角加速度检测元件
阅读：364发布：2020-05-11
专利汇可以提供角加速度检测元件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且角 加速 度检测元件(1)具备旋转锤(2)、固定部(4)、 支撑 梁(3)和检测部(5)。旋转锤(2)在围绕Z轴的 角加速度 所引起的惯性 力 的作用下相对于固定部(4)围绕Z轴旋转。固定部(4)设置在与旋转锤(2)分离的 位置 。支撑梁(3)设置在X-Y面中的固定部(4)与旋转锤(2)之间，相对于固定部(4)弹性支撑旋转锤(2)。检测部(5)输出在支撑梁(3)产生的 应力 所对应的检测 信号 。关于旋转锤(2)，从Z轴方向观察到的旋转锤(2)的 重心 位置与支撑梁(3)重合。，下面是角加速度检测元件专利的具体信息内容。
1.一种角加速度检测元件，其具备：
旋转锤，其在围绕规定的检测轴的角加速度所引起的惯性力的作用下，围绕上述检测轴旋转；
固定部，其设置在与上述旋转锤分离的位置；
支撑梁，其设置于正交面中的上述固定部与上述旋转锤之间，相对于上述固定部弹性支撑上述旋转锤，其中该正交面与上述检测轴正交；和
检测部，其检测在上述支撑梁产生的应力所对应的检测信号，
从上述检测轴方向观察到的上述旋转锤的重心位置与上述支撑梁重合。
2.一种角加速度检测元件，其具备：
旋转锤，其在围绕规定的检测轴的角加速度所引起的惯性力的作用下，围绕上述检测轴旋转；
固定部，其设置在与上述旋转锤分离的位置；
多个支撑梁，设置在正交面中的上述固定部与上述旋转锤之间，相对于上述固定部弹性支撑上述旋转锤，其中该正交面与上述检测轴正交；和
检测部，其检测在上述多个支撑梁产生的应力所对应的检测信号，从上述检测轴方向观察到的上述旋转锤的重心位置，与伴随围绕上述检测轴的上述旋转锤的旋转而作用于上述多个支撑梁的应力的中立面重合。
3.根据权利要求1或2所述的角加速度检测元件，其特征在于，
上述旋转锤由具有沿上述正交面的长轴方向与短轴方向的形状构成。
4.根据权利要求3所述的角加速度检测元件，其特征在于，
上述支撑梁或者上述多个支撑梁以上述旋转锤的长轴方向为长度方向来构成。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的角加速度检测元件，其特征在于，上述固定部具备内装上述支撑梁或者上述多个支撑梁以及上述旋转锤的开口。
6.根据权利要求1～5的任一项所述的角加速度检测元件，其特征在于，上述检测部具备桥接电路，该桥接电路在四边设置有输出作用于上述支撑梁或者上述多个支撑梁的应力所对应的检测信号，
上述桥接电路的相邻的边的元件，相对于上述支撑梁或者上述多个支撑梁的中立面设置在不同侧。
7.根据权利要求1～6的任一项所述的角加速度检测元件，其特征在于，上述检测部由电阻值根据作用于上述支撑梁或者上述多个支撑梁的应力而变化的电阻元件构成。
8.根据权利要求1～7的任一项所述的角加速度检测元件，其特征在于，上述支撑梁、上述固定部和上述旋转锤由同一薄板状构件加工形成，或者上述多个支撑梁、上述固定部和上述旋转锤由同一薄板状构件加工形成。
9.根据权利要求8所述的角加速度检测元件，其特征在于，
上述薄板状构件由半导体晶片构成。
10.根据权利要求8或9所述的角加速度检测元件，其特征在于，
上述旋转锤的上述检测轴在上述薄板状构件的厚度方向上构成。
11.根据权利要求10所述的角加速度检测元件，其特征在于，
上述支撑梁或者上述多个支撑梁在上述薄板状构件的厚度方向上具备比上述旋转锤突出的突起部。
角加速度检测元件
技术领域
背景技术
[0002] 一种角加速度检测元件被构成为具备旋转锤、支撑梁和检测部(例如参照专利文献1以及2。)。支撑梁在垂直于检测轴的方向上延伸设置，两端部与旋转锤和固定部连接。若围绕检测轴的角加速度作用于角加速度检测元件，则旋转锤在伴随于此的旋转惯性力的作用下相对于固定部进行旋转(摆动)。支撑梁随着旋转锤的旋转而变形，检测部检测支撑梁产生的应力。支撑梁所产生的应力根据作用于旋转锤的围绕检测轴的角加速度而变化，所以能根据检测部的检测信号来测量围绕检测轴的角加速度。
[0004] 通常，为了取得旋转锤的旋转平衡，以旋转锤的重心位置为中心以对称形状形成角加速度检测元件。在专利文献1中，通过以重心位置为中心对称配置的多个支撑梁，从内侧支撑环状的旋转锤。在专利文献2中，通过以重心位置为中心对称配置的多个支撑梁，从外侧支撑旋转锤。
[0005] 在先技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1：JP特许第2602300号公报
[0008] 专利文献2：JP特开2010-139263号公报
发明内容
[0009] 发明要解决的课题
[0010] 在现有技术中，由于多个支撑梁分散接受旋转锤受到的惯性力，所以在以规定的固有振动频率来构成角加速度检测元件的情况下，存在每个角加速度下的梁上产生的应力变小，角加速度的检测灵敏度变低的问题。
[0011] 因此，为了在角加速度检测元件中得到高的检测灵敏度，考虑减少支撑梁的数量，但是为了确保旋转锤的旋转平衡，支撑梁的数量和配置存在很强的制约，支撑梁的数量的减少存在界限。
[0012] 本发明的目的在于提供一种能确保旋转锤的旋转平衡的同时降低实质的支撑梁的数量，并能实现高的检测灵敏度的角加速度检测元件。
