專利名稱：角速度傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及例如適合用于檢測兩個軸方向的角速度的角速度傳感器。
背景技術：
一般，作為角速度傳感器，公知有在基板上具有多個質量部的傳感器(例如，參照 專利文獻1 4)。在專利文獻1、2中，公開了在基板上沿著圓周設置四個質量部，并且在 圓周方向上相鄰的兩個質量部彼此朝相反方向振動的構成。此時，在四個質量部振動的 狀態下，作用了圍繞與基板的表面平行的兩個軸的角速度時，四個質量部通過科里奧利力 (Coriolisforce)向基板的垂直方向(厚度方向)進行移位。因此，專利文獻1、2的角速度 傳感器通過檢測四個質量部的垂直方向的移位，從而檢測圍繞兩個軸的角速度。在專利文獻3中，公開了在基板上沿著Y軸方向并排配置多個質量部，并且使這些 多個質量部沿著與Y軸正交的X軸方向振動的構成。而且，專利文獻3的角速度傳感器構 成為通過在多個質量部振動的狀態下，對質量部的基板的垂直方向(Z軸方向)的移位和 Y軸方向的移位進行檢測，從而檢測圍繞Y軸的角速度和圍繞Z軸的角速度。在專利文獻4中，公開了以下構成配置與XY面平行的基板，并設置從該基板上的 支承部開始渦旋狀地延伸的多個支承腳部，在該支承腳部的前端沿著圓周方向設置環狀振 子。此時，構成為通過在XY面內，以規定的振動模式使環狀振子變形振動，并且檢測環狀 振子在Z軸方向(基板的垂直方向)的移位，從而檢測圍繞X軸的角速度和圍繞Y軸的角 速度。專利文獻1 日本特開平11-183179號公報專利文獻2 日本特開2006-138855號公報專利文獻3 日本特開2002-213962號公報專利文獻4 日本特表2002-509615號公報但是，專利文獻1、2的角速度傳感器構成為通過組合使用四個質量部，從而抑制 振動泄漏到基板上。但是，為了防止振動的泄漏，需要使四個質量部的振幅一致。這里，專 利文獻1、2的角速度傳感器構成為四個質量部分別使用獨立的彈簧，從而以可振動的方式 受到支持。因此，在質量部或彈簧的加工上產生偏差的情況下，質量部以諧振狀態振動時， 在各個質量部中發生較大的振動差。其結果，存在以下傾向，即質量部的振動會泄漏到基板 上，且受到溫度變化等而產生偏移(offset)的變動和噪聲增加等問題。此外，由于各個質 量部的振幅不同，因此由角速度產生的科里奧利力也不同，導致兩個軸的檢測靈敏度產生 偏差。特別是，專利文獻1、2的角速度傳感器構成為彈簧在能夠向驅動方向和檢測方 向中的任一個方向移位的狀態下，支持質量部。因此，在驅動振動和檢測振動之間容易引起 耦合(coupling)，振動泄漏的影響較大。此外，在專利文獻3的角速度傳感器中，通過獨立地設置驅動振動的彈簧和檢測 振動的彈簧，從而難以引起驅動振動和檢測振動之間的耦合。但是，該角速度傳感器沒有構成檢測圍繞與基板平行的兩個軸(X軸和Y軸)的角速度的結構，有時不符合應用對象的要 求標準。此外，在專利文獻4的角速度傳感器中，構成為彈簧在能夠向驅動方向(XY面內 方向)和檢測方向(Z軸方向)中的任一個方向移位的狀態下，支持環狀振子。因此，構成 為彈簧和環狀振子這兩者兼用于驅動和檢測的結構，所以在驅動振動和檢測振動之間容易 引起耦合。此外，由于環狀振子其本身沿著XY面內方向變形，所以徑向的寬度尺寸較細。此 時，構成為使用設置在基板上的檢測電極和環狀振子之間的靜電電容，來檢測環狀振子的 Z軸方向的移位(科里奧利力所產生的移位)。但是，由于環狀振子的寬度尺寸較小，所以 與檢測電極之間的電容變化較小，存在檢測精度容易降低的傾向。并且，由于環狀振子可沿 著XY面內方向和Z軸方向變形，所以其質量較小。其結果，還存在環狀振子的諧振頻率變 高，且角速度的檢測靈敏度降低的問題。
發明內容
本發明是鑒于上述的現有技術的問題而完成，本發明的目的在于提供一種能夠高 精度且高靈敏度地檢測圍繞基板內的兩個軸(X軸和Y軸)的角速度的角速度傳感器。(1)為解決上述的課題，本發明的角速度傳感器由以下單元構成基板；四個驅動 質量部，與該基板間隔對置，并且配置在以中心部作為中心的圓周方向的不同位置上，且配 置在相對于中心部呈點對稱的位置上；連結梁，其相互連結這四個驅動質量部，在這四個驅 動質量部朝向與所述基板平行的方向移位時會彎曲變形；四個連接部，以所述中心部作為 中心而延伸為放射狀，并且分別位于在圓周方向上相鄰的兩個驅動質量部之間且連接于該 連結梁；驅動梁，其分別設置在這四個連接部上，且在所述連結梁彎曲變形時，按照在長度 方向上可使各連接部移位的方式支承各連接部；驅動單元，其在圓周方向上相鄰的驅動質 量部成為相反相位的狀態下，使所述四個驅動質量部朝向包圍中心部的圓周方向振動；檢 測質量部，其分別設置在所述四個驅動質量部中；檢測梁，其設置在該檢測質量部和所述 驅動質量部之間，且按照在基板的厚度方向上可使檢測質量部移位的方式支承該檢測質量 部；和移位檢測單元，其檢測所述檢測質量部在所述基板的厚度方向上的移位。根據本發明，由于四個驅動質量部配置在相對于中心部呈點對稱的位置上，所以 兩個驅動質量部夾持中心部而相互對置，并且剩余的兩個驅動質量部也夾持中心部而相互 對置。此時，兩個驅動質量部和剩余的兩個驅動質量部配置在互不相同的位置上。因此，例 如在基板沿著與X軸和Y軸平行的X-Y平面擴張時，兩個驅動質量部沿著經過中心部的一 條線(例如X軸)而配置，并且剩余的兩個驅動質量部沿著經過中心部的另一條線(例如Y 軸)而配置。此外，由于四個驅動質量部沿著包圍中心部的圓周方向振動，所以例如沿著X 軸配置的兩個驅動質量部在Y軸方向上振動，沿著Y軸配置的兩個驅動質量部在χ軸方向 上振動。并且，若圍繞X軸的角速度產生作用，則在Y軸方向上振動的驅動質量部中，根據 該角速度而產生朝Z軸方向(基板的厚度方向)的科里奧利力。另一方面，若圍繞Y軸的角 速度產生作用，則在X軸方向上振動的驅動質量部中，根據該角速度而產生朝Z軸方向(基 板的厚度方向)的科里奧利力。
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并且，由于在四個驅動質量部中分別設置可在Z軸方向上移位的檢測質量部，所 以在Y軸方向上振動的檢測質量部根據圍繞X軸的角速度而在Z軸方向上移位，在X軸方 向上振動的檢測質量部根據圍繞Y軸的角速度而在Z軸方向上移位。因此，通過使用移位 檢測單元來檢測四個檢測質量部在基板的厚度方向上的移位，從而能夠檢測作用于與基板 平行的兩個軸周圍的角速度。此外，四個驅動質量部成為配置在相對于中心部呈點對稱的位置，并且，使在圓 周方向上相鄰的驅動質量部成為相反相位的狀態下振動。因此，能夠固定四個驅動質量部 整體的重心位置，并且，能夠相互抵消在四個驅動質量部整體中所產生的圓周方向的轉矩。 此時，連結梁彼此連結四個驅動質量部，所以例如即使在四個驅動質量部中產生了加工偏 差，各驅動質量部也能在驅動振幅和相位一致的狀態下振動。其結果，能夠可靠地減小四 個驅動質量部整體的重心位置的變動或轉矩，能夠抑制驅動質量部的驅動振動泄漏到基板 上。此外，驅動質量部使用驅動梁來進行支承，檢測質量部使用檢測梁來進行支承。因 此，能夠使用獨立的個別的梁(驅動梁和檢測梁)來支承驅動質量部和檢測質量部，與使用 共同的梁來支承的情況相比，能夠減小驅動振動和檢測振動之間的耦合。因此，在移位檢測 單元檢測出檢測質量部的移位而輸出了移位檢測信號時，在該移位檢測信號中不會混入成 為噪聲信號的驅動振動的成分。其結果，能夠相對地減小在角速度信號中包含的噪聲信號， 并且能夠獲得SN比良好的角速度信號，能夠提高傳感器的檢測精度。此外，由于驅動質量部和檢測質量部本身不需要變形，所以能夠增加驅動質量部 和檢測質量部的質量來降低諧振頻率。因此，能夠增加由科里奧利力所產生的檢測質量部 的移位量，并且能夠提高角速度的檢測靈敏度。