JP5165879B2 - 角速度センサ - Google Patents

Description

本発明は、圧電材料として水晶等を用いた圧電振動式の角速度センサに関するものである。

図２３（Ａ）は特許文献１、特許文献２、特許文献３に開示された従来の角速度センサの平面図、図２３（Ｂ）は図２３（Ａ）の角速度センサをＥ側から見た側面図である。図２３（Ａ）、図２３（Ｂ）の角速度センサは、圧電材料として水晶を用いた圧電振動式の角速度センサである。図２３（Ａ）、図２３（Ｂ）において、１０００は音叉型の振動子素子（水晶板）、１０１１〜１０１４は励振用の電極、１０２１〜１０２４は角速度検出用の電極である。励振用の電極１０１１〜１０１４は振動子素子１０００の一方の脚部１００１の表裏及び左右の面に、検出用の電極１０２１〜１０２４は振動子素子１０００の他方の脚部１００２の左右の面に形成されている。脚部１００１及び１００２は、この脚部１００１及び１００２に対して平行な軸線Ｌを有する主軸１００３から分岐されており、脚部１００１，１００２と主軸１００３とは共通の平面に位置している。

この角速度センサにおいては、図２３（Ｂ）に示されるように、励振用の電極１０１１と１０１３とが端子Ｐ１に共通に接続され、励振用の電極１０１２と１０１４とが端子Ｐ２に共通に接続され、この端子Ｐ１とＰ２との間に交流電圧（励振振動信号）が印加される。このため、あるときは図２３（Ｂ）の中脚部１００１に矢印で示す如く電界が発生し、次には逆方向の電界が発生することにより、逆圧電効果により振動子素子１０００の一方の脚部１００１が、更に他方の脚部１００２も連動して、左右に振動（屈曲振動）する。

ここで、脚部１００１，１００２の振動方向をＸ軸方向、このＸ軸方向と直交する紙面内の方向、すなわち主軸１００３の軸線Ｌの方向をＹ軸方向、このＸ−Ｙ平面と直交する方向（振動子素子１０００の板面に垂直な方向）をＺ軸方向とした場合、Ｙ軸の廻りに角速度が作用すると、すなわち振動子素子１０００がＹ軸の廻りに回転すると、コリオリの力によりＺ軸方向の振動成分が生じ、振動子素子１０００がＸＺ平面で楕円運動するように振動する。このＺ軸方向の振動成分の大きさはコリオリの力に比例しているので、振動子素子１０００の他方の脚部１００２には圧電効果により、角速度に比例した大きさで振動の方向に応じた極の電荷が発生する。

これにより、検出用の電極１０２１と１０２４とを共通に接続した端子Ｐ３と、検出用の電極１０２２と１０２３とを共通に接続した端子Ｐ４との間に電荷が発生し、コリオリの力に応じた電圧信号が得られる。この電圧信号の大きさによって、Ｙ軸の廻りに作用する角速度の大きさを知ることができる。また、この電圧信号は基本的にサインカーブとして得られ、この電圧信号の波形と励振振動信号の波形とを位相比較することにより、その位相の進み遅れで角速度の方向を知ることができる。

特開平８−２１０８６０号公報 特開平９−７２７４３号公報 特開２００４−３４７３９８号公報

図２３（Ａ）、図２３（Ｂ）に開示された従来の角速度センサでは、脚部１００１，１００２のＸ軸方向の励振振動の周波数Ｆ_Sの温度特性が図２４に示すように２次の特性を持つため、周囲の温度によって励振振動の周波数Ｆ_Sが大きく変動する。同様に、Ｚ軸方向の検出振動も励振振動と独立に２次の周波数温度特性を有する。このため、従来の角速度センサでは、励振振動と検出振動の周波数の差が周囲の温度によって大きく変動し、角速度センサの感度が大きく変動して、角速度の検出精度が悪化するという問題点があった。検出感度が悪化すれば、角速度を検出しにくくなり、また検出感度が高くなり過ぎれば、無入力の状態でも角速度を誤って検出してしまう可能性があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、従来よりも高い精度で角速度を検出す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。

本発明の角速度センサは、板状の基部と、この基部から第１の方向に延びるように形成された第１、第２の脚部と、前記基部から前記第１の方向と反対方向に延びるように形成された第３、第４の脚部と、前記第１、第２の脚部の間の前記基部から前記第１の方向に延びるように形成された第５の脚部と、前記第３、第４の脚部の間の前記基部から前記第１の方向と反対方向に延びるように形成された第６の脚部と、前記基部と反対側の前記第５、第６の脚部の端を固定する第１、第２の固定部と、前記第１、第２、第３、第４の脚部を前記第１の方向と直交する第２の方向に屈曲振動させると同時に、前記第１、第２、第３、第４の脚部を前記第１、第２の方向と直交する第３の方向に屈曲振動させる励振手段と、前記第１、第２、第３、第４の脚部の前記第２の方向の屈曲振動による電圧信号と前記第３の方向の屈曲振動による電圧信号とを取り出して、これらの電圧信号に基づいて前記第１の方向の軸廻りの角速度を検出する検出手段とを有し、前記基部と前記第１、第２の脚部と前記第３、第４の脚部と前記第５の脚部と前記第６の脚部と前記第１、第２の固定部とは、圧電材料により一体成形され、前記励振手段は、前記第１、第２の脚部のうちの一方に形成された第１の励振電極と、前記第１、第２の脚部のうちの他方に形成された第２の励振電極と、前記第１の励振電極に電圧を印加して、前記第１、第２、第３、第４の脚部を前記第２の方向に屈曲振動させると同時に、前記第２の励振電極に電圧を印加して、前記第１、第２、第３、第４の脚部を前記第３の方向に屈曲振動させる励振回路とからなり、前記検出手段は、前記第３の脚部に形成された第１の検出電極と、前記第４の脚部に形成された第２の検出電極と、前記第３の脚部の前記第２の方向の屈曲振動による電圧信号を前記第１の検出電極から取り出すと共に、前記第４の脚部の前記第３の方向の屈曲振動による電圧信号を前記第２の検出電極から取り出し、これらの電圧信号をそれぞれ前記角速度が加わっていないときの基準電圧と比較して、前記第２、第３の方向の屈曲振動の振幅の変化量を検出することにより、前記角速度を検出する検出回路とからなり、前記第１の励振電極は、前記第１、第２の脚部のうちの前記一方の上面と下面に前記第１の方向に沿って形成された第１の上下面電極と、前記第１、第２の脚部のうちの前記一方の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第１の側面電極とからなり、前記第２の励振電極は、前記第１、第２の脚部のうちの前記他方の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第２の側面電極と、この第２の側面電極と対向するように、前記第１、第２の脚部のうちの前記他方の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第３の側面電極とからなり、前記第１の検出電極は、前記第３の脚部の上面と下面に前記第１の方向に沿って形成された第２の上下面電極と、前記第３の脚部の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第４の側面電極とからなり、前記第２の検出電極は、前記第４の脚部の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第５の側面電極と、この第５の側面電極と対向するように、前記第４の脚部の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第６の側面電極とからなることを特徴とするものである。

また、本発明の角速度センサの１構成例において、前記励振回路は、前記第１、第２、第３、第４の脚部の前記第２の方向の屈曲振動と前記第３の方向の屈曲振動の位相差が９０度で、かつ前記第２の方向の屈曲振動と前記第３の方向の屈曲振動の周波数が等しくなるように、前記第１の励振電極と前記第２の励振電極に電圧を印加するものである。

