DE10300682B4 - Winkelgeschwindigkeitssensor - Google Patents

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electrode
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Yoichi Nagaokakyo Mochida
Yoshihiro Nagaokakyo Konaka
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Murata Manufacturing Co Ltd
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    • G01C19/574Structural details or topology the devices having two sensing masses in anti-phase motion

Abstract

Winkelgeschwindigkeitssensor mit folgenden Merkmalen:
einem Substrat (1; 51; 121; 171);
vier Massebauteilen (2, 6, 10, 11; 52, 56, 60, 61; 122, 126, 130, 134; 172, 173, 174, 178), wobei die Massebauteile entlang einer Y-Achsenrichtung angeordnet sind, wenn eine X-, Y- und Z-Achse, die orthogonal zueinander sind, definiert sind, und ein Zwischenraum zwischen dem Substrat und den Massebauteilen vorgesehen ist, wobei die Massebauteile symmetrisch um die Mittelposition, die durch den Gesamtschwerpunkt festgelegt ist, in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind;
Halteträgern (12; 62; 182), die die Massebauteile derart verbinden, daß sich die Massebauteile in der X-Achsenrichtung bewegen können;
einem Befestigungsbauteil (14; 64; 101; 141; 185), das zwischen dem Substrat und den Halteträgern angeordnet ist, um die Halteträger an dem Substrat zu befestigen, wobei das Befestigungsbauteil (14; 64; 101; 141; 185) über Armabschnitte (14c; 64c; 141c; 185c) mit den Halteträgern (12; 62; 182) verbunden ist und wobei durch die Armabschnitte...

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Winkelgeschwindigkeitssensor, der geeignet zur Verwendung beim Erfassen einer Winkelgeschwindigkeit ist.
  • Als ein erstes Beispiel eines bekannten Winkelgeschwindigkeitssensors offenbart die japanische ungeprüfte Patentanmeldung Nr. 5-312576 einen Winkelgeschwindigkeitssensor, der ein Substrat, ein Massebauteil, das durch Halteträger gehalten wird, die an dem Substrat befestigt sind, derart, daß sich das Massebauteil in zwei orthogonalen Richtungen bewegen kann, einen Schwingungsgenerator zum Versetzen des Massebauteils in einer Schwingungsrichtung in eine Schwingung, die eine der beiden orthogonalen Richtungen ist, die parallel zu dem Substrat ist, und einen Winkelgeschwindigkeitsdetektor umfaßt, der eine Winkelgeschwindigkeit auf der Basis einer Verschiebung des Massebauteils in einer Erfassungsrichtung erfaßt, die orthogonal zu der Schwingungsrichtung ist.
  • Bei einem derartigen Winkelgeschwindigkeitssensor wird unter der X- und Y-Achse, die parallel zu dem Substrat sind, und einer Z-Achse, die orthogonal zu dem Substrat ist, das Massebauteil in z. B. der X-Achsenrichtung mit einer vorbestimmten Amplitude in eine Schwingung versetzt. Wenn eine Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse an das Massebauteil angelegt wird, während dasselbe auf die oben beschriebene Weise schwingt, wird eine Coriolis-Kraft in der Y-Achsenrichtung an das Massebauteil angelegt. Folglich bewegt sich das Massebauteil in der Y-Achsenrichtung und der Winkelgeschwindigkeitsdetektor erfaßt die Verschiebung des Massebauteils auf der Basis einer Kapazitätsveränderung und gibt ein Erfassungssignal aus, das der Winkelgeschwindigkeit entspricht.
  • In diesem Fall wird das Massebauteil durch die Halteträger gehalten, die auf dem Substrat auf eine derartige Weise vorgesehen sind, daß das Massebauteil sich in der X-Achsenrichtung bewegen (schwingen) kann. Ein Ende jedes Halteträgers ist an dem Substrat befestigt und das andere Ende ist mit dem Massebauteil verbunden. Während der Winkelgeschwindigkeitssensor aktiviert ist, werden die Halteträger derart ausgelenkt oder abgelenkt, daß das Massebauteil in der X-Achsenrichtung schwingt.
  • Als ein zweites Beispiel eines bekannten Winkelgeschwindigkeitssensors offenbart die japanische ungeprüfte Patentanmeldung Nr. 7-218268 einen Winkelgeschwindigkeitssensor, der ein Stimmgabelgyroskop genannt wird, bei dem ein Paar von Massebauteilen über einem Substrat angeordnet ist und in entgegengesetzten Phasen in eine Schwingung versetzt wird, so daß Schwingungen der Massebauteile, die über Halteträger an das Substrat übertragen werden, einander aufheben.
  • In einem derartigen Fall sind die Halteträger in einer komplexen Form gebildet, die eine Mehrzahl von gebogenen Abschnitten aufweist, um jedes der Massebauteile in einer vorbestimmten Position zu halten. Ein Ende jedes Halteträgers ist in zwei Abschnitte unterteilt, die mit den beiden Massebauteilen verbunden sind.
  • Bei dem oben beschriebenen ersten Beispiel ist das Massebauteil durch die Halteträger mit dem Substrat verbunden. Deshalb wird, wenn das Massebauteil über dem Substrat schwingt, die Schwingung ohne weiteres über die Halteträger an das Substrat übertragen.
  • Folglich wird, wenn der Winkelgeschwindigkeitssensor aktiviert ist, Schwingungsenergie auf das Substrat übertragen und die Amplitude und die Schwingungsgeschwindigkeit des Massebauteils werden reduziert. So wird auch die Coriolis- Kraft aufgrund der Winkelgeschwindigkeit reduziert und die Erfassungsempfindlichkeit nimmt ab. Zusätzlich kann, wenn die Schwingung an das Substrat übertragen wird, das Massebauteil aufgrund der Schwingung des Substrates in der Erfassungsrichtung schwingen, selbst wenn keine Winkelgeschwindigkeit angelegt wird. Folglich umfaßt die erfaßte Winkelgeschwindigkeit oft einen Fehler, wobei die Zuverlässigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors abnimmt.
  • Bei dem oben beschriebenen zweiten Beispiel werden die Massebauteile in entgegengesetzten Phasen in eine Schwingung versetzt, so daß die Schwingungen der Massebauteile, die auf das Substrat übertragen werden, einander aufheben. Die Massebauteile jedoch werden durch die Halteträger gehalten, die eine komplexe Form mit gebogenen Abschnitten aufweisen, wobei es schwierig ist, die Halteträger herzustellen, die die gleiche Größe, Form, Ablenkungscharakteristika usw. aufweisen.
  • Folglich können bei dem zweiten Beispiel die Massebauteile aufgrund der Differenz der Größe zwischen den Halteträgern, Verarbeitungsfehlern usw. auf unterschiedliche Weisen schwingen. In einem derartigen Fall können die Schwingungen der Massebauteile, die über die Halteträger auf das Substrat übertragen werden, einander nicht zuverlässig aufheben.
  • Andererseits können sich, wenn aufgrund einer externen Kraft eine Beschleunigung an den Winkelgeschwindigkeitssensor in der Y-Achsenrichtung angelegt wird, wie z. B. einer Stoßkraft, während der Winkelgeschwindigkeitssensor aktiviert ist, die Massebauteile nicht nur durch die Coriolis-Kraft in der Y-Achsenrichtung bewegen, die durch die Winkelgeschwindigkeit bewirkt wird, sondern außerdem durch eine Trägheitskraft, die durch die Beschleunigung bewirkt wird. In einem derartigen Fall wird die Winkelgeschwindigkeit, obwohl die erfaßte Verschiebung sowohl eine Winkelgeschwindigkeitskomponente als auch eine Beschleunigungskom ponente umfaßt, auf der Basis der erfaßten Verschiebung bestimmt.
  • Deshalb bewirkt selbst ein kleiner Stoß, der an den Winkelgeschwindigkeitssensor angelegt wird, einen Fehler, der der Beschleunigungskomponente in dem Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal entspricht, und senkt die Genauigkeit beim Erfassen der Winkelgeschwindigkeit. Folglich ist es schwierig, die Zuverlässigkeit sicherzustellen.
  • Wenn die Beschleunigung, die an den Winkelgeschwindigkeitssensor angelegt wird, eine Frequenzkomponente umfaßt, die nahe der Schwingungsfrequenz der Massebauteile ist, kann der Fehler aufgrund der Beschleunigungskomponenten selbst durch eine Signalverarbeitung, wie z. B. eine synchrone Erfassung, nicht zuverlässig entfernt werden, bei der das Erfassungssignal synchron mit einer Periode gleichgerichtet wird, die der Schwingungsfrequenz entspricht, und integriert wird, um die Winkelgeschwindigkeitskomponente zu trennen.
  • Aus der EP 1039264 A2 ist ein Winkelgeschwindigkeitssensor bekannt, der ein Trägersubstrat und einen Trägerbefestigungsabschnitt, der in dem Trägersubstrat angeordnet ist, aufweist. Ein erster Befestigungsarm ist mit dem Trägerbefestigungsabschnitt verbunden und tragt einen ersten Schwinger. Ein zweiter Trägerarm ist mit dem ersten Schwinger verbunden und trägt einen zweiten Schwinger, der in einer Richtung, in der eine Coriolis-Kraft erzeugt wird, schwingt. Antriebselektroden sind vorgesehen, um den ersten Schwinger und den zweiten Schwinger in eine vorbestimmte Richtung zu treiben. Ferner sind Erfassungselektroden vorgesehen, um eine Ablenkung des zweiten Schwingers aufgrund einer Coriolis-Kraft zu erfassen. Der erste Trägerarm erstreckt sich zumindest in einer Richtung senkrecht zu der Schwingrichtung des ersten Schwingers, wobei beide Enden des ersten Trägerarms mit dem ersten Schwinger verbunden sind, während ein dazwischenliegender Abschnitt des ersten Trägerarms mit dem Trägerbefestigungsabschnitt verbunden ist.
  • In der DE 10040418 A1 ist ein Drehratensensor beschrieben, der einen Primärschwinger, eine Probemasse und einen Sekundärschwinger umfasst. Der Primärschwinger ist so aufgehängt, dass er lediglich eine Primärschwingung ausführen kann, und der Sekundärschwinger ist so aufgehängt, dass er nur eine Sekundärschwingung ausführen kann. Der Primärschwinger ist mit der Probemasse derart verbunden, dass zwar die Primärschwingung übertragen wird, nicht jedoch die Sekundärschwingung der Probemasse auf den Primärschwinger übertragen wird. Der Sekundärschwinger ist mit der Probemasse derart verbunden, dass zwar die Sekundärschwingung von der Probemasse auf den Sekundärschwinger übertragen wird, nicht jedoch die Primärschwingung.
  • Aus der DE 4442033 A1 ist ein Drehratensensor bekannt, der aus einer Schwingmasse besteht, auf der ein Beschleunigungssensor so angeordnet ist, dass der Beschleunigungssensor parallel zur Oberfläche der Schwingmasse auslenkbar ist, so dass eine Messung der Corioliskraft parallel zur Oberfläche möglich ist.
  • Die UA 6044707 beschreibt einen Winkelgeschwindigkeitssensor, bei dem ein erster Schwingkörper durch ein Siliziumsubstrat gehalten wird, um in einer ersten Richtung beweglich und in einer zweiten Richtung unbeweglich zu sein. Ein zweiter Schwingkörper wird durch den ersten Schwingkörper gehalten, um in der ersten Richtung unbeweglich zu sein und um in der zweiten Richtung beweglich zu sein. Eine Treiberanordnung zum Treiben des ersten Schwingkörpers in der ersten Richtung und eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Verschiebung des zweiten Schwingkörpers in der zweiten Richtung sind vorgesehen.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Winkelgeschwindigkeitssensor zu schaffen, der trotz einer angelegten Beschleunigung an denselben eine genaue Winkelgeschwindigkeit erfassen kann.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Angesichts der oben beschriebenen Probleme bekannter Techniken besteht ein Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, daß sie einen Winkelgeschwindigkeitssensor mit hoher Empfindlichkeit, hoher Genauigkeit und hoher Zuverlässigkeit schafft, der verhindert, daß Schwingungen von Massebauteilen über Halteträger auf ein Substrat übertragen werden, und bei dem die Massebauteile mit einem stabilen Schwingungszustand schwingen.
  • Erfindungsgemäß können die vier Massebauteile miteinander durch die Halteträger entlang der Y-Achsenrichtung verbunden sein, die orthogonal zu der Schwingungsrichtung (X-Achsenrichtung) ist. Durch ein Versetzen zumindest eines der Massebauteile durch den Schwingungsgenerator in eine Schwingung können die vier Massebauteile derart in eine Schwingung versetzt werden, daß zwei benachbarte Massebauteile in entgegengesetzten Phasen sind. Die Halteträger, die die Massebauteile verbinden, sind mit Schwingungsknoten versehen, die in vorbestimmten Positionen beibehalten werden, wenn die Halteträger gemeinsam mit den Massebauteilen schwingen.
  • Da die beiden Massebauteile, die symmetrisch um die Mittelachse angeordnet sind (in der Mittelregion oder außer halb in der Y-Achsenrichtung), in entgegengesetzten Phasen schwingen, bewegen sich diese beiden Massebauteile aufgrund einer Coriolis-Kraft in den entgegengesetzten Richtungen, wenn die Winkelgeschwindigkeit angelegt wird, und bewegen sich aufgrund einer Trägheitskraft in der gleichen Richtung, wenn eine Beschleunigung angelegt wird. Deshalb können die Verschiebungen derselben in der gleichen Richtung (Beschleunigungskomponenten) durch ein Berechnen der Differenz zwischen den Verschiebungen dieser beiden Massebauteile aufgehoben werden, wobei die Winkelgeschwindigkeit separat von der Beschleunigung erfaßt werden kann.
  • Zusätzlich kann, da die vier Massebauteile entlang der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, der Gesamtschwerpunkt bzw. die Gesamtschwerkraftmitte der vier Massebauteile an einer im wesentlichen bestimmten Position beibehalten werden, während die Massebauteile schwingen. Folglich können die Massebauteile in einem stabilen Schwingungszustand schwingen und es kann verhindert werden, daß die Schwingungen derselben auf das Substrat übertragen werden. Die beiden Massebauteile, die symmetrisch um die Mittelposition in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, sind vorzugsweise derart gebildet, daß die Formen derselben symmetrisch hinsichtlich des Gesamtschwerpunkts der vier Massebauteile sind. In einem derartigen Fall sind die Resonanzfrequenzen und die Größen der Verformung aufgrund der Temperaturveränderung der beiden Massebauteile, die in der Mittelregion angeordnet sind, im wesentlichen gleich. Deshalb bewegen sich die beiden Massebauteile, die in der Mittelregion angeordnet sind, um im wesentlichen die gleiche Strecke, wenn eine Beschleunigung angelegt wird. Als ein Ergebnis können die Beschleunigungskomponenten zuverlässig durch ein Berechnen der Differenz zwischen den Verschiebungen der beiden Massebauteile, die in der Mittelregion angeordnet sind, beseitigt werden, wobei die Erfassungsgenauigkeit der Winkelgeschwindigkeit erhöht werden kann.
  • Wie oben beschrieben wurde, sind gemäß der vorliegenden Erfindung die vier Massebauteile durch die Halteträger verbunden und werden in der X-Achsenrichtung derart in eine Schwingung versetzt, daß zwei benachbarte Massebauteile in entgegengesetzten Phasen sind. Die vier Massebauteile sind vorzugsweise derart gebildet, daß die Formen derselben in der Y-Achsenrichtung symmetrisch hinsichtlich des Gesamtschwerpunkts sind. In einem derartigen Fall können die vier Massebauteile derart in einem stabilen Schwingungszustand schwingen, daß zwei benachbarte Massebauteile in entgegengesetzten Phasen sind, während der Gesamtschwerpunkt an einer im wesentlichen konstanten Position beibehalten wird. Folglich können die Massebauteile mit einem guten Gleichgewicht schwingen und Gegenkräfte oder Rückstellkräfte, die erzeugt werden, während die Massebauteile schwingen, können einander zuverlässig aufheben. Deshalb kann zuverlässiger verhindert werden, daß die Schwingungen auf das Substrat übertragen werden. Zusätzlich können, selbst wenn es kleine Abmessungsfehler oder Verarbeitungsfehler gibt, Differenzen der Resonanzfrequenzen usw. zwischen den Massebauteilen aufgrund derartiger Fehler durch ihre symmetrischen Formen ausgeglichen werden. Folglich bewegen sich, wenn die Beschleunigung aufgrund einer externen Schwingung, Stoß usw. angelegt wird, die Massebauteile, die in entgegengesetzten Phasen schwingen, um im wesentlichen die gleiche Strecke, wobei die Verschiebungen aufgrund der Beschleunigung zuverlässig durch den Winkelgeschwindigkeitsdetektor aufgehoben werden können. Deshalb kann die Winkelgeschwindigkeit genau separat von der Beschleunigung erfaßt werden, wobei die Leistung und die Zuverlässigkeit des Sensors verbessert werden können.
  • Bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor der vorliegenden Erfindung erfaßt vorzugsweise der Winkelgeschwindigkeitsdetektor eine Winkelgeschwindigkeit auf der Basis von Verschiebungen zweier der vier Massebauteile, die in der Mittelregion in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, wenn die beiden Massebauteile, die in der Mittelregion angeord net sind, sich durch die Winkelgeschwindigkeit in zumindest entweder der Y- oder der X-Achsenrichtung bewegen.
  • Bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor der vorliegenden Erfindung sind die Halteträger vorzugsweise durch das Befestigungsbauteil an Teilen an dem Substrat befestigt, die Knoten der Halteträger entsprechen, wenn die Massebauteile derart schwingen, daß zwei benachbarte Massebauteile in entgegengesetzten Phasen sind.
  • Da das Befestigungsbauteil die Halteträger an Positionen an dem Substrat befestigt, die den Knoten der Halteträger entsprechen, wenn die Massebauteile schwingen, kann zuverlässig verhindert werden, daß die Schwingungen der Massebauteile über die Halteträger auf das Substrat übertragen werden, wobei die Erfassungsgenauigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors weiter erhöht werden kann.
  • Zusätzlich sind gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise die vier Massebauteile linear in der Y-Achsenrichtung angeordnet, wobei die Halteträger sich linear in der Y-Achsenrichtung erstrecken und die Massebauteile verbinden.
  • Folglich wird, wenn z. B. eines der Massebauteile in der X-Achsenrichtung in eine Schwingung versetzt wird, die Schwingung desselben wirksam über die Halteträger an die anderen Massebauteile übertragen. So können die Massebauteile derart in eine Schwingung versetzt werden, daß zwei benachbarte Massebauteile mit einer einfachen Struktur in entgegengesetzten Phasen sind. Zusätzlich kann der Schwingungszustand (Schwingungsmodus) jedes Massebauteils durch die Ablenkung der linearen Halteträger bestimmt werden. Folglich können, selbst wenn es kleine Verarbeitungsfehler in den Massebauteilen gibt, die beiden Massebauteile, die in der Mittelregion angeordnet sind, mit im wesentlichen der gleichen Amplitude in eine Schwingung versetzt werden, wobei eine stabile Erfassungsempfindlichkeit erzielt werden kann.
  • Zusätzlich bestehen gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise die vier Massebauteile aus einem Paar von Massebauteilen, die in der Mittelregion in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, und einem Paar von Massebauteilen, die in Positionen außerhalb der Massebauteile angeordnet sind, die in der Mittelregion angeordnet sind, wobei sich ein erstes Paar, das aus den beiden Paaren von Massebauteilen ausgewählt ist, gemäß einer Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse in der Y-Achsenrichtung bewegt, und wobei sich ein zweites Paar der zwei Paare von Massebauteilen gemäß einer Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse in der Z-Achsenrichtung bewegt. Zusätzlich umfaßt der Winkelgeschwindigkeitsdetektor ein erstes Winkelgeschwindigkeitsdetektorelement zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse auf der Basis von Verschiebungen des ersten Paars von Massebauteilen und ein zweites Winkelgeschwindigkeitsdetektorelement zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse auf der Basis von Verschiebungen des zweiten Paars von Massebauteilen.
  • Folglich kann die Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse z. B. durch die Massebauteile erfaßt werden, die in der Mittelregion angeordnet sind, während die Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse durch die Massebauteile erfaßt wird, die außerhalb angeordnet sind. Alternativ kann die Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse durch die Massebauteile erfaßt werden, die in der Mittelregion angeordnet sind, während die Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse durch die Massebauteile erfaßt wird, die außerhalb angeordnet sind. So dient der Winkelgeschwindigkeitssensor als ein Zweiachsen-Winkelgeschwindigkeitssensor, der Winkelgeschwindigkeiten einzeln um zwei Achsen erfaßt. Zusätzlich kann die Gesamtgröße des Zweiachsen-Winkelgeschwindigkeitssensors reduziert werden, wobei Signalverarbeitungsschaltungen und eine elektrische Verdrahtung für den Sensor einfacher gemacht werden können.
  • Zusätzlich umfaßt gemäß der vorliegenden Erfindung jedes der beiden Massebauteile, die in der Mittelregion angeordnet sind, vorzugsweise einen Mittelrahmen, der eine Rahmenform aufweist, und einen Horizontalvibrator, der im Inneren des Mittelrahmens angeordnet ist, derart, daß der Horizontalvibrator in der Y-Achsenrichtung entlang des Substrates schwingen kann, wobei der Winkelgeschwindigkeitsdetektor eine Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse auf der Basis von Verschiebungen der Horizontalvibratoren in der Y-Achsenrichtung erfaßt.
  • Folglich schwingt, während die Winkelgeschwindigkeit nicht angelegt wird, der Vibrator nur in der X-Achsenrichtung in dem Mittelrahmen, selbst wenn die Halteträger abgelenkt werden. So kann verhindert werden, daß die Ablenkung der Halteträger auf den Vibrator als eine Verschiebung in der Y-Achsenrichtung übertragen wird, wobei die Erfassungsgenauigkeit der Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse weiter erhöht werden kann.
  • Zusätzlich umfaßt gemäß der vorliegenden Erfindung der Winkelgeschwindigkeitsdetektor vorzugsweise einen ersten und einen zweiten Verschiebungsdetektor zum Erfassen einer Verschiebung in der Y-Achsenrichtung des Horizontalvibrators eines der beiden Massebauteile, die in der Mittelregion angeordnet sind, sowie einen dritten und einen vierten Verschiebungsdetektor zum Erfassen einer Verschiebung in der Y-Achsenrichtung eines Horizontalvibrators des anderen der beiden Massebauteile, die in der Mittelregion angeordnet sind.
  • Da die beiden Massebauteile, die in der Mittelregion in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, in entgegengesetzten Phasen schwingen, bewegen sich dieselben aufgrund der Coriolis-Kraft in den entgegengesetzten Richtungen, wenn eine Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse angelegt wird, und bewegen sich aufgrund der Trägheitskraft in der gleichen Richtung, wenn eine Beschleunigung in der Y- Achsenrichtung angelegt wird. Folglich können durch ein Hinzufügen oder Erhalten der Differenz zwischen der Verschiebung des Horizontalvibrators, die durch den ersten und den zweiten Verschiebungsdetektor erfaßt wird, und der Verschiebung des anderen Horizontalvibrators, die durch den dritten und den vierten Verschiebungsdetektor erfaßt wird, die Verschiebungen in der gleichen Richtung (Beschleunigungskomponenten) aufgehoben und beseitigt werden, so daß die Winkelgeschwindigkeit separat von der Beschleunigung erfaßt werden kann, wobei Veränderungen von Empfindlichkeiten aufgrund einer thermischen Verzerrung oder Störung beseitigt werden können.
  • Zusätzlich umfassen gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise der erste und der zweite Verschiebungsdetektor eine erste und eine zweite feste Erfassungselektrode und eine erste bzw. eine zweite bewegbare Erfassungselektrode, wobei die erste und die zweite feste Elektrode an dem Substrat vorgesehen sind und die erste und die zweite bewegbare Elektrode an dem entsprechenden Horizontalvibrator vorgesehen sind und der ersten bzw. zweiten festen Erfassungselektrode mit Zwischenräumen zwischen denselben in der Y-Achsenrichtung zugewandt sind. Wenn die Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse angelegt wird, bewegt sich die bewegbare Erfassungselektrode in einem des ersten und des zweiten Verschiebungsdetektors in Richtung der festen Erfassungselektrode und die bewegbare Erfassungselektrode in dem anderen des ersten und des zweiten Verschiebungsdetektors bewegt sich weg von der festen Erfassungselektrode. Zusätzlich umfassen vorzugsweise der dritte und der vierte Verschiebungsdetektor eine dritte und eine vierte feste Erfassungselektrode und eine dritte bzw. eine vierte bewegbare Erfassungselektrode, wobei die dritte und die vierte feste Elektrode auf dem Substrat vorgesehen sind und die dritte und die vierte bewegbare Elektrode auf dem entsprechenden Horizontalvibrator vorgesehen sind und der dritten bzw. vierten festen Erfassungselektrode mit Zwischenräumen zwischen denselben in der Y-Achsenrichtung zugewandt sind.
