向に変位可能に支持すると共に、内側枠体６がＸ軸方向に変位するのを規制している。
【００４７】
第２の中央質量部８は、中央質量部４とほぼ同様に、外側枠体９（第１の振動子）、内側枠体１０（角速度検出用振動子）および角速度検出用支持梁１１により構成されている。そして、内側枠体１０は、角速度検出用支持梁１１が撓み変形することによりＹ軸方向に変位可能となっている。
【００４８】
第１，第２の外側質量部１２，１３は、Ｙ軸方向に対して中央質量部４，８の外側に配置され、第１の振動子をそれぞれ構成している。外側質量部１２，１３は、Ｘ軸方向に延びる直線状の質量体として形成され、その長さ方向の両端側は各連結支持梁１４にそれぞれ連結されている。
【００４９】
連結支持梁１４は、質量部４，８，１２，１３を挟んでＸ軸方向の両側に配置され、第１の支持梁を構成している。各連結支持梁１４は、ばね性を有する細幅な梁として形成され、Ｙ軸方向に直線状に延びると共に、Ｘ軸方向に撓み変形可能となっている。また、各連結支持梁１４の長さ方向途中部位には、高い剛性を有する幅広な連結部１５を介して質量部４，８の外側枠体５，９が連結され、連結支持梁１４の長さ方向両端側には外側質量部１２，１３が連結されている。
【００５０】
これにより、４個の質量部４，８，１２，１３は、互いに梯子状に連結された連結質量部を構成すると共に、Ｙ軸方向に直線状に並んだ状態で各連結支持梁１４によりＸ軸方向に振動可能に支持されている。また、これらの質量部４，８，１２，１３は、質量部全体の重心Ｇを挟んでほぼ対称に配置されている。
【００５１】
そして、後述の振動発生部１６，１９に駆動信号をそれぞれ印加したときには、図１および図５に示すように、互いに隣合う質量部４，１３と質量部８，１２とが、これら全体の重心Ｇをほぼ一定の位置に保持しつつ、逆位相（位相が１８０°ずれた状態）でＸ軸方向に振動する。即ち、例えば質量部４，１３がＸ軸方向に沿って矢示ａ1方向に振動するときには、質量部８，１２がこれと逆向きの矢示ａ2方向に振動する。
【００５２】
このように、隣合う質量部同士が互いに逆位相で振動する振動モードは、複合センサ１が作動するときの正規の振動モードとして予め定められているものである。この振動モードにおいて、質量部４，１３と質量部８，１２とは、重心Ｇを中心として対称な位置で安定的に振動できると共に、重心Ｇの周囲でバランスよく振動することによって基板２への振動伝達を抑えることができる。また、正規の振動モードでは、各連結支持梁１４がＸ軸方向に略Ｓ字状をなして撓み変形しつつ、くねるように振動し、その長さ方向途中部位には、振動の節となってほぼ一定の位置を保持する例えば３箇所の節部１４Ａがそれぞれ形成される。
【００５３】
第１の振動発生部１６（振動発生手段）は、基板２と第１の外側質量部１２との間に設けられ、静電力を用いて第１の外側質量部１２をＸ軸方向に振動させる。ここで、振動発生部１６は、Ｘ軸方向に離間して２箇所に配置されている。そして、各振動発生部１６は、基板２に設けられた固定側駆動電極１７と、外側質量部１２に設けられた可動側駆動電極１８とによって構成されている。
【００５４】
固定側駆動電極１７は、例えば複数の電極板１７Ａを有する櫛歯状電極によって構成されている。また、可動側駆動電極１８も、例えば複数の電極板１８Ａを有する櫛歯状電極からなり、各電極板１７Ａ，１８Ａは、Ｙ軸方向の隙間をもって互いに噛合している。
【００５５】
第２の振動発生部１９（振動発生手段）は、基板２と第２の外側質量部１３との間に設けられ、静電力を用いて第２の外側質量部１３をＸ軸方向に振動させる。ここで、振動発生部１９は、Ｘ軸方向に離間して２箇所に配置されている。そして、各振動発生部１９は、基板２に設けられた固定側駆動電極２０と、外側質量部１３に設けられた可動側駆動電極２１とによって構成されている。
【００５６】
固定側駆動電極２０は、例えば複数の電極板２０Ａを有する櫛歯状電極によって構成されている。また、可動側駆動電極２１も、例えば複数の電極板２１Ａを有する櫛歯状電極からなり、各電極板２０Ａ，２１Ａは、Ｙ軸方向の隙間をもって互いに噛合している。
【００５７】
そして、振動発生部１６，１９は、後述の振動制御回路５２から駆動信号Ｖdが印加されることにより静電力を発生し、これを駆動力として外側質量部１２，１３をＸ軸方向に振動させる。この場合、例えば振動発生部１６が矢示ａ2方向の駆動力Ｆ1を発生するときに、振動発生部１９は、これと逆方向（逆位相）となる矢示ａ1方向の駆動力Ｆ2を発生する。
【００５８】
第１の角速度検出用の変位検出部２２（角速度検出用の変位検出手段）は、基板２と中央質量部４との間に設けられ、内側枠体６がＹ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する。ここで、変位検出部２２は、基板２に設けられた固定側検出電極２３と、内側枠体６に設けられた可動側検出電極２４とによって構成されている。
【００５９】
また、固定側検出電極２３は、Ｙ軸方向に間隔をもってＸ軸方向に延びる複数の電極板２３Ａを有し、第１の中央質量部４の内側枠体６内に配置されている。一方、可動側検出電極２４は、固定側検出電極２３に対応して中央質量部４の内側枠体６に設けられ、固定側検出電極２３の各電極板２３ＡとＹ軸方向の隙間をもって噛合する複数の電極板２４Ａを有している。これにより、電極板２３Ａ，２４Ａは平行平板コンデンサを構成している。
【００６０】
そして、変位検出部２２は、内側枠体６がＺ軸周りの角速度ΩによってＹ軸方向に変位するときに、その変位量を検出電極２３，２４間の静電容量Ｃc1の変化により角速度Ωとして検出する。
【００６１】
第２の角速度検出用の変位検出部２５（角速度検出用の変位検出手段）は、基板２と中央質量部８との間に設けられ、内側枠体１０がＹ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する。ここで、変位検出部２５は、変位検出部２２とほぼ同様に、基板２に設けられた固定側検出電極２６と、内側枠体１０に設けられた可動側検出電極２７とによって構成されている。
【００６２】
また、固定側検出電極２６は、Ｙ軸方向に間隔をもってＸ軸方向に延びる複数の電極板２６Ａを有し、第２の中央質量部８の内側枠体１０内に配置されている。一方、可動側検出電極２７は、固定側検出電極２６に対応して中央質量部８の内側枠体１０に設けられ、固定側検出電極２６の各電極板２６ＡとＹ軸方向の隙間をもって噛合する複数の電極板２７Ａを有している。これにより、電極板２６Ａ，２７Ａは平行平板コンデンサを構成している。
【００６３】
そして、変位検出部２５は、内側枠体１０がＺ軸周りの角速度ΩによってＹ軸方向に変位するときに、その変位量を検出電極２６，２７間の静電容量Ｃc2の変化により角速度Ωとして検出する。
【００６４】
ここで、第１の変位検出部２２は、例えば中央質量部４の内側枠体６がＹ軸方向に沿って矢示ｂ1方向に変位するときに検出電極２３，２４間の静電容量Ｃc1が増大し、内側枠体６が矢示ｂ2方向に変位するときに静電容量Ｃc1が減少する。これと逆に、第２の変位検出部２５は、例えば中央質量部８の内側枠体１０が矢示ｂ1方向に変位するときに検出電極２６，２７間の静電容量Ｃc2が減少し、内側枠体１０が矢示ｂ2方向に変位するときに静電容量Ｃc2が増大する。
【００６５】
第１の外側支持部２８は、第２の支持部を構成し、重心Ｇを中心としたときに第１の外側質量部１２よりもＹ軸方向の外側に配置され、基板２の表面に例えば２個設けられている。そして、これら２個の外側支持部２８は、後述する非連結質量部２９を挟んでＸ軸方向の両側に配置されている。
【００６６】
第１の非連結質量部２９は、第２の振動子を構成し、外側質量部１２の近傍に位置して基板２の表面側に設けられ、基板２と隙間をもって対向している。また、第１の非連結質量部２９は、例えばＣ字状の枠体によって形成されている。
【００６７】
第１の外側支持梁３０は、第２の支持梁を構成し、非連結質量部２９と外側支持部２８とを接続し、Ｙ軸方向に向けて振動可能な状態で非連結質量部２９を支持している。具体的には、外側支持梁３０は、Ｘ軸方向に折り返して延び、Ｙ軸方向に撓み変形可能なばね性を有している。そして、外側支持梁３０は、例えば非連結質量部２９のＸ軸方向の両側に２本ずつ合計４本配置されている。これにより、外側支持梁３０は、非連結質量部２９をＹ軸方向に振動可能に支持し、非連結質量部２９がＸ軸方向に変位するのを規制している。
【００６８】
また、第１の外側支持部２８、第１の非連結質量部２９、第１の外側支持梁３０に対して質量部４，８，１２，１３を挟んでＹ軸方向の反対側の位置には、第２の外側支持部３１、第２の非連結質量部３２、第２の外側支持梁３３が設けられている。このとき、第２の外側支持部３１、第２の非連結質量部３２、第２の外側支持梁３３は、第１の外側支持部２８、第１の非連結質量部２９、第１の外側支持梁３０とほぼ同様に形成され、第２の支持部、第２の振動子、第２の支持梁をそれぞれ構成している。このため、非連結質量部３２は、外側支持梁３３を用いて外側支持部３１に接続されると共に、Ｙ軸方向に振動可能に支持されている。
【００６９】
また、非連結質量部２９，３２は、外側質量部１２，１３に対してＹ軸方向の反対側の位置に配置されている。このため、Ｙ軸方向に加速度αが作用したときには、非連結質量部２９，３２は外側質量部１２，１３に対して互いに逆方向に変位する。即ち、非連結質量部２９が外側質量部１２に接近するときには、非連結質量部３２は外側質量部１３から離れる。また、非連結質量部２９が外側質量部１２から離れるときには、非連結質量部３２は外側質量部１３に接近する。
【００７０】
第１のダンピング部３４（ダンピング手段）は、基板２と第１の非連結質量部２９との間に設けられ、非連結質量部２９が変位するときにエアダンピングを発生させるものである。このダンピング部３４は、基板２に設けられた固定側櫛歯状板体群３５と、非連結質量部２９に設けられ固定側櫛歯状板体群３５と噛合した可動側櫛歯状板体群３６とによって構成されている。
【００７１】
