JP2000162235A - 加速度・角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造を簡略化し、小型で効率の良いセンサを
実現する。 【解決手段】 円板状の圧電素子５００の上面に、交差
指状電極Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ１〜Ｚ４を形成す
る。各交差指状電極は、所定間隔をおいて配置された複
数の指状電極からなる２種類の電極群を交互に並べるこ
とにより構成され、両電極群の間に所定極性の電圧を印
加して分極処理が施される。圧電素子５００の下面中央
部には重錘体５４０が接合され、下面周囲部は台座５５
０を介して装置筐体に固定される。電極Ｚ１〜Ｚ４に交
流信号を与えると、重錘体５４０はＺ軸方向に振動す
る。この状態で、Ｘ軸まわり又はＹ軸まわりの角速度ω
ｘ，ωｙが作用すると、重錘体５４０に対してＹ軸方向
又はＸ軸方向へのコリオリ力Ｆｙ，Ｆｘが作用し、圧電
素子５００に撓みが生じる。この撓みは、電極Ｙ１，Ｙ
２又は電極Ｘ１，Ｘ２に生じる起電力に基づいて検出さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は加速度センサおよび
角速度センサに関し、特に、圧電素子の機械的変形に基
づいて加速度および角速度を検出することができるセン
サに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車産業や機械産業などでは、所定軸
まわりの角速度や所定軸方向の加速度を正確に検出でき
る加速度センサや角速度センサの需要が高まってきてい
る。一般に、三次元空間内において自由運動をする物体
には、任意の向きの加速度とともに任意の回転方向の角
速度が作用する。このため、この物体の運動を正確に把
握するためには、ＸＹＺ三次元座標系における各座標軸
方向に関する加速度とともに、各座標軸まわりの角速度
を検出する必要がある。特に、ＸＹＺ三次元直交座標系
内において、物体の三次元の動きを正確に捉えるために
は、Ｘ軸まわりの角速度ωｘ，Ｙ軸まわりの角速度ω
ｙ，Ｚ軸まわりの角速度ωｚ，Ｘ軸方向の加速度αｘ，
Ｙ軸方向の加速度αｙ，Ｚ軸方向の加速度αｚという合
計６軸に関する角速度および加速度の成分を検出するこ
とが不可欠である。

【０００３】このような需要に応えるため、本願発明者
は、たとえば、特許協力条約に基づく国際公開第ＷＯ９
４／２３２７２号公報、特開平８−３５９８１号公報、
特開平８−６８６３６号公報、特開平８−９４６６１号
公報、特開平８−２２６９３１号公報、特開平８−２８
５６０８号公報などに、圧電素子を用いた角速度センサ
および加速度センサを提案した。これらのセンサでは、
圧電素子に重錘体を接合するか、あるいは圧電素子の一
部を重錘体として利用し、この重錘体に作用する加速度
に基づく力または角速度に基づくコリオリ力を測定する
ことにより、三次元の各軸まわりの角速度や各軸方向の
加速度を検出することができる。ここで、角速度につい
ては、ある物体にＸ軸まわりの角速度ωｘが作用してい
る状態において、この物体をＺ軸方向に運動させると、
Ｙ軸方向にコリオリ力Ｆｙが作用するという原理を利用
した検出が行われ、加速度については、ある物体にＸ軸
方向の加速度αｘが作用すると、同じくＸ軸方向に加速
度に基づく力（ここでは、加速度力と呼ぶことにする）
ｆｘが作用するという原理を利用した検出が行われてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】三次元空間内で運動す
る物体についての角速度・加速度検出という需要は、益
々高まるばかりであり、今後は特に、センサの小型かつ
低価格化が望まれている。しかしながら、これまで実用
化されてきた角速度センサあるいは加速度センサは、圧
電素子の上下両面に電極を形成する必要があり、構造的
にまだまだ複雑な部分が多く、効率の良い小型のセンサ
を作成することが困難であるという問題があった。

【０００５】そこで本発明は、構造的により簡略化を図
り、小型で効率の良い加速度センサおよび角速度センサ
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】(1) 本発明の第１の態
様は、ＸＹＺ三次元座標系における少なくとも一軸方向
に作用する加速度を検出する機能をもった加速度センサ
において、固定部と変位部とを有し、固定部を固定した
状態で変位部に力が作用したときに機械的変形が生じる
圧電素子と、この圧電素子を収容するとともに、固定部
を支持固定する装置筐体と、変位部に形成された重錘体
と、圧電素子の機械的変形が生じる位置に形成された交
差指状電極と、を設け、互いにほぼ平行になるように所
定間隔をおいて配置され、互いに短絡した複数の指状電
極からなる第１の電極群と、互いにほぼ平行になるよう
に所定間隔をおいて配置され、互いに短絡した複数の指
状電極からなる第２の電極群と、によって交差指状電極
を構成し、第１の電極群を構成する指状電極と第２の電
極群を構成する指状電極とを交互に並ぶように配置する
ようにし、圧電素子には、第１の電極群と第２の電極群
との間に所定極性の電圧を印加することにより分極処理
を施すようにし、重錘体に作用した加速度に基づいて変
位部に力が作用し、圧電素子に機械的変形が生じたとき
に、第１の電極群と第２の電極群との間に加速度に応じ
た起電力が生じるようにしたものである。

【０００７】(2) 本発明の第２の態様は、上述の第１
の態様に係る加速度センサにおいて、上面が平面をなす
板状の圧電素子を用い、その周囲部分を固定部として装
置筐体に固定し、その中心部分を変位部としてここに重
錘体を形成し、圧電素子の上面中心に原点を有し、上面
がＸＹ平面に含まれるようなＸＹＺ三次元座標系を定義
し、圧電素子の上面のＸ軸上に、各指状電極がほぼＹ軸
方向を向くような交差指状電極を配置し、この交差指状
電極に生じる起電力に基づいて、作用した加速度のＸ軸
方向成分を検出できるようにしたものである。

【０００８】(3) 本発明の第３の態様は、上述の第２
の態様に係る加速度センサにおいて、圧電素子の上面の
Ｘ軸の正の部分に、各指状電極がほぼＹ軸方向を向くよ
うな第１の交差指状電極を配置し、圧電素子の上面のＸ
軸の負の部分に、各指状電極がほぼＹ軸方向を向くよう
な第２の交差指状電極を配置し、第１の交差指状電極に
生じる起電力と第２の交差指状電極に生じる起電力とに
基づいて、作用した加速度のＸ軸方向成分およびＺ軸方
向成分を検出するようにしたものである。

【０００９】(4) 本発明の第４の態様は、上述の第３
の態様に係る加速度センサにおいて、第１の交差指状電
極および第２の交差指状電極の他に、更に、圧電素子の
上面のＹ軸の正の部分に、各指状電極がほぼＸ軸方向を
向くような第３の交差指状電極を配置し、圧電素子の上
面のＹ軸の負の部分に、各指状電極がほぼＸ軸方向を向
くような第４の交差指状電極を配置し、第１の交差指状
電極に生じる起電力と第２の交差指状電極に生じる起電
力とに基づいて、作用した加速度のＸ軸方向成分を検出
し、第３の交差指状電極に生じる起電力と第４の交差指
状電極に生じる起電力とに基づいて、作用した加速度の
Ｙ軸方向成分を検出し、第１の交差指状電極に生じる起
電力と第２の交差指状電極に生じる起電力とに基づい
て、または、第３の交差指状電極に生じる起電力と第４
の交差指状電極に生じる起電力とに基づいて、または、
第１〜第４の交差指状電極のすべてに生じる起電力に基
づいて、作用した加速度のＺ軸方向成分を検出するよう
にしたものである。

【００１０】(5) 本発明の第５の態様は、上述の第１
の態様に係る加速度センサにおいて、上面が平面をなす
板状の圧電素子を用い、その周囲部分を固定部として装
置筐体に固定し、その中心部分を変位部としてここに重
錘体を形成し、圧電素子の上面中心に原点を有し、上面
がＸＹ平面に含まれるようなＸＹＺ三次元座標系を定義
し、圧電素子の上面のＸ軸上に、各指状電極が原点を中
心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような交差指状電
極を配置し、この交差指状電極に生じる起電力に基づい
て、作用した加速度のＸ軸方向成分を検出できるように
したものである。

【００１１】(6) 本発明の第６の態様は、上述の第５
の態様に係る加速度センサにおいて、圧電素子の上面の
Ｘ軸の正の部分に、各指状電極が原点を中心とした円弧
にほぼ沿った方向を向くような第１の交差指状電極を配
置し、圧電素子の上面のＸ軸の負の部分に、各指状電極
が原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような
第２の交差指状電極を配置し、第１の交差指状電極に生
じる起電力と第２の交差指状電極に生じる起電力とに基
づいて、作用した加速度のＸ軸方向成分およびＺ軸方向
成分を検出するようにしたものである。

【００１２】(7) 本発明の第７の態様は、上述の第６
の態様に係る加速度センサにおいて、第１の交差指状電
極および第２の交差指状電極の他に、更に、圧電素子の
上面のＹ軸の正の部分に、各指状電極が原点を中心とし
た円弧にほぼ沿った方向を向くような第３の交差指状電
極を配置し、圧電素子の上面のＹ軸の負の部分に、各指
状電極が原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向く
ような第４の交差指状電極を配置し、第１の交差指状電
極に生じる起電力と第２の交差指状電極に生じる起電力
とに基づいて、作用した加速度のＸ軸方向成分を検出
し、第３の交差指状電極に生じる起電力と第４の交差指
状電極に生じる起電力とに基づいて、作用した加速度の
Ｙ軸方向成分を検出し、第１の交差指状電極に生じる起
電力と第２の交差指状電極に生じる起電力に基づいて、
または、第３の交差指状電極に生じる起電力と第４の交
差指状電極に生じる起電力に基づいて、または、第１〜
第４の交差指状電極のすべてに生じる起電力に基づい
て、作用した加速度のＺ軸方向成分を検出するようにし
たものである。

【００１３】(8) 本発明の第８の態様は、ＸＹＺ三次
元座標系における少なくとも一軸まわりに作用する角速
度を検出する機能をもった角速度センサにおいて、固定
部と変位部とを有し、固定部を固定した状態で変位部に
力が作用したときに機械的変形が生じる圧電素子と、こ
の圧電素子を収容するとともに、固定部を支持固定する
装置筐体と、変位部に形成された重錘体と、圧電素子の
機械的変形が生じる位置に形成された駆動用交差指状電
極および検出用交差指状電極と、を設け、互いにほぼ平
行になるように所定間隔をおいて配置され、互いに短絡
した複数の指状電極からなる第１の電極群と、互いにほ
ぼ平行になるように所定間隔をおいて配置され、互いに
短絡した複数の指状電極からなる第２の電極群と、によ
って各交差指状電極を構成し、第１の電極群を構成する
指状電極と第２の電極群を構成する指状電極とを交互に
並ぶように配置するようにし、圧電素子には、第１の電
極群と第２の電極群との間に所定極性の電圧を印加する
ことにより分極処理を施し、駆動用交差指状電極を構成
する第１の電極群と第２の電極群との間に、所定の交流
信号を供給することにより、重錘体を所定の軌道に沿っ
て運動させることができるようにし、重錘体の運動中に
作用した角速度に基づいてコリオリ力が発生し、圧電素
子に機械的変形が生じたときに、検出用交差指状電極を
構成する第１の電極群と第２の電極群との間に角速度に
応じた起電力が生じるようにしたものである。

【００１４】(9) 本発明の第９の態様は、上述の第８
の態様に係る角速度センサにおいて、上面が平面をなす
板状の圧電素子を用い、その周囲部分を固定部として装
置筐体に固定し、その中心部分を変位部としてここに重
錘体を形成し、圧電素子の上面中心に原点を有し、上面
がＸＹ平面に含まれるようなＸＹＺ三次元座標系を定義
し、圧電素子の上面のＸ軸の正の部分に、各指状電極が
ほぼＹ軸方向を向くような第１の駆動用交差指状電極を
配置し、圧電素子の上面のＸ軸の負の部分に、各指状電
極がほぼＹ軸方向を向くような第２の駆動用交差指状電
極を配置し、圧電素子の上面のＹ軸の正の部分に、各指
状電極がほぼＸ軸方向を向くような第３の駆動用交差指
状電極を配置し、圧電素子の上面のＹ軸の負の部分に、
各指状電極がほぼＸ軸方向を向くような第４の駆動用交
差指状電極を配置し、第１の駆動用交差指状電極および
第２の駆動用交差指状電極には、重錘体をＸ軸方向に単
振動させることができるＸ軸方向励振用交流信号を供給
し、第３の駆動用交差指状電極および第４の駆動用交差
指状電極には、重錘体をＹ軸方向に単振動させることが
できるＹ軸方向励振用交流信号を供給し、Ｘ軸方向励振
用交流信号とＹ軸方向励振用交流信号との位相を９０°
ずらすことにより、重錘体にＸＹ平面上での円運動を行
わせることができるようにし、重錘体が円運動を行って
いるときに、この円運動軌道の接線方向に直交する方向
に作用したコリオリ力を検出用交差指状電極によって検
出することにより、接線方向およびコリオリ力の方向の
双方に直交する軸まわりの角速度を検出できるようにし
たものである。

【００１５】(10) 本発明の第１０の態様は、上述の第
８の態様に係る角速度センサにおいて、上面が平面をな
す板状の圧電素子を用い、その周囲部分を固定部として
装置筐体に固定し、その中心部分を変位部としてここに
重錘体を形成し、圧電素子の上面中心に原点を有し、上
面がＸＹ平面に含まれるようなＸＹＺ三次元座標系を定
義し、圧電素子の上面のＸ軸の正の部分に、各指状電極
がほぼＹ軸方向を向くような第１の検出用交差指状電極
を配置し、圧電素子の上面のＸ軸の負の部分に、各指状
電極がほぼＹ軸方向を向くような第２の検出用交差指状
電極を配置し、駆動用交差指状電極に所定の交流信号を
供給することにより、重錘体をＸＹ平面上で円運動を行
わせることができるようにし、重錘体がＸ軸を横切ると
きに、第１の検出用交差指状電極および第２の検出用交
差指状電極に生じる起電力に基づいて、Ｚ軸まわりの角
速度を検出できるようにしたものである。

