JP6329001B2

JP6329001B2 - 角速度センサ及びセンサ素子

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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。

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。

例えば、特許文献１は、基部と、基部から同一平面内において６０°の間隔で放射状に延びる６本の腕とを有する圧電体を開示している。６本の腕のうち、同一線上の２本が検出腕とされ、他の４本が駆動腕とされる。４本の駆動腕は、上記平面に直交する方向に励振される。そして、圧電体が上記平面に直交する軸回りに回転されると、検出腕はコリオリ力によって上記平面内にて振動する。この振動によって検出腕に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。

特開２００９−２６４８６３号公報

特許文献１の技術では、前記平面に平行で検出腕に直交する中心線に対して、複数の駆動腕の振動が対称でないことから、複数の駆動腕全体として漏れ振動が大きくなりやすい。そして、漏れ振動が検出腕に伝達されることにより、感度の低下が生じるおそれがある。

従って、漏れ振動の影響を低減できる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。

本発明の一態様に係る角速度センサは、基部、並びに、前記基部から所定の平面内において６０°の間隔で放射状に延びる第１駆動腕〜第４駆動腕、第１検出腕及び第２検出腕を有する圧電体と、前記第１駆動腕〜前記第４駆動腕に電圧を印加してこれらを励振する励振回路と、前記第１検出腕及び前記第２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する検出回路と、を有し、前記第１駆動腕〜前記第４駆動腕並びに前記第１検出腕及び前記第２検出腕は、前記基部回りに、前記第１検出腕、前記第１駆動腕、前記第２駆動腕、前記第２検出腕、前記第３駆動腕及び前記第４駆動腕の順に配置されており、各腕の中心線を延長したときに、前記第１駆動腕の中心線及び前記第４駆動腕の中心線は、前記基部の中心点よりも前記第１検出腕側にて前記第１検出腕の中心線に交差し、前記第２駆動腕の中心線及び前記第３駆動腕の中心線は、前記基部の中心点よりも前記第２検出腕側にて前記第２検出腕の中心線に交差し、前記励振回路は、前記平面内における前記基部回りの方向に関して、前記第１駆動腕と前記第２駆動腕とが互いに逆向きに、前記第３駆動腕と前記第４駆動腕とが互いに逆向きに、前記第１駆動腕と前記第４駆動腕とが互いに逆向きに湾曲するように、前記第１駆動腕〜前記第４駆動腕を前記平面内において励振し、前記検出回路は、前記平面内における前記基部回りの方向に関して、前記第１検出腕及び前記第２検出腕が同一側へ湾曲するように振動するときに前記第１検出腕及び前記第２検出腕の間で正負が同一の電気信号同士が加算されて生成される電気信号を検出する。

好適には、前記圧電体は、前記基部から前記平面内において前記第１検出腕に直交する方向の両側に延びる第１実装腕及び第２実装腕を更に有し、前記第１実装腕及び前記第２実装腕の先端側にて支持されている。

本発明の一態様に係るセンサ素子は、基部、並びに、前記基部から所定の平面内において６０°の間隔で放射状に延びる第１駆動腕〜第４駆動腕、第１検出腕及び第２検出腕を有する圧電体と、前記第１駆動腕〜前記第４駆動腕に電圧を印加可能な複数の励振電極と、前記第１検出腕及び前記第２検出腕において生じる電気信号を検出可能な複数の検出電極と、を有し、前記第１駆動腕〜前記第４駆動腕並びに前記第１検出腕及び前記第２検出腕は、前記基部回りに、前記第１検出腕、前記第１駆動腕、前記第２駆動腕、前記第２検出腕、前記第３駆動腕及び前記第４駆動腕の順に配置されており、各腕の中心線を延長したときに、前記第１駆動腕の中心線及び前記第４駆動腕の中心線は、前記基部の中心点よりも前記第１検出腕側にて前記第１検出腕の中心線に交差し、前記第２駆動腕の中心線及び前記第３駆動腕の中心線は、前記基部の中心点よりも前記第２検出腕側にて前記第２検出腕の中心線に交差し、前記複数の励振電極は、前記平面内における前記第１駆動腕〜前記第４駆動腕の幅方向にこれら駆動腕を励振可能に設けられ、前記複数の検出電極は、前記平面内における前記第１検出腕及び前記第２検出腕の幅方向におけるこれら検出腕の振動によって生じる電気信号を検出可能に設けられている。