  • Wenn die Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse angelegt wird, bewegt sich die bewegbare Erfassungselektrode in einem des dritten und des vierten Verschiebungsdetektors in Richtung der festen Erfassungselektrode und die bewegbare Erfassungselektrode in dem anderen des dritten und des vierten Verschiebungsdetektors bewegt sich weg von der festen Erfassungselektrode.
  • Folglich nimmt, wenn eine Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse angelegt wird, die Kapazität zwischen der festen Erfassungselektrode und der bewegbaren Erfassungselektrode z. B. in dem ersten und dem dritten Verschiebungsdetektor zu, während die Kapazität zwischen der festen Erfassungselektrode und der bewegbaren Erfassungselektrode in dem zweiten und dem vierten Verschiebungsdetektor abnimmt. In einem derartigen Fall nimmt, wenn eine Beschleunigung in der Y-Achsenrichtung angelegt wird, die Kapazität zwischen der festen Erfassungselektrode und der bewegbaren Erfassungselektrode z. B. in dem ersten und dem vierten Verschiebungsdetektor zu, während die Kapazität zwischen der festen Erfassungselektrode und der bewegbaren Erfassungselektrode in dem zweiten und dem dritten Verschiebungsdetektor abnimmt.
  • Folglich können die Beschleunigungskomponenten durch ein Hinzufügen der Kapazitäten in dem ersten und dem dritten Verschiebungsdetektor und ein Hinzufügen der Kapazitäten in dem zweiten und dem vierten Verschiebungsdetektor aufgehoben und beseitigt werden, so daß die Winkelgeschwindigkeit separat von der Beschleunigung erfaßt werden kann. Zusätzlich kann, da die Summe der Kapazitäten bei dem ersten und dritten Verschiebungsdetektor und die Summe der Kapazitäten bei dem zweiten und dem vierten Verschiebungsdetektor in den entgegengesetzten Phasen variieren (zu- und abnimmt), ein Signal, das der Winkelgeschwindigkeit entspricht, vergrößert werden, indem die Differenz zwischen diesen beiden Summen erhalten wird.
  • Zusätzlich umfaßt der Winkelgeschwindigkeitsdetektor gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise einen ersten Verschiebungsdetektor zum Erfassen einer Verschiebung in der Y-Achsenrichtung des Horizontalvibrators eines der beiden Massebauteile, die in der Mittelregion angeordnet sind, und einen zweiten Verschiebungsdetektor zum Erfassen einer Verschiebung in der Y-Achsenrichtung des Horizontalvibrators des anderen der beiden Massebauteile, die in der Mittelregion angeordnet sind. Der erste Verschiebungsdetektor umfaßt eine erste feste Erfassungselektrode, die auf dem Substrat vorgesehen ist, und eine erste bewegbare Erfassungselektrode, die an dem entsprechenden Horizontalvibrator vorgesehen ist, und der ersten festen Erfassungselektrode mit einem Zwischenraum zwischen denselben in der Y-Achsenrichtung zugewandt ist, wobei der zweite Verschiebungsdetektor eine zweite feste Erfassungselektrode, die auf dem Substrat vorgesehen ist, und eine zweite bewegbare Erfassungselektrode umfaßt, die an dem entsprechenden Horizontalvibrator vorgesehen ist und der zweiten festen Erfassungselektrode mit einem Zwischenraum zwischen denselben in der Y-Achsenrichtung zugewandt ist.
  • Da die beiden Massebauteile, die in der Mittelregion in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, in entgegengesetzten Phasen schwingen, bewegen sich dieselben in den entgegengesetzten Richtungen, wenn eine Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse angelegt wird. Wenn jeder der beiden Verschiebungsdetektoren eine feste Erfassungselektrode und eine bewegbare Erfassungselektrode umfaßt, können die beiden Verschiebungsdetektoren derart eingestellt sein, daß die Kapazitäten zwischen den festen Erfassungselektroden und den bewegbaren Erfassungselektroden der beiden Verschiebungsdetektoren in der gleichen Phase oder in den entgegengesetzten Phasen zu- oder abnehmen. Folglich kann die Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse durch ein Hinzufügen oder Erhalten der Differenzen zwischen den Kapazitäten in den beiden Verschiebungsdetektoren erfaßt werden.
  • Wenn die Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse angelegt wird, können sich die erste und die zweite bewegbare Erfassungselektrode gleichzeitig in Richtung/weg von der ersten bzw. der zweiten festen Erfassungselektrode in dem ersten und dem zweiten Verschiebungsdetektor bewegen.
  • In diesem Fall können sich, wenn eine Beschleunigung in der Y-Achsenrichtung angelegt wird, die beiden Horizontalvibratoren in der gleichen Richtung bewegen. Zusätzlich nimmt die Kapazität in einem der beiden Verschiebungsdetektoren zu und die Kapazität in dem anderen der beiden Verschiebungsdetektoren nimmt ab. Folglich können die Kapazitätsveränderungen aufgrund der Beschleunigung durch ein Hinzufügen der Kapazitäten in den beiden Verschiebungsdetektoren aufgehoben und beseitigt werden, so daß die Winkelgeschwindigkeit separat von der Beschleunigung erfaßt werden kann.
  • Alternativ kann sich, wenn die Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse angelegt wird, die bewegbare Erfassungselektrode in einem des ersten und des zweiten Verschiebungsdetektors in Richtung der festen Erfassungselektrode bewegen, während sich die bewegbare Erfassungselektrode in dem anderen des ersten und zweiten Verschiebungsdetektors von der festen Erfassungselektrode weg bewegt.
  • In diesem Fall bewegen sich, wenn eine Beschleunigung in der Y-Achsenrichtung angelegt wird, die beiden Horizontalvibratoren in der gleichen Richtung und die Kapazitäten in den beiden Verschiebungsdetektoren nehmen gemeinsam zu und ab. Folglich können die Kapazitätsveränderungen aufgrund der Beschleunigung durch ein Erhalten der Differenz zwischen den Kapazitäten in den beiden Verschiebungsdetektoren aufgehoben und beseitigt werden, so daß die Winkelgeschwindigkeit separat von der Beschleunigung erfaßt werden kann und Veränderungen der Empfindlichkeiten aufgrund einer thermischen Verzerrung beseitigt werden können.
  • Zusätzlich umfaßt jedes von zwei der vier Massebauteile, die außerhalb in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise einen Mittelrahmen, der eine Rahmenform aufweist, und einen Vertikalvibrator, der im Inneren des Mittelrahmens angeordnet ist, derart, daß der Vertikalvibrator in der Z-Achsenrichtung schwingen kann, was orthogonal zu dem Substrat ist, wobei der Winkelgeschwindigkeitsdetektor eine Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse auf der Basis von Verschiebungen der Vertikalvibratoren in der Z-Achsenrichtung erfaßt.
  • Folglich können sich die Massebauteile, die außerhalb angeordnet sind, gemäß der Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse in Richtung/weg von dem Substrat in der Z-Achsenrichtung bewegen, während dieselben in der X-Achsenrichtung schwingen, wobei die Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse auf der Basis der Verschiebungen dieser Massebauteile erfaßt werden kann.
  • Zusätzlich kann die Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse durch die Massebauteile erfaßt werden, die in der Mittelregion angeordnet sind, während die Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse durch die Massebauteile erfaßt wird, die außerhalb angeordnet sind. So dient der Winkelgeschwindigkeitssensor als ein Zweiachsen-Winkelgeschwindigkeitssensor, der Winkelgeschwindigkeiten einzeln um zwei Achsen erfaßt.
  • Zusätzlich umfaßt das Befestigungsbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Armabschnitte, die in der Y-Achsenrichtung abgelenkt sind, während die Massebauteile gehalten werden, wenn eine Beschleunigung an die Massebauteile in der Y-Achsenrichtung angelegt wird.
  • Folglich können die vier Massebauteile durch Armabschnitte, die eine Elastizität (Federcharakteristika) in der Y-Achsenrichtung aufweisen, gehalten werden. Deshalb schwingen, wenn sich z. B. die Massebauteile aufgrund einer Störung, wie z. B. einer Beschleunigung, in der Y- Achsenrichtung bewegen (schwingen), die Massebauteile, während dieselben elastisch miteinander durch die Armabschnitte verbunden sind (gekoppelte Schwingung), so daß Schwingungsenergien der Massebauteile zwischen den Massebauteilen aufgrund der elastischen Kraft der Armabschnitte übertragen werden. Deshalb können, selbst wenn die Amplituden der Massebauteile, die einer vorbestimmten Beschleunigung entsprechen, sich voneinander aufgrund von Abmessungsfehlern oder Verarbeitungsfehlern unterscheiden, die Differenzen der Schwingungsamplitude zwischen den Massebauteilen reduziert werden, wenn die Schwingungsenergien zwischen denselben übertragen werden, wobei der Einfluß der Beschleunigung zuverlässig zwischen den Massebauteilen beseitigt werden kann.
  • Zusätzlich sind gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise die vier Massebauteile symmetrisch in der Y-Achsenrichtung hinsichtlich des Gesamtschwerpunkts der vier Massebauteile gebildet.
  • Folglich können die Resonanzfrequenzen der beiden Massebauteile, die in der Mittelregion angeordnet sind, im wesentlichen gleich eingestellt werden, so daß diese Massebauteile sich um im wesentlichen die gleiche Strecke bewegen, wenn eine Beschleunigung angelegt wird. Deshalb können die Beschleunigungskomponenten durch ein Berechnen der Differenz zwischen den Verschiebungen dieser beiden Massebauteile beseitigt werden, wobei nur die Winkelgeschwindigkeitskomponente erhalten werden kann. Zusätzlich können, da der Gesamtschwerpunkt bei einer im wesentlichen konstanten Position beibehalten werden kann, wenn die vier Massebauteile schwingen, die vier Massebauteile in einem stabilen Schwingungszustand schwingen, wobei verhindert werden kann, daß die Schwingungen derselben an das Substrat übertragen werden. Zusätzlich können, selbst wenn es kleine Abmessungsfehler oder Verarbeitungsfehler gibt, Differenzen der Resonanzfrequenzen usw. zwischen den Massebauteilen aufgrund derartiger Fehler durch ihre symmetrischen Formen ausgeglichen werden, wobei die Leistung und Zuverlässigkeit des Sensors verbessert werden kann.
  • Zusätzlich sind gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Massen von zwei der vier Massebauteile, die außerhalb der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, kleiner als Massen der beiden Massebauteile, die in der Mittelregion angeordnet sind. Wenn die vier Massebauteile schwingen, ist ein Rotationsmoment um den Gesamtschwerpunkt der vier Massebauteile, das an die beiden Massebauteile angelegt wird, die in der Mittelregion angeordnet sind, im wesentlichen das gleiche wie ein Rotationsmoment um den Gesamtschwerpunkt der vier Massebauteile, das an die beiden Massebauteile angelegt wird, die außerhalb angeordnet sind.
  • Wenn die Massebauteile derart schwingen, daß zwei benachbarte Massebauteile in entgegengesetzten Phasen sind, sind das Rotationsmoment um den Gesamtschwerpunkt, das an die Massebauteile angelegt wird, die in der Mittelregion angeordnet sind, und das, das an die Massebauteile angelegt wird, die außerhalb angeordnet sind, entgegengesetzt zueinander. Da die Massebauteile, die außerhalb angeordnet sind, weiter weg von dem Gesamtschwerpunkt sind als die Massebauteile, die in der Mittelregion angeordnet sind, können das Rotationsmoment, das an die Massebauteile angelegt wird, die in der Mittelregion angeordnet sind, und das, das an die Massebauteile angelegt wird, die außerhalb angeordnet sind, durch ein Einstellen der Masse der äußeren Massebauteile kleiner als die Masse der mittleren Bauteile im wesentlichen gleich eingestellt werden.
  • Als ein Ergebnis kann, wenn die Massebauteile durch den Schwingungsgenerator in eine Schwingung versetzt werden, der Qualitätsfaktor in dem Resonanzzustand erhöht werden, wobei die Massebauteile mit einer großen Amplitude in eine Schwingung versetzt werden können, so daß eine stabile Erfassungsempfindlichkeit erzielt werden kann. Zusätzlich kann, da die Rotationsmomente, die an die Massebauteile, die in der Mittelregion angeordnet sind, und die Massebauteile angelegt werden, die außerhalb angeordnet sind, einander aufheben, verhindert werden, daß die Rotationsmomente als eine externe Kraft auf das Substrat übertragen werden. Deshalb kann die Erfassungsgenauigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors weiter erhöht werden.
  • Zusätzlich können zwei der vier Massebauteile, die in der Mittelregion in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Schwingungszustandsüberwachungsvorrichtung zum Überwachen des Zustands der Schwingung, die durch den Schwingungsgenerator erzeugt wird, auf der Basis von Verschiebungen der Massebauteile versehen sein, wenn die Massebauteile in der X-Achsenrichtung schwingen.
  • Folglich können, wenn der Winkelgeschwindigkeitsdetektor die Verschiebungen der beiden Massebauteile, die in der Mittelregion in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, erfaßt, der Winkelgeschwindigkeitsdetektor und die Schwingungszustandsüberwachungsvorrichtung nahe einander angeordnet sein.
  • Zusätzlich können, wenn der Winkelgeschwindigkeitsdetektor die Verschiebungen der beiden Massebauteile, die außerhalb in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, erfaßt, der Winkelgeschwindigkeitsdetektor und die Schwingungszustandsüberwachungsvorrichtung separat voneinander angeordnet sein. Deshalb können ein Signal, das der Winkelgeschwindigkeit entspricht, und ein Signal, das dem Schwingungszustand entspricht, separat mit hoher Genauigkeit erhalten werden, wobei es eine größere Freiheit beim Entwerfen des Sensors gibt.
  • Zusätzlich können zwei der vier Massebauteile, die außerhalb in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Schwingungszustandsüberwachungsvorrichtung zum Überwachen des Zustands der Schwin gung, die durch den Schwingungsgenerator erzeugt wird, auf der Basis von Verschiebungen der Massebauteile versehen sein, wenn die Massebauteile in der X-Achsenrichtung schwingen.
  • Folglich können, wenn der Winkelgeschwindigkeitsdetektor die Verschiebungen der beiden Massebauteile erfaßt, die außerhalb in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, der Winkelgeschwindigkeitsdetektor und die Schwingungszustandsüberwachungsvorrichtung separat voneinander angeordnet sein. Deshalb können ein Signal, das der Winkelgeschwindigkeit entspricht, und ein Signal, das dem Schwingungszustand entspricht, separat mit hoher Genauigkeit erhalten werden, wobei es eine größere Freiheit beim Entwerfen des Sensors gibt.
  • Zusätzlich umfaßt der Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise ferner eine Schwingungszustandsüberwachungsvorrichtung zum Überwachen des Zustands einer Schwingung, die durch den Schwingungsgenerator erzeugt wird, auf der Basis von Verschiebungen der Massebauteile, wenn die Massebauteile in der X-Achsenrichtung schwingen, wobei die Schwingungszustandsüberwachungsvorrichtung an einem Teil eines der Halteträger angeordnet ist, der einem der Knoten des Halteträgers entspricht, wenn die Massebauteile schwingen, derart, daß zwei benachbarte Massebauteile in entgegengesetzten Phasen sind.
  • Folglich kann eine Überwachungselektrode, die eine relativ kleine Trägheitsmasse aufweist, starr an einem der Teile befestigt sein, der den Knoten der Halteträger entspricht, wo die Schwingungen nicht ohne weiteres übertragen werden, und kann durch den Knoten und das Befestigungsbauteil an dem Substrat befestigt sein. Als ein Ergebnis kann, selbst wenn eine Beschleunigung aufgrund einer externen Schwingung, Stoß usw. an das Substrat angelegt wird, verhindert werden, daß die Überwachungselektrode unbeabsichtigt auf grund der Beschleunigung bewegt wird, wobei genaue Überwachungssignale an eine externe Schaltung usw. ausgegeben werden können. Insbesondere kann zuverlässig verhindert werden, daß die Überwachungselektrode durch die Beschleunigung in der Z-Achsenrichtung beeinflußt wird. Zusätzlich kann, da die Halteträger um die Größe abgelenkt werden, die der Amplitude der Massebauteile entspricht, während die Massebauteile schwingen, die Schwingungszustandsüberwachungsvorrichtung den Schwingungszustand der Massebauteile auf der Basis der Größe der Ablenkung der Halteträger erfassen. Folglich können die Amplituden usw. des Massebauteils zuverlässig auf der Basis der Überwachungssignale durch z. B. eine externe Schaltung rückkopplungsgesteuert werden. Deshalb kann, selbst wenn es eine Temperaturveränderung gibt, oder wenn eine externe Kraft angelegt wird, die Winkelgeschwindigkeit mit hoher Genauigkeit erfaßt werden, wobei eine Zuverlässigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors weiter verbessert werden kann.
  • Zusätzlich umfaßt gemäß der vorliegenden Erfindung die Schwingungszustandsüberwachungsvorrichtung vorzugsweise eine feste Überwachungselektrode, die an dem Substrat vorgesehen ist, und eine bewegbare Überwachungselektrode, die an dem Teil des Halteträgers angeordnet ist, der dem Knoten entspricht, und die sich um den Teil des Halteträgers dreht, der dem Knoten hinsichtlich der festen Überwachungselektrode entspricht, wenn die Massebauteile schwingen und die Halteträger abgelenkt werden.
  • Folglich dreht sich, wenn die Massebauteile schwingen und die Halteträger abgelenkt werden, die bewegbare Überwachungselektrode um den Knoten, so daß der gegenüberliegende Bereich zwischen der festen Überwachungselektrode und der bewegbaren Überwachungselektrode sich gemäß der Verschiebung der bewegbaren Überwachungselektrode verändert. Deshalb kann der Schwingungszustand der Massebauteile auf der Basis einer Kapazitätsveränderung zwischen der festen Überwachungselektrode und der bewegbaren Überwachungselek trode erfaßt werden. Folglich kann der Schwingungszustand der Massebauteile genau mit einer einfachen kontaktfreien Struktur erfaßt werden.
  • Zusätzlich umfaßt gemäß der vorliegenden Erfindung die feste Überwachungselektrode vorzugsweise eine Mehrzahl von Elektrodenfingern, die eine Bogenform um den Teil des Halteträgers aufweisen, der dem Knoten entspricht, wobei die bewegbare Überwachungselektrode eine Mehrzahl von Elektrodenfingern umfaßt, die eine Bogenform aufweisen, derart, daß die Elektrodenfinger der festen Überwachungselektrode und die Elektrodenfinger der bewegbaren Überwachungselektrode einander mit Zwischenräumen, die in der radialen Richtung vorgesehen sind, gegenüberliegen.
  • Folglich können die Elektrodenfinger der festen Überwachungselektrode und die der bewegbaren Überwachungselektrode in z. B. kammartigen Formen derart gebildet sein, daß dieselben ineinandergreifen, wobei der gegenüberliegende Bereich zwischen der festen Überwachungselektrode und der bewegbaren Überwachungselektrode erhöht werden kann. So kann eine kleine, hochgenaue Überwachungselektrodeneinheit erhalten werden. Zusätzlich können, da die Elektrodenfinger der festen Überwachungselektrode und diejenigen der bewegbaren Überwachungselektrode eine Bogenform aufweisen, sich dieselben hinsichtlich einander bewegen, ohne in Kontakt miteinander zu kommen, wenn die bewegbare Überwachungselektrode sich um den Knoten dreht. Zusätzlich liegen die Elektrodenfinger der festen Elektrode und die der bewegbaren Elektrode einander mit Zwischenräumen zwischen denselben in der radialen Richtung gegenüber, wobei der gegenüberliegende Bereich zwischen denselben sich proportional zu der Größe der Drehung (Rotationswinkel) der bewegbaren Überwachungselektrode verändert. Deshalb kann die Kapazität zwischen der festen Überwachungselektrode und den bewegbaren Elektroden proportional (linear) verändert werden. Folglich kann der Schwingungszustand der Massebauteile selbst dann mit hoher Genauigkeit erfaßt werden, wenn die Überwachungselektroden an einem der Knoten der Halteträger angeordnet sind.
  • Zusätzlich umfaßt gemäß der vorliegenden Erfindung der Winkelgeschwindigkeitsdetektor vorzugsweise einen ersten und einen zweiten Verschiebungsdetektor zum Erfassen einer Verschiebung in der Y-Achsenrichtung eines der beiden Massebauteile, die symmetrisch um die Mittelposition in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, und einen dritten und einen vierten Verschiebungsdetektor zum Erfassen einer Verschiebung in der Y-Achsenrichtung des anderen der beiden Massebauteile, die symmetrisch um die Mittelposition in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind.
  • Da die beiden Massebauteile, die symmetrisch um die Mittelposition in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, in entgegengesetzten Phasen schwingen, bewegen sich dieselben in den entgegengesetzten Richtungen, wenn eine Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse angelegt wird, und bewegen sich in der gleichen Richtung, wenn eine Beschleunigung in der Y-Achsenrichtung angelegt wird. Folglich können durch ein Hinzufügen oder Erhalten der Differenz zwischen der Verschiebung des Massebauteils, die durch den ersten und den zweiten Verschiebungsdetektor erfaßt wird, und der Verschiebung des anderen Massebauteils, die durch den dritten und den vierten Verschiebungsdetektor erfaßt wird, die Beschleunigungskomponenten, die bei den Verschiebungen beinhaltet sind, aufgehoben und beseitigt werden, so daß die Winkelgeschwindigkeit separat von der Beschleunigung erfaßt werden kann und Veränderungen der Empfindlichkeiten aufgrund einer thermischen Verzerrung aufgehoben werden können.
  • Zusätzlich umfaßt gemäß der vorliegenden Erfindung der Winkelgeschwindigkeitsdetektor vorzugsweise einen ersten Verschiebungsdetektor zum Erfassen einer Verschiebung in der Y-Achsenrichtung eines der beiden Massebauteile, die symmetrisch um die Mittelposition in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, und einen zweiten Verschiebungsdetektor zum Erfassen einer Verschiebung in der Y-Achsenrichtung des anderen der beiden Massebauteile, die symmetrisch um die Mittelposition in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind.
  • Da die beiden Massebauteile, die symmetrisch um die Mittelposition in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, in entgegengesetzten Phasen schwingen, bewegen sich dieselben in den entgegengesetzten Richtungen, wenn eine Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse angelegt wird. Wenn jeder der beiden Verschiebungsdetektoren eine feste Erfassungselektrode und eine bewegbare Erfassungselektrode umfaßt, können die beiden Verschiebungsdetektoren derart eingestellt sein, daß die Kapazitäten zwischen den festen Erfassungselektroden und den bewegbaren Erfassungselektroden der beiden Verschiebungsdetektoren in der gleichen Phase oder in den entgegengesetzten Phasen zu- oder abnehmen. Folglich kann die Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse durch ein Hinzufügen oder Erhalten der Differenzen zwischen den Kapazitäten in den beiden Verschiebungsdetektoren erfaßt werden.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Draufsicht, die einen Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 eine Schnittansicht des Winkelgeschwindigkeitssensors aus 1 entlang einer Linie II-II;
  • 3 eine vergrößerte Draufsicht, die eine linke Seite des Winkelgeschwindigkeitssensors aus 1 zeigt;
  • 4 eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteils, der in 3 durch a bezeichnet ist, der ein Befestigungsbauteil umfaßt;
  • 5 ein Schaltungskonfigurationsdiagramm, das die elektrischen Treiberverdrahtungen, elektrischen Erfassungsverdrahtungen und elektrischen Masseverdrahtungen zeigt, die auf einer Abdeckplatte gemeinsam mit einer externen Schaltung gebildet sind;
  • 6 ein schematisches Diagramm, das Rotationsmomente zeigt, die auf mittlere Massebauteile und äußere Massebauteile angelegt werden, wenn die Massebauteile in eine Schwingung versetzt werden;
  • 7 ein schematisches Diagramm, das die Art und Weise zeigt, auf die zwei mittlere Massebauteile sich aufgrund einer Winkelgeschwindigkeit in den entgegengesetzten Richtungen bewegen;
  • 8 ein schematisches Diagramm, das die Art und Weise zeigt, auf die sich die beiden mittlere Massebauteile aufgrund einer Beschleunigung in der gleichen Richtung bewegen;
  • 9 eine vergrößerte Ansicht, die die Art und Weise zeigt, auf die ein Armabschnitt abgelenkt wird, wenn die Massebauteile in der X-Achsenrichtung in eine Schwingung versetzt werden;
  • 10 eine vergrößerte Ansicht, die die Art und Weise zeigt, auf die ein Armabschnitt verformt wird, wenn sich die Massebauteile aufgrund einer Beschleunigung in der Y-Achsenrichtung bewegen;
  • 11 eine Draufsicht, die einen Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 12 eine vergrößerte Draufsicht einer linken Seite des Winkelgeschwindigkeitssensors aus 11;
  • 13 eine Draufsicht, die einen Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 14 eine Draufsicht, die einen Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 15 eine vergrößerte Ansicht, die eine Überwachungselektrodeneinheit auf der linken Seite in 14 zeigt;
  • 16 eine vergrößerte Ansicht, die eine Überwachungselektrodeneinheit auf der rechten Seite in 14 zeigt;
  • 17 eine vergrößerte Draufsicht, die die Art und Weise zeigt, auf die sich eine bewegbare Überwachungselektrodeneinheit um einen Knoten eines Halteträgers dreht, wenn die Massebauteile in eine Schwingung versetzt werden;
  • 18 eine Draufsicht, die einen Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 19 eine vergrößerte Ansicht von 18, die einen Teil zeigt, der eine Überwachungselektrodeneinheit umfaßt;
  • 20 eine Draufsicht, die einen Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 21 eine Schnittansicht des Winkelgeschwindigkeitssensors aus 20 entlang einer Linie XXI-XXI;
  • 22 eine vergrößerte Draufsicht einer linken Seite des Winkelgeschwindigkeitssensors aus 20;
  • 23 eine vergrößerte Schnittansicht eines Vertikalvibrators aus 21;
  • 24 eine vergrößerte Schnittansicht, die den Zustand zeigt, in dem sich der Vertikalvibrator durch eine Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse in der Z-Achsenrichtung bewegt;
  • 25 eine Draufsicht, die einen Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 26 eine Draufsicht, die einen Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer ersten Modifizierung zeigt;
  • 27 eine Draufsicht, die einen Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer zweiten Modifizierung zeigt; und
  • 28 eine Draufsicht, die einen Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer dritten Modifizierung zeigt.
