(57)【要約】  【課題】  外部励振方式を用いて錘体を振動させる力学量センサにおいてセンサ素子の耐久性を向上させること。  【解決手段】  錘体を一定の周期で振動させ、生じるコリオリ力から角速度を検出するセンサにおいて、検出部１の外部から振動を加える構成を用いる。圧電素子からなる駆動部３と検出部１を伝動部２を介して固定する。伝動部２は、底面が駆動部３に固定された本体部２１および凸出端面２２ａが検出部１に固定された凸出部２２から構成される。凸出端面２２ａは、検出部１の加振面よりも小さく形成する。また、凸出部２２は、本体部２１における駆動部３の最大振幅が作用する部位から凸出するように形成する。伝動部２を介することにより、駆動部３における歪み変形する領域との接触領域を低減させることができる。これにより、検出部１に作用する応力の値を低減することができる。  【選択図】  図１
2006226799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子と、
所定の周波数の交流電圧を印加して前記圧電素子を振動させる振動手段と、
端部が固定された可撓性を有する可撓部と、前記可撓部で支持され所定の方向に振動する錘部と、を内包したハウジングと、
前記圧電素子と前記ハウジングとの間に配置され、第１の面と、前記第１の面と対向して配設され、前記第１の面の面積以下の面積を有し、かつ、前記ハウジングの加振面または前記圧電素子の振動面のうち小さい方の面積よりも小さい面積を有する第２の面と、を備え、前記第１の面と前記第２の面のうち一方が前記ハウジングに固定され、他方が前記圧電素子に固定された伝動部と、
前記錘部の振動方向と直交する面に対する前記錘部の傾きを検出する検出手段と、
前記検出手段で検出された前記錘部の傾きを角速度に変換する変換手段と、
を備えたことを特徴とする力学量センサ。
【請求項２】
前記第２の面の中心が、前記ハウジングの重心位置と一致することを特徴とする請求項１記載の力学量センサ。
【請求項３】
前記伝動部は、前記ハウジングまたは前記圧電素子の向きに凸出した凸出部を有し、
前記第２の面は、前記凸出部の端面により構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の力学量センサ。
【請求項４】
前記凸出部における凸出方向の長さは、前記圧電素子の振動面における最大振幅長より長いことを特徴とする請求項３記載の力学量センサ。
【請求項５】
前記圧電素子における振動周波数と、前記錘部の共振周波数とは、同一、あるいは近傍の周波数であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一の請求項に記載の力学量センサ。
【請求項６】
前記圧電素子の共振周波数と、前記錘部の共振周波数とは、同一、あるいは近傍の周波数であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一の請求項に記載の力学量センサ。
【請求項７】
前記ハウジングを前記圧電素子が配設されている向きに付勢する付勢手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一の請求項に記載の力学量センサ。
【請求項８】
前記圧電素子は、前記ハウジングを介して対向して設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一の請求項に記載の力学量センサ。
【請求項９】
前記ハウジングは、内部が真空であり、貫通孔と、前記貫通孔に形成された導体からなる引出部と、内壁面に設けられ前記引出部と電気的に接合された固定電極と、を備え、
前記検出手段は、前記固定電極と前記錘部とにより形成された静電容量素子の静電容量の変化に基づいて前記錘部の傾きを検出することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一の請求項に記載の力学量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体に作用する力学量を検出する力学量センサに関し、特に、発生するコリオリ力に基づいて物体の角速度を検出する力学量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラの手ぶれ補正装置や車載用のエアバッグ装置、ロボットの姿勢制御装置などの広い分野において、物体の回転運動を検出するためのジャイロと呼ばれるセンサが用いられている。
ジャイロは、物体の回転運動、即ち角速度を検出するセンサであり、取り付け部位や回転の中心位置に関わらず作用する角速度を検出することができる。
ジャイロは、その動作原理の違いによりいくつかの種類に分類され、振動体を用いたものは、振動式角速度センサと呼ばれている。
【０００３】
振動式角速度センサ（以下、角速度センサとする）は、可撓性を有する部材に支持された錘体を一定の周期で振動させ、発生するコリオリ力を検出することによって作用する角速度を検出する。
