(57)【要約】【課題】４個の質量部を互いに逆位相で振動させることにより、質量部の振動状態を安定させ、検出精度や信頼性を向上させる。【解決手段】質量部２，６，１０，１１を外側支持梁１２により連結し、この支持梁１２のうち質量部２，１１と質量部６，１０とが逆位相で振動するときの節に対応する節部１２Ａを固定部１４によって基板１に固定する。そして、４個の質量部を、これら全体の重心Ｇをほぼ一定の位置に保持した状態でＸ軸方向に振動させ、質量部２，６をＺ軸周りの角速度Ωに応じてＹ軸方向に変位させることにより、その変位量を角速度として検出する。これにより、質量部の振動状態を安定化できると共に、その寸法誤差等をＹ軸方向における対称形状によって補償でき、センサの検出精度や信頼性を向上させることができる。【選択図】        図１
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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た４個の質量部と、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該支持梁を前記基板に固定する固定部と、前記各質量部のうち少なくとも一部の質量部を振動させることにより互いに隣接する質量部が逆位相でＸ軸方向に振動する振動発生手段と、前記４個の質量部のうちＹ軸方向の中心位置を挟んで対称な位置に配置された２個の質量部に角速度が作用したときに該質量部がＹ軸とＺ軸のうち少なくともいずれか一方の軸方向に変位する変位量を角速度として検出する角速度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】
前記角速度検出手段は前記４個の質量部のうちＹ軸方向の中央側に位置する２個の質量部に角速度が作用したときに該質量部がＹ軸とＺ軸のうち少なくともいずれか一方の軸方向に変位する変位量を角速度として検出す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】
前記固定部は支持梁のうち前記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前記基板に固定する構成としてなる請求項１または２に記載の角速度センサ。
【請求項４】
前記４個の質量部はＹ軸方向に直線状に配設され、前記支持梁はＹ軸方向に直線状に延びて各質量部を連結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。
【請求項５】
前記４個の質量部は、Ｙ軸方向の中央側に２個配置された中央側の質量部と、該各中央側の質量部の外側に２個配置された外側の質量部とにより構成し、前記中央側の質量部と外側の質量部のうち一方の質量部はＺ軸周りの角速度に応じてＹ軸方向に変位し、他方の質量部はＹ軸周りの角速度に応じてＺ軸方向に変位する構成とし、前記角速度検出手段は、前記一方の質量部の変位量をＺ軸周りの角速度として検出する第１の角速度検出手段と、前記他方の質量部の変位量をＹ軸周りの角速度として検出する第２の角速度検出手段とにより構成してなる請求項１，２，３または４に記載の角速度センサ。
【請求項６】
前記中央側に位置する２個の質量部は、枠状をなす中央側枠状体と、該中央側枠状体内に前記基板に沿ってＹ軸方向に振動可能に設けられた水平振動子とによってそれぞれ構成し、前記角速度検出手段は該水平振動子がＹ軸方向に変位する変位量をＺ軸周りの角速度として検出す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】
前記角速度検出手段は、前記中央側に位置する２個の質量部のうち一方の質量部の水平振動子がＹ軸方向に変位する変位量を検出する第１，第２の変位量検出部と、他方の質量部の水平振動子がＹ軸方向に変位する変位量を検出する第３，第４の変位量検出部とによって構成してなる請求項６に記載の角速度センサ。
【請求項８】
前記第１，第２の変位量検出部は、前記基板に設けられた第１，第２の固定側検出電極と、該第１，第２の固定側検出電極とＹ軸方向に離間した状態でそれぞれ対向し前記一方の水平振動子に設けられた第１，第２の可動側検出電極とからなり、前記第１，第２の変位量検出部は、Ｚ軸周りの角速度が作用したときに、いずれか一方の固定側検出電極と可動側検出電極とが近付き、他方の固定側検出電極と可動側検出電極とが遠ざかる構成とし、
前記第３，第４の変位量検出部は、前記基板に設けられた第３，第４の固定側検出電極と、該第３，第４の固定側検出電極とＹ軸方向に離間した状態でそれぞれ対向し前記他方の水平振動子に設けられた第３，第４の可動側検出電極とからなり、前記第３，第４の変位量検出部は、Ｚ軸周りの角速度が作用したときに、いずれか一方の固定側検出電極と可動側検出電極とが近付き、他方の固定側検出電極と可動側検出電極とが遠ざかる構成としてなる請求項７に記載の角速度センサ。
【請求項９】
前記角速度検出手段は、前記中央側に位置する２個の質量部のうち一方の質量部の水平振動子がＹ軸方向に変位する変位量を検出する一方の変位量検出部と、他方の質量部の水平振動子がＹ軸方向に変位する変位量を検出する他方の変位量検出部とにより構成し、
前記一方の変位量検出部は、前記基板に設けられた一方の固定側検出電極と、該一方の固定側検出電極とＹ軸方向に離間した状態で対向し前記一方の水平振動子に設けられた一方の可動側検出電極とにより構成し、
前記他方の変位量検出部は、前記基板に設けられた他方の固定側検出電極と、該他方の固定側検出電極とＹ軸方向に離間した状態で対向し前記他方の水平振動子に設けられた他方の可動側検出電極とにより構成してなる請求項６に記載の角速度センサ。
【請求項１０】
前記２つの変位量検出部は、Ｚ軸周りの角速度が作用したときに、両方の固定側検出電極と可動側検出電極とが一緒に近付き、遠ざかる構成としてなる請求項９に記載の角速度センサ。
【請求項１１】
前記２つの変位量検出部は、Ｚ軸周りの角速度が作用したときに、いずれか一方の固定側検出電極と可動側検出電極とが近付き、他方の固定側検出電極と可動側検出電極とが遠ざかる構成としてなる請求項９に記載の角速度センサ。
【請求項１２】
前記４個の質量部のうちＹ軸方向の外側に位置する２個の質量部は、枠状をなす外側枠状体と、該外側枠状体内に前記基板と垂直なＺ軸方向に振動可能に設けられた垂直振動子とによってそれぞれ構成し、前記角速度検出手段は該垂直振動子がＺ軸方向に変位する変位量をＹ軸周りの角速度として検出する構成としてなる請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０または１１に記載の角速度センサ。
【請求項１３】
前記固定部には、前記各質量部にＹ軸方向の加速度が加わるときに前記各質量部を支持した状態でＹ軸方向に撓み変形する腕部を形成してなる請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１または１２に記載の角速度センサ。
【請求項１４】
前記４個の質量部は、該各質量部全体の重心を挟んでＹ軸方向に対称に形成してなる請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２または１３に記載の角速度センサ。
【請求項１５】
前記４個の質量部のうちＹ軸方向の外側に位置する２個の質量部は、前記中央側に位置する２個の質量部よりも小さな質量をもって形成し、前記４個の質量部が振動するときに該各質量部全体の重心を中心として前記中央側の各質量部に加わる回転モーメントと、前記重心を中心として前記外側の各質量部に加わる回転モーメントとをほぼ等しくする構成としてなる請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３または１４に記載の角速度センサ。
【請求項１６】
前記４個の質量部のうちＹ軸方向の中央側に位置する２個の質量部には、前記各質量部がＸ軸方向に振動するときの変位量を前記振動発生手段による振動状態としてモニタする振動状態モニタ手段を設けてなる請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４または１５に記載の角速度センサ。
【請求項１７】
前記４個の質量部のうちＹ軸方向の外側に位置する２個の質量部には、前記各質量部がＸ軸方向に振動するときの変位量を前記振動発生手段による振動状態としてモニタする振動状態モニタ手段を設けてなる請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４または１５に記載の角速度センサ。
【請求項１８】
前記支持梁のうち前記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には、前記各質量部がＸ軸方向に振動するときの変位量を前記振動発生手段による振動状態としてモニタする振動状態モニタ手段を設けてなる請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４または１５に記載の角速度センサ。
【請求項１９】
前記振動状態モニタ手段は、前記基板に設けられたモニタ用固定側電極と、前記支持梁の節に対応する部位に設けられ前記各質量部が振動して前記支持梁が撓み変形するときに該モニタ用固定側電極に対して前記節に対応する部位を中心として回動変位するモニタ用可動側電極とにより構成してなる請求項１８に記載の角速度センサ。
【請求項２０】
前記モニタ用固定側電極は前記支持梁の節に対応する部位を中心として円弧状に延びた複数の電極板によって構成し、前記モニタ用可動側電極は該モニタ用固定側電極の各電極板と径方向の隙間をもって対向するように円弧状に形成された複数の電極板により構成してなる請求項１９に記載の角速度センサ。
【請求項２１】
前記角速度検出手段は、前記Ｙ軸方向の中心位置を挟んで対称な位置に配置された２個の質量部のうち一方の質量部がＹ軸方向に変位する変位量を検出する第１，第２の変位量検出部と、他方の質量部がＹ軸方向に変位する変位量を検出する第３，第４の変位量検出部とにより構成してなる請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項２２】
前記角速度検出手段は、前記Ｙ軸方向の中心位置を挟んで対称な位置に配置された２個の質量部のうち一方の質量部がＹ軸方向に変位する変位量を検出する一方の変位量検出部と、他方の質量部がＹ軸方向に変位する変位量を検出する他方の変位量検出部とにより構成してなる請求項１に記載の角速度センサ。
【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。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、角速度センサとしては、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ものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−３１２５７６号公報
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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、音叉型ジャイロ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。
【０００７】
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。
【０００８】
【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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、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角速度センサ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た４個の質量部と、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該支持梁を前記基板に固定する固定部と、前記各質量部のうち少なくとも一部の質量部を振動させることにより互いに隣接する質量部が逆位相でＸ軸方向に振動する振動発生手段と、前記４個の質量部のうちＹ軸方向の中心位置を挟んで対称な位置に配置された２個の質量部に角速度が作用したときに該質量部がＹ軸とＺ軸のうち少なくともいずれか一方の軸方向に変位する変位量を角速度として検出する角速度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、４個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、例えば各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、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。これにより、各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、Ｙ軸方向の中心位置を挟んで対称な位置（Ｙ軸方向の中央側または外側）に配置された２個の質量部は互いに逆位相で振動するから、これら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。このため、例えばこれら２個の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、角速度を加速度から分離して検出することができる。
【００１９】
さらに、４個の質量部をＹ軸方向に並べる構成としたから、これらの質量部が振動するときに、質量部全体の重心をほぼ一定の位置に保持でき、その振動状態を安定させて基板側に振動が伝わるのを抑制することができる。また、Ｙ軸方向の中心位置を挟んで対称な位置に配置された２個の質量部を質量部全体の重心位置等を挟んで対称形状に形成できるから、これら２個の質量部の共振周波数や温度変化による各質量部の熱変形量等をほぼ等しく設定でき、２個の質量部を加速度によってほぼ同じ量だけ変位させることができる。この結果、２個の質量部の変位量を減算することによって加速度成分を確実に除去でき、角速度の検出精度を高めることができる。
【００２０】
この場合、請求項２の発明のように、角速度検出手段は前記４個の質量部のうちＹ軸方向の中央側に位置する２個の質量部に角速度が作用したときに該質量部がＹ軸とＺ軸のうち少なくともいずれか一方の軸方向に変位する変位量を角速度として検出する構成としてもよい。
【００２１】
また、請求項３の発明によると、固定部は支持梁のうち前記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固定する構成としている。
【００２２】
これにより、固定部は、各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、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。
【００２３】
また、請求項４の発明によると、４個の質量部はＹ軸方向に直線状に配設され、前記支持梁はＹ軸方向に直線状に延びて各質量部を連結する構成としている。
【００２４】
これにより、例えば１個の質量部をＸ軸方向に振動させることによって、この振動を支持梁によって他の質量部に効率よく伝達でき、簡単な構造によって各質量部を逆位相で振動させることができる。
【００２５】
また、請求項５の発明によると、４個の質量部は、Ｙ軸方向の中央側に２個配置された中央側の質量部と、該各中央側の質量部の外側に２個配置された外側の質量部とにより構成し、前記中央側の質量部と外側の質量部のうち一方の質量部はＺ軸周りの角速度に応じてＹ軸方向に変位し、他方の質量部はＹ軸周りの角速度に応じてＺ軸方向に変位する構成とし、角速度検出手段は、前記一方の質量部の変位量をＺ軸周りの角速度として検出する第１の角速度検出手段と、前記他方の質量部の変位量をＹ軸周りの角速度として検出する第２の角速度検出手段とにより構成している。
【００２６】
