特許 5981435 角速度センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5981435

(24)【登録日】2016年8月5日

(45)【発行日】2016年8月31日

(54)【発明の名称】角速度センサ

(51)【国際特許分類】

   G01C 19/56 20120101AFI20160818BHJP

   H01L 41/113 20060101ALI20160818BHJP

   H01L 41/047 20060101ALI20160818BHJP

【ＦＩ】

   G01C19/56

   H01L41/113

   H01L41/047

【請求項の数】13

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-531450(P2013-531450)

(86)(22)【出願日】2012年9月3日

(86)【国際出願番号】JP2012072308

(87)【国際公開番号】WO2013032003

(87)【国際公開日】20130307

【審査請求日】2015年3月16日

(31)【優先権主張番号】特願2011-192127(P2011-192127)

(32)【優先日】2011年9月2日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000242633

【氏名又は名称】北陸電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091443

【弁理士】

【氏名又は名称】西浦 ▲嗣▼晴

(74)【代理人】

【識別番号】100130720

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼見 良貴

(74)【代理人】

【識別番号】100130432

【弁理士】

【氏名又は名称】出山 匡

(74)【代理人】

【識別番号】100186819

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 俊尚

(72)【発明者】

【氏名】田村 雅英

(72)【発明者】

【氏名】川崎 修

(72)【発明者】

【氏名】中野 貴之

(72)【発明者】

【氏名】新川 翔平

(72)【発明者】

【氏名】矢野 秀和

(72)【発明者】

【氏名】今村 徹治

【審査官】 岸 智史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１６００９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２２１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／００３２３０７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０８−３２７６５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０４３９２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３０４５４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｃ １９／５６−１９／５７８３

Ｇ０１Ｐ １５／００−１５／１８

Ｈ０１Ｌ ４１／０８−４１／０９

Ｈ０１Ｌ ２９／８４

Ｂ８１Ｂ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

平板状のダイアフラムと、
前記ダイアフラムの中央部に配置された重錘と、
前記ダイアフラムの外周部を支持する支持部と、
前記重錘に対して、所定の振動軸の方向の運動成分をもった振動を誘起する振動励起部と、
コリオリ力に基づいて前記重錘に生じる変位軸の方向の変位を検出する変位検出部とを備え、
前記ダイアフラムの中心位置に原点Ｏをもち、前記ダイアフラムの表面がＸＹ平面に含まれるようなＸＹＺ三次元直交座標系を定義したときに、前記Ｘ軸及びＺ軸のうちの一方を前記振動軸、他方を前記変位軸とし、前記変位検出部からの検出値に基づいてＹ軸まわりの角速度を検出する角速度センサであって、
前記重錘が円柱状または円錐状を有しており、
前記ダイアフラムの前記外周部の輪郭形状が、四角形の四隅に直線部または湾曲部を有する形状であることを特徴とする角速度センサ。

【請求項2】

前記四角形が略正方形である請求項１に記載の角速度センサ。

【請求項3】

前記ダイアフラムの表面に形成された下部電極と、
前記下部電極の上に形成された圧電膜と、
前記圧電膜の上に形成されて前記振動励起部を構成する４つの振動励起用電極と、
前記４つの振動励起用電極の内側に位置するように、前記圧電膜の上に形成されて前記変位検出部を構成する４つの角速度検出用電極とを備えており、
前記ダイアフラムの対向する２辺と直交し且つ該２辺を二分する第１の仮想線と、前記ダイアフラムの対向する残りの２辺と直交し且つ該２辺を二分する第２の仮想線と、前記ダイアフラムの対向する２つの隅部の中心を通る第１の仮想対角線と、前記ダイアフラムの対向する残りの２つの隅部の中心を通る第２の仮想対角線とを仮定したときに、
前記ダイアフラムの外周部の前記輪郭形状は、前記第１の仮想線または第２の仮想線に対して線対称となる形状を有しており、
前記４つの振動励起用電極は、前記第１及び第２の仮想線によって仕切られた４つの領域内にそれぞれ形成されているか、または前記第１の仮想対角線と前記第２の仮想対角線によって仕切られた４つの領域内にそれぞれ形成されており、
前記４つの角速度検出用電極は、前記第１及び第２の仮想線によって仕切られた４つの領域内にそれぞれ形成されているか、または前記第１の仮想対角線と前記第２の仮想対角線によって仕切られた４つの領域内にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。

