(57)【要約】  基板２の表面には、中心点Ｏに対して点対称な位置に駆動質量部４〜７を設ける。駆動質量部４〜７は連結梁８を互いに連結する。連結梁８は、接続部９〜１２および駆動梁１３〜１６を用いて撓み可能に支持する。駆動質量部４〜７の内側には検出質量部２２〜２５を設けると共に、検出質量部２２〜２５は、検出梁２６〜２９を用いてＺ軸方向に変位可能に支持する。そして、周方向で隣合う駆動質量部４〜７は、振動発生部１７〜２０によって互いに逆位相で振動する。この状態で、角速度Ω1，Ω2が加わると、検出質量部２２〜２５は、基板２の厚さ方向に変位して振動する。変位検出部３０〜３３は、検出質量部２２〜２５の厚さ方向の変位を検出する。
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【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、中心部を中心とする周方向の異なる位置に配置され、中心部に対して点対称な位置に配置された４つの駆動質量部と、
該４つの駆動質量部を互いに連結し、該４つの駆動質量部が前記基板と水平な方向に変位するときに撓み変形する連結梁と、
前記中心部を中心として放射状に延び、周方向で隣合う２つの駆動質量部の間にそれぞれ位置して該連結梁に接続された４つの接続部と、
該４つの接続部にそれぞれ設けられ、前記連結梁が撓み変形するときに該各接続部を長さ方向に変位可能に支持する駆動梁と、
周方向で隣合う駆動質量部が逆位相となる状態で、前記４つの駆動質量部を中心部を取囲む周方向に向けて振動させる駆動手段と、
前記４つの駆動質量部にそれぞれ設けられた検出質量部と、
該検出質量部と前記駆動質量部との間に設けられ、該検出質量部を基板の厚さ方向に変位可能に支持する検出梁と、
前記検出質量部が前記基板の厚さ方向に変位するのを検出する変位検出手段とによって構成してなる角速度センサ。
【請求項２】
前記検出梁は、前記中心部を取囲む周方向に向けて延び、前記検出質量部が基板の厚さ方向に変位するときに、捩れ変形する捩れ支持梁を用いて形成してなる請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項３】
前記検出梁は、捩れ変形するときに当該検出梁の端部側に作用する応力を低減する応力低減接続部を用いて前記検出質量部と駆動質量部とにそれぞれ接続する構成としてなる請求項２に記載の角速度センサ。
【請求項４】
前記連結梁は、前記４つの駆動質量部に取囲まれた中心部側に設ける構成としてなる請求項１，２または３に記載の角速度センサ。
【請求項５】
前記駆動手段は、前記駆動質量部に設けられた可動側駆動電極と、該可動側駆動電極と対向して前記基板に設けられた固定側駆動電極とからなり、可動側駆動電極と固定側駆動電極との間に作用する静電力によって前記駆動質量部を振動させる構成としてなる請求項１，２または３に記載の角速度センサ。
【請求項６】
前記変位検出手段は、前記検出質量部と厚さ方向で対向した固定側検出電極を用いて構成し、
該変位検出手段の固定側検出電極は、前記基板に設けられた検出用ランドに電気的に接続し、
前記駆動手段の固定側駆動電極は、前記基板に設けられた駆動用ランドに電気的に接続し、
該駆動用ランドと検出用ランドとの間には、信号の干渉を遮断するシールドランドを設ける構成としてなる請求項５に記載の角速度センサ。
【請求項７】
前記駆動手段は、前記連結梁に設けられた可動側駆動電極と、該可動側駆動電極と対向して前記基板に設けられた固定側駆動電極とからなり、可動側駆動電極と固定側駆動電極との間に作用する静電力によって前記連結梁を撓み変形させて前記駆動質量部を振動させる構成としてなる請求項１，２または３に記載の角速度センサ。
【請求項８】
前記駆動質量部の周囲には、当該駆動質量部の振動方向の変位をモニタするモニタ手段を設け、
該モニタ手段は、前記駆動質量部に設けられた可動側モニタ電極と、該可動側モニタ電極と対向して前記基板に設けられた固定側モニタ電極とからなり、可動側モニタ電極と固定側モニタ電極との間の静電容量を用いて前記駆動質量部の変位を検出する構成としてなる請求項１，２または３に記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば２軸方向の角速度を検出するのに好適に用いられる角速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、角速度センサとして、基板上に複数の質量部を備えたものが知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。特許文献１，２には、基板上に円周に沿って４つの質量部を設けると共に、周方向で隣合う２つの質量部が互いに逆方向に振動する構成が開示されている。この場合、４つの質量部が振動した状態で基板の表面と平行な２軸周りの角速度が作用したときには、４つの質量部がコリオリ力によって基板の垂直方向（厚さ方向）に変位する。このため、特許文献１，２の角速度センサは、４つの質量部の垂直方向の変位を検出することによって、２軸周りの角速度を検出するものである。【０００３】
特許文献３には、基板上に複数の質量部をＹ軸方向に並んで配置すると共に、これら複数の質量部をＹ軸と直交したＸ軸方向に振動させる構成が開示されている。そして、特許文献３の角速度センサは、複数の質量部が振動した状態で、質量部の基板の垂直方向（Ｚ軸方向）の変位およびＹ軸方向の変位を検出することによって、Ｙ軸周りの角速度とＺ軸周りの角速度とを検出する構成となっている。【０００４】
特許文献４には、ＸＹ面に平行な基板を配置し、該基板上の支持部から渦巻状に延びる複数の支持脚部を設け、該支持脚部の先端に周方向にリング状振動子を設けた構成が開示されている。この場合、リング状振動子をＸＹ面内で所定の振動モードをもって変形振動させると共に、リング状振動子のＺ軸方向（基板の垂直方向）の変位を検出することによって、Ｘ軸周りの角速度とＹ軸周りの角速度とを検出する構成となっている。【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１８３１７９号公報
【特許文献２】特開２００６−１３８８５５号公報
【特許文献３】特開２００２−２１３９６２号公報
【特許文献４】特表２００２−５０９６１５号公報
【０００６】
ところで、特許文献１，２の角速度センサは、４つの質量部を組合わせて使用することによって、基板に対して振動が漏れるのを抑制する構成となっている。しかし、振動の漏洩を防止するためには、４つの質量部の振幅を一致させる必要がある。ここで、特許文献１，２の角速度センサは、４つの質量部がそれぞれ独立したばねを用いて振動可能に支持する構成となっている。このため、質量部やばねに加工ばらつきが生じた場合には、質量部が共振状態で振動したときに、それぞれの質量部に大きな振動差が発生する。この結果、基板に対して質量部の振動が漏洩し、温度変化等を受けてオフセットの変動やノイズ増加等の問題が発生する傾向がある。さらに、各質量部の振幅が異なることによって、角速度によって発生するコリオリ力も異なり、２つの軸の検出感度がばらついてしまう。【０００７】
特に、特許文献１，２の角速度センサは、ばねが駆動方向および検出方向のいずれの方向にも変位可能な状態で質量部を支持する構成となっている。このため、駆動振動と検出振動との間で結合（カップリング）が起こり易く、振動漏れの影響が大きい。【０００８】
また、特許文献３の角速度センサでは、駆動振動のばねと検出振動のばねとを独立して設けることによって、駆動振動と検出振動との間の結合を起こり難くしている。しかし、この角速度センサでは、基板と平行な２軸（Ｘ軸およびＹ軸）周りの角速度を検出する構成にはなっておらず、適用対象の要求仕様に適合しないことがある。【０００９】
さらに、特許文献４の角速度センサでは、ばねが駆動方向（ＸＹ面内方向）および検出方向（Ｚ軸方向）のいずれの方向にも変位可能な状態でリング状振動子を支持する構成となっている。このため、ばねとリング状振動子の両方が駆動および検出に兼用される構成となっているから、駆動振動と検出振動との間で結合が起こり易い。【００１０】
また、リング状振動子はそれ自体がＸＹ面内方向に変形するから、径方向の幅寸法が細い。このとき、基板に設けた検出電極とリング状振動子との間の静電容量を用いて、リング状振動子のＺ軸方向の変位（コリオリ力による変位）を検出する構成となっている。しかし、リング状振動子の幅寸法が小さいから、検出電極との間の容量変化が小さく、検出精度が低下し易い傾向がある。さらに、リング状振動子は、ＸＹ面内方向およびＺ軸方向に変形可能とするために、その質量が小さい。この結果、リング状振動子の共振周波数が高くなり、角速度の検出感度が低下するという問題もある。
【発明の開示】
【００１１】
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、基板面内の２軸（Ｘ軸およびＹ軸）周りの角速度を高精度かつ高感度に検出することができる角速度センサを提供することにある。
【００１２】
（１）．上述した課題を解決するために、本発明による角速度センサは、基板と、該基板と隙間をもって対向し、中心部を中心とする周方向の異なる位置に配置され、中心部に対して点対称な位置に配置された４つの駆動質量部と、該４つの駆動質量部を互いに連結し、該４つの駆動質量部が前記基板と水平な方向に変位するときに撓み変形する連結梁と、前記中心部を中心として放射状に延び、周方向で隣合う２つの駆動質量部の間にそれぞれ位置して該連結梁に接続された４つの接続部と、該４つの接続部にそれぞれ設けられ、前記連結梁が撓み変形するときに該各接続部を長さ方向に変位可能に支持する駆動梁と、周方向で隣合う駆動質量部が逆位相となる状態で、前記４つの駆動質量部を中心部を取囲む周方向に向けて振動させる駆動手段と、前記４つの駆動質量部にそれぞれ設けられた検出質量部と、該検出質量部と前記駆動質量部との間に設けられ、該検出質量部を基板の厚さ方向に変位可能に支持する検出梁と、前記検出質量部が前記基板の厚さ方向に変位するのを検出する変位検出手段とによって構成している。
【００１３】
本発明によれば、４つの駆動質量部は中心部に対して点対称な位置に配置されているから、２つの駆動質量部は中心部を挟んで互いに対向すると共に、残余の２つの駆動質量部も中心部を挟んで互いに対向する。このとき、２つの駆動質量部と残余の２つの駆動質量部とは、互いに異なる位置に配置される。このため、例えば基板がＸ軸およびＹ軸に平行なＸ−Ｙ平面に沿って広がっているときには、２つの駆動質量部は中心部を通る１本の線（例えばＸ軸）に沿って配置されると共に、残余の２つの駆動質量部は中心部を通る他の線（例えばＹ軸）に沿って配置される。また、４つの駆動質量部は中心部を取囲む周方向に沿って振動するから、例えばＸ軸に沿って配置された２つの駆動質量部はＹ軸方向に振動し、Ｙ軸に沿って配置された２つの駆動質量部はＸ軸方向に振動する。
【００１４】
そして、Ｘ軸周りの角速度が作用すると、Ｙ軸方向に振動する駆動質量部には、この角速度に応じてＺ軸方向（基板の厚さ方向）に向かうコリオリ力が発生する。一方、Ｙ軸周りの角速度が作用すると、Ｘ軸方向に振動する駆動質量部には、この角速度に応じてＺ軸方向（基板の厚さ方向）に向かうコリオリ力が発生する。
