JP6256215B2

JP6256215B2 - 角速度センサ

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Publication number: JP6256215B2
Application number: JP2014122512A
Authority: JP
Inventors: 酒井　峰一; 峰一酒井; 知也城森
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2034-06-13
Also published as: CN106662444B; JP2016003880A; DE112015002805T5; WO2015190103A1; US20170108335A1; CN106662444A; US10060744B2

Description

本発明は、振動体を有する角速度センサに関するものである。

従来より、振動片が基部に固定された振動体を有する角速度センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、この角速度センサは、圧電材料で構成される基板を用いて構成されており、基板に振動体と振動体を囲む外周部とが区画形成されている。そして、振動体は、外周部に複数の梁部を介して支持されている。

これによれば、振動体（基部）と外周部との間に配置された梁部により、外周部から振動体に振動や衝撃等の外乱が伝達されることを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。

特開２０１１−７５４１５号公報

しかしながら、上記角速度センサでは、各梁部は、それぞれ独立して外周部と接続されている。このため、各梁部によって外乱の抑制効果が異なり、検出精度が低下することを十分に抑制できない場合があるという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、検出精度が低下することを抑制できる角速度センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、圧電材料を用いて構成される基板（１０）と、基板に形成され、基板の面方向に振動する第１、第２振動片（１４ａ、１４ｂ）を有する振動体（１２）と、基板に形成され、振動体の周囲に配置される外周部（１３）と、を備え、振動体を振動させた状態で角速度が印加されると当該角速度に応じた電荷を発生する角速度センサにおいて、以下の点を特徴としている。

振動体は、基板の面方向における一方向を第１方向とし、基板の面方向のうちの第１方向と直交する方向を第２方向としたとき、少なくとも第１方向に変位可能とされた第１梁構成部材（１６ａ〜１９ａ）と、第１梁構成部材と連結され、少なくとも第２方向に変位可能とされた第２梁構成部材（１６ｂ〜１９ｂ）とを有する複数の梁部（１６〜１９）を介して外周部に支持され、第１、第２振動片を同方向に突出させた状態で支持する基部（１５）を有し、複数の梁部の少なくとも一部は、第１、第２梁構成部材のうちの外周部側の梁構成部材が互いに一体化されており、第１、第２振動片の配列方向に沿った方向の衝撃が印加されたとき、第１、第２振動片および基部が同方向に振動する同相モードの共振周波数をｆ１、第１、第２振動片および基部が逆方向に振動する同相吸収モードの共振周波数をｆ３、ｎを整数とすると、同相吸収モードの共振周波数ｆ３と同相モードの共振周波数ｆ１より大きく、同相吸収モードの共振周波数ｆ３と同相モードの共振周波数ｆ１のｎ倍の値との差の絶対値Δｆ３が、当該絶対値Δｆ３を同相モードの共振周波数ｆ１から乖離させる度合いを示す回避差Ｄを同相モードの共振周波数ｆ１に対して掛けた値よりも大きくなる関係が成り立ち、かつ、回避差Ｄが０％より大きくされていることを特徴としている。

これによれば、梁部のうちの外周部側の梁構成部材が一体化されている部分では、変位を互いに連成し合うため、外周部から振動体に外乱が伝達されることをさらに抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態における角速度センサの平面図である。図１に示す角速度センサの作動を示す図である。一般的な角速度センサの共振倍率の周波数特性（応答曲線）を示した図である。第１実施形態の角速度センサの共振倍率の周波数特性（応答曲線）を示した図である。静止状態に対する同相モードと同相吸収モードの動きを示した模式図である。図１に示す角速度センサに対してｙ軸方向に衝撃が印加されたときの同相モードの動きを示した模式図である。図１に示す角速度センサに対してｙ軸方向に衝撃が印加されたときの同相吸収モードの動きを示した模式図である。Ｑ値を変化させときの数式１のグラフである。本発明の第２実施形態における角速度センサの平面図である。本発明の第３実施形態における角速度センサの平面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の角速度センサは、車両に印加される角速度を検出するものに適用されると好適である。

