JP4356479B2 - 角速度センサ - Google Patents

Description

本発明は、異常診断機能を備えた角速度センサに関するものである。

従来この種の角速度センサとしては、例えば特許文献１に記載されているようなものがあった。図６は前記特許文献１に記載された従来の角速度センサを示している。図６は角速度センサの振動子を示す斜視図である。

図６において１２０ａ，１２０ｂはアーム、１２０ｃは基部、１２０はアーム１２０ａ，１２０ｂと基部１２０ｃとからなる水晶からなる振動子、１３０ａ，１３０ｂはアーム、１３０ｃは基部、１３０はアーム１３０ａ，１３０ｂと基部１３０ｃとからなる水晶からなる振動子、１１０は振動子１２０と振動子１３０を電気軸方向を互いにｘ軸方向で、かつ、逆方向を向くように直接接合された音叉型振動子、１１０ａ，１１０ｂが音叉アーム、１１０ｃが音叉基部、１０１はモニタ電極、１０２はグランド電極、１０５ａはアーム１２０ａとアーム１３０ａにまたがるように音叉アーム１１０ａの外側面に設けられた検知電極、１０６ａはアーム１２０ａとアーム１３０ａにまたがるように音叉アーム１１０ａの内側面に設けられた検知電極、１０７ａはアーム１２０ｂとアーム１３０ｂにまたがるように音叉アーム１１０ｂの内側面に設けられた検知電極、１０８ａはアーム１２０ｂとアーム１３０ｂにまたがるように音叉アーム１１０ｂの外側面に設けられた検知電極、１１６ａは検知電極１０５ａから引き出すための導出部、１１６ｂは検知電極１０８ａから引き出すための導出部、１１６は導出部１１６ａと導出部１１６ｂが接続された検知電極用の引き出し電極パッド、１４１，１４２，１４３，１４４は検知電極用の引き出し電極パッド１１６から延出された調整用検知電極、１１３はアーム１３０ａの主面に設けられたモニタ電極１０１に対向するように設けられた駆動電極（図示せず）から延出されて基部１２０ｃの下端左方に設けられた駆動電極用の引き出し電極パッド、１１４はアーム１３０ｂの主面に設けられたグランド電極１０２に対向するように設けられた駆動電極（図示せず）から延出されて基部１２０ｃの下端右方に設けられた駆動電極用の引き出し電極パッド、１４５，１４６はそれぞれ駆動電極用の引き出し電極パッド１１３，１１４から延出された調整用駆動電極である。調整用検知電極１４１，１４３と調整用駆動電極１４５は櫛歯状に対向配置されている。また、調整用検知電極１４２，１４４と調整用駆動電極１４６は同じく櫛歯状に対向配置されている。
特開２００１−２０８５４６号公報

しかしながら前述した従来の角速度センサにおいては、音叉型振動子１１０に圧電定数の小さな水晶材料を用い、この音叉型振動子１１０の上に駆動部を構成するための駆動電極および検知部を構成するための検知電極１０５ａ，１０６ａ，１０７ａ，１０８ａが形成され、さらに駆動部側から検知部側への不要な結合容量成分を小さく抑えるために、基本的には駆動部系全体（基部下端に設けられた調整用駆動電極１４５，１４６も含めた）と検知部系全体（基部下端に設けられた調整用検知電極１４１，１４２，１４３，１４４も含めた）の間の距離も大きくするようにしている。

従って、小型の角速度センサを作製しようとすると基部に設けられた櫛歯状の調整用駆動電極１４５，１４６のパターンや調整用検知電極１４１，１４２，１４３，１４４のパターンを多少長くしても駆動部系と検知部系の間の結合容量値はどうしても小さくなってしまうため、検知部系、例えば、いずれかの配線用のワイヤが断線したとき、駆動信号が検知側電極に入力し、角速度検知回路から出力される信号も小さくなる。このままでは所定の角速度信号出力と検知部系に発生した配線用のワイヤの断線による信号出力との判別が的確に得られないという課題を有していた。