【００１５】
そして、４つの駆動質量部にはＺ軸方向に変位可能な検出質量部がそれぞれ設けられているから、Ｙ軸方向に振動する検出質量部は、Ｘ軸周りの角速度に応じてＺ軸方向に変位し、Ｘ軸方向に振動する検出質量部は、Ｙ軸周りの角速度に応じてＺ軸方向に変位する。従って、変位検出手段を用いて４つの検出質量部が基板の厚さ方向に変位するのを検出することによって、基板に水平な２つの軸周りに作用する角速度を検出することができる。
【００１６】
また、４つの駆動質量部は中心部に対して点対称な位置に配置されると共に、周方向で互いに隣合う駆動質量部を逆位相となる状態で振動する構成となっている。このため、４つの駆動質量部全体の重心位置を固定することができると共に、４つの駆動質量部全体に生じる周方向の回転トルクを相殺することができる。このとき、連結梁は４つの駆動質量部を互いに連結するから、例えば４つの駆動質量部に加工ばらつきが生じたときでも、各駆動質量部は、駆動振幅および位相が揃った状態で振動する。この結果、４つの駆動質量部全体の重心位置の変動や回転トルクを確実に小さくすることができ、駆動質量部の駆動振動が基板に漏れるのを抑制することができる。
【００１７】
また、駆動質量部は駆動梁を用いて支持し、検出質量部は検出梁を用いて支持する構成とした。このため、駆動質量部と検出質量部とを独立した別個の梁（駆動梁および検出梁）を用いて支持することができ、共通の梁を用いて支持した場合に比べて、駆動振動と検出振動との間の結合を小さくすることができる。従って、変位検出手段が検出質量部の変位を検出して変位検出信号を出力したときには、この変位検出信号にノイズ信号となる駆動振動の成分が混入することがない。この結果、角速度信号に含まれるノイズ信号を相対的に小さくすることができ、ＳＮ比が良い角速度信号を得ることができ、センサの検出精度を向上することができる。
【００１８】
また、駆動質量部および検出質量部自体は変形する必要がないから、駆動質量部および検出質量部の質量を大きくして、共振周波数を低下させることができる。このため、コリオリ力による検出質量部の変位量を大きくすることができ、角速度の検出感度を高めることができる。さらに、検出質量部の面積を大きくすることができる。このため、変位検出手段を検出質量部とＺ軸方向で対向した検出電極を用いて構成した場合でも、検出質量部がＺ軸方向に変位したときの静電容量の変化を大きくすることができ、検出感度を高めることができる。
【００１９】
また、連結梁には放射状に延びる４つの接続部を設けると共に、各接続部を長さ方向に変位可能に支持する駆動梁を設ける構成とした。このため、基板に歪みが生じても、この歪みを駆動梁によって吸収することができ、例えば連結梁の張力に対する影響を軽減することができる。この結果、駆動質量部および検出質量部の共振周波数が変化しにくく、特性変動を小さくすることができる。
【００２０】
（２）．本発明では、前記検出梁は、前記中心部を取囲む周方向に向けて延び、前記検出質量部が基板の厚さ方向に変位するときに、捩れ変形する捩れ支持梁を用いて形成してもよい。
【００２１】
このように構成したことにより、例えばシリコン材料等を基板の垂直方向に加工することによって捩れ支持梁を形成することができ、容易に加工することができる。また、捩れ支持梁のばね定数は幅寸法の３乗に比例して変動するが、これは駆動梁、連結梁と同じである。従って、幅寸法の加工ばらつきが駆動モードと検出モードの共振周波数差に与える影響が小さく、センサの感度ばらつきを小さくすることができる。
【００２２】
（３）．本発明では、前記検出梁は、捩れ変形するときに当該検出梁の端部側に作用する応力を低減する応力低減接続部を用いて前記検出質量部と駆動質量部とにそれぞれ接続する構成としてもよい。
【００２３】
ここで、例えば１枚の細長い板形状をなす捩れ支持梁を用いて検出梁を構成すると共に、この検出梁の両端を固定した場合には、固定部分に作用する応力によって検出梁の捩れ変形が阻害される。このため、検出梁の厚さ寸法が変化したときには、この厚さ寸法の変化分に対する共振周波数の変化が大きくなる。この結果、加工ばらつきが駆動モードと検出モードの共振周波数差に与える影響が大きくなる傾向がある。
【００２４】
これに対し、本発明では、検出梁は、検出梁の長さ方向に対して自由度を与える応力低減接続部を用いて検出質量部と駆動質量部とにそれぞれ接続した。このため、検出梁が捩れ変形するときには、検出梁の端部側はその長さ方向に変位することができるから、検出梁の両端側に作用する歪みや応力を低減することができる。これにより、厚さ寸法の加工ばらつきが駆動モードと検出モードの共振周波数差に与える影響を小さくすることができ、センサの感度ばらつきを小さくすることができる。
【００２５】
（４）．本発明では、前記連結梁は、前記４つの駆動質量部に取囲まれた中心部側に設ける構成としてもよい。
【００２６】
このように構成したことにより、連結梁の全長を短くすることができ、基板の垂直方向に対する剛性を高めることができる。このため、駆動質量部が基板の垂直方向に変位するのを防ぐことができ、この駆動質量部の変位に基づくノイズを低減することができる。
【００２７】
（５）．本発明では、前記駆動手段は、前記駆動質量部に設けられた可動側駆動電極と、該可動側駆動電極と対向して前記基板に設けられた固定側駆動電極とからなり、可動側駆動電極と固定側駆動電極との間に作用する静電力によって前記駆動質量部を振動させる構成としてもよい。
【００２８】
このように構成したことにより、可動側駆動電極と固定側駆動電極との間に作用する静電力によって駆動質量部を直接的に変位させて、駆動質量部を駆動振動させることができる。
【００２９】
（６）．本発明では、前記変位検出手段は、前記検出質量部と厚さ方向で対向した固定側検出電極を用いて構成し、該変位検出手段の固定側検出電極は、前記基板に設けられた検出用ランドに電気的に接続し、前記駆動手段の固定側駆動電極は、前記基板に設けられた駆動用ランドに電気的に接続し、該駆動用ランドと検出用ランドとの間には、信号の干渉を遮断するシールドランドを設ける構成としてもよい。
【００３０】
このように構成したことにより、駆動用ランドと検出用ランドとの間の結合をシールドランドを用いて阻止することができ、これらの間の信号の干渉を遮断することができる。この結果、変位検出手段による変位検出信号に対して、駆動手段に供給する駆動信号が混入することがなく、角速度の検出精度を高めることができる。
【００３１】
（７）．本発明では、前記駆動手段は、前記連結梁に設けられた可動側駆動電極と、該可動側駆動電極と対向して前記基板に設けられた固定側駆動電極とからなり、可動側駆動電極と固定側駆動電極との間に作用する静電力によって前記連結梁を撓み変形させて前記駆動質量部を振動させる構成としてもよい。
【００３２】
本発明によれば、駆動手段は、連結梁に設けられた可動側駆動電極と、基板に設けられた固定側駆動電極とによって構成したから、可動側駆動電極と固定側駆動電極との間に作用する静電力によって連結梁を撓み変形させることができる。これにより、連結梁に接続された駆動質量部を間接的に変位させて、駆動質量部を駆動振動させることができる。
【００３３】
また、駆動手段は駆動質量部の周囲に設ける必要がないから、駆動質量部および検出質量部を大きくして、角速度の検出感度を高めることができる。一方、駆動質量部の周囲に駆動手段を設けない分だけ、センサ全体を小型化することができ、製造コストを低減することができる。
【００３４】
また、例えば容量結合等によって駆動手段と変位検出手段との間で電気的クロストークが生じても、この電気的クロストークを完全に対称で、かつ最小限にすることができるから、変位検出信号に対するノイズを小さくすることができる。
【００３５】
さらに、固定側駆動電極は基板の中心部に位置する１箇所で外部の回路と接続すればよいから、外部接続用の端子を減少させることができる。これにより、センサ全体を小型化することができ、製造コストを低減することができる。
【００３６】
（８）．本発明では、前記駆動質量部の周囲には、当該駆動質量部の振動方向の変位をモニタするモニタ手段を設け、該モニタ手段は、前記駆動質量部に設けられた可動側モニタ電極と、該可動側モニタ電極と対向して前記基板に設けられた固定側モニタ電極とからなり、可動側モニタ電極と固定側モニタ電極との間の静電容量を用いて前記駆動質量部の変位を検出する構成としてもよい。
【００３７】
本発明によれば、駆動質量部の周囲には、当該駆動質量部の振動方向の変位をモニタするモニタ手段を設けたから、モニタ手段を用いて駆動質量部の振動振幅および位相を検出することができる。このため、駆動振動の発振回路はモニタ手段の出力信号を参照信号として利用することができ、共振状態の安定化を図ることができる。また、角速度の検出回路もモニタ手段の出力信号を参照信号として利用することができ、駆動質量部の振動状態に応じて正確な同期検波を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は本発明の第１の実施の形態による角速度センサを蓋板を除いた状態で示す平面図である。
【図２】図２は図１中の角速度センサの要部を拡大して示す平面図である。
【図３】図３は角速度センサを図１中の矢示III−III方向からみた断面図である。
【図４】図４は角速度センサを検出質量部がＺ軸方向に振動した状態で示す図３と同様位置の断面図である。
【図５】図５は角速度センサを示す模式的な説明図である。
【図６】図６は角速度センサを駆動質量部が振動した状態で示す模式的な説明図である。
【図７】図７は角速度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８】図８は基板接合工程を示す図３と同様な位置の断面図である。
【図９】図９は薄膜化工程を示す図３と同様な位置の断面図である。
【図１０】図１０は機能部形成工程を示す図３と同様な位置の断面図である。
【図１１】図１１は蓋板接合工程を示す図３と同様な位置の断面図である。
【図１２】図１２は第２の実施の形態による角速度センサの要部を拡大して示す図２と同様位置の平面図である。
【図１３】図１３は図１２中の振動発生部を拡大して示す平面図である。
【図１４】図１４は第２の実施の形態による角速度センサを駆動質量部が振動した状態で示す模式的な説明図である。
【図１５】図１５は第３の実施の形態による角速度センサの要部を拡大して示す図２と同様位置の平面図である。
【図１６】図１６は図１５中の検出梁等を拡大して示す平面図である。
【図１７】図１７は第１の変形例による検出梁等を拡大して示す図１６と同様位置の平面図である。
【図１８】図１８は第２の変形例による検出梁等を拡大して示す図１６と同様位置の平面図である。
【図１９】図１９は第３の変形例による角速度センサを示す模式的な説明図である。
【図２０】図２０は第４の変形例による角速度センサを示す模式的な説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，９１，１０１，１１１，１２１  角速度センサ
２  基板
４〜７  駆動質量部
