(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板と隙間をもって対向し互いに直交するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸からなる３軸方向のうちＹ軸方向に並んで配置され振動発生手段によってＸ軸方向に互いに逆位相で振動する３個以上の質量部と、Ｙ軸方向に延び該各質量部をＸ軸方向に変位可能に連結する支持梁と、該支持梁と前記基板との間に設けられＹ軸方向に並んで配置された各質量部の間に位置する部位で該支持梁を前記基板に接続する固定部と、前記複数の質量部のうち少なくとも１個の質量部と前記支持梁との間に設けられ当該質量部をＹ軸方向に変位可能に支持する質量部支持梁と、前記各質量部に角速度または加速度が作用したときに該各質量部がＹ軸方向に変位する変位量を角速度または加速度として検出する外力検出手段とによって構成してなる外力計測装置。
【請求項２】
前記固定部は支持梁のうち前記各質量部が支持梁のＸ軸方向の撓みにより互いに逆位相で振動するときの節に対応する部位を前記基板に接続する構成としてなる請求項１に記載の外力計測装置。
【請求項３】
前記各質量部は、Ｙ軸方向に対して中央に位置する第１の質量部と、Ｙ軸方向に対して該第１の質量部の両側に位置する第２の質量部とによって構成し、前記第１の質量部はＹ軸方向に変位する質量部支持梁を介して前記支持梁に支持され、前記外力検出手段は前記第１の質量部がＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する構成としてなる請求項１または２に記載の外力計測装置。
【請求項４】
基板と、該基板と隙間をもって対向し互いに直交するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸からなる３軸方向のうち振動発生手段によってＸ軸方向に振動する第１の質量部と、該第１の質量部を挟んでＹ軸方向の両側に設けられ振動発生手段によってＸ軸方向に振動する第２の質量部と、前記第１の質量部と第２の質量部との間に位置して第１の質量部を取囲む第３の質量部と、前記第２の質量部を互いにＸ軸方向に変位可能に連結する支持梁と、該支持梁に対して前記第３の質量部を連結する連結部と、前記第３の質量部に対して第１の質量部をＹ軸方向に変位可能に連結する質量部支持梁と、前記基板と支持梁との間に設けられ該支持梁を基板に接続する固定部と、前記第１の質量部に角速度が作用するときに該第１の質量部がＹ軸方向に変位する変位量を角速度として検出する外力検出手段とを備え、前記第１，第３の質量部と第２の質量部とは互いに逆位相で振動する構成としてなる外力計測装置。
【請求項５】
前記固定部は支持梁のうち前記第１，第３の質量部と第２の質量部とが互いに逆位相で振動するときの節に対応する部位を前記基板に接続する構成としてなる請求項４に記載の外力計測装置。
【請求項６】
前記各質量部は、Ｙ軸方向に対して中央に位置する第１の質量部と、Ｙ軸方向に対して該第１の質量部の両側に位置する第２の質量部とによって構成し、前記第１，第２の質量部はＹ軸方向に変位する第１，第２の質量部支持梁を介して前記支持梁にそれぞれ連結する構成としてなる請求項１または２に記載の外力計測装置。
【請求項７】
基板と、該基板と隙間をもって対向し互いに直交するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸からなる３軸方向のうち振動発生手段によってＸ軸方向に振動する第１の質量部と、該第１の質量部を挟んでＹ軸方向の両側に設けられ振動発生手段によってＸ軸方向に振動する第２の質量部と、前記第１の質量部と第２の質量部との間に位置して第１の質量部を取囲む第３の質量部と、前記第２の質量部を取囲む第４の質量部と、該第４の質量部を互いにＸ軸方向に変位可能に連結する支持梁と、該支持梁に対して前記第３の質量部を連結する連結部と、前記第３の質量部に対して第１の質量部をＹ軸方向に変位可能に連結する第１の質量部支持梁と、前記第４の質量部に対して第２の質量部をＹ軸方向に変位可能に連結する第２の質量部支持梁と、前記基板と支持梁との間に設けられ該支持梁を基板に接続する固定部と、前記第１，第２の質量部に角速度または加速度が作用するときに該第１，第２の質量部がＹ軸方向に変位する変位量を角速度または加速度として検出する外力検出手段とを備え、前記第１，第３の質量部と第２，第４の質量部とは互いに逆位相で振動する構成としてなる外力計測装置。
【請求項８】
前記固定部は支持梁のうち前記第１，第３の質量部と第２，第４の質量部とが互いに逆位相で振動するときの節に対応する部位を前記基板に接続する構成としてなる請求項７に記載の外力計測装置。
【請求項９】
前記外力検出手段は、少なくとも前記各質量部に加わる角速度を加速度から分離して検出するため前記各質量部が互いに逆位相で振動しつつＹ軸方向に変位するときの変位量を合成して検出する構成としてなる請求項１，２，６，７または８に記載の外力計測装置。
【請求項１０】
前記外力検出手段は、前記第１の質量部と第２の質量部の間に位置して前記基板に設けられた固定側検出電極と、前記第１の質量部に設けられ該固定側検出電極とＹ軸方向の隙間を介して対向する第１の可動側検出電極と、前記第２の質量部に設けられ前記固定側検出電極とＹ軸方向の隙間を介して対向する第２の可動側検出電極とによって構成し、前記外力検出手段は固定側検出電極に対する第１，第２の可動側検出電極の変位量を静電容量の変化として並列に検出する構成としてなる請求項６に記載の外力計測装置。
【請求項１１】
前記外力検出手段は、互いに逆位相で振動する前記第１，第２の質量部のうち第１の質量部がＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する第１の変位量検出部と、前記第２の質量部がＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する第２の変位量検出部と、前記第１，第２の変位量検出部によりそれぞれ検出した変位量を用いて角速度と加速度とを個別に演算する外力演算部とによって構成してなる請求項６，７または８に記載の外力計測装置。
【請求項１２】
前記外力検出手段は、前記基板側に固定して設けられ複数の電極部が櫛歯状に並んで形成された固定側検出電極と、前記質量部側に設けられ該固定側検出電極の各電極部とＹ軸方向の隙間を挟んで噛合する複数の電極部が形成された可動側検出電極とによって構成し、前記外力検出手段は前記固定側検出電極と可動側検出電極との間の静電容量の変化を前記質量部の変位量として検出する構成としてなる請求項１，２，３，４，５，６，７，８または９に記載の外力計測装置。
【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、加速度等の外力を検出するのに好適に用いられる外力計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、外力計測装置としては、基板と、該基板により支持梁を介して互いに直交する２方向に変位可能に支持された質量部と、該質量部を前記２方向のうち基板と平行な振動方向に振動させる振動発生手段と、前記質量部が前記振動方向と直交する検出方向に変位するときの変位量を角速度として検出する角速度検出手段とから構成された角速度センサが知られている（例えば、特開平５−３１２５７６号公報等）。
【０００３】
この種の従来技術による角速度センサは、基板に対して平行なＸ軸、Ｙ軸と垂直なＺ軸のうち、例えばＸ軸方向に沿って質量部を所定の振幅で振動させ、この状態でＺ軸周りの角速度が加わると、質量部にはＹ軸方向のコリオリ力が作用する。これにより、質量部はＹ軸方向に変位するので、角速度検出手段は、このときの質量部の変位量を静電容量等の変化として検出することにより、角速度に応じた検出信号を出力するものである。
【０００４】
この場合、質量部は、基板に設けられた支持梁によってＸ軸方向等に変位（振動）可能に支持されている。そして、この支持梁は、基端側が基板に固定され、先端側が質量部に連結されると共に、角速度センサの作動時には、支持梁が撓み変形することによって質量部がＸ軸方向に振動する構成となっている。
【０００５】
また、例えば特開平７−２１８２６８号公報に記載された他の従来技術では、音叉型センサと呼ばれる角速度センサを用い、基板上に配置した一対の質量部を互いに逆位相で振動させることにより、質量部から支持梁を介して基板に伝わる振動を一対の質量部によって互いに打消す構成としている。
【０００６】
この場合、一対の質量部を支持する支持梁は、例えば各質量部を基板に対して１箇所で支持するために複数の折曲げ部が形成された複雑な形状を有し、先端側が分岐して各質量部にそれぞれ連結されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、質量部が支持梁を介して基板に連結されているため、質量部が基板上で振動するときには、その振動が支持梁を介して基板側に伝わり易い。
【０００８】
このため、角速度センサの作動時には、振動エネルギが基板側に漏れることによって質量部の振幅、振動速度等が減少し、角速度によるコリオリ力が小さくなって検出感度が不安定となる虞れがある。また、基板側に振動が伝わると、質量部は、角速度が加わっていないにも拘らず、基板の振動により検出方向に振動することがあるため、角速度の検出値に誤差が生じ易くなり、信頼性が低下するという問題がある。
【０００９】
これに対し、他の従来技術では、一対の質量部を互いに逆位相で振動させることによって基板側に伝わる振動を打消す構成としている。しかし、これらの質量部は、複雑な折曲げ形状をもつ支持梁によって支持されているため、センサの製造時には、例えば支持梁の寸法、形状、撓み変形時の特性等を両側の質量部に対して均等に形成するのが難しい。
【００１０】
このため、他の従来技術では、支持梁の寸法ばらつき、加工誤差等によって一対の質量部の振動状態に差が生じることがあり、各質量部から基板側に伝わる振動を安定的に打消すことができないという問題がある。
【００１１】
一方、角速度センサの作動時には、衝撃等の外力によりセンサにＹ軸方向の加速度が加わると、質量部は、角速度によるコリオリ力だけでなく、加速度による慣性力によってもＹ軸方向に変位することがあり、このときの角速度成分と加速度成分とを含んだ変位量は角速度として検出されることになる。
【００１２】
この結果、従来技術では、例えば角速度センサに僅かな衝撃等が加わるだけでも、角速度の検出信号に対して衝撃等による加速度成分が誤差として含まれるようになり、角速度の検出精度が低下するため、信頼性を向上させるのが難しいという問題がある。
【００１３】
特に、センサに加わる加速度が質量部の振動周波数に近い周波数成分をもっている場合には、例えば振動周波数に応じた一定の周期で検出信号を同期整流して積分することにより角速度成分を抽出する同期検波等の信号処理を行ったとしても、加速度成分による誤差を確実に除去することはできない。
【００１４】
