JP2008157748A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】、簡単な構造で高い駆動効率を有する角速度センサを提供すること。
【解決手段】本発明は、ベース部（１３）と、ベース部（１３）から延びるアーム部（１１）およびアーム部（１２）と、アーム部（１１）の表面からアーム部（１２）に相対するアーム部（１１）の側面である内側面（Ｓ１）に延伸する駆動電極（１４ｃ）と、アーム部（１１）の裏面からアーム部（１２）に相対するアーム部（１１）の側面である内側面（Ｓ１）に延伸する駆動電極（１５ｃ）と、アーム部（１２）の表面からアーム部（１１）に相対するアーム部（１２）の側面である内側面（Ｓ２）に延伸する駆動電極（１４ｄ）と、アーム部（１２）の裏面からアーム部（１１）に相対するアーム部（１２）の側面である内側面（Ｓ２）に延伸する駆動電極（１５ｄ）と、を有する音叉型振動子を具備する角速度センサである。
【選択図】 図３

Description

本発明は、角速度センサに関し、より詳細には音叉型振動子を有する角速度センサに関する。

角速度センサは回転時の角速度を検知するセンサであり、カメラの手ぶれ防止やカーナビゲーションなどのシステム、自動車やロボットの姿勢制御システムなどに利用されている。例えば、特許文献１には、音叉型振動子を用いた角速度センサが開示されており、２つの音叉型振動子を、発生電荷が逆符号になるように直接接合で貼り合わせ、電極構成により駆動効率を向上する構造を有する角速度センサが開示されている。
特開２００１−１６５６６４号公報

角速度センサの小型化に伴い、音叉型振動子も小型化が進んでいる。音叉型振動子が小型になると、駆動効率が低下するという課題が生じる。駆動効率が低下すると、駆動振動での振幅が小さくなり、角速度が印加された場合にコリオリ力により発生する検出振動での振幅も相対的に小さくなるため、角速度を検知し難くなる。

例えば、特許文献１に係る角速度センサは発生電荷が逆符号になるように貼り合わせる接合工程が必要となり、製造工程数が増え製造コストが上がるという課題や接合工程での接合ずれにより駆動効率が低下するという課題が生じる。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、簡単な構造で高い駆動効率を有する角速度センサを提供することを目的とする。

本発明は、ベース部と、前記ベース部から延びる複数のアーム部と、前記複数のアーム部のうち少なくとも１つのアーム部の表面および裏面から側面にかけて設けられた１対の駆動電極と、を有する音叉型振動子を具備することを特徴とする角速度センサである。本発明によれば、アーム部内に生じる電界の電界密度を高めることにより、簡単な構造で高い駆動効率を有する角速度センサを提供することができる。

上記構成において、前記１対の駆動電極は前記複数のアーム部のうち２つ以上のアーム部それぞれに設けられている構成とすることができる。また、上記構成において、前記１対の駆動電極は前記複数のアーム部のうち互いに駆動振動する２つのアーム部それぞれに設けられている構成とすることができる。この構成によれば、複数のアーム部における駆動効率を向上させることができる。

上記構成において、前記１対の駆動電極は前記２つのアーム部が互いに相対する側面である内側面にかけて設けられている構成とすることができる。この構成によれば、駆動効率を向上させることができ、駆動振動時のインピーダンスやあおり振動を改善することができる。

上記構成において、前記１対の駆動電極は前記２つのアーム部が互いに相対する側面の反対の側面である外側面にかけて設けられている構成とすることができる。この構成によれば、駆動効率を向上させることができ、駆動振動時のインピーダンスやあおり振動を改善することができる。

上記構成において、前記２つのアーム部それぞれに設けられた前記１対の駆動電極それぞれに駆動信号を印加することにより、前記２つのアーム部それぞれに生じる電界が互いに同じ方向を向いている構成とすることができる。この構成によれば、駆動振動を得ることができる。

上記構成において、前記２つのアーム部それぞれに２組の前記１対の駆動電極が設けられ、前記２組のうち一方の前記１対の駆動電極は前記２つのアーム部が互いに相対する側面である内側面にかけて設けられ、前記２組のうち他方の前記１対の駆動電極は前記２つのアーム部が互いに相対する側面の反対の側面である外側面にかけて設けられている構成とすることができる。この構成によれば、駆動効率をさらに向上させることができ、駆動振動時のインピーダンスやあおり振動をさらに改善することができる。

上記構成において、前記２つのアーム部それぞれに設けられた前記２組の１対の駆動電極に駆動信号を印加することにより、前記２つのアーム部それぞれに生じる前記内側面側の電界同士は同じ方向を向いており、前記外側面側の電界同士は同じ方向を向いており、前記内側面側の電界と前記外側面側の電界とは反対の方向を向いている構成とすることができる。この構成によれば、駆動振動を得ることができる。

上記構成において、前記ベース部および前記複数のアーム部は単板の圧電単結晶である構成とすることができる。この構成によれば、簡単な構造の音叉型共振子を得ることができる。

本発明によれば、アーム部内の電界密度を高めることにより、簡単な構造で高い駆動効率を有する角速度センサを提供することができる。

まず、図１（ａ）および図１（ｂ）を用いて、音叉型振動子の駆動振動と検出振動について説明する。図１（ａ）を参照に、音叉型振動子の駆動電極（図示せず）に駆動信号を印加することによりアーム部１１および１２が互いに開閉するような振動が発生する。この振動はＸ軸に平行な振動である。このような振動を駆動振動という。ここでＹ軸に対して角速度が印加されると、コリオリ力により図１（ｂ）のようにアーム部１１および１２が前後に振動する。この振動はＺ軸に平行な振動である。このような振動を検出振動という。検出電極（図示せず）がこの検出振動を検出することによりＹ軸を中心とした角速度を検知することができる。なお、音叉型振動子のアーム部１１および１２の長手方向をＹ軸、幅方向をＸ軸、厚み方向をＺ軸とする（以下において同じ）。