[0013] 用于解决课题的手段
[0014] 本发明涉及具备旋转锤、固定部、支撑梁与检测部的角加速度检测元件。旋转锤在围绕规定的检测轴的旋转惯性力的作用下围绕检测轴旋转。固定部设置在与上述旋转锤分离的位置。支撑梁设置在与上述检测轴正交的正交面中的上述固定部与上述旋转锤之间，相对于上述固定部弹性支撑上述旋转锤。检测部输出在上述支撑梁产生的应力所对应的检测信号。另外，旋转锤在上述正交面中的重心位置与上述支撑梁重合。
[0015] 在该构成中，仅利用与旋转锤的重心位置重合的单一的支撑梁就能够取得旋转锤的旋转平衡。
[0016] 或者，本发明的角加速度检测元件具备伴随围绕检测轴的上述旋转锤的旋转而进行作用的应力的中立面一致的多个支撑梁，旋转锤在上述正交面中的重心位置与上述中立面重合。
[0017] 在在该构成中，由于分别作用于多个支撑梁的应力的中立面一致，所以作为多个支撑梁的总体的应力分布，与单一的支撑梁的应力分布实质是等效的。因此，仅通过实质单一的支撑梁就能取得旋转锤的旋转平衡。
[0018] 上述的角加速度检测元件的旋转锤优选构成为以沿着上述检测轴的方向为厚度方向的薄板状。
[0019] 在该构成中，由于围绕检测轴的旋转锤的惯性力矩变大，所以能增大每个角加速度下的旋转惯性力。于是，为了保持固有振动频率所需的支撑梁的宽度变宽并且支撑梁的长度变短。这有助于提高角加速度的检测灵敏度。
[0020] 上述的角加速度检测元件的旋转锤优选由具有沿着上述正交面的长轴方向与短轴方向的形状构成。
[0021] 在该构成中，由于围绕检测轴的旋转锤的惯性力矩进一步变大，所以能进一步增大每个角加速度下的旋转惯性力。因此，能降低为了得到相同的角加速度检测灵敏度所需的元件占有面积，能推进低成本化和小型化。
[0022] 上述的角加速度检测元件的支撑梁优选将上述旋转锤的长轴方向作为长度方向而构成。
[0023] 该构成的旋转锤，围绕短轴的惯性力矩大，干扰振动引起的围绕短轴的旋转惯性力变大。因此，若旋转锤的短轴方向为支撑梁的长度方向，则支撑梁因为围绕短轴的旋转惯性力而扭曲，在支撑梁的边缘部分产生过大的应力集中，使得耐冲击性能降低。为此，通过如上述那样将支撑梁的长度方向设为旋转锤的长轴方向，从而能防止支撑梁因围绕短轴的旋转惯性力而扭曲，能避免应力集中于支撑梁的边缘部分。
[0024] 发明效果
[0025] 根据本发明，由于仅通过支撑旋转锤的实质单一的支撑梁就可取得旋转锤的旋转平衡，所以即使作用并进惯性力也不会产生旋转锤的旋转，另外，为了减少实质的支撑梁的数量而在支撑梁所产生的应力变大。由此，能提高角加速度的检测精度。附图说明
[0026] 图1是对第1实施方式所涉及的角加速度检测元件的构成进行说明的图。
[0027] 图2是对角加速度检测元件中的应力分布的模拟进行说明的图。
[0028] 图3是对角加速度检测元件中的检测电路的构成进行说明的图。
[0029] 图4是对检测电路的动作进行说明的图。
[0030] 图5是对本构成与比较构成的有限要素解析进行说明的图。
[0031] 图6是对第2实施方式所涉及的角加速度检测元件进行说明的图。
[0032] 图7是对角加速度检测元件中的应力分布的模拟进行说明的图。
[0033] 图8是对第3实施方式所涉及的角加速度检测元件进行说明的图。
[0034] 图9是对第4实施方式所涉及的角加速度检测元件进行说明的图。
[0035] 图10是对第5实施方式所涉及的角加速度检测元件进行说明的图。
[0036] 图11是对第6实施方式所涉及的角加速度检测元件进行说明的图。
[0037] 图12是对第7实施方式所涉及的角加速度检测元件进行说明的图。
[0038] 图13是对第8实施方式所涉及的角加速度检测元件进行说明的图。
[0039] 图14是对第9实施方式所涉及的角加速度检测元件进行说明的图。
[0040] 图15是对第10实施方式所涉及的角加速度检测元件进行说明的图。
[0041] 图16是对第11实施方式所涉及的角加速度检测元件进行说明的图。
[0042] 图17是对第12实施方式所涉及的角加速度检测元件进行说明的图。
[0043] 图18是对第13实施方式所涉及的角加速度检测元件进行说明的图。
[0044] 图19是对第14实施方式所涉及的角加速度检测元件进行说明的图。
[0045] 图20是对第15实施方式所涉及的角加速度检测元件进行说明的图。
[0046] 图21是对第16实施方式所涉及的角加速度检测元件进行说明的图。
[0047] 图22是对角加速度检测元件中的检测电路的构成进行说明的图。
[0048] 图23是对第17实施方式所涉及的角加速度检测元件进行说明的图。
[0049] 图24是对角加速度检测元件中的检测电路的构成进行说明的图。
[0050] 图25是对第18实施方式所涉及的角加速度检测元件的检测电路的构成进行说明的图。
具体实施方式
[0051] 在以下的说明中，将角加速度检测元件的厚度方向设为直角坐标系的Z轴，将支撑梁的长度方向设为Y轴方向，将支撑梁的宽度方向设为X轴方向。
[0052] 《第1实施方式》
[0053] 图1(A)是表示本发明的第1实施方式所涉及的角加速度检测元件1的构成的立体图，图1(B)是角加速度检测元件1的俯视图。
