(57)【要約】【課題】横方向の加速度の影響を除去し易い、横置き型の角速度センサ素子を提供する。【解決手段】ケース４のセンサ素子支持部４１の上面に固定される固定部２０と、固定部２０の両側に連結されると共にセンサ素子支持部４１の上面と平行な面に沿って延在する上検出腕２１および下検出腕２２と、上検出腕２１を間にして固定部２０に連結されると共に上検出腕２１の延在方向に延在する一対の上振動腕２３とを備える。つまり、本角速度センサ素子２では、下検出腕２２が上検出腕２１および一対の上振動腕２３のそれぞれの延在方向とは反対側に延在して形成されている。【選択図】図３
2008157810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持面に固定される固定部と、
前記固定部の両側に連結されると共に前記支持面と平行な面に沿って延在する上第１振動腕および下振動腕と、
前記上第１振動腕を間にして前記固定部に連結されると共に前記上第１振動腕の延在方向に延在する上第２振動腕および上第３振動腕と
を備えることを特徴とする角速度センサ素子。
【請求項２】
前記固定部に連結されると共に前記支持面と平行な面に沿って延在する一対の連結腕を備え、
前記上第２振動腕は、前記一対の連結腕の一方を介して前記固定部に連結され、
前記上第３振動腕は、前記一対の連結腕の他方を介して前記固定部に連結されている
ことを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ素子。
【請求項３】
前記上第１振動腕、前記上第２振動腕、前記上第３振動腕および前記下振動腕は互いに平行な方向に延在している
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の角速度センサ素子。
【請求項４】
前記上第２振動腕および前記上第３振動腕は、前記上第１振動腕の中心を対称軸として線対称に延在している
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の角速度センサ素子。
【請求項５】
前記上第１振動腕上に形成されると共に前記上第１振動腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第１電極と、
前記下振動腕上に形成されると共に前記下振動腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の下電極と、
前記上第２振動腕上に形成されると共に前記上第２振動腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第２電極と、
前記上第３振動腕上に形成されると共に前記上第３振動腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第３電極と
を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の角速度センサ素子。
【請求項６】
前記上第１振動腕上に形成されると共に前記上第１振動腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第１電極と、
前記下振動腕上に形成されると共に前記下振動腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の下電極と、
前記一対の連結腕の一方の腕上に形成されると共にその連結腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第４電極と、
前記一対の連結腕の他方の腕上に形成されると共にその連結腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第５電極と
を備えることを特徴とする請求項２に記載の角速度センサ素子。
【請求項７】
前記上第１振動腕上に形成されると共に前記上第１振動腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第１電極と、
前記下振動腕上に形成されると共に前記下振動腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の下電極と、
前記上第２振動腕上に形成されると共に前記上第２振動腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第２電極と、
前記上第３振動腕上に形成されると共に前記上第３振動腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第３電極と、