角速度センサは、図１に示されるように、圧電材料としての水晶やＰＺＴ（チタン酸ジルコン鉛）等で構成される基板１０を備えている。そして、基板１０には、周知のマイクロマシン加工が施されて溝部１１が形成され、溝部１１によって振動体１２および外周部１３が区画形成されている。なお、外周部１３は、振動体１２の周囲に位置するように、振動体１２と区画形成されている。

振動体１２は、第１、第２振動片１４ａ、１４ｂが基部１５に保持された構成とされている。具体的には、基部１５は、長手方向（図１中紙面上下方向）を有する平面矩形状とされている。そして、第１、第２振動片１４ａ、１４ｂは、基部１５における長手方向の両端部において同じ方向に突出するように配置されている。つまり、本実施形態の振動体１２は、いわゆる音叉型とされている。

また、各振動片１４ａ、１４ｂには、図示しない駆動電極および検出電極が形成されている。例えば、各振動片１４ａ、１４ｂのうちの基部１５側に駆動電極が形成され、各振動片１４ａ、１４ｂのうちの基部１５側と反対側に検出電極が形成されている。

そして、振動体１２は、第１、第２梁部１６、１７を介して外周部１３に支持されている。ここで、第１、第２梁部１６、１７の具体的な構成について説明する。なお、以下では、第１、第２振動片１４ａ、１４ｂの基部１５に対する突出方向（図１中紙面左右方向）をｘ軸方向とし、基板１０の面内において当該突出方向と直交する方向（第１、第２振動片１４ａ、１４ｂの配列方向）をｙ軸方向とし、基板１０の面方向に対する法線方向をｚ軸方向として説明する。また、本実施形態では、ｙ軸方向が本発明の第１方向に相当し、ｘ軸方向が本発明の第２方向に相当し、ｚ軸方向が本発明の第３方向に相当している。

第１梁部１６は、ｘ軸方向およびｙ軸方向に対して傾いた第１、第２梁構成部材１６ａ、１６ｂにて構成されている。言い換えると、第１梁部１６は、ｘ軸方向およびｙ軸方向に変位可能とされた第１、第２梁構成部材１６ａ、１６ｂにて構成されている。そして、第１梁部１６は、第１梁構成部材１６ａが振動体１２側に配置されると共に第２梁構成部材１６ｂが外周部１３側に配置され、第１、第２梁構成部材１６ａ、１６ｂが連結された略Ｖ字状とされている。

同様に、第２梁部１７は、ｘ軸方向およびｙ軸方向に対して傾いた第１、第２梁構成部材１７ａ、１７ｂにて構成されている。言い換えると、第２梁部１７は、ｘ軸方向およびｙ軸方向に変位可能とされた第１、第２梁構成部材１７ａ、１７ｂにて構成されている。そして、第２梁部１７は、第１梁構成部材１７ａが振動体１２側に配置されると共に第２梁構成部材１７ｂが外周部１３側に配置され、第１、第２梁構成部材１７ａ、１７ｂが連結された略Ｖ字状とされている。なお、第２梁部１７は、第１梁部１６が構成する略Ｖ字状と反対側に凸部を有する略Ｖ字状とされている。

そして、第１梁部１６および第２梁部１７は、各第１梁構成部材１６ａ、１７ａにおける振動体１２側の端部が連結されて一体化された状態で振動体１２と連結されている。また、第１梁部１６および第２梁部１７は、各第２梁構成部材１６ｂ、１７ｂにおける外周部１３側の端部が連結されて一体化された状態で外周部１３と連結されている。つまり、本実施形態では、第１、第２梁部１６、１７により、平面枠状の梁部が構成され、当該枠状の梁部の相対する２組の角部のうちの１組の角部が振動体１２および外周部１３と連結されているともいえる。

さらに本実施形態では、第１、第２梁部１６、１７は、バネ定数が第１、第２振動片１４ａ、１４ｂの有するバネ定数より小さくなるように、適宜断面積や長さ等が調整されている。

