(57)【要約】【課題】検出感度及び機械的強度に優れた角速度センサ素子を提供する。【解決手段】角速度センサ素子（１，２０，３０）は、相対的な位置関係を保持しつつ、直交３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）のうち少なくとも１軸の周りに回転自在に構成された第一の固定部（２）及び第二の固定部（３）と、第一の連結腕（４Ａ）と、第二の連結腕（５Ａ）とを備える。第一の連結腕（４Ａ）は、所定の振動モードで振動する振動する第一の自由端と、第一の固定部（２）に固定される第一の固定端とを有する。第二の連結腕（５Ａ）は、所定の振動モードで振動する振動する第二の自由端と、第二の固定部（３）に固定される第二の固定端とを有する。第一の自由端は、錘（６Ａ）を介して第二の自由端に接続されている。【選択図】図１
2010078517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的な位置関係を保持しつつ、直交３軸のうち少なくとも１軸の周りに回転自在に構成された第一及び第二の固定部と、
所定の振動モードで振動する振動する第一の自由端と、前記第一の固定部に固定される第一の固定端とを有する第一の連結腕と、
所定の振動モードで振動する振動する第二の自由端と、前記第二の固定部に固定される第二の固定端とを有する第二の連結腕と、を備え、
前記第一の自由端は、前記第二の自由端に接続されている、角速度センサ素子。
【請求項２】
請求項１に記載の角速度センサ素子であって、
前記第一の連結腕は、前記第一の連結腕を屈曲振動させるための第一の励振部を更に備え、
前記第二の連結腕は、前記第二の連結腕を屈曲振動させるための第二の励振部を更に備え、
前記第一の自由端の振動の位相と、前記第二の自由端の振動の位相は、同相である、角速度センサ素子。
【請求項３】
請求項１に記載の角速度センサ素子であって、
前記第一の連結腕は、前記第一の連結腕を伸縮振動させるための第一の励振部を更に備え、
前記第二の連結腕は、前記第二の連結腕を伸縮振動させるための第二の励振部を更に備え、
前記第一の自由端の振動の位相と、前記第二の自由端の振動の位相は、同相である、角速度センサ素子。
【請求項４】
請求項１に記載の角速度センサ素子であって、
前記第一の連結腕は、前記第一の連結腕を伸縮振動させるための第一の励振部を更に備え、
前記第二の連結腕は、前記第二の連結腕を伸縮振動させるための第二の励振部を更に備え、
前記第一の自由端の振動の位相と、前記第二の自由端の振動の位相は、逆相である、角速度センサ素子。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のうち何れか１項に記載の角速度センサ素子であって、
前記第一の連結腕は、前記角速度センサ素子の前記少なくとも１軸の周りの回転に伴うコリオリ力に起因する前記第一の連結腕の変形を検出する第一の検出部を更に備え、
前記第二の連結腕は、前記角速度センサ素子の前記少なくとも１軸の周りの回転に伴うコリオリ力に起因する前記第二の連結腕の変形を検出する第二の検出部を更に備える、角速度センサ素子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のうち何れか１項に記載の角速度センサ素子であって、
前記第一の連結腕及び前記第二の連結腕が直交するように、前記第一の自由端は、前記第二の自由端に接続されている、角速度センサ素子。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のうち何れか１項に記載の角速度センサ素子であって、
錘を更に備え、
前記第一の自由端は、前記錘を介して前記第二の自由端に接続されている、角速度センサ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の角速度を検出する角速度センサ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、角速度センサ素子は、船舶、航空機、ロケット等の姿勢を自律制御する技術に使用されているが、最近では、カーナビゲーションシステム、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話等の小型の電子機器にも搭載されるようになってきている。それに伴い、角速度センサ素子の更なる小型化、及び低背化（薄型化）が要請されている。
【０００３】
これに対し、振動型角速度センサの振動腕を、圧電材料の機械加工によって切削・成形して作製することが広く行なわれているが、その機械加工精度には自ずと限界があり、上述したような更なる小型化及び低背化という要求に応えることは困難であった。
【０００４】
そこで、角速度センサの更なる小型化及び低背化を企図して、単結晶薄板を微細加工することにより駆動アームを形成する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、駆動アームを励振させ、その状態でジャイロ振動片を回転させつつ、コリオリ力の作用を通じて検出アームに励起された検出振動を検出することにより、角速度信号出力を得るジャイロ振動片が開示されている。
