WO2008035683A1

WO2008035683A1 - Détecteur de vitesse angulaire

Info

Publication number: WO2008035683A1
Application number: PCT/JP2007/068111
Authority: WO
Inventors: Jirou Terada
Original assignee: Panasonic Corporation
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2007-09-19
Publication date: 2008-03-27
Also published as: US20100011859A1; EP2056069A1; JPWO2008035683A1

Description

明細書

角速度センサ

技術分野

[0001] 本発明は、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーシヨン等、各種電子機器に用いる角速度を検出する角速度センサに関する。

背景技術

[0002] 角速度センサは、回転に起因するコリオリカにより発生する歪を電気的に検知して、その回転の角速度を検出する。

[0003] 図 5は特許文献 1に開示されている従来の角速度センサ 5001の斜視図である。図 6は図 5に示す角速度センサ 5001の線 6— 6における断面図である。角速度センサ 5 001は、 2本のアーム 52と、 2本のアーム 52を連結した基部 53とを備えた音さ形状を有する検出素子 51を備える。

[0004] アーム 52には、アーム 52を振動させる駆動部 54と、角速度に起因するアーム 52の歪を感知する感知部 55とが配置されて!/、る。駆動部 54と感知部 55のそれぞれは、図 6に示すように、アーム 52上に設けられた下部電極 58と、下部電極 58上に設けられた圧電体 56と、圧電体 56上に設けられた上部電極 57とを備える。駆動部 54と感知部 55の電極 57、 58からは信号線 59が引き出されて基部 53まで延び、基部 53上に設けられた電極パッド 60に接続されている。電極パッド 60はボンディングワイヤで、角速度センサ 5001を実装する回路基板の配線パターンに電気的に接続されてい

[0005] 角速度センサ 5001の動作を、互いに直交する X軸、 Y軸、 Z軸とで構成された XY Z座標空間で説明する。 2つのアーム 52のそれぞれが Z軸に沿って延び、かつ 2つのアーム 52が X軸に沿って並ぶように角速度センサ 5001を配置する。駆動部 54に交流電圧を印加してアーム 52を X軸に沿って方向 5001Aに振動させ、 Z軸を中心にして X軸と Y軸と共に角速度センサ 501を回転させる。この回転に起因して Y軸に沿つて方向 5001Bに発生するコリオリカにより、この回転の角速度に応じた大きさの歪がアーム 52に発生する。感知部 55からこの歪に応じた信号を検知することにより、この角速度を検出する。角速度センサ 5001の検出素子 51のアーム 52は X軸と Z軸とを含む XZ平面内で振動する。アーム 52の歪は XZ平面に直交する Y軸に沿って発生する。 2つのアーム 52の一方と他方とは互いに逆の方向に歪が発生する。すなわち、 2つのアーム 52の一方が Y軸の正の方向に歪む時には、 2つのアーム 52の他方は Y軸の負の方向に歪む。

[0006] XY平面に車両を配置し、角速度センサ 5001を備えたナビゲーシヨン装置では、角速度センサ 5001はその車両の Z軸を中心として回転する際の角速度を検出する

〇

[0007] 検出する角速度の回転軸である Z軸に沿ってアーム 52が延びているので、角速度センサ 5001の回転軸の方向のサイズを小さくできない。

特許文献 1 :特開 2005— 201652号公報

発明の開示

[0008] 角速度センサは被検出体の角速度を検出する。その角速度センサは、検出素子と駆動ユニットとを備える。検出素子は、支持部と、支持部から延びて被検出体に固定されるように構成された第 1アームと、支持部から延びた第 2アームと、第 2アームに接続された錘部とを有する。第 2アームは、支持部から延びる延部と、延部に対向して平行に延びる対向部と、延部と対向部とを連結する連結部とを有して実質的に U字形状を有する。錘部は第 2アームの対向部に接続される。駆動ユニットは第 1から第 4 駆動部を有する。第 1駆動部は、延部に位置して延部を伸び縮みさせる。第 2駆動部は、延部で第 2アームの U字形状にお!/、て第 1駆動部よりも外周に位置して延部を伸び縮みさせる。第 3駆動部は、対向部に位置して対向部を伸び縮みさせる。第 4駆動部は、対向部で第 2アームの U字形状において第 3駆動部よりも内周に位置して対向部を伸び縮みさせる。

[0009] この角速度センサは、検出する角速度の回転軸の方向のサイズを小さくすることができる。

図面の簡単な説明

[0010] [図 1]図 1は本発明の実施の形態における角速度センサの斜視図である。

[図 2]図 2は図 1に示す角速度センサの泉 2— 2における断面図である。園 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他の角速度センサの斜視図である。

