(57)【要約】【課題】本発明は、第１、第２の質量部の振動が固定部を介して外部へ漏れることを低減するとともに、第１、第２の質量部の振動振幅が過大とならないようにでき、これにより、安定で、高精度な角速度センサを提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明の角速度センサは第１の質量部２４を共振駆動する振動周波数と、第２の質量部２６の固有周波数とに差を設けるとともに、前記第１の質量部２４を共振駆動する振動周波数と前記第２の質量部２６の固有周波数との差を、前記第１の質量部を共振駆動する振動周波数の±３８％以内としたものである。【選択図】図１
2011127942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の底面側の略中央部に設けた第１の質量部と、前記基板の底面側でかつ、前記第１の質量部の外周側に配置された固定部と、前記基板の底面側でかつ、前記固定部の外周側に配置された第２の質量部と、前記第１の質量部を共振駆動する駆動部と、コリオリ力を検出する検出部とを備え、前記第１の質量部を共振駆動する振動周波数と、前記第２の質量部の固有周波数とに差を設けるとともに、前記第１の質量部を共振駆動する振動周波数と前記第２の質量部の固有周波数との差を、前記第１の質量部を共振駆動する振動周波数の±３８％以内とした角速度センサ。
【請求項２】
前記基板における前記第１の質量部と前記固定部との間は薄肉部からなるとともに前記基板における前記第２の質量部と前記固定部との間は薄肉部からなることを特徴とする請求項１記載の角速度センサ。
【請求項３】
前記第１の質量部を共振駆動する振動周波数と前記第２の質量部の固有周波数との差を、前記第１の質量部を共振駆動する振動周波数の±１０％以内としたことを特徴とする請求項１ないし２記載の角速度センサ。
【請求項４】
前記基板表面の前記固定部に対応する位置内に外部接続用の電極パッドを設けたことを特徴とする請求項３記載の角速度センサ。
【請求項５】
前記固定部の底面形状が段差を有していることを特徴とする請求項４記載の角速度センサ。
【請求項６】
前記基板において第１の質量部と固定部の間、及び／又は第２の質量部と固定部の間にスリットを設けたことを特徴とする請求項４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、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等の各種電子機器に用いて、これらの機器に働く角速度を検出する角速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等の各種電子機器に用いて、これらの機器に働く角速度を検出する角速度センサとしては図６に示すようなものが知られている（特許文献１参照）。図６（ａ）は従来の角速度センサの平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）の角速度センサをＸ軸に沿って切った断面図を示す。図６において、１はＸＹ平面に平行に配置されたシリコンからなる基板であり、該基板１の底面側をエッチング処理して薄肉の円環状の可撓部２を形成することにより、前記薄肉の円環状の可撓部２に囲まれた厚肉部３と、前記薄肉の円環状の可撓部２を取り囲むように配置した固定部４とが形成されている。５は質量部であり、前記厚肉部３の底面にガラス層６により固定されている。また前記固定部４の底面には支持体７が固定され、また、前記支持体７の底面には台座８が固着されている。質量部５は前記支持体７、台座８から離間して配置される。これにより質量部５は基板１、支持体７、台座８で囲まれた空間内で振動することができる。前記質量部５の底面と台座８の表面には一対の電極９ａ，９ｂが設けられている。さらに、前記基板１の表面には歪抵抗素子１０ａ〜１０ｌが形成されている。
【０００３】
