JPH0861960A - 振動子とその調整方法および角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動子や角速度センサの感度の向上と感度調
整の簡略化を図る。 【構成】 振動子１０は、両端が固定されたトーション
バー１６により音叉型振動体１２を結合支持し、このト
ーションバー１６にねじり振動体１４，１５を備える。
そして、これらでねじり振動系を形成する。音叉型振動
体１２の各振動片１２ａ，１２ｂがＸ軸に沿って平面振
動している際に回転角速度が作用すると、コリオリの力
により音叉型振動体１２にトーションバー１６を中心と
するねじり振動が励起され、ねじり振動系にも回転角速
度に応じたねじり振動が起きる。このねじり振動を音叉
型振動体１２およびねじり振動体１４，１５で増幅し、
ねじり振動体１４，１５に設けたねじり振動検出用圧電
体２０ａ，２０ｂでねじり振動を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音叉形状をなし平面に
おける所定の一方向に沿った振動を起こし得る振動体
を、外部の固定部材に固定された支持体に支持して備え
る振動子とその調整方法、およびこの振動子を用いて回
転角速度を検出する角速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】所定方向に沿って振動している振動体、
例えば直交座標軸平面（Ｘ−Ｚ平面）におけるＸ軸方向
に沿って振動している振動体がこのＸ−Ｚ平面と直交す
るＹ軸の周りに回転すると、その回転角速度により振動
体にＺ軸方向にコリオリの力が生じる。このコリオリの
力は回転角速度に依存して定まることから、コリオリの
力を振動体の撓み変位量や振動体に生じる応力値として
間接的に、或いは圧電素子の圧電効果により直接的に測
定して、振動体の回転角速度を求めることができる。こ
のため、振動する振動体をＸ軸方向に沿って振動可能に
備えた振動子を角速度センサに用い、この角速度センサ
を車両等に搭載して、車両旋回時に発生するヨーレート
を検出することが行なわれている。また、この角速度セ
ンサを産業用ロボット等の胴体や腕部などに設けること
で、ロボットの移動に伴って胴体や腕部に発生するヨー
レートを検出することができることから、その姿勢制御
等にも用いられつつある。例えば、米国特許４，５３
８，４６１号には、音叉型の振動体を有する振動子を用
いた振動型角速度センサが提案されている。

【０００３】この米国特許４，５３８，４６１号におけ
る振動型角速度センサに用いられている振動子は、対と
なる２本の振動片をその一端で結合して音叉形状をなす
音叉型水晶振動体を備え、この音叉型水晶振動体（音叉
型振動体）は振動片の結合部にて枢軸（pivot）と結合
されている。この枢軸はその両端において当該軸に直交
する支持梁によりその両側からフレームに固定されてい
る。また、枢軸には、音叉型振動体のねじり振動に対応
する疑似反動質量部が取り付けられており、音叉型振動
体の各振動片の先端には、振動調整用質量部が取り付け
られている。

【０００４】そして、この音叉型振動体の２本の振動片
の各々には振動片をＸ軸方向に励振させるための振動励
起用電極を設け、枢軸にはねじり振動を検出するための
検出電極を設けて振動型角速度センサとされている。こ
の振動型角速度センサによる回転角速度の検出は、次の
ようにして行なわれている。つまり、振動励起用電極に
交流電圧を常時印加して当該電極が設けられた振動片に
Ｘ軸方向の平面振動を励起し、振動片を平面振動にある
状態におく。この状態で回転角速度がこのセンサに作用
すると、この回転角速度により当該センサに発生するね
じり振動を検出電極に励起された電圧出力として検出し
ていた。

【０００５】ところで、音叉型振動体の振動片が平面振
動にある時にセンサに一定の回転角速度が作用した場
合、センサに発生するねじり振動が安定するには、音叉
型振動体において対となる２本の振動片に関する振動
（平面振動およびねじり振動）の質量バランスをとるこ
とが重要であることが知られている。このため、米国特
許４，５３８，４６１号に示されているような振動子で
は、各振動片の先端部に設けられた振動調整用質量部の
形状設計やその質量の増減によりこれら振動の質量バラ
ンスがとられていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、米国特
許４，５３８，４６１号で提案されたような振動型角速
度センサにあっては、次のような問題が指摘されてい
る。

【０００７】振動型角速度センサでは、上記したように
センサに発生するねじり振動の安定化を図ることに加
え、回転角速度の検出感度の向上を図ることも不可欠で
ある。そして、回転角速度の検出感度の向上を図るため
には、上記したように振動片に関する振動の質量バラン
スをとることだけでは足りず、励振により励起されるＸ
軸方向の平面振動の共振振動数と検出振動の共振振動数
を所定の関係に置くこと、例えば両共振振動数をほぼ一
致させることが有効であることが知られている。このた
め、検出振動をねじり振動とする米国特許４，５３８，
４６１号のセンサでは、Ｘ軸方向の平面振動の共振振動
数と回転角速度印加によりＺ方向に発生するねじり振動
の共振振動数とがほぼ一致するよう調整する必要があ
る。そして、この調整度合いにより、センサの検出感度
の向上のみならず、温度特性，Ｓ／Ｎ（ＳＮ比），安定
性が決定されることが知られている。しかし、この振動
数調整が以下の理由により困難であった。

【０００８】従来から、音叉型振動体の振動数調整には
音叉の振動片先端の質量を増減させると有効であること
が知られていた。これは、振動片先端は振動変位の大き
な部位であるため、振動片先端の質量変化は音叉型振動
体の共振振動数の大きな変化をもたらせることに起因す
る。しかし、音叉型振動体における振動片の平面振動の
共振振動数を目的の共振振動数（ねじり振動の共振振動
数）に調整すべく振動片先端の質量を増減させると、本
来、変化して欲しくないねじり振動の共振振動数をも変
化させてしまう。このようにねじり振動の共振振動数が
変化してしまうのは、音叉型振動体の振動片先端は、励
振による平面振動の振動変位ばかりか、当該振動片がね
じり振動を起こした際のねじり振動における振動変位も
大きい部位に当たるからである。

【０００９】上記したように、振動片先端の質量を増減
すれば、振動片の平面振動と回転角速度印加により発生
するねじり振動との両共振振動数が変化し、しかもその
変化の度合いは両振動で一律ではない。このため、振動
片先端の質量増減により、励振による平面振動の共振振
動数とねじり振動の共振振動数を独立に調整することが
難しかった。よって、質量増減を通して一方の振動の共
振振動数を変更しつつ両者の振動の共振振動数の推移を
常に測定し、両共振振動数の差が所定の範囲内の値にす
る調整作業が必要であった。そして、この調整作業には
質量増減と両振動の共振振動数の測定とが不可欠である
ことから、熟練を要すると共に、多くの労力と時間が必
要であった。また、上記の両振動の共振振動数を所定の
値に精度良く合わせることが難しいので、高感度のセン
サを再現良く作製することができなかった。なお、上記
した問題点は、振動子を水晶以外の材料、例えば、ステ
ンレス，鉄ニッケル系の合金，恒弾性体合金等の金属の
ほか、ＰＺＴ等の誘電体から形成した場合にも起き、水
晶に特有のものではない。

【００１０】更に、米国特許４，５３８，４６１号で提
案されたような振動型角速度センサにあっては、次のよ
うな問題も指摘されている。

【００１１】回転角速度印加により発生するねじり振動
を検出するための検出電極は、音叉型振動体を支持する
枢軸の側面に形成され、しかも側面上において、Ｚ軸方
向の上下に２分割して設けられている。このような検出
電極を有するセンサでは、センサに回転角速度が加わり
コリオリ力が発生した場合、上記検出電極を有する枢軸
には長さ（Ｘ）方向にねじれの力が働くので、このねじ
れの力により水晶に発生する応力を検出電極にて検出す
ることになる。この場合の応力は、枢軸の剪断応力のτ
ｙｚとなり、以下の数式１に示す行列式で与えられる水
晶の圧電定数に依存して定まる項（圧電定数依存項）を
有する。

【００１２】

【数１】

【００１３】水晶を用いた米国特許４，５３８，４６１
号の振動型角速度センサの枢軸に上記のねじれの力が働
く際の剪断応力τｙｚに対応する圧電定数は、電界方向
がＹ或いはＺ、そしてねじれによる発生応力がτｙｚで
あるので、上記行列式における２行４列目（ｅ２４）或
いは３行４列目（ｅ３４）となるが、いずれもゼロであ
る。従って、このセンサにおける検出電極では、ねじれ
により発生する応力（剪断応力）の検出値のうち圧電定
数依存項の分が必然的にゼロとなる。よって、上記セン
サでは、電極構成上の制約から、ねじれの力が働く際の
剪断応力τｙｚを総て検出対象剪断応力とすることはで
きず、検出感度の向上を図ることは困難であった。

【００１４】本発明は、上記問題点を解決するためにな
され、振動子の調整作業の簡略化をもたらす振動子を提
供することと、振動子を用いた角速度センサの検出感度
の向上を図ることをその目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた請求項１記載の振動子の採用した手段は、
対となる第１の振動片と第２の振動片とを結合して音叉
形状をなし、平面における所定の一方向に沿った振動を
起こし得る音叉型振動体を、外部の固定部材に固定され
た支持体に支持して備える振動子であって、前記固定さ
れた支持体と前記音叉型振動体とで前記支持体を中心と
するねじり振動系を形成するよう、前記支持体を前記音
叉型振動体の音叉形状股部において前記音叉型振動体に
結合して前記音叉型振動体を前記支持体に支持して備
え、更に、前記支持体に突出して設けられて前記ねじり
振動系に付加され、該ねじり振動系に励起されたねじり
振動に伴ってねじり振動を起こすねじり振動体を備え、
該ねじり振動体は、前記支持体から突出して設けられた
ビームと、前記支持体から距離をおいて該ビームに設け
られた質量体部とを有することをその要旨とする。

【００１６】一方、請求項２記載の振動子の調整方法で
採用した手順は、請求項１記載の振動子の調整方法であ
って、前記ねじり振動体の質量をビーム又は質量体部の
少なくとも一方で増減することで、前記音叉型振動体の
前記平面における振動の共振振動数と前記ねじり振動体
のねじり振動の共振周波数とを所定の関係に調整する工
程を有することをその要旨とする。

【００１７】また、請求項３記載の角速度センサで採用
した手段は、請求項１記載の振動子を用いて回転角速度
を検出する角速度センサであって、前記音叉型振動体を
平面における所定の一方向に沿って励振する励振手段
と、前記ねじり振動体に発現したねじり振動の振動状態
を検出し、該振動状態に応じた信号を出力するねじり振
動検出手段とを備えることをその要旨とする。

【００１８】更に、請求項４記載の角速度センサで採用
した手段は、請求項１記載の振動子を用いて回転角速度
を検出する角速度センサであって、前記ねじり振動系に
おいて前記支持体を中心とするねじり振動を励起するね
じり振動励起手段と、該励起されたねじり振動に伴って
前記音叉型振動体が前記平面における所定の一方向に沿
って振動した際の振動状態を検出し、該振動状態に応じ
た信号を出力する振動検出手段とを備えることをその要
旨とする。

【００１９】

【作用】上記構成を有する請求項１記載の振動子では、
対となる第１の振動片と第２の振動片とを結合して音叉
形状をなす音叉型振動体は、外部の固定部材に固定され
た支持体に支持され、平面における所定の一方向（以
下、この方向を説明の便宜上Ｘ軸方向とする）に沿った
振動（以下、平面振動という）を起こす。そして、この
Ｘ軸方向と直交する所定軸方向（以下、この方向を説明
の便宜上Ｙ軸方向とする）回りの回転角速度がこの音叉
型振動体に作用することで生じるコリオリの力により、
Ｚ軸方向の振動が音叉型振動体に起きる。ところで、こ
の音叉型振動体はその音叉形状股部において支持体と結
合して支持されており、この支持体と音叉型振動体とで
支持体を中心とするねじり振動系を形成する。よって、
音叉型振動体に生じたＺ軸方向の振動によりＹ軸回りの
ねじり振動が励起されると、ねじり振動系にはＹ軸回り
のねじり振動が励起される。この励起されたねじり振動
は、支持体に結合・支持された音叉型振動体の第１の振
動片および第２の振動片がこの支持体を挟んで位置する
ので、支持体を中心軸としてある程度大きな振幅で起き
ることになる。