前記一対の連結腕の一方の腕上に形成されると共にその連結腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第４電極と、
前記一対の連結腕の他方の腕上に形成されると共にその連結腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第５電極と
を備えることを特徴とする請求項２に記載の角速度センサ素子。
【請求項８】
角速度センサ素子および集積回路素子を備えた角速度センサ装置であって、
前記角速度センサ素子は、
支持面に固定される固定部と、
前記固定部の両側に連結されると共に前記支持面と平行な面に沿って延在する上第１振動腕および下振動腕と、
前記上第１振動腕を間にして前記固定部に連結されると共に前記上第１振動腕の延在方向に延在する上第２振動腕および上第３振動腕と
を備え、
前記集積回路素子は、前記上第２振動腕および前記上第３振動腕に駆動信号を送信すると共に、前記上第１振動腕および前記下振動腕から出力される検出信号を受信する
ことを特徴とする角速度センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の角速度を検出する角速度センサ素子およびそれを備えた角速度センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、角速度センサ素子は、船舶、航空機、ロケット等の姿勢を自律制御する技術に使用されているが、最近では、カーナビゲーションシステム、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話等の小型の電子機器にも搭載されるようになってきている。それに伴い、角速度センサ素子の更なる小型化、低背化（薄型化）が要請されており、長手方向（検出軸方向）が鉛直方向と平行となっていた従来の縦置き型の角速度センサ素子（例えば特許文献１参照）に代わって、長手方向が鉛直方向と直交する横置き型の角速度センサ素子（例えば特許文献２，３参照）が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−２２７７１９号公報
【特許文献２】特開平８−１２８８３３号公報
【特許文献３】特開２００４−３３３４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記特許文献２，３の技術では、角速度センサ素子が横方向（水平面内において長手方向と直交する方向）から加速度を受けたときに、検出腕の振動が物体の回転による角速度によって生じたものなのか、横方向から受けた加速度によって生じたものなのかを区別することができない。
【０００４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、横方向の加速度の影響を除去し易い、横置き型の角速度センサ素子およびそれを備えた角速度センサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の角速度センサ素子は、支持面に固定される固定部と、固定部の両側に連結されると共に支持面と平行な面に沿って延在する上第１振動腕および下振動腕と、上第１振動腕を間にして固定部に連結されると共に上第１振動腕の延在方向に延在する上第２振動腕および上第３振動腕とを備えている。なお、「連結」とは、両者が機械的に接合されている場合や、一体に形成されている場合を含む概念であり、また、直接的にまたは間接的に連結されている場合を含むものである。
【０００６】
また、本発明の角速度センサ装置は、上記角速度センサ素子と、集積回路素子とを備えており、上記集積回路素子は、上第２振動腕および上第３振動腕に駆動信号を送信すると共に、上第１振動腕および下振動腕から出力される検出信号を受信するようになっている。
【０００７】
本発明の角速度センサ素子および角速度センサ装置では、下振動腕が上第１振動腕、上第２振動腕および上第３振動腕のそれぞれの延在方向とは反対側に延在して形成されているので、上第１振動腕および下振動腕において、コリオリ力に起因して発生する振動と、横方向から受けた加速度によって生じる振動とを区別しやすい。
【０００８】
ここで、固定部に連結されると共に支持面と平行な面に沿って延在する一対の連結腕を設け、上第２振動腕を、一対の連結腕の一方を介して固定部に連結すると共に、上第３振動腕を、一対の連結腕の他方を介して固定部に連結することが可能である。
【０００９】
また、第１振動腕、上第２振動腕、上第３振動腕および下振動腕を互いに平行な方向に延在して形成することが可能である。また、上第２振動腕および上第３振動腕を、上第１振動腕の中心を対称軸として線対称に延在して形成することが可能である。
【００１０】
