特許 7188311 ジャイロセンサー、電子機器、及び移動体

(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】

(24)【登録日】2022-12-05

(45)【発行日】2022-12-13

(54)【発明の名称】ジャイロセンサー、電子機器、及び移動体

(51)【国際特許分類】

   G01C 19/5747 20120101AFI20221206BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20221206BHJP

【ＦＩ】

G01C19/5747

B81B3/00

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2019140790

(22)【出願日】2019-07-31

(65)【公開番号】P2021025774

(43)【公開日】2021-02-22

【審査請求日】2022-05-25

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】瀧澤 照夫

【審査官】信田 昌男

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１１７０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２３４９０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｃ １９／５７４７

Ｂ８１Ｂ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸としたとき、
基板と、
前記Ｚ軸のプラス側に位置している前記基板の上面に支持され、静電容量の変化に基づ
いて角速度を検出する素子部と、
を含み、
前記素子部は、
前記基板の前記上面に固定されている固定部と、
前記基板の前記上面と平行であり、前記Ｘ軸に沿ったＸ軸方向に変位可能な質量部と、
前記質量部を前記Ｘ軸方向に駆動する駆動部と、
前記質量部に接続され、前記Ｚ軸に沿ったＺ軸方向に変位可能な第１検出部と、
前記質量部に接続され、前記Ｚ軸方向に変位可能な第２検出部と、
前記第１検出部と前記固定部とを接続している第１弾性部と、
前記第２検出部と前記固定部とを接続している第２弾性部と、
を含み、
前記第１弾性部は、前記Ｘ軸方向のプラス側とマイナス側に折り返しを含み、
前記第２弾性部は、前記Ｘ軸方向のプラス側とマイナス側に折り返しを含み、
前記第１検出部と前記第２検出部は、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸を含む平面に沿って、それ
ぞれ逆位相で回転する、
ジャイロセンサー。

【請求項2】

請求項１において、
前記Ｚ軸方向からの平面視で、前記固定部は、前記第１検出部と前記第２検出部との間
に配置されている、
ジャイロセンサー。

【請求項3】

請求項１または請求項２において、
前記第１検出部は、前記Ｙ軸のプラス側に配置され、
前記第２検出部は、前記Ｙ軸のマイナス側に配置されている、
ジャイロセンサー。

【請求項4】

請求項１ないし請求項３の何れか一項において、
前記第１検出部と前記第１弾性部とを接続している第１接合部と、
前記第２検出部と前記第２弾性部とを接続している第２接合部と、
を含む、
ジャイロセンサー。

【請求項5】

請求項４において、
前記第１検出部の前記第１接合部との接続側に第１溝が設けられている、
ジャイロセンサー。

【請求項6】

請求項４または請求項５において、
前記第２検出部の前記第２接合部との接続側に第２溝が設けられている、
ジャイロセンサー。

【請求項7】

請求項１ないし請求項６の何れか一項において、
前記Ｚ軸方向からの平面視で、前記固定部は、前記第１検出部の重心と前記第２検出部
の重心とを結ぶ仮想直線と、前記質量部と、の間に配置されている、
ジャイロセンサー。

【請求項8】

請求項１ないし請求項７の何れか一項において、
前記第１弾性部は、
前記固定部から前記第１検出部へ前記Ｙ軸に沿ったＹ軸方向に延在し、
前記Ｘ軸のプラス方向からマイナス方向に折り返している折り返し部を有する、
ジャイロセンサー。

【請求項9】

請求項１ないし請求項８の何れか一項において、
前記第２弾性部は、
前記固定部から前記第２検出部へ前記Ｙ軸に沿ったＹ軸方向に延在し、
前記Ｘ軸のプラス方向からマイナス方向に折り返している折り返し部を有する、
ジャイロセンサー。

【請求項10】

請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載のジャイロセンサーを備えている、
電子機器。

【請求項11】

請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載のジャイロセンサーを備えている、
移動体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ジャイロセンサー、電子機器、及び移動体に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、シリコンＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術で製造したジャイロセンサー素子を用いたジャイロスコープ又はジャイロセンサーが開発されている。
このようなジャイロスコープとして、例えば、特許文献１に、中心に位置する駆動アクチュエーターが、駆動アクチュエーターの両側に接続された２つの質量素子を駆動し回動運動をさせることで駆動アクチュエーターの駆動方向の軸回りの角速度を検出するジャイロスコープが開示されている。このジャイロスコープは、質量素子の一方の端部が駆動アクチュエーターに接続され、他方の端部が基板に固定された固定部に弾性ばねを介して接続されている。弾性ばねは、固定部を中心とする面内回動運動を許容すると同時に、捻りばねの機能も有する。従って、駆動アクチュエーターにより質量素子が面内回動運動をしている際に、駆動アクチュエーターの駆動方向の軸回りに回転運動を受けると、面内回動運動の速度や変位量に応じて質量素子にコリオリ力が加わる。このコリオリ力は、弾性ばねを捻る方向に作用し、２つの質量素子を逆位相で変位させ、その変位量を基板上に配置された検知電極で差動的に検知することで、駆動アクチュエーターの駆動方向の軸回りの角速度を検出することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－２１１３８６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、特許文献１に記載のジャイロセンサーのうち回転駆動振動を与えるジャイロセンサーは、固定部から伸びる弾性ばねが駆動アクチュエーター側の方向へ伸びているので、質量素子の回転半径が短くなっている。そのため、駆動アクチュエーターの駆動に伴う質量素子の面内回動運動の変位量が小さくなり、駆動アクチュエーターの駆動方向の軸回りに回転運動を受けても、質量素子の検知電極側への変位量が小さくなり、検出感度が低下するという課題があった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

