JP6581728B2 - 角速度センサ、センサ素子および多軸角速度センサ - Google Patents

Description

本開示は、角速度センサ、当該角速度センサに用いられるセンサ素子、および前記角速度センサを含む多軸角速度センサに関する。

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（例えば特許文献１）。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。

特表２００３−５１０５９２号公報

本開示の一態様に係る角速度センサは、圧電体と、駆動回路と、検出回路とを有している。前記圧電体は、１対のフレーム、１対の駆動腕および１対の第１検出腕を有している。前記１対のフレームは、直交座標系ｘｙｚのｙ軸方向において互いに対向している。前記１対の駆動腕は、それぞれ前記１対のフレームの間に架け渡され、ｘ軸方向において互いに対向している。前記１対の第１検出腕は、ｘ軸方向において前記１対の駆動腕の間となる位置にて前記１対のフレームからｙ軸方向に延びている。前記駆動回路は、前記１対の駆動腕がｘ軸方向において互いに逆側へ曲がって振動するように前記１対の駆動腕に互いに逆の位相の電圧を印加する。前記検出回路は、前記１対の第１検出腕のｚ軸方向またはｘ軸方向における曲げ変形により生じる信号を検出する。

本開示の一態様に係るセンサ素子は、圧電体と、複数の励振電極と、複数の検出電極と、複数の配線とを有している。前記圧電体は、１対のフレーム、１対の駆動腕および１対の第１検出腕を有している。前記１対のフレームは、直交座標系ｘｙｚのｙ軸方向において互いに対向している。前記１対の駆動腕は、それぞれ前記１対のフレームの間に架け渡され、ｘ軸方向において互いに対向している。前記１対の第１検出腕は、ｘ軸方向において前記１対の駆動腕の間となる位置にて前記１対のフレームからｙ軸方向に延びている。前記複数の励振電極は、前記１対の駆動腕をｘ軸方向に励振する電圧を印加可能な配置で設けられている。前記複数の検出電極は、前記１対の第１検出腕のｚ軸方向またはｘ軸方向の振動によって生じる信号を検出可能な配置で設けられている。前記複数の配線は、前記１対の駆動腕がｘ軸方向において互いに逆側へ曲がって振動するように前記複数の励振電極から前記１対の駆動腕に互いに逆の位相が印加されるように前記複数の励振電極を接続している。

本開示の一態様に係る多軸角速度センサは、直交座標系ｘｙｚのｘ軸回りの角速度を検出するｘ軸センサと、ｙ軸回りの角速度を検出するｙ軸センサと、ｚ軸回りの角速度を検出するｚ軸センサと、を有している。前記ｘ軸センサは、上述の一態様に係る角速度センサである。前記ｙ軸センサは、圧電体と、ｙ軸駆動回路と、ｙ軸検出回路とを有している。前記ｙ軸センサの前記圧電体は、ｙ軸方向に延びているｙ軸駆動腕およびｙ軸検出腕を有している。前記ｙ軸駆動回路は、前記ｙ軸駆動腕がｘ軸方向において振動するように前記ｙ軸駆動腕に電圧を印加する。前記ｙ軸検出腕は、前記検出腕のｚ軸方向における曲げ変形により生じる信号を検出する。前記ｚ軸センサは、上述の一態様に係る角速度センサである。

本開示の実施形態に係るセンサ素子を示す斜視図である。 図２（ａ）は図１のセンサ素子の一部を拡大して示す斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のIIｂ−IIｂ線における断面図である。 図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）および図３（ｄ）は図１のセンサ素子の作用を説明するための模式図である。 図４（ａ）は第２実施形態に係るセンサ素子の一部を拡大して示す斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のIVｂ−IVｂ線における断面図である。 図５（ａ）および図５（ｂ）は図４（ａ）のセンサ素子の作用を説明するための模式図である。 第３または第４実施形態に係るセンサ素子の構成を示す平面図である。 図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）および図７（ｄ）は図６のセンサ素子の作用を説明するための模式図である。 図８（ａ）は第５実施形態に係るセンサ素子を示す平面図であり、図８（ｂ）は第６実施形態に係るセンサ素子を示す平面図である。 多軸角速度センサの構成を示す平面図である。 図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）および図１０（ｄ）は図９の多軸角速度センサに含まれるｙ軸センサの作用を説明するための模式図である。

以下、図面を参照して本開示に係る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、複数の図面相互の寸法比率も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軸およびｚ軸は、結晶の電気軸、機械軸および光軸を示すとは限らない。センサ素子は、いずれの方向が上方または下方として使用されてもよいものであるが、以下では、便宜上、ｚ軸方向の正側を上方として、上面または下面等の用語を用いることがある。また、単に平面視という場合、特に断りがない限り、ｚ軸方向に見ることをいうものとする。

同一または類似する構成については、「駆動腕７Ａ」、「駆動腕７Ｂ」のように、互いに異なるアルファベットの付加符号を付すことがあり、また、この場合において、単に「駆動腕７」といい、これらを区別しないことがある。

第２実施形態以降において、既に説明された実施形態の構成と共通または類似する構成について、既に説明された実施形態の構成に付した符号を用い、また、図示や説明を省略することがある。なお、既に説明された実施形態の構成と対応（類似）する構成については、既に説明された実施形態の構成と異なる符号を付した場合においても、特に断りがない点は、既に説明された実施形態の構成と同様である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る角速度センサ５１の構成（特にセンサ素子１）を示す斜視図である。ただし、この図では、センサ素子１の表面に設けられる導電層の図示は基本的に省略されている。

角速度センサ５１は、例えば、ｘ軸回りの角速度を検出する圧電振動式のものであり、センサ素子１と、センサ素子１を支持する複数（図示の例では４つ）の端子２とを有している。センサ素子１は、圧電体３を有している。圧電体３に電圧が印加されて圧電体３が振動している状態で、圧電体３が回転されると、コリオリの力による振動が圧電体３に生じる。このコリオリの力による振動によって生じる電圧を検出することによって角速度が検出される。具体的には、以下のとおりである。

（圧電体の形状）
圧電体３は、例えば、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いし、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（ＳｉＯ_２）、ＬｉＴａＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３、ＰＺＴまたはシリコンである。

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、機械軸および光軸は、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。

圧電体３は、例えば、全体として厚さ（ｚ軸方向）が一定にされている。また、圧電体３は、例えば、ｙ軸に平行な不図示の対称軸に対して線対称の形状、かつｘ軸に平行な不図示の対称軸に対して線対称に形成されている。

圧電体３は、例えば、１対のフレーム５Ａおよび５Ｂと、１対のフレーム５に架け渡された１対の駆動腕７Ａおよび７Ｂと、１対のフレーム５から延びている１対の検出腕９Ａおよび９Ｂとを有している。

１対の駆動腕７は、電圧（電界）が印加されることによって励振される部分である。検出腕９は、コリオリの力によって振動し、角速度に応じた電気信号（例えば電圧）を生成する部分である。フレーム５は、駆動腕７から検出腕９への振動の伝達に寄与する部分である。

１対のフレーム５は、ｙ軸方向において互いに対向している。各フレーム５は、例えば、ｘ軸方向に直線状に延びる長尺状とされている。フレーム５の断面形状は、例えば、概ね矩形である。フレーム５の幅（ｙ軸方向）および厚さ（ｚ軸方向）は、いずれが他方よりも大きくてもよい。ただし、フレーム５は、後述するように、平面視において撓み変形することが予定されている。従って、フレーム５の幅は、比較的小さくされてよい。例えば、フレーム５の幅は、フレーム５の厚さの２倍以下、または１倍以下とされてよい。また、例えば、フレーム５の長さおよび幅は、撓み変形の固有振動数が、駆動腕７の、電圧印加によって励振される方向における固有振動数、および／または検出腕９の、コリオリの力によって振動する方向における固有振動数に近づくように調整されてよい。

