JP4529203B2 - 角速度センサ - Google Patents
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Description
【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やナビゲーショ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櫛歯構造の電極を形成する必要もなく且つ角速度印加に基づく信号以外は除去可能な薄型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軸と反対の方向に延出した第１、第２の音叉片と、前記第１、第２の音叉片とそれぞれ相対向するように前記基部からＹ軸方向に延出した第３、第４の音叉片と、前記第１、第３の音叉片の先端からＸ軸方向に延出した第１、第３の付加質量部と、前記第２、第４の音叉片の先端からＸ軸方向と反対の方向に延出した第２、第４の付加質量部と、前記基部から前記第１、第２の音叉片の間と前記第３、第４の音叉片の間を通るようにＹ軸方向及びＹ軸方向と反対の方向にそれぞれ延出し連結された屈曲振動片と、前記屈曲振動片の中間からＸ軸方向及びＸ軸方向と反対の方向に張り出すように形成された第５の付加質量部と、前記第１、第２、第３、第４の音叉片がＸＹ面内で１次モードの音叉振動をするように前記第２、第４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、前記第５の付加質量部の中心を節にして起こる前記屈曲振動片のＸＹ面内の２次モードの屈曲変形を検出するための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櫛歯構造の電極を形成する必要もなくなるばかりか、角速度印加に基づく信号以外は除去可能な薄型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軸と反対の方向に延出した第１、第２の音叉片と、前記第１、第２の音叉片とそれぞれ相対向するように前記基部からＹ軸方向に延出した第３、第４の音叉片と、前記第１、第３の音叉片の先端からＸ軸方向に延出した第１、第３の付加質量部と、前記第２、第４の音叉片の先端からＸ軸方向と反対の方向に延出した第２、第４の付加質量部と、前記基部から前記第１、第２の音叉片の間と前記第３、第４の音叉片の間を通るようにＹ軸方向及びＹ軸方向と反対の方向にそれぞれ延出し連結された屈曲振動片と、前記屈曲振動片の中間からＸ軸方向及びＸ軸方向と反対の方向に張り出すように形成された第５の付加質量部と、前記第１、第２、第３、第４の音叉片がＸＹ面内で１次モードの音叉振動をするように前記第２、第４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、前記第５の付加質量部の中心を節にして起こる前記屈曲振動片のＸＹ面内の２次モードの屈曲変形を検出するための検出手段とを備えているため、駆動及び検出のための櫛歯構造の電極を形成する必要もなくなるばかりか、角速度印加に基づく信号以外は除去可能といった作用を有する。
【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、第３、第４の音叉片の１次モードの共振周波数と屈曲振動片の２次モードの共振周波数を近接させた構成としているため、検出感度が高くなり且つ検出の応答周波数を高くできる作用を有する。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、基部の四隅に第１、第２、第３、第４の音叉片からそれぞれ等距離になるように設けられた４個所の固定部と、前記各固定部の近傍の所定位置にそれぞれスリット部が形成された構成としているため、外乱振動が検出部の２次の屈曲振動へ混入するのを防止する効果及び検出部の２次の屈曲振動が基部へ漏れるのを防止するための機械的なダンピング効果を有する。
【００１０】
請求項４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、第３、第４の音叉片、屈曲振動片と第１、第２、第３、第４、第５の付加質量部が、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。
【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、第３、第４の音叉片、屈曲振動片と第１、第２、第３、第４、第５の付加質量部は、恒弾性金属材料または酸化物材料により形成され、少なくとも前記第１、第２、第３、第４の音叉片と屈曲振動片のＸＹ面上には圧電材料からなる層が設けられた構成としているため、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。
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図２７を用いて説明する。
【００１３】
（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斜視図である。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。
【００１４】
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、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，３ｂが延出している。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の付加質量部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の付加質量部５ａ，５ｂが延出している。
【００１５】
基部１から第１、第２の音叉片２ａ，２ｂの間と第３、第４の音叉片３ａ，３ｂの間を通るようにＹ軸方向及びＹ軸方向と反対の方向にそれぞれ延出し連結された屈曲振動片６が設けられている。屈曲振動片６の中間には、屈曲振動片６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矩形の第５の付加質量部７が設けられている。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の付加質量部４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ、屈曲振動片６、第５の付加質量部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φ０．２の孔部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが形成されている。
【００１６】
孔部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ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９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄがそれぞれ所定の位置に設けられている。
【００１７】
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１２ａ，１３ａが設けられている。第１、第３の音叉片２ａ，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１０ａ，１１ａが設けられている。屈曲振動片６のＸＹ面上（表面側）には、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１４ａ，１５ａが設けられている。
【００１８】
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。１６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。１７は駆動回路の出力信号源である。
【００１９】
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１６が設けられている。
【００２０】
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１７から駆動電極１２ａ，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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、１０ｂは第１の音叉片２ａを挟んでモニター用の検出電極１０ａ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。１６は図２と同様に、共通電極である。
【００２４】
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１１ａ，１１ｂ、共通電極１６が設けられている。
【００２５】
次に、モニター用の検出電極１０ａ，１０ｂ、共通電極１６に現われる電荷に関して簡単に説明する。
【００２６】
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ｇｈ側が圧縮する。
【００２７】
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。
【００２８】
これらの圧縮、伸長によりモニター用の検出電極１０ａ，１０ｂには正電荷が発生し、共通電極１６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１０ａ，１０ｂに負電荷が発生し、共通電極１６に正電荷が発生する。
【００２９】
図４は本発明の角速度センサとその駆動回路を接続したブロック図である。図４において、１８は差動入力型のチャージ増幅器である。１８は屈曲振動片６に設けられた検出電極１４ａ，１５ａ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。１９は検波回路である。検波回路１９によりチャージ増幅器１８の出力信号を同期検波する。２０は検波回路１９により得られた検波信号中に含まれる駆動信号成分を除去し、角速度検出信号のみを通過させるためのローパスフィルタである。２１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１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂから得られる信号を駆動回路２１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１５μｍ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，３ａ，３ｂ、屈曲振動片６の変形形態の一例を説明するための模式線図である。
【００３０】
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の付加質量部４ａ，５ａにはＹ軸方向に、第２、第４の付加質量部４ｂ，５ｂにはＹ軸方向と反対の方向に集中的にコリオリの力が働き、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の応力状態を補正するように、第５の付加質量部７の中心を振動の節にして屈曲振動片６が２次モードの屈曲変形（Ｓ字形状）を呈する。この屈曲変形量に対応して屈曲振動片６に設けられた検出電極１４ａから電荷が得られる。また、この電荷量は印加された角速度の大きさに対応している。振動の節となる第５の付加質量部７は屈曲振動片６の２次モードの屈曲振動の共振周波数を微調整する機能と２次モードの屈曲振動の安定との共機能を併せ持っている。
【００３１】
図６は、第１、第２の音叉片２ａ，２ｂの間にある検出電極が設けられた屈曲振動片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屈曲振動片６の電気軸を示し、１４ｂは屈曲振動片６を挟んで検出電極１４ａと対向するように屈曲振動片６のＸＹ面上（裏面側）に設けられた検出電極である。１６は屈曲振動片６のＹＺ面上（側面）に屈曲振動片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。
【００３２】
同じく、第３、第４の音叉片３ａ，３ｂの間にある屈曲振動片６にも、屈曲振動片６を挟んで検出電極１５ａと対向するように検出電極１５ｂが設けられ、ＹＺ面上（側面）には屈曲振動片６を挟んで対向するように一対の共通電極１６が設けられている。
【００３３】
次に、屈曲振動片６に図５に示すようなＳ字形状の屈曲変形が起こった時の検出電極１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ、共通電極１６に現われる電荷の発生状態を簡単に説明する。
【００３４】
第１、第２の音叉片２ａ，２ｂの間にある屈曲振動片６のｉｊ側は伸長し、ｋｌ側は圧縮するため、検出電極１４ａ，１４ｂには正電荷が発生し、共通電極１６には負電荷が発生する。また、屈曲振動片６全体としては、第５の付加質量部７の中心を振動の節にしてＳ字形状の屈曲変形を呈するため、第３、第４の音叉片３ａ，３ｂの間にある屈曲振動片６のｉｊ側は圧縮し、ｋｌ側が伸長するため、検出電極１５ａ，１５ｂには負電荷が発生し、共通電極１６には正電荷が発生する。
【００３５】
検出電極１４ａ，１４ｂから得られた電荷と検出電極１５ａ，１５ｂから得られた電荷をチャージ増幅器１８により差動増幅することにより２倍の出力が得られるばかりか、Ｘ軸方向の外乱や温度による影響を排除する効果がある。
【００３６】
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屈曲振動片６の２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ばかりか、検出の応答周波数を高くすることも可能となる。
【００３７】