【請求項4】

前記４つの振動励起用電極及び前記４つの角速度検出用電極は、前記第１の仮想線及び第２の仮想線に対して線対称形状となるように配置されている請求項３に記載の角速度センサ。

【請求項5】

前記ダイアフラム、前記重錘及び前記支持部は、半導体基板にエッチングを施して一体に形成されており、
前記４つの振動励起用電極は、前記第１の仮想対角線と前記第２の仮想対角線によって仕切られた４つの領域内にそれぞれ形成されており、
前記４つの角速度検出用電極は、前記第１の仮想対角線と前記第２の仮想対角線によって仕切られた４つの領域内にそれぞれ形成されており、
前記第１の仮想線及び前記第２の仮想線が前記Ｘ軸の軸線及び前記Ｙ軸の軸線とそれぞれ一致しており、
前記輪郭の前記第１の仮想線に添う長さ寸法Ｒ１と、前記輪郭の前記第２の仮想線に添う長さ寸法Ｒ２と、前記第１の仮想対角線及び第２の仮想対角線に添う長さ寸法Ｒ３とが、Ｒ１：Ｒ２：Ｒ３＝（０．９５±０．０２の範囲の値）：１：（０．８５±０．０２の範囲の値）の関係を満たす請求項３に記載の角速度センサ。

【請求項6】

前記４つの振動励起用電極及び前記４つの角速度検出用電極は、前記ダイアフラムと前記重錘との境界及び前記ダイアフラムと前記支持部との境界に跨がらないように形成されている請求項５に記載の角速度センサ。

【請求項7】

前記４つの振動励起用電極の輪郭形状は、前記重錘の径方向外側に位置する外辺と、前記外辺と径方向に対向する内辺と、前記外辺と前記内辺とを連結する一対の連結辺とからなり、
前記外辺の形状が前記ダイアフラムの外周部の一部の形状と相似形になっている請求項３に記載の角速度センサ。

【請求項8】

前記内辺の形状が前記外辺の形状の相似形である請求項７に記載の角速度センサ。

【請求項9】

前記内辺の形状が円弧形状である請求項７に記載の角速度センサ。

【請求項10】

前記４つの角速度検出用電極の輪郭形状は、前記重錘の径方向外側に位置する外辺と、前記外辺と径方向に対向する内辺と、前記外辺と前記内辺とを連結する一対の連結辺とからなり、前記外辺及び内辺はそれぞれ同心の円弧形状を有している請求項３に記載の角速度センサ。

【請求項11】

前記ダイアフラムの前記輪郭の前記辺と前記隅部との連結部は湾曲している請求項３に記載の角速度センサ。

【請求項12】

前記４つの振動励起用電極の輪郭形状の角部はそれぞれ湾曲している請求項７に記載の角速度センサ。

【請求項13】

前記４つの角速度検出用電極の輪郭形状の角部はそれぞれ湾曲している請求項１０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、角速度センサに関するものである。

【背景技術】

【0002】

図１（Ａ）〜（Ｃ）は、特開２０１０−１６００９５号公報（特許文献１）に示されている従来の角速度センサの平面図、断面図及び底面図である。この角速度センサでは、平板状のダイアフラム１０１と、ダイアフラム１０１の中央部に配置された重錘１０３と、ダイアフラムの外周部を支持する支持部１０５と、ダイアフラムの表面に絶縁膜１０６を介して形成された下部電極１０７と、下部電極の上に形成された圧電薄膜１０９と、圧電薄膜の上に形成された４つの振動励起用電極１１１及び４つの角速度検出用電極１１３とを備えている。重錘１０３に対して、所定の振動軸の方向の運動成分をもった振動を誘起するためには、４つの振動励起用電極１１１からなる振動励起部を駆動する。そしてコリオリ力に基づいて重錘１０３に生じる変位軸の方向の変位を４つの角速度検出用電極１１３から検出して、角速度を求める。この角速度センサでは、ダイアフラム１０１の中心位置に原点Ｏをもち、ダイアフラム１０１の表面がＸＹ平面に含まれるようなＸＹＺ三次元直交座標系を定義したときに、Ｘ軸及びＺ軸のうちの一方を振動軸、他方を変位軸とし、変位検出部を構成する角速度検出用電極１１３からの検出値に基づいてＹ軸まわりの角速度を検出する。またＸ軸周り及びＹ軸周りの角速度を検出するためには、重錘１０３をＺ方向に振動させることになる。また、Ｚ軸周りの角速度を検出するためには、重錘１０３をＸ軸方向またはＹ軸方向に振動させることになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−１６００９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら従来の角速度センサでは、重錘１０３の断面形状が円形でダイアフラム部１０１の外周部の輪郭形状もそれぞれ円形になっている。このような構成では、実際にＺ軸周りの角速度を検出するためにＸ軸方向またはＹ軸方向に重錘１０３を振動させようとしても、重錘１０３を十分に振動させることができない。すなわち実際には、ダイアフラム１０１表面の電極の形状、重錘１０３及び支持部１０５の加工精度によって、重錘１０３が斜めに振動してしまい、高精度なＺ軸周りの角速度検出が難しい問題があった。すなわち特許文献１に記載の振動型の角速度センサでは、Ｚ軸周りの角速度検出時の駆動振動と検出振動の分離が充分に行えておらず、充分な角速度検出感度精度を実現することが困難であった。