【００１６】(11) 本発明の第１１の態様は、上述の第
８の態様に係る角速度センサにおいて、上面が平面をな
す板状の圧電素子を用い、その周囲部分を固定部として
装置筐体に固定し、その中心部分を変位部としてここに
重錘体を形成し、圧電素子の上面中心に原点を有し、上
面がＸＹ平面に含まれるようなＸＹＺ三次元座標系を定
義し、圧電素子の上面に、重錘体のＺ軸方向の変位を検
出することができる検出用交差指状電極を配置し、駆動
用交差指状電極に所定の交流信号を供給することによ
り、重錘体をＸＹ平面上で円運動を行わせることができ
るようにし、重錘体がＸ軸を横切るときに、検出用交差
指状電極に生じる起電力に基づいて、Ｘ軸まわりの角速
度を検出し、重錘体がＹ軸を横切るときに、検出用交差
指状電極に生じる起電力に基づいて、Ｙ軸まわりの角速
度を検出できるようにしたものである。

【００１７】(12) 本発明の第１２の態様は、上述の第
８の態様に係る角速度センサにおいて、上面が平面をな
す板状の圧電素子を用い、その周囲部分を固定部として
装置筐体に固定し、その中心部分を変位部としてここに
重錘体を形成し、圧電素子の上面中心に原点を有し、上
面がＸＹ平面に含まれるようなＸＹＺ三次元座標系を定
義し、圧電素子の上面のＸ軸の正の部分に、各指状電極
が原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような
第１の駆動用交差指状電極を配置し、圧電素子の上面の
Ｘ軸の負の部分に、各指状電極が原点を中心とした円弧
にほぼ沿った方向を向くような第２の駆動用交差指状電
極を配置し、圧電素子の上面のＹ軸の正の部分に、各指
状電極が原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向く
ような第３の駆動用交差指状電極を配置し、圧電素子の
上面のＹ軸の負の部分に、各指状電極が原点を中心とし
た円弧にほぼ沿った方向を向くような第４の駆動用交差
指状電極を配置し、第１の駆動用交差指状電極および第
２の駆動用交差指状電極には、重錘体をＸ軸方向に単振
動させることができるＸ軸方向励振用交流信号を供給
し、第３の駆動用交差指状電極および第４の駆動用交差
指状電極には、重錘体をＹ軸方向に単振動させることが
できるＹ軸方向励振用交流信号を供給し、Ｘ軸方向励振
用交流信号とＹ軸方向励振用交流信号との位相を９０°
ずらすことにより、重錘体にＸＹ平面上での円運動を行
わせることができるようにし、重錘体が円運動を行って
いるときに、この円運動軌道の接線方向に直交する方向
に作用したコリオリ力を検出用交差指状電極によって検
出することにより、接線方向およびコリオリ力の方向の
双方に直交する軸まわりの角速度を検出できるようにし
たものである。

【００１８】(13) 本発明の第１３の態様は、上述の第
８の態様に係る角速度センサにおいて、上面が平面をな
す板状の圧電素子を用い、その周囲部分を固定部として
装置筐体に固定し、その中心部分を変位部としてここに
重錘体を形成し、圧電素子の上面中心に原点を有し、上
面がＸＹ平面に含まれるようなＸＹＺ三次元座標系を定
義し、圧電素子の上面のＸ軸の正の部分に、各指状電極
が原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような
第１の検出用交差指状電極を配置し、圧電素子の上面の
Ｘ軸の負の部分に、各指状電極が原点を中心とした円弧
にほぼ沿った方向を向くような第２の検出用交差指状電
極を配置し、駆動用交差指状電極に所定の交流信号を供
給することにより、重錘体をＸＹ平面上で円運動を行わ
せることができるようにし、重錘体がＸ軸を横切るとき
に、第１の検出用交差指状電極および第２の検出用交差
指状電極に生じる起電力に基づいて、Ｚ軸まわりの角速
度を検出できるようにしたものである。

【００１９】(14) 本発明の第１４の態様は、上述の第
８〜第１３の態様に係るセンサにおいて、物理的に同一
の交差指状電極を、駆動用交差指状電極と検出用交差指
状電極との双方を兼用する電極として用いるようにした
ものである。

【００２０】(15) 本発明の第１５の態様は、上述の第
１〜第１４の態様に係るセンサにおいて、重錘体を、圧
電素子の一部によって構成するようにしたものである。

【００２１】(16) 本発明の第１６の態様は、上述の第
１〜第１５の態様に係るセンサにおいて、圧電素子とし
て板状の圧電素子を用い、この圧電素子の上下両面に交
差指状電極を形成するようにしたものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示する実施形態
に基づいて説明する。

【００２３】§１． 交差指状電極を有する圧電素子 前述したように、圧電素子を利用した加速度センサおよ
び角速度センサは、種々の形態のものが既に提案されて
いる。本発明の特徴は、圧電素子上に交差指状電極を形
成し、この交差指状電極に生じる起電力に基づいて、作
用した加速度力またはコリオリ力を検出し、また、この
交差指状電極に電圧を印加することにより、圧電素子を
振動させるようにした点にある。そこで、ここでは、本
発明で利用される交差指状電極を有する圧電素子の構成
およびその基本的な振る舞いについて述べておく。

【００２４】まず、図１に示すように、第１の電極群１
０および第２の電極群２０によって構成される交差指状
電極を、板状の圧電素子３０の上面に形成する。本願明
細書における交差指状電極とは、このように第１の電極
群１０と第２の電極群２０とを組み合わせることにより
構成される特有のパターンをもった電極であり、第１の
電極群１０および第２の電極群２０は、いずれも、互い
にほぼ平行になるように所定間隔をおいて配置された互
いに短絡した複数の指状電極からなる。しかも、第１の
電極群１０を構成する指状電極と第２の電極群を構成す
る指状電極とは交互に並ぶように配置されている。

【００２５】図１に示す具体例では、図の横方向にＸ
軸、図の縦方向にＹ軸を定義すれば、第１の電極群１０
は、Ｙ軸方向を向いて配置された５本の指状電極１１〜
１５と、これらを接続する配線部１６と、外部に対して
電気的接触を行うための端子部１７と、から構成されて
おり、一方、第２の電極群２０は、Ｙ軸方向を向いて配
置された５本の指状電極２１〜２５と、これらを接続す
る配線部２６と、外部に対して電気的接触を行うための
端子部２７と、から構成されている。ここで、第１の電
極群１０を構成する指状電極１１〜１５と、第２の電極
群２０を構成する指状電極２１〜２５とは、Ｘ軸方向に
沿って、交互に（互い違いに）並ぶように配置されてい
る。なお、図１では、第１の電極群１０および第２の電
極群２０の形状が容易に把握できるように、それぞれを
固有のハッチングパターンで塗り潰して示してあるが、
この図１は、板状の圧電素子３０の上面図であって、第
１の電極群１０および第２の電極群２０に施したハッチ
ングパターンは断面を示すためのものではない。

【００２６】図２は、図１に示す板状の圧電素子３０を
Ｘ軸に沿って切断した側断面図であり、図の横方向にＸ
軸、縦方向にＺ軸が定義されている（Ｙ軸は紙面に垂直
になる）。第１の電極群１０を構成する個々の指状電極
１１〜１５と、第２の電極群２０を構成する個々の指状
電極２１〜２５が、板状の圧電素子３０の上面におい
て、Ｘ軸に沿って交互に配置されている状態が明瞭に示
されている。

【００２７】さて、この図１および図２に示すように、
板状の圧電素子３０上に交差指状電極（第１の電極群１
０および第２の電極群２０）を形成したら、この交差指
状電極を用いて、この圧電素子に対して所定の分極処理
を施す。ここでは、図３の側断面図に示すような方法で
分極処理を施した場合を考える。すなわち、第１の電極
群１０と第２の電極群２０との間に、第２の電極群２０
側が正となるように、所定の分極電圧Ｅｐを印加し、そ
のままの状態でしばらく放置する。このような分極電圧
Ｅｐを印加すると、板状の圧電素子３０の上面付近に
は、隣接する指状電極間に図示のとおりの極性をもった
電界が発生することになり、この電界により、圧電素子
３０は後述するような特有の電気的性質を帯びるように
なる。

【００２８】このような分極処理を行う際の諸条件は、
用いる圧電素子の種類や各部の寸法、各指状電極間の距
離、作成するセンサの感度、などを考慮して決定するこ
とになるが、一例を示しておくと、ＰＺＴ（ＰｂＺｒ_ｘ
Ｔｉ_１−ｘＯ_３：チタン酸ジルコン酸鉛）からなる厚み
０．３〜０．５ｍｍの板状の圧電素子の上面に、隣接す
る指状電極の間隔が０．２ｍｍとなるように交差指状電
極を形成した場合、分極電圧Ｅｐ＝２００Ｖ（隣接する
指状電極間には、１０００Ｖ／ｍｍの電界が生じること
になる）を２０分間に渡って印加した状態を維持したと
ころ、後述するように、本発明に利用するのに適した分
極処理を施すことができた。もちろん、この条件は一例
を示したものであり、以下に述べる測定原理を実施する
ことができるのであれば、分極処理の条件はどのように
設定してもかまわない。

【００２９】上述した分極処理が完了すると、板状の圧
電素子３０は、次のような特有の電気的性質を帯びるこ
とになる。まず、図４に示すように、第１の電極群１０
および第２の電極群２０の間に、所定の駆動電圧Ｅｄ
（この例では、第２の電極群２０側が正）を印加する
と、図に矢印で示すように、各指状電極間が伸びるよう
な応力が発生し、圧電素子３０が図の横方向に伸びるよ
うな機械的変形が生じることになる。また、図５に示す
ように、逆極性の駆動電圧−Ｅｄを印加すると、図に矢
印で示すように、各指状電極間が縮むような応力が発生
し、圧電素子３０が図の横方向に縮むような機械的変形
が生じることになる。すなわち、第１の電極群１０およ
び第２の電極群２０間に印加する駆動電圧の極性によっ
て、圧電素子３０を図の横方向の伸ばしたり、縮めたり
することができる。しかも、この伸縮の程度は駆動電圧
の大きさに応じて調節することができる。

【００３０】もっとも、駆動電圧Ｅｄの絶対値は、分極
電圧Ｅｐの絶対値よりも十分に小さく設定し、駆動電圧
Ｅｄの印加によって、再度の分極処理が施されないよう
に留意する。たとえば、上述した分極処理では、分極電
圧Ｅｐ＝２００Ｖとしているが、これに対して、駆動電
圧Ｅｄ＝±５Ｖ程度に設定すれば、駆動電圧の印加によ
る再度の分極処理の影響は無視できる。また、ここで
は、分極電圧Ｅｐと同じ極性の駆動電圧Ｅｄを印加した
場合に、指状電極間が伸び、逆極性の駆動電圧を印加し
た場合に、指状電極間が縮む、という電気的特性を帯び
た例を示すが、用いる圧電素子によっては、これと逆の
電気的特性を帯びる場合もありうる。いずれにしても、
上述した分極処理により、第１の電極群１０および第２
の電極群２０間に、第１の極性で駆動電圧を印加すると
指状電極間が伸び、第１の極性とは逆の第２の極性で駆
動電圧を印加すると指状電極間が縮む、という電気的特
性が生じることになる。

【００３１】以上は、交差指状電極に所定の駆動電圧Ｅ
ｄを印加すると、所定の機械的変形が生じるという特性
を示すものであるが、逆に、圧電素子３０を機械的に変
形させると、交差指状電極に所定の起電力が発生すると
いう特性も現れる。たとえば、図６に示すように、圧電
素子３０に対して、その右端部を右方向へ引っ張る力Ｆ
Ｒを作用させると同時に、その左端部を左方向へ引っ張
る力ＦＬを作用させると、各指状電極間には伸びる方向
の応力が加わることになる。このような応力が加わる
と、図示のとおり、第１の電極群１０側には負の電荷が
発生し、第２の電極群側には正の電荷が発生するように
なり（圧電素子によっては、電荷の極性は逆になる場合
もある）、両者間に起電力が発生することになる。一
方、図７に示すように、圧電素子３０に対して、その右
端部を左方向へ押す力ＦＬを作用させると同時に、その
左端部を右方向へ押す力ＦＲを作用させると、各指状電
極間には縮む方向の応力が加わることになる。このよう
な応力が加わると、図示のとおり、第１の電極群１０側
には正の電荷が発生し、第２の電極群２０側には負の電
荷が発生するようになり（圧電素子によっては、電荷の
極性は逆になる場合もある）、両者間に前述の場合とは
逆極性の起電力が発生することになる。

【００３２】このようにして発生する起電力は、作用し
た力の大きさに応じて変化することになり、より大きな
力が作用した場合には、より大きな起電力が発生する。
したがって、第１の電極群１０および第２の電極群２０
間に生じる起電力およびその極性を測定すれば、圧電素
子３０に加わった力の大きさおよび方向（図の横方向に
伸ばすか縮めるか）を検出することができる。