また、上第１振動腕上に形成されると共に上第１振動腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第１電極と、下振動腕上に形成されると共に下振動腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の下電極と、上第２振動腕上に形成されると共に上第２振動腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第２電極と、上第３振動腕上に形成されると共に上第３振動腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第３電極とを設けることが可能である。
【００１１】
また、上記したように一対の連結腕を設けた場合には、以下の（１）または（２）のようにすることが可能である。（１）上第１振動腕上に形成されると共に上第１振動腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第１電極と、下振動腕上に形成されると共に下振動腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の下電極と、一対の連結腕の一方の腕上に形成されると共にその連結腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第４電極と、一対の連結腕の他方の腕上に形成されると共にその連結腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第５電極とを設ける。（２）上第１振動腕上に形成されると共に上第１振動腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第１電極と、下振動腕上に形成されると共に下振動腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の下電極と、上第２振動腕上に形成されると共に上第２振動腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第２電極と、上第３振動腕上に形成されると共に上第３振動腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第３電極と、一対の連結腕の一方の腕上に形成されると共にその連結腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第４電極と、一対の連結腕の他方の腕上に形成されると共にその連結腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第５電極とを設ける。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の角速度センサ素子および角速度センサ装置によれば、下振動腕を上第１振動腕、上第２振動腕および上第３振動腕のそれぞれの延在方向とは反対側に延在して形成するようにしたので、横置き型でありながら、上第１振動腕および下振動腕において、コリオリ力に起因して発生する振動と、横方向から受けた加速度によって生じる振動とを区別し易くなる。これにより、横方向の加速度の影響が取り除き易くなる。
【００１３】
また、固定部に連結されると共に支持面と平行な面に沿って延在する一対の連結腕を設け、上第２振動腕を、一対の連結腕の一方を介して固定部に連結すると共に、上第３振動腕を、一対の連結腕の他方を介して固定部に連結した場合には、コリオリ力が発生した時にコリオリ力をより大きなモーメントとして上第１振動腕および下振動腕にかけることができ、それにより上第１振動腕および下振動腕を比較的大きな振幅で振動させることができる。その結果、角速度の検出精度が向上する。
【００１４】
また、上第１振動腕、上第２振動腕、上第３振動腕および下振動腕を互いに平行な方向に延在して形成した場合には、コリオリ力によるモーメントを最大にすることができるので、角速度の検出精度がより一層向上する。
【００１５】
また、上第２振動腕および上第３振動腕を、上第１振動腕の中心を対称軸として線対称に延在して形成した場合には、左右対称の駆動振動が発生し易くなるので、上第２振動腕および上第３振動腕を駆動する駆動回路を簡略化することができると共に、上第１振動腕および下振動腕の不要振動を低減することができる。
【００１６】