８，１１２，１２２  連結梁
９〜１２  接続部
１３〜１６  駆動梁
１７〜２０，９２，９３  振動発生部（駆動手段）
２１  駆動用ランド
２２〜２５  検出質量部
２６〜２９，１０２〜１０５，１０２′，１０２″  検出梁
３０〜３３  変位検出部（変位検出手段）
３４  検出用ランド
３５〜３８  振動モニタ部（モニタ手段）
３９  モニタ用ランド
４０  シールドランド
１０６〜１０９  Ｌ型梁（応力低減接続部）
１０６′  Ｔ型梁（応力低減接続部）
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態による角速度センサについて、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。【００４１】
まず、図１ないし図６は第１の実施の形態による角速度センサ１を示している。図において、角速度センサ１は、基板２、駆動質量部４〜７、連結梁８、接続部９〜１２、駆動梁１３〜１６、振動発生部１７〜２０、検出質量部２２〜２５、検出梁２６〜２９、変位検出部３０〜３３、振動モニタ部３５〜３８等によって構成されている。【００４２】
基板２は、角速度センサ１のベース部分を構成している。そして、基板２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軸およびＺ軸方向のうち、例えばＸ軸およびＹ軸方向に沿って水平に延びている。【００４３】
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、駆動質量部４〜７、連結梁８、接続部９〜１２、駆動梁１３〜１６、駆動用ランド２１、検出質量部２２〜２５、検出梁２６〜２９、検出用ランド３４、振動モニタ部３５〜３８、モニタ用ランド３９、シールドランド４０等が形成されている。【００４４】
支持部３は、基板２の表面に設けられている。また、支持部３は、基板２のうち角隅側の４箇所にそれぞれ配置されている。そして、４つの支持部３に取囲まれた基板２の中央側部分には、駆動質量部４〜７、検出質量部２２〜２５等が基板２から浮いた状態で設けられている。また、後述する振動発生部１７〜２０の可動側駆動電極１７Ａ〜２０Ａ、変位検出部３０〜３３の可動側検出電極となる検出質量部２２〜２５等は、支持部３を介してグランドに接続されている。【００４５】
駆動質量部４〜７は、基板２の表面と隙間をもって対向し、中心部（中心点Ｏ）に対して点対称な位置に配置されている。また、駆動質量部４〜７は、中心点Ｏを取囲む周方向に対して９０°毎に互いに等間隔で配置されている。このため、Ｘ軸側駆動質量部４，５は、Ｘ軸に沿って配置され、中心点Ｏを挟んで互いに対向している。一方、Ｙ軸側駆動質量部６，７は、Ｘ軸と直交したＹ軸に沿って配置され、中心点Ｏを挟んで互いに対向している。【００４６】
また、駆動質量部４〜７は、例えば略五角形の枠状に形成されている。ここで、Ｘ軸側駆動質量部４，５は、Ｘ軸方向の内側部位が中心点Ｏに向けて突出し、中心点Ｏに近付くに従って幅寸法（Ｙ軸方向寸法）が徐々に小さくなっている。同様に、Ｙ軸側駆動質量部６，７は、Ｙ軸方向の内側部位が中心点Ｏに向けて突出し、中心点Ｏに近付くに従って幅寸法（Ｘ軸方向寸法）が徐々に小さくなっている。また、駆動質量部４〜７の内径側の突出部分（頂点部分）には、中心点Ｏに向けて突出した接続用腕部４Ａ〜７Ａが設けられている。このとき、接続用腕部４Ａ〜７Ａは、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸のいずれの方向にも撓み変形しないように、高い剛性を有している。そして、接続用腕部４Ａ〜７Ａの先端部位が、例えば駆動質量部４〜７がＸ−Ｙ平面上で振動するときの支点となっている。【００４７】
連結梁８は、中心点Ｏを取囲む環状に形成され、駆動質量部４〜７を互いに連結する。具体的には、連結梁８は、例えば略円形の細長い枠状に形成され、Ｘ軸方向の両端側部位およびＹ軸方向の両端側部位がそれぞれ接続用腕部４Ａ〜７Ａの先端に接続されている。そして、駆動質量部４〜７が基板２と水平な状態で中心点Ｏを取囲む周方向に駆動振動したときに、連結梁８全体が楕円形状となるように撓み変形する（図６参照）。これにより、連結梁８は、各駆動質量部４〜７の駆動振幅および位相が一致するように調整する。【００４８】
接続部９〜１２は、図１および図２に示すように、中心点Ｏを中心として放射状に延び、連結梁８に接続されている。また、接続部９〜１２は、周方向で隣合う２つの駆動質量部４〜７の間にそれぞれ位置して、中心点Ｏに対して点対称な位置に配置されている。このため、接続部９は駆動質量部４，６の間に配置されると共に、接続部１０は駆動質量部５，７の間に配置され、これらの接続部９，１０は、Ｘ軸に対して４５°傾斜した軸線上に位置して互いに対向している。同様に、接続部１１は駆動質量部４，７の間に配置されると共に、接続部１２は駆動質量部５，６の間に配置され、これらの接続部１１，１２は、Ｘ軸に対して−４５°傾斜した軸線上に位置して互いに対向している。これにより、接続部９，１０と接続部１１，１２とは、互いに直交している。そして、接続部９〜１２は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸のいずれの方向にも撓み変形しないように、高い剛性を有している。【００４９】
駆動梁１３〜１６は、接続部９〜１２の先端にそれぞれ設けられ、接続部９〜１２と支持部３との間を接続している。ここで、駆動梁１３〜１６は、例えば２本の折返した梁を互いに対向して配置することによって構成され、接続部９〜１２と直交した方向に延びた細長い枠状に形成されている。そして、駆動梁１３〜１６は、接続部９〜１２が長さ方向に変位したときに、枠内の空間が拡大、縮小するように撓み変形する。これにより、駆動梁１３〜１６は、連結梁８が撓み変形するときに、各接続部９〜１２を長さ方向に変位可能に支持する。【００５０】
振動発生部１７〜２０は、駆動質量部４〜７をそれぞれ駆動振動する駆動手段を構成している。そして、振動発生部１７〜２０は、駆動質量部４〜７の外径側に取付けられた可動側駆動電極１７Ａ〜２０Ａと、基板２上の駆動用ランド２１に取付けられた固定側駆動電極１７Ｂ〜２０Ｂとによって構成されている。【００５１】
ここで、可動側駆動電極１７Ａは、例えば駆動質量部４から中心点Ｏを中心とする径方向外側に向けて放射状に延びた２つの櫛歯状電極によって構成され、該櫛歯状電極には長さ方向に間隔をもって複数の電極板が配置されている。そして、可動側駆動電極１７Ａは、駆動質量部４のうちＹ軸方向の一側に配置されている。【００５２】
また、可動側駆動電極１８Ａも、可動側駆動電極１７Ａと同様に、例えば駆動質量部５から中心点Ｏを中心とする径方向外側に向けて放射状に延びた２つの櫛歯状電極によって構成されている。但し、可動側駆動電極１８Ａは、駆動質量部５のうちＹ軸方向の他側に配置されている。これにより、可動側駆動電極１７Ａと可動側駆動電極１８Ａとは、中心点Ｏに対して点対称な位置に配置されている。【００５３】
一方、可動側駆動電極１９Ａは、例えば駆動質量部６から中心点Ｏを中心とする径方向外側に向けて放射状に延びた２つの櫛歯状電極によって構成され、該櫛歯状電極には長さ方向に間隔をもって複数の電極板が配置されている。そして、可動側駆動電極１９Ａは、駆動質量部６のうちＸ軸方向の一側に配置されている。【００５４】
また、可動側駆動電極２０Ａも、可動側駆動電極１９Ａと同様に、例えば駆動質量部７から中心点Ｏを中心とする径方向外側に向けて放射状に延びた２つの櫛歯状電極によって構成されている。但し、可動側駆動電極２０Ａは、駆動質量部７のうちＸ軸方向の他側に配置されている。これにより、可動側駆動電極１９Ａと可動側駆動電極２０Ａとは、中心点Ｏに対して点対称な位置に配置されている。【００５５】
また、固定側駆動電極１７Ｂ〜２０Ｂは、可動側駆動電極１７Ａ〜２０Ａと平行な状態で径方向外側に向けて延びた櫛歯状電極によって構成されている。そして、可動側駆動電極１７Ａ〜２０Ａの電極板と固定側駆動電極１７Ｂ〜２０Ｂの電極板とは、互いに隙間をもって噛合している。【００５６】
また、固定側駆動電極１７Ｂ〜２０Ｂは、それぞれ基板２に固定された４つの駆動用ランド２１に取付けられ、電気的に接続されている。このとき、４つの駆動用ランド２１は、例えば駆動梁１５，１６に接続された支持部３を挟んだ位置に設けられ、支持部３の幅方向（周方向）の両側に配置されている。これにより、固定側駆動電極１７Ｂ〜２０Ｂおよび駆動用ランド２１も、可動側駆動電極１７Ａ〜２０Ａと同様に、中心点Ｏに対して点対称な位置に配置されている。【００５７】
そして、固定側駆動電極１７Ｂ，１８Ｂに同じ駆動信号（電圧信号等）を印加すると、可動側駆動電極１７Ａ，１８Ａと固定側駆動電極１７Ｂ，１８Ｂとの間には、Ｙ軸に沿って互いに逆方向の駆動力Ｆ1，Ｆ2（静電力）が発生する。これにより、駆動質量部４，５は、互いに逆位相でＹ軸方向に振動する。【００５８】
一方、固定側駆動電極１９Ｂ，２０Ｂに同じ駆動信号（電圧信号等）を印加すると、可動側駆動電極１９Ａ，２０Ａと固定側駆動電極１９Ｂ，２０Ｂとの間には、Ｘ軸に沿って互いに逆方向の駆動力Ｆ3，Ｆ4（静電力）が発生する。これにより、駆動質量部６，７は、互いに逆位相でＸ軸方向に振動する。【００５９】
さらに、振動発生部１７〜２０は、周方向で隣合う駆動質量部４〜７が逆位相となる状態で、４つの駆動質量部４〜７を中心部を取囲む周方向に向けて振動させる。このため、駆動質量部４，６が近付くときには、残余の駆動質量部５，７は互いに近付き、駆動質量部４，６と駆動質量部５，７とは互いに遠ざかる。一方、駆動質量部４，７が近付くときには、残余の駆動質量部５，６は互いに近付き、駆動質量部４，７と駆動質量部５，６とは互いに遠ざかる。【００６０】
検出質量部２２〜２５は、駆動質量部４〜７の内部に位置して駆動質量部４〜７にそれぞれ設けられている。また、検出質量部２２〜２５は、駆動質量部４〜７と相似な略五角形の板状に形成されている。さらに、検出質量部２２〜２５は、径方向外側に向けて突出した接続用突出部２２Ａ〜２５Ａを備えている。そして、検出質量部２２〜２５は、接続用突出部２２Ａ〜２５Ａおよび後述の検出梁２６〜２９を介して駆動質量部４〜７に接続され、基板２の表面と隙間をもって対向している。【００６１】
検出梁２６〜２９は、検出質量部２２〜２５よりも径方向外側に位置して検出質量部２２〜２５と駆動質量部４〜７との間に設けられ、検出質量部２２〜２５を基板２の厚さ方向に変位可能に支持している。また、検出梁２６〜２９は、中心点Ｏを取囲む周方向に向けて延び、検出質量部２２〜２５が基板２の厚さ方向に変位するときに、捩れ変形する捩れ支持梁を用いて形成されている。具体的には、検出梁２６〜２９は、幅寸法δをもって直線状に延びる細長い板状の梁によって形成されている。【００６２】
そして、検出梁２６，２７は、駆動質量部４，５内に位置してＹ軸方向に延び、長さ方向の中央部分に検出質量部２２，２３の接続用突出部２２Ａ，２３Ａが取付けられている。また、検出梁２８，２９は、駆動質量部６，７内に位置してＸ軸方向に延び、長さ方向の中央部分に検出質量部２４，２５の接続用突出部２４Ａ，２５Ａが取付けられている。これにより、検出質量部２２〜２５は中心点Ｏに近い径方向内側部分が自由端となるから、検出梁２６〜２９は片持ち状態で検出質量部２２〜２５を支持する。【００６３】
