JP2005114696A

JP2005114696A - 角速度センサ

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Publication number: JP2005114696A
Application number: JP2003352901A
Authority: JP
Inventors: Toru Matsunaga; 融松永; Shigeto Watanabe; 成人渡邊; Toshiyuki Kawamura; 俊行川村; Kazuo Kurihara; 一夫栗原; Yoshiki Satou; 善記佐藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2005-04-28
Anticipated expiration: 2023-10-10
Also published as: JP3783708B2; US7111512B2; US20050146618A1

Abstract

【課題】簡単な構成で量産効果が期待でき、角速度センサとして本質的な特性を左右する振動子の寸法精度も比較的容易に満足できる検出感度に優れた角速度センサを提供する。
【解決手段】基体２と圧電体３とを積層してなる四角柱状の振動子１ａを備え、上記圧電体３はＰＺＴ（ジルコニウム酸チタン酸鉛）を主成分とする圧電セラミクスからなり、上記基体２は上記圧電セラミクスの主成分であるＰＺＴと比べてヤング率と熱膨張係数等の物性値が同等以下の材料からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、ビデオカメラの手振れ検知や、バーチャルリアリティ装置における動作検知や、カーナビゲーションシステムにおける方向検知等に用いられる角速度センサに関する。

従来より、民生用の角速度センサとしては、棒状の振動子を所定の共振周波数で振動させておき、角速度の影響によって生じるコリオリ力を圧電素子等で検出することによって角速度を検出する、いわゆる振動ジャイロ型の角速度センサが広く使用されている。

このような角速度センサにおいて、振動子を駆動する方法としては、他励発振型駆動回路による方法と、自励発振型駆動回路による方法とがある。しかしながら、他励発振型駆動回路による方法は、振動子等の温度特性によって発振周波数と振動子の共振周波数とにずれが生じると急激にコリオリ力の検出感度が低下するという問題があり、実用化に至っていない。

そこで現在は、移相発振回路のループに振動子を組み入れた自励発振型駆動回路による角速度センサが一般的になっている。このような角速度センサでは、振動子の共振周波数で自励発振するので、温度特性による感度変化が少なく、広温度範囲において感度の安定した角速度出力を得ることができる（例えば、特許文献１参照）。

図１０に示す従来の角速度センサは、三角柱状の恒弾性振動子１００の側面に、電極１０１ａ及び圧電体１０１ｂからなる第１の圧電素子１０１と、電極１０２ａ及び圧電体１０２ｂからなる第２の圧電素子１０２と、電極１０３ａ及び圧電体１０３ｂからなる第３の圧電素子１０３とがそれぞれ取り付けられた三角柱状の振動子１０４を備えている。例えば、恒弾性振動子１００は、恒弾性金属振動子である。

この従来の角速度センサは、第１の圧電素子１０１に接続された増幅器１０５と、増幅器１０５に接続された移相器１０６と、第２の圧電素子１０２及び第３の圧電素子１０３に接続された差動増幅器１０７と、差動増幅器１０７に接続された同期検波器１０８と、同期検波器１０８に接続されたローパスフィルタ１０９とを備えている。この従来の角速度センサにおいて、第２の圧電素子１０２及び第３の圧電素子１０３は、自励発振のために振動子１０４の振動を検出するとともに、振動子１０４に生じるコリオリ力を検出する。

このような三角柱状の振動子１０４を用いた角速度センサは、現在のところ最も感度が高く、主流となっている。しかしながら、このような角速度センサでは、構造が複雑なために、製造工程における量産効果を出すことが難しいという問題があった。例えば、三角形状に形成されている恒弾性振動子の一つ一つに圧電素子を接着する工程が必要になり、量産効果を出すことができないといった問題がある。また、小型化に伴い支持機構の精度や恒弾性金属振動子への圧電素子の接着精度が要求され、且つその接着による接着層の当該振動子に与える影響が増大するため、小型化による生産効率が悪く、コストアップが著しくなるという問題があった。

