(57)【要約】【課題】慣性センサの性能を向上させる。【解決手段】４つのセンサユニットＳＵＡ１〜ＳＵＡ４を支持部１５ｅの１点を中心として上下左右に点対称に配置した。また、４つのセンサユニットＳＵＡ１〜ＳＵＡ４を全ての構成要素が完全な音叉になるよう設計した。第１方向Ｙに隣接配置されたセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の励振素子５，５は互いに逆位相で振動し、第２方向Ｘに隣接配置された他のセンサユニットＳＵＡ３，ＳＵＡ４の励振素子５，５も互いに逆位相で振動する。その上、センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の励振素子５，５と、他のセンサユニットＳＵＡ３，ＳＵＡ４の励振素子５，５とが、位相を９０度ずらした状態で同期して動作する。これにより、励振方向と検出方向との振動結合と、励振エネルギー、コリオリ力の漏れ（損失）を低減または防止することができる。【選択図】図１４
2007155489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に互いに反対側に位置する第１主面および第２主面を有する基板と、
前記基板の第１主面内に配置されたセンサユニットとを備え、
前記センサユニットは、
前記基板の第１主面上に、前記基板から離れて配置された励振素子と、
前記励振素子を励振方向に振動させる励振手段と、
前記基板の第１主面上に、前記基板から離れて配置された状態で前記励振素子に連結され、前記励振素子の振動と同振幅および同位相で励振方向に振動し、かつ、コリオリ力によって前記励振方向に対して交差する検出方向に振動するコリオリ素子と、
前記基板の第１主面上に、前記基板から離れて配置された状態で前記コリオリ素子に連結され、前記コリオリ素子の検出方向の振動と同振幅および同位相で検出方向に振動する検出素子と、
前記基板の第１主面上に、前記基板から離れて配置され、前記コリオリ素子の励振方向の振動には影響を受けず、前記コリオリ素子の検出方向の振動には追従するように、前記検出素子を前記基板に固定する梁と、
前記検出素子の検出方向への振動を印加された角速度として検出する検出手段とを備え、
前記検出素子は、前記梁を介して前記センサユニットの外部に配置された支持部に接続され、前記基板に固定されていることを特徴とする慣性センサ。
【請求項２】
請求項１記載の慣性センサにおいて、前記励振手段は、静電式の櫛歯形駆動装置により形成されていることを特徴とする慣性センサ。
【請求項３】
請求項１記載の慣性センサにおいて、前記検出手段は、櫛歯形検知装置により形成されていることを特徴とする慣性センサ。
【請求項４】
請求項１記載の慣性センサにおいて、
前記支持部は、前記基板の第１主面の第１方向に延びる第１軸上に配置されており、
前記センサユニットは、２つのセンサユニットを有しており、
前記２つのセンサユニットは、前記基板の第１主面の前記第１軸上において前記支持部に対して点対称になるように配置されており、
前記２つのセンサユニットの各々の前記励振素子は互いに逆位相で振動するように配置されていることを特徴とする慣性センサ。
【請求項５】
請求項１記載の慣性センサにおいて、
前記支持部は、前記基板の第１主面の第１方向に延びる第１軸と、前記第１軸に対して交差する第２方向に延びる第２軸との交点に配置されており、
前記センサユニットは、２つの第１センサユニットと、２つの第２センサユニットとを有しており、
前記２つの第１センサユニットは、前記基板の第１主面の前記第１軸上において前記支持部に対して点対称になるように配置され、
前記２つの第１センサユニットの各々の前記励振素子は互いに逆位相で振動するように配置されており、
前記２つの第２センサユニットは、前記基板の第１主面の前記第２軸上において前記支持部に対して点対称になるように配置され、
前記２つの第２センサユニットの各々の前記励振素子は互いに逆位相で振動するように配置されており、
前記２つの第１センサユニットの前記励振素子と、前記２つの第２センサユニットの前記励振素子とは、位相を９０度ずらした状態で同期して動作するように配置されていることを特徴とする慣性センサ。
【請求項６】
請求項５記載の慣性センサにおいて、前記センサユニットのうち、互いに隣接する第１センサユニットの励振素子と第２センサユニットの励振素子とを連結手段により接続したことを特徴とする慣性センサ。
【請求項７】
請求項６記載の慣性センサにおいて、前記連結手段上に不動点である節が配置されていることを特徴とする慣性センサ。
【請求項８】
請求項７記載の慣性センサにおいて、前記センサユニットは、前記節と前記支持部とで前記基板に固定されていることを特徴とする慣性センサ。
【請求項９】
請求項７記載の慣性センサにおいて、前記支持部に対して向かい合う前記節同士を梁により接続したことを特徴とする慣性センサ。
【請求項１０】
請求項９記載の慣性センサにおいて、前記連結手段よりも外側に配置された支持部と、前記節とを、その間にバネを介して接続したことを特徴とする慣性センサ。
【請求項１１】
請求項１記載の慣性センサにおいて、前記センサユニットは、導電性シリコン、導電性ポリシリコンまたはめっき金属からなるグループから選択された材料からなることを特徴とする慣性センサ。
【請求項１２】
厚さ方向に互いに反対側に位置する第１主面および第２主面を有する基板と、
前記基板の第１主面内において、第１方向に延びる第１軸と、前記第１方向に交差する第２方向に延びる第２軸との交点を中心として、前記第１軸上に点対称に配置された２つの第１センサユニットと、前記第２軸上に点対称に配置された２つの第２センサユニットと、
前記２つの第１センサユニットおよび前記２つの第２センサユニットの外部に配置され、前記第１軸と前記第２軸との前記交点に配置された支持部とを備え、
前記２つの第１センサユニットおよび前記２つの第２センサユニットの各々は、
前記基板の第１主面上に、前記基板から離れて配置された励振素子と、
前記励振素子を励振方向に振動させる励振手段と、
前記基板の第１主面上に、前記基板から離れて配置された状態で前記励振素子に連結され、前記励振素子の振動と同振幅および同位相で励振方向に振動し、かつ、コリオリ力によって前記励振方向に対して交差する検出方向に振動するコリオリ素子と、
前記基板の第１主面上に、前記基板から離れて配置された状態で前記コリオリ素子に連結され、前記コリオリ素子の検出方向の振動と同振幅および同位相で検出方向に振動する検出素子と、
前記基板の第１主面上に、前記基板から離れて配置され、前記コリオリ素子の励振方向の振動には影響を受けず、前記コリオリ素子の検出方向の振動には追従するように、前記検出素子を支持する梁と、
前記検出素子の検出方向への振動を印加された角速度として検出する検出手段とを備え、
前記２つの第１センサユニットおよび前記２つの第２センサユニットの各々の前記検出素子は、前記梁を介して前記支持部に接続されており、
前記２つの第１センサユニットの各々の前記励振素子は互いに逆位相で振動するように配置されており、
前記２つの第２センサユニットの各々の前記励振素子は互いに逆位相で振動するように配置されており、
前記２つの第１センサユニットの前記励振素子と、前記２つの第２センサユニットの前記励振素子とは、位相を９０度ずらした状態で同期して動作するように配置されていることを特徴とする慣性センサ。
【請求項１３】
請求項１２記載の慣性センサにおいて、前記２つの第１センサユニットおよび前記２つの第２センサユニットのうち、互いに隣接する第１センサユニットの励振素子と第２センサユニットの励振素子とを連結手段により接続したことを特徴とする慣性センサ。
【請求項１４】
請求項１３記載の慣性センサにおいて、前記連結手段は、前記２つの第１センサユニットの各々の前記励振素子が遠ざかる方向に移動すると、前記２つの第２センサユニットの各々の前記励振素子を近づける方向に移動させ、前記２つの第１センサユニットの各々の前記励振素子が近づく方向に移動すると、前記２つの第２センサユニットの各々の前記励振素子を遠ざける方向に移動させる機能を有することを特徴とする慣性センサ。
【請求項１５】
請求項１２記載の慣性センサにおいて、前記支持部は前記基板に固定されていることを特徴とする慣性センサ。
【請求項１６】
請求項１２記載の慣性センサにおいて、前記支持部は前記基板に固定されていないことを特徴とする慣性センサ。
【請求項１７】
厚さ方向に互いに反対側に位置する第１主面および第２主面を有する基板と、
前記基板の第１主面内において、第１方向に延びる第１軸と、前記第１方向に交差する第２方向に延びる第２軸との交点を中心として、前記第１軸上に点対称に配置された２つの第１センサユニットと、前記第２軸上に点対称に配置された２つの第２センサユニットと、
前記２つの第１センサユニットおよび前記２つの第２センサユニットの外部に配置され、前記第１軸と前記第２軸との前記交点に配置された支持部とを備え、
前記２つの第１センサユニットおよび前記２つの第２センサユニットの各々は、
前記基板の第１主面上に、前記基板から離れて配置された励振素子と、
前記励振素子を励振方向に振動させる励振手段と、
前記基板の第１主面上に、前記基板から離れて配置された状態で前記励振素子に連結され、前記励振素子の振動と同振幅および同位相で励振方向に振動し、かつ、コリオリ力によって前記励振方向に対して交差する検出方向に振動するコリオリ素子と、
前記基板の第１主面上に、前記基板から離れて配置された状態で前記コリオリ素子に連結され、前記コリオリ素子の検出方向の振動と同振幅および同位相で検出方向に振動する検出素子と、
前記基板の第１主面上に、前記基板から離れて配置され、前記コリオリ素子の励振方向の振動には影響を受けず、前記コリオリ素子の検出方向の振動には追従するように、前記検出素子を支持する梁と、
前記検出素子の検出方向への振動を印加された角速度として検出する検出手段とを備え、
前記２つの第１センサユニットおよび前記２つの第２センサユニットの各々の前記検出素子は、前記梁を介して前記支持部に接続されており、
前記２つの第１センサユニットおよび前記２つの第２センサユニットのうち、互いに隣接する第１センサユニットの励振素子と第２センサユニットの励振素子とが連結手段により接続されており、
前記２つの第１センサユニットの各々の前記励振素子は互いに逆位相で振動するように配置されており、
前記２つの第２センサユニットの各々の前記励振素子は互いに逆位相で振動するように配置されており、
前記２つの第１センサユニットの前記励振素子と、前記２つの第２センサユニットの前記励振素子とは、位相を９０度ずらした状態で同期して動作するように配置されていることを特徴とする慣性センサ。
【請求項１８】
厚さ方向に互いに反対側に位置する第１主面および第２主面を有する基板と、
前記基板の第１主面内において、第１方向に延びる第１軸と、前記第１方向に交差する第２方向に延びる第２軸との交点を中心として、前記第１軸上に点対称に配置された２つの第１センサユニットと、前記第２軸上に点対称に配置された２つの第２センサユニットと、
前記２つの第１センサユニットおよび前記２つの第２センサユニットの外部に配置され、前記第１軸と前記第２軸との前記交点に配置された支持部とを備え、
前記２つの第１センサユニットおよび前記２つの第２センサユニットの各々は、
前記基板の第１主面上に、前記基板から離れて配置された励振素子と、
前記励振素子を励振方向に振動させる励振手段と、
前記基板の第１主面上に、前記基板から離れて配置された状態で前記励振素子に連結され、前記励振素子の振動と同振幅および同位相で励振方向に振動し、かつ、コリオリ力によって前記励振方向に対して交差する検出方向に振動するコリオリ素子と、
前記基板の第１主面上に、前記基板から離れて配置された状態で前記コリオリ素子に連結され、前記コリオリ素子の検出方向の振動と同振幅および同位相で検出方向に振動する検出素子と、
前記基板の第１主面上に、前記基板から離れて配置され、前記コリオリ素子の励振方向の振動には影響を受けず、前記コリオリ素子の検出方向の振動には追従するように、前記検出素子を支持する梁と、
前記検出素子の検出方向への振動を印加された角速度として検出する検出手段とを備え、