固定側櫛歯状板体群３５は、Ｙ軸方向に対して非連結質量部２９を挟んで外側質量部１２の反対側に配置され、Ｘ軸方向に延びる複数の固定側板体３５Ａを有している。また、可動側櫛歯状板体群３６も、例えば固定側板体３５Ａと平行なＸ軸方向に延びる複数の可動側板体３６Ａを有し、各板体３５Ａ，３６Ａは、Ｙ軸方向の隙間をもって互いに対向している。
【００７２】
ここで、固定側櫛歯状板体群３５は、第１の外側支持部２８に電気的に接続されている。一方、可動側櫛歯状板体群３６も、非連結質量部２９および外側支持梁３０を介して第１の外側支持部２８に電気的に接続されている。このため、板体３５Ａ，３６Ａは、同電位となっている。
【００７３】
そして、第１の非連結質量部２９がＹ軸方向に変位するときには、非連結質量部２９と一緒に可動側櫛歯状板体群３６がＹ軸方向に変位する。このとき、各板体３５Ａ，３６Ａ間で例えばスクウィズダンピング、スライドダンピング等が生じる。これにより、第１のダンピング部３４は、第１の非連結質量部２９の変位を抑制し、非連結質量部２９の振動を減衰させる。
【００７４】
第２のダンピング部３７（ダンピング手段）は、基板２と第２の非連結質量部３２との間に設けられ、非連結質量部３２が変位するときにエアダンピングを発生させるものである。このダンピング部３７は、基板２に設けられた固定側櫛歯状板体群３８と、非連結質量部３２に設けられ固定側櫛歯状板体群３８と噛合した可動側櫛歯状板体群３９とによって構成されている。
【００７５】
固定側櫛歯状板体群３８は、Ｙ軸方向に対して非連結質量部３２を挟んで外側質量部１３の反対側に配置され、Ｘ軸方向に延びる複数の固定側板体３８Ａを有している。また、可動側櫛歯状板体群３９も、例えば固定側板体３８Ａと平行なＸ軸方向に延びる複数の可動側板体３９Ａを有し、各板体３８Ａ，３９Ａは、Ｙ軸方向の隙間をもって互いに対向している。
【００７６】
ここで、固定側櫛歯状板体群３８は、第２の外側支持部３１に電気的に接続されている。一方、可動側櫛歯状板体群３９も、非連結質量部３２および外側支持梁３３を介して第２の外側支持部３１に電気的に接続されている。このため、板体３８Ａ，３９Ａは、同電位となっている。
【００７７】
そして、第２の非連結質量部３２がＹ軸方向に変位するときには、非連結質量部３２と一緒に可動側櫛歯状板体群３９がＹ軸方向に変位する。このとき、各板体３８Ａ，３９Ａ間で例えばスクウィズダンピング、スライドダンピング等が生じる。これにより、第２のダンピング部３７は、第２の非連結質量部３２の変位を抑制し、非連結質量部３２の振動を減衰させる。
【００７８】
第１の加速度検出用の変位検出部４０（加速度検出用の変位検出手段）は、第１の外側質量部１２と第１の非連結質量部２９との間に設けられ、非連結質量部２９がＹ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する。ここで、変位検出部４０は、図２に示すように、外側質量部１２に設けられた検出電極４１と、非連結質量部２９に設けられた検出電極４２とによって構成されている。
【００７９】
また、検出電極４１は、例えばＴ字状に形成された腕部４１Ａと、外側質量部１２に設けられた複数個の第１電極部４１Ｂと、腕部４１Ａに設けられた複数個の第２電極部４１Ｃとによって構成されている。このとき、腕部４１Ａは、その基端側が外側質量部１２に接続されると共に、その先端側が枠状をなす非連結質量部２９の内部に挿入されている。
【００８０】
また、各第１電極部４１Ｂは、非連結質量部２９に接続された後述の腕部４２Ａに向けて突出した突起状に形成され、例えば図１中のｂ2方向に向けて突出している。さらに、各第２電極部４１Ｃは、非連結質量部２９に接続された腕部４２Ａに向けて突出した突起状に形成され、第１電極部４１Ｂとは逆方向となる図１中のｂ1方向に向けて突出している。そして、第１電極部４１Ｂの個数と第２電極部４１Ｃの個数は、例えば同じ値に設定されている。
【００８１】
一方、検出電極４２は、外側質量部１２と腕部４１Ａとの間に挿入された腕部４２Ａと、腕部４２Ａのうち外側質量部１２と対面する部位に設けられた複数個の第１電極部４２Ｂと、腕部４２Ａのうち検出電極４１の腕部４１Ａと対面する部位に設けられた複数個の第２電極部４２Ｃとによって構成されている。このとき、各第１電極部４２Ｂは、検出電極４１の第１電極部４１Ｂと対応した位置に配置されている。
【００８２】
また、各第１電極部４２Ｂは、外側質量部１２に向けて突出した突起状に形成され、例えばＹ軸方向のうち図１中のｂ1方向に向けて突出している。さらに、各第２電極部４２Ｃは、検出電極４１の腕部４１Ａに向けて突出した突起状に形成され、例えばＹ軸方向のうち図１中のｂ2方向に向けて突出している。そして、第１電極部４１Ｂ，４２Ｂは、Ｙ軸方向の隙間をもって互いに対向し、平行平板コンデンサを形成している。同様に、第２電極部４１Ｃ，４２Ｃは、Ｙ軸方向の隙間をもって互いに対向し、平行平板コンデンサを形成している。
【００８３】
また、第１電極部４１Ｂ，４２Ｂは、第１の外側質量部１２が中立状態となったときに、例えば突出端面のうち半分程度が部分的に対向するように、Ｘ軸方向に位置ずれして配置されている。このとき、第１電極部４１Ｂは、第１電極部４２Ｂに対して例えばＸ軸方向のうちａ1方向に位置ずれして配置されている。
【００８４】
一方、第２電極部４１Ｃ，４２Ｃも、第１電極部４１Ｂ，４２Ｂと同様に、第１の外側質量部１２が中立状態となったときに、例えば突出端面のうち半分程度が部分的に対向するように、Ｘ軸方向に位置ずれして配置されている。但し、第２電極部４１Ｃは、第２電極部４２Ｃに対して第１電極部４１Ｂとは逆方向となるａ2方向に位置ずれして配置されている。また、加速度αが作用せずに非連結質量部２９が停止したときには、第１電極部４１Ｂ，４２Ｂ間の距離寸法は、第２電極部４１Ｃ，４２Ｃ間の距離寸法とほぼ一致するように設定されている。
【００８５】
また、検出電極４１は外側質量部１２と一緒にＸ軸方向に変位する。これにより、外側質量部１２がＸ軸方向に変位したときには、第１電極部４１Ｂ，４２Ｂの対向面積が変化すると共に、第２電極部４１Ｃ，４２Ｃの対向面積が変化する。そして、第１電極部４１Ｂ，４２Ｂと第２電極部４１Ｃ，４２Ｃとは、Ｘ軸方向で互いに逆方向に位置ずれして配置されている。このため、第１電極部４１Ｂ，４２Ｂの対向面積が増加するときには、第２電極部４１Ｃ，４２Ｃの対向面積が減少する。一方、第１電極部４１Ｂ，４２Ｂの対向面積が減少するときには、第２電極部４１Ｃ，４２Ｃの対向面積が増加する。
【００８６】
この結果、加速度αが作用せず非連結質量部２９が停止したときには、第１電極部４１Ｂ，４２Ｂの静電容量と第２電極部４１Ｃ，４２Ｃの静電容量とは、互いに逆位相で変化する。即ち、第１電極部４１Ｂ，４２Ｂの静電容量の変化は、第２電極部４１Ｃ，４２Ｃの静電容量の変化によって相殺される。このため、非連結質量部２９が停止したときには、第１電極部４１Ｂ，４２Ｂの静電容量と第２電極部４１Ｃ，４２Ｃの静電容量との総和である検出電極４１，４２間の静電容量Ｃa1の変化量は、図３中に実線で示すように、変化せずにほぼ一定の値となる。
【００８７】
一方、非連結質量部２９が加速度によってＹ軸方向に変位したときには、第１電極部４１Ｂ，４２Ｂ間の距離寸法と第２電極部４１Ｃ，４２Ｃ間の距離寸法とは、互いに逆方向に変化する。即ち、第１電極部４１Ｂ，４２Ｂ間の距離寸法が増加するときには、第２電極部４１Ｃ，４２Ｃ間の距離寸法が減少する。一方、第１電極部４１Ｂ，４２Ｂ間の距離寸法が減少するときには、第２電極部４１Ｃ，４２Ｃ間の距離寸法が増加する。そして、第１電極部４１Ｂ，４２Ｂの静電容量と第２電極部４１Ｃ，４２Ｃの静電容量とは互いに逆位相で変化するから、検出電極４１，４２間の静電容量Ｃa1は、第１電極部４１Ｂ，４２Ｂの静電容量と第２電極部４１Ｃ，４２Ｃの静電容量との差に応じて変化する。この結果、非連結質量部２９が加速度αによってＹ軸方向（ｂ1方向，ｂ2方向）に変位したときには、図３中に一点鎖線および破線で示すように、検出電極４１，４２間の静電容量Ｃa1は、外側質量部１２の振動周期（駆動周期）と一致して変化すると共に、その振幅が非連結質量部２９の変位量に応じた値となる。このため、変位検出部４０は、検出電極４１，４２間の静電容量Ｃa1を用いて、非連結質量部２９がＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する。
【００８８】
第２の加速度検出用の変位検出部４３（加速度検出用の変位検出手段）は、第２の外側質量部１３と第２の非連結質量部３２との間に設けられ、非連結質量部３２がＹ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する。ここで、変位検出部４３は、変位検出部４０とほぼ同様に、外側質量部１３に設けられた検出電極４４と、非連結質量部３２に設けられた検出電極４５とによって構成されている（図１参照）。
【００８９】
また、検出電極４４は、例えばＴ字状に形成された腕部４４Ａと、外側質量部１３に設けられた複数個の第１電極部４４Ｂと、腕部４４Ａに設けられた複数個の第２電極部４４Ｃとによって構成されている。このとき、腕部４４Ａは、その基端側が外側質量部１３に接続されると共に、その先端側が枠状をなす非連結質量部３２の内部に挿入されている。
【００９０】
また、各第１電極部４４Ｂは、非連結質量部３２に接続された後述の腕部４５Ａに向けて突出した突起状に形成され、例えば図１中のｂ1方向に向けて突出している。さらに、各第２電極部４４Ｃは、非連結質量部３２に接続された腕部４５Ａに向けて突出した突起状に形成され、第１電極部４４Ｂとは逆方向となる図１中のｂ2方向に向けて突出している。そして、第１電極部４４Ｂの個数と第２電極部４４Ｃの個数は、例えば同じ値に設定されている。
【００９１】
一方、検出電極４５は、外側質量部１３と腕部４４Ａとの間に挿入された腕部４５Ａと、腕部４５Ａのうち外側質量部１３と対面する部位に設けられた複数個の第１電極部４５Ｂと、腕部４５Ａのうち検出電極４４の腕部４４Ａと対面する部位に設けられた複数個の第２電極部４５Ｃとによって構成されている。このとき、各第１電極部４５Ｂは、検出電極４４の第１電極部４４Ｂと対応した位置に配置されている。