[図 5]図 5は従来の角速度センサの斜視図である。

[図 6]図 6は図 5に示す角速度センサの泉 6— 6における断面図である。符号の説明

1 検出素子

13 圧電体

14 下部電極

15 上部電極

17 駆動ユニット

19 感知ユニット

39 感知ユニット

66 支持部

102 第 1アーム

104 第 2アーム

104C 第 1延部

104D 第 1連結部

104E 第 1対向部

111 第 1錘部

117A 第 1駆動部

117B 第 2駆動部

119A 第 1感知部

119B 第 2感知部

121A 第 1配線

121B 第 2配線

217A 第 4駆動部

217B 第 3駆動部

219A 第 4感知部 219B 第 3感知部

204 第 3アーム

204C 第 2延部

204D 第 2連結部

204E 第 2対向部

211 第 2錘部

321 A 第 3配線

321B 第 4配線

1001 角速度センサ

1002 角速度センサ

1500 被検出体

発明を実施するための最良の形態

[0012] 図 1は本発明の実施の形態における角速度センサ 1001の斜視図である。角速度センサ 1001は被検出体 1500に固定されて被検出体 1500の回転の角速度を検出する。角速度センサ 1001は、被検出体 1500に固定されるように構成されたシリコン板よりなる検出素子 1を備え、検出素子 1に設けられた駆動ユニット 17と、検知ュニット 18と、第 1感知ユニット 19と、第 2感知ユニット 20とをさらに備える。

[0013] 検出素子 1は、支持部 66から延びる第 1アーム 102と、支持部 66から第 1アーム 10 2に直角に延びる第 2アーム 104と、支持部 66から第 1アーム 102に直角に延びる第 3アーム 204と、支持咅力、ら第 1アーム 102に直角に延びる第 4アーム 304と、支持部 66から第 1アーム 102に直角に延びる第 5アーム 404と、支持部 66から第 1ァーム 102の反対に延びる第 6アーム 202とを備える。第 2アーム 104から第 5アーム 404 は実質的に U字形状を有し、第 2アーム 104から第 5アーム 404には第 1錘部 111から第 4錘部 411がそれぞれ取り付けられている。第 1アーム 102の端には第 7アーム 1 10が接続されている。第 7アーム 110の両端には被検出体 1500に固定されるように構成された第 1固定部 109、第 3固定部 309がそれぞれ設けられている。第 1アーム 102と第 7アーム 110と第 1固定部 109と第 3固定部 309は検出素子 1を被検出体 15 00に固定する第 1固定用アーム 108を構成している。第 6アーム 202の端には第 8ァーム 210が接続されている。第 8アーム 210の両端には被検出体 1500に固定されるように構成された第 2固定部 209、第 4固定部 409がそれぞれ設けられている。第 6ァーム 202と第 8アーム 210と第 2固定部 209と第 4固定部 409は検出素子 1を被検出体 1500に固定する第 2固定用アーム 208を構成している。すなわち、第 1アーム 10 2と第 6アーム 202は被検出体 1500に固定されるように構成されている。

[0014] 第 2アーム 104は支持部 66に接続された第 1端 104Aと、第 1錘部 111に接続された第 2端 104Bとを有している。第 2アーム 104は、支持部 66すなわち第 1端 104Aから延びる第 1延部 104Cと、第 1延部 104Cと平行に延びてかつ対向している第 1対向部 104Eと、第 1延部 104Cと第 1対向部 104Eを連結する第 1連結部 104Dとを有して、実質的に U字形状を有する。第 1対向部 104Eは、第 2アーム 104の第 1錘部 11 1に接続された第 2端 104Bを有する。第 1対向部 104Eは第 1固定部 109に対向している。

[0015] 第 4アーム 304は支持部 66に接続された第 1端 304Aと、第 3錘部 311に接続された第 2端 304Bとを有している。第 4アーム 304は、支持部 66すなわち第 1端 304Aから延びる第 3延部 304Cと、第 3延部 304Cと平行に延びてかつ対向している第 3対向部 304Eと、第 3延部 304Cと第 3対向部 304Eを連結する第 3連結部 304Dとを有して、実質的に U字形状を有する。第 3対向部 304Eは、第 4アーム 304の第 3錘部 31 1に接続された第 2端 304Bを有する。第 3対向部 304Eは第 2固定部 209に対向している。

[0016] 第 2アーム 104の第 1延部 104Cと第 4アーム 304の第 3延部 304Cは支持部 66から互いに隣り合って平行に延びている。第 2アーム 104の第 1連結部 104Dと第 4ァーム 304の第 3連結部 304Dは第 1延部 104Cと第 3延部 304C力もそれぞれ互いに反対方向に延びる。

[0017] 第 3アーム 204は支持部 66に接続された第 1端 204Aと、第 2錘部 211に接続された第 2端 204Bとを有している。第 3アーム 204は、支持部 66すなわち第 1端 204Aから延びる第 2延部 204Cと、第 2延部 204Cと平行に延びてかつ対向している第 2対向部 204Eと、第 2延部 204Cと第 2対向部 204Eを連結する第 2連結部 204Dとを有して、実質的に U字形状を有する。第 2対向部 204Eは、第 3アーム 204の第 2錘部 21 1に接続された第 2端 204Bを有する。第 2対向部 204Eは第 3固定部 309に対向している。