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、本発明の第１の目的は、質量部から支持梁を介して基板側に振動が伝わるのを防止でき、その振動状態を基板上で安定的に保持できると共に、検出感度、検出精度を高めて信頼性を向上できるようにした外力計測装置を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の第２の目的は、例えば角速度と加速度の両方が質量部に加わる場合でも、少なくとも角速度を加速度から分離して精度よく検出でき、その検出動作を安定化できるようにした外力計測装置を提供することにある。
【００１６】
【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の発明は、基板と、該基板と隙間をもって対向し互いに直交するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸からなる３軸方向のうちＹ軸方向に並んで配置され振動発生手段によってＸ軸方向に互いに逆位相で振動する３個以上の質量部と、Ｙ軸方向に延び該各質量部をＸ軸方向に変位可能に連結する支持梁と、該支持梁と前記基板との間に設けられＹ軸方向に並んで配置された各質量部の間に位置する部位で該支持梁を前記基板に接続する固定部と、前記複数の質量部のうち少なくとも１個の質量部と前記支持梁との間に設けられ当該質量部をＹ軸方向に変位可能に支持する質量部支持梁と、前記各質量部に角速度または加速度が作用したときに該各質量部がＹ軸方向に変位する変位量を角速度または加速度として検出する外力検出手段とからなる構成を採用している。
【００１７】
このように構成することにより、３個以上の質量部を支持梁によって振動方向（Ｘ軸方向）と直交するＹ軸方向に沿って連結でき、例えば３個以上の質量部のうち一部の質量部を振動発生手段によって振動させることにより、Ｙ軸方向に延びた支持梁がＸ軸方向に撓み、互いに隣合う質量部をほぼ逆位相で振動させることができる。そして、この状態で質量部が角速度や加速度に応じてＹ軸方向に変位するときには、その変位量を外力検出手段によって検出することができる。また、３個以上の質量部を連結する支持梁の途中部位には、支持梁が各質量部と一緒に振動するときにほぼ一定の位置を保持する振動の節を配置することができる。
【００１８】
また、３個以上の質量部のうち例えば逆位相で振動する２個の質量部は、角速度が加わるときにコリオリ力によって互いに逆方向に変位し、加速度が加わるときには慣性力によって互いに等しい方向に変位するから、これらの質量部の変位量を比較することにより、角速度と加速度を区別して検出することができる。
【００１９】
また、請求項２の発明によると、固定部は支持梁のうち前記各質量部が支持梁のＸ軸方向の撓みにより互いに逆位相で振動するときの節に対応する部位を基板に接続する構成としている。
【００２０】
これにより、固定部は、各質量部と支持梁とが該支持梁のＸ軸方向の撓みにより振動するときの振動の節に対応する位置で該支持梁を基板側に固定できるから、各質量部の振動が支持梁を介して基板側に伝わるのを抑制することができる。
【００２１】
また、請求項３の発明によると、各質量部は、Ｙ軸方向に対して中央に位置する第１の質量部と、Ｙ軸方向に対して該第１の質量部の両側に位置する第２の質量部とによって構成し、前記第１の質量部はＹ軸方向に変位する質量部支持梁を介して前記支持梁に支持され、前記外力検出手段は前記第１の質量部がＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する構成としている。
【００２２】
これにより、第１の質量部を挟んで第２の質量部を対称に配置でき、これらの質量部をＸ軸方向に対して互いに逆位相で安定的に振動させることができる。そして、この状態で第１の質量部が角速度に応じてＹ軸方向に変位するときには、その変位量を外力検出手段により角速度として検出できる。また、センサに角速度が加わっていないときには、例えば支持梁がＸ軸方向に撓み変形することによって第１，第２の質量部がＸ軸方向だけに振動し、このとき質量部支持梁はＹ軸方向に変位しない状態を保持することができる。従って、第１の質量部が支持梁の撓み変形等によってＹ軸方向にも誤って変位するのを防止することができる。
【００２３】
一方、請求項４の発明では、基板と、該基板と隙間をもって対向し互いに直交するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸からなる３軸方向のうち振動発生手段によってＸ軸方向に振動する第１の質量部と、該第１の質量部を挟んでＹ軸方向の両側に設けられ振動発生手段によってＸ軸方向に振動する第２の質量部と、前記第１の質量部と第２の質量部との間に位置して第１の質量部を取囲む第３の質量部と、前記第２の質量部を互いにＸ軸方向に変位可能に連結する支持梁と、該支持梁に対して前記第３の質量部を連結する連結部と、前記第３の質量部に対して第１の質量部をＹ軸方向に変位可能に連結する質量部支持梁と、前記基板と支持梁との間に設けられ該支持梁を基板に接続する固定部と、前記第１の質量部に角速度が作用するときに該第１の質量部がＹ軸方向に変位する変位量を角速度として検出する外力検出手段とを備え、前記第１，第３の質量部と第２の質量部とは互いに逆位相で振動する構成としている。
【００２４】
これにより、第１，第２，第３の質量部全体を振動発生手段によってＸ軸方向に振動させつつ、第１の質量部を角速度に応じてＹ軸方向に変位させることができる。また、センサに角速度が加わっていないときには、例えば支持梁がＸ軸方向に撓み変形することによって第１，第２，第３の質量部がＸ軸方向だけに振動し、このとき第１の質量部は、第３の質量部に取囲まれた位置でＹ軸方向に変位しない状態を保持できる。従って、第３の質量部は、支持梁の撓み変形等がＹ軸方向への変位となって第１の質量部に伝わるのを遮断することができる。
【００２５】
また、請求項５の発明によると、固定部は支持梁のうち前記第１，第３の質量部と第２の質量部とが互いに逆位相で振動するときの節に対応する部位を前記基板に接続する構成としている。
【００２６】
これにより、固定部は、第１，第２，第３の質量部と支持梁とが振動するときの振動の節に対応する位置で該支持梁を基板側に固定できるから、該各質量部の振動が支持梁を介して基板側に伝わるのを抑制することができる。
【００２７】
また、請求項６の発明によると、各質量部は、Ｙ軸方向に対して中央に位置する第１の質量部と、Ｙ軸方向に対して該第１の質量部の両側に位置する第２の質量部とによって構成し、前記第１，第２の質量部はＹ軸方向に変位する第１，第２の質量部支持梁を介して前記支持梁にそれぞれ連結する構成としている。
【００２８】
これにより、第１，第２の質量部は支持梁を介してＸ軸方向に振動でき、この状態で第１の質量部は第１の質量部支持梁により外力に応じてＹ軸方向に変位できると共に、第２の質量部は第２の質量部支持梁によってＹ軸方向に変位できる。そして、外力検出手段は、第１，第２の質量部の変位量を用いて角速度または加速度を検出することができる。
【００２９】
一方、請求項７の発明では、基板と、該基板と隙間をもって対向し互いに直交するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸からなる３軸方向のうち振動発生手段によってＸ軸方向に振動する第１の質量部と、該第１の質量部を挟んでＹ軸方向の両側に設けられ振動発生手段によってＸ軸方向に振動する第２の質量部と、前記第１の質量部と第２の質量部との間に位置して第１の質量部を取囲む第３の質量部と、前記第２の質量部を取囲む第４の質量部と、該第４の質量部を互いにＸ軸方向に変位可能に連結する支持梁と、該支持梁に対して前記第３の質量部を連結する連結部と、前記第３の質量部に対して第１の質量部をＹ軸方向に変位可能に連結する第１の質量部支持梁と、前記第４の質量部に対して第２の質量部をＹ軸方向に変位可能に連結する第２の質量部支持梁と、前記基板と支持梁との間に設けられ該支持梁を基板に接続する固定部と、前記第１，第２の質量部に角速度または加速度が作用するときに該第１，第２の質量部がＹ軸方向に変位する変位量を角速度または加速度として検出する外力検出手段とを備え、前記第１，第３の質量部と第２，第４の質量部とは互いに逆位相で振動する構成としている。
【００３０】
これにより、第１，第２，第３，第４の質量部は支持梁を介してＸ軸方向に振動でき、この状態で第１，第２の質量部は、それぞれ第１，第２の質量部支持梁により外力に応じてＹ軸方向に変位することができる。また、第３の質量部は支持梁の撓み変形等が第１の質量部に伝わるのを遮断でき、第４の質量部は支持梁の撓み変形等が第２の質量部に伝わるのを遮断することができる。
【００３１】
また、請求項８の発明によると、固定部は支持梁のうち前記第１，第３の質量部と第２，第４の質量部とが互いに逆位相で振動するときの節に対応する部位を前記基板に接続する構成としている。
【００３２】
これにより、固定部は、第１，第２，第３，第４の質量部と支持梁とが振動するときの振動の節に対応する位置で該支持梁を基板側に固定できるから、該各質量部の振動が支持梁を介して基板側に伝わるのを抑制することができる。
【００３３】
さらに、請求項９の発明によると、外力検出手段は、少なくとも前記各質量部に加わる角速度を加速度から分離して検出するため前記各質量部が互いに逆位相で振動しつつＹ軸方向に変位するときの変位量を合成して検出する構成としている。
【００３４】
これにより、例えば逆位相で振動する２個の質量部は、角速度が加わるときにコリオリ力によって互いに逆方向に変位し、加速度が加わるときには慣性力によって互いに等しい方向に変位するから、例えば各質量部の変位量を減算することにより、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、少なくとも角速度を加速度から分離して検出することができる。
【００３５】
また、請求項１０の発明によると、外力検出手段は、前記第１の質量部と第２の質量部の間に位置して前記基板に設けられた固定側検出電極と、前記第１の質量部に設けられ該固定側検出電極とＹ軸方向の隙間を介して対向する第１の可動側検出電極と、前記第２の質量部に設けられ前記固定側検出電極とＹ軸方向の隙間を介して対向する第２の可動側検出電極とによって構成し、前記外力検出手段は固定側検出電極に対する第１，第２の可動側検出電極の変位量を静電容量の変化として並列に検出する構成としている。
【００３６】
これにより、第１，第２の質量部が互いに逆位相で振動している状態で該各質量部に角速度が加わるときには、これらの質量部がコリオリ力により互いに逆方向に変位する。この結果、例えば第１，第２の可動側検出電極の両方を固定側検出電極に接近させることができ、固定側検出電極と可動側検出電極との間の静電容量を角速度の大きさに応じて増大させることができる。また、第１，第２の質量部に加速度が加わるときには、これらの質量部が互いに同方向に変位するから、第１，第２の可動側検出電極のうち一方の電極を固定側検出電極に接近させ、他方の電極を固定側検出電極から離間させることができ、加速度による各検出電極間の静電容量の変化を打消すことができる。
