JP2000009470A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 物理的（電気的および機械的）外乱による検
出精度の低下を防止。角速度検出精度の向上。 【解決手段】 ｘ方向に延びる平行な、対の連結梁(bb
1,bb2)；これらに連続するｘ方向の撓み性が高いばね梁
(1〜4/21〜24)に連続し、対の連結梁(bb1,bb2)の間に位
置する、ｘ方向に並んだ第１駆動枠(5)および第２駆動
枠(25)；第１駆動枠(5)の内方にあって、それに連続す
るｙ方向に撓み性が高いばね梁(7〜10)に連続する第１
振動体(11)；第２駆動枠(25)の内方にあって、それに連
続するｙ方向に撓み性が高いばね梁(27〜30)に連続する
第２振動体(31)；第１駆動枠(5)および第２駆動枠(25)
の少くとも一方をｘ方向に振動駆動する励振手段(15,16
/35,36)；第１振動体(11)のｙ振動を検出する第１の変
位検出手段(13,14)；および、第２振動体(31)のｙ振動
を検出する第２の変位検出手段(33,34)；を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板に対して浮動
支持された振動体を備える角速度センサに関し、特に、
これに限定する意図ではないが、半導体微細加工技術を
用いて形成される浮動半導体薄膜を櫛歯電極にて電気的
に吸引／解放してｘ方向に励振する角速度センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の角速度センサの代表的なもの
は、浮動薄膜の左辺部に１組かつ右辺部に１組の浮動櫛
歯電極（左側浮動櫛歯電極と右側浮動櫛歯電極）を備
え、固定櫛歯電極も２組（各組の浮動櫛歯電極に非接触
で噛み合いかつ平行な左側固定櫛歯電極および右側固定
櫛歯電極）として、左側浮動櫛歯電極／左側固定櫛歯電
極間と右側浮動櫛歯電極／右側固定櫛歯電極間に交互に
電圧を印加することにより、浮動薄膜がｘ方向に振動す
る。浮動薄膜に、ｚ軸を中心とする回転の角速度が加わ
ると、浮動薄膜にコリオリ力が加わって、浮動薄膜は、
ｙ方向にも振動する楕円振動となる。浮動薄膜を導体と
しもしくは電極が接合したものとし、浮動薄膜のｘｚ平
面に平行な検出電極を基板上に備えておくと、この検出
電極と浮動薄膜との間の静電容量が、楕円振動のｙ成分
（角速度成分）に対応して振動する。この静電容量の変
化（振幅）を測定することにより、角速度を求めること
が出来る（例えば特開平５−２４８８７２号公報，特開
平７−２１８２６８号公報，特開平８−１５２３２７号
公報，特開平９−１２７１４８号公報，特開平９−４２
９７３号公報）。

【０００３】米国特許明細書第5,635,638号のFig.4に
は、１対の振動子を半円形状の１対の梁で連結して、各
振動子の振動方向ｘに対して撓み性が高い梁を介して、
８個のアンカーにて、該１対の振動子を浮動支持した角
速度センサが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の角速度センサで
はアンカー部が多点にわかれており、互いに距離がある
ため振動子を単振動させる梁バネ部に温度変化等の外力
が加わると圧縮あるいは引張りの応力がかかる。そのた
め共振周波数が温度とともに変化し、ヒステリシスと不
連続点をもつ特性となる。それはセンサの精度を低下さ
せる。例えば特開平７−２１８２６８号公報に開示のご
とき、アンカー部が多点にわかれた従来の角度センサで
は、アンカー間に距離があるため駆動時の振動が検出側
の振動にもれ、そのため精度低下となることが考えられ
る。また、例えば特開平７−２１８２６８号公報に開示
のごときの、駆動の振動モードと検出の振動モードの不
動点が不一致のものでは、互いの振動もれと外力の影響
があると角速度検出精度が低下すると考えられる。ま
た、駆動の振動モードにコリオリ力による振動を低減さ
せる振動成分を含むと、角速度検出出力が小さい。従来
の振動子の振幅が、＋ｘ方向と−ｘ方向とで異なって振
動が不安定になるときがあり、センサとして成立しない
ときがある。

