JPH1144541A

JPH1144541A - 角速度センサ

Info

Publication number: JPH1144541A
Application number: JP9203560A
Authority: JP
Inventors: Manabu Kato; 藤学加
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1997-07-29
Filing date: 1997-07-29
Publication date: 1999-02-16

Abstract

(57)【要約】【課題】角速度検出精度の向上。角速度が加わってい
ないときの角速度信号の偏倚を抑制。ｚ方向加速度によ
る検出誤差の低減。【解決手段】シリコン基板１にｘ方向には可動、ｙ方
向には不動に支持された導電性ポリシリコン半導体薄膜
の第１浮動体２；基板１にｘ方向には不動、ｙ方向には
可動に支持された第２浮動体３；第１浮動体２と第２浮
動体３とを連結する第３浮動体Ｉ；第１浮動体２をｘ方
向に振動駆動する手段４，５，１５；第２浮動体３のｙ
方向変位を検出する変位検出手段６ａ，６ｂ，７ａ，７
ｂ，１２，１３，１７；および、変位信号を角速度信号
に変換する変換手段１８；を備える。第３浮動体Ｉはｘ
方向梁Ｉｘ１〜４で第１浮動体に、ｙ方向梁で第２浮動
体に連結。第１〜３浮動体の重心は同一位置。

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９−１２７１４８号公報，特開
平９−４２９７３号公報，特開平８−１５２３２７号公
報，特開平５−２４８８７２号公報，特願平８−２４９
８２２号，特願平９−１２１９８９号，特願平９−１６
３８５１号）。

【０００３】従来、半導体薄膜を浮動体（浮動薄膜）と
して用いたこの種の角速度センサにおいて、基板に対し
て平行なｘ方向の静電駆動による浮動体の駆動または静
電容量による変位検出には、交互にかみ合う櫛歯状の電
極や平行平板電極を用いており、それらの電極は、半導
体薄膜をエッチングした面（ｘｚ面）を用いている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】浮動体は、角速度検出
原理からｘ方向およびｙ方向に可動である必要があり、
したがって従来は、浮動体をｘ方向およびｙ方向に共に
可動にして、基板で支持している。ところで、浮動体の
ｘ方向の励振駆動は、ｘ方向に延びる平行平板電極（浮
動櫛歯電極／固定櫛歯電極）で行なわれ、この平行平板
電極は、浮動体にｙ方向の吸引力を与え易い。すなわ
ち、ｘ方向に延びる一本（一歯）の浮動櫛歯電極を、ｘ
方向に延びる二本（２歯）の固定櫛歯電極が空隙を置い
て挟んでいるので、該一本の浮動櫛歯電極が正しく該二
本の固定櫛歯電極の中間点に位置するときには、該二本
の固定櫛歯電極がそれぞれ該一本の浮動櫛歯電極に、絶
対値が同一で方向が逆向きのｙ方向静電吸引力を及ぼす
ので、固定櫛歯電極から浮動櫛歯電極にｙ方向の駆動力
は加わらない。しかし、該一本の浮動櫛歯電極が、該二
本の固定櫛歯電極の中間点よりわずかでも一方の固定櫛
歯電極側にずれていると、浮動体にｚ軸廻りの角速度が
加わっていなくても、固定櫛歯電極から浮動櫛歯電極に
ｙ方向の駆動力が加わり、浮動体がｙ方向に偏位する。

【０００５】これは角速度が加わったときの浮動体の変
位と同一周期で変位するので、角速度が加わっていない
ときにも角速度があるのと同様な検出信号を発生させる
オフセットの原因となる。また、温度によるオフセット
の変動（温度ドリフト）の原因となり、角速度検出精度
の低下を招き易い。

【０００６】また、浮動体をｘ，ｙ平面で可動にするた
めに、基板に対する浮動体の支持構造のｚ方向のバネ定
数が小さくなり易く、ｚ方向の加速度に対する浮動体の
ｚ方向の変位によって固定櫛歯電極に対する浮動櫛歯電
極のｚ方向相対位置がずれて両電極間の静電容量が変化
する。この静電容量の変化は、ｚ軸廻りの角速度検出に
対しては外乱となる。したがってｚ方向の加速度が加わ
ることによる浮動体のｚ方向変位を抑制するのが好まし
い。

