專利名稱：角速度傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及在移動終端或車輛等中使用的角速度傳感器。
背景技術：
圖11是以往的角速度傳感器的檢測元件101的俯視圖。檢測元件101具備:在XYZ空間中沿X軸方向延伸的支承體102、一端103A與支承體102連接的臂103、與臂103的另一端103D連接的重量物199。臂103的一端103A與支承體102的側面連接。臂103具備具有角部103BU03C的J字形狀。重量物199在XY平面內被驅動振動。與具備檢測元件101的角速度傳感器相類似的以往的角速度傳感器例如在專利文獻I中公開。在檢測元件101中，難以提高繞Z軸的角速度的檢測靈敏度。先行技術文獻專利文獻專利文獻I日本特開2008-46058號公報

發明內容
角速度傳感器具備檢測元件，該檢測元件具有以XYZ空間定義的形狀，并且能夠檢測繞Z軸的角速度。檢測元件具有:沿X軸方向延伸的支承體、與支承體連接的臂、與該臂連接的重量物。臂具有與支承體連接的第一端、以及與重量物連接的第二端。臂實質上具有由第一臂部、第二臂部和第三臂部構成的J字形狀，其中，第一臂部從第一端沿Y軸方向延伸至第一角部，第 二臂部從第一角部沿X軸方向延伸至第二角部，第三臂部從第二角部沿Y軸方向延伸至第二端。臂的X軸方向的長度大于重量物的X軸方向的長度。該角速度傳感器能夠提高對于繞Z軸的角速度的靈敏度。


圖1是本發明的實施方式I的角速度傳感器的檢測元件的俯視圖。圖2是圖1所示的檢測元件的線2-2處的剖視圖。圖3是表示實施方式I的檢測元件的驅動振動和檢測振動的俯視圖。圖4是實施方式2的角速度傳感器的檢測元件的俯視圖。圖5是表示實施方式2的檢測元件的驅動振動的俯視圖。圖6是實施方式3的角速度傳感器的檢測元件的俯視圖。圖7是實施方式3的另一角速度傳感器的另一檢測元件的俯視圖。圖8是實施方式4的角速度傳感器的檢測元件的俯視圖。圖9是實施方式4的角速度傳感器的另一檢測元件的俯視圖。圖10是實施方式4的角速度傳感器的又一檢測元件的俯視圖。圖11是以往的角速度傳感器的檢測元件的俯視圖。
具體實施例方式(實施方式I)圖1是實施方式I的角速度傳感器的檢測元件I的俯視圖。在圖1中，對相互成直角的X軸、Y軸和Z軸進行定義。角速度傳感器具備檢測繞Z軸的角速度的檢測元件I。檢測元件I具有由XYZ空間定義的形狀。檢測元件I具備:沿X軸方向延伸的支承體8、具有與支承體8的側面連接的端3A的臂3、與端3A的相反側的臂3的端3D連接的重量物4。臂3實際上具備具有角部3B、3C的J字形狀。臂3的X軸方向的長度Wl大于重量物4的X軸方向的長度W2。在實施方式I的角速度傳感器中，由于能夠使檢測元件I的驅動振動的共振頻率與繞Z軸的角速度檢測振動的共振頻率接近，因此能夠提高檢測元件I的繞Z軸的角速度的檢測靈敏度。在圖11所示的以往的檢測元件101中，臂103的X軸方向的長度WlOl比重量物199的X軸方向的長度W102小。發明人發現，在這樣的情況下，檢測元件101的驅動振動的共振頻率與施加了繞Z軸的角速度時的檢測振動的共振頻率相偏離，因此難以提高檢測元件101的繞Z軸的角速度的檢測靈敏度。對實施方式I的角速度傳感器的檢測元件I的結構進行詳細說明。支承體8是支承檢測元件I的固定構件。支承體8利用其他的支承構件或粘接劑等固定于容納檢測元件I的封裝體上。臂3從與支承體8的側面連接的端3A延伸至與重量物4連接的端3D。具體地說，臂3實質上具有由臂部3E、臂部 3F、臂部3G構成的J字形狀，其中，臂部3E沿Y軸的正方向Yl從端3A延伸至角部3B，臂部3F沿X軸的正方向Xl從角部3B延伸至角部3C，臂部3G沿Y軸的負方向Y2從角部3C延伸至端3D。臂3及重量物4能夠在包括X軸和Y軸的XY平面內驅動振動，并且能夠向Z軸方向彎曲。