JPH1030929A - 角速度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度に角速度を検出できる角速度検出装置
を提供する。 【解決手段】 第１圧電性結晶部４ｐ、第１交流電圧を
印加することにより、第１圧電性結晶部４ｐがＸ軸方向
に沿って振動するように、第１圧電性結晶部４ｐに設け
られた少なくとも２つの電極４ａ，４ｂ、第１圧電性結
晶部４ｐに機械的に結合した第２圧電性結晶部６ｐ及び
第２圧電性結晶部６ｐに設けられた少なくとも２つの別
の電極６ａ，６ｃを有する振動子１０２と、第１圧電性
結晶部４ｐに設けられた電極４ａ，４ｂ間に第１交流電
圧を印加することにより、第２圧電性結晶部６ｐに設け
られた別の電極間６ａ，６ｃに発生する第２交流電圧に
基づく信号の位相を検出する検出回路１０３ａとを備え
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、コリオリの力を検
出することにより運動中の被検出体の角速度を検出する
角速度検出装置に関するものであり、特に、高精度に角
速度を検出する技術に関する。本発明の角速度検出装置
は、車両、航空機若しくは船舶等の移動体のナビゲーシ
ョンシステム若しくは姿勢制御又は撮像機器の手ブレ補
正等に適用され得る。

【０００２】

【従来の技術】圧電振動子を備えた所謂圧電振動ジャイ
ロは、角速度検出装置の一種である。

【０００３】このような圧電振動ジャイロは、特開平７
−９１９５７号公報に記載されている。同公報の従来の
技術の欄には、正三角柱の振動体の３側面に圧電素子が
設けられた振動子を用いた圧電振動ジャイロが開示され
ている。この振動体を励振させながら、振動体の軸を中
心として圧電振動ジャイロを回転させると、振動体に回
転の角速度に応じたコリオリの力が働く。振動体に設け
られた圧電素子の２つからは、コリオリの力による圧電
素子の歪み量が電圧信号として出力される。それぞれの
圧電素子からの電圧信号には、コリオリの力による信号
成分に振動体無回転時の駆動信号の成分が重畳されてい
る。これらの圧電素子からの電圧信号は差動増幅器に入
力されるので、駆動信号の成分は相殺され、したがって
コリオリの力による信号成分、すなわち、圧電振動ジャ
イロの角速度を検出することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の装置では、温度等の装置外部の環境が変化した場合
に、振動体の励振振動の振幅が変化し、この振幅変化に
基づいてコリオリの力による信号成分が変化する。した
がって、従来の装置においては、コリオリの力に基づい
て検出される角速度の精度は十分とは言えない。

【０００５】本発明は、このような課題に基づいてなさ
れたものであり、従来に比してさらに高精度の角速度検
出が可能な角速度検出装置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】本発明は、上述の課題を
解決するための角速度検出装置を提供する。本装置は、
所定の軸回りの回動運動を行う移動体や電子情報機器等
の被検出体に設けられ、この被検出体の角速度を検出す
る角速度検出装置を対象とする。

【０００７】本装置は、振動する第１部分及び第１部分
に機械的に結合し、第１部分の振動の速度及び角速度の
大きさに依存して第１部分に働く力によって、この力の
方向に沿った振動成分を含む振動を行うことが可能な第
２部分を有する振動子と、第２部分に接続され、第２部
分の前記力に基づく振動成分に対応した交流信号成分及
び別の交流信号成分を含む交流信号の位相を検出する検
出手段とを備える。

【０００８】第１部分が振動している状態で、被検出体
が所定の軸回りに回動すると、第１部分には、この振動
の速度及び被検出体の角速度の大きさに依存した力、す
なわち、コリオリの力が働く。第１部分は、振動してい
るので、この振動の速度に依存する力は周期的に方向が
変動し、したがって、第１部分はこの振動の方向と異な
る方向の振動成分の振動も行う。第２部分は、第１部分
に機械的に結合しているので、コリオリの力が第１部分
に働くことによって発生した振動成分は、第２部分に伝
達され、第２部分はこのコリオリの力の方向に沿った振
動成分を含む振動を行う。

【０００９】検出手段は、第２部分に接続され、第２部
分の振動成分に対応した交流信号成分及び別の交流信号
成分を含む交流信号の位相を検出する。この交流信号の
位相は、第２部分の振動成分に対応した交流信号成分の
振幅、すなわち、第１部分に働いたコリオリの力の大き
さに依存して変化する。コリオリの力は、被検出体の角
速度に依存しているので、本装置によれば、被検出体の
角速度を検出することができる。

【００１０】コリオリの力に依存しない第１部分の振動
の振幅は、温度等の環境が変わることによって変化す
る。この振幅の変化に伴って、交流信号の振幅は変化す
る。しかしながら、コリオリの力が働いていない状態
で、この第１部分の振動の振幅が変化しても、交流信号
の位相は殆ど変化しない。

【００１１】また、本装置の第１部分は、圧電性結晶か
らなる第１圧電性結晶部と、交流電圧を印加することに
より、第１圧電性結晶部が所定方向に沿って振動するよ
うに、第１圧電性結晶部に設けられた少なくとも２つの
電極とを有し、第２部分は、圧電性結晶からなり、第１
圧電性結晶部に機械的に結合した第２圧電性結晶部と、
第２圧電性結晶部に設けられた少なくとも２つの別の電
極とを有し、検出手段によってその位相が検出される上
記交流信号は、別の電極間の電位差に対応した信号又は
この信号に上記別の交流信号成分が重畳された信号であ
ることが好ましい。

【００１２】この場合、第１圧電性結晶部は、圧電性結
晶からできているので、この第１圧電性結晶部に設けら
れた電極間に交流電圧を印加することにより、第１圧電
性結晶部は逆圧電効果に基づき所定方向に沿って振動す
る。このとき、被検出体が所定の角速度で運動すると、
第１圧電性結晶部には、所定方向に沿った第１圧電性結
晶部の振動の速度及び被検出体の角速度に依存したコリ
オリの力が働き、第１圧電性結晶部は、所定方向と異な
る方向に沿って振動する。第２圧電性結晶部は、第１圧
電性結晶部に機械的に結合しているので、第２圧電性結
晶部には第１圧電性結晶部の振動が伝達され、第２圧電
性結晶部は所定方向と異なる方向に沿った振動成分を含
む振動を行う。

【００１３】第２圧電性結晶部は圧電性結晶からできて
いるので、第２圧電性結晶部の振動に伴って、第２圧電
性結晶部に設けられた別の電極間には、圧電効果に基づ
く電位差が発生する。この電位差は、第２圧電性結晶部
のコリオリの力に基づく振動成分に対応した信号を含
む。この信号が、コリオリの力に基づかない振動成分を
上記別の交流信号成分として含んでいる場合は、上記交
流信号の位相は、コリオリの力に基づく交流信号成分の
振幅に応じて変化する。この信号が、コリオリの力に基
づかない交流信号成分を含んでいない場合は、この信号
に上記別の交流信号を重畳すれば、交流信号の位相は、
コリオリの力に基づく振動成分の信号の振幅に応じて変
化する。検出手段は、この交流信号の位相を検知するこ
とで、コリオリの力、すなわち、被検出体の角速度の大
きさを検出することができる。

【００１４】第１及び第２の圧電性結晶部の温度特性が
変化すると、第１圧電性結晶部から第２圧電性結晶部に
伝達される雑音となる振動成分、すなわち、コリオリの
力に基づかない振動成分の振幅も変化する。このような
場合、交流信号の振幅は、雑音となる振動成分による信
号の振幅が変化することによって変化し、被検出体の角
速度が零の場合おいても、交流信号の振幅は変化する。
しかしながら、この場合において、交流信号の振幅は変
化するが、位相は変化しない。検出された位相は被検出
体の角速度に対応するので、本装置によれば、温度等の
環境が変化した場合においても、検出される角速度は殆
ど変化しない。