【０００７】本発明は、角速度検出精度を高くすること
を目的とし、より具体的には、角速度が加わっていない
ときの角速度信号の偏倚と、ｚ方向の加速度が加わるこ
とによる角速度信号のレベル変化を、共に抑制すること
を目的とする。

【０００８】

【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(1)；基板(1)にｘ
方向には可動に、ｙ方向には実質上不動に支持された第
１可動体(2)；前記基板(1)にｙ方向には可動に、ｘ方向
には実質上不動に支持された第２可動体(3)；ｘ，ｙ方
向に可動であって、第１可動体(2)に対してはｙ方向に
可動にｘ方向には実質上不動に連結され、第２可動体
(3)に対してはｘ方向に可動にｙ方向には実質上不動に
連結された、第３可動体(I)；第１可動体(2)をｘ方向に
振動駆動する励振手段(4,5,15)；第２可動体(3)のｙ方
向変位を検出する変位検出手段(6a,6b,7a,7b,12,13,1
7)；および、該変位検出手段が発生する変位信号を角速
度信号に変換する変換手段(18)；を備える。

【０００９】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又は相当部材
に付した記号を、参考までに付記した。

【００１０】励振手段(4,5,15)が第１可動体(2)をｘ方
向に振動駆動すると、第１可動体(2)と共に第３可動体
(I)がｘ方向に振動する。ｚ軸廻りの角速度が加わる
と、第１可動体(2)は実質上ｙ方向に振動しないが、第
３可動体(I)がｙ方向にも振動する。これにより第２可
動体(3)がｙ方向に振動し、変位検出手段(6a,6b,7a,7b,
12,13,17)が、第２可動体(3)のｙ方向変位を表わす変位
信号を発生し、これを変換手段(18)が角速度信号に変換
する。

【００１１】ｚ軸廻りの角速度に浮動体を反応させるた
めに、第１可動体(2)をｘ方向のみに励振し、角速度対
応信号を得るための第２可動体(3)はｙ方向のみに振動
可とし、第１可動体(2)と第２可動体(3)とを第３可動体
(I)で連結して、この第３可動体(I)を、基板(1)に対し
てはｘ，ｙ方向に可動に、第１可動体(2)に対してはｙ
方向のみに、第２可動体(3)に対してはｘ方向のみに可
動にしており、第１可動体(2)がｙ方向には実質上不動
であるので、ｘ方向励振駆動により仮にｙ方向の駆動力
が加わってもｙ方向には実質上変位せず、第３可動体
(I)および第２可動体(3)は、したがって、ｘ方向励振駆
動によってはｙ方向に駆動されず、角速度が加わってい
ないときに変位信号を偏倚させることがない。これによ
り角速度検出精度が高くなる。

【００１２】第３可動体(I)は、第１可動体(3)に加わる
ｘ方向駆動力が確実に伝播してｘ方向に振動し、ｚ軸廻
りの角速度が加わるとｙ方向にも振動し、このｙ方向振
動が第２可動体(3)に確実に伝幡する。第２可動体(3)
が、ｙ方向には可動ではあるがｘ方向には実質上不動
に、基板(1)に支持されているので、この支持構造によ
って第２可動体(3)のバネ定数が大きく、第２振動体(3)
のｚ方向の加速度によるｚ方向変位は小さくなり、した
がってＳ／Ｎ比が向上する。

【００１３】

【発明の実施の形態】

（２）第１可動体(2)および第３可動体(I)はｘ，ｙ平面
上で矩形リング状であり、第１可動体(2)の内空間に第
３可動体(I)が、第３可動体(I)の内空間に第２可動体
(3)があり、第１，第２および第３可動体の重心が実質
上同一位置である(図1)。第１可動体(2)の内空間に第
３可動体(I)があって重心が同一位置であるので、第３
可動体(1)が第１可動体(2)のｘ方向の振動のバランスを
くずすことがない。同様に、第３可動体(I)の内空間に
第２可動体(3)があって重心が同一位置であるので、第
３可動体(I)が第２可動体(3)のｙ方向の振動のバランス
をくずすことがなく、各可動体の運動のバランスが良
く、角速度をｙ方向振動に変換する効率が良い。