【０００５】米国特許明細書第5,635,638号の角速度セ
ンサでは、振動子の重心から振動バネが接続されていな
いため、製造時の寸法変動により、振動マスに加わる駆
動力が不均一になると振動がアンバランスになると推察
される。また、非線形振動になる。そのため共振周波数
のシフト振動のアンバランスにより検出出力の不安定な
変動を発生させるためＳ／Ｎが悪いと推察される。駆動
振動子と検出振動子が同一の質量となっているため、製
造時の寸法変動により検出方向への振動を駆動振動子が
発生すると、角速度信号のＳ／Ｎが低下すると推察され
る。検出振動子の振動が複数点支持のねじれ振動となる
ため、振動が基板をとおして外部にもれ、外部で反射し
た振動成分が基板に戻り振動子に加わるため、角速度信
号のＳ／Ｎが低下すると推察される。振動駆動信号が検
出コンデンサに伝わるので、角速度信号のＳ／Ｎが低い
と推察される。

【０００６】本発明は、物理的（電気的および機械的）
外乱による検出精度の低下を防ぎ、角速度検出精度を高
くすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（１）本発明の角速度セ
ンサは、基板(100)で浮動支持された、ｘ方向に延びる
平行な、対の連結梁(bb1,bb2)；これらに連続するｘ方
向の撓み性が高いばね梁(1〜4/21〜24)に連続し、対の
連結梁(bb1,bb2)の間に位置する、ｘ方向に並んだ第１
駆動枠(5)および第２駆動枠(25)；第１駆動枠(5)の内方
にあって、それに連続するｙ方向に撓み性が高いばね梁
(7〜10)に連続する第１振動体(11)；第２駆動枠(25)の
内方にあって、それに連続するｙ方向に撓み性が高いば
ね梁(27〜30)に連続する第２振動体(31)；第１駆動枠
(5)および第２駆動枠(25)の少くとも一方をｘ方向に振
動駆動する励振手段(15,16/35,36)；第１振動体(11)の
ｙ振動を検出する第１の変位検出手段(13,14)；およ
び、第２振動体(31)のｙ振動を検出する第２の変位検出
手段(33,34)；を備える。なお、理解を容易にするため
にカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応要素
の符号を参考までに付記した。

【０００８】これによれば、励振手段(15,16/35,36)に
て第１駆動枠(5)および第２駆動枠(25)をｘ方向に逆相
で振動させると、それらの内側にある第１振動体(11)お
よび第２振動体(31)も、第１駆動枠(5)および第２駆動
枠(25)と同じく、ｘ方向に逆相で振動する。ｚ軸廻りの
角速度が加わると、第１振動体(11)および第２振動体(3
1)は、ｙ方向に撓み性が高いばね梁(7〜10/27〜30)にて
支持されているので、第１振動体(11)および第２振動体
(31)の振動が楕円振動となり、ｙ方向にも振動する。第
１振動体(11)および第２振動体(31)のｘ振動が相対的に
逆相であるので、ｙ振動も相対的には逆相となる。第１
および第２変位検出手段(13,14／33,34)が、これらのｙ
振動を検出する。

【０００９】第１および第２変位検出手段(13,14／33,3
4)の振動検出信号の差動増幅を行なうと、各変位検出手
段の振動検出信号の略２倍のレベルの振動検出信号が得
られると共に、電気的なノイズが減殺されるばかりでな
く、角速度以外の機械的な外力による信号成分も相殺さ
れる。例えばｙ方向の加，減速度が加わった場合、それ
による第１振動体(11)および第２振動体(31)の移動が同
方向で、第１および第２変位検出手段(13,14／33,34)の
変位検出信号レベルが同方向に同程度振れるが、それら
を差動増幅すると、この信号レベルの振れが相殺とな
る。したがって、加速度など、外力による角速度信号の
Ｓ／Ｎ低下を生じない。

【００１０】ｘ方向の撓み性が高いばね梁(1〜4/21〜2
4)を介して第１駆動枠(5)および第２駆動枠(25)が連結
梁(bb1,bb2)で支持され、基板(100)に対しては浮動支持
であり、第１駆動枠(5)および第２駆動枠(25)が、温度
歪を生じにくく、それらならびに第１および第２振動体
(11,31)のｘ振動が安定するのに加えて、ｙ方向に撓み
性が高いばね梁(7〜10／27〜30)を介して第１および第
２振動体(11,31)が浮動支持されているので、第１およ
び第２振動体(11,31)は更に温度歪を生じにくく、角速
度対応のｙ振動が安定したものとなり、角速度信号の信
頼性（安定性）が高い。