前記一対の電極９ａ，９ｂ間に交流電圧を印加すると、該電極間に静電引力が働くため、質量部５はＺ軸方向に振動する。この状態で、角速度センサがＹ軸の周りに回転すると、Ｘ軸方向にコリオリ力が働き前記質量部５はＸ軸方向に振り子振動し、前記薄肉の円環状の可撓部２が歪む。この歪により発生する歪抵抗素子１０ａ〜１０ｄの抵抗変化からＹ軸周りの角速度が検出できる。同様にして、質量部５をＺ軸方向に単振動させた状態で角速度センサがＸ軸の周りに回転すると、Ｙ軸方向にコリオリ力が働き前記質量部５はＹ軸方向に振り子振動し、前記薄肉の円環状の可撓部２が歪む。この歪により発生する歪抵抗素子１０ｅ〜１０ｈの抵抗変化からＸ軸周りの角速度が検出できるものである。
【０００４】
しかしながら、図６に示す角速度センサを被測定物に装着した時、質量部５のＺ軸方向の振動が支持体７、台座８を通して被測定物に漏れることにより、被測定物に角速度が働いていない場合にも前記薄肉の円環状の可撓部２がＸ軸やＹ軸方向に歪む。図７は角速度センサを被測定物１１に装着した場合に、被測定物１１に振動が漏れる様子を説明するための角速度センサの断面模式図である。図７（ａ）は質量部５がＺ軸の正方向に移動した瞬間を示すもので、質量部５の重心が上昇するために支持体７、台座８の重心が降下して被測定物１１に下向きの力を及ぼしている状態を示す。一方、図７（ｂ）は質量部５がＺ軸の負方向に移動した瞬間を示すもので、質量部５の重心が降下するために支持体７、台座８の重心が上昇して被測定物１１に上向きの力を及ぼしている状態を示す。これにより、歪抵抗素子１０ａ〜１０ｌには角速度センサに角速度が印加された際に発生するのと同様な歪抵抗変化が現れる。その結果、角速度零（静止状態）であるにもかかわらず角速度センサは角速度が印加されたかのような出力電圧（０点変動）を発生することになる。そして、前記振動漏れ量は角速度センサの被測定物への装着方法、温度、被測定物の質量等により変化するため、前記０点変動も大きく変化する。さらに、被測定物に加わった外乱は支持体７、台座８を通して直接質量部５に伝わるために、外乱による不要振動が重畳された状態で角速度が検出されることになる。これにより、安定な精度のよい角速度の測定が困難になるという問題点があった。
【０００５】
このような問題点を解決するために、図８に示すような角速度センサが提案されている（特許文献２参照）。図８（ａ）は特許文献２に示された角速度センサの平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の角速度センサのＡ−Ａ線での断面図を示す。図８において、１２はＸＹ平面に平行に配置されたセラミック等からなる基体であり、該基体１２には薄肉の円筒状に形成された支持部１３と、該支持部１３の内側に配され、環状の第１の薄肉部１４によって振動可能とされた円柱状の第１の質量部１５と、前記支持部１３の外側に配され、環状の第２の薄肉部１６によって振動可能とされた厚肉の円筒状を有する第２の質量部１７とが一体的に形成されている。また、該基体１２の表面でかつ、前記環状の第１の薄肉部１４上には円環状の圧電／電歪素子部１８が形成されている。また、該基体１２の表面でかつ、前記環状の第２の薄肉部１６上には円弧状の圧電／電歪素子部１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄがＺ軸の周りにほぼ９０°間隔で形成されている。
【０００６】
上記特許文献２にはこの角速度センサの動作は以下のように説明されている。すなわち、上記角速度センサの円環状の圧電／電歪素子部１８に交流電圧を印加すると該圧電／電歪素子部１８が印加電圧の振幅に応じて伸縮するため環状の第１の薄肉部１４が撓む。これにより、第１の質量部１５がＺ軸方向に単振動する。この時、環状の第１の薄肉部１４は支持部１３を支点として振動することになるため第２の質量部１７は第１の質量部１５の振動方向とは逆方向に振動する。この状態で、角速度センサがＹ軸の周りに回転すると、Ｘ軸方向にコリオリ力が働き前記第１と第２の質量部１５，１７はＸ軸方向に互いに逆方向に振り子振動し、前記環状の第２の薄肉部１６が伸縮する。これにより、円弧状の圧電／電歪素子部１９ａ，１９ｃに発生する電荷からＹ軸周りの角速度が検出できる。