進而，能夠增加檢測質量部的面積。因此， 即使在使用與檢測質量部在Z軸方向上對置的檢測電極來構成移位檢測單元的情況下，也 能夠增加檢測質量部在Z軸方向上移位時的靜電電容的變化，并且能夠提高檢測靈敏度。此外，在連結梁上設置以放射狀延伸的四個連接部，并且設置以可在長度方向上 使各連接部移位的方式支承該各連接部的驅動梁。因此，即使在基板發生畸變的情況下，也 能夠由驅動梁吸收該畸變，例如能夠減輕相對于連結梁的張力的影響。其結果，驅動質量部 和檢測質量部的諧振頻率不易變化，且能夠減小特性變動。(2)在本發明中，所述檢測梁朝向包圍所述中心部的圓周方向延伸，且使用扭轉支 承梁而形成，該扭轉支承梁在所述檢測質量部沿基板的厚度方向移位時扭轉變形。通過這樣構成，能夠通過例如在基板的垂直方向上加工硅材料等來形成扭轉支承 梁，可輕易進行加工。此外，扭轉支承梁的彈簧參數與寬度尺寸的三次方成比例地變動，這 與驅動梁、連結梁相同。因此，寬度尺寸的加工偏差對驅動模式和檢測模式的諧振頻率差帶 來的影響較小，能夠減小傳感器的靈敏度偏差。(3)在本發明中，所述檢測梁構成為使用在扭轉變形時降低作用于該檢測梁的 端部側的應力的應力降低連接部，分別與所述檢測質量部和驅動質量部連接。這里，例如使用形成為一張細長的板形狀的扭轉支承梁構成檢測梁，并且在固定 了該檢測梁的兩端的情況下，通過作用于固定部分的應力來阻止檢測梁的扭轉變形。因此， 檢測梁的厚度尺寸變化時，相對于該厚度尺寸的變化量的諧振頻率的變化變大。其結果，存 在以下傾向，即加工偏差對驅動模式和檢測模式的諧振頻率差帶來的影響變大。
相對于此，在本發明中，檢測梁使用相對于檢測梁的長度方向賦予自由度的應力 降低連接部，分別與檢測質量部和驅動質量部連接。因此，由于檢測量扭轉變形時，檢測梁 的端部側能夠在其長度方向上移位，所以能夠降低作用于檢測量的兩端側的畸變或應力。 由此，能夠減小厚度尺寸的加工偏差對驅動模式和檢測模式的諧振頻率差帶來的影響，并 且能夠減小傳感器的靈敏度偏差。(4)在本發明中，所述連結梁構成為被設置在由所述四個驅動質量部包圍的中心 部側。通過這樣構成，能夠縮短連結梁的全長，能夠提高相對于基板的垂直方向的剛性。 因此，能夠防止驅動質量部在基板的垂直方向上移位，并且能夠降低基于該驅動質量部的 移位的噪聲。(5)在本發明中，也可以是以下構成所述驅動單元由設置在所述驅動質量部的 可動側驅動電極和與該可動側驅動電極對置地設置在所述基板上的固定側驅動電極構成， 并且通過作用于可動側驅動電極和固定側驅動電極之間的靜電力，使所述驅動質量部振動。通過這樣構成，能夠通過作用于可動側驅動電極和固定側驅動電極之間的靜電 力，直接使驅動質量部移位，從而能夠使驅動質量部驅動振動。(6)在本發明中，也可以是以下構成所述移位檢測單元使用在厚度方向上與所 述檢測質量部對置的固定側檢測電極而構成，該移位檢測單元的固定側檢測電極電連接于 設置在所述基板上的檢測用連接盤，所述驅動單元的固定側驅動電極電連接于設置在所述 基板上的驅動用連接盤，在該驅動用連接盤和檢測用連接盤之間，設置用于阻斷信號的干 擾的屏蔽連接盤。通過這樣構成，能夠使用屏蔽連接盤來阻止驅動用連接盤和檢測用連接盤之間的 耦合，并且能夠切斷它們之間的信號的干擾。其結果，在移位檢測單元的移位檢測信號中不 會混入提供給驅動單元的驅動信號，能夠提高角速度的檢測精度。(7)在本發明中，也可以是以下構成所述驅動單元由設置在所述連結梁中的可 動側驅動電極和與該可動側驅動電極對置地設置在所述基板上的固定側驅動電極構成，并 且通過作用于可動側驅動電極和固定側驅動電極之間的靜電力，使所述連結梁彎曲變形， 從而使所述驅動質量部振動。根據本發明，由于驅動單元由設置在連結梁中的可動側驅動電極和設置在基板上 的固定側驅動電極構成，所以能夠通過作用于可動側驅動電極和固定側驅動電極之間的靜 電力，使連結梁彎曲變形。由此，能夠間接使連接于連結梁的驅動質量部移位，從而能夠使 驅動質量部驅動振動。此外，由于不需要在驅動質量部的周圍設置驅動單元，所以能夠通過增大驅動質 量部和檢測質量部來提高角速度的檢測靈敏度。另一方面，能夠與無需驅動質量部的周圍 設置驅動單元的程度相對應地使傳感器整體小型化，并能夠降低制造成本。此外，例如即使因電容耦合等在驅動單元和移位檢測單元之間產生電干擾，也因 為能夠使該電干擾完全對稱且最小化，所以能夠減小對于移位檢測信號的噪聲。進而，由于固定側驅動電極只要在位于基板的中心部的1處與外部的電路連接即 可，所以能夠減少外部連接用的端子。這樣，能夠使傳感器整體小型化，并且能夠降低制造成本。(8)在本發明中，也可以在所述驅動質量部的周圍，設置用于監視該驅動質量部的 振動方向的移位的監視單元，該監視單元由設置在所述驅動質量部上的可動側監視電極和 與該可動側監視電極對置地設置在所述基板上的固定側監視電極構成，并且通過使用可動 側監視電極和固定側監視電極之間的靜電電容，檢測所述驅動質量部的移位。根據本發明，由于在驅動質量部的周圍設置了用于監視該驅動質量部的振動方向 的移位的監視單元，所以能夠使用監視單元來檢測驅動質量部的振動振幅和相位。因此，驅 動振動的振蕩電路能夠將監視單元的輸出信號作為參考信號來加以利用，能夠實現諧振狀 態的穩定化。此外，角速度的檢測電路也能夠將監視單元的輸出信號作為參考信號來加以 利用，能夠根據驅動質量部的振動狀態來進行正確的同步檢波。
圖1是以除去蓋板的狀態表示本發明的第1實施方式的角速度傳感器的俯視圖。圖2是擴大表示圖1中的角速度傳感器的主要部位的俯視圖。圖3是從圖1中的箭頭所示的III - III方向觀察角速度傳感器的剖視圖。圖4是以檢測質量部沿Z軸方向振動的狀態表示角速度傳感器的與圖3相同位置 的剖視圖。圖5是表示角速度傳感器的示意說明圖。圖6是以驅動質量部振動的狀態表示角速度傳感器的示意說明圖。圖7是表示角速度傳感器的振動控制電路、角速度檢測電路和加速度檢測電路的 電路結構圖。圖8是表示基板接合工序的與圖3相同位置的剖視圖。圖9是表示薄膜化工序的與圖3相同位置的剖視圖。圖10是表示功能部形成工序的與圖3相同位置的剖視圖。圖11是表示蓋板接合工序的與圖3相同位置的剖視圖。圖12是擴大表示第2實施方式的角速度傳感器的主要部位的與圖2相同位置的 俯視圖。圖13是擴大表示圖12中的振動產生部的俯視圖。圖14是以驅動質量部振動的狀態表示第2實施方式的角速度傳感器的示意說明 圖。圖15是擴大表示第3實施方式的角速度傳感器的主要部位的與圖2相同位置的 俯視圖。圖16是擴大表示圖15中的檢測梁等的俯視圖。圖17是擴大表示第1變形例的檢測梁等的與圖16相同位置的俯視圖。圖18是擴大表示第2變形例的檢測梁等的與圖16相同位置的俯視圖。圖19是表示第3變形例的角速度傳感器的示意說明圖。圖20是表示第4變形例的角速度傳感器的示意說明圖。圖中1、91、101、111、121_角速度傳感器；2_基板；4 7_驅動質量部；8、112、 122-連結梁；9 12-連接部；13 16-驅動梁；17 20、92、93_振動產生部(驅動單元)；21-驅動用連接盤；22 25-檢測質量部；26 29、102 105、102' ,102"-檢測梁；30 33-移位檢測部(移位檢測單元)；34-檢測用連接盤；35 38-振動監視部(監視單元)； 39-監視用連接盤；40-屏蔽連接盤；106 109-L型梁(應力降低連接部)；106 ‘ -T型梁 (應力降低連接部)。
