(57)【要約】      （修正有）【課題】振動子の基部における検出振動アーム用配線における静電結合の寄与による零点温度ドリフトを低減する。【解決手段】振動型ジャイロスコープ用測定素子は、Ｙ軸検出振動アームに設けられているＹ軸検出側信号電極３０、Ｙ軸検出振動アームに設けられているＹ軸検出側接地電極３１、Ｚ軸検出振動アームに設けられているＺ軸検出側信号電極、Ｚ軸検出振動アームに設けられているＺ軸検出側接地電極、Ｙ軸検出側信号電極に対応して基部に形成されているＹ軸検出側信号配線４０Ｅ、Ｙ軸検出側接地電極に対応して基部に形成されているＹ軸検出側接地配線、Ｚ軸検出側信号電極に対応して基部に形成されているＺ軸検出側信号配線４２Ｅ、およびＺ軸検出側接地電極に対応して基部に形成されているＺ軸検出側接地配線４３Ｅを備えており、Ｙ軸検出側接地配線とＺ軸検出側接地配線とを共通とする。【選択図】図１７
2011095270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の軸Ｘおよび第二の軸Ｙを含む所定面に沿って伸びる基部、駆動振動アーム、前記第二の軸Ｙの周りの回転角速度を検出するためのＹ軸検出振動アーム、および前記所定面に略垂直な第三の軸Ｚの周りの回転角速度を検出するためのＺ軸検出振動アームを備える振動子、
前記Ｙ軸検出振動アームに設けられているＹ軸検出側信号電極、
前記Ｙ軸検出振動アームに設けられているＹ軸検出側接地電極、
前記Ｚ軸検出振動アームに設けられているＺ軸検出側信号電極、
前記Ｚ軸検出振動アームに設けられているＺ軸検出側接地電極、
前記Ｙ軸検出側信号電極に対応して前記基部に形成されているＹ軸検出側信号配線、
前記Ｙ軸検出側接地電極に対応して前記基部に形成されているＹ軸検出側接地配線、
前記Ｚ軸検出側信号電極に対応して前記基部に形成されているＺ軸検出側信号配線、および
前記Ｚ軸検出側接地電極に対応して前記基部に形成されているＺ軸検出側接地配線を備えている振動型ジャイロスコープ用測定素子であって、
前記Ｙ軸検出側接地配線と前記Ｚ軸検出側接地配線とが共通であることを特徴とする、振動型ジャイロスコープ用測定素子。
【請求項２】
前記Ｙ軸検出側信号配線が複数設けられており、かつ複数の前記Ｙ軸検出側信号配線が互いに電気的に分離されていることを特徴とする、請求項１記載の素子。
【請求項３】
前記駆動振動アームが前記第二の軸Ｙに向かって延びており、前記駆動振動アームが前記所定面に沿って前記第一の軸Ｘ方向に向かって駆動振動し、前記Ｙ軸検出振動アームが、前記第二の軸Ｙの正方向へと向かって突出する複数のＹ軸検出振動アームおよび前記第二の軸Ｙの負方向へと向かって突出する複数のＹ軸検出振動アームを含むことを特徴とする、請求項１または２記載の素子。
【請求項４】
前記Ｙ軸検出側信号配線が、第一の検出側信号配線と第二の検出側信号配線とを含んでおり、前記第一の検出側信号配線が、前記第二の軸Ｙの正方向へと向かって伸びる複数の前記Ｙ軸検出振動アーム上の前記検出側信号電極に対して電気的に接続されており、前記第二の検出側信号配線が、前記第二の軸Ｙの負方向へと向かって伸びる複数の前記Ｙ軸検出振動アーム上の前記検出側信号電極に対して電気的に接続されており、前記Ｙ軸検出側接地配線が第一の検出側接地配線と第二の検出側接地配線とを含んでおり、前記第一の検出側接地配線が、前記第二の軸Ｙの正方向へと向かって伸びる複数の前記Ｙ軸検出振動アーム上の前記検出側接地電極に対して電気的に接続されており、前記第二の検出側接地配線が、前記第二の軸Ｙの負方向へと向かって伸びる複数の前記Ｙ軸検出振動アーム上の前記検出側接地電極に対して電気的に接続されており、前記第一の検出側信号配線と前記第二の検出側信号配線が互いに電気的に分離されていることを特徴とする、請求項３記載の素子。
【請求項５】
前記Ｙ軸検出側信号配線が、第一の検出側信号配線と第二の検出側信号配線とを含んでおり、前記第一の検出側信号配線が、前記第二の軸Ｙの正方向へと向かって伸びる少なくとも一つの前記Ｙ軸検出振動アームおよび前記第二の軸Ｙの負方向へと向かって伸びる少なくとも一つの前記Ｙ軸検出振動アーム上の前記検出側信号電極に対して電気的に接続されており、前記第二の検出側信号配線が、前記第二の軸Ｙの正方向へと向かって伸びる少なくとも一つの前記Ｙ軸検出振動アームおよび前記第二の軸Ｙの負方向へと向かって伸びる少なくとも一つの前記Ｙ軸検出振動アーム上の前記検出側信号電極に対して電気的に接続されており、Ｙ軸検出側接地配線が、第一の検出側接地配線と第二の検出側接地配線を含んでおり、前記第一の検出側接地配線が、前記第二の軸Ｙの正方向へと向かって伸びる少なくとも一つの前記Ｙ軸検出振動アームおよび前記第二の軸Ｙの負方向へと向かって伸びる少なくとも一つの前記Ｙ軸検出振動アーム上の前記検出側接地電極に対して電気的に接続されており、前記第二の検出側接地配線が、前記第二の軸Ｙの正方向へと向かって伸びる少なくとも一つの前記Ｙ軸検出振動アームおよび前記第二の軸Ｙの負方向へと向かって伸びる少なくとも一つの前記Ｙ軸検出振動アーム上の前記検出側接地電極に対して電気的に接続されており、前記第一の検出側信号配線と前記第二の検出側信号配線とが電気的に分離されていることを特徴とする、請求項３記載の素子。