【特許文献１】特開２００８−０２６１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、同公報に開示のジャイロ振動片では、駆動アームによって励起された振動は、基部を介して検出アームに伝達されるので、ジャイロ振動片の感度が低下するという問題点が指摘されている。また、同公報に開示のジャイロ振動片では、検出アームが片持ちであるため、機械的強度に乏しく、突発的な外力が加えられると、検出アームが破損する虞がある。
【０００６】
そこで、本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出感度及び機械的強度に優れた角速度センサ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明に係わる角速度センサ素子は、相対的な位置関係を保持しつつ、直交３軸のうち少なくとも１軸の周りに回転自在に構成された第一及び第二の固定部と、所定の振動モードで振動する振動する第一の自由端と、第一の固定部に固定される第一の固定端とを有する第一の連結腕と、所定の振動モードで振動する振動する第二の自由端と、第二の固定部に固定される第二の固定端とを有する第二の連結腕と、を備え、第一の自由端は、第二の自由端に接続されている。
【０００８】
このような構成では、第一の連結腕及び第二の連結腕のそれぞれが自身を振動させるための振動アーム及び角速度センサ素子の回転に伴うコリオリ力を検出するための検出アームとして機能することから、検出感度を向上できる。また、第一の連結腕及び第二の連結腕が相互に接続する構造（両持ち構造）を有しているので、角速度センサ素子に外部から突発的な衝撃が与えられた場合にも、この衝撃に起因する振動により第一又は第二の連結腕が破損するのを低減することができ、機械的強度を向上させることができる。
【０００９】
本発明の好適な実施形態では、第一の連結腕は、第一の連結腕を屈曲振動させるための第一の励振部を更に備え、第二の連結腕は、第二の連結腕を屈曲振動させるための第二の励振部を更に備え、第一の自由端の振動の位相と、第二の自由端の振動の位相は、同相である。角速度センサ素子の少なくとも１軸の周りの回転に伴うコリオリ力を検出するための手段として、第一及び第二の連結腕を屈曲振動させることは効果的である。
【００１０】
本発明の好適な他の実施形態では、第一の連結腕は、第一の連結腕を伸縮振動させるための第一の励振部を更に備え、第二の連結腕は、第二の連結腕を伸縮振動させるための第二の励振部を更に備え、第一の自由端の振動の位相と、第二の自由端の振動の位相は、同相又は逆相である。角速度センサ素子の少なくとも１軸の周りの回転に伴うコリオリ力を検出するための手段として、第一及び第二の連結腕を伸縮振動させることは、角速度センサ素子の更なる小型化及び低背可を実現する上で効果的である。
【００１１】
本発明の好適な他の実施形態では、第一の連結腕は、角速度センサ素子の少なくとも１軸の周りの回転に伴うコリオリ力に起因する第一の連結腕の変形を検出する第一の検出部を更に備え、第二の連結腕は、角速度センサ素子の少なくとも１軸の周りの回転に伴うコリオリ力に起因する第二の連結腕の変形を検出する第二の検出部を更に備える。これにより、コリオリの力の検出を連結アーム及び第一の固定部を介して行わず、第一の連結腕及び第二の連結腕において、直接、コリオリの力を検出することができるため、第一の固定部の固定を簡便にすることができ、加工のし易さを向上させることができる。
【００１２】
本発明の好適な他の実施形態では、第一の連結腕及び第二の連結腕が直交するように、第一の自由端は、第二の自由端に接続されている。これにより、第一の連結腕及び第二の連結腕の検出部の出力信号の差分を算出する等して出力信号を比較することができ、一段と高感度にコリオリの力を検出することができる。
【００１３】
本発明の好適な他の実施形態では、角速度センサ素子は、錘を更に備え、第一の自由端は、錘を介して第二の自由端に接続されている。これにより、第一の連結腕及び第二の連結腕の励振を増幅させることができ、一段と高感度にコリオリの力を検出することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、検出感度及び機械的強度に優れた角速度センサ素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、図面中、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各要素の相対的な位置関係を明確にする観点から、各図には、直交座標系であるＸＹＺ座標系が定義されている。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。更に本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。
【００１６】
（１）第一の実施形態
（１−１）第一の実施形態における角速度センサ素子１の構成