以下、この駆動振動の効率を向上することができる実施例について図面を参照に説明する。

実施例１は２本のアーム部からなる音叉型振動子を有する角速度センサの例である。図２（ａ）は比較例１に係る角速度センサの音叉型振動子の表面の斜視図であり、図２（ｂ）は裏面の斜視図である。図３（ａ）は実施例１に係る角速度センサの音叉型振動子の表面の斜視図であり、図３（ｂ）は裏面の斜視図である。なお、音叉型振動子の表面とは音叉型振動子のＸ−Ｙ面のことをいい、音叉型振動子の裏面とは音叉型振動子の表面と反対の面のＸ−Ｙ面のことをいう（以下において同じ）。

図２（ａ）および図２（ｂ）を参照に、ベース部１３から延びる２本のアーム部１１および１２を有している。アーム部１１には検出電極１１ａ、１１ｂ、１１ｃが設けられている。検出電極１１ａと１１ｂとは電極１１ｄで接続されている。検出電極１１ａには引き出し電極１１ｆが設けられている。検出電極１１ｃはアーム部１１の側面に設けられ引き出し電極１１ｅに接続されている。同様に、アーム部１２には検出電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃが設けられている。検出電極１２ａと１２ｂとは電極１２ｄで接続されている。検出電極１２ａには引き出し電極１２ｆが設けられている。検出電極１２ｃはアーム部１２の側面に設けられ引き出し電極１２ｅに接続されている。ベース部１３とアーム部１１および１２との表面には駆動電極１４ａが設けられ引き出し電極１４ｂに接続されている。同様に、裏面には駆動電極１５ａが設けられ引き出し電極１５ｂに接続されている。ここで、アーム部１１および１２の表面に設けられた駆動電極１４ａを駆動電極１４ｃおよび１４ｄとし、アーム部１１および１２の裏面に設けられた駆動電極１５ａを駆動電極１５ｃおよび１５ｄとする（以下において同じ）。なお、ベース部１３とアーム部１１および１２とはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）からなる圧電単結晶により形成されている。検出電極および駆動電極はニッケル（Ｎｉ）とクロム（Ｃｒ）の合金膜を下地層に金（Ａｕ）からなる金属膜により形成されている。

図３（ａ）および図３（ｂ）を参照に、アーム部１１の表面に設けられた駆動電極１４ｃはアーム部１２に相対するアーム部１１の側面Ｓ１に延伸し、アーム部１２の表面に設けられた駆動電極１４ｄはアーム部１１に相対するアーム部１２の側面Ｓ２に延伸している。同様に、アーム部１１の裏面に設けられた駆動電極１５ｃはアーム部１２に相対するアーム部１１の側面Ｓ１に延伸し、アーム部１２の裏面に設けられた駆動電極１５ｄはアーム部１１に相対するアーム部１２の側面Ｓ２に延伸している。その他の構成については比較例１と同じであり図２（ａ）および図２（ｂ）に示しているので説明を省略する。また、駆動電極１４ｃと１５ｃとで１対の駆動電極を、駆動電極１４ｄと１５ｄとで１対の駆動電極を構成している。なお、アーム部１１の側面Ｓ１およびアーム部１２の側面Ｓ２をアーム部１１および１２の内側面という。

また、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すベース部１３とアーム部１１および１２との表面および裏面の電極パターンは、ベース部１３とアーム部１１および１２との表面および裏面に垂直に光を照射する垂直露光により形成される。さらに、アーム部１１および１２の側面とアーム部１１および１２の表面および裏面とアーム部１１および１２の側面とのエッジ部分の電極パターンは垂直露光に対して一定の角度で斜めに光を照射する斜め露光により形成される。

図４（ａ）は比較例１に係る角速度センサの音叉型振動子に駆動電源１９を接続した場合の模式図である。なお、音叉型振動子は図２（ａ）のＡの断面をベース部１３の反対側から見たＸ−Ｚ断面図を示している。同様に、図４（ｂ）は実施例１に係る角速度センサの音叉型振動子に駆動電源１９を接続した場合の模式図であり、音叉型振動子は図３（ａ）のＡの断面をベース部１３の反対側から見たＸ−Ｚ断面図を示している。なお、図４（ａ）および図４（ｂ）中の矢印は電界の向きを示している（以下において同じ）。

図４（ａ）を参照に、アーム部１１表面の駆動電極１４ｃおよびアーム部１２表面の駆動電極１４ｄに正の駆動信号が、アーム部１１裏面の駆動電極１５ｃおよびアーム部１２裏面の駆動電極１５ｄに負の駆動信号が印加されている。このため、アーム部１１内に駆動電極１４ｃから１５ｃに向かう電界が、アーム部１２内に駆動電極１４ｄから１５ｄに向かう電界が発生する。これにより、アーム部１１および１２は互いに開閉するような駆動振動を行う。なお、駆動信号は交流信号であるため駆動電極に印加される駆動信号の正負の符号は時間と共に変化する。