  • Winkelgeschwindigkeitssensoren gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben.
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unten Bezug nehmend auf die 1 bis 10 beschrieben. Ein Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erfaßt eine Winkelgeschwindigkeit um eine Z-Achse, die orthogonal zu einem Substrat ist.
  • In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein rechtekkiges Substrat, das einen Hauptkörper eines Winkelgeschwindigkeitssensors bildet. Das rechteckige Substrat 1 besteht z. B. aus einem Siliziummaterial, das einen hohen Widerstandswert aufweist, einem Glasmaterial oder dergleichen. Unter drei orthogonalen Achsen (X-, Y- und Z-Achse) erstreckt sich das Substrat 1 horizontal z. B. entlang der X- und Y-Achse und ist orthogonal zu der Z-Achse angeordnet.
  • Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, sind mittlere Massebauteile 2 und 6, äußere Massebauteile 10 und 11, äußere Halteträger 12, ein Befestigungsbauteil 14, Elektrodenhaltevorrichtungen 15 und 20, Treiberelektroden 16 und 17, Erfassungselektroden 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 und 28, Überwachungselektrodeneinheiten 38 usw., die unten beschrieben sind, auf dem Substrat 1 durch z. B. ein Bilden einer Schicht aus einem monokristallinen oder polykristallinen Siliziummaterial, das einen niedrigen Widerstandswert aufweist, und ein Durchführen eines Mikroherstellungsverfahrens, wie z. B. Ätzen, gebildet.
  • Wie in 3 gezeigt ist, sind die vier Massebauteile 2, 6, 10 und 11 in der Y-Achsenrichtung derart angeordnet, daß die mittleren Massebauteile 2 und 6 in der Mittelregion über dem Substrat 1 angeordnet sind. Das mittlere Massebauteil 2 umfaßt einen rechteckigen Mittelrahmen 3, einen Horizontalvibrator 4, der als ein einstückiger Rahmen gebildet ist, der die Form einer winkligen Zahl „8" aufweist, die in einer horizontalen Ausrichtung plaziert ist, und der im Inneren des mittleren Rahmens 3 derart angeordnet ist, daß der Horizontalvibrator 4 in der Y- Achsenrichtung schwingen kann, und innere Halteträger 5, die unten beschrieben werden.
  • Der Mittelrahmen 3 umfaßt Longitudinalrahmenbauteile 3A, die sich in der X-Achsenrichtung an der Vorderseite und Rückseite erstrecken, und Lateralrahmenbauteile 3B, die sich in der Y-Achsenrichtung links und rechts erstrecken. Zusätzlich dienen, wenn die äußeren Halteträger 12 derart abgelenkt sind, daß das mittlere Massebauteil 2 in der X-Achsenrichtung schwingt, der Mittelrahmen 3 und Verbindungsbauteile 13, die unten beschrieben sind, dazu, um zu verhindern, daß die Ablenkung der äußeren Halteträger 12 als eine Verschiebung in der Y-Achsenrichtung auf den Horizontalvibrator 4 übertragen wird. Folglich wird unabhängig von einer Winkelgeschwindigkeit verhindert, daß der Horizontalvibrator 4 sich in der Y-Achsenrichtung bewegt.
  • Der Horizontalvibrator 4 umfaßt Longitudinalrahmenbauteile 4A, die sich in der X-Achsenrichtung an der Vorderseite und Rückseite erstrecken, laterale Rahmenbauteile 4B, die sich in der Y-Achsenrichtung links und rechts erstrecken, und ein mittleres Rahmenbauteil 4C, das sich in der Y-Achsenrichtung an einer Position zwischen den lateralen Rahmenbauteilen 4B erstreckt. Vier innere Halteträger 5, die in der Y-Achsenrichtung abgelenkt werden können, sind an vier Ecken zwischen dem Mittelrahmen 3 und dem Horizontalvibrator 4 angeordnet. Die inneren Halteträger 5 halten den Horizontalvibrator 4 derart, daß sich der Horizontalvibrator 4 in der Y-Achsenrichtung entlang des Substrats 1 bewegen (schwingen) kann, und vermeiden, daß sich der Horizontalvibrator 4 in der X-Achsenrichtung hinsichtlich des Mittelrahmens 3 bewegt.
  • Ähnlich wie das mittlere Massebauteil 2 umfaßt das mittlere Massebauteil 6, das über dem Substrat 1 angeordnet ist, einen Mittelrahmen 7, der Longitudinalrahmenbauteile 7A an der Vorderseite und Rückseite und Lateralrahmenbauteile 7B links und rechts aufweist, und einen Horizontalvibrator 8, der im Inneren des Mittelrahmens 7 angeordnet ist, und der Longitudinalrahmenbauteile 8A an der Vorderseite und Rückseite, Lateralrahmenbauteile 8B links und rechts und ein Mittelrahmenbauteil 8C aufweist. Der Horizontalvibrator 8 wird durch vier innere Halteträger 9 derart gehalten, daß der Horizontalvibrator 4 sich in der Y-Achsenrichtung bewegen kann.
  • Die beiden äußeren Massebauteile 10 und 11 sind an Positionen außerhalb der mittleren Massebauteile 2 und 6 in der Y-Achsenrichtung angeordnet und weisen eine lineare Form auf, die sich in der X-Achsenrichtung erstreckt. Die äußeren Massebauteile 10 und 11 sind mit den äußeren Halteträgern 12 an beiden Enden derselben verbunden.
  • Die vier Massebauteile 2, 6, 10 und 11 sind linear in der Y-Achsenrichtung angeordnet und sind miteinander durch die äußeren Halteträger 12 verbunden. Zusätzlich sind die Massebauteile 2, 6, 10 und 11 dem Substrat 1 mit einem Zwischenraum zwischen jedem Massebauteil und dem Substrat 1 zugewandt. Wie in 3 gezeigt ist, sind die Formen der beiden mittleren Massebauteile 2 und 6 in der Y-Achsenrichtung symmetrisch hinsichtlich des Gesamtschwerpunkts G der Massebauteile 2, 6, 10 und 11. Zusätzlich weisen die Horizontalvibratoren 4 und 8, die im Inneren der mittleren Massebauteile 2 bzw. 6 angeordnet sind, im wesentlichen die gleiche Resonanzfrequenz auf. Zusätzlich sind die mittleren Massebauteile 2 und 6 symmetrisch um die Mittelposition in der Y-Achsenrichtung (Gesamtschwerpunkt G) positioniert und die äußeren Massebauteile 10 und 11 sind außerdem symmetrisch um die Mittelposition in der Y-Achsenrichtung positioniert.
  • Wie in 6 gezeigt ist, die weiter unten detaillierter beschrieben ist, werden die äußeren Halteträger 12 abgelenkt, um die Massebauteile 2, 6, 10 und 11 in der X-Achsenrichtung derart in eine Schwingung zu versetzen, daß die Phasen zweier benachbarter Massebauteile entgegenge setzt sind, d. h. die Phase der Massebauteile 2 und 11 entgegengesetzt zu der Phase der Massebauteile 6 und 10 ist. Da das Paar von Massebauteilen 2 und 11 und das Paar von Massebauteilen 6 und 10 zuverlässig auf eine symmetrische Weise schwingen, während der Gesamtschwerpunkt G an einer im wesentlichen konstanten Position beibehalten wird, kann verhindert werden, daß die Schwingungen auf das Substrat 1 übertragen werden.
  • Jedes der mittleren Massebauteile 2 und 6 weist eine vorbestimmte Masse M1 auf, wobei der Schwerpunkt jedes der mittleren Massebauteile 2 und 6 von dem Gesamtschwerpunkt G um eine vorbestimmte Strecke L1 in der Y-Achsenrichtung getrennt ist. Zusätzlich weist jedes der äußeren Massebauteile 10 und 11 eine vorbestimmte Masse M2 auf, die geringer ist als die der mittleren Massebauteile 2 und 6 (M1 > M2), wobei der Schwerpunkt jedes der äußeren Massebauteile 10 und 11 von dem Gesamtschwerpunkt G um eine vorbestimmte Strecke L2 in der Y-Achsenrichtung getrennt ist, die größer als L1 ist (L1 < L2).
  • Die Masse M1 und die Strecke L1 der mittleren Massebauteile 2 und 6 und die Masse M2 und die Strecke L2 der äußeren Massebauteile 10 und 11 werden so bestimmt, um Gleichungen (1) und (6) zu erfüllen, die unten beschrieben sind. Folglich sind, wenn der Winkelgeschwindigkeitssensor aktiviert ist, ein Rotationsmoment T1 der mittleren Massebauteile 2 und 6 und ein Rotationsmoment T2 der äußeren Massebauteile 10 und 11 im wesentlichen gleich, so daß die Rotationsmomente T1 und T2 um den Gesamtschwerpunkt G einander aufheben.
  • Die äußeren Halteträger 12 sind an beiden Seiten der Massebauteile 2, 6, 10 und 11 in der X-Achsenrichtung angeordnet. Jeder der äußeren Halteträger 12 ist als ein dünner Träger gebildet, der sich linear in der Y-Achsenrichtung erstreckt und der in der X-Achsenrichtung abgelenkt werden kann. Zusätzlich ist jeder der äußeren Halteträger 12 mit den Mittelrahmen 3 und 7 durch breite, starre Verbindungsbauteile 13 an Zwischenpositionen entlang der Longitudinalrichtung des äußeren Halteträgers 12 verbunden, sowie mit den äußeren Massebauteilen 10 und 11 an beiden Enden in der Longitudinalrichtung des äußeren Halteträgers 12. Auf diese Weise halten die äußeren Halteträger 12 die vier Massebauteile 2, 6, 10 und 11 derart, daß die Massebauteile 2, 6, 10 und 11 in der X-Achsenrichtung schwingen können.
  • Wie in 6 gezeigt ist, wird, wenn die Massebauteile 2, 6, 10 und 11 derart schwingen, daß die Phase der Massebauteile 2 und 11 und die Phase der Massebauteile 6 und 10 entgegengesetzt sind, jeder der äußeren Halteträger 12 in der X-Achsenrichtung abgelenkt, um eine Buchstabe-„S"-Form zu bilden. Jeder der äußeren Halteträger 12 weist drei Knotenabschnitte 12A an Zwischenpositionen entlang der Longitudinalrichtung des äußeren Halteträgers 12 auf, wobei die Knotenabschnitte 12A Schwingungsknoten entsprechen und an im wesentlichen konstanten Positionen beibehalten werden.
  • Wie in den 1 und 3 gezeigt ist, umfaßt das Befestigungsbauteil 14, das auf dem Substrat 1 vorgesehen ist, einen rechteckigen Basisrahmen 14A, der auf dem Substrat 1 derart befestigt ist, daß der Basisrahmen 14A die Massebauteile 2, 6, 10 und 11 umgibt; T-förmige, sich erstreckende Abschnitte 14B, die im Inneren des Basisrahmens 14A einstöckig mit dem Basisrahmen 14A gebildet sind, und die sich in der Y-Achsenrichtung links und rechts des Substrats 1 erstrecken; und Armabschnitte 14C, die an den sich erstrekkenden Abschnitten 14B vorgesehen sind, und die mit den Knotenabschnitten 12A der äußeren Halteträger 12 an Positionen verbunden sind, die von dem Substrat 1 getrennt sind.
  • Wenn die Massebauteile 2, 6, 10 und 11 derart schwingen, daß die Phase der Massebauteile 2 und 11 und die Phase der Massebauteile 6 und 10 entgegengesetzt sind, heben die Schwingungen derselben einander an jedem der Knotenabschnitte 12A der äußeren Halteträger 12 auf. Folglich dient das Befestigungsbauteil 14 dazu, um zu verhindern, daß die Schwingungen an das Substrat 1 übertragen werden.
  • Wie in 4 gezeigt ist, ist jeder Armabschnitt 14C aus einem dünnen Träger aufgebaut, der eine Klammerform, eine U-Form, eine Y-Form oder dergleichen aufweist und eine Elastizität (Federcharakteristika) in der Y-Achsenrichtung aufweist. Jeder Armabschnitt 14C umfaßt z. B. zwei laterale Träger 14C1, die von dem sich erstreckenden Abschnitt 14B in der X-Achsenrichtung mit einem Zwischenraum zwischen denselben vorstehen, und die in der Y-Achsenrichtung abgelenkt werden können, einen Longitudinalträger 14C2, der sich in der Y-Achsenrichtung erstreckt und die entfernten Enden der lateralen Träger 14C1 verbindet, und einen Befestigungsabschnitt 14C3, der mit dem Longitudinalträger 14C2 an der Mittelposition desselben verbunden ist, und der an dem entsprechenden Knotenabschnitt 14A des äußeren Halteträgers 14 befestigt ist.
  • Wie in den 8 und 10 gezeigt ist, die unten detaillierter beschrieben sind, werden, wenn die Massebauteile 2, 6, 10 und 11 sich aufgrund einer Störung, wie z. B. einer Beschleunigung, in der Y-Achsenrichtung bewegen (schwingen), die lateralen Träger 14C1 der Armabschnitte 14C in der Y-Achsenrichtung abgelenkt, während die Massebauteile 2, 6, 10 und 11 gehalten werden. Folglich schwingen die Massebauteile 2, 6, 10 und 11, während dieselben elastisch miteinander durch die Armabschnitte 14C verbunden sind (gekoppelte Schwingung). Deshalb werden Schwingungsenergien der Massebauteile 2, 6, 10 und 11 zwischen den Massebauteilen 2, 6, 10 und 11 aufgrund der elastischen Kraft (Federkraft) der Armabschnitte 14C übertragen, wobei Differenzen der Schwingungsamplitude relativ zu der Beschleunigung reduziert werden können.
  • Das Bezugszeichen 15 bezeichnet vier Treiberelektrodenhaltevorrichtungen, die an dem Substrat 1 an Positionen außerhalb der äußeren Massebauteile 10 und 11 vorgesehen sind, wobei das Bezugszeichen 16 feste Treiberelektroden bezeichnet, die durch die Treiberelektrodenhaltevorrichtungen 15 gehalten werden. Jede der festen Treiberelektroden 16 weist eine Mehrzahl von Elektrodenfingern 16A auf, die sich in der X-Achsenrichtung erstrecken, und die entlang der Y-Achsenrichtung in einer kammartigen Struktur mit Zwischenräumen zwischen denselben angeordnet sind.
  • Das Bezugszeichen 17 bezeichnet vier bewegbare Treiberelektroden, die von den äußeren Massebauteilen 10 und 11 an Positionen vorstehen, die den Treiberelektrodenhaltevorrichtungen 15 entsprechen. Jede der bewegbaren Treiberelektroden 17 weist eine Mehrzahl von Elektrodenfingern 17A auf, die mit den Elektrodenfingern 16A der entsprechenden festen Treiberelektrode 16 mit Zwischenräumen zwischen denselben in der Y-Achsenrichtung ineinandergreifen.
  • Das Bezugszeichen 18 bezeichnet vier Vibrations- oder Schwingungsgeneratoren 18, die aus den vier Paaren von Treiberelektroden 16 und 17 aufgebaut sind. Wenn Treibersignale, die eine Vorspannung und eine Wechselspannung umfassen, in Treiberelektrodenanschlußflächen 19 eingegeben werden, die an den Treiberelektrodenhaltevorrichtungen 15 vorgesehen sind, erzeugt jeder Schwingungsgenerator 18 eine elektrostatische anziehende Kraft zwischen den Treiberelektroden 16 und 17 und die äußeren Massebauteile 10 und 11 schwingen in den Richtungen, die durch die Pfeile a1 und a2 in 1 gezeigt sind. Folglich schwingen alle Massebauteile 2, 6, 10 und 11 aufgrund der äußeren Halteträger 12 derart, daß die Phase der Massebauteile 2 und 11 und die Phase der Massebauteile 6 und 10 entgegengesetzt sind.
  • Das Bezugszeichen 20 bezeichnet vier Erfassungselektrodenhaltevorrichtungen, die auf dem Substrat 1 vorgesehen sind. Zwei der vier Erfassungselektrodenhaltevorrichtungen 20 sind an Positionen im Inneren des Horizontalvibrators 4 des mittleren Massebauteils 2 auf der linken und rechten Seite des mittleren Rahmenbauteils 4C angeordnet. Die Elektrodenhaltevorrichtungen 20 an der linken und rechten Seite des mittleren Rahmenbauteils 4C halten feste Erfassungselektroden 21 und 22, die kammartige Elektrodenfinger 21A bzw. 22A aufweisen. Zusätzlich sind die anderen beiden der vier Elektrodenhaltevorrichtungen 20 an Positionen im Inneren des Horizontalvibrators 8 des mittleren Massebauteils 6 auf der linken und rechten Seite des mittleren Rahmenbauteils 8C angeordnet. Die Elektrodenhaltevorrichtungen 20 an der linken und rechten Seite des mittleren Rahmenbauteils 8C halten feste Erfassungselektroden 23 und 24, die kammartige Elektrodenfinger 23A bzw. 24A aufweisen.
  • Die Bezugszeichen 25 und 26 bezeichnen bewegbare Erfassungselektroden, die derart gebildet sind, daß sie im Inneren des Horizontalvibrators 4 an Positionen vorstehen, die den festen Erfassungselektroden 21 bzw. 22 entsprechen, wobei die Bezugszeichen 27 und 28 bewegbare Erfassungselektroden bezeichnen, die derart gebildet sind, daß sie im Inneren des Horizontalvibrators 8 an Positionen vorstehen, die den festen Erfassungselektroden 23 bzw. 24 entsprechen. Die bewegbaren Erfassungselektroden 25, 26, 27 und 28 umfassen Elektrodenfinger 25A, 26A, 27A bzw. 28A, die mit den Elektrodenfingern 21A, 22A, 23A und 24A der festen Erfassungselektroden 21, 22, 23 bzw. 24 mit Zwischenräumen zwischen denselben in der Y-Achsenrichtung ineinandergreifen.
  • Das Bezugszeichen 29 bezeichnet einen ersten Verschiebungsdetektor, der, gemeinsam mit Verschiebungsdetektoren 30, 31 und 32, als ein Winkelgeschwindigkeitsdetektor dient, die unten beschrieben sind. Der Verschiebungsdetektor 29 umfaßt die feste Erfassungselektrode 21 und die bewegbare Erfassungselektrode 25, die einen planparallelen Kondensator bilden, und erfaßt die Verschiebung des Horizontalvibrators 4 des mittleren Massebauteils 2 auf der Basis einer Kapazi tätsveränderung. In dem Verschiebungsdetektor 29 nimmt die Kapazität zu, wenn der Horizontalvibrator 4 sich entlang der Y-Achse in der Richtung bewegt, die durch den Pfeil b1 in 1 gezeigt ist, und nimmt ab, wenn der Horizontalvibrator 4 sich in der Richtung bewegt, die durch den Pfeil b2 gezeigt ist.
  • Das Bezugszeichen 30 bezeichnet einen zweiten Verschiebungsdetektor, der die Verschiebung des Horizontalvibrators 4 erfaßt. Der Verschiebungsdetektor 30 umfaßt die feste Erfassungselektrode 22 und die bewegbare Erfassungselektrode 26, die auch einen Kondensator bilden. Die Erfassungselektroden 22 und 26 sind einander in der Y-Achsenrichtung in der Positionsbeziehung entgegengesetzt zu der zwischen den Erfassungselektroden 21 und 25 des ersten Verschiebungsdetektors 29 zugewandt. Deshalb ist in dem Verschiebungsdetektor 30 die Kapazität eingestellt, um gemäß der Verschiebung des Horizontalvibrators 4 auf eine Weise entgegengesetzt zu dem Verschiebungsdetektor 29 anzusteigen und abzufallen. Insbesondere nimmt die Kapazität in dem Verschiebungsdetektor 30 ab, wenn sich der Horizontalvibrator 4 in der Richtung bewegt, die durch den Pfeil b1 gezeigt ist, und nimmt zu, wenn sich der Horizontalvibrator 4 in der Richtung bewegt, die durch den Pfeil b2 gezeigt ist.
  • Das Bezugszeichen 31 bezeichnet einen dritten Verschiebungsdetektor, der die Verschiebung des Horizontalvibrators 8 des mittleren Massebauteils 6 auf der Basis einer Kapazitätsveränderung erfaßt. Der Verschiebungsdetektor 31 umfaßt die feste Erfassungselektrode 23 und die bewegbare Erfassungselektrode 27 und die Kapazität in dem Verschiebungsdetektor 31 nimmt ab, wenn sich der Horizontalvibrator 8 in der Richtung bewegt, die durch den Pfeil b1 gezeigt ist, und nimmt zu, wenn sich der Horizontalvibrator 8 in der Richtung bewegt, die durch den Pfeil b2 gezeigt ist.
  • Das Bezugszeichen 32 bezeichnet einen vierten Verschiebungsdetektor, der die Verschiebung des Horizontalvibrators 8 erfaßt. Der Verschiebungsdetektor 32 umfaßt die feste Erfassungselektrode 24 und die bewegbare Erfassungselektrode 28. Die Erfassungselektroden 24 und 28 sind einander in der Y-Achsenrichtung in der Positionsbeziehung entgegengesetzt zu der zwischen den Erfassungselektroden 23 und 27 des dritten Verschiebungsdetektors 31 zugewandt. Deshalb nimmt entgegengesetzt zu dem Verschiebungsdetektor 31 die Kapazität in dem Verschiebungsdetektor 32 zu, wenn sich der Horizontalvibrator 8 in der Richtung bewegt, die durch den Pfeil b1 gezeigt ist, und nimmt ab, wenn der Horizontalvibrator 8 sich in der Richtung bewegt, die durch den Pfeil b2 gezeigt ist.
  • Wenn eine Winkelgeschwindigkeit Ω um die Z-Achse an das Substrat 1 angelegt wird, während die Massebauteile 2, 6, 10 und 11 in der X-Achsenrichtung schwingen, werden die inneren Halteträger 5 und 9 abgelenkt und die Horizontalvibratoren 4 und 8 bewegen sich in der Y-Achsenrichtung um eine Strecke, die der Größe der Winkelgeschwindigkeit Ω entspricht. Folglich erfassen die Verschiebungsdetektoren 29, 30, 31 und 32 die Verschiebungen der Horizontalvibratoren 4 und 8 auf der Basis von Kapazitätsveränderungen und geben Erfassungssignale an eine externe Vorrichtung über Erfassungselektrodenanschlußflächen 33, 34, 35 und 36 aus, die an den Elektrodenhaltevorrichtungen 20 vorgesehen sind. Zusätzlich ist das Befestigungsbauteil 14 mit zwei Masseelektrodenanschlußflächen 37 versehen.