図１は、第一の実施形態に係る角速度センサ素子１の一例を示す平面図である。この角速度センサ素子１は、第一の固定部２と、第二の固定部３と、複数の第一の連結腕４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄと、複数の第二の連結腕５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄと、複数の錘６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄとを備えて構成されている。第一の固定部２と第二の固定部３は、相対的な位置関係を保持しつつ、直交３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）のうち少なくとも１軸の周りに回転自在に構成されている。
【００１７】
第一の固定部２は、角速度センサ素子１の中心に配置されており、例えば、正方形状の部材からなる。この第一の固定部２の各辺には、それぞれ第一の連結腕４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの一方側の端部が固定端として接続されている。すなわち、第一の連結腕４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄは、第一の固定部２を中心として９０°間隔の角度位置に延在している。具体的には、第一の連結腕４Ａは、第一の固定部２を起点として＋Ｙ方向に延在し、第一の連結腕４Ｂは、第一の固定部２を起点として＋Ｘ方向に延在し、第一の連結腕４Ｃは、第一の固定部２を起点として−Ｙ方向に延在し、第一の連結腕４Ｄは、第一の固定部２を起点として−Ｘ方向に延在している。
【００１８】
第二の固定部３は、第一の固定部２を包囲する中空部を有する枠体として形成されており、その中空部の内周面３Ａには、第二の連結腕５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの一方側の端部が固定端として接続されている。
【００１９】
第一の連結腕４Ａの他方側の端部である自由端は、第二の連結腕５Ａの他方側の端部である自由端に錘６Ａを介して接続されている。第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａの交差角度は、特に限定されるものではないが、例えば、第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａが直交するように、第一の連結腕４Ａの自由端と第二の連結腕５Ａの自由端とが錘６Ａを介して接続されるのが望ましい。
【００２０】
なお、第一の連結腕４Ｂの自由端と第二の連結腕５Ｂの自由端、第一の連結腕４Ｃの自由端と第二の連結腕５Ｃの自由端、第一の連結腕４Ｄの自由端と第二の連結腕５Ｄの自由端についてもそれぞれ錘６Ｂ，６Ｃ，６Ｄを介して接続されており、第一の連結腕４Ｂ及び第二の連結腕５Ｂの交差角度、第一の連結腕４Ｃ及び第二の連結腕５Ｃの交差角度、第一の連結腕４Ｄ及び第二の連結腕５Ｄの交差角度は何れも直角であることが望ましい。
【００２１】
第一の連結腕４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ、及び第二の連結腕５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの共振周波数は、各腕の形状（長さ、幅）、錘６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄの重量などにより決定される。
【００２２】
なお、角速度センサ素子１の各要素（第一の固定部２、第二の固定部３、第一の連結腕４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ、第二の連結腕５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ、及び錘６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ）は、同一材質によって一体的に形成されている。この角速度センサ素子１は、例えば、シリコン基板のうち素子として残す部位以外の部位を物理的又は化学的にエッチング等して除去することにより、一括形成することが可能である。このように形成された角速度センサ素子１は、低背化の要求に応えたものとなる。
【００２３】
第一の連結腕４Ａの固定端側には、第一の連結腕４Ａを屈曲振動させるための励振部７Ａが設けられている。本明細書において、屈曲振動とは、第一の連結腕と第二の連結腕とが画定する平面（本実施形態では、ＸＹ平面）に垂直な向き（本実施形態では、±Ｚ方向）に振動振幅を有する振動モードのことを称する。第一の連結腕４Ａの自由端側には、第一の連結腕４Ａを屈曲振動させながら角速度センサ素子１を少なくとも１軸の周りに回転させたときに発生するコリオリ力によって生じる第一の連結腕４Ａの機械的な歪みを電気信号に変換する検出部８Ａが設けられている。その他の第一の連結腕４Ｂ，４Ｃ，４Ｄについても、同様に、励振部７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ及び検出部８Ｂ，８Ｃ，８Ｄが設けられている。コリオリ力による第一の連結腕４Ａの機械的な歪みが最も大きくなる箇所は、第一の連結腕４Ａの自由端付近であるため、検出部８Ａは、第一の連結腕４Ａの自由端付近に設けるのが望ましい。その他の検出部８Ｂ，８Ｃ，８Ｄについても同様である。
