JP2017015719A - 角速度検出素子とそれを用いた角速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】小型で高精度な慣性力センサを提供する。【解決手段】角速度を検出する角速度検出素子であって、第１、第２、第３、第４の錘部と、前記第１、第２、第３、第４の錘部を囲み、複数の梁を介して前記第１、第２、第３、第４の錘部と接続する枠部と、前記枠部に設けられ、前記Ｘ軸周りの角速度を検出する第１の検出部と、前記枠部に設けられ、前記Ｙ軸周りの角速度を検出する第２の検出部と、を備える。前記角速度検出素子の中心を通り互いに直交する軸をＸ軸、Ｙ軸としたとき、前記第１の検出部は、前記Ｘ軸を挟んで対称に設けられ、前記第２の検出部は、前記Ｙ軸を挟んで対称に設けられる角速度検出素子。【選択図】図２８

Description

本発明は、携帯端末や車両等に用いられる角速度を検出する角速度検出素子とそれを用いた角速度センサに関する。

図３０は従来の慣性力検出素子１の上面図である。慣性力検出素子１は、内側に中空領域４Ａが形成された枠部４と、枠部４の中空領域４Ａに設けられ、枠部４の内縁４Ｂに接続された可撓部５とを有する（例えば、特許文献１）。

この構成において、枠部４の上に上蓋（図示せず）を設ける場合、枠部４と上蓋との接着時の残留応力が可撓部５に蓄積し、慣性力検出素子１の感度が経時変化する。

特開２００７−８５８００号公報

本発明の慣性力検出素子は、枠部と、可撓部と、支持体と、検出部とを有する。枠部は、第１面とこの第１面の裏側の第２面とを有するとともに、内側に中空領域が形成されることで内縁を有する。可撓部は枠部の中空領域内に設けられ、枠部の内縁に接続されている。支持体は枠部に接着部にて接着され、枠部の第１面または第２面に対向して設けられている。検出部は可撓部に設けられている。枠部の接着部と可撓部との間には貫通孔が設けられている。この構成により、枠部と支持体とを接着する際に、可撓部に蓄積される残留応力を軽減することができ、慣性力検出素子の感度の経時変化を抑制することができる。

図１は本発明の実施の形態１における慣性力検出素子の上面図である。 図２は図１に示す慣性力検出素子の断面図である。 図３は図１に示す慣性力検出素子の部分拡大上面図である。 図４は本発明の実施の形態１における慣性力検出素子の一例である加速度検出素子の上面図である。 図５Ａは本発明の実施の形態１における加速度検出素子の回路例を示す図である。 図５Ｂは本発明の実施の形態１における加速度検出素子の回路例を示す図である。 図５Ｃは本発明の実施の形態１における加速度検出素子の回路例を示す図である。 図６Ａは本発明の実施の形態１における加速度検出素子のＸ軸方向の感度の時間変化を示した図である。 図６Ｂは本発明の実施の形態１における加速度検出素子のＺ軸方向の感度の時間変化を示した図である。 図７は本発明の実施の形態１における他の慣性力検出素子の上面図である。 図８は本発明の実施の形態１におけるさらに他の慣性力検出素子の上面図である。 図９は本発明の実施の形態１におけるさらに他の慣性力検出素子の上面図である。 図１０は本発明の実施の形態１におけるさらに他の慣性力検出素子の、下支持体を除いた状態の下面図である。 図１１Ａは本発明の実施の形態１におけるさらに他の慣性力検出素子の、下支持体を除いた状態の下面図である。 図１１Ｂは本発明の実施の形態１におけるさらに他の慣性力検出素子の、下支持体を除いた状態の下面図である。 図１１Ｃは本発明の実施の形態１におけるさらに他の慣性力検出素子の、下支持体を除いた状態の下面図である。 図１１Ｄは本発明の実施の形態１におけるさらに他の慣性力検出素子の、下支持体を除いた状態の下面図である。 図１２は図１１Ａから図１１Ｄに示す慣性力検出素子のＺ軸方向の感度比を示す図である。 図１３は本発明の実施の形態１における他の慣性力検出素子の断面図である。 図１４Ａは本発明の実施の形態２による慣性力検出素子の一例である角速度検出素子の上面図である。 図１４Ｂは図１４Ａに示す角速度検出素子の断面図である。 図１５は図１４Ａに示す角速度検出素子の要部断面図である。 図１６は図１４Ａに示す角速度検出素子の駆動信号の位相とアームの振動の関係を示す図である。 図１７は図１４Ａに示す角速度検出素子と駆動回路との接続関係を示す図である。 図１８は図１４Ａに示す角速度検出素子にＺ軸周りの角速度が印加された場合の挙動を示す上面図である。 図１９は図１４Ａに示す角速度検出素子にＹ軸周りの角速度が印加された場合の挙動を示す上面図である。 図２０は図１４Ａに示す角速度検出素子の検出部から出力される信号の位相を示す図である。 図２１は図１４Ａに示す角速度検出素子と検出回路との接続関係を示す図である。 図２２は本発明の実施の形態２による他の角速度検出素子の上面図である。 図２３は本発明の実施の形態２によるさらに他の慣性力検出素子である角速度検出素子の上面図である。 図２４は図２３に示す角速度検出素子の検出部から出力される信号の位相を示す図である。 図２５は本発明の実施の形態２によるさらに他の慣性力検出素子である角速度検出素子の上面図である。 図２６は図２５に示す角速度検出素子の検出部から出力される信号の位相を示す図である。 図２７は本発明の実施の形態２によるさらに他の慣性力検出素子である角速度検出素子の部分上面図である。 図２８は本発明の実施の形態２によるさらに他の慣性力検出素子である角速度検出素子の上面図である。 図２９Ａは本発明の実施の形態２によるさらに他の慣性力検出素子である角速度検出素子の上面図である。 図２９Ｂは本発明の実施の形態２によるさらに他の慣性力検出素子である角速度検出素子の上面図である。 図３０は従来の慣性力検出素子の上面図である。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における慣性力検出素子１０５の上面図である。図２は、図１における２−２線における断面図である。

慣性力検出素子１０５は、枠部１０６と、可撓部１０７と、上蓋である上支持体１１０Ａと、下支持体１１０Ｂとを有する。枠部１０６は上面（第１面）と上面の裏側の下面（第２面）とを有するとともに、内側に中空領域１０６Ａが形成されることで内縁１０６Ｂを有する。可撓部１０７は中空領域１０６Ａの内側に設けられ、内縁１０６Ｂに接続されている。上支持体１１０Ａは接着部１０８にて枠部１０６に接着され、枠部１０６の上面に対向している。また、枠部１０６は下面に設けられた第２の接着部１０８Ｕにより下支持体１１０Ｂに接着されている。枠部１０６の接着部１０８と可撓部１０７との間には貫通孔１０９が設けられている。より具体的には貫通孔１０９は上面視でＬ字型のスリットであり枠部１０６の上面から下面まで貫通している。

接着部１０８の厚みにより、図２に示すように枠部１０６と上支持体１１０Ａとは離間し、第２の接着部１０８Ｕの厚みにより枠部１０６と下支持体１１０Ｂとは離間している。

この構成により、枠部１０６と上支持体１１０Ａとを接着する際の応力を緩和することができ、可撓部１０７に蓄積される残留応力を軽減することができる。その結果、慣性力検出素子１０５の感度の経時変化を抑制することができる。

以下、各構成要素について説明する。枠部１０６は４辺を有する方形状であり、中心部に中空領域１０６Ａが設けられている。なお、枠部１０６は方形状以外の形状であってもよい。

可撓部１０７は、４つの梁部１０７Ａと、錘部１０７Ｂと、４つの補助錘部１０７Ｃとを有する。４つの梁部１０７Ａはそれぞれ、錘部１０７Ｂと枠部１０６との間に接続されている。すなわち、４つの梁部１０７Ａはそれぞれ、一端が内縁１０６Ｂの四辺の中央部に接続され、他端が錘部１０７Ｂに接続されている。また、４つの補助錘部１０７Ｃはそれぞれ、錘部１０７Ｂから中空領域１０６Ａ内に延出するように形成されている。

枠部１０６、梁部１０７Ａ、錘部１０７Ｂ及び補助錘部１０７Ｃは、種々の材料を用いて形成することができる。好ましくは、シリコンを用いて枠部１０６、梁部１０７Ａ、錘部１０７Ｂ及び補助錘部１０７Ｃを形成することにより、微細加工技術を用いて小型の慣性力検出素子を作製することができる。

また、図２に示すように、梁部１０７Ａは、枠部１０６、錘部１０７Ｂ及び補助錘部１０７ＣよりもＺ軸方向の厚みが薄く形成されていることが好ましい。この場合、上面において梁部１０７Ａ、枠部１０６、錘部１０７Ｂ及び補助錘部１０７Ｃは同一面上にあり、梁部１０７Ａは下面に表出していない。このように梁部１０７Ａを薄く形成することにより、梁部１０７Ａが撓みやすくなり、外部から与えられた慣性力によって錘部１０７Ｂ及び補助錘部１０７Ｃが変位し易くなる。また、枠部１０６、錘部１０７Ｂ及び補助錘部１０７Ｃは同じ厚さとすることにより、加工工程を簡略化することができる。また、錘部１０７Ｂ及び補助錘部１０７Ｃの質量を大きくすることができ、慣性力検出素子１０５の感度を向上させることができる。

上支持体１１０Ａは、静電容量方式により慣性力検出素子１０５の駆動或いは慣性力の検出を行う際の対向基板として用いることができる。この場合、可撓部１０７の上面に下部電極を設け、対向基板としての上支持体１１０Ａの下面に上部電極を設ければよい。こ
れらの上部電極及び下部電極を駆動電極として用いる場合、上部電極と下部電極の間に電圧を印加することにより、可撓部１０７をＺ軸方向に変位させることができる。また、上部電極及び下部電極を検出電極として用いる場合は、上部電極と下部電極との電位差を検出することにより、慣性力による可撓部１０７の変位量を検出し、この変位量に基づいて慣性力検出素子１０５に外部から与えられた慣性力を検出することができる。

なお過大な衝撃が印加された場合には、可撓部１０７がＺ軸方向に過大な変位を生じて不可逆的な変形をしそうになる。このような場合、上支持体１１０Ａがこの不可逆的な変形を防止する。すなわち、上支持体１１０Ａは、ストッパーとしても機能する。

接着部１０８には、エポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂等の接着剤が用いられる。接着部１０８を加熱して接着剤を硬化させる際に、接着剤自身の硬化や枠部１０６と上支持体１１０Ａとの線膨張係数の差に起因する応力が発生する。そのため、この応力が梁部１０７Ａに残留応力として蓄積され、慣性力検出素子１０５の感度の経時変化の原因となる。また、この残留応力のばらつきに起因して、慣性力検出素子１０５の感度の経時変化のばらつきの原因となる。なお、接着部１０８にシリコーン系樹脂を用いることにより、接着剤自身の硬化による応力を小さくすることができる。