[0018] 第 5アーム 404は支持部 66に接続された第 1端 404Aと、第 4錘部 411に接続された第 2端 404Bとを有している。第 5アーム 404は、支持部 66すなわち第 1端 404Aから延びる第 4延部 404Cと、第 4延部 404Cと平行に延びてかつ対向している第 4対向部 404Eと、第 4延部 404Cと第 4対向部 404Eを連結する第 4連結部 404Dとを有して、実質的に U字形状を有する。第 4対向部 404Eは、第 5アーム 404の第 4錘部 41 1に接続された第 2端 404Bを有する。第 4対向部 404Eは第 4固定部 409に対向している。

[0019] 第 3アーム 204の第 2延咅 204Cと第 5アーム 404の第 4延咅 404Cは支持き力、ら互いに隣り合って平行に延びて!/、る。第 3アーム 204の第 2連結部 204Dと第 5ァーム 404の第 4連結部 404Dは第 3アーム 204の第 2延部 204Cと第 5アーム 404の第 4延部 404Cからそれぞれ互いに反対方向に延びる。

[0020] 第 1延部 104Cを有する第 2アーム 104には駆動ユニット 17が設けられている。第 1 延部 104Cに対向して平行に延びる第 3延部 304Cを有する第 4アーム 304には検知ユニット 18が設けられている。第 2延部 204Cを有する第 3アーム 204には第 3ァーム 204の歪を感知する第 1感知ユニット 19が設けられている。第 2延部 204Cに対向して平行に延びる第 4延部 404Cを有する第 5アーム 404には、第 5アーム 404の歪を感知する第 2感知ユニット 20が設けられて!/、る。

[0021] 駆動ユニット 17は第 2アーム 104の第 2端 104Bに接続された第 1錘部 111を振動させる。駆動ユニット 17は、第 1駆動部 117Aと第 2駆動部 117Bと第 3駆動部 217B と第 4駆動部 217Aとを有する。第 1駆動部 117Aと第 2駆動部 117Bとは第 2アーム 1 04の第 1延部 104Cに設けられている。第 1駆動部 117Aは第 2アーム 104の U字形状において内周に位置している。第 2駆動部 117Bは、第 1駆動部 117Aより U字形状において外周に位置する。第 3駆動部 217Bと第 4駆動部 217Aとは第 2アーム 10 4の第 1対向部 104Eに設けられている。第 3駆動部 217Bは第 2アーム 104の U字形状において外周に位置している。第 4駆動部 217Aは、第 3駆動部 217Bよりも U字形状において内周に位置する。第 1駆動部 117Aは第 1配線 121Aによって第 3駆動部 217Bと電気的に接続されている。第 2駆動部 117Bは第 2配線 121Bによって第 4 駆動部 217Aに電気的に接続されている。第 1配線 121Aと第 2配線 121Bは互いに交差して第 2アーム 104に配置されて!/、る。第 1駆動部 117Aと第 2駆動部 117Bは互いに対向している。第 3駆動部 217Bと第 4駆動部 217Aは互いに対向している。

[0022] 検知ユニット 18は第 4アーム 304の第 2端 304Bに接続された第 3錘部 311の振動、すなわち第 4アーム 304の振動を検知する。検知ユニット 18は、第 1検知部 118Aと第 2検知部 118Bと第 3検知部 218Bと第 4検知部 218Aとを有する。第 1検知部 118 Aと第 2検知部 118Bとは第 4アーム 304の第 3延部 304Cに設けられている。第 1検知部 118Aは第 4アーム 304の U字形状にお!/、て内周に位置して!/、る。第 2検知部 1 18Bは、第 1検知部 118Aより U字形状において外周に位置する。第 3検知部 218B と第 4検知部 218Aとは第 4アーム 304の第 3対向部 304Eに設けられている。第 3検知部 218Bは第 4アーム 304の U字形状にお!/、て外周に位置して!/、る。第 4検知部 2 18Aは、第 3検知部 218Bよりも U字形状において内周に位置する。第 1検知部 118 Aは第 5配線 221Aによって第 3検知部 218Bと電気的に接続されている。第 2検知部 118Bは第 6配線 221Bによって第 4検知部 218Aに電気的に接続されている。第 5配線 221Aと第 6配線 221Bは互いに交差して第 4アーム 304に配置されている。第 1検知部 118Aと第 2検知部 118Bは互いに対向している。第 3検知部 218Bと第 4 検知部 218Aは互いに対向している。

