JP5246470B2 - 角速度センサ素子 - Google Patents

Description

本発明は、物体の角速度を検出する角速度センサ素子に関する。

従来から、角速度センサ素子は、船舶、航空機、ロケット等の姿勢を自律制御する技術に使用されているが、最近では、カーナビゲーションシステム、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話等の小型の電子機器にも搭載されるようになってきた。それに伴い、角速度センサ素子の更なる小型化、及び低背化（薄型化）が要請されている。

これに対し、振動型角速度センサの振動腕を、圧電材料の機械加工によって切削・成形して作製することが広く行なわれているが、その機械加工精度には自ずと限界があり、上述したような更なる小型化及び低背化という要求に応えることは困難であった。

そこで、角速度センサの更なる小型化及び低背化を企図して、単結晶シリコン等の半導体基板を微細加工することにより振動腕を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２２７７１９号公報

ところで、一般に、角速度センサは、その振動腕（駆動腕や検出腕）の振動範囲を確保するために、振動腕の周囲に空間が設けられている。しかしながら、半導体材料から形成された微細な振動腕を備える角速度センサ素子に想定外の強い衝撃が与えられた際には、振動腕が過度に大きく振動することにより振動腕の破壊応力を超える応力が発生した場合、特に、振動腕に突発的な衝撃力が印加された場合には、その応力を短時間に緩和することは極めて困難であり、振動腕の一部が破損したり、ときには破断（折れ）したりするおそれがある。こうなると、角速度センサとしての本来の機能や性能が失われてしまう懸念がある。

そこで、本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、振動腕に過度に大きな衝撃が与えられた場合であっても、その振動腕の破損や破壊を有効に防止することができる角速度センサ素子を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明による角速度センサ素子は、半導体材料により形成された振動腕と、振動腕上に形成される圧電素子と、その振動腕の振動範囲を制限するように設けられたストッパ部材とを備える。

このような構成によれば、角速度センサ素子に過大な衝撃が与えられた際に、振動腕が大きく振動、例えば、振動腕の自由端側（開放端側）が固定端に対して過大な振幅で振動、或いは、振動腕の複数の固定端間の部位が固定端に対して過大な振幅で振動しそうになっても、振動腕の振動部位がストッパ部材と例えば接触又は当接することにより、その振動はストッパ部材により画定された空間内に制限される。これにより、素子に過大な衝撃が与えられた場合であっても、振動腕の振動が許容範囲に収まり、その破損や破壊が防止される。

また、ストッパ部材は、振動腕が形成された面に沿って配置され、その面内における振動腕の振動範囲を制限する第１のストッパ部材を有すると好適である。振動腕を半導体材料から形成する場合、半導体材料の振動腕以外の部位を物理的又は化学的にエッチング等して除去することにより、平面方向に延在する振動腕を簡易に形成することができ、このような構造では、振動腕は面内振動（面方向に沿う振動）を生じることが想定される。このとき、振動腕が形成された面に沿って第１のストッパ部材が配置されることにより、振動腕のその面内振動が第１のストッパ部材によって効果的に規制される。また、振動腕が形成された面に沿って配置された第１のストッパ部材は、振動腕の形成と同時に半導体材料を加工して製造できるので、角速度センサ素子の製造工程が簡略化され、生産性が向上される。また、振動腕と第１のストッパ部材が同一面内に配置されるので、角速度センサ素子の低背化に寄与できる。

或いは、ストッパ部材は、振動腕が形成された面とは異なる面に沿って配置され、その振動腕が形成された面と交差する方向における振動腕の振動範囲を制限する第２のストッパ部材をさらに有しても好ましい。上述のとおり、振動腕の形態によっては、主としてその延在面における面内振動が生起され得るが、外部からの衝撃の方向によっては、面方向とは異なる方向の振動、換言すれば、面方向以外の振動（面外振動）が引き起こされることも十分に予見される。例えば、振動腕がある幅を有する板状をなす場合には、その幾何学構造上、延在面と直交するような振動や、ねじれ振動、更には、振動腕の形状によっては、全天方向の振動等も考えられる。かかる場合に、第２のストッパ部材が振動腕の延在面と交差する方向に沿って配置されていれば、振動腕の面方向以外の振動も、その第２のストッパ部材によって効果的に制限される。