詳しくは、質量ｍの錘体をｚ軸方向に速度ｖで振動させた状態で、ｘ軸またはｙ軸周りに角速度Ωが働くと、錘体の中心部には、“Ｆ＝２ｍｖΩ”のコリオリ力Ｆが発生する。
そして、発生するコリオリ力Ｆの作用によりねじれが生じるため、錘体は、振動方向と直交する面に対して傾く。
角速度センサは、この錘体の傾きの方向、傾き量を検出し、これらの検出された値に基づいて錘体に作用する角速度を算出する。
【０００４】
錘体に作用する角速度Ωは、錘体の質量ｍおよび速度ｖに比例したコリオリ力Ｆとして現れる。従って、角速度Ωの検出精度（感度）は、錘体の質量ｍ、速度ｖを増大させることにより向上する。
錘体の速度ｖを増大するためには、振動周波数を高くしたり、振動振幅を大きくしたりなど、錘体の駆動力を向上させなければならない。
例えば、静電力を用いて錘体を振動させる駆動方式においては、静電力を作用させる電極の面積を大きくしたり、電極間の隙間（ギャップ）を狭めたりすることにより、作用させる静電力を増大させることができる。
しかし、電極の面積を大きくすると、結果的に可動部である錘体も大きくせざるを得なくなり、センサが大型化してしまう。また、電極間の隙間（ギャップ）を狭めることにより、電極間の静電容量は増大するが、錘体の可動領域が制限されるため、振動振幅を大きくすることができない。
【０００５】
さらに、錘体に形成された可動電極と、可動電極に対向した固定電極と間の静電容量の変化量に基づいて、錘体の傾きを検出する静電容量検出型の角速度センサがある。
このような静電容量検出型の角速度センサでは、駆動用の電極と検出用の電極とが同一素子に形成されると、駆動用の信号と検出用の信号が互いに干渉し、センサの検出精度（感度）を低下させるおそれがある。
そこで、従来、下記の特許文献１に開示されているような、センサ素子の外部に設けられた圧電素子によって、センサ素子全体を振動させる技術が提案されている。
【特許文献１】特開平７−１５９１７４号公報
【０００６】
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に示すようなセンサ素子全体を振動させる駆動方式、即ち、外部励振方式を用いるセンサは、センサ素子の外装部、即ち、可撓性を有していない部位に圧電素子を取り付ける構成となっている。
そのため、圧電素子の取り付け部位には、圧電効果により応力が作用する。圧電素子の駆動力を増大させた場合には、この応力も増大してしまう。
圧電素子の取り付け部に作用する応力が増大すると、即ち、センサ素子にかかる負荷力が増大すると、センサ素子の耐久性が低下するおそれがある。
そこで、本発明は、外部励振方式を用いて錘体を振動させる力学量センサにおいてセンサ素子の耐久性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明では、圧電素子と、所定の周波数の交流電圧を印加して前記圧電素子を振動させる振動手段と、端部が固定された可撓性を有する可撓部と、前記可撓部で支持され所定の方向に振動する錘部と、を内包したハウジングと、前記圧電素子と前記ハウジングとの間に配置され、第１の面と、前記第１の面と対向して配設され、前記第１の面の面積以下の面積を有し、かつ、前記ハウジングの加振面または前記圧電素子の振動面のうち小さい方の面積よりも小さい面積を有する第２の面と、を備え、前記第１の面と前記第２の面のうち一方が前記ハウジングに固定され、他方が前記圧電素子に固定された伝動部と、前記錘部の振動方向と直交する面に対する前記錘部の傾きを検出する検出手段と、前記検出手段で検出された前記錘部の傾きを角速度に変換する変換手段と、を備えることにより前記目的を達成する。
【０００９】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記第２の面の中心が、前記ハウジングの重心位置と一致する。
【００１０】
請求項３記載の発明では、請求項１または請求項２記載の発明において、前記伝動部は、前記ハウジングまたは前記圧電素子の向きに凸出した凸出部を有し、前記第２の面は、前記凸出部の端面により構成されている。
【００１１】
請求項４記載の発明では、請求項３記載の発明において、前記凸出部における凸出方向の長さは、前記圧電素子の振動面における最大振幅長より長い。
【００１２】
請求項５記載の発明では、請求項１乃至請求項４のいずれか一の請求項に記載の発明において、前記圧電素子における振動周波数と、前記錘部の共振周波数とは、同一、あるいは近傍の周波数である。
【００１３】
請求項６記載の発明では、請求項１乃至請求項５のいずれか一の請求項に記載の発明において、前記圧電素子の共振周波数と、前記錘部の共振周波数とは、同一、あるいは近傍の周波数である。
【００１４】
請求項７記載の発明では、請求項１乃至請求項６のいずれか一の請求項に記載の発明において、前記ハウジングを前記圧電素子が配設されている向きに付勢する付勢手段を備える。
