JP2007017224A - ジャイロセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 感度に優れると共に、容易に形成できるジャイロセンサを形成すること。
【解決手段】 支持枠１と、支持枠１の内側に配置された基部２との間を第１乃至第４の梁３,４,５,６で連結する。第１の梁３と第２の梁４を、基部２を介して同一直線上に配置し、第３の梁５と第４の梁６を、基部２を介して同一直線上に配置する。また、第１の梁３と第３の梁５を平行に配置する。基部２を介して同一直線上に位置すると共に、基部２の側面から突出するように第１および第２の振動子支持軸８,９を形成する。第１振動子支持軸８の先端に第１振動子１１を固定し、第２振動子支持軸９の先端に第２振動子１２を固定する。基部２の表面上に基部２の変位の変位を検出する変位検出部１３を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、振動によって角速度を検知する振動型ジャイロセンサに関する。

近年、ジャイロセンサは、カムコーダやデジタルスチルカメラの手ぶれ検知、自動車等の運動検知をはじめとして、ロボット技術やバーチャルリアリテイ技術等にも用いられ、益々その使用対象が拡大してきている。また、携帯電話等に代表されるモバイル機器には、小型カメラが搭載されるようになり、更に、ズーム機構までも搭載されるようになってきている。このことから、今後、手ぶれ補正機構を携帯電話用カメラへ搭載することも間近であると考えられる。ここで、カムコーダ等と比較してサイズが小さい携帯電話においては、カムコーダ等と比較して、より小型のジャイロセンサが必要になる。

図１１は、特開平１１−２４８４６５号公報（特許文献１）に記載されているジャイロセンサを示す図である。

このジャイロセンサは、第１の振動系１４４ａ,１４４ｂ,１４４ｃ,１４４ｄと、第２の振動系１４６ａ,１４６ｂ,１４６ｃ,１４６ｄとを有している。第１の振動系１４４ａ,１４４ｂ,１４４ｃ,１４４ｄは、基部１５０の周縁部から突出する支持部と、支持部の先端側から支持部に直交する方向に延びる屈曲振動片とからなっている。上記第１の振動系１４４ａおよび１４４ｂは、支持部を共有すると共に、第１の振動系１４４ｃおよび１４４ｄは、支持部を共有している。上記第１の振動系１４４ａ,１４４ｂ,１４４ｃ,１４４ｄの夫々の振動の重心は、所定面内で振動する面内振動成分を含んでいる。一方、上記第２の振動系１４６ａ,１４６ｂ,１４６ｃ,１４６ｄは、直方体の基部１５０の対向する端面の縁部から突出している。上記第２の振動系１４６ａ,１４６ｂ,１４６ｃ,１４６ｄの夫々は、基部１５０を介して連結している。また、上記第２の振動系１４６ａ,１４６ｂ,１４６ｃ,１４６ｄの夫々は、基部平面に対して垂直な方向に振動する面垂直振動成分を含んでいる。上記屈曲振動片の夫々に、駆動電極を設けていると共に、記第２の振動系１４６ａ,１４６ｂ,１４６ｃ,１４６ｄの夫々に検出電極を設けている。

上記従来のジャイロセンサは、上記駆動電極に交流電圧を印加することにより、第１の振動系を振動させ、第２の振動系の振動を検出電極によって検出することにより、第１および第２の振動子に垂直な平面の回転に対するジャイロモーメントを検出している。上記従来のジャイロセンサは、上記のように、第１の振動系と第２の振動系とを分離形成することにより、ノイズ振動を低減し、Ｓ／Ｎ比を向上するようにしている。

しかしながら、上記従来のジャイロセンサでは、第２の振動子系を片持ち梁で形成しているため、第２の振動系の厚さ方向の強度が弱く、第２の振動子系が厚さ方向の力によって破損し易いという問題がある。したがって、第２の振動子系の側面への変形検知用電極の形成が難しいという問題がある。
特開平１１−２４８４６５号公報