[0023] 第 1感知ユニット 19は第 3アーム 204の第 2端 204Bに接続された第 2錘部 211に発生するコリオリカに起因する第 3アーム 204の歪を感知する。第 1感知ユニット 19 は、第 1感知部 119Aと第 2感知部 119Bと第 3感知部 219Bと第 4感知部 219Aとを有する。第 1感知部 119Aと第 2感知部 119Bとは第 3アーム 204の第 2延部 204Cに設けられて!/、る。第 1感知部 119Aは第 3アーム 204の U字形状にお!/、て内周に位置している。第 2感知部 119Bは、第 1感知部 119Aより U字形状において外周に位置する。第 3感知部 219Bと第 4感知部 219Aとは第 3アーム 204の第 2対向部 204E に設けられて!/、る。第 3感知部 219Bは第 3アーム 204の U字形状にお!/、て外周に位置している。第 4感知部 219Aは、第 3感知部 219Bよりも U字形状において内周に位置する。第 1感知部 119Aは第 3配線 321Aによって第 3感知部 219Bと電気的に接続されている。第 2感知部 119Bは第 4配線 321Bによって第 4感知部 219Aに電気的に接続されている。第 3配線 321Aと第 4配線 321Bは互いに交差して第 3ァーム 204に配置されて!/、る。第 1感知部 119Aと第 2感知部 119Bは互いに対向して!/ヽる。第 3感知部 219Bと第 4感知部 219Aは互いに対向している。

[0024] 第 2感知ユニット 20は第 5アーム 404の第 2端 404Bに接続された第 4錘部 411に発生するコリオリカに起因する第 5アーム 404の歪を感知する。第 2感知ユニット 20 は、第 5感知部 120Aと第 6感知部 120Bと第 7感知部 220Bと第 8感知部 220Aとを有する。第 5感知部 120Aと第 6感知部 120Bとは第 5アーム 404の第 4延部 404Cに設けられて!/、る。第 5感知部 120Aは第 5アーム 404の U字形状にお!/、て内周に位置している。第 6感知部 120Bは、第 5感知部 120Aより U字形状において外周に位置する。第 7感失ロ咅 220Bと第 8感失ロ咅 220Aとは第 5アーム 404の第 4対向咅 404E に設けられて!/、る。第 7感知部 220Bは第 5アーム 404の U字形状にお!/、て外周に位置している。第 8感知部 220Aは、第 7感知部 220Bよりも U字形状において内周に位置する。第 5感知部 120Aは第 7配線 421Aによって第 7感知部 220Bと電気的に接続されている。第 6感知部 120Bは第 8配線 421Bによって第 8感知部 220Aに電気的に接続されている。第 7配線 421Aと第 8配線 421Bは互いに交差して第 5ァーム 404に配置されて!/、る。第 5感知部 120Aと第 6感知部 120Bは互いに対向して!/ヽる。第 7感知部 220Bと第 8感知部 220Aは互いに対向して!/、る。

[0025] 図 2は図 1に示す角速度センサ 1001の線 2— 2における断面図である。駆動部 11 7A、 117B、 217A、 2178と検失ロ咅 118八， 118B、 218A、 218Bと感失ロ咅 I 19A、 119B、 219A、 219B、 120A、 120B、 220A、 220Bは、検出素子 1 (アーム 104〜 404)上に設けられた下部電極 14と、下部電極 14上に設けられた圧電体 13と、圧電体 13上に設けられた上部電極 15よりなる。下部電極 14は、検出素子 1となるシリコン板上に Ptを高周波スパッタ法で付着させて形成する。圧電体 13は、下部電極 14上にチタン酸ジルコン酸鉛 (PZT)を高周波スパッタ法で付着させて形成する。上部電極 15は、圧電体 13上に Auを蒸着させて形成する。上部電極 15と下部電極 14は固定咅 109、 209、 309、 409上にそれぞれ設けられた端子 9；!〜 94に接続されている。すなわち、駆動部 117A、 117B、 217A、 217Bの上部電極 15と下部電極 14は、第 1固定部 109上に設けられた端子 91に接続されている。検知部 118A、 118B、 2 18 A, 218Bの上部電極 15と下部電極 14は、第 2固定部 209上に設けられた端子 9 2に接続されている。第感失口き 119A、 119B、 219A、 219Bの上き電極 15と下き電極 14は、第 3固定部 309上に設けられた端子 93に接続されている。感知部 120A 、 120B、 220A、 220Bの上き電極 15と下き電極 14は、第 4固定き 409上に設けられた端子 94に接続されている。

[0026] 以下に、角速度センサ 1001の動作を説明する。図 3は角速度センサ 1001の動作を示す斜視図である。端子 9；!〜 94は検出回路 301に接続される。固定部 109、 20 9、 309、 409は回転する被検出体 1500に固定されている。支持部 66は被検出体 1 500には固定されていない。

[0027] 角速度センサ 1001の向きを互いに直交する X軸、 Y軸、 Z軸よりなる XYZ座標空間で定義する。第 1アーム 102と支持部 66と第 6アーム 202は実質的に一直線上に配置されている。支持部 66を XYZ座標空間の原点に位置させ、第 1アーム 102と第 6 アーム 202をそれぞれ X軸の正方向と負方向に延びるように配置した場合、第 2ァーム 104と第 4アーム 304は Y軸の正方向に延び、第 3アーム 204と第 5アーム 404は Y 軸の負方向に延びて配置される。

