(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO2014061247
(43)【国際公開日】20140424
【発行日】20160905
(54)【発明の名称】角速度センサ
(51)【国際特許分類】
   G01C 19/5621 20120101AFI20160808BHJP
   G01C 19/5628 20120101ALI20160808BHJP
【FI】
   !G01C19/56 121
   !G01C19/56 128
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】19
【出願番号】2014541939
(21)【国際出願番号】JP2013006080
(22)【国際出願日】20131011
(31)【優先権主張番号】2012231384
(32)【優先日】20121019
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US
(71)【出願人】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックIPマネジメント株式会社
【住所又は居所】大阪府大阪市中央区城見2丁目1番61号
(74)【代理人】
【識別番号】100106116
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 健司
(74)【代理人】
【識別番号】100170494
【弁理士】
【氏名又は名称】前田 浩夫
(72)【発明者】
【氏名】小林 康展
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真1006番地 パナソニック株式会社内
【テーマコード(参考)】
2F105
【Fターム(参考)】
2F105BB02
2F105BB13
2F105CC01
2F105CD02
2F105CD06
2F105CD13
(57)【要約】
角速度センサは、被検出物に固定されるように構成された固定部と、固定部に接続された一端を有する第1の連接梁と、固定部に接続された一端を有する第2の連接梁と、第1と第2の連接梁の他端にそれぞれ接続された第1と第2の両持梁と、第1と第2の両持梁をそれぞれ振動させるように構成された第1と第2の駆動電極と、第1と第2の両持梁の振動をそれぞれ検出するように構成された第1と第2の検出電極とを備える。第1の両持梁は、第1の連接梁の他端に接続された一端と、第2の連接梁の他端に接続された他端とを有して、第1と第2の連接梁と共に固定部の一側面を囲むように延びる。第2の両持梁は、第1の連接梁の他端に接続された一端と、第2の連接梁の他端に接続された他端とを有して、第1と第2の連接梁と共に固定部の一側面の反対側の他側面を囲むように延びる。この角速度センサは高い感度を有する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被検出物に印加された角速度を検出するように構成された角速度センサであって、
前記被検出物に固定されるように構成された固定部と、
前記固定部に接続された一端と、他端とを有する第1の連接梁と、
前記固定部に接続された一端と、他端とを有して、前記第1の連接梁の反対側に延びる第2の連接梁と、
前記第1の連接梁の前記他端に接続された一端と、前記第2の連接梁の前記他端に接続された他端とを有して、前記第1の連接梁と前記第2の連接梁と共に前記固定部の一側面を囲むように延びる第1の両持梁と、
前記第1の連接梁の前記他端に接続された一端と、前記第2の連接梁の前記他端に接続された他端とを有して、前記第1の連接梁と前記第2の連接梁と共に前記固定部の前記一側面の反対側の他側面を囲むように延びる第2の両持梁と、
前記第1の両持梁に設けられて、前記第1の両持梁を振動させるように構成された第1の駆動電極と、
前記第1の両持梁に設けられて、前記第1の両持梁の振動を検出するように構成された第1の検出電極と、
前記第2の両持梁に設けられて、前記第2の両持梁を振動させるように構成された第2の駆動電極と、
前記第2の両持梁に設けられて、前記第2の両持梁の振動を検出するように構成された第2の検出電極と、
を備えた角速度センサ。
【請求項2】
前記第1の両持梁に設けられて、前記第1の両持梁の振動を検出するように構成された第3の検出電極と、
前記第2の両持梁に設けられて、前記第2の両持梁の振動を検出するように構成された第4の検出電極と、
をさらに備え、
前記第1の両持梁は、
前記第1の連接梁の前記他端に結合する一端と、他端とを有して、前記第1の連接梁の延びる長手方向に延びるとともに、前記第1の検出電極が設けられた第1の検出電極振動体と、
前記第2の連接梁の前記他端に結合する一端と、他端とを有して、前記第2の連接梁の延びる長手方向に延びるとともに、前記第3の検出電極が設けられた第2の検出電極振動体と、
前記第1の検出電極振動体の前記他端に接続された一端と、前記第2の検出電極振動体の前記他端に接続された他端とを有して、前記第1の駆動電極が設けられた第1の駆動電極振動体と、