そこで、本発明の課題は、感度に優れると共に、容易に形成できるジャイロセンサを形成することにある。

上記課題を解決するため、この発明のジャイロセンサは、
支持枠と、
上記支持枠の内側に配置された板状の基部と、
上記基部の側面と上記支持枠の内面とを連結している第１の梁と、
上記基部の側面と上記支持枠の内面とを連結すると共に、上記第１の梁と同一直線上に位置する第２の梁と、
上記基部の側面と上記支持枠の内面とを連結すると共に、上記第１の梁と略平行に配置された第３の梁と、
上記基部の側面と上記支持枠の内面とを連結すると共に、上記第３の梁と同一直線上に位置する第４の梁と、
上記基部の側面から突出すると共に、上記第１の梁と略平行な第１振動子支持軸と、
上記基部の側面から突出すると共に、上記第２の梁と略平行な第２振動子支持軸と、
上記第１振動子支持軸の先端に固定された第１振動子と、
上記第２振動子支持軸の先端に固定された第２振動子と、
上記基部の変位または上記第１乃至第４の梁のうちの少なくとも一つの変位を検出する変位検出部と
を備えることを特徴としている。

本発明によれば、変位検出部を梁の側面や基部の側面に形成する必要がなく、変位検出部を梁の上面や基部の上面へ形成することができる。したがって、簡単安価な加工法であるシリコン加工を用いて変位検出部を簡便に形成することができて、簡単安価にジャイロセンサを製造することができる。

また、本発明によれば、梁の両端が固定される形式であるので、機械強度を大きくすることができる。

また、一実施形態のジャイロセンサは、上記第１振動子支持軸と上記第２振動子支持軸は、同一直線上に位置している。

上記実施形態によれば、上記第１振動子支持軸と上記第２振動子支持軸は、同一直線上に位置しているので、角速度による基部または梁の変位を、上記板状の基部の表面の略法線方向に限定することができて、上記基部または上記梁の変位を正確に検出できる。

また、一実施形態のジャイロセンサは、上記第１振動子支持軸は、上記第１の梁と上記第３の梁に挟まれていると共に、上記第２振動子支持軸は、上記第２の梁と上記第４の梁に挟まれている。

上記実施形態によれば、上記第１および第２振動子支持軸を安定させることができて、上記基部または上記梁の変位を更に正確に検出できる。

また、一実施形態のジャイロセンサは、上記第１振動子が、上記第１振動子支持軸に対して略垂直方向に延在し、かつ、上記第２振動子が、上記第２振動子支持軸に対して略垂直方向に延在している。

上記実施形態によれば、軸力を最も大きくすることができて、感度を最も高くすることができる。

また、一実施形態のジャイロセンサは、上記変位検出部が、上記第１乃至第４の梁のうちの少なくとも一つに固定されている。

上記実施形態によれば、上記変位検出部が、上記第１乃至第４の梁のうちの少なくとも一つに固定されているので、ジャイロセンサをコンパクトにすることができる。

また、一実施形態のジャイロセンサは、上記変位検出部が、ピエゾ抵抗である。

上記実施形態によれば、上記変位検出部が、安価なピエゾ抵抗であるので、ジャイロセンサの製造コストを低減できる。

また、一実施形態のジャイロセンサは、上記第１乃至第４の梁が、上記基部の側面における上記基部の厚さ方向の略中央から延在している。

上記実施形態によれば、基部の厚さと梁の厚さとに相関がないので、基部の厚さを梁の厚さに無関係に厚くすることができて、ジャイロセンサの強度を大きくすることができる。また、梁の変形方向の差異を検出することによって、加速度と角速度とを容易に分離でき、角速度を正確に検出できる。

本発明のジャイロセンサによれば、変位検出部を梁の側面や基部の側面に形成する必要がなくて、変位検出部を梁の上面や基部の上面へ形成することができるので、簡単安価な加工法であるシリコン加工を用いて変位検出部を簡便に形成することができて、簡単安価にジャイロセンサを製造することができる。

また、本発明のジャイロセンサによれば、梁の両端が固定される形式であるので、機械強度を大きくできる。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態のジャイロセンサの上面図である。

このジャイロセンサは、支持枠１と、基部２と、第１の梁３、第２の梁４、第３の梁５および第４の梁６と、変位検出部１３とを備える。図１において、上記支持枠１は、外縁および内縁が略長方形状になっている。また、基部２は、略正方形状をしており、支持枠１の内側の略中央に配置されている。上記基部２の対向する一対の縁は、支持枠１における長手方向に延びている内縁部分に略平行になっている。第１乃至第４の梁３,４,５,６は、同一の形状を有している。上記第１乃至第４の梁３,４,５,６の夫々は、基部２を支持枠１に連結している。