上記の構成によれば、より好適な励振が可能である。

本発明の実施形態に係るセンサ素子の構成を示す斜視図。図２（ａ）は図１のII−II線における断面図、図２（ｂ）は駆動腕及び検出腕における電位等を説明する図。図４（ａ）及び図４（ｂ）は駆動腕の励振を説明するための模式図、図４（ｃ）及び図４（ｄ）は駆動腕が受けるコリオリ力を説明するための模式図、図４（ｅ）及び図４（ｆ）は検出腕の振動を説明するための模式図。図１のセンサ素子の配線の一例を示す模式的な斜視図。

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。

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。

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。

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。

センサ素子１は、例えば、ｚ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軸に直交する平面内にて励振されるとともに、当該平面内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。

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。

圧電体３は、光軸回りに電気軸（及び機械軸）を１２０°間隔で有する圧電材料からなる。例えば、圧電体３は、水晶などの三方晶系の単結晶からなる。光軸は、例えば、ｚ軸に一致する。３本の電気軸ｘ_１〜ｘ_３（機械軸ｙ_１〜ｙ_３）のうちの一つである電気軸ｘ_１（機械軸ｙ_１）は、例えば、ｘ軸（ｙ軸）に一致する。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、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対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対して線対称の形状に形成されている。別の観点では、圧電体３は、例えば、概略、基部９の中心点Ｐ０に関して１８０°回転対称の形状である。

圧電体３は、例えば、基部９と、基部９からｚ軸に直交する平面内において放射状に延びる複数の腕とを有している。複数の腕は、第１駆動腕１１Ａ〜第４駆動腕１１Ｄ、第１検出腕１３Ａ、第２検出腕１３Ｂ、第１実装腕１５Ａ及び第２実装腕１５Ｂを含んでいる。

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１３は、角速度に応じた電気信号を生成する部分である。基部９は、駆動腕１１及び検出腕１３の連結等に寄与する部分である。実装腕１５は、基部９、駆動腕１１及び検出腕１３の支持等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。

基部９の形状及び寸法は適宜に設定されてよい。基部９は、その中心点Ｐ０（例えば重心）を通り、ｘ軸方向に延びる線、及び、ｙ軸方向に延びる線それぞれに対して線対称の形状であることが好ましい。例えば、基部９は、概ね、直方体状とされている。

４本の駆動腕１１は、基部９から、２つの機械軸ｙ_２及びｙ_３の方向において延びている。２本の検出腕１３は、基部９から、残りの１つの機械軸ｙ_１の方向において延びている。すなわち、４本の駆動腕１１及び２本の検出腕１３は、基部９から、６０°の間隔で放射状に延びている。また、ｚ軸回りの順番は、第１検出腕１３Ａ、第１駆動腕１１Ａ、第２駆動腕１１Ｂ、第２検出腕１３Ｂ、第３駆動腕１１Ｃ、第４駆動腕１１Ｄである。

なお、上述のように、圧電体３は、例えば、ｘ軸方向に延びる不図示の中心線及び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形状である。従って、第１検出腕１３Ａと第２検出腕１３Ｂとはｘ軸方向に延びる中心線に関して概略互いに線対称の位置及び形状である。第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂと、第４駆動腕１１Ｄ及び第３駆動腕１１Ｃとは、ｙ軸方向に延びる中心線に関して概略互いに線対称の位置及び形状である。第１駆動腕１１Ａ及び第４駆動腕１１Ｄと、第２駆動腕１１Ｂ及び第３駆動腕１１Ｃとは、ｘ軸方向に延びる中心線に関して概略互いに線対称の位置及び形状である。

第１検出腕１３Ａ及び第２検出腕１３Ｂは、例えば、同一線上に位置している。また、例えば、これらの中心線（例えば腕の横断面の図形重心を腕の長手方向に連ねた線。以下同様。）は、延長すると、基部９の中心点Ｐ０を通る。

