WO2018021167A1 - 角速度センサ、センサ素子および多軸角速度センサ - Google Patents

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宗高 副島
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京セラ株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to an angular velocity sensor, a sensor element used for the angular velocity sensor, and a multi-axis angular velocity sensor including the angular velocity sensor.
  • a so-called piezoelectric vibration type sensor is known as an angular velocity sensor (for example, Patent Document 1).
  • an alternating voltage is applied to the piezoelectric body to excite the piezoelectric body.
  • 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.
  • the angular velocity sensor includes a piezoelectric body, a drive circuit, and a detection circuit.
  • the piezoelectric body has a pair of frames, a pair of drive arms, and a pair of first detection arms.
  • the pair of frames oppose each other in the y-axis direction of the orthogonal coordinate system xyz.
  • the pair of drive arms are spanned between the pair of frames, and face each other in the x-axis direction.
  • the pair of first detection arms extend in the y-axis direction from the pair of frames at a position between the pair of drive arms in the x-axis direction.
  • the drive circuit applies voltages of opposite phases to the pair of drive arms so that the pair of drive arms bend and vibrate in opposite directions in the x-axis direction.
  • the detection circuit detects a signal generated by bending deformation of the pair of first detection arms in the z-axis direction or the x-axis direction.
  • the sensor element includes a piezoelectric body, a plurality of excitation electrodes, a plurality of detection electrodes, and a plurality of wirings.
  • the piezoelectric body has a pair of frames, a pair of drive arms, and a pair of first detection arms.
  • the pair of frames oppose each other in the y-axis direction of the orthogonal coordinate system xyz.
  • the pair of drive arms are spanned between the pair of frames, and face each other in the x-axis direction.
  • the pair of first detection arms extend in the y-axis direction from the pair of frames at a position between the pair of drive arms in the x-axis direction.
  • the plurality of excitation electrodes are provided in an arrangement capable of applying a voltage for exciting the pair of drive arms in the x-axis direction.
  • the plurality of detection electrodes are provided in an arrangement capable of detecting a signal generated by vibration in the z-axis direction or the x-axis direction of the pair of first detection arms.
  • the plurality of wirings are applied such that phases opposite to each other are applied from the plurality of excitation electrodes to the pair of drive arms so that the pair of drive arms bend and vibrate in the x-axis direction.
  • the plurality of excitation electrodes are connected.
  • a multi-axis angular velocity sensor includes an x-axis sensor that detects an angular velocity around the x-axis of the orthogonal coordinate system xyz, a y-axis sensor that detects an angular velocity around the y-axis, and an angular velocity around the z-axis.
  • the x-axis sensor is an angular velocity sensor according to one aspect described above.
  • the y-axis sensor includes a piezoelectric body, a y-axis drive circuit, and a y-axis detection circuit.
  • the piezoelectric body of the y-axis sensor has a y-axis drive arm and a y-axis detection arm extending in the y-axis direction.
  • the y-axis drive circuit applies a voltage to the y-axis drive arm so that the y-axis drive arm vibrates in the x-axis direction.
  • the y-axis detection arm detects a signal generated by bending deformation of the detection arm in the z-axis direction.
  • the z-axis sensor is an angular velocity sensor according to one aspect described above.
  • FIG. 2A is an enlarged perspective view showing a part of the sensor element of FIG. 1
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line IIb-IIb of FIG. 2A.
  • FIG. 3A, FIG. 3B, FIG. 3C, and FIG. 3D are schematic diagrams for explaining the operation of the sensor element of FIG. 4A is an enlarged perspective view showing a part of the sensor element according to the second embodiment
  • FIG. 4B is a sectional view taken along the line IVb-IVb in FIG. 4A.
  • FIG. 5A and FIG. 5B are schematic diagrams for explaining the operation of the sensor element of FIG.
  • FIGS. 7A, 7B, 7C, and 7D are schematic diagrams for explaining the operation of the sensor element of FIG.
  • FIG. 8A is a plan view showing a sensor element according to the fifth embodiment
  • FIG. 8B is a plan view showing the sensor element according to the sixth embodiment.
  • 10 (a), 10 (b), 10 (c) and 10 (d) are schematic diagrams for explaining the operation of the y-axis sensor included in the multi-axis angular velocity sensor of FIG.
  • 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.
  • the sensor element may be used in any direction as upward or downward, but hereinafter, for convenience, terms such as the upper surface or the lower surface may be used with the positive side in the z-axis direction as the upper side. Further, when simply referred to as a plan view, it means viewing in the z-axis direction unless otherwise specified.
  • driving arm 7A and “driving arm 7B”, and in this case, simply referred to as “driving arm 7”. These may not be distinguished.
  • the reference numerals attached to the configurations of the already described embodiments are used, and illustrations and descriptions may be omitted.
  • corresponds (similar) with the structure of already demonstrated embodiment, even when it attaches
  • the configuration is the same as that of the embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration (particularly the sensor element 1) of the angular velocity sensor 51 according to the first embodiment.
  • illustration of the conductive layer provided on the surface of the sensor element 1 is basically omitted.
  • the angular velocity sensor 51 is, for example, a piezoelectric vibration type sensor that detects an angular velocity around the x axis, and includes a sensor element 1 and a plurality of (four in the illustrated example) terminals 2 that support the sensor element 1. ing.
  • the sensor element 1 has a piezoelectric body 3. When the piezoelectric body 3 is rotated in a state where a voltage is applied to the piezoelectric body 3, the piezoelectric body 3 is vibrated by Coriolis force.
  • the angular velocity is detected by detecting the voltage generated by the vibration caused by the Coriolis force. Specifically, it is as follows.
  • the piezoelectric body 3 may be a single crystal or a polycrystal.
  • the material of the piezoelectric body 3 may be selected as appropriate, and is, for example, quartz (SiO 2 ), LiTaO 3 , LiNbO 3 , PZT, or silicon.
  • the electrical axis or the polarization axis (hereinafter, only the polarization axis may be referred to as a representative of both) 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 °).
  • the mechanical axis and the optical axis may be appropriate directions.
  • the mechanical axis is the y-axis direction and the optical axis is the z-axis direction.
  • the piezoelectric body 3 has a constant thickness (z-axis direction) as a whole, for example.
