JPWO2014061247A1 - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

角速度センサは、被検出物に固定されるように構成された固定部と、固定部に接続された一端を有する第１の連接梁と、固定部に接続された一端を有する第２の連接梁と、第１と第２の連接梁の他端にそれぞれ接続された第１と第２の両持梁と、第１と第２の両持梁をそれぞれ振動させるように構成された第１と第２の駆動電極と、第１と第２の両持梁の振動をそれぞれ検出するように構成された第１と第２の検出電極とを備える。第１の両持梁は、第１の連接梁の他端に接続された一端と、第２の連接梁の他端に接続された他端とを有して、第１と第２の連接梁と共に固定部の一側面を囲むように延びる。第２の両持梁は、第１の連接梁の他端に接続された一端と、第２の連接梁の他端に接続された他端とを有して、第１と第２の連接梁と共に固定部の一側面の反対側の他側面を囲むように延びる。この角速度センサは高い感度を有する。

Description

本発明は、各種電子機器に用いられる角速度センサに関する。

図５は特許文献１に記載されている従来の角速度センサ５００の斜視図である。角速度センサ５００は、直方体形状の固定部１と、固定部１に接続された一端を有する検出電極振動体２と、固定部１に接続された一端を有して検出電極振動体２の反対側に延びる検出電極振動体３を備える。検出電極振動体２、３は圧電単結晶からなる。検出電極振動体２の上面に検出電極が設けられている。検出電極振動体３の上面には検出電極が設けられている。屈曲部４は検出電極振動体２の他端から直角の左方向に延出する。連接梁５の一端は屈曲部４と接続され、Ｘ軸方向に直角に折り曲げられている。圧電単結晶からなる駆動電極振動体６の一端は連接梁５と接続されている。駆動電極振動体６の上面には駆動電極が設けられている。屈曲部７は検出電極振動体２の他端から直角の右方向に延出する。連接梁８の一端は屈曲部７と接続されるとともに、Ｘ軸方向に直角に折り曲げられている。圧電単結晶からなる駆動電極振動体９の一端は連接梁８と接続されている。駆動電極振動体９の上面には駆動電極が設けられている。屈曲部１０は検出電極振動体３の他端から直角の左方向に延出する。連接梁１１の一端は屈曲部１０と接続されるとともに、Ｘ軸方向に直角に折り曲げられている。連接梁１１は駆動電極振動体６の他端と接続されている。屈曲部１４は検出電極振動体３の他端から直角の右方向に延びる。連接梁１５の一端は屈曲部１４と接続される。検出電極振動体３はＸ軸方向に直角に折り曲げられている。連接梁１５の他端は駆動電極振動体９の他端と接続されている。

従来の角速度センサ５００の動作を説明する。

駆動電極振動体６、９に設けられている駆動電極に交流電圧を印加することにより、駆動電極振動体６、９を駆動方向に速度Ｖで駆動振動させる。駆動電極振動体６、９が駆動振動している状態において、角速度センサ５００を設けた平面と直角な方向であるＺ軸を中心軸として角速度ωで角速度センサ５００を回転すると、駆動電極振動体６、にコリオリ力Ｆ（＝２ｍｖ×ω）が発生する。コリオリ力Ｆは連接梁５、８と屈曲部４、７を介して検出電極振動体２に伝わり、連接梁１１、連接梁１５と屈曲部１０、１４を介して検出電極振動体３に伝わる。これにより、角速度センサ５００は、検出電極振動体２、３の上面に設けられた検出電極から角速度に応じた出力信号を出力する。しかし、角速度センサ５００においては、コリオリ力Ｆにより発生する出力信号が小さくなる場合がある。

特開平１１−２８１３７２号公報

角速度センサは、被検出物に固定されるように構成された固定部と、固定部に接続された一端を有する第１の連接梁と、固定部に接続された一端を有する第２の連接梁と、第１と第２の連接梁の他端にそれぞれ接続された第１と第２の両持梁と、第１と第２の両持梁をそれぞれ振動させるように構成された第１と第２の駆動電極と、第１と第２の両持梁の振動をそれぞれ検出するように構成された第１と第２の検出電極とを備える。第１の両持梁は、第１の連接梁の他端に接続された一端と、第２の連接梁の他端に接続された他端とを有して、第１と第２の連接梁と共に固定部の一側面を囲むように延びる。第２の両持梁は、第１の連接梁の他端に接続された一端と、第２の連接梁の他端に接続された他端とを有して、第１と第２の連接梁と共に固定部の一側面の反対側の他側面を囲むように延びる。

この角速度センサは高い感度を有する。

図１Ａは本発明の実施の形態における角速度センサの上面図である。 図１Ｂは実施の形態における角速度センサのセンサ基部の上面図である。 図１Ｃは図１Ａに示す角速度センサの線１Ｃ−１Ｃにおける断面図である。 図２Ａは実施の形態における角速度センサの製造方法を示す基材の斜視図である。 図２Ｂは実施の形態における角速度センサの製造方法を示す基材の斜視図である。 図２Ｃは実施の形態における角速度センサの製造方法を示す基材の斜視図である。 図２Ｄは実施の形態における角速度センサの製造方法を示す基材の斜視図である。 図３は実施の形態における角速度センサの動作を示す斜視図である。 図４は実施の形態における角速度センサの動作を示す斜視図である。 図５は従来の角速度センサの斜視図である。

