角速度センサ
【課題】従来に比して高感度且つ高精度であり、しかも、耐久性を向上させることができる角速度センサ素子を提供する。
【解決手段】本発明による角速度センサ装置１は、正多角形状の枠体６と、その枠体６に接続された複数のマス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄとを有する駆動部を備えている。枠体６は、多角形の辺に相当する複数の駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄから構成されており、角速度センサ装置１は、多角形の中心点に相当する中心基部２と、多角形の頂点とを結ぶ直線に相当する複数の検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを含む検出部を更に有している。
【解決手段】本発明による角速度センサ装置１は、正多角形状の枠体６と、その枠体６に接続された複数のマス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄとを有する駆動部を備えている。枠体６は、多角形の辺に相当する複数の駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄから構成されており、角速度センサ装置１は、多角形の中心点に相当する中心基部２と、多角形の頂点とを結ぶ直線に相当する複数の検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを含む検出部を更に有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の角速度を検出する角速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物体の角速度を検出する角速度センサ又はそのセンサ素子として、振動する質量体に回転が加えられた際に生じる慣性力の一種であるコリオリの力（コリオリ力）に起因して発生する非常に微弱な振動や変位を、圧電素子を介して検出し、各方向における回転（動作）を検知・測定するものが知られている。かかる角速度センサは、自動車、船舶、航空機、ロケット等の姿勢を自律制御するための技術に広く使用されており、最近では、カーナビゲーションシステム、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話等の小型の電子機器にも搭載されるようになってきている。それに伴い、角速度センサの更なる高感度化、小型化及び耐久性の向上が要請されており、それに応えるべく、微細加工技術によって形成された圧電薄膜を用いた角速度センサが種々提案されている。
【０００３】
しかし、そのような圧電薄膜は、一般に、膜厚が極めて薄く、且つ、軽量であるがゆえに、角速度センサが搭載される機器やシステムの外部からの振動や衝撃等の影響を受けやすく、それらに起因するノイズ（外乱ノイズ）によって角速度を誤検出してしまいやすい傾向にある。そこで、かかる不都合を防止すべく、例えば、特許文献１には、音叉型振動子１０とパッケージ３０との間にリードフレーム２０が設けられた角速度センサ１００が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３０８５４３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来の特許文献１に記載された角速度センサ１００においては、駆動電極１４及び検出電極１１が同一の音叉型振動子１０に設けられているので、駆動振動と検出振動とが混在してしまい、コリオリの力による検出振動の大きさ（変位）は駆動振動に比して極めて小さいので、角速度の検出感度及び精度に自ずと限界が生じてしまい、更なる検出感度及び精度の向上を実現し難い傾向にある。
【０００６】
また、この従来の角速度センサ１００では、音叉型振動子１０の振動（駆動振動）がリードフレーム２０に伝搬してしまうことにより、パッケージ３０におけるリードフレーム２０との接続部分が繰り返し屈曲され、これにより、その部位の耐久性が不都合な程度にまで低下してしまうことが懸念される。
【０００７】
また、近年、ジャイロセンサ（多軸の角速度センサを含む）と加速度センサ等の異なるセンサをワンパッケージ化した複合（コンバイン）センサが実用化されており、例えば、ＥＳＣ（Electronic Stability Control）（登録商標）システム等の車両姿勢制御システムで用いられている。このようなコンバインセンサは、車両内部における温度、湿度、外乱振動・衝撃に対して最適な緩衝能力を有するようにパッケージ内に封入され、搭載対象となる車両内部等に設置される。しかし、コンバインセンサがこのようにパッケージされ設置されていても、当該センサ内部において、ジャイロセンサの駆動部分の振動が、ヨー検出部に悪影響を与えるノイズ源となる可能性、及び、多軸の角速度センサの場合、パッケージ内の別の角速度センサ等に対する外乱ノイズとなる可能性があり、その結果、コンバインセンサ全体の検出感度及び精度の低下を引き起こしてしまう虞がある。
【０００８】
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、従来に比して高感度且つ高精度であり、しかも、耐久性を向上させることができる角速度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明による角速度センサは、多角形状をなす枠体、及び、その枠体に接続された複数の質量体（錘、重り、重錘体、マス（mass））を有する駆動部と、その枠体に接続された検出部とを備える。
【００１０】
このような構成を有する角速度センサにおいては、駆動部に備わる多角形状の枠体の各辺及び複数の質量体が、その枠体の形状に応じて規制される方向（例えば、多角形の面方向）において振動するように駆動され、その振動状態で駆動部が回動した場合、そのときの検出部の変位が検知され、その検知信号に基づいて、コリオリの力ひいては角速度が検出・測定され得る（振動検出モードでの運転）。
【００１１】
このとき、検出部が枠体に接続されているものの、枠体の各辺及び複数の質量体のそれぞれが同位相（枠体の内部領域における枠体の延在方向（面方向）に垂直な軸に対する振動の変位方向（すなわち、その軸に向かう方向か離れる方向）、及び、振動周期の両方が同一）で駆動されることにより、駆動部の振動が検出部に伝達されない、換言すれば、枠体の各辺の駆動振動が枠体の頂点部位において打ち消され（キャンセルされ）、これにより、駆動部の振動が検出部に伝達されないので、検出部は変位せずに停止した状態が生起され得る。よって、検出部で検知されるコリオリの力の検出感度及び精度が向上され得る。
【００１２】
また、この角速度センサを、駆動部の振動が伝達されない検出部を介してパッケージ等の筐体に設置すれば、上述した従来の特許文献１に記載された角速度センサ１００で想定されるようなパッケージ３０とリードフレーム２０との接続部分で繰り返し発生する屈曲を抑止できるので、角速度センサを含むパッケージ等の耐久性が格段に向上され得る。
【００１３】
さらに、その従来の角速度センサ１００においては、音叉型振動子１０がリードフレーム２０を介してパッケージ３０に接続されることにより、外乱ノイズの伝搬を防止することが企図されていると推測されるものの、このようなリードフレーム２０を介する接続構造には、高い組み立て精度が要求され、それに応じて製造コストも増大してしまう。これに対し、本発明による角速度センサでは、従来のリードフレームを用いた複雑な接続構造が不要であり、上述したように、駆動部の振動が伝達されない検出部を介してパッケージ等の筐体に、簡易に設置し得るので、経済性の観点からも有利である。
【００１４】
またさらに、上述した従来の特許文献１に記載された角速度センサ１００は、音叉型振動子１０の設置平面に対して垂直な方向の振動を検出振動として利用するものであるので、パッケージ３０内で当該方向における振動に対する十分なクリアランス（間隙）を必要とするため、角速度センサ１００を含むパッケージの小型化にも自ずと限界が生じてしまう。これに対し、本発明による角速度センサでは、上述の如く、枠体の多角形の面方向に駆動部を振動（すなわち、面内振動）させることにより、その面方向に垂直な方向のクリアランスを極力狭めることが可能となり得るので、素子、装置、機器等の更なる小型化を実現し得る。
【００１５】
さらにまた、本発明による角速度センサでは、上述したとおり、駆動部の振動が検出部に伝達することを防止し得るので、その検出部を介して角速度センサをパッケージ等の筐体に設置しても、駆動部の振動が角速度センサ素子の外部、つまり筐体側に伝播し得ない。よって、本発明による角速度センサ素子を加速度センサ等の異なる他のセンサとともにワンパッケージ化してコンバインセンサを構成する場合でも、角速度センサ自体が他のセンサに悪影響を与えてしまうノイズ源となることが防止され得る。
【００１６】
上記の観点において、駆動部は、枠体の各辺（及びそれに接続された複数の質量体）が、多角形の面方向において同位相で変位又は振動する（同位相振動モードで駆動される）ものであると好適である。この場合、枠体を画定する多角形が正多角形又は略正多角形であると、正多角形ではない場合に比して、枠体の各辺及び複数の質量体のそれぞれの変位を同期させて同位相振動をより生起させ易くなる。
【００１７】
具体的には、枠体が、多角形の辺に相当する複数の駆動梁を有しており、検出部が、多角形の内側に位置する基部と、多角形の各頂点とを連結するように設けられた複数の検出梁とを有する構成が挙げられる。このように構成すれば、検出部が、駆動部の内側領域に収容されるとともに、検出梁の振動方向が枠体の延在方向（多角形の面方向）と平行になるので、角速度センサ素子の更なる低背化及び小型化を実現することができる。また、基部をパッケージ等の筐体に接続固定しても、駆動部の駆動振動が検出部を介して基部に伝搬されることが抑止されるので、基部に機械的な応力が印加されること（屈曲による応力集中）がないので、この場合でも、角速度センサの耐久性を向上させることができる。
【００１８】
なお、各検出梁の長さを同等にしてそれぞれにおける検出感度を均一化させ易い観点から、枠体が正多角形状をなし、且つ、基部がその正多角形の中心点に相当する位置に設けられることが好ましい。
【００１９】
より具体的には、複数の質量体のそれぞれが、複数の駆動梁のそれぞれに設けられている構成や、複数の駆動梁のそれぞれが少なくとも一対の駆動用圧電素子を有し、且つ、複数の検出梁のそれぞれが少なくとも一対の検出用圧電素子を有する構成が挙げられる。この場合、複数の駆動梁のそれぞれは、その少なくとも一対の駆動用圧電素子を伸縮により、基部に対して変位（接近・離反）するように同位相で振動するように構成することができる。
【００２０】
また、本発明による角速度センサは、駆動部の枠体の各辺のうち互いに隣り合う少なくとも２辺（及びそれらの各辺に接続された質量体）が、多角形の面方向において逆位相（枠体の内部領域における枠体の延在方向（面方向）に垂直な軸に対する振動の変位方向（すなわち、その軸に向かう方向か離れる方向）が逆で、且つ、振動周期が同一）で変位又は振動するものであっても好適である。すなわち、例えば、駆動部が複数の駆動梁を有し、且つ、検出部が検出梁を有するときに、それらの複数の駆動梁のうちの任意の１つの駆動梁が上記の基部に向かう方向に変位し、且つ、その駆動梁と隣り合う駆動梁の１つが基部から離れる方向に変位する同一周期の変位又は振動が生起されるように駆動されてもよい。
【００２１】
このようにすれば、コリオリの力が発生していない状態において、隣接する駆動梁の間（の頂点）に接続された検出梁に応力を印加して変位を生じせしめることができ、その変位が検知できるか否かを確認（検出）すること、すなわち、その際の検知信号の有無や大きさに基づいて、検出梁、検出部に設けられた駆動用圧電素子及び／又は検出用圧電素子、さらには、それらの圧電素子に接続された回路等の破損（短絡や断線等を含む）や動作不良といった不具合を自己診断すること（自己診断モードでの運転）ができる。
【００２２】
また、この構成によれば、検出梁や圧電素子の一部に不具合が生じても、その不具合のある検出梁及び圧電素子から得られる信号データを除外することにより、角速度センサの検出精度を向上させつつ、その信頼性を高めることが可能となる。また、そのような自己本診断結果を、角速度センサ或いはそれが設けられたセンサパッケージの交換や保守時期等の指標とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る角速度センサ素子の構成を示す斜視図である。
【図２Ａ】第１実施形態に係る角速度センサ素子の振動検出モードにおける動作状態を示す平面図である。
【図２Ｂ】第１実施形態に係る角速度センサ素子の振動検出モードにおける動作状態を示す平面図である。
【図２Ｃ】第１実施形態に係る角速度センサ素子の振動検出モードにおける動作状態を示す平面図である。
【図３】第２実施形態に係る角速度センサ素子の構成を示す平面図である。
【図４】第３実施形態に係る角速度センサ素子の構成を示す平面図である。
【図５】第１実施形態に係る角速度センサ素子の自己診断モードにおける動作状態を示す平面図である。
【図６】第３実施形態に係る角速度センサ素子の自己診断モードにおける動作状態を示す平面図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｆ）は、本発明による角速度センサ素子を備えるパッケージ（センサパッケージ）を製造している状態の一例を示す工程図（プロセスフロー図；概略断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図面中、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。さらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。
【００２５】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る角速度センサ素子１（角速度センサ）の構成の一例を示す斜視図である。なお、同図において、角速度センサ素子１は、紙面におけるＸ−Ｙ方向に延在しており、理解を容易にするべく、その厚さ（Ｚ方向厚さ）を誇張して示す。
【００２６】
角速度センサ素子１は、素子中心α及びその周囲に配置された略円形をなす中心基部２（基部）を有しており、その中心基部２は、図示していないセンサパッケージ（筐体）内の回路基板に固定・接続されている。また、中心基部２には、直状をなす検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの一端が接続されており、それらの検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、それぞれ、中心基部２から＋Ｙ方向、＋Ｘ方向、−Ｙ方向、及び−Ｘ方向に（すなわち十字状に）延設されている（延在している）。