[0028] 第 1錘部 111が接続された第 2アーム 104と、第 3錘部 311が接続された第 4アーム 304と、第 2錘部 211が接続された第 3アーム 204と、第 4錘部 411が接続された第 5 アーム 404とは同じ共振周波数を有してその共振周波数で XY平面内にて振動する

〇

[0029] 検出回路 301が端子 91を介して駆動ユニット 17の第 1駆動部 117Aと第 2駆動部 1 17Bと第 3駆動部 217Bと第 4駆動部 217Aの上部電極 15と下部電極 14に共振周波数の交流電圧を印加する。これにより駆動部 117A、 117B, 217A, 217Bが第 1延部 104Cと第 1対向部 104Eを部分的に伸縮させて第 2アーム 104を振動させ、第 1 錘部 111を振動させる。支持部 66は被検出体 1500に固定されていないので振動できる。第 1錘部 111が振動すると支持部 66が振動して、支持部 66を介してアーム 20 4、 304、 404にその振動が伝播して錘部 211、 311、 411が共振周波数で振動する。そのとき、被検出体 1500が回転しているとその回転の角速度に応じて第 2錘部 21 1と第 4錘部 411にコリオリカが発生して第 3アーム 204と第 5アーム 404に歪を発生させる。第 1感知ユニット 19 (第 1感知部 119A、第 2感知部 119B、第 3感知部 219B 、第 4感知部 219A)と第 2感知ユニット 20 (第 5感知部 120A、第 6感知部 120B、第 7感知部 220B、第 8感知部 220A)は、第 3アーム 204と第 5アーム 404に発生した歪に応じた電圧をそれぞれ出力する。検出回路 301はこの電圧に基づき被検出体 1 500の角速度を検出する。

[0030] 以下に検出素子 1の振動について詳細に説明する。検出回路 301は、互いに第 1 配線 121 Aで接続された第 1駆動部 117Aと第 3駆動部 217Bの上部電極 15と下部電極 14の間に共振周波数の交流電圧を印加する。これにより、第 1駆動部 117Aと第 3駆動部 217Bは第 1延部 104Cの内周と第 1対向部の外周をそれぞれ同時に伸ばしてかつ同時に縮ませる。検出回路 301は、互いに第 2配線 121Bで接続された第 2駆動部 117Bと第 4駆動部 217Aの上部電極 15と下部電極 14の間に、第 1駆動部 117Aと第 3駆動部 217Bに印加した交流電圧と逆位相の共振周波数の交流電圧を印加する。これにより、第 1駆動部 117Aと第 3駆動部 217Bが第 1延部 104Cの内周と第 1対向部の外周をそれぞれ同時に縮ませているときに、第 2駆動部 117Bと第 4駆動部 217Aは第 1延部 104Cの外周と第 1対向部の内周をそれぞれ同時に伸ばす。また、第 1駆動部 117Aと第 3駆動部 217Bが第 1延部 104Cの内周と第 1対向部の外周をそれぞれ同時に伸ばしているときに、第 2駆動部 117Bと第 4駆動部 217A は第 1延部 104Cの外周と第 1対向部の内周をそれぞれ同時に縮ませる。これにより第 1錘部 111は X軸に平行な方向 111A、 11 IBに大きな振幅で振動する。この振動は支持部 66を介して第 3錘部 311と第 2錘部 211と第 4錘部 411に伝播し、第 3錘部 311をそれぞれ X軸に平行な方向 311A、 31 IBに振動させ、第 2錘部 211をそれぞれ X軸に平行な方向 211A、 21 IBに振動させ、かつ、第 4錘部 411をそれぞれ X軸に平行な方向 411A、 41 IBに振動させる。

[0031] 第 3錘部 311が方向 311A、 31 IBに振動すると、第 4アーム 304に設けられた検知ユニット 18の第 1検知部 118Aと第 2検知部 118Bと第 3検知部 218Bと第 4検知部 2 18Aはその振動に応じた電圧を端子 92に出力する。検出回路 301はこの電圧に基づいて端子 91に印加する電圧すなわち第 2アーム 104と第 1錘部 111を振動させる電圧を制御し、第 1錘部 111が一定の振幅で振動させる。

[0032] 第 2錘部 211が振動して方向 211A、 21 IBに移動しているときに、第 2アーム 104 が第 4アーム 304に近づく方向 601Aに Z軸を中心に角速度センサ 1001が回転すると、第 2錘部 211にはそれぞれ Y軸に平行な方向 211C、 21 IDにこの回転の角速度に応じた大きさのコリオリカが発生する。このコリオリカにより、第 3アーム 204の第 1 感知部 119Aと第 3感知部 219Bが第 3アーム 204の縮みを感知し、第 2感知部 119 Bと第 4感知部 219Aが第 3アーム 204の伸びを感知する。感知部 119A、 119B、 2 19 A, 219Bは感知した第 3アーム 204の伸び縮みに応じた電圧を端子 93に出力す

