JP2009047649A - 音叉振動型センサ、力学量検出装置、及び力学量検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、音叉振動型センサ、力学量検出装置、及び力学量検出方法に関し、装置規模の大型化や製造工程の複雑化，高コスト化を招くことなく所定の力学量の誤検出を防止する機能を確保することにある。
【解決手段】Ｘ軸方向へ互いに逆相に励起振動され、所定軸周りの角速度が生じた際にＸ軸方向と直交するＹ軸方向へ互いに逆相に変位振動される２つの振動子１６Ｌ，１６Ｒを設け、その２つの振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向での変位量の差に基づいて上記の所定軸周りの角速度を検出する。そして、２つの振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向における同相変位成分の、和の時間微分値又は各時間微分値の和を算出し、その算出値に基づいて２つの振動子１６Ｌ，１６ＲをＹ軸方向での同相変位成分の振動のみダンピングが増加するようにＹ軸方向の同相方向へフィードバック駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、音叉振動型センサ、力学量検出装置、及び力学量検出方法に係り、特に、所定の力学量が作用した際に互いに逆相変位する２つの錘の変位差に基づいてその所定の力学量を検出するうえで好適な音叉振動型センサ、力学量検出装置、及び力学量検出方法に関する。

従来、基板上に変位可能に支持された錘を有する角速度センサを搭載し、所定軸周りの角速度の発生時にその錘に作用する変位量を角速度センサから出力して、その変位量に基づいて所定軸周りの角速度を検出する力学量検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この力学量検出装置において、錘は２つ対称的に設けられており、これら２つの錘は、所定の第１方向へ逆相で励起振動されつつ、角速度に応じたコリオリ力によりその第１方向と直交する所定の第２方向へ逆相で変位振動される。そして、２つの錘の第２方向における変位量の差を検出して、その変位差に基づいて第１方向及び第２方向の双方直交する所定軸周りの角速度を検出する。
特許第３５１２００４号公報

上述の如く、上記した力学量検出装置においては、角速度発生時に互いに逆相に変位振動する２つの錘の変位差に基づいて角速度が検出される。かかる構成においては、外乱振動等に起因して２つの錘が互いに同相に変位振動するときは、それら２つの錘の間に変位差がほとんど生じない筈であるため、角速度検出への外乱による影響が排除され、角速度の誤検出を極力抑制することが可能となる。

しかし、角速度センサのセンサ素子の加工バラツキ等に起因して、上記した２つの錘の間で質量やバネ特性，変位検出能力に差が生じることがある。かかる事態が生じていると、外乱等で２つの錘が同相に変位した際にもセンサ出力に逆相成分が現れることとなるため、その結果、上記した力学量検出装置の如き構成では、角速度の誤検出を招くおそれがある。

そこで、このような２つの錘間のバラツキ等に起因する角速度の誤検出を防止すべく、角速度センサのセンサ素子を、外部からの振動外乱などが作用し難くなるように防振ゴムなどを介して外部基板に取り付けることが考えられる。しかしながら、このように角速度誤検出の防止のために防振ゴムなどを用いる構成では、角速度検出を行うための部品点数が増大して、センサ規模の大型化や製造工程の複雑化，製造コストの上昇などの不都合が生じてしまう。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、装置規模の大型化や製造工程の複雑化，高コスト化を招くことなく角速度の誤検出を防止する機能を確保することが可能な音叉振動型センサ、力学量検出装置、及び力学量検出方法を提供することを目的とする。

上記の目的は、所定の力学量が作用した際に互いに逆相変位する２つの錘を備え、前記所定の力学量に応じた信号として前記２つの錘の変位差に応じた信号を出力する音叉振動型センサであって、前記２つの錘の検出方向における同相変位成分の、和の時間微分値又は各時間微分値の和を算出する算出手段と、前記算出手段による算出値に基づいて、前記２つの錘を検出方向の同相方向へフィードバック駆動するダンピング制御手段と、を備える音叉振動型センサにより達成される。

また、上記の目的は、所定の力学量が作用した際に互いに逆相変位する２つの錘と、該２つの錘の変位差に基づいて前記所定の力学量を検出する検出手段と、を備える力学量検出装置であって、前記２つの錘の検出方向における同相変位成分の、和の時間微分値又は各時間微分値の和を算出する算出手段と、前記算出手段による算出値に基づいて、前記２つの錘を検出方向の同相方向へフィードバック駆動するダンピング制御手段と、を備える力学量検出装置により達成される。

また、上記の目的は、所定の力学量が作用した際に互いに逆相変位する２つの錘の変位差に基づいて前記所定の力学量を検出する力学量検出方法であって、前記２つの錘の検出方向における同相変位成分の、和の時間微分値又は各時間微分値の和を算出する算出ステップと、前記算出ステップにおける算出値に基づいて、前記２つの錘を検出方向の同相方向へフィードバック駆動するダンピング制御ステップと、を備える力学量検出方法により達成される。

これらの各態様の発明において、２つの錘は、所定の力学量が作用した際に互いに逆相に変位する。そして、その所定の力学量は、２つの錘の変位差に基づいて検出される。また、検出方向に外乱が入力されると、２つの錘は、その検出方向に同相変位する。本発明においては、２つの錘の検出方向における同相変位成分の、和の時間微分値又は各時間微分値の和が算出される。そして、その算出値に基づいて、２つの錘が検出方向の同相方向へフィードバック駆動される。このため、仮に２つの錘の間に加工公差等に起因した変位能力差が存在していても、外乱により２つの錘が検出方向に同相変位したときに、その同相変位が抑えられるので、２つの錘の変位に外乱による逆相成分が現れ難く、２つの錘間の変位差が抑えられる。従って、本発明によれば、外乱入力時における所定の力学量の誤検出を防止させることが可能となる。また、かかる構成においては、所定の力学量の誤検出を防止するうえで防振ゴム等が不要となる。このため、音叉振動型センサや力学量検出装置の規模が小型化され、製造工程が簡素化され、低コスト化が図られる。

この場合、上記した音叉振動型センサ又は力学量検出装置において、前記ダンピング制御手段は、前記算出手段による算出値に基づいて、前記２つの錘を、検出方向での同相変位成分の振動のみダンピングが増加するように検出方向の同相方向へフィードバック駆動することとすればよい。

