(57)【要約】検出素子と駆動ユニットとを備える角速度センサであって、検出素子は、支持部と、支持部から延びて被検出体に固定されるように構成された第１アームと、支持部から延びた第２アームと、第２アームに接続された錘部とを有する。第２アームは、支持部から延びる延部と、延部に対向して平行に延びる対向部と、延部と対向部とを連結する連結部とを有して実質的にＵ字形状を有する。錘部は第２アームの対向部に接続される。駆動ユニットは、延部に位置して延部を伸縮させる第１駆動部と、延部で第２アームのＵ字形状において第１駆動部よりも外周に位置して延部を伸縮させる第２駆動部と、対向部に位置して対向部を伸縮させる第３駆動部と、対向部で第２アームのＵ字形状において第３駆動部よりも内周に位置して対向部を伸縮させる第４駆動部を有する。この角速度センサは、検出する角速度の回転軸の方向のサイズを小型化できる。
2008035683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出体の角速度を検出する角速度センサであって、
支持部と、
前記支持部から延びて、前記被検出体に固定されるように構成された第１アームと、
前記支持部から延びた第２アームと、
前記第２アームに接続された第１錘部と、
を有する検出素子と、
前記第１錘部を振動させる駆動ユニットと、
を備え、
前記第２アームは、
前記支持部から延びる第１延部と、
前記第１延部に対向して平行に延びる第１対向部と、
前記第１延部と前記第１対向部とを連結する第１連結部と、
を有して実質的にＵ字形状を有し、
前記第１の錘部は前記第２アームの前記対向部に接続され、
前記駆動ユニットは、
前記第１延部に位置して前記第１延部を伸び縮みさせる第１駆動部と、
前記第１延部で前記第２アームの前記Ｕ字形状において前記第１駆動部よりも外周に位置して前記第１延部を伸び縮みさせる第２駆動部と、
前記第１対向部に位置して前記第１対向部を伸び縮みさせる第３駆動部と、
前記第１対向部で前記第２アームの前記Ｕ字形状において前記第３駆動部よりも内周に位置して前記第１対向部を伸び縮みさせる第４駆動部と、
を有する、角速度センサ。
【請求項２】
前記第１駆動部と前記第３駆動部は前記第１延部と前記第１対向部とを同時に伸び縮みさせ、
前記第２駆動部と前記第４駆動部は前記第１延部と前記第１対向部とを同時に伸び縮みさせ、
前記第２駆動部は、前記第１駆動部が前記第１延部を延ばしているときに前記第１延部を縮ませて、前記第１駆動部が前記第１延部を縮ませているときに前記第１延部を延ばし、
前記第４駆動部は、前記第３駆動部が前記第１対向部を延ばしているときに前記第１対向部を縮ませて、前記第３駆動部が前記第１対向部を縮ませているときに前記第１対向部を延ばす、請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項３】
前記第１駆動部と前記第３駆動部とを接続する、前記第２アームに設けられた第１配線と、
前記第２駆動部と前記第４駆動部とを接続する、前記第２アームに設けられて、かつ前記第１配線と交差する第２配線と、
をさらに備えた、請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項４】
前記第１駆動部と前記第２駆動部と前記第３駆動部と前記第４駆動部の少なくとも１つは、
前記第２アーム上に設けられた下部電極と、
前記下部電極上に設けられた圧電体と、
前記圧電体上に設けられた上部電極と、
を有する、請求項１記載の角速度センサ。
【請求項５】
前記支持部から前記第２アームの前記第１延部と平行に延びる第２延部と、
前記第２延部に対向して平行に延びる第２対向部と、
前記第２延部と前記第２対向部とを連結する第２連結部と、
を有して実質的にＵ字形状を有する第３アームと、
前記第３アームの前記第２対向部に接続された第２錘部と、
前記第２延部に位置して前記第２延部の歪を感知する第１感知部と、
前記第２延部で前記第３アームの前記Ｕ字形状において前記第１感知部よりも外周に位置して前記第２延部の歪を感知する第２感知部と、
前記第２対向部に位置して前記第２対向部の歪を感知する第３感知部と、
前記第２対向部で前記第３アームの前記Ｕ字形状において前記第３感知部よりも内周に位置して前記第２対向部の歪を感知する第４感知部と、
を有する感知ユニットと、
をさらに備えた、請求項１記載の角速度センサ。
【請求項６】
前記第１感知部と前記第３感知部とを接続する、前記第３アームに設けられた第３配線と、
前記第２感知部と前記第４感知部とを接続する、前記第３アームに設けられて、かつ前記第３配線と交差する第４配線と、
をさらに備えた、請求項５に記載の角速度センサ。
【請求項７】
前記第１感知部と前記第２感知部と前記第３感知部と前記第４感知部の少なくとも１つは、
前記第３アーム上に設けられた下部電極と、
前記下部電極上に設けられた圧電体と、
前記圧電体上に設けられた上部電極と、
を有する、請求項５記載の角速度センサ。
【請求項８】
前記第１延部に位置して前記第１延部の歪を感知する第１感知部と、
前記第１延部で前記第２アームの前記Ｕ字形状において前記第１感知部よりも外周に位置して前記第１延部の歪を感知する第２感知部と、
前記第１対向部に位置して前記第１対向部の歪を感知する第３感知部と、
前記第１対向部で前記第２アームの前記Ｕ字形状において前記第３感知部よりも内周に位置して前記第１対向部の歪を感知する第４感知部と、
を有する感知ユニットをさらに備えた、請求項１記載の角速度センサ。
【請求項９】
第１アームを第２アームに略直交方向に連結して形成した２つの直交アームと、２つの前記第１アームを支持した支持部と、前記支持部に連結するとともに実装基板に固定した固定用アームと、前記第２アームの先端部に連結した錘部とを有する検出素子を備え、
前記第２アームは前記第２アーム自身と対向するまで折曲するとともに前記第２アームの対向方向に前記錘部を駆動振動させる駆動手段を設けており、
前記駆動手段は、前記第２アームの内周部の第１アーム側および外周部の錘部側に配置した第１駆動電極部と、前記第２アームの外周部の第１アーム側および内周部の錘部側に配置した第２駆動電極部とを有する角速度センサ。
【請求項１０】
前記駆動手段は、前記第２アームの内周部の第１アーム側および外周部の錘部側に配置するとともに互いに第１配線によって接続した第１駆動電極部と、前記第２アームの外周部の第１アーム側および内周部の錘部側に配置するとともに互いに第２配線によって接続した第２駆動電極部とを有し、前記第１配線と前記第２配線とを互いに交差させて前記第２アームに配置した請求項９記載の角速度センサ。
【請求項１１】
前記第１駆動電極部および前記第２駆動電極部は、圧電体を介在させた上部電極と下部電極とからなる請求項９記載の角速度センサ。
【請求項１２】
前記第２アームの歪を感知する感知手段を設け、
前記感知手段は、前記第２アームの内周部の第１アーム側および外周部の錘部側に配置した第１感知電極部と、前記第２アームの外周部の第１アーム側および内周部の錘部側に配置した第２感知電極部とを有する請求項９記載の角速度センサ。
【請求項１３】
前記第２アームの歪を感知する感知手段を設け、
前記感知手段は、前記第２アームの内周部の第１アーム側および外周部の錘部側に配置するとともに互いに第１配線によって接続した第１感知電極部と、前記第２アームの外周部の第１アーム側および内周部の錘部側に配置するとともに互いに第２配線によって接続した第２感知電極部とを有し、前記第１配線と前記第２配線とを互いに交差させて前記第２アームに配置した請求項１２記載の角速度センサ。
【請求項１４】
前記第１感知電極部および前記第２感知電極部は、圧電体を介在させた上部電極と下部電極とからなる請求項１２記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等、各種電子機器に用いる角速度を検出する角速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
角速度センサは、回転に起因するコリオリ力により発生する歪を電気的に検知して、その回転の角速度を検出する。【０００３】
図５は特許文献１に開示されている従来の角速度センサ５００１の斜視図である。図６は図５に示す角速度センサ５００１の線６−６における断面図である。角速度センサ５００１は、２本のアーム５２と、２本のアーム５２を連結した基部５３とを備えた音さ形状を有する検出素子５１を備える。【０００４】
アーム５２には、アーム５２を振動させる駆動部５４と、角速度に起因するアーム５２の歪を感知する感知部５５とが配置されている。駆動部５４と感知部５５のそれぞれは、図６に示すように、アーム５２上に設けられた下部電極５８と、下部電極５８上に設けられた圧電体５６と、圧電体５６上に設けられた上部電極５７とを備える。駆動部５４と感知部５５の電極５７、５８からは信号線５９が引き出されて基部５３まで延び、基部５３上に設けられた電極パッド６０に接続されている。電極パッド６０はボンディングワイヤで、角速度センサ５００１を実装する回路基板の配線パターンに電気的に接続されている。【０００５】