なお、上支持体１１０Ａとして枠部１０６と異なる材料を用いた場合には、接着部１０８を加熱した際にパッケージと枠部１０６との線膨張係数の差に起因する応力が発生する。そのため、可撓部１０７に蓄積される残留応力はさらに大きくなる。

貫通孔１０９は、接着部１０８と可撓部１０７との間に設けられている。そのため、貫通孔１０９は、接着部１０８を加熱して硬化させる際に発生する応力が可撓部１０７に伝わることを抑制することができる。

図１に示す慣性力検出素子１０５においては、４つの梁部１０７Ａの一端はそれぞれ、枠部１０６の四辺の内縁１０６Ｂの中央部に接続されている。また、接着部１０８が枠部１０６の４つの角部に設けられている。この構成では、枠部１０６と上支持体１１０Ａとを接着する際の応力は、１つの接着部１０８に近接する２つの梁部１０７Ａに伝わる。したがって、この１つの接着部１０８の付近に角部を有し、近接する２つの梁部１０７Ａに向かって伸びるように貫通孔１０９を形成することが好ましい。このような位置および形状により、接着部１０８から梁部１０７Ａに伝わる応力を効果的に軽減することができる。

図３は、図１の点線で囲った部分３の部分拡大図である。貫通孔１０９の幅をＷ１１、枠部１０６と補助錘部１０７Ｃとの間隙部１１１の幅をＷ１２とすると、Ｗ１１＝Ｗ１２とすることが好ましい。これにより、同じエッチングレートで貫通孔１０９及び枠部１０６と補助錘部１０７Ｃとの間隙部１１１を形成することができる。そのため、幅Ｗ１１及び幅Ｗ１２のばらつきを小さくすることができ、慣性力検出素子１０５の感度ばらつきを小さくすることができる。

図４は、慣性力検出素子１０５の一例として、加速度を検出する加速度検出素子１１２の構成例を示す上面図であり、図５Ａ〜図５Ｃは加速度を検出する回路例を示している。

図４において、加速度検出素子１１２は、錘部１０７Ｂから見てＸ軸の負側に設けられた梁部１１０７Ａにおいて、枠部１０６側の端に歪抵抗ＲＸ１、ＲＺ４を有し、錘部１０７Ｂ側の端に歪抵抗ＲＸ２、ＲＺ３を有している。また、錘部１０７Ｂから見てＸ軸の正側に設けられた梁部２０７Ａにおいて、枠部１０６側の端に歪抵抗ＲＸ４、ＲＺ２を有し、錘部１０７Ｂ側の端に歪抵抗ＲＸ３、ＲＺ１を有している。また、錘部１０７Ｂから見
てＹ軸の正側に設けられた梁部３０７Ａにおいて、枠部１０６側の端には歪抵抗ＲＹ１が設けられ、錘部１０７Ｂ側の端には歪抵抗ＲＹ２が設けられている。また、錘部１０７Ｂから見てＹ軸の負側に設けられた梁部４０７Ａにおいて、枠部１０６側の端には歪抵抗ＲＹ４が設けられ、錘部１０７Ｂ側の端には歪抵抗ＲＹ３が設けられている。なお、歪抵抗ＲＸ１〜ＲＸ４、ＲＹ１〜ＲＹ４及びＲＺ１〜ＲＺ４として、イオン注入型の半導体ピエゾ抵抗素子を用いてもよいし、金属酸化物の歪抵抗薄膜素子を用いてもよい。歪抵抗ＲＸ１〜ＲＸ４、ＲＹ１〜ＲＹ４及びＲＺ１〜ＲＺ４は可撓部１０７に設けられた検出部である。

図５ＡはＸ軸方向の加速度を検出する場合の回路例である。ＲＸ１〜ＲＸ４をブリッジ接続し、対向する一対の接続点間に電圧Ｅを印加する。そして残りの一対の接続点間に設けた電圧検出部１１３の検出電圧により、Ｘ軸方向の加速度を検出することができる。

図５ＢはＹ軸方向の加速度を検出する場合の回路例である。ＲＹ１〜ＲＹ４をブリッジ接続し、対向する一対の接続点間に電圧Ｅを印加する。そして残りの一対の接続点間に設けた電圧検出部１１４の検出電圧により、Ｙ軸方向の加速度を検出することができる。

図５ＣはＺ軸方向の加速度を検出する場合の回路例である。ＲＺ１〜ＲＺ４をブリッジ接続し、対向する一対の接続点間に電圧Ｅを印加する。そして残りの一対の接続点間に設けた電圧検出部１１５の検出電圧により、Ｚ軸方向の加速度を検出することができる。

以上のように、加速度検出素子１１２では、外部から与えられた加速度によって錘部１０７Ｂ及び補助錘部１０７Ｃが変位し、これにより梁部１１０７Ａ、２０７Ａ、３０７Ａ、４０７Ａに歪が生じる。この歪を検出することにより、加速度検出素子１１２に印加された加速度を検出することができる。なお、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の加速度を検出できる原理については例えば、特開２００８−２２４２９４号公報に開示されている。

電圧検出部１１３、１１４、１１５は、慣性力検出素子である加速度検出素子１１２の検出部より出力された信号を受けて処理する検出回路の一部を構成している。

加速度検出素子１１２の接着部１０８と可撓部１０７との間には貫通孔１０９が設けられている。そのため、枠部１０６と上支持体１１０Ａとを接着する際の応力が梁部１１０７Ａ〜４０７Ａに蓄積されにくく、加速度検出素子１１２の感度の経時変化を抑制することが可能となる。

図６Ａ、図６Ｂは加速度検出素子１１２の感度の経時変化を示したグラフである。

図６Ａにおいて横軸は時間、縦軸はＸ軸の感度変化［％］を示している。特性１１６は加速度検出素子１１２に貫通孔１０９を設けない場合のＸ軸の感度変化であり、特性１１７は加速度検出素子１１２に貫通孔１０９を設けた場合のＸ軸の感度変化である。貫通孔１０９を設けない場合の特性１１６では、数１００時間程度経過するとＸ軸の感度が２％程度の経時変化をするのに対し、貫通孔１０９を設けた場合の特性１１７では、Ｘ軸の感度はほとんど変化しない。このように、貫通孔１０９を設けたことにより、Ｘ軸の感度の経時変化を抑制できたことが分かる。

同様に、図６ＢはＺ軸の感度の経時変化を示している。特性１１８は加速度検出素子１１２に貫通孔１０９を設けない場合のＺ軸の感度変化であり、特性１１９は加速度検出素子１１２に貫通孔１０９を設けた場合のＺ軸の感度変化である。貫通孔１０９を設けない場合の特性１１８では、Ｚ軸の感度が数１００時間程度経過すると７％程度の経時変化をするのに対し、貫通孔１０９を設けた場合の特性１１９では、Ｚ軸の感度はほとんど変化
していない。このように、貫通孔１０９を設けたことにより、Ｚ軸の感度の経時変化を抑制できたことが分かる。

なお、Ｙ軸の感度の時間変化については図示していないが、同様に、貫通孔１０９により感度の経時変化を抑制することができる。

なお、図４及び図５Ａ〜図５Ｃを用いて加速度を検出する例を説明したが、本発明は加速度検出素子に限定されない。角速度や角加速度など、可撓部１０７の撓みを利用して外部から与えられた慣性力を検出するセンサであれば、接着部１０８と可撓部１０７との間に貫通孔１０９を設けることにより、慣性力を検出する感度の経時変化を抑制する効果を奏することが可能である。

次に、接続部、貫通孔の好ましい配置や形状について、図７〜図９を参照しながら説明する。図７〜図９はそれぞれ、本実施の形態における他の慣性力検出素子の上面図である。以下、特徴部分について、図１に示す慣性力検出素子１０５との相違点を中心に説明する。

図７に示す慣性力検出素子１２０において、上支持体１１０Ａは、点線で示すように、枠部１０６よりも幅が狭い形状を有する。この構成により、枠部１０６において、上支持体１１０Ａの短辺方向の端部１０６Ｃ、１０６Ｄは、上支持体１１０Ａに覆われてない。したがって、端部１０６Ｃ、１０６ＤにＰＡＤ電極（図示せず）を設け、パッケージ（図示せず）やＩＣ（図示せず）との接続を行うことができる。

この構成の場合、接着部１０８は枠部１０６において、上支持体１１０Ａの長辺に沿った方向の両端に位置する辺１０６Ｅ、１０６Ｆに設けられる。すなわち、図７の構成では、枠部１０６は４辺を有する方形状であり、可撓部１０７は枠部１０６の４辺の内縁１０６Ｂにそれぞれ接続されている。接着部１０８Ａ〜１０８Ｄは枠部１０６の対向する２辺にそれぞれ設けられ、貫通孔１０９は接着部１０８Ａ〜１０８Ｄが設けられた２辺において、接着部１０８Ａ〜１０８Ｄのそれぞれと可撓部１０７との間に設けられている。

ここで、接着部１０８Ａ、１０８Ｂは辺１０６Ｅに設けられ、接着部１０８Ｃ、１０８Ｄは辺１０６Ｆに設けられているものとする。また、可撓部１０７が辺１０６Ｅと接続する位置を接続部１０７Ｅとし、可撓部１０７が辺１０６Ｆと接続する位置を接続部１０７Ｆとする。

貫通孔１０９は、接着部１０８Ａ、１０８Ｂと接続部１０７Ｅとを結ぶ線Ａ、Ｂ上に設けることが望ましい。この構成により、接着部１０８Ａ、１０８Ｂから接続部１０７Ｅを介して可撓部１０７に伝わる応力を効果的に軽減することができる。さらに、線Ａ、Ｂを共に仕切るように直線状に貫通孔１０９を設けることにより、簡易な構成で貫通孔１０９を形成することができる。

同様に、貫通孔１０９は、接着部１０８Ｃ、１０８Ｄと接続部１０７Ｆとを結ぶ線Ｃ、Ｄ上に設けることが望ましい。この構成により、接着部１０８Ｃ、１０８Ｄから接続部１０７Ｆを介して可撓部１０７に伝わる応力を効果的に軽減することができる。さらに、線Ｃ、Ｄを共に仕切るように直線状に貫通孔１０９を設けることにより、簡易な構成で貫通孔１０９を形成することができる。