また、上記した音叉振動型センサ又は力学量検出装置において、前記所定の力学量が、所定軸周りに生ずる角速度であり、前記２つの錘は、所定の第１方向へ互いに逆相に励起振動された状態で、前記角速度が作用した際に該所定の第１方向と直交する所定の第２方向へ互いに逆相変位すると共に、前記算出手段は、前記２つの錘の前記所定の第２方向における同相変位成分の、和の時間微分値又は各時間微分値の和を算出し、かつ、前記ダンピング制御手段は、前記算出手段による算出値に基づいて、前記２つの錘を前記所定の第２方向の同相方向へフィードバック駆動することとすれば、装置規模の大型化や製造工程の複雑化，高コスト化を招くことなく角速度の誤検出を防止する機能を確保することができる。

本発明によれば、装置規模の大型化や製造工程の複雑化，高コスト化を招くことなく所定の力学量の誤検出を防止する機能を確保することができる。

以下、図面を用いて、本発明の具体的な実施の形態について説明する。

図１は、本発明の第１実施例である力学量検出装置１０が備える音叉振動型センサ１２の平面図を示す。図２は、本実施例の力学量検出装置１０の電気的なブロック構成図を示す。また、図３は、本実施例の音叉振動型センサ１２の原理モデルを表した図を示す。

本実施例の力学量検出装置１０は、例えば車両や航空機等の対象物に搭載されており、その重心近傍を通る軸（具体的には鉛直軸；以下適宜、Ｚ軸と称す）回りに生ずる角速度Ωを、半導体で構成した音叉振動型センサ１２を用いて検出する角速度検出装置である。角速度センサである音叉振動型センサ１２は、Ｚ軸回りの角速度Ωに応じた信号を出力すべく、そのＺ軸にそれぞれ直交するＸ軸及びＹ軸を含む平面Ｘ−Ｙ内に配置されている。尚、Ｘ軸とＹ軸とは互いに直交する。

音叉振動型センサ１２は、例えばシリコン結晶基板の表面に微細加工によるエッチングを施すことにより形成される。尚、具体的な製造方法としては、まず、単結晶シリコン層の上面上にシリコン酸化膜（例えば膜厚４．５μｍ）を介して単結晶シリコン層（例えば膜厚４０μｍ）を設けたＳＯＩ（Silicon-On-Insulator）基板を用意し、単結晶シリコン層にリン，ボロン等の不純物をドーピングして単結晶シリコン層の上表面部を低抵抗化して導電帯層とする。そして、最下層の単結晶シリコン層を基板１４とし、反応性エッチングなどにより中間層であるシリコン酸化膜（絶縁層）及び最上層である導電帯層を除去すると共に、フッ酸水溶液などを用いたエッチングにより最上層である導電帯層を残して絶縁層のみを除去することにより、同基板１４上に各種機能部品を形成する。

尚、図２においては、音叉振動型センサ１２の構成部分のうち、絶縁層（中間層）及び導電帯層（最上層）の両方を除去した部分を白色で、絶縁層（中間層）のみを除去した部分を点模様で、また、絶縁層（中間層）及び導電帯層（最上層）の両方を基板１４上に残した部分を網模様で、それぞれ示す。また、以下の説明では、点模様の部分を基板１４から浮いた部分とし、また、網模様の部分を基板１４に固着した部分とする。

音叉振動型センサ１２は、上記の如く形成される基板１４を備えている。基板１４は、Ｘ軸方向に平行に延設された２辺及びＹ軸方向に平行に延設された２辺を有する方形状に形成されている。基板１４上には、一対の振動子１６Ｌ，１６Ｒが同基板１４から浮いた状態で設けられている。振動子１６Ｌ，１６Ｒは、互いに略等しい質量を有し、基板１４上でＸ軸方向対称位置に配置されている。一方の振動子１６ＬのＹ軸方向両外側には、長尺かつ幅広のメインフレーム１８Ｌ１，１８Ｌ２が基板１４から浮いた状態でＸ軸方向に延設して配置されている。また、他方の振動子１６ＲのＹ軸方向両外側にも、長尺かつ幅広のメインフレーム１８Ｒ１，１８Ｒ２が基板１４から浮いた状態でＸ軸方向に延設して配置されている。

振動子１６Ｌは、そのＹ軸方向両端にてＸ軸方向外側にそれぞれ一体的に延設された長尺かつ幅広のアーム部２０Ｌ１，２０Ｌ２を有している。アーム部２０Ｌ１，２０Ｌ２は、そのＸ軸方向両端にて、それぞれ一対の長尺かつ幅狭の検出用梁２２Ｌ１，２２Ｌ２を介してメインフレーム１８Ｌ１，１８Ｌ２のＸ軸方向両端に接続されている。検出用梁２２Ｌ１，２２Ｌ２は、アーム部２０Ｌ１，２０Ｌ２及びメインフレーム１８Ｌ１，１８Ｌ２と一体的に基板１４から浮いた状態に形成されており、Ｘ軸方向に延設されている。検出用梁２２Ｌ１，２２Ｌ２は、振動子１６Ｌをメインフレーム１８Ｌ１，１８Ｌ２に対してＸ軸方向に変位し難くかつＹ軸方向に変位し易く支持している。

同様に、振動子１６Ｒは、アーム部２０Ｌ１，２０Ｌ２と同様のアーム部２０Ｒ１，２０Ｒ２を有している。アーム部２０Ｒ１，２０Ｒ２は、そのＸ軸方向両端にて検出用梁２２Ｒ１，２２Ｒ２を介してメインフレーム１８Ｒ１，１８Ｒ２のＸ軸方向両端に接続されている。検出用梁２２Ｒ１，２２Ｒ２は、アーム部２０Ｒ１，２０Ｒ２及びメインフレーム１８Ｒ１，１８Ｒ２と一体的に基板１４から浮いた状態に形成されており、Ｘ軸方向に延設されている。検出用梁２２Ｒ１，２２Ｒ２は、振動子１６Ｒをメインフレーム１８Ｒ１，１８Ｒ２に対してＸ軸方向に変位し難くかつＹ軸方向に変位し易く支持している。

メインフレーム１８Ｌ１のＹ軸方向外側には、長尺かつ幅広のサブフレーム２４Ｌ１が基板１４から浮いた状態でＸ軸方向に延設されている。サブフレーム２４Ｌ１は、複数の長尺かつ幅狭の駆動梁２６Ｌ１を介してメインフレーム１８Ｌ１に接続されると共に、複数の長尺かつ幅狭の駆動梁２８Ｌ１を介して基板１４に固着された複数のアンカ３０Ｌ１に接続されている。駆動梁２６Ｌ１，２８Ｌ１は、メインフレーム１８Ｌ１及びサブフレーム２４Ｌ１と一体的に基板１４から浮いた状態に形成されてＹ軸方向に延設されている。また、メインフレーム１８Ｌ１を基板１４に対してＸ軸方向に変位し易くかつＹ軸方向に変位し難く支持している。すなわち、メインフレーム１８Ｌ１は、駆動梁２６Ｌ１、サブフレーム２４Ｌ１、及び駆動梁２８Ｌ１を介して基板１４にＸ軸方向に変位し易くかつＹ軸方向に変位し難く支持されている。

