JP2015219204A - Angular velocity sensor and sensor element - Google Patents
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Description
本発明は、角速度センサ及び当該角速度センサに好適に利用可能なセンサ素子に関する。 The present invention relates to an angular velocity sensor and a sensor element that can be suitably used for the angular velocity sensor.
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。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。このような角速度センサの圧電体の形状や圧電体の振動のモード等について種々の提案がなされている。 A so-called piezoelectric vibration type sensor is known as an angular velocity sensor. In this sensor, an alternating voltage is applied to the piezoelectric body to excite the piezoelectric body. When the excited piezoelectric body is rotated, a Coriolis force is generated in a direction orthogonal to the excitation direction with a magnitude corresponding to the rotational speed (angular velocity), and the piezoelectric body also vibrates due to the Coriolis force. The angular velocity of the piezoelectric body can be detected by detecting an electric signal generated in accordance with the deformation of the piezoelectric body due to the Coriolis force. Various proposals have been made regarding the shape of the piezoelectric body of the angular velocity sensor, the mode of vibration of the piezoelectric body, and the like.
例えば、特許文献1は、基部と、基部からY軸方向(機械軸)の両側に延びる1対の検出腕と、基部からX軸方向(電気軸)の両側に延びる1対の連結腕と、1対の連結腕の先端からY軸方向の両側に延びる2対の駆動腕とを有する圧電体を開示している。1対の検出腕に対してX軸方向の両側に位置する2対の駆動腕は、Z軸方向(光軸)の互いに逆側に振動するように電圧が印加される。この状態で、圧電体がX軸回りに回転されると、2対の駆動腕は、コリオリの力によって、Y軸方向において互いに逆側へ変位するように振動する。その結果、1対の検出腕は、基部を中心として振り子のようにZ軸回りに振動する。この振動によって生じる電気信号が検出され、ひいては、角速度が検出される。 For example, Patent Document 1 discloses a base, a pair of detection arms extending from the base to both sides in the Y-axis direction (mechanical axis), and a pair of connecting arms extending from the base to both sides in the X-axis direction (electrical axis). A piezoelectric body having two pairs of drive arms extending on both sides in the Y-axis direction from the tips of a pair of connecting arms is disclosed. A voltage is applied to the two pairs of drive arms positioned on both sides in the X-axis direction with respect to the pair of detection arms so as to vibrate in opposite directions in the Z-axis direction (optical axis). In this state, when the piezoelectric body is rotated around the X axis, the two pairs of driving arms vibrate so as to be displaced to the opposite sides in the Y axis direction by Coriolis force. As a result, the pair of detection arms vibrate around the Z axis like a pendulum around the base. An electric signal generated by this vibration is detected, and consequently an angular velocity is detected.
特許文献1の圧電体の形状では、種々の不都合が生じる。例えば、検出腕の両側に2対の駆動腕が設けられていることから、検出腕の両側それぞれに1対の駆動腕の振動の節が存在する。従って、検出腕の両側で周波数が僅かにずれた振動が生じ、唸りが生じるおそれがある。すなわち、起動時間が長くなるおそれがある。また、例えば、圧電体は、2つの駆動腕の変位を大きくするために、その中央に位置する基部にて支持される。すなわち、圧電体は1点にて支持される。従って、基部と、センサ素子が実装される回路基板との接合の誤差が、圧電体の回路基板に対する傾斜に及ぼす影響が大きい。その結果、回路基板の座標系を基準として正確に角速度を検出できないおそれがある。 The shape of the piezoelectric body of Patent Document 1 causes various inconveniences. For example, since two pairs of drive arms are provided on both sides of the detection arm, there are vibration nodes of the pair of drive arms on each side of the detection arm. Therefore, vibrations with slightly shifted frequencies are generated on both sides of the detection arm, and there is a possibility that the beat will occur. That is, there is a possibility that the start-up time becomes long. Further, for example, the piezoelectric body is supported by a base portion located at the center thereof in order to increase the displacement of the two drive arms. That is, the piezoelectric body is supported at one point. Therefore, the influence of the joining error between the base and the circuit board on which the sensor element is mounted has a great influence on the inclination of the piezoelectric body with respect to the circuit board. As a result, the angular velocity may not be accurately detected with reference to the circuit board coordinate system.
従って、このような課題の少なくとも一つが解決されることが望まれる。例えば、より好適な励振が可能な角速度センサ及びセンサ素子が提供されることが望まれる。 Therefore, it is desired that at least one of such problems is solved. For example, it is desired to provide an angular velocity sensor and a sensor element capable of more suitable excitation.
本発明の一態様に係る角速度センサは、駆動部、前記駆動部から延在方向の一方側へ延びる第1駆動腕、前記駆動部から前記延在方向に直交する幅方向において互いに逆側へ延びる第1連結腕及び第2連結腕、並びに、前記第1連結腕の先端に連結され、前記延在方向の一方側又は他方側へ延びる第1検出腕を有し、前記第1連結腕及び前記第2連結腕は先端側が支持される側とされており、前記駆動部は前記延在方向に揺動可能である圧電体と、前記第1駆動腕に電圧を印加して前記第1駆動腕を前記延在方向及び前記幅方向に直交する厚み方向に励振する励振回路と、前記幅方向における前記第1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、を有している。 An angular velocity sensor according to an aspect of the present invention includes a drive unit, a first drive arm extending from the drive unit to one side in the extending direction, and extending from the drive unit to opposite sides in a width direction orthogonal to the extending direction. A first connecting arm, a second connecting arm, and a first detecting arm connected to a tip of the first connecting arm and extending to one side or the other side in the extending direction; The second connecting arm is a side on which a tip side is supported, and the driving unit applies a voltage to the first driving arm by applying a voltage to the piezoelectric body that can swing in the extending direction. And a detection circuit for detecting an electric signal generated by vibration of the first detection arm in the width direction.
