JP6509555B2 - 角速度センサ及びセンサ素子 - Google Patents

Description

本発明は、角速度センサ及びセンサ素子に関する。

角速度センサとして、いわゆる圧電振動式のものが知られている（例えば特許文献１）。このセンサにおいては、圧電体に交流電圧を印加して圧電体を励振する。この励振されている圧電体が回転されると、回転速度（角速度）に応じた大きさで、励振方向と直交する方向にコリオリの力が生じ、このコリオリの力によっても圧電体は振動する。そして、このコリオリの力に起因する圧電体の変形に応じて生じる電気信号を検出することにより、圧電体の角速度を検出することができる。

圧電体は、具体的には、例えば、基部と、基部から延び、交流電圧が印加されて励振される駆動腕と、駆動腕の振動が伝達され、コリオリの力に起因する電気信号が検出される検出腕と、を有している。なお、特許文献１では、検出腕の根元（基部との接続部）における、エッチングされずに残る部分（残渣）を低減するために、検出腕に対して傾斜する方向へ基部から延びる梁を設ける技術を開示している。また、特許文献１では、検出腕と平行に延び、基部を支持する梁を有する圧電体も開示している（特許文献１の従来技術の欄）。

特開２００６−２０１０５３号公報

圧電体において、腕（駆動腕及び検出腕）は、いわゆる片持ち梁とされている。従って、角速度センサが床面へ落下するなど、角速度センサに予期しない衝撃が加えられると、腕の慣性力によって、腕の根元付近に強い応力が加えられる。その結果、例えば、破損が生じ、角速度センサの検出精度が低下するおそれがある。

従って、衝撃に強い角速度センサ及びセンサ素子が提供されることが望ましい。

本発明の一態様に係る角速度センサは、基部と、前記基部から延びる駆動腕及び検出腕と、を有する圧電体と、前記駆動腕に電圧を印加して前記駆動腕を励振する励振回路と、前記検出腕の振動によって生じる電気信号を検出する検出回路と、を有し、前記圧電体は、前記検出腕及び駆動腕の少なくとも一方の腕に並んで当該一方の腕と平行に延び、先端が自由端とされたフレーム腕を更に有し、前記励振回路は、前記駆動腕及び前記フレーム腕のうち前記駆動腕のみを励振し、前記検出回路は、前記検出腕及び前記フレーム腕のうち前記検出腕のみについて電気信号を検出する。

好適には、前記一方の腕は、当該一方の腕に沿って延びる溝を有し、前記フレーム腕は、前記一方の腕に対して前記溝の側方となる方向に並んでいる。

好適には、前記フレーム腕は、先端に前記一方の腕側に突出する突部を有する。

好適には、前記一方の腕は、前記基部から延びる本体部と、前記本体部の先端に位置し、前記本体部よりも幅広な幅広部と、を有し、前記フレーム腕は、前記本体部よりも短く、且つ、前記幅広部の幅内に収まっている。

好適には、前記フレーム腕の前記駆動腕が励振される方向における固有振動数は、前記駆動腕の、前記励振される方向における固有振動数に対して、当該駆動腕の固有振動数の１／１０以上の差でずれており、前記フレーム腕の、前記検出腕において電気信号が検出される振動の方向における固有振動数は、前記検出腕の前記検出される振動の方向における検出腕の固有振動数に対して、当該検出腕の固有振動数の１／１０以上の差でずれている。

好適には、４本以上の偶数本のみの前記駆動腕が、所定の対称軸に平行に延び、前記対称軸の側方に並べられ、前記対称軸に対して線対称に配置されており、２本以上の偶数本のみの前記検出腕が、前記駆動腕とは反対方向に延び、前記駆動腕の並び方向に並べられ、前記対称軸に対して線対称に配置されており、前記励振回路は、線対称の一方側の複数の駆動腕が前記並び方向において互いに同一側へ共に変形するようにこれら駆動腕を互いに同一の位相で励振し、線対称の他方側の複数の駆動腕が前記並び方向において互いに同一側へ共に変形するようにこれら駆動腕を互いに同一の位相で励振し、線対称の前記一方側の複数の駆動腕と、線対称の前記他方側の複数の駆動腕とが、前記並び方向において互いに逆側に変形するように、線対称の前記一方側の複数の駆動腕と線対称の前記他方側の複数の駆動腕とを互いに逆の位相で励振し、前記一方の腕は、前記駆動腕である。

本発明の一態様に係るセンサ素子は、基部を含む支持部と、前記基部から延びる駆動腕及び検出腕と、を有する圧電体と、前記駆動腕の表面に設けられた励振電極と、前記検出腕の表面に設けられた検出電極と、前記励振電極及び前記検出電極に接続された複数のパッドと、を有し、前記圧電体は、前記検出腕及び駆動腕の少なくとも一方の腕に並んで当該一方の腕と平行に延びるフレーム腕を更に有し、前記励振電極は、前記駆動腕及び前記フレーム腕のうち前記駆動腕にのみ設けられ、前記検出電極は、前記検出腕及び前記フレーム腕のうち前記検出腕にのみ設けられ、前記複数のパッドは、前記支持部及び前記フレーム腕のうち前記支持部にのみ設けられている。

好適には、４本以上の偶数本のみの前記駆動腕が、所定の対称軸に平行に延び、前記対称軸の側方に並べられ、前記対称軸に対して線対称に配置されており、２本以上の偶数本のみの前記検出腕が、前記駆動腕とは反対方向に延び、前記駆動腕の並び方向に並べられ、前記対称軸に対して線対称に配置されており、前記励振電極として、前記偶数本の駆動腕間で互いに同一の位置に設けられた複数の第１励振電極と、前記偶数本の駆動腕間で互いに同一の位置に設けられ、前記複数の第１励振電極との間に電圧が印加されることにより、前記偶数の駆動腕を前記並び方向に励振可能な複数の第２励振電極と、が設けられており、線対称の一方側の複数の駆動腕における複数の第１励振電極、及び、線対称の他方側の複数の駆動腕における複数の第２励振電極は互いに接続されており、線対称の前記一方側の複数の駆動腕における複数の第２励振電極、及び、線対称の前記他方側の複数の駆動腕における複数の第１励振電極は互いに接続されており、前記一方の腕は、前記駆動腕である。

上記の構成によれば、角速度センサ及びセンサ素子を衝撃に強くすることができる。

本発明の実施形態に係るセンサ素子の圧電体を示す斜視図。 図１の圧電体上の電極配置を説明するための図１よりも模式的な斜視図。 図３（ａ）は図１のIIIａ−IIIａ線における断面図、図３（ｂ）は図１のIIIｂ−IIIｂ線における断面図。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は駆動腕及び検出腕における電位等を説明するための模式図。 図５（ａ）は全駆動腕のｘ軸方向における励振を説明するための模式図、図５（ｂ）は全駆動腕及び全検出腕のｚ軸方向における振動を説明するための模式図。 図１のセンサ素子の配線の一例を示すための図２よりも模式的な斜視図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下の図面は、模式的なものである。従って、細部は省略されることがあり、また、寸法比率等は現実のものと必ずしも一致しない。

また、各図には、説明の便宜のために、直交座標系ｘｙｚを付している。なお、直交座標系ｘｙｚは、センサ素子（圧電体）の形状に基づいて定義されている。すなわち、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、結晶の電気軸、機械軸及び光軸を示すとは限らない。

同一又は類似する構成については、「第１駆動腕１１Ａ」、「第２駆動腕１１Ｂ」のように、同一名称に対して互いに異なる番号及びアルファベットを付して呼称することがあり、また、この場合において、単に「駆動腕１１」といい、これらを区別しないことがある。

図１は、本発明の実施形態に係るセンサ素子１の圧電体３を示す斜視図である。図２は、圧電体３上の電極配置を説明するためのセンサ素子１の斜視図である。図２において、圧電体３は、一部が省略されることなどにより、図１よりも模式的に示されている。

センサ素子１は、例えば、ｙ軸回りの角速度を検出する角速度センサ１０１を構成するものである。角速度センサ１０１は、圧電振動式のものであり、センサ素子１は、ｘ軸方向に励振され、ｚ軸方向にコリオリの力が生じるように構成されている。具体的には、以下のとおりである。

センサ素子１は、圧電体３と、圧電体３に電圧を印加するための第１励振電極５Ａ及び第２励振電極５Ｂ（図２）と、圧電体３に生じた電気信号を取り出すための第１検出電極７Ａ及び第２検出電極７Ｂ（図２）とを有している。