好ましくは、ストッパ部材は、振動腕の少なくとも一部が接触する部位が、その接触の際の振動腕の姿態に沿う形状を有するものである。これにより、ストッパ部材と接触する振動腕の部位が、ストッパ部材の面で支えられることから、振動腕がストッパ部材に衝突する際の衝撃力が局所的に（例えば点状に）集中印加されることがなく、その衝撃力はストッパ部材と振動腕との当接面に分散される。

好ましくは、ストッパ部材は、振動腕の全周（或いは全ての部位）を取り囲むように、振動腕に対して所定の間隔を有して離間配置されている。なお、ストッパ部材と振動腕との所定の間隔は、振動腕の全周に対して一定でもよく、部位によって異なるように適宜変化するようにしてもよい。こうすることにより、振動腕があらゆる方向に過剰に振動したとしても、それらの過剰振動から振動腕の全ての部位が保護される。

本発明によれば、振動腕の振動範囲を制限するストッパ部材を備えるので、角速度センサ素子に過大な衝撃が与えられた場合であっても、その衝撃による振動腕の過剰な振動がストッパ部材によって一定範囲に抑止され、これにより、振動腕に印加される応力を抑制して振動腕の破損や破壊を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、図面中、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右などの位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。さらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。

＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態に係る角速度センサ装置１の内部構成を分解して表す斜視図であり、図２は角速度センサ装置１のII―II線断面図である。

この角速度センサ装置１は、互いに重ね合わされたケース４および上蓋部５により形成される内部空間Ｇ（図２参照）に角速度センサ素子２および集積回路素子３を配置したものである。

角速度センサ素子２は、後述するように、角速度センサ素子２の各駆動腕に設けられた各圧電素子に駆動信号を送信するとともに、角速度センサ素子２の各検出腕に設けられた各圧電素子から出力される検出信号を受信するためのものである。ケース４は、例えば複数のセラミック薄板を積層して形成されており、角速度センサ素子２および集積回路素子３を収容することの可能な階段状の窪みを有している。また、上蓋部５は、例えばケース４と同様のセラミック材料により形成されている。

図１に示したように、ケース４の窪みの最も深いところに環状の集積回路支持部４１が形成されており、この集積回路支持部４１上に集積回路素子３が配置されている。また、この集積回路支持部４１の周囲であって、かつ集積回路支持部４１よりも浅いところに環状のセンサ素子支持部４２が形成されており、このセンサ素子支持部４２上に角速度センサ素子２が配置されている。また、このセンサ素子支持部４２の周囲には、窪みの外縁をなす環状の上蓋部支持部４３が形成されており、この上蓋部支持部４３と上蓋部５とがケース４の窪みを外部から密閉し、内部空間Ｇ（図２参照）を形成するように互いに重ね合わされている。

角速度センサ素子２は、図１および図２に示したように、ケース４のセンサ素子支持部４２を含む面と平行な面内に沿って形成されたものである。つまり、この角速度センサ素子２は、いわゆる横置き型の素子である。

図３は角速度センサ素子２の上面構成の一例を示す平面図である。
この角速度センサ素子２は、２つの固定部２１と、２つの固定部２１の間に配置された伝達腕２２、駆動腕２３および検出腕２４からなる振動腕と、固定部２１に一体的に形成され振動腕の全周を取り囲む第１のストッパ部材２５とを備えている。

固定部２１の底部は、ケース４のセンサ素子支持部４２の上面と接している。好ましくは、固定部２１の底部は、センサ素子支持部４２に接着剤等を用いて固定されている。固定部２１をセンサ素子支持部４２に固定することにより、伝達腕２２の端部を固定端とすることができる。

伝達腕２２は、２つの固定部２１にその両端が連結されている。このため、伝達腕２２は、その端部を固定端として、上下方向（伝達腕２２の延在方向と直交する方向）に振動することが可能となっている。