【００１５】
請求項８記載の発明では、請求項１乃至請求項７のいずれか一の請求項に記載の発明において、前記圧電素子は、前記ハウジングを介して対向して設けられている。
【００１６】
請求項９記載の発明では、請求項１乃至請求項８のいずれか一の請求項に記載の発明において、前記ハウジングは、内部が真空であり、貫通孔と、前記貫通孔に形成された導体からなる引出部と、内壁面に設けられ前記引出部と電気的に接合された固定電極と、を備え、前記検出手段は、前記固定電極と前記錘部とにより形成された静電容量素子の静電容量の変化に基づいて前記錘部の傾きを検出する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、伝動部を介して圧電素子をハウジングに固定することにより、直接圧電素子とハウジングとを固定する場合と比較して、圧電素子の変形に伴いハウジングに作用する応力を低減することができる。これによりハウジングの耐久性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図１〜図７を参照して詳細に説明する。本実施の形態では、角速度を検出する力学量センサの一例として静電容量検出型角速度センサ（以下、角速度センサとする）を用いて説明する。
図１は、本実施の形態に係る角速度センサの概略構成を示した図である。
図１に示すように、角速度センサは、検出部１、伝動部２および駆動部３を備えている。
さらに、検出部１には、制御部（図示せず）との信号の入出力を行うための信号線４が配線されている。また、駆動部３にも、制御部（図示せず）との信号の入出力を行うための信号線５が配線されている。
【００１９】
図２は、検出部１の概略構成を示した断面図である。
検出部１は、実際に作用する角速度を検出するセンサ素子である。この検出部１は、半導体基板を加工して形成された半導体センサ素子である。なお、半導体基板の加工は、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル−システム）技術を用いて行うことができる。
本実施の形態に係る角速度センサにおいては、検出部１を構成する基板の積層方向と同一方向を上下方向、即ちｚ軸（方向）と定義する。そして、このｚ軸と直交し、かつ互いの軸と直交する軸をｘ軸（方向）およびｙ軸（方向）と定義する。つまり、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、それぞれ互いに直交する３軸となる。
【００２０】
検出部１は、可動部構造体１１、上部硝子基板１２および下部硝子基板１３を備えている。詳しくは、可動部構造体１１を上部硝子基板１２および下部硝子基板１３によって上下方向から挟み込んだ３層構造となっている。
図３は、可動部構造体１１の構成を示した平面図である。なお、図２の断面図は、図３に示す線分Ａ−Ａ’の位置、即ちｘ軸方向における検出部１の断面を示した図である。
可動部構造体１１は、シリコン基板から形成されている。そして、このシリコン基板をエッチングすることによって、フレーム１１１、梁１１２および錘体１１３が形成されている。なお、錘体１１３は、可動部として機能する。
【００２１】
フレーム１１１は、錘体１１３を囲むように可動部構造体１１の周縁部に設けられた固定部であり、可動部構造体１１の枠組みを構成する。このフレーム１１１、上部硝子基板１２および下部硝子基板１３によって、検出部１のハウジング（外装体）が構成されている。
梁１１２は、錘体１１３の中心から放射方向に（フレーム１１１の方向に）十字方向に延びる４つの帯状の薄部材であり、可撓性を有している。
錘体１１３は、４つの梁１１２によってフレーム１１１に固定された質量体である。錘体１１３は、梁１１２の作用により、外部より加わる力により振動させたり、捩れる動きが可能となっている。
【００２２】
図２の説明に戻り、梁１１２および錘体１１３の上面（上部硝子基板１２との対向面）と上部硝子基板１２との間には、錘体１１３を可動にするための空間である可動隙間１１４が形成されている。上部硝子基板１２は、この可動隙間１１４を封止するように接合されている。
梁１１２の下面（下部硝子基板１３との対向面）および錘体１１３の底面、即ち下面（下部硝子基板１３との対向面）と下部硝子基板１３との間、さらに錘体１１３の周部においても、錘体１１３を可動にするための空間である可動隙間１１５が形成されている。下部硝子基板１３は、この可動隙間１１５を封止するように接合されている。
なお、可動隙間１１４、１１５は真空状態となっている。真空状態とすることで、錘体１１３が動作する際の空気抵抗を低減することができる。
【００２３】
なお、可動部構造体１１におけるフレーム１１１、梁１１２、錘体１１３を形成する際には、シリコン基板をプラズマによる深いトレンチエッチングを施すＤ−ＲＩＥ（ディープ−リアクティブ・イオン・エッチング）技術を利用して行う。
