(57)【要約】【課題】製造上のばらつきにより梁部材のバランスが完全に取れていない場合でもＸ軸及びＹ軸の感度調整のみで他軸感度を小さくできる静電容量型センサを提供すること。【解決手段】変位可能な重錘体４２ａ乃至４２ｅと、重錘体４２ａ乃至４２ｅを梁部材４３ｄａ，４３ａｂ，４３ｂｃ，４３ｃｄを介して保持する保持部材４１と、重錘体４２ａ乃至４２ｅに対向して配置されたＸ軸用検出電極３２ａ，３２ｂ及びＹ軸用検出電極３２ｃ，３２ｄとを備え、重錘体４２ａ乃至４２ｅと電極３２ａ乃至３２ｄ間の静電容量の変化を検出するようにしたもので、電極３２ａ乃至３２ｄは、重錘体４２ａ乃至４２ｄに対向して配置されている。複数の電極３２ａ乃至３２ｄは、重錘体に対向して配置され、複数の電極のうち、隣接する電極３２ａ，３２ｂからの出力の和と、残りの隣接する電極３２ｃ，３２ｄから得られた出力の和との差分を算出する。【選択図】図３
2009204541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変位可能な重錘体と、梁部材を介して前記重錘体を保持する保持部材と、前記重錘体に対向して配置された複数の電極とを備え、
前記複数の電極は、前記重錘体に対向して配置され、
前記複数の電極のうち、隣接する電極からの出力の和と、残りの隣接する電極から得られた出力の和との差分を算出し、各軸成分の角速度を演算する信号演算部を備え、前記重錘体と前記複数の電極間の静電容量の変化を検出することを特徴とする静電容量型センサ。
【請求項２】
前記重錘体は、前記梁部材の交点に配置された中心部を有するとともに、前記保持部材と前記梁部材に沿って前記中心部からクローバ型に配置された周辺部を有することを特徴とする請求項１に記載の静電容量型センサ。
【請求項３】
前記梁部材は、前記重錘体の中心部から前記保持部材の対角線上に沿って、前記重錘体の隣接する周辺部に挟まれるように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の静電容量型センサ。
【請求項４】
前記電極の形状は、前記クローバ型に配置された前記重錘体の前記周辺部に相似形の形状であることを特徴とする請求項２又は３に記載の静電容量型センサ。
【請求項５】
前記信号演算部は、前記複数の電極うち、第１の電極からの出力信号をＡ、第２の電極からの出力信号をＢ、第３の電極からの出力信号をＣ、第４の電極の出力信号をＤとしたときに、
前記第１の電極からの出力信号Ａと前記第２の電極との出力信号Ｂとを加算する第１の加算器と、前記第３の電極からの出力信号Ｃと前記第４の電極との出力信号Ｄとを加算する第２の加算器とを備え、第１及び第２の加算器の出力信号の差分を演算する第１の演算増幅器からの出力信号（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）をＸ軸成分の角速度とし、
前記第４の電極からの出力信号Ｄと前記第１の電極との出力信号Ａとを加算する第３の加算器と、前記第２の電極からの出力信号Ｂと前記第３の電極との出力信号Ｃとを加算する第４の加算器とを備え、第３及び第４の加算器の出力信号の差分を演算する第２の演算増幅器からの出力信号（Ｄ＋Ａ）−（Ｂ＋Ｃ）をＹ軸成分の角速度とする
ことを特徴とする請求項１に記載の静電容量型センサ。
【請求項６】
前記信号演算部は、前記複数の電極うち、第１の電極からの出力信号をＡ、第２の電極からの出力信号をＢ、第３の電極からの出力信号をＣ、第４の電極の出力信号をＤとしたときに、
前記第１の電極からの出力信号Ａと前記第３の電極との出力信号Ｃの差分を演算する第１の演算増幅器と、前記第２の電極からの出力信号Ｂと前記第４の電極との出力信号Ｄとの差分を演算する第２の演算増幅器と、前記第１及び第２の演算増幅器の出力信号を加算する加算器とを備え、該加算器からの出力信号（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）をＸ軸成分の角速度とし、