  • Das Bezugszeichen 38 bezeichnet vier Überwachungselektrodeneinheiten, die zwischen den Erfassungselektrodenhaltevorrichtungen 20 und den Horizontalvibratoren 4 und 8 vorgesehen sind, um als eine Schwingungszustandsüberwachungsvorrichtung zu dienen. Die Überwachungselektrodeneinheiten 38 geben Wechselstromüberwachungssignale, die Schwingungsfrequenzen, Amplituden usw. der Horizontalvibratoren 4 und 8 entsprechen, über die Erfassungselektrodenanschlußflächen 33 bis 36 aus. Diese Überwachungssignale werden z. B. zum Überwachen der Schwingungszustände der mittleren Massebauteile 2 und 6 oder als Referenzen zur Signalverarbeitung, wie z. B. synchrone Erfassung, von Winkelgeschwindigkeitserfassungssignalen verwendet.
  • Die vier Überwachungselektrodeneinheiten 38 sind derart aufgebaut, daß die Überwachungselektrodeneinheiten 38 für den Horizontalvibrator 4 und die Überwachungselektrodeneinheiten 38 für den Horizontalvibrator 8 Überwachungssignale in der gleichen Phase ausgeben, wenn die Horizontalvibratoren 4 und 8 in entgegengesetzten Phasen schwingen. Folglich umfassen Signale, die an einen Differenzverstärker 44 über elektrische Erfassungsverdrahtungen 42 und 43 ausgegeben werden, die unten beschrieben sind, die Überwachungssignale in der gleichen Phase, so daß die Überwachungssignale durch den Differenzverstärker 44 aufgehoben werden. Wenn die Überwachungssignale erhalten werden sollen, werden die Signale von den elektrischen Erfassungsverdrahtungen 42 und 43 hinzugefügt.
  • Das Bezugszeichen 39 bezeichnet eine Abdeckplatte, die an dem Substrat 1 vorgesehen ist. Wie in den 2 und 5 gezeigt ist, ist die Abdeckplatte 39 in einer rechteckigen Form gebildet und besteht aus einem Siliziummaterial, das einen hohen Widerstandswert aufweist, einem Glasmaterial oder dergleichen. Die Abdeckplatte 39 ist mit dem Basisrahmen 14A des Befestigungsbauteils 14 durch ein Anodenkoppeln oder durch eine andere Einrichtung verbunden, um die Massebauteile 2, 6, 10 und 11, die äußeren Halteträger 12, das Befestigungsbauteil 14, die Schwingungsgeneratoren 18, die Verschiebungsdetektoren 29 bis 32 usw. zu bedecken. Zusätzlich ist die Abdeckplatte 39 mit einer Mehrzahl von Durchgangslöchern 39A zur Verbindung der Elektrodenanschlußflächen 19 und 33 bis 37 mit den elektrischen Verdrahtungen 40, 42 und 43 versehen, die unten beschrieben sind.
  • Das Bezugszeichen 40 bezeichnet vier elektrische Treiberverdrahtungen, die an vier Ecken der Abdeckplatte 39 an Positionen vorgesehen sind, die den Schwingungsgeneratoren 18 entsprechen. Die elektrischen Treiberverdrahtungen 40 sind z. B. als Verdrahtungsstrukturen einer Metallschicht gebildet und sind mit den Treiberelektrodenanschlußflächen 19 durch die Durchgangslöcher 39A in der Abdeckplatte 39 verbunden. Zusätzlich liefern die elektrischen Treiberverdrahtungen 40 Wechselstromtreibersignale von einer externen Signalausgangsschaltung 41 über die Treiberelektrodenanschlußflächen 19 an die Schwingungsgeneratoren 18.
  • Die elektrische Erfassungsverdrahtung 42 ist an der linken Seite in der Mittelregion der Abdeckplatte 39 an einer Position angeordnet, die den Verschiebungsdetektoren 29 und 31 entspricht. Die elektrische Erfassungsverdrahtung 42 verbindet die Verschiebungsdetektoren 29 und 31 parallel zu dem Differenzverstärker 44, der unten beschrieben ist, um die Summe der Kapazitätsveränderungen in den Verschiebungsdetektoren 29 und 31 (Verschiebungen der Horizontalvibratoren 4 und 8) auszugeben.
  • Zusätzlich ist die elektrische Erfassungsverdrahtung 43 an der rechten Seite in der Mittelregion der Abdeckplatte 39 angeordnet und verbindet die Verschiebungsdetektoren 30 und 32 parallel zu dem Differenzverstärker 44, um die Summe der Kapazitätsveränderungen in den Verschiebungsdetektoren 30 und 32 auszugeben.
  • Die Erfassungssignale, die von den elektrischen Erfassungsverdrahtungen 42 und 43 ausgegeben werden, werden in Spannungen umgewandelt und in den Differenzverstärker 44 eingegeben, der die Differenz zwischen den Erfassungssignalen an einen Ausgangsanschluß 45 als ein Erfassungssignal ausgibt, das der Winkelgeschwindigkeit Ω entspricht. Die Abdeckplatte 39 ist außerdem mit elektrischen Masseverdrahtungen 46 zum Verbinden der bewegbaren Treiberelektroden 17 der Schwingungsgeneratoren 18 und der bewegbaren Erfassungselektroden 25 bis 28 der Verschiebungsdetektoren 29 bis 32 über die Masseelektrodenanschlußflächen 37 mit Masse versehen.
  • Der Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß der vorliegenden Erfindung ist wie oben beschrieben aufgebaut. Als nächstes wird der Betrieb des Winkelgeschwindigkeitssensors beschrieben.
  • Als erstes legt die Signalausgangsschaltung 41 Wechselstromtreibersignale an die Schwingungsgeneratoren 18 an der linken und rechten Seite in entgegengesetzten Phasen gemeinsam mit einer Vorspannung an. Folglich wird eine elektrostatische anziehende Kraft abwechselnd zwischen den festen Treiberelektroden 16 und den bewegbaren Treiberelektroden 17 links und rechts erzeugt, wobei die äußeren Massebauteile 10 und 11 in den Richtungen schwingen, die durch die Pfeile a1 und a2 in 6 gezeigt sind. Da die Treibersignale, die an die äußeren Massebauteile 10 und 11 angelegt werden, in entgegengesetzten Phasen sind, schwingen die äußeren Massebauteile 10 und 11 in Phasen, die um 180° unterschiedlich sind.
  • Dann werden die Schwingungen der äußeren Massebauteile 10 und 11 über die äußeren Halteträger 12 an die mittleren Massebauteile 2 und 6 übertragen, so daß die Massebauteile 2, 6, 10 und 11 derart schwingen, daß die Phase der Massebauteile 2 und 11 und die Phase der Massebauteile 6 und 10 entgegengesetzt sind, während der Gesamtschwerpunkt G der Massebauteile 2, 6, 10 und 11 an einer im wesentlichen konstanten Position beibehalten wird. Zu diesem Zeitpunkt werden die äußeren Halteträger 12 gemeinsam mit den Longitudinalträgern 14C2 (siehe 9) des Befestigungsbauteils 14 in der X-Achsenrichtung abgelenkt, um eine Buchstabe-„S"-Form zu bilden. Da die Knotenabschnitte 12A an Schwingungsknoten positioniert sind und an im wesentlichen konstanten Positionen beibehalten werden, wird verhindert, daß die Schwingungen über das Befestigungsbauteil 14, das die äußeren Halteträger 12 an den Knotenabschnitten 12A hält, an das Substrat 1 übertragen werden.
  • Da der Gesamtschwerpunkt G an einer im wesentlichen konstanten Position beibehalten wird, wird zuverlässiger verhindert, daß die Schwingungen der Massebauteile 2, 6, 10 und 11 an das Substrat 1 übertragen werden, wobei die mittleren Massebauteile 2 und 6 in einem stabilen Schwingungszustand in eine Schwingung versetzt werden können.
  • Da die mittleren Massebauteile 2 und 6 in entgegengesetzten Phasen schwingen, wird ein Rotationsmoment um den Gesamtschwerpunkt G erzeugt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jedoch werden die Masse M1 und die Strecke L1 der mittleren Massebauteile 2 und 6 von dem Gesamtschwerpunkt G und die Masse M2 und die Strecke L2 der äußeren Massebauteile 10 und 11 von dem Gesamtschwerpunkt G derart eingestellt, daß das Rotationsmoment der mittleren Massebauteile 2 und 6 und ein Rotationsmoment der äußeren Massebauteile 10 und 11 einander aufheben. Folglich kann zuverlässig verhindert werden, daß die Rotationsmomente der Massebauteile 2, 6, 10 und 11 als eine externe Kraft an das Substrat 1 angelegt werden.
  • Die Rotationsmomente, die an die Massebauteile 2, 6, 10 und 11 angelegt werden, werden nun detailliert beschrieben. Eine Trägheitskraft Fa, die an die mittleren Massebauteile 2 und 6 angelegt wird, während dieselben schwingen, kann wie folgt ausgedrückt werden: Fa = M1 × A1 × (2πf)2 (1)wobei A1 die Schwingungsamplitude in der X-Achsenrichtung ist, M1 die Masse und f die Schwingungsfrequenz der mittleren Massebauteile 2 und 6.
  • Zusätzlich kann das Rotationsmoment T1 jedes der mittleren Massebauteile 2 und 6 durch ein Verwenden der Trägheitskraft Fa gemäß Gleichung (1) und der Strecke L1 von dem Gesamtschwerpunkt G wie folgt ausgedrückt werden: T1 = Fa × L1 = M1 × A1 × L1 × (2πf)2 (2)
  • Ähnlich kann eine Trägheitskraft Fb, die an die äußeren Massebauteile 10 und 11 angelegt wird, während dieselben schwingen, wie folgt ausgedrückt werden: Fb = M2 × A2 × (2πf)2 (3)wobei A2 die Schwingungsamplitude in der X-Achsenrichtung ist, M2 die Masse und f die Schwingungsfrequenz der äußeren Massebauteile 10 und 11.
  • Zusätzlich kann das Rotationsmoment T2, das an jedes der äußeren Massebauteile 10 und 11 angelegt wird, durch ein Verwenden der Trägheitskraft Fb und der Strecke L2 von dem Gesamtschwerpunkt G wie folgt ausgedrückt werden: T2 = Fb × L2 = M2 × A2 × L2 × (2πf)2 (4)
  • Da das Gesamtrotationsmoment der mittleren Massebauteile 2 und 6 (2 × T1) und das Gesamtrotationsmoment der äußeren Massebauteile 10 und 11 (2 × T2) in den entgegengesetzten Richtungen angelegt werden, muß die folgende Gleichung erfüllt sein, damit die Rotationsmomente einander aufheben: T = 2 × T1 – 2 × T2 = 0 (5)
  • Deshalb muß T1 = T2 erfüllt sein, wobei die folgende Gleichung durch ein Substituieren der rechten Seiten der Gleichungen (2) und (4) in Gleichung (5) erhalten wird: M1 × A1 × L1 = M2 × A2 × L2 (6)
  • Da die Strecke L2 der äußeren Massebauteile 10 und 11 größer als die Strecke L1 der mittleren Massebauteile 2 und 6 ist, kann die Gleichung (6) durch ein Einstellen der Masse M2 der äußeren Massebauteile 10 und 11 kleiner als die Masse M1 der mittleren Massebauteile 2 und 6 erfüllt werden. Folglich heben die Rotationsmomente T1 und T2, die an das Substrat 1 angelegt werden, einander auf.
  • Als nächstes ist der Vorgang des Erfassens einer Winkelgeschwindigkeit unten beschrieben. Wenn eine Winkelgeschwindigkeit Ω um die Z-Achse an das Substrat 1 angelegt wird, während die Massebauteile 2, 6, 10 und 11 schwingen, empfängt das mittlere Massebauteil 2 eine Coriolis-Kraft F1, die wie folgt ausgedrückt ist, in der Y-Achsenrichtung: F1 = 2 × M1 × Ω × v (7)wobei M1 die Masse des mittleren Massebauteils 2 ist, Ω die Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse und v die Geschwindigkeit des mittleren Massebauteils 2 in der X-Achsenrichtung. Folglich werden, wie in 7 gezeigt ist, z. B. die inneren Halteträger 5 abgelenkt und das mittlere Massebauteil 2 bewegt sich in der Richtung, die durch den Pfeil b1 gezeigt ist, um die Größe, die der Coriolis-Kraft F1 entspricht.
  • Da das mittlere Massebauteil 6 und das mittlere Massebauteil 2 in entgegengesetzten Phasen schwingen (in entgegengesetzten Geschwindigkeitsrichtungen), empfängt das mittlere Massebauteil 6 eine Coriolis-Kraft F2 in einer Richtung, die entgegengesetzt zu der der Coriolis-Kraft ist, die an das mittlere Massebauteil 2 angelegt wird, wie aus Gleichung (7) hervorgeht. Folglich werden die inneren Halteträger 9 abgelenkt und das mittlere Massebauteil 6 bewegt sich in der Richtung, die durch den Pfeil b2 gezeigt ist, um die Größe, die der Coriolis-Kraft F2 entspricht.
  • Folglich nehmen die Kapazitäten in den Verschiebungsdetektoren 29 und 31 zu und die Summe der Kapazitätsveränderungen wird an die elektrische Erfassungsverdrahtung 42 ausgegeben. Zusätzlich nehmen die Kapazitäten in den Verschiebungsdetektoren 30 und 32 ab, wobei die Summe der Kapazitätsveränderungen an die elektrische Erfassungsverdrahtung 43 ausgegeben wird. Dann werden die Signale von den elektrischen Erfassungsverdrahtungen 42 und 43 in den Differenzverstärker 44 eingegeben, wobei die Differenz zwischen denselben an den Ausgangsanschluß 45 ausgegeben wird. Das Ausgangssignal wird einer Signalverarbeitung, wie z. B. einer synchronen Erfassung, unterzogen, wobei die Winkelgeschwindigkeit Ω dadurch mit hoher Genauigkeit bestimmt wird.
  • Als nächstes wird ein Fall betrachtet, bei dem eine Beschleunigung an das Substrat 1 in der Y-Achsenrichtung angelegt wird. Wenn z. B. das Substrat 1 eine Beschleunigung in der Richtung empfängt, die durch den Pfeil b1 gezeigt ist, bewegen sich die mittleren Massebauteile 2 und 6 gemeinsam in der Richtung, die durch den Pfeil b1 gezeigt ist, wie in 8 gezeigt ist. Deshalb nehmen die Kapazitäten in den Verschiebungsdetektoren 29 und 32 zu und die Kapazitäten in den Verschiebungsdetektoren 30 und 31 nehmen ab. Deshalb heben Kapazitätsveränderungen aufgrund der Beschleunigung in den Verschiebungsdetektoren 29 und 31, die durch die elektrische Erfassungsverdrahtung 42 verbunden sind, einander auf, wobei die Kapazitätsveränderungen aufgrund der Beschleunigung in den Verschiebungsdetektoren 30 und 32, die durch die elektrische Erfassungsverdrahtung 43 verbunden sind, einander ebenfalls aufheben.
  • Da die Formen der mittleren Massebauteile 2 und 6 symmetrisch um den Gesamtschwerpunkt G sind, sind, selbst wenn es kleine Abmessungsfehler oder Verarbeitungsfehler gibt, die Resonanzfrequenzen der Horizontalvibratoren 4 und 8, die im Inneren der mittleren Massebauteile 2 bzw. 6 angeordnet sind, im wesentlichen gleich.
  • Folglich bewegen sich, wenn eine Beschleunigung an das Substrat 1 in der Y-Achsenrichtung aufgrund einer externen Schwingung, Stoß usw. angelegt wird, die Horizontalvibratoren 4 und 8 in der Y-Achsenrichtung um im wesentlichen die gleiche Strecke. Deshalb heben die Kapazitätsveränderungen, die durch die Beschleunigung bewirkt werden, einander auf und werden genau beseitigt, wobei zuverlässig verhindert werden kann, daß Schwingungen und Stöße, die an das Substrat 1 angelegt werden, fälschlicherweise als die Winkelgeschwindigkeit erfaßt werden.
  • Wenn z. B. drei Massebauteile linear angeordnet sind und derart in eine Schwingung versetzt werden, daß zwei benachbarte Massebauteile in entgegengesetzten Phasen sind, muß die Größe des Massebauteils in der Mitte größer als die Größe des Massebauteils an beiden Seiten desselben sein, so daß der Gesamtschwerpunkt G der drei Massebauteile sich nicht bewegt. Deshalb unterscheiden sich, es sei denn, jedes Massebauteil wird mit hoher Genauigkeit verarbeitet, die Resonanzfrequenzen der Massebauteile voneinander aufgrund kleiner Abmessungsfehler oder Verarbeitungsfehler. Folglich treten Differenzen zwischen den Verschiebungen der Massebauteile in der Y-Achsenrichtung aufgrund einer externen Schwingung, Stoß usw, leicht auf, wobei es schwierig ist, den Einfluß einer Beschleunigung durch ein Aufheben der Verschiebungen der Massebauteile zu beseitigen.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jedoch, können, da die Formen der vier Massebauteile 2, 6, 10 und 11 symmetrisch um den Gesamtschwerpunkt G sind, das Paar von Massebauteilen 2 und 11 und das Paar von Massebauteilen 6 und 10 symmetrisch in einem stabilen Schwingungszustand schwingen. Zusätzlich können, selbst wenn es kleine Abmessungsfehler oder Verarbeitungsfehler gibt, Differenzen der Resonanzfrequenz, die durch derartige Fehler bewirkt werden, aufgrund ihrer symmetrischen Formen ausgeglichen werden.
  • Zusätzlich werden, wenn die Massebauteile 2, 6, 10 und 11 sich aufgrund einer Beschleunigung usw. in der Y-Achsenrichtung bewegen (schwingen), die Lateralträger 14C1 der Armabschnitte 14C in der Richtung gemäß dem Schwingungszustand, wie in 10 gezeigt ist, abgelenkt. Folglich werden die Schwingungsenergien der Massebauteile 2, 6, 10 und 11 zwischen den Massebauteilen 2, 6, 10 und 11 durch die elastische Kraft der Armabschnitte 14C übertragen, wobei Differenzen der Schwingungsamplituden zwischen den Massebauteilen 2, 6, 10 und 11 reduziert werden. Deshalb kann, selbst wenn es kleine Abmessungsfehler oder Verarbeitungsfehler in den Massebauteilen 2, 6, 10 und 11 gibt und die Amplituden derselben sich voneinander unterscheiden, der Einfluß einer Beschleunigung zuverlässig zwischen den Horizontalvibratoren 4 und 8 beseitigt werden.
  • Als nächstes wird der Fall betrachtet, bei dem die Horizontalvibratoren 4 und 8 aufgrund der Differenz zwischen einer thermischen Ausdehnung des Substrats 1 und der der Horizontalvibratoren 4 und 8 verformt werden. In diesem Fall bewegt sich die feste Erfassungselektrode 21 des ersten Verschiebungsdetektors 29 leicht aus seiner ursprünglichen Position, wobei sich die Strecke zwischen der festen Erfassungselektrode 21 und der bewegbaren Erfassungselektrode 25 verändert. Als ein Ergebnis variiert die Kapazitätsveränderung zwischen der festen Erfassungselektrode 21 und der bewegbaren Erfassungselektrode 25, was aufgrund der Verschiebung und der ursprünglichen Kapazität in dem Verschiebungsdetektor 29 auftritt, wobei die Spannung, die von dem Verschiebungsdetektor 29 ausgegeben wird, gemäß der Winkelgeschwindigkeit (Empfindlichkeit) gemeinsam mit einer Temperaturveränderung variiert. Ähnlich variieren auch die Spannungen, die von dem zweiten, dritten und vierten Verschiebungsdetektor 30, 31 und 32 ausgegeben werden, entsprechend der Winkelgeschwindigkeit (Empfindlichkeit) mit der Temperatur.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jedoch sind die feste Erfassungselektrode 21 und die bewegbare Erfassungselektrode 25 des ersten Verschiebungsdetektors 29 einander in der Y-Achsenrichtung in der Positionsbeziehung entgegengesetzt zu der zwischen der festen Erfassungselektrode 22 und der bewegbaren Erfassungselektrode 26 des zweiten Verschiebungsdetektors 30 zugewandt, wobei die feste Erfas sungselektrode 23 und die bewegbare Erfassungselektrode 27 des dritten Verschiebungsdetektors 31 einander in der Y-Achsenrichtung in der Positionsbeziehung entgegengesetzt zu der zwischen der festen Erfassungselektrode 24 und der bewegbaren Erfassungselektrode 28 des vierten Verschiebungsdetektors 32 zugewandt sind. Deshalb nimmt, wenn die Horizontalvibratoren 4 und 8 sich aufgrund von Wärme ausdehnen, die Strecke zwischen den Erfassungselektroden in dem ersten und dem dritten Verschiebungsdetektor 29 und 31 zu und in dem zweiten und vierten Verschiebungsdetektor 30 und 32 ab. Folglich nimmt, wenn eine derartige thermische Ausdehnung auftritt, eine Empfindlichkeit in den Verschiebungsdetektoren 29 und 31 ab und in den Verschiebungsdetektoren 30 und 32 zu.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Summe der Signale, die von den Verschiebungsdetektoren 29 und 31 erhalten werden, über die elektrische Erfassungsverdrahtung 42 ausgegeben und die Summe der Signale, die von den Verschiebungsdetektoren 30 und 32 erhalten werden, wird über die elektrische Erfassungsverdrahtung 43 ausgegeben. Zusätzlich gibt der Differenzverstärker 44 die Differenz zwischen den Signalen, die von den elektrischen Erfassungsverdrahtungen 42 und 43 eingegeben werden, von dem Ausgangsanschluß 45 aus. Folglich heben, selbst wenn die Empfindlichkeiten der Verschiebungsdetektoren 29, 30, 31 und 32 aufgrund einer thermischen Verzerrung variieren, die Veränderungen der Empfindlichkeiten einander auf, so daß die Empfindlichkeit des Ausgangsanschlusses 45 nicht durch die Temperaturveränderung beeinflußt wird und bei einer konstanten Empfindlichkeit beibehalten wird.
  • Zusätzlich ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das mittlere Massebauteil 2 mit zwei Verschiebungsdetektoren 29 und 30 versehen, wobei das mittlere Massebauteil 6 mit den beiden Verschiebungsdetektoren 31 und 32 versehen ist. Die Verschiebungsdetektoren 29 und 31 sind miteinander mit der elektrischen Erfassungsverdrahtung 42 verbunden und die Verschiebungsdetektoren 30 und 32 sind miteinander mit der elektrischen Erfassungsverdrahtung 43 verbunden. Folglich empfängt, selbst wenn eine Beschleunigung angelegt wird und große Kapazitätsveränderungen in den Verschiebungsdetektoren 29, 30, 31 und 32 auftreten, jede der elektrischen Erfassungsverdrahtungen 42 und 43 ein Signal, in dem die Kapazitätsveränderungen in den mittleren Massebauteilen 2 und 6 aufgehoben sind, so daß verhindert werden kann, daß der Differenzverstärker 44 Signale mit übermäßig hohen Pegeln empfängt. Deshalb kann der Differenzverstärker 44 in einem normalen Betriebsbereich betrieben werden.
  • Wie oben beschrieben ist, sind gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die vier Massebauteile, die aus den mittleren Massebauteilen 2 und 6 und den äußeren Massebauteilen 10 und 11 bestehen, miteinander durch die äußeren Halteträger 12 derart verbunden, daß sich dieselben in der X-Achsenrichtung bewegen können. So können die Formen der Massebauteile 2, 6, 10 und 11 in der Y-Achsenrichtung symmetrisch um den Gesamtschwerpunkt G gemacht werden. Deshalb können, wenn der Winkelgeschwindigkeitssensor aktiviert ist, die Massebauteile 2, 6, 10 und 11 zuverlässig in der X-Achsenrichtung schwingen, derart, daß die Phase der Massebauteile 2 und 11 und die Phase der Massebauteile 6 und 10 in einem stabilen Schwingzustand entgegengesetzt sind, während der Gesamtschwerpunkt G bei einer im wesentlichen konstanten Position beibehalten wird.
  • Folglich können die Schwingungen der Massebauteile 2, 6, 10 und 11 zuverlässig an den Knotenabschnitten 12A der äußeren Halteträger 12 aufgehoben werden, wobei die Knotenabschnitte 12A durch das Befestigungsbauteil 14 an dem Substrat 1 befestigt werden können. Deshalb kann verhindert werden, daß Schwingungsenergien der Massebauteile 2, 6, 10 und 11 über das Befestigungsbauteil 14 auf das Substrat 1 übertragen werden, wobei die Massebauteile 2, 6, 10 und 11 wirksam mit einer vorbestimmten Amplitude, Schwingungsgeschwindigkeit usw. schwingen können. Zusätzlich kann eine Schwingung des Substrats 1 verhindert werden, wobei die Winkelgeschwindigkeit mit stabiler Genauigkeit erfaßt werden kann.