【００３３】§２． 本発明に係る加速度センサの基本
構造および動作原理 続いて、本発明に係る加速度センサの基本構造とその動
作原理を述べる。ここでは、まず、図８の上面図に示す
ような圧電素子３０を用意する。この圧電素子３０は、
円板状の圧電素子であり、その上面には、２組の交差指
状電極Ｘ１，Ｘ２が形成されている。これらの交差指状
電極Ｘ１，Ｘ２は、§１において述べた交差指状電極で
あり、それぞれ第１の電極群１０および第２の電極群２
０の組み合わせによって構成されている。ここでは、圧
電素子３０の中心位置に原点Ｏをとり、図の横方向にＸ
軸、縦方向にＹ軸、紙面垂直方向にＺ軸をもったＸＹＺ
三次元座標系を定義する（ここでは、座標軸を一点鎖線
で示すことにする）。この座標系上での位置関係に着目
すれば、図示のとおり、各交差指状電極Ｘ１，Ｘ２を構
成する個々の指状電極は、いずれもＹ軸方向を向いてお
り、Ｘ軸に沿って並んで配置されていることになる。ま
た、第１の交差指状電極Ｘ１はＸ軸の正の部分に配置さ
れ、第２の交差指状電極Ｘ２はＸ軸の負の部分に配置さ
れており、両交差指状電極Ｘ１，Ｘ２は、Ｙ軸に関して
ほぼ線対称となる位置に配置されている。なお、図示の
例では、各交差指状電極Ｘ１，Ｘ２の形状にまで着目す
ると、両者の形状は全く同一であり、原点Ｏに関して点
対称に配置されていることになる。もっとも、両交差指
状電極Ｘ１，Ｘ２の形状は鏡像関係となっていてもかま
わない。

【００３４】さて、このような圧電素子３０が用意でき
たら、§１で述べた方法によって、分極処理を施す。そ
して、図９の側断面図に示されているように、この分極
処理後の圧電素子３０の中心部下面に重錘体４０を接合
し、圧電素子３０の周囲部下面に円筒状の台座５０を接
合する。この台座５０は、装置筐体の一部を構成する部
材となる。実際には、圧電素子３０は、この装置筐体の
内部に収容されることになるが、ここでは説明の便宜
上、装置筐体の全体の図示は省略する。前述したよう
に、圧電素子３０は、機械的変形を生じる性質を有す
る。図示のとおり、圧電素子３０の周囲部は、台座５０
によって装置筐体に固定されている。これに対して、圧
電素子３０の中心部には、重錘体４０が接合されてお
り、この重錘体４０は、圧電素子３０を介して台座５０
の内部に宙吊りの状態となっている。したがって、重錘
体４０に対して、加速度に基づく力（加速度力）や、コ
リオリ力が作用すると、圧電素子３０に機械的変形が生
じ、重錘体４０は変位を生じることになる。結局、圧電
素子３０の周囲部は固定部として機能し、圧電素子３０
の中心部は変位部として機能することになり、固定部を
固定した状態で変位部に力が作用した場合には、圧電素
子３０に機械的変形が生じることになる。交差指状電極
Ｘ１，Ｘ２は、圧電素子３０の機械的変形が生じる位置
に形成されている（なお、本願では、図が繁雑になるの
を避けるため、側断面図における交差指状電極は、単な
る太線で示すことにする）。

【００３５】ここでは、まず、図９に示すようなセンサ
を用いて、加速度を検出する原理を説明する。いま、こ
のセンサ全体にＸ軸方向に沿った加速度αｘが作用した
とすると、図１０に示すように、重錘体４０にはＸ軸方
向に沿った加速度力ｆｘ（加速度αｘに基づいて作用す
る力）が作用することになり、その重心Ｇの位置は、Ｘ
軸方向に＋Δｘだけ移動することになる。このとき、圧
電素子３０には図示のような機械的変形が生じ、交差指
状電極Ｘ１はＸ軸方向に伸び、交差指状電極Ｘ２はＸ軸
方向に縮むことになる。その結果、交差指状電極Ｘ１お
よびＸ２には、それぞれ所定の起電力が生じることにな
るが、両起電力の極性は逆になる。たとえば、各交差指
状電極における第１の電極群１０側を接地レベルに設定
しておいた場合、交差指状電極Ｘ１の第２の電極群２０
側に正の電圧が発生した場合、交差指状電極Ｘ２の第２
の電極群２０側には負の電圧が発生することになる。し
たがって、両起電力の符号を考慮した差をとることによ
り、作用した加速度力ｆｘの大きさを求めることができ
る。

【００３６】また、逆向きの加速度力−ｆｘの作用によ
り、重錘体４０の重心Ｇの位置が、Ｘ軸方向に−Δｘだ
け移動した場合、図１１に示すように、交差指状電極Ｘ
１，Ｘ２の伸縮状態が逆転することになるので、上述し
た両起電力の差の符号も逆転することになる。かくし
て、交差指状電極Ｘ１，Ｘ２に生じる起電力を測定する
ことにより、Ｘ軸方向に作用した加速度αｘの向きおよ
び大きさを求めることができる。なお、上述の例では、
１対の交差指状電極Ｘ１，Ｘ２によってＸ軸方向の加速
度αｘを求めているが、原理的には、交差指状電極Ｘ１
またはＸ２のいずれか一方のみでも、加速度αｘを求め
ることは可能である。しかしながら、種々の測定誤差や
外乱を除外し、高精度の検出値を得るためには、一対の
交差指状電極に生じた起電力の差をとる方法を用いるの
が好ましい。また、後述するように、Ｚ軸方向に作用し
た加速度αｚも併せて検出する場合には、加速度αｚに
起因する成分を除去するために、ここで述べたような一
対の交差指状電極を用いた差による検出方法を採る必要
がある。

【００３７】同様の原理により、Ｙ軸方向に作用した加
速度の向きおよび大きさを求めることも可能である。す
なわち、図８の上面図に示す例では、Ｘ軸上に配置され
た２つの交差指状電極Ｘ１，Ｘ２を用いているが、同様
に、Ｙ軸上に配置された２つの交差指状電極Ｙ１，Ｙ２
（図示されている交差指状電極Ｘ１，Ｘ２を、それぞれ
原点Ｏを中心として９０°回転させて得られる交差指状
電極）を用いれば、Ｙ軸方向に作用した加速度αｙを検
出することが可能になる。

【００３８】次に、図９に示すようなセンサに対して、
Ｚ軸方向に沿った加速度αｚが作用した場合を考える。
たとえば、図１２に示すように、重錘体４０にＺ軸方向
に沿った加速度力ｆｚ（加速度αｚに基づいて作用する
力）が作用することにより、その重心Ｇの位置が、Ｚ軸
方向に＋Δｚだけ移動したとする。すると、圧電素子３
０には図示のような機械的変形が生じ、交差指状電極Ｘ
１，Ｘ２は、いずれもＸ軸方向に伸びることになる。そ
の結果、交差指状電極Ｘ１およびＸ２には、それぞれ同
極性の起電力が生じることになる。各交差指状電極にお
ける第１の電極群１０側を接地レベルに設定しておいた
場合、各交差指状電極の第２の電極群２０側には、いず
れも、たとえば正の電圧が発生することになる。したが
って、両起電力の和をとることにより、作用した加速度
力ｆｚの大きさを求めることができる。

【００３９】また、逆向きの加速度力−ｆｚの作用によ
り、重錘体４０の重心Ｇの位置が、Ｚ軸方向に−Δｚだ
け移動した場合を考える。この場合、圧電素子３０に
は、図１３に示すような機械的変形が生じることにな
る。本願発明者が行った実験によると、この場合、交差
指状電極Ｘ１，Ｘ２には、図１２に示す場合とは逆極性
の起電力が発生した。これは、交差指状電極Ｘ１，Ｘ２
が、いずれも、Ｘ軸方向に縮む方向に変形したことを意
味する。図１３に示す状態を見る限りでは、交差指状電
極Ｘ１，Ｘ２が縮んでいるという現象はやや不自然に思
えるかもしれないが、本願発明者が実験に用いたセンサ
では、台座５０がある程度の可撓性をもった材料（具体
的には金属）から構成されており、実際には、台座５０
の上部が内側に窄まるような変形も同時に起こっている
ものと考えられる。すなわち、台座５０の変形も考慮す
ると、図１３に示すように、重錘体４０が下方へと変位
した状態では、圧電素子３０の下面の大部分には、伸び
る方向に応力が作用するのに対し、圧電素子３０の上面
の大部分には、縮む方向に応力が作用するものと考えら
れる。

【００４０】かくして、交差指状電極Ｘ１，Ｘ２に生じ
る起電力を測定すれば、両者の和をとることにより、Ｚ
軸方向に作用した加速度αｚの向きおよび大きさを求め
ることができる。もちろん、原理的には、交差指状電極
Ｘ１またはＸ２のいずれか一方のみでも、加速度αｚを
求めることは可能である。しかしながら、Ｘ軸方向に作
用した加速度αｘも併せて検出する場合には、加速度α
ｘに起因する成分を除去するために、ここで述べたよう
な一対の交差指状電極を用いた和による検出方法を採る
必要がある。前述したように、Ｘ軸方向に作用した加速
度αｘの向きおよび大きさは、交差指状電極Ｘ１，Ｘ２
に生じる起電力の差により求めることができる。したが
って、交差指状電極Ｘ１，Ｘ２に生じる起電力を測定す
れば、両者の和によりＺ軸方向に作用した加速度αｚを
検出することができ、両者の差によりＸ軸方向に作用し
た加速度αｘを検出することができる。

【００４１】結局、図１４の上面図に示すような圧電素
子３０を用いれば、Ｘ軸方向の加速度αｘ、Ｙ軸方向の
加速度αｙ、Ｚ軸方向の加速度αｚのすべてを検出する
ことが可能である。図１４に示す圧電素子３０は、図８
に示す圧電素子３０に、更に、一対の交差指状電極Ｙ
１，Ｙ２を追加したものである。この交差指状電極Ｙ
１，Ｙ２は、交差指状電極Ｘ１，Ｘ２を、それぞれ原点
Ｏを中心として反時計回りに９０°回転させて得られる
交差指状電極であり、各指状電極はＸ軸方向を向くよう
に配置されている。このような一対の交差指状電極Ｙ
１，Ｙ２に生じる起電力の差をとることにより、Ｙ軸方
向の加速度αｙを検出することができることは既に述べ
たとおりである。また、一対の交差指状電極Ｘ１，Ｘ２
に生じる起電力の差をとることにより、Ｘ軸方向の加速
度αｘを検出することができることも既に述べたとおり
である。一方、Ｚ軸方向の加速度αｚは、一対の交差指
状電極Ｘ１，Ｘ２に生じる起電力の和をとることにより
求めることもできるし、一対の交差指状電極Ｙ１，Ｙ２
に生じる起電力の和をとることにより求めることもでき
るし、更に、４組の交差指状電極Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ
２に生じるすべての起電力の和をとることにより求める
こともできる。

【００４２】§３． 本発明に係る角速度センサの基本
構造および動作原理 次に、本発明に係る角速度センサの基本構造とその動作
原理を述べる。この角速度センサの基本構造は、§２で
述べた加速度センサの基本構造とほぼ同じである。すな
わち、図１４に上面図が示されているような圧電素子３
０（§１で述べた分極処理が施されている）を用意し、
この圧電素子３０に、図９の側断面図に示されているよ
うに、重錘体４０および台座５０を接合する。このよう
な構造をもったセンサは、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸加速度成分
αｘ，αｙ，αｚを検出できる加速度センサとして機能
することは、既に述べたとおりであるが、全く同じ構造
をもったセンサを、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸まわりの角速度成
分ωｘ，ωｙ，ωｚを検出できる角速度センサとして機
能させることも可能である。以下、その具体的方法につ
いて述べる。

【００４３】まず、図１４に示されている４組の交差指
状電極Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２のうち、Ｘ軸上に配置さ
れた交差指状電極Ｘ１，Ｘ２を駆動用交差指状電極とし
て用い、Ｙ軸上に配置された交差指状電極Ｙ１，Ｙ２を
検出用交差指状電極として用いることにする。ここで、
駆動用交差指状電極Ｘ１，Ｘ２は、重錘体４０をＸ軸に
沿って振動させるために利用され、検出用交差指状電極
Ｙ１，Ｙ２は、重錘体４０の変位を検出するために利用
される。

【００４４】駆動用交差指状電極Ｘ１，Ｘ２を用いて、
重錘体４０をＸ軸に沿って振動させるためには、図１５
のグラフに示されているような交流信号Ｓ１，Ｓ２を用
意し、交流信号Ｓ１を交差指状電極Ｘ１に与え、交流信
号Ｓ２を交差指状電極Ｘ２に与えるようにする。いずれ
の交流信号も、時間軸ｔを横軸とする正弦波信号である
が、交流信号Ｓ１とＳ２とでは位相が逆転している。す
なわち、駆動用交差指状電極Ｘ１，Ｘ２には、それぞれ
逆位相の交流信号Ｓ１，Ｓ２が与えられることになり、
一方の指状電極間に伸びる方向の応力が生じた場合、他
方の指状電極間には縮む方向の応力が生じることにな
る。その結果、このセンサは、たとえば図１５のグラフ
の時刻ｔ＝ｔ１において、図１０のような状態をとった
とすれば、時刻ｔ＝ｔ３において、図１１のような状態
をとることになる。また、時刻ｔ＝０，ｔ＝２，ｔ＝４
の時点では、図９に示すような中立の状態をとる（実際
には、重錘体４０の運動は、交流信号に対して位相遅れ
を生じることになるが、ここでは、説明の便宜上、その
ような位相遅れのない場合の動作を述べる）。これは、
重錘体４０がＸ軸に沿って単振動を行うことに他ならな
い。