図４（ｂ）を参照に、図４（ａ）と同様にアーム部１１表面の駆動電極１４ｃおよびアーム部１２表面の駆動電極１４ｄに正の駆動信号が、アーム部１１裏面の駆動電極１５ｃおよびアーム部１２裏面の駆動電極１５ｄに負の駆動信号が印加されている。このため、アーム部１１内に駆動電極１４ｃから１５ｃに向かう電界が、アーム部１２内に駆動電極１４ｄから１５ｄに向かう電界が発生する。つまり、互いに駆動振動する２つのアーム部１１および１２それぞれに設けられた１対の駆動電極１４ｃと１５ｃおよび１４ｄと１５ｄそれぞれに駆動信号を印加することにより、２つのアーム部１１および１２それぞれに生じる電界が互いに同じ方向を向いている。このため、アーム部１１および１２は互いに開閉するような駆動振動を行う。

表１は比較例１に係る角速度センサの音叉型振動子と実施例１に係る角速度センサの音叉型振動子との駆動インピーダンスの実験結果を比較例１で基準化して示している。音叉型振動子は圧電材料であり誘電体であるためインピーダンスは非常に大きいが、音叉型振動子が駆動振動を行うと駆動インピーダンスは小さくなる。しかしながら、この駆動振動が妨げられると駆動インピーダンスは大きくなる。つまり、駆動信号に対して効率よく駆動振動をしていれば駆動インピーダンスは小さくなる。

表１を参照に、比較例１の駆動インピーダンスを１００％とした場合、実施例１の駆動インピーダンスは９０％となり、実施例１は比較例１に比べて駆動インピーダンスを１０％改善することができる。

実施例１は図４（ｂ）のように、アーム部１１に設けられた１対の駆動電極である１４ｃと１５ｃとにおいて、駆動電極１４ｃはアーム部１１の表面からアーム部１１の内側面Ｓ１にかけて設けられ、駆動電極１５ｃはアーム部１１の裏面からアーム部１１の内側面Ｓ１にかけて設けられている。同様に、アーム部１２に設けられた１対の駆動電極である１４ｄと１５ｄとにおいて、駆動電極１４ｄはアーム部１２の表面からアーム部１２の内側面Ｓ２にかけて設けられ、駆動電極１５ｄはアーム部１２の裏面からアーム部１２の内側面Ｓ２にかけて設けられている。つまり、アーム部１１および１２に設けられた１対の駆動電極１４ｃと１５ｃおよび１４ｄと１５ｄはアーム部１１および１２の表面および裏面から２つのアーム部１１および１２が互いに相対する側面である内側面Ｓ１およびＳ２にかけて設けられている。

よって、比較例１は図４（ａ）のように、アーム部１１および１２の表面からアーム部１１および１２の裏面に向かう電界Ｅ１のみ発生していたが、実施例１では図４（ｂ）のように、アーム部１１および１２の表面からアーム部１１および１２の裏面に向かって発生する電界Ｅ１にアーム部１１および１２の内側面Ｓ１およびＳ２により発生する電界Ｅ２が加わる。このため、アーム部１１および１２内に発生する電界の電界密度を比較例１より高くすることができる。よって、実施例１は比較例１に比べてアーム部１１および１２の駆動信号に対する駆動振動の効率、つまり駆動効率を向上させることができる。このため、駆動インピーダンスが改善される。駆動インピーダンスを改善することは、圧電ジャイロ等において感度が上がることにつながる。よって、実施例１は駆動電極の配置を変更するという簡易な構成で圧電ジャイロ等の感度を向上させることができる。

図５は音叉型振動子の駆動振動時のあおり振動を説明するための図である。図５を参照に、音叉型振動子の駆動電極（図示せず）に駆動信号を印加することによりアーム部１１および１２が互いに開閉するようなＸ軸方向を主変位とする駆動振動が発生する。駆動振動でのアーム部１１および１２の変位をＵｘとする。この駆動振動時に、アーム部１１および１２の厚み方向であるＺ軸方向にアーム部１１および１２が撓む振動が発生する。この振動のことをあおり振動という。あおり振動でのアーム部１１および１２の変位をＵｚとする。あおり振動はＺ軸方向を主変位とする振動なため、駆動振動の効率が悪くなり駆動インピーダンスが増加したり、検出振動と同方向の振動なため角速度の誤検出の基になったりする。

表２は比較例１に係る角速度センサの音叉型振動子と実施例１に係る角速度センサの音叉型振動子とのあおり振動のシミュレーション結果を示している。表２を参照に、駆動振動の変位Ｕｘに対するあおり振動の変位Ｕｚ（Ｕｚ／Ｕｘ）は、比較例１では０．０２３であるのに対して実施例１では０．０１６となっている。これを比較例１で基準化すれば、比較例１の１００％に対して実施例１は６８％となり、実施例１は比較例１に比べて３２％の改善が図れている。

実施例１は駆動効率を向上させることができるため、同じ大きさの駆動信号を印加した場合、駆動振動でのアーム部１１および１２の変位Ｕｘが大きくなる。したがって、表２に示すように、駆動振動の変位Ｕｘに対するあおり振動の変位Ｕｚ（Ｕｚ／Ｕｘ）を改善することができる。これにより、駆動インピーダンスの増加や角速度の誤検出を防ぐことができる。

実施例１によれば、ベース部１３とアーム部１１および１２とはニオブ酸リチウムである単板の圧電単結晶からなる簡単な構造をしている。このため、特許文献１に係る角速度センサのような２つの音叉型振動子を直接接合で貼り合わせるといった工程が不要であるため製造コストを低減することができ、また、接合がないため接合ずれによる駆動効率の低下が生じることもない。さらに、ニオブ酸リチウム以外にもタンタル酸リチウム等単板の圧電単結晶であれば、同じ効果を得ることができる。