これにより、例えば中央側の質量部によってＺ軸周りの角速度を検出しつつ、外側の質量部によってＹ軸周りの角速度を検出することができる。また、中央側の質量部によってＹ軸周りの角速度を検出しつつ、外側の質量部によってＺ軸周りの角速度を検出することもでき、２軸周りの角速度を個別に検出可能な角速度センサを構成することができる。
【００２７】
また、請求項６の発明では、中央側に位置する２個の質量部は、枠状をなす中央側枠状体と、該中央側枠状体内に基板に沿ってＹ軸方向に振動可能に設けられた水平振動子とによってそれぞれ構成し、前記角速度検出手段は該水平振動子がＹ軸方向に変位する変位量をＺ軸周りの角速度として検出する構成としている。
【００２８】
これにより、角速度が加わっていないときには、支持梁が撓み変形しても、振動子は、枠状体内でＸ軸方向だけに振動することができる。従って、枠状体は、支持梁の撓み変形がＹ軸方向への変位となって振動子に伝わるのを遮断でき、Ｚ軸周りの角速度に対する検出精度をより向上させることができる。
【００２９】
また、請求項７の発明によると、角速度検出手段は、前記中央側に位置する２個の質量部のうち一方の質量部の水平振動子がＹ軸方向に変位する変位量を検出する第１，第２の変位量検出部と、他方の質量部の水平振動子がＹ軸方向に変位する変位量を検出する第３，第４の変位量検出部とによって構成している。
【００３０】
これにより、Ｙ軸方向の中央側に位置する２個の質量部の水平振動子は互いに逆位相で振動するから、これら２個の水平振動子は、Ｚ軸周りの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、Ｙ軸方向の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。このため、例えば第１，第２の変位量検出部によって検出した一方の水平振動子の変位量から第３，第４の変位量検出部によって検出した他方の水平振動子の変位量を加算または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、角速度を加速度から分離して検出することができる。
【００３１】
また、請求項８の発明によると、第１，第２の変位量検出部は、前記基板に設けられた第１，第２の固定側検出電極と、該第１，第２の固定側検出電極とＹ軸方向に離間した状態でそれぞれ対向し前記一方の水平振動子に設けられた第１，第２の可動側検出電極とからなり、前記第１，第２の変位量検出部は、Ｚ軸周りの角速度が作用したときに、いずれか一方の固定側検出電極と可動側検出電極とが近付き、他方の固定側検出電極と可動側検出電極とが遠ざかる構成とし、前記第３，第４の変位量検出部は、前記基板に設けられた第３，第４の固定側検出電極と、該第３，第４の固定側検出電極とＹ軸方向に離間した状態でそれぞれ対向し前記他方の水平振動子に設けられた第３，第４の可動側検出電極とからなり、前記第３，第４の変位量検出部は、Ｚ軸周りの角速度が作用したときに、いずれか一方の固定側検出電極と可動側検出電極とが近付き、他方の固定側検出電極と可動側検出電極とが遠ざかる構成としている。
【００３２】
これにより、Ｚ軸周りの角速度が作用したときには、例えば第１，第３の変位量検出部は、その固定側検出電極と可動側検出電極との間の静電容量を増大させることができ、第２，第４の変位量検出部は、その固定側検出電極と可動側検出電極との間の静電容量を減少させることができる。この場合、Ｙ軸方向の加速度が加わるときには、例えば第１，第４の変位量検出部は、その固定側検出電極と可動側検出電極との間の静電容量を増大し、第２，第３の変位量検出部は、その固定側検出電極と可動側検出電極との間の静電容量を減少する。
【００３３】
このため、第１，第３の変位量検出部による静電容量を加算すると共に、第２，第４の変位量検出部による静電容量を加算することによって、加速度成分を相殺して除去することができ、角速度を加速度から分離して検出することができる。また、第１，第３の変位量検出部による静電容量の加算値と第２，第４の変位量検出部による静電容量の加算値とは互いに逆位相で変化（増大、減少）するから、これら２つの加算値を減算することによって、角速度に応じた信号を大きくすることができ、角速度を高感度で検出することができる。
【００３４】
また、請求項９の発明によると、角速度検出手段は、前記中央側に位置する２個の質量部のうち一方の質量部の水平振動子がＹ軸方向に変位する変位量を検出する一方の変位量検出部と、他方の質量部の水平振動子がＹ軸方向に変位する変位量を検出する他方の変位量検出部とにより構成し、前記一方の変位量検出部は、前記基板に設けられた一方の固定側検出電極と、該一方の固定側検出電極とＹ軸方向に離間した状態で対向し前記一方の水平振動子に設けられた一方の可動側検出電極とにより構成し、前記他方の変位量検出部は、前記基板に設けられた他方の固定側検出電極と、該他方の固定側検出電極とＹ軸方向に離間した状態で対向し前記他方の水平振動子に設けられた他方の可動側検出電極とにより構成している。
【００３５】
ここで、Ｙ軸方向の中央側に位置する２個の質量部の水平振動子は互いに逆位相で振動するから、Ｚ軸周りの角速度が加わるときには、２個の水平振動子は互いに逆方向に変位する。このとき、２つの変位量検出部で固定側検出電極と可動側検出電極をそれぞれ適宜配置することによって、２つの変位量検出部は、その固定側検出電極と可動側検出電極との間の静電容量を互いに逆位相または同位相で増減させることができる。従って、２つの変位量検出部による静電容量を減算または加算することによって、Ｚ軸周りの角速度を検出することができる。
【００３６】
また、請求項１０の発明によると、２つの変位量検出部は、Ｚ軸周りの角速度が作用したときに、両方の固定側検出電極と可動側検出電極とが一緒に近付き、遠ざかる構成としている。
【００３７】
このとき、Ｙ軸方向の加速度が加わるときには、２個の水平振動子は互いに等しい方向に変位し、２つの変位量検出部による静電容量のうち一方は増加し、他方は減少する。このため、２つの変位量検出部による静電容量を加算することによって、加速度による静電容量の変化分を相殺して除去することができ、Ｚ軸周り角速度を加速度から分離して検出することができる。
【００３８】
また、請求項１１の発明によると、２つの変位量検出部は、Ｚ軸周りの角速度が作用したときに、いずれか一方の固定側検出電極と可動側検出電極とが近付き、他方の固定側検出電極と可動側検出電極とが遠ざかる構成としている。
【００３９】
このとき、Ｙ軸方向の加速度が加わるときには、２個の水平振動子は互いに等しい方向に変位し、２つの変位量検出部による静電容量は一緒に増減する。このため、２つの変位量検出部による静電容量を減算することによって、加速度による静電容量の変化分を相殺して除去することができ、Ｚ軸周り角速度を加速度から分離して検出することができる。
【００４０】
また、請求項１２の発明によると、４個の質量部のうちＹ軸方向の外側に位置する２個の質量部は、枠状をなす外側枠状体と、該外側枠状体内に基板と垂直なＺ軸方向に振動可能に設けられた垂直振動子とによってそれぞれ構成し、前記角速度検出手段は該垂直振動子がＺ軸方向に変位する変位量をＹ軸周りの角速度として検出する構成としている。
【００４１】
これにより、外側の質量部はＸ軸方向に振動しつつ、Ｙ軸周りの角速度に応じて基板に対し近接，離間するようにＺ軸方向に変位できるから、このときの変位量を角速度検出手段によりＹ軸周りの角速度として検出することができる。
【００４２】
また、請求項１３の発明によると、固定部には、各質量部にＹ軸方向の加速度が加わるときに前記各質量部を支持した状態でＹ軸方向に撓み変形する腕部を形成する構成としている。
【００４３】
これにより、固定部は、Ｙ軸方向の弾性（ばね性）を有する腕部により支持梁を介して４個の質量部を支持することができる。この結果、例えば質量部が加速度等の外乱によってＹ軸方向に変位（振動）するときには、各質量部を腕部により弾性的に連結した状態で振動（連成振動）させることができ、各質量部の振動エネルギを腕部の弾性力によって相互に伝達することができる。従って、例えば加工誤差等が原因で一定の加速度に対する各質量部の振幅にばらつきがある場合でも、これらの質量部間で振動エネルギが伝達されることにより振幅の差が小さくなるため、加速度による影響を各質量部間で安定的に打消すことができる。
【００４４】
さらに、請求項１４の発明によると、４個の質量部は、該各質量部全体の重心を挟んでＹ軸方向に対称に形成する構成としている。
【００４５】
これにより、例えば中央側に位置する２個の質量部の内側の振動子等の共振周波数をほぼ等しく設定できるから、各質量部を加速度によってほぼ同じ量だけ変位させることができ、これらの変位量を減算することにより加速度成分を打消して角速度だけを検出することができる。また、４個の質量部が振動するときに、質量部全体の重心をほぼ一定の位置に保持できるから、その振動状態を安定させて基板側に振動が伝わるのを抑制することができる。
【００４６】
また、請求項１５の発明によると、４個の質量部のうちＹ軸方向の外側に位置する２個の質量部は、前記中央側に位置する２個の質量部よりも小さな質量をもって形成し、前記４個の質量部が振動するときに該各質量部全体の重心を中心として前記中央側の各質量部に加わる回転モーメントと、前記重心を中心として前記外側の各質量部に加わる回転モーメントとをほぼ等しくする構成としている。
【００４７】
これにより、互いに隣接する各質量部が逆位相で振動するときには、質量部全体の重心を中心として中央側の各質量部に加わる回転モーメントと、外側の各質量部に加わる回転モーメントとが互いに逆方向となる。この場合、外側の各質量部は、中央側の各質量部よりも重心から離れているので、その質量を中央側の各質量部よりも小さくすることにより、両者の回転モーメントをほぼ等しくすることができる。
【００４８】
この結果、各質量部が振動発生手段により振動するときには、その共振状態におけるＱ（Ｑｕａｌｉｔｙ  ｆａｃｔｏｒ）値を高くして大きな振幅を確保することができる。また、中央側と外側の質量部間で回転モーメントを打消すことができるから、これらの回転モーメントが基板側に伝わるのを防止することができる。
【００４９】
また、請求項１６の発明によると、４個の質量部のうちＹ軸方向の中央側に位置する２個の質量部には、前記各質量部がＸ軸方向に振動するときの変位量を前記振動発生手段による振動状態としてモニタする振動状態モニタ手段を設ける構成としている。
【００５０】
これにより、例えば角速度検出手段がＹ軸方向の中央側に位置する２個の質量部の変位量を検出するときには、角速度検出手段と振動状態モニタ手段とを集約して形成することができる。
【００５１】
一方、角速度検出手段がＹ軸方向の外側に位置する２個の質量部の変位量を検出するときには、角速度検出手段と振動状態モニタ手段とを離れた位置に配置することができる。このため、角速度を検出する信号と振動状態をモニタする信号とを分離して高い精度で出力できると共に、センサの設計自由度を高めることができる。
【００５２】
また、請求項１７の発明によると、４個の質量部のうちＹ軸方向の外側に位置する２個の質量部には、前記各質量部がＸ軸方向に振動するときの変位量を前記振動発生手段による振動状態としてモニタする振動状態モニタ手段を設ける構成としている。
【００５３】
これにより、例えば角速度検出手段がＹ軸方向の中央側に位置する２個の質量部の変位量を検出するときには、角速度検出手段と振動状態モニタ手段とを離れた位置に配置することができる。このため、角速度を検出する信号と振動状態をモニタする信号とを分離して高い精度で出力できると共に、センサの設計自由度を高めることができる。
【００５４】
また、請求項１８の発明によると、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には、前記各質量部がＸ軸方向に振動するときの変位量を振動発生手段による振動状態としてモニタする振動状態モニタ手段を設ける構成としている。
【００５５】
これにより、例えば慣性質量が比較的小さなモニタ電極を支持梁のうち質量部の振動が伝わり難い節の部位に高い剛性をもって取付けることができ、この節部と固定部とを介して基板に一体的に固定することができる。この結果、外部からの振動、衝撃等によって基板に加速度が加わる場合でも、モニタ電極が加速度により誤って変位するのを防止でき、外部の回路等に対して正確なモニタ信号を出力できると共に、特にＺ軸方向の加速度によってモニタ電極が誤動作するのを確実に防ぐことができる。また、質量部が振動するときには、その振幅等に応じて支持梁が撓み変形するので、振動状態モニタ手段は、例えば支持梁の撓み変形量を質量部の振動状態として検出することができる。
【００５６】
また、請求項１９の発明によると、振動状態モニタ手段は、基板に設けられたモニタ用固定側電極と、支持梁の節に対応する部位に設けられ各質量部が振動して前記支持梁が撓み変形するときに該モニタ用固定側電極に対して前記節に対応する部位を中心として回動変位するモニタ用可動側電極とにより構成している。
【００５７】
これにより、質量部が振動して支持梁が撓み変形するときには、その節を中心として可動側電極を回動変位させることができ、その変位量に応じて固定側電極と可動側電極との間の対向面積を変化させることができる。従って、例えば質量部の振動状態をモニタ用固定側電極とモニタ用可動側電極との間で静電容量の変化により検出することができる。
【００５８】
さらに、請求項２０の発明によると、モニタ用固定側電極は前記支持梁の節に対応する部位を中心として円弧状に延びた複数の電極板によって構成し、前記モニタ用可動側電極は該モニタ用固定側電極の各電極板と径方向の隙間をもって対向するように円弧状に形成された複数の電極板により構成している。
【００５９】
これにより、例えば固定側電極の各電極板と可動側電極の各電極板とを櫛歯状に形成して互いに噛合させることができ、これらの電極間に大きな対向面積を確保することができる。また、固定側と可動側の電極板を円弧状に形成することにより、可動側電極が節を中心として回動変位するときには、これらの電極板を互いに接触させることなく相対変位させることができる。また、固定側の電極板と可動側の電極板とを径方向の隙間をもって互いに対向させることができ、これらの対向面積は可動側電極の回動変位量（回動角）に応じて比例的に変化するので、電極板間の静電容量を比例的（リニア）に変化させることができる。
【００６０】
また、請求項２１の発明によると、角速度検出手段は、前記Ｙ軸方向の中心位置を挟んで対称な位置に配置された２個の質量部のうち一方の質量部がＹ軸方向に変位する変位量を検出する第１，第２の変位量検出部と、他方の質量部がＹ軸方向に変位する変位量を検出する第３，第４の変位量検出部とにより構成している。
【００６１】
これにより、Ｙ軸方向の中心位置を挟んで対称な位置に配置された２個の質量部は互いに逆位相で振動するから、これら２個の質量部は、Ｚ軸周りの角速度が加わるときに互いに逆方向に変位し、Ｙ軸方向の加速度が加わるときに互いに等しい方向に変位する。このため、例えば第１，第２の変位量検出部によって検出した一方の質量部の変位量から第３，第４の変位量検出部によって検出した他方の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加速度成分を相殺して除去することができ、角速度を加速度から分離して検出することができる。
【００６２】
また、請求項２２の発明によると、角速度検出手段は、前記Ｙ軸方向の中心位置を挟んで対称な位置に配置された２個の質量部のうち一方の質量部がＹ軸方向に変位する変位量を検出する一方の変位量検出部と、他方の質量部がＹ軸方向に変位する変位量を検出する他方の変位量検出部とにより構成している。
【００６３】
ここで、Ｙ軸方向の中心位置を挟んで対称な位置に配置された２個の質量部は互いに逆位相で振動するから、Ｚ軸周りの角速度が加わるときには、２個の質量部は互いに逆方向に変位する。このとき、２つの変位量検出部で固定側検出電極と可動側検出電極をそれぞれ適宜配置することによって、２つの変位量検出部は、その固定側検出電極と可動側検出電極との間の静電容量を互いに逆位相または同位相で増減させることができる。従って、２つの変位量検出部による静電容量を減算または加算することによって、Ｚ軸周りの角速度を検出することができる。
【００６４】
【発明の実施の形態】
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。
【００６５】
ここで、図１ないし図１０は第１の実施の形態を示し、本実施の形態では、基板と垂直なＺ軸周りの角速度を検出する角速度センサを例に挙げて述べる。