【００９２】
また、各第１電極部４５Ｂは、外側質量部１３に向けて突出した突起状に形成され、例えばＹ軸方向のうち図１中のｂ2方向に向けて突出している。さらに、各第２電極部４５Ｃは、検出電極４４の腕部４４Ａに向けて突出した突起状に形成され、例えばＹ軸方向のうち図１中のｂ1方向に向けて突出している。そして、第１電極部４４Ｂ，４５Ｂは、Ｙ軸方向の隙間をもって互いに対向し、平行平板コンデンサを形成している。同様に、第２電極部４４Ｃ，４５Ｃは、Ｙ軸方向の隙間をもって互いに対向し、平行平板コンデンサを形成している。
【００９３】
また、第１電極部４４Ｂ，４５Ｂは、第２の外側質量部１３が中立状態となったときに、例えば突出端面のうち半分程度が部分的に対向するように、Ｘ軸方向に位置ずれして配置されている。このとき、第１電極部４４Ｂは、第１電極部４５Ｂに対して例えばＸ軸方向のうちａ2方向に位置ずれして配置されている。
【００９４】
一方、第２電極部４４Ｃ，４５Ｃも、第１電極部４４Ｂ，４５Ｂと同様に、第２の外側質量部１３が中立状態となったときに、例えば突出端面のうち半分程度が部分的に対向するように、Ｘ軸方向に位置ずれして配置されている。但し、第２電極部４４Ｃは、第２電極部４５Ｃに対して第１電極部４４Ｂとは逆方向となるａ1方向に位置ずれして配置されている。また、加速度が作用せずに非連結質量部３２が停止したときには、第１電極部４４Ｂ，４５Ｂ間の距離寸法は、第２電極部４４Ｃ，４５Ｃ間の距離寸法とほぼ一致するように設定されている。
【００９５】
そして、第２の変位検出部４３も、第１の変位検出部４０とほぼ同様に、加速度が作用せず非連結質量部３２が停止したときには、検出電極４４，４５間の静電容量Ｃa2は、変化せずにほぼ一定の値となる。一方、非連結質量部３２が加速度によってＹ軸方向に変位したときには、検出電極４４，４５間の静電容量Ｃa2は、外側質量部１３の振動周期（駆動周期）と一致して変化すると共に、その振幅が非連結質量部３２の変位量に応じた値となる。さらに、第１の変位検出部４０と第２の変位検出部４３とは、非連結質量部２９，３２が加速度によってＹ軸方向に沿って同じ方向に変位したときには、互いに逆位相の信号を出力する構成となっている。
【００９６】
第１の振動モニタ部４６（振動モニタ手段）は、基板２と第１の外側質量部１２との間に設けられ、外側質量部１２がＸ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する。ここで、振動モニタ部４６は、基板２に設けられた固定側モニタ電極４７と、外側質量部１２に設けられた可動側モニタ電極４８とによって構成されている。また、モニタ電極４７，４８は、例えば櫛歯状電極によって構成され、隙間をもって互いに噛合している。
【００９７】
第２の振動モニタ部４９（振動モニタ手段）は、基板２と第２の外側質量部１３との間に設けられ、外側質量部１３がＸ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する。ここで、振動モニタ部４９は、基板２に設けられた固定側モニタ電極５０と、外側質量部１３に設けられた可動側モニタ電極５１とによって構成されている。また、モニタ電極５０，５１は、例えば櫛歯状電極によって構成され、隙間をもって互いに噛合している。
【００９８】
そして、第１の振動モニタ部４６は、例えば外側質量部１２がＸ軸方向に沿って矢示ａ1方向に変位するときにモニタ電極４７，４８間の静電容量Ｃm1が減少し、外側質量部１２が矢示ａ2方向に変位するときに静電容量Ｃm1が増大する。これと逆に、第２の振動モニタ部４９は、例えば外側質量部１３が矢示ａ1方向に変位するときにモニタ電極５０，５１間の静電容量Ｃm2が増大し、外側質量部１３が矢示ａ2方向に変位するときに静電容量Ｃm2が減少する。
【００９９】
また、基板２の表面には、質量部４，８，１２，１３，２９，３２等を収容した状態で蓋体（図示せず）が設けられると共に、蓋体の内部は気密な状態で封止されている。これにより、質量部４，８，１２，１３，２９，３２は減圧雰囲気中に封入され、空気抵抗が軽減した状態となっている。
【０１００】
次に、図４を参照しつつ、質量部４，８，１２，１３の振動状態を制御する振動制御回路５２について説明する。振動制御回路５２は、振動モニタ部４６，４９によるモニタ信号Ｖmを用いて振動発生部１６，１９に出力する駆動信号Ｖdを制御する。そして、振動制御回路５２は、Ｃ−Ｖ変換回路５３，５４（静電容量−電圧変換回路）、差動増幅器５５、ＡＧＣ回路５６（自動利得制御回路）、駆動信号発生回路５７等によって構成されている。
【０１０１】
Ｃ−Ｖ変換回路５３，５４は振動モニタ部４６，４９の出力側にそれぞれ接続されている。そして、Ｃ−Ｖ変換回路５３，５４は、振動モニタ部４６，４９の静電容量Ｃm1，Ｃm2の変化を電圧変化に変換し、これらの電圧変化を予備モニタ信号Ｖm1，Ｖm2としてそれぞれ出力する。また、Ｃ−Ｖ変換回路５３，５４の出力側には、差動増幅器５５が接続されている。
【０１０２】
ここで、質量部４，１３と質量部８，１２とが互いに逆位相で振動しているときには、これら２つの予備モニタ信号Ｖm1，Ｖm2は互いに逆位相となる。このため、２つの予備モニタ信号Ｖm1，Ｖm2は差動増幅器５５によって差動増幅され、最終的なモニタ信号ＶmとしてＡＧＣ回路５６に出力される。
【０１０３】
ＡＧＣ回路５６の出力側は、駆動信号Ｖdを出力する駆動信号発生回路５７に接続されている。そして、ＡＧＣ回路５６は、モニタ信号Ｖmが一定となるようにゲインを調整する。また、駆動信号発生回路５７は、増幅器５８を介して第１の振動発生部１６に接続されると共に、反転増幅器５９を介して第２の振動発生部１９に接続される。これにより、駆動信号発生回路５７は、振動発生部１６，１９に対して互いに逆位相となる駆動信号Ｖdを入力し、振動発生部１６，１９は、質量部４，１３と質量部８，１２とを互いに逆位相で振動させる。
【０１０４】
次に、角速度Ωを検出する角速度検出回路６０（角速度検出手段）について説明する。角速度検出回路６０は、変位検出部２２，２５による変位検出信号Ｖcを振動モニタ部４６，４９によるモニタ信号Ｖmを用いて同期検波し、内側枠体６，１０に作用する角速度Ωを検出する。そして、角速度検出回路６０は、例えばＣ−Ｖ変換回路６１，６２、差動増幅器６３、同期検波回路６４等によって構成されている。
【０１０５】
Ｃ−Ｖ変換回路６１，６２は変位検出部２２，２５の出力側にそれぞれ接続されている。そして、Ｃ−Ｖ変換回路６１，６２は、変位検出部２２，２５の静電容量Ｃc1，Ｃc2の変化を電圧変化に変換し、これらの電圧変化を予備的な変位検出信号Ｖc1，Ｖc2としてそれぞれ出力する。また、Ｃ−Ｖ変換回路６１，６２の出力側には、差動増幅器６３が接続されている。
【０１０６】
ここで、質量部４，８が互いに逆位相で振動している状態で、角速度Ωが作用したときには、内側枠体６，１０はＹ軸方向に対して互いに逆方向に変位する（図５参照）。このとき、２つの予備的な変位検出信号Ｖc1，Ｖc2は互いに逆位相となる。このため、２つの予備的な変位検出信号Ｖc1，Ｖc2は差動増幅器６３によって差動増幅され、最終的な変位検出信号Ｖcとして同期検波回路６４に出力される。
【０１０７】
同期検波回路６４の入力側は、差動増幅器６３に接続されると共に、位相シフト回路６５を介してＡＧＣ回路５６に接続されている。また、同期検波回路６４の出力側には、角速度信号を取り出すためのＬＰＦ６６（低域通過フィルタ）が接続されると共に、ＬＰＦ６６の出力側にはゲインおよびオフセットを調整するための調整回路６７が接続されている。ここで、位相シフト回路６５は、ＡＧＣ回路５６を介して出力されるモニタ信号Ｖmの位相を９０°シフトさせた位相シフト信号Ｖm′を出力する。これにより、同期検波回路６４は、変位検出信号Ｖcから位相シフト信号Ｖm′を用いて同期検波し、ＬＰＦ６６、調整回路６７を介して角速度Ωに応じた角速度信号を出力する。
【０１０８】
次に、加速度αを検出する加速度検出回路６８（加速度検出手段）について説明する。加速度検出回路６８は、変位検出部４０，４３による変位検出信号Ｖaを振動モニタ部４６，４９によるモニタ信号Ｖmを用いて同期検波し、質量部２９，３２に作用する加速度αを検出する。そして、加速度検出回路６８は、例えばＣ−Ｖ変換回路６９，７０、差動増幅器７１、同期検波回路７２等によって構成されている。
【０１０９】
Ｃ−Ｖ変換回路６９，７０は変位検出部４０，４３の出力側にそれぞれ接続されている。そして、Ｃ−Ｖ変換回路６９，７０は、変位検出部４０，４３の静電容量Ｃa1，Ｃa2の変化を電圧変化に変換し、これらの電圧変化を予備的な変位検出信号Ｖa1，Ｖa2としてそれぞれ出力する。また、Ｃ−Ｖ変換回路６９，７０の出力側には、差動増幅器７１が接続されている。
【０１１０】
ここで、Ｙ軸方向に加速度αが作用したときには、非連結質量部２９，３２は外側質量部１２，１３に対して互いに逆方向に変位する（図６参照）。このとき、２つの予備的な変位検出信号Ｖa1，Ｖa2は互いに逆位相となる。このため、２つの予備的な変位検出信号Ｖa1，Ｖa2は差動増幅器７１によって差動増幅され、最終的な変位検出信号Ｖaとして同期検波回路７２に出力される。
【０１１１】
同期検波回路７２の入力側は、差動増幅器７１に接続されると共に、ＡＧＣ回路５６に接続されている。また、同期検波回路７２の出力側には、加速度信号を取り出すためのＬＰＦ７３（低域通過フィルタ）が接続されると共に、ＬＰＦ７３の出力側にはゲインおよびオフセットを調整するための調整回路７４が接続されている。このとき、加速度αによって非連結質量部２９，３２が変位すると、この非連結質量部２９，３２の変位量に応じて変位検出部４０，４３の静電容量Ｃa1，Ｃa2は、質量部４，８，１２，１３のＸ軸方向の振動と同期して変化する。このため、同期検波回路７２は、変位検出信号Ｖaからモニタ信号Ｖmを用いて同期検波し、ＬＰＦ７３、調整回路７４を介して加速度αに応じた加速度信号を出力する。
