JP2004177367A

JP2004177367A - 角速度センサ素子

Info

Publication number: JP2004177367A
Application number: JP2002346864A
Authority: JP
Inventors: Motoyasu Hanji; 元康判治
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】駆動用電極の電極の長さを長く形成したとき、励振振動脚部に２次モードの励振を発生させてしまう可能性が生じる。又、検出用電極の場合では、電極の長さを長くして電極の大きさを大きく形成したとき、検出電荷量が低下してしまい、検出電荷を有効に取り出すことが難しくなる。
【解決方法】励振振動脚部と検出振動脚部とが平行に設けられ、且つこの励振振動脚部及び検出振動脚部の同一方向の端部に、励振振動脚部及び検出振動脚部を保持する基部が設けられた形状の角速度センサ素子において、励振振動脚部の長さ方向の長さをａとした場合、駆動用電極の長さｂ１を、０．３５ａ以上０．６８ａ以下の範囲とし、検出用電極の長さｂ２を、０．５ａ以上０．８５以下の範囲とし、且つ、ｂ１とｂ２との関係が、ｂ１＜ｂ２であることを特徴とする角速度センサ素子。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、角速度を利用して検出する角速度センサに用いる角速度センサ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の角速度センサに使用される角速度センサ素子について説明する。角速度センサ素子を構成する材料として圧電材料が使用される。角速度センサ素子の形状は、フォトリソグラフィ法により形成され、その形状は少なくとも、１つの励振振動脚部と１つの検出振動脚部とが平行に設けられ、これら振動脚部の同一方向の端部に、この脚部を保持する基部が設けられた、所謂音叉形状をしている。
【０００３】
このような形状の角速度センサ素子の振動用脚部表面には、励振振動脚部の場合には、金、銀等の金属又はそれらの合金製の駆動用電極が、及び検出振動脚部の場合には、金、銀等の金属又はそれらの合金製の検出用電極が、蒸着法などにより形成されている。
【０００４】
励振振動脚部の４つの側面上には、それぞれに駆動用電極が設けられ、４つの側面のうち、対向する側面上に形成した駆動用電極同士は電気的に接続されており、そこから各々引き出された電極は、基部の一方の表面に形成された外部接続用電極パッドにそれぞれ接続されている。
【０００５】
検出振動脚部の４つの側面のうち、角速度センサ素子の厚さを形成し且つ対向する２つの側面上には２つの検出用電極が設けられ、検出振動脚部を挟んで対角に対向する検出用電極同士は電気的に接続されており、そこから各々引き出された電極は、基部の一方の表面に形成された外部接続用電極パッドにそれぞれ接続されている。
【０００６】
角速度センサとは、角速度センサ素子に設けた駆動用電極により励振振動脚部を振動させ、その角速度センサ素子に回転が加わった際、脚部振動方向とは直交する方向に、慣性力である「コリオリの力」により生じた検出振動脚部の直交振動信号を検出用電極により検出し、その信号から角速度を計測するものである。
【０００７】
前記の角速度センサに使用される角速度センサ素子については、以下のような文献が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−２５７９６６号公報
【特許文献２】
特開平１１−３１６１２５号公報
【０００９】
尚、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来の角速度センサ素子は、クリスタルインピーダンス値（以下ＣＩ値という）が大きいために、振動特性（特に起動特性）があまり良好ではなかった。そこで、すこしでもＣＩ値を小さくするために、駆動用電極及び検出用電極の大きさ（特に励振振動脚部及び検出振動脚部の長さ方向に相対する長さ）をできるだけ大きく（長く）形成していたため、駆動用電極及び検出用電極の長さは、ほぼ同じ長さで形成されていた。