【００２４】
第二の連結腕５Ａの固定端側には、第二の連結腕５Ａを屈曲振動させるための励振部９Ａが設けられ、その自由端側には、第二の連結腕５Ａを屈曲振動させながら角速度センサ素子１を回転させたときに発生するコリオリ力によって生じる第二の連結腕５Ａ機械的な歪みを電気信号に変換する検出部１０Ａが設けられている。その他の第二の連結腕５Ｂ，５Ｃ，５Ｄについても、同様に、励振部９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ及び検出部１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄが設けられている。なお、コリオリ力による第二の連結腕５Ａの機械的な歪みが最も大きくなる箇所は、第二の連結腕５Ａの自由端付近であるため、検出部１０Ａは、第二の連結腕５Ａの自由端付近に設けるのが望ましい。その他の検出部１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄについても同様である。
【００２５】
図２は、図１の２−２線断面図を示している。また、図３は、励振部７Ａの平面図である。励振部７Ａは、下部電極１１、圧電体膜１２、及び上部電極１３が第一の連結腕４Ａの表面上に順次積層してなる圧電素子として構成されている。角速度センサ素子１は、下部電極１１と上部電極１３との間に駆動電圧を印加するための駆動回路（図示せず）を備えており、圧電体膜１２の逆圧電効果により、第一の連結腕４Ａを屈曲振動させることができる。その他の励振部７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄについても、励振部７Ａと同様の構造を有しており、角速度センサ素子１は、第一の連結腕４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ及び第二の連結腕５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを屈曲振動させることができる。従来では、一つのアームを駆動振動させるために２つの圧電素子を必要としていたが、本実施形態によれば、一つの連結腕を駆動振動させるために必要な圧電素子は、連結腕の表面（一主面）上に一つでよいため、圧電素子を駆動するための配線が簡素になるという利点がある。
【００２６】
但し、第一の連結腕４Ａの表面及び裏面のそれぞれに一つずつ圧電体素子から成る励振部７Ａを設けてもよい。第一の連結腕４Ａの表裏両主面に圧電体素子を設けることで、第一の連結腕４Ａを屈曲振動させる力が増大し、一段と安定して第一の連結腕４Ａを屈曲振動させることができる。その他の連結腕４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄについても同様にその表面及び裏面のそれぞれに一つずつ圧電体素子から成る励振部７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄを設けてもよい。
【００２７】
角速度センサ素子１は、第一の連結腕４Ａの自由端の振動の位相と、第二の連結腕５Ａの自由端の振動の位相と、第一の連結腕４Ｃの自由端の振動の位相と、第二の連結腕５Ｃの自由端の振動の位相とが全て同相となるように駆動制御する。これにより、錘６Ａの振動の位相と、錘６Ｃの振動の位相は同相となる。また、角速度センサ素子１は、第一の連結腕４Ｂの自由端の振動の位相と、第二の連結腕５Ｂの自由端の振動の位相と、第一の連結腕４Ｄの自由端の振動の位相と、第二の連結腕５Ｄの自由端の振動の位相とが全て同相となるように駆動制御する。これにより、錘６Ｂの振動の位相と、錘６Ｄの振動の位相は同相となる。但し、本実施形態では、錘６Ａ，６Ｃの振動の位相と、錘６Ｂ，６Ｄの振動の位相とは、逆相であるように駆動制御される点に留意されたい。また、本実施形態では錘６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄの振動モードは、±Ｚ方向に振動振幅を有する。
【００２８】
（１−２）第一の実施形態における角速度センサ素子１の動作
図４は、角速度センサ素子１の動作の一例を示している。角速度センサ素子１は、励振部７Ａ及び励振部９Ａにより、第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａが−Ｚ方向Ｖ１に屈曲励振しており、これにより錘６Ａが−Ｚ方向Ｖ１に励振している状態であり、励振部７Ｃ及び励振部９Ｃにより、第一の連結腕４Ｃ及び第二の連結腕５Ｃが−Ｚ方向Ｖ１に屈曲励振しており、これにより錘６Ｃが−Ｚ方向Ｖ１に励振している状態である。また、角速度センサ素子１は、励振部７Ｂ及び励振部９Ｂにより、第一の連結腕４Ｂ及び第二の連結腕５Ｂが＋Ｚ方向Ｖ２に屈曲励振しており、これにより錘６Ｂが＋Ｚ方向Ｖ２に励振している状態であり、励振部７Ｄ及び励振部９Ｄにより、第一の連結腕４Ｄ及び第二の連結腕５Ｄが＋Ｚ方向Ｖ２に屈曲励振しており、これにより錘６Ｄが＋Ｚ方向Ｖ２に励振している状態である。