そして、Ｘ軸周りの角速度Ω1が作用したときには、Ｙ軸方向に振動する駆動質量部４，５には、角速度Ω1に応じてＺ軸方向（基板２の厚さ方向）に向かうコリオリ力Ｆxが発生する。このとき、検出梁２６，２７は検出質量部２２，２３をＺ軸方向に変位可能に支持しているから、検出質量部２２，２３は、角速度Ω1に応じてＺ軸方向に振動する。【００６４】
一方、Ｙ軸周りの角速度Ω2が作用したときには、Ｘ軸方向に振動する駆動質量部６，７には、角速度Ω2に応じてＺ軸方向（基板の厚さ方向）に向かうコリオリ力Ｆyが発生する。このとき、検出梁２８，２９は検出質量部２４，２５をＺ軸方向に変位可能に支持しているから、検出質量部２４，２５は、角速度Ω2に応じてＺ軸方向に振動する。【００６５】
変位検出部３０〜３３は、検出質量部２２〜２５が基板２の厚さ方向に変位するのを検出する変位検出手段を構成している。また、変位検出部３０〜３３は、可動側検出電極としての検出質量部２２〜２５と、基板２に設けられた例えば導体薄膜からなる固定側検出電極３０Ａ〜３３Ａとによって構成されている。ここで、検出質量部２２〜２５と固定側検出電極３０Ａ〜３３Ａとは、Ｚ軸方向で互いに対向している。【００６６】
また、固定側検出電極３０Ａ〜３３Ａは、それぞれ基板２に固定された４つの検出用ランド３４に取付けられ、電気的に接続されている。このとき、４つの検出用ランド３４は、駆動質量部４〜７の径方向外側に配置されている。これにより、固定側検出電極３０Ａ〜３３Ａおよび検出用ランド３４も、検出質量部２２〜２５と同様に、中心点Ｏに対して点対称な位置に配置されている。【００６７】
そして、検出質量部２２〜２５がＺ軸方向に振動したときには、検出質量部２２〜２５と固定側検出電極３０Ａ〜３３Ａとの間の距離が変化する。これにより、検出質量部２２〜２５と固定側検出電極３０Ａ〜３３Ａとの間の静電容量Ｃs1〜Ｃs4も変化する。このため、変位検出部３０〜３３は、検出質量部２２〜２５のＺ軸方向の変位量を検出質量部２２〜２５と固定側検出電極３０Ａ〜３３Ａとの間の静電容量Ｃs1〜Ｃs4の変化によって検出する。【００６８】
振動モニタ部３５〜３８は、駆動質量部４〜７の振動方向の変位を検出するモニタ手段を構成している。そして、振動モニタ部３５〜３８は、駆動質量部４〜７の外径側に取付けられた可動側モニタ電極３５Ａ〜３８Ａと、基板２上のモニタ用ランド３９に取付けられた固定側モニタ電極３５Ｂ〜３８Ｂとによって構成されている。【００６９】
ここで、可動側モニタ電極３５Ａ〜３８Ａは、振動発生部１７〜２０の可動側駆動電極１７Ａ〜２０Ａとほぼ同様に駆動質量部４〜７から径方向外側に向けて放射状に延びた２つの櫛歯状電極によって構成されている。但し、可動側モニタ電極３５Ａ，３６Ａは、駆動質量部４，５を挟んで可動側駆動電極１７Ａ，１８ＡとはＹ軸方向の反対側に配置されている。同様に、可動側モニタ電極３７Ａ，３８Ａは、駆動質量部６，７を挟んで可動側駆動電極１９Ａ，２０ＡとはＸ軸方向の反対側に配置されている。【００７０】
また、固定側モニタ電極３５Ｂ〜３８Ｂは、可動側モニタ電極３５Ａ〜３８Ａと平行な状態で径方向外側に向けて延びた櫛歯状電極によって構成されている。そして、可動側モニタ電極３５Ａ〜３８Ａの電極板と固定側モニタ電極３５Ｂ〜３８Ｂの電極板とは、互いに隙間をもって噛合している。【００７１】
また、固定側モニタ電極３５Ｂ〜３８Ｂは、それぞれ基板２に固定された４つのモニタ用ランド３９に取付けられ、電気的に接続されている。このとき、４つのモニタ用ランド３９は、例えば駆動梁１３，１４に接続された支持部３を挟んだ位置に設けられ、支持部３の幅方向（周方向）の両側に配置されている。そして、可動側モニタ電極３５Ａ〜３８Ａ、固定側モニタ電極３５Ｂ〜３８Ｂおよびモニタ用ランド３９は、中心点Ｏに対して点対称な位置に配置されている。【００７２】
ここで、駆動質量部４，５がＹ軸方向に変位したときには、可動側モニタ電極３５Ａ，３６Ａと固定側モニタ電極３５Ｂ，３６Ｂとの間の静電容量Ｃm1，Ｃm2が変化する。また、駆動質量部６，７がＸ軸方向に変位したときには、可動側モニタ電極３７Ａ，３８Ａと固定側モニタ電極３７Ｂ，３８Ｂとの間の静電容量Ｃm3，Ｃm4が変化する。このため、振動モニタ部３５〜３８は、この静電容量Ｃm1〜Ｃm4の変化によって駆動質量部４〜７の振動状態をモニタする。【００７３】
なお、周方向で隣合う駆動質量部４〜７が逆位相となる状態で４つの駆動質量部４〜７が振動したときには、振動モニタ部３５〜３８の静電容量Ｃm1〜Ｃm4は、同期して変化する構成となっている。【００７４】
シールドランド４０は、４つの検出用ランド３４の周方向の両側に位置して、基板２上に合計８個設けられている。ここで、各シールドランド４０は、駆動用ランド２１と検出用ランド３４との間に配置されると共に、モニタ用ランド３９と検出用ランド３４との間に配置されている。また、８つのシールドランド４０は、中心点Ｏに対して点対称な位置に配置されている。【００７５】
そして、シールドランド４０は、ランド２１，３４，３９と電気的に絶縁した状態で設けられ、例えばグランドに接続されている。これにより、シールドランド４０は、検出用ランド３４の周囲を電気的にシールド（遮断）し、検出用ランド３４の変位検出信号に対して駆動用ランド２１側の駆動信号およびモニタ用ランド３９のモニタ信号が干渉するのを防止している。【００７６】
蓋板４１は、例えばガラス材料等によって四角形の板状に形成され、陽極接合等の手段を用いて支持部３、駆動用ランド２１、検出用ランド３４、モニタ用ランド３９およびシールドランド４０に接合されている。また、蓋板４１は、検出質量部２２〜２５等との対向面（裏面）側に、四角形状に凹陥したキャビティ４１Ａが形成されている。そして、キャビティ４１Ａは、駆動質量部４〜７、連結梁８、接続部９〜１２、駆動梁１３〜１６、検出質量部２２〜２５、検出梁２６〜２９、振動発生部１７〜２０および振動モニタ部３５〜３８と対向した位置に設けられている。これにより、駆動質量部４〜７、検出質量部２２〜２５は、蓋板４１に接触することなく、振動変位することができる。【００７７】
そして、蓋板４１には、複数のビアホール４２が厚さ方向に貫通して形成されている。このとき、ビアホール４２は、支持部３および各ランド２１，３４，３９，４０と対応した位置にそれぞれ形成されている。これにより、支持部３等は、ビアホール４２を通じて蓋板４１上に設けられた外部電極（図示せず）に接続される。このため、振動発生部１７〜２０、変位検出部３０〜３３および振動モニタ部３５〜３８は、外部電極を通じて後述する振動制御回路５１および角速度検出回路６１等に接続することができる。【００７８】
次に、図７を参照しつつ、駆動質量部４〜７の振動状態を制御する振動制御回路５１について説明する。振動制御回路５１は、振動モニタ部３５〜３８によるモニタ信号Ｖmを用いて振動発生部１７〜２０に出力する駆動信号Ｖdを制御する。そして、振動制御回路５１は、Ｃ−Ｖ変換回路５２、増幅器５３、ＡＧＣ回路５４、駆動信号発生回路５５等によって構成されている。【００７９】
Ｃ−Ｖ変換回路５２は振動モニタ部３５〜３８の出力側に接続されている。そして、Ｃ−Ｖ変換回路５２は、振動モニタ部３５〜３８の静電容量Ｃm1〜Ｃm4の変化を電圧変化に変換し、これらの電圧変化をモニタ信号Ｖmとして出力する。そして、このモニタ信号Ｖmは、Ｃ−Ｖ変換回路５２の出力側に接続された増幅器５３によって増幅され、ＡＧＣ回路５４に向けて出力される。【００８０】
ＡＧＣ回路５４の出力側は、駆動信号Ｖdを出力する駆動信号発生回路５５に接続されている。そして、ＡＧＣ回路５４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５５は、増幅器５６を介して振動発生部１７〜２０に接続される。これにより、駆動信号発生回路５５は、振動発生部１７〜２０に対して互いに駆動信号Ｖdを入力し、振動発生部１７〜２０は、周方向で隣合う駆動質量部４〜７が互いに逆位相となる状態で、駆動質量部４〜７を振動させる。【００８１】
次に、２軸周り（Ｘ軸およびＹ軸周り）の角速度Ω1，Ω2を検出する角速度検出回路６１（角速度検出手段）について説明する。角速度検出回路６１は、変位検出部３０〜３３による変位検出信号Ｖx，Ｖyを振動モニタ部３５〜３８によるモニタ信号Ｖmを用いて同期検波し、駆動質量部４〜７に作用する角速度Ω1，Ω2を検出する。そして、角速度検出回路６１は、例えばＣ−Ｖ変換回路６２〜６５、差動増幅器６６，７０、同期検波回路６７，７１等によって構成されている。【００８２】
Ｃ−Ｖ変換回路６２〜６５は、変位検出部３０〜３３の静電容量Ｃs1，Ｃs2，Ｃs3，Ｃs4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Ｖs1，Ｖs2，Ｖs3，Ｖs4としてそれぞれ出力する。【００８３】
ここで、隣合う駆動質量部４〜７が互いに逆位相で振動している状態で、Ｘ軸周りの角速度Ω1が作用したときには、検出質量部２２，２３は互いに逆位相でＺ軸方向に変位する。このとき、予備的な変位検出信号Ｖs1と変位検出信号Ｖs2は互いに逆位相となる。【００８４】
このため、差動増幅器６６は、Ｃ−Ｖ変換回路６２，６３の出力側に接続され、これらの予備的な変位検出信号Ｖs1，Ｖs2の差から最終的な変位検出信号Ｖxを演算する。【００８５】
同期検波回路６７の入力側は、差動増幅器６６に接続されると共に、位相シフト回路５７を介してＡＧＣ回路５４に接続されている。また、同期検波回路６７の出力側には、角速度信号を取り出すための低域通過フィルタ（ＬＰＦ）６８が接続されると共に、ＬＰＦ６８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６９が接続されている。ここで、位相シフト回路５７は、ＡＧＣ回路５４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６７は、変位検出信号Ｖxから位相シフト信号Ｖm′を用いて同期検波し、ＬＰＦ６８、調整回路６９を介してＸ軸周りの角速度Ω1に応じた角速度信号を出力する。【００８６】
一方、隣合う駆動質量部４〜７が互いに逆位相で振動している状態で、Ｙ軸周りの角速度Ω2が作用したときには、検出質量部２４，２５は互いに逆位相でＺ軸方向に変位する。このとき、予備的な変位検出信号Ｖs3と変位検出信号Ｖs4は互いに逆位相となる。【００８７】
このため、差動増幅器７０は、Ｃ−Ｖ変換回路６４，６５の出力側に接続され、これらの予備的な変位検出信号Ｖs3，Ｖs4の差から最終的な変位検出信号Ｖyを演算する。これにより、同期検波回路７１は、同期検波回路６７と同様に、変位検出信号Ｖyから位相シフト信号Ｖm′を用いて同期検波し、ＬＰＦ７２、調整回路７３を介してＹ軸周りの角速度Ω2に応じた角速度信号を出力する。【００８８】
次に、図８ないし図１１に基づいて、本実施の形態による角速度センサ１の製造方法について説明する。【００８９】