【請求項６】
複数の前記Ｙ軸検出側信号配線から得られた複数の検出値の差動に基づいて回転角速度を得ることを特徴とする、請求項２〜５のいずれか一つの請求項に記載の素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型ジャイロスコープ用測定素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、特許文献１において、Ｙ軸周りの回転角速度を検出可能な振動子を開示した。しかし、特許文献１においては、所定面に略垂直なＺ軸周りの回転角速度を検出するジャイロは開示されておらず、多軸ジャイロには対応できない。
【特許文献１】特開２００４−３０１５５２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
更に、本出願人は、特許文献２において、Ｙ軸周りの回転角速度およびＺ軸周りの回転角速度を同時に測定可能な振動型ジャイロスコープ用振動子を提案した。
【特許文献２】特願２００４−２９２４１
【０００４】
本発明者は、振動型ジャイロスコープを小型の電子機器、例えば携帯電話に内蔵することを検討している。しかし、このためには振動子の寸法を著しく小さくする必要があり、振動子の寸法は例えば数ｍｍ程度となる。この大きさになると、従来の振動子では問題にならなかった静電結合が生じ、ノイズの原因になることがわかった。例えば、特許文献１には、駆動電極や検出電極の各配線系が例示されているが、これはＺ軸周りの回転角速度を検出する素子であり、Ｙ軸周りの回転角速度を検出する素子は開示されていない。また、特許文献２には、Ｙ軸周りの回転角速度とＺ軸周りの回転角速度とを同時に測定する素子が開示されているが、これには各駆動電極、検出電極の配線例は開示されていない。
【０００５】
ところが、特許文献２記載のような振動子において、複数の駆動振動アームおよびＹ軸検出振動アームに対応して、駆動側信号パッド、駆動側接地パッド、検出側信号パッド、検出側接地パッドを基部内に設ける必要がある。この際、パッド間の間隔は、例えば５０μｍ程度しかとることができない。この水準の寸法になると、駆動側信号パッドと検出側パッドとの間での静電結合の寄与が大きくなる。この結果、振動子が静止しているときに２つの検出振動系からの検出値の差をとると、静電結合の寄与によって差が０にならず、ノイズを生ずる。また、環境温度が変化すると、零点温度ドリフトの原因となることが分かった。
【０００６】
本発明の課題は、基部、駆動振動アームおよびＹ軸検出振動アームを有する振動型ジャイロスコープ用測定素子において、基部における検出振動アーム用配線における静電結合の寄与による零点温度ドリフトを低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、第一の軸Ｘおよび第二の軸Ｙを含む所定面に沿って伸びる基部、駆動振動アーム、第二の軸Ｙの周りの回転角速度を検出するためのＹ軸検出振動アーム、および基部から第二の軸Ｙに沿って突出し、所定面に略垂直な第三の軸Ｚの周りの回転角速度を検出するためのＺ軸検出振動アームを備える振動子、
Ｙ軸検出振動アームに設けられているＹ軸検出側信号電極、
Ｙ軸検出振動アームに設けられているＹ軸検出側接地電極、
Ｚ軸検出振動アームに設けられているＺ軸検出側信号電極、
Ｚ軸検出振動アームに設けられているＺ軸検出側接地電極、
Ｙ軸検出側信号電極に対応して基部に形成されているＹ軸検出側信号配線、
Ｙ軸検出側接地電極に対応して基部に形成されているＹ軸検出側接地配線、
Ｚ軸検出側信号電極に対応して基部に形成されているＺ軸検出側信号配線、および
Ｚ軸検出側接地電極に対応して前記基部に形成されているＺ軸検出側接地配線を備えている振動型ジャイロスコープ用測定素子であって、
Ｙ軸検出側接地配線とＺ軸検出側接地配線とが共通であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、Ｙ軸周りの回転角速度とＺ軸周りの回転角速度とを測定可能な素子において、基部上において、Ｙ軸検出側接地電極とＺ軸検出側接地配線とを共通とすることによって、零点温度ドリフトを著しく低減することに成功した。これは、基部内において、Ｙ軸検出側配線とＺ軸検出側配線との間で静電結合が生じており、零点温度ドリフトに寄与していたことを示している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明を適用可能な測定素子１Ａを示す斜視図であり、駆動振動ＡおよびＺ軸検出振動モードＣを示す。