角速度センサ５００１の動作を、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とで構成されたＸＹＺ座標空間で説明する。２つのアーム５２のそれぞれがＺ軸に沿って延び、かつ２つのアーム５２がＸ軸に沿って並ぶように角速度センサ５００１を配置する。駆動部５４に交流電圧を印加してアーム５２をＸ軸に沿って方向５００１Ａに振動させ、Ｚ軸を中心にしてＸ軸とＹ軸と共に角速度センサ５０１を回転させる。この回転に起因してＹ軸に沿って方向５００１Ｂに発生するコリオリ力により、この回転の角速度に応じた大きさの歪がアーム５２に発生する。感知部５５からこの歪に応じた信号を検知することにより、この角速度を検出する。角速度センサ５００１の検出素子５１のアーム５２はＸ軸とＺ軸とを含むＸＺ平面内で振動する。アーム５２の歪はＸＺ平面に直交するＹ軸に沿って発生する。２つのアーム５２の一方と他方とは互いに逆の方向に歪が発生する。すなわち、２つのアーム５２の一方がＹ軸の正の方向に歪む時には、２つのアーム５２の他方はＹ軸の負の方向に歪む。【０００６】
ＸＹ平面に車両を配置し、角速度センサ５００１を備えたナビゲーション装置では、角速度センサ５００１はその車両のＺ軸を中心として回転する際の角速度を検出する。【０００７】
検出する角速度の回転軸であるＺ軸に沿ってアーム５２が延びているので、角速度センサ５００１の回転軸の方向のサイズを小さくできない。
【特許文献１】特開２００５−２０１６５２号公報
【発明の開示】
【０００８】
角速度センサは被検出体の角速度を検出する。その角速度センサは、検出素子と駆動ユニットとを備える。検出素子は、支持部と、支持部から延びて被検出体に固定されるように構成された第１アームと、支持部から延びた第２アームと、第２アームに接続された錘部とを有する。第２アームは、支持部から延びる延部と、延部に対向して平行に延びる対向部と、延部と対向部とを連結する連結部とを有して実質的にＵ字形状を有する。錘部は第２アームの対向部に接続される。駆動ユニットは第１から第４駆動部を有する。第１駆動部は、延部に位置して延部を伸び縮みさせる。第２駆動部は、延部で第２アームのＵ字形状において第１駆動部よりも外周に位置して延部を伸び縮みさせる。第３駆動部は、対向部に位置して対向部を伸び縮みさせる。第４駆動部は、対向部で第２アームのＵ字形状において第３駆動部よりも内周に位置して対向部を伸び縮みさせる。
【０００９】
この角速度センサは、検出する角速度の回転軸の方向のサイズを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は本発明の実施の形態における角速度センサの斜視図である。
【図２】図２は図１に示す角速度センサの線２−２における断面図である。
【図３】図３は実施の形態における角速度センサの動作を示す斜視図である。
【図４】図４は実施の形態における他の角速度センサの斜視図である。
【図５】図５は従来の角速度センサの斜視図である。
【図６】図６は図５に示す角速度センサの線６−６における断面図である。
【符号の説明】
【００１１】
１    検出素子
１３    圧電体
１４    下部電極
１５    上部電極
１７    駆動ユニット
１９    感知ユニット
３９    感知ユニット
６６    支持部
１０２    第１アーム
１０４    第２アーム
１０４Ｃ    第１延部
１０４Ｄ    第１連結部
１０４Ｅ    第１対向部
１１１    第１錘部
１１７Ａ    第１駆動部
１１７Ｂ    第２駆動部
１１９Ａ    第１感知部
１１９Ｂ    第２感知部
１２１Ａ    第１配線
１２１Ｂ    第２配線
２１７Ａ    第４駆動部
２１７Ｂ    第３駆動部
２１９Ａ    第４感知部
２１９Ｂ    第３感知部
２０４    第３アーム
２０４Ｃ    第２延部
２０４Ｄ    第２連結部
２０４Ｅ    第２対向部
２１１    第２錘部
３２１Ａ    第３配線
３２１Ｂ    第４配線
１００１    角速度センサ
１００２    角速度センサ
１５００    被検出体
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の実施の形態における角速度センサ１００１の斜視図である。角速度センサ１００１は被検出体１５００に固定されて被検出体１５００の回転の角速度を検出する。角速度センサ１００１は、被検出体１５００に固定されるように構成されたシリコン板よりなる検出素子１を備え、検出素子１に設けられた駆動ユニット１７と、検知ユニット１８と、第１感知ユニット１９と、第２感知ユニット２０とをさらに備える。【００１３】
検出素子１は、支持部６６から延びる第１アーム１０２と、支持部６６から第１アーム１０２に直角に延びる第２アーム１０４と、支持部６６から第１アーム１０２に直角に延びる第３アーム２０４と、支持部６６から第１アーム１０２に直角に延びる第４アーム３０４と、支持部６６から第１アーム１０２に直角に延びる第５アーム４０４と、支持部６６から第１アーム１０２の反対に延びる第６アーム２０２とを備える。第２アーム１０４から第５アーム４０４は実質的にＵ字形状を有し、第２アーム１０４から第５アーム４０４には第１錘部１１１から第４錘部４１１がそれぞれ取り付けられている。第１アーム１０２の端には第７アーム１１０が接続されている。第７アーム１１０の両端には被検出体１５００に固定されるように構成された第１固定部１０９、第３固定部３０９がそれぞれ設けられている。第１アーム１０２と第７アーム１１０と第１固定部１０９と第３固定部３０９は検出素子１を被検出体１５００に固定する第１固定用アーム１０８を構成している。第６アーム２０２の端には第８アーム２１０が接続されている。第８アーム２１０の両端には被検出体１５００に固定されるように構成された第２固定部２０９、第４固定部４０９がそれぞれ設けられている。第６アーム２０２と第８アーム２１０と第２固定部２０９と第４固定部４０９は検出素子１を被検出体１５００に固定する第２固定用アーム２０８を構成している。すなわち、第１アーム１０２と第６アーム２０２は被検出体１５００に固定されるように構成されている。【００１４】
第２アーム１０４は支持部６６に接続された第１端１０４Ａと、第１錘部１１１に接続された第２端１０４Ｂとを有している。第２アーム１０４は、支持部６６すなわち第１端１０４Ａから延びる第１延部１０４Ｃと、第１延部１０４Ｃと平行に延びてかつ対向している第１対向部１０４Ｅと、第１延部１０４Ｃと第１対向部１０４Ｅを連結する第１連結部１０４Ｄとを有して、実質的にＵ字形状を有する。第１対向部１０４Ｅは、第２アーム１０４の第１錘部１１１に接続された第２端１０４Ｂを有する。第１対向部１０４Ｅは第１固定部１０９に対向している。【００１５】
第４アーム３０４は支持部６６に接続された第１端３０４Ａと、第３錘部３１１に接続された第２端３０４Ｂとを有している。第４アーム３０４は、支持部６６すなわち第１端３０４Ａから延びる第３延部３０４Ｃと、第３延部３０４Ｃと平行に延びてかつ対向している第３対向部３０４Ｅと、第３延部３０４Ｃと第３対向部３０４Ｅを連結する第３連結部３０４Ｄとを有して、実質的にＵ字形状を有する。第３対向部３０４Ｅは、第４アーム３０４の第３錘部３１１に接続された第２端３０４Ｂを有する。第３対向部３０４Ｅは第２固定部２０９に対向している。【００１６】
第２アーム１０４の第１延部１０４Ｃと第４アーム３０４の第３延部３０４Ｃは支持部６６から互いに隣り合って平行に延びている。第２アーム１０４の第１連結部１０４Ｄと第４アーム３０４の第３連結部３０４Ｄは第１延部１０４Ｃと第３延部３０４Ｃからそれぞれ互いに反対方向に延びる。【００１７】
第３アーム２０４は支持部６６に接続された第１端２０４Ａと、第２錘部２１１に接続された第２端２０４Ｂとを有している。第３アーム２０４は、支持部６６すなわち第１端２０４Ａから延びる第２延部２０４Ｃと、第２延部２０４Ｃと平行に延びてかつ対向している第２対向部２０４Ｅと、第２延部２０４Ｃと第２対向部２０４Ｅを連結する第２連結部２０４Ｄとを有して、実質的にＵ字形状を有する。第２対向部２０４Ｅは、第３アーム２０４の第２錘部２１１に接続された第２端２０４Ｂを有する。第２対向部２０４Ｅは第３固定部３０９に対向している。【００１８】
第５アーム４０４は支持部６６に接続された第１端４０４Ａと、第４錘部４１１に接続された第２端４０４Ｂとを有している。第５アーム４０４は、支持部６６すなわち第１端４０４Ａから延びる第４延部４０４Ｃと、第４延部４０４Ｃと平行に延びてかつ対向している第４対向部４０４Ｅと、第４延部４０４Ｃと第４対向部４０４Ｅを連結する第４連結部４０４Ｄとを有して、実質的にＵ字形状を有する。第４対向部４０４Ｅは、第５アーム４０４の第４錘部４１１に接続された第２端４０４Ｂを有する。第４対向部４０４Ｅは第４固定部４０９に対向している。【００１９】
第３アーム２０４の第２延部２０４Ｃと第５アーム４０４の第４延部４０４Ｃは支持部６６から互いに隣り合って平行に延びている。第３アーム２０４の第２連結部２０４Ｄと第５アーム４０４の第４連結部４０４Ｄは第３アーム２０４の第２延部２０４Ｃと第５アーム４０４の第４延部４０４Ｃからそれぞれ互いに反対方向に延びる。【００２０】
第１延部１０４Ｃを有する第２アーム１０４には駆動ユニット１７が設けられている。第１延部１０４Ｃに対向して平行に延びる第３延部３０４Ｃを有する第４アーム３０４には検知ユニット１８が設けられている。第２延部２０４Ｃを有する第３アーム２０４には第３アーム２０４の歪を感知する第１感知ユニット１９が設けられている。第２延部２０４Ｃに対向して平行に延びる第４延部４０４Ｃを有する第５アーム４０４には、第５アーム４０４の歪を感知する第２感知ユニット２０が設けられている。【００２１】