  • Zusätzlich können, da der Gesamtschwerpunkt G der Massebauteile 2, 6, 10 und 11 bei einer im wesentlichen konstanten Position beibehalten werden kann, das Paar von Masseabschnitten 2 und 11 und das Paar von Masseabschnitten 6 und 10 mit einem guten Gleichgewicht schwingen und Rückstellkräfte, die angelegt werden, während die Massebauteile 2, 6, 10 und 11 schwingen, heben einander zuverlässig auf. Deshalb kann zuverlässiger verhindert werden, daß die Schwingungen an das Substrat 1 übertragen werden.
  • Zusätzlich heben, da die Masse M2 der äußeren Massebauteile 10 und 11 kleiner eingestellt ist als die Masse M1 der mittleren Massebauteile 2 und 6, derart, daß die Rotationsmomente T1 und T2 im wesentlichen gleich sind, das Rotationsmoment T1 der mittleren Massebauteile 2 und 6 und das Rotationsmoment T2 der äußeren Massebauteile 10 und 11 einander auf. So kann zuverlässig verhindert werden, daß die Rotationsmomente T1 und T2 als eine externe Kraft an das Substrat 1 übertragen werden, wobei die Erfassungsgenauigkeit weiter verbessert werden kann. Zusätzlich kann, da die Rotationsmomente T1 und T2 im wesentlichen gleich sind, der Gütefaktor der Massebauteile 2, 6, 10 und 11 in dem Resonanzzustand erhöht werden, wobei die Massebauteile 2, 6, 10 und 11 mit großen Amplituden schwingen können. Folglich kann die Erfassungsempfindlichkeit erhöht werden.
  • Zusätzlich kann gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, da die mittleren Massebauteile 2 und 6 mit den Verschiebungsdetektoren 29 bis 32 versehen sind, die Größe der mittleren Massebauteile 2 und 6 ohne weiteres aufgrund der bewegbaren Erfassungselektroden 25 bis 28 der Verschiebungsdetektoren 29 bis 32 erhöht werden. Folglich wird die Masse M1 der mittleren Massebauteile 2 und 6 größer als die Masse M2 der äußeren Massebauteile 10 und 11, so daß die Rotationsmomente T1 und T2 ohne weiteres auf in etwa den gleichen Wert gestellt werden können. So heben die Rotationsmomente T1 und T2 einander auf.
  • Zusätzlich können, da die Formen der Massebauteile 2, 6, 10 und 11 symmetrisch um den Gesamtschwerpunkt G sind, Differenzen der Resonanzfrequenz, die durch kleine Abmessungsfehler oder Verarbeitungsfehler bewirkt werden, durch ihre symmetrischen Formen ausgeglichen werden. Folglich kann eine Beschleunigung aufgrund einer externen Schwingung, Stoß usw. zuverlässig zwischen den Verschiebungsdetektoren 29 und 31 und zwischen den Verschiebungsdetektoren 30 und 32 beseitigt werden. Folglich kann die Winkelgeschwindigkeit genau separat von der Beschleunigung erfaßt werden, wobei die Leistung und Zuverlässigkeit des Sensors verbessert werden können.
  • Zusätzlich kann, da die vier Massebauteile 2, 6, 10 und 11 miteinander durch die äußeren Halteträger 12 verbunden sind, die eine lineare Form aufweisen, der Schwingungszustand (Schwingungsmodus) jedes Massebauteils durch die Ablenkung der äußeren Halteträger 12 bestimmt werden. Folglich können, selbst wenn es kleine Verarbeitungsfehler in den Massebauteilen 2, 6, 10 und 11 gibt, die beiden mittleren Massebauteile 2 und 6 mit im wesentlichen der gleichen Amplitude schwingen, wobei eine stabile Erfassungsempfindlichkeit erzielt werden kann.
  • Zusätzlich umfaßt das Befestigungsbauteil 14 die Armabschnitte 14C, die in der Y-Achsenrichtung abgelenkt werden können, während die Massebauteile 2, 6, 10 und 11 gehalten werden. Folglich können, wenn die Massebauteile 2, 6, 10 und 11 aufgrund einer Beschleunigung in der Y-Achsenrichtung schwingen, die lateralen Träger 14C1 der Armabschnitte 14C gemäß dem Schwingungszustand in der Y-Achsenrichtung abgelenkt werden. So können die Schwingungsenergien zwischen den Massebauteilen 2, 6, 10 und 11 durch die elastische Kraft der Armabschnitte 14C derart übertragen werden, daß die Differenzen der Amplitude reduziert werden. Deshalb können die Differenzen der Amplitude zwischen den Massebauteilen 2, 6, 10 und 11 aufgrund von z. B. Abmessungsfehlern oder Verarbeitungsfehlern hinsichtlich der Beschleunigung reduziert werden, wobei der Einfluß einer Beschleunigung zuverlässiger beseitigt werden kann.
  • Zusätzlich verhindern, da das mittlere Massebauteil 2 den Mittelrahmen 3 und den Horizontalvibrator 4 umfaßt und das mittlere Massebauteil 6 den Mittelrahmen 7 und den Horizontalvibrator 8 umfaßt, die Mittelrahmen 3 und 7, daß die Ablenkung der äußeren Halteträger 12 als die Verschiebungen in der Y-Achsenrichtung zu den Horizontalvibratoren 4 bzw. 8 übertragen wird. Deshalb kann die Genauigkeit beim Erfassen einer Winkelgeschwindigkeit weiter verbessert werden.
  • Zusätzlich können, da die Verschiebungsdetektoren 29 und 31 parallel zu der elektrischen Erfassungsverdrahtung 42 geschaltet sind und die Verschiebungsdetektoren 30 und 32 parallel zu der elektrischen Erfassungsverdrahtung 43 geschaltet sind, die Verschiebungen der Horizontalvibratoren 4 und 8 (Kapazitätsveränderungen) aufgrund der Beschleunigung durch eine einfache Struktur durch ein Verwenden der elektrischen Erfassungsverdrahtungen 42 und 43 aufgehoben werden. Folglich ist es nicht notwendig, z. B. einen Verstärker zum Hinzufügen der Erfassungssignale der Verschiebungsdetektoren 30 und 32 zum Beseitigen der Beschleunigungskomponente usw. zu verwenden, wobei eine Signalverarbeitungsschaltung oder dergleichen, die mit dem Sensor verbunden ist, einfacher gemacht werden kann. Zusätzlich kann, da verhindert werden kann, daß der Differenzverstärker 44 Signale mit übermäßig hohen Pegeln empfängt, der Differenzverstärker 44 in einem normalen Betriebsbereich betrieben werden.
  • Zusätzlich heben, da der Differenzverstärker 44 die Differenz zwischen den Signalen, die von den elektrischen Erfassungsverdrahtungen 42 und 43 eingegeben werden, über den Ausgangsanschluß 45 ausgibt, selbst wenn die Empfindlich keiten der Verschiebungsdetektoren 29, 30, 31 und 32 mit der Temperatur variieren, die Variationen der Empfindlichkeiten einander auf, so daß die Empfindlichkeit des Ausgangsanschlusses 45 stabil bei einer konstanten Empfindlichkeit beibehalten werden kann.
  • Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unten Bezug nehmend auf die 11 und 12 beschrieben. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sind Überwachungselektrodeneinheiten an Positionen angeordnet, die von den Erfassungselektroden getrennt sind. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind Komponenten, die denjenigen bei dem ersten Ausführungsbeispiel gleichen, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei Erklärungen derselben weggelassen werden.
  • Das Bezugszeichen 51 bezeichnet ein Substrat, das aus einem Siliziummaterial, das einen hohen Widerstandswert aufweist, einem Glasmaterial oder dergleichen besteht. Mittlere Massebauteile 52 und 56, äußere Massebauteile 60 und 61, äußere Halteträger 62, ein Befestigungsbauteil 64, Schwingungsgeneratoren 68, Verschiebungsdetektoren 75 und 76, Überwachungselektrodeneinheiten 80 usw., die unten beschrieben sind, sind auf der Oberfläche des Substrats 51 mit z. B. einem Siliziummaterial, das einen niedrigen Widerstandswert aufweist, gebildet.
  • Wie in 12 gezeigt ist, ist ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel das mittlere Massebauteil 52 in der Mittelregion des Substrats 51 angeordnet, wobei ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel das mittlere Massebauteil 52 einen rechteckigen Mittelrahmen 53, einen Horizontalvibrator 54, der im Inneren des Mittelrahmens 53 angeordnet ist, und vier innere Halteträger 55 umfaßt. Der Horizontalvibrator 54 weist eine rechteckige Rahmenform auf und wird durch die inneren Halteträger 55 derart gehalten, daß der Horizontalvibrator 54 sich in der Y-Achsenrichtung bewegen kann.
  • Das mittlere Massebauteil 56 ist ähnlich wie das mittlere Massebauteil 52 aufgebaut und umfaßt einen Mittelrahmen 57, einen Horizontalvibrator 58 und innere Halteträger 59. Der Horizontalvibrator 58 wird durch die vier inneren Halteträger 59 derart gehalten, daß sich der Horizontalvibrator 58 in der Y-Achsenrichtung bewegen kann.
  • Die beiden äußeren Massebauteile 60 und 61 sind an Positionen außerhalb der mittleren Massebauteile 52 und 56 in der Y-Achsenrichtung angeordnet und weisen eine lineare Form auf, die sich in der X-Achsenrichtung erstreckt. Die äußeren Massebauteile 60 und 61 sind mit den äußeren Halteträgern 62 an beiden Enden derselben verbunden.
  • Ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind die vier Massebauteile 52, 56, 60 und 61 linear in der Y-Achsenrichtung angeordnet und sind miteinander durch die äußeren Halteträger 62 verbunden. Zusätzlich sind die Formen der Massebauteile 52, 56, 60 und 61 in der Y-Achsenrichtung symmetrisch um den Gesamtschwerpunkt G der Massebauteile 52, 56, 60 und 61. Die Massebauteile 52, 56, 60 und 61 schwingen derart in der X-Achsenrichtung, daß die Phase der Massebauteile 52 und 61 und die Phase der Massebauteile 56 und 60 entgegengesetzt sind, während der Gesamtschwerpunkt G bei einer im wesentlichen konstanten Position beibehalten wird.
  • Die äußeren Halteträger 62 auf der linken und rechten Seite halten die vier Massebauteile 52, 56, 60 und 61 derart, daß dieselben in der X-Achsenrichtung schwingen können. Jeder der äußeren Halteträger 62 ist mit den Mittelrahmen 53 und 57 der mittleren Massebauteile 52 bzw. 56 durch Verbindungsbauteile 63 an Zwischenpositionen entlang der Longitudinalrichtung des äußeren Halteträgers 62 verbunden. Wenn die Massebauteile 52, 56, 60 und 61 derart schwingen, daß die Phase der Massebauteile 52 und 61 und die Phase der Massebauteile 56 und 60 entgegengesetzt sind, wird jeder der äußeren Halteträger 62 in der X-Achsenrichtung zu einer Buchstabe-„S"-Form abgelenkt. Zusätzlich weist jeder der äußeren Halteträger 62 drei Knotenabschnitte 62A an Zwischenpositionen entlang der Longitudinalrichtung des äußeren Halteträgers 62 auf, wobei die Knotenabschnitte 62A Schwingungsknoten entsprechen und an im wesentlichen konstanten Positionen beibehalten werden.
  • Das Befestigungsbauteil 64, das auf dem Substrat 51 vorgesehen ist, umfaßt einen rechteckigen Basisrahmen 64A, der fest auf dem Substrat 51 ist, sich erstreckende Abschnitte 64B, die im Inneren des Basisrahmens 64A auf der linken und rechten Seite gebildet sind, und die sich in der Y-Achsenrichtung erstrecken, und Armabschnitte 64C, die an den sich erstreckenden Abschnitten 64B vorgesehen sind, und die mit den Knotenabschnitten 62A der äußeren Halteträger 62 verbunden sind. Folglich wird, wenn die Massebauteile 52, 56, 60 und 61 derart schwingen, daß die Phase der Massebauteile 52 und 61 und die Phase der Massebauteile 56 und 60 entgegengesetzt sind, verhindert, daß die Schwingungen an das Substrat 51 übertragen werden.
  • Das Bezugszeichen 65 bezeichnet vier Treiberelektrodenhaltevorrichtungen, die auf dem Substrat 51 an Positionen zwischen dem mittleren Massebauteil 52 und dem äußeren Massebauteil 60 und an Positionen zwischen dem mittleren Massebauteil 56 und dem äußeren Massebauteil 61 vorgesehen sind, wobei das Bezugszeichen 66 feste Treiberelektroden bezeichnet, die durch die Treiberelektrodenhaltevorrichtungen 65 gehalten werden. Die festen Treiberelektroden 66 weisen Elektrodenfinger 66A auf, die mit Elektrodenfingern 67A bewegbarer Treiberelektroden 67 ineinandergreifen, die von den äußeren Massebauteilen 60 und 61 vorstehen, wobei Zwischenräume zwischen denselben in der Y-Achsenrichtung vorhanden sind.
  • Das Bezugszeichen 68 bezeichnet vier Schwingungsgeneratoren, die aus vier Paaren von Treiberelektroden 66 und 67 aufgebaut sind. Wenn Wechselstromtreibersignale in Treiberelektrodenanschlußflächen 69, die an den Treiberelektrodenhaltevorrichtungen 56 vorgesehen sind, gemeinsam mit einer Vorspannung eingegeben werden, versetzen die Schwingungsgeneratoren 68 die äußeren Massebauteile 60 und 61 in den Richtungen durch eine elektrostatische Anziehungskraft in eine Schwingung, die durch die Pfeile a1 und a2 in 11 gezeigt sind.
  • Das Bezugszeichen 70 bezeichnet zwei Erfassungselektrodenhaltevorrichtungen, die auf dem Substrat 51 an Positionen im Inneren der Horizontalvibratoren 54 und 58 vorgesehen sind. Eine der Elektrodenhaltevorrichtungen 70, die an der oberen Seite in 11 angeordnet ist, hält eine feste Erfassungselektrode 71, die kammartige Elektrodenfinger 71A aufweist, wobei die andere der Elektrodenhaltevorrichtungen 70 eine feste Erfassungselektrode 72 hält, die kammartige Elektrodenfinger 72A aufweist.
  • Die Bezugszeichen 73 und 74 bezeichnen bewegbare Erfassungselektroden, die derart gebildet sind, daß sie im Inneren der Horizontalvibratoren 54 bzw. 58 vorstehen. Die bewegbaren Erfassungselektroden 73 und 74 umfassen Elektrodenfinger 73A und 74A, die mit den Elektrodenfingern 71A und 72A der festen Erfassungselektroden 71 bzw. 72 mit Zwischenräumen zwischen denselben in der Y-Achsenrichtung ineinandergreifen.
  • Das Bezugszeichen 75 bezeichnet einen Verschiebungsdetektor, der als ein Winkelgeschwindigkeitsdetektor zum Erfassen der Verschiebung des Horizontalvibrators 54 als einer Winkelgeschwindigkeit auf der Basis einer Kapazitätsveränderung dient. Der Verschiebungsdetektor 75 umfaßt die feste Erfassungselektrode 71 und die bewegbare Erfassungselektrode 73. In dem Verschiebungsdetektor 75 nimmt die Kapazität zu, wenn sich der Horizontalvibrator 54 entlang der Y-Achse in der Richtung bewegt, die durch den Pfeil b1 in 11 gezeigt ist, und nimmt ab, wenn sich der Horizontalvibrator 54 in der Richtung bewegt, die durch den Pfeil b2 gezeigt ist.
  • Das Bezugszeichen 76 bezeichnet einen Verschiebungsdetektor, der als ein Winkelgeschwindigkeitsdetektor zum Erfassen der Verschiebung des Horizontalvibrators 58 dient. Der Verschiebungsdetektor 76 umfaßt die feste Erfassungselektrode 72 und die bewegbare Erfassungselektrode 74. Im Gegensatz zu dem Verschiebungsdetektor 75 nimmt die Kapazität in dem Verschiebungsdetektor 76 ab, wenn sich der Horizontalvibrator 58 in der Richtung bewegt, die durch den Pfeil b1 gezeigt ist, und nimmt zu, wenn sich der Horizontalvibrator 58 in der Richtung bewegt, die durch den Pfeil b2 gezeigt ist.
  • Wenn eine Winkelgeschwindigkeit Ω um die Z-Achse an das Substrat 51 angelegt wird, während die Massebauteile 52, 56, 60 und 61 in der X-Achsenrichtung schwingen, bewegen sich die Horizontalvibratoren 54 und 58 aufgrund der Coriolis-Kraft in den entgegengesetzten Richtungen entlang der Y-Achse. Folglich erfassen die Verschiebungsdetektoren 75 und 76 die Verschiebungen der Horizontalvibratoren 54 bzw. 58 auf der Basis der Kapazitätsveränderungen und geben Erfassungssignale an eine externe Vorrichtung über Erfassungselektrodenanschlußflächen 77 und 78 aus, die an den Elektrodenhaltevorrichtungen 70 vorgesehen sind. Da die bewegbaren Erfassungselektroden 73 und 74 sich gemeinsam zu der gleichen Zeit in Richtung/weg von den festen Erfassungselektroden 71 bzw. 72 bewegen, nehmen die Kapazitäten in den Verschiebungsdetektoren 75 und 76 gemeinsam in der gleichen Phase zu oder ab. So kann die Winkelgeschwindigkeit Ω genau durch ein Hinzufügen der Erfassungssignale erfaßt werden, die von den Verschiebungsdetektoren 75 und 76 erhalten werden.
  • Wenn eine Beschleunigung an das Substrat 51 in der Y-Achsenrichtung angelegt wird, bewegen sich die Horizontalvibratoren 54 und 58 in der gleichen Richtung entlang der Y-Achse, so daß eine der Kapazitäten in den Verschiebungsdetektoren 75 und 76 zunimmt und die andere abnimmt. Folglich können durch ein Hinzufügen der Erfassungssignale, die über die Erfassungselektrodenanschlußflächen 77 und 78 erhalten werden, die Kapazitätsveränderungen in den Verschiebungsdetektoren 75 und 76 aufgrund der Beschleunigung aufgehoben werden, wobei die Winkelgeschwindigkeit separat von der Beschleunigung erfaßt werden kann. Da jedoch die Empfindlichkeiten der Verschiebungsdetektoren 75 und 76 gemeinsam zu- oder abnehmen, wenn eine thermische Verzerrung auftritt, können die Variationen der Empfindlichkeiten einander nicht wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel aufheben.
  • Das Bezugszeichen 79 bezeichnet zwei Überwachungselektrodenhaltevorrichtungen, die auf dem Substrat 51 an der Vorderseite und Rückseite der äußeren Massebauteile 60 und 61 vorgesehen sind. Jede der Überwachungselektrodenhaltevorrichtungen 79 ist mit einer Überwachungselektrodeneinheit 80 und einer Überwachungselektrodenanschlußfläche 81 versehen, die unten beschrieben sind.
  • Eine der Überwachungselektrodeneinheiten 80 ist zwischen einer der Überwachungselektrodenhaltevorrichtungen 79 und dem Massebauteil 60 angeordnet, wobei die andere der Überwachungselektrodeneinheiten 80 zwischen der anderen der Überwachungselektrodenhaltevorrichtungen 79 und dem Massebauteil 61 angeordnet ist. Die Überwachungselektrodeneinheiten 80 dienen als eine Schwingungszustandsüberwachungsvorrichtung. Ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel geben die Überwachungselektrodeneinheiten 80 Wechselstromüberwachungssignale, die Schwingungsfrequenzen, Amplituden usw. entsprechen, der äußeren Massebauteile 60 und 61, über die Überwachungselektrodenanschlußflächen 81 aus. Diese Überwachungssignale werden z. B. zum Überwachen der Schwingungszustände der mittleren Massebauteile 52 und 56 oder als Referenzen zur Signalverarbeitung, wie z. B. synchroner Erfassung, von Winkelgeschwindigkeitserfassungssignalen verwendet.
  • Folglich können Betriebseffekte, die ähnlich sind wie die, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden, auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel erzielt werden. Zusätzlich können bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, da die Überwachungselektrodeneinheiten 80 an Positionen angeordnet sind, die von den Verschiebungsdetektoren 75 und 76 getrennt sind, die Erfassungselektrodenanschlußflächen 77 und 78 separat von den Überwachungselektrodenanschlußflächen 81 gebildet sein. Folglich können die Überwachungssignale und die Erfassungssignale separat mit hoher Genauigkeit ausgegeben werden, wobei es eine größere Freiheit beim Entwerfen des Sensors gibt.
  • Zusätzlich nehmen bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wenn eine Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse angelegt wird, die Kapazitäten in den Verschiebungsdetektoren 75 und 76 gemeinsam zu oder ab. Folglich nimmt, wenn eine Beschleunigung in der Y-Achse angelegt wird, eine der Kapazitäten in den Verschiebungsdetektoren 75 und 76 zu und die andere nimmt ab. Da die Erfassungssignale, die über die Erfassungselektrodenanschlußflächen 77 und 78 erhalten werden, hinzugefügt werden, um die Kapazitätsveränderungen aufgrund der Beschleunigung aufzuheben, können die Erfassungselektrodenanschlußflächen 77 und 78 direkt miteinander durch ein Verwenden von z. B. einer elektrischen Verdrahtung verbunden werden. Da ein Signal, bei dem die Kapazitätsveränderungen aufgrund der Beschleunigung beseitigt sind, an die elektrische Verdrahtung ausgegeben wird, kann selbst dann verhindert werden, daß der Signalpegel übermäßig hoch wird, wenn eine große Beschleunigung angelegt wird. Deshalb kann, wenn das Signal, das über die elektrische Verdrahtung erhalten wird, in einen Verstärker eingegeben wird, der Verstärker immer in einem normalen Betriebsbereich betrieben werden.
  • Als nächstes wird ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unten Bezug nehmend auf 13 beschrieben. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel nimmt, wenn eine Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse angelegt wird, die Kapazität in einem der beiden Verschiebungsdetektoren zu und in dem anderen der beiden Verschiebungsdetektoren ab. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel sind Komponenten, die ähnlich sind wie die bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei Erklärungen derselben weggelassen werden.
  • Das Bezugszeichen 91 bezeichnet zwei Erfassungselektrodenhaltevorrichtungen, die auf dem Substrat 51 an Positionen im Inneren der Horizontalvibratoren 54 und 58 vorgesehen sind. Eine der Elektrodenhaltevorrichtungen 91, die an der oberen Seite in 13 angeordnet ist, hält eine feste Erfassungselektrode 92, die kammartige Elektrodenfinger 92A aufweist, wobei die andere der Elektrodenhaltevorrichtungen 91 eine feste Erfassungselektrode 93 hält, die kammartige Elektrodenfinger 93A aufweist.
  • Die Bezugszeichen 94 und 95 bezeichnen bewegbare Erfassungselektroden, die derart gebildet sind, daß sie im Inneren der Horizontalvibratoren 54 bzw. 58 vorstehen. Die bewegbaren Erfassungselektroden 94 und 95 umfassen Elektrodenfinger 94A und 95A, die mit den Elektrodenfingern 92A und 93A der festen Erfassungselektroden 92 bzw. 93 mit Zwischenräumen zwischen denselben in der Y-Achsenrichtung ineinandergreifen.
  • Das Bezugszeichen 96 bezeichnet einen Verschiebungsdetektor, der als ein Winkelgeschwindigkeitsdetektor zum Erfassen der Verschiebung des Horizontalvibrators 54 als einer Winkelgeschwindigkeit auf der Basis einer Kapazitätsveränderung dient. Der Verschiebungsdetektor 96 umfaßt die feste Erfassungselektrode 92 und die bewegbare Erfassungselektrode 94. In dem Verschiebungsdetektor 96 nimmt die Kapazität zu, wenn sich der Horizontalvibrator 54 entlang der Y-Achse in der Richtung bewegt, die durch den Pfeil b1 in 13 gezeigt ist, und nimmt ab, wenn sich der Horizontalvibrator 54 in der Richtung bewegt, die durch den Pfeil b2 gezeigt ist.
  • Das Bezugszeichen 97 bezeichnet einen Verschiebungsdetektor, der als ein Winkelgeschwindigkeitsdetektor zum Erfassen der Verschiebung des Horizontalvibrators 58 dient. Der Verschiebungsdetektor 97 umfaßt die feste Erfassungselektrode 93 und die bewegbare Erfassungselektrode 95. Ähnlich wie bei dem Verschiebungsdetektor 96 nimmt die Kapazität in dem Verschiebungsdetektor 97 zu, wenn sich der Horizontalvibrator 58 in der Richtung bewegt, die durch den Pfeil b1 gezeigt ist, und nimmt ab, wenn sich der Horizontalvibrator 58 in der Richtung bewegt, die durch den Pfeil b2 gezeigt ist.