一方、第１駆動腕１１Ａ及び第３駆動腕１１Ｃは、同一方向において延びているが、同一線上に位置していない。同様に、第２駆動腕１１Ｂ及び第４駆動腕１１Ｄは、同一方向において延びているが、同一線上に位置していない。

より具体的には、各腕の中心線を延長すると、基部９に対して第１検出腕１３Ａ側に延びる第１駆動腕１１Ａ及び第４駆動腕１１Ｄは、その中心線が、基部９の中心点Ｐ０よりも第１検出腕１３Ａ側にて第１検出腕１３Ａの中心線に交差する（交点Ｐ１）。また、基部９に対して第２検出腕１３Ｂ側に延びる第２駆動腕１１Ｂ及び第３駆動腕１１Ｃの中心線は、基部９の中心点Ｐ０よりも第２検出腕１３Ｂ側にて第２検出腕１３Ｂの中心線に交差する（交点Ｐ２）。

なお、既に述べたように、本実施形態では、圧電体３は、ｙ軸に関して線対称の形状であるから、第１駆動腕１１Ａ及び第４駆動腕１１Ｄの中心線が第１検出腕１３Ａの中心線に交わる点は互いに同一（交点Ｐ１）である。同様に、第２駆動腕１１Ｂ及び第３駆動腕１１Ｃの中心線が第２検出腕１３Ｂの中心線に交わる点は互いに同一（交点Ｐ２）である。

４本の駆動腕１１及び２本の検出腕１３は、例えば、概略、互いに同一の形状及び大きさとされている。これらの腕は、例えば、機械軸ｙ_１〜ｙ_３の方向に長い概略直方体状に形成された腕本体１１ａ又は１３ａと、その先端に設けられ、腕本体１１ａ又は１３ａよりも幅広な拡幅部１１ｂ又は１３ｂとを有している。すなわち、各腕は、いわゆるハンマ形状とされている。各腕の腕本体１１ａ又は１３ａにおいては、例えば、ｚ軸方向の正側及び負側の面に、各腕の延在方向（機械軸ｙ_１〜ｙ_３の方向）に延びる１以上（本実施形態では複数）の溝１１ｇ又は１３ｇが形成されている。各腕の長さ及び幅等は、例えば、その幅方向（電気軸ｘ_１〜ｘ_３の方向）における固有振動数を所望の値にするように設定される。各腕の厚み（ｚ軸方向）は、適宜に設定されてよい。

第１実装腕１５Ａ及び第２実装腕１５Ｂは、例えば、基部９からｘ軸方向において延びている。２本の実装腕１５は、例えば、同一線上に位置している。また、例えば、これらの中心線は、延長すると、基部９の中心点Ｐ０を通る。実装腕１５は、例えば、概略、ｘ軸方向に長い直方体状とされている。

実装腕１５の先端には、例えば、不図示の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、センサ素子１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。なお、実装腕１５の先端側部分は、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。

図２（ａ）は、図１のII−II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及び第１検出腕１３Ａの断面を示しているが、他の駆動腕１１及び検出腕１３の断面も同様である。

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。第１励振電極５Ａは、各駆動腕１１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、溝１１ｇの内壁面及び底面を含む。また、第２励振電極５Ｂは、各駆動腕１１において、両側の側面（電気軸ｘ_２又はｘ_３の方向の正側及び負側の面）に設けられている。

検出電極７の構成は、例えば、検出腕１３に設けられていることを除いて、励振電極５と同様の構成である。すなわち、検出電極７は、検出腕１３の表面に形成された層状電極であり、第１検出電極７Ａは、各検出腕１３において、ｚ軸方向の正側及び負側の面（溝１３ｇの内壁面及び底面含む）に設けられ、第２検出電極７Ｂは、各検出腕１３において、両側の側面（電気軸ｘ_１の方向の正側及び負側の面）に設けられている。

各励振電極５は、駆動腕１１の各面を概ね覆うように設けられている。ただし、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、少なくとも一方（本実施形態では第１励振電極５Ａ）が各面よりも細く形成されている。各検出電極７も同様に、互いに短絡しないようにされつつも、検出腕１３の各面を概ね覆っている。