【００２７】
さらに、検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの他端には、正方形状をなす枠体６が接続されている。この枠体６は、その正方形の頂点に位置するコーナー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのそれぞれを接続（連結）するように延在する駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄから構成されている。また、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄには、それぞれ、マス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ（いずれも質量体）が一体に設けられている。
【００２８】
換言すれば、枠体６は、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを４辺とする正方形状を有しており、検出梁３ａ，３ｃは、その正方形において対向する頂点に相当するコーナー４ａ，４ｃ間を結ぶ対角線に相当し、検出梁３ｂ，３ｄは、同様にその正方形における対向する頂点に相当するコーナー４ｂ，４ｄ間を結ぶ対角線に相当する。また、中心基部２における素子中心αが、それらの対角線の交点、すなわちその正方形の中心に相当すると表現することもできる。なお、図示において、枠体６の各コーナー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、角部が滑らかに面取りされており、いわゆるアール（Ｒ）状をなしている。
【００２９】
また、マス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは、それぞれ、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの中央部分において、それらの駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄのそれぞれを挟むように（挟持するように）設けられた一対の補助マスを有している。すなわち、例えば、マス７ａは、中心基部２から離れる方向に形成された補助マス７０ａと、中心基部２へと向かう方向に形成された補助マス７１ａとからなる。同様に、マス７ｂは、補助マス７０ｂ，７１ｂを有し、マス７ｃは、補助マス７０ｃ，７１ｃを有し、マス７ｄは、補助マス７０ｄ，７１ｄを有する。
【００３０】
これらの補助マスのうち、枠体６の内部領域に配設された補助マス７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄの形状は、特に制限されず、例えば、図示の如く、中心基部２、検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、コーナー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ、及び、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄによって画定された空間９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの形状に適合するように、略台形状に形成されている。一方、枠体６の外部領域に配設された補助マス７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄの形状も特に制限されず、例えば、補助マス７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄの形状と略同一であり、それぞれ、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを挟んで線対称となるように配置されている。なお、本実施形態においては、補助マス７０ａ，７１ａ，７０ｂ，７１ｂ，７０ｃ，７１ｃ，７０ｄ，７１ｄは、同一材料から形成されており、これにより、いずれも同一質量を有している。
【００３１】
また、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの上部表面には、それぞれ、各駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの延在方向に沿って互いに並行配置された一対の駆動用圧電素子１０，１０'，１１，１１’，１２，１２’，１３，１３’が設けられている。ここで、駆動用圧電素子１０，１１，１２，１３は、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄにおける外側（中心基部２から離れる方向；外方）に配置されており、一方、駆動用圧電素子１０'，１１’，１２’，１３’は、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄにおける内側（中心基部２に向かう方向；内方）に配置されている。これらの一対の駆動用圧電素子１０，１０'，１１，１１’，１２，１２’，１３，１３’は、それぞれ、電気的な配線（図示せず）を通して制御回路（図示せず）へと接続されており、その制御回路によって電気的に制御されて素子自身が伸縮する。これにより、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが、枠体６、及びマス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを含む面に沿って、角速度センサ素子１の中心基部２に向かう方向及び中心基部２から離れる方向に駆動されて変位し、交互に且つ周期的に振動する。
【００３２】
一方、検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの上部表面には、それぞれ、各検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの延在方向に沿って互いに並行配置された一対の検出用圧電素子１４，１４'，１５，１５’，１６，１６’，１７，１７’が設けられている。これらの一対の検出用圧電素子１４，１４'１５，１５’，１６，１６’，１７，１７’は、後述するように、角速度センサ素子１にＺ軸方向周りの回転（力）が付与された場合に、コリオリの力に起因して発生する角速度センサ素子１の素子中心αを中心とする回転方向の変位振動（検出梁３ａ，３ｃについては、実質的に±Ｘ軸方向の振動であり、検出梁３ｂ，３ｄについては、実質的に±Ｙ軸方向の振動である。）を検出するためのものである。このように、本実施形態における検出用圧電素子１４，１４'，１５，１５'，１６，１６'，１７，１７'は、各検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにおいて対をなしていることにより、角速度の検出精度が一層高められるのみならず、検出梁が複数（本実施形態では３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの４本）存在することにより、検出感度が更に顕著に向上されている。
【００３３】
このように、角速度センサ素子１においては、主として、枠体６、マス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ、及び、駆動用圧電素子１０，１０'，１１，１１’，１２，１２’，１３，１３’から駆動部が構成されており、また、主として、検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、及び、検出用圧電素子１４，１４'，１５，１５'，１６，１６'，１７，１７'から検出部が構成されている。
【００３４】
図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、角速度センサ素子１が振動検出モードで動作している状態を模式的に示す平面図である。
【００３５】
図２Ａにおいては、角速度センサ素子１は、制御回路（図示せず）からの制御信号により、初期的に、一対の駆動用圧電素子１０，１０'，１１，１１’，１２，１２’，１３，１３’（図示せず）のうち、駆動用圧電素子１０，１１，１２，１３が収縮し、且つ、駆動用圧電素子１０'，１１’，１２’，１３’が伸張することによって、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが、同位相で（揃って）、角速度センサ素子１の中心基部２へ向かう方向へと変位する。
【００３６】
なお、図２Ａにおいては、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが、例えば、角速度センサ素子１の中心基部２に最も接近している状態が示されており、ここで、駆動梁５ａに設けられている補助マス７１ａに着目すると、図２Ａに示す状態では、台形状をなす補助マス７１ａの頂辺７２ａ'が中心基部２に最接近しているが、接触はしていない。また同様に、補助マス７１ａの斜辺７３ａ'，７４ａ'も、それぞれ、検出梁３ａ，３ｂに最接近しているが、接触はしていない。
【００３７】
また、補助マス７１ａは、その底辺７５ａ'の中央部分に位置する接続部７７ａ'において駆動梁５ａと接続されており、上述したとおり駆動梁５ａを挟んで補助マス７１ａと線対称となるように設けられた補助マス７０ａは、接続部７７ａ'と同一形状の接続部７７ａにおいて駆動梁５ａに接続されている。そして、駆動梁５ａが角速度センサ素子１の中心基部２に最接近している状態（図２Ａに示す状態）においては、中心基部２側に撓んでいる駆動梁５ａと補助マス７０ａの底辺７５ａとが接触しないように、両者の間隔（距離）が適宜設定されている。
【００３８】
一方、図２Ｂにおいて、角速度センサ素子１は、制御回路（図示せず）からの制御信号により、一対の駆動用圧電素子１０，１０'，１１，１１’，１２，１２’，１３，１３’（図示せず）のうち、駆動用圧電素子１０，１１，１２，１３が伸張し、駆動用圧電素子１０'，１１’，１２’，１３’が収縮することによって、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが、同位相で（揃って）、角速度センサ素子１の中心基部２から離れる方向へと変位する。
【００３９】
なお、図２Ｂにおいては、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが、例えば、角速度センサ素子１の中心基部２から最も離れている状態が示されており、この状態においては、図２Ａとは逆向きに撓んでいる駆動梁５ａと補助マス７１ａの底辺７５ａ’とが接触しないように、両者の間隔（距離）が適宜設定されている。
【００４０】
図２Ｃもまた、角速度センサ素子１が振動検出モードで動作している状態を模式的に示す平面図であり、その振動検出モードにおいてコリオリの力を検出するメカニズム示す図である。
【００４１】
コリオリの力とは、回転する座標（回転座標系）において認められる慣性力の一種であり、一般的に、下記式（１）；
Ｆｃ＝２ｍＶ×Ω …（１）、
で表される見かけ上の力Ｆｃであり、角速度Ωで回転している座標系において、質量ｍを有し、且つ、速度Ｖで移動している質点（質量体）が受ける力である。
【００４２】
図２Ｃは、角速度センサ素子１の駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ、及び、それらの各駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに設けられたマス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄのそれぞれが、図２Ａ及び図２Ｂに示される変位状態の間で且つ連続的に同位相で振動している状態を示している（この駆動振動の振動方向は、矢印８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄで示されている）。そして、この振動検出モードの振動状態において、Ｚ軸に対する回転（矢印βで示す回転）が生じると、マス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄにおいて、それらの駆動振動の振動方向８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄとは垂直な向き（すなわち駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの静止状態における延在方向に平行な向き）に、コリオリの力に基づく変位（振動）が発生する（この検出振動の振動方向は、矢印８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄで示されている）。
【００４３】
このコリオリの力に起因して生じたマス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄにおける振動変位８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄは、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ、及び、枠体６のコーナー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを介して検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへと伝搬し、検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを振動させ、その振動変位（矢印８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄで示されている）が、検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに設けられた検出用圧電素子１４，１４'，１５，１５'，１６，１６'，１７，１７'によって検出される。そして、その検出振動の検出信号は、図示していない信号ラインを介し且つ例えば中心基部２等を経由してパッケージ内の制御回路（図示せず）へ出力され、その出力信号の波形（検出振動の波形）を駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄにおける駆動振動の波形と比較することにより、角速度センサ素子１に生じた角速度及び回転方向が求められる。
【００４４】