前記第１の電極からの出力信号Ａと前記第２の電極との出力信号Ｂの差分を演算する第３の演算増幅器と、前記第３の電極からの出力信号Ｃと前記第４の電極との出力信号Ｄの差分を演算する第４の演算増幅器と、前記１及び第２の演算増幅器の出力信号の差分を演算する第５の演算増幅器とを備え、該第５の演算増幅器からの出力信号（Ｄ＋Ａ）−（Ｂ＋Ｃ）をＹ軸成分の角速度とする
ことを特徴とする請求項１に記載の静電容量型センサ。
【請求項７】
前記複数の電極に対向して前記重錘体を挟むようにさらに他の複数の電極が配置されたサンドイッチ構造を有することを特徴とする請求項１に記載の静電容量型センサ。
【請求項８】
前記複数の他の電極の形状は、クローバ型に配置された前記重錘体の周辺部に相似形の形状であることを特徴とする請求項７に記載の静電容量型センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量型センサに関し、より詳細には、変位可能な重錘体と、この重錘体に対向して配置された複数の電極とを備え、重錘体と複数の電極間の静電容量の変化を検出するようにした静電容量型センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の静電容量型センサとしては、振動子に作用するコリオリ力を容量素子の静電容量の変化に基づいて検出するものがある。例えば、特許文献１に記載のものは、可撓性を有する円盤状の変位基板と剛性を有する固定基板とを対向させて装置筐体で支持し、変位基板と固定基板にそれぞれが対向するように電極を設けるとともに、変位基板に振動子を固着する。対抗する電極間に交流駆動信号を与え、クーロン力を利用して振動子を上下に振動させる。対向する電極により第１の容量素子及び第２の容量素子を構成し、角速度が作用すると、コリオリ力＋Ｆｘにより変位基板が傾斜し、振動子と電極間の静電容量の変化を検出するものである。
【０００３】
また、特許文献２に記載のものは、中間基板を構成する重錘体に４本の梁部材を直交して設けた構造の静電容量型センサである。
【０００４】
図１は、従来の静電容量型センサの中間基板の構成図で、特許文献２の図２７に記載されているものである。重錘体２１５は、上方から見ると４枚の羽状部分を備えた構造を有する。可撓部２２５は、この重錘体２１５の周囲を取り囲む板状枠体と、スリットＳＬによって隔てられた４本のビーム部ＢＭとによって構成されている。スリットＳＬは、重錘体２１５と可撓部２２５とを隔てる貫通溝をなしている。このように、スリットＳＬで重錘体２１５を物理的に隔絶するようにすると、重錘体２１５は、４本のビーム部ＢＭによってのみ支持された状態となるので、重錘体２１５がより変位しやすい構造が実現できる。
【０００５】
つまり、この特許文献２には、４本の梁部材が直交して設けられており、検出電極が梁部材に対して４５°傾いている（隣り合う２つの梁部材の間にある）構造の静電容量型センサが開示されている。
【０００６】
４本の梁部材で支えられている重錘体にかかるコリオリ力を重錘体の変位として検出しており、重錘体の変位の検出方法は、重錘体に対向して配置された検出電極と、重錘体との間の静電容量の変化を検出するものである。
【０００７】
このような構造の静電容量型センサでは、Ｘ軸及びＹ軸方向の力を各軸に設置された２つの検出電極を用いて、その容量変化の差からコリオリ力を検出する場合、４本の梁部材のバランスが取れていることが前提となっている。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２２７６４４号公報