[0054] 角加速度检测元件1由形成了在与Z轴垂直的上下表面间贯通的槽的一体的矩形板构成，具备旋转锤2、支撑梁3、固定部4以及检测部5(未图示)。矩形板是通过半导体晶片的面加工而切出得到的。半导体晶片的面加工在加工技术、加工装置的性能方面已经很成熟，能高效、高精度制造多个矩形板。
[0055] 固定部4为矩形，被设置在从矩形板的X-Y面中心错开的位置，利用上表面与下表面的至少一方固定在未图示的筐体。旋转锤2按照在X-Y面包围固定部4的方式在矩形板设置矩形开口而构成。支撑梁3在X-Y面上的固定部4与旋转锤2之间，在Y轴正方向上以长方形延伸设置，在使旋转锤2的上下表面从未图示的筐体浮起的状态下，使固定部4支撑旋转锤2。检测部5(未图示)输出与作用于支撑梁3的应力所对应的检测信号。
[0056] 支撑梁3、固定部4各自在X轴坐标中的中心位置与旋转锤2的中心位置一致。固定部4在Y轴坐标中的中心位置在Y轴负方向上从旋转锤2的中心位置错开。支撑梁3在Y轴坐标中的中心位置在Y轴正方向上从旋转锤2的中心位置错开，与旋转锤2在Y轴坐标中的重心一致。
[0057] 围绕Z轴的旋转惯性力作用，旋转锤2在X-Y面中相对于固定部4围绕Z轴旋转(摆动)，由此这样构成的角加速度检测元件1以Z轴为检测轴检测角加速度。
[0058] 图2是对围绕Z轴的旋转惯性力作用的情况下的、在支撑梁3上产生的应力分布进行说明的图。图中表示了从Z轴正方向观察角加速度检测元件1顺时针旋转的状态。
[0059] 在该情况下，从Z轴正方向观察，旋转锤2以固定部4为基准逆时针旋转，在支撑梁3上作用从Z轴正方向观察逆时针的旋转惯性力。由此，支撑梁3在X轴负方向的侧面附近的区域作用压缩应力，在X轴正方向的侧面附近的区域作用拉伸应力，在X轴负方向挠曲。支撑梁3的宽度方向的中心面(以点划线进行图示)成为拉伸应力与压缩应力的边界，是应力不作用的中立面，在X-Y面观察，在该中心面上旋转锤2的重心位置(以×进行图示。)重合。
[0060] 图3是对检测部5的构成进行说明的图。图3(A)是支撑梁3的附近的俯视图，图3(B)是检测部5的电路图。
[0061] 检测部5在支撑梁3的上表面具备以Y轴方向为长边的压电电阻5A、5B。压电电阻5A、5B通过采用半导体工艺形成在半导体晶片上，从而能高精度地实现微细的位置、形状。这些压电电阻5A、5B平行地配置在支撑梁3的中立面的两侧，相互串联连接并与恒压源连接。以支撑梁3的中立面为边界，一方的区域作用压缩应力，另一方的区域作用拉伸应力，所以压电电阻5A、5B的伸缩相反。压电电阻5A、5B在伸长时电阻值增大，在缩短时电阻值减少。因此，由于由压电电阻5A、5B引起的分压比变动，所以根据压电电阻5A、压电电阻5B的两端电压能够检测作用于支撑梁3的应力。
[0062] 图4是对各种加速度的作用所引起的支撑梁的变形与压电电阻的变化进行说明的图。
[0063] 图4(A)表示了从Z轴正方向观察在该角加速度检测元件1上作用了逆时针的旋转惯性力的状态。在该状态下，支撑梁3在XY面弯曲，压电电阻5A伸长，压电电阻5B缩短。伸长了的压电电阻5A电阻值增大，缩短了的压电电阻5B电阻值降低。因此，在检测部5中，压电电阻5A的两端电压增加，压电电阻5B的两端电压减少。
[0064] 此外，图4(B)表示了从X轴正方向观察，在角加速度检测元件1作用了逆时针的旋转惯性力的状态。在该状态下，支撑梁3在Y-Z面弯曲，压电电阻5A、5B都缩短，电阻值降低。因此，在检测部5中，压电电阻5A的电阻值的变化与压电电阻5B的电阻值的变化被抵消，维持分压电压。
[0065] 图4(C)表示了从Y轴正方向观察，在角加速度检测元件1作用了逆时针的旋转惯性力的状态。在该状态下，支撑梁3在X-Z面扭曲。于是，在压电电阻5A、5B产生相同的扭曲，电阻值的变化一致。因此，在检测部5中，压电电阻5A内的电阻值的变化以及压电电阻5B内的电阻值的变化分别都被抵消，维持分压电压。
[0066] 图4(D)表示了在角加速度检测元件1上作用了X轴正方向的并进惯性力的状态。在该状态下，支撑梁3在X-Y面弯曲。于是，在压电电阻5A、5B产生相同的弯曲，电阻值的变化一致。因此，在检测部5中，压电电阻5A内的电阻值的变化以及压电电阻5B内的电阻值的变化分别都被抵消，维持分压电压。
[0067] 图4(E)表示了在角加速度检测元件1上作用了Y轴正方向的并进惯性力的状态。在该状态下，支撑梁3在Y轴方向上伸长。于是，压电电阻5A、5B同样伸长，电阻值的变化一致。因此，在检测部5中，压电电阻5A的电阻值的变化与压电电阻5B电阻值的变化被抵消，维持分压电压。
[0068] 图4(F)表示了在角加速度检测元件1上作用了Z轴正方向的并进惯性力的状态。在该状态下，支撑梁3在Y-Z面弯曲。于是，压电电阻5A、5B同样伸缩，电阻值的变化一致。
因此，在检测部5中，压电电阻5A内的电阻值的变化以及压电电阻5B内的电阻值的变化分别都被抵消，维持分压电压。
因此，在检测部5中，压电电阻5A内的电阻值的变化以及压电电阻5B内的电阻值的变化分别都被抵消，维持分压电压。
[0069] 因此，根据该角加速度检测元件1，仅在作用了围绕Z轴的旋转惯性力的状态下，输出电压变化。
[0070] 在此，对作用于支撑梁3的应力的大小进行说明。
[0071] 旋转锤2相对于固定部4的围绕Z轴的旋转角θ如下式所示那样与围绕Z轴的角加速度β成正比，与由旋转锤2、支撑梁3与固定部4构成的构造体的围绕Z轴的固有振动频率f0的平方成反比。
