回転角速度センサまたは回転角加速度センサ
【課題】
検出精度を向上することができる回転角速度センサまたは回転角加速度センサを提供すること。
【解決手段】
回転角速度センサ１は、歪量検出ピース（梁104）の回転方向一方側に設けられた第１歪センサ１１ａと、歪量検出ピースの回転方向他方側に設けられた第２歪センサ１１ｂと、を備え、回転体（ボディ100）の回転に伴い歪量検出ピースに遠心力が作用することによる歪量検出ピースの径方向長さ変化量である第１歪センサ１１ａおよび第２歪センサ１１ｂの出力信号に基づき回転体の回転角速度ωを検出することとした。また、回転角加速度センサ１は、第１歪センサ１１ａと第２歪センサ１１ｂの夫々が、歪量検出ピースの撓みによって伸び方向の撓みと縮み方向の撓みを検出するとき、第１歪センサ１１ａの出力信号と第２歪センサ１１ｂの出力信号の差に基づき回転体の回転角加速度ｄωを検出することとした。
検出精度を向上することができる回転角速度センサまたは回転角加速度センサを提供すること。
【解決手段】
回転角速度センサ１は、歪量検出ピース（梁104）の回転方向一方側に設けられた第１歪センサ１１ａと、歪量検出ピースの回転方向他方側に設けられた第２歪センサ１１ｂと、を備え、回転体（ボディ100）の回転に伴い歪量検出ピースに遠心力が作用することによる歪量検出ピースの径方向長さ変化量である第１歪センサ１１ａおよび第２歪センサ１１ｂの出力信号に基づき回転体の回転角速度ωを検出することとした。また、回転角加速度センサ１は、第１歪センサ１１ａと第２歪センサ１１ｂの夫々が、歪量検出ピースの撓みによって伸び方向の撓みと縮み方向の撓みを検出するとき、第１歪センサ１１ａの出力信号と第２歪センサ１１ｂの出力信号の差に基づき回転体の回転角加速度ｄωを検出することとした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角速度センサまたは回転角加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転体の回転角速度を検出する回転角速度センサまたは回転体の回転角加速度を検出する回転角加速度センサが知られている。例えば、特許文献１に開示される回転角速度センサは、自動車のパワーステアリング装置に適用され、操舵速度を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２１５０４７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、上記従来の回転角速度センサは、操舵角を微分することにより操舵速度を推定する。この推定された操舵速度は、物理量である操舵角を微分という演算処理を経ることによって得られるものであり、操舵速度相当値として扱われる擬似値、または近似値である（物理量そのものではない）。よって、検出精度の向上に限界があるという問題があった。従来の回転角加速度センサも、上記のように得られた操舵速度を更に微分することにより操舵加速度を得ているため、同様のことが言える。本発明の目的とするところは、検出精度を向上することができる回転角速度センサまたは回転角加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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の回転角速度センサは、好ましくは、歪量検出ピースの回転方向一方側に設けられた第１歪センサと、歪量検出ピースの回転方向他方側に設けられた第２歪センサと、を備え、回転体の回転に伴い歪量検出ピースに遠心力が作用することによる歪量検出ピースの径方向長さ変化量である第１歪センサおよび第２歪センサの出力信号に基づき回転体の回転角速度を検出することとした。
また、本発明の回転角加速度センサは、好ましくは、歪量検出ピースの回転方向一方側に設けられた第１歪センサと、歪量検出ピースの回転方向他方側に設けられた第２歪センサと、を備え、第１歪センサと第２歪センサの夫々が、歪量検出ピースの撓みによって伸び方向の撓みと縮み方向の撓みを検出するとき、第１歪センサの出力信号と第２歪センサの出力信号の差に基づき回転体の回転角加速度を検出することとした。
【発明の効果】
【０００６】
よって、角度の微分演算処理によらずに回転体の回転角速度または回転角加速度を検出するため、検出精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】回転角速度センサまたは回転角加速度センサが適用されるパワーステアリング装置のシステム構成図である。
【図２】センサユニットがピニオンシャフトに設置される状態を示す分解斜視図である。
【図３】センサユニットの軸方向正面図である。
【図４】センサユニットの一部断面図（図３のＩ−Ｉ視断面）である。
【図５】歪センサの組立体の概略図である。
【図６】歪センサのホイートストンブリッジ回路を表す回路図である。
【図７】歪センサの抵抗とダミー抵抗の形状とシリコン基板の結晶方位との関係を示す図である。
【図８】歪センサの出力信号（歪量Ａ，Ｂ）と回転角速度ωとの関係特性を示す図である。
【図９】外乱入力時の歪センサの出力信号（歪量Ａ，Ｂ）と回転角速度ωとの関係特性を示す図である。
【図１０】歪センサの出力信号（歪量Ａ，Ｂ）と回転角加速度ｄωとの関係特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の回転角速度センサまたは回転角加速度センサを実現する形態を、図面に基づき説明する。
【０００９】
［実施例１］
実施例１では、回転角速度センサについて説明する。
図１は、実施例１の回転角速度センサが適用されるパワーステアリング装置のシステム構成図である。実施例１のパワーステアリング装置が適用される自動車のステアリング装置は、操作機構とギヤ機構とリンク機構を有している。操作機構は、ステアリングホイールＳＷとステアリングシャフト（コラムシャフト）ＳＳを有している。ステアリングシャフトＳＳは第１シャフトＳ１と第２シャフトＳ２（中間シャフト）からなる。ギヤ機構はラック＆ピニオン型であり、ラックＲとピニオンＰを有している。ピニオンＰは、第２シャフトＳ２に連結されたピニオンシャフトＰＳの先端に設けられており、ラックＲと噛み合っている。リンク機構は、ラックＲが設けられたラックシャフトＲＳの両端に連結されたタイロッドＴＲと、タイロッドＴＲに連結された転舵輪ＦＬ，ＦＲとを有している。
【００１０】
パワーステアリング装置は電動式である（以下、これをＥＰＳという）。ＥＰＳは、電動モータ３がギヤを直接駆動して補助力を発生する電動直結式であり、ピニオンシャフトＰＳに取り付けられてピニオンシャフトＰＳの回転に対して補助動力を与えるピニオンアシスト式である。ＥＰＳは、電源としてのバッテリＢＡＴＴから供給される電力（電流）により駆動されるモータ３と、モータ３の回転を減速する減速ギヤ機構４と、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段としてのトルクセンサＴＳと、操舵角速度としてピニオンシャフトＰＳの回転角速度ωを検出する操舵角速度検出手段としての回転角速度センサ１と、モータ３の回転（回転角ないし回転位置）を検出するモータ回転検出手段としてのレゾルバと、上記各検出手段から信号の入力を受けてモータ３の駆動を制御する操舵アシスト制御装置としての電子制御ユニットＥＣＵとを有している。ピニオンシャフトＰＳ、ラックシャフトＲＳ、減速ギヤ機構４、及びトルクセンサＴＳは、ハウジングＨＳＧの内部に収容され、単一のギヤユニットを構成している。モータ３及び電子制御ユニットＥＣＵはこのギヤユニットに取付けられ、ＥＰＳは機電一体型のＥＰＳユニットとして構成されている。
【００１１】
減速ギヤ機構は、モータ３の出力軸上に設けられたウォームシャフトと、ウォームシャフトと噛み合うウォームホイールＷＷとを有するウォームギヤ機構である。ウォームホイールＷＷは、ピニオンシャフトＰＳと同軸に設けられてピニオンＰと一体に回転する。操舵アシスト時には、モータ３の駆動力は減速ギヤ機構を介してピニオンＰに伝達される。ピニオンシャフトＰＳにおいてウォームホイールＷＷよりも第２シャフトＳ２側にはトルクセンサＴＳが設けられ、ＥＣＵに接続されている。ピニオンシャフトＰＳにおいてトルクセンサＴＳよりも第２シャフトＳ２側であってハウジングＨＳＧの外部には、回転角速度センサ１が設けられ、ＥＣＵに接続されている。
【００１２】
運転者によりステアリングホイールＳＷが操舵されると、ステアリングシャフトＳＳを介してピニオンシャフトＰＳに入力される操舵トルクがトルクセンサＴＳにより検出され、ＥＣＵに出力される。また、ＥＣＵには、図外の車速センサからの車速信号が入力される。また、ステアリングシャフトＳＳを介してピニオンシャフトＰＳに伝達される回転角速度（操舵角速度）が回転角速度センサ１により検出され、ＥＣＵに出力される。ＥＣＵは、入力される操舵トルクや車速に基づいて基本となる操舵アシスト量（目標の操舵アシスト力）を演算し、この目標操舵アシスト力及び入力されるモータ回転位置等の信号に基づきモータ３に駆動電流を出力し、モータ３の作動を制御する。ＥＣＵがモータ３に流れる電流（駆動電流）を制御することにより、ピニオンシャフトＰＳの回転に対して適切な補助動力が与えられ、ピニオンＰがラックＲを駆動して軸方向移動させることで、運転者の操舵力がアシストされる。また、ＥＣＵは、入力される回転角速度ωに基づいて操舵アシスト量（モータ３の駆動信号）を補正し、操舵操作性や操舵フィーリングを向上するための制御を行う。例えば、ステアリング装置の慣性、粘性、摩擦等を考慮し、回転角速度ωの検出値に基づき作成した補償値により操舵アシスト量を補正する慣性補償、粘性補償等を行うことで、操舵フィーリングの向上を図る。この補償制御の内容は周知の技術であるため、説明を省略する。
【００１３】
図２は、回転角速度センサ１のセンサユニット１０がピニオンシャフトＰＳに設置される状態を示す分解斜視図である。以下、説明のため、ピニオンシャフトＰＳが延びる方向にｘ軸を設定し、ピニオンシャフトＰＳが第２シャフトＳ２と接続する側を正方向とする。回転角速度センサ１は、センサ本体（歪センサ１１）と送信側アンテナ１２とがボディ100に一体に組付けられたセンサユニット１０として構成されている。ボディ100は略円環状の部材であり、ハウジングＨＳＧのｘ軸正方向端から突出するピニオンシャフトＰＳのｘ軸正方向端部の外周に嵌合して設置される。ボディ100には孔101が軸方向に延びるように貫通形成されている。孔101には軸方向溝が複数形成され（スプライン加工され）ており、ボディ100は、ピニオンシャフトＰＳのｘ軸正方向端部のスプラインと嵌合するように設けられている。ボディは、ピニオンシャフトＰＳに結合した状態で、ピニオンシャフトＰＳと略同軸で一体に回転する回転体である。ボディ100の内周側には、後述するように複数（実施例１では４つ）の歪センサ１１が設置されている。ボディ100のハウジングＨＳＧ側（ｘ軸負方向側）の端面には、孔101を取り囲むようにアンテナ１２が設置されている。アンテナ１２は、歪センサ１１に接続され、歪センサ１１が検出した信号の入力を受けてこれを後述する受信側アンテナユニット２０へ送信する送信側アンテナとして機能すると共に、受信側アンテナユニット２０から電力の供給を受けてこれを歪センサ１１に送る受電コイルとして機能する。
【００１４】
受信側アンテナユニット２０は、略円環状であり、ハウジングＨＳＧのｘ軸正方向端の開口部に、ピニオンシャフトＰＳを取り囲むように設置される。受信側アンテナユニット２０のｘ軸正方向側の端面には、アンテナ２１がピニオンシャフトＰＳを取り囲むように設置されている。アンテナ２１は、接続線200を介してＥＣＵに接続されており、歪センサ１１が送信した信号を受信してこれをＥＣＵに送る受信側アンテナとして機能すると共に、ＥＣＵから電力の供給を受けてこれをセンサユニット１０へ送る給電コイルとして機能する。センサユニット１０がピニオンシャフトＰＳに設置され、受信側アンテナユニット２０がハウジングＨＳＧに設置された状態で、アンテナ１２、２１は互いにｘ軸方向に対向するように設けられている。
【００１５】
以下、センサユニット１０（ボディ100）の中心軸（回転中心）を軸Ｏという。図３は、センサユニット１０を軸Ｏが延びる方向から見た軸方向正面図である。図４は、センサユニット１０を軸Ｏに垂直な方向から見た側面図であり、一部断面（図３のＩ−Ｉ視断面）を示す。なお、図３及び図４でアンテナ１２の図示を省略する。ボディ100には、ボディ100を径方向に貫通する雌ネジ孔104が形成されており、雌ネジ孔104には、ボディ100をピニオンシャフトＰＳへ締結固定するためのネジ１４が螺着される。ボディ100の内周側（孔101）には、軸Ｏを挟んで対向する２箇所に、外径方向（軸Ｏから離れる方向）に落ち込むように凹部102,103が設けられている。凹部102,103の周方向（軸Ｏの周り方向）での略中心位置には、凹部102,103の底部から内径方向（軸Ｏに向かう方向）に突出する梁104,105がそれぞれ設けられている。一方の梁104は歪量検出ピースであり、他方の梁105はカウンタピースである。
【００１６】
図３に示すように、梁104は、ボディ100の軸Ｏから径方向に所定距離だけ離間した位置に設けられており、軸Ｏを通る径方向直線上を延びるように設けられている。すなわち、梁104の（軸Ｏの方向から見たときの）長手方向がボディ100の径方向とほぼ一致するように設けられている。梁104は板状に形成されており、その周方向寸法（板厚）は径方向寸法（板幅）よりも小さく設けられている。図４に示すように、梁104は、ボディ100の軸方向全範囲に亘って設けられており、その軸方向寸法は径方向寸法よりも大きく設けられている。梁104は、ボディ100の回転に伴い遠心力が作用するように所定の質量を有すると共に、遠心力の作用によって外径方向に若干縮み（歪み）、その径方向寸法が減少するように形成されている。梁105は、軸Ｏを基準として梁104の反対側に（軸Ｏに関して対称位置に）、梁104と同様の形状に設けられている。すなわち、梁105は、その（軸Ｏの方向から見たときの）長手方向がボディ100の径方向とほぼ一致する板状に設けられており、ボディ100の回転に伴い遠心力が作用するように所定の質量を有すると共に、この遠心力の作用によって径方向寸法が減少するように形成されている。
【００１７】
センサ本体は、歪量検出用の構造体（梁104,105）の歪量を検出する手段としての歪センサ１１（第１〜第４歪センサ１１ａ〜１１ｄ）から構成される。ボディ100が回転する方向（図３の矢印αの方向）を「回転方向」としたとき、一方の梁104の回転方向一方側の面には、第１歪センサ１１ａが設けられている。第１歪センサ１１ａは、梁104の上記回転方向一方側の歪量Ａ１を検出する。梁104の回転方向他方側には、第２歪センサ１１ｂが設けられている。第２歪センサ１１ｂは、梁104の上記回転方向他方側の歪量Ｂ１を検出する。他方の梁105の上記回転方向一方側には、第３歪センサ１１ｃが設けられている。第３歪センサ１１ｃは、梁105の上記回転方向一方側の歪量Ａ２を検出する。梁105の上記回転方向他方側には、第４歪センサ１１ｄが設けられている。第４歪センサ１１ｄは、梁105の上記回転方向他方側の歪量Ｂ２を検出する。第１、第２歪センサ１１ａ、１１ｂは、ボディ100の径方向及びｘ軸方向で、梁104のほぼ中央に配置されている。第１、第２歪センサ１１ａ、１１ｂは、梁104を挟んでほぼ対称に（一方の歪センサ１１が取り付けられる梁104の面を正面から見たとき表裏で重なるように）配置されている。同様に、第３、第４歪センサ１１ｃ、１１ｄは、ボディ100の径方向及びｘ軸方向で、梁105のほぼ中央に配置されており、梁105の両側に軸Ｏの周り方向で重なる位置に設けられている。