を有し、
前記第2の両持梁は、
前記第1の連接梁の前記他端に結合する一端と、他端とを有して、前記第1の検出電極振動体の延びる前記長手方向に延びるとともに、前記第2の検出電極が設けられた第3の検出電極振動体と、
前記第2の連接梁の前記他端に結合する一端と、他端とを有して、前記第2の検出電極振動体の延びる前記長手方向と反対に延びるとともに、前記第4の検出電極が設けられた第4の検出電極振動体と、
前記第3の検出電極振動体の前記他端に接続された一端と、前記第3の検出電極振動体の前記他端に接続された他端とを有して、前記第2の駆動電極が設けられた第2の駆動電極振動体と、
を有する、請求項1に記載の角速度センサ。
【請求項3】
前記第1の駆動電極振動体に接続された第1の錘部と、
前記第2の駆動電極振動体に接続された第2の錘部と、
をさらに備えた、請求項2に記載の角速度センサ。
【請求項4】
前記第1の検出電極振動体と前記第2の検出電極振動体と前記第3の検出電極振動体と前記第4の検出電極振動体とは、前記固定部に対して点対称の位置に設けられており、
前記第1の両持梁と前記第2の両持梁とが環状に結合するように、前記第1の両持梁の前記一端と前記第2の両持梁の前記一端とが前記第1の連接梁の前記他端において結合し、かつ前記第1の両持梁の前記他端と前記第2の両持梁の前記他端とが前記第2の連接梁の前記他端において結合する、請求項2記載の角速度センサ。
【請求項5】
前記第1の連接梁と前記第2の連接梁とは長手方向に細長く延びており、
前記第1の連接梁の前記長手方向の長さと前記長手方向と直角の断面の形状とは、前記第2の連接梁の前記長手方向の長さと前記長手方向と直角の断面の形状とそれぞれ略同一である、請求項1に記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、各種電子機器に用いられる角速度センサに関する。
【背景技術】
【0002】
図5は特許文献1に記載されている従来の角速度センサ500の斜視図である。角速度センサ500は、直方体形状の固定部1と、固定部1に接続された一端を有する検出電極振動体2と、固定部1に接続された一端を有して検出電極振動体2の反対側に延びる検出電極振動体3を備える。検出電極振動体2、3は圧電単結晶からなる。検出電極振動体2の上面に検出電極が設けられている。検出電極振動体3の上面には検出電極が設けられている。屈曲部4は検出電極振動体2の他端から直角の左方向に延出する。連接梁5の一端は屈曲部4と接続され、X軸方向に直角に折り曲げられている。圧電単結晶からなる駆動電極振動体6の一端は連接梁5と接続されている。駆動電極振動体6の上面には駆動電極が設けられている。屈曲部7は検出電極振動体2の他端から直角の右方向に延出する。連接梁8の一端は屈曲部7と接続されるとともに、X軸方向に直角に折り曲げられている。圧電単結晶からなる駆動電極振動体9の一端は連接梁8と接続されている。駆動電極振動体9の上面には駆動電極が設けられている。屈曲部10は検出電極振動体3の他端から直角の左方向に延出する。連接梁11の一端は屈曲部10と接続されるとともに、X軸方向に直角に折り曲げられている。連接梁11は駆動電極振動体6の他端と接続されている。屈曲部14は検出電極振動体3の他端から直角の右方向に延びる。連接梁15の一端は屈曲部14と接続される。検出電極振動体3はX軸方向に直角に折り曲げられている。連接梁15の他端は駆動電極振動体9の他端と接続されている。
【0003】
従来の角速度センサ500の動作を説明する。
【0004】
駆動電極振動体6、9に設けられている駆動電極に交流電圧を印加することにより、駆動電極振動体6、9を駆動方向に速度Vで駆動振動させる。駆動電極振動体6、9が駆動振動している状態において、角速度センサ500を設けた平面と直角な方向であるZ軸を中心軸として角速度ωで角速度センサ500を回転すると、駆動電極振動体6、にコリオリ力F(=2mv×ω)が発生する。コリオリ力Fは連接梁5、8と屈曲部4、7を介して検出電極振動体2に伝わり、連接梁11、連接梁15と屈曲部10、14を介して検出電極振動体3に伝わる。これにより、角速度センサ500は、検出電極振動体2、3の上面に設けられた検出電極から角速度に応じた出力信号を出力する。しかし、角速度センサ500においては、コリオリ力Fにより発生する出力信号が小さくなる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平11−281372号公報
【発明の概要】
【0006】
角速度センサは、被検出物に固定されるように構成された固定部と、固定部に接続された一端を有する第1の連接梁と、固定部に接続された一端を有する第2の連接梁と、第1と第2の連接梁の他端にそれぞれ接続された第1と第2の両持梁と、第1と第2の両持梁をそれぞれ振動させるように構成された第1と第2の駆動電極と、第1と第2の両持梁の振動をそれぞれ検出するように構成された第1と第2の検出電極とを備える。第1の両持梁は、第1の連接梁の他端に接続された一端と、第2の連接梁の他端に接続された他端とを有して、第1と第2の連接梁と共に固定部の一側面を囲むように延びる。第2の両持梁は、第1の連接梁の他端に接続された一端と、第2の連接梁の他端に接続された他端とを有して、第1と第2の連接梁と共に固定部の一側面の反対側の他側面を囲むように延びる。