【0005】

本発明の目的は、Ｚ軸方向の軸周りに発生する検出感度精度を向上させ、尚且つＸ軸方向・Ｙ軸方向の軸周りに発生する検出感度精度を劣化させない振動型の角速度センサを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の角速度センサは、平板状のダイアフラムと、ダイアフラムの中央部に配置された重錘と、ダイアフラムの外周部を支持する支持部と、ダイアフラムに設けられた振動励起部と角速度検出部とを備えている。振動励起部は、重錘に対して、所定の振動軸の方向の運動成分をもった振動を誘起する。変位検出部は、コリオリ力に基づいて重錘に生じる変位軸の方向の変位を検出する。そしてダイアフラムの中心位置に原点Ｏをもち、ダイアフラムの表面がＸＹ平面に含まれるようなＸＹＺ三次元直交座標系を定義したときに、Ｘ軸及びＺ軸のうちの一方を振動軸、他方を変位軸とし、変位検出部からの検出値に基づいてＹ軸まわりの角速度を検出する。

【0007】

特に、本発明では、重錘が円柱状または円錐状を有している。そしてダイアフラムの外周部の輪郭形状を、正方形の四隅に直線部または湾曲部を有する形状とする。ここで重錘の形状を特定する円柱状または円錐状とは、幾何学的に完全な円柱または円錐だけを意味するものではなく、製造上発生する歪みの存在や、製造上発生する表面の凹凸の存在、重錘とダイアフラムとの境界部（隅部）に生じる拡径部分等の存在は許容されるものである。またダイアフラムの外周部の輪郭形状に含まれる直線部及び湾曲部も、幾何学的に完全な直線形状及び湾曲形状に限定されるものではない。

【0008】

本発明によれば、Ｚ軸周りの角速度検出に必要なＸ軸方向及びＹ軸方向の振動が明確になる。またＸ軸回り及びＹ軸回りの角速度検出に必要なＺ軸向の振動も損なわれない。したがって本発明によれば、Ｚ軸周りの角速度を検出するためにＸ軸方向またはＹ軸方向に重錘を十分に振動させることができる角速度センサを提供することができる。またＺ軸方向の軸周りに発生する検出感度精度を向上させ、尚且つＸ軸方向・Ｙ軸方向の軸周りに発生する検出感度精度を劣化させない振動型の角速度センサを提供することができる。

【0009】

発明者は、重錘の形状を円柱状または円錐状に特定した場合において、ダイアフラムの外周部の輪郭形状を変えた場合におけるＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向の振動を研究した。その結果、以下の関係が成り立つことを見出した。

【0010】

・ダイアフラムの外周部の輪郭形状が円形の場合：Ｚ軸方向の振動は良好だが、Ｘ軸方向の振動とＹ軸方向の振動の分離が難しい。

【0011】

・ダイアフラムの外周部の輪郭形状が四角形の場合：Ｘ軸方向の振動とＹ軸方向の振動を分離し易いがＺ軸方向の振動に歪が生じやすい。

【0012】

そこで発明者は、ダイアフラムの外周部の輪郭形状について、上述の円形の場合と四角形の場合の中間形状として本発明の形状を考えて、種々の試験をした結果、本発明の中間形状であれば、Ｘ軸方向の振動とＹ軸方向の振動の区分がし易く、尚且つＺ軸方向の振動時のダイアフラムの変位が同心円形状になって、安定した駆動振動となることを見出した。

