JP2003194543A - 角速度センサ - Google Patents
角速度センサInfo
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- JP2003194543A JP2003194543A JP2001397695A JP2001397695A JP2003194543A JP 2003194543 A JP2003194543 A JP 2003194543A JP 2001397695 A JP2001397695 A JP 2001397695A JP 2001397695 A JP2001397695 A JP 2001397695A JP 2003194543 A JP2003194543 A JP 2003194543A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ヌル電圧の発生を防止してセンサの温度特性
を向上させ、使用環境に拘わらず高精度に角速度を計測
できる角速度センサを提供する。 【解決手段】 圧電材料からなり、同一平面において第
１の方向に平行に形成された第１、第２の片持ち振動脚
と、これら第１、第２の片持ち振動脚を支持する基台と
からなる振動子と、第１の片持ち振動脚に設けられ、交
流電圧の印加により第１の方向に直交する第２の方向に
第１の片持ち振動脚を屈曲振動させる励振電極と、第２
の片持ち振動脚に設けられ、第１の方向および第２の方
向と直交する第３の方向の屈曲振動の大きさに応じた電
気信号を検出する検出電極とを備え、第１、第２の片持
ち振動脚は、第２の方向における屈曲振動の固有振動数
が異なり、かつ第３の方向における屈曲振動の固有振動
数が等しいことを特徴とする。
を向上させ、使用環境に拘わらず高精度に角速度を計測
できる角速度センサを提供する。 【解決手段】 圧電材料からなり、同一平面において第
１の方向に平行に形成された第１、第２の片持ち振動脚
と、これら第１、第２の片持ち振動脚を支持する基台と
からなる振動子と、第１の片持ち振動脚に設けられ、交
流電圧の印加により第１の方向に直交する第２の方向に
第１の片持ち振動脚を屈曲振動させる励振電極と、第２
の片持ち振動脚に設けられ、第１の方向および第２の方
向と直交する第３の方向の屈曲振動の大きさに応じた電
気信号を検出する検出電極とを備え、第１、第２の片持
ち振動脚は、第２の方向における屈曲振動の固有振動数
が異なり、かつ第３の方向における屈曲振動の固有振動
数が等しいことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コリオリ力を利用
して角速度を検出する角速度センサに関し、特にピエゾ
素子（ＰＺＴ）等の圧電素子を使用したピエゾエレクト
リック・バイブレーション・ジャイロ（Ｐｉｅｚｏｅｌ
ｅｃｔｒｉｃ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｇｙｒｏ：ＰＶ
Ｇ）に関する。
して角速度を検出する角速度センサに関し、特にピエゾ
素子（ＰＺＴ）等の圧電素子を使用したピエゾエレクト
リック・バイブレーション・ジャイロ（Ｐｉｅｚｏｅｌ
ｅｃｔｒｉｃ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｇｙｒｏ：ＰＶ
Ｇ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＰＶＧは、飛行機の慣性航法、自動車・
ロボットの姿勢制御をはじめ、カーナビでの自立航法、
カメラの手ブレ補正など広く利用されている。そして、
ＰＶＧの多くはセンサ素子として音叉型の振動子が用い
られ、対となる振動脚部にそれぞれ、１方向に振動を励
起する「励振電極」、および、角速度を検出する「検出
電極」を構成して、直交座標系において、振動に平行な
第１軸と直交する第２軸の廻りに発生する角速度の大き
さを、第３軸方向に発生する慣性力「コリオリの力」を
利用して検出するものである。
ロボットの姿勢制御をはじめ、カーナビでの自立航法、
カメラの手ブレ補正など広く利用されている。そして、
ＰＶＧの多くはセンサ素子として音叉型の振動子が用い
られ、対となる振動脚部にそれぞれ、１方向に振動を励
起する「励振電極」、および、角速度を検出する「検出
電極」を構成して、直交座標系において、振動に平行な
第１軸と直交する第２軸の廻りに発生する角速度の大き
さを、第３軸方向に発生する慣性力「コリオリの力」を
利用して検出するものである。
【０００３】従来のセンサ素子として、水晶式音叉型振
動子を例に、図８を参照して、説明する。センサ素子１
０１は、第１の振動脚１０２、および、第２の振動脚１
０３を有する。そして、第１の振動脚１０２の表裏の面
と側面には、励振電極１０４−１、１０４−２が形成さ
れ、それぞれ端子Ｐ１、Ｐ２の２端子に接続されて構成
される。一方、第２の振動脚１０３の側面には、検出電
極１０５−１、１０５−２が形成され、それぞれ端子Ｐ
３、Ｐ４の２端子に接続されて構成される。
動子を例に、図８を参照して、説明する。センサ素子１
０１は、第１の振動脚１０２、および、第２の振動脚１
０３を有する。そして、第１の振動脚１０２の表裏の面
と側面には、励振電極１０４−１、１０４−２が形成さ
れ、それぞれ端子Ｐ１、Ｐ２の２端子に接続されて構成
される。一方、第２の振動脚１０３の側面には、検出電
極１０５−１、１０５−２が形成され、それぞれ端子Ｐ
３、Ｐ４の２端子に接続されて構成される。
【０００４】ここで、前記各軸について、第１軸をＸ
軸、第２軸をＹ軸、第３軸をＺ軸と定義する。端子Ｐ１
−Ｐ２間にこのセンサ素子固有の周波数の交流電圧を印
加すると、励振電極１０４−１、１０４−２により発生
する、第１の振動脚１０２内部を貫通する交流電界によ
る逆圧電効果のため、Ｙ軸方向の伸縮運動が発生し、そ
れが合成された結果、速度Ｖｓｉｎ（ｔ）を持ってＸ軸
に平行な屈曲運動をするようになる。そして、寸法が同
一で固有振動数が同じの第２の振動脚１０３も振動のバ
ランスをとるため、この振動に同期して逆相の屈曲振動
をすることになり、一般によく知られる「音叉の振動姿
態」を構成する。
軸、第２軸をＹ軸、第３軸をＺ軸と定義する。端子Ｐ１
−Ｐ２間にこのセンサ素子固有の周波数の交流電圧を印
加すると、励振電極１０４−１、１０４−２により発生
する、第１の振動脚１０２内部を貫通する交流電界によ
る逆圧電効果のため、Ｙ軸方向の伸縮運動が発生し、そ
れが合成された結果、速度Ｖｓｉｎ（ｔ）を持ってＸ軸
に平行な屈曲運動をするようになる。そして、寸法が同
一で固有振動数が同じの第２の振動脚１０３も振動のバ
ランスをとるため、この振動に同期して逆相の屈曲振動
をすることになり、一般によく知られる「音叉の振動姿
態」を構成する。
【０００５】この状態において、Ｙ軸廻りの角速度
（Ω）を印加すると、Ｚ軸方向に慣性力のひとつ、コリ
オリ力（Ｆｃ）が発生し、当初の屈曲振動姿態はＺ軸方
向成分を持って振動するようになる。ここで、コリオリ
力（Ｆｃ）は一般に、 Ｆｃ＝２ｍｖΩ （１） ただし、ｍ：物体の質量、ｖ：物体の速度、Ω：角速度 と表すが、ＰＶＧの場合は、質量体が一定周期で振動し
ているため、ｖ＝ｖｓｉｎ（ｔ）となり、式（１）は、 Ｆｃ＝２ｍｖΩｓｉｎ（ｔ） （１´） と変形される。これにより、質量、速度の状態に変化が
なければ、コリオリの力は角速度の大きさに比例するこ
とになる。したがって、第１、および、第２の振動脚１
０２、１０３には、Ｚ軸方向振動成分によるＦｃの大き
さに比例した電荷が圧電現象により発生することにな
り、それを、第２の振動脚１０３の表面に配置した検出