また、図１１に示す従来の角速度センサは、円柱状の圧電セラミック振動子１１０の側面に６つの電極１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６が印刷された振動子１１７を備えている。ここで、第１乃至第３の電極１１１，１１２，１１３はそれぞれ独立した電極とされ、第４乃至第６の電極１１４，１１５，１１６は共通のグランド電位に接続される。また、この角速度センサーは、第１の電極１１１に接続された増幅器１１８と、増幅器１１８に接続された移相器１１９と、移相器１１９に接続された加算機１２０と、第２及び第３の電極１１２，１１３に接続された差動増幅器１２１と、差動増幅器１２１に接続された同期検波器１２２と、同期検波器１２２に接続されたローパスフィルタ１２３とを備えている。この角速度センサーでは、第１の電極１１１に電圧を印加することにより、振動子１１７を振動させるとともに、第２及び第３の電極１１２，１１３によって、振動子１１７に生じるコリオリ力を検出する。

この従来の角速度センサでは、上述したように電極１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６が振動子１１７に印刷されているために、振動子１１７に圧電素子を接着する必要がなく、比較的にシンプルな構造となっている。しかしながら、この従来の角速度センサでは、特に小型化を図った場合に、圧電セラミック振動子１１０の製造、並びに当該圧電セラミック振動子１１０への電極の印刷を精度良く行うことが難しいという問題があった。

すなわち、この従来の角速度センサでは、円柱状の圧電セラミック振動子１１０を用いているが、三角柱状や四角柱状のものに比べて、円柱状の圧電セラミック振動子１１０を精度良く製造することは難しい。しかも、この角速度センサでは、曲面上に電極を精度良く印刷することは容易ではない。このように、この角速度センサでは、円柱状の圧電セラミック振動子１１０を用いるために製造が難しく、量産効果が期待できない構造となっており、たとえ量産したとしても低コスト化を図ることは難しい。

また、従来の角速度センサの振動子構造に加え、ユニモルフやバイモルフ型の振動子が広く使用されている。

ユニモルフやバイモルフ型の振動子においては、原材料の共通化によるコストダウンや加工性の安定化と精度向上、接着性や熱的特性変化による弊害圧縮を図る為に、ＰＺＴ（チタン酸ジルコニウム酸鉛）等の同一材料を組合せるのが一般的である。

特開２０００−１３１０７７号公報

しかしながら、ＰＺＴ等の圧電材料では、熱的な特性変化が非直線的であるため、基体にＰＺＴを使用すると、諸特性の温度変化を圧縮することが難しい。また、検出感度や周波数応答性に大きく寄与する離調度（横振動と縦振動の周波数差）を自由に設定したくとも、振動子の断面寸法と基体の材質で一義的に決定されるため、振動子形状の設計自由度が制限される傾向にあった。

また、同じＰＺＴ同士を積層して、基体が圧電性を持たない未分極状態（モノモルフ）の場合、振動子単体を自励発振させた場合の共振抵抗や同振動子を用いた角速度センサの感度の環境温度に対する特性変化が大きく、高温側に行くにつれて変化量が増大する傾向があった。このため、フィールド等の環境温度変化の多いところでも所定の性能を維持するためには、特性変化を電気回路により補正する必要があり、回路構成を簡略化したり部品点数を削減することは極めて困難であった。さらに、電気回路による補正を行うにしても、特性変化自体が非線形なために、完全に補正することは難しく、環境変化に対する特性変化許容度の狭い機種には、同振動子を用いた角速度センサを使用できない。

また、手振れ補正用の角速度センサは、ビデオカメラ等の画像出力装置を伴った機器に搭載されることが多く、同機器筐体内で飛び交う電磁波や振動等の干渉や相互作用を防ぐために、同振動子の発振周波数は所定の周波数範囲内に制御する必要がある。さらに、感度や周波数応答性と相関の強い離調度については、目的の値にするために、縦振動と横振動の周波数を別々に調整する必要があるが、初期状態の値が目的の値から大きくかけ離れた値では、調整自体が難しくなるばかりでなく、調整しきれなくなる恐れがある。