  • the piezoelectric body 3 is formed, for example, in a line-symmetrical shape with respect to a symmetry axis (not shown) parallel to the y-axis and line-symmetrical with respect to a symmetry axis (not shown) parallel to the x-axis.
  • the piezoelectric body 3 includes, for example, a pair of frames 5A and 5B, a pair of drive arms 7A and 7B spanning the pair of frames 5, and a pair of detection arms extending from the pair of frames 5. 9A and 9B.
  • the pair of drive arms 7 are portions that are excited by application of a voltage (electric field).
  • the detection arm 9 is a part that vibrates by Coriolis force and generates an electrical signal (for example, voltage) corresponding to the angular velocity.
  • the frame 5 is a part that contributes to transmission of vibration from the drive arm 7 to the detection arm 9.
  • the pair of frames 5 are opposed to each other in the y-axis direction.
  • Each frame 5 is, for example, a long shape extending linearly in the x-axis direction.
  • the cross-sectional shape of the frame 5 is generally rectangular, for example. Either the width (y-axis direction) and the thickness (z-axis direction) of the frame 5 may be larger than the other. However, the frame 5 is scheduled to bend and deform in a plan view as will be described later. Therefore, the width of the frame 5 may be relatively small. For example, the width of the frame 5 may be 2 times or less, or 1 time or less, the thickness of the frame 5.
  • the length and width of the frame 5 depend on the natural frequency of the bending deformation in the driving arm 7 in the direction excited by voltage application and / or the Coriolis force of the detection arm 9. It may be adjusted to approach the natural frequency in the vibrating direction.
  • the pair of drive arms 7 are spanned across the pair of frames 5 and face each other in the x-axis direction. Accordingly, the pair of frames 5 and the pair of drive arms 7 form a frame shape (annular shape) surrounding the opening as a whole.
  • Each drive arm 7 has, for example, a long shape extending linearly in the y-axis direction.
  • the pair of frames 5 and the pair of drive arms 7 are connected to each other at both ends, for example, and form a rectangle.
  • the specific shape of the drive arm 7 may be set as appropriate.
  • the drive arm 7 is wider than the other parts at the center in the longitudinal direction. That is, the drive arm 7 includes a pair of body portions 7a extending from the pair of frames 5 and a wide portion 7b that is positioned between the pair of body portions 7a and wider than the pair of body portions 7a.
  • the cross-sectional shape of the main body portion 7a is constant over substantially the entire length thereof.
  • the drive arm 7 may not be provided with such a wide portion 7b, and the cross-sectional shape may be constant over substantially the entire length thereof.
  • the cross-sectional shape (xz plane) of the main body part 7a and the wide part 7b is, for example, a rectangle.
  • the drive arm 7 is excited in the x-axis direction as will be described later. Therefore, when the width (x-axis direction) of the drive arm 7 increases, the natural frequency in the excitation direction (x-axis direction) increases, and when the length (mass from another viewpoint) increases, the drive arm 7 increases in the excitation direction. The natural frequency is lowered.
  • Various dimensions of the drive arm 7 are set so that, for example, the natural frequency in the excitation direction of the drive arm 7 is close to the frequency to be excited.
  • the pair of detection arms 9 extend from the pair of frames 5 in the y-axis direction, and the tips thereof are free ends.
  • the pair of detection arms 9 extends, for example, inside the pair of frames 5 (between the pair of frames 5).
  • the connection position (x-axis direction) of the detection arm 9 with respect to the frame 5 is located between the pair of drive arms 7 and is located, for example, at the center therebetween.
  • the detection arm 9 has a hammer shape whose width (x-axis direction) is wide at the tip side portion. That is, the detection arm 9 has a main body 9a and a wide portion 9b that is located at the tip of the main body 9a and is wider than the main body 9a.
  • the main body 9a has a constant cross-sectional shape over substantially the entire length thereof.
  • the detection arm 9 may not be provided with such a wide portion 9b, and the cross-sectional shape may be constant over the entire length thereof.
  • the cross-sectional shapes (xz plane) of the main body portion 9a and the wide portion 9b are, for example, rectangular.
  • the detection arm 9 vibrates in the z-axis direction by Coriolis force in the present embodiment. Accordingly, when the thickness (z-axis direction) of the detection arm 9 increases, the natural frequency in the vibration direction (z-axis direction) increases, and when the length (mass from another viewpoint) increases, the excitation direction. The natural frequency at becomes low.
  • Various dimensions of the detection arm 9 are set so that, for example, the natural frequency in the vibration direction of the detection arm 9 is close to the natural frequency in the excitation direction of the drive arm 7.
  • the plurality of terminals 2 are for mounting the sensor element 1 on a mounting base (not shown) (for example, a part of a package or a circuit board).
  • the plurality of terminals 2 allow, for example, the parallel movement and / or rotational movement of the joint positions of the plurality of terminals 2 and the sensor element 1, and thus allow the vibration of the piezoelectric body 3 described later to be permitted. It is configured to be elastically supported.
  • the terminal 2 is made of a long sheet metal having a relatively small thickness and width and having an appropriate bent portion.
  • the sensor element 1 is disposed, for example, with its lower surface facing a mounting base (not shown).
  • a mounting base for example, one end side portion of the plurality of terminals 2 is joined to a plurality of pads 13 provided on the surface (for example, the lower surface) of the piezoelectric body 3, and the other end side portion is joined to a pad of a mounting base (not shown).
  • the electrical connection between the sensor element 1 and the mounting substrate is made, and the sensor element 1 (piezoelectric body 3) is supported in a vibratable state.
  • the positions of the plurality of pads 13 in the piezoelectric body 3 may be set as appropriate.
  • a mode in which four pads 13 are provided on a pair of frames (two sides) is illustrated.
  • four pads 13 are provided on a pair of drive arms 7 (two sides), or four pads 13 are provided on a pair of frames 5 and a pair of drive arms 7 (four sides).
  • Four pads 13 may be provided at four corners formed by the pair of frames 5 and the pair of drive arms 7.
  • FIG. 2A is an enlarged perspective view showing a part of the sensor element 1.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line IIb-IIb in FIG.
  • the sensor element 1 includes excitation electrodes 15A and 15B for applying a voltage to the drive arm 7, detection electrodes 17A and 17B for taking out a signal generated in the detection arm 9, and a plurality of wirings 19 connecting them. Have. These are constituted by a conductor layer formed on the surface of the piezoelectric body 3.
