(57)【要約】【課題】駆動モードと検知モードとの間の干渉を除去して、回路増幅比の上昇による感度向上を具現することができ、製作誤差による影響を低減させ、収率を向上させることができる角速度センサを提供する。【解決手段】本発明の角速度センサ１００は、第１質量体１１０ａ及び第２質量体１１０ｂと、第１質量体１１０ａ及び第２質量体１１０ｂの外側に備えられる第１フレーム１２０と、第１質量体１１０ａ及び第２質量体１１０ｂと第１フレーム１２０とをそれぞれ連結する第１可撓部１３０と、第１質量体１１０ａ及び第２質量体１１０ｂと第１フレーム１２０とをそれぞれ連結する第２可撓部１４０と、第１フレーム１２０の外側に備えられる第２フレーム１５０と、第１フレーム１２０と第２フレーム１５０とを連結する第３可撓部１６０と、第１フレーム１２０と第２フレーム１５０とを連結する第４可撓部１７０と、を含み、第１質量体１１０ａ及び第２質量体１１０ｂは、第４可撓部１７０の両側に配置されるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１質量体及び第２質量体と、
前記第１質量体及び前記第２質量体の外側に備えられる第１フレームと、
前記第１質量体及び前記第２質量体と前記第１フレームとをそれぞれ連結する第１可撓部と、
前記第１質量体及び前記第２質量体と前記第１フレームとをそれぞれ連結する第２可撓部と、
前記第１フレームの外側に備えられる第２フレームと、
前記第１フレームと前記第２フレームとを連結する第３可撓部と、
前記第１フレームと前記第２フレームとを連結する第４可撓部と、を含み、
前記第１質量体及び前記第２質量体は、前記第４可撓部の両側に配置されることを特徴とする角速度センサ。
【請求項２】
前記第１質量体及び第２質量体は、第１可撓部又は第２可撓部によって回転変位が可能するように固定され、前記第１フレームは第２フレームに第３可撓部又は第４可撓部によって回転変位可能するように固定されることを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項３】
第２可撓部は、Ｘ軸方向に前記第１質量体及び第２質量体と前記第１フレームとを連結し、
第４可撓部は、Ｙ軸方向に前記第１フレームと前記第２フレームとを連結したことを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項４】
第１可撓部は、Ｙ軸方向に前記第１質量体及び第２質量体と前記第１フレームとをそれぞれ連結し、
第３可撓部は、Ｘ軸方向に前記第１フレームと前記第２フレームとを連結したことを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項５】
第１可撓部は、Ｙ軸方向に前記第１質量体及び第２質量体と前記第１フレームとをそれぞれ連結し、
第２可撓部は、Ｘ軸方向に前記第１質量体及び前記第２質量体と前記第１フレームとを連結し、
第３可撓部は、Ｘ軸方向に前記第１フレームと前記第２フレームを連結し、
第４可撓部は、Ｙ軸方向に前記第１フレームと前記第２フレームを連結したことを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項６】
前記第１可撓部のＺ軸方向の厚さよりＸ軸方向の幅が広く、
前記第２可撓部のＹ軸方向の幅よりＺ軸方向の厚さが厚く、
前記第３可撓部のＺ軸方向の厚さよりＹ軸方向の幅が広く、
前記第４可撓部のＸ軸方向の幅よりＺ軸方向の厚さが厚いことを特徴とする請求項５に記載の角速度センサ。
【請求項７】
前記第１質量体及び前記第２質量体は、前記第１フレームに対してＸ軸を基準として回転することを特徴とする請求項５に記載の角速度センサ。
【請求項８】
前記第１フレームは、前記第２フレームに対してＹ軸を基準として回転することを特徴とする請求項５に記載の角速度センサ。
【請求項９】
前記第１可撓部には曲げ応力が生じ、前記第２可撓部には捩り応力が生じることを特徴とする請求項５に記載の角速度センサ。
【請求項１０】
前記第３可撓部には曲げ応力が生じ、前記第４可撓部には捩り応力が生じることを特徴とする請求項５に記載の角速度センサ。
【請求項１１】
前記第２可撓部は、Ｚ軸方向を基準として、前記第１質量体及び前記第２質量体の重量中心より上側に備えられることを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項１２】
前記第２可撓部は、Ｘ軸方向を基準として、前記第１質量体及び前記第２質量体の重量中心に対応する位置に備えられることを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項１３】
前記第１可撓部に備えられ、前記第１質量体及び前記第２質量体の変位を検知する第１検知手段をさらに含み、
前記第１検知手段は、前記第１質量体及び前記第２質量体がＸ軸を基準として回転する際に生じる変位を検知することを特徴とする請求項５に記載の角速度センサ。
【請求項１４】
前記第３可撓部に備えられ、前記第１フレームを駆動させる第１駆動手段をさらに含み、
前記第１駆動手段は、前記第１フレームをＹ軸を基準として回転するように駆動させることを特徴とする請求項５に記載の角速度センサ。
【請求項１５】
Ｙ軸方向に前記第１フレームを横切るように、前記第１質量体と前記第２質量体との間に備えられる第１支持部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項１６】
前記第２可撓部はトーションバー（Ｔｏｒｓｉｏｎ  Ｂａｒ）状に形成され、
前記第４可撓部はトーションバー（Ｔｏｒｓｉｏｎ  Ｂａｒ）状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項１７】
前記第１質量体及び前記第２質量体は、互いに平行に配置されることを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項１８】
第３質量体及び第４質量体と、
前記第３質量体及び前記第４質量体の外側に備えられる第３フレームと、
前記第３質量体及び前記第４質量体と前記第３フレームとをそれぞれ連結する第５可撓部と、
前記第３質量体及び前記第４質量体と前記第３フレームとを連結する第６可撓部と、
前記第３フレームの外側に備えられる第４フレームと、
前記第３フレームと前記第４フレームとを連結する第７可撓部と、
前記第３フレームと前記第４フレームとを連結する第８可撓部と、をさらに含み、
前記第３質量体及び前記第４質量体は、前記第８可撓部の両側に配置され、
前記第２フレームの側面に前記第４フレームが配置されることを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項１９】
前記第３質量体及び第４質量体は、第５可撓部又は第６可撓部によって回転変位が可能するように固定され、前記第３フレームは第４フレームに第７可撓部又は第８可撓部によって回転変位可能するように固定されることを特徴とする請求項１８に記載の角速度センサ。
【請求項２０】
第６可撓部は、Ｙ軸方向に前記第３質量体及び第４質量体と前記第３フレームとを連結し、
第８可撓部は、Ｘ軸方向に前記第３フレームと前記第４フレームを連結したことを特徴とする請求項１８に記載の角速度センサ。
【請求項２１】
第５可撓部は、Ｘ軸方向に前記第３質量体及び第４質量体と前記第３フレームとをそれぞれ連結し、
第７可撓部は、Ｙ軸方向に前記第３フレームと前記第４フレームを連結したことを特徴とする請求項１８に記載の角速度センサ。
【請求項２２】
第５可撓部は、Ｘ軸方向に前記第３質量体及び第４質量体と前記第３フレームとをそれぞれ連結し、
第６可撓部は、Ｙ軸方向に前記第３質量体及び前記第４質量体と前記第３フレームとを連結し、
第７可撓部は、Ｙ軸方向に前記第３フレームと前記第４フレームを連結し、
第８可撓部は、Ｘ軸方向に前記第３フレームと前記第４フレームを連結したことを特徴とする請求項１８に記載の角速度センサ。
【請求項２３】
前記第５可撓部のＺ軸方向の厚さよりＹ軸方向の幅が広く、
前記第６可撓部のＸ軸方向の幅よりＺ軸方向の厚さが厚く、
前記第７可撓部のＺ軸方向の厚さよりＸ軸方向の幅が広く、
前記第８可撓部のＹ軸方向の幅よりＺ軸方向の厚さが厚いことを特徴とする請求項２２に記載の角速度センサ。
【請求項２４】
前記第３質量体及び前記第４質量体は、前記第３フレームに対してＹ軸を基準として回転することを特徴とする請求項２２に記載の角速度センサ。
【請求項２５】
前記第３フレームは、前記第４フレームに対してＸ軸を基準として回転することを特徴とする請求項２３に記載の角速度センサ。
【請求項２６】
前記第５可撓部には曲げ応力が生じ、前記第６可撓部には捩り応力が生じることを特徴とする請求項２３に記載の角速度センサ。
【請求項２７】
前記第７可撓部には曲げ応力が生じ、前記第８可撓部には捩り応力が生じることを特徴とする請求項２３に記載の角速度センサ。
【請求項２８】
前記第６可撓部は、Ｚ軸方向を基準として、前記第３質量体及び前記第４質量体の重量中心より上側に備えられることを特徴とする請求項２３に記載の角速度センサ。
【請求項２９】
前記第６可撓部は、Ｙ軸方向を基準として、前記第３質量体及び前記第４質量体の重量中心に対応する位置に備えられることを特徴とする請求項２３に記載の角速度センサ。
【請求項３０】
前記第５可撓部に備えられ、前記第３質量体及び前記第４質量体の変位を検知する第２検知手段をさらに含み、
前記第２検知手段は、前記第３質量体及び前記第４質量体がＹ軸を基準として回転する際に生じる変位を検知することを特徴とする請求項１８に記載の角速度センサ。
【請求項３１】
前記第７可撓部に備えられ、前記第３フレームを駆動させる第２駆動手段をさらに含み、
前記第２駆動手段は、前記第３フレームをＸ軸を基準として回転するように駆動させることを特徴とする請求項２３に記載の角速度センサ。
【請求項３２】
Ｘ軸方向に前記第３フレームを横切るように前記第３質量体と前記第４質量体の間に備えられる第２支持部をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の角速度センサ。
【請求項３３】
前記第６可撓部はトーションバー（Ｔｏｒｓｉｏｎ  Ｂａｒ）状に形成され、
前記第８可撓部はトーションバー（Ｔｏｒｓｉｏｎ  Ｂａｒ）状に形成されることを特徴とする請求項１８に記載の角速度センサ。
【請求項３４】
前記第３質量体及び前記第４質量体は、互いに平行に配置されることを特徴とする請求項１８に記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、角速度センサは、人工衛星、ミサイル、無人航空機などの軍需用からエアバッグ（Ａｉｒ  Ｂａｇ）、ＥＳＣ（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）、車両用ブラックボックス（Ｂｌａｃｋ  Ｂｏｘ）など車両用、カムコーダの手ぶれ防止用、携帯電話やゲーム機のモーションセンシング用、ナビゲーション用などの様々な用途に用いられている。