【図２】図１の測定素子１Ａを示す斜視図であり、駆動振動ＡおよびＹ軸検出振動モードＥを示す。
【図３】駆動振動アーム４の横断面図である。
【図４】Ｚ軸検出振動アーム６の横断面図である。
【図５】Ｙ軸検出振動アーム８の横断面図である。
【図６】素子の配線例を示す図であり、Ｙ軸検出側信号配線が共通配線となっている。
【図７】素子の駆動用配線例を示す図である。
【図８】基部表面におけるＺ軸およびＹ軸用の配線例を示す図であり、上側の二つの検出側信号電極３０Ａ、３０Ｂ用の検出側信号配線４０と下側の二つの検出側信号電極３０Ｃ、３０Ｄ用の検出側信号配線４０とが電気的に分離されている。
【図９】基部裏面におけるＺ軸およびＹ軸用の配線例を示す図であり、上側の二つの検出側信号電極３０Ａ、３０Ｂの検出側信号配線４０Ａと下側の二つの検出側信号電極３０Ｃ、３０Ｄ用の検出側信号配線４０Ａとが電気的に分離されている。
【図１０】基部表面におけるＺ軸およびＹ軸用の配線例を示す図であり、左側の二つの検出側信号電極３０Ａ、３０Ｃ用の検出側信号配線４０Ｂと左下側の二つの検出側信号電極３０Ｂ、３０Ｄ用の検出側信号配線４０Ｂとが電気的に分離されている。
【図１１】基部裏面におけるＺ軸およびＹ軸用の配線例を示す図であり、左側の二つの検出側信号電極３０Ａ、３０Ｃ用の検出側信号配線４０Ｃと左下側の二つの検出側信号電極３０Ｂ、３０Ｄ用の検出側信号配線４０Ｃとが電気的に分離されている。
【図１２】検出側信号電極からの信号の処理回路を示す図であり、端子１５Ａにおける検出値と端子１５Ｂにおける検出値との和動に基づいて回転角速度を算出する。
【図１３】検出側信号電極からの信号の処理回路を示す図であり、端子１５Ａにおける検出値と端子１５Ｂにおける検出値との差動に基づいて回転角速度を算出する。
【図１４】検出側信号電極からの信号の処理回路を示す図であり、端子１５Ａにおける検出値と端子１５Ｂにおける検出値との差動に基づいて回転角速度を算出する。
【図１５】（ａ）は、Ｙ軸検出振動アームにおける検出側信号電極および検出側接地電極の形態を示す横断面図であり、（ｂ）は、第二の発明に係る、Ｙ軸検出振動アームにおける検出側信号電極および検出側接地電極の形態を示す横断面図である。
【図１６】基部表面におけるＺ軸およびＹ軸用の配線例を示す図であり、上側の二つの検出側信号電極３０Ａ、３０Ｂ用の検出側信号配線４０Ｄと下側の二つの検出側信号電極３０Ｃ、３０Ｄ用の検出側信号配線４０Ｄとが電気的に分離されており、Ｚ軸検出側接地配線とＹ軸検出側接地配線とが共通配線をなしている。
【図１７】基部裏面面におけるＺ軸およびＹ軸用の配線例を示す図であり、上側の二つの検出側信号電極３０Ａ、３０Ｂ用の検出側信号配線４０Ｅと下側の二つの検出側信号電極３０Ｃ、３０Ｄ用の検出側信号配線４０Ｅとが電気的に分離されており、Ｚ軸検出側接地配線とＹ軸検出側接地配線とが共通配線をなしている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
好適な実施形態においては、Ｙ軸検出側信号配線が複数設けられており、かつ複数のＹ軸検出側信号配線が互いに電気的に分離されている。
【００１１】
好適な実施形態においては、駆動振動アームが第二の軸Ｙに向かって延びており、駆動振動アームが所定面に沿って第一の軸Ｘ方向に向かって駆動振動し、検出振動アームが、第二の軸Ｙの正方向へと向かって突出する複数の検出振動アームおよび第二の軸Ｙの負方向へと向かって突出する複数の検出振動アームを含む。
【００１２】
好適な実施形態においては、Ｙ軸検出側信号配線が、第一の検出側信号配線と第二の検出側信号配線とを含んでおり、第一の検出側信号配線が、第二の軸Ｙの正方向へと向かって伸びる複数のＹ軸検出振動アーム上の検出側信号電極に対して電気的に接続されており、第二の検出側信号配線が、第二の軸Ｙの負方向へと向かって伸びる複数のＹ軸検出振動アーム上の検出側信号電極に対して電気的に接続されており、Ｙ軸検出側接地配線が第一の検出側接地配線と第二の検出側接地配線とを含んでおり、第一の検出側接地配線が、第二の軸Ｙの正方向へと向かって伸びる複数のＹ軸検出振動アーム上の検出側接地電極に対して電気的に接続されており、第二の検出側接地配線が、第二の軸Ｙの負方向へと向かって伸びる複数のＹ軸検出振動アーム上の検出側接地電極に対して電気的に接続されており、第一の検出側信号配線と第二の検出側信号配線が互いに電気的に分離されている。
【００１３】