また、本実施の形態に係る角速度センサでは、可動部構造体１１の本体部をシリコン基板を用いて形成しているが、可動部構造体１１の形成部材はこれに限られるものではない。例えば、シリコン基板の中間層に酸化膜を埋め込んだＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板を用いて形成してもよい。
この場合、梁１１２や錘体１１３を加工する際のエッチング処理において、中間の酸化膜層がエッチング遮断層（ストップ層）として機能するため、厚み方向に対する加工精度を向上させることができる。
【００２４】
上部硝子基板１２および下部硝子基板１３は、可動部構造体１１を封止するように接合された硝子基板である。上部硝子基板１２および下部硝子基板１３は、それぞれ、可動部構造体１１のフレーム１１１において陽極接合によって接合されている。
陽極接合とは、硝子基板（上部硝子基板１２、下部硝子基板１３）側に陰極電圧を与え、硝子−シリコン間の静電引力を利用して接合する接合方法である。
なお、硝子基板と可動部構造体１１との接合方法は、陽極接合に限定されるものではない。例えば、接合面に金属を積層させて接合する共晶接合等を用いるようにしてもよい。
【００２５】
図４は、上部硝子基板１２の構成を示した平面図である。なお、図４は、上部硝子基板１２を可動部構造体１１側から見た図である。
上部硝子基板１２には、固定電極１２１〜１２４、引出端子１２５〜１２８、共通端子１２９、引出パッド１３０〜１３３、共通パッド１３４、スルーホール１３５〜１３９を備えている。
固定電極１２１〜１２４は、上部硝子基板１２の側面に配置されたアルミ等の導体の部材によって構成されている。
【００２６】
また、固定電極１２１〜１２４は、互いに同形状、同面積の電極によって形成されている。電極の形状は、直角二等辺三角形であり、それぞれの電極の直角をなす二辺の頂点が、錘体１１３の中心方向に向くように、中心を取り囲んで９０°ごとに配置されている。
同一平面上の対向する電極同士、即ち中央を挟んで反対側に位置する電極同士が対となり、錘体１１３の姿勢状態の各軸方向成分を検出する際に用いられる。
ここでは、固定電極１２１と固定電極１２２が対になりｘ軸方向の錘体１１３の姿勢状態を検出する。また、固定電極１２３と固定電極１２４が対になりｙ軸方向の錘体１１３の姿勢状態を検出するようになっている。
【００２７】
引出端子１２５〜１２８は、固定電極１２１〜１２４とそれぞれ導電性のパターンを介して電気的に接続された端子である。この引出端子１２５〜１２８は、上部硝子基板１２の下面（可動部構造体１１と対向する面）から、上面（可動部構造体１１と対向しない方の面）に、固定電極１２１〜１２４の電位を引き出すための端子である。
共通端子１２９は、上部硝子基板１２の下面（可動部構造体１１と対向する面）から、上面（可動部構造体１１と対向しない方の面）に、錘体１１３の電位を引き出すための端子である。
【００２８】
引出パッド１３０〜１３３は、引出端子１２５〜１２８と同電位となるように形成された導電性のパッド（パターン）である。
共通パッド１３４は、共通端子１２９と同電位になるように形成された導電性のパッド（パターン）である。
引出パッド１３０〜１３３および共通パッド１３４に信号線４（図１に示す）が接続されることにより、検出部１と制御部とを電気的に接続することができる。
【００２９】
スルーホール１３５〜１３９は、引出端子１２５〜１２８、共通端子１２９を形成するために形成された、上部硝子基板１２を貫通するテーパ形状の貫通孔である。スルーホール１３５〜１３９は、開口部の面積が上部硝子基板１２の外壁側より内壁側が小さくなるように形成されている。
共通端子１２９は、スルーホール１３９の底面（可動部構造体１１と対抗する端面）が、可動部構造体１１と接しているため、上面（可動部構造体１１と対向しない方の面）から導電材料（Ａｌ等）を蒸着するなどして、形成することができる。スルーホール１３９底面の周辺は、すべて可動部構造物１１と完全に密着しているため、気密性を保持することが可能である。
【００３０】
一方、引出端子１２５も、共通端子１２９と同様にスルーホール１３５の内周壁面に沿って形成された導電性の薄膜である。しかし、スルーホール１３５の下面は開いているため、共通端子１２９と同じように形成することはできない。そのため、あらかじめ導電性の板状部材（図示せず）をスルーホール１３５の下面に、固定電極１２１と導通するように接合することで、共通端子１２９と同様に、上方（可動部構造体１１と対向しない方の面）からの蒸着により形成することが可能となる。あるいは、初めにスルーホール１３５の内周壁面に導電膜を形成した後、その導電膜と固定電極１２１が導通するように、半田や導電性樹脂などで、スルーホール１３５底面の穴を埋めればよい。その他の引出端子１２６〜１２８も、引出端子１２５と同様に形成されている。
【００３１】
図１の説明に戻り、伝動部２の説明をする。
伝動部２は、本体部２１と凸出部２２から構成されている。
本体部２１は、その底面が駆動部３に固定（接合）された、六面体の部材である。
