(57)【要約】      （修正有）【課題】小型で、Ｚ軸回りの角速度に対する感度の低下がなく、さらに他軸感度を低減した振動ジャイロを提供する。【解決手段】互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３つの軸で表される空間に配置し、ＸＹ平面に平行な平板にＺ軸方向の貫通穴を形成した検出素子１を有し、検出素子１は、Ｙ軸方向に長手方向を有する複数の屈曲アーム３ａ〜３ｄと屈曲アームを直角に連結する複数の連結部４ａ〜４ｄからなり、屈曲アームの屈曲振動を励振する駆動手段と、屈曲アームの屈曲振動を検出する検出手段とを備え、前記平板のＹ軸方向の中心線の両側にＹ軸回りおよびＺ軸回りの角速度を検出する第１振動子とＸ軸回りの角速度を検出する第２の振動子を配置し、３軸の角速度を検出する。【選択図】図１
2012112819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸で表される空間に配置し、ＸＹ平面に平行な平板にＺ軸方向の貫通穴を形成した検出素子を有する振動ジャイロであって、前記検出素子は、Ｙ軸方向に長手方向を有する複数の屈曲アームと、前記屈曲アームと直角に連結する複数の連結部からなり、前記屈曲アームの屈曲振動を励振する駆動手段と、前記屈曲アームの屈曲振動を検出する検出手段とを備え、前記平板のＹ軸方向の中心線の両側にＹ軸回りおよびＺ軸回りの角速度を検出する第１振動子とＸ軸回りの角速度を検出する第２の振動子を配置し、前記３軸の角速度を検出することを特徴とする振動ジャイロ。
【請求項２】
前記第１の振動子は、前記第１の振動子の中心を通りＸ軸方向に長手方向を有する第１の連結部の中央部から、前記第１の連結部の中央線を通るＸＺ平面に対して対称に第１の屈曲アームと第２の屈曲アームの一端が直角に接続し、前記第１の屈曲アームの他端には第２の連結部の中央部が直角に接続し、前記第１の屈曲アームの中央線を通るＹＺ平面に対して対称に第３の屈曲アームと第４の屈曲アームを配し、前記第３の屈曲アームと前記第４の屈曲アームの一端と前記第２の連結部のＸ軸方向の両端が直角に接続し、前記第２の屈曲アームの他端には第３の連結部の中央部が直角に接続し、前記第２の屈曲アームの中央線を通るＹＺ平面に対して対称に第５の屈曲アームと第６の屈曲アームを配し、前記第５の屈曲アームと前記第６の屈曲アームの一端と前記第３の連結部のＸ軸方向の両端が直角に接続して構成され、前記第２の振動子は、前記第２の振動子の中心を通りＸ軸方向に長手方向を有する第４の連結部の中央部から、前記第４の連結部の中央線を通るＸＺ平面に対して対称に第７の屈曲アームと第８の屈曲アームの一端が直角に接続し、前記第７の屈曲アームの他端には第５の連結部の中央部が直角に接続し、前記第７の屈曲アームの中央線を通るＹＺ平面に対して対称に第９の屈曲アームと第１０の屈曲アームを配し、前記第９の屈曲アームと前記第１０の屈曲アームの一端と前記第５の連結部のＸ軸方向の両端が直角に接続し、前記第８の屈曲アームの他端には第６の連結部の中央部が直角に接続し、前記第８の屈曲アームの中央線を通るＹＺ平面に対して対称に第１１の屈曲アームと第１２の屈曲アームを配し、前記第１１の屈曲アームと前記第１２の屈曲アームの一端と前記第６の連結部のＸ軸方向の両端が直角に接続して構成されることを特徴とする請求項１に記載の振動ジャイロ。
【請求項３】
前記第１の振動子は、前記第３の屈曲アームおよび前記第４の屈曲アームの前記第２の連結部に接続されていない他端に、前記第１の屈曲アームの中央線を通るＹＺ平面に対して対称な形状を有する一対の付加質量部を備え、前記第５の屈曲アームおよび前記第６の屈曲アームの前記第３の連結部に接続されていない他端に、前記第２の屈曲アームの中央線を通るＹＺ平面に対して対称な形状を有する一対の付加質量部を備えており、前記第２の振動子は、前記第９の屈曲アームおよび第１０の屈曲アームの前記第５の連結部に接続されていない他端に、前記第７の屈曲アームの中央線を通るＹＺ平面に対して対称な形状を有する一対の付加質量部を備え、前記第１１の屈曲アームおよび第１２の屈曲アームの第６の連結部に接続されていない他端に、前記第８の屈曲アームの中央線を通るＹＺ平面に対して対称な形状を有する一対の付加質量部を備えていること特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動ジャイロ。
【請求項４】
前記屈曲アームおよび前記連結部のＸＹ平面に平行な面の外形はいずれもＸ軸方向およびＹ軸方向の辺からなる矩形形状を有し、前記第１の振動子の、前記第２の連結部および前記第３の連結部のＹ軸方向の辺の長さは、前記第３の屈曲アーム乃至第６の屈曲アームのＸ軸方向の辺の長さに対し、２倍以上５倍以下であり、前記第２の振動子の、前記第５の連結部および前記第６の連結部のＹ軸方向の辺の長さは、前記第９の屈曲アーム乃至第１２の屈曲アームのＸ軸方向の辺の長さに対し、２倍以上５倍以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の振動ジャイロ。
【請求項５】
前記検出素子は、前記第１の振動子および前記第２の振動子の外側に前記平板の一部により形成されたフレームを有し、前記第１の連結部および前記第４の連結部のＸ軸方向の両端と前記フレームが接続され、前記フレームが支持固定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の振動ジャイロ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラの手振れ補正システム、ナビゲーションシステム、姿勢制御システム等に使用される角速度を検出する振動ジャイロに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気−機械変換効率が高い圧電体材料を用いた圧電素子は、小型で高感度なセンサを実現できることから、これを利用した様々なセンサが製造されている。近年では、厚さが数μｍの膜状の圧電体、すなわち圧電薄膜を大面積の基板上に再現性良く成膜する技術や、基板などを微細に加工する技術が確立され、これを利用した振動ジャイロが量産性良く製造できるようになってきた。さらに、１つのパッケージ内で複数の軸の角速度を検出できる製品も実用化されている。
【０００３】