このような角速度センサでは、角速度を検出する際には、第１、第２振動片１４ａ、１４ｂに形成された駆動電極に駆動信号が印加される。なお、第１、第２振動片１４ａ、１４ｂに印加される駆動信号は、所定の振幅、周波数を有するパルス状の駆動信号であり、互いに位相が１８０°異なるものである。これにより、図２に示されるように、第１、第２振動片１４ａ、１４ｂは、ｙ軸方向に沿って逆向きに駆動振動する。言い換えると、第１、第２振動片１４ａ、１４ｂは、互いに開閉するように駆動振動する。

そして、この状態において、ｘ軸方向周りの角速度が印加されると、コリオリ力によって第１、第２振動片１４ａ、１４ｂは、ｚ軸方向に逆向きに振動する。例えば、第１振動片１４ａが図２中紙面垂直方向向こう側に振動する場合は、第２振動片１４ｂが図２中紙面垂直方向手前側に振動する。そして、第１、第２振動片１４ａ、１４ｂに形成された図示しない検出電極に振動に応じた電荷が発生する。このため、各検出電極に発生した電荷を差動増幅することにより、角速度の検出が行われる。なお、図２中において、丸の中に黒丸を示した記号は紙面垂直方向向こう側を示し、丸の中に×印を示した記号は紙面垂直方向手前側に振動することを示している。

このとき、振動体１２は、第１、第２梁部１６、１７を介して外周部１３に支持されている。このため、第１、第２梁部１６、１７がｘ軸方向およびｙ軸方向に変位する（撓む）ことにより、外周部１３から振動体１２に振動や衝撃等の外乱が伝達されることを抑制できる。

また、第１、第２梁部１６、１７における各第２梁構成部材１６ｂ、１７ｂは一体化されている。このため、第１、第２梁部１６、１７は、変位を互いに連成し合うため、さらに外周部１３から振動体１２に外乱が伝達されることを抑制できる。

ここで、上記のような検出原理によって角速度の検出を行っているが、第１、第２振動片１４ａ、１４ｂは、ｚ軸方向において同方向に振動する同相モードの共振周波数finと、互いに逆方向に振動する逆相モードの共振周波数fantiを有している。

なお、図２に示されるように、ここでの同相モードとは、ｚ軸方向に沿った衝撃が印加されたときに第１、第２振動片１４ａ、１４ｂがｚ軸方向において同方向に振動させられることを意味している。また、ここでの逆相モードとは、ｚ軸方向に沿った衝撃が印加されたときに第１、第２振動片１４ａ、１４ｂがｚ軸方向において逆方向に振動させられることを意味している。

ｚ軸方向への衝撃が印加されたとき、第１、第２振動片１４ａ、１４ｂが同相モードで変化するのであれば、第１、第２振動片１４ａ、１４ｂに形成された検出電極に発生した電荷を差動増幅（差動出力）することにより、その衝撃に基づく振動に起因する電荷（信号）が相殺される。しかしながら、ｚ軸方向への衝撃が印加されたとき、第１、第２振動片１４ａ、１４ｂが逆相モードで変化すると、差動増幅によってその衝撃に基づく振動に起因する電荷（信号）が相殺されず、出力誤差となって検出精度が低下する。

ｚ軸方向への衝撃が印加されたときは、その衝撃に含まれる周波数成分に応じて共振倍率（応答の強さ）が変わる。具体的には、一般的な角速度センサ（共振周波数を特に考慮していない角速度センサ）では、共振倍率の周波数特性（応答曲線）は、図３に示されるように、同相モードの共振周波数finにおいて最も共振倍率が大きくなる。そして、同相モードの共振周波数finを中心として他の周波数域では急激に共振倍率が低下し、同相モードの共振周波数finから離れるほど低下してく。ただし、同相モードの共振周波数finとは別に逆相モードの共振周波数fantiが存在し、この逆相モードの共振周波数fantiでも同相モードの共振周波数finよりは十分小さいものの、共振倍率がある程度大きくなる。そして、衝撃に含まれるこの逆相モードの共振周波数fanti成分が第１、第２振動片１４ａ、１４ｂを逆方向へ振動させる動きを誘発し、出力誤差を発生させる。

