JP2004077351A

JP2004077351A - 角速度センサ

Info

Publication number: JP2004077351A
Application number: JP2002240075A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Matsubara; 松原　克憲; Jiro Terada; 寺田　二郎; Takeshi Yamamoto; 山本　毅
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】製造が容易な角速度センサを提供することを目的とする。
【解決手段】この目的を達成するために本発明は、ＸＹ平面に設けた基部１と、この基部１から反Ｙ軸方向に延出した第一の音叉部２５と、前記基部１からＹ軸方向に延出した第二の音叉部２６と、前記一対の音叉片２ａ，２ｂの間にありかつこの第一の音叉部２５よりも反Ｙ軸方向に延出するように前記基部１に設けた第一の屈曲振動部２８と、前記一対の音叉部３ａ，３ｂの間にありかつこの第二の音叉部２６よりもＹ軸方向に延出するように前記基部１に設けた第二の屈曲振動部２９と、駆動手段１２ａ，１３ｂと、検出手段１６ａ，１７ａとを少なくとも備え、前記第一および第二の音叉部２５，２６の先端より突出した第一および第２の屈曲振動部２８，２９の先端部にＸ軸方向および反Ｘ軸方向に広がる付加質量部３０を設けたものである。
【選択図】　図１

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、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り、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の力により、付加質量部が変位する変位量を検出するための検出部を備えている。この駆動部および検出部はともに櫛歯構造の電極より構成されている。
【０００３】
上記駆動部においてはこの櫛歯構造の電極同士をかみ合って対向させ、これらの電極同士に働く吸引力により駆動させており、また、上記検出部においては微弱な信号を高精度に検出できるようにするためにかみ合って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ている。
【０００４】
【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、比較的薄型の構造を実現できるものの、上記電極を形成することが煩雑であるという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、製造が容易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】
この目的を達成するために本発明の請求項１に記載の発明は、ＸＹ平面に設けた基部と、この基部から反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一の音叉部と、この第一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二の音叉部と、前記第一の音叉部を構成する一対の音叉片の間にありかつこの第一の音叉部よりも反Ｙ軸方向に延出するように前記基部に設けた少なくとも一本の屈曲振動片からなる第一の屈曲振動部と、前記第二の音叉部を構成する一対の音叉片の間にありかつこの第二の音叉部よりもＹ軸方向に延出するように前記基部に設けた少なくとも一本の屈曲振動片からなる第二の屈曲振動部と、前記第一および第二の音叉部を駆動させるためにこの第一および第二の音叉部にそれぞれ設けた駆動手段と、前記第一および第二の屈曲振動部の変形量を検出するためにこの第一および第二の屈曲振動部にそれぞれ設けた検出手段とを少なくとも備え、前記第一および第二の音叉部の先端より突出した第一および第二の屈曲振動部の先端部にＸ軸方向および反Ｘ軸方向に広がる付加質量部を設けた角速度センサであり、上記構成により櫛歯構造の電極を形成する必要がなく、製造が容易であるという作用を有する。
【０００７】
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、第一、第二の音叉部の共振周波数と第一、第二の屈曲振動部の共振周波数を近接させた構成であり、これにより駆動効率が増加し、その結果、角速度センサとしての検出感度の向上を図ることができるという作用を有する。
【０００８】
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、第一、第二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。
【０００９】
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、基部、第一、第二の音叉部および第一、第二の屈曲振動部は、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として形成することができるという作用を有する。
【００１０】
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、基部、第一、第二の音叉部および第一、第二の屈曲振動部は、恒弾性金属材料、酸化物材料または高弾性高分子材料のいずれか一つにより形成され、少なくとも前記第一、第二の音叉部および前記第一、第二の屈曲振動部のＸＹ面上に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り、その結果、角速度センサとしての検出感度の向上を図ることができるという作用を有する。
【００１１】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、第一および第二の音叉部の先端部に第一の付加質量部を設け、第一および第二の屈曲振動部の先端部の付加質量部を第二の付加質量部とし、前記第一の付加質量部の形状は前記第一もしくは第二の屈曲振動部を対称軸として略対称形でありかつ角速度が印加されるＺ軸に対して略対称形であり、第二の付加質量部の形状は角速度が印加されるＺ軸に対して略対称形である構成であるため、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。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、第一、第二の音叉部の共振周波数と第一、第二の屈曲振動部の共振周波数を近接させた構成であり、これにより駆動効率が増加し、その結果、角速度センサとしての検出感度の向上を図ることができるという作用を有する。