駆動ユニット１７は第２アーム１０４の第２端１０４Ｂに接続された第１錘部１１１を振動させる。駆動ユニット１７は、第１駆動部１１７Ａと第２駆動部１１７Ｂと第３駆動部２１７Ｂと第４駆動部２１７Ａとを有する。第１駆動部１１７Ａと第２駆動部１１７Ｂとは第２アーム１０４の第１延部１０４Ｃに設けられている。第１駆動部１１７Ａは第２アーム１０４のＵ字形状において内周に位置している。第２駆動部１１７Ｂは、第１駆動部１１７ＡよりＵ字形状において外周に位置する。第３駆動部２１７Ｂと第４駆動部２１７Ａとは第２アーム１０４の第１対向部１０４Ｅに設けられている。第３駆動部２１７Ｂは第２アーム１０４のＵ字形状において外周に位置している。第４駆動部２１７Ａは、第３駆動部２１７ＢよりもＵ字形状において内周に位置する。第１駆動部１１７Ａは第１配線１２１Ａによって第３駆動部２１７Ｂと電気的に接続されている。第２駆動部１１７Ｂは第２配線１２１Ｂによって第４駆動部２１７Ａに電気的に接続されている。第１配線１２１Ａと第２配線１２１Ｂは互いに交差して第２アーム１０４に配置されている。第１駆動部１１７Ａと第２駆動部１１７Ｂは互いに対向している。第３駆動部２１７Ｂと第４駆動部２１７Ａは互いに対向している。【００２２】
検知ユニット１８は第４アーム３０４の第２端３０４Ｂに接続された第３錘部３１１の振動、すなわち第４アーム３０４の振動を検知する。検知ユニット１８は、第１検知部１１８Ａと第２検知部１１８Ｂと第３検知部２１８Ｂと第４検知部２１８Ａとを有する。第１検知部１１８Ａと第２検知部１１８Ｂとは第４アーム３０４の第３延部３０４Ｃに設けられている。第１検知部１１８Ａは第４アーム３０４のＵ字形状において内周に位置している。第２検知部１１８Ｂは、第１検知部１１８ＡよりＵ字形状において外周に位置する。第３検知部２１８Ｂと第４検知部２１８Ａとは第４アーム３０４の第３対向部３０４Ｅに設けられている。第３検知部２１８Ｂは第４アーム３０４のＵ字形状において外周に位置している。第４検知部２１８Ａは、第３検知部２１８ＢよりもＵ字形状において内周に位置する。第１検知部１１８Ａは第５配線２２１Ａによって第３検知部２１８Ｂと電気的に接続されている。第２検知部１１８Ｂは第６配線２２１Ｂによって第４検知部２１８Ａに電気的に接続されている。第５配線２２１Ａと第６配線２２１Ｂは互いに交差して第４アーム３０４に配置されている。第１検知部１１８Ａと第２検知部１１８Ｂは互いに対向している。第３検知部２１８Ｂと第４検知部２１８Ａは互いに対向している。【００２３】
第１感知ユニット１９は第３アーム２０４の第２端２０４Ｂに接続された第２錘部２１１に発生するコリオリ力に起因する第３アーム２０４の歪を感知する。第１感知ユニット１９は、第１感知部１１９Ａと第２感知部１１９Ｂと第３感知部２１９Ｂと第４感知部２１９Ａとを有する。第１感知部１１９Ａと第２感知部１１９Ｂとは第３アーム２０４の第２延部２０４Ｃに設けられている。第１感知部１１９Ａは第３アーム２０４のＵ字形状において内周に位置している。第２感知部１１９Ｂは、第１感知部１１９ＡよりＵ字形状において外周に位置する。第３感知部２１９Ｂと第４感知部２１９Ａとは第３アーム２０４の第２対向部２０４Ｅに設けられている。第３感知部２１９Ｂは第３アーム２０４のＵ字形状において外周に位置している。第４感知部２１９Ａは、第３感知部２１９ＢよりもＵ字形状において内周に位置する。第１感知部１１９Ａは第３配線３２１Ａによって第３感知部２１９Ｂと電気的に接続されている。第２感知部１１９Ｂは第４配線３２１Ｂによって第４感知部２１９Ａに電気的に接続されている。第３配線３２１Ａと第４配線３２１Ｂは互いに交差して第３アーム２０４に配置されている。第１感知部１１９Ａと第２感知部１１９Ｂは互いに対向している。第３感知部２１９Ｂと第４感知部２１９Ａは互いに対向している。【００２４】
第２感知ユニット２０は第５アーム４０４の第２端４０４Ｂに接続された第４錘部４１１に発生するコリオリ力に起因する第５アーム４０４の歪を感知する。第２感知ユニット２０は、第５感知部１２０Ａと第６感知部１２０Ｂと第７感知部２２０Ｂと第８感知部２２０Ａとを有する。第５感知部１２０Ａと第６感知部１２０Ｂとは第５アーム４０４の第４延部４０４Ｃに設けられている。第５感知部１２０Ａは第５アーム４０４のＵ字形状において内周に位置している。第６感知部１２０Ｂは、第５感知部１２０ＡよりＵ字形状において外周に位置する。第７感知部２２０Ｂと第８感知部２２０Ａとは第５アーム４０４の第４対向部４０４Ｅに設けられている。第７感知部２２０Ｂは第５アーム４０４のＵ字形状において外周に位置している。第８感知部２２０Ａは、第７感知部２２０ＢよりもＵ字形状において内周に位置する。第５感知部１２０Ａは第７配線４２１Ａによって第７感知部２２０Ｂと電気的に接続されている。第６感知部１２０Ｂは第８配線４２１Ｂによって第８感知部２２０Ａに電気的に接続されている。第７配線４２１Ａと第８配線４２１Ｂは互いに交差して第５アーム４０４に配置されている。第５感知部１２０Ａと第６感知部１２０Ｂは互いに対向している。第７感知部２２０Ｂと第８感知部２２０Ａは互いに対向している。【００２５】
図２は図１に示す角速度センサ１００１の線２−２における断面図である。駆動部１１７Ａ、１１７Ｂ、２１７Ａ、２１７Ｂと検知部１１８Ａ，１１８Ｂ、２１８Ａ、２１８Ｂと感知部１１９Ａ、１１９Ｂ、２１９Ａ、２１９Ｂ、１２０Ａ、１２０Ｂ、２２０Ａ、２２０Ｂは、検出素子１（アーム１０４〜４０４）上に設けられた下部電極１４と、下部電極１４上に設けられた圧電体１３と、圧電体１３上に設けられた上部電極１５よりなる。下部電極１４は、検出素子１となるシリコン板上にＰｔを高周波スパッタ法で付着させて形成する。圧電体１３は、下部電極１４上にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を高周波スパッタ法で付着させて形成する。上部電極１５は、圧電体１３上にＡｕを蒸着させて形成する。上部電極１５と下部電極１４は固定部１０９、２０９、３０９、４０９上にそれぞれ設けられた端子９１〜９４に接続されている。すなわち、駆動部１１７Ａ、１１７Ｂ、２１７Ａ、２１７Ｂの上部電極１５と下部電極１４は、第１固定部１０９上に設けられた端子９１に接続されている。検知部１１８Ａ、１１８Ｂ、２１８Ａ、２１８Ｂの上部電極１５と下部電極１４は、第２固定部２０９上に設けられた端子９２に接続されている。第１感知部１１９Ａ、１１９Ｂ、２１９Ａ、２１９Ｂの上部電極１５と下部電極１４は、第３固定部３０９上に設けられた端子９３に接続されている。感知部１２０Ａ、１２０Ｂ、２２０Ａ、２２０Ｂの上部電極１５と下部電極１４は、第４固定部４０９上に設けられた端子９４に接続されている。【００２６】
以下に、角速度センサ１００１の動作を説明する。図３は角速度センサ１００１の動作を示す斜視図である。端子９１〜９４は検出回路３０１に接続される。固定部１０９、２０９、３０９、４０９は回転する被検出体１５００に固定されている。支持部６６は被検出体１５００には固定されていない。【００２７】
角速度センサ１００１の向きを互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸よりなるＸＹＺ座標空間で定義する。第１アーム１０２と支持部６６と第６アーム２０２は実質的に一直線上に配置されている。支持部６６をＸＹＺ座標空間の原点に位置させ、第１アーム１０２と第６アーム２０２をそれぞれＸ軸の正方向と負方向に延びるように配置した場合、第２アーム１０４と第４アーム３０４はＹ軸の正方向に延び、第３アーム２０４と第５アーム４０４はＹ軸の負方向に延びて配置される。【００２８】
第１錘部１１１が接続された第２アーム１０４と、第３錘部３１１が接続された第４アーム３０４と、第２錘部２１１が接続された第３アーム２０４と、第４錘部４１１が接続された第５アーム４０４とは同じ共振周波数を有してその共振周波数でＸＹ平面内にて振動する。【００２９】
検出回路３０１が端子９１を介して駆動ユニット１７の第１駆動部１１７Ａと第２駆動部１１７Ｂと第３駆動部２１７Ｂと第４駆動部２１７Ａの上部電極１５と下部電極１４に共振周波数の交流電圧を印加する。これにより駆動部１１７Ａ、１１７Ｂ，２１７Ａ，２１７Ｂが第１延部１０４Ｃと第１対向部１０４Ｅを部分的に伸縮させて第２アーム１０４を振動させ、第１錘部１１１を振動させる。支持部６６は被検出体１５００に固定されていないので振動できる。第１錘部１１１が振動すると支持部６６が振動して、支持部６６を介してアーム２０４、３０４、４０４にその振動が伝播して錘部２１１、３１１、４１１が共振周波数で振動する。そのとき、被検出体１５００が回転しているとその回転の角速度に応じて第２錘部２１１と第４錘部４１１にコリオリ力が発生して第３アーム２０４と第５アーム４０４に歪を発生させる。第１感知ユニット１９（第１感知部１１９Ａ、第２感知部１１９Ｂ、第３感知部２１９Ｂ、第４感知部２１９Ａ）と第２感知ユニット２０（第５感知部１２０Ａ、第６感知部１２０Ｂ、第７感知部２２０Ｂ、第８感知部２２０Ａ）は、第３アーム２０４と第５アーム４０４に発生した歪に応じた電圧をそれぞれ出力する。検出回路３０１はこの電圧に基づき被検出体１５００の角速度を検出する。【００３０】