凸出部２２は、本体部２１の底面と対向する上面のほぼ中心部（中央部）から垂直方向に凸出した角柱状の部位であり、その凸出端面２２ａは検出部１（下部硝子基板１３）に固定（接合）されている。
凸出部２２の形状は、凸出端面２２ａが加振面１３ａよりも小さい面積であればよく、例えば、底面が本体部２１の底面と対向する上面における長手方向または短手方向に延びる長方形となるように形成されていてもよい。
伝動部２は、当然のことながら、他の部材と強固に固定する必要があるが、特に検出部１側は固定面積が小さいため、注意が必要である。実際には下部硝子基板１３との接合（あるいは接着）となるため、４２合金（鉄−ニッケル合金）や、コバール（鉄―ニッケル−コバルト合金）などの硝子と熱膨張係数の近い材料が望ましい。あるいは、伝動部２をＳｉで形成し、陽極接合してもよい。
【００３２】
以下、検出部１（下部硝子基板１３）における伝動部２が固定（接合）される面、即ち検出部１（下部硝子基板１３）における駆動部３（圧電素子）との対向面を振動が加えられる加振面１３ａとする。
凸出端面２２ａは、検出部１における下部硝子基板１３の下端面（加振面１３ａ）よりも小さい面積となっている。
伝動部２の本体部２１における駆動部３との固定面は、第１の固定面として機能し、凸出部２２における検出部１との固定面（凸出端面２２ａ）は、第２の固定面として機能する。
また、凸出端面２２ａの中心は、検出部１の下部硝子基板１３の中心に位置するように
バランスをとった状態で接合される。
【００３３】
次に、駆動部３について説明する。
駆動部３は、圧電素子からなり、圧電素子の圧電効果により所定の振動を生じさせることができる圧電発振器である。
圧電効果とは、圧縮または伸延すると帯電し、電圧を加えると歪む性質を示し、この圧電効果を有する素子が圧電素子（電歪素子）である。
圧電素子（ピエゾ素子）としては、例えば、水晶、圧電セラミクス、ロッシェル塩、チタン酸バリウム、ＥＤＴ等がある。
なお、圧電素子における振動（歪み）特性は、圧電素子を形成する結晶の配列や電圧の印加方法により異なる。
【００３４】
本実施の形態では、駆動部３の圧電素子に所定の周波数の交流（交番）電圧を印加することにより振動を生じさせている。
圧電素子に交流電圧を印加すると、圧電素子の全側面において歪みが生じる。図１に示すように、実際に検出部１に振動を加える場合には、検出部１と対向する面、即ち、伝動部２を接合する面における歪み作用を利用している。
駆動部３（圧電素子）における伝動部２が固定される面、即ち検出部２を振動させる作用面を振動面３ａとする。
なお、駆動部３（圧電素子）への交流電圧は、信号線５を介して制御部から印加されるようになっている。
【００３５】
次に、このように構成される本実施の形態に係る角速度センサの動作について説明する。
本実施の形態に係る角速度センサでは、駆動部３に信号線５を介して高い周波数（例えば、３ｋＨｚ程度）の交流電圧を印加して駆動部３をｚ軸方向に振動させ、この駆動部３で発生させた振動を伝動部２を介して検出部１に加える。
なお、図示しない制御部が駆動部３（圧電素子）に交流電圧を印加する振動手段として機能する。
検出部１は、下部硝子基板１３に接合された伝動部２を介して駆動部３の振動が加えられると、ハウジング（外装体）全体が振動する。この振動は、可動部構造体１１のフレーム１１１から梁１１２を介して錘体１１３に伝わる。これにより、錘体１１３は、強制的にｚ軸方向に振動させられる。
なお、錘体１１３における振動周波数は、駆動部３の振動周波数と一致する。
【００３６】
本実施の形態に係る角速度センサでは、検出部１における錘体１１３の振動振幅を増大させるために、錘体１１３の共振周波数で振動させる。なお、共振周波数は、錘体１１３の振動に関する梁１１２および錘体１１３の有する固有振動数に基づいて決定する周波数である。固有振動数とは、あらゆる物体が持つ振動周波数であり物体の剛性や質量などの要素によって決定される、物体が最も共振しやすい（揺れやすい）振動数である。
このように錘体１１３を共振させることにより、即ち、駆動部３の振動周波数を錘体１１３の共振周波数に設定することにより、少ないエネルギーで錘体１１３の振動振幅を大きくすることができる。さらに、駆動部３（圧電素子）固有の共振周波数と、錘体１１３の共振周波数とを、一致、あるいは近傍の周波数に設定することで、より少ないエネルギーで振動振幅を大きくすることができる。
【００３７】
速度ｖでｚ軸方向に振動している質量ｍの錘体１１３の周りに角速度Ωが加わると、錘体１１３の中心には、“Ｆ＝２ｍｖΩ”のコリオリ力Ｆが錘体１１３の運動方向に対して直交する方向に発生する。
このコリオリ力Ｆが発生すると、錘体１１３にねじれが加わり錘体１１３の姿勢が変化する。詳しくは、錘体１１３の振動方向と直交する面、即ち、ｘ−ｙ平面に対して、錘体１１３が傾く。
本実施の形態に係る角速度センサでは、この角速度が作用した時の錘体１１３の姿勢変化（傾き量および傾き方向）を検出し、検出された錘体１１３の姿勢変化量を角速度に変換する。