前記２つの第１センサユニットおよび前記２つの第２センサユニットの各々の前記検出素子は、前記梁を介して前記支持部に接続されており、
前記２つの第１センサユニットおよび前記２つの第２センサユニットのうち、互いに隣接する第１センサユニットの励振素子と第２センサユニットの励振素子とが連結手段により接続されており、
前記連結手段上に不動点である節が配置されており、
前記支持部に対して向かい合う前記節同士が梁により接続されており、
前記２つの第１センサユニットの各々の前記励振素子は互いに逆位相で振動するように配置されており、
前記２つの第２センサユニットの各々の前記励振素子は互いに逆位相で振動するように配置されており、
前記２つの第１センサユニットの前記励振素子と、前記２つの第２センサユニットの前記励振素子とは、位相を９０度ずらした状態で同期して動作するように配置されていることを特徴とする慣性センサ。
【請求項１９】
請求項１８記載の慣性センサにおいて、前記２つの第１センサユニットおよび前記２つの第２センサユニットは、前記節と前記支持部とで前記基板に固定されていることを特徴とする慣性センサ。
【請求項２０】
厚さ方向に互いに反対側に位置する第１主面および第２主面を有する基板と、
前記基板の第１主面内において、第１方向に延びる第１軸と、前記第１方向に交差する第２方向に延びる第２軸との交点を中心として、前記第１軸上に点対称に配置された２つの第１センサユニットと、前記第２軸上に点対称に配置された２つの第２センサユニットと、
前記２つの第１センサユニットおよび前記２つの第２センサユニットの外部に配置され、前記第１軸と前記第２軸との前記交点に配置された支持部とを備え、
前記２つの第１センサユニットおよび前記２つの第２センサユニットの各々は、
前記基板の第１主面上に、前記基板から離れて配置された励振素子と、
前記励振素子を励振方向に振動させる励振手段と、
前記基板の第１主面上に、前記基板から離れて配置された状態で前記励振素子に連結され、前記励振素子の振動と同振幅および同位相で励振方向に振動し、かつ、コリオリ力によって前記励振方向に対して交差する検出方向に振動するコリオリ素子と、
前記基板の第１主面上に、前記基板から離れて配置された状態で前記コリオリ素子に連結され、前記コリオリ素子の検出方向の振動と同振幅および同位相で検出方向に振動する検出素子と、
前記基板の第１主面上に、前記基板から離れて配置され、前記コリオリ素子の励振方向の振動には影響を受けず、前記コリオリ素子の検出方向の振動には追従するように、前記検出素子を支持する梁と、
前記検出素子の検出方向への振動を印加された角速度として検出する検出手段とを備え、
前記２つの第１センサユニットおよび前記２つの第２センサユニットの各々の前記検出素子は、前記梁を介して前記支持部に接続されており、
前記２つの第１センサユニットおよび前記２つの第２センサユニットのうち、互いに隣接する第１センサユニットの励振素子と第２センサユニットの励振素子とが連結手段により接続されており、
前記連結手段上に不動点である節が配置されており、
前記支持部に対して向かい合う前記節同士が梁により接続されており、
前記連結手段よりも外側に配置された支持部と、前記節とが、その間にバネを介して接続されており、
前記２つの第１センサユニットの各々の前記励振素子は互いに逆位相で振動するように配置されており、
前記２つの第２センサユニットの各々の前記励振素子は互いに逆位相で振動するように配置されており、
前記２つの第１センサユニットの前記励振素子と、前記２つの第２センサユニットの前記励振素子とは、位相を９０度ずらした状態で同期して動作するように配置されていることを特徴とする慣性センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、慣性センサ技術に関し、特に、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により製造されるＭＥＭＳ慣性センサに適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明者が検討した慣性センサの一例を図１９に示す。この慣性センサでは、質量部５００が梁５０１，５０２を介して支持部５０３で基板に固定されている。質量部５００は、励振手段５０４によりＸ方向に振動し、Ｚ軸回りの角速度またはＹ方向の加速度が印加されたとき、Ｙ方向にも変位する。このＹ方向の変位を、印加された角速度または加速度として検出手段５０５で検出する。
【０００３】
この種の慣性センサの励振手段５０４は、その固定電極部と可動電極部とが櫛歯が噛み合う形で配置され、固定電極部と可動電極部との間に直流のバイアス電圧と共に交流の励振信号を印加することによって、固定電極部と可動電極部との間に静電引力を交互に発生し、質量部５００を振動させるものである。
【０００４】
また、検出手段５０５は、その固定電極部と可動電極部とが櫛歯が噛み合う形で配置され、質量部５００の変位量を静電容量の変化として検出することにより、角速度または加速度に応じた検出信号を出力するものである。
【０００５】
ここで、図１９の慣性センサの励振手段５０４における領域ＲＡの拡大図を図２０に示す。この技術では、質量部５００が励振方向であるＸ方向に振動しながら、検出方向であるＹ方向にも振動するため、励振手段５０４の櫛歯の動きは励振方向の振幅分drと検出方向の振幅分deが結合したbの軌跡で振動する。この場合、励振手段５０４と検出手段５０５とを構成している固定櫛歯と可動櫛歯の間隔dと間隔sとは励振変位と検出変位以上の間隔で配置される必要がある。
【０００６】
また、例えば特許第３０７７０７７号（特許文献１）の明細書に基づき既に公知の角速度センサは、音叉型センサと呼ばれる角速度センサであり、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ち消す構成としている。
【０００７】
また、例えば特表２００４−５１８９６９号公報（特許文献２）に記載された角速度センサは、励振素子、コリオリ素子、検出素子の三つの素子で構成され、励振素子は励振方向には柔らかく、検出方向には硬い梁で支持され、励振方向には動き易く、検出方向には動き難い構造になっている。また、同じく検出素子は検出方向に動き易く支持され、励振と検出振動とを分離できる。この場合、検出素子は励振方向には強く検出方向には柔らかい梁を介して２箇所で基板と連結されているが、この梁は、狭い空間で形成するため、複数の折曲げ部を持つ複雑な形状になっている。
【０００８】
また、例えば1998年5月に発表された米国カーネギーメロン大学の修士論文“Design, Simulation, and Implementation of Two Novel Micromechanical Vibratory-Rate Gyroscope”（非特許文献１）に基づき既に公知の角速度センサは、励振素子とコリオリ素子と検出素子で構成され、励振素子は励振方向には柔らかく、検出方向には硬い梁で支持され、励振方向には動き易く、検出方向には動き難い構造になっている。また、同じく検出素子は検出方向に動き易く支持され、励振と検出振動とが結合しない構造になっている。
【０００９】
また、例えば特許第３５８９１８２号（特許文献３）の明細書に基づき既に公知の角速度センサは、第１の軸方向に並んで配置され、振動発生手段によって第１の軸と直交する方向に伸びる第２の軸に互いに逆位相で振動する３個以上の質量部と、第１の軸方向に伸び該質量部を第２の軸方向に変位可能に連結する支持梁で構成され、該質量部間にできる節のところで基板と固定され、コリオリ力により第１の軸方向に発生する変位を検出する。この場合、質量部を含む懸架物は節で懸架されるため、励振エネルギーの漏れがない。
【００１０】
なお、上記特表２００４−５１８９６９号公報に記載された角速度センサと、上記特許第３５８９１８２号に記載された角速度センサとの単純な組み合わせでは本発明の慣性センサを構成することは不可能である。
【特許文献１】特許第３０７７０７７号
【特許文献２】特表２００４−５１８９６９号公報
【特許文献３】特許第３５８９１８２号
【非特許文献１】1998年５月発表、米国カーネギーメロン大学の修士論文“Design, Simulation, and Implementation of Two Novel Micromechanical Vibratory-Rate Gyroscope”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上記本発明者が検討した励振と検出との振動分離ができる角速度センサでは、励振素子と検出素子とが支持梁を介して節でない部分で基板に固定されているため、質量部の振動が支持梁を介して基板に伝わり易い。このため、センサの動作時には、振動エネルギーが基板側に漏れることによって質量部の振幅、振動速度などが減少し、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がある。また、振動が基板側に伝わると、質量部は、角速度が加わっていないのにも拘らず、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。特にＭＥＭＳ慣性センサでは、半導体製造技術により小型化が可能であるという利点を有する反面、錘の質量の確保が困難であるため、如何にして振動漏れを低減し、励振エネルギーを有効に活用するかが重要な課題となっている。
【００１２】
また、検出素子をコリオリ素子の励振方向の振動に影響させないため、検出素子の左右２箇所で基板に固定しているが、励振方向には強く、検出方向には柔らかい梁を狭い空間に形成するため、複数の折曲げ部を持つ複雑な形状になっており、加工バラツキなどの誤差により、ある方向には動き易く、その反対方向には動き難くなる、といった不具合が生じる虞がある。さらに、複雑な形状のため、梁剛性の微調整も容易ではない、という問題もある。
【００１３】
また、上記３個以上の質量部を直列に配置し、質量部同士を逆位相で振動させ、その間にできる節で基板に固定する角速度センサでは、質量部から支持梁を介して基板側に振動エネルギーが伝わることは防止できるが、励振方向と検出方向の振動が結合されているため、検出方向にはない励振方向の振動に基づいた外乱の影響が出やすい。また、公知例で言う節とは、質量部の励振方向の振動に対しての節であり、コリオリ力による振動については節になっていないため、検出方向の振動エネルギーの漏れ（コリオリ力の損失）による感度低下の虞がある。また、この技術では周囲温度などの変化により基板が変形したとき、基板上に懸架されている梁などの剛性が影響を受け、センサの特性が不安定になる問題がある。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、慣性センサの性能を向上させることのできる技術を提供することにある。
【００１５】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１７】
すなわち、本発明は、慣性センサを構成する複数のセンサユニットを、全ての構成要素が音叉構成を形成するように設計し配置したものである。
【発明の効果】
【００１８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１９】
すなわち、慣性センサを構成する複数のセンサユニットを、全ての構成要素が音叉構成を形成するように設計し配置したことにより、励振方向と検出方向との振動結合と、励振エネルギー、コリオリ力の漏れ（損失）を低減または防止することができるので、慣性センサの性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下の実施の形態においては、複数の実施の形態に分けて説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細説明、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合や原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合や原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、数値および範囲についても同様である。また、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は可能な限り省略するようにしている。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は本実施の形態１の慣性センサの一例の平面図、図２は図１のＸ１−Ｘ１線の断面図、図３は図１のＹ１−Ｙ１線の断面図、図４は図１の慣性センサを模式的に簡略化して示した構成図、図５は図１の慣性センサの駆動回路の回路図、図６は図１の慣性センサの検出回路の回路図を示している。なお、図１では図面を見易くするため封止キャップを取り外して示している。また、図１の符号Ｙは第１方向を示し、符号Ｘは上記第１方向Ｙに直交する第２方向Ｘを示している。