【００１８】
〔歪センサの構成について〕
ここで、歪センサ１１の詳細について説明する。図５は、歪センサ１１の組立体110の構成を表す概略図である。この組立体110は、同一のシリコン基板111上に、抵抗112aとダミー抵抗112bとを有するホイートストンブリッジ回路112、歪センサアンプ群113、アナログ／デジタルコンバータ114、整流・検波・変復調回路部115、通信制御部116、外部接続用の電極パッド118、及び接着部117を備えている。シリコン基板111はシリコン単結晶により形成されている。以下ではシリコン基板111と、シリコン基板111上に構成した薄膜群を総称してチップと記載する。組立体110は接着部117により梁104,105に接着される。すなわち、シリコン基板裏面を梁104,105との接着面とする。組立体110は、アンテナ１２から電極パッド118を介して送られた電力用高周波信号を整流・検波・変復調回路部115で平滑化し、一定電圧の直流電力にしてチップ内の各回路に電源として供給する。ホイートストンブリッジ回路112（抵抗112aとダミー抵抗112b）には、所定の電流が供給される。
【００１９】
図６はホイートストンブリッジ回路112を表す回路図であり、図７は抵抗112aとダミー抵抗112bの形状とシリコン基板111の結晶方位との関係を示す図である。ホイートストンブリッジ回路112は、単結晶シリコン基板111の（００１）面に、対向する２辺に設けられた一組の抵抗112a、及び対向する他の２辺に設けられた一組のダミー抵抗112bからなる。抵抗112aは、内部に不純物が拡散された拡散抵抗を含むシリコン結晶によって構成され、シリコン結晶は単結晶である。すなわち、抵抗112aは、シリコン基板111中に局所的にＰ型の不純物層を拡散して形成された、歪量を測定するための素子である。その長手方向（抵抗112aの両端子を結ぶ直線）はシリコン基板111の＜−１１０＞方向とほぼ一致するように形成される。ダミー抵抗112bは、抵抗112aと同様、シリコン基板111中に局所的にＰ型の不純物層を拡散してＶ字型に形成されている。Ｖ字を形成する２つの直線部分の長さは等しく、一方の直線部分の長手方向は＜１００＞方向となり、他方の長手方向は＜１００＞方向に対して９０°回転させた方向となるようにする。ダミー抵抗112bは、このようにＶ字型に形成されることで抵抗値を稼ぎつつ、全体としてみて、抵抗112aの長手方向である＜−１１０＞方向に対して９０°回転させた＜１１０＞方向とほぼ一致するように形成されている。また、抵抗112aとダミー抵抗112bの内部抵抗値はほぼ同じ値となるように形成する。
【００２０】
梁104,105に歪みが付加される（応力が作用する）と、梁104,105からシリコン基板111全体に歪みが伝達される。すなわち、組立体110は、素子形成面に対向したシリコン基板111の裏面に接着部117が配されているため、梁104,105の歪みがシリコン基板111全体に接着部117を通して歪みを与える。歪センサ１１は、この歪みを計測する。具体的には、シリコン基板111中のホイートストンブリッジ回路112（抵抗112aとダミー抵抗112bの長手方向）に電圧をかけ、所定の電流を供給する。シリコン基板111に歪みが付加される（応力が作用する）と、ホイートストンブリッジ回路112の内部抵抗値がピエゾ抵抗効果に基づき変化する。歪センサ１１は、供給される上記所定の電流に対する内部抵抗値の変化に伴う電圧降下量を検出することにより、梁104,105の歪みを検出する。検出される電圧降下量（梁104,105の歪量に相当）は、歪センサアンプ群113、アナログ／デジタルコンバータ114を通してデジタル信号に変換され、電極パッド118を介してアンテナ１２からアンテナ２１（ＥＣＵ）に送信される。
【００２１】
不純物拡散層の抵抗値は温度変動の影響を強く受けることから、温度補償回路として、歪みに対して感度を持つアクティブ抵抗としての抵抗112aと、歪みに対して感度を持たないダミー抵抗112bとによってホイートストンブリッジ回路112を構成する。すなわち、シリコン単結晶の場合には、そのピエゾ抵抗効果は結晶方位に依存した直交異方性を有している。よって、梁104,105（シリコン基板111）に歪みが付加される際、ホイートストンブリッジ回路112を構成する抵抗112aのみの内部抵抗値がピエゾ抵抗効果に基づき変化し、ダミー抵抗112bの内部抵抗値はピエゾ抵抗効果に基づき変化しないように、歪みの基準となる座標系（梁104,105の歪み方向）に対するチップの配置（シリコンの結晶方位と抵抗112a,112bの配置）を調整する。これにより、シリコン基板111に付加される歪みに対する抵抗112aとダミー抵抗112bの出力の差分を大きくし、ブリッジ回路112の出力の感度を大きくする。以上のように、歪センサ１１の処理回路が同一のシリコン基板111中に高集積されるため、コンパクトな構成となる。なお、シリコン基板111の厚さを１００μｍ以下にすることが望ましく、その場合には梁104,105の歪みの値と歪センサ１１（抵抗112a）の位置での歪みの値をほぼ一致させることができる。すなわち、測定精度を向上できる。
【００２２】
回転角速度センサ１は、歪センサ１１の出力信号に基づき、ボディ100（ピニオンシャフトＰＳ）の回転角速度ωを検出する。なお、歪センサ１１の出力信号に基づき回転角速度ωを検出する回路は、ボディ100に設けてもよいし、受信側アンテナユニット２０やＥＣＵに設けてもよく、特に限定しない。具体的には、一方の梁104の回転方向一方側の第１歪センサ１１ａの出力信号（歪量Ａ１）と、他方の梁105の回転方向一方側の第３歪センサ１１ｃの出力信号（歪量Ａ２）との和（Ａ１＋Ａ２）を、回転方向一方側の歪量Ａとする。また、一方の梁104の回転方向他方側の第２歪センサ１１ｂの出力信号（歪量Ｂ１）と、他方の梁105の回転方向他方側の４歪センサ１１ｄの出力信号（歪量Ｂ２）との和（Ｂ１＋Ｂ２）を、回転方向他方側の歪量Ｂとする。そして、上記回転方向一方側の歪量Ａ（＝Ａ１＋Ａ２）と回転方向他方側の歪量Ｂ（＝Ｂ１＋Ｂ２）の和｛（Ａ１＋Ａ２）＋（Ｂ１＋Ｂ２）｝に基づき、回転角速度ωを検出する。例えば｛（Ａ１＋Ａ２）＋（Ｂ１＋Ｂ２）｝に所定の係数を乗算して回転角速度ωを検出する。
【００２３】
［実施例１の作用］
次に、実施例１の回転角速度センサ１の作用を説明する。
回転角速度センサ１は、歪センサ１１の出力信号に基づき、ボディ100（ピニオンシャフトＰＳ）の回転角速度ωを検出する。歪センサ１１の出力信号は、ピニオンシャフトＰＳの回転に伴いボディ100の梁104,105に遠心力が作用することによって発生する。すなわち、梁104,105は、所定の質量を有して軸Ｏから径方向に所定距離だけ離間した位置に設けられているため、ボディ100の回転に伴い遠心力が作用する。図３に示すように、梁104,105に遠心力α´が作用すると、梁104,105の径方向長さが変化（実施例１では減少）する。歪センサ１１は、（梁104,105に遠心力α´が作用しない状態を基準とする）上記径方向長さの変化量（減少量）を、それぞれ歪量Ａ，Ｂとして検出し、出力する。具体的には、第１歪センサ１１ａは、梁104の回転方向一方側の径方向長さの減少量を歪量Ａ１として検出し、出力する。第２歪センサ１１ｂは、梁104の回転方向他方側の径方向長さの減少量を歪量Ｂ１として検出し、出力する。第３歪センサ１１ｃは、梁105の回転方向一方側の径方向長さの減少量を歪量Ａ２として検出し、出力する。第４歪センサ１１ｄは、梁105の回転方向他方側の径方向長さの減少量を歪量Ｂ２として検出し、出力する。このように、回転角速度センサ１は、回転体としてのボディ100（ピニオンシャフトＰＳ）の回転角速度ωに応じて変化する（歪量検出ピースとしての梁104,105に作用する）遠心力α´を歪量Ａ，Ｂとして検出する。これにより、角度の微分演算によらない、物理量そのものとしての回転角速度ωの情報を得ることができる。よって、回転角速度ωの検出精度を向上することができる。
【００２４】
具体的には、回転角速度センサ１は、歪センサ１１の出力信号に応じた値として（例えば出力信号に所定の係数を乗算した値として）、回転角速度ωを算出する。図８は、歪センサ１１の出力信号（歪量Ａ，Ｂ）と回転角速度ωとの関係特性を示すグラフである。図８に示すように、回転角速度ωの大きさが増大するのに応じて、梁104,105に作用する遠心力α´の大きさは増大するため、梁104,105の径方向長さの減少量（歪量Ａ，Ｂ）は増大する。よって、歪量Ａ，Ｂに応じた値として回転角速度ωを算出することができる。
【００２５】
梁104,105は、この梁104,105の（軸Ｏの方向から見たときの）長手方向が回転体（ボディ100）の径方向とほぼ一致するように設けられている。よって、遠心力α´が梁104,105の上記長手方向に作用するため、遠心力α´によって変化する梁104,105の径方向長さの変化量を大きくとることができる。このため、歪量Ａ，Ｂの検出精度、すなわち回転角速度ωの検出精度を向上することができる。
【００２６】
歪センサ１１は、梁104,105に作用する力（遠心力α´）によってピエゾ抵抗効果に基づき変化する内部抵抗値の変化に基づき、歪量Ａ，Ｂをそれぞれ検出する。すなわち、シリコンには、応力が作用すると抵抗値が変化するというピエゾ抵抗効果がある。このように、ピエゾ抵抗効果を用いた歪センサを用いた場合には、抵抗の断面積の変化に起因する抵抗値の変化を利用する歪センサ（例えば金属薄膜細線を用いた抵抗線式歪みゲージ）を用いた場合よりも、歪みによる抵抗値の変化が著しく大きいため、検出精度の高い歪量検出を行うことができる。よって、回転角速度ωの検出精度を向上することができる。また、歪センサ１１は、所定の電流が供給され、この電流に対する内部抵抗値の変化に伴う電圧降下量を検出することにより歪量を検出する。よって、簡便な構成により歪量を検出することができる。
【００２７】
また、歪センサ１１は、内部に不純物が拡散された拡散抵抗を含むシリコン結晶によって構成される。よって、高サイクル疲労を起こしやすい抵抗線式歪みゲージを用いた場合に比べ、高精度で信頼性の高い歪センサを得ることができる。すなわち、回転軸の歪み測定のように高サイクルの変形を伴う用途でも、また自動車の操舵軸など高い信頼性が要求される用途に用いる場合でも、降伏強度が大きな半導体結晶を用いることから、高サイクルの負荷に対しても疲労することがない。また、温度補正を行うために複数の抵抗を用いてホイートストンブリッジ回路を構成する場合にも、抵抗の剥離や損傷等の心配がない。したがって、長期間の信頼性を確保することができる。また、シリコン結晶は単結晶である。よって、金属薄膜を用いることで腐食しやすい抵抗線式歪みゲージや、複数の結晶粒界において環境腐食が発生しうる多結晶シリコンを用いた半導体ゲージに比べ、単結晶であり粒界が存在しないことから、腐食環境化や水分のある環境下においても腐食せず、より信頼性が高く検出精度の高い歪センサを得ることができる。また、他の電気回路との整合性がよい、破壊強度が大きい、安価である等のメリットがある。
【００２８】
歪センサ１１（特にピエゾ抵抗効果を用いたもの）は、通常のセンサよりも検出精度（感度）が高いため、車両の振動等により入力される外力（応力）に対して、検出したい物理量以外の外乱（ノイズ）を除去ないし軽減するための工夫が必要になる。これに対し、実施例１の回転角速度センサでは以下のような対策を施すことで、回転角速度ωの検出精度を向上している。
【００２９】
回転角速度センサ１は、梁104の回転方向一方側の径方向長さ変化量である第１歪センサ１１ａの出力信号（歪量Ａ１）、及び同じ梁104の回転方向他方側の径方向長さ変化量である第２歪センサ１１ｂの出力信号（歪量Ｂ１）に基づき、回転角速度ωを検出する。このように梁104の両側に設けた歪センサ１１の出力信号に基づくことで、ボディ100（ピニオンシャフトＰＳ）の加減速に伴う影響を低減し、回転角速度ωの検出精度を向上することができる。すなわち、ボディ100の回転が加減速すると、図３で矢印βにより示すように、梁104が回転方向一方側または他方側（加速時には回転方向と逆側。減速時には回転方向側）に傾き（倒れ）、撓む。よって、歪センサ１１の出力には、遠心力α´（回転角速度ω）による歪みと共に、伸び方向または縮み方向（図３のβ´の方向）に撓むことによる歪みが重畳される。同じ梁104の回転方向一方側と他方側とでは、遠心力による歪みの方向（図３のα´の方向）が同じである一方、上記撓むことによる歪みの方向（図３のβ´の方向）が逆である。この異方性を利用して、上記撓むことによる歪み成分の影響を低減するため、梁104の両側に設けた歪センサ１１の出力信号に基づき回転角速度ωを検出することで、遠心力α´による歪み成分をより精度よく取り出すことができる。
【００３０】
具体的には、図８に一点鎖線で示すように、両センサ１１ａ，１１ｂの出力信号の和（Ａ１＋Ｂ１）に応じた値として、回転角速度ωを算出する。このように梁104の両側に設けた歪センサ１１の出力信号の和をとることで、ボディ100（ピニオンシャフトＰＳ）の加減速に伴う影響をキャンセルし、回転角速度ωの検出精度を向上することができる。すなわち、梁104の回転方向一方側と他方側とでは、上記撓むことによる歪みの方向（図３のβ´の方向）が逆であるため、梁104の両側に設けた歪センサ１１の出力信号の和をとることで、上記撓むことによる歪み成分を相殺し、遠心力α´による歪み成分のみを取り出すことができる。なお、第３、第４歪センサ１１ｃ、１１ｄの出力信号の和（Ａ２＋Ｂ２）に応じて回転角速度ωを算出してもよい。すなわち、梁104,105のうち少なくとも一方に設けた一組の歪センサ１１の出力信号に基づくことで、上記作用効果を得ることができる。
【００３１】
回転角速度センサ１は、一方の梁104の回転方向一方側の径方向長さ変化量である第１歪センサ１１ａの出力信号と、他方の梁105の同じ回転方向側（回転方向一方側）の径方向長さ変化量である第３歪センサ１１ｃの出力信号とに基づき、回転角速度ωを検出する。このように、ボディ100の回転中心Ｏを基準として反対側に（対向して）設けられた梁104,105の歪センサ１１の出力信号を用いることで、ボディ100に回転方向以外の力（外乱）が加わることによる影響を低減し、検出精度を向上することができる。すなわち、回転方向以外の力として、例えば図３の矢印γで示すような径方向の力がボディ100に作用すると、一方の梁104には例えば外径方向の力γ´が作用し、他方の梁105には反対に内径方向の力γ´が作用する。よって、梁104,105の径方向長さがそれぞれ減少・増大する。このため、歪センサ１１の出力には、遠心力α´による歪量Ａ，Ｂと共に、上記外乱γ´による歪量σが重畳される。図９（ａ）に示すように、一方の梁104についてみると、回転方向一方側に設けられた第１歪センサ１１ａの出力には外乱γ´による歪量σが加算され（Ａ１´＝Ａ１＋σ）、回転方向他方側に設けられた第２歪センサ１１ｂの出力から歪量σが減算される（Ｂ１´＝Ｂ１−σ）。図９（ｂ）に示すように、他方の梁105についてみると、回転方向一方側に設けられた第３歪センサ１１ｃの出力から歪量σが減算され（Ａ２´＝Ａ２−σ）、回転方向他方側に設けられた第４歪センサ１１ｄの出力には歪量σが加算される（Ｂ２´＝Ｂ２＋σ）。梁104,105の回転方向一方側に設けられた第１歪センサ１１ａと第３歪みセンサ１１ｃについてみると、回転による（遠心力α´による）歪量Ａ１、Ａ２の大きさはほぼ同一であり、方向も同一である。しかし、梁104と梁105とでは、上記外乱γ´による歪量σの大きさはほぼ同一であるが、方向が逆である。