このように構成された図２Ａ乃至図２Ｃに示す第１実施形態における角速度センサ素子１によれば、駆動梁５ａ，５ｃが中心基部２を挟んで対向するように対称配置されており、また、駆動梁５ｂ，５ｄも同様に中心基部２を挟んで対向するように対称配置されており、さらに、各駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ及びマス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが同位相で駆動振動されるので、その駆動振動は、正方形の枠体６の頂点に相当する４つのコーナー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄにて有意に打ち消される。よって、駆動振動が検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに伝搬することが抑止されるので、角速度センサ素子１の検出感度及び検出精度を格段に向上させることが可能である。
【００４５】
また、駆動振動が検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに伝搬することが抑止されるので、中心基部２に駆動振動が伝搬することも防止される。したがって、中心基部２に機械的な応力が印加されることも防止でき、中心基部２とパッケージ等の筐体との接続部位の耐久性を向上させることができるとともに、コンバインセンサの様な複数のセンサを包含するセンサパッケージにおいても、角速度センサ素子１が、加速度センサのような他のセンサに対する外乱ノイズ源となることも抑止することができる。これにより、かかるセンサパッケージの更なる機能向上を達成することができる。
【００４６】
また、上述したとおり、角速度センサ素子１が多マス構造（第１実施形態では４つのマスを有する構造）を有しているので、全体として用いる駆動用マスの質量をより優位に大きくすることが可能となる。その結果、検出されるコリオリの力に起因する振動変位をより大きくすることが可能となるので、この点においても、角速度センサ素子１の感度を一層向上させることができる。加えて、本実施形態における角速度センサ素子１は、駆動振動８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄと検出振動８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄが同一平面内に存在するので、角速度センサ素子１自体の低背化を図ることができ、これにより、センサパッケージの小型化及び薄型化を容易に実現することが可能である。
【００４７】
なお、本実施形態において、以上の構成に加えて、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの両端部分（コーナー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄとの接続部分に近い部分）の梁の幅が中央部分に比して狭くなるように構成してもよい。この場合、駆動用圧電素子１０，１０'，１１，１１’，１２，１２’，１３，１３’による各駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの駆動振動８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄが極めて円滑なものとなり、マス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄに対してより高速な駆動振動を与えることができる。これにより、発生するコリオリの力が更に大きくなるので、角速度センサ素子１の検出感度を更に一層向上させることができる。同様に、検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの両端部（コーナー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ及び中心基部２との接続部分に近い部分）の梁の幅が中央部分に比して狭くなるように構成すれば、検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにおける検出振動８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄもより円滑なものとなり、その結果、角速度センサ素子１の検出感度を更に顕著に向上させることが可能である。
【００４８】
また、このような円滑な駆動梁及び検出梁の振動動作によって、各コーナー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに生じ得る不必要な応力が緩和されるととともに、中心基部２に印加される機械的な応力も緩和されるので、角速度センサ素子１及びそれを含むセンサパッケージの耐久性を更に向上させることができる。さらに、そのように中心基部２に機械的な応力が印加されないので、角速度センサ素子１を、センサパッケージ内に、例えばダイボンド等によってより簡便に固定・接続することができ、これにより、製造コストを低減して経済性を向上させることも可能となる。
【００４９】
＜第２実施形態＞
図３は、本発明による角速度センサ素子の第２実施形態を示す平面図（上面図）である。角速度センサ素子２０（角速度センサ）は、枠体６に代えて正六角形の枠体２６を有し、これにより、第１実施形態における図１の４つの空間９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄに代えて、中心基部２、駆動梁２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ、コーナー２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆ、及び検出梁２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆによって６つの空間２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ，２９ｅ，２９ｆが画定されること、及び、マス２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅ，２７ｆの形状が略長方形であること以外は、前述した第１実施形態における角速度センサ素子１と同様に構成されたものである。よって、図３においては、角速度センサ素子１と共通する部材には同一の符号を付し、重複した説明を避けるため、ここでは、それらの説明を省略する。
【００５０】
図３に示す角速度センサ素子２０においては、マス２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅ，２７ｆが、角速度センサ素子１におけるマス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの形状とは異なり小型の長方形形状のものとなっているが、個数が多いので、それらの全体としてのマス質量を、角速度センサ素子１と同等に、又は、角速度センサ素子１に比して増大させることができる。さらに、各駆動梁２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆにおける各々のマス２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅ，２７ｆが小型化されているので、各駆動梁２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆに設けられる駆動用圧電素子による振動速度を増加させることが可能となる。これにより、マスの質量と速度の積が大きくなるので、振動検出モードにおいて発生するコリオリの力をより増大させることができる。これらのことから、角速度センサ素子２０の検出感度を一層向上させることができる。
【００５１】
また、駆動梁２５ａ，２５ｄが中心基部２を挟んで対向して配置され、駆動梁２５ｂ，２５ｅが中心基部２を挟んで対向して配置され、さらに、駆動梁２５ｃ，２５ｆも同様に中心基部２を挟んで対向して配置されており、且つ、それらが同位相で振動するので、駆動梁２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ及びマス２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅ，２７ｆの駆動振動が、枠体２６の頂点に相当する６つのコーナー２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆにおいて有意に打ち消される。これにより、駆動振動が検出梁２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆに伝搬することを抑止でき、角速度センサ素子２０の検出感度及び耐久性を著しく向上させることができる。
【００５２】
以上、本実施形態においては正六角形状の角速度センサ素子２０について特に言及してきたが、本実施形態には、正八角形、正十角形等の４以上の偶数の角（辺）を有する偶数正多角形状の角速度センサ素子が含まれる。
【００５３】
＜第３実施形態＞
図４は、本発明による角速度センサ素子の第３実施形態を示す平面図（上面図）である。角速度センサ素子３０（角速度センサ）は、枠体６に代えて、正五角形の枠体３６を有し、これにより、第１実施形態における図１の４つの空間９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄに代えて、中心基部２、駆動梁３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅ、コーナー３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ、及び検出梁３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅによって５つの空間３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅが画定されること、及び、マス３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ，３７ｅの形状が略長方形であること以外は、前述した第１実施形態における角速度センサ素子１と同様に構成されたものである。よって、図４においては、角速度センサ素子１と共通する部材には同一の符号を付し、重複した説明を避けるため、ここでは、それらの説明を省略する。
【００５４】
図４に示す角速度センサ素子３０においては、マス３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ，３７ｅが、角速度センサ素子１におけるマス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの形状とは異なり小型の長方形形状のものとなっているが、個数が多いので、それら全体としてのマス質量を、角速度センサ素子１と同等に、又は、角速度センサ素子１に比して増大させることができる。さらに、各駆動梁３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅにおけるマス３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ，３７ｅが小型化されているので、各駆動梁３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅに設けられる駆動用圧電素子による振動速度を増加させることが可能となる。これにより、マスの質量と速度の積が大きくなるので、振動検出モードにおいて発生するコリオリの力をより増大させることができる。これらのことから、角速度センサ素子３０の検出感度を一層向上させることができる。
【００５５】
また、中心基部２を等間隔で取り囲む駆動梁３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅが同位相で振動するので、駆動梁３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅ及びマス３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ，３７ｅの駆動振動が、枠体３６の頂点に相当する５つのコーナー３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅにおいて有意に打ち消される。これにより、駆動振動が検出梁３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅに伝搬することを抑止でき、角速度センサ素子２０の検出感度及び耐久性を著しく向上させることができる。
【００５６】
さらに、第３実施形態の角速度センサ素子３０は、第１及び第２実施形態の角速度センサ素子１，２０と異なり、枠体が奇数辺を有する正多角形状をなすが、上述したとおり、かかる構成によっても、駆動振動が検出梁３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅに伝搬することが抑止されるので、中心基部２に駆動振動が伝搬することも防止される。したがって、中心基部２に機械的な応力が印加されることも防止でき、中心基部２とパッケージ等の筐体との接続部位の耐久性を向上させることができるとともに、コンバインセンサの様な複数のセンサを包含するセンサパッケージにおいても、角速度センサ素子２０が、加速度センサのような他のセンサに対する外乱ノイズ源となることも抑止することができる。これにより、かかるセンサパッケージの更なる機能向上を達成することができる。
【００５７】
以上、本実施形態においては正五角形形状の角速度センサ素子３０について特に言及してきたが、本実施形態には正七角形、正九角形等の３以上の奇数の角（辺）を有する奇数正多角形状の角速度センサ素子が含まれる。
【００５８】
＜自己診断モード＞
本発明による角速度センサ素子の第１実施形態乃至第３実施形態は、上述したとおり、複数の駆動梁、複数の検出梁、及びそれらのそれぞれに少なくとも２つ設けられた圧電素子を備えており、それら多数の部材の状態や動作を診断し、動作不良等をきたしている部材の有無を所望に特定できることが好ましい。
【００５９】
図５は、第１実施形態にかかる角速度センサ素子１を自己診断モードで動作させ、検出梁、駆動梁、駆動用圧電素子及び／又は検出用圧電素子、さらには、それらの圧電素子に接続された回路等の破損（短絡や断線等を含む）や動作不良といった不具合を自己診断する方法の一例を説明するための平面図である。
【００６０】
自己診断モードでは、例えば、振動検出モードで運転される（動作する）前の状態の角速度センサ素子１において、駆動用圧電素子１０（図示せず）を伸張させ且つ駆動用圧電素子１０’（図示せず）を収縮させることにより、駆動梁５ａ及びマス７ａを中心基部２から離れる方向に変位（矢印８３ａ）させる。それとともに、駆動用圧電素子１２（図示せず）を伸張させ且つ駆動用圧電素子１２’（図示せず）を収縮させることにより、駆動梁５ｃ及びマス７ｃを中心基部２から離れる方向に変位（矢印８３ｃ）させる。なお、かかる自己診断モードは、例えば、角速度センサ素子の搭載対象機器や装置等の起動時毎に、或いは、所定の起動回数毎に実行されるようにしてもよい。
