JP2001241952A

JP2001241952A - 角速度センサ

Info

Publication number: JP2001241952A
Application number: JP2000050604A
Authority: JP
Inventors: Jiro Terada; 二郎寺田; Katsunori Matsubara; 克憲松原; Takeshi Yamamoto; 毅山本; Toshihiko Ichise; 俊彦市瀬; Junichi Yukawa; 潤一湯河; Masami Tamura; 雅己田村; Masakazu Hatanaka; 正数畑中; 茂裕 ▲吉▼内; Shigehiro Yoshiuchi; Sumio Sugawara; 澄夫菅原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2001-09-07
Anticipated expiration: 2020-02-28
Also published as: JP4552253B2

Abstract

(57)【要約】【課題】駆動及び検出のための高精度な櫛歯構造の電
極を形成することなく薄型且つ高感度な角速度センサを
提供することを目的とする。【解決手段】第１、第２の音叉片２ａ，２ｂと、この
間にある第１の屈曲振動片６と、これらと相対向する第
３、第４の音叉片３ａ，３ｂ、第２の屈曲振動片７と、
各音叉片と屈曲振動片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ、６，７
の先端に設けられた付加質量４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，
８，９と、第２、第４の音叉片２ｂ，３ｂに設けられた
駆動電極１２ａ，１３ａと、第１、第３の音叉片２ａ，
３ａに設けられたモニター電極１４ａ，１５ａと、第
１、第２の屈曲振動片６，７に設けられた検出電極１６
ａ，１７ａとを備えたことを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えば自動車の姿勢
制御、ナビゲーション、カメラの手振れ防止、遠隔操作
用のリモコンなどに用いられる角速度センサに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来の薄型の角速度センサとしては、特
開平１０−１７０２７６号公報に記載されたものが知ら
れている。この角速度センサは、中央部にある付加質量
部が細い梁により平面内で支持された構造である。ま
た、この付加質量部を平面内で駆動するための駆動部
と、平面と直交する軸周りに角速度が印加された時、付
加質量部に働くコリオリ力により、付加質量部が変位す
る変位量を検出するための検出部とがともに櫛歯構造の
電極より構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような角速度セン
サは、比較的薄型な構造を実現できるものの、駆動する
ために櫛歯構造の電極同士を対向させ、これらの電極同
士に働く吸引力により駆動しなければならない。したが
って、これらの電極同士を極めて微小な間隙で且つ高精
度に形成しなければならない。

【０００４】また、微弱な信号を高精度に検出できるよ
うにするためには、対向する櫛歯構造の電極同士を極め
て微小な間隙で且つ高精度に形成しなければならないば
かりか対向する櫛歯を多数設けなければならないといっ
た課題を有していた。

【０００５】本発明はこの課題を解決するものであり、
駆動及び検出のための高精度な櫛歯構造の電極を形成す
ることなく薄型且つ高感度な角速度センサを提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】ＸＹ面内に設けられた基
部と、ＸＹ面内において前記基部からＹ軸方向と反対の
方向に延出した少なくとも一対の音叉片からなる第１の
音叉部と、前記第１の音叉部に相対向するように前記基
部からＹ軸方向に延出した少なくとも一対の音叉片から
なる第２の音叉部と、前記第１の音叉部を構成する対を
なした音叉片の間にあり且つ前記基部からＹ軸方向と反
対の方向に延出した少なくとも１本以上の屈曲振動片か
らなる第１の屈曲振動部と、前記第２の音叉部を構成す
る対をなした音叉片の間にあり且つ前記第１の屈曲振動
部に相対向するように前記基部からＹ軸方向に延出した
少なくとも１本以上の屈曲振動片からなる第２の屈曲振
動部と、前記第１、第２の音叉部を構成する音叉片をＸ
軸方向またはＸ軸方向と反対の方向へ屈曲振動させるた
めに前記音叉片に設けられた駆動手段と、Ｚ軸周りの角
速度が印加された時、Ｙ軸方向またはＹ軸方向と反対の
方向に働くコリオリ力の大きさに応じて変化する前記音
叉片の屈曲変形と釣り合いを保つようにＸ軸方向または
Ｘ軸方向と反対の方向に屈曲変形する前記屈曲振動片の
変形量を検出するために前記屈曲振動片に設けられた検
出手段とを備えたことを特徴とするものである。この構
成により、駆動及び検出のための高精度な櫛歯構造の電
極を形成することなく薄型且つ高感度な角速度センサが
得られる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、ＸＹ面内に設けられた基部と、ＸＹ面内において前
記基部からＹ軸方向と反対の方向に延出した少なくとも
一対の音叉片からなる第１の音叉部と、前記第１の音叉
部に相対向するように前記基部からＹ軸方向に延出した
少なくとも一対の音叉片からなる第２の音叉部と、前記
第１の音叉部を構成する対をなした音叉片の間にあり且
つ前記基部からＹ軸方向と反対の方向に延出した少なく
とも１本以上の屈曲振動片からなる第１の屈曲振動部
と、前記第２の音叉部を構成する対をなした音叉片の間
にあり且つ前記第１の屈曲振動部に相対向するように前
記基部からＹ軸方向に延出した少なくとも１本以上の屈
曲振動片からなる第２の屈曲振動部と、前記第１、第２
の音叉部を構成する音叉片をＸ軸方向またはＸ軸方向と
反対の方向へ屈曲振動させるために前記音叉片に設けら
れた駆動手段と、Ｚ軸周りの角速度が印加された時、Ｙ
軸方向またはＹ軸方向と反対の方向に働くコリオリ力の
大きさに応じて変化する前記音叉片の屈曲変形と釣り合
いを保つようにＸ軸方向またはＸ軸方向と反対の方向に
屈曲変形する前記屈曲振動片の変形量を検出するために
前記屈曲振動片に設けられた検出手段とを備えているた
め、駆動及び検出のための高精度な櫛歯構造の電極を形
成することなく薄型化且つ高感度化が図れるという作用
を有する。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、第１、第２の音叉部を構成する対をな
した音叉片の各先端からＸ軸方向またはＸ軸方向と反対
の方向の内のいずれか一方の方向であり、前記第１、第
２の音叉部の各対称軸を中心にして両側にある前記音叉
片同士にあっては互いに逆向きで且つ同じ側にあっては
同一向きに延出するように第１の付加質量部が形成さ
れ、第１、第２の屈曲振動部を構成する各々１本の屈曲
振動片は前記音叉部の対称軸上にあり、前記各屈曲振動
片の先端からＸ軸方向及びＸ軸方向と反対の方向に張り
出すように第２の付加質量部が形成された構成であるた
め、小さな角速度入力に対しても音叉部の変形量が大き
くなり、これに呼応するように屈曲振動部の変形量も大
きくなり、検出信号のさらなる高感度化が図れると同時
に付加質量部の調整により音叉部と屈曲振動部の各共振
周波数の調整が容易になるという作用を有する。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の発明において、第１、第２の音叉部の共振周
波数と第１、第２の屈曲振動部の共振周波数を近接させ
た構成としているため、検出信号のより高感度化が図れ
るという作用を有する。

【００１０】請求項４に記載の発明は、請求項１または
２に記載の発明において、第１、第２の屈曲振動部に設
けられた検出手段により検出された各検出信号を差動検
出処理するための処理回路が前記検出手段に接続された
構成であるため、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３軸
方向から加わる加速度成分に基づく外乱信号を除去でき
るという作用を有する。

【００１１】請求項５に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、ＸＹ面内に設けられた基部、第１、第
２の音叉部と第１、第２の屈曲振動部は、圧電材料によ
り一体に形成された構成としているため、圧電特性の均
一な平板から極めて容易に一体構造を形成可能といった
作用を有する。

【００１２】請求項６に記載の発明は、請求項２に記載
の発明において、ＸＹ面内に設けられた基部、第１、第
２の音叉部、第１、第２の屈曲振動部と第１、第２の付
加質量部は、圧電材料により一体に形成された構成とし
ているため、圧電特性の均一な平板から極めて容易に一
体構造を形成可能といった作用を有する。