本実施の形態において、スリット部９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄが基部１に設けられていることにより、外乱振動が屈曲振動片６の２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、屈曲振動片６の２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。
【００３８】
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の付加質量部４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ、屈曲振動片６と第５の付加質量部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。
【００３９】
（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斜視図である。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の付加質量部３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂ、屈曲振動片３５と第５の付加質量部３６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。
【００４０】
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３７，３８が接合されている。また、屈曲振動片３５のＸＹ面上には２次モードの屈曲変形により印加された角速度の大きさに対応した電荷を検出するための圧電体セラミックス４１，４２が接合されている。
【００４１】
図７において、第１、第２、第３、第４の音叉片３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ、屈曲振動片３５の変形形態、モニター時の圧電体セラミックス３７，３８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４１，４２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。
【００４２】
本実施の形態においては、第１、第２、第３、第４の音叉片３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ、第１、第２、第３、第４の付加質量部３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂ、屈曲振動片３５及び第５の付加質量部３６並びに圧電体セラミックス３７，３８，３９，４０，４１，４２を別の材料に分けて構成しているため、それぞれ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。
【００４３】
本実施の形態において、駆動用、そのモニター用、印加された角速度の大きさに対応した電荷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。
【００４４】
（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斜視図である。図８において、座標軸の方向は図１と同一である。
【００４５】
図８において、５０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、５１ａ，５１ｂは支持部、５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂは第１、第２、第３、第４の音叉片、５４は第１の付加質量部、５５は第２の付加質量部、５６ａ，５６ｂ，５７ａ，５７ｂはモニター用の検出手段兼印加された角速度の大きさに対応した電荷を検出する検出手段を構成するための検出電極、５８ａ，５８ｂ，５９ａ，５９ｂは駆動手段を構成するための駆動電極、６０は共通電極、６１ａ，６１ｂは機械的ダンピング効果を得るための矩形状の孔部、６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄは基部５０を微小面積で固定するための固定部としてのφ０．２の孔部、６３ａ，６３ｂは第１、第２の連結部である。
【００４６】
基部５０の幅１３．３ｍｍの中央且つＹ軸上において、基部５０の長さ２０ｍｍの両端から各３ｍｍの位置より支持部５１ａ，５１ｂが相対向するように延出している。支持部５１ａの先端からＹ軸方向と反対の方向に第１、第２の音叉片５２ａ，５２ｂが延出し、支持部５１ｂの先端からＹ軸方向に第３、第４の音叉片５３ａ，５３ｂが延出している。第１、第３の音叉片５２ａ，５３ａは第１の連結部６３ａで連結し、第１の連結部６３ａからＸ軸方向にＴ字状の第１の付加質量部５４が延出している。また、第２、第４の音叉片５２ｂ，５３ｂは第２の連結部６３ｂで連結し、第２の連結部６３ｂからＸ軸方向と反対方向にＴ字状の第２の付加質量部５５が延出している。
【００４７】
図９は図８に示す角速度センサとその駆動回路を接続したブロック図である。図９において、図８、図４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。
【００４８】
検出電極５６ａ，５７ａにより検出された電荷は、チャージ増幅器１８、駆動回路２１の両方に入力される。
【００４９】
図１０は駆動電極が設けられた第２の音叉片５２ｂをＸＺ面で切断した断面図である。図１０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５２ｂの電気軸を示し、５８ｂは第２の音叉片５２ｂを挟んで駆動電極５８ａと対向するように第２の音叉片５２ｂのＸＹ面上（裏面側）に設けられた駆動電極である。６０は第２の音叉片５２ｂのＹＺ面上（側面）に第２の音叉片５２ｂ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。１７は図２と同一の駆動回路の出力信号源である。
【００５０】
第４の音叉片５３ｂにも第２の音叉片５２ｂと同様に、駆動電極５９ａ，５９ｂ、共通電極６０が設けられている。
【００５１】
次に、第２の音叉片５２ｂの駆動原理を簡単に説明する。仮に、出力信号源１７から駆動電極５８ａ，５８ｂに正極性の電圧が印加されると、図１０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５２ｂのａｂ側は圧縮し、ｃｄ側は伸長する。また、駆動電極５８ａ，５８ｂに負極性の電圧が印加されると第２の音叉片５２ｂのａｂ側は伸長し、ｃｄ側は圧縮する。
【００５２】
これらが連続的に繰り返されることで、第２の音叉片５２ｂは、ＸＹ面内で１次モードで振動する。
【００５３】
同様な駆動原理により、第４の音叉片５３ｂもＸＹ面内で１次モードで振動する。第２、第４の音叉片５２ｂ，５３ｂが１次モードで振動することにより第１、第３の音叉片５２ａ，５３ａも共振し、ＸＹ面内で音叉振動を開始する。
【００５４】
図１１はモニター用の検出電極が設けられた第１の音叉片５２ａ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１０と同様に水晶からなる第１の音叉片５２ａの電気軸を示し、５６ｂは第１の音叉片５２ａを挟んでモニター用の検出電極５６ａと対向するように第１の音叉片５２ａ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。６０は図１０と同様に、共通電極である。
【００５５】
第３の音叉片５３ａにも第１の音叉片５２ａと同様に、モニター用の検出電極５７ａ，５７ｂ、共通電極６０が設けられている。
【００５６】
次に、モニター用の検出電極５６ａ，５６ｂ、共通電極６０に現われる電荷に関して簡単に説明する。
【００５７】
第１の音叉片５２ａは図１０に示す第２の音叉片５２ｂと音叉振動をしているため、第２の音叉片５２ｂのａｂ側が圧縮している時は第１の音叉片５２ａのｇｈ側が圧縮する。
【００５８】
また、第２の音叉片５２ｂのｃｄが伸長している時は、第１の音叉片５２ａのｅｆ側が伸長する。
【００５９】
これらの圧縮、伸長によりモニター用の検出電極５６ａ，５６ｂには正電荷が発生し、共通電極６０には負電荷が発生する。従って、第１の音叉片５２ａ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５６ａ，５６ｂに負電荷が発生し、共通電極６０に正電荷が発生する。
【００６０】
図１２は、駆動により第１、第２、第３、第４の音叉片５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂが音叉振動した場合に、第１、第２、第３、第４の音叉片５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂ全体としてどのような変形形態になるかの一例を説明するための模式線図である。
【００６１】
第１、第３の音叉片５２ａ，５３ａは、第１の連結部６３ａを振動の腹にして、１次モードでＸ方向に変形し、第２、第４の音叉片５２ｂ，５３ｂは第２の連結部６３ｂを振動の腹にして１次モードでＸ方向と反対の方向に変形する。
【００６２】
図１３は、図１２に示す駆動変形形態の際に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５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂの変形形態の一例を説明するための模式線図である。
【００６３】
図１３に示すように、Ｚ軸周りの角速度が印加されることにより、第１の付加質量部５４には第１の連結部６３ａを支点にしてＹ軸方向に集中的にコリオリ力が働き、第２の付加質量部５５には第２の連結部６３ｂを支点にしてＹ軸方向と反対方向に集中的にコリオリ力が働く。これらの力により、第２の音叉片５２ｂの振幅はＸ軸方向と反対方向により強められ、第４の音叉片５３ｂの振幅はＸ軸方向に弱められる。また、第１の音叉片５２ａの振幅はＸ軸方向と反対方向に弱められ、第３の音叉片５３ａの振幅はＸ軸方向に強められる。
【００６４】
前述のような第１、第２、第３、第４の音叉片５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂの変形により、モニター用と兼用された検出電極５６ａ，５６ｂ，５７ａ，５７ｂ、共通電極６０には、印加された角速度の大きさに対応した電荷の増減が生ずる。
【００６５】
例えば、図１１に示した第１の音叉片５２ａ上の検出電極５６ａ，５６ｂ、共通電極６０について詳述すると、第１の音叉片５２ａの振幅が減少するため、検出電極５６ａ，５６ｂの正極性の電荷は減少し、共通電極６０の負極性の電荷も減少する。逆に第３の音叉片５３ａの振幅は増加するため、検出電極５７ａ，５７ｂの正極性の電荷は増加し、共通電極６０の負極性の電荷も増加する。
【００６６】
これらの検出電極５６ａ，５６ｂから得られた電荷と検出電極５７ａ，５７ｂから得られた電荷をチャージ増幅器１８により差動増幅することにより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。
【００６７】
この構成によると、駆動振動をモニターするための音叉片に印加された角速度に対応した変形が重畳されるため、モニター用の音叉片と角速度を検出するための音叉片を兼用させることが可能となるばかりか、Ｘ軸方向の外乱や温度による影響が排除される効果がある。
【００６８】
本実施の形態においては、基部５０と第１、第２、第３、第４の各音叉片５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂとの間に支持部５１ａ，５１ｂを設けたため、駆動時の音叉振動がより安定すると同時に検出感度も向上するといった効果を生ずるが、本発明は必ずしもこの構成に特定されるものではなく、第１、第２、第３、第４の各音叉片５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂを基部５０から直接延出させる構成も可能である。
【００６９】
本実施の形態においては、基部５０、支持部５１ａ，５１ｂ、第１、第２、第３、第４の音叉片５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂ、第１、第２の付加質量部５４，５５と第１、第２の連結部６３ａ，６３ｂのいずれをも、一体の水晶板から形成した例について説明したが、第２の実施の形態と同様、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構成でも本発明の技術思想を達成可能である。
【００７０】
本実施の形態においては、第１、第２、第３、第４の音叉片５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂがそれぞれ延出する基部５０の近傍に所定の大きさの矩形状の孔部６１ａ，６１ｂを設けているため、外乱振動が音叉振動へ混入するのを防止する効果や音叉振動が基部へ漏れるのを防止するための機械的なダンピング効果が一段と向上するが本発明は必ずしもこの構成に特定されるものではない。
【００７１】
（実施の形態４）
図１４（ａ），（ｂ）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平面図、下面図である。図１４において、座標軸の方向は基本的に図１と同一であるが、さらに円周方向をθ方向、円心へ向かう方向をγ方向とする。
【００７２】
図１４において、７０は厚さ（Ｚ軸方向）０．５ｍｍ、長さ（Ｙ軸方向）２５ｍｍ、幅（Ｘ軸方向）２５ｍｍの圧電体としての水晶板から構成された基部、７１ａ，７１ｂ，７１ｃは分岐部分、７２ａ，７２ｂ，７２ｃは支持部、７３ａ，７３ｂ，７３ｃは第１、第２、第３の振動片、７４ａ，７４ｂ，７４ｃは第１、第２、第３の振動片７３ａ，７３ｂ，７３ｃの中央部、７５ａは第１の付加質量部、７５ｂは第２の付加質量部、７５ｃは第３の付加質量部、７６ａ，７６ｂ，７７ａ，７７ｂは駆動手段を構成するための駆動電極、７８ａ，７８ｂ，７９ａ，７９ｂは印加された角速度の大きさに対応した電荷を検出する検出手段を構成するための検出電極、８０ａ，８０ｂ，８１ａ，８１ｂはモニター用の検出手段を構成するための検出電極、８２は共通電極、８３ａ，８３ｂ，８３ｃは機械的ダンピング効果を得るための矩形状の孔部、８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄは基部７０を微小面積で固定するための固定部としてのφ０．２の孔部である。基部７０を同一円周上で３等分する分岐部分７１ａ，７１ｂ，７１ｃから円心に向かって３本の支持部７２ａ，７２ｂ，７２ｃが延出している。
