JP3419999B2 - 角速度センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、振動子素子の伸
縮振動と屈曲振動を利用して回転角速度を検出する角速
度センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】所定方向に沿って振動している振動子、
例えば直交座標軸平面（Ｘ−Ｙ平面）におけるＸ軸に沿
って振動している振動子がＹ軸の回りに回転すると、振
動子に（Ｘ−Ｙ平面と直交する）Ｚ軸方向にコリオリの
力が生じる。このコリオリの力は角速度の大きさに比例
して定まることから、コリオリの力を振動子の撓み変位
量として間接的に、圧電素子の圧電効果、容量変化など
で直接的に測定すれば、振動子のＹ軸の回りに作用した
回転角速度の大きさを求めることができる。このため、
振動する振動子を角速度検出素子として車両や航空機等
に搭載し、その走行或いは飛行軌跡を記録したり旋回時
に発生するヨーレイトを検出することが行われている。
また、この角速度検出素子をロボットに搭載して、その
姿勢制御等にも応用されている。

【０００３】図８は水晶を用いた従来の「片持ちばり」
の角速度センサの要部を示す図である。同図において、
（ａ）は平面図、（ｂ）は図８（ａ）をＡ方向から見た
図、（ｃ）は図８（ａ）をＢ方向から見た図、（ｄ）は
図８（ａ）をＣ方向から見た図である。同図において、
１は振動子素子（水晶板）、２−１〜２−４は励振用の
電極板、３−１〜３−４は角速度検出用の電極板であ
り、励振用の電極板２−１〜２−４を励振電極２の構成
要素とし、角速度検出用の電極板３−１〜３−４を検出
電極３の構成要素としている。励振用の電極板２−１〜
２−４は振動子素子１の一方の端１−１の表裏および左
右の面に、検出用の電極板３−１〜３−４は振動子素子
１の他方の端１−２の左右の面に形成されている。この
図において、振動子素子１の他方の端１−２側は、基端
部（固定端）とされている。

【０００４】この角速度センサにおいては、図８（ｂ）
に示されるように、励振用の電極板２−１と２−３とが
端子Ｐ１に共通に接続され、また励振用の電極板２−２
と２−４とが端子Ｐ２に共通に接続され、この端子Ｐ１
とＰ２との間に交流電圧（励振振動信号）ｅが印加され
る。このため、ある時は図８（ｂ）中に矢印で示す如く
電界が発生し、次には逆方向の電界が発生することによ
り、振動子素子１の一方の端１−１が左右に振動（屈曲
振動）する。

【０００５】ここで、振動子素子１の振動方向（励振方
向）をＸ軸方向、このＸ軸方向と直交する図８（ａ）に
おける紙面内の方向（振動子素子１の長手方向）をＹ軸
方向、このＸ−Ｙ平面と直交する方向（振動子素子１の
板面に垂直な方向）をＺ軸方向とした場合、Ｙ軸の回り
に回転角速度が作用すると、すなわち振動子素子１がＹ
軸の回りに回転すると、コリオリの力によりＺ軸方向の
振動成分が生じ、振動子素子１が表裏方向に振動（屈曲
振動）する。この振動成分の大きさはコリオリの力に比
例しているので、振動子素子１の他方の端１−２には回
転角速度に比例した大きさで振動の方向に応じた極の電
荷が発生する。

【０００６】これにより、図８（ｃ）に示されるよう
に、検出用の電極板３−１と３−４とを共通に接続した
端子Ｐ３と、検出用の電極板３−２と３−３とを共通に
接続した端子Ｐ４との間に、ある時には矢印の方向、次
には逆方向の電荷が発生し、コリオリの力に応じた電圧
信号ｅs が得られる。この電圧信号ｅs の大きさによっ
て、Ｙ軸の回りに作用する回転角速度の大きさを知るこ
とができる。また、この電圧信号ｅs は基本的にサイン
カーブとして得られ、この電圧信号ｅs の波形と励振振
動信号ｅの波形（励振波形）とを位相比較することによ
り、その位相の進み遅れで回転角速度の方向を知ること
ができる。