[0033] 同様に、第 4錘部 411が振動して方向 411A、 41 IBに移動しているときに、第 2ァーム 104が第 4アーム 304に近づく方向に Z軸を中心に角速度センサ 1001が回転すると、第 4錘部 411にはそれぞれ Y軸に平行な方向 411C、 41 IDにこの回転の角速度に応じた大きさのコリオリカが発生する。このコリオリカにより、第 5アーム 404の第 5感知部 120Aと第 7感知部 220Bが第 5アーム 404の縮みを感知し、第 6感知部 1 20Bと第 8感失口き 220Aカ第 5アーム 404の ί申びを感失口する。感失口き 120A、 120B 、 220Α、 220Βは感知した第 5アーム 404の伸び縮みに応じた電圧を端子 94に出力する。

[0034] 第 2錘部 211が振動して方向 211Α、 21 IBに移動しているときに、第 4アーム 304 が第 2アーム 104に近づく方向に Z軸を中心に角速度センサ 1001が回転すると、第 2錘部 211には方向 211C、 211Dと反対の方向にこの回転の角速度に応じた大きさのコリオリカが発生する。このコリオリカにより、第 3アーム 204の第 1感知部 119Aと第 3感知部 219Bが第 3アーム 204の伸びを感知し、第 2感知部 119Bと第 4感知部 2 19Aが第 3アーム 204の縮みを感知する。感知部 119A、 119B、 219A、 219Bは感知した第 3アーム 204の伸び縮みに応じた電圧を端子 93に出力する。

[0035] 同様に、第 4錘部 411が振動して方向 411A、 41 IBに移動しているときに、第 4ァーム 304が第 2アーム 104に近づく方向 601Bに Z軸を中心に角速度センサ 1001が回転すると、第 4錘部 411には方向 411C、 411Dの反対方向にこの回転の角速度に応じた大きさのコリオリカが発生する。このコリオリカにより、第 5アーム 404の第 5 感知部 120Aと第 7感知部 220Bが第 5アーム 404の伸びを感知し、第 6感知部 120 Bと第 8感失口き 220Aカ第 5アーム 404の縮みを感失口する。感失口き 120A、 120B、 2 20A、 220Bは感知した第 5アーム 404の伸び縮みに応じた電圧を端子 94に出力す

[0036] 検出回路 301は、端子 93、 94から出力された電圧から角速度センサ 1001の Z軸を中心とする回転の角速度を検出する。

[0037] 角速度センサ 1001が Y軸を中心にして方向 601Cに回転した場合は、錘部 111、 211、 311、 411は方向 111A、 111B、 211A、 211B、 311A、 311B、 411A、 411 Bと Y車由との直角の方向 111E、 111F、 211E、 211E、 211F、 311E、 311F、 411 E、 411Fにコリオリカが発生する。第 2錘部 211と第 4錘部 411にはこのコリオリカにより変位し、第 3アーム 204と第 5アーム 404は部分的に伸び縮みする。感知部 119 A、 119B、 120A、 120B、 219A、 219B、 220A、 220B(まこの f申び縮み ίこ応じた電圧を端子 93、 94に出力する。検出回路 301は端子 93、 94から出力された電圧から、 Υ軸を中心とする角速度センサ 1001の回転の角速度を検出する。

[0038] 角速度センサ 1001で (ま、アーム 102、 104、 204、 304、 404、 202カすべて角速度を検出する回転軸である Ζ軸と直角の方向に延びて Ζ軸と平行な方向には延びていない。したがって、角速度センサ 1001の回転軸の方向のサイズを小さくすることができる。

[0039] U字形状を有する第 2アーム 104に設けられた駆動ユニット 17は、 U字形状における第 1延部 104Cの内周と第 1対向部 104Eの外周とを同時に伸び縮みさせ、第 1延部 104Cの外周と第 1対向部 104Eの内周とを同時に伸び縮みさせる。特に、駆動ュニット 17は、第 1延部 104Cの内周と第 1対向部 104Eの外周とを同時に伸ばしているときには第 1延部 104Cの外周と第 1対向部 104Eの内周とを同時に縮ませ、第 1延部 104Cの内周と第 1対向部 104Eの外周とを同時に縮ませているときには、第 1延部 104Cの外周と第 1対向部 104Eの内周とを同時に伸ばす。これらの伸び縮みを繰り返すことにより、駆動ユニット 17は第 1錘部 111を第 1延部 104Cと第 1対向部 104 Εに直角の方向 111 Α、 11 IBに大きく振動させること力 Sできる。