この逆相モードの共振周波数fantiについては、同相モードの共振周波数finの近くに存在するほどその共振周波数fantiでの共振倍率が大きくなる。すなわち、図３に示されるように同相モードの共振周波数finを中心として共振倍率が減衰されていく。しかしながら、逆相モードの共振周波数fantiが同相モードの共振周波数finに近すぎると、衝撃が印加されたときにその衝撃に含まれる逆相モードの共振周波数fanti成分が十分減衰されない領域に存在することになる。このため、その衝撃における減衰しきっていない逆相モードの共振周波数fanti成分がこの振動における逆相モードの動きを誘発する。

したがって、同相モードの共振周波数finと逆相モードの共振周波数fantiとが離れるようにすることで、衝撃に含まれる逆相モードの共振周波数fanti成分が十分減衰された領域となるようにでき、逆相モードの動きの誘発を抑制することが可能になると言える。共振倍率の周波数特性ついては、ｚ軸方向の変位を許容するバネ、つまり本実施形態の場合であれば第１、第２振動片１４ａ、１４ｂの設定に基づいて調整することができる。そして、図４に示すように逆相モードの共振周波数fantiが同相モードの共振周波数finから離れるようにすると、逆相モードの共振周波数fantiでの共振倍率を低下させることができる。

具体的には、逆相モードの共振周波数fantiと同相モードの共振周波数finの差分を逆相モードの共振周波数fantiで割った値（＝（fanti―fin）／fanti）をデカップリング率（Decoupling Ratio（以下、D.R.という）と定義する。すると、D.R.の絶対値を０．２以上にすると、共振倍率はピーク値（Ｑ値：共振周波数finのときの共振倍率）が大きくても小さくても１割程度の誤差で３以下となり、ロバスト性を確保できる領域とすることができる。好ましくはD.R.の絶対値が０．４以上になると逆相モードの共振周波数fantiでの共振倍率を１以下にすることが可能になり、衝撃に含まれる逆相モードの共振周波数fanti成分がより十分減衰され、逆相モードの動きの誘発を抑制することができる。例えば、同相モードの共振周波数finが１０ｋＨｚ、逆相モードの共振周波数fantiが１６ｋＨｚとすれば、D.R.の絶対値が０．４以上となり、共振倍率が１以下となるようにできる。

このため、本実施形態では、D.R.の絶対値が０．２以上、好ましくは０．４以上となるようにしている。これにより、逆相モードの動きの誘発を抑制することができる。したがって、角速度センサの出力誤差を抑制することができ、さらに検出精度が低下することを抑制できる。

また、このような角速度センサは、ｙ軸方向に沿った方向への衝撃の印加に対して２つの共振モードの周波数ｆ１、ｆ３を有している。具体的には、図５において模式的に示されるように、バネｓ１、ｓ２に支持された２つの錘ｍ１、ｍ２が同方向へ振動させられる同相モードの共振周波数ｆ１と、２つの錘ｍ１、ｍ２が逆方向へ振動させられる同相吸収モードの共振周波数ｆ３である。

なお、図５において、バネｓ２は、第１、第２梁部１６、１７によって構成され、錘ｍ２は基部１５によって構成され、バネｓ１は第１、第２振動片１４ａ、１４ｂによって構成され、錘ｍ１は第１、第２振動片１４ａ、１４ｂによって構成される。また、同相吸収モードの共振周波数ｆ３は、同相モードの共振周波数ｆ１よりも大きな周波数となる。