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、第一、第二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。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、基部、第一、第二の音叉部、第一、第二の屈曲振動部および第一、第二の付加質量部は、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として形成することができるという作用を有する。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、基部、第一、第二の音叉部、第一、第二の屈曲振動部および第一、第二の付加質量部は、恒弾性金属材料、酸化物材料または高弾性高分子材料のいずれかにより形成され、少なくとも前記第一、第二の音叉部および前記第一、第二の屈曲振動部の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り、その結果、角速度センサとしての検出感度の向上を図ることができるという作用を有する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の角速度センサについて実施の形態および図面を用いて説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
本実施の形態１および図１〜図８を用いて請求項１〜１０に記載の発明を説明する。
【００１８】
図１は、本発明の角速度センサの一実施の形態を示す平面図である。図１において、駆動方向をＸ軸方向、コリオリの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）０．１５ｍｍ、長さ（Ｙ軸方向）１１．２ｍｍ、幅（Ｘ軸方向）６．７ｍｍの圧電体としての水晶板から構成された基部である。
【００１９】
基部１から反Ｙ軸方向に第一、第二の音叉片２ａ，２ｂが延出し第一の音叉部２５が構成され、第一、第二の音叉片２ａ，２ｂとそれぞれ相対向するように基部１からＹ軸方向に第三、第四の音叉片３ａ，３ｂが延出し第二の音叉部２６が構成されている。第一、第二の音叉片２ａ，２ｂの先端部からはＸ軸方向、反Ｘ軸方向にそれぞれ対称となるように第一、第二の付加質量４ａ，４ｂが延出している。同じく第三、第四の音叉片３ａ，３ｂの先端部からは、Ｘ軸方向、反Ｘ軸方向にそれぞれ対称となるように第三、第四の付加質量５ａ，５ｂが延出しており、第一、第二、第三、第四の付加質量４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂにより第一の付加質量部２７が構成されている。
【００２０】
基部１から第一の音叉部２５の対称軸上に（すなわち、第一、第二の音叉片２ａ，２ｂの間を通り）反Ｙ軸方向に第一の屈曲振動片６が延出し、第一の音叉部２５を構成する音叉片２ａ，２ｂよりも長い第一の屈曲振動部２８が構成される。同じく基部１から第二の音叉部２６の対称軸上に（すなわち、第三、第四の音叉片３ａ，３ｂの間を通り）Ｙ軸方向に第二の屈曲振動片７が延出し、第二の音叉部を構成する音叉片３ａ，３ｂよりも長い第二の屈曲振動部２９が構成される。第一、第二の屈曲振動片６，７の各先端部からＸ軸方向及び反Ｘ軸方向に張り出すように第五、第六の付加質量８，９が設けられ、第二の付加質量部３０が構成されている。基部１、第一、第二、第三、第四の音叉片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ、第一、第二、第三、第四、第五、第六の付加質量４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，８，９、第一、第二の屈曲振動片６，７は一体となっており、一枚の水晶板からなっている。一枚の水晶板から形成された基部１の中心部１０で固定されている。
【００２１】
第二、第四の音叉片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。第一、第三の音叉片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１４ａ，１５ａが設けられている。第一，第二の屈曲振動片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手段を構成するための検出電極１６ａ，１７ａが設けられている。
【００２２】
図２は駆動電極が設けられた第二の音叉片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Ａは水晶からなる第二の音叉片２ｂの電気軸を示し、１２ｂは第二の音叉片２ｂを挟んで駆動電極１２ａと対向するように第二の音叉片２ｂのＸＹ面（裏面側）に設けられた駆動電極である。１８は第二の音叉片２ｂのＹＺ面上（側面）に第二の音叉片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。
【００２３】
第四の音叉片３ｂにも上記第二の音叉片２ｂと同様に、駆動電極１３ａ，１３ｂ、共通電極１８が設けられている。
【００２４】
次に、第二の音叉片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１２ａ，１２ｂに正極性の電圧が印加されると、図２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二の音叉片２ｂのａｂ側は伸長し、ｃｄ側は圧縮する。
【００２５】
これらが連続的に繰り返されることで、第二の音叉片２ｂは、ＸＹ面内で１次モードで振動する。
【００２６】
同様な駆動原理により、第四の音叉片３ｂもＸＹ面内で１次モードで振動する。第二、第四の音叉片２ｂ，３ｂが１次モードで振動することにより第一、第三の音叉片２ａ，３ａも共振し、ＸＹ面内で音叉振動を開始する。
【００２７】
図３はモニター用の検出電極が設けられた第一の音叉片２ａをＸＺ面で切断した断面図である。Ｘ軸方向を向く矢印Ａは、図２と同様に水晶からなる第一の音叉片２ａの電気軸を示し、１４ｂは第一の音叉片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一の音叉片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。
【００２８】
第三の音叉片３ａにも第一の音叉片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。
【００２９】
次に、モニター用の検出電極１４ａ，１４ｂ、共通電極１８に現われる電荷に関して簡単に説明する。
【００３０】
第一の音叉片２ａは図２に示す第二の音叉片２ｂとともに音叉振動をしているため、第二の音叉片２ｂのａｂ側が圧縮している時は第一の音叉片２ａのｇｈ側が圧縮する。