【００１４】（３）第２可動体(3)および第３可動体(I)
はｘ，ｙ平面上で矩形リング状であり、第２可動体(3)
の内空間に第３可動体(I)が、第３可動体(I)の内空間に
第１可動体(2)があり、第１，第２および第３可動体の
重心が実質上同一位置である(図4)。上記（２）の態
様(図1)が、重心位置から第１可動体(2)，第３可動体
(I)および第２可動体(2)の順の配列となっているのに対
し、本実施態様(図3)では、重心位置から第２可動体
(3)，第３可動体(I)および第１可動体(2)の順の配列で
あって、第１可動体(2)と第２可動体(3)の位置が入れ替
わっているが、上記（２）の態様と同様に、各可動体の
運動のバランスが良く、角速度をｙ方向振動に変換する
効率が良い。

【００１５】（４）第１可動体(2)は、一端が基板(1)に
固定されたｙ方向に延びる梁(22a〜d)で基板(1)に対し
て浮動支持した。ｙ方向に延びる梁(22a〜d)は、ｙ方向
には撓まずｘ方向に撓むので、これにより、第１可動体
(2)は基板(1)に対して、ｙ方向には不動、ｘ方向には可
動の浮動支持である。第１可動体(2)の浮動支持とｘ方
向のみの変位が確実である。

【００１６】（５）第２可動体(3)は、一端が基板(1)に
固定されたｘ方向に延びる梁(32a〜32d)で基板(1)に対
して浮動支持した。ｘ方向に延びる梁(32a〜32d)は、ｘ
方向には撓まずｙ方向に撓むので、これにより、第２可
動体(3)は基板(1)に対して、ｘ方向には不動、ｙ方向に
は可動の浮動支持である。第２可動体(3)の、基板(1)に
対する浮動支持とｙ方向のみの変位が確実である。

【００１７】（６）第３可動体(I)は、ｘ方向に延びる
梁(IX1〜4)で第１可動体(2)に、ｙ方向に延びる梁(Iy1
〜4)で第２可動体(3)に連結した。ｘ方向に延びる梁(IX
1〜4)で連結されているので、第３可動体(I)は第１可動
体(2)と同じくｘ方向に振動し、しかも、第１可動体(2)
が振動し得ないｙ方向にも振動可であり、ｚ軸廻りの角
速度が加わると、ｙ方向にも振動する。このｙ振動がｙ
方向に延びる梁(Iy1〜4)で第２可動体(3)に伝播する
が、第３可動体(I)から第２可動体(3)へのｘ方向の振動
は該梁(Iy1〜4)で遮断される。第３可動体(I)のｙ振動
のみが第２可動体(I)に確実に伝播する。

【００１８】（７）第１可動体(2)，第２可動体(3)およ
び第３可動体(I)は、それらの重心が実質上同一位置で
あって該重心を通るｘｚ面およびｙｚ面に対して実質上
対称である。

【００１９】これによれば、各可動体(2,3,I)に加わる
駆動力およびコリオリ力の力点は実質上重心を通り、可
動体間で重心位置が異なることによる回転モ−メントの
発生が実質上無くなりしたがって不要振動あるいは振動
方向ずれが実質上無くなり、角速度検出のＳ／Ｎが向上
する。

【００２０】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。

【００２１】

【実施例】

−第１実施例− 図１に本発明の第１実施例を示す。この実施例は、第２
浮動体３および第３浮動体Ｉに加わるｚ軸廻りの角速度
を検出する角速度センサである。図２の（ａ）に、図１
に示す第２浮動体３の一辺部を拡大して示し、図２の
（ｂ）に（ａ）上の２Ｂ−２Ｂ線断面を示す。

【００２２】図１および図２を参照されたい。絶縁層を
形成したシリコン基板１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８ａ〜８ｆ，固定電極の電極パッド１０，
１１および励振検出電極の電極パッドが接合しており、
シリコン基板１上の絶縁層の上に形成された配線（１
２，１３等）により、導電性ポリシリコンでなる半導体
薄膜の、第１浮動体２，第２浮動体３，第３浮動体Ｉ，
固定電極４，５，６ａ〜６ｃ，７ａ〜７ｃは、接続電極
に接続されている。なお、シリコン基板１に上記ポリシ
リコンの導電形（ｐ）と反対の導電性（ｎ）の基板を用
い、シリコン基板１にｐｎ接合により配線を形成し、上
記配線と浮動体アンカ８ａ〜８ｄおよび固定電極の電極
パッド１０，１１と接続電極の電極パッド部とを接合し
てもよい。