【００３７】
また、請求項１１の発明によると、外力検出手段は、互いに逆位相で振動する前記第１，第２の質量部のうち第１の質量部がＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する第１の変位量検出部と、前記第２の質量部がＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する第２の変位量検出部と、前記第１，第２の変位量検出部によりそれぞれ検出した変位量を用いて角速度と加速度とを個別に演算する外力演算部とによって構成している。
【００３８】
これにより、第１，第２の変位量検出部は、互いに逆位相で振動する第１，第２の質量部がＹ軸方向に変位するときの変位量をそれぞれ検出することができる。そして、質量部に角速度と加速度の両方が加わる場合において、これら２つの検出値には、角速度に応じて互いに逆方向に変位した角速度成分と、加速度に応じて互いに等しい方向に変位した加速度成分とが含まれるから、外力演算部は、例えばこれら２つの検出値を加算および減算することにより角速度と加速度とを個別に演算することができる。
【００３９】
さらに、請求項１２の発明によると、外力検出手段は、前記基板側に固定して設けられ複数の電極部が櫛歯状に並んで形成された固定側検出電極と、前記質量部側に設けられ該固定側検出電極の各電極部とＹ軸方向の隙間を挟んで噛合する複数の電極部が形成された可動側検出電極とによって構成し、前記外力検出手段は前記固定側検出電極と可動側検出電極との間の静電容量の変化を前記質量部の変位量として検出する構成としている。
【００４０】
これにより、固定側検出電極と可動側検出電極の各電極部を互いに噛合させ、これらの検出電極に大きな対向面積を与えることができる。そして、質量部が外力によりＹ軸方向に変位するときには、その変位量を各検出電極間の距離（静電容量）の変化として検出することができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による外力計測装置を、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００４２】
ここで、図１および図２は本発明による第１の実施の形態を示し、本実施の形態では、外力計測装置として角速度センサを例に挙げて述べる。
【００４３】
図中、２１は本実施の形態による角速度センサ、２２は該角速度センサ２１の基板で、該基板２２上には、例えば低抵抗なシリコン材料等を用いて後述の中央質量部２３、外側質量部２４、支持梁２５、質量部支持梁２６、固定部２７、駆動電極２９，３０、検出電極３３，３４等が形成されている。
【００４４】
２３は基板２２の中央近傍に配置された第１の質量部としての中央質量部で、該中央質量部２３は、支持梁２５と質量部支持梁２６とを介して外側質量部２４に連結され、これらの質量部２３，２４は、支持梁２５によってＸ軸方向（振動方向）に変位可能に支持されている。また、中央質量部２３は、質量部支持梁２６によってＹ軸方向（検出方向）に変位可能に支持されている。
【００４５】
２４，２４はＹ軸方向に対して中央質量部２３の両側に配置された第２の質量部としての一対の外側質量部で、該各外側質量部２４は、支持梁２５の両端側に固着され、中央質量部２３に対してＸ軸方向に変位可能となっている。また、これらの質量部２３，２４は、図１、図２に示す如く基板２２と平行な平面内でＹ軸方向に沿ってほぼ直線状に配置されている。
【００４６】
２５，２５は各外側質量部２４をＸ軸方向に変位可能に連結する例えば２本の支持梁で、該各支持梁２５は、互いにほぼ等しい長さ寸法をもって直線状に形成され、Ｘ軸方向に撓み変形可能となっている。また、支持梁２５は、中央質量部２３の左，右両側に配置され、Ｙ軸方向に延びている。
【００４７】
そして、角速度センサ２１の作動時には、中央質量部２３と外側質量部２４とが支持梁２５等を介して互いにほぼ逆位相でＸ軸方向に振動し、このとき支持梁２５の長さ方向途中部位には、ほぼ一定の位置を保持する節部２５Ａ，２５Ａが配置される構成となっている。
【００４８】
２６，２６はＹ軸方向に撓み変形可能に形成された例えば２本の質量部支持梁で、該各質量部支持梁２６は、Ｘ軸方向に延びた直線状をなし、中央質量部２３の左，右両側と各支持梁２５の長さ方向中間部との間を連結している。また、質量部支持梁２６は、中央質量部２３を各支持梁２５間でＹ軸方向に変位可能に支持し、中央質量部２３が支持梁２５の中間部位に対してＸ軸方向に変位するのを規制している。
【００４９】
２７，２７，…は支持梁２５の節部２５Ａを基板２２に接続する例えば４個の固定部で、該各固定部２７は、Ｘ軸方向に対して各支持梁２５の左，右両側に２個ずつ配置され、Ｙ軸方向に離間している。
【００５０】
また、固定部２７は、基板２２上に固定された台座部２７Ａと、該台座部２７Ａから支持梁２５に向けてＸ軸方向に突出し、基板２２から離間して配置された腕部２７Ｂとによって構成され、腕部２７Ｂは、その先端側が支持梁２５の節部２５Ａに連結されている。これにより、固定部２７は、支持梁２５と協働して質量部２３，２４をＸ軸方向に変位可能に支持している。そして、中央質量部２３と外側質量部２４とが逆位相で振動するときには、これらの質量部２３，２４の振動が支持梁２５の節部２５Ａで互いに打消されるため、固定部２７は、質量部２３，２４の振動が基板２２に伝わるのを抑制するものである。
【００５１】
一方、２８，２８は基板２２上に設けられた駆動電極用支持部で、該各駆動電極用支持部２８は、Ｙ軸方向に対して外側質量部２４の両側に配置されている。
【００５２】
２９，２９は各駆動電極用支持部２８に設けられた固定側駆動電極で、該各固定側駆動電極２９は、支持部２８から外側質量部２４に向けて突出し、先端側がＸ軸方向にＬ字状をなして屈曲した複数の電極板２９Ａ，２９Ａ，…を有し、該各電極板２９Ａは、Ｘ軸方向に間隔をもって櫛歯状に配置されている。
【００５３】
３０，３０は各固定側駆動電極２９に対応して各外側質量部２４に設けられた可動側駆動電極で、該各可動側駆動電極３０は、外側質量部２４から櫛歯状に突出し、固定側駆動電極２９の各電極板２９Ａに噛合した複数の電極板３０Ａ，３０Ａ，…を有している。
【００５４】
３１，３１は基板２２と外側質量部２４との間に設けられた振動発生手段としての振動発生部で、該各振動発生部３１は、固定側駆動電極２９と可動側駆動電極３０とによって構成されている。そして、振動発生部３１は、これらの駆動電極２９，３０間に交流の駆動信号を直流バイアス電圧と共に印加することによって、電極板２９Ａ，３０Ａ間に静電引力を交互に発生し、質量部２３，２４を図１中の矢示ａ1，ａ2方向に振動させるものである。
【００５５】
３２，３２は基板２２上に設けられた検出電極用支持部で、該各検出電極用支持部３２は、Ｙ軸方向に対して中央質量部２３の両側に配置されている。
【００５６】
３３，３３は各検出電極用支持部３２に設けられた固定側検出電極で、該各固定側検出電極３３は、例えば略Ｆ字状に形成され、Ｘ軸方向に突出して櫛歯状に配置された複数の電極板３３Ａ，３３Ａ，…を有している。
【００５７】
３４，３４は各固定側検出電極３３に対応して中央質量部２３に設けられた可動側検出電極で、該各可動側検出電極３４は、櫛歯状に配置された複数の電極板３４Ａ，３４Ａ，…を有し、該各電極板３４Ａは、固定側検出電極３３の各電極板３３ＡとＹ軸方向の隙間を介して噛合している。
【００５８】
３５は基板２２と中央質量部２３との間に設けられた外力検出手段としての角速度検出部で、該角速度検出部３５は、固定側検出電極３３と可動側検出電極３４とからなる平行平板コンデンサを構成し、中央質量部２３がＺ軸周りの角速度に応じたコリオリ力によってＹ軸方向に変位するときには、この角速度を検出電極３３，３４間の静電容量の変化として検出するものである。
【００５９】
本実施の形態による角速度センサ２１は上述の如き構成を有するもので、センサの作動時には、まず各振動発生部３１に交流の駆動信号を直流バイアス電圧と共に印加すると、各外側質量部２４は、図１中の矢示ａ1，ａ2方向に振動する。このとき、各支持梁２５がＸ軸方向に撓み変形し、外側質量部２４の振動が支持梁２５と質量部支持梁２６を介して中央質量部２３に伝わることにより、中央質量部２３は、外側質量部２４と逆位相で矢示ａ2，ａ1方向に振動する。
【００６０】
そして、角速度センサ２１にＺ軸周りの角速度Ωが加わると、中央質量部２３には、Ｙ軸方向に対して下記数１の式に示すコリオリ力Ｆが作用する。このため、中央質量部２３は、質量部支持梁２６が撓むことにより、コリオリ力Ｆに応じてＹ軸方向に変位する。この結果、角速度検出部３５の静電容量が変化するので、この静電容量の変化が角速度Ωとして検出される。
【００６１】
【数１】
0003589182.tif 000002
【００６２】
また、固定部２７は、支持梁２５の節部２５Ａを支持しているため、質量部２３，２４の振動が基板２２に伝わるのを抑制することができる。
【００６３】
かくして、本実施の形態によれば、中央質量部２３と外側質量部２４とを支持梁２５によってＸ軸方向に変位可能に連結し、支持梁２５の節部２５Ａを固定部２７によって基板２２に接続する構成としたので、質量部２３，２４が基板２２上で振動するときには、隣合う中央質量部２３と外側質量部２４とを互いにほぼ逆位相で振動させることができる。そして、支持梁２５の途中部位には、支持梁２５が質量部２３，２４と一緒に振動するときにほぼ一定の位置を保持する節部２５Ａを配置でき、この節部２５Ａの位置では、質量部２３，２４の振動を互いに打消すことができる。
【００６４】
この場合、中央質量部２３と外側質量部２４とをＹ軸方向に沿ってほぼ直線状に配置したので、例えば中央質量部２３をＸ軸方向に振動させることによって、この振動を支持梁２５によって外側質量部２４に効率よく伝達でき、簡単な構造によって質量部２３，２４を逆位相で振動させることができる。また、中央質量部２３を挟んで一対の外側質量部２４を対称に配置することにより、質量部２３，２４全体として安定した振動状態を実現することができる。
【００６５】
そして、固定部２７は、支持梁２５の節部２５Ａを介して中央質量部２３と外側質量部２４とを支持しているので、これらの振動が基板２２に伝わるのを確実に抑制でき、振動発生部３１から質量部２３，２４に加えられる振動エネルギを基板２２側に逃がすことなく、質量部２３，２４を予め定められた振幅、振動速度等で効率よく振動させることができる。この結果、角速度Ωに応じて質量部２３，２４を所定の変位量分だけ確実に変位させることができ、センサの検出感度を安定させることができる。
【００６６】
また、角速度が加わっていないときには、質量部２３，２４の振動が基板２２に伝わることによって基板２２が振動し、この振動で質量部２３，２４がＹ軸方向に振動するのを防止でき、センサの検出精度を高めて信頼性を向上させることができる。
【００６７】