以下に検出素子１の振動について詳細に説明する。検出回路３０１は、互いに第１配線１２１Ａで接続された第１駆動部１１７Ａと第３駆動部２１７Ｂの上部電極１５と下部電極１４の間に共振周波数の交流電圧を印加する。これにより、第１駆動部１１７Ａと第３駆動部２１７Ｂは第１延部１０４Ｃの内周と第１対向部の外周をそれぞれ同時に伸ばしてかつ同時に縮ませる。検出回路３０１は、互いに第２配線１２１Ｂで接続された第２駆動部１１７Ｂと第４駆動部２１７Ａの上部電極１５と下部電極１４の間に、第１駆動部１１７Ａと第３駆動部２１７Ｂに印加した交流電圧と逆位相の共振周波数の交流電圧を印加する。これにより、第１駆動部１１７Ａと第３駆動部２１７Ｂが第１延部１０４Ｃの内周と第１対向部の外周をそれぞれ同時に縮ませているときに、第２駆動部１１７Ｂと第４駆動部２１７Ａは第１延部１０４Ｃの外周と第１対向部の内周をそれぞれ同時に伸ばす。また、第１駆動部１１７Ａと第３駆動部２１７Ｂが第１延部１０４Ｃの内周と第１対向部の外周をそれぞれ同時に伸ばしているときに、第２駆動部１１７Ｂと第４駆動部２１７Ａは第１延部１０４Ｃの外周と第１対向部の内周をそれぞれ同時に縮ませる。これにより第１錘部１１１はＸ軸に平行な方向１１１Ａ、１１１Ｂに大きな振幅で振動する。この振動は支持部６６を介して第３錘部３１１と第２錘部２１１と第４錘部４１１に伝播し、第３錘部３１１をそれぞれＸ軸に平行な方向３１１Ａ、３１１Ｂに振動させ、第２錘部２１１をそれぞれＸ軸に平行な方向２１１Ａ、２１１Ｂに振動させ、かつ、第４錘部４１１をそれぞれＸ軸に平行な方向４１１Ａ、４１１Ｂに振動させる。【００３１】
第３錘部３１１が方向３１１Ａ、３１１Ｂに振動すると、第４アーム３０４に設けられた検知ユニット１８の第１検知部１１８Ａと第２検知部１１８Ｂと第３検知部２１８Ｂと第４検知部２１８Ａはその振動に応じた電圧を端子９２に出力する。検出回路３０１はこの電圧に基づいて端子９１に印加する電圧すなわち第２アーム１０４と第１錘部１１１を振動させる電圧を制御し、第１錘部１１１が一定の振幅で振動させる。【００３２】
第２錘部２１１が振動して方向２１１Ａ、２１１Ｂに移動しているときに、第２アーム１０４が第４アーム３０４に近づく方向６０１ＡにＺ軸を中心に角速度センサ１００１が回転すると、第２錘部２１１にはそれぞれＹ軸に平行な方向２１１Ｃ、２１１Ｄにこの回転の角速度に応じた大きさのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により、第３アーム２０４の第１感知部１１９Ａと第３感知部２１９Ｂが第３アーム２０４の縮みを感知し、第２感知部１１９Ｂと第４感知部２１９Ａが第３アーム２０４の伸びを感知する。感知部１１９Ａ、１１９Ｂ、２１９Ａ、２１９Ｂは感知した第３アーム２０４の伸び縮みに応じた電圧を端子９３に出力する。【００３３】
同様に、第４錘部４１１が振動して方向４１１Ａ、４１１Ｂに移動しているときに、第２アーム１０４が第４アーム３０４に近づく方向にＺ軸を中心に角速度センサ１００１が回転すると、第４錘部４１１にはそれぞれＹ軸に平行な方向４１１Ｃ、４１１Ｄにこの回転の角速度に応じた大きさのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により、第５アーム４０４の第５感知部１２０Ａと第７感知部２２０Ｂが第５アーム４０４の縮みを感知し、第６感知部１２０Ｂと第８感知部２２０Ａが第５アーム４０４の伸びを感知する。感知部１２０Ａ、１２０Ｂ、２２０Ａ、２２０Ｂは感知した第５アーム４０４の伸び縮みに応じた電圧を端子９４に出力する。【００３４】
第２錘部２１１が振動して方向２１１Ａ、２１１Ｂに移動しているときに、第４アーム３０４が第２アーム１０４に近づく方向にＺ軸を中心に角速度センサ１００１が回転すると、第２錘部２１１には方向２１１Ｃ、２１１Ｄと反対の方向にこの回転の角速度に応じた大きさのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により、第３アーム２０４の第１感知部１１９Ａと第３感知部２１９Ｂが第３アーム２０４の伸びを感知し、第２感知部１１９Ｂと第４感知部２１９Ａが第３アーム２０４の縮みを感知する。感知部１１９Ａ、１１９Ｂ、２１９Ａ、２１９Ｂは感知した第３アーム２０４の伸び縮みに応じた電圧を端子９３に出力する。【００３５】
同様に、第４錘部４１１が振動して方向４１１Ａ、４１１Ｂに移動しているときに、第４アーム３０４が第２アーム１０４に近づく方向６０１ＢにＺ軸を中心に角速度センサ１００１が回転すると、第４錘部４１１には方向４１１Ｃ、４１１Ｄの反対方向にこの回転の角速度に応じた大きさのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により、第５アーム４０４の第５感知部１２０Ａと第７感知部２２０Ｂが第５アーム４０４の伸びを感知し、第６感知部１２０Ｂと第８感知部２２０Ａが第５アーム４０４の縮みを感知する。感知部１２０Ａ、１２０Ｂ、２２０Ａ、２２０Ｂは感知した第５アーム４０４の伸び縮みに応じた電圧を端子９４に出力する。【００３６】
検出回路３０１は、端子９３、９４から出力された電圧から角速度センサ１００１のＺ軸を中心とする回転の角速度を検出する。【００３７】
角速度センサ１００１がＹ軸を中心にして方向６０１Ｃに回転した場合は、錘部１１１、２１１、３１１、４１１は方向１１１Ａ、１１１Ｂ、２１１Ａ、２１１Ｂ、３１１Ａ、３１１Ｂ、４１１Ａ、４１１ＢとＹ軸との直角の方向１１１Ｅ、１１１Ｆ、２１１Ｅ、２１１Ｅ、２１１Ｆ、３１１Ｅ、３１１Ｆ、４１１Ｅ、４１１Ｆにコリオリ力が発生する。第２錘部２１１と第４錘部４１１にはこのコリオリ力により変位し、第３アーム２０４と第５アーム４０４は部分的に伸び縮みする。感知部１１９Ａ、１１９Ｂ、１２０Ａ、１２０Ｂ、２１９Ａ、２１９Ｂ、２２０Ａ、２２０Ｂはこの伸び縮みに応じた電圧を端子９３、９４に出力する。検出回路３０１は端子９３、９４から出力された電圧から、Ｙ軸を中心とする角速度センサ１００１の回転の角速度を検出する。【００３８】
角速度センサ１００１では、アーム１０２、１０４、２０４、３０４、４０４、２０２がすべて角速度を検出する回転軸であるＺ軸と直角の方向に延びてＺ軸と平行な方向には延びていない。したがって、角速度センサ１００１の回転軸の方向のサイズを小さくすることができる。【００３９】
Ｕ字形状を有する第２アーム１０４に設けられた駆動ユニット１７は、Ｕ字形状における第１延部１０４Ｃの内周と第１対向部１０４Ｅの外周とを同時に伸び縮みさせ、第１延部１０４Ｃの外周と第１対向部１０４Ｅの内周とを同時に伸び縮みさせる。特に、駆動ユニット１７は、第１延部１０４Ｃの内周と第１対向部１０４Ｅの外周とを同時に伸ばしているときには第１延部１０４Ｃの外周と第１対向部１０４Ｅの内周とを同時に縮ませ、第１延部１０４Ｃの内周と第１対向部１０４Ｅの外周とを同時に縮ませているときには、第１延部１０４Ｃの外周と第１対向部１０４Ｅの内周とを同時に伸ばす。これらの伸び縮みを繰り返すことにより、駆動ユニット１７は第１錘部１１１を第１延部１０４Ｃと第１対向部１０４Ｅに直角の方向１１１Ａ、１１１Ｂに大きく振動させることができる。【００４０】
第２アーム１０４のＵ字形状において第１延部１０４Ｃと第１対向部１０４Ｅの内周と外周が上記と逆の方向に伸び縮する、すなわち、第１延部１０４Ｃの内周と第１対向部１０４Ｅの内周とを同時に伸び縮みさせ、第１延部１０４Ｃの外周と第１対向部１０４Ｅの外周とが同時に伸び縮みする場合は、第２アーム１０４に第１錘部１１１を巻き込むように振動させる。すなわち第１延部１０４Ｃと第１対向部１０４Ｅが互いに逆の方向に第１錘部１１１を移動させようとするので、大きな振幅で第１錘部１１１を大きな振幅で振動させることができない。【００４１】
第１配線１２１Ａと第５配線１２２Ａと第３配線２２１Ａと第７配線４２１Ａが、第２配線１２１Ｂと第６配線１２２Ｂと第４配線２２１Ｂと第８配線２２２Ｂと第２アーム１０４と第４アーム３０４と第３アーム２０４と第５アーム４０４上でそれぞれ交差させて配置している。したがってこれらの配線を設置する面積を小さくすることができ、アーム１０４、２０４、３０４、４０４の幅を小さくして角速度センサ１００１の小型化を図ることができる。【００４２】
図４は、実施の形態における他の角速度センサ１００２の斜視図である。図４において、図１〜図３に示す角速度センサ１００１と同じ部分には同じ参照番号を付して、その説明を省略する。図４に示す角速度センサ１００２は、図１に示す角速度センサの第１感知ユニット１９と第２感知ユニット２０の代わりに、第２アーム１０４と第４アーム３０４にそれぞれ設けられた感知ユニット３９と感知ユニット４０とをそれぞれ備える。感知ユニット３９、４０は感知ユニット１９、２０と同じ構造を有する。感知ユニット３９と感知ユニット４０は、第２アーム１０４と第４アーム３０４の駆動ユニット１７と検知ユニット１８が設けられている面の反対側の面に設けられている。Ｚ軸とＹ軸を中心とする回転の角速度により発生したコリオリ力による歪は第２アーム１０４と第４アーム３０４にも発生する。したがって、感知ユニット３９、４０は図１と図３に示す感知ユニット１９、２０と同様に、回転の角速度により発生したコリオリ力による第２アーム１０４と第４アーム３０４の歪を感知することができ、同様の効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明における角速度センサは、検出する角速度の回転軸の方向のサイズを小さくすることができ、各種小型電子機器に適用できる。