同様に、メインフレーム１８Ｌ２，１８Ｒ１，１８Ｒ２のＹ軸方向外側には、サブフレーム２４Ｌ１と同様のサブフレーム２４Ｌ２，２４Ｒ１，２４Ｒ２が設けられている。各メインフレーム１８Ｌ２，１８Ｒ１，１８Ｒ２は、駆動梁２６Ｌ２，２６Ｒ１，２６Ｒ２、サブフレーム２４Ｌ２，２４Ｒ１，２４Ｒ２、及び駆動梁２８Ｌ２，２８Ｒ１，２８Ｒ２を介して基板１４にＸ軸方向に変位し易くかつＹ軸方向に変位し難く支持されている。

上記した２つの振動子１６Ｌ，１６Ｒは、基板１４から浮いたリンク部３２を介して互いに連結されている。リンク部３２は、振動子１６Ｌ側のメインフレーム１８Ｌ１と振動子１６Ｒ側のメインフレーム１８Ｒ１とを連結する第１リンク部３２−１と、振動子１６Ｌ側のメインフレーム１８Ｌ２と振動子１６Ｒ側のメインフレーム１８Ｒ２とを連結する第２リンク部３２−２と、を有している。

第１リンク部３２−１は、複数の長尺かつ幅狭の第１リンク梁３４Ｌ１，３４Ｒ１と、長尺かつ幅広の第１リンク３６−１と、を有している。第１リンク梁３４Ｌ１，３４Ｒ１は、メインフレーム１８Ｌ１，１８Ｒ１と一体的に基板１４から浮いた状態に形成されており、一端にてメインフレーム１８Ｌ１，１８Ｒ１に接続されていると共に、Ｙ軸方向に延設され、他端にて第１リンク３６−１に接続されている。第１リンク３６−１は、メインフレーム１８Ｌ１，１８Ｒ１と一体的に基板１４から浮いた状態に形成されており、Ｘ軸方向に延設されている。同様に、第２リンク部３２−２は、複数の長尺かつ幅狭の第２リンク梁３４Ｌ２，３４Ｒ２と、長尺かつ幅広の第２リンク３６−２と、を有している。

第１リンク３６−１と第２リンク３６−２とは、一端にて、複数の長尺かつ幅狭のサブリンク梁３８Ｌ１，３８Ｌ２及び長尺かつ幅広のサブリンク４０Ｌを介して連結されていると共に、他端にて、複数の長尺かつ幅狭のサブリンク梁３８Ｒ１，３８Ｒ２及び長尺かつ幅広のサブリンク４０Ｒを介して連結されている。サブリンク梁３８Ｌ１，３８Ｌ２，３８Ｒ１，３８Ｒ２はそれぞれ、第１又は第２リンク３６−１，３６−２と一体的に基板から浮いた状態に形成されており、一端にて第１又は第２リンク３６−１，３６−２に接続されていると共に、Ｘ軸方向に延設され、他端にてサブリンク４０Ｌ，４０Ｒに接続されている。サブリンク４０Ｌ，４０Ｒは、第１又は第２リンク３６−１，３６−２と一体的に基板から浮いた状態に形成されており、Ｙ軸方向に延設されている。

第１及び第２リンク梁３４Ｌ１，３４Ｌ２，３４Ｒ１，３４Ｒ２は、振動子１６Ｌ，１６Ｒを第１及び第２リンク３６−１，３６−２に対してＸ軸方向に変位し易くかつＹ軸方向に変位し難く支持しており、リンク３６−１，３６−２に対する振動子１６Ｌ，１６ＲのＸ軸方向への変位を許容する梁である。また、サブリンク梁３８Ｌ１，３８Ｌ２，３８Ｒ１，３８Ｒ２は、第１リンク３６−１と第２リンク３６−２とをＸ軸方向に相対変位し難くかつＹ軸方向に相対変位し易く支持しており、第１リンク３６−１と第２リンク３６−２とのＹ軸方向への相対変位を許容する梁である。

また、基板１４上には、メインフレーム１８Ｌ１，１８Ｌ２，１８Ｒ１，１８Ｒ２を基板１４に対してＸ軸方向に駆動させるための駆動電極部４２Ｌ１，４２Ｌ２，４２Ｒ１，４２Ｒ２と、メインフレーム１８Ｌ１，１８Ｌ２，１８Ｒ１，１８Ｒ２の基板１４に対するＸ軸方向の振動をモニタするための駆動モニタ電極部４４Ｌ１，４４Ｌ２，４４Ｒ１，４４Ｒ２と、振動子１６Ｌ，１６Ｒの基板１４に対するＹ軸方向の振動を検出するための検出電極部４６Ｌ１，４６Ｌ２，４６Ｒ１，４６Ｒ２と、振動子１６Ｌ，１６Ｒの基板１４に対するＹ軸方向の同相変位成分（すなわち、同一方向の変位成分）をダンピングさせるためのダンピング電極部４８Ｌ１，４８Ｌ２，４８Ｒ１，４８Ｒ２と、が設けられている。

駆動電極部４２Ｌ１，４２Ｌ２は、メインフレーム１８Ｌ１，１８Ｌ２のＸ軸方向外側端部にて一体的にＹ軸方向外側へ向けて基板１４から浮かせて延設した突出部５０Ｌ１，５０Ｌ２のＸ軸方向外側に設けられている。駆動電極部４２Ｌ１，４２Ｌ２は、Ｘ軸方向に延設された櫛歯状の可動電極指６０Ｌ１，６０Ｌ２と、Ｘ軸方向に延設された櫛歯状の固定電極指６２Ｌ１，６２Ｌ２と、を有している。