電極１０５−１、１０５−２を介して端子Ｐ３、Ｐ４に
誘導し、この電荷量を評価することで角速度の大きさを
検知することが可能となる。
（Ω）を印加すると、Ｚ軸方向に慣性力のひとつ、コリ
オリ力（Ｆｃ）が発生し、当初の屈曲振動姿態はＺ軸方
向成分を持って振動するようになる。ここで、コリオリ
力（Ｆｃ）は一般に、 Ｆｃ＝２ｍｖΩ （１） ただし、ｍ：物体の質量、ｖ：物体の速度、Ω：角速度 と表すが、ＰＶＧの場合は、質量体が一定周期で振動し
ているため、ｖ＝ｖｓｉｎ（ｔ）となり、式（１）は、 Ｆｃ＝２ｍｖΩｓｉｎ（ｔ） （１´） と変形される。これにより、質量、速度の状態に変化が
なければ、コリオリの力は角速度の大きさに比例するこ
とになる。したがって、第１、および、第２の振動脚１
０２、１０３には、Ｚ軸方向振動成分によるＦｃの大き
さに比例した電荷が圧電現象により発生することにな
り、それを、第２の振動脚１０３の表面に配置した検出
電極１０５−１、１０５−２を介して端子Ｐ３、Ｐ４に
誘導し、この電荷量を評価することで角速度の大きさを
検知することが可能となる。
【０００６】また、励振信号と検出信号の位相を比較す
ると角速度の方向を検知することができる。
ると角速度の方向を検知することができる。
【０００７】一方、音叉型以外の振動子について、特許
第３０２９００１号には、「直交座標軸におけるＸ軸に
沿って振動可能な第１の振動片とその第１の振動片と対
になり、その第１の振動片についてＸ軸に沿った振動片
ｗ1とは異なった値の、Ｘ軸に直交するＹ軸に沿った厚
みｔ2を有する第２の振動片とを、両振動片の間で振動
の伝搬が可能に支持した振動子であって、第１の振動片
の振動片幅ｗ1の平方根値とＸ軸に沿って振動する際の
振動の支点から自由端までの振動片長さｌ1との比の値
と、第２の振動片厚みｔ2の平方根値とＹ軸に沿って振
動する際の振動の支点から自由端までの振動片長さｌ2
との比の値とを等しくする」ことが開示されている。特
許第３０２９００１号によれば、「第２の振動片のＹ軸
方向共振周波数を第１の振動片のＸ軸方向の共振周波
数、延いてはこの第１の振動片のＹ軸方向の角速度周波
数と一致させることができるため、振動片の共振周波数
の調整を簡略化でき、また、第１の振動片の共振周波数
と第２の振動片の共振周波数とを一致させる必要がな
く、調整も不要である」ことが記載されている。この振
動子においては、第１の振動片のＸ−Ｚ平面における固
有振動数と第２の振動片のＹ−Ｚ平面における固有振動
数が等しいため、第１の振動片を励振振動させた場合
に、第２の振動片は共振し振動する。
第３０２９００１号には、「直交座標軸におけるＸ軸に
沿って振動可能な第１の振動片とその第１の振動片と対
になり、その第１の振動片についてＸ軸に沿った振動片
ｗ1とは異なった値の、Ｘ軸に直交するＹ軸に沿った厚
みｔ2を有する第２の振動片とを、両振動片の間で振動
の伝搬が可能に支持した振動子であって、第１の振動片
の振動片幅ｗ1の平方根値とＸ軸に沿って振動する際の
振動の支点から自由端までの振動片長さｌ1との比の値
と、第２の振動片厚みｔ2の平方根値とＹ軸に沿って振
動する際の振動の支点から自由端までの振動片長さｌ2
との比の値とを等しくする」ことが開示されている。特
許第３０２９００１号によれば、「第２の振動片のＹ軸
方向共振周波数を第１の振動片のＸ軸方向の共振周波
数、延いてはこの第１の振動片のＹ軸方向の角速度周波
数と一致させることができるため、振動片の共振周波数
の調整を簡略化でき、また、第１の振動片の共振周波数
と第２の振動片の共振周波数とを一致させる必要がな
く、調整も不要である」ことが記載されている。この振
動子においては、第１の振動片のＸ−Ｚ平面における固
有振動数と第２の振動片のＹ−Ｚ平面における固有振動
数が等しいため、第１の振動片を励振振動させた場合
に、第２の振動片は共振し振動する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、音叉型振動子
または特許第３０２９００１号に記載された振動子を用
いた角速度センサには、次のような問題があった。第１
の振動脚１０２と第２の振動脚１０３のＸ軸方向の長
さ、または第１の振動脚１０２のＸ軸方向の長さと第２
の振動脚１０３のＺ軸方向の長さ（特許第３０２９００
１号においてはＹ軸方向の長さ）が等しいため、第１の
振動脚１０２を励振振動させた場合に、第２の振動脚１
０３も共振して振動する。ところが、製造する技術上、
対の振動脚および支持周辺を完全に対称に加工すること
は非常に困難であり、その結果Ｘ軸から微妙にそれてＺ
軸方向成分を持つ振動（漏れ振動という）をしてしまう
ことから第１の振動脚１０２にＹ軸まわり（特許第３０
２９００１号においてはＺ軸まわり）に角速度が生じて
いなくても、第２の振動脚１０３上の検出電極１０５−
１、１０５−２には電荷が発生する。この電荷により得
られる電圧はヌル電圧として知られている。したがっ
て、検出電極１０５−１を共通に接続した端子Ｐ３と検
出電極１０５−２を共通に接続した端子Ｐ４との間に、
ヌル電圧による電気信号Ｎが生じる。
または特許第３０２９００１号に記載された振動子を用
いた角速度センサには、次のような問題があった。第１
の振動脚１０２と第２の振動脚１０３のＸ軸方向の長
さ、または第１の振動脚１０２のＸ軸方向の長さと第２
の振動脚１０３のＺ軸方向の長さ（特許第３０２９００
１号においてはＹ軸方向の長さ）が等しいため、第１の
振動脚１０２を励振振動させた場合に、第２の振動脚１
０３も共振して振動する。ところが、製造する技術上、
対の振動脚および支持周辺を完全に対称に加工すること
は非常に困難であり、その結果Ｘ軸から微妙にそれてＺ
軸方向成分を持つ振動（漏れ振動という）をしてしまう
ことから第１の振動脚１０２にＹ軸まわり（特許第３０
２９００１号においてはＺ軸まわり）に角速度が生じて
いなくても、第２の振動脚１０３上の検出電極１０５−
１、１０５−２には電荷が発生する。この電荷により得
られる電圧はヌル電圧として知られている。したがっ
て、検出電極１０５−１を共通に接続した端子Ｐ３と検
出電極１０５−２を共通に接続した端子Ｐ４との間に、
ヌル電圧による電気信号Ｎが生じる。
【０００９】このとき、Ｙ軸の廻り（特許第３０２９０
０１号においてはＺ軸まわり）に角速度を印加すると、
検出電極には電荷に応じた電圧が発生するが、これには
角速度由来の電圧と、ヌル電圧が合成されており、本来
の角速度を計測する妨げとなる。さらに、ヌル電圧は温
度依存による変動が大きいため、センサ特性として重要
な、温度特性（零点ドリフト特性、感度ドリフト）を劣
化させる原因となる。本発明の目的は、ヌル電圧の発生
を防止してセンサの温度特性を向上させ、使用環境に拘
わらず高精度に角速度を計測できる角速度センサを提供
することである。
０１号においてはＺ軸まわり）に角速度を印加すると、
検出電極には電荷に応じた電圧が発生するが、これには
角速度由来の電圧と、ヌル電圧が合成されており、本来
の角速度を計測する妨げとなる。さらに、ヌル電圧は温
度依存による変動が大きいため、センサ特性として重要
な、温度特性（零点ドリフト特性、感度ドリフト）を劣
化させる原因となる。本発明の目的は、ヌル電圧の発生
を防止してセンサの温度特性を向上させ、使用環境に拘
わらず高精度に角速度を計測できる角速度センサを提供
することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の角速度センサは、圧電材料からなり、同一
平面において第１の方向に平行に形成された第１、第２
の片持ち振動脚と、これら第１、第２の片持ち振動脚を
支持する基台とからなる振動子と、第１の片持ち振動脚