【００７３】
隣接する支持部７２ａ，７２ｂの先端同士を連接するように第１の振動片７３ａが設けられ、支持部７２ｂ，７２ｃの先端同士を連接するように第２の振動片７３ｂが設けられ、支持部７２ｃ，７２ａの先端同士を連接するように第３の振動片７３ｃが設けられている。中央部７４ａから円心方向にＴ字状の第１の付加質量部７５ａが延出され、中央部７４ｂから円心方向にＴ字状の第２の付加質量部７５ｂが延出され、中央部７４ｃから円心方向にＴ字状の第３の付加質量部７５ｃが延出されている。
【００７４】
図１５は図１４に示す角速度センサとその駆動回路を接続したブロック図である。図１５において、基本的には図１４に示す角速度センサと図４に示す駆動回路からのみ構成されているため、図１４、図４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以下に示す図の説明とともに詳述する。
【００７５】
図１６は駆動電極が設けられた第１の振動片７３ａをγＺ面で切断した断面図である。図１６において、γ方向を向く矢印は水晶からなる第１の振動片７３ａの電気軸を示し、７６ｂ，７７ｂは第１の振動片７３ａを挟んで駆動電極７６ａ，７７ａと対向するように第１の振動片７３ａのＸＹ面上（裏面側）に設けられた駆動電極である。８２は第１の振動片７３ａのθＺ面上（側面）に第１の振動片７３ａ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。１７は図２と同一の駆動回路の出力信号源である。
【００７６】
次に、第１の振動片７３ａの駆動原理を簡単に説明する。仮に、出力信号源１７から駆動電極７６ａ，７７ａ，７６ｂ，７７ｂに負極性の電圧が印加されると、図１６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１の振動片７３ａのａｂ側は伸長し、ｃｄ側は圧縮する。また、駆動電極７６ａ，７７ａ，７６ｂ，７７ｂに正極性の電圧が印加されると第１の振動片７３ａのａｂ側は圧縮し、ｃｄ側は伸長する。
【００７７】
これらが連続的に繰り返されることで、第１の振動片７３ａは、ＸＹ面内でγ方向に１次モードで振動する。第１の振動片７３ａが１次モードで振動することにより第２、第３の振動片７３ｂ，７３ｃも共振し、ＸＹ面内でγ方向に１次モードで振動を開始する。
【００７８】
図１７はモニター用の検出電極が設けられた第３の振動片７３ｃをγＺ面で切断した断面図である。γ方向を向く矢印は、図１６と同様に水晶からなる第３の振動片７３ｃの電気軸を示し、８０ｂ，８１ｂは第３の振動片７３ｃを挟んでモニター用の検出電極８０ａ，８１ａと対向するように第３の振動片７３ｃ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。８２は図１６と同様に、共通電極である。
【００７９】
次に、モニター用の検出電極８０ａ，８１ａ，８０ｂ，８１ｂ、共通電極８２に現われる電荷に関して簡単に説明する。
【００８０】
第３の振動片７３ｃは図１６に示す第１の振動片７３ａとともに共振振動をしているため、第１の振動片７３ａのａｂ側が伸長している時は第３の振動片７３ｃのｇｈ側が圧縮する。
【００８１】
また、第１の振動片７３ａのｃｄが圧縮している時は、第３の振動片７３ｃのｅｆ側が伸長する。
【００８２】
これらの圧縮、伸長によりモニター用の検出電極８０ａ，８１ａ，８０ｂ，８１ｂには正電荷が発生し、共通電極８２には負電荷が発生する。従って、第３の振動片７３ｃ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８０ａ，８１ａ，８０ｂ，８１ｂに負電荷が発生し、共通電極８２に正電荷が発生する。
【００８３】
図１８は、駆動により第１、第２、第３の振動片７３ａ，７３ｂ，７３ｃが共振振動した場合に、第１、第２、第３の振動片７３ａ，７３ｂ，７３ｃ全体としてどのような変形形態になるかの一例を説明するための模式線図である。
【００８４】
第１、第２、第３の振動片７３ａ，７３ｂ，７３ｃは、中央部７４ａ，７４ｂ，７４ｃを振動の腹にして、１次モードで円心方向に変形する。
【００８５】
図１９は、図１８に示す駆動変形形態の際にＺ軸周りの角速度が印加された時の第１、第２、第３の振動片７３ａ，７３ｂ，７３ｃの変形形態の一例を説明するための模式線図である。
【００８６】
図１９に示すように、Ｚ軸周りの角速度が印加されることにより、第１、第２、第３の付加質量部７５ａ，７５ｂ，７５ｃには中央部７４ａ，７４ｂ，７４ｃを支点にしてθ方向に集中的にコリオリ力が働く。これらの力により、第１、第２、第３の振動片７３ａ，７３ｂ，７３ｃの検出電極７６ａ，７６ｂ，７８ａ，７８ｂ，８０ａ，８０ｂが設けられている側の振幅は円心方向（γ方向）により強められ、逆に第１、第２、第３の振動片７３ａ，７３ｂ，７３ｃの検出電極７７ａ，７７ｂ，７９ａ，７９ｂ，８１ａ，８１ｂが設けられている側の振幅は円心から放射する方向に弱められる。
【００８７】
前述のような第１、第２、第３の振動片７３ａ，７３ｂ，７３ｃの変形により、検出電極７８ａ，７８ｂ，７９ａ，７９ｂ、共通電極８２には、印加された角速度の大きさに対応した電荷の増減が生ずる。
【００８８】
例えば、図１４に示した第２の振動片７３ｂ上の検出電極７８ａ，７８ｂ，７９ａ，７９ｂ、共通電極８２について詳述する。第２の振動片７３ｂの検出電極７９ａ，７９ｂが設けられている側の振幅が減少するため、検出電極７９ａ，７９ｂの正極性の電荷は減少し、共通電極８２の負極性の電荷も減少する。逆に第２の振動片７３ｂの検出電極７８ａ，７８ｂが設けられた側の振幅は増加するため、検出電極７８ａ，７８ｂの正極性の電荷は増加し、共通電極８２の負極性の電荷も増加する。
【００８９】
これらの検出電極７８ａ，７８ｂから得られた電荷と検出電極７９ａ，７９ｂから得られた電荷をチャージ増幅器１８により差動増幅することにより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。
【００９０】
この構成によると、印加された角速度に対応した変形が、駆動振動と共振する振動片７３ｂの変形に重畳した状態で検出が可能となるばかりか、Ｘ軸方向の外乱や温度による影響が排除される効果がある。また、駆動振動のモニター用に独立した振動片７３ｃを設けることも可能となる。
【００９１】
本実施の形態においては、第１、第２、第３の振動片７３ａ，７３ｂ，７３ｃの各中央部７４ａ，７４ｂ，７４ｃに第１、第２、第３の付加質量部７５ａ，７５ｂ，７５ｃを円心方向に設けたため、角速度が印加された時の検出感度が一段と向上するといった効果を生ずるが、本発明は必ずしもこの構成に特定されるものではなく、第１、第２、第３の振動片７３ａ，７３ｂ，７３ｃに第１、第２、第３の付加質量部７５ａ，７５ｂ，７５ｃを設けない構成も可能である。
【００９２】
本実施の形態においては、基部７０、支持部７１ａ，７１ｂ，７１ｃ、第１、第２、第３の振動片７３ａ，７３ｂ，７３ｃ、第１、第２、第３の付加質量部７５ａ，７５ｂ，７５ｃのいずれをも、一体の水晶板から形成した例について説明したが、第２の実施の形態と同様、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構成でも本発明の技術思想を達成可能である。
【００９３】
本実施の形態においては、支持部７２ａ，７２ｂ，７２ｃがそれぞれ延出する基部７０の近傍に所定の大きさの矩形状の孔部８３ａ，８３ｂ，８３ｃを設けているため、外乱振動が駆動振動へ混入するのを防止する効果や駆動振動が基部へ漏れるのを防止するための機械的なダンピング効果が一段と向上するが本発明は必ずしもこの構成に特定されるものではない。
【００９４】
（実施の形態５）
図２０は本発明の角速度センサの第５の実施の形態を説明するための平面図である。図２０において、座標の方向は基本的に図１４と同一である。図２０において、９０は厚さ（Ｚ軸方向）０．５ｍｍ、直径２５ｍｍの圧電体としての水晶板から構成された基部、９１ａ，９１ｂ，９１ｃは基部９０から円心方向（γ方向）に延出した支持部、９２ａ，９２ｂ，９２ｃは隣接する支持部９１ａと９１ｂ、９１ｂと９１ｃ、９１ｃと９１ａ同士をそれぞれ連接した第１、第２、第３の振動片である。図２０において、第１、第２、第３の振動片９２ａ，９２ｂ，９２ｃからそれぞれ駆動手段、モニター手段、印加された角速度を検出する検出手段が構成される。
【００９５】
本実施の形態において、上述以外の駆動部、モニター部、印加された角速度を検出する検出部の基本構成、振動片の変形形態、発生する電荷の傾向、接続される駆動回路等は、実施の形態４と同様である。
【００９６】
（実施の形態６）
図２１は、本発明の角速度センサの第６の実施の形態を説明するための斜視図である。図２１において、座標軸の方向は基本的に図１と同一であるが、さらに円周方向をθ方向、円心へ向かう方向をγ方向とする。
【００９７】
図２１において、１００は厚さ（Ｚ軸方向）０．５ｍｍ、長さ（Ｙ軸方向）２５ｍｍ、幅（Ｘ軸方向）２５ｍｍの圧電体としての水晶板から構成された基部、１０１ａ，１０１ｂは分岐部分、１０２ａ，１０２ｂは支持部、１０３ａ，１０３ｂは第１、第２の円弧状の振動片、１０４ａ，１０４ｂは第１、第２の振動片１０３ａ，１０３ｂの中央部、１２０ａは第１の付加質量部、１２０ｂは第２の付加質量部、１０５ａ，１０５ｂ，１０６ａ，１０６ｂは駆動手段を構成するための駆動電極、１０７ａ，１０７ｂ，１０８ａ，１０８ｂはモニター用の検出手段兼印加された角速度の大きさに対応した電荷を検出する検出手段を構成するための検出電極、１０９は共通電極、１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄは基部１００を微小面積で固定するための固定部としてのφ０．２の孔部である。基部１００を同一円周上で２等分する分岐部分１０１ａ，１０１ｂから円心に向かって２本の支持部１０２ａ，１０２ｂが延出している。
【００９８】
隣接する支持部１０２ａ，１０２ｂの先端同士を円周上で連接するように第１、第２の振動片１０３ａ，１０３ｂが設けられている。中央部１０４ａ，１０４ｂから円心方向に第１、第２の付加質量部１２０ａ，１２０ｂが延出されている。
【００９９】
図２２は図２１に示す角速度センサとその駆動回路を接続したブロック図である。図２２において、基本的には図２１に示す角速度センサと図９に示す駆動回路からのみ構成されているため、図２１、図９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以下に示す図の説明とともに詳述する。
【０１００】
図２３は駆動電極が設けられた第１の振動片１０３ａをγＺ面で切断した断面図である。図２３において、γ方向を向く矢印は水晶からなる第１の振動片１０３ａの電気軸を示し、１０５ｂ，１０６ｂは第１の振動片１０３ａを挟んで駆動電極１０５ａ，１０６ａと対向するように第１の振動片１０３ａのＸＹ面上（裏面側）に設けられた駆動電極である。１０９は第１の振動片１０３ａのθＺ面上（側面）に第１の振動片１０３ａ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。１７は図２と同一の駆動回路の出力信号源である。
【０１０１】
次に、第１の振動片１０３ａの駆動原理を簡単に説明する。仮に、出力信号源１７から駆動電極１０５ａ，１０６ａ，１０５ｂ，１０６ｂに負極性の電圧が印加されると、図２３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１の振動片１０３ａのａｂ側は伸長し、ｃｄ側は圧縮する。また、駆動電極１０５ａ，１０６ａ，１０５ｂ，１０６ｂに正極性の電圧が印加されると第１の振動片１０３ａのａｂ側は圧縮し、ｃｄ側は伸長する。
【０１０２】
これらが連続的に繰り返されることで、第１の振動片１０３ａは、ＸＹ面内でγ方向に１次モードで振動する。第１の振動片１０３ａが１次モードで振動することにより第２の振動片１０３ｂも共振し、ＸＹ面内でγ方向に１次モードで振動を開始する。
【０１０３】
図２４はモニター用の検出電極が設けられた第２の振動片１０３ｂをγＺ面で切断した断面図である。γ方向を向く矢印は、図２３と同様に水晶からなる第２の振動片１０３ｂの電気軸を示し、１０７ｂ，１０８ｂは第２の振動片１０３ｂを挟んでモニター用の検出電極１０７ａ，１０８ａと対向するように第２の振動片１０３ｂ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。１０９は図２３と同様に、共通電極である。
【０１０４】
次に、モニター用の検出電極１０７ａ，１０８ａ，１０７ｂ，１０８ｂ、共通電極１０９に現われる電荷に関して簡単に説明する。
【０１０５】
第２の振動片１０３ｂは図２３に示す第１の振動片１０３ａとともに共振振動をしているため、第１の振動片１０３ａのａｂ側が伸長している時は第２の振動片１０３ｂのｇｈ側が圧縮する。
【０１０６】
また、第１の振動片１０３ａのｃｄが圧縮している時は、第２の振動片１０３ｂのｅｆ側が伸長する。
【０１０７】
これらの圧縮、伸長によりモニター用の検出電極１０７ａ，１０８ａ，１０７ｂ，１０８ｂには正電荷が発生し、共通電極１０９には負電荷が発生する。従って、第２の振動片１０３ｂ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１０７ａ，１０８ａ，１０７ｂ，１０８ｂに負電荷が発生し、共通電極１０９に正電荷が発生する。
【０１０８】
図２５は、駆動により第１、第２の振動片１０３ａ，１０３ｂが共振振動した場合に、第１、第２の振動片１０３ａ，１０３ｂ全体としてどのような変形形態になるかの一例を説明するための模式線図である。
【０１０９】
第１、第２の振動片１０３ａ，１０３ｂは、中央部１０４ａ，１０４ｂを振動の腹にして、１次モードで円心方向に変形する。