そして、特に本実施の形態では、中央質量部２３を質量部支持梁２６によって支持梁２５に連結する構成としたので、角速度Ωが加わっていないときには、支持梁２５が撓み変形することによって質量部２３，２４がＸ軸方向だけに振動し、質量部支持梁２６はＹ軸方向に撓み変形しない状態を保持することができる。従って、支持梁２５の撓み変形によって中央質量部２３がＸ軸方向に振動しつつＹ軸方向にも変位するのを防止でき、検出精度を向上させることができる。
【００６８】
また、可動側駆動電極３０を外側質量部２４に設けたので、可動側検出電極３４が設けられた中央質量部２３の構造を簡略化することができる。
【００６９】
次に、図３および図４は本発明による第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、第１，第２の質量部間に第３の質量部を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、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。
【００７０】
４１は本実施の形態による角速度センサ、４２は該角速度センサ４１の基板で、該基板４２上には、例えば低抵抗なシリコン材料等を用いて後述の中央質量部４３、外側質量部４４、枠状質量部４５、支持梁４６、連結部４７、質量部支持梁４８、固定部４９、駆動電極５１，５２、検出電極５５，５６等が形成されている。
【００７１】
４３は基板４２の中央近傍に配置された第１の質量部としての中央質量部で、該中央質量部４３は、図３、図４に示す如く、略「日」の字をなす枠状体として形成され、互いに対向してＸ軸方向に延びた横枠部４３Ａ，４３Ａと、該各横枠部４３Ａの両端側を連結してＹ軸方向に延びた縦枠部４３Ｂ，４３Ｂと、各横枠部４３Ａ間に位置してＸ軸方向に延設され、各縦枠部４３Ｂのほぼ中間部位を連結した中間枠部４３Ｃとによって構成されている。
【００７２】
そして、中央質量部４３は、支持梁４６、連結部４７および質量部支持梁４８を介して外側質量部４４と枠状質量部４５とに連結され、これらの質量部４３，４４，４５は、支持梁４６によってＸ軸方向（振動方向）に変位可能に支持されると共に、基板４２と平行な平面内でＹ軸方向に沿ってほぼ直線状に並んで配置されている。また、中央質量部４３は、質量部支持梁４８によってＹ軸方向（検出方向）に変位可能に支持されている。
【００７３】
４４，４４はＹ軸方向に対して中央質量部４３の両側に配置された第２の質量部としての一対の外側質量部で、該各外側質量部４４は、支持梁４６の両端側に固着され、中央質量部４３（枠状質量部４５）に対してＸ軸方向に変位可能となっている。
【００７４】
４５は中央質量部４３と各外側質量部４４との間に配置された第３の質量部としての枠状質量部で、該枠状質量部４５は、中央質量部４３を取囲む四角形の枠状体によって形成され、互いに対向してＸ軸方向に延びた横枠部４５Ａ，４５Ａと、該各横枠部４５Ａの両端側を連結してＹ軸方向に延びた縦枠部４５Ｂ，４５Ｂとによって「口」字状に構成されている。そして、枠状質量部４５は、その内側部位が質量部支持梁４８を介して中央質量部４３と連結され、外側部位が連結部４７を介して支持梁４６と連結されている。
【００７５】
４６，４６は各外側質量部４４をＸ軸方向に変位可能に連結する例えば２本の支持梁で、該各支持梁４６は、互いにほぼ等しい長さ寸法をもって直線状に形成され、Ｘ軸方向に撓み変形可能となっている。また、支持梁４６は、枠状質量部４５の左，右両側に配置され、Ｙ軸方向に延びている。
【００７６】
そして、角速度センサ４１の作動時には、中央質量部４３（枠状質量部４５）と外側質量部４４とが支持梁４６等を介して互いにほぼ逆位相でＸ軸方向に振動し、このとき支持梁４６の長さ方向途中部位には、ほぼ一定の位置を保持する節部４６Ａ，４６Ａが配置される構成となっている。
【００７７】
４７，４７は枠状質量部４５と支持梁４６とを連結する左，右の連結部で、該各連結部４７は高い剛性をもって形成され、枠状質量部４５が支持梁４６に対してＹ軸方向に変位するのを規制している。
【００７８】
４８，４８，…は中央質量部４３と枠状質量部４５とを連結する例えば４本の質量部支持梁で、該各質量部支持梁４８は、一端側が中央質量部４３の４隅に連結され、他端側がＸ軸方向に延びて枠状質量部４５の各横枠部４５Ａに連結されると共に、Ｙ軸方向に撓み変形可能となっている。そして、質量部支持梁４８は、中央質量部４３をＹ軸方向に変位可能に支持し、中央質量部４３が枠状質量部４５内でＸ軸方向に変位するのを規制している。
【００７９】
４９は支持梁４６の節部４６Ａを基板４２に接続する固定部で、該固定部４９は、質量部４３，４４，４５を取囲む四角形の枠状体によって形成され基板４２上に固定された台座部４９Ａと、該台座部４９Ａの内側部位に一体に設けられ、基板４２から離間して配置された例えば４個の腕部４９Ｂ，４９Ｂ，…とによって構成されている。
【００８０】
そして、各腕部４９Ｂは、Ｘ軸方向に対して各支持梁４６の左，右両側に２個ずつ配置され、Ｙ軸方向に離間している。また、腕部４９Ｂは、第１の実施の形態とほぼ同様に、先端側が支持梁４６の節部４６Ａに連結され、これにより固定部４９は、質量部４３，４４，４５の振動が基板４２に伝わるのを抑制するものである。
【００８１】
一方、５０，５０，…は基板４２上に固定的に設けられた例えば４個の駆動電極用支持部で、該各駆動電極用支持部５０は、Ｙ軸方向に対し外側質量部４４を挟んで両側に２個ずつ配置されている。
【００８２】
５１，５１，…は各駆動電極用支持部５０にそれぞれ設けられた固定側駆動電極で、該各固定側駆動電極５１は、Ｘ軸方向に突出しＹ軸方向に間隔をもって櫛歯状に配置された複数の電極板５１Ａ，５１Ａ，…を有している。
【００８３】
５２，５２，…は各固定側駆動電極５１に対応して外側質量部４４にそれぞれ設けられた可動側駆動電極で、該各可動側駆動電極５２は、Ｘ軸方向に櫛歯状をなして突出し、固定側駆動電極５１の各電極板５１Ａと噛合した複数の電極板５２Ａ，５２Ａ，…を有している。
【００８４】
５３，５３，…は基板４２と外側質量部４４との間に設けられた振動発生手段としての振動発生部で、該各振動発生部５３は、固定側駆動電極５１と可動側駆動電極５２とによって構成され、その電極板５１Ａ，５２Ａ間に静電引力を発生することにより、外側質量部４４を図３中の矢示ａ1，ａ2方向に振動させるものである。
【００８５】
５４，５４は中央質量部４３の内側に位置して基板４２上に設けられた２個の検出電極用支持部で、該各検出電極用支持部５４は、Ｙ軸方向に対して中央質量部４３の中間枠部４３Ｃを挟んで両側に配置されている。
【００８６】
５５，５５，…は各検出電極用支持部５４にそれぞれ複数個設けられた固定側検出電極で、該各固定側検出電極５５は、Ｘ軸方向に突出しＹ軸方向の間隔をもって櫛歯状に配置された複数の電極板５５Ａ，５５Ａ，…を有している。
【００８７】
５６，５６，…は各固定側検出電極５５に対応して中央質量部４３に複数個設けられた可動側検出電極で、該各可動側検出電極５６は、Ｘ軸方向に櫛歯状をなして突出し、固定側検出電極５５の各電極板５５Ａに対しＹ軸方向の隙間を挟んで噛合した複数の電極板５６Ａ，５６Ａ，…を有している。
【００８８】
５７，５７は基板４２と中央質量部４３との間に設けられた外力検出手段としての角速度検出部で、該各角速度検出部５７は、固定側検出電極５５と可動側検出電極５６とによって構成されている。そして、角速度検出部５７は、中央質量部４３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、電極板５５Ａ，５６Ａ間の静電容量が変化する平行平板コンデンサを形成している。
【００８９】
本実施の形態による角速度センサ４１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。
【００９０】
まず、各振動発生部５３に交流の駆動信号を直流バイアス電圧と共に印加すると、外側質量部４４は、図４中の矢示ａ1，ａ2方向に振動する。このとき、各支持梁４６がＸ軸方向に撓み変形し、外側質量部４４の振動が連結部４７を介して枠状質量部４５に伝わることにより、枠状質量部４５は、中央質量部４３と一体となって外側質量部４４に対し逆位相で矢示ａ2，ａ1方向に振動する。
【００９１】
そして、角速度センサにＺ軸周りの角速度Ωが加わると、中央質量部４３は、質量部支持梁４８が撓み変形することにより、枠状質量部４５内でコリオリ力Ｆに応じてＹ軸方向に変位する。この結果、角速度検出部５７の静電容量が変化するので、この静電容量の変化が角速度Ωとして検出される。
【００９２】
また、固定部４９の各腕部４９Ｂは、支持梁４６の節部４６Ａを支持しているため、質量部４３，４４，４５の振動が基板４２に伝わるのを抑制することができる。
【００９３】
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。そして、特に本実施の形態では、中央質量部４３と外側質量部４４との間に枠状質量部４５を設ける構成としたので、角速度Ωが加わっていないときには、支持梁４６が撓み変形しても、中央質量部４３は、枠状質量部４５内でＸ軸方向だけに振動することができる。
【００９４】
従って、枠状質量部４５は、支持梁４６の撓み変形がＹ軸方向への変位となって中央質量部４３に伝わるのを遮断でき、検出精度をより向上させることができる。
【００９５】
次に、図５は本発明による第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、固定部に二又状の腕部を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第２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。
【００９６】
６１は支持梁４６の各節部４６Ａを基板４２に接続する固定部で、該固定部６１は、第２の実施の形態とほぼ同様に、基板４２上に固定された枠状の台座部６１Ａと、該台座部６１Ａの内側部位に設けられた腕部６１Ｂとによって構成されている。
【００９７】
しかし、腕部６１Ｂは、基端側が台座部６１Ａに１箇所で固定され先端側が略「Ｔ」字状に分岐した分岐部６１Ｂ1と、該分岐部６１Ｂ1の先端側からＸ軸方向に突出し、支持梁４６の各節部４６Ａをそれぞれ支持する支持突部６１Ｂ2，６１Ｂ2とによって構成され、これらの分岐部６１Ｂ1と支持突部６１Ｂ2とは基板４２から離間している。
【００９８】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、第２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。そして、特に本実施の形態では、固定部６１の腕部６１Ｂが二又状に分岐する構成としたので、その分岐部６１Ｂ1の基端側を台座部６１Ａ（基板４２）に対して１箇所で固定することができる。
【００９９】