また、本発明の角速度センサは、第１の方向に沿って形成された第１、第２の脚部と、前記第１、第２の脚部の一方の端を連結する第１の固定部と、前記第１、第２の脚部の他方の端を連結する第２の固定部と、前記第１、第２の脚部を前記第１の方向と直交する第２の方向に屈曲振動させると同時に、前記第１、第２の脚部を前記第１、第２の方向と直交する第３の方向に屈曲振動させる励振手段と、前記第１、第２の脚部の前記第２の方向の屈曲振動による電圧信号と前記第３の方向の屈曲振動による電圧信号とを取り出して、これらの電圧信号に基づいて前記第１の方向の軸廻りの角速度を検出する検出手段とを有し、前記第１、第２の脚部と前記第１の固定部と前記第２の固定部とは、圧電材料により一体成形され、前記励振手段は、前記第１、第２の脚部のうちの一方に形成された第１の励振電極と、前記第１、第２の脚部のうちの他方に形成された第２の励振電極と、前記第１の励振電極に電圧を印加して、前記第１、第２の脚部を前記第２の方向に屈曲振動させると同時に、前記第２の励振電極に電圧を印加して、前記第１、第２の脚部を前記第３の方向に屈曲振動させる励振回路とからなり、前記検出手段は、前記第１の脚部に形成された第１の検出電極と、前記第２の脚部に形成された第２の検出電極と、前記第１の脚部の前記第２の方向の屈曲振動による電圧信号を前記第１の検出電極から取り出すと共に、前記第２の脚部の前記第３の方向の屈曲振動による電圧信号を前記第２の検出電極から取り出し、これらの電圧信号をそれぞれ前記角速度が加わっていないときの基準電圧と比較して、前記第２、第３の方向の屈曲振動の振幅の変化量を検出することにより、前記角速度を検出する検出回路とからなり、前記第１の励振電極は、前記第１、第２の脚部のうちの前記一方の上面と下面に前記第１の方向に沿って形成された第１の上下面電極と、前記第１、第２の脚部のうちの前記一方の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第１の側面電極とからなり、前記第２の励振電極は、前記第１、第２の脚部のうちの前記他方の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第２の側面電極と、この第２の側面電極と対向するように、前記第１、第２の脚部のうちの前記他方の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第３の側面電極とからなり、前記第１の検出電極は、前記第１の脚部の上面と下面に前記第１の方向に沿って形成された第２の上下面電極と、前記第１の脚部の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第４の側面電極とからなり、前記第２の検出電極は、前記第２の脚部の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第５の側面電極と、この第５の側面電極と対向するように、前記第２の脚部の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第６の側面電極とからなることを特徴とするものである。
また、本発明の角速度センサは、第１の方向に沿って形成された第１、第２の脚部と、前記第１、第２の脚部の一方の端を連結する固定部と、前記第１、第２の脚部を前記第１の方向と直交する第２の方向に屈曲振動させると同時に、前記第１、第２の脚部を前記第１、第２の方向と直交する第３の方向に屈曲振動させる励振手段と、前記第１、第２の脚部の前記第２の方向の屈曲振動による電圧信号と前記第３の方向の屈曲振動による電圧信号とを取り出して、これらの電圧信号に基づいて前記第１の方向の軸廻りの角速度を検出する検出手段とを有し、前記第１、第２の脚部と前記固定部とは、圧電材料により一体成形され、前記励振手段は、前記第１、第２の脚部のうちの一方に形成された第１の励振電極と、前記第１、第２の脚部のうちの他方に形成された第２の励振電極と、前記第１の励振電極に電圧を印加して、前記第１、第２の脚部を前記第２の方向に屈曲振動させると同時に、前記第２の励振電極に電圧を印加して、前記第１、第２の脚部を前記第３の方向に屈曲振動させる励振回路とからなり、前記検出手段は、前記第１の脚部に形成された第１の検出電極と、前記第２の脚部に形成された第２の検出電極と、前記第１の脚部の前記第２の方向の屈曲振動による電圧信号を前記第１の検出電極から取り出すと共に、前記第２の脚部の前記第３の方向の屈曲振動による電圧信号を前記第２の検出電極から取り出し、これらの電圧信号をそれぞれ前記角速度が加わっていないときの基準電圧と比較して、前記第２、第３の方向の屈曲振動の振幅の変化量を検出することにより、前記角速度を検出する検出回路とからなり、前記第１の励振電極は、前記第１、第２の脚部のうちの前記一方の上面と下面に前記第１の方向に沿って形成された第１の上下面電極と、前記第１、第２の脚部のうちの前記一方の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第１の側面電極とからなり、前記第２の励振電極は、前記第１、第２の脚部のうちの前記他方の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第２の側面電極と、この第２の側面電極と対向するように、前記第１、第２の脚部のうちの前記他方の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第３の側面電極とからなり、前記第１の検出電極は、前記第１の脚部の上面と下面に前記第１の方向に沿って形成された第２の上下面電極と、前記第１の脚部の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第４の側面電極とからなり、前記第２の検出電極は、前記第２の脚部の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第５の側面電極と、この第５の側面電極と対向するように、前記第２の脚部の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第６の側面電極とからなることを特徴とするものである。

また、本発明の角速度センサの１構成例において、前記励振回路は、前記第１、第２の脚部の前記第２の方向の屈曲振動と前記第３の方向の屈曲振動の位相差が９０度で、かつ前記第２の方向の屈曲振動と前記第３の方向の屈曲振動の周波数が等しくなるように、前記第１の励振電極と前記第２の励振電極に電圧を印加するものである。

本発明によれば、第１、第２、第３、第４の脚部からなるＨ型の角速度センサにおいて、第１、第２、第３、第４の脚部を第２の方向に屈曲振動させると同時に、第１、第２、第３、第４の脚部を第３の方向に屈曲振動させることにより、第１、第２、第３、第４の脚部の第２の方向の屈曲振動と第３の方向の屈曲振動とを結合させることができ、これにより励振振動の周波数の温度特性が３次の特性となり、従来の角速度センサに比べて励振振動の周波数の温度による変動を抑えることができる。その結果、本発明では、従来の角速度センサに比べて検出感度の温度による変動を抑えることができ、角速度を高い精度で検出することができる。

また、本発明では、第１、第２の脚部と第１、第２の固定部とからなる双音叉型の角速度センサ、または第１、第２の脚部と固定部とからなる音叉型の角速度センサにおいて、第１、第２の脚部を第２の方向に屈曲振動させると同時に、第１、第２の脚部を第３の方向に屈曲振動させることにより、第１、第２の脚部の第２の方向の屈曲振動と第３の方向の屈曲振動とを結合させることができ、これにより励振振動の周波数の温度特性が３次の特性となり、従来の角速度センサに比べて励振振動の周波数の温度による変動を抑えることができる。その結果、本発明では、従来の角速度センサに比べて検出感度の温度による変動を抑えることができ、角速度を高い精度で検出することができる。

また、本発明では、第２の方向の屈曲振動による電圧信号を取り出すと共に、第３の方向の屈曲振動による電圧信号を取り出し、これらの電圧信号をそれぞれ角速度が加わっていないときの基準電圧と比較して、第２、第３の方向の屈曲振動の振幅の変化量を検出することにより、角速度を精度良く検出することができる。

