(57)【要約】【課題】櫛歯電極間のギャップ長に制限されることなく検出電極の振動振幅を大きくすると共に検出方向からの外力による影響を無効にする。【解決手段】振動量増幅機構７ａ〜７ｄは、長手方向中心位置よりも可動部材４ｂ側の位置において梁１１ａ〜１１ｄ及び梁１２ａ〜１２ｄを介して角速度センサ１の上下面を挟持するガラス基板に接合されている。このような構成によれば、可動部材４ｂに振幅Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）の振動が与えられた場合、可動側検出電極２側の長手方向端部の振動振幅Ｂは可動部材４ｂ側の長手方向端部と梁１１ｃ，１２ｃ間のＸ軸方向距離Ｌ１と可動側検出電極２側の長手方向端部と梁１１ｃ，１２ｃ間のｘ軸方向距離Ｌ２（＞Ｌ１）の比（Ｌ２／Ｌ１）だけ増幅される。これにより、可動側検出電極２は−（Ｌ２／Ｌ１）×Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）の振幅で振動するようになる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出電極と駆動電極とを有し、駆動電極により検出電極を振動させ、角速度が与えられるのに伴い検出電極に加わる力を検出することにより角速度を検出する角速度センサにおいて、前記駆動電極は、前記検出電極の振動量を増幅する振動量増幅機構を介して前記検出電極を揺動自在に支持する可動部材と、前記可動部材に対向する対向面を有する固定部材と、前記可動部材と前記固定部材の対向面に互いに噛み合うように形成された櫛歯電極とを有し、前記可動部材と前記固定部材の櫛歯電極間に電圧を印加することにより前記櫛歯電極間に発生する静電力を利用して検出電極を振動させ、前記振動量増幅機構は、長手方向端部が梁を介して検出電極及び可動部材に接続された本体部と、前記本体部の長手方向中心位置よりも可動部材側の位置において本体部を固定する固定部とを有することを特徴とする角速度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の角速度センサにおいて、前記振動量増幅機構を含む前記駆動電極の振動方向及び検出方向の共振周波数が略一致していることを特徴とする角速度センサ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の角速度センサにおいて、前記可動部材は、複数の前記振動量増幅機構を介して前記検出電極を揺動自在に支持し、複数の前記振動量増幅機構のうち、同位相で振動する前記振動量増幅機構同士が連結していることを特徴とする角速度センサ。
【請求項４】
請求項３に記載の角速度センサにおいて、前記可動部材は前記検出電極を内包する枠体により構成され、複数の前記振動量増幅機構は前記枠体により連結していることを特徴とする角速度センサ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のうち、いずれか１項に記載の角速度センサにおいて、前記振動量増幅機構は、長手方向に連結された複数の前記本体部と、各本体部に設けられた前記固定部により構成されていることを特徴とする角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出電極と駆動電極間に発生する静電力を利用して検出電極を振動させることにより角速度を検出する角速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、駆動電極により検出電極をＹ軸方向に振動させ、Ｘ軸回りの角速度ωが与えられるのに応じて検出電極が受ける振動方向（Ｙ軸方向）に対し垂直方向（Ｚ軸方向）のコリオリ力を検出することにより角速度を検出する振動型の角速度センサが知られている。このような角速度センサの中には、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を利用することにより、検出電極と駆動電極の対向面に櫛歯電極を形成したものがある。この角速度センサでは、櫛歯電極間に電圧を印加し、電圧の印加に伴い櫛歯電極間に発生する静電力を利用して検出電極を駆動する。
【特許文献１】特開2002-13932号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