【０００７】なお、端子Ｐ１とＰ２との間に印加される
励振振動信号ｅの振幅は、図示せぬ温度補償回路によっ
て、温度変化により素子の諸定数、振動姿態が変化して
も、一定の振幅に保たれる。また、端子Ｐ１とＰ２との
間に印加される励振振動信号ｅに対して、端子Ｐ３とＰ
４との間に得られる電圧信号ｅs は桁違いに小さい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の角速度センサによると、励振側も検出側も屈
曲振動を利用しているので、高さ方向の寸法が大とな
る。すなわち、一般的に、この種の角速度センサは、Ｙ
軸を高さ方向とし、Ｙ軸の回りに作用する回転角速度を
検出するものとして用いられる。従って、コリオリの力
を検出するために、Ｙ軸方向を立てて使用する必要があ
り、製品の高さが非常に大きくなり小型化（薄型化）す
ることができない。

【０００９】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、高さ方向へ
の薄型化を促進することのできる角速度センサを提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、第１発明（請求項１に係る発明）は、その長
手方向をＹ軸方向，このＹ軸方向と直交する方向をＸ軸
方向，Ｘ−Ｙ平面と直交する方向をＺ軸方向とする振動
子素子と、交流電圧の印加を受けて振動子素子をＹ軸方
向へ伸縮振動させる励振電極と、振動子素子をＹ軸方向
へ伸縮振動させならがＺ軸の回りに回転させたときＸ軸
方向に生ずる屈曲振動によって生ずる電荷を取り出す検
出電極とを設け、励振電極による振動子素子のＹ軸方向
への伸縮振動を１次モードとし、振動子素子をＹ軸方向
へ伸縮振動させならがＺ軸の回りに回転させたときＸ軸
方向に生ずる屈曲振動を２次モードとしたものである。
この発明によれば、励振電極に交流電圧を印加すると、
振動子素子がＹ軸方向へ１次モードで伸縮振動する。こ
の状態で、Ｚ軸の回りに回転角速度が作用すると、すな
わち振動子素子がＺ軸の回りに回転すると、振動子素子
は、コリオリの力がＹ軸と直交するＸ軸方向に働き、そ
の結果Ｘ軸方向に２次モードで屈曲振動する。そして、
この屈曲振動によって生ずる電荷が検出電極より取り出
され、この取り出された電荷に基づいてＺ軸の回りに作
用する回転角速度が検出される。この場合、Ｚ軸を高さ
方向として、Ｚ軸の回りに作用する回転角速度を検出す
ることができる。

【００１１】第２発明（請求項２に係る発明）は、第１
発明において、振動子素子のＹ軸方向の先端部に第１の
検出電極を形成し、振動子素子の基端部と先端部との間
に第２の検出電極を形成し、この第２の検出電極と第１
の検出電極との間に励振電極を形成したものである。こ
の発明によれば、励振電極に交流電圧を印加することに
より、振動子素子がＹ軸方向へ１次モードで伸縮振動す
る。この状態で、Ｚ軸の回りに回転角速度が作用する
と、振動子素子がＸ軸方向に２次モードで屈曲振動す
る。そして、この屈曲振動によって生ずる電荷が第１お
よび第２の検出電極より取り出され、この取り出された
電荷に基づいてＺ軸の回りに作用する回転角速度が検出
される。

【００１２】第３発明（請求項３に係る発明）は、第２
発明において、検出電極を構成する電極板の一部を分割
したものである。この発明によれば、例えば検出電極を
４枚構成の電極板とした場合、その電極板の一部（例え
ば、２枚）が分割される。これにより、その分割された
電極板の間を通して、第１の励振電極と第２の励振電極
との間のリード電極による接続が可能となる。

