(57)【要約】【課題】より好適に圧電体を励振できる角速度センサを提供する。【解決手段】角速度センサ１０１は、圧電体３を有し、圧電体３は、駆動部９、駆動部９からｙ軸方向の一方側へ延びる第１駆動腕１１Ａ、駆動部９からｙ軸方向に直交するｘ軸方向において互いに逆側へ延びる第１連結腕１３Ａ及び第２連結腕１３Ｂ、並びに、第１連結腕１３Ａの先端に連結され、ｙ軸方向の一方側へ延びる第１検出腕１５Ａを有している。また、第１連結腕１３Ａ及び第２連結腕１３Ｂは先端側が支持される側とされており、駆動部９はｙ軸方向において揺動可能である。また、角速度センサ１０１は、第１駆動腕１１Ａに電圧を印加して第１駆動腕１１Ａをｙ軸方向及びｘ軸方向に直交するｚ軸方向に励振する励振回路１０３と、ｘ軸方向における第１検出腕１５Ａの振動によって生じる電気信号を検出する検出回路１０５とを有している。【選択図】図１
2015219204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部、前記駆動部から延在方向の一方側へ延びる第１駆動腕、前記駆動部から前記延在方向に直交する幅方向において互いに逆側へ延びる第１連結腕及び第２連結腕、並びに、前記第１連結腕の先端に連結され、前記延在方向の一方側又は他方側へ延びる第１検出腕を有し、前記第１連結腕及び前記第２連結腕は先端側が支持される側とされており、前記駆動部は前記延在方向に揺動可能である圧電体と、
前記第１駆動腕に電圧を印加して前記第１駆動腕を前記延在方向及び前記幅方向に直交する厚み方向に励振する励振回路と、
前記幅方向における前記第１検出腕の振動によって生じる電気信号を検出する検出回路と、
を有した角速度センサ。
【請求項２】
前記圧電体は、
前記駆動部から前記第１駆動腕とは反対側へ延びる第２駆動腕と、
前記第２連結腕の先端に連結され、前記第１検出腕と同一方向へ延びる第２検出腕と、
前記第１連結腕の先端に連結され、前記第１検出腕とは反対側へ延びる第３検出腕と、
前記第２連結腕の先端に連結され、前記第２検出腕とは反対側へ延びる第４検出腕と、を更に有し、他の駆動腕及び検出腕は有さず、
前記励振回路は、前記第１駆動腕及び前記第２駆動腕が前記厚み方向の同一側へ共に曲がるように前記第１駆動腕及び前記第２駆動腕に電圧を印加してこれらを励振し、
前記検出回路は、前記第１〜第４検出腕において生じる電気信号が加算された電気信号を検出し、前記第１〜第４検出腕において生じる電気信号は、前記第１検出腕及び前記第２検出腕が前記幅方向において互いに逆側へ曲がり、前記第３検出腕及び前記第４検出腕が前記幅方向において互いに逆側へ曲がり、前記第１検出腕及び前記第３検出腕が前記幅方向において互いに逆側へ曲がるときに、正負が同一のもの同士で加算される
請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項３】
前記第１連結腕は、当該第１連結腕と前記駆動部との連結位置、及び、前記第１検出腕が支持される位置よりも、前記第１検出腕が延びる側の位置にて、前記第１検出腕に連結された側方腕を有している
請求項１又は２に記載の角速度センサ。
【請求項４】
前記第１駆動腕の幅は、前記第１駆動腕の厚み及び前記第１検出腕の幅よりも大きい
請求項１〜３のいずれか１項に記載の角速度センサ。
【請求項５】
前記第１駆動腕には、前記厚み方向に貫通し又は凹み、前記延在方向に延びる溝が形成されており、
前記第１駆動腕の、前記溝の内壁面及び当該内壁面の背面側の面には、前記励振回路に接続される励振電極が設けられている
請求項１〜４のいずれか１項に記載の角速度センサ。
【請求項６】
駆動部、前記駆動部から延在方向の一方側へ延びる第１駆動腕、前記駆動部から前記延在方向に直交する幅方向において互いに逆側へ延びる第１連結腕及び第２連結腕、並びに、前記第１連結腕の先端に連結され、前記延在方向の一方側又は他方側へ延びる第１検出腕を有した圧電体と、
前記第１駆動腕を前記延在方向及び前記幅方向に直交する厚み方向に励振する電圧を前記第１駆動腕に印加可能に配置された複数の励振電極と、
前記幅方向における前記第１検出腕の振動によって生じる電気信号を検出可能に配置された複数の検出電極と、
を有したセンサ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度センサ及び当該角速度センサに好適に利用可能なセンサ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
角速度センサとして、いわゆる圧電振動式のものが知られている。このセンサにおいては、圧電体に交流電圧を印加して圧電体を励振する。この励振されている圧電体が回転されると、回転速度（角速度）に応じた大きさで、励振方向と直交する方向にコリオリの力が生じ、このコリオリの力によっても圧電体は振動する。そして、このコリオリの力に起因する圧電体の変形に応じて生じる電気信号を検出することにより、圧電体の角速度を検出することができる。このような角速度センサの圧電体の形状や圧電体の振動のモード等について種々の提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、基部と、基部からＹ軸方向（機械軸）の両側に延びる１対の検出腕と、基部からＸ軸方向（電気軸）の両側に延びる１対の連結腕と、１対の連結腕の先端からＹ軸方向の両側に延びる２対の駆動腕とを有する圧電体を開示している。１対の検出腕に対してＸ軸方向の両側に位置する２対の駆動腕は、Ｚ軸方向（光軸）の互いに逆側に振動するように電圧が印加される。