駆動腕２３は、伝達腕２２にその一端が連結されている。本例では、合計４つの駆動腕２３が、伝達腕２２に連結されている。伝達腕２２の一の点に２つの駆動腕２３が連結され、伝達腕２２の他の点に残りの２つの駆動腕２３が連結されている。駆動腕２３が連結される伝達腕２２上の２点は、伝達腕２２の長さを４等分した場合において、中心点の両隣の２点に相当する。伝達腕２２の一の点または他の点から延びる２つの駆動腕２３は、伝達腕２２を基準線として線対称となっている。このように、各駆動腕２３は、その一端のみが伝達腕２２に連結され、他端が自由端となっている。駆動腕２３は、自由端となっている端部を左右方向（伝達腕２２の延在方向と平行な方向）に振動させることが可能となっている。

検出腕２４は、伝達腕２２にその一端が連結されている。本例では、合計２つの検出腕２４が伝達腕２２に連結されている。本例では、伝達腕２２の長さを２等分する中心点に、２つの検出腕２４が連結されている。これら２つの検出腕２４は、伝達腕２２を基準線として線対称となっている。検出腕２４は、自由端となっている端部を左右方向に振動させることが可能となっている。

第１のストッパ部材２５は、伝達腕２２、駆動腕２３および検出腕２４からなる振動腕に対して所定のクリアランス（間隔）を空けて配置されている。この第１のストッパ部材２５の底部は、固定部２１と同様に、ケース４のセンサ素子支持部４２の上面と接している。なお、第１のストッパ部材２５の底部は、センサ素子支持部４２に接着剤等を用いて固定されていてもよい。

この第１のストッパ部材２５の目的は、伝達腕２２、駆動腕２３および検出腕２４の延在方向を含む面内における、振動腕の振動範囲を制限することにある。この目的のため、第１のストッパ部材２５は、伝達腕２２、駆動腕２３および検出腕２４に対して均一な間隔を空けて配置されていることが好ましい。例えば、静止時の駆動腕と相似形の開口部を備えるストッパ部材が外周部にあることが好ましい。あるいは、振動時の振動腕の振動範囲と相似形の開口部を備えるストッパ部材が外周部に備えていることが好ましい。

いずれの場合においても、振動腕の振動範囲より外側にストッパ部材が設けられる。これにより、振動腕（駆動腕、検出腕等）に必要とされる振幅を維持しつつ、角速度センサ素子の動作に必要な振幅を超えるような振動が確実に抑制される。

ここで、固定部２１、伝達腕２２、駆動腕２３、検出腕２４および第１のストッパ部材２５は、それぞれ共通の半導体材料、例えばシリコンからなり、ウェハをパターニングすることにより一括形成することが可能である。

各駆動腕２３および各検出腕２４の表面には、それぞれ一対の圧電素子が配置されている。図４は、圧電素子の配置を説明するための、角速度センサ素子２の要部を示す図である。図４では、第１のストッパ部材２５を省略している。

図４に示すように、各駆動腕２３の表面には、駆動腕２３の延在方向と平行な方向を長手方向とする一対の圧電素子３０ａ，３０ｂが形成されている。一対の圧電素子３０ａ，３０ｂは、駆動腕２３を角速度センサ素子２を含む面と平行な面に沿って振動させるためのものであり、各駆動腕２３の延在方向と交差する方向に配列されていることが好ましい。また、圧電素子３０ａ，３０ｂは、駆動腕２３が最も大きく歪む箇所に配置されていることが好ましく、例えば、図４に示すように、駆動腕２３の伝達腕２２に対する連結部分の近傍に形成されていることが好ましい。

同様に、各検出腕２４の表面には、検出腕２４の延在方向と平行な方向を長手方向とする一対の圧電素子３０ａ，３０ｂが形成されている。一対の圧電素子３０ａ，３０ｂは、検出腕２４が角速度センサ素子２を含む面と平行な面に沿って振動したときに、その振動を検出するためのものであり、検出腕２４の延在方向と交差する方向に配列されていることが好ましい。また、圧電素子３０ａ，３０ｂは、検出腕２４が最も大きく歪む箇所に配置されていることが好ましく、例えば、図４に示すように、検出腕２４の伝達腕２２に対する連結部分の近傍に形成されていることが好ましい。