【０００３】
このような角速度センサは、角速度を測定するために、通常、メンブレン（Ｍｅｍｂｒａｎｅ）などの弾性基板に質量体を接着した構成を採用している。前記構成により、角速度センサは、質量体に印加されるコリオリ力を測定して角速度を算出する。
【０００４】
具体的に、角速度センサを用いて角速度を測定する方式について説明すると、次のとおりである。
【０００５】
先ず、角速度はコリオリ力（Ｃｏｒｉｏｌｉｓ  Ｆｏｒｃｅ）「Ｆ＝２ｍΩ×ｖ」式によって求めることができ、ここで「Ｆ」は質量体に作用するコリオリ力、「ｍ」は質量体の質量、「Ω」は測定しようとする角速度、「ｖ」は質量体の運動速度である。
【０００６】
このうち、質量体の運動速度（ｖ）と質量体の質量（ｍ）は、既に認知している値であるため、質量体に作用するコリオリ力（Ｆ）を検知すると角速度（Ω）を求めることができる。
【０００７】
一方、従来技術による角速度センサは、特許文献１に開示されたように、質量体を駆動させたり、質量体の変位を検知するため、メンブレン（ダイヤフラム）の上部に圧電体を備えている。
【０００８】
このような角速度センサで角速度を測定するためには、駆動モードの共振周波数と検知モードの共振周波数とをほぼ一致させることが好ましい。しかし、形状／応力／物性などによる微細な製作誤差によって駆動モードと検知モードとの間に干渉が非常に大きく発生する。従って、角速度信号よりはるかに大きいノイズ（Ｎｏｉｓｅ）信号が出力されるため、角速度信号の回路増幅が制限され、角速度センサの感度が低下するという問題点が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／０１４６４０４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、複数のフレームを備え、質量体の駆動変位と検知変位を個別に発生させ、特定方向に対してのみ質量体を運動させるように可撓部を形成することで、駆動モードと検知モードとの間の干渉を除去し、製作誤差による影響を低減させることができる角速度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】
【００１１】
本発明の実施例による角速度センサは、第１質量体及び第２質量体と、前記第１質量体及び前記第２質量体の外側に備えられる第１フレームと、前記第１質量体及び前記第２質量体と前記第１フレームとをそれぞれ連結する第１可撓部と、前記第１質量体及び前記第２質量体と前記第１フレームとをそれぞれ連結する第２可撓部と、前記第１フレームの外側に備えられる第２フレームと、前記第１フレームと前記第２フレームとを連結する第３可撓部と、前記第１フレームと前記第２フレームとを連結する第４可撓部と、を含み、前記第１質量体及び前記第２質量体は、前記第４可撓部の両側に配置されることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、前記第１質量体及び第２質量体は、第１可撓部又は第２可撓部によって回転変位が可能するように固定され、前記第１フレームは第２フレームに第３可撓部又は第４可撓部によって回転変位可能するように固定されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、第２可撓部は、Ｘ軸方向に前記第１質量体及び第２質量体と前記第１フレームとを連結し、第４可撓部は、Ｙ軸方向に前記第１フレームと前記第２フレームとを連結したことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、第１可撓部は、Ｙ軸方向に前記第１質量体及び第２質量体と前記第１フレームとをそれぞれ連結し、第３可撓部は、Ｘ軸方向に前記第１フレームと前記第２フレームとを連結したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、第１可撓部は、Ｙ軸方向に前記第１質量体及び第２質量体と前記第１フレームとをそれぞれ連結し、第２可撓部は、Ｘ軸方向に前記第１質量体及び前記第２質量体と前記第１フレームとを連結し、第３可撓部は、Ｘ軸方向に前記第１フレームと前記第２フレームを連結し、第４可撓部は、Ｙ軸方向に前記第１フレームと前記第２フレームを連結したことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、前記第１可撓部のＺ軸方向の厚さよりＸ軸方向の幅が広く、前記第２可撓部のＹ軸方向の幅よりＺ軸方向の厚さが厚く、前記第３可撓部のＺ軸方向の厚さよりＹ軸方向の幅が広く、前記第４可撓部のＸ軸方向の幅よりＺ軸方向の厚さが厚いことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、前記第１質量体及び前記第２質量体は、前記第１フレームに対してＸ軸を基準として回転することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、前記第１フレームは、前記第２フレームに対してＹ軸を基準として回転することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、前記第１可撓部には曲げ応力が生じ、前記第２可撓部には捩り応力が生じることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、前記第３可撓部には曲げ応力が生じ、前記第４可撓部には捩り応力が生じることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、前記第２可撓部は、Ｚ軸方向を基準として、前記第１質量体及び前記第２質量体の重量中心より上側に備えられることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、前記第２可撓部は、Ｘ軸方向を基準として、前記第１質量体及び前記第２質量体の重量中心に対応する位置に備えられることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、前記第１可撓部に備えられ、前記第１質量体及び前記第２質量体の変位を検知する第１検知手段をさらに含み、前記第１検知手段は、前記第１質量体及び前記第２質量体がＸ軸を基準として回転する際に生じる変位を検知することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、前記第３可撓部に備えられ、前記第１フレームを駆動させる第１駆動手段をさらに含み、前記第１駆動手段は、前記第１フレームをＹ軸を基準として回転するように駆動させることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、Ｙ軸方向に前記第１フレームを横切るように、前記第１質量体と前記第２質量体との間に備えられる第１支持部をさらに含むことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、前記第２可撓部はトーションバー（Ｔｏｒｓｉｏｎ  Ｂａｒ）状に形成され、前記第４可撓部はトーションバー（Ｔｏｒｓｉｏｎ  Ｂａｒ）状に形成されることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、前記第１質量体及び前記第２質量体は、互いに平行に配置されることを特徴とする。
【００２８】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、第３質量体及び第４質量体と、前記第３質量体及び前記第４質量体の外側に備えられる第３フレームと、前記第３質量体及び前記第４質量体と前記第３フレームとをそれぞれ連結する第５可撓部と、前記第３質量体及び前記第４質量体と前記第３フレームとを連結する第６可撓部と、前記第３フレームの外側に備えられる第４フレームと、前記第３フレームと前記第４フレームとを連結する第７可撓部と、前記第３フレームと前記第４フレームとを連結する第８可撓部と、をさらに含み、前記第３質量体及び前記第４質量体は、前記第８可撓部の両側に配置され、前記第２フレームの側面に前記第４フレームが配置されることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、前記第３質量体及び第４質量体は、第５可撓部又は第６可撓部によって回転変位が可能するように固定され、前記第３フレームは第４フレームに第７可撓部又は第８可撓部によって回転変位可能するように固定されることを特徴とする。
【００３０】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、第６可撓部は、Ｙ軸方向に前記第３質量体及び第４質量体と前記第３フレームとを連結し、第８可撓部は、Ｘ軸方向に前記第３フレームと前記第４フレームを連結したことを特徴とする。
【００３１】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、第５可撓部は、Ｘ軸方向に前記第３質量体及び第４質量体と前記第３フレームとをそれぞれ連結し、第７可撓部は、Ｙ軸方向に前記第３フレームと前記第４フレームを連結したことを特徴とする。
【００３２】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、第５可撓部は、Ｘ軸方向に前記第３質量体及び第４質量体と前記第３フレームとをそれぞれ連結し、第６可撓部は、Ｙ軸方向に前記第３質量体及び前記第４質量体と前記第３フレームとを連結し、第７可撓部は、Ｙ軸方向に前記第３フレームと前記第４フレームを連結し、第８可撓部は、Ｘ軸方向に前記第３フレームと前記第４フレームを連結したことを特徴とする。
【００３３】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、前記第５可撓部のＺ軸方向の厚さよりＹ軸方向の幅が広く、前記第６可撓部のＸ軸方向の幅よりＺ軸方向の厚さが厚く、前記第７可撓部のＺ軸方向の厚さよりＸ軸方向の幅が広く、前記第８可撓部のＹ軸方向の幅よりＺ軸方向の厚さが厚いことを特徴とする。
【００３４】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、前記第３質量体及び前記第４質量体は、前記第３フレームに対してＹ軸を基準として回転することを特徴とする。
【００３５】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、前記第３フレームは、前記第４フレームに対してＸ軸を基準として回転することを特徴とする。