【００１３】第４発明（請求項４に係る発明）は、その
長手方向をＹ軸方向，このＹ軸方向と直交する方向をＸ
軸方向，Ｘ−Ｙ平面と直交する方向をＺ軸方向とする振
動子素子と、交流電圧の印加を受けて振動子素子をＸ軸
方向へ屈曲振動させる励振電極と、振動子素子をＸ軸方
向へ屈曲振動させならがＺ軸の回りに回転させたときＹ
軸方向に生ずる伸縮振動によって生ずる電荷を取り出す
検出電極とを設け、励振電極による振動子素子のＸ軸方
向への屈曲振動を２次モードとし、振動子素子をＸ軸方
向へ屈曲振動させながらＺ軸の回りに回転させたときＹ
軸方向に生ずる伸縮振動を１次モードとしたものであ
る。 この発明によれば、励振電極に交流電圧を印加する
と、振動子素子がＸ軸方向へ２次モードで屈曲振動す
る。この状態で、Ｚ軸の回りに回転角速度が作用する
と、振動子素子がＹ軸方向に１次モードで伸縮振動す
る。そして、この伸縮振動によって生ずる電荷が検出電
極より取り出され、この取り出された電荷に基づいてＺ
軸の回りに作用する回転角速度が検出される。この場
合、Ｚ軸を高さ方向として、Ｚ軸の回りに作用する回転
角速度を検出することができる。

【００１４】第５発明（請求項５に係る発明）は、第４
発明において、振動子素子のＹ軸方向の先端部に第１の
励振電極を形成し、振動子素子の基端部と先端部との間
に第２の励振電極を形成し、この第２の励振電極と第１
の励振電極との間に検出電極を形成したものである。こ
の発明によれば、第１および第２の励振電極に交流電圧
を印加することにより、振動子素子がＸ軸方向へ２次モ
ードで屈曲振動する。この状態で、Ｚ軸の回りに回転角
速度が作用すると、振動子素子がＹ軸方向に１次モード
で伸縮振動する。そして、この伸縮振動によって生ずる
電荷が検出電極より取り出され、この取り出された電荷
に基づいてＺ軸の回りに作用する回転角速度が検出され
る。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

〔参考例：伸縮振動１次モード、屈曲振動１次モード〕

図１はこの発明の説明に入る前の参考例を示す角速度セ
ンサの要部を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図
（ｂ）は左側面図、同図（ｃ）は右側面図、同図（ｄ）
は同図（ａ）を裏面側から見た図である。

【００１８】図１において、４は振動子素子（水晶
板）、５（５−１，５−２）は第１の励振電極、６（６
−１，６−２）は第２の励振電極、７（７−１〜７−
４）は第１の検出電極、８（８−１〜８−４）は第２の
検出電極、９−１，９−２は第１の励振電極５と第２の
励振電極６とを接続するリード電極である。

【００１９】振動子素子４は、板状とされ、Ｙ軸方向へ
長く、Ｘ軸方向へ短く、Ｚ軸方向へ薄く形成されてい
る。また、振動子素子４は、その中心Ｐｃを基端部４−
０として支持されており、そのＹ軸方向の一方側の先端
部４−１に励振電極５が、他方側の先端部４−２に励振
電極６が形成されている。また、振動子素子４の基端部
４−０と一方側の先端部４−１との間に第１の検出電極
７が、他方側の先端部４−２との間に第２の検出電極８
が形成されている。なお、振動子素子４の周囲に、図４
（ａ）に示すように、サポータ４−３を一体的に設ける
ようにしてもよい。また、図４（ｂ）に示すように、サ
ポータ４−３を一体的に設けると共に、先端部４−１，
４−２の形状を竜頭状としてもよい。

【００２０】励振電極５は電極板５−１，５−２をその
構成要素としている。励振電極６は電極板６−１，６−
２をその構成要素としている。電極板５−１，５−２は
振動子素子４の一方側の先端部４−１の左右の面に形成
されている。電極板６−１，５−２は振動子素子４の他
方側の先端部４−２の左右の面に形成されている。

【００２１】検出電極７は電極板７−１〜７−４をその
構成要素としている。検出電極８は電極板８−１〜８−
４をその構成要素としている。電極板７−１〜７−４は
振動子素子４の基端部４−０と一方側の先端部４−１と
の間の表裏および左右の面に形成されている。電極板８
−１〜８−４は振動子素子４の基端部４−０と他方側の
先端部４−２との間の表裏および左右の面に形成されて
いる。