１対の駆動腕７は、１対のフレーム５に架け渡され、ｘ軸方向において互いに対向している。従って、１対のフレーム５および１対の駆動腕７は、全体として開口を囲む枠形状（環形状）を構成している。各駆動腕７は、例えば、ｙ軸方向に直線状に延びる長尺状とされている。１対のフレーム５と１対の駆動腕７とは、例えば、互いの両端同士において接続されており、矩形を構成している。

駆動腕７の具体的形状等は適宜に設定されてよい。例えば、駆動腕７は、その長手方向の中央において、他の部分よりも幅が広くされている。すなわち、駆動腕７は、１対のフレーム５から延びる１対の本体部７ａと、１対の本体部７ａの間に位置し、１対の本体部７ａよりも幅が広い幅広部７ｂとを有している。本体部７ａは、例えば、その長手方向の概ね全体に亘って断面形状が一定である。ただし、駆動腕７は、このような幅広部７ｂが設けられず、その長手方向の概ね全体に亘って断面形状が一定であってもよい。本体部７ａおよび幅広部７ｂの断面形状（ｘｚ平面）は例えば矩形である。

駆動腕７は、後述するように、ｘ軸方向において励振される。従って、駆動腕７は、その幅（ｘ軸方向）が大きくなると、励振方向（ｘ軸方向）における固有振動数が高くなり、その長さ（別の観点では質量）が大きくなると、励振方向における固有振動数は低くなる。駆動腕７の各種の寸法は、例えば、駆動腕７の励振方向における固有振動数が励振させたい周波数に近くなるように設定される。

１対の検出腕９は、１対のフレーム５からｙ軸方向に延びており、その先端は自由端とされている。また、１対の検出腕９は、例えば、１対のフレーム５の内側（１対のフレーム５の間）に延びている。検出腕９のフレーム５に対する接続位置（ｘ軸方向）は、１対の駆動腕７の間に位置しており、例えば、当該間の中央に位置している。

検出腕９の具体的形状等は適宜に設定されてよい。例えば、検出腕９は、先端側部分において幅（ｘ軸方向）が広くなるハンマ形状とされている。すなわち、検出腕９は、本体部９ａと、本体部９ａの先端に位置し、本体部９ａよりも幅が広い幅広部９ｂとを有している。本体部９ａは、例えば、その長手方向の概ね全体に亘って断面形状が一定である。ただし、検出腕９は、このような幅広部９ｂが設けられず、その長手方向の全体に亘って断面形状が一定であってもよい。本体部９ａおよび幅広部９ｂの断面形状（ｘｚ平面）は例えば矩形である。

検出腕９は、後述するように、本実施形態においては、コリオリの力によってｚ軸方向に振動する。従って、検出腕９は、その厚さ（ｚ軸方向）が大きくなると、振動方向（ｚ軸方向）における固有振動数が高くなり、その長さ（別の観点では質量）が大きくなると、励振方向における固有振動数は低くなる。検出腕９の各種の寸法は、例えば、検出腕９の振動方向における固有振動数が、駆動腕７の励振方向における固有振動数に近くなるように設定される。

（パッドおよび端子）
複数の端子２は、センサ素子１を不図示の実装基体（例えばパッケージの一部または回路基板）に実装するためのものである。複数の端子２は、例えば、複数の端子２とセンサ素子１との接合位置の平行移動および／または回転移動を許容し、ひいては、後述する圧電体３の振動を許容可能に、センサ素子１を弾性支持するように構成されている。図示の例では、端子２は、厚さおよび幅が比較的小さく、また、適宜な屈曲部を有する長尺状の板金によって構成されている。

センサ素子１は、例えば、その下面を不図示の実装基体に対向させて配置される。複数の端子２は、例えば、一端側部分が圧電体３の表面（例えば下面）に設けられた複数のパッド１３と接合され、他端側部分が不図示の実装基体のパッドに接合される。これにより、センサ素子１と実装基体との電気的な接続がなされ、また、センサ素子１（圧電体３）は、振動可能な状態で支持される。

複数のパッド１３の圧電体３における位置は、適宜に設定されてよい。図示の例では、１対のフレーム（２辺）に４つのパッド１３が設けられている態様を図示している。この他、例えば、１対の駆動腕７（２辺）に４つのパッド１３が設けられたり、１対のフレーム５および１対の駆動腕７（４辺）に４つのパッド１３が設けられたり、１対のフレーム５および１対の駆動腕７がなす４つの角部に４つのパッド１３が設けられたりしてもよい。

（励振電極、検出電極および配線）
図２（ａ）は、センサ素子１の一部を拡大して示す斜視図である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）のIIｂ−IIｂ線における断面図である。

センサ素子１は、駆動腕７に電圧を印加するための励振電極１５Ａおよび１５Ｂと、検出腕９に生じた信号を取り出すための検出電極１７Ａおよび１７Ｂと、これらを接続する複数の配線１９とを有している。これらは、圧電体３の表面に形成された導体層によって構成されている。導体層の材料は、例えば、Ｃｕ，Ａｌ等の金属である。

なお、励振電極１５および検出電極１７の付加符号Ａ、Ｂは、直交座標系ｘｙｚに基づいて付されている。従って、後述するように、一の駆動腕７の励振電極１５Ａと、他の駆動腕７の励振電極１５Ａとは同電位とは限らない。励振電極１５Ｂ、検出電極１７Ａおよび１７Ｂについても同様である。

励振電極１５Ａは、各駆動腕７において、上面および下面（ｚ軸方向の両側に面する１対の面）それぞれに設けられている。また、励振電極１５Ｂは、各駆動腕７において、１対の側面（ｘ軸方向の両側に面する１対の面）それぞれに設けられている。

１対の励振電極１５Ａおよび１対の励振電極１５Ｂは、例えば、各駆動腕７の２つの本体部７ａそれぞれにおいて設けられている（１本の駆動腕７につき８つの励振電極１５が設けられている）。各駆動腕７において、一方の本体部７ａの１対の励振電極１５Ａと他方の本体部７ａの１対の励振電極１５Ａとは配線１９によって接続されている。同様に、各駆動腕７において、一方の本体部７ａの１対の励振電極１５Ｂと他方の本体部７ａの１対の励振電極１５Ｂとは配線１９によって接続されている。

特に図示しないが、各駆動腕７においてその長手方向の概ね全体に亘って（２つの本体部７ａの区別なく）、１対の励振電極１５Ａおよび／または１対の励振電極１５Ｂが設けられてもよい。例えば、１本の駆動腕７につき４つの励振電極１５が設けられてもよい。特に、幅広部７ｂが設けられない態様においては、このような各駆動腕７の長手方向全体に亘る励振電極１５の形成が容易である。

上記から理解されるように、励振電極１５の説明において、励振電極１５が本体部７ａ毎に設けられているか否かを区別する必要は必ずしもない。以下では、本体部７ａ毎に１対の励振電極１５Ａおよび１対の励振電極１５Ｂが設けられていても、１本の駆動腕７に１対（２つ）の励振電極１５Ａおよび１対（２つ）の励振電極１５Ｂが設けられていると表現することがある。

各駆動腕７（各本体部７ａ）の上下左右の各面において、励振電極１５は、例えば、各面の大部分を覆うように形成されている。ただし、励振電極１５Ａおよび１５Ｂは、互いに短絡しないように、少なくとも一方（本実施形態では励振電極１５Ａ）が各面よりも幅方向において小さく形成されている。また、駆動腕７のフレーム５側および幅広部７ｂ側の一部も、励振電極１５の非配置位置とされてよい。