また、好適な実施形態においては、Ｙ軸検出側信号配線が、第一の検出側信号配線と第二の検出側信号配線とを含んでおり、第一の検出側信号配線が、第二の軸Ｙの正方向へと向かって伸びる少なくとも一つのＹ軸検出振動アームおよび第二の軸Ｙの負方向へと向かって伸びる少なくとも一つのＹ軸検出振動アーム上の検出側信号電極に対して電気的に接続されており、第二の検出側信号配線が、第二の軸Ｙの正方向へと向かって伸びる少なくとも一つのＹ軸検出振動アームおよび第二の軸Ｙの負方向へと向かって伸びる少なくとも一つのＹ軸検出振動アーム上の検出側信号電極に対して電気的に接続されており、Ｙ軸検出側接地配線が、第一の検出側接地配線と第二の検出側接地配線を含んでおり、第一の検出側接地配線が、第二の軸Ｙの正方向へと向かって伸びる少なくとも一つのＹ軸検出振動アームおよび第二の軸Ｙの負方向へと向かって伸びる少なくとも一つのＹ軸検出振動アーム上の検出側接地電極に対して電気的に接続されており、第二の検出側接地配線が、第二の軸Ｙの正方向へと向かって伸びる少なくとも一つのＹ軸検出振動アームおよび第二の軸Ｙの負方向へと向かって伸びる少なくとも一つのＹ軸検出振動アーム上の検出側接地電極に対して電気的に接続されており、第一の検出側信号配線と第二の検出側信号配線とが電気的に分離されている。
【００１４】
最初に、本発明の好適な実施形態に係る振動型ジャイロスコープ用測定素子の原理および動作について述べ、次いで本発明について順次説明する。
【００１５】
図１、図２は、それぞれ、振動子１Ａを備えた振動型ジャイロスコープを概略的に示す斜視図である。図１では、Ｚ軸周りの回転角速度に対応する振動モードを示し、図２では、Ｙ軸周りの回転角速度に対応する振動モードを示す。図３は、駆動電極の形態を示す回路図であり、図４は、Ｚ軸検出電極の形態を示す回路図であり、図５は、Ｙ軸検出電極の形態を示す回路図である。
【００１６】
振動子１Ａの基部２Ａは、振動子の重心Ｇを中心として、例えば２回対称の長方形をしている。基部２Ａの２つの短辺からそれぞれ支持部３が突出しており、各支持部３の先端側から支持部３に直交する方向に延びるように一対の駆動振動アーム４が設けられている。各駆動振動アーム４の先端は、駆動振動アーム４よりも幅の大きい幅広部５が設けられている。
【００１７】
また、基部２Ａの２つの長辺からは、それぞれ２本のＹ軸検出振動アーム８が延びており、また基部２Ａの２つの長辺の各中央部からは、それぞれ１本のＺ軸検出振動アーム６が延びている。各Ｙ軸検出振動アーム８の先端には、それぞれ、検出振動アーム８よりも幅広い幅広部９が設けられている。また、各Ｚ軸検出振動アーム６の先端には、それぞれ、各検出振動アーム６よりも幅広い幅広部７が設けられている。
【００１８】
駆動振動アーム４には、それぞれ、図３に示すように、一対の細長い溝１０が形成されている。すなわち、駆動振動アーム４は略Ｈ字形状を有しており、一対の基部１５と、一対の基部１５を連結する連結部１４とを備えている。そして、溝１０内には駆動電極１６、１８が形成されており、駆動振動アーム４の側面４ａ上には各駆動電極１７が形成されている。駆動電極１７と駆動電極１６との間に交流電圧を印加することによって、駆動振動アーム４を矢印ＡのようにＸ−Ｙ面内で屈曲振動させる。
【００１９】
また、Ｚ軸検出振動アームには、それぞれ、図４に示すように、一対の細長い溝２１が形成されている。すなわち、Ｚ軸検出振動アーム６は略Ｈ字形状を有しており、一対の基部６ａと、一対の基部６ａを連結する連結部６ｂとを備えている。そして、溝１０内には検出側信号電極３２が形成されており、アーム６の側面上には各検出側接地電極３３が形成されている。検出振動アーム６を矢印ＣのようにＸ−Ｙ面内で屈曲振動させることによって、検出側信号電極３２と接地電極３３との間に信号電圧を発生させる。この信号に基づき、Ｚ軸の周りの回転角速度を算出する。
【００２０】
また、Ｙ軸検出振動アーム８の断面形態を図５に示す。この検出振動アーム８は、基部２０Ｃと、基部２０Ｃの表面２０ａから突出する一対の細長い突起２０Ａ、２０Ｂとを備えており、これによって略十字形状をなしている。表面２０ａは所定面（Ｘ−Ｙ面）に対して略平行である。そして、検出振動アーム８が矢印ＥのようにＺ軸方向に屈曲振動すると、検出電極３０、３１間に起電力が発生するので、この起電力を端子１５で検出する。
【００２１】
各駆動電極１６、１７、１８に交流電圧を印加し、各駆動振動アーム４に、Ｘ軸方向の駆動振動Ａを励振する。この状態で、図１に示すように、振動子１ＡをＺ軸を中心として回転させると、各支持部３に、Ｙ軸方向へと向かって、矢印Ｂのように屈曲振動する。これに対応して、各検出振動アーム６に、矢印ＣのようにＸ−Ｙ面内で屈曲振動が生ずる。この屈曲振動を検出振動とし、検出する。
【００２２】
また、各駆動電極１６、１７、１８に交流電圧を印加し、各駆動振動アーム４に、Ｘ軸方向の駆動振動Ａを励振する。ここで、この状態で、図２に示すように、振動子１ＡをＹ軸を中心として回転させると、各駆動振動アーム４に、Ｚ軸方向へと向かって、矢印Ｄのような屈曲振動が励振される。これに対応して、各検出振動アーム８に、矢印ＥのようにＺ方向で屈曲振動が生ずる。この屈曲振動を検出振動とし、検出する。
