角速度传感器的制作方法

专利名称：角速度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如适用于检测角速度的角速度传感器。
背景技术：
作为角速度传感器，已知通常由以下构件组成，即，基板；由该基板通过支持梁可于相互正交的2个方向变位地支持的质量部；沿前述2个方向中的与基板平行的振动方向使该质量部振动的振动发生装置；及以所述质量部在与所述振动方向正交的检测方向上变位时的变位量作为角速度进行检测的角速度检测装置(例如参照日本专利特开平5-312576)。
这种传统技术的角速度传感器在相对基板平行的X轴、与Y轴垂直的Z轴中，例如使质量部沿着X轴方向以所定振幅进行振动，在此状态下，一旦施加Z轴周围的角速度，则在质量部上产生Y轴方向的科里奥利力。由此，因质量部沿Y轴方向变位，故角速度检测装置通过将此时的质量部变位量作为静电容量等的变化进行检测，并输出与角速度对应的检测信号。
在此场合，质量部由设于基板的支持梁沿X轴方向等可变位(振动)地支持。并且，该支持梁将基端侧固定于基板，将前端侧与质量部连结，并且在角速度传感器作动时通过支持梁的挠曲变形使质量部沿X轴方向振动。
又，在例如日本专利特开平7-218268号公报中记载的另一传统技术中，使用一种称之为音叉型罗盘的角速度传感器，通过配置于基板上的一对质量部相互以逆相位振动，由一对质量部将从质量部通过支持梁传向基板的振动相互抵消。
在此场合，支持一对质量部的支持梁例如具有相对基板以1个部位支持各质量部用的、形成有多个弯曲部的复杂形状，将前端侧分支后分别与各质量部连结。
然而，在上述的传统技术中，因质量部通过支持梁与基板连结，故当质量部在基板上振动时，该振动容易通过支持梁传向基板侧。
为此，角速度传感器作动时，在可能因振动能向基板侧的漏出而减少质量部的振幅、振动速度等，减小由角速度形成的科里奥利力，使检测灵敏度不稳定。又，一旦振动传至基板侧，则质量部即使在未施加角速度的情况下也会产生因基板的振动而在检测方向上振动的现象，故角速度的检测值容易产生误差，存在着灵敏度降低的问题。
对此，在另一传统技术中，采用了通过使一对质量部相互以逆相位振动来消除传向基板侧振动的结构。但是，这些质量部因由具有复杂的弯曲形状的支持梁进行支持，故制造传感器时很难使例如支持梁的尺寸、形状、挠曲变形时的特性等相对于两侧的质量部均等地形成。
因此，在另一传统技术中，因支持梁的尺寸偏差、加工误差等，有时会在一对质量部的振动状态中出现差异，存在着不能稳定地消除从各质量部传向基板侧振动的问题。
另一方面，角速度传感器作动时，一旦因冲击等的外力向传感器施加Y轴方向的加速度，质量部不仅受角速度的科里奥利力的作用，而且还受加速度惯性力的作用而沿Y轴方向变位，将此时的包含角速度成分和加速度成分的变位量作为角速度进行检测。
其结果，在传统技术中，即使向角速度传感器例如只施加了轻微的冲击等，也会作为误差而包含由对角速度检测信号的冲击等形成的加速度成分而使角速度的检测精度下降，故存在着难以提高可靠性的问题。
特别是在施加于传感器的加速度具有近似于质量部振动频率数的频率数成分时，例如在与振动频率数对应的一定周期中通过对检测信号同步整流而积分，即使进行抽出角速度成分的同步检波等的信号处理也不能可靠地除去因加速度成分造成的误差。
本发明鉴于上述传统技术的问题，其目的在于提供一种可防止振动从质量部通过支持梁传向基板侧、基板上可稳定地保持其振动状态并可提高检测灵敏度、检测精度和可靠性的角速度传感器。

发明内容
为了解决上述课题，本发明的第1技术方案的角速度传感器包括基板；留有间隙地与该基板对向、在由相互正交的X轴、Y轴、Z轴组成的3轴方向中沿Y轴方向并列配置的4个质量部；沿X轴方向可变位地与该各质量部连结的支持梁；设于该支持梁与所述基板间、将该支持梁固定于所述基板上的固定部；通过使所述各质量部中的至少一部分质量部振动、使相互邻接的质量部以逆相位沿X轴方向振动的振动发生装置；以及在所述4个质量部中的将Y轴方向中心位置夹在其间地配置于对称位置的2个质量部上产生角速度作用时、以该质量部沿Y轴和Z轴中至少某一方的轴方向变位的变位量作为角速度进行检测的角速度检测装置。
采用这种结构，可由支持梁将4个质量部沿着与振动方向(X轴方向)正交的Y轴方向进行连结，例如通过由振动发生装置使各质量部中的一部分质量部振动，可使相互邻接的质量部大致以逆相位进行振动。由此，可在连结各质量部的支持梁的途中部位配置支持梁与各质量部一起振动时大致保持于一定的位置的挠曲变形的节。
又，由于将Y轴方向中心位置夹在其间地配置于对称位置(X轴方向的中央侧或外侧)的2个质量部相互以逆相位振动，因此，该2个质量部在施加角速度时由科里奥利力相互逆向变位。由此，例如通过将该2个质量部的变位量进行减算，可将这些变位量中的互相等同方向变位部分(加速度成分)相互抵消而除去，可将角速度从加速度中分离进行检测。
并且，因将4个质量部沿Y轴方向并列，故在这些质量部振动时，可将整个质量部的重心大致保持在一定的位置，使其该振动状态稳定，可抑止振动传向基板侧。又由于将Y轴方向的中心位置夹在其间地配置于对称位置的2个质量部可形成将整个质量部的重心位置等夹在其间的对称形状，因此，可将该2个质量部的共振动频率数和温度变化所形成的各质量部的热变形量等大致设定为相等，可由加速度使2个质量部只能以大致相同的量进行变位。结果是通过将2个质量部的变位量进行减算，能可靠地将加速度成分除去，可提高角速度的检测精度。
在此场合，如技术方案2的发明所示，角速度检测装置在角速度作用于所述4个质量部中的位于Y轴方向中央侧的2个质量部时，该质量部以Y轴和Z轴中至少一方的轴向上变位的变位量作为角速度进行检测。
又，根椐技术方案3的发明，固定部构成为将支持梁中与所述各质量部相互以逆相位振动时的节相对应的部位固定在基板上。
由此，由于固定部可在各质量部和支持梁振动时的与振动的节对应的位置处将该支持梁固定于基板侧，因此可抑止各质量部的振动通过支持梁传向基板侧。
又，根椐技术方案4的发明，4个质量部沿Y轴方向直线状配置于，所述支持梁沿Y轴方向直线状延伸并将各质量部连结。
由此，例如通过使1个质量部沿X轴方向进行振动，可由支持梁将其振动高效率地传递至其它质量部，可用简单的结构使各质量部以逆相位进行振动。
又，根椐技术方案5的发明，4个质量部由配置于Y轴方向中央侧的2个中央侧质量部和配置于该各中央侧质量部的外侧的2个外侧质量部构成，所述中央侧质量部和外侧质量部中的一方质量部根椐Z轴周围的角速度沿Y轴方向进行变位，另一方的质量部根椐Y轴周围的角速度沿Z轴方向进行变位。角速度检测装置由将所述一方的质量部的变位量作为Z轴周围的角速度进行检测的第1角速度检测装置和将所述另一方的质量部的变位量作为Y轴周围的角速度进行检测的第2角速度检测装置构成。
由此，例如可一边由中央侧质量部检测Z轴周围的角速度。一边由外侧质量部检测Y轴周围的角速度，又，也可一边由中央侧质量部检测Y轴周围的角速度，一边由外侧质量部检测Z轴周围的角速度，可构成分别检测2轴周围的角速度传感器。
又，根椐技术方案6的发明，位于中央侧的2个质量部分别由呈框状的中央框状体和在该中央框状体内沿着基板沿Y轴方向可振动地设置的水平振动子构成，所述角速度检测装置将该水平振动子沿Y轴方向变位的变位量作为Z轴周围的角速度进行检测。
由此，未施加角速度时，即使支持梁挠曲变形，振动子也只能在框状体内的X轴方向上进行振动。这样，框状体可使支持梁的挠曲变形成向Y轴方向的变位而将向振动子的传递遮断，可进一步提高对Z轴周围的角速度的检测精度。
又，根椐技术方案7的发明，角速度检测装置由对位于所述中央侧的2个质量部中的一方质量部的水平振动子沿Y轴方向变位的变位量进行检测的第1、第2变位量检测部、以及对另一方质量部的水平振动子沿Y轴方向变位的变位量进行检测的第3、第4变位量检测部构成。
由此，位于Y轴方向中央侧的2个质量部的水平振动子相互以逆相位进行振动，故该2个水平振动子在施加Z轴周围的角速度时，利用科里奥利力相互逆向变位，在施加Y轴方向的加速度时，利用惯性力在互相等同的方向上变位。这样，例如通过将由第1、第2变位量检测部检测的一方水平振动子的变位量与由第3、第4变位量检测部检测的另一方水平振动子的变位量进行加算或减算，可将这些变位量中互相等同方向上的变位成分(加速度成分)相互抵消而除去，可将角速度从加速度中分离进行检测。
又，根椐技术方案8的发明，第1、第2变位量检测部由设于所述基板的第1、第2固定侧检测电极、以及与该第1、第2固定侧检测电极沿Y轴方向分开的状态下分别对置并设于所述一方水平振动子上的第1、第2可动侧检测电极构成，所述第1、第2变位量检测部在产生Z轴周围的角速度时，任一方的固定侧检测电极与可动侧检测电极接近、另一方的固定侧检测电极与可动侧检测电极分离，所述第3、第4变位量检测部由设于所述基板的第3、第4固定侧检测电极、以及与该第3、第4固定侧检测电极沿Y轴方向分开的状态下分别对置并设于所述另一方水平振动子上的第3、第4可动侧检测电极构成，所述第3、第4变位量检测部在产生Z轴周围的角速度时，任一方的固定侧检测电极与可动侧检测电极接近、另一方的固定侧检测电极与可动侧检测电极分离。
由此，当产生了Z轴周围的角速度时，例如第1、第2变位量检测部可增大该固定侧检测电极与可动侧检测电极间的静电容量，第2、第4变位量检测部可减小该固定侧检测电极与可动侧检测电极间的静电容量。在此场合，施加Y轴方向的加速度时，例如第1、第4变位量检测部可增大该固定侧检测电极与可动侧检测电极间的静电容量，第2、第3变位量检测部可减小该固定侧检测电极与可动侧检测电极间的静电容量。
由此，通过在将第1、第3变位量检测部的静电容量进行加算的同时对第2、第4变位量检测部的静电容量进行加算，可将加速度成分相互抵消而除去，可将角速度从加速度中分离并进行检测。又由于第1、第3变位量检测部的静电容量的加算值与第2、第4变位量检测部的静电容量的加算值相互以逆相位变化(增大、减小)，因此通过对其2个加算值进行减算，可增大与角速度对应的信号，可高灵敏度地检测角速度。
又，根椐技术方案9的发明，角速度检测装置由对位于所述中央侧的2个质量部中的一方质量部的水平振动子沿Y轴方向变位的变位量进行检测的一方变位量检测部、以及对另一方质量部的水平振动子沿Y轴方向变位的变位量进行检测的另一方变位量检测部构成，所述一方的变位量检测部由设于所述基板的一方固定侧检测电极、以及沿Y轴方向与该一方固定侧检测电极分开的状态下对置并设于所述一方水平振动子的一方可动侧检测电极构成，所述另一方的变位量检测部由设于所述基板的另一方固定侧检测电极、以及沿Y轴方向与该另一方固定侧检测电极分开的状态对置并设于所述另一方水平振动子的另一方可动侧检测电极构成。
其中，由于位于Y轴方向中央侧的2个质量部的水平振动子相互以逆相位进行振动。因此，在施加Z轴周围的角速度时，2个水平振动子相互逆向变位。此时，通过由2个变位量检测部分别将固定侧检测电极和可动侧检测电极适当配置，2个变位量检测部可相互逆相位或同相位地增减该固定侧检测电极与可动侧检测电极间的静电容量。这样，可通过对2个变位量检测部的静电容量进行减算或加算检测Z轴周围的角速度。
又，根椐技术方案10的发明，2个变位量检测部在产生Z轴周围的角速度作用时，双方的固定侧检测电极和可动侧检测电极一起接近或分离。
此时，在施加Y轴方向的加速度时，2个水平振动子在互相等同的方向上进行变位，2个变位量检测部的静电容量中的一方增加而另一方减小。这样，通过对2个变位量检测部的静电容量进行加算，可将加速度形成的静电容量的变化部分相互抵消而除去，可将Z轴周围角速度从加速度中分离并进行检测。
又，根椐技术方案11的发明，2个变位量检测部在产生Z轴周围的角速度作用时，某一方的固定侧检测电极和可动侧检测电极接近而另一方的固定侧检测电极与可动侧检测电极分离。
此时，在施加Y轴方向的加速度时，2个水平振动子在互相等同的方向上进行变位，2个变位量检测部的静电容量一起增减。这样，通过对2个变位量检测部的静电容量进行减算，可将加速度形成的静电容量的变化部分相互抵消而除去，可将Z轴周围角速度从加速度中分离并进行检测。
又，根椐技术方案12的发明，4个质量部中位于Y轴方向外侧的2个质量部分别由框状的外侧框状体、以及沿该外侧框状体内的与基板垂直的Z轴方向可振动地设置的垂直振动子构成，所述角速度检测装置将该垂直振动子沿Z轴方向变位的变位量作为Y轴周围的角速度进行检测。
由此，由于外侧质量部一边沿X轴方向振动，一边根椐Y轴周围的角速度沿Z轴方向变位成相对基板接近或分开，因此，可由角速度检测装置将此时的变位量作为Y轴周围的角速度进行检测。
又，根椐技术方案13的发明，在固定部上形成有在向各质量部施加Y轴方向的加速度时支持所述各质量部的状态下沿Y轴方向挠曲变形的支臂部。
