(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の支持端に支持される少なくとも一つの弾性部材と、前記弾性部材の弾性力により振動する慣性体と、前記慣性体に結合された移動電極と、第２の支持端に支持される少なくとも二つの有効剛性制御用電極と、前記移動電極と前記有効剛性制御用電極との間に電気が発生するように電圧を印加する電源供給装置と、を備え、
前記有効剛性制御用電極は前記慣性体の上下に対向配置され、
前記慣性体は中間移動電極であり、
前記電源供給装置が前記移動電極と前記有効剛性制御用電極との間の電圧を調整することにより前記慣性体の固有振動数を制御することを特徴とする振動構造物。
【請求項２】
第１の支持端に支持される少なくとも一つの弾性部材と、前記弾性部材の弾性力により振動する慣性体と、前記慣性体に結合された移動電極と、第２の支持端に支持される少なくとも二つの有効剛性制御用電極と、前記移動電極と前記有効剛性制御用電極との間に電気が発生するように電圧を印加する電源供給装置とを備えた振動構造物の固有振動数の制御方法であって、
前記移動電極と前記有効剛性制御用電極との間に印加される電圧を調整することにより前記振動構造物の有効剛性を制御し、
前記有効剛性制御用電極は前記慣性体の上下に対向配置され、
前記慣性体は中間移動電極であることを特徴とする振動構造物の固有振動数の制御方法。
【請求項３】
第１の支持端に支持される少なくとも一つの弾性部材と、前記弾性部材の弾性力により振動する慣性体と、前記慣性体に結合された移動電極と、第２の支持端に支持される少なくとも二つの有効剛性制御用電極と、前記移動電極と前記有効剛性制御用電極との間に電気が発生するように電圧を印加する電源供給装置とを有する振動構造物を少なくとも一つ備え、
前記電圧を調整することにより前記振動構造物の有効剛性と固有振動数を制御し、前記有効剛性制御用電極は前記慣性体の上下に対向配置され、
前記慣性体は中間移動電極であることを特徴とするアクチュエ−タ装置。
【請求項４】
第１軸と第２軸よりなる平面を有する基板と、前記基板により支持される支持部と、前記支持部により支持されて前記第１軸と前記第２軸の方向に延びる弾性部と、前記弾性部により前記第１軸と第３軸の方向に振動する慣性部と、前記慣性部に一体形成されたフィンガ形状の電極と、前記慣性部に前記第１軸の方向の電気を加えるように前記フィンガ形状の電極と噛み合うフィンガを備える駆動部と、前記慣性部の前記第１軸と前記第３軸の方向の振動を検知する検知手段と、前記慣性部の第３軸の方向の固有振動数を制御するように前記慣性部に対向配置される有効剛性制御用電極と、前記有効剛性制御用電極と前記フィンガ形状の電極に電圧を印加する電源供給装置とを備え、
前記有効剛性制御用電極は前記第３軸の方向の振動を検知する検知手段と相互に入替可能であることを特徴とするジャイロスコープ。
【請求項５】
第１軸と第２軸よりなる平面を備える基板と、前記基板により支持される支持部と、前記支持部により支持されて前記第１軸と前記第２軸の方向に延びる弾性部と、前記弾性部により前記第１軸と第３軸方向に振動する慣性部と、前記慣性部に一体形成されたフィンガ形状の電極と、前記慣性部の前記第１軸の方向に電気力を加えるように前記フィンガ形状の電極と噛み合うフィンガを備える駆動部と、前記慣性部の前記第１軸と前記第３軸の方向の振動を検知する検知手段と、前記慣性部のフィンガに対向配置される有効剛性制御用電極と、前記有効剛性制御用電極と前記フィンガ形状の電極に電圧を印加する電源供給装置とを備えたジャイロスコープの固有振動数の制御方法であって、
前記有効剛性制御用電極と前記フィンガ形状の電極に印加される電圧を調整することにより前記慣性部の前記第３軸の方向の固有振動数を制御し、