【００１１】

【発明の実施の形態】（２）第１振動体(11)および第２
振動体(31)は、枠形状体であり、それぞれの内側に第１
および第２の変位検出手段(13,14／33,34)が位置する。 （３）対の連結梁(bb1,bb2)はそれらの間の中間点Ｏを
通るｘ軸およびｙ軸に関して対称であり、第１および第
２駆動枠(5,25)はｙ軸に関して対称であり、第１および
第２振動体(11,31)もｙ軸に関して対称である （４）基板で浮動支持されたｘ方向の撓み性が高いばね
梁(1〜4,21〜24)に連続し、ｘ方向に並んだ第１駆動枠
(5)および第２駆動枠(25)；第１駆動枠(5)および第２駆
動枠(25)を連結したｘ方向の撓み性が高いばね梁(61,6
2)；第１駆動枠の内方にあって、それに連続するｙ方向
に撓み性が高いばね梁に連続する第１振動体；第２駆動
枠の内方にあって、それに連続するｙ方向に撓み性が高
いばね梁に連続する第２振動体；第１駆動枠(5)および
第２駆動枠(25)の少くとも一方をｘ方向に振動駆動する
励振手段(15,16/35,36)；第１振動体(11)のｙ振動を検
出する第１の変位検出手段(13,14)；および、第２振動
体(31)のｙ振動を検出する第２の変位検出手段(33,3
4)；を備える角速度センサ。

【００１２】本発明の好ましい実施例では、連結梁(bb
1,bb2)の端部は、一端をアンカー(a11,a16)で支持し
た、ｙ方向に撓み性が高いばね梁(b11,b16／b21,b26)で
支持し、なかほどは、第１駆動枠(5)と第１振動体(11)
の組体でなる第１組の振動系と、第２駆動枠(25)と第２
振動体(31)の組体でなる第２組の振動系との、音叉共振
させるため、一端をアンカー(a12〜a15/a22〜a25)で支
持した、ｘ方向に撓み性が高いばね梁(b12〜b15/b22〜b
25)で支持し、中間点Ｏに関して角速度センサエレント
の配列をすべて点対称とした。

【００１３】これによれば、第１駆動枠(5)と第１振動
体(11)の組体でなる第１組の振動系と、第２駆動枠(25)
と第２振動体(31)の組体でなる第２組の振動系が、連結
梁(bb1,bb2)を介して多点でアンカーされているにもか
かわらず、熱膨張，内部応力等の解放によって点Ｏに関
する対称性がくずれることはない。したがって角速度信
号の信頼性（安定性）が高い。

【００１４】本発明の他の目的および特徴は、図面を参
照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

【００１５】

【実施例】−第１実施例− 図１に、本発明の第１実施例の機構要素を示す。絶縁層
を形成したシリコン基板１００には、導電性とするため
の不純物を含むポリシリコン（以下導電性ポリシリコ
ン）の、浮動体アンカーａ１１〜ａ１５，ａ２１〜ａ２
５，駆動電極１５，１６／３５，３６のアンカー，駆動
検出電極１７，１８／３７，３８のアンカー，角速度検
出電極１３，１４／３３，３４のアンカーおよび周波数
調整電極１９，２０／３９，４０のアンカー、が接合し
ており、これらのアンカーは、シリコン基板１００上の
絶縁層の上に形成された配線により、図示しない接続電
極に接続されている。

【００１６】リソグラフによる半導体プロセスを用い
て、シリコン基板１００から浮きしかも浮動体アンカー
ａ１１〜ａ１５，ａ２１〜ａ２５に連続した、導電性ポ
リシリコンの、ｘ方向に延びるばね梁ｂ１１，ｂ１６／
ｂ２１，ｂ２６，ｙ方向に延びるばね梁ｂ１２〜ｂ１５
／ｂ２２〜ｂ２５、ならびにこれらに連続し、ｘ方向に
延びる連結梁ｂｂ１，ｂｂ２が形成されている。これら
の連結梁ｂｂ１，ｂｂ２は同一幅，長さであって互に平
行であり、それらの中間点Ｏを通るｘ軸に関して対称で
ある。