また、本発明では、第２の方向の屈曲振動と第３の方向の屈曲振動の位相差が９０度で、かつ第２の方向の屈曲振動と第３の方向の屈曲振動の周波数が等しくなるように、第１の励振電極と第２の励振電極に電圧を印加することにより、第２の方向の屈曲振動と第３の方向の屈曲振動を結合させやすくすることができる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る角速度センサの平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の角速度センサを透視した図、図２（Ａ）は図１（Ａ）の角速度センサのＡ−Ａ線断面図、図２（Ｂ）は図１（Ａ）の角速度センサのＢ−Ｂ線断面図である。なお、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の角速度センサの下面の電極配置を示している。

角速度センサ１は、板状の基部２と、基部２から互いに平行に第１の方向（図１（Ａ）、図１（Ｂ）では上方向）に延びるように形成された第１、第２の脚部３，５と、基部２から互いに平行に前記第１の方向と反対方向（図１（Ａ）、図１（Ｂ）では下方向）に延びるように形成された第３、第４の脚部６，８と、脚部３，５の間の基部２から前記第１の方向に延びるように形成された第５の脚部４と、脚部６，８の間の基部２から前記第１の方向と反対方向に延びるように形成された第６の脚部７と、基部２と反対側の脚部４，７の端を固定する第１、第２の固定部９，１０とを備えている。脚部３，４，５は、それぞれ脚部６，７，８と同一直線上に配置されている。そして、脚部４は、脚部３と脚部５から等距離に配置され、同様に脚部７は、脚部６と脚部８から等距離に配置されている。なお、図１、図２では、前記第１の方向と直交する第２の方向をＸ軸方向、前記第１の方向と平行な方向をＹ軸方向、ＸＹ平面と直交する第３の方向をＺ軸方向としている。

基部２と脚部３〜８と固定部９，１０とは、例えば厚さ数ｍｍ程度の水晶等の圧電材料により一体成形されている。このような角速度センサ１を製造するには、水晶板を例えばエッチングなどにより加工すればよい。各脚部３〜８の幅（Ｘ軸方向の寸法）と長さ（Ｙ軸方向の寸法）は、それぞれ数ｍｍ程度に形成されていればよい。脚部３，５，６，８の質量は等しいことが好ましい。
固定部９，１０は、例えば図示しない基台上に搭載される。これにより、基部２と脚部３〜８とが基台から浮くようにして角速度センサ１が基台に固定される。

図２（Ａ）に示すように、脚部３の上面と下面には前記第１の方向に沿って励振電極１００が形成され、脚部３の側面には前記第１の方向に沿って励振電極１０１が形成されている。励振電極１００は、脚部４の上面を通って固定部９上の電極パッド１０８に接続され、励振電極１０１は、脚部４の下面を通って固定部９上の電極パッド１０９に接続されている。また、図２（Ａ）に示すように、脚部５の側面には前記第１の方向に沿って励振電極１０２，１０３が形成されている。励振電極１０２は、脚部４の上面を通って固定部９上の電極パッド１１０に接続され、励振電極１０３は、脚部４の下面を通って固定部９上の電極パッド１１１に接続されている。

図２（Ｂ）に示すように、脚部６の上面と下面には前記第１の方向に沿って検出電極１０４が形成され、脚部６の側面には前記第１の方向に沿って検出電極１０５が形成されている。検出電極１０４は、脚部７の上面を通って固定部１０上の電極パッド１１２に接続され、検出電極１０５は、脚部７の下面を通って固定部１０上の電極パッド１１３に接続されている。また、図２（Ｂ）に示すように、脚部８の側面には前記第１の方向に沿って検出電極１０６，１０７が形成されている。検出電極１０６は、脚部７の上面を通って固定部１０上の電極パッド１１４に接続され、検出電極１０７は、脚部７の下面を通って固定部１０上の電極パッド１１５に接続されている。

本実施の形態では、励振電極１００，１０１と励振電極１０２，１０３は、脚部４，７の中心線Ｌ１を通るＹＺ平面に対して非対称に配置され、同様に検出電極１０４，１０５と検出電極１０６，１０７は、中心線Ｌ１を通るＹＺ平面に対して非対称に配置されている。さらに、励振電極１００〜１０３と検出電極１０５〜１０７は、基部２の中心線Ｌ２を通るＸＺ平面に対して対称に配置されている。

図３は角速度センサ１の回路図である。図３において、２００は脚部３と励振電極１００，１０１とからなる励振素子、２０１は脚部５と励振電極１０２，１０３とからなる励振素子、２０２は脚部６と検出電極１０４，１０５とからなる検出素子、２０３は脚部８と検出電極１０６，１０７とからなる検出素子、２０４は励振回路、２０５は検出回路である。

励振回路２０４は、発振器２０６と、９０度位相シフター２０７と、増幅器２０８とから構成される。
検出回路２０５は、チャージアンプ２０９，２１０と、検波回路２１１，２１２と、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）２１３，２１４と、基準電圧発生回路２１５と、電圧分圧回路２１６と、電圧比較回路２１７，２１８とから構成される。

励振素子２００の励振電極１００，１０１は、それぞれ電極パッド１０８，１０９とワイヤー等を介して発振器２０６の出力端子に接続され、励振素子２０１の励振電極１０２，１０３は、それぞれ電極パッド１１０，１１１とワイヤー等を介して増幅器２０８の出力端子に接続されている。検出素子２０２の検出電極１０４，１０５は、それぞれ電極パッド１１２，１１３とワイヤー等を介してチャージアンプ２０９の入力端子に接続され、検出素子２０３の検出電極１０６，１０７は、それぞれ電極パッド１１４，１１５とワイヤー等を介してチャージアンプ２１０の入力端子に接続されている。

次に、本実施の形態の角速度センサ１の動作を説明する。発振器２０６は、電極パッド１０８と１０９の間に正弦波状の交流電圧（励振信号）を印加する。９０度位相シフター２０７は、発振器２０６から出力される励振信号の位相を９０度シフトして出力する。増幅器２０８は、９０度位相シフター２０７から出力される励振信号を増幅して、電極パッド１１０と１１１の間に印加する。図４に、励振電極１００と接続された電極パッド１０８の電圧Ｖ₁₀₈、励振電極１０１と接続された電極パッド１０９の電圧Ｖ₁₀₉、励振電極１０２と接続された電極パッド１１０の電圧Ｖ₁₁₀、励振電極１０３と接続された電極パッド１１１の電圧Ｖ₁₁₁の波形を示す。

図４から分かるように、電極パッド１０８に接続された励振電極１００と電極パッド１０９に接続された励振電極１０１では、励振信号の位相が１８０度ずれていることが分かる。また、９０度位相シフター２０７の働きにより、励振素子２００の電極パッド１０８，１０９に印加される電圧Ｖ₁₀₈，Ｖ₁₀₉と、励振素子２０１の電極パッド１１０，１１１に印加される電圧Ｖ₁₁₀，Ｖ₁₁₁との間には、９０度の位相ずれがあることが分かる。さらに、電極パッド１１０に接続された励振電極１０２と電極パッド１１１に接続された励振電極１０３では、励振信号の位相が１８０度ずれていることが分かる。

