(57)【要約】  慣性力センサは、保持体と、支持部と、支持部から互いに反対の方向に延びて保持体に結合する第１と第２のアームと、支持部から延びるＵ次形状を実質的に有する第３から第６のアームと、第３から第６のアームにそれぞれ接続された第１から第４の錘部と、第１から第４の錘部をそれぞれ振動させる第１から第４の駆動電極と、第１から第４の錘部に加えられた角速度により第３のアームに生じる歪みを検出する感知電極とを備える。第２と第３のアームは第１と第４のアームと反対の方向に振動する。この慣性力センサは所定の軸の周りの角速度を検出する場合でも、その軸に沿った高さを小さくすることができる。
2009044522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
慣性力を検出する検出素子を備え、
前記検出素子は、
第１のアームと、
前記第１のアームに直角な第２のアームと、
前記第１のアームを支持する支持部と、
前記第２のアームにそれぞれ連結した錘部と、
を有し、
互いに直交するＸ軸とＹ軸とＺ軸において、前記第１のアームをＸ軸方向に配置するとともに前記第２のアームをＹ軸方向に配置し、
前記第２のアームは、前記支持部に連結した一端と、前記錘部にそれぞれ連結した他端とをそれぞれ有し、
前記第２のアームは、前記第２のアームの前記他端が前記第２アーム自身と対向するまで外方側に折曲された形状を有し、
前記第２のアームをＸ軸方向に振動させるとともに、
前記第２のアームのうちＸ軸の正側に配置された第２のアームは互いに逆方向に振動させ、
前記第２のアームのうちのＸ軸の負側に配置された第２のアームは互いに逆方向に振動させ、
前記第２のアームのうちのＹ軸の正側に配置された前記第２のアームは互いに逆方向に振動させ、角速度に起因した前記第２のアームの歪を感知して角速度を検出する慣性力センサ。
【請求項２】
Ｙ軸周りの角速度に起因したＺ軸方向の前記第２のアームの歪を感知してＹ軸周りの角速度を検出する、または、Ｚ軸周りの角速度に起因したＹ軸方向の前記第２のアームの歪を感知してＺ軸周りの角速度を検出する、請求項１記載の慣性力センサ。
【請求項３】
前記第１のアームの厚みを前記第２のアームよりも薄くして、加速度に起因した前記第１のアームの歪を感知して加速度を検出する、請求項１記載の慣性力センサ。
【請求項４】
Ｙ軸方向の加速度に起因したＺ軸方向の前記第１のアームの歪を感知してＹ軸方向の加速度を検出する、または、Ｚ軸方向の加速度に起因したＺ軸方向の前記第１のアームの歪を感知してＺ軸方向の加速度を検出する、請求項３記載の慣性力センサ。
【請求項５】
前記錘部と対向する対向基板を配置するとともに前記錘部と前記対向基板の各々の対向面に対向電極を配置し、前記第１のアームの厚みを前記第２のアームよりも薄くして、加速度に起因した前記対向電極間の静電容量変化を感知して加速度を検出する、請求項１記載の慣性力センサ。
【請求項６】
Ｙ軸方向の加速度に起因したＺ軸方向の前記対向電極間の静電容量変化を感知してＹ軸方向の加速度を検出する、または、Ｚ軸方向の加速度に起因したＺ軸方向の前記対向電極間の静電容量変化を感知してＺ軸方向の加速度を検出する、請求項５記載の慣性力センサ。
【請求項７】
保持体と、
支持部と、
前記支持部から第１の軸に沿って延びて前記保持体に結合する第１のアームと、
前記支持部から前記第１の軸に沿って前記第１のアームと反対の方向に延びて前記保持体に結合する第２のアームと、
前記第１の軸と直角の第２の軸に沿って前記支持部から延びる第１の延部と、
前記第１の延部から前記第１の軸に沿って延びる第１の結合部と、
前記第１の延部が前記支持部から延びる方向と逆の方向に前記第１の結合部から前記第２の軸に沿って延びる第２の延部と、
を有するＵ字形状を実質的に有する第３のアームと、
前記第３のアームの前記第２の延部に接続された第１の錘部と、
前記第３のアームの前記第１の延部が前記支持部から延びる前記方向と同じ方向に前記第２の軸に沿って前記支持部から延びる第３の延部と、
前記第３のアームの前記第１の結合部が前記第１の延部から延びる方向と逆の方向に前記第３の延部から前記第１の軸に沿って延びる第２の結合部と、
前記第３の延部が前記支持部から延びる方向と逆の方向に前記第２の結合部から前記第２の軸に沿って延びる第４の延部と、
を有するＵ字形状を実質的に有する第４のアームと、
前記第４のアームの前記第４の延部に接続された第２の錘部と、
前記第３のアームの前記第１の延部が前記支持部から延びる前記方向と逆の方向に前記第２の軸に沿って前記支持部から延びる第５の延部と、
前記第３のアームの前記第１の結合部が前記第１の延部から延びる方向と同じ方向に前記第５の延部から前記第１の軸に沿って延びる第３の結合部と、
前記第５の延部が前記支持部から延びる方向と逆の方向に前記第３の結合部から前記第２の軸に沿って延びる第６の延部と、
を有するＵ字形状を実質的に有する第５のアームと、
前記第５のアームの前記第６の延部に接続された第３の錘部と、
前記第５のアームの前記第５の延部が前記支持部から延びる前記方向と同じ方向に前記第２の軸に沿って前記支持部から延びる第７の延部と、
前記第５のアームの前記第３の結合部が前記第５の延部から延びる方向と逆の方向に前記第７の延部から前記第１の軸に沿って延びる第４の結合部と、
前記第７の延部が前記支持部から延びる方向と逆の方向に前記第４の結合部から前記第２の軸に沿って延びる第８の延部と、
を有するＵ字形状を実質的に有する第６のアームと、
前記第６のアームの前記第８の延部に接続された第４の錘部と、
前記第１の錘部を前記第１の軸に沿って振動させる、前記第３のアームに設けられた第１の駆動電極と、
前記第２の錘部を前記第１の錘部と反対の方向に変位させるように前記第１の軸に沿って振動させる第２の駆動電極と、
前記第３の錘部を前記第１の錘部と反対の方向に変位させるように前記第１の軸に沿って振動させる第３の駆動電極と、
前記第４の錘部を前記第１の錘部と同じ方向に変位させるように前記第１の軸に沿って振動させる第４の駆動電極と、
前記第１の錘部に加えられた角速度により前記第３のアームに生じる歪みを検出する第１の感知電極と、
を備えた慣性力センサ。
【請求項８】
前記角速度は前記第２の軸の周りに加えられ、
前記加速度により前記第３のアームに前記歪みは前記第１の軸と前記第２の軸とに直角の第３の軸に沿って発生する、請求項７記載の慣性力センサ。
【請求項９】
前記角速度は前記第１の軸と前記第２の軸とに直角の第３の軸の周りに加えられ、
前記角速度により前記第３のアームに前記歪みは前記第２の軸に沿って発生する、請求項７に記載の慣性力センサ。
【請求項１０】
前記第１の錘部と前記第２の錘部と前記第３の錘部と前記第４の錘部とに加えられた加速度により前記第１のアームに発生する歪みを感知する、前記第１のアームに設けられた第２の感知電極をさらに備えた、請求項７に記載の慣性力センサ。
【請求項１１】
前記第１のアームと前記第２のアームは、前記第３のアームと前記第４のアームと前記第５のアームと前記第６のアームよりも薄い、請求項１０に記載の慣性力センサ。
【請求項１２】
前記加速度は前記第２の軸に沿って前記第１の錘部と前記第２の錘部と前記第３の錘部と前記第４の錘部とに加えられ、
前記加速度により前記第１のアームの前記歪みは前記第２の軸に沿って発生する、請求項１１に記載の慣性力センサ。
【請求項１３】
前記加速度は前記第１の軸と前記第２の軸とに直角の第３の軸に沿って前記第１の錘部と前記第２の錘部と前記第３の錘部と前記第４の錘部とに加えられ、
前記加速度により前記第１のアームに前記歪みは前記第３の軸に沿って発生する、請求項１１に記載の慣性力センサ。
【請求項１４】
前記第１の錘部は前記第１の軸と前記第２の軸とに直角の第３の軸に直角の面を有しており、
前記第１の錘部の前記面に設けられた第１の対向電極と、
前記第１の対向電極に対向する第２の対向電極と、
を有して第１の静電容量を形成する第１の対向電極部をさらに備え、
前記第１の静電容量により前記第１の錘部に加えられた加速度を検出する、請求項７記載の慣性力センサ。
【請求項１５】
前記加速度は前記第３の軸に沿って前記第１の錘部に加えられている、請求項１４に記載の慣性力センサ。
【請求項１６】
前記第３の錘部は前記第３の軸に直角の面を有しており、
前記第３の錘部の前記面に設けられた第３の対向電極と、
前記第３の対向電極に対向する第４の対向電極と、
を有して第２の静電容量を形成する第２の対向電極部をさらに備え、
前記第１の静電容量と前記第２の静電容量により前記第１の錘部に加えられた加速度を検出する、請求項１４記載の慣性力センサ。
【請求項１７】
前記加速度は前記第２の軸に沿って前記第１の錘部に加えられている、請求項１６に記載の慣性力センサ。
【請求項１８】
前記第１のアームと前記第２のアームは、前記第３のアームと前記第４のアームと前記第５のアームと前記第６のアームよりも薄い、請求項１４に記載の慣性力センサ。
【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られる、慣性力により角速度や加速度を検出する慣性力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の慣性力センサである角速度センサは、音さ形状やＨ形状やＴ形状等の各種形状を有する検出素子を振動させ、その素子に加えられた角速度により発生するコリオリ力による検出素子の歪を電気的に検知して角速度を検出する。【０００３】
図１１は特許文献１に記載されている従来の角速度センサの検出素子５１の斜視図である。図１２は図１１に示す検出素子５１の線１２−１２における断面図である。検出素子５１は、２本のアーム５２と、アーム５２を連結する基部５３とを有する音さ形状を有する。【０００４】
アーム５２には、アーム５２を駆動して振動させる駆動電極５４や、角速度に起因するアーム５２の歪を感知する感知電極５５が配置されている。駆動電極５４や感知電極５５は、圧電体５６を介在させた上部電極５７と下部電極５８から形成されている。駆動電極５４および感知電極５５からは信号線５９が基部５３に設けられた電極パッド６０まで引き出されている。電極パッド６０からボンディングワイヤ等を介して検出素子５１を実装する実装基板の配線パターンに電気的に接続されている。【０００５】
従来の角速度センサをナビゲーション装置に用いる場合には、互いに略直交したＸ軸とＹ軸とＺ軸において、例えばＸ軸とＹ軸とを含むＸＹ平面に車両を配置する。角速度センサは車両のＺ軸の周りの角速度を検出する。このような角速度センサでは、Ｚ軸に平行にアーム５２が延びるように検出素子５１を配置する。駆動電極５４によりアーム５２を駆動してＸ軸に沿って方向５２Ａに振動させ、Ｚ軸の周りの角速度に起因してアーム５２に発生する歪を感知電極５５で感知することにより、Ｚ軸の周りの角速度を検出する。アーム５２はＸ軸とＺ軸を含むＸＺ平面で振動し、Ｚ軸の周りの角速度によりアーム５２がＸＺ平面に直角なＹ軸に沿って歪む。また、アーム５２のうちの一方は他方と反対の方向に振動している。したがって、角速度により方向５２Ｂに発生するコリオリ力により、アーム５２のうちの一方は他方と逆の方向に歪む。【０００６】
従来の角速度センサの検出素子５１は、Ｚ軸の周りの角速度を検出するためにアーム５２をＺ軸に沿って延びるように配置する必要があり、角速度センサのＺ軸方向の高さを小さくすることが困難である。
【特許文献１】特開２００５−２０１６５２号公報
【発明の開示】
【０００７】
慣性力センサは、保持体と、支持部と、支持部から互いに反対の方向に延びて保持体に結合する第１と第２のアームと、支持部から延びるＵ次形状を実質的に有する第３から第６のアームと、第３から第６のアームにそれぞれ接続された第１から第４の錘部と、第１から第４の錘部をそれぞれ振動させる第１から第４の駆動電極と、第１から第４の錘部に加えられた角速度により第３のアームに生じる歪みを検出する感知電極とを備える。第２と第３のアームは第１と第４のアームと反対の方向に振動する。
【０００８】
この慣性力センサは所定の軸の周りの角速度を検出する場合でも、その軸に沿った高さを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａ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１Ｂ】図１Ｂは図１Ａに示す角速度センサの裏面斜視図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは実施の形態における角速度センサの駆動電極と感知電極の断面図である。