【図１】
2008035683.tif 000003
【図２】
2008035683.tif 000004
【図３】
2008035683.tif 000005
【図４】
2008035683.tif 000006
【図５】
2008035683.tif 000007
【図６】
2008035683.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成20年12月9日(2008.12.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出体の角速度を検出する角速度センサであって、
支持部と、
前記支持部から延びて、前記被検出体に固定されるように構成された第１アームと、
前記支持部から延びた第２アームと、
前記第２アームに接続された第１錘部と、
を有する検出素子と、
前記第１錘部を振動させる駆動ユニットと、
を備え、
前記第２アームは、
前記支持部から延びる第１延部と、
前記第１延部に対向して平行に延びる第１対向部と、
前記第１延部と前記第１対向部とを連結する第１連結部と、
を有して実質的にＵ字形状を有し、
前記第１の錘部は前記第２アームの前記対向部に接続され、
前記駆動ユニットは、
前記第１延部に位置して前記第１延部を伸び縮みさせる第１駆動部と、
前記第１延部で前記第２アームの前記Ｕ字形状において前記第１駆動部よりも外周に位置して前記第１延部を伸び縮みさせる第２駆動部と、
前記第１対向部に位置して前記第１対向部を伸び縮みさせる第３駆動部と、
前記第１対向部で前記第２アームの前記Ｕ字形状において前記第３駆動部よりも内周に位置して前記第１対向部を伸び縮みさせる第４駆動部と、
を有する、角速度センサ。
【請求項２】
前記第１駆動部と前記第３駆動部は前記第１延部と前記第１対向部とを同時に伸び縮みさせ、
前記第２駆動部と前記第４駆動部は前記第１延部と前記第１対向部とを同時に伸び縮みさせ、
前記第２駆動部は、前記第１駆動部が前記第１延部を延ばしているときに前記第１延部を縮ませて、前記第１駆動部が前記第１延部を縮ませているときに前記第１延部を延ばし、
前記第４駆動部は、前記第３駆動部が前記第１対向部を延ばしているときに前記第１対向部を縮ませて、前記第３駆動部が前記第１対向部を縮ませているときに前記第１対向部を延ばす、請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項３】
前記第１駆動部と前記第３駆動部とを接続する、前記第２アームに設けられた第１配線と、
前記第２駆動部と前記第４駆動部とを接続する、前記第２アームに設けられて、かつ前記第１配線と交差する第２配線と、
をさらに備えた、請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項４】
前記第１駆動部と前記第２駆動部と前記第３駆動部と前記第４駆動部の少なくとも１つは、
前記第２アーム上に設けられた下部電極と、
前記下部電極上に設けられた圧電体と、
前記圧電体上に設けられた上部電極と、
を有する、請求項１記載の角速度センサ。
【請求項５】
前記支持部から前記第２アームの前記第１延部と平行に延びる第２延部と、
前記第２延部に対向して平行に延びる第２対向部と、
前記第２延部と前記第２対向部とを連結する第２連結部と、
を有して実質的にＵ字形状を有する第３アームと、
前記第３アームの前記第２対向部に接続された第２錘部と、
前記第２延部に位置して前記第２延部の歪を感知する第１感知部と、
前記第２延部で前記第３アームの前記Ｕ字形状において前記第１感知部よりも外周に位置して前記第２延部の歪を感知する第２感知部と、
前記第２対向部に位置して前記第２対向部の歪を感知する第３感知部と、
前記第２対向部で前記第３アームの前記Ｕ字形状において前記第３感知部よりも内周に位置して前記第２対向部の歪を感知する第４感知部と、
を有する感知ユニットと、
をさらに備えた、請求項１記載の角速度センサ。
【請求項６】
前記第１感知部と前記第３感知部とを接続する、前記第３アームに設けられた第３配線と、
前記第２感知部と前記第４感知部とを接続する、前記第３アームに設けられて、かつ前記第３配線と交差する第４配線と、
をさらに備えた、請求項５に記載の角速度センサ。
【請求項７】
前記第１感知部と前記第２感知部と前記第３感知部と前記第４感知部の少なくとも１つは、
前記第３アーム上に設けられた下部電極と、
前記下部電極上に設けられた圧電体と、
前記圧電体上に設けられた上部電極と、
を有する、請求項５記載の角速度センサ。
【請求項８】
前記第１延部に位置して前記第１延部の歪を感知する第１感知部と、
前記第１延部で前記第２アームの前記Ｕ字形状において前記第１感知部よりも外周に位置して前記第１延部の歪を感知する第２感知部と、
前記第１対向部に位置して前記第１対向部の歪を感知する第３感知部と、
前記第１対向部で前記第２アームの前記Ｕ字形状において前記第３感知部よりも内周に位置して前記第１対向部の歪を感知する第４感知部と、
を有する感知ユニットをさらに備えた、請求項１記載の角速度センサ。
【請求項９】
第１アームを第２アームに略直交方向に連結して形成した２つの直交アームと、２つの前記第１アームを支持した支持部と、前記支持部に連結するとともに実装基板に固定した固定用アームと、前記第２アームの先端部に連結した錘部とを有する検出素子を備え、
前記第２アームは前記第２アーム自身と対向するまで折曲するとともに前記第２アームの対向方向に前記錘部を駆動振動させる駆動手段を設けており、
前記駆動手段は、前記第２アームの内周部の第１アーム側および外周部の錘部側に配置した第１駆動電極部と、前記第２アームの外周部の第１アーム側および内周部の錘部側に配置した第２駆動電極部とを有する角速度センサ。
【請求項１０】
前記駆動手段は、前記第２アームの内周部の第１アーム側および外周部の錘部側に配置するとともに互いに第１配線によって接続した第１駆動電極部と、前記第２アームの外周部の第１アーム側および内周部の錘部側に配置するとともに互いに第２配線によって接続した第２駆動電極部とを有し、前記第１配線と前記第２配線とを互いに交差させて前記第２アームに配置した請求項９記載の角速度センサ。
【請求項１１】
前記第１駆動電極部および前記第２駆動電極部は、圧電体を介在させた上部電極と下部電極とからなる請求項９記載の角速度センサ。
【請求項１２】
前記第２アームの歪を感知する感知手段を設け、
前記感知手段は、前記第２アームの内周部の第１アーム側および外周部の錘部側に配置した第１感知電極部と、前記第２アームの外周部の第１アーム側および内周部の錘部側に配置した第２感知電極部とを有する請求項９記載の角速度センサ。
【請求項１３】
前記第２アームの歪を感知する感知手段を設け、
前記感知手段は、前記第２アームの内周部の第１アーム側および外周部の錘部側に配置するとともに互いに第１配線によって接続した第１感知電極部と、前記第２アームの外周部の第１アーム側および内周部の錘部側に配置するとともに互いに第２配線によって接続した第２感知電極部とを有し、前記第１配線と前記第２配線とを互いに交差させて前記第２アームに配置した請求項１２記載の角速度センサ。
【請求項１４】
前記第１感知電極部および前記第２感知電極部は、圧電体を介在させた上部電極と下部電極とからなる請求項１２記載の角速度センサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等、各種電子機器に用いる角速度を検出する角速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
角速度センサは、回転に起因するコリオリ力により発生する歪を電気的に検知して、その回転の角速度を検出する。
【０００３】
図５は特許文献１に開示されている従来の角速度センサ５００１の斜視図である。図６は図５に示す角速度センサ５００１の線６−６における断面図である。角速度センサ５００１は、２本のアーム５２と、２本のアーム５２を連結した基部５３とを備えた音さ形状を有する検出素子５１を備える。
【０００４】
アーム５２には、アーム５２を振動させる駆動部５４と、角速度に起因するアーム５２の歪を感知する感知部５５とが配置されている。駆動部５４と感知部５５のそれぞれは、図６に示すように、アーム５２上に設けられた下部電極５８と、下部電極５８上に設けられた圧電体５６と、圧電体５６上に設けられた上部電極５７とを備える。駆動部５４と感知部５５の電極５７、５８からは信号線５９が引き出されて基部５３まで延び、基部５３上に設けられた電極パッド６０に接続されている。電極パッド６０はボンディングワイヤで、角速度センサ５００１を実装する回路基板の配線パターンに電気的に接続されている。
【０００５】
角速度センサ５００１の動作を、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とで構成されたＸＹＺ座標空間で説明する。２つのアーム５２のそれぞれがＺ軸に沿って延び、かつ２つのアーム５２がＸ軸に沿って並ぶように角速度センサ５００１を配置する。駆動部５４に交流電圧を印加してアーム５２をＸ軸に沿って方向５００１Ａに振動させ、Ｚ軸を中心にしてＸ軸とＹ軸と共に角速度センサ５０１を回転させる。この回転に起因してＹ軸に沿って方向５００１Ｂに発生するコリオリ力により、この回転の角速度に応じた大きさの歪がアーム５２に発生する。感知部５５からこの歪に応じた信号を検知することにより、この角速度を検出する。角速度センサ５００１の検出素子５１のアーム５２はＸ軸とＺ軸とを含むＸＺ平面内で振動する。アーム５２の歪はＸＺ平面に直交するＹ軸に沿って発生する。２つのアーム５２の一方と他方とは互いに逆の方向に歪が発生する。すなわち、２つのアーム５２の一方がＹ軸の正の方向に歪む時には、２つのアーム５２の他方はＹ軸の負の方向に歪む。