前記有効剛性制御用電極は前記第３軸の方向の振動を検知する検知手段と相互に入替可能であることを特徴とするジャイロスコープの固有振動数の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は振動構造物、振動構造物の固有振動数の制御方法及び振動構造物を用いるアクチュエータ、センサ、加速度系及びジャイロスコープと、ジャイロスコープの固有振動数の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、振動構造物は多様な用途に用いられていて、例えば、ジャイロスコープ、加速度系のようなセンサ及びアクチュエータなどに用いられている。振動構造物の適用例のうち、ジャイロスコープは従来ミサイルや船舶、航空機などの航法装置の核心部品として用いられてきた。しかしながら、従来の軍事用または航空機用に用いられるジャイロスコープは、数万個の部品が精密加工及び組立工程により製作されるので精密な性能は得られるが、コスト高になり構造の大型化をもたらすので、一般産業用や民生用の家電製品への適用には不向きである。民生機器に用いられるジャイロスコープは、自動車の加速度及び角速度を検出する航法装置や高倍率のカムコーダの手振れを検出し、これを補正する装置に適用されている。また、医療装備や産業用計測器などにも振動構造物を内蔵するセンサが用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図１４に従来の振動構造物の簡略図と振動構造物の振幅と振動数の関係を示す。振動構造物１０は支持端１３により支持されたバネ１２と慣性体１１とを備えている。振動構造物１０が多重の自由度を有する場合には、図１４（ａ）に示した振動構造物を多数連結した等価振動系を構成することができる。この振動構造物１０は慣性体１１の質量ｍとバネ１２のバネ定数ｋが一定であるので、図１４（ｂ）に示すように、振幅に対して一定の固有振動数を有する。従って、振動構造物１０を用いたセンサやアクチュエータは、製作後振動構造物の固有振動数が任意に変更できないという問題がある。また、振動構造物１０の製作時、固有振動数を調整するために米国特許第４，１０７，３４９号に開示されるように銀等の金属体を蒸着させる方法を用いることができるが、これは蒸着工程自体が煩雑であり、その上、振動構造物の製作後、別途の固有振動数制御のための工程が必要となるという短所がある。
【０００４】
本発明はこのような問題点を解決するために案出されたものであり、振動構造物の有効剛性を制御することができる有効剛性制御用電極を備える振動構造物及び振動構造物の固有振動数を制御する方法を提供することを目的とする。また、本発明は、有効剛性制御用電極を有する振動構造物を備えるアクチュエータ及びセンサ装置を提供することを目的とする。また、本発明は、振動構造物の有効剛性を制御することができる剛性制御用電極を備える加速度系及びジャイロスコープとジャイロスコープの固有振動数を制御する方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の振動構造物は、第１の支持端に支持される少なくとも一つまたは少なくとも二つの弾性部材と、この弾性部材の弾性力により振動する慣性体と、この慣性体に結合された移動電極と、第２の支持端に支持される少なくとも一つの有効剛性制御用電極と、移動電極と有効剛性制御用電極との間に電気が発生するように電圧を印加する電源供給装置とを備える。
【０００６】
ここで、慣性体は移動電極に一体形成することができる。また、弾性部材を回転剛性を有する回転バネとし、慣性体が回転するように構成してもよい。また、二つの有効剛性制御用電極を慣性体の上下に対向配置するように構成して、この慣性体の固有振動数を制御してもよい。
【０００８】
本発明の固有振動数の制御方法は、第１の支持端に支持される少なくとも一つの弾性部材と、この弾性部材の弾性力により振動する慣性体と、この慣性体に結合された移動電極と、第２の支持端に支持される少なくとも一つまたは少なくとも二つの有効剛性制御用電極と、移動電極と有効剛性制御用電極との間に電気が発生するように電圧を印加する電源供給装置とを備える振動構造物の固有振動数の制御方法であって、移動電極と有効剛性制御用電極との間に印加される電圧を調整することにより振動構造物の有効剛性を制御する。