ジャイロセンサーは、基板と、前記基板に固定されている固定部と、前記基板の主面と平行な第１軸に沿って変位する質量部と、前記質量部を前記第１軸に沿って駆動する駆動部と、前記質量部に接続され、前記第１軸と交差する第２軸のまわりに回動可能で、且つ、前記基板に水平な回動運動に作用するコリオリ力により前記第２軸に沿って変位可能な検出部と、前記検出部と前記固定部とを接続している弾性部と、を有し、前記固定部は、平面視で、前記検出部の重心と前記質量部との間に配置されていることを特徴とする。

【0006】

上記のジャイロセンサーにおいて、前記固定部は、前記弾性部と前記質量部との間に配置されていることが好ましい。

【0007】

上記のジャイロセンサーにおいて、前記検出部から前記第１軸と前記第２軸とに交差する第３軸に沿って延在し、前記弾性部と前記検出部とを接合する接合部は、前記検出部の重心と前記質量部との間に配置されていることが好ましい。

【0008】

上記のジャイロセンサーにおいて、前記検出部は、前記検出部の前記質量部側と反対側の端部より、前記弾性部に近い位置に配置された溝を有することが好ましい。

【0009】

上記のジャイロセンサーにおいて、前記溝は、前記溝の前記第１軸方向の中心が前記接合部の前記第１軸方向の中心を通る前記第３軸に沿った延長線と重ならない位置に配置されていることが好ましい。

【0010】

ジャイロセンサーは、基板と、前記基板の主面と平行な第１軸に沿って変位する質量部と、前記質量部を前記第１軸に沿って駆動する駆動部と、前記基板に固定されている固定部と、前記固定部の前記第１軸に交差する第２軸に沿った第１方向に配置され、前記質量部に接続され、前記第１軸と前記第２軸とに交差する第３軸まわりに回動可能で、且つ、前記基板に水平な回動運動に作用するコリオリ力により前記第３軸に沿って変位可能な第１検出部と、前記固定部の前記第1方向と反対の第２方向に配置され、前記質量部に接続され、前記第３軸まわりに回動可能で、且つ、前記基板に水平な回動運動に作用するコリオリ力により前記第３軸に沿って前記第１検出部と逆相で変位可能な第２検出部と、前記第１検出部と前記固定部とを接続している第１弾性部と、前記第２検出部と前記固定部とを接続している第２弾性部と、を有し、前記固定部は、平面視で、前記第１検出部の重心と前記第２検出部の重心とを結ぶ仮想直線と、前記質量部と、の間に配置されていることを特徴とする。

【0011】

電子機器は、上記のジャイロセンサーを備えていることを特徴とする。

【0012】

移動体は、上記のジャイロセンサーを備えていることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１実施形態に係るジャイロセンサーの概略構成を示す平面図。

【図2】図１のＡ－Ａ線での断面図。

【図3】図１のＢ部の拡大図。

【図4】ジャイロセンサーの動作を説明する平面図。

【図5】第２実施形態に係るジャイロセンサーの概略構成を示す平面図。

【図6】第３実施形態に係るジャイロセンサーを備える電子機器としての携帯電話の構成を示す斜視図。

【図7】第４実施形態に係るジャイロセンサーを備える移動体としての自動車の構成を示す斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

１．第１実施形態
先ず、第１実施形態に係るジャイロセンサー１について、図１～図４を参照して説明する。
図１は、第１実施形態に係るジャイロセンサー１を示す平面図である。図２は、図１のＡ－Ａ線での断面図である。図３は、図１のＢ部の拡大図である。図４は、ジャイロセンサー１の動作を説明する平面図である。なお、図１では、基板２は概略的に図示し、また、蓋部３の図示を省略している。また、上記各図では、説明の便宜上、一部の構成要素を省略してある。例えば、電気信号を取り出す配線や過大な振動・衝撃を緩衝するストッパーと呼ばれる保護構造等である。また、各図において、分かり易くするために、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。また、図中のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、互いに直交する座標軸であり、Ｘ軸に沿う方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に沿う方向を「Ｙ方向」、Ｚ軸に沿う方向を「Ｚ方向」とし、矢印の方向がプラス方向である。また、本実施形態では、第１軸をＸ軸、第２軸をＺ軸、第３軸をＹ軸として説明する。

【0015】

図１に示すジャイロセンサー１は、Ｘ軸まわりの角速度を検知することのできる角速度センサーである。このジャイロセンサー１は、図２に示すように、素子部４と、素子部４を収納しているパッケージ１０と、を有している。

【0016】

パッケージ１０は、素子部４を支持している基板２と、基板２に接合されている蓋部３と、を有し、基板２と蓋部３との間には、素子部４を収納している空間Ｓが形成されている。

【0017】

基板２及び蓋部３は、それぞれ、板状をなし、Ｘ軸及びＹ軸を含む平面であるＸＹ平面に沿って配置されている。

【0018】

基板２には、素子部４側となる上方に開放する凹部２１が設けられている。凹部２１の中央部には、凹部２１の底面２２から突出した突出部２４が設けられている。また、突出部２４の上面となる主面２３には、素子部４の一部である後述する固定部４８が固定されている。また、凹部２１には、底面２２から突出した複数の図示しない突出部が設けられ、素子部４の一部である後述する固定部４３や固定駆動部２７，２８の一部が固定されている。また、凹部２１の底面２２には、素子部４の一部である後述する検出部４５との間で静電容量を生じる固定検出部２５が設けられている。