圧電体３は、その全体が一体的に形成されている。圧電体３は、単結晶であってもよいし、多結晶であってもよい。また、圧電体３の材料は適宜に選択されてよく、例えば、水晶（ＳｉＯ_２）、ＬｉＴａＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３、ＰＺＴである。

圧電体３において、電気軸乃至は分極軸（以下、両者を代表して分極軸のみに言及することがある。）は、ｘ軸に一致するように設定されている。なお、分極軸は、所定の範囲（例えば１５°以内）でｘ軸に対して傾斜していてもよい。また、圧電体３が単結晶である場合において、機械軸及び光軸は、適宜な方向とされてよいが、例えば、機械軸はｙ軸方向、光軸はｚ軸方向とされている。

圧電体３は、ｘ軸方向に延びる基部９と、基部９からｙ軸方向の正側又は負側に延びる各種の腕（１０Ａ〜１０Ｄ（図１）、１１Ａ〜１１Ｄ、１２Ａ〜１２Ｄ（図１）、１３Ａ及び１３Ｂ、並びに、１４Ａ〜１４Ｄ（図１））とを有している。

第１駆動腕１１Ａ〜第４駆動腕１１Ｄは、電圧（電界）が印加されることによってｘ軸方向（以下、「励振方向」ということがある。）に励振される部分である。第１検出腕１３Ａ及び第２検出腕１３Ｂは、コリオリの力によってｚ軸方向（以下、「検出方向」ということがある。）に振動され、角速度に応じた電気信号を生成する部分である。基部９は、これら駆動腕１１及び検出腕１３を支持する部分である。第１実装腕１０Ａ〜第４実装腕１０Ｄは、基部９を支持する部分である。第１駆動側フレーム腕１２Ａ〜第４駆動側フレーム腕１２Ｄは、駆動腕１１の根元付近を衝撃に対して強くするためのものである。第１検出側フレーム腕１４Ａ〜第４検出側フレーム腕１４Ｄは、検出腕１３の根元付近を衝撃に対して強くするためのものである。これらの位置及び形状等は、例えば、以下のように設定されている。

圧電体３は、例えば、全体として厚さ（ｚ軸方向）が一定にされており、また、例えば、ｙ軸方向に延びる中心線ＣＬ０（図１）に対して線対称の形状に形成されている。

基部９は、例えば、概ね直方体状とされている。基部９の３軸方向の寸法比率は適宜に設定されてよい。例えば、基部９は、ｘ軸方向の大きさ＞ｙ軸方向の大きさ＞ｚ軸方向の大きさに設定されている。すなわち、基部９は、ｘ軸方向を長手方向とし、ｚ軸方向を厚み方向とする概ね長方形の板状とされている。なお、例えば、ｘ軸方向の大きさ＞ｚ軸方向の大きさ≧ｙ軸方向の大きさとされてもよい。

４本の実装腕１０は、基部９の両端部９ａからｙ軸方向の両側に延びている。換言すれば、４本の実装腕１０は、他の全ての腕のｘ軸方向の外側にて他の腕に並列に延びている。４本の実装腕１０は、例えば、ｘ軸方向及びｙ軸方向のいずれにおいても線対称の配置及び形状となるように設けられている。実装腕１０の具体的形状は適宜に設定されてよい。例えば、実装腕１０は、概略矩形の板状に形成されている。

実装腕１０の先端部のｚ軸方向の正側又は負側（本実施形態では正側）の面には、第１パッド１５Ａ〜第４パッド１５Ｄ（模式図である図２において基部９の４隅に示す。なお、本実施形態とは異なり、実装腕１０を設けずに、図２のようにパッド１５を設けてもよい。）が設けられている。パッド１５は、不図示の実装基体（例えばプリント配線基板）に設けられたパッドに対向し、当該パッドに対して半田乃至は導電性接着剤からなるバンプにより接着される。これにより、センサ素子１と実装基体との電気的な接続がなされ、また、センサ素子１（圧電体３）は、駆動腕１１及び検出腕１３が振動可能な状態で支持される。なお、実装腕１０の先端は、不図示の実装基体に固定されるから、自由端ではない。

なお、基部９及び実装腕１０は、駆動腕１１及び検出腕１３等を揺動可能に支持する支持部８を構成している。

複数の駆動腕１１は、互いに同一方向（ｙ軸方向の正側）に互いに並列に（平行に）延びており、その先端は自由端とされている。駆動腕１１の数は、偶数（本実施形態では４）である。偶数本の駆動腕１１は、中心線ＣＬ０に対して互いに線対称に配置されている。また、偶数本の駆動腕１１は、その形状も、中心線ＣＬ０に対して線対称とされている。すなわち、第１駆動腕１１Ａと第４駆動腕１１Ｄとは、中心線ＣＬ０に対して互いに線対称の配置及び形状とされ、第２駆動腕１１Ｂと第３駆動腕１１Ｃとは、中心線ＣＬ０に対して互いに線対称の配置及び形状とされている。

後述するように、中心線ＣＬ０の一方側の複数の駆動腕１１（１１Ａ及び１１Ｂ）は、共に同一側へ湾曲するように振動するから、全体として一つの仮想駆動腕を構成する。同様に、中心線ＣＬ０の他方側の複数の駆動腕１１（１１Ｃ及び１１Ｄ）は、全体として一つの仮想駆動腕を構成する。上述のような線対称の形状及び配置の結果、２本の仮想駆動腕は、振動に係る特性が互いに線対称である。換言すれば、中心線ＣＬ０に対して互いに対称に横方向の正負を定義すれば、両者の振動に係る特性は互いに同一であり、固有振動数等も互いに同一である。

駆動腕１１の具体的形状等は適宜に設定されてよい。例えば、駆動腕１１は、いわゆるハンマ形状とされている。すなわち、駆動腕１１は、基部９から延びる本体部１１ｃと、その先端に位置し、本体部１１ｃよりも幅（ｘ方向）が広い幅広部１１ｄとを有している。

本体部１１ｃは、例えば、ｙ軸方向を長手方向とする直方体において、ｚ軸方向の正側及び負側の面にｙ軸方向に延びる凹溝１１ａ（図３（ａ）も参照）が形成された形状とされている。凹溝１１ａの断面形状は例えば概略矩形である。駆動腕１１のｘｚ断面の形状及び寸法は、例えば、駆動腕１１の長手方向（ｙ軸方向）の全体に亘って概略一定である。なお、凹溝１１ａは、１又は複数列で複数の凹部が駆動腕１１に沿って配列されることによって構成されていてもよい。

幅広部１１ｄは、例えば、幅方向（ｘ方向）の一方のみに広がっており、また、その広がる方向は、隣接する駆動腕１１同士において互いに逆側である。これにより、中心線ＣＬ０の一方側及び他方側のそれぞれにおいては、互いに隣接する２つの駆動腕１１（１１Ａ及び１１Ｂ、又は、１１Ｃ及び１１Ｄ）の本体部１１ｃを互いに近付けることができる。なお、幅広部は、両側に広がるように形成されてもよいし、全く設けられなくてもよい。

本体部１１ｃの幅（ｘ軸方向）が大きくなると、駆動腕１１の励振方向（ｘ軸方向）における固有振動数は高くなり、本体部１１ｃの長さ（質量）又は幅広部１１ｄの質量が大きくなると、駆動腕１１の励振方向における固有振動数は低くなる。従って、駆動腕１１の各種の寸法は、励振させたい周波数に応じて設定される。なお、駆動腕１１のｘ軸方向の固有振動数とｚ軸方向の固有振動数とは等しくされることが好ましい。

複数の検出腕１３は、複数の駆動腕１１の延びる方向とは反対方向（ｙ軸方向の負側）に互いに並列に（平行に）延びており、その先端は自由端とされている。検出腕１３の数は、偶数（本実施形態では２）であり、また、例えば、駆動腕１１の数よりも少ない。偶数本の検出腕１３は、中心線ＣＬ０に対して互いに線対称に配置されている。また、偶数本の検出腕１３は、その形状も、中心線ＣＬ０に対して互いに線対称とされている。

従って、駆動腕１１と同様に、中心線ＣＬ０の一方側と他方側とで、検出腕１３の振動特性は、互いに対称である。換言すれば、中心線ＣＬ０に対して互いに対称に横方向の正負を定義すれば、両者の振動に係る特性は互いに同一であり、固有振動数等も互いに同一である。