  • the material of the conductor layer is, for example, a metal such as Cu or Al.
  • the excitation electrode 15A of one drive arm 7 and the excitation electrode 15A of the other drive arm 7 are not necessarily at the same potential.
  • the excitation electrode 15B and the detection electrodes 17A and 17B are not necessarily at the same potential.
  • the excitation electrode 15 ⁇ / b> A is provided on each of the upper and lower surfaces (a pair of surfaces facing both sides in the z-axis direction) of each drive arm 7. Further, the excitation electrode 15B is provided on each of the driving arms 7 on each of a pair of side surfaces (a pair of surfaces facing both sides in the x-axis direction).
  • a pair of excitation electrodes 15A and a pair of excitation electrodes 15B are provided, for example, in each of the two main body portions 7a of each drive arm 7 (eight excitation electrodes 15 are provided for each drive arm 7).
  • a pair of excitation electrodes 15A of one main body portion 7a and a pair of excitation electrodes 15A of the other main body portion 7a are connected by a wiring 19.
  • a pair of excitation electrodes 15B of one main body portion 7a and a pair of excitation electrodes 15B of the other main body portion 7a are connected by a wiring 19.
  • each drive arm 7 may be provided with a pair of excitation electrodes 15A and / or a pair of excitation electrodes 15B over substantially the entire longitudinal direction (without distinction of the two main body portions 7a). Good.
  • four excitation electrodes 15 may be provided for one drive arm 7.
  • the excitation electrode 15 it is not always necessary to distinguish whether the excitation electrode 15 is provided for each main body portion 7a. In the following, even if a pair of excitation electrodes 15A and a pair of excitation electrodes 15B are provided for each main body portion 7a, one pair (two) of excitation electrodes 15A and one pair (2 The excitation electrode 15B is sometimes provided.
  • the excitation electrode 15 is formed so as to cover most of each surface, for example, on each of the upper, lower, left, and right surfaces of each drive arm 7 (each main body portion 7a). However, at least one of the excitation electrodes 15A and 15B (excitation electrode 15A in the present embodiment) is formed smaller in the width direction than each surface so as not to short-circuit each other. In addition, a part of the drive arm 7 on the frame 5 side and the wide portion 7b side may be a non-arrangement position of the excitation electrode 15.
  • each drive arm 7 (each main body 7a), the pair of excitation electrodes 15A are set to the same potential, for example.
  • the pair of excitation electrodes 15 ⁇ / b> A are connected to each other by the wiring 19.
  • the pair of excitation electrodes 15B have the same potential, for example.
  • the two excitation electrodes 15B are connected to each other by wiring on the piezoelectric body 3 or the like.
  • one side portion of the drive arm 7 in the x-axis direction contracts in the y-axis direction, and the other side portion extends in the y-axis direction.
  • the drive arm 7 is curved to one side in the x-axis direction like a bimetal.
  • the drive arm 7 bends in the opposite direction. Based on this principle, when an AC voltage is applied to the excitation electrodes 15A and 15B, the drive arm 7 vibrates in the x-axis direction.
  • one or more concave grooves extending along the longitudinal direction of the driving arm 7 are formed on the upper surface and / or the lower surface of the driving arm 7 (the concave grooves are arranged in the longitudinal direction of the driving arm 7).
  • the excitation electrode 15A may be provided over the concave groove.
  • the excitation electrode 15A and the excitation electrode 15B are opposed to each other in the x-axis direction across the wall portion of the groove, so that the excitation efficiency is improved.
  • the excitation electrode 15A of the drive arm 7A and the excitation electrode 15B of the drive arm 7B have the same potential
  • the excitation electrode 15B of the drive arm 7A and the excitation electrode 15A of the drive arm 7B have the same potential. It is said.
  • the excitation electrodes 15 to be set to the same potential are connected by the wiring 19.
  • the detection electrode 17A includes, in each detection arm 9, a positive-side region in the z-axis direction (for example, a positive side from the center of the surface) of the surfaces facing the negative side in the x-axis direction, and a positive in the x-axis direction.
  • Each of the surfaces facing each other is provided in a region on the negative side in the z-axis direction (for example, the negative side of the center of the surface).
  • the detection electrode 17B is a region on the negative side in the z-axis direction (for example, the negative side of the center of the surface) of the surface facing the negative side in the x-axis direction on the detection arm 9, and the positive side in the x-axis direction.
  • the surface facing each other in the region on the positive side in the z-axis direction (for example, the positive side of the center of the surface).
  • the additional code A of the detection electrode 17 corresponds to the + z region on the ⁇ x side surface and the ⁇ z region on the + x side surface
  • the additional code B of the detection electrode 17 is the ⁇ z region on the ⁇ x side surface.
  • the + z region on the side of + x is the + z region on the side of + x.
  • the detection electrodes 17A and 17B extend along the detection arm 9 at an appropriate interval so as not to short-circuit each other.
  • two detection electrodes 17A are connected to each other, and two detection electrodes 17B are connected to each other.
  • the connection is made by, for example, a plurality of wirings 19.
  • an electric field parallel to the z-axis direction is generated. That is, on each side surface of the detection arm 9, a voltage is generated between the detection electrode 17A and the detection electrode 17B.
  • the direction of the electric field is determined by the direction of the polarization axis and the direction of bending (positive side or negative side in the z-axis direction), and is opposite to each other in the positive side part and the negative side part in the x-axis direction.
  • This voltage (electric field) is output to the detection electrode 17A and the detection electrode 17B.
  • the detection arm 9 vibrates in the z-axis direction, the voltage is detected as an AC voltage.
  • the electric field parallel to the z-axis direction may be dominant as described above, or parallel to the x-axis direction and opposite to each other between the positive side portion and the negative side portion in the z-axis direction.
  • the proportion of the electric field may be large.
  • a voltage corresponding to the bending deformation of the detection arm 9 in the z-axis direction is generated between the detection electrode 17A and the detection electrode 17B.
  • the detection arm 9 may be formed with one or more through grooves (slits) penetrating from the upper surface to the lower surface and extending along the longitudinal direction of the detection arm 9. And in each of the some elongate part divided
  • the detection electrode 17A of the detection arm 9A and the detection electrode 17B of the detection arm 9B are connected, and the detection electrode 17B of the detection arm 9A and the detection electrode 17A of the detection arm 9B are connected to each other. Is connected.