各駆動腕１１において、例えば、第１励振電極５Ａ同士は配線等により接続され、第２励振電極５Ｂ同士は配線等により接続されている。同様に、各検出腕１３において、第１検出電極７Ａ同士は配線等により接続され、第２検出電極７Ｂ同士は配線等により接続される。なお、これら電極同士を接続する配線は、圧電体３（必要に応じて不図示の実装基体）に設けられている。

なお、励振電極５及び検出電極７の「第１」及び「第２」並びに付加符号「Ａ」及び「Ｂ」は、ｚ軸に対する向き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駆動腕１１Ａの第１励振電極５Ａと、第３駆動腕１１Ｃの第１励振電極５Ａとは、互いに接続されない。

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。

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と、検出電極７からの電気信号を検出する検出回路１０５とを有している。

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。

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ｚ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ｚ軸回りの回転の向きが特定される。

なお、励振回路１０３及び検出回路１０５は、全体として制御回路１０７を構成している。制御回路１０７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。

（動作説明）
図２（ｂ）は、駆動腕１１及び検出腕１３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。

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、駆動腕１１においては、電気軸方向（図の左右方向）を電界の向きとする電界が生じる。電界の向きは、駆動腕１１の電気軸方向両側において逆向きである。従って、駆動腕１１は、電気軸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、電気軸方向の他方側へ湾曲する。従って、第１励振電極５Ａ及び第２励振電極５Ｂに交流電圧が印加されると、駆動腕１１は電気軸方向において振動する。

検出腕１３が電気軸方向において振動した場合においては、上記と逆の作用により交流電圧が生成される。すなわち、検出腕１３がｘ軸方向の一方側に湾曲すると、矢印で示すように、電気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１３の電気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１３が電気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１３が電気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。

ここで、駆動腕１１には溝１１ｇが形成されており、第１励振電極５Ａは、溝１１ｇの内壁面にも形成されている。従って、第１励振電極５Ａと第２励振電極５Ｂとが電界の向きにおいて対向することになり、効率的に駆動腕１１が励振される。同様に、検出腕１３には溝１３ｇが形成されていることから、効率的に電気信号が取り出される。

図３（ａ）〜図３（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。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、基部９回り（ｚ軸回り）の方向において、第１駆動腕１１Ａと第２駆動腕１１Ｂとが互いに逆向きに、第３駆動腕１１Ｃと第４駆動腕１１Ｄとが互いに逆向きに、第１駆動腕１１Ａと第４駆動腕１１Ｄとが互いに逆向きに湾曲するように、第１駆動腕１１Ａ〜第４駆動腕１１Ｄはｚ軸に直交する平面内において励振される。

別の観点では、第１駆動腕１１Ａ〜第４駆動腕１１Ｄの振動は、基部９の中心点Ｐ０を通りｘ軸方向に延びる中心線（別の観点では実装腕１５）に関して線対称であるとともに、基部９の中心点Ｐ０を通りｙ軸方向に延びる中心線（別の観点では検出腕１３）に関して線対称である。

このような励振を行うために、例えば、第１駆動腕１１Ａの第１励振電極５Ａ、第２駆動腕１１Ｂの第１励振電極５Ａ、第３駆動腕１１Ｃの第２励振電極５Ｂ及び第４駆動腕１１Ｄの第２励振電極５Ｂが互いに同電位となり、第１駆動腕１１Ａの第２励振電極５Ｂ、第２駆動腕１１Ｂの第２励振電極５Ｂ、第３駆動腕１１Ｃの第１励振電極５Ａ及び第４駆動腕１１Ｄの第１励振電極５Ａが互いに同電位となるように、複数の励振電極５に交流電圧が印加される。

上記のように駆動腕１１が励振されている状態で、図３（ｃ）及び図３（ｄ）において矢印ａｗ１で示すように圧電体３がｚ軸回りに回転されると、矢印ａｗ２で示すように駆動腕１１は、回転軸方向であるｚ軸方向と、振動方向である幅方向（電気軸ｘ_２又はｘ_３の方向）とに直交する延在方向（機械軸ｙ_２又はｙ_３の方向）においてコリオリの力を受ける。