すなわち、図６Ａに示されるように、角速度センサに対してｙ軸方向に衝撃が印加されたとき、同相モードの共振周波数ｆ１では、ｙ軸方向において第１、第２振動片１４ａ、１４ｂと基部１５とが同方向に振動させられる。これに対し、図６Ｂに示されるように、角速度センサに対してｙ軸方向に衝撃が印加されたとき、同相吸収モードの共振周波数ｆ３では、ｙ軸方向において第１、第２振動片１４ａ、１４ｂと基部１５とが逆方向に振動させられる。

ここで、角速度センサにｙ軸方向に衝撃が印加されると、第１、第２振動片１４ａ、１４ｂおよび基部１５は、（１）非共振による振動励起、（２）共振による振動励起、（３）共振干渉による振動励起、の３つの足し合わせによる変位メカニズムにて振動させられる。つまり、第１、第２振動片１４ａ、１４ｂおよび基部１５は、これら（１）〜（３）の振動励起が同時に足し合わされるように発生することで変位する（振動させられる）。

（１）非共振による振動励起は、単純に慣性力とバネ力から算出される変位量である。また、（２）共振による振動励起は、角速度センサが有する共振モード、主に同相モードの共振周波数ｆ１と同じ周波数を持つ衝撃成分の印加時間と振動体１２固有のＱ値（共振倍率のピーク値）から算出される励起量である。そして、（３）共振干渉による振動励起は、同相モードの共振周波数ｆ１の整数倍（ｎ倍）と同相吸収モードの共振周波数ｆ３での干渉による励起量である。

ここで、（３）共振干渉による振動励起の影響度合いに相当する増幅率Ａは、次式によって表される。この数式は、（３）共振干渉による振動励起を（１）非共振による振動励起や（２）共振による振動励起と同等程度まで十分に低下させた状態よりもＡ倍変位することを意味している。

なお、数式中のｆ１は同相モードの共振周波数ｆ１、ｆ３は同相吸収モードの共振周波数ｆ３、ｎは整数、ＱはＱ値を表している。

また、Ｑ値を変化させて数式１をグラフ化したものが図７である。図７中の回避差Ｄとは、同相吸収モードの共振周波数ｆ３と同相モードの共振周波数ｆ１のｎ倍の値との差の絶対値Δｆ３を同相モードの共振周波数ｆ１から乖離させる度合いを示している。図７に示されるように、回避差Ｄ＝０のとき、つまり絶対値Δｆ３が同相モードの共振周波数ｆ１と一致しているときに最も増幅率Ａが大きくなる。このときには（３）共振干渉による振動励起が最も大きなピーク値として現れ、全振動励起中に占める寄与率も高くなる。

したがって、絶対値Δｆ３（＝｜ｆ３−ｎ・ｆ１｜）が同相モードの共振周波数ｆ１と一致するような条件とならないように設計することにより、（３）共振干渉による振動励起が最も大きなピーク値とならず、全振動励起中に占める寄与率を減少できる。つまり、絶対値Δｆ３が同相モードの共振周波数ｆ１に対して回避差Ｄを掛けた値よりも大きくなる関係（Δｆ３＞ｆ１×Ｄ）において、少なくとも回避差Ｄが０％ではなく（Ｄ≠０）、０％より大きくなるようにすればよい。これにより、（３）共振干渉による振動励起が最大変位となることを避けることができる。

そして、回避差Ｄが５％より大きく（Ｄ＞５％）なるように設計すれば、数式１中における分母のルート内の第１項が第２項よりも十分に大きな値となり、第２項に含まれるＱ値にかかわらず増幅率Ａを決めることができる。具体的には、図７に示されるように、増幅率Ａは２０程度まで低下する。このように、Ｑ値にかかわらず増幅率Ａを設定することが可能になり、増幅率Ａを十分に小さくできることから、ロバスト性を高めることが可能となる。

さらに、回避差Ｄが１０％より大きく（Ｄ＞１０％）なるように設計すれば、図７に示されるように、増幅率Ａはほぼ１桁まで低下する。これにより、（３）共振干渉による振動励起を（１）非共振による振動励起や（２）共振による振動励起と同等程度まで十分に低下させた状態に抑えることができる。