【０１１２】
本実施の形態による複合センサ１は上述の如き構成を有するもので、次にその製造方法について説明する。
【０１１３】
まず、例えばガラス材料からなる基板２にシリコン基板を陽極接合し、該シリコン基板を５０μｍ程度まで薄肉化する。次に、シリコン基板にドライエッチングを施し、支持部３，２８，３１、質量部４，８，１２，１３，２９，３２、支持梁７，１１，１４，３０，３３、振動発生部１６，１９、変位検出部２２，２５，４０，４３、ダンピング部３４，３７、振動モニタ部４６，４９等を形成する。このとき、質量部４，８，１２，１３，２９，３２等の全体を取囲むように、基板２の外縁にはシリコン材料からなる枠状体（図示せず）を形成する。
【０１１４】
次に、減圧雰囲気中でガラス材料からなる蓋体を枠状体に陽極接合し、質量部４，８，１２，１３，２９，３２等を気密封止する。その後、蓋体にビアホールを形成した後、蓋体の表面にはビアホールの周囲に位置して金属薄膜を成膜する。この金属薄膜をパターニングして接続電極を形成し、該接続電極を通じて、振動発生部１６，１９、変位検出部２２，２５，４０，４３、振動モニタ部４６，４９を外部の回路５２，６０，６８に接続する。これにより、複合センサ１が完成する。
【０１１５】
次に、本実施の形態による複合センサ１の角速度Ωおよび加速度αの検出動作について説明する。
【０１１６】
まず、振動発生部１６，１９に駆動信号Ｖdが出力されると、振動発生部１６，１９にＸ軸方向の静電力が発生し、質量部４，８，１２，１３はＸ軸方向に振動する。このとき、振動発生部１６，１９は、隣合う質量部４，１３と質量部８，１２とを互いに逆位相となるように振動させる。また、振動制御回路５２は、振動モニタ部４６，４９によるモニタ信号Ｖmを用いて駆動信号Ｖdを制御し、質量部４，８，１２，１３が常に同じ振幅で振動させる。
【０１１７】
このように、質量部４，１３がＸ軸方向に振動しているときに、複合センサ１にＺ軸周りの角速度Ωが加わると、内側枠体６，１０には、下記数１の式に示すＹ軸方向のコリオリ力Ｆが加わる。
【０１１８】
【数１】
2010085313.tif 000003
【０１１９】
このとき、内側枠体６，１０は、図５に示すように、角速度Ωに応じてＹ軸方向に変位する。これにより、角速度検出用の変位検出部２２，２５の静電容量Ｃc1，Ｃc2が変化するから、Ｃ−Ｖ変換回路６１，６２は、静電容量Ｃc1，Ｃc2の変化を予備的な変位検出信号Ｖc1，Ｖc2に変換する。このとき、質量部４，８はＸ軸方向に沿って互いに逆位相で振動しているから、予備的な変位検出信号Ｖc1，Ｖc2は互いに逆位相となる。このため、差動増幅器６３は、予備的な変位検出信号Ｖc1，Ｖc2の差を演算し、最終的な変位検出信号Ｖcを出力する。そして、同期検波回路６４は、変位検出信号Ｖcから位相シフト信号Ｖm′と同期した信号を検波する。これにより、角速度検出回路６０は、角速度Ωに応じた角速度信号を外部に出力する。
【０１２０】
一方、質量部１２，１３がＸ軸方向に振動しているときに、複合センサ１にＹ軸方向の加速度αが加わると、非連結質量部２９，３２は、図６に示すように、加速度αに応じてＹ軸方向に変位する。これにより、加速度検出用の変位検出部４０，４３の静電容量Ｃa1，Ｃa2が変化するから、Ｃ−Ｖ変換回路６９，７０は、静電容量Ｃa1，Ｃa2の変化を予備的な変位検出信号Ｖa1，Ｖa2に変換する。このとき、非連結質量部２９，３２は質量部１２，１３に対してＹ軸方向に沿って互いに逆位置に配置されているから、予備的な変位検出信号Ｖa1，Ｖa2は互いに逆位相となる。このため、差動増幅器７１は、予備的な変位検出信号Ｖa1，Ｖa2の差を演算し、最終的な変位検出信号Ｖaを出力する。そして、同期検波回路７２は、変位検出信号Ｖaからモニタ信号Ｖmと同期した信号を検波する。これにより、加速度検出回路６８は、加速度αに応じた加速度信号を外部に出力する。
【０１２１】
かくして、本実施の形態では、質量部４，８，１２，１３がＸ軸方向に振動した状態でＺ軸周りの角速度Ωが作用すると、コリオリ力Ｆによって内側枠体６，１０がＹ軸方向に変位する。このため、角速度検出用の変位検出部２２，２５は内側枠体６，１０のＹ軸方向の変位量を検出し、角速度検出回路６０は変位検出部２２，２５による変位検出信号Ｖc1，Ｖc2に対して振動モニタ部４６，４９によるモニタ信号Ｖm（位相シフト信号Ｖm′）を用いて同期検波処理を行う。これにより、角速度検出回路６０は、角速度Ωに応じた角速度信号を出力することができる。
【０１２２】
また、Ｙ軸方向の加速度αが作用すると、加速度αによって非連結質量部２９，３２がＹ軸方向に変位する。このとき、加速度検出用の変位検出部４０，４３は、非連結質量部２９，３２が外側質量部１２，１３に対してＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する。そして、加速度検出回路６８は、変位検出部４０，４３による変位検出信号Ｖa1，Ｖa2に対して振動モニタ部４６，４９によるモニタ信号Ｖmを用いて同期検波処理を行う。これにより、加速度検出回路６８は、加速度αに応じた加速度信号を出力することができる。
【０１２３】
また、質量部４，８，１２，１３とは別個に非連結質量部２９，３２を設けると共に、非連結質量部２９，３２を外側支持梁３０，３３を用いて支持する構成とした。このため、質量部４，８，１２，１３および支持梁７，１１，１４とは独立して、非連結質量部２９，３２および外側支持梁３０，３３を設計することができる。これにより、角速度Ωおよび加速度αの両方を高感度に検出することができる。
【０１２４】
これに加えて、本実施の形態では、基板２と非連結質量部２９，３２との間にはダンピング部３４，３７をそれぞれ設けた。このため、ダンピング部３４，３７は、非連結質量部２９，３２の振動を減衰させるから、非連結質量部２９，３２の機械的なＱ値を低下させることができる。
【０１２５】
ここで、ダンピング部３４，３７の作用について具体的に説明する。まず、ダンピング部３４，３７を省いた場合には、例えば図７中に破線で示すように、１００Ｐａ以下の減圧雰囲気中で非連結質量部２９，３２の機械的Ｑ値が例えば５００以上に大きくなる。この場合、非連結質量部２９，３２の共振周波数成分を含んだ衝撃が加わると、非連結質量部２９，３２が大きく振動するから、加速度検出回路６８は想定外の大きな加速度検出信号を出力し、加速度検出信号の出力暴れが発生する。
【０１２６】
これに対し、本実施の形態のように、ダンピング部３４，３７を設けた場合には、図７中に実線で示すように、１００Ｐａ以下の減圧雰囲気中でも非連結質量部２９，３２の機械的Ｑ値は例えば１００〜２００程度まで小さくなる。この場合、非連結質量部２９，３２の機械的なＱ値を質量部４，８，１２，１３の機械的なＱ値に比べて十分に小さくすることができる。
【０１２７】
これにより、質量部４，８，１２，１３，２９，３２を減圧雰囲気中に封止したときには、質量部４，８，１２，１３は大きな振幅でＸ軸方向に振動させることができ、角速度Ωを高感度で検出できる。一方、非連結質量部２９，３２の変位はダンピング部３４，３７によって抑制されるから、外部から非連結質量部２９，３２の共振周波数成分を含む衝撃が印加されたときでも、非連結質量部２９，３２の振幅が小さくなる。この結果、加速度検出信号が過度に変動することがなく、加速度検出信号の出力暴れを抑制することができる。
【０１２８】
また、ダンピング部３４，３７は、複数の固定側板体３５Ａ，３８Ａからなる固定側櫛歯状板体群３５，３８と、複数の可動側板体３６Ａ，３９Ａからなる可動側櫛歯状板体群３６，３９とによって構成した。このとき、固定側櫛歯状板体群３５，３８と可動側櫛歯状板体群３６，３９とが噛合した状態で、非連結質量部２９，３２と一緒に可動側櫛歯状板体群３６，３９が変位するから、複数の固定側板体３５Ａ，３８Ａと複数の可動側板体３６Ａ，３９Ａとの間で大きなエアダンピングを発生させることができ、非連結質量部２９，３２の振動に対する減衰効果を高めることができる。
【０１２９】
また、加速度検出回路６８は、加速度検出用の変位検出部４０，４３による変位検出信号Ｖaを振動モニタ部４６，４９によるモニタ信号Ｖmを用いて同期検波する構成としたから、質量部４，８，１２，１３の振動周波数とは異なる周波数成分の信号を除去することができる。このため、電気的な外部雑音等を容易に除去することができ、加速度αの検出精度を高めることができる。
【０１３０】
さらに、本実施の形態では、互いにＹ軸方向の隣合う位置に配置された質量部４，８は互いに逆位相で振動する。このとき、質量部４，８の内側枠体６，１０は、角速度Ωが作用したときにはコリオリ力Ｆによって互いに逆方向に変位し、加速度αが作用したときには慣性力によって互いに等しい方向に変位する。このとき、角速度検出用の変位検出部２２，２５は内側枠体６，１０のＹ軸方向の変位を検出し、差動増幅器６３は変位検出部２２，２５による予備的な変位検出信号Ｖc1，Ｖc2の差を演算する。このため、角速度検出回路６０は、差動増幅器６３による変位検出信号Ｖcを用いて角速度Ωを検出するから、予備的な変位検出信号Ｖc1，Ｖc2中の加速度成分を相殺して除去することができ、加速度αと分離して角速度Ωを高精度に検出することができる。
【０１３１】
また、非連結質量部２９，３２は質量部１２，１３に対してＹ軸方向の反対側に配置したから、加速度αが作用したときには、非連結質量部２９，３２は、質量部１２，１３に対して互いに逆方向に変位する。このとき、加速度検出用の変位検出部４０，４３は非連結質量部２９，３２のＹ軸方向の変位を検出し、差動増幅器７１は変位検出部４０，４３による予備的な変位検出信号Ｖa1，Ｖa2の差を演算する。これにより、差動増幅器７１から出力される最終的な変位検出信号Ｖaを大きく変化させることができ、加速度αの検出感度を高めることができる。
【０１３２】