好適には、前記圧電体は、前記駆動部から前記第1駆動腕とは反対側へ延びる第2駆動腕と、前記第2連結腕の先端に連結され、前記第1検出腕と同一方向へ延びる第2検出腕と、前記第1連結腕の先端に連結され、前記第1検出腕とは反対側へ延びる第3検出腕と、前記第2連結腕の先端に連結され、前記第2検出腕とは反対側へ延びる第4検出腕と、を更に有し、他の駆動腕及び検出腕は有さず、前記励振回路は、前記第1駆動腕及び前記第2駆動腕が前記厚み方向の同一側へ共に曲がるように前記第1駆動腕及び前記第2駆動腕に電圧を印加してこれらを励振し、前記検出回路は、前記第1〜第4検出腕において生じる電気信号が加算された電気信号を検出し、前記第1〜第4検出腕において生じる電気信号は、前記第1検出腕及び前記第2検出腕が前記幅方向において互いに逆側へ曲がり、前記第3検出腕及び前記第4検出腕が前記幅方向において互いに逆側へ曲がり、前記第1検出腕及び前記第3検出腕が前記幅方向において互いに逆側へ曲がるときに、正負が同一のもの同士で加算される。 Preferably, the piezoelectric body is connected to a second drive arm extending from the drive unit to the opposite side of the first drive arm, and a tip of the second connection arm, and is in the same direction as the first detection arm. A second detection arm that extends, and a third detection arm that is connected to the tip of the first connection arm and extends to the opposite side of the first detection arm; and a tip of the second connection arm that is connected to the second detection arm; A fourth detection arm that extends to the opposite side of the arm, no other drive arm and no detection arm, and the excitation circuit includes the first drive arm and the second drive arm in the thickness direction. The first drive arm and the second drive arm are impressed by applying voltage to the first drive arm and the second drive arm so as to bend together to the same side, and the detection circuit adds the electrical signals generated in the first to fourth detection arms. The electrical signals generated in the first to fourth detection arms are detected by the first detection arm and the front arm. The second detection arm is bent to the opposite side in the width direction, the third detection arm and the fourth detection arm are bent to the opposite side in the width direction, and the first detection arm and the third detection arm are the When turning in the opposite direction in the width direction, the same sign is added.
好適には、前記第1連結腕は、当該第1連結腕と前記駆動部との連結位置、及び、前記第1検出腕が支持される位置よりも、前記第1検出腕が延びる側の位置にて、前記第1検出腕に連結された側方腕を有している。 Preferably, the first connection arm is a position where the first detection arm extends from a connection position between the first connection arm and the drive unit and a position where the first detection arm is supported. And a side arm connected to the first detection arm.
好適には、前記第1駆動腕の幅は、前記第1駆動腕の厚み及び前記第1検出腕の幅よりも大きい。 Preferably, the width of the first drive arm is larger than the thickness of the first drive arm and the width of the first detection arm.
好適には、前記第1駆動腕には、前記厚み方向に貫通し又は凹み、前記延在方向に延びる溝が形成されており、前記第1駆動腕の、前記溝の内壁面及び当該内壁面の背面側の面には、前記励振回路に接続される励振電極が設けられている。 Preferably, the first driving arm is formed with a groove that penetrates or is recessed in the thickness direction and extends in the extending direction, and the inner wall surface of the groove and the inner wall surface of the first driving arm. An excitation electrode connected to the excitation circuit is provided on the rear surface of the substrate.
本発明の一態様に係るセンサ素子は、駆動部、前記駆動部から延在方向の一方側へ延びる第1駆動腕、前記駆動部から前記延在方向に直交する幅方向において互いに逆側へ延びる第1連結腕及び第2連結腕、並びに、前記第1連結腕の先端に連結され、前記延在方向の一方側又は他方側へ延びる第1検出腕を有した圧電体と、前記第1駆動腕を前記延在方向及び前記幅方向に直交する厚み方向に励振する電圧を前記第1駆動腕に印加可能に配置された複数の励振電極と、前記幅方向における前記第1検出腕の振動によって生じる電気信号を検出可能に配置された複数の検出電極と、を有している。 A sensor element according to an aspect of the present invention includes a drive unit, a first drive arm extending from the drive unit to one side in the extending direction, and extending from the drive unit to opposite sides in a width direction orthogonal to the extending direction. A piezoelectric body having a first detection arm and a second connection arm, a first detection arm connected to a tip of the first connection arm, and extending to one side or the other side in the extending direction; and the first drive. A plurality of excitation electrodes arranged to be able to apply a voltage to the first drive arm to excite the arm in a thickness direction orthogonal to the extending direction and the width direction, and vibration of the first detection arm in the width direction. And a plurality of detection electrodes arranged so as to be able to detect a generated electric signal.
上記の構成によれば、より好適な励振が可能である。 According to said structure, a more suitable excitation is possible.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following drawings are schematic. Therefore, details may be omitted, and the dimensional ratio and the like do not always match those of the actual one.
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。 Further, for convenience of explanation, each figure is attached with an orthogonal coordinate system xyz. The orthogonal coordinate system xyz is defined based on the shape of the sensor element (piezoelectric body). That is, the x-axis, y-axis, and z-axis do not necessarily indicate the electrical axis, mechanical axis, and optical axis of the crystal.
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。
The same or similar configurations may be referred to by adding different numbers and alphabets to the same name, such as “
図1は、本発明の実施形態に係るセンサ素子1の構成を示す斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a sensor element 1 according to an embodiment of the present invention.
センサ素子1は、例えば、x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、z軸方向に励振され、y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。 The sensor element 1 constitutes an angular velocity sensor 101 that detects an angular velocity around the x axis, for example. The angular velocity sensor 101 is of a piezoelectric vibration type, and the sensor element 1 is configured to be excited in the z-axis direction and generate a Coriolis force in the y-axis direction. Specifically, it is as follows.
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1においてハッチングにより示す)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1においてハッチングにより示す)とを有している。
The sensor element 1 includes a piezoelectric body 3, a
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(SiO2)、LiTaO3、LiNbO3、PZTである。 The entire piezoelectric body 3 is integrally formed. The piezoelectric body 3 may be a single crystal or a polycrystal. In addition, the material of the piezoelectric body 3 may be appropriately selected, for example, quartz (SiO 2 ), LiTaO 3 , LiNbO 3 , or PZT.
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。 In the piezoelectric body 3, the electrical axis or the polarization axis (hereinafter, only the polarization axis may be referred to representatively) is set to coincide with the x axis. The polarization axis may be inclined with respect to the x axis within a predetermined range (for example, within 15 °). Further, in the case where the piezoelectric body 3 is a single crystal, the mechanical axis and the optical axis may be appropriate directions. For example, the mechanical axis is the y-axis direction and the optical axis is the z-axis direction.
圧電体3は、例えば、概略、全体として厚さ(z軸方向)が一定に形成されている。また、圧電体3は、例えば、概略、y軸方向に延びる不図示の中心線に関して線対称の形状に形成されているとともに、x軸方向に延びる不図示の中心線に関して線対称の形状に形成されている。 For example, the piezoelectric body 3 is generally formed with a constant thickness (z-axis direction) as a whole. For example, the piezoelectric body 3 is generally formed in a line-symmetric shape with respect to a center line (not shown) extending in the y-axis direction and formed in a line-symmetric shape with respect to a center line (not shown) extending in the x-axis direction. Has been.