励振回路２０４からの励振信号印加により、脚部３，５に図５の矢印で示すような電界が発生し、次には図５の矢印と逆方向の電界が発生する。
脚部３に発生した電界による逆圧電効果により脚部３は、Ｘ軸方向に沿って屈曲変位を繰り返す面内屈曲振動を行い、この面内屈曲振動に応じて、他の脚部５，６，８もＸ軸方向に沿って面内屈曲振動を行う。
同時に、脚部５に発生した電界による逆圧電効果により脚部５は、Ｚ軸方向に沿って屈曲変位を繰り返す面垂直屈曲振動を行い、この面垂直屈曲振動に応じて、他の脚部３，６，８もＺ軸方向に沿って面垂直屈曲振動を行う。

図６（Ａ）は脚部３，５，６，８の面内屈曲振動を模式的に示す平面図、図６（Ｂ）は脚部３，５，６，８の面垂直屈曲振動を模式的に示す斜視図、図６（Ｃ）は図６（Ｂ）の角速度センサ１をＵ側から見た側面図である。なお、本実施の形態では、後述のように面内屈曲振動と面垂直屈曲振動とが結合して、脚部３，５，６，８は楕円運動するが、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）では記載を容易にするために、面内屈曲振動と面垂直屈曲振動を独立に描いている。

脚部３，５，６，８は、図６（Ａ）に示すようにＸ軸方向に沿って屈曲振動する。このとき、脚部３と脚部５は、脚部４，７の中心線Ｌ１を通るＹＺ平面に対して対称に振動すると同時に、脚部６と脚部８は、中心線Ｌ１を通るＹＺ平面に対して対称に振動する。さらに、脚部３と脚部６は同位相で振動し、脚部５と脚部８も同位相で振動する。すなわち、図６（Ａ）に示すように、脚部３，６が左方向に動くと同時に、脚部５，８が右方向に動き、次には脚部３，６が右方向に動くと同時に、脚部５，８が左方向に動くという動作を繰り返す。

また、脚部３，５，６，８は、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）に示すようにＺ軸方向に沿って屈曲振動する。このとき、脚部３と脚部６は、角速度センサ１の厚さ方向の中心線Ｌ３を通るＸＹ平面に対して対称に振動すると同時に、脚部５と脚部８は、中心線Ｌ３を通るＸＹ平面に対して対称に振動する。さらに、脚部３と脚部５は逆位相で振動し、脚部６と脚部８も逆位相で振動する。すなわち、図６（Ｃ）に示すように、脚部３が上方向に動いて脚部６が下方向に動くと同時に、脚部５が下方向に動いて脚部８が上方向に動き、次には脚部３が下方向に動いて脚部６が上方向に動くと同時に、脚部５が上方向に動いて脚部８が下方向に動くという動作を繰り返す。

このように脚部３，５，６，８を面内屈曲振動させると同時に面垂直屈曲振動させる際に、面内屈曲振動と面垂直屈曲振動の位相が９０度ずれるようにして励振素子２００，２０１に励振信号を印加すると、面内屈曲振動と面垂直屈曲振動とが結合する。この結合により、図７のＵ側から角速度センサ１を見ると、脚部３，５，６，８は楕円を描くように運動する。このとき、面内屈曲振動の周波数をＦ_S1とし、面垂直屈曲振動の周波数をＦ_S2とすると、周波数Ｆ_S1とＦ_S2が近い方が面内屈曲振動と面垂直屈曲振動がより結合し易くなる。つまり、周波数Ｆ_S1とＦ_S2は略等しいことが好ましい。

脚部３，５，６，８のこのような振動モードを励振振動として用いた場合、角速度センサ１にＹ軸廻りの角速度が加わると、励振振動の振幅が変化する。図８は角速度センサ１の角速度の検出原理を説明するための図である。図７のＵ側から角速度センサ１を見たときに、図８に示すように脚部３が楕円軌道３０を描いて運動し、脚部５が楕円軌道５０を描いて運動し、同様に脚部６，８も楕円運動している場合、これらの楕円運動の速度ベクトルｖは楕円の接線方向に生じる。

これに対して、図８に示すように角速度センサ１にＹ軸廻りの回転角速度Ωが加わると、速度ベクトルｖとＹ軸とに直交する方向にＦｃ＝２ｍｖΩ（ｍは脚部の質量、Ｆｃ，ｖ，Ωはベクトル量）のコリオリの力が加わる。このコリオリの力Ｆｃにより、脚部３の楕円軌道は楕円が広がるように３０から３１に変化し、脚部５の楕円軌道は５０から５１に変化し、同様に脚部６，８の軌道も楕円が広がるように変化する。こうして、励振振動の振幅が変化する。図８と逆に時計廻りの方向に回転角速度Ωが加わる場合には、コリオリの力Ｆｃも図８と逆方向に発生するので、脚部３，５，６，８の軌道は楕円が縮むように変化する。

角速度Ωが加わっていないときの励振振動の振幅を基準として、励振振動の振幅の変化量を測定すれば、角速度Ωの大きさと向きを検出することができる。
以下、検出回路２０５の動作について説明する。脚部６，８に励振振動が生じると、圧電効果により検出素子２０２，２０３には電荷が生じる。このとき、脚部６と検出電極１０４，１０５とからなる検出素子２０２には、脚部６の面内屈曲振動に応じて電荷が発生し、脚部８と検出電極１０６，１０７とからなる検出素子２０３には、脚部８の面垂直屈曲振動に応じて電荷が発生する。

検出回路２０５のチャージアンプ２０９，２１０は、それぞれ検出素子２０２，２０３の電荷出力を電圧に変換する。図９に、検出電極１０４と接続された電極パッド１１２の電圧Ｖ₁₁₂、検出電極１０５と接続された電極パッド１１３の電圧Ｖ₁₁₃、検出電極１０６と接続された電極パッド１１４の電圧Ｖ₁₁₄、及び検出電極１０７と接続された電極パッド１１５の電圧Ｖ₁₁₅の波形を示す。なお、図９では、電極パッド１１２〜１１５に生じた電荷の量を電圧に変換した上で記載している。

図９から分かるように、検出素子２０２の電極パッド１１２と１１３では、電圧の位相が１８０度ずれ、同様に検出素子２０３の電極パッド１１４と１１５では、電圧の位相が１８０度ずれていることが分かる。そして、電極パッド１１２，１１３の電圧と電極パッド１１４，１１５の電圧の間には、９０度の位相ずれがあることが分かる。

検波回路２１１，２１２は、それぞれチャージアンプ２０９，２１０の出力電圧を検波して、正弦波状の検出信号を抽出する。ＬＰＦ２１３，２１４は、それぞれ検波回路２１１，２１２から出力された検出信号から高周波のノイズ成分を除去する。
次に、基準電圧発生回路２１５は、角速度センサ１にＹ軸廻りの角速度Ωが加わっていないときの基準電圧を発生する。この基準電圧は、面内屈曲振動の正弦波状の基準電圧と、面垂直屈曲振動の正弦波状の基準電圧とを含む。電圧分圧回路２１６は、基準電圧発生回路２１５から出力された基準電圧を面内屈曲振動の基準電圧と、面垂直屈曲振動の基準電圧に分けて、面内屈曲振動の基準電圧を電圧比較回路２１７に出力し、面垂直屈曲振動の基準電圧を電圧比較回路２１８に出力する。