【００２２】
本実施の形態１の慣性センサ１Ａは、加速度、角速度（ジャイロ）、角度等のような物体の慣性により現れる物理量を測定するセンサである。本実施の形態１では、角速度と加速度とを同時に測定可能な慣性センサを例に挙げて説明する。
【００２３】
まず、慣性センサの基本原理について説明する。ある方向（励振方向）に振動する重さｍの質量部に励振軸と直交する軸の周りに角速度Ωが印加されたとき、下記数１の式に示すコリオリ力が、励振軸と角速度が印加された軸と直交する検出軸に発生する。慣性センサは、このコリオリ力により質量部が検出方向に変位する原理を用いて角速度Ωを検出する。コリオリ力による質量部の変位量は下記数２の式で示す。また、加速度が印加された場合の質量部の変位量を下記数３の式で示す。質量部の変位量を、例えば静電容量変化が検出できる検出手段を用いて印加された加速度と角速度の値として出力する。
【００２４】
Ｆｃ＝２ｍΩｖ・・・数１
但し、Ｆｃ：コリオリ力、ｍ：質量部の質量、Ω：角速度、ｖ：質量部の励振方向への速度である。
【００２５】
ｘ＝Ｑｓ（Ｆｃ／ｋsense）・・・数２
但し、ｘ：コリオリ力による質量部の検出方向への変位量、Ｑｓ：検出軸への品質係数、ksense：検出方向量定数である。
【００２６】
ｘ＝Ａ（ｍａ／ｋsense）・・・数３
但し、ｘ：印加された加速度による質量部の検出方向への変位量、a：加速度、Ａ：空気などの減衰による影響を含む定数である。
【００２７】
次に、慣性センサ１Ａの具体的な構成の一例を説明する。慣性センサ１Ａを構成する基板２は、厚さ方向に沿って互いに反対側に位置する第１主面および第２主面を有している。基板２の第１主面および第２主面の平面形状は、例えば矩形状に形成されており、その面積は、例えば３ｍｍ２である。この基板２としては、例えばＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板が使用されている。すなわち、基板２は、支持基板２ａ上に絶縁層２ｂを介して活性層２ｃを有する構成とされている。支持基板２ａは、例えばシリコン（Ｓｉ）により形成され、絶縁層２ｂは、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）により形成され、活性層２ｃは、例えば導電性シリコンにより形成されている。支持基板２ａと絶縁層２ｂとの総厚は、例えば数十〜数百μｍ、活性層２ｃの厚さは、例えば数〜数十μｍである。ただし、基板２はＳＯＩ基板に限定されるものではなく種々変更可能であり、例えば表面ＭＥＭＳ技術を用いた導電性ポリシリコン、または、例えばニッケル（Ｎｉ）などのめっき金属を活性層２ｃとして使用しても良い。
【００２８】
この基板２の第１主面の外周には、外周壁Ｗが形成されている。この外周壁Ｗは、上記絶縁層２ｂとその上の活性層２ｃとの積層体で形成されている。そして、この基板２の第１主面の上記外周壁Ｗで囲まれた領域には、１つのセンサユニットＳＵＡが形成されている。センサユニットＳＵＡは、励振素子５と、励振手段６と、モニタ手段７と、チューニング手段８と、コリオリ素子９と、検出素子１０と、検出手段１１と、サーボ手段１２と、梁１３ａ〜１３ｄとを有している。
【００２９】
上記励振素子５は、上記活性層２ｃを平面略枠状にパターニングすることにより形成されている。この励振素子５は、その下層の絶縁層２ｂが除去され支持基板２ａから離れた状態、すなわち、浮いた状態で基板２の第１主面上に配置されている。また、この励振素子５は、基板２の第１主面に沿って上記励振方向（第１方向Ｙ）のみに変位するように配置されている。また、この励振素子５は、後述のコリオリ素子９を励振方向（第１方向Ｙ）に振動させるために必要なものであるため、励振素子５自体が変形しない程度の剛性でよく、コリオリ力による励振素子５の検出方向（第２方向Ｘ）への変位を極力小さくするため、質量が小さくなるよう設計されている。このような励振素子５は、その外周の４隅から励振方向（第１方向Ｙ）に向かって後退（離間）した位置（４箇所）に一体的に接続された梁１３ａを介して支持部１５ａに接続されている。
【００３０】
上記梁１３ａは、上記活性層２ｃを上記励振素子５のパターンよりも細くパターニングすることにより形成されており、その下層の絶縁層２ｂが除去され励振素子５と同様に浮いた状態で基板２の第１主面上に配置されている。この梁１３ａは、その平面形状が検出方向（第２方向Ｘ）には相対的に長く、励振方向（第１方向Ｙ）には相対的に短い形状に形成されており、板バネとしての機能を有している。ただし、この梁１３ａは、励振方向（第１方向Ｙ）には柔らかく、検出方向（第２方向Ｘ）には上記励振方向（第１方向Ｙ）の剛性に比べて硬い構成とされており、上記励振素子５が、励振方向（第１方向Ｙ）のみに振動するように配置されている。
【００３１】
上記支持部１５ａは、励振素子５の外周の４隅の近傍の４箇所に設置されている。この支持部１５ａは、上記活性層２ｃおよび上記絶縁層２ｂの積層パターンで形成されており、基板２の支持基板２ａにしっかりと接合され固定されている。ここで、支持部１５ａは、励振素子５の第２方向Ｘへの過度な変位を防ぐ機能を有している。また、支持部１５ａは、懸架物である梁１３ａおよび励振素子５に電気信号を与える電極としての機能を有している。ただし、支持部１５ａを後述の励振手段６の固定電極６ａと可動電極６ｂとの間隔より狭い間隔を持つように励振素子５に設置することにより、検出方向（第２方向Ｘ）に一定以上の加速度が加わったとき、励振素子５が過度に変位することを防ぐストッパーとしても使うことが可能であり、上記励振手段６が衝撃によって壊れることを防止することができる。
【００３２】
上記励振手段６は、上記励振素子５を励振方向に振動させる手段であり、励振素子５の励振方向（第１方向Ｙ）の両端辺側に配置されている。この励振手段６は、静電式の櫛歯形駆動装置により形成されている。すなわち、励振手段６は、複数の固定電極６ａと、複数の可動電極６ｂとが、噛み合うように検出方向（第２方向Ｘ）に沿って交互に配置されることで構成されている。
【００３３】
励振手段６の固定電極６ａは、上記活性層２ｃをパターニングすることにより形成されている。この固定電極６ａは、その活性層２ｃが支持部１５ｂの活性層２ｃと一体的に形成されており、支持部１５ｂに接続されて基板２に固定されている。支持部１５ｂは、励振素子５の励振方向（第１方向Ｙ）の両端辺側に設置されている。この支持部１５ｂは、上記活性層２ｃおよび上記絶縁層２ｂの積層パターングにより形成されており、基板２の支持基板２ａにしっかりと接合され固定されている。ここでは支持部１５ｂは、上記固定電極６ａに電気信号を与える電極としての機能を有している。
【００３４】
一方、励振手段６の可動電極６ｂは、上記活性層２ｃをパターニングすることにより形成されている。この可動電極６ｂの下層の絶縁層２ｂは除去されており、基板２の第１主面上に浮いた状態で配置されている。また、この可動電極６ｂは、その活性層２ｃが励振素子５と一体的に形成され接続されており、励振素子５に接続されて励振素子５と共に変位するようになっている。このような構成の励振手段６は、固定電極６ａと可動電極６ｂとの間に交流の励振信号を直流のバイアス電圧とともに印加することによって、固定電極６ａと可動電極６ｂの間に静電引力を交互に発生し、励振素子５を励振方向（第１方向Ｙ）に振動させるようになっている。
【００３５】
図５は、このような励振手段６を駆動させる駆動回路を示している。なお、図５では、励振手段６をコンデンサで示し、支持部１５ａ，１５ｂを配線で示し、本図における等価回路として同一の符号を付す。また、符号のＶbiasは、励振手段６に印加する直流のバイアス電圧であり、符号のＶdriveは、励振手段６に印加する交流の励振信号である。この交流の励振信号を適切に印加することにより、励振素子５を振動させることが可能となっている。
【００３６】
ここで、励振素子５は励振方向（第１方向Ｙ）にしか振動しないため、原理的に励振手段６の固定電極６ａと可動電極６ｂとの間隔を励振方向（第１方向Ｙ）と検出方向（第２方向Ｘ）の振動結合がある技術に比べ狭くとることができるので、励振エネルギーの利用効率を高めることができる。
【００３７】
上記モニタ手段７は、上記励振素子５の振動状態（例えば励振方向（第１方向Ｙ）の振幅）をモニタするための手段であり、励振素子５の励振方向（第１方向Ｙ）の一端辺側の２つの角部近傍に配置されている。このモニタ手段７は、複数の固定電極７ａと、複数の可動電極７ｂとが、噛み合うように励振方向（第１方向Ｙ）に沿って交互に配置されることで構成されている。
【００３８】
モニタ手段７の固定電極７ａは、上記活性層２ｃをパターニングすることにより形成されている。この固定電極７ａは、支持部１５ｃの活性層２ｃと一体的に形成されており、支持部１５ｃに接続されて基板２に固定されている。支持部１５ｃは、励振素子５の励振方向（第１方向Ｙ）の一端辺側の２つの角部近傍に設置されている。この支持部１５ｃは、上記活性層２ｃおよび上記絶縁層２ｂの積層パターングにより形成されており、基板２の支持基板２ａにしっかりと接合され固定されている。ここでは支持部１５ｃは、上記固定電極７ａに電気信号を与える電極としての機能を有している。
【００３９】
一方、モニタ手段７の可動電極７ｂは、上記活性層２ｃをパターニングすることにより形成されている。この可動電極７ｂは、その下層の絶縁層２ｂは除去されて基板２の第１主面上に浮いた状態で配置されている。この可動電極７ｂは、その活性層２ｃが励振素子５の活性層２ｃと一体的に形成され接続されており、励振素子５に接続されて固定されている。このような構成のモニタ手段７は、励振素子５の振動状態を固定電極７ａと可動電極７ｂとの対向面間の静電容量の変化によって検出し、モニタし、そのモニタ信号を出力するようになっている。
【００４０】
図６は、このようなモニタ手段７で得られたモニタ信号の検出回路を示している。なお、図６では、モニタ手段７をコンデンサで示し、支持部１５ａ，１５ｃを配線で示し、本図における等価回路として同一の符号を付す。また、符号のＯＰはオペアンプ、ＬＰＦは低域通過形フィルタ、ＨＰＥは高域通過形フィルタ、ＡｍＤは振幅検出回路、ＣＲは参照容量、ＶbiasはオペアンプＯＰに印加するバイアス電圧、Ｖoutは出力電圧である。
【００４１】
ここで、励振素子５が変位することにより、モニタ手段７の容量がΔＣだけ変動したとする。前記モニタ手段７にかかる電圧はオペアンプＯＰにより常にＶbiasであるため、容量の変化によって電荷ΔＱ＝ΔＣ・Ｖbiasがモニタ手段７に流れ込む必要がある。この電荷は参照容量ＣＲから流れ出す電荷と等しくなるため、参照容量ＣＲの電圧は（ΔＣ／ＣＲ）Ｖbias変動する。よって、出力電圧ＶoutはＶout＝（１＋ΔＣ／ＣＲ）Ｖbiasとなる。
【００４２】
上記チューニング手段８は、上記励振素子５の共振周波数をアクティブに制御するためのものであり、励振素子５の検出方向（第２方向Ｘ）の両端辺側に配置されている。このチューニング手段８は、複数の固定電極８ａと、複数の可動電極８ｂとが、噛み合うように検出方向（第２方向Ｘ）に沿って交互に配置されることで構成されている。
【００４３】
チューニング手段８の固定電極８ａは、上記活性層２ｃをパターニングすることにより形成されている。この固定電極８ａは、その活性層２ｃが支持部１５ｄの活性層２ｃと一体的に形成されており、支持部１５ｄに接続されて基板２に固定されている。支持部１５ｄは、上記活性層２ｃおよび上記絶縁層２ｂの積層パターンにより形成されており、基板２の支持基板２ａにしっかりと接合され固定されている。ここでは支持部１５ｄは、上記固定電極８ａに電気信号を与える電極としての機能を有している。