【００２３】
本発明においては、振動子の少なくとも基部（好ましくは更に駆動振動アーム、検出振動アーム）が所定面（Ｘ−Ｙ面）内に延びているが、これは厳密に幾何学的意味で所定面内に延びていることを言うものではなく、本技術分野において常識的な値、例えば、厚さにして１ｍｍ以下の範囲内に振動子が形成されていることを意味する。
【００２４】
振動子の材質は特に限定するものでないが、水晶、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体（Ｌｉ（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ3）単結晶、ホウ酸リチウム単結晶、ランガサイト単結晶等からなる圧電単結晶を使用することが好ましい。
【００２５】
本発明の振動子を圧電性材料によって形成した場合には、この振動子に駆動電極および検出電極を設ける。圧電性材料としては、圧電単結晶の他に、ＰＺＴ等の圧電セラミックスがある。また、本発明の振動子を、エリンバー等の恒弾性金属によって形成することもできる。この場合には、振動子の所定箇所に圧電体を取り付ける必要がある。
【００２６】
配線、各電極、各パッドを製造する方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、電解メッキ法、無電解メッキ法等の公知の方法を採用できる。また、レーザーアブレーションや逆スパッタリングによって、配線から材質の一部を除去することによって、各配線を微調整できる。
【００２７】
図６は、図１〜図５の素子についての本発明外の配線パターン例を示す模式的所定面図である。本例では、Ｚ軸検出振動アーム６上には、Ｚ軸検出側接地電極３３とＺ軸検出側信号電極３２とが形成されている。ここで、Ｚ軸検出側接地電極３２は、基部２Ａ表面のＺ軸検出側接地配線４３に接続されている。Ｚ軸検出側信号電極３３は、基部２Ａ表面のＺ軸検出側信号配線４２に接続されている。接地配線４３はアースされており、信号配線４２は検出信号処理回路に接続されている。
【００２８】
また、各Ｙ軸検出振動アーム８には、それぞれ、検出側信号電極３０Ａ〜Ｄと検出側接地電極３１とが設けられている。各検出側接地電極３１は、基部２Ａ上の検出側接地配線４１に接続されており、各検出側信号電極３０Ａ〜Ｄは、基部２Ａ上の検出側信号配線４０に接続されている。基部２Ａ上の検出側信号配線４０はすべて電気的に接続されており、従って各検出側信号電極３０Ａ〜Ｄも電気的に接続されている。従って、各検出側信号電極３０Ａ〜Ｄは並列接続されている。
【００２９】
しかし、このような配線方法であると、図６における検出側信号配線において静電結合が生じやすく、このために零点温度ドリフトが生じやすいことを発見した。
【００３０】
このため、好適な実施形態においては、基部にＹ軸回転角速度検出用信号配線が複数設けられており、複数の検出側信号配線を電気的に分離した。これによって、前述した静電結合に起因する零点温度ドリフトを著しく低減できることを見いだした。図７〜図１１はこの実施形態に係るものである。
【００３１】
図７は、駆動電極系の配線パターンを示すものである。各駆動振動アーム８にはそれぞれ駆動側信号電極３５と駆動側接地電極３６とが形成されている。各駆動側信号電極３５は配線６１を通して基部２Ａ上の配線パッド３７に接続されており、各駆動側接地電極３６は、それぞれ、配線４０を通して基部２Ａ上のパッド３８に接続されている。
【００３２】
図８は、一実施形態に係るＹ軸検出側の基部２Ａの表面２ａでの配線パターンを模式的に示す所定面図であり、図９は、図８の実施形態に係るＹ軸検出側の基部２Ａの裏面２ｂ上の配線パターンを模式的に示す所定面図である。なお、駆動電極側の配線パターンは、図７に示したので図示省略する。各Ｚ軸検出振動アーム上には検出側信号電極３２と検出側接地電極３３とが形成されている。各検出側信号電極３２は、基部２Ａ上の検出側信号配線４２に接続されており、各検出側接地電極３３は、基部２Ａ上の検出側接地配線４３に接続されている。
【００３３】
また、Ｙ軸検出振動アーム上には、それぞれ、信号電極３０Ａ〜Ｄおよび接地電極３１が形成されている。信号電極３０Ａ〜Ｄは、基部２Ａの表面上の検出側信号配線４０および裏面上の検出側信号配線に接続されている。接地電極３１は、基部２Ａの表面上の検出側接地配線４１および裏面上の検出側接地配線４１Ａに接続されている。そして、図８において左上側の信号電極３０Ａと右上側の信号電極３０Ｂとは基部裏面上の検出側信号配線４０Ａを通じて電気的に接続されている。また、図８において左下側の信号電極３０Ｃと右下側の信号電極３０Ｄとは基部裏面上の検出側信号配線４０Ａを通じて電気的に接続されている。そして、図８において左上側および右上側の検出側信号電極３０Ａ、３０Ｂは、右下側および左下側の検出側信号電極３０Ｃ、３０Ｄに対して電気的に接続されていない。