【００６６】
図中、１は角速度センサの本体部分を構成する基板で、該基板１は、例えば高抵抗なシリコン材料、ガラス材料等によって四角形状に形成され、互いに直交するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸からなる３軸方向のうち、例えばＸ軸とＹ軸とに沿って水平に延びると共にＺ軸と垂直に配置されている。
【００６７】
また、基板１上には、図１、図２に示す如く、例えば単結晶または多結晶をなす低抵抗なシリコン材料を基板１上に設けてエッチング処理等の微細加工を施すことにより、後述の中央質量部２，６、外側質量部１０，１１、外側支持梁１２、固定部１４、電極用支持部１５，２０、駆動電極１６，１７、検出電極２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８、モニタ電極３８等が形成されている。
【００６８】
２は基板１上に配置された第１の中央質量部で、該第１の中央質量部２は、図３に示す如く、Ｙ軸方向に並んで配置された４個の質量部２，６，１０，１１のうち、第２の中央質量部６と共に中央寄りに配置されている。また、中央質量部２は、四角形の枠状に形成された中央側枠状体３と、横向きの「日」の字状をなす四角形の枠状体として一体に形成され、該中央側枠状体３の内側にＹ軸方向に振動可能に設けられた水平振動子４と、後述の内側支持梁５とを含んで構成されている。
【００６９】
ここで、中央側枠状体３は、Ｘ軸方向に延びた前，後の横枠部３Ａと、Ｙ軸方向に延びた左，右の縦枠部３Ｂとにより構成されている。そして、中央側枠状体３は、外側支持梁１２が撓み変形して中央質量部２がＸ軸方向に振動するときに、後述の連結部１３と協働して、外側支持梁１２の撓み変形がＹ軸方向の変位となって水平振動子４に伝わるのを遮断し、水平振動子４が角速度に関係なくＹ軸方向に変位するのを規制するものである。
【００７０】
また、水平振動子４は、Ｘ軸方向に延びた前，後の横枠部４Ａと、Ｙ軸方向に延びた左，右の縦枠部４Ｂと、該各縦枠部４Ｂの間に位置してＹ軸方向に延びた中間枠部４Ｃとにより構成されている。そして、中央側枠状体３と水平振動子４との間には、これらの４隅に位置してＹ軸方向に撓み変形可能な４本の内側支持梁５が設けられ、該各内側支持梁５は、水平振動子４を基板１に沿ってＹ軸方向に変位（振動）可能に支持すると共に、水平振動子４が中央側枠状体３に対してＸ軸方向に変位するのを規制している。
【００７１】
６は基板１上に配置された第２の中央質量部で、該第２の中央質量部６は、中央質量部２とほぼ同様に、前，後の横枠部７Ａと左，右の縦枠部７Ｂとを有する中央側枠状体７と、該中央側枠状体７の内側に設けられ、前，後の横枠部８Ａ、左，右の縦枠部８Ｂおよび中間枠部８Ｃを有する水平振動子８とを含んで構成され、該水平振動子８は、４本の内側支持梁９を介してＹ軸方向に変位可能に支持されている。
【００７２】
１０，１１はＹ軸方向に対して中央質量部２，６の外側に設けられた２個の外側質量部で、該外側質量部１０，１１は、Ｘ軸方向に延びた直線状の質量体として形成され、その両端側は各外側支持梁１２に連結されている。
【００７３】
ここで、４個の質量部２，６，１０，１１は、Ｙ軸方向に直線状に並んだ状態で各外側支持梁１２により連結され、基板１と隙間をもって対向している。そして、２個の中央質量部２，６は、図３に示す如く、質量部２，６，１０，１１全体の重心Ｇを中心としてＹ軸方向の前，後で対称形状に形成され、その内側の水平振動子４，８の共振周波数は、互いにほぼ等しくなっている。また、２個の中央質量部２，６は、Ｙ軸方向の中心位置（重心Ｇ）を挟んで対称な位置に配置されると共に、２個の外側質量部１０，１１も、Ｙ軸方向の中心位置を挟んで対称な位置に配置されている。
【００７４】
そして、これらの質量部２，６，１０，１１は、後述の図６に示す如く、外側支持梁１２が撓み変形することにより、互いに隣接する質量部２，１１と質量部６，１０とが互いに逆位相でＸ軸方向に振動する。このとき、質量部２，１１と質量部６，１０とは、これら全体の重心Ｇをほぼ一定の位置に保持しつつ、互いに対称な位置で安定的に振動するので、基板１側に振動が伝わるのを抑制できる構成となっている。
【００７５】
また、中央質量部２，６は、予め定められた質量Ｍ１をもってそれぞれ形成され、その重心位置は、質量部全体の重心Ｇに対して一定の距離Ｌ１だけＹ軸方向に離間している。また、外側質量部１０，１１は、中央質量部２，６よりも小さな所定の質量Ｍ２をもってそれぞれ形成され（Ｍ１＞Ｍ２）、その重心位置は、重心Ｇに対して中央質量部２，６よりも大きな一定の距離Ｌ２だけＹ軸方向に離間している（Ｌ１＜Ｌ２）。
【００７６】
そして、中央質量部２，６の質量Ｍ１、距離Ｌ１と、外側質量部１０，１１の質量Ｍ２、距離Ｌ２とは、後述する数１ないし数６の式を満たすように予め設定されている。これにより、角速度センサの作動時には、中央質量部２，６の回転モーメントＴ１と外側質量部１０，１１の回転モーメントＴ２とがほぼ等しくなり、これらが重心Ｇの周囲で互いに打消される構成となっている。
【００７７】
１２は質量部２，６，１０，１１を挟んでＸ軸方向の両側に設けられた左，右の外側支持梁で、該各外側支持梁１２は、Ｘ軸方向に撓み変形する細幅な梁として形成され、Ｙ軸方向に沿って直線状に延びている。また、外側支持梁１２の長さ方向途中部位には、幅広に形成され高い剛性を有する連結部１３，１３を介して中央側枠状体３，７が連結され、外側支持梁１２の長さ方向両端側には外側質量部１０，１１が連結されている。これにより、外側支持梁１２は、４個の質量部２，６，１０，１１をＸ軸方向に振動可能に支持している。
【００７８】
そして、質量部２，１１と質量部６，１０とが互いに逆位相で振動するときには、図６に示す如く、各外側支持梁１２がＸ軸方向に対して略Ｓ字状に撓み変形し、その長さ方向途中部位には、振動の節となってほぼ一定の位置を保持する３箇所の節部１２Ａがそれぞれ形成されるものである。
【００７９】
１４は基板１に設けられた固定部で、該固定部１４は、図１、図３に示す如く、質量部２，６，１０，１１等を取囲む位置で基板１上に固定された四角形状の台座部１４Ａと、基板１の左，右両側に位置して該台座部１４Ａの内側に一体に形成され、Ｙ軸方向に延びた略Ｔ字状の延設部１４Ｂと、該各延設部１４Ｂにそれぞれ設けられ、基板１から離れた位置で各外側支持梁１２の節部１２Ａに連結された３個の腕部１４Ｃとによって構成されている。
【００８０】
そして、質量部２，１１と質量部６，１０とが互いに逆位相で振動するときには、これらの振動が外側支持梁１２の各節部１２Ａの位置で互いに打消されるため、固定部１４は、基板１に振動が伝わるのを抑制する構成となっている。
【００８１】
また、腕部１４Ｃは、図４に示す如く、例えばＹ軸方向に弾性（ばね性）を有する略コ字状、Ｕ字状、Ｙ字状等の細幅な梁として形成されており、延設部１４ＢからＸ軸方向に間隔をもって突出しＹ軸方向に撓み変形可能となった例えば２本の横梁１４Ｃ１と、該各横梁１４Ｃ１の先端側を連結してＹ軸方向に延びる縦梁１４Ｃ２と、該縦梁１４Ｃ２の長さ方向中間部位に設けられ、外側支持梁１２の節部１２Ａに固着された固着部１４Ｃ３とにより構成されている。
【００８２】
そして、質量部２，６，１０，１１が加速度等の外乱によってＹ軸方向に変位（振動）するときには、後述の図８、図１０に示す如く、腕部１４Ｃの各横梁１４Ｃ１が質量部２，６，１０，１１を支持した状態でＹ軸方向に撓み変形し、質量部２，６，１０，１１は、腕部１４Ｃにより弾性的に連結された状態で振動（連成振動）するようになる。これにより、腕部１４Ｃは、その弾性力（ばね力）によって質量部２，６，１０，１１の振動エネルギを相互に伝達し、これらの振幅のばらつきを加速度に対して小さくするものである。
【００８３】
一方、１５は外側質量部１０，１１の前，後両側に位置して基板１上に設けられた例えば４個の駆動電極用支持部、１６は該各駆動電極用支持部１５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１６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１６Ａを有している。
【００８４】
１７は各駆動電極用支持部１５に対応する位置で外側質量部１０，１１に突設された例えば４個の可動側駆動電極で、該各可動側駆動電極１７は、固定側駆動電極１６の各電極板１６ＡとＹ軸方向の隙間を挟んで噛合する複数の電極板１７Ａを有している。
【００８５】
１８は駆動電極１６，１７により構成された４個の振動発生手段としての振動発生部で、該各振動発生部１８は、各駆動電極用支持部１５に設けられた駆動用電極パッド１９に直流バイアス電圧と交流電圧とからなる駆動信号が入力されることにより、駆動電極１６，１７間に静電引力を発生し、外側質量部１０，１１を図１中の矢示ａ１，ａ２方向に振動させる。これにより、質量部２，１１と質量部６，１０とは、外側支持梁１２を介して互いに逆位相で振動するものである。
【００８６】
２０は基板１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２０のうち２個の支持部２０は、中央質量部２の水平振動子４内に位置して中間枠部４Ｃの左，右両側に形成され、該各支持部２０には、櫛歯状の電極板２１Ａ，２２Ａを有する左，右の固定側検出電極２１，２２が設けられている。また、各検出電極用支持部２０のうち他の２個の支持部２０は、中央質量部６の水平振動子８内に位置して中間枠部８Ｃの左，右両側に形成され、これらの支持部２０には、櫛歯状の電極板２３Ａ，２４Ａを有する左，右の固定側検出電極２３，２４が設けられている。
【００８７】
２５，２６は固定側検出電極２１，２２に対応して水平振動子４の内側部位に突設された可動側検出電極、２７，２８は固定側検出電極２３，２４に対応して水平振動子８の内側部位に突設された可動側検出電極で、これらの可動側検出電極２５，２６，２７，２８は、固定側検出電極２１，２２，２３，２４の電極板２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４ＡとＹ軸方向の隙間を挟んで噛合する複数の電極板２５Ａ，２６Ａ，２７Ａ，２８Ａを有している。
【００８８】
２９は後述の変位量検出部３０，３１，３２と共に角速度検出手段を構成する第１の変位量検出部で、該変位量検出部２９は、平行平板コンデンサを構成する固定側検出電極２１と可動側検出電極２５とからなり、中央質量部２の水平振動子４の変位量を静電容量の変化により検出するものである。そして、変位量検出部２９は、水平振動子４がＹ軸方向に沿って図１中の矢示ｂ１方向に変位するときに静電容量が増大し、水平振動子４が矢示ｂ２方向に変位するときに静電容量が減少する。
【００８９】
３０は水平振動子４の変位量を検出する第２の変位量検出部で、該変位量検出部３０は、固定側検出電極２２と可動側検出電極２６とによりコンデンサとして構成され、これらの検出電極２２，２６は第１の変位量検出部２９の検出電極２１，２５に対してＹ軸方向の反対方向で対向している。このため、変位量検出部３０の静電容量は、水平振動子４の変位方向に対して変位量検出部２９と逆に増減するように予め設定されている。即ち、変位量検出部３０は、水平振動子４が矢示ｂ１方向に変位するときに静電容量が減少し、水平振動子４が矢示ｂ２方向に変位するときに静電容量が増大するものである。
【００９０】
３１は中央質量部６の水平振動子８の変位量を静電容量の変化により検出する第３の変位量検出部で、該変位量検出部３１は、固定側検出電極２３と可動側検出電極２７とからなる。そして、変位量検出部３１は、水平振動子８が矢示ｂ１方向に変位するときに静電容量が減少し、水平振動子８が矢示ｂ２方向に変位するときに静電容量が増大する。
【００９１】
３２は水平振動子８の変位量を検出する第４の変位量検出部で、該変位量検出部３２は、固定側検出電極２４と可動側検出電極２８とからなり、これらの検出電極２４，２８は第３の変位量検出部３１の検出電極２３，２７に対してＹ軸方向の反対方向で対向している。このため、変位量検出部３２は、変位量検出部３１の場合と逆に、水平振動子８が矢示ｂ１方向に変位するときに静電容量が増大し、水平振動子８が矢示ｂ２方向に変位するときに静電容量が減少する。
【００９２】
そして、質量部２，６，１０，１１がＸ軸方向に振動しているときには、基板１にＺ軸周りの角速度Ωが加わると、内側支持梁５，９が撓み変形することにより、水平振動子４，８が角速度Ωの大きさに応じてＹ軸方向に変位する。これにより、変位量検出部２９，３０，３１，３２は、これらの変位量を静電容量の変化として検出し、支持部２０に設けられた検出用電極パッド３３，３４，３５，３６から外部に検出信号を出力する。また、固定部１４には、例えば２個の接地用電極パッド３７が設けられている。
【００９３】
３８は検出電極用支持部２０と水平振動子４，８との間に設けられた振動状態モニタ手段としての例えば４個のモニタ電極で、該各モニタ電極３８は、水平振動子４，８の振動周波数、振幅等に対応する交流のモニタ信号を検出用電極パッド３３〜３６から出力し、このモニタ信号は、例えば中央質量部２，６の振動状態をモニタしたり、角速度の検出信号に対して同期検波等の信号処理を行うときの基準として用いられるものである。
【００９４】
ここで、４個のモニタ電極３８は、水平振動子４，８が互いに逆位相で振動しているときに、振動子４側のモニタ電極３８と振動子８側のモニタ電極３８から同位相のモニタ信号を出力する構成となっている。この結果、後述の検出側配線４２，４３から差動アンプ４４に出力される個々の信号には、互いに同位相のモニタ信号が含まれるようになり、これらのモニタ信号は差動アンプ４４によって打消される。また、モニタ信号を取出すときには、検出側配線４２，４３による信号を加算して出力するものである。
【００９５】
一方、３９は基板１に設けられた蓋板で、該蓋板３９は、図２、図５に示す如く、例えば高抵抗なシリコン材料、ガラス材料等によって四角形状に形成され、陽極接合等の手段を用いて固定部１４の台座部１４Ａ等に接合されると共に、質量部２，６，１０，１１、支持梁１２、固定部１４、振動発生部１８、変位量検出部２９〜３２等を覆っている。また、蓋板３９には、電極パッド１９，３３〜３７を後述の配線４０，４２，４３に対して接続するために複数の貫通孔３９Ａが穿設されている。
【００９６】
４０は各振動発生部１８に対応して蓋板３９の４隅に設けられた例えば４個の駆動側配線で、該各駆動側配線４０は、例えば金属膜等により配線パターンとして形成され、蓋板３９の貫通孔３９Ａを介して各駆動用電極パッド１９に接続されている。そして、駆動側配線４０は、外部の信号出力回路４１から電極パッド１９等を介して各振動発生部１８に交流の駆動信号を供給するものである。
【００９７】
４２は変位量検出部２９，３１に対応して蓋板３９の中央左側に設けられた検出側配線で、該検出側配線４２は、後述の差動アンプ４４に対して変位量検出部２９，３１を並列に接続し、変位量検出部２９，３１の静電容量の変化（水平振動子４，８の変位量）を加算して検出するものである。
【００９８】
４３は蓋板３９の中央右側に設けられた他の検出側配線で、該検出側配線４３は、差動アンプ４４に対して変位量検出部３０，３２を並列に接続し、これらの静電容量の変化を加算して検出する。
【００９９】
そして、検出側配線４２，４３からそれぞれ出力される検出信号は電圧に変換された後、差動アンプ４４に入力され、該差動アンプ４４は、これらの検出信号の差を角速度Ωに対応する検出信号として出力端子４５に出力するものである。また、蓋板３９には、各接地用電極パッド３７を介して振動発生部１８の可動側駆動電極１７と変位量検出部２９〜３２の可動側検出電極２５〜２８とをアースに接続する接地配線４６が設けられている。
【０１００】
本実施の形態による角速度センサ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。
【０１０１】
まず、信号出力回路４１から左，右の振動発生部１８に対して、互いに逆位相となる交流の駆動信号を直流バイアス電圧と共に印加すると、左，右の固定側駆動電極１６と可動側駆動電極１７との間に静電引力が交互に発生し、外側質量部１０，１１が図６中の矢示ａ１，ａ２方向に振動する。このとき、外側質量部１０の駆動信号と外側質量部１１の駆動信号とを逆位相に設定することにより、これらを振動の位相が約１８０°ずれた逆位相で振動させることができる。
【０１０２】