【００２３】浮動体アンカ８ａ〜８ｄに、ｙ方向に延び
る第１組の浮動支持梁２２ａ〜２２ｄが連続しており、
これらの支持梁２２ａ〜２２ｄに、基板１の表面に実質
上平行な、矩形リング状の第１浮動体２が連続してい
る。

【００２４】第１浮動体２から左右（ｘ方向）に、櫛歯
状にｙ方向に等ピッチで分布する複数個の、ｘ駆動用の
可動側櫛歯電極２３ａ，２３ｂが突出している。１つの
固定電極の電極パッド１０には、固定電極４の基幹が連
続しており、該基幹には可動側櫛歯電極２３ａの歯間ス
ロットに進入した、ｘ駆動用の櫛歯状の固定櫛歯電極４
２があり、もう１つの固定電極の電極パッド１１には、
固定電極５の基幹が連続しており、該基幹には可動側櫛
歯電極２３ｂの歯間スロットに進入した、ｘ駆動用の櫛
歯状の固定櫛歯電極５２がある。これらのｘ駆動用の可
動側櫛歯電極２３ａ，２３ｂとｘ駆動用の固定櫛歯電極
４２，５２との間には、微小ギャップがある。

【００２５】第１浮動体２に、ｘ方向に延びる第３組の
浮動支持梁Ｉｘ１〜Ｉｘ４が連続しており、これらの支
持梁Ｉｘ１〜Ｉｘ４に、基板１の表面に実質上平行な、
矩形リング状の第３浮動体Ｉが連続している。

【００２６】第３浮動体Ｉに、その矩形リングの内空間
にｙ方向に延びる第４組の浮動支持梁Ｉｙ１〜Ｉｙ４が
連続しており、これらの支持梁Ｉｙ１〜Ｉｙ４に、基板
１の表面に実質上平行な、矩形リング状の第２浮動体３
が連続している。

【００２７】第２組の、ｘ方向に延びる浮動支持梁３２
ａ〜３２ｄの一端が、第２浮動体３の基幹３１に、一体
で連なっており、これらの支持梁の他端が、アンカ８
ｅ，８ｆに連続し、基板１で支持されている。

【００２８】第２浮動体３の基幹３１には、第２組の支
持梁３２ａ〜３２ｄと平行な、ｘ方向に延びるｙ変位検
出用の櫛歯電極３３ａがｙ方向に分布し、基幹３１から
ｘ方向に延びている。櫛歯電極３３ａは、所定ピッチで
ｙ方向に分布している。この分布の１ピッチ内のギャッ
プに、ｙ方向変位検出用の第１組の多数の固定櫛歯電極
６ａの１つと、ｙ方向変位検出用の第２組の多数の固定
櫛歯電極７ａの１つがある。第１組の固定櫛歯電極６ａ
は、シリコン基板１上の絶縁層の上に形成された、配線
１３の分岐線（図２）上にあり、電気的に配線１３と同
電位となる。第２組の固定櫛歯電極７ａは、シリコン基
板１上の絶縁層の上に形成された、配線１２の分岐線
（図２）上にあり、電気的に配線１２と同電位となる。

【００２９】第１浮動体２のｘ軸平行辺（１対）の一方
から、ｘ移動検出用の可動櫛歯電極２４ａがｙ方向に突
出し、これらの電極間ギャップに、ｘ移動検出用の第１
組の櫛歯電極６ｃおよびｘ移動検出用の第２組の櫛歯電
極７ｃがあり、それぞれ別個の配線上にある。これらの
可動櫛歯電極２４ａ，第１組の櫛歯電極６ｃおよび第２
組の櫛歯電極７ｃと同様なものが、第１浮動体２のｘ軸
平行辺（１対）の他方側にもある。

【００３０】上述の、第１組の浮動支持梁２２ａ〜２２
ｄ，第１浮動体２，第２組の浮動支持梁３２ａ〜３２
ｄ，第２浮動体３，第３組および第４組の浮動支持梁Ｉ
ｘ１〜Ｉｘ４，Ｉｙ１〜Ｉｙ４，固定電極４，５の櫛歯
４２，５２、および、ｘ移動検出用の櫛歯電極２４ａ，
６ｃ，７ｃは、基板１の表面からｚ方向に離れている。
すなわち基板１の表面に、ギャップを置いて対向してい
る。これらは、マイクロ加工技術により、浮動体アンカ
および固定電極の電極パッドをシリコン基板１の表面上
に形成した後に、浮動体アンカおよび固定電極の電極パ
ッドに、一体連続で形成される。上述のように、基板１
の表面からｚ方向に離れ、しかも基板１に対してｘ方向
および又はｙ方向に変位又は撓み得る支持態様を本書に
おいて「浮動」又は「可動」と称す。

