(57)【要約】【課題】車両姿勢制御用等に用いられる角速度／加速度センサに用いられる音叉型振動子に関するものであり、角速度と加速度の検出精度が低下することを防止することを目的とする。【解決手段】振動子１のアーム２，３に角速度検出部２３，２４を、基部４に加速度検出部２５を形成して角速度と加速度の検出部を個別に設けることにより、角速度出力と加速度出力のそれぞれの干渉を小さくし、高精度に検出することができるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの平行なアームとこれらのアームを連結する少なくとも１つの基部と、この基部に連結した支持部を有し、前記アームに角速度検出部を設け、前記基部に加速度検出部を設けた音叉型振動子。
【請求項２】
基部に少なくとも１つの歪抵抗を備え、この歪抵抗の抵抗変化にて加速度を検出する請求項１に記載の音叉型振動子。
【請求項３】
基部に少なくとも１つの圧電薄膜を備え、この圧電薄膜の静電容量変化（誘電率の変化）にて加速度を検出する請求項１に記載の音叉型振動子。
【請求項４】
基部に少なくとも１本の棒状振動体を備え、この振動体の共振周波数変化にて加速度を検出する請求項１に記載の音叉型振動子。
【請求項５】
検出感度の向上のため、基部に錘を付加した請求項１に記載の音叉型振動子。
【請求項６】
検出感度の向上のため、音叉アームに錘を付加した請求項１に記載の音叉型振動子。
【請求項７】
角速度検出部は圧電薄膜から構成される請求項１に記載の音叉型振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの素子で角速度と加速度を検出する音叉型振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、音叉型振動子を用いた角速度／加速度センサにおいては、図１１に示すような構成を有していた。図１１において、２つの平行なアーム３３、アーム３４とからなる音叉型振動子を構成する水晶板３５を両側から２枚の水晶板３６、水晶板３７とにより僅かの間隙を保持して挟み込み、アーム３３、アーム３４の両面に設けられた検出電極３８，３９，４０，４１と両側の２枚の水晶板３６、水晶板３７に設けられた検出電極４２，４３，４４，４５との間の静電容量変化にて角速度および加速度を検出する構成となっていた。
【０００３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開平７−１２８３５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図１１に示す構成では、同一の検出電極の静電容量変化により角速度、加速度を検出する構成になっているため、角速度と加速度を検出する際の切り分けが複雑化し、高精度な検出が難しいという問題点を有していた。
【０００５】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、角速度と加速度の検出時の切り分けを容易にし角速度、加速度を高精度で検出可能な音叉型振動子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明の音叉型振動子は、２つの平行なアームと、これらのアームを連結する少なくとも１つの基部と、この基部と連結した支持部を有し、前記アームに角速度検出部を設け、前記基部に加速度検出部を設けたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の音叉型振動子は、角速度および加速度の検出部を個別に設けたことにより、各出力の干渉を抑制することができ、角速度と加速度を高精度に検出することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における音叉型振動子について図１〜図６を参照しながら説明する。
【０００９】
図１は本発明の実施の形態１における音叉型振動子の斜視図、図２は同振動子のアームのＡ−Ａ断面図、図３は同振動子のアームのＢ−Ｂ断面図、図４は同実施の形態における駆動モードの斜視図、図５は同実施の形態における角速度検出モードの斜視図、図６は同実施の形態における加速度検出モードの斜視図である。
【００１０】