【００３８】
ここで、錘体１１３の姿勢変化の検出方法について説明する。
上述したように、梁１１２および錘体１１３は、導電性を有するシリコンにより形成されている。そのため、梁１１２および錘体１１３における上部硝子基板１２と対向する領域は、可動電極として機能する。
本実施の形態では、この錘体１１３の可動電極と、固定電極１２１〜１２４とにより形成される静電容量素子の静電容量の変化量に基づいて錘体１１３の姿勢変化を検出する。  錘体１１３がｘ−ｙ平面に対して傾きを生じた場合には、可動電極と固定電極１２１〜１２４との間隔（ギャップ長）が変化する。電極間のギャップ長が変化すると、静電容量素子の静電容量が変化する。
【００３９】
本実施の形態では、固定電極１２１と可動電極、固定電極１２２と可動電極によって形成される静電容量素子の静電容量の変化を測定することによって、ｘ軸方向における錘体１１３の傾きを検出している。
同様に、固定電極１２３と可動電極、固定電極１２４と可動電極によって形成される静電容量素子の静電容量の変化を測定することによって、ｙ軸方向における錘体１１３の傾きを検出している。
なお、電極間の静電容量は、静電容量／電圧変換（Ｃ／Ｖ変換）回路を用いて電気的に検出することができる。
【００４０】
Ｃ／Ｖ変換回路としては、例えば、十分周波数の高いキャリア信号（参照信号）を静電容量素子に印加し、その出力信号の振幅の変化量を静電容量として検出する方法がある。
静電容量素子に印加されたキャリア信号の出力は、その振幅が静電容量に比例する。そのため、入力キャリア信号と出力キャリア信号の振幅を比較することによって、静電容量を検出することができるようになっている。
本実施の形態に係る角速度センサでは、電極にキャリア信号として、周波数帯域が数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚである交流信号が印加されている。
角速度センサは、検出された錘体１１３の姿勢の変化（傾斜方向、傾斜度合い等）に基づいて発生したコリオリ力Ｆを検出する。そして、検出されたコリオリ力Ｆに基づいて、角速度Ωを算出（導出）する。つまり、錘体１１３の姿勢の変化量を角速度に変換する。
錘体１１３の姿勢の変化量は、予め制御装置に記憶されている角速度算出プログラムを起動し、所定の演算処理を行うことによって角速度に変換される。
【００４１】
図１に示すように本実施の形態に係る角速度センサでは、伝動部２を介して検出部１と駆動部３を接合している。
ここで、伝動部２の働きについて説明する。
駆動部３を構成する圧電素子は、交流電圧が印加されると圧電効果の作用により伸縮を繰り返す。圧電素子は、その素子を形成する材料特性のばらつきなどによって、図７に示すような変形が生じる可能性がある。
なお、図７は、あくまで変形状態を分かり易く表現するために、歪み状態を単純に、且つ誇張して示したものであり、変形が必ずしも図のような状態であると限定するものではない。
【００４２】
このように、圧電効果による電圧素子の側面の歪みの度合いが大きい圧電素子（駆動部３）を直接検出部１に固定してしまうと、検出部１と圧電素子（駆動部３）との接合部において、圧電素子が撓む方向に応力が作用してしまう。
また、駆動部３（圧電素子）を検出部１に直接固定した場合、検出部１における駆動部３との接触領域には、端部が固定された状態の固定端振動が生じ、この振動の影響を接触領域全面で受けてしまう。即ち、検出部１の接合面の全領域において、電圧素子の歪み変形に対する応力が作用してしまう。
このような応力が検出部１に作用すると、角速度の検出誤差が生じるおそれがある。また、この応力の作用により、検出部１の耐久性が低下するおそれがある。
【００４３】
そこで、本実施の形態に係る角速度センサでは、このような圧電素子（駆動部３）の伸縮変形により検出部１に作用する応力の影響を抑制するために、伝動部２を介して検出部１と駆動部３を固定している。
伝動部２を介して固定（接合）することにより、駆動部３（圧電素子）を検出部１に直接固定する場合と比較して、歪み（撓み）変形する領域との接触領域を低減させることができる。これにより、検出部１に作用する応力の値を低減することができる。
【００４４】
また、図７に示すように、伝動部２における検出部１との接合面、即ち凸出端面２２ａの面積を、検出部１における加振面１３ａおよび駆動部３（圧電素子）の振動面３ａよりも十分に小さくなくなるように構成する。なお、凸出端面２２ａは、可能な限り小さくなるように（一点で）形成されることが望ましい。
その場合、検出部１の重量が一点に集中して支持されるため、支持部１の重量バランスの釣り合った位置、つまり重心位置で固定しないと、振動方向がｚ軸に対してずれる可能性がある。そのため本実施の形態では、前述のように支持部１のｘｙ方向における中心位置で固定する構成となっている。
【００４５】