【００３６】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、前記第５可撓部には曲げ応力が生じ、前記第６可撓部には捩り応力が生じることを特徴とする。
【００３７】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、前記第７可撓部には曲げ応力が生じ、前記第８可撓部には捩り応力が生じることを特徴とする。
【００３８】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、前記第６可撓部はＺ軸方向を基準として、前記第３質量体及び前記第４質量体の重量中心より上側に備えられることを特徴とする。
【００３９】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、前記第６可撓部は、Ｙ軸方向を基準として、前記第３質量体及び前記第４質量体の重量中心に対応する位置に備えられることを特徴とする。
【００４０】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、前記第５可撓部に備えられ、前記第３質量体及び前記第４質量体の変位を検知する第２検知手段をさらに含み、前記第２検知手段は、前記第３質量体及び前記第４質量体がＹ軸を基準として回転する際に生じる変位を検知することを特徴とする。
【００４１】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、前記第７可撓部に備えられ、前記第３フレームを駆動させる第２駆動手段をさらに含み、前記第２駆動手段は、前記第３フレームをＸ軸を基準として回転するように駆動させることを特徴とする。
【００４２】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、Ｘ軸方向に前記第３フレームを横切るように前記第３質量体と前記第４質量体の間に備えられる第２支持部をさらに含むことを特徴とする。
【００４３】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、前記第６可撓部はトーションバー（Ｔｏｒｓｉｏｎ  Ｂａｒ）状に形成され、前記第８可撓部はトーションバー（Ｔｏｒｓｉｏｎ  Ｂａｒ）状に形成されることを特徴とする。
【００４４】
また、本発明の実施例による角速度センサにおいて、前記第３質量体及び前記第４質量体は、互いに平行に配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によると、多数のフレームを備え、質量体の駆動変位と検知変位を個別に発生させ、特定方向に対してのみ質量体を運動させるように可撓部が形成される。従って、駆動モードと検知モードとの間の干渉を除去して、回路増幅比の上昇による感度向上を具現することができ、製作誤差による影響を低減させ、収率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施例による角速度センサの斜視図である。
【図２】図１に図示された角速度センサの平面図である。
【図３】図２に図示されたＡ−Ａ´線による角速度センサの断面図である。
【図４】図２に図示されたＢ−Ｂ´線による角速度センサの断面図である。
【図５】図２に図示された第１、２質量体の運動可能な方向を図示した平面図である。
【図６】図４に図示された第１、２質量体の運動可能な方向を図示した断面図である。
【図７Ａ】図４に図示された第２質量体が第１フレームに対してＸ軸を基準として回転する過程を図示した断面図である。
【図７Ｂ】図４に図示された第２質量体が第１フレームに対してＸ軸を基準として回転する過程を図示した断面図である。
【図８】図２に図示された第１フレームの運動可能な方向を図示した平面図である。
【図９】図３に図示された第１フレームの運動可能な方向を図示した断面図である。
【図１０Ａ】図３に図示された第１フレームが第２フレームに対してＹ軸を基準として回転する過程を図示した断面図である。
【図１０Ｂ】図３に図示された第１フレームが第２フレームに対してＹ軸を基準として回転する過程を図示した断面図である。
【図１１Ａ】本発明の実施例による角速度センサが角速度を測定する過程を図示した断面図である。
【図１１Ｂ】本発明の実施例による角速度センサが角速度を測定する過程を図示した断面図である。
【図１２Ａ】本発明の実施例による角速度センサが角速度を測定する過程を図示した断面図である。
【図１２Ｂ】本発明の実施例による角速度センサが角速度を測定する過程を図示した断面図である。
【図１２Ｃ】本発明の実施例による角速度センサが角速度を測定する過程を図示した断面図である。
【図１２Ｄ】本発明の実施例による角速度センサが角速度を測定する過程を図示した断面図である。
【図１３】本発明の他の実施例による角速度センサの斜視図である。
【図１４】図１３に図示された角速度センサの平面図である。
【図１５】図１４に図示されたＣ−Ｃ´線による角速度センサの断面図である。
【図１６】図１４に図示されたＤ−Ｄ´線による角速度センサの断面図である。
【図１７】図１４に図示された第３、４質量体の運動可能な方向を図示した平面図である。
【図１８】図１６に図示された第３、４質量体の運動可能な方向を図示した断面図である。
【図１９Ａ】図１６に図示された第４質量体が第３フレームに対してＹ軸を基準として回転する過程を図示した断面図である。
【図１９Ｂ】図１６に図示された第４質量体が第３フレームに対してＹ軸を基準として回転する過程を図示した断面図である。
【図２０】図１４に図示された第３フレームの運動可能な方向を図示した平面図である。
【図２１】図１５に図示された第３フレームの運動可能な方向を図示した断面図である。
【図２２Ａ】図１５に図示された第３フレームが第４フレームに対してＸ軸を基準として回転する過程を図示した断面図である。
【図２２Ｂ】図１５に図示された第３フレームが第４フレームに対してＸ軸を基準として回転する過程を図示した断面図である。
【図２３Ａ】本発明の他の実施例による角速度センサが角速度を測定する過程を図示した断面図である。
【図２３Ｂ】本発明の他の実施例による角速度センサが角速度を測定する過程を図示した断面図である。
【図２４Ａ】本発明の他の実施例による角速度センサが角速度を測定する過程を図示した断面図である。
【図２４Ｂ】本発明の他の実施例による角速度センサが角速度を測定する過程を図示した断面図である。
【図２４Ｃ】本発明の他の実施例による角速度センサが角速度を測定する過程を図示した断面図である。
【図２４Ｄ】本発明の他の実施例による角速度センサが角速度を測定する過程を図示した断面図である。
【図２５】本発明の他の実施例による角速度センサの変形例を図示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
本発明の目的、特定の利点及び新規の特徴は、添付図面に係る以下の詳細な説明及び好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ相違する図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、「一面」、「他面」、「第１」、「第２」などの用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別するために用いられるものであり、構成要素が前記用語によって限定されるものではない。以下、本発明を説明するにあたり、本発明の要旨を不明瞭にする可能性がある係る公知技術についての詳細な説明は省略する。
【００４８】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
【００４９】
図１は、本発明の実施例による角速度センサの斜視図であり、図２は、図１に図示された角速度センサの平面図であり、図３は、図２に図示されたＡ−Ａ´線による角速度センサの断面図であり、図４は、図２に図示されたＢ−Ｂ´線による角速度センサの断面図である。
【００５０】
図１から図４に図示されたように、本実施例による角速度センサ１００は、第１質量体１１０ａ及び第２質量体１１０ｂと、第１質量体１１０ａ及び第２質量体１１０ｂと離隔するように、第１質量体１１０ａ及び第２質量体１１０ｂの外側に備えられる第１フレーム１２０と、Ｙ軸方向に第１質量体１１０ａ及び第２質量体１１０ｂと第１フレーム１２０とをそれぞれ連結する第１可撓部１３０と、Ｘ軸方向に第１質量体１１０ａ及び第２質量体１１０ｂと第１フレーム１２０とを連結する第２可撓部１４０と、第１フレーム１２０と離隔するように第１フレーム１２０の外側に備えられる第２フレーム１５０と、Ｘ軸方向に第１フレーム１２０と第２フレーム１５０とを連結する第３可撓部１６０と、Ｙ軸方向に第１フレーム１２０と第２フレーム１５０とを連結する第４可撓部１７０と、を含み、第１質量体１１０ａ及び第２質量体１１０ｂは、Ｘ軸方向を基準として第４可撓部１７０の両側に配置されることを特徴とする。
【００５１】
前記第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂは、コリオリ力によって変位が生じるものであり、第１可撓部１３０及び第２可撓部１４０を介して第１フレーム１２０に連結され、互いに平行に配置させることができる。ここで、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂは、コリオリ力が作用する際に、第１可撓部１３０の曲げと第２可撓部１４０の捩りによって第１フレーム１２０を基準として変位が生じる。この際、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂは、第１フレーム１２０に対してＸ軸を基準として回転するが、これに関する具体的な内容は後述する。一方、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂは、全体的に四角柱状に図示されているが、これに限定されず、当業界に公知された全ての形状に形成させることができる。
【００５２】
前記第１フレーム１２０は、第１可撓部１３０及び第２可撓部１４０を支持して、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂに変位が生じる空間を確保し、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂに変位が生じる時に基準となる。ここで、第１フレーム１２０は、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂと離隔するように、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂの外側に備える。この際、第１フレーム１２０は、中心に四角柱状の空洞が形成された四角柱状であってもよく、これに限定されない。一方、第１フレーム１２０は、第３可撓部１６０及び第４可撓部１７０を介して、第２フレーム１５０に連結される。