  • Wenn eine Winkelgeschwindigkeit Ω um die Z-Achse an das Substrat 51 angelegt wird, während die Massebauteile 52, 56, 60 und 61 in der X-Achsenrichtung schwingen, bewegen sich die Horizontalvibratoren 54 und 58 aufgrund der Coriolis-Kraft in den entgegengesetzten Richtungen entlang der Y-Achse. Folglich erfassen die Verschiebungsdetektoren 96 und 97 die Verschiebungen der Horizontalvibratoren 54 bzw. 58 auf der Basis der Kapazitätsveränderungen und geben Erfassungssignale an eine externe Vorrichtung über Erfassungselektrodenanschlußflächen 98 und 99 aus, die an den Elektrodenhaltevorrichtungen 91 vorgesehen sind. Da sich die bewegbare Erfassungselektrode 94 in Richtung der festen Erfassungselektrode 92 bewegt, während sich die bewegbare Erfassungselektrode 95 weg von der festen Erfassungselektrode 93 bewegt, oder sich die bewegbare Erfassungselektrode 95 in Richtung der festen Erfassungselektrode 93 bewegt, während sich die bewegbare Erfassungselektrode 94 weg von der festen Erfassungselektrode 92 bewegt, verändern sich die Kapazitäten in den Verschiebungsdetektoren 96 und 97 in entgegengesetzten Phasen. So kann die Winkelgeschwindigkeit Ω genau durch ein Erhalten der Differenz (Differenzverstär kung) zwischen den Erfassungssignalen erfaßt werden, die von den Verschiebungsdetektoren 96 und 97 erhalten werden.
  • Wenn eine Beschleunigung an das Substrat 51 in der Y-Achsenrichtung angelegt wird, bewegen sich die Horizontalvibratoren 54 und 58 in der gleichen Richtung entlang der Y-Achse, so daß die Kapazitäten in den Verschiebungsdetektoren 96 und 97 gemeinsam in der gleichen Phase zu- oder abnehmen. Folglich können durch ein Erhalten der Differenz zwischen den Erfassungssignalen, die über die Erfassungselektrodenanschlußflächen 98 und 99 erhalten werden, die Kapazitätsveränderungen in den Verschiebungsdetektoren 96 und 97 aufgrund der Beschleunigung beseitigt werden, wobei die Winkelgeschwindigkeit separat von der Beschleunigung erfaßt werden kann.
  • Folglich können Betriebseffekte, die ähnlich sind wie diejenigen, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden, auch bei dem dritten Ausführungsbeispiel erzielt werden. Zusätzlich nimmt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn eine Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse angelegt wird, eine der Kapazitäten in den Verschiebungsdetektoren 96 und 97 zu und die andere nimmt ab. Folglich nehmen, wenn eine Beschleunigung in der Y-Achse angelegt wird, die Kapazitäten in den Verschiebungsdetektoren 96 und 97 gemeinsam zu und ab. Deshalb können durch ein Erhalten der Differenz zwischen den Erfassungssignalen, die von den Erfassungselektrodenanschlußflächen 98 und 99 erhalten werden, die Kapazitätsveränderungen aufgrund der Beschleunigung einander aufheben.
  • Zusätzlich nimmt, wenn die Strecke zwischen der festen Erfassungselektrode 92 und der bewegbaren Erfassungselektrode 94 und die Strecke zwischen der festen Erfassungselektrode 93 und der bewegbaren Erfassungselektrode 95 sich aufgrund einer thermischen Verzerrung verändern, eine Empfindlichkeit in einem der Verschiebungsdetektoren 96 und 97 zu und nimmt in dem anderen der Verschiebungsdetektoren 96 und 97 ab. Da die Differenz zwischen den Erfassungssignalen, die über die Erfassungselektrodenanschlußflächen 98 und 99 erhalten werden, erhalten wird, um die Kapazitätsveränderungen aufgrund der Beschleunigung zu beseitigen, können auch die Variationen der Empfindlichkeiten aufgrund einer thermischen Verzerrung beseitigt werden.
  • Als nächstes wird ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unten Bezug nehmend auf die 14 bis 17 beschrieben. Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel sind Überwachungselektrodeneinheiten zwischen dem Substrat und den Knotenabschnitten der äußeren Halteträger angeordnet. Bei dem vierten Ausführungsbeispiel sind Komponenten, die ähnlich sind wie diejenigen bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei Erklärungen derselben weggelassen werden.
  • Das Bezugszeichen 101 bezeichnet eine Mehrzahl von Befestigungsbauteilen, die derart gebildet sind, daß sie von der Oberfläche des Substrats 51 vorstehen. Die Befestigungsbauteile 101 sind in vorbestimmten Abständen entlang der Longitudinalrichtung der äußeren Halteträger 62 angeordnet, wobei die vorstehenden Enden der Befestigungsbauteile 101 mit den Knotenabschnitten 62A der äußeren Halteträger 62 verbunden sind. Folglich halten die Befestigungsbauteile 101 die äußeren Halteträger 62 derart an den Knotenabschnitten 62A, daß die äußeren Halteträger 62 in der X-Achsenrichtung abgelenkt werden können, wodurch dieselben dazu dienen, um zu verhindern, daß die Schwingungen der Massebauteile 52, 56, 60 und 61 an das Substrat 51 übertragen werden.
  • Zusätzlich befestigen die Befestigungsbauteile 101 die Knotenabschnitte 62A der äußeren Halteträger 62 an konstanten Positionen an dem Substrat 51, um so zu verhindern, daß sich die Knotenabschnitte 62A in der X- und Y-Achsenrichtung, die parallel zu dem Substrat 51 sind, und in der Z-Achsenrichtung bewegen, die orthogonal zu dem Substrat 51 ist.
  • Das Bezugszeichen 102 bezeichnet zwei Überwachungselektrodenhaltevorrichtungen, die auf dem Substrat 51 an Positionen außerhalb der äußeren Halteträger 62 auf der linken und rechten Seite vorgesehen sind.
  • Das Bezugszeichen 103 bezeichnet eine Überwachungselektrodeneinheit, die als eine Schwingungszustandsüberwachungsvorrichtung dient, und die z. B. an einer Position zwischen dem Substrat 51 und dem äußeren Halteträger 62 auf der linken Seite angeordnet ist. Wie in 15 gezeigt ist, umfaßt die Überwachungselektrodeneinheit 103 eine feste Überwachungselektrode 104 und eine bewegbare Überwachungselektrode 105, die unten beschrieben sind. Die Überwachungselektrodeneinheit 103 erfaßt und überwacht den Schwingungszustand (z. B. die Amplitude in der X-Achsenrichtung) der Massebauteile 52, 56, 60 und 61 auf der Basis einer Kapazitätsveränderung zwischen den Überwachungselektroden 104 und 105 und gibt Überwachungssignale an eine externe Signalausgangsschaltung (nicht gezeigt) aus.
  • Die feste Überwachungselektrode 104 wird durch die Überwachungselektrodenhaltevorrichtung 102 auf der linken Seite gehalten und umfaßt einen Armabschnitt 104A, der von der Überwachungselektrodenhaltevorrichtung 102 in Richtung des äußeren Halteträgers 62 vorsteht, sowie eine Mehrzahl von Elektrodenfingern 104B, die entlang 104A in einer kammartigen Struktur angeordnet sind. Insbesondere erstrecken sich die Elektrodenfinger 104B im wesentlichen in der Y-Achsenrichtung mit Zwischenräumen zwischen denselben in der X-Achsenrichtung. Zusätzlich weist, wie in 15 gezeigt ist, jeder der Elektrodenfinger 104B eine Bogenform auf, die an dem Knotenabschnitt 62A des äußeren Halteträgers 62 zentriert ist.
  • Die bewegbare Überwachungselektrode 105 ist an dem äußeren Halteträger 62 an der linken Seite vorgesehen und umfaßt einen Armabschnitt 105A, der nach außen in der X-Achsenrichtung von dem Knotenabschnitt 62A vorsteht, der sich in der Mitte in der Longitudinalrichtung des äußeren Halteträgers 62 befindet, sowie eine Mehrzahl von Elektrodenfingern 105B, die entlang des Armabschnittes 105A in einer kammartigen Struktur angeordnet sind.
  • Der Armabschnitt 105A ist starr an dem Knotenabschnitt 62A befestigt, so daß er sich gemeinsam mit dem äußeren Halteträger 62 bewegt. Zusätzlich erstrecken sich ähnlich wie die Elektrodenfinger 104B der festen Überwachungselektrode 104 die Elektrodenfinger 105B auch im wesentlichen in der Y-Achsenrichtung mit Zwischenräumen zwischen denselben in der X-Achsenrichtung und weisen eine Bogenform auf, die an dem Knotenabschnitt 62A zentriert ist, der in der Mitte in der Longitudinalrichtung des äußeren Halteträgers 62 plaziert ist. Die Elektrodenfinger 104B und die Elektrodenfinger 105B greifen mit Zwischenräumen zwischen denselben in der Radialrichtung ineinander.
  • In der Überwachungselektrodeneinheit 103 drehen sich, wenn die Massebauteile 52, 56, 60 und 61 schwingen und die äußeren Halteträger 62 in der X-Achsenrichtung abgelenkt werden, die Elektrodenfinger 105B der bewegbaren Überwachungselektrode 105 um den Knotenabschnitt 62A (Mitte 0) des äußeren Halteträgers 62 an der linken Seite in einer Ebene, die parallel zu dem Substrat 51 ist. Folglich verändert sich der gegenüberliegende Bereich zwischen den Elektrodenfingern 104B und den Elektrodenfingern 105B in der Radialrichtung (Kapazität) gemäß der Amplitude usw. der Massebauteile 52, 56, 60 und 61. Da die Elektrodenfinger 104B und 105B eine Bogenform aufweisen, können sie sich hinsichtlich einander bewegen, ohne in Kontakt miteinander zu kommen. Die Kapazität zwischen den Elektrodenfingern 104B und 105B verändert sich proportional (linear) gemäß der Größe der Drehung der Elektrodenfinger 105B.
  • Das Bezugszeichen 106 bezeichnet eine Überwachungselektrodeneinheit, die als eine weitere Schwingungszustandsüberwachungsvorrichtung dient, und die z. B. an einer Position zwischen dem Substrat 51 und dem äußeren Halteträger 62 auf der rechten Seite angeordnet ist. Wie in 16 gezeigt ist, umfaßt die Überwachungselektrodeneinheit 106 ähnlich wie die Überwachungselektrodeneinheit 103, die an der linken Seite angeordnet ist, eine feste Überwachungselektrode 107, die durch die Überwachungselektrodenhaltevorrichtung 102 auf der rechten Seite gehalten wird, und die einen Armabschnitt 107A und eine Mehrzahl von Elektrodenfingern 107B aufweist, und eine bewegbare Überwachungselektrode 108, die an dem Knotenabschnitt 62A des äußeren Halteträgers 62 an der rechten Seite vorgesehen ist, und die einen Armabschnitt 108A und eine Mehrzahl von Elektrodenfingern 108B aufweist.
  • Die Überwachungselektrodeneinheiten 103 und 106 erfassen die Kapazitätsveränderungen zwischen z. B. Masseelektrodenanschlußflächen 109, die an den Befestigungsbauteilen 101 vorgesehen sind, und Überwachungselektrodenanschlußflächen 110, die an den Überwachungselektrodenhaltevorrichtungen 102 auf der linken und rechten Seite vorgesehen sind.
  • Die Überwachungselektrodeneinheiten 103 und 106 sind an Positionen außerhalb der Massebauteile 52, 56, 60 und 61, die linear angeordnet sind, sowie der äußeren Halteträger 62 in der X-Achsenrichtung angeordnet. Wenn die äußeren Halteträger 62 abgelenkt werden, nehmen die Kapazitäten in den Überwachungselektrodeneinheiten 103 und 106 gemeinsam in der gleichen Phase zu und ab.
  • Der Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel weist den oben beschriebenen Aufbau auf. Als nächstes wird der Betrieb der Überwachungselektrodeneinheiten 103 und 106 unten beschrieben.
  • Als erstes legt eine externe Signalausgangsschaltung Wechselstromtreibersignale an die Schwingungsgeneratoren 68 an der linken und rechten Seite in entgegengesetzten Phasen gemeinsam mit einer Vorspannung an. Folglich schwingen ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Massebauteile 52, 56, 60 und 61 derart in der X-Achsenrichtung, daß die Phase der Massebauteile 52 und 61 und die Phase der Massebauteile 56 und 60 entgegengesetzt ist. Dann bewegen sich, wenn eine Winkelgeschwindigkeit Ω um die Z-Achse angelegt wird, die Horizontalvibratoren 54 und 58 gemäß der angelegten Winkelgeschwindigkeit Ω in der Y-Achsenrichtung, wobei die Verschiebungen der Horizontalvibratoren 54 und 58 durch die Verschiebungsdetektoren 75 und 76 als die Winkelgeschwindigkeit Ω erfaßt werden.
  • Zu dieser Zeit wird, wie in 17 gezeigt ist, jeder der äußeren Halteträger 62 in der X-Achsenrichtung abgelenkt, wenn die Massebauteile 52, 56, 60 und 61 schwingen, wobei ein Teil des äußeren Halteträgers 62 nahe dem Knotenabschnitt 62A um den Knotenabschnitt 62A in der X-Achsenrichtung schwingt. Als ein Ergebnis dreht sich jede der bewegbaren Überwachungselektroden 105 und 108 der Überwachungselektrodeneinheiten 103 bzw. 106 gemeinsam mit dem entsprechenden äußeren Halteträger 62 um die Mitte 0 in einer Horizontalebene, wobei eine Kapazitätsveränderung zwischen den Elektroden 104 und 105 und zwischen den Elektroden 107 und 108 auftritt. Folglich geben die Überwachungselektrodeneinheiten 103 und 106 die Überwachungssignale, die dem Schwingungszustand der Massebauteile 52, 56, 60 und 61 entsprechen, an die Signalausgangsschaltung aus.
  • Folglich führt eine automatische Verstärkungssteuerungs(AGC-)Schaltung, die in z. B. der Signalausgangsschaltung enthalten ist, eine Rückkopplungssteuerung der Spannung usw. der Treibersignale durch, die an die Schwingungsgeneratoren 68 angelegt werden, derart, daß der Zustand der Überwachungssignale konstant beibehalten wird. Deshalb können, selbst wenn z. B. Eigenfrequenzen, Gütefaktoren usw. der Massebauteile 52, 56, 60 und 61 gemeinsam mit der Umgebungstemperatur variieren, die Massebauteile 52, 56, 60 und 61 mit einer konstanten Amplitude in eine Schwingung versetzt werden. Folglich kann die Winkelgeschwindigkeit Ω mit einer stabilen Erfassungsgenauigkeit erfaßt werden.
  • In diesem Fall sind die Trägheitsmassen der bewegbaren Überwachungselektroden 105 und 108 der Überwachungselektrodeneinheiten 103 bzw. 106 ziemlich klein verglichen mit denen der Massebauteile 52, 56, 60 und 61. Zusätzlich sind die bewegbaren Überwachungselektroden 105 und 108 starr an den Knotenabschnitten 62A der äußeren Halteträger 62 befestigt und sind durch die Knotenabschnitte 62A und die Befestigungsbauteile 101 an dem Substrat 51 befestigt.
  • Folglich kann, selbst wenn eine Beschleunigung durch eine externe Schwingung, Stoß usw. an das Substrat 51 angelegt wird, verhindert werden, daß die bewegbaren Überwachungselektroden 105 und 108 unabsichtlich aufgrund der Beschleunigung bewegt werden, wobei genaue Überwachungssignale entsprechend der Kapazität zwischen den Überwachungselektroden 104 und 105 und der zwischen den Überwachungselektroden 107 und 108 ausgegeben werden können. Zusätzlich kann verhindert werden, daß sich die bewegbare Überwachungselektrode 105 aufgrund der Beschleunigung in der Z-Achsenrichtung in Richtung/weg von dem Substrat 51 bewegt.
  • Folglich können Betriebseffekte, die ähnlich sind wie diejenigen, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden, auch bei dem vierten Ausführungsbeispiel erzielt werden. Zusätzlich funktionieren bei dem vierten Ausführungsbeispiel, da die bewegbaren Überwachungselektroden 105 und 108 der Überwachungselektrodeneinheiten 103 und 106 an den Knotenabschnitten 62A der äußeren Halteträger 62 vorgesehen sind, die Überwachungselektrodeneinheiten 103 und 106 selbst dann genau, wenn eine externe Kraft angelegt wird. Folglich können die Amplituden usw. der Massebauteile 52, 56, 60 und 61 zuverlässig unter Verwendung der Überwa chungssignale rückkopplungsgesteuert werden. Deshalb kann die Winkelgeschwindigkeit, selbst wenn es eine Temperaturveränderung gibt oder wenn eine externe Kraft angelegt wird, mit hoher Genauigkeit erfaßt werden, wobei die Zuverlässigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors weiter verbessert werden kann.
  • Zusätzlich kann, da die Überwachungselektrodeneinheit 103 die Kapazitätsveränderung zwischen der festen Überwachungselektrode 104 und der bewegbaren Überwachungselektrode 105 erfaßt und die Überwachungselektrodeneinheit 106 die Kapazitätsveränderung zwischen der festen Überwachungselektrode 107 und der bewegbaren Überwachungselektrode 108 erfaßt, der Schwingungszustand der Massebauteile 52, 56, 60 und 61 genau mit einer einfachen kontaktfreien Struktur erfaßt werden.
  • Zusätzlich kann, da die kammartigen Elektrodenfinger 104B und 105B der Überwachungselektrodeneinheit 103 ineinandergreifen und die kammartigen Elektrodenfinger 107B und 108B der Überwachungselektrodeneinheit 106 ineinandergreifen, selbst wenn die Größe der Elektroden 104, 105, 107 und 108 reduziert ist, ein großer gegenüberliegender Bereich zwischen den Elektroden 104 und 105 und zwischen den Elektroden 107 und 108 erzielt werden. Folglich kann die Größe der Überwachungselektrodeneinheiten 103 und 106 ohne ein Reduzieren der Erfassungsgenauigkeit reduziert werden.
  • Zusätzlich können, da die Elektrodenfinger 104B, 105B, 107B und 108B eine Bogenform aufweisen, die an den Knotenabschnitten 62A der äußeren Halteträger 62 zentriert sind, sich dieselben ohne ein Kontaktieren einander bewegen, wenn sich die bewegbaren Überwachungselektroden 105 und 108 drehen. Zusätzlich verändert sich der gegenüberliegende Bereich zwischen den Elektroden 104B und 105B linear gemäß der Größe der Rotation (Rotationswinkel) der bewegbaren Überwachungselektrode 105 und der gegenüberliegende Bereich zwischen den Elektroden 107B und 108B ändert sich linear gemäß der Größe der Rotation (Rotationswinkel) der bewegbaren Überwachungselektrode 108. Folglich nimmt die Kapazität zwischen den Elektroden 104B und 105B linear gemäß dem Rotationswinkel der bewegbaren Überwachungselektrode 105 zu und ab, wobei die Kapazität zwischen den Elektroden 107B und 108B linear gemäß dem Rotationswinkel der bewegbaren Überwachungselektrode 108 zu- und abnimmt. Deshalb kann der Schwingungszustand der Massebauteile 52, 56, 60 und 61 ohne weiteres selbst dann erfaßt werden, wenn die Überwachungselektrodeneinheiten 103 und 106 an den Knotenabschnitten 62A der äußeren Halteträger 62 vorgesehen sind.
  • Zusätzlich können, da die Überwachungselektrodeneinheiten 103 und 106 an der linken und rechten Seite der äußeren Halteträger 62 angeordnet sind, wenn die äußeren Halteträger 62 abgelenkt werden, die Kapazitäten in den Überwachungselektrodeneinheiten 103 und 106 gemeinsam in der gleichen Phase erhöht und gesenkt werden. Durch ein Hinzufügen der Überwachungssignale durch eine Signalverarbeitungsschaltung usw. kann die Genauigkeit der Überwachungssignale weiter erhöht werden.
  • Als nächstes wird ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unten Bezug nehmend auf die 18 und 19 beschrieben. Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel sind Überwachungselektrodeneinheiten an zwei benachbarten Knotenabschnitten eines der äußeren Halteträger vorgesehen. Bei dem fünften Ausführungsbeispiel sind Komponenten, die ähnlich sind wie diejenigen bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei Erklärungen derselben weggelassen werden.
  • Das Bezugszeichen 111 bezeichnet eine Mehrzahl von Befestigungsbauteilen, die von der Oberfläche des Substrats 51 vorstehen. Ähnlich wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel sind die Befestigungsbauteile 111 in vorbestimmten Abständen entlang der Longitudinalrichtung der äußeren Halteträger 62 angeordnet. Zusätzlich halten die Befestigungsbau teile 111 die äußeren Halteträger 62 an den Knotenabschnitten 62A, an denen die Schwingungen nicht ohne weiteres an das Substrat 51 übertragen werden, derart, daß die äußeren Halteträger 62 in der X-Achsenrichtung abgelenkt werden, und dienen dazu, um zu verhindern, daß sich die Knotenabschnitte 62A in der X-Achsen- und der Y-Achsenrichtung, die parallel zu dem Substrat 51 sind, und in der Z-Achsenrichtung bewegen, die orthogonal zu dem Substrat 51 ist.
  • Das Bezugszeichen 112 bezeichnet eine Überwachungselektrodenhaltevorrichtung, die auf dem Substrat 51 an z. B. einer Position nahe dem äußeren Halteträger 62 auf der linken Seite vorgesehen ist.
  • Das Bezugszeichen 113 bezeichnet eine Überwachungselektrodeneinheit, die als eine Schwingungszustandsüberwachungsvorrichtung dient, und die an einer Position zwischen dem Substrat 51 und dem äußeren Halteträger 62 angeordnet ist. Wie in 19 gezeigt ist, umfaßt die Überwachungselektrodeneinheit 113 ähnlich wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel eine feste Überwachungselektrode 114, die an der Überwachungselektrodenhaltevorrichtung 112 vorgesehen ist, und die eine Mehrzahl von Elektrodenfingern 114A aufweist, und eine bewegbare Überwachungselektrode 115, die starr an dem Knotenabschnitt 62A befestigt ist, der in der Mitte in der Longitudinalrichtung des äußeren Halteträgers 62 plaziert ist, und die einen Armabschnitt 115A und eine Mehrzahl von Elektrodenfingern 115B aufweist.
  • Die Elektrodenfingern 114A und 115B weisen eine Bogenform auf, die an dem Knotenabschnitt 62A (Mitte 0') in der Mitte in der Longitudinalrichtung des äußeren Halteträgers 62 zentriert ist, und greifen mit Zwischenräumen zwischen denselben in der Radialrichtung ineinander.
  • Das Bezugszeichen 116 bezeichnet eine Überwachungselektrodeneinheit, die als eine weitere Schwingungszustandsüberwa chungsvorrichtung dient, und die auch an einer Position zwischen dem Substrat 51 und dem äußeren Halteträger 62 angeordnet ist. Ähnlich wie die Überwachungselektrodeneinheit 113 umfaßt die Überwachungselektrodeneinheit 116 eine feste Überwachungselektrode 117, die an der Überwachungselektrodenhaltevorrichtung 112 vorgesehen ist, und die eine Mehrzahl von Elektrodenfingern 117A aufweist, und eine bewegbare Überwachungselektrode 118, die starr an dem Knotenabschnitt 62A befestigt ist, der nahe dem Ende des äußeren Halteträgers 62 plaziert ist, und die einen Armabschnitt 118A und eine Mehrzahl von Elektrodenfingern 118B aufweist. Die Elektrodenfinger 117A und 118B weisen eine Bogenform auf, die an dem Knotenabschnitt 62A (Mitte 0'') zentriert ist, der nahe dem Ende des äußeren Halteträgers 62 plaziert ist, und greifen mit Zwischenräumen zwischen denselben in der Radialrichtung ineinander.
  • Wenn die Massebauteile 52, 56, 60 und 61 schwingen und die äußeren Halteträger 62 in der X-Achsenrichtung abgelenkt werden, dreht sich die bewegbare Überwachungselektrode 115 um den Knotenabschnitt 62A (Mitte 0') in der Mitte in der Longitudinalrichtung des äußeren Halteträgers 62 in einer Ebene, die parallel zu dem Substrat 51 ist, wobei sich die bewegbare Überwachungselektrode 118 um den Knotenabschnitt 62A (Mitte 0'') dreht, der nahe dem Ende plazier ist. Folglich verändern sich die Kapazitäten in den Überwachungselektrodeneinheiten 113 und 116, wobei sich die Kapazität zwischen Masseelektrodenanschlußflächen 119, die an den Befestigungsbauteilen 112 vorgesehen sind, und einer Überwachungselektrodenanschlußfläche 120 verändert, die an der Überwachungselektrodenhaltevorrichtung 112 vorgesehen ist.