各駆動腕７（各本体部７ａ）において、１対の励振電極１５Ａは、例えば互いに同電位とされる。例えば、１対の励振電極１５Ａは、配線１９により互いに接続されている。また、各駆動腕７において、１対の励振電極１５Ｂは、例えば互いに同電位とされる。例えば、２つの励振電極１５Ｂは、圧電体３上の配線等により互いに接続されている。

このような励振電極１５の配置および接続関係において、励振電極１５Ａと励振電極１５Ｂとの間に電圧を印加すると、例えば、駆動腕７においては、上面から１対の側面（ｘ軸方向の両側）に向かう電界および下面から１対の側面に向かう電界が生じる。一方、分極軸は、ｘ軸方向に一致している。従って、電界のｘ軸方向の成分に着目すると、駆動腕７のうちｘ軸方向の一方側部分においては電界の向きと分極軸の向きは一致し、他方側部分においては電界の向きと分極軸の向きは逆になる。

その結果、駆動腕７のうちｘ軸方向の一方側部分はｙ軸方向において収縮し、他方側部分はｙ軸方向において伸長する。そして、駆動腕７は、バイメタルのようにｘ軸方向の一方側へ湾曲する。励振電極１５Ａおよび１５Ｂに印加される電圧が逆にされると、駆動腕７は逆方向に湾曲する。このような原理により、交流電圧が励振電極１５Ａおよび１５Ｂに印加されると、駆動腕７はｘ軸方向において振動する。

なお、特に図示しないが、駆動腕７の上面および／または下面に、駆動腕７の長手方向に沿って延びる１以上の凹溝（当該凹溝は凹部が駆動腕７の長手方向に配列されて構成されてもよい）が設けられ、励振電極１５Ａは、この凹溝内に亘って設けられてもよい。この場合、励振電極１５Ａと励振電極１５Ｂとが凹溝の壁部を挟んでｘ軸方向において対向することになり、励振の効率が向上する。

１対の駆動腕７においては、駆動腕７Ａの励振電極１５Ａと駆動腕７Ｂの励振電極１５Ｂとが同電位とされ、駆動腕７Ａの励振電極１５Ｂと駆動腕７Ｂの励振電極１５Ａとが同電位とされる。例えば、同電位とされるべき励振電極１５同士は配線１９によって接続されている。

従って、このような接続関係において励振電極１５Ａと励振電極１５Ｂとの間に交流電圧を印加すると、１対の駆動腕７は、互いに逆の位相の電圧が印加されることになり、ｘ軸方向において互いに逆向きに撓み変形するように振動する。

検出電極１７Ａは、各検出腕９において、ｘ軸方向の負側に面する面のうちのｚ軸方向の正側（例えば当該面の中央よりも正側）の領域、およびｘ軸方向の正側に面する面のうちのｚ軸方向の負側（例えば当該面の中央よりも負側）の領域にそれぞれ設けられている。検出電極１７Ｂは、検出腕９において、ｘ軸方向の負側に面する面のうちのｚ軸方向の負側（例えば当該面の中央よりも負側）の領域、およびｘ軸方向の正側に面する面のうちのｚ軸方向の正側（例えば当該面の中央よりも正側）の領域にそれぞれ設けられている。

なお、図２（ａ）および図２（ｂ）は、検出腕９Ｂのみを示しているが、検出腕９Ａおよび後述する他の実施形態における検出腕９においても同様である。すなわち、検出電極１７の付加符号Ａは、−ｘの側面の＋ｚの領域および＋ｘの側面の−ｚの領域に対応し、検出電極１７の付加符号Ｂは、−ｘの側面の−ｚの領域および＋ｘの側面の＋ｚの領域に対応するものとする。

検出腕９の各側面において、検出電極１７Ａおよび１７Ｂは、互いに短絡しないように適宜な間隔を空けて、検出腕９に沿って延びている。各検出腕９において、２つの検出電極１７Ａ同士は接続され、２つの検出電極１７Ｂ同士は接続されている。接続は、例えば、複数の配線１９によってなされている。

このような検出電極１７の配置および接続関係において、検出腕９がｚ軸方向に撓み変形すると、例えば、ｚ軸方向に平行な電界が生じる。すなわち、検出腕９の各側面においては、検出電極１７Ａと検出電極１７Ｂとの間に電圧が生じる。電界の向きは、分極軸の向きと、湾曲の向き（ｚ軸方向の正側または負側）とで決定され、ｘ軸方向の正側部分と負側部分とで互いに逆である。この電圧（電界）が検出電極１７Ａおよび検出電極１７Ｂに出力される。検出腕９がｚ軸方向に振動すると、電圧は交流電圧として検出される。なお、電界は、上記のようにｚ軸方向に平行な電界が支配的であってもよいし、ｘ軸方向に平行で、ｚ軸方向の正側部分と負側部分とで互いに逆向きな電界の割合が大きくてもよい。いずれにせよ、検出腕９のｚ軸方向への撓み変形に応じた電圧が検出電極１７Ａと検出電極１７Ｂとの間に生じる。

なお、特に図示しないが、検出腕９には、上面から下面へ貫通し、検出腕９の長手方向に沿って延びる１以上の貫通溝（スリット）が形成されてもよい。そして、貫通溝によって分割された複数の長尺状部分それぞれにおいて、図示の例の検出腕９のように、検出電極１７Ａおよび１７Ｂが配置および接続されてもよい。この場合、複数の検出電極１７は、検出腕９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る。その結果、検出腕９において生じる電荷を効率的に電気信号として取り出すことができる。

１対の検出腕９においては、本実施形態では、検出腕９Ａの検出電極１７Ａと検出腕９Ｂの検出電極１７Ｂとが接続され、検出腕９Ａの検出電極１７Ｂと検出腕９Ｂの検出電極１７Ａとが接続されている。接続は、例えば、複数の配線１９によってなされている。

このような接続関係においては、１対の検出腕９がｚ軸方向において互いに逆側に撓むように振動したときに、両者において生じた信号が加算される。

配線１９は、上述したように励振電極１５および検出電極１７を接続している。また、電位の観点から２組に分けられた励振電極１５と、電位の観点から２組に分けられた検出電極１７との合計４組の電極と、４つのパッド１３とを接続している。複数の配線１９は、圧電体３の種々の面に適宜に配されることによって、その全体が圧電体３の表面に設けられる態様で、互いに短絡することなく、上述した接続を実現可能である。ただし、圧電体３上に位置する配線１９の上に絶縁層を設け、その上に他の配線１９を設けることによって、立体配線部が形成されても構わない。

図２（ｂ）に示すように、角速度センサ５１は、励振電極１５に電圧を印加する駆動回路１０３と、検出電極１７からの電気信号を検出する検出回路１０５とを有している。

駆動回路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励振電極１５Ａと励振電極１５Ｂとの間に印加する。なお、周波数は、角速度センサ５１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、検出電極１７Ａと検出電極１７Ｂ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角速度が特定される。また、検出回路１０５は、駆動回路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回転の向きが特定される。

なお、駆動回路１０３および検出回路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（Integrated Circuit）によって構成されており、センサ素子１が実装される回路基板または適宜な形状の実装基体に実装されている。

（角速度センサの動作）
図３（ａ）および図３（ｂ）は、圧電体３の励振を説明するための模式的な平面図である。図３（ａ）および図３（ｂ）は、励振電極１５に印加されている交流電圧の位相が互いに１８０°ずれている。

上述のように、駆動腕７Ａおよび７Ｂは、励振電極１５に交流電圧が印加されることによってｘ軸方向において互いに逆向きに変形するように互いに逆の位相で励振される。

このとき、図３（ａ）に示すように、１対の駆動腕７がｘ軸方向において１対の駆動腕７の内側に撓むと、その曲げモーメントが１対のフレーム５に伝わり、１対のフレーム５はｙ軸方向において１対のフレーム５の外側へ撓む。その結果、１対の検出腕９が１対のｙ軸方向において１対のフレーム５の外側へ変位する。

