(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１０）と、
前記基板に備えられ、該基板の固定部（２０）に対して支持梁（４３）を介して接続されると共に、前記基板の平面上の一方向をｘ軸方向、該ｘ軸方向に対する垂直方向をｙ軸方向として、角速度検出の際に、ｙ軸方向に駆動振動させられる２組の駆動錘（３１〜３４）と、
前記２組の駆動錘それぞれに対して、検出梁（４１）を介して１つずつ接続された２つの検出錘（３５、３６）と、
前記基板の平面に対する垂直方向をｚ軸方向として、前記２つの検出錘それぞれから前記ｚ軸方向において所定距離離間して配置された検出電極（１４）と、を有し、
角速度印加に伴って前記２つの検出錘が前記ｚ軸方向において互いに逆方向に振動させられることで前記２つの検出錘と前記検出電極との間の距離が変化し、前記２つの検出錘と前記検出電極の間に構成された２つの容量値が変化することに基づいて、２つの容量値の変化を示す信号の差動出力を用いて角速度検出を行い、
前記駆動錘および前記検出錘は、前記支持梁のねじれ変形によりｚ軸方向に変位することによって、前記ｚ軸方向へ変位可能とされており、
前記ｚ軸方向の衝撃によって前記２つの検出錘がｚ軸方向において同方向に振動する同相モードの共振周波数finと互いに逆方向に振動する逆相モードの共振周波数fantiを有し、逆相モードの共振周波数fantiと同相モードの共振周波数finの差分を逆相モードの共振周波数fantiで割った値（＝（fanti−fin）／fanti）をデカップリング率と定義し、該デカップリング率の絶対値が０．２以上であることを特徴とするロールオーバージャイロセンサ。
【請求項２】
前記デカップリング率の絶対値が０．４以上であることを特徴とする請求項１に記載のロールオーバージャイロセンサ。
【請求項３】
前記２組の駆動錘のそれぞれの組には、
前記２つの検出錘のうちの１つの周囲を囲むと共に前記検出梁を介して当該検出錘を連結する内側駆動錘（３３、３４）と、
前記内側駆動錘に対して直線状の連結梁（４２）を介して接続された外側駆動錘（３１、３２）とが備えられ、前記連結梁が前記支持梁に支持されることにより、前記連結梁を介して、前記２組の駆動錘それぞれの前記内側駆動錘および前記外側駆動錘が支持されていると共に前記検出錘も支持されており、
前記２組の駆動錘のそれぞれの組に備えられた前記外側駆動錘が、それぞれの組の前記内側駆動錘を内側に挟んだ両側に配置された構成とされ、
角速度検出の際には、それぞれの組の前記内側駆動錘と前記外側駆動錘とが前記ｙ軸方向において互いに逆方向に振動させられることを特徴とする請求項１または２に記載のロールオーバージャイロセンサ。
【請求項４】
前記支持梁（４３）は、中間剛体（４３ａ）とその両側に配置されたトーションバー（４３ｂ）とを有して構成され、前記トーションバーのねじれによって前記ｚ軸方向への変位が許容されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のロールオーバージャイロセンサ。
【請求項５】
前記支持梁に含まれるトーションバーは、二本の直線状梁が両端で連結された矩形枠形状部材で構成されていることを特徴とする請求項４に記載のロールオーバージャイロセンサ。
【請求項６】
前記検出梁（４１）は、中間剛体（４１ａ）とその両側に配置されたトーションバー（４１ｂ）とを有して構成され、前記トーションバーのねじれによって前記ｚ軸方向への変位が許容されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のロールオーバージャイロセンサ。
【請求項７】
前記検出梁に含まれるトーションバーは、二本の直線状梁が両端で連結された矩形枠形状部材で構成されていることを特徴とする請求項６に記載のロールオーバージャイロセンサ。
【請求項８】