【図２】図２は振動している実施の形態における角速度センサの斜視図である。
【図３】図３はＺ軸の周りの角速度により歪む実施の形態における角速度センサの斜視図である。
【図４】図４はＹ軸の周りの角速度により歪む実施の形態における角速度センサの斜視図である。
【図５】図５は実施の形態における角速度センサの共振周波数と感度の関係を示す。
【図６】図６は振動している実施の形態における角速度センサの斜視図である。
【図７】図７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８】図８は図７に示す角速度センサの裏面斜視図である。
【図９】図９は実施の形態におけるさらに他の角速度センサの分解斜視図である。
【図１０】図１０は図９に示す角速度センサの断面図である。
【図１１】図１１は従来の角速度センサの斜視図である。
【図１２】図１２は図１１に示す角速度センサの線１２−１２における断面図である。
【符号の説明】
【００１０】
４Ａ    アーム
４Ｂ    アーム
６Ａ    アーム
６Ｂ    アーム
６Ｃ    アーム
６Ｄ    アーム
８    支持部
１４Ａ    錘部
１４Ｂ    錘部
１４Ｃ    錘部
１４Ｄ    錘部
１６Ａ    駆動電極
１６Ｂ    駆動電極
１８Ｃ    駆動電極
１８Ｄ    駆動電極
２０Ａ    感知電極
２１Ａ    感知電極
３１    対向電極部
３１Ａ    対向電極
３１Ｂ    対向電極
３３    対向電極部
３３Ａ    対向電極
３３Ｂ    対向電極
４２    保持体
１０６Ａ    延部（第１の延部）
１０６Ｂ    延部（第３の延部）
１０６Ｃ    延部（第５の延部）
１０６Ｄ    延部（第７の延部）
２０６Ａ    結合部（第１の結合部）
２０６Ｂ    結合部（第２の結合部）
２０６Ｃ    結合部（第３の結合部）
２０６Ｄ    結合部（第４の結合部）
３０６Ａ    延部（第２の延部）
３０６Ｂ    延部（第４の延部）
３０６Ｃ    延部（第６の延部）
３０６Ｄ    延部（第８の延部）
５１４Ａ    面
５１４Ｃ    面
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１Ａは本発明の実施の形態における慣性力センサ２００１の斜視図である。図１Ａに示すように互いに直角な第１の軸の第２の軸と第３の軸であるＸ軸とＹ軸とＺ軸とを定義する。慣性力センサ２００１は、検出素子２と、検出素子に接続された制御部１００１Ｂとを備える。検出素子２は、支持部８と、支持部８からＸ軸に沿って一直線上に互いに反対に延びるアーム４Ａ、４Ｂと、支持部８から延びるアーム６Ａ〜６Ｄと、アーム６Ａ〜６Ｄにそれぞれ接続された錘部１４Ａ〜１４Ｄと、矩形の枠形状を有する保持体４２と、保持体４２に接続された可撓部２１Ａ、２１Ｂとを備える。可撓部２１Ａ、２１Ｂは可撓性を有し、アーム４Ａ、４Ｂは可撓部２１Ａ、２１Ｂをそれぞれ介して保持体４２に結合している。保持体４２と可撓部２１Ａ、２１Ｂの間にはスリット１０Ａ、１０Ｂがそれぞれ設けられている。アーム４Ａ、４Ｂはアーム６Ａ〜６Ｄより薄い。アーム４Ａ、４Ｂとアーム６Ａ〜６Ｄは支持部８について対称的に配置されている。【００１２】
アーム６Ａは、支持部８からＹ軸に沿って延びる延部１０６Ａと、延部１０６ＡからＸ軸に沿って延びる結合部２０６Ａと、結合部２０６ＡからＹ軸に沿って延部１０６Ａと反対に延びる延部３０６Ａとを有して実質的にＵ字形状を有する。延部３０６Ａには錘部１４Ａが接続されている。【００１３】
アーム６Ｂは、支持部８からＹ軸に沿って延びる延部１０６Ｂと、延部１０６ＢからＸ軸に沿って延びる結合部２０６Ｂと、結合部２０６ＢからＹ軸に沿って延部１０６Ｂと反対に延びる延部３０６Ｂとを有して実質的にＵ字形状を有する。延部３０６Ｂには錘部１４Ｂが接続されている。アーム６Ｂの延部１０６Ｂは支持部８からアーム６Ａの延部１０６Ａと同じ方向に延びる。アーム６Ｂの結合部２０６Ｂは、アーム６Ａの延部１０６Ａから結合部２０６Ａが延びる方向と逆の方向にアーム６Ｂの延部１０６Ｂから延びる。アーム６Ｂの延部３０６Ｂは、アーム６Ａの結合部２０６Ａから延部３０６Ａが延びる方向と同じ方向にアーム６Ｂの結合部２０６Ｂから延びる。【００１４】
アーム６Ｃは、支持部８からＹ軸に沿って延びる延部１０６Ｃと、延部１０６ＣからＸ軸に沿って延びる結合部２０６Ｃと、結合部２０６ＣからＹ軸に沿って延部１０６Ｃと反対に延びる延部３０６Ｃとを有して実質的にＵ字形状を有する。延部３０６Ｃには錘部１４Ｃが接続されている。アーム６Ｃの延部１０６Ｃは支持部８からアーム６Ａ、６Ｂの延部１０６Ａ、１０６Ｂと逆の方向に延びる。アーム６Ｃの結合部２０６Ｃは、アーム６Ａの延部１０６Ａから結合部２０６Ａが延びる方向と同じ方向に、すなわちアーム６Ｂの延部１０６Ｂから結合部２０６Ｂが延びる方向と逆の方向にアーム６Ｃの延部１０６Ｃから延びる。アーム６Ｃの延部３０６Ｃは、アーム６Ａ、６Ｂの結合部２０６Ａ、２０６Ｂから延部３０６Ａ、３０６Ｂが延びる方向と逆の方向にアーム６Ｃの結合部２０６Ｃから延びる。【００１５】
アーム６Ｄは、支持部８からＹ軸に沿って延びる延部１０６Ｄと、延部１０６ＤからＸ軸に沿って延びる結合部２０６Ｄと、結合部２０６ＤからＹ軸に沿って延部１０６Ｄと反対に延びる延部３０６Ｄとを有して実質的にＵ字形状を有する。延部３０６Ｄには錘部１４Ｄが接続されている。アーム６Ｄの延部１０６Ｄは支持部８からアーム６Ｃの延部１０６Ｃと同じ方向に、すなわちアーム６Ａ、６Ｂの延部１０６Ａ、１０６Ｂと逆の方向に延びる。アーム６Ｄの結合部２０６Ｄは、アーム６Ａ、６Ｃの延部１０６Ａ、１０６Ｃから結合部２０６Ａ、２０６Ｃが延びる方向と逆の方向に、すなわちアーム６Ｂの延部１０６Ｂから結合部２０６Ｂが延びる方向と同じ方向にアーム６Ｄの延部１０６Ｄから延びる。アーム６Ｄの延部３０６Ｄは、アーム６Ｃの結合部２０６Ｃから延部３０６Ｃが延びる方向と同じ方向に、すなわちアーム６Ａ、６Ｂの結合部２０６Ａ、２０６Ｂから延部３０６Ａ、３０６Ｂが延びる方向と逆の方向にアーム６Ｄの結合部２０６Ｄから延びる。【００１６】
アーム４Ａは錘部１４Ａ、１４Ｃ間に位置する。アーム４Ｂは錘部１４Ｂ、１４Ｄ間に位置する。【００１７】
錘部１４Ａ〜１４ＤはＺ軸に直角の同じ方向に向いている面５１４Ａ〜５１４Ｄをそれぞれ有する。アーム６Ａ〜６Ｄは錘部１４Ａ〜１４Ｄの面５１４Ａ〜５１４Ｄと同じ方向を向いている面５０６Ａ〜５０６Ｄをそれぞれ有する。【００１８】
アーム６Ａの延部１０６Ａの面５０６Ａには、錘部１４Ａを駆動して振動させる駆動電極１６Ａが配置されている。アーム６Ｂの延部１０６Ｂの面５０６Ｂには、錘部１４Ｂを駆動して振動させる駆動電極１６Ｂが配置されている。アーム６Ｃの延部１０６Ｃの面５０６Ｃには、錘部１４Ｃを駆動して振動させる駆動電極１８Ｃが配置されている。アーム６Ｄの延部１０６Ｄの面５０６Ｄには、錘部１４Ｄを駆動して振動させる駆動電極１８Ｄが配置されている。アーム６Ａ〜６Ｄの延部１０６Ａ〜１０６Ｄの面５０６Ａ〜５０６Ｄには、アーム６Ａ〜６Ｄの歪を感知する感知電極２０Ａ〜２０Ｄがそれぞれ配置されている。【００１９】
図１Ｂは慣性力センサ２００１の検出素子２の裏面斜視図である。錘部１４Ａ〜１４Ｄは、Ｚ軸に沿って面５１４Ａ〜５１４Ｄの反対を向いている面６１４Ａ〜６１４Ｄをそれぞれ有する。面６１４Ａ〜６１４Ｄは面５１４Ａ〜５１４Ｄのそれぞれ反対側に位置する。アーム６Ａ〜６Ｄは、Ｚ軸に沿って面５０６Ａ〜５０６Ｄの反対を向いている面６０６Ａ〜６０６Ｄをそれぞれ有する。面６０６Ａ〜６０６Ｄは面５０６Ａ〜５０６Ｄのそれぞれ反対側に位置する。アーム６Ａ〜６Ｄの延部１０６Ａ〜１０６Ｄの面６０６Ａ〜６０６Ｄには、アーム６Ａ〜６Ｄの歪を感知する感知電極２５Ａ〜２５Ｄがそれぞれ配置されている。【００２０】
図１Ｃは駆動電極１６Ａ、１６Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄと感知電極２０Ａ〜２０Ｄ、２５Ａ〜２５Ｄの断面図である。電極１６Ａ（１６Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄ、２０Ａ〜２０Ｄ、２５Ａ〜２５Ｄ）は、アーム６Ａ（６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ）上に設けられた下部電極２２と、下部電極２２上に設けられた圧電体よりなる圧電層２３と、圧電層２３上に設けられた上部電極２４とを有する。【００２１】
保持体４２が回路基板１００１に固定されることで検出素子２は回路基板１００１に実装される。回路基板１００１は被検出体１００１Ａに固定される。検出素子２は被検出体１００１Ａから加えられた角加速度を検出することができる。【００２２】
慣性力センサ２００１が角速度を検出する動作について説明する。図２は錘部１４Ａ〜１４Ｄを振動させている検出素子２の斜視図である。【００２３】
駆動電極１６Ａ、１６Ｂ、１８Ａ、１６Ｂに交流電圧を印加して、アーム６Ａ〜６Ｄを振動させて錘部１４Ａ〜１４ＤをＸ軸に沿った方向Ｘ１、Ｘ２に変位させて振動させる。錘部１４Ａ〜１４ＤはＸ軸に沿った振動について同じ共振周波数を有しており、交流電圧はその共振周波数を有する。【００２４】
実施の形態による慣性力センサ２００１では、駆動電極１６Ａ、１６Ｂに印加する交流電圧は同位相であり、駆動電極１８Ａ、１８Ｂに印加する交流電圧が同位相である。駆動電極１６Ａ、１６Ｂに印加する交流電圧と、駆動電極１８Ａ、１８Ｂに印加する交流電圧は互いに逆位相である。これにより、錘部１４Ａ、１４ＢはＸ軸に沿って互いに逆の方向に振動する。錘部１４Ｃ、１４ＤはＸ軸に沿って互いに逆の方向に振動する。錘部１４Ａ、１４ＣはＸ軸に沿って互いに逆の方向に振動する。錘部１４Ｂ、１４ＤはＸ軸に沿って互いに逆の方向に振動する。錘部１４Ａ、１４ＤはＸ軸に沿って互いに同じ方向に振動する。錘部１４Ｂ、１４ＣはＸ軸に沿って互いに同じ方向に振動する。すなわち、錘部１４Ａ、１４ＤがＸ軸に沿った方向Ｘ１に変位しているときには錘部１４Ｂ、１４ＣはＸ軸に沿った方向Ｘ１の反対の方向Ｘ２に変位し、錘部１４Ａ、１４Ｄが方向Ｘ２に変位しているときには錘部１４Ｂ、１４Ｃは方向Ｘ１に変位する。する。このように、アーム６Ａ、６Ｂ間の距離が狭まるときにはアーム６Ｃ、６Ｄ間の距離は広がり、アーム６Ａ、６Ｂ間の距離が広がるときにはアーム６Ｃ、６Ｄ間の距離は狭まる。【００２５】
この結果、アーム６Ａ、６Ｃは互いに逆の方向に振動し、アーム６Ｂ、６Ｄは互いに逆の方向に振動する。また、アーム６Ａ、６Ｃは互いに逆の方向に振動し、アーム６Ｂ、６Ｄは互いに逆の方向に振動する。【００２６】
アーム４Ａは支持部８からＸ軸に沿って延びて保持体４２に結合する。アーム４Ｂは、支持部８からＸ軸に沿ってアーム４Ａと反対の方向に延びて保持体４２に結合する。アーム６Ａの延部１０６ＡはＹ軸に沿って支持部８から延びる。結合部２０６Ａは延部１０６ＡからＸ軸に沿って延びる。延部３０６Ａは、延部１０６Ａが支持部８から延びる方向と逆の方向に結合部２０６ＡからＹ軸に沿って延びる。アーム６Ｂの延部１０６Ｂは、アーム６Ａの延部１０６Ａが支持部８から延びる方向と同じ方向にＹ軸に沿って支持部８から延びる。結合部２０６Ｂは、アーム６Ａの結合部２０６Ａが延部１０６Ａから延びる方向と逆の方向に延部１０６ＢからＸ軸に沿って延びる。延部３０６Ｂは、延部１０６Ｂが支持部８から延びる方向と逆の方向に結合部２０６ＢからＹ軸に沿って延びる。アーム６Ｃの延部１０６Ｃは、アーム６Ａの延部１０６Ａが支持部８から延びる方向と逆の方向にＹ軸に沿って支持部８から延びる。結合部２０６Ｃは、アーム６Ａの結合部２０６Ａが延部１０６Ａから延びる方向と同じ方向に延部１０６ＣからＸ軸に沿って延びる。延部３０６Ｃは、延部１０６Ｃが支持部８から延びる方向と逆の方向に結合部２０６ＣからＹ軸に沿って延びる。アーム６Ｄの延部１０６Ｄは、アーム６Ｃの延部１０６Ｃが支持部８から延びる方向と同じ方向にＹ軸に沿って支持部８から延びる。結合部２０６Ｄは、アーム６Ｃの結合部２０６Ｃが延部１０６Ｃから延びる方向と逆の方向に延部１０６ＤからＸ軸に沿って延びる。延部３０６Ｄは、延部１０６Ｄが支持部８から延びる方向と逆の方向に結合部２０６ＤからＹ軸に沿って延びる。駆動電極１６Ａは錘部１４ＡをＸ軸に沿って振動させる。駆動電極１６Ｂは、錘部１４Ｂを錘部１４Ａと反対の方向に変位させるようにＸ軸に沿って振動させる。駆動電極１８Ｃは、錘部１４Ｃを錘部１４Ａと反対の方向に変位させるようにＸ軸に沿って振動させる。駆動電極１８Ｃは、錘部１４Ｄを錘部１４Ａと同じ方向に変位させるようにＸ軸に沿って振動させる。感知電極２０Ａは、錘部１４Ａに加えられた角速度によりアーム６Ａに生じる歪みを検出する。【００２７】