【０００６】
ＸＹ平面に車両を配置し、角速度センサ５００１を備えたナビゲーション装置では、角速度センサ５００１はその車両のＺ軸を中心として回転する際の角速度を検出する。
【０００７】
検出する角速度の回転軸であるＺ軸に沿ってアーム５２が延びているので、角速度センサ５００１の回転軸の方向のサイズを小さくできない。
【特許文献１】特開２００５−２０１６５２号公報
【発明の開示】
【０００８】
角速度センサは被検出体の角速度を検出する。その角速度センサは、検出素子と駆動ユニットとを備える。検出素子は、支持部と、支持部から延びて被検出体に固定されるように構成された第１アームと、支持部から延びた第２アームと、第２アームに接続された錘部とを有する。第２アームは、支持部から延びる延部と、延部に対向して平行に延びる対向部と、延部と対向部とを連結する連結部とを有して実質的にＵ字形状を有する。錘部は第２アームの対向部に接続される。駆動ユニットは第１から第４駆動部を有する。第１駆動部は、延部に位置して延部を伸び縮みさせる。第２駆動部は、延部で第２アームのＵ字形状において第１駆動部よりも外周に位置して延部を伸び縮みさせる。第３駆動部は、対向部に位置して対向部を伸び縮みさせる。第４駆動部は、対向部で第２アームのＵ字形状において第３駆動部よりも内周に位置して対向部を伸び縮みさせる。
【０００９】
この角速度センサは、検出する角速度の回転軸の方向のサイズを小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明の実施の形態における角速度センサ１００１の斜視図である。角速度センサ１００１は被検出体１５００に固定されて被検出体１５００の回転の角速度を検出する。角速度センサ１００１は、被検出体１５００に固定されるように構成されたシリコン板よりなる検出素子１を備え、検出素子１に設けられた駆動ユニット１７と、検知ユニット１８と、第１感知ユニット１９と、第２感知ユニット２０とをさらに備える。
【００１１】
検出素子１は、支持部６６から延びる第１アーム１０２と、支持部６６から第１アーム１０２に直角に延びる第２アーム１０４と、支持部６６から第１アーム１０２に直角に延びる第３アーム２０４と、支持部６６から第１アーム１０２に直角に延びる第４アーム３０４と、支持部６６から第１アーム１０２に直角に延びる第５アーム４０４と、支持部６６から第１アーム１０２の反対に延びる第６アーム２０２とを備える。第２アーム１０４から第５アーム４０４は実質的にＵ字形状を有し、第２アーム１０４から第５アーム４０４には第１錘部１１１から第４錘部４１１がそれぞれ取り付けられている。第１アーム１０２の端には第７アーム１１０が接続されている。第７アーム１１０の両端には被検出体１５００に固定されるように構成された第１固定部１０９、第３固定部３０９がそれぞれ設けられている。第１アーム１０２と第７アーム１１０と第１固定部１０９と第３固定部３０９は検出素子１を被検出体１５００に固定する第１固定用アーム１０８を構成している。第６アーム２０２の端には第８アーム２１０が接続されている。第８アーム２１０の両端には被検出体１５００に固定されるように構成された第２固定部２０９、第４固定部４０９がそれぞれ設けられている。第６アーム２０２と第８アーム２１０と第２固定部２０９と第４固定部４０９は検出素子１を被検出体１５００に固定する第２固定用アーム２０８を構成している。すなわち、第１アーム１０２と第６アーム２０２は被検出体１５００に固定されるように構成されている。
【００１２】
第２アーム１０４は支持部６６に接続された第１端１０４Ａと、第１錘部１１１に接続された第２端１０４Ｂとを有している。第２アーム１０４は、支持部６６すなわち第１端１０４Ａから延びる第１延部１０４Ｃと、第１延部１０４Ｃと平行に延びてかつ対向している第１対向部１０４Ｅと、第１延部１０４Ｃと第１対向部１０４Ｅを連結する第１連結部１０４Ｄとを有して、実質的にＵ字形状を有する。第１対向部１０４Ｅは、第２アーム１０４の第１錘部１１１に接続された第２端１０４Ｂを有する。第１対向部１０４Ｅは第１固定部１０９に対向している。
【００１３】
第４アーム３０４は支持部６６に接続された第１端３０４Ａと、第３錘部３１１に接続された第２端３０４Ｂとを有している。第４アーム３０４は、支持部６６すなわち第１端３０４Ａから延びる第３延部３０４Ｃと、第３延部３０４Ｃと平行に延びてかつ対向している第３対向部３０４Ｅと、第３延部３０４Ｃと第３対向部３０４Ｅを連結する第３連結部３０４Ｄとを有して、実質的にＵ字形状を有する。第３対向部３０４Ｅは、第４アーム３０４の第３錘部３１１に接続された第２端３０４Ｂを有する。第３対向部３０４Ｅは第２固定部２０９に対向している。
【００１４】
第２アーム１０４の第１延部１０４Ｃと第４アーム３０４の第３延部３０４Ｃは支持部６６から互いに隣り合って平行に延びている。第２アーム１０４の第１連結部１０４Ｄと第４アーム３０４の第３連結部３０４Ｄは第１延部１０４Ｃと第３延部３０４Ｃからそれぞれ互いに反対方向に延びる。
【００１５】
第３アーム２０４は支持部６６に接続された第１端２０４Ａと、第２錘部２１１に接続された第２端２０４Ｂとを有している。第３アーム２０４は、支持部６６すなわち第１端２０４Ａから延びる第２延部２０４Ｃと、第２延部２０４Ｃと平行に延びてかつ対向している第２対向部２０４Ｅと、第２延部２０４Ｃと第２対向部２０４Ｅを連結する第２連結部２０４Ｄとを有して、実質的にＵ字形状を有する。第２対向部２０４Ｅは、第３アーム２０４の第２錘部２１１に接続された第２端２０４Ｂを有する。第２対向部２０４Ｅは第３固定部３０９に対向している。
【００１６】
第５アーム４０４は支持部６６に接続された第１端４０４Ａと、第４錘部４１１に接続された第２端４０４Ｂとを有している。第５アーム４０４は、支持部６６すなわち第１端４０４Ａから延びる第４延部４０４Ｃと、第４延部４０４Ｃと平行に延びてかつ対向している第４対向部４０４Ｅと、第４延部４０４Ｃと第４対向部４０４Ｅを連結する第４連結部４０４Ｄとを有して、実質的にＵ字形状を有する。第４対向部４０４Ｅは、第５アーム４０４の第４錘部４１１に接続された第２端４０４Ｂを有する。第４対向部４０４Ｅは第４固定部４０９に対向している。
【００１７】
第３アーム２０４の第２延部２０４Ｃと第５アーム４０４の第４延部４０４Ｃは支持部６６から互いに隣り合って平行に延びている。第３アーム２０４の第２連結部２０４Ｄと第５アーム４０４の第４連結部４０４Ｄは第３アーム２０４の第２延部２０４Ｃと第５アーム４０４の第４延部４０４Ｃからそれぞれ互いに反対方向に延びる。
【００１８】
第１延部１０４Ｃを有する第２アーム１０４には駆動ユニット１７が設けられている。第１延部１０４Ｃに対向して平行に延びる第３延部３０４Ｃを有する第４アーム３０４には検知ユニット１８が設けられている。第２延部２０４Ｃを有する第３アーム２０４には第３アーム２０４の歪を感知する第１感知ユニット１９が設けられている。第２延部２０４Ｃに対向して平行に延びる第４延部４０４Ｃを有する第５アーム４０４には、第５アーム４０４の歪を感知する第２感知ユニット２０が設けられている。
【００１９】
駆動ユニット１７は第２アーム１０４の第２端１０４Ｂに接続された第１錘部１１１を振動させる。駆動ユニット１７は、第１駆動部１１７Ａと第２駆動部１１７Ｂと第３駆動部２１７Ｂと第４駆動部２１７Ａとを有する。第１駆動部１１７Ａと第２駆動部１１７Ｂとは第２アーム１０４の第１延部１０４Ｃに設けられている。第１駆動部１１７Ａは第２アーム１０４のＵ字形状において内周に位置している。第２駆動部１１７Ｂは、第１駆動部１１７ＡよりＵ字形状において外周に位置する。第３駆動部２１７Ｂと第４駆動部２１７Ａとは第２アーム１０４の第１対向部１０４Ｅに設けられている。第３駆動部２１７Ｂは第２アーム１０４のＵ字形状において外周に位置している。第４駆動部２１７Ａは、第３駆動部２１７ＢよりもＵ字形状において内周に位置する。第１駆動部１１７Ａは第１配線１２１Ａによって第３駆動部２１７Ｂと電気的に接続されている。第２駆動部１１７Ｂは第２配線１２１Ｂによって第４駆動部２１７Ａに電気的に接続されている。第１配線１２１Ａと第２配線１２１Ｂは互いに交差して第２アーム１０４に配置されている。第１駆動部１１７Ａと第２駆動部１１７Ｂは互いに対向している。第３駆動部２１７Ｂと第４駆動部２１７Ａは互いに対向している。
【００２０】