この異方性を利用して、ボディ100の径方向反対側に設けられた両梁104,105の（回転方向で同じ側に設けられた）歪センサ１１の出力信号に基づき回転角速度ωを検出することで、上記外乱γ´による歪み成分σの影響を低減し、遠心力α´（回転角速度ω）による歪み成分をより精度よく取り出すことができる。
【００３２】
具体的には、回転角速度センサ１は、一方の梁104の回転方向一方側の径方向長さ変化量である第１歪センサ１１ａの出力信号（歪量Ａ１´）と、他方の梁105の回転方向一方側の径方向長さ変化量である第３歪センサ１１ｃの出力信号（歪量Ａ２´）との和（Ａ１´＋Ａ２´）を、回転方向一方側の歪量Ａとする。また、一方の梁104の回転方向他方側の径方向長さ変化量である第２歪センサ１１ｂの出力信号（歪量Ｂ１´）と、他方の梁105の回転方向他方側の径方向長さ変化量である第４歪センサ１１ｄの出力信号（歪量Ｂ２´）との和（Ｂ１´＋Ｂ２´）を、回転方向他方側の歪量Ｂとする。そして、上記回転方向一方側の歪量Ａ（＝Ａ１´＋Ａ２´）と回転方向他方側の歪量Ｂ（＝Ｂ１´＋Ｂ２´）に基づき（両者の和に基づき）、回転角速度ωを検出する。このように、対向して設けられた梁104,105の各歪センサ１１の出力信号の和をとることで、上記外乱γ´による歪み成分σがキャンセルされた出力信号を得ることができ、回転角速度ωの検出精度を向上することができる。すなわち、一方の梁104と他方の梁105とでは、上記外乱γ´による歪量σの方向が逆であるため、梁104,105の同じ回転方向側に設けた歪センサ１１の出力信号の和をとることで、上記外乱γ´による歪み成分σを相殺し、遠心力α´（回転角速度ω）による歪み成分Ａ，Ｂのみを取り出すことができる（例えば、Ａ１´＋Ａ２´＝（Ａ１＋σ）＋（Ａ２−σ）＝Ａ１＋Ａ２）。
【００３３】
また、ｘ軸方向（ボディ100の軸方向）での梁104,105の寸法は、径方向（ボディ100の径方向）での梁104,105の寸法よりも大きく設けられている。よって、ボディ100の軸方向に外乱（力）が入力されても、この軸方向での梁104,105の傾き（撓み）が抑制されるため、遠心力による梁104,105の径方向長さの変化量の検出精度、すなわち回転角速度ωの検出精度を向上することができる。具体的には、梁104,105は、ボディ100の軸方向全範囲に亘って設けられているため、そのｘ軸方向（ボディ100の軸方向）での寸法を最大化して上記作用効果を向上できると共に、ボディ100の軸方向で一部の範囲に設けた場合よりも梁104,105の形成を容易にできる。さらに、歪センサ１１は、ボディ100の軸方向で、梁104,105のほぼ中央に配置されているため、ボディ100の軸方向に外乱（力）が入力されても、その影響をより効果的に抑制することができる。
【００３４】
また、ボディ100は、固定手段としてのネジ１４によりピニオンシャフトＰＳへ締結固定されるため、ピニオンシャフトＰＳに対するボディ100のガタつきを抑制することができる。このため、ガタつきによる外乱による影響を抑制し、遠心力による梁104,105の径方向長さの変化量の検出精度、すなわち回転角速度ωの検出精度を向上することができる。
【００３５】
なお、実施例１では回転に伴い遠心力により歪みが発生する歪み検出用の構造体として梁104,105を設けたが、特に梁を設けず、従来からピニオンシャフトＰＳその他のステアリングシャフトＳＳ（回転体）に存在する構造を利用し、この構造に歪センサ１１を取り付けることとしてもよい。換言すると、ボディ100を省略することとしてもよい。実施例１ではボディ100を設けたため、回転角速度センサ１の取り付け位置の自由度を向上できる。また、ボディ100に歪み検出用の構造体として梁104,105を設けることで、所定方向の入力に対して発生する歪みの検出精度を向上することができる。具体的には、歪み検出用の構造体としての梁104,105は、それが設けられるボディ100から応力が伝達されにくい形状に設けられている。すなわち、例えばボディ100が回転軸（ピニオンシャフトＰＳ）に固定される（ネジ１４により締付け固定される）際にボディ100に発生する応力が梁104,105にできるだけ伝わらないよう、ボディ100に凹部102,103が設けられ、凹部102,103の底部から突出するように梁104,105が形成されている。また、回転軸（ピニオンシャフトＰＳ）の曲げによる応力が梁104,105にできるだけ伝わらないよう、梁104,105の根元部分（凹部102,103の底部）はボディ100の内周側ではなく外周側に設けられている。よって、梁104,105に取り付けられる歪センサ１１は、ボディ100から伝達される応力（外乱）を検出することが抑制され、回転により梁104,105に作用する応力のみを検出することが促進されるため、回転角速度ωの検出精度を向上することができる。なお、梁104,105の形状は実施例１のものに限らない。例えば、実施例１では、梁104,105の周方向幅（板厚）はほぼ均一に設けられているが、例えば軸Ｏに向かうにつれて板厚が薄くなるように設けてもよい。
【００３６】
［実施例１の効果］
以下、実施例１の回転角速度センサ１が奏する効果を列挙する。
（１）回転体（ボディ100）の回転中心（軸Ｏ）から径方向に所定距離離間した位置に設けられ、回転体の回転に伴い遠心力が作用するように所定の質量を有すると共に、遠心力の作用によって径方向長さが減少するように形成された歪量検出ピース（梁104）と、回転体の回転方向を回転方向としたとき、歪量検出ピースの回転方向一方側に設けられ、歪量検出ピースの前記一方側の歪量Ａ１を検出する第１歪センサ１１ａと、歪量検出ピースの回転方向他方側に設けられ、歪量検出ピースの前記他方側の歪量Ｂ１を検出する第２歪センサ１１ｂと、を備え、歪量検出ピースに遠心力が作用することによって減少する歪量検出ピースの径方向長さ変化量である第１歪センサ１１ａおよび第２歪センサ１１ｂの出力信号に基づき回転体の回転角速度ωを検出する。
よって、角度の微分演算によらない回転角速度情報を得ることができるため、検出精度を向上することができる。
【００３７】
（２）歪量検出ピース（梁104）は、この歪量検出ピースの長手方向が回転体（ボディ100）の径方向とほぼ一致するように設けられる。
よって、遠心力によって変化する歪量検出ピースの径方向長さの変化量を大きくとることができるため、検出精度を向上することができる。
【００３８】
（３）回転体（ボディ100）の回転中心（軸Ｏ）を基準として歪検出ピース（梁104）の反対側に設けられ、回転体の回転に伴い遠心力が作用するように所定の質量を有すると共に、遠心力の作用によって径方向長さが減少するように形成されたカウンタピース（梁105）と、カウンタピースの回転方向一方側に設けられ、カウンタピースの前記一方側の歪量Ａ２を検出する第３歪センサ１１ｃと、カウンタピースの回転方向他方側に設けられ、カウンタピースの前記他方側の歪量Ｂ２を検出する第４歪センサ１１ｄと、を備え、カウンタピースに遠心力が作用することによって減少するカウンタピースの径方向長さ変化量である第３歪センサ１１ｃの出力信号Ａ２´と第１歪センサ１１ａの出力信号Ａ１´の和を回転方向一方側の歪量Ａとし、カウンタピースに遠心力が作用することによって減少するカウンタピースの径方向長さ変化量である第４歪センサ１１ｄの出力信号Ｂ２´と第２歪センサ１１ｂの出力信号Ｂ１´の和を回転方向他方側の歪量Ｂとし、回転方向一方側の歪量Ａと回転方向他方側の歪量Ｂに基づき、回転体の回転角速度ωを検出する。
よって、回転体に回転方向以外の力が作用しても、この力をキャンセルした出力信号を得ることができるため、検出精度を向上することができる。
【００３９】
（４）第１歪センサ１１ａおよび第２歪センサ１１ｂは、歪量検出ピース（梁104）に作用する力によってピエゾ抵抗効果に基づき変化する内部抵抗値の変化に基づき歪量検出ピースの前記一方側の歪量Ａおよび前記他方側の歪量Ｂを検出する。
よって、ピエゾ抵抗効果を用いた歪センサを用いることにより、検出精度を向上することができる。
【００４０】
（５）第１歪センサ１１ａおよび第２歪センサ１１ｂは、所定の電流が供給され、この電流に対する内部抵抗値の変化に伴う電圧降下量を検出することにより歪量Ａ１，Ｂ１を検出する。
よって、構成を簡便化することができる。
【００４１】
（６）第１歪センサ１１ａおよび第２歪センサ１１ｂは、内部に不純物が拡散された拡散抵抗を含むシリコン結晶によって構成される。
よって、信頼性を向上しつつ検出精度を向上することができる。
【００４２】
（７）シリコン結晶は単結晶である。
よって、信頼性を向上しつつ検出精度を向上することができる。
【００４３】
［実施例２］
実施例２では、回転角加速度センサについて説明する。なお、以下では、回転角加速度ｄωは、加速度と減速度の両方を含むものとする。
実施例２の回転角加速度センサが適用されるパワーステアリング装置ＥＰＳは、回転角速度センサ１の代わりに、操舵角加速度としてピニオンシャフトＰＳの回転角加速度ｄωを検出する操舵角加速度検出手段としての回転角加速度センサ１を有する。運転者によりステアリングホイールＳＷが操舵されると、ステアリングシャフトＳＳを介してピニオンシャフトＰＳに伝達される回転角加速度（操舵角加速度）ｄωが、回転角加速度センサ１により検出され、ＥＣＵに出力される。ＥＣＵは、入力される回転角加速度ｄωに基づいて操舵アシスト量を補正し、操舵操作性や操舵フィーリングを向上するための制御を行う。例えば、回転角加速度ｄωの検出値に基づき作成した補償値により操舵アシスト量を補正する慣性補償、粘性補償等を行うことで、操舵フィーリングの向上を図る。この補償制御の内容は周知の技術であるため、説明を省略する。その他のＥＰＳの構成は実施例１と同様である。回転角加速度センサ１の構成は、実施例１の回転角速度センサ１と同様である。すなわち、回転角加速度センサ１は、センサ本体（歪センサ１１）と送信側アンテナ１２とがボディ100に一体に組付けられたセンサユニット１０として構成され、受信側アンテナユニット２０との間で信号及び電力の授受を行う。歪量検出ピース及びカウンタピース（梁104及び梁105）と第１〜第１歪センサ１１ａ〜１１ｄの構成は、回転角速度センサ１と同様である。梁104及び梁105は、ボディ100の回転に伴い、ボディ100の回転方向への撓みが発生するように所定の質量および形状を有している。
【００４４】
回転角加速度センサ１は、歪センサ１１の出力信号に基づき、ボディ100（ピニオンシャフトＰＳ）の回転角加速度ｄωを検出する。なお、歪センサ１１の出力信号に基づき回転角加速度ｄωを検出する回路は、ボディ100に設けてもよいし、受信側アンテナユニット２０やＥＣＵに設けてもよく、特に限定しない。具体的には、一方の梁104の回転方向一方側の第１歪センサ１１ａの出力信号（歪量Ａ１）と、他方の梁105の回転方向一方側の第３歪センサ１１ｃの出力信号（歪量Ａ２）との和（Ａ１＋Ａ２）を、回転方向一方側の歪量Ａとする。また、一方の梁104の回転方向他方側の第２歪センサ１１ｂの出力信号（歪量Ｂ１）と、他方の梁105の回転方向他方側の４歪センサ１１ｄの出力信号（歪量Ｂ２）との和（Ｂ１＋Ｂ２）を、回転方向他方側の歪量Ｂとする。そして、上記回転方向一方側の歪量Ａ（＝Ａ１＋Ａ２）と回転方向他方側の歪量Ｂ（＝Ｂ１＋Ｂ２）の差｛（Ａ１＋Ａ２）−（Ｂ１＋Ｂ２）｝に基づき、回転角加速度ｄωを検出する。例えば｛（Ａ１＋Ａ２）−（Ｂ１＋Ｂ２）｝に所定の係数を乗算して回転角加速度ｄωを検出する。
【００４５】
（実施例２の作用）
歪センサ１１の出力信号は、ピニオンシャフトＰＳの回転に伴いボディ100の梁104,105に回転方向への撓み（図３の矢印β）が発生することによって生じる。すなわち、梁104,105に回転力が作用するとき、図３で矢印β´により示すように、梁104,105の回転方向一方側には伸び方向の撓みが発生し、回転方向他方側には縮み方向の撓みが発生する。歪センサ１１は、（梁104,105に撓みが発生しない状態を基準とする）上記伸び方向の撓み量及び縮み方向の撓み量を、それぞれ歪量として検出し、出力する。撓みの伸び方向と縮み方向とでは、撓みに対応する歪量の符号が反対となる。具体的には、第１歪センサ１は、梁104の回転方向一方側の（例えば伸び方向の）撓み量を（例えば正の）歪量Ａ１として検出し、出力する一方、第２歪センサ１１ｂは、梁104の回転方向他方側の（縮み方向の）撓み量を（例えば負の）歪量Ｂ１として検出し、出力する。同様に、第３歪センサ１１ｃは、梁105の回転方向一方側の撓み量を（例えば正の）歪量Ａ２として検出し、出力する一方、第４歪センサ１１ｄは、梁105の回転方向他方側の撓み量を（例えば負の）歪量Ｂ２として検出し、出力する。このように、回転体としてのボディ100の回転角加速度ｄωに応じて変化する（歪量検出ピースとしての梁104,105の）撓みを歪量として検出する。これにより、角度の2階微分によらない、物理量そのものとしての回転角加速度ｄωの情報を得ることができる。よって、回転角加速度ｄωの検出精度を向上することができる。
【００４６】
具体的には、回転角加速度センサ１は、歪センサ１１の出力信号に応じた値として（例えば出力信号に所定の係数を乗算した値として）、回転角加速度ｄωを算出する。すなわち、歪センサ１１の出力信号（歪量Ａ，Ｂ）と回転角加速度ｄωとの関係特性を表す図１０に示すように、回転角加速度ｄωの大きさが増大するのに応じて、梁104,105に発生する撓み量は増大し、梁104,105の歪量Ａ，Ｂは増大する。よって、歪量Ａ，Ｂに応じた値として回転角加速度ｄωを算出することができる。単結晶シリコンによるピエゾ抵抗効果を利用した歪センサ１１ａ〜１１ｄを用いることによる作用効果は実施例１と同様である。
【００４７】
また、車両の振動等により入力される外力（応力）に対して、実施例２の回転角加速度センサ１では以下のような対策を施すことで、回転角加速度ｄωの検出精度を向上している。
【００４８】
回転角加速度センサ１は、梁104の回転方向一方側の撓み量である第１歪センサ１１ａの出力信号（歪量Ａ１）、及び同じ梁104の回転方向他方側の撓み量である第２歪センサ１１ｂの出力信号（歪量Ｂ１）に基づき、回転角加速度ｄωを検出する。このように梁104の両側に設けた歪センサ１１の出力信号に基づくことで、ボディ100（ピニオンシャフトＰＳ）の回転に伴う遠心力α´の影響を低減し、回転角加速度ｄωの検出精度を向上することができる。すなわち、ボディ100が回転すると、遠心力α´により梁104,105の径方向長さが変化（減少）することで、歪センサの出力には、撓みβ´（回転角加速度ｄω）による歪みと共に、上記遠心力α´による歪みが重畳される。梁104の回転方向一方側と他方側とでは、上記遠心力α´による歪みの方向が同じである一方、撓みβ´による歪みの方向が逆である。この異方性を利用して，上記遠心力α´による歪み成分の影響を低減するため、梁104の両側に設けた歪センサ１１の出力信号に基づき回転角加速度ｄωを検出することで、撓むことによる歪み成分をより精度よく取り出すことができる。
【００４９】