この状態で、圧電体がＸ軸回りに回転されると、２対の駆動腕は、コリオリの力によって、Ｙ軸方向において互いに逆側へ変位するように振動する。その結果、１対の検出腕は、基部を中心として振り子のようにＺ軸回りに振動する。この振動によって生じる電気信号が検出され、ひいては、角速度が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１７４９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の圧電体の形状では、種々の不都合が生じる。例えば、検出腕の両側に２対の駆動腕が設けられていることから、検出腕の両側それぞれに１対の駆動腕の振動の節が存在する。従って、検出腕の両側で周波数が僅かにずれた振動が生じ、唸りが生じるおそれがある。すなわち、起動時間が長くなるおそれがある。また、例えば、圧電体は、２つの駆動腕の変位を大きくするために、その中央に位置する基部にて支持される。すなわち、圧電体は１点にて支持される。従って、基部と、センサ素子が実装される回路基板との接合の誤差が、圧電体の回路基板に対する傾斜に及ぼす影響が大きい。その結果、回路基板の座標系を基準として正確に角速度を検出できないおそれがある。
【０００６】
従って、このような課題の少なくとも一つが解決されることが望まれる。例えば、より好適な励振が可能な角速度センサ及びセンサ素子が提供されることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る角速度センサは、駆動部、前記駆動部から延在方向の一方側へ延びる第１駆動腕、前記駆動部から前記延在方向に直交する幅方向において互いに逆側へ延びる第１連結腕及び第２連結腕、並びに、前記第１連結腕の先端に連結され、前記延在方向の一方側又は他方側へ延びる第１検出腕を有し、前記第１連結腕及び前記第２連結腕は先端側が支持される側とされており、前記駆動部は前記延在方向に揺動可能である圧電体と、前記第１駆動腕に電圧を印加して前記第１駆動腕を前記延在方向及び前記幅方向に直交する厚み方向に励振する励振回路と、前記幅方向における前記第１検出腕の振動によって生じる電気信号を検出する検出回路と、を有している。
【０００８】
好適には、前記圧電体は、前記駆動部から前記第１駆動腕とは反対側へ延びる第２駆動腕と、前記第２連結腕の先端に連結され、前記第１検出腕と同一方向へ延びる第２検出腕と、前記第１連結腕の先端に連結され、前記第１検出腕とは反対側へ延びる第３検出腕と、前記第２連結腕の先端に連結され、前記第２検出腕とは反対側へ延びる第４検出腕と、を更に有し、他の駆動腕及び検出腕は有さず、前記励振回路は、前記第１駆動腕及び前記第２駆動腕が前記厚み方向の同一側へ共に曲がるように前記第１駆動腕及び前記第２駆動腕に電圧を印加してこれらを励振し、前記検出回路は、前記第１〜第４検出腕において生じる電気信号が加算された電気信号を検出し、前記第１〜第４検出腕において生じる電気信号は、前記第１検出腕及び前記第２検出腕が前記幅方向において互いに逆側へ曲がり、前記第３検出腕及び前記第４検出腕が前記幅方向において互いに逆側へ曲がり、前記第１検出腕及び前記第３検出腕が前記幅方向において互いに逆側へ曲がるときに、正負が同一のもの同士で加算される。
【０００９】
好適には、前記第１連結腕は、当該第１連結腕と前記駆動部との連結位置、及び、前記第１検出腕が支持される位置よりも、前記第１検出腕が延びる側の位置にて、前記第１検出腕に連結された側方腕を有している。
【００１０】
好適には、前記第１駆動腕の幅は、前記第１駆動腕の厚み及び前記第１検出腕の幅よりも大きい。
【００１１】
好適には、前記第１駆動腕には、前記厚み方向に貫通し又は凹み、前記延在方向に延びる溝が形成されており、前記第１駆動腕の、前記溝の内壁面及び当該内壁面の背面側の面には、前記励振回路に接続される励振電極が設けられている。
【００１２】
本発明の一態様に係るセンサ素子は、駆動部、前記駆動部から延在方向の一方側へ延びる第１駆動腕、前記駆動部から前記延在方向に直交する幅方向において互いに逆側へ延びる第１連結腕及び第２連結腕、並びに、前記第１連結腕の先端に連結され、前記延在方向の一方側又は他方側へ延びる第１検出腕を有した圧電体と、前記第１駆動腕を前記延在方向及び前記幅方向に直交する厚み方向に励振する電圧を前記第１駆動腕に印加可能に配置された複数の励振電極と、前記幅方向における前記第１検出腕の振動によって生じる電気信号を検出可能に配置された複数の検出電極と、を有している。
【発明の効果】
【００１３】
上記の構成によれば、より好適な励振が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るセンサ素子の構成を示す斜視図。
【図２】図２（ａ）は図１のIIａ−IIａ線における断面図、図２（ｂ）は図１のIIｂ−IIｂ線における断面図。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は駆動腕及び検出腕における電位等を説明する図。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は１対の駆動腕の励振を説明するための模式図、図４（ｃ）及び図４（ｄ）は１対の駆動腕のコリオリの力による振動を説明するための模式図、図４（ｅ）及び図４（ｆ）は１対の検出腕の振動を説明するための模式図。
【図５】図１のセンサ素子の連結腕の形状の作用を説明する模式図。