【００４４】
一方、チューニング手段８の可動電極８ｂは、上記活性層２ｃをパターニングすることにより形成されている。この可動電極８ｂの下層の絶縁層２ｂは除去されており、可動電極８ｂは、基板２の第１主面上に浮いた状態で配置されている。可動電極８ｂは、その活性層２ｃが励振素子５の活性層２ｃと一体的に形成され接続されており、励振素子５に接続されて固定されている。
【００４５】
ここで、上記励振素子５は高安定、高感度および高信頼性のために、常に一定振幅で振動する必要がある。しかし、振幅は周囲温度の変化などにより経時変化する。このため、上記モニタ手段７で検知した振幅が常に一定になるように、チューニング手段８の固定電極８ａと可動電極８ｂとの間に直流バイアス電圧を印加し制御する。この場合の制御回路は、上記図５で示した励振手段６用の駆動回路に交流の励振信号Ｖdriveとして０Ｖを印加したものと同じなので説明を省略する。
【００４６】
また、チューニング手段８は、上記励振手段６の代わりとしてまたは重複して使うことも可能である。代わりとして使う場合には、上記励振手段６がチューニング手段８としての役割をする。重複して使う場合は、加振力が、上記励振手段６による加振力とチューニング手段８による加振力との和になるので、より高感度にすることができる。
【００４７】
上記励振素子５の内側には、上記コリオリ素子９が配置されている。このコリオリ素子９は、上記活性層２ｃを平面略枠状にパターニングすることにより形成されている。このコリオリ素子９もその下層の絶縁層２ｂが除去され浮いた状態で基板２の第１主面上に配置されている。このコリオリ素子９は、励振方向（第１方向Ｙ）にも検出方向（第２方向Ｘ）にも変位できるように設計されている。また、コリオリ素子９も基板２の第１主面に沿って振動する。このようなコリオリ素子９は、梁１３ｂを介して励振素子５に接続されている。これにより、コリオリ素子９は、励振素子５と同振幅かつ同位相で励振方向（第１方向Ｙ）に振動するようになっている。そこで、コリオリ素子９は、Ｚ軸回りの角速度が印加されたときはコリオリ力により検出方向（第２方向Ｘ）へ変位する。すなわち、コリオリ素子９の質量が上記数１の式のｍとなる。したがって、高感度化のため、コリオリ素子９は大質量になるように設計されている。
【００４８】
上記梁１３ｂは、上記活性層２ｃを上記コリオリ素子９のパターンよりも細くパターニングすることにより形成されており（すなわち、梁１３ｂは励振素子５およびコリオリ素子９の活性層２ｃと一体的に形成されており）、その下層の絶縁層２ｂが除去され励振素子５やコリオリ素子９と同様に浮いた状態で基板２の第１主面上に配置されている。この梁１３ｂは、励振方向（第１方向Ｙ）に直線状に延びる相対的に長い部分と、これに直交する検出方向（第２方向Ｘ）に直線状に延びる相対的に短い部分とを有している。この相対的に長い部分の両端は、励振素子５の内周に接続されている。また、上記相対的に短い部分の一端は、上記相対的に長い部分の長手方向中央に接続され、他端は、コリオリ素子９の検出方向（第２方向Ｘ）の端辺の中央に接続されている。この梁１３ｂも板バネとしての機能を有している。ただし、この梁１３ｂは、励振方向（第１方向Ｙ）には硬く、検出方向（第２方向Ｘ）には上記励振方向（第１方向Ｙ）の剛性に比べて柔らかい構成とされている。このため、上記励振素子５の励振方向（第１方向Ｙ）の振動はそのままコリオリ素子９に伝わるが、コリオリ素子９の検出方向（第２方向Ｘ）の振動は吸収され、励振素子５に伝わらないようになっている。
【００４９】
このようなコリオリ素子９の内側には、検出素子１０が配置されている。この検出素子１０は、上記活性層２ｃを平面枠状にパターニングすることにより形成されている。この検出素子１０もその下層の絶縁層２ｂが除去され浮いた状態で基板２の第１主面上に配置されている。この検出素子１０は、梁１３ｃを介してコリオリ素子９に接続されている。これにより、検出素子１０は、コリオリ素子９の検出方向（第２方向Ｘ）の振動と同振幅かつ同位相で振動するようになっている。また、検出素子１０も基板２の第１主面に沿って振動する。
【００５０】
上記梁１３ｃは、上記活性層２ｃを上記コリオリ素子９や検出素子１０のパターンよりも細くパターニングすることにより形成されており（すなわち、梁１３ｃは励振素子５およびコリオリ素子９の活性層２ｃと一体的に形成されており）、その下層の絶縁層２ｂが除去され励振素子５等と同様に浮いた状態で基板２の第１主面上に配置されている。
【００５１】
この梁１３ｃは、検出方向（第２方向Ｘ）に直線状に延びる相対的に長い部分と、これに直交する励振方向（第１方向Ｙ）に直線状に延びる相対的に短い部分とを有している。この梁１３ｃの相対的に長い部分の両端は、コリオリ素子９の内周に接続されている。また、梁１３ｃの上記相対的に短い部分の一端は、相対的に長い部分の長手方向中央に接続され、他端は、検出素子１０の励振方向（第１方向Ｙ）の端辺の中央に接続されている。この梁１３ｃも板バネとしての機能を有している。ただし、この梁１３ｃは、励振方向（第１方向Ｙ）には柔らかく、検出方向（第２方向Ｘ）には上記励振方向（第１方向Ｙ）の剛性に比べて硬い構成とされている。このため、前記コリオリ素子９の検出方向（第２方向Ｘ）の振動はそのまま検出素子１０に伝わるが、励振方向（第１方向Ｙ）の振動は吸収されるようになっている。
【００５２】
また、検出素子１０は、梁１３ｄを介して支持部１５ｅに接続され基板２に固定されている。このため、コリオリ素子９の励振方向（第１方向Ｙ）の振動は、梁１３ｃにより吸収される。すなわち、検出素子１０の検出方向（第２方向Ｘ）への振動は、支持部１５ｅに対して回転振動として現れる。したがって、検出素子１０は、検出素子１０自体が変形しない程度の剛性があれば良く、検出感度の向上や必要でない信号の発生を防ぐため、質量が小さくなるよう設計されている。
【００５３】
上記検出素子１０を基板２に固定する梁１３ｄは、上記活性層２ｃを上記コリオリ素子９や検出素子１０のパターンよりも細くパターニングすることにより形成されており（すなわち、梁１３ｄはコリオリ素子９および検出素子１０の活性層２ｃと一体的に形成されており）、その下層の絶縁層２ｂが除去され励振素子５等と同様に浮いた状態で基板２の第１主面上に配置されている。
【００５４】
この梁１３ｄは、励振方向（第１方向Ｙ）に直線状に延びる単純なパターンで形成されており、その一端は検出素子１０に接続され、他端は支持部１５ｅに接続されている。この梁１３ｄも板バネとしての機能を有している。ただし、この梁１３ｄは、励振方向（第１方向Ｙ）には硬く、検出方向（第２方向Ｘ）には上記励振方向（第１方向Ｙ）の剛性に比べて柔らかい構成とされている。このため、検出素子１０は、コリオリ素子９の励振方向（第１方向Ｙ）の振動には影響されず、コリオリ素子９の検出方向（第２方向Ｘ）の振動には同振幅かつ同位相で追従して振動するようになっている。
【００５５】
上記支持部１５ｅは、上記外周壁Ｗよりは内側であって、センサユニットＳＵＡの外側、すなわち、励振素子５の外側に配置されている。すなわち、支持部１５ｅは、励振素子５の外周からさらに外側に離れた１箇所に配置されている。この支持部１５ｅは、上記活性層２ｃおよび上記絶縁層２ｂをパターニングすることにより形成されており、基板２の支持基板２ａにしっかりと接合され固定されている。ここでは支持部１５ｅは、懸架物である梁１３ｄおよび検出素子１０を通じて検出手段１１の可動電極１１ｂに電気信号を与える電極としての機能を有している。
【００５６】
このように本実施の形態１では、検出素子１０がその片辺側の一本の梁１３ｄのみで支えられている構成とされている。これにより、検出素子１０をその両方で支える場合や２箇所以上で支える場合、あるいは２本以上の梁で支える場合に比べて、加工バラツキを低減でき、加工バラツキによる誤差を低減または無くすことができる。
【００５７】
また、梁１３ｄは、上記のように一直線状の簡単な形状であるため、梁１３ｄの幅を変更することにより比較的簡単に検出方向（第２方向Ｘ）の共振周波数を調整（変更）することができる。また、梁１３ｄを支える支持部をセンサユニットＳＵＡの内部に設置する技術の場合は、上記共振周波数の調整に際して梁１３ｄを小さく細く作り込まなければならず加工上の限界があるのに対して、本実施の形態１では支持部１５ｅをセンサユニットＳＵＡ（励振素子５）の外部に配置したことにより、梁１３ｄの長手方向の長さを調整することで上記共振周波数の調整ができる。このため、その共振周波数の調整をより容易にできる上、その共振周波数の調整範囲をより広く設定することができる。
【００５８】
また、梁１３ｄを検出素子１０または励振素子５の外部で固定したことにより、比較的単純な構造でも検出方向（第２方向Ｘ）に柔らかい梁１３ｄを形成することができ、梁１３ｄの反力による検出方向（第２方向Ｘ）への変位損失を低減することができる。
【００５９】
また、検出素子１０を梁１３ｄにより一箇所で固定することにより、励振素子５の中でコリオリ素子９を大きく作ることができ、慣性センサ１Ａの高感度化にも有利である。
【００６０】
さらに、検出素子１０を固定する箇所を支持部１５ｅの一箇所としたことにより、振動漏れを低減できるので、慣性センサ１Ａの感度を向上させることができる。
【００６１】
上記検出手段１１は、検出素子１０の内周と支持部１５ｆとの間に配置されている。この検出手段１１は、櫛歯形検知装置により形成されている。すなわち、検出手段１１は、複数の固定電極１１ａと、複数の可動電極１１ｂとが、噛み合うように検出方向（第２方向Ｘ）に沿って交互に配置されることで構成されている。この検出手段１１では、加速度または角速度により検出素子１０が変位したときに検出電極間（固定電極１１ａと可動電極１１ｂとの間）の静電容量の変化として変位量を検出する。すなわち、検出素子１０の変位により固定電極１１ａと可動電極１１ｂとが互いに近づいたり、遠ざかったりすることで変化する静電容量の変化を検出する。
【００６２】
検出手段１１の固定電極１１ａは、上記活性層２ｃをパターニングすることにより形成されている。この固定電極１１ａは、その活性層２ｃが支持部１５ｆの活性層２ｃと一体的に形成されており、支持部１５ｆに接続されて基板２に固定されている。支持部１５ｆは、検出素子１０の枠内の中央に配置されている。この支持部１５ｆは、上記活性層２ｃおよび上記絶縁層２ｂをパターニングすることにより形成されており、基板２の支持基板２ａにしっかりと接合され固定されている。ここでは支持部１５ｆは、上記固定電極１１ａに電気信号を与える電極としての機能を有している。
【００６３】
一方、検出手段１１の可動電極１１ｂは、上記活性層２ｃをパターニングすることにより形成されている。この可動電極１１ｂの下層の絶縁層２ｂは除去されており、可動電極１１ｂは、基板２の第１主面上に浮いた状態で配置されている。可動電極１１ｂは、その活性層２ｃが検出素子１０の活性層２ｃと一体的に形成され接続されており、検出素子１０に接続されている。この場合の検出回路は、上記図６で示したモニタ手段７用の検出回路と同じなので説明を省略する。
【００６４】
ここで、検出素子１０は、検出方向（第２方向Ｘ）にしか振動しないので、原理的には検出手段１１の固定電極１１ａと可動電極１１ｂとの対向面の面積を、励振方向と検出方向との振動結合がある技術に比べ広くすることができる。このため、慣性センサ１Ａの感度や安定性を向上させることができる。
【００６５】
上記サーボ手段１２は、検出素子１０の振幅を常にゼロになるように、検出手段１１から検知された検出変位に応じてリバランス力を発生し、アクティブに制御する手段であり、検出素子１０の検出方向（第２方向Ｘ）の端辺側であって、検出素子１０の外周とコリオリ素子９の内周との間に配置されている。このサーボ手段１２は、複数の固定電極１２ａと、複数の可動電極１２ｂとが、噛み合うように励振方向（第１方向Ｙ）に沿って交互に配置されることで構成されている。
【００６６】