【００１５】また、検出手段は、上記交流信号から方形
波電圧を生成する比較器を備え、この方形波電圧は所定
の方形波電圧と同期検波されることが好ましい。交流信
号は比較器によって方形波電圧に変換される。これらの
方形波電圧は、振幅情報を含まず、その繰り返し周期に
よって規定される位相情報のみを含む。したがって、方
形波電圧は所定の方形波電圧と同期検波されることによ
り、交流信号の位相情報のみを含む信号を出力する。こ
の位相情報は被検出体の角速度に対応する。したがっ
て、交流信号の振幅が変化しても、検出される被検出体
の角速度は殆ど変化しない。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る角速度検出装
置の一形態について、添付の図面を参照して説明する。
なお、以下の説明において、同一要素には同一符号を用
いるものとし、重複する説明は省略する。

【００１７】図１は、実施の形態に係る角速度検出装置
を示す。本装置は、支持台１０１の表面に一端で固定さ
れた振動子１０２及び支持台１０１の裏面に取付けられ
た処理回路１０３を備える。なお、以下の説明におい
て、支持台１０１の裏面から表面に向かう方向を「上」
方向と規定し、これと逆向きの方向を「下」方向と規定
する。

【００１８】支持台１０１は、主表面Ｓ１及び主表面Ｓ
１に平行であってこの主表面Ｓ１から上方に所定距離離
隔した設置表面Ｓ２を有し、主表面Ｓ１と設置表面Ｓ２
とはその境界で段差を形成する。

【００１９】振動子１０２はその一端に固定部１を有
し、固定部１は支持台１０１の設置表面Ｓ２に接着剤等
で固定されている。振動子１０２は、この固定部１、支
持台１０１と所定の間隔を保持しつつ設置表面Ｓ２から
主表面Ｓ１へ向かう方向へ固定部１から延びる支持棒
２、支持棒２によって支持された基体３、基体３から固
定部１に対して離れる方向に延びた一対の励振用振動片
４，５及び基体３から固定部１に近付く方向に延びた一
対の検出用振動片６，７からなる。

【００２０】また、固定部１、支持棒２、基体３及び振
動片４〜７は、一体の圧電性結晶部材及びこの圧電性結
晶部材に取付けられた複数の電極から構成される。本実
施の形態に係る圧電性結晶部材の材料は水晶である。

【００２１】なお、天然の水晶は、一般に柱状結晶であ
り、この柱状結晶の縦方向の中心軸はＺ軸又は光軸と規
定され、Ｚ軸を通り、柱状結晶の各表面に垂直に交わる
線はＹ軸又は機械軸と規定される。また、Ｚ軸を通り、
この柱状結晶の縦方向の稜線と直交する線はＸ軸又は電
気軸と規定される。本振動子１０２に用いられる水晶
は、人工水晶であるが、その構造は天然の水晶と同じで
あるので、説明において、それぞれの軸の方向は上記規
定に従う。すなわち、振動子１０２の厚み方向をＺ軸と
規定し、このＺ軸に直交し、互いに垂直な軸をそれぞれ
Ｘ軸及びＹ軸と規定する。

【００２２】以下、この規定に基づき、振動子１０２に
ついてさらに詳細に説明する。

【００２３】固定部１は、設置台１０１の設置表面Ｓ２
に固定される下面を有する。下面は、その長手方向がＸ
軸に沿っており、Ｘ軸及びＹ軸によって各辺が規定され
る長方形形状を有している。下面に対向する上面も下面
と略同一形状である。なお、上面と下面との間に位置す
る固定部１の外表面を固定部１の側面と規定する。支持
棒２の一端は、固定部１の一側面に連続し、固定部１か
らＹ軸に沿って延びている。基体３は支持棒２の他端に
連続し、Ｘ軸に沿って延びている。

【００２４】図２は、図１に示した振動子１０２をＡ−
Ａ線矢印の方向から見た振動子１０２の断面図である。

【００２５】第１励振用振動片４は、基体３の一端から
Ｙ軸に沿って固定部１から離れる方向に延びており、図
１及び図２に示すように、圧電性結晶からなる圧電性結
晶部４ｐと、圧電性結晶部４ｐの各側面に固定された上
面電極４ａ，４ｄ、下面電極４ｃ，４ｆ、右面電極４ｂ
及び左面電極４ｅとから構成される。

【００２６】圧電性結晶部４ｐのＹ軸に垂直な断面は、
四辺によって規定される概略長方形である。なお、説明
において、概略長方形とは、数学上に規定される厳密な
長方形を意味せず、圧電性結晶部４ｐ製造時のエッチン
グに起因して正確な長方形が形成できない場合、例え
ば、四辺のうちの一辺が屈曲して五角形になったものも
概略四角形と規定する。圧電性結晶部４ｐは、これらの
四辺をそれぞれ含み、Ｙ軸に平行な四側面を有する。こ
れらの圧電性結晶部４ｐの側面のうち、下面は支持台１
０１の主表面Ｓ１に空間を介して対向し、上面は圧電性
結晶部４ｐの下面に対向する。また、圧電性結晶部４ｐ
の残りの二側面は上面及び下面に垂直であり互いに対向
している。これらの二側面のうち、振動片４の先端方向
から見たときに右側に位置するものを右側面、左側に位
置するものを左側面と規定する。

【００２７】上面電極４ａ，４ｄは、それぞれ、圧電性
結晶部４ｐの上面のみに互いに物理的に分離して形成さ
れ、基体３とこの振動片４との境界近傍から振動片４の
先端方向に延びている。下面電極４ｃ，４ｆは、圧電性
結晶部４ｐの下面のみに互いに物理的に分離して形成さ
れ、基体３とこの振動片４との境界近傍から振動片４の
先端方向に延びている。右面電極４ｂは、圧電性結晶部
４ｐの右側面の一部を覆っている。

【００２８】右面電極４ｂは、右側に位置する上面電極
４ａと一定の間隔を保持しつつ、この上面電極４ａの長
手方向に沿って、基体３と振動片４との境界近傍から振
動片４の先端方向に延びており、上面電極４ａと物理的
に分離している。左面電極４ｅは、圧電性結晶部４ｐの
左側面の一部を覆っている。

【００２９】左面電極４ｅも、左側に位置する上面電極
４ｄと一定の間隔を保持しつつ、この上面電極４ｄの長
手方向に沿って、基体３と振動片４との境界近傍から振
動片４の先端方向に延びており、上面電極４ｄと物理的
に分離している。また、左右側面の電極４ｂ，４ｅは、
それぞれ、下面電極４ｃ，４ｆとも一定の間隔を保持
し、物理的に分離している。

【００３０】これらの電極４ａ〜４ｆは、圧電性結晶部
４ｐの全表面を覆う電極を形成した後、各電極間の領域
の電極を除去するのみで、これらの電極を物理的に分離
することができる。すなわち、これらの電極４ａ〜４ｆ
は、フォトリソグラフィ技術のエッチング工程を用いる
ことにより分離できる。