【００１７】連結梁ｂｂ１およびｂｂ２には、ｙ方向に
延びｘ方向の撓み性が高いばね梁１，２／２１，２２お
よび３，４／２３，２４が連続し、これらのばね梁に第
１駆動枠５および第２駆動枠２５が連続し、これらの駆
動枠５および２５の内側に、ｘ方向に延びｙ方向の撓み
性が高いばね梁７〜１０および２７〜３０を介して、第
１振動体１１および第２振動体３１が連続している。こ
れらの要素も、シリコン基板１００から浮いており、導
電性ポリシリコンである。

【００１８】第１，第２の駆動枠５と２５、第１，第２
の振動体１１と３１、はセンサ中心Ｏを通るｙ軸に関し
て対称な形状であって対称な位置にあり、ばね梁１〜
４，７〜１０と２１〜２４，２７〜３０も、ｙ軸に関し
て対称な形状であって対称な位置にある。

【００１９】第１，第２駆動枠５／２５には、ｙ方向に
等ピッチで分布しｘ方向に突出する櫛歯状の可動電極６
／２６があり、駆動電極アンカーに連続した、導電性ポ
リシリコンの駆動電極１５，１６／３５，３６にも、可
動電極６／２６のｙ方向分布の空間に突出する櫛歯状の
固定電極がありｙ方向に分布している。

【００２０】駆動電極１５，１６（３５，３６）に交互
に、駆動枠５（２５）の電位（略機器ア−スレベル）よ
り高い電圧を印加することにより、駆動枠５（２５）が
ｘ方向に振動する。この実施例では、同様に駆動枠２５
もｘ方向に駆動するが、そのｘ振動は、共振音叉振動と
するために、駆動枠５とは逆相である。

【００２１】振動体１１（３１）は、ｘ方向に延びるば
ね梁７〜１０（２７〜３０）で駆動枠５（２５）に連結
しているので、ｘ振動する。駆動枠５および振動体１１
でなる第１振動系と、駆動枠２５および振動体３１でな
る第２振動系とを共振音叉振動させることにより、エネ
ルギ消費効率が高いｘ振動となる。

【００２２】駆動枠５（２５）がｘ方向に振動すること
により、駆動枠５と駆動検出電極１７，１８との間の静
電容量が振動し、かつその容量振動と逆位相で駆動枠２
５と駆動検出電極３７，３８との間の静電容量が振動す
る。

【００２３】振動体１１／３１も大略で枠形状である
が、ｘ方向に延びる複数の渡し梁がｙ方向に等ピッチで
存在し、ｙ方向で隣り合う渡し梁の間の空間に、各１対
の導電体ポリシリコンの固定検出電極１３，１４／３
３，３４があり、基板１００上の検出電極用の各アンカ
ーで支持されそれと電気的に連続である（電気接続関係
にある）。

【００２４】対の検出電極１３，１４（３３，３４）間
は絶縁されているが、振動体１１（３１）のｙ振動（ｙ
変位）を検出するための各対電極１３，１４（３３，３
４）の、各対間で対応位置にある検出電極は、電気リ−
ドに共通接続され、チャ−ジアンプ４６，４７（５６，
５７）に接続されている。

【００２５】振動体１１，３１がｘ方向に共振音叉振動
しているとき、中心Ｏを通るｚ軸廻りの角速度が加わる
と、振動体１１，３１が、ｙ成分も有する相対的に逆相
の楕円振動となり、これによって電極１３，１４／３
３，３４にｙ振動対応の静電容量振動を生ずる。電極１
３，１４の静電容量振動は相対的に逆相、同様に電極３
３，３４の静電容量振動も相対的に逆相である。そし
て、振動体１１，３１のｙ振動が逆相であるので、電極
１３，３３の静電容量振動は相対的に逆相、同様に電極
１４，３４の静電容量振動は相対的に逆相である。