圧電体3は、駆動部9と、駆動部9からy軸方向の両側に延びる第1駆動腕11A及び第2駆動腕11Bと、駆動部9からx軸方向の両側に延びる第1連結腕13A及び第2連結腕13Bと、これら1対の連結腕13の先端側からy軸方向の両側に延びる第1検出腕15A〜第4検出腕15Dと、検出腕15の根元側(1対の連結腕13の先端側)からx軸方向外側に突出する第1突起部17A及び第2突起部17Bとを有している。
The piezoelectric body 3 includes a
駆動腕11は、電圧(電界)が印加されて励振される部分である。検出腕15は、角速度に応じた電気信号を生成する部分である。駆動部9及び連結腕13は、駆動腕11及び検出腕15を連結する部分である。突起部17は、駆動部9、駆動腕11、連結腕13及び検出腕15の支持に寄与する部分である。これら各部の形状等は、例えば、以下のようにされている。
The
駆動部9は、例えば、概ね、直方体状とされている。駆動部9の3軸方向の寸法比率は適宜に設定されてよい。
For example, the
1対の駆動腕11は、例えば、駆動部9の中心を通りx軸方向に延びる不図示の中心線に関して互いに線対称の位置及び形状で設けられている。各駆動腕は、例えば、概ね、y軸方向に長い直方体状とされている。また、各駆動腕11には、例えば、z軸方向に貫通し、y軸方向に延びる1以上(本実施形態では複数)の貫通溝11gが形成されている。別の観点では、各駆動腕11は、複数の分割腕11dを有している。なお、駆動腕11は、先端の幅が大きくされる(ハンマ形状にされる)などしてもよい。
The pair of
駆動腕11は、z軸方向に湾曲するように励振される。一方、駆動腕11のz軸方向の固有振動数は、駆動腕11の長さ(y軸方向)及び厚み(z軸方向)によって規定される。従って、駆動腕11の長さ及び厚みは、励振させるべき振動数に応じて適宜に設定される。その一方、駆動腕11の幅(x軸方向)は、適宜に設定されてよい。本実施形態では、駆動腕11の幅は、駆動腕11の厚み及び検出腕15の幅(x軸方向)よりも大きくされている。例えば、駆動腕11の幅は、駆動腕11の厚み及び検出腕15の幅の3倍以上である。
The
1対の連結腕13は、例えば、駆動部9の中心を通りy軸方向に延びる不図示の中心線に関して互いに線対称の位置及び形状で設けられている。各連結腕13は、例えば、y軸方向において3つに分岐する形状とされている。具体的には、例えば、各連結腕13は、駆動部9から突出する連結基部13aと、連結基部13aから延びる中央腕13bと、中央腕13bのy軸方向の正側及び負側において連結基部13aから延びる2本の側方腕13cとを有している。
The pair of connecting arms 13 are provided, for example, in positions and shapes that are line-symmetric with respect to a center line (not shown) that extends in the y-axis direction through the center of the
連結基部13aは、例えば、駆動部9の中心を通りx軸方向に延びる不図示の中心線上にてx軸方向に突出している。中央腕13bは、上記の中心線上にてx軸方向に延び、その先端は、2本の検出腕15の根元(2本の検出腕15の連結部分)に連結されている。側方腕13cは、例えば、上記の中心線よりもy軸方向の正側又は負側に位置しており、1本の検出腕15に対して、中央腕13bと2本の検出腕15との連結位置よりも前記1本の検出腕15の先端側の位置にて連結されている。側方腕13cは、例えば、連結基部13aからy軸方向に延びた後、x軸方向に延びている(L字状に延びている)。
For example, the connecting
4本の検出腕15は、例えば、駆動部9の中心を通りx軸方向に延びる不図示の中心線に関して互いに線対称の位置及び形状で設けられているとともに、駆動部9の中心を通りy軸方向に延びる不図示の中心線に関して互いに線対称の位置及び形状で設けられている。各検出腕15は、例えば、概ね、y軸方向に長い直方体状とされている。また、各検出腕15のz軸方向の正側及び負側の面には、例えば、y軸方向に延びる1以上(本実施形態では複数)の有底溝15gが形成されている。なお、検出腕15は、先端の幅が大きくされる(ハンマ形状にされる)などしてもよい。
The four
検出腕15は、後述するように、圧電体3のx軸回りの角速度に応じた振幅でx軸方向に振動する。検出腕15のx軸方向の固有振動数は適宜に設定されてよい。ただし、駆動腕11のz軸方向の固有振動数と同程度であることが好ましい。従って、例えば、検出腕15の長さ及び幅は、駆動腕11の長さ及び厚みと同程度とされている。検出腕15の厚みは適宜に設定されてよいが、例えば、駆動腕11の厚みと同一である。
As will be described later, the
1対の突起部17は、例えば、駆動部9の中心を通りy軸方向に延びる不図示の中心線に関して互いに線対称の位置及び形状で設けられている。各突起部17は、例えば、概ね、直方体状とされている。
The pair of protrusions 17 are provided, for example, at positions and shapes that are line-symmetric with respect to a center line (not shown) that extends in the y-axis direction through the center of the
1対の突起部17は、センサ素子1が実装される不図示の実装基体(例えば回路基板)に支持される。これにより、駆動部9、駆動腕11、連結腕13及び検出腕15は、実装基体に支持される。また、連結腕13は、先端側が支持側とされ、駆動部9及び駆動腕11は、y軸方向に揺動可能となる。
The pair of protrusions 17 is supported by a mounting base (not shown) (for example, a circuit board) on which the sensor element 1 is mounted. Thereby, the
具体的には、例えば、1対の突起部17の先端面には、1対の固定部19が固定される。固定部19は、圧電体3の一部として突起部17と一体的に形成されていてもよいし、圧電体3とは別個に形成され、突起部17に接着されていてもよい。固定部19のz軸方向の正側又は負側には、例えば、パッドが形成されており、当該パッドが不図示の実装基体のパッドと導電性のバンプを介して接着されることにより、固定部19は実装基体に固定され、また、センサ素子1は実装基体と電気的に接続される。1対の固定部19は、y軸方向の正側及び負側に延びるように形成され、その先端側(圧電体3の4隅側)において実装基体に固定されることが好ましい。この場合、圧電体3を実装基体に対して平行に実装することが容易化される。
Specifically, for example, a pair of fixing
なお、定義の仕方によっては、突起部17を連結腕13の一部と捉え、連結腕13の先端側の側面から検出腕15が延びていると捉えることができるが、本実施形態では、連結腕13の先端が検出腕15の側面に連結されていると捉えるものとする。
Depending on the definition, the protrusion 17 can be regarded as a part of the connecting arm 13 and the
図2(a)は、図1のIIa−IIa線における断面図である。図2(a)においては、第1駆動腕11Aの一部の断面を示しているが、第1駆動腕11Aの他の部分の断面及び第2駆動腕11Bの断面も同様である。
2A is a cross-sectional view taken along line IIa-IIa in FIG. In FIG. 2A, a cross section of a part of the
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。また、励振電極5は、駆動腕11の複数の分割腕11dそれぞれに設けられている。すなわち、励振電極5は、駆動腕11のx軸方向の外側面だけでなく、複数の貫通溝11gの内壁面にも設けられている。
The excitation electrode 5 is a layered electrode formed on the surface of the
より具体的には、第1励振電極5Aは、各分割腕11d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励振電極5Bは、各分割腕11d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適宜な間隔を空けて、y軸方向に延びている。
More specifically, the