そして、この振動が各外側支持梁１２を介して中央質量部２，６に伝わると、質量部２，１１と質量部６，１０とは、これら全体の重心Ｇをほぼ一定の位置に保持しつつ、互いに逆位相で振動するようになる。このとき、外側支持梁１２は、固定部１４の縦梁１４Ｃ２（図９参照）と共に略Ｓ字状をなしてＸ軸方向に撓み変形し、その各節部１２Ａはほぼ一定の位置で振動の節となるため、この節部１２Ａを支持する固定部１４等を介して基板１に振動が伝わることはほとんどない。
【０１０３】
また、質量部２，６，１０，１１全体としては、重心Ｇがほぼ一定の位置に保持されているため、これらの振動が基板１側に伝わるのをより確実に防止できると共に、中央質量部２，６の振動状態を安定させることができる。
【０１０４】
また、中央質量部２，６には、互いに逆位相で振動することにより重心Ｇを中心として回転モーメントが加わるようになるが、本実施の形態では、この回転モーメントと外側質量部１０，１１の回転モーメントとが互いに打消されるように、これらの質量Ｍ１，Ｍ２及び重心Ｇとの距離Ｌ１，Ｌ２を予め適切な大きさに設定しているので、質量部２，６，１０，１１の回転モーメントが外力となって基板１側に加わるのを確実に防止することができる。
【０１０５】
ここで、質量部２，６，１０，１１に加わる回転モーメントについて述べると、まず中央質量部２，６が振動時に受ける慣性力Ｆａは、そのＸ軸方向の振幅Ａ１、質量Ｍ１、振動周波数ｆを用いて下記数１の式のように表すことができる。
【０１０６】
【数１】
Ｆａ＝Ｍ１×Ａ１×（２πｆ）２
【０１０７】
また、中央質量部２，６の個々の回転モーメントＴ１は、前記数１の式による慣性力Ｆａと、重心Ｇに対する距離Ｌ１とを用いて下記数２の式のようになる。
【０１０８】
【数２】
Ｔ１＝Ｆａ×Ｌ１＝Ｍ１×Ａ１×Ｌ１×（２πｆ）２
【０１０９】
これと同様に、外側質量部１０，１１が振動時に受ける慣性力Ｆｂは、そのＸ軸方向の振幅Ａ２、質量Ｍ２、振動周波数ｆを用いて下記数３の式のように表すことができる。
【０１１０】
【数３】
Ｆｂ＝Ｍ２×Ａ２×（２πｆ）２
【０１１１】
また、外側質量部１０，１１の個々の回転モーメントＴ２は、この慣性力Ｆｂと、重心Ｇに対する距離Ｌ２とを用いて下記数４の式のようになる。
【０１１２】
【数４】
Ｔ２＝Ｆｂ×Ｌ２＝Ｍ２×Ａ２×Ｌ２×（２πｆ）２
【０１１３】
そして、中央質量部２，６全体の回転モーメント（２×Ｔ１）と、外側質量部１０，１１全体の回転モーメント（２×Ｔ２）とは、図６に示す如く互いに逆方向に加わるので、これらが互いに打消されるためには、下記数５の式が成立する必要がある。
【０１１４】
【数５】
Ｔ＝２×Ｔ１−２×Ｔ２＝０
【０１１５】
即ち、Ｔ１＝Ｔ２が成立すればよいから、前記数５の式に数２及び数４の式の右辺を代入することにより、下記数６の式を得ることができる。
【０１１６】
【数６】
Ｍ１×Ａ１×Ｌ１＝Ｍ２×Ａ２×Ｌ２
【０１１７】
従って、外側質量部１０，１１の距離Ｌ２が中央質量部２，６の距離Ｌ１よりも大きいことを考慮して、その質量Ｍ２を中央質量部２，６の質量Ｍ１よりも小さい適切な値として設定することにより、前記数６の式を成立させることができ、基板１側に加わる回転モーメントＴ１，Ｔ２を互いに打消すことができる。
【０１１８】
次に、角速度の検出動作について述べると、まず質量部２，６，１０，１１が振動した状態で基板１にＺ軸周りの角速度Ωが加わると、中央質量部２，６のうち一方の質量部２は、下記数７の式に示すＹ軸方向のコリオリ力Ｆ１を受けるようになる。このため、中央質量部２は、例えば図７に示すように、内側支持梁５が撓み変形することにより、コリオリ力Ｆ１に応じて矢示ｂ１方向に変位する。
【０１１９】
【数７】
Ｆ１＝２×Ｍ１×Ω×ｖ
但し、Ｍ１：中央質量部２の質量
Ω：Ｚ軸周りの角速度
ｖ：中央質量部２のＸ軸方向の速度
【０１２０】
また、他方の中央質量部６は、中央質量部２と逆位相（逆方向の速度）で振動しているため、前記数７の式から判るように、中央質量部２と逆向きのコリオリ力Ｆ２を受けるようになる。このため、中央質量部６は、内側支持梁９が撓み変形することにより、例えばコリオリ力Ｆ２に応じて矢示ｂ２方向に変位する。
【０１２１】
これにより、変位量検出部２９，３１では静電容量がそれぞれ増大し、検出側配線４２には、これらの容量変化を加算した加算値が出力される。また、変位量検出部３０，３２では静電容量がそれぞれ減少し、検出側配線４３には、これらの容量変化の加算値が出力される。従って、これらの検出側配線４２，４３から入力される信号値の差を差動アンプ４４によって出力端子４５に出力し、この出力信号に対して同期検波等の信号処理を行うことにより、角速度Ωを高い精度で検出することができる。
【０１２２】
一方、基板１にＹ軸方向の加速度が加わる場合について述べると、例えば基板１に矢示ｂ１方向の加速度が加わった場合には、図８に示す如く、中央質量部２，６が一緒に矢示ｂ１方向に変位するので、変位量検出部２９，３２では静電容量が増大し、変位量検出部３０，３１では静電容量が減少する。このため、検出側配線４２により接続された変位量検出部２９，３１間では、加速度による静電容量の変化を打消すことができ、検出側配線４３により接続された変位量検出部３０，３２間でも、静電容量の変化を打消すことができる。
【０１２３】
この場合、２個の中央質量部２，６は、重心Ｇを挟んで対称形状に形成されているので、これらの間に僅かな寸法誤差や加工誤差等があったとしても、その内部に形成した水平振動子４，８の共振周波数は、互いにほぼ等しく設定されている。
【０１２４】
従って、外部からの振動、衝撃等により基板１にＹ軸方向の加速度が加わったときには、水平振動子４，８をほぼ同じ量だけＹ軸方向に変位させることができ、これらの間で加速度による静電容量の変化を相殺して正確に除去できると共に、基板１に加わる振動、衝撃等が角速度として誤検出されるのを確実に防止することができる。
【０１２５】
これに対し、例えば３個の質量部を直線状に並べて互いに隣接する質量部を逆位相で振動させる構成とした場合には、これらの全体の重心が移動しないように、中央の質量部を大きく形成し、両側の質量部を小さく形成する必要がある。このため、各質量部を十分に精度よく加工しない限り、僅かな寸法誤差、加工誤差等によって各質量部の共振周波数にばらつきが生じ、外部からの振動、衝撃等に対して各質量部のＹ軸方向の変位量に差が生じ易いため、個々の質量部の変位量を相殺して加速度を安定的に打消すのが難しくなる。
【０１２６】
しかし、本実施の形態では、４個の質量部２，６，１０，１１を対称形状に形成しているので、質量部２，１１と質量部６，１０とをほぼ対称な位置で安定的に振動させることができ、これらの間に僅かな寸法誤差、加工誤差等がある場合でも、この誤差による共振周波数の差等を対称な形状によって補償することができる。
【０１２７】
また、質量部２，６，１０，１１が加速度等によってＹ軸方向に変位（振動）するときには、図１０に示す如く、これらの振動状態に応じて腕部１４Ｃの各横梁１４Ｃ１がＹ軸方向に撓み変形し、質量部２，６，１０，１１は、腕部１４Ｃの弾性力を介して相互に振動エネルギを伝達しつつ、互いに振幅の差が小さくなるように振動する。このため、仮りに質量部２，６，１０，１１に僅かな寸法誤差、加工誤差等が存在し、これらの振幅が加速度に対してばらつきをもっている場合でも、加速度の影響を水平振動子４，８間で安定的に打消すことができる。
【０１２８】
さらに、水平振動子４，８等と基板１との熱膨張差に起因して水平振動子４，８に歪みが発生する場合について述べる。この場合、例えば第１の変位量検出部２９の固定側検出電極２１が初期位置から僅かに変位し、固定側検出電極２１と可動側検出電極２５との間隔が変化する。この結果、同じ変位量に対する固定側検出電極２１と可動側検出電極２５との間の容量変化量および変位量検出部２９の初期容量が変化し、変位量検出部２９から出力される角速度に対する出力電圧（感度）が温度変動によって変化する。同様に、第２，第３，第４の変位量検出部３０，３１，３２から出力される角速度に対する出力電圧（感度）も温度変動によって変化する。
【０１２９】
これに対し、本実施の形態では、第１，第３の変位量検出部２９，３１の固定側検出電極２１，２３と可動側検出電極２５，２７は、第２，第４の変位量検出部３０，３２の固定側検出電極２２，２４と可動側検出電極２６，２８に対してＹ軸方向に対して逆方向（反対方向）で対向する構成になっている。このため、例えば水平振動子４，８が膨張する方向に歪みを受けた場合には、第１，第３の変位量検出部２９，３１の電極間隔は広がり、第２，第４の変位量検出部３０，３２の電極間隔は狭まる。従って、このような熱歪みに対して、変位量検出部２９，３１の感度は低下し、変位量検出部３０，３２の感度は向上する。
【０１３０】
このとき、本実施の形態では、変位量検出部２９，３１の信号を加算して検出側配線４２から出力し、変位量検出部２９，３１の信号を加算して検出側配線４２から出力すると共に、これらの検出側配線４２，４３から入力される信号値の差を差動アンプ４４によって出力端子４５から出力する構成となっている。このため、熱歪みによって各変位量検出部２９，３０，３１，３２の感度が変化しても、この感度の変化を互いに打消すことができ、出力端子４５の感度は温度変化せず、一定な感度に保持することができる。
【０１３１】
また、本実施の形態では、２個の中央質量部２，６にはそれぞれ２個ずつの変位検出部２９，３０，３１，３２を設け、変位量検出部２９，３１を検出側配線４２で接続し、変位量検出部２９，３１を検出側配線４２で接続する構成としている。このため、加速度が加わって各変位検出部２９，３０，３１，３２で大きな容量変化が発生しても、検出側配線４２，４３には２個の中央質量部２，６で発生する容量変化を打消した信号が出力されるから、差動アンプ４４に過大な入力信号が入ることがなく、常に正常な動作範囲で差動アンプ４４を動作させることができる。
【０１３２】
かくして、本実施の形態によれば、中央質量部２，６と外側質量部１０，１１とからなる４個の質量部を外側支持梁１２によってＸ軸方向に変位可能に連結する構成としたので、質量部２，６，１０，１１を、これら全体の重心Ｇを挟んでＹ軸方向に対称な形状に形成することができる。そして、角速度センサの作動時には、質量部２，１１と質量部６，１０とが全体の重心Ｇをほぼ一定の位置に保持しつつ、互いに逆位相でＸ軸方向に安定的に振動することができる。
【０１３３】
これにより、外側支持梁１２の節部１２Ａの位置で質量部２，６，１０，１１の振動を打消すことができ、この節部１２Ａを固定部１４によって基板１に固定することができる。従って、これらの振動エネルギが固定部１４から基板１に伝わるのを防止でき、質量部２，６，１０，１１を予め定められた振幅、振動速度等で効率よく振動できると共に、基板１の振動を抑えて角速度の検出精度を安定させることができる。
【０１３４】
しかも、質量部２，６，１０，１１全体の重心Ｇをほぼ一定の位置に保持できるから、質量部２，１１と質量部６，１０とをバランスよく振動させて振動時の反力を相互に打消すことができ、基板１側に振動が伝わるのをより確実に抑制することができる。
【０１３５】
また、外側質量部１０，１１の質量Ｍ２を中央質量部２，６の質量Ｍ１よりも小さく形成し、これらの回転モーメントＴ１，Ｔ２をほぼ等しく設定したので、中央質量部２，６の回転モーメントＴ１と外側質量部１０，１１の回転モーメントＴ２とを互いに打消すことができ、これらの回転モーメントＴ１，Ｔ２が外力となって基板１側に伝わるのを確実に防止できると共に、検出精度をより高めることができる。そして、回転モーメントＴ１，Ｔ２をほぼ等しくすることにより、例えば質量部２，６，１０，１１の共振状態におけるＱ値を高くして大きな振幅を確保でき、検出感度を向上させることができる。
【０１３６】
特に、本実施の形態では、Ｙ軸方向の中央側に位置する２個の中央質量部２，６に変位量検出部２９〜３２を設けたから、変位量検出部２９〜３２の可動側検出電極２５〜２８等によって、中央質量部２，６は大型化し易い。このため、中央質量部２，６の質量Ｍ１は、外側質量部１０，１１の質量Ｍ２に比べて大きくなるから、容易に回転モーメントＴ１，Ｔ２をほぼ等しく設定することができ、回転モーメントＴ１，Ｔ２を互いに打消すことができる。
【０１３７】
また、質量部２，６，１０，１１を重心Ｇを挟んで対称に形成できるから、これらの間に存在する僅かな寸法誤差、加工誤差等による共振周波数の差等を対称な形状によって補償でき、外部からの振動、衝撃等による加速度を変位量検出部２９，３１間および変位量検出部３０，３２間で確実に除去することができる。これにより、角速度を加速度から分離して正確に検出でき、センサの性能や信頼性を向上させることができる。
【０１３８】
また、４個の質量部２，６，１０，１１を直線状の外側支持梁１２により連結したので、この外側支持梁１２の撓み変形によって各質量部の振動状態（振動モード）をほぼ定めることができる。これにより、質量部２，６，１０，１１に多少の加工誤差等が存在したとしても、２個の中央質量部２，６をほぼ等しい振幅で振動させることができ、検出感度を安定させることができる。
【０１３９】
この場合、固定部１４には、質量部２，６，１０，１１を支持した状態でＹ軸方向に撓み変形する腕部１４Ｃを設けたので、質量部２，６，１０，１１がＹ軸方向の加速度によって振動するときには、これらの振動状態に応じて腕部１４Ｃの各横梁１４Ｃ１をＹ軸方向に撓み変形させることができ、その弾性力により質量部２，６，１０，１１間で振幅の差が小さくなるように振動エネルギを相互に伝達することができる。これにより、例えば寸法誤差、加工誤差等による質量部２，６，１０，１１の振幅のばらつきを加速度に対して小さく抑えることができ、加速度の除去をより安定的に行うことができる。
【０１４０】
また、中央質量部２を中央側枠状体３と水平振動子４とによって構成し、中央質量部６を中央側枠状体７と水平振動子８とによって構成したので、中央側枠状体３，７は、外側支持梁１２の撓み変形がＹ軸方向の変位となって水平振動子４，８に伝わるのを防止でき、角速度の検出精度をより高めることができる。
【０１４１】
一方、検出側配線４２に対して変位量検出部２９，３１を並列に接続し、検出側配線４３に対して変位量検出部３０，３２を並列に接続したので、加速度による水平振動子４，８の変位（静電容量の変化）を検出側配線４２，４３により簡単な構造で打消すことができる。これにより、例えば加速度成分等を除去するために変位量検出部３０，３２の検出信号を加算する初段アンプ等を設ける必要がなくなり、センサに接続する信号処理回路等を簡略化することができる。また、差動アンプ４４に過大な入力信号が入ることがないから、常に正常な動作範囲で差動アンプ４４を動作させることができる。
【０１４２】
さらに、検出側配線４２，４３から入力される信号値の差を差動アンプ４４によって出力端子４５から出力するから、各変位量検出部２９，３０，３１，３２の感度が温度変化したときでも、この感度の変化を打消すことができ、出力端子４５の感度を安定な状態に保持することができる。
【０１４３】
次に、図１１および図１２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、検出電極から離れた位置にモニタ電極を形成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。
【０１４４】
５１は例えば高抵抗なシリコン材料、ガラス材料等により形成された基板で、該基板５１の表面側には、低抵抗なシリコン材料を用いて後述の質量部５２，５６，６０，６１、外側支持梁６２、固定部６４、振動発生部６８、変位量検出部７５，７６、モニタ電極８０等が形成されている。
【０１４５】
５２は基板５１の中央側に配置された第１の中央質量部で、該第１の中央質量部５２は、図１２に示す如く、第１の実施の形態とほぼ同様に、四角形の中央側枠状体５３と、該中央側枠状体５３内に設けられた水平振動子５４と、例えば４本の内側支持梁５５とを含んで構成されている。また、水平振動子５４は四角形の枠状体として形成され、各内側支持梁５５によりＹ軸方向に変位可能に支持されている。
【０１４６】
５６は中央質量部５２とほぼ同様に形成された第２の中央質量部で、該第２の中央質量部５６は、中央側枠状体５７、水平振動子５８及び内側支持梁５９を含んで構成され、水平振動子５８は、４本の内側支持梁５９によりＹ軸方向に変位可能に支持されている。
【０１４７】
６０，６１はＹ軸方向に対して中央質量部５２，５６の外側に設けられた２個の外側質量部で、該外側質量部６０，６１は、Ｘ軸方向に延びた直線状の質量体として形成され、その両端側は各外側支持梁６２に連結されている。