【図６】図１のセンサ素子の配線の一例を示す模式的な斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下の図面は、模式的なものである。従って、細部は省略されることがあり、また、寸法比率等は現実のものと必ずしも一致しない。
【００１６】
また、各図には、説明の便宜のために、直交座標系ｘｙｚを付している。なお、直交座標系ｘｙｚは、センサ素子（圧電体）の形状に基づいて定義されている。すなわち、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、結晶の電気軸、機械軸及び光軸を示すとは限らない。
【００１７】
同一又は類似する構成については、「第１駆動腕１１Ａ」、「第２駆動腕１１Ｂ」のように、同一名称に対して互いに異なる番号及びアルファベットを付して呼称することがあり、また、この場合において、単に「駆動腕１１」といい、これらを区別しないことがある。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係るセンサ素子１の構成を示す斜視図である。
【００１９】
センサ素子１は、例えば、ｘ軸回りの角速度を検出する角速度センサ１０１を構成するものである。角速度センサ１０１は、圧電振動式のものであり、センサ素子１は、ｚ軸方向に励振され、ｙ軸方向にコリオリの力が生じるように構成されている。具体的には、以下のとおりである。
【００２０】
センサ素子１は、圧電体３と、圧電体３に電圧を印加するための第１励振電極５Ａ及び第２励振電極５Ｂ（図１においてハッチングにより示す）と、圧電体３に生じた電気信号を取り出すための第１検出電極７Ａ及び第２検出電極７Ｂ（図１においてハッチングにより示す）とを有している。
【００２１】
圧電体３は、その全体が一体的に形成されている。圧電体３は、単結晶であってもよし、多結晶であってもよい。また、圧電体３の材料は適宜に選択されてよく、例えば、水晶（ＳｉＯ２）、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＰＺＴである。
【００２２】
圧電体３において、電気軸乃至は分極軸（以下、両者を代表して分極軸のみに言及することがある。）は、ｘ軸に一致するように設定されている。なお、分極軸は、所定の範囲（例えば１５°以内）でｘ軸に対して傾斜していてもよい。また、圧電体３が単結晶である場合において、機械軸及び光軸は、適宜な方向とされてよいが、例えば、機械軸はｙ軸方向、光軸はｚ軸方向とされている。
【００２３】
圧電体３は、例えば、概略、全体として厚さ（ｚ軸方向）が一定に形成されている。また、圧電体３は、例えば、概略、ｙ軸方向に延びる不図示の中心線に関して線対称の形状に形成されているとともに、ｘ軸方向に延びる不図示の中心線に関して線対称の形状に形成されている。
【００２４】
圧電体３は、駆動部９と、駆動部９からｙ軸方向の両側に延びる第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂと、駆動部９からｘ軸方向の両側に延びる第１連結腕１３Ａ及び第２連結腕１３Ｂと、これら１対の連結腕１３の先端側からｙ軸方向の両側に延びる第１検出腕１５Ａ〜第４検出腕１５Ｄと、検出腕１５の根元側（１対の連結腕１３の先端側）からｘ軸方向外側に突出する第１突起部１７Ａ及び第２突起部１７Ｂとを有している。
【００２５】
駆動腕１１は、電圧（電界）が印加されて励振される部分である。検出腕１５は、角速度に応じた電気信号を生成する部分である。駆動部９及び連結腕１３は、駆動腕１１及び検出腕１５を連結する部分である。突起部１７は、駆動部９、駆動腕１１、連結腕１３及び検出腕１５の支持に寄与する部分である。これら各部の形状等は、例えば、以下のようにされている。
【００２６】
駆動部９は、例えば、概ね、直方体状とされている。駆動部９の３軸方向の寸法比率は適宜に設定されてよい。
【００２７】
１対の駆動腕１１は、例えば、駆動部９の中心を通りｘ軸方向に延びる不図示の中心線に関して互いに線対称の位置及び形状で設けられている。各駆動腕は、例えば、概ね、ｙ軸方向に長い直方体状とされている。また、各駆動腕１１には、例えば、ｚ軸方向に貫通し、ｙ軸方向に延びる１以上（本実施形態では複数）の貫通溝１１ｇが形成されている。別の観点では、各駆動腕１１は、複数の分割腕１１ｄを有している。なお、駆動腕１１は、先端の幅が大きくされる（ハンマ形状にされる）などしてもよい。
【００２８】
駆動腕１１は、ｚ軸方向に湾曲するように励振される。一方、駆動腕１１のｚ軸方向の固有振動数は、駆動腕１１の長さ（ｙ軸方向）及び厚み（ｚ軸方向）によって規定される。従って、駆動腕１１の長さ及び厚みは、励振させるべき振動数に応じて適宜に設定される。その一方、駆動腕１１の幅（ｘ軸方向）は、適宜に設定されてよい。本実施形態では、駆動腕１１の幅は、駆動腕１１の厚み及び検出腕１５の幅（ｘ軸方向）よりも大きくされている。例えば、駆動腕１１の幅は、駆動腕１１の厚み及び検出腕１５の幅の３倍以上である。
【００２９】
１対の連結腕１３は、例えば、駆動部９の中心を通りｙ軸方向に延びる不図示の中心線に関して互いに線対称の位置及び形状で設けられている。各連結腕１３は、例えば、ｙ軸方向において３つに分岐する形状とされている。具体的には、例えば、各連結腕１３は、駆動部９から突出する連結基部１３ａと、連結基部１３ａから延びる中央腕１３ｂと、中央腕１３ｂのｙ軸方向の正側及び負側において連結基部１３ａから延びる２本の側方腕１３ｃとを有している。
【００３０】