【００１１】
しかし、駆動用電極の場合、電極の長さを長くして電極の大きさを大きく形成したとき、励振振動脚部に２次モードの励振を発生させてしまう可能性が生じる。励振振動脚部に２次モードの励振が発生すると、その角速度センサ素子に回転が加わっても、脚部振動方向とは直交する方向に、実際の慣性力である「コリオリの力」により生じた検出振動脚部の直交振動信号とは異なった直交振動信号を検出用電極により検出しまい、その信号から角速度を計測するも、それは値は誤った値となってしまう。
【００１２】
又、検出用電極の場合では、電極の長さを長くして電極の大きさを大きく形成しても、検出する電荷量が増加せず、回転により発生する「コリオリの力」で生じる検出電荷を、電極の大きさに対して有効に取り出すことが難しくなる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決するもので、少なくとも、１つの励振振動脚部と１つの検出振動脚部とが平行に設けられ、且つこの励振振動脚部及び検出振動脚部の同一方向の端部に、励振振動脚部及び検出振動脚部を保持する基部が設けられた形状の角速度センサ素子において、励振振動脚部の長さ方向の長さをａとした場合、この励振振動脚部の側面上に形成する駆動用電極の、励振振動脚部の長さ方向に相対する長さｂ１を、０．３５ａ以上０．６８ａ以下の範囲とし、検出振動脚部の側面上に形成した検出用電極の、検出振動脚部の長さ方向に相対する長さｂ２を、０．５ａ以上０．８５以下の範囲とし、且つ、ｂ１とｂ２との関係が、ｂ１＜ｂ２であることを特徴とする角速度センサ素子である。
【００１４】
尚、上記形状の角速度センサ素子は、励振振動脚部を励振させる際に、不用な振動モードでの励振の発生がなくなり、励振振動脚部を基本波振動モードで正確に励振させ、且つ検出用電極に発生する検出電荷を有効に検出する作用を成す。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に、添付図面に従って本発明の実施例を説明する。図１は、本実施例における、角速度センサ素子の平面図である。図２は図１に記載のαから見た角速度センサ素子の側面図である。図３は、図１に記載のβから見た角速度センサ素子の側面図である。図４は、角速度センサ素子における検出電荷量と、検出振動脚部の長さをａとした場合の検出用電極の長さｂ２の割合との相関を示すグラフである。尚、各図において、同番号は同じ構成物を示すものであり、図及び説明を明りょうにするため構成物の一部を図示していない。又、寸法も一部誇張して図示しており、図１乃至３における各々の電極の厚みは特に誇張して図示している。
【００１６】
即ち、角速度センサの内部に搭載される角速度センサ素子１０は、圧電材料の一つである水晶よりフォトリソグラフィ法により形成され、その形状は、励振振動脚部１１と検出振動脚部１２を平行に形成し、その励振振動脚部１１と検出振動脚部１２の一方の端部に、各々の脚部を保持する基部１３を、励振振動脚部１１及び検出振動脚部１２と一体で形成されている、所謂音叉型の形状をしている。励振振動脚部１１及び検出振動脚部の長さは同じであり、その長さをａと規定する。
【００１７】
励振振動脚部１１の４つの側面上には、それぞれに駆動用電極１４が設けられている。４つの側面のうち、対向する側面上に形成した駆動用電極１４同士は電気的に接続されており、そこから各々引き出された電極は、基部の一方の表面に形成された励振側外部接続用電極パッド１５にそれぞれ接続されている。この励振側外部接続用電極パッドに接続された発振回路により励振振動脚部は励振される。
【００１８】
励振振動脚部１１の４つの側面に形成された駆動用電極１４は、励振振動脚部１１と基部１３との接続部分から、励振振動脚部１１の開放端部に向かって、駆動用電極１４の長さ方向成分がくるように形成され、駆動用電極１４の励振振動脚部１１の長さａに相対する長さｂ１は、励振振動脚部１１の長さａに対し、０．３５倍以上０．６８倍以下の長さとなるように形成されている。
【００１９】