従って、例えば基板４２の熱膨張、熱収縮等によって支持梁４６の各節部４６Ａ間で基板４２の寸法Ｄが変化する場合でも、各節部４６Ａ間の間隔を拡大または縮小させる方向の応力が基板４２側から腕部６１Ｂや支持梁４６等に加わるのを防止でき、信頼性を高めることができる。
【０１００】
次に、図６ないし図９は本発明による第４の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、角速度センサに角速度と加速度の両方が加わるときに、角速度を加速度から分離して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。
【０１０１】
７１は本実施の形態による角速度センサ、７２は該角速度センサ７１の基板で、該基板７２上には、例えば低抵抗なシリコン材料等を用いて後述の中央質量部７３、外側質量部７４，７５、支持梁７６、質量部支持梁７７，７８、固定部７９、駆動電極８１，８２、固定側検出電極８５，８６、可動側検出電極８７，８８，８９，９０等が形成されている。
【０１０２】
また、角速度センサ７１は、これらの固定側検出電極８５，８６と可動側検出電極８７，８８，８９，９０とにより形成される後述のコンデンサＣ1，Ｃ2，Ｃ3，Ｃ4（図９参照）が互いにほぼ等しい電極形状をもつように構成されているものである。
【０１０３】
７３は基板７２の中央近傍に配置された第１の質量部としての中央質量部で、該中央質量部７３は例えば四角形の平板状に形成されている。また、中央質量部７３は支持梁７６と質量部支持梁７７，７８とを介して外側質量部７４，７５と連結され、これらの質量部７３，７４，７５は、図６、図７に示す如く基板７２と平行な平面内でＹ軸方向に沿ってほぼ直線状に並んでいる。そして、中央質量部７３は、後述の如く角速度、加速度等の外力が加わると、その大きさに応じたコリオリ力または慣性力を受けることにより質量部支持梁７７を介してＹ軸方向に変位する構成となっている。
【０１０４】
７４，７５はＹ軸方向に対して中央質量部７３の前，後両側に配置された第２の質量部としての一対の外側質量部で、該外側質量部７４，７５は例えば四角形の平板状に形成され、各支持梁７６の両端側に質量部支持梁７８を介してそれぞれ連結されている。そして、外側質量部７４，７５は、中央質量部７３とほぼ同様に、角速度、加速度等の外力が加わることにより質量部支持梁７８を介してＹ軸方向に変位するものである。
【０１０５】
ここで、質量部７３，７４，７５の質量と支持梁７７，７８のばね定数とは予め適切に設定されており、後述の如く質量部７３，７４，７５が角速度Ω、加速度αによって一緒に変位するときには、これらの変位量が互いにほぼ等しい大きさとなるように構成されている。
【０１０６】
７６，７６は中央質量部７３を挟んで左，右両側に配置された例えば２本の支持梁で、該各支持梁７６はＸ軸方向に撓み変形可能に形成され、互いにほぼ等しい寸法をもってＹ軸方向に延びている。そして、各支持梁７６は、中央質量部７３と外側質量部７４，７５とをＸ軸方向に変位可能に支持するものである。
【０１０７】
そして、角速度センサ７１の作動時には、図８に示す如く、第１の実施の形態とほぼ同様に、隣合う中央質量部７３と外側質量部７４，７５とが互いにほぼ逆位相でＸ軸方向に振動し、中央質量部７３が振動によって矢示ａ1方向に変位するときには、外側質量部７４，７５が矢示ａ2方向に変位する。この場合、支持梁７６の長さ方向途中部位には、振動時にほぼ一定の位置を保持する４箇所の節部７６Ａが配置されている。
【０１０８】
７７，７７はＹ軸方向に撓み変形可能に形成された第１の質量部支持梁で、該各第１の質量部支持梁７７は中央質量部７３の左，右両側と各支持梁７６の長さ方向中間部位とを連結し、中央質量部７３をＹ軸方向に変位可能に支持している。
【０１０９】
７８，７８，…はＹ軸方向に撓み変形可能に形成された第２の質量部支持梁で、該各第２の質量部支持梁７８は、外側質量部７４，７５の左，右両側と各支持梁７６の端部側とを連結し、これらの質量部７４，７５をＹ軸方向に変位可能に支持しているものである。
【０１１０】
７９，７９，…は各支持梁７６の節部７６Ａを基板７２に接続する例えば４個の固定部で、該各固定部７９は、第１の実施の形態とほぼ同様に、台座部７９Ａと腕部７９Ｂとによって構成されている。そして、各固定部７９は各支持梁７６を節部７６Ａの位置で支持することにより、質量部７３，７４，７５の振動が基板７２側に伝わるのを抑制するものである。
【０１１１】
一方、８０，８０は外側質量部７４，７５の前，後両側に位置して基板７２上に設けられた駆動電極用支持部、８１，８１は該各駆動電極用支持部８０に設けられた固定側駆動電極で、該各固定側駆動電極８１は櫛歯状に並んだ複数の電極板８１Ａを有している。
【０１１２】
８２，８２は各固定側駆動電極８１に対応して外側質量部７４，７５に設けられた可動側駆動電極で、該各可動側駆動電極８２は固定側駆動電極８１の各電極板８１Ａと噛合した複数の電極板８２Ａを有している。
【０１１３】
８３，８３は基板７２と外側質量部７４，７５との間に設けられた振動発生手段としての振動発生部で、該各振動発生部８３は固定側駆動電極８１と可動側駆動電極８２とによって構成され、外側質量部７４，７５を図６中の矢示ａ1，ａ2方向に振動させるものである。
【０１１４】
８４，８４は基板７２上に設けられた例えば２個の検出電極用支持部で、該各検出電極用支持部８４は中央質量部７３の前，後両側に位置して外側質量部７４，７５との間に配置されている。
【０１１５】
８５は各検出電極用支持部８４のうち一方の支持部８４から前，後方向に突設された固定側検出電極で、該固定側検出電極８５は、中央質量部７３側に配置された複数の電極板８５Ａと、外側質量部７４側に配置された複数の電極板８５Ｂとを有し、これらの電極板８５Ａ，８５Ｂは櫛歯状に並んでいる。
【０１１６】
８６は他方の検出電極用支持部８４から前，後方向に突設された固定側検出電極で、該固定側検出電極８６は、中央質量部７３側に配置された複数の電極板８６Ａと、外側質量部７５側に配置された複数の電極板８６Ｂとを有している。
【０１１７】
８７は中央質量部７３から一方の固定側検出電極８５に向けて突設された第１の可動側検出電極で、該可動側検出電極８７は、固定側検出電極８５の電極板８５ＡとＹ軸方向の隙間を介して噛合する複数の電極板８７Ａを有し、後述の図９に示す如く、該固定側検出電極８５との間で平行平板コンデンサＣ1を構成している。
【０１１８】
この場合、可動側検出電極８７は、図６に示す如く、Ｙ軸方向に対して電極板８７Ａの一側に位置する電極間隔ｄ1が他側に位置する電極間隔ｄ2よりも予め小さく形成されており（ｄ1＜ｄ2）、コンデンサＣ1の静電容量に大きく影響する電極間隔ｄ1は、中央質量部７３がＹ軸方向に対してｂ1方向に変位したときに広がり、中央質量部７３がｂ2方向に変位したときに狭くなるように構成されている。これにより、コンデンサＣ1の静電容量は、図９に示す如く中央質量部７３がｂ1方向に変位したときに増大し、中央質量部７３がｂ2方向に変位したときに減少するものである。
【０１１９】
８８は中央質量部７３から他方の固定側検出電極８６に向けて突設された第１の可動側検出電極で、該可動側検出電極８８は、可動側検出電極８７とほぼ同様に、固定側検出電極８６の各電極板８６Ａと噛合する複数の電極板８８Ａを有し、固定側検出電極８６との間でコンデンサＣ2を構成している。
【０１２０】
そして、コンデンサＣ2の静電容量は、中央質量部７３の変位方向に対してコンデンサＣ1と逆に増減するように予め設定されており、中央質量部７３がｂ1方向に変位したときに静電容量が減少し、中央質量部７３がｂ2方向に変位したときに静電容量が増大する構成となっている。
【０１２１】
８９は外側質量部７４，７５のうち一方の質量部７４に設けられた第２の可動側検出電極で、該可動側検出電極８９は、固定側検出電極８５の各電極板８５ＢとＹ軸方向の隙間を挟んで噛合する複数の電極板８９Ａを有し、固定側検出電極８５との間でコンデンサＣ3を構成している。
【０１２２】
この場合、可動側検出電極８９は、固定側検出電極８５（検出電極用支持部８４）を挟んで可動側検出電極８７とＹ軸方向の反対側に配置されている。そして、コンデンサＣ3の静電容量は、外側質量部７４がｂ1方向に変位したときに減少し、外側質量部７４がｂ2方向に変位したときに増大する構成となっている。
【０１２３】
９０は他方の外側質量部７５に設けられた第２の可動側検出電極で、該可動側検出電極９０の各電極板９０Ａは、可動側検出電極８９とほぼ同様に、固定側検出電極８６の各電極板８６Ｂとの間でコンデンサＣ4を構成している。そして、コンデンサＣ4の静電容量は、外側質量部７５がｂ1方向に変位したときに増大し、外側質量部７５がｂ2方向に変位したときに減少するものである。
【０１２４】
９１は基板７２と質量部７３，７４との間に設けられた外力検出手段としての角速度検出部で、該角速度検出部９１は、固定側検出電極８５，８６のうち一方の固定側検出電極８５と可動側検出電極８７，８９とによって構成され、コンデンサＣ1，Ｃ3が並列に接続されている。そして、角速度センサ７１の作動時には、後述の如く質量部７３，７４がＹ軸方向に変位すると、角速度検出部９１全体としての静電容量が変化するものである。
【０１２５】
９２は基板７２と質量部７３，７５との間に設けられた外力検出手段としての他の角速度検出部で、該角速度検出部９２は、他方の固定側検出電極８６と可動側検出電極８８，９０とによって構成され、コンデンサＣ2，Ｃ4が並列に接続されている。そして、角速度検出部９２は、質量部７３，７５がＹ軸方向に変位することにより、その静電容量が変化する構成となっている。
【０１２６】
これにより、角速度センサ７１は、角速度検出部９１が質量部７３，７４の変位量をコンデンサＣ1，Ｃ3の容量変化として合成し、角速度検出部９２が質量部７３，７５の変位量をコンデンサＣ2，Ｃ4の容量変化として合成することにより、後述の如く角速度Ωを加速度αから分離して検出するものである。
【０１２７】
本実施の形態による角速度センサ７１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。
【０１２８】
まず、角速度センサ７１の作動時には、図８に示す如く、各振動発生部８３に交流の駆動信号を直流バイアス電圧と共に印加すると、第１の実施の形態とほぼ同様に、各支持梁７６がＸ軸方向に撓み変形することにより、中央質量部７３と外側質量部７４，７５とが互いに逆位相で矢示ａ1，ａ2方向に振動する。
【０１２９】
そして、角速度センサ７１にＺ軸周りの角速度Ωが加わると、例えば中央質量部７３にはコリオリ力Ｆ1が矢示ｂ1方向に付加される。また、外側質量部７４，７５は、中央質量部７３と逆向きの速度方向をもって振動しているため、この速度方向に対応して逆向きのコリオリ力Ｆ2が矢示ｂ2方向に付加される。
【０１３０】
この結果、例えば中央質量部７３は質量部支持梁７７を介して矢示ｂ1方向に変位し、外側質量部７４，７５は質量部支持梁７８を介して矢示ｂ2方向に変位すると共に、これらの変位によって角速度検出部９１，９２の静電容量が変化する。また、この状態でＹ軸方向の加速度αが同時に加わると、質量部７３，７４，７５には、この加速度αに応じた慣性力Ｆａも付加されるようになる。