【特許文献２】特開２００７−４６９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した特許文献２においては、梁部材のバランスが狂うと、重錘体にかかるコリオリ力の方向と重錘体の変位の方向が一致せずに静電容量として変位を検出する加速度センサは、コリオリ力の向きに誤差を生じ、コリオリ力の方向を正確に検出できないという問題点があった。
【００１０】
また、バランスに影響を与える梁部材や重錘体の形状は加工精度上、製造ばらつきを有しており、すべての角速度センサにおいて、バランスがとれているわけでない。このバランスの狂いは、角速度センサの重要な特性である他軸感度不良として現れる。
【００１１】
このような構造の角速度センサは、製造上のばらつきにより、梁部材のバランスが狂うと他軸感度が敏感に現れてしまうという欠点を有している。
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、製造上のばらつきにより梁部材のバランスが完全に取れていない場合でもＸ軸及びＹ軸の感度調整のみで他軸感度を小さくできる静電容量型センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、変位可能な重錘体（４２ａ〜４２ｄ）と、梁部材（４３ｄａ〜４３ｃｄ）を介して前記重錘体を保持する保持部材（４１）と、前記重錘体に対向して配置された複数の電極（３２ａ〜３２ｄ）とを備え、前記複数の電極（３２ａ〜３２ｄ）は、前記重錘体に対向して配置され、前記複数の電極のうち、隣接する電極（（３２ａと３２ｂ）又は（３２ｄと３２ａ））からの出力の和（（Ａ＋Ｂ）又は（Ｄ＋Ａ））と、残りの隣接する電極（（３２ｃと３２ｄ）又は（３２ｂと３２ｃ））から得られた出力の和（（Ｃ＋Ｄ）又は（Ｂ＋Ｃ））との差分（［（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ+Ｄ）］又は［（Ｄ＋Ａ）−（Ｂ＋Ｃ）］）を算出し、各軸成分の角速度を演算する信号演算部（図５及び図６）を備え、前記重錘体と前記複数の電極間の静電容量の変化を検出することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記重錘体は、前記梁部材の交点に配置された中心部（４２ｅ）を有するとともに、前記保持部材と前記梁部材に沿って前記中心部からクローバ型に配置された周辺部（４２ａ〜４２ｄ）を有することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記梁部材は、前記重錘体の中心部から前記保持部材の対角線上に沿って、前記重錘体の隣接する周辺部に挟まれるように配置されていることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、前記電極の形状は、前記クローバ型に配置された前記重錘体の前記周辺部に相似形の形状であることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記信号演算部は、前記複数の電極うち、第１の電極（３２ａ）からの出力信号をＡ、第２の電極（３２ｂ）からの出力信号をＢ、第３の電極（３２ｃ）からの出力信号をＣ、第４の電極（３２ｄ）の出力信号をＤとしたときに、前記第１の電極からの出力信号Ａと前記第２の電極との出力信号Ｂとを加算する第１の加算器（２０１）と、前記第３の電極からの出力信号Ｃと前記第４の電極との出力信号Ｄとを加算する第２の加算器（２０２）とを備え、第１及び第２の加算器の出力信号の差分を演算する第１の演算増幅器（４０６）からの出力信号（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）をＸ軸成分の角速度とし、前記第４の電極からの出力信号Ｄと前記第１の電極との出力信号Ａとを加算する第３の加算器（２０３）と、前記第２の電極からの出力信号Ｂと前記第３の電極との出力信号Ｃとを加算する第４の加算器（２０４）とを備え、第３及び第４の加算器の出力信号の差分を演算する第２の演算増幅器（４０７）からの出力信号（Ｄ＋Ａ）−（Ｂ＋Ｃ）をＹ軸成分の角速度とすることを特徴とする。（図５）