前記基板は、支持基板（１１）と半導体層（１２）とで犠牲膜（１３）を挟み込んだＳＯＩ基板にて構成されており、前記支持基板のうち前記半導体層側の表面における前記検出錘と対応する位置に前記検出電極が形成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のロールオーバージャイロセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度の検出に用いられるロールオーバー(Roll-Over)ジャイロセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、角速度の検出に用いられるセンサとして、例えば特許文献１に示されるようなロールオーバージャイロセンサ（以下、単にジャイロセンサという）が知られている。この種のジャイロセンサは、基板平面方向に振動させられる駆動錘と、この駆動錘に対して検出バネを介して接続された検出錘とを有し、駆動錘を駆動振動させつつ角速度印加によって基板垂直方向に検出錘が振動させられることに基づいて角速度検出を行う。特許文献１に示されるジャイロセンサでは、ディスク状に駆動錘および検出錘を配置した構造とされ、角速度検出時にはディスク中心を中心として揺動させるように駆動錘を振動させることによって角速度検出を行っている。すなわち、角速度印加に基づいて、ディスク中心を挟んだ左右両側において検出錘がシーソーのように相対向してディスク平面に対する垂直方向（ｚ軸方向）に上下振動させられるため、その左右での上下振動に基づく差動出力を得ることで、角速度検出を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２５５１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のようなジャイロセンサでは、ｚ軸方向への衝撃を受けたときに出力誤差が大きくなるという問題が発生する。具体的には、ｚ軸方向への衝撃を受けたときに、ディスク中心を挟んだ左右両側においてｚ軸方向に検出錘が移動させられることになる。このとき、左右両側において共に同じ振動モードで検出錘が動けば作動出力を取るときに各出力中の衝撃振動成分がキャンセルされるため問題ないが、左右の振動モードが同じにならないと、それが大きな出力誤差として現れることになる。このような大きな出力誤差が発生すると、正確な角速度検出が行えなくなるため、好ましくない。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて、衝撃を受けたときの出力誤差を抑制でき、より正確な角速度検出を行うことが可能なジャイロセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、基板（１０）に備えられ、該基板の固定部（２０）に対して支持梁（４３）を介して接続されると共に、基板の平面上の一方向をｘ軸方向、該ｘ軸方向に対する垂直方向をｙ軸方向として、角速度検出の際に、ｙ軸方向に駆動振動させられる２組の駆動錘（３１〜３４）と、２組の駆動錘それぞれに対して、検出梁（４１）を介して１つずつ接続された２つの検出錘（３５、３６）と、基板の平面に対する垂直方向をｚ軸方向として、２つの検出錘それぞれからｚ軸方向において所定距離離間して配置された検出電極（１４）と、を有し、角速度印加に伴って２つの検出錘がｚ軸方向において互いに逆方向に振動させられることで２つの検出錘と検出電極との間の距離が変化し、２つの検出錘と検出電極の間に構成された２つの容量値が変化することに基づいて、２つの容量値の変化を示す信号の差動出力を用いて角速度検出を行うジャイロセンサにおいて、駆動錘および検出錘は、支持梁のねじれ変形によりｚ軸方向に変位することによって、ｚ軸方向へ変位可能とされており、ｚ軸方向の衝撃によって２つの検出錘がｚ軸方向において同方向に振動する同相モードの共振周波数finと互いに逆方向に振動する逆相モードの共振周波数fantiを有し、逆相モードの共振周波数fantiと同相モードの共振周波数finの差分を逆相モードの共振周波数fantiで割った値（＝（fanti−fin）／fanti）をデカップリング率と定義すると、該デカップリング率の絶対値が０．２以上であることを特徴としている。好ましくは、請求項２に記載したように、デカップリング率の絶対値が０．４以上であると良い。