図１Ａは本発明の実施の形態における角速度センサ１０００の上面図である。角速度センサ１０００は、被検出物１５００に固定されて、被検出物１５００に印加された角速度を検出するように構成されている。角速度センサ１０００は、被検出物１５００に固定されてかつ振動するように構成されたセンサ基部１０００Ａと、センサ基部１０００Ａを振動させるように駆動する複数の駆動電極と、センサ基部１０００Ａの振動を検出する複数の検出電極とを備える。センサ基部１０００Ａはシリコン（Ｓｉ）からなる。図１Ａにおいて、互いに直角のＸ軸とＹ軸とＺ軸とを定義する。

図１Ｂはセンサ基部１０００Ａの上面図である。センサ基部１０００Ａは、固定部２１と連接梁２８、３１と両持梁２０１、２０２とを有する。両持梁２０１は、屈曲部３２、５１と検出電極振動体３４、５４と駆動電極振動体３６、５６とを有する。両持梁２０２は、屈曲部４１、６０と検出電極振動体４３、６２と駆動電極振動体４５、６４とを有する。固定部２１は被検出物１５００に固定されるように構成されている。固定部２１は被検出物１５００に固定されていても、連接梁２８、３１と両持梁２０１、２０２とは、被検出物１５００に対して可動であるように構成されている。連接梁２８は、固定部２１に接続された端２８Ａと、端２８Ａの反対側の端２８Ｂとを有する。連接梁３１は、固定部２１に接続された端３１Ａと、端３１Ａの反対側の端３１Ｂとを有して、連接梁２８の反対側に延びる。両持梁２０１は、連接梁２８の端２８Ｂに接続された端２０１Ａと、連接梁３１の端３１Ｂに接続された端２０１Ｂとを有して、連接梁２８、３１と共に固定部２１の側面２１Ａを囲むように延びる。両持梁２０２は、連接梁２８の端２８Ｂに接続された端２０２Ａと、連接梁３１の端３１Ｂに接続された端２０２Ｂとを有して、連接梁２８、３１と共に固定部２１の側面２１Ａの反対側の側面２１Ｂを囲むように延びる。

固定部２１は角速度センサ１０００の全体形状の略中央に位置し、直方体形状を有して、Ｓｉからなる。

連接梁２８は、固定部２１に接続された端２８Ａからに外側に向ってＹ軸の負方向である方向Ｙ２（長手方向）に細長く延出する。連接梁３１は、固定部２１に接続された端３１Ａから外側に向って連接梁２８が延びる方向Ｙ２の反対の方向Ｙ１（長手方向）に細長く延出する。連接梁２８、３１の長手方向の長さと、長手方向と直角の方向の断面の形状は互いに略同一である。

屈曲部３２は連接梁２８の端２８Ｂから連接梁２８の長手方向と直角の方向Ｘ２に延出する。検出電極振動体３４の端３４Ａは屈曲部３２と接続され、屈曲部３２を介して連接梁２８の端２８Ｂに結合する。検出電極振動体３４は端３４Ａから方向Ｙ１に端３４Ｂまで延びる。駆動電極振動体３６の端３６Ａは検出電極振動体３４の端３４Ｂと接続される。駆動電極振動体３６は端３６Ａから方向Ｙ２に延び、屈曲部３７で折り返して方向Ｙ１に端３６Ｂまで延びる。

屈曲部４１は連接梁２８の端２８Ｂから連接梁２８の長手方向と直角であり方向Ｘ２の反対の方向Ｘ１に延出する。検出電極振動体４３の端４３Ａは屈曲部４１と接続され、屈曲部４１を介して連接梁２８の端２８Ｂに結合する。検出電極振動体４３は端４３Ａから方向Ｙ１に端４３Ｂまで延びる。駆動電極振動体４５の端４５Ａは検出電極振動体４３の端４３Ｂと接続される。駆動電極振動体４５は端４５Ａから方向Ｙ２に延び、屈曲部４６で折り返して方向Ｙ１に端４５Ｂまで延びる。

屈曲部５１は連接梁３１の端３１Ｂから連接梁３１の長手方向と直角の方向Ｘ２に延出する。検出電極振動体５４の端５４Ａは屈曲部５１と接続され、屈曲部５１を介して連接梁３１の端３１Ｂに結合する。検出電極振動体５４は端５４Ａから方向Ｙ２に端５４Ｂまで延びる。駆動電極振動体５６の端５６Ａは検出電極振動体５４の端５４Ｂと接続される。駆動電極振動体５６は端５６Ａから方向Ｙ１に延び、屈曲部５７で折り返して方向Ｙ２に端５６Ｂまで延びる。

屈曲部６０は連接梁３１の端３１Ｂから連接梁３１の長手方向と直角であり方向Ｘ２の反対の方向Ｘ１に延出する。検出電極振動体６２の端６２Ａは屈曲部６０と接続され、屈曲部６０を介して連接梁３１の端３１Ｂに結合する。駆動電極振動体６４の端６４Ａは検出電極振動体６２の端６２Ｂと接続される。駆動電極振動体６４は端６４Ａから方向Ｙ１に延び、屈曲部６５で折り返して方向Ｙ２に端６４Ｂまで延びる。