  • the connection is made by, for example, a plurality of wirings 19.
  • the wiring 19 connects the excitation electrode 15 and the detection electrode 17 as described above.
  • a total of four sets of electrodes ie, excitation electrodes 15 divided into two sets from the viewpoint of potential and detection electrodes 17 divided into two sets from the viewpoint of potential, and four pads 13 are connected.
  • the plurality of wirings 19 are appropriately arranged on various surfaces of the piezoelectric body 3 so that the above-described connection can be realized without short-circuiting each other in a mode in which the entire wiring 19 is provided on the surface of the piezoelectric body 3.
  • the three-dimensional wiring portion may be formed by providing an insulating layer on the wiring 19 positioned on the piezoelectric body 3 and providing another wiring 19 thereon.
  • the angular velocity sensor 51 has a drive circuit 103 that applies a voltage to the excitation electrode 15 and a detection circuit 105 that detects an electric signal from the detection electrode 17.
  • the drive circuit 103 includes, for example, an oscillation circuit and an amplifier, and applies an AC voltage having a predetermined frequency between the excitation electrode 15A and the excitation electrode 15B.
  • the frequency may be determined in advance within the angular velocity sensor 51, or may be specified from an external device or the like.
  • the detection circuit 105 includes, for example, an amplifier and a detection circuit, detects a potential difference between the detection electrode 17A and the detection electrode 17B, and outputs an electric signal corresponding to the detection result to an external device or the like. More specifically, for example, the potential difference is detected as an AC voltage, and the detection circuit 105 outputs a signal corresponding to the detected amplitude of the AC voltage. An angular velocity is specified based on this amplitude. The detection circuit 105 outputs a signal corresponding to the phase difference between the applied voltage of the drive circuit 103 and the detected electrical signal. The direction of rotation is specified based on this phase difference.
  • control circuit 107 is configured by, for example, a chip IC (Integrated Circuit), and is mounted on a circuit board on which the sensor element 1 is mounted or a mounting substrate having an appropriate shape.
  • IC Integrated Circuit
  • FIGS. 3A and 3B are schematic plan views for explaining excitation of the piezoelectric body 3. 3A and 3B, the phases of the AC voltage applied to the excitation electrode 15 are shifted from each other by 180 °.
  • the drive arms 7A and 7B are excited with phases opposite to each other so as to be deformed in opposite directions in the x-axis direction when an AC voltage is applied to the excitation electrode 15.
  • the pair of detection arms 9 vibrate in the y-axis direction.
  • 3 (c) and 3 (d) are schematic perspective views for explaining the vibration of the pair of detection arms 9 due to the Coriolis force.
  • 3 (c) and 3 (d) correspond to the states of FIGS. 3 (a) and 3 (b).
  • the illustration of the deformation of the drive arm 7 and the frame 5 is omitted.
  • the pair of detection arms 9 are Since it vibrates (displaces) in the y-axis direction, it vibrates (deforms) in a direction (z-axis direction) perpendicular to the rotation axis (x-axis) and the vibration direction (y-axis) by Coriolis force.
  • the pair of detection arms 9 vibrate so as to be displaced in the opposite directions in the y-axis direction, they are displaced to the same side in the rotational direction around the x-axis by the Coriolis force. From another viewpoint, the pair of detection arms 9 are displaced to the opposite sides in the z-axis direction.
  • the signal (voltage) generated by the deformation of each detection arm 9 is taken out by the detection electrode 17.
  • the signals taken out by the pair of detection arms 9 are added and output from the pad 13.
  • the Coriolis force (and thus the voltage of the detected signal) increases as the angular velocity increases. Thereby, the angular velocity is detected.
  • the angular velocity sensor 51 includes the piezoelectric body 3, the drive circuit 103, and the detection circuit 105.
  • the piezoelectric body 3 has a pair of frames 5, a pair of drive arms 7, and a pair of detection arms 9.
  • the pair of frames 5 face each other in the y-axis direction of the orthogonal coordinate system xyz.
  • the pair of drive arms 7 is spanned between the pair of frames 5 and faces each other in the x-axis direction.
  • the pair of detection arms 9 extends in the y-axis direction from the pair of frames 5 at a position between the pair of drive arms 7 in the x-axis direction.
  • the drive circuit 103 applies voltages having phases opposite to each other so that the pair of drive arms 7 bend and vibrate in the x-axis direction.
  • the detection circuit 105 detects a signal generated by bending deformation of the pair of detection arms 9 in the z-axis direction or the x-axis direction (in this embodiment, the z-axis direction).
  • the sensor element 1 includes the piezoelectric body 3, a plurality of excitation electrodes 15, a plurality of detection electrodes 17, and a plurality of wirings 19.
  • the piezoelectric body 3 has a pair of frames 5, a pair of drive arms 7, and a pair of detection arms 9.
  • the pair of frames 5 face each other in the y-axis direction of the orthogonal coordinate system xyz.
  • the pair of drive arms 7 is spanned between the pair of frames 5 and faces each other in the x-axis direction.
  • the pair of detection arms 9 extends in the y-axis direction from the pair of frames 5 at a position between the pair of drive arms 7 in the x-axis direction.
  • the plurality of excitation electrodes 15 are provided in an arrangement capable of applying a voltage for exciting the pair of drive arms 7 in the x-axis direction.
  • the plurality of detection electrodes 17 are provided in an arrangement capable of detecting a signal generated by vibration of the detection arm 9 in the x-axis direction or the z-axis direction (z-axis direction in the present embodiment).
  • the plurality of wirings 19 are applied so that phases opposite to each other are applied from the plurality of excitation electrodes 15 to the pair of drive arms 7 so that the pair of drive arms 7 bend and vibrate in the opposite directions in the x-axis direction.
  • a plurality of excitation electrodes 15 are connected.
  • the frame 5 is bent (vibrated) by the excitation of the pair of drive arms 7, the detection arm 9 is displaced (vibrated), and the angular velocity is detected by the Coriolis force acting on the displaced detection arm 9. Detection by a new vibration mode becomes possible.