電圧比較回路２１７は、ＬＰＦ２１３から出力された面内屈曲振動の検出信号と電圧分圧回路２１６から出力された面内屈曲振動の基準電圧とを比較して、検出信号と基準電圧との差電圧（差分信号）を出力する。
同様に、電圧比較回路２１８は、ＬＰＦ２１４から出力された面垂直屈曲振動の検出信号と電圧分圧回路２１６から出力された面垂直屈曲振動の基準電圧とを比較して、その差分信号を出力する。

電圧比較回路２１７，２１８から出力される差分信号は、角速度Ωの大小に応じた大きさと、角速度Ωの向きに応じた極性を有する。すなわち、図８の例では、差分信号が大きい程、励振振動の振幅の変化量が大きく、角速度Ωが大きいことになる。また、差分信号が正であれば、励振振動の振幅が増大したことになり、角速度Ωの向きは図８のように反時計廻りとなり、反対に差分信号が負であれば、励振振動の振幅が減少したことになり、角速度Ωの向きは時計廻りとなる。

角速度Ωの大きさと向きは、電圧比較回路２１７，２１８からそれぞれ出力される２つの差分信号のいずれか一方から求めてもよいし、図示しない演算手段により、２つの差分信号の平均値（励振振動の振幅の変化量の平均値）を求めて、この平均値から角速度Ωの大きさと向きを求めてもよい。

以上のように、本実施の形態では、図２３（Ａ）、図２３（Ｂ）に示した従来の角速度センサのようなＺ軸方向の検出振動がなく、励振振動の振幅の変化を検出するだけなので、角速度センサの検出感度の温度による変動は主として励振振動の周波数Ｆ_Sの温度による変動に依存する。そして、本実施の形態では、脚部３，５，６，８の面内屈曲振動と面垂直屈曲振動とを結合させることにより、結合振動となり、それぞれの屈曲振動における温度特性が合成されることとなるので、励振振動の周波数Ｆ_S＝Ｆ_S1＝Ｆ_S2の温度特性が図１０に示すように３次の特性となり、従来の角速度センサに比べて励振振動の周波数Ｆ_Sの温度による変動を抑えることができる。したがって、本実施の形態によれば、従来の角速度センサに比べて検出感度の温度による変動を抑えることができ、角速度を高い精度で検出することができる。

なお、本実施の形態では、脚部３，５，６，８に図６（Ａ）に示した振動モードの面内屈曲振動が起こるものとして説明したが、面内屈曲振動については別の振動モードも起こり得る。図１１は面内屈曲振動の他の例を模式的に示す平面図である。図１１の場合、脚部３と脚部５は、脚部４，７の中心線Ｌ１を通るＹＺ平面に対して対称に振動すると同時に、脚部６と脚部８は、中心線Ｌ１を通るＹＺ平面に対して対称に振動する。さらに、脚部３と脚部６は逆位相で振動し、脚部５と脚部８も逆位相で振動する。すなわち、図１１に示すように、脚部３が左方向に動いて脚部６が右方向に動くと同時に、脚部５が右方向に動いて脚部８が左方向に動き、次には脚部３が右方向に動いて脚部６が左方向に動くと同時に、脚部５が左方向に動いて脚部８が右方向に動くという動作を繰り返す。脚部３と脚部６が逆位相で振動し、脚部５と脚部８も逆位相で振動するところが、図６（Ａ）に示した振動モードと異なる点である。

図６（Ａ）に示した振動モードと図１１に示した振動モードのどちらが起こるかは、励振電極の接続の組み合わせによって決まる。図６（Ａ）に示した面内屈曲振動の振動モードの周波数をＦ_S1、面垂直屈曲振動の周波数をＦ_S2、図１１に示した面内屈曲振動の振動モードの周波数をＦ_S3とすると、面内屈曲振動の周波数Ｆ_S1，Ｆ_S3のうち周波数Ｆ_S2に近い方の振動モードが面垂直屈曲振動と結合し易くなる。

図１２に、図１１に示した面内屈曲振動が起こる場合の電極パッド１１２の電圧Ｖ₁₁₂、電極パッド１１３の電圧Ｖ₁₁₃、電極パッド１１４の電圧Ｖ₁₁₄、及び電極パッド１１５の電圧Ｖ₁₁₅の波形を示す。なお、図１２では、電極パッド１１２〜１１５に生じた電荷の量を電圧に変換した上で記載している。脚部３，５，６，８が図１１のように面内屈曲振動すると、脚部６と検出電極１０４，１０５とからなる検出素子２０２に発生する電荷は、脚部３，５，６，８が図６（Ａ）のように面内屈曲振動する場合と逆向きに発生するので、検出電極１０４と接続された電極パッド１１２の電圧Ｖ₁₁₂、及び検出電極１０５と接続された電極パッド１１３の電圧Ｖ₁₁₃は、図９の場合と位相が１８０度ずれる。

したがって、基準電圧発生回路２１５が出力する基準電圧のうち、面内屈曲振動用の基準電圧を、脚部３，５，６，８が図６（Ａ）のように面内屈曲振動する場合に対して１８０度位相をずらしておけばよく、その他の励振回路２０４と検出回路２０５の動作は先に説明したとおりで良い。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１３（Ａ）は本発明の第２の実施の形態に係る角速度センサの平面図、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）の角速度センサを透視した図、図１４（Ａ）は図１３（Ａ）の角速度センサのＡ−Ａ線断面図、図１４（Ｂ）は図１３（Ａ）の角速度センサのＢ−Ｂ線断面図である。なお、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）の角速度センサの下面の電極配置を示している。また、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）では、電極パッドの記載を省略している。

角速度センサ１ａは、互いに平行な第１、第２の脚部１１，１２と、脚部１１，１２の一方の端を連結する第１の固定部１３と、脚部１１，１２の他方の端を連結する第２の固定部１４とを備えている。このような構成により、角速度センサ１ａは、Ｕ字状の音叉を２つ結合したＯ字状の双音叉型の構造を有する。なお、図１３、図１４では、脚部１１，１２と平行な第１の方向をＹ軸方向、脚部１１，１２と直交する第２の方向をＸ軸方向、ＸＹ平面と直交する第３の方向をＺ軸方向としている。

脚部１１，１２と固定部１３，１４とは、例えば厚さ数ｍｍ程度の水晶等の圧電材料により一体成形されている。脚部１１，１２の幅（Ｘ軸方向の寸法）と長さ（Ｙ軸方向の寸法）は、それぞれ数ｍｍ程度に形成されていればよい。脚部１１，１２の質量は等しいことが好ましい。
固定部１３，１４は、例えば図示しない基台上に搭載される。これにより、脚部１１，１２が基台から浮くようにして角速度センサ１ａが基台に固定される。

図１４（Ａ）に示すように、固定部１３近傍の脚部１１の上面と下面には前記第１の方向に沿って励振電極３００が形成され、脚部１１の側面には前記第１の方向に沿って励振電極３０１が形成されている。また、固定部１３近傍の脚部１２の側面には前記第１の方向に沿って励振電極３０２，３０３が形成されている。
図１４（Ｂ）に示すように、固定部１４近傍の脚部１１の上面と下面には前記第１の方向に沿って検出電極３０４が形成され、脚部１１の側面には前記第１の方向に沿って検出電極３０５が形成されている。また、固定部１４近傍の脚部１２の側面には前記第１の方向に沿って検出電極３０６，３０７が形成されている。