駆動電極振動体３６の端３６Ｂは駆動電極振動体５６の端５６Ｂと接続される。錘部４０は駆動電極振動体３６の端３６Ｂと駆動電極振動体５６の端５６Ｂとに接続されている。駆動電極振動体４５の端４５Ｂは駆動電極振動体６４の端６４Ｂと接続される。錘部５０は駆動電極振動体４５の端４５Ｂと駆動電極振動体６４の端６４Ｂとに接続されている。

図１Ａに示すように、固定部２１の上面にはランド２２〜２７、５３が設けられている。

連接梁２８の上面には配線パターン２９とモニター電極３０とが設けられている。モニター電極３０は配線パターン２９により固定部２１の上面のランド２６と電気的に接続されている。連接梁３１の上面には配線パターン２９が設けられている。

屈曲部３２の上面には検出電極３３が設けられている。検出電極３３は配線パターン２９を介して固定部２１の上面のランド２４と電気的に接続されている。検出電極振動体３４の上面には検出電極３５が設けられている。検出電極３５は屈曲部３２の上面の検出電極３３と配線パターン２９とを介して固定部２１の上面のランド２４と電気的に接続されている。駆動電極振動体３６の上面には、互いに連続的に接続された駆動電極３８、３９が設けられている。駆動電極３８、３９は配線パターン２９を介して固定部２１の上面のランド２２と電気的に接続されている。

検出電極振動体３４の上面に設けられた検出電極３５は、検出電極振動体３４の端３４Ａ付近の配線パターン２９から検出電極振動体３４に沿って方向Ｙ１に延び、検出電極振動体３４の端３４Ｂを超えて方向Ｙ２に延びて駆動電極振動体３６の一部までに達する。検出電極３３、３５は、屈曲部３２の外周に繋がる検出電極振動体３４の側縁に比べて屈曲部３２の内周に繋がる駆動電極振動体３６の側縁により近くに偏って位置する。

駆動電極３８は駆動電極振動体３６の端３６Ａと屈曲部３７との間に位置する。駆動電極３８は、Ｙ軸の方向Ｙ１（Ｙ２）に配列されて互いに繋がっている部分３８Ａ、３８Ｂを有する。駆動電極３８の部分３８Ｂに比べて部分３８Ａは屈曲部３７に近い。駆動電極３８の部分３８Ａは屈曲部３７の外周に繋がる駆動電極振動体３６の側縁に比べて屈曲部３７の内周に繋がる駆動電極振動体３６の側縁により近くに偏って位置する。駆動電極３８の部分３８Ｂは屈曲部３７の内周に繋がる駆動電極振動体３６の側縁に比べて屈曲部３７の外周に繋がる駆動電極振動体３６の側縁のより近くに偏って位置する。このように、駆動電極３８の部分３８Ａ、３８Ｂはクランク形状を構成する。

駆動電極３９は駆動電極振動体３６の端３６Ｂと屈曲部３７との間に位置する。駆動電極３９は、Ｙ軸の方向Ｙ１（Ｙ２）に配列されて互いに繋がっている部分３９Ａ、３９Ｂを有する。駆動電極３９の部分３９Ｂに比べて部分３９Ａは屈曲部３７に近い。駆動電極３９の部分３９Ａは屈曲部３７の外周に繋がる駆動電極振動体３６の側縁に比べて屈曲部３７の内周に繋がる駆動電極振動体３６の側縁により近くに偏って位置する。駆動電極３９の部分３９Ｂは屈曲部３７の内周に繋がる駆動電極振動体３６の側縁に比べて屈曲部３７の外周に繋がる駆動電極振動体３６の側縁のより近くに偏って位置する。このように、駆動電極３９の部分３９Ａ、３９Ｂはクランク形状を構成する。

屈曲部４１の上面には検出電極４２が設けられている。検出電極４２は配線パターン２９を介して固定部２１の上面のランド２５と電気的に接続されている。検出電極振動体４３の上面には検出電極４４が設けられている。検出電極４４は検出電極４２および配線パターン２９を介して固定部２１の上面のランド２５と電気的に接続されている。駆動電極振動体４５の上面には、互いに連続的に接続された駆動電極４７、４８が設けられている。駆動電極４７は配線パターン２９を介して固定部２１の上面のランド２２と電気的に接続されており、駆動電極４８は配線パターン２９を介してランド２２と電気的に接続されている。

検出電極振動体４３の上面に設けられた検出電極４４は、検出電極振動体４３の端４３Ａ付近の配線パターン２９から検出電極振動体４３に沿って方向Ｙ１に延び、検出電極振動体４３の端４３Ｂを超えて方向Ｙ２に延びて駆動電極振動体４５の一部までに達する。検出電極４２、４４は、屈曲部４１の外周に繋がる検出電極振動体４３の側縁に比べて屈曲部４１の内周に繋がる駆動電極振動体４５の側縁により近くに偏って位置する。