サーボ手段１２の固定電極１２ａは、上記活性層２ｃをパターニングすることにより形成されている。この固定電極１２ａは、その活性層２ｃが支持部１５ｇの活性層２ｃと一体的に形成されており、支持部１５ｇに接続されて基板２に固定されている。支持部１５ｇは、検出素子１０の検出方向（第２方向Ｘ）の端辺側であって、検出素子１０の外周とコリオリ素子９の内周との間に配置されている。この支持部１５ｇは、上記活性層２ｃおよび上記絶縁層２ｂの積層パターングにより形成されており、基板２の支持基板２ａにしっかりと接合され固定されている。ここでは支持部１５ｇは、上記固定電極１２ａに電気信号を与える電極としての機能を有している。
【００６７】
一方、サーボ手段１２の可動電極１２ｂは、上記活性層２ｃをパターニングすることにより形成されている。この可動電極１２ｂは、その下層の絶縁層２ｂが除去されて、基板２の第１主面上に浮いた状態で配置されている。可動電極１２ｂは、その活性層２ｃが検出素子１０の活性層２ｃと一体的に形成され接続されており、検出素子１０に接続されている。
【００６８】
ここで、検出素子１０は、検出方向（第２方向Ｘ）にしか振動しないので、原理的にはサーボ手段１２の固定電極１２ａと可動電極１２ｂとの間隔を、励振方向と検出方向との振動結合がある技術に比べ狭くすることができる。このため、相対的に印加される電圧が小さくても大きいリバランス力を発生させることができる。上記サーボ手段１２は、リバランス力を発生させるため印加される電圧を、そのまま角速度または加速度の値として出力することもできるため、検出手段としても使うことも可能である。また、この場合の制御回路は、上記図５で示した励振手段６用の駆動回路と同じなので説明を省略する。また、サーボ手段１２は、チューニング手段８と同様、検出素子１０の共振周波数の調整に使うこともできる。
【００６９】
このような基板１の第１主面上には、封止キャップＭＣＰが陽極接合されている。これにより、センサユニットＳＵＡは、その可動部分が適切な圧力雰囲気中に設置されるように封止されている。封止キャップＭＣＰは、例えばパイレクスガラスからなり、その上下面を貫通するように複数の電極１８が設けられている。この電極１８は慣性センサ１Ａの外部から内部のセンサユニットＳＵＡに所望の電気信号を供給する電極であり、上記支持部１５ａ〜１５ｇに電気的に接続されている。
【００７０】
ただし、封止構成は、陽極接合による封止構成に限定されるものではなく種々変更可能である。例えば封止キャップＭＣＰを接着材により基板２に接合しても良い。また、ワイヤボンディング後、センサユニットＳＵＡ全体をパッケージに入れ封止しても良い。また、基板２上に励振手段６、検出手段１１などの制御回路を混載した状態でパッケージングしても良い。また、センサユニットＳＵＡに所望の電気信号を供給するための電極を基板２の第２主面側からとるようにしても良い。あるいはセンサユニットＳＵＡ上に化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法やスパッタリング法等を用いて封止薄膜を形成することによりセンサユニットＳＵＡを封止しても良い。
【００７１】
（実施の形態２）
本実施の形態２においては、前記慣性センサのコリオリ素子と検出素子とを一体化した例を説明する。図７は本実施の形態２の慣性センサ１Ｂの一例の平面図を示している。なお、図７では図面を見易くするため封止キャップを省略している。
【００７２】
本実施の形態２では、センサユニットＳＵＢの励振素子５の内側において、励振素子５と支持部１５ｆとの間に素子２０が配置されている。素子２０は、前記したコリオリ素子９と検出素子１０とを一体化したもので、コリオリ素子９および検出素子１０の両方の機能を有している。この素子２０は、その活性層２ｃを平面枠状にパターニングすることにより形成されており、その下層の絶縁層２ｂが除去されて基板２の第１主面上に浮いた状態で配置されている。
【００７３】
また、素子２０は、梁１３ｂを介して励振素子５に接続され支持されている。また、素子２０は、梁１３ｄ，１３ｅを介して支持部１５ｅに接続され支持されている。梁１３ｅは、上記活性層２ｃをパターニングすることにより形成されており、その下層の絶縁層２ｂは除去され基板２の第１主面上に浮いた状態で配置されている。この梁１３ｅは、励振方向（第１方向Ｙ）には柔らかく、検出方向（第２方向Ｘ）には上記励振方向（第１方向Ｙ）の梁１３ｅの剛性よりは硬く形成されている。これにより、素子２０は、励振方向（第１方向Ｙ）に自由に変位可能なように支持されている。
【００７４】
検出手段１１は、加速度または角速度により素子２０が変位したときに、その変位量を検出するものである。励振方向（第１方向Ｙ）の両端側において素子２０の内周には、上記検出手段１１の可動電極１１ｂが素子２０の活性層２ｃと一体的に形成され接続されている。
【００７５】
サーボ手段１２は、素子２０の検出方向（第２方向Ｘ）の振幅を常にゼロになるように、アクティブに制御するものである。検出方向（第２方向Ｘ）の両端側において素子の内周には、上記サーボ手段１２の可動電極１２ｂが素子２０の活性層２ｃと一体的に形成され接続されている。
【００７６】
これ以外は前記実施の形態１と同じである。なお、本実施の形態２では，梁１３ｅ，１３ｄおよび支持部１５ｅはあってもなくても良い。
【００７７】
本実施の形態２では、前記実施の形態１で得られた効果の他に、以下の効果を得ることができる。すなわち、コリオリ素子と検出素子とを一体化したことにより、センサユニットＳＵＢの形成を容易にすることができる。また、コリオリ素子と検出素子とを一体化したことにより、慣性センサ１Ｂを小型化することができる。
【００７８】
（実施の形態３）
本実施の形態３においては、慣性センサの構成は前記実施の形態１，２と同じである。異なるのは、前記実施の形態１の慣性センサ１Ａの構成では、図１の励振素子５と検出素子１０との役割が逆になることである。また、前記実施の形態２の慣性センサ１Ｂでは、図７の素子２０が前記実施の形態１で説明した励振素子およびコリオリ素子の役割をし、図７の励振素子５が前記実施の形態１で説明した検出素子の役割をすることである。
【００７９】
本実施の形態３の慣性センサの各構成要素の役割を前記実施の形態１の説明で用いた図１を用いて説明すると以下のとおりである。
【００８０】
本実施の形態３では、検出素子１０がサーボ手段１２により励振方向（ここでは第２方向Ｘ）に変位する。そして、励振素子５が、検出方向（ここでは第１方向Ｙ）に変位し、その変位をモニタ手段７により検出する。このため、本実施の形態３では，検出手段１１はモニタ手段として使用され、励振手段６はチューニング手段またはサーボ手段として使用され、チューニング手段８はサーボ手段またはチューニング手段として使用される。
【００８１】
（実施の形態４）
本実施の形態４では、同一基板の第１主面上に２つのセンサユニットを対称に配置した構成について説明する。
【００８２】
図８は本実施の形態４の慣性センサ１Ｃの一例の平面図、図９は図８の慣性センサの励振素子の駆動回路の回路図を示している。なお、図８では図面を見易くするため外周壁Ｗおよび封止キャップＭＣＰを省略している。
【００８３】
本実施の形態４の慣性センサ１Ｃは、１軸上の加速度および角速度を測定可能な慣性センサであり、２つのセンサユニットＳＵＡ（ＳＵＡ１，ＳＵＡ２）を有している。この２つのセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２は、同一の基板２の第１主面上において、第１方向Ｙに延びる第１軸上に、同じく第１軸上に配置された支持部１５ｅを中心として左右対称に並んで配置されている。本実施の形態４では、この２つのセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２を互いに逆位相で振動させるようになっている。これにより、安定した振動を実現でき、励振エネルギーを有効に活用することができる。
【００８４】
各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の励振素子５，５は、各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の励振手段６，６により、励振方向（図８では第１方向Ｙ）に沿って互い逆位相に振動するようになっている。この場合も励振素子５は基板２の第１主面に沿って振動する。各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の励振手段６，６は、各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の励振素子５，５を励振方向（第１方向Ｙ）に逆位相で振動させるための手段である。図９は、その励振素子５の駆動回路の一例を示している。なお、図５では、励振手段６をコンデンサで示し、支持部１５ａ，１５ｂを配線で示し、本図における等価回路として同一の符号を付す。また、符号のＶbiasは、センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の各々の励振手段６に印加する直流のバイアス電圧であり、符号のＶdriveは、センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の各々の励振手段６に印加する交流の励振信号である。この交流の励振信号を適切に印加することにより、センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の各々の励振素子５，５を逆位相で振動させることが可能となっている。
【００８５】
各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の各々側に配置された支持部１５ｂは、前記したように基板２の第１主面上に設けられ、各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の励振手段６，６の固定電極６ａを基板２に固定する。また、その支持部１５ｂは、各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の励振手段６の固定電極６ａに電気信号を与えるための電極としても使用される。２つのセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の間の支持部１５ｂ，１５ｂは、必ずしも分離されている必要はなく、互いに繋がっていても良い。これにより、封止キャップＭＣＰの電極１８の数を減らすことができ、センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２をより近い位置に配置することが可能なため、慣性センサ１Ｃを小型化できる。
【００８６】
各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の励振方向（第１方向Ｙ）の共振周波数は、各々のセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２のチューニング手段８，８を用いて調整することができる。慣性センサの高安定化および高感度化のためには両センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の共振周波数を一致させる必要がある。しかし、２つのセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の構成要素の質量は、加工バラツキなどによって異なる場合がある。すなわち、２つのセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２が完全な対称にならないため、共振周波数が異なってしまう場合がある。そこで、本実施の形態４では、チューニング手段８を用いて共振周波数を一致させる。これにより、慣性センサ１Ｃの高安定化および高感度化を実現することができる。
【００８７】
各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２のコリオリ素子９，９は、それぞれのセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の励振素子５，５と連動し、互いに逆位相に振動し、Ｚ軸まわりの角速度が印加されたとき、コリオリ力により検出方向（第２方向Ｘ）に互いに反対方向に変位する。また、第２方向Ｘに加速度が印加されたときには、両方のコリオリ素子９，９ともに加速度が印加された方向に変位する。この場合もコリオリ素子９は、基板２の第１主面に沿って振動する。