【００１３】請求項７に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、ＸＹ面内に設けられた基部、第１、第
２の音叉部と第１、第２の屈曲振動部は、恒弾性金属材
料、酸化物材料または高弾性高分子材料により形成さ
れ、少なくとも前記第１、第２の音叉部と前記第１、第
２の屈曲振動部のＸＹ面上には圧電材料からなる層が設
けられた構成であるため、機械的振動特性としての高い
Ｑを有する材料と圧電定数の大きな圧電材料を自由に組
合わせることが可能となるといった作用を有する。

【００１４】請求項８に記載の発明は、請求項２に記載
の発明において、ＸＹ面内に設けられた基部、第１、第
２の音叉部、第１、第２の屈曲振動部と第１、第２の付
加質量部は、恒弾性金属材料、酸化物材料または高弾性
高分子材料により形成され、少なくとも前記第１、第２
の音叉部と前記第１、第２の屈曲振動部のＸＹ面上には
圧電材料からなる層が設けられた構成であるため、機械
的振動特性としての高いＱを有する材料と圧電定数の大
きな圧電材料を自由に組合わせることが可能となるとい
った作用を有する。

【００１５】請求項９に記載の発明は、ＸＹ面内に設け
られた基部と、ＸＹ面内において前記基部からＹ軸方向
と反対の方向に延出した振動片と、前記振動片の先端か
らＸ軸方向またはＸ軸方向と反対の方向の内の少なくと
もいずれか一方の方向に延出するように形成された付加
質量部と、前記振動片をＸ軸方向またはＸ軸方向と反対
の方向へ屈曲振動させるために前記振動片に設けられた
駆動手段と、Ｚ軸周りの角速度が印加された時、Ｙ軸方
向またはＹ軸方向と反対の方向に働くコリオリ力の大き
さに応じて変化する前記振動片のＸ軸方向またはＸ軸方
向と反対の方向への屈曲振動の振幅の増減量を検出する
ために前記振動片に設けられた前記駆動手段と兼用した
検出手段とを備えているため、駆動及び検出のための高
精度な櫛歯構造の電極を形成することなく薄型化且つ高
感度化が図れるばかりか、振動片を駆動させる駆動電圧
に角速度の印加に起因した検出信号が重畳する状態で検
出可能になるという作用を有する。

【００１６】請求項１０に記載の発明は、請求項９に記
載の発明において、ＸＹ面内に設けられた基部、振動片
と付加質量部は、圧電材料により一体に形成された構成
としているため、圧電特性の均一な平板から極めて容易
に一体構造を形成可能といった作用を有する。

【００１７】請求項１１に記載の発明は、請求項９に記
載の発明において、ＸＹ面内に設けられた基部、振動片
と付加質量部は、恒弾性金属材料、酸化物材料または高
弾性高分子材料により形成され、少なくとも前記振動片
のＸＹ面上には圧電材料からなる層が設けられた構成で
あるため、機械的振動特性としての高いＱを有する材料
と圧電定数の大きな圧電材料を自由に組合わせることが
可能となるといった作用を有する。

【００１８】請求項１２に記載の発明は、Ｙ軸方向に伸
びた振動片と、前記振動片の両端からそれぞれＸ軸方向
若しくはＸ軸方向と反対の方向の内のいずれか一方の方
向または両方向に延出した付加質量部と、前記振動片を
Ｙ軸上で対称に支持するために前記振動片の一方のＸＹ
面に設けられた第１、第２の支持点と、前記振動片の他
方のＸＹ面に設けられた第３、第４の支持点と、前記第
１、第３の支持点から同一直線上にあるようにＺ軸方向
及びＺ軸方向と反対の方向にそれぞれ延出した第１、第
３の支持部と、前記第２、第４の支持点から同一直線上
にあるようにＺ軸方向及びＺ軸方向と反対の方向にそれ
ぞれ延出した第２、第４の支持部と、前記振動片を前記
第１、第２、第３、第４の支持点を振動の節にしてＸＹ
面内で１次モードで屈曲振動させるために前記振動片に
設けられた駆動手段と、Ｚ軸周りの角速度が印加された
時、Ｙ軸方向またはＹ軸方向と反対の方向に働くコリオ
リ力の大きさに応じて変化する前記振動片のＸ軸方向ま
たはＸ軸方向と反対の方向の屈曲振動の振幅の増減量を
検出するために前記振動片に設けられた前記駆動手段と
兼用した検出手段とを備えているため、駆動及び検出の
ための高精度な櫛歯構造の電極を形成することなく薄型
化且つ高感度化が図れるばかりか、振動片を駆動させる
駆動電圧に角速度の印加に起因した検出信号が重畳する
状態で検出可能になるという作用を有する。

【００１９】請求項１３に記載の発明は、請求項１２に
記載の発明において、振動片と付加質量部は、圧電材料
により一体に形成された構成としているため、圧電特性
の均一な平板から極めて容易に一体構造を形成可能とい
った作用を有する。

【００２０】請求項１４に記載の発明は、請求項１２に
記載の発明において、振動片と付加質量部は、恒弾性金
属材料、酸化物材料または高弾性高分子材料により形成
され、少なくとも前記振動片のＸＹ面上には圧電材料か
らなる層が設けられた構成であるため、機械的振動特性
としての高いＱを有する材料と圧電定数の大きな圧電材
料を自由に組合わせることが可能となるといった作用を
有する。

【００２１】請求項１５に記載の発明は、ＸＹ面内に設
けられた基部と、ＸＹ面内において前記基部から延出し
た一対の音叉片と、前記一対の音叉片の各先端からＸ軸
方向またはＸ軸方向と反対の方向の内のいずれか一方の
方向に延出するように形成された付加質量部と、前記一
対の音叉片をＸ軸方向またはＸ軸方向と反対の方向へ屈
曲振動させるために前記一対の音叉片に設けられた駆動
手段と、Ｚ軸周りの角速度が印加された時、Ｙ軸方向ま
たはＹ軸方向と反対の方向に働くコリオリ力の大きさに
応じて変化する前記一対の音叉片のＸ軸方向またはＸ軸
方向と反対の方向への屈曲振動の振幅の増減量を検出す
るために前記一対の音叉片に設けられた前記駆動手段と
兼用した検出手段とを備えているため、駆動及び検出の
ための高精度な櫛歯構造の電極を形成することなく薄型
化且つ高感度化が図れるばかりか、振動片を駆動させる
駆動電圧に角速度の印加に起因した検出信号が重畳する
状態で検出可能になるという作用を有する。

【００２２】請求項１６に記載の発明は、請求項１５に
記載の発明において、ＸＹ面内に設けられた基部、一対
の音叉片と付加質量部は、圧電材料により一体に形成さ
れた構成としているため、圧電特性の均一な平板から極
めて容易に一体構造を形成可能といった作用を有する。

【００２３】請求項１７に記載の発明は、請求項１５に
記載の発明において、ＸＹ面内に設けられた基部、一対
の音叉片と付加質量部は、恒弾性金属材料、酸化物材料
または高弾性高分子材料により形成され、少なくとも前
記一対の音叉片のＸＹ面上には圧電材料からなる層が設
けられた構成であるため、機械的振動特性としての高い
Ｑを有する材料と圧電定数の大きな圧電材料を自由に組
合わせることが可能となるといった作用を有する。

【００２４】請求項１８に記載の発明は、ＸＹ面内に設
けられた基部と、ＸＹ面内において前記基部からＹ軸方
向に延出した少なくとも一対の音叉片と、前記対をなす
音叉片の対称軸を中心にしてＸ軸方向側にある前記音叉
片及びＸ軸方向と反対の方向の側にある前記音叉片とも
に各先端からＸ軸方向またはＸ軸方向と反対の方向の内
のいずれか一方の方向であり且つ同じ側にあっては同一
方向に延出するように形成された付加質量部と、前記対
をなす音叉片の間にあり且つ前記基部からＹ軸方向に延
出した少なくとも１本以上の屈曲振動片と、前記音叉片
をＸ軸方向またはＸ軸方向と反対の方向へ屈曲振動させ
るために前記音叉片に設けられた駆動手段と、Ｚ軸周り
の角速度が印加された時、Ｙ軸方向またはＹ軸方向と反
対の方向に働くコリオリ力の大きさに応じて変化する前
記音叉片の屈曲変形と釣り合いを保つようにＸ軸方向ま
たはＸ軸方向と反対の方向に屈曲変形する前記屈曲振動
片の変形量を検出するために前記屈曲振動片に設けられ
た検出手段とを備えているため、駆動及び検出のための
高精度な櫛歯構造の電極を形成することなく薄型化且つ
高感度化が図れるという作用を有する。