[0072] [数学式1]
[0073]
[0074] 在角加速度检测元件1中为了使响应频率范围恒定，固有振动频率f0优选为适当的设定值。为此在固有振动频率f0确定的情况下，如下式那样每单位角加速度下的旋转角θ／β唯一确定。
[0075] [数学式2]
[0076]
[0077] 固有振动频率f0是依赖于由旋转锤2、支撑梁3、固定部4构成的构造体的多个形状参数的物理量，即使是支撑梁的数量不同的构成，通过各部的尺寸调整也能使其一致。因此，若是固有振动频率f0相同的构成，则作用了相同的角加速度的情况下的旋转角θ相等。
[0078] 因此，对用有限要素法解析角加速度检测元件中使支撑梁的数量n不同并使固有振动频率f0一致的情况下的、每个构成的各部尺寸和性能而得到的结果进行说明。
[0079] 图5(A)是表示比较构成所涉及的角加速度检测元件10A的构成的俯视图。角加速度检测元件10A具有2个支撑梁，以旋转锤的重心位置为中心对称的形状构成。
[0080] 图5(B)是表示比较构成所涉及的角加速度检测元件10B的构成的俯视图。角加速度检测元件10B具有4个支撑梁，以旋转锤的重心位置为中心对称的形状构成。
[0081] 在这些构成的解析例中，实施方式所涉及的角加速度检测元件1都为相同的外形尺寸2mm×2mm×200μm，将旋转锤2以及固定部4设为同形状，通过支撑梁的尺寸调整使固有振动频率f0一致为2.0kHz。
[0082] 图5(C)是表示各解析例中的各部尺寸、性能的图。
[0083] 实施方式所涉及的角加速度检测元件1中，支撑梁的数量n为1，支撑梁的长度(Y轴方向尺寸)Ly为110μm，支撑梁的宽度(X轴方向尺寸)Lx为20μm，由此将固有振动频率f0设为2.0kHz。
[0084] 比较构成所涉及的角加速度检测元件10A中，支撑梁的数量n为2，支撑梁的长度(Y轴方向尺寸)Ly为441μm，支撑梁的宽度(X轴方向尺寸)Lx为10μm，由此将固有振动频率f0设为2.0kHz。
[0085] 比较构成所涉及的角加速度检测元件10B中，支撑梁的数量n为4，支撑梁的长度(Y轴方向尺寸)Ly为640μm，支撑梁的宽度(X轴方向尺寸)Lx为10μm，由此将固有振动频率f0设为2.0kHz。
[0086] 在像这样使固有振动频率f0一致并使每单位角加速度的旋转角θ／β相等的情况下，支撑梁3的数量越少，支撑梁的长度越短。
[0087] 在此，若考虑支撑梁的挠曲角θ′，则如下式那样，用支撑梁的长度Ly与支撑梁的挠曲曲率1／ρ的积来表示支撑梁的挠曲角θ′。
[0088] [数学式3]
[0089]
[0090] 另一方面，在支撑梁3的位于压电电阻5A、5B的附近产生的应力σ如下式那样，用支撑梁的中立面到压电电阻5A、5B的距离x、支撑梁的挠曲曲率1／ρ、和支撑梁的材料的纵弹性系数E的积表示。
[0091] [数学式4]
[0092]
[0093] 根据上述2式得到下式。
[0094] [数学式5]
[0095]
[0096] 即，通过将支撑梁长度Ly进一步缩短，被将中立面到压电电阻5A、5B的距离x进一步增大，从而能增大每个支撑梁的挠曲角θ′下的支撑梁3上产生的应力σ。
[0097] 若假设支撑梁的挠曲角θ′等于旋转锤2的旋转角θ，则根据上述的数学式2的式子与数学式5的式子，下式成立。
[0098] [数学式6]
[0099]
[0100] 即，也可以通过将支撑梁长度Ly进一步缩短，将中立面到压电电阻5A、5B的距离x进一步增大，来增大在支撑梁3的位于压电电阻5A、5B的附近产生的每单位角加速度下的应力σ／β。这也可以通过图5(C)所示的有限要素解析来确认。在实施方式所涉及的角加速度检测元件1中，支撑梁长度Ly最短，作用于支撑梁3的应力的每单位角加速度下的2
最大值为73Pa／(rad／s)。关于比较例所涉及的角加速度检测元件10A，支撑梁长度Ly
2
更长，作用于支撑梁3的应力的每单位角加速度下的最大值为49Pa／(rad／s)。关于比较例所涉及的角加速度检测元件10B，支撑梁长度Ly进一步变长，作用于支撑梁3的应力的
2
每单位角加速度下的最大值为29Pa／(rad／s)。
最大值为73Pa／(rad／s)。关于比较例所涉及的角加速度检测元件10A，支撑梁长度Ly
2
更长，作用于支撑梁3的应力的每单位角加速度下的最大值为49Pa／(rad／s)。关于比较例所涉及的角加速度检测元件10B，支撑梁长度Ly进一步变长，作用于支撑梁3的应力的
2
每单位角加速度下的最大值为29Pa／(rad／s)。
[0101] 这样，在本实施方式的角加速度检测元件1中，支撑梁的数量为1个，作用于支撑梁3的应力很大，所以支撑梁从旋转锤受到的旋转惯性力更集中，在支撑梁产生的应力变大，压电电阻5A、5B的变形量增大，得到高的检测灵敏度。
[0102] 此外，在该实施方式中，表示了从Z轴方向观察到的旋转锤2的外形为矩形的例子，但也可以是圆形、星形等其他形状。另外，表示了旋转锤2的内形大致为矩形的例子，但是也可以是其他形状。另外，表示了固定部4的外形为矩形的例子，但是也可以是其他形状。另外，表示了支撑梁的形状为长方形的例子，但是也可以是其他形状。
[0103] 进而，在该实施方式中，表示了通过半导体晶片的面加工来构成各部，另外，通过压电电阻5A、5B来构成检测部5的例子，但只要是最终能将应力变换为电信号的手段，不管检测原理、制造方法，构成材料如何，也可以是其他构成。