支承體8、臂3及重量物4可以使用水晶、LiTaO3或者LiNbO3等壓電材料形成，也可以使用硅、金剛石、熔融石英、鋁或GaAs等非壓電材料。特別是，通過使用硅，能夠利用微細加工技術將檢測元件I形成為非常小型，并且能夠與電路等IC 一體形成。支承體8、臂3及重量物4可以由不同的材料或者相同的材料各自形成后進行組裝而形成，也可以使用相同的材料一體形成。在使用相同的材料一體形成的情況下，通過使用干式蝕刻或濕式蝕刻，能夠以相同的工序形成支承體8、臂3及重量物4，因此能夠高效地制造檢測元件I。在臂3的臂部3E上設有位于J字形狀的內周側和外周側的2個驅動部5。通過對2個驅動部5施加相互逆相位的電壓，能夠使臂3和重量物4在XY平面內振動。在實施方式I中，對于驅動部5采用使用由鋯鈦酸鉛(PZT)構成的壓電元件的壓電方式，但也可以使用利用電極間的靜電電容的靜電方式。圖2是圖1所示的檢測元件I的線2-2處的剖視圖,表示驅動部5。驅動部5具有:設置在臂3上的下部電極11A、設置在下部電極IlA上的壓電元件11B、設置在壓電元件IlB上的上部電極11C，壓電元件IlB被下部電極IlA及上部電極IlC夾持。作為下部電極IlA及上部電極11C，可以使用鉬(Pt)、金(Au)、鋁(Al)或以它們為主要成分的合金或氧化物。需要說明的是，作為下部電極IlA優選使用鉬(Pt)。由此，能夠使PZT單向取向。在此，對下部電極IlA施加基準電位。通過對上部電極IlC施加相互逆相位的交流驅動電壓，能夠使臂3在XY平面內振動。需要說明的是，也可以不對下部電極IlA施加基準電位，而對下部電極IIA及上部電極IlC均施加交流驅動電壓。由此，能夠使臂3和重量物4以較大的振幅振動，能夠改善驅動效率。在臂3的臂部3F上設有位于J字形狀的內周側和外周側的2個檢測部6。檢測部6通過檢測對臂3施加角速度時的變形來檢測重量物4的振動。檢測部6采用使用壓電元件的壓電方式，但也可以使用利用電極間的靜電電容的靜電方式。在采用使用壓電元件的壓電方式的情況下，可以形成與驅動部5同樣結構的、利用下部電極及上部電極夾持壓電元件的結構。以下，對實施方式I的角速度傳感器的動作進行說明。圖3是表示檢測元件I的驅動振動和檢測振動的俯視圖。當從外部的驅動電路向驅動部5施加驅動振動的共振頻率的交流電壓時，臂3和重量物4沿著驅動振動方向Dl在XY平面內驅動振動。此時，若繞Z軸施加角速度，則在與驅動振動方向Dl正交的方向上產生科里奧利力。在該科里奧利力的作用下，在重量物4上產生在檢測振動方向D2上與驅動振動調諧的檢測振動。通過檢測部6檢測由于檢測振動產生的臂3的應變來作為臂3的變形，由此檢測角速度。檢測振動方向D2的檢測振動共振頻率優選設定在驅動振動方向Dl的驅動振動共振頻率的附近。這是因為，由于在施加角速度時產生的檢測振動與驅動振動調諧，因此若檢測振動的共振頻率接近驅動振動的共振頻率，則相應地容易大幅度地激發檢測振動。如圖3所示，由于驅動振動方向Dl和檢測振動方向D2不同，因此通常難以使驅動振動共振頻率與檢測振動共振頻率接近。例如，若將圖11所示的以往的檢測元件101的驅動振動共振頻率設計為40kHz左右，則檢測振動共振頻率為65kHz附近，相互的共振頻率偏離達到25kHz。因此，在以往的檢測元件101中，對于繞Z軸的角速度的靈敏度低。在實施方式I的檢測元件I中，如圖1所示，臂3的X軸方向的長度Wl大于重量物的X軸方向的長度W2。由此臂3的角部3C附近的剛性變小。在施加繞Z軸的角速度時的檢測共振振動時，應力容易集中在角部3C，因此通過減小角部3C處的剛性，能夠降低施加繞Z軸角速度時的檢測共振振動的共振頻率。在實施方式I的檢測元件I中，相對于驅動振動共振頻率40kHz，檢測振動共振頻率可以設計為45kHz左右，能夠將共振頻率之差縮小到5kHz以內。由此，與以往的檢測元件I相比，能夠獲得約5倍的繞Z軸的角速度的靈敏度。如圖1所示，優選臂部3F的Y軸方向的寬度WF小于臂部3E的X軸方向的寬度WE。