由此，固定部可由具有Y轴方向弹性的支臂部通过支持梁对4个质量部进行支持。结果是例如在质量部因加速度的外乱引起的Y轴方向变位(振动)时，各质量部可利用支臂部以弹性连结的状态进行振动(连续振动)，可利用支臂部的弹力相互传递各质量部的振动能。这样，例如在因加工误差等造成的各质量部相对一定的加速度的振幅中出现偏差时也可通过将振动能向这些质量部间传递而减小振幅的差异，故可稳定地将各质量部间的因加速度造成的影响消除。
并且，根椐技术方案14的发明，4个质量部将该各质量部整个的重心夹在其间地沿Y轴方向形成对称形状。
由此，由于例如可将位于中央侧的2个质量部内侧的振动子等的共振频率数设定成大致相等，因此，可由加速度使各质量部只能以大致相同的量进行变位，通过这些变位量的减算可消除加速度成分而只对角速度进行检测。又，在4个质量部振动时，由于可将质量部全体的重心大致保持于一定的位置，因此可使其振动状态稳定化，可抑止振动向基板侧传递。
又，根椐技术方案15的发明，4个质量部中的位于Y轴方向外侧的2个质量部其质量小于位于所述中央侧的2个质量部，所述4个质量部振动时，以该各质量部全体的重心为中心施加于所述中央侧的各质量部的回转力矩与以该各质量部全体的重心为中心的施加于所述外侧的各质量部的回转力矩大致相等。
由此，相互邻接的各质量部以逆相位振动时，以该各质量部全体的重心为中心的施加于中央侧的各质量部的回转力矩与施加于外侧的各质量部的回转力矩相互反向。在此场合，外侧的各质量部因比中央侧的各质量部离重心更远，故其质量小于中央侧的各质量部，从而使两者的回转力矩大致相等。
结果是在由振动发生装置使各质量部振动时可增大该共振状态下的Q(Quality factor)值，可确保大的振幅。又由于在中央侧与外侧的质量部间可消除回转力矩，因此可防止这些回转力矩向基板侧传递。
又，根椐技术方案16的发明，在4个质量部中的位于X轴方向中央侧的2个质量部设置有对将所述各质量部在X轴方向振动时的变位量作为由所述振动发生装置的振动状态进行监视的振动状态监视装置。
由此，在例如角速度检测装置对位于Y轴方向中央侧的2个质量部的变位量进行检测时，可将角速度检测装置和振动状态监视装置集约化。
另一方面，在角速度检测装置对位于Y轴方向外侧的2个质量部的变位量进行检测时，可将角速度检测装置和振动状态监视装置配置于分离的位置。这样，可将检测角速度的信号和监视振动状态的信号分离，以高精度进行输出，同时可提高传感器的设计自由度。
又，根椐技术方案17的发明，在4个质量部中的位于X轴方向外侧的2个质量部设置有对将所述各质量部在X轴方向振动时的变位量作为由所述振动发生装置的振动状态进行监视的振动状态监视装置。
由此，在例如角速度检测装置对位于Y轴方向中央侧的2个质量部的变位量进行检测时，可将角速度检测装置和振动状态监视装置配置于分离的位置。这样，可将检测角速度的信号和监视振动状态的信号分离，以高精度进行输出，同时可提高传感器的设计自由度。
又，根椐技术方案18的发明，在支持梁中与各质量部相互以逆相位振动时的节对应的部位设置有将所述各质量部在振动方向上振动时的变位量作为由振动发生装置形成的振动状态进行监视的振动状态监视装置。
由此，例如可将惯性质量较小的监视器电极以高刚性安装于支持梁中的难以传递质量部振动的节的部位，通过该节部和固定部可与基板一体性固定。结果是即使因来自外部的振动、冲击等向基板施加加速度时也可防止监视器电极因加速度而误变位，能向外部的回路等输出正确的监视信号，同时，特别是能可靠地防止因Z轴方向的加速度而造成的监视器电极误动作。又，质量部振动时，因根椐其振幅等使支持梁挠曲变形，故振动状态监视装置例如可将支持梁的挠曲变形量作为质量部的振动状态进行检测。
又，根椐技术方案19的发明，振动状态监视装置由设于基板的监视用固定侧电极、以及设于与支持梁的节对应的部位、在各质量部振动而使所述支持梁挠曲变形时相对于该监视用固定侧电极、以对应于所述节的部位为中心进行回动变位的监视用可动侧电极构成。
由此，在质量部振动而使支持梁挠曲变形时，可将其节作为中心使可动侧检测电极回动变位，根椐该变位量可使固定侧电极与可动侧电极间的对向面积变化。这样，例如可根椐监视用固定侧电极与监视用可动侧电极间的静电容量变化检测质量部的振动状态。
并且，根椐技术方案20的发明，监视用固定侧电极由以与所述支持梁的节对应的部位为中心呈圆弧状延伸的多个电极板构成，所述监视用可动侧电极由径向留有间隙地与该监视用固定侧电极的各电极板对置的圆弧状的多个电极板构成。
由此，例如可将固定侧电极的各电极板和可动侧电极的各电极板形成梳齿状相互啮合，可确保在这些电极间形成大的对向面积。又，通过将固定侧和可动侧的电极板形成圆弧状，在可动侧电极以节为中心回动变位时，这些电极板可在相互不接触的状态下相对变位。又，可使固定侧的电极板和可动侧的电极板留有间隙地相互对置，因这些对向面积根椐可动侧电极和回动变位量(回转角)成比例地进行变化，故可使电极板间的静电容量成比例(直线状)变化。
又，根椐技术方案21的发明，角速度传感器由将所述Y轴方向的中心位置夹在其间地配置于对称位置的2个质量部中的一方质量部沿Y轴方向变位的变位量进行检测的第1、第2变位量检测部、以及对另一方质量部沿Y轴方向变位的变位量进行检测的第3、第4变位量检测部构成。
由此，由于将所述Y轴方向的中心位置夹在其间地配置于对称位置的2个质量部相互以逆相位进行振动，因此，该2个质量部在施加Z轴周围的角速度时相互反向变位，施加Y轴方向的加速度时在互相同等的方向上变位。这样，通过例如对由第1、第2变位量检测部检测的一方质量部的变位量与由第3、第4变位量检测部检测的另一方质量部的变位量进行减算，可将这些变位量中的加速度成分相互抵消而除去，可将角速度从加速度中分离并进行检测。
又，根椐技术方案22的发明，角速度传感器由将所述Y轴方向的中心位置夹在其间地配置于对称位置的2个质量部中的一方质量部沿Y轴方向变位的变位量进行检测的一方变位量检测部、以及对另一方质量部沿Y轴方向变位的变位量进行检测的另一方变位量检测部构成。
由此，由于将所述Y轴方向的中心位置夹在其间地配置于对称位置的2个质量部相互以逆相位进行振动，因此，该2个质量部在施加Z轴周围的角速度时相互反向变位。此时，通过由2个变位量检测部分别适当地配置固定侧检测电极和可动侧检测电极，2个变位量检测部可相互以逆相位或同相位增减该固定侧检测电极与可动侧检测电极间的静电容量。从而，通过减算或加算2个变位量检测部的静电容量，可检测Z轴周围的角速度。
综上所述，采用技术方案1的发明，由于由支持梁连接4个质量部，相互邻接的质量部以逆相位沿X轴方向进行振动，因此，可将4个质量部沿X轴方向将其全体重心夹在其间地形成对称形状，这些质量部一边将全体的重心G大致保持于一定的位置，一边可相互以逆相位沿X轴方向稳定地进行振动。这样，相互逆相位的质量部平衡性良好地进行振动，可相互抵消振动时的反力，能可靠地抑止振动向基板侧传递。又，即使各质量部存在着略微的尺寸误差、加工误差等的现象，也可由对称形状弥补该误差造成的共振频率数的差异等。故在从外部施加振动、冲击等造成的加速度时，可使相互以逆相位振动的质量部的变位量大致相等，可由角速度检测装置可靠地将这些变位量消除。由此，可将角速度从加速度中分离而进行正确的检测，可提高传感器的性能和可靠性。
在此场合，采用技术方案2的发明，最好是角速度检测装置在角速度作用于所述4个质量部中的位于Y轴方向中央侧的2个质量部时，该质量部将Y轴和Z轴中至少一方的轴向上变位的变位量作为角速度进行检测。
又，采用技术方案3的发明，由于固定部是将支持梁中的与各质量部相互以逆相位振动时的节相对应的部位固定在基板上，因此，可通过支持梁和固定部可靠地地抑止各质量部的振动传向基板侧，可进一步提高传感器的检测精度。
又，采用技术方案4的发明，由于4个质量部沿Y轴方向直线状地配置，所述支持梁直线状地沿Y轴方向延伸并连接将各质量部，因此，可利用直线状延伸的支持梁的挠曲变形大致保持各质量部和振动状态(振动方式)。这样，即使各质量部存在着略微的加工误差等，也可使位于其中央位置的2个质量部相互以相等的振幅进行振动，使传感器的检测灵敏度稳定化。
又，采用技术方案5的发明，由于中央侧质量部和外侧质量部中的一方质量部根椐Z轴周围的角速度沿Y轴方向进行变位，另一方的质量部根椐Y轴周围的角速度沿Z轴方向进行变位，因此，角速度检测装置例如一边由中央侧的质量部检测Z轴周围的角速度，一边由外侧的质量部检测Y轴周围的角速度。这样，可容易地构成可分别检测2轴周围的角速度的角速度传感器，可使该2轴检测型的整个传感器小型化，同时可使传感器用的信号处理回路和配线等简化。
又，采用技术方案6的发明，由于位于中央侧的2个质量部分别由中央框状体和在该中央框状体内沿Y轴方向可振动地设置的水平振动子构成，因此，中央侧框状体使支持梁的挠曲变形成Y轴方向的变位，可防止传向水平振动子，可更加正确地检测角速度。
又，采用技术方案7的发明，由于角速度检测装置由对位于中央侧的2个质量部中的一方质量部的水平振动子沿Y轴方向变位的变位量进行检测的第1、第2变位量检测部、以及对另一方质量部的水平振动子沿Y轴方向变位的变位量进行检测的第3、第4变位量检测部构成，因此，通过将第1、第2变位量检测部的检测信号和第3、第4变位量检测部的检测信号进行加算或减算，可将角速度从加速度中分离并进行检测，同时可消除因热变形引起的灵敏度变化。
在此场合，如技术方案8的发明所示，最好是第1、第2变位量检测部构成在Z轴周围的角速度作用时其固定侧检测电极与可动侧检测电极的间隔一方窄而另一方宽，第3、第4变位量检测部构成在Z轴周围的角速度作用时其固定侧检测电极与可动侧检测电极的间隔一方窄而另一方宽。
又，采用技术方案9的发明，由于角速度检测装置由对位于所述中央侧的2个质量部中的一方质量部的水平振动子沿Y轴方向变位的变位量进行检测的一方变位量检测部、以及对另一方质量部的水平振动子沿Y轴方向变位的变位量进行检测的另一方变位量检测部构成，因此，通过将2个变位量检测部的静电容量进行减算或加算，可检测Z轴周围的角速度。
又，采用技术方案10的发明，由于2个变位量检测部在Z轴周围的角速度作用时，双方的固定侧检测电极和可动侧检测电极一起或宽或窄，因此，通过将2个变位量检测部的静电容量进行加算，可将Z轴周围从加速度中分离并进行检测。
又，采用技术方案11的发明，由于2个变位量检测部在Z轴周围的角速度作用时，某一方的固定侧检测电极和可动侧检测电极的间隔变窄，另一方的固定侧检测电极与可动侧检测电极的间隔变宽，因此，通过将2个变位量检测部的静电容量进行减算，可将Z轴周围从加速度中分离并进行检测，同时可消除因热变形引起的灵敏度变化。
又，采用技术方案12的发明，由于位于外侧的2个质量部分别由外侧框状体、以及设置成可在该外侧框状体内与基板垂直的Z轴方向振动的垂直振动子构成，因此，例如可一边使用中央侧的角速度检测Z轴周围的角速度，一边使用外侧的角速度检测Y轴周围的角速度。这样，可容易地构成可分别检测2轴周围的角速度的角速度传感器。
又，采用技术方案13的发明，由于在固定部上形成有在向各质量部施加Y轴方向的加速度时将所述各质量部支持的状态下沿Y轴方向挠曲变形的支臂部，因此，在由Y轴方向的加速度使各质量部振动时可利用支臂部的弹力相互传递振动能，以使质量部间的振幅减小。这样，可将例如因尺寸误差、加工误差等造成的各质量部的振幅偏差相对于加速度减小，可稳定地将加速度除去。
并且，采用技术方案14的发明，由于4个质量部将该各质量部全体的重心夹在其间地在Y轴方向形成对称形状，因此，这些质量部一边将全体的重心G大致保持于一定的位置，一边相互以逆相位沿X轴方向稳定地进行振动，能可靠地抑止振动传向基板侧。又，即使各质量部存在着略微的尺寸误差、加工误差等的现象，也可由对称形状弥补该误差造成的共振频率数的差异等，可提高传感器的性能和可靠性。
又，采用技术方案15的发明，由于外侧的各质量部其质量小于中央侧的各质量部，因此，施加于中央侧的各质量部的回转力矩与施加于外侧的各质量部的回转力矩大致相等，可将这些回转力矩相互抵消。这样，回转力矩成为外力，可防止传向基板侧，可进一步提高角速度的检测精度。又，在由振动发生装置使各质量部振动时，可提高该共振状态的Q值，可确保大的振幅，可使检测灵敏度稳定化。
又，采用技术方案16的发明，由于在4个质量部中位于Y轴方向中央侧的2个质量部设置振动状态监视装置，因此，例如在角速度检测装置对位于Y轴方向中央侧的2个质量部的变位量进行检测时，可集约形成角速度检测装置和振动状态监视装置。
又，采用技术方案17的发明，由于在4个质量部中位于Y轴方向外侧的2个质量部设置振动状态监视装置，因此，例如在角速度检测装置对位于Y轴方向中央侧的2个质量部的变位量进行检测时可将检测角速度的信号和监视振动状态的信号分离，可高精度地输出，同时可提高传感器的设计自由度。
又，采用技术方案18的发明，由于在与支持梁的节对应部位设置对各质量部的振动状态进行监视的振动状态监视装置，因此，例如可将惯性力较小的监视器电极安装于支持梁中的难以传递质量部振动的节的部位。这样，即使因来自外部的振动、冲击等向基板施加加速度时，也可防止监视器电极因加速度而造成误变位，可向外部的回路等输出正确的信号。由此，例如可稳定地通过外部的回路等、使用监视信号对质量部的振幅等进行反馈控制，对于周围的温度变化、外力等可良好地保持角速度传感器的检测精度，同时可进一步提高可靠性。