同様にして、第１の質量部１５をＺ軸方向に単振動させた状態で角速度センサがＸ軸の周りに回転すると、Ｙ軸方向にコリオリ力が働き前記第１と第２の質量部１５，１７はＹ軸方向に互いに逆方向に振り子振動し、前記環状の第２の薄肉部１６が伸縮する。これにより、円弧状の圧電／電歪素子部１９ｂ，１９ｄに発生する電荷からＸ軸周りの角速度が検出できる。さらに、上記角速度センサに対し、ある方向に力が加わった場合には、該外乱によって前記第１、第２の質量部１５，１７が互いに同じ方向に振動する。しかしながら上記角速度センサでは、前記第１の質量部１５と第２の質量部１７の互いに逆方向の振動に基づいて角速度を検出しているため、これらの質量部の同方向の振動は角速度の検出に関係がなく、前記外乱による影響を受けない、と説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１３６２６５号公報
【特許文献２】特開２００１−２８０９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、我々は上記特許文献２に示された構成の角速度センサにおいて、第１の質量部１５を共振駆動する駆動周波数と、前記第２の質量部１７の固有周波数の関係を適切に選択していない場合には、第１、第２の質量部１５，１７の振動が外部に漏れることにより、あるいは外乱によって第１、第２の質量部１５，１７に不要な振動が発生することにより、角速度の測定に誤差が発生するとともに、第１、第２の質量部１５，１７の振動振幅が過大となり角速度センサが破壊するという問題点があることを見出した。
【０００９】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、角速度の検出を安定に、かつ高精度に行なうことのできる角速度センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【００１１】
本発明の請求項１に記載の発明は、基板と、前記基板の底面側の略中央部に設けた第１の質量部と、前記基板の底面側でかつ、前記第１の質量部の外周側に配置された固定部と、前記基板の底面側でかつ、前記固定部の外周側に配置された第２の質量部と、前記第１の質量部を共振駆動する駆動部と、コリオリ力を検出する検出部とを備え、前記第１の質量部を共振駆動する振動周波数と、前記第２の質量部の固有周波数とに差を設けるとともに、前記第１の質量部を共振駆動する振動周波数と前記第２の質量部の固有周波数との差を、前記第１の質量部を共振駆動する振動周波数の±３８％以内としたことにより、第１、第２の質量部の振動が固定部を介して外部へ漏れることを低減し、あるいは外乱によって第１、第２の質量部に不要な振動が発生することを防止するとともに、第１、第２の質量部の振動振幅が過大とならないようにしたもので、この構成によれば、０点変動を低減できるとともに角速度センサ内に生ずる歪が破壊限界を越えることのないようにできるため、角速度の検出を安定に行なうことができるという作用効果を有するものである。
【００１２】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、前記基板における前記第１の質量部と前記固定部との間と、前記基板における前記第２の質量部と前記固定部との間とを薄肉部で構成することにより、前記固定部と第１の質量部との接続部および前記固定部と第２の質量部との接続部の可撓性を向上するようにしたもので、この構成によれば、前記第１の質量部と第２の質量部の振動振幅を大きくできるため、角速度の検出感度の向上を図ることができるという作用効果を有するものである。
【００１３】
本発明の請求項３に記載の発明は、特に、前記第１の質量部を共振駆動する振動周波数と前記第２の質量部の固有周波数との差を、前記第１の質量部を共振駆動する振動周波数の±１０％以内としたもので、この構成によれば、前記第１の質量部を共振駆動した時に前記固定部に生ずる最大振幅を、前記第２の質量部を設けない状態で前記第１の質量部を共振駆動した時に前記固定部に生ずる振動の最大振幅の約２５％以下に抑圧できるため、０点変動を角速度の検出に実用上支障のないレベルにまで低減でき、これにより、角速度の検出を高精度に行なうことができるという作用効果を有するものである。