【0019】

蓋部３には、基板２側となる下方に開放する凹部３１が設けられている。蓋部３は、素子部４を非接触で覆うようにして基板２上に設けられており、凹部３１を除く下面３３が基板２の凹部２１を囲む主面２３に接合している。

【0020】

また、空間Ｓは、凹部２１と凹部３１とで形成された気密空間であり、減圧状態、例えば、１×１０⁺²Ｐａ～１×１０^-2Ｐａ程度となっている。これにより、角速度の検出感度を向上させることができる。

【0021】

基板２の構成材料としては、特に限定されないが、絶縁性を有する材料を用いることが好ましく、具体的には、高抵抗なシリコン材料、ガラス材料を用いるのが好ましく、例えば、アルカリ金属イオンを一定量含むガラス材料、例えば、パイレックス（登録商標）ガラスのような硼珪酸ガラスを用いるのが好ましい。これにより、素子部４がシリコンを主材料として構成されている場合、基板２と素子部４とを陽極接合することができる。陽極接合することにより、素子部４を強固に基板２へ固定することができる。よって、剥離が発生し難い高信頼性のジャイロセンサー１を提供できる。それ以外に、石英基板、水晶基板、或いはＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板であっても良い。

【0022】

また、蓋部３の構成材料としては、特に限定されず、例えば、前述した基板２と同様の材料を用いることができる。

【0023】

このような基板２と蓋部３との接合方法としては、基板２及び蓋部３の構成材料によっても異なり、特に限定されず、例えば、接着剤、ロウ材、ガラスフリット材等の接合材を用いた接合法、直接接合、陽極接合等の固体接合法等を用いることができる。特に、ガラスフリット材では、凹凸がある表面であってもガラスフリット材が流れ出し、良好に気密空間を確保することができる。特に、ジャイロセンサー１の場合は、気密空間を減圧状態にして保持する必要があるため、ガラスフリット材が好適に用いられる。

【0024】

素子部４は、図１に示すように、基板２に固定される固定部４８と、基板２の主面２３と平行なＸ方向に変位する質量部４１と、質量部４１をＸ方向に駆動する駆動部４０と、質量部４１に接続され、Ｚ軸のまわりに回動可能で、且つ、基板２に水平な回動運動に作用するコリオリ力によりＺ方向に変位可能な検出部４５と、検出部４５と固定部４８とを接続している弾性部４７と、を有している。なお、本実施形態では、固定部４８、検出部４５、及び弾性部４７は、それぞれ一対であり、質量部４１の両側にそれぞれ対称に配置、所謂、Ｙ軸に対して線対称に配置されている。

【0025】

質量部４１は、Ｘ方向を長辺とする矩形状で、中央に開口部４９ａを有している。開口部４９ａには、質量部４１に接続している複数の駆動部４０と、基板２に固定されている複数の固定駆動部２７，２８と、が配置されている。

【0026】

駆動部４０及び固定駆動部２７，２８は、それぞれＸ方向に延在する複数の梁部を有し、櫛歯状に配置されている。固定駆動部２７は、駆動部４０のＸ方向のプラス側に配置され、駆動部４０及び固定駆動部２７のそれぞれの梁部が噛合うように配置されている。また、固定駆動部２８は、駆動部４０のＸ方向のマイナス側に配置され、駆動部４０及び固定駆動部２８のそれぞれの梁部が噛合うように配置されている。

【0027】

質量部４１は、Ｘ方向の両端が折り返し形状の４つの駆動ばね４２を介して、基板２に固定している４つの固定部４３にそれぞれ接続している。なお、駆動ばね４２は、Ｘ方向から印加される外力によりＸ方向に撓む、又は、変形するように形成されている。そのため、駆動ばね４２は、質量部４１をＸ方向に変位可能としている。

【0028】

質量部４１のＸ方向の中央部でＹ方向のプラス側の開口部４９ａと反対側の端部からＹ軸のプラス方向に延在する結合ばね４４が設けられており、結合ばね４４の質量部４１側と反対側の端部に検出部４５が接続されている。また、質量部４１のＸ方向の中央部でＹ方向のマイナス側の開口部４９ａと反対側の端部からＹ軸のマイナス方向に延在する結合ばね４４が設けられており、結合ばね４４の質量部４１側と反対側の端部に検出部４５が接続されている。

【0029】

検出部４５は、Ｘ方向に長い矩形状で、Ｘ方向の中央部で、検出部４５の重心Ｇより質量部４１側に近い位置に開口部４９ｂを有している。開口部４９ｂには、基板２に固定されている固定部４８と、固定部４８に接続している弾性部４７と、弾性部４７からＹ方向に延在し、検出部４５と接合する接合部４６と、が配置されている。

【0030】

弾性部４７は、固定部４８からそれぞれＸ方向のプラス方向とマイナス方向に折り返しながらＹ方向に延在し、接合部４６に接続されている。弾性部４７は、Ｘ方向やＹ方向から印加される外力によりＸ方向やＹ方向に撓む、又は、変形するように形成されている。なお、Ｚ方向から印加される外力に対しては変形し難い構造となっている。そのため、質量部４１がＸ方向に変位した際に、検出部４５は、図３に示す、弾性部４７と固定部４８との接続点を中心軸Ｊとし、Ｊ軸まわりに基板２と水平に回動、又は、変位可能となる。