なお、図７においては、Ｑ値を５０〜３００において変化させた場合を一例として示したが、Ｑ値の大きさについてはここに示した範囲に限るものではない。

したがって、本実施形態では、同相モードの共振周波数ｆ１とそれよりも大きな同相吸収モードの共振周波数ｆ３とについて、同相吸収モードの共振周波数ｆ３と同相モードの共振周波数ｆ１のｎ倍の値との差の絶対値Δｆ３が以下の条件を満たすようにしている。すなわち、絶対値Δｆ３が同相モードの共振周波数ｆ１に対して回避差Ｄを掛けた値よりも大きくなる関係（Δｆ３＞ｆ１×Ｄ）としつつ、少なくとも回避差Ｄが０％より大きくなるようにしている。これにより、（３）共振干渉による振動励起が最大変位となることを避けることができる。

好ましくは、回避差Ｄ＞５％となるようにすることで、増幅率ＡをＱ値にかかわらず低下させることが可能となり、ロバスト性を高めることができる。より好ましくは、回避差Ｄ＞１０％となるようにすることで、増幅率Ａをほぼ１桁まで低下させることができ、（３）共振干渉による振動励起を（１）非共振による振動励起や（２）共振による振動励起と同等程度まで十分に低下させた状態に抑えることができる。

このような関係を満たす同相モードの共振周波数ｆ１と同相吸収モードの共振周波数ｆ３に設定されるような設計とすることにより、（３）共振干渉による振動励起を低下させられる。

なお、数式１で示されるように、増幅率Ａは、同相モードの共振周波数ｆ１の整数倍（ｎ倍）と同相吸収モードの共振周波数ｆ３およびＱ値によって定義されることから、数式１中のＱ値を低下させることによっても増幅率Ａを低下させることができる。例えば、本実施形態のような角速度センサは、通常、真空封止された状態で用いられるため、そのときの真空度を低下させることでＱ値を低下させられる。このようにＱ値を低下させると、増幅率Ａを低下させることが可能となり、さらに（３）共振干渉による振動励起を低下させることができる。また、Ｑ値を低下させると、（２）共振による振動励起も低下させられることから、（３）共振干渉による振動励起と合せて低下させられ、更なる耐衝撃性能向上を図ることが可能となる。

以上説明したように、本実施形態では、振動体１２は、第１、第２梁部１６、１７を介して外周部１３に支持されている。このため、第１、第２梁部１６、１７がｘ軸方向およびｙ軸方向に変位する（撓む）ことにより、外周部１３から振動体１２に振動や衝撃等の外乱が伝達されることを抑制できる。

また、第１、第２梁部１６、１７における各第２梁構成部材１６ｂ、１７ｂは一体化されている。このため、第１、第２梁部１６、１７は、変位を互いに連成し合うため、さらに外周部１３から振動体１２に外乱が伝達されることを抑制でき、より検出精度が低下することを抑制できる。

そして、第１、第２梁部１６、１７は、バネ定数が第１、第２振動片１４ａ、１４ｂの有するバネ定数より小さくされている。このため、第１、第２梁部１６、１７のバネ定数が第１、第２振動片１４ａ、１４ｂの有するバネ定数より大きくされている場合と比較して、外周部１３から振動体１２に外乱が伝達されることを抑制できる。

さらに、本実施形態では、D.R.の絶対値が０．２以上とされている。このため、角速度センサにｚ軸方向への衝撃が印加されたとしても、逆相モードの動きの誘発を抑制することができる。このため、出力誤差が発生することを抑制でき、さらに、検出精度が低下することを抑制できる。

また、本実施形態では、絶対値Δｆ３が同相モードの共振周波数ｆ１に対して回避差Ｄを掛けた値よりも大きくなる関係（Δｆ３＞ｆ１×Ｄ）としつつ、少なくとも回避差Ｄが０％より大きくなるようにしている。このため、共振干渉による振動励起が最大変位となることを抑制でき、耐衝撃性能を向上できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して第１、第２梁部１６、１７の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図８に示されるように、振動体１２は、第１、第２梁部１６、１７と、振動体１２を挟んで第１、第２梁部１６、１７と反対側に配置される第３、第４梁部１８、１９とを介して外周部１３に支持されている。