各固定電極指６２Ｌ１，６２Ｌ２は、基板１４上に一体的に固着した配線部６４Ｌ１，６４Ｌ２を介して基板１４上に一体的に固着したパッド部６６Ｌ１，６６Ｌ２に接続されている。パッド部６６Ｌ１，６６Ｌ２の上面には、導電金属（例えばアルミニウム）で形成された電極パッド６８Ｌ１，６８Ｌ２が設けられている。各可動電極指６０Ｌ１，６０Ｌ２は、基板１４から浮かせて突出部５０Ｌ１，５０Ｌ２からＸ軸方向外側に一体的に延設して形成されており、固定電極指６２Ｌ１間又は６２Ｌ２間のＹ軸方向中央位置においてＸ軸方向へ進入しており、固定電極指６２Ｌ１，６２Ｌ２にＹ軸方向で隣接して対向している。

駆動電極部４２Ｒ１，４２Ｒ２は、メインフレーム１８Ｒ１，１８Ｒ２のＸ軸方向外側端部にて一体的にＹ軸方向外側へ向けて基板１４から浮かせて延設した突出部５０Ｒ１，５０Ｒ２のＸ軸方向内側に設けられている。駆動電極部４２Ｒ１，４２Ｒ２は、Ｘ軸方向に延設された櫛歯状の可動電極指６０Ｒ１，６０Ｒ２と、Ｘ軸方向に延設された櫛歯状の固定電極指６２Ｒ１，６２Ｒ２と、を有している。

各固定電極指６２Ｒ１，６２Ｒ２は、基板１４上に一体的に固着した配線部６４Ｒ１，６４Ｒ２を介して基板１４上に一体的に固着したパッド部６６Ｒ１，６６Ｒ２に接続されている。パッド部６６Ｒ１，６６Ｒ２の上面には、導電金属（例えばアルミニウム）で形成された電極パッド６８Ｒ１，６８Ｒ２が設けられている。各可動電極指６０Ｒ１，６０Ｒ２は、基板１４から浮かせて突出部５０Ｒ１，５０Ｒ２からＸ軸方向内側に一体的に延設して形成されており、固定電極指６２Ｒ１間又は６２Ｒ２間のＹ軸方向中央位置においてＸ軸方向へ進入しており、固定電極指６２Ｒ１，６２Ｒ２にＹ軸方向で隣接して対向している。

駆動モニタ電極部４４Ｌ１，４４Ｌ２は、突出部５０Ｌ１，５０Ｌ２のＸ軸方向内側（駆動電極部４２Ｌ１，４２Ｌ２とはＸ軸方向反対側）に設けられている。駆動モニタ電極部４４Ｌ１，４４Ｌ２は、Ｘ軸方向に延設された櫛歯状の可動電極指７０Ｌ１，７０Ｌ２と、Ｘ軸方向に延設された櫛歯状の固定電極指７２Ｌ１，７２Ｌ２と、を有している。

各固定電極指７２Ｌ１，７２Ｌ２は、基板１４上に一体的に固着した配線部７４Ｌ１，７４Ｌ２を介して基板１４上に一体的に固着したパッド部７６Ｌ１，７６Ｌ２に接続されている。パッド部７６Ｌ１，７６Ｌ２の上面には、導電金属（例えばアルミニウム）で形成された電極パッド７８Ｌ１，７８Ｌ２が設けられている。各可動電極指７０Ｌ１，７０Ｌ２は、基板１４から浮かせて突出部５０Ｌ１，５０Ｌ２からＸ軸方向内側に一体的に延設して形成されており、固定電極指７２Ｌ１間又は７２Ｌ２間のＹ軸方向中央位置においてＸ軸方向へ進入しており、固定電極指７２Ｌ１，７２Ｌ２にＹ軸方向で隣接して対向している。

駆動モニタ電極部４４Ｒ１，４４Ｒ２は、突出部５０Ｒ１，５０Ｒ２のＸ軸方向外側（駆動電極部４２Ｒ１，４２Ｒ２とはＸ軸方向反対側）に設けられている。駆動モニタ電極部４４Ｒ１，４４Ｒ２は、Ｘ軸方向に延設された櫛歯状の可動電極指７０Ｒ１，７０Ｒ２と、Ｘ軸方向に延設された櫛歯状の固定電極指７２Ｒ１，７２Ｒ２と、を有している。

各固定電極指７２Ｒ１，７２Ｒ２は、基板１４上に一体的に固着した配線部７４Ｒ１，７４Ｒ２を介して基板１４上に一体的に固着したパッド部７６Ｒ１，７６Ｒ２に接続されている。パッド部７６Ｒ１，７６Ｒ２の上面には、導電金属（例えばアルミニウム）で形成された電極パッド７８Ｒ１，７８Ｒ２が設けられている。各可動電極指７０Ｒ１，７０Ｒ２は、基板１４から浮かせて突出部５０Ｒ１，５０Ｒ２からＸ軸方向外側に一体的に延設して形成されており、固定電極指７２Ｒ１間又は７２Ｒ２間のＹ軸方向中央位置においてＸ軸方向へ進入しており、固定電極指７２Ｒ１，７２Ｒ２にＹ軸方向で隣接して対向している。

検出電極部３４Ｌ１，３４Ｌ２，３４Ｒ１，３４Ｒ２は、アーム部２０Ｌ１，２０Ｌ２，２０Ｒ１，２０Ｒ２のＹ軸方向内側に設けられている。検出電極部３４Ｌ１，３４Ｌ２，３４Ｒ１，３４Ｒ２は、Ｘ軸方向に延設された櫛歯状の可動電極指８０Ｌ１，８０Ｌ２，８０Ｒ１，８０Ｒ２と、Ｘ軸方向に延設された櫛歯状の固定電極指８２Ｌ１，８２Ｌ２，８２Ｒ１，８２Ｒ２と、を有している。

各固定電極指８２Ｌ１，８２Ｌ２，８２Ｒ１，８２Ｒ２は、基板１４上に一体的に固着した配線部８４Ｌ１，８４Ｌ２，８４Ｒ１，８４Ｒ２を介して基板１４上に一体的に固着したパッド部８６Ｌ１，８６Ｌ２，８６Ｒ１，８６Ｒ２に接続されている。パッド部８６Ｌ１，８６Ｌ２，８６Ｒ１，８６Ｒ２の上面には、導電金属（例えばアルミニウム）で形成された電極パッド８８Ｌ１，８８Ｌ２，８８Ｒ１，８８Ｒ２が設けられている。各可動電極指８０Ｌ１，８０Ｌ２，８０Ｒ１，８０Ｒ２は、アーム部２０Ｌ１，２０Ｌ２，２０Ｒ１，２０Ｒ２のＹ軸方向内側に一体的に基板１４から浮かせて延設された複数の突出部及び振動子１６Ｌ，１６Ｒから、基板１４に対して浮かせてＸ軸方向に一体的に延設して形成されている。各可動電極指８０Ｌ１，８０Ｌ２，８０Ｒ１，８０Ｒ２は、固定電極指８２Ｌ１間、８２Ｌ２間、８２Ｒ１間、又は８２Ｒ２間のＸ軸方向へ進入しており、その固定電極指８２Ｌ１，８２Ｌ２，８２Ｒ１，８２Ｒ２にＹ軸方向で隣接して対向しているが、各間のＹ軸方向中央位置よりもＹ軸方向内側にオフセットして設けられている。