次に図８に示す慣性力検出素子１２１について説明する。慣性力検出素子１２１では、図７に示す慣性力検出素子１２０に加え、枠部１０６において、上支持体１１０Ａの短辺に沿った方向の端部１０６Ｃ、１０６Ｄにも、貫通孔１０９が設けられている。すなわち
、貫通孔１０９は、接着部１０８Ａ〜１０８Ｄが設けられていない２辺にも設けられている。このように、貫通孔１０９をＸ軸及びＹ軸に対して対称に設けることにより、可撓部１０７のＸ軸方向の撓みとＹ軸方向の撓みを同等にすることができ、Ｘ軸方向の感度とＹ軸方向の感度の差を小さくすることができる。

次に図９に示す慣性力検出素子１２２について説明する。慣性力検出素子１２２では、図８に示す慣性力検出素子１２１に加え、接着部１０８が枠部１０６の四辺の中央部に設けられている。すなわち、枠部１０６は４辺を有する方形状であり、可撓部１０７は枠部１０６の４辺の内縁１０６Ｂにそれぞれ接続され、接着部１０８は枠部１０６の４辺にそれぞれ設けられている。この構成の場合、貫通孔１０９は、枠部１０６の四辺において、接着部１０８と可撓部１０７との間に設けることにより、接着部１０８から可撓部１０７に伝わる応力を軽減することができる。

なお図７〜図９の構成において、上支持体１１０Ａの大きさに係らず、接着部や貫通孔の位置、形状による効果は発揮される。すなわち、上面視における上支持体１１０Ａの外形は枠部１０６の外形と同等であってもよい。

次に、接続部、貫通孔の好ましい別の配置や形状について、図１０〜図１２を参照しながら説明する。図１０は、慣性力検出素子１２３の、下支持体１１０Ｂを除いた状態の下面図である。以下、特徴部分について、慣性力検出素子１０５、１２０〜１２２との相違点を中心に説明する。

慣性力検出素子１２３においては、図８に示す慣性力検出素子１２１と比べて、枠部１０６の内縁１０６Ｂと貫通孔１０９との間の内枠部１０６Ｇに薄肉部１０６Ｈが設けられている。すなわち、内枠部１０６Ｇのうち、薄肉部１０６Ｈの厚み（Ｚ軸方向の長さ）は枠部１０６の他の部分の厚みよりも薄く、枠部１０６の薄肉部１０６Ｈ以外の部分の厚みは同じになっている。このように内枠部１０６Ｇに薄肉部１０６Ｈを設けることにより、接着部１０８から可撓部１０７に伝わる応力を更に軽減することができる。

なお、図１０においては、薄肉部１０６Ｈは内枠部１０６Ｇの中央に設けているが、中央に限らず、どの位置に設けても応力を軽減する効果が得られる。

また、薄肉部１０６Ｈの厚みを梁部１０７Ａの厚みと同じとすることが望ましい。この構成により、慣性力検出素子１２３の製造時において、薄肉部１０６Ｈと梁部１０７Ａとを同一のエッチングで形成することができる。

なお、内枠部１０６Ｇの中央部に薄肉部１０６Ｈを設けることにより、接着部１０８から可撓部１０７に伝わる応力を更に軽減することができるものの、Ｚ軸方向の加速度の感度が低下する。そこで、薄肉部の最適配置について検討した結果を説明する。

図１１Ａ〜図１１Ｄは本発明の実施の形態１におけるさらに他の慣性力検出素子の、下支持体を除いた状態の下面図である。図１２は図１１Ａ〜図１１Ｄに示す慣性力検出素子のＺ軸方向の感度比を相対値で示すグラフである。

図１１Ａは、図８に示す慣性力検出素子１２１の、下支持体を除いた状態の下面図であり、薄肉部１０６Ｈが設けられていない。図１１Ｂは、図１０に示す慣性力検出素子１２３を示しており、内枠部１０６Ｇの中央部に薄肉部１０６Ｈが設けられている。図１１Ｃは、内縁１０６Ｂと貫通孔１０９との間の部分を全て薄肉部１０６Ｈとした構成の慣性力検出素子１２３Ｃを示している。図１１Ｄは内枠部１０６Ｇの両端に薄肉部１０６Ｈを設けた構成の慣性力検出素子１２３Ｄを示している。

図１２に示すように、図１１Ａに示す慣性力検出素子１２１のＺ軸方向の感度が一番良好であるが、薄肉部１０６Ｈを設けていないため、接着部１０８から可撓部１０７に伝わる応力の低減効果が小さい。

慣性力検出素子１２３、１２３Ｃ、１２３Ｄを比較すると、図１２に示すように、慣性力検出素子１２３ＤのＺ軸方向の感度が一番大きい。これは、内枠部１０６Ｇにおいて、梁部１０７Ａが接続される部分が厚いほど、梁部１０７Ａの撓み量が大きくなるためであると考えられる。

以上より、図１１Ｄに示すように、内枠部１０６Ｇの両端に薄肉部１０６Ｈを設けた構成とすることにより、接着部１０８から可撓部１０７に伝わる応力を低減して感度の経時変化を抑制するとともに、Ｚ軸方向の感度を大きくすることができる。

なおこのように配置された薄肉部を図１、図７、図９に示す慣性力検出素子に適用してもよい。すなわち、枠部１０６は、内縁１０６Ｂと貫通孔１０９との間に薄肉部１０６Ｈを有することが好ましく、薄肉部１０６Ｈは枠部１０６の中空領域１０６Ａの各辺の両端に設けられていることがさらに好ましい。

なお、以上の説明では、枠部１０６の上面に対向配置された上支持体１１０Ａが、接着部１０８にて枠部１０６に接着された例について説明した。これ以外に、枠部１０６の下面（第２面）に対向配置された下支持体１１０Ｂが、接着部１０８にて枠部１０６に接着されていてもよい。このような構成について図１３を参照しながら簡単に説明する。図１３は本発明の実施の形態１における他の慣性力検出素子１０５Ａの断面図である。

図１に示す慣性力検出素子１０５との違いは、上支持体１１０Ａの代わりに枠部１０６の下面（第２面）に対向配置された下支持体１１０Ｂが、接着部１０８にて枠部１０６に接着されている点である。このように構成しても、慣性力検出素子１０５と同様の効果を奏する。また、図４に示す加速度検出素子、図７〜図１０、図１１Ｄに示す慣性力検出素子の構造を適用することもでき、同様の効果を奏する。

なお、この場合、図１３に示すように、上支持体１１０Ａを設けなくてもよい。この場合、慣性力検出素子１０５Ａの上側は、直接に慣性力検出素子１０５Ａに接触しない、例えば金属製のキャップで覆ってもよい。

（実施の形態２）
図１４Ａは、本発明の実施の形態２による慣性力検出素子である角速度検出素子１６の上面図である。図１４Ｂは角速度検出素子１６の１４Ｂ−１４Ｂ線における断面図である。

角速度検出素子１６は、固定部１７Ａ、１７Ｂと、固定部１７Ａ、１７Ｂに接続された外側梁部１８Ａ、１８Ｂで構成された外枠部を有する。さらに角速度検出素子１６は、この外枠部に第１スリット８０Ａ、８０Ｂを介して囲まれたセンシング部と、外枠部とセンシング部とを連結した接続部１９Ａ、１９Ｂとを有する。第１スリット８０Ａ、８０Ｂは、接続部１９Ａ、１９Ｂを除いてセンシング部を囲むように形成されている。

センシング部は、内側梁部２０Ａと、中央梁部２０Ｂと、第１アーム２１、第２アーム２２、第３アーム２３、第４アーム２４（以下、アーム２１〜２４）と、駆動部２９〜３６と、検出部４１〜４８とを有する。センシング部はさらに、第１アーム２１、第２アーム２２、第３アーム２３、第４アーム２４のそれぞれの端部に設けられた錘２５〜２８を
有する。

内側梁部２０Ａは上面視で方形状である。中央梁部２０Ｂは内側梁部２０Ａの対向する辺を繋ぐとともに、外側梁部１８Ａに平行に形成されている。アーム２１〜２４は内側梁部２０Ａの内側に配置され、中央梁部２０Ｂに連結されている。

すなわち、固定部１７Ａ、１７Ｂと、外側梁部１８Ａ、１８Ｂと、内側梁部２０Ａとは、上面（第１面）と下面（第２面）とを有するとともに、内側に中空領域１２が形成されることで内縁１４を有する枠部を構成している。図１４Ｂに示すように、この枠部の下面に対向するように、下支持体１１０Ｂが設けられている。下支持体１１０Ｂは固定部１７Ａ、１７Ｂに接着部１０８にて接着されている。中央梁部２０Ｂ、アーム２１〜２４、錘２５〜２８は、枠部の中空領域１２内に設けられ、枠部の内縁１４に接続された可撓部を構成している。内側梁部２０Ａを囲む第１スリット８０Ａ、８０Ｂは、枠部の接着部１０８と可撓部との間に設けられた貫通孔である。

なお図１４Ａにおいて、接着部１０８は外枠部の四隅に設けられているが、固定部１７Ａ、１７Ｂに沿って外側梁部１８Ａから外側梁部１８Ｂにかけて長く形成されていてもよい。さらに、外側梁部１８Ａ、１８Ｂに沿って接着部１０８を形成してもよい。

アーム２２は中央梁部２０Ｂに対しアーム２１と同じ側にあって、かつアーム２１と線対称に形成されている。すなわち、中央梁部２０Ｂに直交するＣ軸を中心に、アーム２２はアーム２１と線対称に形成されている。Ｃ軸はＹ軸に平行である。

アーム２３は中央梁部２０Ｂに対しアーム２１と反対側にあって、かつアーム２１と線対称に形成されている。すなわち、中央梁部２０Ｂの中心を通るＤ軸を中心に、アーム２３はアーム２１と線対称に形成されている。Ｄ軸はＸ軸に平行である。

アーム２４は中央梁部２０Ｂに対しアーム２３と同じ側にあって、かつアーム２３と線対称に形成されている。すなわち、Ｃ軸を中心に、アーム２４はアーム２３と線対称に形成されている。このように、アーム２１、２２はＹ軸の正方向に延出し、アーム２３、２４はＹ軸の負方向に延出している。

駆動部２９、３０と検出部４１、４２は、アーム２１の上に設けられている。駆動部３１、３２と検出部４３、４４は、アーム２２の上に設けられている。駆動部３３、３４と検出部４５、４６は、アーム２３の上に設けられている。駆動部３５、３６と検出部４７、４８は、アーム２４の上に設けられている。駆動部２９〜３６はアーム２１〜２４をＸ軸方向に駆動させるために設けられている。検出部４１〜４８はアーム２１〜２４に設けられた錘２５〜２８のＹ軸方向への変位又はＺ軸方向への変位を検出する。

またアーム２１〜２４のそれぞれの中央梁部２０Ｂとの連結位置近傍にはアーム２１〜２４のＸ軸方向への変位を検出するモニタ部３７〜４０が設けられている。モニタ部３７〜４０はアーム２１〜２４のＸ軸方向への変位を検出する。

