JP2008058062A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】Ｙ軸回転系の捩れ振動成分の検出を実現する簡単な構造で小型の角速度センサを提供する。
【解決手段】角速度センサ１は、基部２０と、基部２０または基部２０に接続された第１の連結腕３１、第２の連結腕３２からＹ軸に平行に延出されＹ軸に直交するＸ軸方向に屈曲振動をする駆動腕４０，５０と、駆動腕４０，５０に平行な検出腕６０と、がＸＹ平面に形成される圧電振動片１０と、Ｙ軸回りの回転により与えられるコリオリ力により検出腕６０に発生する振動成分に応じて、検出信号を出力する検出手段と、が備えられている。Ｙ軸回転系の振動成分は検出腕６０の捩れ振動成分である。
【選択図】図１

Description

本発明は、角速度センサに関し、詳しくは、Ｙ軸回転系の角速度に反応して検出腕に発生する捩れ振動成分を検出信号として出力する角速度センサに関する。

回転角速度を検出する角速度センサ（ジャイロスコープと呼称することがある）は、ナビゲーションシステム、航空機や船舶の姿勢制御システム、ロボット等の姿勢制御システム、ビデオカメラやデジタルカメラの手振れ防止装置等に採用されている。これらの電子機器は小型化が要求され、それに伴い角速度センサも小型化と構成の簡素化が要求されてきている。

従来、振動子と、振動子に対して駆動振動を励振する励振手段と、振動子の回転によって振動子に発生した検出振動を検出する検出手段を備え、振動子は複数の振動系が回転軸Ｚに対して交差する所定面内に延びるように形成されているＺ軸回転系の角速度を検出する角速度センサというものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、２個の音叉を含み、２個の音叉の中央部に音叉に平行に延出される検出腕の端部が、２個の音叉の周囲に設けられる枠部に接合されて支持される角速度センサにおいて、音叉及び検出腕が展開される面の中心を回転軸として回転すると、検出腕に回転軸回りの捩れ振動成分が発生し、この捩れ振動成分を検出する角速度センサというものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−２８１３７２号公報 Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｐｔｅｎｔ ４，６５４，６６３

このような特許文献１では、複数の振動系が展開される面に対して垂直な回転軸、つまりＺ軸回転系の振動成分の検出可能な角速度センサであり、面内に回転軸を有するＸ軸回転系またはＹ軸回転系の振動成分の検出はできない。すなわち、Ｘ軸およびＹ軸回転を検出しないような構成としている。

また、上述した特許文献２では、捩れ振動成分を検出することが可能である。しかし
、検出腕を枠部に接続しているため、加速度や捩れ以外の角速度の影響を受けてノイズが入る。

本発明の目的は、上述した課題を解決することを要旨とし、Ｙ軸回転系の捩れ振動成分の検出を実現する簡単な構造で小型の角速度センサを提供することである。

本発明の角速度センサは、前記基部または前記基部に接続された連結腕からＹ軸に平行に延出されＹ軸に直交するＸ軸方向に屈曲振動をする駆動腕と、前記駆動腕に平行な検出腕と、がＸＹ平面に形成される圧電振動片と、Ｙ軸回りの回転により与えられるＺ軸方向のコリオリ力により前記検出腕に発生する振動成分に応じて、Ｙ軸回転系の検出信号を出力する検出手段と、が備えられていることを特徴とする。

この発明によれば、上述した圧電振動片の構造はＸＹ平面内に駆動腕と検出腕とを形成し、Ｙ軸回りの回転により与えられるＺ軸方向のコリオリ力により前記検出腕に発生する振動成分を検出することで、Ｙ軸回転系の角速度を検出することができる。

また、前記圧電振動片が、前記基部からＹ軸方向に延出される第１の検出腕及びマイナスＹ軸方向に延出される第２の検出腕と、前記基部からＸ軸方向に延出された第１の連結腕と、前記基部からマイナスＸ軸方向に延出された第２の連結腕と、前記第１の連結腕に連結され、Ｙ軸方向およびマイナスＹ軸方向に延出される駆動腕と、前記第２の連結腕に連結され、Ｙ軸方向およびマイナスＹ軸方向に延出される駆動腕と、を備えて構成されていることが好ましい。