  • Die Überwachungselektrodeneinheiten 113 und 116 sind an zwei benachbarten Knotenabschnitten 62A eines der Halteträger 62 angeordnet, wobei, wenn dieser äußere Halteträger 62 abgelenkt wird, die Kapazitäten in den Überwachungselektrodeneinheiten 113 und 116 gemeinsam in der gleichen Phase zunehmen und abnehmen. Zusätzlich geben, da die Überwachungselektrodeneinheiten 113 und 116 miteinander durch die Überwachungselektrodenhaltevorrichtung 112 verbunden sind, die Elektrodenanschlußflächen 119 und 120 die Summe der Überwachungssignale 113 und 116 aus.
  • Folglich können Betriebseffekte, die ähnlich sind wie diejenigen, die bei dem ersten und dritten Ausführungsbeispiel erzielt werden, auch bei dem fünften Ausführungsbeispiel erzielt werden. Zusätzlich können bei dem fünften Ausführungsbeispiel, da die Überwachungselektrodeneinheiten 113 und 116 an zwei benachbarten Knotenabschnitten 62A eines der Halteträger 62 angeordnet sind, beide der Überwachungselektrodeneinheiten 113 und 116 durch die Überwachungselektrodenhaltevorrichtung 112 gehalten werden, wobei die Überwachungselektrodeneinheiten 113 und 116 miteinander durch die Überwachungselektrodenhaltevorrichtung 112 verbunden sein können.
  • Folglich kann die Summe der Überwachungssignale ohne ein Verbinden der Überwachungselektrodeneinheiten 113 und 116 mit externen Verdrahtungen usw. erzielt werden. Deshalb können hochgenaue Überwachungssignale mit einer einfachen Struktur erhalten werden, wobei die Struktur der Überwachungselektrodenhaltevorrichtung 112 und der Elektrodenanschlußfläche 120 einfacher gemacht werden kann.
  • Als nächstes wird ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unten Bezug nehmend auf die 20 bis 24 beschrieben. Gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel werden Winkelgeschwindigkeiten um zwei Achsen einzeln durch den Winkelgeschwindigkeitssensor erfaßt. Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel sind Komponenten, die ähnlich sind wie diejenigen bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei Erklärungen derselben weggelassen werden.
  • Das Bezugszeichen 121 bezeichnet ein Substrat des Winkelgeschwindigkeitssensors. Ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das Substrat 121 entlang der X- und Y-Achse und ist orthogonal zu der Z-Achse. Zusätzlich erfaßt gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Winkelgeschwindigkeitssensor eine Winkelgeschwindigkeit Ω1 um die Z-Achse durch ein Verwenden von mittleren Massebauteilen 122 und 126 und erfaßt eine Winkelgeschwindigkeit Ω2 um die Y-Achse durch ein Verwenden äußerer Massebauteile 130 und 134.
  • Wie in den 20 bis 22 gezeigt ist, sind ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel vier Massebauteile 122, 126, 130 und 134 derart oberhalb des Substrats 121 angeordnet, daß mittlere Massebauteile 122 und 126 in der Mittelregion angeordnet sind. Das mittlere Massebauteil 122 umfaßt einen rechteckigen Mittelrahmen 123, einen Horizontalvibrator 124 und vier innere Halteträger 125.
  • Ähnlich wie das mittlere Massebauteil 122 umfaßt das mittlere Massebauteil 126 einen rechteckigen Mittelrahmen 127, einen Horizontalvibrator 128 und vier innere Halteträger 129.
  • Unter den vier Massebauteilen 122, 126, 130 und 134 sind die äußeren Massebauteile 130 und 134 an Positionen außerhalb der mittleren Massebauteile 122 und 126 in der Y-Achsenrichtung angeordnet.
  • Das äußere Massebauteil 130 umfaßt einen rechteckigen äußeren Rahmen 131, einen Vertikalvibrator 132, der im Inneren des externen Rahmens 131 angeordnet ist, und innere Halteträger 133, die den Vertikalvibrator 132 derart halten, daß sich der Vertikalvibrator 132 in der Z-Achsenrichtung bewegen (schwingen) kann. Der Vertikalvibrator 132 ist als ein rechteckiges flaches Massebauteil gebildet, wobei ein Elektrodenloch 132A in dem Vertikalvi brator 132 in der Mitte gebildet ist, was in den 21 und 22 gezeigt ist.
  • Das Bezugszeichen 133 bezeichnet vier innere Halteträger, die zwischen dem äußeren Rahmen 131 und dem Vertikalvibrator 132 angeordnet sind. Wie in 23 gezeigt ist, sind die inneren Halteträger 133 dünn und lang, wobei ein Ende derselben an der inneren Wand des äußeren Rahmens 131 befestigt ist und das andere Ende derselben in einer „L"-Form abgelenkt ist und an dem Vertikalvibrator 132 an vier Ecken des Vertikalvibrators 132 befestigt ist.
  • Folglich bewegt sich, wie in 24 gezeigt ist, wenn die inneren Halteträger 133 in der Z-Achsenrichtung abgelenkt werden, der Vertikalvibrator 132 entlang der Z-Achsenrichtung in Richtung/weg von dem Substrat 121. Da die inneren Halteträger 133 den Vertikalvibrator 132 an vier Ecken desselben halten, kann sich der Vertikalvibrator 132 zuverlässig hinsichtlich des Substrats 121 bewegen, während er parallel zu dem Substrat 121 ist.
  • Zusätzlich erstrecken sich die inneren Stützträger 133 entlang der vier Seiten des Vertikalvibrators 132 und sind so angeordnet, um den Vertikalvibrator 132 zu umgeben. Folglich können, selbst wenn die dünnen, langen inneren Halteträger 133 mit dem Vertikalvibrator 132 an den vier Ecken desselben verbunden sind, dieselben in einem kleinen Bereich angeordnet sein.
  • Das äußere Massebauteil 134 ist ähnlich wie das äußere Massebauteil 130 aufgebaut und umfaßt einen rechteckigen äußeren Rahmen 135, einen Vertikalvibrator 136, der ein Elektrodenloch 136A aufweist, und innere Halteträger 137, wie in 20 gezeigt ist.
  • Ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die vier Massebauteile 122, 126, 130 und 134 linear in der Y-Achsenrichtung angeordnet und weisen symmetrische Formen hinsichtlich des Gesamtschwerpunkts G auf. Zusätzlich schwingen die Massebauteile 122, 126, 130 und 134 derart in der X-Achsenrichtung, daß die Phase der Massebauteile 122 und 134 und die Phase der Massebauteile 126 und 130 entgegengesetzt sind.
  • Das Bezugszeichen 138 bezeichnet äußere Halteträger, die auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, und die die Massebauteile 122, 126, 130 und 134 derart halten, daß sie in der X-Achsenrichtung schwingen können. Ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind drei Knotenabschnitte 138A an jedem der äußeren Halteträger 138 gebildet. Zusätzlich ist jeder der äußeren Halteträger 138 mit den Mittelrahmen 123 und 127 durch Verbindungsbauteile 139 in der Mittelregion in der Longitudinalrichtung derselben, sowie mit den äußeren Rahmen 131 und 135 durch Verbindungsbauteile 140 an beiden Enden in der Longitudinalrichtung derselben verbunden.
  • Das Bezugszeichen 141 bezeichnet ein Befestigungsbauteil, das an dem Substrat 121 vorgesehen ist. Ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel umfaßt das Befestigungsbauteil 141 einen rechteckigen Basisrahmen 141A, T-förmige, sich erstreckende Abschnitte 141B und Armabschnitte 141C. Jeder der Armabschnitte 141C umfaßt laterale Träger, einen Longitudinalträger und einen Befestigungsabschnitt und weist eine Elastizität auf, so daß er in der Y-Achsenrichtung abgelenkt werden kann, wobei die äußeren Halteträger 138 an dem Substrat 121 an den Knotenabschnitten 138A durch die Armabschnitte 141C des Befestigungsbauteils 141 befestigt sind.
  • Vier Treiberelektrodenhaltevorrichtungen 142 sind an dem Substrat 121 an Positionen außerhalb der äußeren Massebauteile 130 und 134 vorgesehen. Jede der Treiberelektrodenhaltevorrichtungen 142 hält eine feste Treiberelektrode 143, die kammartige Elektrodenfinger 143A aufweist. Die Elektrodenfinger 143A der festen Treiberelektroden 143 greifen mit Elektrodenfingern 144A bewegbarer Treiberelektroden 144 ineinander, die von den äußeren Massebauteilen 130 und 134 mit Zwischenräumen zwischen denselben vorstehen. Auf diese Weise sind vier Schwingungsgeneratoren 145 zum Versetzen der Massebauteile 122, 126, 130 und 134 in der X-Achsenrichtung in eine Schwingung aus vier Paaren der Treiberelektroden 143 und 144 aufgebaut.
  • Zusätzlich sind ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel zwei Erfassungselektrodenhaltevorrichtungen 146 an dem Substrat 121 an Positionen im Inneren der Horizontalvibratoren 124 und 128 vorgesehen, um feste Erfassungselektroden 147 und 148 zu halten. Die feste Erfassungselektrode 147 weist Elektrodenfinger 147A auf, die mit Elektrodenfingern 149A einer bewegbaren Erfassungselektrode 149 ineinandergreifen, die im Inneren der Horizontalvibratoren 124 vorsteht, wobei die feste Erfassungselektrode 148 Elektrodenfinger 148A aufweist, die mit Elektrodenfingern 150A einer bewegbaren Erfassungselektrode 150 ineinandergreifen, die im Inneren der Horizontalvibratoren 128 vorsteht.
  • Das Bezugszeichen 151 bezeichnet einen Verschiebungsdetektor, der als ein erstes Winkelgeschwindigkeitsdetektorelement zum Erfassen einer Winkelgeschwindigkeit Ω1 um die Z-Achse dient. Ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel umfaßt der Verschiebungsdetektor 151 die Erfassungselektroden 147 und 149 und erfaßt die Verschiebung des Horizontalvibrators 124 in der Y-Achsenrichtung als die Winkelgeschwindigkeit Ω1 um die Z-Achse auf der Basis einer Kapazitätsveränderung zwischen den Elektrodenfingern 147A und 149A.
  • Das Bezugszeichen 152 bezeichnet einen Verschiebungsdetektor, der auch als das erste Winkelgeschwindigkeitsdetektorelement dient. Der Verschiebungsdetektor 152 umfaßt die Erfassungselektroden 148 und 150 und erfaßt die Verschiebung des Horizontalvibrators 128 in der Y-Achsenrichtung als die Winkelgeschwindigkeit Ω1 um die Z-Achse auf der Basis einer Kapazitätsveränderung zwischen den Elektrodenfingern 148A und 150A.
  • Zusätzlich geben ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, wenn die Horizontalvibratoren 124 und 128 sich in den entgegengesetzten Richtungen entlang der Y-Achse aufgrund der Winkelgeschwindigkeit Ω1 um die Z-Achse bewegen, die Verschiebungsdetektoren 151 und 152 Erfassungssignale über Erfassungselektrodenanschlußflächen 153 und 154 (siehe 2) aus, die an den Erfassungselektrodenhaltevorrichtungen 146 vorgesehen sind. Folglich kann die Winkelgeschwindigkeit Ω1 mit hoher Genauigkeit durch ein Eingeben der Erfassungssignale in einen Differenzverstärker usw. erfaßt werden.
  • Wenn die Horizontalvibratoren 124 und 128 sich aufgrund einer Beschleunigung in der gleichen Richtung entlang der Y-Achse bewegen, können die Kapazitätsveränderungen, die durch die Verschiebungen bewirkt werden, zwischen den Verschiebungsdetektoren 151 und 152 aufgehoben werden, wobei der Einfluß der Beschleunigung beseitigt werden kann.
  • Die Bezugszeichen 155 und 156 bezeichnen zwei feste Erfassungselektroden, die an dem Substrat 121 an Positionen gebildet sind, die den Vertikalvibratoren 132 bzw. 136 entsprechen. Wie in den 21 bis 23 gezeigt ist, sind die festen Erfassungselektroden 155 und 156 aus rechteckigen Metallfilmen gebildet.
  • Die feste Erfassungselektrode 155, die an der rechten Seite in 21 angeordnet ist, liegt einer bewegbaren Erfassungselektrode 157 gegenüber, die auf der Rückoberfläche des Vertikalvibrators 132 gebildet ist, wobei ein Zwischenraum zwischen denselben in der Z-Achsenrichtung vorliegt. So bilden die Erfassungselektroden 155 und 157 einen planparallelen Kondensator. Zusätzlich liegt die feste Erfassungselektrode 156, die auf der linken Seite angeordnet ist, einer bewegbaren Erfassungselektrode 158 gegenüber, die auf der Rückoberfläche des Vertikalvibrators 136 gebildet ist, wobei ein Zwischenraum zwischen denselben in der Z-Achsenrichtung vorliegt.
  • Das Bezugszeichen 159 bezeichnet einen Verschiebungsdetektor, der als ein zweites Winkelgeschwindigkeitsdetektorelement zum Erfassen einer Winkelgeschwindigkeit Ω2 um die Y-Achse dient. Der Verschiebungsdetektor 159 umfaßt die Erfassungselektroden 155 und 157 und erfaßt die Verschiebung des Vertikalvibrators 132 in der Z-Achsenrichtung als die Winkelgeschwindigkeit Ω2 um die Y-Achse auf der Basis einer Kapazitätsveränderung zwischen den Erfassungselektroden 155 und 157.
  • Das Bezugszeichen 160 bezeichnet einen Verschiebungsdetektor, der auch als das zweite Winkelgeschwindigkeitsdetektorelement dient. Der Verschiebungsdetektor 160 umfaßt die Erfassungselektroden 156 und 158 und erfaßt die Verschiebung des Vertikalvibrators 136 in der Z-Achsenrichtung als die Winkelgeschwindigkeit Ω2 um die Y-Achse auf der Basis einer Kapazitätsveränderung zwischen den Elektroden 156 und 158.
  • Zwei Anschlußflächenhaltevorrichtungen 161, die aus einem Siliziummaterial gebildet sind, das einen niedrigen Widerstandswert aufweist, sind an dem Substrat 121 derart vorgesehen, daß sie durch die Elektrodenlöcher 132A und 136A, die in den Vertikalvibratoren 132 bzw. 136 gebildet sind, vorstehen. Zusätzlich halten die Anschlußflächenhaltevorrichtungen 161 Erfassungselektrodenanschlußflächen 162 und 163 an den vorstehenden Enden derselben, wobei die Erfassungselektrodenanschlußflächen 162 und 163 mit den festen Erfassungselektroden 155 bzw. 156 durch die Anschlußflächenhaltevorrichtungen 161 verbunden sind.
  • Wenn der Winkelgeschwindigkeitssensor aktiviert ist, schwingen ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die äußeren Massebauteile 130 und 134 in der X- Achsenrichtung in entgegengesetzten Phasen. Folglich bewegen sich, wenn die Winkelgeschwindigkeit Ω2 um die Y-Achse an die Vertikalvibratoren 132 und 136 angelegt wird, die Vertikalvibratoren 132 und 136 in den entgegengesetzten Richtungen entlang der Z-Achse.
  • Folglich geben die Verschiebungsdetektoren 159 und 160 Erfassungssignale, die den Verschiebungen der Vertikalvibratoren 132 und 136 entsprechen, über die Erfassungselektrodenanschlußflächen 162 bzw. 163 aus, wobei die Winkelgeschwindigkeit Ω2 um die Y-Achse mit hoher Genauigkeit durch ein Eingeben der Erfassungssignale in einen Differenzverstärker usw. erfaßt werden kann.
  • Wenn eine Beschleunigung an die Vertikalvibratoren 132 und 136 in der Z-Achsenrichtung angelegt wird, bewegen sich die Vertikalvibratoren 132 und 136 in der gleichen Richtung entlang der Z-Achse, so daß die Kapazitätsveränderungen, die durch die Verschiebungen der Vertikalvibratoren 132 und 136 bewirkt werden, zwischen den Verschiebungsdetektoren 159 und 160 aufgehoben werden können. Deshalb kann die Winkelgeschwindigkeit Ω2 um die Y-Achse separat von Störungen, wie z. B. einer Beschleunigung, erfaßt werden.
  • Das Bezugszeichen 164 bezeichnet zwei Überwachungselektrodenhaltevorrichtungen, die auf dem Substrat 121 an der Vorderseite und Rückseite der äußeren Massebauteile 130 und 134 vorgesehen sind. Ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist jede der Überwachungselektrodenhaltevorrichtungen 164 mit einer Überwachungselektrodeneinheit 165 und einer Überwachungselektrodenanschlußfläche 166 versehen, die unten beschrieben sind.
  • Die Überwachungselektrodeneinheiten 165 dienen als eine Schwingungszustandsüberwachungsvorrichtung. Eine der Überwachungselektrodeneinheiten 165 ist zwischen einer der Überwachungselektrodenhaltevorrichtungen 164 und dem Massebauteil 130 angeordnet, wobei die andere der Überwachungs elektrodeneinheiten 165 zwischen der anderen der Überwachungselektrodenhaltevorrichtungen 164 und dem Massebauteil 134 angeordnet ist. Die Überwachungselektrodeneinheiten 165 geben Wechselstromüberwachungssignale, die Schwingungsfrequenzen, Amplituden usw. entsprechen, der äußeren Massebauteile 130 und 134 über die Überwachungselektrodenanschlußflächen 166 aus.
  • Die Überwachungssignale werden z. B. zum Überwachen der Schwingungszustände der Massebauteile 122, 126, 130 und 134 oder als Referenzen zur Signalverarbeitung, wie z. B. zur synchronen Erfassung, der Erfassungssignale der Winkelgeschwindigkeiten Ω1 und Ω2 verwendet. Das Bezugszeichen 167 zeigt eine Abdeckplatte zum Abdecken des Substrats 121.
  • Folglich können Betriebseffekte, die ähnlich sind wie diejenigen, die bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel erzielt werden, auch bei dem sechsten Ausführungsbeispiel erzielt werden. Zusätzlich werden bei dem sechsten Ausführungsbeispiel unter den vier Massebauteilen 122, 126, 130 und 134 die mittleren Massebauteile 122 und 126 zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit Ω1 um die Z-Achse verwendet, wobei die äußeren Massebauteile 130 und 134 zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit Ω2 um die Y-Achse verwendet werden.
  • Folglich können ein Detektor zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit Ω1 und ein Detektor zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit Ω2 durch einen einzelnen Satz von Massebauteilen 122, 126, 130 und 134 in einem kleinen Raum gebildet sind. Zusätzlich können die Schwingungsgeneratoren 145 und die Überwachungselektrodeneinheiten 165 gemeinsam für beide dieser Detektoren verwendet werden.
  • Folglich kann die Gesamtgröße des Sensors verglichen mit einem Fall reduziert werden, in dem zwei Winkelgeschwindigkeitssensoren orthogonal zueinander angeordnet sind, um Winkelgeschwindigkeiten um zwei Achsen zu erfassen. Zusätz lich kann der Montageprozeß leichter durchgeführt werden, wobei Strukturen von Signalverarbeitungsschaltungen und elektrischen Verdrahtungen zur Verarbeitungen der Schwingungssignale, der Erfassungssignale der Winkelgeschwindigkeiten Ω1 und Ω2, der Überwachungssignale usw. einfacher gemacht werden können.
  • Zusätzlich bewegen sich gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel die Horizontalvibratoren 124 und 128 gemäß der Winkelgeschwindigkeit Ω1 um die Z-Achse, wobei sich die Vertikalvibratoren 132 und 136 gemäß der Winkelgeschwindigkeit Ω2 um die Y-Achse bewegen. Deshalb können die Winkelgeschwindigkeiten Ω1 und Ω2 mit hoher Genauigkeit erfaßt werden, wobei die Zuverlässigkeit des Sensors verglichen mit einem Fall verbessert werden kann, bei dem sich ein einzelner Vibrator gemäß den Winkelgeschwindigkeiten Ω1 und Ω2 in der Y- und Z-Achsenrichtung bewegt und die Verschiebungen des Vibrators in der Y- und Z-Achsenrichtung voneinander durch eine Signalverarbeitung usw. getrennt sind, um die Winkelgeschwindigkeiten Ω1 und Ω2 zu erhalten.
  • Zusätzlich kann, da Beschleunigungen entlang der Y-Achse zwischen den Horizontalvibratoren 124 und 128 (zwischen den Verschiebungsdetektoren 151 und 152) beseitigt werden können und Beschleunigungen entlang der Z-Achse zwischen den Vertikalvibratoren 132 und 136 (zwischen den Verschiebungsdetektoren 159 und 160) beseitigt werden können, der Einfluß von Beschleunigungen entlang dieser beiden Richtungen zuverlässig beseitigt werden, wobei ein Zweiachsen-Winkelgeschwindigkeitssensor, der eine hohe Erfassungsgenauigkeit aufweist, erzielt werden kann.
  • Als nächstes wird ein siebtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf 25 beschrieben. Gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel erfaßt ein Winkelgeschwindigkeitsdetektor eine Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse auf der Basis von Verschiebungen zweier der vier Massebauteile, die außerhalb (an beiden Enden) in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, wenn sich die beiden Massebauteile aufgrund der Winkelgeschwindigkeit in der Y-Achsenrichtung bewegen. Bei dem siebten Ausführungsbeispiel sind Komponenten, die denjenigen bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ähneln, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei Erklärungen derselben weggelassen werden.
  • Das Bezugszeichen 171 bezeichnet ein Substrat, das aus einem Siliziummaterial, das einen hohen Widerstandswert aufweist, einem Glasmaterial oder dergleichen aufgebaut ist. Mittlere Massebauteile 172 und 173, äußere Massebauteile 174 und 178, äußere Halteträger 182, ein Befestigungsbauteil 185, Schwingungsgeneratoren 189, Verschiebungsdetektoren 195 und 196, Überwachungselektrodeneinheiten 200 usw., die unten beschrieben sind, sind auf der Oberfläche des Substrates 171 mit z. B. einem Siliziummaterial, das einen niedrigen Widerstandswert aufweist, gebildet.
  • Die mittleren Massebauteile 172 und 173 sind an der Mittelregion des Substrats 171 angeordnet und erstrecken sich linear entlang der X-Achsenrichtung. Zusätzlich sind die mittleren Massebauteile 172 und 173 mit den äußeren Halteträgern 182 an beiden Enden derselben verbunden.
  • Das äußere Massebauteil 174 ist außerhalb des mittleren Massebauteils 172 in der Y-Achsenrichtung angeordnet und umfaßt einen rechteckigen äußeren Rahmen 175, einen Horizontalvibrator 176, der im Inneren des äußeren Rahmens 175 angeordnet ist, und vier innere Halteträger 177. Zusätzlich ist der Horizontalvibrator 176 als ein rechteckiger Rahmen gebildet und wird durch die inneren Halteträger 177 derart gehalten, daß sich der Horizontalvibrator 176 in der Y-Achsenrichtung bewegen kann.
  • Das äußere Massebauteil 178 ist außerhalb des mittleren Massebauteils 173 in der Y-Achsenrichtung angeordnet und ist ähnlich wie das äußere Massebauteil 174 aufgebaut.
  • Insbesondere umfaßt das äußere Massebauteil 178 einen rechteckigen äußeren Rahmen 179, einen Horizontalvibrator 180 und vier innere Halteträger 181, wobei der Horizontalvibrator 180 durch die inneren Halteträger 181 derart gehalten wird, daß der Horizontalvibrator 180 sich in der Y-Achsenrichtung bewegen kann.
  • Ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind die vier Massebauteile 172, 173, 174 und 178 linear in der Y-Achsenrichtung angeordnet und sind miteinander durch die äußeren Halteträger 182 verbunden. Zusätzlich sind die Formen der Massebauteile 172, 173, 174 und 178 in der Y-Achsenrichtung symmetrisch um den Gesamtschwerpunkt G der Massebauteile 172, 173, 174 und 178. Die Massebauteile 172, 173, 174 und 178 schwingen in der X-Achsenrichtung derart, daß die Phase der Massebauteile 172 und 178 und die Phase der Massebauteile 173 und 174 entgegengesetzt sind, während der Gesamtschwerpunkt G bei einer im wesentlichen konstanten Position beibehalten wird.
  • Die Halteträger 182 sind auf der linken und rechten Seite angeordnet und halten die Massebauteile 172, 173, 174 und 178 derart, daß dieselben in der X-Achsenrichtung schwingen können. Ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind drei Knotenabschnitte 182A an jedem der äußeren Halteträger 182 gebildet. Zusätzlich ist jeder der äußeren Halteträger 182 mit den Mittelrahmen 172 und 173 durch Verbindungsbauteile 183 in der Mittelregion in der Longitudinalrichtung derselben und mit den äußeren Rahmen 175 und 179 durch Verbindungsbauteile 184 an beiden Enden in der Longitudinalrichtung derselben verbunden.