[0104] 《第2实施方式》
[0105] 图6(A)是表示本发明的第2实施方式所涉及的角加速度检测元件11的变形状态的立体图。图6(B)是表示角加速度检测元件11的支撑梁13的周边构造的示意图。
[0106] 角加速度检测元件11具备旋转锤12、支撑梁13、固定部14以及检测部15(未图示)。旋转锤12、支撑梁13以及固定部14可以采用与第1实施方式几乎相同的构成。与第1实施方式的主要不同点在于，将检测部15(未图示)具备的压电电阻15A、15B配置在支撑梁13的上下表面，以X轴为检测轴来检测角加速度。
[0107] 图7是对作用围绕X轴的旋转惯性力的情况下的在支撑梁13产生的应力分布进行说明的图。图中表示了从X轴正方向观察角加速度检测元件11逆时针旋转的状态。
[0108] 在该情况下，从X轴正方向观察，旋转锤12以固定部14为基准顺时针旋转，在支撑梁13作用从X轴正方向观察顺时针的旋转惯性力。由此，支撑梁13在Z轴正方向的上表面附近的区域作用压缩应力，在Z轴负方向的下表面附近的区域作用拉伸应力，支撑梁13在Z轴正方向挠曲。
[0109] 此时，支撑梁13的厚度方向的中心面成为拉伸应力与压缩应力的边界，为不作用应力的中立面(以点划线进行图示。)。而且，通过使Y-Z面上的旋转锤12的重心(以×进行图示。)位于该中立面上，从而能确保围绕X轴的旋转锤12的旋转平衡的同时，能在检测部15(未图示)中以高的检测灵敏度检测围绕X轴的角加速度。也可以像这样来构成角加速度检测元件。
[0110] 《第3实施方式》
[0111] 图8是表示第3实施方式所涉及的角加速度检测元件91的构成的立体图。
[0112] 角加速度检测元件91由形成了在与Z轴垂直的上下表面间贯通的槽的长方形板构成，具备旋转锤92、支撑梁93、固定部94以及检测部95(未图示)。旋转锤92是Y轴负方向打开了的“コ”字状，将X轴方向设为长轴，将Y轴方向设为短轴。支撑梁93的中心与旋转锤92的重心位置一致，将Y轴方向设为长度方向，将X轴方向设为宽度方向。固定部94设于旋转锤92的开口内，利用上表面与下表面与的至少一方固定在未图示的筐体，经由支撑梁93来支撑旋转锤92。
[0113] 在这样的构成的角加速度检测元件91中，通过作用围绕Z轴的旋转惯性力，从而旋转锤92在X-Y面中相对于固定部94围绕Z轴旋转(摆动)，能以Z轴为检测轴检测角加速度。
[0114] 另外，由于旋转锤92是以X轴方向为长轴的形状，所以围绕Z轴的惯性力矩变大，与旋转锤的外形为正方形的情况等相比，在相同的元件专有面积下，能增大每个角加速度下的旋转惯性力。
[0115] 因此，能在维持角加速度检测元件91的固有振动频率的状态下将支撑梁93变粗变短，能提高角加速度检测灵敏度。
[0116] 《第4实施方式》
[0117] 图9(A)是第4实施方式所涉及的角加速度检测元件21的立体图。
[0118] 角加速度检测元件21由形成了在垂直于Z轴的上下表面间贯通的槽的长方形板构成，具备旋转锤22、支撑梁23、固定部24以及检测部25(未图示)。旋转锤22是X轴正方向打开了的“コ”字状，将Y轴方向设为长轴，将X轴方向设为短轴。支撑梁23的中心与旋转锤22的重心位置一致，将Y轴方向设为长度方向，将X轴方向设为宽度方向。固定部24设于旋转锤22的开口内，利用上表面与下表面与的至少一方固定在未图示的筐体，经由支撑梁23来支撑旋转锤22。
[0119] 图9(B)是对作用围绕Z轴的旋转惯性力的情况下的、在支撑梁23产生的应力分布进行说明的图。图中表示了从Z轴正方向观察，角加速度检测元件21顺时针旋转的状态。
[0120] 在该情况下，从Z轴正方向观察，旋转锤22以固定部24为基准逆时针旋转，在支撑梁23作用从Z轴正方向观察逆时针的旋转惯性力。由此，支撑梁23在X轴负方向的侧面附近的区域作用压缩应力，在X轴正方向的侧面附近的区域作用拉伸应力，在X轴负方向挠曲。
[0121] 此时，支撑梁23的宽度方向的中心面成为中立面(以点划线进行图示。)。另外，通过将X-Y面中的旋转锤22的重心(以×进行图示。)配置在该中心面上，从而能确保围绕Z轴的旋转锤22的旋转平衡的同时，能在检测部25(未图示)中以高的检测灵敏度检测围绕Z轴的角加速度。
[0122] 在该构成的角加速度检测元件21中，由于旋转锤22是将Y轴方向设为长轴的形状，所以围绕Z轴的惯性力矩大，与旋转锤的外形为正方形的情况等相比，在相同的元件专有面积下，能增大每个角加速度下的旋转惯性力。
[0123] 因此，能在维持角加速度检测元件21的固有振动频率的状态下将支撑梁变粗变短，能提高角加速度检测灵敏度。
[0124] 此外，关于旋转锤22，围绕X轴的惯性力矩也大，就连由干扰振动引起的围绕旋转锤22的短轴的旋转惯性力也大。在前述的第3实施方式中，由于支撑梁的长度方向与旋转锤的短轴方向一致，所以围绕旋转锤的短轴的旋转惯性力使支撑梁23产生扭曲，但在本实施方式中，由于支撑梁的长度方向与旋转锤的长轴方向一致，所以围绕旋转锤的短轴的旋转惯性力使支撑梁23产生弯曲而不是扭曲。支撑梁的大的扭曲会使支撑梁23的边缘部分产生应力集中而引起破坏现象的危险性很高，所以通过像本实施方式那样采用使支撑梁的长度方向与旋转锤的长轴方向一致的构成，从而能防止在支撑梁产生大的扭曲，能改善角加速度检测元件的耐冲击性能。
[0125] 《第5实施方式》