【００３１】第２励振用振動片５は、基体３の一端から
Ｙ軸に沿って固定部１から離れる方向に延びており、図
１及び図２に示すように、圧電性結晶からなる圧電性結
晶部５ｐと、圧電性結晶部５ｐの各側面に固定された上
面電極５ａ，５ｄ、下面電極５ｃ，５ｆ、右面電極５ｂ
及び左面電極５ｅとから構成される。支持棒２の中心線
ＣＬを含むＹＺ面と第２励振用振動片５との間の最短距
離は、この面と第１励振用振動片４との間の最短距離に
等しい。すなわち、励振用振動片４及び５は、支持棒２
に対して対称な位置に配置されている。

【００３２】なお、第２励振用振動片５は、第１励振用
振動片４と同一の構造を有するので、その構造の詳細に
ついては説明を省略する。

【００３３】次に、検出用振動片６及び７について説明
する。

【００３４】図３は、図１に示した振動子１０２をＢ−
Ｂ線矢印の方向から見た振動子１０２の断面図である。

【００３５】第１検出用振動片６は、基体３の一端から
Ｙ軸に沿って固定部１に近付く方向に延びており、図１
及び図３に示すように、圧電性結晶からなる圧電性結晶
部６ｐと、圧電性結晶部６ｐの各角部を覆う右上電極６
ａ、右下電極６ｂ、左上電極６ｃ及び左下電極６ｄとか
ら構成される。第１検出用振動片６の長手方向は、第１
励振用振動片４の長手方向に一致しており、また、これ
らの振動片６及び４は、少なくともＺ軸方向の振動が伝
わるようにその形状および重量等が調整されている。

【００３６】圧電性結晶部６ｐのＹ軸に垂直な断面は、
四辺によって規定される概略長方形である。圧電性結晶
部６ｐは、これらの四辺をそれぞれ含み、Ｙ軸に平行な
四側面を有し、圧電性結晶部６ｐの４つの角部は、それ
ぞれの四側面が交差することによって規定される。これ
らの圧電性結晶部６ｐの側面のうち、下面は支持台１０
１の主表面Ｓ１に空間を介して対向し、上面は圧電性結
晶部６ｐの下面に対向する。また、圧電性結晶部６ｐの
残りの二側面は上面及び下面に垂直であり互いに対向し
ている。これらの二側面のうち、振動片４の先端方向か
ら見たときに右側に位置するものを右側面、左側に位置
するものを左側面と規定する。

【００３７】右上電極６ａは、圧電性結晶部６ｐの上面
と右側面とが交差することにより規定される角部のみを
覆っており、右下電極６ｂは、圧電性結晶部６ｐの下面
と右側面とが交差することにより規定される角部のみを
覆っている。また、左上電極６ｃは、圧電性結晶部６ｐ
の上面と左側面とが交差することにより規定される角部
のみを覆っており、左下電極６ｄは、圧電性結晶部６ｐ
の下面と左側面とが交差することにより規定される角部
のみを覆っている。それぞれの電極６ａ〜６ｄは、互い
に所定の間隔を保持しながら、基体３とこの振動片６と
の境界近傍から振動片６の先端方向に延びており、互い
に物理的に分離している。

【００３８】図４は、図１に示した振動片６をＣ−Ｃ線
矢印の方向から見た振動片６の断面図である。

【００３９】振動片６の質量が変化すると、振動片の固
有振動数は変化する。振動片６の先端側の電極の質量及
び形状変化は、根元側のそれよりも振動片６の固有振動
数に対する影響が大きい。また、先端側に働く応力は根
元側のそれよりも小さいので、振動片６の先端側の電極
の質量及び形状変化は、検出感度への影響が根元側に較
べて小さい。したがって、固有振動数調整のため、図１
及び図４に示すように、振動片６の重心位置よりも先端
側の右上電極６ａ及び左上電極６ｃは、その一部分がト
リミングにより除去された領域ＴＲを有する。換言すれ
ば、振動片６の先端の右上電極６ａと左上電極６ｃとの
間の間隔は、振動片６の根元側の間隔よりも広い。な
お、このような電極の除去は、レーザ加工機を用いて行
うことができる。

【００４０】第２検出用振動片７は、基体３の一端から
Ｙ軸に沿って固定部１に近付く方向に延びており、図１
及び図３に示すように、圧電性結晶からなる圧電性結晶
部７ｐと、圧電性結晶部７ｐの各角部を覆う右上電極７
ａ、右下電極７ｂ、左上電極７ｃ及び左下電極７ｄとか
ら構成される。支持棒２の中心線ＣＬを含むＹＺ面と第
２検出用振動片７との間の最短距離は、この面と第１検
出用振動片６との間の最短距離に等しい。すなわち、こ
れらの検出用振動片６及び７は、励振用振動片４及び５
と同様に、支持棒２に対して対称な位置に配置されてい
る。

【００４１】なお、第２検出用振動片７は、この振動片
７の先端側の電極が第１検出用振動片６のように除去さ
れていない。この点を除いて、第２検出用振動片７は、
第１検出用振動片６と同一の構造を有するので、その構
造の詳細については説明を省略する。また、各振動片４
〜７が安定して振動するように、振動子１０２は、内部
の圧力が大気圧よりも低く設定された密閉容器内に配置
されることが望ましい。

【００４２】また、各圧電性結晶部４ｐ，５ｐ，６ｐ，
７ｐの上面及び下面は、それぞれ、Ｚ軸に対して垂直で
あることが望ましいが、Ｚ軸に垂直な面から１５°以下
の角度だけずれていてもよい。

【００４３】次に、振動子１０２の励振及び角速度の検
出について説明する。

【００４４】図５は、各振動片４〜７の電極４ａ〜４
ｆ，５ａ〜５ｆ，６ａ〜６ｄ，７ａ〜７ｄの接続関係及
びこれらの電極に電気的に接続された処理回路１０３を
示す。

【００４５】励振用振動片４の右側の上下面電極４ａ，
４ｃ及び励振用振動片５の左面電極５ｅは、配線Ｗ１を
介して端子Ｔ１に電気的に接続されている。また、励振
用振動片４の右面電極４ｂ及び励振用振動片５の左側の
上下面電極５ｄ，５ｆは、配線Ｗ２を介して端子Ｔ２に
電気的に接続されている。

【００４６】励振用振動片４の左面電極４ｅ及び励振用
振動片５の右側の上下面電極５ａ，５ｃは、配線Ｗ３を
介して端子Ｔ３に電気的に接続されている。また、励振
用振動片４の左側の上下面電極４ｄ，４ｆ及び励振用振
動片５の右面電極５ｂは、配線Ｗ４を介して端子Ｔ４に
電気的に接続されている。

【００４７】さらに、検出用振動片６の右上電極６ａ，
左下電極６ｄ及び検出用振動片７の右下電極７ｂ，左上
電極７ｃは、配線Ｗ５を介して端子Ｔ５に接続されてい
る。検出用振動片６の右下電極６ｂ，左上電極６ｃ及び
検出用振動片７の右上電極７ａ，左下電極７ｄは、配線
Ｗ６を介して端子Ｔ６に接続されている。なお、これら
の配線Ｗ１〜Ｗ６は、フォトリソグラフィ技術を用い、
図１に示した振動子１０２の支持棒２上の領域を通って
固定部１に至るように形成することが望ましい。

【００４８】また、入力端子Ｔ１〜Ｔ６は処理回路１０
３の入力側に電気的に接続され、処理回路１０３の出力
側には出力端子Ｔ７が電気的に接続されている。

【００４９】処理回路１０３は、励振回路８、電流電圧
変換回路９，１０、差動増幅回路１１及び比較器１２か
ら構成される励振駆動回路と、前記比較器１２、比較器
１７、移相回路１８、同期検波回路１９及び積分回路２
０から構成される検出回路（検出手段）１０３ａとを備
える。さらに、処理回路１０３は、検出回路１０３ａの
入力側に、電流電圧変換回路１３，１４、差動増幅回路
１５及びミキサ回路１６を備え、検出回路１０３ａの出
力側に、オフセット調整回路２１及び増幅回路２２を備
えている。なお、比較器１２は励振駆動回路及び検出回
路１０３ａに兼用されている。