連結基部１３ａは、例えば、駆動部９の中心を通りｘ軸方向に延びる不図示の中心線上にてｘ軸方向に突出している。中央腕１３ｂは、上記の中心線上にてｘ軸方向に延び、その先端は、２本の検出腕１５の根元（２本の検出腕１５の連結部分）に連結されている。側方腕１３ｃは、例えば、上記の中心線よりもｙ軸方向の正側又は負側に位置しており、１本の検出腕１５に対して、中央腕１３ｂと２本の検出腕１５との連結位置よりも前記１本の検出腕１５の先端側の位置にて連結されている。側方腕１３ｃは、例えば、連結基部１３ａからｙ軸方向に延びた後、ｘ軸方向に延びている（Ｌ字状に延びている）。
【００３１】
４本の検出腕１５は、例えば、駆動部９の中心を通りｘ軸方向に延びる不図示の中心線に関して互いに線対称の位置及び形状で設けられているとともに、駆動部９の中心を通りｙ軸方向に延びる不図示の中心線に関して互いに線対称の位置及び形状で設けられている。各検出腕１５は、例えば、概ね、ｙ軸方向に長い直方体状とされている。また、各検出腕１５のｚ軸方向の正側及び負側の面には、例えば、ｙ軸方向に延びる１以上（本実施形態では複数）の有底溝１５ｇが形成されている。なお、検出腕１５は、先端の幅が大きくされる（ハンマ形状にされる）などしてもよい。
【００３２】
検出腕１５は、後述するように、圧電体３のｘ軸回りの角速度に応じた振幅でｘ軸方向に振動する。検出腕１５のｘ軸方向の固有振動数は適宜に設定されてよい。ただし、駆動腕１１のｚ軸方向の固有振動数と同程度であることが好ましい。従って、例えば、検出腕１５の長さ及び幅は、駆動腕１１の長さ及び厚みと同程度とされている。検出腕１５の厚みは適宜に設定されてよいが、例えば、駆動腕１１の厚みと同一である。
【００３３】
１対の突起部１７は、例えば、駆動部９の中心を通りｙ軸方向に延びる不図示の中心線に関して互いに線対称の位置及び形状で設けられている。各突起部１７は、例えば、概ね、直方体状とされている。
【００３４】
１対の突起部１７は、センサ素子１が実装される不図示の実装基体（例えば回路基板）に支持される。これにより、駆動部９、駆動腕１１、連結腕１３及び検出腕１５は、実装基体に支持される。また、連結腕１３は、先端側が支持側とされ、駆動部９及び駆動腕１１は、ｙ軸方向に揺動可能となる。
【００３５】
具体的には、例えば、１対の突起部１７の先端面には、１対の固定部１９が固定される。固定部１９は、圧電体３の一部として突起部１７と一体的に形成されていてもよいし、圧電体３とは別個に形成され、突起部１７に接着されていてもよい。固定部１９のｚ軸方向の正側又は負側には、例えば、パッドが形成されており、当該パッドが不図示の実装基体のパッドと導電性のバンプを介して接着されることにより、固定部１９は実装基体に固定され、また、センサ素子１は実装基体と電気的に接続される。１対の固定部１９は、ｙ軸方向の正側及び負側に延びるように形成され、その先端側（圧電体３の４隅側）において実装基体に固定されることが好ましい。この場合、圧電体３を実装基体に対して平行に実装することが容易化される。
【００３６】
なお、定義の仕方によっては、突起部１７を連結腕１３の一部と捉え、連結腕１３の先端側の側面から検出腕１５が延びていると捉えることができるが、本実施形態では、連結腕１３の先端が検出腕１５の側面に連結されていると捉えるものとする。
【００３７】
図２（ａ）は、図１のIIａ−IIａ線における断面図である。図２（ａ）においては、第１駆動腕１１Ａの一部の断面を示しているが、第１駆動腕１１Ａの他の部分の断面及び第２駆動腕１１Ｂの断面も同様である。
【００３８】
励振電極５は、駆動腕１１の表面に形成された層状電極である。また、励振電極５は、駆動腕１１の複数の分割腕１１ｄそれぞれに設けられている。すなわち、励振電極５は、駆動腕１１のｘ軸方向の外側面だけでなく、複数の貫通溝１１ｇの内壁面にも設けられている。
【００３９】
より具体的には、第１励振電極５Ａは、各分割腕１１ｄにおいて、ｘ軸方向の負側の面のうちのｚ軸方向の正側の領域、及び、ｘ軸方向の正側の面のうちのｚ軸方向の負側の領域にそれぞれ設けられている。第２励振電極５Ｂは、各分割腕１１ｄにおいて、ｘ軸方向の負側の面のうちのｚ軸方向の負側の領域、及び、ｘ軸方向の正側の面のうちのｚ軸方向の正側の領域にそれぞれ設けられている。第１励振電極５Ａ及び第２励振電極５Ｂは、互いに短絡しないように適宜な間隔を空けて、ｙ軸方向に延びている。
【００４０】
各駆動腕１１において、複数の第１励振電極５Ａは、例えば互いに同電位とされる。例えば、各駆動腕１１において、複数の第１励振電極５Ａは、圧電体３上の配線等により互いに接続されている。同様に、各駆動腕１１において、複数の第２励振電極５Ｂは、例えば互いに同電位とされる。例えば、各駆動腕１１において、複数の第２励振電極５Ｂは、圧電体３上の配線等により互いに接続されている。
【００４１】
なお、励振電極５の「第１」及び「第２」並びに「Ａ」及び「Ｂ」は、直交座標系ｘｙｚに基づいて付されている。すなわち、第１駆動腕１１Ａをその根元側から先端側に見たときと、第２駆動腕１１Ｂをその先端側から根元側に見たときとで、第１励振電極５Ａ及び第２励振電極５Ｂの上下左右の配置が両駆動腕１１間において同じとなるように第１励振電極５Ａ及び第２励振電極５Ｂは定義されている（図１参照）。第１駆動腕１１Ａの励振電極５の電位と、第２駆動腕１１Ｂの励振電極５の電位との関係については後述する。
【００４２】
図２（ｂ）は、図１のIIｂ−IIｂ線における断面図である。図２（ｂ）においては、第２検出腕１５Ｂの断面を示しているが、他の検出腕１５の断面も同様である。
【００４３】