【００２６】振動体１１，３１にも、ｙ方向に等ピッチ
で分布しｘ方向に突出する櫛歯状の可動電極１２，３２
があり、固定電極アンカーに連続した、導電性ポリシリ
コンの周波数調整電極１９，２０／３９，４０にも、可
動電極１２／３２のｙ方向分布の空間に突出する櫛歯状
の電極がありｙ方向に分布している。これらの可動電極
および周波数調整電極は、振動体１１，３１のｘ振動の
速度（ばね力）を調整し、振動体１１，３１の共振周波
数（固有振動数）を、駆動枠５，２５の共振周波数よ
り、数１００Ｈｚ高い程度にまで下げるものである。な
お、駆動枠５，２５は、駆動電圧の印加によって両者
を、固有振動数相当の同一周波数でｘ励振する。角速度
検出感度を高くするために、駆動枠５，２５の共振周波
数（固有振動数）より、振動体１１，３１の共振周波数
（固有振動数）を数１００Ｈｚ高く設計しており、上述
の周波数調整電極１９，２０／３９，４０に直流電圧を
印加してそのレベルを調整することにより、振動体１
１，３１の共振周波数を設計値に近い値に微調整する。

【００２７】以上に説明した角速度センサには、図２に
示す角速度検出回路４２〜６０，ＴＳＧ，ＦＣＲが接続
される。タイミング信号発生器ＴＳＧが、駆動枠５，２
５をｘ方向に共振周波数で逆相駆動する駆動信号を発生
して、駆動回路４１，５１に与えると共に、同期検波用
の同期信号を同期検波回路４５，５０，５５に与える。
図３に、駆動信号Ａ，Ｂと、駆動フィ−ドバック信号
および角速度信号、ならびにｘ振動およびｙ振動を示
す。駆動信号Ａ，Ｂに同期して駆動回路４１，５１が駆
動電極１５，１６／３５，３６に駆動電圧（パルス）を
印加する。これにより、駆動枠５と共に振動体１１なら
びに駆動枠２５と共に振動体３１が、ｘ方向に逆相で振
動する。この振動によって、駆動検出電極１７，１８の
静電容量が逆相で振動し、また駆動検出電極３７，３８
の静電容量が逆相で振動する。この静電容量の振動をチ
ャ−ジアンプ４２，４３／５２，５３が電圧振動（静電
容量信号）に変換する。

【００２８】差動増幅器４４がアンプ４２，４３の静電
容量信号（逆相）を差動増幅し、１個のチャ−ジアンプ
が発生する静電容量信号の振幅を略２倍とし、ノイズを
相殺した差動信号を発生し、同期検波回路４５およびフ
ィ−ドバック処理回路ＦＣＲに与える。同期検波回路４
５は、駆動信号と同相の同期信号に同期して、差動増幅
器４４が与える差動信号すなわちｘ振動を表わすｘ振動
検出電圧を検波し、駆動パルス信号に対するｘ振動の位
相ずれを表わすフィ−ドバック信号を発生してフィ−ド
バック処理回路ＦＣＲに与える。

【００２９】フィ−ドバック処理回路ＦＣＲは、同期検
波回路４５が与える位相ずれ信号レベルを設定値に合わ
すための移相信号を、駆動回路４１に与え、それを受け
た駆動回路４１は、移相信号に対応して、駆動信号に対
する出力駆動電圧の位相をシフトする。同期検波回路４
５の位相ずれ信号レベルが実質上設定値になった状態
で、駆動枠５のｘ振動は安定したものとなる。周波数調
整電極１９，２０には、振動体１１の共振周波数を駆動
枠５の共振周波数より数１００Ｈｚ程度高い値に下げる
直流電圧を、周波数調整回路５９が印加する。

【００３０】駆動枠２５および振動体３１の駆動，フィ
−ドバック回路も、上述の駆動枠５および振動体１１の
ものと同様であり、駆動枠２５が駆動枠５と同一の周波
数で共振音叉振動し、振動体３１が１１と実質上同一の
周波数で共振音叉振動する。安定した共振音叉振動の間
に、中心Ｏを通るｚ軸廻りの角速度が加わると、コリオ
リ力が駆動枠５，２５および振動体１１，３１に加わ
り、これらにｘ振動に加えてｙ振動を含む楕円運動を起
こさせる。しかし駆動枠５，２５は、ｘ方向には撓み性
が高いがｙ方向には剛性が高いばね梁１〜４，２１〜２
４で支持されているので、ｙ振動は小さい。ところが振
動体１１，３１は、ｙ方向に撓み性が高いばね梁７〜１
０，２７〜３０で支持されているので、ｙ方向に大きく
振動する。振動体１１，３１のこのｙ振動は相対的に逆
相である。