本実施の形態では、励振電極３００，３０１と励振電極３０２，３０３は、脚部１１と脚部１２の中間線Ｌ４を通るＹＺ平面に対して非対称に配置され、同様に検出電極３０４，３０５と検出電極３０６，３０７は、中間線Ｌ４を通るＹＺ平面に対して非対称に配置されている。さらに、励振電極３００〜３０３と検出電極３０５〜３０７は、脚部１１及び脚部１２の中心点を通る直線Ｌ５を含むＸＺ平面に対して対称に配置されている。

図１５は角速度センサ１ａの回路図である。図１５において、４００は脚部１１と励振電極３００，３０１とからなる励振素子、４０１は脚部１２と励振電極３０２，３０３とからなる励振素子、４０２は脚部１１と検出電極３０４，３０５とからなる検出素子、４０３は脚部１２と検出電極３０６，３０７とからなる検出素子である。

励振素子４００の励振電極３００，３０１は、電極パッドとワイヤー等を介して発振器２０６の出力端子に接続され、励振素子４０１の励振電極３０２，３０３は、電極パッドとワイヤー等を介して増幅器２０８の出力端子に接続されている。検出素子４０２の検出電極３０４，３０５は、電極パッドとワイヤー等を介してチャージアンプ２０９の入力端子に接続され、検出素子４０３の検出電極３０６，３０７は、電極パッドとワイヤー等を介してチャージアンプ２１０の入力端子に接続されている。

次に、本実施の形態の角速度センサ１の動作を説明する。励振回路２０４の動作は第１の実施の形態と同様であり、励振電極１００，１０１，１０２，１０３（電極パッド１０８，１０９，１１０，１１１）への励振信号の印加と同様に、励振電極３００，３０１，３０２，３０３に対して励振信号が印加される。
励振回路２０４からの励振信号印加により、脚部１１，１２に図１６の矢印で示すような電界が発生し、次には図１６の矢印と逆方向の電界が発生する。

脚部１１に発生した電界による逆圧電効果により脚部１１は、Ｘ軸方向に沿って面内屈曲振動し、この面内屈曲振動に応じて、脚部１２もＸ軸方向に沿って面内屈曲振動する。
同時に、脚部１２に発生した電界による逆圧電効果により脚部１２は、Ｚ軸方向に沿って面垂直屈曲振動し、この面垂直屈曲振動に応じて、脚部１１もＺ軸方向に沿って面垂直屈曲振動する。

図１７（Ａ）は脚部１１，１２の面内屈曲振動を模式的に示す平面図、図１７（Ｂ）は脚部１１，１２の面垂直屈曲振動を模式的に示す斜視図、図１７（Ｃ）は図１７（Ｂ）の角速度センサ１ａをＵ側から見た側面図である。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に面内屈曲振動と面垂直屈曲振動とが結合して、脚部１１，１２は楕円運動するが、図１７（Ａ）〜図１７（Ｃ）では記載を容易にするために、面内屈曲振動と面垂直屈曲振動を独立に描いている。

脚部１１，１２は、図１７（Ａ）に示すようにＸ軸方向に沿って屈曲振動する。このとき、脚部１１，１２は、中間線Ｌ４を通るＹＺ平面に対して対称に振動し、また互いに逆位相で振動する。すなわち、図１７（Ａ）に示すように、脚部１１が左方向に動くと同時に、脚部１２が右方向に動き、次には脚部１１が右方向に動くと同時に、脚部１２が左方向に動くという動作を繰り返す。

また、脚部１１，１２は、図１７（Ｂ）、図１７（Ｃ）に示すようにＺ軸方向に沿って屈曲振動する。このとき、脚部１１，１２は、逆位相で振動する。すなわち、図１７（Ｂ）、図１７（Ｃ）に示すように、脚部１１が上方向に動くと同時に、脚部１２が下方向に動き、次には脚部１１が下方向に動くと同時に、脚部１２が上方向に動くという動作を繰り返す。

このように脚部１１，１２を面内屈曲振動させると同時に面垂直屈曲振動させる際に、面内屈曲振動と面垂直屈曲振動の位相が９０度ずれるようにして励振素子４００，４０１に励振信号を印加すると、面内屈曲振動と面垂直屈曲振動とが結合する。この結合により、図１８のＵ側から角速度センサ１ａを見ると、脚部１１，１２は楕円を描くように運動する。第１の実施の形態と同様に、面内屈曲振動の周波数をＦ_S1とし、面垂直屈曲振動の周波数をＦ_S2とすると、周波数Ｆ_S1とＦ_S2が近い方が面内屈曲振動と面垂直屈曲振動がより結合し易くなる。

本実施の形態においても、角速度の検出原理及び検出回路２０５の動作は、第１の実施の形態において図６（Ａ）に示した面内屈曲振動が起こる場合と同様であり、検出電極１０４，１０５，１０６，１０７から検出信号を得ることができるのと同様に、検出電極３０４，３０５，３０６，３０７から検出信号を得ることができる。したがって、詳細な説明は省略する。こうして、本実施の形態の双音叉型の角速度センサにおいても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、脚部１１，１２の面内屈曲振動については別の振動モードが起こり得る。図１９は面内屈曲振動の他の例を模式的に示す平面図である。図１９の場合、脚部１１，１２は、中間線Ｌ４を通るＹＺ平面に対して非対称に振動する。

図１７（Ａ）に示した振動モードと図１９に示した振動モードのどちらが起こるかは、励振電極の接続の組み合わせによって決まる。図１７（Ａ）に示した面内屈曲振動の振動モードの周波数をＦ_S1、面垂直屈曲振動の周波数をＦ_S2、図１９に示した面内屈曲振動の振動モードの周波数をＦ_S3とすると、面内屈曲振動の周波数Ｆ_S1，Ｆ_S3のうち周波数Ｆ_S2に近い方の振動モードが面垂直屈曲振動と結合し易くなる。

脚部１１，１２が図１９のように面内屈曲振動する場合でも、励振電極３００，３０１の箇所と励振電極３０４，３０５の箇所は同相で動くため、励振電極３０４に生じる電圧は、図９に示した電極パッド１１２の電圧Ｖ₁₁₂と同様であり、励振電極３０５に生じる電圧は、図９に示した電極パッド１１３の電圧Ｖ₁₁₃と同様である。したがって、検出回路２０５の動作は、第１の実施の形態において図６（Ａ）に示した面内屈曲振動が起こる場合と同じで良い。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図２０（Ａ）は本発明の第３の実施の形態に係る角速度センサの平面図、図２０（Ｂ）は図２０（Ａ）の角速度センサを透視した図であり、図１３、図１４と同様の構成には同一の符号を付してある。なお、図２０（Ｂ）は図２０（Ａ）の角速度センサの下面の電極配置を示している。

角速度センサ１ｂは、互いに平行な第１、第２の脚部１１ｂ，１２ｂと、脚部１１ｂ，１２ｂの一方の端を連結する固定部１４ｂとを備えている。このような構成により、角速度センサ１ｂは、Ｕ字状の音叉型の構造を有する。
脚部１１ｂ，１２ｂと固定部１４ｂは、水晶等の圧電材料により一体成形されている。固定部１４ｂは、図示しない基台上に搭載される。これにより、脚部１１ｂ，１２ｂが基台から浮くようにして角速度センサ１ｂが基台に固定される。