本発明は検知部系の的確な断線検知を可能とする小型な角速度センサを提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、ｘ軸方向およびｘ軸と直交するｚ軸方向に変位する振動部と、この振動部につながる振動遷移部とこの振動遷移部につながる支持部とを有した振動子と、振動部をｘ軸方向に励振することを可能とする振動部に設けられた１対の電極が形成された駆動部と、振動部をｘ軸方向に励振するために駆動部に形成された１対の電極に逆極性の駆動信号を供給するための駆動回路と、ｚ軸方向に振動する振動部のたわみを検出するために振動部に設けられた１対の電極が形成された検知部と、ｘ軸及びｚ軸と直交するｙ軸周りに角速度が印加されたときコリオリ力に基づきｚ軸方向にたわむことにより検知部に形成された１対の電極から出力される逆極性の電荷を増幅処理し、所定範囲の角速度信号を得るための差動アンプを有した検知回路と、駆動部に形成された１対の電極の一方から引き出され支持部に設けられた第１のパターン電極と、検知部に形成された１対の電極からそれぞれ引き出され支持部に設けられた１対の第２のパターン電極と、第１のパターン電極と１対の第２のパターン電極の一方との間及び第１のパターン電極と１対の第２のパターン電極の他方との間に設けられた高誘電率層とを備えた角速度センサにおいて、検知回路は、差動アンプから出力される角速度信号が所定範囲を超えた場合に異常と診断可能な所定の出力を行う異常値抽出手段が設けられた角速度センサであり、小型でありながら、検知部系の的確な断線検知が可能であるという作用効果を奏する。

請求項２に記載の発明は、振動子は振動部としての少なくとも２つのアームとこのアームを連結する振動遷移部としての少なくとも１つの基部とこの基部の端に固定するための支持部とを有した非圧電材料からなる音叉型振動子であり、振動部はこの音叉型振動子の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線を境に少なくとも上部電極が離間するように設けられた圧電膜であり、さらに検知部は前記音叉型振動子の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上に設けられ、両面に電極を有した圧電膜である請求項１に記載の角速度センサであり、音叉型振動子の側面に検知部等を設ける必要がないため、極めて容易な製造プロセスにより構成することができるという作用効果を奏する。

請求項３に記載の発明は、振動子は振動部としての少なくとも２つのアームとこのアームを連結する振動遷移部としての少なくとも１つの基部とこの基部の端に固定するための支持部とを有した非圧電材料からなる音叉型振動子であり、駆動部はこの音叉型振動子の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線を境に離間するように設けられ、上面、下面にそれぞれ電極を有した１対の圧電膜であり、さらに検知部は前記音叉型振動子の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上に設けられ、両面に電極を有した圧電膜である請求項１に記載の角速度センサであり、音叉型振動子のアームの中心線を境に駆動部が分離されて設けられているため、ｘ軸方向とｚ軸方向へより高精度な振動を発生させることができるという作用効果を奏する。

請求項４に記載の発明は、異常値抽出手段は支持部上に設けられた下部電極とこの下部電極の上に設けられた圧電膜とこの圧電膜の上に第１のパターン電極と１対の第２のパターン電極が対向し、かつ、離間するように設けられた請求項１に記載の角速度センサであり、音叉型振動子の支持部という極めて安定な部分に圧電膜とその上に第１のパターン電極と１対の第２のパターン電極を設けることが可能になり、かつ、駆動部系と検知部系との間に極めて大きな結合容量を容易に構成できるという作用効果を奏する。

請求項５に記載の発明は、音叉型振動子はシリコンからなる請求項２または請求項３に記載の角速度センサであり、極めて安価に弾性率の安定した音叉型振動子とすることができる作用効果を奏する。

請求項６に記載の発明は、異常値抽出手段を構成する圧電膜はＰＺＴ系の材料からなり、第１のパターン電極と１対の第２のパターン電極はほぼ８対の対向をなし、前記第１のパターン電極と１対の第２のパターン電極のそれぞれの対向する長さはほぼ４５０μｍで、前記第１のパターン電極と１対の第２のパターン電極のそれぞれの対向する間隔はほぼ５μｍから１５μｍである請求項４に記載の角速度センサであり、ユーザー仕様から要求される所定範囲の角速度信号を超える異常と診断可能な出力が容易に達成でき、かつ、高い製造プロセスの歩留まりを確保できるという作用効果を奏する。