  • Das Befestigungsbauteil 185 ist auf dem Substrat 171 vorgesehen, wobei das Befestigungsbauteil 185 ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel einen rechteckigen Basisrahmen 185A, T-förmige, sich erstreckende Abschnitte 185B und Armabschnitte 185C umfaßt. Jeder der Armabschnitte 185C umfaßt laterale Träger, einen Longitudinalträger und einen Befestigungsabschnitt und weist eine Elastizität auf, so daß derselbe in der Y-Achsenrichtung abgelenkt werden kann, wobei die äußeren Halteträger 182 an dem Substrat 171 an den Knotenabschnitten 182A durch die Armabschnitte 185C des Befestigungsbauteils 185 befestigt sind.
  • Vier Treiberelektrodenhaltevorrichtungen 186 sind an dem Substrat 171 an Positionen zwischen den mittleren Massebauteilen 172 und 173 vorgesehen. Jede der Treiberelektrodenhaltevorrichtungen 186 hält eine feste Treiberelektrode 187, die kammartige Elektrodenfinger 187A aufweist. Die Elektrodenfinger 187A der festen Treiberelektroden 187 greifen mit Elektrodenfingern 188A bewegbarer Treiberelektroden 188 ineinander, die von den mittleren Massebauteilen 172 und 173 mit Zwischenräumen zwischen denselben vorstehen. Auf diese Weise sind vier Schwingungsgeneratoren 189 zum Versetzen der Massebauteile 172, 173, 174 und 178 in der X-Achsenrichtung in eine Schwingung aus vier Paaren der Treiberelektroden 187 und 188 aufgebaut.
  • Zusätzlich sind ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel zwei Erfassungselektrodenhaltevorrichtungen 190 auf dem Substrat 171 an Positionen im Inneren der Horizontalvibratoren 176 und 180 vorgesehen, um feste Erfassungselektroden 191 und 192 zu halten. Die feste Erfassungselektrode 191 weist Elektrodenfinger 191A auf, die mit Elektrodenfingern 193A einer bewegbaren Erfassungselektrode 193 ineinandergreifen, die im Inneren der Horizontalvibratoren 176 vorsteht, wobei die feste Erfassungselektrode 192 Elektrodenfinger 192A aufweist, die mit Elektrodenfingern 194A einer bewegbaren Erfassungselektrode 194 ineinandergreifen, die im Inneren der Horizontalvibratoren 180 vorsteht.
  • Der Verschiebungsdetektor 195 dient als ein Winkelgeschwindigkeitsdetektor zum Erfassen einer Winkelgeschwindigkeit Ω um die Z-Achse. Ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel umfaßt der Verschiebungsdetektor 195 die Erfassungselektroden 191 und 193 und erfaßt die Verschiebung des Horizontalvibrators 176 in der Y-Achsenrichtung als die Winkelgeschwindigkeit Ω um die Z-Achse auf der Basis einer Kapazitätsveränderung zwischen den Elektrodenfingern 191A und 193A.
  • Der Verschiebungsdetektor 196 dient als ein weiterer Winkelgeschwindigkeitsdetektor und umfaßt die Erfassungselektroden 192 und 194. Der Verschiebungsdetektor 196 erfaßt die Verschiebung des Horizontalvibrators 180 in der Y-Achsenrichtung als die Winkelgeschwindigkeit Ω um die Z-Achse auf der Basis einer Kapazitätsveränderung zwischen den Elektrodenfingern 192A und 194A.
  • Zusätzlich geben ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, wenn sich die Horizontalvibratoren 176 und 180 in den entgegengesetzten Richtungen entlang der Y-Achse aufgrund der Winkelgeschwindigkeit Ω um die Z-Achse bewegen, die Verschiebungsdetektoren 195 und 196 Erfassungssignale über Erfassungselektrodenanschlußflächen 197 und 198 aus, die an den Erfassungselektrodenhaltevorrichtungen 190 vorgesehen sind. Folglich kann die Winkelgeschwindigkeit Ω um die Z-Achse mit hoher Genauigkeit durch ein Eingeben der Erfassungssignale in einen Differenzverstärker usw. erfaßt werden.
  • Wenn sich die Horizontalvibratoren 176 und 180 aufgrund einer Beschleunigung in der gleichen Richtung entlang der Y-Achse bewegen, können die Kapazitätsveränderungen, die durch die Verschiebungen bewirkt werden, zwischen den Verschiebungsdetektoren 195 und 196 aufgehoben werden, wobei der Einfluß der Beschleunigung beseitigt werden kann.
  • Das Bezugszeichen 199 bezeichnet zwei Überwachungselektrodenhaltevorrichtungen, die auf dem Substrat 171 an Positionen zwischen den mittleren Massebauteilen 172 und 173 vorgesehen sind. Ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind zwei Überwachungselektrodeneinheiten 200 vorgesehen. Eine der Überwachungselektrodeneinheiten 200 ist zwischen einer der Überwachungselektrodenhaltevorrichtungen 199 und dem mittleren Massebauteil 172 angeordnet, wobei die andere der Überwachungselektrodeneinheiten 200 zwischen der anderen der Überwachungselektrodenhaltevorrichtungen 199 und dem mittleren Massebauteil 173 angeordnet ist. Zusätzlich ist jede der Überwachungselektrodenhaltevorrichtungen 199 mit einer Überwachungselektrodenanschlußfläche 201 versehen.
  • Folglich können Betriebseffekte, die ähnlich wie diejenigen sind, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden, auch bei dem siebten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
  • Obwohl bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Beschleunigungskomponente, die in der externen Kraft enthalten ist, beseitigt wird, um nur die Winkelgeschwindigkeitskomponente zu erfassen, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Elektrische Erfassungsverdrahtungen zum Erhalten einer Beschleunigung z. B., die die Erfassungssignale der Verschiebungsdetektoren 29 und 32 (oder die Verschiebungsdetektoren 30 und 31) hinzufügen, können ebenfalls vorgesehen sein. Bei einem derartigen Fall kann, während der Winkelgeschwindigkeitssensor aktiviert ist und die Winkelgeschwindigkeit durch die elektrischen Erfassungsverdrahtungen 42 und 43 erfaßt wird, die Beschleunigung auch durch elektrische Erfassungsverdrahtungen für die Beschleunigung durch ein Beseitigen der Winkelgeschwindigkeitskomponenten, die in den Erfassungssignalen enthalten sind, zwischen den Verschiebungsdetektoren 29 und 32 (oder den Verschiebungsdetektoren 30 und 31) erfaßt werden.
  • Zusätzlich sind bei dem oben beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel die Überwachungselektrodeneinheiten 103 und 106 an den Knotenabschnitten 62A angeordnet, die in der Mitte in der Longitudinalrichtung der äußeren Halteträger 62 plaziert sind. Die vorliegende Erfindung jedoch ist nicht darauf beschränkt, wobei die Überwachungselektroden einheiten 103 und 106 auch an den Knotenabschnitten 62A angeordnet sein können, die nahe den Enden der äußeren Halteträger 62 plaziert sind.
  • Zusätzlich ist, obwohl bei dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel die Winkelgeschwindigkeit Ω um die Z-Achse, die orthogonal zu dem Substrat 1 oder dem Substrat 51 ist, erfaßt wird, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Massebauteile z. B. können in der Z-Achsenrichtung gemäß der Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse bewegt werden, während sie in der X-Achsenrichtung schwingen, wobei die Verschiebungen in der Z-Achsenrichtung als die Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse erfaßt werden können.
  • Zusätzlich ist, obwohl bei dem fünften Ausführungsbeispiel die Winkelgeschwindigkeit Ω1 um die Z-Achse durch die mittleren Massebauteile 122 und 126 erfaßt wird und die Winkelgeschwindigkeit Ω2 um die Y-Achse durch die äußeren Massebauteile 130 und 134 erfaßt wird, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Aufbauten und Funktionen der mittleren Massebauteile und der äußeren Massebauteile können z. B. ausgetauscht werden, wobei die Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse durch die mittleren Massebauteile erfaßt werden kann und die Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse durch die äußeren Massebauteile erfaßt werden kann.
  • Bei einem derartigen Fall sind die mittleren Massebauteile derart aufgebaut, daß sie sich in der Z-Achsenrichtung bewegen können, während sie in der X-Achsenrichtung schwingen, wobei die zweiten Winkelgeschwindigkeitsdetektorelemente, die die Verschiebungen der mittleren Massebauteile in der Z-Achsenrichtung als die Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse auf der Basis von Kapazitätsveränderungen erfassen, zwischen den mittleren Massebauteilen und dem Substrat angeordnet sind. Zusätzlich sind die äußeren Massebauteile derart aufgebaut, daß sie sich in der Y- Achsenrichtung bewegen können, während sie in der X-Achsenrichtung schwingen, wobei die ersten Winkelgeschwindigkeitsdetektorelemente, die die Verschiebungen der äußeren Massebauteile in der Y-Achsenrichtung als die Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse auf der Basis der Kapazitätsveränderungen erfassen, zwischen den äußeren Massebauteilen und dem Substrat angeordnet sind.
  • Zusätzlich ist, obwohl die vier Massebauteile 2, 6, 10, 11, 52, 56, 60, 61, 122, 126, 130, 134, 172, 173, 174 und 178 bei dem oben beschriebenen ersten bis siebten Ausführungsbeispiel in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Wie bei einer ersten Modifizierung z. B., die in 26 gezeigt ist, können insgesamt sechs Massebauteile durch ein Anordnen von Hilfsmassebauteilen 211 und 212 an Positionen außerhalb der äußeren Massebauteile 60' und 61' vorgesehen sein. In diesem Fall schwingen die Hilfsmassebauteile 211 und 212 derart in der X-Achsenrichtung, daß die Phase des Hilfsmassebauteils 211 entgegengesetzt zu der des äußeren Massebauteils 60' ist und die Phase des Hilfsmassebauteils 212 entgegengesetzt zu der des äußeren Massebauteils 61' ist. Ferner können auch acht oder mehr Massebauteile vorgesehen sein. Zusätzlich können Überwachungselektrodeneinheiten 80' an den Hilfsmassebauteilen 211 und 212 vorgesehen sein. Durch ein Erhöhen der Anzahl von Massebauteilen können die Rotationsmomente, die durch die Treiberschwingung bewirkt werden, ohne weiteres eingestellt werden, um einander aufzuheben, wobei die Fläche der Erfassungselektroden erhöht werden kann.
  • Zusätzlich kann wie bei einer zweiten Modifizierung, die in 27 gezeigt ist, ein Verstärkungsbauteil 221, das den Winkelgeschwindigkeitssensor verstärkt, zwischen den mittleren Massebauteilen 52 und 56 vorgesehen sein. Bei einem derartigen Fall sind beide Enden des Verstärkungsbauteils 221 mit den Knotenabschnitten 62A verbunden, so daß das Verstärkungsbauteil 221 sich selbst dann nicht bewegt, wenn die Massebauteile 52, 56, 60 und 61 schwingen. Da das Verstärkungsbauteil 221 zum Unterdrücken der Bewegung des Gesamtkörpers vorgesehen ist, der die Massebauteile 52, 56, 60 und 61 umfaßt, ist es notwendig, daß das Verstärkungsbauteil 221 eine hohe Festigkeit oder eine große Masse aufweist.
  • Zusätzlich ist, obwohl gemäß dem ersten bis siebten Ausführungsbeispiel die äußeren Halteträger 12, 62, 138 und 182 Frei-Frei-Träger sind, die sich in der Y-Achsenrichtung erstrecken, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Wie bei einer dritten Modifizierung, die in 28 gezeigt ist, können z. B. beide Enden der äußeren Halteträger 62' erweitert und mit dem rechteckigen Basisrahmen 64A (Substrat 51) verbunden (befestigt) sein. Bei einem derartigen Fall kann verhindert werden, daß die äußeren Massebauteile 60 und 61 in der Z-Achsenrichtung schwingen.

Claims (20)

  1. Winkelgeschwindigkeitssensor mit folgenden Merkmalen: einem Substrat (1; 51; 121; 171); vier Massebauteilen (2, 6, 10, 11; 52, 56, 60, 61; 122, 126, 130, 134; 172, 173, 174, 178), wobei die Massebauteile entlang einer Y-Achsenrichtung angeordnet sind, wenn eine X-, Y- und Z-Achse, die orthogonal zueinander sind, definiert sind, und ein Zwischenraum zwischen dem Substrat und den Massebauteilen vorgesehen ist, wobei die Massebauteile symmetrisch um die Mittelposition, die durch den Gesamtschwerpunkt festgelegt ist, in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind; Halteträgern (12; 62; 182), die die Massebauteile derart verbinden, daß sich die Massebauteile in der X-Achsenrichtung bewegen können; einem Befestigungsbauteil (14; 64; 101; 141; 185), das zwischen dem Substrat und den Halteträgern angeordnet ist, um die Halteträger an dem Substrat zu befestigen, wobei das Befestigungsbauteil (14; 64; 101; 141; 185) über Armabschnitte (14c; 64c; 141c; 185c) mit den Halteträgern (12; 62; 182) verbunden ist und wobei durch die Armabschnitte auf den Halteträgern Knotenabschnitte (12a; 62a; 138a; 182a) auftretender Schwingungen festgelegt werden; einem Schwingungsgenerator (18; 68), der zumindest eines der Massebauteile in der X-Achsenrichtung so zum Schwingen bringt, daß die benachbarten Massebauteile in entgegengesetzten Phasen schwingen; und einem Winkelgeschwindigkeitsdetektor, der eine Winkelgeschwindigkeit auf der Basis von Verschiebungen zweier der vier Massebauteile erfaßt, wenn sich die beiden Massebauteile durch die Winkelgeschwindigkeit in zumindest entweder der Y- oder Z-Achsenrichtung bewegen.
  2. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 1, bei dem der Winkelgeschwindigkeitsdetektor eine Winkelgeschwindigkeit auf der Basis von Verschiebungen von zwei der vier Massebauteile erfaßt, die sich durch die Winkelgeschwindigkeit in zumindest entweder der Y- oder Z-Achsenrichtung bewegen, wobei die zwei Massebauteile in einer Mittelregion in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind und die Mittelregion dadurch gekennzeichnet ist, daß sie einen Teilbereich des Winkelgeschwindigkeitssensors definiert, der den Gesamtschwerpunkt G einschließt und symmetrisch entlang der Y-Achse um den Gesamtschwerpunkt G zwei Massebauteile beinhaltet.
  3. Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die vier Massebauteile linear in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind und die Halteträger sich linear in der Y-Achsenrichtung erstrecken und die Massebauteile verbinden.
  4. Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die vier Massebauteile aus einem Paar von Massebauteilen, die in der Mittelregion in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, und einem Paar von Massebauteilen bestehen, die an Positionen außerhalb der Massebauteile angeordnet sind, die in der Mittelregion angeordnet sind, wobei sich ein erstes Paar, das aus den beiden Paaren von Massebauteilen ausgewählt ist, gemäß einer Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse in der Y-Achsenrichtung bewegt und sich ein zweites Paar der beiden Paare von Massebauteilen gemäß einer Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse in der Z-Achsenrichtung bewegt, und wobei der Winkelgeschwindigkeitsdetektor ein erstes Winkelgeschwindigkeitsdetektorelement zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse auf der Basis von Verschiebungen des ersten Paars von Massebauteilen und ein zweites Winkelgeschwindigkeitsdetektorelement zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse auf der Basis von Verschiebungen des zweiten Paars von Massebauteilen aufweist.
  5. Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem jedes der beiden Massebauteile, die in der Mittelregion angeordnet sind, folgende Merkmale aufweist: einen Mittelrahmen, der eine Rahmenform aufweist; und einen Horizontalvibrator, der im Inneren des Mittelrahmens derart angeordnet ist, daß der Horizontalvibrator in der Y-Achsenrichtung entlang des Substrats schwingen kann, wobei der Winkelgeschwindigkeitsdetektor eine Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse auf der Basis von Verschiebungen der Horizontalvibratoren in der Y-Achsenrichtung erfaßt.
  6. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 5, bei dem der Winkelgeschwindigkeitsdetektor einen ersten und einen zweiten Verschiebungsdetektor zum Erfassen einer Verschiebung in der Y-Achsenrichtung des Horizontalvibrators eines der beiden Massebauteile, die in der Mittelregion angeordnet sind, und einen dritten und einen vierten Verschiebungsdetektor zum Erfassen einer Verschiebung in der Y-Achsenrichtung des Horizontalvibrators des anderen der beiden Massebauteile, die in der Mittelregion angeordnet sind, aufweist.
  7. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 6, bei dem der erste und der zweite Verschiebungsdetektor eine erste und eine zweite feste Erfassungselektrode und eine erste bzw. zweite bewegbare Erfassungselektrode aufweisen, wobei die erste und die zweite feste Elektrode auf dem Substrat vorgesehen sind und die erste und die zweite bewegbare Elektrode auf dem entsprechenden Horizontalvibrator vorgesehen sind und der ersten bzw. zweiten festen Erfassungselektrode mit Zwischenräumen zwischen denselben in der Y-Achsenrichtung zugewandt sind, wobei sich, wenn die Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse angelegt wird, die bewegbare Erfassungselektrode in einem des ersten und des zweiten Verschiebungsdetektors in Richtung der festen Erfassungselektrode bewegt und sich die bewegbare Erfassungselektrode in dem anderen des ersten und zweiten Verschiebungsdetektors weg von der festen Erfassungselektrode bewegt, und wobei der dritte und der vierte Verschiebungsdetektor eine dritte und eine vierte feste Erfassungselektrode und eine dritte bzw. vierte bewegbare Erfassungselektrode aufweisen, wobei die dritte und die vierte feste Elektrode auf dem Substrat vorgesehen sind und die dritte und die vierte bewegbare Elektrode an dem entsprechenden Horizontalvibrator vorgesehen sind und der dritten bzw. vierten festen Erfassungselektroden mit Zwischenräumen zwischen denselben in der Y-Achsenrichtung zugewandt sind, wobei sich, wenn die Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse angelegt wird, die bewegbare Erfassungselektrode in einem des dritten und vierten Verschiebungsdetektors in Richtung der festen Erfassungselektrode bewegt und sich die bewegbare Erfassungselektrode in dem anderen des dritten und des vierten Verschiebungsdetektors weg von der festen Erfassungselektrode bewegt.
  8. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 5, bei dem der Winkelgeschwindigkeitsdetektor einen ersten Verschiebungsdetektor zum Erfassen einer Verschiebung in der Y-Achsenrichtung des Horizontalvibrators eines der beiden Massebauteile, die in der Mittelregion angeordnet sind, und einen zweiten Verschiebungsdetektor zum Erfassen einer Verschiebung in der Y-Achsenrichtung des Horizontalvibrators des anderen der beiden Massebauteile, die in der Mittelregion angeordnet sind, aufweist, wobei der erste Verschiebungsdetektor eine erste feste Erfassungselektrode, die auf dem Substrat vorgesehen ist, und eine erste bewegbare Erfassungselektrode aufweist, die auf dem entsprechenden Horizontalvibrator vorgesehen ist und der ersten festen Erfassungselektrode mit einem Zwischenraum zwischen denselben in der Y-Achsenrichtung zugewandt ist, und wobei der zweite Verschiebungsdetektor eine zweite feste Erfassungselektrode, die auf dem Substrat vorgesehen ist, und eine zweite bewegbare Erfassungselektrode aufweist, die auf dem entsprechenden Horizontalvibrator vorgesehen ist und der zweiten festen Erfassungselektrode mit einem Zwischenraum zwischen denselben in der Y-Achsenrichtung zugewandt ist.
  9. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 8, bei dem, wenn die Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse angelegt wird, sich die erste und die zweite bewegbare Erfassungselektrode in dem ersten und dem zweiten Verschiebungsdetektor gleichzeitig in Richtung oder weg von der ersten bzw. der zweiten festen Erfassungselektrode bewegen.
  10. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 8, bei dem, wenn die Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse angelegt wird, sich die bewegbare Erfassungselektrode in einem des ersten und zweiten Verschiebungsdetektors in Richtung der festen Erfassungselektrode bewegt und sich die bewegbare Erfassungselektrode in dem anderen des ersten und des zweiten Verschiebungsdetektors weg von der festen Erfassungselektrode bewegt.
  11. Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem jedes von zwei der vier Massebauteile, die außerhalb der Mittelregion in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, folgende Merkmale aufweist: einen Mittelrahmen, der eine Rahmenform aufweist; und einen Vertikalvibrator, der im Inneren des Mittelrahmens derart angeordnet ist, daß der Vertikalvibrator in der Z-Achsenrichtung schwingen kann, die orthogonal zu dem Substrat ist, wobei der Winkelgeschwindigkeitsdetektor eine Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse auf der Basis von Verschiebungen der Vertikalvibratoren in der Z-Achsenrichtung erfaßt.
  12. Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das Befestigungsbauteil Armabschnitte aufweist, die in der Y-Achsenrichtung abgelenkt werden, während die Massebauteile gehalten werden, wenn eine Beschleunigung an die Massebauteile in der Y-Achsenrichtung angelegt wird.
  13. Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem Massen von zwei der vier Massebauteile, die außerhalb in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, kleiner als Massen der beiden Massebauteile sind, die in der Mittelregion angeordnet sind, und Wobei die Massen der inneren und äußeren Massebauteile so dimensioniert sind, daß, wenn die vier Massebauteile schwingen, ein Rotationsmoment um den Gesamtschwerpunkt der vier Massebauteile, das an die beiden Massebauteile angelegt wird, die in der Mittelregion angeordnet sind, im wesentlichen das gleiche wie ein Rotationsmoment um den Gesamtschwerpunkt der vier Massebauteile ist, das an die beiden Massebauteile angelegt wird, die außerhalb angeordnet sind.
  14. Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem zwei der vier Massebauteile, die in der Mittelregion in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, mit einer Schwingungszustandsüberwachungsvorrichtung zum Überwachen des Zustands einer Schwingung, die durch den Schwingungsgenerator erzeugt wird, auf der Basis von Verschiebungen der Massebauteile versehen sind, wenn die Massebauteile in der X-Achsenrichtung schwingen.
  15. Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem zwei der vier Massebauteile, die außerhalb in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, mit einer Schwingungszustandsüberwachungsvorrichtung zum Überwachen des Zustands einer Schwingung, die durch den Schwingungsgenerator erzeugt wird, auf der Basis von Verschiebungen der Massebauteile versehen sind, wenn die Massebauteile in der X-Achsenrichtung schwingen.
  16. Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, der ferner eine Schwingungszustandsüberwachungsvorrichtung zum Überwachen des Zustands einer Schwingung, die durch den Schwingungsgenerator erzeugt wird, auf der Basis von Verschiebungen der Massebauteile aufweist, wenn die Massebauteile in der X-Achsenrichtung schwingen, wobei die Schwingungszustandsüberwachungsvorrichtung an einem Teil eines der Halteträger angeordnet ist, der einem der Knoten des Halteträgers entspricht, wenn die Massebauteile derart schwingen, daß zwei benachbarte Massebauteile in entgegengesetzten Phasen sind.
  17. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 16, bei dem die Schwingungszustandsüberwachungsvorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine feste Überwachungselektrode, die an dem Substrat vorgesehen ist; und eine bewegbare Überwachungselektrode, die an dem Teil des Halteträgers angeordnet ist, der einem Knoten der Schwingung entspricht, und der sich um den Teil des Halteträgers dreht, der dem Knoten hinsichtlich der festen Überwachungselektrode entspricht, wenn die Massebauteile schwingen und die Halteträger abgelenkt sind.
  18. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 17, bei dem die feste Überwachungselektrode eine Mehrzahl von Elektrodenfingern umfaßt, die eine Bogenform um den Teil des Halteträgers aufweisen, der einem Knoten der Schwingung entspricht, und bei dem die bewegbare Überwachungselektrode eine Mehrzahl von Elektrodenfingern umfaßt, die eine Bogenform aufweisen, derart, daß die Elektrodenfinger der festen Überwachungselektrode und die Elektrodenfinger der bewegbaren Überwachungselektrode einander mit Zwischenräumen, die in der Radialrichtung vorgesehen sind, gegenüberliegen.
  19. Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem der Winkelgeschwindigkeitsdetektor einen ersten und einen zweiten Verschiebungsdetektor zum Erfassen einer Verschiebung in der Y-Achsenrichtung eines der beiden Massebauteile, die symmetrisch um die Mittelposition in der Y- Achsenrichtung angeordnet sind, und einen dritten und einen vierten Verschiebungsdetektor zum Erfassen einer Verschiebung in der Y-Achsenrichtung des anderen der beiden Massebauteile, die symmetrisch um die Mittelposition in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, aufweist.
  20. Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem der Winkelgeschwindigkeitsdetektor einen ersten Verschiebungsdetektor zum Erfassen einer Verschiebung in der Y-Achsenrichtung eines der beiden Massebauteile, die symmetrisch um die Mittelposition in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, und einen zweiten Verschiebungsdetektor zum Erfassen einer Verschiebung in der Y-Achsenrichtung des anderen der beiden Massebauteile, die symmetrisch um die Mittelposition in der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, aufweist.
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