【００３１】上述の第１，第２および第３浮動体２，
３，Ｉの形状はロ形リングであり、それぞれの２つの対
角線の交点に関して上下および左右対称であって、重心
は該交点にあり、第１，第２および第３浮動体２，３，
Ｉの静止時の重心は同一位置である。第１〜３浮動体
２，３，Ｉの形状、ならびに、支持梁２２ａ〜ｄ，３２
ａ〜３２ｄ，ＩＸ１〜４，Ｉｙ１〜４の分布は、前記重
心を通るｘｚ面およびｙｚ面に対して実質上対称であ
る。

【００３２】第１浮動体２を支持する第１組の浮動支持
梁２２ａ〜ｄが基体１から浮いておりしかもｙ方向に延
びるので、それらはｙ方向には撓まないが、ｘ方向には
撓み易く、第１浮動体２は、ｙ方向には振動しにくく、
ｘ方向に振動し易い。第２浮動体３は、ｘ方向に延びる
第２組の浮動支持梁３２ａ〜３２ｄを介して基板１で支
持されているので、ｘ方向には振動しにくく、ｙ方向に
振動し易い。第３浮動体Ｉは、ｘ方向に延びる第３組の
浮動支持梁Ｉｘ１〜Ｉｘ４を介して第１浮動体２に連続
しているので、第１浮動体２のｘ方向の振動により同じ
くｘ方向に振動しかつｙ方向にも振動しうるので、ｚ軸
廻りの角速度が加わるとｙ方向にも振動する。この第３
浮動体Ｉに、ｙ方向に延びる第４組の浮動支持梁Ｉｙ１
〜Ｉｙ４を介して第２浮動体３が連続しているので、第
３浮動体Ｉがｙ方向に振動すると第２浮動体３が同じく
ｙ方向に振動する。

【００３３】すなわち、第１浮動体２は、ｘ方向に振動
しうるがｙ方向には振動し得ない。第２浮動体３は、ｙ
方向には振動しうるがｘ方向には振動し得ない。第３浮
動体Ｉは、第１浮動体２に対してｙ方向には振動しうる
がｘ方向には振動し得ず、また、第２浮動体３に対して
ｘ方向には振動しうるがｙ方向には振動し得ない。これ
により、ｚ軸廻りの角速度が加わっていないときには、
第１浮動体２がｘ方向に振動駆動されると第１浮動体２
および第３浮動体Ｉがｘ方向に振動するが、両者共にｙ
方向には振動しない。第２浮動体３は静止である。ｚ軸
廻りの角速度が加わると、第３浮動体Ｉがｘ方向に加え
てｙ方向にも振動し、このｙ方向の振動と同じく第２浮
動体３がｙ方向に振動する。

【００３４】第１浮動体２（および第２浮動体３，第３
浮動体Ｉ）は、基板１上の配線９ａ，９ｂを介してｘ駆
動回路１５に接続され、そこで機器ア−ス（ＧＮＤ）に
接続されている。固定電極４と５は、電極パッド１０，
１１上の電極導体を介してｘ駆動回路１５に接続されて
いる。ｘ駆動回路１５は、固定電極４と５に交互に高電
圧を印加しこれを繰返す。第１浮動体２（および第３浮
動体Ｉ）は、固定電極４（櫛歯電極４２）に高電圧が加
わったときに図１上で右方に引かれ、固定電極５（櫛歯
電極５２）に高電圧が加わったときに左方に引かれて、
左右に振動する。

【００３５】第１浮動体２が右方に移動するときには、
ｘ移動検出用の可動櫛歯電極２４ａとｘ移動検出用の第
１組の固定櫛歯電極６ｃとの間の静電容量は減少する
が、可動櫛歯電極２４ａとｘ移動検出用の第２組の固定
櫛歯電極７ｃとの間の静電容量は増大する。左方に移動
するときにはその逆となる。可動櫛歯電極２４ａは機器
ア−ス電位（ＧＮＤ）であるが、固定櫛歯電極６ｃと７
ｃは静電容量検出回路１６に接続されている。静電容量
検出回路１６は、電極６ｃと７ｃの、電極２４ａ（機器
ア−ス電位ＧＮＤ）に対する静電容量の差を表わす電気
信号を発生してｘ駆動回路１５に与える。この電気信号
は、第１浮動体２のｘ振動に同期したレベル変化を示す
交流信号（以下、ｘ振動同期信号）である。ｘ駆動回路
１５は、該交流信号のレベルの絶対値が設定値に達する
度に、上述の、高電圧を印加する電極４，５の切換えを
行なう。これにより、第１浮動体２（および第３浮動体
Ｉ）が、所定振幅でｘ方向に振動する。