【００２５】請求項１９に記載の発明は、請求項１８に
記載の発明において、ＸＹ面内に設けられた基部、音叉
片、付加質量部と屈曲振動片は、圧電材料により一体に
形成された構成としているため、圧電特性の均一な平板
から極めて容易に一体構造を形成可能といった作用を有
する。

【００２６】請求項２０に記載の発明は、請求項１８に
記載の発明において、ＸＹ面内に設けられた基部、音叉
片、付加質量部と屈曲振動片は、恒弾性金属材料、酸化
物材料または高弾性高分子材料により形成され、少なく
とも前記音叉片と屈曲振動片のＸＹ面上には圧電材料か
らなる層を設けられた構成であるため、機械的振動特性
としての高いＱを有する材料と圧電定数の大きな圧電材
料を自由に組合わせることが可能となるといった作用を
有する。

【００２７】請求項２１に記載の発明は、ＸＹ面内に設
けられた２個所の基部と、ＸＹ面内において前記各基部
同士をＹ軸方向で接続するように形成された第１の支持
部と、前記第１の支持部の中央部からＸ軸方向及びＸ軸
方向と反対の方向に延出した第２、第３の支持部と、前
記第２の支持部の先端からＹ軸方向及びＹ軸方向と反対
の方向に延出した第１、第２の振動片と、前記第３の支
持部の先端からＹ軸方向及びＹ軸方向と反対の方向に延
出した第３、第４の振動片と、前記第１、第２、第３、
第４の振動片の各先端からＸ軸方向またはＸ軸方向と反
対の方向の内のいずれか一方の方向に延出するように形
成された付加質量部と、正極性または負極性の駆動信号
で前記第１、第２の振動片をＸ軸方向またはＸ軸方向と
反対の方向に振動させ且つ前記第３、第４の振動片を前
記第１、第２の振動片と逆の方向に同時に振動させるた
めに前記第１、第２、第３、第４の振動片に設けられた
駆動手段と、Ｚ軸周りの角速度が印加された時、Ｙ軸方
向またはＹ軸方向と反対の方向に働くコリオリ力の大き
さに応じて変化する前記第１、第２、第３、第４の振動
片のＸ軸方向またはＸ軸方向と反対の方向への屈曲振動
の振幅の増減量を検出するために前記第１、第２、第
３、第４の振動片に設けられた前記駆動手段と兼用した
検出手段とを備えているため、駆動及び検出のための高
精度な櫛歯構造の電極を形成することなく薄型化且つよ
り高感度化が図れるばかりか、振動片を駆動させる駆動
電圧に角速度の印加に起因した検出信号が重畳する状態
で検出可能になるという作用を有する。

【００２８】請求項２２に記載の発明は、請求項２１に
記載の発明において、ＸＹ面内に設けられた基部、第
１、第２、第３の支持部、第１、第２、第３、第４の振
動片と付加質量部は、圧電材料により一体に形成された
構成としているため、圧電特性の均一な平板から極めて
容易に一体構造を形成可能といった作用を有する。

【００２９】請求項２３に記載の発明は、請求項２１に
記載の発明において、ＸＹ面内に設けられた基部、第
１、第２、第３の支持部、第１、第２、第３、第４の振
動片と付加質量部は、恒弾性金属材料、酸化物材料また
は高弾性高分子材料により形成され、少なくとも前記第
１、第２、第３、第４の振動片のＸＹ面上には圧電材料
からなる層が設けられた構成であるため、機械的振動特
性としての高いＱを有する材料と圧電定数の大きな圧電
材料を自由に組合わせることが可能となるといった作用
を有する。

【００３０】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図１４を用いて説明する。

【００３１】（実施の形態１）図１は、本発明の角速度
センサの第１の実施の形態を説明するための平面図であ
る。図１において、駆動方向をＸ軸方向、コリオリ力が
発生する方向をＹ軸、角速度Ωの入力軸をＺ軸とする。
図１において、１は厚さ（Ｚ軸方向）０．２ｍｍ、長さ
（Ｙ軸方向）２０ｍｍ、幅（Ｘ軸方向）１３．３ｍｍの
圧電体としての水晶板から構成された基部である。

【００３２】基部１からＹ軸と反対の方向に第１、第２
の音叉片２ａ，２ｂが延出し第１の音叉部が構成され、
第１、第２の音叉片２ａ，２ｂとそれぞれ相対向するよ
うに基部１からＹ軸方向に第３、第４の音叉片３ａ，３
ｂが延出し第２の音叉部が構成されている。第１、第２
の音叉片２ａ，２ｂの先端からはＸ軸方向、Ｘ軸方向と
反対方向にそれぞれ対称となるように第１、第２の付加
質量４ａ，４ｂが延出している。同じく第３、第４の音
叉片３ａ，３ｂの先端からは、Ｘ軸方向、Ｘ軸方向と反
対方向にそれぞれ対称となるように第３、第４の付加質
量５ａ，５ｂが延出しており、第１、第２、第３、第４
の付加質量４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂにより第１の付加質
量部が構成されている。

【００３３】基部１から第１の音叉部の対称軸上に（す
なわち、第１、第２の音叉片２ａ，２ｂの間を通り）Ｙ
軸方向と反対の方向に第１の屈曲振動片６が延出し第１
の屈曲振動部が構成される。同じく基部１から第２の音
叉部の対称軸上に（すなわち、第３、第４の音叉片３
ａ，３ｂの間を通り）Ｙ軸方向に第２の屈曲振動片７が
延出し第２の屈曲振動部が構成される。第１、第２の屈
曲振動片６，７の各先端からＸ軸方向及びＸ軸方向と反
対方向に張り出すように第５、第６の付加質量８，９が
設けられ、第２の付加質量部が構成されている。基部
１、第１、第２、第３、第４の音叉片２ａ，２ｂ，３
ａ，３ｂ、第１、第２、第３、第４、第５、第６の付加
質量４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，８，９、第１、第２の屈
曲振動片６，７は、いずれも一枚の水晶板から一体に形
成されている。一枚の水晶板から形成された基部１の四
隅には微小な面積で固定するための固定部としてのφ
０．２の孔部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが形成さ
れている。

【００３４】孔部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの近
傍には、機械的ダンピング効果を得るためのＬ字状のス
リット部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄがそれぞれ所
定の位置に設けられている。

【００３５】第２、第４の音叉片２ｂ，３ｂの各ＸＹ面
（表面側）には、駆動手段を構成するための駆動電極１
２ａ，１３ａが設けられている。第１、第３の音叉片２
ａ，３ａの各ＸＹ面上（表面側）には、モニター用の検
出手段を構成するための検出電極１４ａ，１５ａが設け
られている。第１、第２の屈曲振動片６，７のＸＹ面上
（表面側）には、角速度印加に起因したコリオリ力によ
る屈曲変形の検出用としての検出手段を構成するための
検出電極１６ａ，１７ａが設けられている。

【００３６】図２は駆動電極が設けられた第２の音叉片
２ｂをＸＺ面で切断した断面図である。図２において、
Ｘ軸方向を向く矢印は水晶からなる第２の音叉片２ｂの
電気軸を示し、１２ｂは第２の音叉片２ｂを挟んで駆動
電極１２ａと対向するように第２の音叉片２ｂのＸＹ面
上（裏面側）に設けられた駆動電極である。１８は第２
の音叉片２ｂのＹＺ面上（側面）に第２の音叉片２ｂを
挟んで対向するように設けられた一対の共通電極であ
る。１９は駆動回路の出力信号源である。