【0013】

上記振動励起部と角速度検出部は、それぞれ複数の電極によって構成されることになる。電極の形状や配置位置によって、検出性能に差が出ることはよく知られている。そのためより好ましい電極の形状や配置位置については、目標とする性能に応じて適宜に定めることになる。具体的な角速度センサは、ダイアフラムの表面に形成された下部電極と、下部電極の上に形成された圧電膜と、圧電膜の上に形成されて振動励起部を構成する４つの振動励起用電極と、４つの振動励起用電極の内側に位置するように、圧電膜の上に形成されて変位検出部を構成する４つの角速度検出用電極とを備えている。この場合において、ダイアフラムの対向する２辺と直交し且つ該２辺を二分する第１の仮想線と、ダイアフラムの対向する残りの２辺と直交し且つ該辺２を二分する第２の仮想線と、ダイアフラムの対向する２つの隅部の中心を通る第１の仮想対角線と、ダイアフラムの対向する残りの２つの隅部の中心を通る第２の仮想対角線とを仮定する。そしてダイアフラムの外周部の輪郭形状を、第１の仮想線または第２の仮想線に対して線対称となる形状とする。この場合、４つの振動励起用電極には、第１及び第２の仮想線によって仕切られた４つの領域内にそれぞれ形成するか、または第１の仮想対角線と第２の仮想対角線によって仕切られた４つの領域内にそれぞれ形成する。そして４つの角速度検出用電極は、第１及び第２の仮想線によって仕切られた４つの領域内にそれぞれ形成するか、または第１の仮想対角線と第２の仮想対角線によって仕切られた４つの領域内形成する。このようにするとＸ軸方向の振動とＹ軸方向の振動の区分ができる信号を４つの角速度検出用電極から確実に得ることができる。

【0014】

なおダイアフラム、重錘及び支持部を、半導体基板にエッチングを施して一体に形成させる場合において、Ｘ軸方向の振動とＹ軸方向の振動の区分をさらに明確にできる信号を得るためには、４つの振動励起用電極を、第１及び第２の仮想線によって仕切られた４つの領域内にそれぞれ形成し、４つの角速度検出用電極も、第１及び第２の仮想線によって仕切られた４つの領域にそれぞれ形成する。この場合、第１の仮想対角線及び第２の仮想対角線がＸ軸の軸線及びＹ軸の軸線とそれぞれ一致するように形成するのが好ましい。

【0015】

見方を変えた具体的な構造では、４つの振動励起用電極を、第１の仮想対角線と第２の仮想対角線によって仕切られた４つの領域内にそれぞれ形成することができる。そして４つの角速度検出用電極は、第１の仮想対角線と第２の仮想対角線によって仕切られた４つの領域内にそれぞれ形成する。この場合には、第１の仮想線及び第２の仮想線がＸ軸の軸線及びＹ軸の軸線とそれぞれ一致させる。このような配置では、ダイアフラムの輪郭の第１の仮想線に添う長さ寸法をＲ１とし、ダイアフラムの輪郭の第２の仮想線に添う長さ寸法をＲ２とし、第１の仮想対角線及び第２の仮想対角線に添う長さ寸法をＲ３とした場合に、Ｒ１：Ｒ２：Ｒ３＝（０．９５±０．０２の範囲の値）：１：（０．８５±０．０２の範囲の値）の関係を満たすようにすると、主軸感度及び他軸感度を共にバランスさせることができる。

【0016】

４つの振動励起用電極及び４つの角速度検出用電極は、ダイアフラムと重錘との境界及びダイアフラムと支持部との境界に跨がらないように形成されていのが好ましい。このようにすると効率良く振動を生じさせることができて、しかもＸ軸方向の振動とＹ軸方向の振動を増大させることができる。

【0017】

４つの振動励起用電極及び４つの角速度検出用電極は、第１の仮想線及び第２の仮想線に対して線対称形状となるように配置されているのが好ましい。このようにするとＸ軸方向の振動とＹ軸方向の振動の区分をさらに明確にできる信号を得ることができる。