【００５０】図６は、処理回路１０３の動作を説明する
ためのタイミングチャートであり、グラフ（ｃ）及び
（ｆ）〜（ｋ）は、それぞれ、図５の節点Ｃ及びＦ〜Ｋ
の電圧波形を示す。以下、図６を参照しつつ、実施の態
様に係る角速度検出装置の動作について説明する。

【００５１】励振回路８は、入力された交流電圧信号を
２つに分岐し、分岐された交流電圧信号の一方をインバ
ータを用いて反転させて出力する。分岐された交流電圧
信号の一方は端子Ｔ１に入力され、他方はインバータを
介さずに端子Ｔ２に入力される。端子Ｔ２に入力される
Ａ点の電圧は、所定の繰り返し周波数の方形波電圧であ
る。端子Ｔ１に入力される電圧は、この電圧を反転させ
たものであるので、図５の励振用振動片４の右側の上面
電極４ａと右面電極４ｂとの間には、図６（ａ）に示す
方形波電圧（第１交流電圧）が印加される。

【００５２】なお、説明において、方形波電圧とは、そ
の立ち上がり及び立ち下がりの時間が零であって振幅が
一定である厳密なものではなく、その波形が回路の時定
数等により矩形から多少歪んだパルス波電圧であるもの
も方形波電圧と規定する。また、上記電極間に印加され
る第１交流電圧の波形は、振動片４の振動を開始させる
とともにその振動を持続させるものあれば正弦波等であ
ってもよい。

【００５３】励振用振動片４に電圧が印加されると、逆
圧電効果に基づいて圧電性結晶部４ｐは分極し、Ｘ軸方
向に沿って屈曲する。本態様に係る励振用振動片４に
は、所定の繰り返し周波数の方形波電圧が印加されてい
るので、圧電性結晶部４ｐはＸ軸方向に沿って振動す
る。換言すれば、電極４ａ〜４ｃは、第１交流電圧であ
る方形波電圧が印加されることにより、Ｘ軸方向に沿っ
て屈曲するように圧電性結晶部４ｐに設けられている。
なお、繰り返すが、振動片５の構造は振動片４の構造と
同一であるので、端子Ｔ１及びＴ２に接続された電極５
ｅ，５ｄ，５ｆ間に電圧が印加されると圧電性結晶部５
ｐもＸ軸方向に沿って振動する。

【００５４】励振用振動片４が振動すると、振動片４の
左右側面中央領域及び上下面中央領域にに電荷が誘起す
る。左側面に誘起した電荷は左面電極４ｅを介して、上
下面に誘起した電荷は上下面電極４ｄ及び４ｆを介し
て、それぞれ電流電圧変換回路９及び１０によって電圧
信号に変換される。したがって、これらの電流電圧変換
回路９及び１０からの出力が入力される差動増幅回路１
１では、電極４ｅと４ｄとの間の電位差に対応した交流
電圧を検知する。すなわち、電極４ａ，４ｃ，５ｅに接
続された端子Ｔ１と電極４ｂ，５ｄ，５ｆに接続された
端子Ｔとの間に、図６（ａ）で示す方形波電圧を印加す
ることにより、それぞれの励振用振動片４及び５は、あ
る時間において図１の矢印Ｖ１及びＶ２に示すように、
Ｘ軸方向に沿って互いに逆方向に屈曲するように振動す
る。一方、電極４ｅ，５ａ，５ｃに接続された端子Ｔ３
と電極４ｆ，４ｄ，５ｂに接続された端子Ｔ４との間の
電位差に対応する交流電圧は、差動増幅回路１１によっ
て検出される。

【００５５】励振用振動片４の振動によって電流電圧変
換回路９から出力された電圧は、図６（ｂ）に示す正弦
波電圧であり、この電圧と逆位相の正弦波電圧が電流電
圧変換回路１０から出力されるので、これらの正弦波電
圧が入力される差動増幅回路１１からは、図６（ｃ）に
示される正弦波電圧Ｖ_fが出力される。なお、図面記載
の便宜上、図６（ｃ）の電圧波形の振幅は（ｂ）の電圧
波形の振幅よりも小さく記載するが、図６（ｃ）の電圧
波形の振幅は（ｂ）の電圧波形の振幅よりも大きい。こ
こで、図６（ａ）に示す方形波電圧の立ち上がり時間の
位相を−９０°とし、差動増幅回路１１から出力される
励振用交流電圧Ｖ_fは、以下の式で与えられるものとす
る。

【００５６】

【数１】 但し、Ａ_fは振幅、ωは交流電圧の角周波数、ｔは時間
である。

【００５７】差動増幅回路１１から出力された交流電圧
は、比較器１２に入力される。比較器１２は、所定の電
圧レベルよりも高い電圧信号が入力されたときにはハイ
レベルの電圧信号を出力し、所定の電圧レベルよりも低
い電圧信号が入力されたときにはローレベルの電圧信号
を出力する。差動増幅回路１１からは、図６（ｃ）に示
す所定の電圧レベルを振幅中心とする正弦波電圧が出力
されるので、比較器１２からは、この正弦波電圧に同期
した方形波電圧が出力される。したがって、差動増幅器
１１から出力された正弦波電圧は、比較器１２によって
方形波電圧にパルス整形される。

【００５８】励振回路８は、入力された方形波電圧の繰
り返し周期に対応してその極性を反転させて出力する。
したがって、励振回路８、振動子４及び５、電流電圧変
換回路９及び１０、差動増幅回路１１及び比較器１２
は、フィードバックループを構成し、このループは発振
条件を満たしているので、振動片４及び５はＸ軸方向に
沿って持続振動する。このフィードバックループでは、
比較器１２によって振動片４及び５の振動の位相を検知
しながら、振動片４及び５を振動させる方形波を生成し
ているので、振動時の位相が安定する。この位相を基準
として用いれば、後述のコリオリの力によって発生した
電圧信号の位相を高い信頼性で検出できる。

【００５９】励振用振動片対４及び５が速度ＶでＸ軸方
向に沿って振動している状態で、図１の矢印Ωで示す方
向に振動子１０２が回転させられると、励振用振動片４
及び５には、Ｚ軸方向に沿ってＶ×Ωに比例したコリオ
リの力が働き、励振用振動片４及び５は、それぞれＺ軸
に沿った方向にも振動する。

【００６０】一方、検出用振動片６及び７は、それぞれ
励振用振動片４及び５にＺ軸方向の振動が伝わる程度に
機械的に結合しているので、励振用振動片４及び５のＺ
軸方向の振動に伴って検出用振動片６及び７がＺ軸に沿
って振動する。なお、図１の矢印Ｖ３及びＶ４で示すよ
うに、検出用振動片６及び７は、互いに逆位相、すなわ
ち、振動中の任意の時間における各振動片６及び７のＺ
軸方向の速度ベクトルが互いに逆向きになるように振動
する。

【００６１】検出用振動片６及び７が、コリオリの力に
起因してＺ軸方向に屈曲して振動すると、圧電効果によ
り、図５に示す検出用振動片６，７の圧電性結晶部６
ｐ，７ｐの全ての角部に電荷が発生する。これらの電荷
は角部を覆う電極６ａ〜６ｄ及び７ａ〜７ｄによって効
率的に検知されるので、各電極間の電位差は高精度に検
出される。