又，采用技术方案19的发明，由于振动状态监视装置由监视用固定侧电极、以及相对该监视用固定侧电极、以支持梁的节为中心进行回动变位的监视用可动侧电极构成，因此，在质量部振动而使支持梁挠曲变形时，可以其节作为中心使可动侧电极回动变位，从而，例如可根椐监视用固定侧电极与监视用可动侧电极间的静电容量的变化来检测质量部的振动状态，可用非接触式的简单结构正确地检测质量部的振动状态。
并且，采用技术方案20的发明，由于监视用固定侧电极由以支持梁的节为中心呈圆弧状的多个电极板构成，监视用可动侧电极由径向留有间隙地与这些电极板对置的圆弧状的多个电极板构成，因此，例如可将固定侧电极的各电极板和可动侧电极的各电极板形成梳齿状并使其相互啮合，在这些电极间可确保大的对向面积，同时可形成小型且检测精度高的监视器电极。又，通过将固定侧和可动侧的电极板形成圆弧状，在可动侧电极回动变位时，可使这些电极板在相互不接触的情况下变位，可根椐可动侧电极的回动变位量使电极板间的静电容量直线状变化。由此，即使将监视器电极配置于支持梁的节的状态下，也可高精度且容易地进行质量部振动状态的检测。
又，采用技术方案21的发明，由于角速度传感器由对将Y轴方向的中心位置夹在其间地配置于对称位置的2个质量部中的一方质量部的水平振动子在Y轴方向变位的变位量进行检测的第1、第2变位量检测部、以及对另一方质量部的水平振动子在Y轴方向变位的变位量进行检测的第3、第4变位量检测部构成，因此，例如通过将第1、第2变位量检测部的检测信号与第3、第4变位量检测部的检测信号进行加算或减算，可将角速度从加速度中分离并进行检测，同时可消除因热变形引起的灵敏度变化。
又，采用技术方案22的发明，由于角速度传感器由对将所述Y轴方向的中心位置夹在其间地配置于对称位置的2个质量部中的一方质量部水平振动子在Y轴方向变位的变位量进行检测的一方变位量检测部、以及对另一方质量部的水平振动子沿Y轴方向变位的变位量进行检测的另一方变位量检测部构成，因此，通过对2个变位量检测部的静电容量进行减算或加算，可检测Z轴周围的角速度。
附图的简单说明

图1为表示本发明第1实施例的角速度传感器的平面图。
图2为从图1中的箭头所示的II-II方向看角速度传感器的剖面图。
图3为放大表示角速度传感器左侧部位的图1的局部放大平面图。
图4为放大表示图3中的a部的固定部等的要部放大图。
图5为表示一起构成盖板的驱动侧配线、检测侧配线和接地侧配线与外部回路的回路图。
图6为模式表示各质量部振动时施加于中央质量部和外侧质量部的回转力矩的说明图。
图7为模式表示2个中央质量部在由角速度形成的相互逆向变位状态的说明图。
图8为模式表示2个中央质量部在由角速度形成的相互同方向变位状态的说明图。
图9为表示各质量部在X轴方向振动时的支臂部挠曲变形状态的要部放大图。
图10为表示各质量部在由加速度形成的Y轴方向变位时的支臂部挠曲变形状态的要部放大图。
图11为表示本发明第2实施例的角速度传感器的平面图。
图12为放大表示角速度传感器左侧部位的图11的局部放大平面图。
图13为表示本发明第3实施例的角速度传感器的平面图。
图14为表示本发明第4实施例的角速度传感器的平面图。
图15为放大表示图14中的左侧监视器电极的要部放大图。
图16为放大表示图14中的右侧监视器电极的要部放大图。
图17为表示质量部振动时、监视用可动侧电极以支持梁的节部为中心回动变位状态的要部放大平面图。
图18为表示本发明第5实施例的角速度传感器的平面图。
图19为表示图18中的监视器电极等的局部放大平面图。
图20为表示本发明第6实施例的角速度传感器的平面图。
图21为从图20中的箭头所示的XXI-XXI方向看角速度传感器的剖面图。
图22为放大表示角速度传感器左侧一部分的图20中的局部放大平面图。
图23为放大表示图21中的垂直振动子等的局部放大剖面图。
图24为表示垂直振动子由Y轴周围的角速度形成的沿Z轴方向变位状态的局部放大剖面图。
图25为表示本发明第7实施例的角速度传感器的平面图。
图26为表示第1变形例的角速度传感器平面图。
图27为表示第2变形例的角速度传感器平面图。
图28为表示第3变形例的角速度传感器平面图。
具体实施例方式
角速度传感器(实施例部分)具体实施方式
下面参照附图详细说明本发明实施例的角速度传感器。
其中，图1至图10表示第1实施例，在本实施例中，以检测与基板垂直的Z轴周围的角速度的角速度传感器为例进行说明。
图中，1是构成角速度传感器本体部分的基板，该基板1例如由高阻抗的硅材料、玻璃材料等形成方形，在由相互正交的X轴、Y轴、Z轴构成的3轴方向中、例如在沿X轴和Y轴水平延伸的同时垂直于Z轴配置。
又，如图1、图2所示，在基板1上例如通过将单结晶或多结晶的低阻抗的硅材料设于基板1上进行腐蚀处理等微细加工，形成后述的中央质量部2、6、外侧质量部10、11、外侧支持梁12、固定部14、电极用支持部15、20、驱动电极16、17、检测电极21、22、23、24、25、26、27、28、监视器38等。
2是配置在基板1上的第1中央质量部，该第1中央质量部2如图3所示，在Y轴方向并列配置的4个质量部2、6、10、11中，与第2中央质量部6一起配置于中央附近。又，中央质量部2与方形框状的中央侧框状体3一体形成为横向「日」字状的方形框状体，在该中央侧框状体3的内侧包含设置成可沿Y轴方向振动的水平振动子4和后述的内侧支持梁5。
其中，中央侧框状体3由X轴方向延伸的前、后的横框部3A和Y轴方向延伸的左、右的纵框部3B构成。并且，当外侧支持梁12挠曲变形而使中央质量部X轴方向振动时，中央侧框状体3与后述的连接部13配合将外侧支持梁12的挠曲变形形成Y轴方向的变位，将向水平振动子4的传递遮断，水平振动子4对Y轴方向的变位进行限制而与角速度无关。
又，水平振动子4由X轴方向延伸的前、后的横框部4A、Y轴方向延伸的左、右的纵框部4B、以及位于该各纵框部4B间并向Y轴方向延伸的中间框部4C构成。并且，在中央侧框状体3与水平振动子4之间，位于该4个角处设有可Y轴方向挠曲变形的4个内侧支持梁5，该各内侧支持梁5沿着基板1将水平振动子4支持成在Y轴方向上可变位(振动)，同时限制水平振动子4相对中央侧框状体3在X轴方向上的变位。
6是配置于基板1上的第2中央质量部，该第2中央质量部6的结构大体上与中央质量部2一样，包含具有前、后的横框部7A和左、右的纵框部7B的中央侧框状体7、设置于该中央侧框状体7内侧并具有前、后的横框部8A、左、右的纵框部8B以及中间框部8C的水平振动子8，该水平振动子8通过4个内侧支持梁9支持成可沿Y轴方向变位。
10、11是相对Y轴方向设置于中央质量部2、6外侧的2个外侧质量部，该外侧质量部10、11是X轴方向延伸的直线状的质量体，其两端侧与各外侧支持梁12连接。
其中，4个质量部2、6、10、11在直线状并列于Y轴方向的状态下由各外侧支持梁12连接，并留有间隔地与基板1对置。并且，如图3所示，2个中央质量部2、6以质量部2、6、10、11全体的重心G为中心在Y轴方向形成前、后对称形状，其内侧的水平振动子4、8的共振频率数相互基本相等。又，2个中央质量部2、6将Y轴方向的中心位置(重心G)夹在其间地配置在对称位置，同时，2个外侧质量部10、11也夹持Y轴方向的中心位置(重心G)状地配置在对称位置上。
并且，这些质量部2、6、10、11如后述的图6所示，相互邻接的质量部2、11和质量部6、10利用外侧支持梁12的挠曲变形，在X轴方向上相互以逆相位进行振动。此时，质量部2、11和质量部6、10一边将全体的重心G大体保持于一定的位置、一边在相互对称位置上稳定地进行振动，故可抑止振动向基板1侧的传递。
又，中央质量部2、6具有预定的质量M1并分别形成，其重心位置相对质量部全体的重心G，在Y轴方向上只分开一定距离L1。又，外侧质量部10、11具有比中央质量部2、6小的所定质量M2并分别形成(M1＞M2)，其重心位置相对重心G在Y轴方向上分开比中央质量部2、6大的一定距离L2(L1＜L2)。
并且，中央质量部2、6的质量M1、距离L1、外侧质量部10、11的质量M2、距离L2预先被设定成可满足后述的数式1至数式6。由此，角速度传感器作动时，中央质量部2、6的回转力矩T1与外侧质量部10、11的回转力矩T2大致相等，这些回转力矩在重心G的周围相互抵消。
12是在X轴方向两侧的左、右设置成夹持质量部2、6、10、11的外侧支持梁，该各外侧支持梁12作为沿X轴方向挠曲变形的细幅度的梁形成，并沿着Y轴方向直线状延伸。又，外侧支持梁1 2的长度方向中途的部位经形成宽幅的并具有高刚性的连接部13、13与中央侧框状体3、7连接，外侧支持梁12的长度方向两端侧与外侧质量部10、11连接。由此，外侧支持梁12在X轴方向上可振动地对4个质量部2、6、10、11加以支持。
并且，在质量部2、11和质量部6、10相互以逆相位振动时，如图6所示，各外侧支持梁12相对X轴方向以大致S字状挠曲变形，在其长度方向中途的部位分别形成有振动的节即保持大致一定的位置的3个部位的节部12A。
14是设置于基板1的固定部，如图1、图3所示，该固定部14由以下构件构成，即在围住质量部2、6、10、11等的位置处与固定于基板1的方形台座部14A、位于基板1的左右两侧并与该台座部14A的内侧一体形成而沿Y轴方向延伸的大致T字状的延设部14B、以及分别设于该各延设部14B上、在从基板1分离的位置与由各外侧支持梁12的节部12A连接的3个支臂部14C。
并且，在质量部2、11和质量部6、10相互以逆相位振动时，这些振动在外侧支持梁12的各节部12A的位置上相互抵消，故固定部14可抑止向基板1的振动传递。
又，如图4所示，支臂部14C是例如沿Y轴方向具有弹性的大致コ字状、U字状、Y字状等细幅度的梁，由以下构件构成，即在X轴方向上留有间隔地从延设部14B凸出并可沿Y轴方向挠曲变形的例如2个横梁14C1、与该各横梁14C1的前端侧连接并沿Y轴方向延伸的纵梁14C2、以及设于该纵梁14C2长度方向的中间部位、并与外侧支持梁12的节部12A固接的固接部14C3。
并且，当质量部2、6、10、11因加速度等的外部干扰而造成Y轴方向变位(振动)时，如后述的图8、图10所示，支臂部14C的各横梁14C1在将质量部2、6、10、11支持的状态下沿Y轴方向挠曲变形，质量部2、6、10、11在由支臂部14C弹性连接的状态下发生振动(连续振动)。由此，支臂部14C利用其弹力相互传递质量部2、6、10、11的振动能，这些振幅的偏差小于加速度。
另一方面，15是位于外侧质量部10、11的前、后两侧、设于基板1上的例如4个驱动电极用支持部，16是分别设于该各驱动电极用支持部15的固定侧驱动电极，该各固定侧驱动电极16具有沿X轴方向凸出并配置成沿Y轴方向留有间隔地呈梳齿状的多个电极板16A。
17是在对应于各驱动电极用支持部15的位置上、凸设于外侧质量部10、11的例如4个可动侧驱动电极，该向可动侧驱动电极17具有固定侧驱动电极16的各电极板16A和将Y轴方向的间隙夹在其间啮合的多个电极板17A。
18是由驱动电极16、17构成的4个振动发生装置即振动发生部，该振动发生部18通过向设于各驱动电极用支持部15的驱动用电极衬垫19输入由直流偏压和交流偏压组成的驱动信号，在驱动电极16、17间发生静电引力，使外侧质量部10、11在图1中的箭头所示的a1、a2方向振动。由此，质量部2、11和质量部6、10通过外侧支持梁12相互以逆相位进行振动。
20是设于基板1上的例如4个检测电极用支持部，该各支持部20中的2个支持部20位于中央质量部2的水平振动子4内部并形成于中间框部4C的左、右两侧，在该各支持部20上设置具有梳齿状电极板21A、22A的左、右的固定侧检测电极21、22。又，各检测电极用支持部20中的另外2个支持部20位于中央质量部6的水平振动子8内并形成于中间框部8C的左、右两侧，在这些支持部20上设置具有梳齿状电极板23A、24A的左、右的固定侧检测电极23、24。
25、26是对应于固定侧检测电极21、22并凸设于水平振动子4内侧部位的可动侧检测电极，27、28是对应于固定侧检测电极23、24并凸设于水平振动子8内侧部位的可动侧检测电极，这些可动侧检测电极25、26、27、28具有固定侧检测电极21、22、23、24的电极板21A、22A、23A、24A和将Y轴方向的间隙夹在其间啮合的多个电极板25A、26A、27A、28A。
29是与后述的变位量检测部30、31、32一起构成角速度检测装置的第1变位量检测部，该变位量检测部29由构成平行平板电容器的固定侧检测电极21和可动侧检测电极25构成，并根据静电容量的变化检测中央质量部2的水平振动子4的变位量。并且，变位量检测部29是在水平振动子4沿Y轴方向在图1中的箭头b1所示方向变位时，静电容量增大，水平振动子4在箭头b2所示方向变位时，静电容量减小。