【００３７】第４の音叉片３ｂにも第２の音叉片２ｂと
同様に、駆動電極１３ａ，１３ｂ、共通電極１８が設け
られている。

【００３８】次に、第２の音叉片２ｂの駆動原理を簡単
に説明する。仮に、出力信号源１９から駆動電極１２
ａ，１２ｂに正極性の電圧が印加されると、図２内に示
す破線の矢印方向に電界の方向が向く。これにより第２
の音叉片２ｂのａｂ側は圧縮し、ｃｄ側は伸長する。ま
た、駆動電極１２ａ，１２ｂに負極性の電圧が印加され
ると第２の音叉片２ｂのａｂ側は伸長し、ｃｄ側は圧縮
する。

【００３９】これらが連続的に繰り返されることで、第
２の音叉片２ｂは、ＸＹ面内で１次モードで振動する。

【００４０】同様な駆動原理により、第４の音叉片３ｂ
もＸＹ面内で１次モードで振動する。第２、第４の音叉
片２ｂ，３ｂが１次モードで振動することにより第１、
第３の音叉片２ａ，３ａも共振し、ＸＹ面内で音叉振動
を開始する。

【００４１】図３はモニター用の検出電極が設けられた
第１の音叉片２ａをＸＺ面で切断した断面図である。Ｘ
軸方向を向く矢印は、図２と同様に水晶からなる第１の
音叉片２ａの電気軸を示し、１４ｂは第１の音叉片２ａ
を挟んでモニター用の検出電極１４ａと対向するように
第１の音叉片２ａのＸＹ面上（裏面側）に設けられたモ
ニター用の検出電極である。１８は図２と同様に、共通
電極である。

【００４２】第３の音叉片３ａにも第１の音叉片２ａと
同様に、モニター用の検出電極１５ａ，１５ｂ、共通電
極１８が設けられている。

【００４３】次に、モニター用の検出電極１４ａ，１４
ｂ、共通電極１８に現われる電荷に関して簡単に説明す
る。

【００４４】第１の音叉片２ａは図２に示す第２の音叉
片２ｂとともに音叉振動をしているため、第２の音叉片
２ｂのａｂ側が圧縮している時は第１の音叉片２ａのｇ
ｈ側が圧縮する。

【００４５】また、第２の音叉片２ｂのｃｄが伸長して
いる時は、第１の音叉片２ａのｅｆ側が伸長する。

【００４６】これらの圧縮、伸長によりモニター用の検
出電極１４ａ，１４ｂには正電荷が発生し、共通電極１
８には負電荷が発生する。従って、第１の音叉片２ａに
おいて、ｅｆ側が圧縮し、ｇｈ側が伸長した場合は、モ
ニター用の検出電極１４ａ，１４ｂに負電荷が発生し、
共通電極１８に正電荷が発生する。

【００４７】図４は本発明の角速度センサとその駆動及
び検出回路を接続したブロック図である。図４におい
て、２０は差動入力型のチャージ増幅器である。差動入
力型のチャージ増幅器２０は第１、第２の屈曲振動片
６，７にそれぞれ設けられた検出電極１６ａ，１７ａか
ら得られた信号を増幅し信号を９０°位相シフトさせる
ためのものである。２１は検波回路である。検波回路２
１によりチャージ増幅器２０の出力信号を同期検波す
る。２２は検波回路２１により得られた検波信号を平滑
するための平滑回路としてのローパスフィルタである。
２３は第２、第４の音叉片２ｂ，３ｂを駆動させるため
の和入力型の駆動回路である。モニター用の検出電極１
４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂから得られる信号を駆動
回路２３に入力することにより第１、第２、第３、第４
の音叉振動片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂを目標とする１５
μｍの振動振幅となるようにフィードバック制御する。
図５は、第１、第３の音叉片２ａ，３ａがＸ軸方向に、
第２、第４の音叉片２ｂ，３ｂがＸ軸方向と反対の方向
に駆動変形している際に、Ｚ軸周りの角速度が印加され
た時の第１、第２、第３、第４の音叉片２ａ，２ｂ，３
ａ，３ｂ、第１、第２の屈曲振動片６、７の変形形態の
一例を説明するための模式線図である。

【００４８】図５に示すように、Ｚ軸周りの角速度が印
加されたことにより、第１、第３の付加質量４ａ，５ａ
にはＹ軸方向に、第２、第４の付加質量４ｂ，５ｂには
Ｙ軸方向と反対の方向に集中的にコリオリ力が働き、こ
のコリオリ力により、第１、第２、第３、第４の音叉片
２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの振動振幅の対称性が崩れた１
次モードの変形を呈する。この対称性の崩れた第１、第
２、第３、第４の音叉片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの応力
状態を補正し、釣り合いを保つように第１の屈曲振動片
６はＸ軸方向と反対の方向に変形し、第２の屈曲振動片
７は逆にＸ軸方向に変形する。これらの変形は、印加さ
れた角速度の大きさに対応するため、第１、第２の屈曲
振動片６，７にそれぞれ設けられた検出電極１６ａ，１
７ａにより、印加された角速度の大きさに対応した電荷
量として検出される。第１、第２、第３、第４の付加質
量４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂが設けられていることで、小
さな角速度入力に対しても第１、第２の音叉部の変形量
が大きくなるばかりか、第５、第６の付加質量８，９が
設けられている第１、第２の屈曲振動片６，７の変形効
率が向上する。これらの構成により、検出信号のさらな
る高感度化が図れると同時に各付加質量４ａ，４ｂ，５
ａ，５ｂ、８，９の調整により第１、第２の音叉部と第
１、第２の屈曲振動部の各共振周波数の調整も容易にな
る。

【００４９】図６は、第１、第２の音叉片２ａ，２ｂの
間にある検出電極１６ａが設けられた第１の屈曲振動片
６をＸＺ面で切断した断面図である。図６において、Ｘ
軸方向を向く矢印は水晶からなる第１の屈曲振動片６の
電気軸を示し、１６ｂは屈曲振動片６を挟んで検出電極
１６ａと対向するように第１の屈曲振動片６のＸＹ面上
（裏面側）に設けられた検出電極である。１８は第１の
屈曲振動片６のＹＺ面上（側面）に第１の屈曲振動片６
を挟んで対向するように設けられた一対の共通電極であ
る。

【００５０】同じく、第３、第４の音叉片３ａ，３ｂの
間にある第２の屈曲振動片７にも、第２の屈曲振動片７
を挟んで検出電極１７ａと対向するように検出電極１７
ｂが設けられ、ＹＺ面上（側面）には第２の屈曲振動片
７を挟んで対向するように一対の共通電極１８が設けら
れている。

【００５１】次に、第１、第２の屈曲振動片６，７に図
５に示すような変形が起こった時の検出電極１６ａ，１
６ｂ，１７ａ，１７ｂ、共通電極１８に現われる電荷の
発生状態を簡単に説明する。

【００５２】第１、第２の音叉片２ａ，２ｂの間にある
第１の屈曲振動片６のｉｊ側は圧縮し、ｋｌ側は伸長す
るため、検出電極１６ａ，１６ｂには負電荷が発生し、
共通電極１８には正電荷が発生する。また、第３、第４
の音叉片３ａ，３ｂの間にある第２の屈曲振動片７のｉ
ｊ側は伸長し、ｋｌ側が圧縮するため、検出電極１７
ａ，１７ｂには正電荷が発生し、共通電極１８には負電
荷が発生する。

【００５３】検出電極１６ａ，１６ｂから得られた電荷
と検出電極１７ａ，１７ｂから得られた電荷をチャージ
増幅器２０により差動増幅することにより２倍の出力が
得られる。このように本実施の形態の構成により、駆動
及び検出のための高精度な櫛歯構造の電極を形成するこ
となく薄型化が図れるばかりか、付加質量が設けられて
いるため、小さな角速度入力に対しても音叉部の変形量
が大きくなり、これに呼応するように屈曲振動部の変形
量も大きくなり、検出信号のさらなる高感度化が図れ
る。また、角速度以外の不要な成分（各方向から加わる
加速度）により発生した電荷や温度による影響を排除す
る効果もある。

【００５４】本実施の形態において、第１、第２、第
３、第４の音叉片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの１次モード
の共振周波数と第１、第２の屈曲振動片６，７の１次モ
ードの共振周波数を近接させることにより、検出感度が
高くなる。