[0040] 第 2アーム 104の U字形状において第 1延部 104Cと第 1対向部 104Eの内周と外周が上記と逆の方向に伸び縮する、すなわち、第 1延部 104Cの内周と第 1対向部 1 04Eの内周とを同時に伸び縮みさせ、第 1延部 104Cの外周と第 1対向部 104Eの外周とが同時に伸び縮みする場合は、第 2アーム 104に第 1錘部 111を巻き込むように振動させる。すなわち第 1延部 104Cと第 1対向部 104Eが互いに逆の方向に第 1錘部 111を移動させようとするので、大きな振幅で第 1錘部 111を大きな振幅で振動させることができない。

[0041] 第 1配線 121Aと第 5配線 122Aと第 3配線 221Aと第 7配線 421A力第 2配線 12 1Bと第 6酉己泉 122Bと第 4酉己泉 221Bと第 8酉己泉 222Bと第 2アーム 104と第 4アーム 3 04と第 3アーム 204と第 5アーム 404上でそれぞれ交差させて配置して!/、る。したがつてこれらの配線を設置する面積を小さくすることができ、アーム 104、 204、 304、 4 04の幅を小さくして角速度センサ 1001の小型化を図ることができる。

[0042] 図 4は、実施の形態における他の角速度センサ 1002の斜視図である。図 4において、図 1〜図 3に示す角速度センサ 1001と同じ部分には同じ参照番号を付して、その説明を省略する。図 4に示す角速度センサ 1002は、図 1に示す角速度センサの第 1感知ユニット 19と第 2感知ユニット 20の代わりに、第 2アーム 104と第 4アーム 304 にそれぞれ設けられた感知ユニット 39と感知ユニット 40とをそれぞれ備える。感知ュニット 39、 40は感知ユニット 19、 20と同じ構造を有する。感知ユニット 39と感知ュニット 40は、第 2アーム 104と第 4アーム 304の駆動ユニット 17と検知ユニット 18が設けられている面の反対側の面に設けられている。 Z軸と Y軸を中心とする回転の角速度により発生したコリオリカによる歪は第 2アーム 104と第 4アーム 304にも発生する。した力つて、感失ロユニット 39、 40は図 1と図 3に示す感失ロユニット 19、 20と同様に、回転の角速度により発生したコリオリカによる第 2アーム 104と第 4アーム 304の歪を感知すること力 Sでき、同様の効果を有する。

産業上の利用可能性

[0043] 本発明における角速度センサは、検出する角速度の回転軸の方向のサイズを小さくすることができ、各種小型電子機器に適用できる。

Claims

請求の範囲

[1] 被検出体の角速度を検出する角速度センサであって、

支持部と、

前記支持部から延びて、前記被検出体に固定されるように構成された第 1ァームと、

前記支持部から延びた第 2アームと、

前記第 2アームに接続された第 1錘部と、

を有する検出素子と、

前記第 1錘部を振動させる駆動ユニットと、

を備え、

前記第 2アームは、

前記支持部から延びる第 1延部と、

前記第 1延部に対向して平行に延びる第 1対向部と、

前記第 1延部と前記第 1対向部とを連結する第 1連結部と、

を有して実質的に U字形状を有し、

前記第 1の錘部は前記第 2アームの前記対向部に接続され、

前記駆動ユニットは、

前記第 1延部に位置して前記第 1延部を伸び縮みさせる第 1駆動部と、前記第 1延部で前記第 2アームの前記 U字形状において前記第 1駆動部よりも外周に位置して前記第 1延部を伸び縮みさせる第 2駆動部と、

前記第 1対向部に位置して前記第 1対向部を伸び縮みさせる第 3駆動部と、前記第 1対向部で前記第 2アームの前記 U字形状において前記第 3駆動部よりも内周に位置して前記第 1対向部を伸び縮みさせる第 4駆動部と、

を有する、角速度センサ。

[2] 前記第 1駆動部と前記第 3駆動部は前記第 1延部と前記第 1対向部とを同時に伸び縮みさせ、

前記第 2駆動部と前記第 4駆動部は前記第 1延部と前記第 1対向部とを同時に伸び縮みさせ、前記第 2駆動部は、前記第 1駆動部が前記第 1延部を延ばしているときに前記第 1延部を縮ませて、前記第 1駆動部が前記第 1延部を縮ませているときに前記第 1延部を延ばし、

前記第 4駆動部は、前記第 3駆動部が前記第 1対向部を延ばしているときに前記第 1 対向部を縮ませて、前記第 3駆動部が前記第 1対向部を縮ませているときに前記第 1 対向部を延ばす、請求項 1に記載の角速度センサ。