請求項７に記載の発明は、高誘電率層は、ＳｉＯＮ、ＨｆＯ _ｘ 、ＨｆＳｉＯ _ｘ のいずれかの材料よりなる請求項１に記載の角速度センサであり、高誘電率層として所定の材料を用いることにより、より小型の角速度センサにおいてもユーザー仕様から要求される所定範囲の角速度信号を超える異常と診断可能な出力が容易に達成できるという作用効果を奏する。

請求項８に記載の発明は、少なくとも駆動部に設けられた上部電極と検知部に設けられた上面の電極との間にさらに高誘電率層が設けられた請求項２に記載の角速度センサであり、さらに高誘電率層が付与されているため、より小型の角速度センサにおいてもユーザー仕様から要求される所定範囲の角速度信号を超える異常と診断可能な出力が容易に達成できるという作用効果を奏する。

請求項９に記載の発明は、少なくとも駆動部に設けられた上面の電極と検知部に設けられた上面の電極との間にさらに高誘電率層が設けられた請求項３に記載の角速度センサであり、さらに高誘電率層が付与されているため、より小型の角速度センサにおいてもユーザー仕様から要求される所定範囲の角速度信号を超える異常と診断可能な出力が容易に達成できるという作用効果を奏する。

請求項１０に記載の発明は、少なくとも駆動部に形成された電極から引き出された導出部と検知部に形成された電極から引き出された導出部との間にさらに高誘電率層が設けられた請求項１に記載の角速度センサであり、さらに高誘電率層が付与されているため、より小型の角速度センサにおいてもユーザー仕様から要求される所定範囲の角速度信号を超える異常と診断可能な出力が容易に達成できるという作用効果を奏する。

振動部とこの振動部につながる振動遷移部とこの振動遷移部につながる支持部とを有した振動子と、前記振動部をｘ軸方向に励振することを可能とする前記振動部に設けられた電極が形成された駆動部と、前記振動部をｘ軸方向に励振するために前記駆動部に形成された電極に駆動信号を供給するための駆動回路と、ｚ軸方向に振動する前記振動部のたわみを検出するために前記振動部に設けられた電極が形成された検知部と、ｙ軸周りに角速度が印加されたときコリオリ力に基づきｚ軸方向にたわむことにより前記検知部に形成された電極に発生する電荷を増幅処理し、所定範囲の角速度信号を得るためのアンプを有した検知回路と、前記駆動部に形成された電極から引き出され前記支持部に設けられた第１のパターン電極と、前記検知部に形成された電極から引き出され前記支持部に設けられた第２のパターン電極とを備えた角速度センサにおいて、前記第２のパターン電極と前記アンプを結ぶ間で異常が発生した場合は、前記検知回路より前記所定範囲の角速度信号を超える異常と診断可能な出力が得られる異常値抽出手段が設けられた角速度センサであり、小型でありながら検知部系の的確な断線検知が可能である。

以下に本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における角速度センサの音叉型振動子の構成図、図２は同振動子のＡ−Ａ断面図、図３は同振動子のＢ−Ｂ断面図、図４は第１のパターン電極と第２のパターン電極の間隔と結合容量の関係を説明する図、図５はさらに高誘電率層が表面に付与された同振動子のＢ−Ｂ断面図である。