図１〜図６において、１は音叉型振動子（以下、振動子と呼ぶ）、２，３は振動子１のアームであり、平行に配置されている。４は振動子１の基部であり、前記アーム２，３を連結している。５は振動子１の支持部であり、前記基部４に連結されている。６は振動子１の主面、７，８はアーム２の主面６上に設けられた第１、第２の電極、９，１０はアーム３の主面６上に設けられた第１、第２の電極、１１，１３は第１の電極７，９上にそれぞれ設けられた第１の圧電薄膜、１２，１４は第２の電極８，１０上にそれぞれ設けられた第２の圧電薄膜、１５，１７は第１の圧電薄膜１１，１３上にそれぞれ設けられた第３の電極、１６，１８は第２の圧電薄膜１２，１４上にそれぞれ設けられた第４の電極、１９，２０はアーム２およびアーム３の主面６上で、かつ、第１と第２の電極７，８および９，１０の間にそれぞれ設けられた第５の電極、２１，２２は第５の電極１９，２０上にそれぞれ設けられた第３の圧電薄膜、２３，２４は第３の圧電薄膜２１，２２上にそれぞれ設けられた第６の電極、２５は基部４の主面６上に設けられた歪抵抗である。
【００１１】
振動子１は２つのアーム２，３と、アーム２，３を連結する基部４と、基部４と連結する支持部５とを有したシリコン（Ｓｉ）から構成されている。
【００１２】
また、第１の圧電薄膜１１，１３、第２の圧電薄膜１２，１４、第３の圧電薄膜２１，２２は、いずれもチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）である。
【００１３】
以下に、振動子１の動作原理について説明する。
【００１４】
図４は振動子１の駆動モード、図５は振動子１の角速度検出モードの斜視図である。
【００１５】
予め、図２の第１の圧電薄膜１１，１３、第２の圧電薄膜１２，１４、第３の圧電薄膜２１，２２をそれぞれの上下に設けた第１の電極７，９と第３の電極１５，１７の間、第２の電極８，１０と第４の電極１６，１８の間、第５の電極１９，２０と第６の電極２３，２４との間それぞれにＤＣ電圧を印加し、分極ベクトルの方向が揃うようにしておく。
【００１６】
この状態で、第１の電極７，９と第２の電極８，１０をＧＮＤ電極又は仮想ＧＮＤ電極とし、第３の電極１５，１７と第４の電極１６，１８に互いに位相が１８０°異なる交流電圧を印加することで、第１の圧電薄膜１１，１３が延びる場合は、第２の圧電薄膜１２，１４は縮む。逆に、第１の圧電薄膜１１，１３が縮む場合は、第２の圧電薄膜１２，１４は伸びる。
【００１７】
以上の原理に基づき、振動子１のアーム２，３は互いに逆方向（Ｘ方向）に音叉共振し図４に示した駆動モードで発振する。
【００１８】
上記で説明したようにアーム２，３がＸ方向に共振している状態でＹ軸回りに角速度が印加されると、アーム２，３はコリオリ力によりＺ方向に互に逆向きに撓み図５に示した角速度検出モードが励振される。この撓みによりアーム２，３上にそれぞれ設けられている第３の圧電薄膜２１，２２には、それぞれ逆向きの電荷が発生する。この逆向きの電荷を第６の電極２３，２４より検出することにより、印加された角速度に対応した出力が得られる。
【００１９】
また、Ｚ方向に加速度が印加されると、この加速度により振動子１の基部４は図６に示すようＺ方向に歪む。この歪により基部４に設けられている歪抵抗２５の抵抗値が変化する。この抵抗変化を検出することにより、印加された加速度に応じた出力が得られる。
【００２０】
ここでは、振動子１の基部４に歪抵抗を用いた構成について説明してきたが、歪抵抗の代わりに圧電薄膜を設け、この圧電薄膜の上下電極間の静電容量の変化にて加速度を検出することも可能である。この場合、上記、圧電薄膜を第１、第２、第３の圧電薄膜１１，１３，１２，１４，２１，２２と同一のプロセスにて形成できるため、プロセスの簡素化が可能となる。
【００２１】
また、ここではＺ方向の検出に限定して説明してきたが、Ｘ方向の加速度が加わった場合、歪抵抗２５が面内で撓むことにより、上記構成にてＸ方向の加速度検出も可能である。
【００２２】
（実施の形態２）
以下、本実施の形態２における音叉型振動子について図７、図８（ａ）を用いて説明する。
【００２３】
本実施の形態は実施の形態１で述べた音叉の形状と同一であり、駆動原理は同じであるため、それらに関する詳細な説明は省略し、実施の形態１と異なる部分についてのみ説明する。
【００２４】
なお図７、図８（ａ）における各部品の番号は実施の形態１と同一機能の部品には同じ番号を付与し説明を省略している。
【００２５】
図７は本発明の実施の形態における音叉型振動子の斜視図、図８（ａ）は同振動子のＣ−Ｃ断面図を表している。
【００２６】
図７、図８（ａ）において、２６は基部４に設けられた棒状振動子、２７は棒状振動子２６の主面６上に設けられた第７の電極、２８は第７の電極２７上に設けられた第４の圧電薄膜、２９は第４の圧電薄膜２８上に設けられた第８の電極である。
【００２７】
実施の形態１で説明した原理と同様に、圧電薄膜２８をＺ方向に伸び縮みさせ棒状振動子２６を共振させておく。
【００２８】