コリオリの力の、駆動腕１１の延在方向に対する向き（駆動腕１１の根元側か先端側か）は、ｚ軸回りの振動の位相が同一のもの同士で同一となり、ｚ軸回りの振動の位相が逆のもの同士で逆となる。すなわち、第１駆動腕１１Ａ及び第３駆動腕１１Ｃにおいてコリオリの力の向きは同一（例えば、図３（ｃ）において、第１駆動腕１１Ａ及び第３駆動腕１１Ｃにおいてコリオリの力の向きは、いずれも各腕の先端側）であり、第２駆動腕１１Ｂ及び第４駆動腕１１Ｄにおいてコリオリの力の向きは同一であり、両組み合わせ同士はコリオリの力の向きが互いに逆向きである。

ここで、第１駆動腕１１Ａ〜第４駆動腕１１Ｄの中心線は、基部９の中心点Ｐ０を通っていないから、これらの腕に加えられるコリオリ力は、基部９の中心点Ｐ０回りのモーメントを生じる。具体的には、図３（ｃ）の状態では右回りのモーメントが生じ、図３（ｄ）の状態では左回りのモーメントが生じる。

図３（ｅ）及び図３（ｆ）に示すように、上記のｚ軸回りのモーメントは、検出腕１３に伝達され、検出腕１３を基部９回りに振動させる。すなわち、検出腕１３は、幅方向（電気軸ｘ_１の方向）に湾曲するように振動する。より具体的には、２本の検出腕１３は、基部９回りの方向を基準とすれば、互いに同一側に湾曲するように振動する。別の観点では、２本の検出腕１３は、ｘ軸（ｘ_１軸）方向において互いに逆側へ湾曲するように振動する。

上記のように電気軸ｘ_１の方向において互いに逆向きに湾曲する２本の検出腕１３間において、正負が互いに同一の電気信号同士を加算するためには、第１検出腕１３Ａの第１検出電極７Ａ及び第２検出腕１３Ｂの第２検出電極７Ｂが互いに接続され、第１検出腕１３Ａの第２検出電極７Ｂ及び第２検出腕１３Ｂの第１検出電極７Ａが互いに接続される。

（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４に示す。

図４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、各種電極は細く示されている。

センサ素子１は、圧電体３の表面に形成され、実装腕１５の先端から各種電極へ延びる第１配線２１Ａ〜第６配線２１Ｆを有している。第１配線２１Ａ〜第４配線２１Ｄ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５配線２１Ｅ及び第６配線２１Ｆ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１配線２１Ａは、第１駆動腕１１Ａの第１励振電極５Ａ、第２駆動腕１１Ｂの第１励振電極５Ａ及び第４駆動腕１１Ｄの第２励振電極５Ｂに接続されている。第２配線２１Ｂは、第２駆動腕１１Ｂの第２励振電極５Ｂ、第３駆動腕１１Ｃの第１励振電極５Ａ及び第４駆動腕１１Ｄの第１励振電極５Ａに接続されている。第３配線２１Ｃは、第１駆動腕１１Ａの第２励振電極５Ｂに接続されている。第４配線２１Ｄは、第３駆動腕１１Ｃの第２励振電極５Ｂに接続されている。第５配線２１Ｅは、第１検出腕１３Ａの第１検出電極７Ａ及び第２検出腕１３Ｂの第２検出電極７Ｂに接続されている。第６配線２１Ｆは、第１検出腕１３Ａの第２検出電極７Ｂ及び第２検出腕１３Ｂの第１検出電極７Ａに接続されている。

第１配線２１Ａ及び第４配線２１Ｄは、想像線（２点鎖線）で示すように、不図示の実装基体の配線を介して互いに接続される。第２配線２１Ｂ及び第３配線２１Ｃは、想像線で示すように、不図示の実装基体の配線を介して互いに接続される。

配線２１は、互いに交差しないように、基部９の４面、並びに、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。

なお、図４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。実装基体の配線を介在させずに全ての電極間の接続が実現されてもよい。