図２０（Ａ）のＡ−Ａ線断面図、Ｂ−Ｂ線断面図は、それぞれ図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）に示したとおりであり、電極配置は、第２の実施の形態と同じである。また、角速度センサ１ｂの回路は図１５に示したとおりであり、励振回路２０４の動作は第２の実施の形態で説明したとおりである。
図２１（Ａ）は脚部１１ｂ，１２ｂの面内屈曲振動を模式的に示す平面図、図２１（Ｂ）は脚部１１ｂ，１２ｂの面垂直屈曲振動を模式的に示す斜視図、図２１（Ｃ）は図２１（Ｂ）の角速度センサ１ｂをＵ側から見た側面図である。

励振回路２０４からの励振信号印加により、脚部１１ｂは、Ｘ軸方向に沿って面内屈曲振動し、この面内屈曲振動に応じて、脚部１２ｂもＸ軸方向に沿って面内屈曲振動する。このとき、脚部１１ｂ，１２ｂは、脚部１１ｂと脚部１２ｂの中間線Ｌ４を通るＹＺ平面に対して対称に振動し、また互いに逆位相で振動する。
同時に、励振回路２０４からの励振信号印加により、脚部１２ｂは、Ｚ軸方向に沿って面垂直屈曲振動し、この面垂直屈曲振動に応じて、脚部１１ｂもＺ軸方向に沿って面垂直屈曲振動する。このとき、脚部１１ｂ，１２ｂは、逆位相で振動する。

本実施の形態においても、角速度の検出原理及び検出回路２０５の動作は、第２の実施の形態と同じである。こうして、本実施の形態の音叉型の角速度センサにおいても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施の形態においても、第２の実施の形態と同様に、脚部１１ｂ，１２ｂの面内屈曲振動については別の振動モードが起こり得る。図２２は面内屈曲振動の他の例を模式的に示す平面図である。図２２の場合、脚部１１ｂ，１２ｂは、中間線Ｌ４を通るＹＺ平面に対して非対称に振動する。脚部１１ｂ，１２ｂが図２２のように面内屈曲振動する場合でも、検出回路２０５の動作は、第１の実施の形態において図６（Ａ）に示した面内屈曲振動が起こる場合と同じで良い。

また、第１〜第３の形態では、角速度センサの圧電材料として水晶を例に挙げて説明したが、これに限るものではなく、圧電セラミックスなどの他の圧電材料を用いるようにしてもよい。
また、第１〜第３の実施の形態では、面内屈曲振動用の励振電極１００，１０１，３００，３０１を左側の脚部３，１１，１１ｂに配置し、面垂直屈曲振動用の励振電極１０２，１０３，３０２，３０３を右側の脚部５，１２，１２ｂに配置しているが、面内屈曲振動用の励振電極と面垂直屈曲振動用の励振電極をそれぞれ左側と右側の両方の脚部に配置してもよい。

本発明は、角速度センサに適用することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る角速度センサの平面図及び透視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る角速度センサの断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る角速度センサの回路図である。 本発明の第１の実施の形態に係る角速度センサにおいて励振素子の電極パッドに印加される交流電圧の波形を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る角速度センサにおいて励振回路からの電圧印加により脚部に生じる電界を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る角速度センサにおける脚部の屈曲振動を模式的に示す平面図、斜視図及び側面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る角速度センサにおいて面内屈曲振動と面垂直屈曲振動が結合した脚部の励振振動を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る角速度センサの角速度の検出原理を説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態に係る角速度センサにおいて検出素子の電極パッドに生じる電圧の波形を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る角速度センサの励振振動の周波数温度特性を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る角速度センサにおける脚部の面内屈曲振動の他の例を模式的に示す平面図である。 図１１の面内屈曲振動が起こる場合に検出素子の電極パッドに生じる電圧の波形を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る角速度センサの平面図及び透視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る角速度センサの断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る角速度センサの回路図である。 本発明の第２の実施の形態に係る角速度センサにおいて励振回路からの電圧印加により脚部に生じる電界を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る角速度センサにおける脚部の屈曲振動を模式的に示す平面図、斜視図及び側面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る角速度センサにおいて面内屈曲振動と面垂直屈曲振動が結合した脚部の励振振動を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る角速度センサにおける脚部の面内屈曲振動の他の例を模式的に示す平面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る角速度センサの平面図及び透視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る角速度センサにおける脚部の屈曲振動を模式的に示す平面図、斜視図及び側面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る角速度センサにおける脚部の面内屈曲振動の他の例を模式的に示す平面図である。 従来の角速度センサの構成を示す平面図及び側面図である。 従来の角速度センサの励振振動の周波数温度特性を示す図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ…角速度センサ、２…基部、３〜８，１１，１２，１１ｂ，１２ｂ…脚部、９，１０，１３，１４，１４ｂ…固定部、１００〜１０３，３００〜３０３…励振電極、１０４〜１０７，３０４〜３０７…検出電極、１０８〜１１５…電極パッド、２００，２０１，４００，４０１…励振素子、２０２，２０３，４０２，４０３…検出素子、２０４…励振回路、２０５…検出回路、２０６…発振器、２０７…９０度位相シフター、２０８…増幅器、２０９，２１０…チャージアンプ、２１１，２１２…検波回路、２１３，２１４…ＬＰＦ、２１５…基準電圧発生回路、２１６…電圧分圧回路、２１７，２１８…電圧比較回路。

Claims (5)