【0031】

接合部４６は、検出部４５の重心Ｇと質量部４１との間に配置され、弾性部４７からＹ方向に延在し検出部４５と接合している。そのため、固定部４８と検出部４５までの長さを長くすることができ、検出部４５の中心軸Ｊからの回転半径を長くすることができ、駆動部４０の駆動に伴う検出部４５の面内回動運動の変位量を大きくすることができる。

【0032】

また、接合部４６は、Ｙ軸まわりに捻じれるように形成されている。そのため、検出部４５が面内回動運動している際に、Ｘ軸まわりの角速度ωｘが加わると、検出部４５の面内回動運動に作用するコリオリ力が検出部４５のＸ方向のプラス側と、検出部４５のＸ方向のマイナス側と、にそれぞれ逆方向に加わり、検出部４５がＺ方向に変位可能となる。具体的には、検出部４５のＸ方向のプラス側がＺ軸のプラス方向に変位すると、検出部４５のＸ方向のマイナス側がＺ軸のマイナス方向に変位する。逆に、検出部４５のＸ方向のプラス側がＺ軸のマイナス方向に変位すると、検出部４５のＸ方向のマイナス側がＺ軸のプラス方向に変位する。また、Ｙ軸のプラス方向に配置された検出部４５とＹ軸のマイナス方向に配置された検出部４５は、逆位相で変位する。

【0033】

なお、基板２の凹部２１の底面２２で検出部４５と対向する位置に検出部４５と離間して固定検出部２５が設けられており、Ｘ軸まわりの角速度ωｘが加わり検出部４５がＺ方向に変位することで、固定検出部２５との間隔の変化を静電容量変化として検出することで、Ｘ軸まわりの角速度ωｘを検知することができる。

【0034】

また、固定検出部２５の形状は、Ｙ方向に平行な上底と下底を有する台形形状で、Ｙ方向の長さが長い下底が固定部４８側になるように配置されている。このように配置することで、検出部４５の回転運動の際に、検出部４５と固定検出部２５とが常に重なっているので、検出部４５と固定検出部２５との対向面積を一定に保つことができ、Ｘ軸まわりの角速度ωｘの検出精度を維持することができる。

【0035】

固定部４８は、検出部４５の開口部４９ｂ内に配置され、平面視で、検出部４５の重心Ｇと質量部４１との間、及び、弾性部４７と質量部４１との間に配置されている。そのため、固定部４８と検出部４５とを接続する弾性部４７を質量部４１側から遠ざかる方向に配置することができ、検出部４５の中心軸Ｊからの回転半径を長くすることができる。従って、駆動部４０の駆動に伴う検出部４５の面内回動運動の変位量が大きくなり、Ｘ軸まわりの角速度ωｘが加わると、作用するコリオリ力により検出部４５のＺ方向への変位量が大きくなるので、検出感度を高めることができる。

【0036】

検出部４５には、検出部４５の質量部４１側と反対側の端部より、弾性部４７に近い位置に配置された溝５０，５１を有している。また、溝５０は、図３に示すように、溝５０のＸ方向の中心Ｐ２が接合部４６のＸ方向の中心Ｐ１を通るＹ軸に沿った延長線Ｌと重ならない位置に配置されている。また、溝５１についても同様に、溝５１の中心が接合部４６の中心を通る延長線と重ならない位置に配置されている。このように、検出部４５に溝５０，５１を設けることで、弾性部４７の加工誤差に伴う、Ｘ軸方向の駆動振動以外の異なる振動成分である不要振動成分、所謂、クアドラチャ信号の増大を低減することができる。一般的に、不要振動成分の要因となる加工誤差は、所望の加工形状に対して対称性を持たないため、上述のようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対して回転対称、線対称、点対称などの対称性を持たない溝５０，５１を用いて補償するのが好ましい。

【0037】

上述したような素子部４は、リン、ボロン等の不純物がドープされた導電性のシリコン基板をエッチングによってパターニングすることで一括形成されている。

【0038】

また、固定検出部２５の構成材料としては、例えば、アルミニウム、金、白金、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等を用いることができる。

【0039】

次に、上述した構成のジャイロセンサー１は、次のようにしてＸ軸まわりの角速度ωｘを検出することができる。

【0040】

まず、ジャイロセンサー１が有する駆動部４０と固定駆動部２７，２８との間に駆動電圧を印加すると、固定駆動部２７，２８と駆動部４０との間に周期的に強度が変化する静電引力が生じる。これにより、図４に示すように、駆動ばね４２の弾性変形を伴って駆動部４０がＸ方向に振動し、矢印Ｘ１の方向に変位すると、駆動部４０と同様に矢印Ｘ１の方向に変位する質量部４１に接続された２つの検出部４５は、それぞれが接続された固定部４８と弾性部４７との接点を中心にＺ軸まわりに逆位相で回転運動をする。

【0041】

質量部４１のＹ方向のプラス側に位置する検出部４５は、検出部４５のＸ方向のプラス側が矢印Ｙ１方向に変位し、検出部４５のＸ方向のマイナス側が矢印Ｙ２の方向に変位する。なお、変位した検出部４５を図４では、破線で示している。逆に、質量部４１のＹ方向のマイナス側に位置する検出部４５は、検出部４５のＸ方向のマイナス側が矢印Ｙ１方向に変位し、検出部４５のＸ方向のプラス側が矢印Ｙ２の方向に変位する。つまり、質量部４１のＹ方向のプラス側に位置する検出部４５は、反時計回りに回転し、質量部４１のＹ方向のマイナス側に位置する検出部４５は、時計回りに回転する。なお、駆動部４０と質量部４１とが矢印Ｘ１と逆方向に変位すると、質量部４１のＹ方向のプラス側に位置する検出部４５は、時計回りに回転し、質量部４１のＹ方向のマイナス側に位置する検出部４５は、反時計回りに回転する。