【００２０】その一方で、音叉型振動体を支持する支持
体には、ねじり振動体が支持体から突出して設けられて
おり、このねじり振動体はねじり振動系に付加される。
このため、ねじり振動体は、ねじり振動体に励起された
ねじり振動に伴ってねじり振動を起こすと共に、ねじり
振動系におけるねじり振動を増幅する。しかも、このね
じり振動体に起きるねじり振動は、ねじり振動体が音叉
型振動体とは別個に支持体から突出しているので、この
音叉型振動体のねじり振動に対してバランスをとられ音
叉型振動体のねじり振動と逆回転のねじり振動となる。

【００２１】そして、ねじり振動系に励起されたＹ軸回
りのねじり振動は、Ｘ軸方向に振動している音叉型振動
体に回転角速度が作用してコリオリの力が発生し、この
コリオリの力により音叉型振動体に起きたＺ軸方向の振
動に伴って起きる。更には、この音叉型振動体のＺ軸方
向の振動は、コリオリの力に依存して定まるので、ねじ
り振動体のねじり振動も、コリオリの力に依存して起き
ることになる。つまり、回転角速度が作用したときにコ
リオリの力を発生させるためにＸ軸方向に沿った平面振
動を起こさせる音叉型振動体とは別個のねじり振動体
に、コリオリの力に依存した振動（ねじり振動）を起こ
させることができる。このため、支持体に支持される音
叉型振動体をＸ軸方向に振動を起こさせるためだけに使
用できると共に、ねじり振動体をコリオリの力に依存し
た振動（ねじり振動）の検出のためだけに使用できる。
よって、発生する歪み量が大きい根元で音叉型振動体を
振動させたり、発生する歪み量が大きいねじり振動体の
根元でねじり振動を検出することが可能となる。

【００２２】しかも、この請求項１記載の振動子では、
コリオリの力を発生させるためにＸ軸方向に沿った平面
振動を起こさせる音叉型振動体は、第１の振動片と第２
の振動片とを対として有した音叉形状をなす。このた
め、この音叉型振動体をＸ軸方向に沿って平面振動させ
る際に、第１の振動片を＋Ｘ方向に第２の振動片を−Ｘ
方向に各々平面振動させるので、Ｙ軸周りの回転角速度
が作用した場合には、この回転角速度に比例したコリオ
リの力を第１の振動片には＋Ｚ方向に第２の振動片には
−Ｚ方向に生じさせる。また、音叉型振動体を支持する
支持体は音叉の股部において結合して設けられているの
で、第１の振動片の＋Ｚ方向のコリオリの力と第２の振
動片の−Ｚ方向のコリオリの力とは、支持体を挟んで点
対称に生じる。

【００２３】よって、第１と第２の振動片は、支持体を
挟んで点対称に互いに逆方向に同じタイミングで変位し
ようとするので、支持体との結合部にはＹ軸周りのねじ
り振動が励起されることになる。そして、このねじり振
動は、ねじり振動体を含むねじり振動系の存在によりそ
の振幅が増大される。このため、回転角速度に依存した
支持体やねじり振動体のねじり振動は、振幅の大きなね
じり振動として起きる。

【００２４】更に、請求項１記載の振動子では、ねじり
振動体がねじり振動する際の当該ねじり振動を、ビーム
を介して支持体から距離を隔てたねじり振動体の質量体
部により増幅する。よって、音叉型振動体によりねじり
振動系に起きるねじり振動の振幅が小さい場合でも、そ
の振幅を大きなものとし当該振動を検出する際の検出信
号の出力レベルを大きくすることができる。

【００２５】また、上記したように、請求項１記載の振
動子のねじり振動体に起きるねじり振動と音叉型振動体
のねじり振動とが逆回転の関係にあることから、両ねじ
り振動に伴う支持体回りの慣性モーメントはバランスさ
れる。このため、支持体が外部の固定部材に固定されて
いても、支持体のねじり振動のエネルギがこの固定部材
に漏れることがない。

【００２６】ところで、支持体のねじり振動のエネルギ
が固定部材に漏れると、この固定部材の振動を招き、こ
の固定部材の振動により支持体、延いては平面振動する
音叉型振動体やねじり振動体の振動特性に乱れ等の不具
合が起き得る。或いは、固定部材への振動漏れの状態が
環境温度による支持体等の剛性の変化により変わるため
に、支持体や音叉型振動体およびねじり振動体の特性が
安定しない。しかし、請求項１記載の振動子では、この
ような不具合の回避が可能となる。

【００２７】また、ねじり振動体のビームは、平面振動
を行なう音叉型振動体とは別個に支持体から突出してい
るので、その突出長といった突出の様子を種々のものと
することで、ねじり振動体に起きるねじり振動を増幅す
ることが可能である。同様に、ビームに設けられた質量
体部の質量やその大きさ等を種々のものとすることで、
ねじり振動を増幅することが可能である。

【００２８】なお、ねじり振動体のビームを支持体から
突出する際の突出方向は、ねじり振動体が支持体と音叉
型振動体とで形成されるねじり振動系に付加されてねじ
り振動を起こし得る方向であればよいことから、支持体
およびこれに結合した音叉型振動体と同一平面内におい
て、ねじり振動体のビームを支持体から突出して設ける
ことができる。このほか、支持体および音叉型振動体が
含まれる面と支持体において交差するよう、ねじり振動
体のビームを支持体から突出して設けることもできる。

【００２９】上記した請求項１記載の振動子では、音叉
型振動体やその支持体およびねじり振動体についての材
質的な制約は特になく、振動を安定に維持および伝播で
きる材料であれば、種々の材料を用いることができる。
例えば、単一金属或いはステンレス，鉄ニッケル系の合
金、或いは恒弾性体合金といった種々の金属や合金は勿
論、水晶，ピエゾ素子（ＰＺＴ）などの誘電体、シリコ
ンなどの半導体等のほか、粉末焼結体や結晶体，ガラス
更にはセラミック等の材料を適宜用いることができる。

【００３０】請求項２記載の振動子の調整方法では、Ｘ
軸方向に沿って平面振動する音叉型振動体とは別個のね
じり振動体の質量を増減することで、次のようにして共
振振動数の調整を行なう。

【００３１】支持体に支持された音叉型振動体には、Ｘ
軸方向に沿った平面振動と、この平面振動およびコリオ
リの力により励起されるねじり振動とが起きる。そし
て、平面振動の共振振動数は、この音叉型振動体の有す
る特性（剛性，厚み，音叉形状等）によってのみ定ま
り、ねじり振動の共振振動数は、この音叉型振動体と支
持体およびねじり振動体の結合によって形成されるねじ
り振動系の特性（支持体や音叉型振動体，ねじり振動体
の剛性，結合状態等）によってのみ定まる。つまり、こ
の二つの振動（平面振動とねじり振動）は、ベクトル的
に独立した振動である。その一方で、ねじり振動体に起
きるねじり振動は、支持体に伝播されたねじり振動に伴
って起きるものであることから、音叉型振動体の平面振
動からベクトル的に独立した振動となる。

【００３２】このため、ねじり振動体の質量をビーム又
は質量体部の少なくとも一方で増減すれば、このねじり
振動体についてのねじり振動の共振振動数のみを独立に
変化させて、音叉型振動体の平面振動の共振振動数とね
じり振動体のねじり振動の共振周波数とを所定の関係に
調整できる。

【００３３】上記した請求項２記載の振動子の調整方法
においてねじり振動体の質量を増減するには、適宜な手
法、例えば切削，エッチング，半田や銀蝋等の低融点金
属の溶融付着，金属片の接着，有機系接着剤の付着固化
等をビーム又は質量体部の少なくとも一方に施せばよ
い。

【００３４】一方、請求項３記載の角速度センサでは、
励振手段により音叉型振動体を平面における所定の一方
向に沿って励振させ、この音叉型振動体を励振状態にお
く。そして、励振状態ある音叉型振動体にコリオリの力
が作用すると、このコリオリの力に依存してねじり振動
系に起きたねじり振動のうち、ねじり振動体に発現した
ねじり振動の振動状態をねじり振動検出手段により検出
し、このねじり振動状態に応じた信号を出力する。よっ
て、励振手段を歪み量の大きい音叉型振動体の根元に設
置することや音叉型振動体およびねじり振動体によるね
じり振動系のねじり振動の増幅に加え、ねじり振動検出
手段を歪み量の大きいねじり振動体の根元（ビーム）に
設置することを通して、回転角速度の検出感度をより向
上させる。なお、ねじり振動検出手段からねじり振動状
態に応じた出力された信号に基づき回転角速度が演算さ
れる。

【００３５】また、請求項４記載の角速度センサでは、
ねじり振動体や支持体にねじり振動を励起することによ
りねじり振動系にねじり振動を励起させ、回転角速度が
作用したときに音叉型振動体が平面振動をする際の振動
状態を検出する。つまり、励振振動と検出振動を請求項
３記載の角速度センサと反対に構成し、検出振動の振動
状態に応じた信号を出力する。

【００３６】なお、上記した角速度センサにあっては、
ねじり振動体の質量増減を通した音叉型振動体の平面振
動の共振振動数とねじり振動体のねじり振動の共振周波
数との調整を経ることで、より一層の回転角速度の検出
感度の向上が可能である。

【００３７】上記したこれらの角速度センサの場合、励
振手段を構成するに当たり、振動子の材料の特性を考慮
してＰＺＴやＺｎＯ等の圧電材料を用いたり、静電力，
磁力或いは電磁力等を振動子に及ぼしてこれを励振させ
る構成等、種々の構成を取り得る。また、ねじり振動検
出手段を構成するに当たり、振動子の材料の特性を考慮
してＰＺＴやＺｎＯ等の圧電材料を用いたり、ねじり振
動により変化する静電力，磁力，電磁力等を検出する構
成や、ねじり振動により変化する歪みを検出する歪みゲ
ージ等を用いることができる。

【００３８】

【実施例】次に、本発明に係る角速度センサの好適な実
施例について、図面に基づき説明する。図１は、実施例
の角速度センサに用いられる振動子１０の概略斜視図で
ある。この図１に示すように、第１実施例の振動子１０
は、音叉形状をなした音叉型振動体１２と左右のねじり
振動体１４，１５とトーションバー１６とを同一平面内
（Ｘ−Ｙ平面内）に備える。この振動子１０は、振動を
伝播する金属、例えばアルミ合金の板材から適宜な機械
加工を経て図示するような形状に形成されている。そし
て、音叉型振動体１２とトーションバー１６とは、音叉
型振動体１２の左右の振動片１２ａ，１２ｂの股部にお
いて結合され、左右のねじり振動体１４，１５は、トー
ションバー１６から対称に突出しこのトーションバー１
６に結合されている。

【００３９】トーションバー１６は、音叉型振動体１２
側の上部トーションバー１６ａとねじり振動体１４，１
５側の下部トーションバー１６ｂとからなり、上部トー
ションバー１６ａの端部および下部トーションバー１６
ｂの端部で、それぞれ図示しないセンサケーシングのフ
レームに固定されている。そして、このトーションバー
１６は、音叉型振動体１２をその股部において支持す
る。

【００４０】ねじり振動体１４，１５は、それぞれトー
ションバー１６から直接突出したねじり振動ビーム１４
ａ，１５ａと、その端部に設けられてトーションバー１
６から距離を隔てた方形の質量調整体１４ｂ，１５ｂと
を備える。このねじり振動体１４，１５は、音叉型振動
体１２と同一平面内でトーションバー１６から突出して
いることから、トーションバー１６にねじり振動が起き
ると、その振動に伴いトーションバー１６を中心にして
ねじり振動を起こす。つまり、音叉型振動体１２とトー
ションバー１６およびねじり振動体１４，１５の結合に
よってねじり振動系が形成され、この系の特性（トーシ
ョンバー１６等の剛性や結合状態等）によって上記した
ねじり振動の特性が定まる。なお、質量調整体１４ｂは
後述する共振振動数調整処理での質量増減に供され、そ
の上面は、当該処理における切削や半田付け，金属片接
着等による質量の増減処置に備えて皿状とされている。

【００４１】また、図１に示すように、音叉型振動体１
２の各振動片１２ａ，１２ｂの側面には、それぞれの振
動片にＸ軸方向の平面振動を励起するための振動励起用
圧電体１８ａ，１８ｂ、例えばピエゾ素子（ＰＺＴ）が
一対ずつ接着・固定されている。一方、図１およびその
２−２線拡大断面端面図である図２に示すように、ねじ
り振動体１４，１５の各ねじり振動ビーム１４ａ，１５
ａの上下面には、ねじり振動体１４，１５にねじり振動
が起きた際のねじり振動ビーム１４ａ，１５ａの曲げ歪
みを検出するためのＰＺＴ等のねじり振動検出用圧電体
２０ａ，２０ｂが一対ずつ接着・固定されている。この
場合、図示するように、振動励起用圧電体１８ａ，１８
ｂのそれぞれは該当する振動片１２ａ，１２ｂの根元
に、また、ねじり振動検出用圧電体２０ａ，２０ｂのそ
れぞれは該当するねじり振動ビーム１４ａ，１５ａの根
元（トーションバー１６との結合側）に対向して接着・
固定されている。