次に、各構成要素について説明する。固定部１７Ａ、１７Ｂは、外側梁部１８Ａ、１８Ｂを支持している。すなわち、固定部１７Ａ、１７Ｂは、Ｙ軸と平行に形成され、両端が外側梁部１８Ａ、１８Ｂに接続されることにより外側枠体を形成している。固定部１７Ａ、１７Ｂは角速度検出素子１６を格納するパッケージ（図示せず）に別の支持部材や接着剤等を用いて固定される。なお、固定部１７Ａ、１７Ｂの外縁部には複数の電極パッド（図示せず）が設けられている。これらの電極パッドは、駆動部２９〜３６、モニタ部３７〜４０及び検出部４１〜４８と配線（図示せず）により電気的に接続されている。

内側梁部２０Ａは、Ｙ軸に平行な二辺とＸ軸に平行な二辺で構成され、内側枠体を形成している。これにより、内側梁部２０ＡのＹ軸に平行な二辺は、Ｚ軸方向に撓むことができる。また、内側梁部２０ＡのＹ軸に平行な二辺は、Ｙ軸に平行な軸Ｃに関して、略対称となるように形成されている。これにより、角速度検出素子１６に与えられた角速度に対して、内側梁部２０ＡのＹ軸に平行な二辺は、略同一の振幅で撓む。内側梁部２０ＡのＸ軸に平行な二辺はそれぞれ、接続部１９Ａ、１９Ｂで外側梁部１８Ａ、１８Ｂに、略中央で接続されている。

中央梁部２０Ｂは、Ｘ軸と平行に形成され、内側梁部２０ＡのＹ軸に平行な二辺の略中点に接続されている。これにより、中央梁部２０Ｂは、Ｚ軸方向に撓むことができる。

アーム２１は中央梁部２０Ｂに接続された一端からＹ軸の正方向に延出し、第１関節からＸ軸の正方向に伸び、第２関節からＹ軸方向の負方向に伸びた略Ｊ字形状を有する。さらに、他端には錘２５が形成されている。

アーム２２は中央梁部２０Ｂに接続された一端からＹ軸の正方向に延出し、第１関節からＸ軸の負方向に伸び、第２関節からＹ軸方向の負方向に伸びた略Ｊ字形状を有する。さらに、他端には錘２６が形成されている。

アーム２３は中央梁部２０Ｂに接続された一端からＹ軸の負方向に延出し、第１関節からＸ軸の正方向に伸び、第２関節からＹ軸方向の正方向に伸びた略Ｊ字形状を有する。さらに、他端には錘２７が形成されている。

アーム２４は中央梁部２０Ｂに接続された一端からＹ軸の負方向に延出し、第１関節からＸ軸の負方向に伸び、第２関節からＹ軸方向の正方向に伸びた略Ｊ字形状を有する。さらに、他端には錘２８が形成されている。アーム２１〜２４はそれぞれ、略方形の錘２５〜２８の一辺の中央から内部に突出して錘２５〜２８に連結されている。アーム２１〜２４は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に撓むことができる。

また、アーム２１とアーム２２とは、Ｙ軸と平行な軸Ｃに関して対称に形成されている。アーム２３とアーム２４とは、Ｙ軸と平行な軸Ｃに関して対称に形成されている。アーム２１とアーム２３とは、Ｘ軸と平行な軸Ｄに関して対称に形成されている。アーム２２とアーム２４とは、Ｘ軸と平行な軸Ｄに関して対称に形成されている。このように軸Ｃ及び軸Ｄに関して対称に形成することにより、角速度検出素子１６に与えられた角速度に対して、アーム２１〜２４は、略同一の振幅で撓む。

固定部１７Ａ、１７Ｂ、外側梁部１８Ａ、１８Ｂ、内側梁部２０Ａ、中央梁部２０Ｂ及びアーム２１〜２４は、水晶、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮＢＯ３等の圧電材料を用いて形成されている。あるいはシリコン、ダイヤモンド、溶融石英、アルミナ又はＧａＡｓ等の非圧電材料を用いて形成してもよい。特に、シリコンを用いることにより、微細加工技術を用いてこれらを非常に小型に形成することが可能となるとともに、回路等のＩＣと一体に形成することも可能となる。

固定部１７Ａ、１７Ｂ、外側梁部１８Ａ、１８Ｂ、内側梁部２０Ａ、中央梁部２０Ｂ及びアーム２１〜２４は、それぞれ異なる材料又は同一の材料から形成した後に組み立てて形成しても良いし、同一の材料を用いて一体に形成しても良い。同一の材料を用いて一体に形成する場合は、ドライエッチング又はウエットエッチングを用いることにより、固定部１７Ａ、１７Ｂ、外側梁部１８Ａ、１８Ｂ、内側梁部２０Ａ、中央梁部２０Ｂ及びアーム２１〜２４を同一プロセスで形成することができる。そのため、これらを効率的に製造
することができる。

図１５は、駆動部２９、３０の概略構成を示す断面図であり、図１４Ａにおける線１５における断面を示している。駆動部２９はピエゾ素子２９Ｂを下部電極２９Ａと上部電極２９Ｃとで挟んで形成され、駆動部３０はピエゾ素子３０Ｂを下部電極３０Ａと上部電極３０Ｃとで挟んで形成されている。駆動部２９、３０は互いに平行に、アーム２１の上面に設けられている。

下部電極２９Ａ、３０Ａ及び上部電極２９Ｃ、３０Ｃは、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、アルミ（Ａｌ）又はこれらを主成分とした合金又は酸化物で形成されている。なお、下部電極２９Ａ、３０ＡとしてＰｔを用いることが望ましい。これにより、ピエゾ素子２９Ｂ、３０Ｂを構成するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を一方向に配向させることができる。また、上部電極２９Ｃ、３０Ｃとして、Ａｕを用いることが望ましい。これにより、抵抗値の経時劣化が少ないため、角速度検出素子１６の信頼性が向上する。

下部電極２９Ａ、３０Ａはともに基準電位となっており、上部電極２９Ｃ、３０Ｃに交流の駆動電圧を印加することにより、アーム２１をＸ軸方向に振動させることができる。なお、下部電極２９Ａ、３０Ａ及び上部電極２９Ｃ、３０Ｃにともに交流の駆動電圧を印加してもよい。これにより、駆動効率を改善することができる。

駆動部３１〜３６も駆動部２９、３０と同様の構造によりアーム２２〜２４の上面にそれぞれ設けられている。なお図１４Ａに示すように、駆動部２９〜３６を略Ｊ字形状のアーム２１〜２４における錘２５〜２８の側に設けることが好ましい。この配置により、アーム２１〜２４における中央梁部２０Ｂの側の面積を検出部４１〜４８のために確保することができる。一方、駆動部２９〜３６をアーム２１〜２４における中央梁部２０Ｂの側に設けた場合は、駆動部２９〜３６の駆動効率を改善することができるとともに、大きな面積とすることができる。そのため、アーム２１〜２４の振幅を大きくすることができ、角速度検出素子１６の感度を改善することができる。

図１６は、駆動部２９〜３６に与えられる駆動信号の位相と、アーム２１〜２４の振動の位相との関係を示している。駆動部２９、３１、３３、３５には同位相（＋）の駆動信号が与えられ、駆動部３０、３２、３４、３６にはこれと逆位相（−）の駆動信号が与えられる。これにより、アーム２１とアーム２３とは同位相（＋）でＸ軸方向に振動し、アーム２２とアーム２４とはこれと逆位相（−）でＸ軸方向に振動する。

モニタ部３７〜４０は、アーム２１〜２４のＸ軸方向への変位を検出する。本実施の形態においては、モニタ部３７〜４０は図１５に示す駆動部２９、３０と同様にピエゾ素子を用いた圧電方式で構成されているが、電極間の静電容量を利用した静電方式を用いることもできる。

モニタ部３７〜４０は、アーム２１〜２４の上面に設けられている。また、図１６に示すアーム２１〜２４の振動の位相に対して、モニタ部３７〜４０は、同位相のモニタ信号が得られる位置に設けられている。なお、モニタ部３７〜４０は、図１４Ａに示すように、略Ｊ字形状のアーム２１〜２４における中央梁部２０Ｂの側に設けることにより、小さな面積で効率よく歪を検出することが可能となる。なお、検出部４１〜４８のための面積を確保するため、モニタ部３７〜４０の面積は検出部４１〜４８よりも小さくすることが望ましい。

検出部４１〜４８は、アーム２１〜２４のＹ軸方向への変位又はＺ軸方向への変位を検出する。検出部４１〜４８は図１５に示す駆動部２９、３０と同様にピエゾ素子を用いた
圧電方式で構成されているが、電極間の静電容量を利用した静電方式を用いることもできる。

検出部４１〜４８は、アーム２１〜２４の上面に設けられている。なお、検出部４１〜４８は、図１４Ａに示すように、略Ｊ字形状のアーム２１〜２４における中央梁部２０Ｂの側に設けることにより、検出部４１〜４８の検出効率を改善することができるとともに、大きな面積とすることができる。そのため、角速度検出素子１６の感度を改善することができる。一方、検出部４１〜４８をアーム２１〜２４における錘２５〜２８の側に設けた場合は、アーム２１〜２４における中央梁部２０Ｂの側の面積を駆動部２９〜３６のために確保することができる。

検出部４１、４２と検出部４３、４４とは、Ｙ軸と平行な軸Ｃに関して対称に設けられ、検出部４５、４６と検出部４７、４８とは、軸Ｃに関して対称に設けられている。そして、検出部４１、４２と検出部４５、４６とは、Ｘ軸と平行な軸Ｄに関して対称に設けられ、検出部４３、４４と検出部４７、４８とは、軸Ｄに関して対称に設けられている。このように検出部４１〜４８をＣ軸及びＤ軸に対称に設けることにより、加速度や衝撃等の外乱に起因する不要信号を相殺することができ、角速度の検出精度を改善することができる。

また、第１スリット８０Ａ、８０Ｂが、接続部１９Ａ、１９Ｂを除いてセンシング部を囲むように形成されている。すなわち、センシング部は接続部１９Ａ、１９Ｂで吊られている。そのため、固定部１７Ａ、１７Ｂや外側梁部１８Ａ、１８Ｂに応力が印加され、角速度検出素子１６がＸ軸方向に引っ張られたり、あるいは固定部１７Ａ、１７Ｂや外側梁部１８Ａ、１８Ｂが曲げられたりしても、その応力はセンシング部に伝わりにくい。そのため、センシング部に対する外部応力の影響を緩和することができる。したがって角速度検出素子１６の外部から応力が印加されても検出部４１〜４８からの出力の変動が小さくなる。具体的には、角速度検出素子１６の大きさが２．５×２．５ｍｍ程度で基材が１５０μｍ厚のシリコン（Ｓｉ）で構成されている場合、センシング部における応力の影響は１／３程度になる。この効果は、検出部４１〜４８の配置に依る効果とは独立して発揮される。