【００１４】
本発明の請求項４に記載の発明は、特に、前記基板表面の前記固定部に対応する位置内に外部接続用の電極パッドを設けたもので、この構成によれば、電極パッドを角速度センサ内の振動振幅のきわめて小さい位置に配置することができるため、電極パッドの配置により前記第１、第２の質量部の振動が影響を受けることがなく、角速度の検出を高精度に行なうことができるという作用効果を有するものである。
【００１５】
本発明の請求項５に記載の発明は、特に、前記固定部の底面形状に段差を設けたもので、この構成によれば、本発明の角速度センサの前記固定部の底面を被測定物等に接続した場合、前記基板と固定部と被測定物等とで構成される空間内で質量部が振動してもこの空間内部の気体の圧力が局所的に変動することを防止できるため、前記質量部に作用する気体からの抵抗を低減し、これにより角速度検出信号感度の向上を図ることができるという作用効果を有するものである。
【００１６】
本発明の請求項６に記載の発明は、特に、前記基板において第１の質量部と固定部の間、及び／又は第２の質量部と固定部の間にスリットを設けたもので、この構成によれば、第１の質量部と前記固定部との接続部および第２の質量部と前記固定部との接続部の可撓性が向上するとともに、本発明の角速度センサの前記固定部の底面を被測定物等に接続した場合、前記基板と固定部と被測定物等とで構成される空間内で質量部が振動してもこの空間内部の気体の圧力が局所的に変動することを防止できるため、角速度検出信号感度の向上を図ることができるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明の角速度センサは、基板と、前記基板の底面側の略中央部に設けた第１の質量部と、前記基板の底面側でかつ、前記第１の質量部の外周側に配置された固定部と、前記基板の底面側でかつ、前記固定部の外周側に配置された第２の質量部と、前記第１の質量部を共振駆動する駆動部と、コリオリ力を検出する検出部とを備えるとともに、前記第１の質量部を共振駆動する振動周波数と前記第２の質量部の固有周波数との差を、前記第１の振動周波数の±３８％以内とすることにより、第１、第２の質量部の振動が固定部を介して外部へ漏れることを低減し、あるいは外乱によって第１、第２の質量部に不要な振動が発生することを防止するとともに、第１、第２の質量部の振動振幅が過大とならないようにしたもので、この構成によれば、０点変動を低減できるとともに角速度センサ内に生ずる歪が破壊限界を越えることのないようにできるため、角速度の検出を安定に行なうことができ、これにより、角速度の検出を高精度に行なうことができるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）〜（ｂ）本発明の実施の形態１における角速度センサの平面図およびＡ−Ａ線断面図
【図２】（ａ）〜（ｂ）同角速度センサが動作している時の第１の質量部２４、第２の質量部２６、固定部２２の動きを説明する断面模式図
【図３】同角速度センサの、第１の質量部を共振駆動する振動周波数と前記第２の質量部の固有周波数との差と、前記第１の質量部２４を共振駆動する振動周波数との比と、漏れ振動振幅との関係を表すシミュレーション結果を示す図
【図４】（ａ）〜（ｂ）本発明の実施の形態２における角速度センサの平面図およびＡ−Ａ線断面図
【図５】（ａ）〜（ｂ）本発明の実施の形態３における角速度センサの平面図およびＡ−Ａ線断面図
【図６】従来の角速度センサの平面図および断面図
【図７】同角速度センサを被測定物に装着した場合に、被測定物に振動が漏れる様子を説明するための角速度センサの断面模式図
【図８】従来の角速度センサの平面図およびＡ−Ａ線断面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の請求項１〜４に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態における角速度センサの平面図、図１（ｂ）はこの角速度センサのＡ−Ａ線での断面図を示したものである。この図１において、２１はＸＹ平面に平行に配置されたシリコン等の半導体ウェハからなる基板であり、該基板２１にはエッチング処理して薄肉の円筒状に形成された固定部２２と、該固定部２２の内側に配され、環状の第１の薄肉部２３によって振動可能とされた円柱状の第１の質量部２４と、前記固定部２２の外側に配され、環状の第２の薄肉部２５によって振動可能とされた厚肉の円筒状を有する第２の質量部２６とが一体的に形成されている。前記角速度センサの外形寸法は大略直径２ｍｍ、厚み０．４ｍｍであり、前記環状の第１、第２の薄肉部２３，２５の厚さは約５μｍとしている。