【００４２】なお、振動励起用圧電体１８ａ，１８ｂお
よびねじり振動検出用圧電体２０ａ，２０ｂには、音叉
型振動体１２の振動片１２ａ，１２ｂおよびねじり振動
体１４，１５のねじり振動ビーム１４ａ，１５ａの振動
を阻害しないよう、図示しない導電ラインがトーション
バー１６に沿ってトーションバー１６の固定端から外部
まで配線されている。

【００４３】また、振動片１２ａ，１２ｂの平面振動の
共振振動数とねじり振動体１４，１５のねじり振動の共
振振動数とが一致するよう調整する感度トリミングは、
振動励起用圧電体１８ａ，１８ｂやねじり振動検出用圧
電体２０ａ，２０ｂの接着・固定の後に行なわれるが、
その詳細については後述する。

【００４４】次に、上記した振動子１０を用いた角速度
センサにおける回路構成について、図３のブロック図を
用いて説明する。この図３に示すように、各振動片１２
ａ，１２ｂの振動励起用圧電体１８ａ，１８ｂは励振側
回路４０に、各ねじり振動ビーム１４ａ，１５ａのねじ
り振動検出用圧電体２０ａ，２０ｂは検出側回路５０に
それぞれ接続されている。

【００４５】図示するように、励振側回路４０は、一対
の振動励起用圧電体１８ａに交流電圧を印加する励振回
路４２と、一対の振動励起用圧電体１８ｂが圧電効果に
より生じる電気信号の位相を揃える検出バランス調整回
路４４と、入力した電気信号のレベルに拘らず一定の出
力レベルとするオートマティックゲインコントローラ
（ＡＧＣ）４６と、音叉型振動体１２の音叉形状により
定まる各振動片１２ａ，１２ｂの共振周波数を中心とし
た所定幅の周波数の電気信号を選別するバンドパスフィ
ルタ４８とから構成される。

【００４６】一方、検出側回路５０は、後述するように
電気信号の位相の調整および相殺を行なう検出バランス
調整回路５２と、検出バランス調整回路５２により調整
された電気信号の出力レベルを増幅する増幅回路５４
と、励振回路４２からの参照信号に同期し、交流電圧で
ある電気信号を同期整流する同期検波回路５６と、正電
圧化された電気信号を整流電圧の電気信号とする積分回
路５８と、整流電圧の電気信号の出力レベルを増幅する
増幅出力回路６０とから構成される。

【００４７】検出バランス調整回路５２は、ねじり振動
体１４，１５にねじり振動が起きてねじり振動ビーム１
４ａ，１５ａがＸ−Ｚ平面において撓み（図１参照）、
その際のビームの曲げ歪みにより二対のねじり振動検出
用圧電体２０ａ，２０ｂの圧電効果により生じる電気信
号（交流電圧）を入力し、当該二対のねじり振動検出用
圧電体２０ａ，２０ｂからの電気信号の位相の調整と、
その電気信号の相殺を行なう。

【００４８】以下に、励振側回路４０による振動子１０
の動作および回転角速度が作用したときの振動子１０と
検出側回路５０の動作について説明する。

【００４９】励振側回路４０の励振回路４２から一対の
振動励起用圧電体１８ａのそれぞれに位相が１８０度異
なる交流電圧を印加すると、一対の振動励起用圧電体１
８ａの各圧電体は逆圧電効果により電圧に応じて伸縮す
る。各圧電体の伸縮は、各圧電体へ印加される交流電圧
の位相が１８０度異なることから、一方が伸びるときに
他方が縮み、一方が縮むときに他方が伸びることとな
り、この結果、音叉型振動体１２の振動片１２ａには、
Ｘ軸方向に沿った平面振動が励起される。そして、この
振動片１２ａの振動は、他方の振動片１２ｂに伝播し、
この振動片１２ｂを共振させる。

【００５０】こうして振動片１２ｂが振動すると、一対
の振動励起用圧電体１８ｂは、振動に伴って伸縮し、圧
電効果により各圧電体の伸縮に応じた交流電圧の電気信
号を生じる。振動励起用圧電体１８ｂの各圧電体の伸縮
は互いに逆となるので、生じる電気信号は、位相が１８
０度異なる交流電圧となる。この電気信号は、検出バラ
ンス調整回路４４により一方の電気信号を反転して位相
が揃えられ、ＡＧＣ４６により出力レベルを一定にされ
る。そして、バンドパスフィルタ４８により共振周波数
を中心とした所定幅の電気信号が選別され、励振回路４
２により選別された電気信号が振動励起用圧電体１８ａ
に印加される。

【００５１】従って、振動片１２ａには、振動片１２ｂ
が振動する周波数で、かつ一定レベルの振動振幅が得ら
れるように交流電圧が印加される。このため、振動片１
２ａ，１２ｂは、共振周波数で一定の振幅の定常振動を
起こす。この場合、振動片１２ａの振動励起用圧電体１
８ａへは、音叉型振動体１２の２つの振動片１２ａ，１
２ｂが互いに近づく或いは遠退くように振動するように
交流電圧が印加され、その振動数は、音叉型振動体１２
の音叉形状により定まる各振動片１２ａ，１２ｂの共振
周波数になるように回路的に決定されている。つまり、
振動片１２ａ，１２ｂがＸ軸方向に沿って平面振動する
際のそれぞれ振動片の振動の位相は、１８０度ずれたも
のとなる。

【００５２】振動子１０が励振側回路４０による定常振
動の状態にあるときに、Ｙ軸の回りに回転角速度Ωを与
えると、振動片１２ａ，１２ｂに式Ｆ＝２ｍＶ・Ωで表
わされるコリオリの力Ｆが図３の紙面に垂直方向（Ｚ軸
方向）に作用する。ここで、ｍは振動部分の質量、Ｖは
振動部分の速度である。振動部分の速度Ｖは、式Ｖ＝Ａ
ω・cos ωｔで表わされ、励振側回路４０による振動の
振幅Ａに比例する。従って、コリオリの力Ｆは励振側回
路４０による振動の振幅Ａを大きくすることにより大き
くすることができる。なお、ωは角周波数である。

【００５３】振動片１２ａ，１２ｂは、コリオリの力Ｆ
が作用することによりＺ軸方向に振動するが、両振動片
のＸ軸方向の振動の位相は１８０度ずれていることか
ら、各振動片１２ａ，１２ｂには逆向きのコリオリの力
Ｆが作用する。例えば、振動片１２ａにはＺ軸方向の正
の方向（＋Ｚ方向）のコリオリの力Ｆが作用し、振動片
１２ｂにはＺ軸方向の負の方向（−Ｚ方向）のコリオリ
の力Ｆが作用する。このようにコリオリの力Ｆが各振動
片１２ａ，１２ｂに作用すると、音叉型振動体１２はト
ーションバー１６を中心軸としてねじり力を受けた状態
となる。従って、振動子１０にＹ軸の回りの回転角速度
が作用すると、音叉型振動体１２はトーションバー１６
と連動して回転角速度の大きさに比例した振幅を持つね
じり振動を発生させ、当該振動をトーションバー１６に
伝播する。

【００５４】ところで、ねじり振動が伝播するトーショ
ンバー１６には、音叉型振動体１２とは別個にねじり振
動体１４，１５が突出して設けられているので、このね
じり振動体１４，１５には、音叉型振動体１２のねじり
振動とは逆回転のねじり振動が、音叉型振動体１２のね
じり振動、即ち回転角速度に比例した大きさの振幅で起
きる。このため、ねじり振動体１４，１５のねじり振動
ビーム１４ａ，１５ａのそれぞれは、このねじり振動に
よりＸ−Ｚ平面において逆向きに撓み、ねじり振動ビー
ム１４ａ，１５ａのそれぞれには逆向きの曲げ歪みが回
転角速度に比例した大きさで発生する。この曲げ歪み
は、トーションバー１６との結合部付近において顕著に
表われる。

【００５５】このようにしてねじり振動ビーム１４ａ，
１５ａに曲げ歪みが発生すると、二対のねじり振動検出
用圧電体２０ａ，２０ｂはこの曲げ歪みに伴って伸縮
し、各圧電体の圧電効果により各圧電体の伸縮に応じた
交流電圧の電気信号が生じる。この電気信号は、各圧電
体の伸縮を反映したものであるので、伸縮が大きくなれ
ば大きな出力レベルの電気信号となる。従って、検出感
度を高くするために電気信号の出力レベルを大きくする
には、ねじり振動検出用圧電体２０ａ，２０ｂを大きく
伸縮させること、すなわち各ねじり振動ビーム１４ａ，
１５ａをより大きく撓ませてその曲げ歪みを大きくする
ことが望ましい。

【００５６】ところで、既述したように、各振動片１２
ａ，１２ｂにはトーションバー１６を中心としてコリオ
リの力Ｆが逆向きに同じタイミングで作用すると共に、
ねじり振動体１４，１５の質量調整体１４ｂ，１５ｂが
ねじり振動ビーム１４ａ，１５ａを介してトーションバ
ー１６から距離を隔てている。このため、トーションバ
ー１６のねじり振動並びにねじり振動ビーム１４ａ，１
５ａの曲げは、その変位が増幅された振動や曲げ歪みと
して起きる。よって、ねじり振動検出用圧電体２０ａ，
２０ｂを大きく伸縮させることを通して、電気信号の出
力レベルを大きくして検出感度を高くすることができ
る。

【００５７】こうしてねじり振動検出用圧電体２０ａ，
２０ｂにより生じた電気信号（交流電圧）は、検出バラ
ンス調整回路５２に入力される。検出バランス調整回路
５２では、各圧電体から生じる電気信号の位相が揃えら
れると共に、振動子１０に作用する回転加速度以外の加
速度（例えば、横加速度やビームの曲げ加速度）に基づ
く電気信号が相殺される。増幅回路５４では、電気信号
の出力レベルが増幅される。同期検波回路５６では、励
振回路４２からの参照信号に対応した同期検波が行なわ
れて正電圧となり、積分回路５８では、正電圧化された
電気信号は整流電圧の電気信号となる。整流電圧の電気
信号は、増幅出力回路６０により増幅されて出力され
る。

【００５８】なお、本実施例では、ねじり振動検出用圧
電体２０ａ，２０ｂにより生じる電気信号の出力レベル
を大きくすることができるので、増幅回路５４での増幅
率を小さくすることができる。また、横加速度等を無視
するのであれば、ねじり振動検出用圧電体２０ａの一対
で足りる。

【００５９】検出バランス調整回路５２に入力されるね
じり振動検出用圧電体２０ａ，２０ｂの出力電圧は、各
ねじり振動ビームの曲げ歪みが回転角速度に比例するこ
とから、この回転角速度に比例した振幅を持つ交流電圧
となる。このため、検出側回路５０からは、上記したよ
うに励振側回路４０の出力信号を参照しつつ信号処理す
ることで、回転角速度に比例した電圧信号として出力さ
れる。

【００６０】ここで、上記した振動子１０を用いた角速
度センサの特性について説明する。図４に、この角速度
センサに種々の回転角速度を作用させた場合の出力特性
（出力電圧）を示す。この図４のグラフに示すように、
本実施例の振動子１０を用いた角速度センサによれば、
広い範囲の回転角速度に亘って感度よく回転角速度を検
出することができた。

【００６１】以上説明したように、この第１実施例の振
動子１０では、センサケーシングのフレームに両端を固
定したトーションバー１６に、平面振動する音叉型振動
体１２とねじり振動体１４，１５とを結合して設けるこ
とで、回転角速度に比例した大きさのねじり振動をねじ
り振動体１４，１５に起こさせる。このため、第１実施
例の振動子１０によれば、音叉型振動体１２をＸ軸方向
に平面振動を起こさせるためだけに用い、ねじり振動体
１４，１５を回転角速度に依存したねじり振動の検出の
ためだけに用いることができるので、複数の対の圧電体
を一つの振動片に設ける必要がなく、振動子の小型や構
成の簡略化を図ることができる。しかも、第１実施例の
振動子１０によれば、発生する歪み量が大きい根元で各
振動片１２ａを振動させたり、発生する歪み量が大きい
ねじり振動体１４，１５の根元でねじり振動を検出する
ことができるので、回転角速度の検出に不可欠な音叉型
振動体１２の平面振動の励起の高効率化と、この振動子
１０を用いた角速度センサの検出感度の向上とを図るこ
とができる。