【０１４８】
ここで、４個の質量部５２，５６，６０，６１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、Ｙ軸方向に直線状に並んだ状態で各外側支持梁６２により連結され、これら全体の重心Ｇを中心としてＹ軸方向の前，後で対称形状に形成されている。そして、質量部５２，６１と質量部５６，６０とは、重心Ｇをほぼ一定の位置に保持しつつ、互いに逆位相でＸ軸方向に振動する構成となっている。
【０１４９】
６２は４個の質量部５２，５６，６０，６１をＸ軸方向に振動可能に支持する左，右の外側支持梁で、該各外側支持梁６２には、その長さ方向途中部位に連結部６３を介して中央質量部５２，５６の枠状体５３，５７が連結されている。そして、質量部５２，６１と質量部５６，６０とが互いに逆位相で振動するときには、各外側支持梁６２がＸ軸方向に対して略Ｓ字状に撓み変形し、その長さ方向途中部位には、振動の節となってほぼ一定の位置を保持する３箇所の節部６２Ａがそれぞれ形成される。
【０１５０】
６４は基板５１に設けられた固定部で、該固定部６４は、基板５１上に固定された四角形状の台座部６４Ａと、該台座部６４Ａの内側にＹ軸方向に延びて形成された左，右の延設部６４Ｂと、該各延設部６４Ｂに設けられ、各外側支持梁６２の節部６２Ａに連結された３個の腕部６４Ｃとによって構成されている。そして、質量部５２，６１と質量部５６，６０とが互いに逆位相で振動するときには、基板５１に振動が伝わるのを抑制する構成となっている。
【０１５１】
一方、６５は中央質量部５２，５６と外側質量部６０，６１との間に位置して基板５１上に設けられた例えば４個の駆動電極用支持部、６６は該各駆動電極用支持部６５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６６の各電極板６６Ａは、外側質量部６０，６１に突設された可動側駆動電極６７の電極板６７ＡとＹ軸方向の隙間を挟んで噛合している。
【０１５２】
６８は駆動電極６６，６７により構成された４個の振動発生手段としての振動発生部で、該各振動発生部６８は、各駆動電極用支持部６５に設けられた駆動用電極パッド６９に交流の駆動信号が直流バイアス電圧と共に入力されることにより、外側質量部６０，６１を静電引力によって図１１中の矢示ａ１，ａ２方向に振動させるものである。
【０１５３】
７０は水平振動子５４，５８内に位置して基板５１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７０のうち図１１中で上側に位置する一方の支持部７０には、櫛歯状の電極板７１Ａを有する固定側検出電極７１が設けられ、他方の支持部７０には、櫛歯状の電極板７２Ａを有する固定側検出電極７２が設けられている。
【０１５４】
７３，７４は水平振動子５４，５８に突設された可動側検出電極で、これらの可動側検出電極７３，７４は、固定側検出電極７１，７２の電極板７１Ａ，７２ＡとＹ軸方向の隙間を挟んで噛合する複数の電極板７３Ａ，７４Ａを有している。
【０１５５】
７５は水平振動子５４の変位量を静電容量の変化により角速度として検出する角速度検出手段としての変位量検出部で、該変位量検出部７５は、固定側検出電極７１と可動側検出電極７３とにより構成されている。そして、変位量検出部７５は、水平振動子５４がＹ軸方向に沿って図１１中の矢示ｂ１方向に変位するときに静電容量が増大し、水平振動子５４が矢示ｂ２方向に変位するときに静電容量が減少する。
【０１５６】
７６は水平振動子５８の変位量を検出する他の角速度検出手段としての変位量検出部で、該変位量検出部７６は、固定側検出電極７２と可動側検出電極７４とにより構成されている。そして、変位量検出部７６は、変位量検出部７５の場合と逆に、水平振動子５８が矢示ｂ１方向に変位するときに静電容量が減少し、水平振動子５８が矢示ｂ２方向に変位するときに静電容量が増大する。
【０１５７】
そして、質量部５２，５６，６０，６１がＸ軸方向に振動しているときには、基板５１にＺ軸周りの角速度Ωが加わると、水平振動子５４，５８がコリオリ力によりＹ軸方向に対して互いに逆向きに変位する。これにより、変位量検出部７５，７６は、これらの変位量を静電容量の変化として検出し、支持部７０に設けられた検出用電極パッド７７，７８から外部に検出信号を出力する。このとき、固定側検出電極７１，７２と可動側検出電極７３，７４とが一緒に近付き、遠ざかるから、変位量検出部７５，７６の静電容量は互いに一緒に（同位相で）増減する。従って、これらの検出信号を加算することにより、角速度Ωを高い精度で検出することができる。
【０１５８】
また、例えば基板５１にＹ軸方向の加速度が加わったときには、水平振動子５４，５８がＹ軸方向に対して互いに同方向に変位するので、変位量検出部７５，７６の静電容量のうち一方は増加し、他方は減少する。このため、検出用電極パッド７７，７８からの検出信号を加算することによって、加速度による変位量検出部７５，７６の静電容量の変化を相殺でき、角速度を加速度から分離して検出することができる。但し、熱歪みが発生したときには、変位量検出部７５，７６の感度は一緒に増減するから、第１の実施の形態と異なり感度変化を打消すことはできない。
【０１５９】
７９は外側質量部６０，６１の前，後両側に位置して基板５１上に設けられた例えば２個のモニタ電極用支持部で、該各モニタ電極用支持部７９には、後述のモニタ電極８０とモニタ用電極パッド８１とが設けられている。
【０１６０】
８０は各モニタ電極用支持部７９と外側質量部６０，６１との間にそれぞれ設けられた振動状態モニタ手段としてのモニタ電極で、該各モニタ電極８０は、第１実施の形態とほぼ同様に、外側質量部６０，６１の振動周波数、振幅等に対応する交流のモニタ信号をモニタ用電極パッド８１から出力し、このモニタ信号は、例えば中央質量部５２，５６の振動状態をモニタしたり、角速度の検出信号に対して同期検波等の信号処理を行うときの基準として用いられるものである。
【０１６１】
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、モニタ電極８０を変位量検出部７５，７６から離れた位置に配設する構成としたので、検出用電極パッド７７，７８とモニタ用電極パッド８１とを個別に形成でき、モニタ信号と検出信号とを分離して高い精度で出力できると共に、センサの設計自由度を高めることができる。
【０１６２】
また、本実施の形態では、Ｚ軸周りの角速度が作用したときに、２個の変位量検出部７５，７６の静電容量は一緒に増減する構成としたから、Ｙ軸方向の加速度が作用したときには、変位量検出部７５，７６の静電容量のうち一方は増加し、他方は減少する。このため、加速度による静電容量の変化を打消すために、検出用電極パッド７７，７８からの検出信号を加算するから、検出用電極パッド７７，７８を配線等を用いて直接接続することができる。このとき、配線には加速度による容量変化を打消した信号が出力されるから、大きな加速度が作用したときであっても該信号が過大に大きくなることがない。このため、配線からの信号をアンプを用いて増幅するときに、常に正常な動作範囲でアンプを動作させることができる。
【０１６３】
次に、図１３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、Ｚ軸周りの角速度が作用したときに、２個の変位量検出部の静電容量のうち一方が増加し、他方が減少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。
【０１６４】
９１は水平振動子５４，５８内に位置して基板５１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９１のうち図１３中で上側に位置する一方の支持部９１には、櫛歯状の電極板９２Ａを有する固定側検出電極９２が設けられ、他方の支持部９１には、櫛歯状の電極板９３Ａを有する固定側検出電極９３が設けられている。
【０１６５】
９４，９５は水平振動子５４，５８に突設された可動側検出電極で、これらの可動側検出電極９４，９５は、固定側検出電極９２，９３の電極板９２Ａ，９３ＡとＹ軸方向の隙間を挟んで噛合する複数の電極板９４Ａ，９５Ａを有している。
【０１６６】
９６は水平振動子５４の変位量を静電容量の変化により角速度として検出する角速度検出手段としての変位量検出部で、該変位量検出部９６は、固定側検出電極９２と可動側検出電極９４とにより構成されている。そして、変位量検出部９６は、水平振動子５４がＹ軸方向に沿って図１３中の矢示ｂ１方向に変位するときに静電容量が増大し、水平振動子５４が矢示ｂ２方向に変位するときに静電容量が減少する。
【０１６７】
９７は水平振動子５８の変位量を検出する他の角速度検出手段としての変位量検出部で、該変位量検出部９７は、固定側検出電極９３と可動側検出電極９５とにより構成されている。そして、変位量検出部９７は、変位量検出部９６の場合と同様に、水平振動子５８が矢示ｂ１方向に変位するときに静電容量が増加し、水平振動子５８が矢示ｂ２方向に変位するときに静電容量が減少する。
【０１６８】
そして、質量部５２，５６，６０，６１がＸ軸方向に振動しているときには、基板５１にＺ軸周りの角速度Ωが加わると、水平振動子５４，５８がコリオリ力によりＹ軸方向に対して互いに逆向きに変位する。これにより、変位量検出部９６，９７は、これらの変位量を静電容量の変化として検出し、支持部９１に設けられた検出用電極パッド９８，９９から外部に検出信号を出力する。このとき、固定側検出電極９２，９３と可動側検出電極９４，９５とのうち一方が近付き、他方が遠ざかるから、変位量検出部９６，９７の静電容量は互いに逆位相で増減する。従って、これらの検出信号を減算（差動増幅）することにより、角速度Ωを高い精度で検出することができる。
【０１６９】
また、例えば基板５１にＹ軸方向の加速度が加わったときには、水平振動子５４，５８がＹ軸方向に対して互いに同方向に変位するので、変位量検出部９６，９７の静電容量は一緒に増減する。このため、検出用電極パッド９８，９９からの検出信号を減算することによって、加速度による変位量検出部９６，９７の静電容量の変化を相殺でき、角速度を加速度から分離して検出することができる。
【０１７０】
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、Ｚ軸周りの角速度が作用したときに、２個の変位量検出部９６，９７の静電容量のうち一方は増加し、他方は減少する構成としたから、Ｙ軸方向の加速度が作用したときには、変位量検出部７５，７６の静電容量は一緒に増減する。このため、検出用電極パッド９８，９９からの検出信号を減算することによって、加速度による静電容量の変化を打消すことができる。
【０１７１】
また、熱歪みが生じて固定側検出電極９２，９３と可動側検出電極９４，９５との間隔が変化したときには、２個の変位量検出部９６，９７のうち一方の感度が向上し、他方の感度が低下する。このとき、加速度による静電容量の変化を打消すために、検出用電極パッド９８，９９からの検出信号を減算するから、熱歪みによる感度の変化を打消すことができる。
【０１７２】
次に、図１４ないし図１７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、支持梁の節部と基板との間にモニタ電極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。
【０１７３】
１０１は基板５１に設けられた複数箇所の固定部で、該各固定部１０１は、基板５１の表面側に突出して形成され、各外側支持梁６２の長さ方向に間隔をもって配置されている。そして、これらの固定部１０１は、その突出端側が各外側支持梁６２の節部６２Ａにそれぞれ連結され、外側支持梁６２を節部６２Ａの位置でＸ軸方向に撓み変形可能に支持すると共に、これによって質量部５２，５６，６０，６１等の振動が基板５１側に伝わるのを抑制するように構成されている。
【０１７４】
また、固定部１０１は、外側支持梁６２の節部６２Ａを基板５１に対して一定の位置に固定し、節部６２Ａ等が基板５１と水平なＸ軸方向、Ｙ軸方向及び基板５１と垂直なＺ軸方向に変位するのを規制している。
【０１７５】
１０２は基板５１上に設けられた例えば２個のモニタ電極用支持部で、該各モニタ電極用支持部１０２は、左，右の外側支持梁６２の外側に配置されている。
【０１７６】
１０３は例えば左側の外側支持梁６２と基板５１との間に設けられた振動状態モニタ手段としてのモニタ電極で、該モニタ電極１０３は、図１５に示す如く、後述のモニタ用固定側電極１０４と、モニタ用可動側電極１０５とを含んで構成されている。そして、モニタ電極１０３は、質量部５２，５６，６０，６１等の振動状態（例えばＸ軸方向の振幅）を電極１０４，１０５間の静電容量の変化によって検出、モニタし、そのモニタ信号を外部の信号出力回路（図示せず）等に出力するものである。
【０１７７】
１０４は左側のモニタ電極用支持部１０２に設けられたモニタ用固定側電極で、該モニタ用固定側電極１０４は、モニタ電極用支持部１０２から外側支持梁６２に向けて突出した腕部１０４Ａと、該腕部１０４Ａに櫛歯状に並んで配置された複数の電極板１０４Ｂとにより構成され、該各電極板１０４Ｂは、Ｘ軸方向に間隔をもって略Ｙ軸方向に延びている。また、各電極板１０４Ｂは、図１５に示す如く、例えば外側支持梁６２の節部６２Ａを中心Ｏとする略円弧状に湾曲して形成されている。
【０１７８】
１０５は左側の外側支持梁６２に設けられたモニタ用可動側電極で、該モニタ用可動側電極１０５は、外側支持梁６２の長さ方向中間部位に位置する節部６２ＡからＸ軸方向に向けて外向きに突出した腕部１０５Ａと、該腕部１０５Ａの長さ方方向途中部位に櫛歯状に並んで設けられた複数の電極板１０５Ｂとを含んで構成されている。
【０１７９】
ここで、腕部１０５Ａは、外側支持梁６２と一体に変位するように節部６２Ａに高い剛性をもって固着されている。また、各電極板１０５Ｂは、固定側電極１０４の各電極板１０４Ｂとほぼ同様に、Ｘ軸方向に間隔をもって略Ｙ軸方向に延びると共に、例えば外側支持梁６２の長さ方向中間部位の節部６２Ａを中心Ｏとする略円弧状に湾曲して形成されている。また、これらの電極板１０４Ｂ，１０５Ｂは互いに噛合した状態で配置され、径方向の隙間をもって対向している。
【０１８０】
そして、モニタ電極１０３は、質量部５２，５６，６０，６１等が振動して外側支持梁６２がＸ軸方向に撓み変形するときに、可動側電極１０５の各電極板１０５Ｂが外側支持梁６２の節部６２Ａ（中心Ｏ）を軸線として基板５１と水平な方向に回動変位し、例えば質量部５２，５６，６０，６１の振幅等に応じて電極板１０４Ｂ，１０５Ｂ間の径方向の対向面積（静電容量）が変化する。この場合、電極板１０４Ｂ，１０５Ｂは円弧状に形成されているため、これらは互いに接触することなく相対変位でき、また電極板１０４Ｂ，１０５Ｂ間の静電容量は、電極板１０５Ｂの回動変位量に応じて比例的（リニア）に変化する構成となっている。
【０１８１】
１０６は例えば右側の外側支持梁６２と基板５１との間に設けられた他の振動状態モニタ手段としてのモニタ電極で、該モニタ電極１０６は、図１６に示す如く、左側のモニタ電極１０３とほぼ同様に、腕部１０７Ａと複数の電極板１０７Ｂとを有し右側の電極用支持部１０２に設けられたモニタ用固定側電極１０７と、腕部１０８Ａと複数の電極板１０８Ｂとを有し右側の外側支持梁６２の節部６２Ａに設けられたモニタ用可動側電極１０８とを含んで構成されている。
【０１８２】
そして、これらのモニタ電極１０３，１０６は、例えば固定部１０１に設けられた接地用電極パッド１０９と、左，右のモニタ電極用支持部１０２に設けられたモニタ用電極パッド１１０との間で静電容量の変化を検出するものである。
【０１８３】
この場合、モニタ電極１０３，１０６は、直線状に並べて配置された質量部５２，５６，６０，６１とこれらを連結する各外側支持梁６２とを挟んでＸ軸方向の両側に配置され、外側支持梁６２が撓み変形するときには、モニタ電極１０３，１０６の静電容量が互いに同位相で一緒に増，減する構成となっている。
【０１８４】
本実施の形態による角速度センサは上述の如き構成を有するもので、次にモニタ電極１０３，１０６の作動について説明する。
【０１８５】