さらに、加速度検出用の変位検出部４０は、質量部１２と非連結質量部２９の間に互いに対向して設けられた一対の第１電極部４１Ｂ，４２Ｂおよび一対の第２電極部４１Ｃ，４２Ｃを備え、該一対の第１電極部４１Ｂ，４２Ｂおよび一対の第２電極部４１Ｃ，４２Ｃは、質量部１２の振動が停止した中立状態となるときに、部分的に対向するようにＸ軸方向に対して互いに位置ずれして配置する構成としている。同様に、加速度検出用の変位検出部４３の一対の第１電極部４４Ｂ，４５Ｂおよび一対の第１電極部４４Ｃ，４５Ｃも、質量部１３の振動が停止した中立状態となるときに、部分的に対向するようにＸ軸方向に対して互いに位置ずれして配置する構成としている。
【０１３３】
このように構成したことにより、第１電極部４１Ｂ，４２Ｂの対向面積および第２電極部４１Ｃ，４２Ｃの対向面積は質量部１２の振動周期と同期して変化する。同様に、第１電極部４４Ｂ，４５Ｂの対向面積および第２電極部４４Ｃ，４５Ｃの対向面積は質量部１３の振動周期と同期して変化する。この結果、変位検出部４０，４３の静電容量Ｃa1，Ｃa2の変化に基づいて、質量部１２，１３の振動周期と同期した変位検出信号Ｖaを得ることができるから、同期検波回路７２は、この変位検出信号Ｖaからモニタ信号Ｖmを用いて同期検波し、加速度αに応じた加速度信号を出力することができる。
【０１３４】
また、本実施の形態では、加速度検出用の第１の変位検出部４０は、第１電極部４１Ｂ，４２Ｂおよび第２電極部４１Ｃ，４２Ｃを備える構成とし、第１電極部４１Ｂ，４２Ｂと第２電極部４１Ｃ，４２Ｃとは、外側質量部１２が変位したときに静電容量の増加と減少が互いに逆に変化し、かつ非連結質量部２９が変位したときに静電容量の増加と減少が互いに逆に変化する構成とした。また、第２の変位検出部４３も、第１の変位検出部４０と同様に構成した。
【０１３５】
これにより、例えば第１の変位検出部４０では、加速度αが作用せずに非連結質量部２９が停止したときには、検出電極４１，４２間の静電容量Ｃa1は、変化せずにほぼ一定の値となる。一方、非連結質量部２９が加速度αによってＹ軸方向に変位したときには、検出電極４１，４２間の静電容量Ｃa1は、外側質量部１２の振動周期と一致して変化すると共に、その振幅が非連結質量部２９の変位量に応じた値となる。また、第２の変位検出部４３も、第１の変位検出部４０と同様の出力を得ることができる。
【０１３６】
ここで、変位検出部４０，４３の出力から外側質量部１２，１３と同一周期の信号を同期検波したときには、同期検波後の加速度信号に対して外側質量部１２，１３の振動に基づくオフセット成分が含まれる。しかし、本実施の形態では、この加速度信号に含まれるオフセット成分を低減することができるから、信号処理が容易になると共に、オフセット成分に対する加速度成分の割合を高めることができ、加速度αの検出精度を高めることができる。
【０１３７】
また、腕部４２Ａ，４５Ａを挟んでＹ軸方向の両側には第１電極部４１Ｂ，４２Ｂ，４４Ｂ，４５Ｂおよび第２電極部４１Ｃ，４２Ｃ，４４Ｃ，４５Ｃをそれぞれ設ける構成とした。このため、例えば第１電極部４１Ｂ，４２Ｂ，４４Ｂ，４５Ｂおよび第２電極部４１Ｃ，４２Ｃ，４４Ｃ，４５Ｃのうちいずれか一方だけを設けたときに比べて、検出電極４１，４２，４４，４５間の静電容量Ｃa1，Ｃa2は、２倍の振幅で変化するから、加速度αの検出感度を高めることができる。また、単位面積当りの第１電極部４１Ｂ，４２Ｂ，４４Ｂ，４５Ｂおよび第２電極部４１Ｃ，４２Ｃ，４４Ｃ，４５Ｃの個数を２倍以上にすることができるから、同一感度の場合には、素子の小型化が可能となる。
【０１３８】
さらに、検出電極４１，４２，４４，４５間の静電容量Ｃa1，Ｃa2を検出するときには、検出電極４１，４２，４４，４５間に検出用の電圧を印加する必要があり、この電圧によって検出電極４１，４２，４４，４５間に静電力が作用する。このため、この静電力によって非連結質量部２９，３２が変位して、加速度αの検出精度が低下する可能性がある。
【０１３９】
これに対し、本実施の形態では、腕部４２Ａ，４５Ａを挟んでＹ軸方向の両側には第１電極部４１Ｂ，４２Ｂ，４４Ｂ，４５Ｂおよび第２電極部４１Ｃ，４２Ｃ，４４Ｃ，４５Ｃをそれぞれ設ける構成としたから、静電容量Ｃa1，Ｃa2の検出に伴って電圧を印加しても、この電圧による静電力を相殺することができる。この結果、静電力に伴って加速度αの検出特性が劣化するのを低減することができる。
【０１４０】
次に、図８ないし図１１は第２の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、第２，第３の振動子を互いに異なる方向で、かつＸ軸およびＹ軸に傾斜した方向に向けて変位可能な状態でそれぞれ２個ずつ設け、これら合計４個の第２，第３の振動子を用いてＸ軸方向およびＹ軸方向の加速度を検出する構成としたことにある。なお、本実施の形態では前記第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。
【０１４１】
複合センサ８１は、基板２、支持部３，８２，８５，８８，９１、質量部４，８，１２，１３，８３，８６，８９，９２、支持梁７，１１，１４，８４，８７，９０，９３、振動発生部１６，１９、変位検出部２２，２５，１０６，１０９，１１２，１１５、ダンピング部９４，９７，１００，１０３、振動モニタ部４６，４９等によって構成されている。
【０１４２】
第１の外側支持部８２は、第２の支持部を構成し、質量部全体の重心Ｇを中心としたときに第１の外側質量部１２よりもＹ軸方向の外側に配置され、基板２の表面に例えば２個設けられている。そして、これら２個の外側支持部８２は、後述する非連結質量部８３を挟んでＸ軸およびＹ軸に対して斜め４５°傾斜したｃ1方向と直交する方向の両側に配置されている。
【０１４３】
第１の非連結質量部８３は、第２の振動子を構成し、外側質量部１２の近傍に位置して基板２の表面側に設けられ、基板２と隙間をもって対向している。また、第１の非連結質量部８３は、例えばＣ字状の枠体によって形成されている。そして、第１の非連結質量部８３は、外側質量部１２の近傍に配置されている。
【０１４４】
第１の外側支持梁８４は、第２の支持梁を構成し、非連結質量部８３と外側支持部８２とを接続し、Ｘ軸およびＹ軸に対して斜め４５°傾斜したｃ1方向に向けて振動可能な状態で非連結質量部８３を支持している。具体的には、外側支持梁８４は、ｃ1方向と直交したｃ2方向に向けて延び、ｃ1方向に撓み変形可能なばね性を有している。これにより、外側支持梁８４は、非連結質量部８３をｃ1方向に振動可能に支持し、非連結質量部８３がｃ2方向に変位するのを規制している。
【０１４５】
また、第１の外側支持部８２、第１の非連結質量部８３、第１の外側支持梁８４に対して質量部４，８，１２，１３を挟んでＹ軸方向の反対側の位置には、第２の外側支持部８５、第２の非連結質量部８６、第２の外側支持梁８７が設けられている。このとき、第２の外側支持部８５、第２の非連結質量部８６、第２の外側支持梁８７は、第１の外側支持部８２、第１の非連結質量部８３、第１の外側支持梁８４とほぼ同様に形成され、第３の支持部、第３の振動子、第３の支持梁をそれぞれ構成している。
【０１４６】
そして、外側支持梁８７は、ｃ2方向と直交した方向（ｃ1方向）に向けて延び、ｃ2方向に撓み変形可能なばね性を有している。これにより、外側支持梁８７は、非連結質量部８３の振動方向（ｃ1方向）と直交するｃ2方向に振動可能な状態で非連結質量部８６を支持し、非連結質量部８６がｃ1方向に変位するのを規制している。
【０１４７】
第３の外側支持部８８、第３の非連結質量部８９、第３の外側支持梁９０は、質量部全体の重心Ｇを挟んで第１の外側支持部８２、第１の非連結質量部８３、第１の外側支持梁８４とほぼ対称となる位置に設けられている。そして、第３の外側支持部８８、第３の非連結質量部８９、第３の外側支持梁９０は、第２の支持部、第２の振動子、第２の支持梁をそれぞれ構成している。このため、第３の非連結質量部８９は、外側質量部１３の近傍に位置して、ｃ1方向に振動可能に設けられている。
【０１４８】
第４の外側支持部９１、第４の非連結質量部９２、第４の外側支持梁９３は、質量部全体の重心Ｇを挟んで第２の外側支持部８５、第２の非連結質量部８６、第２の外側支持梁８７とほぼ対称となる位置に設けられている。そして、第４の外側支持部９１、第４の非連結質量部９２、第４の外側支持梁９３は、第３の支持部、第３の振動子、第３の支持梁をそれぞれ構成している。このため、第４の非連結質量部９２は、外側質量部１２の近傍に位置して、ｃ2方向に振動可能に設けられている。
【０１４９】
第１のダンピング部９４（ダンピング手段）は、基板２と第１の非連結質量部８３との間に設けられ、非連結質量部８３が変位するときにエアダンピングを発生させるものである。このダンピング部９４は、基板２に設けられた固定側櫛歯状板体群９５と、非連結質量部８３に設けられ固定側櫛歯状板体群９５と噛合した可動側櫛歯状板体群９６とによって構成されている。
【０１５０】
ここで、固定側櫛歯状板体群９５は、非連結質量部８３の周囲に配置され、ｃ1方向と直交したｃ2方向に延びる複数の固定側板体９５Ａを有している。また、可動側櫛歯状板体群９６も、例えば固定側板体９５Ａと平行なｃ2方向に延びる複数の可動側板体９６Ａを有し、各板体９５Ａ，９６Ａは、隙間をもって互いに対向している。さらに、これらの櫛歯状板体群９５，９６は、いずれも第１の外側支持部８２に電気的に接続されている。
【０１５１】
第２のダンピング部９７（他のダンピング手段）は、基板２と第２の非連結質量部８６との間に設けられ、非連結質量部８６が変位するときにエアダンピングを発生させるものである。このダンピング部９７は、基板２に設けられた固定側櫛歯状板体群９８と、非連結質量部８６に設けられ固定側櫛歯状板体群９８と噛合した可動側櫛歯状板体群９９とによって構成されている。
【０１５２】
ここで、固定側櫛歯状板体群９８は、非連結質量部８６の周囲に配置され、ｃ2方向と直交したｃ1方向に延びる複数の固定側板体９８Ａを有している。また、可動側櫛歯状板体群９９も、例えば固定側板体９８Ａと平行なｃ2方向に延びる複数の可動側板体９９Ａを有し、各板体９８Ａ，９９Ａは、隙間をもって互いに対向している。さらに、これらの櫛歯状板体群９８，９９は、いずれも第２の外側支持部８５に電気的に接続されている。