具體實施例方式以下，參照附圖詳細說明本發明的實施方式的角速度傳感器。首先，圖1至圖6示出第1實施方式的角速度傳感器1。在圖中，角速度傳感器1 由基板2、驅動質量部4 7、連結梁(coupling beams)8、連接部9 12、驅動梁13 16、 振動產生部17 20、檢測質量部22 25、檢測梁26 29、移位檢測部30 33、振動監視 部35 38等構成?；?構成角速度傳感器1的基礎部分。并且，基板2例如由玻璃材料等形成為 四角形的平板狀，在彼此正交的X軸、Y軸和ζ軸方向中，例如沿著X軸和Y軸方向水平延 伸。此外，在基板2上，例如通過對具有導電性的低電阻的硅材料等施加蝕刻加工，從 而形成支承部3、驅動質量部4 7、連結梁8、連接部9 12、驅動梁13 16、驅動用連接 盤21、檢測質量部22 25、檢測梁26 29、檢測用連接盤34、振動監視部35 38、監視用 連接盤39、屏蔽連接盤40等。支承部3設置在基板2的表面上。此外，將支承部3分別配置在基板2中角落側 的4處。并且，在被四個支承部3所包圍的基板2的中央側部分，以從基板2浮起的狀態設 置有驅動質量部4 7、檢測質量部22 25等。此外，后述的振動產生部17 20的可動 側驅動電極17A 20A、作為移位檢測部30 33的可動側檢測電極的檢測質量部22 25 等經由支承部3而連接于地面。驅動質量部4 7與基板2的表面間隔對置，并配置在相對于中心部(中心點0) 呈點對稱的位置處。此外，驅動質量部4 7每隔90°以彼此等間隔地配置在包圍中心點 0的圓周方向上。因此，X軸側驅動質量部4、5沿著X軸而配置，且夾著中心點0相互對置。 另一方面，Y軸側驅動質量部6、7沿著與軸正交的Y軸而配置，且夾著中心點0相互對置。此外，驅動質量部4 7例如形成為大致五角形的框狀。這里，X軸側驅動質量部 4、5中，X軸方向的內側部位向中心點0突出，隨著接近中心點0，寬度尺寸(Y軸方向尺寸) 逐漸減小。同樣地，Y軸側驅動質量部6、7中，Y軸方向的內側部位向中心點0突出，隨著接 近中心點0，寬度尺寸(X軸方向尺寸)逐漸減小。此外，在驅動質量部4 7的內徑側的 突出部分(頂點部分)設置了向中心點0突出的連接用臂部4A 7A。此時，連接用臂部 4A 7A具有較高的剛性，使得不會朝X軸、Y軸和Z軸的任一個方向彎曲變形。并且，連接 用臂部4A 7A的前端部位構成例如驅動質量部4 7在X-Y平面上振動時的支點。連結梁8形成為包圍中心點0的環狀，相互連接驅動質量部4 7。具體而言，連 結梁8例如形成為大致圓形的細長的框狀，X軸方向的兩端側部位和Y軸方向的兩端側部 位分別連接于連接用臂部4A 7A的前端。并且，驅動質量部4 7在與基板2呈水平的 狀態下沿包圍中心點0的圓周方向被驅動振動時，連結梁8整體按照成為橢圓形狀的方式 彎曲變形(參照圖6)。由此，連結梁8按照各個驅動質量部4 7的驅動振幅和相位一致的方式進行調整。如圖1和圖2所示那樣，連接部9 12以中心點0為中心延伸成放射狀，且連接 于連結梁8。此外，連接部9 12分別位于在圓周方向上相鄰的兩個驅動質量部4 7之 間，且被配置在相對于中心點0呈點對稱的位置處。因此，連接部9被配置在驅動質量部4、 6之間，并且連接部10被配置在驅動質量部5、7之間，這些連接部9、10位于相對于X軸傾 斜了 45°的軸線上并相互對置。同樣地，連接部11被配置在驅動質量部4、7之間，并且連 接部12被配置在驅動質量部5、6之間，這些連接部11、12位于相對于X軸傾斜了 -45°的 軸線上并相互對置。由此，連接部9、10和連接部11、12彼此正交。并且，連接部9 12具 有較高的剛性，使得不會向X軸、Y軸、Z軸的任一個方向彎曲變形。驅動梁13 16分別被設置在連接部9 12的前端，對連接部9 12和支承部3 之間進行連接。這里，驅動梁13 16例如通過將2根折疊的梁相互對置地配置而構成，形 成為沿著與連接部9 12正交的方向延伸的細長的框狀。并且，驅動梁13 16在連接部 9 12沿長度方向移位時，按照框內的空間擴大、縮小的方式彎曲變形。由此，驅動梁13 16在連結梁8彎曲變形時，以沿著長度方向可移位的方式支持各連接部9 12。振動產生部17 20構成對驅動質量部4 7分別進行驅動振動的驅動單元。并 且，振動產生部17 20由安裝在驅動質量部4 7的外徑側的可動側驅動電極17A 20A 和安裝在基板2上的驅動用連接盤21的固定側驅動電極17B 20B構成。這里，可動側驅動電極17A例如由兩個梳齒狀電極構成，這兩個梳齒狀電極從驅 動質量部4朝向將中心點0作為中心的徑向外側，以放射狀延伸，在該梳齒狀電極中沿著長 度方向間隔配置有多個電極板。并且，可動側驅動電極17A配置在驅動質量部4中Y軸方 向的一側。此外，可動側驅動電極18A也與可動側驅動電極17A相同地，例如由兩個梳齒狀電 極構成，這兩個梳齒狀電極從驅動質量部5朝向將中心點0作為中心的徑向外側，且以放射 狀延伸。其中，可動側驅動電極18A配置在驅動質量部5中Y軸方向的另一側。由此，可動 側驅動電極17A和可動側驅動電極18A配置在相對于中心點0呈點對稱的位置處。另一方面，可動側驅動電極19A例如由兩個梳齒狀電極構成，這兩個梳齒狀電極 從驅動質量部6朝向將中心點0作為中心的徑向外側，且以放射狀延伸，在該梳齒狀電極中 沿著長度方向間隔配置有多個電極板。并且，可動側驅動電極19A配置在驅動質量部6中 X軸方向的一側。此外，可動側驅動電極20A也與可動側驅動電極19A相同地，例如由兩個梳齒狀電 極構成，這兩個梳齒狀電極從驅動質量部7朝向將中心點0作為中心的徑向外側，且以放射 狀延伸。其中，可動側驅動電極20A配置在驅動質量部7中X軸方向的另一側。由此，可動 側驅動電極19A和可動側驅動電極20A配置在相對于中心點0呈點對稱的位置處。此外，固定側驅動電極17B 20B由梳齒狀電極構成，該梳齒狀電極在與可動側驅 動電極17A 20A平行的狀態下，朝向徑向外側延伸。并且，可動側驅動電極17A 20A的 電極板與固定側驅動電極17B 20B的電極板彼此間隔嚙合。并且，固定側驅動電極17B 20B分別安裝在基板2上固定的四個驅動用連接盤 21上，且電連接。此時，四個驅動用連接盤21例如設置在夾持連接于驅動梁15、16的支承部 3的位置，配置在支承部3的寬度方向(圓周方向)的兩側。這樣，固定側驅動電極17B 20B和驅動用連接盤21也與可動側驅動電極17A 20A同樣地，配置在相對于中心點0成 點對稱的位置上。并且，若對固定側驅動電極17B、18B施加相同的驅動信號(電壓信號等)，則在可 動側驅動電極17A、18A和固定側驅動電極17B、18B之間，沿著Y軸產生彼此相反方向的驅 動力F1、F2(靜電力)。由此，驅動質量部4、5以相互相反相位在Y軸方向上振動。另一方面，若對固定側驅動電極19B、20B施加相同的驅動信號(電壓信號等)，則 在可動側驅動電極19A、20A和固定側驅動電極19B、20B之間，沿著X軸產生彼此相反方向 的驅動力F3、F4(靜電力)。由此，驅動質量部6、7以相互相反相位在X軸方向上振動。進而，振動產生部17 20在圓周方向上相鄰的驅動質量部4 7成為相反相位的 狀態下，使四個驅動質量部4 7朝向包圍中心部的圓周方向振動。因此，驅動質量部4、6 接近時，剩余的驅動質量部5、7彼此接近，驅動質量部4、6和驅動質量部5、7彼此遠離。另 一方面，驅動質量部4、7接近時，剩余的驅動質量部5、6彼此接近，驅動質量部4、7和驅動 質量部5、6彼此遠離。檢測質量部22 25位于驅動質量部4 7的內部，從而分別被設置在驅動質量 部4 7中。此外，檢測質量部22 25形成為與驅動質量部4 7相似的大致五角形的 板狀。并且，檢測質量部22 25包括朝徑向外側突出的連接用突出部22A 25A。并且， 檢測質量部22 25經由連接用突出部22A 25A和后述的檢測梁26 29連接于驅動質 量部4 7，且與基板2的表面間隔對置。檢測梁26 29位于比檢測質量部22 25更靠向徑向外側處，從而被設置在檢 測質量部22 25和驅動質量部4 7之間，且以能夠在基板2的厚度方向上移位的方式 支承檢測質量部22 25。