に設けられ、交流電圧の印加により第１の方向に直交す
る第２の方向に第１の片持ち振動脚を屈曲振動させる励
振電極と、第２の片持ち振動脚に設けられ、第１の方向
および第２の方向と直交する第３の方向の屈曲振動の大
きさに応じた電気信号を検出する検出電極とを備え、第
１、第２の片持ち振動脚は、第２の方向における屈曲振
動の固有振動数が異なり、かつ第３の方向における屈曲
振動の固有振動数が等しいことを特徴とする。
め、本発明の角速度センサは、圧電材料からなり、同一
平面において第１の方向に平行に形成された第１、第２
の片持ち振動脚と、これら第１、第２の片持ち振動脚を
支持する基台とからなる振動子と、第１の片持ち振動脚
に設けられ、交流電圧の印加により第１の方向に直交す
る第２の方向に第１の片持ち振動脚を屈曲振動させる励
振電極と、第２の片持ち振動脚に設けられ、第１の方向
および第２の方向と直交する第３の方向の屈曲振動の大
きさに応じた電気信号を検出する検出電極とを備え、第
１、第２の片持ち振動脚は、第２の方向における屈曲振
動の固有振動数が異なり、かつ第３の方向における屈曲
振動の固有振動数が等しいことを特徴とする。
【００１１】さらに、第１の片持ち振動脚および第２の
片持ち振動脚の第１の方向に沿った長さ（例えば、長手
方向の長さ）および第３の方向に沿った長さ（例えば、
厚さ）がそれぞれ等しく、かつ第２の方向に沿った長さ
（例えば、幅）が異なることを特徴とする。さらに、第
１の片持ち振動脚および第２の片持ち振動脚の第２の方
向に沿った長さをそれぞれｗ1、ｗ2としたときに、ｗ2
＝１．２ｗ1〜２．８ｗ1であることを特徴とする。さら
に、第１の片持ち振動脚および第２の片持ち振動脚の第
２の方向に沿った長さをそれぞれｗ1、ｗ2、第３の方向
に沿った長さをｔとしたときに、ｗ1＝０．７ｔ〜１．
３ｔであることを特徴とする。
片持ち振動脚の第１の方向に沿った長さ（例えば、長手
方向の長さ）および第３の方向に沿った長さ（例えば、
厚さ）がそれぞれ等しく、かつ第２の方向に沿った長さ
（例えば、幅）が異なることを特徴とする。さらに、第
１の片持ち振動脚および第２の片持ち振動脚の第２の方
向に沿った長さをそれぞれｗ1、ｗ2としたときに、ｗ2
＝１．２ｗ1〜２．８ｗ1であることを特徴とする。さら
に、第１の片持ち振動脚および第２の片持ち振動脚の第
２の方向に沿った長さをそれぞれｗ1、ｗ2、第３の方向
に沿った長さをｔとしたときに、ｗ1＝０．７ｔ〜１．
３ｔであることを特徴とする。
【００１２】本発明によれば、第１の片持ち振動脚と第
２の片持ち振動脚の第１の方向に垂直な平面を構成する
２方向のうち、第３の方向のみ固有振動数を等しくする
ことにより、例えば第１の片持ち振動脚を第２の方向に
励振した場合に第２の片持ち振動脚の共振による振動を
抑えることができる。
２の片持ち振動脚の第１の方向に垂直な平面を構成する
２方向のうち、第３の方向のみ固有振動数を等しくする
ことにより、例えば第１の片持ち振動脚を第２の方向に
励振した場合に第２の片持ち振動脚の共振による振動を
抑えることができる。
【００１３】また、上記の振動子を２つ用い、これらの
振動子を基台に対して互いに点対称に一体成形したこと
を特徴とする。本発明によれば、第１の方向まわりに、
角速度が生じ、第３の方向に屈曲振動した場合に、振動
子のバランスがとれる。また、上記の振動子を３つ用
い、これらの振動子を同一平面内において互いに１２０
°間隔で放射状に一体成形したことを特徴とする。本発
明によれば、同一平面内において互いに１２０°間隔で
放射状に一体成形された振動子素子の長手方向の回りに
作用する角速度を、１つの角速度センサによって検出す
ることができる。
振動子を基台に対して互いに点対称に一体成形したこと
を特徴とする。本発明によれば、第１の方向まわりに、
角速度が生じ、第３の方向に屈曲振動した場合に、振動
子のバランスがとれる。また、上記の振動子を３つ用
い、これらの振動子を同一平面内において互いに１２０
°間隔で放射状に一体成形したことを特徴とする。本発
明によれば、同一平面内において互いに１２０°間隔で
放射状に一体成形された振動子素子の長手方向の回りに
作用する角速度を、１つの角速度センサによって検出す
ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態
を説明するための全図において、同一機能を有するもの
は同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
いて図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態
を説明するための全図において、同一機能を有するもの
は同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１５】図１および図２は、実施の形態１にかかる
角速度センサの要部を示す図である。振動子１は、圧電
材料からなり、第１の片持ち振動脚３と、第２の片持ち
振動脚４と、それらを支持する基台２とを有し、一体成
形される。例えば、水晶を用い、フォトリソグラフィ法
を利用してエッチングにより一体成形される。
角速度センサの要部を示す図である。振動子１は、圧電
材料からなり、第１の片持ち振動脚３と、第２の片持ち
振動脚４と、それらを支持する基台２とを有し、一体成
形される。例えば、水晶を用い、フォトリソグラフィ法
を利用してエッチングにより一体成形される。
【００１６】ここで、第１の片持ち振動脚３および第２
の片持ち振動脚４の長手方向（第１の方向）をＹ軸、こ
のＹ軸と直交する紙面に平行の方向（第２の方向）をＸ
軸、このＸ−Ｙ平面と直交する方向（第３の方向）をＺ
軸と定義する。第１の片持ち振動脚３、第２の片持ち振
動脚４は、Ｙ軸に垂直な断面が略矩形に形成され、例え
ば、図３に示すように、第１の片持ち振動脚幅（Ｘ軸方
向の長さ）をｗ1、第２の片持ち振動脚の振動脚幅をｗ2
としたときに、ｗ2＝１．２ｗ1〜２．８ｗ1とし、さら
に長手方向の長さ（Ｙ軸方向の長さ）ｌを等しく形成す
る。そうすることにより、第１の片持ち振動脚３と第２
の片持ち振動脚４のＸ−Ｙ平面における固有振動数が異
なるため、第１の片持ち振動脚３がＸ−Ｙ平面内で励振
振動しても、第２の片持ち振動脚４は共振しない。
の片持ち振動脚４の長手方向（第１の方向）をＹ軸、こ
のＹ軸と直交する紙面に平行の方向（第２の方向）をＸ
軸、このＸ−Ｙ平面と直交する方向（第３の方向）をＺ
軸と定義する。第１の片持ち振動脚３、第２の片持ち振
動脚４は、Ｙ軸に垂直な断面が略矩形に形成され、例え
ば、図３に示すように、第１の片持ち振動脚幅（Ｘ軸方
向の長さ）をｗ1、第２の片持ち振動脚の振動脚幅をｗ2
としたときに、ｗ2＝１．２ｗ1〜２．８ｗ1とし、さら
に長手方向の長さ（Ｙ軸方向の長さ）ｌを等しく形成す
る。そうすることにより、第１の片持ち振動脚３と第２
の片持ち振動脚４のＸ−Ｙ平面における固有振動数が異
なるため、第１の片持ち振動脚３がＸ−Ｙ平面内で励振
振動しても、第２の片持ち振動脚４は共振しない。
【００１７】また、図３に示すように、第１の片持ち振
動脚３および第２の片持ち振動脚４の厚さ（Ｚ軸方向の
長さ）をｔとしたときに、ｗ1＝０．７ｔ〜１．３ｔと
し、さらに長手方向の長さｌを等しく形成する。そうす
ることにより、第１の片持ち振動脚３と第２の片持ち振
動脚４のＹ−Ｚ平面における固有振動数が等しくなるた
め、第１の片持ち振動脚３にコリオリ力が作用し、Ｚ軸
方向の成分を持って屈曲振動した場合に、第２の片持ち
振動脚４は共振し、Ｚ軸方向に屈曲振動する。
動脚３および第２の片持ち振動脚４の厚さ（Ｚ軸方向の