  • a Coriolis force is applied to the excited drive arm to vibrate and the vibration due to the Coriolis force is transmitted to the detection arm.
  • Coriolis force acts directly on the detection arm.
  • the detection sensitivity is improved.
  • the detection arm is bent and deformed (vibrated) in the same direction as the vibration direction (x-axis direction) of the drive arm, and Coriolis force is applied to the vibrating detection arm.
  • the vibration direction of the detection arm is different from such an aspect, and the angular velocity can be detected for the axis (x axis) for which the angular velocity could not be detected in the comparative example described above.
  • a pair of drive arms is formed as in the present embodiment. 7 in which the frame 5 is bent in the y-axis direction by the vibration in the x-axis direction and the detection arm 9 is vibrated in the y-axis direction (this comparative example is novel).
  • each end of each pair of drive arms 7 is connected to a pair of frames 5, and each arm 5 is provided with a detection arm 9. The vibration of the arm 7 is efficiently transmitted to the pair of detection arms 9. As a result, for example, the detection sensitivity is improved.
  • the pair of detection arms 9 extends to the inside of the pair of frames 5.
  • the pair of detection arms 9 are located in the opening constituted by the pair of frames 5 and the pair of drive arms 7. Therefore, for example, the sensor element 1 can be downsized as compared with an aspect in which the detection arm 9 extends to the outside of the pair of frames 5 (this aspect is also included in the present disclosure).
  • FIG. 4A is a perspective view similar to FIG. 2A, showing an enlarged part of the sensor element 201 according to the second embodiment.
  • FIG. 4B is a view similar to FIG. 2B showing the angular velocity sensor 251 according to the second embodiment, and includes a cross-sectional view corresponding to line IVb-IVb in FIG. 4A. .
  • the angular velocity sensor 251 Similar to the angular velocity sensor 51 according to the first embodiment, the angular velocity sensor 251 according to the second embodiment causes the frame 5 to bend (vibrates) by vibrating the pair of drive arms 7 in the x-axis direction, and thus The detection arm 9 is displaced (vibrated) in the y-axis direction. Then, Coriolis force is directly applied to the detection arm 9.
  • the angular velocity sensor 51 detects rotation around the x axis
  • the angular velocity sensor 251 detects rotation around the z axis. Specifically, it is as follows.
  • the sensor element 201 includes a piezoelectric body 3, a plurality of excitation electrodes 15, a plurality of detection electrodes 217, a plurality of pads 13 (not shown here), and a plurality of wirings 19.
  • the basic configuration of the sensor element 201 is substantially the same as that of the sensor element 1 of the first embodiment except for the plurality of detection electrodes 217 (wiring 19 related thereto). May be.
  • FIG. 1 may be taken as a perspective view showing the angular velocity sensor 251.
  • the detection arm 9 is intended to vibrate in the x-axis direction by Coriolis force. Based on such differences, various dimensions may be different from those of the first embodiment.
  • the detection arm 9 when the width (x-axis direction) of the detection arm 9 increases, the natural frequency in the vibration direction (x-axis direction) increases, and when the length (mass from another viewpoint) increases, the detection arm 9 increases in the excitation direction. The natural frequency is lowered.
  • Various dimensions of the detection arm 9 are set so that, for example, the natural frequency in the vibration direction of the detection arm 9 is close to the natural frequency in the excitation direction of the drive arm 7.
  • the description of the excitation electrode 15 in the first embodiment may be a description of the detection electrode 217 by replacing the excitation electrode 15 with the detection electrode 217. The same applies to the connection between the pair of detection electrodes 217A and the connection between the pair of detection electrodes 217B.
  • the detection arm 9 may be provided with slits penetrating the upper surface and the lower surface.
  • the detection arm 9 may be provided with a concave groove on the upper surface and / or the lower surface thereof, similarly to the drive arm 7.
  • FIG. 3A and FIG. 3B may be taken as diagrams illustrating an excitation state of the piezoelectric body 3 in the second embodiment. Accordingly, the pair of drive arms 7 vibrate so as to approach and separate from each other in the x-axis direction, and the pair of detection arms 9 are displaced (vibrated) in the y-axis direction.
  • 5 (a) and 5 (b) are schematic plan views for explaining the vibration of the detection arm 9 due to the Coriolis force. 5 (a) and 5 (b) correspond to the states of FIG. 3 (a) and FIG. 3 (b).
  • the pair of detection arms 9 are Since it vibrates (displaces) in the y-axis direction, it vibrates (deforms) in a direction (x-axis direction) perpendicular to the rotation axis (z-axis) and the vibration direction (y-axis) by Coriolis force.
  • the pair of detection arms 9 vibrate so as to be displaced to the opposite sides in the y-axis direction, they are displaced to the same side with respect to the rotation direction around the z-axis by the Coriolis force. From another viewpoint, the pair of detection arms 9 are displaced to the opposite sides in the x-axis direction.
  • the signal (voltage) generated by the deformation of each detection arm 9 is taken out by the detection electrode 17.
  • the signals taken out by the pair of detection arms 9 are added and output from the pad 13 to the detection circuit 105.
  • the Coriolis force (and thus the voltage of the detected signal) increases as the angular velocity increases. Thereby, the angular velocity is detected.
  • the pair of frames 5 face each other in the y-axis direction, and the pair of drive arms 7 are spanned between the pair of frames 5, respectively.
  • the pair of detection arms 9 extend in the y-axis direction from the pair of frames 5 at a position between the pair of drive arms 7 in the x-axis direction. Voltages having phases opposite to each other are applied to the pair of drive arms 7 so that the arms 7 bend in opposite directions in the x-axis direction and vibrate (a plurality of excitation electrodes 15 are arranged so that such voltage application is possible).
  • the detection circuit 105 detects a signal generated by bending deformation of the detection arm 9 in an appropriate direction (in this embodiment, the x-axis direction) (a plurality of detection electrodes 217 are arranged so that such detection is possible). .
  • the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • detection by a new vibration mode becomes possible.
  • Coriolis force acts directly on the detection arm, and an improvement in detection sensitivity is expected.
  • the angular velocity is detected in the comparative example in which the detection arm is bent and deformed (vibrated) in the same direction as the vibration direction (x-axis direction) of the drive arm, and the Coriolis force is applied to the vibrating detection arm. It is possible to detect the angular velocity with respect to the axis (z axis) that could not be achieved.