各駆動腕11において、複数の第1励振電極5Aは、例えば互いに同電位とされる。例えば、各駆動腕11において、複数の第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。同様に、各駆動腕11において、複数の第2励振電極5Bは、例えば互いに同電位とされる。例えば、各駆動腕11において、複数の第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。
In each
なお、励振電極5の「第1」及び「第2」並びに「A」及び「B」は、直交座標系xyzに基づいて付されている。すなわち、第1駆動腕11Aをその根元側から先端側に見たときと、第2駆動腕11Bをその先端側から根元側に見たときとで、第1励振電極5A及び第2励振電極5Bの上下左右の配置が両駆動腕11間において同じとなるように第1励振電極5A及び第2励振電極5Bは定義されている(図1参照)。第1駆動腕11Aの励振電極5の電位と、第2駆動腕11Bの励振電極5の電位との関係については後述する。
The “first” and “second” and “A” and “B” of the excitation electrode 5 are attached based on the orthogonal coordinate system xyz. That is, when the
図2(b)は、図1のIIb−IIb線における断面図である。図2(b)においては、第2検出腕15Bの断面を示しているが、他の検出腕15の断面も同様である。
FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line IIb-IIb in FIG. In FIG. 2B, the cross section of the
検出電極7は、検出腕15の表面に形成された層状電極である。第1検出電極7Aは、各検出腕15において、z軸方向の正側及び負側の面に設けられている。なお、ここでいうz軸方向の正側及び負側の面は、有底溝15gの内壁面及び底面を含む。また、第2検出電極7Bは、各検出腕15において、x軸方向の正側及び負側の面に設けられている。
The detection electrode 7 is a layered electrode formed on the surface of the
2つの第1検出電極7A及び2つの第2検出電極7Bは、例えば、検出腕15の各面を概ね覆うように設けられている。ただし、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、少なくとも一方(本実施形態では第1検出電極7A)が各面よりも細く形成されている。
The two first detection electrodes 7 </ b> A and the two second detection electrodes 7 </ b> B are provided so as to substantially cover each surface of the
各検出腕15において、複数の第1検出電極7Aは、例えば、圧電体3上の配線等により互いに接続されている。同様に、各検出腕15において、複数の第2検出電極7Bは、例えば、圧電体3上の配線等により互いに接続されている。
In each
なお、検出電極7の「第1」及び「第2」並びに「A」及び「B」は、直交座標系xyzに基づいて付されており、電気信号の正負に基づいて付されてはいない。従って、例えば、後述するように、本実施形態では、第1検出腕15Aの第1検出電極7Aと、第2検出腕15Bの第1検出電極7Aとは、正負が同一の電気信号を生成することを想定されてはおらず、互いに接続されない。
The “first” and “second” and “A” and “B” of the detection electrode 7 are attached based on the orthogonal coordinate system xyz, and are not attached based on the positive / negative of the electric signal. Therefore, for example, as will be described later, in the present embodiment, the
励振電極5、検出電極7及びこれらに接続される配線等は、例えば、Cu,Al等の適宜な金属によって形成されている。 The excitation electrode 5, the detection electrode 7, the wiring connected to these, and the like are made of an appropriate metal such as Cu or Al, for example.
角速度センサ101は、以上に説明したセンサ素子1に加えて、励振電極5に電圧を印加する励振回路103(図2(a))と、検出電極7からの電気信号を検出する検出回路105(図2(b))とを有している。
In addition to the sensor element 1 described above, the angular velocity sensor 101 includes an excitation circuit 103 (FIG. 2A) that applies a voltage to the excitation electrode 5 and a
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。
The
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x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x軸回りの回転の向きが特定される。
The
なお、励振回路103及び検出回路105は、全体として制御回路を構成している。制御回路は、例えば、チップICによって構成されており、センサ素子1が実装される不図示の実装基体に実装されている。
The
(動作説明)
図3(a)は、駆動腕11における電位及び変形を説明する図であり、図2(a)に対応する模式図である。
(Description of operation)
FIG. 3A is a diagram for explaining the potential and deformation in the
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、矢印で示すように、各分割腕11dの側面付近においては、z軸方向を電界の向きとする電界が生じる。電界の向きは、各分割腕11dのx軸方向両側において逆向きである。一方、分極軸は、x軸方向に一致している。従って、駆動腕11は、z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、z軸方向の他方側へ湾曲する。
When a positive potential is applied to the
ここで、駆動腕11には複数の貫通溝11gが形成されており、励振電極5は、複数の分割腕11dのx軸方向の両側に設けられている。従って、励振電極5は、駆動腕11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、駆動腕11に効果的に電界を形成して駆動腕11を湾曲させることができる。
Here, a plurality of through
図3(b)は、検出腕15における変形及び電位を説明する図であり、図2(b)に対応する模式図である。
FIG. 3B is a diagram for explaining deformation and potential in the
検出腕15がx軸方向の一方側に湾曲すると、矢印で示すように、x軸方向を電界の向きとする電界が生じる。電界の向きは、検出腕15のx軸方向両側において逆向きである。この電界による電圧が第1検出電極7A及び第2検出電極7Bに出力される。また、検出腕15がx軸方向の逆側に湾曲すると、電界の向きは逆向きとなる。従って、検出腕15がz軸方向に振動すると、第1検出電極7A及び第2検出電極7Bに交流電圧が出力される。
When the
ここで、検出腕15には複数の有底溝15gが形成されており、第1検出電極7Aは、有底溝15gの内壁面にも形成されている。従って、第1検出電極7Aと第2検出電極7Bとが電界の向きにおいて対向することになり、効率的に電気信号が取り出される。また、有底溝15gが設けられることによって第1検出電極7Aの面積が大きくなり、これによっても効率的に電気信号が取り出される。
Here, a plurality of bottomed
図4(a)〜図4(f)は、圧電体3全体としての振動を説明するための模式図である。 FIG. 4A to FIG. 4F are schematic views for explaining the vibration of the piezoelectric body 3 as a whole.