【0007】
この角速度センサは高い感度を有する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1A】図1Aは本発明の実施の形態における角速度センサの上面図である。
【図1B】図1Bは実施の形態における角速度センサのセンサ基部の上面図である。
【図1C】図1Cは図1Aに示す角速度センサの線1C−1Cにおける断面図である。
【図2A】図2Aは実施の形態における角速度センサの製造方法を示す基材の斜視図である。
【図2B】図2Bは実施の形態における角速度センサの製造方法を示す基材の斜視図である。
【図2C】図2Cは実施の形態における角速度センサの製造方法を示す基材の斜視図である。
【図2D】図2Dは実施の形態における角速度センサの製造方法を示す基材の斜視図である。
【図3】図3は実施の形態における角速度センサの動作を示す斜視図である。
【図4】図4は実施の形態における角速度センサの動作を示す斜視図である。
【図5】図5は従来の角速度センサの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
図1Aは本発明の実施の形態における角速度センサ1000の上面図である。角速度センサ1000は、被検出物1500に固定されて、被検出物1500に印加された角速度を検出するように構成されている。角速度センサ1000は、被検出物1500に固定されてかつ振動するように構成されたセンサ基部1000Aと、センサ基部1000Aを振動させるように駆動する複数の駆動電極と、センサ基部1000Aの振動を検出する複数の検出電極とを備える。センサ基部1000Aはシリコン(Si)からなる。図1Aにおいて、互いに直角のX軸とY軸とZ軸とを定義する。
【0010】
図1Bはセンサ基部1000Aの上面図である。センサ基部1000Aは、固定部21と連接梁28、31と両持梁201、202とを有する。両持梁201は、屈曲部32、51と検出電極振動体34、54と駆動電極振動体36、56とを有する。両持梁202は、屈曲部41、60と検出電極振動体43、62と駆動電極振動体45、64とを有する。固定部21は被検出物1500に固定されるように構成されている。固定部21は被検出物1500に固定されていても、連接梁28、31と両持梁201、202とは、被検出物1500に対して可動であるように構成されている。連接梁28は、固定部21に接続された端28Aと、端28Aの反対側の端28Bとを有する。連接梁31は、固定部21に接続された端31Aと、端31Aの反対側の端31Bとを有して、連接梁28の反対側に延びる。両持梁201は、連接梁28の端28Bに接続された端201Aと、連接梁31の端31Bに接続された端201Bとを有して、連接梁28、31と共に固定部21の側面21Aを囲むように延びる。両持梁202は、連接梁28の端28Bに接続された端202Aと、連接梁31の端31Bに接続された端202Bとを有して、連接梁28、31と共に固定部21の側面21Aの反対側の側面21Bを囲むように延びる。
【0011】
固定部21は角速度センサ1000の全体形状の略中央に位置し、直方体形状を有して、Siからなる。
【0012】
連接梁28は、固定部21に接続された端28Aからに外側に向ってY軸の負方向である方向Y2(長手方向)に細長く延出する。連接梁31は、固定部21に接続された端31Aから外側に向って連接梁28が延びる方向Y2の反対の方向Y1(長手方向)に細長く延出する。連接梁28、31の長手方向の長さと、長手方向と直角の方向の断面の形状は互いに略同一である。
【0013】
屈曲部32は連接梁28の端28Bから連接梁28の長手方向と直角の方向X2に延出する。検出電極振動体34の端34Aは屈曲部32と接続され、屈曲部32を介して連接梁28の端28Bに結合する。検出電極振動体34は端34Aから方向Y1に端34Bまで延びる。駆動電極振動体36の端36Aは検出電極振動体34の端34Bと接続される。駆動電極振動体36は端36Aから方向Y2に延び、屈曲部37で折り返して方向Y1に端36Bまで延びる。
【0014】
屈曲部41は連接梁28の端28Bから連接梁28の長手方向と直角であり方向X2の反対の方向X1に延出する。検出電極振動体43の端43Aは屈曲部41と接続され、屈曲部41を介して連接梁28の端28Bに結合する。検出電極振動体43は端43Aから方向Y1に端43Bまで延びる。駆動電極振動体45の端45Aは検出電極振動体43の端43Bと接続される。駆動電極振動体45は端45Aから方向Y2に延び、屈曲部46で折り返して方向Y1に端45Bまで延びる。
【0015】