【００３１】
また、第二の音叉片２ｂのｃｄが伸長している時は、第一の音叉片２ａのｅｆ側が伸長する。
【００３２】
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１８には負電荷が発生する。従って、第一の音叉片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。
【００３３】
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。この差動入力型のチャージ増幅器２０は第一、第二の屈曲振動片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。この検波回路２１によりチャージ増幅器２０の出力信号を同期検波する。２２は前記検波回路２１により得られた検波信号を平滑化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は第二、第四の音叉片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１４ａ，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一、第二、第三、第四の音叉振動片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂを３μｍの振動振幅となるように設定しフィードバック制御する。図５は、第一、第三の音叉片２ａ，３ａがＸ軸方向に、第二、第四の音叉片２ｂ，３ｂが反Ｘ軸方向に駆動変形している際に、Ｚ軸周りの角速度Ωが印加された時の第一、第二、第三、第四の音叉片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ、第一、第二の屈曲振動片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。
【００３４】
図５に示すように、Ｚ軸周りの角速度Ωが印加されたことにより、第一、第三の付加質量４ａ，５ａにはＹ軸方向に、第二、第四の付加質量４ｂ，５ｂには反Ｙ軸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、第一、第二、第三、第四の音叉片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一、第二、第三、第四の音叉片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの応力状態を補正し、釣り合いを保つように第一の屈曲振動片６は反Ｘ軸方向に変形し、第二の屈曲振動片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Ωの大きさに対応するため、第一、第二の屈曲振動片６，７にそれぞれ設けられた検出電極１６ａ，１７ａにより、印加された角速度Ωの大きさに対応した電荷量として検出される。第一、第二、第三、第四の付加質量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一、第二の音叉部２５，２６の変形量がより大きくなるばかりか、第五、第六の付加質量８，９が設けられている第一、第二の屈曲振動片６，７の変形効率がさらに向上しその結果、検出信号のさらなる高感度化を図ることができる。また同時に各付加質量４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，８，９の調整により第一、第二の音叉部２５，２６と第一、第二の屈曲振動部２８，２９の各共振周波数の調整も容易になる。
【００３５】
この各共振周波数の調整方法としてはドライエッチング等で上記各付加質量４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，８，９の質量を減らす方法が挙げられる。例えば、エッチングの方法として真空中でイオンビームもしくはアトムビームを照射する方法を挙げることができる。
【００３６】
また、蒸着やスパッタ等を用いて上記各付加質量４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，８，９の質量を増やす方法も挙げられる。例えば、金属膜を付加することが挙げられる。ここでもし検出電極１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂや駆動電極１２ａ，１２ａ，１３ａ，１３ｂ等に上記金属膜が付着するおそれがある場合は金属膜の代わりに絶縁膜を付加すればよい。例えば、酸化タンタルや酸化ニオブのような比重の比較的高い材料を用いることで絶縁膜の膜厚をより薄くすることができ、その結果、周波数調整を迅速に行うことができる。
【００３７】
図６は、第一、第二の音叉片２ａ，２ｂの間にある検出電極１６ａが設けられた第一の屈曲振動片６をＸＺ面で切断した断面である。図６において、Ｘ軸方向を向く矢印Ａは水晶からなる第一の屈曲振動片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一の屈曲振動片６のＸＹ面上（裏面側）に設けられた検出電極である。１８は第一の屈曲振動片６のＹＺ面上（側面）に第一の屈曲振動片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。
【００３８】
同じく、第三、第四の音叉片３ａ，３ｂの間にある第二の屈曲振動片７にも、第二の屈曲振動片７を挟んで検出電極１７ａと対向するように検出電極１７ｂが設けられ、ＹＺ面上（側面）には第二の屈曲振動片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。
【００３９】
次に、第一、第二の屈曲振動片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，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ、共通電極１８に現れる電荷の発生状態を簡単に説明する。
【００４０】
第一、第二の音叉片２ａ，２ｂの間にある第一の屈曲振動片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、第二、第四の音叉片３ａ，３ｂの間にある第二の屈曲振動片７のｉｊ側は伸長し、ｋｌ側が圧縮するため、検出電極１７ａ，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。
【００４１】