特許文献１には、１つのパッケージ内で３軸の角速度検出を行えるジャイロモジュールが提案されている。図５は、従来の３軸の角速度検出を行うジャイロモジュールの平面図である。図５に示すように、従来の３軸の角速度検出を行うジャイロモジュールは、第１ジャイロ素子片１０２、第２ジャイロ素子片１０３、第４ジャイロ素子片１０４の３つのジャイロ素子片を有している。図面左上に第４ジャイロ素子片１０４、図面右上に第１ジャイロ素子片１０２、図面右下に第２ジャイロ素子片１０３を配置されている。さらに、第２ジャイロ素子片１０３は、第１ジャイロ素子片１０２と同一の構成であるが、ＸＹ平面において９０度回転して配置されている。これらのジャイロ素子片のうち、第１ジャイロ素子片１０２および第２ジャイロ素子片１０３は２つの検出軸を有し、第４ジャイロ素子片１０４は１つの検出軸を有している。第１ジャイロ素子片１０２と第２ジャイロ素子片１０３、第４ジャイロ素子片１０４は水晶を用いており、水晶結晶のＸ軸およびＹ軸で形成されるＸＹ平面で切り出されたＺカット水晶基板から形成されている。
【０００４】
２つの検出軸を有する第１ジャイロ素子片１０２は、矩形状の基部１０５を有し、この基部１０５にはＹ軸に平行な各端辺の中央からＸ軸に平行に両方向に伸びた連結腕１０６が存在する。連結腕１０６の先端付近からは、それぞれＹ軸に平行に両方向に伸びた駆動腕１０７が存在する。そして各駆動腕１０７の先端にはこの駆動腕１０７よりもＸ軸方向の幅を広くした矩形状の錘部１０８が駆動腕１０７と一体に存在する。また基部１０５には、Ｘ軸に平行な各端辺の中央からＹ軸に平行に両方向に伸びた検出腕１０９が存在する。そして各検出腕１０９の先端には、検出腕１０９よりもＸ軸方向の幅を広くした矩形状の錘部１１０が検出腕１０９と一体に存在する。駆動腕１０７には駆動電極（図示せず）、検出腕１０９には検出電極（図示せず）がそれぞれ設けられている。
【０００５】
第１ジャイロ素子片１０２の駆動腕１０７の駆動電極に駆動信号が供給されると、駆動腕１０７は、基部１０５の重心を通るＹ軸に平行な線に対して対称的に屈曲振動する。このような駆動振動を行っているときに、Ｚ軸回りの角速度が加えられると駆動腕１０７にはＹ軸方向のコリオリ力が働くことになる。そして、コリオリ力の影響を受けて検出腕１０９が屈曲振動するので、検出腕１０９の検出電極から検出信号が得られる。また、駆動腕１０７が駆動振動を行っているときに、Ｙ軸回りの角速度が加えられると検出腕１０９が捩れ振動する。この捩れ振動はコリオリ力によって生じた検出腕１０９のＸ方向の屈曲振動とｚ方向の屈曲振動とを合成した振動モードである。そしてこの捩れ振動により検出電極から検出信号が得られる。すなわち第１ジャイロ素子片１０２はＺ軸回りとＹ軸回りの角速度を検出する。第２ジャイロ素子片１０３は、第１ジャイロ素子片と同一の構成であるが、ＸＹ平面において９０度回転して配置されている。
【０００６】
１つの検出軸を有する第４ジャイロ素子片１０４は、第１ジャイロ素子片１０２と同様の構成であるが、検出腕１０９の先端に設けた錘部１１１のＸ軸方向の幅が異なり、狭くなっている。幅を狭く設定したのは、Ｙ軸回転系の角速度を検出しないように、検出腕１０９の捩れ振動を生じさせないためである。第４ジャイロ素子片１０４の駆動腕１０７には駆動電極（図示せず）、検出腕１０９（図示せず）には検出電極がそれぞれ設けられている。
【０００７】
第４ジャイロ素子片１０４の駆動電極に電気信号が供給されると、駆動腕１０７が対称的に屈曲振動する。このときに、Ｚ軸回りの角速度が加えられると駆動腕１０７にはＹ軸方向のコリオリ力が働くことになる。そしてコリオリ力の影響を受けて検出腕１０９が屈曲振動するので、検出電極から検出信号が得られる。
【０００８】
上述した各ジャイロ素子片は、図５に示すように、図面左上に第４ジャイロ素子片１０４、図面右上に第１ジャイロ素子片１０２、図面右下に第２ジャイロ素子片１０３を配置している。このような配置で、基板上に発振回路等を備えたＩＣチップと共に搭載することによって、１つのパッケージで構成することが可能な、３軸の角速度検出を行うジャイロモジュールが得られる。
【０００９】
また、特許文献２には、圧電薄膜を用いた振動ジャイロとして、折曲部を有するアームを使用することにより、複数の検出軸の慣性力を検出でき、実装面積が低減された小型の慣性力センサが提案されている。図６は、従来の折曲部を有する振動ジャイロの検出素子の平面図である。図６に示すように、従来の折曲部を有する振動ジャイロは、角速度や加速度を検出するための検出素子２０１と処理回路とを有している。検出素子２０１は、シリコン基板を材料として一体成形されており、その表面の一部には、Ｐｔ下部電極、ＰＺＴ薄膜、Ａｕ上部電極が形成されている。検出素子２０１は、支持部２０８でもある基部２０９と、基部２０９に接続されたＹ軸に平行な第１アーム２０２と、第２アーム２０４と、錘部２１８とで構成されている。第１アーム２０２は第２アーム２０４と直交方向に連結され、さらに、第２アーム２０４は両側の折曲部２０４ａで折曲され、その折曲された先のそれぞれの端部２０４ｂに錘部２１８が接続され、第１アーム２０２を挟んで対称な形状の振動子として構成されており、さらにその振動子が基部２０９のＸ軸方向の中心線に対して対称な位置にも配置されている。
【００１０】
第２アーム２０４の端部２０４ｂには駆動電極（図示せず）が形成されており、端部２０４ｂに、Ｘ軸方向に振動する駆動振動を与えた状態で、Ｚ軸回りの角速度を加えると、錘部２１８に発生したコリオリ力が、第２アーム２０４をＹ軸方向に変位させる。同様に、Ｙ軸回りの角速度を加えると錘部２１８に発生したコリオリ力が、第２アーム２０４をＺ軸方向に変位させる。これらの振動の駆動やコリオリ力によって、これらの振動の駆動やコリオリ力によって発生する変位の検出を検出素子２０１の表面に形成されたＰＺＴ薄膜と検出電極（図示せず）によって行うことで振動ジャイロとしての機能が得られる。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−１１７３７５号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／０８６３３７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に記載の発明は、図５に示すように、第２ジャイロ素子片１０３が第１ジャイロ素子片１０２に対して、ＸＹ平面において９０度回転した配置になっている。共振周波数を下げて振幅を大きくし検出感度を高くするためには、駆動腕および検出腕の長さをＸ方向だけでなくＹ方向にも寸法を拡大する必要がある。従って、ジャイロモジュール全体として小型化が困難となる課題があった。
【００１３】
また、特許文献２に記載の発明は、図６に示すように、錘部２１８に発生したコリオリ力によるＺ軸方向およびＹ軸方向の振動を第２アーム２０４で検出するため、第２アーム２０４の端部２０４ｂがＸ軸方向に振動する共振周波数と、第２アーム２０４がＹ軸方向に振動する共振周波数や第２アーム２０４がＺ軸方向に振動する共振周波数を一致または接近させる必要がある。従って、第２アーム２０４の端部２０４ｂをＸ軸方向に駆動振動させた際、第２アーム２０４はＹ軸方向にも振動する。その結果、第２アーム２０４の端部２０４ｂに接続された錘部２１８は、Ｘ軸方向だけでなく、Ｙ軸方向にも振動速度を持つこととなる。