上記第１乃至第４の梁３,４,５,６の夫々は、支持枠１における長手方向に延びている内縁部分に略平行になっている。支持枠１の長手方向をｘ方向とし、支持枠の幅方向をｙ方向と定義したとき、第１の梁３および第２の梁４は、ｘ方向に延びる略同一直線上に配置され、同様に、第３の梁５および第４の梁６も、ｘ方向に延びる略同一直線上に配置されている。また、第３の梁５は、第１の梁３をｙ方向に平行移動した位置に配置され、第４の梁６は、第２の梁４をｙ方向に平行移動した位置に配置されている。

第１の梁３と第３の梁５に囲まれる基部２の側面の略中央に、基部２よりｘ方向に突出する振動子支持軸８を設けると共に、第２の梁４と第４の梁６に囲まれる基部２の側面の略中央に、基部２よりｘ方向に突出する振動子支持軸９を設けている。また、上記振動子支持軸８の先端に、略ｙ方向に延びる振動子１１を形成していると共に、振動子支持軸９の先端に、略ｙ方向に延びる振動子１２を形成している。振動子１１と振動子１２とは、ｙ軸１０（基部２の中心を通るｙ方向の軸）に対して略線対称に配置されている。また、上記振動子１１,１２の夫々は、ｘ軸（基部２の中心を通るｘ方向の軸）に対して略対称な形状をしている。

ｙ軸１０に対称に形成された振動子１１,１２の夫々は、図示しない駆動手段、例えば、静電吸引力を利用した駆動手段等によって力が付与されて、ある周波数でｙ軸１０に対称に図１に矢印ａまたは矢印ｂで示す方向に振動するようになっている。図１は、上記振動子１１,１２が、図示しない駆動手段によってｘ方向に反っている状態を示している。また、二点鎖線で示したものは、それとは逆向きに反った状態を示している。振動子１１,１２の夫々は、図１に実線で示されている状態と、二点鎖線で示されている状態とを繰り返すように振動するようになっている。

図２〜３は、図１のＡＡ線断面図であり、角速度の検出を説明するための図である。詳細には、図２は、図１にωで示す角速度が発生した時の図１のＡＡ線断面図を示す図であり、図３は、図１にωで示す角速度が発生した直後の図１のＡＡ線断面図を示す図である。また、図４は、図１にωで示す角速度が発生した直後の図１のＢＢ線断面図を示す図である。

図１および図２に示すように、上記変位検出部１３は、ｙ軸１０に対して対称になるように、基部２の表面に形成された電極１４および１５と、キャップ２０の内側における電極１４に対向する部分に形成された電極２１と、キャップ２０の内側における電極１５に対向する部分に形成された電極２２とを有する。

上記電極１４、１５、２１および２２は、全て略同じ表面形状および同じ表面積を有している。電極１４と電極２１とは第１コンデンサを構成し、電極１５と電極２２とは第２コンデンサを構成している。第１、第２コンデンサの夫々には、図示しない容量検出器が接続されている。第１、第２コンデンサおよび第１、第２コンデンサの夫々に接続されている容量検出器は、変位検出部を構成している。

このジャイロセンサは、コンデンサの容量の変動を検出することによって、コンデンサの電極間距離の変動、すなわち、基部２の傾きを検出し、角速度を検知するようになっている。以下に、この発明のジャイロセンサの動作説明について説明する。

先ず、定性的な説明を行う。図１に示すように、振動子１１,１２が図示しない駆動手段によってｙ軸１０に対称に変形（変位）して振動していると共に、ｙ軸１０の回りに角速度が発生していない時には、振動子１１,１２の変形によって左右の振動子支持軸８,９には、振動子支持軸８,９の延在方向に平行な図１にＦｓで示す軸力が作用している。この振動子支持軸８,９の延在方向に平行な軸力Ｆｓは、地球の自転に起因するコリオリ力よりも格段に大きな力になっている。

例えば、振動子１１,１２として、単結晶シリコン材料で５０μｍ□の断面を有し、片側の長さが２５０μｍである振動子を用いた場合、振動子１１,１２の先端部が、たかだか１μｍの変形でも、軸力Ｆｓは、０.０１７Ｎと非常に大きな力になるのに対し、コリオリ力は、この軸力に対して１０^−１０〜１０^−１１オーダーの非常に小さい値である。このため地球の自転に起因するコリオリ力は、無視できる。