【０００７】
このように、逆相モードの共振周波数fantiと同相モードの共振周波数finの差分を逆相モードの共振周波数fantiで割った値で示されるデカップリング率の絶対値が０．２以上、好ましくは０．４以上となるようにすることにより、逆相モードの動きの誘発を抑制することが可能となる。これにより、ジャイロセンサの出力誤差を抑制することができ、より正確な角速度検出を行うことが可能となる。
【０００８】
例えば、請求項４、６に示すように、検出梁（４１）や支持梁（４３）を、中間剛体（４１ａ、４３ａ）とその両側に配置されたトーションバー（４３ａ、４３ｂ）とを有した構成とし、トーションバーのねじれによってｚ軸方向への変位が許容されるようにすると好ましい。
【０００９】
このように、支持梁および検出梁を中間剛体とトーションバーとの組み合わせによって構成すれば、トーションバーのバネ定数を小さくしてより柔らかいバネにできる。このため、ｚ軸方向への検出変位が容易となって、検出感度を向上させることが可能となる。また、デカップリング率の調整も容易に行うことが可能となる。
【００１０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるジャイロセンサの平面図である。
【図２】図１のII−II線上の断面図である。
【図３】検出梁４１および支持梁４３の一例を示した拡大平面図である。
【図４】ジャイロセンサの基本動作時の様子を示した模式図である。
【図５】図１に示したジャイロセンサの模式図である。
【図６】従来の共振倍率の周波数特性（応答曲線）を示した図である。
【図７】本実施形態の共振倍率の周波数特性（応答曲線）を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態で説明するジャイロセンサは、物理量として角速度を検出するためのセンサであり、例えば車両の上下方向に平行な中心線周りの回転角速度の検出に用いられるが、勿論、ジャイロセンサを車両用以外に適用することもできる。
【００１４】
ジャイロセンサは、図１の紙面法線方向が車両の上下方向と一致するようにして車両に搭載される。図１に示すように、ジャイロセンサは、板状の基板１０の一面側に形成されている。基板１０は、例えば図２に示すように、支持基板１１と半導体層１２とで犠牲層となる埋込酸化膜１３を挟み込んだ構造とされたＳＯＩ（Silicon on insulator）基板にて構成されている。このようなセンサ構造は、半導体層１２側をセンサ構造体のパターンにエッチングしたのち埋込酸化膜１３を部分的に除去し、センサ構造体の一部をリリースしてフローティング状態にすることで構成される。
【００１５】
なお、半導体層１２の表面に平行な面上の一方向であって紙面左右方向をｘ軸方向、このｘ軸方向に直角となる紙面上下方向をｙ軸方向、半導体層１２の一面に垂直な方向をｚ軸方向として、以下の説明を行う。
【００１６】
半導体層１２は、固定部２０と可動部３０および梁部４０とにパターニングされている。固定部２０は、少なくともその裏面の一部に埋込酸化膜１３が残されており、支持基板１１からリリースされることなく、埋込酸化膜１３を介して支持基板１１に固定された状態とされている。可動部３０および梁部４０は、ジャイロセンサにおける振動子を構成するものである。可動部３０は、その裏面側の埋込酸化膜１３が除去されており、支持基板１１からリリースされてフローティング状態とされている。梁部４０は、可動部３０を支持すると共に角速度検出を行うために可動部３０をｙ軸方向およびｚ軸方向において変位させるものである。これら固定部２０と可動部３０および梁部４０の具体的な構造を説明する。
【００１７】
固定部２０は、可動部３０を支持するための支持用固定部２１、駆動用電圧が印加される駆動用固定部２２、２３とを有した構成とされている。
【００１８】
支持用固定部２１は、例えば、固定部２０のうちの他の部分（駆動用固定部２２、２３）や可動部３０などのセンサ構造体の周囲を囲むように配置され、その内壁において梁部４０を介して可動部３０を支持している。ここでは、支持用固定部２１がセンサ構造体の周囲全域を囲む構造を例に挙げているが、その一部のみに形成された構造であっても構わない。