まず、外部の信号出力回路から左，右の振動発生部６８に対して、互いに逆位相となる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２の実施の形態とほぼ同様に、質量部５２，６１と質量部５６，６０とがＸ軸方向に対して互いに逆位相で振動する。そして、この状態でＺ軸周りの角速度Ωが加わると、水平振動子５４，５８は、角速度Ωに応じてＹ軸方向に変位するので、このときの変位量を変位量検出部７５，７６により角速度Ωとして検出することができる。
【０１８６】
このとき、外側支持梁６２は、図１７に示す如く、質量部５２，５６，６０，６１が振動することによってＸ軸方向に撓み変形し、各外側支持梁６２のうち節部６２Ａの近傍に位置する部位は、節部６２Ａを支点としてＸ軸方向に揺動するように変位する。この結果、モニタ電極１０３，１０６の可動側電極１０５，１０８が各外側支持梁６２と一緒に中心Ｏの周囲で水平方向に回動変位し、電極１０４，１０５間及び電極１０７，１０８間の静電容量が変化するため、モニタ電極１０３，１０６から質量部５２，５６，６０，６１の振動状態に対応するモニタ信号が信号出力回路に出力される。
【０１８７】
これにより、例えば信号出力回路の一部を構成する振幅制御回路（ＡＧＣ回路）等は、モニタ信号が一定の信号状態となるように、振動発生部６８に印加する駆動信号の電圧値等をフィードバック制御する。従って、信号出力回路は、例えば質量部５２，５６，６０，６１の固有振動数、Ｑ値等が周囲の温度によって変化する場合でも、これらを所定の振幅で振動させることができ、角速度Ωの検出精度を安定させることができる。
【０１８８】
この場合、モニタ電極１０３，１０６の可動側電極１０５，１０８は、質量部５２，５６，６０，６１等と比較して慣性質量が十分に小さく形成されている上に、各外側支持梁６２の節部６２Ａに高い剛性をもって固着され、この節部６２Ａと固定部１０１とを介して基板５１に一体的に固定されている。
【０１８９】
このため、外部からの振動、衝撃等によって基板５１に加速度が加わる場合でも、可動側電極１０５，１０８が加速度により誤って変位するのを防止でき、電極１０４，１０５間及び電極１０７，１０８間の静電容量に応じて正確なモニタ信号を出力できると共に、特にＺ軸方向の加速度によって可動側電極１０５が基板５１と近接，離間するように誤動作するのを確実に防ぐことができる。
【０１９０】
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、モニタ電極１０３，１０６の可動側電極１０５，１０８を各外側支持梁６２の節部６２Ａに設ける構成としたので、モニタ電極１０３，１０６を外力に対して正確に作動させることができ、例えばモニタ信号を用いて質量部５２，５６，６０，６１の振幅等を安定的にフィードバック制御することができる。従って、例えば周囲の温度変化、外力等に対して角速度センサの検出精度を良好に保持でき、信頼性をより高めることができる。
【０１９１】
また、モニタ電極１０３は、固定側電極１０４と可動側電極１０５との間で静電容量の変化を検出し、モニタ電極１０６は、固定側電極１０７と可動側電極１０８との間で静電容量の変化を検出するようにしたので、非接触式の簡単な構造により質量部５２，５６，６０，６１の振動状態を正確に検出することができる。
【０１９２】
この場合、モニタ電極１０３，１０６の各電極板１０４Ｂ，１０５Ｂ，１０７Ｂ，１０８Ｂを櫛歯状に形成して互いに噛合させたので、例えば電極１０４，１０５，１０７，１０８を小型化した場合でも、これらの電極間に大きな対向面積を確保でき、高い検出精度をもつモニタ電極１０３，１０６をコンパクトに形成することができる。
【０１９３】
しかも、電極板１０４Ｂ，１０５Ｂ，１０７Ｂ，１０８Ｂは、各外側支持梁６２の節部６２Ａを中心として円弧状に形成したので、可動側電極１０５，１０８が回動変位するときには、これらの電極板１０４Ｂ，１０５Ｂ，１０７Ｂ，１０８Ｂが互いに接触することなく変位することができる。そして、可動側電極１０５，１０８の回動変位量（回動角）に応じて電極板１０４Ｂ，１０５Ｂ間及び電極板１０７Ｂ，１０８Ｂ間の対向面積を比例的に変化させることができ、これらの電極板間の静電容量を可動側電極１０５，１０８の回動角に応じてリニアに増減させることができる。これにより、モニタ電極１０３，１０６を外側支持梁６２の節部６２Ａに配置した状態でも、質量部５２，５６，６０，６１の振動状態を容易に検出することができる。
【０１９４】
また、モニタ電極１０３，１０６を左，右の外側支持梁６２にそれぞれ配置したので、これらの外側支持梁６２が撓み変形するときには、例えばモニタ電極１０３，１０６の静電容量を互いに同位相で一緒に増，減させることができる。従って、これらのモニタ信号を信号処理回路等によって加算することにより、モニタ信号の精度をより高めることができる。
【０１９５】
次に、図１８及び図１９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、支持梁のうち互いに隣接する節部にモニタ電極をそれぞれ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。
【０１９６】
１１１は基板５１の表面側に突設された複数箇所の固定部で、該各固定部１１１は、第３の実施の形態とほぼ同様に、各外側支持梁６２の長さ方向に間隔をもって配置され、外側支持梁６２を基板５１側に振動が伝わり難い節部６２Ａの位置でＸ軸方向に撓み変形可能に支持すると共に、外側支持梁６２の節部６２Ａ等が基板５１と水平なＸ軸方向、Ｙ軸方向及び基板５１と垂直なＺ軸方向に変位するのを規制している。
【０１９７】
１１２は基板５１上に設けられたモニタ電極用支持部で、該各モニタ電極用支持部１１２は、例えば左側の外側支持梁６２の近傍に配置されている。
【０１９８】
１１３は外側支持梁６２と基板５１との間に設けられた振動状態モニタ手段としてのモニタ電極で、該モニタ電極１１３は、図１９に示す如く、第３の実施の形態とほぼ同様に、複数の電極板１１４Ａを有しモニタ電極用支持部１１２に設けられたモニタ用固定側電極１１４と、腕部１１５Ａと複数の電極板１１５Ｂとを有し外側支持梁６２の長さ方向中間部位の節部６２Ａに高い剛性をもって設けられたモニタ用可動側電極１１５とを含んで構成されている。
【０１９９】
そして、各電極板１１４Ａ，１１５Ｂは、長さ方向中間部位の節部６２Ａを中心Ｏ′として円弧状に形成され、互いに噛合した状態で配置されると共に、径方向の隙間をもって対向している。
【０２００】
１１６は外側支持梁６２と基板５１との間に設けられた他の振動状態モニタ手段としてのモニタ電極で、該モニタ電極１１６は、モニタ電極１１３とほぼ同様に、複数の電極板１１７Ａを有しモニタ電極用支持部１１２に設けられたモニタ用固定側電極１１７と、腕部１１８Ａと複数の電極板１１８Ｂとを有し外側支持梁６２の端部側に位置する節部６２Ａに高い剛性をもって設けられたモニタ用可動側電極１１８とを含んで構成されている。また、各電極板１１７Ａ，１１８Ｂは、端部側の節部６２Ａを中心Ｏ″として円弧状に形成され、径方向の隙間をもって互いに対向している。
【０２０１】
そして、質量部５２，５６，６０，６１等が振動して外側支持梁６２がＸ軸方向に撓み変形するときには、可動側電極１１５が外側支持梁６２の長さ方向中間部位の節部６２Ａ（中心Ｏ′）の周囲で基板５１と水平な方向に回動変位し、可動側電極１１８が端部側の節部６２Ａ（中心Ｏ″）の周囲で回動変位する。これにより、モニタ電極１１３，１１６の静電容量が変化し、例えば固定部１１１に設けられた接地用電極パッド１１９と、モニタ電極用支持部１１２に設けられたモニタ用電極パッド１２０との間で静電容量の変化が検出されるものである。
【０２０２】
この場合、モニタ電極１１３，１１６は、外側支持梁６２の互いに隣接する節部６２Ａに設けられ、外側支持梁６２が撓み変形するときには、これらの静電容量が互いに同位相で一緒に増，減する。また、これらのモニタ電極１１３，１１６は、モニタ電極用支持部１１２を介して接続されているため、電極パッド１１９，１２０は、モニタ電極１１３，１１６のモニタ信号を加算した信号が出力される構成となっている。
【０２０３】
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，第３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、モニタ電極１１３，１１６を外側支持梁６２の互いに隣接する節部６２Ａに設けたので、これらのモニタ電極１１３，１１６によりモニタ電極用支持部１１２を共用できると共に、この支持部１１２によってモニタ電極１１３，１１６間を接続することができる。
【０２０４】
従って、モニタ電極１１３，１１６間を外部の配線等によって接続することなく、両者の信号を加算したモニタ信号を出力できるから、簡単な構造によってモニタ信号の精度を高めることができ、またモニタ電極用支持部１１２や電極パッド１２０の構造を簡素化することができる。
【０２０５】
次に、図２０ないし図２４は本発明による第６の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、角速度センサにより２軸周りの角速度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。
【０２０６】
１２１は角速度センサの基板で、該基板１２１は、第２の実施の形態とほぼ同様に、例えばＸ軸とＹ軸とに沿って水平に延びると共にＺ軸と垂直に配置されている。しかし、本実施の形態による角速度センサは、後述の中央質量部１２２，１２６によってＺ軸周りの角速度Ω１を検出し、外側質量部１３０，１３４によってＹ軸周りの角速度Ω２を検出する構成となっている。
【０２０７】
１２２は基板１２１上に配置された第１の中央質量部で、該第１の中央質量部１２２は、図２０ないし図２２に示す如く、第２の実施の形態とほぼ同様に、４個の質量部１２２，１２６，１３０，１３４のうち、第２の中央質量部１２６と共に中央寄りに配置されている。そして、中央質量部１２２は、四角形の枠状に形成された中央側枠状体１２３及び水平振動子１２４と、例えば４本の内側支持梁１２５とを含んで構成されている。
【０２０８】
１２６は基板１２１上に配置された第２の中央質量部で、該第２の中央質量部１２６は、中央質量部１２２とほぼ同様に、四角形の枠状に形成された中央側枠状体１２７及び水平振動子１２８と、例えば４本の内側支持梁１２９とを含んで構成されている。
【０２０９】
１３０は基板１２１上に配置された第１の外側質量部で、該第１の外側質量部１３０は、４個の質量部１２２，１２６，１３０，１３４のうち、第２の外側質量部１３４と共にＹ軸方向に対して中央質量部１２２，１２６の外側に配置されている。
【０２１０】
ここで、外側質量部１３０は、四角形の枠状に形成された外側枠状体１３１と、該外側枠状体１３１の内側に設けられた垂直振動子１３２と、該垂直振動子１３２をＺ軸方向に変位（振動）可能に支持する後述の内側支持梁１３３とを含んで構成されている。また、垂直振動子１３２は、例えば四角形の平板状をなす質量体として形成され、その中央には、図２１、図２２に示す如く、電極取出孔１３２Ａが形成されている。
【０２１１】
１３３は外側枠状体１３１と垂直振動子１３２との間に設けられた例えば４本の内側支持梁で、該各内側支持梁１３３は、図２３に示す如く、細長い梁として形成され、その基端側が枠状体１３１の内側に固着されると共に、その先端側がＬ字状に屈曲して垂直振動子１３２の４隅に固着されている。
【０２１２】
これにより、垂直振動子１３２は、図２４に示す如く、各内側支持梁１３３がＺ軸方向に撓み変形することにより、基板１２１に対して近接，離間するようにＺ軸方向に変位する。この場合、各内側支持梁１３３は、垂直振動子１３２を４隅で支持することにより、垂直振動子１３２を基板１２１に対して平行な状態で安定的に変位させることができる。
【０２１３】
また、各内側支持梁１３３は、例えば垂直振動子１３２の４辺に沿って延び、振動子１３２を取囲むように四角形状に配置されている。これにより、垂直振動子１３２の４隅に細長い各内側支持梁１３３を連結した状態でも、これらを小さな面積内にコンパクトに配置できる構成となっている。
【０２１４】
１３４は外側質量部１３０とほぼ同様に構成された第２の外側質量部で、該第２の外側質量部１３４は、図２０に示す如く、四角形の枠状に形成された外側枠状体１３５と、電極取出孔１３６Ａを有する垂直振動子１３６と、各内側支持梁１３７とを含んで構成されている。
【０２１５】
そして、４個の質量部１２２，１２６，１３０，１３４は、第２の実施の形態とほぼ同様に、Ｙ軸方向に直線状に並んで配置され、全体の重心Ｇを中心としてＹ軸方向の前，後で対称形状に形成されると共に、質量部１２２，１３４と質量部１２６，１３０とが互いに逆位相でＸ軸方向に振動する構成となっている。
【０２１６】
１３８は質量部１２２，１２６，１３０，１３４をＸ軸方向に振動可能に支持する左，右の外側支持梁で、該各外側支持梁１３８には、第２の実施の形態とほぼ同様に、例えば３箇所の節部１３８Ａが形成されている。また、外側支持梁１３８には、その長さ方向途中部位に連結部１３９を介して中央側枠状体１２３，１２７が連結され、その長さ方向両端側に他の連結部１４０を介して外側枠状体１３１，１３５が連結されている。
【０２１７】
１４１は基板１２１に設けられた固定部で、該固定部１４１は、第２の実施の形態とほぼ同様に、四角形状の台座部１４１Ａ、略Ｔ字状の延設部１４１Ｂ及び各腕部１４１Ｃにより構成され、各腕部１４１Ｃは、横梁、縦梁及び固着部によりＹ軸方向に弾性をもって撓み変形可能に形成されている。そして、固定部１４１は、各腕部１４１Ｃにより各外側支持梁１３８を節部１３８Ａの位置で基板１２１に固定している。
【０２１８】
また、基板１２１上には、外側質量部１３０，１３４の前，後両側に例えば４個の駆動電極用支持部１４２が設けられ、該各駆動電極用支持部１４２には、櫛歯状の電極板１４３Ａを有する固定側駆動電極１４３がそれぞれ設けられている。そして、これらの電極板１４３Ａは、外側質量部１３０，１３４に突設された可動側駆動電極１４４の電極板１４４Ａと隙間をもって噛合し、これによって駆動電極１４３，１４４は、質量部１２２，１２６，１３０，１３４をＸ軸方向に振動させる例えば４個の振動発生部１４５を構成している。
【０２１９】
さらに、基板１２１上には、第２の実施の形態とほぼ同様に、水平振動子１２４，１２８内に例えば２個の検出電極用支持部１４６が設けられ、該各検出電極用支持部１４６には、それぞれ固定側検出電極１４７，１４８が設けられている。そして、固定側検出電極１４７，１４８の各電極板１４７Ａ，１４８Ａは、水平振動子１２４，１２８に突設された可動側検出電極１４９，１５０の各電極板１４９Ａ，１５０Ａと隙間をもって噛合している。
【０２２０】
１５１はＺ軸周りの角速度Ω１を検出する第１の角速度検出手段としての変位量検出部で、該第１の変位量検出部１５１は、第２の実施の形態とほぼ同様に、検出電極１４７，１４９により構成され、水平振動子１２４のＹ軸方向の変位量を各電極板１４７Ａ，１４９Ａ間の静電容量の変化によりＺ軸周りの角速度Ω１として検出するものである。
【０２２１】
１５２は他の検出電極１４８，１５０により構成された第１の角速度検出手段としての変位量検出部で、該第１の変位量検出部１５２は、水平振動子１２８のＹ軸方向の変位量を各電極板１４８Ａ，１５０Ａ間の静電容量の変化によりＺ軸周りの角速度Ω１として検出するものである。
【０２２２】
そして、変位量検出部１５１，１５２は、第２の実施の形態とほぼ同様に、水平振動子１２４，１２８がＺ軸周りの角速度Ω１によりＹ軸方向に対して互いに逆向きに変位するときに、支持部１４６に設けられた検出用電極パッド１５３，１５４（図２０参照）から外部に検出信号を出力する。従って、これらの検出信号を差動アンプ等に入力することにより、Ｚ軸周りの角速度Ω１を高い精度で検出することができる。
【０２２３】
また、水平振動子１２４，１２８が加速度によりＹ軸方向の同じ向きに変位するときには、これらの変位による静電容量の変化を変位量検出部１５１，１５２間で打消すことができ、加速度の影響を除去できる構成となっている。
【０２２４】
１５５，１５６は垂直振動子１３２，１３６に対応する位置で基板１２１上に設けられた例えば２個の固定側検出電極で、該固定側検出電極１５５，１５６は、図２１ないし図２３に示すように、例えば四角形の金属膜等によって構成されている。
【０２２５】
そして、例えば図２１中で右側に位置する固定側検出電極１５５は、垂直振動子１３２の裏面側の部位により構成された可動側検出電極１５７とＺ軸方向の隙間をもって対向し、これらは平行平板コンデンサを構成している。また、左側に位置する固定側検出電極１５６は、垂直振動子１３６の裏面側の部位により構成された可動側検出電極１５８とＺ軸方向の隙間をもって対向している。
