(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１検出部を備えた第１マス部と、
第２検出部を備えた第２マス部と、
前記第１マス部を第１軸の方向に振動させる第１駆動部と、
アンカー部で固定されている力変換部と、
を備え、
前記力変換部は、回転体と、前記アンカー部と前記回転体とを接続するアンカービームと、前記回転体と前記第１マス部とを接続する第１接続ビームと、前記回転体と前記第２マス部とを接続する第２接続ビームと、を含み、前記回転体は、前記アンカービームよりも剛性を大きく形成し、
前記第１マス部および前記第２マス部は、前記力変換部で接続され、
前記力変換部は、前記アンカー部を軸として変位して、前記第２マス部を前記第１軸と平面視で交差する第２軸の方向に振動させることを特徴とするジャイロセンサー。
【請求項２】
前記アンカービームは、
前記アンカー部から前記第１軸の方向に延びる第１アンカービームと、
前記アンカー部から前記第２軸の方向に延びる第２アンカービームと、を含み、
前記回転体は、
前記第１アンカービームの端部および前記第２アンカービームの端部を接続したビームであることを特徴とする請求項１に記載のジャイロセンサー。
【請求項３】
前記回転体は、円弧状に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のジャイロセンサー。
【請求項４】
前記回転体は、空洞部を有し、
前記アンカー部は前記空洞部の内部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のジャイロセンサー。
【請求項５】
前記アンカー部は、前記回転体を挟んで１組設けられていることを特徴とする請求項１に記載のジャイロセンサー。
【請求項６】
前記回転体は矩形状であることを特徴とする請求項４または５に記載のジャイロセンサー。
【請求項７】
前記第１軸上であって、前記第１マス部に対向し第３検出部を備えた第３マス部と、
前記第３マス部を前記第１マス部とは反対の前記第１軸の方向に振動させる第２駆動部と、を備え、
前記力変換部は、前記第２マス部および前記第３マス部の間に接続され、
且つ、前記第１マス部および前記第３マス部の前記第１軸の方向の振動を用いて、前記第２マス部を前記第２軸の方向に振動させることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のジャイロセンサー。
【請求項８】
前記第２軸上であって、前記第２マス部に対向し第４検出部を備えた第４マス部を備え、
前記力変換部は、前記第３マス部および前記第４マス部の間と前記第１マス部および前記第４マス部の間に接続され、
前記力変換部は、前記第１マス部および前記第３マス部の前記第１軸の方向の振動を用いて、前記第２マス部を前記第２軸の方向に振動させると共に前記第４マス部を前記第２マス部とは反対の前記第２軸の方向に振動させることを特徴とする請求項７に記載のジャイロセンサー。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のジャイロセンサーを備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジャイロセンサー及びそれを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カーナビゲーションシステムや、ビデオカメラの手ぶれ補正などの姿勢制御に、角速度を検出するジャイロセンサーが多く用いられている。このようなジャイロセンサーには、互いに直交するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸回りの角速度を検出可能な検出素子を各軸に備えたセンサーがある。
【０００３】
特許文献１に開示のジャイロセンサーは、互いに直交する第１ないし第３の検出軸に対する角速度を検出する多軸角速度センサーであって、第１の検出軸に対する角速度を検出する第１の振動型角速度センサー素子と、第２の検出軸に対する角速度を検出する第２の振動型角速度センサー素子と、第３の検出軸に対する角速度を検出する第３の振動型角速度センサー素子と、第１ないし第３の振動型角速度センサー素子を制御するＩＣと、第１ないし第３の振動型角速度センサー素子及びＩＣを収容するパッケージを備えている。このジャイロセンサーは第１の振動型角速度センサー素子の振動平面と第１の検出軸が平行であり、第２の振動型角速度センサー素子の振動平面と第２の検出軸が平行であり、第３の振動型角速度センサー素子の振動平面と第３の検出軸が直交し低背化させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２６６３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら従来のジャイロセンサーは３軸回りの角速度を検出するため、各軸をチップ内に並べると、実装面積が大きくなってしまいデバイス全体の小型化の要請に伴うセンサー素子の更なる小型化が図れないという問題があった。