【００６１】
また同様に、駆動用圧電素子１１（図示せず）を収縮させ且つ駆動用圧電素子１１’（図示せず）を伸張させることにより、駆動梁５ｂ及びマス７ｂを中心基部２へ向かう方向に変位（矢印８３ｂ）させる。それとともに、駆動用圧電素子１３（図示せず）を収縮させ且つ駆動用圧電素子１３’（図示せず）を伸張させることにより、駆動梁５ｄ及びマス７ｄを中心基部２へ向かう方向に変位（矢印８３ｄ）させる。
【００６２】
なお、自己診断モードにおける変位は、ヨー検出を行う振動検出モードにおける振動変位とは異なり、振動を含まない単純な変位状態（特定の方向に変位した後に静止している状態）を意味しており、本図においては、その静止状態を示している。
【００６３】
以上のようにして、駆動梁５ａ及びマス７ａを中心基部２から離れる方向に変位させ、駆動梁５ａの図示右隣に位置する駆動梁５ｄ及びマス７ｄを中心基部２へ向かう方向に変位させ、さらに、駆動梁５ａの図示左隣に位置する駆動梁５ｂ及びマス７ｂを中心基部２へ向かう方向に変位させると、コーナー４ａ，４ｂが駆動梁５ａ側に移動する。換言すれば、コーナー４ａ，４ｂが駆動梁５ａに接近するように変位する。その結果、検出梁３ａ，３ｂも、駆動梁５ａに接近するように変位（矢印８４ａ，８４ｂ）した状態で撓むこととなる。この駆動梁５ａの変位に起因する検出梁３ａ，３ｂの撓みは、検出梁３ａにて検出用圧電素子１４（図示せず）の収縮及び検出用圧電素子１４’（図示せず）の伸張を引き起こし、その収縮・伸張状態が検出され、また、検出梁３ｂにて検出用圧電素子１５’（図示せず）の収縮及び検出用圧電素子１５（図示せず）の伸張を引き起こし、その収縮・伸張状態が検出される。
【００６４】
また、駆動梁５ｃ及びマス７ｃを中心基部２から離れる方向に変位させ、駆動梁５ｃの図示右隣に位置する駆動梁５ｂ及びマス７ｂを中心基部２へ向かう方向に変位させ、さらに、駆動梁５ｃの図示左隣に位置する駆動梁５ｄ及びマス７ｄを中心基部２へ向かう方向に変位させると、コーナー４ｃ，４ｄが駆動梁５ｃ側に移動する。換言すれば、コーナー４ｃ，４ｄが駆動梁５ｃに接近するように変位する。その結果、検出梁３ｃ，３ｄも、駆動梁５ｃに近接するように変位（矢印８４ｃ，８４ｄ）した状態で撓むこととなる。この駆動梁５ｃの変位に起因する検出梁３ｃ，３ｄの撓みは、検出梁３ｃにて検出用圧電素子１６（図示せず）の収縮及び検出用圧電素子１６’（図示せず）の伸張を引き起こし、その収縮・伸張状態が検出され、また、検出梁３ｄにて検出用圧電素子１７’（図示せず）の収縮及び検出用圧電素子１７（図示せず）の伸張を引き起こし、その収縮・伸張状態が検出される。
【００６５】
そして、自己診断モードでは、これらの圧電素子からの検出信号のデータを、中心基部２等を介して回路基板に送出し、そのデータを、例えば、図示していない制御回路等において演算処理し、製品出荷時の正常状態の（初期の）動作データと比較することにより、検出梁及び／又は検出用圧電素子個々の破損又は故障、及び／又は、回路の短絡（ショート）や信号線等の断線といった不具合の発生の有無を正確に把握することができる。なお、検出梁等の変位に関する各圧電素子の初期的な動作データは、パッケージ内／外の例えばメモリ等の記憶手段に保持しておくことができる。
【００６６】
さらに、自己診断モードでは、検出用圧電素子の検出信号の大小を、検出梁３ａ，３ｂの組と検出梁３ｃ，３ｄの組との間で比較することにより、駆動梁５ａ，５ｃ、及び／又は、それらに設けられた駆動用圧電素子個々の破損又は故障、及び／又は、回路の短絡や信号線等の断線等といった不具合の発生の有無を推測することも可能である。同様に、検出用圧電素子の検出信号の大小を、検出梁３ｂ，３ｃの組と検出梁３ａ，３ｄの組との間で比較することにより、駆動梁５ｂ，５ｄ、及び／又は、それらに設けられた駆動用圧電素子個々の破損又は故障、及び／又は、回路の短絡や信号線等の断線等といった不具合の発生の有無を推測することも可能である。
【００６７】
このように、自己診断モードでは、例えば、製品出荷時の正常状態の各圧電素子の動作データを初期的に予め記憶し、それらと診断用の検出信号のデータとを比較することにより、各駆動梁及び／又は検出梁に関連する構成部材の不具合を極めて簡便に把握することができる。
【００６８】
また、第１実施形態における正方形の角速度センサ素子１と同様に、第２実施形態に含まれる４以上の偶数の正多角形構造の角速度センサ素子の場合でも、一の駆動梁の左右に位置する駆動梁を逆位相で変位させることにより、駆動梁、検出梁、圧電素子等の自己診断を行うことが可能である。このとき、偶数個の駆動梁及びマスが規則的、且つ、交互に（互い違いに）変位する場合であっても、角速度センサ素子とパッケージとの接続部分である中心基部２に対して、機械的な応力が印加されることがないので、センサパッケージの耐久性を高く保つことができる。
【００６９】
図６は、第３実施形態にかかる角速度センサ素子３０を自己診断モードで動作させ、検出梁、駆動梁、駆動用圧電素子及び／又は検出用圧電素子、さらには、それらの圧電素子に接続された回路等の破損（短絡や断線等を含む）や動作不良といった不具合を自己診断する方法の一例を説明するための平面図である。
【００７０】
ここで、第３実施形態にかかる正五角形構造の角速度センサ素子３０では、例えば、まず、駆動梁３５ａ，３５ｃ，３５ｄを中心基部２へ向かう方向に変位（矢印８５ａ，８５ｃ，８５ｄ）させ、且つ、駆動梁３５ｂ，３５ｅを中心基部２から離れる方向に変位（矢印８５ｂ，８５ｅ）させた状態で、変位が発生しない又はし難い検出梁３３ｄを除く検出梁３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｅにおける圧電素子の変位（矢印８６ａ，８６ｂ，８６ｃ，８６ｅ）のみを検出する。
【００７１】
図６に示す自己診断モードでは、次に、駆動梁３５ｂ，３５ｄ，３５ｅを中心基部２へ向かう方向に変位させ、且つ、駆動梁３５ａ，３５ｃを中心基部２から離れる方向に変位させた状態で、変位が発生しない又はし難い検出梁３３ｅを除く検出梁３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの圧電素子の変位のみを検出する。このような多段階に亘る自己診断ステップを順に行うことにより、角速度センサ素子３０の全ての検出梁における変位量を正確に測定することが可能となり、その測定結果に基づいて、駆動梁、検出梁、圧電素子等の構成部材の動作を確実且つ平易に診断することができる。
【００７２】
また、例えば、まず、駆動梁３５ａを中心基部２へ向かう方向に変位させ、且つ、駆動梁３５ｂ，３５ｅを中心基部２から離れる方向に変位させた状態で、検出梁３３ａ，３３ｂの圧電素子の変位のみを検出する。次に、駆動梁３５ｂを中心基部２へ向かう方向に変位させ、且つ、駆動梁３５ａ，３５ｃを中心基部２から離れる方向に変位させた状態で、検出梁３３ｂ，３３ｃの圧電素子の変位のみを検出するようにしてもよい。なお、このような複数の自己診断ステップを含む場合であっても、各ステップに必要な時間は極めて短いので、自己診断モード全体の動作時間は、実用上問題とならない程度の時間にすることができる。
【００７３】
上述したように、角速度センサ素子の自己診断モードによれば、隣り合う任意の２つの駆動梁を逆方向に変位させることにより、その間に配置された検出梁を意図的に撓ませ、その撓みを検出用圧電素子によって検出することにより、駆動梁、検出梁、圧電素子等の構成部材に対する自己診断を簡便に実行することが可能である。
【００７４】
更に例示すれば、第３実施形態の角速度センサ素子３０のような正五角形構造のものにおいては、まず、駆動梁３５ａ，３５ｂを逆位相で変位させて検出梁３３ｂの変位を測定し、次に、駆動梁３５ｂ，３５ｃを逆位相で変位させて検出梁３３ｃの変位を測定するといった複数の自己診断ステップを行ってもよい。このように、本発明による角速度センサ素子の自己診断モードには、複数の駆動梁のうち任意の駆動梁を選択的に変位させ、その駆動梁に対応する検出梁の変位を測定し、その検出信号のデータを、予め記憶させておいた初期的な動作データと比較することが含まれる。
【００７５】
さらにまた、例えば、全ての駆動梁を同位相で変位させた状態で（中心基部２に近づく方向でも、中心基部２から離れる方向でもよい）、検出梁における検出用圧電素子の変位が検出されたとすれば、複数の駆動梁及び複数のマスにおける動作バランスが、初期の正常な設定値から外れていると診断することもできる。
【００７６】
また、上述した自己診断モードにおいて、一部の圧電素子等の構成部材に不具合が生じている又はその可能性があると判断された場合には、例えば、その不具合が生じている可能性がある圧電素子を含む検出梁等からの検出信号のみを遮断し、不具合が生じておらず正常に動作している他の大多数の検出梁等からの検出信号を角速度検出に用いることにより、角速度センサ素子としての機能を正常に発揮させることが可能であり、こうすれば、センサパッケージの信頼性を損なうことを防止することができる。また、そのように不具合が発生していることを早期に発見することができることにより、角速度センサ素子或いはそれが設けられたセンサパッケージの交換や保守を適切な時期に適宜実施することができる。
【００７７】
なお、本発明による角速度センサ素子の構成材料は特に制限されず、例えばシリコンからなるものを挙げることができ、この場合、図示したような形状を、一般的なウェハ（シリコンウェハ等）の微細加工（ＭＥＭＳ加工）技術によって、一体に又は一括で形成することが可能である。
【００７８】
ここで、図７（（Ａ）〜（Ｇ））は、本発明による角速度センサ素子の一実施形態を備えるパッケージ（センサパッケージ）を製造している状態（手順）の一例を示す工程図（プロセスフロー図；概略断面図）である。
【００７９】
この場合、まず、シリコン薄膜（基板、シート）７００を用意し（図７（Ａ））、次に、その一方面（図示上面）を、例えば、圧電効果を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の無機酸化物や高分子有機物等の圧電素子材料７１０でコーティングする（図７（Ｂ））。その後、シリコン薄膜７１０の他方面（図示下面）を、適宜の手法で所定のパターンが形成されるようにエッチングする（図７（Ｃ））。これにより、後に角速度センサ素子の下方のギャップを画定する構造が形成される。さらに、圧電素子材料７１０に対し、フォトリソグラフィ等の手法によって所定のパターニングを行う（図７（Ｄ））。これにより、圧電素子構造（便宜状、同符号を付して圧電素子７１０と記す）が形成される。
【００８０】
それから、台座となるガラス７２０の図示上面とシリコン薄膜７００のパターニングされた図示下面とを、陽極接合等によって固定・接続し（図７（Ｅ））、それから、深反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）等の適宜の手法によって、シリコン薄膜７００を、圧電素子７１０が形成された表面側から裏面側まで、所定のパターンで貫通エッチングする（図７（Ｆ））。その結果、シリコン薄膜７００は、台座となるガラス７２０との接続部位（各実施形態における中心基部２に相当）において、その台座に固定される。
【００８１】
それから、図７（Ｆ）に示す構造体を、例えばセラミック製のパッケージ７３０の内部に収容し、例えば、ダイボンド材料７４０によってガラス７２０を介してパッケージ７３０の内底壁にダイボンディングして固定する。さらに、中心基部２より引き出されたライン７５０を、パッケージ７３０内に設けられた制御回路（図示せず）に対してワイヤーボンディング等によって形成し、最後に、パッケージ７３０の開放端を蓋７６０で覆い、両者の接合部を例えばシーム溶接等によって封止する（図７（Ｇ））。これにより、角速度センサ素子がパッケージ７３０内に設置されたセンサパッケージ７９０を得る。
【００８２】
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、先に適宜述べたとおり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更（例えば、各実施形態の内容の適宜な組み合わせ等）が可能である。例えば、駆動梁及び検出梁に設けられる圧電素子を角速度センサ素子の上面のみならず下面（すなわち回路基板側）に追加的に設けることも可能であり、その場合、角速度センサ素子の検出感度を更に向上させることができる。また、（正）多角形の枠体に代えて、円形に近い形状の枠体、又は、円形をなす枠体を用いてもよい。このような円形の枠体を用いると、正多角形の枠体に比して、各駆動梁における駆動用圧電素子を用いた振動が不安定になることが想定され、そのような場合、駆動梁を挟んで接続される各補助マスの形状及び質量を適宜調整すればよいが、このような振動の安定性の観点からは、多角形の枠体の方が好ましい。
【符号の説明】
【００８３】
１，２０，３０…角速度センサ素子（角速度センサ）、２…中心基部、３，２３，３３…検出梁、４，２４，３４…コーナー、５，２５，３５…駆動梁、６，２６，３６…枠体、７，２７，３７…マス（質量体）、９，２９，３９…空間、１０，１１，１２，１３…駆動用圧電素子、１４，１５，１６，１７…検出用圧電素子、７０，７１…補助マス、７２…頂辺、７３，７４…斜辺、７５…底辺、７７…接続部、８０，８１，８２，８３，８４，８５，８６…振動（変位）、７９０…センサパッケージ、α…素子中心、β…回転（各部材の符号においては、説明の都合上、必要に応じて、添字の「ａ」、「ｂ」等を適宜割愛した。）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の角速度を検出する角速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物体の角速度を検出する角速度センサ又はそのセンサ素子として、振動する質量体に回転が加えられた際に生じる慣性力の一種であるコリオリの力（コリオリ力）に起因して発生する非常に微弱な振動や変位を、圧電素子を介して検出し、各方向における回転（動作）を検知・測定するものが知られている。かかる角速度センサは、自動車、船舶、航空機、ロケット等の姿勢を自律制御するための技術に広く使用されており、最近では、カーナビゲーションシステム、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話等の小型の電子機器にも搭載されるようになってきている。それに伴い、角速度センサの更なる高感度化、小型化及び耐久性の向上が要請されており、それに応えるべく、微細加工技術によって形成された圧電薄膜を用いた角速度センサが種々提案されている。
【０００３】