以下、角速度検出素子１６と接続される駆動回路及び検出回路について説明し、検出部４１〜４８をＣ軸及びＤ軸に対称に設けることによる、角速度の検出精度の改善効果について説明する。

図１７は、角速度検出素子１６と駆動回路５０との接続関係を示した図である。固定部１７Ａ、１７Ｂに設けられた電極パッドの一部である電極パッド４９Ａ〜４９Ｈは、それぞれ駆動部２９〜３６と電気的に接続されている。また電極パッド４９Ｊ〜４９Ｍは、それぞれモニタ部３７〜４０と電気的に接続されている。

電極パッド４９Ｊ〜４９Ｍから出力されたモニタ信号は結線され、ＩＶ変換アンプ５１で電圧に変換された後、ＡＧＣ（Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）５２で一定振幅の電圧に調整される。さらに、フィルタ５３で不要周波数成分を除去した後、ドライブアンプ５４で反転増幅されて電極パッド４９Ｂ、４９Ｄ、４９Ｆ、４９Ｈに供給されている。また、ドライブアンプ５４から出力された駆動信号は、ドライブアンプ５５で反転増幅されて電極パッド４９Ａ、４９Ｃ、４９Ｅ、４９Ｇに供給されている。この構成により、駆動回路５０は、図１６に示す位相の駆動信号を駆動部２９〜３６に与え、アーム２１〜２４を図１６に示す位相で振動させることができる。

図１８、図１９は、角速度検出素子１６に角速度が加わった場合の挙動を示す上面図で
ある。図１８は、Ｚ軸周りの角速度を検出する場合を示している。角速度検出素子１６には、駆動回路５０から駆動部２９〜３６に対して駆動信号が与えられることにより、Ｘ軸方向の固有の駆動振動周波数で駆動振動５６が発生する。角速度検出素子１６にＺ軸周りの角速度５７が与えられると、錘２５〜２８にＹ軸方向のコリオリの力が発生し、検出振動５８が発生する。錘２５〜２８にＹ軸方向の検出振動５８が発生する結果、アーム２１〜２４はＸ軸方向に振動する。なお、アーム２１、２３とアーム２２、２４とは、逆位相で駆動振動しているため、アーム２１、２３の検出振動とアーム２２、２４の検出振動とは逆位相となる。

検出振動５８により検出部４１〜４８から出力される検出信号は、駆動振動５６と同じ周波数で、かつ、角速度５７に依存した振幅を有する。したがって、この検出信号の大きさを測定することにより、角速度５７の大きさωｚを検出することができる。

図１９は、Ｙ軸周りの角速度を検出する場合を示している。Ｙ軸周りの角速度５９が入力されると、コリオリの力により錘２５〜２８にＺ軸方向の検出振動６０が発生する。なお、アーム２１、２３とアーム２２、２４とは、逆位相で駆動振動しているため、アーム２１、２３の検出振動とアーム２２、２４の検出振動とは逆位相となる。

検出振動６０により検出部４１〜４８から出力される検出信号は、駆動振動５６と同じ周波数で、かつ、角速度５９に依存した振幅を有する。したがって、この検出信号の大きさを測定することにより、角速度５９の大きさωｙを検出することができる。

図２０は、角速度検出素子１６の検出部４１〜４８から出力される信号の位相を示す図である。ここでは検出部４１〜４８から出力される信号をそれぞれＳ１〜Ｓ８として示している。そして駆動回路５０から与えられる駆動信号の位相に対して、各検出部に生じる駆動信号の位相と、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸周りの角速度が加わった場合の位相、及びＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の加速度が加わった場合の位相を示している。

図２０より、Ｚ軸周りの角速度５７の大きさωｚは、数式（１）により算出される。
ωｚ＝｛（Ｓ２＋Ｓ５）＋（Ｓ３＋Ｓ８）｝−｛（Ｓ１＋Ｓ６）＋（Ｓ４＋Ｓ７）｝ （１）
また、Ｙ軸周りの角速度５９の大きさωｙは、数式（２）により算出される。
ωｙ＝｛（Ｓ２＋Ｓ５）＋（Ｓ１＋Ｓ６）｝−｛（Ｓ３＋Ｓ８）＋（Ｓ４＋Ｓ７）｝ （２）
上記の数式（１）及び数式（２）の演算は、図２１に示す検出回路６１で行うことができる。図２１は角速度検出素子１６と検出回路との接続関係を示す図である。検出回路６１は角速度検出素子１６の検出部４１〜４８より出力された信号Ｓ１〜Ｓ８を受けて処理する。

数式（１）に対して、駆動信号の位相を代入すると、結果は０となる。すなわち、検出部４１〜４８には駆動信号が不要信号として混入されるが、この駆動信号は数式（１）の演算により互いに相殺される。同様に、数式（１）にＸ軸周りの角速度、Ｙ軸周りの角速度、Ｘ軸方向の加速度、Ｙ軸方向の加速度、Ｚ軸方向の加速度が加わった場合の位相を代入すると、結果はそれぞれ０となる。すなわち、不要信号である他軸周りの角速度、加速度による不要信号が混入しても、数式（１）の演算により互いに相殺される。

数式（２）に対して、駆動信号、Ｘ軸周りの角速度、Ｚ軸周りの角速度、Ｘ軸方向の加速度、Ｙ軸方向の加速度、Ｚ軸方向の加速度が加わった場合の位相を代入すると、結果はそれぞれ０となる。すなわち、不要信号である駆動信号、他軸周りの角速度及び加速度による不要信号が混入しても、数式（２）の演算により互いに相殺される。

このように、検出部４１〜４８をＹ軸に平行な軸Ｃ及びＸ軸に平行な軸Ｄに関して対称に設けることにより、不要信号である駆動信号、他軸周りの角速度及び加速度の成分を互いに相殺させることが可能となる。

図２１は、角速度検出素子１６と検出回路６１との接続関係を示した図である。固定部１７Ａ、１７Ｂに設けられた電極パッドの一部である電極パッド４９１〜４９８は、それぞれ検出部４１〜４８と電気的に接続されている。

電極パッド４９２からの出力配線と電極パッド４９５からの出力配線とは結線されてＩＶ変換アンプ６２Ａに接続されている。すなわち、信号Ｓ２と信号Ｓ５とは重畳されてＩＶ変換アンプ６２Ａに入力する。また電極パッド４９３からの出力配線と電極パッド４９８からの出力配線とは結線されてＩＶ変換アンプ６２Ｂに接続されている。すなわち、信号Ｓ３と信号Ｓ８とは重畳されてＩＶ変換アンプ６２Ｂに入力する。また電極パッド４９１からの出力配線と電極パッド４９６からの出力配線とは結線されてＩＶ変換アンプ６２Ｃに接続されている。すなわち、信号Ｓ１と信号Ｓ６とは重畳されてＩＶ変換アンプ６２Ｃに入力する。また電極パッド４９４からの出力配線と電極パッド４９７からの出力配線とは結線されてＩＶ変換アンプ６２Ｄに接続されている。すなわち、信号Ｓ４と信号Ｓ７とは重畳されてＩＶ変換アンプ６２Ｄに入力する。

Ｚ軸周りの角速度は以下の構成により算出される。ＩＶ変換アンプ６２Ａからの出力配線とＩＶ変換アンプ６２Ｂからの出力配線とが結線され、ＩＶ変換アンプ６２Ｃからの出力配線とＩＶ変換アンプ６２Ｄからの出力配線とが結線されている。これらの結線で合成された信号がそれぞれ差動アンプ６３Ｚに入力される。さらに差動アンプ６３Ｚから出力された信号は、駆動回路５０から出力された信号を用いて検波回路６４Ｚで検波される。

そしてローパスフィルタ６５Ｚで信号を抽出する。このようにしてＺ軸周りの角速度５７の大きさωｚは出力端子６６Ｚから出力される。

Ｙ軸周りの角速度は以下の構成により算出される。ＩＶ変換アンプ６２Ａからの出力配線とＩＶ変換アンプ６２Ｃからの出力配線とが結線され、ＩＶ変換アンプ６２Ｂからの出力配線とＩＶ変換アンプ６２Ｄからの出力とが結線配線されている。これらの結線で合成された信号がそれぞれ差動アンプ６３Ｙに入力される。さらに差動アンプ６３Ｙから出力された信号は、駆動回路５０から出力された信号を用いて検波回路６４Ｙで検波される。そしてローパスフィルタ６５Ｙで信号を抽出する。このようにしてＹ軸周りの角速度５９の大きさωｙは出力端子６６Ｙから出力される。

図２０、図２１から分かるように、駆動信号は、ＩＶ変換アンプ６２Ａ〜ＩＶ変換アンプ６２Ｄへ入力される前に、電極パッド４９１〜電極パッド４９８の結線により、相殺されている。したがって、ＩＶ変換アンプ６２Ａ〜ＩＶ変換アンプ６２Ｄで増幅する前に、駆動信号を相殺することができる。

また、Ｙ軸周りの角速度は、Ｚ軸周りの角速度を検出するための差動アンプ６３Ｚへ入力される前に、ＩＶ変換アンプ６２Ａ〜ＩＶ変換アンプ６２Ｄの結線により相殺されている。したがって、差動アンプ６３Ｚで増幅する前に、Ｙ軸周りの角速度を相殺することができる。

また、Ｚ軸周りの角速度成分は、Ｙ軸周りの角速度を検出するための差動アンプ６３Ｙへ入力される前に、ＩＶ変換アンプ６２Ａ〜ＩＶ変換アンプ６２Ｄの結線により相殺されている。

また、Ｘ軸方向の加速度は、ＩＶ変換アンプ６２Ａ〜ＩＶ変換アンプ６２Ｄへ入力される前に相殺することができ、Ｙ軸方向の加速度は、差動アンプ６３Ｚで増幅する前に相殺することができる。

以上のように、検出部４１〜４８をＹ軸に平行な軸Ｃ及びＸ軸に平行な軸Ｄに関して対称に設けたことにより、不要信号である駆動信号、他軸周りの角速度及び加速度の成分を互いに相殺させることができる。

なお、図２２に示すように、アーム２１〜２４に駆動部６７〜７４をさらに設けてもよい。図２２は本実施の形態による他の角速度検出素子１６Ａの上面図である。これにより、アーム２１〜２４をＹ軸方向にも振動させることができ、Ｘ軸周りの角速度をも検出することが可能となる。この場合、Ｘ軸周りの角速度の大きさωｘは、数式（３）により算出することができる。
ωｘ＝（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４）−（Ｓ５＋Ｓ６＋Ｓ７＋Ｓ８） （３）
このように、駆動部６７〜７４を設けることにより、３軸の角速度を同時に検出することができる。また、各軸の角速度の検出過程において、不要信号である駆動信号、他軸周りの角速度及び加速度を互いに相殺させることが可能となる。