【００６２】検出用振動片６の右上電極６ａで覆われた
角部に発生した電荷は、電流電圧変換回路１３によって
電圧信号に変換され、左上電極６ｃで覆われた角部に発
生した電荷は、電流電圧変換回路１４によって電圧信号
に変換される。これらの電圧信号は、差動増幅回路１５
に入力されるので、差動増幅回路１５からは電極６ａ及
び６ｃ間の電位差に対応した信号を含む電圧信号が出力
される。

【００６３】この電位差は、コリオリの力による検出用
振動片６の屈曲に基づいて発生したものであるので、こ
の電位差に対応する信号を検知すれば、コリオリの力、
すなわち、振動子１０２に働いた回転角速度を検出する
ことができる。

【００６４】また、検出用振動片７の右上電極７ａで覆
われた角部に発生した電荷は、電流電圧変換回路１４に
よって電圧信号に変換され、左上電極７ｃで覆われた角
部に発生した電荷は、電流電圧変換回路１３によって電
圧信号に変換される。検出用振動片７から出力されたこ
れらの電圧信号も、差動増幅回路１３に入力されるの
で、差動増幅回路１５から出力される電圧信号には、電
極７ａ及び７ｃ間の電圧に対応した信号成分も含まれ
る。

【００６５】検出用振動片６の残りの角部を覆う電極６
ｄ及び６ｂからの信号は、それぞれ電極６ａ及び６ｃか
らの信号に重畳され、検出用振動片７の残りの角部を覆
う電極７ｄ及び７ｂからの信号は、電極７ａ及び７ｃか
らの信号にそれぞれ重畳される。したがって、これらの
重畳により、雑音成分に対するコリオリの力に基づく電
圧成分の強度は高くなるので、これらの重畳により、本
装置による角速度の検出精度はさらに高くなる。

【００６６】したがって、差動増幅回路１５は、圧電性
結晶部４ｐ及び５ｐに設けられた電極４ａ〜４ｆ，５ａ
〜５ｆ間に第１交流電圧Ｖ_fを印加することにより、圧
電性結晶部６ｐ及び７ｐに設けられた別の電極６ａ〜６
ｄ，７ａ〜７ｄ間に発生する電位差に対応する第２交流
電圧Ｖ_oを出力する。

【００６７】図６（ｅ）は、差動増幅回路１５から出力
される第２交流電圧である交流電圧Ｖ_oのうち、コリオ
リの力に基づく交流電圧の成分を示す。すなわち、コリ
オリの力に基づく交流電圧Ｖ_sは、以下の式で与えられ
る。

【００６８】

【数２】 但し、Ａ_sは定数、Ωは角速度、Φ_sは位相である。

【００６９】振動片４〜７の断面形状は、上述のエッチ
ングの不完全性に基づいて完全な長方形にならない場合
が多く、その断面形状は重心を含むＹＺ面に対して対称
ではない。ここで、励振用振動片４及び５はＸ軸方向に
沿って振動させているが、振動片４及び５の振動は、そ
の形状の異方性又は非対称性に基いてＺ軸方向に沿った
漏れ振動成分を有する。検出用振動片６及び７はＺ軸方
向の振動が伝わる程度に励振用振動片４及び５に機械的
に結合しているので、この漏れ振動は、励振用振動片４
及び５から検出用振動片６及び７に伝達される。図６
（ｄ）は、差動増幅回路１５から出力される交流電圧Ｖ
_oのうち、漏れ振動に基づく交流電圧Ｖ_nの成分を示す。
すなわち、漏れ振動に基づく交流電圧Ｖ_nは、以下の式
で与えられる。

【００７０】

【数３】 但し、Ａ_nは振幅、Φ_nは位相である。

【００７１】この漏れ振動に基づく交流電圧Ｖ_nは、図
６（ｃ）に示す励振用振動片４及び５から出力された交
流電圧Ｖ_fと位相がΦ_nずれている。なお、Ｚ軸方向に沿
った漏れ振動に基づく交流電圧Ｖ_nの振幅Ａ_nは、Ｚ軸方
向に沿ったコリオリの力に基づく交流電圧Ｖ_sの振幅Ａ_s
×Ωよりも大きい。

【００７２】差動増幅回路１５からは、図６（ｅ）のコ
リオリの力に基づく交流電圧Ｖ_sに、図６（ｄ）に示す
漏れ振動成分に基づく交流電圧Ｖ_nが重畳された第２交
流電圧Ｖ_oが出力される。図６（ｆ）は、差動増幅回路
１５から出力される第２交流電圧Ｖ_oを示し、以下の式
で与えられる。

【００７３】

【数４】 但し、Ａ_oは振幅、Φ_oは位相である。

【００７４】ここで、周囲の温度が一定の場合、差動増
幅回路１１から出力される励振用交流電圧Ｖ_fの振幅Ａ_f
が変化すると、漏れ振動による交流電圧Ｖ_nの振幅Ａ
_nは、励振用交流電圧Ｖ_fの振幅Ａ_fに比例して変化す
る。しかしながら、励振用交流電圧Ｖ_fの振幅Ａ_fが変化
しても、漏れ振動による交流電圧Ｖ_nの位相Φ_nは殆ど変
化しない。

【００７５】コリオリの力が振動片４及び５に加わって
いない状態、すなわち、角速度Ω＝０の状態では、式４
から明らかなように、検出用交流電圧Ｖ_oは漏れ振動に
よる交流電圧Ｖ_nに一致する。上述のように、励振用交
流電圧Ｖ_fの振幅Ａ_fが変化しても、漏れ振動による交流
電圧Ｖ_nの位相Φ_nは変化しないので、角速度Ω＝０の状
態では、励振用交流電圧Ｖ_fの振幅Ａ_fが変化しても、検
出用交流電圧Ｖ_oの位相Φ_oは変化しない。換言すれば、
差動増幅回路１５から出力される検出用交流電圧Ｖ_oの
振幅Ａ_oは変化するが、その位相Φ_oは変化しない。

【００７６】一方、励振用振動片４及び５にコリオリの
力が働いたときには、差動増幅回路１５から出力される
検出用交流電圧Ｖ_oの振幅Ａ_o及び位相Φ_oが変化する。
したがって、この検出用交流電圧Ｖ_oの位相Φ_oを検知す
れば、コリオリの力に基づく被検出体の角速度を検出す
ることができる。

【００７７】なお、差動増幅回路１５から出力される交
流電圧Ｖ_oの位相Φ_oの変化の線形性は、コリオリの力に
基づく交流電圧信号Ｖ_sに重畳される信号の振幅が大き
く位相差が大きいほど高い。したがって、本装置では、
このような信号、すなわち、コリオリの力に基づく交流
電圧信号Ｖ_sに比較して振幅が大きく、位相が９０°ず
れた励振用交流電圧信号Ｖ_fを、ミキサ回路１６によっ
て検出用交流信号Ｖ_oに重畳する。なお、漏れ信号は製
造誤差又は温度により変化するが、この変化に対して振
幅の大きな励振用の交流電圧信号Ｖ_fの変化は小さい。
したがって、ミキサ回路１６により重畳された信号は安
定度が高く、検出出力が安定する。

【００７８】ミキサ回路１６は、図６（ｃ）に示す励振
側の差動増幅回路１１から出力された励振用交流電圧信
号Ｖ_fの一部と、検出側の差動増幅回路１５から出力さ
れた検出用交流電圧信号Ｖ_oとを合成する。ミキサ回路
１６からの出力電圧Ｖ_tを図６（ｇ）に示す。このミキ
サ回路１６から出力された交流電圧信号Ｖ_tの位相は、
コリオリの力に基づく交流電圧Ｖ_sの振幅Ａ_s×Ωに略比
例して変化する。この交流電圧信号Ｖ_tは以下の式で与
えられる。