櫛歯電極間に発生する静電力を利用した角速度センサでは、検出電極を振動させるために大きな静電力が必要になることから櫛歯電極間は数μｍ以下に近接配置されている。このため、従来の角速度センサでは、櫛歯電極同士が接触することを抑制するために検出電極の振動振幅が櫛歯電極間のギャップ長に制限され、検出電極の振動振幅を大きくすることが困難であった。また検出電極を振動させることにより角速度を検出する角速度センサでは、センサ自体に検出方向からの外力（加速度）が加えられた場合、あたかもコリオリ力を検出したかのように検出電極が振動してしまう。こうした誤動作は、センサ精度の劣化を招くため、検出方向の力による影響を低減する構造、例えば力による影響を受けづらい構造（例：剛性を高める）設計が必要であった。これはコリオリ力を検出する感度も低下させてしまい、その結果、センサ特性の低下を招いていた。
【０００４】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、櫛歯電極間のギャップ長に制限されることなく検出電極の振動振幅を大きくすることが可能、且つ、検出方向からの外力による影響を無効にできる角速度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】
【０００５】
本発明に係る角速度センサは、検出電極と駆動電極とを有し、駆動電極により検出電極を振動させ、角速度が与えられるのに伴い検出電極に加わる力を検出することにより角速度を検出する角速度センサにおいて、駆動電極は、検出電極の振動量を増幅する振動量増幅機構を介して検出電極を揺動自在に支持する可動部材と、可動部材に対向する対向面を有する固定部材と、可動部材と固定部材の対向面に互いに噛み合うように形成された櫛歯電極とを有し、可動部材と固定部材の櫛歯電極間に電圧を印加することにより櫛歯電極間に発生する静電力を利用して検出電極を振動させ、振動量増幅機構は、長手方向端部が梁を介して検出電極及び可動部材に接続された本体部と、本体部の長手方向中心位置よりも可動部材側の位置において本体部を固定する固定部とを有する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る角速度センサによれば、櫛歯電極間のギャップ長に制限されることなく検出電極の振動振幅を大きくすることができると共に検出方向からの外力による影響を無効にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる角速度センサについて説明する。
【０００８】
〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態となる角速度センサ１は、図1(a),(b)に示すように、矩形形状の可動側検出電極２と、Ｚ軸方向（紙面垂直方向）において可動側検出電極２に対向する矩形形状の固定側検出電極３と、固定部材４ａと可動部材４ｂとからなる駆動電極とを有し、駆動電極により可動側検出電極２をＹ軸方向に振動させ、Ｘ軸方向回りの角速度ωが与えられるのに伴う検出電極２のＺ軸方向の変位を可動電極検出電極２と固定側検出電極３間の静電容量の変化として検出することにより、Ｘ軸方向回りの角速度ωを検出する。可動側検出電極２のＸ軸方向側面部は梁５ａ〜５ｄを介して角速度センサ１の上下面を挟持する図示しないガラス基板に接合されている。可動側検出電極２のＹ軸方向側面部には梁６ａ〜６ｄを介してＸ軸方向に伸びる板形状の振動量増幅機構（本体部）７ａ〜７ｄの長手方向一方端が接合され、振動量増幅機構７ａ〜７ｄの長手方向他方端は梁１０ａ〜１０ｄを介して可動部材４ｂに接合されている。
【０００９】
固定部材４ａは、可動部材４ｂと対向する対向面に櫛歯電極８ａを備える。可動部材４ｂは、固定部材４ａ側に設けられた櫛歯電極８ａと噛み合うように形成された櫛歯電極８ｂを有する。本実施形態において可動部材４ｂは、枠体形状を有し、梁１０ａ〜１０ｄ，振動量増幅機構７ａ〜７ｄ，及び梁６ａ〜６ｄを介して可動側検出電極２を枠体内において揺動自在に支持する。可動部材４ｂのＸ軸方向側面部は梁９ａ〜９ｄを介して角速度センサ１の上下面を挟持する図示しないガラス基板に接合されている。駆動電極は、固定部材４ａと可動部材４ｂの櫛歯電極８ａ，８ｂ間に電圧を印加することにより櫛歯電極８ａ，８ｂ間に発生する静電力を利用して可動部材４ａを介して可動側検出電極２を振動させる。
【００１０】