図５は、図４のV−V線断面図である。
図５に示すように、圧電素子３０ａ，３０ｂは、駆動腕２３および検出腕２４上に、絶縁層３１と、下部電極３２と、圧電体３３と、上部電極３４とをこの順に積層して形成されたものである。図４に示すように、各圧電素子３０ａと各圧電素子３０ｂとは、互いに別体に形成されている。

絶縁層３１は、例えばＺｒＯ₂膜およびＹ₂Ｏ₃膜をこの順に積層して形成されている。下部電極３２は、例えばＰｔ（１００）配向膜からなる。圧電体３３は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を含んで形成されている。また、上部電極３４は、例えばＰｔ（１００）配向膜からなる。

次に、上記の角速度センサ素子２の動作について説明する。図６〜図８は、伝達腕２２、駆動腕２３および検出腕２４の動作を模式的に説明するための平面図である。図６〜図８においては、振動形態をわかりやすく表現するために、各振動腕は簡略化して線で表している。また、各動作について、説明に不要な振動腕は省略している。

図６は、駆動振動を説明する図である。駆動振動は、駆動腕２３の矢印Ａで示す屈曲振動であって、実線で示す振動姿態と、点線で示す振動姿態を所定の周波数で繰り返している。このとき、２本の検出腕２４を中心線として、その両側の一対の駆動腕２３が線対称の振動を行なっているので、伝達腕２２および検出腕２４はほとんど振動しない。

駆動腕２３が図６に示した駆動振動を行なっている状態で、角速度センサ素子２を含む面と直交する方向を回転軸とする回転角速度ωが加わったとき、駆動腕２３に矢印Ｂで示すコリオリ力が働く。コリオリ力は、検出腕２４を基準線とした両側の一対の駆動腕２３にそれぞれ反対向きに働く。

この結果、図７に示すように、伝達腕２２のＳ字屈曲振動が誘起される。伝達腕２２の屈曲振動は、伝達腕２２の中心部および両端部を節とし、駆動腕２３の連結部を腹とする振動である。

この伝達腕２２の屈曲振動が検出腕２４に伝達されると、検出腕２４の検出振動が誘起される。検出腕２４の検出振動は、矢印Ｃで示す屈曲振動であって、実線で示す振動姿態と、点線で示す振動姿態を所定の周波数で繰り返している。このときの検出腕２４の振動に応じた検出信号を圧電素子３０ａ，３０ｂから取り出すことにより、回転角速度が検出される。

ところで、図９に示したように、駆動腕２３および検出腕２４の延在方向と直交する方向に想定外の強い衝撃Ｄが与えられた場合には、圧電素子３０ａによる制御とは無関係に駆動腕２３および検出腕２４が振動することとなるが、この場合であっても、第１のストッパ部材２５により駆動腕２３および検出腕２４の振動範囲が制限されていることから、駆動腕２３および検出腕２４が破壊する程に過度に大きく振動してしまうことが防止される。

同様にして、例えば、図１０に示したように、伝達腕２２の延在方向と直交する方向に想定外の衝撃Ｅが与えられた場合には、コリオリ力による作用とは無関係に伝達腕２２が振動することとなるが、この場合であっても、伝達腕２２の振動範囲が第１のストッパ部材２５により制限されていることから、伝達腕２２が破壊する程に過度に大きく振動してしまうことが防止される。

以上説明したように、本実施形態に係る角速度センサ素子２では、振動腕（伝達腕２２、駆動腕２３、および検出腕２４）の振動範囲を制限するように設けられたストッパ部材が設けられている。このような構成では、角速度センサ素子２に過大な衝撃が与えられた際に、振動腕が大きく振動、例えば、振動腕の自由端側（開放端側）が固定端に対して過大な振幅で振動、或いは、振動腕の複数の固定端間の部位が固定端に対して過大な振幅で振動しそうになっても、振動腕の振動部位がストッパ部材と例えば接触又は当接することにより、その振動はストッパ部材により画定された空間内に制限される。これにより、素子に過大な衝撃が与えられた場合であっても、振動腕の振動が許容範囲に収まり、その破損や破壊が防止される。