【００５５】本実施の形態において、スリット部１１
ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄが基部１に設けられている
ことにより、外乱振動が第１、第２の屈曲振動片６，７
の１次モードの屈曲振動に混入するのを防止する効果が
ある。また、第１、第２の屈曲振動片６，７の１次モー
ドの屈曲振動が基部１へ漏れるのを防止する働きもあ
る。

【００５６】本実施の形態においては、基部１、第１、
第２、第３、第４の音叉片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ、第
１、第２、第３、第４、第５、第６の付加質量４ａ，４
ｂ，５ａ，５ｂ，８，９と第１、第２の屈曲振動片６，
７をいずれも一枚の水晶板から一体に形成した例につい
て説明したが、圧電性を示す材料であれば単結晶材料で
も多結晶材料でも構わない。

【００５７】本実施の形態においては、第１、第２、第
３、第４の音叉片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの各先端から
外向きに付加質量を設けた構成について説明したが、前
記各先端から内向きに付加質量を設ける構成や第１、第
２音叉片２ａ，２ｂにあっては付加質量を外向きにし第
３、第４の音叉片３ａ，３ｂにあっては付加質量を内向
きに設ける等、さまざまな構成が可能である。

【００５８】また、本実施の形態においては、第１、第
２、第３、第４の音叉片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂと第
１、第２の屈曲振動片６，７の各先端のいずれにも付加
質量が設けられた構成について説明したが、音叉片と屈
曲振動片のいずれにも付加質量を設けない構成や音叉片
と屈曲振動片のいずれかのみに付加質量を設ける等、さ
まざまな構成が可能である。

【００５９】また、本実施の形態においては、第１、第
２の音叉部に各一対の音叉片を設け、第１、第２の音叉
部のそれぞれの間に各１本の屈曲振動片からなる屈曲振
動部を設けた構成について説明したが、一対または複数
対の音叉片と一本または複数本の屈曲振動片を適宜組み
合せて設ける構成も当然可能である。

【００６０】（実施の形態２）図７は、本発明の角速度
センサの第２の実施の形態を説明するための平面図であ
る。図７において、図１と同一構成部分には同一番号を
付して詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ詳
述する。図７において、基部３０、第１、第２、第３、
第４の音叉片３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ、第１、
第２、第３、第４の付加質量３３ａ，３３ｂ，３４ａ，
３４ｂ、第１、第２の屈曲振動片３５，３６と第５、第
６の付加質量３７，３８が、恒弾性金属により一体に形
成されている以外は、第１の実施の形態において説明し
た図１に示す形状寸法ともに同一である。

【００６１】第２、第４の音叉片３１ｂ，３２ｂのＸＹ
面上には、１次モードで駆動するための圧電体セラミッ
クス３９，４０が接合されている。第１、第３の音叉片
３１ａ，３２ａのＸＹ面上にはモニター用の圧電体セラ
ミックス４１，４２が接合されている。第１、第２の屈
曲振動片３５，３６のＸＹ面上（表面側）には、角速度
の大きさに対応した電荷量を検出するための圧電体セラ
ミックス４３，４４が接合されている。

【００６２】図７において、第１、第２、第３、第４の
音叉片３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ、第１、第２の
屈曲振動片３５，３６の変形形態、モニター時の圧電体
セラミックス４１，４２に発生する電荷、Ｚ軸周りの角
速度が印加された時の圧電体セラミックス４３，４４に
発生する電荷の傾向は、いずれも第１の実施の形態と同
様である。

【００６３】本実施の形態においては、基部３０、第
１、第２、第３、第４の音叉片３１ａ，３１ｂ，３２
ａ，３２ｂ、第１、第２、第３、第４、第５、第６の付
加質量３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂ，３７，３８及
び第１、第２の屈曲振動片３５，３６を構成する材料と
圧電体セラミックス３９，４０，４１，４２，４３，４
４が別々の材料で構成されているため、機械的振動特性
としての高いＱを有する材料と圧電定数の大きな圧電材
料をそれぞれ自由に組合わせることが可能となる。

【００６４】本実施の形態において、駆動用、モニター
用、印刷された角速度の大きさに対応した電荷量の検出
用にそれぞれ圧電体セラミックスを接合した例について
説明したが、圧電性を示すものであれば各種の薄膜構成
を採用することも可能である。

【００６５】（実施の形態３）図８は、本発明の角速度
センサの第３の実施の形態を説明するための平面図であ
る。図８において、駆動方向をＸ軸方向、コリオリ力が
発生する方向をＹ軸、角速度Ωの入力軸をＺ軸とする。

【００６６】図８において、５０は厚さ（Ｚ軸方向）
０．５ｍｍ、長さ（Ｙ軸方向）１５ｍｍ、幅（Ｘ軸方
向）１５ｍｍの圧電体セラミックスからなる基部、５１
は基部５０からＹ軸方向と反対の方向に向かって延出し
た厚さ（Ｚ軸方向）０．５ｍｍ、Ｙ軸方向に長さ１５ｍ
ｍ、幅（Ｘ軸方向）３．５ｍｍの圧電体セラミックスか
らなる振動片、５２は振動片５１の先端からＸ軸方向と
反対の方向に延出した厚さ（Ｚ軸方向）０．５ｍｍ、長
さ５ｍｍ、幅（Ｙ軸方向）３．５ｍｍの圧電体セラミッ
クスからなる付加質量部である。振動片５１のＸＹ面
（表面側）には、幅方向の両端にそれぞれ駆動手段兼検
出手段を構成するための電極５３ａ，５４ａが設けられ
ている。

【００６７】図９は電極５３ａ，５４ａが設けられた振
動片５１をＸＺ面で切断した断面図である。図９におい
て、Ｚ軸方向を向く矢印は圧電体セラミックスからなる
振動片５１の分極方向を示し、５３ｂ，５４ｂは振動片
５１を挟んで電極５３ａ，５４ａと対向するように振動
片５１のＸＹ面上（裏面側）に設けられた共通電極であ
る。５５は駆動回路の出力信号源である。

【００６８】次に、振動片５１の駆動原理を簡単に説明
する。仮に、出力信号源５５から電極５３ａ，５４ａに
それぞれ正極性、負極性の電圧が印加されると、振動片
５１の電極５３ａ，５３ｂが設けられている側はＹ軸方
向に伸長、電極５４ａ，５４ｂが設けられている側はＹ
軸方向に圧縮する。また、電極５３ａ，５４ａにそれぞ
れ負極性、正極性の電圧が印加されると、振動片５１の
電極５３ａ，５３ｂが設けられている側はＹ軸方向に圧
縮し、電極５４ａ，５４ｂが設けられている側はＹ軸方
向に伸長する。

【００６９】これらが連続的に繰り返されることで、振
動片５１は、ＸＹ面内で１次モードで振動する。

【００７０】図１０は本発明の角速度センサとその駆動
及び検出回路を接続したブロック図である。図１１は、
振動片５１がＸ軸方向に駆動変形している際に、図１０
に示すようなＺ軸周りの角速度が印加された時の振動片
５１の変形形態の一例を説明するための模式線図であ
る。図１２は、振動片５１がＸ軸方向に駆動変形してい
る際に、図１０に示すようなＺ軸周りの角速度が印加さ
れた時のＡ点、Ｂ点の電圧の変化状態の説明図である。
図１１、図１２において、実線は角速度の印加が無い場
合を示し、破線は角速度の印加が有る場合を示す。図１
０において、５６は自励発振式駆動回路、５７，５８は
抵抗、５９は検出回路としての加算増幅器である。自励
発振式駆動回路５６より抵抗５７，５８を介して電極５
３ａ，５４ａへ逆位相の電圧を供給することにより、前
述のように連続的な振動が発生する。図１１に示すよう
に振動片５１の電極５３ａ，５４ａにそれぞれ正極性、
負極性の電圧を印加し振動片５１を振動させた状態の
時、図１０に示すようなＺ軸周りの角速度が印加される
と付加質量部５２にＹ軸方向と反対方向に集中的にコリ
オリ力が働き、振動片５１の電極５３ａ，５３ｂが設け
られている側をＹ軸方向により伸長させ、電極５４ａ，
５４ｂが設けられている側をＹ軸方向により圧縮させる
変形となる。このような変形により、電極５３ａ，５３
ｂが設けられている振動片５１のＺ軸方向側は、より圧
縮しインピーダンスが高くなる。逆に電極５４ａ，５４
ｂが設けられている振動片５１のＺ軸方向側は、より伸
長しインピーダンスが低くなる。これらの変化を図１０
に示すＡ点、Ｂ点の電圧の変化として捉えた様子を示す
のが図１２である。