屈曲部51は連接梁31の端31Bから連接梁31の長手方向と直角の方向X2に延出する。検出電極振動体54の端54Aは屈曲部51と接続され、屈曲部51を介して連接梁31の端31Bに結合する。検出電極振動体54は端54Aから方向Y2に端54Bまで延びる。駆動電極振動体56の端56Aは検出電極振動体54の端54Bと接続される。駆動電極振動体56は端56Aから方向Y1に延び、屈曲部57で折り返して方向Y2に端56Bまで延びる。
【0016】
屈曲部60は連接梁31の端31Bから連接梁31の長手方向と直角であり方向X2の反対の方向X1に延出する。検出電極振動体62の端62Aは屈曲部60と接続され、屈曲部60を介して連接梁31の端31Bに結合する。駆動電極振動体64の端64Aは検出電極振動体62の端62Bと接続される。駆動電極振動体64は端64Aから方向Y1に延び、屈曲部65で折り返して方向Y2に端64Bまで延びる。
【0017】
駆動電極振動体36の端36Bは駆動電極振動体56の端56Bと接続される。錘部40は駆動電極振動体36の端36Bと駆動電極振動体56の端56Bとに接続されている。駆動電極振動体45の端45Bは駆動電極振動体64の端64Bと接続される。錘部50は駆動電極振動体45の端45Bと駆動電極振動体64の端64Bとに接続されている。
【0018】
図1Aに示すように、固定部21の上面にはランド22〜27、53が設けられている。
【0019】
連接梁28の上面には配線パターン29とモニター電極30とが設けられている。モニター電極30は配線パターン29により固定部21の上面のランド26と電気的に接続されている。連接梁31の上面には配線パターン29が設けられている。
【0020】
屈曲部32の上面には検出電極33が設けられている。検出電極33は配線パターン29を介して固定部21の上面のランド24と電気的に接続されている。検出電極振動体34の上面には検出電極35が設けられている。検出電極35は屈曲部32の上面の検出電極33と配線パターン29とを介して固定部21の上面のランド24と電気的に接続されている。駆動電極振動体36の上面には、互いに連続的に接続された駆動電極38、39が設けられている。駆動電極38、39は配線パターン29を介して固定部21の上面のランド22と電気的に接続されている。
【0021】
検出電極振動体34の上面に設けられた検出電極35は、検出電極振動体34の端34A付近の配線パターン29から検出電極振動体34に沿って方向Y1に延び、検出電極振動体34の端34Bを超えて方向Y2に延びて駆動電極振動体36の一部までに達する。検出電極33、35は、屈曲部32の外周に繋がる検出電極振動体34の側縁に比べて屈曲部32の内周に繋がる駆動電極振動体36の側縁により近くに偏って位置する。
【0022】
駆動電極38は駆動電極振動体36の端36Aと屈曲部37との間に位置する。駆動電極38は、Y軸の方向Y1(Y2)に配列されて互いに繋がっている部分38A、38Bを有する。駆動電極38の部分38Bに比べて部分38Aは屈曲部37に近い。駆動電極38の部分38Aは屈曲部37の外周に繋がる駆動電極振動体36の側縁に比べて屈曲部37の内周に繋がる駆動電極振動体36の側縁により近くに偏って位置する。駆動電極38の部分38Bは屈曲部37の内周に繋がる駆動電極振動体36の側縁に比べて屈曲部37の外周に繋がる駆動電極振動体36の側縁のより近くに偏って位置する。このように、駆動電極38の部分38A、38Bはクランク形状を構成する。
【0023】
駆動電極39は駆動電極振動体36の端36Bと屈曲部37との間に位置する。駆動電極39は、Y軸の方向Y1(Y2)に配列されて互いに繋がっている部分39A、39Bを有する。駆動電極39の部分39Bに比べて部分39Aは屈曲部37に近い。駆動電極39の部分39Aは屈曲部37の外周に繋がる駆動電極振動体36の側縁に比べて屈曲部37の内周に繋がる駆動電極振動体36の側縁により近くに偏って位置する。駆動電極39の部分39Bは屈曲部37の内周に繋がる駆動電極振動体36の側縁に比べて屈曲部37の外周に繋がる駆動電極振動体36の側縁のより近くに偏って位置する。このように、駆動電極39の部分39A、39Bはクランク形状を構成する。
【0024】
屈曲部41の上面には検出電極42が設けられている。検出電極42は配線パターン29を介して固定部21の上面のランド25と電気的に接続されている。検出電極振動体43の上面には検出電極44が設けられている。検出電極44は検出電極42および配線パターン29を介して固定部21の上面のランド25と電気的に接続されている。駆動電極振動体45の上面には、互いに連続的に接続された駆動電極47、48が設けられている。駆動電極47は配線パターン29を介して固定部21の上面のランド22と電気的に接続されており、駆動電極48は配線パターン29を介してランド22と電気的に接続されている。
【0025】
検出電極振動体43の上面に設けられた検出電極44は、検出電極振動体43の端43A付近の配線パターン29から検出電極振動体43に沿って方向Y1に延び、検出電極振動体43の端43Bを超えて方向Y2に延びて駆動電極振動体45の一部までに達する。検出電極42、44は、屈曲部41の外周に繋がる検出電極振動体43の側縁に比べて屈曲部41の内周に繋がる駆動電極振動体45の側縁により近くに偏って位置する。