図１、図２、図３において１０ａ，１０ｂはシリコンからなる音叉型振動子１のアーム、１０ｃは音叉型振動子１の振動遷移部をなす基部、１０ｄは基部１０ｃの端を固定台（図示せず）に固定するための音叉型振動子１の支持部、３５，３６はアーム１０ａ，１０ｂの各々の中心線、３７，３８はアーム１０ａ，１０ｂの各々の主面、１１ｃ，１２ｃは中心線３５を境に互いに離間した主面３７上に設けられた下面の電極、１１ｂ，１２ｂは下面の電極１１ｃ，１２ｃ上にそれぞれ設けられたＰＺＴからなる膜面に垂直方向に分極処理された圧電膜、１１ａ，１２ａは圧電膜１１ｂ，１２ｂ上にそれぞれ設けられた駆動電極としての上面の電極、１３ｃ，１４ｃは中心線３６を境に互いに離間した主面３８上に設けられた下面の電極、１３ｂ，１４ｂは下面の電極１３ｃ，１４ｃ上にそれぞれ設けられたＰＺＴからなる膜面に垂直方向に分極処理された圧電膜、１３ａ，１４ａは圧電膜１３ｂ，１４ｂ上にそれぞれ設けられた駆動電極としての上面の電極、１５ｃ，１６ｃはそれぞれアーム１０ａ，１０ｂの主面３７，３８上かつ中心線３５，３６に沿って設けられた下面の電極、１５ｂ，１６ｂは下面の電極１５ｃ，１６ｃ上にそれぞれ設けられたＰＺＴからなる膜面に垂直方向に分極処理された圧電膜、１５ａ，１６ａは圧電膜１５ｂ，１６ｂ上にそれぞれ設けられた検知電極としての上面の電極、１７ａはアーム１０ａ，１０ｂがｘ軸方向に音叉振動する振幅をモニタするために主面３７，３８にまたがるように設けられた下に圧電膜と下面の電極も備えたモニタ電極、１８ａ，１９ａ，２０ａ，２１ａ，２２ａ，２３ａはそれぞれ下に圧電膜と下面の電極も備えた上面の電極１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａから引き出すための導出部、２４ａはモニタ電極１７ａから引き出すための導出部、２５は支持部１０ｄ上に設けられた下部電極としての共通グランド、２６は共通グランド２５の上に設けられたＰＺＴからなる膜面に垂直方向に分極処理された圧電膜、２７は上面の電極１１ａ，１３ａにプラスの駆動信号を供給するための引き出し電極パッド、２８は上面の電極１２ａ，１４ａにマイナスの駆動信号を供給するための引き出し電極パッド、２９は導出部２２ａに接続された引き出し電極パッド、３０は導出部２３ａに接続された引き出し電極パッド、３１ａ，３１ｂは導出部１８ａ，２０ａと引き出し電極パッド２７との間に設けられた櫛歯状の第１のパターン電極、３２は引き出し電極パッド２９から延出し第１のパターン電極３１ａに対向するように設けられた櫛歯状の第２のパターン電極、３３は引き出し電極パッド３０から延出し第１のパターン電極３１ｂに対向するように設けられた櫛歯状の第２のパターン電極、３４は導出部２４ａに接続された引き出し電極パッドである。

駆動部は、上述したようにアーム１０ａ上に設けられた上面の電極１１ａ、圧電膜１１ｂと下面の電極１１ｃから構成された部分と上面の電極１２ａ、圧電膜１２ｂと下面の電極１２ｃから構成された部分とからなる一対の構成である。同様に、アーム１０ｂ上にも一対の構成で形成されている。また、駆動部はアーム１０ａ上の中心線３５に対してほぼ対称に構成されると同時に、音叉型振動子１の対称軸を中心に左右のアーム１０ａ，１０ｂ間においてもほぼ対称に構成されている。

検知部は上述したようにアーム１０ａ上に設けられた上面の電極１５ａ、圧電膜１５ｂと下面の電極１５ｃから構成されている。同様に、アーム１０ｂ上に設けられた上面の電極１６ａ、圧電膜１６ｂ、下面の電極１６ｃから構成されている。このように検知部は音叉型振動子１の対称軸を中心に左右のアーム１０ａ，１０ｂ間においてもほぼ対称に構成されている。

まず最初に、本実施の形態の角速度センサにおける音叉振動の動作について簡略に説明する。

ＡＧＣ回路（図示せず）を備えた駆動回路（図示せず）より互いに位相が逆の駆動信号が引き出し電極パッド２７，２８に供給される。ちなみに、引き出し電極パッド２７にはプラスの駆動信号、引き出し電極パッド２８にはマイナスの駆動信号が供給されているため、アーム１０ａの中心線３５を境に圧電膜１１ｂがｙ軸方向に縮み、かつ、アーム１０ａの中心線３５を境に圧電膜１２ｂはｙ軸方向に伸びる。これによりアーム１０ａをｘ軸方向（外向き）に曲げようとする。また、アーム１０ｂの中心線３６を境に圧電膜１３ｂがｙ軸方向に縮み、かつ、アーム１０ｂの中心線３６を境に圧電膜１４ｂはｙ軸方向に伸びる。これによりアーム１０ｂをｘ軸方向（外向き）に曲げようとする。これによりアーム１０ａ，１０ｂはｘｙ面内で音叉振動を起こす。また、モニタ電極１７ａからアーム１０ａ，１０ｂの音叉振動の振幅が検出され、所定の振幅となるようにＡＧＣ回路を通して制御される。