30是检测水平振动子4的第2变位量检测部，该变位量检测部30由固定侧检测电极22和可动侧检测电极26构成电容器，这些检测电极22、26在相对第1变位量检测部29的检测电极21、25的Y轴方向的相反方向上对置，由此，变位量检测部30的静电容量被预先设定为相对水平振动子4的变位方向、并与变位量检测部29呈相反状地增减。即，变位量检测部30在水平振动子4沿箭头b1所示方向变位时，静电容量减小，水平振动子4在箭头b2所示方向变位时，静电容量增大。
31是根椐静电容量的变化检测中央质量部6的水平振动子8变化量的第3变位量检测部，该变位量检测部31由固定侧检测电极23和可动侧检测电极27构成。并且，变位量检测部31在水平振动子8沿箭头b1所示方向变位时，静电容量减小，水平振动子8在箭头b2所示方向变位时，静电容量增大。
32是检测水平振动子8变化量的第4变位量检测部，该变位量检测部32由固定侧检测电极24和可动侧检测电极28构成。这些检测电极24、28在Y轴方向的相反方向上与第3变位量检测部31的固定侧检测电极23、27对置。由此，变位量检测部32与变位量检测部31的场合相反，在水平振动子8在箭头b1所示方向变位时，静电容量增大，水平振动子8在箭头b2所示方向变位时，静电容量减小。
并且，当质量部2、6、10、11在X轴方向上振动时，一旦向基板1施加Z轴周围的角速度Ω，则由于内侧支持梁5、9的挠曲变形，水平振动子4、8根椐角速度Ω的大小在Y轴方向上变位。这样，变位量检测部29、30、31、32将这些变位量作为静电容量的变化进行检测，从设于支持部20的检测用电极衬垫33、34、35、36向外部输出检测信号。又，在固定部14上设置有例如2个接地用电极衬垫37。
38是设于检测电极用支持部20与水平振动子4、8之间的振动状态监视装置例如4个监视器电极，该各监视器电极38从检测用电极衬垫33～36输出与水平振动子4、8的振动频率数、振幅等对应的交流的监视信号，该监视信号用于作为例如监视中央质量部2、6的振动状态、或者对角速度的检测信号进行同步检波等信号处理时的基准。
其中，4个监视器电极38在水平振动子4、8相互以逆相位振动时从振动子4侧的监视器电极38和振动子8侧的监视器电极38输出同相位的监视信号。结果是在从后述的检测侧配线42、43向差动放大器44输出的各个信号中含有相互同相位的监视信号，这些监视信号由差动放大器44消除。又，取出监视信号时，在对检测侧配线42、43的信号加算后输出。
另一方面，39是设于基板1上的盖板，该盖板39如图2、图5所示，例如由高阻抗的硅材料、玻璃材料等形成方形，使用阳极接合等方法与固定部14的台座部14A等接合，同时将质量部2、6、10、11、支持梁12、固定部14、振动发生部18、变位量检测部29～32等覆盖。又，在盖板39上穿设有电极衬垫19、33～37与后述的配线40、42、43连接用的多个贯通孔39A。
40是与各振动发生部18对应并设置于盖板39的4个角上的例如4个驱动侧配线，该驱动侧配线40例如由金属膜等形成有配线图形，通过盖板39的贯通孔39A与各驱动用电极衬垫19连接。并且，驱动侧配线40从外部的信号输出回路41通过电极衬垫19等向各振动发生部18供给交流的驱动信号。
42是与变位量检测部29、31对应并设置于盖板39中央左侧的检测侧配线，该检测侧配线42相对后述的差动放大器44并列地与变位量检测部29、31连接，并加上变位量检测部29、31的静电容量变化(水平振动子4、8的变位量)进行检测。
43是设置于盖板39中央右侧的另一检测侧配线，该检测侧配线43相对差动放大器44并列地与变位量检测部30、32连接，并加上这些静电容量的变化进行检测。
并且，从检测侧配线42、43分别输出的检测信号变换为电压后输入差动放大器44，该差动放大器44将这些检测信号之差作为与角速度Ω对应的检测信号向输出端子45输出。又，在盖板39上设置有接地配线46，该接地配线46通过各接地用电极衬垫37将振动发生部18的可动侧驱动电极17和变位量检测部29～32的可动侧检测电极25～28接地。
本实施例的角速度传感器具有如上所示的结构，下面说明其动作。
首先，一旦将相互逆相位的交流的驱动信号与直流旁路电压一起从信号输出回路41向左、右振动发生部18施加，则在左、右的固定侧驱动电极16与可动侧驱动电极17间交替发生静电引力，外侧质量部10、11在图6中的箭头a1、a2所示方向振动。此时，因将外侧质量部10的驱动信号和外侧质量部11和驱动信号设定为逆相位，故这些部位以振动相位偏差约180°的逆相位进行振动。
并且，一旦该振动通过各外侧支持梁12传至中央质量部2、6，则质量部2、11和质量部6、10的全体重心G保持于大致一定的位置，同时相互以逆相位进行振动。此时，外侧支持梁12与固定部14的纵梁14C2(参照图9)一起形成大致S字形并沿X轴方向挠曲变形，各节部12A在大致一定的位置上成为振动的节，故基本上不会出现通过支持该节部12A的固定部14向基板1传递振动的现象。
又，作为质量部2、6、10、11的整体，因重心G大致保持于一定的位置，故可更加可靠地防止这些振动向基板1侧的传递，并且可使中央质量部2、6的振动状态稳定化。
又，在中央质量部2、6上虽然施加有由相互以逆相位振动的以重心G为中心的回转力矩，但在本实施例中，该回转力矩与外侧质量部10、11的回转力矩相互抵消，已预先将这些质量M1、M2以及与重心G的距离L1、L2设定为适当的大小，故质量部2、6、10、11的回转力矩成为外力，能可靠地防止施加于基板1侧。
下面对施加于质量部2、6、10、11的回转力矩作一说明。首先，中央质量部2、6振动时受到的惯性力Fa可用其X轴方向的振幅A1、质量M1、振动频率数f表示为下列数式1。
Fa＝M1×A1×(2πf)2又，中央质量部2、6的各自回转力矩T1可用上述数式1的惯性力Fa和相对重心G的距离L1表示为下列数式2。
T1＝Fa×L1＝M1×A1×L1×(2πf)2与其相同，外侧质量部10、11振动时受到的惯性力Fb可用其X轴方向的振幅A2、质量M2、振动频率数f表示为下列数式3。
Fb＝M2×A2×(2πf)2又，外侧质量部10、11的各自回转力矩T2可用该惯性力Fb和相对重心G的距离L2表示为下列数式4。
T2＝Fb×L2＝M2×A2×L2×(2πf)2并且，因中央质量部2、6全体的回转力矩(2×T1)和外侧质量部10、11全体的回转力矩(2×T2)、如图6所示相互反向施加，故为了将其相互抵消，有必要成立下列数式5。

T＝2×T1-2×T2＝0即，只要是T1＝T2即可，故通过将数式2和数式4的右边代入上述数式5，可得到下列数式6。
M1×A1×L1＝M2×A2×L2由此，考虑到外侧质量部10、11的距离L2大于中央质量部2、6的距离L1，通过将其质量M2设定为小于中央质量部2、6的质量M1的适当值，上述数式6就可成立，可将施加于基板1侧的回转力矩T1、T2相互抵消。
下面说明角速度的检测动作。首先，在质量部2、6、10、11振动的状态下，一旦向基板1施加了Z轴周围的角速度Ω，则中央质量部2、6中的一方中央质量部2受到下列数式7所示的轴向的科里奥利力F1。由此，例如图7所示，中央质量部2利用内侧支持梁5的挠曲变形，对应于科里奥利力F1在箭头b1所示方向上进行变位。
F1＝2×M1×Ω×v式中，M1中央质量部2的质量ΩZ轴周围的角速度v中央质量部2的X轴方向的速度又，另一方的中央质量部6因与中央质量部2逆相位(反向速度)地进行振动，故从上述数式7中可以判断为受到与中央质量部2反向的科里奥利力F2。由此，中央质量部6利用内侧支持梁9的挠曲变形，例如对应于科里奥利力F2在箭头b2所示方向上进行变位。
这样，变位量检测部29、31的静电容量分别增大，加上这些容量变化的加算值向检测侧配线42输出。又，变位量检测部30、32的静电容量分别减小，这些容量变化的加算值向检测侧配线43输出。由此，由差动放大器44将从这些检测侧配线42、43输入的信号值之差向输出端子45输出，通过对该输出信号进行同步检波等的信号处理，可高精度地进行角速度Ω检测。
再对向基板1施加Y轴方向的加速度的场合作一说明。例如在向基板1施加箭头b1所示方向的加速度时，如图8所示，中央质量部2、6一起向箭头b1所示方向变位，变位量检测部29、32的静电容量增大，变位量检测部30、31的静电容量减小。由此，在由检测侧配线42连接的变位量检测部29、31间可消除因加速度引起的静电容量变化，在由检测侧配线43连接的变位量检测部30、32间也可消除静电容量变化。
在此场合，2个中央质量部2、6因夹持重心G状地形成对称形状，故即使在其中间存在着微小的尺寸误差和加工误差，其内部形成的水平振动子4、8的振动频率数也可设定为相互大致相等。
这样，当来自外部的振动、冲击等向基板1施加Y轴方向的加速度时，可使水平振动子4、8以大致相同的量在Y轴方向上进行变位，可正确地将其之间因加速度引起的静电容量变化消除，同时能可靠地防止将施加于基板1的振动、冲击等作为角速度的错误检测。
对此，例如在采用将3个质量部直线状并列相互邻接的质量部、以逆相位振动的结构时，为了使这些部位的整个重心不移动，中央的质量部必须大，两侧的质量部必须小。这样，只要是各质量部没有高精度地充分加工，就会因微小的尺寸误差、加工误差造成各质量部的振动频率数偏差，对于来自外部的振动、冲击等，容易产生各质量部的Y轴方向变位量的误差，从而将各自的质量部的变位量抵消，难以稳定地消除加速度。
然而在本实施例中，因将4个质量部2、6、10、11形成对称形状，故可在大致对称位置上使质量部2、11和质量部6、10稳定地进行振动，即使在其之间存在着微小的尺寸误差、加工误差等的场合，也可由对称形状弥补因其误差造成的共振频率数的差异等。
又，当质量部2、6、10、11由加速度等在Y轴方向上进行变位(振动)时，如图10所示，支臂部14C的各横梁14C1根椐这些振动状态在Y轴方向上挠曲变形，质量部2、6、10、11通过支臂部14C的弹力相互传递振动能，同时在相互减小振幅之差的状态下进行振动。由此，即使是在质量部2、6、10、11上存在微小的尺寸误差、加工误差等而使这些振幅相对加速度形成了偏差，也可在水平振动子4、8间稳定地将加速度的影响消除。
下面对因水平振动子4、8等与基板1的热膨胀之差造成水平振动子4、8歪斜的场合进行说明，在此场合，例如第1变位量检测部29的固定侧检测电极21从初始位置略微变位，使固定侧检测电极21与可动侧检测电极25的间隔变化。结果是相对同等变位量的固定侧检测电极21与可动侧检测电极25间的容量变化量以及变位量检测部29的初期容量变化，从变位量检测部29输出的相对角速度的输出电压(灵敏度)因温度变动而变化。同样，从第2、第3、第4变位量检测部30、31、32输出的相对角速度的输出电压(灵敏度)也因温度变动而变化。
对此，在本实施例中，第1、第3变位量检测部29、31的固定侧检测电极21、23和可动侧检测电极25、27相对第2、第4变位量检测部30、32的固定侧检测电极22、24和可动侧检测电极26、28在Y轴方向上反向(相对方向)地对置。由此，例如在水平振动子4、8的膨胀方向上受到了歪斜时，第1、第3变位量检测部29、31的电极间隔变宽。第2、第4变位量检测部30、32的电极间隔变狭。这样，对于这种热变形，变位量检测部29、31的灵敏度下降，变位量检测部30、32的灵敏度提高。
此时，在本实施例中，加上变位量检测部29、31的信号从检测侧配线42输出，再将变位量检测部29、31的信号加算后从检测侧配线42输出，同时由差动放大器44将从这些检测侧配线42、43输入的信号值之差从输出端子45输出。由此，即使因热变形造成了各可动侧检测电极29、30、31、32灵敏度的变化，也可将其灵敏度的变化相互抵消，输出端子45的灵敏度右在温度不变化的状态下保持着一定的灵敏度。
又，在本实施例中，在2个中央质量部2、6上分别设置有各自2个的变位量检测部29、30、31、32，由检测侧配线42将变位量检测部29、31连接。由检测侧配线42将变位量检测部29、31连接。这样，即使因施加加速度而使各变位量检测部29、30、31、32发生了大的容量变化，因检测侧配线42、43输出由2个中央质量部2、6发生的消除了容量变化的信号，故也不会向差动放大器44输入过大的输入信号，可使差动放大器44始终在正常范围内动作。
采用本实施例，由于通过外侧支持梁12将由中央质量部2、6和外侧质量部10、11组成的4个质量部可变位地在X轴方向上连接，因此，质量部2、6、10、11可在Y轴方向上形成夹持这些全体重心G状的对称形状。并且，角速度传感器作动时，可将质量部2、11和质量部6、10的整个重心G保持在大致一定的位置，同时相互以逆相位在X轴方向上稳定地进行振动。