第１、第２梁部１６、１７は、ｘ軸方向に延びる第１梁構成部材１６ａ、１７ａと、第１梁構成部材１６ａ、１７ａと連結され、ｙ軸方向に延びる第２梁構成部材１６ｂ、１７ｂとを有している。つまり、第１、第２梁部１６、１７は、ｙ軸方向に変位可能とされた第１梁構成部材１６ａ、１７ａと、ｘ軸方向に変位可能とされた第２梁構成部材１６ｂ、１７ｂとを有している。そして、第１梁部１６の第２梁構成部材１６ｂと、第２梁部１７の第２梁構成部材１７ｂとが一体化されている。

同様に、第３、第４梁部１８、１９は、ｘ軸方向に延びる第１梁構成部材１８ａ、１９ａと、第１梁構成部材１８ａ、１９ａと連結され、ｙ軸方向に延びる第２梁構成部材１８ｂ、１９ｂとを有している。つまり、第３、第４梁部１８、１９は、ｙ軸方向に変位可能とされた第１梁構成部材１８ａ、１９ａと、ｘ軸方向に変位可能とされた第２梁構成部材１８ｂ、１９ｂとを有している。そして、第３梁部１８の第２梁構成部材１８ｂと、第４梁部１９の第２梁構成部材１９ｂとが一体化されている。

このように、第１〜第４梁部１６〜１９を備えるようにしてもよく、また、第１、第２梁構成部材１６ａ〜１９ｂを一方向にのみ変位するようにしてもよい。このような角速度センサとしても、第１、第２梁部１６、１７の第２梁構成部材１６ｂ、１７ｂが一体化され、第３、第４梁部１８、１９の第２梁構成部材１８ｂ、１９ｂが一体化されているため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態に対して第２梁構成部材１６ｂ〜１９ｂの構成を変更したものであり、その他に関しては第２実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図９に示されるように、振動体１２と外周部１３との間には、振動体１２を囲む枠部２０が形成されており、当該枠部２０は複数の支持部２１を介して外周部１３に支持されている。そして、第１梁構成部材１６ａ〜１９ａはそれぞれ枠部２０に連結され、第２梁構成部材１６ｂ〜１９ｂは枠部２０によって構成されている。つまり、第１〜第４梁部１６〜１９における第２梁構成部材１６ｂ〜１９ｂは、全て一体化されている。

これによれば、第１〜第４梁部１６〜１９は、各梁部１６〜１９の変位が全て連成し合うため、さらに外周部１３から振動体１２に外乱が伝達されることを抑制しつつ、上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上記では、枠部２０（第１〜第４梁部１６〜１９における第２梁構成部材１６ｂ〜１９ｂ）が複数の支持部２１を介して外周部１３に支持された構成について説明したが、枠部２０は１つの支持部２１のみを介して外周部１３に支持されていてもよい。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記各実施形態において、振動体１２の構成を変更してもよい。例えば、振動体１２は、基部１５に対して第１、第２振動片１４ａ、１４ｂが両方向に突出したいわゆるＨ型音叉とされていてもよい。

また、振動体１２は、第１、第２振動片１４ａ、１４ｂの間に当該第１、第２振動片１４ａ、１４ｂと同じ方向に突出した検出片を有するいわゆる三脚音叉とされていてもよい。この場合は、第１、第２振動片１４ａ、１４ｂが駆動片となり、検出片に発生する電荷に基づいて角速度の検出が行われる。なお、このような振動体１２とした場合には、検出片が１つしかないため、検出片に発生した電荷に基づいて角速度の検出が行われる。つまり、差動増幅を行わずに角速度の検出が行われる。