このように構成される角度センサは、ＷＴ型角速度センサ（ダブルＴ型）と呼ばれる形態と同じであり、Ｚ軸回転系の角速度センサに用いられている。ＷＴ型角速度センサは駆動系と検出系を独立しているため漏れ信号が小さく、検出感度が高いことが知られており、Ｙ軸回転系の角速度の検出においても高い検出感度を実現する。

また、上述した角速度センサの構造では、前記Ｙ軸回りの回転により与えられるＺ軸方向のコリオリ力により前記第１の検出腕及び前記第２の検出腕に発生する振動成分が捩れ振動成分であることを特徴とする。

上述したような構成のＷＴ型角速度センサは、Ｚ軸回転系の振動成分を検出する角速度センサとして知られ、Ｚ軸回転系の振動成分は第１、第２の検出腕の屈曲振動成分である。従って、本発明による検出腕の捩れ振動とは振動モードが異なるため、Ｚ軸と直交するＹ軸回転系の振動成分をＺ軸回転系の検出信号の影響を最小にして検出することができる。

また、前記Ｙ軸回りの回転により与えられるＺ軸方向のコリオリ力により発生する捩れ振動が、前記基部から視認して、前記第１の検出腕の捩れ振動方向と前記第２の検出腕の捩れ振動方向が逆方向であり、それぞれの振動振幅がほぼ同じであることを特徴とする。

このようにすれば、第１の検出腕と第２の検出腕からの出力信号は逆位相となることから、二つの出力信号を合成した検出信号の信号強度は２倍となり、ノイズ（Ｓ／Ｎ比）を抑制することができることから検出感度を高める。

また、前記駆動腕と前記検出腕のそれぞれの先端に錘部が形成され、前記検出腕の錘部の幅Ｄが、前記検出腕の検出腕部の幅ｄに対して、５ｄ≦Ｄ≦１０ｄの範囲に設定されていることが好ましい。

Ｙ軸回転系の振動成分は捩れ振動成分である。従って、錘部の幅を振動部の幅よりも大きくし所定の範囲に設計することで捩れ振動を発生しやすくし検出感度を高めることができる。また、後述する検出離調周波数の調整幅を小さくでき、生産性を高めることができるという効果がある。

また、前記Ｙ軸回転系の捩れ振動成分の検出感度が、前記第１の検出腕及び前記第２の検出腕の検出離調周波数にて調整することが好ましい。
ここで、検出離調周波数とは、駆動周波数と検出周波数の差を意味する。

詳しくは後述する実施の形態にて説明するが、Ｙ軸回転系の検出の際、Ｚ軸回転系の検出信号が重畳される。また、Ｙ軸回転系感度とＺ軸回転系感度は略逆比例傾向を示す。Ｙ軸回転系感度の感度に対してＺ軸回転系感度は他軸感度であり、他軸感度はノイズである。ここで、検出離調周波数を適正な値に調整することにより、他軸感度のＹ軸回転系のＹ軸感度に与える影響度を小さくし、結果としてＹ軸回転系の検出感度を高めることができる。

また、前記検出離調周波数の調整は、前記第１の検出腕及び前記第２の検出腕それぞれの先端に設けられる錘部の質量の増減によって行われることが好ましい。

上述したＹ軸回転系の振動成分が捩れ振動成分であるため、第１、第２の検出腕よりも幅が広い錘部の質量増減により検出離調周波数の調整を効果的に行うことができる。

さらに、前記錘部の質量増減は、前記錘部の幅方向端部から中央に向かって順次行われることが望ましい。

Ｚ軸回転系では捩れ振動成分を検出している。従って、捩れ振動に影響を与えやすい検錘の幅方向端部から質量増減を行うことにより、少ない質量増減で検出離調周波数の調整を行うことができ、調整時間を短縮することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の角速度センサの構造を示し、図２は回転角速度が加わらないときの振動モード、図３はＺ軸回転系の振動モード、図４〜図６はＹ軸回転系の振動モードを示す説明図、図７は感度特性を示すグラフである。
なお、以下の説明で参照する図は、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。
（実施形態）