実施例１において、１対の駆動電極１４ｃおよび１５ｃがアーム部１１に設けられ、１対の駆動電極１４ｄおよび１５ｄがアーム部１２に設けられている場合、つまり、１対の駆動電極１４ｃと１５ｃおよび１４ｄと１５ｄは互いに駆動振動する２つのアーム部１１および１２それぞれに設けられている場合を例に示したが、これに限らず、駆動振動を行うことができるため、１対の駆動電極が互いに駆動振動する２つのアーム部のどちらか一方に設けられている場合でもよい。しかしながら、１対の駆動電極が互いに駆動振動する２つのアーム部それぞれに設けられている場合は駆動振動の振幅のバランスがよいので好ましい。

また、実施例１において、図３（ａ）のように、アーム部１１の表面に設けられた駆動電極１４ｃとアーム部１１の内側面Ｓ１に設けられた駆動電極１４ｃとは接続部Ｂ全体で接続している場合を例に示したが、接続部Ｂの一部で接続している場合でもよい。この場合においても、電界密度を高くすることができ、駆動効率を向上させることができる。駆動電極１４ｄ、１５ｃおよび１５ｄにおいても同じである。

図６（ａ）は実施例１の変形例１に係る角速度センサの音叉型振動子の表面の斜視図であり、図６（ｂ）は裏面の斜視図である。なお、アーム部１１および１２に設けられた駆動電極および検出電極のみ図示しており、その他の電極は図示を省略している。図６（ｃ）は実施例１の変形例１に係る角速度センサの音叉型振動子に駆動電源１９を接続した場合の模式図である。音叉型振動子は図６（ａ）のＡの断面をベース部１３の反対側から見た断面図を示している。

図６（ａ）および図６（ｂ）を参照に、アーム部１１に検出電極１１ａ、１１ｂ、１１ｃおよび駆動電極１４ｃ、１５ｃが設けられている。同様に、アーム部１２に検出電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび駆動電極１４ｄ、１５ｄが設けられている。

アーム部１１の表面に設けられた駆動電極１４ｃはアーム部１１の表面からアーム部１２に相対する側面の反対のアーム部１１の側面Ｓ３に延伸し、アーム部１１の裏面に設けられた駆動電極１５ｃはアーム部１１の裏面からアーム部１２に相対する側面の反対のアーム部１１の側面Ｓ３に延伸している。同様に、アーム部１２の表面に設けられた駆動電極１４ｄはアーム部１２の表面からアーム部１１に相対する側面の反対のアーム部１２の側面Ｓ４に延伸し、アーム部１２の裏面に設けられた駆動電極１５ｄはアーム部１２の裏面からアーム部１１に相対する側面の反対のアーム部１２の側面Ｓ４に延伸している。つまり、１対の駆動電極１４ｃと１５ｃおよび１４ｄと１５ｄは互いに駆動振動する２つのアーム部１１および１２が互いに相対する側面の反対の側面である外側面Ｓ３およびＳ４にかけて設けられている。なお、アーム部１１の側面Ｓ３およびアーム部１２の側面Ｓ４をアーム部１１および１２の外側面という。

図６（ｃ）を参照に、アーム部１１表面の駆動電極１４ｃおよびアーム部１２表面の駆動電極１４ｄに正の駆動信号が、アーム部１１裏面の駆動電極１５ｃおよびアーム部１２裏面の駆動電極１５ｄに負の駆動信号が印加されている。このため、アーム部１１内に駆動電極１４ｃから１５ｃに向かう電界が、アーム部１２内に駆動電極１４ｄから１５ｄに向かう電界が発生する。つまり、互いに駆動振動する２つのアーム部１１および１２それぞれに設けられた１対の駆動電極それぞれに駆動信号を印加することにより、２つのアーム部１１および１２それぞれに生じる電界が互いに同じ方向を向いている。このため、アーム部１１および１２は互いに駆動振動を行う。

実施例１の変形例１は、図６（ａ）および図６（ｂ）のように１対の駆動電極は互いに駆動振動する２つのアーム部１１および１２が互いに相対する側面の反対の側面である外側面Ｓ３およびＳ４にかけて設けられている。これにより、実施例１と同様にアーム部１１および１２内に発生する電界の電界密度が比較例１より高くなり、アーム部１１および１２の駆動効率を向上させることができる。

実施例１の変形例１も駆動効率の改善が図れるため、実施例１と同様に、駆動インピーダンスや駆動振動の変位Ｕｘに対するあおり振動の変位Ｕｚ（Ｕｚ／Ｕｘ）を改善することができる。

実施例２は４本のアーム部からなる音叉型振動子を有する角速度センサにおいて、音叉型振動子の内側２本のアーム部が駆動振動する場合の例である。図７（ａ）は実施例２に係る角速度センサの音叉型振動子の表面の斜視図であり、図７（ｂ）は裏面の斜視図である。なお、アーム部２２および２３に設けられた駆動電極および検出電極のみ図示しており、その他の電極は図示を省略している。図７（ｃ）は実施例２に係る角速度センサの音叉型振動子に駆動電源１９を接続した場合の模式図である。音叉型振動子は図７（ａ）のＡの断面をベース部１３の反対側から見た断面図を示している。

図７（ａ）および図７（ｂ）を参照に、ベース部１３から延びる４本のアーム部２１、２２、２３、２４を有している。アーム部２２および２３は実施例１に係る角速度センサの音叉型振動子のアーム部１１および１２と同じ駆動電極および検出電極の電極パターンを有している。

図７（ｃ）を参照に、実施例１と同様に駆動電極１４ｃおよび１４ｄに正の駆動信号が、駆動電極１５ｃおよび１５ｄに負の駆動信号が印加されている。このため、アーム部２２および２３は互いに駆動振動を行う。また、アーム部２２および２３の駆動振動のカウンターバランスを取る様に、アーム部２１および２４も駆動振動を行う。アーム部２２および２３を一対とする駆動振動と、アーム部２１および２４を一対とする駆動振動は、互いに逆位相で駆動振動を行う。