根據該結構，由于能夠降低角部3C附近的剛性，因此能夠使驅動振動共振頻率與檢測振動共振頻率接近。此外，通過使臂部3G的X軸方向的寬度WG小于臂部3F的Y軸方向的寬度WF，也能夠降低角部3C附近的剛性，因此能夠使驅動振動共振頻率與檢測振動共振頻率接近。此外,也 可以使角部3B的內周的曲率半徑大于角部3C的內周的曲率半徑，由此也能夠降低角部3C附近的剛性，因此能夠使驅動振動共振頻率與檢測振動共振頻率接近。上述結構可以各自單獨獲得效果，也可以通過組合而進一步使驅動振動共振頻率與檢測振動共振頻率接近，其結果是，能夠進一步提高繞Z軸的角速度的靈敏度。
需要說明的是，在圖3所示的驅動振動方向Dl上使臂3和重量物4驅動振動的情況下，應變容易集中在臂部3E。因此，通過在臂部3E設置驅動部5能夠改善驅動效率。同樣，在圖3所示的檢測振動方向D2上使臂3和重量物4檢測振動的情況下，應變容易集中在臂部3F。因此，通過在臂部3F設置檢測部6，能夠改善檢測效率。臂3的端3D與重量物4的Y軸方向的寬度的實質上的中央連接。此外，臂3的端3D與重量物4的X軸的正方向Xl的端部連接。根據該結構，重量物4收納在臂3的J字形狀的內側，因此能夠獲得小型的檢測元件I。(實施方式2)圖4是實施方式2的角速度傳感器的檢測元件10的俯視圖。在圖4中，對與圖1至圖3所示的檢測元件I相同的部分標注相同的參照符號。實施方式2的角速度傳感器具備檢測角速度的檢測元件10。檢測元件10具備:沿Y軸方向延伸的2個縱梁7、沿X軸方向延伸的橫梁即支承體8、位于比支承體8靠Y軸的正方向Yl的位置的振動部9A、9B、位于比支承體8靠Y軸的負方向Y2的位置的振動部9C、9D。支承體8的兩端部8A、8B分別與2個縱梁7的大致中央部連接。振動部9B與圖1 圖3所示的實施方式I的檢測元件I同樣地，具備與支承體8的側面連接的臂3和與臂3的端3D連接的重量物4。與實施方式I同樣地，臂3的X軸方向的長度大于重量物4的X軸方向的長度。振動部9A具備與支承體8連接的臂53和與臂53連接的重量物54。振動部9C具備與支承體8連接的臂63和與臂63連接的重量物64。振動部9D具備與支承體8連接的臂73和與臂73連接的重量物74。臂53、63、73具有與圖1所示的實施方式I的臂3同樣的形狀。臂3、53、63、73與位于支承體8的中央的中間部8C連接。重量物54、64、74具有與圖1所示的實施方式I的重量物4同樣的形狀。g卩，臂53具有與支承體8的中間部8C連接的端53A和端53A的相反側的端53D。重量物54與臂53的端53D連接。臂53實質上具有由臂部53E、臂部53F、臂部53G構成的J字形狀，其中，臂部53E從端53A沿Y軸的正方向Yl延伸至角部53B，臂部53F從角部53B沿X軸的負方向X2延伸至角部53C，臂部53G從角部53C沿Y軸的負方向Y2延伸至端53D。臂53的X軸方向的長度大于重量物54的X軸方向的長度。臂部53F的Y軸方向的寬度小于臂部53E的X軸方向的寬度。臂部53G的X軸方向的寬度小于臂部53F的Y軸的寬度。角部53B的內周的曲率半徑大于角部53C的內周的曲率半徑。同樣地，臂63具有與支承體8的中間部8C連接的端63A和端63A的相反側的端63D。重量物64與臂63的端63D連接。臂63實質上具有由臂部63E、臂部63F、臂部63G構成的J字形狀，其中，臂部63E從端63A沿Y軸的負方向Y2延伸至角部63B，臂部63F從角部63B沿X軸的負方向X2延伸至角部63C，臂部63G從角部63C沿Y軸的正方向Yl延伸至端63D。臂63的X軸方向的長度大于重量物64的X軸方向的長度。臂部63F的Y軸方向的寬度小于臂部63E的X軸方向的寬度。臂部63G的X軸方向的寬度小于臂部63F的Y軸的寬度。角部63B的內周的曲率半徑大于角部63C的內周的曲率半徑。同樣地，臂73具有與支承體8的中間部SC連接的端73A和端73A的相反側的端73D。