次に本実施の形態の角速度センサにおける通常の角速度検出を行うときの動作について簡略に説明する。

ｘｙ面内で安定した音叉振動を行っている時に、ｙ軸周りに角速度Ωが印加されるとコリオリ力に基づきアーム１０ａ，１０ｂがｚ軸方向に互いに逆方向にたわむ。このときのｚ軸方向へのたわみを上面の電極１５ａ，１６ａにより検出する。これらの上面の電極１５ａ，１６ａにより検出された電荷はそれぞれ引き出し電極パッド２９，３０に導かれる。また、引き出し電極パッド２９，３０は、例えば、ケース（図示せず）に設けられた電極パッド（図示せず）にワイヤ（図示せず）により接続され、さらにこれらの電極パッドを経由して角速度信号を検出するための検知回路（図示せず）を構成する入力段のカレントアンプ（図示せず）にそれぞれ接続される。ちなみに上面の電極１５ａにはプラスの電荷が発生しており、上面の電極１６ａにはマイナスの電荷が発生している。これらの互いに逆極性の電荷が上述のカレントアンプに入力された後、それぞれのカレントアンプの出力が差動アンプ（図示せず）に入力され、同期検波後、所定範囲の角速度信号として出力される。

次に、本実施の形態の角速度センサにおける異常診断を実施する時の動作について説明する。

支持部１０ｄの左側に、かつ、ｙ軸方向にほぼ４５０μｍの長さを有し、互いに対向するようにほぼ８対の第１のパターン電極３１ａと第２のパターン電極３２が設けられている。この第１のパターン電極３１ａと第２のパターン電極３２の間隔はほぼ１５μｍに設定してある。同様に、支持部１０ｄの右側に、かつ、ｙ軸方向にほぼ４５０μｍの長さを有し、互いに対向するようにほぼ８対の第１のパターン電極３１ｂと第２のパターン電極３３が設けられている。この第１のパターン電極３１ｂと第２のパターン電極３３の間隔もほぼ１５μｍに設定してある。前述の第１のパターン電極３１ａと第２のパターン電極３２とから構成される部分の形状と第１のパターン電極３１ｂと第２のパターン電極３３とから構成される部分の形状はほぼ対称になっているため、第１のパターン電極３１ａと第２のパターン電極３２間の静電容量と第１のパターン電極３１ｂと第２のパターン電極３３間の静電容量はほぼ同一となっている。また、引き出し電極パッド２９に重畳されるプラスの駆動信号と引き出し電極パッド３０に重畳されるプラスの駆動信号の値はほぼ同一になるため、前述の差動アンプによりキャンセルされる。従って、角速度センサが正常な動作を行っている間は検知回路から所定範囲の角速度信号のみしか現れない。また、前述の第１のパターン電極３１ａと第２のパターン電極３２の間隔は１５μｍと小さく、また、同様に第１のパターン電極３１ｂと第２のパターン電極３３の間隔も小さい。さらに、第１のパターン電極３１ａ，３１ｂ、第２のパターン電極３２，３３の下には圧電膜２６が設けられているため、第１のパターン電極３１ａと第２のパターン電極３２との間の静電容量値は大きくなる。同様に第１のパターン電極３１ｂと第２のパターン電極３３との間の静電容量値も大きくなっている。図４に示すように、第１のパターン電極３１ａと第２のパターン電極３２との間隔がほぼ１５μｍ以下になれば、対向する長さあたりの結合容量値が要求仕様を満足するほぼ４５ｆＦを超える。同様のことは、第１のパターン電極３１ｂと第２のパターン電極３３との間においても言える。または、第１のパターン電極３１ａと第２のパターン電極３２との間隔、または、第１のパターン電極３１ｂと第２のパターン電極３３との間隔は１５μｍ以下で限りなく小さい方が好ましいが、製造プロセスの安定等を考慮するとほぼ５μｍ程度までが妥当である。