【００５３】
ここで、第１フレーム１２０は、第１駆動手段１９０によって駆動される場合、第３可撓部１６０の曲げと第４可撓部１７０の捩りによって、第２フレーム１５０を基準として変位が生じる。この際、第１フレーム１２０は、第２フレーム１５０に対してＹ軸を基準として回転するが、これに関する具体的な内容を後述する。一方、第１フレーム１２０の構造的安定性を確保するために、Ｙ軸方向に第１フレーム１２０を横切るように、第１質量体１１０ａと第２質量体１１０ｂとの間に第１支持部１２５を備えることができる。
【００５４】
前記第１、２可撓部１３０、１４０は、第１フレーム１２０を基準として第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂに変位が生じるように、第１フレーム１２０と第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂとを連結する機能を果たすものであり、第１可撓部１３０と第２可撓部１４０は、互いに垂直に形成される。即ち、第１可撓部１３０は、Ｙ軸方向に第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂと第１フレーム１２０とをそれぞれ連結し、第２可撓部１４０は、Ｘ軸方向に第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂと第１フレーム１２０とを連結する。
【００５５】
一方、図２から図４に図示されたように、第１可撓部１３０のＺ軸方向の厚さｔ１よりＸ軸方向の幅ｗ１が広く、第２可撓部１４０のＹ軸方向の幅ｗ２よりＺ軸方向の厚さｔ２が厚いことが好ましい。このような第１可撓部１３０及び第２可撓部１４０の特性により、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂは、第１フレーム１２０を基準として特定の方向にのみ運動することができる。
【００５６】
図５は、図２に図示された第１、２質量体の運動可能な方向を図示した平面図であり、図６は、図４に図示された第１、２質量体の運動可能な方向を図示した断面図であり、これを参照して、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂの運動可能な方向について説明する。
【００５７】
先ず、第２可撓部１４０のＺ軸方向の厚さｔ２がＹ軸方向の幅ｗ２より厚いため、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂは、第１フレーム１２０に対してＹ軸を基準として回転したりＺ軸方向に並進することが制限される反面、Ｘ軸を基準として相対的に自由に回転することができる（図６参照）。
【００５８】
具体的に、第２可撓部１４０がＸ軸を基準として回転する際の剛性よりＹ軸を基準として回転する際の剛性が大きいほど、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂは、Ｘ軸を基準として自由に回転することができる反面、Ｙ軸を基準として回転することが制限される。これと同様に、第２可撓部１４０がＸ軸を基準として回転する際の剛性よりＺ軸方向に並進する際の剛性が大きいほど、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂは、Ｘ軸を基準として自由に回転することができる反面、Ｚ軸方向に並進することが制限される。
【００５９】
従って、第２可撓部１４０の（Ｙ軸を基準として回転する際の剛性またはＺ軸方向に並進する際の剛性）／（Ｘ軸を基準として回転する際の剛性）値が増加するほど、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂは、第１フレーム１２０に対してＸ軸を基準として自由に回転する反面、Ｙ軸を基準として回転したりＺ軸方向に並進することが制限される。
【００６０】
図２から図３を参照して、第２可撓部１４０のＺ軸方向の厚さｔ２、Ｘ軸方向の長さＬ１及びＹ軸方向の幅ｗ２と方向別の剛性との関係を整理すると、次のとおりである。
【００６１】
（１）第２可撓部１４０のＹ軸を基準として回転する際の剛性またはＺ軸方向に並進する際の剛性∝ｗ２×ｔ２３／Ｌ１３
【００６２】
（２）第２可撓部１４０のＸ軸を基準として回転する際の剛性∝ｗ２３×ｔ２／Ｌ１
【００６３】
前記二つの式によると、第２可撓部１４０の（Ｙ軸を基準として回転する際の剛性またはＺ軸方向に並進する際の剛性）／（Ｘ軸を基準として回転する際の剛性）値は（ｔ２／（ｗ２Ｌ１））２に比例する。しかし、本実施例による第２可撓部１４０のＹ軸方向の幅ｗ２よりＺ軸方向の厚さｔ２が厚いため、（ｔ２／（ｗ２Ｌ１））２が大きく、これにより、第２可撓部１４０の（Ｙ軸を基準として回転する際の剛性またはＺ軸方向に並進する際の剛性）／（Ｘ軸を基準として回転する際の剛性）値は増加する。このような第２可撓部１４０の特性により、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂは、第１フレーム１２０に対してＸ軸を基準として自由に回転する反面、Ｙ軸を基準として回転したりＺ軸方向に並進することが制限される。
【００６４】
一方、第１可撓部１３０は、長さ方向（Ｙ軸方向）の剛性が相対的に非常に高いため、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂが第１フレーム１２０に対してＺ軸を基準として回転したりＹ軸方向に並進することを制限することができる（図５参照）。また、第２可撓部１４０は、長さ方向（Ｘ軸方向）の剛性が相対的に非常に高いため、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂが第１フレーム１２０に対してＸ軸方向に並進することを制限することができる（図５参照）。
【００６５】
その結果、上述した第１可撓部１３０及び第２可撓部１４０の特性により、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂは、第１フレーム１２０に対してＸ軸を基準として回転することができるが、Ｙ軸またはＺ軸を基準として回転したりＺ軸、Ｙ軸またはＸ軸方向に並進することが制限される。即ち、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂの運動可能な方向を整理すると、以下の表１のとおりである。
【００６６】
【表１】
2014055946.tif 000003
【００６７】
このように、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂは、第１フレーム１２０に対してＸ軸を基準として回転することが可能である反面、他の方向に運動することが制限されるため、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂの変位を所望の方向（Ｘ軸を基準として回転）の力に対してのみ発生させることができる。
【００６８】
一方、図７Ａから図７Ｂは、図４に図示された第２質量体が第１フレームに対してＸ軸を基準として回転する過程を図示した断面図である。
【００６９】
図７Ａから図７Ｂに図示されたように、第２質量体１１０ｂが第１フレーム１２０に対してＸ軸を回転軸Ｒ１として回転するため、第１可撓部１３０には圧縮応力と引張応力を組み合せた曲げ応力が生じ、第２可撓部１４０にはＸ軸を基準として捩り応力が生じる。
【００７０】
この際、第２質量体１１０ｂにトルク（ｔｏｒｑｕｅ）を発生させるために、第２可撓部１４０は、Ｚ軸方向を基準として第２質量体１１０ｂの重量中心Ｃ２より上側に備えることができる。また、第２質量体１１０ｂと同様に、第１質量体１１０ａにトルクを発生させるために、第２可撓部１４０は、Ｚ軸方向を基準として第１質量体１１０ａの重量中心Ｃ１より上側に備えることができる。
【００７１】
一方、図２に図示されたように、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂがＸ軸を基準として正確に回転するように、第２可撓部１４０はＸ軸方向を基準として第１質量体１１０ａの重量中心Ｃ１及び第２質量体１１０ｂの重量中心Ｃ２に対応する位置に備えることができる。
【００７２】
前記第２フレーム１５０は、第３可撓部１６０及び第４可撓部１７０を支持して、第１フレーム１２０に変位が生じる空間を確保し、第１フレーム１２０に変位が生じる時に基準となる。ここで、第２フレーム１５０は、第１フレーム１２０と離隔するように第１フレーム１２０の外側に備える。この際、第２フレーム１５０は、中心に四角柱状の空洞が形成された四角柱状であってもよく、これに限定されない。
【００７３】
前記第３、４可撓部１６０、１７０は、第２フレーム１５０を基準として第１フレーム１２０に変位が生じるように、第２フレーム１５０と第１フレーム１２０とを連結する機能を果たすものであり、第３可撓部１６０と第４可撓部１７０は、互いに垂直に形成される。即ち、第３可撓部１６０は、Ｘ軸方向に第１フレーム１２０と第２フレーム１５０とを連結し、第４可撓部１７０は、Ｙ軸方向に第１フレーム１２０と第２フレーム１５０とを連結する。
【００７４】
一方、図２から図４に図示されたように、第３可撓部１６０のＺ軸方向の厚さｔ３よりＹ軸方向の幅ｗ３が広く、第４可撓部１７０のＸ軸方向の幅ｗ４よりＺ軸方向の厚さｔ４が厚いことが好ましい。このような第３可撓部１６０及び第４可撓部１７０の特性により、第１フレーム１２０は第２フレーム１５０を基準として特定の方向にのみ運動することができる。
【００７５】
図８は、図２に図示された第１フレームの運動可能な方向を図示した平面図であり、図９は、図３に図示された第１フレームの運動可能な方向を図示した断面図であり、これを参照して、第１フレーム１２０の運動可能な方向について説明する。
【００７６】
先ず、第４可撓部１７０のＺ軸方向の厚さｔ４がＸ軸方向の幅ｗ４より厚いため、第１フレーム１２０は、第２フレーム１５０に対してＸ軸を基準として回転したりＺ軸方向に並進することが制限される反面、Ｙ軸を基準として相対的に自由に回転することができる（図９参照）。
【００７７】
具体的に、第４可撓部１７０がＹ軸を基準として回転する際の剛性よりＸ軸を基準として回転する際の剛性が大きいほど、第１フレーム１２０は、Ｙ軸を基準として自由に回転することができる反面、Ｘ軸を基準として回転することが制限される。これと同様に、第４可撓部１７０がＹ軸を基準として回転する際の剛性よりＺ軸方向に並進する際の剛性が大きいほど、第１フレーム１２０は、Ｙ軸を基準として自由に回転することができる反面、Ｚ軸方向に並進することが制限される。