【００１４】
この２つの振動速度に対し、Ｚ軸回りの角速度を加えると、前述の通り、錘部２１８のＸ軸方向の振動速度に発生したコリオリ力が、第２アーム２０４をＹ軸方向に変位させる。同時に、錘部２１８のＹ軸方向の振動速度に発生したコリオリ力が、第２アーム２０４をＸ軸方向に変位させる。ここで、この２つの発生したコリオリ力は第２アーム２０４の全体で見た時には互いに逆向きに働くため、Ｚ軸回りの角速度の検出感度を低下させてしまう。
【００１５】
さらに、第２アーム２０４の端部２０４ｂがＺ軸方向へ変位する場合、連結された第２アーム２０４はＺ軸方向へ変位するだけでなく、Ｙ軸方向にも変位する。従って、第２アーム２０４は、Ｚ軸回りの角速度に対してだけでなく、Ｙ軸回りの角速度に対してもＹ軸方向へ変位することとなり、Ｙ軸回りの角速度をＺ軸回りの角速度として検出してしまう。すなわち、他軸感度を生ずることとなる。この他軸感度は、４つの第２アーム２０４の出力を加減算回路等の信号処理を施すことにより低減することは可能であるが、信号処理回路の増幅率を決定する抵抗等の回路素子にはバラツキが存在するため、このような信号処理により他軸感度を数％以下程度に低減することは難しい。
【００１６】
本発明は、上述したような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型で、Ｚ軸回りの角速度に対する感度の低下がなく、さらに他軸感度を低減した振動ジャイロを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によれば、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸で表される空間に配置し、ＸＹ平面に平行な平板にＺ軸方向の貫通穴を形成した検出素子を有する振動ジャイロであって、前記検出素子は、Ｙ軸方向に長手方向を有する複数の屈曲アームと、前記屈曲アームと直角に連結する複数の連結部からなり、前記屈曲アームの屈曲振動を励振する駆動手段と、前記屈曲アームの屈曲振動を検出する検出手段とを備え、前記平板のＹ軸方向の中心線の両側にＹ軸回りおよびＺ軸回りの角速度を検出する第１振動子とＸ軸回りの角速度を検出する第２の振動子を配置し、前記３軸の角速度を検出することを特徴とする振動ジャイロが得られる。本発明は、前記屈曲アームの長手方向がＹ軸方向と平行に構成することを特徴としている。
【００１８】
また、本発明によれば、前記第１の振動子は、前記第１の振動子の中心を通りＸ軸方向に長手方向を有する第１の連結部の中央部から、前記第１の連結部の中央線を通るＸＺ平面に対して対称に第１の屈曲アームと第２の屈曲アームの一端が直角に接続し、前記第１の屈曲アームの他端には第２の連結部の中央部が直角に接続し、前記第１の屈曲アームの中央線を通るＹＺ平面に対して対称に第３の屈曲アームと第４の屈曲アームを配し、前記第３の屈曲アームと前記第４の屈曲アームの一端と前記第２の連結部のＸ軸方向の両端が直角に接続し、前記第２の屈曲アームの他端には第３の連結部の中央部が直角に接続し、前記第２の屈曲アームの中央線を通るＹＺ平面に対して対称に第５の屈曲アームと第６の屈曲アームを配し、前記第５の屈曲アームと前記第６の屈曲アームの一端と前記第３の連結部のＸ軸方向の両端が直角に接続して構成され、前記第２の振動子は、前記第２の振動子の中心を通りＸ軸方向に長手方向を有する第４の連結部の中央部から、前記第４の連結部の中央線を通るＸＺ平面に対して対称に第７の屈曲アームと第８の屈曲アームの一端が直角に接続し、前記第７の屈曲アームの他端には第５の連結部の中央部が直角に接続し、前記第７の屈曲アームの中央線を通るＹＺ平面に対して対称に第９の屈曲アームと第１０の屈曲アームを配し、前記第９の屈曲アームと前記第１０の屈曲アームの一端と前記第５の連結部のＸ軸方向の両端が直角に接続し、前記第８の屈曲アームの他端には第６の連結部の中央部が直角に接続し、前記第８の屈曲アームの中央線を通るＹＺ平面に対して対称に第１１の屈曲アームと第１２の屈曲アームを配し、前記第１１の屈曲アームと前記第１２の屈曲アームの一端と前記第６の連結部のＸ軸方向の両端が直角に接続して構成されることを特徴とする振動ジャイロが得られる。
【００１９】
また、上記の振動ジャイロにおいて、前記第１の振動子は、前記第３の屈曲アームおよび前記第４の屈曲アームの前記第２の連結部に接続されていない他端に、前記第１の屈曲アームの中央線を通るＹＺ平面に対して対称な形状を有する一対の付加質量部を備え、前記第５の屈曲アームおよび前記第６の屈曲アームの前記第３の連結部に接続されていない他端に、前記第２の屈曲アームの中央線を通るＹＺ平面に対して対称な形状を有する一対の付加質量部を備えており、前記第２の振動子は、前記第９の屈曲アームおよび第１０の屈曲アームの前記第５の連結部に接続されていない他端に、前記第７の屈曲アームの中央線を通るＹＺ平面に対して対称な形状を有する一対の付加質量部を備え、前記第１１の屈曲アームおよび第１２の屈曲アームの第６の連結部に接続されていない他端に、前記第８の屈曲アームの中央線を通るＹＺ平面に対して対称な形状を有する一対の付加質量部を備えていてもよい。
【００２０】
また、上記の振動ジャイロにおいて、前記検出素子は、前記屈曲アームおよび前記連結部のＸＹ平面に平行な面の外形はいずれもＸ軸方向およびＹ軸方向の辺からなる矩形形状を有し、前記第１の振動子の、前記第２の連結部および前記第３の連結部のＹ軸方向の辺の長さは、前記第３の屈曲アーム乃至第６の屈曲アームのＸ軸方向の辺の長さに対し、２倍以上５倍以下であり、前記第２の振動子の、前記第５の連結部および前記第６の連結部のＹ軸方向の辺の長さは、前記第９の屈曲アーム乃至第１２の屈曲アームのＸ軸方向の辺の長さに対し、２倍以上５倍以下であってもよい。
【００２１】
また、上記の振動ジャイロにおいて、前記検出素子は、前記第１の振動子および前記第２の振動子の外側に前記平板の一部により形成されたフレームを有し、前記第１の連結部および前記第４の連結部のＸ軸方向の両端と前記フレームが接続され、前記フレームが支持固定されていてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