【０１１０】
図２６は、図２５に示す駆動変形形態の際にＺ軸周りの角速度が印加された時の第１、第２の振動片１０３ａ，１０３ｂの変形形態の一例を説明するための模式線図である。
【０１１１】
図２６に示すように、Ｚ軸周りの角速度が印加されることにより、第１、第２の付加質量部１２０ａ，１２０ｂには中央部１０４ａ，１０４ｂを支点にしてθ方向に集中的にコリオリ力が働く。これらの力により、第１、第２の振動片１０３ａ，１０３ｂの検出電極１０５ａ，１０５ｂ，１０８ａ，１０８ｂが設けられている側の振幅は円心方向（γ方向）により強められ、逆に第１、第２の振動片１０３ａ，１０３ｂの検出電極１０６ａ，１０６ｂ，１０７ａ，１０７ｂが設けられている側の振幅は円心から放射する方向に弱められる。
【０１１２】
前述のような第１、第２の振動片１０３ａ，１０３ｂの変形により、検出電極１０８ａ，１０８ｂ，１０７ａ，１０７ｂ、共通電極１０９には、印加された角速度の大きさに対応した電荷の増減が生ずる。
【０１１３】
例えば、図２１に示した第２の振動片１０３ｂ上の検出電極１０８ａ，１０８ｂ，１０７ａ，１０７ｂ、共通電極１０９について詳述する。第２の振動片１０３ｂの検出電極１０７ａ，１０７ｂが設けられている側の振幅が減少するため、検出電極１０７ａ，１０７ｂの正極性の電荷は減少し、共通電極１０９の負極性の電荷も減少する。逆に第２の振動片１０３ｂの検出電極１０８ａ，１０８ｂが設けられた側の振幅は増加するため、検出電極１０８ａ，１０８ｂの正極性の電荷は増加し、共通電極１０９の負極性の電荷も増加する。
【０１１４】
これらの検出電極１０７ａ，１０７ｂから得られた電荷と検出電極１０８ａ，１０８ｂから得られた電荷をチャージ増幅器１８により差動増幅することにより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。
【０１１５】
この構成によると、駆動振動をモニターするための振動片に印加された角速度に対応した変形が重畳されるため、モニター用の振動片と角速度を検出するための振動片を兼用させることが可能となるばかりか、Ｘ軸方向の外乱や温度による影響が排除される効果がある。
【０１１６】
本実施の形態においては、第１、第２の振動片１０３ａ，１０３ｂの各中央部１０４ａ，１０４ｂに第１、第２の付加質量部１２０ａ，１２０ｂを円心方向に設けたため、角速度が印加された時の検出感度が一段と向上するといった効果を生ずるが、本発明は必ずしもこの構成に特定されるものではなく、第１、第２の振動片１０３ａ，１０３ｂに第１、第２の付加質量部１２０ａ，１２０ｂを設けない構成も可能である。
【０１１７】
本実施の形態においては、基部１００、支持部１０２ａ，１０２ｂ、第１、第２の振動片１０３ａ，１０３ｂ、第１、第２の付加質量部１２０ａ，１２０ｂのいずれをも、一体の水晶板から形成した例について説明したが、第２の実施の形態と同様、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構成でも本発明の技術思想を達成可能である。
【０１１８】
本実施の形態においても、分岐部分１０１ａ，１０１ｂの近傍の基部１００に所定の大きさの孔部を設けることで実施の形態４と同様に外乱振動の混入や駆動振動が基部１００へ漏れるのを防止することが可能である。
【０１１９】
（実施の形態７）
図２７は本発明の角速度センサの第７の実施の形態を説明するための斜視図である。図２７において、座標の方向は基本的に図２１と同一である。
【０１２０】
本実施の形態において、実施の形態６と異なる点は、基本的に振動片が４個所設けられている点であるため、この点に関して以下に詳述する。
【０１２１】
図２７において、１１１は厚さ（Ｚ軸方向）０．５ｍｍ、直径２５ｍｍの圧電体としての水晶板から構成された基部、１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄは基部１１１から円心方向（γ方向）に延出した第１、第２、第３、第４の支持部、１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄは隣接する支持部１１２ａと１１２ｂ、１１２ｂと１１２ｃ、１１２ｃと１１２ｄ、１１２ｄと１１２ａ同士をそれぞれ連接した円弧状の第１、第２、第３、第４の振動片、１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄは第１、第２、第３、第４の振動片１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄの中央部、１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄは中央部から円心方向に延出した第１、第２、第３、第４の付加質量部である。図２７において、第１、第３、第２、第４の振動片１１３ａ，１１３ｃ，１１３ｂと１１３ｄからそれぞれ駆動手段、モニター手段、印加された角速度を検出する検出手段が構成される。
【０１２２】
本実施の形態において、上述以外の駆動部、モニター部、印加された角速度を検出する検出部の基本構成、振動片の変形形態、発生する電荷の傾向、接続される駆動回路等は、実施の形態６と同様である。
【０１２３】
本実施の形態において、第１の振動片に駆動手段を設け第２、第４の振動片を印加された角速度を検出する検出手段に選択することでＸ軸周りの角速度を検出することも可能となる。同じく、第２の振動片に駆動手段を設け、第１、第３の振動片を印加された角速度を検出する手段に選択することでＹ軸周りの角速度を検出することも可能となる。
【０１２４】
本実施の形態においても、第１、第２、第３、第４の支持部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄの付け根近傍の基部１１１に所定の大きさの孔部を設けることで実施の形態４と同様に外乱振動の混入や駆動振動が基部１１１へ漏れるのを防止することが可能である。
【０１２５】
【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軸と反対の方向に延出した第１、第２の音叉片と、前記第１、第２の音叉片とそれぞれ相対向するように前記基部からＹ軸方向に延出した第３、第４の音叉片と、前記第１、第３の音叉片の先端からＸ軸方向に延出した第１、第３の付加質量部と、前記第２、第４の音叉片の先端からＸ軸方向と反対の方向に延出した第２、第４の付加質量部と、前記基部から前記第１、第２の音叉片の間と前記第３、第４の音叉片の間を通るようにＹ軸方向及びＹ軸方向と反対の方向にそれぞれ延出し連結された屈曲振動片と、前記屈曲振動片の中間からＸ軸方向及びＸ軸方向と反対の方向に張り出すように形成された第５の付加質量部と、前記第１、第２、第３、第４の音叉片がＸＹ面内で１次モードの音叉振動をするように前記第２、第４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、前記第５の付加質量部の中心を節にして起こる前記屈曲振動片のＸＹ面内の２次モードの屈曲変形を検出するための検出手段とを備えることにより、駆動及び検出のための櫛歯構造の電極を形成する必要もなくなるばかりか、角速度印加に基づく信号以外は除去可能な薄型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斜視図
【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面で切断した断面図
【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面で切断した断面図
【図４】 同角速度センサと駆動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線図
【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面で切断した断面図
【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斜視図
【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斜視図
【図９】 同角速度センサと駆動回路を接続したブロック図
【図１０】 同角速度センサの駆動電極が設けられた音叉片をＸＺ面で切断した断面図
【図１１】 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面で切断した断面図
【図１２】 同角速度センサの駆動時の音叉片の変形形態の模式線図
【図１３】 同角速度センサに角速度が印加された時の音叉片の変形形態の模式線図
【図１４】 （ａ）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平面図
（ｂ）同角速度センサの下面図
【図１５】 同角速度センサと駆動回路を接続したブロック図
【図１６】 同角速度センサの駆動電極が設けられた振動片をγＺ面で切断した断面図
【図１７】 同角速度センサのモニター用の検出電極が設けられた振動片をγＺ面で切断した断面図
【図１８】 同角速度センサの駆動時の振動片の変形形態の模式線図
【図１９】 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線図
【図２０】 本発明の第５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２１】 本発明の第６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２２】 同角速度センサと駆動回路を接続したブロック図
【図２３】 同角速度センサの駆動電極が設けられた振動片をγＺ面で切断した断面図
【図２４】 同角速度センサのモニター用の検出電極が設けられた振動片をγＺ面で切断した断面図
【図２５】 同角速度センサの駆動時の振動片の変形形態の模式線図
【図２６】 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線図
【図２７】 本発明の第７の実施の形態の角速度センサを説明するための斜視図
【符号の説明】
１，３０，５０，７０，９０，１００，１１１ 基部
２ａ，３１ａ，５２ａ 第１の音叉片
２ｂ，３１ｂ，５２ｂ 第２の音叉片
３ａ，３２ａ，５３ａ 第３の音叉片
３ｂ，３２ｂ，５３ｂ 第４の音叉片
４ａ，３３ａ，５４，７５ａ，１１５ａ，１２０ａ 第１の付加質量部
４ｂ，３３ｂ，５５，７５ｂ，１１５ｂ，１２０ｂ 第２の付加質量部
５ａ，３４ａ，７５ｃ，１１５ｃ 第３の付加質量部
５ｂ，３４ｂ，１１５ｄ 第４の付加質量部
６，３５ 屈曲振動片
７，３６ 第５の付加質量部
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ，８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄ，１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ 孔部
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ スリット部
１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ，５６ａ，５６ｂ，５７ａ，５７ｂ，８０ａ，８０ｂ，８１ａ，８１ｂ，１０７ａ，１０７ｂ，１０８ａ，１０８ｂ モニター用の検出電極
１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，５８ａ，５８ｂ，５９ａ，５９ｂ，７６ａ，７６ｂ，７７ａ，７７ｂ，１０５ａ，１０５ｂ，１０６ａ，１０６ｂ 駆動電極
１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ，５６ａ，５６ｂ，５７ａ，５７ｂ，７８ａ，７８ｂ，７９ａ，７９ｂ，１０７ａ，１０７ｂ，１０８ａ，１０８ｂ 角速度検出用の検出電極
１６，６０，８２，１０９ 共通電極
１７ 駆動回路の出力信号源
１８ チャージ増幅器
１９ 検波回路
２０ ローパスフィルタ
２１ 駆動回路
３７，３８，３９，４０，４１，４２ 圧電体セラミックス
５１ａ，５１ｂ，７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，９１ａ，９１ｂ，９１ｃ，１０２ａ，１０２ｂ，１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄ 支持部
６３ａ 第１の連結部
６３ｂ 第２の連結部
７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，１０１ａ，１０１ｂ 分岐部分
７３ａ，９２ａ，１０３ａ，１１３ａ 第１の振動片
７３ｂ，９２ｂ，１０３ｂ，１１３ｂ 第２の振動片
７３ｃ，９２ｃ，１１３ｃ 第３の振動片
７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，１０４ａ，１０４ｂ，１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄ 中央部
１１３ｄ 第４の振動片