具体的には、図１０に示すように、両センサ１１ａ，１１ｂの出力信号の差（Ａ１−Ｂ１）に応じた値として（例えば（Ａ１−Ｂ１）に所定の係数を乗算した値として）、回転角加速度ｄωを算出する。このように梁104の両側に設けた歪センサ１１の出力信号の差をとることで、ボディ100（ピニオンシャフトＰＳ）の回転に伴う遠心力α´の影響をキャンセルし、検出精度を向上することができる。すなわち、梁104の回転方向一方側と他方側とでは、上記遠心力α´による歪みの方向が同じであるため、梁104の両側に設けた歪センサ１１の出力信号の差（Ａ１−Ｂ２）をとることで、上記遠心力α´による歪み成分を相殺し、加減速による撓みβ´に起因する歪み成分のみを取り出すことができる。なお、第３、第４歪センサ１１ｃ、１１ｄの出力信号の差（Ａ２−Ｂ２）に応じて回転角加速度ｄωを算出してもよい。すなわち、梁104,105のうち少なくとも一方に設けた一組の歪センサ１１に基づくことで、上記作用効果を得ることができる。
【００５０】
また、回転角加速度センサ１は、一方の梁104の回転方向一方側の撓み量である第１歪センサ１１ａの出力信号と、他方の梁105の同じ回転方向側（回転方向一方側）の撓み量である第３歪センサ１１ｃの出力信号とに基づき、回転角加速度ｄωを検出する。このように、ボディ100の回転中心Ｏを基準として反対側に設けられた梁104,105の各歪センサ１１の出力信号を用いることで、ボディ100に回転方向以外の力（外乱）が加わることによる影響を低減し、検出精度を向上することができる。すなわち、実施例１で説明したように、ボディ100に回転方向以外の力として、例えば図３の矢印γで示すように径方向力（外乱）が作用すると、梁104と梁105とでは、上記外乱による歪量σの大きさはほぼ同一であるが、方向が逆である。この異方性を利用して、ボディ100の径方向反対側に設けられた両梁104,105の（回転方向で同じ側に設けられた）歪センサ１１の出力信号に基づき回転角加速度ｄωを検出することで、上記外乱による歪み成分の影響を低減し、撓み（回転角加速度ｄω）による歪み成分をより精度よく取り出すことができる。
【００５１】
具体的には、回転角加速度センサ１は、一方の梁104の回転方向一方側の撓み量である第１歪センサ１１ａの出力信号（歪量Ａ１´）と、他方の梁105の回転方向一方側の撓み量である第３歪センサ１１ｃの出力信号（歪量Ａ２´）との和（Ａ１´＋Ａ２´）を、回転方向一方側の歪量Ａとする。また、一方の梁104の回転方向他方側の撓み量である第２歪センサ１１ｂの出力信号（歪量Ｂ１´）と、他方の梁105の回転方向他方側の撓み量である第４歪センサ１１ｄの出力信号（歪量Ｂ２´）との和（Ｂ１´＋Ｂ２´）を、回転方向他方側の歪量Ａとする。そして、上記回転方向一方側の歪量Ａ（＝Ａ１´＋Ａ２´）と回転方向他方側の歪量Ｂ（＝Ｂ１´＋Ｂ２´）に基づき（両者の差に基づき）、回転角加速度ｄωを検出する。このように、対向して設けられた梁104,105の各歪センサ１１の出力信号の和をとることで、上記外乱γ´による歪み成分σがキャンセルされた出力信号を得ることができ、回転角加速度ｄωの検出精度を向上することができる。すなわち、一方の梁104と他方の梁105とでは、上記外乱γ´による歪量σの方向が逆であるため、梁104,105の同じ回転方向側に設けた歪センサ１１の出力信号の和をとることで、上記外乱γ´による歪み成分σを相殺し、撓みβ´（回転角加速度ｄω）による歪み成分Ａ，Ｂのみを取り出すことができる（例えば、Ａ１´＋Ａ２´＝（Ａ１＋σ）＋（Ａ２−σ）＝Ａ１＋Ａ２）。
【００５２】
ここで、梁104,105は、この梁104,105の（軸Ｏの方向から見たときの）長手方向が回転体（ボディ100）の径方向とほぼ一致するように設けられている。よって、回転力によって生じる梁104,105の撓み量を大きくとることができる。このため、歪量Ａ，Ｂの検出精度、すなわち回転角加速度ｄωの検出精度を向上することができる。他の作用は実施例１と同様であるため、説明を省略する。
【００５３】
（実施例２の効果）
以下、実施例２の回転角加速度センサ１が奏する効果を列挙する。
（８）回転体（ボディ100）の回転中心（軸Ｏ）から径方向に所定距離離間した位置に設けられ、回転体の回転に伴い回転体の回転方向への撓みが発生するように所定の質量および形状を有する歪量検出ピース（梁104）と、回転体の回転方向を回転方向としたとき、歪量検出ピースの回転方向一方側に設けられ、歪量検出ピースの前記一方側の歪量Ａを検出する第１歪センサ１１ａと、歪量検出ピースの回転方向他方側に設けられ、歪量検出ピースの前記他方側の歪量Ｂを検出する第２歪センサ１１ｂと、を備え、第１歪センサ１１ａと第２歪センサ１１ｂの夫々が、歪量検出ピースの撓みによって伸び方向の撓みと縮み方向の撓みを検出するとき、第１歪センサ１１ａの出力信号Ａ１と第２歪センサ１１ｂの出力信号Ｂ１の差に基づき回転体の回転角加速度ｄωを検出する。
よって、角度の微分演算によらない回転角加速度情報を得ることができるため、検出精度を向上することができる。
【００５４】
（９）歪量検出ピース（梁104）は、この歪量検出ピースの長手方向が回転体（ボディ100）の径方向とほぼ一致するように設けられる。
よって、回転力によって生じる歪量検出ピースの撓み量を大きくとることができるため、検出精度を向上することができる。
【００５５】
（１０）回転体（ボディ100）の回転中心（軸Ｏ）を基準として歪量検出ピース（梁104）の反対側に設けられ、回転体の回転に伴い回転体の回転方向への撓みが発生するように所定の質量および形状を有するカウンタピース（梁105）と、カウンタピースの回転方向一方側に設けられ、カウンタピースの前記一方側の歪量Ａ２を検出する第３歪センサ１１ｃと、カウンタピースの回転方向他方側に設けられ、カウンタピースの前記他方側の歪量Ｂ２を検出する第４歪センサ１１ｄと、を備え、第１歪センサ１１ａの出力信号Ａ１´と第３歪センサ１１ｃの出力信号Ａ２´の和を回転方向一方側の歪量Ａとし、第２歪センサ１１ｂの出力信号Ｂ１´と第４歪センサ１１ｄの出力信号Ｂ２´の和を回転方向他方側の歪量Ｂとし、回転方向一方側の歪量Ａと回転方向他方側の歪量Ｂの差に基づき、回転体の回転角加速度ｄωを検出する。
よって、回転体に回転方向以外の力が作用しても、この力をキャンセルした出力信号を得ることができるため、検出精度を向上することができる。
【００５６】
（１１）第１歪センサ１１ａおよび第２歪センサ１１ｂは、歪量検出ピース（梁104）に作用する力によってピエゾ抵抗効果に基づき変化する内部抵抗値の変化に基づき歪量検出ピースの前記一方側の歪量Ａおよび前記他方側の歪量Ｂを検出する。
よって、ピエゾ抵抗効果を用いた歪センサを用いることにより、検出精度を向上することができる。
【００５７】
（１２）第１歪センサ１１ａおよび第２歪センサ１１ｂは、所定の電流が供給され、この電流に対する内部抵抗値の変化に伴う電圧降下量を検出することにより歪量Ａ１，Ｂ１を検出する。
よって、構成を簡便化することができる。
【００５８】
（１３）第１歪センサ１１ａおよび第２歪センサ１１ｂは、内部に不純物が拡散された拡散抵抗を含むシリコン結晶によって構成される。
よって、信頼性を向上しつつ検出精度を向上することができる。
【００５９】
（１４）シリコン結晶は単結晶である。
よって、信頼性を向上しつつ検出精度を向上することができる。
【００６０】
［他の実施例］
以上、本発明を実現するための形態を、実施例１に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、実施例１，２では、回転角速度センサ１と回転角加速度センサ１をそれぞれ独立してパワーステアリング装置ＥＰＳに適用することとしたが、回転角速度センサ１及び回転角加速度センサ１の両方を同時にＥＰＳに適用することとしてもよい。この場合、回転角速度センサ１及び回転角加速度センサ１は、それぞれの構成部品を共通とする一体のセンサとして設けられるため、部品点数を低減することができる。
実施例１，２では、回転角速度センサ１と回転角加速度センサ１は、ＥＰＳの回転軸（ステアリングシャフトＳＳ）に適用されることとしたが、他の任意の装置の回転軸に適用することができる。また、回転軸に限らず、任意の回転体に適用可能である。
実施例１，２では、梁104,105をボディ100の内周側に突出するように設けたが、ボディ100の外周側に突出するように設け、遠心力の作用によって外径方向に若干延び、その径方向寸法が増大するように形成することとしてもよい。この場合、遠心力や径方向外乱に対する歪量の符号が変わるだけで、考え方は実施例１，２と同様である。また、梁104,105の一方をボディ100の内周側に突出するように設け、他方を外周側に突出するように設けることとしてもよい。
受信側アンテナユニット２０は、センサユニット１０と軸方向に対向する位置に限らず、例えばセンサユニット１０の外周を取り囲むように設置してもよい。センサユニット１０のアンテナは、実施例１では電力（出力）を稼ぐために外部に大きなアンテナを形成したが、チップ内に内蔵することとしてもよい。この場合、外部接続用の電極パッドが不要となり、電極がチップ表面に露出することがなく、劣悪な環境下で用いる場合にも、電極パッドの腐食等が起こらず、信頼性を向上できる。実施例１ではセンサユニット１０の外部から歪センサ１１に電力を供給することとしたが、チップ内に電源（蓄電池）を備えることとしてもよい。エネルギ供給及びECUとの通信方法としては、アンテナに誘導電磁界を形成する電磁誘導を用いるもののほか、マイクロ波を受信、復調して用いたものや、光を用いてエネルギ供給及び交信を行なうものでもよい。また、無線形式に限らず、スリップリングや固定ハーネス等を用いた有線形式によるものであってもよい。
シリコンの結晶方位と抵抗712a, 712bの配置は、実施例のものに限らず、任意に調整可能である。例えば以下の組み合わせのいずれかであってもよい。
１）抵抗712aをＮ型不純物拡散層で＜１００＞方向を長手とし、ダミー抵抗712bをＰ型不純物拡散層で＜１００＞方向を長手とし、２つの抵抗712a及び２つのダミー抵抗712bが平行配置されているもの
２）抵抗712aをＮ型不純物拡散層で＜１００＞方向を長手とし、ダミー抵抗712bをＮ型不純物拡散層で形成し、ダミー抵抗712bはＶ字形状でＶ字を形成する直線部分の長手方向が＜１１０＞方向とされているもの
３）抵抗712aをＰ型不純物拡散層で、ダミー抵抗712bをＮ型不純物拡散層で形成し、抵抗712a及びダミー抵抗712bをともに＜１１０＞方向を長手とするように形成し、かつ、２つの抵抗712a及び２つのダミー抵抗712bが平行配置されているもの
【符号の説明】
【００６１】
１００ ボディ（回転体）
１０４ 梁（歪量検出ピース）
１０５ 梁（カウンタピース）
１１ａ 第１歪センサ
１１ｂ 第２歪センサ
１１ｃ 第３歪センサ
１１ｄ 第４歪センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角速度センサまたは回転角加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転体の回転角速度を検出する回転角速度センサまたは回転体の回転角加速度を検出する回転角加速度センサが知られている。例えば、特許文献１に開示される回転角速度センサは、自動車のパワーステアリング装置に適用され、操舵速度を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２１５０４７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、上記従来の回転角速度センサは、操舵角を微分することにより操舵速度を推定する。この推定された操舵速度は、物理量である操舵角を微分という演算処理を経ることによって得られるものであり、操舵速度相当値として扱われる擬似値、または近似値である（物理量そのものではない）。よって、検出精度の向上に限界があるという問題があった。従来の回転角加速度センサも、上記のように得られた操舵速度を更に微分することにより操舵加速度を得ているため、同様のことが言える。本発明の目的とするところは、検出精度を向上することができる回転角速度センサまたは回転角加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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の回転角速度センサは、好ましくは、歪量検出ピースの回転方向一方側に設けられた第１歪センサと、歪量検出ピースの回転方向他方側に設けられた第２歪センサと、を備え、回転体の回転に伴い歪量検出ピースに遠心力が作用することによる歪量検出ピースの径方向長さ変化量である第１歪センサおよび第２歪センサの出力信号に基づき回転体の回転角速度を検出することとした。
また、本発明の回転角加速度センサは、好ましくは、歪量検出ピースの回転方向一方側に設けられた第１歪センサと、歪量検出ピースの回転方向他方側に設けられた第２歪センサと、を備え、第１歪センサと第２歪センサの夫々が、歪量検出ピースの撓みによって伸び方向の撓みと縮み方向の撓みを検出するとき、第１歪センサの出力信号と第２歪センサの出力信号の差に基づき回転体の回転角加速度を検出することとした。
【発明の効果】
【０００６】
よって、角度の微分演算処理によらずに回転体の回転角速度または回転角加速度を検出するため、検出精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】回転角速度センサまたは回転角加速度センサが適用されるパワーステアリング装置のシステム構成図である。
【図２】センサユニットがピニオンシャフトに設置される状態を示す分解斜視図である。
【図３】センサユニットの軸方向正面図である。
【図４】センサユニットの一部断面図（図３のＩ−Ｉ視断面）である。
【図５】歪センサの組立体の概略図である。
【図６】歪センサのホイートストンブリッジ回路を表す回路図である。
【図７】歪センサの抵抗とダミー抵抗の形状とシリコン基板の結晶方位との関係を示す図である。
【図８】歪センサの出力信号（歪量Ａ，Ｂ）と回転角速度ωとの関係特性を示す図である。
【図９】外乱入力時の歪センサの出力信号（歪量Ａ，Ｂ）と回転角速度ωとの関係特性を示す図である。
【図１０】歪センサの出力信号（歪量Ａ，Ｂ）と回転角加速度ｄωとの関係特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の回転角速度センサまたは回転角加速度センサを実現する形態を、図面に基づき説明する。
【０００９】
［実施例１］
実施例１では、回転角速度センサについて説明する。
図１は、実施例１の回転角速度センサが適用されるパワーステアリング装置のシステム構成図である。実施例１のパワーステアリング装置が適用される自動車のステアリング装置は、操作機構とギヤ機構とリンク機構を有している。操作機構は、ステアリングホイールＳＷとステアリングシャフト（コラムシャフト）ＳＳを有している。ステアリングシャフトＳＳは第１シャフトＳ１と第２シャフトＳ２（中間シャフト）からなる。ギヤ機構はラック＆ピニオン型であり、ラックＲとピニオンＰを有している。ピニオンＰは、第２シャフトＳ２に連結されたピニオンシャフトＰＳの先端に設けられており、ラックＲと噛み合っている。リンク機構は、ラックＲが設けられたラックシャフトＲＳの両端に連結されたタイロッドＴＲと、タイロッドＴＲに連結された転舵輪ＦＬ，ＦＲとを有している。
【００１０】