長さ）をｔとしたときに、ｗ1＝０．７ｔ〜１．３ｔと
し、さらに長手方向の長さｌを等しく形成する。そうす
ることにより、第１の片持ち振動脚３と第２の片持ち振
動脚４のＹ−Ｚ平面における固有振動数が等しくなるた
め、第１の片持ち振動脚３にコリオリ力が作用し、Ｚ軸
方向の成分を持って屈曲振動した場合に、第２の片持ち
振動脚４は共振し、Ｚ軸方向に屈曲振動する。
【００１８】また、励振電極５（５−１，５−２）は、
第１の片持ち振動脚３の表面に形成される。第１の片持
ち振動脚３のＸ−Ｚ平面に垂直な４面のうち、励振電極
５−１は、図１（ｄ）および図２（ａ）に示すように、
Ｙ−Ｚ平面に平行な２面に形成され、それらは、図４に
示すように端子Ｐ１に接続される。また、励振電極５−
２は、図１（ａ）および図１（ｃ）に示すように、Ｘ−
Ｙ平面に平行な２面に形成され、それらは、図４に示す
ように端子Ｐ２に接続される。例えば、金、銀、銅、ア
ルミニウムなどの導電性材料を、第１の片持ち振動脚３
に、蒸着などにより形成する。
第１の片持ち振動脚３の表面に形成される。第１の片持
ち振動脚３のＸ−Ｚ平面に垂直な４面のうち、励振電極
５−１は、図１（ｄ）および図２（ａ）に示すように、
Ｙ−Ｚ平面に平行な２面に形成され、それらは、図４に
示すように端子Ｐ１に接続される。また、励振電極５−
２は、図１（ａ）および図１（ｃ）に示すように、Ｘ−
Ｙ平面に平行な２面に形成され、それらは、図４に示す
ように端子Ｐ２に接続される。例えば、金、銀、銅、ア
ルミニウムなどの導電性材料を、第１の片持ち振動脚３
に、蒸着などにより形成する。
【００１９】また、検出電極６（６−１，６−２）は、
第２の片持ち振動脚４の表面に形成される。第２の片持
ち振動脚４のＸ−Ｚ平面に垂直な４面のうち、Ｙ−Ｚ平
面に平行な２面に形成される。それぞれの検出電極は６
（６−１，６−２）は、図１（ｂ）および図２（ｂ）に
示すように、第２の検出電極４の長手方向に平行に、第
２の片持ち振動脚４の軸に対して対称に形成される。検
出電極６−１および検出電極６−２は、図４に示すよう
に、それぞれ、端子Ｐ３、端子Ｐ４に接続される。例え
ば、金、銀、銅、アルミニウムなどの導電性材料を、第
２の片持ち振動脚４に、蒸着などにより形成する。
第２の片持ち振動脚４の表面に形成される。第２の片持
ち振動脚４のＸ−Ｚ平面に垂直な４面のうち、Ｙ−Ｚ平
面に平行な２面に形成される。それぞれの検出電極は６
（６−１，６−２）は、図１（ｂ）および図２（ｂ）に
示すように、第２の検出電極４の長手方向に平行に、第
２の片持ち振動脚４の軸に対して対称に形成される。検
出電極６−１および検出電極６−２は、図４に示すよう
に、それぞれ、端子Ｐ３、端子Ｐ４に接続される。例え
ば、金、銀、銅、アルミニウムなどの導電性材料を、第
２の片持ち振動脚４に、蒸着などにより形成する。
【００２０】次に、本実施の形態にかかる角速度センサ
の動作は次のようなものである。端子Ｐ１および端子Ｐ
２の間に、交流電圧が印加されると、第１の片持ち振動
脚３は、屈曲振動する。このときのＸ軸方向の振動数を
ｆ1xは次式のように定義される。 ｆ1x＝ｋf・｛ｗ1／ｌ2｝・・・（１） ただし、ｋf：定数（＝（λ2／４π）・（Ｅ／３ρ）
1/2、Ｅ：弾性係数、ρ：密度、ｌ： 第１の片持ち振
動脚３および第２の片持ち振動脚４の長手方向の長さ、
λ：振動子の形状により決まる固有値（ここでは１次
解）である。
の動作は次のようなものである。端子Ｐ１および端子Ｐ
２の間に、交流電圧が印加されると、第１の片持ち振動
脚３は、屈曲振動する。このときのＸ軸方向の振動数を
ｆ1xは次式のように定義される。 ｆ1x＝ｋf・｛ｗ1／ｌ2｝・・・（１） ただし、ｋf：定数（＝（λ2／４π）・（Ｅ／３ρ）
1/2、Ｅ：弾性係数、ρ：密度、ｌ： 第１の片持ち振
動脚３および第２の片持ち振動脚４の長手方向の長さ、
λ：振動子の形状により決まる固有値（ここでは１次
解）である。
【００２１】また、第２の片持ち振動脚４のＸ軸方向の
振動数をｆ2xは次式のように定義される。 ｆ2x＝ｋf・｛ｗ2／ｌ2｝・・・（２） 式（１）と式（２）とを比較すると、ｗ1≠ｗ2により、
ｆ1x≠ｆ2xである。したがって、第１の片持ち振動脚３
と第２の片持ち振動脚４のＸ−Ｙ平面における固有振動
数が異なるため、第１の片持ち振動脚３がＸ−Ｙ平面内
で屈曲振動しても、第２の片持ち振動脚４は共振しな
い。
振動数をｆ2xは次式のように定義される。 ｆ2x＝ｋf・｛ｗ2／ｌ2｝・・・（２） 式（１）と式（２）とを比較すると、ｗ1≠ｗ2により、
ｆ1x≠ｆ2xである。したがって、第１の片持ち振動脚３
と第２の片持ち振動脚４のＸ−Ｙ平面における固有振動
数が異なるため、第１の片持ち振動脚３がＸ−Ｙ平面内
で屈曲振動しても、第２の片持ち振動脚４は共振しな
い。
【００２２】このとき、Ｙ軸のまわりに角速度が生じる
と、第１の片持ち振動脚３はＺ軸方向の成分を持って屈
曲振動をする。そのときのＺ軸方向の振動数をｆ1Zは次
式のように定義される。 ｆ1Z＝ｋf・｛ｔ／ｌ2｝・・・（３） また、第２の片持ち振動脚４のＺ軸方向の振動数をｆ2Z
は次式のように定義される。 ｆ2Z＝ｋf・｛ｔ／ｌ2｝・・・（２） 式（１）と式（２）により、ｆ1Z＝ｆ2Zである。したが
って、第１の片持ち振動脚３と第２の片持ち振動脚４の
Ｙ−Ｚ平面における固有振動数は等しい。よって、第１
の片持ち振動脚３をＸ−Ｙ平面内で励振振動させなが
ら、Ｙ軸のまわりに角速度が生じると、第１の片持ち振
動脚３はＺ軸方向に発生するコリオリ力により、Ｚ軸方
向の成分を持って屈曲振動する。このとき、第１の片持
ち振動脚３と第２の片持ち振動脚４のＹ−Ｚ平面におけ
る固有振動数が等しいため、第２の片持ち振動脚４は共
振し、Ｚ軸方向に屈曲振動する。この振動成分の大きさ
は、コリオリ力に比例しているので、第２の片持ち振動
脚４は振動しているため、回転角速度に比例した大きさ
の電荷が周期的に生じる。
と、第１の片持ち振動脚３はＺ軸方向の成分を持って屈
曲振動をする。そのときのＺ軸方向の振動数をｆ1Zは次
式のように定義される。 ｆ1Z＝ｋf・｛ｔ／ｌ2｝・・・（３） また、第２の片持ち振動脚４のＺ軸方向の振動数をｆ2Z
は次式のように定義される。 ｆ2Z＝ｋf・｛ｔ／ｌ2｝・・・（２） 式（１）と式（２）により、ｆ1Z＝ｆ2Zである。したが
って、第１の片持ち振動脚３と第２の片持ち振動脚４の
Ｙ−Ｚ平面における固有振動数は等しい。よって、第１
の片持ち振動脚３をＸ−Ｙ平面内で励振振動させなが
ら、Ｙ軸のまわりに角速度が生じると、第１の片持ち振
動脚３はＺ軸方向に発生するコリオリ力により、Ｚ軸方
向の成分を持って屈曲振動する。このとき、第１の片持
ち振動脚３と第２の片持ち振動脚４のＹ−Ｚ平面におけ
る固有振動数が等しいため、第２の片持ち振動脚４は共
振し、Ｚ軸方向に屈曲振動する。この振動成分の大きさ
は、コリオリ力に比例しているので、第２の片持ち振動
脚４は振動しているため、回転角速度に比例した大きさ
の電荷が周期的に生じる。
【００２３】したがって、この電荷による電圧は、図４
の矢印の方向および矢印の逆方向と周期的に変化する。
そのため、検出電極６−１を共通に接続した端子Ｐ３と
検出電極６−２を共通に接続した端子Ｐ４との間に、電
気信号Ｓが得られ、その大きさによりＹ軸まわりの角速
度の大きさが得られる。
の矢印の方向および矢印の逆方向と周期的に変化する。
そのため、検出電極６−１を共通に接続した端子Ｐ３と
検出電極６−２を共通に接続した端子Ｐ４との間に、電
気信号Ｓが得られ、その大きさによりＹ軸まわりの角速
度の大きさが得られる。
【００２４】また、この電気信号Ｓは基本的にサインカ
ーブとして得られ、この電気信号Ｓの波形と励振振動の