【０００６】
また１軸の角速度センサーごとに振動が独立なため、駆動回路も角速度センサーごとに設けなければならず、集積回路（ＩＣ）も個別に必要であり実装面積が大きくなりセンサーを小型化することが困難であった。また複数の角速度センサー毎に振動モードが存在するため、互いに干渉してしまうという問題があった。
上記従来技術の問題点を解決するため、本発明は、小型化を図ったジャイロセンサーを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
本発明のある実施形態に係るジャイロセンサーは、第１検出部を備えた第１マス部と、第２検出部を備えた第２マス部と、前記第１マス部を第１軸の方向に振動させる第１駆動部と、アンカー部で固定されている力変換部と、を備え、前記力変換部は、回転体と、前記アンカー部と前記回転体とを接続するアンカービームと、前記回転体と前記第１マス部とを接続する第１接続ビームと、前記回転体と前記第２マス部とを接続する第２接続ビームと、を含み、前記回転体は、前記アンカービームよりも剛性を大きく形成し、前記第１マス部および前記第２マス部は、前記力変換部で接続され、前記力変換部は、前記アンカー部を軸として変位して、前記第２マス部を前記第１軸と平面視で交差する第２軸の方向に振動させることを特徴とする。
［適用例１］第１検出部を備えた第１マス部と、第２検出部を備えた第２マス部と、前記第１マス部を第１軸の方向に振動させる第１駆動部と、アンカー部で固定されている力変換部と、を備え、前記第１マス部および前記第２マス部は、前記力変換部で接続され、前記力変換部は、前記アンカー部を軸として変位して、前記第２マス部を前記第１軸と平面視で交差する第２軸の方向に振動させることを特徴とするジャイロセンサー。
【０００８】
上記構成によれば、力変換部によって第１軸の方向の駆動が第２軸の方向に振動するように変位させることができる。これにより複数のマス部の駆動部を共通化できるので、センサー全体の小型化を図ることができる。
【０００９】
［適用例２］前記力変換部は、回転体と、前記アンカー部と前記回転体とを接続するアンカービームと、前記回転体と前記第１マス部とを接続する第１接続ビームと、前記回転体と前記第２マス部とを接続する第２接続ビームと、を含み、前記回転体は、前記アンカービームよりも剛性が大きいことを特徴とする適用例１に記載のジャイロセンサー。
上記構成によれば、力変換部の回転運動によって、駆動部の第１軸の方向の振動を第２軸の方向の振動に容易に変換することができる。
【００１０】
［適用例３］前記アンカービームは、前記アンカー部から前記第１軸の方向に延びる第１アンカービームと、前記アンカー部から前記第２軸の方向に延びる第２アンカービームと、を含み、前記回転体は、前記第１アンカービームの端部および前記第２アンカービームの端部を接続したビームであることを特徴とする適用例２に記載のジャイロセンサー。
上記構成によれば、力変換部を複数のビームを用いて構成し、力変換部の回転運動によって、駆動部の第１軸の方向の振動を第２軸の方向の振動に容易に変換することができる。
【００１１】
［適用例４］前記回転体は、円弧状に設けられていることを特徴とする適用例３に記載のジャイロセンサー。
上記構成によれば、力変換部の回転体を円弧状に設けることにより、力変換部を円滑に回転運動させることができる。
【００１２】
［適用例５］前記回転体は、空洞部を有し、前記アンカー部は前記空洞部の内部に配置されていることを特徴とする適用例２に記載のジャイロセンサー。
上記構成によれば、力変換部の回転運動によって駆動部の第１軸の方向の振動を第２軸の方向の振動に容易に変換することができる。
【００１３】
［適用例６］前記アンカー部は、前記回転体を挟んで１組設けられていることを特徴とする適用例２に記載のジャイロセンサー。
上記構成によれば、力変換部の回転運動によって駆動部の第１軸の方向の振動を第２軸の方向の振動に容易に変換することができる。
【００１４】
［適用例７］前記回転体は矩形状であることを特徴とする適用例５または６に記載のジャイロセンサー。
上記構成によれば、回転体を矩形状とすることにより、アンカー部を軸とした回転変位を大きくすることができ、振動効率を改善することができる。
【００１５】