検出電極７は、検出腕１５の表面に形成された層状電極である。第１検出電極７Ａは、各検出腕１５において、ｚ軸方向の正側及び負側の面に設けられている。なお、ここでいうｚ軸方向の正側及び負側の面は、有底溝１５ｇの内壁面及び底面を含む。また、第２検出電極７Ｂは、各検出腕１５において、ｘ軸方向の正側及び負側の面に設けられている。
【００４４】
２つの第１検出電極７Ａ及び２つの第２検出電極７Ｂは、例えば、検出腕１５の各面を概ね覆うように設けられている。ただし、第１検出電極７Ａ及び第２検出電極７Ｂは、互いに短絡しないように、少なくとも一方（本実施形態では第１検出電極７Ａ）が各面よりも細く形成されている。
【００４５】
各検出腕１５において、複数の第１検出電極７Ａは、例えば、圧電体３上の配線等により互いに接続されている。同様に、各検出腕１５において、複数の第２検出電極７Ｂは、例えば、圧電体３上の配線等により互いに接続されている。
【００４６】
なお、検出電極７の「第１」及び「第２」並びに「Ａ」及び「Ｂ」は、直交座標系ｘｙｚに基づいて付されており、電気信号の正負に基づいて付されてはいない。従って、例えば、後述するように、本実施形態では、第１検出腕１５Ａの第１検出電極７Ａと、第２検出腕１５Ｂの第１検出電極７Ａとは、正負が同一の電気信号を生成することを想定されてはおらず、互いに接続されない。
【００４７】
励振電極５、検出電極７及びこれらに接続される配線等は、例えば、Ｃｕ，Ａｌ等の適宜な金属によって形成されている。
【００４８】
角速度センサ１０１は、以上に説明したセンサ素子１に加えて、励振電極５に電圧を印加する励振回路１０３（図２（ａ））と、検出電極７からの電気信号を検出する検出回路１０５（図２（ｂ））とを有している。
【００４９】
励振回路１０３は、例えば、発振回路や増幅器を含んで構成されており、所定の周波数の交流電圧を第１励振電極５Ａと第２励振電極５Ｂとの間に印加する。なお、周波数は、角速度センサ１０１内にて予め定められていてもよいし、外部の機器等から指定されてもよい。
【００５０】
検出回路１０５は、例えば、増幅器や検波回路を含んで構成されており、第１検出電極７Ａと第２検出電極７Ｂとの電位差を検出し、その検出結果に応じた電気信号を外部の機器等に出力する。より具体的には、例えば、上記の電位差は、交流電圧として検出され、検出回路１０５は、検出した交流電圧の振幅に応じた信号を出力する。この振幅に基づいてｘ軸回りの角速度が特定される。また、検出回路１０５は、励振回路１０３の印加電圧と検出した電気信号との位相差に応じた信号を出力する。この位相差に基づいてｘ軸回りの回転の向きが特定される。
【００５１】
なお、励振回路１０３及び検出回路１０５は、全体として制御回路を構成している。制御回路は、例えば、チップＩＣによって構成されており、センサ素子１が実装される不図示の実装基体に実装されている。
【００５２】
（動作説明）
図３（ａ）は、駆動腕１１における電位及び変形を説明する図であり、図２（ａ）に対応する模式図である。
【００５３】
第１励振電極５Ａに正の電位が付与され、第２励振電極５Ｂに負の電位（又は基準電位）が付与されると、矢印で示すように、各分割腕１１ｄの側面付近においては、ｚ軸方向を電界の向きとする電界が生じる。電界の向きは、各分割腕１１ｄのｘ軸方向両側において逆向きである。一方、分極軸は、ｘ軸方向に一致している。従って、駆動腕１１は、ｚ軸方向の一方側へ湾曲する。第１励振電極５Ａ及び第２励振電極５Ｂに印加される電圧が逆にされると、ｚ軸方向の他方側へ湾曲する。
【００５４】
ここで、駆動腕１１には複数の貫通溝１１ｇが形成されており、励振電極５は、複数の分割腕１１ｄのｘ軸方向の両側に設けられている。従って、励振電極５は、駆動腕１１のｘ軸方向の外側面だけに設けられている場合に比較して、全体としての面積が大きくなっている。その結果、駆動腕１１に効果的に電界を形成して駆動腕１１を湾曲させることができる。
【００５５】
図３（ｂ）は、検出腕１５における変形及び電位を説明する図であり、図２（ｂ）に対応する模式図である。
【００５６】
検出腕１５がｘ軸方向の一方側に湾曲すると、矢印で示すように、ｘ軸方向を電界の向きとする電界が生じる。電界の向きは、検出腕１５のｘ軸方向両側において逆向きである。この電界による電圧が第１検出電極７Ａ及び第２検出電極７Ｂに出力される。また、検出腕１５がｘ軸方向の逆側に湾曲すると、電界の向きは逆向きとなる。従って、検出腕１５がｚ軸方向に振動すると、第１検出電極７Ａ及び第２検出電極７Ｂに交流電圧が出力される。
【００５７】
ここで、検出腕１５には複数の有底溝１５ｇが形成されており、第１検出電極７Ａは、有底溝１５ｇの内壁面にも形成されている。従って、第１検出電極７Ａと第２検出電極７Ｂとが電界の向きにおいて対向することになり、効率的に電気信号が取り出される。また、有底溝１５ｇが設けられることによって第１検出電極７Ａの面積が大きくなり、これによっても効率的に電気信号が取り出される。
【００５８】
図４（ａ）〜図４（ｆ）は、圧電体３全体としての振動を説明するための模式図である。
【００５９】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂは、ｚ軸方向において互いに同一側に共に湾曲するように励振される。
【００６０】
すなわち、第１駆動腕１１Ａの第１励振電極５Ａと第２駆動腕１１Ｂの第１励振電極５Ａとは、圧電体３に設けられた配線によって互いに接続されることなどにより互いに同電位とされ、また、第１駆動腕１１Ａの第２励振電極５Ｂと第２駆動腕１１Ｂの第２励振電極５Ｂとは、圧電体３に設けられた配線によって互いに接続されることなどにより互いに同電位とされ、これらの第１励振電極５Ａと、第２励振電極５Ｂとの間に交流電圧が印加される。