【００４５】さて、重錘体４０がＸ軸方向の速度成分を
もって運動しているある瞬間に、Ｚ軸まわりの角速度ω
ｚが作用すると、この重錘体４０にはＹ軸方向にコリオ
リ力Ｆｙが作用する。このコリオリ力Ｆｙの向きは、重
錘体４０の運動方向によって定まり、その大きさは、重
錘体４０の運動速度および角速度ωｚの大きさによって
定まる。このように、重錘体４０に対してＹ軸方向のコ
リオリ力Ｆｙが生じると、重錘体４０はＹ軸方向に変位
することになり、圧電素子３０には機械的変形が生じる
ことになる。この重錘体４０のＹ軸方向の変位は、一対
の検出用交差指状電極Ｙ１，Ｙ２によって検出すること
ができる（その原理は、§２において述べたＹ軸方向の
加速度αｙが作用した場合の検出原理と同様である）。
したがって、たとえば、時刻ｔ２またはｔ４を検出時と
定義し、この検出時（重錘体４０の重心がＸ軸方向を向
いた最大速度でＹ軸上を通過する時点）において、一対
の検出用交差指状電極Ｙ１，Ｙ２に生じる起電力の差を
求めれば、この差は、Ｚ軸まわりの角速度ωｚの向きと
大きさを示すものになる（差の符号が向きを示し、絶対
値が大きさを示す）。もっとも、時刻ｔ２とｔ４とで
は、重錘体４０の運動方向が逆であるので、角速度ωｚ
の向きを決定する場合には、検出時が時刻ｔ２かｔ４か
を考慮に入れる必要がある。

【００４６】また、同じく重錘体４０がＸ軸方向の速度
成分をもって運動しているある瞬間に、Ｙ軸まわりの角
速度ωｙが作用すると、この重錘体４０にはＺ軸方向に
コリオリ力Ｆｚが作用する。このコリオリ力Ｆｚの向き
は、重錘体４０の運動方向によって定まり、その大きさ
は、重錘体４０の運動速度および角速度ωｙの大きさに
よって定まる。このように、重錘体４０に対してＺ軸方
向のコリオリ力Ｆｚが生じると、重錘体４０はＺ軸方向
に変位することになり、圧電素子３０には機械的変形が
生じることになる。この重錘体４０のＺ軸方向の変位
は、やはり一対の検出用交差指状電極Ｙ１，Ｙ２によっ
て検出することができる（その原理は、§２において述
べたＺ軸方向の加速度αｚが作用した場合の検出原理と
同様である）。なお、この重錘体４０のＺ軸方向の変位
は、一対の駆動用交差指状電極Ｘ１，Ｘ２を、検出用交
差指状電極として兼用することによっても検出可能であ
る（この場合は、後述するように、駆動用に用いた交流
信号Ｓ１，Ｓ２と検出されるべき信号とを分離する必要
がある）。したがって、たとえば、時刻ｔ２またはｔ４
を検出時と定義し、この検出時において、一対の検出用
交差指状電極Ｙ１，Ｙ２に生じる起電力の和を求めれ
ば、この和は、Ｙ軸まわりの角速度ωｙの向きと大きさ
を示すものになる（和の符号が向きを示し、絶対値が大
きさを示す）。もっとも、時刻ｔ２とｔ４とでは、重錘
体４０の運動方向が逆であるので、角速度ωｙの向きを
決定する場合には、検出時が時刻ｔ２かｔ４かを考慮に
入れる必要がある。

【００４７】以上、これまでに述べた例は、Ｘ軸上に配
置された一対の交差指状電極Ｘ１，Ｘ２を駆動用交差指
状電極として用い、重錘体４０をＸ軸方向に単振動させ
た状態とし、この状態において、Ｙ軸上に配置された一
対の交差指状電極Ｙ１，Ｙ２を検出用交差指状電極とし
て用い、重錘体４０に作用したＹ軸方向のコリオリ力Ｆ
ｙまたはＺ軸方向のコリオリ力Ｆｚを検出することによ
り、Ｚ軸まわりの角速度ωｚまたはＹ軸まわりの角速度
ωｙを求める動作である。これに対して、駆動用交差指
状電極と検出用交差指状電極との役割をそっくり入れ替
えた動作も可能である。すなわち、Ｙ軸上に配置された
一対の交差指状電極Ｙ１，Ｙ２を駆動用交差指状電極と
して用い、重錘体４０をＹ軸方向に単振動させた状態に
おいて、Ｘ軸上に配置された一対の交差指状電極Ｘ１，
Ｘ２を検出用交差指状電極として用い、重錘体４０に作
用したＸ軸方向のコリオリ力ＦｘまたはＺ軸方向のコリ
オリ力Ｆｚを検出することにより、Ｚ軸まわりの角速度
ωｚまたはＸ軸まわりの角速度ωｘを求めるのである。
この２つの検出動作を交互に採用すれば、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸
のすべての軸まわりの角速度ωｘ，ωｙ，ωｚを検出す
ることが可能である。

【００４８】また、別な動作としては、重錘体４０をＺ
軸方向に振動させることも可能である。たとえば、Ｘ軸
上に配置された一対の交差指状電極Ｘ１，Ｘ２に、図１
６に示すような同位相の交流信号Ｓ１，Ｓ２を供給する
と、このセンサは、たとえば図１６のグラフの時刻ｔ＝
ｔ１において、図１２のような状態をとったとすれば、
時刻ｔ＝ｔ３において、図１３のような状態をとること
になる。また、時刻ｔ＝０，ｔ＝２，ｔ＝４の時点で
は、図９に示すような中立の状態をとる（実際には、重
錘体４０の運動は、交流信号に対して位相遅れを生じ
る）。これは、重錘体４０がＺ軸に沿って単振動を行う
ことに他ならない。

【００４９】このように、重錘体４０をＺ軸方向に単振
動させた状態において、Ｙ軸上に配置された一対の交差
指状電極Ｙ１，Ｙ２を検出用交差指状電極として用い、
重錘体４０に作用したＹ軸方向のコリオリ力Ｆｙを検出
すれば、Ｘ軸まわりの角速度ωｘを求めることができ、
また、Ｘ軸上に配置された一対の交差指状電極Ｘ１，Ｘ
２を検出用交差指状電極としても兼用すれば、重錘体４
０に作用したＸ軸方向のコリオリ力Ｆｘの検出により、
Ｙ軸まわりの角速度ωｙを求めることもできる。あるい
は、Ｙ軸上に配置された一対の交差指状電極Ｙ１，Ｙ２
を駆動用交差指状電極として用い、同様の方法により、
角速度ωｘ，ωｙを求めることも可能である。

【００５０】Ｘ，Ｙ，Ｚ軸のすべての軸まわりの角速度
ωｘ，ωｙ，ωｚを連続的に検出するためには、重錘体
４０をＸＹ平面内で回転運動させる方法を採るのが好ま
しい。たとえば、図１４に示す４組の交差指状電極Ｘ
１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２に、それぞれ図１７のグラフに示
されているような交流信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を供
給する。ここで、交流信号Ｓ１，Ｓ２は、互いに逆位相
の正弦波信号であり、重錘体４０をＸ軸方向に単振動さ
せるためのＸ軸方向励振用交流信号として機能し、交流
信号Ｓ３，Ｓ４は、やはり互いに逆位相の正弦波信号で
あり、重錘体４０をＹ軸方向に単振動させるためのＹ軸
方向励振用交流信号として機能する。しかも、Ｘ軸方向
励振用交流信号とＹ軸方向励振用交流信号との位相は９
０°ずれているため、重錘体４０はＸＹ平面上で円運動
を行うことになる。

【００５１】図１８は、重錘体４０がＸＹ平面上で円運
動をしているときの重心Ｇの軌跡を示す上面図である。
ここで、点Ｇ（ｔ１），Ｇ（ｔ２），Ｇ（ｔ３），Ｇ
（ｔ４）は、それぞれ図１７に示す時間軸における時刻
ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４の位置（実際の運動の位相遅れ
を無視した場合）を示しており、矢印Ｖ（ｔ１），Ｖ
（ｔ２），Ｖ（ｔ３），Ｖ（ｔ４）は、それぞれ各時刻
ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４における重錘体４０の速度ベク
トル（円運動軌跡の接線方向を向いている）を示してい
る。

【００５２】このように、４組の交差指状電極Ｘ１，Ｘ
２，Ｙ１，Ｙ２は、いずれも駆動用交差指状電極として
機能することになるが、これらを検出用交差指状電極と
しても兼用して用いるようにすると、各軸まわりの角速
度ωｘ，ωｙ，ωｚの検出が可能になる。たとえば、時
刻ｔ１，ｔ３を第１の検出時とすれば、この第１の検出
時には、重錘体４０はＹ軸方向の速度ベクトルをもって
運動をしているため、交差指状電極Ｘ１，Ｘ２を用いて
Ｘ軸方向のコリオリ力Ｆｘを検出すれば、Ｚ軸まわりの
角速度ωｚを求めることができるし、交差指状電極Ｘ
１，Ｘ２あるいはＹ１，Ｙ２を用いてＺ軸方向のコリオ
リ力Ｆｚを検出すれば、Ｘ軸まわりの角速度ωｘを求め
ることができる。一方、時刻ｔ２，ｔ４を第２の検出時
とすれば、この第２の検出時には、重錘体４０はＸ軸方
向の速度ベクトルをもって運動をしているため、交差指
状電極Ｙ１，Ｙ２を用いてＹ軸方向のコリオリ力Ｆｙを
検出すれば、Ｚ軸まわりの角速度ωｚを求めることがで
きるし、交差指状電極Ｘ１，Ｘ２あるいはＹ１，Ｙ２を
用いてＺ軸方向のコリオリ力Ｆｚを検出すれば、Ｙ軸ま
わりの角速度ωｙを求めることができる。

【００５３】結局、重錘体４０が円運動を行っていると
きに、この円運動軌道の接線方向に直交する方向に作用
したコリオリ力を検出用交差指状電極によって検出する
ことにより、接線方向およびコリオリ力の方向の双方に
直交する軸まわりの角速度を検出することができること
になり、上述のように、第１の検出時と第２の検出時と
で検出動作を行うようにすれば、３軸まわりの角速度ω
ｘ，ωｙ，ωｚのすべてを連続的に検出することができ
るようになる。

【００５４】§４． 具体的な実施例（その１） 図１９は、本発明のより具体的な実施例に係る加速度セ
ンサまたは角速度センサに用いられる圧電素子１３０の
上面図である。既に述べたとおり、このセンサを加速度
センサとして用いるか、角速度センサとして用いるか
は、その動作態様によって決まるものであり、センサ本
体の構造はいずれのセンサも同一のものである。別言す
れば、このセンサを加速度センサとして利用するのであ
れば、この図１９に示す圧電素子１３０上に形成されて
いる各交差指状電極に生じる起電力を検出する回路を用
意すればよいが、このセンサを角速度センサとして利用
するのであれば、各交差指状電極に生じる起電力を検出
する回路とともに、各交差指状電極に駆動用の交流信号
を供給する回路を用意する必要がある。

【００５５】図示の例では、円板状の圧電素子１３０の
上面に、４組の交差指状電極が形成されている。ここで
も、圧電素子１３０の上面中央に原点Ｏをとり、図の横
方向にＸ軸、縦方向にＹ軸、紙面に垂直方向にＺ軸をと
ったＸＹＺ三次元座標系を考えることにすると、圧電素
子１３０の上面のＸ軸の正の部分に、各指状電極がＹ軸
方向を向くような交差指状電極Ｘ１が配置され、Ｘ軸の
負の部分に、各指状電極がＹ軸方向を向くような交差指
状電極Ｘ２が配置され、Ｙ軸の正の部分に、各指状電極
がＸ軸方向を向くような交差指状電極Ｙ１が配置され、
Ｙ軸の負の部分に、各指状電極がＸ軸方向を向くような
交差指状電極Ｙ２が配置されていることになる。これら
の交差指状電極の基本構造は、図１４に示す例とほぼ同
じである。ただ、検出感度を高める上では、できる限
り、個々の指状電極を長くした方が好ましいので、圧電
素子１３０の上面をできるだけ有効利用して、長い指状
電極を形成できるようにしてある。

【００５６】また、各交差指状電極を構成する一方の電
極群は、共通電極群１１０として短絡されている。図１
９では、原点Ｏ上でＸ字状に交差する線が、この共通電
極群１１０の一部を構成する部分であり、このＸ字状に
交差する線から枝状に伸びた合計２４本の線が個々の指
状電極を構成している。この共通電極群１１０は、接地
端子部Ｅｇに接続されており、センサ動作時には、この
接地端子部Ｅｇは接地される。これに対して、各交差指
状電極を構成する他方の電極群は、それぞれ電極群１２
１，１２２，１２３，１２４として電気的に独立してお
り、それぞれ端子部Ｅｘ１，Ｅｘ２，Ｅｙ１，Ｅｙ２に
接続されている。

【００５７】このような圧電素子１３０は、これまで述
べてきた例と同様に、その周囲部分が固定部、中心部分
が変位部として用いられる。したがって、たとえば、図
９に示す例のように、下面中心部分に重錘体４０が接合
され、周囲に円筒状の台座５０が接合されることにな
る。

【００５８】この実施例では、４組の交差指状電極Ｘ
１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２は、駆動用交差指状電極として利
用されるとともに、検出用交差指状電極としても利用さ
れる。すなわち、物理的に同一の交差指状電極を、駆動
用交差指状電極と検出用交差指状電極との双方を兼用す
る電極として用いることになる。このように兼用電極と
しての利用を行うためには、図２０に示すような回路を
用いるようにすればよい。この回路における端子部Ｅ
は、図１９に示す実施例における各端子部Ｅｘ１，Ｅｘ
２，Ｅｙ１，Ｅｙ２に相当するものである。この端子部
Ｅには、抵抗Ｒ１を介して交流電源１が接続されてお
り、また、抵抗Ｒ２を介して電圧検出装置２が接続され
ている。交流電源１が発生した交流信号は、抵抗Ｒ１を
介して端子部Ｅに供給されるので、この端子部Ｅに接続
された電極群からなる交差指状電極は、駆動用交差指状
電極として機能することができる。一方、交差指状電極
に発生した起電力は、端子部Ｅから抵抗Ｒ２を介して電
圧検出装置２によって検出される。もちろん、交流電源
１で発生した交流信号も、抵抗Ｒ２を介して電圧検出装
置２に供給されることになるので、電圧検出装置２は、
この交流信号に重畳されている成分として、交差指状電
極に生じた起電力の検出を行うことになる。