図１は、本発明の実施形態に係る角速度センサの構造を示す斜視図である。図１において、本実施形態の角速度センサ１は圧電振動片１０と図示しない検出手段としての検出回路と励振手段としての発振回路とから構成されている。なお、圧電振動片１０は、周知の圧電材料にて形成することが可能であるが、本実施形態では水晶振動片を例示して説明する。

圧電振動片１０はＸＹ平面内に形成される。本実施形態では、圧電振動片１０は水晶で形成され、電気軸と呼ばれるＸ軸、機械軸と呼ばれるＹ軸及び光学軸と呼ばれるＺ軸のＸ軸とＹ軸を平面方向に切り出したＺカットの水晶基板により形成されている。
圧電振動片１０の平面形状は、水晶の結晶軸に合わせてＸＹ平面に展開され、重心位置Ｇに対して１８０°点対称の形状である。

圧電振動片１０には、Ｘ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ平行な端面をもつ矩形状の基部２０が形成され、Ｙ軸に平行な基部２０の２端面の中央からＸ軸に平行に延出される第１の連結腕３１と第２の連結腕３２の先端部からＹ軸に平行な一対の駆動腕４０，５０と、Ｘ軸に平行な基部２０の２端面の中央からＹ軸に平行な直線上に延出される検出腕６０とが形成されている。駆動腕４０は、基部２０の端面からＸ軸方向に延出される第１の連結腕３１と、第１の連結腕３１に対して直交しＹ軸方向及びマイナスＹ軸方向に延出される２本の振動部４１，４２で構成されている。同様に、駆動腕５０は、基部２０からマイナスＸ軸方向に延出される第２の連結腕３２に直交しＹ軸方向及びマイナスＹ軸方向に延出される２本の振動部５１，５２で構成されている。

振動部４１，４２，５１，５２の先端にはそれぞれ、各振動部より幅の広い略四角形の錘部４３，４４，５３，５４が形成されている。

また、検出腕６０は、基部２０の２端部からＹ軸方向及びマイナスＹ軸方向の直線上に延出される検出腕部６１，６２と、検出腕部６１，６２の先端に形成される各検出腕部より幅の広い略四角形の錘部６３，６４と、から構成されている。

ここで、検出腕部６１，６２の先端に形成される錘部６３，６４の幅（Ｘ軸方向の幅を示す）は、他の錘部４３，４４，５３，５４よりも大きく設定されており、錘部６３，６４の幅をＤ、検出腕部６１，６２の幅をｄとしたとき、５ｄ≦Ｄ≦１０ｄとなるように設計される。つまり、錘部６３，６４の幅は、検出腕部６１，６２の幅ｄの５〜１０倍の範囲に設計されている。

このように錘部６３，６４を設定する理由は、後述するＹ軸回転系の角速度検出において（図４〜６、参照）、検出腕６０の捩れ振動を効率よく発生させるためである。

振動部４１，４２，５１，５２及び検出腕部６１，６２それぞれの幅方向中央には、厚み方向に凹形状の溝４５，４６，５５，５６，６５，６６が形成されている。
なお、前述の錘部４３，４４，５３，５４，６３，６４、及び溝４５，４６，５５，５６，６５，６６は、圧電振動片１０を小型化するために設けられているが、本発明を特に限定するものではない。

駆動腕４０，５０は、所定の周波数の駆動振動が発生するように、振動部４１，４２，５１，５２の幅や長さ、錘部４３，４４，５３，５４の寸法、溝４５，４６，５５，５６の寸法が設定されている。また、検出腕６０は、所定の検出振動が発生するように、検出腕部６１，６２の幅や長さ、錘部６３，６４の寸法、溝６５，６６の寸法が設定されている。

上述したような形状の圧電振動片１０は、一般にＷＴ型圧電振動片と呼称され、小型化及び高精度化に有利であるとされており、検出腕部６１，６２の幅と錘部６３，６４の幅との関係以外は、既に提案されているＷＴ型と同様な構成である。

なお、駆動腕４０，５０及び検出腕６０にはそれぞれ図示しない駆動電極、検出電極とが形成されている。これら駆動電極及び検出電極は、基部２０の裏面から図示しない検出回路、発振回路に接続されている。また、基部２０はリードまたはボンディングワイヤを介して基板に接続され、支持される。基板はパッケージ内部に固定される。このような構成とすれば、外部からの衝撃が加わった場合、リードまたはボンディングワイヤが衝撃を吸収するため、ノイズの発生を抑えることができる。また、、リードまたはボンディングワイヤを介して駆動電極及び検出電極を駆動回路や検出回路に導通させる構成としても良い。検出回路、発振回路も従来のＷＴ型圧電振動片にて採用されているものと同じ構成のものが採用される。また、各駆動電極、検出電極は重心位置Ｇに対して１８０°点対称に形成されている。