【００７９】

【数５】 但し、Ａ_tは振幅、Φ_tは位相である。

【００８０】ミキサ回路１６から出力された交流電圧信
号は、比較器１７に入力される。比較器１７は、所定の
電圧レベルよりも高い電圧信号が入力されたときにはハ
イレベルの電圧信号を出力し、所定の電圧レベルよりも
低い電圧信号が入力されたときにはローレベルの電圧信
号を出力する。ミキサ回路１６からは、第２交流電圧Ｖ
_oに基づく信号、すなわち、所定の電圧レベルを振幅中
心とする交流電圧Ｖ_tが出力されるので、比較器１７か
らは、この交流電圧Ｖ_tに同期した方形波電圧が出力さ
れる。図６（ｈ）は、比較器１７から出力された方形波
電圧を示す。

【００８１】一方、励振側の比較器１２から出力された
方形波電圧は、移相回路１８に入力され、図６（ｉ）に
示すように、その位相が図６（ｃ）の交流電圧Ｖ_fに対
して９０°ずらされる。励振側の比較器１２から出力さ
れた第１方形波電圧と検出側の比較器１７から出力され
た第２方形波電圧は、同期検波回路１９に入力され、こ
れらの方形波電圧は図６（ｊ）に示すように掛合わされ
る。

【００８２】これらの第１及び第２方形波電圧は振幅情
報を含まずその繰り返し周期によって規定される位相情
報のみを含む。したがって、第２方形波電圧は第１方形
波電圧と同期検波されることにより、第２交流電圧に基
づく信号の位相情報のみを含む信号を出力する。すなわ
ち、方形波電圧は振幅情報が除去されており、位相情報
のみを含んでいる。処理回路１０３を構成する増幅器の
増幅率、コンデンサの容量、抵抗の抵抗値等が変化する
と、第２交流電圧に基づく交流電圧信号（ｇ）の振幅が
変化する。しかしながら、第１及び第２方形波電圧は振
幅情報を含んでいないので、処理回路１０３の信号雑音
比を向上させることができ、最終的に検出される被検出
体の角速度の検出精度を向上させることができる。

【００８３】上記処理回路１０３を構成する素子の特性
は温度等により変化する。したがって、本処理回路１０
３では、第２交流電圧に基づく信号を第２方形波電圧に
変換し、これと第１方形波電圧とを比較しているので、
処理回路１０３の検出出力が温度変化に対して変化しな
い。また、本装置は、この構成を用いているので、特定
の温度補償回路を用いる必要がなく、装置を安価に製造
することができる。

【００８４】同期検波回路１９から出力された交流電圧
信号の直流成分は、ミキサ回路１６から出力された交流
電圧信号の位相、すなわち、コリオリの力に基づく交流
電圧信号Ｖ_sの振幅Ａ_s×Ωに略比例して変化する。した
がって、同期検波回路１９から出力された交流電圧信号
を積分回路２１に入力すれば、コリオリの力に依存して
変化する直流電圧信号を得ることができる。なお、同期
検波回路１９から出力される方形波の振幅を１としてゼ
ロクロスしているとすると、出力Ｖ_yは以下の式で与え
られる。

【００８５】

【数６】

【００８６】なお、被検出体の角速度が０のときに、増
幅回路２２から出力される直流電圧信号が２．５Ｖとな
るように、オフセット調整回路２１は調整される。した
がって、被検出体の角速度に依存した直流電圧信号が出
力端子Ｔ７から出力される。

【００８７】以下、本実施例に係る装置の更なる利点に
ついて説明する。

【００８８】図７は、励振用振動片４又は５のＸ軸及び
Ｚ軸方向の振動のＱ値の周波数特性を示すグラフであ
る。

【００８９】励振用振動片４又は５のＸ軸方向の振動の
周波数が、振動片４のＸ軸方向の固有振動数ｆ_xに一致
したときにＸ軸方向の振動（水平振動）ＡのＱ値が最も
高くなり、したがって、振動片４のＸ軸方向の振動は、
最も大きな振幅で振動する。一方、励振用振動片４のＺ
軸方向の振動の周波数が、振動片４のＺ軸方向の固有振
動数ｆ_zに一致したときにはＺ軸方向の振動（垂直振
動）ＢのＱ値が最も高くなり、したがって、振動片４の
Ｚ軸方向の振動は、最も大きな振幅で振動する。

【００９０】ここでは、振動片４を周波数ｆ_xでＸ軸方
向に振動させたときのＱ値（Ｑ_m）に対するこの周波数
ｆ_xで振動片４がＺ軸方向に振動するときのＱ値（Ｑ₁）
の比率を伝達効率ηとする。振動片４のＸ軸方向の固有
振動数ｆ_xとＺ軸方向の固有振動数ｆ_zが一致する場合、
すなわち、周波数差ｆ_z−ｆ_x＝０の場合には、伝達効率
ηは最大となり、振動片４のＸ軸及びＺ軸方向に沿った
振動の振幅を双方とも最大にすることができる。また、
それぞれの方向の固有振動数ｆ_x及びｆ_zが互いに離れる
ほど伝達効率ηは低下し、Ｘ軸方向の振動の振幅を最大
とする周波数ｆ_xで振動片４を振動させたときにおい
て、Ｚ軸方向の振動の振幅は低下する。振動片４のＸ軸
方向の振動のＱ値の周波数特性は、温度依存性を有し、
Ｚ軸方向のそれと異なるので、伝達効率ηは温度によっ
て変化する。

【００９１】励振用振動片４をＸ軸方向に沿って振動さ
せているとき、振動片４の形状の異方性又は非対称性等
に基づいて漏れ振動が誘起する。Ｚ軸方向の振動の振幅
は、伝達効率ηに依存するので、温度変化によって伝達
効率ηが大きくなると、漏れ振動の振幅は大きくなる。
すなわち、温度変化による漏れ振動の影響を低減させる
ためには、Ｘ軸方向とＺ軸方向の固有振動数を異ならせ
た方が良いが、この場合にはコリオリの力によるＺ軸方
向の振動成分の振幅も小さくなる。一方、コリオリの力
による振動の振幅を増加させるためには、Ｘ軸方向とＺ
軸方向の固有振動数を近づけた方が好ましいが、この場
合には漏れ振動による振動成分の振幅が大きくなる。

【００９２】図８は、漏れ振動によるＸＺ平面内の振動
片４の重心の動きを説明する図である。漏れ振動による
交流電圧Ｖ_nは、励振用振動片４がＸ軸と所定の角度で
交差する方向に沿って実線矢印Ｌ１に示すような往復直
線運動することによって発生した交流電圧Ｖ_nxと、励振
用振動片４及び５が実線矢印Ｅ１に示すようなＸ軸に一
致した長軸を有する楕円運動をすることによって発生し
た交流電圧Ｖ_nzの合成電圧と考えられる。

【００９３】すなわち、交流電圧Ｖ_nx及びＶ_nzは以下の
式で表される。

【００９４】

【数７】 但し、ｋ_nxは定数、ｋ_ofは伝達効率ηが０のときの振幅
Ａ_nxの値である。

【００９５】

【数８】

【００９６】但し、ｋ_nzは定数、ｋ_ofzは伝達効率ηが
０の時、形状の非対称性によって発生する上記往復直線
運動によって誘起される電圧の振幅Ａ_nzの値である。