以上のとおり、本実施形態の角速度センサ１０１は、圧電体３と、励振回路１０３と、検出回路１０５とを有している。圧電体３は、基部９と、基部９から所定の平面（ｚ軸に直交する平面）内において６０°の間隔で放射状に延びる複数の駆動腕１１及び検出腕１３とを有している。複数の駆動腕１１及び検出腕１３は、基部９回りに、第１検出腕１３Ａ、第１駆動腕１１Ａ、第２駆動腕１１Ｂ、第２検出腕１３Ｂ、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄの順に配置されている。各腕の中心線を延長したときに、第１駆動腕１１Ａの中心線及び第４駆動腕１１Ｄの中心線は、基部９の中心点Ｐ０よりも第１検出腕１３Ａ側にて第１検出腕１３Ａの中心線に交差し（交点Ｐ１）、第２駆動腕１１Ｂの中心線及び第３駆動腕１１Ｃの中心線は、基部９の中心点Ｐ０よりも第２検出腕１３Ｂ側にて第２検出腕１３Ｂの中心線に交差する（交点Ｐ２）。励振回路１０３は、前記平面内における基部９回りの方向に関して、第１駆動腕１１Ａと第２駆動腕１１Ｂとが互いに逆向きに、第３駆動腕１１Ｃと第４駆動腕１１Ｄとが互いに逆向きに、第１駆動腕１１Ａと第４駆動腕１１Ｄとが互いに逆向きに湾曲するように、第１駆動腕１１Ａ〜第４駆動腕１１Ｄを前記平面内において励振する。検出回路１０５は、前記平面内における基部９回りの方向に関して、第１検出腕１３Ａ及び第２検出腕１３Ｂが同一側へ湾曲するように振動するときに第１検出腕１３Ａ及び第２検出腕１３Ｂの間で正負が同一の電気信号同士が加算されて生成される電気信号を検出する。

別の観点では、本実施形態のセンサ素子１は、圧電体３と、励振電極５と、検出電極７とを有している。圧電体３は、上記のように交点Ｐ１は中心点Ｐ０よりも第１検出腕１３Ａ側に位置し、交点Ｐ２は中心点Ｐ０よりも第２検出腕１３Ｂ側に位置する。複数の励振電極５は、前記平面内における第１駆動腕１１Ａ〜第４駆動腕１１Ｄの幅方向（電気軸方向）にこれら駆動腕１１を励振可能に設けられている。複数の検出電極７は、前記平面内における第１検出腕１３Ａ及び第２検出腕１３Ｂの幅方向（電気軸方向）におけるこれら検出腕の振動によって生じる電気信号を検出可能に設けられている。

従って、図３を参照して説明したような作用によって、ｚ軸回りの角速度検出が可能となる。この角速度検出において、圧電体３の振動は面内で完結する。また、複数の駆動腕１１の振動は、基部９を通るｘ軸に平行な線に関して線対称であるとともに、基部９を通るｙ軸に平行な線に関して線対称である。従って、漏れ振動が生じにくい。その結果、角速度の検出感度が向上する。

また、振動が面内で完結することから、駆動腕１１に対する励振電極５の配置と、検出腕１３に対する検出電極７の配置とを同一にすることができる。また、駆動腕１１及び検出腕１３の長さ及び断面形状を概略同一にすることによって駆動腕１１の励振方向の固有振動数と、検出腕１３の検出方向の固有振動数とを合わせることができる。従って、全体として寸法等の設定が容易である。

また、本実施形態では、圧電体３は、基部９から前記平面内において第１検出腕１３Ａに直交する方向（ｘ軸方向）の両側に延びる第１実装腕１５Ａ及び第２実装腕１５Ｂを更に有し、第１実装腕１５Ａ及び第２実装腕１５Ｂの先端側にて支持されている。

従って、基部９にて支持される場合に比較して、実装基体に対する位置決めを正確に行うことができる。具体的には、例えば、第１実装腕１５Ａ及び第２実装腕１５Ｂの先端側の２点で実装基体に接着しているので、基部９の1点で実装基体に接着している場合と比較して、接着誤差が圧電体３の実装基体に対する傾斜に及ぼす影響を小さくできる。その結果、実装基体の座標を基準とした角速度をより高精度に検出できる。

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。

基部及び腕の形状は、実施形態に例示したものに限定されない。例えば、基部は、平面視において多角形又は円形とされてもよい。基部に貫通穴や凹部が設けられてもよい。また、例えば、腕は、根元から先端まで同一の幅であってもよい（ハンマ形状でなくてもよい）。また、例えば、腕に溝は設けられなくてもよい。腕に溝が設けられる場合において、溝は貫通溝とされてもよい。機械軸と、駆動腕及び検出腕が延びる方向とは所定の範囲内（例えば１５°以内）で傾斜していてもよい。