図８（ａ）は実施例２の変形例１に係る角速度センサの音叉型振動子の表面の斜視図であり、図８（ｂ）は裏面の斜視図である。なお、アーム部２２および２３に設けられた駆動電極および検出電極のみ図示しており、その他の電極は図示を省略している。図８（ｃ）は実施例２の変形例１に係る角速度センサの音叉型振動子に駆動電源１９を接続した場合の模式図である。音叉型振動子は図８（ａ）のＡの断面をベース部１３の反対側から見た断面図を示している。

図８（ａ）および図８（ｂ）を参照に、アーム部２２および２３は実施例１の変形例１に係る角速度センサの音叉型振動子のアーム部１１および１２と同じ駆動電極および検出電極の電極パターンを有している。

図８（ｃ）を参照に、実施例１の変形例１と同様に駆動電極１４ｃおよび１４ｄに正の駆動信号が、駆動電極１５ｃおよび１５ｄに負の駆動信号が印加されている。このため、アーム部２２および２３は互いに駆動振動を行う。また、アーム部２２および２３の駆動振動のカウンターバランスを取る様に、アーム部２１および２４も駆動振動を行う。アーム部２２および２３を一対とする駆動振動と、アーム部２１および２４を一対とする駆動振動は、互いに逆位相で駆動振動を行う。

図９（ａ）は実施例２の変形例２に係る角速度センサの音叉型振動子の表面の斜視図であり、図９（ｂ）は裏面の斜視図である。なお、アーム部２１、２２、２３、２４に設けられた駆動電極および検出電極のみ図示しており、その他の電極は図示を省略している。図９（ｃ）は実施例２の変形例２に係る角速度センサの音叉型振動子に駆動電源１９を接続した場合の模式図である。音叉型振動子は図９（ａ）のＡの断面をベース部１３の反対側から見た断面図を示している。

図９（ａ）および図９（ｂ）を参照に、アーム部２１には検出電極２１ａから２１ｄが設けられ、アーム部２２には駆動電極２２ａから２２ｄが設けられ、アーム部２３には駆動電極２３ａから２３ｄが設けられ、アーム部２４には検出電極２４ａから２４ｄが設けられている。

アーム部２２の表面に設けられた駆動電極２２ａはアーム部２２の表面からアーム部２３に相対するアーム部２２の側面Ｓ５に延伸し、駆動電極２２ｃはアーム部２２の表面からアーム部２３に相対する側面の反対のアーム部２２の側面Ｓ７に延伸している。アーム部２２の裏面に設けられた駆動電極２２ｂはアーム部２２の裏面からアーム部２３に相対するアーム部２２の側面Ｓ５に延伸し、駆動電極２２ｄはアーム部２２の裏面からアーム部２３に相対する側面の反対のアーム部２２の側面Ｓ７に延伸している。駆動電極２２ａと２２ｂとで１対の駆動電極を、駆動電極２２ｃと２２ｄとで１対の駆動電極をなし、これにより、２組の１対の駆動電極を構成している。同様に、アーム部２３の表面に設けられた駆動電極２３ａはアーム部２３の表面からアーム部２２に相対するアーム部２３の側面Ｓ６に延伸し、駆動電極２３ｃはアーム部２３の表面からアーム部２２に相対する側面の反対のアーム部２３の側面Ｓ８に延伸している。アーム部２３の裏面に設けられた駆動電極２３ｂはアーム部２３の裏面からアーム部２２に相対するアーム部２３の側面Ｓ６に延伸し、駆動電極２３ｄはアーム部２３の裏面からアーム部２２に相対する側面の反対のアーム部２３の側面Ｓ８に延伸している。駆動電極２３ａと２３ｂとで１対の駆動電極を、駆動電極２３ｃと２３ｄとで１対の駆動電極をなし、これにより、２組の１対の駆動電極を構成している。なお、アーム部２２の側面Ｓ５およびアーム部２３の側面Ｓ６を内側面、アーム部２２の側面Ｓ７およびアーム部２３の側面Ｓ８を外側面という。

図９（ｃ）を参照に、アーム部２２表面の駆動電極２２ａおよびアーム部２３表面の駆動電極２３ａに正の駆動信号が、アーム部２２裏面の駆動電極２２ｂおよびアーム部２３裏面の駆動電極２３ｂに負の駆動信号が印加されている。アーム部２２表面の駆動電極２２ｃおよびアーム部２３表面の駆動電極２３ｃには負の駆動信号が、アーム部２２裏面の駆動電極２２ｄおよびアーム部２３裏面の駆動電極２３ｄには正の駆動信号が印加されている。これらより、アーム部２２内では駆動電極２２ａから２２ｂに向かう電界と駆動電極２２ｄから２２ｃに向かう電界が、アーム部２３内では駆動電極２３ａから２３ｂに向かう電界と駆動電極２３ｄから２３ｃに向かう電界が発生する。つまり、２つのアーム部２２および２３それぞれに生じる内側面Ｓ５およびＳ６側の電界同士は互いに同じ方向を向いており、外側面Ｓ７およびＳ８側の電界同士は互いに同じ方向を向いており、内側面Ｓ５およびＳ６側の電界と外側面Ｓ７およびＳ８側の電界とは反対の方向を向いている。このため、アーム部２２および２３は互いに駆動振動を行う。また、アーム部２２および２３の駆動振動のカウンターバランスを取る様に、アーム部２１および２４も駆動振動を行う。アーム部２２および２３を一対とする駆動振動と、アーム部２１および２４を一対とする駆動振動は、互いに逆位相で駆動振動を行う。