ここで、離調度とは、縦方向の共振周波数と横方向の共振周波数の差であり、離調度が小さい程感度は高くなる。

そこで、本発明は以上のような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、より簡単な構成で量産効果が期待でき、角速度センサとして本質的な特性を左右する振動子の寸法精度も比較的容易に満足できる検出感度に優れた角速度センサを提供することを目的としている。

本発明に係る角速度センサは、基体と圧電体とを積層してなる四角柱状の振動子を備え、上記圧電体はＰＺＴ（チタン酸ジルコニウム酸鉛）を主成分とする圧電セラミクスからなり、上記基体は上記圧電セラミクスの主成分であるＰＺＴと比べて、ヤング率と熱膨張係数が同等以下の物性値を持つＰＺＴ以外の材料からなることを特徴とする。

本発明に係る角速度センサにおいて、上記基体は、例えば、カーボンを主成分とする材料からなる。

本発明に係る角速度センサにおいて、上記基体は、例えば、アモルファスカーボンからなる。

本発明に係る角速度センサでは、上記圧電体の厚みと上記振動子の厚みとの比を０．１４〜０．２７の範囲内とする。

本発明に係る角速度センサでは、上記振動子の全幅と厚みとの比を１．０３０〜１．０５５の範囲内とする。

本発明に係る角速度センサは、上記圧電体の対向する一方の主面であって上記基体と接合される面に形成され、基準電位に接続される基準電極と、上記圧電体の対向する他方の主面に上記振動子の長手方向に沿って形成され、上記振動子を振動させるための信号が供給される少なくとも１つの駆動電極と、上記圧電体の対向する他方の主面に上記駆動電極を挟む形で互いに平行に形成され、上記振動子に生じるコリオリ力に応じた信号を出力するための少なくとも１対の検出電極とを備え、上記駆動電極と上記基準電極との間に電圧を印加して上記圧電体により上記振動子を振動させるとともに上記振動子に生じるコリオリ力を上記圧電体により検出し、上記検出電極から上記コリオリ力に応じた信号として角速度検出信号を出力する。

本発明に係る角速度センサでは、圧電体の主成分であるＰＺＴと比べて、ヤング率と熱膨張係数が同等以下の物性値を持つＰＺＴ以外の材料にて基体を構成したことによって、環境温度の変化の影響を受けにくい振動子を構成することができる。したがって、振動子単体の共振抵抗／センサ感度の温度変化を小さくすることができるとともに、その変化の形態が直線的になり補正を容易に行うことができる。

また、ＰＺＴ同士を組合せた場合よりも弾性変形しやすくなる為、振動子の幅寸法（Ｗ）と厚み寸法（Ｔ）の比（Ｗ／Ｔ）に対する離調度変化の度合いが小さくなり、結果的に振動子寸法に対する要求精度が緩和されるので、設計の自由度が高い。さらに、所定の離調度を得るための振動子断面の縦横比で横の割合が大きくなる形となり、電極面積を大きくすることができる。

また、本発明に係る角速度センサでは、上記圧電体の厚みと上記振動子の厚みとの比を０．１４〜０．２７の範囲内とすることによって、共振抵抗と発振周波数を一定の範囲内に圧縮できると共に、振動子を自励発振させるための駆動回路のフェイズマージンを確保できる。

また、本発明に係る角速度センサでは、上記振動子の全幅と厚みとの比を１．０３０〜１．０５５の範囲内とすることによって、振動子の寸法変化に対する周波数変化の度合いを低減でき、所定の離調度や発振周波数への調整が容易になる。

また、本発明に係る角速度センサは、ＰＺＴと同じセラミックス系の材料の組合せとなるため、同じ脆性材の複合物として砥石による切削・研磨加工が可能となり、量産性と加工精度の両立化が可能となる。