【００２２】なお、電極板７−１および８−１は、リー
ド電極９−１を振動子素子４の表面に形成する必要上、
電極板７−１１，７−１２および８−１１，８−１２に
分割されている。また、電極板７−２および８−２もリ
ード電極９−２を振動子素子４の裏面に形成する必要
上、電極板７−２１，７−２２および８−２１，８−２
２に分割されている。

【００２３】図２は図１における各電極の接続関係を分
かり易いように示した結線図である。すなわち、この角
速度センサにおいては、第１の励振電極５の電極板５−
１と第２の励振電極６の電極板６−１とがリード電極９
−１を介して端子Ｔ１に共通に接続され、第１の励振電
極５の電極板５−２と第２の励振電極６の電極板６−２
とがリード電極９−２を介して端子Ｔ２に共通に接続さ
れる。

【００２４】また、第１の検出電極７の電極板７−１
（７−１１，７−１２）と７−２（７−２１，７−２
２）とが端子Ｔ３に共通に接続され、第１の検出電極７
の電極板７−３と７−４とが端子Ｔ４に共通に接続され
る。また、第２の検出電極８の電極板８−１（８−１
１，８−１２）と８−２（８−２１，８−２２）とが端
子Ｔ４に共通に接続され、第２の検出電極８の電極板８
−３と８−４とが端子Ｔ３に共通に接続される。

【００２５】〔検出動作〕端子Ｔ１とＴ２との間に交流
電圧（励振振動信号）ｅを印加する。これにより、励振
電極５の電極板５−１と５−２との間および励振電極６
の電極板６−１と６−２との間に、ある時は図２中に矢
印で示す如く電界が発生し、次には逆方向の電界が発生
することにより、振動子素子４がＹ軸方向へ１次モード
で伸縮振動する。すなわち、振動子素子４がＹ軸方向へ
伸びたり、縮んだりし、この伸縮運動を所定周期で繰り
返す。この場合、この伸縮振動の周波数Ｆ１は、下記
（１）式で示される。 Ｆ１＝Ｋ１・（１／２Ｌ） ・・・・（１） ただし、Ｋ１：定数（＝（Ｅ／ρ）^1/2 ）、Ｅ：弾性定
数、ρ：密度、Ｌ：振動子素子４のＹ軸方向の長さ。

【００２６】ここで、振動子素子４のＺ軸の回りに回転
角速度が作用すると、コリオリの力によりＸ軸方向へ１
次モードでの屈曲振動が生じる。すなわち、図３に示す
ように、振動子素子４の中心Ｐｃを支点として、一次モ
ードのカーブで屈曲振動する。この場合、この屈曲振動
の周波数Ｆ２は、下記（２）式で示される。 Ｆ２＝Ｋ２・｛Ｗ／（Ｌ／２）² ｝ ・・・・（２） ただし、Ｋ２：定数（＝（λａ² ／４π）・（Ｅｇ／３
ρ）^1/2 ）、Ｅ：弾性定数、ｇ：重力加速度、ρ：密
度、Ｌ：振動子素子４のＹ軸方向の長さ、λａ：振動子
形状で決まる固有値（１次）、Ｗ：振動子素子４のＸ軸
方向の長さ。

【００２７】この屈曲振動において、その振動成分の大
きさはコリオリの力に比例しているので、振動子素子４
に形成された検出電極７および８には回転角速度に比例
した大きさで振動の方向に応じた極の電荷が発生する。
これにより、電極板７−１，７−２，８−３，８−４を
共通に接続した端子Ｔ３と、電極板７−３，７−４，８
−１，８−２を共通に接続した端子Ｔ４との間に、ある
時には矢印の方向、次には逆方向の電荷が発生し、コリ
オリの力に応じた電圧信号ｅs が得られる。