上述した構成によって、本発明は以下のような効果を奏す。すなわち、本発明の振動ジャイロは、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸の角速度の検出が可能である。また、屈曲アームの長手方向をすべてＹ軸と平行とすることで、共振周波数がＹ軸方向の寸法に依存するため、Ｘ軸およびＺ軸方向の寸法を小さく抑えることが可能となり、小さな素子面積でも高感度に設計できる。また、Ｑ値の高い駆動振動モードを採用することにより高感度である。さらに、連結部の剛性が高く変形しないため、駆動振動方向をＸ軸方向またはＺ軸方向へ限定することが可能で他軸感度が小さく、Ｚ軸回りの角速度に対する感度の低下がない。さらに、フレームを支持固定できるため実装が容易で量産性が高い。
【００２３】
すなわち、本発明により、小型で、Ｚ軸回りの角速度に対する感度の低下がなく、さらに他軸感度を低減した振動ジャイロが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による振動ジャイロの実施の形態に係る検出素子の斜視図。
【図２】第１の屈曲アーム３ａの構造の説明図。図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）はＡ−Ａ線断面図。
【図３】第３の屈曲アーム５ａの構造の説明図。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図。
【図４】第９の屈曲アーム５ｅの構造の説明図。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）はＣ−Ｃ線断面図。
【図５】従来の３軸の角速度検出を行うジャイロモジュールの平面図。
【図６】従来の折曲部を有する振動ジャイロの検出素子の平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明による振動ジャイロの実施の形態に係る検出素子の斜視図である。本実施の形態の振動ジャイロは、図１に示すように、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３つの軸で表される空間において、ＸＹ平面に平行な平板にＺ軸方向の貫通穴を形成した第１の振動子と第２の振動子からなる検出素子１を用い、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸回りの３つの角速度を検出可能な振動ジャイロである。検出素子１は、後述するＹ軸方向に長手方向を有する複数の屈曲アームと前記屈曲アームと直角に連結する複数の連結部からなり、前記屈曲アームの屈曲振動を励振する駆動手段と、前記屈曲アームの屈曲振動を検出する検出手段とを備えた第１振動子および第２の振動子を有している。
【００２７】
図１の左側に位置する第１の振動子は、以下に述べる構成となっている。第１の振動子の中心を通りＸ軸方向に平行に設けた第１の連結部４ｅと、第１の連結部４ｅの中央部から第１の連結部４ｅの中央線を通るＸＺ平面に対して対称に第１の屈曲アーム３ａと第２の屈曲アーム３ｂの一端が直角に接続し、第１の屈曲アーム３ａの他端には第２の連結部４ａの中央部が直角に接続し、第１の屈曲アーム３ａの中央線を通るＹＺ平面に対して対称に第３の屈曲アーム５ａと第４の屈曲アーム５ｂを配し、第３の屈曲アーム５ａと第４の屈曲アーム５ｂの一端と第２の連結部４ａのＸ軸方向の両端が直角に接続している。さらに、第２の屈曲アーム３ｂの他端には第３の連結部４ｂの中央部が直角に接続し、第２の屈曲アーム３ｂの中央線を通るＹＺ平面に対して対称に第５の屈曲アーム５ｃと第６の屈曲アーム５ｄを配し、第５の屈曲アーム５ｃと第６の屈曲アーム５ｄの一端と第３の連結部４ｂのＸ軸方向の両端が直角に接続している。 
【００２８】
第３の屈曲アーム５ａおよび第４の屈曲アーム５ｂの、第２の連結部４ａに接続されていない他端には、付加質量部６ａおよび付加質量部６ｂがそれぞれ接続されている。また、第５の屈曲アーム５ｃおよび第６の屈曲アーム５ｄの第３の連結部４ｂに接続されていない他端には、付加質量部６ｃおよび付加質量部６ｄがそれぞれ接続されている。第１の振動子は、第１の連結部４ｅの中心を通るＸＺ平面およびＹＺ平面に関して、ほぼ対称な形状となっている。
【００２９】
また、図１の右側に位置する第２の振動子は、以下に述べる構成となっている。第２の振動子の中心を通りＸ軸方向に平行に設けた第４の連結部４ｆと、第４の連結部４ｆの中央部から第４の連結部４ｆの中央線を通るＸＺ平面に対して対称に第７の屈曲アーム３ｃと第８の屈曲アーム３ｄの一端が直角に接続し、第７の屈曲アーム３ｃの他端には第５の連結部４ｃの中央部が直角に接続し、第７の屈曲アーム３ｃの中央線を通るＹＺ平面に対して対称に第９の屈曲アーム５ｅと第１０の屈曲アーム５ｆを配し、第９の屈曲アーム５ｅと第１０の屈曲アーム５ｆの一端と第５の連結部４ｃのＸ軸方向の両端が直角に接続している。さらに、第８の屈曲アーム３ｄの他端には第６の連結部４ｄの中央部が直角に接続し、第８の屈曲アーム３ｄの中央線を通るＹＺ平面に対して対称に第１１の屈曲アーム５ｇと第１２の屈曲アーム５ｈを配し、第１１の屈曲アーム５ｇと第１２の屈曲アーム５ｈの一端と第６の連結部４ｄのＸ軸方向の両端が直角に接続している。 
【００３０】
第９の屈曲アーム５ｅおよび第１０の屈曲アーム５ｆの、第５の連結部４ｃに接続されていない他端には、付加質量部６ｅおよび付加質量部６ｆがそれぞれ接続されている。また、第１１の屈曲アーム５ｇおよび第１２の屈曲アーム５ｈの、第６の連結部４ｄに接続されていない他端には、付加質量部６ｇおよび付加質量部６ｈがそれぞれ接続されている。第２の振動子は、第４の連結部４ｆの中心を通るＸＺ平面およびＹＺ平面に関して、ほぼ対称な形状となっている。
【００３１】
また、本実施の形態の振動ジャイロの屈曲アームと連結部のＸＹ平面に平行な面の外形はいずれもＸ軸方向およびＹ軸方向の辺からなる矩形形状を有し、第１の振動子の、第２の連結部４ａおよび第３の連結部４ｂのＹ軸方向の辺の長さは、第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄのＸ軸方向の辺の長さに対し、２倍以上５倍以下であり、第２の振動子の、第５の連結部４ｃおよび第６の連結部４ｄのＹ軸方向の辺の長さは、第９の屈曲アーム５ｅ乃至第１２の屈曲アーム５ｈのＸ軸方向の辺の長さに対し、２倍以上５倍以下となっている。
【００３２】
さらに、本実施の形態の振動ジャイロの検出素子１は、外周にフレーム２が形成され、第１の振動子の第１の連結部４ｅ、第２の振動子の第４の連結部４ｆがフレーム２に接続され、第１の振動子と第２の振動子がフレーム２を介して接続される構造となっている。
【００３３】