［適用例８］前記第１軸上であって、前記第１マス部に対向し第３検出部を備えた第３マス部と、前記第３マス部を前記第１マス部とは反対の前記第１軸の方向に振動させる第２駆動部と、を備え、前記力変換部は、前記第２マス部および前記第３マス部の間に接続され、且つ、前記第１マス部および前記第３マス部の前記第１軸の方向の振動を用いて、前記第２マス部を前記第２軸の方向に振動させることを特徴とする適用例１ないし７の何れか１例に記載のジャイロセンサー。
上記構成によれば、振動バランスが改善され、第１軸の方向の振動から第２軸の方向の振動への変換を大きくすることができ、Ｑ値を高くすることができる。
【００１６】
［適用例９］前記第２軸上であって、前記第２マス部に対向し第４検出部を備えた第４マス部を備え、前記力変換部は、前記第３マス部および前記第４マス部の間と前記第１マス部および前記第４マス部の間に接続され、前記力変換部は、前記第１マス部および前記第３マス部の前記第１軸の方向の振動を用いて、前記第２マス部を前記第２軸の方向に振動させると共に前記第４マス部を前記第２マス部とは反対の前記第２軸の方向に振動させることを特徴とする請求項８に記載のジャイロセンサー。
上記構成によれば、第１マス部と第３マス部、または第２マス部と第４マス部を互いに反対方向に駆動振動させることができ、例えば角速度以外の加速度等の物理量が印加されたとしても、差動検出により加速度成分を相殺することができ、角速度検出の精度を高めることができる。
【００１７】
［適用例１０］適用例１ないし９の何れか１例に記載のジャイロセンサーを備えたことを特徴とする電子機器。
上記構成によれば、多軸検出のための駆動部を共通化して小型化を図れ、高精度で角速度を検出することができるジャイロセンサーを備えた電子機器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のジャイロセンサーの構成概略を示す説明図である。
【図２】力変換部の構成概略を示す説明図である。
【図３】力変換部の作用の説明図である。
【図４】Ｘ軸回りに作用する回転を検出する説明図であり、（１）は斜視図であり、（２）は（１）のａ−ａ断面図である。
【図５】Ｙ軸回りに作用する回転を検出する説明図であり、（１）は斜視図であり、（２）は（１）のｂ−ｂ断面図である。
【図６】Ｚ軸回りに作用する回転を検出する説明図である。
【図７】力変換部の変形例１の説明図である。
【図８】力変換部の変形例１の作用の説明図である。
【図９】力変換部の変形例２の説明図である。
【図１０】力変換部の変形例２の作用の説明図である。
【図１１】本願発明の変形例を示す説明図である。
【図１２】本発明のジャイロセンサーを備える電子機器を適用した携帯電話機の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明のジャイロセンサー、電子機器の実施形態を添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１は本発明のジャイロセンサーの構成概略を示す説明図である。なお各図では説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示している。また本実施形態ではＸ軸（第１軸）に平行な方向をＸ軸方向、Ｙ軸（第２軸）に平行な方向をＹ軸方向、Ｚ軸（第３軸）に平行な方向をＺ軸方向という。
【００２０】
図１に示すジャイロセンサー１０は、振動系構造体１２上に形成した第１軸と平面視で直交する第２軸の軸回りの変位を検出（Ｙ軸回転検出）し、第１軸及び第２軸の各々と直交する第３軸の軸回りの変位を検出（Ｚ軸回転検出）する第１検出部を備えた第１マス部４０と、第１軸の軸回りの変位を検出（Ｘ軸回転検出）する第２検出部を備えた第２マス部２０と、第１軸方向であって第１マス部４０と対向し、第１検出部を有する第３マス部６０と、第２軸方向であって第２マス部２０と対向し、第２検出部を有する第４マス部３０と、第１マス部４０を第１軸の方向に駆動させる第１駆動部と第３マス部６０を第１マス部４０とは反対の第１軸方向に振動させる第２駆動部とを有した駆動部７０と、第１マス部〜第４マス部の隣接するマス部同士を接続する４つの力変換部８０と、力変換部８０を固定するアンカー部９０と、駆動バネ部を主な基本構成としている。なお、変位とは、例えば回転運動による変位を含む。
【００２１】