此外，檢測梁26 29朝包圍中心點0的圓周方向延伸，并使用 扭轉支承梁而形成，該扭轉支承梁在檢測質量部22 25沿基板2的厚度方向移位時會扭 轉變形。具體而言，檢測梁26 29由具有寬度尺寸δ并沿著直線狀延伸的細長的板狀的 梁形成。并且，檢測梁26、27位于驅動質量部4、5內，且沿著Y軸方向延伸，在長度方向的 中央部分安裝了檢測質量部22、23的連接用突出部22Α、23Α。此外，檢測梁28、29位于驅動 質量部6、7內，且沿著X軸方向延伸，在長度方向的中央部分安裝了檢測質量部24、25的連 接用突出部24Α、25Α。由此，檢測質量部22 25其接近中心點0的徑向內側部分成為自由 端，所以檢測梁26 29以懸臂狀態支承檢測質量部22 25。并且，作用了圍繞X軸的角速度Ω1時，在Y軸方向上振動的驅動質量部4、5中， 根據角速度Ω 1而產生朝向Z軸方向(基板2的厚度方向)的科里奧利力Fx。此時，檢測 梁26、27以能夠在Z軸方向上移位的方式支承檢測質量部22、23，所以檢測質量部22、23根 據角速度Ω1而在Z軸方向上振動。另一方面，作用了圍繞Y軸的角速度Ω 2時，在X軸方向上振動的驅動質量部6、7 中，根據角速度Ω 2而產生朝向Z軸方向(基板的厚度方向)的科里奧利力Fy。此時，檢 測梁28、29以能夠在Z軸方向上移位的方式支承檢測質量部24、25，所以檢測質量部24、25 根據角速度Ω2而在向Z軸方向上振動。移位檢測部30 33構成用于檢測檢測質量部22 25在基板2的厚度方向上 移位的移位檢測單元。此外，移位檢測部30 33通過作為可動側檢測電極的檢測質量部22 25、以及設置在基板2上的例如由導體薄膜形成的固定側檢測電極30A 33A而構成。 這里，檢測質量部22 25和固定側檢測電極30A 33A在Z軸方向上相互對置。此外，固定側檢測電極30A 33A分別安裝于固定在基板2上的四個檢測用連接 盤34，且被電連接。此時，四個檢測用連接盤34配置在驅動質量部4 7的徑向外側。由 此，固定側檢測電極30A 33A和檢測用連接盤34也與檢測質量部22 25同樣地配置在 相對于中心點0呈點對稱的位置處。并且，在檢測質量部22 24在Z軸方向上振動時，檢測質量部22 25和固定 側檢測電極30A 33A之間的距離會變化。由此，檢測質量部22 25和固定側檢測電極 30A 33A之間的靜電電容Csl Cs4也會變化。因此，移位檢測部30 33根據檢測質量 部22 25和固定側檢測電極30A 33A之間的靜電電容Csl Cs4的變化來檢測檢測質 量部22 25在Z軸方向上的移位量。振動監視部35 38構成用于檢測驅動質量部4 7的振動方向的移位的監視 單元。并且，振動監視部35 38由安裝在驅動質量部4 7的外徑側的可動側監視電極 35A 38A、以及安裝在基板2上的監視用連接盤39的固定側監視電極35B 38B構成。
這里，可動側監視電極35A 38A與振動產生部17 20的可動側驅動電極17A 20A大致相同地，由從驅動質量部4 7朝向徑向外側以放射狀延伸的兩個梳齒狀電極構 成。其中，可動側監視電極35A、36A夾持驅動質量部4、5而配置在可動側驅動電極17A、18A 的Y軸方向的相反側。同樣地，可動側監視電極37A、38A夾持驅動質量部6、7而配置在可 動側驅動電極19A、20A的X軸方向的相反側。此外，固定側監視電極35B 38B由在與可動側監視電極35A 38A平行的狀態 下朝向徑向外側延伸的梳齒狀電極構成。并且，可動側監視電極35A 38A的電極板與固 定側監視電極35B 38B的電極板相互間隔嚙合。此外，固定側監視電極35B 38B分別安裝于固定在基板2上的四個監視用連接 盤39，且被電連接。此時，四個監視用連接盤39例如設置在夾持連接于驅動梁13、14的支 承部3的位置處，且配置在支承部3的寬度方向(圓周方向)的兩側。并且，可動側監視電 極35A 38A、固定側監視電極35B 38B以及監視用連接盤39配置在相對于中心點0呈 點對稱的位置處。這里，驅動質量部4、5在Y軸方向上移位時，可動側監視電極35A、36A和固定側監 視電極35B、36B之間的靜電電容Cml、Cm2會變化。此外，驅動質量部6、7在X軸方向上移 位時，可動側監視電極37A、38A和固定側監視電極37B、38B之間的靜電電容Cm3、Cm4會變 化。因此，振動監視部35 38根據該靜電電容Cml Cm4的變化，來監視驅動質量部4 7的振動狀態。另外，在圓周方向上相鄰的驅動質量部4 7成為相反相位的狀態下四個驅動質 量部4 7振動時，振動監視部35 38的靜電電容Cml Cm4同步地變化。屏蔽連接盤40位于四個檢測用連接盤34的圓周方向的兩側，在基板2上共設置 有8個該屏蔽連接盤40。這里，各屏蔽連接盤40配置在驅動用連接盤21和檢測用連接盤 34之間，且配置在監視用連接盤39和檢測用連接盤34之間。此外，8個屏蔽連接盤40配 置在相對于中心點0呈點對稱的位置處。并且，屏蔽連接盤40設置為與連接盤21、34、39電絕緣的狀態，例如被接地。由此，屏蔽連接盤40電屏蔽(阻斷)檢測用連接盤34的周圍，防止驅動用連接盤21側的驅動信 號和監視用連接盤39的監視信號對檢測用連接盤34的移位檢測信號造成干擾。蓋板41例如由玻璃材料等形成為四角形的板狀，且使用陽極接合等方法而接合 在支承部3、驅動用連接盤21、檢測用連接盤34、監視用連接盤39以及屏蔽連接盤40上。 此外，蓋板41在與檢測質量部22 25等的對置面(背面)，形成有以四角形狀凹陷的空 腔(cavity) 41A。并且，空腔41A設置在與驅動質量部4 7、連結梁8、連接部9 12、驅 動梁13 16、檢測質量部22 25、檢測梁26 29、振動產生部17 20以及振動監視部 35 38對置的位置處。由此，驅動質量部4 7、檢測質量部22 25能夠振動移位而不 會與蓋板41接觸。并且，蓋板41中，貫穿厚度方向而形成有多個通孔42。此時，通孔42分別形成在 與支承部3和各個連接盤21、34、39、40相對應的位置處。由此，支承部3等通過通孔42而 連接在設置于蓋板41上的外部電極(未圖示)上。因此，振動產生部17 20、移位檢測 部30 33以及振動監視部35 38可通過外部電極而連接于后述的振動控制電路51和 角速度檢測電路61等。接著，參照圖7說明用于控制驅動質量部4 7的振動狀態的振動控制電路51。振 動控制電路51使用由振動監視部35 38產生的監視信號Vm，對輸出到振動產生部17 20的驅動信號Vd進行控制。并且，振動控制電路51由C-V轉換電路52、放大器53、AGC電 路54、驅動信號產生電路55等構成。C-V轉換電路52連接在振動監視部35 38的輸出側。并且，C-V轉換電路52將 振動監視部35 38的靜電電容Cml Cm4的變化轉換為電壓變化，并將這些電壓變化作 為監視信號Vm而輸出。并且，由連接在C-V轉換電路52的輸出側的放大器53放大該監視 信號Vm，并向AGC電路54輸出該監視信號Vm。AGC電路54的輸出側連接于輸出驅動信號Vd的驅動信號產生電路55。并且，AGC 電路54按照監視信號Vm成為固定的方式調整增益。此外，驅動信號產生電路55經由放大 器56而連接于振動產生部17 20。由此，驅動信號產生電路55將驅動信號Vd分別輸入 至振動產生部17 20，振動產生部17 20以在圓周方向上相鄰的驅動質量部4 7彼此 成為相反相位的狀態使驅動質量部4 7振動。接著，說明用于檢測圍繞兩個軸(圍繞X軸和Y軸)的角速度Ω1、Ω 2的角速度 檢測電路61 (角速度檢測單元)。角速度檢測電路61使用由振動監視部35 38產生的監 視信號Vm，對由移位檢測部30 33產生的移位檢測信號Vx、Vy進行同步檢波，并檢測作 用于驅動質量部4 7的角速度Ω1、Ω2。