(57)【要約】【課題】圧電振動ジャイロにおいて、感度を良くするには、無回転時の不用な出力を小さくすることが必要である。この不用な出力すなわち、もれ出力が大きいと発生したコリオリ出力と合成され、正確なコリオリ出力が検出できない。音叉形ジャイロを調整する際に、もれ出力を削減するために、静電的なもれ（電気的クロストーク）を除去することを目的とする。【解決手段】課題を解決するために本発明は、センサ素子面の該励振電極に接続するための信号パッドと、角速度検出電極に接続するための信号パッドを、それぞれ該センサ素子面の異なる面に配置することを特徴とする角速度検出センサ素子の電極構造により、励振電極、角速度検出電極の信号パッド部をそれぞれ異なる面に配置することで、電極の信号パッド部間の容量結合を削減し、静電的な漏れを軽減させることで課題を解決する。【選択図】  図３
2004150996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｙ軸に平行に基部から突出した少なくとも２つの脚部を持つ音叉型振動子を用いた角速度検出センサ素子の電極構造において、
該センサ素子面の該励振電極に接続するための信号パッドと、該角速度検出電極に接続するための信号パッドを、それぞれ該センサ素子面の異なる面に配置することを特徴とする角速度検出センサ素子の電極構造。
【請求項２】
請求項１記載の該信号パッド部の一方がバンプにより形成され、外部との導通のための接続用に用いることを特徴とする角速度検出センサ素子の電極構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、励振電極に交流電圧（励振振動信号）を印加することによって振動子がＸ軸方向に励振しているとき、この振動子のＹ軸方向の回りに作用する回転角速度をコリオリの力により角速度検出用電極に生ずる電荷量に基づいて、角速度の大きさを検出する圧電振動式角速度センサ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、角速度を検出するセンサとして様々なジャイロスコープ（以下、ジャイロという）が開発されている。その種類は大まかに機械式のコマジャイロ、流体式のガスレートジャイロ、音片・音叉の振動を用いる振動ジャイロ、光学式の光ファイバジャイロとリングレーザージャイロに分類される。光学式のジャイロはサニャック効果、それ以外のものは回転運動をするとき、慣性力（見かけの力）のひとつ、コリオリ力を用いて角速度の検出を行っており、使用用途により精度と価格、寸法等が勘案され使用するセンサが選択されている。
【０００３】
圧電振動式角速度センサを車両や航空機等に搭載し、その走行あるいは飛行軌跡を記録したり、旋回時に発生する角速度（鉛直線を中心とする大地に水平な面内での回転の角速度）を検出することが行われている。自動車用途ではシャシー系の制御やナビゲーションシステムの方位算出等に用いられる。例えば急旋回時の車両姿勢制御の場合には、車両の姿勢情報として角速度やロールレイト（車両進行方向を軸とする回転の角速度）を制御システム側にフィードバックし、姿勢制御性能を向上させるために用いられる。またナビゲーションシステムの場合には、角速度を時間積分することによって車両の旋回角度を算出するために用いられる。また、この角速度センサをロボットに搭載して、その姿勢制御等にも応用されている。他にビデオカメラやスチルカメラの手ぶれ補正システム等にも用いられている。
【０００４】
図１は水晶を用いた音叉型角速度センサ素子１の要部を示す一例の斜視図である。同図において１はセンサ素子（水晶板）、３−１、３−２は励振電極、４−１、４−２は角速度検出電極であり、励振電極４−１、４−２はセンサ素子１の対向する２本の脚部２−１および２−２のどちらか一方の前後および左右の面に、角速度検出用電極４−１、４−２はもう一方の脚部の左右の面に設けられている。図１では励振電極を脚部２−２に、検出電極を脚部２−１に配置されている。
【０００５】
この角速度センサ素子において、図２に示すように励振電極３−１が端子Ｐ１に接続され、励振電極３−２が端子Ｐ２に接続される。また検出電極４−１が端子Ｐ３に接続され、検出電極４−２がＰ４に接続される。
【０００６】
ここでセンサ素子１の短辺に平行で、水晶結晶の電気軸の方向をＸ軸方向、長辺方向をＹ軸方向、Ｘ−Ｙ平面と直交する方向（センサ素子の板面に垂直な方向）をＺ軸方向とする。ここで、端子Ｐ１とＰ２との間に交流電圧（励振振動信号）ｅ１を印加すると、水晶内に図２中脚部２−２に示すような電界が発生する。このとき励振脚部内には、電界のＸ軸方向成分の大きさに比例する歪みがＹ軸方向に発生する。次には逆方向の電界が発生することにより、センサ素子１の２本の脚部２−１および２−２はＸ軸方向に逆相で振動することとなる。
【０００７】
このとき、Ｙ軸の回りに回転角速度が作用すると、すなわちセンサ素子１がＹ軸中心に回転すると、コリオリの力によりＺ軸方向の振動成分が生じる。この振動成分の振幅の大きさはコリオリの力に比例しているので、センサ素子１の２本の脚部２−１および２−２には圧電効果により、回転角速度に比例した量の電荷が発生する。
【０００８】
これにより、図２中脚部２−１に示すように端子Ｐ３と端子Ｐ４との間に、あるときには矢印の方向、次には逆方向の電荷が発生し、コリオリの力に応じた電気信号ｅｓ１が得られる。この電気信号ｅｓ１の大きさによって、Ｙ軸方向の回りに作用する回転角速度の大きさを知ることができる。また、この電気信号ｅｓ１は基本的にサインカーブとして得られ、この電気信号ｅｓ１の波形と交流電圧ｅ１の波形（励振波形）とを位相比較することにより、その位相の進み遅れで回転角速度の方向も知ることができる。
【０００９】
また、端子Ｐ１とＰ２との間に印加される交流電圧ｅ１に対して、端子Ｐ３とＰ４との間に得られる電気信号ｅｓ１は桁違いに小さい。
【００１０】
端子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４をそれぞれワイヤボンディングで外部に接続を行う。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−０３９７６０号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