次に、引き出し電極パッド２９と前述のケースに設けられた電極パッドに接続されるワイヤが断線すると、前述の差動アンプによりキャンセルされていた引き出し電極パッド２９に重畳されたプラスの駆動信号と引き出し電極パッド３０に重畳されたプラスの駆動信号はもはやキャンセルされなくなる。また、前述の構成で説明したように第１のパターン電極３１ｂと第２のパターン電極３３の間の目標とする静電容量値は大きいため、引き出し電極パッド３０から大きな電荷がカレントアンプに入力されることとなり、結果として差動アンプより所定範囲の角速度信号を超える異常と診断可能な大きな出力が得られるようになる。これにより、前述のワイヤの断線が発生した場合に、所定の範囲の角速度信号出力と明確な差がある出力が得られ、異常と診断可能となる。

本実施の形態においては、第１のパターン電極３１ａ，３１ｂに駆動信号のプラスが印加される場合について説明してきたが、第１のパターン電極として導出部１９ａ，２１ａから延出して設けられた櫛歯状の電極と前記第２のパターン電極３２，３３とをそれぞれ対向させる構成も可能である。

図５は、図３にも示した支持部１０ｄの同一箇所のＢ−Ｂ断面図であり、さらに少なくとも第１のパターン電極３１ａ，３１ｂおよび第２のパターン電極３２，３３を覆うように高誘電率層４０が設けられたものである。高誘電率層４０は、例えばＳｉＯＮ，ＨｆＯ_x，ＨｆＳｉＯ_x等の材料を用いることが可能である。ただし、この材料に限定されるものではない。この高誘電率層４０を設けることにより、より小型の角速度センサにおいてもユーザー仕様から要求される所定範囲の角速度信号を超える異常と診断可能な所定の出力が容易に得られる。

本実施の形態においては、さらなる高誘電率層４０を支持部１０ｄの上に設ける構成について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば駆動部に設けられた上部電極と検知部に設けられた上部電極との間に設けたり、駆動部を構成する上面の電極に接続された導出部と検知部を構成する上面の電極に接続された導出部との間に設けることも可能である。

本実施の形態においては、音叉型振動子がシリコンから構成されるものについて説明したが、これに特定されるものではなく、非圧電材料からなる多くの材料を用いることが可能である。同じく圧電膜についてもＰＺＴからなる構成について説明したが、これについても種々の圧電材料を用いることが可能である。

また、本実施の形態においては、振動子として音叉型形状のものについて説明してきたが、これに特定されるものではなく種々の形状のものを用いることが可能である。例えば、片持ち梁形状、両点支持の棒状の振動子等の形状が考えられる。

また、本実施の形態においては、異常値抽出手段として音叉型振動子の支持部に設けた構成について説明してきたが、これに必ずしも特定されるものではない。

本発明の角速度センサは小型でありながら、検知部系の的確な断線検知が可能な角速度センサとして有用である。

本発明の実施の形態１における角速度センサの音叉型振動子の構成図 同振動子のＡ−Ａ断面図 同振動子のＢ−Ｂ断面図 第１のパターン電極と第２のパターン電極の間隔と結合容量の関係を説明する図 さらに高誘電率層が表面に付与された同振動子のＢ−Ｂ断面図 従来の角速度センサの振動子を示す斜視図

符号の説明

１ 音叉型振動子
１０ａ，１０ｂ アーム
１０ｃ 基部
１０ｄ 支持部
１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ 上面の電極
１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，２６ 圧電膜
１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ，１４ｃ，１５ｃ，１６ｃ 下面の電極
１７ａ モニタ電極
１８ａ，１９ａ，２０ａ，２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ 導出部
２５ 共通グランド
２７，２８，２９，３０，３４ 引き出し電極パッド
３１ａ，３１ｂ 第１のパターン電極
３２，３３ 第２のパターン電極
３５，３６ 中心線
３７，３８ 主面
４０ 高誘電率層

Claims (10)