検出腕１３の具体的形状等は適宜に設定されてよい。例えば、検出腕１３は、駆動腕１１と同様に、いわゆるハンマ形状とされている。すなわち、検出腕１３は、基部９から延びる本体部１３ｃと、その先端に位置し、本体部１３ｃよりも幅（ｘ方向）が広い幅広部１３ｄとを有している。

本体部１３ｃの概略形状は、直方体とされている。この直方体においては、例えば、ｙ軸方向の大きさ＞ｘ軸方向の大きさ＞ｚ軸方向の大きさである。すなわち、本体部１３ｃは、ｙ軸方向を長手方向とし、ｚ軸方向を厚み方向とする概ね長方形の板状とされている。従って、検出腕１３は、相対的に、励振方向（ｘ軸方向）には振動しにくく、検出方向（ｚ軸方向）に振動しやすくなっている。

また、例えば、検出腕１３の本体部１３ｃは、当該本体部１３ｃをｚ軸方向に貫通し、ｙ軸方向に延びる１又は複数（本実施形態では複数）の貫通溝１３ａ（図３（ｂ）も参照）が形成された形状とされている。別の観点では、本体部１３ｃは、基部９からｙ軸方向に延び、ｘ軸方向に並べられ、先端が互いに固定された複数の分割腕１３ｂを有している。分割腕１３ｂ（貫通溝１３ａ）のｘｚ断面の形状は例えば概略矩形である。貫通溝１３ａの根元側端部は、好ましくは基部９に到達している。

検出腕１３の幅広部１３ｄは、例えば、検出腕１３の中心線に対して線対称の形状となるように、幅方向（ｘ方向）の両側に広がっている。なお、検出腕の幅広部は、一方にのみ広がるように形成されてもよいし（特に本実施形態とは異なり検出腕の本数が４本以上の場合）、全く設けられなくてもよい。

駆動腕１１と同様に、検出腕１３の各種の寸法は、固有振動数を規定することから、コリオリの力による振動の方向であるｚ軸方向の固有振動数が適宜なものとなるように設定される。なお、当該固有振動数は、駆動腕１１のｘ軸方向の固有振動数と等しくされる（離調周波数が小さくされる）ことが好ましい。

駆動腕１１のｘ軸方向の位置と検出腕１３のｘ軸方向の位置との相対関係は、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの振動によって第１検出腕１３Ａを振動させ、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄの振動によって第２検出腕１３Ｂを振動させることが可能に適宜に設定されている。

例えば、第１駆動腕１１Ａと第２駆動腕１１Ｂとの中間位置を通るこれらの腕に平行な線（不図示）と、第１検出腕１３Ａの中心線（不図示）とは一致している。同様に、第３駆動腕１１Ｃと第４駆動腕１１Ｄとの中間位置を通るこれらの腕に平行な線（不図示）と、第２検出腕１３Ｂの中心線（不図示）とは一致している。ただし、これらはずれていてもよい。

なお、各腕の中心線は、例えば、本体部のｘｚ断面の重心をｙ軸方向に連ねた線である。また、中心線ＣＬ０の一方側又は他方側の複数の腕全体（仮想腕）としての中心線を定義することもできる。例えば、第１駆動腕１１Ａの本体部１１ｃ及び第２駆動腕１１Ｂの本体部１１ｃの全体のｘｚ断面の重心をｙ軸方向に連ねた線を、中心線ＣＬ０の一方側の駆動腕１１全体（仮想駆動腕）の中心線と定義できる。

上記のように複数の腕全体としての中心線を定義すると、本実施形態では、中心線ＣＬ０の一方側及び他方側のそれぞれにおいて、複数の駆動腕１１の全体としての中心線（不図示）と、１以上の検出腕１３の中心線（不図示）とが一致していると捉えることができる。この概念は、駆動腕及び検出腕の本数が本実施形態とは異なる場合にも適用できる。例えば、１本の検出腕１３に対応する駆動腕１１の数が３本の場合に、３本の駆動腕全体の中心線を考え、この中心線を検出腕１３の中心線と一致させてよい。また、例えば、３本の駆動腕１１と２本の検出腕１３とが対応している場合に、３本の駆動腕１１全体の中心線と、２本の検出腕全体の中心線とを一致させてよい。

中心線ＣＬ０に対するｘ軸方向の一方側及び他方側のそれぞれにおいて、２本の駆動腕１１間の距離（例えば、中心間距離：各駆動腕１１の中心線同士の距離）は適宜に設定される。

本実施形態では、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂは、その全体としてのｘ軸方向の外側面（第１駆動腕１１Ａのｘ軸方向の負側の面及び第２駆動腕１１Ｂのｘ軸方向の正側の面）が、第１検出腕１３Ａのｘ軸方向の外側面に一致するように配置されている。第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄも同様である。これにより、検出腕１３の幅方向（ｘ軸方向）全体に振動を伝達させやすくなる。また、駆動腕１１の配置範囲は検出腕１３の配置範囲に収まり、圧電体３が小型化される。ただし、駆動腕１１間の距離は、本実施形態よりも短くされたり、長くされたりしてもよい。

また、中心線ＣＬ０に対するｘ軸方向の一方側及び他方側のそれぞれにおいて、互いに隣接する駆動腕１１同士の中心間距離は、例えば、中心線ＣＬ０を挟んで互いに隣接する駆動腕１１同士の中心間距離よりも短くされている。これにより、中心線ＣＬ０に対するｘ軸方向の一方側又は他方側において隣接する駆動腕１１間の相互影響は、中心線ＣＬ０を挟んで互いに隣接する駆動腕１１間の相互影響よりも大きい。ただし、中心線ＣＬ０に対するｘ軸方向の一方側及び他方側のそれぞれにおける駆動腕１１同士の中心間距離が中心線ＣＬ０を挟んで互いに隣接する駆動腕１１同士の中心間距離よりも長くてもよい。

また、中心線ＣＬ０に対するｘ軸方向の一方側及び他方側のそれぞれにおいて、複数本（本実施形態では２本）の駆動腕１１の中心間距離は、検出腕１３同士の中心間距離よりも短くされている。これにより、中心線ＣＬ０の一方側及び他方側のそれぞれにおける、２本の駆動腕１１間の相互影響は、中心線ＣＬ０を挟んで互いに隣接する２本の検出腕１３間の相互影響よりも大きい。ただし、中心線ＣＬ０に対するｘ軸方向の一方側及び他方側のそれぞれにおける駆動腕１１間の中心間距離は、検出腕１３間の中心間距離よりも長くてもよい。

駆動側フレーム腕１２は、駆動腕１１の隣に並び、駆動腕１１と平行に延びており、その先端は自由端とされている。駆動側フレーム腕１２の数及び配置位置は、駆動腕１１の数、配置及び振動の態様等に応じて適宜に設定されてよい。例えば、本実施形態では、駆動側フレーム腕１２は、中心線ＣＬ０の一方側及び他方側のそれぞれにおいて、複数（２本）の駆動腕１１全体の両側に配置されており、合計で４本設けられている。

４本の駆動側フレーム腕１２は、例えば、中心線ＣＬ０に対して線対称の配置及び形状とされている。また、中心線ＣＬ０の一方側及び他方側のそれぞれにおいて、２本の駆動側フレーム腕１２は、例えば、その間の駆動腕１１に対して線対称の配置及び形状とされている。

駆動側フレーム腕１２の具体的形状は適宜に設定されてよい。図１の例では、駆動側フレーム腕１２は、基部９からｙ軸方向に延びる本体部１２ｃと、本体部１２ｃの先端から駆動腕１１側に突出する突部１２ｄとを有する形状とされている。

駆動側フレーム腕１２の本体部１２ｃの形状は、例えば、ｙ軸方向を長手方向とする直方体状である。駆動側フレーム腕１２の本体部１２ｃは、例えば、駆動腕１１の本体部１１ｃよりも短く、その先端は駆動腕１１の幅広部１１ｄよりも基部９側に位置している。また、駆動側フレーム腕１２は、例えば、幅方向（ｘ軸方向）において、駆動腕１１の幅広部１１ｄの幅に収まっている。

駆動側フレーム腕１２の突部１２ｄの形状は、例えば、直方体状である。突部１２ｄの先端は、駆動腕１１の本体部１１ｃから適宜な距離で離れている。なお、突部１２ｄは設けられなくてもよい。

駆動側フレーム腕１２（本体部１２ｃ及び突部１２ｄ）と駆動腕１１（本体部１１ｃ）とのｘ軸方向の距離（中心間距離又は隙間の幅）は、後述する作用効果の少なくともいずれかが好適に奏されるように適宜に設定されてよい。例えば、本体部１２ｃと本体部１１ｃとの中心間距離は、中心線ＣＬ０の一方側又は他方側における、駆動腕１１の本体部１１ｃ同士の中心間距離の１／２以上３／２以下（例えば同等）とされる。