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１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必要がないため製造が容易となる。また、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多くなり、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、その結果、検出信号の高感度化を図ることができる。さらに、第一の音叉部２５間、第二の音叉部２６間を小さくして駆動振動の結合が容易になるように構成しているので、検出信号のさらなる高感度化を図ることができる。また、角速度以外の不要な部分（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。
【００４２】
本実施の形態１において、第一、第二、第三、第四の音叉片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの１次モードの共振周波数と第一、第二の屈曲振動片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。
【００４３】
また、基部１の中心部１０を被実装体（図示せず）に固定することにより第一、第二の音叉片２ａ，２ｂと第三、第四の音叉片３ａ，３ｂが共振しやすくなる効果がある。
【００４４】
また、図７のように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例えば、直径０．２ｍｍの孔部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが形成され、孔部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ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３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄがそれぞれ所定の位置に設けた構成としても構わない。この構成の場合、スリット部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄを基部１に設けることにより、外乱振動が第一、第二の屈曲振動片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、第一、第二の屈曲振動片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。
【００４５】
また、図８のように第一、第二の屈曲振動部を構成する各々１本の屈曲振動片の下端（図８Ａ）は、第一、第二の音叉部を構成する対をなした音叉片の各下端の位置から基板１の中心部１０の方向へずらし、第一の音叉部間、第二の音叉部間を小さくした構成としても構わない。このような構成にすることにより各音叉部の音叉片間が共振しやすくなり、その結果、角速度センサとしての感度をより向上させることができる。
【００４６】
本実施の形態１においては、基部１、第一、第二、第三、第四の音叉片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ、第一、第二、第三、第四、第五、第六の付加質量４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，８，９と第一、第二の屈曲振動片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水晶に限らず単結晶材料でも多結晶材料でも構わない。
【００４７】
（実施の形態２）
本実施の形態２および図９を用いて特に請求項５，１０に記載の発明について説明する。
【００４８】
図９は、本発明の角速度センサの一実施の形態を説明するための平面図である。図９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９において、基部４０、第一、第二、第三、第四の音叉片４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ、第一、第二、第三、第四の付加質量４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ、第一、第二の屈曲振動片４５、４６と第五、第六の付加質量４７，４８が、恒弾性金属により一体に形成されている以外は、実施の形態１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。
【００４９】
第二、第四の音叉片４１ｂ，４２ｂ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４９，５０が接合されている。第一、第三の音叉片４１ａ，４２ａのＸＹ面上にはモニター用の圧電体セラミックス５１，５２が接合されている。第一、第二の屈曲振動片４５，４６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５３，５４が接合されている。
【００５０】
図９において、第一、第二、第三、第四の音叉片４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ、第一、第二の屈曲振動片４５，４６の変形形態、モニター時の圧電体セラミックス５１，５２に発生する電荷、Ｚ軸周りの角速度Ωが印加された時の圧電体セラミックス５３，５４に発生する電荷の傾向は、いずれも実施の形態１と同様である。
【００５１】
本実施の形態２においては、基部４０、第一、第二、第三、第四の音叉片４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ、第一、第二、第三、第四、第五、第六の付加質量４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，４７，４８及び第一、第二の屈曲振動片４５，４６を構成する材料と前記圧電体セラミックス４９，５０，５１，５２，５３，５４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。
【００５２】
本実施の形態２において、駆動用、モニター用、印加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。
【００５３】
なお、本実施の形態においては、第一、第二、第三、第四の音叉片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの各先端から外向きに凸部を有する付加質量を設けた構成について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、前記各先端から内向きに凸部を有する付加質量を設ける構成（図示せず）等にすることも可能である。
【００５４】