【００６２】また、第１実施例の振動子１０では、トー
ションバー１６に音叉型振動体１２とは別個にねじり振
動体１４，１５を突出して設け、このねじり振動体１
４，１５に起きるねじり振動を音叉型振動体１２のねじ
り振動と逆回転のねじり振動とした。このため、第１実
施例の振動子１０によれば、両ねじり振動に伴うトーシ
ョンバー１６回りの慣性モーメントをバランスさせて、
ねじり振動のエネルギをトーションバー１６から外部の
フレームに漏洩させることがない。この結果、第１実施
例の振動子１０によれば、音叉型振動体１２の平面振動
およびねじり振動体１４，１５のねじり振動の安定化を
通して、振動子としてのクオリティーファクターＱ値を
高めてより一層の検出感度の向上および感度の維持を図
ることができる。また、振動が外部に漏れないため、第
１実施例の振動子１０によれば、フレームへの固定法，
センサハウジングが簡素化され、振動絶縁機構などの高
価で複雑な構成が不要となると共に、角速度センサとし
ての温度特性も優れる。

【００６３】更に、第１実施例の振動子１０では、音叉
型振動体１２の振動片１２ａ，１２ｂに互いに逆向きの
コリオリの力Ｆをトーションバー１６を中心にして作用
させることと、ねじり振動体１４，１５の質量調整体１
４ｂ，１５ｂをねじり振動ビーム１４ａ，１５ａにより
トーションバー１６から隔てたことにより、ねじり振動
の振幅を増幅する。このため、第１実施例の振動子１０
によれば、回転角速度の検出感度の向上を図ることがで
きる。

【００６４】また、音叉型振動体１２やねじり振動体１
４，１５が結合されるトーションバー１６をその両端に
おいて外部のセンサケーシングのフレームに固定して
も、感度の向上といった上記した優れた効果を奏するこ
とができる。このため、振動子１０によれば、外部のフ
レームへのトーションバー１６の両端固定を通して、振
動子の安定保持を図ることができ、外部からの衝撃や振
動に対し壊れにくい構造とすることができる。

【００６５】次に、振動励起用圧電体等の接着・固定後
に行なう振動子１０の調整処理（共振振動数調整処理）
による感度トリミングについて説明する。まず、本実施
例の共振振動数調整処理により、振動片１２ａ，１２ｂ
の平面振動の共振振動数とねじり振動体１４，１５のね
じり振動の共振振動数とを一致させることができる理由
について説明する。

【００６６】振動子１０に回転角速度が作用すると、音
叉型振動体１２がコリオリの力を受けてねじり振動す
る。この音叉型振動体１２とねじり振動体１４，１５の
両者はトーションバー１６に結合しているので、ねじり
振動体１４，１５は音叉型振動体１２に連動してねじり
振動を起こす。この場合に、両者のねじり振動に着目す
れば、音叉型振動体１２とねじり振動体１４，１５は、
同一のねじり共振振動数で振動する。しかしながら、振
動子１０における励振振動は音叉型振動体１２のＸ軸方
向の平面振動であり、検出振動はねじり振動体１４，１
５のＺ軸方向のねじり振動であるので、音叉型振動体１
２とねじり振動体１４，１５とがトーションバー１６に
結合しているとはいえ、音叉型振動体１２の平面振動の
共振振動数とねじり振動体１４，１５のねじり振動の共
振振動数とが常に一致することはない。

【００６７】その一方で、このねじり振動は、トーショ
ンバー１６のねじりばね定数（ねじり剛性）ｋと慣性モ
ーメントＪによって決定されることが知られており、慣
性モーメントＪはねじり中心からの距離Ｌと質量ｍによ
り決定される。従って、ねじり中心（本実施例ではトー
ションバー１６の軸心）から距離を隔てた部位で質量を
変化させることにより、このねじり振動の共振振動数を
変化させることができる。このことを利用することで、
励振振動たる音叉型振動体１２の平面振動の共振振動数
と、検出振動たるねじり振動体１４，１５のねじり振動
の共振振動数とを所定の関係、例えば両共振振動数を一
致させることができる。

【００６８】本実施例における共振振動数調整処理で
は、ねじり振動体１４，１５の両端に取付けられた質量
調整体１４ｂ，１５ｂ上面の皿状部に金属片を接着し質
量を増加させる、或いは質量調整体１４ｂ，１５ｂ自体
若しくは皿状部に付けられた金属の切削により質量を減
少させる等の質量の増減処置により、音叉型振動体１２
の平面振動の共振振動数とねじり振動体１４，１５のね
じり振動の共振振動数とを調整する。以下、その詳細に
ついて説明する。

【００６９】図５に本実施例における共振振動数調整処
理による共振振動数調整前後の振動子１０の振動特性を
示し、図５（ａ）は共振振動数調整前の振動特性を、図
５（ｂ）は共振振動数調整後の振動特性を示す。なお、
図中の点線は音叉型振動体１２の平面振動についての振
動特性を、実線は音叉型振動体１２とトーションバー１
６およびねじり振動体１４，１５の結合によって形成さ
れるねじり振動系でのねじり振動についての振動特性を
表わす。

【００７０】この図５（ａ）に示すように、その伝達比
および位相の挙動から、共振振動数調整前には、平面振
動の共振振動数とねじり振動の共振振動数とは一致して
いない。このような現象は、上記した形状や構成を採っ
た本実施例の振動子１０に特有に見られるものではな
く、平面振動とねじり振動を起こし得る振動子であれば
その程度の差はあるものの共通して表われる。ところ
が、このような特性の振動子１０に、質量調整体１４
ｂ，１５ｂの質量増減処置を行なうことで、図５（ｂ）
に示すように、平面振動の共振振動数とねじり振動の共
振振動数とを一致させることができた。

【００７１】この場合の質量調整体１４ｂ，１５ｂの質
量増減処置は、調整前の平面振動の共振振動数がねじり
振動の共振振動数より低いことから、ねじり振動の共振
振動数を平面振動の共振振動数に一致するよう低下させ
ればよい。よって、質量調整体１４ｂ，１５ｂ上面の皿
状部に適宜な質量の金属片を接着して調整体の質量を増
加させた。一方、調整前の平面振動の共振振動数がねじ
り振動の共振振動数より高い場合の質量調整体１４ｂ，
１５ｂの質量増減処置は、ねじり振動の共振振動数を平
面振動の共振振動数に一致するよう高くすればよい。よ
って、質量調整体１４ｂ，１５ｂ自体の切削やその皿状
部に接着済みの金属片の除去或いは切削して調整体の質
量を減少させればよい。なお、質量調整体１４ｂ，１５
ｂの質量増減の程度は、振動子１０の形状や材質等によ
って適宜決定すればよく、ねじり振動の共振振動数の推
移を測定しながら質量増減を行なえばよい。

【００７２】この図５に示すように、上記した共振振動
数調整処理を行なっても、音叉型振動体１２の平面振動
の共振振動数は調整前後でごく僅かしか変化していない
ので、平面振動とねじり振動の独立性が高いといえる。
このため、調整体の質量増減によりねじり振動の共振振
動数のみを特に大きく変化させて両共振振動数を一致さ
せることができることが判る。これは、ねじり振動体１
４，１５の質量調整体１４ｂ，１５ｂはねじり振動のみ
に関与し、音叉型振動体１２の平面振動には直接関与し
ていないからである。

【００７３】次に、上記した共振振動数調整処理を行な
って平面振動の共振振動数とねじり振動の共振振動数を
調整した場合の効果について説明する。図６に、平面振
動の共振振動数ｆｘとねじり振動の共振振動数ｆｚの振
動数差△ｆとセンサ出力（出力電圧）との関係を示す。
この図６から明らかなように、両共振振動数ｆｘ，ｆｚ
の振動数差△ｆが小さくなればなるほど、即ち両共振振
動数ｆｘ，ｆｚが一致すればするほど、角速度センサの
検出感度を大幅に向上させることができる。このため、
図５に示したように両共振振動数ｆｘ，ｆｚを一致させ
る共振振動数調整処理を行なった振動子１０によれば、
高感度な角速度センサを供給することができるという利
点がある。

【００７４】ここで、第１実施例の振動子１０における
音叉型振動体１２とねじり振動体１４，１５の大きさや
その設置位置等と平面振動およびねじり振動の両共振振
動数ｆｘ，ｆｚの調整との関係について説明する。

【００７５】振動子１０は、図１に示すように、トーシ
ョンバー１６の両端がフレームに固定された固定梁にほ
かならず、その梁の途中に二つの質量部として音叉型振
動体１２とねじり振動体１４，１５を備える。このた
め、この振動子１０におるねじり振動は、図７に示すね
じり振動系モデルで解析可能である。

【００７６】この図７に示すねじり振動系モデルにおけ
るねじり振動の固有振動数ｆは、下記の数式２で表わさ
れる。

【００７７】

【数２】

【００７８】なお、この数式２におけるｐは振動系モデ
ルの固有角振動数、ｋ1 ，ｋ2 はトーションバー１６を
音叉型振動体１２とねじり振動体１４，１５で区切った
各部位のトーションバーねじり剛性、Ｊ1 ，Ｊ2 は音叉
型振動体１２とねじり振動体１４，１５のそれぞれの慣
性モーメントである。また、式中のｐ11，ｐ22，ｐ12
は、当該振動系モデルでのＪ1 とそれに加わるねじりば
ね系の固有角振動数，Ｊ2 とそれに加わるねじりばね系
の固有角振動数，Ｊ1 とＪ2 相互の固有角振動数であ
る。

【００７９】トーションバー１６のねじり剛性ｋは、そ
の断面を長辺の長さがａ，短辺の長さがｂの長方形と仮
定すると、その材料の横弾性係数をＧとして一般に下記
の数式３で表わされる。

【００８０】

【数３】

【００８１】ここで、ｋabは断面の辺比ａ／ｂにより規
定される変数であり、ａ／ｂ＝１、即ち断面が正方形の
場合は、ｋab＝０．１４０である。

【００８２】また、ねじり振動体１４，１５の慣性モー
メントＪ1 は、物体中の任意の微小質量ｄｍから回転軸
までの垂直距離をｒとすれば、下記の数式４で示され
る。

【００８３】

【数４】

【００８４】音叉型振動体１２の如く音叉形状を有する
質量部についての慣性モーメントＪ2 は、音叉の剛性の
影響が無視できず理論的な数式による推定が難しいた
め、有限要素法（ＦＥＭ）の手法を用いた計算値を用い
ればよい。

【００８５】これらの数式を基に第１実施例の振動子１
０における平面振動およびねじり振動の振動を解析した
ところ、ねじり振動体１４，１５の慣性モーメントＪ1
と音叉型振動体１２の慣性モーメントＪ2 との間には、
図８に示す関係があることが判明した。この場合、振動
子１０の各部の寸法は、以下の通りである（図１参
照）。

【００８６】 トーションバー１６の全長Ｌ：９９．５ｍｍ 音叉型振動体１２とねじり振動体１４，１５との間の距
離Ｌ2 ：５ｍｍ 上部トーションバー１６ａ側固定端から音叉型振動体１
２（結合部）までの距離Ｌ1 ：４５ｍｍ 下部トーションバー１６ｂ側固定端からねじり振動体１
４，１５（結合部）までの距離Ｌ1 ：４５ｍｍ トーションバー１６の断面の長辺の長さａ：３ｍｍ トーションバー１６の断面の短辺の長さｂ：３ｍｍ 音叉型振動体１２の振動片１２ａ，１２ｂの有効長ｌ：
４ｍｍ 音叉型振動体１２の開口間隔ｗ：３ｍｍ 振動片１２ａ，１２ｂの幅ｗ0 ：２．８ｍｍ

【００８７】この振動子１０について音叉型振動体１２
の慣性モーメントＪ2 を有限要素法（ＦＥＭ）の手法を
用いて求めたところ、Ｊ2 ＝８．０７ｘ１０^-9ｋｇｓ²
ｍであった。そして、音叉型振動体１２の慣性モーメン
トＪ2 を一定（８．０７ｘ１０^-9ｋｇｓ² ｍ）とし、ね
じり振動体１４，１５の慣性モーメントＪ1 を質量調整
体１４ｂ，１５ｂの質量増減を経て変化させ、慣性モー
メントＪ1 とねじり振動モデルの固有振動数ｆとの関係
を求めた。その結果を図８に示す。このようにねじり振
動体１４，１５の慣性モーメントＪ1 を経て変化させて
も、音叉型振動体１２の平面振動とねじり振動体１４，
１５のねじり振動の振動の方向は図１に示した振動子１
０の外観図からも明らかなように互いに直交しているた
め、理論的にはこの慣性モーメントＪ1 の変化は音叉型
振動体１２の平面振動の固有振動数に影響を与えない。