図８に示す基板接合工程では、予めシリコン基板８１の裏面にエッチング処理を施して、中央部分が凹陥した略四角形または円形の凹陥部８２を形成する。一方、基板２となるガラス基板８３の表面には、中央側に位置して、スパッタ等の手段を用いて導体薄膜からなる４つの固定側検出電極３０Ａ〜３３Ａを形成する。その後、例えば陽極接合等の接合手段を用いて、ガラス基板８３の表面に、シリコン基板８１の裏面を接合する。このとき、固定側検出電極３０Ａ〜３３Ａは、凹陥部８２の内側に配置される。【００９０】
次に、図９に示す薄膜化工程では、シリコン基板８１の表面側を研磨して、厚さ寸法の薄いシリコン層８４を形成する。このとき、シリコン層８４の外縁側は、ガラス基板８３に接合されている。また、シリコン層８４のうち凹陥部８２と対応した薄肉部８４Ａは、ガラス基板８３と隙間をもって離間している。【００９１】
次に、図１０に示す機能部形成工程では、エッチング処理を施して、シリコン層８４のうち薄肉部８４Ａに対応した位置に、駆動質量部４〜７、連結梁８、接続部９〜１２、駆動梁１３〜１６、振動発生部１７〜２０、検出質量部２２〜２５、検出梁２６〜２９、振動モニタ部３５〜３８を形成する。また、シリコン層８４の外縁側には、支持部３、駆動用ランド２１、検出用ランド３４、モニタ用ランド３９、シールドランド４０を形成する。このとき、検出質量部２２〜２５は、変位検出部３０〜３３を構成するために、固定側検出電極３０Ａ〜３３Ａと対向した位置に形成される。【００９２】
また、駆動用ランド２１には振動発生部１７〜２０の固定側駆動電極１７Ｂ〜２０Ｂを接続し、検出用ランド３４には変位検出部３０〜３３の固定側検出電極３０Ａ〜３３Ａを接続し、モニタ用ランド３９には振動モニタ部３５〜３８の固定側モニタ電極３５Ｂ〜３８Ｂを接続する。【００９３】
次に、図１１に示す蓋板接合工程では、蓋板４１となるガラス板８５の裏面側に、予めキャビティ４１Ａとなる凹陥部８６を形成する。このとき、凹陥部８６は、駆動質量部４〜７、連結梁８、接続部９〜１２、駆動梁１３〜１６、振動発生部１７〜２０、検出質量部２２〜２５、検出梁２６〜２９、振動モニタ部３５〜３８等と対向した位置に形成される。【００９４】
そして、例えば陽極接合等の接合手段を用いて、シリコン層８４の表面に、ガラス基板８５の裏面を接合する。これにより、ガラス基板８５の外縁側は支持部３および各ランド２１，３４，３９，４０に接合される。なお、固定側検出電極３０Ａ〜３３Ａはガラス基板８３ではなく、ガラス基板８５（蓋板４１）に形成してもよい。【００９５】
次に、電極形成工程では、蓋板４１にサンドブラスト等の穴あけ加工処理を施して、ビアホール４２を形成する。このとき、ビアホール４２は、支持部３および各ランド２１，３４，３９，４０と対応した位置にそれぞれ形成されている。最後に、蓋板４１の表面には、外部の回路と接続するための外部電極（図示せず）を設ける。そして、外部電極は、ビアホール４２の内面に設けられた導体膜を通じて、支持部３および各ランド２１，３４，３９，４０に対して電気的に接続する。これにより、図１ないし図６に示す角速度センサ１が完成する。そして、振動発生部１７〜２０、変位検出部３０〜３３および振動モニタ部３５〜３８は、外部電極を通じて振動制御回路５１および角速度検出回路６１等に接続する。【００９６】
なお、ビアホール４２は、ガラス基板８３側に形成してもよい。好ましくは、ガラス基板８３，８５のうち固定側検出電極３０Ａ〜３３Ａが形成されたものにビアホール４２を加工した方がよい。ビアホールを形成したガラス基板の表面は、薄膜配線等を形成するために、ガラス基板越しに内部が見えなくなる。固定側検出電極を形成した面は、固定側検出電極によって元々内部が見えにくいため、逆側から内部を観察できるようにしておいた方が、製造上好ましいからである。【００９７】
第１の実施の形態による角速度センサ１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。【００９８】
まず、Ｘ軸周りの角速度Ω1を検出する場合について説明する。外部の振動制御回路５１から駆動用ランド２１に駆動信号Ｖdを入力すると、駆動信号Ｖdは振動発生部１７〜２０の固定側駆動電極１７Ｂ〜２０Ｂに印加される。これにより、駆動質量部４，５にはＹ軸方向の静電引力が作用し、駆動質量部４，５はＹ軸方向に振動する。一方、駆動質量部６，７にはＸ軸方向の静電引力が作用し、駆動質量部６，７はＸ軸方向に振動する。そして、周方向で隣合う駆動質量部４〜７は、互いに逆位相で振動する。【００９９】
駆動質量部４〜７が振動している状態でＸ軸周りの角速度Ω1が作用すると、Ｙ軸方向に振動する駆動質量部４，５には、角速度Ω1に応じて、以下の数１に示すコリオリ力Ｆxが作用する。一方、Ｘ軸方向に振動する駆動質量部６，７には、コリオリ力は作用しない。これにより、検出質量部２２，２３は、コリオリ力ＦxによってＺ軸方向に変位し、角速度Ω1に応じて振動する。【０１００】
【数１】
2009087858.tif 000003
【０１０１】
このため、変位検出部３０，３１は、検出質量部２２，２３のＺ軸方向の変位に応じて検出質量部２２，２３と固定側検出電極３０Ａ，３１Ａとの間の静電容量Ｃs1，Ｃs2が変化する。このとき、角速度検出回路６１のＣ−Ｖ変換回路６２，６３は、静電容量Ｃs1，Ｃs2の変化を予備的な変位検出信号Ｖs1，Ｖs2に変換する。そして、差動増幅器６６は、変位検出信号Ｖs1，Ｖs2の差に基づいて、Ｘ軸周りの角速度Ω1に応じた最終的な変位検出信号Ｖxを出力する。同期検波回路６７は、変位検出信号Ｖx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６１は、Ｘ軸周りの角速度Ω1に応じた角速度信号を出力する。【０１０２】
次に、Ｙ軸周りの角速度Ω2を検出する場合について説明する。外部の振動制御回路５１から駆動用ランド２１に駆動信号Ｖdを入力し、駆動質量部４〜７を振動させる。この振動状態でＹ軸周りの角速度Ω2が作用すると、Ｘ軸方向に振動する駆動質量部６，７には、角速度Ω2に応じて、以下の数２に示すコリオリ力Ｆyが作用する。一方、Ｙ軸方向に振動する駆動質量部４，５には、コリオリ力は作用しない。これにより、検出質量部２４，２５は、コリオリ力ＦyによってＺ軸方向に変位し、角速度Ω2に応じて振動する。【０１０３】
【数２】
2009087858.tif 000004
【０１０４】
このため、変位検出部３２，３３は、検出質量部２４，２５のＺ軸方向の変位に応じて検出質量部２４，２５と固定側検出電極３２Ａ，３３Ａとの間の静電容量Ｃs3，Ｃs4が変化する。このとき、角速度検出回路６１のＣ−Ｖ変換回路６４，６５は、静電容量Ｃs3，Ｃs4の変化を変位検出信号Ｖs3，Ｖs4に変換する。そして、差動増幅器７０は、変位検出信号Ｖs3，Ｖs4の差に基づいて、Ｙ軸周りの角速度Ω2に応じた変位検出信号Ｖyを出力する。同期検波回路７１は、変位検出信号Ｖy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６１は、Ｙ軸周りの角速度Ω2に応じた角速度信号を出力する。【０１０５】
かくして、本実施の形態では、４つの駆動質量部４〜７は中心点Ｏに対して点対称な位置に配置されているから、２つの駆動質量部４，５は中心点Ｏを挟んでＸ軸方向の両側に配置することができ、２つの駆動質量部６，７は中心点Ｏを挟んでＹ軸方向の両側に配置することができる。また、周方向で隣合う駆動質量部４〜７は互いに逆位相で振動する。【０１０６】
これにより、Ｘ軸周りの角速度Ω1が作用したときには、Ｙ軸方向に振動する駆動質量部４，５にはＺ軸方向に向かうコリオリ力Ｆxを発生させることができる。このため、角速度Ω1が作用したときには、検出質量部２２，２３はＺ軸方向に変位して振動する。従って、この振動を変位検出部３０，３１を用いて検出することによって、Ｘ軸周りの角速度Ω1を検出することができる。【０１０７】
一方、Ｙ軸周りの角速度Ω2が作用したときには、Ｘ軸方向に振動する駆動質量部６，７にはＺ軸方向に向かうコリオリ力Ｆyを発生させることができる。このため、角速度Ω2が作用したときには、検出質量部２４，２５はＺ軸方向に変位して振動する。従って、この振動を変位検出部３２，３３を用いて検出することによって、Ｙ軸周りの角速度Ω2を検出することができる。これにより、単一の角速度センサ１を用いて、基板２と水平な２つの軸（Ｘ軸およびＹ軸）周りに作用する角速度Ω1，Ω2を検出することができる。【０１０８】
また、４つの駆動質量部４〜７は中心点Ｏに対して点対称な位置に配置されているから、周方向で互いに隣合う駆動質量部４〜７を逆方向（逆位相）に振動させる構成となっている。このため、４つの駆動質量部４〜７全体の重心位置を固定することができると共に、４つの駆動質量部４〜７全体に生じる周方向の回転トルク（回転モーメント）を相殺することができる。このとき、連結梁８は４つの駆動質量部４〜７を互いに連結するから、例えば４つの駆動質量部４〜７に加工ばらつきが生じたときでも、各駆動質量部４〜７は駆動振幅および位相が揃った状態で振動する。この結果、４つの駆動質量部４〜７全体の重心位置の変動や回転トルクを確実に小さくすることができ、駆動質量部４〜７の駆動振動が基板２等に漏れることがなくなる。これにより、角速度信号のオフセット出力が安定する。【０１０９】
また、駆動質量部４〜７は駆動梁１３〜１６を用いて支持し、検出質量部２２〜２５は検出梁２６〜２９を用いて支持する構成とした。このため、駆動質量部４〜７と検出質量部２２〜２５とを独立した別個の梁（駆動梁１３〜１６および検出梁２６〜２９）を用いて支持することができ、共通の梁を用いて支持した場合に比べて、駆動振動と検出振動との間の結合を小さくすることができる。従って、変位検出部３０〜３３が検出質量部２２〜２５の変位を検出して予備的な変位検出信号Ｖs1〜Ｖs4を出力したときには、この変位検出信号Ｖs1〜Ｖs4にノイズ信号となる駆動振動の成分が混入することがない。この結果、例えば変位検出信号Ｖs1〜Ｖs4を直接増幅するとき、または差動増幅器６６，７０を用いて差動増幅するときでも、ノイズ信号によって利得が飽和することがない。このため、同期検波前の初期段階の増幅率を高くすることができるから、角速度信号に含まれるノイズ信号を相対的に小さくすることができ、ＳＮ比が良い角速度信号を得ることができ、角速度センサ１の検出精度を向上することができる。【０１１０】
さらに、可動部となる駆動質量部４〜７、連結梁８、接続部９〜１２、駆動梁１３〜１６、検出質量部２２〜２５等は中心点Ｏに対して点対称な形状となると共に、中心点Ｏを挟んで対称な位置に配置されて駆動質量部４，６と駆動質量部５，７とは互いに逆方向に向けて振動する。従って、角速度Ω1，Ω2が作用したときには、検出質量部２２，２４と検出質量部２３，２５とはＺ軸方向に向けて互いに逆方向に変位する。これに対し、基板２の垂直方向（Ｚ軸方向）に加速度が作用しても、検出質量部２２〜２５がＺ軸方向に変位しても、この変位による変位検出部３０〜３３の静電容量Ｃs1〜Ｃs4の変化は同じ値になる。このため、変位検出部３０〜３３による変位検出信号Ｖs1〜Ｖs4を差動検出することによって、角速度信号から加速度による成分を除去することができる。【０１１１】