【００５９】このような構造をもったセンサにより、加
速度の各軸方向成分αｘ，αｙ，αｚおよび角速度の各
軸方向成分ωｘ，ωｙ，ωｚを検出する原理について
は、既に§２および§３で述べたとおりである。たとえ
ば、各端子部Ｅｘ１，Ｅｘ２，Ｅｙ１，Ｅｙ２に、それ
ぞれ図１７に示す交流信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を供
給すれば、重錘体４０をＸＹ平面上で円運動させること
ができるので、この重錘体４０がＸ軸を横切るとき、あ
るいはＹ軸を横切るとき、に各端子部Ｅｘ１，Ｅｘ２，
Ｅｙ１，Ｅｙ２に生じる起電力を測定すれば、角速度の
各軸方向成分ωｘ，ωｙ，ωｚを検出することができ
る。

【００６０】なお、角速度と加速度との双方が作用して
いる環境下では、重錘体に作用する力は、角速度に基づ
くコリオリ力と加速度に基づく加速度力との重畳成分に
なるが、コリオリ力と加速度力とは、周波数成分に基づ
いて分離することが可能である。すなわち、重錘体を単
振動あるいは回転運動させた場合、その振動あるいは回
転の半周期ごとに、運動方向が反転することになる。し
たがって、コリオリ力の方向も、この半周期ごとに反転
することになる。そこで、重錘体の単振動あるいは回転
運動の周期を、検出対象となる加速度や角速度の変動周
期に比べて十分に高く設定しておけば、各端子部Ｅｘ
１，Ｅｘ２，Ｅｙ１，Ｅｙ２に生じた起電力の変動成分
のうち、重錘体の運動周期に相当する周波数成分はコリ
オリ力と認識することができ、それより十分に低い周波
数成分は加速度力と認識することができる。したがっ
て、検出回路に周波数分離回路を用意しておけば、３軸
方向の加速度αｘ，αｙ，αｚと、３軸まわりの角速度
ωｘ，ωｙ，ωｚとの双方を別々に検出することが可能
になる。

【００６１】図２１は、本発明の別な実施例に係るセン
サに用いられる圧電素子２３０の上面図である。この圧
電素子２３０も円板状の圧電素子であり、その上面に
は、図示の位置に、交差指状電極Ｘ１〜Ｘ４，Ｙ１〜Ｙ
４，Ｚ１〜Ｚ４が配置されており、§１で述べたような
分極処理が施されている。なお、この図２１では、図が
繁雑になるのを避けるため、各交差指状電極について
は、個々の指状電極からなるパターン形状を描く代わり
に、その外側の概略輪郭形状のみを示してある。すなわ
ち、この図２１において、「Ｉ」字状の輪郭形状が示さ
れている交差指状電極Ｘ３，Ｘ４，Ｙ３，Ｙ４，Ｚ３，
Ｚ４は、実際には、いずれも図２２(a) に示すように、
第１の電極群２１０と第２の電極群２２０とによって構
成される交差指状電極であり、「Ｕ」字状の輪郭形状が
示されている交差指状電極Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ
１，Ｚ２は、実際には、いずれも図２２(b) に示すよう
な、第１の電極群２１５と第２の電極群２２５とによっ
て構成される交差指状電極である（図２２では、各電極
形状の把握を容易にするために、各電極部分にハッチン
グを施してある）。

【００６２】図２２(a) に示す交差指状電極は、図１に
示した交差指状電極と同じ構造のものである。また、図
２２(b) に示す交差指状電極は、図２２(a) に示す交差
指状電極を２組並べ、対応する電極群をそれぞれ連結し
たものであり、機能的には、図２２(a) に示す交差指状
電極と同じである。

【００６３】図２１に示す圧電素子２３０は、これまで
述べてきた例と同様に、その周囲部分が固定部、中心部
分が変位部として用いられる。図２１に破線で示されて
いる重錘体２４０は、この圧電素子２３０の下面中央部
に接合された重錘体であり、同じく図２１に破線で示さ
れている台座２５０は、この圧電素子２３０の下面周囲
部に接合された円筒状の台座である。

【００６４】この実施例では、合計１２組の交差指状電
極Ｘ１〜Ｘ４，Ｙ１〜Ｙ４，Ｚ１〜Ｚ４が形成されてい
るが、それぞれが駆動用交差指状電極または検出用交差
指状電極としての役割を担うことになる。たとえば、交
差指状電極Ｘ１，Ｘ２をＸ軸方向駆動用（重錘体２４０
をＸ軸に沿って振動させるための交流信号を供給するた
めに用いる）、交差指状電極Ｙ１，Ｙ２をＹ軸方向駆動
用（重錘体２４０をＹ軸に沿って振動させるための交流
信号を供給するために用いる）、交差指状電極Ｚ１，Ｚ
２をＺ軸方向駆動用（重錘体２４０をＺ軸に沿って振動
させるための交流信号を供給するために用いる）とし、
交差指状電極Ｘ３，Ｘ４をＸ軸方向検出用（Ｘ軸方向の
加速度力およびコリオリ力の作用に基づく重錘体２４０
のＸ軸方向への変位検出に用いる）、交差指状電極Ｙ
３，Ｙ４をＹ軸方向検出用（Ｙ軸方向の加速度力および
コリオリ力の作用に基づく重錘体２４０のＹ軸方向への
変位検出に用いる）、交差指状電極Ｚ３，Ｚ４をＺ軸方
向検出用（Ｚ軸方向の加速度力およびコリオリ力の作用
に基づく重錘体２４０のＺ軸方向への変位検出に用い
る）とすれば、所定の駆動用交差指状電極に所定の交流
信号を供給することにより、重錘体２４０をＸ軸，Ｙ
軸，Ｚ軸の任意の方向に駆動させることができ、また、
所定の検出用交差指状電極に生じる起電力を検出するこ
とにより、重錘体２４０に対して加えられたＸ軸，Ｙ
軸，Ｚ軸の各方向への力（加速度力およびコリオリ力）
を検出することができる。この駆動原理および検出原理
は、既に述べたとおりである。もちろん、上述した例に
対して、駆動用および検出用の役割分担を入れ替えた実
施例も可能である。

【００６５】このように、各交差指状電極ごとに、駆動
用か検出用か、いずれの軸を担当するか、という分担を
決めて用いるようにすれば、駆動用回路や検出用回路を
より単純化することができる。以下、この実施例に示す
センサを用いた角速度検出動作の一例を述べておく。も
ちろん、以下に述べる検出動作は一例を示すものであ
り、これまで述べてきた検出原理を利用すれば、この他
にも種々の態様の検出動作が可能である。また、加速度
の検出も可能である。

【００６６】まず、１軸まわりの角速度検出のみを行う
検出動作例を述べよう。たとえば、Ｘ軸まわりの角速度
ωｘを検出する１軸角速度センサとして利用する場合で
あれば、駆動用交差指状電極Ｚ１，Ｚ２に、図１６に示
すような同位相の交流信号Ｓ１，Ｓ２を供給し、重錘体
２４０をＺ軸方向に単振動させる。このように、重錘体
２４０がＺ軸方向の運動成分をもって移動中に、Ｘ軸ま
わりの角速度ωｘが作用すると、重錘体２４０には、Ｙ
軸方向のコリオリ力Ｆｙが作用し、重錘体２４０はＹ軸
方向に変位することになる。このコリオリ力Ｆｙは、検
出用交差指状電極Ｙ３，Ｙ４によって検出することがで
きる。たとえば、重錘体２４０が、その単振動の振幅の
中心位置（もっとも速度の大きい位置）を通過する時点
を検出時とし、この時点において検出用交差指状電極Ｙ
３，Ｙ４に生じる起電力の差を求めれば、この差がＸ軸
まわりの角速度ωｘを示すものになる。

【００６７】続いて、２軸まわりの角速度検出を行う検
出動作例を述べる。たとえば、Ｘ軸まわりの角速度ωｘ
とＹ軸まわりの角速度ωｙとを検出する２軸角速度セン
サとして利用する場合であれば、上述した１軸まわりの
角速度検出の場合と同様に、駆動用交差指状電極Ｚ１，
Ｚ２に、同位相の交流信号Ｓ１，Ｓ２を供給して重錘体
２４０をＺ軸方向に単振動させる。この状態において、
検出用交差指状電極Ｙ３，Ｙ４に生じる起電力の差によ
ってコリオリ力Ｆｙを検出すれば、Ｘ軸まわりの角速度
ωｘを求めることができる点は既に述べたとおりである
が、同様に、検出用交差指状電極Ｘ３，Ｘ４に生じる起
電力の差によってコリオリ力Ｆｘを検出すれば、Ｙ軸ま
わりの角速度ωｙを求めることができる。

【００６８】更に、３軸まわりの角速度検出を行う検出
動作例を述べる。３軸まわりの角速度を継続的に検出す
るには、§３において説明したように、重錘体を回転運
動させる方法が採るのが最も好ましい。たとえば、重錘
体の回転面は、ＸＹ平面、ＸＺ平面、ＹＺ平面のいずれ
でもかまわないが、ここでは、§３で述べた例と同様
に、ＸＹ平面に沿って重錘体２４０を回転させる例を述
べることにする。そのためには、駆動用交差指状電極Ｘ
１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２のそれぞれに、図１７に示すよう
な交流信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を与えればよい。こ
うすると、重錘体２４０の重心Ｇは、図１８に示すよう
な円軌道に沿って円運動を行うことになる。ここで、時
刻ｔ１またはｔ３（すなわち、重錘体２４０が、Ｙ軸方
向の速度成分をもってＸ軸を横切る時点）において、検
出用交差指状電極Ｘ３，Ｘ４に生じる起電力の差によっ
てコリオリ力Ｆｘを検出すれば、Ｚ軸まわりの角速度ω
ｚを求めることができ、検出用交差指状電極Ｚ３，Ｚ４
に生じる起電力の和によってコリオリ力Ｆｚを検出すれ
ば、Ｘ軸まわりの角速度ωｘを求めることができる。ま
た、時刻ｔ２またはｔ４（すなわち、重錘体２４０が、
Ｘ軸方向の速度成分をもってＹ軸を横切る時点）におい
て、検出用交差指状電極Ｙ３，Ｙ４に生じる起電力の差
によってコリオリ力Ｆｙを検出すれば、Ｚ軸まわりの角
速度ωｚを求めることができ、検出用交差指状電極Ｚ
３，Ｚ４に生じる起電力の和によってコリオリ力Ｆｚを
検出すれば、Ｙ軸まわりの角速度ωｙを求めることがで
きる。かくして、各軸まわりの角速度ωｘ，ωｙ，ωｚ
を継続的に検出することができる。

【００６９】§５． 具体的な実施例（その２） これまで述べてきた実施例は、板状の圧電素子のほぼ全
体に機械的変形が生じるような構造のものであった。別
言すれば、板状の圧電素子の中心のごく一部に重錘体が
接合されており、上面からみたときに、板状の圧電素子
の全面積に対して、重錘体の接合部の面積が十分に小さ
い場合の例であった。このような例では、重錘体が種々
の方向に変位した場合、図１０〜図１３に示すように、
重錘体上面の各部に伸び縮みが生じることになる。

【００７０】しかしながら、板状の圧電素子の全面積に
対して、重錘体の接合部の面積がある程度大きくなる
と、板状の圧電素子の一部にのみ機械的変形が生じるよ
うになるため、重錘体が種々の方向に変位した場合に、
重錘体上面の各部に生じる伸び縮みの形態は、図１０〜
図１３に示す形態とは若干異なってくる。

【００７１】たとえば、図２３に側断面図を示す圧電素
子３００は、やや肉厚の円板状の圧電素子の下面に、ド
ーナツ状の溝部３３５を形成したものである。この溝部
３３５の上部には、厚みの薄い可撓部３３０が形成され
ており、実質的な機械的変形は、この可撓部３３０にお
いてのみ生じる。溝部３３５の内側部分には、円柱状の
重錘体３４０が形成されており、溝部３３５の外側部分
には、円筒状の台座３５０が形成されている。可撓部３
３０，重錘体３４０，台座３５０は、いずれも肉厚の圧
電素子の一部分から構成されているが、重錘体３４０お
よび台座３５０は、肉厚が厚いため、その内部には検出
に有意な機械的変形は生じないと考えてよい。したがっ
て、センサとしての動作に寄与する機械的変形は、可撓
部３３０においてのみ生じることになる。

【００７２】いま、図２３において、図の横方向にＸ
軸、縦方向にＺ軸、紙面に垂直な方向にＹ軸を定義し、
台座３５０の部分を固定した状態において、重錘体３４
０に対してＸ軸方向の力が加わった場合を考える。この
場合、図２４の側断面図に示すように、重錘体３４０は
Ｘ軸方向に変位＋Δｘを生じることになり、可撓部３３
０には機械的変形が生じることになる。この場合、可撓
部３３０の上面におけるＸ軸方向に関する伸び縮みは、
図示のとおりとなる。すなわち、図において重錘体３４
０の右側に位置する可撓部３３０では、上面内側（重錘
体３４０側）は伸びるのに対し、上面外側（台座３５０
側）は縮むことになる。一方、図において重錘体３４０
の左側に位置する可撓部３３０では、上面内側（重錘体
３４０側）は縮むのに対し、上面外側（台座３５０側）
は伸びることになる。また、重錘体３４０に対してＺ軸
方向の力が加わった場合は、図２５の側断面図に示すよ
うに、重錘体３４０はＺ軸方向に変位＋Δｚを生じるこ
とになり、やはり可撓部３３０には機械的変形が生じる
ことになる。この場合、可撓部３３０の上面におけるＸ
軸方向に関する伸び縮みは、重錘体３４０の左右両側と
もに、上面内側（重錘体３４０側）は伸びるのに対し、
上面外側（台座３５０側）は縮むことになる。以上は、
いずれも可撓部３３０の上面側の伸縮状態であるが、可
撓部３３０の下面側の伸縮状態は、いずれも上面側とは
逆になる。