また、上記したように一対の連結腕を設けた場合に、上第１振動腕上に形成されると共に上第１振動腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第１電極と、下振動腕上に形成されると共に下振動腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の下電極と、上第２振動腕上に形成されると共に上第２振動腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第２電極と、上第３振動腕上に形成されると共に上第３振動腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第３電極と、一対の連結腕の一方の腕上に形成されると共にその連結腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第４電極と、一対の連結腕の他方の腕上に形成されると共にその連結腕の延在方向に沿って並んで配置された一対の上第５電極とを設けたときには、角速度を検出することができるだけでなく、縦方向（連結腕の延在方向と直交する方向）から受けた加速度の向きと大きさを検出することも可能となる。これにより、縦方向から加速度を受けた場合に、その縦方向から受けた加速度によって一対の連結腕に発生する振動によって上第１振動腕および下振動腕における振動の振幅が変化したときであっても、コリオリ力に起因して発生する振動と、縦方向から受けた加速度によって生じる振動とを区別し易くなる。これにより、縦方向の加速度の影響が取り除き易くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１から図６を参照して、本発明の一実施の形態に係る角速度センサ装置１の構成について以下に説明する。
【００１９】
図１は本実施の形態に係る角速度センサ装置１の内部構成を分解して表す斜視図であり、図２は角速度センサ装置１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表す断面図である。この角速度センサ装置１は、互いに重ね合わされたケース４および上蓋部５により形成される内部空間Ｇ（図２参照）に、角速度センサ素子２および集積回路素子３を配置したものである。
【００２０】
集積回路素子３は、後述するように、角速度センサ素子２の各駆動腕に設けられた各圧電素子に駆動信号を送信すると共に、角速度センサ素子２の各検出腕に設けられた各圧電素子から出力される検出信号を受信するためのものである。ケース４は、例えば複数のセラミック薄板を積層して形成されており、角速度センサ素子２および集積回路素子３を収容することの可能な階段状の窪みを有している。また、上蓋部５は、例えばケース４と同様のセラミック材料により形成されている。
【００２１】
図１に示したように、ケース４の窪みの最も深いところに環状の集積回路支持部４２が形成されており、この集積回路支持部４２上に集積回路素子３が配置されている。また、この集積回路支持部４２の周囲であって、かつ集積回路支持部４２よりも浅いところに環状のセンサ素子支持部４１（支持面）が形成されており、このセンサ素子支持部４１上に角速度センサ素子２が両持梁状に配置されている。また、このセンサ素子支持部４１の周囲であって、かつ窪みの外縁をなす環状の上蓋部支持部４３が形成されており、この上蓋部支持部４３と上蓋部５とがケース４の窪みを外部から密閉し、内部空間Ｇ（図２参照）を形成するように互いに重ね合わされている。
【００２２】
角速度センサ素子２は、図１および図２に示したように、ケース４のセンサ素子支持部４１を含む面と平行な面内に沿って形成されたものである。つまり、この角速度センサ素子２は、いわゆる横置き型の素子である。
【００２３】
図３は角速度センサ素子２の上面構成を表す平面図であり、図４は図３のＢ−Ｂ、Ｃ−ＣおよびＤ−Ｄ矢視方向の断面構成の一例をまとめて１つに表した断面図である。この角速度センサ素子２は、センサ素子支持部４１に固定された固定部２０と、固定部２０の両側（図３では紙面の上側および下側）にそれぞれ連結された上検出腕２１（上第１振動腕）および下検出腕２２（下振動腕）と、上検出腕２１を間にして固定部２０に連結された一対の上駆動腕２３（上第２振動腕および上第３振動腕）とを有している。
【００２４】
ここで、上検出腕２１および上駆動腕２３のそれぞれの名称に含まれる「上」とは、固定部２０の中心を対称軸として図３における紙面の上側を指すために便宜的に用いられたものであり、高さ方向を指すものではない。また、下検出腕２２の名称に含まれる「下」とは、固定部２０の中心を対称軸として図３における紙面の下側を指すために便宜的に用いられたものであり、高さ方向を指すものではない。
【００２５】