【００８８】なお、慣性モーメントＪ1 および固有振動
数ｆとの関係を求めるに当たっては、慣性モーメントＪ
1 をその初期慣性モーメントＪ10から変化させたときの
固有振動数ｆの変化の様子を調べた。つまり、慣性モー
メントＪ1 を初期慣性モーメントＪ10で規格化した規格
化値（Ｊ1 ／Ｊ10）と、固有振動数ｆについてもその初
期固有振動数ｆ0 で規格化した規格化値（ｆ／ｆ0 ）に
ついて求めた。

【００８９】まず、ねじり振動体１４，１５の慣性モー
メントＪ1 が音叉型振動体１２の慣性モーメントＪ2 に
一致するよう初期設定（Ｊ1 ＝Ｊ2 ）し、質量調整体１
４ｂ，１５ｂの質量増減を通して、慣性モーメントＪ1
のみをその時の初期慣性モーメントＪ10（＝Ｊ2 ）に対
して±３０％の範囲で変化させ、その間の慣性モーメン
トＪ1 （Ｊ1 ／Ｊ10）と固有振動数ｆ（ｆ／ｆ0 ）との
関係を求めた。この結果を、図８中に−◆−◆−で示
す。なお、初期固有振動数ｆ0 は、上記初期設定時（Ｊ
1 ＝Ｊ2 ）における固有振動数ｆである。

【００９０】この初期設定（Ｊ1 ＝Ｊ2 ）の場合には、
慣性モーメントＪ1 のみを初期慣性モーメントＪ10（＝
Ｊ2 ）に対して±３０％の範囲で変化させることで、ね
じり振動による固有振動数ｆを約±７％変化させること
ができた。

【００９１】次に、ねじり振動体１４，１５の慣性モー
メントＪ1 の初期設定をＪ1 ＝６ｘ Ｊ2 として、慣性
モーメントＪ1 のみを初期慣性モーメントＪ10（＝６
ｘＪ2 ）に対して±３０％の範囲で変化させ、その間の
慣性モーメントＪ1 （Ｊ1／Ｊ10）と固有振動数ｆ（ｆ
／ｆ0 ）との関係を求めた。この結果を、図８中に−□
−□−で示す。なお、この場合の初期固有振動数ｆ0
は、上記初期設定時（Ｊ1 ＝６ ｘ Ｊ2 ）における固有
振動数ｆである。

【００９２】この初期設定（Ｊ1 ＝６ ｘ Ｊ2 ）の場合
には、慣性モーメントＪ1 のみを初期慣性モーメントＪ
10（＝６ ｘ Ｊ2 ）に対して±３０％の範囲で変化させ
ることで、ねじり振動による固有振動数ｆを約±２％変
化させることができた。

【００９３】また、ねじり振動体１４，１５の慣性モー
メントＪ1 の初期設定をＪ1 ＝（１／６） ｘ Ｊ2 とし
て、慣性モーメントＪ1 のみを初期慣性モーメントＪ10
（＝（１／６） ｘ Ｊ2 ）に対して±３０％の範囲で変
化させ、その間の慣性モーメントＪ1 （Ｊ1 ／Ｊ10）と
固有振動数ｆ（ｆ／ｆ0 ）との関係を求めた。この結果
を、図８中に−■−■−で示す。なお、この場合の初期
固有振動数ｆ0 は、上記初期設定時（Ｊ1 ＝（１／６）
ｘ Ｊ2 ）における固有振動数ｆである。

【００９４】この初期設定（Ｊ1 ＝（１／６） ｘ Ｊ2
）の場合には、慣性モーメントＪ1のみを初期慣性モー
メントＪ10（＝（１／６） ｘ Ｊ2 ）に対して±３０％
の範囲で変化させることで、ねじり振動による固有振動
数ｆを約±１２％変化させることができた。

【００９５】従って、ねじり振動体１４，１５の初期慣
性モーメントＪ10を音叉型振動体１２の慣性モーメント
Ｊ2 に対して１〜０．１倍の値にすることで、具体的に
は振動子１０の寸法や材料等をこのように設計すること
で、ねじり振動の共振振動数を広い範囲に亘って調整す
ることができる。つまり、共振振動数調整処理の前に平
面振動とねじり振動の両共振振動数が隔たっていても、
広範囲なねじり振動の共振振動数調整により両共振振動
数を一致させることができる。

【００９６】一方、調整範囲を狭くして僅かな調整で平
面振動とねじり振動の両共振振動数を精度良く一致させ
るには、ねじり振動体１４，１５の初期慣性モーメント
Ｊ10を音叉型振動体１２の慣性モーメントＪ2 に対して
６倍以上の値にすればよい。つまり、本実施例の共振振
動数調整処理方法によれば、共振振動数の調整範囲を変
えることができるという利点がある。

【００９７】次に、第１実施例の振動子１０における音
叉型振動体１２とねじり振動体１４，１５との位置関係
と平面振動およびねじり振動の両共振振動数ｆｘ，ｆｚ
の調整との関係について説明する。つまり、トーション
バー１６の全長Ｌが一定でも、慣性モーメントを生じる
音叉型振動体１２とねじり振動体１４，１５との位置関
係が異なると、上記したねじり振動系においてねじり振
動特性も変化する。そこで、音叉型振動体１２とねじり
振動体１４，１５との間隔Ｌ2 を全長Ｌが一定（９９．
５ｍｍ）のままで変更した場合について、このＬ2 とね
じり振動モデルの固有振動数ｆの変動量との関係を求め
た。その結果を、図９に示す。なお、この場合の音叉型
振動体１２の慣性モーメントＪ2 は８．０７ｘ１０^-9ｋ
ｇｓ² ｍであり、ねじり振動体１４，１５の慣性モーメ
ントＪ1 はその約６倍の値である５．０５ｘ１０^-8ｋｇ
ｓ² ｍである。

【００９８】図９に示すグラフは、全長Ｌ（＝９９．５
ｍｍ）一定の条件下で次のようにして求めた。まず、音
叉型振動体１２とねじり振動体１４，１５との間隔Ｌ2
がグラフ横軸の値のものである振動子１０をそれぞれ用
意し、各振動子１０について、既述したようにねじり振
動体１４，１５の慣性モーメントＪ1 と音叉型振動体１
２の慣性モーメントＪ2 とが一定な初期状態に調整す
る。例えば、Ｊ1 ＝６ｘ Ｊ2 とする。次いで、それぞ
れの振動子１０について、慣性モーメントＪ1を初期状
態から１０％増加させたときのねじり振動の固有振動数
ｆの変動量を測定した。そして、この測定値を各振動子
１０について、間隔Ｌ2 と対応付けてプロットした。

【００９９】この図９から判るように、音叉型振動体１
２とねじり振動体１４，１５との間隔Ｌ2 を短くして両
者を接近して設けるほど、即ちＬ2 ／Ｌが小さいほど、
ねじり振動体１４，１５の慣性モーメントＪ1 を変化さ
せたときのねじり振動の固有振動数を大きく変化させる
ことができる。よって、Ｌ2 ／Ｌが小さくなるよう音叉
型振動体１２およびねじり振動体１４，１５の位置関係
を定めることでねじり振動の固有振動数を大きく変化さ
せることができ、共振振動数の調整効率を高めることが
できる。具体的に、Ｌ2 ／Ｌを０．５（４２．５／９
５）以下とすることが望ましい。

【０１００】次に、第２実施例について説明する。図１
０に示すように、この第２実施例の振動子１０Ａは、上
記の振動子１０とその外観形状や音叉型振動体１２等の
構成部材については同一であるものの、ねじり振動検出
用圧電体２０ａ，２０ｂの設置位置において振動子１０
と異なる。つまり、この振動子１０Ａは、図１０および
その１１−１１線拡大断面図である図１１に示すよう
に、ねじり振動検出用圧電体２０ａ，２０ｂを音叉型振
動体１２の股部近傍における各振動片１２ａ，１２ｂの
根元部の上下面に備える。

【０１０１】そして、回転角速度が作用して振動子１０
Ａのねじり振動系にねじり振動が起きると、このねじり
振動により音叉型振動体１２の振動片１２ａ，１２ｂに
は、Ｚ軸方向の曲げ応力が発生することが解析により判
明した。このように振動片１２ｂにねじり振動に応じた
曲げ応力が発生すれば、当該応力に伴う曲げ歪みを、振
動片１２ａ，１２ｂの根元部に設けたねじり振動検出用
圧電体２０ａ，２０ｂの圧電効果により、振動片１２
ａ，１２ｂの根元部において検知する。このように構成
しても、振動子１０Ａには上記した振動子１０と同じね
じり振動系が形成されているので、第１実施例の振動子
１０と同様の効果を奏することは勿論である。

【０１０２】また、この第２実施例の振動子１０Ａで
は、ねじり振動検出用圧電体２０ａ，２０ｂと振動励起
用圧電体１８ａ，１８ｂとを互いに干渉することなくす
ぐ近くに配置することができる。このため、第２実施例
の振動子１０Ａによれば、圧電体の接着作業や配線作業
の簡略化を通して工数低減やコスト低減を図ることがで
きる。

【０１０３】次に、第３実施例について説明する。この
第３実施例の振動子１００は、その上面からの概略斜視
図である図１２とその下面からの概略斜視図である図１
３に示すように、第１実施例の振動子１０と当該振動子
におけるねじり振動体の外観形状や、振動子形成に用い
た材料等について振動子１０と異なる。つまり、この振
動子１００は、振動子１０と同様に、平面振動を行なう
振動片１１２ａ，１１２ｂを有する音叉型振動体１１２
と両端がフレームに固定されたトーションバー１１６と
を、音叉型振動体１１２の股部において結合して備え、
これらで形成されたねじり振動系を有する。また、振動
子１００は、振動子１０におけるねじり振動体１４，１
５と異なる形状、即ち図示するように棒状のねじり振動
体１１４，１１５を、ねじり振動系に付加されるよう、
トーションバー１１６の左右に突出して備える。

【０１０４】この振動子１００では、振動子１０におけ
る材料であるアルミ合金に替えて、振動用材料として優
れた機械物性を持つ単結晶材である水晶を用いた。そし
て、水晶板（水晶ウエハ）に周知の写真蝕刻法を施すこ
とにより、上記した音叉型振動体１１２，トーションバ
ー１１６およびねじり振動体１１４，１１５を水晶ウエ
ハから一体形成して、振動子１００が作成されている。
このように水晶ウエハを用いているので、振動子１００
では、水晶の持つ特性により、音叉型振動体１１２の振
動片１１２ａ，１１２ｂの平面振動や、ねじり振動系を
形成するねじり振動体１１４，１１５等のねじり振動
が、共に効率良くしかも安定して起きる。

【０１０５】振動子１００を作成するための水晶ウエハ
としては、水晶の結晶軸のＺ軸に垂直な面からＸ軸周り
に２〜３度回転した面にＺカット面を有する水晶ウエハ
を用いた。そして、この水晶ウエハから音叉型振動体１
１２等を写真蝕刻法により形成するに際しては、水晶ウ
エハのＺカット面をエッチングすることとした。エッチ
ング後における水晶ウエハ上では、音叉型振動体１１２
の各振動片１１２ａ，１１２ｂおよびトーションバー１
１６の長手方向が水晶の結晶軸のＹ軸方向となる。

【０１０６】水晶はそれ自体が圧電材料であるため、水
晶表面に電極を配置することにより逆圧電効果による励
振や、圧電効果による振動検出を行なうことができる。
このため、この第３実施例では、電極材料として金、ニ
ッケルークロム合金を用い、その積層蒸着膜を写真蝕刻
法，マスク蒸着法等により下記のように該当する部位に
形成して、当該合金の積層蒸着膜を振動励起用電極およ
びねじり振動検出用電極とした。

【０１０７】音叉型振動体１１２の振動片１１２ａ，１
１２ｂには、これら振動片にＸ軸方向の平面振動を励起
するための振動励起用電極がその長手方向に沿って形成
されている。つまり、図１２，図１３およびその１４−
１４線拡大断面図である図１４に示すように、振動片１
１２ａには、その上下面に負電極１２２が、左右の側面
に正電極１２１がそれぞれ対向して形成されている。一
方、振動片１１２ｂには、その上下面に正電極１２３
が、左右の側面に負電極１２４がそれぞれ対向して形成
されている。この電極配置は、音叉型振動体１１２の各
振動片の長手方向が水晶の結晶軸のＹ軸方向であるの
で、既述した数式１の行列式で与えられる水晶の圧電定
数のうち、１行２列目の値を用いるものである。