【0026】
駆動電極47は駆動電極振動体45の端45Aと屈曲部46との間に位置する。駆動電極47は、Y軸の方向Y1(Y2)に配列されて互いに繋がっている部分47A、47Bを有する。駆動電極47の部分47Bに比べて部分47Aは屈曲部46に近い。駆動電極47の部分47Aは屈曲部46の外周に繋がる駆動電極振動体45の側縁に比べて屈曲部46の内周に繋がる駆動電極振動体45の側縁により近くに偏って位置する。駆動電極47の部分47Bは屈曲部46の内周に繋がる駆動電極振動体45の側縁に比べて屈曲部46の外周に繋がる駆動電極振動体45の側縁のより近くに偏って位置する。このように、駆動電極47の部分47A、47Bはクランク形状を構成する。
【0027】
駆動電極48は駆動電極振動体45の端45Bと屈曲部46との間に位置する。駆動電極48は、Y軸の方向Y1(Y2)に配列されて互いに繋がっている部分48A、48Bを有する。駆動電極48の部分48Bに比べて部分48Aは屈曲部46に近い。駆動電極48の部分48Aは屈曲部46の外周に繋がる駆動電極振動体45の側縁に比べて屈曲部46の内周に繋がる駆動電極振動体45の側縁により近くに偏って位置する。駆動電極48の部分48Bは屈曲部46の内周に繋がる駆動電極振動体45の側縁に比べて屈曲部46の外周に繋がる駆動電極振動体45の側縁のより近くに偏って位置する。このように、駆動電極48の部分48A、48Bはクランク形状を構成する。
【0028】
屈曲部51の上面には検出電極52が設けられている。検出電極52は配線パターン29を介して固定部21の上面のランド53と電気的に接続されている。検出電極振動体54の上面には検出電極55が設けられている。検出電極55は屈曲部51の上面の検出電極52と配線パターン29とを介して固定部21の上面のランド53と電気的に接続されている。駆動電極振動体56の上面には、互いに連続的に接続された駆動電極58、59が設けられている。
【0029】
検出電極振動体54の上面に設けられた検出電極55は、検出電極振動体54の端54A付近の配線パターン29から検出電極振動体54に沿って方向Y2に延び、検出電極振動体54の端54Bを超えて方向Y1に延びて駆動電極振動体56の一部までに達する。検出電極52、55は、屈曲部51の外周に繋がる検出電極振動体54の側縁に比べて屈曲部51の内周に繋がる駆動電極振動体56の側縁により近くに偏って位置する。
【0030】
駆動電極58は駆動電極振動体56の端56Aと屈曲部57との間に位置する。駆動電極58は、Y軸の方向Y1(Y2)に配列されて互いに繋がっている部分58A、58Bを有する。駆動電極58の部分58Bに比べて部分58Aは屈曲部57に近い。駆動電極58の部分58Aは屈曲部57の外周に繋がる駆動電極振動体56の側縁に比べて屈曲部57の内周に繋がる駆動電極振動体56の側縁により近くに偏って位置する。駆動電極58の部分58Bは屈曲部57の内周に繋がる駆動電極振動体56の側縁に比べて屈曲部57の外周に繋がる駆動電極振動体56の側縁のより近くに偏って位置する。このように、駆動電極58の部分58A、58Bはクランク形状を構成する。
【0031】
駆動電極59は駆動電極振動体56の端56Aと屈曲部57との間に位置する。駆動電極59は、Y軸の方向Y1(Y2)に配列されて互いに繋がっている部分59A、59Bを有する。駆動電極59の部分59Bに比べて部分59Aは屈曲部57に近い。駆動電極59の部分59Aは屈曲部57の外周に繋がる駆動電極振動体56の側縁に比べて屈曲部57の内周に繋がる駆動電極振動体56の側縁により近くに偏って位置する。駆動電極59の部分59Bは屈曲部57の内周に繋がる駆動電極振動体56の側縁に比べて屈曲部57の外周に繋がる駆動電極振動体56の側縁のより近くに偏って位置する。このように、駆動電極59の部分59A、59Bはクランク形状を構成する。
【0032】
屈曲部60の上面には検出電極61が設けられている。検出電極61は配線パターン29を介して固定部21の上面のランド24と電気的に接続されている。検出電極振動体62の上面には検出電極63が設けられている。検出電極63は屈曲部60の上面の検出電極61と配線パターン29とを介して固定部21の上面のランド24と電気的に接続されている。駆動電極振動体64の上面には、互いに接続された駆動電極66、67が設けられている。駆動電極66は配線パターン29を介して固定部21の上面のランド22と電気的に接続されている。駆動電極67は配線パターン29を介してランド22と電気的に接続されている。
【0033】
検出電極振動体62の上面に設けられた検出電極63は、検出電極振動体64の端64A付近の配線パターン29から検出電極振動体62に沿って方向Y2に延び、検出電極振動体62の端62Bを超えて方向Y1に延びて駆動電極振動体64の一部までに達する。検出電極61、63は、屈曲部60の外周に繋がる検出電極振動体62の側縁に比べて屈曲部60の内周に繋がる駆動電極振動体64の側縁により近くに偏って位置する。
【0034】