【００２１】
前記角速度センサの固定部２２は被測定物２７に接着剤等を用いて固着されている。前記基板２１の表面側で環状の第１の薄肉部２３上には中心側に圧電／電歪素子からなる円弧状の第１、第２、第３、第４の検出部３１，３２，３３，３４が、外周側には圧電／電歪素子からなる円弧状の第１、第２、第３、第４の駆動部３５，３６，３７，３８が、Ｚ軸の周りにほぼ９０°間隔で形成されている。さらに前記基板２１の表面側で環状の第１の薄肉部２３上には前記第１、第２、第３、第４の駆動部３５，３６，３７，３８と隣接して振動モニター部４１，４２，４３，４４がＺ軸の周りにほぼ９０°間隔で形成されている。さらにまた、前記基板２１の表面側で前記固定部２２に対応する位置には第１、第２、第３、第４の駆動部３５，３６，３７，３８、前記第１、第２、第３、第４の検出部３１，３２，３３，３４等と信号ライン（図示せず）で接続された電極パッド４５，４６，４７，４８，４９，５０が形成されている。そして、前記電極パッドは信号処理用のＩＣの入出力端子部とボンディングワイヤ等（図示せず）で接続されている。
【００２２】
前記第１、第２、第３、第４の駆動部３５，３６，３７，３８に正弦波駆動電圧を印加すると、第１、第２、第３、第４の駆動部３５，３６，３７，３８が面内方向に伸縮することにより、第１の質量部２４はＺ軸方向に上下運動を行なう。すなわち、前記第１、第２、第３、第４の駆動部３５，３６，３７，３８がともに面内方向に伸びると環状の第１の薄肉部２３が撓むために、第１の質量部２４はＺ軸の正方向に移動する。次に前記第１、第２、第３、第４の駆動部３５，３６，３７，３８がともに面内方向に縮むと環状の第１の薄肉部２３が前と逆方向に撓むために、第１の質量部２４はＺ軸の負方向に移動する。こうして第１の質量部２４はＺ軸方向に上下振動を行なう。ここで環状の第１の薄肉部２３に発生する歪を前記振動モニター部４１，４２，４３，４４で電気信号に変換した後、増幅器と移相器を介して前記第１、第２、第３、第４の駆動部３５，３６，３７，３８に正帰還させると、前記第１の質量部２４は前記第１の質量部２４の質量、前記環状の第１の薄肉部２３の幅寸法、厚み等で決まる固有周波数で共振駆動されることになる。
【００２３】
この時、角速度センサにＹ軸周りの角速度ωYが加えられると、第１の質量部２４はＺ軸方向に振動しているため、第１の質量部２４の質量部をｍ、Ｚ軸方向の速度をＶZとするとＸ軸方向のコリオリ力ＲX＝−２ｍωYＶZが発生して第１の質量部２４はＸ軸方向に振動する。このように第１の質量部２４がＸ軸方向に振動することにより環状の第１の薄肉部２３に発生する歪を前記検出部３１，３３で電気信号に変換する。この検出信号から前記第１、第２、第３、第４の駆動部３５，３６，３７，３８に加える駆動信号を分離することでＹ軸周りの角速度が検出できる。
【００２４】
また、角速度センサにＸ軸周りの角速度ωXが加えられると、第１の質量部２４はＺ軸方向に振動しているため、Ｙ軸方向のコリオリ力ＲYが発生して第１の質量部２４はＹ軸方向に振動する。第１の質量部２４がＹ軸方向に振動することにより前記検出部３２，３４には検出信号が発生する。この検出信号から前記第１、第２、第３、第４の駆動部３５，３６，３７，３８に加える駆動信号を分離することでＸ軸周りの角速度が検出できる。こうして図１に示す角速度センサはＸ軸、Ｙ軸周りの角速度を検出することができるものである。
【００２５】