1. ｘ軸方向および前記ｘ軸と直交するｚ軸方向に変位する振動部と、この振動部につながる振動遷移部とこの振動遷移部につながる支持部とを有した振動子と、前記振動部を前記ｘ軸方向に励振することを可能とする前記振動部に設けられた１対の電極が形成された駆動部と、前記振動部を前記ｘ軸方向に励振するために前記駆動部に形成された１対の電極に逆極性の駆動信号を供給するための駆動回路と、前記ｚ軸方向に振動する前記振動部のたわみを検出するために前記振動部に設けられた１対の電極が形成された検知部と、前記ｘ軸及び前記ｚ軸と直交するｙ軸周りに角速度が印加されたときコリオリ力に基づき前記ｚ軸方向にたわむことにより前記検知部に形成された１対の電極から出力される逆極性の電荷を増幅処理し、所定範囲の角速度信号を得るための差動アンプを有した検知回路と、前記駆動部に形成された１対の電極の一方から引き出され前記支持部に設けられた第１のパターン電極と、前記検知部に形成された１対の電極からそれぞれ引き出され前記支持部に設けられた１対の第２のパターン電極と、前記第１のパターン電極と前記１対の第２のパターン電極の一方との間及び前記第１のパターン電極と前記１対の第２のパターン電極の他方との間に設けられた高誘電率層とを備えた角速度センサにおいて、前記検知回路は、前記差動アンプから出力される角速度信号が前記所定範囲を超えた場合に異常と診断可能な所定の出力を行う異常値抽出手段が設けられた角速度センサ。
2. 振動子は振動部としての少なくとも２つのアームとこのアームを連結する振動遷移部としての少なくとも１つの基部とこの基部の端に固定するための支持部とを有した非圧電材料からなる音叉型振動子であり、駆動部はこの音叉型振動子の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線を境に少なくとも上部電極が離間するように設けられた圧電膜であり、さらに検知部は前記音叉型振動子の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上に設けられ、両面に電極を有した圧電膜である請求項１に記載の角速度センサ。
3. 振動子は振動部としての少なくとも２つのアームとこのアームを連結する振動遷移部としての少なくとも１つの基部とこの基部の端に固定するための支持部とを有した非圧電材料からなる音叉型振動子であり、駆動部はこの音叉型振動子の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上の中心線を境に離間するように設けられ、上面、下面にそれぞれ電極を有した１対の圧電膜であり、さらに検知部は前記音叉型振動子の少なくとも１つのアームの少なくとも１つの主面上に設けられ、両面に電極を有した圧電膜である請求項１に記載の角速度センサ。
4. 異常値抽出手段は支持部上に設けられた下部電極とこの下部電極の上に設けられた圧電膜とこの圧電膜の上に前記第１のパターン電極と前記１対の第２のパターン電極が対向し、かつ、離間するように設けられた請求項１に記載の角速度センサ。
5. 音叉型振動子はシリコンからなる請求項２または請求項３に記載の角速度センサ。
6. 異常値抽出手段を構成する圧電膜はＰＺＴ系の材料からなり、第１のパターン電極と第２のパターン電極はほぼ８対の対向をなし、前記第１のパターン電極と前記１対の第２のパターン電極のそれぞれの対向する長さはほぼ４５０μｍで、前記第１のパターン電極と前記１対の第２のパターン電極のそれぞれの対向する間隔はほぼ５μｍから１５μｍである請求項４に記載の角速度センサ。
7. 前記高誘電率層は、ＳｉＯＮ、ＨｆＯ _ｘ 、ＨｆＳｉＯ _ｘ のいずれかの材料よりなる請求項１に記載の角速度センサ。
8. 少なくとも駆動部に設けられた上部電極と検知部に設けられた上面の電極との間にさらに高誘電率層が設けられた請求項２に記載の角速度センサ。
9. 少なくとも駆動部に設けられた上面の電極と検知部に設けられた上面の電極との間にさらに高誘電率層が設けられた請求項３に記載の角速度センサ。
10. 少なくとも駆動部に形成された電極から引き出された導出部と検知部に形成された電極から引き出された導出部の間にさらに高誘電率層が設けられた請求項１に記載の角速度センサ。

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