【００８８】
各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の検出素子１０，１０は、それぞれのセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２のコリオリ素子９，９の検出方向（第２方向Ｘ）への振動と同位相同振幅で振動するようになっている。その変位量は、各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の検出手段１１，１１で加速度または角速度として検出されるようになっている。この場合も検出素子１０は、基板２の第１主面に沿って振動する。
【００８９】
各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の検出素子１０，１０は、梁１３ｄ，１３ｄを介して中央の支持部１５ｅに接続されている。この梁１３ｄ，１３ｄは、各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の検出素子１０，１０が、それぞれのセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２のコリオリ素子９，９の励振方向（第１方向Ｙ）への振動に影響されないように、検出素子１０，１０を基板２に連結する役割を有している。一方、各々の梁１３ｄ，１３ｄは、検出方向（第２方向Ｘ）には柔軟に変位するよう設計および配置されている。各梁１３ｄ，１３ｄは、前記実施の形態１〜３と同様に、例えば直線状の単純な構造で検出素子１０，１０を基板２に連結している。このため、簡単に検出方向（第２方向Ｘ）の共振周波数を変えることができる。その他、前記実施の形態１で説明したのと同様の効果を得ることができる。
【００９０】
上記支持部１５ｅは、基板２の第１主面上において各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の間の１箇所に配置され、上記梁１３ｄ，１３ｄを基板２に固定するようになっている。また、支持部１５ｅは、各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の検出素子１０，１０に設けられている検出手段１１，１１の可動電極１１ａ，１１ａに電気信号を与える電極としての機能も有している。ここでは支持部１５ｅが、前記実施の形態１で説明したように活性層２ｃおよび絶縁層２ｂの積層パターンにより形成されており、支持基板２ａに接続され基板２に固定されているが、支持部１５ｅは、必ずしも基板２に固定されている必要はなく、基板２の第１主面上に浮いた状態で配置されていても良い。このとき、上記検出手段１１，１１の可動電極１１ａ，１１ａへの電気信号は前記支持部１５ａを用いて与えることができる。これにより、各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２と基板２との接続箇所を低減できるので、振動漏れを低減でき、慣性センサ１Ｃの感度を向上させることができる。
【００９１】
各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の検出手段１１，１１の静電容量は、角速度により逆位相で変化し、加速度により同位相で変化する。したがって、各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の検出手段１１，１１の静電容量を差し引くことで角速度を、足すことで加速度をそれぞれ区別して検知することができる。
【００９２】
ただし、上記の説明では、前記実施の形態１で説明したセンサユニットＳＵＡを並べて配置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば前記実施の形態２，３で説明したセンサユニットを上記のように配置しても良い。
【００９３】
図１０は、前記実施の形態２で説明したセンサユニットＳＵＢ（ＳＵＢ１，ＳＵＢ２）を２つ並べて配置した場合の慣性センサ１Ｄの一例の平面図を示している。なお、図１０では図面を見易くするため外周壁Ｗおよび封止キャップＭＣＰを省略している。
【００９４】
慣性センサ１Ｄは、２つのセンサユニットＳＵＢ（ＳＵＢ１，ＳＵＢ２）を有している。このセンサユニットＳＵＢ１，ＳＵＢ２の配置は、上記図８に示したセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２と同じである。また、上記図８で説明したのと同様に、この２つのセンサユニットＳＵＢ１，ＳＵＢ２を互いに逆位相で振動させるようになっている。これにより、安定した振動を実現でき、励振エネルギーを有効に活用することができる。
【００９５】
（実施の形態５）
本実施の形態５では、同一基板の第１主面上に２組のセンサユニットを互いに直交するように配置した構成について説明する。
【００９６】
図１１は本実施の形態５の慣性センサ１Ｅの一例の平面図を示している。なお、図１１では図面を見易くするため外周壁Ｗおよび封止キャップＭＣＰを省略している。
【００９７】
本実施の形態５の慣性センサ１Ｅは、４つのセンサユニットＳＵＡ（ＳＵＡ１，ＳＵＡ２，ＳＵＡ３，ＳＵＡ４）を有している。
【００９８】
基板２の第１主面上には、１組のセンサユニット（第１センサユニット）ＳＵＡ１，ＳＵＡ２と、他の１組のセンサユニット（第２センサユニット）ＳＵＡ３，ＳＵＡ４とが互いに直交するように配置されている。この４つのセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２，ＳＵＡ３，ＳＵＡ４は、支持部１５ｅの１点を中心として上下左右に点対称に配置されている。すなわち、一方の１組のセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２は、同一の基板２の第１主面上において、第１方向Ｙに延びる第１軸上に、その第１軸上の支持部１５ｅを中心として上下対称に並んで配置されている。他方の１組のセンサユニットＳＵＡ３，ＳＵＡ４は、同一の基板２の第１主面上において、第２方向Ｘに延びる第２軸上に、その第２軸上の支持部１５ｅを中心として左右対称に並んで配置されている。これにより、本実施の形態５では、１軸上の角速度を測定可能な上、面内２軸の加速度も測定可能となっている。
【００９９】
また、本実施の形態５においても、１組のセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の励振素子５，５は互いに逆位相で振動し、他の１組のセンサユニットＳＵＡ３，ＳＵＡ４の励振素子５，５も互いに逆位相で振動するようになっている。その上、本実施の形態５では、１組のセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の励振素子５，５と、他の１組のセンサユニットＳＵＡ３，ＳＵＡ４の励振素子５，５とが、位相を９０度ずらした状態で同期して動作するようになっている。すなわち、第１方向Ｙに沿って並んで配置されている２つのセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の励振素子５，５が互いに近づく方向に移動した時には、第２方向Ｘに沿って並んで配置されている２つのセンサユニットＳＵＡ３，ＳＵＡ４の励振素子５，５が互いに遠ざかる方向に移動し、第１方向Ｙに沿って並んで配置されている２つのセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の励振素子５，５が互いに遠ざかる方向に移動する時には、第２方向Ｘに沿って並んで配置されている２つのセンサユニットＳＵＡ３，ＳＵＡ４の励振素子５，５が互いに近づく方向に移動するようになっている。
【０１００】
前記実施の形態４の場合、第１方向Ｙの振動漏れを低減または防止できるものの、コリオリ力により第１方向Ｙに直交する第２方向Ｘの動作により生じる振動漏れについて充分な考慮がなされておらず励振エネルギーの有効活用が充分でない場合が生じる。これに対して本実施の形態５では、第１方向Ｙのみならず、これに直交する第２方向Ｘの動作での振動漏れを低減または防止できるので、より安定した振動を実現でき、より励振エネルギーを有効に活用することができる。なお、本実施の形態５の場合、センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２では、励振方向が第１方向Ｙ、検出方向が第２方向Ｘであり、センサユニットＳＵＡ３，ＳＵＡ４では、励振方向が第２方向Ｘ、検出方向が第１方向Ｙである。
【０１０１】
上記動作は、各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２，ＳＵＡ３，ＳＵＡ４の励振手段６により制御されている。すなわち、各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２，ＳＵＡ３，ＳＵＡ４の励振素子５は励振手段６により下記のように振動する。すなわち、２つのセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の励振素子５，５が互いに近づく時には、２つのセンサユニットＳＵＡ３，ＳＵＡ４が互いに遠ざかり、２つのセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の励振素子５が互いに遠ざかる時には、２つのセンサユニットＳＵＡ３，ＳＵＡ４が互いに近づくように振動する。この場合も励振素子５は基板２の第１主面に沿って振動する。
【０１０２】
各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２，ＳＵＡ３，ＳＵＡ４のコリオリ素子９は、それぞれのセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２，ＳＵＡ３，ＳＵＡ４の励振素子５と連動し、連結されているそれぞれの励振素子５と同位相かつ同振幅で振動するようになっている。Ｚ軸まわりに角速度が印加されたときは、コリオリ力により励振方向に対して直交する方向に振動するようになっている。この場合もコリオリ素子９は基板２の第１主面に沿って振動する。
【０１０３】
各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２，ＳＵＡ３，ＳＵＡ４の検出素子１０は、４つの各々の梁１３ｄを介して中央の支持部１５ｅに接続されている。この各々の梁１３ｄは、各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２，ＳＵＡ３，ＳＵＡ４の検出素子１０が、それぞれのセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２，ＳＵＡ３，ＳＵＡ４のコリオリ素子９の励振方向への振動に影響されないように、各検出素子１０を基板２に連結する役割を有している。一方、各々の梁１３ｄは、検出方向には柔軟に変位するよう設計および配置されている。各々の各梁１３ｄは、前記実施の形態１〜４と同様に、例えば直線状の単純な構造で４つの検出素子１０を基板２に連結している。このため、簡単に検出方向の共振周波数を変えることができる。この場合も検出素子１０は基板２の第１主面に沿って振動する。その他、前記実施の形態１で説明したのと同様の効果を得ることができる。
【０１０４】
上記支持部１５ｅは、基板２の第１主面上に設けられ，４つの梁１３ｄを基板２に固定するようになっている。この支持部１５ｅは、４つのセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２，ＳＵＳ３，ＳＵＡ４が配置される第１軸と第２軸との交差する１箇所に配置されており、４つのセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２，ＳＵＳ３，ＳＵＡ４の検出素子の回転中心である。また、支持部１５ｅに働く、励振力またはコリオリ力は全て消し合うため、励振またはコリオリ力により変位しない不動の点になる。ここでは支持部１５ｅが、前記実施の形態１で説明したように活性層２ｃおよび絶縁層２ｂの積層パターンにより形成されており、支持基板２ａに接続され基板２に固定されているが、支持部１５ｅは、必ずしも基板２に固定されている必要はなく、基板２の第１主面上に浮いた状態で配置されていても良い。これにより、各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２と基板２との接続箇所を低減できるので、振動漏れを低減でき、慣性センサ１Ｅの感度を向上させることができる。