【００３１】振動体１１のｙ振動を検出する対の検出電
極１３，１４の静電容量が逆相で振動し、これを表わす
静電容量信号をチャ−ジアンプ４６，４７が発生して差
動増幅器４８が、両信号の差動信号すなわち１個のチャ
−ジアンプが発生する静電容量信号の振幅を略２倍と
し、ノイズを相殺した差動信号、を発生し、差動増幅器
４９に与える。振動体３１のｙ振動を検出する対の検出
電極３３，３４の静電容量が逆相で振動し、これを表わ
す静電容量信号をチャ−ジアンプ５６，５７が発生して
差動増幅器５８が、両信号の差動信号すなわち１個のチ
ャ−ジアンプが発生する静電容量信号の振幅を略２倍と
し、ノイズを相殺した差動信号、を発生し、差動増幅器
４９に与える。差動増幅器４８と５８の差動増幅信号は
相対的に逆相である。したがって差動増幅器４９の差動
出力は、第１振動体１１と第２振動体３１の各信号処理
回路に同時に実質上同一レベルで作用するノイズを相殺
し、しかも、加，減速度，振動など、第１，第２振動体
１１，３１に同時に同方向に作用する外力による振動体
のｙ変位成分（これもノイズに該当する）も相殺した、
角速度起因のｙ振動を増幅した検出信号であり、角速度
検出感度が高く、Ｓ／Ｎが高い。

【００３２】この差動出力すなわち検出信号は、同期検
波回路５０に与えられ、同期検波回路５０は、駆動信号
と同相の同期信号に同期して、検出信号を検波し、角速
度を表わす信号を発生する。この角速度信号の極性
（±）は加わった角速度の方向を、信号レベルの絶対値
は角速度の大きさを表わす。

【００３３】−第２実施例− 図４に第２実施例の機構要素を示す。この第２実施例で
は、駆動枠５，２５のｘ振動の線形性を高くするため
に、ばね梁１〜４，２１〜２４をｘ，ｙ方向に共に撓み
性が高いコ型のばね梁とし、しかも駆動枠５，２５が共
振音叉振動をしやすくするために、コ型のばね梁６１，
６２を加えて、これらで駆動枠５，２５を連結してい
る。すなわち、コ型のばね梁６１，６２が駆動枠５およ
び２５に連続している。更に、振動体１１，３１のｘ振
動も線形性を高くしかつ独立の振動とするために、ばね
梁７〜１０，２７〜３０をコ型のばね梁としている。こ
の第２実施例では、駆動振動が単振動に近くなり、角速
度検出信号のＳ／Ｎが向上する。なおこの第２実施例で
は、コ型のばね梁６１，６２で第１駆動枠５と第２駆動
枠２５とを連結しており、これにより駆動枠５，２５の
共振音叉振動が可能であるので、連結はりｂｂ１，ｂｂ
２を省略して、ばね梁１〜４，２１〜２４をアンカーで
基板１００に対して浮動支持してもよい。しかし、連結
梁ｂｂ１，ｂｂ２が加工歪や温度歪を解放し駆動枠５，
２５のｘ振動の線形性を高くするのに効果があるので、
連結梁ｂｂ１，ｂｂ２を用いるのが好ましい。

【００３４】図５に、本発明の第３実施例を示す。この
第３実施例では、第２実施例と同様にコ型のばね梁６
１，６２で第１駆動枠５と第２駆動枠２５とを連結し、
ばね梁１〜４，２１〜２４をｘ方向の撓み性が高くｙ方
向には撓み性が低いｚ型のばね梁とし、振動体１１，３
１を支持するばね梁７〜１０，２７〜３０をｙ方向には
撓み性が高くｘ方向には撓み性が低いｚ型のばね梁とし
た。第２実施例との違いは、ばね梁１〜４，２１〜２４
を、ｙ方向に振動しにくく、ｘ方向に振動し易くし、ば
ね梁７〜１０，２７〜３０をｙ方向に振動しやすくした
点である。