検知ユニット１８は第４アーム３０４の第２端３０４Ｂに接続された第３錘部３１１の振動、すなわち第４アーム３０４の振動を検知する。検知ユニット１８は、第１検知部１１８Ａと第２検知部１１８Ｂと第３検知部２１８Ｂと第４検知部２１８Ａとを有する。第１検知部１１８Ａと第２検知部１１８Ｂとは第４アーム３０４の第３延部３０４Ｃに設けられている。第１検知部１１８Ａは第４アーム３０４のＵ字形状において内周に位置している。第２検知部１１８Ｂは、第１検知部１１８ＡよりＵ字形状において外周に位置する。第３検知部２１８Ｂと第４検知部２１８Ａとは第４アーム３０４の第３対向部３０４Ｅに設けられている。第３検知部２１８Ｂは第４アーム３０４のＵ字形状において外周に位置している。第４検知部２１８Ａは、第３検知部２１８ＢよりもＵ字形状において内周に位置する。第１検知部１１８Ａは第５配線２２１Ａによって第３検知部２１８Ｂと電気的に接続されている。第２検知部１１８Ｂは第６配線２２１Ｂによって第４検知部２１８Ａに電気的に接続されている。第５配線２２１Ａと第６配線２２１Ｂは互いに交差して第４アーム３０４に配置されている。第１検知部１１８Ａと第２検知部１１８Ｂは互いに対向している。第３検知部２１８Ｂと第４検知部２１８Ａは互いに対向している。
【００２１】
第１感知ユニット１９は第３アーム２０４の第２端２０４Ｂに接続された第２錘部２１１に発生するコリオリ力に起因する第３アーム２０４の歪を感知する。第１感知ユニット１９は、第１感知部１１９Ａと第２感知部１１９Ｂと第３感知部２１９Ｂと第４感知部２１９Ａとを有する。第１感知部１１９Ａと第２感知部１１９Ｂとは第３アーム２０４の第２延部２０４Ｃに設けられている。第１感知部１１９Ａは第３アーム２０４のＵ字形状において内周に位置している。第２感知部１１９Ｂは、第１感知部１１９ＡよりＵ字形状において外周に位置する。第３感知部２１９Ｂと第４感知部２１９Ａとは第３アーム２０４の第２対向部２０４Ｅに設けられている。第３感知部２１９Ｂは第３アーム２０４のＵ字形状において外周に位置している。第４感知部２１９Ａは、第３感知部２１９ＢよりもＵ字形状において内周に位置する。第１感知部１１９Ａは第３配線３２１Ａによって第３感知部２１９Ｂと電気的に接続されている。第２感知部１１９Ｂは第４配線３２１Ｂによって第４感知部２１９Ａに電気的に接続されている。第３配線３２１Ａと第４配線３２１Ｂは互いに交差して第３アーム２０４に配置されている。第１感知部１１９Ａと第２感知部１１９Ｂは互いに対向している。第３感知部２１９Ｂと第４感知部２１９Ａは互いに対向している。
【００２２】
第２感知ユニット２０は第５アーム４０４の第２端４０４Ｂに接続された第４錘部４１１に発生するコリオリ力に起因する第５アーム４０４の歪を感知する。第２感知ユニット２０は、第５感知部１２０Ａと第６感知部１２０Ｂと第７感知部２２０Ｂと第８感知部２２０Ａとを有する。第５感知部１２０Ａと第６感知部１２０Ｂとは第５アーム４０４の第４延部４０４Ｃに設けられている。第５感知部１２０Ａは第５アーム４０４のＵ字形状において内周に位置している。第６感知部１２０Ｂは、第５感知部１２０ＡよりＵ字形状において外周に位置する。第７感知部２２０Ｂと第８感知部２２０Ａとは第５アーム４０４の第４対向部４０４Ｅに設けられている。第７感知部２２０Ｂは第５アーム４０４のＵ字形状において外周に位置している。第８感知部２２０Ａは、第７感知部２２０ＢよりもＵ字形状において内周に位置する。第５感知部１２０Ａは第７配線４２１Ａによって第７感知部２２０Ｂと電気的に接続されている。第６感知部１２０Ｂは第８配線４２１Ｂによって第８感知部２２０Ａに電気的に接続されている。第７配線４２１Ａと第８配線４２１Ｂは互いに交差して第５アーム４０４に配置されている。第５感知部１２０Ａと第６感知部１２０Ｂは互いに対向している。第７感知部２２０Ｂと第８感知部２２０Ａは互いに対向している。
【００２３】
図２は図１に示す角速度センサ１００１の線２−２における断面図である。駆動部１１７Ａ、１１７Ｂ、２１７Ａ、２１７Ｂと検知部１１８Ａ，１１８Ｂ、２１８Ａ、２１８Ｂと感知部１１９Ａ、１１９Ｂ、２１９Ａ、２１９Ｂ、１２０Ａ、１２０Ｂ、２２０Ａ、２２０Ｂは、検出素子１（アーム１０４〜４０４）上に設けられた下部電極１４と、下部電極１４上に設けられた圧電体１３と、圧電体１３上に設けられた上部電極１５よりなる。下部電極１４は、検出素子１となるシリコン板上にＰｔを高周波スパッタ法で付着させて形成する。圧電体１３は、下部電極１４上にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を高周波スパッタ法で付着させて形成する。上部電極１５は、圧電体１３上にＡｕを蒸着させて形成する。上部電極１５と下部電極１４は固定部１０９、２０９、３０９、４０９上にそれぞれ設けられた端子９１〜９４に接続されている。すなわち、駆動部１１７Ａ、１１７Ｂ、２１７Ａ、２１７Ｂの上部電極１５と下部電極１４は、第１固定部１０９上に設けられた端子９１に接続されている。検知部１１８Ａ、１１８Ｂ、２１８Ａ、２１８Ｂの上部電極１５と下部電極１４は、第２固定部２０９上に設けられた端子９２に接続されている。第１感知部１１９Ａ、１１９Ｂ、２１９Ａ、２１９Ｂの上部電極１５と下部電極１４は、第３固定部３０９上に設けられた端子９３に接続されている。感知部１２０Ａ、１２０Ｂ、２２０Ａ、２２０Ｂの上部電極１５と下部電極１４は、第４固定部４０９上に設けられた端子９４に接続されている。
【００２４】
以下に、角速度センサ１００１の動作を説明する。図３は角速度センサ１００１の動作を示す斜視図である。端子９１〜９４は検出回路３０１に接続される。固定部１０９、２０９、３０９、４０９は回転する被検出体１５００に固定されている。支持部６６は被検出体１５００には固定されていない。
【００２５】
角速度センサ１００１の向きを互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸よりなるＸＹＺ座標空間で定義する。第１アーム１０２と支持部６６と第６アーム２０２は実質的に一直線上に配置されている。支持部６６をＸＹＺ座標空間の原点に位置させ、第１アーム１０２と第６アーム２０２をそれぞれＸ軸の正方向と負方向に延びるように配置した場合、第２アーム１０４と第４アーム３０４はＹ軸の正方向に延び、第３アーム２０４と第５アーム４０４はＹ軸の負方向に延びて配置される。
【００２６】
第１錘部１１１が接続された第２アーム１０４と、第３錘部３１１が接続された第４アーム３０４と、第２錘部２１１が接続された第３アーム２０４と、第４錘部４１１が接続された第５アーム４０４とは同じ共振周波数を有してその共振周波数でＸＹ平面内にて振動する。
【００２７】
検出回路３０１が端子９１を介して駆動ユニット１７の第１駆動部１１７Ａと第２駆動部１１７Ｂと第３駆動部２１７Ｂと第４駆動部２１７Ａの上部電極１５と下部電極１４に共振周波数の交流電圧を印加する。これにより駆動部１１７Ａ、１１７Ｂ，２１７Ａ，２１７Ｂが第１延部１０４Ｃと第１対向部１０４Ｅを部分的に伸縮させて第２アーム１０４を振動させ、第１錘部１１１を振動させる。支持部６６は被検出体１５００に固定されていないので振動できる。第１錘部１１１が振動すると支持部６６が振動して、支持部６６を介してアーム２０４、３０４、４０４にその振動が伝播して錘部２１１、３１１、４１１が共振周波数で振動する。そのとき、被検出体１５００が回転しているとその回転の角速度に応じて第２錘部２１１と第４錘部４１１にコリオリ力が発生して第３アーム２０４と第５アーム４０４に歪を発生させる。第１感知ユニット１９（第１感知部１１９Ａ、第２感知部１１９Ｂ、第３感知部２１９Ｂ、第４感知部２１９Ａ）と第２感知ユニット２０（第５感知部１２０Ａ、第６感知部１２０Ｂ、第７感知部２２０Ｂ、第８感知部２２０Ａ）は、第３アーム２０４と第５アーム４０４に発生した歪に応じた電圧をそれぞれ出力する。検出回路３０１はこの電圧に基づき被検出体１５００の角速度を検出する。
【００２８】
以下に検出素子１の振動について詳細に説明する。検出回路３０１は、互いに第１配線１２１Ａで接続された第１駆動部１１７Ａと第３駆動部２１７Ｂの上部電極１５と下部電極１４の間に共振周波数の交流電圧を印加する。これにより、第１駆動部１１７Ａと第３駆動部２１７Ｂは第１延部１０４Ｃの内周と第１対向部の外周をそれぞれ同時に伸ばしてかつ同時に縮ませる。検出回路３０１は、互いに第２配線１２１Ｂで接続された第２駆動部１１７Ｂと第４駆動部２１７Ａの上部電極１５と下部電極１４の間に、第１駆動部１１７Ａと第３駆動部２１７Ｂに印加した交流電圧と逆位相の共振周波数の交流電圧を印加する。これにより、第１駆動部１１７Ａと第３駆動部２１７Ｂが第１延部１０４Ｃの内周と第１対向部の外周をそれぞれ同時に縮ませているときに、第２駆動部１１７Ｂと第４駆動部２１７Ａは第１延部１０４Ｃの外周と第１対向部の内周をそれぞれ同時に伸ばす。また、第１駆動部１１７Ａと第３駆動部２１７Ｂが第１延部１０４Ｃの内周と第１対向部の外周をそれぞれ同時に伸ばしているときに、第２駆動部１１７Ｂと第４駆動部２１７Ａは第１延部１０４Ｃの外周と第１対向部の内周をそれぞれ同時に縮ませる。これにより第１錘部１１１はＸ軸に平行な方向１１１Ａ、１１１Ｂに大きな振幅で振動する。この振動は支持部６６を介して第３錘部３１１と第２錘部２１１と第４錘部４１１に伝播し、第３錘部３１１をそれぞれＸ軸に平行な方向３１１Ａ、３１１Ｂに振動させ、第２錘部２１１をそれぞれＸ軸に平行な方向２１１Ａ、２１１Ｂに振動させ、かつ、第４錘部４１１をそれぞれＸ軸に平行な方向４１１Ａ、４１１Ｂに振動させる。
【００２９】
第３錘部３１１が方向３１１Ａ、３１１Ｂに振動すると、第４アーム３０４に設けられた検知ユニット１８の第１検知部１１８Ａと第２検知部１１８Ｂと第３検知部２１８Ｂと第４検知部２１８Ａはその振動に応じた電圧を端子９２に出力する。検出回路３０１はこの電圧に基づいて端子９１に印加する電圧すなわち第２アーム１０４と第１錘部１１１を振動させる電圧を制御し、第１錘部１１１が一定の振幅で振動させる。