続いて、上述した本実施形態の圧電振動片１０の動作、従来のＺ軸回転系及び本実施形態のＹ軸回りの回転系（以降、単にＹ軸回転系と表すことがある）の振動モードについて説明する。
図２は、本実施形態の圧電振動片の振動モード（回転が加わらない）を模式的に示す説明図、図３はＺ軸回転系の振動モードを模式的に示す説明図である。図２，３は、振動形態を分かりやすく表現するために、駆動腕４０，５０及び検出腕６０を簡略化して線で表している。図１と同じ構成部分を同じ符号で示し、構造の説明を省略する。

まず、圧電振動片１０の静的な動作（回転加速度が加えられていないときの振動モード）について説明する。図２において、駆動振動は、振動部４１，４２，５１，５２の矢印Ａで示す屈曲振動であって、実線で示す振動姿態と、二点鎖線で示す振動姿態を所定の周波数で繰り返している。このとき、振動部４１，４２と振動部５１，５２とがバランス調整され、重心位置Ｇを通るＹ軸に対して線対称の振動を行っているので、基部２０、第１の連結腕３１、第２の連結腕３２及び検出腕部６１，６２はほとんど振動しない。

次に、Ｚ軸回りの回転角速度ωが加えられたときの動作について説明する。図３において、Ｚ軸回転系において、検出振動は、実線で示す振動姿態と、二点鎖線で示す振動姿態を繰り返している。検出振動は、圧電振動片１０が図２に示した駆動振動（屈曲振動）を行っている状態で、圧電振動片１０にＺ軸周りの回転角速度ωが加わったとき、駆動腕４０，５０に矢印Ｂで示す方向のコリオリ力が働くことによって発生する。

矢印Ｂ方向のコリオリ力が働くことにより、駆動腕４０，５０は重心位置Ｇに対して周方向の振動となる。また同時に、検出腕部６１，６２は、矢印Ｃに示すように、矢印Ｂの振動に呼応して矢印Ｂとは周方向反対向きの屈曲振動を行う。

圧電振動片１０に形成されている駆動電極と検出電極が、基部２０に形成された接続電極を経由して、検出回路及び発振回路（共に半導体装置に搭載される）に電気的に接続されている（共に図示せず）。このことにより、圧電振動片１０は、発振回路により屈曲振動し、検出腕６０から角速度に応じた検出信号を検出回路に出力する。そして、半導体装置により角速度に対応した電気信号を出力する。

Ｚ軸回転系においては、Ｚ軸に垂直なＹ軸回転系またはＸ軸回転系の検出感度は無視できる。

続いて、本実施形態におけるＹ軸回転系の動作について図面を参照して説明する。
図４〜図６は、Ｙ軸回転系の振動モードを示し、図４は斜視図、図５，６は図４の上方（矢印Ａ方向）から視認した状態を示す上側側面図である。駆動腕４０，５０が屈曲振動している状態においてＹ軸回りに回転角速度ωが加えられたときに、駆動腕４０，５０は、図４に示すようにコリオリ力によりＸ方向の屈曲振動とＺ軸方向の屈曲振動とを合成した振動モードで振動する。

つまり、コリオリ力によって、駆動腕４０は第１の連結腕３１を振動の軸として、また駆動腕５０は第２の連結腕３２を振動の軸に対してそれぞれが逆位相でＺ方向に屈曲振動する。すると、検出腕６０には、矢印Ｔ方向の捩れ振動が発生する。この捩れ振動を検出することにより角速度に応じた検出信号を検出回路に出力する。そして、半導体装置により角速度に対応した電気信号を出力する。