駆動電極４７は駆動電極振動体４５の端４５Ａと屈曲部４６との間に位置する。駆動電極４７は、Ｙ軸の方向Ｙ１（Ｙ２）に配列されて互いに繋がっている部分４７Ａ、４７Ｂを有する。駆動電極４７の部分４７Ｂに比べて部分４７Ａは屈曲部４６に近い。駆動電極４７の部分４７Ａは屈曲部４６の外周に繋がる駆動電極振動体４５の側縁に比べて屈曲部４６の内周に繋がる駆動電極振動体４５の側縁により近くに偏って位置する。駆動電極４７の部分４７Ｂは屈曲部４６の内周に繋がる駆動電極振動体４５の側縁に比べて屈曲部４６の外周に繋がる駆動電極振動体４５の側縁のより近くに偏って位置する。このように、駆動電極４７の部分４７Ａ、４７Ｂはクランク形状を構成する。

駆動電極４８は駆動電極振動体４５の端４５Ｂと屈曲部４６との間に位置する。駆動電極４８は、Ｙ軸の方向Ｙ１（Ｙ２）に配列されて互いに繋がっている部分４８Ａ、４８Ｂを有する。駆動電極４８の部分４８Ｂに比べて部分４８Ａは屈曲部４６に近い。駆動電極４８の部分４８Ａは屈曲部４６の外周に繋がる駆動電極振動体４５の側縁に比べて屈曲部４６の内周に繋がる駆動電極振動体４５の側縁により近くに偏って位置する。駆動電極４８の部分４８Ｂは屈曲部４６の内周に繋がる駆動電極振動体４５の側縁に比べて屈曲部４６の外周に繋がる駆動電極振動体４５の側縁のより近くに偏って位置する。このように、駆動電極４８の部分４８Ａ、４８Ｂはクランク形状を構成する。

屈曲部５１の上面には検出電極５２が設けられている。検出電極５２は配線パターン２９を介して固定部２１の上面のランド５３と電気的に接続されている。検出電極振動体５４の上面には検出電極５５が設けられている。検出電極５５は屈曲部５１の上面の検出電極５２と配線パターン２９とを介して固定部２１の上面のランド５３と電気的に接続されている。駆動電極振動体５６の上面には、互いに連続的に接続された駆動電極５８、５９が設けられている。

検出電極振動体５４の上面に設けられた検出電極５５は、検出電極振動体５４の端５４Ａ付近の配線パターン２９から検出電極振動体５４に沿って方向Ｙ２に延び、検出電極振動体５４の端５４Ｂを超えて方向Ｙ１に延びて駆動電極振動体５６の一部までに達する。検出電極５２、５５は、屈曲部５１の外周に繋がる検出電極振動体５４の側縁に比べて屈曲部５１の内周に繋がる駆動電極振動体５６の側縁により近くに偏って位置する。

駆動電極５８は駆動電極振動体５６の端５６Ａと屈曲部５７との間に位置する。駆動電極５８は、Ｙ軸の方向Ｙ１（Ｙ２）に配列されて互いに繋がっている部分５８Ａ、５８Ｂを有する。駆動電極５８の部分５８Ｂに比べて部分５８Ａは屈曲部５７に近い。駆動電極５８の部分５８Ａは屈曲部５７の外周に繋がる駆動電極振動体５６の側縁に比べて屈曲部５７の内周に繋がる駆動電極振動体５６の側縁により近くに偏って位置する。駆動電極５８の部分５８Ｂは屈曲部５７の内周に繋がる駆動電極振動体５６の側縁に比べて屈曲部５７の外周に繋がる駆動電極振動体５６の側縁のより近くに偏って位置する。このように、駆動電極５８の部分５８Ａ、５８Ｂはクランク形状を構成する。

駆動電極５９は駆動電極振動体５６の端５６Ａと屈曲部５７との間に位置する。駆動電極５９は、Ｙ軸の方向Ｙ１（Ｙ２）に配列されて互いに繋がっている部分５９Ａ、５９Ｂを有する。駆動電極５９の部分５９Ｂに比べて部分５９Ａは屈曲部５７に近い。駆動電極５９の部分５９Ａは屈曲部５７の外周に繋がる駆動電極振動体５６の側縁に比べて屈曲部５７の内周に繋がる駆動電極振動体５６の側縁により近くに偏って位置する。駆動電極５９の部分５９Ｂは屈曲部５７の内周に繋がる駆動電極振動体５６の側縁に比べて屈曲部５７の外周に繋がる駆動電極振動体５６の側縁のより近くに偏って位置する。このように、駆動電極５９の部分５９Ａ、５９Ｂはクランク形状を構成する。

屈曲部６０の上面には検出電極６１が設けられている。検出電極６１は配線パターン２９を介して固定部２１の上面のランド２４と電気的に接続されている。検出電極振動体６２の上面には検出電極６３が設けられている。検出電極６３は屈曲部６０の上面の検出電極６１と配線パターン２９とを介して固定部２１の上面のランド２４と電気的に接続されている。駆動電極振動体６４の上面には、互いに接続された駆動電極６６、６７が設けられている。駆動電極６６は配線パターン２９を介して固定部２１の上面のランド２２と電気的に接続されている。駆動電極６７は配線パターン２９を介してランド２２と電気的に接続されている。