【0042】

このように検出部４５がＺ軸回りに面内回動運動している状態で、ジャイロセンサー１にＸ軸まわりの角速度ωｘが加わると、コリオリ力が働き、検出部４５がＺ方向に変位する。このとき、質量部４１のＹ方向のプラス側に位置する検出部４５は、検出部４５のＸ方向のプラス側が矢印Ｚ２方向に変位し、検出部４５のＸ方向のマイナス側が矢印Ｚ１の方向に変位する。逆に、質量部４１のＹ方向のマイナス側に位置する検出部４５は、検出部４５のＸ方向のマイナス側が矢印Ｚ２方向に変位し、検出部４５のＸ方向のプラス側が矢印Ｚ１の方向に変位する。

【0043】

なお、駆動部４０と質量部４１とが矢印Ｘ１と逆方向に変位すると、質量部４１のＹ方向のプラス側に位置する検出部４５は、検出部４５のＸ方向のプラス側が矢印Ｚ１方向に変位し、検出部４５のＸ方向のマイナス側が矢印Ｚ２の方向に変位する。逆に、質量部４１のＹ方向のマイナス側に位置する検出部４５は、検出部４５のＸ方向のマイナス側が矢印Ｚ１方向に変位し、検出部４５のＸ方向のプラス側が矢印Ｚ２の方向に変位する。

【0044】

このように検出部４５がＺ方向に変位することにより、検出部４５と固定検出部２５との間の距離が変化する。この距離の変化に伴って、検出部４５と固定検出部２５との間の静電容量が変化する。そして、この静電容量の変化量に基づいて、ジャイロセンサー１に加わったＸ軸まわりの角速度ωｘを検出することができる。

【0045】

上述のように、本実施形態のジャイロセンサー１は、固定部４８を質量部４１に近い位置に配置し、固定部４８と検出部４５とを接続する弾性部４７を質量部４１側から遠ざかる方向に配置する構成とすることで、検出部４５の中心軸Ｊからの回転半径を長くすることができる。そのため、駆動部４０の駆動に伴う検出部４５の面内回動運動の変位量が大きくなり、Ｘ軸まわりの角速度ωｘが加わると、作用するコリオリ力により検出部４５のＺ方向への変位量が大きくなるので、ジャイロセンサー１の検出感度を高めることができる。従って、高い検出感度を有するジャイロセンサー１を得ることができる。また、固定部４８と検出部４５とを接続する弾性部４７を質量部４１側から遠ざかる方向に配置する構成とすることで、弾性部４７とその周辺に掛かる応力集中を分散させることができる。従って、疲労破壊等の要因により信頼性が低下することを防ぐことができる。よって、高性能で高信頼性のジャイロセンサー１を提供することができる。

【0046】

２．第２実施形態
次に、第２実施形態に係るジャイロセンサー１ａについて、図５を参照して説明する。
図５は、第２実施形態に係るジャイロセンサー１ａの概略構成を示す平面図である。なお、図５では、基板２及び蓋部３の図示を省略している。また、図５は、説明の便宜上、一部の構成要素を省略してあり、分かり易くするために、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。また、図中のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、互いに直交する座標軸であり、Ｘ軸に沿う方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に沿う方向を「Ｙ方向」、Ｚ軸に沿う方向を「Ｚ方向」とし、矢印の方向がプラス方向である。また、本実施形態では、第１軸をＸ軸、第２軸をＹ軸、第３軸をＺ軸とし、また、第１方向をＹ軸のプラス方向、第２方向をＹ軸のマイナス方向として説明する。

【0047】

本実施形態のジャイロセンサー１ａは、第１実施形態のジャイロセンサー１と同様に、Ｘ軸まわりの角速度を検知することのできる角速度センサーである。ジャイロセンサー１ａは、第１実施形態のジャイロセンサー１に比べ、素子部４ａの構成が異なり、質量部８１の周辺に４つの検出部８５ａ，８５ｂを有している。

【0048】

本実施形態の素子部４ａは、図５に示すように、基板２に固定される固定部８８と、基板２の主面２３と平行なＸ方向に変位する質量部８１と、質量部８１をＸ方向に駆動する複数の駆動部８０と、固定部８８の第１方向としてのＹ軸のプラス方向に配置し、質量部８１に接続され、Ｚ軸のまわりに回動可能で、且つ、基板２に水平な回動運動に作用するコリオリ力によりＺ方向に変位可能な第１検出部８５ａと、固定部８８の第２方向としてのＹ軸のマイナス方向に配置し、質量部８１に接続され、Ｚ軸のまわりに回動可能で、且つ、基板２に水平な回動運動に作用するコリオリ力によりＺ方向に変位可能な第２検出部８５ｂと、第１検出部８５ａと固定部８８とを接続している第１弾性部８７ａと、第２検出部８５ｂと固定部８８とを接続している第２弾性部８７ｂと、を有している。なお、本実施形態では、固定部８８、第１検出部８５ａ、第２検出部８５ｂ、第１弾性部８７ａ、第２弾性部８７ｂ、及び２つの駆動部８０は、それぞれ一対であり、質量部８１の両側にそれぞれ対称に配置、所謂、Ｙ軸に対して線対称に配置されている。