【００３６】また、駆動方法として静電容量検出回路１
６より得られる信号を用いて、ＰＬＬ（フェ−ズドロ
ックル−プ）制御により共振周波数で駆動し、静電容
量検出回路１６より得られる信号により駆動振幅を求
め、駆動電圧を増減して振幅が一定となるように制御し
てもよい。これにより低電圧駆動が可能となる。

【００３７】また、可動櫛歯電極２４ａ，固定櫛歯電極
６ｃ，７ｃは、駆動櫛歯電極２３，４２，５２と同様な
形状で、駆動櫛歯電極と同じ向きに配置してもよい。こ
れにより、駆動振幅を大きく設定しうる。

【００３８】第２浮動体３がｙ方向に振動すると、第２
浮動体３の櫛歯電極３３ａと固定櫛歯電極６ａ，６ｂと
の間の静電容量が増減振動し、これと逆位相で櫛歯電極
３３ａと固定櫛歯電極７ａ，７ｂとの間の静電容量が増
減振動する。静電容量検出回路１７は、櫛歯電極３３ａ
と固定櫛歯電極６ａ，６ｂとの間の静電容量と、櫛歯電
極３３ａと固定櫛歯電極７ａ，７ｂとの間の静電容量
と、の差を表わす電気信号（ｙ振動同期信号）を発生
し、これを信号処理回路１８に与える。第２浮動体３の
ｘ振動が一定である場合、角速度と第２浮動体３および
第３浮動体Ｉのｙ振動の振幅との間には一定の関係があ
る。信号処理回路１８は、この関係に基づいて、ｙ振動
同期信号を角速度を表わす信号（角速度信号）に変換す
る。

【００３９】図３に、ｘ駆動回路１５が固定電極４，５
に加える電圧Ｖ１，Ｖ２と第１浮動体２（および第３浮
動体Ｉ）のｘ振動（ｘ方向の変位）の関係、ならびに、
該ｘ振動と第３浮動体Ｉおよび第２浮動体３のｙ振動
（ｙ方向の変位）の関係を示す。角速度の方向（時計廻
り／反時計廻り）により、ｙ振動の位相が１８０度のず
れ（図３上のｙ変位の実線と２点鎖線）を生ずる。信号
処理回路１８は、静電容量検出回路１６からのｘ移動同
期信号に対するｙ振動同期信号の位相差に基づいて角速
度の方向（時計廻り／反時計廻り）を判定してそれを表
わす方向信号と、ｙ振動同期信号の振幅に対応する角速
度の絶対値を表わす角速度値信号とを出力する。

【００４０】上述の第１実施例によれば、第１浮動体２
には可動櫛歯電極２３ａ，２３ｂと固定櫛歯電極４２，
５２との間に＋ｙ方向又は−ｙ方向の静電吸引力が加わ
り易い、すなわちｙ駆動力が作用し易いが、ｙ方向に延
びる第１組の浮動支持梁２２ａ〜ｄで第１浮動体２が支
持されているので、第１浮動体２のｙ移動は第１組の支
持梁２２ａ〜ｄで阻止され、ｘ駆動電圧Ｖ１，Ｖ２によ
り第１浮動体２がｙ駆動されることがない。これによ
り、第１浮動体２（および第３浮動体Ｉ）のｘ振動駆動
の効率が向上しｘ振動が安定する。