また、駆動質量部４〜７および検出質量部２２〜２５自体は変形する必要がないから、駆動質量部４〜７および検出質量部２２〜２５の質量を大きくして、共振周波数を低下させることができる。このため、コリオリ力Ｆx，Ｆyによる検出質量部２２〜２５の変位量を大きくすることができ、角速度Ω1，Ω2の検出感度を高めることができる。さらに、検出質量部２２〜２５の面積を大きくすることができる。このため、変位検出部３０〜３３を検出質量部２２〜２５とＺ軸方向で対向した固定側検出電極３０Ａ〜３３Ａを用いて構成した場合でも、検出質量部２２〜２５がＺ軸方向に変位したときの静電容量Ｃs1〜Ｃs4の変化を大きくすることができ、検出感度を高めることができる。【０１１２】
また、連結梁８には放射状に延びる４つの接続部９〜１２を設けると共に、各接続部９〜１２を長さ方向に変位可能に支持する駆動梁１３〜１６を設ける構成とした。このため、基板２に歪みが生じても、この歪みを駆動梁１３〜１６によって吸収することができ、例えば連結梁８の張力に対する影響を軽減することができる。この結果、駆動質量部４〜７および検出質量部２２〜２５の共振周波数が変化しにくく、特性変動を小さくすることができ、角速度センサ１の出力を安定化することができる。【０１１３】
また、第１の実施の形態では、検出梁２６〜２９は、検出質量部２２〜２５が基板２の厚さ方向に変位するときに、捩れ変形する捩れ支持梁を用いて形成した。このため、例えばシリコン材料等を基板２の垂直方向に加工することによって捩れ支持梁を形成することができ、容易に加工することができる。また、捩れ支持梁は幅寸法が小さい細長い直線状の梁を用いて形成するから、検出梁２６〜２９の幅寸法δにはばらつきが生じ易い傾向がある。【０１１４】
仮に、幅寸法δにばらつきが生じても、駆動質量部４〜７の共振周波数を決める連結梁８および駆動梁１３〜１６も同様な細長い梁を用いて形成しているから、連結梁８、駆動梁１３〜１６および検出梁２６〜２９の幅寸法は一緒に増加または減少する。この結果、連結梁８、駆動梁１３〜１６および検出梁２６〜２９のばね定数は一緒に変化するから、駆動振動の共振周波数と検出振動の共振周波数とは一緒に変動する。これにより、駆動振動と検出振動との間で共振周波数の差が拡大しないから、加工ばらつきに基づく検出感度の低下を防止することができる。【０１１５】
また、駆動質量部４〜７は円周状に並べて配置したから、径方向外側に比べて径方向内側では駆動質量部４〜７の周方向の長さ寸法が小さくなる。このとき、検出梁２６〜２９は、駆動質量部４〜７のうち径方向外側に配置したから、径方向内側に配置した場合に比べて、周方向に延びる長さ寸法を大きくすることができる。このため、検出梁２６〜２９の設計自由度を大きくすることができる。【０１１６】
また、検出梁２６〜２９は接続用突出部２２Ａ〜２５Ａを用いて検出質量部２２〜２５の径方向外側に接続されている。このため、駆動振動によって検出質量部２２〜２５の径方向外側に大きな駆動トルクが作用するときでも、検出梁２６〜２９を用いて検出質量部２２〜２５および駆動質量部４〜７を一緒に駆動振動させることができる。【０１１７】
また、連結梁８は４つの駆動質量部４〜７に取囲まれた中心点Ｏ側に設ける構成としたから、連結梁８の全長を短くすることができ、基板２の垂直方向（Ｚ軸方向）に対する剛性を高めることができる。このため、駆動質量部４〜７および検出質量部２２〜２５が基板２の垂直方向に変位するのを防ぐことができ、この質量部４〜７，２２〜２５の変位に基づくノイズを低減することができる。【０１１８】
また、振動発生部１７〜２０は、駆動質量部４〜７に設けられた可動側駆動電極１７Ａ〜２０Ａと、基板２に設けられた固定側駆動電極１７Ｂ〜２０Ｂとによって構成したから、可動側駆動電極１７Ａ〜２０Ａと固定側駆動電極１７Ｂ〜２０Ｂとの間に作用する静電力によって駆動質量部４〜７を直接的に変位させて、駆動質量部４〜７を駆動振動させることができる。【０１１９】
また、変位検出部３０〜３３の固定側検出電極３０Ａ〜３３Ａを検出用ランド３４に電気的に接続し、振動発生部１７〜２０の固定側駆動電極１７Ｂ〜２０Ｂを駆動用ランド２１に電気的に接続すると共に、駆動用ランド２１と検出用ランド３４との間にはシールドランド４０を設ける構成とした。このため、駆動用ランド２１と検出用ランド３４との間の結合をシールドランド４０を用いて阻止することができ、これらの間の信号の干渉を遮断することができる。この結果、変位検出部３０〜３３による変位検出信号Ｖs1〜Ｖs4に対して、振動発生部１７〜２０に供給する駆動信号Ｖdが混入することがなく、角速度Ω1，Ω2の検出精度を高めることができる。【０１２０】
さらに、駆動質量部４〜７の振動方向の変位をモニタする振動モニタ部３５〜３８を設けたから、振動モニタ部３５〜３８を用いて駆動質量部４〜７の振動振幅および位相を検出することができる。このため、振動モニタ部３５〜３８によるモニタ信号Ｖmは振動制御回路５１の参照信号として利用することができ、共振状態の安定化を図ることができる。また、振動モニタ部３５〜３８によるモニタ信号Ｖmは角速度検出回路６１の参照信号（位相シフト信号Ｖm′）としても利用することができ、駆動質量部４〜７の振動状態に応じて正確な同期検波を行うことができる。【０１２１】
また、第１の実施の形態では、振動発生部１７〜２０、駆動用ランド２１、変位検出部３０〜３３、検出用ランド３４、振動モニタ部３５〜３８、モニタ用ランド３９、シールドランド４０等は対称性を有する状態で形成した。このため、変位検出部３０〜３３の変位検出信号Ｖs1〜Ｖs4に対して駆動信号Ｖdやモニタ信号Ｖmがノイズ信号として混入するときでも、このノイズ信号は変位検出信号Ｖs1〜Ｖs4に対して全て同じレベルとなるから、容易にノイズ信号を除去することができる。【０１２２】
なお、第１の実施の形態では、駆動質量部４〜７の全てに振動モニタ部３５〜３８を設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば４個の駆動質量部４〜７のうちいずれか１個、２個または３個の駆動質量部に振動モニタ部を設ける構成としてもよい。【０１２３】
また、第１の実施の形態では、振動発生部１７〜２０と振動モニタ部３５〜３８とは同じ形状に形成したから、振動モニタ部を振動発生部として使用することもできる。この場合、駆動質量部に対する駆動力を増加させることができる。【０１２４】
次に、図１２ないし図１４は本発明による第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、振動発生部は、連結梁に設けられた可動側駆動電極と、該可動側駆動電極と対向して基板に設けられた固定側駆動電極とによって構成したことにある。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。【０１２５】
角速度センサ９１は、第１の実施の形態による角速度センサ１とほぼ同様に、基板２、駆動質量部４〜７、連結梁８、駆動梁１３〜１６、振動発生部９２，９３、検出質量部２２〜２５、検出梁２６〜２９、変位検出部３０〜３３、振動モニタ部３５〜３８等によって構成されている。【０１２６】
振動発生部９２，９３は、中心点Ｏの近傍に位置して連結梁８の内側に配置されている。ここで、振動発生部９２，９３は、第１の実施の形態による振動発生部１７〜２０と同様に例えば低抵抗なシリコン材料によって形成されている。そして、振動発生部９２，９３は、連結梁８に取付けられた可動側駆動電極９２Ａ，９３Ａと、基板２上の電極支持部９４に取付けられた固定側駆動電極９２Ｂ，９３Ｂとによって構成されている。【０１２７】
このとき、電極支持部９４は、連結梁８に取囲まれ、基板２の中心点Ｏ付近に固定されている。また、可動側駆動電極９２Ａ，９３Ａは、接続部９，１０を内径側に延長した延長部９Ａ，１０Ａの先端にそれぞれ取付けられ、複数の電極板からなる櫛歯状電極によって構成されている。さらに、固定側駆動電極９２Ｂ，９３Ｂは、可動側駆動電極９２Ａ，９３Ａに対向して電極支持部９４の周囲に取付けられ、複数の電極板からなる櫛歯状電極によって構成されている。そして、可動側駆動電極９２Ａ，９３Ａと固定側駆動電極９２Ｂ，９３Ｂとは、互いに噛合した状態で設けられ、電極支持部９４に駆動信号を印加することによって、静電力が作用して互いに接近、離間する。これにより、振動発生部９２，９３は、可動側駆動電極９２Ａ，９３Ａと固定側駆動電極９２Ｂ，９３Ｂとの間に作用する静電力によって連結梁８を撓み変形させて、駆動質量部４〜７を間接的に振動させる。【０１２８】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、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、振動発生部９２，９３は、可動側駆動電極９２Ａ，９３Ａと固定側駆動電極９２Ｂ，９３Ｂとによって構成したから、可動側駆動電極９２Ａ，９３Ａと固定側駆動電極９２Ｂ，９３Ｂとの間に作用する静電力によって連結梁８を撓み変形させることができる。これにより、連結梁８に接続された駆動質量部４〜７を間接的に変位させて、駆動質量部４〜７を駆動振動させることができる。【０１２９】
また、振動発生部９２，９３は駆動質量部４〜７の周囲に設ける必要がないから、駆動質量部４〜７および検出質量部２２〜２５を大きくして、角速度Ω1，Ω2の検出感度を高めることができる。一方、駆動質量部４〜７の周囲に振動発生部９２，９３を設けない分だけ、角速度センサ９１全体を小型化することができ、製造コストを低減することができる。【０１３０】
また、例えば容量結合等によって振動発生部９２，９３と変位検出部３０〜３３との間で電気的クロストークが生じても、この電気的クロストークを完全に対称で、かつ最小限にすることができる。この結果、変位検出信号Ｖs1〜Ｖs4に対するノイズを小さくすることができる。【０１３１】
さらに、固定側駆動電極９２Ｂ，９３Ｂは基板２の中心部（中心点Ｏ）に位置する１箇所で外部の回路（振動制御回路５１）と接続すればよいから、外部接続用の端子を減少させることができる。これにより、角速度センサ９１全体を小型化することができ、製造コストを低減することができる。【０１３２】
なお、第２の実施の形態では、連結梁８の外側に位置して駆動質量部４〜７の周囲に取付けた振動モニタ部３５〜３８を用いて駆動質量部４〜７の振動方向の変位をモニタする構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば振動モニタ部は連結梁の内側に設ける構成としてもよい。この場合、振動モニタ部は、例えば振動発生部９２，９３と同様に構成し、連結梁に設けた可動側モニタ電極と基板に設けた固定側モニタ電極との間の静電容量を検出するものである。【０１３３】
次に、図１５および図１６は本発明による第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、検出梁の両端側を応力低減接続部を用いて検出質量部と駆動質量部とにそれぞれ接続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。【０１３４】