しかし、そのような圧電薄膜は、一般に、膜厚が極めて薄く、且つ、軽量であるがゆえに、角速度センサが搭載される機器やシステムの外部からの振動や衝撃等の影響を受けやすく、それらに起因するノイズ（外乱ノイズ）によって角速度を誤検出してしまいやすい傾向にある。そこで、かかる不都合を防止すべく、例えば、特許文献１には、音叉型振動子１０とパッケージ３０との間にリードフレーム２０が設けられた角速度センサ１００が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３０８５４３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来の特許文献１に記載された角速度センサ１００においては、駆動電極１４及び検出電極１１が同一の音叉型振動子１０に設けられているので、駆動振動と検出振動とが混在してしまい、コリオリの力による検出振動の大きさ（変位）は駆動振動に比して極めて小さいので、角速度の検出感度及び精度に自ずと限界が生じてしまい、更なる検出感度及び精度の向上を実現し難い傾向にある。
【０００６】
また、この従来の角速度センサ１００では、音叉型振動子１０の振動（駆動振動）がリードフレーム２０に伝搬してしまうことにより、パッケージ３０におけるリードフレーム２０との接続部分が繰り返し屈曲され、これにより、その部位の耐久性が不都合な程度にまで低下してしまうことが懸念される。
【０００７】
また、近年、ジャイロセンサ（多軸の角速度センサを含む）と加速度センサ等の異なるセンサをワンパッケージ化した複合（コンバイン）センサが実用化されており、例えば、ＥＳＣ（Electronic Stability Control）（登録商標）システム等の車両姿勢制御システムで用いられている。このようなコンバインセンサは、車両内部における温度、湿度、外乱振動・衝撃に対して最適な緩衝能力を有するようにパッケージ内に封入され、搭載対象となる車両内部等に設置される。しかし、コンバインセンサがこのようにパッケージされ設置されていても、当該センサ内部において、ジャイロセンサの駆動部分の振動が、ヨー検出部に悪影響を与えるノイズ源となる可能性、及び、多軸の角速度センサの場合、パッケージ内の別の角速度センサ等に対する外乱ノイズとなる可能性があり、その結果、コンバインセンサ全体の検出感度及び精度の低下を引き起こしてしまう虞がある。
【０００８】
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、従来に比して高感度且つ高精度であり、しかも、耐久性を向上させることができる角速度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明による角速度センサは、多角形状をなす枠体、及び、その枠体に接続された複数の質量体（錘、重り、重錘体、マス（mass））を有する駆動部と、その枠体に接続された検出部とを備える。
【００１０】
このような構成を有する角速度センサにおいては、駆動部に備わる多角形状の枠体の各辺及び複数の質量体が、その枠体の形状に応じて規制される方向（例えば、多角形の面方向）において振動するように駆動され、その振動状態で駆動部が回動した場合、そのときの検出部の変位が検知され、その検知信号に基づいて、コリオリの力ひいては角速度が検出・測定され得る（振動検出モードでの運転）。
【００１１】
このとき、検出部が枠体に接続されているものの、枠体の各辺及び複数の質量体のそれぞれが同位相（枠体の内部領域における枠体の延在方向（面方向）に垂直な軸に対する振動の変位方向（すなわち、その軸に向かう方向か離れる方向）、及び、振動周期の両方が同一）で駆動されることにより、駆動部の振動が検出部に伝達されない、換言すれば、枠体の各辺の駆動振動が枠体の頂点部位において打ち消され（キャンセルされ）、これにより、駆動部の振動が検出部に伝達されないので、検出部は変位せずに停止した状態が生起され得る。よって、検出部で検知されるコリオリの力の検出感度及び精度が向上され得る。
【００１２】
また、この角速度センサを、駆動部の振動が伝達されない検出部を介してパッケージ等の筐体に設置すれば、上述した従来の特許文献１に記載された角速度センサ１００で想定されるようなパッケージ３０とリードフレーム２０との接続部分で繰り返し発生する屈曲を抑止できるので、角速度センサを含むパッケージ等の耐久性が格段に向上され得る。
【００１３】
さらに、その従来の角速度センサ１００においては、音叉型振動子１０がリードフレーム２０を介してパッケージ３０に接続されることにより、外乱ノイズの伝搬を防止することが企図されていると推測されるものの、このようなリードフレーム２０を介する接続構造には、高い組み立て精度が要求され、それに応じて製造コストも増大してしまう。これに対し、本発明による角速度センサでは、従来のリードフレームを用いた複雑な接続構造が不要であり、上述したように、駆動部の振動が伝達されない検出部を介してパッケージ等の筐体に、簡易に設置し得るので、経済性の観点からも有利である。
【００１４】
またさらに、上述した従来の特許文献１に記載された角速度センサ１００は、音叉型振動子１０の設置平面に対して垂直な方向の振動を検出振動として利用するものであるので、パッケージ３０内で当該方向における振動に対する十分なクリアランス（間隙）を必要とするため、角速度センサ１００を含むパッケージの小型化にも自ずと限界が生じてしまう。これに対し、本発明による角速度センサでは、上述の如く、枠体の多角形の面方向に駆動部を振動（すなわち、面内振動）させることにより、その面方向に垂直な方向のクリアランスを極力狭めることが可能となり得るので、素子、装置、機器等の更なる小型化を実現し得る。
【００１５】
さらにまた、本発明による角速度センサでは、上述したとおり、駆動部の振動が検出部に伝達することを防止し得るので、その検出部を介して角速度センサをパッケージ等の筐体に設置しても、駆動部の振動が角速度センサ素子の外部、つまり筐体側に伝播し得ない。よって、本発明による角速度センサ素子を加速度センサ等の異なる他のセンサとともにワンパッケージ化してコンバインセンサを構成する場合でも、角速度センサ自体が他のセンサに悪影響を与えてしまうノイズ源となることが防止され得る。
【００１６】
上記の観点において、駆動部は、枠体の各辺（及びそれに接続された複数の質量体）が、多角形の面方向において同位相で変位又は振動する（同位相振動モードで駆動される）ものであると好適である。この場合、枠体を画定する多角形が正多角形又は略正多角形であると、正多角形ではない場合に比して、枠体の各辺及び複数の質量体のそれぞれの変位を同期させて同位相振動をより生起させ易くなる。
【００１７】
具体的には、枠体が、多角形の辺に相当する複数の駆動梁を有しており、検出部が、多角形の内側に位置する基部と、多角形の各頂点とを連結するように設けられた複数の検出梁とを有する構成が挙げられる。このように構成すれば、検出部が、駆動部の内側領域に収容されるとともに、検出梁の振動方向が枠体の延在方向（多角形の面方向）と平行になるので、角速度センサ素子の更なる低背化及び小型化を実現することができる。また、基部をパッケージ等の筐体に接続固定しても、駆動部の駆動振動が検出部を介して基部に伝搬されることが抑止されるので、基部に機械的な応力が印加されること（屈曲による応力集中）がないので、この場合でも、角速度センサの耐久性を向上させることができる。
【００１８】
なお、各検出梁の長さを同等にしてそれぞれにおける検出感度を均一化させ易い観点から、枠体が正多角形状をなし、且つ、基部がその正多角形の中心点に相当する位置に設けられることが好ましい。
【００１９】
より具体的には、複数の質量体のそれぞれが、複数の駆動梁のそれぞれに設けられている構成や、複数の駆動梁のそれぞれが少なくとも一対の駆動用圧電素子を有し、且つ、複数の検出梁のそれぞれが少なくとも一対の検出用圧電素子を有する構成が挙げられる。この場合、複数の駆動梁のそれぞれは、その少なくとも一対の駆動用圧電素子を伸縮により、基部に対して変位（接近・離反）するように同位相で振動するように構成することができる。
【００２０】
また、本発明による角速度センサは、駆動部の枠体の各辺のうち互いに隣り合う少なくとも２辺（及びそれらの各辺に接続された質量体）が、多角形の面方向において逆位相（枠体の内部領域における枠体の延在方向（面方向）に垂直な軸に対する振動の変位方向（すなわち、その軸に向かう方向か離れる方向）が逆で、且つ、振動周期が同一）で変位又は振動するものであっても好適である。すなわち、例えば、駆動部が複数の駆動梁を有し、且つ、検出部が検出梁を有するときに、それらの複数の駆動梁のうちの任意の１つの駆動梁が上記の基部に向かう方向に変位し、且つ、その駆動梁と隣り合う駆動梁の１つが基部から離れる方向に変位する同一周期の変位又は振動が生起されるように駆動されてもよい。
【００２１】
このようにすれば、コリオリの力が発生していない状態において、隣接する駆動梁の間（の頂点）に接続された検出梁に応力を印加して変位を生じせしめることができ、その変位が検知できるか否かを確認（検出）すること、すなわち、その際の検知信号の有無や大きさに基づいて、検出梁、検出部に設けられた駆動用圧電素子及び／又は検出用圧電素子、さらには、それらの圧電素子に接続された回路等の破損（短絡や断線等を含む）や動作不良といった不具合を自己診断すること（自己診断モードでの運転）ができる。
【００２２】
また、この構成によれば、検出梁や圧電素子の一部に不具合が生じても、その不具合のある検出梁及び圧電素子から得られる信号データを除外することにより、角速度センサの検出精度を向上させつつ、その信頼性を高めることが可能となる。また、そのような自己本診断結果を、角速度センサ或いはそれが設けられたセンサパッケージの交換や保守時期等の指標とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る角速度センサ素子の構成を示す斜視図である。
【図２Ａ】第１実施形態に係る角速度センサ素子の振動検出モードにおける動作状態を示す平面図である。
【図２Ｂ】第１実施形態に係る角速度センサ素子の振動検出モードにおける動作状態を示す平面図である。
【図２Ｃ】第１実施形態に係る角速度センサ素子の振動検出モードにおける動作状態を示す平面図である。
【図３】第２実施形態に係る角速度センサ素子の構成を示す平面図である。
【図４】第３実施形態に係る角速度センサ素子の構成を示す平面図である。
【図５】第１実施形態に係る角速度センサ素子の自己診断モードにおける動作状態を示す平面図である。
【図６】第３実施形態に係る角速度センサ素子の自己診断モードにおける動作状態を示す平面図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｆ）は、本発明による角速度センサ素子を備えるパッケージ（センサパッケージ）を製造している状態の一例を示す工程図（プロセスフロー図；概略断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図面中、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。さらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。
【００２５】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る角速度センサ素子１（角速度センサ）の構成の一例を示す斜視図である。なお、同図において、角速度センサ素子１は、紙面におけるＸ−Ｙ方向に延在しており、理解を容易にするべく、その厚さ（Ｚ方向厚さ）を誇張して示す。
【００２６】
角速度センサ素子１は、素子中心α及びその周囲に配置された略円形をなす中心基部２（基部）を有しており、その中心基部２は、図示していないセンサパッケージ（筐体）内の回路基板に固定・接続されている。また、中心基部２には、直状をなす検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの一端が接続されており、それらの検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、それぞれ、中心基部２から＋Ｙ方向、＋Ｘ方向、−Ｙ方向、及び−Ｘ方向に（すなわち十字状に）延設されている（延在している）。
【００２７】
さらに、検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの他端には、正方形状をなす枠体６が接続されている。この枠体６は、その正方形の頂点に位置するコーナー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのそれぞれを接続（連結）するように延在する駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄから構成されている。また、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄには、それぞれ、マス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ（いずれも質量体）が一体に設けられている。
【００２８】
換言すれば、枠体６は、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを４辺とする正方形状を有しており、検出梁３ａ，３ｃは、その正方形において対向する頂点に相当するコーナー４ａ，４ｃ間を結ぶ対角線に相当し、検出梁３ｂ，３ｄは、同様にその正方形における対向する頂点に相当するコーナー４ｂ，４ｄ間を結ぶ対角線に相当する。また、中心基部２における素子中心αが、それらの対角線の交点、すなわちその正方形の中心に相当すると表現することもできる。なお、図示において、枠体６の各コーナー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、角部が滑らかに面取りされており、いわゆるアール（Ｒ）状をなしている。
【００２９】
また、マス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは、それぞれ、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの中央部分において、それらの駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄのそれぞれを挟むように（挟持するように）設けられた一対の補助マスを有している。すなわち、例えば、マス７ａは、中心基部２から離れる方向に形成された補助マス７０ａと、中心基部２へと向かう方向に形成された補助マス７１ａとからなる。同様に、マス７ｂは、補助マス７０ｂ，７１ｂを有し、マス７ｃは、補助マス７０ｃ，７１ｃを有し、マス７ｄは、補助マス７０ｄ，７１ｄを有する。
【００３０】