Ｙ軸回転系におけるコリオリ力と捩れ振動（検出振動）との関係について図５，６を参照してさらに詳しく説明する。図５は、駆動腕４０，５０が、外側方向（図中、矢印＋Ｖで表す）に振動したときを表しており、駆動腕４０はコリオリ力Ｆにより＋Ｚ方向に、駆動腕５０は−Ｚ方向に変形する。すると、検出腕６０は、コリオリ力Ｆを打ち消す方向（＋Ｔ方向）に捩れ変形する。

図６は、駆動腕４０，５０が、内側方向（図中、矢印−Ｖで表す）に振動したときを表しており、駆動腕４０はコリオリ力Ｆにより−Ｚ方向に、駆動腕５０は＋Ｚ方向に振動変形する。すると、検出腕６０は、コリオリ力Ｆを打ち消す方向（−Ｔ方向）に捩れ変形する。
このようにして、検出腕６０は、コリオリ力Ｆにより図５，６に示すように捩れ振動を繰り返し、検出信号を出力し、Ｙ軸回転系の角速度を検出することができる。
なお、Ｘ軸回転系の場合にはコリオリ力が発生しないので検出腕６０に検出信号が出力されない。

以上説明したように、Ｚ軸回転系については検出腕６０のＸ軸方向の屈曲振動を検出信号として検出可能であり、Ｙ軸回転系については検出腕６０の捩れ振動を検出信号として検出することができる。

なお、Ｙ軸（＋Ｙ軸）側の検出腕とマイナスＹ軸側の検出腕は、基部２０から視認してそれぞれが逆方向に回転振動する。従って、それぞれの検出腕は逆位相の検出信号を出力し、この検出信号を合成することにより、出力は一方の検出腕からの出力の２倍となり、検出感度を高めている。

また、Ｙ軸回転系の検出信号には、Ｚ軸回転系の検出信号がわずかであるが重畳されることが実験により確認され、Ｚ軸回転系の検出信号はＹ軸回転系の検出信号に対してノイズである。なお、Ｙ軸回りの回転のときには、Ｘ軸回転系のコリオリ力は発生しないので無視できる。

次に、ノイズとして位置付けられるＺ軸回転系の検出信号の極小化について説明を加える。Ｙ軸回転系のＹ軸感度と、Ｙ軸回転系におけるＺ軸感度を用いて説明する。Ｙ軸回転系におけるＹ軸感度に対してＺ軸感度を他軸感度と表す。また、Ｙ軸感度に対するＺ軸感度の比を他軸感度比率と表す。
図７は、感度特性を示すグラフである。横軸に検出離調周波数、左方の縦軸に検出感度（単に感度と表す）、右方の縦軸に他軸感度比率（単に感度比率と表す）を表している。

図７において、Ｙ軸感度は、検出離調周波数を０Ｈｚに近づけていくと感度が曲線的に上昇する。一方、Ｚ軸感度はＹ軸感度に逆比例方向に変化し、０Ｈｚに近づけると下降する傾向を示している。従って、他軸感度比率は直線的に変化し、検出離調周波数が概ね−１２００Ｈｚ近傍では５０％程度となり、Ｚ軸感度の影響を大きく受けることになる。

そして、本実施形態では、計算上−４０９Ｈｚ前後で他軸感度比率が極小値を示し、−４０９Ｈｚ±７３Ｈｚの範囲において、他軸感度比率を５％以下に抑制できる。他軸感度比率を５％以下とすれば、Ｙ軸回転系の角速度センサとして十分実用化に供することが可能である。

上述したように検出離調周波数を調整することにより検出感度の調整が可能であるが、図７が示すように、Ｙ軸感度とＺ軸感度とは略逆比例関係にあるので、駆動周波数に対してＺ軸回転系とＹ軸回転系の離調周波数をそれぞれ相殺するように調整すればよい。つまり、Ｙ軸回転系の離調周波数をマイナス側に、Ｚ軸回転系の離調周波数をプラス側に調整することにより、Ｙ軸回転系における他軸感度（他軸感度比率）を抑制することができる。

なお、Ｙ軸回転系の離調周波数調整は、錘部６３，６４（図１、参照）における質量の付加または除去によって行う。ここでは、質量を除去する例をあげ説明する。
錘部６３，６４の表裏両面には予めＡｕ層を形成しておく。このＡｕ層が付加質量であり、このＡｕ層をレーザを用いて所定の離調周波数になるように除去する。