重量物74與臂73的端73D連接。臂73實質上具有由臂部73E、臂部73F、臂部73G構成的J字形狀，其中，臂部73E從端73A沿Y軸的負方向Y2延伸至角部73B，臂部73F從角部73B沿X軸的正方向Xl延伸至角部73C，臂部73G從角部73C沿Y軸的正方向Yl延伸至端73D。臂73的X軸方向的長度大于重量物74的X軸方向的長度。臂部73F的Y軸方向的寬度大于臂部73E的X軸方向的寬度。臂部73G的X軸方向的寬度小于臂部73F的Y軸的寬度。角部73B的內周的曲率半徑大于角部73C的內周的曲率半徑。臂3的端3D與重量物4的Y軸方向的寬度的實質上的中央連接。同樣地，臂53、63,73分別與重量物54、64、74的Y軸方向的寬度的實質上的中央連接。在臂53的臂部53E和臂部53F上分別設有與圖1和圖2所示的實施方式I的驅動部5和檢測部6同樣的驅動部55和檢測部56。驅動部55驅動臂53而使臂53和重量物54在XY平面內振動。檢測部56檢測臂53的振動而檢測重量物54的振動。在臂63的臂部63E和臂部63F上分別設有與圖1和圖2所示的實施方式I的驅動部5和檢測部6同樣的驅動部65和檢測部66。驅動部65驅動臂63而使臂63和重量物64在XY平面內振動。檢測部66檢測臂63的振動而檢測重量物64的振動。在臂73的臂部73E和臂部73F上分別設有與圖1和圖2所示的實施方式I的驅動部5和檢測部6同樣的驅動部75和檢測部76。驅動部75驅動臂73而使臂73和重量物74在XY平面內振動。檢測部76檢測臂73的振動而檢測重量物74的振動。4個振動部9A、9B、9C、9D制成相對于X軸、Y軸對稱。即，振動部9A、9B設置成相對于通過支承體8的中間部8C且與Y軸平行的中心軸AY相互對稱。振動部9C、9D設置成相對于中心軸AY相互對稱。此外，振動部9A、9C設置成相對于通過支承體8的中間部8C且與X軸平行的中心軸AX相互對稱。振動部9B、9D設置成相對于中心軸AX相互對稱。2根縱梁7是支承檢測元件10的固定構件，其使用其他的支承構件或粘接劑等固定在容納檢測元件10的封裝體上。如圖4所示，檢測元件10也可以具有分別與2個縱梁7的端連接的2個橫梁57。2個縱梁7和2個橫梁57構成框形狀的固定構件。臂3、73分別與重量物4 、74的X軸的正方向Xl的端連接。此外，臂53、63分別與重量物54、64的X軸的負方向X2的端連接。根據該結構，由于重量物4、54、64、74收納在臂3、53、63、73的J字形狀的內側，因此能夠減小由2個縱梁7和2個橫梁57構成的框形狀，能夠獲得小型的檢測元件10。支承體8將縱梁7和振動部9A 9D連接，從對稱性的觀點考慮，優選與縱梁7的中央部連接。與實施方式I同樣地，若縱梁7及支承體8使用與振動部9A 9D相同的材料而一體形成，則能夠高效地進行制造。圖5是表示檢測元件10的驅動振動的俯視圖。在檢測元件10的振動部9A 9D中，通過對驅動部5、55、65、75施加交流信號而使臂3、53、63、73在驅動振動方向Dl上驅動振動，由此使重量物4、54、64、74在XY平面內在驅動振動方向Dl上振動。如圖5所示,4個振動部9A 9D的振動在XY平面內相互抵消，能夠減小向檢測元件10的外部泄漏的振動。特別是，通過將振動部9A 9D、縱梁7及支承體8設計成相對于中心軸AX、AY軸對稱，能夠在理論上完全消除泄漏振動。由此，能夠防止因泄漏振動導致的驅動振動的Q值的減少，并且能夠防止檢測部6拾取不需要的信號。如以上所述，具有4個振動部9A 9D的檢測元件10由于可防止振動的Q值的減少，所以能夠實現驅動效率高且不易拾取不需要的信號的精度高的角速度傳感器。(實施方式3)圖6是實施方式3的角速度傳感器的檢測元件110的俯視圖。在圖6中，對與圖I所示的實施方式I的檢測元件I相同的部分標注相同的參照符號。在圖1所示的實施方式I的檢測元件I中，臂3的端3D與重量物4的Y軸方向的寬度的實質上的中央連接。