ここで、本実施の形態の振動ジャイロの検出素子１は、振動子を構成する平板である基板の一方の主面上に下部電極を形成し、その上面に圧電薄膜を形成し、さらにその上面に、駆動手段または検出手段となる複数の上部電極を形成した基板に対し、貫通穴加工を施して、第１の振動子および第２の振動子、フレーム２を構成してなるものである。
【００３４】
第１の振動子は、第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄをＸ軸方向へ屈曲振動させる第１の駆動手段（図示せず）と、第１の屈曲アーム３ａおよび第２の屈曲アーム３ｂのＸ軸方向の屈曲振動を検出する第１の検出手段（図示せず）と、第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄのＺ軸方向の屈曲振動を検出する第２の検出手段（図示せず）を備えている。第１の駆動手段および第２の検出手段は、第３の屈曲アーム５ａ、第４の屈曲アーム５ｂ、第５の屈曲アーム５ｃ、第６の屈曲アーム５ｄに形成され、第１の検出手段は第１の屈曲アーム３ａおよび第２の屈曲アーム３ｂに形成されている。
【００３５】
同様に、第２の振動子は、第９の屈曲アーム５ｅ乃至第１２の屈曲アーム５ｈをＺ軸方向へ屈曲振動させる第２の駆動手段（図示せず）と、第７の屈曲アーム３ｃおよび第８の屈曲アーム３ｄのＸ軸方向の屈曲振動を検出する第３の検出手段（図示せず）を備えている。第２の駆動手段は第９の屈曲アーム５ｅ、第１０の屈曲アーム５ｆ、第１１の屈曲アーム５ｇ、第１２の屈曲アーム５ｈに形成され、第３の検出手段は第７の屈曲アーム３ｃおよび第８の屈曲アーム３ｄに形成されている。
【００３６】
図２は、第１の屈曲アーム３ａの構造の説明図で、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。なお、図１の第７の屈曲アーム３ｃは、同様の構造で、第２のアーム３ｂ、第８の屈曲アーム３ｄは、Ｘ軸に対して対称である以外は同様の構造で、第２の屈曲アーム３ｂ、第７の屈曲アーム３ｃ、第８の屈曲アーム３ｄの断面も同一の構成となっている。図１、図２に示すように、基板８の一方の主面上に下部電極９を形成し、その上面に圧電薄膜１０を形成し、さらにその上面に上部電極として検出電極１３ａおよび検出電極１３ｂが形成されている。第１の屈曲アーム３ａおよび第２の屈曲アーム３ｂの検出電極１３ａ、１３ｂが形成された部分が、第１の検出手段であり、第７の屈曲アーム３ｃおよび第８の屈曲アーム３ｄの検出電極１３ａ、１３ｂが形成された部分が第３の検出手段である。第１の屈曲アーム３ａ、第２の屈曲アーム３ｂ、第７の屈曲アーム３ｃ、第８の屈曲アーム３ｄがＸ軸方向に変位すると、検出電極１３ａ、１３ｂ近傍の圧電薄膜１０には、互いに逆向きの歪が発生する。この歪により、検出電極１３ａ、１３ｂには逆位相の電圧が発生する。この電圧を所定の検出回路で検出することで、第１の屈曲アーム３ａ、第２の屈曲アーム３ｂ、第７の屈曲アーム３ｃ、第８の屈曲アーム３ｄのＸ軸方向の変位が検出できる。
【００３７】
図３は、第３の屈曲アーム５ａの構造の説明図で、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。なお、図１の第４の屈曲アーム５ｂ、第５の屈曲アーム５ｃ、第６の屈曲アーム５ｄの断面も同一の構成となっている。図１、図３に示すように、基板８の一方の主面上に下部電極９を形成し、その上面に圧電薄膜１０を形成し、さらにその上面に上部電極として駆動電極１１ａ、駆動電極１１ｂ、検出電極１２が形成されている。この駆動電極１１ａ、１１ｂが形成された部分が第１の駆動手段であり、検出電極１２が形成された部分が第２の検出手段である。駆動電極１１ａ、１１ｂに逆位相の駆動信号を与えると、駆動電極１１ａ、１１ｂ近傍の圧電薄膜１０には、Ｙ軸方向に関して、互いに逆向きの歪が発生する。この歪によって、第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄのＸ軸方向の振動を励振できる。
【００３８】
また、駆動電極１１ａ、１１ｂは、第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄのＸ軸方向の変位を検出することもできるため、駆動電極１１ａ、１１ｂ、またはその一部を、駆動電極に対しての自励発振回路を構成する際のモニタ電極として利用することも可能である。
【００３９】
また、Ｚ軸方向の変位が発生すると、検出電極１２近傍の圧電薄膜１０には、歪が発生する。この歪により、検出電極１２には、歪に対応した電圧が発生する。この電圧を所定の検出回路で検出することで、第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄのＺ軸方向の変位を検出できる。このとき、図２に示す第１の屈曲アーム３ａおよび第２の屈曲アーム３ｂに形成された検出電極１３ａ、１３ｂにも、歪に対応した電圧が発生する。この電圧は、検出電極１３ａ、１３ｂで同位相の信号となるため、減算および加算の信号処理を行うことによって、Ｘ軸方向の変位とは分離して検出することが可能である。
【００４０】
なお、第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄのＸ軸方向の変位に対しても、検出電極１２近傍の圧電薄膜１０に歪が発生する。しかし、この歪は、第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄの幅を２等分する中心線を境に逆向きに分布するため、検出電極１２には、電圧がほぼ発生しない。
【００４１】
図４は、第９の屈曲アーム５ｅの構造の説明図で、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）はＣ−Ｃ線断面図である。なお、図１の第１０の屈曲アーム５ｆ、第１１の屈曲アーム５ｇ、第１２の屈曲アーム５ｈの断面も同一の構成となっている。図１、図４に示すように、基板８の一方の主面上に下部電極９を形成し、その上面に圧電薄膜１０を形成し、さらにその上面に上部電極として駆動電極１４が形成されている。この駆動電極１４が形成された部分が第２の駆動手段である。駆動電極１４に駆動信号を与えると、駆動電極１４近傍の圧電薄膜１０には、Ｙ軸方向に歪が発生する。この歪によって、第９の屈曲アーム５ｅ乃至第１２の屈曲アーム５ｈのＺ軸方向の振動を励振できる。
【００４２】
また、駆動電極１４は、第９の屈曲アーム５ｅ乃至第１２の屈曲アーム５ｈのＺ軸方向の変位を検出することもできるため、駆動電極１４または、その一部を、駆動電極に対しての自励発振回路を構成する際のモニタ電極として利用することも可能である。
【００４３】
次に、本発明の検出素子１の角速度を検出する方法について説明する。
【００４４】
（第１の振動子）