【００２９】
上記の励振状態において、角速度センサ素子１にＸ軸の周りに回転する回転角速度Ｘ１が加わると、錘６Ａに対して−Ｚ方向及び回転角速度Ｘ１に直交する方向（即ち、−Ｚ方向と回転角速度Ｘ１との外積によって得られる方向）である＋Ｙ方向にコリオリの力Ｆ１が作用する。続いて、このコリオリの力Ｆ１により、第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａが＋Ｙ方向に変形する。続いて、検出部８Ａ及び検出部１０Ａが、第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａの変形を検出する。そして、第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａの変形に基づく検出部８Ａ及び検出部１０Ａからの出力信号により、角速度センサ素子１に作用する回転角速度Ｘ１が求められる。
【００３０】
また、上記の励振状態においては、角速度センサ素子１にＸ軸を中心とする回転角速度Ｘ１が加わると、上述の錘６Ａの場合と同様に、錘６Ｃに対しても＋Ｙ方向のコリオリの力Ｆ１が作用する。そして、第一の連結腕４Ｃ及び第二の連結腕５Ｃの変形に基づく検出部８Ｃ及び検出部１０Ｃからの出力信号により、角速度センサ素子１に作用する回転角速度Ｘ１が求められる。
【００３１】
一方、上記の励振状態において、角速度センサ素子１にＸ軸の周りに回転する回転角速度Ｘ２が加わると、錘６Ａに対して−Ｚ方向及び回転角速度Ｘ２に直交する方向（即ち、−Ｚ方向と回転角速度Ｘ２との外積によって得られる方向）である−Ｙ方向にコリオリの力Ｆ２が作用する。続いて、このコリオリの力Ｆ２により、第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａが−Ｙ方向に変形する。続いて、検出部８Ａ及び検出部１０Ａが、第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａの変形を検出する。そして、第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａの変形に基づく検出部８Ａ及び検出部１０Ａからの出力信号により、角速度センサ素子１に作用する回転角速度Ｘ２が求められる。
【００３２】
また、上記の励振状態においては、角速度センサ素子１にＸ軸の周りに回転する回転速度Ｘ２が加わると、上述の錘６Ａの場合と同様に、錘６Ｃに対しても−Ｙ方向のコリオリの力Ｆ２が作用する。そして、第一の連結腕４Ｃ及び第二の連結腕５Ｃの変形に基づく検出部８Ｃ及び検出部１０Ｃからの出力信号により、角速度センサ素子１に作用する回転角速度Ｘ２が求められる。
【００３３】
なお、本実施形態の好適な態様では、第一の検出腕４Ａ及び第二の検出腕５Ａは、直交するように配置されているため、検出部８Ａ及び検出部１０Ａの出力信号の差分を算出する等して出力信号を比較することにより、一段と高感度に回転角速度Ｘ１及び回転角速度Ｘ２を検出することができる。また、本実施形態の好適な態様では、第一の検出腕４Ｃ及び第二の検出腕５Ｃは、直交するように配置されているため、検出部８Ｃ及び検出部１０Ｃの出力信号の差分を算出する等して出力信号を比較することにより、一段と高感度に回転角速度Ｘ１及び回転角速度Ｘ２を検出することができる。
【００３４】
図５は、上記の角速度センサ素子１の動作の他の例を示している。角速度センサ素子１は、図４の場合と同様に屈曲振動している。
【００３５】
上記の励振状態において、角速度センサ素子１にＹ軸の周りに回転する回転角速度Ｙ１が加わると、錘６Ｂに対して＋Ｚ方向及び回転速度Ｙ１に直交する方向（即ち、＋Ｚ方向と回転角速度Ｙ１との外積によって得られる方向）である＋Ｘ方向にコリオリの力Ｆ３が作用する。続いて、このコリオリの力Ｆ３により、第一の連結腕４Ｂ及び第二の連結腕５Ｂが＋Ｘ方向に変形する。続いて、検出部８Ｂ及び検出部１０Ｂが、第一の連結腕４Ｂ及び第二の連結腕５Ｂの変形を検出する。そして、第一の連結腕４Ｂ及び第二の連結腕５Ｂの変形に基づく検出部８Ｂ及び検出部１０Ｂからの出力信号により、角速度センサ素子１に作用する回転角速度Ｙ１が求められる。
【００３６】
また、上記の励振状態においては、角速度センサ素子１にＹ軸の周りに回転する回転角速度Ｙ１が加わると、上述の錘６Ｂの場合と同様に、錘６Ｄに対しても＋Ｘ方向のコリオリの力Ｆ３が作用する。そして、第一の連結腕４Ｄ及び第二の連結腕５Ｄの変形に基づく検出部８Ｄ及び検出部１０Ｄからの出力信号により、角速度センサ素子１に作用する回転角速度Ｙ１が求められる。
【００３７】