【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やナビゲーショ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櫛歯構造の電極を形成する必要もなく且つ角速度印加に基づく信号以外は除去可能な薄型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軸と反対の方向に延出した第１、第２の音叉片と、前記第１、第２の音叉片とそれぞれ相対向するように前記基部からＹ軸方向に延出した第３、第４の音叉片と、前記第１、第３の音叉片の先端からＸ軸方向に延出した第１、第３の付加質量部と、前記第２、第４の音叉片の先端からＸ軸方向と反対の方向に延出した第２、第４の付加質量部と、前記基部から前記第１、第２の音叉片の間と前記第３、第４の音叉片の間を通るようにＹ軸方向及びＹ軸方向と反対の方向にそれぞれ延出し連結された屈曲振動片と、前記屈曲振動片の中間からＸ軸方向及びＸ軸方向と反対の方向に張り出すように形成された第５の付加質量部と、前記第１、第２、第３、第４の音叉片がＸＹ面内で１次モードの音叉振動をするように前記第２、第４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、前記第５の付加質量部の中心を節にして起こる前記屈曲振動片のＸＹ面内の２次モードの屈曲変形を検出するための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櫛歯構造の電極を形成する必要もなくなるばかりか、角速度印加に基づく信号以外は除去可能な薄型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軸と反対の方向に延出した第１、第２の音叉片と、前記第１、第２の音叉片とそれぞれ相対向するように前記基部からＹ軸方向に延出した第３、第４の音叉片と、前記第１、第３の音叉片の先端からＸ軸方向に延出した第１、第３の付加質量部と、前記第２、第４の音叉片の先端からＸ軸方向と反対の方向に延出した第２、第４の付加質量部と、前記基部から前記第１、第２の音叉片の間と前記第３、第４の音叉片の間を通るようにＹ軸方向及びＹ軸方向と反対の方向にそれぞれ延出し連結された屈曲振動片と、前記屈曲振動片の中間からＸ軸方向及びＸ軸方向と反対の方向に張り出すように形成された第５の付加質量部と、前記第１、第２、第３、第４の音叉片がＸＹ面内で１次モードの音叉振動をするように前記第２、第４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、前記第５の付加質量部の中心を節にして起こる前記屈曲振動片のＸＹ面内の２次モードの屈曲変形を検出するための検出手段とを備えているため、駆動及び検出のための櫛歯構造の電極を形成する必要もなくなるばかりか、角速度印加に基づく信号以外は除去可能といった作用を有する。
【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、第３、第４の音叉片の１次モードの共振周波数と屈曲振動片の２次モードの共振周波数を近接させた構成としているため、検出感度が高くなり且つ検出の応答周波数を高くできる作用を有する。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、基部の四隅に第１、第２、第３、第４の音叉片からそれぞれ等距離になるように設けられた４個所の固定部と、前記各固定部の近傍の所定位置にそれぞれスリット部が形成された構成としているため、外乱振動が検出部の２次の屈曲振動へ混入するのを防止する効果及び検出部の２次の屈曲振動が基部へ漏れるのを防止するための機械的なダンピング効果を有する。
【００１０】
請求項４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、第３、第４の音叉片、屈曲振動片と第１、第２、第３、第４、第５の付加質量部が、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。
【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、第３、第４の音叉片、屈曲振動片と第１、第２、第３、第４、第５の付加質量部は、恒弾性金属材料または酸化物材料により形成され、少なくとも前記第１、第２、第３、第４の音叉片と屈曲振動片のＸＹ面上には圧電材料からなる層が設けられた構成としているため、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。
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図２７を用いて説明する。
【００１３】
（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斜視図である。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。
【００１４】
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、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，３ｂが延出している。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の付加質量部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の付加質量部５ａ，５ｂが延出している。
【００１５】
基部１から第１、第２の音叉片２ａ，２ｂの間と第３、第４の音叉片３ａ，３ｂの間を通るようにＹ軸方向及びＹ軸方向と反対の方向にそれぞれ延出し連結された屈曲振動片６が設けられている。屈曲振動片６の中間には、屈曲振動片６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矩形の第５の付加質量部７が設けられている。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の付加質量部４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ、屈曲振動片６、第５の付加質量部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φ０．２の孔部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが形成されている。
【００１６】
孔部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ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９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄがそれぞれ所定の位置に設けられている。
【００１７】
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１２ａ，１３ａが設けられている。第１、第３の音叉片２ａ，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１０ａ，１１ａが設けられている。屈曲振動片６のＸＹ面上（表面側）には、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１４ａ，１５ａが設けられている。
【００１８】
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。１６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。１７は駆動回路の出力信号源である。
【００１９】
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１６が設けられている。
【００２０】
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１７から駆動電極１２ａ，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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、１０ｂは第１の音叉片２ａを挟んでモニター用の検出電極１０ａ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。１６は図２と同様に、共通電極である。
【００２４】
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１１ａ，１１ｂ、共通電極１６が設けられている。
【００２５】
次に、モニター用の検出電極１０ａ，１０ｂ、共通電極１６に現われる電荷に関して簡単に説明する。
【００２６】
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ｇｈ側が圧縮する。
【００２７】
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。
【００２８】
これらの圧縮、伸長によりモニター用の検出電極１０ａ，１０ｂには正電荷が発生し、共通電極１６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１０ａ，１０ｂに負電荷が発生し、共通電極１６に正電荷が発生する。
【００２９】
図４は本発明の角速度センサとその駆動回路を接続したブロック図である。図４において、１８は差動入力型のチャージ増幅器である。１８は屈曲振動片６に設けられた検出電極１４ａ，１５ａ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。１９は検波回路である。検波回路１９によりチャージ増幅器１８の出力信号を同期検波する。２０は検波回路１９により得られた検波信号中に含まれる駆動信号成分を除去し、角速度検出信号のみを通過させるためのローパスフィルタである。２１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１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂから得られる信号を駆動回路２１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１５μｍ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，３ａ，３ｂ、屈曲振動片６の変形形態の一例を説明するための模式線図である。
【００３０】
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の付加質量部４ａ，５ａにはＹ軸方向に、第２、第４の付加質量部４ｂ，５ｂにはＹ軸方向と反対の方向に集中的にコリオリの力が働き、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の応力状態を補正するように、第５の付加質量部７の中心を振動の節にして屈曲振動片６が２次モードの屈曲変形（Ｓ字形状）を呈する。この屈曲変形量に対応して屈曲振動片６に設けられた検出電極１４ａから電荷が得られる。また、この電荷量は印加された角速度の大きさに対応している。振動の節となる第５の付加質量部７は屈曲振動片６の２次モードの屈曲振動の共振周波数を微調整する機能と２次モードの屈曲振動の安定との共機能を併せ持っている。
【００３１】
図６は、第１、第２の音叉片２ａ，２ｂの間にある検出電極が設けられた屈曲振動片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屈曲振動片６の電気軸を示し、１４ｂは屈曲振動片６を挟んで検出電極１４ａと対向するように屈曲振動片６のＸＹ面上（裏面側）に設けられた検出電極である。１６は屈曲振動片６のＹＺ面上（側面）に屈曲振動片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。
【００３２】
同じく、第３、第４の音叉片３ａ，３ｂの間にある屈曲振動片６にも、屈曲振動片６を挟んで検出電極１５ａと対向するように検出電極１５ｂが設けられ、ＹＺ面上（側面）には屈曲振動片６を挟んで対向するように一対の共通電極１６が設けられている。
【００３３】
次に、屈曲振動片６に図５に示すようなＳ字形状の屈曲変形が起こった時の検出電極１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ、共通電極１６に現われる電荷の発生状態を簡単に説明する。
【００３４】
第１、第２の音叉片２ａ，２ｂの間にある屈曲振動片６のｉｊ側は伸長し、ｋｌ側は圧縮するため、検出電極１４ａ，１４ｂには正電荷が発生し、共通電極１６には負電荷が発生する。また、屈曲振動片６全体としては、第５の付加質量部７の中心を振動の節にしてＳ字形状の屈曲変形を呈するため、第３、第４の音叉片３ａ，３ｂの間にある屈曲振動片６のｉｊ側は圧縮し、ｋｌ側が伸長するため、検出電極１５ａ，１５ｂには負電荷が発生し、共通電極１６には正電荷が発生する。
【００３５】
検出電極１４ａ，１４ｂから得られた電荷と検出電極１５ａ，１５ｂから得られた電荷をチャージ増幅器１８により差動増幅することにより２倍の出力が得られるばかりか、Ｘ軸方向の外乱や温度による影響を排除する効果がある。
【００３６】
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屈曲振動片６の２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ばかりか、検出の応答周波数を高くすることも可能となる。
【００３７】
本実施の形態において、スリット部９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄが基部１に設けられていることにより、外乱振動が屈曲振動片６の２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、屈曲振動片６の２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。
【００３８】
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の付加質量部４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ、屈曲振動片６と第５の付加質量部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。
【００３９】
（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斜視図である。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の付加質量部３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂ、屈曲振動片３５と第５の付加質量部３６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。