【００７８】
従って、第４可撓部１７０の（Ｘ軸を基準として回転する際の剛性またはＺ軸方向に並進する際の剛性）／（Ｙ軸を基準として回転する際の剛性）値が増加するほど、第１フレーム１２０は、第２フレーム１５０に対してＹ軸を基準として自由に回転する反面、Ｘ軸を基準として回転したりＺ軸方向に並進することが制限される。
【００７９】
図２から図４を参照して、第４可撓部１７０のＺ軸方向の厚さｔ４、Ｙ軸方向の長さＬ２及びＸ軸方向の幅ｗ４と方向別の剛性との関係を整理すると、次のとおりである。
【００８０】
（１）第４可撓部１７０のＸ軸を基準として回転する際の剛性またはＺ軸方向に並進する際の剛性∝ｗ４×ｔ４３／Ｌ２３
【００８１】
（２）第４可撓部１７０のＹ軸を基準として回転する際の剛性∝ｗ４３×ｔ４／Ｌ２
【００８２】
前記二つの式によると、第４可撓部１７０の（Ｘ軸を基準として回転する際の剛性またはＺ軸方向に並進する際の剛性）／（Ｙ軸を基準として回転する際の剛性）値は（ｔ４／（ｗ４Ｌ２））２に比例する。しかし、本実施例による第４可撓部１７０のＸ軸方向の幅ｗ４よりＺ軸方向の厚さｔ４が厚いため、（ｔ４／（ｗ４Ｌ２））２が大きく、これにより、第４可撓部１７０の（Ｘ軸を基準として回転する際の剛性またはＺ軸方向に並進する際の剛性）／（Ｙ軸を基準として回転する際の剛性）値は増加する。このような第４可撓部１７０の特性により、第１フレーム１２０は、第２フレーム１５０に対してＹ軸を基準として回転する反面、Ｘ軸を基準として回転したりＺ軸方向に並進することが制限される。
【００８３】
一方、第３可撓部１６０は、長さ方向（Ｘ軸方向）の剛性が相対的に非常に高いため、第１フレーム１２０が第２フレーム１５０に対してＺ軸を基準として回転したりＸ軸方向に並進することを制限することができる（図８参照）。また、第４可撓部１７０は、長さ方向（Ｙ軸方向）の剛性が相対的に非常に高いため、第１フレーム１２０が第２フレーム１５０に対してＹ軸方向に並進することを制限することができる（図８参照）。
【００８４】
その結果、上述した第３可撓部１６０及び第４可撓部１７０の特性により、第１フレーム１２０は、第２フレーム１５０に対してＹ軸を基準として回転することができるが、Ｘ軸またはＺ軸を基準として回転したりＺ軸、Ｙ軸またはＸ軸方向に並進することが制限される。即ち、第１フレーム１２０の運動可能な方向を整理すると、以下の表２のとおりである。
【００８５】
【表２】
2014055946.tif 000004
【００８６】
このように、第１フレーム１２０は、第２フレーム１５０に対してＹ軸を基準として回転することが可能である反面、他の方向に運動することが制限されるため、第１フレーム１２０の変位を所望の方向（Ｙ軸を基準として回転）の力に対してのみ発生させることができる。
【００８７】
一方、図１０Ａから図１０Ｂは、図３に図示された第１フレームが第２フレームに対してＹ軸を基準として回転する過程を図示した断面図である。
【００８８】
図１０Ａから図１０Ｂに図示されたように、第１フレーム１２０が第２フレーム１５０に対してＹ軸を基準として回転するため、第３可撓部１６０には、圧縮応力と引張応力を組み合せた曲げ応力が生じ、第４可撓部１７０には、Ｙ軸を基準として捩り応力が生じる。
【００８９】
さらに、図２に図示されたように、ＸＹ平面を基準として見ると、第１可撓部１３０は相対的に広い反面、第２可撓部１４０は相対的に狭いため、第１可撓部１３０には、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂの変位を検知する第１検知手段１８０を備えることができる。
【００９０】
ここで、第１検知手段１８０は、Ｘ軸を基準として回転する第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂの変位を検知することができる。この際、第１検知手段１８０は、特に限定されないが、圧電方式、圧抵抗方式、静電容量方式、光学方式などを用いて形成することができる。
【００９１】
また、ＸＹ平面を基準として見ると、第３可撓部１６０は相対的に広い反面、第４可撓部１７０は相対的に狭いため、第３可撓部１６０には、第１フレーム１２０を駆動させる第１駆動手段１９０を備えることができる。ここで、第１駆動手段１９０は、第１フレーム１２０を、Ｙ軸を基準として回転するように駆動させることができる。この際、第１駆動手段１９０は、特に限定されないが、圧電方式、静電容量方式などを用いて形成することができる。
【００９２】
さらに、第４可撓部１７０の上部には、第１フレーム１２０と第２フレーム１５０とを連結するために、第１メンブレン１７５を備えることができる。ここで、第１メンブレン１７５の幅は、第４可撓部１７０の幅ｗ４より広い。即ち、第１メンブレン１７５は、板状に形成させることができ、図３のように断面から見て、第４可撓部１７０と垂直に接して「Ｔ」状を成すことができる。この際、第１メンブレン１７５は、第１検知手段１８０から延長された配線（不図示）が通過する領域を提供することができる。
【００９３】
一方、上述した構造的特性を用いて、本実施例による角速度センサ１００は、角速度を測定することができる。
【００９４】
図１１Ａから図１２Ｄは、本発明の実施例による角速度センサが角速度を測定する過程を図示した断面図であり、これを参照して角速度を測定する過程について説明する。
【００９５】
先ず、図１１Ａから図１１Ｂに図示されたように、第１駆動手段１９０を用いて第１フレーム１２０を第２フレーム１５０に対してＹ軸を基準として回転させる（駆動モード）。
【００９６】
ここで、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂは、第１フレーム１２０と共にＹ軸を基準として回転しながら振動し、振動によって第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂに変位が生じる。
【００９７】
具体的に、第１質量体１１０ａに＋Ｘ軸方向及び−Ｚ軸方向に変位（＋Ｘ、−Ｚ）が生じると共に、第２質量体１１０ｂに＋Ｘ軸方向及び＋Ｚ軸方向に変位（＋Ｘ、＋Ｚ）が生じてから（図１１Ａ参照）、その後第１質量体１１０ａに−Ｘ軸方向及び＋Ｚ軸方向に変位（−Ｘ、＋Ｚ）が生じると共に、第２質量体１１０ｂに−Ｘ軸方向及び−Ｚ軸方向に変位（−Ｘ、−Ｚ）が生じる（図１１Ｂ参照）。この際、Ｘ軸またはＺ軸を基準として回転する角速度が第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂに印加されると、コリオリ力が生じる。
【００９８】
このようなコリオリ力により、図１２Ａ〜Ｄに図示されたように、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂは、第１フレーム１２０に対してＸ軸を基準として回転することで変位が生じ、第１検知手段１８０が第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂの変位を検知する（検知モード）。
【００９９】
具体的に、図１２Ａから図１２Ｂに図示されたように、Ｘ軸を基準として回転する角速度が第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂに印加されると、第１質量体１１０ａに−Ｙ軸方向に発生したコリオリ力が＋Ｙ軸方向に発生し、第２質量体１１０ｂに＋Ｙ軸方向に発生したコリオリ力が−Ｙ軸方向に発生する。
【０１００】
従って、第１質量体１１０ａ及び第２質量体１１０ｂは、互いに反対方向にＸ軸を基準として回転し、第１検知手段１８０が第１質量体１１０ａ及び第２質量体１１０ｂの変位を検知することで、コリオリ力を算出することができ、このようなコリオリ力によりＸ軸を基準として回転する角速度を測定することができる。
【０１０１】
この際、第１質量体１１０ａに連結された二つの第１可撓部１３０、第１検知手段１８０でそれぞれ発生する信号をＳＹ１及びＳＹ２と定義し、第２質量体１１０ｂに連結された二つの第１可撓部１３０、第１検知手段１８０でそれぞれ発生する信号をＳＹ３及びＳＹ４と定義すると、Ｘ軸を基準として回転する角速度は、（ＳＹ１−ＳＹ２）−（ＳＹ３−ＳＹ４）で算出することができる。このように、反対方向に回転する第１質量体１１０ａと第２質量体１１０ｂとの間の信号を差動出力するため、加速度ノイズを相殺することができる利点がある。
【０１０２】
また、図１２Ｃから図１２Ｄに図示されたように、Ｚ軸を基準として回転する角速度が第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂに印加されると、第１質量体１１０ａに−Ｙ軸方向に発生したコリオリ力が＋Ｙ軸方向に発生し、第２質量体１１０ｂに−Ｙ軸方向に発生したコリオリ力が＋Ｙ軸方向に発生する。
【０１０３】
従って、第１質量体１１０ａ及び第２質量体１１０ｂは、同一方向にＸ軸を基準として回転し、第１検知手段１８０が第１質量体１１０ａ及び第２質量体１１０ｂの変位を検知することで、コリオリ力を算出することができ、このようなコリオリ力によりＺ軸を基準として回転する角速度を測定することができる。
【０１０４】
この際、第１質量体１１０ａに連結された二つの第１可撓部１３０、第１検知手段１８０でそれぞれ発生する信号をＳＹ１及びＳＹ２と定義し、第２質量体１１０ｂに連結された二つの第１可撓部１３０、第１検知手段１８０でそれぞれ発生する信号をＳＹ３及びＳＹ４と定義すると、Ｚ軸を基準として回転する角速度は、（ＳＹ１−ＳＹ２）＋（ＳＹ３−ＳＹ４）で算出することができる。
【０１０５】
その結果、本実施例による角速度センサ１００は、第１検知手段１８０により、Ｘ軸またはＺ軸を基準として回転する角速度を測定することができる。即ち、本実施例による角速度センサ１００は、Ｘ軸及びＺ軸を含む二軸角速度を測定することができる。
【０１０６】
一方、上述した第１可撓部１３０及び第２可撓部１４０の特性により、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂは、第１フレーム１２０に対してＸ軸のみを基準として回転することができる。従って、図１１Ａから図１１Ｂに図示されたように、第１駆動手段１９０を用いて、第１フレーム１２０を第２フレーム１５０に対してＹ軸を基準として回転しても、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂは、第１フレーム１２０に対してＹ軸を基準として回転しない。また、上述した第３可撓部１６０及び第４可撓部１７０の特性により、第１フレーム１２０は、第２フレーム１５０に対してＹ軸のみを基準として回転することができる。