実施例２の変形例２において、図９（ａ）および図９（ｂ）のように、アーム部２２に設けられた２組の１対の駆動電極のうち一方の１対の駆動電極２２ａと２２ｂはアーム部２２の内側面Ｓ５にかけて設けられており、他方の１対の駆動電極２２ｃと２２ｄはアーム部２２の外側面Ｓ７にかけて設けられている。同様に、アーム部２３に設けられた２組の１対の駆動電極のうち一方の１対の駆動電極２３ａと２３ｂはアーム部２３の内側面Ｓ６にかけて設けられ、他方の１対の駆動電極２３ｃと２３ｄはアーム部２３の外側面Ｓ７にかけて設けられている。つまり、アーム部２２および２３それぞれに設けられた２組の１対の駆動電極がアーム部２２および２３それぞれの内側面と外側面の両方にかけて設けられている。よって、実施例２および実施例２の変形例１に比べて、アーム部２２および２３の側面からより多くの電界が発生する。このため、アーム部２２および２３内に発生する電界の電界密度を実施例２および実施例２の変形例１よりさらに高くすることができ、アーム部２２および２３の駆動効率をさらに向上させることができる。

実施例２の変形例２によれば、実施例２および実施例２の変形例１よりも駆動効率を向上させることができるため、実施例２および実施例２の変形例１よりも駆動インピーダンスや駆動振動の変位Ｕｘに対するあおり振動の変位Ｕｚ（Ｕｚ／Ｕｘ）を改善することができる。

実施例３は４本のアーム部からなる音叉型振動子を有する角速度センサにおいて、音叉型振動子の外側２本のアーム部が駆動振動する場合の例である。図１０（ａ）は実施例３に係る角速度センサの音叉型振動子の表面の斜視図であり、図１０（ｂ）は裏面の斜視図である。なお、アーム部３１および３４に設けられた駆動電極および検出電極のみ図示しており、その他の電極は図示を省略している。図１０（ｃ）は実施例３に係る角速度センサの音叉型振動子に駆動電源１９を接続した場合の模式図である。音叉型振動子は図１０（ａ）のＡの断面をベース部１３の反対側から見た断面図を示している。

図１０（ａ）および図１０（ｂ）を参照に、ベース部１３から延びる４本のアーム部３１、３２、３３、３４を有している。アーム部３１および３４は実施例１に係る角速度センサの音叉型振動子のアーム部１１および１２と同じ駆動電極および検出電極の電極パターンを有している。なお、アーム部３１と３４との間にアーム部３２と３３とが存在するが、駆動電極１４ｃ、１５ｃが設けられているアーム部３１の側面を内側面とし、同様に駆動電極１４ｄ、１５ｄが設けられているアーム部３４の側面を内側面とする。また、アーム部３１およびアーム部３２の内側面に反対の側面を外側面とする。

図１０（ｃ）を参照に、実施例１と同様に駆動電極１４ｃおよび１４ｄに正の駆動信号が、駆動電極１５ｃおよび１５ｄに負の駆動信号が印加されている。このため、アーム部３１および３４は互いに駆動振動を行う。また、アーム部３１および３４の駆動振動のカウンターバランスを取る様に、アーム部３２および３３も駆動振動を行う。アーム部３１および３４を一対とする駆動振動と、アーム部３２および３３を一対とする駆動振動は、互いに逆位相で駆動振動を行う。

図１１（ａ）は実施例３の変形例１に係る角速度センサの音叉型振動子の表面の斜視図であり、図１１（ｂ）は裏面の斜視図である。なお、アーム部３１および３４に設けられた駆動電極および検出電極のみ図示しており、その他の電極は図示を省略している。図１１（ｃ）は実施例３の変形例１に係る角速度センサの音叉型振動子に駆動電源１９を接続した場合の模式図である。音叉型振動子は図１１（ａ）のＡの断面をベース部１３の反対側から見た断面図を示している。

図１１（ａ）および図１１（ｂ）を参照に、アーム部３１および３４は実施例１の変形例１の角速度センサに係る音叉型振動子のアーム部１１および１２と同じ駆動電極および検出電極の電極パターンを有している。

図１１（ｃ）を参照に、実施例１の変形例１と同様に駆動電極１４ｃおよび１４ｄに正の駆動信号が、駆動電極１５ｃおよび１５ｄに負の駆動信号が印加されている。このため、アーム部３１および３４は互いに駆動振動を行う。また、アーム部３１および３４の駆動振動のカウンターバランスを取る様に、アーム部３２および３３も駆動振動を行う。アーム部３１および３４を一対とする駆動振動と、アーム部３２および３３を一対とする駆動振動は、互いに逆位相で駆動振動を行う。

図１２（ａ）は実施例３の変形例２に係る角速度センサの音叉型振動子の表面の斜視図であり、図１２（ｂ）は裏面の斜視図である。なお、アーム部３１、３２、３３、３４に設けられた駆動電極および検出電極のみ図示しており、その他の電極は図示を省略している。図１２（ｃ）は実施例３の変形例２に係る角速度センサの音叉型振動子に駆動電源１９を接続した場合の模式図である。音叉型振動子は図１２（ａ）のＡの断面をベース部１３の反対側から見た断面図を示している。

図１２（ａ）および図１２（ｂ）を参照に、アーム部３１および３４は実施例２の変形例２に係る角速度センサの音叉型振動子のアーム部２２および２３と同じ駆動電極の電極パターンをしている。アーム部３２および３３は実施例２の変形例２に係る角速度センサの音叉型振動子のアーム部２１および２４と同じ検出電極の電極パターンを有している。