固定部２０は、上検出腕２１、下検出腕２２および一対の上駆動腕２３を内部空間Ｇの中空に保持するためのものである。この固定部２０は、角速度センサ素子２の中央部分に設けられた矩形状の固定中央部２０Ａを有しており、この固定中央部２０Ａの両側（図３では紙面の右側および左側）に一対の固定梁部２０Ｂが連結されている。各固定梁部２０Ｂは上検出腕２１および下検出腕２２の延在方向と直交する方向に延在する矩形状となっている。また、固定中央部２０Ａを一対の固定梁部２０Ｂを介して挟み込むようにして、一対の固定端部２０Ｃが一対の固定梁部２０Ｂのそれぞれの端部と連結されている。各固定端部２０Ｃは上検出腕２１および下検出腕２２の延在方向に延在する矩形状となっている。各固定端部２０Ｃの中央部分が固定梁部２０Ｂの端部と連結されており、各固定端部２０Ｃの底部がケース４のセンサ素子支持部４１の上面と接している。これにより、固定中央部２０Ａおよび固定梁部２０Ｂは固定端部２０Ｃによって内部空間Ｇの中空に保持されている。
【００２６】
なお、固定部２０は図３に例示した形状および大きさに限られるものではなく、上検出腕２１、下検出腕２２および一対の上駆動腕２３を内部空間Ｇの中空に保持することが可能であればどのような形状および大きさであってもよい。
【００２７】
上検出腕２１および下検出腕２２は、一対の上駆動腕２３に働いたコリオリ力によって発生した固定中央部２０Ａの歪みが当該上検出腕２１および下検出腕２２に伝達されてきたときに、この歪みの大きさに応じた振動を発生させるためのものである。上検出腕２１は、固定中央部２０Ａの一の側面（図３では上側の側面）に連結されており、センサ素子支持部４１を含む面と平行な面内に延在すると共に固定中央部２０Ａから遠ざかる方向に延在して形成されている。他方、下検出腕２２は、固定中央部２０Ａの上検出腕２１とは反対側の他の側面に連結されており、センサ素子支持部４１を含む面と平行な面内に延在すると共に固定中央部２０Ａから遠ざかる方向に延在して形成されている。
【００２８】
なお、上検出腕２１および下検出腕２２は、互いに平行な方向に延在していることが好ましいが、互いに所定の角度で交差する方向に延在していてもよい。また、上検出腕２１および下検出腕２２は、固定中央部２０Ａを通り上検出腕２１の延在方向と直交する直線を対称軸として線対称に延在して形成されていることが好ましいが、そのように形成されていなくてもよい。
【００２９】
上駆動腕２３は、角速度センサ装置１の搭載された物体がセンサ素子支持部４１を含む面と直交する方向（図３では紙面の垂直方向）を回転軸とする回転運動を行っているときに、この上駆動腕２３にコリオリ力を生じさせるためのものである。各上駆動腕２３は、固定中央部２０Ａのうち上検出腕２１の連結された側面（図３では上側の側面）に連結されており、センサ素子支持部４１を含む面と平行な面内に延在すると共に固定中央部２０Ａから遠ざかる方向に延在して形成されている。各上駆動腕２３は、各上駆動腕２３および上検出腕２１が同時に振動しているときに互いに衝突することの無い程度に上検出腕２１から離れて配置されている。
【００３０】
なお、各上駆動腕２３は、互いに平行な方向に延在していることが好ましいが、互いに所定の角度で交差する方向に延在していてもよい。また、各上駆動腕２３は、上検出腕２１を対称軸として線対称に延在して形成されていることが好ましいが、そのように形成されていなくてもよい。また、上検出腕２１、下検出腕２２および一対の上駆動腕２３が、互いに平行な方向に延在していることが好ましいが、互いに所定の角度で交差する方向に延在していてもよい。
【００３１】
ここで、上検出腕２１、下検出腕２２および一対の上駆動腕２３はそれぞれ、例えば、共通の材料（例えばシリコン）からなり、ウェハをパターニングすることにより一括形成することが可能である。
【００３２】
上検出腕２１の表面には、上検出腕２１の延在方向と平行な方向に延在する一対の圧電素子２１Ａ，２１Ｂが形成されている。これら一対の圧電素子２１Ａ，２１Ｂは、上検出腕２１がケース４のセンサ素子支持部４１を含む面と平行な面に沿って振動したときに、その振動を検出するためのものであり、上検出腕２１の延在方向に沿って並んで配置されていることが好ましい。
【００３３】
また、下検出腕２２の表面には、下検出腕２２の延在方向と平行な方向に延在する一対の圧電素子２２Ａ，２２Ｂが形成されている。これら一対の圧電素子２２Ａ，２２Ｂは、上記した圧電素子２１Ａ，２１Ｂと同様、下検出腕２２がケース４のセンサ素子支持部４１を含む面と平行な面に沿って振動したときに、その振動を検出するためのものであり、下検出腕２２の延在方向に沿って並んで配置されていることが好ましい。
【００３４】
また、各上駆動腕２３の表面には、各上駆動腕２３の延在方向と平行な方向に延在する一対の圧電素子２３Ａ，２３Ｂが形成されている。これら一対の圧電素子２３Ａ，２３Ｂは、各上駆動腕２３をケース４のセンサ素子支持部４１を含む面と平行な面に沿って振動させるためのものであり、各北側駆動腕２５または北側梁部２４の延在方向に沿って並んで配置されていることが好ましい。