ダンピング電極部４８Ｌ１，４８Ｌ２，４８Ｒ１，４８Ｒ２は、振動子１６Ｌ，１６Ｒから一体的にＸ軸方向外側に基板１４から浮かせて延設した長尺かつ幅広のアーム部５４Ｌ１，５４Ｌ２，５４Ｒ１，５４Ｒ２のＹ軸方向外側に設けられている。ダンピング電極部４８Ｌ１，４８Ｌ２，４８Ｒ１，４８Ｒ２は、Ｘ軸方向に延設された櫛歯状の可動電極指９０Ｌ１，９０Ｌ２，９０Ｒ１，９０Ｒ２と、Ｘ軸方向に延設された櫛歯状の固定電極指９２Ｌ１，９２Ｌ２，９２Ｒ１，９２Ｒ２と、を有している。

各固定電極指９２Ｌ１，９２Ｌ２，９２Ｒ１，９２Ｒ２は、基板１４上に一体的に固着した配線部９４Ｌ１，９４Ｌ２，９４Ｒ１，９４Ｒ２を介して基板１４上に一体的に固着したパッド部９６Ｌ１，９６Ｌ２，９６Ｒ１，９６Ｒ２に接続されている。パッド部９６Ｌ１，９６Ｌ２，９６Ｒ１，９６Ｒ２の上面には、導電金属（例えばアルミニウム）で形成された電極パッド９８Ｌ１，９８Ｌ２，９８Ｒ１，９８Ｒ２が設けられている。各可動電極指９０Ｌ１，９０Ｌ２，９０Ｒ１，９０Ｒ２は、アーム部５４Ｌ１，５４Ｌ２，５４Ｒ１，５４Ｒ２のＹ軸方向外側に一体的に基板１４から浮かせて延設された複数の突出部及び振動子１６Ｌ，１６Ｒから、基板１４に対して浮かせてＸ軸方向に一体的に延設して形成されている。各可動電極指９０Ｌ１，９０Ｌ２，９０Ｒ１，９０Ｒ２は、固定電極指９２Ｌ１間、９２Ｌ２間、９２Ｒ１間、又は９２Ｒ２間のＸ軸方向へ進入しており、その固定電極指９２Ｌ１，９２Ｌ２，９２Ｒ１，９２Ｒ２にＹ軸方向で隣接して対向しているが、各間のＹ軸方向中央位置よりもＹ軸方向内側にオフセットして設けられている。

次に、本実施例の力学量検出装置１０におけるＺ軸回りの角速度Ωを検出するための電気回路について説明する。

本実施例の力学量検出装置１０において、上記した各電極パッド６８，７８，８８，９８にはそれぞれ、各配線を介して制御回路１００が接続されている。この制御回路１００は、駆動電極部４２の電極パッド６８及び駆動モニタ電極部４４の電極パッド７８の双方に接続するセンサ励振駆動部１０２と、検出電極部４６の電極パッド８８に接続する変位検出部１０４と、ダンピング電極部４８の電極パッド９８に接続するダンピング制御部１０６と、を有していると共に、角速度信号処理部１０８を有している。上記した変位検出部１０４は、ダンピング制御部１０６に接続していると共に、角速度信号処理部１０８に接続している。

センサ励振駆動部１０２は、振動子１６Ｌ，１６ＲのＸ軸方向への駆動振動を励起させるための励起駆動信号を電極パッド６８を介して駆動電極部４２へ供給すると共に、電極パッド７８を介して駆動モニタ電極部４４から供給される、振動子１６Ｌ，１６ＲのＸ軸方向への駆動振動の状態を示す励起駆動モニタ信号を受信する。変位検出部１０４は、電極パッド８８を介して検出電極部４６から供給される、振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向の各変位に応じた変位信号をそれぞれ受信すると共に、検出した振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向の各変位を示す錘変位信号をそれぞれ角速度信号処理部１０８及びダンピング制御部１０６の双方へ供給する。

角速度信号処理部１０８は、変位検出部１０４から供給される各振動子１６Ｌ，１６Ｒについての錘変位信号をそれぞれ受信する。また、ダンピング制御部１０６は、変位検出部１０４から供給される各振動子１６Ｌ，１６Ｒの錘変位信号をそれぞれ受信すると共に、振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向への検出振動の同相変位成分をダンピングさせるためのダンピング制御駆動信号を電極パッド９８を介してダンピング電極部４８へ供給する。

変位検出部１０４は、検出電極部４６側からの変位信号に基づいて振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向の各変位をそれぞれ検出する。また、角速度信号処理部１０８は、振動子１６Ｌと振動子１６ＲとのＹ軸方向の逆相変位成分を取り出す機能、具体的には、変位検出部１０４からの各振動子１６Ｌ，１６Ｒについての錘変位信号が入力される減算器１０８ａを有している。減算器１０８ａは、振動子１６ＬのＹ軸方向変位と振動子１６ＲのＹ軸方向変位との変位差（すなわち変位量の差）を算出してＺ軸回りの角速度Ωの成分を示す角速度成分変位信号を生成する。角速度信号処理部１０８は、角速度成分変位信号に基づいてＺ軸回りの角速度Ωを検出する。

更に、ダンピング制御部１０６は、変位検出部１０４からの各振動子１６Ｌ，１６Ｒの錘変位信号が入力される加算器１０６ａと、加算器１０６ａの出力が入力される微分回路１０６ｂと、微分回路１０６ｂの出力が入力される駆動回路１０６ｃと、を有している。加算器１０６ａは、振動子１６Ｌと振動子１６ＲとのＹ軸方向の同相変位成分を取り出す機能を発揮するものであり、振動子１６ＬのＹ軸方向変位と振動子１６ＲのＹ軸方向変位との和（すなわち、変位量の加算値）を算出して両振動子１６Ｌ，１６Ｒの双方に加わる慣性力による加速度の成分を示す加速度成分変位信号を生成する。微分回路１０６ｂは、加算器１０６ａの出力である加速度成分変位信号を時間微分して、振動子１６ＬのＹ軸方向変位と振動子１６ＲのＹ軸方向変位との和の時間微分値を算出する。また、駆動回路１０６ｃは、微分回路１０６ｂの出力である上記した和の時間微分値に基づいて、後に詳述する如く、２つの振動子１６Ｌ，１６ＲをＹ軸方向の同相方向へ駆動する上記のダンピング制御駆動信号を生成して、ダンピング電極部４８へ供給する。