【００７３】結局、§５までに述べてきた例は、ここに
示す実施例において、重錘体３４０の大きさが十分に小
さく、実用上、重錘体の接合部を点として取り扱うこと
ができる例ということができる。ここに示す実施例のよ
うに、重錘体の接合部がある程度の面積を占めるような
構造では、機械的変形が生じる可撓部を、内側部分（重
錘体側）と外側部分（台座側）とに分けて取り扱う必要
があることがわかる。

【００７４】図２６は、このように、重錘体の接合部が
無視できない面積を占める場合の交差指状電極の配置を
示す上面図である。圧電素子４００は、圧電素子３００
と同様に、肉厚の円板状の圧電素子であり、図に破線で
示されているように、ドーナツ状の領域に可撓部４３０
が形成されている。この可撓部４３０は、上述した可撓
部３３０と同様に、圧電素子４００の下面にドーナツ状
の溝を形成することにより、肉厚が薄くなった部分であ
り、センサの動作に寄与するのに十分な可撓性を有する
部分である。円柱状の重錘体４４０は、この可撓部４３
０の内側に位置する肉厚の部分であり、円筒状の台座４
５０は、この可撓部４３０の外側に位置する肉厚の部分
である。台座４５０はセンサ筐体に固定された状態で用
いられ、重錘体４４０は、可撓部４３０によって周囲か
ら支持された状態になる。重錘体４４０に対して加速度
力またはコリオリ力が作用すると、可撓部４３０に機械
的変形が生じ、部分的な伸び縮みが生じることになる。
この伸び縮みの態様は、既に述べたとおりである。

【００７５】この実施例では、可撓部４３０の上面に合
計２４組の交差指状電極が形成されている。すなわち、
Ｘ軸上に配置された交差指状電極Ｘ１〜Ｘ４は、重錘体
４４０をＸ軸方向に駆動させるための駆動用交差指状電
極であり、Ｙ軸上に配置された交差指状電極Ｙ１〜Ｙ４
は、重錘体４４０をＹ軸方向に駆動させるための駆動用
交差指状電極であり、Ｗ軸上に配置された交差指状電極
Ｚ１〜Ｚ４は、重錘体４４０をＺ軸方向に駆動させるた
めの駆動用交差指状電極である（Ｗ軸は、図示の例で
は、Ｙ軸に対して４５°傾斜した軸となっているが、こ
れは任意の軸でかまわない）。なお、以上の各駆動用交
差指状電極は、図２６においては、その外側の概略輪郭
形状のみが示されているが、実際には、いずれも図２２
(b) に示すような、第１の電極群２１５と第２の電極群
２２５とによって構成される交差指状電極である。

【００７６】一方、Ｘ軸上に配置された交差指状電極Ｘ
５〜Ｘ８は、重錘体４４０に対してＸ軸方向に作用した
加速度力またはコリオリ力を検出するための検出用交差
指状電極であり、Ｙ軸上に配置された交差指状電極Ｙ５
〜Ｙ８は、重錘体４４０に対してＹ軸方向に作用した加
速度力またはコリオリ力を検出するための検出用交差指
状電極であり、Ｗ軸上に配置された交差指状電極Ｚ５〜
Ｚ８は、重錘体４４０に対してＺ軸方向に作用した加速
度力またはコリオリ力を検出するための検出用交差指状
電極である。これらの各検出用交差指状電極も、図２６
においては、その外側の概略輪郭形状のみが示されてい
るが、実際には、いずれも図２２(a) に示すような、第
１の電極群２１０と第２の電極群２２０とによって構成
される交差指状電極である。

【００７７】これらの各交差指状電極を用いて、各軸方
向の加速度および各軸まわりの角速度を検出する基本原
理は、これまで述べてきた実施例とほぼ同じである。た
だし、各駆動用交差指状電極に与える交流信号の極性
や、各検出用交差指状電極に発生する起電力の極性の取
り扱いについては、これまで述べてきた実施例を若干修
正する必要がある。

【００７８】たとえば、重錘体に変位＋Δｘを生じさせ
るためには、図２４に示すような態様で、可撓部の各部
に伸び縮みを生じさせる必要がある。したがって、重錘
体をＸ軸方向に振動させるためには、図１５に示すよう
に、互いに逆位相の交流信号Ｓ１，Ｓ２を用意し、交差
指状電極Ｘ１，Ｘ３には交流信号Ｓ１を供給し、交差指
状電極Ｘ２，Ｘ４には交流信号Ｓ２を供給すればよい。
同様に、交差指状電極Ｙ１，Ｙ３に交流信号Ｓ１を供給
し、交差指状電極Ｙ２，Ｙ４に交流信号Ｓ２を供給すれ
ば、重錘体をＹ軸方向に振動させることができる。

【００７９】また、重錘体をＺ軸方向に振動させるため
には、図２５に示すような伸び縮みの態様を考慮し、交
差指状電極Ｘ１，Ｘ４（または、Ｙ１，Ｙ４）に交流信
号Ｓ１を供給し、交差指状電極Ｘ２，Ｘ３（または、Ｙ
２，Ｙ３）に交流信号Ｓ２を供給すればよい。更に、重
錘体をＸＹ平面上で回転させるためには、図１７に示す
ような４種類の交流信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を用意
し、交差指状電極Ｘ１，Ｘ３には交流信号Ｓ１を供給
し、交差指状電極Ｘ２，Ｘ４には交流信号Ｓ２を供給
し、交差指状電極Ｙ１，Ｙ３には交流信号Ｓ３を供給
し、交差指状電極Ｙ２，Ｙ４には交流信号Ｓ４を供給す
ればよい。

【００８０】一方、重錘体に作用したＸ軸方向の加速度
力またはコリオリ力を検出するには、交差指状電極Ｘ
１，Ｘ３に生じた起電力の和と、交差指状電極Ｘ２，Ｘ
４に生じた起電力の和と、の差を求めればよい。同様
に、重錘体に作用したＹ軸方向の加速度力またはコリオ
リ力を検出するには、交差指状電極Ｙ１，Ｙ３に生じた
起電力の和と、交差指状電極Ｙ２，Ｙ４に生じた起電力
の和と、の差を求めればよい。更に、重錘体に作用した
Ｚ軸方向の加速度力またはコリオリ力を検出するには、
交差指状電極Ｚ１，Ｚ４に生じた起電力の和と、交差指
状電極Ｚ２，Ｚ３に生じた起電力の和と、の差を求めれ
ばよい。

【００８１】なお、検出精度を高める上では、図２６に
示す全２４組の交差指状電極を用いた検出動作を行うの
が好ましいが、必ずしも、これらすべての交差指状電極
を用いた検出を行う必要はない。たとえば、重錘体４４
０をＸ軸方向に駆動する場合、駆動用交差指状電極Ｘ
１，Ｘ４のみを用いてもよいし、駆動用交差指状電極Ｘ
２，Ｘ３のみを用いてもよい。同様に、重錘体４４０を
Ｙ軸方向に駆動する場合、駆動用交差指状電極Ｙ１，Ｙ
４のみを用いてもよいし、駆動用交差指状電極Ｙ２，Ｙ
３のみを用いてもよい。更に、重錘体４４０をＺ軸方向
に駆動する場合、駆動用交差指状電極Ｚ１，Ｚ４のみを
用いてもよいし、駆動用交差指状電極Ｚ２，Ｚ３のみを
用いてもよい。検出用交差指状電極についても同様であ
り、たとえば、重錘体４４０に対するＸ軸方向の力を検
出する場合、検出用交差指状電極Ｘ５，Ｘ８のみを用い
てもよいし、検出用交差指状電極Ｘ６，Ｘ７のみを用い
てもよい。同様に、重錘体４４０に対するＹ軸方向の力
を検出する場合、検出用交差指状電極Ｙ５，Ｙ８のみを
用いてもよいし、検出用交差指状電極Ｙ６，Ｙ７のみを
用いてもよい。更に、重錘体４４０に対するＺ軸方向の
力を検出する場合、検出用交差指状電極Ｚ５，Ｚ８のみ
を用いてもよいし、検出用交差指状電極Ｚ６，Ｚ７のみ
を用いてもよい。

【００８２】したがって、センサを実際に作成する際に
は、個々のセンサの機能（３軸方向の加速度および３軸
まわりの角速度の全６軸成分のうちのいくつを検出する
必要があるか）や、測定に必要な精度などを考慮して上
で、図２６に示す２４組の交差指状電極のうち、必要な
もののみを形成するようにすればよい。

【００８３】§６． その他の実施例 最後に、これまで述べてきた種々の実施例についての変
形例をいくつか示しておく。

【００８４】(1) 図２７に示す圧電素子５００は、図
２６に示す圧電素子４００と同じ構造を有しており、全
体的に肉厚の厚い圧電素子の下面に、ドーナツ状の溝を
形成することにより、可撓性をもった可撓部５３０と、
その内側に位置する重錘体５４０と、可撓部５３０の外
側に位置する台座５５０とによって構成されている。た
だ、上面に形成されている交差指状電極は、大幅に簡略
化されている。すなわち、Ｘ軸上には２組の交差指状電
極Ｘ１，Ｘ２が配置されており、Ｙ軸上にも２組の交差
指状電極Ｙ１，Ｙ２が配置されているが、いずれも可撓
部５３０の内側（重錘体５４０側）に配置されている。
これらの交差指状電極Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２は、図２
６に示す実施例における交差指状電極Ｘ２，Ｘ３，Ｙ
２，Ｙ３に相当するものである。一方、Ｘ軸およびＹ軸
に対して４５°をなす軸上に、４組の交差指状電極Ｚ１
〜Ｚ４が配置されている。これらの交差指状電極Ｚ１〜
Ｚ４は、可撓部５３０の半径方向に関するほぼ中央位置
に配置されており、図２１に示す実施例における交差指
状電極Ｚ１〜Ｚ４に相当するものである。

【００８５】このように、この図２７に示す圧電素子５
００を用いたセンサにおける電極配置は、§４で述べた
センサと§５で述べたセンサとの折衷となっているが、
このような電極配置でも、センサとしての機能には何ら
支障はない。たとえば、このセンサを２軸角速度センサ
として利用するのであれば、４組の交差指状電極Ｚ１〜
Ｚ４にそれぞれ同一の交流信号を供給して、重錘体５４
０をＺ軸（図２７の紙面に垂直な方向）方向に振動さ
せ、交差指状電極Ｘ１，Ｘ２に生じる起電力の差によっ
て角速度ωｙを求め、交差指状電極Ｙ１，Ｙ２に生じる
起電力の差によって角速度ωｘを求めるようにすればよ
い。

【００８６】(2) これまで述べてきた実施例では、各
交差指状電極に同一極性の分極処理を施しているが、個
々の交差指状電極ごとに、それぞれ分極処理の極性を変
えるようにすると、駆動用回路および検出用回路を単純
化することが可能になる。たとえば、図３に示す分極処
理では、第２の電極群２０側が正となるような分極電圧
Ｅｐを印加している。これに対して、図２８に示すよう
な分極処理では、第２の電極群２０側が負となるような
分極電圧−Ｅｐが印加されており、隣接する指状電極間
に生じる電界の向きが逆向きになる。したがって、図３
に示すような分極処理を行った交差指状電極と、図２８
に示すような分極処理を行った交差指状電極とでは、そ
の電気的極性が逆転することになる。

【００８７】このように、交差指状電極の電気的極性を
自由に選択することができれば、個々のセンサに適した
極性をもった交差指状電極を形成することが可能にな
り、駆動用回路および検出用回路を単純化することが可
能になる。たとえば、これまで述べてきた実施例の場
合、重錘体をＸ軸方向に振動させるためには、Ｘ軸の正
の部分に配置された交差指状電極と、Ｘ軸の負の部分に
配置された交差指状電極とに、それぞれ逆位相の交流信
号（たとえば、図１５に示す交流信号Ｓ１およびＳ２）
を供給する必要があったが、両交差指状電極に対する分
極処理の極性を反転させておくようにすれば、両交差指
状電極に対して全く同一の交流信号を供給するだけで、
重錘体をＸ軸方向に振動させることが可能になり、駆動
用回路を単純化することができる。また、２つの交差指
状電極に発生する起電力の差をとる必要がある場合、こ
れら２つの交差指状電極に対する分極処理の極性を反転
させておけば、差をとる代わりに和をとる演算を行うこ
とができるようになり、検出用回路を単純化することが
できる。

【００８８】(3) これまで述べた実施例では、交差指
状電極を構成する各指状電極は直線状をなしていたが、
個々の指状電極は必ずしも直線状の電極にする必要はな
く、曲線状の電極にしてもかまわない。特に、圧電素子
として円板状の形態のものを用いる場合には、その上面
に形成する交差指状電極としては、多数の円弧状の指状
電極からなる交差指状電極を用いるのが好ましい。図２
９に示す圧電素子６００は、ドーナツ状の可撓部６３０
と、その内側に形成された円柱状の重錘体６４０と、可
撓部６３０の外側に形成された円筒状の台座６５０とを
有する円板状の圧電素子である。この図２９には、この
ような円板状の圧電素子６００の可撓部６３０の部分
に、円弧状の指状電極からなる交差指状電極６６０を形
成した状態（ここでは、１組だけを例示）が示されてい
る。この交差指状電極６６０の機能自体は、これまで述
べてきた種々の交差指状電極と全く同じであるが、圧電
素子６００の上面中央に定義した座標系の原点Ｏを中心
とした円弧に沿って指状電極が配置されているため、円
板状の圧電素子６００の上面のスペースを効率良く利用
した電極形成が可能になる。

【００８９】たとえば、図３０に上面が示されている圧
電素子７００は、円板状の圧電素子であるが、その上面
には、８組の交差指状電極Ｘ１〜Ｘ４，Ｙ１〜Ｙ４が効
率良く配置されている。これら８組の交差指状電極は、
いずれも第１の電極群と第２の電極群とによって構成さ
れているが、その一方の電極群は互いに短絡されてお
り、接地端子部Ｅｇに接続されている。これに対し、他
方の電極群は互いに電気的に分離しており、それぞれ端
子部Ｅｘ１〜Ｅｘ４，Ｅｙ１〜Ｅｙ４に接続されてい
る。