【０１０８】また、トーションバー１１６における上部
トーションバー１１６ａの上下面には、２本の配線用電
極１２５，１２６が形成されている。なお、それぞれの
電極の形成箇所は、図中にハッチングで示し、連続形成
されている電極につては、同一のハッチングを付して示
す。

【０１０９】振動片１１２ａの正電極１２１と振動片１
１２ｂの負電極１２４は、それぞれの振動片の自由端側
とトーションバー１１６との結合部で対向する電極同士
が互いに連結されている。そして、正電極１２１，１２
３は上部トーションバー１１６ａの上面の配線用電極１
２５により、負電極１２２，１２４は下面の配線用電極
１２６によりそれぞれ上部トーションバー１１６ａの固
定端１１６ｄを経て外部に至り、第１実施例におる励振
側回路４０と同一機能を果たす図示しない励振側回路と
接続されている。

【０１１０】ねじり振動体１１４，１１５には、これら
ねじり振動体がＹ軸回りねじり振動を起こした場合に各
ねじり振動体に発生する曲げ歪みを検出するためのねじ
り振動検出用電極が形成されている。図１２に示すよう
に、ねじり振動により各ねじり振動体１１４，１１５に
曲げ歪みが起きると、これらねじり振動体に曲げ応力が
発生する。この曲げ応力は、トーションバー１１６とね
じり振動体との結合部と、ねじり振動体の両端との間に
生じる。この応力によりこの結合部とねじり振動体両端
との間において、水晶の圧電効果によりねじり振動体上
に電位差が生じるので、この電位差をねじり振動体１１
４，１１５上に形成されたねじり振動検出用電極により
取り出すことができる。つまり、図１２おけるねじり振
動体１１４，１１５の上面でトーションバー１１６との
結合部から隔てた位置には、ねじり振動検出用電極１２
７，１２８が、トーションバー１１６の上面でねじり振
動体１１４，１１５との結合部には、ねじり振動検出用
電極１２９が、それぞれ形成されている。また、トーシ
ョンバー１１６における下部トーションバー１１６ｂの
上下面には、２本の配線用電極１３０，１３１が形成さ
れている。なお、それぞれの電極の形成箇所は、図中に
ハッチングで示し、連続形成されている電極につては、
同一のハッチングを付して示す。

【０１１１】各ねじり振動体１１４，１１５のねじり振
動検出用電極１２７，１２８は、それぞれのねじり振動
体側面に形成された配線用電極１３２，１３３を介して
下部トーションバー１１６ｂ下面の配線用電極１３１と
接続されている。また、トーションバー１１６における
ねじり振動検出用電極１２９は、下部トーションバー１
１６ｂ上面の配線用電極１３０と接続されている。そし
て、これらねじり振動検出用電極１２７〜１２９は、該
当する配線用電極１３０，１３１によりそれぞれ下部ト
ーションバー１１６ｂの固定端１１６ｅを経て外部に至
り、第１実施例におる検出側回路５０と同一機能を果た
す図示しない検出側回路と接続されている。

【０１１２】このため、正電極１２１，１２３および負
電極１２２，１２４が励振側回路から所定周波数の交流
電圧の印加を受けると、音叉型振動体１１２の振動片１
１２ａ，１１２ｂには水晶の逆圧電効果により平面振動
が起きる。この平面振動は、電極配置が数式１の行列式
における１行２列目の圧電定数を用いたものであること
に起因して起きる動作である。そして、この状態で回転
角速度が作用してコリオリの力が生じると、ねじり振動
体１１４，１１５におけるねじり振動検出用電極１２７
〜１２９からは、ねじり振動に対応した出力が水晶の圧
電効果により検出側回路を経て取り出される。この出力
の取り出しに有効となる圧電定数は、数式１の行列式に
おける１行１列目の値である。

【０１１３】振動子１００におけるねじり振動体１１
４，１１５には、その先端に所定範囲に亘って金属膜が
蒸着法、或いは鍍金法等により形成されている。本実施
例では、金の薄膜を０．１〜１０μｍの厚みで形成し
た。その範囲を、図１２，図１３中に点線のハッチング
で示す。そして、振動子１００では、この金属膜形成箇
所を、トーションバー１１６から離間し金薄膜分の質量
増大済みの振動調整用部位１１４ｂ，１１５ｂとする。
つまり、この振動調整用部位１１４ｂ，１１５ｂの金属
膜をレーザートリミング法により部分的に除去したり、
蒸着法等により部分的に金属を付着すれば、ねじり振動
体１１４，１１５の質量増減ができるので、第１実施例
と同様にねじり振動の共振振動数を調整した。この方法
により５０から５０００Ｈｚのねじり共振振動数の変化
が実現でき、音叉型振動体１２の平面振動の共振振動数
とねじり振動体１１４，１１５のねじり振動の共振振動
数とを予め定めた関係に設定することができた。これに
より、高感度で安定した出力の得られるセンサが実現で
きた。

【０１１４】ここで、レーザートリミング法や蒸着法に
よる振動調整用部位１１４ｂ，１１５ｂの質量増減の様
子について説明する。これらの方法により質量を増減す
る際に、トリミング量或いは金属、例えば金の蒸着量が
同一でも、そのトリミング位置や蒸着位置を変えれば重
心が移動するので、ねじり振動の共振振動数の調整範囲
を変更することができる。つまり、トリミングや蒸着の
際のトリミング量や蒸着量或いはトリミング位置や蒸着
位置を適宜変更することで、広い範囲で精度のよいねじ
り振動の共振振動数の調整を行なうことができる。しか
も、蒸着法では、真空中で蒸着処理を行うので、気体の
存在によるダンピングを受けずに蒸着位置や金属の蒸着
量を調整できることから、センサの使用環境に近い状態
でこれらを調整できる。また、この質量増加をもたらす
蒸着量は、蒸着膜厚や蒸着面積で容易に制御することが
できるので、調整精度が高いという利点がある。

【０１１５】次に、第４実施例について説明する。図１
５，図１６に示すようにこの第４実施例の振動子１００
Ａは、上記の振動子１００とその外観形状や音叉型振動
体１１２等の構成部材および音叉型振動体１１２の各振
動片とトーションバー１１６の長手方向が水晶の結晶軸
のＹ軸方向であることについては同一である。しかし、
ねじり振動検出用電極の形成位置およびそのパターンに
おいて振動子１００と異なる。なお、図１５は振動子１
００Ａの上面からの概略斜視図であり、図１６はその下
面からの概略斜視図である。

【０１１６】図示するように、この振動子１００Ａは、
音叉型振動体１１２とねじり振動体１１４，１１５との
間におけるトーションバー１１６の中央トーションバー
部１１６ｃにおいて、音叉型振動体１１２との結合部近
傍に一方のねじり振動検出用電極１４０を、ねじり振動
体１１４，１１５との結合部近傍に他方のねじり振動検
出用電極１４１を備える。つまり、ねじり振動検出用電
極１４０，１４１は、トーションバー１１６の上面にお
いてねじり振動により発生する剪断応力を検出する。

【０１１７】このようにトーションバー１１６の剪断応
力を当該バーに設けたねじり振動検出用電極１４０，１
４１にて検出できることは、次のような理由による。

【０１１８】米国特許４，５３８，４６１号にあって
も、その枢軸において剪断応力を検出するのであるが、
枢軸の長手方向が水晶の結晶軸のＸ軸方向であるため、
数式１の行列式における２行４列目の圧電定数を用いる
ことになる。これに対して、この第４実施例の振動子１
００Ａでは、トーションバー１１６の長手方向が水晶の
結晶軸のＹ軸方向であることから、バーの剪断応力の検
出には、数式１の行列式における２行５列目の圧電定数
を用いることになる。この２行５列目の圧電定数はその
値がゼロではないため、効率よく剪断応力を検出するこ
とができるのである。

【０１１９】なお、図１５，図１６に示すように、この
ねじり振動検出用電極１４０は下部トーションバー１１
６ｂ下面の配線用電極１３１と、ねじり振動検出用電極
１４１は下部トーションバー１１６ｂ上面の配線用電極
１３０とそれぞれ接続されている。これら電極の形成箇
所は、図中にハッチングで示し、連続形成されている電
極につては、同一のハッチングを付して示す。そして、
このねじり振動検出用電極１４０，１４１により、音叉
型振動体１１２，トーションバー１１６およびねじり振
動体１１４，１１５で形成されるねじり振動系のねじり
振動を、次のようにして検出する。

【０１２０】回転角速度が作用して振動子１００Ａのね
じり振動系にねじり振動が起きると、そのねじり振動
は、音叉型振動体１１２およびねじり振動体１１４，１
１５により増幅される。しかも、このねじり振動体１１
４，１１５におけるねじり振動と音叉型振動体１１２に
おけるねじり振動は、既述したようにその振動の向きが
逆向きなので、この両者が結合されたトーションバー１
１６の中央トーションバー部１１６ｃには、大きなねじ
りによる歪みが起きて剪断応力が発生することが解析に
より判明した。このように中央トーションバー部１１６
ｃに剪断応力が発生すれば、音叉型振動体１１２との結
合部と、ねじり振動体１１４，１１５との結合部の間に
おいて、この剪断応力に応じた大きさの電位差が水晶の
圧電効果により生じる。よって、この電位差を上記のね
じり振動検出用電極１４０，１４１を用いて検出するこ
とができる。

【０１２１】そして、こうしてねじり振動検出用電極１
４０，１４１により検出された電圧は、回転角速度に対
応した出力として、下部トーションバー１１６ｂの上下
面における配線用電極１３０，１３１および図示しない
検出側回路を経て外部に取り出される。

【０１２２】この第４実施例の振動子１００Ａでは、回
転角速度に伴って起きるねじり振動によるトーションバ
ー１１６の剪断応力を、当該応力に応じて発生する電位
差にて検出し、回転角速度に対応した出力を得ることが
できる。このため、第４実施例の振動子１００Ａによれ
ば、加速度等の外乱による曲げ応力の影響を受けること
がなく、検出感度を向上させることができるという利点
がある。

【０１２３】また、この第４実施例の振動子１００Ａで
は、第３実施例の振動子１００と異なりねじり振動体１
１４，１１５に検出用電極を持たないため、各ねじり振
動体のほぼ全面に金属膜の振動調整用部位１１４ｂ，１
１５ｂを形成することができる。つまり、ねじり振動共
振振動数調整時において、振動調整用部位における質量
変化をより大きくできる。このため、第４実施例の振動
子１００Ａによれば、共振振動数調整の粗調時には振動
調整用部位の先端側金属膜をレーザトリミングにより大
まかに除去し、微調時にはトーションバー結合付近を除
去することにより、ねじり振動の共振振動数を上げる方
向に広範囲に且つ精度良く調整して、平面振動とねじり
振動の両共振振動数を所定の関係に調整設定できるとい
う利点を有する。

【０１２４】更に、蒸着法により質量を増加して共振振
動数を下げる側に調整するには、既述したように蒸着面
積や膜厚と蒸着位置により調整度合いを容易に制御する
ことができる。そして、粗調時にはねじり振動体１１
４，１１５先端側に広い面積で金属を蒸着し、微調時に
はねじり振動体１１４，１１５のトーションバー結合部
付近に狭い面積で蒸着することにより、広範囲に精度良
くしかも容易に、ねじり振動の共振振動数を調整設定で
きるという利点がある。

【０１２５】次に、第５実施例について説明する。図１
７，図１８に示すようにこの第５実施例の振動子１００
Ｂは、上記の振動子１００，１００Ａとその外観形状や
音叉型振動体１１２等の構成部材については同一である
ものの、ねじり振動の検出を音叉型振動体１１２の一方
の振動片において行なう点で振動子１００，１００Ａと
異なる。このため、以下に説明するように、ねじり振動
検出用電極の形成位置およびその形状が振動子１００，
１００Ａと異なる。なお、図１７は振動子１００Ｂの上
面からの概略斜視図であり、図１８はその下面からの概
略斜視図である。

【０１２６】図示するように、この振動子１００Ｂは、
音叉型振動体１１２の振動片１１２ａのみに上記した振
動子１００Ａと同一の正電極１２３および負電極１２４
を備え、これを振動励起用電極とする。そして、振動子
１００Ｂは、励振側回路から所定周波数の交流電圧の印
加を、上部トーションバー１１６ａ上下面の配線用電極
１２５，１２６を介して正電極１２３および負電極１２
４に受け、振動片１１２ａに水晶の逆圧電効果により平
面振動を励起する。一方、振動子１００Ｂは、図１７，
図１８およびその１９−１９線断面拡大図に示すよう
に、音叉型振動体１１２の他方の振動片１１２ｂの上下
面に、ねじり振動検出用電極をその長手方向に沿って備
える。