【0018】

電極の形状であるが、４つの振動励起用電極の輪郭形状は、重錘の径方向外側に位置する外辺と、この外辺と径方向に対向する内辺と、外辺と内辺とを連結する一対の連結辺とからなる場合、外辺の形状がダイアフラムの外周部の一部の形状と相似形になっているのが好ましい。このようにすることにより効率良く振動を生じさせることができる。

【0019】

この場合、振動励起用電極の輪郭形状の内辺の形状を外辺の形状の相似形とするのが好ましい。このようにすると最も効率良く振動を生じさせることができる。

【0020】

また４つの角速度検出用電極の輪郭形状は、重錘の径方向外側に位置する外辺と、外辺と径方向に対向する内辺と、外辺と内辺とを連結する一対の連結辺とからなる場合、外辺及び内辺はそれぞれ同心の円弧形状を有しているのが好ましい。このような角速度検出用電極を用いると、Ｘ軸方向の振動とＹ軸方向の振動の区分ができる信号を可能な範囲で大きくして４つの角速度検出用電極から得ることができる。

【0021】

なおダイアフラムの輪郭の辺と隅部との連結部は湾曲しているのが好ましい。このようにするとダイアフラムの機械的強度を高めることができる。また４つの振動励起用電極の輪郭形状４つの角速度検出用電極の輪郭形状の角部はそれぞれ湾曲しているのが好ましい。このようにすると電極が剥がれることを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】（Ａ）〜（Ｃ）は、従来の角速度センサの平面図、断面図及び底面図である。

【図2】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の角速度センサの実施の形態の一例の平面図及び底面図である。

【図3】実施の形態の角速度センサを、重錘をＸ軸方向に振動させるように振動励起用電極を駆動したときに得られる４つの角速度検出用電極から得られる所定の周波数範囲における出力の一部を示す図である。

【図4】（Ａ）及び（Ｂ）は、半導体基板をドライエッチングして形成される裾引き部（未エッチング部）を説明するために用いる図である。

【図5】本発明の他の実施の形態の平面図を示している。

【図6】図５の実施の形態の角速度センサを、重錘をＸ軸方向に振動させるように振動励起用電極を駆動したときに得られる４つの角速度検出用電極から得られる所定の周波数範囲における出力の一部を示す図である。

【図7】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第３の実施の形態の角速度センサの平面図及び背面図である。

【図8】（Ａ）〜（Ｄ）は、異なる電極形状と電極配置の例を示す図である。

【図9】輪郭形状が異なるダイアフラムを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図２（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の角速度センサの実施の形態の一例の平面図及び底面図である。なお断面構造は、図１（Ｂ）の従来の角速度センサと同じであるため省略する。また図２（Ａ）には、配線パターンは図示していない。本実施の形態の角速度センサでは、平板状のダイアフラム１と、ダイアフラム１の裏面中央部に配置された重錘３と、ダイアフラム１の外周部を支持する支持部５と、ダイアフラム１の表面に図示しない絶縁膜を介して形成された図示しない下部電極と、下部電極の上に形成された圧電薄膜９と、圧電薄膜の上９に形成された４つの振動励起用電極１１及び４つの角速度検出用電極１３とを備えている。ダイアフラム１と、重錘３と支持部５とは、結晶方位が（１００）の半導体基板の一方の面上に重錘３の端面と支持部５の端面に対応する形状を有するマスクを配置し、このマスク側からドライエッチングを施すことにより、一体に形成されている。本実施の形態では、４つの振動励起用電極１１により、重錘に対して、所定の振動軸の方向の運動成分をもった振動を誘起する振動励起部が構成されている。また角速度検出用電極１３により、コリオリ力に基づいて重錘３に生じる変位軸の方向の変位を検出する変位検出部が構成されている。

【0024】

重錘３は、円柱状または円錐状を有している。そしてダイアフラムの外周部の輪郭形状は、四角形（本実施の形態では略正方形）の四隅に直線部ＳＴを有する形状になっている。本実施の形態では、正方形の各辺Ｓ１〜Ｓ４と直線部ＳＴとの交点部には、小さいアール部が形成されている。