[0126] 图10是对第5实施方式所涉及的角加速度检测元件31中作用旋转惯性力的情况下的应力分布进行说明的图。
[0127] 角加速度检测元件31具备旋转锤32、支撑梁33、固定部34以及检测部35(未图示)。旋转锤32、固定部34以及检测部35(未图示)具有与第4实施方式几乎相同的构成。与第4实施方式的主要不同点在于，具备隔着旋转锤32的重心(以×进行图示。)平行设置的2个支撑梁33。
[0128] 在该构成中，在作用了围绕Z轴的角加速度的情况下，作用于2个支撑梁33的应力分别成为相反极性的应力，即拉伸应力或者压缩应力。另外，分别作用于支撑梁33的应力的中立面(以点划线进行图示。)在2个支撑梁33的中间一致，旋转锤32的重心位于其中立面上，从而能确保围绕Z轴的旋转锤32的旋转平衡的同时，检测部35(未图示)能以高的检测灵敏度检测围绕Z轴的角加速度。也可以像这样来构成角加速度检测元件。
[0129] 《第6实施方式》
[0130] 图11是对第6实施方式所涉及的角加速度检测元件41中作用旋转惯性力的情况下的应力分布进行说明的图。
[0131] 角加速度检测元件41具备旋转锤42、支撑梁43、固定部44以及检测部45(未图示)。旋转锤42、固定部44以及检测部45(未图示)是与第4实施方式几乎相同的构成。与第4实施方式的主要不同点在于，支撑梁43的中心与旋转锤42的重心位置一致，并构成为将Y轴方向设为长度方向、将X轴方向设为宽度方向的H字状。
[0132] 在该构成中，在作用了围绕Z轴的角加速度的情况下，在支撑梁43的X轴负方向的侧面附近的区域作用压缩应力，在X轴正方向的侧面附近的区域作用拉伸应力，在X轴负方向挠曲。
[0133] 此时，X-Y面中的旋转锤42的重心(×进行图示。)位于支撑梁43的中立面(以点划线进行图示。)上，从而能确保围绕Z轴的旋转锤42的旋转平衡的同时，能以高的检测灵敏度检测围绕Z轴的角加速度。根据有限要素解析可以确认，越是接近支撑梁43的Y轴方向的中心，两侧面的附近区域的应力越大，由此通过将这些区域设为检测部45的应力检测位置，从而认为可以进一步提高角加速度检测灵敏度。
[0134] 《第7实施方式》
[0135] 图12是对第7实施方式所涉及的角加速度检测元件51中作用旋转惯性力的情况下的应力分布进行说明的图。
[0136] 角加速度检测元件51具备旋转锤52、支撑梁53、固定部54以及检测部55(未图示)。旋转锤52、固定部54以及检测部55(未图示)是与第4实施方式几乎相同的构成。与第4实施方式的主要不同点在于，支撑梁53的中心与旋转锤52的重心位置一致，构成为将Y轴方向设为长度方向、将X轴方向设为宽度方向、中央的宽度窄而两端的宽度宽的锥状。
[0137] 在该构成中，在作用了围绕Z轴的角加速度的情况下，在支撑梁53的X轴负方向的侧面附近的区域作用压缩应力，在X轴正方向的侧面附近的区域作用拉伸应力，在X轴负方向挠曲。
[0138] 此时，X-Y面中的旋转锤52的重心(以×进行图示。)位于支撑梁53的中立面(以点划线进行图示。)上，从而能确保围绕Z轴的旋转锤52的旋转平衡的同时，能以高的检测灵敏度检测围绕Z轴的角加速度。根据有限要素解析可以确认，应力集中在支撑梁53的Y轴方向的中心附近，由此通过将这些区域设为检测部55的应力检测位置，从而认为能进一步提高角加速度检测灵敏度。
[0139] 《第8实施方式》
[0140] 图13是对第8实施方式所涉及的角加速度检测元件61中作用旋转惯性力的情况下的应力分布进行说明的图。
[0141] 角加速度检测元件61具备旋转锤62、支撑梁63、固定部64以及检测部65(未图示)。旋转锤62以及固定部64是与第4实施方式几乎相同的构成。与第4实施方式的主要不同点在于，使支撑梁63的中心与旋转锤62的重心位置一致，并构成为将Y轴方向设为长度方向、将X轴方向设为宽度方向、使中央宽、两端狭的多级形状。
[0142] 在该构成中，在作用了围绕Z轴的角加速度的情况下，在支撑梁63的X轴负方向的侧面附近的区域作用压缩应力，在X轴正方向的侧面附近的区域作用拉伸应力，在X轴负方向挠曲。
[0143] 此时，X-Y面中的旋转锤62的重心(以×进行图示。)位于支撑梁63的中立面(以点划线进行图示。)上，能确保围绕Z轴的旋转锤62的旋转平衡。
[0144] 根据有限要素解析可以确认，在支撑梁63的中央宽度宽的区域应力小，在两端的宽度窄的区域应力大，由此通过将检测部65(未图示)的应力检测位置设为支撑梁63的两端附近的宽度窄的区域，从而认为能以高的检测灵敏度检测围绕Z轴的角加速度。
[0145] 《第9实施方式》
[0146] 图14是第9实施方式所涉及的角加速度检测元件71的部分放大立体图。
[0147] 角加速度检测元件71具备旋转锤72、支撑梁73、固定部74以及检测部75(未图示)。旋转锤72、固定部74以及检测部75(未图示)是与第4实施方式几乎相同的构成。与第4实施方式的主要不同点在于，在支撑梁73的Z轴正方向的上表面具备突起部73A。
此外，突起部可以仅在上表面，仅在下表面，在上下两面的任一面。通过设置突起部73A，从而支撑梁73的Z轴方向的厚度增大刚性变高，即使围绕X轴作用过大的弯曲应力，也能防止支撑梁73破损。
此外，突起部可以仅在上表面，仅在下表面，在上下两面的任一面。通过设置突起部73A，从而支撑梁73的Z轴方向的厚度增大刚性变高，即使围绕X轴作用过大的弯曲应力，也能防止支撑梁73破损。