また、左右の振動子１１,１２が同一面内でｙ軸１０に対して対称に作用しているため、互いの軸力は相反して、基部２および梁３,４,５,６には何の変化も与えず、外観上何の変化も生じない。したがって、基部２が傾くことがなくて、第１および第２コンデンサの極板間距離が変化することもないので、コンデンサ容量の変化はなく、角速度ωが検出されることがない（角速度ωは０の値を示す）。

一方、ｙ軸１０方向に角速度ωが作用した場合、振動子１１,１２が振動駆動しているために、振動子１１,１２の質量ｍ、振動子１１,１２の移動速度ｖおよび振動子１１,１２の角速度ωに比例したコリオリ力Ｆｃが、左右の振動子支持軸８,９に対して逆向きに作用する。例えば、ｙ軸１０方向に図２に示す角速度ωが作用すると、振動子支持軸８には上向きのコリオリ力Ｆｃが作用し、振動子支持軸９には、下向きにコリオリ力Ｆｃが作用する。そして、このコリオリ力Ｆｃによって、右側の振動子支持軸８は上向きに曲げられ、左側の振動子支持軸９は下向きに曲げられる。

すなわち、角速度ωが発生しない時には、軸力Ｆｓは同一面内で作用し、ｙ軸１０に対して左右で互いに相反するように作用していたが、図２に示すような角速度ωが生じた場合、この角速度ωに起因するコリオリ力Ｆｃによって、右側の振動子支持軸８は上向きに曲げられると共に、左側の振動子支持軸９は下向きに曲げられ、コリオリ力が同一面内で作用しているという条件が崩れる。そして、図２および３に示すように、振動子支持軸９と水平面との傾斜角をθとしたとき、振動軸８,９の延在方向に作用する軸力Ｆｓのｓｉｎθ成分であるＦｓｚが基部２に生じ、基部２に偶力が作用することになる。このＦｓｚに起因して基部に作用するトルクの腕の長さは、図１にＲで示す基部２のX方向の長さの半分であり、Ｆｓｚ×Ｒの回転トルクによって基部２を回転させることとなる。

この時、図４に示すように、支持枠１と基部２とを連結している梁３,４,５,６が、基部２から力を受けて変形する。また、この変形に起因して基部２およびキャップ２０に設けた第１および第２コンデンサの極板距離が変動して、第１および第２コンデンサの静電容量が変化する。このことから、上記容量検出器で第１および第２コンデンサの静電容量の変化を検出することによって、角速度ωを検出することができるのである。

次に定量的な説明を行う。振動子１１,１２の振幅をａとし、振動子１１,１２を駆動してから時刻ｔ経過した時の移動角度をω×ｔとすると、振動子１１,１２の移動速度ｖは、ｖ=ａ×ｓｉｎ（ω×ｔ）と表すことができ、コリオリ力Ｆｃは、振動子１１,１２の質量をｍとしたとき、Ｆｃ=２×ｍ×ω×ｖとなる。また、振動子支持軸８,９の撓み角θ（図２および図３参照）は、コリオリ力Ｆｃに比例し、比例定数をｋ１とすると、θ=ｋ１×Ｆｃ=ｋ１×２×ｍ×ω×ａ×ｓｉｎ(ω×ｔ)と表すことができる。

一方、振動子支持軸８,９に作用する軸力Ｆｓは、振動子１１,１２の撓みをδとし、振動子１１,１２のバネ定数をｋ２とすると、Ｆｓ=ｋ２×δで表すことができる。振動１１,１２の撓みδは、振動子１１,１２の移動速度を積分したものであるので、δ＝(−ａ／ω）×ｃｏｓ（ω×ｔ）で表すことができ、軸力Ｆｓは、Ｆｓ＝ｋ２×(−ａ／ω）×ｃｏｓ（ω×ｔ）で表すことができる。