基板となる振動系構造体１２は、シリコンを主材料として構成されていて、シリコン基板（シリコンウエハ）上に薄膜形成技術（例えば、エピタキシャル成長技術、化学気相成長技術等の堆積技術）や各種加工技術（例えばドライエッチング、ウェットエッチング等のエッチング技術）を用いて所望の外形形状に加工することにより、前述した各部が一体的に形成されている。或いは、シリコン基板とガラス基板を張り合わせた後に、シリコン基板のみを所望の外形形状に加工することで、前述の各部を形成することもできる。振動系構造体１２の主材料をシリコンとすることにより、優れた振動特性を実現できるとともに、優れた耐久性を発揮することができる。またシリコン半導体デバイス作製に用いられる微細な加工技術の適用が可能となり、ジャイロセンサー１０の小型化を図ることができる。
【００２２】
まず、第１軸（Ｘ軸）回りに作用する回転を検出する部分について説明する。
第２マス部２０に設けたＸ軸回りに作用する回転を検出可能な第２検出部２２は、図１に示すように、第２枠体２４と変位板２６ａ，２６ｂを備えている。
第２枠体２４は内側に空洞部２５を備え、Ｚ軸を法線とする平面視にて略矩形の枠体である。第２枠体２４は、Ｚ軸を法線とする平面視にてＹ軸と交差する側面を駆動バネ部３２と接続させている。
【００２３】
第２枠体２４の空洞部２５に一対の変位板２６ａ，２６ｂを設けている。変位板２６ａ，２６ｂは回転軸２７ａ，２７ｂで第２枠体２４のＹ軸方向と直行する側面に連結されている。回転軸２７ａ，２７ｂは、各変位板２６ａ，２６ｂの重心からずれた位置に形成している。回転軸２７ａ，２７ｂは共に回転方向がＹ軸方向に沿って設けられている。回転軸２７ａ，２７ｂは変位が加わったときにその軸回りにねじり変形させ変位板２６ａ，２６ｂをＺ軸方向に回転させる。また変位板２６ａ，２６ｂは、回転軸２７ａ，２７ｂに対し重力（Ｚ軸方向の変位）による回転方向が互いに逆方向に回転するように取り付けている。換言すると、回転軸２７ａ，２７ｂの変位板２６ａ，２６ｂの重心からのずれの方向と、回転軸２７ａ，２７ｂの変位板２６ａ，２６ｂの重心からのずれの方向とは、互いに反対方向であるとも言える。変位板２６ａ，２６ｂと対向する箇所には、所定間隔を開けて下部電極（不図示）を設けている。
【００２４】
第４マス部３０は、第２マス部２０と同様の構成であり、Ｘ軸（第１軸）回りに作用する回転を検出可能な第２検出部２２を備えている。第２マス部２０と第４マス部３０は、Ｙ軸上で対向するように取り付けている。第２マス部２０及び第４マス部３０の外側には、駆動バネ部３２を形成している。駆動バネ部３２は、第２枠体２４と固定部２８とを連結している。駆動バネ部３２は、一対の駆動バネ部３２ａ，３２ｂから構成されており、各駆動バネ部３２ａ，３２ｂはＸ軸方向に往復しながらＹ軸方向に延在する形状をなしている。また駆動バネ部３２ａ，３２ｂは、Ｚ軸を法線とするＸＹ平面視にて、振動系構造体１２の中心Ｃと交わるＸ軸に対して対称的に設けられている。各駆動バネ部３２ａ，３２ｂをこのような形状とすることにより、第２マス部２０及び第４マス部３０をＸ軸方向及びＺ軸方向への変形を抑制しつつ、Ｙ軸方向にスムーズに伸縮させることができる。
【００２５】
次に、第２軸（Ｙ軸）回り、および第３軸（Ｚ軸）回りに作用する回転を検出する部分について説明する。具体的に、第１マス部４０に設けたＹ軸回り又は／及びＺ軸回りに作用する回転を検出可能な第１検出部４２について説明する。
【００２６】
まずＹ軸回りに作用する回転を検出可能な第１検出部４２ａは、図１に示すように、第１枠体４４の空洞部４５ａに一対の変位板４６ａ，４６ｂを設けている。変位板４６ａ，４６ｂは回転軸４７ａ，４７ｂで第１枠体４４のＸ軸方向と直行する側面に連結されている。回転軸４７ａ，４７ｂは、各変位板４６ａ，４６ｂの重心からずれた位置に形成している。回転軸４７ａ，４７ｂは共に回転方向がＸ軸方向に沿って設けられている。回転軸４７ａ，４７ｂは変位が加わったときにその軸回りにねじり変形させ変位板４６ａ，４６ｂをＺ軸方向に回転させる。また変位板４６ａ，４６ｂは、回転軸４７ａ，４７ｂに対し重力（Ｚ軸方向の変位）による回転方向が互いに逆方向に回転するように取り付けている。換言すると、回転軸４７ａ，４７ｂの変位板４６ａ，４６ｂの重心からのずれの方向と、回転軸４７ａ，４７ｂの変位板４６ａ，４６ｂの重心からのずれの方向とは、互いに反対方向であるとも言える。変位板４６ａ，４６ｂと対向する箇所には、所定間隔を開けて下部電極（不図示）を設けている。
【００２７】
Ｚ軸回りに作用する回転を検出可能な第１検出部４２ｂは、図１に示すように第１枠体４４内に内枠部５０と、バネ部５２と、検出部５７を設けている。
内枠部５０は、第１枠体４４の空洞部４５ｂに設けられ、外周を第１枠体４４に囲われている。内枠部５０はＺ軸を法線とする平面視にて略矩形の枠体であり、Ｙ軸と交差する側面を、バネ部５２を介して第１枠体４４と接続させている。
【００２８】