図３は、検出素子２にＺ軸の周りの右回りの、すなわち錘部１４Ａが錘部１４Ｃに近づく方向の角速度ＡＶ１が加わった場合に発生するコリオリ力を示す検出素子２の斜視図である。図２に示すようにアーム６Ａ〜６Ｄや錘部１４Ａ〜１４Ｄが振動している状態で検出素子２に角速度ＡＶ１が加わった場合は、錘部１４Ａ〜１４ＤのＸ軸に沿った振動と同期して、錘部１４Ａ〜１４ＤにＹ軸に沿ってコリオリ力が発生する。すなわち、錘部１４Ａ〜１４Ｄが方向Ｘ１に変位しているときには錘部１４Ａ〜１４Ｄに加わるコリオリ力はＹ軸に沿って支持部８から離れる方向Ｙ１に向き、錘部１４Ａ〜１４Ｄが方向Ｘ２に変位しているときには錘部１４Ａ〜１４Ｄに加わるコリオリ力はＹ軸に沿った方向Ｙ１と反対の支持部８に近づく方向Ｙ２に向く。このコリオリ力によりアーム６Ａ〜６Ｄに歪が発生し、これらの歪みはアーム６Ａ〜６Ｄにそれぞれ設けられた感知電極２０Ａ〜２０Ｄにより感知される。感知電極２０Ａ〜２０Ｄは歪みの大きさと方向に応じて変化する信号を出力する。図１に示す制御部１００１Ｂはこれらの信号の極性によってコリオリ力の方向を判定し、角速度を検出することができる。【００２８】
このコリオリ力を感知するための感知電極２０Ａ〜２０Ｄの詳細について説明する。図３に示すように、感知電極２０Ａは感知電極１２０Ａ、２２０Ａからなり、感知電極２０Ｂは感知電極１２０Ｂ、２２０Ｂからなり、感知電極２０Ｃは感知電極１２０Ｃ、２２０Ｃからなり、感知電極２０Ｄは感知電極１２０Ｄ、２２０Ｄからなる。感知電極１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄは、それぞれ感知電極２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃ、２２０Ｄに比べてアーム６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６ＤのＵ字形状の外周により近くに設けられている。感知電極２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃ、２２０Ｄは、それぞれ感知電極１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄに比べてそれぞれアーム６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６ＤのＵ字形状の内周により近くに設けられている。感知電極１２０Ａ〜１２０Ｄ、２２０Ａ〜２２０Ｄにより、アーム６Ａ〜６Ｄの内周の歪と外周の歪を区別できる。コリオリ力が方向Ｙ１を向いているときにアーム６Ａ〜６ＤのＵ字形状の内周と外周で発生する歪みの方向と、コリオリ力が方向Ｙ２を向いているときにアーム６Ａ〜６ＤのＵ字形状の内周と外周で発生する歪みの方向とが異なる。錘部１４Ａ〜１４Ｄが方向Ｙ１、Ｙ２のコリオリ力により歪むことで、アーム６Ａ〜６ＤのＵ字形状の内周と外周とで異なるように変形する。Ｕ字形状の内周と外周に設けられた感知電極１２０Ａ〜１２０Ｄ、２２０Ａ〜２２０Ｄはその変形に応じて信号を出力し、制御部１００１Ｂはその信号によって角速度ＡＶ１を検出する。角速度ＡＶ１と反対の方向のＺ軸の周りの角速度が検出素子２に加わった場合には、上記のコリオリ力と反対の方向のコリオリ力が発生するので、制御部１００１Ｂは感知電極２０Ａ〜２０Ｄにより同様にその角速度を感知することができる。【００２９】
図４は、検出素子２にＹ軸の周りの右回りの、すなわち錘部１４Ａの面５１４Ａが錘部１４Ｂの面５１４Ｂに近づく方向の角速度ＡＶ２が加わった場合に発生するコリオリ力を示す検出素子２の斜視図である。図２に示すようにアーム６Ａ〜６Ｄや錘部１４Ａ〜１４Ｄが振動している状態で検出素子２に角速度ＡＶ２が加わった場合は、錘部１４Ａ〜１４ＤのＸ軸に沿った振動と同期して、錘部１４Ａ〜１４ＤにＺ軸に沿ってコリオリ力が発生する。すなわち、錘部１４Ａ〜１４Ｄが方向Ｘ１に変位しているときにはコリオリ力はＺ軸に沿った方向Ｚ１に向き、錘部１４Ａ〜１４Ｄが方向Ｘ２に変位しているときにはコリオリ力はＹ軸に沿った方向Ｙ１と反対の方向Ｙ２に向く。このコリオリ力によりアーム６Ａ〜６Ｄに歪が発生し、これらの歪はアーム６Ａ〜６Ｄに設けられた感知電極２０Ａ〜２０Ｄ、２５Ａ〜２５Ｄにより感知される。感知電極２０Ａ〜２０Ｄ、２５Ａ〜２５Ｄは歪みの大きさと方向に応じて変化する信号を出力する。図１に示す制御部１００１Ｂはこれらの信号の極性によってコリオリ力の方向を判定することができる。【００３０】
このコリオリ力を感知するための慣性力センサ２００１の動作について説明する。コリオリ力が方向Ｚ１を向いているときにアーム６Ａ〜６Ｄの面５０６Ａ〜５０６Ｄ、６０６Ａ〜６０６Ｄで発生する歪みの方向と、コリオリ力が方向Ｚ２を向いているときにアーム６Ａ〜６Ｄの面５０６Ａ〜５０６Ｄ、６０６Ａ〜６０６Ｄで発生する歪みの方向とが異なる。錘部１４Ａ〜１４Ｄが方向Ｚ１、Ｚ２のコリオリ力により歪むことで、アーム６Ａ〜６Ｄの面５０６Ａ〜５０６Ｄと面６０６Ａ〜６０６Ｄとで異なるように変形する。アーム６Ａ〜６Ｄの面５０６Ａ〜５０６Ｄ、６０６Ａ〜６０６Ｄに設けられた感知電極２０Ａ〜２０Ｄと図１Ｂに示す感知電極２５Ａ〜２５Ｄはその変形に応じて信号を出力し、図１に示す制御部１００１Ｂはその信号によって角速度ＡＶ２を検出する。角速度ＡＶ２と反対の方向のＹ軸の周りの角速度が検出素子２に加わった場合には、上記のコリオリ力と反対の方向のコリオリ力が発生するので、感知電極２０Ａ〜２０Ｄにより慣性力センサ２００１は同様にその角速度を検出することができる。【００３１】
実施の形態による慣性力センサ２００１はコリオリ力という慣性力に基づいてＺ軸の周りやＹ軸の周りの角加速度を検出する。慣性力センサ２００１の検出素子２は、Ｚ軸の周りの角速度を検出できるがＺ軸に沿って長く延びた部分を有さず、Ｚ軸の高さを小さくすることができる。さらに、慣性力センサ２００１はＹ軸の周りの角速度も検出できる。【００３２】
検出素子２では、アーム６Ａ〜６ＤをＸ軸に沿って振動させてＺ軸の周りの角速度やＹ軸の周りの角速度に起因したアーム６Ａ〜６Ｄの歪を感知する。アーム６Ａ〜６Ｄの歪はＸ軸に沿った振動にともなってＹ軸に沿った振動とＺ軸に沿った振動として現れる。したがって、アーム６Ａ〜６ＤはＸ軸とＹ軸とＺ軸に沿って振動する。検出素子２ではアーム６Ａ〜６ＤのＸ軸に沿った振動の周波数とＹ軸に沿った振動の周波数とＺ軸に沿った振動の周波数とは、それぞれアーム６Ａ〜６ＤのＸ軸に沿った共振周波数とＹ軸に沿った共振周波数とＺ軸に沿った共振周波数である。慣性力センサ２００１では、アーム６Ａ〜６Ｄの歪はアーム６Ａ〜６ＤのＸ軸に沿った振動の周波数を基準にして感知する。したがって、アーム６Ａ〜６ＤのＸ軸に沿った共振周波数とＹに沿った共振周波数とＺ軸に沿った共振周波数の差を小さくすることで感度を向上させることができる。【００３３】
図１Ａに示すように、支持部８から延びるアーム６Ａ、６Ｂの延部１０６Ａ、１０６Ｂからは結合部２０６Ａ、２０６Ｂは互いに反対の方向に延び、延部１０６Ａ、１０６Ｂが錘部１４Ａ、１４Ｂ間に位置している。また、支持部８から延びるアーム６Ｃ、６Ｄの延部１０６Ｃ、１０６Ｄからは結合部２０６Ｃ、２０６Ｄは互いに反対の方向に延び、延部１０６Ｃ、１０６Ｄが錘部１４Ｃ、１４Ｄ間に位置している。この構造により、アーム６Ａ、６Ｂ間の距離とアーム６Ａ、６Ｂ間の距離を小さくすることができるので、支持部８を介してアーム６Ａ、６Ｂが互いに密に機械的に結合し、支持部８を介してアーム６Ｃ、６Ｄが互いに密に機械的に結合させることができる。これにより、検出素子２を高効率で駆動して錘部１４Ａ〜１４Ｄを振動させることができ、かつ高感度で角速度を検出することができる。【００３４】
図５は、慣性力センサ２００１のアーム６Ａ〜６ＤのＸ軸とＹ軸とＺ軸に沿った共振周波数と感度の関係を示す。実施の形態による検出素子２では、アーム６Ａ〜６ＤのＸ軸に沿った振動の共振周波数ｆｘ１が約３２ｋＨｚである場合、Ｚ軸の周りの角速度に起因するコリオリ力によるアーム６Ａ〜６ＤのＹ軸に沿った共振周波数ｆｙ１は約２２ｋＨｚであり、Ｙ軸の周りの角速度に起因するコリオリ力によるアーム６Ａ〜６ＤのＺ軸方向の共振周波数ｆｚ１は約２６ｋＨｚである。Ｘ軸に沿った共振周波数ｆｘ１とＹ軸に沿った共振周波数ｆｙ１の差Δｆｙ１を小さくすることにより、Ｙ軸に沿った振動に対する感度Ｓｙ１を向上でき、Ｚ軸の周りの角速度に対する感度を高くすることができる。また、共振周波数ｆｘ１とＺ軸に沿った共振周波数ｆｚ１の差Δｆｚ１を小さくすることにより、Ｚ軸に沿った振動に対する感度Ｓｚ１を向上でき、Ｙ軸の周りの角速度に対する感度を高くすることができる。慣性力センサ２００１では、差Δｆｙ１、Δｆｚ１を小さくすることができる。【００３５】
図６は比較例の慣性力センサ３００１の斜視図である。図１Ａと図２に示す慣性力センサ２００１と同じ部分には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。慣性力センサ３００１は、実施の形態による慣性力センサ２００１と同じ構造の検出素子２を備え、制御部１００１Ｂの代わりに制御部３００１Ｂを備える。比較例の慣性力センサ３００１では、制御部３００１Ｂは駆動電極１６Ａ，１６Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄに同じ移送の交流電圧を印加し、錘部１４Ａ〜１４ＤがＸ軸に沿って同時に同じ方向に変位するように振動させる。慣性力センサ３００１のアーム６Ａ〜６ＤのＸ軸とＹ軸とＺ軸に沿った共振周波数と感度の関係を図５に示す。性力センサ３００１図５の点線の周波数特性となる。アーム６Ａ〜６ＤのＸ軸に沿った共振周波数ｆｘ２が約２２ｋＨｚである場合、アーム６Ａ〜６ＤのＹ軸に沿った共振周波数ｆｙ２は約７ｋＨｚであり、アーム６Ａ〜６ＤのＺ軸に沿った共振周波数ｆｚ２は約１ｋＨｚである。図５は、Ｘ軸に沿った共振周波数ｆｘ２とＹ軸に沿った共振周波数ｆｙ２との差Δｆｙ２と、共振周波数ｆｘ２とＺ軸に沿った共振周波数ｆｚ２との差Δｆｚ２とを示す。図５は、慣性力センサ３００１のＹ軸に沿った振動に対する感度Ｓｙ２とＺ軸に沿った振動に対する感度Ｓｚ２を示す。【００３６】
図５に示すように、実施の形態による慣性力センサ２００１のＸ軸に沿った共振周波数ｆｘ１とＹ軸に沿った共振周波数ｆｙ１との差Δｆｙ１は、比較例による慣性力センサ３００１のＸ軸に沿った共振周波数ｆｘ２とＹ軸に沿った共振周波数ｆｙ２との差Δｆｙ２より小さい。また、実施の形態による慣性力センサ２００１のＸ軸に沿った共振周波数ｆｘ１とＺ軸に沿った共振周波数ｆｚ１との差Δｆｚ１は、比較例による慣性力センサ３００１のＸ軸に沿った共振周波数ｆｘ２とＺ軸に沿った共振周波数ｆｚ２との差Δｆｚ２より小さい。したがって、実施の形態による慣性力センサ２００１の感度Ｓｙ１、Ｓｚ１は比較例の慣性力センサ３００１の感度Ｓｙ２、Ｓｚ２より大きいので、実施の形態による慣性力センサ２００１は比較例の慣性力センサ３００１よりも高感度でＺ軸の周りの角加速度やＹ軸の周りの角加速度を検出することができる。【００３７】
実施の形態による検出素子２のアーム４Ａ、４Ｂはアーム６Ａ〜６Ｄより薄いので、検出素子２に加速度が加わるとアーム４Ａ、４Ｂが変形して歪む。これらの歪みを感知することにより、その加速度を検出することができる。【００３８】
慣性力センサ２００１は、慣性力を検出する検出素子２を備える。検出素子２は、アーム４Ａ、４Ｂと、アーム４Ａ、４Ｂに直角なアーム６Ａ〜６Ｄと、アーム４Ａ、４Ｂを支持する支持部８と、アーム６Ａ〜６Ｄにそれぞれ連結した錘部１４Ａ〜１４Ｄとを有する。アーム４Ａ、４ＢをＸ軸方向に配置するとともにアーム６Ａ〜６ＤをＹ軸方向に配置する。アーム６Ａ〜６Ｄは、支持部８に連結した一端と、錘部１４Ａ〜１４Ｄにそれぞれ連結した他端とをそれぞれ有する。アーム６Ａ〜６Ｄは、アーム６Ａ〜６Ｄの他端がアーム６Ａ〜６Ｄ自身と対向するまで外方側に折曲された形状を有する。アーム６Ａ〜５ＤをＸ軸方向に振動させる。Ｘ軸の正側に配置されたアーム６Ａ、６Ｃは互いに逆方向に振動させる。Ｘ軸の負側に配置されたアーム６Ｂ、６Ｄは互いに逆方向に振動させる。Ｙ軸の正側に配置されたアーム６Ａ、６Ｂは互いに逆方向に振動させる。角速度に起因したアーム６Ａ〜６Ｄの歪を感知してその角速度を検出する。【００３９】