第１の質量部２４が共振駆動されている時に、第２の質量部２６と固定部２２の底面部とに発生する振動の振幅、位相は第１の質量部２４を共振駆動する振動周波数（ｆr1）と前記第２の質量部２６の固有周波数（ｆr2）との差によって大きく変化する。すなわち第２の質量部２６の固有周波数（ｆr2）を第１の質量部２４の振動周波数（ｆr1）の近傍に設定することによって始めて、第１の質量部２４が共振駆動されているとき、第２の質量部２６の動きが第１の質量部２４の動きに対して逆位相の関係で動き易くなり、結果として第１の質量部２４に働く慣性力と第２の質量部２６に働く慣性力とが相殺されて固定部２２の漏れ振動が低減することになるのである。
【００２６】
図２は図１に示す角速度センサが動作している時の第１の質量部２４、第２の質量部２６、固定部２２の動きを説明する断面模式図である。図２（ａ）は第１の質量部２４がＺ軸の正方向に移動した瞬間を示すもので、第２の質量部２６がＺ軸の負方向に移動するとともに、固定部２２がＺ軸の負方向に移動するために被測定物２７に下向きの力を及ぼしている状態を示す。また、図２（ｂ）は第１の質量部２４がＺ軸の負方向に移動した瞬間を示すもので、第２の質量部２６がＺ軸の正方向に移動するとともに、固定部２２がＺ軸の正方向に移動するため被測定物２７に上向きの力を及ぼしている状態を示す。なお、図２では固定部２２の動きが第１の質量部２４の動きに対して逆位相となっているが、第２の質量部２６の固有周波数（ｆr2）と第１の質量部の振動周波数（ｆr1）との差によってはこれらが同位相で動くこともある。
【００２７】
このように、第１の質量部２４を共振駆動する振動周波数（ｆr1）と、前記第２の質量部２６の固有周波数（ｆr2）の関係を適切に選択していない場合には、第１、第２の質量部２４，２６の振動が外部に漏れることにより、あるいは外乱によって第１、第２の質量部２４，２６に不要な振動が発生することにより、角速度の測定に誤差が発生することになる。
【００２８】
図３は図１に示す角速度センサについて、第１の質量部２４を共振駆動する振動周波数（ｆr1）と前記第２の質量部２６の固有周波数（ｆr2）との差と、前記第１の質量部２４を共振駆動する振動周波数（ｆr1）との比、すなわち（ｆr2−ｆr1）／ｆr1を変化させた場合に固定部２２の底面に現れる漏れ振動振幅を計算したシミュレーション結果である。ここで、第１の質量部２４を共振駆動する振動周波数（ｆr1）は約４７．８ｋＨｚとしている。また、漏れ振動振幅は図１に示す角速度センサから環状の第２の薄肉部２５と、第２の質量部２６とを除去した状態で第１の質量部２４を共振駆動した時に固定部２２の底面に現れる漏れ振動振幅で規格化した値で示している。
【００２９】
図３から、漏れ振動振幅は（ｆr2−ｆr1）／ｆr1の絶対値が０から大きくなるにつれ、すなわち第１の質量部２４を共振駆動する振動周波数（ｆr1）と、前記第２の質量部２６の固有周波数（ｆr2）との差が大きくなるにつれ、ほぼ直線状に増大することが分かる。特に、（ｆr2−ｆr1）／ｆr1が±３８％を超えると漏れ振動振幅が相対値で１００％を越え、第２の質量部２６を設けることにより、かえって漏れ振動を増大させてしまうという悪影響が発生してしまうことが分かる。これは第１の質量部２４と第２の質量部２６とが、図２に示したように互いに逆相にではなく、同相で運動するため固定部２２の振動振幅が大きくなってしまうためである。
【００３０】
したがって、第２の質量部２６を設けることにより固定部２２からの漏れ振動を低減するためには第１の質量部２４を共振駆動する振動周波数（ｆr1）と前記第２の質量部２６の固有周波数（ｆr2）との差を、第１の質量部２４を共振駆動する振動周波数（ｆr1）の±３８％以内とする必要がある。
【００３１】
次に、発明者等は漏れ振動を極小化するために第１の質量部２４を共振駆動する振動周波数（ｆr1）と前記第２の質量部２６の固有周波数（ｆr2）とを一致させた角速度センサを作成して動作を確認した。しかしながら、この場合、第１、第２の薄肉部２３，２５の部分が破断するという現象が発生した。これは第１の質量部２４を共振駆動する振動周波数（ｆr1）と、前記第２の質量部２６の振動モードの固有周波数（ｆr2）とを一致させたために、第１の質量部２４と第２の質量部２６の振動振幅がきわめて大きくなり、破壊限界を超えたものと考えられる。このような第１、第２の薄肉部２３，２５の部分の破断を防止するために、第１、第２の薄肉部２３，２５の厚みを厚くする、あるいは第１の質量部２４と第２の質量部２６の振動振幅を制限する等の対策を講ずることも可能であるが、これにより、角速度の検出感度が低下してしまうという問題が発生してしまう。よって、角速度の測定を安定に行なうためには第１の質量部２４を共振駆動する振動周波数（ｆr1）と、前記第２の質量部２６の固有周波数（ｆr2）とに差を設ける必要がある。