図4(a)及び図4(b)に示すように、第1駆動腕11A及び第2駆動腕11Bは、z軸方向において互いに同一側に共に湾曲するように励振される。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the
すなわち、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、圧電体3に設けられた配線によって互いに接続されることなどにより互いに同電位とされ、また、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、圧電体3に設けられた配線によって互いに接続されることなどにより互いに同電位とされ、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。
That is, the
上記のように駆動腕11がz軸方向に励振されている状態で、圧電体3がx軸回りに回転されると、図4(c)及び図4(d)に示すように、駆動腕11は、y軸方向に振動するようにコリオリの力を受ける。1対の駆動腕11は、z軸方向において互いに同一側に共に湾曲するように励振されているから、y軸方向において互いに同一側へのコリオリの力を受ける。従って、1対の駆動腕11及び駆動部9は、y軸方向において変位するように振動する。
When the piezoelectric body 3 is rotated around the x axis in the state where the
この際、1対の連結腕13は、駆動部9からy軸方向の力を受けてy軸方向に振動する。また、1対の連結腕13は、駆動部9側についてはy軸方向の力を受け、その一方で、検出腕15側については1対の突起部17によってy軸方向の移動が規制されているから、z軸回りのモーメントが加えられる。このモーメントの向き(z軸を中心とする右回り又は左回り)は、1対の連結腕13間において互いに逆向きである。
At this time, the pair of connecting arms 13 receives a force in the y-axis direction from the
図4(e)及び図4(f)に示すように、上記の1対の連結腕13のz軸回りのモーメントは、1対の検出腕15に伝達される。その結果、1対の検出腕15は、根元側(連結腕13との連結側)を固定軸側としてz軸回りに揺動する。ひいては、1対の検出腕15は、x軸方向に湾曲するように振動する。
As shown in FIGS. 4E and 4F, the moment around the z-axis of the pair of connecting arms 13 is transmitted to the pair of
具体的には、第1検出腕15Aと第2検出腕15Bとは、x軸方向の互いに逆側へ湾曲するように振動する。第3検出腕15Cと第4検出腕15Dとは、x軸方向の互いに逆側へ湾曲するように振動する。第1検出腕15Aと第3検出腕15Cとは、x軸方向の互いに逆側へ湾曲するように振動する。
Specifically, the
従って、例えば、これら4本の検出腕15において生じる電気信号を正負が同一のもの同士で加算するためには、第1検出腕15Aの第1検出電極7A、第2検出腕15Bの第2検出電極7B、第3検出腕15Cの第2検出電極7B及び第4検出腕15Dの第1検出電極7Aが互いに接続され、第1検出腕15Aの第2検出電極7B、第2検出腕15Bの第1検出電極7A、第3検出腕15Cの第1検出電極7A及び第4検出腕15Dの第2検出電極7Bが互いに接続される。
Therefore, for example, in order to add the electric signals generated in the four
図5(a)及び図5(b)は、側方腕13cの作用を説明する模式的な平面図である。図5(a)は、圧電体3の変形が生じていない中立状態を示し、図5(b)は、駆動部9がy軸方向の正側へ変位した状態を示している。
FIGS. 5A and 5B are schematic plan views for explaining the action of the
この模式図では、便宜上、駆動部9及び各種の連結部分を点として扱っている。点P1は、第1突起部17Aと第1検出腕15Aとの連結位置(第1検出腕15Aの根元)であり、点P2は、第1連結腕13Aのy軸方向正側の側方腕13cと第1検出腕15Aとの連結位置である。
In this schematic diagram, the
図5(a)に示すように、第1連結腕13Aのy軸方向正側の側方腕13cは、第1連結腕13Aと駆動部9との連結位置、及び、第1検出腕15Aの根元位置(点P1)よりも、第1検出腕15Aが延びる側(y軸方向正側)の位置(点P2)にて、第1検出腕15Aに連結されている。
As shown in FIG. 5 (a), the
点P2が第1連結腕13Aと駆動部9との連結位置よりも第1検出腕15Aの延びる側に位置していることから、第1連結腕13Aの連結基部13a及び側方腕13cからなる部分は、全体として、x軸方向に対して第1検出腕15Aの延びる側に傾斜している。また、その長さL3は、駆動部9と点P1との距離L0よりも長い。
Since the point P2 is located on the side where the
従って、駆動部9が第1検出腕15Aの延びる側に移動すると、図5(b)に示すように、側方腕13cは、点P2において第1検出腕15Aを外側(x軸方向正側)へ押す力F1を生じる。点P2は、第1検出腕15Aの支持位置(点P1)よりも第1検出腕15Aの延びる側に位置しているから、力F1は、点P1を中心として右回りに第1検出腕15Aを回転させるモーメントを生じる。
Therefore, when the
逆に、特に図示しないが、駆動部9がy軸方向の負側に移動すると、上記と逆の作用によって、側方腕13cは、点P1を中心として左回りに第1検出腕15Aを回転させるモーメントを生じる。
Conversely, although not particularly illustrated, when the
上記のような作用により、第1検出腕15Aを効果的に揺動させることができる。
With the above operation, the
さらに、駆動部9と点P1との距離L0に対して、点P1と点P2との距離L1が短いことによって、第2種のてこの原理に類似した作用により、点P2に効果的に力F1を加えることができる。すなわち、点P1は支点、点P2は作用点、第1検出腕15Aと駆動部9との連結位置は力点となり、力点に加えられるy軸方向の力をF0とすると、F1=(L0/L1)×F0である。
Further, since the distance L 1 between the point P 1 and the
なお、第1連結腕13Aのy軸方向正側の側方腕13cについて述べたが、他の側方腕13cも同様の作用を奏する。
Although the
(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。
(Example of wiring)
In the above description of the operation, the connection relationship between the plurality of excitation electrodes 5 and the plurality of detection electrodes 7 is mentioned. An example of wiring that realizes this connection relationship is shown in FIG.
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ている。 FIG. 6 is a perspective view of the sensor element 1. However, this drawing schematically shows the sensor element 1 so that the wiring is easily visible. For example, the shape of the piezoelectric body 3 is shown in a simplified manner.