図７と図８はそれぞれ実施の形態による他の慣性力センサ２００２の斜視図と裏面斜視図である。図７と図８において、図１Ａと図１Ｂに示す慣性力センサ２００１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７と図８に示す慣性力センサ２００２は、図１Ａと図１Ｂに示す慣性力センサ２００１に感知電極２６Ａ〜２９Ａ、２６Ｂ〜２９Ｂをさらに備える。【００４０】
感知電極２６Ａ〜２９Ａ、２６Ｂ〜２９Ｂの詳細について説明する。【００４１】
アーム４Ａ、４Ｂは、錘部１４Ａ〜１４Ｄの面５１４Ａ〜５１４Ｄとアーム６Ａ〜６Ｄの面５０６Ａ〜５０６Ｄと同じ方向を向いている面５０４Ａ、５０４Ｂをそれぞれ有する。また、アーム４Ａ、４Ｂは、錘部１４Ａ〜１４Ｄの面６１４Ａ〜６１４Ｄとアーム６Ａ〜６Ｄの面６０６Ａ〜６０６Ｄと同じ方向を向いている面６０４Ａ、６０４Ｂをそれぞれ有する。【００４２】
感知電極２６Ａ、２６Ｂはアーム４Ａの面５０４Ａ上にＹ軸に沿って配列されている。感知電極２７Ａ、２７Ｂはアーム４Ｂの面５０４Ｂ上にＹ軸に沿って配列されている。感知電極２８Ａ、２８Ｂはアーム４Ａの面６０４Ａ上にＹ軸に沿って配列されている。感知電極２９Ａ、２９Ｂはアーム４Ｂの面８０４Ｂ上にＹ軸に沿って配列されている。感知電極２６Ｂに比べて感知電極２６Ａは錘部１４Ａにより近くに位置する。感知電極２６Ａに比べて感知電極２６Ｂは錘部１４Ｃにより近くに位置する。感知電極２７Ｂに比べて感知電極２７Ａは錘部１４Ｂにより近くに位置する。感知電極２７Ａに比べて感知電極２７Ｂは錘部１４Ｄにより近くに位置する。感知電極２８Ｂに比べて感知電極２８Ａは錘部１４Ａにより近くに位置する。感知電極２８Ａに比べて感知電極２８Ｂは錘部１４Ｃにより近くに位置する。感知電極２９Ｂに比べて感知電極２９Ａは錘部１４Ｂにより近くに位置する。感知電極２９Ａに比べて感知電極２９Ｂは錘部１４Ｄにより近くに位置する。感知電極２６Ａ〜２９Ａ、２６Ｂ〜２９Ｂは図１Ｃに示す感知電極２０Ａ〜２０Ｂと同様の構造を有し、アーム上に設けられた下部電極と、下部電極上に設けられた圧電体よりなる圧電層と、圧電層上に設けられた上部電極よりなる。【００４３】
アーム４Ａ、４Ｂはアーム６Ａ〜６Ｄより薄いので、検出素子２に加速度が加わるとアーム４Ａ、４Ｂが変形して歪む。感知電極２６Ａ〜２９Ａ、２６Ｂ〜２９Ｂはアーム４Ａ、４Ｂの歪を感知してその歪に応じて信号を出力し、制御部１００１Ｂはそれらの信号に基づいて加速度を検出する。【００４４】
検出素子２にＹ軸に沿った加速度が加わると、アーム６Ａ〜６Ｃと錘部１４Ａ〜１４Ｄが結合している支持部８はＹ軸に沿って変位し、アーム４Ａ、４ＢはＹ軸に沿って変形して歪む。アーム４ＡがＹ軸に沿って変形すると、アーム４ＡのＹ軸に沿って互いに反対側に位置する２つの側部のうちの一方が伸びるときは他方が縮み、２つの側部のうちの一方が縮むときには他方が伸びる。アーム４Ａのこの変形によりアーム４Ａの面５０４Ａ上にＹ軸に沿って配列されている感知電極２６Ａ、２６Ｂはアーム４ＡのＹ軸方向の変形による歪みを感知して信号を出力する。また、アーム４Ａのこの変形によりアーム４Ａの面６０４Ａ上にＹ軸に沿って配列されている感知電極２８Ａ、２８Ｂはアーム４ＡのＹ軸方向の変形による歪みを感知して信号を出力する。同様に、アーム４ＢがＹ軸に沿って変形すると、アーム４ＢのＹ軸に沿って互いに反対側に位置する２つの側部のうちの一方が伸びるときは他方が縮み、２つの側部のうちの一方が縮むときには他方が伸びる。アーム４Ｂのこの変形によりアーム４Ｂの面５０４Ｂ上にＹ軸に沿って配列されている感知電極２７Ａ、２７Ｂはアーム４ＢのＹ軸方向の変形による歪みを感知して信号を出力する。また、アーム４Ｂのこの変形によりアーム４Ｂの面６０４Ｂ上にＹ軸に沿って配列されている感知電極２９Ａ、２９Ｂはアーム４ＢのＹ軸方向の変形による歪みを感知して信号を出力する。制御部１００１Ｂは感知電極２６Ａ〜２９Ａ、２６Ｂ〜２９Ｂから出力されるこれらの信号に基づいて、Ｙ軸に沿った加速度を検出することができる。なお、Ｙ軸に沿った加速度を検出するために感知電極２６Ａ〜２９Ａ、２６Ｂ〜２９Ｂのすべては必要ではなく、慣性力センサ２００２は感知電極２６Ａ、２６Ｂの組と、感知電極２７Ａ、２７Ｂの組と、感知電極２８Ａ、２８Ｂの組と、感知電極２９Ａ、２９Ｂの組とのうちの少なくとも１つの組から出力される信号により、制御部１００１ＢはＹ軸に沿った加速度を検出することができる。【００４５】
検出素子２にＺ軸に沿った加速度が加わると、アーム６Ａ〜６Ｃと錘部１４Ａ〜１４Ｄが結合している支持部８はＺ軸に沿って変位し、アーム４Ａ、４ＢはＺ軸に沿って変形して歪む。アーム４ＡがＺ軸に沿って変形すると、アーム４Ａの面５０４Ａ、６０４Ａのうちの一方が伸びるときは他方が縮み、面５０４Ａ、６０４Ａのうちの一方が縮むときには他方が伸びる。アーム４Ａのこの変形により感知電極２６Ａ、２６Ｂ、２８Ａ、２８Ｂはアーム４ＡのＺ軸方向の変形による歪みを感知して信号を出力する。同様に、アーム４ＡがＺ軸に沿って変形すると、アーム４Ｂの面５０４Ｂ、６０４Ｂのうちの一方が伸びるときは他方が縮み、面５０４Ｂ、６０４Ｂのうちの一方が縮むときには他方が伸びる。アーム４Ｂのこの変形により感知電極２７Ａ、２７Ｂ、２９Ａ、２９Ｂはアーム４ＢのＺ軸方向の変形による歪みを感知して信号を出力する。制御部１００１Ｂは感知電極２６Ａ〜２９Ａ、２６Ｂ〜２９Ｂから出力されるこれらの信号に基づいて、Ｙ軸に沿った加速度を検出することができる。なお、Ｚ軸に沿った加速度を検出するために感知電極２６Ａ〜２９Ａ、２６Ｂ〜２９Ｂのすべては必要ではなく、慣性力センサ２００２は、感知電極２６Ａ、２６Ｂのうちの少なくとも１つと感知電極２８Ａ、２８Ｂのうちの少なくとも１つとよりなる組と、感知電極２７Ａ、２７Ｂのうちの少なくとも１つと感知電極２９Ａ、２９Ｂのうちの少なくとも１つとよりなる組とのうちの少なくとも１つの組から出力される信号により、制御部１００１ＢはＺ軸に沿った加速度を検出することができる。【００４６】
このように、慣性力センサ２００２は検出素子２に加えられた角速度と加速度とを検出することができる。【００４７】
Ｙ軸周りの角速度に起因したＺ軸方向のアーム６Ａ〜６Ｄの歪を感知してＹ軸周りの角速度を検出する。または、Ｚ軸周りの角速度に起因したＹ軸方向のアーム６Ａ〜６Ｄの歪を感知してＺ軸周りの角速度を検出する。【００４８】
アーム４Ａ、４Ｂの厚みをアーム６Ａ〜６Ｄよりも薄くして、加速度に起因したアーム４Ａ、４Ｂの歪を感知してその加速度を検出する。【００４９】
Ｙ軸方向の加速度に起因したＺ軸方向のアーム４Ａ、４Ｂの歪を感知してＹ軸方向の加速度を検出する。または、Ｚ軸方向の加速度に起因したＺ軸方向のアーム４Ａ、４Ｂの歪を感知してＺ軸方向の加速度を検出する。【００５０】
図９は実施の形態によるさらに他の慣性力センサ２００３の分解斜視図である。図９において、図１Ａに示す慣性力センサ２００１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１０は慣性力センサ２００３のＹ軸とＺ軸に平行でＸ軸に直角な平面における慣性力センサ２００３の断面図である。図９に示す慣性力センサ２００３は、図１Ａと図１Ｂに示す慣性力センサ２００１に、基板３０と、対向電極３１Ａ〜３４Ａ、３１Ｂ〜３４Ｂをさらに備える。慣性力センサ２００３は図７と図８に示す慣性力センサ２００２と同様にＹ軸に沿った加速度とＺ軸に沿った加速度を検出することができる。【００５１】
対向電極３１Ａ〜３４Ａは錘部１４Ａ〜１４ＤのＺ軸に直角の面５１４Ａ〜５１４Ｄ上にそれぞれ設けられている。基板３０は錘部１４Ａ〜１４Ｄの面５１４Ａ〜５１４Ｄに対向する面６３０を有する。対向電極３１Ｂ〜３４Ｂは対向電極３１Ａ〜３４Ａにそれぞれ所定の間隔を空けて対向しており、基板３０の面６３０上に設けられている。対向電極３１Ｂ、３３Ｂは対向電極３１Ａ、３３Ａに対してＹ軸に沿って方向ＤＹ１にずれており、対向電極３２Ｂ、３４Ｂは対向電極３１Ａ、３３Ａに対してＹ軸に沿って方向ＤＹ１の反対の方向ＤＹ２にずれている。【００５２】
所定の間隔を空けて互いに対向する対向電極３１Ａ、３１Ｂは対向電極３１Ａ、３１Ｂの相対的な位置に応じた静電容量を形成する対向電極部３１を構成する。同様に、所定の間隔を空けて互いに対向する対向電極３２Ａ、３２Ｂは対向電極３２Ａ、３２Ｂの相対的な位置に応じた静電容量を形成する対向電極部３２を構成する。所定の間隔を空けて互いに対向する対向電極３３Ａ、３３Ｂは対向電極３３Ａ、３３Ｂの相対的な位置に応じた静電容量を形成する対向電極部３３を構成する。所定の間隔を空けて互いに対向する対向電極３４Ａ、３４Ｂは対向電極３４Ａ、３４Ｂの相対的な位置に応じた静電容量を形成する対向電極部３４を構成する。【００５３】
アーム４Ａ、４Ｂはアーム６Ａ〜６Ｄより薄く、かつ可撓性を有する可撓部２１Ａ、２１Ｂをそれぞれ介して保持体４２に結合しているので、検出素子２に加速度が加わると錘部１４Ａ〜１４Ｄが基板３０に対して加速度と反対の方向に変位する。対向電極部３１〜３４は基板３０に対する錘部１４Ａ〜１４Ｄの変位に応じた静電容量を形成し、制御部１００１Ｂはそれらの静電容量に基づいて加速度を検出する。【００５４】
検出素子２にＺ軸に沿って方向ＤＺ２の加速度が加わると、錘部１４Ａ〜１４Ｄは基板３０に近づく方向ＤＺ１に変位する。この変位により対向電極部３１〜３４が形成する静電容量は増加する。また、検出素子２にＺ軸に沿って方向ＤＺ１の加速度が加わると、錘部１４Ａ〜１４Ｄは基板３０から遠ざかる方向ＤＺ２に変位する。これにより対向電極部３１〜３４が形成する静電容量は減少する。制御部１００１Ｂはこれらの静電容量の変化により、Ｚ軸に沿った加速度を検出することができる。【００５５】
検出素子２にＹ軸に沿って方向ＤＹ２の加速度が加わると、錘部１４Ａ〜１４Ｄは基板３０に対して方向ＤＹ１に変位する。この変位により対向電極３１Ａ、３２Ａと対向電極３１Ｂ、３２Ｂがそれぞれ対向する面積が増加して、対向電極部３１、３２が形成する静電容量が増加する。また、この変位により、対向電極３３Ａ、３４Ａと対向電極３３Ｂ、３４Ｂがそれぞれ対向する面積が減少して、対向電極部３３、３４が形成する静電容量が減少する。制御部１００１Ｂはこれらの静電容量の変化により、Ｙ軸に沿った方向ＤＹ２の加速度を検出することができる。【００５６】
検出素子２にＹ軸に沿って方向ＤＹ１の加速度が加わると、錘部１４Ａ〜１４Ｄは基板３０に対して方向ＤＹ２に変位する。この変位により対向電極３１Ａ、３２Ａと対向電極３１Ｂ、３２Ｂがそれぞれ対向する面積が減少して、対向電極部３１、３２が形成する静電容量が減少する。また、この変位により、対向電極３３Ａ、３４Ａと対向電極３３Ｂ、３４Ｂがそれぞれ対向する面積が増加して、対向電極部３３、３４が形成する静電容量が増加する。制御部１００１Ｂはこれらの静電容量の変化により、Ｙ軸に沿った方向ＤＹ１の加速度を検出することができる。【００５７】
また、対向電極３１Ｂ、３３Ｂは対向電極３１Ａ、３３Ａに対してＹ軸に沿って方向ＤＹ２にずれていてもよく、この場合には対向電極３２Ｂ、３４Ｂは対向電極３１Ａ、３３Ａに対してＹ軸に沿って方向ＤＹ２の反対の方向ＤＹ１にずれている。この場合には、Ｙ軸に沿った加速度が検出素子２に加わったときの対向電極部３１〜３４の対向電極３１Ａ〜３４Ａ、３１Ｂ〜３４Ｄが対向する面積の変化が上記と逆になるので、対向電極部３１〜３４が形成する静電容量の変化も上記の変化と逆になる。制御部１００１Ｂはこれらの静電容量の変化により、Ｙ軸に沿った加速度を検出することができる。【００５８】
錘部１４Ａ〜１４Ｄと対向する対向基板３０を配置する。錘部１４Ａ〜１４Ｄと対向基板３９の各々の対向面に対向電極３１Ａ〜３４Ｄ、３１Ｂ〜３４Ｄを配置する。アーム４Ａ、４Ｂの厚みをアーム６Ａ〜６Ｄよりも薄くする。加速度に起因した対向電極間の静電容量変化を感知してその加速度を検出する。【００５９】
Ｙ軸方向の加速度に起因したＺ軸方向の対向電極間の静電容量変化を感知してＹ軸方向の加速度を検出する。または、Ｚ軸方向の加速度に起因したＺ軸方向の対向電極間の静電容量変化を感知してＺ軸方向の加速度を検出する。【００６０】
このように、慣性力センサ２００３は慣性力センサ２００２と同様に、検出素子２に加えられた角速度と加速度とを検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
この角速度センサは所定の軸の周りの角速度を検出する場合でも、その所定の軸方向の高さを小さくすることができるので、小型の電子機器に適用できる。
【図１Ａ】
2009044522.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年12月15日(2009.12.15)
【手続補正１】