【００３５】
ここで、各圧電素子２１Ａ，２２Ａ，２３Ａは、例えば、図４に示したように、上検出腕２１、下検出腕２２または上駆動腕２３上に、絶縁層２１Ａ１，２２Ａ１，２３Ａ１と、下部電極２１Ａ２，２２Ａ２，２３Ａ２と、圧電体２１Ａ３，２２Ａ３，２３Ａ３と、上部電極２１Ａ４，２２Ａ４，２３Ａ４とをこの順に積層して形成されたものである。他方、各圧電素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂは、例えば、図４に示したように、上検出腕２１、下検出腕２２または上駆動腕２３上に、絶縁層２１Ｂ１，２２Ｂ１，２３Ｂ１と、下部電極２１Ｂ２，２２Ｂ２，２３Ｂ２と、圧電体２１Ｂ３，２２Ｂ３，２３Ｂ３と、上部電極２１Ｂ４，２２Ｂ４，２３Ｂ４とをこの順に積層して形成されたものである。つまり、各圧電素子２１Ａ，２２Ａ，２３Ａと、各圧電素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂとは、互いに別体に形成されている。
【００３６】
なお、例えば、図５に示したように、絶縁層２１Ａ１，２２Ａ１，２３Ａ１と絶縁層２１Ｂ１，２２Ｂ１，２３Ｂ１とを共通の絶縁層２１−１、２２−１、２３−１で形成し、下部電極２１Ａ２，２２Ａ２，２３Ａ２と下部電極２１Ｂ２，２２Ｂ２，２３Ｂ２とを共通の下部電極２１−２、２２−２、２３−２で形成し、圧電体２１Ａ３，２２Ａ３，２３Ａ３と圧電体２１Ｂ３，２２Ｂ３，２３Ｂ３とを共通の圧電体２１−３、２２−３、２３−３で形成してもよい。
【００３７】
ここで、絶縁層２１Ａ１，２２Ａ１，２３Ａ１、２１Ｂ１，２２Ｂ１，２３Ｂ１，２１−１，２２−１および２３−１は、例えばＺｒＯ２膜およびＹ２Ｏ３膜をこの順に積層して形成されている。下部電極２１Ａ２，２２Ａ２，２３Ａ２、２１Ｂ２，２２Ｂ２，２３Ｂ２，２１−２，２２−２および２３−２は、例えばＰｔ（１００）配向膜からなる。圧電体２１Ａ３，２２Ａ３，２３Ａ３、２１Ｂ３，２２Ｂ３，２３Ｂ３，２１−３，２２−３および２３−３は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を含んで形成されている。また、上部電極２１Ａ４，２２Ａ４，２３Ａ４、２１Ｂ４，２２Ｂ４，２３Ｂ４は、例えばＰｔ（１００）配向膜からなる。
【００３８】
このような構成を備えた角速度センサ装置１では、角速度センサ装置１の搭載された物体が回転運動をしていない場合に、例えば、圧電素子２３Ａ，２３Ｂを用いて一対の上駆動腕２３を駆動したときには、図６に角速度センサ素子２の構造の一部を省略して示したように、一対の上駆動腕２３が上駆動腕２３の延在方向と交差する方向ａに主に振動する。
【００３９】
このとき、例えば、図７に示したように、角速度センサ装置１の搭載された物体がセンサ素子支持部４１を含む面と直交する方向を回転軸とする回転運動ｒを開始すると、コリオリ力ｆが一対の上駆動腕２３にそれぞれ反対向きに働き、上検出腕２１および下検出腕２２が上検出腕２１の延在方向と交差する方向ｂおよび下検出腕２２の延在方向と交差する方向ｃに左右非対称に振動し始める。これにより、このときの上検出腕２１の振動に応じた検出信号を圧電素子２１Ａ，２１Ｂから取り出すと共に、下検出腕２２の振動に応じた検出信号を圧電素子２２Ａ，２２Ｂから取り出すことにより、角速度を検出することができる。
【００４０】
ところで、本実施の形態では、下検出腕２２が上検出腕２１および一対の上駆動腕２３のそれぞれの延在方向とは反対側に延在して形成されているので、上記のようにして角速度を検出している場合、または角速度センサ装置１の搭載された物体が停止もしくは等速運動をしている場合に、図８に示したように、横方向から加速度ｐを受けたときには、上検出腕２１および下検出腕２２が同じ方向に変位し、上検出腕２１および下検出腕２２には上検出腕２１の延在方向と交差する方向ｂおよび下検出腕２２の延在方向と交差する方向ｃに同位相の振動が発生する。そのため、圧電素子２１Ａ，２１Ｂから取り出される検出信号と、圧電素子２２Ａ，２２Ｂから取り出される検出信号との差をとることにより、横方向の加速度による振動の出力を相殺し、ノイズを低減することができる。このように、横置き型でありながら、コリオリ力に起因して発生する振動と、横方向から受けた加速度によって生じる振動とを区別することができるので、横方向の加速度の影響をほとんどなくすることができる。
【００４１】
また、本実施の形態において、各上駆動腕２３を互いに平行な方向に延在して形成した場合には、コリオリ力によるモーメントを最大にすることができるので、角速度の検出精度がより一層向上する。
【００４２】