なお、駆動側フレーム腕１２と駆動腕１１との、これらの先端側におけるｘ軸方向の最短距離（本実施形態では突部１２ｄと駆動腕１１の本体部１１ｃとの距離）は、駆動腕１１を励振させたときに駆動腕１１が駆動側フレーム腕１２に接しないように設定される。例えば、当該最短距離は、駆動腕１１の先端の振幅よりも大きくされる。

駆動側フレーム腕１２の寸法は、駆動側フレーム腕１２の固有振動数を規定する。当該寸法は、例えば、駆動側フレーム腕１２のｘ軸方向及び／又はｚ軸方向の固有振動数が、駆動腕１１のｘ軸方向における固有振動数、及び、ｚ軸方向における固有振動数、並びに、検出腕１３のｚ軸方向における固有振動数からある程度ずれていることが好ましい。これにより、駆動側フレーム腕１２の振動がセンサ素子１の検出精度に及ぼす影響が低減される。

駆動側フレーム腕１２の固有振動数と上述した他の固有振動数との差は、センサ素子１に要求される検出精度、上述した他の固有振動数の絶対値、各腕の減衰比（機械抵抗）等を考慮して、適宜に設定されてよい。例えば、駆動側フレーム腕１２の固有振動数は、上述した各固有振動数に対してその固有振動数の１／１０以上の振動数でずれている（より好ましく上述した各固有振動数よりも大きい）ことが望ましい。

センサ素子１においては、検出精度を向上させるために、駆動腕１１の励振方向の固有振動数と検出腕１３の検出方向の固有振動数との差は小さくされる。例えば、駆動腕の励振方向の固有振動数が１０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの場合においては、両者の差は、０．５ｋＨｚ〜３ｋＨｚとされる。換言すれば、両者の差は、駆動腕の励振方向の固有振動数に対して最大でも１／２０程度である。従って、例えば、駆動側フレーム腕１２の励振方向の固有振動数が、駆動腕１１の励振方向の固有振動数に対して、駆動腕１１の励振方向の固有振動数の１／１０以上の差でずれ、且つ、駆動側フレーム腕１２の検出方向の固有振動数が、検出腕１３の検出方向の固有振動数に対して検出腕１３の検出方向の固有振動数の１／１０以上の差でずれていれば、駆動側フレーム腕１２が検出精度に及ぼす影響はある程度低減されているといえる。

また、駆動側フレーム腕１２の固有振動数を上述した他の腕の固有振動数よりも大きくする調整は、例えば、駆動側フレーム腕１２を比較的短くすることによって実現できるので、センサ素子１の小型化に有利である。

中心線ＣＬ０の一方側及び他方側のそれぞれにおいて、駆動側フレーム腕１２の、駆動腕１１とは反対側（外側）の基部９との接続位置は、駆動側フレーム腕１２とこれに隣接する駆動腕１１との間の股、及び、互いに隣接する２本の駆動腕１１の間の股よりも深い位置とされている。これにより、例えば、駆動側フレーム腕１２は、駆動腕１１側よりもその反対側へ傾斜しやすくなっている。ただし、前記の接続位置は、前記の股と同一の深さに位置していてもよい。

検出側フレーム腕１４の形状及び配置の説明は、概略、上述した駆動側フレーム腕１２の説明において、駆動腕１１を検出腕１３に置き代えたものである。具体的には、以下のとおりである。

検出側フレーム腕１４は、検出腕１３の隣に並び、検出腕１３と平行に延びており、その先端は自由端とされている。検出側フレーム腕１４の数及び配置位置は、検出腕１３の数、配置及び振動の態様等に応じて適宜に設定されてよい。例えば、本実施形態では、検出側フレーム腕１４は、中心線ＣＬ０の一方側及び他方側のそれぞれにおいて、１以上の検出腕１３全体（本実施形態では１本の検出腕１３）の両側に配置されており、合計で４本設けられている。

４本の検出側フレーム腕１４は、例えば、中心線ＣＬ０に対して線対称の配置及び形状とされている。また、中心線ＣＬ０の一方側及び他方側のそれぞれにおいて、２本の検出側フレーム腕１４は、例えば、その間の検出腕１３に対して線対称の配置及び形状とされている。

検出側フレーム腕１４の具体的形状は適宜に設定されてよい。図１の例では、検出側フレーム腕１４は、基部９からｙ軸方向に延びる直方体状とされている。ただし、検出側フレーム腕１４は、駆動側フレーム腕１２と同様に、先端から検出腕１３側に突出する突部を有していてもよい。

検出側フレーム腕１４（その本体部）は、例えば、例えば、検出腕１３の本体部１３ｃよりも短く、その先端は検出腕１３の幅広部１３ｄよりも基部９側に位置している。また、検出側フレーム腕１４は、例えば、幅方向（ｘ軸方向）において、検出腕１３の幅広部１３ｄの幅に収まっている。

検出側フレーム腕１４と検出腕１３（本体部１３ｃ）とのｘ軸方向の距離（中心間距離又は隙間の幅）は、後述する作用効果の少なくともいずれかが好適に奏されるように適宜に設定されてよい。例えば、検出側フレーム腕１４と検出腕１３の本体部１３ｃとの中心間距離は、分割腕１３ｂ同士の中心間距離の１／２以上３／２以下（例えば同等）とされる。また、例えば、本実施形態とは異なり、検出腕１３が駆動腕１１と同様に、中心線ＣＬ０の一方側及び他方側のそれぞれにおいて複数本設けられる場合においては、検出側フレーム腕１４と検出腕１３の本体部１３ｃとの距離は、中心線ＣＬ０の一方側又は他方側における検出腕１３同士の中心間距離の１／２以上３／２以下（例えば同等）とされてもよい。

なお、検出側フレーム腕１４と検出腕１３との、これらの先端側におけるｘ軸方向の最短距離は、駆動腕１１を励振させたときに、その影響を受けて振動する検出腕１３が検出側フレーム腕１４に接しないように設定される。

検出側フレーム腕１４の寸法は、検出側フレーム腕１４の固有振動数を規定する。当該寸法は、例えば、検出側フレーム腕１４のｘ軸方向及び／又はｚ軸方向の固有振動数が、駆動腕１１のｘ軸方向における固有振動数、及び、ｚ軸方向における固有振動数、並びに、検出腕１３のｚ軸方向における固有振動数からある程度ずれていることが好ましい。これにより、検出側フレーム腕１４の振動がセンサ素子１の検出精度に及ぼす影響が低減される。

検出側フレーム腕１４の固有振動数と上述した他の固有振動数との差は、駆動側フレーム腕１２の場合と同様の理由により、その他の固有振動数の１／１０以上であることが望ましく、また、検出側フレーム腕１４の固有振動数が上述した他の固有振動数よりも大きいことが望ましい。例えば、検出側フレーム腕１４の励振方向の固有振動数は、駆動腕１１の励振方向の固有振動数に対して、駆動腕１１の励振方向の固有振動数の１／１０以上の差でずれ、且つ、検出側フレーム腕１４の検出方向の固有振動数は、検出腕１３の検出方向の固有振動数に対して検出腕１３の検出方向の固有振動数の１／１０以上の差でずれている。

検出側フレーム腕１４の検出腕１３とは反対側（外側）の基部９との接続位置は、駆動側フレーム腕１２とは異なり、検出側フレーム腕１４と検出腕１３との間の股、及び、複数の分割腕１３ｂの間の股と同等の位置とされている。ただし、当該接続位置は、駆動側フレーム腕１２と同様に、前記の股よりも深い位置とされてもよい。

図３（ａ）は、図１のIIIａ−IIIａ線における断面図である。図３（ａ）においては、第４駆動腕１１Ｄの断面を示しているが、他の駆動腕１１の断面も同様である。

図２及び図３（ａ）に示すように、励振電極５は、駆動腕１１の表面に形成された層状電極である。励振電極５は、例えば、Ｃｕ，Ａｌ等の適宜な金属によって形成されている。なお、励振電極５は、駆動腕１１にのみ設けられており、駆動側フレーム腕１２及び検出側フレーム腕１４には設けられていない。