【０１５３】
第３のダンピング部１００（ダンピング手段）は、第１のダンピング部９４とほぼ同様に、固定側櫛歯状板体群１０１と可動側櫛歯状板体群１０２とによって構成されている。ここで、固定側櫛歯状板体群１０１は、基板２に設けられた複数の固定側板体１０１Ａを有している。一方、可動側櫛歯状板体群１０２は、固定側櫛歯状板体群１０１と噛合して非連結質量部８９に設けられ、固定側板体１０１Ａと対向する複数の可動側板体１０２Ａを有している。そして、これらの櫛歯状板体群１０１，１０２は、いずれも第３の外側支持部８８に電気的に接続されている。
【０１５４】
第４のダンピング部１０３（他のダンピング手段）は、第２のダンピング部９７とほぼ同様に、固定側櫛歯状板体群１０４と可動側櫛歯状板体群１０５とによって構成されている。ここで、固定側櫛歯状板体群１０４は、基板２に設けられた複数の固定側板体１０４Ａを有している。一方、可動側櫛歯状板体群１０５は、固定側櫛歯状板体群１０４と噛合して非連結質量部９２に設けられ、固定側板体１０４Ａと対向する複数の可動側板体１０５Ａを有している。そして、これらの櫛歯状板体群１０４，１０５は、いずれも第４の外側支持部９１に電気的に接続されている。
【０１５５】
第１の加速度検出用の変位検出部１０６（加速度検出用の変位検出手段）は、第１の外側質量部１２と第１の非連結質量部８３との間に設けられ、非連結質量部８３がＹ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する。ここで、変位検出部１０６は、例えば第１の実施の形態による変位検出部４０とほぼ同様に構成され、外側質量部１２に設けられた検出電極１０７と、非連結質量部８３に設けられた検出電極１０８とによって構成されている。
【０１５６】
第２の加速度検出用の変位検出部１０９（他の加速度検出用の変位検出手段）は、第２の外側質量部１３と第２の非連結質量部８６との間に設けられ、非連結質量部８６がＹ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する。ここで、変位検出部１０９は、例えば第１の実施の形態による変位検出部４３とほぼ同様に構成され、外側質量部１３に設けられた検出電極１１０と、非連結質量部８６に設けられた検出電極１１１とによって構成されている。
【０１５７】
第３の加速度検出用の変位検出部１１２（加速度検出用の変位検出手段）は、質量部１３，８９間に設けられ、第１の変位検出部１０６とほぼ同様に構成されている。このため、第３の変位検出部１１２は、検出電極１１３，１１４を備え、非連結質量部８９がＹ軸方向に変位したときの変位量を検出する。
【０１５８】
第４の加速度検出用の変位検出部１１５（他の加速度検出用の変位検出手段）は、質量部１２，９２間に設けられ、第２の変位検出部１０９とほぼ同様に構成されている。このため、第４の変位検出部１１５は、検出電極１１６，１１７を備え、非連結質量部９２がＹ軸方向に変位したときの変位量を検出する。
【０１５９】
また、基板２の表面には、質量部４，８，１２，１３，８３，８６，８９，９２等を収容した状態で蓋体（図示せず）が設けられている。そして、質量部４，８，１２，１３，８３，８６，８９，９２は、蓋体内の減圧雰囲気中に気密封止されている。
【０１６０】
次に、加速度α1，α2を検出する加速度検出回路１１８（加速度検出手段）について説明する。加速度検出回路１１８は、変位検出部１０６，１０９，１１２，１１５による変位検出信号Ｖay，Ｖaxを振動モニタ部４６，４９によるモニタ信号Ｖmを用いて同期検波し、質量部８３，８６，８９，９２に作用する加速度α1，α2を検出する。そして、加速度検出回路１１８は、例えばＣ−Ｖ変換回路１１９，１２０，１２１，１２２、加算増幅器１２３，１２４，１２９，１３０、差動増幅器１２５，１３１、同期検波回路１２６，１３２等によって構成されている。
【０１６１】
Ｃ−Ｖ変換回路１１９，１２０，１２１，１２２は、変位検出部１０６，１０９，１１２，１１５の静電容量Ｃa1，Ｃa2，Ｃa3，Ｃa4の変化を電圧変化に変換し、これらの電圧変化を予備的な変位検出信号Ｖa1，Ｖa2，Ｖa3，Ｖa4としてそれぞれ出力する。
【０１６２】
加算増幅器１２３は、Ｃ−Ｖ変換回路１１９，１２０の出力側に接続され、これらの予備的な変位検出信号Ｖa1，Ｖa2を加算する。また、加算増幅器１２４は、Ｃ−Ｖ変換回路１２１，１２２の出力側に接続され、これらの予備的な変位検出信号Ｖa3，Ｖa4を加算する。さらに、差動増幅器１２５は、加算増幅器１２３，１２４の出力の差から最終的な変位検出信号Ｖayを演算し、同期検波回路１２６に出力する。これにより、同期検波回路１２６は、変位検出信号Ｖayからモニタ信号Ｖmを用いて同期検波し、ＬＰＦ１２７、調整回路１２８を介してＹ軸方向の加速度α1に応じた加速度信号を出力する。
【０１６３】
一方、加算増幅器１２９は、Ｃ−Ｖ変換回路１１９，１２２の出力側に接続され、これらの予備的な変位検出信号Ｖa1，Ｖa4を加算する。また、加算増幅器１３０は、Ｃ−Ｖ変換回路１２０，１２１の出力側に接続され、これらの予備的な変位検出信号Ｖa2，Ｖa3を加算する。さらに、差動増幅器１３１は、加算増幅器１２９，１３０の出力の差から最終的な変位検出信号Ｖaxを演算し、同期検波回路１３２に出力する。これにより、同期検波回路１３２は、変位検出信号Ｖaxからモニタ信号Ｖmを用いて同期検波し、ＬＰＦ１３３、調整回路１３４を介してＸ軸方向の加速度α2に応じた加速度信号を出力する。
【０１６４】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、非連結質量部８３，８９をｃ1方向に変位可能に設け、非連結質量部８６，９２をｃ2方向に変位可能に設け、これら非連結質量部８３，８６，８９，９２のＹ軸方向の変位量を変位検出部１０６，１０９，１１２，１１５を用いて検出する構成とした。このため、変位検出部１０６，１０９，１１２，１１５による変位検出信号Ｖa1，Ｖa2，Ｖa3，Ｖa4を加算および減算の演算処理をすることによって、Ｙ軸方向およびＸ軸方向の加速度α1，α2を検出することができる。また、変位検出部１０６，１０９，１１２，１１５による変位検出信号Ｖa1，Ｖa2，Ｖa3，Ｖa4を加算および減算の演算処理を施すから、例えば外気温度等によって変位検出信号Ｖa1，Ｖa2，Ｖa3，Ｖa4が変化するときでも、このような温度変化等の影響を低減することができ、加速度α1，α2の検出精度を高めることができる。
【０１６５】
次に、図１２は第３の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、単一の第１の振動子をＸ軸方向に振動可能に設ける構成としたことにある。
【０１６６】
複合センサ１４１は、基板１４２、支持部１４３，１５４、振動子１４４，１４６，１５５、支持梁１４５，１４７，１５６、振動発生部１４８、ダンピング部１５７、変位検出部１５１，１６０、振動モニタ部１６３等によって構成されている。
【０１６７】
基板１４２は、例えばガラス材料等により四角形の平板状に形成され、互いに直交するＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向のうち、例えばＸ軸及びＹ軸方向に沿って水平に延びている。また、基板１４２上には、例えば導電性を有する低抵抗なシリコン材料等にエッチング加工を施すことによって、支持部１４３，１５４、振動子１４４，１４６，１５５、支持梁１４５，１４７，１５６、振動発生部１４８、変位検出部１５１，１６０、ダンピング部１５７、振動モニタ部１６３が形成されている。
【０１６８】
支持部１４３は、基板１４２の表面に例えば２個設けられている。これら２個の支持部１４３は、振動子１４４を挟んでＸ軸方向の両側に配置されている。そして、後述する可動側の電極１５０，１５３，１６１，１６５は、支持部１４３と振動子１４４，１４６等とを介してグランドに接続されている。
【０１６９】
第１の振動子１４４は、基板１４２の表面側に位置して、基板１４２と隙間をもって対向して配置されている。第１の振動子１４４は、例えば四角形の枠状に形成され、Ｘ軸方向に延びる前，後の横枠部１４４Ａと、Ｙ軸方向に延びる左，右の縦枠部１４４Ｂとにより構成されている。
【０１７０】
また、振動子１４４の外側部位は後述する第１の支持梁１４５を介して第１の支持部１４３に連結され、振動子１４４の内側部位には後述する振動子１４６が支持梁１４７を介して連結されている。そして、これらの振動子１４４，１４６は基板１４２に対してＺ軸方向に離間し、一定の振動方向（Ｘ軸方向）に振動する構成となっている。
【０１７１】
第１の支持梁１４５は、第１の振動子１４４と第１の支持部１４３とを接続し、Ｘ軸方向に向けて振動可能な状態で第１の振動子１４４を支持している。具体的には、第１の支持梁１４５は、Ｘ軸方向に撓み変形可能に形成され、例えば第１の振動子１４４のＸ軸方向の両側にそれぞれ配置されている。そして、支持梁１４５は、振動子１４４，１４６をＸ軸方向に振動可能に支持し、振動子１４４がＹ軸方向に変位するのを規制している。
【０１７２】
角速度検出用振動子１４６は、第１の振動子１４４内に位置して、第１の振動子１４４に連結した状態で設けられている。具体的には、振動子１４６は、例えば四角形の板状に形成されている。そして、振動子１４６は、第２の支持梁１４７が撓み変形することにより、振動方向と直交する検出方向（Ｙ軸方向）に変位するものである。
【０１７３】
角速度検出用支持梁１４７は、振動子１４４，１４６を接続し、Ｙ軸方向に向けて変位可能な状態で振動子１４６を支持している。具体的には、支持梁１４７は、Ｙ軸方向に撓み変形可能に形成され、例えば振動子１４６のＹ軸方向の両側にそれぞれ配置されている。そして、支持梁１４７は、振動子１４６をＹ軸方向に変位可能に支持し、この振動子１４６がＸ軸方向に変位するのを規制している。