ここで、慣性体は移動電極に一体形成することができる。また、弾性部材を回転剛性を有する回転バネとし、慣性体が回転するように構成してもよい。また、二つの有効剛性制御用電極を慣性体の上下に対向配置するように構成してもよい。
【０００９】
また、本発明のアクチュエータ装置は、第１の支持端に支持される少なくとも一つの弾性部材と、この弾性部材の弾性力により振動する慣性体と、この慣性体に結合された移動電極と、第２の支持端に支持される少なくとも一つまたは少なくとも二つの有効剛性制御用電極と、移動電極と有効剛性制御用電極との間に電気が発生するように電圧を印加する電源供給装置とを有する振動構造物を少なくとも一つ備え、電圧を調整することにより振動構造物の有効剛性と固有振動数を制御する。ここで、慣性体を移動電極に一体形成してもよい。また、弾性部材を回転剛性をする回転バネとし、慣性体が回転するように構成してもよい。また、二つの有効剛性制御用電極を慣性体の上下に対向配置するように構成してもよい。
【００１０】
また、本発明のジャイロスコープは、第１軸と第２軸よりなる平面を有する基板と、この基板により支持される支持部と、この支持部により支持されて第１軸と第２軸の方向に延びる弾性部と、この弾性部により第１軸と第３軸の方向に振動する慣性部と、この慣性部に一体形成されたフィンガ形状の電極と、慣性部に第１軸の方向の電気を加えるようにフィンガ形状の電極と噛み合うフィンガを備える駆動部と、慣性部の第１軸と第３軸の方向の振動を検知する検知手段と、慣性部の第３軸の方向の固有振動数を制御するように慣性部に対向配置される有効剛性制御用電極と、有効剛性制御用電極と慣性部のフィンガ形状の電極に電圧を印加する電源供給装置とを備える。ここで、有効剛性制御用電極は第３軸の方向の振動を検知する検知手段と相互に入替可能であるように構成することができる。
【００１１】
また、本発明のジャイロスコープの固有振動数の制御方法は、第１軸と第２軸よりなる平面を備える基板と、この基板により支持される支持部と、この支持部により支持されて第１軸と第２軸の方向に延びる弾性部と、この弾性部により第１軸と第３軸方向に振動する慣性部と、この慣性部に一体形成されたフィンガ形状の電極と、慣性部の第１軸の方向に電気力を加えるようにフィンガ形状の電極と噛み合うフィンガを備える駆動部と、慣性部の第１軸と第３軸の方向の振動を検知する検知手段と、慣性部のフィンガに対向配置される有効剛性制御用電極と、有効剛性制御用電極と慣性部のフィンガ形状の電極に電圧を印加する電源供給装置とを備えるジャイロスコープの固有振動数の制御方法であって、有効剛性制御用電極と慣性部のフィンガ形状の電極に印加される電圧を調整することにより慣性部の第３軸の方向の固有振動数を制御する。ここで、有効剛性制御用電極は第３軸の方向の振動を検知する検知手段と相互に入替可能であるように構成することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明に係る有効剛性制御用電極を備える振動構造物を示す。図１に示すように、この振動構造物は、第１の支持端２３により支持されたバネ２２と、一体に形成されてバネ２２の弾性力により上下動する上部電極（移動電極）または慣性体２１と、この慣性体２１に対向して第２の支持板２３′に配置された下部電極または有効剛性制御用電極２４と、慣性体２１と有効剛性制御用電極２４との間に電圧を印加する電源供給装置２５とを備える。参照記号ｍは慣性体２１の質量を、参照記号ｋはバネ２２の剛性またはバネ定数を示す。
【００１３】
このような構成の振動構造物において、慣性体２１には慣性体の変位に応じてバネ２２に加わる弾性力と、電圧の印加による静電力とが加わる。電圧が印加されていない初期状態における慣性体２１と有効剛性制御用電極２４との間隔をｈ0 とするとき、振動構造物の固有振動数ｆn は次の式（１）のように表される。
ｆn ＝１／（２π）×ｋ／ｍ        …（１）