【０１０７】
従って、図１２Ａ〜Ｄに図示されたように、第１検知手段１８０を用いて、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂの変位を検知する際、Ｙ軸方向のコリオリ力が作用しても、第１フレーム１２０は、第２フレーム１５０に対してＸ軸を基準として回転せず、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂのみが第１フレーム１２０に対してＸ軸を基準として回転する。
【０１０８】
このように、本実施例による角速度センサ１００は、第１フレーム１２０及び第２フレーム１５０を備え、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂの駆動変位及び検知変位を個別に発生させ、特定方向に対してのみ第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂ及び第１フレーム１２０が運動されるように形成された第１、２、３、４可撓部１３０、１４０、１６０、１７０を含む。
【０１０９】
従って、本実施例による角速度センサは、駆動モードと検知モードとの間の干渉を除去して、回路増幅比の上昇による感度向上を具現することができ、製作誤差による影響を低減させ、収率を向上させることができる。
【０１１０】
一方、図１３は、本発明の他の実施例による角速度センサの斜視図であり、図１４は、図１３に図示された角速度センサの平面図であり、図１５は、図１４に図示されたＣ−Ｃ´線による角速度センサの断面図であり、図１６は、図１４に図示されたＤ−Ｄ´線による角速度センサの断面図である。
【０１１１】
図１３から図１６に図示されたように、本実施例による角速度センサ２００は、第１、２質量体１１０ａ、１１０ｂ、第１、２フレーム１２０、１５０及び第１、２、３、４可撓部１３０、１４０、１６０、１７０の他に、第３質量体２１０ａ、第４質量体２１０ｂ、第３質量体２１０ａ及び第４質量体２１０ｂと離隔するように、第３質量体２１０ａ及び第４質量体２１０ｂの外側に備えられる第３フレーム２２０と、Ｘ軸方向に第３質量体２１０ａ及び第４質量体２１０ｂと第３フレーム２２０とをそれぞれ連結する第５可撓部２３０と、Ｙ軸方向に第３質量体２１０ａ及び第４質量体２１０ｂと第３フレーム２２０とを連結する第６可撓部２４０と、第３フレーム２２０と離隔するように第３フレーム２２０の外側に備えられる第４フレーム２５０と、Ｙ軸方向に第３フレーム２２０と第４フレーム２５０とを連結する第７可撓部２６０と、Ｘ軸方向に第３フレーム２２０と第４フレーム２５０とを連結する第８可撓部２７０と、をさらに含み、第３質量体２１０ａ及び第４質量体２１０ｂはＹ軸方向を基準として第８可撓部２７０の両側に配置され、第２フレーム１５０の側面に第４フレーム２５０が配置されることを特徴とする。
【０１１２】
即ち、本実施例による角速度センサ２００は、前記実施例による角速度センサ１００と比較して、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂ、第３、４フレーム２２０、２５０及び第５、６、７、８可撓部２３０、２４０、２６０、２７０をさらに備えるものである。従って、以下の本実施例による角速度センサ２００については、前記実施例による角速度センサ１００と重複する内容は省略し、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂ、第３、４フレーム２２０、２５０及び第５、６、７、８可撓部２３０、２４０、２６０、２７０を中心に記述する。
【０１１３】
前記第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂは、コリオリ力によって変位が生じるものであり、第５可撓部２３０及び第６可撓部２４０を介して第３フレーム２２０に連結され、互いに平行に配置させることができる。ここで、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂは、コリオリ力が作用する際に、第５可撓部２３０の曲げと第６可撓部２４０の捩りによって、第３フレーム２２０を基準として変位が生じる。この際、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂは、第３フレーム２２０に対してＹ軸を基準として回転するが、これに関する具体的な内容は後述する。一方、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂは、全体的に四角柱状に図示されているが、これに限定されず、当業界に公知された全ての形状に形成することができる。
【０１１４】
前記第３フレーム２２０は、第５可撓部２３０及び第６可撓部２４０を支持して、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂに変位が生じる空間を確保し、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂに変位が生じる時に基準となる。ここで、第３フレーム２２０は、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂと離隔するように、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂの外側に備える。この際、第３フレーム２２０は、中心に四角柱状の空洞が形成された四角柱状であってもよく、これに限定されない。
【０１１５】
一方、第３フレーム２２０は、第７可撓部２６０及び第８可撓部２７０を介して第４フレーム２５０に連結される。ここで、第３フレーム２２０は、第２駆動手段２９０によって駆動される際、第７可撓部２６０の曲げと第８可撓部２７０の捩りによって、第４フレーム２５０を基準として変位が生じる。この際、第３フレーム２２０は、第４フレーム２５０に対してＸ軸を基準として回転するが、これに関する具体的な内容は後述する。一方、第３フレーム２２０の構造的安定性を確保するために、Ｘ軸方向に第３フレーム２２０を横切るように第３質量体２１０ａと第４質量体２１０ｂとの間に第２支持部２２５を備えることができる。
【０１１６】
前記第５、６可撓部２３０、２４０は、第３フレーム２２０を基準として第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂに変位が生じるように第３フレーム２２０と第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂとを連結する機能を果たすものであり、第５可撓部２３０及び第６可撓部２４０は互いに垂直に形成される。即ち、第５可撓部２３０はＸ軸方向に第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂと第３フレーム２２０とをそれぞれ連結し、第６可撓部２４０はＹ軸方向に第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂと第３フレーム２２０とを連結する。
【０１１７】
一方、図１４から図１６に図示されたように、第５可撓部２３０のＺ軸方向の厚さｔ５よりＹ軸方向の幅ｗ５が広く、第６可撓部２４０のＸ軸方向の幅ｗ６よりＺ軸方向の厚さｔ６が厚いことが好ましい。このような第５可撓部２３０及び第６可撓部２４０の特性により、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂは、第３フレーム２２０を基準として特定の方向にのみ運動することができる。
【０１１８】
図１７は、図１４に図示された第３、４質量体の運動可能な方向を図示した平面図であり、図１８は、図１６に図示された第３、４質量体の運動可能な方向を図示した断面図であり、これを参照して、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂの運動可能な方向について説明する。
【０１１９】
先ず、第６可撓部２４０のＺ軸方向の厚さｔ６がＸ軸方向の幅ｗ６より厚いため、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂは第３フレーム２２０に対してＸ軸を基準として回転したりＺ軸方向に並進することが制限される反面、Ｙ軸を基準として相対的に自由に回転することができる（図１８参照）。
【０１２０】
具体的に、第６可撓部２４０がＹ軸を基準として回転する際の剛性よりＸ軸を基準として回転する際の剛性が大きいほど、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂは、Ｙ軸を基準として自由に回転することができる反面、Ｘ軸を基準として回転することが制限される。これと同様に、第６可撓部２４０がＹ軸を基準として回転する際の剛性よりＺ軸方向に並進する際の剛性が大きいほど、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂはＹ軸を基準として自由に回転することができる反面、Ｚ軸方向に並進することが制限される。
【０１２１】
従って、第６可撓部２４０の（Ｘ軸を基準として回転する際の剛性またはＺ軸方向に並進する際の剛性）／（Ｙ軸を基準として回転する際の剛性）値が増加するほど、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂは第３フレーム２２０に対してＹ軸を基準として自由に回転する反面、Ｘ軸を基準として回転したりＺ軸方向に並進することが制限される。
【０１２２】
図１４から図１５を参照して、第６可撓部２４０のＺ軸方向の厚さｔ６、Ｙ軸方向の長さＬ３及びＸ軸方向の幅ｗ６と方向別の剛性との関係を整理すると、次のとおりである。
【０１２３】
（１）第６可撓部２４０のＸ軸を基準として回転する際の剛性またはＺ軸方向に並進する際の剛性∝ｗ６×ｔ６３／Ｌ３３
【０１２４】
（２）第６可撓部２４０のＹ軸を基準として回転する際の剛性∝ｗ６３×ｔ６／Ｌ３
【０１２５】
前記二つの式によると、第６可撓部２４０の（Ｘ軸を基準として回転する際の剛性またはＺ軸方向に並進する際の剛性）／（Ｙ軸を基準として回転する際の剛性）値は（ｔ６／（ｗ６Ｌ３））２に比例する。しかし、本実施例による第６可撓部２４０のＸ軸方向の幅ｗ６よりＺ軸方向の厚さｔ６が厚いため、（ｔ６／（ｗ６Ｌ３））２が大きく、これにより、第６可撓部２４０の（Ｘ軸を基準として回転する際の剛性またはＺ軸方向に並進する際の剛性）／（Ｙ軸を基準として回転する際の剛性）値は増加する。このような第６可撓部２４０の特性により、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂは第３フレーム２２０に対してＹ軸を基準として自由に回転する反面、Ｘ軸を基準として回転したりＺ軸方向に並進することが制限される。