【００１８】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記信号演算部は、前記複数の電極うち、第１の電極（３２ａ）からの出力信号をＡ、第２の電極（３２ｂ）からの出力信号をＢ、第３の電極（３２ｃ）からの出力信号をＣ、第４の電極（３２ｄ）の出力信号をＤとしたときに、前記第１の電極からの出力信号Ａと前記第３の電極との出力信号Ｃの差分を演算する第１の演算増幅器（４１１）と、前記第２の電極からの出力信号Ｂと前記第４の電極との出力信号Ｄとの差分を演算する第２の演算増幅器（４１２）と、前記第１及び第２の演算増幅器の出力信号を加算する加算器（２００）とを備え、該加算器からの出力信号（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）をＸ軸成分の角速度とし、前記第１の電極からの出力信号Ａと前記第２の電極との出力信号Ｂの差分を演算する第３の演算増幅器（４１３）と、前記第３の電極からの出力信号Ｃと前記第４の電極との出力信号Ｄの差分を演算する第４の演算増幅器（４１４）と、前記１及び第２の演算増幅器の出力信号の差分を演算する第５の演算増幅器（４０８）とを備え、該第５の演算増幅器からの出力信号（Ｄ＋Ａ）−（Ｂ＋Ｃ）をＹ軸成分の角速度とすることを特徴とする。（図６）
【００１９】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記複数の電極に対向して前記重錘体を挟むようにさらに他の複数の電極が配置されたサンドイッチ構造を有することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記複数の他の電極の形状は、クローバ型に配置された前記重錘体の周辺部に相似形の形状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、変位可能な重錘体と、梁部材を介して重錘体を保持する保持部材と、重錘体に対向して配置された複数の電極とを備え、複数の電極は、重錘体に対向して配置され、複数の電極のうち、隣接する電極からの出力の和と、残りの隣接する電極から得られた出力の和との差分を算出し、軸成分の角速度を演算する信号演算部を備えているので、製造上のばらつきにより梁部材のバランスが完全に取れていない場合でもＸ軸及びＹ軸の感度調整のみで他軸感度を小さくできる静電容量型センサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。  
本発明に係る静電容量型センサの特徴を明確にするために、まず、以下に比較例について説明する。
【００２３】
図２は、本発明に係る静電容量型センサとの比較例を説明するための構成図である。この比較例の静電容量型センサは、変位可能な重錘体２２ａ乃至２２ｅを保持する保持部材２１と、重錘体２２ａ乃至２２ｅに対向するように、基板１１上に設けられた検出電極１２ａ乃至１２ｄとを備え、重錘体２２ａ乃至２２ｄと検出電極１２ａ乃至１２ｄ間の静電容量の変化を検出するように構成されている。
【００２４】
重錘体２２ａ乃至２２ｅは、梁部材２３ｄａ，２３ａｂ、２３ｂｃ，２３ｃｄを介して保持部材２１によって保持されている。基板１１上に設けられた検出電極１２ａ乃至１２ｄは、重錘体２２ａ乃至２２ｄに対向して配置されたＸ軸用検出電極１２ａ，１２ｃと、Ｙ軸用検出電極１２ｂ，１２ｄとを備えている。なお、符号１３は、Ｘ軸用検出電極１２ａ，１２ｃとＹ軸用検出電極１２ｂ，１２ｄの中央部分に配置された駆動電極を示している。