これらの補助マスのうち、枠体６の内部領域に配設された補助マス７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄの形状は、特に制限されず、例えば、図示の如く、中心基部２、検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、コーナー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ、及び、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄによって画定された空間９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの形状に適合するように、略台形状に形成されている。一方、枠体６の外部領域に配設された補助マス７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄの形状も特に制限されず、例えば、補助マス７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄの形状と略同一であり、それぞれ、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを挟んで線対称となるように配置されている。なお、本実施形態においては、補助マス７０ａ，７１ａ，７０ｂ，７１ｂ，７０ｃ，７１ｃ，７０ｄ，７１ｄは、同一材料から形成されており、これにより、いずれも同一質量を有している。
【００３１】
また、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの上部表面には、それぞれ、各駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの延在方向に沿って互いに並行配置された一対の駆動用圧電素子１０，１０'，１１，１１’，１２，１２’，１３，１３’が設けられている。ここで、駆動用圧電素子１０，１１，１２，１３は、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄにおける外側（中心基部２から離れる方向；外方）に配置されており、一方、駆動用圧電素子１０'，１１’，１２’，１３’は、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄにおける内側（中心基部２に向かう方向；内方）に配置されている。これらの一対の駆動用圧電素子１０，１０'，１１，１１’，１２，１２’，１３，１３’は、それぞれ、電気的な配線（図示せず）を通して制御回路（図示せず）へと接続されており、その制御回路によって電気的に制御されて素子自身が伸縮する。これにより、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが、枠体６、及びマス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを含む面に沿って、角速度センサ素子１の中心基部２に向かう方向及び中心基部２から離れる方向に駆動されて変位し、交互に且つ周期的に振動する。
【００３２】
一方、検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの上部表面には、それぞれ、各検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの延在方向に沿って互いに並行配置された一対の検出用圧電素子１４，１４'，１５，１５’，１６，１６’，１７，１７’が設けられている。これらの一対の検出用圧電素子１４，１４'１５，１５’，１６，１６’，１７，１７’は、後述するように、角速度センサ素子１にＺ軸方向周りの回転（力）が付与された場合に、コリオリの力に起因して発生する角速度センサ素子１の素子中心αを中心とする回転方向の変位振動（検出梁３ａ，３ｃについては、実質的に±Ｘ軸方向の振動であり、検出梁３ｂ，３ｄについては、実質的に±Ｙ軸方向の振動である。）を検出するためのものである。このように、本実施形態における検出用圧電素子１４，１４'，１５，１５'，１６，１６'，１７，１７'は、各検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにおいて対をなしていることにより、角速度の検出精度が一層高められるのみならず、検出梁が複数（本実施形態では３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの４本）存在することにより、検出感度が更に顕著に向上されている。
【００３３】
このように、角速度センサ素子１においては、主として、枠体６、マス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ、及び、駆動用圧電素子１０，１０'，１１，１１’，１２，１２’，１３，１３’から駆動部が構成されており、また、主として、検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、及び、検出用圧電素子１４，１４'，１５，１５'，１６，１６'，１７，１７'から検出部が構成されている。
【００３４】
図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、角速度センサ素子１が振動検出モードで動作している状態を模式的に示す平面図である。
【００３５】
図２Ａにおいては、角速度センサ素子１は、制御回路（図示せず）からの制御信号により、初期的に、一対の駆動用圧電素子１０，１０'，１１，１１’，１２，１２’，１３，１３’（図示せず）のうち、駆動用圧電素子１０，１１，１２，１３が収縮し、且つ、駆動用圧電素子１０'，１１’，１２’，１３’が伸張することによって、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが、同位相で（揃って）、角速度センサ素子１の中心基部２へ向かう方向へと変位する。
【００３６】
なお、図２Ａにおいては、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが、例えば、角速度センサ素子１の中心基部２に最も接近している状態が示されており、ここで、駆動梁５ａに設けられている補助マス７１ａに着目すると、図２Ａに示す状態では、台形状をなす補助マス７１ａの頂辺７２ａ'が中心基部２に最接近しているが、接触はしていない。また同様に、補助マス７１ａの斜辺７３ａ'，７４ａ'も、それぞれ、検出梁３ａ，３ｂに最接近しているが、接触はしていない。
【００３７】
また、補助マス７１ａは、その底辺７５ａ'の中央部分に位置する接続部７７ａ'において駆動梁５ａと接続されており、上述したとおり駆動梁５ａを挟んで補助マス７１ａと線対称となるように設けられた補助マス７０ａは、接続部７７ａ'と同一形状の接続部７７ａにおいて駆動梁５ａに接続されている。そして、駆動梁５ａが角速度センサ素子１の中心基部２に最接近している状態（図２Ａに示す状態）においては、中心基部２側に撓んでいる駆動梁５ａと補助マス７０ａの底辺７５ａとが接触しないように、両者の間隔（距離）が適宜設定されている。
【００３８】
一方、図２Ｂにおいて、角速度センサ素子１は、制御回路（図示せず）からの制御信号により、一対の駆動用圧電素子１０，１０'，１１，１１’，１２，１２’，１３，１３’（図示せず）のうち、駆動用圧電素子１０，１１，１２，１３が伸張し、駆動用圧電素子１０'，１１’，１２’，１３’が収縮することによって、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが、同位相で（揃って）、角速度センサ素子１の中心基部２から離れる方向へと変位する。
【００３９】
なお、図２Ｂにおいては、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが、例えば、角速度センサ素子１の中心基部２から最も離れている状態が示されており、この状態においては、図２Ａとは逆向きに撓んでいる駆動梁５ａと補助マス７１ａの底辺７５ａ’とが接触しないように、両者の間隔（距離）が適宜設定されている。
【００４０】
図２Ｃもまた、角速度センサ素子１が振動検出モードで動作している状態を模式的に示す平面図であり、その振動検出モードにおいてコリオリの力を検出するメカニズム示す図である。
【００４１】
コリオリの力とは、回転する座標（回転座標系）において認められる慣性力の一種であり、一般的に、下記式（１）；
Ｆｃ＝２ｍＶ×Ω …（１）、
で表される見かけ上の力Ｆｃであり、角速度Ωで回転している座標系において、質量ｍを有し、且つ、速度Ｖで移動している質点（質量体）が受ける力である。
【００４２】
図２Ｃは、角速度センサ素子１の駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ、及び、それらの各駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに設けられたマス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄのそれぞれが、図２Ａ及び図２Ｂに示される変位状態の間で且つ連続的に同位相で振動している状態を示している（この駆動振動の振動方向は、矢印８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄで示されている）。そして、この振動検出モードの振動状態において、Ｚ軸に対する回転（矢印βで示す回転）が生じると、マス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄにおいて、それらの駆動振動の振動方向８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄとは垂直な向き（すなわち駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの静止状態における延在方向に平行な向き）に、コリオリの力に基づく変位（振動）が発生する（この検出振動の振動方向は、矢印８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄで示されている）。
【００４３】
このコリオリの力に起因して生じたマス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄにおける振動変位８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄは、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ、及び、枠体６のコーナー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを介して検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへと伝搬し、検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを振動させ、その振動変位（矢印８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄで示されている）が、検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに設けられた検出用圧電素子１４，１４'，１５，１５'，１６，１６'，１７，１７'によって検出される。そして、その検出振動の検出信号は、図示していない信号ラインを介し且つ例えば中心基部２等を経由してパッケージ内の制御回路（図示せず）へ出力され、その出力信号の波形（検出振動の波形）を駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄにおける駆動振動の波形と比較することにより、角速度センサ素子１に生じた角速度及び回転方向が求められる。
【００４４】
このように構成された図２Ａ乃至図２Ｃに示す第１実施形態における角速度センサ素子１によれば、駆動梁５ａ，５ｃが中心基部２を挟んで対向するように対称配置されており、また、駆動梁５ｂ，５ｄも同様に中心基部２を挟んで対向するように対称配置されており、さらに、各駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ及びマス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが同位相で駆動振動されるので、その駆動振動は、正方形の枠体６の頂点に相当する４つのコーナー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄにて有意に打ち消される。よって、駆動振動が検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに伝搬することが抑止されるので、角速度センサ素子１の検出感度及び検出精度を格段に向上させることが可能である。
【００４５】
また、駆動振動が検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに伝搬することが抑止されるので、中心基部２に駆動振動が伝搬することも防止される。したがって、中心基部２に機械的な応力が印加されることも防止でき、中心基部２とパッケージ等の筐体との接続部位の耐久性を向上させることができるとともに、コンバインセンサの様な複数のセンサを包含するセンサパッケージにおいても、角速度センサ素子１が、加速度センサのような他のセンサに対する外乱ノイズ源となることも抑止することができる。これにより、かかるセンサパッケージの更なる機能向上を達成することができる。
【００４６】
また、上述したとおり、角速度センサ素子１が多マス構造（第１実施形態では４つのマスを有する構造）を有しているので、全体として用いる駆動用マスの質量をより優位に大きくすることが可能となる。その結果、検出されるコリオリの力に起因する振動変位をより大きくすることが可能となるので、この点においても、角速度センサ素子１の感度を一層向上させることができる。加えて、本実施形態における角速度センサ素子１は、駆動振動８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄと検出振動８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄが同一平面内に存在するので、角速度センサ素子１自体の低背化を図ることができ、これにより、センサパッケージの小型化及び薄型化を容易に実現することが可能である。
【００４７】