【０１３１】
そこで、図９を参照しつつ角速度検出部９１，９２の静電容量の変化について説明する。
【０１３２】
まず、質量部７３，７４，７５に角速度Ωと加速度αとが加わると、角速度検出部９１では、例えば質量部７３，７４がコリオリ力Ｆ1，Ｆ2により矢示ｂ1，ｂ2方向にそれぞれ変位する。これにより、コンデンサＣ1，Ｃ3の電極間隔は、いずれも初期状態と比較して狭くなるため、これらの静電容量はそれぞれ増大する。なお、ここではコリオリ力Ｆ1，Ｆ2の方が慣性力Ｆａよりも大きい場合を例に挙げて述べる。
【０１３３】
この場合、コンデンサＣ1には、中央質量部７３に加わるコリオリ力Ｆ1と慣性力Ｆａの両方が静電容量を増大させる方向に作用する。従って、コンデンサＣ1の静電容量の変化量のうち、角速度Ωによる変化分を角速度成分ΔＣｗ（ΔＣｗ≧０）とし、慣性力Ｆａによる変化分を加速度成分ΔＣａ（ΔＣａ≧０）とすれば、コンデンサＣ1の静電容量の変化量ΔＣ1は、下記数２の式のように角速度成分ΔＣｗと加速度成分ΔＣａとを加えた大きさとなる。
【０１３４】
【数２】
0003589182.tif 000003
【０１３５】
また、コンデンサＣ3には、外側質量部７４に加わるコリオリ力Ｆ2が静電容量を増大させる方向に作用し、慣性力Ｆａがコリオリ力Ｆ2と逆向きに作用するから、コンデンサＣ3の静電容量の変化量ΔＣ3は、下記数３の式のように角速度成分ΔＣｗと加速度成分（−ΔＣａ）とを加算した値となる。
【０１３６】
【数３】
0003589182.tif 000004
【０１３７】
従って、角速度検出部９１全体としての静電容量の変化量ΔＣAを下記数４の式によって算出すると、コンデンサＣ1，Ｃ3の加速度成分ΔＣａが互いに打消され、静電容量の変化量ΔＣAは角速度成分ΔＣｗだけに対応した値となる。
【０１３８】
【数４】
0003589182.tif 000005
【０１３９】
一方、角速度検出部９２について述べると、角速度検出部９２では、例えば質量部７３，７５がコリオリ力Ｆ1，Ｆ2により矢示ｂ1，ｂ2方向にそれぞれ変位する。これにより、コンデンサＣ2，Ｃ4の電極間隔は、いずれも初期状態と比較して広がるため、これらの静電容量はそれぞれ減少する。
【０１４０】
この場合、コンデンサＣ2には、中央質量部７３に加わるコリオリ力Ｆ1と慣性力Ｆａの両方が電極間隔を広げて静電容量を減少させる方向に作用するから、その変化量ΔＣ2は、下記数５の式に示す如く、角速度成分（−ΔＣｗ）と加速度成分（−ΔＣａ）とを加算した大きさとなる。
【０１４１】
【数５】
0003589182.tif 000006
【０１４２】
また、コンデンサＣ4には、外側質量部７５に加わるコリオリ力Ｆ2が静電容量を減少させる方向に作用し、慣性力Ｆａがコリオリ力Ｆ2と逆方向に作用するから、その変化量ΔＣ4は、下記数６の式のように角速度成分（−ΔＣｗ）と加速度成分ΔＣａとを加算した大きさとなる。
【０１４３】
【数６】
0003589182.tif 000007
【０１４４】
従って、角速度検出部９２全体としての静電容量の変化量ΔＣBを下記数７の式によって算出すると、コンデンサＣ2，Ｃ4の加速度成分ΔＣａが互いに打消され、静電容量の変化量ΔＣBは、角速度検出部９１とほぼ同様に角速度成分ΔＣｗだけに対応した値となる。
【０１４５】
【数７】
0003589182.tif 000008
【０１４６】
そして、角速度センサ７１の作動時には、角速度検出部９１，９２から静電容量の変化量ΔＣA，ΔＣBに応じた信号が出力され、これらの信号を用いて差動増幅等の信号処理を行うことにより、角速度Ωを精度よく検出することができる。
【０１４７】
また、コリオリ力Ｆ1，Ｆ2よりも慣性力Ｆａの方が大きい場合には、外側質量部７４，７５が矢示ｂ1方向に変位するようになるが、この場合にも加速度成分ΔＣａは打消されるため、角速度Ωを検出することができる。さらに、角速度センサ７１に矢示ｂ2方向の加速度αが加わる場合にも同様に、角速度Ωを加速度αから分離して検出することができる。
【０１４８】
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。そして、特に本実施の形態では、質量部７３，７４の変位量をコンデンサＣ1，Ｃ3の容量変化として合成した状態で検出する角速度検出部９１と、質量部７３，７５の変位量をコンデンサＣ2，Ｃ4の容量変化として合成した状態で検出する角速度検出部９２とを設ける構成としている。
【０１４９】
これにより、角速度検出部９１，９２は、角速度センサ７１にＺ軸周りの角速度Ωだけでなく、Ｙ軸方向の加速度αが加わる場合でも、この加速度αによる静電容量の変化を打消して確実に除去でき、角速度Ωを加速度αから分離して安定的に検出できると共に、その検出精度をより高めることができる。
【０１５０】
この場合、角速度検出部９１は、固定側検出電極８５と可動側検出電極８７，８９とを対向させてコンデンサＣ1，Ｃ3を並列に接続し、これらの静電容量の変化を並列に検出すると共に、角速度検出部９２は、固定側検出電極８６と可動側検出電極８８，９０とを対向させてコンデンサＣ2，Ｃ4を並列に接続し、これらの静電容量の変化を並列に検出するようにしたので、角速度Ωと加速度αに応じた静電容量の変化量のうち加速度成分ΔＣａをコンデンサＣ1，Ｃ3間およびコンデンサＣ2，Ｃ4間で確実に打消すことができ、複雑な演算処理等を行うことなく、簡単な電極構造で角速度成分ΔＣｗのみを検出することができる。
【０１５１】
次に、図１０ないし図１３は本発明による第５の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、外力計測装置により角速度と加速度とを個別に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。
【０１５２】
１０１は本実施の形態による外力センサ、１０２は該外力センサ１０１の基板で、該基板１０２上には、例えば低抵抗なシリコン材料等を用いて後述の中央質量部１０３、外側質量部１０４，１０５、枠状質量部１０６，１０７、支持梁１０８、質量部支持梁１０９，１１０、連結部１１１、固定部１１２、駆動電極１１４，１１５、固定側検出電極１１８，１１９，１２０，１２１、可動側検出電極１２２，１２３，１２４，１２５等が形成されている。
【０１５３】
１０３は基板１０２の中央近傍に配置された第１の質量部としての中央質量部で、該中央質量部１０３は、図１０、図１１に示す如く、前記第２の実施の形態とほぼ同様に、略「日」の字をなす枠状体として形成され、各横枠部１０３Ａ、各縦枠部１０３Ｂおよび中間枠部１０３Ｃによって構成されている。
【０１５４】
そして、中央質量部１０３は、支持梁１０８、質量部支持梁１０９，１１０および連結部１１１を介して外側質量部１０４，１０５と枠状質量部１０６，１０７とに連結され、これらの質量部１０３，１０４，１０５，１０６，１０７は、支持梁１０８によってＸ軸方向に変位可能に支持されると共に、Ｙ軸方向に沿ってほぼ直線状に並んでいる。また、中央質量部１０３は各質量部支持梁１０９によってＹ軸方向に変位可能に支持されている。
【０１５５】
１０４，１０５はＹ軸方向に対して中央質量部１０３の両側に配置された第２の質量部としての一対の外側質量部で、外側質量部１０４は、図１１に示す如く各横枠部１０４Ａと縦枠部１０４Ｂとを有する四角形の枠状体により形成され、外側質量部１０５も外側質量部１０４と同様の枠状体により形成されている。そして、外側質量部１０４，１０５は各質量部支持梁１１０によってＹ軸方向に変位可能に支持されている。
【０１５６】
１０６は中央質量部１０３と外側質量部１０４，１０５との間に配置された第３の質量部としての枠状質量部で、該枠状質量部１０６は、第２の実施の形態とほぼ同様に、中央質量部１０３を取囲む四角形の枠状体によって形成され、各横枠部１０６Ａと縦枠部１０６Ｂとを有している。そして、枠状質量部１０６は、その外側部位が連結部１１１を介して支持梁１０８と連結され、その内側部位には質量部支持梁１０９を介して中央質量部１０３が連結されている。
【０１５７】
１０７，１０７は外側質量部１０４，１０５を取囲んで配置された第４の質量部としての枠状質量部で、該各枠状質量部１０７は各横枠部１０７Ａと縦枠部１０７Ｂとを有する四角形の枠状体からなり、その外側部位が支持梁１０８に連結されると共に、その内側部位には質量部支持梁１１０を介して外側質量部１０４，１０５が連結されている。
【０１５８】
１０８，１０８は質量部１０３〜１０７をＸ軸方向に変位可能に支持する支持梁で、該各支持梁１０８は、枠状質量部１０６の左，右両側に配置され、Ｙ軸方向に延びている。そして、外力センサ１０１の作動時には、質量部１０３，１０６と質量部１０４，１０５，１０７とが支持梁１０８等を介して互いにほぼ逆位相でＸ軸方向に振動し、このとき支持梁１０８の長さ方向途中部位には、ほぼ一定の位置を保持する４箇所の節部１０８Ａが配置される構成となっている。
【０１５９】
１０９，１０９，…は中央質量部１０３と枠状質量部１０６とを連結する第１の質量部支持梁で、該各第１の質量部支持梁１０９は、第２の実施の形態とほぼ同様に、中央質量部１０３を４隅でＹ軸方向に変位可能に支持している。
【０１６０】
１１０，１１０，…は外側質量部１０４，１０５と各枠状質量部１０７とを連結する第２の質量部支持梁で、該各第２の質量部支持梁１１０は、外側質量部１０４，１０５をそれぞれ４隅でＹ軸方向に変位可能に支持している。
【０１６１】
１１１，１１１は枠状質量部１０６と支持梁１０８とを連結する左，右の連結部で、該各連結部１１１は高い剛性をもって形成され、枠状質量部１０６がＹ軸方向に変位するのを規制している。
【０１６２】
１１２は支持梁１０８を基板１０２に接続する固定部で、該固定部１１２は、第２の実施の形態とほぼ同様に、基板１０２上に固定された枠状の台座部１１２Ａと、該台座部１１２Ａから内側に突出して支持梁１０８の節部１０８Ａに連結された例えば４個の腕部１１２Ｂとによって構成され、質量部１０３〜１０７の振動が基板１０２に伝わるのを抑制するものである。
【０１６３】
一方、１１３，１１３，…は外側質量部１０４，１０５の前，後両側に位置して基板１０２上に設けられた例えば４個の駆動電極用支持部、１１４，１１４，…は該各駆動電極用支持部１１３に設けられた固定側駆動電極で、該各固定側駆動電極１１４の各電極板１１４Ａは、各枠状質量部１０７に設けられた可動側駆動電極１１５，１１５，…の各電極板１１５Ａとそれぞれ噛合している。
【０１６４】
１１６，１１６，…は各駆動電極１１４，１１５によって構成された振動発生手段としての振動発生部で、該各振動発生部１１６は外側質量部１０４，１０５を図１０中の矢示ａ1，ａ2方向に振動させるものである。
【０１６５】
１１７，１１７，…は質量部１０３，１０４，１０５の内側に位置して基板１０２上に設けられた例えば４個の検出電極用支持部で、該各検出電極用支持部１１７には、複数の電極板１１８Ａ，１１９Ａ，１２０Ａ，１２１Ａを有する固定側検出電極１１８，１１９，１２０，１２１がそれぞれ設けられている。
【０１６６】