【００２５】
また、検出電極１２ａ乃至１２ｄは、梁部材２３ｄａ乃至２３ｃｄの直上を覆うことなく、重錘体２２ａ乃至２２ｄのそれぞれに対向して配置されている。
【００２６】
なお、梁部材２３ｄａは、重錘体２２ｄと重錘体２２ａに挟まれ、梁部材２３ａｂは、重錘体２２ａと重錘体２２ｂに挟まれ、梁部材２３ｂｃは、重錘体２２ｂと重錘体２２ｃに挟まれ、梁部材２３ｃｄは、重錘体２２ｃと重錘体２２ｄに挟まれた梁部材である。
【００２７】
また、重錘体２２ａ乃至２２ｅは、梁部材２３ｄａ乃至２３ｃｄの交点に配置された中心部２２ｅを有するとともに、保持部材２１と梁部材２３ｄａ乃至２３ｃｄに沿って中心部２２ｅからクローバ型に配置された周辺部２２ａ乃至２２ｄを有している。
【００２８】
また、梁部材２３ｄａ乃至２３ｃｄは、重錘体の中心部２２ｅから保持部材２１の対角線上に沿って、重錘体の隣接する周辺部２２ａ乃至２２ｄに挟まれるように配置されている。また、電極１２ａ乃至１２ｄの形状は、中心から四方に連なるクローバ型に配置された重錘体の周辺部２２ａ乃至２２ｄに相似形の三角形である。
【００２９】
このような構成において、Ｘ軸用検出電極１２ａからの出力信号をＡ、Ｘ軸用検出電極１２ｂからの出力信号をＢ、Ｙ軸用検出電極１２ｃからの出力信号をＣ、Ｙ軸用検出電極１２ｄからの出力信号をＤとすると、図４（ａ）に示すように、Ｘ軸方向の角速度成分はＸ＝Ａ−Ｂ、Ｙ軸方向の角速度成分はＹ＝Ｄ−Ｃとして検出する。この場合の検出方向は、梁部材２３ｄａ乃至２３ｃｄに対して４５°の傾きを有している。つまり、梁部材２３ｄａと２３ｂｃで構成される軸と、梁部材２３ａｂと２３ｃｄで構成される軸は、Ｘ軸用検出電極１２ａと１２ｃで構成される軸と、Ｙ軸用検出電極１２ｂと１２ｄで構成される軸とそれぞれ４５°の傾きを有している。
【００３０】
この比較例における構成による容量変化と角速度との特性は、図７（ａ）に示すように、Ｙ軸回転させることによりＹ軸まわりに角速度を与えた場合であって、Ｘ軸方向とＹ軸方向にあらわれる出力を角速度の大きさを変化させてプロットしているが、本来Ｚ軸方向に振動に対するＹ軸まわりの角速度であれば、コリオリ力としてはＸ軸出力のみ出現すべきであるが、Ｙ軸出力が得られているようになっている。Ｙ軸まわりの角速度においては本来現れることのないＹ軸出力は所望の出力であるＸ軸出力の３５％に相当しており、すなわち、他軸感度は３５％であることを示している。ここで、図中の菱型はＸ軸方向の角速度成分で、矩形はＹ軸方向の角速度成分を示している。
【００３１】
図３は、本発明に係る静電容量型センサの一実施例を説明するための構成図である。  
本発明の静電容量型センサは、変位可能な重錘体４２ａ乃至４２ｅを保持する保持部材４１と、重錘体４２ａ乃至４２ｅに対向するように、基板３１上に設けられた複数の検出電極３２ａ乃至３２ｄとを備え、重錘体４２ａ乃至４２ｄと検出電極３２ａ乃至３２ｄ間の静電容量の変化を検出するように構成されている。
【００３２】
重錘体４２ａ乃至４２ｅは、梁部材４３ｄａ，４３ａｂ、４３ｂｃ，４３ｃｄを介して保持部材４１によって保持されている。基板３１上に設けられた複数の検出電極３２ａ乃至３２ｄは、重錘体４２ａ乃至４２ｄに対向して配置された第１及び第２の検出電極３２ａ，３２ｂと、第３及び第４の検出電極３２ｃ，３２ｄとを備えている。なお、符号３３は、第１及び第２の検出電極３２ａ，３２ｂと、第３及び第４の検出電極３２ｃ，３２ｄの中央部分に配置された駆動電極を示している。
【００３３】