次に、本実施例の力学量検出装置１０の動作について説明する。

本実施例の力学量検出装置１０を搭載する車両などがイグニションオン等により起動されると、以後、制御回路１００のセンサ励振駆動部１０２は、電極パッド６８を介して駆動電極部４２に正弦波や矩形波などの周期的な駆動信号を振動子１６Ｌ，１６ＲのＸ軸方向の共振周波数にて印加する。かかる駆動信号が駆動電極部４２に印加されると、その駆動電極部４２の可動電極指６０と固定電極指６２との間にメインフレーム１８側をＸ軸方向に駆動させる静電気力が発生する。この静電気力は、上記した駆動信号の印加周期に従ってＸ軸方向の一方と他方とに交互に作用する。

かかる静電気力が発生すると、可動電極指６０に連なるメインフレーム１８Ｌ１，１８Ｌ２，１８Ｒ１，１８Ｒ２がその静電気力に応じてＸ軸方向に変位し、その変位が駆動梁２６，２８を介して振動子１６Ｌ，１６Ｒ側に伝達されることで、駆動梁２６，２８の弾性により振動子１６Ｌ，１６Ｒを含む可動部全体がＸ軸方向に駆動振動する。この場合、両振動子１６Ｌ，１６ＲのＸ軸方向の駆動振動は互いに逆相となる。すなわち、振動子１６ＬがＸ軸方向左方に変位するときは、振動子１６Ｒはその振動子１６Ｌとは逆にＸ軸方向右方に変位し、一方、振動子１６ＬがＸ軸方向右方に変位するときは、振動子１６Ｒはその振動子１６Ｌとは逆にＸ軸方向左方に変位する。

また、この際、センサ励振駆動部１０２は、電極パッド７８を介して駆動モニタ電極部４４から供給される、振動子１６Ｌ，１６ＲのＸ軸方向への駆動振動の状態を示す励起駆動モニタ信号に基づいて、その駆動モニタ電極部４４の櫛歯間の容量変化を検知して、振動子１６Ｌ，１６Ｒの駆動振動の周波数や振幅等をモニタする。そして、そのモニタ結果を、駆動電極部４２に印加する駆動信号にフィードバックする。これにより、駆動電極部４２に印加される駆動信号は調整されることで、振動子１６Ｌ，１６ＲのＸ軸方向の駆動振動は両者間で等しく常に一定振幅となるように行われる。

振動子１６Ｌ，１６Ｒが励起されて駆動振動している状態で、Ｚ軸回りに角速度が加わると、その振動子１６Ｌ，１６Ｒに、その質量ｍ、Ｘ軸方向の振動速度Ｖｘ、及び角速度Ωｚに応じたＹ軸方向（検出方向）へのコリオリ力Ｆｃ＝２ｍ・Ｖｘ・Ωｚが作用する。かかるコリオリ力が作用すると、振動子１６Ｌ，１６ＲがＹ軸方向へ変位し、角速度Ωｚの大きさに比例した振幅でかつＸ軸方向への励起駆動振動の周波数に応じた周期で振動する。この場合、コリオリ力による振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向への検出振動は互いに逆相となる。すなわち、振動子１６ＬがＹ軸方向上方に変位するときは、振動子１６Ｒはその振動子１６Ｌとは逆にＹ軸方向下方に変位し、一方、振動子１６ＬがＹ軸方向下方に変位するときは、振動子１６Ｒはその振動子１６Ｌとは逆にＹ軸方向上方に変位する。

また、上記の如く振動子１６Ｌ，１６ＲがＹ軸方向へ変位すると、その変位に応じて検出用梁２２が弾性変形して、検出電極部４６の可動電極指８０と固定電極指８２との隙間が変化して、両者間の静電容量が変化する。

変位検出部１０４は、振動子１６Ｌの検出電極部４６Ｌから供給される、上記の静電容量に応じたすなわち振動子１６ＬのＹ軸方向の変位に応じた変位信号をそれぞれ受信して、その変位信号に基づいて振動子１６ＬのＹ軸方向の変位量を検出すると共に、振動子１６Ｒの検出電極部４６Ｒから供給される、上記の静電容量に応じたすなわち振動子１６ＲのＹ軸方向の変位に応じた変位信号をそれぞれ受信して、その変位信号に基づいて振動子１６ＲのＹ軸方向の変位量を検出する。そして、検出した振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向の各変位量を示す錘変位信号をそれぞれ角速度信号処理部１０８及びダンピング制御部１０６の双方へ供給する。

角速度信号処理部１０８は、変位検出部１０４から供給される２つの振動子１６Ｌ，１６Ｒについての各錘変位信号に基づいて、減算器１０８ａにて振動子１６ＬのＹ軸方向変位と振動子１６ＲのＹ軸方向変位との変位差を算出して、Ｚ軸回りの角速度Ωの成分を示す角速度成分変位信号を生成し、Ｚ軸回りに生ずる角速度Ωを検出する。

このように、本実施例の力学量検出装置１０において、対象物に実際にＺ軸回りに角速度が作用するときは、振動子１６Ｌ，１６Ｒがコリオリ力に伴ってＹ軸方向に互いに逆相（変位方向が逆）で検出振動するので、それらの変位差に基づいてＺ軸回りの角速度を検出することができる。

尚、本実施例の力学量検出装置１０は車両や航空機等の対象物に搭載されるため、コリオリ力とは別に例えば加減速に起因する加速度を伴う慣性力（振動外乱）が対象に作用することがある。この慣性力に起因して振動子１６Ｌ，１６ＲがＹ軸方向に検出振動するときは、その振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向への検出振動の成分は互いに同相（変位方向が同じ）となる。また、慣性力に起因して振動子１６Ｌ，１６ＲがＸ軸方向に変位振動するときは、その振動子１６Ｌ，１６ＲのＸ軸方向への駆動振動の成分は互いに同相（変位方向が同じ）となるため、そのＸ軸方向の駆動振動に伴うコリオリ力によって振動子１６Ｌ，１６ＲがＹ軸方向へ検出振動しても、その振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向への検出振動の成分は互いに同相（変位方向が同じ）となる。