詳しくは、検出部１との接合部である凸出端面２２ａの領域分だけに圧電素子の歪み変形の影響、即ち検出部１の応力が作用する領域を低減させることができる。
検出部１の加振面３ａと凸出端面２２ａとの接合部における振動は固定端振動ではなく自由端振動状態となるため、歪み（変形）の度合いも抑えることができる。
そして、検出部１と圧電素子を直接接合した場合に受ける振動方向の振れによる変形の影響、つまり駆動部３（圧電素子）における振動方向の変形（撓み）の影響を、検出部１全体を振動させることにより解消することができる。
そのため、駆動部３（圧電素子）における振動方向の変形（撓み）により、加振面３ａに生じる応力を抑制することができる。
【００４６】
また、駆動部３（圧電素子）の変形により、検出部１の加振面１３ａにおける凸出端面２２ａと接合されていない領域（例えば、加振面１３ａの周縁部など）と、伝動部２の本体部２１の一部が接触するおそれがある。
このような接触が生じた場合には、加振面１３ａの接触部に外力が加わり、検出部１に応力が作用するおそれがある。
そのため本実施の形態に係る伝動部２における凸出部２２の凸出方向、即ち駆動部３（圧電素子）の振動方向の長さβは、少なくとも駆動部３（圧電素子）の最大振幅αよりも大きくなるように構成されている。
このように凸出部２２の高さを設定することにより、振動時における検出部１と伝動部２との好ましくない接触を避けることができる。
【００４７】
本実施の形態では、検出部１における加振面１３ａが駆動部３（圧電素子）の振動面３ａよりも小さく構成された角速度センサについて説明した。
なお、検出部１における加振面１３ａが駆動部３（圧電素子）の振動面３ａよりも大きく構成された角速度センサにおいては、伝動部２を凸出部２２の凸出端面２２ａの面積が、駆動部３（圧電素子）の振動面３ａよりも小さくなるように構成することが好ましい。
このように、加振面１３ａが振動面３ａよりも大きく構成された角速度センサにおいて、凸出端面２２ａの面積を振動面３ａよりも小さく構成することにより、直接駆動部３（圧電素子）を検出部１に固定した場合と比較して、歪み（撓み）変形する領域との接触領域を低減させることができる。これにより、検出部１に作用する応力の値を低減することができる。
【００４８】
本実施の形態では、本体部２１と凸出部２２から構成される伝動部２について説明したが、伝動部２の形状や配置方法はこれに限定されるものではない。
伝動部２は、駆動部３（圧電素子）に固定される駆動側固定面と、検出部１の下部硝子基板１３に固定される検出側固定面とを有し、駆動側固定面と検出側固定面の少なくとも一方の面積が、検出部１の加振面１３ａまたは駆動部（圧電素子）の振動面３ａの面積のうちいずれか小さい方より小さくなるように構成されていればよい。
例えば、伝動部２をちょうど逆さまにした状態に設けるようにしてもよい。詳しくは、伝動部２の本体部２１の底面を検出部１の加振面１３ａに固定し、凸出部２２の凸出端面２２ａを駆動部３（圧電素子）の振動面３ａに固定するように配設するようにしてもよい。
【００４９】
また、検出部１と駆動部３（圧電素子）との間で固定される伝動部２の形状は、例えば、円柱や多角柱、切頭円錐や切頭多角錐であってもよい。
伝動部２が円柱や多角柱の形状の部材で構成される場合には、その底面が、検出部１における加振面１３ａまたは駆動部３（圧電素子）の振動面３ａのいずれか小さい方の面積よりも小さくなるように形成されていることが好ましい。
切頭円錐や切頭多角錐の形状の部材で構成される場合には、その上端面（切頭側の端面）が検出部１における加振面１３ａまたは駆動部３（圧電素子）の振動面３ａのいずれか小さい方の面積よりも小さくなるように形成されていることが好ましい。
また、円柱や多角柱、切頭円錐や切頭多角錐の高さは、少なくとも駆動部３（圧電素子）の最大振幅αよりも大きくなるように構成されていることが好ましい。
【００５０】
また、本実施の形態に係る角速度センサでは、駆動部３における振動の制御回路と、検出部１における錘体１１３の姿勢変化の検出回路とは、それぞれ独立した異なる制御系として形成されている。
駆動部３が検出部１の外部に設けられているため、駆動部３の駆動信号と、錘体１１３の姿勢変化の検出信号とを容易に分離することができる。
そのため、駆動部３の制御回路における駆動信号が、錘体１１３の姿勢の検出回路に回り込むといったクロストーク（相互干渉）の発生を抑制することができる。
これにより、角速度センサにおける制御系が適切な状態に安定するため、角速度の高い検出精度を保つことができる。
【００５１】
次に、本実施の形態に係る角速度センサの変形例について説明する。
駆動部３を形成する圧電素子は、縮む方向への応力（圧縮応力）に対しての強度は比較的に高いが、伸びる方向への応力（引張応力）に対してはその強度が低くなる性質を有している。
そこで、本実施の形態に係る角速度センサの変形例は、常に圧電素子（駆動部３）に対して圧縮応力が作用する状態に、即ち圧電素子に予備圧力（付勢力）を加えた状態で駆動（振動）させるように構成されている。