パワーステアリング装置は電動式である（以下、これをＥＰＳという）。ＥＰＳは、電動モータ３がギヤを直接駆動して補助力を発生する電動直結式であり、ピニオンシャフトＰＳに取り付けられてピニオンシャフトＰＳの回転に対して補助動力を与えるピニオンアシスト式である。ＥＰＳは、電源としてのバッテリＢＡＴＴから供給される電力（電流）により駆動されるモータ３と、モータ３の回転を減速する減速ギヤ機構４と、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段としてのトルクセンサＴＳと、操舵角速度としてピニオンシャフトＰＳの回転角速度ωを検出する操舵角速度検出手段としての回転角速度センサ１と、モータ３の回転（回転角ないし回転位置）を検出するモータ回転検出手段としてのレゾルバと、上記各検出手段から信号の入力を受けてモータ３の駆動を制御する操舵アシスト制御装置としての電子制御ユニットＥＣＵとを有している。ピニオンシャフトＰＳ、ラックシャフトＲＳ、減速ギヤ機構４、及びトルクセンサＴＳは、ハウジングＨＳＧの内部に収容され、単一のギヤユニットを構成している。モータ３及び電子制御ユニットＥＣＵはこのギヤユニットに取付けられ、ＥＰＳは機電一体型のＥＰＳユニットとして構成されている。
【００１１】
減速ギヤ機構は、モータ３の出力軸上に設けられたウォームシャフトと、ウォームシャフトと噛み合うウォームホイールＷＷとを有するウォームギヤ機構である。ウォームホイールＷＷは、ピニオンシャフトＰＳと同軸に設けられてピニオンＰと一体に回転する。操舵アシスト時には、モータ３の駆動力は減速ギヤ機構を介してピニオンＰに伝達される。ピニオンシャフトＰＳにおいてウォームホイールＷＷよりも第２シャフトＳ２側にはトルクセンサＴＳが設けられ、ＥＣＵに接続されている。ピニオンシャフトＰＳにおいてトルクセンサＴＳよりも第２シャフトＳ２側であってハウジングＨＳＧの外部には、回転角速度センサ１が設けられ、ＥＣＵに接続されている。
【００１２】
運転者によりステアリングホイールＳＷが操舵されると、ステアリングシャフトＳＳを介してピニオンシャフトＰＳに入力される操舵トルクがトルクセンサＴＳにより検出され、ＥＣＵに出力される。また、ＥＣＵには、図外の車速センサからの車速信号が入力される。また、ステアリングシャフトＳＳを介してピニオンシャフトＰＳに伝達される回転角速度（操舵角速度）が回転角速度センサ１により検出され、ＥＣＵに出力される。ＥＣＵは、入力される操舵トルクや車速に基づいて基本となる操舵アシスト量（目標の操舵アシスト力）を演算し、この目標操舵アシスト力及び入力されるモータ回転位置等の信号に基づきモータ３に駆動電流を出力し、モータ３の作動を制御する。ＥＣＵがモータ３に流れる電流（駆動電流）を制御することにより、ピニオンシャフトＰＳの回転に対して適切な補助動力が与えられ、ピニオンＰがラックＲを駆動して軸方向移動させることで、運転者の操舵力がアシストされる。また、ＥＣＵは、入力される回転角速度ωに基づいて操舵アシスト量（モータ３の駆動信号）を補正し、操舵操作性や操舵フィーリングを向上するための制御を行う。例えば、ステアリング装置の慣性、粘性、摩擦等を考慮し、回転角速度ωの検出値に基づき作成した補償値により操舵アシスト量を補正する慣性補償、粘性補償等を行うことで、操舵フィーリングの向上を図る。この補償制御の内容は周知の技術であるため、説明を省略する。
【００１３】
図２は、回転角速度センサ１のセンサユニット１０がピニオンシャフトＰＳに設置される状態を示す分解斜視図である。以下、説明のため、ピニオンシャフトＰＳが延びる方向にｘ軸を設定し、ピニオンシャフトＰＳが第２シャフトＳ２と接続する側を正方向とする。回転角速度センサ１は、センサ本体（歪センサ１１）と送信側アンテナ１２とがボディ100に一体に組付けられたセンサユニット１０として構成されている。ボディ100は略円環状の部材であり、ハウジングＨＳＧのｘ軸正方向端から突出するピニオンシャフトＰＳのｘ軸正方向端部の外周に嵌合して設置される。ボディ100には孔101が軸方向に延びるように貫通形成されている。孔101には軸方向溝が複数形成され（スプライン加工され）ており、ボディ100は、ピニオンシャフトＰＳのｘ軸正方向端部のスプラインと嵌合するように設けられている。ボディは、ピニオンシャフトＰＳに結合した状態で、ピニオンシャフトＰＳと略同軸で一体に回転する回転体である。ボディ100の内周側には、後述するように複数（実施例１では４つ）の歪センサ１１が設置されている。ボディ100のハウジングＨＳＧ側（ｘ軸負方向側）の端面には、孔101を取り囲むようにアンテナ１２が設置されている。アンテナ１２は、歪センサ１１に接続され、歪センサ１１が検出した信号の入力を受けてこれを後述する受信側アンテナユニット２０へ送信する送信側アンテナとして機能すると共に、受信側アンテナユニット２０から電力の供給を受けてこれを歪センサ１１に送る受電コイルとして機能する。
【００１４】
受信側アンテナユニット２０は、略円環状であり、ハウジングＨＳＧのｘ軸正方向端の開口部に、ピニオンシャフトＰＳを取り囲むように設置される。受信側アンテナユニット２０のｘ軸正方向側の端面には、アンテナ２１がピニオンシャフトＰＳを取り囲むように設置されている。アンテナ２１は、接続線200を介してＥＣＵに接続されており、歪センサ１１が送信した信号を受信してこれをＥＣＵに送る受信側アンテナとして機能すると共に、ＥＣＵから電力の供給を受けてこれをセンサユニット１０へ送る給電コイルとして機能する。センサユニット１０がピニオンシャフトＰＳに設置され、受信側アンテナユニット２０がハウジングＨＳＧに設置された状態で、アンテナ１２、２１は互いにｘ軸方向に対向するように設けられている。
【００１５】
以下、センサユニット１０（ボディ100）の中心軸（回転中心）を軸Ｏという。図３は、センサユニット１０を軸Ｏが延びる方向から見た軸方向正面図である。図４は、センサユニット１０を軸Ｏに垂直な方向から見た側面図であり、一部断面（図３のＩ−Ｉ視断面）を示す。なお、図３及び図４でアンテナ１２の図示を省略する。ボディ100には、ボディ100を径方向に貫通する雌ネジ孔104が形成されており、雌ネジ孔104には、ボディ100をピニオンシャフトＰＳへ締結固定するためのネジ１４が螺着される。ボディ100の内周側（孔101）には、軸Ｏを挟んで対向する２箇所に、外径方向（軸Ｏから離れる方向）に落ち込むように凹部102,103が設けられている。凹部102,103の周方向（軸Ｏの周り方向）での略中心位置には、凹部102,103の底部から内径方向（軸Ｏに向かう方向）に突出する梁104,105がそれぞれ設けられている。一方の梁104は歪量検出ピースであり、他方の梁105はカウンタピースである。
【００１６】
図３に示すように、梁104は、ボディ100の軸Ｏから径方向に所定距離だけ離間した位置に設けられており、軸Ｏを通る径方向直線上を延びるように設けられている。すなわち、梁104の（軸Ｏの方向から見たときの）長手方向がボディ100の径方向とほぼ一致するように設けられている。梁104は板状に形成されており、その周方向寸法（板厚）は径方向寸法（板幅）よりも小さく設けられている。図４に示すように、梁104は、ボディ100の軸方向全範囲に亘って設けられており、その軸方向寸法は径方向寸法よりも大きく設けられている。梁104は、ボディ100の回転に伴い遠心力が作用するように所定の質量を有すると共に、遠心力の作用によって外径方向に若干縮み（歪み）、その径方向寸法が減少するように形成されている。梁105は、軸Ｏを基準として梁104の反対側に（軸Ｏに関して対称位置に）、梁104と同様の形状に設けられている。すなわち、梁105は、その（軸Ｏの方向から見たときの）長手方向がボディ100の径方向とほぼ一致する板状に設けられており、ボディ100の回転に伴い遠心力が作用するように所定の質量を有すると共に、この遠心力の作用によって径方向寸法が減少するように形成されている。
【００１７】
センサ本体は、歪量検出用の構造体（梁104,105）の歪量を検出する手段としての歪センサ１１（第１〜第４歪センサ１１ａ〜１１ｄ）から構成される。ボディ100が回転する方向（図３の矢印αの方向）を「回転方向」としたとき、一方の梁104の回転方向一方側の面には、第１歪センサ１１ａが設けられている。第１歪センサ１１ａは、梁104の上記回転方向一方側の歪量Ａ１を検出する。梁104の回転方向他方側には、第２歪センサ１１ｂが設けられている。第２歪センサ１１ｂは、梁104の上記回転方向他方側の歪量Ｂ１を検出する。他方の梁105の上記回転方向一方側には、第３歪センサ１１ｃが設けられている。第３歪センサ１１ｃは、梁105の上記回転方向一方側の歪量Ａ２を検出する。梁105の上記回転方向他方側には、第４歪センサ１１ｄが設けられている。第４歪センサ１１ｄは、梁105の上記回転方向他方側の歪量Ｂ２を検出する。第１、第２歪センサ１１ａ、１１ｂは、ボディ100の径方向及びｘ軸方向で、梁104のほぼ中央に配置されている。第１、第２歪センサ１１ａ、１１ｂは、梁104を挟んでほぼ対称に（一方の歪センサ１１が取り付けられる梁104の面を正面から見たとき表裏で重なるように）配置されている。同様に、第３、第４歪センサ１１ｃ、１１ｄは、ボディ100の径方向及びｘ軸方向で、梁105のほぼ中央に配置されており、梁105の両側に軸Ｏの周り方向で重なる位置に設けられている。
【００１８】
〔歪センサの構成について〕
ここで、歪センサ１１の詳細について説明する。図５は、歪センサ１１の組立体110の構成を表す概略図である。この組立体110は、同一のシリコン基板111上に、抵抗112aとダミー抵抗112bとを有するホイートストンブリッジ回路112、歪センサアンプ群113、アナログ／デジタルコンバータ114、整流・検波・変復調回路部115、通信制御部116、外部接続用の電極パッド118、及び接着部117を備えている。シリコン基板111はシリコン単結晶により形成されている。以下ではシリコン基板111と、シリコン基板111上に構成した薄膜群を総称してチップと記載する。組立体110は接着部117により梁104,105に接着される。すなわち、シリコン基板裏面を梁104,105との接着面とする。組立体110は、アンテナ１２から電極パッド118を介して送られた電力用高周波信号を整流・検波・変復調回路部115で平滑化し、一定電圧の直流電力にしてチップ内の各回路に電源として供給する。ホイートストンブリッジ回路112（抵抗112aとダミー抵抗112b）には、所定の電流が供給される。
【００１９】
図６はホイートストンブリッジ回路112を表す回路図であり、図７は抵抗112aとダミー抵抗112bの形状とシリコン基板111の結晶方位との関係を示す図である。ホイートストンブリッジ回路112は、単結晶シリコン基板111の（００１）面に、対向する２辺に設けられた一組の抵抗112a、及び対向する他の２辺に設けられた一組のダミー抵抗112bからなる。抵抗112aは、内部に不純物が拡散された拡散抵抗を含むシリコン結晶によって構成され、シリコン結晶は単結晶である。すなわち、抵抗112aは、シリコン基板111中に局所的にＰ型の不純物層を拡散して形成された、歪量を測定するための素子である。その長手方向（抵抗112aの両端子を結ぶ直線）はシリコン基板111の＜−１１０＞方向とほぼ一致するように形成される。ダミー抵抗112bは、抵抗112aと同様、シリコン基板111中に局所的にＰ型の不純物層を拡散してＶ字型に形成されている。Ｖ字を形成する２つの直線部分の長さは等しく、一方の直線部分の長手方向は＜１００＞方向となり、他方の長手方向は＜１００＞方向に対して９０°回転させた方向となるようにする。ダミー抵抗112bは、このようにＶ字型に形成されることで抵抗値を稼ぎつつ、全体としてみて、抵抗112aの長手方向である＜−１１０＞方向に対して９０°回転させた＜１１０＞方向とほぼ一致するように形成されている。また、抵抗112aとダミー抵抗112bの内部抵抗値はほぼ同じ値となるように形成する。
【００２０】
梁104,105に歪みが付加される（応力が作用する）と、梁104,105からシリコン基板111全体に歪みが伝達される。すなわち、組立体110は、素子形成面に対向したシリコン基板111の裏面に接着部117が配されているため、梁104,105の歪みがシリコン基板111全体に接着部117を通して歪みを与える。歪センサ１１は、この歪みを計測する。具体的には、シリコン基板111中のホイートストンブリッジ回路112（抵抗112aとダミー抵抗112bの長手方向）に電圧をかけ、所定の電流を供給する。シリコン基板111に歪みが付加される（応力が作用する）と、ホイートストンブリッジ回路112の内部抵抗値がピエゾ抵抗効果に基づき変化する。歪センサ１１は、供給される上記所定の電流に対する内部抵抗値の変化に伴う電圧降下量を検出することにより、梁104,105の歪みを検出する。検出される電圧降下量（梁104,105の歪量に相当）は、歪センサアンプ群113、アナログ／デジタルコンバータ114を通してデジタル信号に変換され、電極パッド118を介してアンテナ１２からアンテナ２１（ＥＣＵ）に送信される。
【００２１】
不純物拡散層の抵抗値は温度変動の影響を強く受けることから、温度補償回路として、歪みに対して感度を持つアクティブ抵抗としての抵抗112aと、歪みに対して感度を持たないダミー抵抗112bとによってホイートストンブリッジ回路112を構成する。すなわち、シリコン単結晶の場合には、そのピエゾ抵抗効果は結晶方位に依存した直交異方性を有している。よって、梁104,105（シリコン基板111）に歪みが付加される際、ホイートストンブリッジ回路112を構成する抵抗112aのみの内部抵抗値がピエゾ抵抗効果に基づき変化し、ダミー抵抗112bの内部抵抗値はピエゾ抵抗効果に基づき変化しないように、歪みの基準となる座標系（梁104,105の歪み方向）に対するチップの配置（シリコンの結晶方位と抵抗112a,112bの配置）を調整する。これにより、シリコン基板111に付加される歪みに対する抵抗112aとダミー抵抗112bの出力の差分を大きくし、ブリッジ回路112の出力の感度を大きくする。以上のように、歪センサ１１の処理回路が同一のシリコン基板111中に高集積されるため、コンパクトな構成となる。なお、シリコン基板111の厚さを１００μｍ以下にすることが望ましく、その場合には梁104,105の歪みの値と歪センサ１１（抵抗112a）の位置での歪みの値をほぼ一致させることができる。すなわち、測定精度を向上できる。
【００２２】
回転角速度センサ１は、歪センサ１１の出力信号に基づき、ボディ100（ピニオンシャフトＰＳ）の回転角速度ωを検出する。なお、歪センサ１１の出力信号に基づき回転角速度ωを検出する回路は、ボディ100に設けてもよいし、受信側アンテナユニット２０やＥＣＵに設けてもよく、特に限定しない。具体的には、一方の梁104の回転方向一方側の第１歪センサ１１ａの出力信号（歪量Ａ１）と、他方の梁105の回転方向一方側の第３歪センサ１１ｃの出力信号（歪量Ａ２）との和（Ａ１＋Ａ２）を、回転方向一方側の歪量Ａとする。また、一方の梁104の回転方向他方側の第２歪センサ１１ｂの出力信号（歪量Ｂ１）と、他方の梁105の回転方向他方側の４歪センサ１１ｄの出力信号（歪量Ｂ２）との和（Ｂ１＋Ｂ２）を、回転方向他方側の歪量Ｂとする。そして、上記回転方向一方側の歪量Ａ（＝Ａ１＋Ａ２）と回転方向他方側の歪量Ｂ（＝Ｂ１＋Ｂ２）の和｛（Ａ１＋Ａ２）＋（Ｂ１＋Ｂ２）｝に基づき、回転角速度ωを検出する。例えば｛（Ａ１＋Ａ２）＋（Ｂ１＋Ｂ２）｝に所定の係数を乗算して回転角速度ωを検出する。
【００２３】
［実施例１の作用］
次に、実施例１の回転角速度センサ１の作用を説明する。