波形とを位相比較することにより、Ｙ軸まわりの角速度
の向きが得られ、その電気信号Ｓの大きさにより、Ｙ軸
方向の回りに作用する角速度の大きさが得られる。
ーブとして得られ、この電気信号Ｓの波形と励振振動の
波形とを位相比較することにより、Ｙ軸まわりの角速度
の向きが得られ、その電気信号Ｓの大きさにより、Ｙ軸
方向の回りに作用する角速度の大きさが得られる。
【００２５】上記のように、第１の片持ち振動脚３を励
振振動させた場合に、第２の片持ち振動脚４の共振によ
る振動を抑えることにより、ヌル電圧の発生を抑えるこ
とができる。したがって、零点ドリフト特性および感度
ドリフト特性を向上させることができる。実施の形態１
においては、Ｘ軸方向の固有振動数が異なり、Ｚ軸方向
の固有振動数が等しい場合について説明したが、励振脚
の振動方向をＺ軸方向にして、Ｘ軸方向の固有振動数を
等しくし、Ｚ軸方向の固有振動数を異なるようにした場
合でも同様の効果が得られる。
振振動させた場合に、第２の片持ち振動脚４の共振によ
る振動を抑えることにより、ヌル電圧の発生を抑えるこ
とができる。したがって、零点ドリフト特性および感度
ドリフト特性を向上させることができる。実施の形態１
においては、Ｘ軸方向の固有振動数が異なり、Ｚ軸方向
の固有振動数が等しい場合について説明したが、励振脚
の振動方向をＺ軸方向にして、Ｘ軸方向の固有振動数を
等しくし、Ｚ軸方向の固有振動数を異なるようにした場
合でも同様の効果が得られる。
【００２６】次に、実施の形態２にかかる角速度センサ
を、図５および図６を参照して説明する。図５は実施の
形態２にかかる角速度センサの要部を示す図、図６は実
施の形態２にかかる角速度センサの動作を説明するため
の図であり、（ａ）は励振振動の場合の正面図、（ｂ）
は（ａ）をＡから見た図、（ｃ）は屈曲振動の場合の正
面図、（ｄ）は（ａ）をＢから見た図である。
を、図５および図６を参照して説明する。図５は実施の
形態２にかかる角速度センサの要部を示す図、図６は実
施の形態２にかかる角速度センサの動作を説明するため
の図であり、（ａ）は励振振動の場合の正面図、（ｂ）
は（ａ）をＡから見た図、（ｃ）は屈曲振動の場合の正
面図、（ｄ）は（ａ）をＢから見た図である。
【００２７】実施の形態２にかかる角速度センサは、図
５に示すように、圧電素子からなり、同一平面において
同一方向に形成された第１の片持ち振動脚３と第２の片
持ち振動脚４と、これらの第１の片持ち振動脚３と第２
の片持ち振動脚４とを支持する基台２とを有する２つ振
動子（第１の振動子７、第２の振動子８）を基台２に対
して互いに点対称に一体成形された振動子素子１を有す
る。例えば、水晶を用い、フォトリソグラフィ法を利用
してエッチングにより形成する。
５に示すように、圧電素子からなり、同一平面において
同一方向に形成された第１の片持ち振動脚３と第２の片
持ち振動脚４と、これらの第１の片持ち振動脚３と第２
の片持ち振動脚４とを支持する基台２とを有する２つ振
動子（第１の振動子７、第２の振動子８）を基台２に対
して互いに点対称に一体成形された振動子素子１を有す
る。例えば、水晶を用い、フォトリソグラフィ法を利用
してエッチングにより形成する。
【００２８】実施の形態１と同様に、励振電極（図示せ
ず）は、第１の片持ち振動脚３の表面に形成される。第
１の振動子７および第２の振動子８において、第１の片
持ち振動脚３のＸ−Ｚ平面に垂直な４面のうち、Ｙ−Ｚ
平面に平行な２面に形成された励振電極は共通の端子Ｐ
１（図示せず）に接続される。また、Ｘ−Ｙ平面に平行
な２面に形成された励振電極は共通の端子Ｐ２（図示せ
ず）に接続される。例えば、金、銀、銅、アルミニウム
などの導電性材料を、第１の片持ち振動脚３に、蒸着な
どにより形成する。
ず）は、第１の片持ち振動脚３の表面に形成される。第
１の振動子７および第２の振動子８において、第１の片
持ち振動脚３のＸ−Ｚ平面に垂直な４面のうち、Ｙ−Ｚ
平面に平行な２面に形成された励振電極は共通の端子Ｐ
１（図示せず）に接続される。また、Ｘ−Ｙ平面に平行
な２面に形成された励振電極は共通の端子Ｐ２（図示せ
ず）に接続される。例えば、金、銀、銅、アルミニウム
などの導電性材料を、第１の片持ち振動脚３に、蒸着な
どにより形成する。
【００２９】また、検出電極（図示せず）は、第２の片
持ち振動脚４の表面に形成される。第１の振動子７およ
び第２の振動子８において、Ｘ−Ｚ平面に垂直な４面の
うち、Ｙ−Ｚ平面に平行な２面に形成される。第２の検
出電極４の長手方向に平行に、第２の片持ち振動脚４の
軸に対して対称に形成される。それらの検出電極は、そ
れぞれ共通に、端子Ｐ３（図示せず）および端子Ｐ４
（図示せず）に接続される。例えば、金、銀、銅、アル
ミニウムなどの導電性材料を、第２の片持ち振動脚４
に、蒸着などにより形成する。図５に示すように、第１
の振動子７および第２の振動子８の形状および各寸法
（ｗ1、ｗ2、ｌ）については、実施の形態１の振動子１
と同様である。
持ち振動脚４の表面に形成される。第１の振動子７およ
び第２の振動子８において、Ｘ−Ｚ平面に垂直な４面の
うち、Ｙ−Ｚ平面に平行な２面に形成される。第２の検
出電極４の長手方向に平行に、第２の片持ち振動脚４の
軸に対して対称に形成される。それらの検出電極は、そ
れぞれ共通に、端子Ｐ３（図示せず）および端子Ｐ４
（図示せず）に接続される。例えば、金、銀、銅、アル
ミニウムなどの導電性材料を、第２の片持ち振動脚４
に、蒸着などにより形成する。図５に示すように、第１
の振動子７および第２の振動子８の形状および各寸法
（ｗ1、ｗ2、ｌ）については、実施の形態１の振動子１
と同様である。
【００３０】次に、本実施の形態２にかかる角速度セン
サの動作について説明する。端子Ｐ１および端子Ｐ２の
間に、交流電圧が印加されると、第１の片持ち振動脚３
は、図６（ａ）に示すように、その自由端部分が、矢印
で示すように、Ｘ軸方向に沿って、互いに逆方向に屈曲
振動する。このとき、第２の片持ち振動脚４はＸ−Ｙ平
面における固有振動数が異なるため、共振しない。
サの動作について説明する。端子Ｐ１および端子Ｐ２の
間に、交流電圧が印加されると、第１の片持ち振動脚３
は、図６（ａ）に示すように、その自由端部分が、矢印
で示すように、Ｘ軸方向に沿って、互いに逆方向に屈曲
振動する。このとき、第２の片持ち振動脚４はＸ−Ｙ平
面における固有振動数が異なるため、共振しない。
【００３１】このとき、Ｙ軸のまわりに角速度が生じる
と、この第１の振動子７と第２の振動子８の片持ち振動
脚３はＺ軸方向に発生するコリオリ力により、Ｚ軸方向
の成分を持って屈曲振動する。このとき、第１の片持ち
振動脚３と第２の片持ち振動脚４のＹ−Ｚ平面における
固有振動数が等しいため、第２の片持ち振動脚４は共振
し、図６（ｃ）、（ｄ）に示すように、Ｚ軸方向に互い
に逆方向に屈曲振動する。この振動成分の大きさは、コ
リオリ力に比例しているので、第２の片持ち振動脚４は
振動しているため、回転角速度に比例した大きさの電荷
が同期的に生じる。
と、この第１の振動子７と第２の振動子８の片持ち振動
脚３はＺ軸方向に発生するコリオリ力により、Ｚ軸方向
の成分を持って屈曲振動する。このとき、第１の片持ち
振動脚３と第２の片持ち振動脚４のＹ−Ｚ平面における
固有振動数が等しいため、第２の片持ち振動脚４は共振
し、図６（ｃ）、（ｄ）に示すように、Ｚ軸方向に互い
に逆方向に屈曲振動する。この振動成分の大きさは、コ
リオリ力に比例しているので、第２の片持ち振動脚４は
振動しているため、回転角速度に比例した大きさの電荷
が同期的に生じる。
【００３２】したがって、この電荷による電圧は、周期
的に変化するので、検出電極６−１を共通に接続した端