この例において、第1突起部17Aに一端が位置する第1配線21A及び第2配線21Bは、複数の励振電極5に電圧を印加するためのものである。第1配線21Aは、第1駆動腕11A及び第2駆動腕11Bの第1励振電極5Aに接続されている。第2配線21Bは、第1駆動腕11A及び第2駆動腕11Bの第2励振電極5Bに接続されている。
In this example, the first wiring 21 </ b> A and the second wiring 21 </ b> B whose one ends are located on the first protrusion 17 </ b> A are for applying a voltage to the plurality of excitation electrodes 5. The
また、この例において、第2突起部17Bに一端が位置する第3配線21C及び第4配線21Dは、複数の検出電極7から電気信号を取り出すためのものである。第3配線21Cは、第1検出腕15Aの第1検出電極7A、第2検出腕15Bの第2検出電極7B、第3検出腕15Cの第2検出電極7B、及び、第4検出腕15Dの第1検出電極7Aに接続されている。第4配線21Dは、第1検出腕15Aの第2検出電極7B、第2検出腕15Bの第1検出電極7A、第3検出腕15Cの第1検出電極7A、及び、第4検出腕15Dの第2検出電極7Bに接続されている。
In this example, the third wiring 21 </ b> C and the fourth wiring 21 </ b> D, one end of which is positioned on the second protrusion 17 </ b> B, are for taking out electrical signals from the plurality of detection electrodes 7. The third wiring 21C includes the
配線21は、互いに交差しないように、駆動部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。
The wirings 21 are appropriately disposed on the four surfaces of the
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。例えば、配線21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。 Note that the wiring shown in FIG. 6 is merely an example, and the connection relationship of the electrodes mentioned in the description of the operation may be realized by other various patterns. For example, the wirings 21 may be provided so as to cross each other three-dimensionally via an insulator.
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を有し、圧電体3は、駆動部9、駆動部9からy軸方向(延在方向)の一方側へ延びる第1駆動腕11A、駆動部9からy軸方向に直交するx軸方向(幅方向)において互いに逆側へ延びる第1連結腕13A及び第2連結腕13B、並びに、第1連結腕13Aの先端に連結され、y軸方向の一方側へ延びる第1検出腕15Aを有している。また、第1連結腕13A及び第2連結腕13Bは先端側が支持される側とされており、駆動部9はy軸方向において揺動可能である。また、角速度センサ101は、第1駆動腕11Aに電圧を印加して第1駆動腕11Aをy軸方向及びx軸方向に直交するz軸方向(厚み方向)に励振する励振回路103と、x軸方向における第1検出腕15A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。
As described above, in this embodiment, the angular velocity sensor 101 includes the piezoelectric body 3, and the piezoelectric body 3 extends from the driving
また、別の観点では、本実施形態では、センサ素子1は、圧電体3を有し、圧電体3は、駆動部9、駆動部9からy軸方向の一方側へ延びる第1駆動腕11A、駆動部9からy軸方向に直交するx軸方向において互いに逆側へ延びる第1連結腕13A及び第2連結腕13B、並びに、第1連結腕13Aの先端に連結され、y軸方向の一方側へ延びる第1検出腕15Aを有している。また、センサ素子1は、第1駆動腕11Aをy軸方向及びx軸方向に直交するz軸方向に励振する電圧を第1駆動腕11Aに印加可能に配置された励振電極5と、x軸方向における第1検出腕15Aの振動によって生じる電気信号を検出可能に配置された検出電極7と、を有している。
From another viewpoint, in the present embodiment, the sensor element 1 includes the piezoelectric body 3, and the piezoelectric body 3 extends from the
従って、検出腕から両側へ延びる1対の連結腕の両先端側で駆動腕を励振するのではなく、両先端側が支持された1対の連結腕13の根元側にて駆動部9及び駆動腕11を励振できる。その結果、例えば、検出腕15と連結腕13とが連結している部分(連結腕13の先端側)で生じる捩じれを軽減させることで唸りが生じることが低減されることが期待される。また、例えば、例えば、比較的距離が離れた2点以上の位置にて圧電体3を実装基体に実装できるから、圧電体3を実装基体に対して精度よく取り付けることが容易である。
Accordingly, the driving
また、本実施形態では、圧電体3は、駆動部9から第1駆動腕11Aとは反対側へ延びる第2駆動腕11Bと、第2連結腕13Bの先端に連結され、第1検出腕15Aと同一方向へ延びる第2検出腕15Bと、第1連結腕13Aの先端に連結され、第1検出腕15Aとは反対側へ延びる第3検出腕15Cと、第2連結腕13Bの先端に連結され、第2検出腕15Bとは反対側へ延びる第4検出腕15Dと、を更に有し、他の駆動腕及び検出腕を有していない。励振回路103は、第1駆動腕11A及び第2駆動腕11Bがz軸方向の同一側へ共に曲がるように第1駆動腕11A及び第2駆動腕11Bに電圧を印加してこれらを励振する。検出回路105は、第1検出腕15A〜第4検出腕15Dにおいて生じる電気信号が加算された電気信号を検出する。第1検出腕15A〜第4検出腕15Dにおいて生じる電気信号は、第1検出腕15A及び第2検出腕15Bがx軸方向において互いに逆側へ曲がり、第3検出腕15C及び第4検出腕15Dがx軸方向において互いに逆側へ曲がり、第1検出腕15A及び第3検出腕15Cがx軸方向において互いに逆側へ曲がるときに、正負が同一のもの同士で加算される。
In the present embodiment, the piezoelectric body 3 is connected to the
従って、1対の連結腕の根元側及び先端側に余すところなく、複数の駆動腕11及び複数の検出腕15が配置される。その結果、効率的に角速度に応じたコリオリの力を生じさせ、また、効率的に角速度に応じた電気信号が取り出される。ひいては、角速度センサ101が小型且つ高感度になることが期待される。また、駆動部9に対して、駆動腕11及び検出腕15の配置が対称的になることから、圧電体3をバランスよく振動させることができる。
Accordingly, a plurality of
また、本実施形態では、第1連結腕13Aは、当該第1連結腕13Aと駆動部9との連結位置、及び、第1検出腕15Aが支持される位置(P1)よりも、第1検出腕15Aが延びる側の位置(P2)にて、第1検出腕15Aに連結された側方腕13cを有している。
Further, in the present embodiment, the
従って、図5を参照して説明したように、駆動部9が受けるy軸方向のコリオリの力を検出腕15の回転軸(P1)から離れた位置(P2)に加えられるx軸方向の力に変換し、効果的に検出腕15をx軸方向に振動させることができると期待され、また、てこの原理を利用することも可能となる。
Therefore, as described with reference to FIG. 5, the y-axis direction Coriolis force received by the
また、本実施形態では、第1駆動腕11Aの幅(x軸方向)は、第1駆動腕11Aの厚み(z軸方向)及び第1検出腕15Aの幅(x軸方向)よりも大きい。
In the present embodiment, the width (x-axis direction) of the
従って、第1駆動腕11Aの質量を相対的に大きくして、角速度101の感度を向上させることができる。その結果、例えば、駆動腕11を短くして、センサ素子1の小型化を図ることができる。既に述べたように、本実施形態のように、駆動腕11がz軸方向に励振される態様においては、駆動腕11の固有振動数は、駆動腕11の長さ(y軸方向)及び厚みによって規定され、駆動腕11の幅は適宜に設定可能であることから、このような駆動腕11の幅の設定が可能となる。すなわち、本実施形態では、駆動腕11をz軸方向において励振するという特徴を生かして、駆動腕11の質量を大きくして感度を向上させている。
Therefore, the sensitivity of the angular velocity 101 can be improved by relatively increasing the mass of the
また、本実施形態では、第1駆動腕11Aには、z軸方向に貫通し、y軸方向に延びる貫通溝11gが形成されている。第1駆動腕11Aの、貫通溝11gの内壁面及び当該内壁面の背面側の面(第1駆動腕11Aの外側面又は隣の貫通溝11gの内壁面)には、励振回路103に接続される励振電極5が設けられている。