这样，在外侧支持梁12的节部12A的位置上可消除质量部2、6、10、11的振动，可由固定部1 4将该节部1 2A固定在基板1上。由此，可防止这些振动能从固定部14传向基板1，可高效率地使质量部2、6、10、11以预定的振幅、振动速度等高效率地振动，同时可抑止基板1的振动，使角速度的检测精度稳定化。
并且，由于可将质量部2、6、10、11的整个重心G保持在大致一定的位置，因此质量部2、11和质量部6、10均衡地进行振动，可使振动时的反力相互抵消，可更加可靠地抑止向基板1侧的振动传递。
又，由于外侧质量部10、11的质量M2小于中央质量部2、6的质量M1，将这些回转力矩T1、T2设定成大致相等，因此可将中央质量部2、6的回转力矩T1与外侧质量部10、11的回转力矩T2相互抵消，这些回转力矩T1、T2成为外力，能可靠地防止传向基板1侧，同时可进一步提高检测精度。并且，通过使回转力矩T1、T2大致相等，例如可提高质量部2、6、10、11共振状态下的Q值，确保大的振幅，可提高检测灵敏度。
特别是在本实施例中，由于在位于Y轴方向中央侧的2个中央质量部2、6设置有变位量检测部29～32，因此利用变位量检测部29～32的可动侧检测电极25～28等，中央质量部2、6容易大型化。由此，因中央质量部2、6的质量M1大于外侧质量部10、11的质量M2，故可容易地将回转力矩T1、T2设定成大致相等，可使回转力矩T1、T2相互抵消。
又，由于质量部2、6、10、11形成了夹持重心G状的对称形状，因此可由对称形状弥补困存在于这些部位之间的微小的尺寸误差、加工误差等引起的共振频率数的差异等，在变位量检测部29、31间和变位量检测部30、32间能可靠地将来自外部的振动、冲击等造成的加速度除去。由此，可将角速度从加速度中分离而进行正确的检测，可提高传感器性能和可靠性。
又，由于由直线状的外侧支持梁12将4个质量部2、6、10、11连接，因此可使由该外侧支持梁12的挠曲变形形成的各质量部的振动状态(振动方式)大体保持一定。由此，即使在质量部2、6、10、11上存在着略微的加工误差，也可以大体相等的振幅使2个中央质量部2、6振动，可使检测灵敏度稳定化。
在此场合，由于固定部14上设置有在支持质量部2、6、10、11的状态下在Y轴方向上挠曲变形的支臂部14C，因此在因Y轴方向的加速度使质量部2、6、10、11振动时，可根椐这些部位的振动状态使支臂部14C的各横梁14C1在Y轴方向上挠曲变形，可利用该弹力将振动能相互传递而使质量部2、6、10、11间的振幅之差减小。由此，可相对于加速度减小、抑制因例如尺寸误差、加工误差等造成的质量部2、6、10、11的振幅偏差，更加稳定地将加速度除去。
又，由于中央质量部2由中央侧框状体3和水平振动子4构成，中央质量部6由中央侧框状体7和水平振动子8构成，因此中央侧框状体3、7的外侧支持梁12的挠曲变形为Y轴方向的变位，可防止传向水平振动子4、8，可进一步提高角速度的检测精度。
另一方面，由于将变位量检测部29、31相对检测侧配线42并列连接，将变位量检测部30、32相对检测侧配线43并列连接，因此可用简单的结构、由检测侧配线42、43将因加速度引起的水平振动子4、8的变位(静电容量的变化)消除。由此，不再需要为了例如除去加速度成分等而设置的对变位量检测部30、32的检测信号进行加算的初级放大器等，可使连接传感器的信号处理回路等简化。又，因不会向差动放大器44输入过大的输入信号，故可使差动放大器44始终在正常动作范围内动作。
并且，由于由差动放大器44将从检测侧配线42、43输入的信号值之差从输出端子45输出，因此各变位量检测部29、30、31、32的灵敏度即使在温度变化时也可消除该灵敏度的变化，可将输出端子45的灵敏度保持稳定状态。
图11和图12表示本发明的第2实施例，本实施例的特征在于，在与检测电极分离的位置上形成有监视电极。另外，在本实施例中，与第1实施例相同的构成要素处标有同一符号，省略其说明。
51是例如由高阻抗的硅材料、玻璃材料等形成的基板，在该基板51的表面侧采用低阻抗的硅材料形成有后述的质量部52、56、60、61、外侧支持梁62、固定部64、振动发生部68、变位量检测部75、76、监视器电极80等。
52是配置于基板51中央侧的第1中央质量部，如图12所示，与第1实施例大致相同，该第1中央质量部52包含方形的中央侧框状体53、设于该中央侧框状体53内的水平振动子54、以及例如4个内侧支持梁55。又，水平振动子54是方形的框状体，由各内侧支持梁55可变位地支持于Y轴方向。
56是与中央质量部52大致一样地形成的第2中央质量部，该第2中央质量部56包含中央侧框状体57、水平振动子58以及内侧支持梁59，水平振动子58由4个内侧支持梁59可变位地支持于Y轴方向。
60、61是相对Y轴方向设置于中央质量部52、56外侧的2个外侧质量部，该外侧质量部60、61形成X轴方向延伸的直线状的质量体，其两端侧与各外侧支持梁62连接。
其中，4个质量部52、56、60、61与第1实施例基本相同，以沿Y轴方向直线状并列的状态由各外侧支持梁62连接，以这些部位的整体重心G为中心沿Y轴方向形成前、后对称形状，并且，质量部52、61和质量部56、60的重心G大致保持于一定的位置，同时互为逆相位沿X轴方向振动。
62是将4个质量部52、56、60、61可振动地沿X轴方向支持的左、右的外侧支持梁，该各外侧支持梁62在其长度方向途中部位通过连接部63与中央质量部52、56的框状体53、57连接。在质量部52、61和质量部56、60互为逆相位振动时，各外侧支持梁62相对X轴方向大致S字状挠曲变形，在其长度方向中途的部位分别形成振动的节即、保持大致一定位置的3个部位的节部62A。
64是设置于基板51的固定部，该固定部64由以下构件构成；固定于基板51上的方形的台座部64A、位于该台座部64A内侧的Y轴方向延伸形成的左、右的延设部64B、设于该各延设部64B并与各外侧支持梁62的节部62A连接的3个支臂部64C。在质量部52、61和质量部56、60相互以逆相位振动时，可抑止振动向基板51的传递。
另一方面，65是位于中央质量部52、56与外侧质量部60、61间并设于基板51上的例如4个驱动电极用支持部，66是分别设置于该各驱动电极用支持部65上的固定侧驱动电极，该各固定侧驱动电极66的各电极板66A与凸设于外侧质量部60、61的可动侧驱动电极67的电极板67A将Y轴方向的间隙夹在其间并啮合。
68是由固定侧驱动电极66、67构成的4个振动发生装置即振动发生部，该振动发生部68通过将交流驱动信号和直流旁路电压一起向设于各驱动电极用支持部65的驱动用电极衬垫69输入，利用静电引力使外侧质量部60、61沿图11中的箭头a1、a2方向振动。
70是位于水平振动子54、58内并设置于基板51上的例如2个检测电极用支持部，该各支持部70中的位于图11中的上侧的一方支持部70上设置具有梳齿状的电极板71A的固定侧检测电极71，在另一方支持部70上设置具有梳齿状的电极板72A的固定侧检测电极72。
73、74是凸设于水平振动子54、58的可动侧检测电极，这些可动侧检测电极73、74具有固定侧检测电极71、72的电极板71A、72A和将Y轴方向的间隙夹在其间啮合的多个电极板73A、74A。
75是利用静电容量变化作为角速度检测水平振动子54变位量的角速度检测装置即变位量检测部，该变位量检测部75由固定侧检测电极71和可动侧检测电极73构成。并且，变位量检测部75在水平振动子54沿图11中的箭头b1所示方向变位时，静电容量增大，水平振动子54在箭头b2所示方向变位时，静电容量减小。
76是检测水平振动子58变位量的另一个角速度检测装置的变位量检测部，该变位量检测部76由固定侧检测电极72和可动侧检测电极74构成。并且，变位量检测部76与变位量检测部75的场合相反，在水平振动子58在箭头b1所示方向变位时，静电容量减小，水平振动子58在箭头b2所示方向变位时，静电容量增大。
并且，当质量部52、56、60、61沿X轴方向振动时，一旦向基板51施加Z轴的角速度Ω，则水平振动子54、58通过科里奥利力互为反向地相对Y轴方向进行变位。由此，变位量检测部75、76将这些变位量作为静电容量的变化进行检测，并将检测信号从设于支持部70的检测用电极衬垫77、78向外部输出。此时，因固定侧检测电极71、72与可动侧检测电极73、74一起靠近或分离，故变位量检测部75、76的静电容量相互一起(同相位)增减。这样，通过这些检测信号的加算，可高精度地检测角速度Ω。
又，例如在向基板51施加Y轴方向的加速度时，因水平振动子54、58相对Y轴方向相互同方向地变位，故变位量检测部75、76的静电容量中的一方增加，另一方则减小。由此，通过对来自检测用电极衬垫77、78的检测信号进行加算，可使因加速度造成的变位量检测部75、76的静电容量变化相互抵消，可将角速度从加速度中分离进行检测。但由于在发生了热变形时变位量检测部75、76的灵敏度一起增减，故与第1实施例不同，不能消除灵敏度变化。
79是位于外侧质量部60、61的前、后两侧并设于基板51上的例如2个监视器电极用支持部，该监视器电极用支持部79设置有后述的监视器电极80和监视器用电极衬垫81。
80是分别设于各监视器电极用支持部79和外侧质量部60、61间的振动状态监视装置即监视器电极，该各监视器电极80与第1实施例大致相同，从监视器用电极衬垫81输出与外侧质量部60、61的振动频率数、振幅等对应的交流的监视信号，该监视信号是用于例如监视中央质量部52、56的振动状态、或者对角速度的检测信号进行同步检波等信号处理时的基准。
以上结构的本实施例也可获得大致与第1实施例相同的效果。并且，特别是在本实施例中，由于将监视器电极80配置于与变位量检测部75、76分离的位置，因此可将检测用电极衬垫77、78和监视器用电极衬垫81分开各自形成，将监视信号与检测信号分离，可高精度进行输出，同时可提高传感器设计的自由度。
又，在本实施例中，当Z轴周围的角速度产生作用时，因2个变位量检测部75、76的静电容量一起增减，故当Y轴方向的加速度产生作用时，变位量检测部75、76静电容量中的一方增加而另一方减小。这样，为了消除因加速度引起的静电容量的变化，对来自检测用电极衬垫77、78的检测信号进行加算，则可使用配线等直接将检测用电极衬垫77、78连接。此时，在配线时，因输出的是消除了加速度引起的容量变化的信号，故即使在大的加速度的作用下，该信号也不会过于大。这样，在使用放大器增大来自配线的信号时，放大器可始终在正常的动作范围内进行动作。
图13表示本发明的第3实施例，本实施例的特征在于，当Z轴周围的角速度产生作用时，2个变位量检测部的静电容量中的一方增加而另一方减小。另外，在本实施例中，与第2实施例相同的构成要素处标有同一符号，省略其说明。
91是位于水平振动子54、58内并设于基板51上的例如2个检测电极用支持部，该各检测电极用支持部91中的图13中位于上侧的一方支持部91上设置具有梳齿状的电极板92A的固定侧检测电极92，在另一方支持部91上设置具有梳齿状的电极93A的固定侧检测电极93。
94、95是凸设于水平振动子54、58的可动侧检测电极，这些可动侧检测电极94、95具有固定侧检测电极92、93的电极板92A、93A和将Y轴方向的间隙夹在其间啮合的多个电极板94A、95A。
96是通过静电容量变化、作为角速度检测水平振动子54变位量的角速度检测装置即变位量检测部，该变位量检测部96由固定侧检测电极92和可动侧检测电极94构成。并且，变位量检测部96在水平振动子54沿Y轴方向在图13中的箭头b1所示方向变位时，静电容量增大，水平振动子54在箭头b2所示方向变位时，静电容量减小。
97是检测水平振动子58变位量的另一个角速度检测装置的变位量检测部，该变位量检测部97由固定侧检测电极93和可动侧检测电极95构成。并且，变位量检测部97与变位量检测部96的场合相同，水平振动子58在箭头b1所示方向变位时，静电容量增加，水平振动子58在箭头b2所示方向变位时，静电容量减小。
并且，当质量部52、56、60、61沿X轴方向振动时，一旦向基板51施加Z轴周围的角速度Ω，则水平振动子54、58通过科里奥利力互为反向地相对Y轴方向进行变位。由此，变位量检测部96、97将这些变位量作为静电容量变化进行检测，将检测信号从设于支持部91的检测用电极衬垫98、99向外部输出。此时，因固定侧检测电极92、93与可动侧检测电极94、95中的一方靠近而另一方分离，故变位量检测部96、97的静电容量相互逆相位增减。这样，通过这些检测信号的减算(差动增幅)，可高精度地检测角速度Ω。
又，例如在向基板51施加Y轴方向的加速度时，因水平振动子54、58相对Y轴方向相互同方向变位，故变位量检测部96、97的静电容量一起增减。由此，通过对来自检测用电极衬垫98、99的检测信号进行减算，可使因加速度造成的变位量检测部96、97的静电容量变化相互抵消，将角速度从加速度中分离进行检测。
以上结构的本实施例也可获得大致与第1实施例相同的效果。并且，特别是在本实施例中，由于当Z轴周围的角速度发生了作用时，2个变位量检测部96、97的静电容量中的一方增加而另一方减小。因此，在Y轴方向的加速度发生了作用时，变位量检测部75、76的静电容量一起增减。