角速度検出センサ素子の小型化に伴い、各電極間の距離間隔が狭くなると、角速度検出センサ素子において電極間の信号電位が異なるため容量結合による信号の伝達が発生し、これが検出信号に不要信号として検出される。これを電気的クロストークという。この電気的クロストークの影響を削減する構造をもつ角速度検出センサ素子を提供する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するために本発明は、Ｙ軸に平行に基部から突出した少なくとも２つの脚部を持つ音叉型振動子を用いた角速度検出センサ素子において、
該センサ素子面の該励振電極に接続するための信号パッドと、該角速度検出電極に接続するための信号パッドを、それぞれ該センサ素子面の異なる面に配置することを特徴とする角速度検出センサ素子の電極構造である。
【００１４】
そして、信号パッド部の一方がバンプにより形成され、外部との導通のための接続用に用いることも特徴とする角速度検出センサ素子の電極構造である。
【００１５】
要するに、Ｙ軸に平行に基部から突出した少なくとも２つ脚部を持つ音叉型振動子を用いた角速度検出センサ素子において、脚部に配置された励振電極、角速度検出電極は基部の信号パッド部に接続されるが、この基部に配置される励振電極の信号パッド部、角速度検出電極の信号パッド部をそれぞれ裏側になる面に配置することで、励振電極、角速度検出電極の信号パッド部で起こる容量結合を削減させ、また信号パッド部を異なる面に配置することで、励振電極、角速度検出電極間の距離も大きくできるため、電極間での容量結合も軽減できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照しながら、本発明の実施の一形態について説明する。なお、各図において同一の符号は同じ対象を示すものとする。
【００１７】
図３、図４のセンサ素子５に示す角速度検出センサ素子における一例を示す斜視図である。ここで図４は図３のセンサ素子５を、Ｙ軸を軸として１８０度反転させたものを示した斜視図である。図５は図３のセンサ素子５を上部からＹ軸に垂直に見たときの電極の配置図である。
【００１８】
図３、図４、図５に示した脚部２−４に配置された電極６−１、６−２を励振電極、脚部２−３に配置された電極７−１、７−２を角速度検出電極とする。励振電極６−１を図５に示すように端子Ｐ５につなぎ、励振電極６−２を端子Ｐ６につなぐ。また角速度検出電極７−１を端子Ｐ８につなぎ、角速度検出電極７−２を端子Ｐ７につなぐ。
【００１９】
端子Ｐ５、Ｐ６と端子Ｐ７、Ｐ８は図３、図４に示すように互いに裏となる面に配置する。そのため、支持台８に本発明のセンサ素子５を搭載し支持した場合には、図４の表面となる検出電極の信号パッド１０がある面（図中では支持台と接する面）をバンプ９により信号パッド１０部を外部端子と接続させて接着を行ない、図３の表面となる励振電極の信号パッド１０がある面をワイヤボンディングによって外部端子と接続する。このような角速度検出センサ素子５の支持構造を図６に斜視図で示す。
【００２０】
図６は本発明のセンサ素子５（詳細な電極構造は図示しない）を搭載し支持する一例であるが、センサ素子５の信号パッドにはバンプ９が形成されており、支持台８の接続端子部１１とは電気的な接続が成されている。従って、センサ素子５が支持台８と接する面はバンプ９での接続となり、センサ素子５の表面として見える面は、例えばワイヤ接続で電気的な接続がなされている。なお、本発明に示すセンサ素子５の角速度の検出方法は、図１、図２に示した従来型のものと同様である。
【００２１】
なお、本実施例に示す角速度検出センサ素子は、音叉型形状を一例として説明しているが、センサ素子５の形状については音叉型形状に限定するもので無く、脚部が両方向に延びるＨ型構造であったり、同一方向に複数脚部を持つ形状であっても同様の効果を奏することは言うまでも無い。
【００２２】
【発明の効果】
本発明により、励振電極、角速度検出電極の信号パッド部を異なる面に配置することで、電極（信号パッド）部の容量結合を削減させ、上記の信号パッド部を異なる面に配置することにより、励振電極、検出電極間の距離をより大きくすることができるので、電極間の容量結合も軽減され電気的クロストークも軽減することができるため、検出信号中の不要信号を小さくすることができる。これによって、より高感度、高精度な角速度センサ素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の角速度検出センサ素子の一例を示す斜視図である。
【図２】図１の角速度検出センサ素子を上部からＹ軸に対して垂直に見た電極配置図である。
【図３】本発明の角速度検出センサ素子の励振電極側から見た斜視図である。
【図４】図３の角速度検出センサ素子をＹ軸を軸として１８０度回転させた斜視図である。（図３の裏側）
【図５】図３、図４の角速度検出センサ素子を上部から、Ｙ軸に対して垂直に見た電極配置図である。
【図６】本発明の角速度センサ素子の支持形態の一例を示した斜視図である。
【符号の説明】
１                                角速度検出センサ素子
２−１、２−２、２−３、２−４    脚部
３−１、３−２                    励振電極
４−１、４−２                    角速度検出電極
５                                角速度検出センサ素子
６−１、６−２                    励振電極
７−１、７−２                    角速度検出電極
８                                支持台
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４            端子
Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８            端子
９                                バンプ
１０                                信号パッド
【図１】
2004150996.tif 000003
【図２】
2004150996.tif 000004
【図３】
2004150996.tif 000005
【図４】
2004150996.tif 000006
【図５】
2004150996.tif 000007
【図６】
2004150996.tif 000008