【００９７】なお、上記（式２）の定数Ａ_sは、以下の
式で与えられる。

【００９８】

【数９】

【００９９】伝達効率ηが増加すると漏れ振動のＺ軸方
向に沿った成分は大きくなるので、上記往復直線運動及
び楕円運動は、それぞれ、図８の実線矢印Ｌ１及びＥ１
に示される運動から点線矢印Ｌ１及びＥ１に示される運
動に変化し、漏れ振動は図９の実線矢印Ｃ１から点線矢
印Ｃ１に示される運動に変化する。

【０１００】したがって、伝達効率ηの変化に伴って、
漏れ振動によって発生する交流電圧Ｖ_nを構成する交流
電圧の振幅Ａ_nx及びＡ_nzが変化し、漏れ振動による交流
電圧Ｖ_nの振幅Ａ_nが変化する。

【０１０１】上述の装置によれば、コリオリの力が励振
用振動片４及び５に加わっていない状態で、漏れ振動に
よる交流電圧Ｖ_nの振幅Ａ_nが変化しても、検出用交流電
圧Ｖ_oの位相は変化しない。したがって、このような状
態において、温度等の環境の変化により伝達効率ηが変
化して振幅Ｖ_nが変化しても、また、励振用交流電圧Ｖ_f
の振幅Ａ_fが変化しても、本装置はコリオリの力、すな
わち、被検出体の角速度を正確に検出することができ
る。このように、本装置は伝達効率ηの変化に対して検
出出力があまり変らないので、Ｘ軸方向の固有振動数ｆ
_x及びｆ_zを従来に比してさらに近づけて伝達効率ηを増
加させ、コリオリの力による振動の振幅を大きくするこ
とができ、したがって、検出出力の信号雑音比を向上さ
せることができる。なお、本実施例の装置によれば、振
動片４及び５の形状の異方性又は非対称性を改善すれ
ば、ミキサ回路１６で混合される励振用交流電圧の割合
が高くなるので検出出力の精度をさらに向上させること
ができる。

【０１０２】図１０は、コリオリの力が振動子１０２に
働いていない状態（Ω＝０deg/sec）で、励振用振動片
４及び５の振動の振幅が変化したときの増幅回路２２か
ら出力される直流電圧値を示すグラフである。なお、ｋ
_nz・η＝５ｍＶとし、Ｋ_ofz＝０、ｋ_nx・η＝３．５ｍ
Ｖ、ｋ_of＝１１ｍＶとする。センサの感度は１５．３μ
Ｖである。図１１は、この状態で、上記従来の装置から
出力される直流電圧値を比較として示すグラフである。
これらのグラフから明らかなように、上記従来の装置の
出力は、励振用振動片４及び５の振動の振幅の変化に伴
って変化するが、本装置の出力は変化しない。また、コ
リオリの力が励振用振動片４及び５に加わっている状態
においても、漏れ振動による交流電圧Ｖ_nの振幅変化に
よる検出用交流電圧Ｖ_oの位相変化は小さいので、本装
置によれば、被検出体の角速度の検出精度を従来に比し
て向上させることができる。

【０１０３】なお、上記角速度検出装置を自動車等の被
検出体に搭載した場合には、必ずしも被検出体の回転中
心軸が支持棒２の中心線ＣＬと一致するとは限らない
が、被検出体の運動に支持棒２の中心線ＣＬを中心とす
る回転成分が含まれれば、被検出体の角速度は検出する
ことができる。

【０１０４】図１２は、角速度と検出出力の関係を示す
グラフである。自動車用の角速度検出装置では、一般に
５Ｖの単一電源を使用している。角速度検出装置は、自
動車の例えばヨーイングを検出して、この検出出力を車
体の姿勢制御に用いる。走行中の自動車の進行方向が変
化すると、角速度検出装置で検出される角速度が変化す
る。検出される角速度が零のとき、角速度検出装置は所
定レベルの電圧値を出力する。ヨーイングの方向に応じ
て出力される電圧値はこの所定のレベルを基準として変
化する。したがって、自動車の走行中において予想され
る正方向の最大の角速度（Ω_max＝１００deg/sec）のと
きに、５Ｖに近い４Ｖを出力し、負方向の最大の角速度
−Ω_maxのときに、０Ｖに近い０．５Ｖを出力させれ
ば、５Ｖの単一電源で全ての大きさの角速度を検出する
ことができる。本実施の態様に係る角速度検出装置の出
力は、オフセット調整回路２１によって、２．５Ｖが前
記所定のレベルとなるようにオフセット調整されている
ので、５Ｖの単一電源で角速度検出装置を駆動すること
ができる。

【０１０５】さらに、本装置の振動子１０２は、４つの
振動片４〜７を用いたが、これは、２つの振動片のみを
用い、それぞれの振動片に励振用の電極及び検出用の電
極を配置してもよく、また、本装置の圧電性結晶の材料
は、水晶を用いたが、これはＬｉＴａＯ₃等の圧電性結
晶を代りに用いてもよい。さらに、圧電性結晶の材料と
して、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等を用い、この
圧電性結晶を電極で挟んで金属等に貼り着けて振動片と
してもよい。

【０１０６】もちろん、上記２つの振動片のみを使用し
た振動子は、互いに平行に延びた２つの金属柱２０１，
２０２の側面にＰＺＴ圧電性結晶及び電極からなる圧電
体を貼り着けて構成してもよく、図１３はこのような振
動子を振動片の長手方向に垂直な平面で切ったときの振
動片の断面及び各電極に接続された配線を示す。同図で
は振動片の励振に必要な圧電体２０３〜２０６が取付け
られた部分の断面のみを示すが、振動片の励振と検出と
は、圧電効果と逆圧電効果の違いのみであるので、金属
柱２０１，２０２の左右面に取付けられた電極２０３〜
２０６を上下面に取付け、これらの電極を図５に示した
コリオリの力検出用の端子Ｔ５及びＴ６に接続すれば、
上記実施の態様と同様の機能を奏する角速度検出装置を
提供することができる。

【０１０７】また、上記実施の態様に係る角速度検出装
置では、圧電性結晶部４ｐ及び５ｐに設けられた電極４
ａ〜４ｆ，５ａ〜５ｆ間に印加される第１交流電圧は、
方形波電圧であるが、振動片４及び５の振動を開始させ
るとともにその振動を持続させるものあれば正弦波電圧
等であってもよい。

【０１０８】圧電性結晶部４ｐ及び５ｐの振動に伴っ
て、圧電性結晶部４ｐ及び５ｐに設けられた電極４ａ〜
４ｆ，５ａ〜５ｆ間には、圧電効果に基づく電位差が発
生する。上記実施の態様に係る角速度検出装置では、こ
の電位差に基づいて流れる電流を電圧に変換し、変換さ
れた電圧を差動増幅回路１５で増幅し、第２交流電圧と
して出力したが、この電位差は、波形整形、増幅又は位
相変換等が行われてもよく、また、第２交流電圧は、こ
の電位差そのものであってもよい。

【０１０９】さらに、上記実施の態様に係る角速度検出
装置では、第２交流電圧に基づく信号には、コリオリの
力に基づく電圧成分Ｖ_s、漏れ振動に基づく電圧成分
Ｖ_n、励振の振動に対応した電圧成分Ｖ_fが含まれるが、
漏れ振動に基づく電圧成分Ｖ_n及び励振の振動に対応し
た電圧成分Ｖ_fは、どちらか一方の成分が含まれれば、
第２交流電圧に基づく信号の位相は変化する。また、コ
リオリの力に基づく電圧成分Ｖ_sに別の基準となる交流
電圧成分を重畳しても、重畳された電圧信号の位相は変
化し、この位相を検出することにより、コリオリの力を
検出することができる。