バネ部５２は、第１バネ部５４及び第２バネ部５６から構成されている。第１バネ部５４は、一対の第１バネ部５４ａ，５４ｂから構成されており、各第１バネ部５４ａ，５４ｂはＸ軸方向に往復しながらＹ軸方向に延在する形状をなしている。また第１バネ部５４ａ，５４ｂは、Ｚ軸を法線とする平面視にて、第１枠体４４の中心Ｄと交わるＸ軸に対して対称的に設けられている。各第１バネ部５４ａ，５４ｂをこのような形状とすることにより、第１バネ部５４をＸ軸方向及びＺ軸方向への変形を抑制しつつ、検出方向であるＹ軸方向にスムーズに伸縮させることができる。また、第２バネ部５６の構成は、第１検出部４２ｂの中心Ｄと交わるＹ軸に対して、第１バネ部５４と対称的に設けられ、一対の第２バネ部５６ａ，５６ｂから構成されている。各第２バネ部５６ａ，５６ｂをこのような形状とすることにより、第２バネ部５６をＸ軸方向及びＺ軸方向への変形を抑制しつつ、検出方向であるＹ軸方向にスムーズに伸縮させることができる。
【００２９】
検出部５７は、可動電極５８と固定電極５９から構成されている。可動電極５８は駆動方向となるＸ軸方向に沿って両端を内枠部５０に接続させ、隣接する電極同士が所定の間隔を開けるように複数設けている。固定電極５９は、可動電極５８間の隙間で駆動方向となるＸ軸方向に沿って設け、下部基板（不図示）のアンカーに固定させている。このような可動電極５８と固定電極５９は、交互に配置された櫛歯状に形成されている。上記構成による検出部５７は、図示しない電源によって、電極に電圧を印加することにより、各可動電極５８と各固定電極５９との間に静電力が発生する。内枠部５０がＹ軸方向に変位すると、可動電極５８が固定電極５９に接近又は離間することにより静電容量が変化する。この静電容量の変化を検出してＹ軸方向の変位量を求めることができる。
【００３０】
第３マス部６０は、第１マス部４０と同様の構成であり、Ｙ軸回り又は／及びＺ軸回りに作用する回転を検出可能な第１検出部４２を備えている。第１マス部４０と第３マス部６０は、Ｘ軸上で対向するように取り付けている。第１マス部４０及び第３マス部６０の外側には、駆動バネ部６４，６６を設けている。駆動バネ部６４，６６は、第１枠体４４と固定部６２とを連結している。駆動バネ部６４は、一対の駆動バネ部６４ａ，６４ｂから構成されており、各駆動バネ部６４ａ，６４ｂはＹ軸方向に往復しながらＸ軸方向に延在する形状をなしている。また駆動バネ部６４ａ，６４ｂは、Ｚ軸を法線とする平面視にて、第１枠体４４の中心Ｃと交わるＹ軸に対して対称的に設けられている。各駆動バネ部６４ａ，６４ｂをこのような形状とすることにより、駆動バネ部６４をＹ軸方向及びＺ軸方向への変形を抑制しつつ、駆動方向ＡであるＸ軸方向にスムーズに伸縮させることができる。
【００３１】
また、駆動バネ部６６の構成は、第１枠体４４の中心Ｃと交わるＸ軸に対して、駆動バネ部６４と対称的に設けられ、一対の駆動バネ部６６ａ，６６ｂから構成されている。各駆動バネ部６６ａ，６６ｂをこのような形状とすることにより、駆動バネ部６６をＹ軸方向及びＺ軸方向への変形を抑制しつつ、駆動方向であるＸ軸方向にスムーズに伸縮させることができる。
なお、第１マス部４０及び第３マス部６０は、Ｙ軸及びＺ軸回りに作用する回転を検出可能な第１検出部４２ａ，４２ｂのいずれか一方を備える構成とすることもできる。
【００３２】
駆動部７０は、第１枠体４４をＸ軸方向に所定の周波数で振動させる機能を備えている。すなわち駆動部７０は、第１枠体４４を＋Ｘ軸方向に変位させる状態と、−Ｘ軸方向に変位させる状態とを繰り返すように振動させている。駆動部７０は、図示しない駆動電極と固定電極から構成されており、Ｙ軸と交差する側面に１つ設けている。この他、第１枠体をＸ方向に振動させることができる構成であれば、Ｙ軸と交差する両側面に設けるように構成すれば、より安定した駆動運動が行える。固定電極は駆動電極を介してＸ軸方向に対向配置された櫛歯状の一対の電極片を有している。このような構成の駆動部７０は、図示しない電源によって、電極片に電圧を印加することにより、各駆動電極と各電極片との間に静電力を発生させ、駆動バネ部を伸縮させつつ、第１枠体４４を所定の周波数でＸ軸方向に振動させている。なお駆動部７０は、静電駆動方式、圧電駆動方式、又は磁場のローレンツ力を利用した電磁駆動方式等を適用することができる。
【００３３】
駆動部７０は、第１マス部４０のＹ軸方向と交差する側面に一対の第１駆動部７０ａ，７０ｂを取り付け、第３マス部６０のＹ軸方向と交差する側面に一対の第２駆動部７０ｃ，７０ｄを取り付けている。第１マス部４０の駆動部７０ａ，７０ｂと、第３マス部６０の駆動部７０ｃ，７０ｄは、位相が１８０度ずれた交番電圧を印加することにより、各駆動電極と各電極片との間にそれぞれ静電力を発生させている。駆動バネ部６４，６６がＸ軸方向に伸縮すると、第１マス部４０と第３マス部６０は、互いに逆位相でかつ所定の周波数でＸ軸方向に振動させることができる。なお、第１駆動部７０ａ，７０ｂは、どちらか一方のみ形成されていれば良い。第２駆動部７０ｃ，７０ｄについても同様である。