前記第 1駆動部と前記第 3駆動部とを接続する、前記第 2アームに設けられた第 1配線と、

前記第 2駆動部と前記第 4駆動部とを接続する、前記第 2アームに設けられて、かつ前記第 1配線と交差する第 2配線と、

をさらに備えた、請求項 1に記載の角速度センサ。

前記第 1駆動部と前記第 2駆動部と前記第 3駆動部と前記第 4駆動部の少なくとも 1 つは、

前記第 2アーム上に設けられた下部電極と、

前記下部電極上に設けられた圧電体と、

前記圧電体上に設けられた上部電極と、

を有する、請求項 1記載の角速度センサ。

前記支持部から前記第 2アームの前記第 1延部と平行に延びる第 2延部と、前記第 2延部に対向して平行に延びる第 2対向部と、

前記第 2延部と前記第 2対向部とを連結する第 2連結部と、

を有して実質的に U字形状を有する第 3アームと、

前記第 3アームの前記第 2対向部に接続された第 2錘部と、

前記第 2延部に位置して前記第 2延部の歪を感知する第 1感知部と、前記第 2延部で前記第 3アームの前記 U字形状において前記第 1感知部よりも外周に位置して前記第 2延部の歪を感知する第 2感知部と、

前記第 2対向部に位置して前記第 2対向部の歪を感知する第 3感知部と、前記第 2対向部で前記第 3アームの前記 U字形状において前記第 3感知部よりも内周に位置して前記第 2対向部の歪を感知する第 4感知部と、を有する感知ユニットと、

をさらに備えた、請求項 1記載の角速度センサ。

[6] 前記第 1感知部と前記第 3感知部とを接続する、前記第 3アームに設けられた第 3配線と、

前記第 2感知部と前記第 4感知部とを接続する、前記第 3アームに設けられて、かつ前記第 3配線と交差する第 4配線と、

をさらに備えた、請求項 5に記載の角速度センサ。

[7] 前記第 1感知部と前記第 2感知部と前記第 3感知部と前記第 4感知部の少なくとも 1 つは、

前記第 3アーム上に設けられた下部電極と、

前記下部電極上に設けられた圧電体と、

前記圧電体上に設けられた上部電極と、

を有する、請求項 5記載の角速度センサ。

[8] 前記第 1延部に位置して前記第 1延部の歪を感知する第 1感知部と、

前記第 1延部で前記第 2アームの前記 U字形状において前記第 1感知部よりも外周に位置して前記第 1延部の歪を感知する第 2感知部と、

前記第 1対向部に位置して前記第 1対向部の歪を感知する第 3感知部と、前記第 1対向部で前記第 2アームの前記 U字形状において前記第 3感知部よりも内周に位置して前記第 1対向部の歪を感知する第 4感知部と、

を有する感知ユニットをさらに備えた、請求項 1記載の角速度センサ。

[9] 第 1アームを第 2アームに略直交方向に連結して形成した 2つの直交アームと、 2つの前記第 1アームを支持した支持部と、前記支持部に連結するとともに実装基板に固定した固定用アームと、前記第 2アームの先端部に連結した錘部とを有する検出素子を備え、

前記第 2アームは前記第 2アーム自身と対向するまで折曲するとともに前記第 2ァームの対向方向に前記錘部を駆動振動させる駆動手段を設けており、

前記駆動手段は、前記第 2アームの内周部の第 1アーム側および外周部の錘部側に配置した第 1駆動電極部と、前記第 2アームの外周部の第 1アーム側および内周部の錘部側に配置した第 2駆動電極部とを有する角速度センサ。

[10] 前記駆動手段は、前記第 2アームの内周部の第 1アーム側および外周部の錘部側に配置するとともに互いに第 1配線によって接続した第 1駆動電極部と、前記第 2ァームの外周部の第 1アーム側および内周部の錘部側に配置するとともに互いに第 2 配線によって接続した第 2駆動電極部とを有し、前記第 1配線と前記第 2配線とを互いに交差させて前記第 2アームに配置した請求項 9記載の角速度センサ。

[11] 前記第 1駆動電極部および前記第 2駆動電極部は、圧電体を介在させた上部電極と下部電極とからなる請求項 9記載の角速度センサ。

[12] 前記第 2アームの歪を感知する感知手段を設け、

前記感知手段は、前記第 2アームの内周部の第 1アーム側および外周部の錘部側に配置した第 1感知電極部と、前記第 2アームの外周部の第 1アーム側および内周部の錘部側に配置した第 2感知電極部とを有する請求項 9記載の角速度センサ。

[13] 前記第 2アームの歪を感知する感知手段を設け、

前記感知手段は、前記第 2アームの内周部の第 1アーム側および外周部の錘部側に配置するとともに互いに第 1配線によって接続した第 1感知電極部と、前記第 2ァームの外周部の第 1アーム側および内周部の錘部側に配置するとともに互いに第 2 配線によって接続した第 2感知電極部とを有し、前記第 1配線と前記第 2配線とを互 V、に交差させて前記第 2アームに配置した請求項 12記載の角速度センサ。

[14] 前記第 1感知電極部および前記第 2感知電極部は、圧電体を介在させた上部電極と下部電極とからなる請求項 12記載の角速度センサ。