【００３４】
図１０は、一実施形態に係るＹ軸検出側の基部２Ａの表面２ａ上での配線パターンを模式的に示す所定面図であり、図１１は、図１０の実施形態に係るＹ軸検出側の基部２Ａの裏面２ｂ上の配線パターンを模式的に示す所定面図である。駆動電極側の配線パターンは図示省略する。各Ｚ軸検出振動アーム上には検出側信号電極３２と検出側接地電極３３とが形成されている。各検出側信号電極３２は、基部２Ａ上の検出側信号配線４２Ｂに接続されており、各検出側接地電極３３は、基部２Ａ上の検出側接地配線４３Ｂに接続されている。
【００３５】
また、Ｙ軸検出振動アーム上には、それぞれ、信号電極３０Ａ〜Ｄおよび接地電極３１が形成されている。各信号電極は、基部２Ａの表面２ａ上の検出側信号配線４０Ｂおよび裏面上の検出側信号配線４０Ｃに接続されている。各接地電極３１は、基部２Ａの表面上の検出側信号配線４１Ｂおよび裏面上の検出側信号配線４１Ｃに接続されている。そして、図１０において左上側の駆動側信号電極３０Ａと左下側の駆動側信号電極３０Ｃとは基部裏面上の検出側信号配線４０Ｃを通じて電気的に接続されている。また、図１０において右上側の駆動側信号電極３０Ｂと右下側の駆動側信号電極３０Ｄとは基部裏面上の検出側信号配線４０Ｃを通じて電気的に接続されている。そして、図１０において左上側および左下側の検出側信号電極３０Ａ、３０Ｃは、右上側および右下側の検出側信号電極３０Ｂ、３０Ｄに対して電気的に接続されていない。
【００３６】
好適な実施形態においては、電気的に分離された各検出側信号電極から得られた検出値の差動に基づいて、回転角速度を検出する。図１２は、図８、図９のように、上側のＹ軸検出側信号電極と下側の検出側信号電極とが電気的に分離されている場合の回路例である。図１２の検出振動アーム８は、基部２０Ｃと、基部２０Ｃの表面２０ａから突出する一対の細長い突起２０Ａ、２０Ｂとを備えており、これによって略十字形状をなしている。表面２０ａは所定面（Ｘ−Ｙ面）に対して略平行である。そして、検出振動アーム８が矢印ＥのようにＺ軸方向に屈曲振動すると、一対の検出電極３０Ａ、３０Ｄと３１との間に起電力が発生するので、この起電力を端子１５Ａ、１５Ｂで検出する。
【００３７】
ここで、図１２は、図１２（および図８、図９）において、上側二つの検出振動アームにおける測定値を加算して端子１５Ａで検出する。また、下側二つの検出振動アームにおける測定値を加算して端子１５Ｂで検出する。端子１５Ａにおける検出値と端子１５Ｂにおける検出値は同符号であるので加算する。この加算値に基づいて回転角速度を算出する。
【００３８】
しかし、この方法では、原因不明の静電結合成分が残留し、零点温度ドリフトの原因となっていることが分かった。そこで、各電気的に分離された各検出振動アームからの検出値の差動に基づいて回転角速度を算出することによって、このような静電結合に起因する零点温度ドリフトを低減できることを発見した。
【００３９】
即ち、図１３（および図８、図９）の例では、上側二つの検出振動アームにおける測定値を加算して端子１５Ａで検出する。また、下側二つの検出振動アームにおける測定値を加算して端子１５Ｂで検出する。ここで、端子１５Ａにおける検出値と端子１５Ｂにおける検出値は逆符号となるようにする。従って、端子１５Ａにおける検出値と端子１５Ｂにおける検出値とを減算して差動をとり、この差動に基づいて回転角速度を検出する。この方法によると、前述した静電結合に起因する温度ドリフトが低減された。
【００４０】
また、図１４の回路図は、図１０、図１１の素子に適合するものである。この例では、左側二つの検出振動アームにおける測定値を加算して端子１５Ａで検出する。また、右側二つの検出振動アームにおける測定値を加算して端子１５Ｂで検出する。ここで、端子１５Ａにおける検出値と端子１５Ｂにおける検出値は逆符号となるようにする。従って、端子１５Ａにおける検出値と端子１５Ｂにおける検出値とを減算して差動をとり、この差動に基づいて回転角速度を検出する。この方法によると、前述した静電結合に起因する温度ドリフトが低減された。
【００４１】
好適な実施形態においては、検出振動アームが、所定面に略平行な一対の表面と、所定面に略垂直な一対の側面および各表面からそれぞれ所定面に略垂直な方向に突出する一対の細長い突起とを備えており、検出側接地電極が、少なくとも側面上に形成されている。
【００４２】