逆に、図３（ｂ）に示すように、１対の駆動腕７がｘ軸方向において１対の駆動腕７の外側に撓むと、その曲げモーメントが１対のフレーム５に伝わり、１対のフレーム５はｙ軸方向において１対のフレーム５の内側へ撓む。その結果、１対の検出腕９が１対のｙ軸方向において１対のフレーム５の内側へ変位する。

従って、１対の駆動腕７が励振されることによって、１対の検出腕９がｙ軸方向において振動することになる。

図３（ｃ）および図３（ｄ）は、コリオリの力による１対の検出腕９の振動を説明するための模式的な斜視図である。図３（ｃ）および図３（ｄ）は、図３（ａ）および図３（ｂ）の状態に対応している。なお、この図では、駆動腕７およびフレーム５の変形については図示が省略されている。後述する他の実施形態における検出腕９の振動を説明するための模式図においても同様である。

図３（ａ）および図３（ｂ）を参照して説明したように圧電体３が振動している状態で、センサ素子１がｘ軸回りに回転されると、１対の検出腕９は、ｙ軸方向に振動（変位）していることから、コリオリの力によって回転軸（ｘ軸）と振動方向（ｙ軸）とに直交する方向（ｚ軸方向）において振動（変形）する。

また、１対の検出腕９は、ｙ軸方向において互いに逆側に変位するように振動していることから、コリオリの力によってｘ軸回りの回転方向に関して互いに同一側へ変位する。別の観点では、１対の検出腕９は、ｚ軸方向において互いに逆側に変位する。

そして、各検出腕９の変形によって生じる信号（電圧）は、検出電極１７によって取り出される。１対の検出腕９において取り出された信号は、加算されてパッド１３から出力される。コリオリの力（ひいては検出される信号の電圧）は、角速度が大きいほど大きくなる。これにより、角速度が検出される。

以上のとおり、角速度センサ５１は、圧電体３、駆動回路１０３および検出回路１０５を有している。圧電体３は、１対のフレーム５、１対の駆動腕７および１対の検出腕９を有している。１対のフレーム５は、直交座標系ｘｙｚのｙ軸方向において互いに対向している。１対の駆動腕７は、それぞれ１対のフレーム５の間に架け渡され、ｘ軸方向において互いに対向している。１対の検出腕９は、ｘ軸方向において１対の駆動腕７の間となる位置にて１対のフレーム５からｙ軸方向に延びている。駆動回路１０３は、１対の駆動腕７がｘ軸方向において互いに逆側へ曲がって振動するように１対の駆動腕７に互いに逆の位相の電圧を印加する。検出回路１０５は、１対の検出腕９のｚ軸方向またはｘ軸方向（本実施形態ではｚ軸方向）における曲げ変形により生じる信号を検出する。

別の観点では、センサ素子１は、圧電体３、複数の励振電極１５、複数の検出電極１７および複数の配線１９を有している。圧電体３は、１対のフレーム５、１対の駆動腕７および１対の検出腕９を有している。１対のフレーム５は、直交座標系ｘｙｚのｙ軸方向において互いに対向している。１対の駆動腕７は、それぞれ１対のフレーム５の間に架け渡され、ｘ軸方向において互いに対向している。１対の検出腕９は、ｘ軸方向において１対の駆動腕７の間となる位置にて１対のフレーム５からｙ軸方向に延びている。複数の励振電極１５は、１対の駆動腕７をｘ軸方向に励振する電圧を印加可能な配置で設けられている。複数の検出電極１７は、検出腕９のｘ軸方向またはｚ軸方向（本実施形態ではｚ軸方向）の振動によって生じる信号を検出可能な配置で設けられている。複数の配線１９は、１対の駆動腕７がｘ軸方向において互いに逆側へ曲がって振動するように複数の励振電極１５から１対の駆動腕７に互いに逆の位相が印加されるように複数の励振電極１５を接続している。

従って、１対の駆動腕７の励振によってフレーム５を湾曲（振動）させ、検出腕９を変位（振動）させ、この変位している検出腕９に作用するコリオリの力によって角速度を検出するという新たな振動態様による検出が可能になる。

比較例としては、例えば、励振されている駆動腕にコリオリの力を作用させて振動させ、このコリオリの力による振動を検出腕に伝達するものが挙げられる。本実施形態では、そのような比較例とは異なり、検出腕に直接的にコリオリの力が作用する。その結果、例えば、検出感度が向上する。

また、比較例として、例えば、駆動腕の振動方向（ｘ軸方向）と同一方向において検出腕を曲げ変形（振動）させておき、この振動している検出腕にコリオリの力を作用させる態様が挙げられる。本実施形態は、そのような態様とは検出腕の振動方向が異なり、前述の比較例では角速度を検出できなかった軸（ｘ軸）について角速度を検出することが可能となる。

また、比較例として、例えば、１本のフレーム５から１対の駆動腕７および１本の検出腕９を片持ち梁状に延ばした圧電体において、本実施形態と同様に１対の駆動腕７のｘ軸方向における振動によってフレーム５をｙ軸方向に撓ませて検出腕９をｙ軸方向に振動させるもの（この比較例は新規である）が挙げられる。この態様に比較して、本実施形態では、１対の駆動腕７それぞれの両端が１対のフレーム５に接続され、各フレーム５に検出腕９が設けられていることから、１対の駆動腕７の振動が効率的に１対の検出腕９に伝わる。その結果、例えば、検出感度が向上する。

また、本実施形態では、１対の検出腕９は、１対のフレーム５の内側へ延びている。

すなわち、１対の検出腕９は、１対のフレーム５および１対の駆動腕７によって構成される開口内に位置する。従って、例えば、検出腕９が１対のフレーム５の外側へ延びる態様（当該態様も本開示に含まれる）に比較して、センサ素子１の小型化が図られる。

＜第２実施形態＞
（角速度センサの構成）
図４（ａ）は、第２実施形態に係るセンサ素子２０１の一部を拡大して示す、図２（ａ）と同様の斜視図である。図４（ｂ）は、第２実施形態に係る角速度センサ２５１を示す、図２（ｂ）と同様の図であり、図４（ａ）のIVｂ−IVｂ線に対応する断面図を含んでいる。

第２実施形態に係る角速度センサ２５１は、第１実施形態に係る角速度センサ５１と同様に、１対の駆動腕７をｘ軸方向に振動させることによって、フレーム５を湾曲（振動）させ、ひいては、検出腕９をｙ軸方向に変位（振動）させる。そして、検出腕９に直接的にコリオリの力を作用させる。ただし、角速度センサ５１がｘ軸回りの回転を検出するものであったのに対して、角速度センサ２５１は、ｚ軸回りの回転を検出するものとされている。具体的には、以下のとおりである。

センサ素子２０１は、圧電体３、複数の励振電極１５、複数の検出電極２１７、複数のパッド１３（ここでは不図示）および複数の配線１９を有している。これらの符号から理解されるように、複数の検出電極２１７（これに関わる配線１９）を除いては、センサ素子２０１の基本的な構成は、概ね、第１実施形態のセンサ素子１と同様とされてよい。図１は、角速度センサ２５１を示す斜視図として捉えられてよい。

ただし、本実施形態においては、検出腕９は、第１実施形態とは異なり、コリオリの力によってｘ軸方向に振動することが意図されている。このような相違に基づいて、各種の寸法は、第１実施形態と異なっていてよい。

例えば、検出腕９は、その幅（ｘ軸方向）が大きくなると、振動方向（ｘ軸方向）における固有振動数が高くなり、その長さ（別の観点では質量）が大きくなると、励振方向における固有振動数は低くなる。検出腕９の各種の寸法は、例えば、検出腕９の振動方向における固有振動数が、駆動腕７の励振方向における固有振動数に近くなるように設定される。