さらに、圧電素子と基体素子を積層した非常にシンプルな構造により構成されることから、本発明に係る角速度センサは、小型化を進めても精度を損なわず量産効果も期待でき、コストパフォーマンスが高い。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。

図１は本発明を適用した角速度センサ１に備えられる振動子１ａの外観斜視図であり、また、図２は上記角速度センサ１を使用するための回路の一例を示すブロック図である。

この実施の形態における角速度センサ１は、図１及び図２に示すように、振動ジャイロとして動作する振動子１ａを備えている。

振動子１ａは、基体２と圧電体３とを積層してなり、長手方向に対して垂直な平面で切断したときの断面の形状（以下、単に断面形状と称する）が矩形となる四角柱状に形成されている。

この振動子１ａの圧電体３は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコニウム酸鉛）を主成分とする圧電セラミックスからなり、通常、分極処理により生成されている。

また、基体２は、上記圧電体３を構成する圧電セラミクスの主成分であるＰＺＴと比べて、ヤング率と熱膨張係数が同等以下の物性値を持つＰＺＴ以外の材料、例えばアモルファスカーボンあるいはグラファイトを主成分とする化合物からなる。

ここで、各種材料の物性値の比較結果を図３に示すように、圧電セラミクスの主成分であるＰＺＴ（ＢＺ２７Ｍ５材）はヤング率が１０３ＧＰａで熱膨張係数が３２×１０^−７〜３５×１０^−７であるのに対し、アモルファスカーボンはヤング率が３０〜３３ＧＰａで熱膨張係数が３０×１０^−７であり、また、グラファイトはヤング率が１４ＧＰａで熱膨張係数が３２×１０^−７であり、アモルファスカーボンやグラファイト材料は、圧電セラミックスの主成分であるＰＺＴと比べヤング率と熱膨張係数等の物性値が同等以下の値となっている。

圧電体３には、その対向する一方の主面３Ａであって上記基体と接合される面に基準電極３ａが形成されている。さらに、この圧電体３には、その対向する他方の主面３Ｂに、駆動電極３ｂと、この駆動電極３ｂを挟む形で１対の検出電極３ｃ_１，３ｃ_２が、上記振動子１ａの長手方向に沿って互いに平行に分割されて形成されている。

この角速度センサ１において、圧電体３の厚さは基体２の厚さより薄く、例えば、圧電体３の厚さを０．２ｍｍ、基体２の厚さを０．８ｍｍとしている。

この角速度センサ１は、上記基体２と圧電体３とを積層して接合なる振動子１ａの上記圧電体３の対向する一方の主面３Ａに設けられている基準電極３ａと他方の主面３Ｂに設けられている駆動電極３ｂとの間に電圧を印加することにより上記振動子１ａを振動させるとともに上記振動子１ａに生じるコリオリ力を圧電体３により検出し、上記他方の主面３Ｂに設けられている検出電極３ｃ_１，３ｃ_２から上記コリオリ力に応じた信号として角速度検出信号を出力する。

この実施の形態における角速度センサ１では、上記圧電体３の主面と対向する上記基体２が導電体であるアモルファスカーボンを用いているので、２つの主面２Ａ、２Ｂ間を電気的に接続する必要がなく、単純に上記基体２と圧電体３が積層された振動子１ａを構成している。なお、上記基体２の全周面に導電性材料をメッキして電極を形成するようにしても良い。

そして、この角速度センサ１は、上記圧電体３の他方の主面３Ｂに形成された駆動電極３ｂと１対の検出電極３ｃ_１，３ｃ_２から、各々端子Ａ，Ｂ，Ｃが導出されているとともに、上記圧電体３の一方の主面３Ａに形成された基準電極３ａと導通する上記基体２の主面２Ａに設けられた端子Ｄが導出されている。

この角速度センサ１の圧電体３は、振動駆動機能及びその振動を検出する機能を合わせ持っている。これにより、角速度センサ１は、振動駆動機能により振動しているときに振動子１ａが回転することによって生じたコリオリ力を検出機能により検出する。