在圖6所示的實施方式3的檢測元件110中，臂3的端3D與重量物4的Y軸的負方向Y2的端連接。根據該結構，能夠使從角部3C延伸至端3D的臂部3G的Y軸方向的長度形成為重量物4的Y軸方向的寬度的1/2以上。由此，能夠使驅動振動的共振頻率與檢測振動的共振頻率更加接近，檢測振動的振幅變大而能夠提高角速度傳感器對于繞Z軸的角速度的靈敏度。圖7是實施方式3的角速度傳感器的另一檢測元件210的俯視圖。在圖7中，對與圖6所示的檢測元件110相同的部分標注相同的參照符號。圖7所示的檢測元件210具備驅動部185、285、385、485和檢測部186、286、486來代替圖6所示的檢測元件110的驅動部5和檢測部6，并進一步具備監視器部386。驅動部185、285、385、485和檢測部186、286、486以及監視器部386具有與圖2所示的實施方式I的驅動部5同樣的結構。驅動部185、285沿著臂3從臂3的端3A附近經由臂部3E越過角部3B而延伸至臂部3F。驅動部185設置在臂3的J字形狀的外周側。與驅動部185相比，驅動部285位于J字形狀的內周側。檢測部186、286沿著臂3從臂3的端3D附近經由臂部3G越過角部3C而延伸至臂部3F。檢測部186設置在臂3的J字形狀的外周側。與檢測部186相比，檢測部286位于J字形狀的內周側。驅動部385、485沿著臂部3F設置在臂部3F。驅動部385設置在臂3的J字形狀的外周側。與驅動部385相比，驅動部485位于J字形狀的內周側。監視器部386和檢測部486沿著臂部3F設于臂部3F。監視器部386設置在臂3的J字形狀的外周側。與監視器部386相比，檢測部486設置在J字形狀的內周側。驅動部385和監視器部386位于驅動部185與檢測部186之間，驅動部485和檢測部486位于驅動部285與檢測部286之間。監視器部386位于驅動部185與驅動部385之間，檢測部486位于驅動部285與驅動部485之間。·驅動部185、285、385、485與圖1所示的驅動部5同樣地進行動作。檢測部186、286,486與圖1所示的檢測部6同樣地進行動作。監視器部386輸出與重量物4的驅動振動同步的信號。驅動電路根據該信號控制對驅動部185、285、385、485施加的交流電壓，以使重量物4以恒定的振幅和頻率驅動振動。檢測元件210能夠以更高的靈敏度穩定地檢測繞Z軸的角速度。(實施方式4)圖8是實施方式4的角速度傳感器的檢測元件310的俯視圖。在圖8中，對與圖4所示的實施方式2的檢測元件10相同的部分標注相同的參照符號。圖8所示的檢測元件310具備重量物104、154、164、174來代替圖4所示的實施方式2的檢測元件10的重量物4、54、64、74。重量物104、154、164、174分別在重量物104、154、164、174的X軸方向的中央部與臂3、53、63、73的端3D、53D、63D、73D連接。臂3(53、63,73)的X軸方向的長度Wl大于重量物104 (154、164、174)的X軸方向的長度W102。臂53、3、63、73 和重量物 154、104、164、174 分別構成振動部 109A、109B、109C、109D。4個振動部109A、109B、109C、109D制成相對于X軸、Y軸對稱。即，振動部109AU09B設置為相對于通過支承體8的中間部SC且與Y軸平行的中心軸AY相互對稱。振動部109C、109D設置成相對于中心軸AY相互對稱。此外，振動部109A、109C設置成相對于通過支承體8的中間部8C且與X軸平行的中心軸AX相互對稱。振動部109BU09D設置成相對于中心軸AX相互對稱。檢測元件310與實施方式2的檢測元件在對于繞Z軸的角速度的靈敏度方面具有同樣的效果。圖9是實施方式4的另一角速度傳感器的檢測元件410的俯視圖。在圖9中，對與圖4所示的實施方式2的檢測元件10相同的部分標注相同的參照符號。