【００７１】前述のＡ点、Ｂ点のそれぞれの電圧を加算
増幅器５９に加えることで、印加された角速度の大きさ
に対応した最終出力が得られる。

【００７２】本実施の形態により、駆動及び検出のため
の高精度な櫛歯構造の電極を形成することなく薄型化且
つ高感度化が図れるばかりか、振動片を駆動させる駆動
電圧に角速度の印加に起因した検出信号が重畳する状態
で検出可能になる。

【００７３】なお本実施の形態においては、一本の振動
片とその先端に設けた付加質量部を用いた例について説
明したが、このような構造体を対にして音叉構成とする
ことも当然可能である。これにより、角速度が印加され
ると両付加質量部に互いに逆向きのコリオリ力が働き、
２倍の出力信号を得られる。さらに、音叉構成を二対用
いてＨ型構成とすることも可能である。これにより、さ
らなる出力信号の増加が期待できる。また、第１の実施
の形態でもすでに述べたように音叉部の間に屈曲振動片
が設けられた構成（ただし、必ずしも第１、第２の音叉
部を共に備えていなければならないという狭い意味では
ない）、付加質量の有無及び付加質量の形成方向が考慮
に入れられた構成等、様々な構成を用いることも可能で
ある。

【００７４】（実施の形態４）図１３は、本発明の角速
度センサの第４の実施の形態を説明するための斜視図で
ある。図１４は、振動片がＸＹ面内で駆動変形している
際に、図１３に示すようなＺ軸周りの角速度が印加され
た時の振動片の変形形態の一例を説明するための模式線
図である。図１３において、駆動方向をＸ軸方向、コリ
オリ力が発生する方向をＹ軸、角速度Ωの入力軸をＺ軸
とする。図１４において、実線は角速度の印加が無い場
合を示し、破線は角速度の印加が有る場合を示す。本実
施の形態において、振動片を駆動させる駆動電圧に角速
度の印加に起因した検出信号が重畳する状態で検出を可
能にする点では、第３の実施の形態と基本技術思想を同
じにするため、異なる部分についてのみ詳述する。図１
３において、６０はＹ軸方向に伸びた圧電体セラミック
スから形成された振動片、６１，６２は前記振動片６０
の両端からそれぞれＸ軸方向と反対の方向及びＸ軸方向
にそれぞれ延出した圧電体セラミックスから形成された
第１、第２の付加質量部、６３ａ，６３ｂは振動片６０
をＹ軸上で支持するために前記振動片６０の一方のＸＹ
面且つ第１の付加質量部６１寄り及び第２の付加質量部
６２寄りにそれぞれ設けられた第１、第２の支持点、６
３ｃ，６３ｄは前記振動片６０を挟んで第１、第２の支
持点６３ａ，６３ｂにそれぞれ対向するように前記振動
片６０の他方のＸＹ面に設けられた第３、第４の支持
点、６４ａ、６４ｂは振動片６０のＸＹ面（表面側）の
幅方向（Ｘ軸方向）の両端且つ第１の付加質量部６１と
第１の支持点６３ａの間にそれぞれ設けられた駆動手段
兼検出手段としての第１、第２の電極、６５ａ，６５ｂ
は振動片６０のＸＹ面（表面側）の幅方向（Ｘ軸方向）
の両端且つ第２の付加質量部６２と第２の支持点６３ｂ
の間にそれぞれ設けられた駆動手段兼検出手段としての
第３、第４の電極、６６は固定部、６７ａ，６７ｂ，６
７ｃ，６７ｄは第１、第２、第３、第４の支持部であ
る。第１、第３の支持点６３ａ，６３ｃを結ぶ直線はＺ
軸上にあり且つ前記第１、第３の支持点６３ａ，６３ｃ
からＺ軸方向及びＺ軸方向と反対の方向にそれぞれ第
１、第３の支持部６７ａ，６７ｃが延出しており、第
１、第３の支持部６７ａ，６７ｃの端はそれぞれ固定部
６６に固定されている。第２、第４の支持点６３ｂ，６
３ｄを結ぶ直線はＺ軸上にあり且つ前記第２、第４の支
持点６３ｂ，６３ｄからＺ軸方向及びＺ軸方向と反対の
方向にそれぞれ第２、第４の支持部６７ｂ，６７ｄが延
出しており、第２、第４の支持部６７ｂ，６７ｄの端は
それぞれ固定部６６に固定されている。

【００７５】振動片６０を挟んで第１、第２、第３、第
４の電極６４ａ，６４ｂ，６５ａ，６５ｂに対向するよ
うに振動片６０のＸＹ面上（裏面側）に共通電極が設け
られており、第１と第３の電極６４ａ，６５ａは同位
相、第２と第４の電極６４ｂ，６５ｂは同位相及び第１
と第２の電極６４ａ，６４ｂは互いに逆位相、第３、第
４の電極６５ａ，６５ｂは互いに逆位相になるように電
圧を供給することにより、第１、第２の支持点６３ａ，
６３ｂを振動の節にしてＸＹ面内で連続的な１次モード
の屈曲振動が振動片６０に発生する。図１４に示すよう
に、例えば、振動片６０の第２と第４の電極６４ｂ，６
５ｂにそれぞれ正極性の電圧を印加し、第１と第３の電
極６４ａ，６５ａにそれぞれ負極性の電圧を印加し振動
片６０を振動させた状態の時、図１３に示すようなＺ軸
周りの角速度が印加されると、第１の付加質量部６１に
Ｙ軸方向に集中的にコリオリ力が働き、振動片６０の第
２の電極６４ｂが設けられている側をＹ軸方向により伸
長させ、第１の電極６４ａが設けられている側をＹ軸方
向により圧縮させる変形となる。また、第２の付加質量
部６２にＹ軸方向と反対方向に集中的にコリオリ力が働
き、振動片６０の第４の電極６５ｂが設けられている側
をＹ軸方向にいくらか圧縮させ、第３の電極６５ａが設
けられている側をＹ軸方向にいくらか伸長させる変形と
なる。このような変形により、第２、第３の電極６４
ｂ，６５ａが設けられている振動片６０のＺ軸方向側
は、圧縮されることでインピーダンスが高くなる。逆に
第１、第４の電極６４ａ，６５ｂが設けられている振動
片６０のＺ軸方向側は、伸長されることでインピーダン
スが低くなる。これらの変化を検出することで印加され
た角速度の大きさに対応した最終出力が得られる。この
構成により、駆動及び検出のための高精度な櫛歯構造の
電極を形成することなく薄型化且つ高感度化が図れるば
かりか、振動片を駆動させる駆動電圧に角速度の印加に
起因した検出信号が重畳する状態で検出可能になる。

【００７６】本実施の形態においては、振動片６０のＺ
軸方向の寸法がＸ軸方向の寸法に比べて小さい場合につ
いて説明したが、これとは逆の構成も当然可能である。

【００７７】また本実施の形態においては、振動片６０
と第１、第２の付加質量部６１，６２が一体の圧電体セ
ラミックスから形成された例について説明したが、水晶
板により一体に構成したり、恒弾性金属材料、酸化物材
料または高弾性高分子材料により振動片と第１、第２の
付加質量部を一体に形成し、この振動片の上に圧電体セ
ラミックスを接合したり、圧電性を示す各種の薄膜を表
面に形成するような構成でも当然本発明の技術思想を達
成可能である。