【００２８】この電圧信号ｅs の大きさによって、Ｚ軸
の回りに作用する回転角速度の大きさを知ることができ
る。また、この電圧信号ｅs は基本的にサインカーブと
して得られ、この電圧信号ｅs の波形と励振振動信号ｅ
の波形とを位相比較することにより、その位相の進み遅
れで回転角速度の方向を知ることができる。

【００２９】以上の説明から分かるように、この参考例
によれば、振動子素子４のＺ軸を高さ方向として、Ｚ軸
の回りに作用する回転角速度を検出することができるの
で、角速度センサの高さ方向の薄型化を促進することが
できるようになる。

【００３０】また、この参考例によれば、振動子素子４
の励振周波数（伸縮振動周波数Ｆ１）は、振動子素子４
のＹ軸方向長さ（Ｌ）のみで、検出側周波数（屈曲振動
周波数Ｆ２）は、振動子素子４のＹ軸方向長さ（Ｌ）と
Ｘ軸方向長さ（Ｗ）で決定されるため、Ｗ寸法を変化さ
せてＦ１＝Ｆ２とすることが可能となる。

【００３１】なお、この参考例では、振動子素子４の中
心Ｐｃを基端部としてそのＹ軸方向の一方側に励振電極
５および検出電極７を、他方側に励振電極６および検出
電極７を形成するようにしたが、片側にのみ励振電極お
よび検出電極を形成するようにしてもよい。また、一方
側（他方側）に励振電極を、他方側（一方側）に検出電
極を形成するようにしてもよい。

【００３２】また、この参考例では、電極５，６を励振
電極とし電極７，８を検出電極としたが、電極５，６を
検出電極とし電極７，８を励振電極とするようにしても
よい。この場合、励振電極７，８に励振振動信号ｅを印
加すると、振動子素子４がＸ軸方向へ１次モードで屈曲
振動する。この状態で、Ｚ軸の回りに回転角速度が作用
すると、振動子素子４がＹ軸方向に１次モードで伸縮振
動する。この伸縮振動によって生ずる電荷が検出電極
５，６より取り出され、この取り出された電荷に基づい
てＺ軸の回りに作用する回転角速度が検出される。

【００３３】〔実施の形態：伸縮振動１次モード、屈曲
振動２次モード〕 図５はこの発明の一実施の形態を示す角速度センサの要
部を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は
左側面図、同図（ｃ）は右側面図、同図（ｄ）は同図
（ａ）を裏面側から見た図である。

【００３４】これらの図において、１０は振動子素子
（水晶板）、１１（１１−１，１１−２）は第１の励振
電極、１２（１２−１，１２−２）は第２の励振電極、
１３（１３−１〜１３−４）は第１の検出電極、１４
（１４−１〜１４−４）は第２の検出電極、１５（１５
−１〜１５−４）は第３の検出電極、１６（１６−１〜
１６−４）は第４の検出電極、１７−１，１７−２は第
１の励振電極１１と第２の励振電極１２とを接続するリ
ード電極である。

【００３５】振動子素子１０は、板状とされ、Ｙ軸方向
へ長く、Ｘ軸方向へ短く、Ｚ軸方向へ薄く形成されてい
る。また、振動子素子１０は、その中心Ｐｃを基端部１
０−０として支持されており、そのＹ軸方向の一方側の
先端部１０−１に第１の検出電極１３が、他方側の先端
部１０−２に第３の検出電極１５が形成されている。ま
た、振動子素子１０の基端部１０−０と一方側の先端部
１０−１との間（基端部１０−０より）に第２の検出電
極１４が、他方側の先端部１０−２との間（基端部１０
−０より）に第４の検出電極１６が形成されている。ま
た、第１の検出電極１３と第２の検出電極１４との間に
第１の励振電極１１が、第３の検出電極１５と第４の検
出電極１６との間に第２の励振電極１２が形成されてい
る。なお、振動子素子１０の周囲に、図４（ａ）に示す
ように、サポータ１０−３を一体的に設けるようにして
もよい。また、図４（ｂ）に示すように、サポータ１０
−３を一体的に設けると共に、先端部１０−１，１０−
２の形状を竜頭状としてもよい。