【００１４】
図２は振動構造物に電圧を印加したとき、慣性体２１に加わる弾性力と電気力の変位を示すグラフである。図２（ａ）において、参照番号２６は弾性力の曲線であり、参照番号２７は相対的に低い電圧における電気力の曲線であり、参照番号２８は相対的に高い電圧における電気力の曲線である。弾性力の曲線２６は電気力の曲線２７，２８と二つの点Ｐ１，Ｐ２で交差するが、交点で慣性体２１は安定した平衡状態を保ち、他の二つの交点Ｐ３，Ｐ４では相対的に不安定な平衡状態になる。
【００１５】
図２（ｂ）は図２（ａ）の交点Ｐ１の周辺を拡大して示したものである。図２（ｂ）において、交点Ｐ１における慣性体２１の変位はｚ0 であり、これは次のように求められる。交点Ｐ１では電気力とバネによる弾性力が同一なので、これを数式で表すと、
Ｆ＝ｋｚ0 ＝（１／２）（δＣ／δｚ）Ｖ2 なので、
ｚ0 ＝｛（１／（２ｋ）｝（δＣ／δｚ）Ｖ2 となる。
ここで、（δＣ／δｚ）＝  εＡ／（ｈ0 −ｚ0 ）2 であり、Ｃは静電容量を、Ａは電極の面積を、εは電極板間の誘電率を、ｈ0 は電圧を印加しないときの電極板間の距離を示す。
【００１６】
図２（ｂ）において、平衡位置ｚ0 から小さい変位のｚ1 があれば、慣性体２１に加わる復元力Ｆr は次のように表すことができる。
Ｆr ＝ｋ（ｚ0 ＋ｚ1 ）−（１／２）｛εＡ／（ｈ0 −ｚ0 ）2 ｝Ｖ2 
この式において、慣性体２１の平衡時、慣性体２１と有効剛性制御用電極２４  との距離をｈ1 とすると、ｈ1 ＝ｈ0 −ｚ0 であり、これをｚ1 ／ｈ1 ＜＜１と仮定して線形化された式で再び表現すると、
Ｆr = ｋ（ｚ0 ＋ｚ1 ）− (1/2)｛εＡ／（ｈ1 ）2 ｝Ｖ2 (1+2ｚ1/ｈ1)
となる。
【００１７】
ところで、
ｋｚ0 ＝（１／２）（δＣ／δｚ）Ｖ2 のとき、復元力Ｆr は次のようになる。
【００１８】
【数１】
0003924026.tif 000002
この式によると、電圧Ｖが印加された状態で慣性体２１が平衡点Ｐ１から変位ｚ1 に微小に変形するとき、復元力はバネ定数ｋ、誘電率ε、電極の面積Ａ及び平衡点における慣性体２１と有効剛性制御用電極２４との距離ｈ1 により決定される。従って、上記の式から有効剛性を次のように表すことができる。
ｋeff ＝ｋ−Ｖ2 ｛εＡ／（ｈ1 ）3 ｝
【００１９】
図２（ｂ）を再び参照すると、有効剛性は弾性力の曲線２６の傾斜（即ち、バネ定数）から電気力の曲線２７の傾斜を引いたものである。したがって、有効剛性は平衡点における弾性力曲線の傾斜と電気力の曲線の傾斜との差により定義される。図２（ａ）を参照すると、電圧Ｖを増加させるとき、電気力の曲線が符号２７から符号２８に移ることが判る。したがって、弾性力の曲線と電気力の曲線との傾斜の差、即ち、有効剛性が小さくなることを観察することができる。これにより、図１に示した振動構造物は質量ｍと等化バネ定数ｋeff を有する等化振動構造物と解析することができ、その固有振動数は次のように表すことができる。
【００２０】
【数２】
0003924026.tif 000003
この式から判るように、図１に示した振動構造物では電圧Ｖの増加と共に固有振動数が変化する。電圧が印加されない状態では図１４に示した振動構造物と同一の固有振動数を有し、電圧が印加されると固有振動数が減る。実際にポリシリコンで製作された振動構造物を備えるセンサの場合、約１Ｖの電圧でバネの有効剛性を制御することができる。したがって、振動構造物の固有振動数は有効剛性制御用電極に印加される電圧を調整することにより制御することができる。
【００２１】
図３は図１に示した振動構造物バネ２２の剛性又はバネ定数ｋを有効剛性ｋeff に置き換えたときの等化振動構造物を示し、図４のグラフは電圧印加前の固有振動数ｆn が電圧印加時はｆn(v)に減ることを示す。
【００２２】