ここで、Ｆｓｍａｘ=ｋ２×（−ａ／ω）とすると、Ｆｓ＝Ｆｓｍａｘ×ｃｏｓ（ω×ｔ）であり、上記Ｆｓｚは、Ｆｓｚ=Ｆｓｍａｘ×ｃｏｓ（ω×ｔ）×ｓｉｎθと表すことができる。５%の誤差を許容するとθが３０°以下の時、ｓｉｎθ≒θとできるので、軸力Ｆｓのｓｉｎθ成分であるＦｓｚを、Ｆｓｚ=Ｆｓｍａｘ×ｃｏｓ(ω×ｔ)×θ=Ｆｓｍａｘ×ｃｏｓ(ω×ｔ)×ｋ１×２×ｍ×ω×ａ×ｓｉｎ(ω×ｔ)と表現することができる。

ここで、ｋ１×２×ｍ×ω×ａ／２=ｋ３(定数)とすると、２ｃｏｓ（ω×ｔ）ｓｉｎ（ω×ｔ）＝ｓｉｎ｛２（ω×ｔ）｝の公式を使って、Ｆｓｚ=ｋ３×Ｆｓｍａｘ×ｓｉｎ{２(ω×ｔ)}となる。したがって、軸力Ｆｓのｓｉｎθ成分であるＦｓｚの振幅は、コリオリ力に比べて１０^１０〜１０^１１程度も大きい軸力Ｆｓｍａｘに比例した大きな力になり、その周波数は振動子１１,１２の周波数の２倍となる。このようなＦｓｚによって基部２は回転力を受けることとなる。ところで、基部２は、コリオリ力Ｆｃの下向きのモーメントと軸力Ｆｓのｓｉｎθ成分であるＦｓｚのモーメントの差で回転することになるが、コリオリ力Ｆｃのモーメントの腕の長さは、Ｆｓｚによるモーメントの腕の長さＲのせいぜい数倍程度であり、結局、基部２を、軸力Ｆｓｍａｘに起因する大きな回転モーメントで回転させることができる。

上記第１実施形態のジャイロセンサによれば、振動子１１,１２が振動子支持軸８,９に対して垂直に配置されている、すなわち、振動子１１が振動子支持軸８に垂直に配置されていると共に、振動子１２が振動子支持軸９に垂直に配置されているので、最も大きな軸力を発生させることができて、ジャイロセンサの感度を最も高くすることができる。したがって、角速度の測定を正確に行うことができる。尚、振動子支持軸と振動子とのなす角を（９０−３０）度以上（９０＋３０）度以下に設定すると、振動子支持軸と振動子とのなす角が９０度のときと比較して、８５%以上の軸力を出すことができる一方、この角度の範囲外の領域では、軸力が急激に減少する。このため、振動子支持軸と振動子とのなす角は、（９０−３０）度以上（９０＋３０）度以下に設定されることが好ましく、更に、この範囲内において９０度近傍の角度になることが好ましい（振動子が振動子支持軸に対して略垂直になっていることが好ましい）。

図５は、本発明の第２実施形態のジャイロセンサの上面図である。

第２実施形態のジャイロセンサは、変位検出部が基部２上ではなくて梁３,４,５,６上に形成されている点が、第１実施形態のジャイロセンサと異なる。

第２実施形態のジャイロセンサでは、第１実施形態のジャイロセンサの構成部と同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略することにする。また、第２実施形態のジャイロセンサでは、第１実施形態のジャイロセンサと共通の作用効果および変形例については説明を省略することにし、第１実施形態のジャイロセンサと異なる構成、作用効果および変形例についてのみ説明を行うことにする。

第２実施形態では、基部２の上面および図示しないキャップに電極が形成されない構成が第１実施形態と異なる一方、それ以外の構成については、第１実施形態と同様な構成となっている。

図５に示すように、梁３の上面の支持枠１側の端部には、矩形の表面を有する圧電体５０が形成され、梁３の上面の基部２側の端部には、矩形の表面を有する圧電体５１が形成されている。また、梁４の上面の基部２側の端部には、矩形の表面を有する圧電体５２が形成され、梁４の上面の支持枠１側の端部には、矩形の表面を有する圧電体５３が形成されている。また、梁５の上面の支持枠１側の端部には、矩形の表面を有する圧電体５４が形成され、梁５の上面の基部２側の端部には、矩形の表面を有する圧電体５５が形成されている。また、梁６の上面の基部２側の端部には、矩形の表面を有する圧電体５６が形成され、梁６の上面の支持枠１側の端部には、矩形の表面を有する圧電体５７が形成されている。上記圧電体５０〜５７は、変位検出部を構成している。