この際、錘部６３，６４の幅方向外側端部または内側端部から長手方向に線状に、しかも徐々に内側端部に向かって除去していく。前述したように、Ｙ軸回転系の検出は捩れ振動成分を検出するため、捩れ振動に影響を与えやすい錘部の幅方向外側から質量除去を行えば、効率よく離調周波数調整を行える。

また、錘部６３，６４の離調周波数調整を質量除去にて行う場合には、Ａｕ層は狙いの周波数よりも検出離調周波数をマイナス方向になるように形成しておく。本実施形態においては、Ｙ軸離調周波数を例えば−８００Ｈｚ程度に設定しておき、質量除去にて−４０９Ｈｚ±７３Ｈｚの範囲に調整する。

一方、質量付加による検出離調周波数の調整については詳しい説明を省略するが、上述した質量除去の考え方を応用することで可能である。つまり、予め、Ｙ軸離調周波数をプラス側に設定しておき、錘部６３，６４にイオンプレーティングや蒸着法により質量を付加すればよい。

なお、錘部６３，６４は、それぞれの捩れ振動のバランス（検出周波数及び振幅のバランス）がとれるように質量の付加，除去をおこなう。

従って、前述した実施形態によれば、圧電振動片１０の構造はＸＹ平面内に駆動腕４０，５０と検出腕６０とを形成し、従来のＺ軸回転系の角速度センサと同様な構造で、Ｙ軸回りの回転により与えられるコリオリ力により検出腕６０に発生する振動成分を検出することができる。

また、上述したような形態の圧電振動片１０は、ＷＴ型角速度センサ（ダブルＴ型）と呼ばれる形態である。ＷＴ型角速度センサは検出感度が高いことが知られており、Ｙ軸回転系の角速度の検出においても高い検出感度を実現することができる。

また、ＷＴ型におけるＺ軸回転系の振動成分は検出腕６０の屈曲振動成分である。従って、Ｙ軸回転系の検出腕６０の捩れ振動とは振動モードが異なるため、Ｚ軸回転系の振動成分の影響を受けにくくＹ軸回転系の振動成分を精度よく検出することができる。

また、基部２０から視認して検出腕部６１の捩れ振動方向と検出腕部６２の捩れ振動方向が逆方向であり、それぞれの振動振幅をほぼ同じにしている。従って、二つの出力信号を合成した検出信号の信号強度は２倍となり、ノイズ（Ｓ／Ｎ比）を抑制することができることから検出感度を高めることができる。

さらに、Ｙ軸回転系の振動成分は捩れ振動成分であることから、検出腕６０の錘部６３，６４の幅Ｄが、検出腕部６１，６２の幅ｄに対して、５ｄ≦Ｄ≦１０ｄの範囲に設定することにより捩れ振動を発生しやすくし、また検出離調周波数の調整幅を小さくすることができる。

また、上述した圧電振動片１０の構造では、Ｙ軸回転系の検出の際、Ｚ軸回転系の検出信号が重畳される。また、Ｙ軸回転系感度とＺ軸回転系感度は略逆比例傾向を示す。Ｙ軸回転系感度の感度に対してＺ軸回転系感度（他軸感度）はノイズである。ここで、Ｙ軸回転系の検出離調周波数を他軸感度比率５％以下の適正な値に調整することにより、他軸感度のＹ軸回転系の感度に与える影響度を小さくし、結果としてＹ軸回転系の感度を高めることができる。

また、上述したＹ軸回転系の検出離調周波数の調整は、検出腕６０に設けられる錘部６３，６４の質量の増減によって行い、前記錘部の幅方向端部から中央に向かって行う。Ｙ軸回転系では検出腕６０の捩れ振動成分を検出していることから、捩れ振動に影響を与えやすい錘部の幅方向端部から質量の増減を行うことにより、少ない質量増減で検出離調周波数の調整を行い、検出感度調整を行うことができる。

なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前述した実施形態では、ＷＴ型の圧電振動片を例示して説明したが、Ｈ型と呼ばれる圧電振動片、音叉型振動片や他の形態にも応用できる。これらは、２軸の回転系のうち、一方をコリオリ力により検出腕を屈曲振動、他方を捩れ振動するように設計することで実現可能である。