【0049】

質量部８１は、Ｙ方向を長辺とする矩形状の角柱部８１ａと、角柱部８１ａのＹ方向の両端にＸ方向を長辺とする矩形状の接続部８１ｂと、を有している。角柱部８１ａには、Ｙ方向の中央部でＸ方向の両端にそれぞれＸ方向のプラス方向とマイナス方向に折り返しながらＸ方向に延在し、固定部８８に接続されている駆動ばね８２が設けられている。また、角柱部８１ａには、Ｘ方向の両端にＸ方向に延在する梁部を櫛歯状に有する駆動部８０が４つ設けられている。
角柱部８１ａのＹ方向のプラス側に配置された接続部８１ｂのＸ方向の両端側には、それぞれ、Ｙ方向のマイナス側に延在し、第１検出部８５ａに接続されている結合ばね８４が設けられており、角柱部８１ａのＹ方向のマイナス側に配置された接続部８１ｂのＸ方向の両端側には、それぞれ、Ｙ方向のプラス側に延在し、第２検出部８５ｂに接続されている結合ばね８４が設けられている。

【0050】

接続部８１ｂには、Ｙ方向の角柱部８１ａ側とは反対を開口する切欠き部８１ｃが設けられており、切欠き部８１ｃのＸ方向の中央部に固定部８３が配置され、切欠き部８１ｃのＸ方向の両端に接続部８１ｂと固定部８３とを接続する弾性ばね８９が設けられている。なお、駆動ばね８２及び弾性ばね８９は、Ｘ方向から印加される外力によりＸ方向に撓む、又は、変形するように形成されている。そのため、質量部８１は、Ｘ方向に変位可能となる。

【0051】

角柱部８１ａのＸ方向のプラス側とマイナス側には、それぞれ、Ｘ方向に延在する複数の梁部を櫛歯状に有し、駆動部８０の有する複数の梁部とそれぞれ噛合うように配置された４つの固定駆動部２９が配置されている。なお、固定駆動部２９の一部は基板２に固定されている。駆動部８０と固定駆動部２９との間に駆動電圧を印加すると、固定駆動部２９と駆動部８０との間に周期的に強度が変化する静電引力が生じ、これにより、駆動ばね８２の弾性変形を伴って駆動部８０がＸ方向に振動し、駆動部８０と同様に変位する質量部８１に接続された第１検出部８５ａと第２検出部８５ｂとが、面内回動運動をする。

【0052】

駆動ばね８２が接続されている固定部８８は、Ｙ方向のプラス側に第１弾性部８７ａと、第１弾性部８７ａからＹ方向に延在し、第１検出部８５ａと接合する接合部８６ａと、が接続され、Ｙ方向のマイナス側に第２弾性部８７ｂと、第２弾性部８７ｂからＹ方向に延在し、第２検出部８５ｂと接合する接合部８６ｂと、が接続されている。

【0053】

第１弾性部８７ａ及び第２弾性部８７ｂは、固定部８８からそれぞれＸ方向のプラス方向とマイナス方向に折り返しながらＹ方向に延在し、接合部８６ａ，８６ｂにそれぞれ接続されている。第１弾性部８７ａ及び第２弾性部８７ｂは、Ｘ方向やＹ方向から印加される外力によりＸ方向やＹ方向に撓む、又は、変形するように形成されている。なお、Ｚ方向から印加される外力に対しては変形し難い構造となっている。そのため、質量部８１がＸ方向に変位した際に、第１検出部８５ａは、第１弾性部８７ａと固定部８８との接続点を中心軸とし、その軸まわりに基板２と水平に回動、又は、変位可能となり、第２検出部８５ｂは、第２弾性部８７ｂと固定部８８との接続点を中心軸とし、その軸まわりに基板２と水平に回動、又は、変位可能となる。また、Ｘ方向の外力が印加されると、第１検出部８５ａが時計回りに回転すると、第２検出部８５ｂは、反時計回りに回転し、第１検出部８５ａが反時計回りに回転すると、第２検出部８５ｂは、時計回りに回転する。また、Ｙ方向のプラス側とマイナス側に配置された第１検出部８５ａ及び第２検出部８５ｂは、それぞれ逆位相で回転する。

【0054】

接合部８６ａ，８６ｂは、Ｙ軸まわりに捻じれるように形成されている。そのため、第１検出部８５ａ及び第２検出部８５ｂが面内回動運動している際に、Ｘ軸まわりの角速度ωｘが加わると、第１検出部８５ａと第２検出部８５ｂとにそれぞれ逆方向のコリオリ力が加わり、第１検出部８５ａ及び第２検出部８５ｂがＺ方向に変位可能となる。具体的には、第１検出部８５ａがＺ軸のプラス方向に変位すると、第２検出部８５ｂがＺ軸のマイナス方向に変位する。逆に、第１検出部８５ａがＺ軸のマイナス方向に変位すると、第２検出部８５ｂがＺ軸のプラス方向に変位する。また、Ｙ方向のプラス側とマイナス側に配置された第１検出部８５ａ及び第２検出部８５ｂは、それぞれ逆位相で変位する。

【0055】

基板２の凹部２１の底面２２に、第１検出部８５ａと対向する位置に第１検出部８５ａと離間して第１固定検出部２５ａを設け、第２検出部８５ｂと対向する位置に第２検出部８５ｂと離間して第２固定検出部２５ｂを設けることで、Ｘ軸まわりの角速度ωｘが加わり第１検出部８５ａ及び第２検出部８５ｂがＺ方向に変位することで、第１固定検出部２５ａ及び第２固定検出部２５ｂとの間隔の変化を静電容量変化として検出することで、Ｘ軸まわりの角速度ωｘを検知することができる。