なお、本実施の形態における角速度検出素子１６、１６Ａでは、錘２５〜２８を設けられたアーム２１〜２４を中央梁部２０Ｂが支持し、中央梁部２０Ｂを内側梁部２０Ａが支持している。さらに接続部１９Ａ、１９Ｂを介して、内側梁部２０Ａを外側梁部１８Ａ、１８Ｂが支持している。この構造により、角速度検出素子１６、１６Ａは３軸の角速度を同時に検出することができる。しかしながら、加速度や衝撃等の影響を受けやすくなるというデメリットが生じる。したがって、角速度検出素子１６の素子構造において特に、他軸周りの角速度及び加速度を互いに相殺させる効果が顕著となる。また第１スリット８０Ａ、８０Ｂでセンシング部を外枠部内に懸架することにより、外部応力の影響を軽減することができる。

なお図１４Ａ、図２２に示すように、外側梁部１８Ａ、１８Ｂを挟んで対向するように一対で固定部１７Ａ、１７Ｂが形成され、外側梁部１８Ａ、１８Ｂは固定部１７Ａ、１７Ｂを挟んで対向するように一対で形成されている。この構造において、接続部１９Ａ、１９Ｂは、外側梁部１８Ａ、１８Ｂと内側梁部２０Ａとが平行な２箇所に形成されていることが好ましい。これにより、角速度検出素子１６の設置方向に関係なくセンシング部を外枠部内に懸架することができる。

なお外側梁部１８Ａ、１８Ｂに平行な方向に応力が印加されない条件では、接続部１９Ａ、１９Ｂは固定部１７Ａ、１７Ｂと内側梁部２０Ａとが平行な２箇所に形成してもよい。 次に本実施の形態における他の角速度検出素子について説明する。

図２３は、本発明の実施の形態２によるさらに他の角速度検出素子１６Ｂの上面図である。以下、特徴部分について、図１４Ａ、図２２に示す角速度検出素子１６、１６Ａとの相違点を中心に説明する。

角速度検出素子１６Ｂでは、内側梁部２０Ａの固定部１７Ａと第１スリット８０Ｂを介して対向する辺におけるアーム２１側に検出部７６が設けられ、アーム２３側に検出部７８が設けられている。また、内側梁部２０Ａの固定部１７Ｂと第１スリット８０Ａを介して対向する辺におけるアーム２２側に検出部７７が設けられ、アーム２４側に検出部７９が設けられている。検出部７６、７８と検出部７７、７９とは軸Ｃに関して対象に設けられ、検出部７６、７７と検出部７８、７９とは軸Ｄに関して対称に設けられている。これ
以外の構成は図２２に示す角速度検出素子１６Ａと同様である。検出部７６〜７９を用いて、角速度検出素子１６Ｂに加わるＸ軸周りの角速度を検出することができる。

図２４では、検出部７６〜７９から出力される信号をそれぞれＳ９〜Ｓ１２として示している。図２４は駆動回路５０から与えられる駆動信号の位相に対して、各検出部に生じる駆動信号の位相と、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸周りの角速度が加わった場合の位相と、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の加速度が加わった場合の位相を示している。

図２４より、Ｘ軸周りの角速度の大きさωｘ２は、数式（４）により算出することができる。
ωｘ２＝（Ｓ９＋Ｓ１１）−（Ｓ１０＋Ｓ１２） （４）
数式（４）に対して、駆動信号、Ｙ軸及びＺ軸周りの角速度、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の加速度が加わった場合の位相を代入すると、結果はそれぞれ０となる。すなわち、不要信号であるである他軸周りの角速度、加速度が混入しても、数式（４）の演算により互いに相殺される。

なお、図２４から分かるように、検出部７６〜７９を軸Ｃ及び軸Ｄに関して対称となるように内側梁部２０Ａに設けることにより、検出部７６〜７９に駆動信号が現れなくなる。これにより、複数の検出部から出力される信号を加算せずとも、不要信号で駆動信号の影響をなくすことができる。

図１４Ａ、図２２の構成では、例えば、外枠部に対して検出部４１〜４８の位置がずれた場合には、数式（１）や数式（２）、数式（３）の演算を行っても駆動信号を相殺することができない。一方、角速度検出素子１６Ｂでは、外枠部に対して検出部７６〜７９の位置がずれた場合であっても、駆動信号成分の影響をなくすことが可能となる。同様に、不要信号であるＹ軸周りの角速度、Ｚ軸周りの角速度及びＹ方向の加速度についても、検出部４１〜４８に現れないため、同様の効果を奏する。

以上のように、検出部７６〜７９を軸Ｃ及び軸Ｄに関して対称に設けることにより、不要信号である駆動信号、他軸周りの角速度及び加速度の成分をなくす、あるいは互いに相殺させることが可能となる。

このように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸において、角速度検出素子１６ＢはＸ軸とＹ軸とからなるＸＹ平面に延伸するように形成されている。このとき、アーム２１〜２４に設けられた検出部４１〜４８をＺ軸周りの角速度検出部とし、内側梁部２０Ａの、固定部１７Ａ、１７Ｂに平行な辺上にＸ軸周りの角速度を検出する検出部７６〜７９を設けることが好ましい。

次に本実施の形態におけるさらに他の角速度検出素子について説明する。図２５は、本発明の実施の形態２による角速度検出素子１６Ｃの上面図である。以下、特徴部分について、図１４Ａ、図２２に示す角速度検出素子１６、１６Ａとの相違点を中心に説明する。

角速度検出素子１６Ｃでは、中央梁部２０Ｂにおけるアーム２１側に検出部８１が設けられ、アーム２２側に検出部８２が設けられ、アーム２３側に検出部８３が設けられ、アーム２４側に検出部８４が設けられている。それ以外の構成は図２２に示す角速度検出素子１６Ａと同様である。ここで、検出部８１、８３と検出部８２、８４とは軸Ｃに関して対象に設けられている。また、検出部８１、８２と検出部８３、８４とは軸Ｄに関して対称に設けられている。検出部８１〜８４を用いて、角速度検出素子１６Ｃに加わるＹ軸周りの角速度を検出することができる。

図２６では、検出部８１〜８４から出力される信号をそれぞれＳ１３〜Ｓ１６として示している。図２６は、駆動回路５０から与えられる駆動信号の位相に対して、各検出部に生じる駆動信号の位相と、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸周りの角速度が加わった場合の位相と、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の加速度が加わった場合の位相とを示している。

図２６より、Ｙ軸周りの角速度の大きさωｙ２は、数式（５）により算出することができる。
ωｙ２＝（Ｓ１３＋Ｓ１５）−（Ｓ１４＋Ｓ１６） （５）
数式（５）に対して、駆動信号、Ｘ軸及びＺ軸周りの角速度、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の加速度が加わった場合の位相を代入すると、結果はそれぞれ０となる。すなわち、不要信号である他軸周りの角速度、加速度が混入しても、数式（５）の演算により互いに相殺される。

なお、図２６から分かるように、検出部８１〜８４を軸Ｃ及び軸Ｄに関して対称となるように中央梁部２０Ｂに設けることにより、検出部８１〜８４に駆動信号が現れなくなる。これにより、複数の検出電極から出力される信号を加算せずとも、不要信号で駆動信号の影響をなくすことができる。図１４Ａ、図２２の構成では、例えば、外枠部に対して検出部４１〜４８の位置がずれた場合には、数式（１）や数式（２）、数式（３）の演算を行っても駆動信号を相殺することができない。これに対し、角速度検出素子１６Ｃは、外枠部に対して検出部８１〜８４の位置がずれても、駆動信号成分の影響をなくすことが可能となる。同様に、不要信号であるＸ軸周りの角速度、Ｚ軸周りの角速度及びＸ方向の加速度についても、検出部８１〜８４に現れないため、同様の効果を奏する。

以上のように、検出部８１〜８４を軸Ｃ及び軸Ｄに関して対称に設けることにより、不要信号である駆動信号、他軸周りの角速度及び加速度の成分をなくす、或いは互いに相殺させることが可能となる。

次に本実施の形態におけるさらに他の角速度検出素子について説明する。図２７は本発明の実施の形態２による角速度検出素子１６Ｇの部分上面図である。以下、特徴部分について、図１４Ａ、図２２に示す角速度検出素子１６、１６Ａとの相違点を中心に説明する。

角速度検出素子１６Ｇは、図１４Ａに示す角速度検出素子１６とはアームの形状が異なる。また駆動部、検出部の配置が異なる。図２７は一例として第１アーム（以下、アーム）２１１の形状を示している。図示していないが、図１４Ａにおけるアーム２２、２３、２４に相当する第２アーム、第３アーム、第４アームもアーム２１１と同様の形状を有する。各アームの対称関係は角速度検出素子１６と同様である。

アーム２１１は、中央梁部２０Ｂに連結された第１端２１１Ａと、第１角部２１１Ｂと第２角部２１１Ｃを有する。すなわちアーム２１１は、第１アーム部２１１Ｅと、第２アーム部２１１Ｆと、第３アーム部２１１Ｇとで構成されたＪ字状の形状を有する。第１アーム部２１１Ｅは第１端２１１Ａと第１角部２１１Ｂとの間の部分、第２アーム部２１１Ｆは第１角部２１１Ｂと第２角部２１１Ｃとの間の部分、第３アーム部２１１Ｇは第２角部２１１Ｃと第２端２１１Ｄとの間の部分である。第２端２１１Ｄには錘２５が接続されている。錘２５は、第３アーム部２１１Ｇの外側の延長が略方形の錘２５の一辺と一致するようにアーム２１１に連結されている。

アーム２１１および錘２５はＸＹ平面内で駆動振動させることができ、また、Ｚ軸方向にも撓ませることができる。アーム２１１及び錘２５を構成する材料については図１４Ａに示す構成と同様である。

駆動部２９、３０は第１アーム部２１１Ｅ上に設けられている。検出部４１、４２は第２アーム部２１１Ｆ上に設けられている。検出部４１、４２や駆動部２９、３０の構成は図１４Ａに示す構成と同様である。駆動部２９、３０にそれぞれ逆位相の電圧を印加することによって、アーム２１１をＸＹ平面内に駆動振動させることができる。