なお、本実施形態において、以上の構成に加えて、駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの両端部分（コーナー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄとの接続部分に近い部分）の梁の幅が中央部分に比して狭くなるように構成してもよい。この場合、駆動用圧電素子１０，１０'，１１，１１’，１２，１２’，１３，１３’による各駆動梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの駆動振動８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄが極めて円滑なものとなり、マス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄに対してより高速な駆動振動を与えることができる。これにより、発生するコリオリの力が更に大きくなるので、角速度センサ素子１の検出感度を更に一層向上させることができる。同様に、検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの両端部（コーナー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ及び中心基部２との接続部分に近い部分）の梁の幅が中央部分に比して狭くなるように構成すれば、検出梁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにおける検出振動８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄもより円滑なものとなり、その結果、角速度センサ素子１の検出感度を更に顕著に向上させることが可能である。
【００４８】
また、このような円滑な駆動梁及び検出梁の振動動作によって、各コーナー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに生じ得る不必要な応力が緩和されるととともに、中心基部２に印加される機械的な応力も緩和されるので、角速度センサ素子１及びそれを含むセンサパッケージの耐久性を更に向上させることができる。さらに、そのように中心基部２に機械的な応力が印加されないので、角速度センサ素子１を、センサパッケージ内に、例えばダイボンド等によってより簡便に固定・接続することができ、これにより、製造コストを低減して経済性を向上させることも可能となる。
【００４９】
＜第２実施形態＞
図３は、本発明による角速度センサ素子の第２実施形態を示す平面図（上面図）である。角速度センサ素子２０（角速度センサ）は、枠体６に代えて正六角形の枠体２６を有し、これにより、第１実施形態における図１の４つの空間９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄに代えて、中心基部２、駆動梁２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ、コーナー２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆ、及び検出梁２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆによって６つの空間２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ，２９ｅ，２９ｆが画定されること、及び、マス２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅ，２７ｆの形状が略長方形であること以外は、前述した第１実施形態における角速度センサ素子１と同様に構成されたものである。よって、図３においては、角速度センサ素子１と共通する部材には同一の符号を付し、重複した説明を避けるため、ここでは、それらの説明を省略する。
【００５０】
図３に示す角速度センサ素子２０においては、マス２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅ，２７ｆが、角速度センサ素子１におけるマス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの形状とは異なり小型の長方形形状のものとなっているが、個数が多いので、それらの全体としてのマス質量を、角速度センサ素子１と同等に、又は、角速度センサ素子１に比して増大させることができる。さらに、各駆動梁２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆにおける各々のマス２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅ，２７ｆが小型化されているので、各駆動梁２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆに設けられる駆動用圧電素子による振動速度を増加させることが可能となる。これにより、マスの質量と速度の積が大きくなるので、振動検出モードにおいて発生するコリオリの力をより増大させることができる。これらのことから、角速度センサ素子２０の検出感度を一層向上させることができる。
【００５１】
また、駆動梁２５ａ，２５ｄが中心基部２を挟んで対向して配置され、駆動梁２５ｂ，２５ｅが中心基部２を挟んで対向して配置され、さらに、駆動梁２５ｃ，２５ｆも同様に中心基部２を挟んで対向して配置されており、且つ、それらが同位相で振動するので、駆動梁２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ及びマス２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅ，２７ｆの駆動振動が、枠体２６の頂点に相当する６つのコーナー２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆにおいて有意に打ち消される。これにより、駆動振動が検出梁２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆに伝搬することを抑止でき、角速度センサ素子２０の検出感度及び耐久性を著しく向上させることができる。
【００５２】
以上、本実施形態においては正六角形状の角速度センサ素子２０について特に言及してきたが、本実施形態には、正八角形、正十角形等の４以上の偶数の角（辺）を有する偶数正多角形状の角速度センサ素子が含まれる。
【００５３】
＜第３実施形態＞
図４は、本発明による角速度センサ素子の第３実施形態を示す平面図（上面図）である。角速度センサ素子３０（角速度センサ）は、枠体６に代えて、正五角形の枠体３６を有し、これにより、第１実施形態における図１の４つの空間９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄに代えて、中心基部２、駆動梁３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅ、コーナー３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ、及び検出梁３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅによって５つの空間３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅが画定されること、及び、マス３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ，３７ｅの形状が略長方形であること以外は、前述した第１実施形態における角速度センサ素子１と同様に構成されたものである。よって、図４においては、角速度センサ素子１と共通する部材には同一の符号を付し、重複した説明を避けるため、ここでは、それらの説明を省略する。
【００５４】
図４に示す角速度センサ素子３０においては、マス３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ，３７ｅが、角速度センサ素子１におけるマス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの形状とは異なり小型の長方形形状のものとなっているが、個数が多いので、それら全体としてのマス質量を、角速度センサ素子１と同等に、又は、角速度センサ素子１に比して増大させることができる。さらに、各駆動梁３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅにおけるマス３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ，３７ｅが小型化されているので、各駆動梁３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅに設けられる駆動用圧電素子による振動速度を増加させることが可能となる。これにより、マスの質量と速度の積が大きくなるので、振動検出モードにおいて発生するコリオリの力をより増大させることができる。これらのことから、角速度センサ素子３０の検出感度を一層向上させることができる。
【００５５】
また、中心基部２を等間隔で取り囲む駆動梁３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅが同位相で振動するので、駆動梁３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅ及びマス３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ，３７ｅの駆動振動が、枠体３６の頂点に相当する５つのコーナー３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅにおいて有意に打ち消される。これにより、駆動振動が検出梁３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅに伝搬することを抑止でき、角速度センサ素子２０の検出感度及び耐久性を著しく向上させることができる。
【００５６】
さらに、第３実施形態の角速度センサ素子３０は、第１及び第２実施形態の角速度センサ素子１，２０と異なり、枠体が奇数辺を有する正多角形状をなすが、上述したとおり、かかる構成によっても、駆動振動が検出梁３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅに伝搬することが抑止されるので、中心基部２に駆動振動が伝搬することも防止される。したがって、中心基部２に機械的な応力が印加されることも防止でき、中心基部２とパッケージ等の筐体との接続部位の耐久性を向上させることができるとともに、コンバインセンサの様な複数のセンサを包含するセンサパッケージにおいても、角速度センサ素子２０が、加速度センサのような他のセンサに対する外乱ノイズ源となることも抑止することができる。これにより、かかるセンサパッケージの更なる機能向上を達成することができる。
【００５７】
以上、本実施形態においては正五角形形状の角速度センサ素子３０について特に言及してきたが、本実施形態には正七角形、正九角形等の３以上の奇数の角（辺）を有する奇数正多角形状の角速度センサ素子が含まれる。
【００５８】
＜自己診断モード＞
本発明による角速度センサ素子の第１実施形態乃至第３実施形態は、上述したとおり、複数の駆動梁、複数の検出梁、及びそれらのそれぞれに少なくとも２つ設けられた圧電素子を備えており、それら多数の部材の状態や動作を診断し、動作不良等をきたしている部材の有無を所望に特定できることが好ましい。
【００５９】
図５は、第１実施形態にかかる角速度センサ素子１を自己診断モードで動作させ、検出梁、駆動梁、駆動用圧電素子及び／又は検出用圧電素子、さらには、それらの圧電素子に接続された回路等の破損（短絡や断線等を含む）や動作不良といった不具合を自己診断する方法の一例を説明するための平面図である。
【００６０】
自己診断モードでは、例えば、振動検出モードで運転される（動作する）前の状態の角速度センサ素子１において、駆動用圧電素子１０（図示せず）を伸張させ且つ駆動用圧電素子１０’（図示せず）を収縮させることにより、駆動梁５ａ及びマス７ａを中心基部２から離れる方向に変位（矢印８３ａ）させる。それとともに、駆動用圧電素子１２（図示せず）を伸張させ且つ駆動用圧電素子１２’（図示せず）を収縮させることにより、駆動梁５ｃ及びマス７ｃを中心基部２から離れる方向に変位（矢印８３ｃ）させる。なお、かかる自己診断モードは、例えば、角速度センサ素子の搭載対象機器や装置等の起動時毎に、或いは、所定の起動回数毎に実行されるようにしてもよい。
【００６１】
また同様に、駆動用圧電素子１１（図示せず）を収縮させ且つ駆動用圧電素子１１’（図示せず）を伸張させることにより、駆動梁５ｂ及びマス７ｂを中心基部２へ向かう方向に変位（矢印８３ｂ）させる。それとともに、駆動用圧電素子１３（図示せず）を収縮させ且つ駆動用圧電素子１３’（図示せず）を伸張させることにより、駆動梁５ｄ及びマス７ｄを中心基部２へ向かう方向に変位（矢印８３ｄ）させる。
【００６２】
なお、自己診断モードにおける変位は、ヨー検出を行う振動検出モードにおける振動変位とは異なり、振動を含まない単純な変位状態（特定の方向に変位した後に静止している状態）を意味しており、本図においては、その静止状態を示している。
【００６３】
以上のようにして、駆動梁５ａ及びマス７ａを中心基部２から離れる方向に変位させ、駆動梁５ａの図示右隣に位置する駆動梁５ｄ及びマス７ｄを中心基部２へ向かう方向に変位させ、さらに、駆動梁５ａの図示左隣に位置する駆動梁５ｂ及びマス７ｂを中心基部２へ向かう方向に変位させると、コーナー４ａ，４ｂが駆動梁５ａ側に移動する。換言すれば、コーナー４ａ，４ｂが駆動梁５ａに接近するように変位する。その結果、検出梁３ａ，３ｂも、駆動梁５ａに接近するように変位（矢印８４ａ，８４ｂ）した状態で撓むこととなる。この駆動梁５ａの変位に起因する検出梁３ａ，３ｂの撓みは、検出梁３ａにて検出用圧電素子１４（図示せず）の収縮及び検出用圧電素子１４’（図示せず）の伸張を引き起こし、その収縮・伸張状態が検出され、また、検出梁３ｂにて検出用圧電素子１５’（図示せず）の収縮及び検出用圧電素子１５（図示せず）の伸張を引き起こし、その収縮・伸張状態が検出される。
【００６４】
また、駆動梁５ｃ及びマス７ｃを中心基部２から離れる方向に変位させ、駆動梁５ｃの図示右隣に位置する駆動梁５ｂ及びマス７ｂを中心基部２へ向かう方向に変位させ、さらに、駆動梁５ｃの図示左隣に位置する駆動梁５ｄ及びマス７ｄを中心基部２へ向かう方向に変位させると、コーナー４ｃ，４ｄが駆動梁５ｃ側に移動する。換言すれば、コーナー４ｃ，４ｄが駆動梁５ｃに接近するように変位する。その結果、検出梁３ｃ，３ｄも、駆動梁５ｃに近接するように変位（矢印８４ｃ，８４ｄ）した状態で撓むこととなる。この駆動梁５ｃの変位に起因する検出梁３ｃ，３ｄの撓みは、検出梁３ｃにて検出用圧電素子１６（図示せず）の収縮及び検出用圧電素子１６’（図示せず）の伸張を引き起こし、その収縮・伸張状態が検出され、また、検出梁３ｄにて検出用圧電素子１７’（図示せず）の収縮及び検出用圧電素子１７（図示せず）の伸張を引き起こし、その収縮・伸張状態が検出される。
【００６５】
そして、自己診断モードでは、これらの圧電素子からの検出信号のデータを、中心基部２等を介して回路基板に送出し、そのデータを、例えば、図示していない制御回路等において演算処理し、製品出荷時の正常状態の（初期の）動作データと比較することにより、検出梁及び／又は検出用圧電素子個々の破損又は故障、及び／又は、回路の短絡（ショート）や信号線等の断線といった不具合の発生の有無を正確に把握することができる。なお、検出梁等の変位に関する各圧電素子の初期的な動作データは、パッケージ内／外の例えばメモリ等の記憶手段に保持しておくことができる。