子Ｐ３と検出電極６−２を共通に接続した端子Ｐ４との
間に、電気信号Ｓが得られ、その大きさによりＹ軸まわ
りの角速度の大きさが得られる。また、この電気信号Ｓ
は基本的にサインカーブとして得られ、この電気信号Ｓ
の波形と励振振動の波形とを位相比較することにより、
Ｙ軸まわりの角速度の向きが得られる。
的に変化するので、検出電極６−１を共通に接続した端
子Ｐ３と検出電極６−２を共通に接続した端子Ｐ４との
間に、電気信号Ｓが得られ、その大きさによりＹ軸まわ
りの角速度の大きさが得られる。また、この電気信号Ｓ
は基本的にサインカーブとして得られ、この電気信号Ｓ
の波形と励振振動の波形とを位相比較することにより、
Ｙ軸まわりの角速度の向きが得られる。
【００３３】上記のように、第１の片持ち振動脚３と第
２の片持ち振動脚４と基台２とを有する２つの振動子を
基台に対して互いに点対称に一体成形された振動子素子
を用いることにより、第１の片持ち振動子素子７および
第２の片持ち振動子素子８が屈曲振動した場合に、Ｚ軸
方向のバランスがとれ、支持が容易になる。基台２部分
のＸ軸に沿った端の２点において、例えばクリップまた
はハンダにより支持してもよい。
２の片持ち振動脚４と基台２とを有する２つの振動子を
基台に対して互いに点対称に一体成形された振動子素子
を用いることにより、第１の片持ち振動子素子７および
第２の片持ち振動子素子８が屈曲振動した場合に、Ｚ軸
方向のバランスがとれ、支持が容易になる。基台２部分
のＸ軸に沿った端の２点において、例えばクリップまた
はハンダにより支持してもよい。
【００３４】実施の形態２においては、Ｘ軸方向の固有
振動数が異なり、Ｚ軸方向の固有振動数が等しい場合に
ついて説明したが、励振方向をＺ軸方向として、Ｘ軸方
向の固有振動数を等しくし、Ｚ軸方向の固有振動数を異
なるようにした場合でも同様の効果が得られる。
振動数が異なり、Ｚ軸方向の固有振動数が等しい場合に
ついて説明したが、励振方向をＺ軸方向として、Ｘ軸方
向の固有振動数を等しくし、Ｚ軸方向の固有振動数を異
なるようにした場合でも同様の効果が得られる。
【００３５】次に、実施の形態３にかかる角速度センサ
を図７を参照して、説明する。図７は、実施の形態３に
かかる角速度センサの振動子素子を示す図である。実施
の形態３にかかる角速度センサは、圧電材料からなり、
同一平面において同一方向に形成された第１の片持ち振
動脚３と第２の片持ち振動脚４と、これらの第１の片持
ち振動脚３と第２の片持ち振動脚４とを支持する基台２
とを有する３つの振動子（第１の振動子９、第２の振動
子１０、第３の振動子１１）を同一平面内において互い
に１２０°間隔で放射状に一体成形された振動子素子を
有する。例えば、フォトリソグラフィ法を用いたエッチ
ングにより、一体形成する。
を図７を参照して、説明する。図７は、実施の形態３に
かかる角速度センサの振動子素子を示す図である。実施
の形態３にかかる角速度センサは、圧電材料からなり、
同一平面において同一方向に形成された第１の片持ち振
動脚３と第２の片持ち振動脚４と、これらの第１の片持
ち振動脚３と第２の片持ち振動脚４とを支持する基台２
とを有する３つの振動子（第１の振動子９、第２の振動
子１０、第３の振動子１１）を同一平面内において互い
に１２０°間隔で放射状に一体成形された振動子素子を
有する。例えば、フォトリソグラフィ法を用いたエッチ
ングにより、一体形成する。
【００３６】例えば、水晶のＺ板を用いた場合、水晶の
結晶は３・２結晶であり、Ｚ軸に対してＸ軸が３回対称
となっており、１２０°で配置されている。すなわち、
水晶は、Ｚ軸を中心に１回転すると、Ｘ軸が１２０°毎
に３回あり、それぞれ同じ特性を示す。この軸方向に素
子を揃えるとエッチング異方性がそれぞれ同じになり、
特性も同一となるため、加工および特性の面から制御し
やすい。
結晶は３・２結晶であり、Ｚ軸に対してＸ軸が３回対称
となっており、１２０°で配置されている。すなわち、
水晶は、Ｚ軸を中心に１回転すると、Ｘ軸が１２０°毎
に３回あり、それぞれ同じ特性を示す。この軸方向に素
子を揃えるとエッチング異方性がそれぞれ同じになり、
特性も同一となるため、加工および特性の面から制御し
やすい。
【００３７】ここで、第１の振動子９，第２の振動子１
０、および第３の振動子１１のそれぞれに対して、第１
の振動脚１０２および第２の振動脚１０３の長手方向
（第１の方向）をＹ軸（Ｙ１軸、Ｙ２軸、Ｙ３軸）、こ
のＹ軸と直交する紙面に平行の方向（第２の方向）をＸ
軸（Ｘ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸）、このＸ−Ｙ平面と直交
する方向（第３の方向）をＺ軸（Ｚ０軸）と定義する。
０、および第３の振動子１１のそれぞれに対して、第１
の振動脚１０２および第２の振動脚１０３の長手方向
（第１の方向）をＹ軸（Ｙ１軸、Ｙ２軸、Ｙ３軸）、こ
のＹ軸と直交する紙面に平行の方向（第２の方向）をＸ
軸（Ｘ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸）、このＸ−Ｙ平面と直交
する方向（第３の方向）をＺ軸（Ｚ０軸）と定義する。
【００３８】実施の形態１と同様に、励振電極（図示せ
ず）は、第１の片持ち振動脚３の表面に形成される。第
１の振動子９、第２の振動子１０および第３の振動子１
１において、第１の片持ち振動脚３のＸ−Ｚ平面に垂直
な４面のうち、Ｙ−Ｚ平面に平行な２面に形成された励
振電極は共通の端子Ｐ１（図示せず）に接続される。ま
た、Ｘ−Ｙ平面に平行な２面に形成された励振電極は共
通の端子Ｐ２（図示せず）に接続される。例えば、金、
銀、銅、アルミニウムなどの導電性材料を、第１の片持
ち振動脚３に、蒸着などにより形成する。
ず）は、第１の片持ち振動脚３の表面に形成される。第
１の振動子９、第２の振動子１０および第３の振動子１
１において、第１の片持ち振動脚３のＸ−Ｚ平面に垂直
な４面のうち、Ｙ−Ｚ平面に平行な２面に形成された励
振電極は共通の端子Ｐ１（図示せず）に接続される。ま
た、Ｘ−Ｙ平面に平行な２面に形成された励振電極は共
通の端子Ｐ２（図示せず）に接続される。例えば、金、
銀、銅、アルミニウムなどの導電性材料を、第１の片持
ち振動脚３に、蒸着などにより形成する。
【００３９】また、検出電極（図示せず）は、第２の片
持ち振動脚４の表面に形成される。第１の振動子９、第
２の振動子１０、および第３の振動子１１において、Ｘ
−Ｚ平面に垂直な４面のうち、Ｙ−Ｚ平面に平行な２面
に形成される。第２の検出電極４の長手方向に平行に、
第２の片持ち振動脚４の軸に対して対称に形成される。
それらの検出電極は、それぞれ共通に端子Ｐ３（図示せ
ず）および端子Ｐ４（図示せず）に接続される。例え
ば、金、銀、銅、アルミニウムなどの導電性材料を、第
２片持ち振動脚４に、蒸着などにより形成する。図７に
示すように、第１の振動子９、第２の振動子１０、およ
び第３の振動子１１の形状および各寸法（ｗ1、ｗ2、
ｌ）については、実施の形態１の振動子１と同様であ
る。
持ち振動脚４の表面に形成される。第１の振動子９、第
２の振動子１０、および第３の振動子１１において、Ｘ
−Ｚ平面に垂直な４面のうち、Ｙ−Ｚ平面に平行な２面
に形成される。第２の検出電極４の長手方向に平行に、
第２の片持ち振動脚４の軸に対して対称に形成される。
それらの検出電極は、それぞれ共通に端子Ｐ３（図示せ
ず）および端子Ｐ４（図示せず）に接続される。例え
ば、金、銀、銅、アルミニウムなどの導電性材料を、第
２片持ち振動脚４に、蒸着などにより形成する。図７に
示すように、第１の振動子９、第２の振動子１０、およ
び第３の振動子１１の形状および各寸法（ｗ1、ｗ2、