すなわち、この角速度センサ１は、図２に示すように、上記１対の検出電極３ｃ_１，３ｃ_２から導出された端子Ｂ，Ｃに加算器１０と差動増幅器１３が接続され、また、上記加算器１０の加算出力が増幅器１１により増幅されて供給される移相器１２の出力端が上記駆動電極３ｂから導出された端子Ａに接続されることにより、これらが振動子１ａを振動させる振動駆動部として機能するようになっている。なお、上記圧電体３の一方の主面３Ａに形成された基準電極３ａと導通する上記基体２の主面２Ａから導出されている端子Ｄは、所定の電位を持つ基準電圧端子に接続されている。

この角速度センサ１では、上記加算器１０、増幅器１１、移相器１２及び振動子１ａによって所謂移相発振回路を構成しており、この移相発振回路によって振動子１ａを自励振動させる。この自励振動による振動子１ａの振動方向は、駆動電極３ｂが設けられている圧電体３の主面３Ｂに対して垂直な方向であり、以下、単に振動方向と称する。

また、この角速度センサ１では、上記１対の検出電極３ｃ_１，３ｃ_２から導出された端子Ｂ，Ｃに接続された上記加算器１０及び上記差動増幅器１３の出力端が、同期検波器１４に接続され、この同期検波器１４がローパスフィルタ１５に接続されており、これらと圧電体３が、振動子１ａの回転を検出する検出部として機能する。

すなわち、角速度センサ１では、振動子１ａを振動方向に振動させているときに、振動子１ａが回転することによって当該振動子１ａに生じたコリオリ力を、圧電体３によって検出し、検出電極３ｃ_１，３ｃ_２から互いに逆極性の信号として出力し、差動増幅器１３に入力する。そして、差動増幅器１３にて増幅された出力は、同期検波器１４に入力され、同期検波が行われる。このとき、同期検波器１４には、同期検波を行うために、加算器１０からの出力が同期信号として供給される。そして、同期検波器１４からの出力が、ローパスフィルタ１５を介して、振動子１ａに生じたコリオリ力を検出することにより得られた角速度信号として出力される。

以上のように、この角速度センサ１では、圧電体３を用いて振動子１ａを振動させるとともに、そのときに振動子１ａに生じるコリオリ力を当該圧電体３によって検出し、この圧電体３によって検出されたコリオリ力に基づいて角速度を検出することができる。

このような構造の角速度センサ１では、同一面に検出電極３ｃ_１，３ｃ_２と駆動電極３ｂが配されているので、図４（Ａ）に示すように、導電性材料をメッキすることにより全周面に電極を形成した基体の母体であるウェハ２０と両面電極メッキを施すことにより各電極を形成した圧電体の母体であるウェハ３０とを積層させてこれらを接着し、図４（Ｂ）に示すように、溝入れと切断を行い、四角柱状として個々に切り出すことにより、図４（Ｃ）に示すように、振動子１ａを製造することができる。このような工程により製造される振動子１ａは、非常に精度が高く、かつ超小型化が可能となる。さらに量産効果も得やすい構造とされる。また、圧電体の接着位置ずれといった問題も解決することができる。また、基体は、上記圧電体と略同様の切削加工性を有していることから、基体のウェハと圧電体のウェハとから上述したように、振動子としての切り出しが容易とされる。

さらに、従来のように、恒弾性金属振動子に圧電素子を接着したり、曲面に電極を印刷するといった難しい工程を設ける必要がなくなる。

この角速度センサ１では、上記圧電体３の対向する一方の主面３Ａであって上記基体２と接合される面に基準電極３ａが形成されているが、上記基体２に導電性があるため、上記圧電体３の主面３Ａと対向する上記基体２の主面２Ｂを単純に接合することで、圧電体３に効率よく駆動電界を印加することが可能になり、感度向上を図ることが可能になる。