【0056】

固定部８８は、平面視で、第１検出部８５ａの重心Ｇａと第２検出部８５ｂの重心Ｇｂとを結ぶ仮想直線Ｌａと、質量部８１と、の間に配置されているので、固定部８８が仮想直線Ｌａより質量部８１と反対側に配置されている場合に比べ、第１検出部８５ａ及び第２検出部８５ｂの回転半径を長くすることができる。そのため、駆動部８０の駆動に伴う第１検出部８５ａ及び第２検出部８５ｂの面内回動運動の変位量が大きくなり、Ｘ軸まわりの角速度ωｘが加わると、作用するコリオリ力により第１検出部８５ａ及び第２検出部８５ｂのＺ方向への変位量が大きくなるので、検出感度を高めることができる。

【0057】

第１検出部８５ａ及び第２検出部８５ｂには、接合部８６ａ，８６ｂに近い位置に配置された溝９０，９１，９２，９３が設けられている。このように、第１検出部８５ａ及び第２検出部８５ｂに溝９０，９１，９２，９３を設けることで、第１弾性部８７ａ及び第２弾性部８７ｂの加工誤差に伴う、Ｘ軸方向の駆動振動以外の異なる振動成分である不要振動成分、所謂、クアドラチャ信号の増大を低減することができる。前述の通り、不要振動成分の要因となる加工誤差は、所望の加工形状に対して対称性を持たないため、上述のようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対して回転対称、線対称、点対称などの対称性を持たない溝９０，９１，９２，９３を用いて補償するのが好ましい。

【0058】

上述したように、本実施形態のジャイロセンサー１ａは、固定部８８が第１検出部８５ａの重心Ｇａと第２検出部８５ｂの重心Ｇｂとを結ぶ仮想直線Ｌａと、質量部８１と、の間に配置されているので、第１検出部８５ａ及び第２検出部８５ｂの回転半径を長くすることができる。そのため、駆動部８０の駆動に伴う第１検出部８５ａ及び第２検出部８５ｂの面内回動運動の変位量が大きくなり、Ｘ軸まわりの角速度ωｘが加わると、作用するコリオリ力により第１検出部８５ａ及び第２検出部８５ｂのＺ方向への変位量が大きくなるので、検出感度を高めることができる。従って、高い検出感度を有するジャイロセンサー１ａを得ることができる。また、第１検出部８５ａ及び第２検出部８５ｂの回転半径を長くすることで、接合部８６ａ，８６ｂやその周辺に掛かる応力集中を分散させることができる。従って、疲労破壊等の要因により信頼性が低下することを防ぐことができる。よって、高性能で高信頼性のジャイロセンサー１ａを提供することができる。

【0059】

３．第３実施形態
次に、第３実施形態に係るジャイロセンサー１，１ａを備えている電子機器の一例として、携帯電話１２００を挙げて説明する。なお、以下の説明では、ジャイロセンサー１を適用した構成を例示して説明する。
図６は、ジャイロセンサー１を備えている携帯電話１２００の構成を示す斜視図である。
図６に示すように、携帯電話１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４及び送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１２０１が配置されている。
このような携帯電話１２００には、ジャイロセンサー１が内蔵されている。

【0060】

このような電子機器は、上述したジャイロセンサー１を備えていることから、上記実施形態で説明した効果が反映され、性能に優れている。
なお、上述したジャイロセンサー１，１ａを備えている電子機器としては、携帯電話１２００以外に、例えば、インクジェットプリンターなどのインクジェット式吐出装置、ラップトップ型やモバイル型のパーソナルコンピューター、テレビ、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、各種ナビゲーション装置、ページャー、通信機能付も含む電子手帳、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、魚群探知機、各種測定機器、計器類、フライトシミュレーターなどや電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡などの医療機器が挙げられる。いずれの場合にも、これらの電子機器は、上述したジャイロセンサー１，１ａを備えていることから、上記実施形態で説明した効果が反映され、性能に優れている。

【0061】

４．第４実施形態
次に、第４実施形態に係るジャイロセンサー１，１ａを備えている移動体の一例として、自動車１５００を挙げて説明する。なお、以下の説明では、ジャイロセンサー１を適用した構成を例示して説明する。
図７は、ジャイロセンサー１を備えている自動車１５００を示す斜視図である。
図７に示すように、自動車１５００は、ジャイロセンサー１を、例えば、搭載されているナビゲーション装置、姿勢制御装置などの姿勢検出センサーとして用いている。
これによれば、自動車１５００は、上述したジャイロセンサー１を備えていることから、上記実施形態で説明した効果が反映され、性能に優れている。

【0062】

上述したジャイロセンサー１，１ａは、自動車１５００に限らず、自走式ロボット、自走式搬送機器、列車、船舶、飛行機、人工衛星などを含む移動体の姿勢検出センサーなどとして好適に用いることができ、いずれの場合にも、上記実施形態で説明した効果が反映され、性能に優れた移動体を提供することができる。

【0063】

以下、実施形態から導き出される内容を記載する。

【0064】

ジャイロセンサーは、基板と、前記基板に固定されている固定部と、前記基板の主面と平行な第１軸に沿って変位する質量部と、前記質量部を前記第１軸に沿って駆動する駆動部と、前記質量部に接続され、前記第１軸と交差する第２軸のまわりに回動可能で、且つ、前記基板に水平な回動運動に作用するコリオリ力により前記第２軸に沿って変位可能な検出部と、前記検出部と前記固定部とを接続している弾性部と、を有し、前記固定部は、平面視で、前記検出部の重心と前記質量部との間に配置されていることを特徴とする。