圖9所示的檢測元件410具備支承體208來代替圖4所示的檢測元件10的支承體8，不具備圖4所示的檢測元件10的2個縱梁7和2個橫梁57。圖4所示的檢測元件10通過由2個縱梁7和2個橫梁57構成的框形狀的固定構件支承。在圖9所示的檢測元件410中，通過支承體208作為固定構件被支承而支承檢測元件410。臂3、53、63、73與支承體208的中間部208C連接。圖9所示的支承體208的Y軸方向的寬度大于圖4所示的支承體8的Y軸方向的寬度。由此，能夠穩固地支承具備4個臂3、53、63、73和4個重量物4、54、64、74的檢測元件410。圖10是 實施方式4的又一角速度傳感器的檢測元件510的俯視圖。在圖10中，對與圖4所示的實施方式2的檢測元件10相同的部分標注相同的參照符號。在圖4所示的檢測元件10中，臂3、53、63、73的端3A、53A、63A、73A與支承體8的中間部8C連接。在圖10所示的檢測元件510中，臂53、63的端53A、63A與和支承體8的縱梁7連接的端部8A連接，臂3、73的端3A、73A與和支承體8的縱梁7連接的端部8B連接。在圖10所示的檢測元件510中，臂3、53、63、73的J字形狀形成為將圖4所示的檢測元件10的臂3、53、63、73的J字形狀翻轉后的形狀。即，臂53實質上具有由臂部53E、臂部53F、臂部53G構成的J字形狀，其中，臂部53E從端53A沿Y軸的正方向Yl延伸至角部53B，臂部53F從角部53B沿X軸的正方向Xl延伸至角部53C，臂部53G從角部53C沿Y軸的負方向Y2延伸至端53D。臂3實質上具有由臂部3E、臂部3F、臂部3G構成的J字形狀，其中，臂部3E從端3A沿Y軸的正方向Yl延伸至角部3B，臂部3F從角部3B沿X軸的負方向X2延伸至角部3C，臂部3G從角部3C沿Y軸的負方向Y2延伸至端3D。臂63實質上具有由臂部63E、臂部63F、臂部63G構成的J字形狀，其中，臂部63E從端63A沿Y軸的負方向Y2延伸至角部63B，臂部63F從角部63B沿X軸的正方向Xl延伸至角部63C，臂部63G從角部63C沿Y軸的正方向Yl延伸至端63D。臂73實質上具有由臂部73E、臂部73F、臂部73G構成的J字形狀，其中，臂部73E從端73A沿Y軸的負方向Y2延伸至角部73B，臂部73F從角部73B沿X軸的負方向X2延伸至角部73C，臂部73G從角部73C沿Y軸的正方向Yl延伸至端73D。在檢測元件510的振動部9A 9D，通過對驅動部施加交流信號，使臂3、53、63、73在驅動振動方向D301上驅動振動，由此能夠使重量物4、54、64、74在XY平面內在驅動振動方向D301上振動。如圖10所示,4個振動部9A 9D的振動在XY平面內相互抵消，能夠減少檢測元件510向外部泄漏的振動。尤其是，通過將振動部9A 9D、縱梁7及支承體8設計成相對于中心軸AX、AY軸對稱，能夠在理論上完全消除泄漏振動。由此，能夠防止因泄漏振動導致的驅動振動的Q值的減少，并且能夠防止檢測部拾取不需要的信號。如以上所述，圖10所示的檢測元件510與圖4所示的檢測元件10同樣地能夠防止振動的Q值的減少，因此能夠實現驅動效率高、并且不易拾取不需要的信號的精度高的角速度傳感器。工業實用性本發明所涉及的角速度傳感器能夠以高靈敏度檢測角速度，因此從移動終端用途到車輛控制用途都能適用。符號說明I 檢測元件3 臂(第一臂)3A 端(第一端)3B 角部(第一角部)3C 角部(第二角部)3D 端(第二端)3E 臂部(第一臂部)
3F 臂部(第二臂部)3G 臂部(第三臂部)4 重量物(第一重量物)5 驅動部(第一驅動部)6 檢測部(第一檢測部)7 縱梁(第一縱梁、第二縱梁)8 支承體9A 振動部(第二振動部)9B 振動部(第一振動部)9C 振動部(第四振動部)9D 振動部(第三振動部)53 臂(第二臂)53A端(第三端)53B角部(第三角部)53C角部(第四角部)53D端(第四端)53E臂部(第四臂部)53F臂部(第五臂部)53G臂部(第六臂部)54 重量物(第二重量物)55 驅動部(第二驅動部)56 檢測部(第二檢測部)63 臂(第四臂)63A端(第七端)