【００１９】
駆動用固定部２２、２３は、後述するように外側駆動錘３１と内側駆動錘３３との間に配置された駆動用固定部２２と、外側駆動錘３２と内側駆動錘３４との間に配置された駆動用固定部２３とによって構成されている。これら駆動用固定部２２、２３は、基部２２ａ、２３ａと櫛歯状の駆動用固定電極２２ｂ、２３ｂを備えた構成とされている。
【００２０】
基部２２ａ、２３ａは、ｙ軸方向に延設されている。この基部２２ａ、２３ａに対して複数の駆動用固定電極２２ｂ、２３ｂが接続されており、基部２２ａ、２３ａに備えられた図示しないボンディングパッドに接続されるボンディングワイヤを通じて、外部からＡＣ電圧（駆動用電圧）が印加できる構成とされている。この基部２２ａ、２３ａに対して所望のＡＣ電圧を印加することで、各駆動用固定電極２２ｂ、２３ｂにも所望のＡＣ電圧が印加できるようになっている。
【００２１】
駆動用固定電極２２ｂ、２３ｂは、後述するように外側駆動錘３１、３２や内側駆動錘３３、３４に備えられた櫛歯状の駆動用可動電極３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ、３４ｂの各櫛歯と対向配置された櫛歯状の電極である。具体的には、駆動用固定電極２２ｂ、２３ｂは、ｘ軸方向に延設された複数の支持部２２ｃ、２３ｃと、各支持部２２ｃ、２３ｃからｙ軸方向に延設された複数の櫛歯状電極２２ｄ、２３ｄにより構成されており、このような構造体が基部２２ａ、２３ａの紙面左右両側においてｙ軸方向に複数個並べられた構成とされている。
【００２２】
可動部３０は、角速度検出の際に駆動振動させられたり、角速度印加に応じて変位する部分であり、外側駆動錘３１、３２と内側駆動錘３３、３４および検出錘３５、３６とを有した構成とされている。可動部３０は、外側駆動錘３１、検出錘３５を内蔵する内側駆動錘３３、検出錘３６を内蔵する内側駆動錘３４および外側駆動錘３２が順にｘ軸方向に並べられたレイアウトとされている。
【００２３】
外側駆動錘３１、３２は、質量部３１ａ、３２ａと駆動用可動電極３１ｂ、３２ｂとを有した構成とされている。
【００２４】
質量部３１ａ、３２ａは、ｙ軸方向に延設されている。質量部３１ａは、駆動用固定部２２の基部２２ａと対向配置され、質量部３２ａは、駆動用固定部２３の基部２３ａに対向配置されている。この質量部３１ａ、３２ａを錘として、外側駆動錘３１、３２がｙ軸方向に移動可能とされている。
【００２５】
駆動用可動電極３１ｂ、３２ｂは、駆動用固定部２２、２３に備えられた櫛歯状の駆動用固定電極２２ｂ、２３ｂの各櫛歯と対向配置された櫛歯状の電極である。具体的には、駆動用可動電極３１ｂ、３２ｂは、ｘ軸方向に延設された複数の支持部３１ｃ、３２ｃと、各支持部３１ｃ、３２ｃからｙ軸方向に延設された複数の櫛歯状電極３１ｄ、３２ｄにより構成されており、このような構造体が質量部３１ａ、３２ａのうち駆動用固定部２２、２３側においてｙ軸方向に複数個並べられた構成とされている。
【００２６】
内側駆動錘３３、３４は、質量部３３ａ、３４ａと駆動用可動電極３３ｂ、３４ｂとを有した構成とされている。
【００２７】
質量部３３ａ、３４ａは、四角形状の枠体形状とされており、この質量部３３ａ、３４ａを錘として、内側駆動錘３３、３４がｙ軸方向に移動可能とされている。四角形状で構成された各質量部３３ａ、３４ａの相対する二辺がそれぞれｘ軸方向とｙ軸方向に平行とされ、ｙ軸方向とされた辺のうちの一辺が駆動用固定部２２、２３の基部２２ａ、２３ａと対向配置されている。具体的には、質量部３３ａ、３４ａのｙ軸方向とされた辺のうちの一辺が駆動用固定部２２、２３の基部２２ａ、２３ａと対向配置され、その基部２２ａ、２３ａと対向配置された一辺に、駆動用可動電極３３ｂ、３４ｂが備えられている。
【００２８】