また、複数の電極３２ａ乃至３２ｄは、重錘体に対向して配置され、複数の電極のうち、隣接する電極３２ａ，３２ｂからの出力の和と、残りの隣接する電極３２ｃ，３２ｄから得られた出力の和との差分を算出し、軸成分の加速度を演算する信号演算部（後述する図５）を備えている。
【００３４】
なお、梁部材４３ｄａは、重錘体４２ｄと重錘体４２ａに挟まれ、梁部材４３ａｂは、重錘体４２ａと重錘体４２ｂに挟まれ、梁部材４３ｂｃは、重錘体４２ｂと重錘体４２ｃに挟まれ、梁部材４３ｃｄは、重錘体４２ｃと重錘体４２ｄに挟まれた梁部材である。
【００３５】
また、重錘体４２ａ乃至４２ｅは、梁部材４３ｄａ乃至４３ｃｄの交点に配置された中心部４２ｅを有するとともに、保持部材４１と梁部材４３ｄａ乃至４３ｃｄに沿って中心部４２ｅからクローバ型に配置された周辺部４２ａ乃至４２ｄを有している。
【００３６】
また、梁部材４３ｄａ乃至４３ｃｄは、重錘体の中心部４２ｅから保持部材４１の対角線上に沿って、重錘体の隣接する周辺部４２ａ乃至４２ｄに挟まれるように配置されている。
【００３７】
また、電極の形状は、クローバ型に配置された重錘体の周辺部に相似形の形状が最適であるが、重錘体の周辺部の直上に配置されるものであれば、これらの形状に限定されるものではない。
【００３８】
このような構成において、第１及び第２の検出電極３２ａ，３２ｂからの出力信号をＡ，Ｂ、第３及び第４の検出電極３２ｃ，３２ｄからの出力信号をＣ，Ｄとすると、図４（ｂ）に示すように、Ｘ軸の角速度成分は、複数の電極のうち、隣接する電極３２ａ，３２ｂからの出力の和Ａ＋Ｂと、残りの隣接する電極３２ｃ，３２ｄから得られた出力の和Ｃ＋Ｄとの差分（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）を算出し、Ｙ軸の角速度成分は、複数の電極のうち、隣接する電極３２ｄ，３２ａからの出力の和Ｄ＋Ａと、残りの隣接する電極３２ｂ，３２ｃから得られた出力の和Ｂ＋Ｃとの差分（Ｄ＋Ａ）−（Ｂ＋Ｃ）を算出し、各軸成分の角速度を演算する。この場合の検出方向は、梁部材４３ｄａ乃至４３ｃｄに対して同じ方向を有している。つまり、梁部材４３ａｂと４３ｃｄで構成される軸がＸ軸と一致しており、梁部材４３ｄａと４３ｂｃで構成される軸が軸と一致している。
【００３９】
図５は、本発明の静電容量型センサに係る信号演算部の回路図で、この信号演算部は、複数の電極のうち、隣接する電極３２ａ，３２ｂからの出力の和と、残りの隣接する電極３２ｃ，３２ｄから得られた出力の和との差分を算出し、各軸成分の角速度を演算するものである。
【００４０】
図中符号Ｃ１は、第１の電極３２ａと重錘体４２ａとで構成される容量素子を示し、Ｃ２は、第２の電極３２ｂと重錘体４２bとで構成される容量素子を示し、Ｃ３は、第３の電極３２ｃと重錘体４２ｃとで構成される容量素子を示し、Ｃ４は、第４の電極３２ｄと重錘体４２ｄとで構成される容量素子を示している。
【００４１】
上述したように、第１の電極３２ａからの出力信号をＡ、第２の電極３２ｂからの出力信号をＢ、第３の電極３２ｃからの出力信号をＣ、第４の電極３２ｄの出力信号をＤとすると、容量素子Ｃ１からの出力信号は、Ｃ／Ｖ変換回路４０１を介してＶ１が得られ、容量素子Ｃ２からの出力信号は、Ｃ／Ｖ変換回路４０２を介してＶ２が得られ、加算器２０１の出力Ａ＋Ｂ＝Ｖ１＋Ｖ２が得られる。また、容量素子Ｃ３からの出力信号は、Ｃ／Ｖ変換回路４０３を介してＶ３が得られ、容量素子Ｃ４からの出力信号は、Ｃ／Ｖ変換回路４０４を介してＶ４が得られ、加算器２０１の出力Ｃ＋Ｄ＝Ｖ３＋Ｖ４が得られる。これらの差分をとると、演算増幅器４０６の出力（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）＝（Ｖ１＋Ｖ２）−（Ｖ３＋Ｖ４）が得られる。これがＸ軸方向の角速度成分になる。