駆動電極66は駆動電極振動体64の端64Aと屈曲部65との間に位置する。駆動電極66は、Y軸の方向Y1(Y2)に配列されて互いに繋がっている部分66A、66Bを有する。駆動電極66の部分66Bに比べて部分66Aは屈曲部65に近い。駆動電極66の部分66Aは屈曲部65の外周に繋がる駆動電極振動体64の側縁に比べて屈曲部65の内周に繋がる駆動電極振動体64の側縁により近くに偏って位置する。駆動電極66の部分66Bは屈曲部65の内周に繋がる駆動電極振動体64の側縁に比べて屈曲部65の外周に繋がる駆動電極振動体64の側縁のより近くに偏って位置する。このように、駆動電極66の部分66A、66Bはクランク形状を構成する。
【0035】
駆動電極67は駆動電極振動体64の端64Bと屈曲部65との間に位置する。駆動電極67は、Y軸の方向Y1(Y2)に配列されて互いに繋がっている部分67A、67Bを有する。駆動電極67の部分67Bに比べて部分67Aは屈曲部65に近い。駆動電極67の部分67Aは屈曲部65の外周に繋がる駆動電極振動体64の側縁に比べて屈曲部65の内周に繋がる駆動電極振動体64の側縁により近くに偏って位置する。駆動電極67の部分67Bは屈曲部65の内周に繋がる駆動電極振動体64の側縁に比べて屈曲部65の外周に繋がる駆動電極振動体64の側縁のより近くに偏って位置する。このように、駆動電極67の部分67A、67Bはクランク形状を構成する。
【0036】
上記の配線パターン29と駆動電極と検出電極とモニター電極の構造を説明する。図1Cは図1Aに示す角速度センサ1000の線1C−1Cにおける断面図である。角速度センサ1000は、センサ基部1000Aの上面に設けられた下部電極層72と、下部電極層72の上面に設けられた圧電材料よりなる圧電層73と、圧電層73を介して下部電極層72と対向するように圧電層73の上面に設けられた上部電極層74とを有する。実施の形態では、下部電極層72は白金(Pt)を含む。圧電層73はチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)よりなる。上部電極層74は、チタン(Ti)と金(Au)とを含む。配線パターン29と駆動電極と検出電極とモニター電極のそれぞれは、上部電極層74で構成されている。駆動電極と検出電極とモニター電極の幅は配線パターン29より広い。
【0037】
屈曲部32と検出電極振動体34と駆動電極振動体36と駆動電極振動体56と検出電極振動体54と屈曲部51と屈曲部60と検出電極振動体62と駆動電極振動体64と駆動電極振動体45と検出電極振動体43と屈曲部41とはこの順で連接梁28の端28Bから環状に結合する。この構成により、固定部21に対する固定部21を囲む全方向における重量バランスを確保でき、これにより、駆動電極振動体36、45、56、64を正確に駆動振動させることができるので、出力信号の精度が向上する。
【0038】
検出電極振動体34は固定部21について検出電極振動体62に対して点対称の位置に設けられるとともに、検出電極振動体54は固定部21について検出電極振動体43に対して点対称の位置に設けられる。これにより、角速度によるコリオリ力が発生した時に、検出電極振動体34、62が固定部21について互いに点対称に変形し、同様に、検出電極振動体54、43が互いに点対称に変形する。これにより、さらに出力信号の精度が向上する。
【0039】
図5に示す従来の角速度センサ500においては、検出電極振動体2、3が直接に固定部1に接続されている。したがって、検出電極振動体2、3が駆動振動しにくく、コリオリ力により発生する出力信号が小さくなる。
【0040】
実施の形態における角速度センサ1000では、検出電極振動体34、43、54、62は連接梁28、31を介して固定部21に結合し、検出電極振動体34、43、54、62が直接に固定部21に接続されていない。したがって、検出電極振動体34、43、54、62が駆動振動し易くなり、出力信号の感度が大きくなる。
【0041】
実施の形態における角速度センサ1000について、次に、その製造方法を説明する。図2Aから図2Dは角速度センサ1000の製造方法を示す斜視図である。
【0042】
まず、図2Aに示すSiからなる基材71を準備する。基材71の上面の全面に、図2Bに示すように、PtとTiの合金薄膜からなる下部電極層72を蒸着により形成する。下部電極層72は共通グランド電極として機能する。次に、図2Cに示すように、下部電極層72の上面の全面にPZT薄膜からなる圧電層73を蒸着により形成する。
【0043】
次に、図2Dに示すように、圧電層73の上面の全面にTiとAuの合金薄膜からなる上部電極層74を蒸着により形成する。その後、所定の形状になるように、下部電極層72と圧電層73と上部電極層74の不要な箇所を除去し、圧電層73の上面に上部電極層74から駆動電極38、39、47、48、58、59、66、77と検出電極33、42、52、61、35、44、55、63とモニター電極30を形成する。
【0044】