特に、ストッパ部材として、本実施形態のように、振動腕が形成された面に配置され、その面内における振動腕の振動範囲を制限する第１のストッパ部材２５を用いると好ましい。振動腕を半導体材料から形成する場合、半導体材料の振動腕以外の部位を物理的又は化学的にエッチング等して除去することにより、平面方向に延在する振動腕を簡易に形成することができ、このような構造では、振動腕は面内振動（面方向に沿う振動）を生じることが想定される。このとき、振動腕が形成された面に第１のストッパ部材２５が配置されることにより、振動腕のその面内振動が第１のストッパ部材２５によって効果的に規制される。また、振動腕が形成された面に配置された第１のストッパ部材２５は、振動腕の形成と同時に半導体材料を加工して製造できるので、角速度センサ素子の製造工程が簡略化され、生産性が向上される。また、振動腕と第１のストッパ部材２５が同一面内に配置されるので、角速度センサ素子の低背化に寄与できる。さらに、検出腕２４の検出振動の範囲を第１のストッパ部材２５により制限できることから、過度の強度の信号が集積回路素子３内の検出回路に入力されることを防止でき、これらの信号の処理等が不要となる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る角速度センサ素子２は、振動腕との接触部における第１のストッパ部材２５の形状以外は、第１実施形態と同様である。図１１（Ａ）は第１のストッパ部材２５の要部を示す平面図であり、図１１（Ｂ）は駆動腕２３および検出腕２４が第１のストッパ部材２５に接触した様子を示す平面図である。

図１１（Ａ）に示すように、本実施形態では、第１のストッパ部材２５に駆動腕２３および検出腕２４が接触する際の駆動腕２３および検出腕２４の姿態に沿って、接触部Ｓにおける第１のストッパ部材２５の形状が加工されている。なお、伝達腕２２の姿態に沿って第１のストッパ部材２５の形状が加工されていてもよい。

本実施形態によれば、第１のストッパ部材２５と接触する振動腕の部位が、第１のストッパ部材の面で支えられることから、振動腕が第１のストッパ部材２５に衝突する際の衝撃力が局所的に（例えば点状に）集中印加されることがなく、その衝撃力は第１のストッパ部材２５と振動腕との当接面に分散される。これにより、衝撃による振動腕の破損や破壊を防止することができる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態では、振動腕の形成面と直交する方向においても、振動腕の振動範囲を制限することとした角速度センサ素子２について説明する。

図１２は、第３実施形態に係る角速度センサ素子２の断面図である。
図１２に示すように、本実施形態では、伝達腕２２、駆動腕２３および検出腕２４からなる振動腕が形成された面と直交する方向において２つの第２のストッパ部材２６，２６が配置されている。第２のストッパ部材２６，２６は、板状からなり、例えば接着層２７を介して固定部２１および第１のストッパ部材２５の外縁に固定されている。第１のストッパ部材２５と異なり、第２のストッパ部材２６は振動腕と同一材料で形成されている必要はなく、その材料として例えばガラスが用いられる。

このように、本実施形態では、振動腕が形成された面とは異なる面に配置され、その振動腕が形成された面と交差する方向における振動腕の振動範囲を制限する第２のストッパ部材２６が設けられているものである。第１実施形態で説明したとおり、振動腕の形態によっては、主としてその延在面における面内振動が生起され得るが、外部からの衝撃の方向によっては、面方向とは異なる方向の振動、換言すれば、面方向以外の振動（面外振動）が引き起こされることも十分に予見される。例えば、振動腕がある幅を有する板状をなす場合には、その幾何学構造上、延在面と直交するような振動や、ねじれ振動、更には、振動腕の形状によっては、全天方向の振動等も考えられる。かかる場合に、第２のストッパ部材２６が振動腕の延在面と交差する方向に配置されていれば、振動腕の面方向以外の振動も、その第２のストッパ部材によって効果的に制限される。この結果、角速度センサ素子２の面方向だけでなく当該面と直交する方向に過大な衝撃が与えられた場合であっても、振動腕の破損や破壊を防止することができる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態では、音叉型の角速度センサ素子について説明する。
図１３は、音叉型の角速度センサ素子２ａの平面的な構成を示す図である。図１４は、図１３のXIV−XIV線断面図である。なお、図１３では振動腕の形状を図解するために、上下の第２のストッパ部材２６ａを省略している。