【0025】

本実施の形態では、ダイアフラム１の中心位置に原点Ｏをもち、ダイアフラム１の表面がＸＹ平面に含まれるようなＸＹＺ三次元直交座標系を定義したときに、図２（Ａ）に示すようにＸ軸とＹ軸とを定義している。ダイアフラム１の対向する２辺Ｓ１及びＳ３と直交し且つ該２辺Ｓ１及びＳ３を二分する第１の仮想線Ｌ１と、ダイアフラム１の対向する残りの２辺Ｓ２及びＳ４と直交し且つ該２辺を二分する第２の仮想線Ｌ２と、ダイアフラム１の対向する２つの隅部Ｃ１及びＣ３の中心を通る第１の仮想対角線ＣＬ２と、ダイアフラム１の対向する残りの２つの隅部Ｃ２及びＣ４の中心を通る第２の仮想対角線ＣＬ２とを仮定する。そしてダイアフラム１の外周部の輪郭形状を、第１の仮想線Ｌ１または第２の仮想線Ｌ２に対して線対称となる形状とする。本実施の形態では、４つの振動励起用電極１１を、第１及び第２の仮想線Ｌ１及びＬ２によって仕切られた４つの領域内にそれぞれ形成している。そして４つの角速度検出用電極１３は、第１の仮想対角線ＣＬ１と第２の仮想対角線ＣＬ２によって仕切られた４つの領域にそれぞれ形成されている。

【0026】

４つの振動励起用電極１１の輪郭形状は、重錘３の径方向外側に位置する外辺１２Ａと、この外辺１２Ａと径方向に対向する内辺１２Ｂと、外辺１２Ａと内辺１２Ｂとを連結する一対の連結辺１２Ｃ及び１２Ｄとからなる。外辺１２Ａの形状は、ダイアフラム１の外周部の一部（隣合う２つの辺の一部と直線部に亘る部分）の形状と相似形になっている。また振動励起用電極１１の輪郭形状の内辺１２Ｂの形状も外辺の形状の相似形となっている。４つの振動励起用電極１１をこのような形状にすると効率良く振動を生じさせることができる。

【0027】

また４つの角速度検出用電極１３の輪郭形状は、重錘３の径方向外側に位置する外辺１４Ａと、外辺１４Ａと径方向に対向する内辺１４Ｂと、外辺１４Ａと内辺１４Ｂとを連結する一対の連結辺１４Ｃ及び１４Ｄとからなる。本実施の形態では、外辺１４Ａ及び内辺１４Ｂはそれぞれ同心の円弧形状を有している。４つの振動励起用電極１１と４つの角速度検出用電極１３をこのように定めると、Ｘ軸方向の振動とＹ軸方向の振動の区分ができる信号を４つの角速度検出用電極１３から確実に得ることができる。

【0028】

本実施の形態では、４つの振動励起用電極１１及び４つの角速度検出用電極１３は、ダイアフラム１と重錘３との境界及びダイアフラム１と支持部５との境界に跨がらないように形成されている。このように４つの振動励起用電極１１及び４つの角速度検出用電極１３を形成すると、４つの角速度検出用電極１３からの出力信号の振幅をより大きなものとすることができる。

【0029】

重錘３に対して、所定の振動軸の方向の運動成分をもった振動を誘起するためには、４つの振動励起用電極１１からなる振動励起部を駆動する。そしてコリオリ力に基づいて重錘３に生じる変位軸の方向の変位を４つの角速度検出用電極１３から検出して、角速度を求める。この角速度センサでは、Ｘ軸及びＺ軸のうちの一方を振動軸、他方を変位軸とし、変位検出部を構成する角速度検出用電極１３からの検出値に基づいてＹ軸まわりの角速度を検出する。またＸ軸周り及びＹ軸周りの角速度を検出するためには、重錘３をＺ方向に振動させることになる。本実施の形態によれば、Ｚ軸周りの角速度検出に必要なＸ軸方向及びＹ軸方向の振動が明確になる。またＸ軸回り及びＹ軸回りの角速度検出に必要なＺ軸向の振動も損なわれない。したがって本実施の形態によれば、コリオリ力の検出ができて、しかもＺ軸周りの角速度を検出するためにＸ軸方向またはＹ軸方向に重錘を十分に振動させることができる角速度センサを得ることができる。また、Ｚ軸周りの角速度を検出するためには、重錘３をＸ軸方向またはＹ軸方向に振動させることになる。