并且，角速度檢測電路61例如由C-V轉換電路 62 65、差動放大器66、70、同步檢波電路67、71等構成。C-V轉換電路62 65將移位檢測部30 33的靜電電容Csl、Cs2、Cs3、Cs4的變 化轉換為電壓變化，并將這些電壓變化作為預備性的移位檢測信號VS1、VS2、VS3、VS4而分 別輸出。這里，在相鄰的驅動質量部4 7彼此以相反相位振動的狀態下，作用圍繞X軸的 角速度Ω1時，檢測質量部22、23彼此以相反相位在Z軸方向上移位。此時，預備性的移位 檢測信號Vsl和移位檢測信號Vs2彼此成為相反相位。因此，差動放大器66連接在C-V轉換電路62、63的輸出側，并根據這些預備性的移位檢測信號Vsl、Vs2之差運算最終的移位檢測信號Vx。同步檢波電路67的輸入側連接于差動放大器66，且經由移相電路57而連接于 AGC電路54。此外，在同步檢波電路67的輸出側連接有用于取出角速度信號的低通濾波器 (LPF)68，并且在LPF68的輸出側連接有用于調整增益和偏移的調整電路69。這里，移相電 路57輸出使經由AGC電路54的監視信號Vm的相位偏移90°的移相信號Vm'。由此，同 步檢波電路67根據移位檢測信號Vx且使用移相信號Vm'進行同步檢波，并經由LPF68、調 整電路69而輸出對應于圍繞X軸的角速度Ω 1的角速度信號。另一方面，在相鄰的驅動質量部4 7彼此以相反相位振動的狀態下，作用圍繞Y 軸的角速度Ω2時，檢測質量部24、25彼此以相反相位在Z軸方向上移位。此時，預備性的 移位檢測信號Vs3和移位檢測信號Vs4彼此成為相反相位。因此，差動放大器70連接于C-V轉換電路64、65的輸出側，并根據這些預備性的 移位檢測信號Vs3、Vs4之差運算最終的移位檢測信號Vy。由此，同步檢波電路71與同步 檢波電路67同樣地根據移位檢測信號Vy且使用移相信號Vm'來進行同步檢波，并經由 LPF72、調整電路73而輸出對應于圍繞Y軸的角速度Ω 2的角速度信號。接著，基于圖8至圖11，說明本實施方式的角速度傳感器1的制造方法。在圖8所示的基板接合工序中，預先對硅基板81的背面實施蝕刻(etching)處 理，從而形成中央部分凹陷的大致四角形或圓形的凹陷部82。另一方面，在成為基板2的玻 璃基板83的表面的中央側，使用濺射(spatter)等方法形成由導體薄膜構成的四個固定側 檢測電極30A 33A。之后，例如使用陽極接合等接合方法，在玻璃基板83的表面接合硅基 板81的背面。此時，固定側檢測電極30A 33A配置在凹陷部82的內側。接著，在圖9所示的薄膜化工序中，研磨硅基板81的表面側而形成厚度尺寸較薄 的硅層84。此時，硅層84的外緣側接合在玻璃基板83上。此外，硅層84中與凹陷部82相 對應的薄壁部84A與玻璃基板83間隔分離。接著，在圖10所示的功能部形成工序中，實施蝕刻處理，在硅層84中與薄壁部84A 相對應的位置上形成驅動質量部4 7、連結梁8、連接部9 12、驅動梁13 16、振動產 生部17 20、檢測質量部22 25、檢測梁26 29、振動監視部35 38。此外，在硅層84 的外緣側形成支承部3、驅動用連接盤21、檢測用連接盤34、監視用連接盤39、屏蔽連接盤 40。此時，為構成移位檢測部30 33，檢測質量部22 25形成在與固定側檢測電極30A 33A對置的位置處。此外，在驅動用連接盤21上連接振動產生部17 20的固定側驅動電極17B 20B，在檢測用連接盤34上連接移位檢測部30 33的固定側檢測電極30A 33A，在監視 用連接盤39上連接振動監視部35 38的固定側監視電極35B 38B。接著，在圖11所示的蓋板接合工序中，在成為蓋板41的玻璃板85的背面側，預先 形成構成空腔41A的凹陷部86。此時，凹陷部86形成在與驅動質量部4 7、連結梁8、連 接部9 12、驅動梁13 16、振動產生部17 20、檢測質量部22 25、檢測梁26 29、 振動監視部35 38等對置的位置處。并且，例如使用陽極接合等接合方法，在硅層84的表面接合玻璃基板85的背面。 由此，玻璃基板85的外緣側接合在支承部3和各連接盤21、34、39、40上。另外，固定側檢 測電極30A 33A也可以不形成在玻璃基板83上，而是形成在玻璃基板85 (蓋板41)上。
接著，在電極形成工序中，對蓋板41施加噴砂(sand blast)等開孔加工處理，從 而形成通孔42。此時，通孔42分別形成在與支承部3和各連接盤21、34、39、40相對應的位 置上。最后，在蓋板41的表面設置用于與外部的電路連接的外部電極(未圖示)。并且，外 部電極通過設置在通孔42的內面上的導體膜，電連接在支承部3和各連接盤21、34、39、40 上。由此，完成圖1至圖6所示的角速度傳感器1。并且，振動產生部17 20、移位檢測部 30 33以及振動監視部35 38通過外部電極連接于振動控制電路51和角速度檢測電路 61等。另外，通孔42也可以形成在玻璃基板83側。優選在玻璃基板83、85中形成有固 定側檢測電極30A 33A的基板上加工通孔42。由于形成有通孔的玻璃基板的表面形成薄 膜布線等，所以隔著玻璃基板看不到內部。由于形成有固定側檢測電極的面因固定側檢測 電極而根本看不到內部，所以在制造上優選能夠從相反側觀察內部的方式。第1實施方式的角速度傳感器1具有如上所述的構成，因此接著說明該角速度傳 感器1的動作。首先，說明檢測圍繞X軸的角速度Ω 1的情況。若從外部的振動控制電路51將驅 動信號Vd輸入至驅動用連接盤21，則驅動信號Vd施加于振動產生部17 20的固定側驅 動電極17Β 20Β。由此，對驅動質量部4、5作用Y軸方向的靜電引力，驅動質量部4、5在 Y軸方向上振動。另一方面，對驅動質量部6、7作用Z軸方向的靜電引力，驅動質量部6、7 在X軸方向上振動。并且，在圓周方向上相鄰的驅動質量部4 7彼此以相反相位振動。
若在驅動質量部4 7振動的狀態下作用圍繞X軸的角速度Ω 1，則對在Y軸方向 上振動的驅動質量部4、5根據角速度Ω 1而作用以下的式1所示的科里奧利力Fx。另一方 面，科里奧利力不作用于在X軸方向上振動的驅動質量部6、7。由此，檢測質量部22、23通 過科里奧利力Fx而在Z軸方向上移位，并根據角速度Ω 1而振動。式1Fx = 2ΧΜΧ Ω IXv其中，M 驅動質量部4、5以及檢測質量部22、23的質量；Ω 1:圍繞X軸的角速度；ν:驅動質量部4、5的Y軸方向的速度。因此，移位檢測部30、31根據檢測質量部22、23的Z軸方向的移位，對檢測質量部 22、23和固定側檢測電極30Α、31Α之間的靜電電容Csl、Cs2的變化進行檢測。此時，角速 度檢測電路61的C-V轉換電路62、63將靜電電容Csl、Cs2的變化轉換為預備性的移位檢 測信號Vsl、Vs2。然后，差動放大器66基于移位檢測信號Vsl、Vs2之差，輸出對應于圍繞X 軸的角速度Ω 1的最終的移位檢測信號Vx。同步檢波電路67根據移位檢測信號Vx，對與 移相信號Vm'同步的信號進行檢波。由此，角速度檢測電路61輸出對應于圍繞X軸的角速 度Ω 1的角速度信號。接著，說明檢測圍繞Y軸的角速度Ω 2的情況。從外部的振動控制電路51將驅動 信號Vd輸入至驅動用連接盤21，使驅動質量部4 7振動。若在該振動狀態下作用圍繞Y 軸的角速度Ω2，則對在X軸方向上振動的驅動質量部6、7根據角速度Ω2而作用以下的式 2所示的科里奧利力Fy。另一方面，科里奧利力不作用于在Y軸方向上振動的驅動質量部 4、5。由此，檢測質量部24、25通過科里奧利力Fy而在Z軸方向上移位，并根據角速度Ω2而振動。式2Fx = 2XMX Ω2Χν其中，M 驅動質量部6、7以及檢測質量部24、25的質量；Ω 2:圍繞Y軸的角速度；ν:驅動質量部6、7的X軸方向的速度。