この慣性力に起因して振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向への検出振動の成分が互いに同相になるときは、両振動子１６Ｌ，１６Ｒ間に変位位置の差は生じない。このため、上記の如く制御回路１００の処理によれば、振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向の同相変位成分は打ち消されて、その同相変位成分による角速度成分はゼロとなる。従って、本実施例の力学量検出装置１０によれば、Ｚ軸回りの角速度検出への慣性力による影響を排除してその角速度の誤検出を極力防止し、これにより、その角速度を精度よく検出することが可能となっている。

図４は、一対の振動子１６Ｌ，１６Ｒの加工公差等に起因する音叉振動型センサ１２の誤出力を説明するための図を示す。ところで、角速度が作用する際は、一方の振動子１６Ｌについての錘変位成分Ａ１と、同タイミングにおける他方の振動子１６Ｒの錘変位成分Ａ２とが逆相となる（図４（Ａ））。一方、音叉振動型センサ１２の有する素子の加工バラツキ等に起因して、２つの振動子１６Ｌ，１６Ｒの間で質量やバネ特性，変位検出能力に差が生じることがある。かかる事態が生じていると、外乱振動等の慣性力が作用することによって２つの振動子１６Ｌ，１６ＲがＹ軸方向に同相変位した際に、それらの振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向への検出振動成分（センサ出力）に逆相成分が現れる（図４（Ｂ））。このため、上記の如きＺ軸回りの角速度の検出を単に各振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向の変位の差に基づいて行うこととすると、角速度が作用することなく慣性力のみが作用しただけであるときにも、角速度が生じたものと判断されることが起こり得、角速度の誤検出を招くこととなってしまう。

そこで、このような一対の振動子１６Ｌ，１６Ｒ間のバラツキ等に起因する角速度の誤検出を防止すべく、外部からの慣性力を吸収して音叉振動型センサ１２をその慣性力が作用し難くなるように防振ゴムなどを介して車体や機体の外部基板に取り付けることが考えられる。しかしながら、このような構成では、角速度検出を行うための部品点数が増大して、センサ規模の大型化や製造工程の複雑化，製造コストの上昇などの不都合が生じてしまう。

これに対して、本実施例においては、上記の如く、音叉振動型センサ１２が、基板１４上に、振動子１６Ｌ，１６Ｒの基板１４に対するＹ軸方向の同相変位をダンピングさせるためのダンピング電極部４８を有し、力学量検出装置１０が、そのダンピング電極部４８に接続するダンピング制御部１０６を有している。

ダンピング制御部１０６は、まず、加算器１０６ａにて、変位検出部１０４から供給される２つの振動子１６Ｌ，１６Ｒについての各錘変位信号に基づいて、振動子１６ＬのＹ軸方向変位と振動子１６ＲのＹ軸方向変位との和を算出する。次に、微分回路１０６ｂにて、その算出した和に基づいてその和を時間微分することによりその時間微分値を算出し、そして、駆動回路１０６ｃにて、その算出した時間微分値に基づいて、２つの振動子１６Ｌ，１６ＲをＹ軸方向の同相方向へ駆動してその同相変位成分をダンピングさせるためのダンピング制御駆動信号を生成して、振動子１６Ｌ，１６Ｒ側それぞれのダンピング電極部４８へ供給する。

ダインピング電極部４８にかかるダンピング制御駆動信号が印加されると、そのダンピング電極部４８の可動電極指９０と固定電極指９２との間に振動子１６Ｌ，１６ＲをＹ軸方向に駆動させる静電気力が発生する。かかる静電気力が発生すると、可動電極指９０に連なる振動子１６Ｌ，１６Ｒがその静電気力に応じてＹ軸方向に変位する。この際、その静電気力による両振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向の変位は、同相変位成分がキャンセルされるように行われる。

すなわち、本実施例において、両振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向の運動方程式は、次式（１）及び（２）により表される。尚、ｍは振動子１６の質量を、Ｄはダンピング定数を、ｋは検出用梁２２のバネ定数を、Ｆｃはコリオリ力を、ｙは振動子１６の変位を、それぞれ示すと共に、Ｄ_Ｅは２つの振動子１６の変位の和の微分値を各振動子１６をＹ軸方向に駆動する力へ変換するための変換係数としてのダンピング定数（以下、電気ダンピング定数と称す）である。また、添字１，２は、２つの振動子１６Ｌ，１６Ｒを表す。

図５（Ａ）は振動子１６Ｌ，１６ＲがＹ軸方向に互いに逆相で検出振動する逆相振動モード時における周波数とゲインとの関係を表す振動特性を、また、図５（Ｂ）は振動子１６Ｌ，１６ＲがＹ軸方向に互いに同相で変位振動する同相振動モード時における振動特性を、それぞれ示す。また、図６は、本実施例の力学量検出装置１０による効果を説明するための図を示す。尚、図６には、逆相振動モード時における振動特性と同相振動モード時における振動特性とを比較した図を示す。

本実施例の構成において、対象物のＺ軸回りに角速度が生じているときすなわち振動子１６Ｌ，１６ＲがＹ軸方向に互いに逆相で検出振動しているときは、それら２つの振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向変位の和が略ゼロとなり、その微分値も略ゼロとなるので、上記（１）式及び（２）式における電気ダンピング定数Ｄ_Ｅの項は共に略ゼロとなる。この場合には、ダンピング制御部１０６からダンピング電極部４８へ印加するダンピング制御駆動信号が、振動子１６Ｌ，１６ＲをＹ軸方向へ駆動させるものでなくなるので、ダンピング電極部４８において振動子１６Ｌ，１６ＲをＹ軸方向へ変位駆動させる静電気力はほとんど発生せず、その結果として、２つの振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向の変位はそれぞれ角速度の大きさに応じた振幅となる。

従って、本実施例の力学量検出装置１０においては、振動子１６Ｌ，１６ＲがＹ軸方向に互いに逆相で検出振動する逆相振動モード時、振動子１６Ｌ，１６Ｒの逆相検出振動に対するダンピング作用がほとんどなく、２つの振動子１６Ｌ，１６Ｒの振動特性が、ダンピング電極部４８やダンピング制御部１０６が全く存在しない力学量検出装置（すなわち電気ダンピング無し）におけるものと略同じになる（図５（Ａ））。