角速度センサ１０１は、第１の実施の形態による角速度センサ１とほぼ同様に、基板２、駆動質量部４〜７、連結梁８、駆動梁１３〜１６、振動発生部１７〜２０、検出質量部２２〜２５、検出梁１０２〜１０５、変位検出部３０〜３３、振動モニタ部３５〜３８等によって構成されている。【０１３５】
検出梁１０２〜１０５は、検出質量部２２〜２５よりも径方向外側に位置して検出質量部２２〜２５と駆動質量部４〜７との間に設けられ、検出質量部２２〜２５を基板２の厚さ方向に変位可能に支持している。また、検出梁２６〜２９は、中心点Ｏを取囲む周方向に向けて延び、検出質量部２２〜２５が基板２の厚さ方向に変位するときに、捩れ変形する捩れ支持梁を用いて形成されている。さらに、検出梁１０２〜１０５は、幅寸法δをもって直線状に延びる細長い板状の梁によって形成されている。このとき、検出質量部２２〜２５は中心点Ｏに近い径方向内側部分が自由端となるから、検出梁１０２〜１０５は片持ち状態で検出質量部２２〜２５を支持する。【０１３６】
但し、検出梁１０２〜１０５は、検出質量部２２〜２５に対して２つずつ設けられている点で、第１の実施の形態による検出梁２６〜２９とは異なっている。このとき、２つの検出梁１０２は、駆動質量部４内に位置してＹ軸方向に延びると共に、Ｙ軸方向の両側にそれぞれ配置されている。同様に、２つの検出梁１０３は、駆動質量部５内に位置してＹ軸方向に延びると共に、Ｙ軸方向の両側にそれぞれ配置されている。【０１３７】
また、２つの検出梁１０４は、駆動質量部６内に位置してＸ軸方向に延びると共に、Ｘ軸方向の両側にそれぞれ配置されている。同様に、２つの検出梁１０５は、駆動質量部７内に位置してＸ軸方向に延びると共に、Ｘ軸方向の両側にそれぞれ配置されている。【０１３８】
また、各検出梁１０２の一端部側は、検出質量部２２のうちＹ軸方向の中心部分に位置して応力低減接続部としてのＬ型梁１０６を用いて検出質量部２２に接続されている。さらに、各検出梁１０２の他端部側は、検出質量部２２のうちＹ軸方向の両端部側にそれぞれ位置してＬ型梁１０６を用いて駆動質量部４に接続されている。【０１３９】
同様に、各検出梁１０３の一端部側は、検出質量部２３のうちＹ軸方向の中心部分に位置して応力低減接続部としてのＬ型梁１０７を用いて検出質量部２３に接続されている。さらに、各検出梁１０３の他端部側は、検出質量部２３のうちＹ軸方向の両端部側にそれぞれ位置してＬ型梁１０７を用いて駆動質量部５に接続されている。【０１４０】
また、各検出梁１０４の一端部側は、検出質量部２４のうちＸ軸方向の中心部分に位置して応力低減接続部としてのＬ型梁１０８を用いて検出質量部２４に接続されている。さらに、各検出梁１０４の他端部側は、検出質量部２４のうちＸ軸方向の両端部側にそれぞれ位置してＬ型梁１０８を用いて駆動質量部６に接続されている。【０１４１】
同様に、各検出梁１０５の一端部側は、検出質量部２５のうちＸ軸方向の中心部分に位置して応力低減接続部としてのＬ型梁１０９を用いて検出質量部２５に接続されている。さらに、各検出梁１０５の他端部側は、検出質量部２５のうちＸ軸方向の両端部側にそれぞれ位置してＬ型梁１０９を用いて駆動質量部７に接続されている。【０１４２】
このとき、Ｌ型梁１０６，１０７は、例えば検出梁１０２，１０３からＬ字形状に屈曲している。これにより、検出梁１０２，１０３の両端側は、その長さ方向となるＹ軸方向に対して自由度をもった状態で支持されている。同様に、Ｌ型梁１０８，１０９は、例えば検出梁１０４，１０５からＬ字状に屈曲している。これにより、検出梁１０４，１０５の両端側は、その長さ方向となるＸ軸方向に対して自由度をもった状態で支持されている。この結果、検出梁１０２〜１０５が捩れ変形するときには、検出梁１０２〜１０５の両端側が長さ方向に変位することができるから、検出梁１０２〜１０５の両端側に作用する歪みや応力が低減されている。【０１４３】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、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、検出梁１０２〜１０５の両端側はＬ型梁１０６〜１０９を用いて検出質量部２２〜２５と駆動質量部４〜７とにそれぞれ接続したから、角速度センサ１０１の感度ばらつきを小さくすることができる。【０１４４】
ここで、Ｌ型梁１０６〜１０９と感度ばらつきとの関係を詳しく説明する。まず、第１の実施の形態のように、検出梁２６〜２９の両端を固定した場合には、固定部分に作用する応力によって検出梁２６〜２９の捩れ変形が阻害される。このため、検出梁２６〜２９の厚さ寸法が変化したときには、この厚さ寸法の変化分に対する共振周波数の変化が大きくなる。この結果、加工ばらつきが駆動モードと検出モードの共振周波数差に与える影響が大きくなる傾向がある。【０１４５】
これに対し、本実施の形態では、検出梁１０２〜１０５の両端側はＬ型梁１０６〜１０９を用いて検出質量部２２〜２５と駆動質量部４〜７とにそれぞれ接続したから、検出梁１０２〜１０５が捩れ変形するときに検出梁１０２〜１０５の両端側に作用する歪みや応力を低減することができる。これにより、厚さ寸法の加工ばらつきが駆動モードと検出モードの共振周波数差に与える影響を小さくすることができ、角速度センサ１０１の感度ばらつきを小さくすることができる。【０１４６】
なお、第３の実施の形態では、Ｌ型梁１０６〜１０９を用いて応力低減接続部を構成した。しかし、本発明はこれに限らず、応力低減接続部は、検出梁の長さ方向（捩れ軸方向）に対して自由度を与える構成であればよい。このため、例えば図１７に示す第１の変形例のように、検出梁１０２′の端部側がＴ字形状となったＴ型梁１０６′を用いて応力低減接続部を構成してもよい。【０１４７】
また、前記第３の実施の形態では、検出梁１０２〜１０５は、直線状に延びる捩れ支持梁を用いて形成した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図１８に示す第２の変形例のように、検出梁１０２″は１回または複数回折り返した形状の捩れ支持梁を用いて形成してもよい。【０１４８】
また、前記各実施の形態では、検出梁２６〜２９，１０２〜１０５は、検出質量部２２〜２５が基板２の厚さ方向に変位するときに捩れ変形する捩れ支持梁を用いて形成した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば検出質量部が基板の厚さ方向に変位するときに撓み変形する撓み支持梁を用いて検出梁を形成してもよい。【０１４９】
また、前記各実施の形態では、連結梁８は円形の枠状に形成する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、図１９に示す第３の変形例による角速度センサ１１１ように、例えば連結梁１１２を四角形の枠状に形成してもよく、四角形以上の多角形の枠状に形成してもよい。この場合、連結梁は、例えば八角形、十二角形等のように、４の倍数の角を有する多角形の枠状に形成するのが好ましい。【０１５０】
また、前記各実施の形態では、連結梁８は駆動質量部４〜７に取囲まれた中心点Ｏ側（内径側）に設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、図２０に示す第４の変形例による角速度センサ１２１のように、例えば連結梁１２２は駆動質量部４〜７を取囲む外径側に設ける構成としてもよい。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2009087858.tif 000019
【図１６】
2009087858.tif 000020
【図１７】
2009087858.tif 000021
【図１８】
2009087858.tif 000022
【図１９】
2009087858.tif 000023
【図２０】
2009087858.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成22年9月9日(2010.9.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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、中心部を中心とする周方向の異なる位置に配置され、中心部に対して点対称な位置に配置された４つの駆動質量部と、
該４つの駆動質量部を互いに連結し、該４つの駆動質量部が前記基板と水平な方向に変位するときに撓み変形する連結梁と、
前記中心部を中心として放射状に延び、周方向で隣合う２つの駆動質量部の間にそれぞれ位置して該連結梁に接続された４つの接続部と、
該４つの接続部にそれぞれ設けられ、前記連結梁が撓み変形するときに該各接続部を長さ方向に変位可能に支持する駆動梁と、
周方向で隣合う駆動質量部が逆位相となる状態で、前記４つの駆動質量部を中心部を取囲む周方向に向けて振動させる駆動手段と、
前記４つの駆動質量部にそれぞれ設けられた検出質量部と、
該検出質量部と前記駆動質量部との間に設けられ、該検出質量部を基板の厚さ方向に変位可能に支持する検出梁と、
前記検出質量部が前記基板の厚さ方向に変位するのを検出する変位検出手段とを備え、
前記駆動手段は、前記駆動質量部に設けられた可動側駆動電極と、該可動側駆動電極と対向して前記基板に設けられた固定側駆動電極とからなり、可動側駆動電極と固定側駆動電極との間に作用する静電力によって前記駆動質量部を振動させる構成としてなる角速度センサ。
【請求項２】
前記変位検出手段は、前記検出質量部と厚さ方向で対向した固定側検出電極を用いて構成し、
該変位検出手段の固定側検出電極は、前記基板に設けられた検出用ランドに電気的に接続し、
前記駆動手段の固定側駆動電極は、前記基板に設けられた駆動用ランドに電気的に接続し、
該駆動用ランドと検出用ランドとの間には、信号の干渉を遮断するシールドランドを設ける構成としてなる請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項３】
基板と、
該基板と隙間をもって対向し、中心部を中心とする周方向の異なる位置に配置され、中心部に対して点対称な位置に配置された４つの駆動質量部と、
該４つの駆動質量部を互いに連結し、該４つの駆動質量部が前記基板と水平な方向に変位するときに撓み変形する連結梁と、
前記中心部を中心として放射状に延び、周方向で隣合う２つの駆動質量部の間にそれぞれ位置して該連結梁に接続された４つの接続部と、
該４つの接続部にそれぞれ設けられ、前記連結梁が撓み変形するときに該各接続部を長さ方向に変位可能に支持する駆動梁と、
周方向で隣合う駆動質量部が逆位相となる状態で、前記４つの駆動質量部を中心部を取囲む周方向に向けて振動させる駆動手段と、
前記４つの駆動質量部にそれぞれ設けられた検出質量部と、
該検出質量部と前記駆動質量部との間に設けられ、該検出質量部を基板の厚さ方向に変位可能に支持する検出梁と、
前記検出質量部が前記基板の厚さ方向に変位するのを検出する変位検出手段とを備え、
前記駆動手段は、前記連結梁に設けられた可動側駆動電極と、該可動側駆動電極と対向して前記基板に設けられた固定側駆動電極とからなり、可動側駆動電極と固定側駆動電極との間に作用する静電力によって前記連結梁を撓み変形させて前記駆動質量部を振動させる構成としてなる角速度センサ。