  • ⁇ Third and fourth embodiments> when comparing an angular velocity sensor that detects rotation about the x axis and an angular velocity sensor that detects rotation about the z axis, basically, In the configuration, only the configurations of the detection electrodes 17 and 217 (and the wiring 19 related thereto) are different, and only the direction in which the Coriolis force acts is different. Therefore, hereinafter, both the angular velocity sensor that detects rotation around the x-axis and the angular velocity sensor that detects rotation around the z-axis will be described, and the reference numerals of both may be attached to the same drawing.
  • FIG. 6 is a plan view showing a configuration of the sensor element 301 according to the third embodiment or the sensor element 401 according to the fourth embodiment.
  • the piezoelectric body 303 of the sensor element 301 or 401 is obtained by adding a pair of detection arms 9C and 9D to the piezoelectric body 3 of the first and second embodiments.
  • the detection arms 9C and 9D extend from the pair of frames 5 in the y-axis direction at a position between the pair of drive arms 7 in the x-axis direction.
  • the detection arms 9C and 9D extend to the outside of the pair of frames 5 contrary to the detection arms 9A and 9B.
  • the detection arms 9A and 9C extending from the frame 5A are, for example, arranged and shaped symmetrically with respect to each other about the frame 5A.
  • the detection arms 9B and 9D extending from the frame 5B are arranged and shaped to be line-symmetric with each other with the frame 5B as the axis of symmetry, for example. However, they do not have to be arranged and shaped symmetrically with respect to each other.
  • the detection electrodes provided on the detection arms 9C and 9D are the same as the detection electrodes provided on the detection arms 9A and 9B.
  • the detection electrodes 17A and 17B according to the first embodiment described with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (b). Is provided.
  • the detection electrodes 217A and 217B according to the second embodiment described with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b) are provided. It has been.
  • detection electrodes 17A (217A) are connected to each other, and detection electrodes 17B (217B) are connected to each other.
  • the connection relationship of the detection electrodes between the plurality of detection arms 9 will be described when the following operation is described.
  • the excitation state of the piezoelectric body 303 when an AC voltage is applied to the pair of drive arms 7 of the sensor element 301 or 401 is basically the same as in FIGS. 3 (a) and 3 (b). is there. That is, when the pair of drive arms 7 are excited in the x-axis direction, the pair of frames 5 are bent in the y-axis direction, and as a result, the detection arm 9 is displaced in the y-axis direction.
  • the detection arms 9A and 9B not only the detection arms 9A and 9B but also the detection arms 9C and 9D are displaced. Specifically, the detection arm 9C is displaced together with the detection arm 9A connected to the same frame 5 (5A), and the detection arm 9D is combined with the detection arm 9B connected to the same frame 5 (5B). Displace.
  • FIGS. 7A and 7B are schematic perspective views for explaining the vibration of the detection arm 9 due to the Coriolis force in the sensor element 301 according to the third embodiment that detects rotation about the x-axis.
  • FIG. 7 (a) and 7 (b) correspond to a state in which the phases of excitation differ from each other by 180 ° (detection arms 9C and 9D are not shown, but refer to FIGS. 3 (a) and 3 (b)). ing.
  • the detection arm 9 is vibrated in the z-axis direction by the Coriolis force as in the first embodiment.
  • the plurality of detection arms 9A to 9D that vibrate at a phase displaced to the same side in the y-axis direction vibrate so as to bend to the same side in the z-axis direction, and in the y-axis direction, Those oscillating at phases that are displaced to the opposite sides vibrate so as to bend to the opposite sides in the z-axis direction.
  • the detection arms 9A and 9C connected together to the frame 5A vibrate so as to bend to the same side in the z-axis direction.
  • the detection arms 9B and 9D connected together to the frame 5B vibrate so as to bend to the same side in the z-axis direction.
  • the set of detection arms 9A and C and the set of detection arms 9B and 9D vibrate so as to bend to the opposite sides in the z-axis direction.
  • the detection electrode 17A of the detection arm 9A, the detection electrode 17B of the detection arm 9B, the detection electrode 17A of the detection arm 9C, and the detection electrode 17B of the detection arm 9D are connected to each other, and the detection electrode 17B of the detection arm 9A, the detection electrode 17A of the detection arm 9B, the detection electrode 17B of the detection arm 9C, and the detection electrode 17A of the detection arm 9D are connected to each other.
  • the connection is made by, for example, a plurality of wirings 19. All the detection electrodes 17 are connected to the detection circuit 105 via two of the four pads 13.
  • FIGS. 7C and 7D are schematic planes for explaining the vibration of the detection arm 9 due to the Coriolis force in the sensor element 401 according to the fourth embodiment that detects rotation around the z-axis.
  • FIG. 7 (c) and 7 (d) correspond to a state in which the phases of excitation differ from each other by 180 ° (the detection arms 9C and 9D are not shown, but refer to FIGS. 3 (a) and 3 (b)). ing.
  • the detection arm 9 is vibrated in the x axis direction by the Coriolis force as in the second embodiment.
  • the plurality of detection arms 9A to 9D that vibrate at a phase displaced to the same side in the y-axis direction vibrate so as to bend to the same side in the x-axis direction, and in the y-axis direction, Those oscillating at phases that are displaced to the opposite sides vibrate so as to bend to the opposite sides in the x-axis direction.
  • the detection arms 9A and 9C connected together to the frame 5A vibrate so as to bend to the same side in the x-axis direction.
  • the detection arms 9B and 9D connected together to the frame 5B vibrate so as to bend to the same side in the x-axis direction.
  • the set of detection arms 9A and C and the set of detection arms 9B and 9D vibrate so as to bend in the opposite direction in the x-axis direction.
  • the detection electrode 217A of the detection arm 9A, the detection electrode 217B of the detection arm 9B, the detection electrode 217A of the detection arm 9C, and the detection electrode 217B of the detection arm 9D are connected to each other, and the detection electrode 217B of the detection arm 9A, the detection electrode 217A of the detection arm 9B, the detection electrode 217B of the detection arm 9C, and the detection electrode 217A of the detection arm 9D are connected.
  • the connection is made by, for example, a plurality of wirings 19. All the detection electrodes 217 are connected to the detection circuit 105 via two of the four pads 13.