図３（ａ）に示すように、第１励振電極５Ａは、各駆動腕１１において、ｚ軸方向の正側の面及びｚ軸方向の負側の面にそれぞれ設けられている。これらの面には、上述のように凹溝１１ａが形成されており、各面において、第１励振電極５Ａは、凹溝１１ａの底面及び２つの内壁面を覆っている。また、第２励振電極５Ｂは、各駆動腕１１において、ｘ軸方向の正側の面及びｘ軸方向の負側の面にそれぞれ設けられている。

２つの第１励振電極５Ａ及び２つの第２励振電極５Ｂは、例えば、駆動腕１１の各面を概ね覆うように設けられている。ただし、第１励振電極５Ａ及び第２励振電極５Ｂは、互いに短絡しないように、少なくとも一方（本実施形態では第１励振電極５Ａ）が各面よりも幅方向において小さく形成されている。

各駆動腕１１において、２つの第１励振電極５Ａは、例えば互いに同電位とされる。例えば、２つの第１励振電極５Ａは、圧電体３上の配線等により互いに接続されている。また、各駆動腕１１において、２つの第２励振電極５Ｂは、例えば互いに同電位とされる。例えば、２つの第２励振電極５Ｂは、圧電体３上の配線等により互いに接続されている。

なお、励振電極５の付加符号Ａ、Ｂは、直交座標系ｘｙｚに基づいて付されている。従って、例えば、後述するように、一の駆動腕１１の第１励振電極５Ａと、他の駆動腕１１の第１励振電極５Ａとは同電位とは限らない。

図３（ｂ）は、図１のIIIｂ−IIIｂ線における断面図である。図３（ｂ）においては、第２検出腕１３Ｂの一部の分割腕１３ｂの断面を示しているが、第２検出腕１３Ｂの他の分割腕１３ｂ、及び、第１検出腕１３Ａの分割腕１３ｂの断面も同様である。

図２及び図３（ｂ）に示すように、検出電極７は、検出腕１３（分割腕１３ｂ）の表面に形成された層状電極である。検出電極７は、例えば、Ｃｕ，Ａｌ等の適宜な金属によって形成されている。なお、検出電極７は、検出腕１３にのみ設けられており、駆動側フレーム腕１２及び検出側フレーム腕１４には設けられていない。

検出電極７は、各分割腕１３ｂに設けられている。すなわち、検出電極７は、検出腕１３のｘ軸方向の外側面だけでなく、複数の貫通溝１３ａの内壁面にも設けられている。

より具体的には、第１検出電極７Ａは、各分割腕１３ｂにおいて、ｘ軸方向の負側の面のうちのｚ軸方向の正側の領域、及び、ｘ軸方向の正側の面のうちのｚ軸方向の負側の領域にそれぞれ設けられている。第２検出電極７Ｂは、各分割腕１３ｂにおいて、ｘ軸方向の負側の面のうちのｚ軸方向の負側の領域、及び、ｘ軸方向の正側の面のうちのｚ軸方向の正側の領域にそれぞれ設けられている。第１検出電極７Ａ及び第２検出電極７Ｂは、互いに短絡しないように適宜な間隔を空けて、分割腕１３ｂに沿って延びている。

各検出腕１３において、複数の第１検出電極７Ａは、例えば、圧電体３上の配線等により接続されている。各検出腕１３において、複数の第２検出電極７Ｂは、例えば、圧電体３上の配線等により接続されている。

なお、励振電極５と同様に、検出電極７の付加符号Ａ、Ｂは、直交座標系ｘｙｚに基づいて付されている。従って、例えば、後述するように、第１検出腕１３Ａの第１検出電極７Ａと、第２検出腕１３Ｂの第１検出電極７Ａとは、（本実施形態では）接続されない。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、角速度センサ１０１は、励振電極５に電圧を印加する励振回路１０３と、検出電極７からの電気信号を検出する検出回路１０５とを有している。

励振回路１０３は、例えば、発振回路や増幅器を含んで構成されており、所定の周波数の交流電圧を第１励振電極５Ａと第２励振電極５Ｂとの間に印加する。なお、周波数は、角速度センサ１０１内にて予め定められていてもよいし、外部の機器等から指定されてもよい。

検出回路１０５は、例えば、増幅器や検波回路を含んで構成されており、第１検出電極７Ａと第２検出電極７Ｂとの電位差を検出し、その検出結果に応じた電気信号を外部の機器等に出力する。より具体的には、例えば、上記の電位差は、交流電圧として検出され、検出回路１０５は、検出した交流電圧の振幅に応じた信号を出力する。この振幅に基づいてｙ軸回りの角速度が特定される。また、検出回路１０５は、励振回路１０３の印加電圧と検出した電気信号との位相差に応じた信号を出力する。この位相差に基づいてｙ軸回りの回転の向きが特定される。

なお、励振回路１０３及び検出回路１０５は、全体として制御回路１０７を構成している。制御回路１０７は、例えば、チップＩＣによって構成されており、センサ素子１が実装される回路基板又は適宜な形状の実装基体に実装されている。

（動作説明）
図４（ａ）は、駆動腕１１における電位等を説明する図であり、図３（ａ）に対応する模式図である。図４（ｂ）は、検出腕１３における電位等を説明する図であり、図３（ｂ）に対応する模式図である。

第１励振電極５Ａに正の電位が付与され、第２励振電極５Ｂに負の電位（又は基準電位）が付与されると、同図において矢印で示すような電界が生じる。一方、分極軸は、ｘ軸方向に一致している。従って、電界のｘ軸方向の成分に着目すると、駆動腕１１のうちｘ軸方向の一方側部分においては電界の向きと分極軸の向きは一致し、他方側部分においては電界の向きと分極軸の向きは逆になる。

その結果、駆動腕１１のうちｘ軸方向の一方側部分はｙ軸方向において収縮し、他方側部分はｙ軸方向において伸長する。そして、駆動腕１１は、バイメタルのようにｘ軸方向の一方側へ湾曲する。第１励振電極５Ａ及び第２励振電極５Ｂに印加される電圧が逆にされると、駆動腕１１は逆方向に湾曲する。このような原理により、交流電圧が第１励振電極５Ａ及び第２励振電極５Ｂに印加されると、駆動腕１１はｘ軸方向において振動する。

ここで、上述のように、第１励振電極５Ａが設けられる駆動腕１１のｚ軸方向の正側及び負側の面には、凹溝１１ａが形成されている。従って、第１励振電極５Ａは、ｘ軸方向において第２励振電極５Ｂと対向する部分（凹溝１１ａの内壁に位置する部分）を有することになり、また、全体として面積が大きくなる。その結果、駆動腕１１内におけるｘ軸方向の電界の強さを大きくし、効率的に駆動腕１１を振動させることができる。

センサ素子１がｙ軸回りに回転されると、ｘ軸方向において振動している駆動腕１１には、慣性力の一つである、その角速度に応じた大きさのコリオリの力が加わる。その結果、駆動腕１１はｚ軸方向において振動する。駆動腕１１及び検出腕１３は基部９によって連結され、互いに力の相互作用を及ぼすから、検出腕１３は、ｚ軸方向において、駆動腕１１とは逆位相で振動する（駆動腕１１の湾曲方向とは逆方向に湾曲する。）。

検出腕１３がｚ軸方向に湾曲すると、図４（ｂ）において矢印で示すように、ｚ軸方向に平行な電界が生じる。電界の向きは、ｘ軸（電極軸）方向の正側部分と負側部分とで互いに逆である。また、電界の向きは、電極軸の向きと、湾曲の向き（ｚ軸方向の正側又は負側）とで決定される。この電圧（電界）が第１検出電極７Ａ及び第２検出電極７Ｂに出力される。検出腕１３がｚ軸方向に振動すると、電圧は交流電圧として検出される。

ここで、上述のように、検出腕１３には複数の貫通溝１３ａが形成されており、検出電極７は、検出腕１３のｘ軸方向の正側及び負側の面だけでなく、その貫通溝１３ａの内壁面にも設けられている。従って、検出電極７は、検出腕１３のｘ軸方向の外側面だけに設けられている場合に比較して、全体としての面積が大きくなっている。その結果、検出腕１３において生じる電荷を効率的に電気信号として取り出すことができる。

図５（ａ）は、４本の駆動腕１１のｘ軸方向における励振を説明するための模式的な平面図である。

第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂは、励振方向（ｘ軸方向）において同一側へ共に変形するように互いに同一の位相で励振される。例えば、第１駆動腕１１Ａの第１励振電極５Ａと第２駆動腕１１Ｂの第１励振電極５Ａとは接続され、第１駆動腕１１Ａの第２励振電極５Ｂと第２駆動腕１１Ｂの第２励振電極５Ｂとは接続され、これらの第１励振電極５Ａと、第２励振電極５Ｂとの間に交流電圧が印加される。