[0148] 《第10实施方式》
[0149] 图15(A)是第10实施方式所涉及的角加速度检测元件81的立体图。
[0150] 角加速度检测元件81是将2个第4实施方式的构成对接并将旋转锤一体化而得到的构成，具备旋转锤82、支撑梁83、固定部84以及检测部85(未图示)。旋转锤82是具有开口的“ロ”字状，将Y轴方向设为长轴，将X轴方向设为短轴。在旋转锤82的开口内配置2个支撑梁83与2个固定部84。2个支撑梁83隔着旋转锤82的重心平行设置。2个固定部84利用上表面与下表面的至少一方固定在未图示的筐体，分别经由支撑梁83来支撑旋转锤82。
[0151] 图15(B)是对作用围绕Z轴的旋转惯性力的情况下的在支撑梁83产生的应力分布进行说明的图。图中表示了从Z轴正方向观察，角加速度检测元件81顺时针旋转的状态。
[0152] 在该情况下，从Z轴正方向观察，旋转锤82以固定部84为基准逆时针旋转，在支撑梁83作用从Z轴正方向观察逆时针的旋转惯性力。由此，X轴负方向侧的支撑梁83作用压缩应力，X轴正方向的支撑梁83作用拉伸应力，2个支撑梁83在X轴负方向挠曲。
[0153] 此时，作用于各支撑梁83的应力的中立面(以点划线进行图示。)在2个支撑梁83的中间一致，X-Y面中的旋转锤82的重心(以×进行图示。)位于其中立面上，从而能确保围绕Z轴的旋转锤82的旋转平衡的同时，能以高的检测灵敏度检测围绕Z轴的角加速度。
[0154] 《第11实施方式》
[0155] 图16是表示第11实施方式所涉及的角加速度检测元件101的构成的立体图。
[0156] 角加速度检测元件101具备旋转锤102、支撑梁103、固定部104以及检测部105(未图示)。支撑梁103、固定部104以及检测部105(未图示)是与第3实施方式相同的构成。与第3实施方式的主要不同点在于，旋转锤102在Z轴正方向的上表面具有一部分的突起部102A、102B。此外，这样的一部分的突起部可以仅设置在旋转锤102的上表面，仅设置在下表面，设置在上下两面的任一面。
[0157] 即便在这样的构成的角加速度检测元件101中，通过作用围绕Z轴的旋转惯性力，从而旋转锤102在X-Y面中相对于固定部104围绕Z轴旋转(摆动)，也能以Z轴为检测轴检测角加速度。
[0158] 《第12实施方式》
[0159] 图17是表示第12实施方式所涉及的角加速度检测元件111的构成的立体图。
[0160] 角加速度检测元件111具备旋转锤112、支撑梁113、固定部114以及检测部115(未图示)。旋转锤112的外形为圆形。在这样的构成的角加速度检测元件111中，通过作用围绕Z轴的旋转惯性力，旋转锤112在X-Y面中相对于固定部114围绕Z轴旋转(摆动)，能以Z轴为检测轴检测角加速度。
[0161] 《第13实施方式》
[0162] 图18是表示第13实施方式所涉及的角加速度检测元件121的构成的立体图。
[0163] 角加速度检测元件121具备旋转锤122、支撑梁123、固定部124以及检测部125(未图示)。旋转锤122的外形为圆形，在观察X-Y面的情况下，支撑梁123为中央窄两端宽的形状，侧面为半圆状。在这样的构成的角加速度检测元件121中，通过作用围绕Z轴的旋转惯性力，旋转锤122在X-Y面中相对于固定部124围绕Z轴旋转(摆动)，能以Z轴为检测轴检测角加速度。
[0164] 《第14实施方式》
[0165] 图19是表示第14实施方式所涉及的角加速度检测元件131的构成的立体图。
[0166] 角加速度检测元件131具备旋转锤132、支撑梁133、固定部134以及检测部135(未图示)。旋转锤132的外形为椭圆形，Y轴方向为长轴，X轴方向为短轴。在这样的构成的角加速度检测元件131中，通过作用围绕Z轴的旋转惯性力，从而旋转锤132在X-Y面中相对于固定部134围绕Z轴旋转(摆动)，能以Z轴为检测轴检测角加速度。
[0167] 《第15实施方式》
[0168] 图20是表示第15实施方式所涉及的角加速度检测元件141的构成的立体图。
[0169] 角加速度检测元件141具备旋转锤142、支撑梁143、固定部144以及检测部145(未图示)。旋转锤142其外形为长方形，具有矩形的开口部142A。通过设置开口部
142A，从而容易调整旋转锤142的重心位置。在这样的构成的角加速度检测元件141中，通过作用围绕Z轴的旋转惯性力，从而旋转锤142在X-Y面中相对于固定部144围绕Z轴旋转(摆动)，能以Z轴为检测轴检测角加速度。
142A，从而容易调整旋转锤142的重心位置。在这样的构成的角加速度检测元件141中，通过作用围绕Z轴的旋转惯性力，从而旋转锤142在X-Y面中相对于固定部144围绕Z轴旋转(摆动)，能以Z轴为检测轴检测角加速度。
[0170] 《第16实施方式》
[0171] 图21是表示第16实施方式所涉及的角加速度检测元件151的构成的立体图。
[0172] 角加速度检测元件151具备旋转锤152、支撑梁153、固定部154、引出电极155以及检测部156(未图示)。该角加速度检测元件151的结构是：固定部154配置在外周侧，旋转锤152配置在固定部154的内侧。