【０１０５】
また、支持部１５ｅは、慣性センサ１Ｅの外部から加速度が印加されたときには変曲点になる。また、支持部１５ｅは、支持部１５ｅが基板２に固定されているときには、各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２，ＳＵＡ３，ＳＵＡ４の検出素子１０に設けられている検出手段１１の可動電極１１ａに電気信号を与える電極としての機能も有している。
【０１０６】
次に、本実施の形態５の慣性センサ１Ｅの励振素子５およびコリオリ素子９の動作を図１２により説明する。なお、図１２では便宜上、センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２，ＳＵＡ３，ＳＵＡ４の励振素子５を順に励振素子５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄとし、センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２，ＳＵＡ３，ＳＵＡ４のコリオリ素子９を順にコリオリ素子９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄとし、センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２，ＳＵＡ３，ＳＵＡ４の検出素子１０を順に検出素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄとして説明する。
【０１０７】
上記センサユニットＳＵＡ１の励振素子５ａがd11方向に、励振素子５ｂがd21方向に、励振素子５ｃがd31方向に、励振素子５ｄがd41方向に変位しているとき、z軸周りの半時計方向の角速度により、コリオリ素子９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄはそれぞれc11，c21，c31，c41方向に変位する。一方、第２方向Ｘの正（＋）方向に加速度により、コリオリ素子９ａ，９ｂがそれぞれc11，c22方向に変位し、第２方向Ｘの負（−）方向に加速度により、コリオリ素子９ａ，９ｂがそれぞれc12，c21方向に変位する。また、第１方向Ｙの正（＋）方向の加速度により、コリオリ素子９ｃ，９ｄがそれぞれc32，c41方向に変位し、第１方向Ｙの負（−）方向の加速度により、コリオリ素子９ｃ，９ｄがそれぞれc31，c42方向に変位する。さらに，時計回りの角加速度により、コリオリ素子９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄは，それぞれc12，c22，c32，c42に変位し、半時計回りの角加速度により、その反対方向に変位する。
【０１０８】
検出素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、コリオリ素子９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの検出方向への振動と同位相かつ同振幅で振動する。その変位量は、各センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２，ＳＵＡ３，ＳＵＡ４の検出手段１１で検出される。そして、各センサユニットＳＵＡ１〜ＳＵＡ４の各検出手段１１からの出力信号を比較することで、基板２の第１主面内の第１方向Ｙ（第１軸）および第２方向Ｘ（第２軸）に加わる加速度および第３方向Ｚ（第３軸回り）の角速度、角加速度を検出することができる。
【０１０９】
次に、角加速度の測定原理を詳述する。上記検出素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、それぞれ梁１３ｄを介して、節になる支持部１５ｅで基板２と連結されているため、角速度または角加速度により、支持部１５ｅに対して回転運動することになる。すなわち、図１２で示しているように、角速度により、ある瞬間、コリオリ素子９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄはそれぞれ支持部１５ｅに対して、r11，r21，r31，r41，またはr12，r22，r32，r42のハサミのような回転運動をしている。しかし、角加速度が印加された場合には、検出素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは同じ方向に回転する。したがって、角速度と角加速度を区別することができる。
【０１１０】
さらに、コリオリ素子９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄと検出素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄとはハサミのような回転振動をするため、音叉構造となり、その回転振動は互いに打ち消され基板２側に漏れないようになっている。
【０１１１】
このように、本実施の形態５では、励振方向と、これに直交する検出方向との振動結合がない複数個のセンサユニットＳＵＡ１〜ＳＵＡ４を、全ての構成要素が完全な音叉になるよう設計し配置した。これにより、励振方向と検出方向との振動結合と、励振エネルギー、コリオリ力の漏れ（損失）をなくすことができる。このため、慣性センサ１Ｅの検出動作の安定性を向上させることができる。また、慣性センサ１Ｅの検出感度を向上させることができる。また、慣性センサ１Ｅの検出値の信頼性を向上させることができる。したがって、１軸角速度、１軸角加速度、２軸加速度を同時に検出可能な高安定、高感度および高信頼性の慣性センサ１Ｅを提供することができる。
【０１１２】
ただし、上記の説明では、前記実施の形態１で説明したセンサユニットＳＵＡを４つ並べて配置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば前記実施の形態２，３で説明したセンサユニットを上記のように配置しても良い。
【０１１３】
図１３は、前記実施の形態２で説明したセンサユニットＳＵＢ（ＳＵＢ１，ＳＵＢ２，ＳＵＢ３，ＳＵＢ４）を４つ並べて配置した場合の慣性センサ１Ｆの一例の平面図を示している。なお、図１３では図面を見易くするため外周壁Ｗおよび封止キャップＭＣＰを省略している。
【０１１４】
慣性センサ１Ｆは、２つのセンサユニットＳＵＢ（ＳＵＢ１，ＳＵＢ２，ＳＵＢ３，ＳＵＢ４）を有している。このセンサユニットＳＵＢ１，ＳＵＢ２，ＳＵＢ３，ＳＵＢ４の配置は、上記図１１に示したセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２，ＳＵＡ３，ＳＵＡ４の配置と同じである。また、４つのセンサユニットＳＵＢ１，ＳＵＢ２，ＳＵＢ３，ＳＵＢ４の動作も上記図１１に示したセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２，ＳＵＡ３，ＳＵＡ４の動作と同じである。これにより、安定した振動を実現でき、励振エネルギーを有効に活用することができる。
【０１１５】
（実施の形態６）
図１４は本実施の形態６の慣性センサ１Ｇの一例の平面図、図１５は図１４の慣性センサの動作の説明図を示している。なお、図１４では図面を見易くするため上記外周壁Ｗおよび封止キャップＭＣＰを省略している。また、図１５において、慣性センサ１Ｇの励振素子５およびコリオリ素子９の動作については図１２で説明したものと同じなので説明を省略する。
【０１１６】
基板２の第１主面上には、前記実施の形態５と同様に、４つのセンサユニットＳＵＡ１〜ＳＵＡ４が配置されている。本実施の形態６では、この４つのセンサユニットＳＵＡ１〜ＳＵＡ４の隣り合う励振素子５同士がメカニカルリンク（連結手段）２５（２５ａ〜２５ｄ）により互いに機械的に接続されている。すなわち、メカニカルリンク２５ａは、センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ４の各々の励振素子５，５を連結し、メカニカルリンク２５ｂは、センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ３の各々の励振素子５，５を連結し、メカニカルリンク２５ｃは、センサユニットＳＵＡ３，ＳＵＡ２の各々の励振素子５，５を連結し、メカニカルリンク２５ｄは、センサユニットＳＵＡ２，ＳＵＡ４の各々の励振素子５，５を連結するようになっている。
【０１１７】
このメカニカルリンク２５は、４つのセンサユニットＳＵＡ１〜ＳＵＡ４の４つの励振素子５を連結する梁であり、板バネとしての機能を有している。このメカニカルリンク２５は、上記活性層２ｃを上記励振素子５や検出素子１０等より細くパターニングすることにより形成されており、その下層の絶縁層２ｂが除去され、基板２の第１主面上に浮いた状態で配置されている。ここでは隣接する励振素子５，５間に１本のメカニカルリンク２５（２５ａ〜２５ｄ）を配置した場合を例示したが、これに限定されるものではなく、隣接する励振素子５，５間に複数本のメカニカルリンク２５を配置しても良い。
【０１１８】
本実施の形態６の場合も、前記実施の形態５で説明したのと同様に、１組のセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２と、他の１組のセンサユニットＳＵＡ３，ＳＵＡ４とを、位相を９０度ずらした状態で同期して動作させるようになっている。この動作は、前記実施の形態５で説明したように励振手段６に対する電気信号のみでも実現できるが、加工上のバラツキにより、４つのセンサユニットＳＵＡ１〜ＳＵＡ４の構成要素の大きさや質量等が微妙に異なり、上記位相に変動が生じる（すなわち、位相差を９０度にできない）場合がある。
【０１１９】
これに対して、本実施の形態６では、メカニカルリンク２５を設けることにより、上記４つのセンサユニットＳＵＡ１〜ＳＵＡ４の上記位相を９０度ずらした状態での同期動作を半ば強制的に行うようにすることができる。例えばセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の各々の励振素子５，５が互いに遠ざかる方向に移動すると、センサユニットＳＵＡ３，ＳＵＡ４はメカニカルリンク２５に引っ張られ、互いに近づく方向に移動する。逆に、センサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の各々の励振素子５，５が互いに近づく方向に移動すると、センサユニットＳＵＡ３，ＳＵＡ４はメカニカルリンク２５に押され、互いに遠ざかる方向に移動する。このようにすることで、センサユニットＳＵＡ１〜ＳＵＡ４の各々の構成要素の大きさや質量に、たとえ若干の誤差があったとしても、上記位相の変動を低減または防止することができる。また、原理的にセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２の励振手段６，６またはセンサユニットＳＵＡ３，ＳＵＡ４の励振手段６，６のみを動作させることでセンサユニットＳＵＡ１〜ＳＵＡ４の励振素子５，５，５，５を振動させることができる。もちろん、センサユニットＳＵＡ１〜ＳＵＡ４の励振手段６，６，６，６全てを動作させることで、より安定した大振幅の振動が得られる。このため、基板２の第１主面内において第１方向Ｙと第２方向Ｘとの両方で音叉作用をより良く作用させることができるので、振動漏れをより低減または防止でき、励振エネルギーをより有効に活用することができる。したがって、慣性センサ１Ｇの検出動作のさらに安定性を向上させることができる。また、慣性センサ１Ｇの検出感度をさらに向上させることができる。また、慣性センサ１Ｇの検出値の信頼性をさらに向上させることができる。すなわち、さらに高性能な慣性センサ１Ｇを得ることができる。