同様に、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄは、励振方向において同一側へ共に変形するように互いに同一の位相で励振される。この励振も、上記と同様に、２本の駆動腕１１間において、第１励振電極５Ａ同士が接続され、第２励振電極５Ｂ同士が接続されることなどにより実現されてよい。

第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂのグループと、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄのグループとは、励振方向において互いに逆側へ変形するように互いに逆の位相（１８０°ずれた位相）で励振される。例えば、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの第１励振電極５Ａと、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄの第２励振電極５Ｂとが接続され（第１の電極群）、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの第２励振電極５Ｂと、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄの第１励振電極５Ａとが接続され（第２の電極群）、第１の電極群と第２の電極群との間に交流電圧が印加される。

なお、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂのグループと、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄのグループとは、ｘ軸方向において逆位相で振動していることから、圧電体３全体としては、これらグループのｘ軸方向の力は互いに打ち消し合う。

図５（ｂ）は、４本の駆動腕１１及び２本の検出腕１３のｚ軸方向における振動を説明するための模式的な斜視図である。より具体的には、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示したように駆動腕１１が湾曲している圧電体３が、中心線ＣＬ０回り（ｙ軸回り）に矢印ｙ５で示す方向へ回転した場合における、駆動腕１１及び検出腕１３の湾曲状態を示す斜視図である。

第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂは、回転中心（中心線ＣＬ０）に対して、その半径方向（ｘ軸方向）の同一側に配置されている。また、両駆動腕１１は、図５（ａ）に示したように、その半径方向（励振方向、ｘ軸方向）において共に外側又は内側へ湾曲するように励振される。従って、両駆動腕１１においてコリオリの力の向きは互いに同一である。その結果、図５（ｂ）に示すように、両駆動腕１１はｚ軸方向において同一側へ共に湾曲するように振動する。同様に、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄは、コリオリの力によって、ｚ軸方向において同一側へ共に湾曲するように振動する。

第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂのグループと、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄのグループとは、回転中心（中心線ＣＬ０）に対して、その半径方向（ｘ軸方向）において互いに逆側に配置されており、ひいては、回転によるｚ軸方向の移動の向きは互いに逆である。また、図５（ａ）に示したように、一方のグループが半径方向において外側（又は内側）へ湾曲するとき、他方のグループも半径方向において外側（又は内側）へ湾曲するように、両グループは励振される。従って、両グループにおいてコリオリの力の向きは互いに逆となる。その結果、図５（ｂ）に示すように、両グループはｚ軸方向において互いに逆側へ湾曲するように振動する。

駆動腕１１及び検出腕１３は、基部９によって連結されている。従って、駆動腕１１の振動は、基部９を介して検出腕１３に伝達され、検出腕１３も振動する。具体的には、第１検出腕１３Ａは、ｚ軸方向において第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂとは逆側へ湾曲するように振動する。また、第２検出腕１３Ｂは、ｚ軸方向において第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄとは逆側へ湾曲するように振動する。

第１検出腕１３Ａ及び第２検出腕１３Ｂは、ｚ軸方向において互いに逆側に湾曲するように振動する。従って、両者は、ｚ軸方向の一方側部分（又は他方側部分）において生じる電圧がｘ軸方向において互いに逆向きである。従って、例えば、第１検出腕１３Ａの第１検出電極７Ａと第２検出腕１３Ｂの第２検出電極７Ｂとが接続され、第１検出腕１３Ａの第２検出電極７Ｂと第２検出腕１３Ｂの第１検出電極７Ａとが接続されることにより、両検出腕１３において生じた電気信号は加算される。

（配線の一例）
上記の動作説明においては、複数の励振電極５及び複数の検出電極７の接続関係について言及した。この接続関係を実現する配線の一例を図６に示す。

図６は、センサ素子１の斜視図である。ただし、この図は、配線を視認しやすいようにセンサ素子１を図２よりも更に模式的に示している。例えば、圧電体３の形状は単純化されて示され、また、各種の電極は小さく示されている。

この例において、第１パッド１５Ａ及び第２パッド１５Ｂは、複数の励振電極５に印加される電圧が入力されるパッドである。また、第３パッド１５Ｃ及び第４パッド１５Ｄは、複数の検出電極７からの信号を出力するためのパッドである。

第１パッド１５Ａからは、第１配線１７Ａが延びている。第１配線１７Ａは、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの第１励振電極５Ａ、並びに、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄの第２励振電極５Ｂに接続されている。また、第２パッド１５Ｂからは、第２配線１７Ｂが延びている。第２配線１７Ｂは、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの第２励振電極５Ｂ、並びに、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄの第１励振電極５Ａに接続されている。

第３パッド１５Ｃからは、第３配線１７Ｃが延びている。第３配線１７Ｃは、第１検出腕１３Ａの第１検出電極７Ａ及び第２検出腕１３Ｂの第２検出電極７Ｂに接続されている。また、第４パッド１５Ｄからは、第４配線１７Ｄが延びている。第４配線１７Ｄは、第１検出腕１３Ａの第２検出電極７Ｂ及び第２検出腕１３Ｂの第１検出電極７Ａに接続されている。

配線１７は、互いに交差しないように、基部９の４面及び各種の腕部の根元側部分及び先端側部分の４面等に適宜に配置され、また、適宜に分岐又は合流している。

なお、図６に示す配線は、あくまで一例であり、他の種々のパターンによって、動作説明において言及した電極の接続関係が実現されてよい。４本の実装腕１０と、その上に設けられる４種のパッド１５（図６では便宜上、基部９の２つの端部９ａ上に示している。）との組み合わせも変更されてよい。配線１７は、絶縁体を介して互いに立体交差するように設けられてもよい。

以上のとおり、本実施形態では、角速度センサ１０１は、圧電体３と、圧電体３の駆動腕１１に電圧を印加して駆動腕１１を励振する励振回路１０３と、圧電体３の検出腕１３の振動によって生じる電気信号を検出する検出回路１０５と、を有している。圧電体３は、検出腕１３に並んで検出腕１３と平行に延び、先端が自由端とされた検出側フレーム腕１４（及び／又は、駆動腕１１に並んで駆動腕１１と平行に延び、先端が自由端とされた駆動側フレーム腕１２）を有している。励振回路１０３は、駆動腕１１及び検出側フレーム腕１４（及び／又は駆動側フレーム腕１２）のうち駆動腕１１のみを励振する。検出回路１０５は、検出腕１３及び検出側フレーム腕１４（及び／又は駆動側フレーム腕１２）のうち検出腕１３のみについて電気信号を検出する。

別の観点では、本実施形態では、センサ素子１は、圧電体３と、圧電体３の駆動腕１１の表面に設けられた励振電極５と、圧電体３の検出腕１３の表面に設けられた検出電極７と、励振電極５及び検出電極７に接続された複数のパッド１５と、を有している。圧電体３は、検出腕１３に並んで検出腕１３と平行に延びる検出側フレーム腕１４（及び／又は、駆動腕１１に並んで駆動腕１１と平行に延びる駆動側フレーム腕１２）を有している。励振電極５は、駆動腕１１及び検出側フレーム腕１４（及び／又は駆動側フレーム腕１２）のうち駆動腕１１にのみ設けられている。検出電極７は、検出腕１３及び検出側フレーム腕１４（及び／又は駆動側フレーム腕１２）のうち検出腕１３にのみ設けられている。複数のパッド１５は、支持部８（本実施形態では基部９及び実装腕１０）及び検出側フレーム腕１４（及び／又は駆動側フレーム腕１２）のうち支持部８にのみ設けられている。

従って、落下等によりセンサ素子１に衝撃が加えられたときに、検出腕１３（及び／又は駆動腕１１）が破損するおそれが低減される（以下、駆動腕１１及び駆動側フレーム腕１２に関して、作用効果の説明を省略することがあるが、検出腕１３及び検出側フレーム腕１４と同様である。）。

具体的には、ｘ軸方向に衝撃が加えられると、検出腕１３は基部９に対して倒れようとし（撓もうとし）、検出腕１３及びこれを支持する基部９には応力が生じる。この応力は、検出腕１３の根元側、且つ、検出腕１３の側面（ｘ軸方向の外側）の位置において最も大きい。また、この位置においては、検出腕１３の表面と基部９の表面とが交差することから、応力集中も生じやすい。従って、この位置において破損が生じやすい。そして、当該位置における破損のおそれが検出側フレーム腕１４によって低減される。