次に、この角速度検出素子の原理を説明する。外部の駆動回路（図示せず）から、駆動部２９、３０に駆動振動共振周波数の交流電圧を印加されると、アーム２１１と錘２５とが駆動振動方向Ｄ１に沿ってＸＹ平面内で駆動振動する。このとき、Ｚ軸周りに角速度が加わると、駆動振動方向Ｄ１と直交した方向にコリオリ力が発生する。このコリオリ力によって、検出振動方向Ｄ２に駆動振動と同調した検出振動が励起される。この検出振動により発生したアーム２１１の歪みを検出部４１、４２がアーム２１１の変位として検出することによって角速度を検出することができる。

ところで、通常は検出振動方向Ｄ２の検出振動共振周波数は、駆動振動方向Ｄ１の駆動振動共振周波数の近傍に設定される。これは、角速度が加わった際に発生する検出振動は駆動振動と同調するため、検出振動共振周波数が駆動振動共振周波数に近ければ、それだけ検出振動が大きく励起されやすいためである。

なお駆動振動方向Ｄ１と検出振動方向Ｄ２の向きが異なるため、駆動振動共振周波数と検出振動共振周波数とを近づけるのは困難である。例えば、図１４Ａに示す角速度検出素子１６で駆動振動共振周波数を４０ｋＨｚ程度に設計すると、検出振動共振周波数は６５ｋＨｚ付近になり、互いの共振周波数が２５ｋＨｚも離れてしまう。このため、Ｚ軸周りの角速度感度が低くなってしまう。

それに対して図２７に示す構成では、アーム２１１のＸ軸方向の長さＷ１は、錘２５のＸ軸方向の長さＷ２よりも大きく設定されている。これによって、Ｚ軸周り角速度印加時の検出共振振動時に応力が集中しやすい第２角部２１１Ｃ付近の剛性が下がり、Ｚ軸周り角速度印加時の検出共振振動の共振周波数を下げることが可能になる。このような構成で角速度検出素子を設計すると、駆動振動共振周波数４０ｋＨｚに対して、検出振動共振周波数は４５ｋＨｚ程度の設計が可能になり、互いの共振周波数差を５ｋＨｚ以内に収めることができる。これによって、Ｚ軸周りの角速度感度に比べて約５倍の感度を得ることができる。

なお、図２７に示すように、第２アーム部２１１Ｆの幅２１１Ｋを、第１アーム部２１１Ｅの幅２１１Ｈよりも小さくしてもよい。この構成により、第２角部２１１Ｃ付近の剛性を下げることができるため、駆動振動共振周波数と検出振動共振周波数とを近づけることができる。また、第３アーム部２１１Ｇの幅２１１Ｊを、第２アーム部２１１Ｆの幅２１１Ｋよりも小さくしてもよい。あるいは、第１角部２１１Ｂの曲率半径を第２角部２１１Ｃの曲率半径よりも大きくしてもよい。これらの構成によっても、それぞれ同様の理由で駆動振動共振周波数と検出振動共振周波数とを近づけることができる。これらの構成はそれぞれ単独でも効果が得られるが、組み合わせることによってさらに駆動振動共振周波数と検出振動共振周波数とを近づけることができる。その結果、Ｚ軸周りの角速度感度をさらに高めることができる。

なお、駆動振動方向Ｄ１にアーム２１１と錘２５とを駆動振動させた場合、第１アーム部２１１Ｅに歪みが集中しやすい。したがって、第１アーム部２１１Ｅに駆動部２９、３０を設けることにより、駆動効率を改善することができる。

同様に、検出振動方向Ｄ２にアーム２１１と錘２５とを検出振動させた場合、第２アー
ム部２１１Ｆに歪みが集中しやすい。したがって、第２アーム部２１１Ｆに検出部４１、４２を設けることにより、検出効率を改善することができる。ただし、アーム２１１は駆動振動方向Ｄ１に沿って駆動振動し、検出振動方向Ｄ２に沿って検出振動させるため、第３アーム部２１１Ｇに検出部４１、４２を設けても検出振動を検出することができる。

以上のように、角速度検出素子の駆動振動の共振周波数とＺ軸周りの角速度検出振動の共振周波数を近づけることができるため、角速度センサのＺ軸周りの角速度の検出感度を向上させることができる。

次に本実施の形態におけるさらに他の角速度検出素子について説明する。図２８は本発明の実施の形態２による角速度検出素子１６Ｄの上面図である。以下、特徴部分について、図２７に示す角速度検出素子１６Ｇとの相違点を中心に説明する。

角速度検出素子１６Ｄでは、Ｙ軸周りの角速度を検出する検出部９１〜９４が内側梁部２０Ａの、外側梁部１８Ａ、１８Ｂに平行な辺上に形成されている。これ以外の構成は角速度検出素子１６Ｇと同様である。

このように検出部９１〜９４を内側梁部２０Ａの、外側梁部１８Ａ、１８Ｂに平行な辺上に形成することで、中央梁部２０Ｂを細くすることができる。これにより、ＸＹ面内の不要な共振の周波数を下げることができる。その結果、不要な共振周波数と駆動振動の共振周波数との差を大きくすることができ、駆動振動に基づく検出振動を精度よく検出することができる。

なおこの構成は図１４Ａ、図２２、図２３、図２５に示す角速度検出素子１６、１６Ａ，１６Ｂ、１６Ｃに適用してもよい。すなわち、図２５における検出部８１〜８４に代えて、検出部９１〜９４を設けてもよい。

このように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸において、角速度検出素子１６ＤはＸ軸とＹ軸とからなるＸＹ平面に延伸するように形成されている。このとき、アーム２１１〜２１４に設けられた検出部４１〜４８をＺ軸周りの角速度検出部とし、内側梁部２０Ａの、外側梁部１８Ａ、１８Ｂに平行な辺上にＸ軸周りの角速度を検出する検出部９１〜９４を設けることが好ましい。

なお、Ｘ軸周りの角速度を検出する検出部７６〜７９は内側梁部２０Ａの、固定部１７Ａ、１７Ｂに平行な辺上に形成されている。この構成による効果は、図２３に示す構成と同様である。

次に本実施の形態におけるさらに他の角速度検出素子について説明する。図２９Ａ、図２９Ｂは本発明の実施の形態２による角速度検出素子１６Ｅ、１６Ｆの上面図である。以下、特徴部分について、図２８に示す角速度検出素子１６Ｄとの相違点を中心に説明する。

図２９Ａに示す角速度検出素子１６Ｅでは内側梁部２０Ａの、外側梁部１８Ａ、１８Ｂに平行な辺上に形成された検出部９１〜９４に隣接して、内側梁部２０Ａに第２スリット９６Ａ〜９６Ｄが形成されている。

検出部９１〜９４の感度を向上させるには、検出部９１〜９４の面積を大きくする必要がある。しかしながら検出部９１〜９４の面積を大きくするために内側梁部２０Ａの幅を大きくすると、内側梁部２０Ａの剛性が大きくなる。そのため、アーム２１１〜２１４の不要な共振の周波数が高まり、駆動周波数に近づく。その結果、不安定な振動状態が誘発
され、測定精度が低下する。

これに対し、図２９Ａに示す構成では第２スリット９６Ａ〜９６Ｄを設けている。これにより、内側梁部２０Ａの上面面積に対し相対的に検出部９１〜９４の面積を大きくしつつ、内側梁部２０Ａの剛性を低下させることができる。これにより検出部９１〜９４の感度を向上しつつ、アーム２１１〜２１４の駆動周波数と不要な共振の周波数との差を大きくすることができる。

なお内側梁部２０Ａの頂点側は辺中央に比べて剛性が大きい。そのためアーム２１１〜２１４の駆動周波数と不要な共振の周波数との差を大きくするには、第２スリット９６Ａ〜９６Ｄを内側梁部２０Ａの頂点側に形成することが好ましい。

また第２スリット９６Ａ〜９６Ｄは上面視で、上底とこの上底より長い下底と上底と下底とを繋ぐ斜辺とを有する直角台形形状であり、下底が内側梁部２０Ａの幅方向において外側になるよう形成され、斜辺が内側梁部２０Ａの頂点側に形成されていることがさらに好ましい。このような形状に第２スリット９６Ａ〜９６Ｄを形成することで、内側梁部２０Ａの剛性と検出部９１〜９４の感度を調整しやすい。

図２９Ｂに示す角速度検出素子１６Ｆでは内側梁部２０Ａの、固定部１７Ａ、１７Ｂに平行な辺上に形成された検出部７６〜７９に隣接して、内側梁部２０Ａに第２スリット９８Ａ〜９８Ｄが形成されている。

図２９Ａの場合と同様に、検出部７６〜７９の感度を向上させるには、検出部７６〜７９の面積を大きくする必要がある。しかしながら検出部７６〜７９の面積を大きくするために内側梁部２０Ａの幅を大きくすると、内側梁部２０Ａの剛性が大きくなる。そのため、アーム２１１〜２１４の不要な共振の周波数が高まり、駆動周波数に近づく。その結果、不安定な振動状態が誘発され、測定精度が低下する。

具体的には、アーム２１１〜２１４の駆動周波数と不要な共振の周波数との差は５００Ｈｚ以上、できれば１０００Ｈｚ以上であることが好ましい。搭載する装置の小型化に伴い、角速度検出素子１６Ｆも小さくする必要がある。しかしながら角速度検出素子１６Ｆが小さいほど、その質量も小さくなり、その結果、不要共振周波数が大きくなって駆動周波数に近くなる。

これに対し、図２９Ｂに示す構成では第２スリット９８Ａ〜９８Ｄを設けている。これにより、内側梁部２０Ａの上面面積に対し相対的に検出部７６〜７９の面積を大きくしつつ、内側梁部２０Ａの剛性を低下させることができる。これにより検出部７６〜７９の感度を向上しつつ、アーム２１１〜２１４の駆動周波数と不要な共振の周波数との差を大きくすることができる。

具体的には、角速度検出素子１６Ｆの大きさが２．５×２．５ｍｍ程度で基材が１５０μｍ厚のＳｉで構成されていて、駆動周波数が４０ｋＨｚ付近であるとき、上記周波数差は１０００Ｈｚ程度になる。なおこの効果は、第１スリット８０Ａ、８０Ｂを設ける効果とは独立して発揮される。

なお内側梁部２０Ａの頂点側は辺中央に比べて剛性が大きい。そのためアーム２１１〜２１４の駆動周波数と不要な共振の周波数との差を大きくするには、第２スリット９８Ａ〜９８Ｄを内側梁部２０Ａの頂点側に形成することが好ましい。また図２９Ｂに示す構造では、固定部１７Ａ、１７Ｂと内側梁部２０Ａとの間に接続部はないため、内側梁部２０Ａの中央梁部２０Ｂ寄りの箇所での感度が大きくなる。したがって検出部７６〜７９を内
側梁部２０Ａの、中央梁部２０Ｂとの接続位置付近に設けることにより検出部７６〜７９によるＸ軸周りの角速度検出の感度も向上する。そして感度への寄与の少ない内側梁部２０Ａの頂点側に第２スリット９８Ａ〜９８Ｄを形成すればよい。