また、各上駆動腕２３を、上検出腕２１を対称軸として線対称に延在して形成した場合には、左右対称の駆動振動が発生し易くなるので、各上駆動腕２３を駆動する駆動回路を簡略化することができると共に、上検出腕２１および下検出腕２２の不要振動を低減することができる。
【００４３】
また、上検出腕２１と下検出腕２２とを、固定中央部２０Ａを通り上検出腕２１の延在方向と直交する直線を対称軸として線対称に延在して形成した場合には、横方向の加速度による振動と角速度による振動とが区別し易くなるので、角速度の検出精度が向上する。
【００４４】
なお、横方向の加速度の除去を容易にするためには、上検出腕２１および下検出腕２２の振幅および共振周波数を等しくすることが好ましい。こうすることによって、横方向からの加速度によって励振される振動が効率よく打ち消され、ノイズの低減が容易になる。また、横方向の加速度の除去を容易にするためには、各上駆動腕２３の振幅および共振周波数もお互いに等しくすることが好ましい。
【００４５】
具体的には、図９に示したように、振動する部分の幅Ｗ（図３では上検出腕２１の幅Ｗ１，下検出腕２２の幅Ｗ２，一対の上駆動腕２３の一方の幅Ｗ３，一対の上駆動腕２３の他方の幅Ｗ４）や、長さＬ（図３では上検出腕２１の長さＬ１，下検出腕２２の長さＬ２，一対の上駆動腕２３の一方の長さＬ３，一対の上駆動腕２３の他方の長さＬ４）を変えることによって共振周波数や振幅を調整することが可能となるので、これらの調整によって、上検出腕２１および下検出腕２２同士、あるいは一対の上駆動腕２３同士の振幅および共振周波数を等しくすることが望ましい。例えば、幅Ｗおよび長さＬを図１０に示したような関係に調整することにより、上検出腕２１および下検出腕２２同士、あるいは一対の上駆動腕２３同士の振幅および共振周波数を等しくすることが可能である。このとき、上検出腕２１と下検出腕２２とを固定部２０に対して線対称な形状とし、さらに、一対の上駆動２３を上検出腕２１対して線対称な形状とすることが最も好ましい。線対称にすることにより、振動がお互いに同じくなるため、ノイズを最も低減しやすくできる。
【００４６】
また、本実施の形態では、固定部２０には４本の足（上検出腕２１、下検出腕２２および一対の上駆動腕２３）しか設けられておらず、特許３６９４１６０や特開２００５−１０６４８１等に記載されているような上下対称な構造よりも足の数が２本少なくて済むので、足の数が減った分だけ製造工程での歩留りが向上する。
【００４７】
また、本実施の形態では、固定部２０のうち、上検出腕２１および一対の上駆動腕２３が連結された側面とは反対側の側面には下検出腕２２だけしか形成されておらず、角速度センサ素子２が上下非対称な構造となっているので、特許３６９４１６０や特開２００５−１０６４８１等に記載されているような上下対称な構造にする必要がない。これにより、上検出腕２１と下検出腕２２とを同じ形状や大きさにする必要がないので、下検出腕２２の長さを短くした場合には、角速度センサ素子２を小型化することができる。
【００４８】
[第１変形例]
上記実施の形態では、一対の上駆動腕２３が固定部２０に直接的に接続されていたが、図１１に示したように、一対の連結腕２４を介して固定部２０に間接的に連結されていてもよい。
【００４９】
この連結腕２４は、例えば、固定中央部２０Ａのうち上検出腕２１および下検出腕２２の連結されていない側面（図３では固定中央部２０Ａの左右の側面）に連結されており、センサ素子支持部４１を含む面と平行な面内に延在すると共に上駆動腕２３の延在方向と交差する方向に延在して形成されている。ここで、連結腕２４は、例えば、上検出腕２１、下検出腕２２および一対の上駆動腕２３と共通の材料（例えばシリコン）からなり、ウェハをパターニングすることにより一括形成することが可能である。
【００５０】
本変形例に係る角速度センサ素子６では、一対の上駆動腕２３が一対の連結腕２４を介して固定部２０に連結されているので、コリオリ力が発生した時にコリオリ力をより大きなモーメントとして一対の上駆動腕２３にかけることができ、それにより上検出腕２１および下検出腕２２を比較的大きな振幅で振動させることができる。その結果、角速度の検出精度が向上する。
【００５１】
なお、図１２に示したように、一対の圧電素子２３Ａ，２３Ｂを各連結腕２４の表面に設けるようにしてもよい。
【００５２】
[第２変形例]
上記第１の変形例では、一対の上駆動腕２３を一対の連結腕２４を介して固定部２０に連結していたが、図１３に示したように、各連結腕２４の表面に、各連結腕２４の延在方向と平行な方向に延在する一対の圧電素子２４Ａ，２４Ｂを設けてよい。これら一対の圧電素子２４Ａ，２４Ｂは、各連結腕２４がケース４のセンサ素子支持部４１を含む面と平行な面に沿って振動したときに、その振動を検出するためのものであり、各連結腕２４の延在方向に沿って並んで配置されることが好ましい。
【００５３】