検出電極２１７Ａおよび２１７Ｂは、検出腕９のｘ軸方向の曲げ変形によって生じる信号を取り出すものであるので、例えば、駆動腕７をｘ軸方向に励振させるための励振電極１５Ａおよび１５Ｂと同様の構成とされる。従って、第１実施形態における励振電極１５についての説明は、励振電極１５を検出電極２１７に読み替えて、検出電極２１７についての説明としてよい。１対の検出電極２１７Ａ同士の接続、および１対の検出電極２１７Ｂ同士の接続についても同様である。

第１実施形態においては、検出腕９に上面および下面を貫通するスリットが設けられてよいことについて言及した。第２実施形態においては、検出腕９は、駆動腕７と同様に、その上面および／または下面に凹溝が設けられてよい。

（角速度センサの動作）
第２実施形態における圧電体３の励振は、第１実施形態におけるものと同様である。図３（ａ）および図３（ｂ）は、第２実施形態における圧電体３の励振状態を示している図として捉えられてよい。従って、１対の駆動腕７はｘ軸方向において互いに近接および離反するように振動し、１対の検出腕９はｙ軸方向において変位（振動）する。

図５（ａ）および図５（ｂ）は、コリオリの力による検出腕９の振動を説明するための模式的な平面図である。図５（ａ）および図５（ｂ）は、図３（ａ）および図３（ｂ）の状態に対応している。

図３（ａ）および図３（ｂ）を参照して説明したように圧電体３が振動している状態で、センサ素子１がｚ軸回りに回転されると、１対の検出腕９は、ｙ軸方向に振動（変位）していることから、コリオリの力によって回転軸（ｚ軸）と振動方向（ｙ軸）とに直交する方向（ｘ軸方向）において振動（変形）する。

また、１対の検出腕９は、ｙ軸方向において互いに逆側に変位するように振動していることから、コリオリの力によってｚ軸回りの回転方向に関して互いに同一側へ変位する。別の観点では、１対の検出腕９は、ｘ軸方向において互いに逆側に変位する。

そして、各検出腕９の変形によって生じる信号（電圧）は、検出電極１７によって取り出される。１対の検出腕９において取り出された信号は、加算されてパッド１３から検出回路１０５へ出力される。コリオリの力（ひいては検出される信号の電圧）は、角速度が大きいほど大きくなる。これにより、角速度が検出される。

以上のとおり、本実施形態においても、１対のフレーム５は、ｙ軸方向において互いに対向し、１対の駆動腕７は、それぞれ１対のフレーム５の間に架け渡され、互いにｘ軸方向において対向し、１対の検出腕９は、ｘ軸方向において１対の駆動腕７の間となる位置にて１対のフレーム５からｙ軸方向に延び、駆動回路１０３は、１対の駆動腕７がｘ軸方向において互いに逆側へ曲がって振動するように１対の駆動腕７に互いに逆の位相の電圧を印加し（そのような電圧印加が可能に複数の励振電極１５が配置され）、検出回路１０５は、検出腕９の適宜な方向（本実施形態ではｘ軸方向）における曲げ変形により生じる信号を検出する（そのような検出が可能に複数の検出電極２１７が配置される）。

従って、第１実施形態と同様の効果が奏される。例えば、新たな振動態様による検出が可能になる。また、例えば、検出腕に直接にコリオリの力が作用し、検出感度の向上が期待される。また、例えば、駆動腕の振動方向（ｘ軸方向）と同一方向において検出腕を曲げ変形（振動）させておき、この振動している検出腕にコリオリの力を作用させる比較例では角速度を検出できなかった軸（ｚ軸）について角速度を検出することが可能となる。

＜第３および第４実施形態＞
第１および第２実施形態から理解されるように、本開示においては、ｘ軸回りの回転を検出する角速度センサと、ｚ軸回りの回転を検出する角速度センサとを比較すると、基本的には、その構成においては、検出電極１７および２１７（およびこれに係る配線１９）の構成が異なるだけであり、その作用においては、コリオリの力が作用する方向が異なるだけである。そこで、以下では、ｘ軸回りの回転を検出する角速度センサと、ｚ軸回りの回転を検出する角速度センサとを共に説明し、両者の符号を同一図面に付すことがある。

（角速度センサの構成）
図６は、第３実施形態に係るセンサ素子３０１または第４実施形態に係るセンサ素子４０１の構成を示す平面図である。

センサ素子３０１または４０１の圧電体３０３は、第１および第２実施形態の圧電体３において、１対の検出腕９Ｃおよび９Ｄを追加したものである。検出腕９Ｃおよび９Ｄは、検出腕９Ａおよび９Ｂと同様に、ｘ軸方向において１対の駆動腕７の間となる位置にて、１対のフレーム５からｙ軸方向において延びている。ただし、検出腕９Ｃおよび９Ｄは、検出腕９Ａおよび９Ｂとは逆に、１対のフレーム５の外側へ延びている。

フレーム５Ａから延びている検出腕９Ａおよび９Ｃは、例えば、フレーム５Ａを対称軸として互いに線対称の配置および形状とされている。同様に、フレーム５Ｂから延びている検出腕９Ｂおよび９Ｄは、例えば、フレーム５Ｂを対称軸として互いに線対称の配置および形状とされている。ただし、これらは互いに線対称の配置および形状とされていなくてもよい。

検出腕９Ｃおよび９Ｄに設けられる検出電極は、検出腕９Ａおよび９Ｂに設けられる検出電極と同様である。例えば、ｘ軸回りの回転を検出するセンサ素子３０１（第３実施形態）においては、図２（ａ）および図２（ｂ）を参照して説明した第１実施形態に係る検出電極１７Ａおよび１７Ｂが設けられている。ｚ軸回りの回転を検出するセンサ素子４０１（第４実施形態）においては、図４（ａ）および図４（ｂ）を参照して説明した第２実施形態に係る検出電極２１７Ａおよび２１７Ｂが設けられている。検出腕９Ｃおよび９Ｄそれぞれにおいては、検出電極１７Ａ（２１７Ａ）同士が接続されるとともに、検出電極１７Ｂ（２１７Ｂ）同士が接続されている。複数の検出腕９間における検出電極の接続関係については、以下の動作の説明の際に説明する。

（角速度センサの動作）
特に図示しないが、センサ素子３０１または４０１の１対の駆動腕７に交流電圧を印加したときの圧電体３０３の励振状態は、図３（ａ）および図３（ｂ）と基本的に同様である。すなわち、１対の駆動腕７がｘ軸方向に励振されることによって１対のフレーム５がｙ軸方向に湾曲し、ひいては、検出腕９がｙ軸方向において変位する。ただし、第３および第４実施形態では、検出腕９Ａおよび９Ｂだけでなく、検出腕９Ｃおよび９Ｄも変位する。具体的には、検出腕９Ｃは、同一のフレーム５（５Ａ）に接続されている検出腕９Ａと共に変位し、検出腕９Ｄは、同一のフレーム５（５Ｂ）に接続されている検出腕９Ｂと共に変位する。

図７（ａ）および図７（ｂ）は、ｘ軸回りの回転を検出する第３実施形態に係るセンサ素子３０１における、コリオリの力による検出腕９の振動を説明するための模式的な斜視図である。図７（ａ）および図７（ｂ）は、励振の位相が互いに１８０°異なる状態（検出腕９Ｃおよび９Ｄが図示されていないが図３（ａ）および図３（ｂ）参照）に対応している。

電圧印加によって圧電体３０３が振動している状態で、センサ素子３０１がｘ軸回りに回転されると、第１実施形態と同様に、コリオリの力によって検出腕９がｚ軸方向に振動する。このとき、複数の検出腕９Ａ〜９Ｄは、ｙ軸方向において互いに同一側へ変位する位相で振動しているもの同士は、ｚ軸方向において互いに同一側へ曲がるように振動し、ｙ軸方向において互いに逆側へ変位する位相で振動しているもの同士は、ｚ軸方向において互いに逆側へ曲がるように振動する。