駆動用可動電極３３ｂ、３４ｂは、駆動用固定部２２、２３に備えられた櫛歯状の駆動用固定電極２２ｂ、２３ｂの各櫛歯と対向配置された櫛歯状の電極である。具体的には、駆動用可動電極３３ｂ、３４ｂは、ｘ軸方向に延設された複数の支持部３３ｃ、３４ｃと、各支持部３３ｃ、３４ｃからｙ軸方向に延設された複数の櫛歯状電極３３ｄ、３４ｄにより構成されており、このような構造体が質量部３３ａ、３４ａのうち駆動用固定部２２、２３側においてｙ軸方向に複数個並べられた構成とされている。
【００２９】
検出錘３５、３６は、四角形状とされ、角速度印加時にｚ軸方向に振動させられる。そして、支持基板１１のうち半導体層１２側の表面における検出錘３５、３６と対応する位置には検出電極１４が形成されており、角速度印加時に検出錘３５、３６と検出電極１４との間の距離が変位することに基づいて、角速度検出を行う。
【００３０】
梁部４０は、検出梁４１と、駆動梁４２および支持梁４３を有した構成とされている。
【００３１】
検出梁４１は、内側駆動錘３３、３４の質量部３３ａ、３４ａの内壁面のうちｘ軸方向と平行とされた辺と検出錘３５、３６の外壁面のうちｘ軸方向と平行とされた辺とを接続する検出バネを構成する梁である。検出梁４１は、ｚ軸方向において変位可能とされていることから、この検出梁４１の変位に基づいて検出錘３５、３６が内側駆動錘３３、３４に対してｚ軸方向に移動可能となっている。
【００３２】
駆動梁４２は、外側駆動錘３１、３２および内側駆動錘３３、３４を連結すると共に、これら外側駆動錘３１、３２および内側駆動錘３３、３４のｙ軸方向への移動を可能とするものである。一方の外側駆動錘３１、一方の内側駆動錘３３、他方の内側駆動錘３４および他方の外側駆動錘３２が順番に並べられた状態で駆動梁４２によって連結されている。
【００３３】
具体的には、駆動梁４２は、直線状梁で構成されており、紙面上下方向において、外側駆動錘３１、３２および内側駆動錘３３、３４を挟んだ両側に一本ずつ配置され、それぞれ、外側駆動錘３１、３２および内側駆動錘３３、３４に接続されている。駆動梁４２と外側駆動錘３１、３２および内側駆動錘３３、３４とは直接接続されていても良いが、例えば本実施形態では駆動梁４２と内側駆動錘３３、３４とを連結部４２ａを介して接続している。
【００３４】
支持梁４３は、外側駆動錘３１、３２や内側駆動錘３３、３４および検出錘３５、３６を支持する連成バネを構成する梁である。具体的には、支持梁４３は、支持用固定部２１の内壁面と駆動梁４２との間に備えられており、駆動梁４２を介して上記各錘３１〜３６を支持用固定部２１に支持しつつ、これらのｚ軸方向などへの移動を許容する。
【００３５】
ここで、梁部４０のうち検出梁４１と支持梁４３が検出錘３５、３６や外側駆動錘３１、３２および内側駆動錘３３、３４のｚ軸方向への変位を許容する梁となっている。そして、詳細については後述するが、本実施形態ではこれら検出梁４１と支持梁４３、特に支持梁４３の構成に基づいて、衝撃を受けたときの出力誤差を抑制し、より正確な角速度検出が行えるようにしている。
【００３６】
具体的には、本実施形態では、検出梁４１や支持梁４３を中間剛体４１ａ、４３ａとねじれ部を構成するトーションバー４１ｂ、４３ｂとの組み合わせによって構成している。中間剛体４１ａ、４３ａの両端にトーションバー４１ｂ、４３ｂを配置している。そして、トーションバー４１ｂを検出錘３５、３６や内側駆動錘３３、３４に接続することでこれらを検出梁４１にて連結し、トーションバー４３ｂを支持用固定部２１や駆動梁４２に接続することでこれらを支持梁４３にて連結している。
【００３７】
例えば、図３に示すように、検出梁４１および支持梁４３は、中間剛体４１ａ、４３ａが直線状部材で構成されていると共に、トーションバー４１ｂ、４３ｂが二本の直線状梁の両端が連結された矩形枠形状部材で構成された構造とされる。このような構造では、トーションバー４１ｂ、４３ｂがねじれることによってｚ軸方向への変位を許容することができるし、トーションバー４１ｂ、４３ｂを矩形枠形状部材で構成していることから、よりねじれ易くなるようにでき、ｚ軸方向への変位量を大きくとることができる。
【００３８】