这样，通过对来自检测用电极衬垫98、99的检测信号进行减算，可消除因加速度造成的静电容量变化。
又，在发生了热变形而使固定侧检测电极92、93与可动侧检测电极94、95的间隔变化时，2个变位量检测部96、97中的一方灵敏度提高而另一方灵敏度下降。为了消除因加速度造成的静电容量变化，由于对来自检测用电极衬垫98、99的检测信号进行减算，因此可消除因热变形引起的灵敏度变化。
图14至图17表示本发明的第4实施例，本实施例的特征在于，在支持梁的节部与基板之间设置有监视器电极。另外，在本实施例中，与第2实施例相同的构成要素处标有同一符号，省略其说明。
101是设于基板51的多个部位的固定部，该各固定部101凸出于基板51的表面侧，并配置成在各外侧支持梁62的长度方向上留有间隔。并且，这些固定部101的凸出端侧分别与各外侧支持梁62的节部62A连接，将外侧支持梁62支持于节部62A的位置，可沿X轴方向挠曲变形，同时以此来抑止质量部52、56、60、61等的振动传向基板51侧。
又，固定部101将外侧支持梁62的节部62A相对基板51固定于一定的位置，以限制节部62A等沿与基板51水平的X轴方向、Y轴方向以及与基板51垂直的Z轴方向的变位。
102是设于基板51上的例如2个监视器电极用支持部，该各监视器电极用支持部102配置于左、右的外侧支持梁62的外侧。
103是例如设于左侧的外侧支持梁62与基板51间的振动状态监视装置即监视器电极，该监视器电极103如图15所示包含后述的监视器用固定侧电极104和监视器用可动侧电极105。并且，监视器电极103根椐电极104、105间的静电容量变化检测质量部52、56、60、61等的振动状态(例如X轴方向的振幅)进行监视，并向外部的信号输出回路(未图示)等输出该监视信号。
104是设于左侧监视器电极用支持部102的监视器用固定侧电极，该监视器用固定侧电极104由从监视器电极用支持部102向外侧支持梁62凸出的支臂部104A和在该支臂部104A上梳齿状并列配置的多个电极板104B构成，该各电极板104B沿X轴方向留有间隔并沿大致Y轴方向延伸。又，如图15所示，各电极板104B例如弯曲形成以外侧支持梁62的节部62A为中心O的大致圆弧状。
105是设于左侧外侧支持梁62的监视器用可动侧电极，该监视器用可动侧电极105包含位于外侧支持梁62长度方向中间部位的从节部62A沿X轴方向的外向凸出的支臂部105A和在该支臂部105A的长度方向途中部位梳齿状并列设置的多个电极板105B。
其中，支臂部105A与外侧支持梁62一体状以高刚性与节部62A固接。又，各电极板105B与固定侧电极104的各电极板104B大体相同，沿X轴方向留有间隔并向大致Y轴方向延伸，同时弯曲成例如以外侧支持梁62的长度方向中间部位的节部62A为中心O大致形成圆弧状。又，这些电极板104B、105B在相互啮合的状态配置，并对置成径向具有间隔。
并且，监视器电极103在质量部52、56、60、61等振动而使外侧支持梁62沿X轴方向挠曲变形时，监视器用可动侧电极105的各电极板105B以外侧支持梁62的节部62A(中心O)为轴线沿与基板51水平的方向回动变位，例如根椐质量部52、56、60、61的振幅等使电极板104B、105B间的径向的对向面积(静电容量)变化。在此场合，因电极板104B、105B形成圆弧状，故能以相互不接触的状态相对变位，又，电极板104B、105B间的静电容量根椐电极板105B的回动变位量成比例地(线性)变化。
106是设于例如右侧外侧支持梁62与基板51间的另一振动状态监视装置即监视器电极，该监视器电极106如图16所示，与左侧监视器电极103大致相同，包含具有支臂部107A和多个电极板107B并设于右侧监视器电极用支持部102的监视器用固定侧电极107以及具有支臂部108A和多个电极板108B并设于右侧外侧支持梁62的节部62A的监视器用可动侧电极108。
并且，这些监视器电极103、106是在设于固定部101的接地用电极衬垫109与设于左、右监视器电极用支持部102的监视器用电极衬垫110间对静电容量进行检测。
在此场合，监视器电极103、106将直线状并列配置的质量部52、56、60、61和与其连接的各外侧支持梁62夹在其间地配置于X轴方向的两侧，当外侧支持梁62挠曲变形时，监视器电极103、106的静电容量相互一起以同相位进行增减。
本实施例的角速度传感器具有如上所示的结构，下面说明监视器电极103、106的动作。
首先，一旦将互为逆相位的交流的驱动信号与直流旁路电压一起从外部的信号输出回路加到左、右的振动发生部68，则与第2实施例大致相同，质量部52、61和质量部56、60相对X轴方向以逆相位振动。并且，在此状态下，一旦加上Z轴周围的角速度Ω，则因水平振动子54、58根椐角速度Ω沿Y轴方向进行变位，故可由变位量检测部75、76作为角速度Ω进行检测此时的变位量。
此时，外侧支持梁62如图17所示，质量部52、56、60、61因振动而沿X轴方向挠曲变形，各外侧支持梁62中的节部62A旁边位置的部位以节部62A为支点沿X轴方向摆动状变位。结果是监视器电极103、106的可动侧电极105、108与各外侧支持梁62一起在中心O的周围沿水平方向进行回动变位，因电极104、105间与电极107、108间的静电容量变化，故与质量部52、56、60、61的振动状态对应的监视信号从监视器电极103、106向信号输出回路输出。
这样，例如构成信号输出回路一部分的振幅控制回路(AGC回路)等对施加于振动发生部68的驱动信号的电压值等进行反馈控制，使监视信号成为一定的信号状态。由此，信号输出回路即使在例如质量部52、56、60、61的固有振动数、Q值等因周围温度发生变化时也可使其以所定的振幅进行振动，可使角速度Ω的检测精度保持稳定。
在此场合，监视器电极103、106的可动侧电极105、108与质量部52、56、60、61等比较惯性质量要小得多，并以高刚性与各外侧支持梁62的节部62A固接，通过该节部62A和固定部101与基板51一体状固定。
由此，即使在因来自外部的振动、冲击等向基板51施加加速度时，也可防止可动侧电极105、108因加速度造成误变位，可根椐电极104、105间和电极107、108间的静电容量进行正确的监视信号输出，同时特别是可防止因Z轴方向的加速度引起的可动侧电极105与基板51接近、分开的那种误动作。
总之，这种结构的本实施例也可获得与第1实施例大致相同的作用效果。并且，特别是在本实施例中，由于将监视器电极103、106的可动侧电极105、108设置于各外侧支持梁62的节部62A，因此可使监视器电极103、106相对外力进行正确动作，例如可使用监视信号对质量部52、56、60、61的振幅等进行稳定的反馈控制。由此，例如对于周围的温度变化、外力等可保持良好的角速度传感器的检测精度，可进一步提高可靠性，又，由于监视器电极103在固定侧电极104与可动侧电极105间检测静电容量的变化，监视器电极106在固定侧电极107与可动侧电极108间检测静电容量的变化，因此采用非接触式的简单结构就可正确地检测质量部52、56、60、61的振动状态。
在此场合，由于监视器电极103、106的各电极板104B、105B、107B、108B形成梳齿状相互啮合，因此例如即使在电极104、105、107、108小型化的场合，在这些电极间也能确保大的对向面积，可紧凑地形成具有高检测精度的监视器电极103、106。
并且，由于电极板104B、105B、107B、108B以各外侧支持梁62的节部62A为中心形成了圆弧状，因此在可动侧电极105、108回动变位时，这些电极板104B、105B、107B、108B相互不接触地进行变位。并且，可根椐可动侧电极105、108的回动变位量(回动角)成比例地使电极板104B、105B间和电极板107B、108B间的对向面积变化，可根椐可动侧电极105、108的回动角直线状增减这些电极板间的静电容量。由此，即使在将监视器电极103、106配置于外侧支持梁62的节部62A的状态下，也可容易地检测质量部52、56、60、61的振动状态。
又，由于将监视器电极103、106分别配置于左、右的外侧支持梁62上，因此当这些外侧支持梁62挠曲变形时，例如也可相互以同相位一起增减监视器电极103、106的静电容量。由此，通过由信号处理回路进行这些监视信号的加算，可进一步提高监视信号的精度。
图18和图19表示本发明的第5实施例，本实施例的特征在于，在支持梁中相互邻接的节部分别设置有监视器电极。另外，在本实施例中，与第2实施例相同的构成要素处标有同一符号，省略其说明。
111是凸设于基板51表面侧的多个部位的固定部，该各固定部111与第3实施例大致相同，配置成在各外侧支持梁62的长度方向上留有间隔，在振动难以向基板51侧传递的节部62A的位置处可沿X轴方向挠曲变形地支持外侧支持梁62，同时对外侧支持梁62的节部62A等沿与基板51水平的X轴方向、Y轴方向、以及与基板51垂直的Z轴方向的变位进行限制。
112是设于基板51上的监视器电极用支持部，该各监视器电极用支持部112例如配置于左侧的外侧支持梁62的附近。
113是设于外侧支持梁62与基板51间的振动状态监视装置即监视器电极，如图19所示，该监视器电极113与第3实施例大致相同，包含具有多个电极板114A并设于监视器电极用支持部112的监视器用固定侧电极114、以及具有支臂部115A和多个电极板115B并以高刚性设于外侧支持梁62的长度方向中间部位的节部62A的监视器用可动侧电极115。
并且，各电极板114A、115B以长度方向中间部位的节部62A为中心O’形成圆弧状并配置成相互啮合的状态，同时留有径向间隔地对置。
115是设于外侧支持梁62与基板51间的另一振动状态监视装置即监视器电极，该监视器电极116大致与监视器电极113一样，包含具有多个电极板117A并设于监视器电极用支持部112的监视器用固定侧电极117、以及具有支臂部118A和多个电极板118B并以高刚性设于外侧支持梁62端部侧位置的节部62A的监视器用可动侧电极118。又，各电极板117A、119B以端部侧的节部62A为中心O”形成圆弧状，留有径向间隔地相互对置。
并且，当质量部52、56、60、61等振动而使外侧支持梁62沿X轴方向挠曲变形时，在外侧支持梁62长度方向中间部位的节部62A(中心O’)的周围，可动侧电极115沿与基板51水平的方向回动变位，可动侧电极118在端部侧的节部62A(中心O”)的周围回动变位。由此，监视器电极113、116的静电容量变化、例如在设于固定部111的接地用电极衬垫119与设于监视器电极用支持部112的监视器用电极衬垫120间检测静电容量的变化。
在此场合，监视器电极113、116设置于外侧支持梁62的相互邻接的节部62A，当外侧支持梁62挠曲变形时，这些静电容量相互以同相位一起增减。又，这些监视器电极113、116因通过监视器电极用支持部112连接，故电极衬垫119、120输出对监视器电极113、116的监视信号加算后的信号。
总之，这种结构的本实施例也可获得与第1、第3实施例大致相同的作用效果。并且，特别是在本实施例中，由于将监视器电极103、106设置于外侧支持梁62相互邻接的节部62A，因此可由这些监视器电极113、116共用监视器电极用支持部112，同时可由该支持部112连接监视器电极113、116间。
这样，由于不需要采用外部的配线等将监视器电极113、116连接，可输出将两者加算后的监视信号，因此可用简单的结构提高监视信号的精度，又可使监视器电极用支持部112和电极衬垫120的结构简化。
图20至图24表示本发明的第6实施例，本实施例的特征在于，由角速度传感器各别地对2轴周围进行检测。另外，在本实施例中，与第2实施例相同的构成要素处标有同一符号，省略其说明。
121是角速度传感器的基板，该基板121与第2实施例大致相同，例如配置成在沿X轴和Y轴水平延伸的同时与Z轴垂直。本实施例的角速度传感器是由后述的中央质量部122、126检测Z轴周围的角速度Ω1，由外侧质量部130、134检测Y轴周围的角速度Ω2。
122是配置于基板121上的第1中央质量部，该第1中央质量部122如图20至图22所示，与第2实施例大致相同，在4个质量部122、126、130、134中，与第2中央质量部126一起配置于中央附近。并且，中央质量部122包含形成方形框状的中央侧框状体123和水平振动子124、以及例如4个内侧支持梁125。
126是配置于基板121上的第2中央质量部，该第2中央质量部126与中央质量部122大致相同，包含形成方形框状的中央侧框状体127和水平振动子128、以及例如4个内侧支持梁129。
130是配置于基板121上的第1外侧质量部，该第1外侧质量部130在4个质量部122、126、130、134中与第2外侧质量部134一起配置于相对Y轴方向的中央质量部122、126的外侧。