検出振動脚部１２の４つの側面のうち、角速度センサ素子１０の厚さを形成し且つ対向する２つの側面上には、２つの検出用電極１６が設けられ、検出振動脚部１２を挟んで対角に対向する検出用電極１６同士は電気的に接続されており、そこから各々引き出された電極は、基部の一方の表面に形成された検出側外部接続用電極パッド１７にそれぞれ接続されている。この検出用電極１６により、励振振動脚部１１により引き起こされた振動と、その角速度センサ素子に回転が加わった際、脚部振動方向とは直交する方向に、慣性力である「コリオリの力」により生じた検出振動脚部の直交振動信号とを検出し、その信号から角速度を計測している。
【００２０】
検出振動脚部１２の２つの側面に形成された検出用電極１６は、検出振動脚部１２と基部１３との接続部分から、検出振動脚部１２の開放端部に向かって、検出電極１６の長さ方向成分がくるように形成され、検出用電極１６の検出振動脚部１２の長さａに相対する長さｂ２は、検出振動脚部１２の長さａに対し、０．５倍以上０．８５倍以下の長さとなるように形成されている。
【００２１】
尚、駆動用電極１４の長さｂ１と、検出用電極１６の長さｂ２とは、ｂ１＜ｂ２となるように形成されている。
【００２２】
駆動用電極１４の長さｂ１を、励振振動脚部１１の長さａの０．３５倍以上０．６８倍以下とすることにより、ＣＩ値を小さくし且つ基本波モードの振動を効率よく励振する作用を成す。駆動用電極１４の長さｂ１を励振振動脚部１１の長さａの長さの０．３５倍未満にした場合は、駆動用電極の面積が小さく、ＣＩ値が高くなり励振特性（起動特性など）が悪化する。又、０．６８倍よりもｂ１を長くした場合は２次モード振動等の不用な励振する可能性が大きくなる。
【００２３】
検出用電極１６の長さｂ２を、検出振動脚部１２の長さａの０．５倍以上０．８５倍以下とすることにより、図２に図示したように一定値以上の検出電荷量を得ることができる。検出用電極１６の長さｂ２を励振振動脚部１２の長さａの長さの０．５倍未満にした場合は、検出電荷量が小さくなり、検出電荷を有効に取り出すことが難しくなる。又、０．８５倍よりもｂ２を長くした場合は、検出する電荷量に変化がほとんどないので、それ以上ｂ２を長くすることにメリットがなくなる。
【００２４】
尚、本実施例では、励振振動脚部１１及び検出振動脚部１２が１本で且つ両振動脚部が基部１３の一つの辺に接続している形状を例示しているが、本発明は、例示のような振動脚部の本数、及び振動脚部と基部との接続箇所に限定するものではなく、複数本の励振振動脚部又は検出振動脚部を有するような角速度センサ素子においても、本発明はもちろん有用である。
【００２５】
【発明の効果】本発明によって、励振振動脚部側では励振特性が非常に良好で、更に検出振動脚部側では検出信号を非常に有効に取り出すことができ、因って、センシング特性の良い角速度センサ素子を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本実施例における、角速度センサ素子の平面図を示す。
【図２】図２は、図１に記載のαから見た角速度センサ素子の側面図である。
【図３】図３は、図１に記載のβから見た角速度センサ素子の側面図である。
【図４】図４は、角速度センサ素子における検出電荷量と、検出振動脚部の長さをａとした場合の検出用電極の長さｂ２の割合との相関を示すグラフである。
【符号の説明】
１０，角速度センサ素子
１１，励振振動脚部
１２，検出振動脚部
１３，基部
１４，駆動用電極
１６，検出用電極

Claims

少なくとも、１つの励振振動脚部と１つの検出振動脚部とが平行に設けられ、且つ該励振振動脚部及び該検出振動脚部の同一方向の端部に、該励振振動脚部及び検出振動脚部を保持する基部が設けられた形状の角速度センサ素子において、励振振動脚部の長さ方向の長さをａとした場合、該励振振動脚部の側面上に形成する駆動用電極の、該励振振動脚部の長さ方向に相対する長さｂ１を、０．３５ａ以上０．６８ａ以下の範囲とし、該検出振動脚部の側面上に形成した検出用電極の、該検出振動脚部の長さ方向に相対する長さｂ２を、０．５ａ以上０．８５以下の範囲とし、且つ、ｂ１とｂ２との関係が、ｂ１＜ｂ２であることを特徴とする角速度センサ素子。