図１に示す第３の屈曲アーム５ａおよび第４の屈曲アーム５ｂからなる一対の屈曲アームが、互いに逆向きでＸ軸方向に変位する振動は、非常に安定な特性が得られる。これらの変位によって発生する力は、第２の連結部４ａと第１の屈曲アーム３ａの接続部付近で相殺され、ノード点となる。同様に、第５の屈曲アーム５ｃおよび第６の屈曲アーム５ｄからなる一対の屈曲アームが、互いに逆向きでＸ軸方向に変位する振動は、非常に安定な特性が得られる。本実施の形態における安定な特性とは、固定条件等の外乱の影響に関わらず、所望の振動モードについて、高いＱｍ（機械的共振先鋭度）を維持することである。
【００４５】
従って、第３の屈曲アーム５ａおよび第５の屈曲アーム５ｃと、第４の屈曲アーム５ｂおよび第６の屈曲アーム５ｄが互いに逆向きでＸ軸方向に変位する振動も非常に安定な特性が得られる。よって、このＸ軸方向の振動を、Ｙ軸回りおよびＺ軸回りの角速度の検出する場合の駆動振動モードとして選択するのが好ましい。この駆動振動モードは、第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄに形成された第１の駆動手段によって励振することができる。ただし、第１の駆動手段に入力される駆動信号の周波数は、それぞれの駆動振動モードの共振周波数近傍の周波数とするのが望ましい。
【００４６】
また、第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄの先端には、それぞれ付加質量部６ａ乃至付加質量部６ｄが接続しており、この付加質量部は屈曲アームの動作を拡大し、共振周波数を下げ、変位を拡大する機能を持っている。 
【００４７】
なお、上述した変位によって発生する力は、第２の連結部４ａと第１の屈曲アーム３ａ、第３の連結部４ｂと第２の屈曲アーム３ｂの接続部付近で相殺され、ノード点となる。従って、第１の屈曲アーム３ａと第２の屈曲アーム３ｂを連結する第１の連結部４ｅの変位量は比較的小さく、それぞれの屈曲アームへの影響の少ない支持固定が可能である。
【００４８】
さらに、第２の連結部４ａおよび第３の連結部４ｂは、電気的な接続や振動の伝播を意図して形成されたものであって、振動の励振や検出を目的としていない。従って、第２の連結部４ａおよび第３の連結部４ｂが、第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄに対して、十分な剛性を持っている場合、上述の駆動振動モードを励振しても、第２の連結部４ａおよび第３の連結部４ｂに生ずる変位は非常に小さいので、駆動振動モードの励振時での第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄおよび付加質量部６ａ乃至付加質量部６ｄの変位は、Ｘ軸方向にほぼ限定される。このように第２の連結部４ａおよび第３の連結部４ｂの変位を抑制する構成は、例えば、以下のように設計することで得られる。すなわち、第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄと、第２の連結部４ａおよび第３の連結部４ｂのＸＹ平面に平行な面の外形を、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の辺からなる矩形形状とし、第２の連結部４ａおよび第３の連結部４ｂのＹ軸方向の辺の長さを、第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄのＸ軸方向の辺の長さに対し、２倍以上とすることによって得られる。なお、第２の連結部４ａおよび第３の連結部４ｂのＹ軸方向の辺の長さは、第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄのＸ軸方向の辺の長さに対し、５倍を超えた場合において、更なる変位の抑制効果は得られないこと、また小型化の弊害となることから、５倍以下とするのが望ましい。
【００４９】
前述のＸ軸方向の振動を駆動振動モードとして励振した状態において、Ｙ軸回りの角速度を印加すると、第３の屈曲アーム５ａおよび第５の屈曲アーム５ｃと、第４の屈曲アーム５ｂおよび第６の屈曲アーム５ｄは、発生したコリオリ力によって、互いに逆向きでＺ軸方向に変位する。このＺ軸方向の変位は、第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄに形成された第２の検出手段によって検出することができる。これにより、Ｙ軸回りの角速度を検出する振動ジャイロとして機能させることができる。
【００５０】
同様に、前述のＸ軸方向の振動を駆動振動モードとして励振した状態において、Ｚ軸回りの角速度を印加すると、第３の屈曲アーム５ａおよび第５の屈曲アーム５ｃと、第４の屈曲アーム５ｂおよび第６の屈曲アーム５ｄは、発生したコリオリ力によって、互いに逆向きにＹ軸方向への力を受ける。従って、第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄは、Ｙ軸方向へ変位する。ただし、この力は、屈曲アームの長手方向へ働く力であるため、ほぼ変形を伴わない。すなわち、第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄは、Ｘ軸およびＺ軸方向に比べ、Ｙ軸方向に対して、十分な剛性を持っているため、この力によって第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄに形成された第１の検出手段に発生する信号は、十分に無視できる大きさである。
【００５１】
第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄのＹ軸方向への変位は、第２の連結部４ａおよび第３の連結部４ｂにＺ軸回りのモーメントを与え回転させる。従って、第２の連結部４ａおよび第３の連結部４ｂに接続された第１の屈曲アーム３ａおよび第２の屈曲アーム３ｂは、互いに逆向きにＸ軸方向へ変位する。このＸ軸方向の変位は、第１の屈曲アーム３ａおよび第２の屈曲アーム３ｂに形成された第１の検出手段によって検出することができる。これにより、Ｚ軸回りの角速度を検出する振動ジャイロとして機能させることができる。
【００５２】
（第２の振動子）
図１に示す第９の屈曲アーム５ｅおよび第１１の屈曲アーム５ｇからなる一対の屈曲アームと、第１０の屈曲アーム５ｆおよび第１２の屈曲アーム５ｈからなる一対の屈曲アームが、互いに逆向きでＺ軸方向に変位する振動は、比較的安定な振動特性が得られる。Ｘ軸回りの角速度の検出にあたっては、このＺ軸方向の振動を駆動振動モードとして選択するのが好ましい。このＺ軸方向に変位する駆動振動モードは、第９の屈曲アーム５ｅ乃至第１２の屈曲アーム５ｈに形成された第２の駆動手段によって励振することができる。ただし、第２の駆動手段に入力される駆動信号の周波数は、それぞれの駆動振動モードの共振周波数近傍の周波数とするのが望ましい。