【００６１】
上記のように駆動腕１１がｚ軸方向に励振されている状態で、圧電体３がｘ軸回りに回転されると、図４（ｃ）及び図４（ｄ）に示すように、駆動腕１１は、ｙ軸方向に振動するようにコリオリの力を受ける。１対の駆動腕１１は、ｚ軸方向において互いに同一側に共に湾曲するように励振されているから、ｙ軸方向において互いに同一側へのコリオリの力を受ける。従って、１対の駆動腕１１及び駆動部９は、ｙ軸方向において変位するように振動する。
【００６２】
この際、１対の連結腕１３は、駆動部９からｙ軸方向の力を受けてｙ軸方向に振動する。また、１対の連結腕１３は、駆動部９側についてはｙ軸方向の力を受け、その一方で、検出腕１５側については１対の突起部１７によってｙ軸方向の移動が規制されているから、ｚ軸回りのモーメントが加えられる。このモーメントの向き（ｚ軸を中心とする右回り又は左回り）は、１対の連結腕１３間において互いに逆向きである。
【００６３】
図４（ｅ）及び図４（ｆ）に示すように、上記の１対の連結腕１３のｚ軸回りのモーメントは、１対の検出腕１５に伝達される。その結果、１対の検出腕１５は、根元側（連結腕１３との連結側）を固定軸側としてｚ軸回りに揺動する。ひいては、１対の検出腕１５は、ｘ軸方向に湾曲するように振動する。
【００６４】
具体的には、第１検出腕１５Ａと第２検出腕１５Ｂとは、ｘ軸方向の互いに逆側へ湾曲するように振動する。第３検出腕１５Ｃと第４検出腕１５Ｄとは、ｘ軸方向の互いに逆側へ湾曲するように振動する。第１検出腕１５Ａと第３検出腕１５Ｃとは、ｘ軸方向の互いに逆側へ湾曲するように振動する。
【００６５】
従って、例えば、これら４本の検出腕１５において生じる電気信号を正負が同一のもの同士で加算するためには、第１検出腕１５Ａの第１検出電極７Ａ、第２検出腕１５Ｂの第２検出電極７Ｂ、第３検出腕１５Ｃの第２検出電極７Ｂ及び第４検出腕１５Ｄの第１検出電極７Ａが互いに接続され、第１検出腕１５Ａの第２検出電極７Ｂ、第２検出腕１５Ｂの第１検出電極７Ａ、第３検出腕１５Ｃの第１検出電極７Ａ及び第４検出腕１５Ｄの第２検出電極７Ｂが互いに接続される。
【００６６】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、側方腕１３ｃの作用を説明する模式的な平面図である。図５（ａ）は、圧電体３の変形が生じていない中立状態を示し、図５（ｂ）は、駆動部９がｙ軸方向の正側へ変位した状態を示している。
【００６７】
この模式図では、便宜上、駆動部９及び各種の連結部分を点として扱っている。点Ｐ１は、第１突起部１７Ａと第１検出腕１５Ａとの連結位置（第１検出腕１５Ａの根元）であり、点Ｐ２は、第１連結腕１３Ａのｙ軸方向正側の側方腕１３ｃと第１検出腕１５Ａとの連結位置である。
【００６８】
図５（ａ）に示すように、第１連結腕１３Ａのｙ軸方向正側の側方腕１３ｃは、第１連結腕１３Ａと駆動部９との連結位置、及び、第１検出腕１５Ａの根元位置（点Ｐ１）よりも、第１検出腕１５Ａが延びる側（ｙ軸方向正側）の位置（点Ｐ２）にて、第１検出腕１５Ａに連結されている。
【００６９】
点Ｐ２が第１連結腕１３Ａと駆動部９との連結位置よりも第１検出腕１５Ａの延びる側に位置していることから、第１連結腕１３Ａの連結基部１３ａ及び側方腕１３ｃからなる部分は、全体として、ｘ軸方向に対して第１検出腕１５Ａの延びる側に傾斜している。また、その長さＬ３は、駆動部９と点Ｐ１との距離Ｌ０よりも長い。
【００７０】
従って、駆動部９が第１検出腕１５Ａの延びる側に移動すると、図５（ｂ）に示すように、側方腕１３ｃは、点Ｐ２において第１検出腕１５Ａを外側（ｘ軸方向正側）へ押す力Ｆ１を生じる。点Ｐ２は、第１検出腕１５Ａの支持位置（点Ｐ１）よりも第１検出腕１５Ａの延びる側に位置しているから、力Ｆ１は、点Ｐ１を中心として右回りに第１検出腕１５Ａを回転させるモーメントを生じる。
【００７１】
逆に、特に図示しないが、駆動部９がｙ軸方向の負側に移動すると、上記と逆の作用によって、側方腕１３ｃは、点Ｐ１を中心として左回りに第１検出腕１５Ａを回転させるモーメントを生じる。
【００７２】
上記のような作用により、第１検出腕１５Ａを効果的に揺動させることができる。
【００７３】
さらに、駆動部９と点Ｐ１との距離Ｌ０に対して、点Ｐ１と点Ｐ２との距離Ｌ１が短いことによって、第２種のてこの原理に類似した作用により、点Ｐ２に効果的に力Ｆ１を加えることができる。すなわち、点Ｐ１は支点、点Ｐ２は作用点、第１検出腕１５Ａと駆動部９との連結位置は力点となり、力点に加えられるｙ軸方向の力をＦ０とすると、Ｆ１＝（Ｌ０／Ｌ１）×Ｆ０である。
【００７４】
なお、第１連結腕１３Ａのｙ軸方向正側の側方腕１３ｃについて述べたが、他の側方腕１３ｃも同様の作用を奏する。
【００７５】
（配線の一例）
上記の動作説明においては、複数の励振電極５及び複数の検出電極７の接続関係について言及した。この接続関係を実現する配線の一例を図６に示す。
【００７６】
図６は、センサ素子１の斜視図である。ただし、この図は、配線を視認しやすいようにセンサ素子１を模式的に示している。例えば、圧電体３の形状は単純化されて示されている。
【００７７】
この例において、第１突起部１７Ａに一端が位置する第１配線２１Ａ及び第２配線２１Ｂは、複数の励振電極５に電圧を印加するためのものである。第１配線２１Ａは、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの第１励振電極５Ａに接続されている。第２配線２１Ｂは、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの第２励振電極５Ｂに接続されている。