【００４０】
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３７，３８が接合されている。また、屈曲振動片３５のＸＹ面上には２次モードの屈曲変形により印加された角速度の大きさに対応した電荷を検出するための圧電体セラミックス４１，４２が接合されている。
【００４１】
図７において、第１、第２、第３、第４の音叉片３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ、屈曲振動片３５の変形形態、モニター時の圧電体セラミックス３７，３８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４１，４２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。
【００４２】
本実施の形態においては、第１、第２、第３、第４の音叉片３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ、第１、第２、第３、第４の付加質量部３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂ、屈曲振動片３５及び第５の付加質量部３６並びに圧電体セラミックス３７，３８，３９，４０，４１，４２を別の材料に分けて構成しているため、それぞれ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。
【００４３】
本実施の形態において、駆動用、そのモニター用、印加された角速度の大きさに対応した電荷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。
【００４４】
（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斜視図である。図８において、座標軸の方向は図１と同一である。
【００４５】
図８において、５０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、５１ａ，５１ｂは支持部、５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂは第１、第２、第３、第４の音叉片、５４は第１の付加質量部、５５は第２の付加質量部、５６ａ，５６ｂ，５７ａ，５７ｂはモニター用の検出手段兼印加された角速度の大きさに対応した電荷を検出する検出手段を構成するための検出電極、５８ａ，５８ｂ，５９ａ，５９ｂは駆動手段を構成するための駆動電極、６０は共通電極、６１ａ，６１ｂは機械的ダンピング効果を得るための矩形状の孔部、６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄは基部５０を微小面積で固定するための固定部としてのφ０．２の孔部、６３ａ，６３ｂは第１、第２の連結部である。
【００４６】
基部５０の幅１３．３ｍｍの中央且つＹ軸上において、基部５０の長さ２０ｍｍの両端から各３ｍｍの位置より支持部５１ａ，５１ｂが相対向するように延出している。支持部５１ａの先端からＹ軸方向と反対の方向に第１、第２の音叉片５２ａ，５２ｂが延出し、支持部５１ｂの先端からＹ軸方向に第３、第４の音叉片５３ａ，５３ｂが延出している。第１、第３の音叉片５２ａ，５３ａは第１の連結部６３ａで連結し、第１の連結部６３ａからＸ軸方向にＴ字状の第１の付加質量部５４が延出している。また、第２、第４の音叉片５２ｂ，５３ｂは第２の連結部６３ｂで連結し、第２の連結部６３ｂからＸ軸方向と反対方向にＴ字状の第２の付加質量部５５が延出している。
【００４７】
図９は図８に示す角速度センサとその駆動回路を接続したブロック図である。図９において、図８、図４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。
【００４８】
検出電極５６ａ，５７ａにより検出された電荷は、チャージ増幅器１８、駆動回路２１の両方に入力される。
【００４９】
図１０は駆動電極が設けられた第２の音叉片５２ｂをＸＺ面で切断した断面図である。図１０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５２ｂの電気軸を示し、５８ｂは第２の音叉片５２ｂを挟んで駆動電極５８ａと対向するように第２の音叉片５２ｂのＸＹ面上（裏面側）に設けられた駆動電極である。６０は第２の音叉片５２ｂのＹＺ面上（側面）に第２の音叉片５２ｂ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。１７は図２と同一の駆動回路の出力信号源である。
【００５０】
第４の音叉片５３ｂにも第２の音叉片５２ｂと同様に、駆動電極５９ａ，５９ｂ、共通電極６０が設けられている。
【００５１】
次に、第２の音叉片５２ｂの駆動原理を簡単に説明する。仮に、出力信号源１７から駆動電極５８ａ，５８ｂに正極性の電圧が印加されると、図１０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５２ｂのａｂ側は圧縮し、ｃｄ側は伸長する。また、駆動電極５８ａ，５８ｂに負極性の電圧が印加されると第２の音叉片５２ｂのａｂ側は伸長し、ｃｄ側は圧縮する。
【００５２】
これらが連続的に繰り返されることで、第２の音叉片５２ｂは、ＸＹ面内で１次モードで振動する。
【００５３】
同様な駆動原理により、第４の音叉片５３ｂもＸＹ面内で１次モードで振動する。第２、第４の音叉片５２ｂ，５３ｂが１次モードで振動することにより第１、第３の音叉片５２ａ，５３ａも共振し、ＸＹ面内で音叉振動を開始する。
【００５４】
図１１はモニター用の検出電極が設けられた第１の音叉片５２ａ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１０と同様に水晶からなる第１の音叉片５２ａの電気軸を示し、５６ｂは第１の音叉片５２ａを挟んでモニター用の検出電極５６ａと対向するように第１の音叉片５２ａ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。６０は図１０と同様に、共通電極である。
【００５５】
第３の音叉片５３ａにも第１の音叉片５２ａと同様に、モニター用の検出電極５７ａ，５７ｂ、共通電極６０が設けられている。
【００５６】
次に、モニター用の検出電極５６ａ，５６ｂ、共通電極６０に現われる電荷に関して簡単に説明する。
【００５７】
第１の音叉片５２ａは図１０に示す第２の音叉片５２ｂと音叉振動をしているため、第２の音叉片５２ｂのａｂ側が圧縮している時は第１の音叉片５２ａのｇｈ側が圧縮する。
【００５８】
また、第２の音叉片５２ｂのｃｄが伸長している時は、第１の音叉片５２ａのｅｆ側が伸長する。
【００５９】
これらの圧縮、伸長によりモニター用の検出電極５６ａ，５６ｂには正電荷が発生し、共通電極６０には負電荷が発生する。従って、第１の音叉片５２ａ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５６ａ，５６ｂに負電荷が発生し、共通電極６０に正電荷が発生する。
【００６０】
図１２は、駆動により第１、第２、第３、第４の音叉片５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂが音叉振動した場合に、第１、第２、第３、第４の音叉片５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂ全体としてどのような変形形態になるかの一例を説明するための模式線図である。
【００６１】
第１、第３の音叉片５２ａ，５３ａは、第１の連結部６３ａを振動の腹にして、１次モードでＸ方向に変形し、第２、第４の音叉片５２ｂ，５３ｂは第２の連結部６３ｂを振動の腹にして１次モードでＸ方向と反対の方向に変形する。
【００６２】
図１３は、図１２に示す駆動変形形態の際に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５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂの変形形態の一例を説明するための模式線図である。
【００６３】
図１３に示すように、Ｚ軸周りの角速度が印加されることにより、第１の付加質量部５４には第１の連結部６３ａを支点にしてＹ軸方向に集中的にコリオリ力が働き、第２の付加質量部５５には第２の連結部６３ｂを支点にしてＹ軸方向と反対方向に集中的にコリオリ力が働く。これらの力により、第２の音叉片５２ｂの振幅はＸ軸方向と反対方向により強められ、第４の音叉片５３ｂの振幅はＸ軸方向に弱められる。また、第１の音叉片５２ａの振幅はＸ軸方向と反対方向に弱められ、第３の音叉片５３ａの振幅はＸ軸方向に強められる。
【００６４】
前述のような第１、第２、第３、第４の音叉片５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂの変形により、モニター用と兼用された検出電極５６ａ，５６ｂ，５７ａ，５７ｂ、共通電極６０には、印加された角速度の大きさに対応した電荷の増減が生ずる。
【００６５】
例えば、図１１に示した第１の音叉片５２ａ上の検出電極５６ａ，５６ｂ、共通電極６０について詳述すると、第１の音叉片５２ａの振幅が減少するため、検出電極５６ａ，５６ｂの正極性の電荷は減少し、共通電極６０の負極性の電荷も減少する。逆に第３の音叉片５３ａの振幅は増加するため、検出電極５７ａ，５７ｂの正極性の電荷は増加し、共通電極６０の負極性の電荷も増加する。
【００６６】
これらの検出電極５６ａ，５６ｂから得られた電荷と検出電極５７ａ，５７ｂから得られた電荷をチャージ増幅器１８により差動増幅することにより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。
【００６７】
この構成によると、駆動振動をモニターするための音叉片に印加された角速度に対応した変形が重畳されるため、モニター用の音叉片と角速度を検出するための音叉片を兼用させることが可能となるばかりか、Ｘ軸方向の外乱や温度による影響が排除される効果がある。
【００６８】
本実施の形態においては、基部５０と第１、第２、第３、第４の各音叉片５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂとの間に支持部５１ａ，５１ｂを設けたため、駆動時の音叉振動がより安定すると同時に検出感度も向上するといった効果を生ずるが、本発明は必ずしもこの構成に特定されるものではなく、第１、第２、第３、第４の各音叉片５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂを基部５０から直接延出させる構成も可能である。
【００６９】
本実施の形態においては、基部５０、支持部５１ａ，５１ｂ、第１、第２、第３、第４の音叉片５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂ、第１、第２の付加質量部５４，５５と第１、第２の連結部６３ａ，６３ｂのいずれをも、一体の水晶板から形成した例について説明したが、第２の実施の形態と同様、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構成でも本発明の技術思想を達成可能である。
【００７０】
本実施の形態においては、第１、第２、第３、第４の音叉片５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂがそれぞれ延出する基部５０の近傍に所定の大きさの矩形状の孔部６１ａ，６１ｂを設けているため、外乱振動が音叉振動へ混入するのを防止する効果や音叉振動が基部へ漏れるのを防止するための機械的なダンピング効果が一段と向上するが本発明は必ずしもこの構成に特定されるものではない。
【００７１】
（実施の形態４）
図１４（ａ），（ｂ）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平面図、下面図である。図１４において、座標軸の方向は基本的に図１と同一であるが、さらに円周方向をθ方向、円心へ向かう方向をγ方向とする。
【００７２】
図１４において、７０は厚さ（Ｚ軸方向）０．５ｍｍ、長さ（Ｙ軸方向）２５ｍｍ、幅（Ｘ軸方向）２５ｍｍの圧電体としての水晶板から構成された基部、７１ａ，７１ｂ，７１ｃは分岐部分、７２ａ，７２ｂ，７２ｃは支持部、７３ａ，７３ｂ，７３ｃは第１、第２、第３の振動片、７４ａ，７４ｂ，７４ｃは第１、第２、第３の振動片７３ａ，７３ｂ，７３ｃの中央部、７５ａは第１の付加質量部、７５ｂは第２の付加質量部、７５ｃは第３の付加質量部、７６ａ，７６ｂ，７７ａ，７７ｂは駆動手段を構成するための駆動電極、７８ａ，７８ｂ，７９ａ，７９ｂは印加された角速度の大きさに対応した電荷を検出する検出手段を構成するための検出電極、８０ａ，８０ｂ，８１ａ，８１ｂはモニター用の検出手段を構成するための検出電極、８２は共通電極、８３ａ，８３ｂ，８３ｃは機械的ダンピング効果を得るための矩形状の孔部、８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄは基部７０を微小面積で固定するための固定部としてのφ０．２の孔部である。基部７０を同一円周上で３等分する分岐部分７１ａ，７１ｂ，７１ｃから円心に向かって３本の支持部７２ａ，７２ｂ，７２ｃが延出している。
【００７３】
隣接する支持部７２ａ，７２ｂの先端同士を連接するように第１の振動片７３ａが設けられ、支持部７２ｂ，７２ｃの先端同士を連接するように第２の振動片７３ｂが設けられ、支持部７２ｃ，７２ａの先端同士を連接するように第３の振動片７３ｃが設けられている。中央部７４ａから円心方向にＴ字状の第１の付加質量部７５ａが延出され、中央部７４ｂから円心方向にＴ字状の第２の付加質量部７５ｂが延出され、中央部７４ｃから円心方向にＴ字状の第３の付加質量部７５ｃが延出されている。
【００７４】