【００７８】

【発明の効果】以上のように本発明は、ＸＹ面内に設け
られた基部と、ＸＹ面内において前記基部からＹ軸方向
と反対の方向に延出した少なくとも一対の音叉片からな
る第１の音叉部と、前記第１の音叉部に相対向するよう
に前記基部からＹ軸方向に延出した少なくとも一対の音
叉片からなる第２の音叉部と、前記第１の音叉部を構成
する対をなした音叉片の間にあり且つ前記基部からＹ軸
方向と反対の方向に延出した少なくとも１本以上の屈曲
振動片からなる第１の屈曲振動部と、前記第２の音叉部
を構成する対をなした音叉片の間にあり且つ前記第１の
屈曲振動部に相対向するように前記基部からＹ軸方向に
延出した少なくとも１本以上の屈曲振動片からなる第２
の屈曲振動部と、前記第１、第２の音叉部を構成する音
叉片をＸ軸方向またはＸ軸方向と反対の方向へ屈曲振動
させるために前記音叉片に設けられた駆動手段と、Ｚ軸
周りの角速度が印加された時、Ｙ軸方向またはＹ軸方向
と反対の方向に働くコリオリ力の大きさに応じて変化す
る前記音叉片の屈曲変形と釣り合いを保つようにＸ軸方
向またはＸ軸方向と反対の方向に屈曲変形する前記屈曲
振動片の変形量を検出するために前記屈曲振動片に設け
られた検出手段とを備えることにより、駆動及び検出の
ための高精度な櫛歯構造の電極を形成することなく薄型
且つ高感度な角速度センサが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の角速度センサを説
明するための平面図

【図２】同角速度センサの駆動電極が設けられた音叉片
をＸＺ面で切断した説明図

【図３】同角速度センサのモニター用の検出電極が設け
られた音叉片をＸＺ面で切断した説明図

【図４】同角速度センサとその駆動回路及び検出回路を
接続したブロック図

【図５】同角速度センサに角速度が印加された時の音叉
片と屈曲振動片の変形形態の模式図

【図６】同角速度センサの検出電極が設けられた屈曲振
動片をＸＺ面で切断した説明図

【図７】本発明の第２の実施の形態の角速度センサを説
明するための平面図

【図８】本発明の第３の実施の形態の角速度センサを説
明するための平面図

【図９】同角速度センサの電極が設けられた振動片をＸ
Ｚ面で切断した説明図

【図１０】同角速度センサとその駆動回路及び検出回路
を接続したブロック図

【図１１】同角速度センサに角速度が印加された時の振
動片の変形形態の模式図

【図１２】同角速度センサに角速度が印加された時のＡ
点、Ｂ点の電圧の変化状態の説明図

【図１３】本発明の第４の実施の形態の角速度センサを
説明するための斜視図

【図１４】同角速度センサに角速度が印加された時の振
動片の変形形態の模式図

【符号の説明】

１，３０，５０基部２ａ，３１ａ第１の音叉片２ｂ，３１ｂ第２の音叉片３ａ，３２ａ第３の音叉片３ｂ，３２ｂ第４の音叉片４ａ，３３ａ第１の付加質量４ｂ，３３ｂ第２の付加質量５ａ，３４ａ第３の付加質量５ｂ，３４ｂ第４の付加質量６，３５第１の屈曲振動片７，３６第２の屈曲振動片８，３７第５の付加質量９，３８第６の付加質量１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ孔部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄスリット部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ駆動電極１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂモニター用の検出電
極１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ角速度検出用の検出
電極１８，５３ｂ，５４ｂ共通電極１９，５５駆動回路の出力信号源２０チャージ増幅器２１検波回路２２ローパスフィルタ２３駆動回路３９，４０，４１，４２，４３，４４圧電体セラミッ
クス５１，６０振動片５２付加質量部５３ａ，５４ａ電極５６自励発振式駆動回路５７，５８抵抗５９検出回路６１第１の付加質量部６２第２の付加質量部６３ａ第１の支持点６３ｂ第２の支持点６３ｃ第３の支持点６３ｄ第４の支持点６４ａ第１の電極６４ｂ第２の電極６５ａ第３の電極６５ｂ第４の電極６６固定部６７ａ第１の支持部６７ｂ第２の支持部６７ｃ第３の支持部６７ｄ第４の支持部