【００４１】一方、第３浮動体Ｉは、ｘ方向に延びる第
３組の浮動支持梁Ｉｘ１〜Ｉｘ４で第１浮動体２に支持
されているので、角速度が加わると容易にｙ方向に振動
する。このｙ振動には、ｘ駆動電圧Ｖ１，Ｖ２によるｙ
変位が実質上含まれないので、また上述のようにｘ振動
が安定しているので、第３浮動体Ｉのｙ振動は角速度の
みに対応するものであり、加えて、第３浮動体Ｉに第４
組の浮動支持梁Ｉｙ１〜Ｉｙ４を介して第２浮動体３が
連なりしかも第２浮動体３が第２組のｘ方向に延びる浮
動支持梁３２ａ〜３２ｄで基板１に対して支持されてい
るので、第３浮動体Ｉのｙ方向振動のみに同期して第２
浮動体３がｙ方向に振動し、ｘ方向には振動しない。ま
た、ｚ方向の加速度が加わると、第３浮動体Ｉは梁を介
して第１および第２浮動体で支持されているので、ｚ方
向に変位し易いが、第２浮動体３は、一端が基板１のア
ンカ８ｅ，８ｆで支持された梁３２ａ〜３２ｄで浮動支
持されているので、ｚ方向に変位可であるものの、該変
位に対する抵抗が大きく、第３浮動体Ｉよりもｚ方向に
は変位しにくい。これにより、第２浮動体３の、ｚ方向
加速度による固定電極４２，５２に対する変位が少く、
角速度検出信号のＳ／Ｎが高い。また検出精度の安定性
が高い。

【００４２】また、第１〜３浮動体２，３，Ｉの重心
が、それらの静止時には実質上同一位置であって、これ
らの浮動体の形状、ならびに、それらに連続した支持梁
の分布が、該重心を通るｘｚ面およびｙｚ面に対して実
質上対称であるので、各浮動体２，３，Ｉに加わる駆動
力およびコリオリ力の力点は実質上前記重心を通り、浮
動体間で重心位置が異なるとか、支持梁分布が非対称で
あるとかによる回転モ−メントの発生が実質上無くなり
したがって不要振動あるいは振動方向ずれが実質上無く
なり、角速度検出のＳ／Ｎが向上する。

【００４３】−第２実施例− 図４に本発明の第２実施例を示す。この第２実施例で
は、第２浮動体３と第１浮動体１との位置を入れ替え
て、第２浮動体３の内部に第３浮動体Ｉを、第３浮動体
Ｉの内部に第１浮動体２を配置した。これに伴って、第
１浮動体２をｘ方向に励振するための固定電極４，５な
らびに振動検出用の電極６ｃ，７ｃを第３浮動体Ｉの内
部に形成し、ｙ振動検出用の電極群を２組として、第２
浮動体３の外に形成した。

【００４４】ｙ振動検出用の電極群の固定電極のための
電極リ−ド１３ａ，１３ｂに連続した分岐線（点線）は
絶縁層で覆われ、絶縁層を部分的に欠いた所で固定電極
６ａ，６ｂが接合している。すなわち固定電極６ａおよ
び６ｂはそれぞれ電極リ−ド１３ａおよび１３ｂと電気
的に同電位である。該絶縁層の上に、電極リ−ド１２
ａ，１２ｂに連続した分岐線が接合しており、この分岐
線に固定電極７ａ，７ｂが接合している。すなわち固定
電極６ａおよび６ｂはそれぞれ電極リ−ド１３ａおよび
１３ｂと電気的に同電位である。

【００４５】静電容量検出回路１７は、固定電極６ａ，
６ｂと第２浮動体３の可動電極３３ａ，３３ｂとの静電
容量と、固定電極７ａ，７ｂと第２浮動体３の可動電極
３３ａ，３３ｂとの静電容量との差に対応するレベルの
容量検出信号を発生して信号処理回路１８に与える。こ
の容量検出信号は第２浮動体３のｙ振動に同期したレベ
ル変動を示す。

【００４６】第２実施例のその他の構成および機能は、
上述の第１実施例と同様であり、第２浮動体３の、ｚ方
向加速度による固定電極４２，５２に対する変位が少
く、角速度検出信号のＳ／Ｎが高い。また検出精度の安
定性が高い。

【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】（ａ）は図１に示す第２浮動体３の一部分２
Ａの拡大平面図、（ｂ）は（ａ）の２Ｂ−２Ｂ線断面図
である。