また第２スリット９８Ａ〜９８Ｄは上面視で、上底とこの上底より長い下底と上底と下底とを繋ぐ斜辺とを有する直角台形形状であり、下底が内側梁部２０Ａの幅方向において外側になるよう形成され、斜辺が内側梁部２０Ａの頂点側に形成されていることがさらに好ましい。このような形状に第２スリット９８Ａ〜９８Ｄを形成することで、内側梁部２０Ａの剛性と検出部７６〜７９の感度を調整しやすい。なお必要に応じ、図２９Ａに示した第２スリット９６Ａ〜９６Ｄと図２９Ｂに示した第２スリット９８Ａ〜９８Ｄとの両方を形成してもよい。

なお図２９Ａ、図２９Ｂの構成は図１４Ａ、図２２、図２３、図２５に示す角速度検出素子１６、１６Ａ，１６Ｂ、１６Ｃ適用してもよい。すなわち、図２５における検出部８１〜８４に代えて、検出部９１〜９４を設け、さらに第２スリット９６Ａ〜９６Ｄを形成してもよい。あるいは、図２３の構成において、検出部７６〜７９を中央梁部２０Ｂ寄りに形成し、さらに第２スリット９８Ａ〜９８Ｄを形成してもよい。

なお、以上の説明では角速度検出素子１６〜１６Ｆと駆動回路５０と検出回路６１とで角速度センサを構成した例を説明したが、駆動回路５０や検出回路６１は必ずしも角速度センサに組み込まなくてもよい。すなわち角速度センサを取り付ける装置に駆動回路５０や検出回路６１の少なくとも一方を構成してもよい。

本発明の慣性力検出素子は、枠部と上支持体とを接着する際に、可撓部に蓄積される残留応力を軽減することにより、慣性力検出素子の感度の経時変化を抑制することができる。そのため、携帯端末や車両等において有用である。

１２ 中空領域
１４ 内縁
１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ，１６Ｅ，１６Ｆ，１６Ｇ 角速度検出素子（慣性力検出素子）
１７Ａ，１７Ｂ 固定部
１８Ａ，１８Ｂ 外側梁部
１９Ａ，１９Ｂ 接続部（第２接続部）
２０Ａ 内側梁部
２０Ｂ 中央梁部
２１，２１１ 第１アーム（アーム）
２２，２１２ 第２アーム（アーム）
２３，２１３ 第３アーム（アーム）
２４，２１４ 第４アーム（アーム）
２５，２６，２７，２８ 錘
２９，３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６，６７，６８，６９，７０，７１，７２，７３，７４ 駆動部
２９Ａ，３０Ａ 下部電極
２９Ｂ，３０Ｂ ピエゾ素子
２９Ｃ，３０Ｃ 上部電極
３７，３８，３９，４０ モニタ部
４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７，４８，７６，７７，７８，７９，８１，８
２，８３，８４，９１，９２，９３，９４ 検出部
４９Ａ，４９Ｂ，４９Ｃ，４９Ｄ，４９Ｅ，４９Ｆ，４９Ｇ，４９Ｈ，４９Ｊ，４９Ｋ，４９Ｌ，４９Ｍ，４９１，４９２，４９３，４９４，４９５，４９６，４９７，４９８
電極パッド
５０ 駆動回路
５１ ＩＶ変換アンプ
５２ ＡＧＣ
５３ フィルタ
５４，５５ ドライブアンプ
５６ 駆動振動
５７，５９ 角速度
５８，６０ 検出振動
６１ 検出回路
６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄ ＩＶ変換アンプ
６３Ｙ，６３Ｚ 差動アンプ
６４Ｙ，６４Ｚ 検波回路
６５Ｙ，６５Ｚ ローパスフィルタ
６６Ｙ，６６Ｚ 出力端子
８０Ａ，８０Ｂ 第１スリット（貫通孔）
９６Ａ，９６Ｂ，９６Ｃ，９６Ｄ，９８Ａ，９８Ｂ，９８Ｃ，９８Ｄ 第２スリット
１０５，１０５Ａ，１２０，１２１，１２２，１２３，１２３Ｃ，１２３Ｄ 慣性力検出素子
１０６ 枠部
１０６Ａ 中空領域
１０６Ｂ 内縁
１０６Ｃ，１０６Ｄ 端部
１０６Ｅ，１０６Ｆ 辺
１０６Ｇ 内枠部
１０６Ｈ 薄肉部
１０７ 可撓部
１０７Ａ，２０７Ａ，３０７Ａ，４０７Ａ，１１０７Ａ 梁部
１０７Ｂ 錘部
１０７Ｃ 補助錘部
１０７Ｅ，１０７Ｆ 接続部（第１接続部）
１０８，１０８Ａ，１０８Ｂ，１０８Ｃ，１０８Ｄ 接着部
１０９ 貫通孔
１１０Ａ 上支持体
１１０Ｂ 下支持体
１１１ 間隙部
１１２ 加速度検出素子（慣性力検出素子）
１１３，１１４，１１５ 電圧検出部
１１６，１１７，１１８，１１９ 特性
２１１Ａ 第１端
２１１Ｂ 第１角部
２１１Ｃ 第２角部
２１１Ｄ 第２端
２１１Ｅ 第１アーム部
２１１Ｆ 第２アーム部
２１１Ｇ 第３アーム部
２１１Ｈ，２１１Ｊ，２１１Ｋ 幅

Claims (20)

1. 角速度を検出する角速度検出素子であって、
   第１、第２、第３、第４の錘部と、
   前記第１、第２、第３、第４の錘部を囲み、複数の梁を介して前記第１、第２、第３、第４の錘部と接続する枠部と、
   前記枠部に設けられ、Ｘ軸周りの角速度を検出する第１の検出部と、
   前記枠部に設けられ、Ｙ軸周りの角速度を検出する第２の検出部と、を備え、
   前記角速度検出素子の中心を通り互いに直交する軸をＸ軸、Ｙ軸としたとき、
   前記第１の検出部は、前記Ｘ軸を挟んで対称に設けられ、
   前記第２の検出部は、前記Ｙ軸を挟んで対称に設けられる角速度検出素子。
2. 前記枠部は方形であり、
   前記第１の検出部は、前記枠部の前記Ｙ軸と並行に延びる一対の梁に設けられ、
   前記第２の検出部は、前記枠部の前記Ｘ軸と並行に延びる一対の梁に設けられる請求項１の角速度検出素子。
3. 前記枠部は、上面視で、第１、第２、第３、第４のスリットを有する請求項１の角速度検出素子。
4. 前記枠部は、上面視で、第１、第２、第３、第４の直角台形状のスリットを有する請求項１の角速度検出素子。
5. 前記枠部は、上面視で、第１、第２、第３、第４のスリットを有し、
   前記第１、第２、第３、第４スリットはそれぞれ、上底と、前記上底より長い下底と、前記上底と前記下底とを繋ぐ斜辺と、を有する請求項１の角速度検出素子。
6. 前記枠部は、上面視で、第１、第２、第３、第４のスリットを有し、
   前記第１、第２、第３、第４スリットはそれぞれ、上底と、前記上底より長い下底と、前記上底と前記下底とを繋ぐ斜辺と、を有し、
   前記下底が前記枠部の幅方向において外側に設けられる請求項１の角速度検出素子。
7. 前記枠部は、上面視で、第１、第２、第３、第４のスリットを有し、
   前記第１、第２、第３、第４スリットはそれぞれ、上底と、前記上底より長い下底と、前記上底と前記下底とを繋ぐ斜辺と、を有し、
   前記斜辺が前記枠部の頂点の方を向いて設けられる請求項１の角速度検出素子。
8. 前記第１の検出部と、前記第２の検出部とは、ピエゾ素子を下部電極と上部電極とで挟んで形成される請求項１の角速度検出素子。
9. 前記角速度検出素子は支持体の上に設けられ、
   前記支持体は、静電容量方式により角速度の検出を行う際の対向基板として用いられる請求項１の角速度検出素子。
10. 請求項１に記載の角速度検出素子と、
    前記角速度検出素子の前記第１、第２の検出部より出力された信号を処理する検出回路と、を備えた角速度センサ。
11. 角速度を検出する角速度検出素子であって、
    第１、第２、第３、第４の錘部と、
    前記第１、第２、第３、第４の錘部を囲み、複数の梁を介して前記第１、第２、第３、第４の錘部と接続する枠部と、
    前記枠部に設けられ、第１軸周りの角速度を検出する第１の検出部と、
    前記枠部に設けられ、前記第１軸に直交する第２軸周りの角速度を検出する第２の検出部と、を備え、
    前記枠部は方形であり、
    前記第１の検出部は、前記枠部の互いに対向し前記第１軸と並行な梁部に設けられ、
    前記第２の検出部は、前記枠部の互いに対向し前記第２軸と並行な梁部に設けられる角速度検出素子。
12. 前記第１軸および前記第２軸は、前記角速度検出素子の中心を通る請求項１１の角速度検出素子。
13. 前記枠部は、上面視で、第１、第２、第３、第４のスリットを有する請求項１１の角速度検出素子。
14. 前記枠部は、上面視で、第１、第２、第３、第４の直角台形のスリットを有する請求項１１の角速度検出素子。
15. 前記枠部は、上面視で、第１、第２、第３、第４のスリットを有し、
    前記第１、第２、第３、第４スリットはそれぞれ、上底と、前記上底より長い下底と、前記上底と前記下底とを繋ぐ斜辺と、を有する請求項１１の角速度検出素子。
16. 前記枠部は、上面視で、第１、第２、第３、第４のスリットを有し、
    前記第１、第２、第３、第４スリットはそれぞれ、上底と、前記上底より長い下底と、前記上底と前記下底とを繋ぐ斜辺と、を有し、
    前記下底が前記枠部の幅方向において外側に設けられる請求項１１の角速度検出素子。
17. 前記枠部は、上面視で、第１、第２、第３、第４のスリットを有し、
    前記第１、第２、第３、第４スリットはそれぞれ、上底と、前記上底より長い下底と、前記上底と前記下底とを繋ぐ斜辺と、を有し、
    前記斜辺が前記枠部の頂点の方を向いて設けられる請求項１１の角速度検出素子。
18. 前記第１の検出部と、前記第２の検出部とは、ピエゾ素子を下部電極と上部電極とで挟んで形成される請求項１１の角速度検出素子。
19. 前記角速度検出素子は支持体の上に設けられ、
    前記支持体は、静電容量方式により角速度の検出を行う際の対向基板として用いられる請求項１１の角速度検出素子。
20. 請求項１１に記載の角速度検出素子と、
    前記角速度検出素子の前記第１、第２の検出部より出力された信号を処理する検出回路と、を備えた角速度センサ。

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