図１５は図１４に示す角速度センサとその駆動回路を接続したブロック図である。図１５において、基本的には図１４に示す角速度センサと図４に示す駆動回路からのみ構成されているため、図１４、図４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以下に示す図の説明とともに詳述する。
【００７５】
図１６は駆動電極が設けられた第１の振動片７３ａをγＺ面で切断した断面図である。図１６において、γ方向を向く矢印は水晶からなる第１の振動片７３ａの電気軸を示し、７６ｂ，７７ｂは第１の振動片７３ａを挟んで駆動電極７６ａ，７７ａと対向するように第１の振動片７３ａのＸＹ面上（裏面側）に設けられた駆動電極である。８２は第１の振動片７３ａのθＺ面上（側面）に第１の振動片７３ａ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。１７は図２と同一の駆動回路の出力信号源である。
【００７６】
次に、第１の振動片７３ａの駆動原理を簡単に説明する。仮に、出力信号源１７から駆動電極７６ａ，７７ａ，７６ｂ，７７ｂに負極性の電圧が印加されると、図１６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１の振動片７３ａのａｂ側は伸長し、ｃｄ側は圧縮する。また、駆動電極７６ａ，７７ａ，７６ｂ，７７ｂに正極性の電圧が印加されると第１の振動片７３ａのａｂ側は圧縮し、ｃｄ側は伸長する。
【００７７】
これらが連続的に繰り返されることで、第１の振動片７３ａは、ＸＹ面内でγ方向に１次モードで振動する。第１の振動片７３ａが１次モードで振動することにより第２、第３の振動片７３ｂ，７３ｃも共振し、ＸＹ面内でγ方向に１次モードで振動を開始する。
【００７８】
図１７はモニター用の検出電極が設けられた第３の振動片７３ｃをγＺ面で切断した断面図である。γ方向を向く矢印は、図１６と同様に水晶からなる第３の振動片７３ｃの電気軸を示し、８０ｂ，８１ｂは第３の振動片７３ｃを挟んでモニター用の検出電極８０ａ，８１ａと対向するように第３の振動片７３ｃ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。８２は図１６と同様に、共通電極である。
【００７９】
次に、モニター用の検出電極８０ａ，８１ａ，８０ｂ，８１ｂ、共通電極８２に現われる電荷に関して簡単に説明する。
【００８０】
第３の振動片７３ｃは図１６に示す第１の振動片７３ａとともに共振振動をしているため、第１の振動片７３ａのａｂ側が伸長している時は第３の振動片７３ｃのｇｈ側が圧縮する。
【００８１】
また、第１の振動片７３ａのｃｄが圧縮している時は、第３の振動片７３ｃのｅｆ側が伸長する。
【００８２】
これらの圧縮、伸長によりモニター用の検出電極８０ａ，８１ａ，８０ｂ，８１ｂには正電荷が発生し、共通電極８２には負電荷が発生する。従って、第３の振動片７３ｃ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８０ａ，８１ａ，８０ｂ，８１ｂに負電荷が発生し、共通電極８２に正電荷が発生する。
【００８３】
図１８は、駆動により第１、第２、第３の振動片７３ａ，７３ｂ，７３ｃが共振振動した場合に、第１、第２、第３の振動片７３ａ，７３ｂ，７３ｃ全体としてどのような変形形態になるかの一例を説明するための模式線図である。
【００８４】
第１、第２、第３の振動片７３ａ，７３ｂ，７３ｃは、中央部７４ａ，７４ｂ，７４ｃを振動の腹にして、１次モードで円心方向に変形する。
【００８５】
図１９は、図１８に示す駆動変形形態の際にＺ軸周りの角速度が印加された時の第１、第２、第３の振動片７３ａ，７３ｂ，７３ｃの変形形態の一例を説明するための模式線図である。
【００８６】
図１９に示すように、Ｚ軸周りの角速度が印加されることにより、第１、第２、第３の付加質量部７５ａ，７５ｂ，７５ｃには中央部７４ａ，７４ｂ，７４ｃを支点にしてθ方向に集中的にコリオリ力が働く。これらの力により、第１、第２、第３の振動片７３ａ，７３ｂ，７３ｃの検出電極７６ａ，７６ｂ，７８ａ，７８ｂ，８０ａ，８０ｂが設けられている側の振幅は円心方向（γ方向）により強められ、逆に第１、第２、第３の振動片７３ａ，７３ｂ，７３ｃの検出電極７７ａ，７７ｂ，７９ａ，７９ｂ，８１ａ，８１ｂが設けられている側の振幅は円心から放射する方向に弱められる。
【００８７】
前述のような第１、第２、第３の振動片７３ａ，７３ｂ，７３ｃの変形により、検出電極７８ａ，７８ｂ，７９ａ，７９ｂ、共通電極８２には、印加された角速度の大きさに対応した電荷の増減が生ずる。
【００８８】
例えば、図１４に示した第２の振動片７３ｂ上の検出電極７８ａ，７８ｂ，７９ａ，７９ｂ、共通電極８２について詳述する。第２の振動片７３ｂの検出電極７９ａ，７９ｂが設けられている側の振幅が減少するため、検出電極７９ａ，７９ｂの正極性の電荷は減少し、共通電極８２の負極性の電荷も減少する。逆に第２の振動片７３ｂの検出電極７８ａ，７８ｂが設けられた側の振幅は増加するため、検出電極７８ａ，７８ｂの正極性の電荷は増加し、共通電極８２の負極性の電荷も増加する。
【００８９】
これらの検出電極７８ａ，７８ｂから得られた電荷と検出電極７９ａ，７９ｂから得られた電荷をチャージ増幅器１８により差動増幅することにより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。
【００９０】
この構成によると、印加された角速度に対応した変形が、駆動振動と共振する振動片７３ｂの変形に重畳した状態で検出が可能となるばかりか、Ｘ軸方向の外乱や温度による影響が排除される効果がある。また、駆動振動のモニター用に独立した振動片７３ｃを設けることも可能となる。
【００９１】
本実施の形態においては、第１、第２、第３の振動片７３ａ，７３ｂ，７３ｃの各中央部７４ａ，７４ｂ，７４ｃに第１、第２、第３の付加質量部７５ａ，７５ｂ，７５ｃを円心方向に設けたため、角速度が印加された時の検出感度が一段と向上するといった効果を生ずるが、本発明は必ずしもこの構成に特定されるものではなく、第１、第２、第３の振動片７３ａ，７３ｂ，７３ｃに第１、第２、第３の付加質量部７５ａ，７５ｂ，７５ｃを設けない構成も可能である。
【００９２】
本実施の形態においては、基部７０、支持部７１ａ，７１ｂ，７１ｃ、第１、第２、第３の振動片７３ａ，７３ｂ，７３ｃ、第１、第２、第３の付加質量部７５ａ，７５ｂ，７５ｃのいずれをも、一体の水晶板から形成した例について説明したが、第２の実施の形態と同様、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構成でも本発明の技術思想を達成可能である。
【００９３】
本実施の形態においては、支持部７２ａ，７２ｂ，７２ｃがそれぞれ延出する基部７０の近傍に所定の大きさの矩形状の孔部８３ａ，８３ｂ，８３ｃを設けているため、外乱振動が駆動振動へ混入するのを防止する効果や駆動振動が基部へ漏れるのを防止するための機械的なダンピング効果が一段と向上するが本発明は必ずしもこの構成に特定されるものではない。
【００９４】
（実施の形態５）
図２０は本発明の角速度センサの第５の実施の形態を説明するための平面図である。図２０において、座標の方向は基本的に図１４と同一である。図２０において、９０は厚さ（Ｚ軸方向）０．５ｍｍ、直径２５ｍｍの圧電体としての水晶板から構成された基部、９１ａ，９１ｂ，９１ｃは基部９０から円心方向（γ方向）に延出した支持部、９２ａ，９２ｂ，９２ｃは隣接する支持部９１ａと９１ｂ、９１ｂと９１ｃ、９１ｃと９１ａ同士をそれぞれ連接した第１、第２、第３の振動片である。図２０において、第１、第２、第３の振動片９２ａ，９２ｂ，９２ｃからそれぞれ駆動手段、モニター手段、印加された角速度を検出する検出手段が構成される。
【００９５】
本実施の形態において、上述以外の駆動部、モニター部、印加された角速度を検出する検出部の基本構成、振動片の変形形態、発生する電荷の傾向、接続される駆動回路等は、実施の形態４と同様である。
【００９６】
（実施の形態６）
図２１は、本発明の角速度センサの第６の実施の形態を説明するための斜視図である。図２１において、座標軸の方向は基本的に図１と同一であるが、さらに円周方向をθ方向、円心へ向かう方向をγ方向とする。
【００９７】
図２１において、１００は厚さ（Ｚ軸方向）０．５ｍｍ、長さ（Ｙ軸方向）２５ｍｍ、幅（Ｘ軸方向）２５ｍｍの圧電体としての水晶板から構成された基部、１０１ａ，１０１ｂは分岐部分、１０２ａ，１０２ｂは支持部、１０３ａ，１０３ｂは第１、第２の円弧状の振動片、１０４ａ，１０４ｂは第１、第２の振動片１０３ａ，１０３ｂの中央部、１２０ａは第１の付加質量部、１２０ｂは第２の付加質量部、１０５ａ，１０５ｂ，１０６ａ，１０６ｂは駆動手段を構成するための駆動電極、１０７ａ，１０７ｂ，１０８ａ，１０８ｂはモニター用の検出手段兼印加された角速度の大きさに対応した電荷を検出する検出手段を構成するための検出電極、１０９は共通電極、１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄは基部１００を微小面積で固定するための固定部としてのφ０．２の孔部である。基部１００を同一円周上で２等分する分岐部分１０１ａ，１０１ｂから円心に向かって２本の支持部１０２ａ，１０２ｂが延出している。
【００９８】
隣接する支持部１０２ａ，１０２ｂの先端同士を円周上で連接するように第１、第２の振動片１０３ａ，１０３ｂが設けられている。中央部１０４ａ，１０４ｂから円心方向に第１、第２の付加質量部１２０ａ，１２０ｂが延出されている。
【００９９】
図２２は図２１に示す角速度センサとその駆動回路を接続したブロック図である。図２２において、基本的には図２１に示す角速度センサと図９に示す駆動回路からのみ構成されているため、図２１、図９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以下に示す図の説明とともに詳述する。
【０１００】
図２３は駆動電極が設けられた第１の振動片１０３ａをγＺ面で切断した断面図である。図２３において、γ方向を向く矢印は水晶からなる第１の振動片１０３ａの電気軸を示し、１０５ｂ，１０６ｂは第１の振動片１０３ａを挟んで駆動電極１０５ａ，１０６ａと対向するように第１の振動片１０３ａのＸＹ面上（裏面側）に設けられた駆動電極である。１０９は第１の振動片１０３ａのθＺ面上（側面）に第１の振動片１０３ａ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。１７は図２と同一の駆動回路の出力信号源である。
【０１０１】
次に、第１の振動片１０３ａの駆動原理を簡単に説明する。仮に、出力信号源１７から駆動電極１０５ａ，１０６ａ，１０５ｂ，１０６ｂに負極性の電圧が印加されると、図２３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１の振動片１０３ａのａｂ側は伸長し、ｃｄ側は圧縮する。また、駆動電極１０５ａ，１０６ａ，１０５ｂ，１０６ｂに正極性の電圧が印加されると第１の振動片１０３ａのａｂ側は圧縮し、ｃｄ側は伸長する。
【０１０２】
これらが連続的に繰り返されることで、第１の振動片１０３ａは、ＸＹ面内でγ方向に１次モードで振動する。第１の振動片１０３ａが１次モードで振動することにより第２の振動片１０３ｂも共振し、ＸＹ面内でγ方向に１次モードで振動を開始する。
【０１０３】
図２４はモニター用の検出電極が設けられた第２の振動片１０３ｂをγＺ面で切断した断面図である。γ方向を向く矢印は、図２３と同様に水晶からなる第２の振動片１０３ｂの電気軸を示し、１０７ｂ，１０８ｂは第２の振動片１０３ｂを挟んでモニター用の検出電極１０７ａ，１０８ａと対向するように第２の振動片１０３ｂ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。１０９は図２３と同様に、共通電極である。
【０１０４】
次に、モニター用の検出電極１０７ａ，１０８ａ，１０７ｂ，１０８ｂ、共通電極１０９に現われる電荷に関して簡単に説明する。
【０１０５】
第２の振動片１０３ｂは図２３に示す第１の振動片１０３ａとともに共振振動をしているため、第１の振動片１０３ａのａｂ側が伸長している時は第２の振動片１０３ｂのｇｈ側が圧縮する。
【０１０６】
また、第１の振動片１０３ａのｃｄが圧縮している時は、第２の振動片１０３ｂのｅｆ側が伸長する。
【０１０７】
これらの圧縮、伸長によりモニター用の検出電極１０７ａ，１０８ａ，１０７ｂ，１０８ｂには正電荷が発生し、共通電極１０９には負電荷が発生する。従って、第２の振動片１０３ｂ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１０７ａ，１０８ａ，１０７ｂ，１０８ｂに負電荷が発生し、共通電極１０９に正電荷が発生する。
【０１０８】
図２５は、駆動により第１、第２の振動片１０３ａ，１０３ｂが共振振動した場合に、第１、第２の振動片１０３ａ，１０３ｂ全体としてどのような変形形態になるかの一例を説明するための模式線図である。
【０１０９】
第１、第２の振動片１０３ａ，１０３ｂは、中央部１０４ａ，１０４ｂを振動の腹にして、１次モードで円心方向に変形する。
【０１１０】
図２６は、図２５に示す駆動変形形態の際にＺ軸周りの角速度が印加された時の第１、第２の振動片１０３ａ，１０３ｂの変形形態の一例を説明するための模式線図である。
【０１１１】
図２６に示すように、Ｚ軸周りの角速度が印加されることにより、第１、第２の付加質量部１２０ａ，１２０ｂには中央部１０４ａ，１０４ｂを支点にしてθ方向に集中的にコリオリ力が働く。これらの力により、第１、第２の振動片１０３ａ，１０３ｂの検出電極１０５ａ，１０５ｂ，１０８ａ，１０８ｂが設けられている側の振幅は円心方向（γ方向）により強められ、逆に第１、第２の振動片１０３ａ，１０３ｂの検出電極１０６ａ，１０６ｂ，１０７ａ，１０７ｂが設けられている側の振幅は円心から放射する方向に弱められる。
【０１１２】
前述のような第１、第２の振動片１０３ａ，１０３ｂの変形により、検出電極１０８ａ，１０８ｂ，１０７ａ，１０７ｂ、共通電極１０９には、印加された角速度の大きさに対応した電荷の増減が生ずる。
【０１１３】