其中，外侧质量部130包含形成方形框状的外侧框状体131、设于该外侧框状体131内侧的垂直振动子132、以及将该垂直振动子132可变位(振动)地沿Z轴方向支持的后述的内侧支持梁133。又，垂直振动子132例如是方形的平板状的质量体，在其中央形成有如图21、图22所示的电极取出孔132A。
133是设于外侧框状体131与垂直振动子132间的例如4个内侧支持梁，该内侧支持梁133如图23所示形成细长的梁，其基端侧与框状体131内侧固接，同时其前端侧弯曲成L字状，并与垂直振动子132的4个角固接。
这样，如图24所示，通过各内侧支持梁133沿Z轴方向挠曲变形，垂直振动子132相对基板121接近、分开状地沿Z轴方向变位。在此场合，各内侧支持梁133因将垂直振动子132支持于4个角上，因此可在垂直振动子132相对基板121平行的状态下稳定地进行变位。
又，各内侧支持梁133例如沿着垂直振动子132的4边配置成围住振动子132的方形。由此，即使在将细长的各内侧支持梁133与垂直振动子132的4角连接的状态下，也可将这些构件配置于小的面积内而紧凑地配置。
134是大致与外侧质量部130相同结构的第2外侧质量部，该外侧质量部134如图20所示，包含形成方形框状的外侧框状体135、具有电极取出孔136A的垂直振动子136、以及各内侧支持梁137。
并且，4个质量部122、126、130、134大致与第2实施例相同，在直线状并列配置于Y轴方向的状态下，以整体重心G为中心沿Y轴方向形成前、后对称形状，同时质量部122、134和质量部126、130互为逆相位沿X轴方向振动。
138是将质量部122、126、130、134沿X轴方向可振动地支持的左、右的外侧支持梁，该各外侧支持梁138与第2实施例大体相同，例如形成有3个部位的节部138A。又，在外侧支持梁138上，其长度方向途中部位通过连接部139与中央侧框状体123、127连接，在其长度方向两端侧通过另一连接部140与外侧框状体131、135连接。
141是设置于基板121的固定部，该固定部141大致与第2实施例相同，由方形的台座部141A和大致T字状的延设部141B以及各支臂部141C构成，各支臂部141C由横梁、纵梁和固接部在Y轴方向上利用弹性可挠曲变形。并且，固定部141在节部138A的位置上由各支臂部141C将各外侧支持梁138固定于基板121。
又，在基板121上，在外侧质量部130、134的前、后两侧例如设置有4个驱动用支持部142，在该各驱动用支持部142上分别设置具有梳齿状电极板143A的固定侧驱动电极143。并且，这些电极143A与凸设于外侧质量部130、134的可动侧驱动电极144的电极板144A具有间隙并啮合，由此，驱动电极143、144构成使质量部122、126、130、134沿X轴方向振动的例如4个振动发生部145。
并且，在基板121上，大致与第2实施例相同，在水平振动子124、128内例如设置有2个检测电极用支持部146，在该各检测电极用支持部146上分别设置有固定侧检测电极147、148。并且，固定侧检测电极147、148的各电极板147A、148A与凸设于水平振动子124、128的可动侧检测电极149、150的各电极板149A、150A具有间隙并啮合。
151是检测Z轴周围的角速度Ω 1的第1角速度检测装置即变位量检测部，该第1变位量检测部151大致与第2实施例相同，由检测电极147、149构成，根椐各电极板147A、149A间的静电容量变化以水平振动子128的Y轴方向的变位量作为Z轴周围的变位量Ω1进行检测。
152是由另一检测电极148、150构成的第1角速度检测装置即变位量检测部，该第1变位量检测部152根椐各电极板148A、150A间的静电容量变化以水平振动子128的Y轴方向的变位量作为Z轴周围的变位量Ω1进行检测。
并且，变位量检测部151、152大致与第2实施例相同，在水平振动子124、128由Z轴周围的角速度Ω1、相对Y轴方向互为反向变位时，从设于支持部146的检测用电极衬垫153、154(参照20)向外部输出检测信号。由此，可通过将这些检测信号输入差动放大器等而高精度地检测Z轴周围的角速度Ω1。
155、156是设于与垂直振动子132、136对应位置的基板121上的例如2个固定侧检测电极。该固定侧检测电极155、156如图21至图23所示，例如由方形的金属膜等构成。
并且，例如在图21中，位于右侧的固定侧检测电极155与由垂直振动子132里面侧的部位构成的可动侧检测电极157在Z轴方向上留有间隔地对置，该构件由平行平板电容器构成。又，位于左侧的固定侧检测电极156与由垂直振动子136里面侧的部位构成的可动侧检测电极158具有Z轴方向的间隔并对置。
159是检测Y轴周围的角速度Ω2的第2角速度检测装置即变位量检测部，该第2变位量检测部159由检测电极155、157构成，根椐电极155、157间的静电容量变化以垂直振动子132的Z轴方向的变位量作为Y轴周围的角速度Ω2进行检测。
160是由另外的检测电极156、158构成的第2角速度检测装置即变位量检测部，该第2变位量检测部160根椐电极156、158间的静电容量变化以垂直振动子136的Z轴方向的变位量作为Y轴周围的变位量Ω2进行检测。
又，在基板121上的垂直振动子132、136的电极取出孔132A、136A内凸设有由低阻抗的硅材料等组成的2个衬垫支持部161，在该各衬垫支持部161的凸出端侧设置有通过这些衬垫支持部161与固定侧检测电极155、156连接的检测用电极衬垫162、163。
并且，角速度传感器作动时，与第2实施例大致相同，因外侧质量部130、134在X轴方向上相互以逆相位振动，故一旦在垂直振动子132、136上加上了Y轴周围的角速度Ω2，则这些垂直振动子132、136相对Z轴方向互为逆向变位。
由此，变位量检测部159、160从用检测用电极衬垫162、163输出与垂直振动子132、136的变位量对应的检测信号，通过将这些检测信号输入差动放大器等，可高精度地检测Y轴周围的角速度Ω2。
又，在向垂直振动子132、136施加Z轴方向的加速度时，因这些垂直振动子132、136在Z轴方向的相同方位进行变位，故在变位量检测部159、160间可消除因垂直振动子132、136的变位引起的静电容量的变化，将Y轴周围的角速度Ω2与加速度等的外乱分离并进行检测。
164是位于外侧质量部130、134的前、后两侧并设置于基板121上的例如2个监视器电极用支持部，与第2实施例大致相同，在该各监视器电极用支持部164上设置有后述的监视器电极165和监视器用电极衬垫166。
165是分别设于各监视器电极用支持部164与外侧质量部130、134间的振动状态监视装置即监视器电极，该各监视器电极165从监视器用电极衬垫166输出与外侧质量部130、134的振动频率数、振幅等对应的交流监视信号。
并且，该监视信号用于对质量部122、126、130、134的振动状态进行监视、或者作为对角速度Ω1、Ω2的检测信号进行同步检波等信号处理时的基准。又，167是将基板121盖住的盖板。
总之。这种结构的本实施例也与第1、第2实施例大致相同，可获得同样的作用效果。并且，特别是在本实施例中，例如在4个质量部122、126、130、134中，用中央质量部122、126检测Z轴周围的角速度Ω1，用外侧质量部130、134检测Y轴周围的角速度Ω2。
这样，可由1组质量部122、126、130、134紧凑地形成角速度Ω1用的检测部位和角速度Ω2用的检测部位，同时对于这些检测部位，也可使振动发生部145、监视器电极165通用化。
由此，例如在用于检测2轴周围的角速度时，与2个角速度传感器垂直配置的场合相比，可使整个传感器小型化，容易进行该组装作业，同时可使振动发生用的驱动信号、角速度Ω1、Ω2的检测信号、振动的监视信号等处理用的信号处理回路以及配线等简化。
又，在本实施例中，将水平振动子124、128与Z轴周围的角速度Ω1对应地变位，将垂直振动子132、136与Y轴周围的角速度Ω2对应地变位。由此，与将1个振动子在Y轴方向或Z轴方向上与角速度Ω1、Ω2对应进行变位、通过信号处理等将这些变位量分离来检测角速度Ω1、Ω2的场合相比，可高精度地对各自的角速度Ω1、Ω2进行检测，并可提高传感器的可靠性。
并且，由于Y轴方向的加速度因可在水平振子124、128(变位量检测部151、152)间消除，Z轴方向的加速度可在垂直振动子132、136(变位量检测部159、160)间消除，故能在该2轴方向可靠地除去加速度的影响，可实现高检测精度的2轴检测型的角速度传感器。
图25表示本发明的第7实施例，本实施例的特征在于，角速度检测装置是角速度在4个质量部中位于Y轴方向外侧(两端侧)的2个质量部上发生作用时，该质量部以Y轴方向变位的变位量作为Z轴周围的角速度进行检测。另外，在本实施例中，与第2实施例相同的构成要素处标有同一符号，省略其说明。
171是例如由高阻抗的硅材料、玻璃材料等形成的基板，在该基板171的表面侧形成有使用低阻抗的硅材料形成了后述的质量部172、173、174、178、外侧支持梁182、固定部185、振动发生部189、变位量检测部195、196、监视器电极200等。
172、173是配置于基板171中央侧的2个中央质量部，该中央质量部172、173是一种X轴方向延伸的直线状的质量体，其两端侧与各外侧支持梁182连接。
174是相对Y轴方向设置于中央质量部172外侧的第1外侧质量部，该第1外侧质量部174包含方形的外侧框状体175、设于该外侧框状体175内的水平振动子176、以及例如4个内侧支持梁177。又，水平振动子176是方形的框状体，由各内侧支持梁177可变位地支持于Y轴方向上。
178是相对Y轴方向设置于中央质量部173外侧的第2外侧质量部，该第2外侧质量部178与外侧质量部174大致一样形成，包含外侧框状体179、水平振动子180和内侧支持梁181；水平振动子180由4个内侧支持梁181可变位地支持于Y轴方向上。
其中，4个质量部172、173、174、178大致与第1实施例相同，在直线状并列于Y轴方向的状态下，由各外侧支持梁182连接，以这些部位的整个重心G为中心在Y轴方向上形成前、后对称形状，并且，质量部172、174和质量部173、178的重心G大致保持一定的位置，同时相互以逆相位在X轴方向上振动。
182是将质量部172、173、174、1784可振动地支持在X轴方向上的左、右的外侧支持梁，该各外侧支持梁182与第2实施例大体相同，例如形成有3个部位的节部182A。又，在外侧支持梁182上，其长度方向途中部位通过连接部183与中央质量部172、173连接，在其长度方向两端侧通过另一连接部184与外侧框状体175、179连接。
185是设置于基板171的固定部，该固定部185大致与第2实施例大致相同，由方形的台座部185A、大致T字状的延设部185B以及各支臂部C85构成，各支臂部C85由横梁、纵梁和固接部沿Y轴方向具有弹性并可挠曲变形。并且，固定部185由各支臂部185C在节部182A位置处将各外侧支持梁182固定于基板171上。
又，在基板171上，在中央质量部172、173间例如设置有4个驱动用支持部186，在该各驱动用支持部186上分别设置具有梳齿状电极板187A的固定侧驱动电极187。并且，这些电极187A与凸设于中央侧质量部172、173的可动侧驱动电极188的电极板188A具有间隙并啮合，由此，驱动电极187、188构成了使质量部172、173、174、178沿X轴方向振动的例如4个振动发生部189。
并且，在基板171上，大致与第2实施例相同，在水平振动子176、180内例如设置有2个检测电极用支持部190，在该各检测电极用支持部190上分别设置有固定侧检测电极191、192。并且，固定侧检测电极191、192的各电极板191A、192A与凸设于水平振动子176、180的可动侧检测电极193、194的各电极板193A、194A具有间隙并啮合。
195是检测Z轴周围的角速度Ω的角速度检测装置即变位量检测部，大致与第2实施例相同，由检测电极191、193构成，根椐各电极板191A、193A间的静电容量变化以水平振动子176的Y轴方向的变位量作为Z轴周围的角速度Ω进行检测。
196是由另外的检测电极192、194构成的另一变位量检测部，该变位量检测部196根椐各电极板192A、194A间的静电容量变化以水平振动子180的Y轴方向的挠曲变形作为Z轴周围的变位量Ω进行检测。
并且，变位量检测部195、196大致与第2实施例相同，在水平振动子176、180由Z轴周围的角速度Ω相对Y轴方向相互反向变位时，从设于支持部190的检测用电极衬垫197、198向外部输出检测信号。由此，通过将这些检测信号输入差动放大器等中，可高精度地检测Z轴周围的角速度Ω。
又，当水平振动子176、180因加速度而沿Y轴方向的同向变位时，可在变位量检测部195、196间将由这些的变位引起的静电容量变化消除，可除去加速度的影响。