63B角部(第七角部)63C角部(第八角部)63D端(第八端)63E臂部(第十臂部)63F臂部(第i^一臂部)63G臂部(第十二臂部)64重量物(第四重量物)65驅動部(第四驅動部)66檢測部(第四檢測部)73臂(第三臂)73A端(第五端)73B角部(第五角部)73C角部(第六角部)73D端(第六端)73E臂部(第 七臂部)73F臂部(第八臂部)73G臂部(第九臂部)74重量物(第三重量物)75驅動部(第三驅動部)76檢測部(第三檢測部)AX中心軸(第二中心軸)AY中心軸(第一中心軸)
權利要求
1.一種角速度傳感器，其特征在于， 具備檢測元件，該檢測元件具有以具有相互成直角的X軸、Y軸和Z軸的XYZ空間定義的形狀，并且能夠檢測繞所述Z軸的角速度， 所述檢測元件具有: 支承體，其沿所述X軸方向延伸； 第一臂，其具有與所述支承體連接的第一端、以及所述第一端的相反側的第二端； 第一重量物，其與所述第一臂的所述第二端連接， 所述第一臂實質上具有由第一臂部、第二臂部和第三臂部構成的J字形狀，其中， 所述第一臂部從所述第一端沿所述Y軸方向延伸至第一角部， 所述第二臂部從所述第一角部沿所述X軸方向延伸至第二角部， 所述第三臂部從所述第二角部 沿所述Y軸方向延伸至所述第二端， 所述第一臂的所述X軸方向的長度大于所述第一重量物的所述X軸方向的長度。
2.根據權利要求1所述的角速度傳感器，其特征在于， 所述第二臂部的所述Y軸方向的寬度小于所述第一臂部的所述X軸方向的寬度。
3.根據權利要求1所述的角速度傳感器，其特征在于， 所述第三臂部的所述X軸方向的寬度小于所述第二臂部的所述Y軸方向的寬度。
4.根據權利要求1所述的角速度傳感器，其特征在于， 所述第一角部的曲率半徑大于所述第二角部的曲率半徑。
5.根據權利要求1所述的角速度傳感器，其特征在于，還具備: 驅動部，其設于所述第一臂部且使所述第一重量物振動； 檢測部，其設于所述第二臂部并檢測所述第一重量物的振動。
6.根據權利要求1所述的角速度傳感器，其特征在于， 所述檢測元件還具有: 第二臂，其具有與所述支承體連接的第三端、以及所述第三端的相反側的第四端； 第二重量物，其與所述第二臂的所述第四端連接； 第三臂，其具有與所述支承體連接的第五端、以及所述第五端的相反側的第六端； 第三重量物，其與所述第三臂的所述第六端連接； 第四臂，其具有與所述支承體連接的第七端、以及所述第七端的相反側的第八端； 第四重量物，其與所述第四臂的所述第八端連接， 所述第二臂實質上具有由第四臂部、第五臂部和第六臂部構成的J字形狀，其中， 所述第四臂部從所述第三端沿所述Y軸方向延伸至第三角部， 所述第五臂部從所述第三角部沿所述X軸方向延伸至第四角部， 所述第六臂部從所述第四角部沿所述Y軸方向延伸至所述第四端， 所述第三臂實質上具有由第七臂部、第八臂部和第九臂部構成的J字形狀，其中， 所述第七臂部從所述第五端沿所述Y軸方向延伸至第五角部， 所述第八臂部從所述第五角部沿所述X軸方向延伸至第六角部， 所述第九臂部從所述第六角部沿所述Y軸方向延伸至所述第六端， 所述第四臂實質上具有由第十臂部、第十一臂部和第十二臂部構成的J字形狀，其中， 所述第十臂部從所述第七端沿所述Y軸方向延伸至第七角部，所述第十一臂部從所述第七角部沿所述X軸方向延伸至第八角部， 所述第十二臂部從所述第八角部沿所述Y軸方向延伸至所述第八端， 所述第二臂的所述X軸方向的長度大于所述第二重量物的所述X軸方向的長度， 所述第三臂的所述X軸方向的長度大于所述第三重量物的所述X軸方向的長度， 所述第四臂的所述X軸方向的長度大于所述第四重量物的所述X軸方向的長度。