また、当然、小型化に伴って技術的な難しさが増し、精度を確保することが困難になると考えられるが、既にＬＳＩやヘッド加工などで確立されている微細加工技術を応用することにより、このような問題はクリアできる。従って、高精度の寸法精度が得られるため、振動子の周波数調整も簡略化することが可能になる。

また、自励発振型駆動回路を応用することにより、非常に簡単な回路によって高精度な角速度センサ１を構成することができる。

そして、この角速度センサ１は、自励発振型なので、他励発振型の角速度センサのように温度特性の影響によって感度が低下してしまうようなこともない。

ここで、この角速度センサ１の環境温度の変化に対する感度の変化特性の実測結果を図５に示す。この図５において、特性Ａ１は、圧電体３を構成する圧電セラミクスの主成分であるＰＺＴと比べてヤング率と熱膨張係数が同等以下の材料（アモルファスカーボン）にて基体２を構成した角速度センサ１の特性を示し、特性Ｂ１は、基体２をＰＺＴにて構成した場合の特性を示している。

この図５からも明らかなように、圧電体３を構成する圧電セラミクスの主成分であるＰＺＴと比べてヤング率と熱膨張係数が同等以下の材料（アモルファスカーボン）にて基体２を構成することによって、環境温度の変化の影響を受けにくい振動子１ａを構成することができる。

また、この振動子１ａは、図６に示す特性Ａ２のように、基体２をＰＺＴにて構成した場合の特性Ｂ２と比較して、振動子単体の共振抵抗の温度変化を小さくすることができ、また、その変化の形態が直線的になるので補正を容易に行うことができる。

また、この角速度センサ１における振動子１ａの断面縦横比と離調度の関係を図７に示す。なお、離調度とは、縦方向の共振周波数と横方向の共振周波数の差であり、離調度が小さい程感度は高くなる。

この図７において、特性Ａ３は、圧電体３を構成する圧電セラミクスの主成分であるＰＺＴと比べてヤング率と熱膨張係数の物性値が同等以下の材料（アモルファスカーボン）にて基体２を構成した角速度センサ１の特性を示し、特性Ｂ３は、基体をＰＺＴにて構成した場合の特性を示している。

この図７中に離調度０±２００Ｈｚに対応する振動子１ａの縦横比の範囲を黒枠にて囲んで示してあるように、この角速度センサ１では、振動子１ａの全幅と厚みとの比、すなわち断面縦横比を１．０３０〜１．０５５の範囲内とすることによって離調度を０近傍とすることができ、初期状態でこの範囲に抑えることによって離調度を容易に且つ確実に調整することができる。

なお、この角速度センサ１では、同一面に形成された駆動電極３ｂと検出電極３ｃ_１，３ｃ_２の振動子１の幅方向の電極寸法Ｗ１，Ｗ２を、図８に示すように、検出電極３ｃ_１，３ｃ_２と駆動電極３ｂとで異ならしめることによって、検出特性を最適化することができる。すなわち、駆動電極３ｂの形状や寸法を調整することで駆動効率を調整することができ、また、検出電極３ｃ_１，３ｃ_２の形状や寸法を調整することで検出効率を調整が可能になる。

さらに、この実施の形態における角速度センサ１において、圧電体３の厚さＴ１は基体２の厚さＴ２より薄く、例えば、圧電体３の厚さＴ１を０．２ｍｍ、基体２の厚さを０．８ｍｍとしているが、上記圧電体３の厚みＴ１と上記振動子１ａの厚みＴ０との比を変えて、振動子１ａの発振周波数及びその駆動回路の移相器の調整許容量を測定したところ、図９に示すような結果が得られた。上述の如き構造の角速度センサ１では、上記圧電体３の厚みＴ１と上記振動子の厚みＴ０との比を０．１４〜０．２７の範囲内、具体的には、振動子１ａの厚みＴ０が０．９ｍｍ〜１．１ｍｍに対して、圧電体３の厚みＴ１を０．１５ｍｍ〜０．２５ｍｍの構成にすることで、共振抵抗と発振周波数を一定の範囲内に圧縮できるとともに、振動子１ａを自励発振させるための駆動回路のフェイズマージンを確保できる。さらに、振動子１ａの寸法変化に対する周波数変化の度合いを低減できることにより、所定の離調度や発振周波数への調整が容易になる。