因此，移位檢測部32、33根據檢測質量部24、25的Z軸方向的移位，改變檢測質量 部24、25和固定側檢測電極32Α、33Α之間的靜電電容Cs3、Cs4的變化。此時，角速度檢測 電路61的C-V轉換電路64、65將靜電電容Cs3、Cs4的變化轉換為移位檢測信號Vs3、Vs4。 然后，差動放大器70基于移位檢測信號Vs3、Vs4之差，輸出對應于圍繞Y軸的角速度Ω 2 的移位檢測信號Vy。同步檢波電路71根據移位檢測信號Vy，對與移相信號Vm'同步的信 號進行檢波。由此，角速度檢測電路61輸出對應于圍繞Y軸的角速度Ω2的角速度信號。綜上所述，在本實施方式中，由于四個驅動質量部4 7配置在相對于中心點0呈 點對稱的位置處，所以兩個驅動質量部4、5可以夾著中心點0配置在X軸方向的兩側，兩個 驅動質量部6、7可以夾著中心點0配置在Y軸方向的兩側。此外，在圓周方向上相鄰的驅 動質量部4 7彼此以相反相位振動。由此，圍繞X軸的角速度Ω 1作用時，能夠使在Y軸方向上振動的驅動質量部4、5 產生朝向Z軸方向的科里奧利力Fx。因此，角速度Ω1作用時，檢測質量部22、23在Z軸方 向上移位并振動。因此，通過使用移位檢測部30、31來檢測該振動，能夠檢測圍繞X軸的角 速度Ω1。另一方面，圍繞Y軸的角速度Ω 2作用時，能夠使在X軸方向上振動的驅動質量部 6、7產生朝向Z軸方向的科里奧利力Fy。因此，角速度Ω2作用時，檢測質量部24、25在Z 軸方向上移位并振動。因此，通過使用移位檢測部32、33來檢測該振動，能夠檢測圍繞Y軸 的角速度Ω2。由此，使用單一的角速度傳感器1，能夠檢測作用于與基板2平行的兩個軸 (X軸和Y軸)周圍的角速度Ω1、Ω2。此外，四個驅動質量部4 7配置在相對于中心點0呈點對稱的位置處，所以構成 為使在圓周方向相鄰的驅動質量部4 7反方向(相反相位)振動的結構。因此，能夠固 定四個驅動質量部4 7整體的重心位置，并且能夠抵消在四個驅動質量部4 7整體中 所產生的圓周方向的轉矩(旋轉力矩)。此時，由于連結梁8彼此連結四個驅動質量部4 7，所以例如，即使在四個驅動質量部4 7中產生了加工偏差，各驅動質量部4 7也會以 驅動振幅和相位一致的狀態振動。其結果，能夠可靠地減小四個驅動質量部4 7整體的 重心位置的變動或轉矩，驅動質量部4 7的驅動振動不會泄漏到基板2等中。由此，角速 度信號的偏移輸出變得穩定。此外，使用驅動梁13 16來支承驅動質量部4 7，使用檢測梁26 29來支承檢 測質量部22 25。因此，能夠使用獨立的個別梁(驅動梁13 16和檢測梁26 29)來 支承驅動質量部4 7和檢測質量部22 25，與使用共同的梁來支承的情況相比，能夠減 小驅動振動和檢測振動之間的耦合。因此，在移位檢測部30 33檢測出檢測質量部22 25的移位而輸出了預備性的移位檢測信號Vsl Vs4時，在該移位檢測信號Vsl Vs4中 不會混入成為噪聲信號的驅動振動的成分。其結果，例如直接對移位檢測信號Vsl Vs4進行放大時，或者使用差動放大器66、70來進行差動放大時，增益都不會因噪聲信號而飽 和。因此，由于能夠提高同步檢波之前的初始階段的放大率，所以能夠相對地減小角速度信 號中包含的噪聲信號，并且能夠獲得SN比良好的角速度信號，能夠提高角速度傳感器1的 檢測精度。進而，成為可動部的驅動質量部4 7、連結梁8、連接部9 12、驅動梁13 16、 檢測質量部22 25等構成相對于中心點0呈點對稱的形狀，并且夾著中心點0而配置在 對稱的位置處，從而驅動質量部4、6和驅動質量部5、7彼此朝相反方向振動。因此，作用了 角速度Ω1、Ω2時，檢測質量部22、24和檢測質量部23、25在Z軸方向上彼此朝相反方向 移位。相對于此，即使加速度作用于基板2的垂直方向(Z軸方向)，并且檢測質量部22 25在Z軸方向上移位，該移位所引起的移位檢測部30 33的靜電電容Csl Cs4的變化 都會成為相同值。因此，通過對移位檢測部30 33的移位檢測信號Vsl Vs4進行差動 檢測，能夠從角速度信號中消除加速度引起的成分。此外，由于驅動質量部4 7和檢測質量部22 25本身無需變形，所以能夠增加 驅動質量部4 7和檢測質量部22 25的質量來降低諧振頻率。因此，能夠增大科里奧利 力Fx、Fy所引起的檢測質量部22 25的移位量，并且能夠提高角速度Ω1、Ω 2的檢測靈 敏度。進而，能夠增加檢測質量部22 25的面積。因此，即使在使用與檢測質量部22 25在Z軸方向上對置的固定側檢測電極30Α 33Α構成了移位檢測部30 33的情況下， 也能夠增加檢測質量部22 25在Z軸方向上移位時的靜電電容Csl Cs4的變化，并能 夠提高檢測靈敏度。此外，在連結梁8上設置以放射狀延伸的四個連接部9 12，并且設置按照可以 沿長度方向移位的方式支承各連接部9 12的驅動梁13 16。因此，即使基板2中產生 畸變，也能夠由驅動梁13 16吸收該畸變，例如能夠減輕對于連結梁8的張力的影響。其 結果，驅動質量部4 7和檢測質量部22 25的諧振頻率不易產生變化，能夠減小特性變 動，并且能夠使角速度傳感器1的輸出穩定化。此外，在第1實施方式中，檢測梁26 29使用檢測質量部22 25沿基板2的厚 度方向移位時會扭轉變形的扭轉支承梁而形成。因此，例如，能夠通過在基板2的垂直方向 上加工硅材料等來形成扭轉支承梁，且能夠容易地進行加工。此外，由于扭轉支承梁使用寬 度尺寸小的細長的直線狀的梁而形成，所以存在以下傾向，即檢測梁26 29的寬度尺寸δ
容易產生偏差。假設即使寬度尺寸δ產生了偏差，則由于決定驅動質量部4 7的諧振頻率的連 結梁8和驅動梁13 16都使用同樣細長的梁而形成，所以連結梁8、驅動梁13 16以及 檢測梁26 29的寬度尺寸一起增加或減小。其結果，由于連結梁8、驅動梁13 16以及 檢測梁26 29的彈簧參數一起變化，所以驅動振動的諧振頻率和檢測振動的諧振頻率一 起變動。由此，在驅動振動和檢測振動之間諧振頻率之差不會擴大，所以能夠防止基于加工 偏差的檢測靈敏度的降低。此外，由于驅動質量部4 7以圓周形狀排列而配置，所以與徑向外側相比，在徑 向內側，驅動質量部4 7的圓周方向的長度尺寸變小。此時，由于檢測梁26 29配置在 在驅動質量部4 7中的徑向外側，所以與配置在徑向內側的情況相比，能夠增大在圓周方 向上延伸的長度尺寸。因此，能夠增加檢測梁26 29的設計自由度。
此外，檢測梁26 29使用連接用突出部22A 25A而連接于檢測質量部22 25 的徑向外側。因此，即使在通過驅動振動而向檢測質量部22 25的徑向外側作用較大的 驅動轉矩時，也能夠使用檢測梁26 29來使檢測質量部22 25和驅動質量部4 7 — 起驅動振動。此外，連結梁8設置在被四個驅動質量部4 7包圍的中心點0側，所以能夠縮短 連結梁8的全長，并能夠提高相對于基板2的垂直方向(Z軸方向)的剛性。因此，能夠防 止驅動質量部4 7和檢測質量部22 25沿基板2的垂直方向移位，并且能夠降低基于 該質量部4 7、22 25的移位的噪聲。此外，由于振動產生部17 20由設置在驅動質量部4 7中的可動側驅動電極 17A 20A和設置在基板2上的固定側驅動電極17B 20B構成，所以能夠通過作用于可 動側驅動電極17A 20A和固定側驅動電極17B 20B之間的靜電力，直接使驅動質量部 4 7移位，從而能夠使驅動質量部4 7驅動振動。此外，將移位檢測部30 33的固定側檢測電極30A 33A電連接于檢測用連接 盤34，將振動產生部17 20的固定側驅動電極17B 20B電連接于驅動用連接盤21，并 且，在驅動用連接盤21和檢測用連接盤34之間設置屏蔽連接盤40。