【００３２】
このように、図１に示す角速度センサにおいて、第１の質量部２４を共振駆動する振動周波数（ｆr1）と、前記第２の質量部２６の固有周波数（ｆr2）とに差を設けるとともに、前記第１の質量部２４を共振駆動する振動周波数（ｆr1）と前記第２の質量部２６の固有周波数（ｆr2）との差を、前記第１の質量部２４を共振駆動する振動周波数（ｆr1）の±３８％以内とすることにより、固定部２２からの漏れ振動を低減することができるが、０点変動を実用上支障のないレベルに抑えるためには、特に、前記第１の質量部２４を共振駆動する振動周波数（ｆr1）と前記第２の質量部２６の固有周波数（ｆr2）との差を、前記第１の質量部２４を共振駆動する振動周波数（ｆr1）の±１０％以内とすることが望ましい。これにより、環状の第２の薄肉部２５と、第２の質量部２６とを設けない角速度センサと比較して、漏れ振動振幅を２５％以下に、０点変動を約１／２０に抑えることができる。また、図１に示す角速度センサにおいて、前記のように、前記基板２１の表面側で前記固定部２２に対応する位置には第１、第２、第３、第４の駆動部３５，３６，３７，３８、前記第１、第２、第３、第４の検出部３１，３２，３３，３４等と信号ライン（図示せず）と接続された電極パッド４５，４６，４７，４８，４９，５０が形成されている。そして、前記電極パッドは信号処理用のＩＣの入出力端子部とボンディングワイヤ等（図示せず）で接続されている。この構成によれば、電極パッドを角速度センサ内の振動振幅のきわめて小さい位置に配置することができるため、電極パッドの配置により前記第１、第２の質量部の振動が影響を受けることがなく、角速度の検出を高精度に行なうことができる。
【００３３】
（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の請求項５に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。
【００３４】
図４は本発明の第２の実施の形態における角速度センサの平面図、図４（ｂ）はこの角速度センサのＡ−Ａ線での断面図を示したものである。本発明の実施の形態２は上記した本発明の実施の形態１における角速度センサの固定部２２の底面の構成を変更したもので、上記本発明の実施の形態１の構成と同様の構成を有するものについては、同一番号を付し、その説明は省略する。
【００３５】
本実施の形態においては、固定部２２の底面に段差２８を設けたものであり、これにより、図４に示す角速度センサの前記固定部２２の底面を被測定物２７等に接続した場合、前記基板２１と固定部２２と被測定物２７等とで構成される空間内で第１の質量部２４が振動してもこの空間内部の気体の圧力が局所的に変動することを防止できるため、前記第１の質量部２４に作用する気体からの抵抗を低減し、これにより角速度検出信号感度の向上を図ることができる。
【００３６】
なお、実施の形態２においては、固定部２２の底面に段差を設けているが、本実施の形態２の角速度センサの固定部２２の底面と被測定物２７等を接着する際に、前記基板２１と固定部２２と被測定物２７等とで構成される空間と外部空間との間に連通路が形成できるように接着剤で段差を設けても同様の効果を得ることができる。
【００３７】
（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本発明の請求項６に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。
【００３８】