【０１２６】
一方、第５可撓部２３０は、長さ方向（Ｘ軸方向）の剛性が相対的に非常に高いため、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂが第３フレーム２２０に対してＺ軸を基準として回転したりＸ軸方向に並進することを制限することができる（図１７参照）。また、第６可撓部２４０は、長さ方向（Ｙ軸方向）の剛性が相対的に非常に高いため、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂが第３フレーム２２０に対してＹ軸方向に並進することを制限することができる（図１７参照）。
【０１２７】
その結果、上述した第５可撓部２３０及び第６可撓部２４０の特性により、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂは、第３フレーム２２０に対してＹ軸を基準として回転することができるが、Ｘ軸またはＺ軸を基準として回転したりＺ軸、Ｙ軸またはＸ軸方向に並進することが制限される。即ち、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂの運動可能な方向を整理すると、以下の表３のとおりである。
【０１２８】
【表３】
2014055946.tif 000005
【０１２９】
このように、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂは、第３フレーム２２０に対してＹ軸を基準として回転することが可能である反面、他の方向に運動することが制限されるため、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂの変位を所望の方向（Ｙ軸を基準として回転）の力に対してのみ発生させることができる。
【０１３０】
一方、図１９Ａから図１９Ｂは、図１６に図示された第４質量体が第３フレームに対してＹ軸を基準として回転する過程を図示した断面図である。
【０１３１】
図１９Ａから図１９Ｂに図示されたように、第４質量体２１０ｂが第３フレーム２２０に対してＹ軸を回転軸Ｒ２として回転するため、第５可撓部２３０には、圧縮応力と引張応力を組み合せた曲げ応力が生じ、第６可撓部２４０には、Ｙ軸を基準として捩り応力が生じる。この際、第４質量体２１０ｂにトルク（ｔｏｒｑｕｅ）を発生させるために、第６可撓部２４０は、Ｚ軸方向を基準として第４質量体２１０ｂの重量中心Ｃ４より上側に備えることができる。また、第４質量体２１０ｂと同様に、第３質量体２１０ａにトルクを発生させるために、第６可撓部２４０は、Ｚ軸方向を基準として第３質量体２１０ａの重量中心Ｃ３より上側に備えることができる。
【０１３２】
一方、図１４に図示されたように、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂがＹ軸を基準として正確に回転するように、第６可撓部２４０は、Ｙ軸方向を基準として第３質量体２１０ａの重量中心Ｃ３及び第４質量体２１０ｂの重量中心Ｃ４に対応する位置に備えることができる。
【０１３３】
前記第４フレーム２５０は、第７可撓部２６０及び第８可撓部２７０を支持して、第３フレーム２２０に変位が生じる空間を確保し、第３フレーム２２０に変位が生じる時の基準となる。ここで、第４フレーム２５０は、第３フレーム２２０と離隔するように、第３フレーム２２０の外側に備える。この際、第４フレーム２５０は、中心に四角柱状の空洞が形成された四角柱状であってもよく、これに限定されない。一方、第４フレーム２５０は、第２フレーム１５０の側面に配置させることができる。この際、第４フレーム２５０は、第２フレーム１５０と必ずしも別に備えなければならないものではなく、第２フレーム１５０と一体に形成させることもできる。また、第４フレーム２５０と第２フレーム１５０の互いに対応する内部構成は、互いに垂直に配置される。
【０１３４】
前記第７、８可撓部２６０、２７０は、第４フレーム２５０を基準として第３フレーム２２０に変位が生じるように、第３フレーム２２０と第４フレーム２５０とを連結する機能を果たすものであり、第７可撓部２６０及び第８可撓部２７０は、互いに垂直に形成される。即ち、第７可撓部２６０は、Ｙ軸方向に第３フレーム２２０と第４フレーム２５０とを連結し、第８可撓部２７０は、Ｘ軸方向に第３フレーム２２０と第４フレーム２５０とを連結する。
【０１３５】
一方、図１４から図１６に図示されたように、第７可撓部２６０のＺ軸方向の厚さｔ７よりＸ軸方向の幅ｗ７が広く、第８可撓部２７０のＹ軸方向の幅ｗ８よりＺ軸方向の厚さｔ８が厚いことが好ましい。このような第７可撓部２６０及び第８可撓部２７０の特性により、第３フレーム２２０は、第４フレーム２５０を基準として特定の方向のみに運動することができる。
【０１３６】
図２０は、図１４に図示された第３フレームの運動可能な方向を図示した平面図であり、図２１は、図１５に図示された第３フレームの運動可能な方向を図示した断面図であり、これを参照して、第３フレーム２２０の運動可能な方向について説明する。
【０１３７】
先ず、第８可撓部２７０のＺ軸方向の厚さｔ８がＹ軸方向の幅ｗ８より厚いため、第３フレーム２２０は、第４フレーム２５０に対してＹ軸を基準として回転したりＺ軸方向に並進することが制限される反面、Ｘ軸を基準として相対的に自由に回転することができる（図２１参照）。
【０１３８】
具体的に、第８可撓部２７０がＸ軸を基準として回転する際の剛性よりＹ軸を基準として回転する際の剛性が大きいほど、第３フレーム２２０は、Ｘ軸を基準として自由に回転することができる反面、Ｙ軸を基準として回転することが制限される。これと同様に、第８可撓部２７０がＸ軸を基準として回転する際の剛性よりＺ軸方向に並進する際の剛性が大きいほど、第３フレーム２２０は、Ｘ軸を基準として自由に回転することができる反面、Ｚ軸方向に並進することが制限される。
【０１３９】
従って、第８可撓部２７０の（Ｙ軸を基準として回転する際の剛性またはＺ軸方向に並進する際の剛性）／（Ｘ軸を基準として回転する際の剛性）値が増加するほど、第３フレーム２２０は、第４フレーム２５０に対してＸ軸を基準として自由に回転する反面、Ｙ軸を基準として回転したりＺ軸方向に並進することが制限される。
【０１４０】
図１４から図１６を参照して、第８可撓部２７０のＺ軸方向の厚さｔ８、Ｘ軸方向の長さ（Ｌ４）及びＹ軸方向の幅ｗ８と方向別の剛性との関係を整理すると、次のとおりである。
【０１４１】
（１）第８可撓部２７０のＹ軸を基準として回転する際の剛性またはＺ軸方向に並進する際の剛性∝ｗ８×ｔ８３／Ｌ４３
【０１４２】
（２）第８可撓部２７０のＸ軸を基準として回転する際の剛性∝ｗ８３×ｔ８／Ｌ４
【０１４３】
前記二つの式によると、第８可撓部２７０の（Ｙ軸を基準として回転する際の剛性またはＺ軸方向に並進する際の剛性）／（Ｘ軸を基準として回転する際の剛性）値は、（ｔ８／（ｗ８Ｌ４））２に比例する。しかし、本実施例による第８可撓部２７０は、Ｚ軸方向の厚さｔ８がＹ軸方向の幅ｗ８より厚いため、（ｔ８／（ｗ８Ｌ４））２が大きく、これにより、第８可撓部２７０の（Ｙ軸を基準として回転する際の剛性またはＺ軸方向に並進する際の剛性）／（Ｘ軸を基準として回転する際の剛性）値は増加する。このような第８可撓部２７０の特性により、第３フレーム２２０は、第４フレーム２５０に対してＸ軸を基準として回転する反面、Ｙ軸を基準として回転したりＺ軸方向に並進することが制限される。
【０１４４】
一方、第７可撓部２６０は、長さ方向（Ｙ軸方向）の剛性が相対的に非常に高いため、第３フレーム２２０が第４フレーム２５０に対してＺ軸を基準として回転したりＹ軸方向に並進することを制限することができる（図２０参照）。また、第８可撓部２７０は、長さ方向（Ｘ軸方向）の剛性が相対的に非常に高いため、第３フレーム２２０が第４フレーム２５０に対してＸ軸方向に並進することを制限することができる（図２０参照）。
【０１４５】
その結果、上述した第７可撓部２６０及び第８可撓部２７０の特性により、第３フレーム２２０は、第４フレーム２５０に対してＸ軸を基準として回転することができるが、Ｙ軸またはＺ軸を基準として回転したりＺ軸、Ｙ軸またはＸ軸方向に並進することが制限される。即ち、第３フレーム２２０の運動可能な方向を整理すると、以下の表４のとおりである。
【０１４６】
【表４】
2014055946.tif 000006
【０１４７】
このように、第３フレーム２２０は、第４フレーム２５０に対してＸ軸を基準として回転することが可能である反面、他の方向に運動することが制限されるため、第３フレーム２２０の変位を所望の方向（Ｘ軸を基準として回転）の力に対してのみ発生させることができる。
【０１４８】
一方、図２２Ａから図２２Ｂは、図１５に図示された第３フレームが第４フレームに対してＸ軸を基準として回転する過程を図示した断面図である。
【０１４９】
図２２Ａから図２２Ｂに図示されたように、第３フレーム２２０が第４フレーム２５０に対してＸ軸を基準として回転するため、第７可撓部２６０には圧縮応力と引張応力を組み合せた曲げ応力が生じ、第８可撓部２７０にはＸ軸を基準として捩り応力が生じる。
【０１５０】
さらに、図１４に図示されたように、ＸＹ平面を基準として見ると、第５可撓部２３０は相対的に広い反面、第６可撓部２４０は相対的に狭いため、第５可撓部２３０には、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂの変位を検知する第２検知手段２８０を備えることができる。ここで、第２検知手段２８０は、Ｙ軸を基準として回転する第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂの変位を検知することができる。この際、第２検知手段２８０は、特に限定されないが、圧電方式、圧抵抗方式、静電容量方式、光学方式などを用いて形成することができる。
【０１５１】
また、ＸＹ平面を基準として見ると、第７可撓部２６０は相対的に広い反面、第８可撓部２７０は相対的に狭いため、第７可撓部２６０には、第３フレーム２２０を駆動させる第２駆動手段２９０を備えることができる。ここで、第２駆動手段２９０は、第３フレーム２２０を、Ｘ軸を基準として回転するように駆動させることができる。この際、第２駆動手段２９０は、特に限定されないが、圧電方式、静電容量方式などを用いて形成することができる。
【０１５２】
さらに、第８可撓部２７０の上部には、第３フレーム２２０と第４フレーム２５０とを連結するように、第２メンブレン２７５を備えることができる。ここで、第２メンブレン２７５の幅は、第８可撓部２７０の幅ｗ８より広い。即ち、第２メンブレン２７５は、板状に形成させることができ、図１５のように断面から見て、第８可撓部２７０と垂直に接して「Ｔ」状を成すことができる。この際、第２メンブレン２７５は、第２検知手段２８０から延長された配線（不図示）が通過する領域を提供することができる。