回転角速度センサ１は、歪センサ１１の出力信号に基づき、ボディ100（ピニオンシャフトＰＳ）の回転角速度ωを検出する。歪センサ１１の出力信号は、ピニオンシャフトＰＳの回転に伴いボディ100の梁104,105に遠心力が作用することによって発生する。すなわち、梁104,105は、所定の質量を有して軸Ｏから径方向に所定距離だけ離間した位置に設けられているため、ボディ100の回転に伴い遠心力が作用する。図３に示すように、梁104,105に遠心力α´が作用すると、梁104,105の径方向長さが変化（実施例１では減少）する。歪センサ１１は、（梁104,105に遠心力α´が作用しない状態を基準とする）上記径方向長さの変化量（減少量）を、それぞれ歪量Ａ，Ｂとして検出し、出力する。具体的には、第１歪センサ１１ａは、梁104の回転方向一方側の径方向長さの減少量を歪量Ａ１として検出し、出力する。第２歪センサ１１ｂは、梁104の回転方向他方側の径方向長さの減少量を歪量Ｂ１として検出し、出力する。第３歪センサ１１ｃは、梁105の回転方向一方側の径方向長さの減少量を歪量Ａ２として検出し、出力する。第４歪センサ１１ｄは、梁105の回転方向他方側の径方向長さの減少量を歪量Ｂ２として検出し、出力する。このように、回転角速度センサ１は、回転体としてのボディ100（ピニオンシャフトＰＳ）の回転角速度ωに応じて変化する（歪量検出ピースとしての梁104,105に作用する）遠心力α´を歪量Ａ，Ｂとして検出する。これにより、角度の微分演算によらない、物理量そのものとしての回転角速度ωの情報を得ることができる。よって、回転角速度ωの検出精度を向上することができる。
【００２４】
具体的には、回転角速度センサ１は、歪センサ１１の出力信号に応じた値として（例えば出力信号に所定の係数を乗算した値として）、回転角速度ωを算出する。図８は、歪センサ１１の出力信号（歪量Ａ，Ｂ）と回転角速度ωとの関係特性を示すグラフである。図８に示すように、回転角速度ωの大きさが増大するのに応じて、梁104,105に作用する遠心力α´の大きさは増大するため、梁104,105の径方向長さの減少量（歪量Ａ，Ｂ）は増大する。よって、歪量Ａ，Ｂに応じた値として回転角速度ωを算出することができる。
【００２５】
梁104,105は、この梁104,105の（軸Ｏの方向から見たときの）長手方向が回転体（ボディ100）の径方向とほぼ一致するように設けられている。よって、遠心力α´が梁104,105の上記長手方向に作用するため、遠心力α´によって変化する梁104,105の径方向長さの変化量を大きくとることができる。このため、歪量Ａ，Ｂの検出精度、すなわち回転角速度ωの検出精度を向上することができる。
【００２６】
歪センサ１１は、梁104,105に作用する力（遠心力α´）によってピエゾ抵抗効果に基づき変化する内部抵抗値の変化に基づき、歪量Ａ，Ｂをそれぞれ検出する。すなわち、シリコンには、応力が作用すると抵抗値が変化するというピエゾ抵抗効果がある。このように、ピエゾ抵抗効果を用いた歪センサを用いた場合には、抵抗の断面積の変化に起因する抵抗値の変化を利用する歪センサ（例えば金属薄膜細線を用いた抵抗線式歪みゲージ）を用いた場合よりも、歪みによる抵抗値の変化が著しく大きいため、検出精度の高い歪量検出を行うことができる。よって、回転角速度ωの検出精度を向上することができる。また、歪センサ１１は、所定の電流が供給され、この電流に対する内部抵抗値の変化に伴う電圧降下量を検出することにより歪量を検出する。よって、簡便な構成により歪量を検出することができる。
【００２７】
また、歪センサ１１は、内部に不純物が拡散された拡散抵抗を含むシリコン結晶によって構成される。よって、高サイクル疲労を起こしやすい抵抗線式歪みゲージを用いた場合に比べ、高精度で信頼性の高い歪センサを得ることができる。すなわち、回転軸の歪み測定のように高サイクルの変形を伴う用途でも、また自動車の操舵軸など高い信頼性が要求される用途に用いる場合でも、降伏強度が大きな半導体結晶を用いることから、高サイクルの負荷に対しても疲労することがない。また、温度補正を行うために複数の抵抗を用いてホイートストンブリッジ回路を構成する場合にも、抵抗の剥離や損傷等の心配がない。したがって、長期間の信頼性を確保することができる。また、シリコン結晶は単結晶である。よって、金属薄膜を用いることで腐食しやすい抵抗線式歪みゲージや、複数の結晶粒界において環境腐食が発生しうる多結晶シリコンを用いた半導体ゲージに比べ、単結晶であり粒界が存在しないことから、腐食環境化や水分のある環境下においても腐食せず、より信頼性が高く検出精度の高い歪センサを得ることができる。また、他の電気回路との整合性がよい、破壊強度が大きい、安価である等のメリットがある。
【００２８】
歪センサ１１（特にピエゾ抵抗効果を用いたもの）は、通常のセンサよりも検出精度（感度）が高いため、車両の振動等により入力される外力（応力）に対して、検出したい物理量以外の外乱（ノイズ）を除去ないし軽減するための工夫が必要になる。これに対し、実施例１の回転角速度センサでは以下のような対策を施すことで、回転角速度ωの検出精度を向上している。
【００２９】
回転角速度センサ１は、梁104の回転方向一方側の径方向長さ変化量である第１歪センサ１１ａの出力信号（歪量Ａ１）、及び同じ梁104の回転方向他方側の径方向長さ変化量である第２歪センサ１１ｂの出力信号（歪量Ｂ１）に基づき、回転角速度ωを検出する。このように梁104の両側に設けた歪センサ１１の出力信号に基づくことで、ボディ100（ピニオンシャフトＰＳ）の加減速に伴う影響を低減し、回転角速度ωの検出精度を向上することができる。すなわち、ボディ100の回転が加減速すると、図３で矢印βにより示すように、梁104が回転方向一方側または他方側（加速時には回転方向と逆側。減速時には回転方向側）に傾き（倒れ）、撓む。よって、歪センサ１１の出力には、遠心力α´（回転角速度ω）による歪みと共に、伸び方向または縮み方向（図３のβ´の方向）に撓むことによる歪みが重畳される。同じ梁104の回転方向一方側と他方側とでは、遠心力による歪みの方向（図３のα´の方向）が同じである一方、上記撓むことによる歪みの方向（図３のβ´の方向）が逆である。この異方性を利用して、上記撓むことによる歪み成分の影響を低減するため、梁104の両側に設けた歪センサ１１の出力信号に基づき回転角速度ωを検出することで、遠心力α´による歪み成分をより精度よく取り出すことができる。
【００３０】
具体的には、図８に一点鎖線で示すように、両センサ１１ａ，１１ｂの出力信号の和（Ａ１＋Ｂ１）に応じた値として、回転角速度ωを算出する。このように梁104の両側に設けた歪センサ１１の出力信号の和をとることで、ボディ100（ピニオンシャフトＰＳ）の加減速に伴う影響をキャンセルし、回転角速度ωの検出精度を向上することができる。すなわち、梁104の回転方向一方側と他方側とでは、上記撓むことによる歪みの方向（図３のβ´の方向）が逆であるため、梁104の両側に設けた歪センサ１１の出力信号の和をとることで、上記撓むことによる歪み成分を相殺し、遠心力α´による歪み成分のみを取り出すことができる。なお、第３、第４歪センサ１１ｃ、１１ｄの出力信号の和（Ａ２＋Ｂ２）に応じて回転角速度ωを算出してもよい。すなわち、梁104,105のうち少なくとも一方に設けた一組の歪センサ１１の出力信号に基づくことで、上記作用効果を得ることができる。
【００３１】
回転角速度センサ１は、一方の梁104の回転方向一方側の径方向長さ変化量である第１歪センサ１１ａの出力信号と、他方の梁105の同じ回転方向側（回転方向一方側）の径方向長さ変化量である第３歪センサ１１ｃの出力信号とに基づき、回転角速度ωを検出する。このように、ボディ100の回転中心Ｏを基準として反対側に（対向して）設けられた梁104,105の歪センサ１１の出力信号を用いることで、ボディ100に回転方向以外の力（外乱）が加わることによる影響を低減し、検出精度を向上することができる。すなわち、回転方向以外の力として、例えば図３の矢印γで示すような径方向の力がボディ100に作用すると、一方の梁104には例えば外径方向の力γ´が作用し、他方の梁105には反対に内径方向の力γ´が作用する。よって、梁104,105の径方向長さがそれぞれ減少・増大する。このため、歪センサ１１の出力には、遠心力α´による歪量Ａ，Ｂと共に、上記外乱γ´による歪量σが重畳される。図９（ａ）に示すように、一方の梁104についてみると、回転方向一方側に設けられた第１歪センサ１１ａの出力には外乱γ´による歪量σが加算され（Ａ１´＝Ａ１＋σ）、回転方向他方側に設けられた第２歪センサ１１ｂの出力から歪量σが減算される（Ｂ１´＝Ｂ１−σ）。図９（ｂ）に示すように、他方の梁105についてみると、回転方向一方側に設けられた第３歪センサ１１ｃの出力から歪量σが減算され（Ａ２´＝Ａ２−σ）、回転方向他方側に設けられた第４歪センサ１１ｄの出力には歪量σが加算される（Ｂ２´＝Ｂ２＋σ）。梁104,105の回転方向一方側に設けられた第１歪センサ１１ａと第３歪みセンサ１１ｃについてみると、回転による（遠心力α´による）歪量Ａ１、Ａ２の大きさはほぼ同一であり、方向も同一である。しかし、梁104と梁105とでは、上記外乱γ´による歪量σの大きさはほぼ同一であるが、方向が逆である。
この異方性を利用して、ボディ100の径方向反対側に設けられた両梁104,105の（回転方向で同じ側に設けられた）歪センサ１１の出力信号に基づき回転角速度ωを検出することで、上記外乱γ´による歪み成分σの影響を低減し、遠心力α´（回転角速度ω）による歪み成分をより精度よく取り出すことができる。
【００３２】
具体的には、回転角速度センサ１は、一方の梁104の回転方向一方側の径方向長さ変化量である第１歪センサ１１ａの出力信号（歪量Ａ１´）と、他方の梁105の回転方向一方側の径方向長さ変化量である第３歪センサ１１ｃの出力信号（歪量Ａ２´）との和（Ａ１´＋Ａ２´）を、回転方向一方側の歪量Ａとする。また、一方の梁104の回転方向他方側の径方向長さ変化量である第２歪センサ１１ｂの出力信号（歪量Ｂ１´）と、他方の梁105の回転方向他方側の径方向長さ変化量である第４歪センサ１１ｄの出力信号（歪量Ｂ２´）との和（Ｂ１´＋Ｂ２´）を、回転方向他方側の歪量Ｂとする。そして、上記回転方向一方側の歪量Ａ（＝Ａ１´＋Ａ２´）と回転方向他方側の歪量Ｂ（＝Ｂ１´＋Ｂ２´）に基づき（両者の和に基づき）、回転角速度ωを検出する。このように、対向して設けられた梁104,105の各歪センサ１１の出力信号の和をとることで、上記外乱γ´による歪み成分σがキャンセルされた出力信号を得ることができ、回転角速度ωの検出精度を向上することができる。すなわち、一方の梁104と他方の梁105とでは、上記外乱γ´による歪量σの方向が逆であるため、梁104,105の同じ回転方向側に設けた歪センサ１１の出力信号の和をとることで、上記外乱γ´による歪み成分σを相殺し、遠心力α´（回転角速度ω）による歪み成分Ａ，Ｂのみを取り出すことができる（例えば、Ａ１´＋Ａ２´＝（Ａ１＋σ）＋（Ａ２−σ）＝Ａ１＋Ａ２）。
【００３３】
また、ｘ軸方向（ボディ100の軸方向）での梁104,105の寸法は、径方向（ボディ100の径方向）での梁104,105の寸法よりも大きく設けられている。よって、ボディ100の軸方向に外乱（力）が入力されても、この軸方向での梁104,105の傾き（撓み）が抑制されるため、遠心力による梁104,105の径方向長さの変化量の検出精度、すなわち回転角速度ωの検出精度を向上することができる。具体的には、梁104,105は、ボディ100の軸方向全範囲に亘って設けられているため、そのｘ軸方向（ボディ100の軸方向）での寸法を最大化して上記作用効果を向上できると共に、ボディ100の軸方向で一部の範囲に設けた場合よりも梁104,105の形成を容易にできる。さらに、歪センサ１１は、ボディ100の軸方向で、梁104,105のほぼ中央に配置されているため、ボディ100の軸方向に外乱（力）が入力されても、その影響をより効果的に抑制することができる。
【００３４】
また、ボディ100は、固定手段としてのネジ１４によりピニオンシャフトＰＳへ締結固定されるため、ピニオンシャフトＰＳに対するボディ100のガタつきを抑制することができる。このため、ガタつきによる外乱による影響を抑制し、遠心力による梁104,105の径方向長さの変化量の検出精度、すなわち回転角速度ωの検出精度を向上することができる。
【００３５】
なお、実施例１では回転に伴い遠心力により歪みが発生する歪み検出用の構造体として梁104,105を設けたが、特に梁を設けず、従来からピニオンシャフトＰＳその他のステアリングシャフトＳＳ（回転体）に存在する構造を利用し、この構造に歪センサ１１を取り付けることとしてもよい。換言すると、ボディ100を省略することとしてもよい。実施例１ではボディ100を設けたため、回転角速度センサ１の取り付け位置の自由度を向上できる。また、ボディ100に歪み検出用の構造体として梁104,105を設けることで、所定方向の入力に対して発生する歪みの検出精度を向上することができる。具体的には、歪み検出用の構造体としての梁104,105は、それが設けられるボディ100から応力が伝達されにくい形状に設けられている。すなわち、例えばボディ100が回転軸（ピニオンシャフトＰＳ）に固定される（ネジ１４により締付け固定される）際にボディ100に発生する応力が梁104,105にできるだけ伝わらないよう、ボディ100に凹部102,103が設けられ、凹部102,103の底部から突出するように梁104,105が形成されている。また、回転軸（ピニオンシャフトＰＳ）の曲げによる応力が梁104,105にできるだけ伝わらないよう、梁104,105の根元部分（凹部102,103の底部）はボディ100の内周側ではなく外周側に設けられている。よって、梁104,105に取り付けられる歪センサ１１は、ボディ100から伝達される応力（外乱）を検出することが抑制され、回転により梁104,105に作用する応力のみを検出することが促進されるため、回転角速度ωの検出精度を向上することができる。なお、梁104,105の形状は実施例１のものに限らない。例えば、実施例１では、梁104,105の周方向幅（板厚）はほぼ均一に設けられているが、例えば軸Ｏに向かうにつれて板厚が薄くなるように設けてもよい。
【００３６】
［実施例１の効果］
以下、実施例１の回転角速度センサ１が奏する効果を列挙する。
（１）回転体（ボディ100）の回転中心（軸Ｏ）から径方向に所定距離離間した位置に設けられ、回転体の回転に伴い遠心力が作用するように所定の質量を有すると共に、遠心力の作用によって径方向長さが減少するように形成された歪量検出ピース（梁104）と、回転体の回転方向を回転方向としたとき、歪量検出ピースの回転方向一方側に設けられ、歪量検出ピースの前記一方側の歪量Ａ１を検出する第１歪センサ１１ａと、歪量検出ピースの回転方向他方側に設けられ、歪量検出ピースの前記他方側の歪量Ｂ１を検出する第２歪センサ１１ｂと、を備え、歪量検出ピースに遠心力が作用することによって減少する歪量検出ピースの径方向長さ変化量である第１歪センサ１１ａおよび第２歪センサ１１ｂの出力信号に基づき回転体の回転角速度ωを検出する。
よって、角度の微分演算によらない回転角速度情報を得ることができるため、検出精度を向上することができる。
【００３７】
（２）歪量検出ピース（梁104）は、この歪量検出ピースの長手方向が回転体（ボディ100）の径方向とほぼ一致するように設けられる。
よって、遠心力によって変化する歪量検出ピースの径方向長さの変化量を大きくとることができるため、検出精度を向上することができる。
【００３８】