【０１２７】このねじり振動検出用電極は、振動片１１
２ｂの上下面に並んで形成された正電極１３５と負電極
１３６とからなり、この正電極１３５と負電極１３６は
上下面で反転して形成されている。そして、両正電極１
３５はそれぞれが下部トーションバー１１６ｂ下面の配
線用電極１３１に接続され（図１８参照）、両負電極１
３６は、図１７に示すように振動片１１２ａ側面の配線
用電極１３７により一旦導通されてから下部トーション
バー１１６ｂ上面の配線用電極１３０に接続されてい
る。これら電極の形成箇所は、図中にハッチングで示
し、連続形成されている電極につては、同一のハッチン
グを付して示す。そして、この正電極１３５と負電極１
３６からなるねじり振動検出用電極により、音叉型振動
体１１２，トーションバー１１６およびねじり振動体１
１４，１１５で形成されるねじり振動系のねじり振動
を、次のようにして検出する。

【０１２８】回転角速度が作用して振動子１００Ｂのね
じり振動系にねじり振動が起きると、このねじり振動に
より音叉型振動体１１２の振動片１１２ａ，１１２ｂに
は、Ｚ軸方向の曲げ応力が発生することが解析により判
明した。このように振動片１１２ｂに曲げ応力が発生す
れば、ねじり振動による曲げ応力により振動片１１２ｂ
表面の左右間に、当該曲げ応力に応じた大きさの電位差
が水晶の圧電効果により生じる。よって、この電位差を
振動片１１２ｂの上下面に形成した正電極１３５と負電
極１３６からなるねじり振動検出用電極を用いて検出す
ることができる。

【０１２９】そして、こうしてねじり振動検出用電極に
より検出された電圧は、回転角速度に対応した出力とし
て、下部トーションバー１１６ｂ下面の配線用電極１３
１および図示しない検出側回路を経て外部に取り出され
る。

【０１３０】この第５実施例の振動子１００Ｂによれ
ば、ねじり振動体１１４，１１５に検出用電極を必要と
しないので、第４実施例の振動子１００Ａと同様に、ね
じり振動の共振振動数の広範囲で高精度の調整を通し
て、平面振動とねじり振動の両共振振動数を所定の関係
に調整設定できるという利点を有する。

【０１３１】ここで、上記した各実施例の振動子の固定
について、図１７に示した振動子１００Ｂを例に採り説
明する。

【０１３２】図２０の概略斜視図に示すように、振動子
１００Ｂは、トーションバー１１６両端の固定端１１６
ｄ，１１６ｅにおいてフレーム１８０に結合されてい
る。このフレーム１８０は、振動子１００Ｂを取り囲む
矩形の枠体であり、振動子１００Ｂと同じ材料（水晶単
結晶材）から一体に形成されている。つまり、この実施
例では、振動子１００Ｂとフレーム１８０は、周知の写
真蝕刻法を水晶ウエハーに施すことにより一体に形成さ
れる。

【０１３３】フレーム１８０の上面には、トーションバ
ー１１６の上下面に形成されている配線用電極１２５，
１２６，１３０，１３１に接続したフレーム上配線用電
極１５０，１５１，１５２，１５３が形成されている。
このフレーム上配線用電極は、配線用電極１２５等と同
様に、電極材料として金、ニッケルークロム合金が用い
られており、その積層蒸着膜のマスク蒸着法，写真蝕刻
法等を経て上記の各配線用電極と共に形成される。この
場合、図示するように、フレーム上配線用電極１５０，
１５３は、フレーム１８０上面において配線用電極１２
５，１３０とそれぞれ接続して形成されている。また、
フレーム上配線用電極１５１，１５２は、フレーム１８
０の上面から下面にかけて形成されており、図１８に示
すトーションバー１１６下面の配線用電極１２６，１３
１とフレーム１８０下面において接続されている。

【０１３４】これらフレーム上配線用電極１５０，１５
１，１５２，１５３は、トーションバー１１６と平行な
フレーム１８０の枠体長片部１８０ａ，１８０ｂの中央
部に、ボンディング用の電極１５４，１５５，１５６，
１５７を備える。そして、このフレーム上配線用電極１
５０，１５１，１５２，１５３は、ボンディング用の電
極１５４，１５５，１５６，１５７で、ボンディングワ
イヤー１６０，１６１，１６２，１６３を介して図示し
ないケース側の端子と接続され、図３と同様の信号処理
回路に接続される。

【０１３５】フレーム１８０は、その枠体長片部１８０
ａ，１８０ｂの中央に固定部１７０，１７１を備え、こ
の固定部１７０，１７１を介してケースに固定されてい
る。ケースへの固定に当たっては、接着剤による接着，
半田付け，共晶接合，静電接合，圧着，機械的なクラン
プ等の適宜な固定の手法を用いることができる。

【０１３６】振動子をフレームに固定すれば、一般に、
振動子の振動、この場合には音叉型振動体１１２の平面
振動やねじり振動体１１４，１１５のねじり振動に伴い
フレームも振動したりねじれたりする。しかし、ケース
への固定箇所たる枠体長片部１８０ａ，１８０ｂの中央
は振動の中立点、即ち振動変位が発生しない部位に当た
るため、振動変位が発生しない部位で振動子１００Ｂお
よびフレーム１８０を固定部１７０，１７１を介してケ
ースに固定支持することができる。よって、振動子１０
０Ｂの振動がケースに漏れにくくなり、振動子のＱ値が
向上し感度が高くなる。逆に外部の外乱振動のケースを
通した伝播を抑制できるので、この外乱振動が振動子１
００Ｂに及ぼす悪影響（精度低下等）を防ぐことができ
る。

【０１３７】また、フレーム１８０による応力の緩和効
果のため、ケースと振動子１００Ｂの熱膨張係数の差に
よる応力が振動素子に伝わりにくくなる。よって、熱応
力による振動数の変化を回避でき、振動子の振動を広い
温度範囲にわたり安定に保つことができる。

【０１３８】更に、ボンディングワイヤー１６０，１６
１，１６２，１６３をボンディングするためのボンディ
ング用電極１５４，１５５，１５６，１５７固定部１７
０，１７１の上にあり、ボンディング箇所が補強されて
いる。よって、ボンディングワイヤー１６０，１６１，
１６２，１６３のボンディングに支障はなく、しかもボ
ンディングが容易に行える。

【０１３９】加えて、このようにフレーム１８０により
振動子１００Ｂを固定すれば、振動子１００Ｂの保持が
容易なため動作が安定するばかりでなく、フレームがあ
るために振動子が壊れにくくなる。しかも、取り扱いが
容易となるために、歩留まり良く振動子を製作できる。

【０１４０】次に、変形例について説明する。第１実施
例の振動子１０では、トーションバー１６をその両端で
固定するよう構成したが、次のように変形することもで
きる。つまり、図２１に示すように、トーションバー１
６を上部トーションバー１６ａを有しないものとし、こ
のトーションバー１６をその下部トーションバー１６ｂ
の端部でフレームに固定した片持ち支持形状の振動子２
００とすることもできる。この変形例の振動子２００に
よれば、トーションバー１６の固定箇所が少なくなると
共に構造が簡単になり、工数低減やコスト低減を図るこ
とができる。

【０１４１】また、第２実施例の振動子１０Ａでは、ね
じり振動検出用圧電体２０ａ，２０ｂを音叉型振動体１
２の振動片１２ａ，１２ｂの根元部上下面に設けたが、
次のように変形することもできる。つまり、図１０に示
すように、トーションバー１６を挟んだ音叉型振動体１
２の左右の股部１２ｍの上下面にねじり振動検出用圧電
体２０ａ，２０ｂを設けることもできる。この変形例に
よっても、振動子１０Ａと同様、圧電体の接着作業や配
線作業の簡略化を通して工数低減やコスト低減を図るこ
とができる。

【０１４２】更に、第３実施例の振動子１００では、ね
じり振動体１１４，１１５にその質量増減用に振動調整
用部位１１４ｂ，１１５ｂを設けたが、この振動調整用
部位１１４ｂ，１１５ｂを設けない構成の変形例を採る
こともできる。つまり、この場合には、ねじり振動体１
１４，１１５の適宜な箇所、例えばその先端を写真蝕刻
法等により直接エッチングしてその質量の増減を行なう
こともできる。

【０１４３】また、第３ないし第５実施例の各振動子の
形状を次のように変形することもできる。つまり、図２
２の模式図に示すように、音叉型振動体１１２をトーシ
ョンバー１１６に結合するに当たり、音叉型振動体１１
２の開口端側がねじり振動体１１４，１１５に向くよう
にする。このように変形すれば、音叉型振動体１１２の
結合部とねじり振動体１１４，１１５の結合部との間の
トーションバー部を長くすることができるので、その分
ねじり振動の振動数を低くすることができる。よって、
この振動数の低下に合わせて音叉型振動体１１２の平面
振動の振動数も低下させることができるので、低い振動
数で駆動する振動子を提供することができる。なお、こ
の変形例にあっても、ねじり振動体１１４，１１５にお
ける振動調整用部位１１４ｂ，１１５ｂの範囲を図中点
線で示す。

【０１４４】更に、図２３，図２４の模式図に示すよう
に、二つの音叉型振動体１１２をねじり振動体１１４，
１１５を挟んで対向するよう設けることもできる。この
ようにすれば、音叉型振動体１１２がねじり振動系に二
つあるため平面振動の振動エネルギーが高くとれ、この
結果、回転角速度によるねじり振動が大きくなり、セン
サの感度をより向上させることができるという利点があ
る。なお、これら変形例にあっても、ねじり振動体１１
４，１１５における振動調整用部位１１４ｂ，１１５ｂ
の範囲を図中点線で示す。

【０１４５】以上本発明の一実施例について説明した
が、本発明はこの様な実施例になんら限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々な
る態様で実施し得ることは勿論である。

【０１４６】例えば、第１実施例における振動子１０の
トーションバー１６を方形断面の棒状体とし、このトー
ションバー１６に音叉型振動体１２とねじり振動体１
４，１５を設けて回転角速度に依存したねじり振動を起
こすねじり振動系を形成したが、これに限るわけではな
い。つまり、トーションバー１６やねじり振動体１４，
１５におけるねじり振動ビーム１４ａ，１５ａを、おり
曲げ形状，ら旋形状，ループ形状等のねじり振動を容易
とするねじりばね構造体とすることもできる。このよう
な構成にすれば、トーションバー１６等のねじりばね定
数を下げることができるので、トーションバー１６の全
長やねじり振動体１４，１５の長さを短くして振動子１
０、延いては角速度センサの小型化を推進できるという
利点がある。

【０１４７】また、上記した各実施例のトーションバ
ー，音叉型振動体，ねじり振動体等については、振動を
安定に維持できる材料を用いればよく、ステンレス，鉄
ニッケル系の合金，恒弾性体合金などの種々の金属のほ
か、水晶，ＰＺＴなどの誘電体やシリコンなどの半導
体、および粉末燒結体，結晶体，セラミックスなどを適
宜用いればよいことは勿論である。

【０１４８】更に、音叉型振動体１２等を平面振動させ
る励振手段としてＰＺＴの逆圧電効果を用いたが、Ｚｎ
Ｏなど他の圧電材料を用いてもよく、また静電力，磁
力，電磁力等を発生して音叉型振動体１２等に及ぼしこ
れを励振させるよう構成することもできる。また、角速
度検出のためのねじり振動検出手段としてＰＺＴの圧電
効果を用いたが、ＺｎＯなど他の圧電材料を用いてもよ
く、このほか、ねじり振動により変化する静電力，磁
力，電磁力等を検出する構成や、ねじり振動により変化
する歪みを検出する歪みゲージ等を用いることができ
る。

【０１４９】また、共振振動数調整処理におけるねじり
振動体１４，１５の質量増減を行なうに当たり、金属片
の接着，金属の切削という処置を用いたが、半田，銀蝋
等の低融点金属や有機系接着材を質量調整体１４ｂ，１
５ｂに固着させて質量を変化させる処置を採ることもで
きる。

【０１５０】また、振動子１００，１００Ａ，１００Ｂ
を水晶（水晶ウエハ）から形成した実施例について説明
したが、圧電材料であればよく水晶に限らない。つま
り、水晶に替わり、ＰＺＴ，ＰＬＺＴなどの圧電セラミ
クスや、エチレンジアミンタータレート（ＥＤＴ），デ
ィポタジュウムタータレート（ＤＫＴ），アルミニウム
ヂハイドロジェンホスファレート（ＡＤＰ），ＬｉＴａ
Ｏ₃ ，ＬｉＮｂＯ₃ などの圧電単結晶材或いは合成圧電
結晶等を用いることもできる。