【請求項４】
前記検出梁は、前記中心部を取囲む周方向に向けて延び、前記検出質量部が基板の厚さ方向に変位するときに、捩れ変形する捩れ支持梁を用いて形成してなる請求項１，２または３に記載の角速度センサ。
【請求項５】
前記検出梁は、捩れ変形するときに当該検出梁の端部側に作用する応力を低減する応力低減接続部を用いて前記検出質量部と駆動質量部とにそれぞれ接続する構成としてなる請求項４に記載の角速度センサ。
【請求項６】
前記連結梁は、前記４つの駆動質量部に取囲まれた中心部側に設ける構成としてなる請求項１，２，３，４または５に記載の角速度センサ。
【請求項７】
前記駆動質量部の周囲には、当該駆動質量部の振動方向の変位をモニタするモニタ手段を設け、
該モニタ手段は、前記駆動質量部に設けられた可動側モニタ電極と、該可動側モニタ電極と対向して前記基板に設けられた固定側モニタ電極とからなり、可動側モニタ電極と固定側モニタ電極との間の静電容量を用いて前記駆動質量部の変位を検出する構成としてなる請求項１，２，３，４，５または６に記載の角速度センサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明による角速度センサは、基板と、該基板と隙間をもって対向し、中心部を中心とする周方向の異なる位置に配置され、中心部に対して点対称な位置に配置された４つの駆動質量部と、該４つの駆動質量部を互いに連結し、該４つの駆動質量部が前記基板と水平な方向に変位するときに撓み変形する連結梁と、前記中心部を中心として放射状に延び、周方向で隣合う２つの駆動質量部の間にそれぞれ位置して該連結梁に接続された４つの接続部と、該４つの接続部にそれぞれ設けられ、前記連結梁が撓み変形するときに該各接続部を長さ方向に変位可能に支持する駆動梁と、周方向で隣合う駆動質量部が逆位相となる状態で、前記４つの駆動質量部を中心部を取囲む周方向に向けて振動させる駆動手段と、前記４つの駆動質量部にそれぞれ設けられた検出質量部と、該検出質量部と前記駆動質量部との間に設けられ、該検出質量部を基板の厚さ方向に変位可能に支持する検出梁と、前記検出質量部が前記基板の厚さ方向に変位するのを検出する変位検出手段とを備え、前記駆動手段は、前記駆動質量部に設けられた可動側駆動電極と、該可動側駆動電極と対向して前記基板に設けられた固定側駆動電極とからなり、可動側駆動電極と固定側駆動電極との間に作用する静電力によって前記駆動質量部を振動させる構成としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
請求項１の発明によれば、４つの駆動質量部は中心部に対して点対称な位置に配置されているから、２つの駆動質量部は中心部を挟んで互いに対向すると共に、残余の２つの駆動質量部も中心部を挟んで互いに対向する。このとき、２つの駆動質量部と残余の２つの駆動質量部とは、互いに異なる位置に配置される。このため、例えば基板がＸ軸およびＹ軸に平行なＸ−Ｙ平面に沿って広がっているときには、２つの駆動質量部は中心部を通る１本の線（例えばＸ軸）に沿って配置されると共に、残余の２つの駆動質量部は中心部を通る他の線（例えばＹ軸）に沿って配置される。また、４つの駆動質量部は中心部を取囲む周方向に沿って振動するから、例えばＸ軸に沿って配置された２つの駆動質量部はＹ軸方向に振動し、Ｙ軸に沿って配置された２つの駆動質量部はＸ軸方向に振動する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また、連結梁には放射状に延びる４つの接続部を設けると共に、各接続部を長さ方向に変位可能に支持する駆動梁を設ける構成とした。このため、基板に歪みが生じても、この歪みを駆動梁によって吸収することができ、例えば連結梁の張力に対する影響を軽減することができる。この結果、駆動質量部および検出質量部の共振周波数が変化しにくく、特性変動を小さくすることができる。
また、前記駆動手段は、前記駆動質量部に設けられた可動側駆動電極と、該可動側駆動電極と対向して前記基板に設けられた固定側駆動電極とからなり、可動側駆動電極と固定側駆動電極との間に作用する静電力によって前記駆動質量部を振動させる構成とした。
このように構成したことにより、可動側駆動電極と固定側駆動電極との間に作用する静電力によって駆動質量部を直接的に変位させて、駆動質量部を駆動振動させることができる。
請求項２の発明では、前記変位検出手段は、前記検出質量部と厚さ方向で対向した固定側検出電極を用いて構成し、該変位検出手段の固定側検出電極は、前記基板に設けられた検出用ランドに電気的に接続し、前記駆動手段の固定側駆動電極は、前記基板に設けられた駆動用ランドに電気的に接続し、該駆動用ランドと検出用ランドとの間には、信号の干渉を遮断するシールドランドを設ける構成としている。
このように構成したことにより、駆動用ランドと検出用ランドとの間の結合をシールドランドを用いて阻止することができ、これらの間の信号の干渉を遮断することができる。この結果、変位検出手段による変位検出信号に対して、駆動手段に供給する駆動信号が混入することがなく、角速度の検出精度を高めることができる。
請求項３の発明による角速度センサは、基板と、該基板と隙間をもって対向し、中心部を中心とする周方向の異なる位置に配置され、中心部に対して点対称な位置に配置された４つの駆動質量部と、該４つの駆動質量部を互いに連結し、該４つの駆動質量部が前記基板と水平な方向に変位するときに撓み変形する連結梁と、前記中心部を中心として放射状に延び、周方向で隣合う２つの駆動質量部の間にそれぞれ位置して該連結梁に接続された４つの接続部と、該４つの接続部にそれぞれ設けられ、前記連結梁が撓み変形するときに該各接続部を長さ方向に変位可能に支持する駆動梁と、周方向で隣合う駆動質量部が逆位相となる状態で、前記４つの駆動質量部を中心部を取囲む周方向に向けて振動させる駆動手段と、前記４つの駆動質量部にそれぞれ設けられた検出質量部と、該検出質量部と前記駆動質量部との間に設けられ、該検出質量部を基板の厚さ方向に変位可能に支持する検出梁と、前記検出質量部が前記基板の厚さ方向に変位するのを検出する変位検出手段とを備え、前記駆動手段は、前記連結梁に設けられた可動側駆動電極と、該可動側駆動電極と対向して前記基板に設けられた固定側駆動電極とからなり、可動側駆動電極と固定側駆動電極との間に作用する静電力によって前記連結梁を撓み変形させて前記駆動質量部を振動させる構成としている。
請求項３の発明でも、請求項１の発明とほぼ同様な作用効果を得ることができる。また、駆動手段は、連結梁に設けられた可動側駆動電極と、基板に設けられた固定側駆動電極とによって構成したから、可動側駆動電極と固定側駆動電極との間に作用する静電力によって連結梁を撓み変形させることができる。これにより、連結梁に接続された駆動質量部を間接的に変位させて、駆動質量部を駆動振動させることができる。
また、駆動手段は駆動質量部の周囲に設ける必要がないから、駆動質量部および検出質量部を大きくして、角速度の検出感度を高めることができる。一方、駆動質量部の周囲に駆動手段を設けない分だけ、センサ全体を小型化することができ、製造コストを低減することができる。
また、例えば容量結合等によって駆動手段と変位検出手段との間で電気的クロストークが生じても、この電気的クロストークを完全に対称で、かつ最小限にすることができるから、変位検出信号に対するノイズを小さくすることができる。
さらに、固定側駆動電極は基板の中心部に位置する１箇所で外部の回路と接続すればよいから、外部接続用の端子を減少させることができる。これにより、センサ全体を小型化することができ、製造コストを低減することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
請求項４の発明では、前記検出梁は、前記中心部を取囲む周方向に向けて延び、前記検出質量部が基板の厚さ方向に変位するときに、捩れ変形する捩れ支持梁を用いて形成している。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
請求項５の発明では、前記検出梁は、捩れ変形するときに当該検出梁の端部側に作用する応力を低減する応力低減接続部を用いて前記検出質量部と駆動質量部とにそれぞれ接続する構成としている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
請求項６の発明では、前記連結梁は、前記４つの駆動質量部に取囲まれた中心部側に設ける構成としている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
請求項７の発明では、前記駆動質量部の周囲には、当該駆動質量部の振動方向の変位をモニタするモニタ手段を設け、該モニタ手段は、前記駆動質量部に設けられた可動側モニタ電極と、該可動側モニタ電極と対向して前記基板に設けられた固定側モニタ電極とからなり、可動側モニタ電極と固定側モニタ電極との間の静電容量を用いて前記駆動質量部の変位を検出する構成としている。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
【図１】図１は本発明の第１の実施の形態による角速度センサを蓋板を除いた状態で示す平面図である。
【図２】図２は図１中の角速度センサの要部を拡大して示す平面図である。
【図３】図３は角速度センサを図１中の矢示III−III方向からみた断面図である。
【図４】図４は角速度センサを検出質量部がＺ軸方向に振動した状態で示す図３と同様位置の断面図である。
【図５】図５は角速度センサを示す模式的な説明図である。
【図６】図６は角速度センサを駆動質量部が振動した状態で示す模式的な説明図である。
【図７】図７は角速度センサの振動制御回路および角速度検出回路を示す回路構成図である。
【図８】図８は基板接合工程を示す図３と同様な位置の断面図である。
【図９】図９は薄膜化工程を示す図３と同様な位置の断面図である。
【図１０】図１０は機能部形成工程を示す図３と同様な位置の断面図である。
【図１１】図１１は蓋板接合工程を示す図３と同様な位置の断面図である。
【図１２】図１２は第２の実施の形態による角速度センサの要部を拡大して示す図２と同様位置の平面図である。
【図１３】図１３は図１２中の振動発生部を拡大して示す平面図である。
【図１４】図１４は第２の実施の形態による角速度センサを駆動質量部が振動した状態で示す模式的な説明図である。
【図１５】図１５は第３の実施の形態による角速度センサの要部を拡大して示す図２と同様位置の平面図である。
【図１６】図１６は図１５中の検出梁等を拡大して示す平面図である。
【図１７】図１７は第１の変形例による検出梁等を拡大して示す図１６と同様位置の平面図である。
【図１８】図１８は第２の変形例による検出梁等を拡大して示す図１６と同様位置の平面図である。
【図１９】図１９は第３の変形例による角速度センサを示す模式的な説明図である。
【図２０】図２０は第４の変形例による角速度センサを示す模式的な説明図である。
【国際調査報告】
2009087858.tif 000025
2009087858.tif 000026
2009087858.tif 000027
2009087858.tif 000028