In the present embodiment, the
従って、既に述べたように、駆動腕11の体積に対して励振電極5の面積を相対的に大きくし、効果的に駆動腕11を励振させることができる。特に、上述のように、駆動腕11の幅を比較的大きくした場合においては、幅方向に多数の貫通溝11gを形成することにより、駆動腕11の体積が大きくなることに合わせて励振電極5の面積を大きくし、質量を大きくすることによる感度向上と励振電極5の面積を大きくすることによる感度向上とを両立させることができる。
Therefore, as already described, the area of the excitation electrode 5 can be made relatively large with respect to the volume of the
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。 The present invention is not limited to the above embodiment, and may be implemented in various aspects.
駆動腕の本数は、2本に限定されない。例えば、実施形態の2本の駆動腕の一方を省略して、駆動腕の本数を1本としてもよい。検出腕の本数は、4本に限定されず、例えば、実施形態の4本の検出腕のいずれかを省略し、検出腕の本数を1、2又は3本としてもよい。これら駆動腕及び検出腕の本数及びその延びる向き(y軸方向の正側又は負側)の組み合わせも適宜に設定されてよい。例えば、y軸方向の一方側に延びる駆動腕及び検出腕のみを設け、圧電体のy軸方向における小型化を図ってもよい。 The number of drive arms is not limited to two. For example, one of the two drive arms in the embodiment may be omitted and the number of drive arms may be one. The number of detection arms is not limited to four. For example, any of the four detection arms in the embodiment may be omitted, and the number of detection arms may be one, two, or three. A combination of the number of drive arms and detection arms and the extending direction (positive side or negative side in the y-axis direction) may be set as appropriate. For example, only the drive arm and the detection arm that extend to one side in the y-axis direction may be provided to reduce the size of the piezoelectric body in the y-axis direction.
また、駆動腕は、実施形態において1本の駆動腕が設けられた位置に複数本設けられてもよい。例えば、駆動部からy軸方向の正側に互いに平行に延び、x軸方向に並んだ2本の駆動腕が設けられてもよい。検出腕についても同様である。例えば、一の連結腕の先端側から、y軸方向の正側に互いに平行に延び、x軸方向に並んだ2本の検出腕が設けられてもよい。この場合、複数の検出腕全体としての質量は大きくしつつ、個々の検出腕の幅を小さくすることができる。検出腕の幅は、検出腕の長さとともにx軸方向の固有振動数を規定するから、質量増加による感度向上の効果を得つつ、検出腕を短くすることができると期待される。 A plurality of drive arms may be provided at a position where one drive arm is provided in the embodiment. For example, two drive arms extending in parallel to each other on the positive side in the y-axis direction from the drive unit and arranged in the x-axis direction may be provided. The same applies to the detection arm. For example, two detection arms that extend in parallel to each other on the positive side in the y-axis direction from the front end side of one connecting arm and are arranged in the x-axis direction may be provided. In this case, the width of each detection arm can be reduced while increasing the mass of the plurality of detection arms as a whole. Since the width of the detection arm defines the natural frequency in the x-axis direction together with the length of the detection arm, it is expected that the detection arm can be shortened while obtaining the effect of improving the sensitivity by increasing the mass.
ただし、2本の駆動腕及び4本の検出腕の組み合わせが、感度やバランス等の観点から好ましい。また、複数の駆動腕及び複数の検出腕は、駆動部の中心(例えば重心)を通りy軸方向に延びる線、及び/又は、駆動部の中心を通りx軸方向に延びる線に関して線対称に配置されるように、偶数本であることが好ましい。 However, a combination of two drive arms and four detection arms is preferable from the viewpoint of sensitivity and balance. The plurality of drive arms and the plurality of detection arms are symmetrical with respect to a line extending in the y-axis direction through the center (for example, the center of gravity) of the drive unit and / or a line extending in the x-axis direction through the center of the drive unit. It is preferable that the number is even so as to be arranged.
駆動腕にその延在方向に延びる溝(貫通溝11g)は設けられなくてもよい。また、溝が設けられる場合、溝は凹溝(有底溝)とされてもよい。この場合、z軸方向の両面に凹溝を形成して各凹溝の内面に励振電極を設けてもよいし、z軸方向の一方の面に深い凹溝を形成してその内面に励振電極を設けてもよい。
A groove (through
検出腕にその延在方向に延びる溝(有底溝15g)は設けられなくてもよい。また、溝が設けられる場合、溝は貫通溝とされてもよい。
A groove (bottomed
連結腕は、中央腕及び側方腕を有するものに限定されない。例えば、連結腕は、駆動腕及び検出腕に直交する方向に、同一断面(例えば矩形)で直線状に延びる簡素な形状とされてもよい。別の観点では、側方腕は設けられなくてもよい。また、逆に、側方腕が設けられ、中央腕が省略されてもよい。また、中央腕及び側方腕が設けられる場合において、中央腕及び側方腕を束ねる連結基部は省略されてもよい。側方腕は、L字状のものに限定されない。例えば、側方腕は、x軸方向に対して斜めに直線状に延びるものであってもよいし、湾曲するような形状であってもよい。 The connecting arms are not limited to those having a central arm and side arms. For example, the connecting arm may have a simple shape extending linearly with the same cross section (for example, a rectangle) in a direction orthogonal to the drive arm and the detection arm. In another aspect, the side arms may not be provided. Conversely, side arms may be provided and the central arm may be omitted. Further, in the case where the central arm and the side arm are provided, the connecting base portion that binds the central arm and the side arm may be omitted. The side arm is not limited to an L-shape. For example, the side arms may extend linearly obliquely with respect to the x-axis direction or may be curved.