【0065】

この構成によれば、固定部が検出部の重心と質量部との間に配置されているので、固定部と検出部とを接続する弾性部を質量部側から遠ざかる方向に配置することができ、検出部の回転半径を長くすることができる。そのため、駆動部の駆動に伴う検出部の面内回動運動の変位量が大きくなり、第１軸まわりの外力を受けると、作用するコリオリ力により検出部の第２軸に沿った変位量が大きくなるので、検出感度を高めることができる。

【0066】

上記のジャイロセンサーにおいて、前記固定部は、前記弾性部と前記質量部との間に配置されていることが好ましい。

【0067】

この構成によれば、固定部が弾性部と質量部との間に配置されているので、固定部を質量部側に近づけ、また、弾性部が固定部の質量部側とは反対側で、質量部側から遠ざかる方向に配置することができる。そのため、検出部の回転半径を長くすることができ、駆動部の駆動に伴う検出部の面内回動運動の変位量を大きくすることができる。

【0068】

上記のジャイロセンサーにおいて、前記検出部から前記第１軸と前記第２軸とに交差する第３軸に沿って延在し、前記弾性部と前記検出部とを接合する接合部は、前記検出部の重心と前記質量部との間に配置されていることが好ましい。

【0069】

この構成によれば、弾性部と検出部とを接合する接合部が検出部の重心と質量部との間に配置されているので、固定部と接合部が接合する検出部までの長さを長くすることができる。そのため、検出部の回転半径をより長くすることができ、駆動部の駆動に伴う検出部の面内回動運動の変位量をより大きくすることができる。

【0070】

上記のジャイロセンサーにおいて、前記検出部は、前記検出部の前記質量部側と反対側の端部より、前記弾性部に近い位置に配置された溝を有することが好ましい。

【0071】

この構成によれば、検出部の弾性部に近い位置に溝が配置されているので、弾性部の加工誤差に伴う、第１軸に沿った駆動振動以外の異なる振動成分である不要振動成分、所謂、クアドラチャ信号の増大を低減することができる。

【0072】

上記のジャイロセンサーにおいて、前記溝は、前記溝の前記第１軸方向の中心が前記接合部の前記第１軸方向の中心を通る前記第３軸に沿った延長線と重ならない位置に配置されていることが好ましい。

【0073】

この構成によれば、検出部が第２軸まわりに回動するので、溝を接合部の延長線と重ならない位置に配置することで、第２軸まわりの回動振動以外の異なる振動成分である不要振動成分、所謂、クアドラチャ信号の増大を低減することができる。

【0074】

ジャイロセンサーは、基板と、前記基板の主面と平行な第１軸に沿って変位する質量部と、前記質量部を前記第１軸に沿って駆動する駆動部と、前記基板に固定されている固定部と、前記固定部の前記第１軸に交差する第２軸に沿った第１方向に配置され、前記質量部に接続され、前記第１軸と前記第２軸とに交差する第３軸まわりに回動可能で、且つ、前記基板に水平な回動運動に作用するコリオリ力により前記第３軸に沿って変位可能な第１検出部と、前記固定部の前記第1方向と反対の第２方向に配置され、前記質量部に接続され、前記第３軸まわりに回動可能で、且つ、前記基板に水平な回動運動に作用するコリオリ力により前記第３軸に沿って前記第１検出部と逆相で変位可能な第２検出部と、前記第１検出部と前記固定部とを接続している第１弾性部と、前記第２検出部と前記固定部とを接続している第２弾性部と、を有し、前記固定部は、平面視で、前記第１検出部の重心と前記第２検出部の重心とを結ぶ仮想直線と、前記質量部と、の間に配置されていることを特徴とする。

【0075】

この構成によれば、固定部が第１検出部の重心と第２検出部の重心とを結ぶ仮想直線と、質量部と、の間に配置されているので、固定部が仮想直線より質量部と反対側に配置されている場合に比べ、第１検出部及び第２検出部の回転半径を長くすることができる。そのため、駆動部の駆動に伴う第１検出部及び第２検出部の面内回動運動の変位量が大きくなり、第１軸まわりの外力を受けると、作用するコリオリ力により第１検出部及び第２検出部の第２軸に沿った変位量が大きくなるので、検出感度を高めることができる。

【0076】

電子機器は、上記のジャイロセンサーを備えていることを特徴とする。

【0077】

この構成によれば、高い感度特性を有し、高精度なジャイロセンサーを備えているため、高性能な電子機器を提供することができる。

【0078】

移動体は、上記のジャイロセンサーを備えていることを特徴とする。

【0079】

この構成によれば、高い感度特性を有し、高精度なジャイロセンサーを備えているため、高性能な移動体を提供することができる。

【符号の説明】

【0080】

１，１ａ…ジャイロセンサー、２…基板、３…蓋部、４…素子部、２３…主面、２５…固定検出部、２７，２８…固定駆動部、４０…駆動部、４１…質量部、４２…駆動ばね、４３…固定部、４４…結合ばね、４５…検出部、４６…接合部、４７…弾性部、４８…固定部、５０，５１…溝、１２００…電子機器としての携帯電話、１５００…移動体としての自動車、Ｇ…重心、Ｊ…中心軸、Ｌ…延長線、Ｐ１，Ｐ２…中心。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】