【０２２６】
１５９はＹ軸周りの角速度Ω２を検出する第２の角速度検出手段としての変位量検出部で、該第２の変位量検出部１５９は、検出電極１５５，１５７により構成され、垂直振動子１３２のＺ軸方向の変位量を電極１５５，１５７間の静電容量の変化によりＹ軸周りの角速度Ω２として検出するものである。
【０２２７】
１６０は他の検出電極１５６，１５８により構成された第２の角速度検出手段としての変位量検出部で、該第２の変位量検出部１６０は、垂直振動子１３６のＺ軸方向の変位量を電極１５６，１５８間の静電容量の変化によりＹ軸周りの角速度Ω２として検出するものである。
【０２２８】
また、基板１２１上には、低抵抗なシリコン材料等からなる２個のパッド支持部１６１が垂直振動子１３２，１３６の電極取出孔１３２Ａ，１３６Ａ内に突出して設けられ、該各パッド支持部１６１の突出端側には、これらのパッド支持部１６１を介して固定側検出電極１５５，１５６と接続された検出用電極パッド１６２，１６３が設けられている。
【０２２９】
そして、角速度センサの作動時には、第２の実施の形態とほぼ同様に、外側質量部１３０，１３４がＸ軸方向に互いに逆位相で振動するため、垂直振動子１３２，１３６にＹ軸周りの角速度Ω２が加わると、これらの振動子１３２，１３６はＺ軸方向に対して互いに逆向きに変位する。
【０２３０】
これにより、変位量検出部１５９，１６０は、垂直振動子１３２，１３６の変位量に応じた検出信号を検出用電極パッド１６２，１６３から出力するので、これらの検出信号を差動アンプ等に入力することにより、Ｙ軸周りの角速度Ω２を高い精度で検出することができる。
【０２３１】
また、垂直振動子１３２，１３６にＺ軸方向の加速度が加わる場合には、これらの振動子１３２，１３６がＺ軸方向の同じ向きに変位するので、垂直振動子１３２，１３６の変位による静電容量の変化を変位量検出部１５９，１６０間で打消して除去でき、Ｙ軸周りの角速は度Ω２を加速度等の外乱から分離して検出することができる。
【０２３２】
１６４は外側質量部１３０，１３４の前，後両側に位置して基板１２１上に設けられた例えば２個のモニタ電極用支持部で、該各モニタ電極用支持部１６４には、第２の実施の形態とほぼ同様に、後述のモニタ電極１６５とモニタ用電極パッド１６６とが設けられている。
【０２３３】
１６５は各モニタ電極用支持部１６４と外側質量部１３０，１３４との間にそれぞれ設けられた振動状態モニタ手段としてのモニタ電極で、該各モニタ電極１６５は、外側質量部１３０，１３４の振動周波数、振幅等に対応する交流のモニタ信号をモニタ用電極パッド１６６から出力する。
【０２３４】
そして、このモニタ信号は、例えば質量部１２２，１２６，１３０，１３４の振動状態をモニタしたり、角速度Ω１，Ω２の検出信号に対して同期検波等の信号処理を行うときの基準として用いられるものである。また、１６７は、基板１２１を覆う蓋板である。
【０２３５】
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，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、例えば４個の質量部１２２，１２６，１３０，１３４のうち、中央質量部１２２，１２６を用いてＺ軸周りの角速度Ω１を検出し、外側質量部１３０，１３４を用いてＹ軸周りの角速度Ω２を検出する構成としている。
【０２３６】
これにより、角速度Ω１用の検出部位と角速度Ω２用の検出部位とを１組の質量部１２２，１２６，１３０，１３４によってコンパクトに形成できると共に、これらの検出部位に対して振動発生部１４５、モニタ電極１６５も共通化することができる。
【０２３７】
従って、例えば２軸周りの角速度を検出するために２個の角速度センサを垂直に配置する場合と比較して、センサ全体を小型化でき、その組立作業を容易に実行できると共に、振動発生用の駆動信号、角速度Ω１，Ω２の検出信号、振動のモニタ信号等を処理するための信号処理回路や配線等を簡略化することができる。
【０２３８】
また、本実施の形態では、水平振動子１２４，１２８をＺ軸周りの角速度Ω１に応じて変位させ、垂直振動子１３２，１３６をＹ軸周りの角速度Ω２に応じて変位させるようにしている。これにより、例えば１個の振動子を角速度Ω１，Ω２に応じてＹ軸方向またはＺ軸方向に変位させ、これらの変位量を信号処理等により分離して角速度Ω１，Ω２を検出する場合と比較して、個々の角速度Ω１，Ω２を高い精度で検出でき、センサの信頼性を高めることができる。
【０２３９】
しかも、Ｙ軸方向の加速度は水平振動子１２４，１２８（変位量検出部１５１，１５２）間で打消すことができ、Ｚ軸方向の加速度は垂直振動子１３２，１３６（変位量検出部１５９，１６０）間で打消すことができるから、これらの２軸方向において加速度の影響を確実に除去でき、検出精度の高い２軸検出型の角速度センサを実現することができる。
【０２４０】
次に、図２５は本発明による第７の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、角速度検出手段は４個の質量部のうちＹ軸方向の外側（両端側）に位置する２個の質量部に角速度が作用したときに該質量部がＹ軸方向に変位する変位量をＺ軸周りの角速度と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。
【０２４１】
１７１は例えば高抵抗なシリコン材料、ガラス材料等により形成された基板で、該基板１７１の表面側には、低抵抗なシリコン材料を用いて後述の質量部１７２，１７３，１７４，１７８、外側支持梁１８２、固定部１８５、振動発生部１８９、変位量検出部１９５，１９６、モニタ電極２００等が形成されている。
【０２４２】
１７２，１７３は基板１７１の中央側に配置された２個の中央質量部で、該中央質量部１７２，１７３は、Ｘ軸方向に延びた直線状の質量体として形成され、その両端側は各外側支持梁１８２に連結されている。
【０２４３】
１７４はＹ軸方向に対して中央質量部１７２の外側に配置された第１の外側質量部で、該第１の外側質量部１７４は、四角形の外側枠状体１７５と、該外側枠状体１７５内に設けられた水平振動子１７６と、例えば４本の内側支持梁１７７とを含んで構成されている。また、水平振動子１７６は四角形の枠状体として形成され、各内側支持梁１７７によりＹ軸方向に変位可能に支持されている。
【０２４４】
１７８はＹ軸方向に対して中央質量部１７３の外側に配置された第２の外側質量部で、該第２の外側質量部１７８は、外側質量部１７４とほぼ同様に形成され、外側枠状体１７９、水平振動子１８０及び内側支持梁１８１を含んで構成され、水平振動子１８０は、４本の内側支持梁１８１によりＹ軸方向に変位可能に支持されている。
【０２４５】
ここで、４個の質量部１７２，１７３，１７４，１７８は、第１の実施の形態とほぼ同様に、Ｙ軸方向に直線状に並んだ状態で各外側支持梁１８２により連結され、これら全体の重心Ｇを中心としてＹ軸方向の前，後で対称形状に形成されている。そして、質量部１７２，１７４と質量部１７３，１７８とは、重心Ｇをほぼ一定の位置に保持しつつ、互いに逆位相でＸ軸方向に振動する構成となっている。
【０２４６】
１８２は質量部１７２，１７３，１７４，１７８をＸ軸方向に振動可能に支持する左，右の外側支持梁で、該各外側支持梁１８２には、第２の実施の形態とほぼ同様に、例えば３箇所の節部１８２Ａが形成されている。また、外側支持梁１８２には、その長さ方向途中部位に連結部１８３を介して中央側質量部１７２，１７３が連結され、その長さ方向両端側に他の連結部１８４を介して外側枠状体１７５，１７９が連結されている。
【０２４７】
１８５は基板１７１に設けられた固定部で、該固定部１８５は、第２の実施の形態とほぼ同様に、四角形状の台座部１８５Ａ、略Ｔ字状の延設部１８５Ｂ及び各腕部１８５Ｃにより構成され、各腕部１８５Ｃは、横梁、縦梁及び固着部によりＹ軸方向に弾性をもって撓み変形可能に形成されている。そして、固定部１８５は、各腕部１８５Ｃにより各外側支持梁１８２を節部１８２Ａの位置で基板１７１に固定している。
【０２４８】
また、基板１７１上には、中央側質量部１７２，１７３の間に例えば４個の駆動電極用支持部１８６が設けられ、該各駆動電極用支持部１８６には、櫛歯状の電極板１８７Ａを有する固定側駆動電極１８７がそれぞれ設けられている。そして、これらの電極板１８７Ａは、中央側質量部１７２，１７３に突設された可動側駆動電極１８８の電極板１８８Ａと隙間をもって噛合し、これによって駆動電極１８７，１８８は、質量部１７２，１７３，１７４，１７８をＸ軸方向に振動させる例えば４個の振動発生部１８９を構成している。
【０２４９】
さらに、基板１７１上には、第２の実施の形態とほぼ同様に、水平振動子１７６，１８０内に例えば２個の検出電極用支持部１９０が設けられ、該各検出電極用支持部１９０には、それぞれ固定側検出電極１９１，１９２が設けられている。そして、固定側検出電極１９１，１９２の各電極板１９１Ａ，１９２Ａは、水平振動子１７６，１８０に突設された可動側検出電極１９３，１９４の各電極板１９３Ａ，１９４Ａと隙間をもって噛合している。
【０２５０】
１９５はＺ軸周りの角速度Ωを検出する角速度検出手段としての変位量検出部で、該変位量検出部１９５は、第２の実施の形態とほぼ同様に、検出電極１９１，１９３により構成され、水平振動子１７６のＹ軸方向の変位量を各電極板１９１Ａ，１９３Ａ間の静電容量の変化によりＺ軸周りの角速度Ωとして検出するものである。
【０２５１】
１９６は他の検出電極１９２，１９４により構成された他の角速度検出手段としての変位量検出部で、該変位量検出部１９６は、水平振動子１８０のＹ軸方向の変位量を各電極板１９２Ａ，１９４Ａ間の静電容量の変化によりＺ軸周りの角速度Ωとして検出するものである。
【０２５２】
そして、変位量検出部１９５，１９６は、第２の実施の形態とほぼ同様に、水平振動子１７６，１８０がＺ軸周りの角速度ΩによりＹ軸方向に対して互いに逆向きに変位するときに、支持部１９０に設けられた検出用電極パッド１９７，１９８から外部に検出信号を出力する。従って、これらの検出信号を差動アンプ等に入力することにより、Ｚ軸周りの角速度Ωを高い精度で検出することができる。
【０２５３】
また、水平振動子１７６，１８０が加速度によりＹ軸方向の同じ向きに変位するときには、これらの変位による静電容量の変化を変位量検出部１９５，１９６間で打消すことができ、加速度の影響を除去できる構成となっている。
【０２５４】
１９９は中央側質量部１７２，１７３の間に位置して基板１７１上に設けられた例えば２個のモニタ電極用支持部で、該各モニタ電極用支持部１９９と中央側質量部１７２，１７３との間には、第２の実施の形態とほぼ同様に、振動状態モニタ手段としてのモニタ電極２００が設けられると共に、モニタ電極用支持部１９９にはモニタ用電極パッド２０１が設けられている。
【０２５５】
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。
【０２５６】
なお、第１の実施の形態では、角速度センサにより外力中に含まれる加速度成分を除去して角速度成分だけを検出する構成としたが、本発明はこれに限らず、例えば変位量検出部２９，３２（または変位量検出部３０，３１）の検出信号を加算する加速度用の検出側配線を設ける構成としてもよい。これにより、角速度センサの作動時には、検出側配線４２，４３により角速度を検出しつつ、加速度用の検出側配線により検出信号中に含まれる角速度成分を変位量検出部２９，３２間（または変位量検出部３０，３１間）で打消し、加速度も検出することができる。
【０２５７】
また、第３の実施の形態では、モニタ電極１０３，１０６を外側支持梁６２の長さ方向中間部位の節部６２Ａに配置する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、モニタ電極を支持梁の任意の節部に設けてよいものであり、例えばモニタ電極１０３，１０６を端部側の節部６２Ａに設ける構成としてもよい。
【０２５８】
また、第１ないし第４の実施の形態では、基板１，５１と垂直なＺ軸周りの角速度Ωを検出する構成としたが、本発明はこれに限らず、例えばＸ軸方向に振動する各質量部をＹ軸周りの角速度に応じてＺ軸方向に変位させ、このときの変位量をＹ軸周りの角速度として検出する構成としてもよい。
【０２５９】
さらに、第５の実施の形態では、中央質量部１２２，１２６によりＺ軸周りの角速度Ω１を検出し、外側質量部１３０，１３４によりＹ軸周りの角速度Ω２を検出する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、中央質量部と外側質量部の構成及び機能を相互に入れ換え、中央質量部によりＹ軸周りの角速度を検出し、外側質量部によりＺ軸周りの角速度を検出する構成としてもよい。
【０２６０】
そして、この場合には、中央質量部をＸ軸方向に振動させた状態でＺ軸方向に変位可能に形成し、中央質量部と基板との間には、中央質量部のＺ軸方向の変位量を静電容量の変化によりＹ軸周りの角速度として検出する第２の角速度検出手段を設ける。また、外側質量部をＸ軸方向に振動させた状態でＹ軸方向に変位可能に形成し、外側質量部と基板との間には、外側質量部のＹ軸方向の変位量を静電容量の変化によりＺ軸周りの角速度として検出する第１の角速度検出手段を設ける構成とすればよい。
【０２６１】
また、第１ないし第７の実施の形態では、４個の質量部２，６，１０，１１，５２，５６，６０，６１，１２２，１２６，１３０，１３４，１７２，１７３，１７４，１７８だけをＹ軸方向に並んで配置する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図２６に示す第１の変形例のように、外側質量部６０′，６１′よりもさらに外側に外側質量部６０′，６１′とは逆位相でＸ軸方向に振動する補助質量部２１１，２１２を設け、合計６個の質量部を配置する構成としてもよく、８個以上の質量部を配置する構成としてもよい。また、補助質量部２１１，２１２にはモニタ電極８０′を設ける構成としてもよい。このように質量部の数を増加させることによって、駆動振動に伴う回転モーメントを打消し合うように調整でき、検出電極の面積を増加させることができる。
【０２６２】
また、例えば図２７に示す第２の変形例のように、中央側質量部５２，５６の間には、角速度センサを補強する補強部２２１を設ける構成としてもよい。この場合、補強部２２１はその両端側が２箇所の節部６２Ａを連結され、質量部５２，５６，６０，６１が振動するときでも、可動せずに静止するものである。なお、補強部２２１は質量部５２，５６，６０，６１等の全体を動き難く補強するものであるから、その剛性が高いこと、またはその質量が大きいことが必要となる。
【０２６３】
また、第１ないし第７の実施の形態では、外側支持梁１２，６２，１３８，１８２のＹ軸方向両端側は自由端として構成した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、図２８に示す第３の変形例のように、外側支持梁６２′の両端側を延長し、台座部６４Ａ（基板５１）に連結（固定）する構成としてもよい。これにより、外側質量部６０，６１がＺ軸方向に振動するのを防止することができる。
【０２６４】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１の発明によれば、４個の質量部を支持梁によって連結し、互いに隣接する質量部を逆位相でＸ軸方向に振動させる構成としたので、４個の質量部を、これら全体の重心を挟んでＹ軸方向に対称な形状に形成でき、これらの質量部は、全体の重心Ｇをほぼ一定の位置に保持しつつ、互いに逆位相でＸ軸方向に安定的に振動することができる。これにより、互いに逆位相となる質量部をバランスよく振動させて振動時の反力を相互に打消すことができ、基板側に振動が伝わるのを確実に抑制することができる。また、各質量部に僅かな寸法誤差、加工誤差等がある場合でも、この誤差による共振周波数の差等を対称な形状によって補償できるから、外部からの振動、衝撃等による加速度が加わったときには、互いに逆位相で振動する質量部の変位量をほぼ等しくすることができ、これらの変位量を角速度検出手段により確実に打消すことができる。これにより、角速度を加速度から分離して正確に検出でき、センサの性能や信頼性を向上させることができる。
【０２６５】