図１２（ｃ）を参照に、実施例２の変形例２と同様にアーム部３１表面の駆動電極２２ａおよびアーム部３４表面の駆動電極２３ａに正の駆動信号が、アーム部３１裏面の駆動電極２２ｂおよびアーム部３４裏面の駆動電極２３ｂに負の駆動信号が印加されている。アーム部３１表面の駆動電極２２ｃおよびアーム部３４表面の駆動電極２３ｃには負の駆動信号が、アーム部３１裏面の駆動電極２２ｄおよびアーム部３４裏面の駆動電極２３ｄには正の駆動信号が印加されている。このため、アーム部３１および３４は互いに駆動振動を行う。また、アーム部３１および３４の駆動振動のカウンターバランスを取る様に、アーム部３２および３３も駆動振動を行う。アーム部３１および３４を一対とする駆動振動と、アーム部３２および３３を一対とする駆動振動は、互いに逆位相で駆動振動を行う。

実施例４は４本のアーム部からなる音叉型振動子を有する角速度センサにおいて、音叉型振動子の４本のアーム部全てが駆動振動する場合の例である。図１３（ａ）および図１３（ｂ）は４本のアーム部を有する音叉型振動子の４本のアーム部が駆動振動と検出振動とをする場合を説明するための図である。図１３（ａ）を参照に、音叉型振動子の駆動電極（図示せず）に駆動信号を印加することによりアーム部４１および４２、４２および４３、４３および４４がそれぞれ互いに開閉するような駆動振動が発生する。ここでＹ軸に対して角速度が印加されると、コリオリ力により図１３（ｂ）のようなアーム部４１および４２、４２および４３、４３および４４がそれぞれ互いに前後に振動する検出振動が発生する。

図１４（ａ）は実施例４に係る角速度センサの音叉型振動子の表面の斜視図であり、図１４（ｂ）は裏面の斜視図である。なお、アーム部４１、４２、４３、４４に設けられた駆動電極および検出電極のみ図示しており、その他の電極は図示を省略している。図１４（ｃ）は実施例４に係る角速度センサの音叉型振動子に駆動電源１９を接続した場合の模式図である。音叉型振動子は図１４（ａ）のＡの断面をベース部１３の反対側から見た断面図を示している。

図１４（ａ）および図１４（ｂ）を参照に、ベース部１３から延びる４本のアーム部４１、４２、４３、４４を有している。アーム部４１および４２に注目すると、実施例１に係る角速度センサの音叉型振動子のアーム部１１および１２と同じ駆動電極および検出電極の電極パターンを有している。同様に、アーム部４３および４４に注目すると、実施例１に係る角速度センサの音叉型振動子のアーム部１１および１２と同じ駆動電極および検出電極の電極パターンを有している。また、アーム部４２および４３に注目すると、実施例１の変形例１に係る角速度センサの音叉型振動子のアーム部１１および１２と同じ駆動電極および検出電極の電極パターンを有している。

図１４（ｃ）を参照に、アーム部４１および４２の表面の駆動電極１４ｃおよび１４ｄに正の駆動信号が、裏面の駆動電極１５ｃおよび１５ｄに負の駆動信号が印加されている。このため、アーム部４１および４２に同じ方向を向いた電界が発生し、アーム部４１および４２は互いに駆動振動を行う。同様に、アーム部４２および４３の表面の駆動電極１４ｃおよび１４ｄに正の駆動信号が、裏面の駆動電極１５ｃおよび１５ｄに負の駆動信号が印加されている。アーム部４３および４４の表面の駆動電極１４ｃおよび１４ｄに正の駆動信号が、裏面の駆動電極１５ｃおよび１５ｄに負の駆動信号が印加されている。これにより、アーム部４２および４３にも同じ方向を向いた電界が発生し、アーム部４３および４４にも同じ方向を向いた電界が発生する。よって、アーム部４２および４３は互いに駆動振動を行い、アーム部４３および４４も互いに駆動振動を行う。

図１５（ａ）は実施例４の変形例１に係る角速度センサの音叉型振動子の表面の斜視図であり、図１５（ｂ）は裏面の斜視図である。なお、アーム部４１、４２、４３、４４に設けられた駆動電極および検出電極のみ図示しており、その他の電極は図示を省略している。図１５（ｃ）は実施例４の変形例１に係る角速度センサの音叉型振動子に駆動電源１９を接続した場合の模式図である。音叉型振動子は図１５（ａ）のＡの断面をベース部１３の反対側から見た断面図を示している。

図１５（ａ）および図１５（ｂ）を参照に、アーム部４１および４２に注目すると、実施例１の変形例１に係る角速度センサの音叉型振動子のアーム部１１および１２と同じ駆動電極および検出電極の電極パターンを有している。同様に、アーム部４３および４４に注目すると、実施例１の変形例１に係る角速度センサの音叉型振動子のアーム部１１および１２と同じ駆動電極および検出電極の電極パターンを有している。また、アーム部４２および４３に注目すると、実施例１に係る角速度センサの音叉型振動子のアーム部１１および１２と同じ検出電極および駆動電極の電極パターンを有している。

図１５（ｃ）を参照に、アーム部４１から４４の表面の駆動電極１４ｃおよび１４ｄに正の駆動信号が、アーム部４１から４４の裏面の駆動電極１５ｃおよび１５ｄに負の駆動信号が印加されている。これにより、アーム部４１および４２、４２および４３、４３および４４がそれぞれ互いに駆動振動を行う。