【００４２】
また、容量素子Ｃ４からの出力信号は、Ｃ／Ｖ変換回路４０４を介してＶ４が得られ、容量素子Ｃ１からの出力信号は、Ｃ／Ｖ変換回路４０１を介してＶ１が得られ、加算器２０３の出力Ｄ＋Ａ＝Ｖ４＋Ｖ１が得られる。また、容量素子Ｃ２からの出力信号は、Ｃ／Ｖ変換回路４０２を介してＶ２が得られ、容量素子Ｃ３からの出力信号は、Ｃ／Ｖ変換回路４０３を介してＶ３が得られ、加算器２０４の出力Ｂ＋Ｃ＝Ｖ２＋Ｖ３が得られる。これらの差分をとると、演算増幅器４０７の出力（Ｄ＋Ａ）−（Ｂ＋Ｃ）＝（Ｖ４＋Ｖ１）−（Ｖ２＋Ｖ３）が得られる。これがＹ軸方向の角速度成分になる。
【００４３】
図５において、Ｘ，Ｙが従来の軸の方向とすると、Ｘ’，Ｙ’は４５度回転した軸方向である。図５に示した信号演算部のように、加算処理と減算処理により軸は４５度回転するため、Ｘ’，Ｙ’の加算処理と減算処理によりＸ，Ｙにもどすことが可能である。
【００４４】
図６は、本発明の静電容量型センサに係る他の信号演算部の回路図で、この信号演算部は、複数の電極のうち、Ｘ軸成分については、対面する電極３２ａ，３２ｃと電極３２ｂ，３２ｄからの出力の差分を加算し、Ｙ軸成分については、隣接する電極３２ａ，３２ｂと電極３２ｃ，３２ｄからの出力の差分をさらに差分して算出し、結果として、図５と同様な各軸成分の角速度を演算することができる。
【００４５】
上述したように、第１の電極３２ａからの出力信号をＡ、第２の電極３２ｂからの出力信号をＢ、第３の電極３２ｃからの出力信号をＣ、第４の電極３２ｄの出力信号をＤとすると、容量素子Ｃ１からの出力信号は、Ｃ／Ｖ変換回路４０１を介してＶ１が得られ、容量素子Ｃ３からの出力信号は、Ｃ／Ｖ変換回路４０３を介してＶ３が得られ、演算増幅器４１１によりその差分Ｖ１−Ｖ３が得られ、また、容量素子Ｃ２からの出力信号は、Ｃ／Ｖ変換回路４０２を介してＶ２が得られ、容量素子Ｃ４からの出力信号は、Ｃ／Ｖ変換回路４０４を介してＶ４が得られ、演算増幅器４１２によりその差分Ｖ２−Ｖ４が得られ、加算器２００の出力（Ｖ１＋Ｖ２）−（Ｖ３＋Ｖ４）が得られる。これがＸ軸方向の角速度成分になる。
【００４６】
また、容量素子Ｃ１からの出力信号は、Ｃ／Ｖ変換回路４０１を介してＶ１が得られ、容量素子Ｃ２からの出力信号は、Ｃ／Ｖ変換回路４０２を介してＶ２が得られ、演算増幅器４１３によりその差分Ｖ１−Ｖ２が得られ、また、容量素子Ｃ３からの出力信号は、Ｃ／Ｖ変換回路４０３を介してＶ３が得られ、容量素子Ｃ４からの出力信号は、Ｃ／Ｖ変換回路４０４を介してＶ４が得られ、演算増幅器４１４によりその差分Ｖ３−Ｖ４が得られる。これらの差分をとると、演算増幅器４０８の出力（Ｖ４＋Ｖ１）−（Ｖ２＋Ｖ３）が得られる。これがＹ軸方向の角速度成分になる。
【００４７】
図６に示した信号演算部において、差動増幅器４１１乃至４１４で全差動となるため、コモンモードノイズに強いことが特徴となる。また、差動増幅器４１１乃至４１４による加算又は減算により、Ｘ，Ｙが４５°傾けた新しい軸を設定できるので、これにより自由に軸が選べるという効果がある。
【００４８】
本発明における構成による容量変化と角速度との特性は、図７（ｂ）に示すように、Ｙ‘軸回転させることによりＹ’軸まわりに角速度を与えた場合であって、Ｘ‘軸方向とＹ’軸方向にあらわれるアンプからの出力を角速度の大きさを変化させてプロットしている。本来Ｙ‘軸まわりの角速度から得られるＸ‘軸出力のみ出現しており、不要な信号であるＹ’軸出力はＸ‘軸出力の１％以下になっている。すなわち他軸感度は１％以下であることを示している。比較例と本発明では、コリオリ力を検出するために必要な重錘体や梁部材を含むセンサ構造は同じであるにもかかわらず、本発明により、大幅に他軸感度が低減していることがわかる。ここで、図中の菱型はＸ’軸方向の角速度成分で、図中の矩形はＹ‘軸方向の角速度成分を示している。