図５は本発明の有効剛性制御用電極を備える振動構造物の第２の実施の形態を示す。図５に示すように振動構造物３０は、複数の支持端３３に複数のバネ３２が支持されており、慣性体または中間電極（移動電極）３１がバネ３２に支持されている。中間電極３１の上部及び下部にはそれぞれ上部電極３４及び下部電極３５が配置されており、上部及び下部電極３４，３５は有効剛性の制御を行う。各々の電極には電圧を印加する電源供給装置３６が備えられる。
【００２３】
この場合、中間電極３１に加わる電気力は上下方に同一なので中央位置で平衡を保つ。平衡位置における有効剛性は、バネ３２のバネ定数をｋ、上部及び下部電極３４，３５の面積をＡ、上部及び下部電極３４，３５と中間電極３１との距離をｈ1 、上部及び下部電極３４，３５と中間電極３１との印加電圧をＶとするとき、
ｋeff ＝ｋ−Ｖ2 ｛εＡ／（ｈ1 ）3 ｝
と表すことができ、有効剛性を調節することにより、図５に示した振動構造物の固有振動数も調節できる。
【００２４】
図６は本発明の有効剛性制御用電極を備える振動構造物の第３の実施の形態を示す。図６に示すように、振動構造物４０は、複数の支持端４３により支持された複数のバネ４２を備え、慣性体（移動電極）４１はフィンガ型電極４４を備えて形成される。剛性制御用電極４５もフィンガ型に形成されており、支持端４３に固定されている。剛性制御用電極４５のフィンガ４６は慣性体４１のフィンガと一定の間隙を介して相互に噛み合っている。そして、電源供給装置４８は各々の電極４１，４５に電圧を印加する。このような構成を有する振動構造物も電極４１，４５に印加される電圧を調節することにより、Ｚ方向の変位に対する固有振動数を制御することができる。
【００２５】
図７は本発明の振動構造物の第４の実施の形態を示す。この実施の形態では、慣性体が回転する場合の振動構造物を説明する。図７に示す振動構造物５０では、慣性体（移動電極）５１はバネ５２により第１の支持端５３に支持された状態で回転し、バネ５２は回転剛性を有する。第２の支持端５３’に固定された有効剛性制御用電極５４は、慣性体５１から所定の距離を隔てる状態で下部に配置される。電源供給装置５５により慣性体５１と有効剛性制御用電極５４に電圧が印加される。この場合、印加電圧による回転有効剛性は慣性体５１の微小な回転により一定値を有する。したがって、印加電圧を調節することにより回転運動に対する固有振動数を制御することができる。
【００２６】
図８は第１乃至第４の実施の形態で述べた有効剛性制御用電極を備える加速度系の概略図である。図８に示すように、加速度系６０は支持端６３にバネ６２により支持された慣性体（移動電極）６１と、加速度が加えられるとき、慣性体６１の振動を検知する検知手段６６とを備える。検知手段６６は静電量の変化を測定する静電容量型やレーザを用いることができる。このような加速度系６０の固有振動数を制御するために、支持端６３により支持され慣性体６１に配向配置された有効剛性制御用電極６４と、この有効剛性制御用電極６４と慣性体６１に電圧を供給する電源供給装置６５が備えられる。
【００２７】
この構成を有する加速度系６０では、前述したように有効剛性制御用電極６４に電圧を印加するとき平衡位置の有効剛性が一定するので、印加電圧を変更して固有振動数を制御することができる。慣性体６１の質量をｍ、有効剛性をｋeff とするとき、入力加速度ａに対する慣性体６１の変位ｚは、ｚ＝ｍａ／ｋeff で表すことができ、これは有効剛性を変化すると慣性体の変位応答も制御することが可能であることが判る。すなわち、加速度の入力に対する加速度出力の信号の大きさが調節でき、加速度系の性能を有効剛性制御用電極に印加される電圧を調節することにより変更することができる。
【００２８】
図９は加振手段を備える共振型加速度系の構成図である。図９に示すように、共振型加速度系７０は、支持端７３にバネ７２により支持された慣性体（移動電極）７１と、慣性体７１を加振させる加振装置７７と、慣性体７１の振動を検知する検知装置７６とを備える。検知装置７６から検出された慣性体７１の信号は、加振装置７７が慣性体７１を共振するように、フィードバック部７９を経て加振部７８にフィードバックされる。そして、共振型加速度系７０は有効剛性制御用電極７４と電源供給装置７５とを備えている。