一方、上記の励振状態において、角速度センサ素子１にＹ軸の周りに回転する回転角速度Ｙ２が加わると、錘６Ｂに対して＋Ｚ方向及び回転速度Ｙ２に直交する方向（即ち、＋Ｚ方向と回転角速度Ｙ２との外積によって得られる方向）である−Ｘ方向にコリオリの力Ｆ４が作用する。続いて、このコリオリの力Ｆ４により、第一の連結腕４Ｂ及び第二の連結腕５Ｂが−Ｘ方向に変形する。続いて、検出部８Ｂ及び検出部１０Ｂが、第一の連結腕４Ｂ及び第二の連結腕５Ｂの変形を検出する。そして、第一の連結腕４Ｂ及び第二の連結腕５Ｂの変形に基づく検出部８Ｂ及び検出部１０Ｂからの出力信号により、角速度センサ素子１に作用する回転角速度Ｙ２が求められる。
【００３８】
また、上記の励振状態においては、角速度センサ素子１にＹ軸の周りに回転する回転角速度Ｙ２が加わると、上述の錘６Ｂの場合と同様に、錘６Ｄに対しても−Ｘ方向のコリオリの力Ｆ４が作用する。そして、第一の連結腕４Ｄ及び第二の連結腕５Ｄの変形に基づく検出部８Ｄ及び検出部１０Ｄからの出力信号により、角速度センサ素子１に作用する回転角速度Ｙ２が求められる。
【００３９】
なお、本実施形態の好適な態様では、第一の検出腕４Ｂ及び第二の検出腕５Ｂは、直交するように配置されているため、検出部８Ｂ及び検出部１０Ｂの出力信号の差分を算出する等して出力信号を比較することにより、一段と高感度に回転角速度Ｙ１及び回転角速度Ｙ２を検出することができる。また、本実施形態の好適な態様では、第一の検出腕４Ｄ及び第二の検出腕５Ｄは、直交するように配置されているため、検出部８Ｄ及び検出部１０Ｄの出力信号の差分を算出する等して出力信号を比較することにより、一段と高感度に回転角速度Ｙ１及び回転角速度Ｙ２を検出することができる。
【００４０】
（２）第二の実施形態
（２−１）第二の実施形態における角速度センサ素子２０の構成
図１は、第二の実施形態に係る角速度センサ素子２０の一例を示す平面図である。本実施形態では、第一の連結腕４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ及び第二の連結腕５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの振動モードが伸縮振動である点において実施形態１と異なり、その余の構成は実施形態１と同様である。本明細書において、伸縮振動とは、固定端から自由端へ向かう方向に連結腕が伸張し、且つ自由端から固定端へ向かう方向へ連結腕が短縮する振動モードのことを称する。本実施形態では、第一の連結腕４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ、及び第二の連結腕５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄのそれぞれの自由端の振動の位相は、全て同相である。
【００４１】
（２−２）第二の実施形態における角速度センサ素子２０の動作
図６は、上記の角速度センサ素子２０の動作の一例を示している。角速度センサ素子２０は、励振部７Ａにより、第一の連結腕４Ａを＋Ｙ方向に伸張させ、励振部９Ａにより、第二の連結腕５Ａを＋Ｘ方向に伸張させ、これにより錘６Ａを方向Ｖ３に励振させる。角速度センサ素子２０は、励振部７Ａにより、第一の連結腕４Ａを−Ｙ方向に短縮させ、励振部９Ａにより、第二の連結腕５Ａを−Ｘ方向に短縮させ、これにより錘６Ａを方向Ｖ４に励振させる。また、角速度センサ素子２０は、励振部７Ｃにより、第一の連結腕４Ｃを−Ｙ方向に伸張させ、励振部９Ｃにより、第二の連結腕５Ｃを−Ｘ方向に伸張させ、これにより錘６Ｃを方向Ｖ３に励振させる。また、角速度センサ素子２０は、励振部７Ｃにより、第一の連結腕４Ｃを＋Ｙ方向に短縮させ、励振部９Ｃにより、第二の連結腕５Ｃを＋Ｘ方向に短縮させ、これにより錘６Ｃを方向Ｖ４に励振させる。
【００４２】
また、角速度センサ素子２０は、励振部７Ｂにより、第一の連結腕４Ｂを＋Ｘ方向に伸張させ、励振部９Ｂにより、第二の連結腕５Ｂを−Ｙ方向に伸張させ、これにより錘６Ｂを方向Ｖ３に励振させている。角速度センサ素子２０は、励振部７Ｂにより、第一の連結腕４Ｂを−Ｘ方向に短縮させ、励振部９Ｂにより、第二の連結腕５Ｂを＋Ｙ方向に短縮させ、これにより錘６Ｂを方向Ｖ４に励振させている。また、角速度センサ素子２０は、励振部７Ｄにより、第一の連結腕４Ｄを−Ｘ方向に伸張させ、励振部９Ｄにより、第二の連結腕５Ｄを＋Ｙ方向に伸張させ、これにより錘６Ｄを方向Ｖ３に励振させる。また、角速度センサ素子２０は、励振部７Ｄにより、第一の連結腕４Ｄを＋Ｘ方向に短縮させ、励振部９Ｄにより、第二の連結腕５Ｄを−Ｙ方向に伸張させ、これにより錘６Ｄを方向Ｖ４に励振させる。
【００４３】