以上のような構造により、外側駆動錘３１、３２や内側駆動錘３３、３４および検出錘３５、３６がそれぞれ２つずつ備えられた一対の角速度検出構造が備えられたジャイロセンサが構成されている。そして、このように構成されたジャイロセンサにおいて、検出梁４１と支持梁４３、特に支持梁４３の構成に基づいて、後述するように衝撃を受けたときの出力誤差を抑制し、より正確な角速度検出が行えるようにしている。
【００３９】
続いて、このように構成されたジャイロセンサの作動について図４を参照して説明する。図４中の丸の中に黒丸を示した記号は紙面垂直方向向こう側、丸の中に×印を示した記号は紙面垂直方向手前側に振動することを示している。
【００４０】
図４に示すように、角速度検出時には、ジャイロセンサは基本動作として、外側駆動錘３１、３２および内側駆動錘３３、３４をｙ軸方向に駆動振動させるという動作を行う。具体的には、駆動用固定部２２、２３に対してＡＣ電圧を印加することにより、外側駆動錘３１、３２および内側駆動錘３３、３４との間に電位差を発生させると、その電位差に基づいてｙ軸方向に静電気力が発生する。この静電気力に基づいて、各駆動錘３１〜３４をｙ軸方向に振動させる。そして、ＡＣ電圧の周波数を変えながら各駆動錘３１〜３４のｙ軸方向の振動をモニタし、ＡＣ電圧の周波数が所望の駆動共振周波数となるように調整している。
【００４１】
このとき、図４中の矢印で示すように、外側駆動錘３１と内側駆動錘３３とがｙ軸方向において互いに逆方向に振動させられるようにしている。このような動作は、駆動用固定部２２に備えられた駆動用固定電極２２ｂと外側駆動錘３１に備えられた駆動用可動電極３１ｂおよび内側駆動錘３３に備えられた駆動用可動電極３３ｂの配置に基づいて行われるようにできる。また、図４中の矢印で示すように、外側駆動錘３２と内側駆動錘３４もｙ軸方向において互いに逆方向に振動させられるようにしている。このような動作も、駆動用固定部２３に備えられた駆動用固定電極２３ｂと外側駆動錘３２に備えられた駆動用可動電極３２ｂおよび内側駆動錘３４に備えられた駆動用可動電極３４ｂの配置に基づいて行われるようにできる。さらに、２つの内側駆動錘３３、３４がｙ軸方向において逆位相で振動させられるようにしている。このようにして、角速度検出時には、ジャイロセンサは可動部３０が駆動振動されるという基本動作を行う。
【００４２】
なお、このときには、駆動梁４２がＳ字状に波打つことで各錘部３１〜３４のｙ軸方向への移動が許容されるが、駆動梁４２のうち支持部４３との接続部位においては振幅の節（不動点）となり、殆ど変位しない構造にしてある。
【００４３】
そして、上記した図４のような基本動作を行っている際にジャイロセンサにｚ軸回りの角速度が印加されると、コリオリ力により、検出錘３５、３６がｚ軸方向において互いに逆方向へ変位する。この変位により、検出錘３５、３６と検出電極１４との間の距離が変化し、これらによって構成されるキャパシタの容量値が変化する。そして、検出錘３５、３６と検出電極１４との間の距離が角速度の大きさに応じて変化することから、キャパシタの容量値も角速度の大きさに応じて変化する。
【００４４】
このため、検出錘３５と対向配置された検出電極１４および検出錘３６と対向配置された各検出電極１４から引き出された図示しない配線パターンを通じての信号取り出しに基づいて、各キャパシタの容量値の変化を読み取ることにより、角速度を検出することができる。そして、本実施形態のような構成の場合、２組の角速度検出構造それぞれから取り出した信号の差動出力を得ることでキャパシタの容量値の変化を読み取ることが可能であるため、より正確に角速度を検出することが可能となる。
【００４５】
ここで、上記のような検出原理によって角速度検出を行っているが、２つの検出錘３５、３６は、ｚ軸方向において同方向に振動する同相モードの共振周波数finと、互いに逆方向に振動する逆相モードの共振周波数fantiを有している。これについて、図５を参照して説明する。
【００４６】