検出振動アームが、所定面に略平行な一対の表面と、所定面に略垂直な一対の側面および各表面からそれぞれ所定面に略垂直な方向に突出する一対の細長い突起とを備えている場合に、その側面へと向かって駆動振動アーム側から静電結合が生じ、これが零点温度ドリフトに寄与している。この知見に基づき、検出側接地電極を検出振動アームの少なくとも側面上に形成することによって、零点温度ドリフトを著しく低減することに成功した。
【００４３】
好適な実施形態においては、検出側接地電極が、検出振動アームの表面および突起の少なくとも一部を被覆する。また、好適な実施形態においては、検出側信号電極が、検出振動アームの表面および突起の少なくとも一部を被覆する。
【００４４】
例えば図１５（ａ）に示すような電極パターンであると、この断面十字形状のアームの側面４６と、隣接する駆動振動アーム上の電極との間で静電結合があり、零点温度ドリフトの原因となっていることを発見した。ここで、図１５（ｂ）に示すように、接地電極３１Ａを延長して、側面４６を被覆する側面被覆部３１ｃを設けた。これによって、隣接する駆動振動アームとの静電結合に起因する零点温度ドリフトを低減することに成功した。
【００４５】
本発明においては、Ｚ軸検出側信号配線およびＺ軸検出側接地配線を基部上に設ける場合に、Ｙ軸検出側接地電極とＺ軸検出側接地配線とを共通配線とする。即ち、Ｙ軸検出側接地配線とＺ軸検出側接地配線とを電気的に導通させる。本発明者は、Ｙ軸検出側配線とＺ検出側配線との間での静電結合に起因する零点温度ドリフトを発見し、上記のように、Ｙ軸検出側接地電極とＺ軸検出側接地配線とを共通配線とすることによって、零点温度ドリフトを改善することに成功した。
【００４６】
図１６、図１７は、本発明に係るものである。図１６は基部の表面２ａ側を示し、図１７は基部の裏面２ｂ側を示す。Ｚ軸検出側信号電極は、基部表面の検出側信号配線４２Ｄに接続され、裏面（図１７）側の検出側信号電極４２Ｅにも接続される。Ｚ軸検出側接地電極は、基部表面側の検出側信号配線６０ｂに接続され、裏面側の検出側接地配線４３Ｅにも接続される。
【００４７】
各Ｙ軸検出側信号電極３０Ａ〜３０Ｄは、基部表面側の検出側信号配線４０Ｄおよび裏面側の検出側信号配線４０Ｅに接続されている。図１６において上側の二つのＹ軸検出側信号電極３０Ａ〜３０Ｄは、検出側信号配線４０Ｄおよび４０Ｅを通じて互いに電気的に接続されており、下側の二つの検出側信号配線３０Ａ〜３０Ｄは、検出側信号配線４０Ｄおよび４０Ｅを通じて互いに電気的に接続されている。上側の二つの検出側信号電極と下側の二つの検出側信号電極とは互いに電気的に導通していない。即ち、図１６、図１７の素子は、本発明の実施形態でもある。
【００４８】
ここで、本例では、各検出側接地電極３１が、それぞれ対応する検出側接地配線６０ａ、６０ｃに対して接続されている。そして、各検出側接地配線６０ａ、６０ｃは、それぞれ中央にあるＺ軸用の検出側接地配線６０ｂと電気的に接続されており、一体の共通接地配線６０を形成している。
【実施例】
【００４９】
（比較例１）
図１〜図５を参照しつつ説明した素子を作製し、静電結合差および零点温度ドリフトを測定した。
具体的には、図１〜図５に示すような形態を有する振動子１Ａを、ホトリソグラフィーおよびエッチング技術を用いて製造した。ただし、振動子本体は、厚さ０．１ｍｍの水晶基板から作製した。また、各電極は、厚さ０．０３μｍのＣｒ（下地層）と厚さ０．２μｍの電極用Ａｕ膜とから形成した。各駆動振動アーム４の厚さ／幅の比率（ＴＡ／ＷＡ）は、１．４とした。得られた振動子に共振周波数５０ｋＨｚの駆動振動を励振した。振動子を回転させることなく、検出信号を計測した。
【００５０】
ここで、Ｙ軸、Ｚ軸関係の信号配線パターンは図６の形態（共通配線）とし、Ｙ軸検出振動アームにおける電極被覆パターンは図１５（ａ）（側面被覆なし）とした。従って、本例は本発明を満足していない。この結果、静電結合差は５Ｆであり、零点温度ドリフトは４０ｄｐｓであった。この結果を表１に示す。
【００５１】
（参考例１）
比較例１と同様にして図１〜図５に示す素子を作製し、その静電結合差と零点温度ドリフトとを測定した。ただし、Ｙ軸、Ｚ軸関係の信号配線パターンは図８の形態（上下分離）とし、Ｙ軸における検出値の処理は和動（図１２）とし、Ｙ軸検出振動アームにおける電極被覆パターンは図１５（ａ）（側面被覆なし）とした。この結果、静電結合差は２．５Ｆであり、零点温度ドリフトは２０ｄｐｓであった。
【００５２】
（参考例２）
比較例１と同様にして図１〜図５に示す素子を作製し、その静電結合差と零点温度ドリフトとを測定した。ただし、Ｙ軸、Ｚ軸関係の信号配線パターンは図８の形態（上下分離）とし、Ｙ軸における検出値の処理は差動（図１３）とし、Ｙ軸検出振動アームにおける電極被覆パターンは図１５（ａ）（側面被覆なし）とした。この結果、静電結合差は２Ｆであり、零点温度ドリフトは１０ｄｐｓであった。
【００５３】
（参考例３）