図１３に示すように、音叉型の角速度センサ素子２ａは、固定部２１ａおよび２本の振動腕２３ａ，２４ａを備える。第１実施形態と同様に、固定部２１ａ、振動腕２３ａ，２４ａおよび第１のストッパ部材２５ａは、それぞれ共通の半導体材料、例えばシリコンからなり、ウェハをパターニングすることにより一括形成することが可能である。

第１のストッパ部材２５ａは、振動腕２３ａ，２４ａに対して所定の間隔を空けて配置されている。また、振動腕２３ａ，２４ａが形成された面と直交する方向には、２つの第２のストッパ部材２６ａが配置されている。第２のストッパ部材２６ａは、第１のストッパ部材２５ａおよび固定部２１ａに対して接着層２７ａを用いて固定されている。振動腕２３ａ，２４ａに対する、第１および第２のストッパ部材２５ａ，２６ａの間隔については、第１実施形態で説明した通りである。

第４実施形態によれば、第１および第２のストッパ部材２５ａ，２６ａにより、振動腕２３ａ，２４ａの３次元方向における振幅が制限されることから、第１実施形態で説明したのと同様の理由により、３次元方向のあらゆる衝撃に対して破損や破壊のしにくい音叉型の角速度センサ素子２ａを実現することができる。なお、第１実施形態と同様に、第２のストッパ部材２６ａのない形態を採用してもよい。この場合には、２次元方向の衝撃に対して破壊しにくい音叉型の角速度センサ素子２ａを実現することができる。

＜第５実施形態＞
第５実施形態では、Ｈ型の角速度センサ素子について説明する。
図１５は、Ｈ型の角速度センサ素子２ｂの平面的な構成を示す図である。図１６は、図１５のXVI−XVI線断面図である。なお、図１５では振動腕の形状を図解するために、上下の第２のストッパ部材２６ｂを省略している。

図１５に示すように、Ｈ型の角速度センサ素子２ｂは、固定部２１ｂと、固定部２１ｂに一端が連結された振動腕２２ｂ１と、振動腕２２ｂ１の他端を中心として振動腕２２ｂ１の延在方向と直交する方向に延在する振動腕２２ｂ２と、振動腕２２ｂ２の一端を中心として振動腕２２ｂ２の延在方向と直交する方向に延在する振動腕２３ｂと、振動腕２２ｂ２の他端を中心として振動腕２２ｂ２の延在方向と直交する方向に延在する振動腕２４ｂとを備える。

この角速度センサ素子２ｂでは、第１実施形態と同様に、固定部２１ｂ、振動腕２２ｂ１，２２ｂ２，２３ｂ，２４ｂおよび第１のストッパ部材２５ｂは、それぞれ共通の半導体材料、例えばシリコンからなり、ウェハをパターニングすることにより一括形成することが可能である。

第１のストッパ部材２５ｂは、振動腕２２ｂ１，２２ｂ２，２３ｂ，２４ｂに対して所定の間隔を空けて配置されている。また、振動腕が形成された面と直交する方向には、２つの第２のストッパ部材２６ｂが配置されている。第２のストッパ部材２６ｂは、第１のストッパ部材２５ｂおよび固定部２１ｂに対して接着層２７ｂを用いて固定されている。振動腕に対する、第１および第２のストッパ部材２５ｂ，２６ｂの間隔については、第１実施形態で説明した通りである。

第５実施形態によれば、第１および第２のストッパ部材２５ｂ，２６ｂにより、振動腕２２ｂ１，２２ｂ２，２３ｂ，２４ｂの３次元方向における振幅が制限されることから、第１実施形態で説明したのと同様の理由により、３次元方向のあらゆる衝撃に対して破壊しにくいＨ型の角速度センサ素子２ｂを実現することができる。なお、第１実施形態と同様に、第２のストッパ部材２６ｂのない形態を採用してもよい。この場合には、２次元方向の衝撃に対して破壊しにくいＨ型の角速度センサ素子２ｂを実現することができる。

なお、上述したとおり、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない限度において様々な変形が可能である。ストッパ部材の形状に限定はなく、例えば、ストッパ部材は、固定部及び振動腕とは独立して形成されていてもよい。