【００３４】
力変換部８０は、第２マス部２０と第１マス部４０の間と、第１マス部４０と第４マス部３０の間と、第４マス部３０と第３マス部６０の間と、第３マス部６０と第２マス部２０の間に設けている。図２は力変換部の構成概略を示す説明図である。図２に示す力変換部８０は、第２マス部２０と第１マス部４０の間に接続させた構成を示している。力変換部８０は、アンカー部９０から第１軸の方向に延びる第１アンカービーム８２と、アンカー部９０から第２軸の方向に延びる第２アンカービーム８４と、前記第１アンカービーム８２の端部と前記第２アンカービーム８４の端部と接続して前記第１アンカービーム８２及び前記第２アンカービーム８４よりも剛性の大きいビーム（回転体）８６と、ビーム８６と第１マス部４０または第３マス部６０を接続する第１接続ビーム８９と、ビーム８６と第２マス部２０または第４マス部３０とを接続する第２接続ビーム８８と、を備えている。
【００３５】
アンカー部９０は力変換部８０を固定する部材であり、下部基板（不図示）と接着固定している。第１アンカービーム８２は一端をアンカー部９０に接続し、他端がＸ軸方向に延びている。第２アンカービーム８４は一端をアンカー部９０に接続し、他端がＹ軸方向に延びている。第１アンカービーム８２及び第２アンカービーム８４の他端は、回転体となるビーム８６と接続させている。ビーム８６は円弧状に形成し、第１アンカービーム８２及び第２アンカービーム８４よりも剛性を大きくしている。第２マス部２０は、Ｙ軸と交差する側面に第２突起部２１が形成されている。第２突起部２１は、Ｙ軸方向に沿って延びている。第１マス部４０は、Ｘ軸と交差する側面に第１突起部４１が形成されている。第１突起部４１は、Ｘ軸方向に沿って延びている。第２接続ビーム８８は、ビーム８６の端部と第２突起部２１に接続している。第１接続ビーム８９はビーム８６の端部と第１突起部４１に接続している。なお、第１突起部４１、第２突起部２１の先端にはビーム接続用の突起が設けられている。
【００３６】
図３は力変換部の作用の説明図であり、（１）は初期状態を示し、（２）は＋Ｘ軸方向に移動した状態を示している。（１）に示す初期状態の第１マス部が＋Ｘ軸方向（矢印Ａ）に移動すると、力変換部８０は、アンカー部９０を軸として、第１アンカービーム８２と第２アンカービーム８４と共に、剛性の高いビーム８６が形状を維持した状態で矢印Ｂの方向に回転する。第１接続ビーム８９は、第２アンカービーム８４と接続する側が初期状態から＋Ｙ軸方向へ湾曲するように変形する。一方、第２接続ビーム８８は、第２突起部２１と共に、矢印Ｃ方向に移動して、第２アンカービーム８４と接続する側が−Ｘ軸方向へ湾曲する。
【００３７】
上記構成による本発明のジャイロセンサー１０の作用について以下説明する。
一般にコリオリ力は、数式１のように表すことができる。
【数１】
0005822177.tif 000002
【００３８】
図４はＸ軸回りに作用する回転を検出する説明図であり、（１）は斜視図であり、（２）は（１）のａ−ａ断面図である。第１マス部及び第３マス部は駆動部によって駆動方向Ａに駆動している。このとき駆動部は、前記第１マス部と前記第３マス部を互いに反対方向に駆動させている。第１マス部及び第３マス部に力変換部を介して接続する第２マス部２０及び第４マス部３０は、アンカー部を軸として駆動方向Ａの振動が変位されてＹ軸方向に振動する。
【００３９】
そしてＸ軸方向の軸回り角速度（Ωｘ）が入力された場合、コリオリ力は±Ｚ軸方向に作用する（矢印Ｅ）。Ｚ軸方向にコリオリ力が作用すると、変位板２６ａ，２６ｂは下部電極と接近又は離間することにより静電容量が変化する。この静電容量の変化を検出してＺ軸方向のコリオリ力を求めることにより、Ｘ軸回りに作用する回転を検出することができる。第２及び第４マス部のＹ軸方向の振動周波数は、第１及び第３マス部の振動周波数と一致している。また、第２及び第４マス部は第１マス部及び第３マス部と力変換部を介して接続させているため、第２マス部及び第４マス部に駆動部を設ける必要がない。このため、多軸検出のための駆動部を共通化することができ、センサー全体の小型化が図れる。
【００４０】