本実施形態にかかるジャイロセンサを模式的に描くと図５のように表される。すなわち、支持用固定部２１に対してｚ軸方向の連成バネを構成する支持梁４３を介して駆動梁４２が支持され、駆動梁４２に対して、外側駆動錘３１と内側駆動錘３３の組と、外側駆動錘３２と内側駆動錘３４の組が支持されている。そして、各内側駆動錘３３、３４に対して更にｚ軸方向の検出バネを構成する検出梁４１を介して検出錘３５、３６が備えられた構成とされている。そして、図中矢印で示したように、角速度検出の際には、外側駆動錘３１と内側駆動錘３３とがｙ軸方向において互いに逆方向に振動させられ、角速度が印加されると、各検出錘３５、３６がｚ軸方向において互いに逆方向に振動させられる。このときの振動の大きさが印加された角速度に応じて変化することから、この振動を検出錘３５、３６と検出電極１４の間の容量値変化として取り出すことで、角速度の検出が行える。
【００４７】
そして、図中に示したように、同相モードとは衝撃を受けたときに検出錘３５、３６がｚ軸方向において同方向に振動させられることを意味し、逆相モードとは衝撃を受けたときに検出錘３５、３６がｚ軸方向において逆方向に振動させられることを意味している。ｚ軸方向への衝撃を受けたときに、ともに同相モードで変化をするのであれば、２組の角速度検出構造それぞれから取り出した信号を差動増幅していることから、その衝撃に基づく振動に起因する信号が相殺される。しかしながら、逆相モードで変化すると、差動増幅によってその衝撃に基づく振動に起因する信号が相殺されない。このため、出力誤差として現れる。
【００４８】
ｚ軸方向への衝撃を受けたときに、その衝撃に含まれる周波数成分に応じて共振倍率、（応答の強さ）が変わる。具体的には、共振倍率の周波数特性（応答曲線）は図６のように表されることを確認しており、同相モードの共振周波数finにおいて最も共振倍率が大きくなる。そして、同相モードの共振周波数finを中心として他の周波数域では急激に共振倍率が低下し、同相モードの共振周波数finから離れるほど低下してく。ただし、同相モードの共振周波数finとは別に逆相モードの共振周波数fantiが存在し、この逆相モードの共振周波数fantiでも同相モードの共振周波数finよりは十分小さいものの、共振倍率がある程度大きくなる。衝撃に含まれるこの逆相モードの共振周波数fanti成分が２つの検出錘３５、３６を逆方向へ振動させる動きを誘発し、上記のような出力誤差を発生させるのである。
【００４９】
そして、本発明者らが鋭意検討を行ったところ、この逆相モードの共振周波数fantiについては同相モードの共振周波数finの近くに存在するほどその共振周波数fantiでの共振倍率が大きくなることが確認された。すなわち、図６に示されるように同相モードの共振周波数finを中心として共振倍率が減衰されていく。しかしながら、逆相モードの共振周波数fantiが同相モードの共振周波数finに近すぎると、衝撃が加わったときにその衝撃に含まれる逆相モードの共振周波数fanti成分が十分減衰されていない領域にある。このため、その衝撃における減衰しきっていない逆相モードの共振周波数fanti成分がこの振動における逆相モードの動きを誘発してしまうのである。
【００５０】
したがって、同相モードの共振周波数finと逆相モードの共振周波数fantiとが離れるようにすることで、衝撃に含まれる逆相モードの共振周波数fanti成分が十分減衰された領域となるようにでき、逆相モードの動きの誘発を抑制することが可能になると言える。そして、共振倍率の周波数特性ついては、ｚ軸方向の変位を許容するバネ、つまり本実施形態の場合であれば支持梁４３および検出梁４１、特に支持梁４３の設定に基づいて調整することができる。これに基づいて、本発明者らがｚ軸方向の変位を許容するバネのバネ定数を調整して共振倍率の周波数特性を調べた。その結果、図７に示すように逆相モードの共振周波数fantiが同相モードの共振周波数finから離れるようにすると、逆相モードの共振周波数fantiでの共振倍率を低下させることができた。
【００５１】