このような破損のおそれの低減の作用は、例えば、以下のような事由のいずれか又は全てによって生じる。

上述のように、ｘ軸方向の衝撃によって検出腕１３が基部９に対してｘ軸方向に撓もうとするとき、検出側フレーム腕１４も検出腕１３と同一方向に撓む。その結果、基部９の、検出側フレーム腕１４の根元の周辺部分も検出側フレーム腕１４からのモーメントによって変形する。この変形により、基部９と検出腕１３との間の応力が緩和され、検出腕１３の根元側における破損のおそれが低減される。

また、例えば、検出腕１３に検出側フレーム腕１４が隣接することによって、両腕の根元側においては、両腕の間に残渣が掛け渡される。従って、検出腕１３が基部９に対してｘ軸方向に倒れようとし、その傾斜が検出側フレーム腕１４の傾斜よりも大きいと、検出腕１３の変形が残渣を介して検出側フレーム腕１４によって抑制される。その結果、検出腕１３の根元側における破損のおそれが低減される。

また、例えば、検出腕１３が基部９に対してｘ軸方向に撓み、その検出側フレーム腕１４の先端と同一位置（ｙ軸方向）の変位が、検出側フレーム腕１４の先端の変位よりも大きいと、検出腕１３は検出側フレーム腕１４の先端に当接する。その結果、検出腕１３の基部９に対する傾斜が抑制され（検出側フレーム腕１４がストッパとして機能し）、検出腕１３の根元側における破損のおそれが低減される。

なお、検出側フレーム腕１４及び駆動側フレーム腕１２は、励振回路によって励振されない（換言すれば励振電極が設けられない）点において駆動腕１１とは区別され、振動による電気信号が検出されない（換言すれば検出電極が設けられない）点において検出腕１３とは区別される。また、これに加えて、先端が自由端とされる点又はパッドが設けられない点において、検出側フレーム腕１４及び駆動側フレーム腕１２は、支持部８の実装腕１０とも区別される。また、検出側フレーム腕１４は、検出腕１３と平行に延びていることから、検出腕１３の根元の残渣低減のために検出腕１３に対して傾斜して延びる梁とも区別される。

また、本実施形態では、検出腕１３は、検出腕１３に沿って延びる貫通溝１３ａを有し、検出側フレーム腕１４は、貫通溝１３ａの側方となる方向において検出腕１３に並んでいる。

従って、例えば、貫通溝１３ａの壁面に検出電極７を設けることによって電極面積を大きくできる。一方、貫通溝１３ａが設けられることにより、検出腕１３の衝撃に対する強度は低下する。例えば、検出腕１３全体を基部９に対してｘ軸方向へ倒そうとする慣性力は、貫通溝１３ａが設けられていない場合に比較して、ｘ軸方向の両端の分割腕１３ｂに集中的に作用し、ひいては、検出腕１３に破損が生じるおそれが高くなる。しかし、検出側フレーム腕１４が貫通溝１３ａの側方となる方向において検出腕１３に並んでいることにより、この比較的大きい応力による破損のおそれを低減できる。

なお、本実施形態では、駆動腕１１は、駆動腕１１に沿って延びる凹溝１１ａを有し、駆動側フレーム腕１２は、凹溝１１ａの側方に位置している。この作用効果も、上記と同様である。

また、本実施形態では、駆動側フレーム腕１２は、先端に駆動腕１１側に突出する突部１２ｄを有している。

従って、例えば、駆動腕１１が駆動側フレーム腕１２に当接するタイミングを調整することが容易化される。例えば、駆動側フレーム腕１２の固有振動数等を考慮して、駆動側フレーム腕１２の本体部１２ｃの幅、及び、駆動側フレーム腕１２の本体部１２ｃと駆動腕１１の本体部１１ｃとの距離等を設定した上で、突部１２ｄの突出量によって当接タイミングを調整できる。

また、本実施形態では、検出腕１３は、基部９から延びる本体部１３ｃと、本体部１３ｃの先端に位置し、本体部１３ｃよりも幅広な幅広部１３ｄと、を有している。検出側フレーム腕１４は、本体部１３ｃよりも短く、且つ、幅広部１３ｄの幅内に収まっている。

従って、検出側フレーム腕１４を設けることによって、センサ素子１の大型化は生じない。また、検出側フレーム腕１４は、幅広部１３ｄの幅内に収まるほどに検出腕１３の本体部１３ｃに近い。従って、上述の検出腕１３の根元側における破損抑制の効果が好適に奏される。

また、本実施形態では、駆動側フレーム腕１２の駆動腕１１が励振される方向における固有振動数は、駆動腕１１の、励振される方向における固有振動数に対して、駆動腕１１の固有振動数の１／１０以上の差でずれている。また、検出側フレーム腕１４の、検出腕１３において電気信号が検出される振動の方向における固有振動数は、検出腕１３の検出される振動の方向における検出腕１３の固有振動数に対して、検出腕１３の固有振動数の１／１０以上の差でずれている。

従って、角速度センサ１０１のセンサ素子１における、駆動腕１１の励振方向の固有振動数と検出腕１３の検出方向の固有振動数との差は、駆動腕１１の励振方向の固有振動数に対して最大で１／２０程度となっているので、上記のような構成にすることで、駆動側フレーム腕１２が検出精度に及ぼす影響を低減させつつ、検出側フレーム腕１４が検出精度に及ぼす影響を低減させることが可能となる。この結果、本実施形態では、検出精度を向上させることができる。

また、本実施形態では、４本以上の偶数本のみの駆動腕１１が、所定の対称軸（中心線ＣＬ０）に平行に延び、中心線ＣＬ０の側方に並べられ、中心線ＣＬ０に対して線対称に配置されている。また、２本以上の偶数本のみの検出腕１３が、駆動腕１１とは反対方向に延び、駆動腕１１の並び方向（ｘ軸方向）に並べられ、中心線ＣＬ０に対して線対称に配置されている。そして、励振回路１０３は、線対称の一方側の複数の駆動腕（１１Ａ及び１１Ｂ）がｘ軸方向において互いに同一側へ共に変形するようにこれら駆動腕１１を互いに同一の位相で励振し、線対称の他方側の複数の駆動腕（１１Ｃ及び１１Ｄ）がｘ軸方向において互いに同一側へ共に変形するようにこれら駆動腕１１を互いに同一の位相で励振し、線対称の一方側の複数の駆動腕（１１Ａ及び１１Ｂ）と、線対称の他方側の複数の駆動腕（１１Ｃ及び１１Ｄ）とが、ｘ軸方向において互いに逆側に変形するように、線対称の一方側の複数の駆動腕１１と線対称の他方側の複数の駆動腕１１とを互いに逆の位相で励振する。別の観点では、センサ素子１は、偶数本の駆動腕１１間で互いに同一の位置に設けられた複数の第１励振電極５Ａと、偶数本の駆動腕１１間で互いに同一の位置に設けられ、複数の第１励振電極５Ａとの間に電圧が印加されることにより、偶数の駆動腕１１をその並び方向に励振可能な複数の第２励振電極５Ｂと、を有し、線対称の一方側の複数の駆動腕１１における複数の第１励振電極５Ａ、及び、線対称の他方側の複数の駆動腕１１における複数の第２励振電極５Ｂは互いに接続されており、線対称の一方側の複数の駆動腕１１における複数の第２励振電極５Ｂ、及び、線対称の他方側の複数の駆動腕１１における複数の第１励振電極５Ａは互いに接続されている。そして、センサ素子１においては、駆動腕１１に並ぶ駆動側フレーム腕１２が設けられている。

このような構成においては、例えば、駆動腕１１の本数を多くすることによって駆動腕１１全体としての質量を確保しているから、ｙ軸方向において小型化しつつ検出感度を向上させることができる。その一方で、例えば、対称軸（中心線ＣＬ０）の一方側（又は他方側）において隣接する駆動腕１１同士においては、一方の駆動腕１１に対して他方の駆動腕１１が駆動側フレーム腕１２のように作用するから、駆動側フレーム腕１２の総数を減じることができる。その結果、小型化がより効果的になされる。