従って、本発明によれば、Ｙ軸回転系の捩れ振動成分の検出を実現する簡単な構造で小型の角速度センサを提供することができる。

なお、上述した本発明による角速度センサは、各種の電子機器に搭載することができる。例えば、デジタルカメラの手振れ補正用、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の衝撃検出センサ等に応用することができる。

例えば、薄型のデジタルカメラにおいては、光学軸に対して回路基板等が垂直に配設されるため、角速度センサのＺ軸を光学軸に対して垂直に配設することは困難であるが、本発明のＹ軸回転系の検出が可能な角速度センサを搭載すれば、回路基板に対して平行に角速度センサを配設することが可能なため、デジタルカメラの薄型化を実現することができる。

本発明の実施形態に係る角速度センサの構造を示す斜視図。 本発明の実施形態に係る圧電振動片の回転加速度が加えられないときの振動モードを模式的に示す説明図。 本発明の実施形態に係るＺ軸回転系の振動モードを模式的に示す説明図。 本発明の実施形態に係るＹ軸回転系の振動モードを示す斜視図。 図４の上方（矢印Ａ方向）から視認した状態を示す上側面図。 図４の上方（矢印Ａ方向）から視認した状態を示す上側面図。 本発明の実施形態に係る感度特性を表すグラフ。

符号の説明

１…角速度センサ、１０…圧電振動片、２０…基部、４０，５０…駆動腕、６０…検出腕、６１，６２…検出腕部、６３，６４…錘部。

Claims (8)

1. 基部と、前記基部または前記基部に接続された連結腕からＹ軸に平行に延出されＹ軸に直交するＸ軸方向に屈曲振動をする駆動腕と、前記駆動腕に平行な検出腕と、がＸＹ平面に形成される圧電振動片と、
   Ｙ軸回りの回転により与えられるＺ軸方向のコリオリ力により前記検出腕に発生する振動成分に応じて、Ｙ軸回転系の検出信号を出力する検出手段と、
   が備えられていることを特徴とする角速度センサ。
2. 請求項１に記載の角速度センサにおいて、
   前記圧電振動片が、前記基部からＹ軸方向に延出される第１の検出腕及びマイナスＹ軸方向に延出される第２の検出腕と、前記基部からＸ軸方向に延出された第１の連結腕と、前記基部からマイナスＸ軸方向に延出された第２の連結腕と、前記第１の連結腕に連結され、Ｙ軸方向およびマイナスＹ軸方向に延出される駆動腕と、前記第２の連結腕に連結され、Ｙ軸方向およびマイナスＹ軸方向に延出される駆動腕と、を備えて構成されていることを特徴とする角速度センサ。
3. 請求項１または請求項２に記載の角速度センサにおいて、
   前記Ｙ軸回りの回転により与えられるＺ軸方向のコリオリ力により前記第１の検出腕及び前記第２の検出腕に発生する振動成分が捩れ振動成分であることを特徴とする角速度センサ。
4. 請求項３に記載の角速度センサにおいて、
   前記Ｙ軸回りの回転により与えられるＺ軸方向のコリオリ力により発生する捩れ振動が、前記基部から視認して、前記第１の検出腕の捩れ振動方向と前記第２の検出腕の捩れ振動方向が逆方向であり、それぞれの振動振幅がほぼ同じであることを特徴とする角速度センサ。
5. 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において、
   前記駆動腕と前記検出腕のそれぞれの先端に錘部が形成され、
   前記検出腕の錘部の幅Ｄが、前記検出腕の検出腕部の幅ｄに対して、５ｄ≦Ｄ≦１０ｄの範囲に設定されていることを特徴とする角速度センサ。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の角速度センサにおいて、
   前記Ｙ軸回転系の捩れ振動成分の検出感度が、前記第１の検出腕及び前記第２の検出腕の検出離調周波数にて調整されることを特徴とする角速度センサ。
7. 請求項６に記載の角速度センサにおいて、
   前記検出離調周波数の調整は、前記第１の検出腕及び前記第２の検出腕それぞれの先端に設けられる錘部の質量の増減によって行われることを特徴とする角速度センサ。
8. 請求項６または請求項７に記載の角速度センサにおいて、
   前記錘部の質量増減が、前記錘部の幅方向端部から中央に向かって行われることを特徴とする角速度センサ。
   

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