（３）回転体（ボディ100）の回転中心（軸Ｏ）を基準として歪検出ピース（梁104）の反対側に設けられ、回転体の回転に伴い遠心力が作用するように所定の質量を有すると共に、遠心力の作用によって径方向長さが減少するように形成されたカウンタピース（梁105）と、カウンタピースの回転方向一方側に設けられ、カウンタピースの前記一方側の歪量Ａ２を検出する第３歪センサ１１ｃと、カウンタピースの回転方向他方側に設けられ、カウンタピースの前記他方側の歪量Ｂ２を検出する第４歪センサ１１ｄと、を備え、カウンタピースに遠心力が作用することによって減少するカウンタピースの径方向長さ変化量である第３歪センサ１１ｃの出力信号Ａ２´と第１歪センサ１１ａの出力信号Ａ１´の和を回転方向一方側の歪量Ａとし、カウンタピースに遠心力が作用することによって減少するカウンタピースの径方向長さ変化量である第４歪センサ１１ｄの出力信号Ｂ２´と第２歪センサ１１ｂの出力信号Ｂ１´の和を回転方向他方側の歪量Ｂとし、回転方向一方側の歪量Ａと回転方向他方側の歪量Ｂに基づき、回転体の回転角速度ωを検出する。
よって、回転体に回転方向以外の力が作用しても、この力をキャンセルした出力信号を得ることができるため、検出精度を向上することができる。
【００３９】
（４）第１歪センサ１１ａおよび第２歪センサ１１ｂは、歪量検出ピース（梁104）に作用する力によってピエゾ抵抗効果に基づき変化する内部抵抗値の変化に基づき歪量検出ピースの前記一方側の歪量Ａおよび前記他方側の歪量Ｂを検出する。
よって、ピエゾ抵抗効果を用いた歪センサを用いることにより、検出精度を向上することができる。
【００４０】
（５）第１歪センサ１１ａおよび第２歪センサ１１ｂは、所定の電流が供給され、この電流に対する内部抵抗値の変化に伴う電圧降下量を検出することにより歪量Ａ１，Ｂ１を検出する。
よって、構成を簡便化することができる。
【００４１】
（６）第１歪センサ１１ａおよび第２歪センサ１１ｂは、内部に不純物が拡散された拡散抵抗を含むシリコン結晶によって構成される。
よって、信頼性を向上しつつ検出精度を向上することができる。
【００４２】
（７）シリコン結晶は単結晶である。
よって、信頼性を向上しつつ検出精度を向上することができる。
【００４３】
［実施例２］
実施例２では、回転角加速度センサについて説明する。なお、以下では、回転角加速度ｄωは、加速度と減速度の両方を含むものとする。
実施例２の回転角加速度センサが適用されるパワーステアリング装置ＥＰＳは、回転角速度センサ１の代わりに、操舵角加速度としてピニオンシャフトＰＳの回転角加速度ｄωを検出する操舵角加速度検出手段としての回転角加速度センサ１を有する。運転者によりステアリングホイールＳＷが操舵されると、ステアリングシャフトＳＳを介してピニオンシャフトＰＳに伝達される回転角加速度（操舵角加速度）ｄωが、回転角加速度センサ１により検出され、ＥＣＵに出力される。ＥＣＵは、入力される回転角加速度ｄωに基づいて操舵アシスト量を補正し、操舵操作性や操舵フィーリングを向上するための制御を行う。例えば、回転角加速度ｄωの検出値に基づき作成した補償値により操舵アシスト量を補正する慣性補償、粘性補償等を行うことで、操舵フィーリングの向上を図る。この補償制御の内容は周知の技術であるため、説明を省略する。その他のＥＰＳの構成は実施例１と同様である。回転角加速度センサ１の構成は、実施例１の回転角速度センサ１と同様である。すなわち、回転角加速度センサ１は、センサ本体（歪センサ１１）と送信側アンテナ１２とがボディ100に一体に組付けられたセンサユニット１０として構成され、受信側アンテナユニット２０との間で信号及び電力の授受を行う。歪量検出ピース及びカウンタピース（梁104及び梁105）と第１〜第１歪センサ１１ａ〜１１ｄの構成は、回転角速度センサ１と同様である。梁104及び梁105は、ボディ100の回転に伴い、ボディ100の回転方向への撓みが発生するように所定の質量および形状を有している。
【００４４】
回転角加速度センサ１は、歪センサ１１の出力信号に基づき、ボディ100（ピニオンシャフトＰＳ）の回転角加速度ｄωを検出する。なお、歪センサ１１の出力信号に基づき回転角加速度ｄωを検出する回路は、ボディ100に設けてもよいし、受信側アンテナユニット２０やＥＣＵに設けてもよく、特に限定しない。具体的には、一方の梁104の回転方向一方側の第１歪センサ１１ａの出力信号（歪量Ａ１）と、他方の梁105の回転方向一方側の第３歪センサ１１ｃの出力信号（歪量Ａ２）との和（Ａ１＋Ａ２）を、回転方向一方側の歪量Ａとする。また、一方の梁104の回転方向他方側の第２歪センサ１１ｂの出力信号（歪量Ｂ１）と、他方の梁105の回転方向他方側の４歪センサ１１ｄの出力信号（歪量Ｂ２）との和（Ｂ１＋Ｂ２）を、回転方向他方側の歪量Ｂとする。そして、上記回転方向一方側の歪量Ａ（＝Ａ１＋Ａ２）と回転方向他方側の歪量Ｂ（＝Ｂ１＋Ｂ２）の差｛（Ａ１＋Ａ２）−（Ｂ１＋Ｂ２）｝に基づき、回転角加速度ｄωを検出する。例えば｛（Ａ１＋Ａ２）−（Ｂ１＋Ｂ２）｝に所定の係数を乗算して回転角加速度ｄωを検出する。
【００４５】
（実施例２の作用）
歪センサ１１の出力信号は、ピニオンシャフトＰＳの回転に伴いボディ100の梁104,105に回転方向への撓み（図３の矢印β）が発生することによって生じる。すなわち、梁104,105に回転力が作用するとき、図３で矢印β´により示すように、梁104,105の回転方向一方側には伸び方向の撓みが発生し、回転方向他方側には縮み方向の撓みが発生する。歪センサ１１は、（梁104,105に撓みが発生しない状態を基準とする）上記伸び方向の撓み量及び縮み方向の撓み量を、それぞれ歪量として検出し、出力する。撓みの伸び方向と縮み方向とでは、撓みに対応する歪量の符号が反対となる。具体的には、第１歪センサ１は、梁104の回転方向一方側の（例えば伸び方向の）撓み量を（例えば正の）歪量Ａ１として検出し、出力する一方、第２歪センサ１１ｂは、梁104の回転方向他方側の（縮み方向の）撓み量を（例えば負の）歪量Ｂ１として検出し、出力する。同様に、第３歪センサ１１ｃは、梁105の回転方向一方側の撓み量を（例えば正の）歪量Ａ２として検出し、出力する一方、第４歪センサ１１ｄは、梁105の回転方向他方側の撓み量を（例えば負の）歪量Ｂ２として検出し、出力する。このように、回転体としてのボディ100の回転角加速度ｄωに応じて変化する（歪量検出ピースとしての梁104,105の）撓みを歪量として検出する。これにより、角度の2階微分によらない、物理量そのものとしての回転角加速度ｄωの情報を得ることができる。よって、回転角加速度ｄωの検出精度を向上することができる。
【００４６】
具体的には、回転角加速度センサ１は、歪センサ１１の出力信号に応じた値として（例えば出力信号に所定の係数を乗算した値として）、回転角加速度ｄωを算出する。すなわち、歪センサ１１の出力信号（歪量Ａ，Ｂ）と回転角加速度ｄωとの関係特性を表す図１０に示すように、回転角加速度ｄωの大きさが増大するのに応じて、梁104,105に発生する撓み量は増大し、梁104,105の歪量Ａ，Ｂは増大する。よって、歪量Ａ，Ｂに応じた値として回転角加速度ｄωを算出することができる。単結晶シリコンによるピエゾ抵抗効果を利用した歪センサ１１ａ〜１１ｄを用いることによる作用効果は実施例１と同様である。
【００４７】
また、車両の振動等により入力される外力（応力）に対して、実施例２の回転角加速度センサ１では以下のような対策を施すことで、回転角加速度ｄωの検出精度を向上している。
【００４８】
回転角加速度センサ１は、梁104の回転方向一方側の撓み量である第１歪センサ１１ａの出力信号（歪量Ａ１）、及び同じ梁104の回転方向他方側の撓み量である第２歪センサ１１ｂの出力信号（歪量Ｂ１）に基づき、回転角加速度ｄωを検出する。このように梁104の両側に設けた歪センサ１１の出力信号に基づくことで、ボディ100（ピニオンシャフトＰＳ）の回転に伴う遠心力α´の影響を低減し、回転角加速度ｄωの検出精度を向上することができる。すなわち、ボディ100が回転すると、遠心力α´により梁104,105の径方向長さが変化（減少）することで、歪センサの出力には、撓みβ´（回転角加速度ｄω）による歪みと共に、上記遠心力α´による歪みが重畳される。梁104の回転方向一方側と他方側とでは、上記遠心力α´による歪みの方向が同じである一方、撓みβ´による歪みの方向が逆である。この異方性を利用して，上記遠心力α´による歪み成分の影響を低減するため、梁104の両側に設けた歪センサ１１の出力信号に基づき回転角加速度ｄωを検出することで、撓むことによる歪み成分をより精度よく取り出すことができる。
【００４９】
具体的には、図１０に示すように、両センサ１１ａ，１１ｂの出力信号の差（Ａ１−Ｂ１）に応じた値として（例えば（Ａ１−Ｂ１）に所定の係数を乗算した値として）、回転角加速度ｄωを算出する。このように梁104の両側に設けた歪センサ１１の出力信号の差をとることで、ボディ100（ピニオンシャフトＰＳ）の回転に伴う遠心力α´の影響をキャンセルし、検出精度を向上することができる。すなわち、梁104の回転方向一方側と他方側とでは、上記遠心力α´による歪みの方向が同じであるため、梁104の両側に設けた歪センサ１１の出力信号の差（Ａ１−Ｂ２）をとることで、上記遠心力α´による歪み成分を相殺し、加減速による撓みβ´に起因する歪み成分のみを取り出すことができる。なお、第３、第４歪センサ１１ｃ、１１ｄの出力信号の差（Ａ２−Ｂ２）に応じて回転角加速度ｄωを算出してもよい。すなわち、梁104,105のうち少なくとも一方に設けた一組の歪センサ１１に基づくことで、上記作用効果を得ることができる。
【００５０】
また、回転角加速度センサ１は、一方の梁104の回転方向一方側の撓み量である第１歪センサ１１ａの出力信号と、他方の梁105の同じ回転方向側（回転方向一方側）の撓み量である第３歪センサ１１ｃの出力信号とに基づき、回転角加速度ｄωを検出する。このように、ボディ100の回転中心Ｏを基準として反対側に設けられた梁104,105の各歪センサ１１の出力信号を用いることで、ボディ100に回転方向以外の力（外乱）が加わることによる影響を低減し、検出精度を向上することができる。すなわち、実施例１で説明したように、ボディ100に回転方向以外の力として、例えば図３の矢印γで示すように径方向力（外乱）が作用すると、梁104と梁105とでは、上記外乱による歪量σの大きさはほぼ同一であるが、方向が逆である。この異方性を利用して、ボディ100の径方向反対側に設けられた両梁104,105の（回転方向で同じ側に設けられた）歪センサ１１の出力信号に基づき回転角加速度ｄωを検出することで、上記外乱による歪み成分の影響を低減し、撓み（回転角加速度ｄω）による歪み成分をより精度よく取り出すことができる。
【００５１】
具体的には、回転角加速度センサ１は、一方の梁104の回転方向一方側の撓み量である第１歪センサ１１ａの出力信号（歪量Ａ１´）と、他方の梁105の回転方向一方側の撓み量である第３歪センサ１１ｃの出力信号（歪量Ａ２´）との和（Ａ１´＋Ａ２´）を、回転方向一方側の歪量Ａとする。また、一方の梁104の回転方向他方側の撓み量である第２歪センサ１１ｂの出力信号（歪量Ｂ１´）と、他方の梁105の回転方向他方側の撓み量である第４歪センサ１１ｄの出力信号（歪量Ｂ２´）との和（Ｂ１´＋Ｂ２´）を、回転方向他方側の歪量Ａとする。そして、上記回転方向一方側の歪量Ａ（＝Ａ１´＋Ａ２´）と回転方向他方側の歪量Ｂ（＝Ｂ１´＋Ｂ２´）に基づき（両者の差に基づき）、回転角加速度ｄωを検出する。このように、対向して設けられた梁104,105の各歪センサ１１の出力信号の和をとることで、上記外乱γ´による歪み成分σがキャンセルされた出力信号を得ることができ、回転角加速度ｄωの検出精度を向上することができる。すなわち、一方の梁104と他方の梁105とでは、上記外乱γ´による歪量σの方向が逆であるため、梁104,105の同じ回転方向側に設けた歪センサ１１の出力信号の和をとることで、上記外乱γ´による歪み成分σを相殺し、撓みβ´（回転角加速度ｄω）による歪み成分Ａ，Ｂのみを取り出すことができる（例えば、Ａ１´＋Ａ２´＝（Ａ１＋σ）＋（Ａ２−σ）＝Ａ１＋Ａ２）。
【００５２】
ここで、梁104,105は、この梁104,105の（軸Ｏの方向から見たときの）長手方向が回転体（ボディ100）の径方向とほぼ一致するように設けられている。よって、回転力によって生じる梁104,105の撓み量を大きくとることができる。このため、歪量Ａ，Ｂの検出精度、すなわち回転角加速度ｄωの検出精度を向上することができる。他の作用は実施例１と同様であるため、説明を省略する。
【００５３】
（実施例２の効果）
以下、実施例２の回転角加速度センサ１が奏する効果を列挙する。
（８）回転体（ボディ100）の回転中心（軸Ｏ）から径方向に所定距離離間した位置に設けられ、回転体の回転に伴い回転体の回転方向への撓みが発生するように所定の質量および形状を有する歪量検出ピース（梁104）と、回転体の回転方向を回転方向としたとき、歪量検出ピースの回転方向一方側に設けられ、歪量検出ピースの前記一方側の歪量Ａを検出する第１歪センサ１１ａと、歪量検出ピースの回転方向他方側に設けられ、歪量検出ピースの前記他方側の歪量Ｂを検出する第２歪センサ１１ｂと、を備え、第１歪センサ１１ａと第２歪センサ１１ｂの夫々が、歪量検出ピースの撓みによって伸び方向の撓みと縮み方向の撓みを検出するとき、第１歪センサ１１ａの出力信号Ａ１と第２歪センサ１１ｂの出力信号Ｂ１の差に基づき回転体の回転角加速度ｄωを検出する。
よって、角度の微分演算によらない回転角加速度情報を得ることができるため、検出精度を向上することができる。
【００５４】
（９）歪量検出ピース（梁104）は、この歪量検出ピースの長手方向が回転体（ボディ100）の径方向とほぼ一致するように設けられる。
よって、回転力によって生じる歪量検出ピースの撓み量を大きくとることができるため、検出精度を向上することができる。
【００５５】
（１０）回転体（ボディ100）の回転中心（軸Ｏ）を基準として歪量検出ピース（梁104）の反対側に設けられ、回転体の回転に伴い回転体の回転方向への撓みが発生するように所定の質量および形状を有するカウンタピース（梁105）と、カウンタピースの回転方向一方側に設けられ、カウンタピースの前記一方側の歪量Ａ２を検出する第３歪センサ１１ｃと、カウンタピースの回転方向他方側に設けられ、カウンタピースの前記他方側の歪量Ｂ２を検出する第４歪センサ１１ｄと、を備え、第１歪センサ１１ａの出力信号Ａ１´と第３歪センサ１１ｃの出力信号Ａ２´の和を回転方向一方側の歪量Ａとし、第２歪センサ１１ｂの出力信号Ｂ１´と第４歪センサ１１ｄの出力信号Ｂ２´の和を回転方向他方側の歪量Ｂとし、回転方向一方側の歪量Ａと回転方向他方側の歪量Ｂの差に基づき、回転体の回転角加速度ｄωを検出する。
よって、回転体に回転方向以外の力が作用しても、この力をキャンセルした出力信号を得ることができるため、検出精度を向上することができる。
【００５６】
（１１）第１歪センサ１１ａおよび第２歪センサ１１ｂは、歪量検出ピース（梁104）に作用する力によってピエゾ抵抗効果に基づき変化する内部抵抗値の変化に基づき歪量検出ピースの前記一方側の歪量Ａおよび前記他方側の歪量Ｂを検出する。
よって、ピエゾ抵抗効果を用いた歪センサを用いることにより、検出精度を向上することができる。
【００５７】
（１２）第１歪センサ１１ａおよび第２歪センサ１１ｂは、所定の電流が供給され、この電流に対する内部抵抗値の変化に伴う電圧降下量を検出することにより歪量Ａ１，Ｂ１を検出する。
よって、構成を簡便化することができる。
【００５８】
（１３）第１歪センサ１１ａおよび第２歪センサ１１ｂは、内部に不純物が拡散された拡散抵抗を含むシリコン結晶によって構成される。
よって、信頼性を向上しつつ検出精度を向上することができる。
【００５９】
（１４）シリコン結晶は単結晶である。
よって、信頼性を向上しつつ検出精度を向上することができる。