この場合、請求項２の発明のように、角速度検出手段は４個の質量部のうちＹ軸方向の中央側に位置する２個の質量部に角速度が作用したときに該質量部がＹ軸とＺ軸のうち少なくともいずれか一方の軸方向に変位する変位量を角速度として検出する構成とするのが好ましい。
【０２６６】
また、請求項３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固定する構成としたので、各質量部の振動が支持梁と固定部とを介して基板側に伝わるのを確実に抑制でき、センサの検出精度をより高めることができる。
【０２６７】
また、請求項４の発明によれば、４個の質量部はＹ軸方向に直線状に配設され、支持梁はＹ軸方向に直線状に延びて各質量部を連結する構成としたので、直線状に延びた支持梁の撓み変形によって各質量部の振動状態（振動モード）をほぼ定めることができる。これにより、各質量部に多少の加工誤差等が存在したとしても、その中央に位置する２個の質量部を互いにほぼ等しい振幅で振動させることができ、センサの検出感度を安定させることができる。
【０２６８】
また、請求項５の発明によれば、中央側の質量部と外側の質量部のうち一方の質量部はＺ軸周りの角速度に応じてＹ軸方向に変位し、他方の質量部はＹ軸周りの角速度に応じてＺ軸方向に変位する構成としたので、角速度検出手段は、例えば中央側の質量部によってＺ軸周りの角速度を検出しつつ、外側の質量部によってＹ軸周りの角速度を検出することができる。これにより、２軸周りの角速度を個別に検出可能な角速度センサを容易に構成でき、この２軸検出型のセンサ全体を小型化できると共に、センサ用の信号処理回路や配線等を簡略化することができる。
【０２６９】
また、請求項６の発明によれば、中央側に位置する２個の質量部は、中央側枠状体と、該中央側枠状体内にＹ軸方向に振動可能に設けられた水平振動子とによってそれぞれ構成したので、中央側枠状体は、支持梁の撓み変形がＹ軸方向の変位となって水平振動子に伝わるのを防止でき、角速度をより正確に検出することができる。
【０２７０】
また、請求項７の発明によれば、角速度検出手段は、中央側に位置する２個の質量部のうち一方の質量部の水平振動子がＹ軸方向に変位する変位量を検出する第１，第２の変位量検出部と、他方の質量部の水平振動子がＹ軸方向に変位する変位量を検出する第３，第４の変位量検出部とによって構成したから、例えば第１，第２の変位量検出部による検出信号と第３，第４の変位量検出部による検出信号とを加算または減算することにより、角速度を加速度から分離して検出することができると共に、熱歪みによる感度変化を打消すことができる。
【０２７１】
この場合、請求項８の発明のように、第１，第２の変位量検出部は、Ｚ軸周りの角速度が作用したときに、その固定側検出電極と可動側検出電極との間隔が一方は狭まり他方は広がる構成とし、第３，第４の変位量検出部は、Ｚ軸周りの角速度が作用したときに、その固定側検出電極と可動側検出電極との間隔が一方は狭まり他方は広がる構成とするのが好ましい。
【０２７２】
また、請求項９の発明によれば、角速度検出手段は、中央側に位置する２個の質量部のうち一方の質量部の水平振動子がＹ軸方向に変位する変位量を検出する一方の変位量検出部と、他方の質量部の水平振動子がＹ軸方向に変位する変位量を検出する他方の変位量検出部とにより構成したから、２つの変位量検出部による静電容量を減算または加算することによって、Ｚ軸周りの角速度を検出することができる。
【０２７３】
また、請求項１０の発明によれば、２つの変位量検出部は、Ｚ軸周りの角速度が作用したときに、両方の固定側検出電極と可動側検出電極との間隔が一緒に広狭する構成としたから、２つの変位量検出部による静電容量を加算することによって、Ｚ軸周り角速度を加速度から分離して検出することができる。
【０２７４】
また、請求項１１の発明によれば、２つの変位量検出部は、Ｚ軸周りの角速度が作用したときに、いずれか一方の固定側検出電極と可動側検出電極との間隔が狭まり、他方の固定側検出電極と可動側検出電極との間隔が広がる構成としたから、２つの変位量検出部による静電容量を減算することによって、Ｚ軸周り角速度を加速度から分離して検出することができると共に、熱歪みによる感度変化を打消すことができる。
【０２７５】
また、請求項１２の発明によれば、外側に位置する２個の質量部は、外側枠状体と、該外側枠状体内にＺ軸方向に振動可能に設けられた垂直振動子とによってそれぞれ構成したので、例えば中央側の質量部を用いてＺ軸周りの角速度を検出しつつ、外側の質量部を用いてＹ軸周りの角速度を検出することができる。これにより、２軸周りの角速度を個別に検出可能な角速度センサを容易に構成することができる。
【０２７６】
また、請求項１３の発明によれば、固定部には、各質量部にＹ軸方向の加速度が加わるときに各質量部を支持した状態でＹ軸方向に撓み変形する腕部を形成する構成としたので、各質量部がＹ軸方向の加速度によって振動するときには、腕部の弾性力により質量部間で振幅の差が小さくなるように振動エネルギを相互に伝達することができる。これにより、例えば寸法誤差、加工誤差等による各質量部の振幅のばらつきを加速度に対して小さく抑えることができ、加速度の除去を安定的に行うことができる。
【０２７７】
さらに、請求項１４の発明によれば、４個の質量部は、該各質量部全体の重心を挟んでＹ軸方向に対称に形成する構成としたので、これらの質量部は、全体の重心Ｇをほぼ一定の位置に保持しつつ、互いに逆位相でＸ軸方向に安定的に振動でき、基板側に振動が伝わるのを確実に抑制することができる。また、各質量部に僅かな寸法誤差、加工誤差等がある場合でも、この誤差による共振周波数の差等を対称な形状によって補償でき、センサの性能や信頼性を向上させることができる。
【０２７８】
また、請求項１５の発明によれば、外側の各質量部は中央側の各質量部よりも小さな質量をもって形成する構成としたので、中央側の各質量部に加わる回転モーメントと、外側の各質量部に加わる回転モーメントとをほぼ等しくすることができ、これらの回転モーメントを互いに打消すことができる。これにより、回転モーメントが外力となって基板側に伝わるのを防止でき、角速度の検出精度をより高めることができる。また、各質量部が振動発生手段により振動するときには、その共振状態におけるＱ値を高くして大きな振幅を確保でき、検出感度を安定させることができる。
【０２７９】
また、請求項１６の発明によれば、４個の質量部のうちＹ軸方向の中央側に位置する２個の質量部には振動状態モニタ手段を設ける構成としたから、例えば角速度検出手段がＹ軸方向の中央側に位置する２個の質量部の変位量を検出するときには、角速度検出手段と振動状態モニタ手段とを集約して形成することができる。
【０２８０】
また、請求項１７の発明によれば、４個の質量部のうちＹ軸方向の外側に位置する２個の質量部には振動状態モニタ手段を設ける構成としたから、例えば角速度検出手段がＹ軸方向の中央側に位置する２個の質量部の変位量を検出するときには、角速度を検出する信号と振動状態をモニタする信号とを分離して高い精度で出力できると共に、センサの設計自由度を高めることができる。
【０２８１】
また、請求項１８の発明によれば、支持梁の節に対応する部位には、各質量部の振動状態をモニタする振動状態モニタ手段を設ける構成としたので、例えば慣性質量が比較的小さなモニタ電極を支持梁のうち質量部の振動が伝わり難い節の部位に取付けることができる。これにより、外部からの振動、衝撃等によって基板に加速度が加わる場合でも、モニタ電極が加速度により誤って変位するのを防止でき、外部の回路等に対して正確なモニタ信号を出力することができる。従って、例えば外部の回路等によりモニタ信号を用いて質量部の振幅等を安定的にフィードバック制御でき、周囲の温度変化、外力等に対して角速度センサの検出精度を良好に保持できると共に、信頼性をより高めることができる。
【０２８２】
また、請求項１９の発明によれば、振動状態モニタ手段を、モニタ用固定側電極と、該モニタ用固定側電極に対して支持梁の節を中心として回動変位するモニタ用可動側電極とにより構成したので、質量部が振動して支持梁が撓み変形するときには、その節を中心として可動側電極を回動変位させることができるから、例えば質量部の振動状態をモニタ用固定側電極とモニタ用可動側電極との間で静電容量の変化により検出でき、非接触式の簡単な構造で質量部の振動状態を正確に検出することができる。
【０２８３】
さらに、請求項２０の発明によれば、モニタ用固定側電極は、支持梁の節を中心として円弧状をなす複数の電極板によって構成し、モニタ用可動側電極は、これらの電極板と径方向の隙間をもって対向するように円弧状をなす複数の電極板により構成したので、例えば固定側電極の各電極板と可動側電極の各電極板とを櫛歯状に形成して互いに噛合させることができ、これらの電極間に大きな対向面積を確保できると共に、小型で検出精度の高いモニタ電極を形成することができる。また、固定側と可動側の電極板を円弧状に形成することにより、可動側電極が回動変位するときには、これらの電極板が互いに接触することなく変位でき、可動側電極の回動変位量に応じて電極板間の静電容量をリニアに変化させることができる。これにより、モニタ電極を支持梁の節に配置した状態でも、質量部の振動状態を高い精度で容易に検出することができる。
【０２８４】
また、請求項２１の発明によれば、角速度検出手段は、Ｙ軸方向の中心位置を挟んで対称な位置に配置された２個の質量部のうち一方の質量部の水平振動子がＹ軸方向に変位する変位量を検出する第１，第２の変位量検出部と、他方の質量部の水平振動子がＹ軸方向に変位する変位量を検出する第３，第４の変位量検出部とによって構成したから、例えば第１，第２の変位量検出部による検出信号と第３，第４の変位量検出部による検出信号とを加算または減算することにより、角速度を加速度から分離して検出することができると共に、熱歪みによる感度変化を打消すことができる。
【０２８５】
また、請求項２２の発明によれば、角速度検出手段は、Ｙ軸方向の中心位置を挟んで対称な位置に配置された２個の質量部のうち一方の質量部の水平振動子がＹ軸方向に変位する変位量を検出する一方の変位量検出部と、他方の質量部の水平振動子がＹ軸方向に変位する変位量を検出する他方の変位量検出部とにより構成したから、２つの変位量検出部による静電容量を減算または加算することによって、Ｚ軸周りの角速度を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】角速度センサの左側部位を拡大して示す図１の部分拡大平面図である。
【図４】図３中のａ部を拡大して示す固定部等の要部拡大図である。
【図５】蓋板の駆動側配線、検出側配線および接地配線を外部回路と共に示す回路構成図である。
【図６】各質量部が振動するときに中央質量部と外側質量部に加わる回転モーメントを示す模式的な説明図である。
【図７】２個の中央質量部が角速度によって互いに逆向きに変位する状態を示す模式的な説明図である。
【図８】２個の中央質量部が加速度によって互いに同方向に変位する状態を示す模式的な説明図である。
【図９】各質量部がＸ軸方向に振動するときの腕部が撓み変形する状態を示す要部拡大図である。
【図１０】各質量部が加速度によりＹ軸方向に変位するときの腕部の変形状態を示す要部拡大図である。
【図１１】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１２】角速度センサの左側部位を拡大して示す図１１の部分拡大平面図である。
【図１３】本発明の第３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１４】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１５】図１４中の左側のモニタ電極を拡大して示す要部拡大図である。
【図１６】図１４中の右側のモニタ電極を拡大して示す要部拡大図である。
【図１７】質量部が振動するときにモニタ用可動側電極が支持梁の節部を中心として回動変位する状態を示す要部拡大平面図である。
【図１８】本発明の第５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１９】図１８中のモニタ電極等を示す部分拡大平面図である。
【図２０】本発明の第６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２１】図２０中の矢示ＸＸＩ−ＸＸＩ方向からみた角速度センサの断面図である。
【図２２】角速度センサの左側の一部を拡大して示す図２０中の部分拡大平面図である。
【図２３】図２１中の垂直振動子等を拡大して示す部分拡大断面図である。
【図２４】垂直振動子がＹ軸周りの角速度によりＺ軸方向に変位した状態を示す部分拡大断面図である。
【図２５】本発明の第７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２６】第１の変形例による角速度センサを示す平面図である。
【図２７】第２の変形例による角速度センサを示す平面図である。
【図２８】第３の変形例による角速度センサを示す平面図である。
【符号の説明】
１，５１，１２１，１７１  基板
２，６，５２，５６，１２２，１２６，１７２，１７３  中央質量部
３，７，５３，５７，１２３，１２７  中央側枠状体
３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，７Ａ，７Ｂ，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ  枠部
４，８，５４，５８，１２４，１２８，１７６，１８０  水平振動子
５，９，５５，５９，１２５，１２９，１３３，１３７，１７７，１８１  内側支持梁
１０，１１，６０，６１，１３０，１３４，１７４，１７８，６０′，６１′
外側質量部
１２，６２，１３８，１８２，６２′  外側支持梁（支持梁）
１２Ａ，６２Ａ，１３８Ａ，１８２Ａ  節部
１３，６３，１３９，１４０，１８３，１８４  連結部
１４，６４，１０１，１１１，１４１，１８５  固定部
１４Ａ，６４Ａ，１４１Ａ，１８５Ａ  台座部
１４Ｂ，６４Ｂ，１４１Ｂ，１８５Ｂ  延設部
１４Ｃ，６４Ｃ，１４１Ｃ，１８５Ｃ  腕部
１５，６５，１４２，１８６  駆動電極用支持部
１６，６６，１４３，１８７  固定側駆動電極
１６Ａ，１７Ａ，２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａ，２６Ａ，２７Ａ，２８Ａ，６６Ａ，６７Ａ，７１Ａ，７２Ａ，７３Ａ，７４Ａ，１０４Ｂ，１０５Ｂ，１０７Ｂ，１０８Ｂ，１１４Ａ，１１５Ｂ，１１７Ａ，１１８Ｂ，１４３Ａ，１４４Ａ，１４７Ａ，１４８Ａ，１４９Ａ，１５０Ａ，１８７Ａ，１８８Ａ，１８８Ａ，１９１Ａ，１９２Ａ，１９３Ａ，１９４Ａ  電極板
１７，６７，１４４，１８８  可動側駆動電極
１８，６８，１４５，１８９  振動発生部（振動発生手段）
１９，６９  駆動用電極パッド
２０，７０，９１，１４６，１９０  検出電極用支持部
２１，２２，２３，２４，７１，７２，９２，９３，１４７，１４８，１５５，１５６，１９１，１９２  固定側検出電極
２５，２６，２７，２８，７３，７４，９４，９５，１４９，１５０，１５７，１５８，１９３，１９４  可動側検出電極
２９，３０，３１，３２，７５，７６，９６，９７，１５１，１５２，１５９，１６０，１９５，１９６  変位量検出部（角速度検出手段）
３３，３４，３５，３６，７７，７８，９８，９９，１５３，１５４，１６２，１６３，１９７，１９８  検出用電極パッド
３７，１０９，１１９  接地用電極パッド
３８，８０，１０３，１０６，１１３，１１６，１６５，２００，８０′  モニタ電極
３９，１６７  蓋板
３９Ａ  貫通孔
４０  駆動側配線
４１  信号出力回路
４２，４３  検出側配線
４４  差動アンプ
４５  出力端子
４６  接地配線
７９，１０２，１１２，１６４，１９９  モニタ電極用支持部
８１，１１０，１２０，１６６，２０１  モニタ用電極パッド
１０４，１０７，１１４，１１７  モニタ用固定側電極
１０５，１０８，１１５，１１８  モニタ用可動側電極
１３１，１３５，１７５，１７９  外側枠状体
１３２，１３６  垂直振動子
【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】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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