検出電極振動体６２の上面に設けられた検出電極６３は、検出電極振動体６４の端６４Ａ付近の配線パターン２９から検出電極振動体６２に沿って方向Ｙ２に延び、検出電極振動体６２の端６２Ｂを超えて方向Ｙ１に延びて駆動電極振動体６４の一部までに達する。検出電極６１、６３は、屈曲部６０の外周に繋がる検出電極振動体６２の側縁に比べて屈曲部６０の内周に繋がる駆動電極振動体６４の側縁により近くに偏って位置する。

駆動電極６６は駆動電極振動体６４の端６４Ａと屈曲部６５との間に位置する。駆動電極６６は、Ｙ軸の方向Ｙ１（Ｙ２）に配列されて互いに繋がっている部分６６Ａ、６６Ｂを有する。駆動電極６６の部分６６Ｂに比べて部分６６Ａは屈曲部６５に近い。駆動電極６６の部分６６Ａは屈曲部６５の外周に繋がる駆動電極振動体６４の側縁に比べて屈曲部６５の内周に繋がる駆動電極振動体６４の側縁により近くに偏って位置する。駆動電極６６の部分６６Ｂは屈曲部６５の内周に繋がる駆動電極振動体６４の側縁に比べて屈曲部６５の外周に繋がる駆動電極振動体６４の側縁のより近くに偏って位置する。このように、駆動電極６６の部分６６Ａ、６６Ｂはクランク形状を構成する。

駆動電極６７は駆動電極振動体６４の端６４Ｂと屈曲部６５との間に位置する。駆動電極６７は、Ｙ軸の方向Ｙ１（Ｙ２）に配列されて互いに繋がっている部分６７Ａ、６７Ｂを有する。駆動電極６７の部分６７Ｂに比べて部分６７Ａは屈曲部６５に近い。駆動電極６７の部分６７Ａは屈曲部６５の外周に繋がる駆動電極振動体６４の側縁に比べて屈曲部６５の内周に繋がる駆動電極振動体６４の側縁により近くに偏って位置する。駆動電極６７の部分６７Ｂは屈曲部６５の内周に繋がる駆動電極振動体６４の側縁に比べて屈曲部６５の外周に繋がる駆動電極振動体６４の側縁のより近くに偏って位置する。このように、駆動電極６７の部分６７Ａ、６７Ｂはクランク形状を構成する。

上記の配線パターン２９と駆動電極と検出電極とモニター電極の構造を説明する。図１Ｃは図１Ａに示す角速度センサ１０００の線１Ｃ−１Ｃにおける断面図である。角速度センサ１０００は、センサ基部１０００Ａの上面に設けられた下部電極層７２と、下部電極層７２の上面に設けられた圧電材料よりなる圧電層７３と、圧電層７３を介して下部電極層７２と対向するように圧電層７３の上面に設けられた上部電極層７４とを有する。実施の形態では、下部電極層７２は白金（Ｐｔ）を含む。圧電層７３はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）よりなる。上部電極層７４は、チタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）とを含む。配線パターン２９と駆動電極と検出電極とモニター電極のそれぞれは、上部電極層７４で構成されている。駆動電極と検出電極とモニター電極の幅は配線パターン２９より広い。

屈曲部３２と検出電極振動体３４と駆動電極振動体３６と駆動電極振動体５６と検出電極振動体５４と屈曲部５１と屈曲部６０と検出電極振動体６２と駆動電極振動体６４と駆動電極振動体４５と検出電極振動体４３と屈曲部４１とはこの順で連接梁２８の端２８Ｂから環状に結合する。この構成により、固定部２１に対する固定部２１を囲む全方向における重量バランスを確保でき、これにより、駆動電極振動体３６、４５、５６、６４を正確に駆動振動させることができるので、出力信号の精度が向上する。

検出電極振動体３４は固定部２１について検出電極振動体６２に対して点対称の位置に設けられるとともに、検出電極振動体５４は固定部２１について検出電極振動体４３に対して点対称の位置に設けられる。これにより、角速度によるコリオリ力が発生した時に、検出電極振動体３４、６２が固定部２１について互いに点対称に変形し、同様に、検出電極振動体５４、４３が互いに点対称に変形する。これにより、さらに出力信号の精度が向上する。

図５に示す従来の角速度センサ５００においては、検出電極振動体２、３が直接に固定部１に接続されている。したがって、検出電極振動体２、３が駆動振動しにくく、コリオリ力により発生する出力信号が小さくなる。

実施の形態における角速度センサ１０００では、検出電極振動体３４、４３、５４、６２は連接梁２８、３１を介して固定部２１に結合し、検出電極振動体３４、４３、５４、６２が直接に固定部２１に接続されていない。したがって、検出電極振動体３４、４３、５４、６２が駆動振動し易くなり、出力信号の感度が大きくなる。

実施の形態における角速度センサ１０００について、次に、その製造方法を説明する。図２Ａから図２Ｄは角速度センサ１０００の製造方法を示す斜視図である。

まず、図２Ａに示すＳｉからなる基材７１を準備する。基材７１の上面の全面に、図２Ｂに示すように、ＰｔとＴｉの合金薄膜からなる下部電極層７２を蒸着により形成する。下部電極層７２は共通グランド電極として機能する。次に、図２Ｃに示すように、下部電極層７２の上面の全面にＰＺＴ薄膜からなる圧電層７３を蒸着により形成する。