因此，能夠使用屏蔽連 接盤40來阻止驅動用連接盤21和檢測用連接盤34之間的耦合，并且能夠阻斷它們之間的 信號的干擾。其結果，在基于移位檢測部30 33的移位檢測信號Vsl Vs4中不會混入 提供給振動產生部17 20的驅動信號Vd,能夠提高角速度Ω 1、Ω 2的檢測精度。此外，由于設置了對驅動質量部4 7的振動方向的移位進行監視的振動監視部 35 38，所以能夠使用振動監視部35 38來檢測驅動質量部4 7的振動振幅和相位。 因此，將基于振動監視部35 38的監視信號Vm可用作振動控制電路51的參考信號，能夠 實現諧振狀態的穩定化。此外，也可以將基于振動監視部35 38的監視信號Vm用作角速 度檢測電路61的參考信號(移相信號Vm')，并且能夠根據驅動質量部4 7的振動狀態 來進行正確的同步檢波。此外，在第1實施方式中，振動產生部17 20、驅動用連接盤21、移位檢測部30 33、檢測用連接盤34、振動監視部35 38、監視用連接盤39、屏蔽連接盤40等以具有對 稱性的狀態形成。因此，即使驅動信號Vd或監視信號Vm作為噪聲信號而混入移位檢測部 30 33的移位檢測信號Vsl Vs4之中，該噪聲信號相對于移位檢測信號Vsl Vs4而成 為全部相同的電平，所以也能夠容易地消除噪聲信號。另外，在第1實施方式中，在所有驅動質量部4 7中設置振動監視部35 38。 但是，本發明并不限定于此，例如，也可以是在四個驅動質量部4 7中的任一個、兩個或三 個驅動質量部中設置振動監視部的結構。此外，在第1實施方式中，由于振動產生部17 20和振動監視部35 38以相同 的形狀形成，所以還可以將振動監視部用作振動產生部。此時，能夠使對驅動質量部的驅動 力增加。接著，圖12至圖14表示本發明的第2實施方式。并且，本實施方式的特征在于， 振動產生部由設置在連結梁上的可動側驅動電極、以及與該可動側驅動電極對置地設置在 基板上的固定側驅動電極構成。另外，在本實施方式中，對于與所述第1實施方式相同的結 構要素賦予相同的附圖標記，并省略其說明。
角速度傳感器91與第1實施方式的角速度傳感器1大致相同地由基板2、驅動質 量部4 7、連結梁8、驅動梁13 16、振動產生部92、93、檢測質量部22 25、檢測梁26 29、移位檢測部30 33、振動監視部35 38等構成。振動產生部92、93位于中心點0附近且配置在連結梁8的內側。這里，振動產生 部92、93與第1實施方式的振動產生部17 20同樣地，例如由低電阻的硅材料形成。并 且，振動產生部92、93由安裝在連結梁8上的可動側驅動電極92A、93A和安裝在基板2上 的電極支承部94的固定側驅動電極92B、93B構成。此時，電極支承部94被連結梁8包圍，且被固定在基板2的中心點0附近。此夕卜， 可動側驅動電極92A、93A分別安裝在沿內徑側延長了連接部9、10的延長部9A、IOA的前端 上，且由包括多個電極板的梳齒狀電極構成。此外，固定側驅動電極92B、93B與可動側驅動 電極92A、93A對置且被安裝在電極支承部94的周圍，并由包括多個電極板的梳齒狀電極構 成。并且，以彼此嚙合的狀態設置可動側驅動電極92A、93A和固定側驅動電極92B、93B，并 通過對電極支承部94施加驅動信號來使靜電力產生作用，從而使可動側驅動電極92A、93A 和固定側驅動電極92B、93B相互接近或遠離。由此，振動產生部92、93通過作用于可動側 驅動電極92A、93A和固定側驅動電極92B、93B之間的靜電力而使連結梁8扭轉變形，從而 間接使驅動質量部4 7振動。綜上所述，在這樣構成的本實施方式中，也能夠獲得與第1實施方式大致相同的 作用效果。并且，尤其在本實施方式中，由于振動產生部92、93由可動側驅動電極92A、93A 和固定側驅動電極92B、93B構成，所以能夠通過作用于可動側驅動電極92A、93A和固定側 驅動電極92B、93B之間的靜電力而使連結梁8扭轉變形。由此，通過使連接于連結梁8的 驅動質量部4 7間接地移位，能夠使驅動質量部4 7驅動振動。此外，由于不需要在驅動質量部4 7的周圍設置振動產生部92、93，所以能夠通 過增大驅動質量部4 7和檢測質量部22 25，來提高角速度Ω1、Ω2的檢測靈敏度。另 一方面，能夠在驅動質量部4 7的周圍不設置振動產生部92、93來相應程度地小型化角 速度傳感器91整體，并且能夠減少制造成本。此外，例如，即使因電容耦合等在振動產生部92、93和移位檢測部30 33之間產 生電干擾(electric cross talk)，也能夠使該電干擾完全對稱且可使其為最小限度。其結 果，能夠減小相對于移位檢測信號Vsl Vs4的噪聲。進而，由于固定側驅動電極92B、93B只要在位于基板2的中心部(中心點0)的1 處與外部的電路(振動控制電路51)連接即可，所以能夠減少外部連接用的端子。由此，能 夠使角速度傳感器91整體小型化，并且能夠降低制造成本。另外，在第2實施方式中，使用位于連結梁8的外側且安裝在驅動質量部4 7的 周圍的振動監視部35 38來對驅動質量部4 7的振動方向的移位進行監視。但本發明 并不限定于此，例如，也可以是將振動監視部設置在連結梁的內側的結構。此時，振動監視 部例如與振動產生部92、93相同地構成，并對設置于連結梁的可動側監視電極和設置在基 板上的固定側監視電極之間的靜電電容進行檢測。接著，圖15和圖16表示本發明的第3實施方式。并且，本實施方式的特征在于， 使用應力降低連接部來將檢測梁的兩端部分別連接于檢測質量部和驅動質量部。另外，在 本實施方式中，對于與所述第1實施方式相同的結構要素賦予相同的附圖標記，并省略其說明。角速度傳感器101與第1實施方式的角速度傳感器1大致相同地由基板2、驅動質 量部4 7、連結梁8、驅動梁13 16、振動產生部17 20、檢測質量部22 25、檢測梁 102 105、移位檢測部30 33、振動監視部35 38等構成。檢測梁102 105位于比檢測質量部22 25更靠徑向外側處，且被設置在檢測 質量部22 25和驅動質量部4 7之間，并且檢測梁102 105按照可沿基板2的厚度 方向移位的方式支承來檢測質量部22 25。此外，檢測梁26 29朝向包圍中心點0的圓 周方向延伸，并且使用扭轉支承梁而形成，該扭轉支承梁在檢測質量部22 25沿基板2的 厚度方向移位時會扭轉變形。進而，檢測梁102 105由具有寬度尺寸δ并延伸為直線狀 的細長的板狀的梁而形成。此時，由于檢測質量部22 25其接近中心點0的徑向內側部 分成為自由端，所以檢測梁102 105以懸臂狀態支承檢測質量部22 25。其中，與第1實施方式的檢測梁26 29的不同點在于，相對于檢測質量部22 25分別設置了兩個檢測梁102 105。此時，兩個檢測梁102位于驅動質量部4內且沿Y 軸方向延伸，并且被分別配置在Y軸方向的兩側。同樣地，兩個檢測梁103位于驅動質量部 5內且沿Y軸方向延伸，并且分別被配置在Y軸方向的兩側。此外，兩個檢測梁104位于驅動質量部6內且沿X軸方向延伸，并且分別被配置在 X軸方向的兩側。同樣地，兩個檢測梁105位于驅動質量部7內且沿X軸方向延伸，并且分 別被配置在X軸方向的兩側。此外，各檢測梁102的一端部側位于檢測質量部22中的Y軸方向的中心部，且使 用作為應力降低連接部的L型梁106而連接于檢測質量部22。進而，各檢測梁102的另一 端側分別位于檢測質量部22中的Y軸方向的兩端部側，且使用L型梁106而連接于驅動質