フロントページの続き (72)発明者山本毅大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者市瀬俊彦大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者湯河潤一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者田村雅己大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者畑中正数大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者 ▲吉▼内茂裕大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者菅原澄夫宮城県石巻市蛇田字新埣寺69−７Ｆターム(参考） 2F105 AA02 AA08 BB02 BB03 BB13 CC01 CC04 CD02 CD06 CD11 CD13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＸＹ面内に設けられた基部と、ＸＹ面内
において前記基部からＹ軸方向と反対の方向に延出した
少なくとも一対の音叉片からなる第１の音叉部と、前記
第１の音叉部に相対向するように前記基部からＹ軸方向
に延出した少なくとも一対の音叉片からなる第２の音叉
部と、前記第１の音叉部を構成する対をなした音叉片の
間にあり且つ前記基部からＹ軸方向と反対の方向に延出
した少なくとも１本以上の屈曲振動片からなる第１の屈
曲振動部と、前記第２の音叉部を構成する対をなした音
叉片の間にあり且つ前記第１の屈曲振動部に相対向する
ように前記基部からＹ軸方向に延出した少なくとも１本
以上の屈曲振動片からなる第２の屈曲振動部と、前記第
１、第２の音叉部を構成する音叉片をＸ軸方向またはＸ
軸方向と反対の方向へ屈曲振動させるために前記音叉片
に設けられた駆動手段と、Ｚ軸周りの角速度が印加され
た時、Ｙ軸方向またはＹ軸方向と反対の方向に働くコリ
オリ力の大きさに応じて変化する前記音叉片の屈曲変形
と釣り合いを保つようにＸ軸方向またはＸ軸方向と反対
の方向に屈曲変形する前記屈曲振動片の変形量を検出す
るために前記屈曲振動片に設けられた検出手段とを備え
た角速度センサ。
【請求項２】第１、第２の音叉部を構成する対をなし
た音叉片の各先端からＸ軸方向またはＸ軸方向と反対の
方向の内のいずれか一方の方向であり、前記第１、第２
の音叉部の各対称軸を中心にして両側にある前記音叉片
同士にあっては互いに逆向きで且つ同じ側にあっては同
一向きに延出するように第１の付加質量部が形成され、
第１、第２の屈曲振動部を構成する各々１本の屈曲振動
片は前記音叉部の対称軸上にあり、前記各屈曲振動片の
先端からＸ軸方向及びＸ軸方向と反対の方向に張り出す
ように第２の付加質量部が形成された請求項１に記載の
角速度センサ。
【請求項３】第１、第２の音叉部の共振周波数と第
１、第２の屈曲振動部の共振周波数を近接させた請求項
１または２に記載の角速度センサ。
【請求項４】第１、第２の屈曲振動部に設けられた検
出手段により検出された各検出信号を差動検出処理する
ための処理回路が前記検出手段に接続された請求項１ま
たは２に記載の角速度センサ。
【請求項５】ＸＹ面内に設けられた基部、第１、第２
の音叉部と第１、第２の屈曲振動部は、圧電材料により
一体に形成された請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項６】ＸＹ面内に設けられた基部、第１、第２
の音叉部、第１、第２の屈曲振動部と第１、第２の付加
質量部は、圧電材料により一体に形成された請求項２に
記載の角速度センサ。
【請求項７】ＸＹ面内に設けられた基部、第１、第２
の音叉部と第１、第２の屈曲振動部は、恒弾性金属材
料、酸化物材料または高弾性高分子材料により形成さ
れ、少なくとも前記第１、第２の音叉部と前記第１、第
２の屈曲振動部のＸＹ面上には圧電材料からなる層が設
けられた請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項８】ＸＹ面内に設けられた基部、第１、第２
の音叉部、第１、第２の屈曲振動部と第１、第２の付加
質量部は、恒弾性金属材料、酸化物材料または高弾性高
分子材料により形成され、少なくとも前記第１、第２の
音叉部と前記第１、第２の屈曲振動部のＸＹ面上には圧
電材料からなる層が設けられた請求項２に記載の角速度
センサ。
【請求項９】ＸＹ面内に設けられた基部と、ＸＹ面内
において前記基部からＹ軸方向と反対の方向に延出した
振動片と、前記振動片の先端からＸ軸方向またはＸ軸方
向と反対の方向の内の少なくともいずれか一方の方向に
延出するように形成された付加質量部と、前記振動片を
Ｘ軸方向またはＸ軸方向と反対の方向へ屈曲振動させる
ために前記振動片に設けられた駆動手段と、Ｚ軸周りの
角速度が印加された時、Ｙ軸方向またはＹ軸方向と反対
の方向に働くコリオリ力の大きさに応じて変化する前記
振動片のＸ軸方向またはＸ軸方向と反対の方向への屈曲
振動の振幅の増減量を検出するために前記振動片に設け
られた前記駆動手段と兼用した検出手段とを備えた角速
度センサ。
【請求項１０】ＸＹ面内に設けられた基部、振動片と
付加質量部は、圧電材料により一体に形成された請求項
９に記載の角速度センサ。
【請求項１１】ＸＹ面内に設けられた基部、振動片と
付加質量部は、恒弾性金属材料、酸化物材料または高弾
性高分子材料により形成され、少なくとも前記振動片の
ＸＹ面上には圧電材料からなる層が設けられた請求項９
に記載の角速度センサ。
【請求項１２】Ｙ軸方向に伸びた振動片と、前記振動
片の両端からそれぞれＸ軸方向若しくはＸ軸方向と反対
の方向の内のいずれか一方の方向または両方向に延出し
た付加質量部と、前記振動片をＹ軸上で対称に支持する
ために前記振動片の一方のＸＹ面に設けられた第１、第
２の支持点と、前記振動片の他方のＸＹ面に設けられた
第３、第４の支持点と、前記第１、第３の支持点から同
一直線上にあるようにＺ軸方向及びＺ軸方向と反対の方
向にそれぞれ延出した第１、第３の支持部と、前記第
２、第４の支持点から同一直線上にあるようにＺ軸方向
及びＺ軸方向と反対の方向にそれぞれ延出した第２、第
４の支持部と、前記振動片を前記第１、第２、第３、第
４の支持点を振動の節にしてＸＹ面内で１次モードで屈
曲振動させるために前記振動片に設けられた駆動手段
と、Ｚ軸周りの角速度が印加された時、Ｙ軸方向または
Ｙ軸方向と反対の方向に働くコリオリ力の大きさに応じ
て変化する前記振動片のＸ軸方向またはＸ軸方向と反対
の方向の屈曲振動の振幅の増減量を検出するために前記
振動片に設けられた前記駆動手段と兼用した検出手段と
を備えた角速度センサ。
【請求項１３】振動片と付加質量部は、圧電材料によ
り一体に形成された請求項１２に記載の角速度センサ。
【請求項１４】振動片と付加質量部は、恒弾性金属材
料、酸化物材料または高弾性高分子材料により形成さ
れ、少なくとも前記振動片のＸＹ面上には圧電材料から
なる層が設けられた請求項１２に記載の角速度センサ。
【請求項１５】ＸＹ面内に設けられた基部と、ＸＹ面
内において前記基部から延出した一対の音叉片と、前記
一対の音叉片の各先端からＸ軸方向またはＸ軸方向と反
対の方向の内のいずれか一方の方向に延出するように形
成された付加質量部と、前記一対の音叉片をＸ軸方向ま
たはＸ軸方向と反対の方向へ屈曲振動させるために前記
一対の音叉片に設けられた駆動手段と、Ｚ軸周りの角速
度が印加された時、Ｙ軸方向またはＹ軸方向と反対の方
向に働くコリオリ力の大きさに応じて変化する前記一対
の音叉片のＸ軸方向またはＸ軸方向と反対の方向への屈
曲振動の振幅の増減量を検出するために前記一対の音叉
片に設けられた前記駆動手段と兼用した検出手段とを備
えた角速度センサ。
【請求項１６】ＸＹ面内に設けられた基部、一対の音
叉片と付加質量部は、圧電材料により一体に形成された
請求項１５に記載の角速度センサ。
【請求項１７】ＸＹ面内に設けられた基部、一対の音
叉片と付加質量部は、恒弾性金属材料、酸化物材料また
は高弾性高分子材料により形成され、少なくとも前記一
対の音叉片のＸＹ面上には圧電材料からなる層が設けら
れた請求項１５に記載の角速度センサ。
【請求項１８】ＸＹ面内に設けられた基部と、ＸＹ面
内において前記基部からＹ軸方向に延出した少なくとも
一対の音叉片と、前記対をなす音叉片の対称軸を中心に
してＸ軸方向側にある前記音叉片及びＸ軸方向と反対の
方向の側にある前記音叉片ともに各先端からＸ軸方向ま
たはＸ軸方向と反対の方向の内のいずれか一方の方向で
あり且つ同じ側にあっては同一方向に延出するように形
成された付加質量部と、前記対をなす音叉片の間にあり
且つ前記基部からＹ軸方向に延出した少なくとも１本以
上の屈曲振動片と、前記音叉片をＸ軸方向またはＸ軸方
向と反対の方向へ屈曲振動させるために前記音叉片に設
けられた駆動手段と、Ｚ軸周りの角速度が印加された
時、Ｙ軸方向またはＹ軸方向と反対の方向に働くコリオ
リ力の大きさに応じて変化する前記音叉片の屈曲変形と
釣り合いを保つようにＸ軸方向またはＸ軸方向と反対の
方向に屈曲変形する前記屈曲振動片の変形量を検出する
ために前記屈曲振動片に設けられた検出手段とを備えた
角速度センサ。
【請求項１９】ＸＹ面内に設けられた基部、音叉片、
付加質量部と屈曲振動片は、圧電材料により一体に形成
された請求項１８に記載の角速度センサ。
【請求項２０】ＸＹ面内に設けられた基部、音叉片、
付加質量部と屈曲振動片は、恒弾性金属材料、酸化物材
料または高弾性高分子材料により形成され、少なくとも
前記音叉片と屈曲振動片のＸＹ面上には圧電材料からな
る層を設けられた請求項１８に記載の角速度センサ。
【請求項２１】ＸＹ面内に設けられた２個所の基部
と、ＸＹ面内において前記各基部同士をＹ軸方向で接続
するように形成された第１の支持部と、前記第１の支持
部の中央部からＸ軸方向及びＸ軸方向と反対の方向に延
出した第２、第３の支持部と、前記第２の支持部の先端
からＹ軸方向及びＹ軸方向と反対の方向に延出した第
１、第２の振動片と、前記第３の支持部の先端からＹ軸
方向及びＹ軸方向と反対の方向に延出した第３、第４の
振動片と、前記第１、第２、第３、第４の振動片の各先
端からＸ軸方向またはＸ軸方向と反対の方向の内のいず
れか一方の方向に延出するように形成された付加質量部
と、正極性または負極性の駆動信号で前記第１、第２の
振動片をＸ軸方向またはＸ軸方向と反対の方向に振動さ
せ且つ前記第３、第４の振動片を前記第１、第２の振動
片と逆の方向に同時に振動させるために前記第１、第
２、第３、第４の振動片に設けられた駆動手段と、Ｚ軸
周りの角速度が印加された時、Ｙ軸方向またはＹ軸方向
と反対の方向に働くコリオリ力の大きさに応じて変化す
る前記第１、第２、第３、第４の振動片のＸ軸方向また
はＸ軸方向と反対の方向への屈曲振動の振幅の増減量を
検出するために前記第１、第２、第３、第４の振動片に
設けられた前記駆動手段と兼用した検出手段とを備えた
角速度センサ。
【請求項２２】ＸＹ面内に設けられた基部、第１、第
２、第３の支持部、第１、第２、第３、第４の振動片と
付加質量部は、圧電材料により一体に形成された請求項
２１に記載の角速度センサ。
【請求項２３】ＸＹ面内に設けられた基部、第１、第
２、第３の支持部、第１、第２、第３、第４の振動片と
付加質量部は、恒弾性金属材料、酸化物材料または高弾
性高分子材料により形成され、少なくとも前記第１、第
２、第３、第４の振動片のＸＹ面上には圧電材料からな
る層が設けられた請求項２１に記載の角速度センサ。