また、上記のような構成においては、例えば、起動時間が２０ｍｓ〜５０ｍｓとなり従来と比較して短くなる。この起動時間が短くなる理由としては、例えば、以下の事項が考えられる。駆動腕１１の本数が比較的多く設けられ、ひいては、駆動腕１１同士が比較的近くに配置されることから、複数の駆動腕１１は振動に関して相互影響が比較的大きい（独立に振動し難い）。その結果、唸りが早期に収束する。また、並列に電圧印加がなされる駆動腕１１の本数が比較的多くされることから、全体としての抵抗値（共振インピーダンス、Ｒ１、ＣＩ）が低下する。起動時間は抵抗値に依存するから、抵抗値の低下によって起動時間が短くなる。また、複数の駆動腕１１は、線対称に配置され、線対称の一方側と他方側とで互いに逆方向に湾曲するように振動されるから、基部９の中央が振動の節となる。換言すれば、比較的多く設けられた駆動腕１１に対して振動の節が共通化される。その結果、複数の駆動腕１１が独立に振動することが抑制され、振動が早期に安定する。

なお、以上の実施形態において、駆動側フレーム腕１２及び検出側フレーム腕１４はそれぞれフレーム腕の一例であり、凹溝１１ａ及び貫通溝１３ａはそれぞれ溝の一例である。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

本発明のフレーム腕は、駆動腕及び検出腕を有するあらゆる角速度センサに適用可能である。従って、角速度センサの基本構成（例えば、駆動腕及び検出腕の本数、位置及び形状、並びに、電極の位置及び接続関係）は、実施形態に例示したものに限定されない。例えば、角速度センサは、実施形態と同様に、ｙ軸方向の互いに逆側に延びる１以上の駆動腕及び１以上の検出腕を含む圧電体を有し、実施形態とは異なり、ｘ軸又はｚ軸の回転を検出するように電極及び回路が構成されたものであってもよい。また、例えば、角速度センサは、ｙ軸方向の同一側に延びる１以上の駆動腕及び１以上の検出腕を含む圧電体を有し、ｘ軸回り、ｙ軸回り又はｚ軸回りの回転を検出するように電極及び回路が構成されたものであってもよい。駆動腕及び検出腕の一方が他方に対して傾斜するものであってもよい。駆動腕及び検出腕の本数も適宜に設定されてよい。駆動腕に実施形態の検出電極のような２側面の４領域に形成される励振電極が形成されてもよいし、検出腕に実施形態の駆動電極のような４側面に形成される検出電極が形成されてもよい。駆動腕に貫通溝が形成されたり、検出腕に凹溝が形成されたりしてもよい。

１…センサ素子、３…圧電体、９…基部、１１Ａ…第１駆動腕、１１Ｂ…第２駆動腕、１１Ｃ…第３駆動腕、１１Ｄ…第４駆動腕、１２Ａ…第１駆動側フレーム腕、１２Ｂ…第２駆動側フレーム腕、１２Ｃ…第３駆動側フレーム腕、１２Ｄ…第４駆動側フレーム腕、１３Ａ…第１検出腕、１３Ｂ…第２検出腕、１４Ａ…第１検出側フレーム腕、１４Ｂ…第２検出側フレーム腕、１４Ｃ…第３検出側フレーム腕、１４Ｄ…第４検出側フレーム腕、１０１…角速度センサ、１０３…励振回路、１０５…検出回路、ＣＬ０…中心線（対称軸）。

Claims (6)

1. 基部と、前記基部から延びる駆動腕及び検出腕と、を有する圧電体と、
   前記駆動腕に電圧を印加して前記駆動腕を励振する励振回路と、
   前記検出腕の振動によって生じる電気信号を検出する検出回路と、
   を有し、
   前記圧電体は、前記検出腕及び駆動腕の少なくとも一方の腕に並んで当該一方の腕と平行に延び、先端が自由端とされたフレーム腕を更に有し、
   前記励振回路は、前記駆動腕及び前記フレーム腕のうち前記駆動腕のみを励振し、
   前記検出回路は、前記検出腕及び前記フレーム腕のうち前記検出腕のみについて電気信号を検出し、
   前記一方の腕は、
   前記基部から延びる本体部と、
   前記本体部の先端に位置し、前記本体部よりも幅広な幅広部と、を有し、
   前記フレーム腕は、前記本体部よりも短く、且つ、前記幅広部の幅内に収まっている
   角速度センサ。
2. 基部と、前記基部から延びる駆動腕及び検出腕と、を有する圧電体と、
   前記駆動腕に電圧を印加して前記駆動腕を励振する励振回路と、
   前記検出腕の振動によって生じる電気信号を検出する検出回路と、
   を有し、
   前記圧電体は、前記検出腕及び駆動腕の少なくとも一方の腕に並んで当該一方の腕と平行に延び、先端が自由端とされたフレーム腕を更に有し、
   前記励振回路は、前記駆動腕及び前記フレーム腕のうち前記駆動腕のみを励振し、
   前記検出回路は、前記検出腕及び前記フレーム腕のうち前記検出腕のみについて電気信号を検出し、
   ４本以上の偶数本のみの前記駆動腕が、所定の対称軸に平行に延び、前記対称軸の側方に並べられ、前記対称軸に対して線対称に配置されており、
   ２本以上の偶数本のみの前記検出腕が、前記駆動腕とは反対方向に延び、前記駆動腕の並び方向に並べられ、前記対称軸に対して線対称に配置されており、
   前記励振回路は、
   線対称の一方側の複数の駆動腕が前記並び方向において互いに同一側へ共に変形するようにこれら駆動腕を互いに同一の位相で励振し、
   線対称の他方側の複数の駆動腕が前記並び方向において互いに同一側へ共に変形するようにこれら駆動腕を互いに同一の位相で励振し、
   線対称の前記一方側の複数の駆動腕と、線対称の前記他方側の複数の駆動腕とが、前記並び方向において互いに逆側に変形するように、線対称の前記一方側の複数の駆動腕と線対称の前記他方側の複数の駆動腕とを互いに逆の位相で励振し、
   前記一方の腕は、前記駆動腕である
   角速度センサ。
3. 前記一方の腕は、当該一方の腕に沿って延びる溝を有し、
   前記フレーム腕は、前記一方の腕に対して前記溝の側方となる方向に並んでいる
   請求項１又は２に記載の角速度センサ。
4. 前記フレーム腕は、先端に前記一方の腕側に突出する突部を有する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の角速度センサ。
5. 前記フレーム腕の前記駆動腕が励振される方向における固有振動数は、前記駆動腕の、前記励振される方向における固有振動数に対して、当該駆動腕の固有振動数の１／１０以上の差でずれており、
   前記フレーム腕の、前記検出腕において電気信号が検出される振動の方向における固有振動数は、前記検出腕の前記検出される振動の方向における検出腕の固有振動数に対して、当該検出腕の固有振動数の１／１０以上の差でずれている
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の角速度センサ。
6. 基部を含む支持部と、前記基部から延びる駆動腕及び検出腕と、を有する圧電体と、
   前記駆動腕の表面に設けられた励振電極と、
   前記検出腕の表面に設けられた検出電極と、
   前記励振電極及び前記検出電極に接続された複数のパッドと、
   を有し、
   前記圧電体は、前記検出腕及び駆動腕の少なくとも一方の腕に並んで当該一方の腕と平行に延びるフレーム腕を更に有し、
   前記励振電極は、前記駆動腕及び前記フレーム腕のうち前記駆動腕にのみ設けられ、
   前記検出電極は、前記検出腕及び前記フレーム腕のうち前記検出腕にのみ設けられ、
   前記複数のパッドは、前記支持部及び前記フレーム腕のうち前記支持部にのみ設けられており、
   ４本以上の偶数本のみの前記駆動腕が、所定の対称軸に平行に延び、前記対称軸の側方に並べられ、前記対称軸に対して線対称に配置されており、
   ２本以上の偶数本のみの前記検出腕が、前記駆動腕とは反対方向に延び、前記駆動腕の並び方向に並べられ、前記対称軸に対して線対称に配置されており、
   前記励振電極として、
   前記偶数本の駆動腕間で互いに同一の位置に設けられた複数の第１励振電極と、
   前記偶数本の駆動腕間で互いに同一の位置に設けられ、前記複数の第１励振電極との間に電圧が印加されることにより、前記偶数の駆動腕を前記並び方向に励振可能な複数の第２励振電極と、が設けられており、
   線対称の一方側の複数の駆動腕における複数の第１励振電極、及び、線対称の他方側の複数の駆動腕における複数の第２励振電極は互いに接続されており、
   線対称の前記一方側の複数の駆動腕における複数の第２励振電極、及び、線対称の前記他方側の複数の駆動腕における複数の第１励振電極は互いに接続されており、
   前記一方の腕は、前記駆動腕である
   センサ素子。

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