量部4。同樣地，各個檢測梁103的一端部側位于檢測質量部23中的Y軸方向的中心部， 且使用作為應力降低連接部的L型梁107而連接于檢測質量部23。進而，各個檢測梁103 的另一端側分別位于檢測質量部23中的Y軸方向的兩端部側，且使用L型梁107而連接于 驅動質量部5。此外，各個檢測梁104的一端部側位于檢測質量部24中的X軸方向的中心部，且 使用作為應力降低連接部的L型梁108而連接于檢測質量部24。進而，各個檢測梁104的 另一端側分別位于檢測質量部24中的X軸方向的兩端部側，且使用L型梁108而連接于驅 動質量部6。同樣地，各個檢測梁105的一端部側位于檢測質量部25中的X軸方向的中心部， 且使用作為應力降低連接部的L型梁109而連接于檢測質量部25。進而，各個檢測梁105 的另一端側分別位于檢測質量部25中的X軸方向的兩端部側，且使用L型梁109而連接于 驅動質量部7。此時，L型梁106、107例如自檢測梁102、103彎曲成L字形狀。由此，檢測梁102、 103的兩端側以相對于成為其長度方向的Y軸方向具有自由度的狀態受到支承。同樣地，L 型梁108、109例如自檢測梁104、105彎曲成L字形狀。由此，檢測梁104、105的兩端側以 相對于成為其長度方向的X軸方向具有自由度的狀態受到支承。其結果，在檢測梁102 105扭轉變形時，由于檢測梁102 105的兩端側能夠沿長度方向移位，所以能夠減小作用于檢測梁102 105的兩端側的畸變和應力。綜上所述，在這樣構成的本實施方式中，也能夠獲得與第1實施方向大致相同的 作用效果。并且，尤其在本實施方式中，檢測梁102 105的兩端側使用L型梁106 109 分別連接于檢測質量部22 25和驅動質量部4 7，所以能夠減小角速度傳感器101的靈
敏度偏差。這里，詳細說明L型梁106 109和靈敏度偏差之間的關系。首先，在如第1實施 方式所述，在固定了檢測梁26 29的兩端的情況下，通過作用于固定部分的應力來阻止檢 測梁26 29的扭轉變形。因此，檢測梁26 29的厚度尺寸產生了變化時，相對于該厚度 尺寸的變化量的諧振頻率的變化增加。其結果，存在以下傾向，即加工偏差對驅動模式和檢 測模式的諧振頻率差所帶來的影響增加。相對于此，在本實施方式中，由于檢測梁102 105的兩端側使用L型梁106 109而分別連接于檢測質量部22 25和驅動質量部4 7，所以檢測梁102 105扭轉變 形時，能夠減小作用于檢測梁102 105的兩端側的畸變和應力。由此，能夠減少厚度尺寸 的加工偏差對驅動模式和檢測模式的諧振頻率差所帶來的影響，并且能夠減少角速度傳感 器101的靈敏度偏差。另外，在第3實施方式中，使用L型梁106 109而構成了應力降低連接部。但本 發明并不限定于此，應力降低連接部只要是在檢測梁的長度方向(扭轉軸方向)上具有自 由度的結構即可。因此，例如圖17所示的第1變形例那樣，也可以使用檢測梁102'的端部 側變成T字形狀的T型梁106'來構成應力降低連接部。此外，在第3實施方式中，使用直線狀延伸的扭轉支承梁來形成了檢測梁102 105。但本發明并不限定于此，例如圖18所示的第2變形例那樣，也可以使用折疊一次或多 次的形狀的扭轉支承梁來形成檢測梁102"。此外，在所述各實施方式中，使用檢測質量部22 25沿基板2的厚度方向移位時
會扭轉變形的扭轉支承梁來形成了檢測梁26 29、102 105。但本發明并不限定于此，例
如也可以使用檢測質量部沿基板的厚度方向移位時會彎曲變形的彎曲支承梁來形成檢測 M
TTC。此外，在所述各實施方式中，連結梁8形成為圓形的框狀。但本發明并不限定于 此，也可以像圖19所示的第3變形例的角速度傳感器111那樣，例如以四角形的框狀形成 連結梁112，也可以形成為四角形以上的多角形的框狀。此時，優選例如八角形、十二角形 等，連結梁形成為具有4的倍數的角的多角形的框狀。此外，在所述各實施方式中，連結梁8設置在被驅動質量部4 7包圍的中心點0 側(內徑側)。但本發明并不限定于此，也可以是如圖20所示的第4變形例的角速度傳感 器121那樣，例如在包圍驅動質量部4 7的外徑側設置連結梁122。
權利要求
一種角速度傳感器，由以下單元構成基板；四個驅動質量部，與該基板間隔對置，并且配置在以中心部作為中心的圓周方向的不同位置上，且配置在相對于中心部呈點對稱的位置上；連結梁，其相互連結這四個驅動質量部，在這四個驅動質量部朝向與所述基板平行的方向移位時會彎曲變形；四個連接部，以所述中心部作為中心而延伸為放射狀，并且分別位于在圓周方向上相鄰的兩個驅動質量部之間且連接于該連結梁；驅動梁，其分別設置在這四個連接部上，且在所述連結梁彎曲變形時，按照在長度方向上可使各連接部移位的方式支承各連接部；驅動單元，其在圓周方向上相鄰的驅動質量部成為相反相位的狀態下，使所述四個驅動質量部朝向包圍中心部的圓周方向振動；檢測質量部，其分別設置在所述四個驅動質量部中；檢測梁，其設置在該檢測質量部和所述驅動質量部之間，且按照在基板的厚度方向上可使檢測質量部移位的方式支承該檢測質量部；和移位檢測單元，其檢測所述檢測質量部在所述基板的厚度方向上的移位。
2.根據權利要求1所述的角速度傳感器，其中，所述檢測梁朝向包圍所述中心部的圓周方向延伸，且使用扭轉支承梁而形成，該扭轉 支承梁在所述檢測質量部沿基板的厚度方向移位時扭轉變形。
3.根據權利要求2所述的角速度傳感器，其中，所述檢測梁構成為使用在扭轉變形時降低作用于該檢測梁的端部側的應力的應力降 低連接部，分別與所述檢測質量部和驅動質量部連接。
4.根據權利要求1、2或3所述的角速度傳感器，其中，所述連結梁構成為被設置在由所述四個驅動質量部包圍的中心部側。
5.根據權利要求1、2或3所述的角速度傳感器，其中，所述驅動單元由設置在所述驅動質量部的可動側驅動電極和與該可動側驅動電極對 置地設置在所述基板上的固定側驅動電極構成，并且通過作用于可動側驅動電極和固定側 驅動電極之間的靜電力，使所述驅動質量部振動。
6.根據權利要求5所述的角速度傳感器，其中，所述移位檢測單元使用在厚度方向上與所述檢測質量部對置的固定側檢測電極而構成，該移位檢測單元的固定側檢測電極電連接于設置在所述基板上的檢測用連接盤， 所述驅動單元的固定側驅動電極電連接于設置在所述基板上的驅動用連接盤， 在該驅動用連接盤和檢測用連接盤之間，設置用于阻斷信號的干擾的屏蔽連接盤。
7.根據權利要求1、2或3所述的角速度傳感器，其中，所述驅動單元由設置在所述連結梁中的可動側驅動電極和與該可動側驅動電極對置 地設置在所述基板上的固定側驅動電極構成，并且通過作用于可動側驅動電極和固定側驅 動電極之間的靜電力，使所述連結梁彎曲變形，從而使所述驅動質量部振動。
8.根據權利要求1、2或3所述的角速度傳感器，其中，在所述驅動質量部的周圍，設置用于監視該驅動質量部的振動方向的移位的監視單元，該監視單元由設置在所述驅動質量部上的可動側監視電極和與該可動側監視電極對 置地設置在所述基板上的固定側監視電極構成，并且通過使用可動側監視電極和固定側監 視電極之間的靜電電容，檢測所述驅動質量部的移位。
全文摘要
一種角速度傳感器，在基板(2)的表面，相對中心點(O)呈點對稱的位置上設置驅動質量部(4～7)。驅動質量部(4～7)彼此連結連結梁(8)。連結梁(8)使用連接部(9～12)和驅動梁(13～16)來可彎曲地支承。在驅動質量部(4～7)的內側設置檢測質量部(22～25)，檢測質量部(22～25)使用檢測梁(26～29)而在Z軸方向上可移位地支承。在圓周方向上相鄰的驅動質量部(4～7)通過振動產生部(17～20)彼此以相反相位振動。在該狀態下，施加角速度(Ω1、Ω2)，則檢測質量部(22～25)沿基板(2)的厚度方向移位并振動。移位檢測部(30～33)檢測厚度方向上的檢測質量部(22～25)的移位。
文檔編號G01P9/04GK101910789SQ20088012426
公開日2010年12月8日 申請日期2008年12月12日 優先權日2008年1月7日
發明者持田洋一, 田村昌彌 申請人:株式會社村田制作所
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