【０１５３】
一方、上述した構造的特性を用いて、本実施例による角速度センサ２００は、角速度を測定することができる。
【０１５４】
図２３Ａから図２４Ｄは、本発明の他の実施例による角速度センサが角速度を測定する過程を図示した断面図であり、これを参照して角速度を測定する過程について説明する。
【０１５５】
先ず、図２３Ａから図２３Ｂに図示されたように、第２駆動手段２９０を用いて第３フレーム２２０を第４フレーム２５０に対してＸ軸を基準として回転させる（駆動モード）。
【０１５６】
ここで、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂは第３フレーム２２０と共にＸ軸を基準として回転しながら振動し、振動によって第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂには変位が生じる。
【０１５７】
具体的に、第３質量体２１０ａに＋Ｙ軸方向及び＋Ｚ軸方向に変位（＋Ｙ、＋Ｚ）が生じると共に、第４質量体２１０ｂに＋Ｙ軸方向及び−Ｚ軸方向に変位（＋Ｙ、−Ｚ）が生じてから（図２３Ａ参照）、その後第３質量体２１０ａに−Ｙ軸方向及び−Ｚ軸方向に変位（−Ｙ、−Ｚ）が生じると共に、第４質量体２１０ｂに−Ｙ軸方向及び＋Ｚ軸方向に変位（−Ｙ、＋Ｚ）が生じる（図２３Ｂ参照）。この際、Ｙ軸またはＺ軸を基準として回転する角速度が第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂに印加すると、コリオリ力が生じる。
【０１５８】
このようなコリオリ力によって、図２４Ａ〜Ｄに図示されたように、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂは、第３フレーム２２０に対してＹ軸を基準として回転することで変位が生じ、第２検知手段２８０が第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂの変位を検知する（検知モード）。
【０１５９】
具体的に、図２４Ａから図２４Ｂに図示されたように、Ｙ軸を基準として回転する角速度が第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂに印加すると、第３質量体２１０ａに−Ｘ軸方向に発生したコリオリ力が＋Ｘ軸方向に発生し、第４質量体２１０ｂに＋Ｘ軸方向に発生したコリオリ力が−Ｘ軸方向に発生する。
【０１６０】
従って、第３質量体２１０ａと第４質量体２１０ｂは、互いに反対方向にＹ軸を基準として回転するようになり、第２検知手段２８０が第３質量体２１０ａ及び第４質量体２１０ｂの変位を検知することで、コリオリ力を算出することができ、このようなコリオリ力によりＹ軸を基準として回転する角速度を測定することができる。
【０１６１】
この際、第３質量体２１０ａに連結された二つの第５可撓部２３０、第２検知手段２８０でそれぞれ発生する信号をＳＸ１及びＳＸ２と定義し、第４質量体２１０ｂに連結された二つの第５可撓部２３０、第２検知手段２８０でそれぞれ発生する信号をＳＸ３及びＳＸ４と定義すると、Ｙ軸を基準として回転する角速度は、（ＳＸ１−ＳＸ２）−（ＳＸ３−ＳＸ４）で算出することができる。このように、反対方向に回転する第３質量体２１０ａと第４質量体２１０ｂとの間の信号を差動出力するため、加速度ノイズを相殺することができる利点がある。
【０１６２】
また、図２４Ｃから図２４Ｄに図示されたように、Ｚ軸を基準として回転する角速度が第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂに印加すると、第３質量体２１０ａに−Ｘ軸方向に発生したコリオリ力が＋Ｘ軸方向に発生し、第４質量体２１０ｂに−Ｘ軸方向に発生したコリオリ力が＋Ｘ軸方向に発生する。従って、第３質量体２１０ａ及び第４質量体２１０ｂは、同一方向にＹ軸を基準として回転するようになり、第２検知手段２８０が第３質量体２１０ａ及び第４質量体２１０ｂの変位を検知することで、コリオリ力を算出することができ、このようなコリオリ力によりＹ軸を基準として回転する角速度を測定することができる。
【０１６３】
この際、第３質量体２１０ａに連結された二つの第５可撓部２３０、第２検知手段２８０でそれぞれ発生する信号をＳＸ１及びＳＸ２と定義し、第４質量体２１０ｂに連結された二つの第５可撓部２３０、第２検知手段２８０でそれぞれ発生する信号をＳＸ３及びＳＸ４と定義すると、Ｚ軸を基準として回転する角速度は、（ＳＸ１−ＳＸ２）＋（ＳＸ３−ＳＸ４）で算出することができる。
【０１６４】
その結果、本実施例による角速度センサ２００は、第１検知手段１８０を介してＸ軸またはＺ軸を基準として回転する角速度を測定することができ、第２検知手段２８０を介してＹ軸またはＺ軸を基準として回転する角速度を測定することができる。即ち、本実施例による角速度センサ２００は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を含む３軸角速度を全て測定することができる。また、第１検知手段１８０及び第２検知手段２８０両方の信号を合算して、Ｚ軸を基準として回転する角速度を測定することができるため、感度が２倍になるという利点がある。
【０１６５】
一方、上述した第５可撓部２３０及び第６可撓部２４０の特性により、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂは、第３フレーム２２０に対してＹ軸のみを基準として回転することができる。従って、図２３Ａから図２３Ｂに図示されたように、第２駆動手段２９０を用いて第３フレーム２２０を第４フレーム２５０に対してＸ軸を基準として回転しても、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂは、第３フレーム２２０に対してＸ軸を基準として回転しない。また、上述した第７可撓部２６０及び第８可撓部２７０の特性により、第３フレーム２２０は、第４フレーム２５０に対してＸ軸のみを基準として回転することができる。
【０１６６】
従って、図２４Ａ〜Ｄに図示されたように、第２検知手段２８０を用いて第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂの変位を検知する際、Ｘ軸方向のコリオリ力が作用しても、第３フレーム２２０は、第４フレーム２５０に対してＹ軸を基準として回転せず、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂのみが第３フレーム２２０に対してＹ軸を基準として回転する。
【０１６７】
このように、本実施例による角速度センサ２００は、第３フレーム２２０及び第４フレーム２５０を備え、第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂの駆動変位及び検知変位を個別に発生させ、特定方向に対してのみ第３、４質量体２１０ａ、２１０ｂ及び第３フレーム２２０が運動されるように形成された第５、６、７、８可撓部２３０、２４０、２６０、２７０を含む。従って、駆動モードと検知モードとの間の干渉を除去し、回路増幅比の上昇による感度向上を具現することができ、製作誤差による影響を低減させ、収率を向上させることができる。
【０１６８】
但し、本発明による角速度センサの第２、４、６、８可撓部１４０、１７０、２４０、２７０は、必ずしも上述したように断面上の四角形であるヒンジ（Ｈｉｎｇｅ）状に形成する必要はない。例えば、図２５に図示されたように、第２、４、６、８可撓部１４０、１７０、２４０、２７０は、断面上の円形であるトーションバー（Ｔｏｒｓｉｏｎ  Ｂａｒ）状など可能な全ての形状に形成することができる。
【０１６９】
以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明はこれに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。
【０１７０】
本発明の単純な変形乃至変更はいずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は添付の特許請求の範囲により明確になるであろう。
【産業上の利用可能性】
【０１７１】
本発明は、角速度センサに適用可能である。
【符号の説明】
【０１７２】
１００、２００  角速度センサ
１１０ａ  第１質量体
１１０ｂ  第２質量体
１２０  第１フレーム
１２５  第１支持部
１３０  第１可撓部
１４０  第２可撓部
１５０  第２フレーム
１６０  第３可撓部
１７０  第４可撓部
１７５  第１メンブレン
１８０  第１検知手段
１９０  第１駆動手段
２１０ａ  第３質量体
２１０ｂ  第４質量体
２２０  第３フレーム
２２５  第２支持部
２３０  第５可撓部
２４０  第６可撓部
２５０  第４フレーム
２６０  第７可撓部
２７０  第８可撓部
２７５  第２メンブレン
２８０  第２検知手段
２９０  第２駆動手段
Ｃ１  第１質量体の重量中心
Ｃ２  第２質量体の重量中心
ｔ１  第１可撓部の厚さ
ｗ１  第１可撓部の幅
ｔ２  第２可撓部の厚さ
ｗ２  第２可撓部の幅
Ｌ１  第２可撓部の長さ
Ｒ１  第１、２質量体の回転軸
ｔ３  第３可撓部の厚さ
ｗ３  第３可撓部の幅
ｔ４  第４可撓部の厚さ
ｗ４  第４可撓部の幅
Ｌ２  第４可撓部の長さ
Ｃ３  第３質量体の重量中心
Ｃ４  第４質量体の重量中心
ｔ５  第５可撓部の厚さ
ｗ５  第５可撓部の幅
ｔ６  第６可撓部の厚さ
ｗ６  第６可撓部の幅
Ｌ３  第６可撓部の長さ
Ｒ２  第３、４質量体の回転軸
ｔ７  第７可撓部の厚さ
ｗ７  第７可撓部の幅
ｔ８  第８可撓部の厚さ
ｗ８  第８可撓部の幅
Ｌ４  第８可撓部の長さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014055946.tif 000011
【図６】
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【図７Ａ】
2014055946.tif 000013
【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２４Ｄ】
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【図２５】
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