【００７８】
また、この例において、第２突起部１７Ｂに一端が位置する第３配線２１Ｃ及び第４配線２１Ｄは、複数の検出電極７から電気信号を取り出すためのものである。第３配線２１Ｃは、第１検出腕１５Ａの第１検出電極７Ａ、第２検出腕１５Ｂの第２検出電極７Ｂ、第３検出腕１５Ｃの第２検出電極７Ｂ、及び、第４検出腕１５Ｄの第１検出電極７Ａに接続されている。第４配線２１Ｄは、第１検出腕１５Ａの第２検出電極７Ｂ、第２検出腕１５Ｂの第１検出電極７Ａ、第３検出腕１５Ｃの第１検出電極７Ａ、及び、第４検出腕１５Ｄの第２検出電極７Ｂに接続されている。
【００７９】
配線２１は、互いに交差しないように、駆動部９の４面及び各種の腕部の根元側部分及び先端側部分の４面等に適宜に配置され、また、適宜に分岐又は合流している。
【００８０】
なお、図６に示す配線は、あくまで一例であり、他の種々のパターンによって、動作説明において言及した電極の接続関係が実現されてよい。例えば、配線２１は、絶縁体を介して互いに立体交差するように設けられてもよい。
【００８１】
以上のとおり、本実施形態では、角速度センサ１０１は、圧電体３を有し、圧電体３は、駆動部９、駆動部９からｙ軸方向（延在方向）の一方側へ延びる第１駆動腕１１Ａ、駆動部９からｙ軸方向に直交するｘ軸方向（幅方向）において互いに逆側へ延びる第１連結腕１３Ａ及び第２連結腕１３Ｂ、並びに、第１連結腕１３Ａの先端に連結され、ｙ軸方向の一方側へ延びる第１検出腕１５Ａを有している。また、第１連結腕１３Ａ及び第２連結腕１３Ｂは先端側が支持される側とされており、駆動部９はｙ軸方向において揺動可能である。また、角速度センサ１０１は、第１駆動腕１１Ａに電圧を印加して第１駆動腕１１Ａをｙ軸方向及びｘ軸方向に直交するｚ軸方向（厚み方向）に励振する励振回路１０３と、ｘ軸方向における第１検出腕１５Ａの振動によって生じる電気信号を検出する検出回路１０５とを有している。
【００８２】
また、別の観点では、本実施形態では、センサ素子１は、圧電体３を有し、圧電体３は、駆動部９、駆動部９からｙ軸方向の一方側へ延びる第１駆動腕１１Ａ、駆動部９からｙ軸方向に直交するｘ軸方向において互いに逆側へ延びる第１連結腕１３Ａ及び第２連結腕１３Ｂ、並びに、第１連結腕１３Ａの先端に連結され、ｙ軸方向の一方側へ延びる第１検出腕１５Ａを有している。また、センサ素子１は、第１駆動腕１１Ａをｙ軸方向及びｘ軸方向に直交するｚ軸方向に励振する電圧を第１駆動腕１１Ａに印加可能に配置された励振電極５と、ｘ軸方向における第１検出腕１５Ａの振動によって生じる電気信号を検出可能に配置された検出電極７と、を有している。
【００８３】
従って、検出腕から両側へ延びる１対の連結腕の両先端側で駆動腕を励振するのではなく、両先端側が支持された１対の連結腕１３の根元側にて駆動部９及び駆動腕１１を励振できる。その結果、例えば、検出腕１５と連結腕１３とが連結している部分（連結腕１３の先端側）で生じる捩じれを軽減させることで唸りが生じることが低減されることが期待される。また、例えば、例えば、比較的距離が離れた２点以上の位置にて圧電体３を実装基体に実装できるから、圧電体３を実装基体に対して精度よく取り付けることが容易である。
【００８４】
また、本実施形態では、圧電体３は、駆動部９から第１駆動腕１１Ａとは反対側へ延びる第２駆動腕１１Ｂと、第２連結腕１３Ｂの先端に連結され、第１検出腕１５Ａと同一方向へ延びる第２検出腕１５Ｂと、第１連結腕１３Ａの先端に連結され、第１検出腕１５Ａとは反対側へ延びる第３検出腕１５Ｃと、第２連結腕１３Ｂの先端に連結され、第２検出腕１５Ｂとは反対側へ延びる第４検出腕１５Ｄと、を更に有し、他の駆動腕及び検出腕を有していない。励振回路１０３は、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂがｚ軸方向の同一側へ共に曲がるように第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂに電圧を印加してこれらを励振する。検出回路１０５は、第１検出腕１５Ａ〜第４検出腕１５Ｄにおいて生じる電気信号が加算された電気信号を検出する。第１検出腕１５Ａ〜第４検出腕１５Ｄにおいて生じる電気信号は、第１検出腕１５Ａ及び第２検出腕１５Ｂがｘ軸方向において互いに逆側へ曲がり、第３検出腕１５Ｃ及び第４検出腕１５Ｄがｘ軸方向において互いに逆側へ曲がり、第１検出腕１５Ａ及び第３検出腕１５Ｃがｘ軸方向において互いに逆側へ曲がるときに、正負が同一のもの同士で加算される。
【００８５】
従って、１対の連結腕の根元側及び先端側に余すところなく、複数の駆動腕１１及び複数の検出腕１５が配置される。その結果、効率的に角速度に応じたコリオリの力を生じさせ、また、効率的に角速度に応じた電気信号が取り出される。ひいては、角速度センサ１０１が小型且つ高感度になることが期待される。また、駆動部９に対して、駆動腕１１及び検出腕１５の配置が対称的になることから、圧電体３をバランスよく振動させることができる。
【００８６】
また、本実施形態では、第１連結腕１３Ａは、当該第１連結腕１３Ａと駆動部９との連結位置、及び、第１検出腕１５Ａが支持される位置（Ｐ１）よりも、第１検出腕１５Ａが延びる側の位置（Ｐ２）にて、第１検出腕１５Ａに連結された側方腕１３ｃを有している。
【００８７】