角速度の不作用時には、上記第１実施形態で記述したように、図５にＦｓで示す互いに反対向きで、かつ、同じ大きさの軸力が発生して、梁２,３,４,５が変形することがない一方、角速度作用時には、上記第１実施形態で記述したように、基部２２が傾くことになる。

図６は、図４に対応する第２実施形態のジャイロセンサの図であり、図５にωで示す角速度が発生した直後の図５のＤＤ線断面図を示す図である。

図５にωで示す角速度が発生した直後（コリオリ発生直後）においては、上記第１実施形態で説明したように、梁５,６は、図６に示すように変位する（図４参照）。すると、梁３,４,５,６の上面に貼り付けられた圧電体５０〜５７がその変位量を検出し、この変位量と相関がある角速度を検出するようになっている。

第２実施形態のジャイロセンサによれば、変位検出部である圧電体５０〜５７が、第１乃至第４の梁３〜６に固定されているので、変位検出部が基部に固定されている場合と比較してジャイロセンサをコンパクトにすることができる。

尚、上記第２実施形態では、変位検出部として圧電体５０〜５７を採用したが、この発明では、変位検出部としてピエゾ抵抗や金属箔等、圧電体以外の歪みゲージを採用しても良い。変位検出部として高価な圧電体でなくてピエゾ抵抗を採用した場合、安価にジャイロセンサを構成することができる。

図７は、第３実施形態のジャイロセンサの上面図であり、図８は、図７にωで示す角速度が発生した時のＥＥ線断面図を示す図であり、図９は、図７にωで示す角速度が発生した直後のＦＦ線断面図を示す図である。

第３実施形態のジャイロセンサは、基部６２の厚さを厚くして基部６２の強度を確保している点と、梁７３〜７６が基部６２の側面における厚さ方向の略中央に設けられている点が、第２実施形態のジャイロセンサと異なる。第３実施形態のジャイロセンサでは、第１実施形態のジャイロセンサの構成部と同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略することにする。また、第３実施形態のジャイロセンサでは、第１および第２実施形態のジャイロセンサと共通の作用効果については説明を省略することにし、第１および第２実施形態のジャイロセンサと異なる構成および作用効果についてのみ説明を行うことにする。

上記第１実施形態で述べたように、角速度の不作用時には、梁７３〜７６は変形することがない一方、角速度の作用時には、基部６２が傾くことになる。すなわち、図８に示す軸力Ｆｓのｓｉｎθ成分であるＦｓｚが、基部６２を回転させるように作用する。第３実施形態のジャイロセンサでは、コリオリ発生直後、梁５,６は、図９に示すように変形する。この時、第２実施形態と同様に梁３〜６の表面に貼り付けられると共に、変位検出部を構成する圧電体５０〜５７に、歪みが作用することになる。具体的には、図７にωで示す角速度が生成すると、その直後、梁５上における支持枠６１側の端部に固体された圧電体５４および梁６上における基部６２側の端部に固定された圧電体５６には、引張り歪みが作用する一方、梁５上における基部６２側の端部に固体された圧電体５５および梁６上における支持枠６１側の端部に固定された圧電体５７には、圧縮ひずみが作用する。第３実施形態のジャイロセンサは、これらの圧縮および引張歪みを検出することにより角速度を検出するようになっている。

第１または第２実施形態の構成で、基部２の強度を確保するために基部２を厚くした場合、基部２が加速度の影響を受け、角速度と加速度の影響を分離区別できないという問題が生じる。しかしながら、第３実施形態のように、梁３〜６を、基部６２の厚さ方向の側面の中央に設けるようにすると、加速度作用時と角速度作用時を分離区別することができる。

すなわち、加速度αが、梁５,６の延在方向に作用した場合、図１０に示すように、加速度αによって、基部６２と支持枠６１との間が狭くなる方の隙間に配置されている梁５は、座屈によって曲げられ、ｙ軸を境に反対側に配置されている梁６には、引張力が作用する。この時、梁６の両端部に配置されている圧電体５６と圧電体５７の両方に、同じ力である引張力が作用する。

一方、角速度が作用した場合には、上述のようにコリオリ力で基部６２が回転するため、梁６上の圧電体５６と圧電体５７には、互いに逆の力、すなわち、引張力と圧縮力が作用する。このように、加速度作用時と角速度作用時に梁６の変形のモードが異なるために、圧電体５６と圧電体５７の出力モードが異なり、加速度と角速度を区別することができるのである。