上記の励振状態において、角速度センサ素子２０にＺ軸の周りに回転する回転角速度Ｚ１が加わると、錘６Ａが方向Ｖ３に励振している場合には、方向Ｖ３及び回転角速度Ｚ１に直交する方向（即ち、方向Ｖ３と回転角速度Ｚ１との外積によって得られる方向）にコリオリの力Ｆ５が錘６Ａに作用する。続いて、このコリオリの力Ｆ５により、第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａが変形する。これに対して、錘６Ａが方向Ｖ４に励振している場合には、方向Ｖ４及び回転角速度Ｚ１に直交する方向（即ち、方向Ｖ４と回転角速度Ｚ１との外積によって得られる方向）にコリオリの力Ｆ５が錘６Ａに作用する。続いて、このコリオリの力Ｆ５により、第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａが変形する。検出部８Ａ及び検出部１０Ａは、第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａの変形を検出する。そして、第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａの変形に基づく検出部８Ａ及び検出部１０Ａからの出力信号により、角速度センサ素子２０に作用する回転角速度Ｚ１が求められる。
【００４４】
なお、その他の錘６Ｂ，６Ｃ，６Ｄについても、同様に、その励振方向Ｖ３，Ｖ４と回転角速度Ｚ１との外積によって得られる方向にコリオリの力Ｆ５が錘６Ｂ，６Ｃ，６Ｄに作用する。
【００４５】
一方、上記の励振状態において、角速度センサ素子２０にＺ軸の周りに回転する回転角速度Ｚ２が加わると、錘６Ａが方向Ｖ３に励振している場合には、方向Ｖ３及び回転角速度Ｚ２に直交する方向（即ち、方向Ｖ３と回転角速度Ｚ２との外積によって得られる方向）にコリオリの力Ｆ６が作用する。続いて、このコリオリの力Ｆ６により、第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａが変形する。これに対して、錘６Ａが方向Ｖ４に励振している場合には、方向Ｖ４及び回転角速度Ｚ２に直交する方向（即ち、方向Ｖ４と回転角速度Ｚ２との外積によって得られる方向）にコリオリの力Ｆ６が作用する。続いて、このコリオリの力Ｆ６により、第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａが変形する。検出部８Ａ及び検出部１０Ａは、第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａの変形を検出する。そして、第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａの変形に基づく検出部８Ａ及び検出部１０Ａからの出力信号により、角速度センサ素子２０に作用する回転角速度Ｚ２が求められる。
【００４６】
なお、その他の錘６Ｂ，６Ｃ，６Ｄについても、同様に、その励振方向Ｖ３，Ｖ４と回転角速度Ｚ２との外積によって得られる方向にコリオリの力Ｆ６が錘６Ｂ，６Ｃ，６Ｄに作用する。
【００４７】
（３）第三の実施形態
（３−１）第三の実施形態における角速度センサ素子３０の構成
図１は、第三の実施形態に係る角速度センサ素子３０の一例を示す平面図である。本実施形態では、共通の錘に接続する、第一の連結腕の自由端の振動の位相と、第二の連結腕の自由端の振動の位相とが逆相である点において、実施形態２と異なり、その余の構成は実施形態２と同様である。
【００４８】
（３−２）第三の実施形態における角速度センサ素子３０の動作
図７は、上記の角速度センサ素子３０の動作の一例を示している。角速度センサ素子３０は、励振部７Ａにより、第一の連結腕４Ａを＋Ｙ方向に伸張させ、励振部９Ａにより、第二の連結腕５Ａを−Ｘ方向に短縮させ、これにより錘６Ａを方向Ｖ５に励振させる。角速度センサ素子３０は、励振部７Ａにより、第一の連結腕４Ａを−Ｙ方向に短縮させ、励振部９Ａにより、第二の連結腕５Ａを＋Ｘ方向に伸張させ、これにより錘６Ａを方向Ｖ６に励振させる。また、角速度センサ素子３０は、励振部７Ｃにより、第一の連結腕４Ｃを−Ｙ方向に伸張させ、励振部９Ｃにより、第二の連結腕５Ｃを＋Ｘ方向に短縮させ、これにより錘６Ｃを方向Ｖ５に励振させる。また、角速度センサ素子３０は、励振部７Ｃにより、第一の連結腕４Ｃを＋Ｙ方向に短縮させ、励振部９Ｃにより、第二の連結腕５Ｃを−Ｘ方向に伸張させ、これにより錘６Ｃを方向Ｖ６に励振させる。
【００４９】
また、角速度センサ素子３０は、励振部７Ｂにより、第一の連結腕４Ｂを＋Ｘ方向に伸張させ、励振部９Ｂにより、第二の連結腕５Ｂを＋Ｙ方向に短縮させ、これにより錘６Ｂを方向Ｖ５に励振させている。角速度センサ素子３０は、励振部７Ｂにより、第一の連結腕４Ｂを−Ｘ方向に短縮させ、励振部９Ｂにより、第二の連結腕５Ｂを−Ｙ方向に伸張させ、これにより錘６Ｂを方向Ｖ６に励振させている。また、角速度センサ素子３０は、励振部７Ｄにより、第一の連結腕４Ｄを−Ｘ方向に伸張させ、励振部９Ｄにより、第二の連結腕５Ｄを−Ｙ方向に短縮させ、これにより錘６Ｄを方向Ｖ５に励振させる。また、角速度センサ素子３０は、励振部７Ｄにより、第一の連結腕４Ｄを＋Ｘ方向に短縮させ、励振部９Ｄにより、第二の連結腕５Ｄを＋Ｙ方向に伸張させ、これにより錘６Ｄを方向Ｖ６に励振させる。
【００５０】