【００５３】
また、第９の屈曲アーム５ｅ乃至第１２の屈曲アーム５ｈの先端には、それぞれ付加質量部６ｅ乃至付加質量部６ｈが接続しており、この付加質量部は屈曲アームの動作を拡大し、共振周波数を下げ、変位を拡大する機能を持っている。
【００５４】
なお、上述した変位によって発生する力は、第５の連結部４ｃおよび第６の連結部４ｄをＹ軸回りに回転させるが、第５の連結部４ｃと第７の屈曲アーム３ｃ、第６の連結部４ｄと第８の屈曲アーム３ｄの接続部付近がノード点となる。従って、第７の屈曲アーム３ｃと第８の屈曲アーム３ｄを連結する第４の連結部４ｆの変位量は比較的小さく、それぞれの屈曲アームへの影響の少ない支持固定が可能である。
【００５５】
さらに、第５の連結部４ｃおよび第６の連結部４ｄは、電気的な接続や振動の伝播を意図して形成されたものであって、振動の励振や検出を目的としていない。従って、第５の連結部４ｃおよび第６の連結部４ｄが、第９の屈曲アーム５ｅ乃至第１２の屈曲アーム５ｈに対して、十分な剛性を持っている場合、上述の駆動振動モードを励振しても、第５の連結部４ｃおよび第６の連結部４ｄに生ずる変位は非常に小さいので、駆動振動モードの励振時での第９の屈曲アーム５ｅ乃至第１２の屈曲アーム５ｈおよび付加質量部６ｅ乃至付加質量部６ｈの変位は、Ｚ軸方向にほぼ限定される。このように第５の連結部４ｃおよび第６の連結部４ｄの変位を抑制する構成は、例えば、以下のように設計することで得られる。すなわち、第９の屈曲アーム５ｅ乃至第１２の屈曲アーム５ｈと、第５の連結部４ｃおよび第６の連結部４ｄのＸＹ平面に平行な面の外形を、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の辺からなる矩形形状とし、第５の連結部４ｃおよび第６の連結部４ｄのＹ軸方向の辺の長さを、第９の屈曲アーム５ｅ乃至第１２の屈曲アーム５ｈのＸ軸方向の辺の長さに対し、２倍以上とすることによって得られる。なお、第５の連結部４ｃおよび第６の連結部４ｄのＹ軸方向の辺の長さは、第９の屈曲アーム５ｅ乃至第１２の屈曲アーム５ｈのＸ軸方向の辺の長さに対し、５倍を超えた場合において、更なる変位の抑制効果は得られないこと、また小型化の弊害となることから、５倍以下とするのが望ましい。
【００５６】
前述のＺ軸方向の振動を駆動振動モードとして励振した状態において、Ｘ軸回りの角速度を印加すると、第９の屈曲アーム５ｅおよび第１１の屈曲アーム５ｇと、第１０の屈曲アーム５ｆおよび第１２の屈曲アーム５ｈは、発生したコリオリ力によって、互いに逆向きにＹ軸方向への力を受ける。従って、第９の屈曲アーム５ｅ乃至第１２の屈曲アーム５ｈは、Ｙ軸方向へ変位する。ただし、この力は、屈曲アームの長手方向へ働く力であるため、ほぼ変形を伴わない。すなわち、第９の屈曲アーム５ｅ乃至第１２の屈曲アーム５ｈは、Ｘ軸およびＺ軸方向に比べ、Ｙ軸方向に対して、十分な剛性を持っているため、この力によって第９の屈曲アーム５ｅ乃至第１２の屈曲アーム５ｈに形成された第２の駆動手段に発生する信号は、十分に無視できる大きさである。
【００５７】
第９の屈曲アーム５ｅ乃至第１２の屈曲アーム５ｈのＹ軸方向への変位は、第５の連結部４ｃおよび第６の連結部４ｄにＺ軸回りのモーメントを与え回転させる。従って、第５の連結部４ｃおよび第６の連結部４ｄに接続された第７の屈曲アーム３ｃおよび第８の屈曲アーム３ｄは、互いに逆向きにＸ軸方向へ変位する。このＸ軸方向の変位は、第７の屈曲アーム３ｃおよび第８の屈曲アーム３ｄに形成された第３の検出手段によって検出することができる。これにより、Ｘ軸回りの角速度を検出する振動ジャイロとして機能させることができる。
【００５８】
以上説明したとおり、本発明の振動ジャイロは、比較的安定な駆動モードが得られることにより、高いＱ値の振動が期待でき、さらに、一対の付加質量部により、共振周波数を低く設計できる。このように、本発明は、高いＱ値と低い周波数設計により、変位を大きくすることが可能であり、高感度な振動ジャイロに適している。また、屈曲アームの長手方向をすべてＹ軸方向と平行とした。振動ジャイロとして必要な振動モードのすべての共振周波数がＹ軸方向のアームの長さに大きく依存する。従って、高感度化のために低周波数化する場合は、Ｙ軸方向へのみ素子を長くすれば良いので、より小さな素子面積で共振周波数の低い、高感度な振動ジャイロが得られる。さらに、Ｙ軸およびＺ軸検出のための駆動振動モードをＸ軸方向の振動に限定することで、他軸感度がなく、Ｚ軸回りの角速度の検出の効率の良い振動ジャイロが得られる。
【００５９】
また、本発明の複数の屈曲アームと、本発明で選択した検出振動モードを組み合わせることによって、並進運動での加速度に対する誤差出力を低減できる。通常、振動ジャイロの検出出力は、駆動信号等を参照信号とした同期検波による信号処理によって行われるため、駆動振動モードの周波数以外の信号成分は除去されるが、片持ち梁等の１素子での振動ジャイロの構成では、加速度に対する検出信号と、角速度に対する検出信号の分離が難しく、加速度による誤差出力を無視できない場合もある。
【００６０】
本発明の振動ジャイロにおいて、Ｘ軸回りの角速度を検出する検出振動モードは、第２の振動子の第７の屈曲アーム３ｃおよび第８の屈曲アーム３ｄが互いに逆向きにＸ軸方向へ振動する。また、Ｙ軸回りの角速度を検出する検出振動モードは、第３の屈曲アーム５ａおよび第５の屈曲アーム５ｃと、第４の屈曲アーム５ｂおよび第６の屈曲アーム５ｄが互いに逆向きにＺ軸方向へ振動する。さらに、Ｚ軸回りの角速度を検出する検出振動モードは、第１の屈曲アーム３ａおよび第２の屈曲アーム３ｂが互いに逆向きにＸ軸方向へ振動する。
【００６１】
上述した通り、本発明の振動ジャイロによる検出振動モードは、互いに逆向きとなる振動を採用し、角速度の検出に際しては、差動検出構成となる。従って、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向への加速度を印加した場合において、本発明の検出振動モードが励振されることはなく、加速度による検出信号への影響は小さく、誤差出力を低減することが期待できる。
【００６２】
本発明では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸の角速度について検出可能な振動ジャイロが得られる。本発明の振動ジャイロにおける検出素子１は、高精度なフォトリソグラフィー技術による同時加工によって製造される。従って、３つの検出軸の直交性が非常に良い。複数の素子を個別に加工し、組み立てるような製法に比べ、他軸感度を低減できる。