具体的には、フレーム５Ａに共に接続されている検出腕９Ａおよび９Ｃは、ｚ軸方向において互いに同一側へ曲がるように振動する。フレーム５Ｂに共に接続されている検出腕９Ｂおよび９Ｄは、ｚ軸方向において互いに同一側へ曲がるように振動する。また、検出腕９ＡおよびＣの組と、検出腕９Ｂおよび９Ｄの組とはｚ軸方向において互いに逆側へ曲がるように振動する。

このような検出腕９Ａ〜９Ｄにおいて生じる信号を加算するために、例えば、検出腕９Ａの検出電極１７Ａ、検出腕９Ｂの検出電極１７Ｂ、検出腕９Ｃの検出電極１７Ａおよび検出腕９Ｄの検出電極１７Ｂが互いに接続され、検出腕９Ａの検出電極１７Ｂ、検出腕９Ｂの検出電極１７Ａ、検出腕９Ｃの検出電極１７Ｂおよび検出腕９Ｄの検出電極１７Ａが互いに接続される。当該接続は、例えば、複数の配線１９によってなされる。そして、全ての検出電極１７は、４つのパッド１３のうち２つを介して検出回路１０５に接続されている。

図７（ｃ）および図７（ｄ）は、ｚ軸回りの回転を検出する第４実施形態に係るセンサ素子４０１における、コリオリの力による検出腕９の振動を説明するための模式的な平面図である。図７（ｃ）および図７（ｄ）は、励振の位相が互いに１８０°異なる状態（検出腕９Ｃおよび９Ｄが図示されていないが図３（ａ）および図３（ｂ）参照）に対応している。

電圧印加によって圧電体３０３が振動している状態で、センサ素子４０１がｚ軸回りに回転されると、第２実施形態と同様に、コリオリの力によって検出腕９がｘ軸方向に振動する。このとき、複数の検出腕９Ａ〜９Ｄは、ｙ軸方向において互いに同一側へ変位する位相で振動しているもの同士は、ｘ軸方向において互いに同一側へ曲がるように振動し、ｙ軸方向において互いに逆側へ変位する位相で振動しているもの同士は、ｘ軸方向において互いに逆側へ曲がるように振動する。

具体的には、フレーム５Ａに共に接続されている検出腕９Ａおよび９Ｃは、ｘ軸方向において互いに同一側へ曲がるように振動する。フレーム５Ｂに共に接続されている検出腕９Ｂおよび９Ｄは、ｘ軸方向において互いに同一側へ曲がるように振動する。また、検出腕９ＡおよびＣの組と、検出腕９Ｂおよび９Ｄの組とはｘ軸方向において互いに逆側へ曲がるように振動する。

このような検出腕９Ａ〜９Ｄにおいて生じる信号を加算するために、例えば、検出腕９Ａの検出電極２１７Ａ、検出腕９Ｂの検出電極２１７Ｂ、検出腕９Ｃの検出電極２１７Ａおよび検出腕９Ｄの検出電極２１７Ｂが互いに接続され、検出腕９Ａの検出電極２１７Ｂ、検出腕９Ｂの検出電極２１７Ａ、検出腕９Ｃの検出電極２１７Ｂおよび検出腕９Ｄの検出電極２１７Ａが接続される。当該接続は、例えば、複数の配線１９によってなされる。そして、全ての検出電極２１７は、４つのパッド１３のうち２つを介して検出回路１０５に接続されている。

以上のとおり、第３または第４実施形態の角速度センサまたはセンサ素子は、第１または第２実施形態の角速度センサまたはセンサ素子を含むものであり、第１または第２実施形態の角速度センサまたはセンサ素子と同様の効果が奏される。例えば、新たな振動態様による検出が可能になる。

さらに、第３および第４実施形態では、圧電体３は、１対のフレーム５から１対のフレーム５の内側へ延びている１対の検出腕９Ａおよび９Ｂと、１対のフレーム５から１対のフレーム５の外側へ延びている１対の検出腕９Ｃおよび９Ｄとを有している。従って、第１または第２実施形態に比較してコリオリの力が作用する検出腕９の質量が２倍になる。その結果、例えば、検出感度が向上する。

＜第５実施形態＞
図８（ａ）は、第５実施形態に係るセンサ素子の圧電体５０３を示す平面図である。当該センサ素子は、ｘ軸回りまたはｚ軸回りの角速度を検出するものである。

圧電体５０３は、第１または第２実施形態の圧電体３において、フレームの形状を変形したものである。具体的には、フレーム５０５Ａおよび５０５Ｂそれぞれは、ｘ軸方向に直線状に延びているのではなく、ｘ軸に対して傾斜する２辺によって構成されている。より具体的には、例えば、各フレーム５０５は、ｘ軸に平行な底辺（不図示）を有する２等辺三角形の２つの等辺によって構成されている。また、例えば、１対のフレーム５０５および１対の駆動腕７は、正六角形を構成している。１対の検出腕９は、フレーム５０５が構成する２等辺三角形の頂角に位置している。

このような形状においても、第１または第２実施形態と同様の振動態様が実現される。また、例えば、１対の検出腕９の距離を離すことができるので、１対の検出腕９の長さ（質量）を確保して、検出感度を向上させることが容易である。

＜第６実施形態＞
図８（ｂ）は、第６実施形態に係るセンサ素子の圧電体６０３を示す平面図である。当該センサ素子は、ｘ軸回りまたはｚ軸回りの角速度を検出するものである。

圧電体６０３は、第５実施形態の圧電体５０３と同様に、第１または第２実施形態の圧電体３において、フレームの形状を変形したものである。具体的には、例えば、フレーム６０５Ａおよび６０５Ｂそれぞれは、台形の上底および２つの脚から構成されている。また、例えば、１対のフレーム６０５および１対の駆動腕７は、正八角形を構成している。１対の検出腕９は、フレーム６０５が構成する上底の中央に位置している。

このような形状においても、第１または第２実施形態と同様の振動態様が実現される。また、例えば、１対の検出腕９の距離を離すことができるので、１対の検出腕９の長さ（質量）を確保して、検出感度を向上させることが容易である。

なお、第５および第６実施形態のような変形は、第１および第２実施形態以外の他の態様（例えば第３または第４実施形態）に適用されてもよい。

＜多軸角速度センサ＞
（全体構成）
図９は、上述した角速度センサを含む多軸角速度センサ７５０の構成を示す平面図である。

多軸角速度センサ７５０は、ｘ軸回りの角速度を検出する角速度センサ５１（以下、「ｘ軸センサ５１」ということがある。）と、ｙ軸回りの角速度を検出するｙ軸センサ７５１と、ｚ軸回りの角速度を検出する角速度センサ２５１（以下、「ｚ軸センサ２５１」ということがある。）とを有している。なお、図示の例では、ｘ軸センサ５１として第１実施形態に係る角速度センサを示し、ｚ軸センサ２５１として第２実施形態に係る角速度センサを示しているが、ｘ軸センサ５１およびｚ軸センサ２５１は、上述した他の実施形態の角速度センサとされてもよい。

ｘ軸センサ５１は、センサ素子１と、センサ素子１に電圧を印加する駆動回路１０３（図２（ｂ））と、センサ素子１から信号を検出する検出回路１０５（図２（ｃ））とを有するものである。これらの構成および動作については既に述べたとおりである。

ｚ軸センサ２５１は、センサ素子２０１と、センサ素子２０１に電圧を印加する駆動回路１０３（図４（ｂ））と、センサ素子２０１から信号を検出する検出回路１０５（図４（ｃ））とを有するものである。これらの構成および動作については既に述べたとおりである。