図５（ａ）は本発明の実施の形態３における角速度センサの平面図、図５（ｂ）はこの角速度センサのＡ−Ａ線での断面図を示したものである。本発明の実施の形態３は上記した本発明の実施の形態１における角速度センサの第１の質量部２４と固定部２２の間、及び／又は第２の質量部２６と固定部２２の間にスリットを設けたもので、上記本発明の実施の形態１の構成と同様の構成を有するものについては、同一番号を付し、その説明は省略する。
【００３９】
前記基板においては第１の質量部２４と固定部２２の間、及び／又は第２の質量部２６と固定部２２の間にスリット５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８，５９，６０，６１，６２，６３，６４，６５，６６を設けたもので、この構成によれば、第１の質量部２４と前記固定部２２との接続部および第２の質量部２６と前記固定部２２との接続部の可撓性が向上するとともに、本発明の角速度センサの前記固定部２２の底面を被測定物等に接続した場合、前記基板２１と固定部２２と被測定物２７等とで構成される空間内で質量部が振動してもこの空間内部の気体の圧力が局所的に変動することを防止できるため、角速度検出信号感度の向上を図ることができるという作用効果を有するものである。
【００４０】
上記の説明から明らかなように、本発明の角速度センサは、基板と、前記基板の底面側の略中央部に設けた第１の質量部と、前記基板の底面側でかつ、前記第１の質量部の外周側に配置された固定部と、前記基板の底面側でかつ、前記固定部の外周側に配置された第２の質量部と、前記第１の質量部を共振駆動する駆動部と、コリオリ力を検出する検出部とを備えるとともに、前記第１の質量部を共振駆動する振動周波数と前記第２の質量部の固有周波数との差を、前記第１の振動周波数の±３８％以内とすることにより、第１、第２の質量部の振動が固定部を介して外部へ漏れることを低減し、あるいは外乱によって第１、第２の質量部に不要な振動が発生することを防止するとともに、第１、第２の質量部の振動振幅が過大とならないようにしたもので、この構成によれば、０点変動を低減できるとともに角速度センサ内に生ずる歪が破壊限界を越えることのないようにできるため、角速度の検出を安定に行なうことができ、これにより、高精度の角速度センサを提供することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係る角速度センサは、本発明の角速度センサは、基板と、前記基板の底面側の略中央部に設けた第１の質量部と、前記基板の底面側でかつ、前記第１の質量部の外周側に配置された固定部と、前記基板の底面側でかつ、前記固定部の外周側に配置された第２の質量部と、前記第１の質量部を共振駆動する駆動部と、コリオリ力を検出する検出部とを備えるとともに、前記第１の質量部を共振駆動する振動周波数と前記第２の質量部の固有周波数との差を、前記第１の振動周波数の±３８％以内とすることにより、第１、第２の質量部の振動が固定部を介して外部へ漏れることを低減し、あるいは外乱によって第１、第２の質量部に不要な振動が発生することを防止するとともに、第１、第２の質量部の振動振幅が過大とならないようにできるため、０点変動を低減できるとともに角速度センサ内に生ずる歪が破壊限界を越えることのないようにでき、これにより、高精度の角速度センサを提供できるという効果を有するものであり、特に、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等、各種電子機器に用いてこれらの機器に働く加速度や角速度を検出する角速度センサとして有用なものである。
【符号の説明】
【００４２】
２１  基板
２２  固定部
２４  第１の質量部
２６  第２の質量部
３１，３２，３３，３４  検出部
３５，３６，３７，３８  駆動部
４５，４６，４７，４８，４９，５０  電極パッド
５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８，５９，６０，６１，６２，６３，６４，６５，６６  スリット
【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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