【００３５】図６に本発明の第４実施例を示す。この第
４実施例は、下地の基板１００との温度膨張率の差によ
る、駆動枠５，２５，振動体１１，３１の内部応力の増
加とそれぞれに連結するばね梁の応力の増加を低減し、
振動特性を非線形から線形とし、共振音叉振動を実現
し、角速度信号のＳ／Ｎを高くする工夫をしたものであ
る。ばね梁は、偏平ル−プ状のル−プ梁であり、ル−プ
の略直線辺と直交する方向の撓み性が高く、ル−プの略
直線辺に平行な方向の撓み性は低い。振動体１１，３１
をル−プ梁で駆動枠５，２５に対して支持しているの
で、検出振動ｙの方向のみに振動し、他の方向に振動し
にくい構成である。さらに、駆動枠５，２５もル−プ梁
で支持しているので、駆動枠５，２５および振動体１
１，３１共に、温度による内部応力の増加は少く、振動
の線形性をたもつ。連結梁は、ｙ平行辺ｂｂ３，ｂｂ４
を有する略長方形状の保護枠であり、４個のル−プ梁ｂ
１１，ｂ１６，ｂ２１，ｂ２６を介してアンカーａ１
１，ａ１６，ａ２１，ａ２６で支持されている。これに
より、基板１００又は保護枠（ｂｂ１〜ｂｂ４）の熱膨
張による寸法変化で、固定電極と可動電極との配置が相
対的に対称にずれ、差動構成で温度変化による容量変化
が相殺される構成になっている。以上に説明した本発明
の角速度センサの特徴を次に列記する。 (1)駆動枠５，２５のｘ加振を静電気力で行う，(2)駆動
振動子である駆動枠５，２５と、検出振動子である振動
体１１，３１が枠状である，(3)駆動振動子５，２５を
共振音叉振動をさせるために、ばね梁(1〜4,21〜24,bb
1,bb2/61,62)で連結した，(4)駆動振動子枠５，２５が
検出振動子枠１１，３１を囲むように外側に構成されて
いる，(5)振動体１１，３１の角速度対応のｙ変位の検
出を静電容量で行う，(6)駆動の周波数と検出の周波数
を双共振で振動させるために、検出側の振動数が数１０
０Ｈｚ高いか、または、低い，(7)２つの駆動する振動
子５，２５を振動させるばね形状が、π型（図１のｂ１
１，２，２１），コ型（図４の６１，６２）あるいはル
−プ（図６）のばね梁を用いて、駆動振動を逆相の音叉
振動とした。ル−プは、長方形あるいは円形もしくは多
角形でもよい，(8)複数の駆動振動子５，２５は、連結
梁(bb1〜bb4)に、ばね梁により接続されている，(9)駆
動振動子５，２５と検出振動子１１，３１が、複数のば
ね梁７〜１０，２７〜３０で接続されており、これらの
ばね梁は、偏平につぶれた円環型あるいは長方形のばね
形状の、特定方向のみ撓み性が高い，(10)多くの構成要
素が、それぞれの中心に関して対称構造であり、また、
要素の組合せが、中心Ｏに関して対称である。(12)対称
の点が重心と一致する，(13)駆動系の信号検出および検
出系の信号検出のそれぞれが、差動構成になっており、
検出信号の同相成分が除去される，(14)上記のすべての
構成を含むことで、静電力による加振時の電気ノイズの
漏れが著しく低減する，(15)上記(13)により、駆動の変
位信号のＳ／Ｎが向上し、かつ検出振動変位信号のＳ／
Ｎが向上し、角速度信号のＳ／Ｎが向上する，(16)構成
体を多角形の枠(bb1〜bb4)で外側に囲んでいる。この枠
は円形でも楕円形でもよい，(16)上記の枠(bb1〜bb4)あ
るいは連結梁ｂｂ１，ｂｂ２と振動子５，２５との接続
部には駆動振動時の応力緩和のために応力緩和梁１〜
４，２１〜２４が設けられている。これにより、振動の
線形性と単振動を実現できる，(17)上記の枠(bb1〜bb4)
を、下地のシリコン基板１００にル−プ状のばね梁（図
６のｂ１１，ｂ１６，ｂ２１，ｂ２６）で振動子５，２
５の重心に対して対称に４個所以上で固定した。ル−プ
は、円形もしくは多角形でもよい。これにより枠状の部
位と基板を固定しているバネ部で下の固定基板を振動体
の熱膨張差による応力が低減し温度特性が改善する。ル
−プ状のバネ部によりバネ部の線形性が高く、かつばね
自身の温度特性が改善する。また、所定の振動モード以
外が誘起されにくいばね構造である。(18)上記のばね梁
のばね定数は、駆動振動および検出振動の共振周波数か
ら十分に高く設定している，(19)以上の構成をすべて含
む構成により、センサの角速度出力の零点と感度の温度
特性においては再現性があり、ヒステリシスや不連続的
の特性をもたないため、低コストでＳ／Ｎが高いセンサ
となる。(20)リソグラフを用いる半導体プロセスにて、
シリコンウェ−ハ上に構成でき従来の半導体プロセスに
て製作可能なため、低コストで生産しうる。浮動体が１
枚板から形成され、半導体プロセスにて簡単に造形で
き、低コストで生産しうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例の平面図である。