上記第１乃至第３実施形態のジャイロセンサによれば、梁や基部の側面に電極を形成しない構造であるので、電極を簡単安価に形成できて、簡単安価な加工法であるシリコン加工を用いてジャイロセンサを形成することができる。また、ジャイロセンサをコンパクトにできる。

本発明のジャイロセンサによれば、支持枠と、基部と、支持枠と基部とを連結する両持ちの複数の梁と、基部と同一面内に伸びると共に、同一面内で振動する振動子とを有する構成であるので、基部の上面や梁の上面に形成した変位検出部で角速度を検知することが可能となり、変位検出部を容易に形成できる。

本発明の第１実施形態のジャイロセンサの上面図である。 図１にωで示す角速度が発生した時の図１のＡＡ線断面図を示す図である。 図１にωで示す角速度が発生した直後の図１のＡＡ線断面図である。 図１にωで示す角速度が発生した直後の図１のＢＢ線断面図を示す図である。 本発明の第２実施形態のジャイロセンサの上面図である。 図５にωで示す角速度が発生した直後の図５のＤＤ線断面図を示す図である。 第３実施形態のジャイロセンサの上面図である。 図７にωで示す角速度が発生した時の図７のＥＥ線断面図を示す図である。 図７にωで示す角速度が発生した直後の図７のＦＦ線断面図を示す図である。 梁の延在方向に加速度が作用した場合における第３実施形態のジャイロセンサを示す図である。 従来のジャイロセンサを示す図である。

符号の説明

１,６１ 支持枠
２,６２ 基部
３,４,５,６ 梁
８,９ 振動子支持軸
１１,１２ 振動子
１３ 変位検出部
１４,１５,２１,２２ 電極
２０ キャップ
５０,５１,５２,５３,５４,５５,５６,５７ 圧電体

Claims (7)

1. 支持枠と、
   上記支持枠の内側に配置された板状の基部と、
   上記基部の側面と上記支持枠の内面とを連結している第１の梁と、
   上記基部の側面と上記支持枠の内面とを連結すると共に、上記第１の梁と同一直線上に位置する第２の梁と、
   上記基部の側面と上記支持枠の内面とを連結すると共に、上記第１の梁と略平行に配置された第３の梁と、
   上記基部の側面と上記支持枠の内面とを連結すると共に、上記第３の梁と同一直線上に位置する第４の梁と、
   上記基部の側面から突出すると共に、上記第１の梁と略平行な第１振動子支持軸と、
   上記基部の側面から突出すると共に、上記第２の梁と略平行な第２振動子支持軸と、
   上記第１振動子支持軸の先端に固定された第１振動子と、
   上記第２振動子支持軸の先端に固定された第２振動子と、
   上記基部の変位または上記第１乃至第４の梁のうちの少なくとも一つの変位を検出する変位検出部と
   を備えることを特徴とするジャイロセンサ。
2. 請求項１に記載のジャイロセンサにおいて、
   上記第１振動子支持軸と上記第２振動子支持軸は、同一直線上に位置していることを特徴とするジャイロセンサ。
3. 請求項１に記載のジャイロセンサにおいて、
   上記第１振動子支持軸は、上記第１の梁と上記第３の梁に挟まれていると共に、上記第２振動子支持軸は、上記第２の梁と上記第４の梁に挟まれていることを特徴とするジャイロセンサ。
4. 請求項１に記載のジャイロセンサにおいて、
   上記第１振動子は、上記第１振動子支持軸に対して略垂直方向に延在し、かつ、上記第２振動子は、上記第２振動子支持軸に対して略垂直方向に延在していることを特徴とするジャイロセンサ。
5. 請求項１に記載のジャイロセンサにおいて、
   上記変位検出部は、上記第１乃至第４の梁のうちの少なくとも一つに固定されていることを特徴とするジャイロセンサ。
6. 請求項５に記載のジャイロセンサにおいて、
   上記変位検出部は、ピエゾ抵抗であることを特徴とするジャイロセンサ。
7. 請求項１に記載のジャイロセンサにおいて、
   上記第１乃至第４の梁は、上記基部の側面における上記基部の厚さ方向の略中央から延在していることを特徴とするジャイロセンサ。

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