例えば、図２１に示した第２の振動片１０３ｂ上の検出電極１０８ａ，１０８ｂ，１０７ａ，１０７ｂ、共通電極１０９について詳述する。第２の振動片１０３ｂの検出電極１０７ａ，１０７ｂが設けられている側の振幅が減少するため、検出電極１０７ａ，１０７ｂの正極性の電荷は減少し、共通電極１０９の負極性の電荷も減少する。逆に第２の振動片１０３ｂの検出電極１０８ａ，１０８ｂが設けられた側の振幅は増加するため、検出電極１０８ａ，１０８ｂの正極性の電荷は増加し、共通電極１０９の負極性の電荷も増加する。
【０１１４】
これらの検出電極１０７ａ，１０７ｂから得られた電荷と検出電極１０８ａ，１０８ｂから得られた電荷をチャージ増幅器１８により差動増幅することにより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。
【０１１５】
この構成によると、駆動振動をモニターするための振動片に印加された角速度に対応した変形が重畳されるため、モニター用の振動片と角速度を検出するための振動片を兼用させることが可能となるばかりか、Ｘ軸方向の外乱や温度による影響が排除される効果がある。
【０１１６】
本実施の形態においては、第１、第２の振動片１０３ａ，１０３ｂの各中央部１０４ａ，１０４ｂに第１、第２の付加質量部１２０ａ，１２０ｂを円心方向に設けたため、角速度が印加された時の検出感度が一段と向上するといった効果を生ずるが、本発明は必ずしもこの構成に特定されるものではなく、第１、第２の振動片１０３ａ，１０３ｂに第１、第２の付加質量部１２０ａ，１２０ｂを設けない構成も可能である。
【０１１７】
本実施の形態においては、基部１００、支持部１０２ａ，１０２ｂ、第１、第２の振動片１０３ａ，１０３ｂ、第１、第２の付加質量部１２０ａ，１２０ｂのいずれをも、一体の水晶板から形成した例について説明したが、第２の実施の形態と同様、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構成でも本発明の技術思想を達成可能である。
【０１１８】
本実施の形態においても、分岐部分１０１ａ，１０１ｂの近傍の基部１００に所定の大きさの孔部を設けることで実施の形態４と同様に外乱振動の混入や駆動振動が基部１００へ漏れるのを防止することが可能である。
【０１１９】
（実施の形態７）
図２７は本発明の角速度センサの第７の実施の形態を説明するための斜視図である。図２７において、座標の方向は基本的に図２１と同一である。
【０１２０】
本実施の形態において、実施の形態６と異なる点は、基本的に振動片が４個所設けられている点であるため、この点に関して以下に詳述する。
【０１２１】
図２７において、１１１は厚さ（Ｚ軸方向）０．５ｍｍ、直径２５ｍｍの圧電体としての水晶板から構成された基部、１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄは基部１１１から円心方向（γ方向）に延出した第１、第２、第３、第４の支持部、１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄは隣接する支持部１１２ａと１１２ｂ、１１２ｂと１１２ｃ、１１２ｃと１１２ｄ、１１２ｄと１１２ａ同士をそれぞれ連接した円弧状の第１、第２、第３、第４の振動片、１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄは第１、第２、第３、第４の振動片１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄの中央部、１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄは中央部から円心方向に延出した第１、第２、第３、第４の付加質量部である。図２７において、第１、第３、第２、第４の振動片１１３ａ，１１３ｃ，１１３ｂと１１３ｄからそれぞれ駆動手段、モニター手段、印加された角速度を検出する検出手段が構成される。
【０１２２】
本実施の形態において、上述以外の駆動部、モニター部、印加された角速度を検出する検出部の基本構成、振動片の変形形態、発生する電荷の傾向、接続される駆動回路等は、実施の形態６と同様である。
【０１２３】
本実施の形態において、第１の振動片に駆動手段を設け第２、第４の振動片を印加された角速度を検出する検出手段に選択することでＸ軸周りの角速度を検出することも可能となる。同じく、第２の振動片に駆動手段を設け、第１、第３の振動片を印加された角速度を検出する手段に選択することでＹ軸周りの角速度を検出することも可能となる。
【０１２４】
本実施の形態においても、第１、第２、第３、第４の支持部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄの付け根近傍の基部１１１に所定の大きさの孔部を設けることで実施の形態４と同様に外乱振動の混入や駆動振動が基部１１１へ漏れるのを防止することが可能である。
【０１２５】
【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軸と反対の方向に延出した第１、第２の音叉片と、前記第１、第２の音叉片とそれぞれ相対向するように前記基部からＹ軸方向に延出した第３、第４の音叉片と、前記第１、第３の音叉片の先端からＸ軸方向に延出した第１、第３の付加質量部と、前記第２、第４の音叉片の先端からＸ軸方向と反対の方向に延出した第２、第４の付加質量部と、前記基部から前記第１、第２の音叉片の間と前記第３、第４の音叉片の間を通るようにＹ軸方向及びＹ軸方向と反対の方向にそれぞれ延出し連結された屈曲振動片と、前記屈曲振動片の中間からＸ軸方向及びＸ軸方向と反対の方向に張り出すように形成された第５の付加質量部と、前記第１、第２、第３、第４の音叉片がＸＹ面内で１次モードの音叉振動をするように前記第２、第４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、前記第５の付加質量部の中心を節にして起こる前記屈曲振動片のＸＹ面内の２次モードの屈曲変形を検出するための検出手段とを備えることにより、駆動及び検出のための櫛歯構造の電極を形成する必要もなくなるばかりか、角速度印加に基づく信号以外は除去可能な薄型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斜視図
【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面で切断した断面図
【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面で切断した断面図
【図４】 同角速度センサと駆動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線図
【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面で切断した断面図
【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斜視図
【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斜視図
【図９】 同角速度センサと駆動回路を接続したブロック図
【図１０】 同角速度センサの駆動電極が設けられた音叉片をＸＺ面で切断した断面図
【図１１】 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面で切断した断面図
【図１２】 同角速度センサの駆動時の音叉片の変形形態の模式線図
【図１３】 同角速度センサに角速度が印加された時の音叉片の変形形態の模式線図
【図１４】 （ａ）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平面図
（ｂ）同角速度センサの下面図
【図１５】 同角速度センサと駆動回路を接続したブロック図
【図１６】 同角速度センサの駆動電極が設けられた振動片をγＺ面で切断した断面図
【図１７】 同角速度センサのモニター用の検出電極が設けられた振動片をγＺ面で切断した断面図
【図１８】 同角速度センサの駆動時の振動片の変形形態の模式線図
【図１９】 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線図
【図２０】 本発明の第５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２１】 本発明の第６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２２】 同角速度センサと駆動回路を接続したブロック図
【図２３】 同角速度センサの駆動電極が設けられた振動片をγＺ面で切断した断面図
【図２４】 同角速度センサのモニター用の検出電極が設けられた振動片をγＺ面で切断した断面図
【図２５】 同角速度センサの駆動時の振動片の変形形態の模式線図
【図２６】 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線図
【図２７】 本発明の第７の実施の形態の角速度センサを説明するための斜視図
【符号の説明】
１，３０，５０，７０，９０，１００，１１１ 基部
２ａ，３１ａ，５２ａ 第１の音叉片
２ｂ，３１ｂ，５２ｂ 第２の音叉片
３ａ，３２ａ，５３ａ 第３の音叉片
３ｂ，３２ｂ，５３ｂ 第４の音叉片
４ａ，３３ａ，５４，７５ａ，１１５ａ，１２０ａ 第１の付加質量部
４ｂ，３３ｂ，５５，７５ｂ，１１５ｂ，１２０ｂ 第２の付加質量部
５ａ，３４ａ，７５ｃ，１１５ｃ 第３の付加質量部
５ｂ，３４ｂ，１１５ｄ 第４の付加質量部
６，３５ 屈曲振動片
７，３６ 第５の付加質量部
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ，８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄ，１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ 孔部
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ スリット部
１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ，５６ａ，５６ｂ，５７ａ，５７ｂ，８０ａ，８０ｂ，８１ａ，８１ｂ，１０７ａ，１０７ｂ，１０８ａ，１０８ｂ モニター用の検出電極
１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，５８ａ，５８ｂ，５９ａ，５９ｂ，７６ａ，７６ｂ，７７ａ，７７ｂ，１０５ａ，１０５ｂ，１０６ａ，１０６ｂ 駆動電極
１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ，５６ａ，５６ｂ，５７ａ，５７ｂ，７８ａ，７８ｂ，７９ａ，７９ｂ，１０７ａ，１０７ｂ，１０８ａ，１０８ｂ 角速度検出用の検出電極
１６，６０，８２，１０９ 共通電極
１７ 駆動回路の出力信号源
１８ チャージ増幅器
１９ 検波回路
２０ ローパスフィルタ
２１ 駆動回路
３７，３８，３９，４０，４１，４２ 圧電体セラミックス
５１ａ，５１ｂ，７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，９１ａ，９１ｂ，９１ｃ，１０２ａ，１０２ｂ，１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄ 支持部
６３ａ 第１の連結部
６３ｂ 第２の連結部
７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，１０１ａ，１０１ｂ 分岐部分
７３ａ，９２ａ，１０３ａ，１１３ａ 第１の振動片
７３ｂ，９２ｂ，１０３ｂ，１１３ｂ 第２の振動片
７３ｃ，９２ｃ，１１３ｃ 第３の振動片
７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，１０４ａ，１０４ｂ，１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄ 中央部
１１３ｄ 第４の振動片
Claims (5)
- 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軸と反対の方向に延出した第１、第２の音叉片と、前記第１、第２の音叉片とそれぞれ相対向するように前記基部からＹ軸方向に延出した第３、第４の音叉片と、前記第１、第３の音叉片の先端からＸ軸方向に延出した第１、第３の付加質量部と、前記第２、第４の音叉片の先端からＸ軸方向と反対の方向に延出した第２、第４の付加質量部と、前記基部から前記第１、第２の音叉片の間と前記第３、第４の音叉片の間を通るようにＹ軸方向及びＹ軸方向と反対の方向にそれぞれ延出し連結された屈曲振動片と、前記屈曲振動片の中間からＸ軸方向及びＸ軸方向と反対の方向に張り出すように形成された第５の付加質量部と、前記第１、第２、第３、第４の音叉片がＸＹ面内で１次モードの音叉振動をするように前記第２、第４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、前記第５の付加質量部の中心を節にして起こる前記屈曲振動片のＸＹ面内の２次モードの屈曲変形を検出するための検出手段とを備えた角速度センサ。
- 第１、第２、第３、第４の音叉片の１次モードの共振周波数と屈曲振動片の２次モードの共振周波数を近接させた請求項１に記載の角速度センサ。
- 基部の四隅に第１、第２、第３、第４の音叉片からそれぞれ等距離になるように設けられた４個所の固定部と、前記各固定部の近傍の所定位置にそれぞれスリット部が形成された請求項１に記載の角速度センサ。
- ＸＹ面内に設けられた基部、第１、第２、第３、第４の音叉片、屈曲振動片と第１、第２、第３、第４、第５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１に記載の角速度センサ。
- ＸＹ面内に設けられた基部、第１、第２、第３、第４の音叉片、屈曲振動片と第１、第２、第３、第４、第５の付加質量部は、恒弾性金属材料または酸化物材料により形成され、少なくとも前記第１、第２、第３、第４の音叉片と屈曲振動片のＸＹ面上には圧電材料からなる層が設けられた請求項１に記載の角速度センサ。
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