図５はＹ軸回りに作用する回転を検出する説明図であり、（１）は斜視図、（２）は（１）のｂ−ｂ断面図である。第１マス部４０及び第３マス部６０は駆動部によって駆動方向Ａに駆動している。そしてＹ軸方向の軸回りの角速度（Ωｙ）が入力された場合、コリオリ力は±Ｚ軸方向に作用する（Ｅ）。Ｚ軸方向にコリオリ力が作用すると、変位板４６ａ，４６ｂは下部電極と接近又は離間することにより静電容量が変化する。この静電容量の変化を検出してＺ軸方向のコリオリ力を求めることにより、Ｙ軸回りに作用する回転を検出することができる。
【００４１】
図６はＺ軸回りに作用する回転を検出する説明図である。第１マス部４０及び第３マス部６０は駆動部によって駆動方向Ａに駆動している。そしてＺ軸方向の軸回りに角速度（Ωｚ）が入力された場合、コリオリ力は±Ｙ軸方向に作用する（矢印Ｆ）。Ｙ軸方向にコリオリ力が作用すると、検出部５７は、可動電極５８が固定電極５９に接近又は離間することにより静電容量が変化する。この静電容量の変化を検出してＹ軸方向のコリオリ力を求めることにより、Ｚ軸回りに作用する回転を検出することができる。
このようなジャイロセンサー１０によれば、多軸検出のための駆動部を共通化してセンサー全体の小型化を図ることができる。
【００４２】
図７は力変換部の変形例１の説明図である。図７に示す力変換部は、第１マス部４０と第２マス部２０の間に接続させた構成を示している。図示のように変形例１の力変換部８０ａは、空洞部１０２を備えた回転体１００と、前記空洞部１０２に配置されたアンカー部９１と空洞部１０２の側面の間で伸縮可能に接続するアンカービームとしてのバネ１０４と、前記回転体１００の一端と前記第２マス部２０とを接続する第２接続ビーム１０６と、前記回転体１００の一端と前記第１マス部４０とを接続する第１接続ビーム１０８と、を備えている。
【００４３】
回転体１００は、Ｚ軸を法線とする平面視において、中心部にアンカー部９１よりも大きな空洞部１０２を備えた略矩形の部材であり、第１接続ビーム１０８と、第２接続ビーム１０６よりも剛性を高くしている。空洞部１０２には、空洞部内に配置したアンカー部９１と伸縮可能なバネ１０４を十字状に取り付けている。第２接続ビーム１０６は、一端を回転体１００に接続させ、他端をＹ軸方向に沿って延ばして第２突起部２１に接続させている。第１接続ビーム１０８は、一端を回転体１００に接続させ、他端をＸ軸方向に沿って延ばして第１突起部４１に接続させている。
【００４４】
図８は力変換部の変形例１の作用の説明図であり、（１）は初期状態を示し、（２）は＋Ｘ軸方向に移動した状態を示している。（１）に示す初期状態の第１マス部が（２）に示すように＋Ｘ軸方向（矢印Ａ）に移動すると、第１接続ビーム１０８が第１突起部４１と共に＋Ｘ軸方向に移動し、第１接続ビーム１０８に接続する回転体１００はバネ１０４が湾曲して、アンカー部９１を軸として、矢印Ｇのように回転する。第１接続ビーム１０８は第１突起部４１と接近する方向へ湾曲する。この回転体１００に接続する第２接続ビーム１０６は、回転体１００の回転に伴って＋Ｙ軸方向へ移動する。第２接続ビーム１０６は第２突起部２１と離間する方向に湾曲する。そして第２接続ビーム１０６に接続する第２突起部２１は＋Ｙ軸方向へ移動する（矢印Ｃ）。
【００４５】
図９は力変換部の変形例２の説明図である。図９に示す力変換部８０ｂは、第１マス部４０と第２マス部２０の間に接続させた構成を示している。図示のように変形例２の力変換部８０ｂは、回転体２００と、第２接続ビーム２０２と第１接続ビーム２０４とバネ２０６を備えている、またアンカー部９２は回転体２００を中心として対向するように一対配置している。
【００４６】
回転体２００は、Ｚ軸を法線とする平面視において、略矩形の部材であり、第２接続ビーム２０２と、第１接続ビーム２０４よりも剛性を高くしている。第２接続ビーム２０２は、一端を回転体２００に接続させ、他端をＹ軸方向に沿って延ばして第２突起部２１に接続させている。第１接続ビーム２０４は、一端を回転体２００に接続させ、他端をＸ軸方向に沿って延ばして第１突起部４１に接続させている。バネ２０６は一対のアンカー部９２を通る直線上に前記アンカー部９２と回転体２００の間を伸縮可能に接続している。
【００４７】
図１０は力変換部の変形例２の作用の説明図であり、（１）は初期状態を示し、（２）は＋Ｘ軸方向に移動した状態を示している。（１）に示す初期状態の第１マス部が（２）に示すように＋Ｘ軸方向（矢印Ａ）に移動すると、第１接続ビーム２０４が第１突起部４１と共に＋Ｘ軸方向に移動し、第１接続ビーム２０４に接続する回転体２００はバネ２０６が湾曲して、アンカー部９２を軸として、矢印Ｈのように回転する。第１接続ビーム２０４は第１突起部４１と接近する方向へ湾曲する。この回転体２００に接続する第２接続ビーム２０２は、回転体２００の回転に伴って＋Ｙ軸方向へ移動する。第２接続ビーム２０２は第２突起部２１と離間する方向に湾曲する。第２接続ビーム２０２に接続する第２突起部２１は＋Ｙ軸方向へ移動する（矢印Ｃ）。