【０１７４】
振動発生部１４８（振動発生手段）は、基板１４２と第１の振動子１４４との間に設けられ、静電力を用いて振動子１４４，１４６をＸ軸方向に振動させる。ここで、振動発生部１４８は、基板１４２に設けられた固定側駆動電極１４９と、振動子１４４に設けられた可動側駆動電極１５０とによって構成されている。また、駆動電極１４９，１５０は互いに隙間をもって対向している。そして、振動発生部１４８は、後述の振動制御回路１６６から駆動信号Ｖdが入力されることにより、駆動電極１４９，１５０間に静電力を発生し、この静電力により振動子１４４，１４６をＸ軸方向に振動させる。
【０１７５】
角速度検出用の変位検出部１５１（角速度検出用の変位検出手段）は、基板１４２と振動子１４６との間に設けられ、振動子１４６がＹ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する。ここで、変位検出部１５１は、基板１４２に設けられた固定側検出電極１５２と、振動子１４６に設けられた可動側検出電極１５３とによって構成されている。また、検出電極１５２，１５３は互いに隙間をもって対向している。そして、可動側検出電極１５３は、振動子１４６と一緒にＹ軸方向に変位する。これにより、振動子１４６がＹ軸方向に変位したときには、検出電極１５２，１５３間の静電容量Ｃcが変化する。
【０１７６】
第２の支持部１５４は、基板１４２の表面に位置して例えば２個設けられている。そして、これら２個の第２の支持部１５４は、後述する振動子１５５を挟んでＹ軸方向の両側に配置されている。
【０１７７】
第２の振動子１５５は、第１の振動子１４４の近傍に位置して基板１４２の表面側に設けられ、基板１４２と隙間をもって対向している。また、第２の振動子１５５は、例えば四角形の板状に形成されている。
【０１７８】
第２の支持梁１５６は、第２の振動子１５５と第２の支持部１５４とを接続し、Ｙ軸方向に向けて振動可能な状態で第２の振動子１５５を支持している。具体的には、第２の支持梁１５６は、Ｙ軸方向に撓み変形可能に形成され、例えば第２の振動子１５５のＹ軸方向の両側にそれぞれ配置されている。そして、支持梁１５６は、振動子１５５をＹ軸方向に振動可能に支持し、振動子１５５がＸ軸方向に変位するのを規制している。
【０１７９】
ダンピング部１５７（ダンピング手段）は、基板１４２と第２の振動子１５５との間に設けられ、振動子１５５が変位するときにエアダンピングを発生させるものである。このダンピング部１５７は、第１の実施の形態によるダンピング部３４とほぼ同様に、基板１４２に設けられた固定側櫛歯状板体群１５８と、振動子１５５に設けられ固定側櫛歯状板体群１５８と噛合した可動側櫛歯状板体群１５９とによって構成されている。
【０１８０】
このとき、固定側櫛歯状板体群１５８は、第１の実施の形態による固定側櫛歯状板体群３５とほぼ同様に、複数の固定側板体（図示せず）を櫛歯状に配置することによって構成されている。一方、可動側櫛歯状板体群１５９も、第１の実施の形態による可動側櫛歯状板体群３６とほぼ同様に、複数の可動側板体（図示せず）を櫛歯状に配置することによって構成され、固定側板体と可動側板体とは互いに平行に延びた状態で対向している。また、これらの櫛歯状板体群１５８，１５９は、いずれも第２の支持部１５４に電気的に接続されている。
【０１８１】
加速度検出用の変位検出部１６０（加速度検出用の変位検出手段）は、第１の振動子１４４と第２の振動子１５５との間に設けられ、第２の振動子１５５がＹ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する。ここで、変位検出部１６０は、第１の振動子１４４に設けられた検出電極１６１と、第２の振動子１５５に設けられた検出電極１６２とによって構成されている。また、検出電極１６１，１６２は、互いに隙間をもって対向し、平行平板コンデンサを形成している。
【０１８２】
そして、検出電極１６１は第１の振動子１４４と一緒にＸ軸方向に変位し、検出電極１６２は第２の振動子１５５と一緒にＹ軸方向に変位する。これにより、第１の振動子１４４がＸ軸方向に変位したときには、検出電極１６１，１６２間の静電容量Ｃaが変化する。また、第２の振動子１５５がＹ軸方向に変位したときにも、検出電極１６１，１６２間の静電容量Ｃaが変化する。このため、変位検出部１６０は、検出電極１６１，１６２間の静電容量Ｃaを用いて、第２の振動子１５５がＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する。
【０１８３】
振動モニタ部１６３（振動モニタ手段）は、基板１４２と第１の振動子１４４との間に設けられ、第１の振動子１４４がＸ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する。ここで、振動モニタ部１６３は、基板１４２に設けられた固定側モニタ電極１６４と、振動子１４４に設けられた可動側モニタ電極１６５とによって構成されている。また、モニタ電極１６４，１６５は、互いに隙間をもって対向し、平行平板コンデンサを形成している。
【０１８４】
そして、可動側モニタ電極１６５は、振動子１４４と一緒にＸ軸方向に変位する。これにより、振動子１４４がＸ軸方向に変位したときには、モニタ電極１６４，１６５間の静電容量Ｃmが変化する。このため、振動モニタ部１６３は、第１の振動子１４４がＸ軸方向に振動したときの変位量を、モニタ電極１６４，１６５間の静電容量Ｃmを用いてモニタする。
【０１８５】
また、基板１４２の表面には、振動子１４４，１４６，１５５等を収容した状態で蓋体（図示せず）を設けられている。そして、振動子１４４，１４６，１５５等は、蓋体内の減圧雰囲気中に気密封止されている。
【０１８６】
次に、振動子１４４の振動状態を制御する振動制御回路１６６について説明する。振動制御回路１６６は、振動モニタ部１６３によるモニタ信号Ｖmを用いて振動発生部１４８に出力する駆動信号Ｖdを制御する。そして、振動制御回路１６６は、例えばＣ−Ｖ変換回路１６７、ＡＧＣ回路１６８、駆動信号発生回路１６９等によって構成されている。
【０１８７】
Ｃ−Ｖ変換回路１６７は、振動モニタ部１６３に接続され、振動モニタ部１６３の静電容量Ｃmの変化を電圧変化に変換し、この電圧変化をモニタ信号Ｖmとして出力する。
【０１８８】
Ｃ−Ｖ変換回路１６７の出力側には、ＡＧＣ回路１６８が接続されている。また、ＡＧＣ回路１６８の出力側は、駆動信号発生回路１６９を介して振動発生部１４８に接続されている。そして、駆動信号発生回路１６９は、駆動信号Ｖdを発生し、この駆動信号Ｖdを駆動電極１４９に入力することによって、振動子１４４，１４６をＸ軸方向に振動させる。
【０１８９】
また、ＡＧＣ回路１６８は、Ｃ−Ｖ変換回路１６７によるモニタ信号Ｖmを用いて駆動信号Ｖdを補正する。これにより、ＡＧＣ回路１６８は、例えば周囲温度が変化したときでも、振動子１４４，１４６を常に同じ振幅で振動させる。
【０１９０】
次に、角速度Ωを検出する角速度検出回路１７０（角速度検出手段）について説明する。角速度検出回路１７０は、変位検出部１５１による変位検出信号Ｖcを振動モニタ部１６３によるモニタ信号Ｖmを用いて同期検波し、角速度検出用振動子１４６に作用する角速度Ωを検出する。そして、角速度検出回路１７０は、例えばＣ−Ｖ変換回路１７１、同期検波回路１７２等によって構成されている。
【０１９１】
ここで、Ｃ−Ｖ変換回路１７１は、Ｃ−Ｖ変換回路１６７とほぼ同様に構成され、変位検出部１５１の静電容量Ｃcの変化を電圧変化に変換し、この電圧変化を変位検出信号Ｖcとして出力する。
【０１９２】
また、同期検波回路１７２の入力側は、Ｃ−Ｖ変換回路１７１に接続されると共に、位相シフト回路１７３を介してＡＧＣ回路１６８に接続されている。ここで、位相シフト回路１７３は、ＡＧＣ回路１６８を介して出力されるモニタ信号Ｖmの位相を９０°シフトさせた位相シフト信号Ｖm′を出力する。このとき、振動子１４４のＸ軸方向の振動と、角速度Ωによる振動子１４６のＹ軸方向の振動とは、互いに位相が９０°ずれる。このため、同期検波回路１７２は、例えばモニタ信号Ｖmから位相が９０°シフトした位相シフト信号Ｖm′を用いて同期検波する。これにより、同期検波回路１７２は、角速度Ωに応じた角速度信号を出力する。
【０１９３】
次に、加速度αを検出する加速度検出回路１７４（加速度検出手段）について説明する。加速度検出回路１７４は、変位検出部１６０による変位検出信号Ｖaを振動モニタ部１６３によるモニタ信号Ｖmを用いて同期検波し、振動子１５５に作用する加速度αを検出する。そして、加速度検出回路１７４は、例えばＣ−Ｖ変換回路１７５、同期検波回路１７６等によって構成されている。
【０１９４】
ここで、Ｃ−Ｖ変換回路１７５は、Ｃ−Ｖ変換回路１６７とほぼ同様に構成され、変位検出部１６０の静電容量Ｃaの変化を電圧変化に変換し、この電圧変化を変位検出信号Ｖaとして出力する。
【０１９５】
また、同期検波回路１７６の入力側は、Ｃ−Ｖ変換回路１７５に接続されると共に、ＡＧＣ回路１６８に接続されている。このとき、加速度αによって振動子１５５が変位すると、この振動子１５５の変位量に応じて変位検出部１６０の静電容量Ｃaは、振動子１４４のＸ軸方向の振動と同期して変化する。このため、同期検波回路１７６は、例えばモニタ信号Ｖmを用いて同期検波する。これにより、同期検波回路１７６は、加速度αに応じた加速度信号を出力する。
【０１９６】
本実施の形態による複合センサ１４１は上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
【０１９７】
まず、振動発生部１４８に駆動信号Ｖdが出力されると、振動発生部１４８にＸ軸方向の静電力が発生し、振動子１４４，１４６はＸ軸方向に振動する。
【０１９８】
これにより、振動子１４４，１４６の振動周波数に応じて振動モニタ部１６３の静電容量Ｃmが変化し、Ｃ−Ｖ変換回路１６７からＡＧＣ回路１６８にモニタ信号Ｖmが出力される。そして、ＡＧＣ回路１６８は、このモニタ信号Ｖmに応じて補正した駆動信号Ｖdを振動発生部１４８に出力し、振動子１４４，１４６の振動状態をフィードバック制御する。これにより、周囲の温度等が変化する場合でも、振動子１４４，１４６は常に同じ振幅で振動する。