次に、下部電極層72に電圧を印加するとともに、モニター電極30と駆動電極38、39、47、48、58、59、66、77と検出電極33、42、52、61、35、44、55、63を接地することにより、圧電層73を分極する。
【0045】
次に、基材71における不要な箇所を除去することにより、個片の角速度センサ1000を形成する。
【0046】
以上のようにして製造された実施の形態における角速度センサ1000について、次にその動作を説明する。図3と図4は角速度センサ1000の動作を示す斜視図である。
【0047】
駆動電極振動体36、45、56、64に設けられた駆動電極38、39、47、48、58、59、66、67に交流電圧を印加すると、電圧の方向と分極の方向とが同一の場合には、駆動電極38、39、47、48、58、59、66、67に接する圧電層に引張応力が発生し、一方、電圧の方向と分極の方向とが反対の場合には、圧電層に圧縮応力が発生する。したがって、交流電圧の位相に応じて、図3に示すように、駆動電極振動体36、45が互いに反対の方向に速度Vで振動駆動され、駆動電極振動体56、64が互いに反対の方向に速度Vで駆動振動する。これにより、錘部40、50はX軸の互いに反対の方向に変位するように振動する。被検出物1500にZ軸を中心とする角速度ωが印加されている場合に、被検出物1500に固定部21を介して固定されている角速度センサ1000は、角速度センサ1000を設けた平面すなわち固定部21と直角なZ軸を中心軸として角速度ωで回転する。角速度センサ1000が角速度ωで回転すると、図4に示すように、検出電極振動体34、43、54、62にコリオリ力F(=2mV×ω)が発生する。コリオリ力Fにより、屈曲部32、41、51、60に曲げモーメントが発生する。角速度センサ1000は、屈曲部32の検出電極33と検出電極35に発生する電荷を固定部21上のランド24を介して外部に出力するとともに、屈曲部41の検出電極42と検出電極44に発生する電荷を固定部21上のランド25を介して外部に出力することにより、角速度ωを検出するように構成されている。また、角速度センサ1000は、屈曲部51の検出電極52と検出電極55に発生する電荷を固定部21上のランド53を介して外部に出力するとともに、屈曲部60の検出電極61と検出電極63に発生する電荷を固定部21上のランド24を介して外部に出力することによっても、角速度ωを検出することができる。
【0048】
また、実施の形態における角速度センサ1000においては、駆動電極振動体36、56の端36B、56Bに接続された錘部40と、駆動電極振動体45、64の端45B、64Bに接続された錘部50の質量によりコリオリ力Fが増加する。これにより、角速度センサ1000の出力信号の感度がさらに向上する。
【0049】
さらに、実施の形態における角速度センサ1000では、検出電極振動体34、43が連接梁28の外周側の他端28Bから互いに反対の方向X2、X1にそれぞれ延出し、検出電極振動体54、62が連接梁31の外周側の他端31Bから互いに反対の方向X2、X1にそれぞれ延出する。さらに、駆動電極振動体36、45、56、64が環状に結合する。この構造により、検出電極振動体34、43、54、62の駆動振動が角速度センサ1000の全体形状の外周側から発生する。検出電極振動体34、43、54、62と駆動電極振動体36、45、56、64が駆動振動の方向と直角なコリオリ力Fが働く方向に変位しにくいので、駆動振動を安定させることができる。
【0050】
実施の形態における角速度センサ1000においては、連接梁28、31の長手方向の長さと断面の形状とがそれぞれ略同一であるので、コリオリ力Fが働いた際に連接梁28、31の撓む量が略等しくなる。その結果、環状に結合した検出電極振動体34、43、54、62と駆動電極振動体36、45、56、64が固定部21について互いに点対称の形状を保ったまま変形するので、出力信号の精度が向上する。
【0051】
以上述べたように、角速度センサ1000は被検出物1500に印加された角速度ωを検出するように構成されている。角速度センサ1000は、固定部21と、連接梁28、31と、両持梁201、202と、駆動電極38、47(39、48、58、59、66、67)と、検出電極35、44とを備える。固定部21は被検出物1500に固定されるように構成されている。連接梁28は、固定部21に接続された一端28Aと、一端28Aの反対側の他端28Bとを有する。連接梁31は、固定部21に接続された一端31Aと、一端31Aの反対側の他端31Bとを有して、連接梁28の反対側に延びる。両持梁201は、連接梁28の他端28Bに接続された一端201Aと、連接梁31の他端31Bに接続された他端201Bとを有して、連接梁28、31と共に固定部21の一側面21Aを囲むように延びる。両持梁202は、連接梁28の他端28Bに接続された一端202Aと、連接梁31の他端31Bに接続された他端202Bとを有して、連接梁28、31と共に固定部21の一側面21Aの反対側の他側面21Bを囲むように延びる。駆動電極38(39、58、59)は両持梁201に設けられて、両持梁201を振動させるように構成されている。検出電極35は両持梁201に設けられて、両持梁201の振動を検出するように構成されている。駆動電極47(48、66、67)は両持梁202に設けられて、両持梁202を振動させるように構成されている。検出電極44は両持梁202に設けられて、両持梁202の振動を検出するように構成されている。