上記の励振状態において、角速度センサ素子３０にＺ軸の周りに回転する回転角速度Ｚ１が加わると、錘６Ａが方向Ｖ５に励振している場合には、方向Ｖ５及び回転角速度Ｚ１に直交する方向（即ち、方向Ｖ５と回転角速度Ｚ１との外積によって得られる方向）にコリオリの力Ｆ７が錘６Ａに作用する。続いて、このコリオリの力Ｆ７により、第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａが変形する。これに対して、錘６Ａが方向Ｖ６に励振している場合には、方向Ｖ６及び回転角速度Ｚ１に直交する方向（即ち、方向Ｖ６と回転角速度Ｚ１との外積によって得られる方向）にコリオリの力Ｆ７が錘６Ａに作用する。続いて、このコリオリの力Ｆ７により、第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａが変形する。検出部８Ａ及び検出部１０Ａは、第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａの変形を検出する。そして、第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａの変形に基づく検出部８Ａ及び検出部１０Ａからの出力信号により、角速度センサ素子３０に作用する回転角速度Ｚ１が求められる。
【００５１】
なお、その他の錘６Ｂ，６Ｃ，６Ｄについても、同様に、その励振方向Ｖ５，Ｖ６と回転角速度Ｚ１との外積によって得られる方向にコリオリの力Ｆ７が錘６Ｂ，６Ｃ，６Ｄに作用する。
【００５２】
一方、上記の励振状態において、角速度センサ素子３０にＺ軸の周りに回転する回転角速度Ｚ２が加わると、錘６Ａが方向Ｖ５に励振している場合には、方向Ｖ５及び回転角速度Ｚ２に直交する方向（即ち、方向Ｖ５と回転角速度Ｚ２との外積によって得られる方向）にコリオリの力Ｆ８が作用する。続いて、このコリオリの力Ｆ８により、第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａが変形する。これに対して、錘６Ａが方向Ｖ６に励振している場合には、方向Ｖ６及び回転角速度Ｚ２に直交する方向（即ち、方向Ｖ６と回転角速度Ｚ２との外積によって得られる方向）にコリオリの力Ｆ８が作用する。続いて、このコリオリの力Ｆ８により、第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａが変形する。検出部８Ａ及び検出部１０Ａは、第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａの変形を検出する。そして、第一の連結腕４Ａ及び第二の連結腕５Ａの変形に基づく検出部８Ａ及び検出部１０Ａからの出力信号により、角速度センサ素子３０に作用する回転角速度Ｚ２が求められる。
【００５３】
なお、その他の錘６Ｂ，６Ｃ，６Ｄについても、同様に、その励振方向Ｖ５，Ｖ６と回転角速度Ｚ２との外積によって得られる方向にコリオリの力Ｆ８が錘６Ｂ，６Ｃ，６Ｄに作用する。
【００５４】
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、第一の連結腕、第二の連結腕、及び錘の個数、構造、及び配置に限定はない。さらに、第二の固定部３は、中空部を有する枠体でなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の角速度センサ素子は、角速度の検知が必要なあらゆる装置および機器に搭載することができ、例えば、ビデオカメラの手振れ検知や、バーチャルリアリティ装置における動作検知や、カーナビゲーションシステムにおける方向検知などに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本実施形態に係る角速度センサ素子の平面図である。
【図２】図１の２−２線断面図である。
【図３】角速度センサ素子１における励振部の平面図である。
【図４】第一の実施形態に係る角速度センサ素子の動作を説明するための説明図である。
【図５】第一の実施形態に係る角速度センサ素子の動作を説明するための説明図である。
【図６】第二の実施形態に係る角速度センサ素子の動作を説明するための説明図である。
【図７】第三の実施形態に係る角速度センサ素子の動作を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…角速度センサ素子、２…第一の固定部、３…第二の固定部、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ…第一の連結腕、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ…第二の連結腕、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ…錘、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ…励振部、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ…検出部、１１…下部電極、１２…圧電膜、１３…上部電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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