【０１９９】
このように、振動子１４４，１４６がＸ軸方向に振動しているときに、複合センサ１４１にＺ軸周りの角速度Ωが加わると、これらの振動子１４４，１４６には、Ｙ軸方向のコリオリ力Ｆが加わる。
【０２００】
このため、振動子１４６は、角速度Ωに応じてＹ軸方向に変位し、角速度検出用の変位検出部１５１の静電容量Ｃcが変化する。このとき、Ｃ−Ｖ変換回路１７１は、静電容量Ｃcの変化を変位検出信号Ｖcに変換する。そして、同期検波回路１７２は、変位検出信号Ｖcから位相シフト信号Ｖm′と同期した信号を検波する。これにより、角速度検出回路１７０は、角速度Ωに応じた角速度信号を外部に出力する。なお、振動子１４４は、Ｙ軸方向に自由度がないため、コリオリ力Ｆで変位しない。
【０２０１】
一方、振動子１４４がＸ軸方向に振動しているときに、複合センサ１４１にＹ軸方向の加速度αが加わると、振動子１５５は加速度αに応じてＹ軸方向に変位する。このとき、加速度検出用の変位検出部１６０の静電容量Ｃaが変化するから、Ｃ−Ｖ変換回路１７５は、静電容量Ｃaの変化を変位検出信号Ｖaに変換する。そして、同期検波回路１７６は、変位検出信号Ｖaからモニタ信号Ｖmと同期した信号を検波する。これにより、加速度検出回路１７４は、加速度αに応じた加速度信号を外部に出力する。
【０２０２】
かくして、本実施の形態では、第１の振動子１４４がＸ軸方向に振動した状態でＺ軸周りの角速度Ωが作用すると、コリオリ力によって振動子１４６がＹ軸方向に変位する。このため、角速度検出用の変位検出部１５１は振動子１４６のＹ軸方向の変位量を検出し、角速度検出回路１７０は変位検出部１５１による変位検出信号Ｖcに対して振動モニタ部１６３によるモニタ信号Ｖm（位相シフト信号Ｖm′）を用いて同期検波処理を行う。これにより、角速度検出回路１７０は、角速度Ωに応じた角速度信号を出力することができる。
【０２０３】
また、Ｙ軸方向の加速度αが作用すると、加速度αによって第２の振動子１５５がＹ軸方向に変位する。このとき、加速度検出用の変位検出部１６０は、第２の振動子１５５が第１の振動子１４４に対してＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する。そして、加速度検出回路１７４は、変位検出部１６０による変位検出信号Ｖaに対して振動モニタ部１６３によるモニタ信号Ｖmを用いて同期検波処理を行う。これにより、加速度検出回路１７４は、加速度αに応じた加速度信号を出力することができる。
【０２０４】
また、本実施の形態でも、振動子１４４，１４６とは別個に振動子１５５を設けると共に、振動子１５５を支持梁１５６を用いて支持する構成とした。このため、振動子１４４，１４６および支持梁１４５，１４７とは独立して、振動子１５５および支持梁１５６を設計することができる。この結果、振動子１４４，１４６および支持梁１４５，１４７は角速度Ωの検出に適した質量や剛性にすることができると共に、振動子１５５および支持梁１５６は加速度αの検出に適した質量や剛性にすることができる。これにより、角速度Ωおよび加速度αの両方を高感度に検出することができる。
【０２０５】
また、加速度検出回路１７４は、加速度検出用の変位検出部１６０による変位検出信号Ｖaを振動モニタ部１６３によるモニタ信号Ｖmを用いて同期検波する構成としたから、第１の振動子１４４の振動周波数とは異なる周波数成分の信号を除去することができる。このため、電気的な外部雑音等を容易に除去することができ、第１の振動子１４４を停止させた状態で加速度を検出した場合に比べて、加速度αの検出精度を高めることができる。
【０２０６】
さらに、基板１４２と第２の振動子１５５との間にはダンピング部１５７を設けたから、ダンピング部１５７は、第２の振動子１５５の振動を減衰させ、第２の振動子１５５の機械的なＱ値を第１の振動子１４４の機械的なＱ値に比べて十分に小さくすることができる。これにより、第１，第２の振動子１４４，１５５を減圧雰囲気中に封止したときには、第１の振動子１４４は大きな振幅でＸ軸方向に振動させることができ、角速度Ωを高感度で検出できる。一方、第２の振動子１５５の変位はダンピング部１５７によって抑制されるから、外部から第２の振動子１５５の共振周波数成分を含む衝撃が印加されたときでも、第２の振動子１５５の振幅が小さくなる。この結果、加速度検出用の変位検出部１６０による変位検出信号Ｖaが過度に変動することがなく、加速度信号の出力暴れを抑制することができる。
【０２０７】
なお、前記第１の実施の形態では、非連結質量部２９，３２はＹ軸方向に変位可能に設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、非連結質量部をＸ軸方向に変位可能に設ける構成としてもよく、２つの非連結質量部のうち一方をＹ軸方向に変位可能に設け、他方をＸ軸方向に変位可能に設ける構成としてもよい。
【０２０８】
また、前記第３の実施の形態では、第２の振動子１５５はＹ軸方向に変位可能に設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、第２の振動子をＸ軸方向に変位可能に設ける構成としてもよい。また、第２の振動子を２個設け、一方をＹ軸方向に変位可能に設け、他方をＸ軸方向に変位可能に設ける構成としてもよい。
【０２０９】
また、前記第１および第２の実施の形態では、例えば４個の質量部４，８，１２，１３を連結支持梁１４によって連結する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば３個以下、または５個以上の質量部を連結する構成としてもよい。
【０２１０】
さらに、前記第１ないし第３の実施の形態では、Ｚ軸周りの角速度Ωを検出する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、角速度検出用振動子は角速度検出用支持梁によってＺ軸方向に変位可能に設け、Ｙ軸周りの角速度Ωを検出する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０２１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態による複合センサを示す平面図である。
【図２】図１中の非連結質量部を拡大して示す要部拡大平面図である。
【図３】図２中の加速度検出用の変位検出部によって検出する静電容量の変化量を示す特性線図である。
【図４】複合センサの振動制御回路、角速度検出回路および加速度検出回路を示す回路構成図である。
【図５】図１中の複合センサに角速度が作用した状態を示す模式的な説明図である。
【図６】図１中の複合センサに加速度が作用した状態を示す模式的な説明図である。
【図７】雰囲気圧力と非連結質量部の機械的Ｑ値との関係を示す特性線図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態による複合センサを示す平面図である。
【図９】複合センサの振動制御回路、角速度検出回路および加速度検出回路を示す回路構成図である。
【図１０】図７中の複合センサにＹ軸方向の加速度が作用した状態を示す模式的な説明図である。
【図１１】図７中の複合センサにＸ軸方向の加速度が作用した状態を示す模式的な説明図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態による複合センサを示す平面図である。
【符号の説明】
【０２１２】
１，８１，１４１  複合センサ
２，１４２  基板
３  中央支持部（第１の支持部）
５，９  外側枠体（第１の振動子）
６，１０  内側枠体（第２の振動子）
７，１１，１４７  角速度検出用支持梁
１２，１３  外側質量部（第１の振動子）
１４  連結支持梁（第１の支持梁）
１６，１９，１４８  振動発生部（振動発生手段）
２２，２５，１５１  角速度検出用の変位検出部（角速度検出用の変位検出手段）
２８，３１，８２，８８  外側支持部（第２の支持部）
２９，３２，８３，８９  非連結質量部（第２の振動子）
３０，３３，８４，９０  外側支持梁（第２の支持梁）
３４，３７，９４，９７，１００，１０３，１５７  ダンピング部（ダンピング手段）
３５，３８，９５，９８，１０１，１０４，１５８  固定側櫛歯状板体群
３５Ａ，３８Ａ，９５Ａ，９８Ａ，１０１Ａ，１０４Ａ  固定側板体
３６，３９，９６，９９，１０２，１０５，１５９  可動側櫛歯状板体群
３６Ａ，３９Ａ，９６Ａ，９９Ａ，１０２Ａ，１０５Ａ  可動側板体
４０，４３，１０６，１０９，１１２，１１５，１６０  加速度検出用の変位検出部（加速度検出用の変位検出手段）
４６，４９，１６３  振動モニタ部（振動モニタ手段）
６８，１１８，１７４  加速度検出回路（加速度検出手段）
８５，９１  外側支持部（第３の支持部）
８６，９２  非連結質量部（第３の振動子）
８７，９３  外側支持梁（第３の支持梁）
１４３  第１の支持部
１４４  第１の振動子
１４５  第１の支持梁
１４６  角速度検出用振動子
１５４  第２の支持部
１５５  第２の振動子
１５６  第２の支持梁
【図１】
2010085313.tif 000004
【図２】
2010085313.tif 000005
【図３】
2010085313.tif 000006
【図４】
2010085313.tif 000007
【図５】
2010085313.tif 000008
【図６】
2010085313.tif 000009
【図７】
2010085313.tif 000010
【図８】
2010085313.tif 000011
【図９】
2010085313.tif 000012
【図１０】
2010085313.tif 000013
【図１１】
2010085313.tif 000014
【図１２】
2010085313.tif 000015