１２２，１２３は中央質量部１０３の中間枠部１０３Ｃから前，後方向に突設された可動側検出電極、１２４，１２５は外側質量部１０４，１０５の内縁側に突設された可動側検出電極で、該可動側検出電極１２２，１２３，１２４，１２５の各電極板１２２Ａ，１２３Ａ，１２４Ａ，１２５Ａは、固定側検出電極１１８，１１９，１２０，１２１の各電極板１１８Ａ，１１９Ａ，１２０Ａ，１２１Ａとそれぞれ噛合している。
【０１６７】
１２６，１２７は後述の外力検出部１３０を構成する第１の変位量検出部で、該第１の変位量検出部１２６，１２７のうち一方の検出部１２６は、固定側検出電極１１８と可動側検出電極１２２とからなり、これらは中央質量部１０３が矢示ｂ1方向に変位するときに静電容量が増大し、中央質量部１０３が矢示ｂ2方向に変位するときに静電容量が減少するコンデンサＣ11を構成している。
【０１６８】
また、他方の変位量検出部１２７は検出電極１１９，１２３からなり、これらは中央質量部１０３が矢示ｂ1方向に変位するときに静電容量が減少し、矢示ｂ2方向に変位するときに静電容量が増大するコンデンサＣ12を構成している。
【０１６９】
１２８，１２９は外力検出部１３０を構成する第２の変位量検出部で、該第２の変位量検出部１２８，１２９のうち一方の検出部１２８は、固定側検出電極１２０と可動側検出電極１２４とからなり、これらは外側質量部１０４が矢示ｂ1方向に変位するときに静電容量が減少し、外側質量部１０４が矢示ｂ2方向に変位するときに静電容量が増大するコンデンサＣ13を構成している。
【０１７０】
また、他方の変位量検出部１２９は検出電極１２１，１２５からなり、これらは外側質量部１０５が矢示ｂ1方向に変位するときに静電容量が増大し、矢示ｂ2方向に変位するときに静電容量が減少するコンデンサＣ14を構成している。
【０１７１】
一方、図１２において、１３０は外力センサ１０１に加わる角速度Ωと加速度αとを個別に検出する外力検出手段としての外力検出部で、該外力検出部１３０は、４個の変位量検出部１２６，１２７，１２８，１２９と、外力センサ１０１に接続された外力演算部としての加算アンプ１３１，１３２，１３３，１３４、差動アンプ１３５，１３６とを含んで構成されている。
【０１７２】
ここで、加算アンプ１３１は、変位量検出部１２７，１２９により検出されるコンデンサＣ12，Ｃ14の静電容量の変化量を加算して差動アンプ１３５に出力するものである。また、加算アンプ１３２は、変位量検出部１２６，１２８により検出されるコンデンサＣ11，Ｃ13の静電容量の変化量を加算して差動アンプ１３５に出力する。また、加算アンプ１３３は、変位量検出部１２７，１２８により検出されるコンデンサＣ12，Ｃ13の静電容量の変化量を加算して差動アンプ１３６に出力する。さらに、加算アンプ１３４は、変位量検出部１２６，１２９により検出されるコンデンサＣ11，Ｃ14の静電容量の変化量を加算して差動アンプ１３６に出力するものである。
【０１７３】
また、差動アンプ１３５は、後述の如く加算アンプ１３１，１３２による出力信号の差を角速度Ωに対応する検出信号として同期検波器１３７に出力し、同期検波器１３７は、例えば振動発生部１１６による振動周波数に対応した一定の周期で検出信号を同期整流して積分することにより、ノイズ等の除去を行うものである。また、差動アンプ１３６は、加算アンプ１３３，１３４による出力信号の差を加速度αに対応する検出信号として出力するものである。
【０１７４】
本実施の形態による外力センサ１０１は上述の如き構成を有するもので、次に図１３を参照しつつ、その検出動作について説明する。
【０１７５】
まず、外力センサ１０１を作動させると、質量部１０３，１０６と質量部１０４，１０５，１０７とは、支持梁１０８を介して互いに逆位相で矢示ａ1，ａ2方向に振動する。
【０１７６】
そして、外力センサ１０１に角速度Ωと加速度αとが加わると、まず中央質量部１０３には、例えば角速度Ωによるコリオリ力Ｆ1が矢示ｂ1方向に付加され、外側質量部１０４，１０５には、これと逆向きのコリオリ力Ｆ2が矢示ｂ2方向に付加される。また、これらの質量部１０３，１０４，１０５には、例えば加速度αによる慣性力Ｆａが矢示ｂ1方向に加わるようになる。
【０１７７】
ここで、コリオリ力Ｆ1，Ｆ2の方が慣性力Ｆａよりも大きい場合には、例えば中央質量部１０３は質量部支持梁１０９を介して矢示ｂ1方向に変位し、外側質量部１０４，１０５は質量部支持梁１１０を介して矢示ｂ2方向に変位すると共に、変位量検出部１２６，１２７，１２８，１２９の静電容量が変化する。
【０１７８】
この場合、変位量検出部１２６には、前記第４の実施の形態におけるコンデンサＣ1の場合とほぼ同様に、中央質量部１０３に加わるコリオリ力Ｆ1と慣性力Ｆａの両方がコンデンサＣ11の静電容量を増大させる方向に作用する。従って、コンデンサＣ11の静電容量の変化量ΔＣ11は、前記数２の式と同様に、コリオリ力Ｆ1に対応する角速度成分ΔＣｗと慣性力Ｆａに対応する加速度成分ΔＣａとを用いて、下記数８の式のように表すことができる。
【０１７９】
【数８】
0003589182.tif 000009
【０１８０】
また、変位量検出部１２７には、コリオリ力Ｆ1と慣性力Ｆａの両方がコンデンサＣ12の静電容量を減少させる方向に作用する。従って、コンデンサＣ12の静電容量の変化量ΔＣ12は下記数９の式のように表すことができる。
【０１８１】
【数９】
0003589182.tif 000010
【０１８２】
また、変位量検出部１２８には、コリオリ力Ｆ2がコンデンサＣ13の静電容量を増大させる方向に作用し、慣性力Ｆａがコリオリ力Ｆ2と逆向きに作用するから、コンデンサＣ13の静電容量の変化量ΔＣ13は下記数１０の式のようになる。
【０１８３】
【数１０】
0003589182.tif 000011
【０１８４】
さらに、変位量検出部１２９には、コリオリ力Ｆ2がコンデンサＣ14の静電容量を減少させる方向に作用し、慣性力Ｆａがこれと逆向きに作用するから、コンデンサＣ14の静電容量の変化量ΔＣ14は下記数１１の式のようになる。
【０１８５】
【数１１】
0003589182.tif 000012
【０１８６】
そして、加算アンプ１３１により静電容量の変化量ΔＣ12，ΔＣ14が加算され、加算アンプ１３２により静電容量の変化量ΔＣ11，ΔＣ13が加算されると、これらの加算結果の差に対応する検出信号Ｓ1が差動アンプ１３５から同期検波器１３７を介して出力される。この場合、検出信号Ｓ1は、前記数８〜１１の式を用いて下記数１２のように表すことができる。
【０１８７】
【数１２】
0003589182.tif 000013
【０１８８】
また、加算アンプ１３３により静電容量の変化量ΔＣ12，ΔＣ13が加算され、加算アンプ１３４により静電容量の変化量ΔＣ11，ΔＣ14が加算されると、差動アンプ１３６は、これらの加算結果の差に対応する検出信号Ｓ2を出力する。この場合、検出信号Ｓ2は、下記数１３のように表すことができる。
【０１８９】
【数１３】
0003589182.tif 000014
【０１９０】
従って、角速度センサ１０１は、Ｚ軸周りの角速度ΩとＹ軸方向の加速度αとが同時に加わる場合でも、これらの大きさを検出信号Ｓ1，Ｓ2として個別に検出することができる。また、コリオリ力Ｆ1，Ｆ2よりも慣性力Ｆａの方が大きい場合や加速度αが矢示ｂ2方向に加わる場合においても、角速度Ωと加速度αとを個別に検出することができる。
【０１９１】
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２，第４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。そして、特に本実施の形態では、Ｙ軸方向に対して中央質量部１０３の変位量を検出する変位量検出部１２６，１２７と、外側質量部１０４，１０５の変位量を検出する変位量検出部１２８，１２９と、外力演算部１３０とを設ける構成としている。
【０１９２】
これにより、外力演算部１３０は、第１の変位量検出部１２６，１２７により検出した中央質量部１０３の変位量と、第２の変位量検出部１２８，１２９により検出した外側質量部１０４、１０５の変位量とを加算アンプ１３１，１３２，１３３，１３４、差動アンプ１３５，１３６によって加算および減算でき、これらの変位量に含まれる角速度成分ΔＣｗと加速度成分ΔＣａとを個別に演算することができる。
【０１９３】
従って、外力センサ１０１は、角速度Ω、加速度αに対応する検出信号Ｓ1，Ｓ2を正確に導出でき、単一の外力センサ１０１によりＺ軸周りの角速度ΩとＹ軸方向の加速度αとをそれぞれ独立して安定的に検出できると共に、外力計測装置としての性能を向上させることができる。
【０１９４】
また、外側質量部１０４，１０５を取囲む２個の枠状質量部１０７を設けたので、該各枠状質量部１０７は、支持梁１０８の撓み変形がＹ軸方向への変位となって外側質量部１０４，１０５に伝わるのを確実に遮断でき、検出精度をより向上させることができる。
【０１９５】
なお、前記第２，第５の実施の形態では、固定部４９，１１２の台座部４９Ａ，１１２Ａから支持梁４６，１０８の各節部４６Ａ，１０８Ａに向けて直線状の腕部４９Ｂ，１１２Ｂを突出させる構成としたが、本発明はこれに限らず、例えば図１４に示す変形例のように、固定部４９′の台座部４９Ａ′と腕部４９Ｂ′との間に略コ字状の緩衝部４９Ｃ′を設け、支持梁４６の撓み変形によって腕部４９Ｂ′に応力が加わるときには、この応力を緩衝部４９Ｃ′が僅かに撓み変形することによって緩衝する構成としてもよい。また、第５の実施の形態においても、固定部１１２の台座部１１２Ａと腕部１１２Ｂとの間に略コ字状の緩衝部を設ける構成としてもよい。
【０１９６】
また、前記第５の実施の形態では、外側質量部１０４，１０５を枠状質量部１０７によって取囲む構成としたが、本発明はこれに限らず、枠状質量部１０６，１０７のうち中央質量部１０３を取囲む枠状質量部１０６だけを設け，外側質量部１０４，１０５を取囲む枠状質量部１０７は省略し、外側質量部１０４，１０５を第４の実施の形態とほぼ同様の質量部支持梁によって支持梁１０８に連結する構成としてもよい。
【０１９７】
また、前記第５の実施の形態では、差動アンプ１３５から同期検波器１３７を介して角速度の検出信号Ｓ1を出力し、差動アンプ１３６から加速度αの検出信号Ｓ2を直接的に出力する構成としたが、本発明はこれに限らず、差動アンプ１３５，１３６の出力側には、例えば振動発生手段による振動周波数に近い高周波ノイズ等を検出信号Ｓ1，Ｓ2から除去するローパスフィルタ等を設ける構成としてもよい。
【０１９８】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１の発明によれば、基板上に配置した３個以上の質量部を支持梁によって連結し、Ｙ軸方向に延びた支持梁を用いて該各質量部を互いに逆位相で振動させる構成としたので、例えば一部の質量部を振動させることにより、支持梁を介して各質量部を互いに逆位相で効率よく振動させることができる。そして、支持梁の長さ方向途中部位には、各質量部が振動するときに基板に対してほぼ一定の位置を保持する振動の節を配置でき、例えば支持梁の節の部位を基板側に固定することにより、各質量部の振動状態を安定させることができる。また、３個以上の質量部のうち例えば互いに逆位相で振動する２個の質量部の変位量を比較することにより、角速度を衝撃等による加速度から分離して検出でき、その検出動作を安定させることができる。