以上の説明から明らかなように、この角速度センサ１は、非常にシンプルな構造を有し、小型化を進めても、精度を損なわず、量産効果も期待でき、コストパフォーマンスが高く、高感度のものとなる。また、角速度センサ１は、低コスト化、小型化、高感度化をさらに推進することを可能にするので、ビデオカメラ、バーチャルリアリティ装置等のさらなる小型化・ハイコストパフォーマンスの要求に応えることができる。

本発明を適用した角速度センサに備えられる振動子の外観斜視図である。上記角速度センサを使用するための回路の一例を示すブロック図である。各種材料の物性の比較結果を示す図である。上記角速度センサの製造方法の一例を示す図である。上記角速度センサの環境温度の変化に対する感度の変化特性の実測結果を示す図である。上記角速度センサにおける振動子単体の共振抵抗の温度依存性を示す図である。上記角速度センサにおける振動子の断面縦横比と離調度の関係を示す図である。上記角速度センサにおける振動子の断面図である。上記角速度センサにおける圧電体の厚みと振動子の厚みとの比を変えて、振動子の駆動回路の移相器の調整許容量を測定した結果を示す図である。従来の角速度センサの一例を示す図であり、（ａ）は当該角速度センサの全体構成を示す図であり、（ｂ）は振動子の部分を示す斜視図であり、（ｃ）は振動子の中央部分における断面を示す断面図である。従来の角速度センサの一例を示す図であり、（ａ）は当該角速度センサの全体構成を示す図であり、（ｂ）は振動子の部分を示す斜視図であり、（ｃ）は振動子の中央部分における断面を示す断面図である。

符号の説明

１角速度センサ、１ａ振動子、２基体、２Ａ，２Ｂ主面、３圧電体、３Ａ，３Ｂ主面、３ａ基準電極、３ｂ駆動電極、３ｃ_１，３ｃ_２検出電極、１０加算器、１１増幅器、１２移相器、１３差動増幅器、１４同期検波器、１５ローパスフィルタ、２０，３０ウェハ

Claims

基体と圧電体とを積層してなる四角柱状の振動子を備え、
上記圧電体はＰＺＴ（チタン酸ジルコニウム酸鉛）を主成分とする圧電セラミクスからなり、上記基体は、上記圧電セラミクスの主成分であるＰＺＴと比べて、ヤング率と熱膨張係数が同等以下の物性値を持つＰＺＴ以外の材料からなることを特徴とする角速度センサ。
上記基体は、カーボンを主成分とする材料からなることを特徴とする請求項１記載の角速度センサ。
上記基体は、アモルファスカーボンからなることを特徴とする請求項２記載の角速度センサ。
上記圧電体の厚みと上記振動子の厚みとの比を０．１４〜０．２７の範囲内としたことを特徴とする請求項１記載の角速度センサ。
上記振動子の全幅と厚みとの比を１．０３０〜１．０５５の範囲内としたことを特徴とする請求項１記載の角速度センサ。
上記圧電体の対向する一方の主面であって上記基体と接合される面に形成され、基準電位に接続される基準電極と、
上記圧電体の対向する他方の主面に上記振動子の長手方向に沿って形成され、上記振動子を振動させるための信号が供給される少なくとも１つの駆動電極と、
上記圧電体の対向する他方の主面に上記駆動電極を挟む形で互いに平行に形成され、上記振動子に生じるコリオリ力に応じた信号を出力するための少なくとも１対の検出電極とを備え、
上記駆動電極と上記基準電極との間に電圧を印加して上記圧電体により上記振動子を振動させるとともに上記振動子に生じるコリオリ力を上記圧電体により検出し、上記検出電極から上記コリオリ力に応じた信号として角速度検出信号を出力することを特徴とする請求項１記載の角速度センサ。