[0173] 固定部154在X-Y面观察到的外形是Y轴方向为长轴、X轴方向为短轴的矩形环状。旋转锤152在X-Y面中配置在固定部154的开口内，并且是X轴正方向打开了的“コ”字状。支撑梁153配置在旋转锤152的重心位置，将Y轴方向设为长度方向，将X轴方向设为宽度方向。引出电极155从支撑梁153上被引出到固定部154的上表面。在该角加速度检测元件151中，通过作用围绕Z轴的旋转惯性力，旋转锤152在X-Y面中相对于固定部154围绕Z轴旋转(摆动)，能以Z轴为检测轴检测角加速度。
[0174] 在该构成中，在将多个角加速度检测元件151从半导体晶片分离时，固定部154的外周成为分离面。因此，在分离时，能防止旋转锤152与其他构件接触，能防止过重的重量施加于支撑梁153而导致其破损。另外，即使在将角加速度检测元件安装于其他构件时，也能防止旋转锤152与其他构件接触，能容易地进行组装。
[0175] 图22是对检测部的其他构成进行说明的图。
[0176] 检测部由4个压电电阻166A～166D构成。压电电阻166A、166B与支撑梁163上表面的中立面相比被配置在X轴负方向。压电电阻166C、166D与支撑梁163的上表面的中立面相比配置X轴正方向。另外，压电电阻166A、166C配置在支撑梁163的上表面的Y轴负方向侧，压电电阻166B、166D配置在支撑梁163的上表面的Y轴正方向侧。
[0177] 另外，压电电阻166A～166D构成桥接电路。压电电阻166A、166B设置在桥接电路四边对置的边上，压电电阻166C、166D也设置在桥接电路四边对置的边上。
[0178] 通过将以支撑梁163的中立面为边界设置在相反一侧的压电电阻彼此串联连接，将2组串联电路并联连接于恒压源或恒流源，从而能布线成因支撑梁163的应力使得桥接输出端子的电位相互以反极性改变，能将其电位差测量为电压变动。通过采用桥接电路，从而与如第1实施方式所示那样采用分压比来检测角加速度的情况相比，以相同的应力得到更大的电位差。另外，通过采用桥接电路，从而能提高针对驱动电源噪声的同相除去比，能以良好的S／N比取出微小的电信号。因此，能进一步提高角加速度的检测灵敏度以及检测精度。
[0179] 《第17实施方式》
[0180] 图23是表示第17实施方式所涉及的角加速度检测元件171的构成的立体图。
[0181] 角加速度检测元件171具备旋转锤172、支撑梁173、固定部174、引出电极175以及检测部176(未图示)。该角加速度检测元件171与第16实施方式相同具有以下结构：固定部174配置在外周侧，旋转锤172配置在固定部174的内侧。与第16实施方式的主要不同点在于引出电极175的配置位置。
[0182] 在将角加速度检测元件171收容于筐体的情况下，需要从与压电电阻连接的引出电极175读取电信号，但由于筐体加工的制约，引出电极175的相互间距离需要为一定以上的长度。
[0183] 如第16实施方式所示在旋转锤的一侧的固定部设置全部引出电极的情况下，为了增大形成引出电极所需的面积，若维持一定面积，需要缩小旋转锤172，这成为旋转锤的惯性力矩减少的重要因素。
[0184] 因此，在本实施方式中，通过将4个引出电极175中的2个，引出到夹着固定部174的旋转锤172的相反侧来进行设置，从而能抑制形成引出电极所需的面积，确保旋转锤172的大的惯性力矩，进而抑制角加速度检测灵敏度的减少。
[0185] 图24是对检测部的其他构成进行说明的图。
[0186] 该检测部通过4个压电电阻186A～186D构成桥接电路。在与支撑梁183的上表面的中立面相比X轴负方向上，与Y轴平行地配置压电电阻186A、186B。在与支撑梁183的上表面的中立面相比X轴正方向上，与Y轴平行地配置压电电阻186C、186D。
[0187] 即使像这样配置压电电阻186A～186D，通过将以支撑梁183的中立面为边界设置在相反一侧的压电电阻彼此串联连接，将2组串联电路与恒压源或恒流源并列连接，从而布线成桥接输出端子的电位通过支撑梁183的应力而以相互反极性改变，能将其电位差测量为电压变动。
[0188] 《第18实施方式》
[0189] 图25是对第18实施方式所涉及的角加速度检测元件191的构成进行说明的图。本实施方式的角加速度检测元件191与第2实施方式相同，是检测围绕X轴的角加速度的构成。
[0190] 在该构成中，通过4个压电电阻196A～196D来构成桥接电路。压电电阻196A、196B配置在支撑梁193的下表面。压电电阻196C、196D配置在支撑梁193的上表面。
[0191] 即使像这样配置压电电阻196A～196D，通过将在以支撑梁193的中立面(与X-Y面平行的面)为边界设置在相反一侧的压电电阻彼此串联连接，将2组串联电路与恒压源或恒流源并联连接，从而布线成桥接输出端子的电位通过支撑梁193的应力而以相互反极性变化，能将其电位差测量为电压变动。
[0192] 如以上说明的各实施方式那样，本发明能在各种形态实施，通过采用至少旋转锤的重心与支撑梁重合的构成，或者与支撑梁的中立面重合构成，从而能适当地实施本发明。
[0193] 符号说明：
[0194] 1…角加速度检测元件
[0195] 2…旋转锤
[0196] 3…支撑梁
[0197] 4…固定部
[0198] 5…检测部
[0199] 73A、102A、102B…突起部
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