【００３６】励振電極１１は電極板１１−１，１１−２
をその構成要素としている。励振電極１２は電極板１２
−１，１２−２をその構成要素としている。電極板１１
−１，１１−２は検出電極１３と１４との間の左右の面
に形成されている。電極板１２−１，１２−２は検出電
極１５と１６との間の左右の面に形成されている。

【００３７】検出電極１３は電極板１３−１〜１３−４
をその構成要素としている。検出電極１４は電極板１４
−１〜１４−４をその構成要素としている。検出電極１
５は電極板１５−１〜１５−４をその構成要素としてい
る。検出電極１６は電極板１６−１〜１６−４をその構
成要素としている。電極板１３−１〜１３−４は振動子
素子１０の一方側の先端部１０−１の表裏および左右の
面に形成されている。

【００３８】電極板１４−１〜１４−４は振動子素子１
０の基端部１０−０と一方側の先端部１０−１との間
（基端部１０−０より）の表裏および左右の面に形成さ
れている。電極板１５−１〜１５−４は振動子素子１０
の他方側の先端部１０−２の表裏および左右の面に形成
されている。電極板１６−１〜１６−４は振動子素子１
０の基端部１０−０と他方側の先端部１０−２との間
（基端部１０−０より）の表裏および左右の面に形成さ
れている。

【００３９】なお、電極板１４−１および１６−１は、
リード電極１７−１を振動子素子１０の表面に形成する
必要上、電極板１４−１１，１４−１２および１６−１
１，１６−１２に分割されている。また、電極板１４−
２および１６−２もリード電極１７−２を振動子素子１
０の裏面に形成する必要上、電極板１４−２１，１４−
２２および１６−２１，１６−２２に分割されている。

【００４０】また、この実施の形態では、後述する振動
子素子１０の２次モードでの屈曲振動において、その振
動による歪が最大となる箇所に検出電極１３〜１６を、
最小となる箇所に励振電極１１および１２を形成してい
る（図７参照）。

【００４１】図６は図５における各電極の接続関係を分
かり易いように示した結線図である。すなわち、この角
速度センサにおいては、第１の励振電極１１の電極板１
１−１と第２の励振電極１２の電極板１２−１とがリー
ド電極１７−１を介して端子Ｔ１に共通に接続され、第
１の励振電極１１の電極板１１−２と第２の励振電極１
２の電極板１２−２とがリード電極１７−２を介して端
子Ｔ２に共通に接続される。

【００４２】また、第１の検出電極１３の電極板１３−
１と１３−２とが端子Ｔ３に共通に接続され、第１の検
出電極１３の電極板１３−３と１３−４とが端子Ｔ４に
共通に接続される。また、第２の検出電極１４の電極板
１４−１（１４−１１，１４−１２）と１４−２（１４
−２１，１４−２２）とが端子Ｔ４に共通に接続され、
第２の検出電極１４の電極板１４−３と１４−４とが端
子Ｔ３に共通に接続される。

【００４３】また、第３の検出電極１５の電極板１５−
１と１５−２とが端子Ｔ４に共通に接続され、第３の検
出電極１５の電極板１５−３と１５−４とが端子Ｔ３に
共通に接続される。また、第４の検出電極１６の電極板
１６−１（１６−１１，１６−１２）と１６−２（１６
−２１，１６−２２）とが端子Ｔ３に共通に接続され、
第４の検出電極１６の電極板１６−３と１６−４とが端
子Ｔ４に共通に接続される。

【００４４】〔検出動作〕端子Ｔ１とＴ２との間に励振
振動信号ｅを印加する。これにより、励振電極１１の電
極板１１−１と１１−２との間および励振電極１２の電
極板１２−１と１２−２との間に、ある時は図６中に矢
印で示す如く電界が発生し、次には逆方向の電界が発生
することにより、振動子素子１０がＹ軸方向へ１次モー
ドで伸縮振動する。すなわち、振動子素子１０がＹ軸方
向へ伸びたり、縮んだりし、この伸縮運動を所定周期で
繰り返す。この場合、この伸縮振動の周波数Ｆ１は、前
記の（１）式で示される。