【0030】

図３は、本実施の形態の角速度センサを、重錘３をＸ軸方向に２４．２kHzで振動させるように振動励起用電極１１を駆動したときに得られる４つの角速度検出用電極１３から得られる所定の周波数範囲における出力の一部を示している。なお図中のＸ１，Ｘ２，Ｙ１及びＹ２は、図２（Ａ）中の電極を区別すために付した符号Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１及びＹ２と同じである。図３から、Ｘ軸方向とＹ軸方向の振動が明確に区別できる出力が得られることが判る。

【0031】

図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、結晶方位が（１００）の半導体基板をドライエッチングしてダイアフラム１、重錘３及び支持部５を一体に形成すると、支持部５とダイアフラム１との境界部及び重錘３とダイアフラム１の境界部には、僅かな裾引き部（未エッチング部）４Ａ〜４Ｃが残る。特に、重錘３とダイアフラム１との間に形成される裾引き部（未エッチング部）は、方向性を持っている。図４（Ａ）に示すように、第１及び第２の仮想線Ｌ１及びＬ２に沿う裾引き部（未エッチング部）４Ａの最長長さは、第１及び第２の仮想対角線ＣＬ１及びＣＬ２に沿う裾引き部（未エッチング部）４Ｂの最長長さよりも長くなることが判った。長い裾引き部（未エッチング部）４Ｂの存在は、振動特性に少なからず影響を与える。

【0032】

図５は、このような状況に対処するための本発明の第２の実施の形態の平面図を示している。本実施の形態では、４つの振動励起用電極１１´を、第１及び第２の仮想線Ｌ１及びＬ２によって仕切られた４つの領域内にそれぞれ形成し、４つの角速度検出用電極１３´も、第１及び第２の仮想線Ｌ１及びＬ２によって仕切られた４つの領域内にそれぞれ形成する。この場合、第１の仮想対角線ＣＬ１及び第２の仮想対角線ＣＬ２がＹ軸の軸線及びＸ軸の軸線とそれぞれ一致する。本実施の形態では、長さが短い裾引き部（未エッチング部）４Ｂが形成される方向にＸ軸及びＹ軸の座標を取ることにより、裾引き部（未エッチング部）の存在の影響を低減している。

【0033】

図６は、図５の実施の形態の角速度センサを、重錘３をＸ軸方向に２４．０kHzで振動させるように振動励起用電極１１´を駆動したときに得られる４つの角速度検出用電極１３´から得られる所定の周波数範囲における出力の一部を示している。なお図中のＸ１，Ｘ２，Ｙ１及びＹ２は、図５中の電極を区別すために付した符号Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１及びＹ２と同じである。図６と図３を対比すると判るように、Ｘ軸方向の出力（Ｘ１，Ｘ２）とＹ軸方向の出力（Ｙ１，Ｙ２）との間の差が、本実施の形態の場合のほうが、図３の実施の形態の場合よりも大きくなっている。したがって図２の実施の形態と比べて、図５の実施の形態の構成のほうが、Ｘ軸方向の振動とＹ軸方向の振動の区分がより明確になる。なお使用するダイアフラム材料の特性によって、本実施の形態とは異なる電極形状で異なる電極配置を採用できるのは勿論である。