【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られる、慣性力により角速度や加速度を検出する慣性力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の慣性力センサである角速度センサは、音さ形状やＨ形状やＴ形状等の各種形状を有する検出素子を振動させ、その素子に加えられた角速度により発生するコリオリ力による検出素子の歪を電気的に検知して角速度を検出する。
【０００３】
図１１は特許文献１に記載されている従来の角速度センサの検出素子５１の斜視図である。図１２は図１１に示す検出素子５１の線１２−１２における断面図である。検出素子５１は、２本のアーム５２と、アーム５２を連結する基部５３とを有する音さ形状を有する。
【０００４】
アーム５２には、アーム５２を駆動して振動させる駆動電極５４や、角速度に起因するアーム５２の歪を感知する感知電極５５が配置されている。駆動電極５４や感知電極５５は、圧電体５６を介在させた上部電極５７と下部電極５８から形成されている。駆動電極５４および感知電極５５からは信号線５９が基部５３に設けられた電極パッド６０まで引き出されている。電極パッド６０からボンディングワイヤ等を介して検出素子５１を実装する実装基板の配線パターンに電気的に接続されている。
【０００５】
従来の角速度センサをナビゲーション装置に用いる場合には、互いに略直交したＸ軸とＹ軸とＺ軸において、例えばＸ軸とＹ軸とを含むＸＹ平面に車両を配置する。角速度センサは車両のＺ軸の周りの角速度を検出する。このような角速度センサでは、Ｚ軸に平行にアーム５２が延びるように検出素子５１を配置する。駆動電極５４によりアーム５２を駆動してＸ軸に沿って方向５２Ａに振動させ、Ｚ軸の周りの角速度に起因してアーム５２に発生する歪を感知電極５５で感知することにより、Ｚ軸の周りの角速度を検出する。アーム５２はＸ軸とＺ軸を含むＸＺ平面で振動し、Ｚ軸の周りの角速度によりアーム５２がＸＺ平面に直角なＹ軸に沿って歪む。また、アーム５２のうちの一方は他方と反対の方向に振動している。したがって、角速度により方向５２Ｂに発生するコリオリ力により、アーム５２のうちの一方は他方と逆の方向に歪む。
【０００６】
従来の角速度センサの検出素子５１は、Ｚ軸の周りの角速度を検出するためにアーム５２をＺ軸に沿って延びるように配置する必要があり、角速度センサのＺ軸方向の高さを小さくすることが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２０１６５２号公報
【発明の概要】
【０００８】
慣性力センサは、保持体と、支持部と、支持部から互いに反対の方向に延びて保持体に結合する第１と第２のアームと、支持部から延びるＵ次形状を実質的に有する第３から第６のアームと、第３から第６のアームにそれぞれ接続された第１から第４の錘部と、第１から第４の錘部をそれぞれ振動させる第１から第４の駆動電極と、第１から第４の錘部に加えられた角速度により第３のアームに生じる歪みを検出する感知電極とを備える。第２と第３のアームは第１と第４のアームと反対の方向に振動する。
【０００９】
この慣性力センサは所定の軸の周りの角速度を検出する場合でも、その軸に沿った高さを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明の実施の形態における角速度センサの斜視図
【図１Ｂ】図１Ａに示す角速度センサの裏面斜視図
【図１Ｃ】実施の形態における角速度センサの駆動電極と感知電極の断面図
【図２】振動している実施の形態における角速度センサの斜視図
【図３】Ｚ軸の周りの角速度により歪む実施の形態における角速度センサの斜視図
【図４】Ｙ軸の周りの角速度により歪む実施の形態における角速度センサの斜視図
【図５】実施の形態における角速度センサの共振周波数と感度の関係を示す図
【図６】振動している実施の形態における角速度センサの斜視図
【図７】実施の形態における他の角速度センサの斜視図
【図８】図７に示す角速度センサの裏面斜視図
【図９】実施の形態におけるさらに他の角速度センサの分解斜視図
【図１０】図９に示す角速度センサの断面図
【図１１】従来の角速度センサの斜視図
【図１２】図１１に示す角速度センサの線１２−１２における断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１Ａは本発明の実施の形態における慣性力センサ２００１の斜視図である。図１Ａに示すように互いに直角な第１の軸の第２の軸と第３の軸であるＸ軸とＹ軸とＺ軸とを定義する。慣性力センサ２００１は、検出素子２と、検出素子に接続された制御部１００１Ｂとを備える。検出素子２は、支持部８と、支持部８からＸ軸に沿って一直線上に互いに反対に延びるアーム４Ａ、４Ｂと、支持部８から延びるアーム６Ａ〜６Ｄと、アーム６Ａ〜６Ｄにそれぞれ接続された錘部１４Ａ〜１４Ｄと、矩形の枠形状を有する保持体４２と、保持体４２に接続された可撓部２１Ａ、２１Ｂとを備える。可撓部２１Ａ、２１Ｂは可撓性を有し、アーム４Ａ、４Ｂは可撓部２１Ａ、２１Ｂをそれぞれ介して保持体４２に結合している。保持体４２と可撓部２１Ａ、２１Ｂの間にはスリット１０Ａ、１０Ｂがそれぞれ設けられている。アーム４Ａ、４Ｂはアーム６Ａ〜６Ｄより薄い。アーム４Ａ、４Ｂとアーム６Ａ〜６Ｄは支持部８について対称的に配置されている。
【００１２】
アーム６Ａは、支持部８からＹ軸に沿って延びる延部１０６Ａと、延部１０６ＡからＸ軸に沿って延びる結合部２０６Ａと、結合部２０６ＡからＹ軸に沿って延部１０６Ａと反対に延びる延部３０６Ａとを有して実質的にＵ字形状を有する。延部３０６Ａには錘部１４Ａが接続されている。
【００１３】
アーム６Ｂは、支持部８からＹ軸に沿って延びる延部１０６Ｂと、延部１０６ＢからＸ軸に沿って延びる結合部２０６Ｂと、結合部２０６ＢからＹ軸に沿って延部１０６Ｂと反対に延びる延部３０６Ｂとを有して実質的にＵ字形状を有する。延部３０６Ｂには錘部１４Ｂが接続されている。アーム６Ｂの延部１０６Ｂは支持部８からアーム６Ａの延部１０６Ａと同じ方向に延びる。アーム６Ｂの結合部２０６Ｂは、アーム６Ａの延部１０６Ａから結合部２０６Ａが延びる方向と逆の方向にアーム６Ｂの延部１０６Ｂから延びる。アーム６Ｂの延部３０６Ｂは、アーム６Ａの結合部２０６Ａから延部３０６Ａが延びる方向と同じ方向にアーム６Ｂの結合部２０６Ｂから延びる。
【００１４】
アーム６Ｃは、支持部８からＹ軸に沿って延びる延部１０６Ｃと、延部１０６ＣからＸ軸に沿って延びる結合部２０６Ｃと、結合部２０６ＣからＹ軸に沿って延部１０６Ｃと反対に延びる延部３０６Ｃとを有して実質的にＵ字形状を有する。延部３０６Ｃには錘部１４Ｃが接続されている。アーム６Ｃの延部１０６Ｃは支持部８からアーム６Ａ、６Ｂの延部１０６Ａ、１０６Ｂと逆の方向に延びる。アーム６Ｃの結合部２０６Ｃは、アーム６Ａの延部１０６Ａから結合部２０６Ａが延びる方向と同じ方向に、すなわちアーム６Ｂの延部１０６Ｂから結合部２０６Ｂが延びる方向と逆の方向にアーム６Ｃの延部１０６Ｃから延びる。アーム６Ｃの延部３０６Ｃは、アーム６Ａ、６Ｂの結合部２０６Ａ、２０６Ｂから延部３０６Ａ、３０６Ｂが延びる方向と逆の方向にアーム６Ｃの結合部２０６Ｃから延びる。
【００１５】
アーム６Ｄは、支持部８からＹ軸に沿って延びる延部１０６Ｄと、延部１０６ＤからＸ軸に沿って延びる結合部２０６Ｄと、結合部２０６ＤからＹ軸に沿って延部１０６Ｄと反対に延びる延部３０６Ｄとを有して実質的にＵ字形状を有する。延部３０６Ｄには錘部１４Ｄが接続されている。アーム６Ｄの延部１０６Ｄは支持部８からアーム６Ｃの延部１０６Ｃと同じ方向に、すなわちアーム６Ａ、６Ｂの延部１０６Ａ、１０６Ｂと逆の方向に延びる。アーム６Ｄの結合部２０６Ｄは、アーム６Ａ、６Ｃの延部１０６Ａ、１０６Ｃから結合部２０６Ａ、２０６Ｃが延びる方向と逆の方向に、すなわちアーム６Ｂの延部１０６Ｂから結合部２０６Ｂが延びる方向と同じ方向にアーム６Ｄの延部１０６Ｄから延びる。アーム６Ｄの延部３０６Ｄは、アーム６Ｃの結合部２０６Ｃから延部３０６Ｃが延びる方向と同じ方向に、すなわちアーム６Ａ、６Ｂの結合部２０６Ａ、２０６Ｂから延部３０６Ａ、３０６Ｂが延びる方向と逆の方向にアーム６Ｄの結合部２０６Ｄから延びる。
【００１６】
アーム４Ａは錘部１４Ａ、１４Ｃ間に位置する。アーム４Ｂは錘部１４Ｂ、１４Ｄ間に位置する。
【００１７】
錘部１４Ａ〜１４ＤはＺ軸に直角の同じ方向に向いている面５１４Ａ〜５１４Ｄをそれぞれ有する。アーム６Ａ〜６Ｄは錘部１４Ａ〜１４Ｄの面５１４Ａ〜５１４Ｄと同じ方向を向いている面５０６Ａ〜５０６Ｄをそれぞれ有する。
【００１８】
アーム６Ａの延部１０６Ａの面５０６Ａには、錘部１４Ａを駆動して振動させる駆動電極１６Ａが配置されている。アーム６Ｂの延部１０６Ｂの面５０６Ｂには、錘部１４Ｂを駆動して振動させる駆動電極１６Ｂが配置されている。アーム６Ｃの延部１０６Ｃの面５０６Ｃには、錘部１４Ｃを駆動して振動させる駆動電極１８Ｃが配置されている。アーム６Ｄの延部１０６Ｄの面５０６Ｄには、錘部１４Ｄを駆動して振動させる駆動電極１８Ｄが配置されている。アーム６Ａ〜６Ｄの延部１０６Ａ〜１０６Ｄの面５０６Ａ〜５０６Ｄには、アーム６Ａ〜６Ｄの歪を感知する感知電極２０Ａ〜２０Ｄがそれぞれ配置されている。
【００１９】
図１Ｂは慣性力センサ２００１の検出素子２の裏面斜視図である。錘部１４Ａ〜１４Ｄは、Ｚ軸に沿って面５１４Ａ〜５１４Ｄの反対を向いている面６１４Ａ〜６１４Ｄをそれぞれ有する。面６１４Ａ〜６１４Ｄは面５１４Ａ〜５１４Ｄのそれぞれ反対側に位置する。アーム６Ａ〜６Ｄは、Ｚ軸に沿って面５０６Ａ〜５０６Ｄの反対を向いている面６０６Ａ〜６０６Ｄをそれぞれ有する。面６０６Ａ〜６０６Ｄは面５０６Ａ〜５０６Ｄのそれぞれ反対側に位置する。アーム６Ａ〜６Ｄの延部１０６Ａ〜１０６Ｄの面６０６Ａ〜６０６Ｄには、アーム６Ａ〜６Ｄの歪を感知する感知電極２５Ａ〜２５Ｄがそれぞれ配置されている。
【００２０】
図１Ｃは駆動電極１６Ａ、１６Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄと感知電極２０Ａ〜２０Ｄ、２５Ａ〜２５Ｄの断面図である。電極１６Ａ（１６Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄ、２０Ａ〜２０Ｄ、２５Ａ〜２５Ｄ）は、アーム６Ａ（６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ）上に設けられた下部電極２２と、下部電極２２上に設けられた圧電体よりなる圧電層２３と、圧電層２３上に設けられた上部電極２４とを有する。
【００２１】
保持体４２が回路基板１００１に固定されることで検出素子２は回路基板１００１に実装される。回路基板１００１は被検出体１００１Ａに固定される。検出素子２は被検出体１００１Ａから加えられた角加速度を検出することができる。
【００２２】
慣性力センサ２００１が角速度を検出する動作について説明する。図２は錘部１４Ａ〜１４Ｄを振動させている検出素子２の斜視図である。
【００２３】
駆動電極１６Ａ、１６Ｂ、１８Ａ、１６Ｂに交流電圧を印加して、アーム６Ａ〜６Ｄを振動させて錘部１４Ａ〜１４ＤをＸ軸に沿った方向Ｘ１、Ｘ２に変位させて振動させる。錘部１４Ａ〜１４ＤはＸ軸に沿った振動について同じ共振周波数を有しており、交流電圧はその共振周波数を有する。
【００２４】
実施の形態による慣性力センサ２００１では、駆動電極１６Ａ、１６Ｂに印加する交流電圧は同位相であり、駆動電極１８Ａ、１８Ｂに印加する交流電圧が同位相である。駆動電極１６Ａ、１６Ｂに印加する交流電圧と、駆動電極１８Ａ、１８Ｂに印加する交流電圧は互いに逆位相である。これにより、錘部１４Ａ、１４ＢはＸ軸に沿って互いに逆の方向に振動する。錘部１４Ｃ、１４ＤはＸ軸に沿って互いに逆の方向に振動する。錘部１４Ａ、１４ＣはＸ軸に沿って互いに逆の方向に振動する。錘部１４Ｂ、１４ＤはＸ軸に沿って互いに逆の方向に振動する。錘部１４Ａ、１４ＤはＸ軸に沿って互いに同じ方向に振動する。錘部１４Ｂ、１４ＣはＸ軸に沿って互いに同じ方向に振動する。すなわち、錘部１４Ａ、１４ＤがＸ軸に沿った方向Ｘ１に変位しているときには錘部１４Ｂ、１４ＣはＸ軸に沿った方向Ｘ１の反対の方向Ｘ２に変位し、錘部１４Ａ、１４Ｄが方向Ｘ２に変位しているときには錘部１４Ｂ、１４Ｃは方向Ｘ１に変位する。する。このように、アーム６Ａ、６Ｂ間の距離が狭まるときにはアーム６Ｃ、６Ｄ間の距離は広がり、アーム６Ａ、６Ｂ間の距離が広がるときにはアーム６Ｃ、６Ｄ間の距離は狭まる。
【００２５】
この結果、アーム６Ａ、６Ｃは互いに逆の方向に振動し、アーム６Ｂ、６Ｄは互いに逆の方向に振動する。また、アーム６Ａ、６Ｃは互いに逆の方向に振動し、アーム６Ｂ、６Ｄは互いに逆の方向に振動する。