振動量増幅機構７ａ〜７ｄは、長手方向中心位置よりも可動部材４ｂ側の位置において梁１１ａ〜１１ｄ及び梁１２ａ〜１２ｄ（固定部）を介して角速度センサ１の上下面を挟持する図示しないガラス基板に接合されている。このような構成によれば、可動部材４ｂに振幅Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）の振動が与えられた場合、可動側検出電極２側の長手方向端部の振動振幅Ｂは図２に示すように可動部材４ｂ側の長手方向端部と梁１１ｃ，１２ｃ間のＸ軸方向距離Ｌ１と可動側検出電極２側の長手方向端部と梁１１ｃ，１２ｃ間のｘ軸方向距離Ｌ２（＞Ｌ１）の比（Ｌ２／Ｌ１）だけ増幅される。これにより、可動側検出電極２は−（Ｌ２／Ｌ１）×Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）の振幅で振動するようになる。従って本発明の第１の実施形態となる角速度センサ１によれば、櫛歯電極８ａ，８ｂ間のギャップ長に制限されることなく可動側検出電極２の振動振幅を大きくできる。
【００１１】
また本発明の第１の実施形態となる角速度センサ１によれば、可動部材４ｂと可動側検出電極２は、振動方向が逆位相となるため、センサ自体が角速度を受けた場合、可動部４ｂと可動側検出電極２は、それぞれ逆方向にコリオリ力を受け、それぞれ逆方向へ振動する。一方、センサ自体に検出方向からの外力（加速度）を受けた場合には、可動部４ｂと可動側検出電極２は、同方向に力を受けるため、同方向へ振動する。従ってこの振動の違いを検出し、信号処理回路により無効とすることで、検出方向からの外力（加速度）による影響を無効にすることができる。また本実施形態では、振動量増幅機構７ａ〜７ｄは枠体である可動部材４ｂにより連結されているので、駆動電極を駆動する際に生じる振動量増幅機構７ａ〜７ｄにおける同期誤差（偏心動作）を改善できる。
【００１２】
〔第２の実施形態〕
次に、図３を参照して、本発明の第２の実施形態となる角速度センサの構成について説明する。
【００１３】
本実施形態では、可動部材４ｂは、枠体形状ではなく、図３に示すようにＸ軸方向側面部を除去することによりを２つの部材４ｂａ，４ｂｂにより構成され、部材４ｂａ，４ｂｂの固定部材４ａに対向する対向面に櫛歯電極８ｂが形成されている。また同位相で振動する振動増幅機構７ａ，７ｂは部材４ｂａを介して連結され、同様に同位相で振動する振動増幅機構７ｃ，７ｄは部材４ｂｂを介して連結されている。このような構成によれば、同位相での加振における振動増幅機構７ａと振動増幅機構７ｂ間及び振動増幅機構７ｃと振動増幅機構７ｄ間の同期誤差（偏心動作）を低減することができる。
【００１４】
〔第３の実施形態〕
最後に、図４を参照して、本発明の第３の実施形態となる角速度センサの構成について説明する。
【００１５】
本実施形態では、梁６ａ〜６ｄと可動側検出電極２間にそれぞれ振動量増幅機構７ｅ〜７ｈ及び梁６ｅ〜６ｆを挿入することにより振動量増幅機構が２段により構成されている。このような構成によれば、１段目の振動量増幅機構７ａ〜７ｄにより増幅された振動量が振動量増幅機構７ｅ〜７ｈにおいてさらに増幅されるので、検出感度を飛躍的に向上させることができる。なお本実施形態では振動量増幅機構は２段構成であったが３段以上の構成としてもよい。
【００１６】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば可動側検出電極２，振動量増幅機構７ａ〜７ｄ，及び可動部材４ｂを含む構造体の振動方向（Ｙ軸方向）及び検出方向（Ｚ軸方向）共振周波数を一致又は近づけることにより、コリオリ力の検出感度を高めるようにしてもよい。このように、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態となる角速度センサの(a)上面図及び(b)部分拡大図である。
【図２】図１に示す角速度センサにおける検出電極の振動原理を説明するための模式図である。
【図３】本発明の第２の実施形態となる角速度センサの(a)上面図及び(b)部分拡大図である。
【図４】本発明の第３の実施形態となる角速度センサの(a)上面図及び(b)部分拡大図である。
【符号の説明】
【００１８】
１：角速度センサ
２：可動側検出電極
３：固定側検出電極
４ａ：固定部材
４ｂ：可動部材
５ａ〜５ｄ，６ａ〜６ｄ，９ａ〜９ｄ，１１ａ〜１１ｈ，１２ａ〜１２ｈ：梁
７ａ〜７ｄ：振動量増幅機構
８ａ，８ｂ：櫛歯電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009175079.tif 000005
【図４】
2009175079.tif 000006