1. 板状の基部と、
   この基部から第１の方向に延びるように形成された第１、第２の脚部と、
   前記基部から前記第１の方向と反対方向に延びるように形成された第３、第４の脚部と、
   前記第１、第２の脚部の間の前記基部から前記第１の方向に延びるように形成された第５の脚部と、
   前記第３、第４の脚部の間の前記基部から前記第１の方向と反対方向に延びるように形成された第６の脚部と、
   前記基部と反対側の前記第５、第６の脚部の端を固定する第１、第２の固定部と、
   前記第１、第２、第３、第４の脚部を前記第１の方向と直交する第２の方向に屈曲振動させると同時に、前記第１、第２、第３、第４の脚部を前記第１、第２の方向と直交する第３の方向に屈曲振動させる励振手段と、
   前記第１、第２、第３、第４の脚部の前記第２の方向の屈曲振動による電圧信号と前記第３の方向の屈曲振動による電圧信号とを取り出して、これらの電圧信号に基づいて前記第１の方向の軸廻りの角速度を検出する検出手段とを有し、
   前記基部と前記第１、第２の脚部と前記第３、第４の脚部と前記第５の脚部と前記第６の脚部と前記第１、第２の固定部とは、圧電材料により一体成形され、
   前記励振手段は、
   前記第１、第２の脚部のうちの一方に形成された第１の励振電極と、
   前記第１、第２の脚部のうちの他方に形成された第２の励振電極と、
   前記第１の励振電極に電圧を印加して、前記第１、第２、第３、第４の脚部を前記第２の方向に屈曲振動させると同時に、前記第２の励振電極に電圧を印加して、前記第１、第２、第３、第４の脚部を前記第３の方向に屈曲振動させる励振回路とからなり、
   前記検出手段は、
   前記第３の脚部に形成された第１の検出電極と、
   前記第４の脚部に形成された第２の検出電極と、
   前記第３の脚部の前記第２の方向の屈曲振動による電圧信号を前記第１の検出電極から取り出すと共に、前記第４の脚部の前記第３の方向の屈曲振動による電圧信号を前記第２の検出電極から取り出し、これらの電圧信号をそれぞれ前記角速度が加わっていないときの基準電圧と比較して、前記第２、第３の方向の屈曲振動の振幅の変化量を検出することにより、前記角速度を検出する検出回路とからなり、
   前記第１の励振電極は、前記第１、第２の脚部のうちの前記一方の上面と下面に前記第１の方向に沿って形成された第１の上下面電極と、前記第１、第２の脚部のうちの前記一方の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第１の側面電極とからなり、
   前記第２の励振電極は、前記第１、第２の脚部のうちの前記他方の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第２の側面電極と、この第２の側面電極と対向するように、前記第１、第２の脚部のうちの前記他方の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第３の側面電極とからなり、
   前記第１の検出電極は、前記第３の脚部の上面と下面に前記第１の方向に沿って形成された第２の上下面電極と、前記第３の脚部の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第４の側面電極とからなり、
   前記第２の検出電極は、前記第４の脚部の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第５の側面電極と、この第５の側面電極と対向するように、前記第４の脚部の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第６の側面電極とからなることを特徴とする角速度センサ。
2. 請求項１記載の角速度センサにおいて、
   前記励振回路は、前記第１、第２、第３、第４の脚部の前記第２の方向の屈曲振動と前記第３の方向の屈曲振動の位相差が９０度で、かつ前記第２の方向の屈曲振動と前記第３の方向の屈曲振動の周波数が等しくなるように、前記第１の励振電極と前記第２の励振電極に電圧を印加することを特徴とする角速度センサ。
3. 第１の方向に沿って形成された第１、第２の脚部と、
   前記第１、第２の脚部の一方の端を連結する第１の固定部と、
   前記第１、第２の脚部の他方の端を連結する第２の固定部と、
   前記第１、第２の脚部を前記第１の方向と直交する第２の方向に屈曲振動させると同時に、前記第１、第２の脚部を前記第１、第２の方向と直交する第３の方向に屈曲振動させる励振手段と、
   前記第１、第２の脚部の前記第２の方向の屈曲振動による電圧信号と前記第３の方向の屈曲振動による電圧信号とを取り出して、これらの電圧信号に基づいて前記第１の方向の軸廻りの角速度を検出する検出手段とを有し、
   前記第１、第２の脚部と前記第１の固定部と前記第２の固定部とは、圧電材料により一体成形され、
   前記励振手段は、
   前記第１、第２の脚部のうちの一方に形成された第１の励振電極と、
   前記第１、第２の脚部のうちの他方に形成された第２の励振電極と、
   前記第１の励振電極に電圧を印加して、前記第１、第２の脚部を前記第２の方向に屈曲振動させると同時に、前記第２の励振電極に電圧を印加して、前記第１、第２の脚部を前記第３の方向に屈曲振動させる励振回路とからなり、
   前記検出手段は、
   前記第１の脚部に形成された第１の検出電極と、
   前記第２の脚部に形成された第２の検出電極と、
   前記第１の脚部の前記第２の方向の屈曲振動による電圧信号を前記第１の検出電極から取り出すと共に、前記第２の脚部の前記第３の方向の屈曲振動による電圧信号を前記第２の検出電極から取り出し、これらの電圧信号をそれぞれ前記角速度が加わっていないときの基準電圧と比較して、前記第２、第３の方向の屈曲振動の振幅の変化量を検出することにより、前記角速度を検出する検出回路とからなり、
   前記第１の励振電極は、前記第１、第２の脚部のうちの前記一方の上面と下面に前記第１の方向に沿って形成された第１の上下面電極と、前記第１、第２の脚部のうちの前記一方の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第１の側面電極とからなり、
   前記第２の励振電極は、前記第１、第２の脚部のうちの前記他方の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第２の側面電極と、この第２の側面電極と対向するように、前記第１、第２の脚部のうちの前記他方の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第３の側面電極とからなり、
   前記第１の検出電極は、前記第１の脚部の上面と下面に前記第１の方向に沿って形成された第２の上下面電極と、前記第１の脚部の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第４の側面電極とからなり、
   前記第２の検出電極は、前記第２の脚部の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第５の側面電極と、この第５の側面電極と対向するように、前記第２の脚部の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第６の側面電極とからなることを特徴とする角速度センサ。
4. 第１の方向に沿って形成された第１、第２の脚部と、
   前記第１、第２の脚部の一方の端を連結する固定部と、
   前記第１、第２の脚部を前記第１の方向と直交する第２の方向に屈曲振動させると同時に、前記第１、第２の脚部を前記第１、第２の方向と直交する第３の方向に屈曲振動させる励振手段と、
   前記第１、第２の脚部の前記第２の方向の屈曲振動による電圧信号と前記第３の方向の屈曲振動による電圧信号とを取り出して、これらの電圧信号に基づいて前記第１の方向の軸廻りの角速度を検出する検出手段とを有し、
   前記第１、第２の脚部と前記固定部とは、圧電材料により一体成形され、
   前記励振手段は、
   前記第１、第２の脚部のうちの一方に形成された第１の励振電極と、
   前記第１、第２の脚部のうちの他方に形成された第２の励振電極と、
   前記第１の励振電極に電圧を印加して、前記第１、第２の脚部を前記第２の方向に屈曲振動させると同時に、前記第２の励振電極に電圧を印加して、前記第１、第２の脚部を前記第３の方向に屈曲振動させる励振回路とからなり、
   前記検出手段は、
   前記第１の脚部に形成された第１の検出電極と、
   前記第２の脚部に形成された第２の検出電極と、
   前記第１の脚部の前記第２の方向の屈曲振動による電圧信号を前記第１の検出電極から取り出すと共に、前記第２の脚部の前記第３の方向の屈曲振動による電圧信号を前記第２の検出電極から取り出し、これらの電圧信号をそれぞれ前記角速度が加わっていないときの基準電圧と比較して、前記第２、第３の方向の屈曲振動の振幅の変化量を検出することにより、前記角速度を検出する検出回路とからなり、
   前記第１の励振電極は、前記第１、第２の脚部のうちの前記一方の上面と下面に前記第１の方向に沿って形成された第１の上下面電極と、前記第１、第２の脚部のうちの前記一方の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第１の側面電極とからなり、
   前記第２の励振電極は、前記第１、第２の脚部のうちの前記他方の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第２の側面電極と、この第２の側面電極と対向するように、前記第１、第２の脚部のうちの前記他方の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第３の側面電極とからなり、
   前記第１の検出電極は、前記第１の脚部の上面と下面に前記第１の方向に沿って形成された第２の上下面電極と、前記第１の脚部の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第４の側面電極とからなり、
   前記第２の検出電極は、前記第２の脚部の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第５の側面電極と、この第５の側面電極と対向するように、前記第２の脚部の両側面に前記第１の方向に沿って形成された第６の側面電極とからなることを特徴とする角速度センサ。
5. 請求項３または４記載の角速度センサにおいて、
   前記励振回路は、前記第１、第２の脚部の前記第２の方向の屈曲振動と前記第３の方向の屈曲振動の位相差が９０度で、かつ前記第２の方向の屈曲振動と前記第３の方向の屈曲振動の周波数が等しくなるように、前記第１の励振電極と前記第２の励振電極に電圧を印加することを特徴とする角速度センサ。

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