ｌ）については、実施の形態１の振動子１と同様であ
る。
【００４０】次に、本実施の形態３にかかる角速度セン
サの動作について説明する。端子Ｐ１および端子Ｐ２の
間に、交流電圧が印加されると、第１の振動子９、第２
の振動子１０、および第３の振動子１１の第１の片持ち
振動脚３は、その自由端部分が、それぞれＸ１軸、Ｘ２
軸、Ｘ３軸方向に沿って、屈曲振動する。このとき、第
２の片持ち振動脚４はＸ−Ｙ平面における固有振動数が
異なるため、共振しない。
サの動作について説明する。端子Ｐ１および端子Ｐ２の
間に、交流電圧が印加されると、第１の振動子９、第２
の振動子１０、および第３の振動子１１の第１の片持ち
振動脚３は、その自由端部分が、それぞれＸ１軸、Ｘ２
軸、Ｘ３軸方向に沿って、屈曲振動する。このとき、第
２の片持ち振動脚４はＸ−Ｙ平面における固有振動数が
異なるため、共振しない。
【００４１】このとき、Ｙ軸まわりに角速度が生じる
と、第１の片持ち振動脚３はＺ軸方向に発生するコリオ
リ力により、Ｚ軸方向に沿った振動が励起され、Ｚ軸方
向の成分を持って屈曲振動する。この第１の片持ち振動
脚３と第２の片持ち振動脚４のＹ−Ｚ平面における固有
振動数が等しいため、第２の片持ち振動脚４は共振し、
Ｚ軸方向に屈曲振動する。この振動成分の大きさは、コ
リオリ力に比例しているので、第２の片持ち振動脚４は
振動しているため、回転角速度に比例した大きさの電荷
が同期的に生じる。
と、第１の片持ち振動脚３はＺ軸方向に発生するコリオ
リ力により、Ｚ軸方向に沿った振動が励起され、Ｚ軸方
向の成分を持って屈曲振動する。この第１の片持ち振動
脚３と第２の片持ち振動脚４のＹ−Ｚ平面における固有
振動数が等しいため、第２の片持ち振動脚４は共振し、
Ｚ軸方向に屈曲振動する。この振動成分の大きさは、コ
リオリ力に比例しているので、第２の片持ち振動脚４は
振動しているため、回転角速度に比例した大きさの電荷
が同期的に生じる。
【００４２】したがって、この電荷による電圧は、周期
的に変化するので、検出電極６−１を共通に接続した端
子Ｐ３と検出電極６−２を共通に接続した端子Ｐ４との
間に、電気信号Ｓが得られ、その大きさによりＹ軸まわ
りの角速度の大きさが得られる。
的に変化するので、検出電極６−１を共通に接続した端
子Ｐ３と検出電極６−２を共通に接続した端子Ｐ４との
間に、電気信号Ｓが得られ、その大きさによりＹ軸まわ
りの角速度の大きさが得られる。
【００４３】この電気信号Ｓの大きさによって、Ｙ１
軸、Ｙ２軸、Ｙ３軸方向の回りに作用する回転角速度を
一挙に知ることができる。また、この電圧信号は、基本
的にはサインカーブとして知られており、この電圧信号
の波形と励振波形との位相を比較することにより、Ｙ１
軸、Ｙ２軸、Ｙ３軸方向の回りに作用する回転角速度の
方向を知ることができる。
軸、Ｙ２軸、Ｙ３軸方向の回りに作用する回転角速度を
一挙に知ることができる。また、この電圧信号は、基本
的にはサインカーブとして知られており、この電圧信号
の波形と励振波形との位相を比較することにより、Ｙ１
軸、Ｙ２軸、Ｙ３軸方向の回りに作用する回転角速度の
方向を知ることができる。
【００４４】また、この電圧信号を演算回路によって処
理することにより、各軸回りの角速度ばかりでなく、複
数軸間の角速度を連係して計測もでき、飛行物体やロボ
ットアームなど３次元を移動する物体の位置検出時に問
題となる傾き成分による位置変化量の誤りを補正するこ
とができ、精度の高い位置検出を行うことができる。ま
た、実施の形態３にかかる角速度センサは、基台２の中
心部分により、支持することができる。
理することにより、各軸回りの角速度ばかりでなく、複
数軸間の角速度を連係して計測もでき、飛行物体やロボ
ットアームなど３次元を移動する物体の位置検出時に問
題となる傾き成分による位置変化量の誤りを補正するこ
とができ、精度の高い位置検出を行うことができる。ま
た、実施の形態３にかかる角速度センサは、基台２の中
心部分により、支持することができる。
【００４５】実施の形態３においては、Ｘ軸方向の固有
振動数が異なり、Ｚ軸方向の固有振動数が等しい場合に
ついて説明したが、励振脚の振動方向をＺ軸方向にし
て、Ｘ軸方向の固有振動数を等しくし、Ｚ軸方向の固有
振動数を異なるようにした場合でも同様の効果が得られ
る。上記の構成にすることにより、色々な方向に作用す
る回転角速度を、温度変動によるゼロ点ドリフトが特性
を向上させ、高精度に検出することができる。
振動数が異なり、Ｚ軸方向の固有振動数が等しい場合に
ついて説明したが、励振脚の振動方向をＺ軸方向にし
て、Ｘ軸方向の固有振動数を等しくし、Ｚ軸方向の固有
振動数を異なるようにした場合でも同様の効果が得られ
る。上記の構成にすることにより、色々な方向に作用す
る回転角速度を、温度変動によるゼロ点ドリフトが特性
を向上させ、高精度に検出することができる。
【００４６】
【発明の効果】本発明によれば、第２の片持ち振動脚が
第１の片持ち振動脚の第３の方向（Ｚ軸方向）における
振動とのみ共振するので、角速度が印加されない時の異
状振動を抑制できるため、励振によるヌル電圧の発生を
抑えることができる。そのため、零点ドリフト特性およ
び感度ドリフト特性を向上させ、高精度に角速度を検出
することができる。
第１の片持ち振動脚の第３の方向（Ｚ軸方向）における
振動とのみ共振するので、角速度が印加されない時の異
状振動を抑制できるため、励振によるヌル電圧の発生を
抑えることができる。そのため、零点ドリフト特性およ
び感度ドリフト特性を向上させ、高精度に角速度を検出
することができる。
【図１】 実施の形態１にかかる角速度センサの要部を
示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の左側
面図、（ｃ）は（ａ）の裏面図、（ｄ）は（ａ）の右側
面図である。
示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の左側
面図、（ｃ）は（ａ）の裏面図、（ｄ）は（ａ）の右側
面図である。
【図２】 （ａ）は図１（ａ）のＡから見た図、（ｂ）
は図１（ａ）のＢから見た図である。
は図１（ａ）のＢから見た図である。
【図３】 実施の形態１にかかる角速度センサの振動子
を説明するための図である。
を説明するための図である。
【図４】 実施の形態１にかかる角速度センサの電極配
置および動作を説明するための図である。
置および動作を説明するための図である。
【図５】 実施の形態２にかかる角速度センサの振動子
素子を示す図である。
素子を示す図である。
【図６】 実施の形態２にかかる角速度センサの動作を
説明するための図であり、（ａ）は励振振動の場合の正
面図、（ｂ）は（ａ）をＡから見た図、（ｃ）は屈折振
動の場合の正面図、（ｄ）は（ａ）をＢから見た図であ
る。
説明するための図であり、（ａ）は励振振動の場合の正
面図、（ｂ）は（ａ）をＡから見た図、（ｃ）は屈折振
動の場合の正面図、（ｄ）は（ａ）をＢから見た図であ
る。
【図７】 実施の形態３にかかる角速度センサの振動子
素子を示す図である。
素子を示す図である。
【図８】 従来の角速度センサを説明するための図であ
り、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡから見た図で
あり、電極配置および動作を説明するための図である。
り、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡから見た図で
あり、電極配置および動作を説明するための図である。
１…振動子、２…基台、３…第１の片持ち振動脚、４…
第２の片持ち振動脚、５−１、５−２…励振電極、６−