この状態で、Ｚ方向に加速度が印加されると、棒状振動子２６は共振周波数が変化する。この周波数の変化を検出することにより、印加された加速度に応じた出力が得られる。
【００２９】
同様に、Ｚ方向の加速度検出のみならず、棒状振動子２６をＸ方向に共振させ加速度を検出することも可能である。
【００３０】
この場合、棒状振動子２６上には図８（ｂ）に示すように左右に第１、第２の電極４１，４２を設け、この第１、第２の電極４１，４２上に第１、第２の圧電薄膜４３，４４を設け、この第１、第２の圧電薄膜４３，４４上に第３、第４の電極４５，４６を設ける。そして、第１電極４１、第２電極４２をＧＮＤとして、第３電極４５と第４電極４６に１８０度異なる交流電圧を印加することにより棒状振動子２６をＸ方向に共振させ、Ｘ方向の加速度が加わった場合の棒状振動子２６の共振周波数の変化を検出することによりＸ方向の加速度を検出する。
【００３１】
（実施の形態３）
以下、本実施の形態３における音叉型振動子について図９を用いて説明する。
【００３２】
本実施の形態は実施の形態１もしくは実施の形態２で述べた音叉の形状と同一であり、駆動原理は同じであるため、それらに関する詳細な説明は省略し、実施の形態１もしくは実施の形態２と異なる部分についてのみ説明する。
【００３３】
なお、図９における各部品の番号は実施の形態１もしくは実施の形態２と同一機能の部品には同じ番号を付与し説明を省略している。
【００３４】
図９は本発明の実施の形態における薄膜微小機械式共振子ジャイロの斜視図である。
【００３５】
図９において、３０は基部４に設けられた錘であり、アーム２，３を囲むように配置されている。
【００３６】
加速度検出原理に関しては実施の形態１もしくは実施の形態２と同様であるが、基部４に付加された錘３０により加速度が印加されたときの基部４の歪量が大きくなり、検出感度の向上が可能となる。また、錘３０の質量を調整することにより検出感度の調整が可能である。
【００３７】
なお、付加する錘の位置、形状については任意に設計可能である。
【００３８】
（実施の形態４）
以下、本実施の形態４における音叉型振動子について図１０を用いて説明する。
【００３９】
本実施の形態は実施の形態１もしくは実施の形態２で述べた音叉の形状と同一であり、駆動原理は同じであるため、それらに関する詳細な説明は省略し、実施の形態１もしくは実施の形態２と異なる部分についてのみ説明する。
【００４０】
なお、図１０における各部品の番号は実施の形態１もしくは実施の形態２と同一機能の部品には同じ番号を付与し説明を省略している。
【００４１】
図１０は本発明の実施の形態における音叉型振動子の斜視図である。
【００４２】
図１０において、３１，３２はアーム２，３の先端に設けられた錘である。
【００４３】
アーム先端に錘３１，３２を付加することにより、実施の形態３と同様の効果を得ることが可能である。
【００４４】
なお、付加する錘の位置、形状については任意に設計可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の音叉型振動子は、角速度および加速度の検出精度を高めることができるという効果を有し、車両用の姿勢制御等に用いられるセンサとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態１における音叉型振動子の斜視図
【図２】同実施の形態におけるアームの断面図
【図３】同実施の形態における基部の断面図
【図４】同実施の形態における駆動モード斜視図
【図５】同実施の形態における角速度検出モードの斜視図
【図６】同実施の形態における加速度検出モードの斜視図
【図７】本発明の実施の形態２における音叉型振動子の斜視図
【図８】（ａ）同実施の形態における基部の断面図、（ｂ）同実施の形態における変形例の基部の断面図
【図９】本発明の実施の形態３における音叉型振動子の斜視図
【図１０】本発明の実施の形態４における音叉型振動子の斜視図
【図１１】従来の角速度／加速度センサ用の音叉型振動子の斜視図
【符号の説明】
【００４７】
１  音叉型振動子（振動子）
２，３  アーム
４  基部
５  支持部
６  主面
７，８，９，１０，１９，２０，２７  下部電極
１１，１２，１３，１４，２１，２２，２８  圧電薄膜
１５，１６，１７，１８，２３，２４，２９  上部電極
２５  歪抵抗
２６  棒状振動子
３０，３１，３２  錘
【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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