また、本実施の形態においては、第一、第二、第三、第四の音叉片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂと第一、第二の屈曲振動片６，７の各先端部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等も可能である。
【００５５】
また、本実施の形態においては、第一、第二の音叉部２５，２６として各一対の音叉片を設け、この第一、第二の音叉部２５，２６のそれぞれの間に各１本の屈曲振動片６，７からなる屈曲振動部２８，２９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わせて設ける構成も当然可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ＸＹ平面に設けた基部と、この基部から反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一の音叉部と、この第一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二の音叉部と、前記第一の音叉部を構成する一対の音叉片の間にありかつこの第一の音叉部よりも反Ｙ軸方向に延出するように前記基部に設けた少なくとも一本の屈曲振動片からなる第一の屈曲振動部と、前記第二の音叉部を構成する一対の音叉片の間にありかつこの第二の音叉部よりもＹ軸方向に延出するように前記基部に設けた少なくとも一本の屈曲振動片からなる第二の屈曲振動部と、前記第一および第二の音叉部を駆動させるためにこの第一および第二の音叉部にそれぞれ設けた駆動手段と、前記第一および第二の屈曲振動部の変形量を検出するためにこの第一および第二の屈曲振動部にそれぞれ設けた検出手段とを少なくとも備え、前記第一および第二の音叉部の先端より突出した第一および第二の屈曲振動部の先端部にＸ軸方向および反Ｘ軸方向に広がる付加質量部を設けた角速度センサであり、上記構成により櫛歯構造の電極を形成する必要がなく、製造が容易であるという作用効果を奏する。
【００５７】
また、角速度センサとして従来と同程度の薄型化も実現できるという作用効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の角速度センサの平面図
【図２】同断面図
【図３】同断面図
【図４】本発明の一実施の形態の角速度センサを用いた回路のブロック図
【図５】本発明の一実施の形態の角速度センサの模式図
【図６】同断面図
【図７】同平面図
【図８】同平面図
【図９】同平面図
【符号の説明】
１，４０　基部
２ａ，４１ａ　第一の音叉片
２ｂ，４１ｂ　第二の音叉片
３ａ，４２ａ　第三の音叉片
３ｂ，４２ｂ　第四の音叉片
４ａ，４３ａ　第一の付加質量
４ｂ，４３ｂ　第二の付加質量
５ａ，４４ａ　第三の付加質量
５ｂ，４４ｂ　第四の付加質量
６，４５　第一の屈曲振動片
７，４６　第二の屈曲振動片
８，４７　第五の付加質量
９，４８　第六の付加質量
１０　中心部
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　共通電極
１９　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
２５　第一の音叉部
２６　第二の音叉部
２７　第一の付加質量部
２８　第一の屈曲振動部
２９　第二の屈曲振動部
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ　孔部
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ　スリット部
４９，５０，５１，５２，５３，５４　圧電体セラミックス

Claims

ＸＹ平面に設けた基部と、この基部から反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一の音叉部と、この第一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二の音叉部と、前記第一の音叉部を構成する一対の音叉片の間にありかつこの第一の音叉部よりも反Ｙ軸方向に延出するように前記基部に設けた少なくとも一本の屈曲振動片からなる第一の屈曲振動部と、前記第二の音叉部を構成する一対の音叉片の間にありかつこの第二の音叉部よりもＹ軸方向に延出するように前記基部に設けた少なくとも一本の屈曲振動片からなる第二の屈曲振動部と、前記第一および第二の音叉部を駆動させるためにこの第一および第二の音叉部にそれぞれ設けた駆動手段と、前記第一および第二の屈曲振動部の変形量を検出するためにこの第一および第二の屈曲振動部にそれぞれ設けた検出手段とを少なくとも備え、前記第一および第二の音叉部の先端より突出した第一および第二の屈曲振動部の先端部にＸ軸方向および反Ｘ軸方向に広がる付加質量部を設けた角速度センサ。
第一、第二の音叉部の共振周波数と第一、第二の屈曲振動部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。
第一、第二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に記載の角速度センサ。
基部、第一、第二の音叉部および第一、第二の屈曲振動部は、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。
基部、第一、第二の音叉部および第一、第二の屈曲振動部は、恒弾性金属材料、酸化物材料または高弾性高分子材料のいずれか一つにより形成され、少なくとも前記第一、第二の音叉部および前記第一、第二の屈曲振動部のＸＹ面上に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。
第一および第二の音叉部の先端部に第一の付加質量部を設け、第一および第二の屈曲振動部の先端部の付加質量部を第二の付加質量部とし、前記第一の付加質量部の形状は前記第一もしくは第二の屈曲振動部を対称軸として略対称形でありかつ角速度が印加されるＺ軸に対して略対称形であり、第二の付加質量部の形状は角速度が印加されるＺ軸に対して略対称形である請求項１に記載の角速度センサ。
第一、第二の音叉部の共振周波数と第一、第二の屈曲振動部の共振周波数を近接させた請求項６に記載の角速度センサ。
第一、第二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６に記載の角速度センサ。
基部、第一、第二の音叉部、第一、第二の屈曲振動部および第一、第二の付加質量部は、圧電材料により一体に形成された請求項６に記載の角速度センサ。
基部、第一、第二の音叉部、第一、第二の屈曲振動部および第一、第二の付加質量部は、恒弾性金属材料、酸化物材料または高弾性高分子材料のいずれか一つにより形成され、少なくとも前記第一、第二の音叉部および前記第一、第二の屈曲振動部のＸＹ面上には圧電材料からなる層が設けられた請求項６に記載の角速度センサ。