【００２６】
アーム４Ａは支持部８からＸ軸に沿って延びて保持体４２に結合する。アーム４Ｂは、支持部８からＸ軸に沿ってアーム４Ａと反対の方向に延びて保持体４２に結合する。アーム６Ａの延部１０６ＡはＹ軸に沿って支持部８から延びる。結合部２０６Ａは延部１０６ＡからＸ軸に沿って延びる。延部３０６Ａは、延部１０６Ａが支持部８から延びる方向と逆の方向に結合部２０６ＡからＹ軸に沿って延びる。アーム６Ｂの延部１０６Ｂは、アーム６Ａの延部１０６Ａが支持部８から延びる方向と同じ方向にＹ軸に沿って支持部８から延びる。結合部２０６Ｂは、アーム６Ａの結合部２０６Ａが延部１０６Ａから延びる方向と逆の方向に延部１０６ＢからＸ軸に沿って延びる。延部３０６Ｂは、延部１０６Ｂが支持部８から延びる方向と逆の方向に結合部２０６ＢからＹ軸に沿って延びる。アーム６Ｃの延部１０６Ｃは、アーム６Ａの延部１０６Ａが支持部８から延びる方向と逆の方向にＹ軸に沿って支持部８から延びる。結合部２０６Ｃは、アーム６Ａの結合部２０６Ａが延部１０６Ａから延びる方向と同じ方向に延部１０６ＣからＸ軸に沿って延びる。延部３０６Ｃは、延部１０６Ｃが支持部８から延びる方向と逆の方向に結合部２０６ＣからＹ軸に沿って延びる。アーム６Ｄの延部１０６Ｄは、アーム６Ｃの延部１０６Ｃが支持部８から延びる方向と同じ方向にＹ軸に沿って支持部８から延びる。結合部２０６Ｄは、アーム６Ｃの結合部２０６Ｃが延部１０６Ｃから延びる方向と逆の方向に延部１０６ＤからＸ軸に沿って延びる。延部３０６Ｄは、延部１０６Ｄが支持部８から延びる方向と逆の方向に結合部２０６ＤからＹ軸に沿って延びる。駆動電極１６Ａは錘部１４ＡをＸ軸に沿って振動させる。駆動電極１６Ｂは、錘部１４Ｂを錘部１４Ａと反対の方向に変位させるようにＸ軸に沿って振動させる。駆動電極１８Ｃは、錘部１４Ｃを錘部１４Ａと反対の方向に変位させるようにＸ軸に沿って振動させる。駆動電極１８Ｃは、錘部１４Ｄを錘部１４Ａと同じ方向に変位させるようにＸ軸に沿って振動させる。感知電極２０Ａは、錘部１４Ａに加えられた角速度によりアーム６Ａに生じる歪みを検出する。
【００２７】
図３は、検出素子２にＺ軸の周りの右回りの、すなわち錘部１４Ａが錘部１４Ｃに近づく方向の角速度ＡＶ１が加わった場合に発生するコリオリ力を示す検出素子２の斜視図である。図２に示すようにアーム６Ａ〜６Ｄや錘部１４Ａ〜１４Ｄが振動している状態で検出素子２に角速度ＡＶ１が加わった場合は、錘部１４Ａ〜１４ＤのＸ軸に沿った振動と同期して、錘部１４Ａ〜１４ＤにＹ軸に沿ってコリオリ力が発生する。すなわち、錘部１４Ａ〜１４Ｄが方向Ｘ１に変位しているときには錘部１４Ａ〜１４Ｄに加わるコリオリ力はＹ軸に沿って支持部８から離れる方向Ｙ１に向き、錘部１４Ａ〜１４Ｄが方向Ｘ２に変位しているときには錘部１４Ａ〜１４Ｄに加わるコリオリ力はＹ軸に沿った方向Ｙ１と反対の支持部８に近づく方向Ｙ２に向く。このコリオリ力によりアーム６Ａ〜６Ｄに歪が発生し、これらの歪みはアーム６Ａ〜６Ｄにそれぞれ設けられた感知電極２０Ａ〜２０Ｄにより感知される。感知電極２０Ａ〜２０Ｄは歪みの大きさと方向に応じて変化する信号を出力する。図１に示す制御部１００１Ｂはこれらの信号の極性によってコリオリ力の方向を判定し、角速度を検出することができる。
【００２８】
このコリオリ力を感知するための感知電極２０Ａ〜２０Ｄの詳細について説明する。図３に示すように、感知電極２０Ａは感知電極１２０Ａ、２２０Ａからなり、感知電極２０Ｂは感知電極１２０Ｂ、２２０Ｂからなり、感知電極２０Ｃは感知電極１２０Ｃ、２２０Ｃからなり、感知電極２０Ｄは感知電極１２０Ｄ、２２０Ｄからなる。感知電極１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄは、それぞれ感知電極２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃ、２２０Ｄに比べてアーム６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６ＤのＵ字形状の外周により近くに設けられている。感知電極２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃ、２２０Ｄは、それぞれ感知電極１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄに比べてそれぞれアーム６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６ＤのＵ字形状の内周により近くに設けられている。感知電極１２０Ａ〜１２０Ｄ、２２０Ａ〜２２０Ｄにより、アーム６Ａ〜６Ｄの内周の歪と外周の歪を区別できる。コリオリ力が方向Ｙ１を向いているときにアーム６Ａ〜６ＤのＵ字形状の内周と外周で発生する歪みの方向と、コリオリ力が方向Ｙ２を向いているときにアーム６Ａ〜６ＤのＵ字形状の内周と外周で発生する歪みの方向とが異なる。錘部１４Ａ〜１４Ｄが方向Ｙ１、Ｙ２のコリオリ力により歪むことで、アーム６Ａ〜６ＤのＵ字形状の内周と外周とで異なるように変形する。Ｕ字形状の内周と外周に設けられた感知電極１２０Ａ〜１２０Ｄ、２２０Ａ〜２２０Ｄはその変形に応じて信号を出力し、制御部１００１Ｂはその信号によって角速度ＡＶ１を検出する。角速度ＡＶ１と反対の方向のＺ軸の周りの角速度が検出素子２に加わった場合には、上記のコリオリ力と反対の方向のコリオリ力が発生するので、制御部１００１Ｂは感知電極２０Ａ〜２０Ｄにより同様にその角速度を感知することができる。
【００２９】
図４は、検出素子２にＹ軸の周りの右回りの、すなわち錘部１４Ａの面５１４Ａが錘部１４Ｂの面５１４Ｂに近づく方向の角速度ＡＶ２が加わった場合に発生するコリオリ力を示す検出素子２の斜視図である。図２に示すようにアーム６Ａ〜６Ｄや錘部１４Ａ〜１４Ｄが振動している状態で検出素子２に角速度ＡＶ２が加わった場合は、錘部１４Ａ〜１４ＤのＸ軸に沿った振動と同期して、錘部１４Ａ〜１４ＤにＺ軸に沿ってコリオリ力が発生する。すなわち、錘部１４Ａ〜１４Ｄが方向Ｘ１に変位しているときにはコリオリ力はＺ軸に沿った方向Ｚ１に向き、錘部１４Ａ〜１４Ｄが方向Ｘ２に変位しているときにはコリオリ力はＹ軸に沿った方向Ｙ１と反対の方向Ｙ２に向く。このコリオリ力によりアーム６Ａ〜６Ｄに歪が発生し、これらの歪はアーム６Ａ〜６Ｄに設けられた感知電極２０Ａ〜２０Ｄ、２５Ａ〜２５Ｄにより感知される。感知電極２０Ａ〜２０Ｄ、２５Ａ〜２５Ｄは歪みの大きさと方向に応じて変化する信号を出力する。図１に示す制御部１００１Ｂはこれらの信号の極性によってコリオリ力の方向を判定することができる。
【００３０】
このコリオリ力を感知するための慣性力センサ２００１の動作について説明する。コリオリ力が方向Ｚ１を向いているときにアーム６Ａ〜６Ｄの面５０６Ａ〜５０６Ｄ、６０６Ａ〜６０６Ｄで発生する歪みの方向と、コリオリ力が方向Ｚ２を向いているときにアーム６Ａ〜６Ｄの面５０６Ａ〜５０６Ｄ、６０６Ａ〜６０６Ｄで発生する歪みの方向とが異なる。錘部１４Ａ〜１４Ｄが方向Ｚ１、Ｚ２のコリオリ力により歪むことで、アーム６Ａ〜６Ｄの面５０６Ａ〜５０６Ｄと面６０６Ａ〜６０６Ｄとで異なるように変形する。アーム６Ａ〜６Ｄの面５０６Ａ〜５０６Ｄ、６０６Ａ〜６０６Ｄに設けられた感知電極２０Ａ〜２０Ｄと図１Ｂに示す感知電極２５Ａ〜２５Ｄはその変形に応じて信号を出力し、図１に示す制御部１００１Ｂはその信号によって角速度ＡＶ２を検出する。角速度ＡＶ２と反対の方向のＹ軸の周りの角速度が検出素子２に加わった場合には、上記のコリオリ力と反対の方向のコリオリ力が発生するので、感知電極２０Ａ〜２０Ｄにより慣性力センサ２００１は同様にその角速度を検出することができる。
【００３１】
実施の形態による慣性力センサ２００１はコリオリ力という慣性力に基づいてＺ軸の周りやＹ軸の周りの角加速度を検出する。慣性力センサ２００１の検出素子２は、Ｚ軸の周りの角速度を検出できるがＺ軸に沿って長く延びた部分を有さず、Ｚ軸の高さを小さくすることができる。さらに、慣性力センサ２００１はＹ軸の周りの角速度も検出できる。
【００３２】
検出素子２では、アーム６Ａ〜６ＤをＸ軸に沿って振動させてＺ軸の周りの角速度やＹ軸の周りの角速度に起因したアーム６Ａ〜６Ｄの歪を感知する。アーム６Ａ〜６Ｄの歪はＸ軸に沿った振動にともなってＹ軸に沿った振動とＺ軸に沿った振動として現れる。したがって、アーム６Ａ〜６ＤはＸ軸とＹ軸とＺ軸に沿って振動する。検出素子２ではアーム６Ａ〜６ＤのＸ軸に沿った振動の周波数とＹ軸に沿った振動の周波数とＺ軸に沿った振動の周波数とは、それぞれアーム６Ａ〜６ＤのＸ軸に沿った共振周波数とＹ軸に沿った共振周波数とＺ軸に沿った共振周波数である。慣性力センサ２００１では、アーム６Ａ〜６Ｄの歪はアーム６Ａ〜６ＤのＸ軸に沿った振動の周波数を基準にして感知する。したがって、アーム６Ａ〜６ＤのＸ軸に沿った共振周波数とＹに沿った共振周波数とＺ軸に沿った共振周波数の差を小さくすることで感度を向上させることができる。
【００３３】
図１Ａに示すように、支持部８から延びるアーム６Ａ、６Ｂの延部１０６Ａ、１０６Ｂからは結合部２０６Ａ、２０６Ｂは互いに反対の方向に延び、延部１０６Ａ、１０６Ｂが錘部１４Ａ、１４Ｂ間に位置している。また、支持部８から延びるアーム６Ｃ、６Ｄの延部１０６Ｃ、１０６Ｄからは結合部２０６Ｃ、２０６Ｄは互いに反対の方向に延び、延部１０６Ｃ、１０６Ｄが錘部１４Ｃ、１４Ｄ間に位置している。この構造により、アーム６Ａ、６Ｂ間の距離とアーム６Ａ、６Ｂ間の距離を小さくすることができるので、支持部８を介してアーム６Ａ、６Ｂが互いに密に機械的に結合し、支持部８を介してアーム６Ｃ、６Ｄが互いに密に機械的に結合させることができる。これにより、検出素子２を高効率で駆動して錘部１４Ａ〜１４Ｄを振動させることができ、かつ高感度で角速度を検出することができる。
【００３４】
図５は、慣性力センサ２００１のアーム６Ａ〜６ＤのＸ軸とＹ軸とＺ軸に沿った共振周波数と感度の関係を示す。実施の形態による検出素子２では、アーム６Ａ〜６ＤのＸ軸に沿った振動の共振周波数ｆｘ１が約３２ｋＨｚである場合、Ｚ軸の周りの角速度に起因するコリオリ力によるアーム６Ａ〜６ＤのＹ軸に沿った共振周波数ｆｙ１は約２２ｋＨｚであり、Ｙ軸の周りの角速度に起因するコリオリ力によるアーム６Ａ〜６ＤのＺ軸方向の共振周波数ｆｚ１は約２６ｋＨｚである。Ｘ軸に沿った共振周波数ｆｘ１とＹ軸に沿った共振周波数ｆｙ１の差Δｆｙ１を小さくすることにより、Ｙ軸に沿った振動に対する感度Ｓｙ１を向上でき、Ｚ軸の周りの角速度に対する感度を高くすることができる。また、共振周波数ｆｘ１とＺ軸に沿った共振周波数ｆｚ１の差Δｆｚ１を小さくすることにより、Ｚ軸に沿った振動に対する感度Ｓｚ１を向上でき、Ｙ軸の周りの角速度に対する感度を高くすることができる。慣性力センサ２００１では、差Δｆｙ１、Δｆｚ１を小さくすることができる。
【００３５】
図６は比較例の慣性力センサ３００１の斜視図である。図１Ａと図２に示す慣性力センサ２００１と同じ部分には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。慣性力センサ３００１は、実施の形態による慣性力センサ２００１と同じ構造の検出素子２を備え、制御部１００１Ｂの代わりに制御部３００１Ｂを備える。比較例の慣性力センサ３００１では、制御部３００１Ｂは駆動電極１６Ａ，１６Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄに同じ移送の交流電圧を印加し、錘部１４Ａ〜１４ＤがＸ軸に沿って同時に同じ方向に変位するように振動させる。慣性力センサ３００１のアーム６Ａ〜６ＤのＸ軸とＹ軸とＺ軸に沿った共振周波数と感度の関係を図５に示す。性力センサ３００１図５の点線の周波数特性となる。アーム６Ａ〜６ＤのＸ軸に沿った共振周波数ｆｘ２が約２２ｋＨｚである場合、アーム６Ａ〜６ＤのＹ軸に沿った共振周波数ｆｙ２は約７ｋＨｚであり、アーム６Ａ〜６ＤのＺ軸に沿った共振周波数ｆｚ２は約１ｋＨｚである。図５は、Ｘ軸に沿った共振周波数ｆｘ２とＹ軸に沿った共振周波数ｆｙ２との差Δｆｙ２と、共振周波数ｆｘ２とＺ軸に沿った共振周波数ｆｚ２との差Δｆｚ２とを示す。図５は、慣性力センサ３００１のＹ軸に沿った振動に対する感度Ｓｙ２とＺ軸に沿った振動に対する感度Ｓｚ２を示す。
【００３６】