【００４９】
上述したように、従来の対角線上に梁部材を設けた構造の静電容量型センサにおいて、容量変化を検知する電極は、梁部材と４５°ずれた位置で変位を検出していた。このため、製造のばらつきにより、梁部材のバランスが崩れた場合に、実際にコリオリ力がかかった方向と異なる方向に変位するため、正確にコリオリ力の方向を検出することができなかったが、本発明の静電容量型センサは、信号演算部を備えているので、他軸感度の発生しない多軸の静電容量型センサを提供できるようになった。
【００５０】
また、信号演算部によれば、隣り合う電極の和と他の隣り合う電極の和との差を用いる演算回路である。これにより各軸かかるコリオリ力を梁部材のバランスが崩れている場合でも正確に計算できる。
【００５１】
本発明では、４電極においては２通りの場合のある、隣り合った電極の和と残りの電極との和との差を求める信号演算部を２つ設け、Ｘ軸，Ｙ軸の２軸の方向に受けるコリオリ力を検出できる。
【００５２】
また、梁部材のバランスが崩れているためにＸ軸．Ｙ軸の２軸に感度差がある場合には、この２軸の感度を信号処理により揃えることにより、他軸感度を全く発生させない角速度センサを提供できる。つまり、上述した信号演算部により、対角する梁部材のバランスが狂っていても他軸感度が発生しない多軸の静電容量型センサを提供できる。
【００５３】
上述した実施例では、１つの電極が重錘体に対向して配置されている場合について説明したが、一方も電極に対向して重錘体を挟むようにさらに他の電極を配置したサンドイッチ構造にしてもよい。この場合の他の電極の形状は、クローバ型に配置された重錘体の周辺部に相似形の形状が最適であるが、重錘体の周辺部の直下に配置されるものであれば、これらの形状に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】従来の静電容量型センサの中間基板の構成図である。
【図２】本発明に係る静電容量型センサとの比較例を説明するための構成図である。
【図３】本発明に係る静電容量型センサの一実施例を説明するための構成図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、Ｘ軸及びＹ軸の角速度の検出方向を示す図で、（ａ）は比較例の場合、（ｂ）は本発明の場合を示している。
【図５】本発明の静電容量型センサに係る信号演算部の回路図である。
【図６】本発明の静電容量型センサに係る他の信号演算部の回路図である。
【図７】（ａ），（ｂ）は、角速度の検出感度特性を示す図で、（ａ）は比較例の場合、（ｂ）は本発明の場合を示している。
【符号の説明】
【００５５】
１２ａ，１２ｃ，３２ａ，３２ｂ  Ｘ軸用検出電極
１２ｂ，１２ｄ，３２ｃ，３２ｄ  Ｙ軸用検出電極
１３，３３  駆動電極
２１，４１  保持部材
２２ａ乃至２２ｅ，４２ａ乃至４２ｅ  重錘体
２２ｅ，４２ｅ  重錘体の中心部
２２ａ乃至２２ｄ，４２ａ乃至４２ｄ  重錘体の周辺部
２３ｄａ乃至２３ｃｄ，４３ｄａ乃至４３ｃｄ  梁部材
２００，２０１，２０２，２０３，２０４  加算器
２１５  重錘体
２２５  可撓部
４０１，４０２，４０３，４０４  Ｃ／Ｖ変換回路
４０６，４０７，４０８，４１１，４１２，４１３，４１４  演算増幅器
ＳＬ  スリット
ＢＭ  ビーム部
【図１】
2009204541.tif 000003
【図２】
2009204541.tif 000004
【図３】
2009204541.tif 000005
【図４】
2009204541.tif 000006
【図５】
2009204541.tif 000007
【図６】
2009204541.tif 000008
【図７】
2009204541.tif 000009