次に、図２Ｄに示すように、圧電層７３の上面の全面にＴｉとＡｕの合金薄膜からなる上部電極層７４を蒸着により形成する。その後、所定の形状になるように、下部電極層７２と圧電層７３と上部電極層７４の不要な箇所を除去し、圧電層７３の上面に上部電極層７４から駆動電極３８、３９、４７、４８、５８、５９、６６、７７と検出電極３３、４２、５２、６１、３５、４４、５５、６３とモニター電極３０を形成する。

次に、下部電極層７２に電圧を印加するとともに、モニター電極３０と駆動電極３８、３９、４７、４８、５８、５９、６６、７７と検出電極３３、４２、５２、６１、３５、４４、５５、６３を接地することにより、圧電層７３を分極する。

次に、基材７１における不要な箇所を除去することにより、個片の角速度センサ１０００を形成する。

以上のようにして製造された実施の形態における角速度センサ１０００について、次にその動作を説明する。図３と図４は角速度センサ１０００の動作を示す斜視図である。

駆動電極振動体３６、４５、５６、６４に設けられた駆動電極３８、３９、４７、４８、５８、５９、６６、６７に交流電圧を印加すると、電圧の方向と分極の方向とが同一の場合には、駆動電極３８、３９、４７、４８、５８、５９、６６、６７に接する圧電層に引張応力が発生し、一方、電圧の方向と分極の方向とが反対の場合には、圧電層に圧縮応力が発生する。したがって、交流電圧の位相に応じて、図３に示すように、駆動電極振動体３６、４５が互いに反対の方向に速度Ｖで振動駆動され、駆動電極振動体５６、６４が互いに反対の方向に速度Ｖで駆動振動する。これにより、錘部４０、５０はＸ軸の互いに反対の方向に変位するように振動する。被検出物１５００にＺ軸を中心とする角速度ωが印加されている場合に、被検出物１５００に固定部２１を介して固定されている角速度センサ１０００は、角速度センサ１０００を設けた平面すなわち固定部２１と直角なＺ軸を中心軸として角速度ωで回転する。角速度センサ１０００が角速度ωで回転すると、図４に示すように、検出電極振動体３４、４３、５４、６２にコリオリ力Ｆ（＝２ｍＶ×ω）が発生する。コリオリ力Ｆにより、屈曲部３２、４１、５１、６０に曲げモーメントが発生する。角速度センサ１０００は、屈曲部３２の検出電極３３と検出電極３５に発生する電荷を固定部２１上のランド２４を介して外部に出力するとともに、屈曲部４１の検出電極４２と検出電極４４に発生する電荷を固定部２１上のランド２５を介して外部に出力することにより、角速度ωを検出するように構成されている。また、角速度センサ１０００は、屈曲部５１の検出電極５２と検出電極５５に発生する電荷を固定部２１上のランド５３を介して外部に出力するとともに、屈曲部６０の検出電極６１と検出電極６３に発生する電荷を固定部２１上のランド２４を介して外部に出力することによっても、角速度ωを検出することができる。

また、実施の形態における角速度センサ１０００においては、駆動電極振動体３６、５６の端３６Ｂ、５６Ｂに接続された錘部４０と、駆動電極振動体４５、６４の端４５Ｂ、６４Ｂに接続された錘部５０の質量によりコリオリ力Ｆが増加する。これにより、角速度センサ１０００の出力信号の感度がさらに向上する。

さらに、実施の形態における角速度センサ１０００では、検出電極振動体３４、４３が連接梁２８の外周側の他端２８Ｂから互いに反対の方向Ｘ２、Ｘ１にそれぞれ延出し、検出電極振動体５４、６２が連接梁３１の外周側の他端３１Ｂから互いに反対の方向Ｘ２、Ｘ１にそれぞれ延出する。さらに、駆動電極振動体３６、４５、５６、６４が環状に結合する。この構造により、検出電極振動体３４、４３、５４、６２の駆動振動が角速度センサ１０００の全体形状の外周側から発生する。検出電極振動体３４、４３、５４、６２と駆動電極振動体３６、４５、５６、６４が駆動振動の方向と直角なコリオリ力Ｆが働く方向に変位しにくいので、駆動振動を安定させることができる。

実施の形態における角速度センサ１０００においては、連接梁２８、３１の長手方向の長さと断面の形状とがそれぞれ略同一であるので、コリオリ力Ｆが働いた際に連接梁２８、３１の撓む量が略等しくなる。その結果、環状に結合した検出電極振動体３４、４３、５４、６２と駆動電極振動体３６、４５、５６、６４が固定部２１について互いに点対称の形状を保ったまま変形するので、出力信号の精度が向上する。