【００３０】
第２錘部２１１が振動して方向２１１Ａ、２１１Ｂに移動しているときに、第２アーム１０４が第４アーム３０４に近づく方向６０１ＡにＺ軸を中心に角速度センサ１００１が回転すると、第２錘部２１１にはそれぞれＹ軸に平行な方向２１１Ｃ、２１１Ｄにこの回転の角速度に応じた大きさのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により、第３アーム２０４の第１感知部１１９Ａと第３感知部２１９Ｂが第３アーム２０４の縮みを感知し、第２感知部１１９Ｂと第４感知部２１９Ａが第３アーム２０４の伸びを感知する。感知部１１９Ａ、１１９Ｂ、２１９Ａ、２１９Ｂは感知した第３アーム２０４の伸び縮みに応じた電圧を端子９３に出力する。
【００３１】
同様に、第４錘部４１１が振動して方向４１１Ａ、４１１Ｂに移動しているときに、第２アーム１０４が第４アーム３０４に近づく方向にＺ軸を中心に角速度センサ１００１が回転すると、第４錘部４１１にはそれぞれＹ軸に平行な方向４１１Ｃ、４１１Ｄにこの回転の角速度に応じた大きさのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により、第５アーム４０４の第５感知部１２０Ａと第７感知部２２０Ｂが第５アーム４０４の縮みを感知し、第６感知部１２０Ｂと第８感知部２２０Ａが第５アーム４０４の伸びを感知する。感知部１２０Ａ、１２０Ｂ、２２０Ａ、２２０Ｂは感知した第５アーム４０４の伸び縮みに応じた電圧を端子９４に出力する。
【００３２】
第２錘部２１１が振動して方向２１１Ａ、２１１Ｂに移動しているときに、第４アーム３０４が第２アーム１０４に近づく方向にＺ軸を中心に角速度センサ１００１が回転すると、第２錘部２１１には方向２１１Ｃ、２１１Ｄと反対の方向にこの回転の角速度に応じた大きさのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により、第３アーム２０４の第１感知部１１９Ａと第３感知部２１９Ｂが第３アーム２０４の伸びを感知し、第２感知部１１９Ｂと第４感知部２１９Ａが第３アーム２０４の縮みを感知する。感知部１１９Ａ、１１９Ｂ、２１９Ａ、２１９Ｂは感知した第３アーム２０４の伸び縮みに応じた電圧を端子９３に出力する。
【００３３】
同様に、第４錘部４１１が振動して方向４１１Ａ、４１１Ｂに移動しているときに、第４アーム３０４が第２アーム１０４に近づく方向６０１ＢにＺ軸を中心に角速度センサ１００１が回転すると、第４錘部４１１には方向４１１Ｃ、４１１Ｄの反対方向にこの回転の角速度に応じた大きさのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により、第５アーム４０４の第５感知部１２０Ａと第７感知部２２０Ｂが第５アーム４０４の伸びを感知し、第６感知部１２０Ｂと第８感知部２２０Ａが第５アーム４０４の縮みを感知する。感知部１２０Ａ、１２０Ｂ、２２０Ａ、２２０Ｂは感知した第５アーム４０４の伸び縮みに応じた電圧を端子９４に出力する。
【００３４】
検出回路３０１は、端子９３、９４から出力された電圧から角速度センサ１００１のＺ軸を中心とする回転の角速度を検出する。
【００３５】
角速度センサ１００１がＹ軸を中心にして方向６０１Ｃに回転した場合は、錘部１１１、２１１、３１１、４１１は方向１１１Ａ、１１１Ｂ、２１１Ａ、２１１Ｂ、３１１Ａ、３１１Ｂ、４１１Ａ、４１１ＢとＹ軸との直角の方向１１１Ｅ、１１１Ｆ、２１１Ｅ、２１１Ｅ、２１１Ｆ、３１１Ｅ、３１１Ｆ、４１１Ｅ、４１１Ｆにコリオリ力が発生する。第２錘部２１１と第４錘部４１１にはこのコリオリ力により変位し、第３アーム２０４と第５アーム４０４は部分的に伸び縮みする。感知部１１９Ａ、１１９Ｂ、１２０Ａ、１２０Ｂ、２１９Ａ、２１９Ｂ、２２０Ａ、２２０Ｂはこの伸び縮みに応じた電圧を端子９３、９４に出力する。検出回路３０１は端子９３、９４から出力された電圧から、Ｙ軸を中心とする角速度センサ１００１の回転の角速度を検出する。
【００３６】
角速度センサ１００１では、アーム１０２、１０４、２０４、３０４、４０４、２０２がすべて角速度を検出する回転軸であるＺ軸と直角の方向に延びてＺ軸と平行な方向には延びていない。したがって、角速度センサ１００１の回転軸の方向のサイズを小さくすることができる。
【００３７】
Ｕ字形状を有する第２アーム１０４に設けられた駆動ユニット１７は、Ｕ字形状における第１延部１０４Ｃの内周と第１対向部１０４Ｅの外周とを同時に伸び縮みさせ、第１延部１０４Ｃの外周と第１対向部１０４Ｅの内周とを同時に伸び縮みさせる。特に、駆動ユニット１７は、第１延部１０４Ｃの内周と第１対向部１０４Ｅの外周とを同時に伸ばしているときには第１延部１０４Ｃの外周と第１対向部１０４Ｅの内周とを同時に縮ませ、第１延部１０４Ｃの内周と第１対向部１０４Ｅの外周とを同時に縮ませているときには、第１延部１０４Ｃの外周と第１対向部１０４Ｅの内周とを同時に伸ばす。これらの伸び縮みを繰り返すことにより、駆動ユニット１７は第１錘部１１１を第１延部１０４Ｃと第１対向部１０４Ｅに直角の方向１１１Ａ、１１１Ｂに大きく振動させることができる。
【００３８】
第２アーム１０４のＵ字形状において第１延部１０４Ｃと第１対向部１０４Ｅの内周と外周が上記と逆の方向に伸び縮する、すなわち、第１延部１０４Ｃの内周と第１対向部１０４Ｅの内周とを同時に伸び縮みさせ、第１延部１０４Ｃの外周と第１対向部１０４Ｅの外周とが同時に伸び縮みする場合は、第２アーム１０４に第１錘部１１１を巻き込むように振動させる。すなわち第１延部１０４Ｃと第１対向部１０４Ｅが互いに逆の方向に第１錘部１１１を移動させようとするので、大きな振幅で第１錘部１１１を大きな振幅で振動させることができない。
【００３９】
第１配線１２１Ａと第５配線１２２Ａと第３配線２２１Ａと第７配線４２１Ａが、第２配線１２１Ｂと第６配線１２２Ｂと第４配線２２１Ｂと第８配線２２２Ｂと第２アーム１０４と第４アーム３０４と第３アーム２０４と第５アーム４０４上でそれぞれ交差させて配置している。したがってこれらの配線を設置する面積を小さくすることができ、アーム１０４、２０４、３０４、４０４の幅を小さくして角速度センサ１００１の小型化を図ることができる。
【００４０】
図４は、実施の形態における他の角速度センサ１００２の斜視図である。図４において、図１〜図３に示す角速度センサ１００１と同じ部分には同じ参照番号を付して、その説明を省略する。図４に示す角速度センサ１００２は、図１に示す角速度センサの第１感知ユニット１９と第２感知ユニット２０の代わりに、第２アーム１０４と第４アーム３０４にそれぞれ設けられた感知ユニット３９と感知ユニット４０とをそれぞれ備える。感知ユニット３９、４０は感知ユニット１９、２０と同じ構造を有する。感知ユニット３９と感知ユニット４０は、第２アーム１０４と第４アーム３０４の駆動ユニット１７と検知ユニット１８が設けられている面の反対側の面に設けられている。Ｚ軸とＹ軸を中心とする回転の角速度により発生したコリオリ力による歪は第２アーム１０４と第４アーム３０４にも発生する。したがって、感知ユニット３９、４０は図１と図３に示す感知ユニット１９、２０と同様に、回転の角速度により発生したコリオリ力による第２アーム１０４と第４アーム３０４の歪を感知することができ、同様の効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明における角速度センサは、検出する角速度の回転軸の方向のサイズを小さくすることができ、各種小型電子機器に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態における角速度センサの斜視図
【図２】図１に示す角速度センサの線２−２における断面図
【図３】実施の形態における角速度センサの動作を示す斜視図
【図４】実施の形態における他の角速度センサの斜視図
【図５】従来の角速度センサの斜視図
【図６】図５に示す角速度センサの線６−６における断面図
【符号の説明】
【００４３】
１    検出素子
１３    圧電体
１４    下部電極
１５    上部電極
１７    駆動ユニット
１９    感知ユニット
３９    感知ユニット
６６    支持部
１０２    第１アーム
１０４    第２アーム
１０４Ｃ    第１延部
１０４Ｄ    第１連結部
１０４Ｅ    第１対向部
１１１    第１錘部
１１７Ａ    第１駆動部
１１７Ｂ    第２駆動部
１１９Ａ    第１感知部
１１９Ｂ    第２感知部
１２１Ａ    第１配線
１２１Ｂ    第２配線
２１７Ａ    第４駆動部
２１７Ｂ    第３駆動部
２１９Ａ    第４感知部
２１９Ｂ    第３感知部
２０４    第３アーム
２０４Ｃ    第２延部
２０４Ｄ    第２連結部
２０４Ｅ    第２対向部
２１１    第２錘部
３２１Ａ    第３配線
３２１Ｂ    第４配線
１００１    角速度センサ
１００２    角速度センサ
１５００    被検出体
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【国際調査報告】
2008035683.tif 000015
2008035683.tif 000016
2008035683.tif 000017