１、６−２…検出電極、７…第１の振動子、８…第２の
振動子、９…第１の振動子、１０…第２の振動子、１１
…第３の振動子、１０１…振動子、１０２…第１の振動
脚、１０３…第２の振動脚、１０４−１、１０４−２…
励振電極、１０５−１、１０５−２…検出電極。
第２の片持ち振動脚、５−１、５−２…励振電極、６−
１、６−２…検出電極、７…第１の振動子、８…第２の
振動子、９…第１の振動子、１０…第２の振動子、１１
…第３の振動子、１０１…振動子、１０２…第１の振動
脚、１０３…第２の振動脚、１０４−１、１０４−２…
励振電極、１０５−１、１０５−２…検出電極。
Claims (6)
- 【請求項１】 圧電材料からなり、同一平面において第
１の方向に平行に形成された第１、第２の片持ち振動脚
と、これら第１、第２の片持ち振動脚を支持する基台と
からなる振動子と、 前記第１の片持ち振動脚に設けられ、交流電圧の印加に
より前記第１の方向に直交する第２の方向に前記第１の
片持ち振動脚を屈曲振動させる励振電極と、 前記第２の片持ち振動脚に設けられ、前記第１の方向お
よび前記第２の方向と直交する第３の方向の屈曲振動の
大きさに応じた電気信号を検出する検出電極とを備え、 前記第１、第２の片持ち振動脚は、前記第２の方向にお
ける屈曲振動の固有振動数が異なり、かつ前記第３の方
向における屈曲振動の固有振動数が等しいことを特徴と
する角速度センサ。 - 【請求項２】 請求項１に記載の角速度センサにおい
て、 前記第１の片持ち振動脚および前記第２の片持ち振動脚
の前記第１の方向に沿った長さおよび前記第３の方向に
沿った長さがそれぞれ等しく、かつ前記第２の方向に沿
った長さが異なることを特徴とする角速度センサ。 - 【請求項３】 請求項２に記載の角速度センサにおい
て、 前記第１の片持ち振動脚および前記第２の片持ち振動脚
の前記第２の方向に沿った長さをそれぞれｗ1、ｗ2とし
たときに、ｗ2＝１．２ｗ1〜２．８ｗ1であることを特
徴とする角速度センサ。 - 【請求項４】 請求項２または請求項３に記載の角速度
センサにおいて、 前記第１の片持ち振動脚および前記第２の片持ち振動脚
の前記第２の方向に沿った長さをそれぞれｗ1、ｗ2、前
記第３の方向に沿った長さをｔとしたときに、ｗ1＝
０．７ｔ〜１．３ｔであることを特徴とする角速度セン
サ。 - 【請求項５】 請求項１乃至請求項４に記載の角速度セ
ンサにおいて、 ２つの前記振動子を基台に対して互いに点対称に一体成
形したことを特徴とする角速度センサ。 - 【請求項６】 請求項１乃至請求項４に記載の角速度セ
ンサにおいて、 ３つの前記振動子を同一平面内において互いに１２０°
間隔で放射状に一体成形したことを特徴とする角速度セ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001397695A JP2003194543A (ja) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | 角速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001397695A JP2003194543A (ja) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | 角速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003194543A true JP2003194543A (ja) | 2003-07-09 |
Family
ID=27603410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001397695A Pending JP2003194543A (ja) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | 角速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003194543A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006017538A (ja) * | 2004-06-30 | 2006-01-19 | Kyocera Kinseki Corp | 振動子及び角速度センサ |
| JP2006084193A (ja) * | 2004-09-14 | 2006-03-30 | Kyocera Kinseki Corp | 振動子及び角速度センサ |
| JP2007033371A (ja) * | 2005-07-29 | 2007-02-08 | Kyocera Kinseki Corp | 慣性センサ素子 |
| JP2010501831A (ja) * | 2006-08-18 | 2010-01-21 | ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | 音叉ジャイロスコープ装置を有する２軸ヨーレート検知ユニット |
| JP2012002766A (ja) * | 2010-06-21 | 2012-01-05 | Seiko Epson Corp | 振動型ジャイロ素子、振動型ジャイロセンサーおよび振動型ジャイロセンサーによる角速度の検出方法 |
-
2001
- 2001-12-27 JP JP2001397695A patent/JP2003194543A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006017538A (ja) * | 2004-06-30 | 2006-01-19 | Kyocera Kinseki Corp | 振動子及び角速度センサ |
| JP4514115B2 (ja) * | 2004-06-30 | 2010-07-28 | 京セラキンセキ株式会社 | 角速度センサ |
| JP2006084193A (ja) * | 2004-09-14 | 2006-03-30 | Kyocera Kinseki Corp | 振動子及び角速度センサ |
| JP4514121B2 (ja) * | 2004-09-14 | 2010-07-28 | 京セラキンセキ株式会社 | 角速度センサ |
| JP2007033371A (ja) * | 2005-07-29 | 2007-02-08 | Kyocera Kinseki Corp | 慣性センサ素子 |
| JP2010501831A (ja) * | 2006-08-18 | 2010-01-21 | ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | 音叉ジャイロスコープ装置を有する２軸ヨーレート検知ユニット |
| JP2012002766A (ja) * | 2010-06-21 | 2012-01-05 | Seiko Epson Corp | 振動型ジャイロ素子、振動型ジャイロセンサーおよび振動型ジャイロセンサーによる角速度の検出方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041021 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060210 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060221 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060620 |