従って、図５を参照して説明したように、駆動部９が受けるｙ軸方向のコリオリの力を検出腕１５の回転軸（Ｐ１）から離れた位置（Ｐ２）に加えられるｘ軸方向の力に変換し、効果的に検出腕１５をｘ軸方向に振動させることができると期待され、また、てこの原理を利用することも可能となる。
【００８８】
また、本実施形態では、第１駆動腕１１Ａの幅（ｘ軸方向）は、第１駆動腕１１Ａの厚み（ｚ軸方向）及び第１検出腕１５Ａの幅（ｘ軸方向）よりも大きい。
【００８９】
従って、第１駆動腕１１Ａの質量を相対的に大きくして、角速度１０１の感度を向上させることができる。その結果、例えば、駆動腕１１を短くして、センサ素子１の小型化を図ることができる。既に述べたように、本実施形態のように、駆動腕１１がｚ軸方向に励振される態様においては、駆動腕１１の固有振動数は、駆動腕１１の長さ（ｙ軸方向）及び厚みによって規定され、駆動腕１１の幅は適宜に設定可能であることから、このような駆動腕１１の幅の設定が可能となる。すなわち、本実施形態では、駆動腕１１をｚ軸方向において励振するという特徴を生かして、駆動腕１１の質量を大きくして感度を向上させている。
【００９０】
また、本実施形態では、第１駆動腕１１Ａには、ｚ軸方向に貫通し、ｙ軸方向に延びる貫通溝１１ｇが形成されている。第１駆動腕１１Ａの、貫通溝１１ｇの内壁面及び当該内壁面の背面側の面（第１駆動腕１１Ａの外側面又は隣の貫通溝１１ｇの内壁面）には、励振回路１０３に接続される励振電極５が設けられている。
【００９１】
従って、既に述べたように、駆動腕１１の体積に対して励振電極５の面積を相対的に大きくし、効果的に駆動腕１１を励振させることができる。特に、上述のように、駆動腕１１の幅を比較的大きくした場合においては、幅方向に多数の貫通溝１１ｇを形成することにより、駆動腕１１の体積が大きくなることに合わせて励振電極５の面積を大きくし、質量を大きくすることによる感度向上と励振電極５の面積を大きくすることによる感度向上とを両立させることができる。
【００９２】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
【００９３】
駆動腕の本数は、２本に限定されない。例えば、実施形態の２本の駆動腕の一方を省略して、駆動腕の本数を１本としてもよい。検出腕の本数は、４本に限定されず、例えば、実施形態の４本の検出腕のいずれかを省略し、検出腕の本数を１、２又は３本としてもよい。これら駆動腕及び検出腕の本数及びその延びる向き（ｙ軸方向の正側又は負側）の組み合わせも適宜に設定されてよい。例えば、ｙ軸方向の一方側に延びる駆動腕及び検出腕のみを設け、圧電体のｙ軸方向における小型化を図ってもよい。
【００９４】
また、駆動腕は、実施形態において１本の駆動腕が設けられた位置に複数本設けられてもよい。例えば、駆動部からｙ軸方向の正側に互いに平行に延び、ｘ軸方向に並んだ２本の駆動腕が設けられてもよい。検出腕についても同様である。例えば、一の連結腕の先端側から、ｙ軸方向の正側に互いに平行に延び、ｘ軸方向に並んだ２本の検出腕が設けられてもよい。この場合、複数の検出腕全体としての質量は大きくしつつ、個々の検出腕の幅を小さくすることができる。検出腕の幅は、検出腕の長さとともにｘ軸方向の固有振動数を規定するから、質量増加による感度向上の効果を得つつ、検出腕を短くすることができると期待される。
【００９５】
ただし、２本の駆動腕及び４本の検出腕の組み合わせが、感度やバランス等の観点から好ましい。また、複数の駆動腕及び複数の検出腕は、駆動部の中心（例えば重心）を通りｙ軸方向に延びる線、及び／又は、駆動部の中心を通りｘ軸方向に延びる線に関して線対称に配置されるように、偶数本であることが好ましい。
【００９６】
駆動腕にその延在方向に延びる溝（貫通溝１１ｇ）は設けられなくてもよい。また、溝が設けられる場合、溝は凹溝（有底溝）とされてもよい。この場合、ｚ軸方向の両面に凹溝を形成して各凹溝の内面に励振電極を設けてもよいし、ｚ軸方向の一方の面に深い凹溝を形成してその内面に励振電極を設けてもよい。
【００９７】
検出腕にその延在方向に延びる溝（有底溝１５ｇ）は設けられなくてもよい。また、溝が設けられる場合、溝は貫通溝とされてもよい。
【００９８】
連結腕は、中央腕及び側方腕を有するものに限定されない。例えば、連結腕は、駆動腕及び検出腕に直交する方向に、同一断面（例えば矩形）で直線状に延びる簡素な形状とされてもよい。別の観点では、側方腕は設けられなくてもよい。また、逆に、側方腕が設けられ、中央腕が省略されてもよい。また、中央腕及び側方腕が設けられる場合において、中央腕及び側方腕を束ねる連結基部は省略されてもよい。側方腕は、Ｌ字状のものに限定されない。例えば、側方腕は、ｘ軸方向に対して斜めに直線状に延びるものであってもよいし、湾曲するような形状であってもよい。
【００９９】
圧電体は、突起部（１７）を有していなくてもよい。例えば、実施形態の点Ｐ１（検出腕の根元）において、圧電体のｚ軸方向に面する面と実装基体とが、バンプ又はばね端子を介して互いに固定されてもよい。この場合であっても、連結腕において、先端側（検出腕側）を支持側として、駆動部を延在方向に揺動可能とすることができる。
【符号の説明】
【０１００】
１…センサ素子、３…圧電体、９…駆動部、１１Ａ…第１駆動腕、１３Ａ…第１連結腕、１３Ｂ…第２連結腕、１５Ａ…第１検出腕、１０１…角速度センサ、１０３…励振回路、１０５…検出回路。
【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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