実装腕は設けられなくてもよい。例えば、基部と実装基体とがバンプ又はばね端子を介して固定され、圧電体は基部にて支持されてもよい。

１…センサ素子、３…圧電体、９…基部、１１Ａ…第１駆動腕、１１Ｂ…第２駆動腕、１１Ｃ…第３駆動腕、１１Ｄ…第４駆動腕、１３Ａ…第１検出腕、１３Ｂ…第２検出腕、１０１…角速度センサ、１０３…励振回路、１０５…検出回路。

Claims

基部、並びに、前記基部から所定の平面内において６０°の間隔で放射状に延びる第１駆動腕〜第４駆動腕、第１検出腕及び第２検出腕を有する圧電体と、
前記第１駆動腕〜前記第４駆動腕に電圧を印加してこれらを励振する励振回路と、
前記第１検出腕及び前記第２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する検出回路と、
を有し、
前記第１駆動腕〜前記第４駆動腕並びに前記第１検出腕及び前記第２検出腕は、前記基部回りに、前記第１検出腕、前記第１駆動腕、前記第２駆動腕、前記第２検出腕、前記第３駆動腕及び前記第４駆動腕の順に配置されており、
各腕の中心線を延長したときに、前記第１駆動腕の中心線及び前記第４駆動腕の中心線は、前記基部の中心点よりも前記第１検出腕側にて前記第１検出腕の中心線に交差し、前記第２駆動腕の中心線及び前記第３駆動腕の中心線は、前記基部の中心点よりも前記第２検出腕側にて前記第２検出腕の中心線に交差し、
前記励振回路は、前記平面内における前記基部回りの方向に関して、前記第１駆動腕と前記第２駆動腕とが互いに逆向きに、前記第３駆動腕と前記第４駆動腕とが互いに逆向きに、前記第１駆動腕と前記第４駆動腕とが互いに逆向きに湾曲するように、前記第１駆動腕〜前記第４駆動腕を前記平面内において励振し、
前記検出回路は、前記平面内における前記基部回りの方向に関して、前記第１検出腕及び前記第２検出腕が同一側へ湾曲するように振動するときに前記第１検出腕及び前記第２検出腕の間で正負が同一の電気信号同士が加算されて生成される電気信号を検出する
角速度センサ。
前記圧電体は、前記基部から前記平面内において前記第１検出腕に直交する方向の両側に延びる第１実装腕及び第２実装腕を更に有し、前記第１実装腕及び前記第２実装腕の先端側にて支持されている
請求項１に記載の角速度センサ。
基部、並びに、前記基部から所定の平面内において６０°の間隔で放射状に延びる第１駆動腕〜第４駆動腕、第１検出腕及び第２検出腕を有する圧電体と、
前記第１駆動腕〜前記第４駆動腕に電圧を印加可能な複数の励振電極と、
前記第１検出腕及び前記第２検出腕において生じる電気信号を検出可能な複数の検出電極と、
を有し、
前記第１駆動腕〜前記第４駆動腕並びに前記第１検出腕及び前記第２検出腕は、前記基部回りに、前記第１検出腕、前記第１駆動腕、前記第２駆動腕、前記第２検出腕、前記第３駆動腕及び前記第４駆動腕の順に配置されており、
各腕の中心線を延長したときに、前記第１駆動腕の中心線及び前記第４駆動腕の中心線は、前記基部の中心点よりも前記第１検出腕側にて前記第１検出腕の中心線に交差し、前記第２駆動腕の中心線及び前記第３駆動腕の中心線は、前記基部の中心点よりも前記第２検出腕側にて前記第２検出腕の中心線に交差し、
前記複数の励振電極は、前記平面内における前記第１駆動腕〜前記第４駆動腕の幅方向にこれら駆動腕を励振可能に設けられ、
前記複数の検出電極は、前記平面内における前記第１検出腕及び前記第２検出腕の幅方向におけるこれら検出腕の振動によって生じる電気信号を検出可能に設けられている
センサ素子。