【０１９９】
また、請求項２の発明によれば、固定部は支持梁のうち各質量部が支持梁のＸ軸方向の撓みにより互いに逆位相で振動するときの節に対応する部位を基板に接続する構成としたので、固定部の位置では各質量部の振動を互いに打消すことができ、その振動が支持梁を介して基板に伝わるのを確実に抑制することができる。これにより、振動発生手段による振動エネルギを基板側に逃がすことなく、各質量部を所定の振幅、振動速度等で効率よく振動させることができ、外力（角速度）の検出感度を安定させることができる。また、基板に振動が伝わることによって各質量部が外力の検出方向に誤って変位するのを防止でき、外力の検出精度を高めて信頼性を向上させることができる。
【０２００】
また、請求項３の発明によれば、各質量部を、質量部支持梁によって支持されＹ軸方向の変位量が角速度として検出される第１の質量部と、該第１の質量部の両側に位置する第２の質量部とによって構成したので、第１の質量部を挟んで第２の質量部を対称に配置でき、各質量部をＸ軸方向に対して互いに逆位相で安定的に振動させることができる。そして、この状態で第１の質量部が質量部支持梁を介してＹ軸方向に変位するときの変位量を角速度として検出することができる。また、角速度が加わっていないときには、例えば支持梁がＸ軸方向に撓み変形することによって第１，第２の質量部をＸ軸方向だけに振動させることができ、質量部支持梁はＹ軸方向に変位しない状態を保持することができる。従って、第１の質量部が支持梁の撓み変形等によってＹ軸方向にも誤って変位するのを防止でき、検出精度を高めて信頼性を向上させることができる。
【０２０１】
一方、請求項４の発明によれば、各第２の質量部を支持梁によって互いにＸ軸方向に変位可能に連結し、第３の質量部を連結部によって支持梁に連結し、第１の質量部を質量部支持梁によって第３の質量部内にＹ軸方向に変位可能に連結する構成としたので、第１，第２，第３の質量部全体を振動発生手段によってＸ軸方向に振動させつつ、第１の質量部が角速度により質量部支持梁を介してＹ軸方向に変位するときの変位量を角速度として検出でき、このとき各質量部の振動が支持梁を介して基板に伝わるのを確実に抑制することができる。また、第３の質量部は、角速度が加わっていないときに、支持梁の撓み変形等がＹ軸方向への変位となって第１の質量部に伝わるのを遮断でき、検出精度をより向上させることができる。
【０２０２】
また、請求項５の発明によれば、固定部は支持梁のうち各質量部が互いに逆位相で振動するときの節に対応する部位を基板に接続する構成としたので、各質量部の振動が支持梁を介して基板に伝わるのを確実に抑制することができる。
【０２０３】
また、請求項６の発明によれば、第１，第２の質量部をＹ軸方向に変位する第１，第２の質量部支持梁を介して支持梁にそれぞれ連結する構成としたので、第１，第２の質量部は支持梁を介して互い逆位相でＸ軸方向に振動しつつ、角速度または加速度の大きさに応じてＹ軸方向に変位することができる。従って、外力検出手段は、第１，第２の質量部の変位量を用いて角速度または加速度を検出することができる。
【０２０４】
さらに、請求項７の発明によれば、第１，第２の質量部は第１，第２の質量部支持梁を介して第３，第４の質量部に連結し、該第３，第４の質量部は支持梁に連結する構成としたので、第１，第２の質量部は支持梁を介して互い逆位相でＸ軸方向に振動しつつ、角速度または加速度の大きさに応じてＹ軸方向に変位することができる。また、第３，第４の質量部は支持梁の撓み変形等が第１，第２の質量部に伝わるのを遮断することができる。
【０２０５】
また、請求項８の発明によれば、固定部は支持梁のうち各質量部が互いに逆位相で振動するときの節に対応する部位を基板に接続する構成としたので、各質量部の振動が支持梁を介して基板に伝わるのを確実に抑制することができる。
【０２０６】
また、請求項９の発明によれば、外力検出手段は、各質量部が互いに逆位相で振動しつつ検出方向にそれぞれ変位するときの変位量を合成して検出する構成としたので、例えば各質量部に角速度と加速度とが加わるときには、各質量部の変位量を加算または減算等して合成することにより、これらの質量部の変位量のうち加速度により互いに同方向に変位した加速度成分を確実に打消すことができ、例えば角速度を加速度から分離して安定的に検出することができる。従って、外力計測装置に角速度だけでなく、衝撃等による加速度が加わる場合でも、角速度の検出精度を確実に向上させることができる。
【０２０７】
さらに、請求項１０の発明によれば、外力検出手段は固定側検出電極に対する第１，第２の可動側検出電極の変位量を静電容量の変化として並列に検出する構成としたので、これらの可動側検出電極と固定側検出電極との間に２個のコンデンサを並列に形成することができる。そして、第１，第２の質量部に角速度と加速度とが加わるときには、第１，第２の可動側検出電極が固定側検出電極に対して互いに同方向に変位することにより、２個のコンデンサ間で静電容量の変化量のうち加速度成分を確実に打消すことができ、複雑な演算処理等を行うことなく、簡単な電極構造で角速度成分を検出することができる。
【０２０８】
これにより、第１，第２の質量部が互いに逆位相で振動している状態で該各質量部に角速度が加わるときには、これらの質量部がコリオリ力により互いに逆方向に変位する。この結果、例えば第１，第２の可動側検出電極の両方を固定側検出電極に接近させることができ、これらの間の静電容量を角速度の大きさに応じて増大させることができる。また、第１，第２の質量部に加速度が加わるときには、これらの質量部が互いに同方向に変位するから、第１，第２の可動側検出電極のうち一方の電極を固定側検出電極に接近させ、他方の電極を固定側検出電極から離間させることができ、加速度による各検出電極間の静電容量の変化を打消すことができる。
【０２０９】
また、請求項１１の発明によれば、外力検出手段を、第１，第２の質量部の変位量をそれぞれ検出する第１，第２の変位量検出部と、該各変位量検出部の検出結果を用いて角速度と加速度とを個別に演算する外力演算部とにより構成したので、外力演算部は、例えば第１，第２の変位量検出部による各検出値の加算値および差を求めることにより、該各検出値に含まれる角速度成分と加速度成分とを個別に演算することができる。従って、各質量部に加わる角速度と加速度とをそれぞれ独立して安定的に検出でき、外力計測装置としての性能を向上させることができる。
【０２１０】
さらに、請求項１２の発明によれば、外力検出手段を櫛歯状の固定側検出電極と可動側検出電極とによって構成したので、固定側検出電極と可動側検出電極の各電極部を互いに噛合させ、これらの検出電極に大きな対向面積を与えることができる。そして、質量部が外力によりＹ軸方向に変位するときには、その変位量を各検出電極間の距離（静電容量）の変化として検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第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】角速度センサを図１中の矢示II-II方向からみた断面図である。
【図３】本発明の第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４】中央質量部と枠状質量部とが外側質量部に対して逆位相で振動する状態を示す角速度センサの要部拡大図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態による角速度センサを図４と同様位置からみた要部拡大図である。
【図６】本発明の第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７】角速度センサを図６中の矢示VII-VII方向からみた断面図である。
【図８】中央質量部と外側質量部が角速度により互いに逆方向に変位する状態を示す平面図である。
【図９】角速度センサを模式的に示す図８の説明図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態による外力センサを示す平面図である。
【図１１】外力センサの一部を示す部分拡大図である。
【図１２】外力センサに接続された外力演算部を示す構成図である。
【図１３】外力センサの中央質量部と外側質量部が角速度により互いに逆方向に変位する状態を模式的に示す説明図である。
【図１４】第２の実施の形態の変形例を示す角速度センサの要部拡大図である。
【符号の説明】
２１，４１，７１  角速度センサ
２２，４２，７２，１０２  基板
２３，４３，７３，１０３  中央質量部（第１の質量部）
２４，４４，７４，７５，１０４，１０５  外側質量部（第２の質量部）
２５，４６，７６，１０８  支持梁
２５Ａ，４６Ａ，７６Ａ，１０８Ａ  節部
２７，４９，６１，７９，１１２  固定部
２８，５０，８０，１１３  駆動電極用支持部
２９，５１，８１，１１４  固定側駆動電極
２９Ａ，３０Ａ，３３Ａ，３４Ａ，５１Ａ，５２Ａ，５５Ａ，５６Ａ，８１Ａ，８２Ａ，８５Ａ，８５Ｂ，８６Ａ，８６Ｂ，８７Ａ，８８Ａ，８９Ａ，９０Ａ，１１４Ａ，１１５Ａ，１１８Ａ，１１９Ａ，１２０Ａ，１２１Ａ，１２２Ａ，１２３Ａ，１２４Ａ，１２５Ａ  電極板（電極部）
３０，５２，８２，１１５  可動側駆動電極
３１，５３，８３，１１６  振動発生部（振動発生手段）
３３，５５，８５，８６，１１８，１１９，１２０，１２１  固定側検出電極
３４，５６，８７，８８，８９，９０，１２２，１２３，１２４，１２５  可動側検出電極
３５，５７，９１，９２  角速度検出部（外力検出手段）
２６，４８，７７，７８，１０９，１１０  質量部支持梁
３２，５４，８４，１１７  検出電極用支持部
４５，１０６，１０７  枠状質量部（第３，第４の質量部）
４７，１１１  連結部
１０１  外力センサ
１２６，１２７，１２８，１２９  変位量検出部
１３０  外力検出部（外力検出手段）
１３１，１３２，１３３，１３４  加算アンプ（外力演算部）
１３５，１３６  差動アンプ（外力演算部）
【図１】
0003589182.tif 000015
【図２】
0003589182.tif 000016
【図３】
0003589182.tif 000017
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003589182.tif 000024
【図１１】
0003589182.tif 000025
【図１２】
0003589182.tif 000026
【図１３】
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【図１４】
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