【0034】

図７（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第３の実施の形態の角速度センサの平面図及び背面図を示している。この例では、４つの振動励起用電極１１″を、第１の仮想対角線ＣＬ１と第２の仮想対角線ＣＬ２によって仕切られた４つの領域内にそれぞれ形成している。そして４つの角速度検出用電極１３″も、第１の仮想対角線ＣＬ１と第２の仮想対角線ＣＬ２によって仕切られた４つの領域内にそれぞれ形成されている。本実施の形態では、第１の仮想線Ｌ１及び第２の仮想線Ｌ２がＸ軸の軸線及びＹ軸の軸線とそれぞれ一致している。このような配置では、ダイアフラムの輪郭の第１の仮想線に添う長さ寸法をＲ１とし、ダイアフラムの輪郭の第２の仮想線に添う長さ寸法をＲ２とし、第１の仮想対角線及び第２の仮想対角線に添う長さ寸法をＲ３とした場合に、Ｒ１：Ｒ２：Ｒ３＝（０．９５±０．０２の範囲の値）：１：（０．８５±０．０２の範囲の値）の関係を満たすようにすると、主軸感度及び他軸感度を共にバランスさせることができることが実験により確認された。なお本実施の形態では、４つの振動励起用電極１１″は、重錘３″の径方向外側に位置する外辺１２″Ａと、この外辺１２″Ａと径方向に対向する内辺１２″Ｂと、外辺１２″Ａと内辺１２″Ｂとを連結する一対の連結辺１２″Ｃ及び１２″Ｄとからなる。外辺１２″Ａの形状は、ダイアフラム１″の外周部の一部（隣合う２つの辺ＳＬ″の一部と直線部Ｓ１″に亘る部分）の形状と相似形になっている。また振動励起用電極１１″の輪郭形状の内辺１２″Ｂの形状は、円弧形状を有している。４つの振動励起用電極１１″をこのような形状にすると最も効率良く振動を生じさせることができる。また４つの角速度検出用電極１３″の輪郭形状は、重錘３の径方向外側に位置する外辺１４″Ａと、外辺１４″Ａと径方向に対向する内辺１４″Ｂと、外辺１４″Ａと内辺１４″Ｂとを連結する一対の連結辺１４″Ｃ及び１４″Ｄとからなる。本実施の形態では、外辺１４″Ａ及び内辺１４″Ｂはそれぞれ同心の円弧形状を有している。４つの振動励起用電極１１″と４つの角速度検出用電極１３″をこのように定めると、Ｘ軸方向の振動とＹ軸方向の振動の区分ができる信号を４つの角速度検出用電極１３″から確実に得ることができる。なお本実施の形態では［図７（Ａ）のｒで示した部分］、４つの振動励起用電極１１″及び４つの角速度検出用電極１３″の角部を湾曲させているので、電極が剥離することを有効に防止することができる。また本実施の形態ではダイアフラム１″の輪郭の辺と隅部との連結部［図７（Ｂ）のｒで示した部分］は湾曲しているので、ダイアフラム１″の機械的強度が高い。

【0035】

図８（Ａ）の例では、４つの振動励起用電極１１´が第１の仮想対角線ＣＬ１と第２の仮想対角線ＣＬ２によって仕切られた４つの領域に形成されている。そして４つの角速度検出用電極１３は、第１及び第２の仮想線Ｌ１及びＬ２によって仕切られた４つの領域にそれぞれ形成されている。図８（Ｂ）の例では、図８（Ａ）の例と同じ電極配置を有しているが、振動励起用電極１１´の内辺１２´Ｂが円弧形状を有している。図８（Ｃ）の例では、図８（Ｂ）の例と同様に振動励起用電極１１´の内辺１２´Ｂが円弧形状を有しており、電極配置は図２（Ａ）の例と同じになっている。さらに図８（Ｄ）の例では、図８（Ｂ）の例と同様に振動励起用電極１１´の内辺１２´Ｂが円弧形状を有しており、電極配置は図５の例と同じになっている。

【0036】

また上記実施の形態では、ダイアフラムの外周部の輪郭形状を、四角形（具体的には略正方形）の四隅に直線部を有する形状としたが、ダイアフラムの外周部の輪郭形状を図９に示すように正方形の四隅に湾曲部Ｃを有する形状としてもよい。このようにした場合でもダイアフラムの外周部の輪郭形状を、正方形の四隅に直線部を有する形状とした場合と同様の効果を得ることができる。

【産業上の利用可能性】

【0037】

本発明によれば、Ｚ軸周りの角速度検出に必要なＸ軸方向及びＹ軸方向の振動が明確になる。またＸ軸回り及びＹ軸回りの角速度検出に必要なＺ軸方向の振動も損なわれない。したがって本発明によれば、Ｚ軸方向の軸周りに発生する検出感度精度を向上させ、尚且つＸ軸方向・Ｙ軸方向の軸周りに発生する検出感度精度を劣化させない角速度センサを提供することができる。

【符号の説明】

【0038】

１ ダイアフラム
３ 重錘
５ 支持部
９ 圧電薄膜
１１ 振動励起用電極
１２Ａ 外辺
１２Ｂ 内辺
１２Ｃ 連結辺
１３ 角速度検出用電極
１４Ａ 外辺
１４Ｂ 内辺
１４Ｃ 連結辺
Ｌ１ 第１の仮想線
Ｌ２ 第２の仮想線
ＣＬ２ 第２の仮想対角線
ＣＬ１ 第２の仮想対角線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】