【００６３】
さらに、本発明によれば、検出素子１の外周部にフレーム２を形成し、第１の連結部４ｅおよび第４の連結部４ｆを接続することができる。上述した通り、本発明の振動ジャイロの駆動振動モードは、比較的対称性の良い振動モードとなっており、第１の連結部４ｅおよび第４の連結部４ｆでの変位は小さく、ほぼノード点と考えることができる。即ち、第１の連結部４ｅおよび第４の連結部４ｆは、駆動振動モードの振動特性を損なうことなく、容易に支持固定が可能である。従って、これら第１の連結部４ｅおよび第４の連結部４ｆをフレーム２に容易に接続できる。周囲に形成されたフレーム２には、信号の入出力に必要な電極パッドの形成が容易であり、さらに、フレーム２を他の実装基板に実装することも容易である。
【実施例】
【００６４】
次に、本発明の振動ジャイロの具体的な実施例について説明する。
【００６５】
本実施例では、図１に示す振動ジャイロを作製した。図１に示すように、検出素子１は、基板８として厚さ５０μｍのシリコン基板を用い、その主面上に下部電極９を形成し、その上面に、圧電薄膜１０として厚さ２μｍのＰＺＴ薄膜を形成し、さらにその上面に、上部電極を形成して、ドライエッチング加工による貫通穴加工を施したものを使用した。下部電極９は、シリコン基板の表面を酸化処理して形成した厚さ１μｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜と、その上面に、スパッタ法で形成した厚さ３５ｎｍのチタン膜と、さらにその上面に、スパッタ法で形成した厚さ２００ｎｍの白金膜とで構成した。上部電極は、駆動電極１１ａ、１１ｂ、１４、検出電極１２、１３ａ、１３ｂに相当し、ＰＺＴ薄膜の上面に、スパッタ法で形成した厚さ３５ｎｍのクロム膜と、その上面に、スパッタ法で形成した厚さ３００ｎｍの金の膜とで構成した。ここで、ＰＺＴ薄膜上へ配線電極を形成する場合、静電容量を小さくするため、ＰＺＴ薄膜上へ低誘電率の絶縁層を形成して、その上に配線電極を形成してもよい。
【００６６】
第２の連結部４ａ、第３の連結部４ｂ、第５の連結部４ｃ、第６の連結部４ｄのＹ軸方向の辺の長さは約１００μｍとし、第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄ、第９の屈曲アーム５ｅ乃至第１２の屈曲アーム５ｈのＸ軸方向の辺の長さは約５０μｍとした。即ち、第２の連結部４ａ、第３の連結部４ｂ、第５の連結部４ｃ、第６の連結部４ｄのＹ軸方向の辺の長さは、第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄ、第９の屈曲アーム５ｅ乃至第１２の屈曲アーム５ｈのＸ軸方向の辺の長さの２倍とした。
【００６７】
第２の連結部４ａ、第３の連結部４ｂ、第５の連結部４ｃ、第６の連結部４ｄのＸ軸方向の辺の長さは約５００μｍとし、第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄ、第９の屈曲アーム５ｅ乃至第１２の屈曲アーム５ｈのＹ軸方向の長さは約５００μｍとした。付加質量部６ａ乃至付加質量部６ｈの形状は一辺が約４００μｍの矩形形状とした。
【００６８】
本構成において、有限要素法解析で振動子の変位分布を解析したところ、第２の連結部４ａおよび第３の連結部４ｂの最大変位量は、第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄの最大変位量に対して約１％であり、変位は非常に少なかった。これにより、第２の連結部４ａ、第３の連結部４ｂのＹ軸方向の辺の長さを、第３の屈曲アーム５ａ乃至第６の屈曲アーム５ｄのＸ軸方向の辺の長さの２倍以上とすることによる変位抑制効果を確認した。第５の連結部４ｃ、第６の連結部４ｄの変位と、第９の屈曲アーム５ｅ乃至第１２の屈曲アーム５ｈの変位についても同様の結果が得られた。
【００６９】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記の実施の形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれることは勿論である。例えば、上述の実施の形態に係る振動ジャイロにおいて、ＰＺＴ薄膜などの圧電薄膜を有したシリコン基板を用いたものを例示したが、これに限らず、圧電単結晶基板や圧電多結晶体基板、単純なシリコン基板等であってもよく、また、駆動手段および検出手段における駆動電極や検出電極の形状、数および配置、さらに各アームや各連結部の形状なども目的、用途に応じて設計可能であり、例示したものに制限されない。連結部を駆動振動によって変形しにくい構造とする方法についても、その平面形状を屈曲アームの形状と大きく異ならしめることや矩形以外の形状とすることなどによって剛性を強めること又はその共振周波数を駆動振動の周波数から遠ざけること、さらには、その上に剛性を強くする膜を形成することなど、様々な手段が可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１、２０１  検出素子
２  フレーム
３ａ  第１の屈曲アーム
３ｂ  第２の屈曲アーム
３ｃ  第７の屈曲アーム
３ｄ  第８の屈曲アーム
４ａ  第２の連結部
４ｂ  第３の連結部
４ｃ  第５の連結部
４ｄ  第６の連結部
４ｅ  第１の連結部
４ｆ  第４の連結部
５ａ  第３の屈曲アーム
５ｂ  第４の屈曲アーム
５ｃ  第５の屈曲アーム
５ｄ  第６の屈曲アーム
５ｅ  第９の屈曲アーム
５ｆ  第１０の屈曲アーム
５ｇ  第１１の屈曲アーム
５ｈ  第１２の屈曲アーム
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇ、６ｈ  付加質量部
８  基板
９  下部電極
１０  圧電薄膜
１１ａ、１１ｂ、１４  駆動電極
１２、１３ａ、１３ｂ  検出電極
１０２  第１ジャイロ素子片
１０３  第２ジャイロ素子片
１０４  第４ジャイロ素子片
１０５、２０９  基部
１０６  連結腕
１０７  駆動腕
１０８、１１０、１１１、２１８  錘部
１０９  検出腕
２０２  第１アーム
２０４  第２アーム
２０４ａ  折曲部
２０４ｂ  端部
２０８  支持部
【図１】
2012112819.tif 000003
【図２】
2012112819.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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