【０１５１】また、上記した各実施例では、Ｘ方向に音
叉型振動体１２，１１２を励振し、Ｙ軸周りの回転角速
度が作用したときに発生するＹ軸周りのねじり振動を回
転角速度信号として検出した。しかし、これとは逆にＹ
軸周りのねじり振動を励振させておき、Ｙ軸周りの回転
角速度印加により発生するＸ方向の振動を検出してもよ
い。このように構成しても、ねじり振動体によりねじり
振動の効果的且つ増幅等ができると共に、平面振動の増
幅等が可能なため、上記した実施例と同様の効果、例え
ば、検出感度の向上、共振振動数の調整の簡略化等の効
果を奏することができる。なお、このように構成した場
合には、上記した各実施例における振動子の入力端子で
ある振動励起用圧電体や電極を出力端子として検出側回
路に接続し、出力端子であるねじり振動検出用圧電体や
電極を入力端子として励振側回路に接続すればよい。

【０１５２】また、上記した各実施例では、音叉型振動
体１１２の振動片１１２ｂに正電極１２３と負電極１２
４からなる振動励起用電極を、振動片１１２ａに正電極
１３５と負電極１３６からなるねじり振動検出用電極を
形成したが、これに限るわけではない。つまり、振動片
１１２ｂには、この振動励起用電極に加えてねじり振動
検出用電極を設け、振動片１１２ａには、ねじり振動検
出用電極に加えて振動励起用電極を設けることもでき
る。つまり、各振動片は振動励起用電極とねじり振動検
出電極を同時に備えることになる。なお、この場合に
は、振動励起用電極およびねじり振動検出用電極は、各
振振動片の長手方向に沿って並べて配置・形成される。
そして、各電極への配線は、各振動片の表面においてパ
ターン形成され、振動励起用電極の正電極と負電極、ね
じり振動検出用電極の正電極と負電極にまとめられ、既
述した振動子１００Ｂと同様、トーションバー１１６，
フレーム１８０の表面を介してケース上の端子につなが
れる。

【０１５３】このように各振動片に振動励起用電極とね
じり振動検出用電極とを備える構成によれば、音叉型振
動体１１２の二つの振動片１１２ａ，１１２ｂの両方に
励振用部位があるので、この二つの振動片の振動方向を
逆相に励振できる。よって、両振動片を安定して励振で
きると共に、効率よく大きな振幅の平面振動を励起する
ことができる。また、音叉型振動体１１２の二つの振動
片１１２ａ，１１２ｂの両方に検出用部位があるので、
角速度印加により発生するねじれ振動の振動状態を二つ
の検出部位から出力信号として得ることができる。よっ
て、両出力信号を差動的に処理することにより、高感度
で安定した出力が得られる。また、加速度などの外乱が
加わった場合でも、各振動片に振動励起用電極とねじり
振動検出用電極とを備える構成によれば、この外乱を両
検出部位からの両出力信号にて相殺できるので、回転角
速度のみに依存した出力信号を正確に得ることができ
る。

【０１５４】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１記載の振動
子では、平面振動させる音叉型振動体とは別個のねじり
振動体に、回転角速度に依存したねじり振動を起こさせ
このねじり振動を検出することができる。そして、この
ねじり振動を、支持体にその股部で結合して第１，第２
の振動片をこの支持体を挟んで位置させる音叉型振動体
と、支持体から突出したビームと質量体部とを有するね
じり振動体とにより増幅する。この結果、請求項１記載
の振動子によれば、ねじり振動の振幅増幅を通して、検
出感度をより一層向上することができる。

【０１５５】請求項１記載の振動子では、Ｘ軸方向に振
動を起こさせるためだけの音叉型振動体を支持体に結合
して支持し、回転角速度に依存したねじり振動の検出の
ためだけのねじり振動体を支持体に設ければよい。この
ため、次の利点がある。

【０１５６】つまり、発生する歪み量が大きい根元で音
叉型振動体を平面振動させたり、発生する歪み量が大き
いねじり振動体の根元でねじり振動を検出することがで
きるので、請求項１記載の振動子によれば、効率のよい
振動体の振動と検出感度の向上とを図ることができる。
また、音叉型振動体にはこれを平面振動させるための手
段を設け、ねじり振動体にはねじり振動を検出するため
の手段を設けるだけでよいので、請求項１記載の振動子
によれば、振動子の小型や構成の簡略化を図ることがで
きる。

【０１５７】また、請求項１記載の振動子では、支持体
にその股部で結合した音叉型振動体と支持体から突出し
たねじり振動体とによりねじり振動を増幅すると共に、
ねじり振動体に起きるねじり振動と音叉型振動体のねじ
り振動とを逆回転の関係として、両ねじり振動に伴う支
持体回りの慣性モーメントをバランスさせ、振動のエネ
ルギを外部の固定部材へ漏洩させない。よって、請求項
１記載の振動子によれば、振動の増幅や安定化を通し
て、より一層の検出感度の向上および感度の維持を図る
ことができる。

【０１５８】また、請求項１記載の振動子では、回転角
速度に比例したコリオリの力を、音叉型振動体の第１の
振動片には支持体を中心として＋Ｚ方向に、第２の振動
片には−Ｚ方向に同じタイミングで生じてねじり振動を
起こさせる。このため、請求項１記載の振動子によれ
ば、ねじり振動の振幅増幅を介して、より一層の検出感
度の向上を図ることができる。

【０１５９】請求項２記載の振動子の振動状態調整方法
によれば、ビーム又は質量体部の少なくとも一方でのね
じり振動体の質量増減を通して、ねじり振動の共振振動
数のみを独立に変化させ、音叉型振動体の平面振動の共
振振動数とねじり振動体のねじり振動の共振周波数とを
所定の関係に容易に調整できる。また、請求項２記載の
振動子の振動状態調整方法によれば、両共振振動数の調
整を経て、検出感度の向上を容易に図ることができる。
しかも、ねじり振動体のビーム又は質量体部での質量増
減だけでよいことから、工程の簡略化を通して工数低減
やコスト低下を図ることができる。

【０１６０】請求項３又は請求項４記載の角速度センサ
では、励振手段の音叉型振動体の根元への設置、ねじり
振動検出手段のねじり振動体の根元への設置、およびね
じり振動体に起きるねじり振動の増幅を通して、回転角
速度の検出感度をより向上させることができる。

【０１６１】しかも、請求項３記載の角速度センサで
は、用いる振動子における音叉型振動体やねじり振動体
に励振手段とねじり振動検出手段を個別に設置すればよ
いことから、励振手段等への配線の干渉を各振動体にお
いて考慮する必要がない。このため、請求項３記載の角
速度センサによれば、配線を太くして高い電圧を印加す
ることができるので、振動体を大きな振幅で振動させて
回転角速度に依存したねじり振動の振幅も大きくし、回
転角速度の検出感度をより向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例である角速度センサに用い
る振動子１０の概略斜視図。

【図２】図１の２−２線拡大断面端面図。

【図３】振動励起用圧電体１８ａ，１８ｂに接続される
励振側回路４０とねじり振動検出用圧電体２０ａ，２０
ｂに接続される検出側回路５０からなる信号処理回路の
ブロック図。

【図４】第１実施例の振動子１０を用いた角速度センサ
の出力特性を示すグラフ。

【図５】第１実施例における共振振動数調整処理による
共振振動数調整の様子を説明するために用いた、平面振
動の共振振動数とねじり振動の共振振動数との関係を表
わすグラフ。

【図６】実施例の共振振動数調整処理による効果を説明
するために用いた、平面振動の共振振動数ｆｘとねじり
振動の共振振動数ｆｚの振動数差△ｆとセンサ出力（出
力電圧）との関係を表わしたグラフ。

【図７】振動子１０における音叉型振動体１２とねじり
振動体１４，１５の位置関係等と平面振動およびねじり
振動の両共振振動数ｆｘ，ｆｚの調整との関係を説明す
るためのねじり振動系を表わすモデル図。

【図８】ねじり振動体１４，１５の慣性モーメントＪ1
と音叉型振動体１２の慣性モーメントＪ2 との関係を示
すグラフ。

【図９】音叉型振動体１２とねじり振動体１４，１５と
の間隔Ｌ2 とねじり振動の固有振動数ｆの変動量との関
係を示すグラフ。

【図１０】第２実施例の振動子１０Ａの概略斜視図。

【図１１】図１０の１１−１１線一部拡大断面図。

【図１２】第３実施例の振動子１００の上面からの概略
斜視図。

【図１３】振動子１００の下面からの概略斜視図。

【図１４】図１３の１４−１４線拡大断面図。

【図１５】第４実施例の振動子１００Ａの上面からの概
略斜視図。

【図１６】第４実施例の振動子１００Ａの下面からの概
略斜視図。

【図１７】第５実施例の振動子１００Ｂの上面からの概
略斜視図。

【図１８】第５実施例の振動子１００Ｂの下面からの概
略斜視図。

【図１９】図１８の１９−１９線拡大断面図。

【図２０】第５実施例の振動子１００Ｂをそのフレーム
と共に表わした概略斜視図。

【図２１】第１実施例の振動子１０の変形例における振
動子２００の概略斜視図。

【図２２】振動子の形状を変更した場合の変形例を示す
模式図。

【図２３】振動子の形状を変更した場合の変形例を示す
模式図。

【図２４】振動子の形状を変更した場合の変形例を示す
模式図。

【符号の説明】

１０…振動子 １０Ａ…振動子 １２…音叉型振動体 １２ａ，１２ｂ…振動片 １４，１５…ねじり振動体 １４ａ，１５ａ…ねじり振動ビーム １４ｂ，１５ｂ…質量調整体 １６…トーションバー １８ａ，１８ｂ…振動励起用圧電体 ２０ａ，２０ｂ…ねじり振動検出用圧電体 ４０…励振側回路 ５０…検出側回路 １００，１００Ａ，１００Ｂ…振動子 １１２…音叉型振動体 １１２ａ，１１２ｂ…振動片 １１４，１１５…ねじり振動体 １１４ｂ，１１５ｂ…振動調整用部位 １１６…トーションバー １２１，１２３…正電極 １２２，１２４…負電極 １２７，１２８，１２９…ねじり振動検出用電極 １３５…正電極 １３６…負電極 １４０，１４１…ねじり振動検出用電極 １５０，１５１，１５２，１５３…フレーム上配線用電
極 １５４，１５５，１５６，１５７…ボンディング用電極 １６０，１６１，１６２，１６３…ボンディングワイヤ
ー １７０，１７１…固定部 １８０…フレーム １８０ａ，１８０ｂ…枠体長片部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大▲桑▼ 政幸 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 塚田 厚志 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対となる第１の振動片と第２の振動片と
   を結合して音叉形状をなし、平面における所定の一方向
   に沿った振動を起こし得る音叉型振動体を、外部の固定
   部材に固定された支持体に支持して備える振動子であっ
   て、 前記固定された支持体と前記音叉型振動体とで前記支持
   体を中心とするねじり振動系を形成するよう、前記支持
   体を前記音叉型振動体の音叉形状股部において前記監査
   型振動体に結合して前記音叉型振動体を前記支持体に支
   持して備え、 更に、前記支持体に突出して設けられて前記ねじり振動
   系に付加され、該ねじり振動系に励起されたねじり振動
   に伴ってねじり振動を起こすねじり振動体を備え、 該ねじり振動体は、 前記支持体から突出して設けられたビームと、前記支持
   体から距離をおいて該ビームに設けられた質量体部とを
   有することを特徴とする振動子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の振動子の調整方法であっ
   て、 前記ねじり振動体の質量をビーム又は質量体部の少なく
   とも一方で増減することで、前記音叉型振動体の前記平
   面における振動の共振振動数と前記ねじり振動体のねじ
   り振動の共振周波数とを所定の関係に調整する工程を有
   する振動子の調整方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の振動子を用いて回転角速
   度を検出する角速度センサであって、 前記音叉型振動体を平面における所定の一方向に沿って
   励振する励振手段と、 前記ねじり振動体に発現したねじり振動の振動状態を検
   出し、該振動状態に応じた信号を出力するねじり振動検
   出手段とを備えることを特徴とする角速度センサ。
4. 【請求項４】 請求項１記載の振動子を用いて回転角速
   度を検出する角速度センサであって、 前記ねじり振動系において前記支持体を中心とするねじ
   り振動を励起するねじり振動励起手段と、 該励起されたねじり振動に伴って前記音叉型振動体が前
   記平面における所定の一方向に沿って振動した際の振動
   状態を検出し、該振動状態に応じた信号を出力する振動
   検出手段とを備えることを特徴とする角速度センサ。