図５に示すように、実施の形態による慣性力センサ２００１のＸ軸に沿った共振周波数ｆｘ１とＹ軸に沿った共振周波数ｆｙ１との差Δｆｙ１は、比較例による慣性力センサ３００１のＸ軸に沿った共振周波数ｆｘ２とＹ軸に沿った共振周波数ｆｙ２との差Δｆｙ２より小さい。また、実施の形態による慣性力センサ２００１のＸ軸に沿った共振周波数ｆｘ１とＺ軸に沿った共振周波数ｆｚ１との差Δｆｚ１は、比較例による慣性力センサ３００１のＸ軸に沿った共振周波数ｆｘ２とＺ軸に沿った共振周波数ｆｚ２との差Δｆｚ２より小さい。したがって、実施の形態による慣性力センサ２００１の感度Ｓｙ１、Ｓｚ１は比較例の慣性力センサ３００１の感度Ｓｙ２、Ｓｚ２より大きいので、実施の形態による慣性力センサ２００１は比較例の慣性力センサ３００１よりも高感度でＺ軸の周りの角加速度やＹ軸の周りの角加速度を検出することができる。
【００３７】
実施の形態による検出素子２のアーム４Ａ、４Ｂはアーム６Ａ〜６Ｄより薄いので、検出素子２に加速度が加わるとアーム４Ａ、４Ｂが変形して歪む。これらの歪みを感知することにより、その加速度を検出することができる。
【００３８】
慣性力センサ２００１は、慣性力を検出する検出素子２を備える。検出素子２は、アーム４Ａ、４Ｂと、アーム４Ａ、４Ｂに直角なアーム６Ａ〜６Ｄと、アーム４Ａ、４Ｂを支持する支持部８と、アーム６Ａ〜６Ｄにそれぞれ連結した錘部１４Ａ〜１４Ｄとを有する。アーム４Ａ、４ＢをＸ軸方向に配置するとともにアーム６Ａ〜６ＤをＹ軸方向に配置する。アーム６Ａ〜６Ｄは、支持部８に連結した一端と、錘部１４Ａ〜１４Ｄにそれぞれ連結した他端とをそれぞれ有する。アーム６Ａ〜６Ｄは、アーム６Ａ〜６Ｄの他端がアーム６Ａ〜６Ｄ自身と対向するまで外方側に折曲された形状を有する。アーム６Ａ〜５ＤをＸ軸方向に振動させる。Ｘ軸の正側に配置されたアーム６Ａ、６Ｃは互いに逆方向に振動させる。Ｘ軸の負側に配置されたアーム６Ｂ、６Ｄは互いに逆方向に振動させる。Ｙ軸の正側に配置されたアーム６Ａ、６Ｂは互いに逆方向に振動させる。角速度に起因したアーム６Ａ〜６Ｄの歪を感知してその角速度を検出する。
【００３９】
図７と図８はそれぞれ実施の形態による他の慣性力センサ２００２の斜視図と裏面斜視図である。図７と図８において、図１Ａと図１Ｂに示す慣性力センサ２００１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７と図８に示す慣性力センサ２００２は、図１Ａと図１Ｂに示す慣性力センサ２００１に感知電極２６Ａ〜２９Ａ、２６Ｂ〜２９Ｂをさらに備える。
【００４０】
感知電極２６Ａ〜２９Ａ、２６Ｂ〜２９Ｂの詳細について説明する。
【００４１】
アーム４Ａ、４Ｂは、錘部１４Ａ〜１４Ｄの面５１４Ａ〜５１４Ｄとアーム６Ａ〜６Ｄの面５０６Ａ〜５０６Ｄと同じ方向を向いている面５０４Ａ、５０４Ｂをそれぞれ有する。また、アーム４Ａ、４Ｂは、錘部１４Ａ〜１４Ｄの面６１４Ａ〜６１４Ｄとアーム６Ａ〜６Ｄの面６０６Ａ〜６０６Ｄと同じ方向を向いている面６０４Ａ、６０４Ｂをそれぞれ有する。
【００４２】
感知電極２６Ａ、２６Ｂはアーム４Ａの面５０４Ａ上にＹ軸に沿って配列されている。感知電極２７Ａ、２７Ｂはアーム４Ｂの面５０４Ｂ上にＹ軸に沿って配列されている。感知電極２８Ａ、２８Ｂはアーム４Ａの面６０４Ａ上にＹ軸に沿って配列されている。感知電極２９Ａ、２９Ｂはアーム４Ｂの面８０４Ｂ上にＹ軸に沿って配列されている。感知電極２６Ｂに比べて感知電極２６Ａは錘部１４Ａにより近くに位置する。感知電極２６Ａに比べて感知電極２６Ｂは錘部１４Ｃにより近くに位置する。感知電極２７Ｂに比べて感知電極２７Ａは錘部１４Ｂにより近くに位置する。感知電極２７Ａに比べて感知電極２７Ｂは錘部１４Ｄにより近くに位置する。感知電極２８Ｂに比べて感知電極２８Ａは錘部１４Ａにより近くに位置する。感知電極２８Ａに比べて感知電極２８Ｂは錘部１４Ｃにより近くに位置する。感知電極２９Ｂに比べて感知電極２９Ａは錘部１４Ｂにより近くに位置する。感知電極２９Ａに比べて感知電極２９Ｂは錘部１４Ｄにより近くに位置する。感知電極２６Ａ〜２９Ａ、２６Ｂ〜２９Ｂは図１Ｃに示す感知電極２０Ａ〜２０Ｂと同様の構造を有し、アーム上に設けられた下部電極と、下部電極上に設けられた圧電体よりなる圧電層と、圧電層上に設けられた上部電極よりなる。
【００４３】
アーム４Ａ、４Ｂはアーム６Ａ〜６Ｄより薄いので、検出素子２に加速度が加わるとアーム４Ａ、４Ｂが変形して歪む。感知電極２６Ａ〜２９Ａ、２６Ｂ〜２９Ｂはアーム４Ａ、４Ｂの歪を感知してその歪に応じて信号を出力し、制御部１００１Ｂはそれらの信号に基づいて加速度を検出する。
【００４４】
検出素子２にＹ軸に沿った加速度が加わると、アーム６Ａ〜６Ｃと錘部１４Ａ〜１４Ｄが結合している支持部８はＹ軸に沿って変位し、アーム４Ａ、４ＢはＹ軸に沿って変形して歪む。アーム４ＡがＹ軸に沿って変形すると、アーム４ＡのＹ軸に沿って互いに反対側に位置する２つの側部のうちの一方が伸びるときは他方が縮み、２つの側部のうちの一方が縮むときには他方が伸びる。アーム４Ａのこの変形によりアーム４Ａの面５０４Ａ上にＹ軸に沿って配列されている感知電極２６Ａ、２６Ｂはアーム４ＡのＹ軸方向の変形による歪みを感知して信号を出力する。また、アーム４Ａのこの変形によりアーム４Ａの面６０４Ａ上にＹ軸に沿って配列されている感知電極２８Ａ、２８Ｂはアーム４ＡのＹ軸方向の変形による歪みを感知して信号を出力する。同様に、アーム４ＢがＹ軸に沿って変形すると、アーム４ＢのＹ軸に沿って互いに反対側に位置する２つの側部のうちの一方が伸びるときは他方が縮み、２つの側部のうちの一方が縮むときには他方が伸びる。アーム４Ｂのこの変形によりアーム４Ｂの面５０４Ｂ上にＹ軸に沿って配列されている感知電極２７Ａ、２７Ｂはアーム４ＢのＹ軸方向の変形による歪みを感知して信号を出力する。また、アーム４Ｂのこの変形によりアーム４Ｂの面６０４Ｂ上にＹ軸に沿って配列されている感知電極２９Ａ、２９Ｂはアーム４ＢのＹ軸方向の変形による歪みを感知して信号を出力する。制御部１００１Ｂは感知電極２６Ａ〜２９Ａ、２６Ｂ〜２９Ｂから出力されるこれらの信号に基づいて、Ｙ軸に沿った加速度を検出することができる。なお、Ｙ軸に沿った加速度を検出するために感知電極２６Ａ〜２９Ａ、２６Ｂ〜２９Ｂのすべては必要ではなく、慣性力センサ２００２は感知電極２６Ａ、２６Ｂの組と、感知電極２７Ａ、２７Ｂの組と、感知電極２８Ａ、２８Ｂの組と、感知電極２９Ａ、２９Ｂの組とのうちの少なくとも１つの組から出力される信号により、制御部１００１ＢはＹ軸に沿った加速度を検出することができる。
【００４５】
検出素子２にＺ軸に沿った加速度が加わると、アーム６Ａ〜６Ｃと錘部１４Ａ〜１４Ｄが結合している支持部８はＺ軸に沿って変位し、アーム４Ａ、４ＢはＺ軸に沿って変形して歪む。アーム４ＡがＺ軸に沿って変形すると、アーム４Ａの面５０４Ａ、６０４Ａのうちの一方が伸びるときは他方が縮み、面５０４Ａ、６０４Ａのうちの一方が縮むときには他方が伸びる。アーム４Ａのこの変形により感知電極２６Ａ、２６Ｂ、２８Ａ、２８Ｂはアーム４ＡのＺ軸方向の変形による歪みを感知して信号を出力する。同様に、アーム４ＡがＺ軸に沿って変形すると、アーム４Ｂの面５０４Ｂ、６０４Ｂのうちの一方が伸びるときは他方が縮み、面５０４Ｂ、６０４Ｂのうちの一方が縮むときには他方が伸びる。アーム４Ｂのこの変形により感知電極２７Ａ、２７Ｂ、２９Ａ、２９Ｂはアーム４ＢのＺ軸方向の変形による歪みを感知して信号を出力する。制御部１００１Ｂは感知電極２６Ａ〜２９Ａ、２６Ｂ〜２９Ｂから出力されるこれらの信号に基づいて、Ｙ軸に沿った加速度を検出することができる。なお、Ｚ軸に沿った加速度を検出するために感知電極２６Ａ〜２９Ａ、２６Ｂ〜２９Ｂのすべては必要ではなく、慣性力センサ２００２は、感知電極２６Ａ、２６Ｂのうちの少なくとも１つと感知電極２８Ａ、２８Ｂのうちの少なくとも１つとよりなる組と、感知電極２７Ａ、２７Ｂのうちの少なくとも１つと感知電極２９Ａ、２９Ｂのうちの少なくとも１つとよりなる組とのうちの少なくとも１つの組から出力される信号により、制御部１００１ＢはＺ軸に沿った加速度を検出することができる。
【００４６】
このように、慣性力センサ２００２は検出素子２に加えられた角速度と加速度とを検出することができる。
【００４７】
Ｙ軸周りの角速度に起因したＺ軸方向のアーム６Ａ〜６Ｄの歪を感知してＹ軸周りの角速度を検出する。または、Ｚ軸周りの角速度に起因したＹ軸方向のアーム６Ａ〜６Ｄの歪を感知してＺ軸周りの角速度を検出する。
【００４８】
アーム４Ａ、４Ｂの厚みをアーム６Ａ〜６Ｄよりも薄くして、加速度に起因したアーム４Ａ、４Ｂの歪を感知してその加速度を検出する。
【００４９】
Ｙ軸方向の加速度に起因したＺ軸方向のアーム４Ａ、４Ｂの歪を感知してＹ軸方向の加速度を検出する。または、Ｚ軸方向の加速度に起因したＺ軸方向のアーム４Ａ、４Ｂの歪を感知してＺ軸方向の加速度を検出する。
【００５０】
図９は実施の形態によるさらに他の慣性力センサ２００３の分解斜視図である。図９において、図１Ａに示す慣性力センサ２００１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１０は慣性力センサ２００３のＹ軸とＺ軸に平行でＸ軸に直角な平面における慣性力センサ２００３の断面図である。図９に示す慣性力センサ２００３は、図１Ａと図１Ｂに示す慣性力センサ２００１に、基板３０と、対向電極３１Ａ〜３４Ａ、３１Ｂ〜３４Ｂをさらに備える。慣性力センサ２００３は図７と図８に示す慣性力センサ２００２と同様にＹ軸に沿った加速度とＺ軸に沿った加速度を検出することができる。
【００５１】
対向電極３１Ａ〜３４Ａは錘部１４Ａ〜１４ＤのＺ軸に直角の面５１４Ａ〜５１４Ｄ上にそれぞれ設けられている。基板３０は錘部１４Ａ〜１４Ｄの面５１４Ａ〜５１４Ｄに対向する面６３０を有する。対向電極３１Ｂ〜３４Ｂは対向電極３１Ａ〜３４Ａにそれぞれ所定の間隔を空けて対向しており、基板３０の面６３０上に設けられている。対向電極３１Ｂ、３３Ｂは対向電極３１Ａ、３３Ａに対してＹ軸に沿って方向ＤＹ１にずれており、対向電極３２Ｂ、３４Ｂは対向電極３１Ａ、３３Ａに対してＹ軸に沿って方向ＤＹ１の反対の方向ＤＹ２にずれている。
【００５２】
所定の間隔を空けて互いに対向する対向電極３１Ａ、３１Ｂは対向電極３１Ａ、３１Ｂの相対的な位置に応じた静電容量を形成する対向電極部３１を構成する。同様に、所定の間隔を空けて互いに対向する対向電極３２Ａ、３２Ｂは対向電極３２Ａ、３２Ｂの相対的な位置に応じた静電容量を形成する対向電極部３２を構成する。所定の間隔を空けて互いに対向する対向電極３３Ａ、３３Ｂは対向電極３３Ａ、３３Ｂの相対的な位置に応じた静電容量を形成する対向電極部３３を構成する。所定の間隔を空けて互いに対向する対向電極３４Ａ、３４Ｂは対向電極３４Ａ、３４Ｂの相対的な位置に応じた静電容量を形成する対向電極部３４を構成する。
【００５３】
アーム４Ａ、４Ｂはアーム６Ａ〜６Ｄより薄く、かつ可撓性を有する可撓部２１Ａ、２１Ｂをそれぞれ介して保持体４２に結合しているので、検出素子２に加速度が加わると錘部１４Ａ〜１４Ｄが基板３０に対して加速度と反対の方向に変位する。対向電極部３１〜３４は基板３０に対する錘部１４Ａ〜１４Ｄの変位に応じた静電容量を形成し、制御部１００１Ｂはそれらの静電容量に基づいて加速度を検出する。
【００５４】
検出素子２にＺ軸に沿って方向ＤＺ２の加速度が加わると、錘部１４Ａ〜１４Ｄは基板３０に近づく方向ＤＺ１に変位する。この変位により対向電極部３１〜３４が形成する静電容量は増加する。また、検出素子２にＺ軸に沿って方向ＤＺ１の加速度が加わると、錘部１４Ａ〜１４Ｄは基板３０から遠ざかる方向ＤＺ２に変位する。これにより対向電極部３１〜３４が形成する静電容量は減少する。制御部１００１Ｂはこれらの静電容量の変化により、Ｚ軸に沿った加速度を検出することができる。
【００５５】
検出素子２にＹ軸に沿って方向ＤＹ２の加速度が加わると、錘部１４Ａ〜１４Ｄは基板３０に対して方向ＤＹ１に変位する。この変位により対向電極３１Ａ、３２Ａと対向電極３１Ｂ、３２Ｂがそれぞれ対向する面積が増加して、対向電極部３１、３２が形成する静電容量が増加する。また、この変位により、対向電極３３Ａ、３４Ａと対向電極３３Ｂ、３４Ｂがそれぞれ対向する面積が減少して、対向電極部３３、３４が形成する静電容量が減少する。制御部１００１Ｂはこれらの静電容量の変化により、Ｙ軸に沿った方向ＤＹ２の加速度を検出することができる。
【００５６】
検出素子２にＹ軸に沿って方向ＤＹ１の加速度が加わると、錘部１４Ａ〜１４Ｄは基板３０に対して方向ＤＹ２に変位する。この変位により対向電極３１Ａ、３２Ａと対向電極３１Ｂ、３２Ｂがそれぞれ対向する面積が減少して、対向電極部３１、３２が形成する静電容量が減少する。また、この変位により、対向電極３３Ａ、３４Ａと対向電極３３Ｂ、３４Ｂがそれぞれ対向する面積が増加して、対向電極部３３、３４が形成する静電容量が増加する。制御部１００１Ｂはこれらの静電容量の変化により、Ｙ軸に沿った方向ＤＹ１の加速度を検出することができる。