以上述べたように、角速度センサ１０００は被検出物１５００に印加された角速度ωを検出するように構成されている。角速度センサ１０００は、固定部２１と、連接梁２８、３１と、両持梁２０１、２０２と、駆動電極３８、４７（３９、４８、５８、５９、６６、６７）と、検出電極３５、４４とを備える。固定部２１は被検出物１５００に固定されるように構成されている。連接梁２８は、固定部２１に接続された一端２８Ａと、一端２８Ａの反対側の他端２８Ｂとを有する。連接梁３１は、固定部２１に接続された一端３１Ａと、一端３１Ａの反対側の他端３１Ｂとを有して、連接梁２８の反対側に延びる。両持梁２０１は、連接梁２８の他端２８Ｂに接続された一端２０１Ａと、連接梁３１の他端３１Ｂに接続された他端２０１Ｂとを有して、連接梁２８、３１と共に固定部２１の一側面２１Ａを囲むように延びる。両持梁２０２は、連接梁２８の他端２８Ｂに接続された一端２０２Ａと、連接梁３１の他端３１Ｂに接続された他端２０２Ｂとを有して、連接梁２８、３１と共に固定部２１の一側面２１Ａの反対側の他側面２１Ｂを囲むように延びる。駆動電極３８（３９、５８、５９）は両持梁２０１に設けられて、両持梁２０１を振動させるように構成されている。検出電極３５は両持梁２０１に設けられて、両持梁２０１の振動を検出するように構成されている。駆動電極４７（４８、６６、６７）は両持梁２０２に設けられて、両持梁２０２を振動させるように構成されている。検出電極４４は両持梁２０２に設けられて、両持梁２０２の振動を検出するように構成されている。

角速度センサ１０００は、検出電極５５、６３をさらに備えてもよい。検出電極５５は両持梁２０１に設けられて、両持梁２０１の振動を検出するように構成されている。検出電極６３は両持梁２０２に設けられて、両持梁２０２の振動を検出するように構成されている。両持梁２０１は、検出電極３５が設けられた検出電極振動体３４と、検出電極５５が設けられた検出電極振動体５４と、駆動電極３８（５８）が設けられた駆動電極振動体３６（５６）とを有する。検出電極振動体３４は、連接梁２８の他端２８Ｂに結合する一端３４Ａと、端３４Ａの反対側の他端３４Ｂとを有して、連接梁２８の延びる長手方向Ｙ１に延びる。検出電極振動体５４は、連接梁３１の他端３１Ｂに結合する一端５４Ａと、端５４Ａの反対側の他端５４Ｂとを有して、連接梁３１の延びる長手方向Ｙ１に延びる。駆動電極振動体３６（５６）は、検出電極振動体３４の他端３４Ｂに接続された一端３６Ａと、検出電極振動体５４の他端５４Ｂに接続された他端（５６Ａ）とを有する。両持梁２０２は、検出電極４４が設けられた検出電極振動体４３と、検出電極６３が設けられた検出電極振動体６２と、駆動電極４７（６７）が設けられた駆動電極振動体４５（６４）とを有する。検出電極振動体４３は、連接梁２８の他端２８Ｂに結合する一端４３Ａと、端４３Ａの反対側の他端４３Ｂとを有して、検出電極振動体３４の延びる長手方向Ｙ１に延びる。検出電極振動体６２は、連接梁３１の他端３１Ｂに結合する一端６２Ａと、端６２Ａの反対側の他端６２Ｂとを有して、検出電極振動体５４の延びる長手方向Ｙ２に延びる。駆動電極振動体４５（６４）は、検出電極振動体４３の他端４３Ｂに接続された一端４５Ａと、検出電極振動体６２の他端（６２Ｂ）に接続された他端６４Ａとを有する。

検出電極振動体３４、４３、５４、６２は、固定部２１に対して点対称の位置に設けられていてもよい。両持梁２０１、２０２が環状に結合するように、両持梁２０１の一端２０１Ａと両持梁２０２の一端２０２Ａとが連接梁２８の他端２８Ｂにおいて結合する。両持梁２０１の他端２０１Ｂと両持梁２０２の他端２０２Ｂとが連接梁３１の他端３１Ｂにおいて結合する。

なお、実施の形態において、「上面」等の方向を示す用語はセンサ基部や電極等の角速度センサの構成部品の相対的な位置関係にのみ依存する相対的な方向を示し、鉛直方向等の絶対的な方向を示すものではない。

本発明に係る角速度センサは大きな出力感度を有し、特に各種電子機器に用いられる角速度センサに使用される角速度センサとして有用である。

２１ 固定部
２８ 連接梁（第１の連接梁）
３１ 連接梁（第２の連接梁）
３４ 検出電極振動体（第１の検出電極振動体）
３５ 検出電極（第１の検出電極）
３６，５６ 駆動電極振動体（第１の駆動電極振動体）
３８，３９，５８，５９ 駆動電極（第１の駆動電極）
４０ 錘部（第１の錘部）
４３ 検出電極振動体（第３の検出電極振動体）
４４ 検出電極（第２の検出電極）
４５，６４ 駆動電極振動体（第２の駆動電極振動体）
４７，４８，６６，６７ 駆動電極（第２の駆動電極）
５０ 錘部（第２の錘部）
５４ 検出電極振動体（第２の検出電極振動体）
５５ 検出電極（第３の検出電極）
６２ 検出電極振動体（第４の検出電極振動体）
６３ 検出電極（第４の検出電極）
２０１ 両持梁（第１の両持梁）
２０２ 両持梁（第２の両持梁）
１０００ 角速度センサ
１５００ 被検出物