具体的には、逆相モードの共振周波数fantiと同相モードの共振周波数finの差分を逆相モードの共振周波数fantiで割った値（＝（fanti―fin）／fanti）をデカップリング率（Decoupling Ratio（以下、D.R.という）と定義する。すると、D.R.の絶対値が０．２以上にすると、共振倍率はピーク値（Ｑ値：共振周波数finのときの共振倍率）が大きくても小さくても１割程度の誤差で３以下となり、ロバスト性を確保できる領域とすることができる。好ましくはD.R.の絶対値が０．４以上になると逆相モードの共振周波数fantiでの共振倍率を１以下にすることが可能になり、衝撃に含まれる逆相モードの共振周波数fanti成分がより十分減衰され、逆相モードの動きの誘発を抑制することが可能になった。例えば、同相モードの共振周波数finが１０ｋＨｚ、逆相モードの共振周波数fantiが１６ｋＨｚとすれば、D.R.の絶対値が０．４以上となり、共振倍率が１以下となるようにできる。
【００５２】
このように、逆相モードの共振周波数fantiと同相モードの共振周波数finの差分を逆相モードの共振周波数fantiで割った値で示されるD.R.の絶対値が０．２以上、好ましくは０．４以上となるようにすることにより、逆相モードの動きの誘発を抑制することが可能となる。これにより、ジャイロセンサの出力誤差を抑制することができ、より正確な角速度検出を行うことが可能となる。
【００５３】
このようなD.R.を得るには、ｚ軸方向の変位を許容する連成バネや検出バネ、つまり本実施形態の場合であれば支持梁４３および検出梁４１、特に支持梁４３の設定に基づいて調整すれば良い。そして、これら支持梁４３および検出梁４１を中間剛体４１ａ、４３ａとトーションバー４１ｂ、４３ｂとの組み合わせによって構成している。このような構成によれば、トーションバー４１ｂ、４３ｂでのねじれによりバネ定数を小さくしてより柔らかいバネにできる。このため、ｚ軸方向への検出変位が容易となって、検出感度を向上させることが可能となる。また、上記のようなD.R.の調整も容易に行うことが可能となる。
【００５４】
（他の実施形態）
上記実施形態では、基板１０としてＳＯＩ基板を用いる場合について説明したが、これは基板１０の一例を示したものであり、ＳＯＩ基板以外のものを用いても良い。また、基板１０としてＳＯＩ基板を用いたため、検出電極１４を支持基板１１に備えるようにした。しかしながら、検出電極１４については検出錘３５、３６からｚ軸方向において所定距離離間した位置に配置されていれば良いことから、検出錘３５、３６の表側に配置されていても良い。
【００５５】
また、ジャイロセンサの構造の一例を示したが、適宜設計変更可能である。すなわち、複数の錘部３１〜３６のすべてを直線状の駆動梁４２で連結し、駆動梁４２の撓みによって複数の錘部３１〜３６を振動させるようにした構造としたが、図５に示すように、駆動梁４２を分割した構造としても良い。
【００５６】
また、外側駆動錘３１、３２や内側駆動錘３３、３４および検出錘３５、３６がそれぞれ２つずつ備えられた一対の角速度検出構造に限らず、それ以上の対となる角速度検出構造が備えられたジャイロセンサについても本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００５７】
１０            基板
１４            検出電極
２０            固定部
３０            可動部
３１、３２      外側駆動錘
３３、３４      内側駆動錘
３５、３６      検出錘
４０            梁部
４１            検出梁
４２            駆動梁
４３            支持梁
４１ａ、４３ａ  中間剛体
４１ｂ、４３ｂ  トーションバー
【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】
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【図６】
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【図７】
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