【０１１０】また、上記実施の態様の角速度検出装置で
は、第２方形波電圧と同期検波される第１方形波電圧
を、圧電性結晶部４ｐ及び５ｐを励振させる交流電圧の
一部から生成したが、第１方形波電圧は、第２方形波電
圧の位相検知の基準となればよいので、例えば、基準と
なる別のクロックから第１方形波電圧を発生させてもよ
い。

【０１１１】以上、説明したように、本実施の態様に係
る角速度検出装置は、所定の軸回りの回動運動を行う被
検出体に設けられ、被検出体の角速度を検出する装置を
対象とし、振動する第１部分４及び第１部分４に機械的
に結合し、第１部分４の振動の速度Ｖ１及び角速度Ωの
大きさに依存して第１部分４に働く力によって、この力
の方向Ｖ３に沿った振動成分を含む振動を行うことが可
能な第２部分６を有する振動子１０２と、第２部分６に
接続され、第２部分６の前記力に基づく振動成分に対応
した交流信号成分（図６（ｅ））及び別の交流信号成分
（図６（ｄ）又は（ｃ））を含む交流信号（図６
（ｇ））の位相を検出する検出手段１０３ａとを備え
る。

【０１１２】本装置によれば、環境変化に伴って、交流
信号（図６（ｇ））の振幅は変化するが位相はあまり変
化しない。検出手段１０３ａで検出される交流信号（図
６（ｇ））の位相は、被検出体の角速度に対応する。し
たがって、本装置によれば、環境の変化が起こった場合
においても角速度を正確に検出できる。

【０１１３】さらに、第１部分４は、圧電性結晶からな
る第１圧電性結晶部４ｐと、交流電圧（図６（ａ））を
印加することにより、第１圧電性結晶部４ｐが所定方向
（Ｘ軸方向）に沿って振動するように、第１圧電性結晶
部４ｐに設けられた少なくとも２つの電極４ａ，４ｂと
を有し、第２部分６は、圧電性結晶からなり、前記第１
圧電性結晶部４ｐに機械的に結合した第２圧電性結晶部
６ｐと、第２圧電性結晶部６ｐに設けられた少なくとも
２つの別の電極６ａ，６ｃとを有し、検出手段１０３ａ
によってその位相が検出される前記交流信号は、前記別
の電極６ａ，６ｃ間の電位差に対応した信号（図６
（ｆ））又はこの信号（図６（ｆ））に別の交流信号成
分（図６（ｃ））が重畳された信号であることが好まし
い。

【０１１４】本装置によれば、検出手段１０３ａは、交
流信号（図６（ｇ））の位相を第２圧電性結晶部の圧電
効果に基づく信号を用いて検出する。第１及び第２の圧
電性結晶部の温度特性が変化した場合においても、交流
信号（図６（ｇ））の位相はあまり変化しない。したが
って、本装置によれば、環境の変化が起こった場合にお
いても角速度を正確に検出できる。

【０１１５】また、検出手段１０３ａは、交流信号（図
６（ｇ））から方形波電圧（図６（ｈ））を生成する比
較器１７を備え、方形波電圧は所定の方形波電圧（図６
（ｉ））と同期検波されることが好ましい。交流信号
（図６（ｇ））は比較器１７によって方形波電圧に変換
される。この方形波電圧（図６（ｈ））は所定の方形波
電圧（図６（ｉ））と同期検波されることにより、交流
信号（図６（ｇ））の位相情報のみを含む信号を出力す
る。この位相情報は被検出体の角速度に対応する。した
がって、交流信号（図６（ｇ））の振幅が変化しても、
検出される被検出体の角速度は変化しない。

【０１１６】さらに、本装置は、前記別の電極６ａ，６
ｃ間の電位差に対応した信号（図６（ｆ））に、上記別
の交流信号成分（図６（ｃ））を重畳するミキサ回路１
６を備え、前記別の交流信号成分（図６（ｃ））の振幅
は、前記別の電極６ａ，６ｃ間の電位差に対応した前記
信号（図６（ｆ））の振幅よりも大きいことが好まし
い。この場合、ミキサ回路１６により、振幅の大きな信
号が上記別の交流信号成分（図６（ｃ））として、信号
（図６（ｆ））に重畳されるので、同期検波される交流
信号が安定し、最終的に検出される角速度の検出精度を
向上させることができる。

【０１１７】

【発明の効果】以上のように、本発明による角速度検出
装置によれば、第２部分の振動成分に対応する交流信号
成分を含む交流信号の振幅は、環境の変化によって変化
するが、その位相はあまり変化しない。この交流信号の
位相は、被検出体の角速度の大きさに依存する。検出手
段は、交流信号の位相を検出するので、検出される角速
度の検出精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る角速度検出装置の斜
視図。

【図２】図１に示した振動子をＡ−Ａ線矢印に沿って切
った断面図。

【図３】図１に示した振動子をＢ−Ｂ線矢印に沿って切
った断面図。

【図４】図１に示した振動片をＣ−Ｃ線矢印に沿って切
った断面図。

【図５】本発明の実施の形態に係る角速度検出装置のシ
ステムを示すブロック図。

【図６】角速度検出装置内の電圧波形を示す図。

【図７】振動片のＱ値の周波数特性を示す図。

【図８】振動片の漏れ振動による重心位置の運動を各成
分に分解して示す図。

【図９】振動片の重心位置の運動を示す図。

【図１０】実施の形態に係る角速度検出装置の出力電圧
の振動片の振幅依存性を示す図。

【図１１】比較となる角速度検出装置の出力電圧の振動
片の振幅依存性を示す図。

【図１２】角速度と出力電圧の関係を示す図。

【図１３】別の角速度検出装置の振動子の断面の端面
図。

【符号の説明】

４ｐ…第１圧電性結晶部、４ａ，４ｂ…電極、６ｐ…第
２圧電性結晶部、６ａ，６ｃ…別の電極、１０２…振動
子、１０３ａ…検出回路、１７…比較器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の軸回りの回動運動を行う被検出体
   に設けられ、前記被検出体の角速度を検出する角速度検
   出装置において、 振動する第１部分及び前記第１部分に機械的に結合し、
   前記第１部分の振動の速度及び前記角速度の大きさに依
   存して前記第１部分に働く力によって、前記力の方向に
   沿った振動成分を含む振動を行うことが可能な第２部分
   を有する振動子と、 前記第２部分に接続され、前記第２部分の前記力に基づ
   く前記振動成分に対応した交流信号成分及び別の交流信
   号成分を含む交流信号の位相を検出する検出手段と、を
   備えることを特徴とする角速度検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の角速度検出装置におい
   て、 前記第１部分は、圧電性結晶からなる第１圧電性結晶部
   と、交流電圧を印加することにより、前記第１圧電性結
   晶部が所定方向に沿って振動するように、前記第１圧電
   性結晶部に設けられた少なくとも２つの電極とを有し、 前記第２部分は、圧電性結晶からなり、前記第１圧電性
   結晶部に機械的に結合した第２圧電性結晶部と、前記第
   ２圧電性結晶部に設けられた少なくとも２つの別の電極
   とを有し、 前記検出手段によってその位相が検出される前記交流信
   号は、前記別の電極間の電位差に対応した信号又は前記
   信号に前記別の交流信号成分が重畳された信号であるこ
   とを特徴とする角速度検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の角速度検
   出装置において、 前記検出手段は、前記交流信号から方形波電圧を生成す
   る比較器を備え、前記方形波電圧は所定の方形波電圧と
   同期検波されることを特徴とする角速度検出装置。