【０１２０】
また、本実施の形態６においては、基板２の第１主面上に懸架された構造物（センサユニット）が、各センサユニットＳＵＡ１〜ＳＵＡ４の各々の励振素子５の隣接間に形成される不動の点である節２６（２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ）と、支持部１５ｅとで基板２に支持され固定されている。
【０１２１】
節２６（２６ａ〜２６ｄ）は、各センサユニットＳＵＡ１〜ＳＵＡ４の各々の励振素子５が変位するとき、上記メカニカルリンク２５（２５ａ〜２５ｄ）に現れる不動の点である。したがって、節２６（２６ａ〜２６ｄ）を基板２に固定すれば、振動結合と励振エネルギーの漏れを同時に防ぐことができる。また、慣性センサ１Ｇの外部からの不必要な振動エネルギーも伝わり難くなるため、外乱に対しても強くすることができる。したがって、慣性センサ１Ｇの検出動作の安定性をさらに向上させることができる。また、慣性センサ１Ｇの検出感度をさらに向上させることができる。また、慣性センサ１Ｇの検出値の信頼性をさらに向上させることができる。すなわち、さらに高性能な慣性センサ１Ｇを得ることができる。
【０１２２】
また、本実施の形態６においては、中心点である支持部１５ｅに対して斜め方向に向かい合っている節２６（２６ａ〜２６ｄ）同士が、梁１３ｆ（１３ｆ１，１３ｆ２，１３ｆ３，１３ｆ４）および支持部１５ｅを介して互いに連結されている。すなわち、節２６ａと節２６ｃとは、梁１３ｆ１、支持部１５ｅおよび梁１３ｆ３を介して互いに接続されている。また、節２６ｂと節２６ｄとは、梁１３ｆ２、支持部１５ｅおよび梁１３ｆ４を介して互いに接続されている。
【０１２３】
この梁１３ｆは、上記のように節２６（２６ａ〜２６ｄ）同士を結ぶ部材であり、圧縮および引張り応力の作用線を通るように配置されている。また、梁１３ｆは、節２６（２６ａ〜１６ｄ）の活性層２ｃと一体的にパターニングされた活性層２ｃにより形成されている。この梁１３ｆは、その下層の絶縁層２ｂが除去されて基板２の第１主面上に浮いた状態で配置されている。
【０１２４】
上記節２６（２６ａ〜２６ｄ）は、上記のように励振振動に対しては不動の点であるが、図１５に示すように、コリオリ素子９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄに働くコリオリ力の合成力ｆ11，f12，ｆ21，f22，ｆ31，f32，ｆ41，f42により、支持部１５ｅに対して膨張または収縮する力が作用する。この力は，コリオリ力の損失として節２６（２６ａ〜２６ｄ）を通して基板２側に漏れる。そこで、本実施の形態６では、梁１３ｆ（１３ｆ１〜１３ｆ４）により上記のように節２６（２６ａ〜１６ｄ）同士を連結することにより、コリオリ力の合成力を、応力の作用線を通過する梁１３ｆ（１３ｆ１〜１３ｆ４）の中で打ち消す。すなわち、節２６（２６ａ〜２６ｄ）に作用するコリオリ力の合成成分と、前記基板２の変形により発生する応力と、梁１３ｆ（１３ｆ１〜１３ｆ４）の中で互いに打ち消すことができるので、コリオリ力の損失を防ぐことができる。したがって、慣性センサ１Ｇの検出動作の安定性をさらに向上させることができる。また、慣性センサ１Ｇの検出感度をさらに向上させることができる。また、慣性センサ１Ｇの検出値の信頼性をさらに向上させることができる。すなわち、さらに高性能な慣性センサ１Ｇを得ることができる。
【０１２５】
また、本実施の形態６においては、各節２６（２６ａ〜２６ｄ）と各支持部１５ｈとは、その間に応力吸収用バネ２７を介して梁により接続されている。この応力吸収用バネ２７により、慣性センサ１Ｇの周囲の温度変化などによる基板２の変形を吸収することができるので、センサ特性への悪影響や梁１３ｆの断線不良を低減または防止することができる。したがって、メカニカルリンク２５ａ〜２５ｄのバネ定数などは影響されない。また、各々の応力吸収用バネ２７に溜まる応力は、その各々に接続された各々の梁１３ｄの中で打ち消される。
【０１２６】
このような応力吸収用バネ２７は、節２６（２６ａ〜２６ｄ）の活性層２ｃと一体的に形成された活性層２ｃを所望の形状に加工することにより形成されている。この応力吸収用バネ２７は、その下層の絶縁層２ｂが除去されて基板２の第１主面上に浮いた状態で配置されている。ただし、応力吸収用バネ２７は、節２６（２６ａ〜２６ｄ）に働く応力が無視できる場合はなくても良い。
【０１２７】
上記支持部１５ｈは、４つのセンサユニットＳＵＡ１〜ＳＵＡ４の隣接間において、梁１３ｆの外方への延長線上に配置されている。この支持部１５ｈは、上記活性層２ｃおよび上記絶縁層２ｂの積層パターンで形成されており、基板２の支持基板２ａにしっかりと接合され固定されている。
【０１２８】
これ以外の構成や効果については前記実施の形態５で説明したのと同じである。
【０１２９】
ただし、上記の説明では、前記実施の形態１で説明したセンサユニットＳＵＡを４つ並べて配置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば前記実施の形態２，３で説明したセンサユニットを上記のように配置しても良い。
【０１３０】
図１６は、前記実施の形態２で説明したセンサユニットＳＵＢ（ＳＵＢ１，ＳＵＢ２，ＳＵＢ３，ＳＵＢ４）を４つ並べて配置した場合の慣性センサ１Ｈの一例の平面図を示している。なお、図１６では図面を見易くするため外周壁Ｗおよび封止キャップＭＣＰを省略している。
【０１３１】
慣性センサ１Ｈは、２つのセンサユニットＳＵＢ（ＳＵＢ１，ＳＵＢ２，ＳＵＢ３，ＳＵＢ４）を有している。このセンサユニットＳＵＢ１，ＳＵＢ２，ＳＵＢ３，ＳＵＢ４の配置は、上記図１４に示したセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２，ＳＵＡ３，ＳＵＡ４の配置と同じである。また、４つのセンサユニットＳＵＢ１，ＳＵＢ２，ＳＵＢ３，ＳＵＢ４の動作も上記図１４に示したセンサユニットＳＵＡ１，ＳＵＡ２，ＳＵＡ３，ＳＵＡ４の動作と同じである。これにより、安定した振動を実現でき、励振エネルギーを有効に活用することができる。
【０１３２】
ただし、図１６の実施の形態においては、各センサユニットＳＵＢ１〜ＳＵＢ４の各々の素子２０に繋がる４本の梁１３ｄは無くても良い。図１７は、その場合の慣性センサ１Ｊの一例を示している。この慣性センサ１Ｊでは、図１６に示した梁１３ｄは存在せず、各センサユニットＳＵＢ１〜ＳＵＢ４の各々の励振素子５はメカニカルリンク２５ａ〜２５ｄによって支持されている。このように梁１３ｄを無くしたことにより、ユニットセルＳＵＢ１〜ＳＵＢ４の形成を容易にすることができる。
【０１３３】
（実施の形態７）
本実施の形態７においては、前記実施の形態１〜６の慣性センサ１（１Ａ〜１Ｈ，１Ｊ）の適用例について説明する。
【０１３４】
図１８は、慣性サンサ１を自動車の横滑り防止装置に適用した場合の一例を示している。符号の３０は車両、３１は制御装置、３２は運転者が操作するステアリング、３３はステアリング３２の操作量を検出する蛇角センサ、３４はタイヤ、３５は各々のタイヤの回転速度を検出する回転センサ、３６はブレーキである。
【０１３５】
まず、車両３０の運転者は、意図する方向に車両を向けるため、ステアリング３２を操作する。すると、その操作量は蛇角センサ３３で検出され、その検出信号は制御装置３１に入力される。また、車両３０の速さは回転センサ３５で検出され、その検出信号は制御装置３１に入力される。ここで、車両３０が雪道などで横滑りを起こし、運転者の意図に反してスピンし始めると、制御装置３１は，ステアリング３２の操作量と車両の速さとから計算される車両３０の運動（角速度および加速度）と、本実施の形態の慣性センサ１から検出される実際の車両３０の運動（角速度および加速度）との違いを検出し、横滑りが起き難くなるようにブレーキ３６を制御する。
【０１３６】
本実施の形態によれば、前記したように慣性センサ１の安定性、感度および信頼性を向上させることができるので、より高い制御を実現でき、車両３０をより安全な状態に誘導することができる。
【０１３７】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発
明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることは言うまでもない。
【０１３８】
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野である自動車の横滑り防止装置に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく種々適用可能であり、例えば自動車のエアバックの衝突検知装置やカーナビゲーションのような自動車の他の装置に適用できる他、ロボットの姿勢や運動状態を測定するセンサや携帯電話の姿勢認識用センサ、ノート型のパーソナルコンピュータおよびデジタルカメラ等のような携帯型電子機器の姿勢制御、例えば手ぶれ補正、落下検知等に使用するサンサにも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
本発明は、ＭＥＭＳ慣性センサの製造業に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】本発明の一実施の形態である慣性センサの一例の平面図である。
【図２】図１のＸ１−Ｘ１線の断面図である。
【図３】図１のＹ１−Ｙ１線の断面図である。
【図４】図１の慣性センサを模式的に簡略化して示した構成図である。
【図５】図１の慣性センサの駆動回路の回路図である。
【図６】図１の慣性センサの検出回路の回路図である。
【図７】本発明の他の実施の形態である慣性センサの一例の平面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態である慣性センサの一例の平面図である。
【図９】図８の慣性センサの励振素子の駆動回路の回路図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態である慣性センサの一例の平面図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態である慣性センサの一例の平面図である。
【図１２】図１１の慣性センサの動作の説明図である。
【図１３】本発明の他の実施の形態である慣性センサの一例の平面図である。
【図１４】本発明の他の実施の形態である慣性センサの一例の平面図である。
【図１５】図１４の慣性センサの動作の説明図である。
【図１６】本発明の他の実施の形態である慣性センサの一例の平面図である。
【図１７】本発明の他の実施の形態である慣性センサの一例の平面図である。
【図１８】本発明の一実施の形態である慣性センサの適用例の説明図である。
【図１９】本発明者が検討した慣性センサの一例の説明図である。
【図２０】図１９の慣性センサの励振手段における領域ＲＡの拡大図である。
【符号の説明】
【０１４１】
１Ａ〜１Ｈ，１Ｊ  慣性センサ
２  基板
２ａ  支持基板
２ｂ  絶縁層
２ｃ  活性層
５  励振素子
６  励振手段
７  モニタ手段
８  チューニング手段
９  コリオリ素子
１０  検出素子
１１  検出手段
１２  サーボ手段
１３ａ〜１３ｆ，１３ｆ１〜１３ｆ４  梁
１５ａ〜１５ｈ  支持部
１８  電極
２０  素子
２５，２５ａ〜２５ｄ  メカニカルリンク（連結手段）
２６，２６ａ〜２６ｄ  節
２７  応力吸収用バネ
３０  車両
３１  制御装置
３２  ステアリング
３３  蛇角センサ
３４  タイヤ
３５  回転センサ
３６  ブレーキ
３７  回転センサ
Ｗ  外周壁
ＳＵＡ  センサユニット
ＳＵＡ１，ＳＵＡ２  センサユニット（第１センサユニット）
ＳＵＡ３，ＳＵＡ４  センサユニット（第２センサユニット）
ＭＣＰ  封止キャップ
【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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