ｙ軸センサ７５１は、センサ素子７０１と、センサ素子７０１に電圧を印加する駆動回路１０３（図２（ｂ））と、センサ素子７０１から信号を検出する検出回路１０５（図２（ｃ））とを有するものである。

ｙ軸センサ７５１は、ｘ軸センサ５１およびｚ軸センサ２５１と同様に、圧電振動式のものである。センサ素子７０１は、圧電体７０３を有している。圧電体７０３は、例えば、基部７０５と、基部７０５に支持されている１以上の駆動腕７および１以上の検出腕９と、基部７０５を支持する１対の実装部１１とを有している。

センサ素子１、センサ素子７０１およびセンサ素子２０１は、例えば、ｘ軸方向に配列されている。なお、３つのセンサ素子の並び順は図示以外のものであってもよい。これらのセンサ素子は、例えば、同一の実装基体７５３に実装されている。実装基体７５３は、例えば、多軸角速度センサ７５０のパッケージを構成するものであり、絶縁基体に不図示のパッドおよび外部端子が設けられて構成されている。図示の例では、実装基体７５３は、ｚ軸方向正側に開口する凹部を有しており、当該凹部内にセンサ素子が収容されている。また、特に図示しないが、当該実装基体７５３には、例えば、駆動回路１０３および検出回路１０５を含むＩＣが実装される。

なお、ｘ軸センサ５１、ｙ軸センサ７５１およびｚ軸センサ２５１において、駆動回路１０３は共用されてよい。別の観点では、これら３つの角速度センサの圧電体を励振するときの周波数は同一とされてよい。また、駆動回路１０３が共用されない場合において、３つの角速度センサの圧電体を励振するときの周波数は、互いに異なっていてもよいし、互いに同一であってもよい。

（ｙ軸センサ）
ｙ軸センサ７５１は、公知のものを含め、種々の構成とされてよく、以下では、その一例について説明する。

圧電体７０３は、例えば、ｙ軸に平行な不図示の対称軸に対して線対称に構成されており、基部７０５からｙ軸方向の一方側（図示の例では正側）に延びる４本（２対）の駆動腕７Ｃ、７Ｄ、７Ｅおよび７Ｆと、基部７０５から駆動腕７とは反対側へ延びる２本の検出腕９Ｅおよび９Ｆを有している。

図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、圧電体７０３の励振状態を示す平面図である。

４本の駆動腕７Ｃ、７Ｄ、７Ｅおよび７Ｆは、例えば、圧電体７０３の中央に対してｘ軸方向の同一側（正側または負側）に位置する２本同士（７Ｃおよび７Ｄ、または７Ｅおよび７Ｆ）がｘ軸方向において互いに同一側へ曲がり、かつｘ軸方向の正側に位置する２本とｘ軸方向の負側に位置する２本とがｘ軸方向において互いに逆側へ曲がるように励振される。なお、この駆動腕７の振動によって、基部７０５は湾曲する必要はなく、また、検出腕９Ｄおよび９Ｅは振動する必要はない。

上記の動作を実現するために、各駆動腕７においては、第１または第２実施形態の駆動腕と同様に励振電極１５Ａおよび１５Ｂの配置および接続がなされている。また、ｘ軸方向の同一側（正側または負側）に位置する２本においては、励振電極１５Ａ同士が接続され、励振電極１５Ｂ同士が接続されている。ｘ軸方向の正側に位置する２本とｘ軸方向の負側に位置する２本との間においては、他の実施形態の駆動腕７Ａおよび７Ｂと同様に、励振電極１５Ａと励振電極１５Ｂとが接続されている。接続は、複数の配線１９によってなされている。そして、全ての励振電極１５は、２つのパッド１３を介して駆動回路１０３に接続される。

図１０（ｃ）および図１０（ｄ）は、圧電体７０３のコリオリの力による振動を示す斜視図である。

上記のように駆動腕７が振動されている状態で、圧電体７０３がｙ軸回りに回転されると、駆動腕７には、振動方向（ｘ軸方向）および回転軸（ｙ軸）に直交する方向（ｚ軸方向）にコリオリの力が作用する。その結果、駆動腕７は、ｚ軸方向において曲げ変形するように振動する。ｘ軸方向の負側に位置する駆動腕７Ｃおよび７Ｄと、ｘ軸方向の正側に位置する駆動腕７Ｅおよび７Ｆとは、ｘ軸方向において互いに逆方向に振動していることから、回転軸回り（ｙ軸回り）において同一側へ曲がるように振動する。すなわち、両者は、ｚ軸方向において互いに逆側へ曲がるように振動する。

この駆動腕７のｚ軸方向における振動は、基部７０５を介して検出腕９Ｅおよび９Ｆに伝わる。そして、検出腕９は、ｘ軸方向において同一側に位置する駆動腕７とはｚ軸方向の逆側へ曲がるように振動する。また、２つの検出腕９は、ｚ軸方向において互いに逆側へ曲がるように振動する。

このような検出腕９に生じる信号を取り出すために、例えば、各検出腕９においては、第１実施形態において示した配置および接続の検出電極１７（図２（ａ）および図２（ｂ））が設けられる。また、互いに逆側へ曲がる２つの検出腕９の信号を加算するために、２つの検出腕９間においては、検出電極１７Ａと検出電極１７Ｂとが配線１９によって接続される。そして、全ての検出電極１７は、２つのパッド１３を介して検出回路１０５に接続される。

ｙ軸センサは、上記の構成の他、例えば、特開２０１５−９９１３０号公報に開示されている８本の駆動腕と２本の検出腕とを有するもの、１本の駆動腕と１本の検出腕とを有する音叉状のもの、ｙ軸方向の同一側に延びる１対の駆動腕と１対の検出腕とを有するものなど、種々の構成のものとされてよい。実装部を有さず、基部において実装されるものであってもよい。

なお、以上の実施形態において、検出腕９Ａ〜９Ｄは、いずれも第１検出腕の一例である。第３および第４実施形態において、検出腕９Ａおよび９Ｂは、第１検出腕の一例であり、検出腕９Ｃおよび９Ｄは第２検出腕の一例である。励振電極１５Ａは第１励振電極の一例であり、励振電極１５Ｂは第２励振電極の一例である。検出電極１７Ａは、第１検出電極の一例であり、検出電極１７Ｂは、第２検出電極の一例である。検出電極２１７Ａは、別の観点の第１検出電極の一例であり、検出電極２１７Ｂは、別の観点の第２検出電極の一例である。駆動腕７Ｃ〜７Ｆはｙ軸駆動腕の一例であり、検出腕９Ｅおよび９Ｆはｙ軸検出腕の一例である。ｙ軸センサ７５１の駆動回路１０３はｙ軸駆動回路の一例であり、ｙ軸センサ７５１の検出回路１０５はｙ軸検出回路の一例である。

以上のような多軸角速度センサ７５０では、ｘ軸センサ５１、ｙ軸センサ７５１およびｚ軸センサ２５１の駆動腕７の励振方向が基本的に同一である。従って、例えば、２つまたは３つのセンサ間における振動の相互干渉が複雑化せず、ノイズを低減することが容易化される。また、例えば、同一の圧電ウェハからこれら三種のセンサ用の圧電体を形成することなどができる。

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。

駆動腕および検出腕は、ｙ軸方向に延びていれば、ｙ軸に平行でなくてもよい。圧電体は、検出腕として、１対のフレームの外側へ延びる１対の検出腕（９Ｃおよび９Ｄ）のみを有するものであってもよい。この場合、例えば、駆動腕と検出腕とがｘ軸方向において当接するおそれが低減される。また、圧電体が検出腕として１対の検出腕のみを有する場合において、１対の検出腕の一方は１対のフレームの内側へ延び、１対の検出腕の他方はフレームの外側へ延びてもよい（例えば圧電体は検出腕９Ａおよび９Ｄのみを有していてもよい。）。また、１本のフレームから並列に（ｙ軸方向の同一側に）２本以上の検出腕が延びていてもよい。駆動腕は、２対以上設けられてもよい。