【００４５】ここで、振動子素子１０のＺ軸の回りに回
転角速度が作用すると、コリオリの力によりＸ軸方向へ
２次モードでの屈曲振動が生じる。すなわち、図７に示
すように、振動子素子１０の中心Ｐｃを支点として、２
次モードのカーブで屈曲振動する。この場合、この屈曲
振動の周波数Ｆ３は、下記（３）式で示される。 Ｆ３＝Ｋ３・｛Ｗ／（Ｌ／２）² ｝ ・・・・（３） ただし、Ｋ３：定数（＝（λｂ² ／４π）・（Ｅｇ／３
ρ）^1/2 ）、Ｅ：弾性定数、ｇ：重力加速度、ρ：密
度、Ｌ：振動子素子１０のＹ軸方向の長さ、λｂ：振動
子形状で決まる固有値（２次）、Ｗ：振動子素子１０の
Ｘ軸方向の長さ。

【００４６】この屈曲振動において、その振動成分の大
きさはコリオリの力に比例しているので、振動子素子１
０に形成された検出電極１３〜１６には回転角速度に比
例した大きさで振動の方向に応じた極の電荷が発生す
る。これにより、電極板１３−１，１３−２，１４−
３，１４−４，１５−３，１５−４，１６−１，１６−
２を共通に接続した端子Ｔ３と、電極板１３−３，１３
−４，１４−１，１４−２，１５−１，１５−２，１６
−３，１６−４を共通に接続した端子Ｔ４との間に、あ
る時には矢印の方向、次には逆方向の電荷が発生し、コ
リオリの力に応じた電圧信号ｅs が得られる。

【００４７】この電圧信号ｅs の大きさによって、Ｚ軸
の回りに作用する回転角速度の大きさを知ることができ
る。また、この電圧信号ｅs は基本的にサインカーブと
して得られ、この電圧信号ｅs の波形と励振振動信号ｅ
の波形とを位相比較することにより、その位相の進み遅
れで回転角速度の方向を知ることができる。

【００４８】なお、この実施の形態では、振動子素子１
０の中心Ｐｃを基端部としてそのＹ軸方向の一方側に励
振電極１１および検出電極１３，１４を、他方側に励振
電極１２および検出電極１５，１６を形成するようにし
たが、片側にのみ励振電極および検出電極を形成するよ
うにしてもよい。また、一方側（他方側）に励振電極
を、他方側（一方側）に検出電極を形成するようにして
もよい。

【００４９】また、この実施の形態では、電極１１，１
２を励振電極とし電極１３〜１６を検出電極としたが、
電極１１，１２を検出電極とし電極１３〜１６を励振電
極とするようにしてもよい。この場合、励振電極１３〜
１６に励振振動信号ｅを印加すると、振動子素子１０が
Ｘ軸方向へ２次モードで屈曲振動する。この状態で、Ｚ
軸の回りに回転角速度が作用すると、振動子素子１０が
Ｙ軸方向に１次モードで伸縮振動する。この伸縮振動に
よって生ずる電荷が検出電極１１，１２より取り出さ
れ、この取り出された電荷に基づいてＺ軸の回りに作用
する回転角速度が検出される。

【００５０】以上Ｙ軸方向への伸縮振動とＸ−Ｙ平面内
の屈曲振動との組合せによるものについて述べたが、Ｚ
軸方向の屈曲振動に対応した電極を構成すれば、Ｙ軸方
向への伸縮振動とＺ−Ｙ平面内の屈曲振動とを組合せ
て、Ｘ軸の回りに作用する回転角速度を検出することが
可能となる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、振動子素子の伸縮振動と屈曲振動を利用
することにより、Ｚ軸を高さ方向としてＺ軸の回りに作
用する回転角速度を検出することが可能となり、高さ方
向への薄型化を促進することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の説明に入る前の参考例を示す角速度
センサの要部を示す図である。