【００６６】
さらに、自己診断モードでは、検出用圧電素子の検出信号の大小を、検出梁３ａ，３ｂの組と検出梁３ｃ，３ｄの組との間で比較することにより、駆動梁５ａ，５ｃ、及び／又は、それらに設けられた駆動用圧電素子個々の破損又は故障、及び／又は、回路の短絡や信号線等の断線等といった不具合の発生の有無を推測することも可能である。同様に、検出用圧電素子の検出信号の大小を、検出梁３ｂ，３ｃの組と検出梁３ａ，３ｄの組との間で比較することにより、駆動梁５ｂ，５ｄ、及び／又は、それらに設けられた駆動用圧電素子個々の破損又は故障、及び／又は、回路の短絡や信号線等の断線等といった不具合の発生の有無を推測することも可能である。
【００６７】
このように、自己診断モードでは、例えば、製品出荷時の正常状態の各圧電素子の動作データを初期的に予め記憶し、それらと診断用の検出信号のデータとを比較することにより、各駆動梁及び／又は検出梁に関連する構成部材の不具合を極めて簡便に把握することができる。
【００６８】
また、第１実施形態における正方形の角速度センサ素子１と同様に、第２実施形態に含まれる４以上の偶数の正多角形構造の角速度センサ素子の場合でも、一の駆動梁の左右に位置する駆動梁を逆位相で変位させることにより、駆動梁、検出梁、圧電素子等の自己診断を行うことが可能である。このとき、偶数個の駆動梁及びマスが規則的、且つ、交互に（互い違いに）変位する場合であっても、角速度センサ素子とパッケージとの接続部分である中心基部２に対して、機械的な応力が印加されることがないので、センサパッケージの耐久性を高く保つことができる。
【００６９】
図６は、第３実施形態にかかる角速度センサ素子３０を自己診断モードで動作させ、検出梁、駆動梁、駆動用圧電素子及び／又は検出用圧電素子、さらには、それらの圧電素子に接続された回路等の破損（短絡や断線等を含む）や動作不良といった不具合を自己診断する方法の一例を説明するための平面図である。
【００７０】
ここで、第３実施形態にかかる正五角形構造の角速度センサ素子３０では、例えば、まず、駆動梁３５ａ，３５ｃ，３５ｄを中心基部２へ向かう方向に変位（矢印８５ａ，８５ｃ，８５ｄ）させ、且つ、駆動梁３５ｂ，３５ｅを中心基部２から離れる方向に変位（矢印８５ｂ，８５ｅ）させた状態で、変位が発生しない又はし難い検出梁３３ｄを除く検出梁３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｅにおける圧電素子の変位（矢印８６ａ，８６ｂ，８６ｃ，８６ｅ）のみを検出する。
【００７１】
図６に示す自己診断モードでは、次に、駆動梁３５ｂ，３５ｄ，３５ｅを中心基部２へ向かう方向に変位させ、且つ、駆動梁３５ａ，３５ｃを中心基部２から離れる方向に変位させた状態で、変位が発生しない又はし難い検出梁３３ｅを除く検出梁３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの圧電素子の変位のみを検出する。このような多段階に亘る自己診断ステップを順に行うことにより、角速度センサ素子３０の全ての検出梁における変位量を正確に測定することが可能となり、その測定結果に基づいて、駆動梁、検出梁、圧電素子等の構成部材の動作を確実且つ平易に診断することができる。
【００７２】
また、例えば、まず、駆動梁３５ａを中心基部２へ向かう方向に変位させ、且つ、駆動梁３５ｂ，３５ｅを中心基部２から離れる方向に変位させた状態で、検出梁３３ａ，３３ｂの圧電素子の変位のみを検出する。次に、駆動梁３５ｂを中心基部２へ向かう方向に変位させ、且つ、駆動梁３５ａ，３５ｃを中心基部２から離れる方向に変位させた状態で、検出梁３３ｂ，３３ｃの圧電素子の変位のみを検出するようにしてもよい。なお、このような複数の自己診断ステップを含む場合であっても、各ステップに必要な時間は極めて短いので、自己診断モード全体の動作時間は、実用上問題とならない程度の時間にすることができる。
【００７３】
上述したように、角速度センサ素子の自己診断モードによれば、隣り合う任意の２つの駆動梁を逆方向に変位させることにより、その間に配置された検出梁を意図的に撓ませ、その撓みを検出用圧電素子によって検出することにより、駆動梁、検出梁、圧電素子等の構成部材に対する自己診断を簡便に実行することが可能である。
【００７４】
更に例示すれば、第３実施形態の角速度センサ素子３０のような正五角形構造のものにおいては、まず、駆動梁３５ａ，３５ｂを逆位相で変位させて検出梁３３ｂの変位を測定し、次に、駆動梁３５ｂ，３５ｃを逆位相で変位させて検出梁３３ｃの変位を測定するといった複数の自己診断ステップを行ってもよい。このように、本発明による角速度センサ素子の自己診断モードには、複数の駆動梁のうち任意の駆動梁を選択的に変位させ、その駆動梁に対応する検出梁の変位を測定し、その検出信号のデータを、予め記憶させておいた初期的な動作データと比較することが含まれる。
【００７５】
さらにまた、例えば、全ての駆動梁を同位相で変位させた状態で（中心基部２に近づく方向でも、中心基部２から離れる方向でもよい）、検出梁における検出用圧電素子の変位が検出されたとすれば、複数の駆動梁及び複数のマスにおける動作バランスが、初期の正常な設定値から外れていると診断することもできる。
【００７６】
また、上述した自己診断モードにおいて、一部の圧電素子等の構成部材に不具合が生じている又はその可能性があると判断された場合には、例えば、その不具合が生じている可能性がある圧電素子を含む検出梁等からの検出信号のみを遮断し、不具合が生じておらず正常に動作している他の大多数の検出梁等からの検出信号を角速度検出に用いることにより、角速度センサ素子としての機能を正常に発揮させることが可能であり、こうすれば、センサパッケージの信頼性を損なうことを防止することができる。また、そのように不具合が発生していることを早期に発見することができることにより、角速度センサ素子或いはそれが設けられたセンサパッケージの交換や保守を適切な時期に適宜実施することができる。
【００７７】
なお、本発明による角速度センサ素子の構成材料は特に制限されず、例えばシリコンからなるものを挙げることができ、この場合、図示したような形状を、一般的なウェハ（シリコンウェハ等）の微細加工（ＭＥＭＳ加工）技術によって、一体に又は一括で形成することが可能である。
【００７８】
ここで、図７（（Ａ）〜（Ｇ））は、本発明による角速度センサ素子の一実施形態を備えるパッケージ（センサパッケージ）を製造している状態（手順）の一例を示す工程図（プロセスフロー図；概略断面図）である。
【００７９】
この場合、まず、シリコン薄膜（基板、シート）７００を用意し（図７（Ａ））、次に、その一方面（図示上面）を、例えば、圧電効果を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の無機酸化物や高分子有機物等の圧電素子材料７１０でコーティングする（図７（Ｂ））。その後、シリコン薄膜７１０の他方面（図示下面）を、適宜の手法で所定のパターンが形成されるようにエッチングする（図７（Ｃ））。これにより、後に角速度センサ素子の下方のギャップを画定する構造が形成される。さらに、圧電素子材料７１０に対し、フォトリソグラフィ等の手法によって所定のパターニングを行う（図７（Ｄ））。これにより、圧電素子構造（便宜状、同符号を付して圧電素子７１０と記す）が形成される。
【００８０】
それから、台座となるガラス７２０の図示上面とシリコン薄膜７００のパターニングされた図示下面とを、陽極接合等によって固定・接続し（図７（Ｅ））、それから、深反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）等の適宜の手法によって、シリコン薄膜７００を、圧電素子７１０が形成された表面側から裏面側まで、所定のパターンで貫通エッチングする（図７（Ｆ））。その結果、シリコン薄膜７００は、台座となるガラス７２０との接続部位（各実施形態における中心基部２に相当）において、その台座に固定される。
【００８１】
それから、図７（Ｆ）に示す構造体を、例えばセラミック製のパッケージ７３０の内部に収容し、例えば、ダイボンド材料７４０によってガラス７２０を介してパッケージ７３０の内底壁にダイボンディングして固定する。さらに、中心基部２より引き出されたライン７５０を、パッケージ７３０内に設けられた制御回路（図示せず）に対してワイヤーボンディング等によって形成し、最後に、パッケージ７３０の開放端を蓋７６０で覆い、両者の接合部を例えばシーム溶接等によって封止する（図７（Ｇ））。これにより、角速度センサ素子がパッケージ７３０内に設置されたセンサパッケージ７９０を得る。
【００８２】
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、先に適宜述べたとおり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更（例えば、各実施形態の内容の適宜な組み合わせ等）が可能である。例えば、駆動梁及び検出梁に設けられる圧電素子を角速度センサ素子の上面のみならず下面（すなわち回路基板側）に追加的に設けることも可能であり、その場合、角速度センサ素子の検出感度を更に向上させることができる。また、（正）多角形の枠体に代えて、円形に近い形状の枠体、又は、円形をなす枠体を用いてもよい。このような円形の枠体を用いると、正多角形の枠体に比して、各駆動梁における駆動用圧電素子を用いた振動が不安定になることが想定され、そのような場合、駆動梁を挟んで接続される各補助マスの形状及び質量を適宜調整すればよいが、このような振動の安定性の観点からは、多角形の枠体の方が好ましい。
【符号の説明】
【００８３】
１，２０，３０…角速度センサ素子（角速度センサ）、２…中心基部、３，２３，３３…検出梁、４，２４，３４…コーナー、５，２５，３５…駆動梁、６，２６，３６…枠体、７，２７，３７…マス（質量体）、９，２９，３９…空間、１０，１１，１２，１３…駆動用圧電素子、１４，１５，１６，１７…検出用圧電素子、７０，７１…補助マス、７２…頂辺、７３，７４…斜辺、７５…底辺、７７…接続部、８０，８１，８２，８３，８４，８５，８６…振動（変位）、７９０…センサパッケージ、α…素子中心、β…回転（各部材の符号においては、説明の都合上、必要に応じて、添字の「ａ」、「ｂ」等を適宜割愛した。）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多角形状をなす枠体、及び、該枠体に接続された複数の質量体を有する駆動部と、
前記枠体に接続された検出部と、
を備える角速度センサ。
【請求項２】
前記駆動部は、前記枠体の各辺が、前記多角形状の面方向において同位相で変位又は振動するものである、
請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項３】
前記駆動部は、前記枠体の各辺のうち互いに隣り合う少なくとも２辺が、前記多角形状の面方向において逆位相で変位又は振動するものである、
請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項４】
前記枠体は、前記多角形状の辺に相当する複数の駆動梁を有しており、
前記検出部は、前記多角形状の内側の領域に位置する基部と、前記多角形状の各頂点とを連結するように設けられた複数の検出梁を有する、
請求項１乃至３のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項５】
前記複数の質量体のそれぞれは、前記複数の駆動梁のそれぞれに設けられている、
請求項４に記載の角速度センサ。
【請求項６】
前記複数の駆動梁のそれぞれは、少なくとも一対の駆動用圧電素子を有し、
前記複数の検出梁のそれぞれは、少なくとも一対の検出用圧電素子を有する、
請求項４または５に記載の角速度センサ。
【請求項７】
前記枠体は、４以上の偶数の辺を有する多角形状をなす、
請求項１乃至６のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項８】
前記枠体は、３以上の奇数の辺を有する多角形状をなす、
請求項１乃至６のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項１】
多角形状をなす枠体、及び、該枠体に接続された複数の質量体を有する駆動部と、
前記枠体に接続された検出部と、
を備える角速度センサ。
【請求項２】
前記駆動部は、前記枠体の各辺が、前記多角形状の面方向において同位相で変位又は振動するものである、
請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項３】
前記駆動部は、前記枠体の各辺のうち互いに隣り合う少なくとも２辺が、前記多角形状の面方向において逆位相で変位又は振動するものである、
請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項４】
前記枠体は、前記多角形状の辺に相当する複数の駆動梁を有しており、
前記検出部は、前記多角形状の内側の領域に位置する基部と、前記多角形状の各頂点とを連結するように設けられた複数の検出梁を有する、
請求項１乃至３のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項５】
前記複数の質量体のそれぞれは、前記複数の駆動梁のそれぞれに設けられている、
請求項４に記載の角速度センサ。
【請求項６】
前記複数の駆動梁のそれぞれは、少なくとも一対の駆動用圧電素子を有し、
前記複数の検出梁のそれぞれは、少なくとも一対の検出用圧電素子を有する、
請求項４または５に記載の角速度センサ。
【請求項７】
前記枠体は、４以上の偶数の辺を有する多角形状をなす、
請求項１乃至６のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項８】
前記枠体は、３以上の奇数の辺を有する多角形状をなす、
請求項１乃至６のいずれかに記載の角速度センサ。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１５８３１９（Ｐ２０１１−１５８３１９Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９０２２（Ｐ２０１０−１９０２２）
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（００００００５１６）曙ブレーキ工業株式会社 (621)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（００００００５１６）曙ブレーキ工業株式会社 (621)
【Ｆターム（参考）】
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