【００４８】
また図７〜図１０に示すように、回転体を矩形状にすることにより、アンカー部を軸とした回転変位を大きくすることができ、第１軸方向の振動を第２軸方向の振動に変換する振動効率を大きくすることができる。
【００４９】
なお図１において、第２マス部２０および第４マス部３０を第１マス部４０および第３マス部６０の間に配置しているが、第２マス部２０および第４マス部３０を第１マス部４０および第３マス部６０に外側に配置しても良い。
【００５０】
図１１は本願発明の変形例を示す説明図である。図示のように第１マス部４０と第３マス部６０の間に連結バネ９４を形成する点が図１の構成と異なっている。その他の構成は図１と同様の構成であり、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。連結バネ９４は、振動系構造体１２の中心Ｃに配置したアンカー部９３を通るＸ軸方向に延出した第１連結バネ部９５と、アンカー部９３を通るＹ軸方向に延出した第２連結バネ部９６から構成されている。第１連結バネ部９５は、所定の剛性を備えた一対の支持片であり、一端をそれぞれ第１マス部４０と第３マス部６０に接続し、他端を第２連結バネ部９６に接続させている。第２連結バネ部９６は、第１連結バネ部９５を構成する一対の支持片の間に配置されている。第２連結バネ部９６は中心でアンカー部９３に接続している。第２連結バネ部９６は、Ｙ軸方向に延出し、第１連結バネ部９５よりも剛性が小さい。このため第２連結バネ部９６は第１連結バネ部９５がＸ軸方向に振動すると、容易に撓み変形する。
【００５１】
このような構成の連結バネ９４を設けることにより、第１マス部４０と第３マス部６０のＸ軸方向の振動を第２マス部２０と第４マス部３０のＹ軸方向の振動に変換する際に捻れが生じ難くなる利点がある。
【００５２】
図１２は本発明のジャイロセンサーを備える電子機器を適用した携帯電話機の説明図である。図示のように携帯電話機５００は、複数の操作ボタン５０２、受話口５０４、および送信口５０６を備え、操作ボタン５０２と受話器５０４との間には、表示部５０８が配置されている。このような携帯電話機５００には角速度検出手段として機能するジャイロセンサー１０が内蔵されている。
【符号の説明】
【００５３】
１０………ジャイロセンサー、１２………振動系構造体、２０………第２マス部、２１………第２突起部、２２………第２検出部、２４………第２枠体、２５………空洞部、２６ａ，２６ｂ………変位板、２７ａ，２７ｂ………回転軸、２８………固定部、３０………第４マス部、３２………駆動バネ部、４０………第１マス部、４１………第１突起部、４２，４２ａ，４２ｂ………第１検出部、４４………第１枠体、４５ａ，４５ｂ………空洞部、４６，４６ａ，４６ｂ………変位板、４７ａ，４７ｂ………回転軸、５０………内枠部、５２………バネ部、５４………第１バネ部、５６………第２バネ部、５７………検出部、５８………可動電極、５９………固定電極、６０………第３マス部、６２………固定部、６４………駆動バネ部、６６………駆動バネ部、７０………駆動部、７０ａ，７０ｂ………第１駆動部、７０ｃ，７０ｄ………第２駆動部、８０，８０ａ，８０ｂ………力変換部、８２………第１アンカービーム、８４………第２アンカービーム、８６………ビーム（回転体）、８８………第２接続ビーム、８９………第１接続ビーム、９０，９１，９２，９３………アンカー部、９４………連結バネ、９５………第１連結バネ部、９６………第２連結バネ部、１００………回転体、１０２………空洞部、１０４………バネ、１０６………第２接続ビーム、１０８………第１接続ビーム、２００………回転体、２０２………第２接続ビーム、２０４………第１接続ビーム、２０６………バネ、５００………携帯電話機、５０２………操作ボタン、５０４………受話口、５０６………送信口、５０８………表示部。
【図１２】
0005822177.tif 000003
【図１】
0005822177.tif 000004
【図２】
0005822177.tif 000005
【図３】
0005822177.tif 000006
【図４】
0005822177.tif 000007
【図５】
0005822177.tif 000008
【図６】
0005822177.tif 000009
【図７】
0005822177.tif 000010
【図８】
0005822177.tif 000011
【図９】
0005822177.tif 000012
【図１０】
0005822177.tif 000013
【図１１】
0005822177.tif 000014