センサ素子または角速度センサは、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の一部として構成されてよい。この場合において、ＭＥＭＳの基板上にセンサ素子を構成する圧電体が実装されてもよいし、ＭＥＭＳの基板が圧電体によって構成されており、その一部によってセンサ素子の圧電体が構成されてもよい。

多軸角速度センサは、ｘ軸センサ、ｙ軸センサおよびｚ軸センサのうちいずれか２つのみを有するものであってもよい。実施形態では、３つの角速度センサの圧電体は、ｘ軸方向に配列されたが、ｙ軸方向に配列されたり、Ｌ字に配列されたりしてもよい。

１…センサ素子、３…圧電体、５…フレーム、７…駆動腕（第１駆動腕）、９…検出腕、１０３…駆動回路、１０５…検出回路。

Claims (10)

1. 直交座標系ｘｙｚのｙ軸方向において互いに対向している１対のフレーム、それぞれ前記１対のフレームの間に架け渡され、ｘ軸方向において互いに対向している１対の駆動腕、ｘ軸方向において前記１対の駆動腕の間となる位置にて前記１対のフレームからｙ軸方向に延びている１対の第１検出腕を有している圧電体と、
   前記１対の駆動腕がｘ軸方向において互いに逆側へ曲がって振動するように前記１対の駆動腕に互いに逆の位相の電圧を印加する駆動回路と、
   前記１対の第１検出腕のｚ軸方向またはｘ軸方向における曲げ変形により生じる信号を検出する検出回路と、
   を有しており、
   前記圧電体に電圧を印加して励振する励振電極は、前記１対の駆動腕及び前記１対のフレームのうち前記１対の駆動腕のみに位置している
   角速度センサ。
2. 直交座標系ｘｙｚのｙ軸方向において互いに対向している１対のフレーム、それぞれ前記１対のフレームの間に架け渡され、ｘ軸方向において互いに対向している１対の駆動腕、ｘ軸方向において前記１対の駆動腕の間となる位置にて前記１対のフレームからｙ軸方向に延びている１対の第１検出腕を有している圧電体と、
   前記１対の駆動腕がｘ軸方向において互いに逆側へ曲がって振動するように前記１対の駆動腕に互いに逆の位相の電圧を印加する駆動回路と、
   前記１対の第１検出腕のｚ軸方向またはｘ軸方向における曲げ変形により生じる信号を検出する検出回路と、
   を有しており、
   前記１対の駆動腕それぞれは、ｚ軸方向に見て、その長さ方向の中央に、前記長さ方向の他の部分よりも幅が広くされている幅広部を有しており、
   前記幅広部は、前記他の部分に対して、前記１対の駆動腕の間となる側へ広がっている部分を有している
   角速度センサ。
3. 前記幅広部の前記１対の駆動腕の間となる側へ広がっている部分は、前記圧電体の前記幅広部以外の部分と連結されていない
   請求項２に記載の角速度センサ。
4. 前記検出回路は、前記１対の第１検出腕のｚ軸方向における曲げ変形により生じる信号を検出する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の角速度センサ。
5. 前記検出回路は、前記１対の第１検出腕のｘ軸方向における曲げ変形により生じる信号を検出する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の角速度センサ。
6. 前記１対の第１検出腕は、前記１対のフレームの内側へ延びている
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の角速度センサ。
7. 前記圧電体は、ｘ軸方向において前記１対の駆動腕の間となる位置にて前記１対のフレームから前記１対のフレームの外側へ延びている１対の第２検出腕を更に有している
   請求項６に記載の角速度センサ。
8. 前記１対の駆動腕それぞれにおいて、ｚ軸方向の両側に面する１対の第１面に位置している１対の第１励振電極と、
   前記１対の駆動腕それぞれにおいて、ｘ軸方向の両側に面する１対の第２面に位置している１対の第２励振電極と、
   前記１対の第１検出腕それぞれにおいて、ｘ軸方向の負側に面する第３面の、その中央よりもｚ軸方向の正側と、ｘ軸方向の正側に面する第４面の、その中央よりもｚ軸方向の負側と、に位置している１対の第１検出電極と、
   前記第３面の、その中央よりもｚ軸方向の負側と、前記第４面の、その中央よりもｚ軸方向の正側と、に位置する１対の第２検出電極と、
   前記１対の駆動腕それぞれにおける前記１対の第１励振電極同士を接続しており、前記１対の駆動腕それぞれにおける前記１対の第２励振電極同士を接続しており、前記１対の駆動腕同士においては前記１対の第１励振電極と前記１対の第２励振電極とを接続しており、前記１対の第１検出腕それぞれにおける前記１対の第１検出電極同士を接続しており、かつ前記１対の第１検出腕それぞれにおける前記１対の第２検出電極同士を接続している複数の配線と、
   をさらに有しており、
   前記駆動回路は、前記複数の配線を介して、前記１対の駆動腕それぞれにおいて、前記１対の第１励振電極と、前記１対の第２励振電極との間に電圧を印加し、
   前記検出回路は、前記複数の配線を介して、前記１対の第１検出電極と前記１対の第２検出電極との間の電圧を検出する
   請求項４に記載の角速度センサ。
9. 前記１対の駆動腕それぞれにおいて、ｚ軸方向の両側に面する１対の第１面に位置している１対の第１励振電極と、
   前記１対の駆動腕それぞれにおいて、ｘ軸方向の両側に面する１対の第２面に位置している１対の第２励振電極と、
   前記１対の第１検出腕それぞれにおいて、ｚ軸方向の両側に面する１対の第３面に位置している１対の第１検出電極と、
   前記１対の第１検出腕それぞれにおいて、ｘ軸方向の両側に面する１対の第４面に位置している１対の第２検出電極と、
   前記１対の駆動腕それぞれにおける前記１対の第１励振電極同士を接続しており、前記１対の駆動腕それぞれにおける前記１対の第２励振電極同士を接続しており、前記１対の駆動腕同士においては前記１対の第１励振電極と前記１対の第２励振電極とを接続しており、前記１対の第１検出腕それぞれにおける前記１対の第１検出電極同士を接続しており、かつ前記１対の第１検出腕それぞれにおける前記１対の第２検出電極同士を接続している複数の配線と、
   をさらに有しており、
   前記駆動回路は、前記複数の配線を介して、前記１対の駆動腕それぞれにおいて、前記１対の第１励振電極と、前記１対の第２励振電極との間に電圧を印加し、
   前記検出回路は、前記複数の配線を介して、前記１対の第１検出電極と前記１対の第２検出電極との間の電圧を検出する
   請求項５に記載の角速度センサ。
10. 直交座標系ｘｙｚのｘ軸回りの角速度を検出するｘ軸センサと、
    ｙ軸回りの角速度を検出するｙ軸センサと、
    ｚ軸回りの角速度を検出するｚ軸センサと、
    を有しており、
    前記ｘ軸センサは、請求項４に記載の角速度センサであり、
    前記ｙ軸センサは、
    ｙ軸方向に延びているｙ軸駆動腕およびｙ軸検出腕を有している圧電体と、
    前記ｙ軸駆動腕がｘ軸方向において振動するように前記ｙ軸駆動腕に電圧を印加するｙ軸駆動回路と、
    前記検出腕のｚ軸方向における曲げ変形により生じる信号を検出するｙ軸検出回路と、を有しており、
    前記ｚ軸センサは、請求項５に記載の角速度センサである
    多軸角速度センサ。

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