7.根據權利要求6所述的角速度傳感器，其特征在于， 還具備沿所述Y軸方向延伸的第一縱梁和第二縱梁， 所述支承體沿所述X軸方向延伸，并且具有分別與所述第一縱梁和第二縱梁的大致中央部連接的兩端部。
8.根據權利要求6所述的角速度傳感器，其特征在于， 所述第一臂和所述第一重量物構成第一振動部， 所述第二臂和所述第二重量物構成第二振動部， 所述第一振動部和所述第二振動部設置成相對于通過所述支承體且與所述Y軸平行的第一中心軸對稱。
9.根據權利要求8所述的角速度傳感器，其特征在于， 所述第三臂和所述第 三重量物構成第三振動部， 所述第一振動部和所述第三振動部設置成相對于通過所述支承體且與所述X軸平行的第二中心軸對稱。
10.根據權利要求6所述的角速度傳感器，其特征在于， 所述第一臂和所述第一重量物構成第一振動部， 所述第二臂和所述第二重量物構成第二振動部， 所述第三臂和所述第三重量物構成第三振動部， 所述第一振動部和所述第三振動部設置成相對于通過所述支承體且與所述X軸平行的第二中心軸對稱。
11.根據權利要求6所述的角速度傳感器，其特征在于， 所述第一臂的所述第二臂部的所述Y軸方向的寬度小于所述第一臂部的所述X軸方向的寬度， 所述第二臂的所述第五臂部的所述Y軸方向的寬度小于所述第四臂部的所述X軸方向的寬度， 所述第三臂的所述第八臂部的所述Y軸方向的寬度小于所述第七臂部的所述X軸方向的寬度， 所述第四臂的所述第十一臂部的所述Y軸方向的寬度小于所述第十臂部的所述X軸方向的寬度。
12.根據權利要求6所述的角速度傳感器，其特征在于， 所述第一臂的所述第三臂部的所述X軸方向的寬度小于所述第二臂部的所述Y軸的寬度， 所述第二臂的所述第六臂部的所述X軸方向的寬度小于所述第五臂部的所述Y軸的寬度， 所述第三臂的所述第九臂部的所述X軸方向的寬度小于所述第八臂部的所述Y軸的寬度， 所述第四臂的所述第十二臂部的所述X軸方向的寬度小于所述第十一臂部的所述Y軸的寬度。
13.根據權利要求6所述的角速度傳感器，其特征在于， 所述第一臂的所述第一角部的曲率半徑大于所述第二角部的曲率半徑， 所述第二臂的所述第三角部的曲率半徑大于所述第四角部的曲率半徑， 所述第三臂的所述第五角部的曲率半徑大于所述第六角部的曲率半徑， 所述第四臂的所述第七角部的曲率半徑大于所述第八角部的曲率半徑。
14.根據權利要求6所述的角速度傳感器，其特征在于，還具備: 第一驅動部，其設于所述第一臂的所述第一臂部上并使所述第一重量物振動； 第一檢測部，其設于所述第一臂的所述第二臂部上并檢測所述第一重量物的振動； 第二驅動部，其設于所述第二臂的所述第四臂部上并使所述第二重量物振動； 第二檢測部，其設于所述第二臂的所述第五臂部上并檢測所述第二重量物的振動； 第三驅動部，其設于所述第三臂的所述第七臂部上并使所述第三重量物振動； 第三檢測部，其設于所述第三臂的所述第八臂部上并檢測所述第三重量物的振動； 第四驅動部，其設于所述第四臂的所述第十臂部上并使所述第四重量物振動； 第四檢測部，其設 于所述第四臂的所述第十一臂部上并檢測所述第四重量物的振動。
全文摘要
角速度傳感器具備檢測元件，該檢測元件具有以XYZ空間定義的形狀，并且能夠檢測繞Z軸的角速度。檢測元件具有沿X軸方向延伸的支承體、與支承體連接的臂、與該臂連接的重量物。臂具有與支承體連接的第一端、以及與重量物連接的第二端。臂實質上具有由第一臂部、第二臂部和第三臂部構成的J字形狀，其中，第一臂部從第一端沿Y軸方向延伸至第一角部，第二臂部從第一角部沿X軸方向延伸至第二角部，第三臂部從第二角部沿Y軸方向延伸至第二端。臂的X軸方向的長度大于重量物的X軸方向的長度。該角速度傳感器能夠提高對于繞Z軸的角速度的靈敏度。
文檔編號G01C19/5607GK103250028SQ20118005737
公開日2013年8月14日 申請日期2011年12月22日 優先權日2010年12月28日
發明者藤井剛, 山本賢作 申請人:松下電器產業株式會社