さらに、振動体１２は、基部１５に対して第１、第２振動片１４ａ、１４ｂおよび検出片が両側に突出したいわゆるダブルＴ型音叉とされていてもよい。

また、上記第１実施形態において、第１梁構成部材１６ａ、１７ａにおける基部１５側の端部は、一体化されてなくてもよく、それぞれ基部１５に備えられていてもよい。

そして、上記各実施形態において、各梁部１６〜１９のバネ定数が第１、第２振動片１４ａ、１４ｂの有するバネ定数より大きくされていてもよい。

１０基板
１２振動体
１３外周部
１４ａ、１４ｂ第１、第２振動片
１５基部
１６〜１９梁部
１６ａ〜１９ａ第１梁構成部材
１６ｂ〜１９ｂ第２梁構成部材

Claims

圧電材料を用いて構成される基板（１０）と、
前記基板に形成され、前記基板の面方向に振動する第１、第２振動片（１４ａ、１４ｂ）を有する振動体（１２）と、
前記基板に形成され、前記振動体の周囲に配置される外周部（１３）と、を備え、
前記振動体を振動させた状態で角速度が印加されると当該角速度に応じた電荷を発生する角速度センサにおいて、
前記振動体は、前記基板の面方向における一方向を第１方向とし、前記基板の面方向のうちの前記第１方向と直交する方向を第２方向としたとき、少なくとも前記第１方向に変位可能とされた第１梁構成部材（１６ａ〜１９ａ）と、前記第１梁構成部材と連結され、少なくとも前記第２方向に変位可能とされた第２梁構成部材（１６ｂ〜１９ｂ）とを有する複数の梁部（１６〜１９）を介して前記外周部に支持され、前記第１、第２振動片を同方向に突出させた状態で支持する基部（１５）を有し、
前記複数の梁部の少なくとも一部は、前記第１、第２梁構成部材のうちの前記外周部側の梁構成部材が互いに一体化されており、
前記第１、第２振動片の配列方向に沿った方向の衝撃が印加されたとき、前記第１、第２振動片および前記基部が同方向に振動する同相モードの共振周波数をｆ１、前記第１、第２振動片および前記基部が逆方向に振動する同相吸収モードの共振周波数をｆ３、ｎを整数とすると、前記同相吸収モードの共振周波数ｆ３と前記同相モードの共振周波数ｆ１より大きく、前記同相吸収モードの共振周波数ｆ３と前記同相モードの共振周波数ｆ１のｎ倍の値との差の絶対値Δｆ３が、当該絶対値Δｆ３を前記同相モードの共振周波数ｆ１から乖離させる度合いを示す回避差Ｄを前記同相モードの共振周波数ｆ１に対して掛けた値よりも大きくなる関係が成り立ち、かつ、前記回避差Ｄが０％より大きくされていることを特徴とする角速度センサ。
前記振動体と前記外周部との間には、枠部（２０）が構成されており、
前記複数の梁部は、前記第１、第２梁構成部材のうちの前記外周部側の梁構成部材が前記枠部で構成されることにより、全て一体化されていることを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
前記複数の梁部は、バネ定数が前記第１、第２振動片の有するバネ定数より小さくされていることを特徴とする請求項１または２に記載の角速度センサ。
前記第１、第２振動片に発生した電荷が差動増幅されることによって前記角速度が検出され、
前記第１、第２振動片は、前記第１方向および前記第２方向と直交する方向を第３方向としたとき、前記第１方向に駆動振動しているときに前記角速度が印加されると前記第３方向に互いに逆向きに振動し、前記第３方向に沿った方向の衝撃が印加されたとき、当該第１、第２振動片が前記第３方向において同方向に振動する同相モードの共振周波数finと、互いに逆方向に振動する逆相モードの共振周波数fantiを有し、逆相モードの共振周波数fantiと同相モードの共振周波数finの差分を逆相モードの共振周波数fantiで割った値（＝（fanti−fin）／fanti）をデカップリング率と定義したとき、当該デカップリング率の絶対値が０．２以上とされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の角速度センサ。