【００５２】
（変形例１）
図５は、本実施の形態に係る角速度センサの変形例１の構成を示した図である。なお、上述した角速度センサと重複する部位には同一の符号を用い、その説明を省略する。
図に示すように角速度センサの変形例１は、検出部１、第１伝動部１０２、第１駆動部１０３、第２伝動部２０２、第２駆動部２０３を備え、これらの装置は角速度センサの筐体６の内部に配設されている。
第１伝動部１０２および第２伝動部２０２は、上述した伝動部２と同じ構成を有し、第１駆動部１０３および第２駆動部２０３は、上述した駆動部３と同じ構成を有する。
【００５３】
角速度センサの変形例１は、検出部１をｚ軸上の２方向（上下方向）から同時に振動させるように構成されている。即ち、検出部１は、錘体１１３の振動方向と同じ方向から振動させるように構成されている。
詳しくは、検出部１の上部端面に第１伝動部１０２を介して第１駆動部１０３を固定し、検出部１の下部端面に第２伝動部２０２を介して第２駆動部２０３を固定する。
第１駆動部１０３および第２駆動部２０３は、それぞれ角速度センサの筐体６（固定部位）に固定されている。なお、第１駆動部１０３および第２駆動部２０３は、検出部１と対向する側面の反対の側面が筐体６の内壁面に固定されている。
【００５４】
このように、検出部１を第１駆動部１０３および第２駆動部２０３で挟持し、筐体６と密着させた状態で検出部１に振動を加える。
検出部１に振動を加える際には、第１駆動部１０３と第２駆動部２０３にそれぞれ逆位相の交流電圧を印加する。
このように密着（挟持）した状態で固定された角速度センサにおいては、常に、第１駆動部１０３および第２駆動部２０３に対して、予備圧力（付勢力）がかかる（加えられる）構造となる。
これにより第１駆動部１０３および第２駆動部２０３を形成する圧電素子が伸延方向に大きく変形する場合であっても、変形時の変位量が制限されるため、作用する引張応力を抑制することができる。従って、圧電素子の耐久性を向上させることができるため、角速度センサの耐久性を向上させることができる。
【００５５】
（変形例２）
図６は、本実施の形態に係る角速度センサの変形例２の構成を示した図である。なお、上述した角速度センサと重複する部位には同一の符号を用い、その説明を省略する。
図６に示すように角速度センサの変形例２は、検出部１、伝動部２、駆動部３、バネ７を備え、これらの装置は角速度センサの筐体６の内部に配設されている。
駆動部３は、角速度センサの筐体６（固定部位）の内壁面に固定されている。そして、駆動部３は、伝動部２を介して検出部１に固定されている。さらに、検出部１の上部端面、即ち、駆動部３と対向する側面の反対の側面と筐体６との間に、付勢手段として機能するバネ７が配設されている。
バネ７は、自然長よりも短い状態、即ち縮められた状態で検出部１と筐体６との間に固定されている。そのため、常に、検出部１には、駆動部３の方向に予備圧力（付勢力）がかかる（加えられる）構造となる。バネ７により検出部１に加えられた予備圧力（付勢力）は、伝動部２を介して駆動部３に作用する。
【００５６】
これにより駆動部３を形成する圧電素子が伸延方向に大きく変形する場合であっても、変形時の変位量が制限されるため、作用する引張応力を抑制することができる。従って、圧電素子の耐久性を向上させることができるため、角速度センサの耐久性を向上させることができる。
なお、検出部１に予備圧力（付勢力）を加える付勢手段は、バネ７に限定されるものではない。適切に予備圧力を加えることが可能であれば、他の弾性部材を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本実施の形態に係る角速度センサの概略構成を示した図である。
【図２】検出部の概略構成を示した断面図である。
【図３】可動部構造体の構成を示した平面図である。
【図４】上部硝子基板の構成を示した平面図である。
【図５】本実施の形態に係る角速度センサの変形例１の構成を示した図である。
【図６】本実施の形態に係る角速度センサの変形例２の構成を示した図である。
【図７】圧電素子の変形の様子を示した図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  検出部
２  伝動部
３  駆動部
４  信号線
５  信号線
６  筐体
７  バネ
１１  可動部構造体
１２  上部硝子基板
１３  下部硝子基板
２１  本体部
２２  凸出部
１１１  フレーム
１１２  梁
１１３  錘体
１１４  可動隙間
１１５  可動隙間
１２１〜１２４  固定電極
１２５〜１２８  引出端子
１２９  共通端子
１３０〜１３３  引出パッド
１３４  共通パッド
１３５〜１３９  スルーホール
【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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