実施例１から４によれば、１対の駆動電極が複数のアーム部のうち少なくとも１つのアーム部の表面および裏面から側面にかけて設けられていれば電界密度を高くすることができ、駆動効率を向上させることができる。特に、１対の駆動電極が複数のアーム部のうち２本以上のアーム部それぞれに設けられている場合は駆動振動する複数のアーム部の駆動効率を向上させることができる。また、実施例１のようにアーム部の本数が２本の場合や実施例２から４のようにアーム部の本数が４本の場合のように、アーム部が互いに駆動振動を行うために、アーム部の本数は偶数であることが好ましい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

図１（ａ）は駆動振動を、図１（ｂ）は検出振動を説明するための図である。 図２（ａ）は比較例１の表面の斜視図であり、図２（ｂ）は裏面の斜視図である。 図３（ａ）は実施例１の表面の斜視図であり、図３（ｂ）は裏面の斜視図である。 図４（ａ）は比較例１を駆動電源に接続した場合の、図４（ｂ）は実施例１を駆動電源に接続した場合の模式図である。 図５はあおり振動を説明するための図である。 図６（ａ）は実施例１の変形例１の表面の斜視図、図６（ｂ）は裏面の斜視図、図６（ｃ）は駆動電源に接続した場合の模式図である。 図７（ａ）は実施例２の表面の斜視図、図７（ｂ）は裏面の斜視図、図７（ｃ）は駆動電源に接続した場合の模式図である。 図８（ａ）は実施例２の変形例１の表面の斜視図、図８（ｂ）は裏面の斜視図、図８（ｃ）は駆動電源に接続した場合の模式図である。 図９（ａ）は実施例２の変形例２の表面の斜視図、図９（ｂ）は裏面の斜視図、図９（ｃ）は駆動電源に接続した場合の模式図である。 図１０（ａ）は実施例３の表面の斜視図、図１０（ｂ）は裏面の斜視図、図１０（ｃ）は駆動電源に接続した場合の模式図である。 図１１（ａ）は実施例３の変形例１の表面の斜視図、図１１（ｂ）は裏面の斜視図、図１１（ｃ）は駆動電源に接続した場合の模式図である。 図１２（ａ）は実施例３の変形例２の表面の斜視図、図１２（ｂ）は裏面の斜視図、図１２（ｃ）は駆動電源に接続した場合の模式図である。 図１３（ａ）は４本のアーム部による駆動振動を、図１３（ｂ）は４本のアーム部による検出振動を説明するための図である。 図１４（ａ）は実施例４の表面の斜視図、図１４（ｂ）は裏面の斜視図、図１４（ｃ）は駆動電源に接続した場合の模式図である。 図１５（ａ）は実施例４の変形例１の表面の斜視図、図１５（ｂ）は裏面の斜視図、図１５（ｃ）は駆動電源に接続した場合の模式図である。

符号の説明

１１ アーム部
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 検出電極
１１ｄ 電極
１１ｅ、１１ｆ 引き出し電極
１２ アーム部
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 検出電極
１２ｄ 電極
１２ｅ、１２ｆ 引き出し電極
１３ ベース部
１４ａ、１４ｃ、１４ｄ 駆動電極
１４ｂ 引き出し電極
１５ａ、１５ｃ、１５ｄ 駆動電極
１５ｂ 引き出し電極
２１、２２、２３、２４ アーム部
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ 検出電極
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ 駆動電極
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ 駆動電極
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ 検出電極
３１、３２、３３、３４ アーム部
４１、４２、４３、４４ アーム部

Claims (9)

1. ベース部と、前記ベース部から延びる複数のアーム部と、前記複数のアーム部のうち少なくとも１つのアーム部の表面および裏面から側面にかけて設けられた１対の駆動電極と、を有する音叉型振動子を具備することを特徴とする角速度センサ。
2. 前記１対の駆動電極は前記複数のアーム部のうち２つ以上のアーム部それぞれに設けられていることを特徴とする請求項１記載の角速度センサ。
3. 前記１対の駆動電極は前記複数のアーム部のうち互いに駆動振動する２つのアーム部それぞれに設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の角速度センサ。
4. 前記１対の駆動電極は前記２つのアーム部が互いに相対する側面である内側面にかけて設けられていることを特徴とする請求項３記載の角速度センサ。
5. 前記１対の駆動電極は前記２つのアーム部が互いに相対する側面の反対の側面である外側面にかけて設けられていることを特徴とする請求項３記載の角速度センサ。
6. 前記２つのアーム部それぞれに設けられた前記１対の駆動電極それぞれに駆動信号を印加することにより、前記２つのアーム部それぞれに生じる電界が互いに同じ方向を向いていることを特徴とする請求項４または５記載の角速度センサ。
7. 前記２つのアーム部それぞれに２組の前記１対の駆動電極が設けられ、前記２組のうち一方の前記１対の駆動電極は前記２つのアーム部が互いに相対する側面である内側面にかけて設けられ、前記２組のうち他方の前記１対の駆動電極は前記２つのアーム部が互いに相対する側面の反対の側面である外側面にかけて設けられていることを特徴とする請求項３記載の角速度センサ。
8. 前記２つのアーム部それぞれに設けられた前記２組の１対の駆動電極に駆動信号を印加することにより、前記２つのアーム部それぞれに生じる前記内側面側の電界同士は互いに同じ方向を向いており、前記外側面側の電界同士は互いに同じ方向を向いており、前記内側面側の電界と前記外側面側の電界とは反対の方向を向いていることを特徴とする請求項７記載の角速度センサ。
9. 前記ベース部および前記複数のアーム部は単板の圧電単結晶であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の角速度センサ。

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