  • the angular velocity sensor or sensor element of the third or fourth embodiment includes the angular velocity sensor or sensor element of the first or second embodiment, and the angular velocity sensor or sensor of the first or second embodiment.
  • the same effect as the element is exhibited. For example, detection by a new vibration mode becomes possible.
  • the piezoelectric body 3 includes a pair of detection arms 9A and 9B extending from the pair of frames 5 to the inside of the pair of frames 5, and the pair of frames 5 to 1. It has a pair of detection arms 9C and 9D extending to the outside of the pair of frames 5. Accordingly, the mass of the detection arm 9 on which the Coriolis force acts is doubled as compared with the first or second embodiment. As a result, for example, the detection sensitivity is improved.
  • FIG. 8A is a plan view showing a piezoelectric body 503 of the sensor element according to the fifth embodiment.
  • the sensor element detects an angular velocity about the x axis or the z axis.
  • the piezoelectric body 503 is obtained by changing the shape of the frame in the piezoelectric body 3 of the first or second embodiment.
  • each of the frames 505A and 505B does not extend linearly in the x-axis direction, but is constituted by two sides inclined with respect to the x-axis.
  • each frame 505 is configured by two isosceles sides of an isosceles triangle having a base (not shown) parallel to the x-axis.
  • the pair of frames 505 and the pair of drive arms 7 form a regular hexagon.
  • the pair of detection arms 9 is located at the apex angle of the isosceles triangle formed by the frame 505.
  • the vibration mode similar to that of the first or second embodiment is realized.
  • the distance between the pair of detection arms 9 can be increased, it is easy to secure the length (mass) of the pair of detection arms 9 and improve the detection sensitivity.
  • FIG. 8B is a plan view showing the piezoelectric body 603 of the sensor element according to the sixth embodiment.
  • the sensor element detects an angular velocity about the x axis or the z axis.
  • the piezoelectric body 603 is obtained by changing the shape of the frame in the piezoelectric body 3 of the first or second embodiment, similarly to the piezoelectric body 503 of the fifth embodiment.
  • each of the frames 605A and 605B includes a trapezoidal upper base and two legs.
  • the pair of frames 605 and the pair of driving arms 7 form a regular octagon.
  • the pair of detection arms 9 are located at the center of the upper base formed by the frame 605.
  • the vibration mode similar to that of the first or second embodiment is realized.
  • the distance between the pair of detection arms 9 can be increased, it is easy to secure the length (mass) of the pair of detection arms 9 and improve the detection sensitivity.
  • FIG. 9 is a plan view showing a configuration of a multi-axis angular velocity sensor 750 including the angular velocity sensor described above.
  • the multi-axis angular velocity sensor 750 includes an angular velocity sensor 51 that detects an angular velocity around the x-axis (hereinafter, also referred to as “x-axis sensor 51”), a y-axis sensor 751 that detects an angular velocity around the y-axis, and z An angular velocity sensor 251 (hereinafter, also referred to as “z-axis sensor 251”) that detects an angular velocity around the axis.
  • the angular velocity sensor according to the first embodiment is illustrated as the x-axis sensor 51
  • the angular velocity sensor according to the second embodiment is illustrated as the z-axis sensor 251
  • Reference numeral 251 may be an angular velocity sensor according to another embodiment described above.
  • the x-axis sensor 51 includes a sensor element 1, a drive circuit 103 that applies a voltage to the sensor element 1 (FIG. 2B), and a detection circuit 105 that detects a signal from the sensor element 1 (FIG. 2C). It is what has. These configurations and operations are as described above.
  • the z-axis sensor 251 includes a sensor element 201, a drive circuit 103 that applies a voltage to the sensor element 201 (FIG. 4B), and a detection circuit 105 that detects a signal from the sensor element 201 (FIG. 4C). It is what has. These configurations and operations are as described above.
  • the y-axis sensor 751 includes a sensor element 701, a drive circuit 103 that applies a voltage to the sensor element 701 (FIG. 2B), and a detection circuit 105 that detects a signal from the sensor element 701 (FIG. 2C). It is what has.
  • the y-axis sensor 751 is of the piezoelectric vibration type, similar to the x-axis sensor 51 and the z-axis sensor 251.
  • the sensor element 701 has a piezoelectric body 703.
  • the piezoelectric body 703 has, for example, a base 705, one or more drive arms 7 and one or more detection arms 9 supported by the base 705, and a pair of mounting parts 11 that support the base 705. .
  • Sensor element 1, sensor element 701, and sensor element 201 are arranged in the x-axis direction, for example. Note that the arrangement order of the three sensor elements may be other than illustrated. These sensor elements are mounted on the same mounting base 753, for example.
  • the mounting substrate 753 constitutes, for example, a package of the multi-axis angular velocity sensor 750, and is configured by providing pads and external terminals (not shown) on an insulating substrate. In the illustrated example, the mounting substrate 753 has a recess opening on the positive side in the z-axis direction, and the sensor element is accommodated in the recess.
  • an IC including the drive circuit 103 and the detection circuit 105 is mounted on the mounting substrate 753.
  • the drive circuit 103 may be shared by the x-axis sensor 51, the y-axis sensor 751, and the z-axis sensor 251. In another aspect, the frequencies when exciting the piezoelectric bodies of these three angular velocity sensors may be the same. Further, when the drive circuit 103 is not shared, the frequencies when exciting the piezoelectric bodies of the three angular velocity sensors may be different from each other or the same.
  • the y-axis sensor 751 may have various configurations including known ones, and an example thereof will be described below.
  • the piezoelectric body 703 is configured to be line-symmetric with respect to a symmetry axis (not shown) parallel to the y-axis, and is extended from the base portion 705 to one side in the y-axis direction (positive side in the illustrated example) ( 2 pairs of drive arms 7C, 7D, 7E and 7F, and two detection arms 9E and 9F extending from the base 705 to the opposite side of the drive arm 7.
  • FIG. 10 (a) and 10 (b) are plan views showing the excited state of the piezoelectric body 703.
  • FIG. 10 (a) and 10 (b) are plan views showing the excited state of the piezoelectric body 703.