【００２９】
慣性体７１と有効剛性制御用電極７４に電圧が印加された状態で慣性体７１が加振されるとき、慣性体７１に加わる弾性力及び電気力は、図１０（ｂ）の符号８１及び８２の曲線で表される。この際、加速度が入力されない場合は弾性力の曲線８１と電気力の曲線８２の交点であるＰ５が平衡位置になり、有効剛性による振動構造物の固有振動数にて慣性体７１が共振する。
【００３０】
図１０（ａ）に示すような加速度ａが共振型加速度系に入力されると、電極の平衡点は初期位置Ｐ５からδほど移動して地点Ｐ６及びＰ７にて平衡をなす。この際の変位は、δ＝（ｍａ／ｋeff ）である。
【００３１】
このように共振型加速度系では，加速度が入力されたときの有効剛性は、加速度が入力されないときの有効剛性と異なる。加速度ａが入力されたときの有効剛性はδほど移動した地点における弾性力の曲線８１と電気力の曲線８２との傾斜の差で表されるので、これにより加速度が入力されるときの有効剛性が加速度が入力されないときの有効剛性より減ることが判る。したがって、加速度が入力されると、固有振動数は減少する。すなわち、正の加速度に対しては固有振動数が減少し、負の加速度に対しては固有振動数が増加する。入力加速度に対する固有振動数の増減は電源供給装置７５から供給される電圧により調整可能である。
【００３２】
図１０（ｃ）は加速度ａの入力時に出力される振動信号のグラフであり、加速度の入力により固有振動数が減少することを示す。このように周波数変調された信号が共振型加速度系を通して得られるので、図９に示した復調部８０を通して加速度信号が得られる。
【００３３】
図１１は有効剛性制御用電極を備えるジャイロスコープの振動構造物の概略図である。ジャイロスコープの原理は、第１軸方向に一定に振動したり回転する慣性体が第１軸方向に対して直角である第２軸方向から回転角速度が入力されると、第１及び第２の二つの軸に対して直交する第３軸方向に発生するコリオリの力を検出することにより、回転角速度を算出することである。図１、図３、図５乃至図９、図１４に示した振動構造物は、１軸構造物または回転振動構造物であるが、ジャイロスコープはシリコンウェハの基板１０１の上部に配置された２軸振動構造物を備える。振動構造物には、導電性の材料であればいずれも用いることができる。図１１に示すように、振動構造物１００は他の部分より些かに厚く形成された支持部１０２によりシリコン基板１０１上に支持されており、支持部１０２を除く部分は薄く形成されて、基板１０１からＺ軸方向に所定の距離に離隔されている。振動構造物１００は、バネ１０３，１０４と慣性体１０５とが備えられている。振動構造物１００の両側面には構造物をＸ方向に振動させる駆動部１０９が配置されている。駆動部１０９も導電性材料で形成され、一種の電極の役割を果たす。駆動部１０９に電流が印加されると駆動部１０９のフィンガ１１０に静電気力が発生して、構造物のフィンガ１０６に振動運動を引き起こす。振動構造物１００の下部にはＺ方向の変位が検知できる検知用電極（図示せず）が配置される。構造物のＺ方向への変位は検知用電極に発生するキャパシタンスの変化から測定される。フィンガ１０６，１０７は慣性体１０５をＸ軸方向に駆動させたり、慣性体１０５のＸ軸方向の運動を感知する。
【００３４】
このような振動構造物１００を備えるジャイロスコープでＹ軸方向に入力される回転慣性体の角速度を求めるには、フィンガ１１０の静電力により振動構造物１００がＸ軸方向に振動しながら、振動構造物１００の中心部に位置した中心センサ電極１０８からＸ方向の振動数を測定し、振動構造物１００の下部に配置された表面センサ電極（図示せず）からＺ方向の振動数を測定してデータを処理する。
【００３５】