199是位于中央质量部172、173间并设于基板1711上的例如2个监视器电极用支持部，与第2实施例大致相同，在该监视器电极用支持部199与中央侧质量部172、173之间设置有振动状态监视装置即监视器电极200，同时在监视器电极用支持部199上设置有监视器用电极衬垫201。
总之，这种结构的本实施例也与第1实施例一样，可获得同样的作用效果。
另外，第1实施例是由角速度传感器将外力中含有的加速度成分除去后只用角速度成分进行检测，但本发明不限定于此，例如也可设置加上变位量检测部29、32(或变位量检测部30、31)的检测信号的加速度用的检测侧配线。由此，角速度传感器作动时，一边由检测侧配线42、43检测角速度，一边利用加速度用的检测侧配线在变位量检测部29、32间(或变位量检测部30、 31间)将检测信号中的含有的角速度成分消除，也可检测加速度。
又，第3实施例是将监视器电极103、106配置于外侧支持梁62长度方向中间部位的节部62A上，但本发明不限定于此，也可将监视器电极配置于支持梁的任意的节部62A，例如也可将监视器电极103、106配置于端部侧的节部62A。
又，第1至第4实施例是对垂直于基板1、51的轴周围的角速度Ω进行检测，但本发明不限定于此，例如也可根椐Y轴周围的角速度，使X轴方向振动的各质量部沿Z轴方向变位并以此时的变位量作为Y轴周围的角速度进行检测。
并且，第5实施例是由中央质量部122、126对Z轴周围的角速度Ω1进行检测、由外侧质量部130、134对Y轴周围的角速度Ω2进行检测，但本发明不限定于此，例如也可将中央质量部与外侧质量部的结构及其功能互换，由中央质量部对Y轴周围的角速度进行检测，由外侧质量部对Z轴周围的角速度进行检测。
并且，在此场合，也可在中央质量部X轴方向振动的状态下，形成在Z轴方向可变位，在中央质量部与基板之间设置根椐静电容量的变化、作为Y轴周围的角速度对中央质量部的Z轴方向的变位进行检测的第2角速度检测装置。又，在外侧质量部X轴方向振动的状态下形成可沿Y轴方向变位，在外侧质量部与基板之，设置根椐静电容量变化、作为Z轴周围的角速度对外侧质量部的Y轴方向的变位进行检测的第1角速度检测装置。
又，第1至第7实施例是只将4个质量部、6、10、11、2、56、61、122、126、130、134、172、173、174、178沿Y轴方向并列配置，但本发明不限定于此，例如也可象图26所示的第1变形例那样，在比外侧质量部60’、61’更外侧设置与外侧质量部60’、61’逆相位方式沿X轴方向振动的辅助质量部211、212，合计配置6个质量部，也可配置8个以上的质量部。又，也可在辅助质量部211、212上设置监视器电极80’。这样，通过增加质量部的数量调整到可使随着驱动振动引起的回转力矩相互抵消，可增加检测电极的面积。
又，例如也可象图27所示的第2变形例那样，在中央质量部52、56间设置加强角速度传感器的加强部221。在此场合，加强部22 1将其两侧端与2部位的节部62A连接，即使质量部52、56、60、61振动，也不可动地保持静止。另外，加强部221因对质量部52、56、60、61等整体进行加强，难以活动，故必须使其刚性高或者质量大。
又，第1至第7实施例是外侧支持梁12、62、138、182的Y轴方向两端侧构成自由端。但本发明不限定于此，例如也可象图28所示的第3变形例那样，将外侧支持梁62’的两端侧延长而与台座部64A(基板51)连接(固定)。由此，可防止外侧质量部60、61沿Z轴方向振动。
权利要求
1.一种角速度传感器，其特征在于，包括基板；留有间隙地与该基板对向、由相互正交的X轴、Y轴、Z轴组成的3轴方向中沿Y轴方向并列配置的4个质量部；沿X轴方向可变位地与该各质量部连结的支持梁；设于该支持梁与所述基板间、将该支持梁固定于所述基板上的固定部；通过使所述各质量部中的至少一部分质量部振动、使相互邻接的质量部以逆相位沿X轴方向进行振动的振动发生装置；以及在所述4个质量部中将Y轴方向中心位置夹在其间地配置于对称位置的2个质量部上产生角速度作用时该质量部将沿Y轴和Z轴中至少某一方的轴向变位的变位量作为角速度进行检测的角速度检测装置。
2.如权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，所述角速度检测装置在角速度作用于所述4个质量部中的位于Y轴方向中央侧的2个质量部时，该质量部将沿Y轴和Z轴中至少一方的轴方向变位的变位量作为角速度进行检测。
3.如权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，所述固定部将支持梁中与所述各质量部相互以逆相位振动时的节相对应的部位固定在所述基板上。
4.如权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，所述4个质量部沿Y轴方向直线状配置，所述支持梁沿Y轴方向直线状延伸并连接各质量部。
5.如权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，所述4个质量部由配置于Y轴方向中央侧的2个中央侧质量部和配置于该各中央侧质量部的外侧的2个外侧质量部构成，所述中央侧质量部和外侧质量部中的一方质量部根椐Z轴周围的角速度沿Y轴方向进行变位，另一方的质量部根椐Y轴周围的角速度沿YZ轴方向进行变位，所述角速度检测装置由将所述一方的质量部的变位量作为Z轴周围的角速度进行检测的第1角速度检测装置和将所述另一方的质量部的变位量作为Y轴周围的角速度进行检测的第2角速度检测装置构成。
6.如权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，位于所述中央侧的2个质量部分别由呈框状的中央框状体和在该中央框状体内沿着基板沿Y轴方向可振动地设置的水平振动子构成，所述角速度检测装置将该水平振动子沿Y轴方向变位的变位量作为Z轴周围的角速度进行检测。
7.如权利要求6所述的角速度传感器，其特征在于，所述角速度检测装置由对位于所述中央侧的2个质量部中的一方质量部的水平振动子沿Y轴方向变位的变位量进行检测的第1、第2变位量检测部、以及对另一方质量部的水平振动子沿Y轴方向变位的变位量进行检测的第3、第4变位量检测部构成。
8.如权利要求7所述的角速度传感器，其特征在于，所述第1、第2变位量检测部由设于所述基板的第1、第2固定侧检测电极、以及与该第1、第2固定侧检测电极沿Y轴方向分开的状态下分别对置并设于所述一方水平振动子上的第1、第2可动侧检测电极构成，所述第1、第2变位量检测部在产生Z轴周围的角速度时，任一方的固定侧检测电极与可动侧检测电极接近、另一方的固定侧检测电极与可动侧检测电极分离，所述第3、第4变位量检测部由设于所述基板的第3、第4固定侧检测电极、以及与该第3、第4固定侧检测电极沿Y轴方向分开的状态下分别对置并设于所述另一方水平振动子上的第3、第4可动侧检测电极构成，所述第3、第4变位量检测部在产生Z轴周围的角速度时，任一方的固定侧检测电极与可动侧检测电极接近、另一方的固定侧检测电极与可动侧检测电极分离。
9.如权利要求6所述的角速度传感器，其特征在于，所述角速度检测装置由对位于所述中央侧的2个质量部中的一方质量部的水平振动子沿Y轴方向变位的变位量进行检测的一方变位量检测部、以及对另一方质量部的水平振动子沿Y轴方向变位的变位量进行检测的另一方变位量检测部构成，所述一方的变位量检测部由设于所述基板的一方固定侧检测电极、以及在轴方向上与该一方固定侧检测电极分开的状态下对置并设于所述一方水平振动子的一方可动侧检测电极构成，所述另一方的变位量检测部由设于所述基板的另一方固定侧检测电极、以及沿Y轴方向与该另一方固定侧检测电极分开的状态下对置并设于所述另一方水平振动子的另一方可动侧检测电极构成。
10.如权利要求9所述的角速度传感器，其特征在于，所述2个变位量检测部在产生Z轴周围的角速度作用时，双方的固定侧检测电极和可动侧检测电极一起接近或分离。
11.如权利要求9所述的角速度传感器，其特征在于，所述2个变位量检测部在产生Z轴周围的角速度作用时，任一方的固定侧检测电极和可动侧检测电极接近而另一方的固定侧检测电极与可动侧检测电极分离。
12.如权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，所述4个质量部中的位于Y轴方向外侧的2个质量部分别由框状的外侧框状体、沿该外侧框状体内的与基板垂直的Z轴方向可振动地设置的垂直振动子构成，所述角速度检测装置将该垂直振动子沿Z轴方向变位的变位量作为Y轴周围的角速度进行检测。
13.如权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，在所述固定部上形成在向所述各质量部施加Y轴方向的加速度时支持所述各质量部的状态下沿Y轴方向挠曲变形的支臂部。
14.如权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，所述4个质量部将该各质量部全体的重心夹在其间地在Y轴方向形成对称形状。
15.如权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，所述4个质量部中的位于Y轴方向外侧的2个质量部其质量小于位于所述中央侧的2个质量部，所述4个质量部振动时，以该各质量部全体的重心为中心施加于所述中央侧的各质量部的回转力矩与以该各质量部全体的重心为中心的施加于所述外侧的各质量部的回转力矩大致相等。
16.如权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，在所述4个质量部中的位于X轴方向中央侧的2个质量部设置有对将所述各质量部在X轴方向振动时的变位量作为由所述振动发生装置的振动状态进行监视的振动状态监视装置。
17.如权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，在所述4个质量部中的位于X轴方向外侧的2个质量部设置有对将所述各质量部在X轴方向振动时的变位量作为由所述振动发生装置的振动状态进行监视的振动状态监视装置。
18.如权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，在所述支持梁中的与所述各质量部相互以逆相位振动时的节对应的部位设置有对将所述各质量部在振动方向上振动时的变位量作为由振动发生装置形成的振动状态进行监视的振动状态监视装置。
19.如权利要求18所述的角速度传感器，其特征在于，所述振动状态监视装置由设于所述基板的监视用固定侧电极、以及设于与所述支持梁的节对应的部位、在所述各质量部振动而使所述支持梁挠曲变形时相对于该监视用固定侧电极、以对应于所述节的部位为中心进行回动变位的监视用可动侧电极构成。
20.如权利要求19所述的角速度传感器，其特征在于，所述监视用固定侧电极由以与所述支持梁的节对应的部位为中心呈圆弧状延伸的多个电极板构成，所述监视用可动侧电极由径向留有间隙地与该监视用固定侧电极的各电极板对置的圆弧状的多个电极板构成。
21.如权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，所述角速度传感器由对所述Y轴方向的中心位置夹在其间地配置于对称位置的2个质量部中的一方质量部沿Y轴方向变位的变位量进行检测的第1、第2变位量检测部、以及对另一方质量部沿Y轴方向变位的变位量进行检测的第3、第4变位量检测部构成。
22.如权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，所述角速度传感器由对所述Y轴方向的中心位置夹在其间地配置于对称位置的2个质量部中的一方质量部沿Y轴方向变位的变位量进行检测的一方变位量检测部、以及对另一方质量部沿Y轴方向变位的变位量进行检测的另一方变位量检测部构成。
全文摘要
一种角速度传感器，通过4个质量部相互以逆相位振动使质量部的振动状态稳定，并提高检测精度和可靠性。其特征在于，由外侧支持梁(12)连接质量部(2、6、10、11)，由固定部(14)将该支持梁(12)中与质量部(2、11)和质量部(6、10)以逆相位振动时的节对应的节部(12A)固定于基板(1)上。并且，4个质量部在将其全体的重心(G)大致保持于一定的位置的状态下沿X轴方向进行振动，通过使质量部(2、6)根椐Z轴周围的角速度(Ω)沿Y轴方向变位并将其变位量作为角速度进行检测。由此，可使质量部的振动状态稳定化，同时可由Y轴方向上的对称形状补弥其尺寸误差等，可提高传感器的检测精度和可靠性。
文档编号G01P9/04GK1431466SQ0310097
公开日2003年7月23日 申请日期2003年1月9日 优先权日2002年1月10日
发明者持田洋一, 小中义宏 申请人:株式会社村田制作所