駆動電極振動体６、９に設けられている駆動電極に交流電圧を印加することにより、駆動電極振動体６、９を駆動方向に速度Ｖで駆動振動させる。駆動電極振動体６、９が駆動振動している状態において、角速度センサ５００を設けた平面と直角な方向であるＺ軸を中心軸として角速度ωで角速度センサ５００を回転すると、駆動電極振動体６、にコリオリ力Ｆ（＝２ｍＶ×ω）が発生する。コリオリ力Ｆは連接梁５、８と屈曲部４、７を介して検出電極振動体２に伝わり、連接梁１１、連接梁１５と屈曲部１０、１４を介して検出電極振動体３に伝わる。これにより、角速度センサ５００は、検出電極振動体２、３の上面に設けられた検出電極から角速度に応じた出力信号を出力する。しかし、角速度センサ５００においては、コリオリ力Ｆにより発生する出力信号が小さくなる場合がある。

Claims (5)

1. 被検出物に印加された角速度を検出するように構成された角速度センサであって、
   前記被検出物に固定されるように構成された固定部と、
   前記固定部に接続された一端と、他端とを有する第１の連接梁と、
   前記固定部に接続された一端と、他端とを有して、前記第１の連接梁の反対側に延びる第２の連接梁と、
   前記第１の連接梁の前記他端に接続された一端と、前記第２の連接梁の前記他端に接続された他端とを有して、前記第１の連接梁と前記第２の連接梁と共に前記固定部の一側面を囲むように延びる第１の両持梁と、
   前記第１の連接梁の前記他端に接続された一端と、前記第２の連接梁の前記他端に接続された他端とを有して、前記第１の連接梁と前記第２の連接梁と共に前記固定部の前記一側面の反対側の他側面を囲むように延びる第２の両持梁と、
   前記第１の両持梁に設けられて、前記第１の両持梁を振動させるように構成された第１の駆動電極と、
   前記第１の両持梁に設けられて、前記第１の両持梁の振動を検出するように構成された第１の検出電極と、
   前記第２の両持梁に設けられて、前記第２の両持梁を振動させるように構成された第２の駆動電極と、
   前記第２の両持梁に設けられて、前記第２の両持梁の振動を検出するように構成された第２の検出電極と、
   を備えた角速度センサ。
2. 前記第１の両持梁に設けられて、前記第１の両持梁の振動を検出するように構成された第３の検出電極と、
   前記第２の両持梁に設けられて、前記第２の両持梁の振動を検出するように構成された第４の検出電極と、
   をさらに備え、
   前記第１の両持梁は、
   前記第１の連接梁の前記他端に結合する一端と、他端とを有して、前記第１の連接梁の延びる長手方向に延びるとともに、前記第１の検出電極が設けられた第１の検出電極振動体と、
   前記第２の連接梁の前記他端に結合する一端と、他端とを有して、前記第２の連接梁の延びる長手方向に延びるとともに、前記第３の検出電極が設けられた第２の検出電極振動体と、
   前記第１の検出電極振動体の前記他端に接続された一端と、前記第２の検出電極振動体の前記他端に接続された他端とを有して、前記第１の駆動電極が設けられた第１の駆動電極振動体と、
   を有し、
   前記第２の両持梁は、
   前記第１の連接梁の前記他端に結合する一端と、他端とを有して、前記第１の検出電極振動体の延びる前記長手方向に延びるとともに、前記第２の検出電極が設けられた第３の検出電極振動体と、
   前記第２の連接梁の前記他端に結合する一端と、他端とを有して、前記第２の検出電極振動体の延びる前記長手方向と反対に延びるとともに、前記第４の検出電極が設けられた第４の検出電極振動体と、
   前記第３の検出電極振動体の前記他端に接続された一端と、前記第３の検出電極振動体の前記他端に接続された他端とを有して、前記第２の駆動電極が設けられた第２の駆動電極振動体と、
   を有する、請求項１に記載の角速度センサ。
3. 前記第１の駆動電極振動体に接続された第１の錘部と、
   前記第２の駆動電極振動体に接続された第２の錘部と、
   をさらに備えた、請求項２に記載の角速度センサ。
4. 前記第１の検出電極振動体と前記第２の検出電極振動体と前記第３の検出電極振動体と前記第４の検出電極振動体とは、前記固定部に対して点対称の位置に設けられており、
   前記第１の両持梁と前記第２の両持梁とが環状に結合するように、前記第１の両持梁の前記一端と前記第２の両持梁の前記一端とが前記第１の連接梁の前記他端において結合し、かつ前記第１の両持梁の前記他端と前記第２の両持梁の前記他端とが前記第２の連接梁の前記他端において結合する、請求項２記載の角速度センサ。
5. 前記第１の連接梁と前記第２の連接梁とは長手方向に細長く延びており、
   前記第１の連接梁の前記長手方向の長さと前記長手方向と直角の断面の形状とは、前記第２の連接梁の前記長手方向の長さと前記長手方向と直角の断面の形状とそれぞれ略同一である、請求項１に記載の角速度センサ。

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