【図３】図１に示すｘ駆動回路１５の出力電圧の波
形，第１浮動体２のｘ変位および第３，第２浮動体Ｉ，
３のｙ変位を示すタイムチャ−トである。

【図５】本発明の第２実施例の平面図である。

【符号の説明】

１：シリコン基板２：第１浮動体２１：ロ形基部２２ａ〜ｄ：第
１組の浮動支持梁２３ａ，２３ｂ：可動側櫛歯電極２４ａ，２４
ｂ：可動側櫛歯電極２５ａ，２５ｂ：浮動連結梁３：第２浮動体３１：基幹３２ａ〜ｄ：第
２組の浮動支持梁３３ａ，３３ｂ：櫛歯電極Ｉ：第３浮動体Ｉｘ１〜Ｉｘ４：第３組の浮動支持梁Ｉｙ１〜Ｉｙ
４：第４組の浮動支持梁４：固定電極４１：電極基幹４２：固定櫛歯電極５：固定電極５１：電極基幹５２：固定櫛歯
電極６ａ〜６ｃ：固定電極７ａ〜７ｃ：固
定櫛歯電極８ａ〜ｆ：浮動体アンカ９ａ，９ｂ：配
線１０，１１：固定電極の電極パッド 12,12a,b,13,13
a,13b：配線１５：ｘ駆動回路１６，１７：静
電容量検出回路１８：信号処理回路

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年１１月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【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４】本発明の第２実施例の平面図である。

【符号の説明】１：シリコン基板２：第１浮動体２１：ロ形基部２２ａ〜ｄ：第
１組の浮動支持梁２３ａ，２３ｂ：可動側櫛歯電極２４ａ，２４
ｂ：可動側櫛歯電極２５ａ，２５ｂ：浮動連結梁３：第２浮動体３１：基幹３２ａ〜ｄ：第
２組の浮動支持梁３３ａ，３３ｂ：櫛歯電極Ｉ：第３浮動体Ｉｘ１〜Ｉｘ４：第３組の浮動支持梁Ｉｙ１〜Ｉｙ
４：第４組の浮動支持梁４：固定電極４１：電極基幹４２：固定櫛歯電極５：固定電極５１：電極基幹５２：固定櫛歯
電極６ａ〜６ｃ：固定電極７ａ〜７ｃ：固
定櫛歯電極８ａ〜ｆ：浮動体アンカ９ａ，９ｂ：配
線１０，１１：固定電極の電極パッド 12,12a,b,13,13
a,13b：配線１５：ｘ駆動回路１６，１７：静
電容量検出回路１８：信号処理回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板；該基板にｘ方向には可動に、ｙ方向
には実質上不動に支持された第１可動体；前記基板にｙ
方向には可動に、ｘ方向には実質上不動に支持された第
２可動体；ｘ，ｙ方向に可動であって、第１可動体に
対してはｙ方向に可動にｘ方向には実質上不動に連結さ
れ、第２可動体に対してはｘ方向に可動にｙ方向には実
質上不動に連結された、第３可動体；第１可動体をｘ方
向に振動駆動する励振手段；第２可動体のｙ方向変位を
検出する変位検出手段；および、該変位検出手段が発生する変位信号を角速度信号に変換
する変換手段；を備える角速度センサ。
【請求項２】第１可動体および第３可動体はｘ，ｙ平面
上で矩形リング状であり、第１可動体の内空間に第３可
動体が、第３可動体の内空間に第２可動体があり、第
１，第２および第３可動体の重心が実質上同一位置であ
る、請求項１記載の角速度センサ。
【請求項３】第２可動体および第３可動体はｘ，ｙ平面
上で矩形リング状であり、第２可動体の内空間に第３可
動体が、第３可動体の内空間に第１可動体があり、第
１，第２および第３可動体の重心が実質上同一位置であ
る、請求項１記載の角速度センサ。
【請求項４】第１可動体は、一端が基板に固定されたｙ
方向に延びる梁で基板に対して浮動支持された、請求項
１，請求項２又は請求項３記載の角速度センサ。
【請求項５】第２可動体は、一端が基板に固定されたｘ
方向に延びる梁で基板に対して浮動支持された、請求項
１，請求項２，請求項３又は請求項４記載の角速度セン
サ。
【請求項６】第３可動体は、ｘ方向に延びる梁で第１可
動体に、ｙ方向に延びる梁で第２可動体に連結された、
請求項１，請求項２，請求項３，請求項４又は請求項５
記載の角速度センサ。
【請求項７】第１可動体，第２可動体および第３可動体
は、それらの重心が実質上同一位置であって該重心を通
るｘｚ面およびｙｚ面に対して実質上対称構造である、
請求項１記載の角速度センサ。