【0052】
角速度センサ1000は、検出電極55、63をさらに備えてもよい。検出電極55は両持梁201に設けられて、両持梁201の振動を検出するように構成されている。検出電極63は両持梁202に設けられて、両持梁202の振動を検出するように構成されている。両持梁201は、検出電極35が設けられた検出電極振動体34と、検出電極55が設けられた検出電極振動体54と、駆動電極38(58)が設けられた駆動電極振動体36(56)とを有する。検出電極振動体34は、連接梁28の他端28Bに結合する一端34Aと、端34Aの反対側の他端34Bとを有して、連接梁28の延びる長手方向Y1に延びる。検出電極振動体54は、連接梁31の他端31Bに結合する一端54Aと、端54Aの反対側の他端54Bとを有して、連接梁31の延びる長手方向Y1に延びる。駆動電極振動体36(56)は、検出電極振動体34の他端34Bに接続された一端36Aと、検出電極振動体54の他端54Bに接続された他端(56A)とを有する。両持梁202は、検出電極44が設けられた検出電極振動体43と、検出電極63が設けられた検出電極振動体62と、駆動電極47(67)が設けられた駆動電極振動体45(64)とを有する。検出電極振動体43は、連接梁28の他端28Bに結合する一端43Aと、端43Aの反対側の他端43Bとを有して、検出電極振動体34の延びる長手方向Y1に延びる。検出電極振動体62は、連接梁31の他端31Bに結合する一端62Aと、端62Aの反対側の他端62Bとを有して、検出電極振動体54の延びる長手方向Y2に延びる。駆動電極振動体45(64)は、検出電極振動体43の他端43Bに接続された一端45Aと、検出電極振動体62の他端(62B)に接続された他端64Aとを有する。
【0053】
検出電極振動体34、43、54、62は、固定部21に対して点対称の位置に設けられていてもよい。両持梁201、202が環状に結合するように、両持梁201の一端201Aと両持梁202の一端202Aとが連接梁28の他端28Bにおいて結合する。両持梁201の他端201Bと両持梁202の他端202Bとが連接梁31の他端31Bにおいて結合する。
【0054】
なお、実施の形態において、「上面」等の方向を示す用語はセンサ基部や電極等の角速度センサの構成部品の相対的な位置関係にのみ依存する相対的な方向を示し、鉛直方向等の絶対的な方向を示すものではない。
【産業上の利用可能性】
【0055】
本発明に係る角速度センサは大きな出力感度を有し、特に各種電子機器に用いられる角速度センサに使用される角速度センサとして有用である。
【符号の説明】
【0056】
21 固定部
28 連接梁(第1の連接梁)
31 連接梁(第2の連接梁)
34 検出電極振動体(第1の検出電極振動体)
35 検出電極(第1の検出電極)
36,56 駆動電極振動体(第1の駆動電極振動体)
38,39,58,59 駆動電極(第1の駆動電極)
40 錘部(第1の錘部)
43 検出電極振動体(第3の検出電極振動体)
44 検出電極(第2の検出電極)
45,64 駆動電極振動体(第2の駆動電極振動体)
47,48,66,67 駆動電極(第2の駆動電極)
50 錘部(第2の錘部)
54 検出電極振動体(第2の検出電極振動体)
55 検出電極(第3の検出電極)
62 検出電極振動体(第4の検出電極振動体)
63 検出電極(第4の検出電極)
201 両持梁(第1の両持梁)
202 両持梁(第2の両持梁)
1000 角速度センサ
1500 被検出物
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3】
【図4】
【図5】

【手続補正書】
【提出日】20150319
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0004
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0004】
駆動電極振動体6、9に設けられている駆動電極に交流電圧を印加することにより、駆動電極振動体6、9を駆動方向に速度Vで駆動振動させる。駆動電極振動体6、9が駆動振動している状態において、角速度センサ500を設けた平面と直角な方向であるZ軸を中心軸として角速度ωで角速度センサ500を回転すると、駆動電極振動体6、にコリオリ力F(=2mV×ω)が発生する。コリオリ力Fは連接梁5、8と屈曲部4、7を介して検出電極振動体2に伝わり、連接梁11、連接梁15と屈曲部10、14を介して検出電極振動体3に伝わる。これにより、角速度センサ500は、検出電極振動体2、3の上面に設けられた検出電極から角速度に応じた出力信号を出力する。しかし、角速度センサ500においては、コリオリ力Fにより発生する出力信号が小さくなる場合がある。
【国際調査報告】