【００９０】この圧電素子７００の周囲部を装置筐体に
固定し、中心部に重錘体を接合してセンサを構成すれ
ば、次のような方法で加速度や角速度の検出が可能にな
る。たとえば、交差指状電極Ｘ１，Ｘ４，Ｙ１，Ｙ４を
駆動用交差指状電極として用い、これらに図１７に示す
ような交流信号Ｓ１〜Ｓ４を供給すれば、重錘体をＸＹ
平面に沿って円運動させることができる。一方、交差指
状電極Ｘ２，Ｘ３，Ｙ２，Ｙ３を検出用交差指状電極と
して用いれば、交差指状電極Ｘ２，Ｘ３に生じる起電力
の差により、重錘体に作用したＸ軸方向の力を検出する
ことができ、交差指状電極Ｙ２，Ｙ３に生じる起電力の
差により、重錘体に作用したＹ軸方向の力を検出するこ
とができ、交差指状電極Ｘ２，Ｘ３，Ｙ２，Ｙ３に生じ
る起電力の総和により、重錘体に作用したＺ軸方向の力
を検出することができる。こうして検出した力に基づい
て、各軸方向の加速度および各軸まわりの角速度を検出
する手法は、既に述べたとおりである。

【００９１】(4) これまで述べた実施例では、各交差
指状電極を構成する個々の指状電極は、いずれも円板状
の圧電素子の半径方向に直交する方向もしくは円周方向
を向いて配置されていた。しかしながら、本発明を実施
する上では、各指状電極の向きは必ずしもこのような方
向に限定する必要はない。たとえば、図２９に示す交差
指状電極６７０では、個々の指状電極はこの圧電素子６
００の半径方向を向いている。このように、指状電極が
半径方向を向いた交差指状電極を用いた場合、圧電素子
の伸び縮みの方向は、半径方向ではなく円周方向になる
と考えられるが、実際には、半径方向の伸び縮み現象も
生じることが確認できた。これはおそらく、１枚の円板
状圧電素子の一部に、円周方向への伸縮応力が発生する
と、円板全体が膨脹または収縮する変形が起こり、結果
的に、半径方向にも伸縮が生じるためと考えられる。

【００９２】(5) これまで述べた実施例では、圧電素
子の上面に交差指状電極を形成していたが、もちろん、
圧電素子の下面に交差指状電極を形成してもかまわな
い。また、圧電素子の上下両面に交差指状電極を形成し
てもよい。ただ、上下両面に交差指状電極を形成する場
合には、圧電素子の上面における伸縮態様と、下面にお
ける伸縮態様とが異なる点を考慮して、駆動用の交流信
号の極性や、検出された起電力の符号の取り扱いを決め
る必要がある。

【００９３】たとえば、図３１の側断面図には、円板状
の圧電素子３０の上面のＸ軸上に交差指状電極Ｘ１，Ｘ
２を形成し、下面のこれらに対向する位置に交差指状電
極ＸＸ１，ＸＸ２を形成した実施例が示されている。こ
の圧電素子３０の中心部に重錘体４０を接合し、周囲部
を台座５０で固定した状態において、図３１のように、
重錘体４０に対してＸ軸方向への変位＋Δｘを加える
と、上面の交差指状電極Ｘ１はＸ軸方向に伸びるのに対
し、下面の交差指状電極ＸＸ１はＸ軸方向に縮むことに
なる。また、上面の交差指状電極Ｘ２はＸ軸方向に縮む
のに対し、下面の交差指状電極ＸＸ２はＸ軸方向に伸び
ることになる。

【００９４】また、図３２に示すように、重錘体４０に
対してＺ軸方向への変位＋Δｚを加えると、上面の交差
指状電極Ｘ１，Ｘ２はいずれもＸ軸方向に伸びるのに対
し、下面の交差指状電極ＸＸ１，ＸＸ２はいずれもＸ軸
方向に縮むことになる。逆方向の変位−Δｚを加えた場
合には、図３３に示すように、伸縮の状態が逆転する。

【００９５】このように、圧電素子の上面と下面とで
は、一般に伸縮の態様が逆になるので、上下両面に交差
指状電極を形成する際には、考慮する必要がある。

【００９６】(6) これまでの実施例では、重錘体を駆
動するために供給する交流信号として、図１５〜図１７
に示すような正弦波信号を用いていたが、このような正
弦波信号の代わりに、矩形波信号を用いることもでき、
あるいはパルス信号を用いることもできる。

【００９７】(7) 圧電素子は一般的に衝撃に弱く、亀
裂による損傷を受けやすい。そこで、平板状の圧電素子
を用いたセンサでは、耐衝撃性を向上させるために、圧
電素子の裏面に保護基板を設けるのが好ましい。図３４
に示す実施例は、図９に示すセンサにおいて、圧電素子
３０の下面に保護基板６０を設けるようにした変形例で
ある。保護基板６０としては、ある程度の可撓性のある
材料からなる板を用いればよい。具体的には、金属板
（たとえば、リン青銅の板やステンレス板など）や可撓
性のあるセラミック基板（たとえば、ジルコニア板）を
用いることができる。金属板を用いた場合は、接着剤を
用いて圧電素子３０の下面に接着するようにし、セラミ
ック基板を用いた場合は、圧電素子３０の下面に焼結に
よる接合を行えばよい。

【００９８】

【発明の効果】以上のとおり本発明に係る加速度センサ
および角速度センサによれば、構造的な簡略化が図れ、
小型で効率の良いセンサを実現することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るセンサに利用される交差指状電極
が形成された圧電素子の上面図である（ハッチングは電
極パターンを示すためのものであり、断面を示すための
ものではない）。

【図２】図１に示す圧電素子をＸ軸に沿って切断した側
断面図である。

【図３】図１に示す圧電素子に対する分極処理の原理を
説明する側断面図である。

【図４】図３に示す分極処理を行った後の圧電素子に、
電圧を印加することにより機械的変形が生じる特性の一
形態を示す側断面図である。

【図５】図３に示す分極処理を行った後の圧電素子に、
電圧を印加することにより機械的変形が生じる特性の別
な一形態を示す側断面図である。

【図６】図３に示す分極処理を行った後の圧電素子に、
機械的変形を加えることにより起電力が生じる特性の一
形態を示す側断面図である。

【図７】図３に示す分極処理を行った後の圧電素子に、
機械的変形を加えることにより起電力が生じる特性の別
な一形態を示す側断面図である。

【図８】本発明に係るセンサを構成する圧電素子の一例
を示す上面図である。

【図９】図８に示す圧電素子を用いたセンサの一例を示
す側断面図である。

【図１０】図９に示すセンサにおける重錘体４０が、Ｘ
軸方向に変位＋Δｘを生じたときの圧電素子３０の変形
状態を示す側断面図である。

【図１１】図９に示すセンサにおける重錘体４０が、Ｘ
軸方向に変位−Δｘを生じたときの圧電素子３０の変形
状態を示す側断面図である。

【図１２】図９に示すセンサにおける重錘体４０が、Ｚ
軸方向に変位＋Δｚを生じたときの圧電素子３０の変形
状態を示す側断面図である。

【図１３】図９に示すセンサにおける重錘体４０が、Ｚ
軸方向に変位−Δｚを生じたときの圧電素子３０の変形
状態を示す側断面図である。

【図１４】本発明の基本的実施形態に係るセンサに用い
られる圧電素子３０を示す上面図である。

【図１５】図１４に示す圧電素子３０上の交差指状電極
に供給する交流信号の一例を示すグラフである。

【図１６】図１４に示す圧電素子３０上の交差指状電極
に供給する交流信号の別な一例を示すグラフである。

【図１７】図１４に示す圧電素子３０上の交差指状電極
に供給する交流信号の更に別な一例を示すグラフであ
る。

【図１８】本発明に係るセンサにおける重錘体をＸＹ平
面上で円運動させた場合の運動軌跡を示す平面図であ
る。

【図１９】本発明の一実施例に係るセンサに用いられる
圧電素子１３０の上面図である。

【図２０】図１９に示す圧電素子１３０上の各端子部に
接続される電気回路の一例を示す回路図である。

【図２１】本発明の別な一実施例に係るセンサの上面図
である。

【図２２】図２１に示すセンサに用いられる交差指状電
極の形状を示す平面図である。

【図２３】重錘体を圧電素子の一部で構成した本発明の
一実施例に係るセンサの側断面図である。

【図２４】図２３に示すセンサにおける重錘体３４０
が、Ｘ軸方向に変位＋Δｘを生じたときの圧電素子３０
０の変形状態を示す側断面図である。

【図２５】図２３に示すセンサにおける重錘体３４０
が、Ｚ軸方向に変位＋Δｚを生じたときの圧電素子３０
０の変形状態を示す側断面図である。

【図２６】図２３に示すセンサの上面図である。

【図２７】本発明の更に別な一実施例に係るセンサの上
面図である。

【図２８】図１に示す圧電素子に対する分極処理の別な
形態を説明する側断面図である。

【図２９】本発明に係るセンサに用いる交差指状電極の
バリエーションを示す上面図である。

【図３０】円弧状の指状電極からなる交差指状電極を用
いた本発明の一実施例に係るセンサの上面図である。

【図３１】圧電素子３０の上下両面に交差指状電極を形
成したセンサの重錘体４０が、Ｘ軸方向に変位＋Δｘを
生じたときの圧電素子３０の変形状態を示す側断面図で
ある。

【図３２】図３１に示すセンサの重錘体４０が、Ｚ軸方
向に変位＋Δｚを生じたときの圧電素子３０の変形状態
を示す側断面図である。

【図３３】図３１に示すセンサの重錘体４０が、Ｚ軸方
向に変位−Δｚを生じたときの圧電素子３０の変形状態
を示す側断面図である。

【図３４】図９に示すセンサにおいて、圧電素子の下面
に保護基板を設けた変形例を示す側断面図である。

【符号の説明】

１…交流電源 ２…電圧検出装置 １０…第１の電極群 １１〜１５…指状電極 １６…配線部 １７…端子部 ２０…第２の電極群 ２１〜２５…指状電極 ２６…配線部 ２７…端子部 ３０…圧電素子 ４０…重錘体 ５０…台座 ６０…保護基板 １１０…共通電極群 １２１〜１２４…個別電極群 ２１０，２１５…第１の電極群 ２２０，２２５…第２の電極群 ２３０…圧電素子 ２４０…重錘体 ２５０…台座 ３００…圧電素子 ３３０…可撓部 ３３５…溝部 ３４０…重錘体 ３５０…台座 ４００…圧電素子 ４３０…可撓部 ４４０…重錘体 ４５０…台座 ５００…圧電素子 ５３０…可撓部 ５４０…重錘体 ５５０…台座 ６００…圧電素子 ６３０…可撓部 ６４０…重錘体 ６５０…台座 ６６０…交差指状電極 ６７０…交差指状電極 ７００…圧電素子 Ｅ…端子部 Ｅｄ…駆動電圧 Ｅｇ…接地端子部 Ｅｐ…分極電圧 Ｅｘ１，Ｅｘ２，Ｅｙ１，Ｅｙ２…端子部 Ｇ（ｔ１）〜Ｇ（ｔ４）…時刻ｔ１〜ｔ４における重錘
体の重心Ｇの位置 ＦＲ，ＦＬ…圧電素子に加わる横方向の力 Ｒ１，Ｒ２…抵抗素子 Ｓ１〜Ｓ４…駆動用の交流信号 ｔ０〜ｔ４…時間軸ｔ上の時刻 Ｖ（ｔ１）〜Ｖ（ｔ４）…時刻ｔ１〜ｔ４における重錘
体の重心Ｇの速度ベクトル Ｘ１〜Ｘ８…交差指状電極 ＸＸ１，ＸＸ２…圧電素子の下面に形成された交差指状
電極 Ｙ１〜Ｙ８…交差指状電極 Ｚ１〜Ｚ８…交差指状電極 ±Δｘ…Ｘ軸方向への変位 ±Δｚ…Ｚ軸方向への変位

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 和廣 埼玉県上尾市菅谷四丁目73番地 株式会社 ワコー内 Ｆターム(参考） 2F105 BB12 BB13 CC11 CC14 CD02 CD06