【図２】 図１における各電極の接続関係を分かり易い
ように示した結線図である。

【図３】 この角速度センサにおける振動子素子の屈曲
振動（１次モード）状況を例示する図である。

【図４】 振動子素子の周囲に一体的にサポータを設け
た例を示す図である。

【図５】 本発明の一実施の形態を示す角速度センサの
要部を示す図である。

【図６】 図５における各電極の接続関係を分かり易い
ように示した結線図である。

【図７】 この角速度センサにおける振動子素子の屈曲
振動（２次モード）状況を例示する図である。

【図８】 従来の角速度センサの要部を示す図である。

【符号の説明】

４…振動子素子、４−０…基端部、４−１…一方側の先
端部、４−２…他方側の先端部、５（５−１，５−２）
…第１の励振電極、６（６−１，６−２）…第２の励振
電極、７（７−１〜７−４）…第１の検出電極、８（８
−１〜８−４）…第２の検出電極、９−１，９−２…リ
ード電極、１０…振動子素子、１０−０…基端部、１０
−１…一方側の先端部、１０−２…他方側の先端部、１
１（１１−１，１１−２）…第１の励振電極、１２（１
２−１，１２−２）…第２の励振電極、１３（１３−１
〜１３−４）…第１の検出電極、１４（１４−１〜１４
−４）…第２の検出電極、１５（１５−１〜１５−４）
…第３の検出電極、１６（１６−１〜１６−４）…第４
の検出電極、１７−１，１７−２…リード電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 19/56 G01P 9/04

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その長手方向をＹ軸方向，このＹ軸方向
   と直交する方向をＸ軸方向，Ｘ−Ｙ平面と直交する方向
   をＺ軸方向とする振動子素子と、 交流電圧の印加を受けて前記振動子素子をＹ軸方向へ伸
   縮振動させる励振電極と、 前記振動子素子をＹ軸方向へ伸縮振動させならがＺ軸の
   回りに回転させたときＸ軸方向に生ずる屈曲振動によっ
   て生ずる電荷を取り出す検出電極とを備え、 前記励振電極による振動子素子のＹ軸方向への伸縮振動
   が１次モードであり、前記振動子素子をＹ軸方向へ伸縮
   振動させならがＺ軸の回りに回転させたときＸ軸方向に
   生ずる屈曲振動が２次モードである ことを特徴とする角
   速度センサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された角速度センサにお
   いて、振動子素子のＹ軸方向の先端部に第１の検出電極
   が形成され、振動子素子の基端部と前記先端部との間に
   第２の検出電極が形成され、この第２の検出電極と前記
   第１の検出電極との間に励振電極が形成されていること
   を特徴とする角速度センサ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載された角速度センサにお
   いて、検出電極を構成する電極板の一部が分割されてい
   ることを特徴とする角速度センサ。
4. 【請求項４】 その長手方向をＹ軸方向，このＹ軸方向
   と直交する方向をＸ軸方向，Ｘ−Ｙ平面と直交する方向
   をＺ軸方向とする振動子素子と、 交流電圧の印加を受けて前記振動子素子をＸ軸方向へ屈
   曲振動させる励振電極と、 前記振動子素子をＸ軸方向へ屈曲振動させならがＺ軸の
   回りに回転させたときＹ軸方向に生ずる伸縮振動によっ
   て生ずる電荷を取り出す検出電極とを備え、 前記励振電極による振動子素子のＸ軸方向への屈曲振動
   が２次モードであり、前記振動子素子をＸ軸方向へ屈曲
   振動させながらＺ軸の回りに回転させたときＹ軸方向に
   生ずる伸縮振動が１次モードである ことを特徴とする角
   速度センサ。
5. 【請求項５】 請求項４に記載された角速度センサにお
   いて、振動子素子のＹ軸方向の先端部に第１の励振電極
   が形成され、振動子素子の基端部と前記先端部との間に
   第２の励振電極が形成され、この第２の励振電極と前記
   第１の励振電極との間に検出電極が形成されていること
   を特徴とする角速度センサ。