【００６０】
［他の実施例］
以上、本発明を実現するための形態を、実施例１に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、実施例１，２では、回転角速度センサ１と回転角加速度センサ１をそれぞれ独立してパワーステアリング装置ＥＰＳに適用することとしたが、回転角速度センサ１及び回転角加速度センサ１の両方を同時にＥＰＳに適用することとしてもよい。この場合、回転角速度センサ１及び回転角加速度センサ１は、それぞれの構成部品を共通とする一体のセンサとして設けられるため、部品点数を低減することができる。
実施例１，２では、回転角速度センサ１と回転角加速度センサ１は、ＥＰＳの回転軸（ステアリングシャフトＳＳ）に適用されることとしたが、他の任意の装置の回転軸に適用することができる。また、回転軸に限らず、任意の回転体に適用可能である。
実施例１，２では、梁104,105をボディ100の内周側に突出するように設けたが、ボディ100の外周側に突出するように設け、遠心力の作用によって外径方向に若干延び、その径方向寸法が増大するように形成することとしてもよい。この場合、遠心力や径方向外乱に対する歪量の符号が変わるだけで、考え方は実施例１，２と同様である。また、梁104,105の一方をボディ100の内周側に突出するように設け、他方を外周側に突出するように設けることとしてもよい。
受信側アンテナユニット２０は、センサユニット１０と軸方向に対向する位置に限らず、例えばセンサユニット１０の外周を取り囲むように設置してもよい。センサユニット１０のアンテナは、実施例１では電力（出力）を稼ぐために外部に大きなアンテナを形成したが、チップ内に内蔵することとしてもよい。この場合、外部接続用の電極パッドが不要となり、電極がチップ表面に露出することがなく、劣悪な環境下で用いる場合にも、電極パッドの腐食等が起こらず、信頼性を向上できる。実施例１ではセンサユニット１０の外部から歪センサ１１に電力を供給することとしたが、チップ内に電源（蓄電池）を備えることとしてもよい。エネルギ供給及びECUとの通信方法としては、アンテナに誘導電磁界を形成する電磁誘導を用いるもののほか、マイクロ波を受信、復調して用いたものや、光を用いてエネルギ供給及び交信を行なうものでもよい。また、無線形式に限らず、スリップリングや固定ハーネス等を用いた有線形式によるものであってもよい。
シリコンの結晶方位と抵抗712a, 712bの配置は、実施例のものに限らず、任意に調整可能である。例えば以下の組み合わせのいずれかであってもよい。
１）抵抗712aをＮ型不純物拡散層で＜１００＞方向を長手とし、ダミー抵抗712bをＰ型不純物拡散層で＜１００＞方向を長手とし、２つの抵抗712a及び２つのダミー抵抗712bが平行配置されているもの
２）抵抗712aをＮ型不純物拡散層で＜１００＞方向を長手とし、ダミー抵抗712bをＮ型不純物拡散層で形成し、ダミー抵抗712bはＶ字形状でＶ字を形成する直線部分の長手方向が＜１１０＞方向とされているもの
３）抵抗712aをＰ型不純物拡散層で、ダミー抵抗712bをＮ型不純物拡散層で形成し、抵抗712a及びダミー抵抗712bをともに＜１１０＞方向を長手とするように形成し、かつ、２つの抵抗712a及び２つのダミー抵抗712bが平行配置されているもの
【符号の説明】
【００６１】
１００ ボディ（回転体）
１０４ 梁（歪量検出ピース）
１０５ 梁（カウンタピース）
１１ａ 第１歪センサ
１１ｂ 第２歪センサ
１１ｃ 第３歪センサ
１１ｄ 第４歪センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転中心から径方向に所定距離離間した位置に設けられ、前記回転体の回転に伴い遠心力が作用するように所定の質量を有すると共に、前記遠心力の作用によって径方向長さが増大または減少するように形成された歪量検出ピースと、
前記回転体の回転方向を回転方向としたとき、前記歪量検出ピースの前記回転方向一方側に設けられ、前記歪量検出ピースの前記一方側の歪量を検出する第１歪センサと、
前記歪量検出ピースの前記回転方向他方側に設けられ、前記歪量検出ピースの前記他方側の歪量を検出する第２歪センサと、を備え、
前記歪量検出ピースに前記遠心力が作用することによって増大または減少する前記歪量検出ピースの径方向長さ変化量である前記第１歪センサおよび前記第２歪センサの出力信号に基づき前記回転体の回転角速度を検出する
ことを特徴とする回転角速度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の回転角速度センサにおいて、
前記歪量検出ピースは、この歪量検出ピースの長手方向が前記回転体の径方向とほぼ一致するように設けられることを特徴とする回転角速度センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の回転角速度センサにおいて、
前記回転体の回転中心を基準として前記歪検出ピースの反対側に設けられ、前記回転体の回転に伴い遠心力が作用するように所定の質量を有すると共に、前記遠心力の作用によって径方向長さが増大または減少するように形成されたカウンタピースと、
前記カウンタピースの前記回転方向一方側に設けられ、前記カウンタピースの前記一方側の歪量を検出する第３歪センサと、
前記カウンタピースの前記回転方向他方側に設けられ、前記カウンタピースの前記他方側の歪量を検出する第４歪センサと、を備え、
前記カウンタピースに前記遠心力が作用することによって増大または減少する前記カウンタピースの径方向長さ変化量である前記第３歪センサの出力信号と前記第１歪センサの出力信号の和を回転方向一方側の歪量とし、
前記カウンタピースに前記遠心力が作用することによって増大または減少する前記カウンタピースの径方向長さ変化量である前記第４歪センサの出力信号と前記第２歪センサの出力信号の和を回転方向他方側の歪量とし、
前記回転方向一方側の歪量と前記回転方向他方側の歪量に基づき、前記回転体の回転角速度を検出することを特徴とする回転角速度センサ。
【請求項４】
回転体の回転中心から径方向に所定距離離間した位置に設けられ、前記回転体の回転に伴い前記回転体の回転方向への撓みが発生するように所定の質量および形状を有する歪量検出ピースと、
前記回転体の回転方向を回転方向としたとき、前記歪量検出ピースの前記回転方向一方側に設けられ、前記歪量検出ピースの前記一方側の歪量を検出する第１歪センサと、
前記歪量検出ピースの前記回転方向他方側に設けられ、前記歪量検出ピースの前記他方側の歪量を検出する第２歪センサと、を備え、
前記第１歪センサと前記第２歪センサの夫々が、前記歪量検出ピースの撓みによって伸び方向の撓みと縮み方向の撓みを検出するとき、前記第１歪センサの出力信号と前記第２歪センサの出力信号の差に基づき前記回転体の回転角加速度を検出することを特徴とする回転角加速度センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の回転角加速度センサにおいて、
前記歪量検出ピースは、この歪量検出ピースの長手方向が前記回転体の径方向とほぼ一致するように設けられることを特徴とする回転角加速度センサ。
【請求項６】
請求項４に記載の回転角加速度センサにおいて、
前記回転体の回転中心を基準として前記歪量検出ピースの反対側に設けられ、前記回転体の回転に伴い前記回転体の回転方向への撓みが発生するように所定の質量および形状を有するカウンタピースと、
前記カウンタピースの前記回転方向一方側に設けられ、前記カウンタピースの前記一方側の歪量を検出する第３歪センサと、
前記カウンタピースの前記回転方向他方側に設けられ、前記カウンタピースの前記他方側の歪量を検出する第４歪センサと、を備え、
前記第１歪センサの出力信号と前記第３歪センサの出力信号の和を回転方向一方側の歪量とし、
前記第２歪センサの出力信号と前記第４歪センサの出力信号の和を回転方向他方側の歪量とし、
前記回転方向一方側の歪量と前記回転方向他方側の歪量の差に基づき、前記回転体の回転角加速度を検出することを特徴とする回転角加速度センサ。
【請求項７】
請求項１に記載の回転角速度センサまたは請求項４に記載の回転角加速度センサにおいて、
前記第１歪センサおよび前記第２歪センサは、前記歪量検出ピースに作用する力によってピエゾ抵抗効果に基づき変化する内部抵抗値の変化に基づき前記歪量検出ピースの前記一方側の歪量および前記他方側の歪量を検出することを特徴とする回転角速度センサまたは回転角加速度センサ。
【請求項８】
請求項７に記載の回転速度センサまたは回転角加速度センサにおいて、
前記第１歪センサおよび前記第２歪センサは、所定の電流が供給され、この電流に対する前記内部抵抗値の変化に伴う電圧降下量を検出することにより前記歪量を検出することを特徴とする回転角速度センサまたは回転角加速度センサ。
【請求項９】
請求項８に記載の回転角速度センサまたは回転角加速度センサにおいて、
前記第１歪センサおよび前記第２歪センサは、内部に不純物が拡散された拡散抵抗を含むシリコン結晶によって構成されることを特徴とする回転角速度センサまたは回転角加速度センサ。
【請求項１０】
請求項９に記載の回転角速度センサまたは回転角加速度センサにおいて、
前記シリコン結晶は単結晶であることを特徴とする回転角速度センサまたは回転角加速度センサ。
【請求項１】
回転体の回転中心から径方向に所定距離離間した位置に設けられ、前記回転体の回転に伴い遠心力が作用するように所定の質量を有すると共に、前記遠心力の作用によって径方向長さが増大または減少するように形成された歪量検出ピースと、
前記回転体の回転方向を回転方向としたとき、前記歪量検出ピースの前記回転方向一方側に設けられ、前記歪量検出ピースの前記一方側の歪量を検出する第１歪センサと、
前記歪量検出ピースの前記回転方向他方側に設けられ、前記歪量検出ピースの前記他方側の歪量を検出する第２歪センサと、を備え、
前記歪量検出ピースに前記遠心力が作用することによって増大または減少する前記歪量検出ピースの径方向長さ変化量である前記第１歪センサおよび前記第２歪センサの出力信号に基づき前記回転体の回転角速度を検出する
ことを特徴とする回転角速度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の回転角速度センサにおいて、
前記歪量検出ピースは、この歪量検出ピースの長手方向が前記回転体の径方向とほぼ一致するように設けられることを特徴とする回転角速度センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の回転角速度センサにおいて、
前記回転体の回転中心を基準として前記歪検出ピースの反対側に設けられ、前記回転体の回転に伴い遠心力が作用するように所定の質量を有すると共に、前記遠心力の作用によって径方向長さが増大または減少するように形成されたカウンタピースと、
前記カウンタピースの前記回転方向一方側に設けられ、前記カウンタピースの前記一方側の歪量を検出する第３歪センサと、
前記カウンタピースの前記回転方向他方側に設けられ、前記カウンタピースの前記他方側の歪量を検出する第４歪センサと、を備え、
前記カウンタピースに前記遠心力が作用することによって増大または減少する前記カウンタピースの径方向長さ変化量である前記第３歪センサの出力信号と前記第１歪センサの出力信号の和を回転方向一方側の歪量とし、
前記カウンタピースに前記遠心力が作用することによって増大または減少する前記カウンタピースの径方向長さ変化量である前記第４歪センサの出力信号と前記第２歪センサの出力信号の和を回転方向他方側の歪量とし、
前記回転方向一方側の歪量と前記回転方向他方側の歪量に基づき、前記回転体の回転角速度を検出することを特徴とする回転角速度センサ。
【請求項４】
回転体の回転中心から径方向に所定距離離間した位置に設けられ、前記回転体の回転に伴い前記回転体の回転方向への撓みが発生するように所定の質量および形状を有する歪量検出ピースと、
前記回転体の回転方向を回転方向としたとき、前記歪量検出ピースの前記回転方向一方側に設けられ、前記歪量検出ピースの前記一方側の歪量を検出する第１歪センサと、
前記歪量検出ピースの前記回転方向他方側に設けられ、前記歪量検出ピースの前記他方側の歪量を検出する第２歪センサと、を備え、
前記第１歪センサと前記第２歪センサの夫々が、前記歪量検出ピースの撓みによって伸び方向の撓みと縮み方向の撓みを検出するとき、前記第１歪センサの出力信号と前記第２歪センサの出力信号の差に基づき前記回転体の回転角加速度を検出することを特徴とする回転角加速度センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の回転角加速度センサにおいて、
前記歪量検出ピースは、この歪量検出ピースの長手方向が前記回転体の径方向とほぼ一致するように設けられることを特徴とする回転角加速度センサ。
【請求項６】
請求項４に記載の回転角加速度センサにおいて、
前記回転体の回転中心を基準として前記歪量検出ピースの反対側に設けられ、前記回転体の回転に伴い前記回転体の回転方向への撓みが発生するように所定の質量および形状を有するカウンタピースと、
前記カウンタピースの前記回転方向一方側に設けられ、前記カウンタピースの前記一方側の歪量を検出する第３歪センサと、
前記カウンタピースの前記回転方向他方側に設けられ、前記カウンタピースの前記他方側の歪量を検出する第４歪センサと、を備え、
前記第１歪センサの出力信号と前記第３歪センサの出力信号の和を回転方向一方側の歪量とし、
前記第２歪センサの出力信号と前記第４歪センサの出力信号の和を回転方向他方側の歪量とし、
前記回転方向一方側の歪量と前記回転方向他方側の歪量の差に基づき、前記回転体の回転角加速度を検出することを特徴とする回転角加速度センサ。
【請求項７】
請求項１に記載の回転角速度センサまたは請求項４に記載の回転角加速度センサにおいて、
前記第１歪センサおよび前記第２歪センサは、前記歪量検出ピースに作用する力によってピエゾ抵抗効果に基づき変化する内部抵抗値の変化に基づき前記歪量検出ピースの前記一方側の歪量および前記他方側の歪量を検出することを特徴とする回転角速度センサまたは回転角加速度センサ。
【請求項８】
請求項７に記載の回転速度センサまたは回転角加速度センサにおいて、
前記第１歪センサおよび前記第２歪センサは、所定の電流が供給され、この電流に対する前記内部抵抗値の変化に伴う電圧降下量を検出することにより前記歪量を検出することを特徴とする回転角速度センサまたは回転角加速度センサ。
【請求項９】
請求項８に記載の回転角速度センサまたは回転角加速度センサにおいて、
前記第１歪センサおよび前記第２歪センサは、内部に不純物が拡散された拡散抵抗を含むシリコン結晶によって構成されることを特徴とする回転角速度センサまたは回転角加速度センサ。
【請求項１０】
請求項９に記載の回転角速度センサまたは回転角加速度センサにおいて、
前記シリコン結晶は単結晶であることを特徴とする回転角速度センサまたは回転角加速度センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−７９８８５（Ｐ２０１３−７９８８５Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２０５７３（Ｐ２０１１−２２０５７３）
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
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