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＸＹＺ三次元座標系における少なくとも
   一軸方向に作用する加速度を検出する機能をもった加速
   度センサにおいて、 固定部と変位部とを有し、前記固定部を固定した状態で
   前記変位部に力が作用したときに機械的変形が生じる圧
   電素子と、 前記圧電素子を収容するとともに、前記固定部を支持固
   定する装置筐体と、 前記変位部に形成された重錘体と、 前記圧電素子の機械的変形が生じる位置に形成された交
   差指状電極と、 を備え、 互いにほぼ平行になるように所定間隔をおいて配置さ
   れ、互いに短絡した複数の指状電極からなる第１の電極
   群と、互いにほぼ平行になるように所定間隔をおいて配
   置され、互いに短絡した複数の指状電極からなる第２の
   電極群と、によって前記交差指状電極が構成され、前記
   第１の電極群を構成する指状電極と前記第２の電極群を
   構成する指状電極とは交互に並ぶように配置されてお
   り、 前記圧電素子には、前記第１の電極群と前記第２の電極
   群との間に所定極性の電圧を印加することにより分極処
   理が施されており、 前記重錘体に作用した加速度に基づいて前記変位部に力
   が作用し、前記圧電素子に機械的変形が生じたときに、
   前記第１の電極群と前記第２の電極群との間に前記加速
   度に応じた起電力が生じるようにしたことを特徴とする
   加速度センサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の加速度センサにおい
   て、 上面が平面をなす板状の圧電素子を用い、その周囲部分
   を固定部として装置筐体に固定し、その中心部分を変位
   部としてここに重錘体を形成し、 前記圧電素子の上面中心に原点を有し、前記上面がＸＹ
   平面に含まれるようなＸＹＺ三次元座標系を定義し、 前記圧電素子の上面のＸ軸上に、各指状電極がほぼＹ軸
   方向を向くような交差指状電極を配置し、この交差指状
   電極に生じる起電力に基づいて、作用した加速度のＸ軸
   方向成分を検出できるようにしたことを特徴とする加速
   度センサ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の加速度センサにおい
   て、 圧電素子の上面のＸ軸の正の部分に、各指状電極がほぼ
   Ｙ軸方向を向くような第１の交差指状電極を配置し、 圧電素子の上面のＸ軸の負の部分に、各指状電極がほぼ
   Ｙ軸方向を向くような第２の交差指状電極を配置し、 前記第１の交差指状電極に生じる起電力と前記第２の交
   差指状電極に生じる起電力とに基づいて、作用した加速
   度のＸ軸方向成分およびＺ軸方向成分を検出するように
   したことを特徴とする加速度センサ。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の加速度センサにおい
   て、 第１の交差指状電極および第２の交差指状電極の他に、
   更に、 圧電素子の上面のＹ軸の正の部分に、各指状電極がほぼ
   Ｘ軸方向を向くような第３の交差指状電極を配置し、 圧電素子の上面のＹ軸の負の部分に、各指状電極がほぼ
   Ｘ軸方向を向くような第４の交差指状電極を配置し、 前記第１の交差指状電極に生じる起電力と前記第２の交
   差指状電極に生じる起電力とに基づいて、作用した加速
   度のＸ軸方向成分を検出し、 前記第３の交差指状電極に生じる起電力と前記第４の交
   差指状電極に生じる起電力とに基づいて、作用した加速
   度のＹ軸方向成分を検出し、 前記第１の交差指状電極に生じる起電力と前記第２の交
   差指状電極に生じる起電力に基づいて、または、前記第
   ３の交差指状電極に生じる起電力と前記第４の交差指状
   電極に生じる起電力に基づいて、または、前記第１〜第
   ４の交差指状電極のすべてに生じる起電力に基づいて、
   作用した加速度のＺ軸方向成分を検出するようにしたこ
   とを特徴とする加速度センサ。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の加速度センサにおい
   て、 上面が平面をなす板状の圧電素子を用い、その周囲部分
   を固定部として装置筐体に固定し、その中心部分を変位
   部としてここに重錘体を形成し、 前記圧電素子の上面中心に原点を有し、前記上面がＸＹ
   平面に含まれるようなＸＹＺ三次元座標系を定義し、 前記圧電素子の上面のＸ軸上に、各指状電極が前記原点
   を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような交差指
   状電極を配置し、この交差指状電極に生じる起電力に基
   づいて、作用した加速度のＸ軸方向成分を検出できるよ
   うにしたことを特徴とする加速度センサ。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の加速度センサにおい
   て、 圧電素子の上面のＸ軸の正の部分に、各指状電極が前記
   原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような第
   １の交差指状電極を配置し、 圧電素子の上面のＸ軸の負の部分に、各指状電極が前記
   原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような第
   ２の交差指状電極を配置し、 前記第１の交差指状電極に生じる起電力と前記第２の交
   差指状電極に生じる起電力とに基づいて、作用した加速
   度のＸ軸方向成分およびＺ軸方向成分を検出するように
   したことを特徴とする加速度センサ。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の加速度センサにおい
   て、 第１の交差指状電極および第２の交差指状電極の他に、
   更に、 圧電素子の上面のＹ軸の正の部分に、各指状電極が前記
   原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような第
   ３の交差指状電極を配置し、 圧電素子の上面のＹ軸の負の部分に、各指状電極が前記
   原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような第
   ４の交差指状電極を配置し、 前記第１の交差指状電極に生じる起電力と前記第２の交
   差指状電極に生じる起電力とに基づいて、作用した加速
   度のＸ軸方向成分を検出し、 前記第３の交差指状電極に生じる起電力と前記第４の交
   差指状電極に生じる起電力とに基づいて、作用した加速
   度のＹ軸方向成分を検出し、 前記第１の交差指状電極に生じる起電力と前記第２の交
   差指状電極に生じる起電力に基づいて、または、前記第
   ３の交差指状電極に生じる起電力と前記第４の交差指状
   電極に生じる起電力に基づいて、または、前記第１〜第
   ４の交差指状電極のすべてに生じる起電力に基づいて、
   作用した加速度のＺ軸方向成分を検出するようにしたこ
   とを特徴とする加速度センサ。
8. 【請求項８】 ＸＹＺ三次元座標系における少なくとも
   一軸まわりに作用する角速度を検出する機能をもった角
   速度センサにおいて、 固定部と変位部とを有し、前記固定部を固定した状態で
   前記変位部に力が作用したときに機械的変形が生じる圧
   電素子と、 前記圧電素子を収容するとともに、前記固定部を支持固
   定する装置筐体と、 前記変位部に形成された重錘体と、 前記圧電素子の機械的変形が生じる位置に形成された駆
   動用交差指状電極および検出用交差指状電極と、 を備え、 互いにほぼ平行になるように所定間隔をおいて配置さ
   れ、互いに短絡した複数の指状電極からなる第１の電極
   群と、互いにほぼ平行になるように所定間隔をおいて配
   置され、互いに短絡した複数の指状電極からなる第２の
   電極群と、によって前記交差指状電極が構成され、前記
   第１の電極群を構成する指状電極と前記第２の電極群を
   構成する指状電極とは交互に並ぶように配置されてお
   り、 前記圧電素子には、前記第１の電極群と前記第２の電極
   群との間に所定極性の電圧を印加することにより分極処
   理が施されており、 前記駆動用交差指状電極を構成する第１の電極群と第２
   の電極群との間に、所定の交流信号を供給することによ
   り、前記重錘体を所定の軌道に沿って運動させることが
   できるようにし、 前記重錘体の運動中に作用した角速度に基づいてコリオ
   リ力が発生し、前記圧電素子に機械的変形が生じたとき
   に、前記検出用交差指状電極を構成する第１の電極群と
   第２の電極群との間に前記角速度に応じた起電力が生じ
   るようにしたことを特徴とする角速度センサ。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の角速度センサにおい
   て、 上面が平面をなす板状の圧電素子を用い、その周囲部分
   を固定部として装置筐体に固定し、その中心部分を変位
   部としてここに重錘体を形成し、 前記圧電素子の上面中心に原点を有し、前記上面がＸＹ
   平面に含まれるようなＸＹＺ三次元座標系を定義し、 圧電素子の上面のＸ軸の正の部分に、各指状電極がほぼ
   Ｙ軸方向を向くような第１の駆動用交差指状電極を配置
   し、 圧電素子の上面のＸ軸の負の部分に、各指状電極がほぼ
   Ｙ軸方向を向くような第２の駆動用交差指状電極を配置
   し、 圧電素子の上面のＹ軸の正の部分に、各指状電極がほぼ
   Ｘ軸方向を向くような第３の駆動用交差指状電極を配置
   し、 圧電素子の上面のＹ軸の負の部分に、各指状電極がほぼ
   Ｘ軸方向を向くような第４の駆動用交差指状電極を配置
   し、 前記第１の駆動用交差指状電極および前記第２の駆動用
   交差指状電極には、重錘体をＸ軸方向に単振動させるこ
   とができるＸ軸方向励振用交流信号を供給し、前記第３
   の駆動用交差指状電極および前記第４の駆動用交差指状
   電極には、重錘体をＹ軸方向に単振動させることができ
   るＹ軸方向励振用交流信号を供給し、前記Ｘ軸方向励振
   用交流信号と前記Ｙ軸方向励振用交流信号との位相を９
   ０°ずらすことにより、重錘体にＸＹ平面上での円運動
   を行わせることができるようにし、 前記重錘体が前記円運動を行っているときに、この円運
   動軌道の接線方向に直交する方向に作用したコリオリ力
   を検出用交差指状電極によって検出することにより、前
   記接線方向および前記コリオリ力の方向の双方に直交す
   る軸まわりの角速度を検出できるようにしたことを特徴
   とする角速度センサ。
10. 【請求項１０】 請求項８に記載の角速度センサにおい
    て、 上面が平面をなす板状の圧電素子を用い、その周囲部分
    を固定部として装置筐体に固定し、その中心部分を変位
    部としてここに重錘体を形成し、 前記圧電素子の上面中心に原点を有し、前記上面がＸＹ
    平面に含まれるようなＸＹＺ三次元座標系を定義し、 圧電素子の上面のＸ軸の正の部分に、各指状電極がほぼ
    Ｙ軸方向を向くような第１の検出用交差指状電極を配置
    し、 圧電素子の上面のＸ軸の負の部分に、各指状電極がほぼ
    Ｙ軸方向を向くような第２の検出用交差指状電極を配置
    し、 駆動用交差指状電極に所定の交流信号を供給することに
    より、重錘体をＸＹ平面上で円運動を行わせることがで
    きるようにし、 前記重錘体がＸ軸を横切るときに、前記第１の検出用交
    差指状電極および前記第２の検出用交差指状電極に生じ
    る起電力に基づいて、Ｚ軸まわりの角速度を検出できる
    ようにしたことを特徴とする角速度センサ。
11. 【請求項１１】 請求項８に記載の角速度センサにおい
    て、 上面が平面をなす板状の圧電素子を用い、その周囲部分
    を固定部として装置筐体に固定し、その中心部分を変位
    部としてここに重錘体を形成し、 前記圧電素子の上面中心に原点を有し、前記上面がＸＹ
    平面に含まれるようなＸＹＺ三次元座標系を定義し、 圧電素子の上面に、重錘体のＺ軸方向の変位を検出する
    ことができる検出用交差指状電極を配置し、 駆動用交差指状電極に所定の交流信号を供給することに
    より、重錘体をＸＹ平面上で円運動を行わせることがで
    きるようにし、 前記重錘体がＸ軸を横切るときに、前記検出用交差指状
    電極に生じる起電力に基づいて、Ｘ軸まわりの角速度を
    検出し、前記重錘体がＹ軸を横切るときに、前記検出用
    交差指状電極に生じる起電力に基づいて、Ｙ軸まわりの
    角速度を検出できるようにしたことを特徴とする角速度
    センサ。
12. 【請求項１２】 請求項８に記載の角速度センサにおい
    て、 上面が平面をなす板状の圧電素子を用い、その周囲部分
    を固定部として装置筐体に固定し、その中心部分を変位
    部としてここに重錘体を形成し、 前記圧電素子の上面中心に原点を有し、前記上面がＸＹ
    平面に含まれるようなＸＹＺ三次元座標系を定義し、 圧電素子の上面のＸ軸の正の部分に、各指状電極が前記
    原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような第
    １の駆動用交差指状電極を配置し、 圧電素子の上面のＸ軸の負の部分に、各指状電極が前記
    原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような第
    ２の駆動用交差指状電極を配置し、 圧電素子の上面のＹ軸の正の部分に、各指状電極が前記
    原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような第
    ３の駆動用交差指状電極を配置し、 圧電素子の上面のＹ軸の負の部分に、各指状電極が前記
    原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような第
    ４の駆動用交差指状電極を配置し、 前記第１の駆動用交差指状電極および前記第２の駆動用
    交差指状電極には、重錘体をＸ軸方向に単振動させるこ
    とができるＸ軸方向励振用交流信号を供給し、前記第３
    の駆動用交差指状電極および前記第４の駆動用交差指状
    電極には、重錘体をＹ軸方向に単振動させることができ
    るＹ軸方向励振用交流信号を供給し、前記Ｘ軸方向励振
    用交流信号と前記Ｙ軸方向励振用交流信号との位相を９
    ０°ずらすことにより、重錘体にＸＹ平面上での円運動
    を行わせることができるようにし、 前記重錘体が前記円運動を行っているときに、この円運
    動軌道の接線方向に直交する方向に作用したコリオリ力
    を検出用交差指状電極によって検出することにより、前
    記接線方向および前記コリオリ力の方向の双方に直交す
    る軸まわりの角速度を検出できるようにしたことを特徴
    とする角速度センサ。
13. 【請求項１３】 請求項８に記載の角速度センサにおい
    て、 上面が平面をなす板状の圧電素子を用い、その周囲部分
    を固定部として装置筐体に固定し、その中心部分を変位
    部としてここに重錘体を形成し、 前記圧電素子の上面中心に原点を有し、前記上面がＸＹ
    平面に含まれるようなＸＹＺ三次元座標系を定義し、 圧電素子の上面のＸ軸の正の部分に、各指状電極が前記
    原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような第
    １の検出用交差指状電極を配置し、 圧電素子の上面のＸ軸の負の部分に、各指状電極が前記
    原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような第
    ２の検出用交差指状電極を配置し、 駆動用交差指状電極に所定の交流信号を供給することに
    より、重錘体をＸＹ平面上で円運動を行わせることがで
    きるようにし、 前記重錘体がＸ軸を横切るときに、前記第１の検出用交
    差指状電極および前記第２の検出用交差指状電極に生じ
    る起電力に基づいて、Ｚ軸まわりの角速度を検出できる
    ようにしたことを特徴とする角速度センサ。
14. 【請求項１４】 請求項８〜１３のいずれかに記載の角
    速度センサにおいて、 物理的に同一の交差指状電極を、駆動用交差指状電極と
    検出用交差指状電極との双方を兼用する電極として用い
    たことを特徴とする角速度センサ。
15. 【請求項１５】 請求項１〜１４のいずれかに記載のセ
    ンサにおいて、 重錘体が圧電素子の一部によって構成されていることを
    特徴とするセンサ。
16. 【請求項１６】 請求項１〜１５のいずれかに記載のセ
    ンサにおいて、 圧電素子として板状の圧電素子を用い、この圧電素子の
    上下両面に交差指状電極を形成したことを特徴とするセ
    ンサ。