ここで、圧電素子２４Ａ，２４Ｂは、例えば、連結腕２４上に、絶縁層と、下部電極と、圧電体と、上部電極とをこの順に積層して形成されたものである。なお、圧電素子２４Ａと圧電素子２４Ｂとは、互いに一体に形成されていてもよいし、別体に形成されていてもよい。
【００５４】
本変形例に係る角速度センサ素子７では、各連結腕２４の表面に、各連結腕２４の延在方向と平行な方向に延在する一対の圧電素子２４Ａ，２４Ｂが形成されているので、上記のようにして角速度を検出している場合、または角速度センサ装置１の搭載された物体が停止もしくは等速運動をしている場合に、縦方向から加速度を受けたときには、各連結腕２４が同じ方向に変位し、各連結腕２４には同位相の振動が発生するので、縦方向から受けた加速度の向きと大きさを検出することができる。そこで、各連結腕２４に設けられた圧電素子２４Ａ，２４Ｂから取り出される検出信号を利用することにより、その縦方向から受けた加速度によって各連結腕２４に発生する振動によって上検出腕２１および下検出腕２２における振動の振幅が変化したときであっても、コリオリ力に起因して発生する振動と、縦方向から受けた加速度によって生じる振動とを区別することができる。その結果、縦方向の加速度の影響をほとんどなくすることができる。
【００５５】
なお、図１４に示したように、一対の圧電素子２３Ａ，２３Ｂを各連結腕２４の表面に設けるようにしてもよい。
【００５６】
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は、これらの実施の形態等に限定されず、種々変形可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る角速度センサ装置の分解斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成図である。
【図３】図１の角速度センサ素子の上面構成図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄ矢視方向の断面構成図である。
【図５】図４の変形例を説明するための断面構成図である。
【図６】図１の角速度センサ素子に回転運動が印加されていないときの動作を説明するために簡略化して表した上面構成図である。
【図７】図１の角速度センサ素子に回転運動が印加されているときの動作を説明するために簡略化して表した上面構成図である。
【図８】図１の角速度センサ素子に横方向からの加速度が印加されているときの動作を説明するために簡略化して表した上面構成図である。
【図９】幅と共振周波数との関係を説明するための関係図である。
【図１０】長さと幅との関係を説明するための関係図である。
【図１１】第１変形例に係る角速度センサ素子の上面構成図である。
【図１２】図１１の角速度センサ素子の一変形例の上面構成図である。
【図１３】第２変形例に係る角速度センサ素子の上面構成図である。
【図１４】図１３の角速度センサ素子の一変形例の上面構成図である。
【符号の説明】
【００５８】
１…角速度センサ装置、２，６，７…角速度センサ素子、３…集積回路素子、４…ケース、５…上蓋部、２０…固定部、２０Ａ…固定中央部、２０Ｂ…固定梁部、２０Ｃ…固定端部、２１…上検出腕、２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，２４Ａ，２４Ｂ…圧電素子、２２…下検出腕、２３…上駆動腕、２１Ａ１，２２Ａ１，２３Ａ１，２１Ｂ１，２２Ｂ１，２３Ｂ１，２１−１，２２−１，２３−１…絶縁層、２１Ａ２，２２Ａ２，２３Ａ２，２１Ｂ２，２２Ｂ２，２３Ｂ２，２１−２，２２−２，２３−２…下部電極、２１Ａ３，２２Ａ３，２３Ａ３，２１Ｂ３，２２Ｂ３，２３Ｂ３，２１−３，２２−３，２３−３…圧電体、２１Ａ４，２２Ａ４，２３Ａ４，２１Ｂ４，２２Ｂ４，２３Ｂ４…上部電極、４１…センサ素子支持部、４２…集積回路支持部、４３…上蓋部支持部、ａ，ｂ，ｃ，ｄ…振動方向、ｆ…コリオリ力、Ｇ…内部空間、ｒ…回転運動方向。
【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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【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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【図１３】
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【図１４】
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