圧電体は、突起部(17)を有していなくてもよい。例えば、実施形態の点P1(検出腕の根元)において、圧電体のz軸方向に面する面と実装基体とが、バンプ又はばね端子を介して互いに固定されてもよい。この場合であっても、連結腕において、先端側(検出腕側)を支持側として、駆動部を延在方向に揺動可能とすることができる。 The piezoelectric body may not have the protrusion (17). For example, at the point P1 (the base of the detection arm) of the embodiment, the surface facing the z-axis direction of the piezoelectric body and the mounting substrate may be fixed to each other via bumps or spring terminals. Even in this case, in the connecting arm, the driving portion can be swingable in the extending direction with the distal end side (detection arm side) as the support side.
1…センサ素子、3…圧電体、9…駆動部、11A…第1駆動腕、13A…第1連結腕、13B…第2連結腕、15A…第1検出腕、101…角速度センサ、103…励振回路、105…検出回路。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sensor element, 3 ... Piezoelectric body, 9 ... Drive part, 11A ... 1st drive arm, 13A ... 1st connection arm, 13B ... 2nd connection arm, 15A ... 1st detection arm, 101 ... Angular velocity sensor, 103 ... Excitation circuit, 105... Detection circuit.
Claims (6)
前記第1駆動腕に電圧を印加して前記第1駆動腕を前記延在方向及び前記幅方向に直交する厚み方向に励振する励振回路と、
前記幅方向における前記第1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、
を有した角速度センサ。 A drive unit, a first drive arm extending from the drive unit to one side in the extending direction, a first connecting arm and a second connecting arm extending from the driving unit to opposite sides in a width direction orthogonal to the extending direction, and , Having a first detection arm connected to the distal end of the first connection arm and extending to one side or the other side in the extending direction, and the first connection arm and the second connection arm are supported on the distal end side. A piezoelectric body that is swingable in the extending direction; and
An excitation circuit for applying a voltage to the first drive arm to excite the first drive arm in a thickness direction perpendicular to the extending direction and the width direction;
A detection circuit for detecting an electrical signal generated by vibration of the first detection arm in the width direction;
An angular velocity sensor having
前記駆動部から前記第1駆動腕とは反対側へ延びる第2駆動腕と、
前記第2連結腕の先端に連結され、前記第1検出腕と同一方向へ延びる第2検出腕と、
前記第1連結腕の先端に連結され、前記第1検出腕とは反対側へ延びる第3検出腕と、
前記第2連結腕の先端に連結され、前記第2検出腕とは反対側へ延びる第4検出腕と、を更に有し、他の駆動腕及び検出腕は有さず、
前記励振回路は、前記第1駆動腕及び前記第2駆動腕が前記厚み方向の同一側へ共に曲がるように前記第1駆動腕及び前記第2駆動腕に電圧を印加してこれらを励振し、
前記検出回路は、前記第1〜第4検出腕において生じる電気信号が加算された電気信号を検出し、前記第1〜第4検出腕において生じる電気信号は、前記第1検出腕及び前記第2検出腕が前記幅方向において互いに逆側へ曲がり、前記第3検出腕及び前記第4検出腕が前記幅方向において互いに逆側へ曲がり、前記第1検出腕及び前記第3検出腕が前記幅方向において互いに逆側へ曲がるときに、正負が同一のもの同士で加算される
請求項1に記載の角速度センサ。 The piezoelectric body is
A second drive arm extending from the drive unit to the opposite side of the first drive arm;
A second detection arm connected to the tip of the second connection arm and extending in the same direction as the first detection arm;
A third detection arm connected to the tip of the first connection arm and extending to the opposite side of the first detection arm;
A fourth detection arm connected to the tip of the second connection arm and extending to the opposite side of the second detection arm, and having no other drive arm and detection arm;
The excitation circuit excites them by applying a voltage to the first drive arm and the second drive arm so that the first drive arm and the second drive arm bend together to the same side in the thickness direction,
The detection circuit detects an electrical signal obtained by adding electrical signals generated in the first to fourth detection arms, and the electrical signals generated in the first to fourth detection arms are the first detection arm and the second detection arm. The detection arm bends to the opposite side in the width direction, the third detection arm and the fourth detection arm bend to the opposite side in the width direction, and the first detection arm and the third detection arm are in the width direction. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein positive and negative signs are added together when turning to opposite sides.
請求項1又は2に記載の角速度センサ。 The first connecting arm is located at a position where the first detection arm extends from a position where the first detection arm and the drive unit are connected and a position where the first detection arm is supported. The angular velocity sensor according to claim 1, further comprising a side arm connected to the first detection arm.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の角速度センサ。 The angular velocity sensor according to claim 1, wherein a width of the first drive arm is larger than a thickness of the first drive arm and a width of the first detection arm.
前記第1駆動腕の、前記溝の内壁面及び当該内壁面の背面側の面には、前記励振回路に接続される励振電極が設けられている
請求項1〜4のいずれか1項に記載の角速度センサ。 The first drive arm is formed with a groove penetrating or recessed in the thickness direction and extending in the extending direction,
The excitation electrode connected to the said excitation circuit is provided in the inner wall surface of the said groove | channel of the said 1st drive arm, and the surface by the side of the back surface of the said inner wall surface. Angular velocity sensor.
前記第1駆動腕を前記延在方向及び前記幅方向に直交する厚み方向に励振する電圧を前記第1駆動腕に印加可能に配置された複数の励振電極と、
前記幅方向における前記第1検出腕の振動によって生じる電気信号を検出可能に配置された複数の検出電極と、
を有したセンサ素子。 A drive unit, a first drive arm extending from the drive unit to one side in the extending direction, a first connecting arm and a second connecting arm extending from the driving unit to opposite sides in a width direction orthogonal to the extending direction, and A piezoelectric body having a first detection arm connected to the tip of the first connection arm and extending to one side or the other side in the extending direction;
A plurality of excitation electrodes arranged such that a voltage for exciting the first drive arm in the thickness direction perpendicular to the extending direction and the width direction can be applied to the first drive arm;
A plurality of detection electrodes arranged to detect an electrical signal generated by vibration of the first detection arm in the width direction;
A sensor element.
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