前述したようにジャイロスコープは、シリコン基板１０１上に固定された支持部１０２に多数のバネ１０３，１０４が連結されて慣性体１０５をＸ方向及びＺ方向に振動させる。従って、ジャイロスコープは図１３の符号１２１，１２２のように２軸に対する固有振動数（ｆx ，ｆz ）を有する。この際、ジャイロスコープの性能を確保するため、構造物の２軸振動に対する固有振動数が所定の誤差範囲内にあるべきである。しかしながら、従来の技術による半導体製造工程を用いて振動構造物１００を製作すると、エッチング工程や化学的蒸気蒸着などの製造工程で０．１〜１μｍの加工誤差が生ずる。このような製造工程の誤差により振動構造物のバネ定数と慣性体１０５の質量が設計値から大きくはずれて実際に２軸方向の固有振動数が所望の値とは異なる。したがって、ジャイロスコープの性能が劣化せざるを得ない問題があり、従来はこの問題点を解決するためバネや慣性体をエッチングや蒸着する方法を用いていた。
【００３６】
本発明によると、図１１に示したようにジャイロスコープの２軸方向の固有振動数は、有効剛性制御用電極を用いることにより制御することができる。Ｚ軸方向の固有振動数ｆz を調節するためには、Ｚ軸方向に有効剛性制御用電極を配置し、振動する慣性体と有効剛性制御用電極との間に電圧を印加する。そして、電圧の大きさを調節することにより固有振動数を増減させることができるので、Ｚ軸方向の固有振動数がジャイロスコープの設計上の誤差許容範囲内に至るまで電圧を変化させる。これはＸ軸方向の固有振動数ｆx を制御する場合と同様である。
【００３７】
図１２は前述したような有効剛性制御用電極の適用例を示す。Ｚ軸方向の固有振動数を制御するため、図１１に示した慣性体１０５と基板１０１との間に有効剛性制御用電極１１１が設けられ、電源供給装置１１２により慣性体１０５と電極に電圧を印加する。有効剛性制御用電極１１１は別途に設けられるが、前述したようにＺ軸方向の振動を検知する検知用電極に取り替えることができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明による有効剛性制御用電極を用いた振動構造物は、簡単な構造のみで効果的に固有振動数が制御できるので、この振動構造物を備えたセンサ、加速度系、アクチュエータまたはジャイロスコープのような各種製品の性能制御及び向上に非常に有利である。特に、ジャイロスコープのような２軸の振動構造物でも製品の性能に多大な影響を及ぼす一軸方向に対する固有振動数の制御を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る振動構造物の第１の実施の形態を示す構成図である。
【図２】図１の振動構造物の特性を示すグラフである。
【図３】図１の振動構造物の等価振動構造物を示す構成図である。
【図４】図１の振動構造物の振幅と振動数を示すグラフである。
【図５】本発明に係る振動構造物の第２の実施の形態を示す構成図である。
【図６】本発明に係る振動構造物の第３の実施の形態を示す構成図である。
【図７】本発明に係る振動構造物の第４の実施の形態を示す構成図である。
【図８】本発明に係る加速度系の実施の形態を示す構成図である。
【図９】本発明に係る加速度系の他の実施の形態を示す構成図である。
【図１０】図９の加速度系に加わる加速度と弾性力及び電気力と、加速度に対する振動信号を示すグラフである。
【図１１】本発明に係るジャイロスコープの振動構造物を示す構成図である。
【図１２】ジャイロスコープに設けられる有効剛性制御用電極を示す構成図である。
【図１３】ジャイロスコープに備えられる２軸振動構造物の各軸に対する振動を示すグラフである。
【図１４】従来の振動構造体とその特性を示す図である。
【符号の説明】
３０，４０，５０，１００…振動構造物
２２，３２，４２，５２，６２，７２，１０３，１０４…バネ
２１，４１，５１，６１，７１，１０５…慣性体
２４，４５，５４，６４，７４，１１１…有効剛性制御用電極
２５，３６，４８，５５，６５，７５…電源供給装置
【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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