【図２】 図１に示す実施例に接続した角速度計測回路
の概要を示すブロック図である。

【図３】 図２に示す駆動回路４１，４２が、ｘ励振用
の駆動電極１５，１６／２５，２６に印加する電圧等を
示すタイムチャ−トであり、（ａ）および（ｂ）は駆動
電極に印加される駆動電圧を、（ｃ）は同期検波回路４
５の出力信号を、（ｄ）は同期検波回路５０の出力信号
を、（ｅ）は差動増幅器４４の出力信号を、（ｆ）は差
動増幅器４９の出力信号を、それぞれ示す。

【図４】 本発明の第２実施例の平面図である。

【図５】 本発明の第３実施例の平面図である。

【図６】 本発明の第４実施例の平面図である。

【符号の説明】

ａ１１〜ａ１６，ａ２１〜ａ２６：アンカー ｂ１１〜ｂ１６，ｂ２１〜ｂ２６：ばね梁 ｂｂ１〜ｂｂ４：連結梁 １〜４：ばね梁 ５：第１駆動枠 ６：可動電極 ７〜１０：ばね梁 １１：第１振動体 １２：可動電極 １３〜２０：固定電極 ２１〜２４：ばね梁 ２５：第２駆動枠 ２６：可動電極 ２７〜３０：ばね梁 ３１：第２振動体 ３２：可動電極 ３３〜４０：固定電極 ６１，６２：ばね梁

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板で浮動支持された、ｘ方向に延びる平
   行な、対の連結梁；これらに連続するｘ方向の撓み性が
   高いばね梁に連続し、対の連結梁の間に位置する、ｘ方
   向に並んだ第１駆動枠および第２駆動枠；第１駆動枠の
   内方にあって、それに連続するｙ方向に撓み性が高いば
   ね梁に連続する第１振動体；第２駆動枠の内方にあっ
   て、それに連続するｙ方向に撓み性が高いばね梁に連続
   する第２振動体；第１駆動枠および第２駆動枠の少くと
   も一方をｘ方向に振動駆動する手段；第１振動体のｙ振
   動を検出する第１の変位検出手段；および、 第２振動体のｙ振動を検出する第２の変位検出手段；を
   備える角速度センサ。
2. 【請求項２】第１振動体および第２振動体は、枠形状体
   であり、それぞれの内側に第１および第２の変位検出手
   段が位置する、請求項１記載の角速度センサ。
3. 【請求項３】対の連結梁はそれらの間の中間点Ｏを通る
   ｘ軸およびｙ軸に関して対称であり、第１および第２駆
   動枠はｙ軸に関して対称であり、第１および第２振動体
   もｙ軸に関して対称である請求項１又は請求項２記載の
   角速度センサ。
4. 【請求項４】基板で浮動支持されたｘ方向の撓み性が高
   いばね梁に連続する、ｘ方向に並んだ第１駆動枠および
   第２駆動枠；第１駆動枠および第２駆動枠を連結したｘ
   方向の撓み性が高いばね梁；第１駆動枠の内方にあっ
   て、それに連続するｙ方向に撓み性が高いばね梁に連続
   する第１振動体；第２駆動枠の内方にあって、それに連
   続するｙ方向に撓み性が高いばね梁に連続する第２振動
   体；第１駆動枠および第２駆動枠の少くとも一方をｘ方
   向に振動駆動する手段；第１振動体のｙ振動を検出する
   第１の変位検出手段；および、 第２振動体のｙ振動を検出する第２の変位検出手段；を
   備える角速度センサ。