  • the four drive arms 7C, 7D, 7E, and 7F are, for example, two (7C and 7D, or 7E) positioned on the same side (positive side or negative side) in the x-axis direction with respect to the center of the piezoelectric body 703. And 7F) bend to the same side in the x-axis direction, and two located on the positive side in the x-axis direction and two located on the negative side in the x-axis direction bend to the opposite sides in the x-axis direction.
  • the base 705 does not need to bend due to the vibration of the drive arm 7 and the detection arms 9D and 9E do not need to vibrate.
  • the excitation electrodes 15A and 15B are arranged and connected in the same manner as the drive arm of the first or second embodiment.
  • the excitation electrodes 15A are connected to each other, and the excitation electrodes 15B are connected to each other.
  • the excitation electrode 15A and the excitation electrode 15B are connected. Connection is made by a plurality of wirings 19. All the excitation electrodes 15 are connected to the drive circuit 103 via the two pads 13.
  • FIG. 10 (c) and 10 (d) are perspective views showing vibration due to the Coriolis force of the piezoelectric body 703.
  • FIG. 10 (c) and 10 (d) are perspective views showing vibration due to the Coriolis force of the piezoelectric body 703.
  • the drive arm 7 is orthogonal to the vibration direction (x axis direction) and the rotation axis (y axis). Coriolis force acts in the direction (z-axis direction). As a result, the drive arm 7 vibrates so as to bend and deform in the z-axis direction. Since the driving arms 7C and 7D located on the negative side in the x-axis direction and the driving arms 7E and 7F located on the positive side in the x-axis direction vibrate in the opposite directions in the x-axis direction, It vibrates so as to bend to the same side around (y axis). That is, both vibrate so as to bend in the opposite direction in the z-axis direction.
  • the vibration in the z-axis direction of the drive arm 7 is transmitted to the detection arms 9E and 9F via the base 705.
  • the detection arm 9 vibrates so as to bend to the opposite side of the z-axis direction to the drive arm 7 located on the same side in the x-axis direction. Further, the two detection arms 9 vibrate so as to bend in opposite directions in the z-axis direction.
  • the detection electrode 17 having the arrangement and connection shown in the first embodiment (FIGS. 2A and 2B). Is provided. Further, in order to add the signals of the two detection arms 9 that are bent in the opposite directions, the detection electrode 17A and the detection electrode 17B are connected by the wiring 19 between the two detection arms 9. All the detection electrodes 17 are connected to the detection circuit 105 through the two pads 13.
  • the y-axis sensor has, for example, eight drive arms and two detection arms disclosed in JP-A-2015-99130, one drive arm, and one drive arm.
  • Various configurations such as a tuning fork having a detection arm and a pair of drive arms and a pair of detection arms extending on the same side in the y-axis direction may be used. It may be mounted at the base without having the mounting portion.
  • the detection arms 9A to 9D are all examples of the first detection arm.
  • the detection arms 9A and 9B are examples of first detection arms
  • the detection arms 9C and 9D are examples of second detection arms.
  • the excitation electrode 15A is an example of a first excitation electrode
  • the excitation electrode 15B is an example of a second excitation electrode.
  • the detection electrode 17A is an example of a first detection electrode
  • the detection electrode 17B is an example of a second detection electrode.
  • the detection electrode 217A is an example of a first detection electrode from another viewpoint
  • the detection electrode 217B is an example of a second detection electrode from another viewpoint.
  • the drive arms 7C to 7F are examples of y-axis drive arms, and the detection arms 9E and 9F are examples of y-axis detection arms.
  • the drive circuit 103 of the y-axis sensor 751 is an example of a y-axis drive circuit, and the detection circuit 105 of the y-axis sensor 751 is an example of a y-axis detection circuit.
  • the excitation directions of the drive arms 7 of the x-axis sensor 51, the y-axis sensor 751, and the z-axis sensor 251 are basically the same. Therefore, for example, the mutual interference of vibration between two or three sensors is not complicated, and noise can be easily reduced. Further, for example, these three types of piezoelectric bodies for sensors can be formed from the same piezoelectric wafer.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and may be implemented in various modes.
  • the drive arm and the detection arm may not be parallel to the y axis as long as they extend in the y axis direction.
  • the piezoelectric body may have only a pair of detection arms (9C and 9D) extending outside the pair of frames as detection arms. In this case, for example, the possibility that the driving arm and the detection arm come into contact with each other in the x-axis direction is reduced.
  • the piezoelectric body has only one pair of detection arms as a detection arm, one of the pair of detection arms extends to the inside of the pair of frames, and the other of the pair of detection arms extends to the outside of the frame.
  • the piezoelectric body may have only the detection arms 9A and 9D.
  • Two or more detection arms may extend in parallel from one frame (on the same side in the y-axis direction). Two or more pairs of driving arms may be provided.
  • the sensor element or the angular velocity sensor may be configured as a part of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems).
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • the piezoelectric body constituting the sensor element may be mounted on the MEMS substrate, or the MEMS substrate may be constituted by the piezoelectric body, and the piezoelectric body of the sensor element may be constituted by a part thereof. Good.
  • the multi-axis angular velocity sensor may have only two of the x-axis sensor, the y-axis sensor, and the z-axis sensor.
  • the piezoelectric bodies of the three angular velocity sensors are arranged in the x-axis direction, but may be arranged in the y-axis direction or in an L shape.

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Abstract

角速度センサは、圧電体、駆動回路および検出回路を有している。圧電体は、１対のフレーム、１対の駆動腕および１対の検出腕を有している。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。１対の駆動腕は、それぞれ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対の検出腕は、ｘ軸方向において１対の駆動腕の間となる位置にて１対のフレームからｙ軸方向に延びている。駆動回路は、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１対の駆動腕に互いに逆の位相の電圧を印加する。検出回路は、１対の検出腕の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。

Description

角速度センサ、センサ素子および多軸角速度センサ
　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（ＳｉＯ２）、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、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 (9)

  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、
    　を有している角速度センサ。
  2. 　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に記載の角速度センサ。
  3. 　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に記載の角速度センサ。
  4. 　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１～３のいずれか１項に記載の角速度センサ。
  5. 　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４に記載の角速度センサ。
  6. 　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２に記載の角速度センサ。
  7. 　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３に記載の角速度センサ。
  8. 　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励振電極と、
    　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複数の検出電極と、
    　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複数の配線と、
    　を有しているセンサ素子。
  9. 　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２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３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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