【００５７】
また、対向電極３１Ｂ、３３Ｂは対向電極３１Ａ、３３Ａに対してＹ軸に沿って方向ＤＹ２にずれていてもよく、この場合には対向電極３２Ｂ、３４Ｂは対向電極３１Ａ、３３Ａに対してＹ軸に沿って方向ＤＹ２の反対の方向ＤＹ１にずれている。この場合には、Ｙ軸に沿った加速度が検出素子２に加わったときの対向電極部３１〜３４の対向電極３１Ａ〜３４Ａ、３１Ｂ〜３４Ｄが対向する面積の変化が上記と逆になるので、対向電極部３１〜３４が形成する静電容量の変化も上記の変化と逆になる。制御部１００１Ｂはこれらの静電容量の変化により、Ｙ軸に沿った加速度を検出することができる。
【００５８】
錘部１４Ａ〜１４Ｄと対向する対向基板３０を配置する。錘部１４Ａ〜１４Ｄと対向基板３９の各々の対向面に対向電極３１Ａ〜３４Ｄ、３１Ｂ〜３４Ｄを配置する。アーム４Ａ、４Ｂの厚みをアーム６Ａ〜６Ｄよりも薄くする。加速度に起因した対向電極間の静電容量変化を感知してその加速度を検出する。
【００５９】
Ｙ軸方向の加速度に起因したＺ軸方向の対向電極間の静電容量変化を感知してＹ軸方向の加速度を検出する。または、Ｚ軸方向の加速度に起因したＺ軸方向の対向電極間の静電容量変化を感知してＺ軸方向の加速度を検出する。
【００６０】
このように、慣性力センサ２００３は慣性力センサ２００２と同様に、検出素子２に加えられた角速度と加速度とを検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
この角速度センサは所定の軸の周りの角速度を検出する場合でも、その所定の軸方向の高さを小さくすることができるので、小型の電子機器に適用できる。
【符号の説明】
【００６２】
４Ａ    アーム
４Ｂ    アーム
６Ａ    アーム
６Ｂ    アーム
６Ｃ    アーム
６Ｄ    アーム
８    支持部
１４Ａ    錘部
１４Ｂ    錘部
１４Ｃ    錘部
１４Ｄ    錘部
１６Ａ    駆動電極
１６Ｂ    駆動電極
１８Ｃ    駆動電極
１８Ｄ    駆動電極
２０Ａ    感知電極
２１Ａ    感知電極
３１    対向電極部
３１Ａ    対向電極
３１Ｂ    対向電極
３３    対向電極部
３３Ａ    対向電極
３３Ｂ    対向電極
４２    保持体
１０６Ａ    延部（第１の延部）
１０６Ｂ    延部（第３の延部）
１０６Ｃ    延部（第５の延部）
１０６Ｄ    延部（第７の延部）
２０６Ａ    結合部（第１の結合部）
２０６Ｂ    結合部（第２の結合部）
２０６Ｃ    結合部（第３の結合部）
２０６Ｄ    結合部（第４の結合部）
３０６Ａ    延部（第２の延部）
３０６Ｂ    延部（第４の延部）
３０６Ｃ    延部（第６の延部）
３０６Ｄ    延部（第８の延部）
５１４Ａ    面
５１４Ｃ    面
【手続補正２】
【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】
慣性力を検出する検出素子を備え、
前記検出素子は、
第１のアームと、
前記第１のアームに直角な第２のアームと、
前記第１のアームを支持する支持部と、
前記第２のアームにそれぞれ連結した錘部と、
を有し、
互いに直交するＸ軸とＹ軸とＺ軸において、前記第１のアームをＸ軸方向に配置するとともに前記第２のアームをＹ軸方向に配置し、
前記第２のアームは、前記支持部に連結した一端と、前記錘部にそれぞれ連結した他端とをそれぞれ有し、
前記第２のアームは、前記第２のアームの前記他端が前記第２アーム自身と対向するまで外方側に折曲された形状を有し、
前記第２のアームをＸ軸方向に振動させるとともに、
前記第２のアームのうちＸ軸の正側に配置された第２のアームは互いに逆方向に振動させ、
前記第２のアームのうちのＸ軸の負側に配置された第２のアームは互いに逆方向に振動させ、
前記第２のアームのうちのＹ軸の正側に配置された前記第２のアームは互いに逆方向に振動させ、角速度に起因した前記第２のアームの歪を感知して角速度を検出する慣性力センサ。
【請求項２】
Ｙ軸周りの角速度に起因したＺ軸方向の前記第２のアームの歪を感知してＹ軸周りの角速度を検出する、または、Ｚ軸周りの角速度に起因したＹ軸方向の前記第２のアームの歪を感知してＺ軸周りの角速度を検出する、請求項１記載の慣性力センサ。
【請求項３】
前記第１のアームの厚みを前記第２のアームよりも薄くして、加速度に起因した前記第１のアームの歪を感知して加速度を検出する、請求項１記載の慣性力センサ。
【請求項４】
Ｙ軸方向の加速度に起因したＺ軸方向の前記第１のアームの歪を感知してＹ軸方向の加速度を検出する、または、Ｚ軸方向の加速度に起因したＺ軸方向の前記第１のアームの歪を感知してＺ軸方向の加速度を検出する、請求項３記載の慣性力センサ。
【請求項５】
前記錘部と対向する対向基板を配置するとともに前記錘部と前記対向基板の各々の対向面に対向電極を配置し、前記第１のアームの厚みを前記第２のアームよりも薄くして、加速度に起因した前記対向電極間の静電容量変化を感知して加速度を検出する、請求項１記載の慣性力センサ。
【請求項６】
Ｙ軸方向の加速度に起因したＺ軸方向の前記対向電極間の静電容量変化を感知してＹ軸方向の加速度を検出する、または、Ｚ軸方向の加速度に起因したＺ軸方向の前記対向電極間の静電容量変化を感知してＺ軸方向の加速度を検出する、請求項５記載の慣性力センサ。
【請求項７】
保持体と、
支持部と、
前記支持部から第１の軸に沿って延びて前記保持体に結合する第１のアームと、
前記支持部から前記第１の軸に沿って前記第１のアームと反対の方向に延びて前記保持体に結合する第２のアームと、
前記第１の軸と直角の第２の軸に沿って前記支持部から延びる第１の延部と、
前記第１の延部から前記第１の軸に沿って延びる第１の結合部と、
前記第１の延部が前記支持部から延びる方向と逆の方向に前記第１の結合部から前記第２の軸に沿って延びる第２の延部と、
を有するＵ字形状を実質的に有する第３のアームと、
前記第３のアームの前記第２の延部に接続された第１の錘部と、
前記第３のアームの前記第１の延部が前記支持部から延びる前記方向と同じ方向に前記第２の軸に沿って前記支持部から延びる第３の延部と、
前記第３のアームの前記第１の結合部が前記第１の延部から延びる方向と逆の方向に前記第３の延部から前記第１の軸に沿って延びる第２の結合部と、
前記第３の延部が前記支持部から延びる方向と逆の方向に前記第２の結合部から前記第２の軸に沿って延びる第４の延部と、
を有するＵ字形状を実質的に有する第４のアームと、
前記第４のアームの前記第４の延部に接続された第２の錘部と、
前記第３のアームの前記第１の延部が前記支持部から延びる前記方向と逆の方向に前記第２の軸に沿って前記支持部から延びる第５の延部と、
前記第３のアームの前記第１の結合部が前記第１の延部から延びる方向と同じ方向に前記第５の延部から前記第１の軸に沿って延びる第３の結合部と、
前記第５の延部が前記支持部から延びる方向と逆の方向に前記第３の結合部から前記第２の軸に沿って延びる第６の延部と、
を有するＵ字形状を実質的に有する第５のアームと、
前記第５のアームの前記第６の延部に接続された第３の錘部と、
前記第５のアームの前記第５の延部が前記支持部から延びる前記方向と同じ方向に前記第２の軸に沿って前記支持部から延びる第７の延部と、
前記第５のアームの前記第３の結合部が前記第５の延部から延びる方向と逆の方向に前記第７の延部から前記第１の軸に沿って延びる第４の結合部と、
前記第７の延部が前記支持部から延びる方向と逆の方向に前記第４の結合部から前記第２の軸に沿って延びる第８の延部と、
を有するＵ字形状を実質的に有する第６のアームと、
前記第６のアームの前記第８の延部に接続された第４の錘部と、
前記第１の錘部を前記第１の軸に沿って振動させる、前記第３のアームに設けられた第１の駆動電極と、
前記第２の錘部を前記第１の錘部と反対の方向に変位させるように前記第１の軸に沿って振動させる第２の駆動電極と、
前記第３の錘部を前記第１の錘部と反対の方向に変位させるように前記第１の軸に沿って振動させる第３の駆動電極と、
前記第４の錘部を前記第１の錘部と同じ方向に変位させるように前記第１の軸に沿って振動させる第４の駆動電極と、
前記第１の錘部に加えられた角速度により前記第３のアームに生じる歪みを検出する第１の感知電極と、
を備えた慣性力センサ。
【請求項８】
前記角速度は前記第２の軸の周りに加えられ、
前記加速度により前記第３のアームに前記歪みは前記第１の軸と前記第２の軸とに直角の第３の軸に沿って発生する、請求項７記載の慣性力センサ。
【請求項９】
前記角速度は前記第１の軸と前記第２の軸とに直角の第３の軸の周りに加えられ、
前記角速度により前記第３のアームに前記歪みは前記第２の軸に沿って発生する、請求項７に記載の慣性力センサ。
【請求項１０】
前記第１の錘部と前記第２の錘部と前記第３の錘部と前記第４の錘部とに加えられた加速度により前記第１のアームに発生する歪みを感知する、前記第１のアームに設けられた第２の感知電極をさらに備えた、請求項７に記載の慣性力センサ。
【請求項１１】
前記第１のアームと前記第２のアームは、前記第３のアームと前記第４のアームと前記第５のアームと前記第６のアームよりも薄い、請求項１０に記載の慣性力センサ。
【請求項１２】
前記加速度は前記第２の軸に沿って前記第１の錘部と前記第２の錘部と前記第３の錘部と前記第４の錘部とに加えられ、
前記加速度により前記第１のアームの前記歪みは前記第２の軸に沿って発生する、請求項１１に記載の慣性力センサ。
【請求項１３】
前記加速度は前記第１の軸と前記第２の軸とに直角の第３の軸に沿って前記第１の錘部と前記第２の錘部と前記第３の錘部と前記第４の錘部とに加えられ、
前記加速度により前記第１のアームに前記歪みは前記第３の軸に沿って発生する、請求項１１に記載の慣性力センサ。
【請求項１４】
前記第１の錘部は前記第１の軸と前記第２の軸とに直角の第３の軸に直角の面を有しており、
前記第１の錘部の前記面に設けられた第１の対向電極と、
前記第１の対向電極に対向する第２の対向電極と、
を有して第１の静電容量を形成する第１の対向電極部をさらに備え、
前記第１の静電容量により前記第１の錘部に加えられた加速度を検出する、請求項７記載の慣性力センサ。
【請求項１５】
前記加速度は前記第３の軸に沿って前記第１の錘部に加えられている、請求項１４に記載の慣性力センサ。
【請求項１６】
前記第３の錘部は前記第３の軸に直角の面を有しており、
前記第３の錘部の前記面に設けられた第３の対向電極と、
前記第３の対向電極に対向する第４の対向電極と、
を有して第２の静電容量を形成する第２の対向電極部をさらに備え、
前記第１の静電容量と前記第２の静電容量により前記第１の錘部に加えられた加速度を検出する、請求項１４記載の慣性力センサ。
【請求項１７】
前記加速度は前記第２の軸に沿って前記第１の錘部に加えられている、請求項１６に記載の慣性力センサ。
【請求項１８】
前記第１のアームと前記第２のアームは、前記第３のアームと前記第４のアームと前記第５のアームと前記第６のアームよりも薄い、請求項１４に記載の慣性力センサ。
【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１Ａ】
2009044522.tif 000017
【図１Ｂ】
2009044522.tif 000018
【図１Ｃ】
2009044522.tif 000019
【図２】
2009044522.tif 000020
【図３】
2009044522.tif 000021
【図４】
2009044522.tif 000022
【図５】
2009044522.tif 000023
【図６】
2009044522.tif 000024
【図７】
2009044522.tif 000025
【図８】
2009044522.tif 000026
【図９】
2009044522.tif 000027
【図１０】
2009044522.tif 000028
【図１１】
2009044522.tif 000029
【図１２】
2009044522.tif 000030
【国際調査報告】
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2009044522.tif 000032
2009044522.tif 000033
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