比較例１と同様にして図１〜図５に示す素子を作製し、その静電結合差と零点温度ドリフトとを測定した。ただし、Ｙ軸、Ｚ軸関係の信号配線パターンは図１０の形態（左右分離）とし、Ｙ軸における検出値の処理は和動（図１２）とし、Ｙ軸検出振動アームにおける電極被覆パターンは図１５（ａ）（側面被覆なし）とした。この結果、静電結合差は２．６Ｆであり、零点温度ドリフトは２５ｄｐｓであった。
【００５４】
（参考例４）
比較例１と同様にして図１〜図５に示す素子を作製し、その静電結合差と零点温度ドリフトとを測定した。ただし、Ｙ軸、Ｚ軸関係の信号配線パターンは図１０の形態（左右分離）とし、Ｙ軸における検出値の処理は差動（図１３）とし、Ｙ軸検出振動アームにおける電極被覆パターンは図１５（ａ）とした。この結果、静電結合差は２．１Ｆであり、零点温度ドリフトは１２ｄｐｓであった。
【００５５】
（参考例５）
比較例１と同様にして図１〜図５に示す素子を作製し、その静電結合差と零点温度ドリフトとを測定した。ただし、Ｙ軸、Ｚ軸関係の信号配線パターンは図８の形態（上下分離）とし、Ｙ軸における検出値の処理は差動（図１３）とし、Ｙ軸検出振動アームにおける電極被覆パターンは図１５（ｂ）（側面被覆）とした。この結果、静電結合差は１．７Ｆであり、零点温度ドリフトは８ｄｐｓであった。
【００５６】
（本発明例１）
比較例１と同様にして図１〜図５に示す素子を作製し、その静電結合差と零点温度ドリフトとを測定した。ただし、Ｙ軸、Ｚ軸関係の信号配線パターンは図１６のパターン（上下分離）とし、Ｙ軸における検出値の処理は差動（図１３）とし、Ｙ軸検出振動アームにおける電極被覆パターンは図１５（ａ）（側面被覆せず）とした。この結果、静電結合差は１．６Ｆであり、零点温度ドリフトは５ｄｐｓであった。
【００５７】
（本発明例２）
比較例１と同様にして図１〜図５に示す素子を作製し、その静電結合差と零点温度ドリフトとを測定した。ただし、Ｙ軸、Ｚ軸関係の信号配線パターンは図１６のパターン（上下分離）とし、Ｙ軸における検出値の処理は差動（図１３）とし、Ｙ軸検出振動アームにおける電極被覆パターンは図１５（ｂ）（側面被覆）とした。この結果、静電結合差は１．２Ｆであり、零点温度ドリフトは３ｄｐｓであった。
【００５８】
【表１】
2011095270.tif 000003
【００５９】
１Ａ  測定素子            ２Ａ  基部            ４  駆動振動アーム            ６  Ｚ軸検出振動アーム            ８  Ｙ軸検出振動アーム            ２０Ａ、２０Ｂ  突起            ２０Ｃ  Ｙ軸検出振動アームの本体            ３０  Ｙ軸検出側信号電極            ３１  Ｙ軸検出側接地電極            ３２  Ｚ軸検出側信号電極            ３  Ｚ軸  検出側接地電極            ４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｅ  Ｙ軸検出側信号配線            ４１、４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ、４１Ｅ  Ｙ軸検出側接地配線            ４２、４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ、４２Ｅ  Ｚ軸検出側信号配線              ４３、４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄ、４３Ｅ  Ｚ軸検出側接地配線            Ａ  駆動振動            Ｃ  Ｚ軸検出振動            Ｅ  Ｙ軸検出振動
【図１】
2011095270.tif 000004
【図２】
2011095270.tif 000005
【図３】
2011095270.tif 000006
【図４】
2011095270.tif 000007
【図５】
2011095270.tif 000008
【図６】
2011095270.tif 000009
【図７】
2011095270.tif 000010
【図８】
2011095270.tif 000011
【図９】
2011095270.tif 000012
【図１０】
2011095270.tif 000013
【図１１】
2011095270.tif 000014
【図１２】
2011095270.tif 000015
【図１３】
2011095270.tif 000016
【図１４】
2011095270.tif 000017
【図１５】
2011095270.tif 000018
【図１６】
2011095270.tif 000019
【図１７】
2011095270.tif 000020