図１７は、固定部２１及び振動腕２２〜２４とは別体に形成された島状の第１のストッパ部材２５ｃを備えた角速度センサ素子を示す上面図である。図１７では、円柱状の第１のストッパ部材２５ｃが、駆動腕２３及び検出腕２４の両側に配置されている例を示している。図１７に示す例では、第１のストッパ部材２５ｃは、過度の振動時に駆動腕２３及び検出腕２４に衝突するように構成されているが、島状の第１のストッパ部材２５ｃの形状及び配置を最適化することにより、駆動腕２３及び検出腕２４に加えて伝達腕２２に衝突するように構成することも可能である。

図１７に示すように、第１のストッパ部材２５ｃを振動腕及び固定部に対して独立して形成することにより、振動腕が第１のストッパ部材２５ｃに衝突した際の衝撃を素子全体に伝わりにくくすることができる。

また、例えば、ストッパ部材として、第１のストッパ部材２５を設けずに第２のストッパ部材２６のみを設けてもよい。また、例えば、振動腕の配置および形状に限定はなく、角速度の検出原理にも限定はない。また、振動腕への圧電素子の配置や構成に限定はない。

本発明の角速度センサ素子は、角速度の検知が必要なあらゆる装置および機器に搭載することができ、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などに利用することができる。

第１実施形態に係る角度速度センサ装置の分解斜視図である。 図１のII−II線断面図である。 図１の角速度センサ素子の構成を示す上面図である。 圧電素子の配置を示すための角速度センサ素子の拡大図である。 図４のV−V線断面図である。 駆動腕２３の駆動振動を示す図である。 伝達腕２２の屈曲振動を示す図である。 検出腕２４の検出振動を示す図である。 衝撃Ｄに起因する駆動腕２３および検出腕２４の振動を示す図である。 衝撃Ｅに起因する伝達腕２２の振動を示す図である。 第２実施形態に係る角速度センサ素子における第１のストッパ部材２５の要部を示す平面図である。 第３実施形態に係る角速度センサ素子の断面図である。 第４実施形態に係る角速度センサ素子の構成を示す図である。 図１３のXIV−XIV線断面図である。 第５実施形態に係る角速度センサ素子の構成を示す図である。 図１５のXVI−XVI線断面図である。 第１のストッパ部材の変形例を示す平面図である。

符号の説明

１…角速度センサ装置、２，２ａ，２ｂ…角速度センサ素子、３…集積回路素子、４…ケース、５…上蓋部、２１，２１ａ…固定部、２２…伝達腕、２３…駆動腕、２４…検出腕、２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…第１のストッパ部材、２６，２６ａ，２６ｂ…第２のストッパ部材、２７，２７ａ，２７ｂ…接着層、３０ａ，３０ｂ…圧電素子、３１…絶縁層、３２…下部電極、３３…圧電体、３４…上部電極、４１…集積回路支持部、４２…センサ素子支持部、４３…上蓋部支持部、Ｇ…内部空間。

Claims (4)

1. 半導体材料から形成される振動腕と、
   振動腕上に形成された圧電素子と、
   前記振動腕の振動範囲を制限するように設けられたストッパ部材と、
   を有し、
   前記振動腕は、駆動腕、検出腕、及び伝達腕を含み、
   前記ストッパ部材は、前記振動腕の全周又は全体を取り囲むように、前記振動腕に対して所定の間隔で離間配置されたものである、
   角速度センサ素子。
2. 前記ストッパ部材は、前記振動腕が形成された面に沿って配置され、前記面内における前記振動腕の振動範囲を制限する第１のストッパ部材を有する、
   請求項１記載の角速度センサ素子。
3. 前記ストッパ部材は、前記振動腕が形成された面とは異なる面に沿って配置され、前記振動腕が形成された面と交差する方向における前記振動腕の振動範囲を制限する第２のストッパ部材を有する、
   請求項２記載の角速度センサ素子。
4. 前記ストッパ部材は、前記振動腕の少なくとも一部が接触する部位が、該接触の際の前記振動腕の姿態に沿う形状を有するものである、
   請求項１〜３のいずれか１項記載の角速度センサ素子。

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