一方、対象物にＹ軸方向への慣性力による加速が生じているときすなわち振動子１６Ｌ，１６ＲがＹ軸方向に互いに同相で変位しているときは、それら２つの振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向変位の和（の絶対値）がゼロを基準にして大きな値になり、その微分値（の絶対値）もゼロを基準にして大きくなる。この場合には、ダンピング制御部１０６からダンピング電極部４８へ印加するダンピング制御駆動信号が、振動子１６Ｌ，１６ＲをＹ軸方向のその変位を妨げる方向へ駆動させるものとなるので、各ダンピング電極部４８において振動子１６Ｌ，１６ＲをＹ軸方向のその変位を妨げる方向へ変位駆動させる静電気力が発生し、その結果として、２つの振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向の変位は共に抑えられる。

従って、本実施例の力学量検出装置１０においては、振動子１６Ｌ，１６ＲがＹ軸方向に互いに同相で変位振動する同相振動モード時、振動子１６Ｌ，１６Ｒの同相変位振動に対するダンピング作用が発揮されるものとなり、振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向の振動検出のための共振のＱ値が下がり、２つの振動子１６Ｌ，１６Ｒの振動特性が、ダンピング電極部４８やダンピング制御部１０６が全く存在しない力学量検出装置（すなわち電気ダンピング無し）におけるものと異なるものになる（図５（Ｂ））。

このように、本実施例の力学量検出装置１０によれば、コリオリ力により振動子１６Ｌ，１６ＲをＹ軸方向に互い逆相で変位させるための振動特性と、外乱振動などの慣性力により振動子１６Ｌ，１６ＲをＹ軸方向に互い同相で変位させるための振動特性と、を異ならせること（図６参照）ができるので、Ｚ軸回りの角速度を検出する検出特性を変えることなくすなわちコリオリ力による２つの振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向への逆相変位を抑えることなく（すなわちセンサ感度を損なうことなく）、振動外乱などの慣性力による２つの振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向への同相変位を抑えることが可能となる。

この点、本実施例においては、音叉振動型センサ１２のセンサ素子を構成する振動子１６Ｌ，１６Ｒの質量や検出用梁２２のバネ特性，各種電極部の寸法等に、振動子１６Ｌ側と振動子１６Ｒ側との間で製造工程等での加工バラツキ差が存在する状況でも、慣性力入力時に、２つの振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向変位に上記の加工バラツキ差に起因したその慣性力による逆相変位成分（コリオリ力による変位と等価な誤差変位成分）が現れ難く、慣性力による２つの振動子１６Ｌ，１６Ｒ間のＹ軸方向における変位差が抑えられる。従って、本実施例の力学量検出装置１０によれば、Ｚ軸回りの角速度の検出に際し外乱等の慣性力による影響を排除することができるので、音叉振動型センサ１２の誤出力及びＺ軸回りの角速度の誤検出を防止することができ、振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向の変位差に基づくＺ軸回りの角速度の検出を精度よく実現することが可能となっている。

このため、本実施例の構成によれば、音叉振動型センサ１２と車体や機体の外部基板との間に、それらの振動子１６Ｌ，１６Ｒ間のバラツキを吸収して角速度の誤検出を防止するための防振ゴム等を介在させることは不要となるので、従って、角速度の誤検出を防止する機能を確保しつつ、その角速度を精度よく検出するために必要なゴム部材を削減して、センサ規模や装置規模の小型化や製造工程の簡素化，製造コストの低減などを図ることが可能となっている。

尚、上記の第１実施例においては、Ｚ軸回りの角速度が特許請求の範囲に記載した「所定の力学量」に、振動子１６Ｌ，１６Ｒが特許請求の範囲に記載した「錘」に、Ｘ軸方向（駆動方向）が特許請求の範囲に記載した「所定の第１方向」に、Ｙ軸方向（検出方向）が特許請求の範囲に記載した「検出方向」及び「所定の第２方向」に、Ｚ軸が特許請求の範囲に記載した「所定軸」に、それぞれ相当している。

また、上記の第１実施例においては、角速度信号処理部１０８がＺ軸回りの角速度Ωを検出することにより特許請求の範囲に記載した「検出手段」が、ダンピング制御部１０６の加算器１０６ａが２つの振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向における同相変位成分の和を算出しかつ微分回路１０６ｂがその和の時間微分値を算出することにより特許請求の範囲に記載した「算出手段」及び「算出ステップ」が、駆動回路１０６ｃが微分回路１０６ｂの算出した値に基づいて２つの振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向の同相方向へ駆動させるダンピング制御駆動信号をダンピング電極部４８に印加することにより特許請求の範囲に記載した「ダンピング制御手段」及び「ダンピング制御ステップ」が、それぞれ実現されている。

上記した第１実施例では、変位検出部１０４から供給される各振動子１６Ｌ，１６Ｒの錘変位信号をそれぞれ受信しかつダンピング電極部４８の電極パッド９８に接続するダンピング制御部１０６を設け、そのダンピング制御部１０６に、まず、加算器１０６ａにて変位検出部１０４からの錘変位信号である２つの振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向変位を加算させて、その後に、微分回路１０６ｂにてその加算値を時間微分させることとしている。

これに対して、本発明の第２実施例においては、変位検出部１０４からの錘変位信号である２つの振動子１６Ｌ，１６Ｒの各Ｙ軸方向変位をそれぞれ時間微分し、その後に、両時間微分値を加算することとしている。

図７は、本実施例の力学量検出装置２００の電気的なブロック構成図を示す。尚、図７において、上記図２に示す部分と同一の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。

すなわち、本実施例の力学量検出装置２００において、各電極パッド６８，７８，８８，９８にはそれぞれ、各配線を介して制御回路２０２が接続されている。制御回路２０２は、センサ励振駆動部１０２と、変位検出部１０４と、角速度信号処理部１０８と、ダンピング電極部４８の電極パッド９８に接続するダンピング制御部２０４と、を有している。変位検出部１０４は、角速度信号処理部１０８に接続していると共に、ダンピング制御部２０４に接続している。変位検出部１０４の出力（各錘変位信号）は、角速度信号処理部１０８と共にダンピング制御部２０４へ供給される。

ダンピング制御部２０４は、変位検出部１０４から供給される各振動子１６Ｌ，１６Ｒの錘変位信号をそれぞれ受信すると共に、振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向への検出振動の同相変位成分をダンピングさせるためのダンピング制御駆動信号を電極パッド９８を介してダンピング電極部４８へ供給する。

ダンピング制御部２０４は、変位検出部１０４からの一方の振動子１６Ｌの錘変位信号が入力される微分回路２０４ａと、変位検出部１０４からの他方の振動子１６Ｒの錘変位信号が入力される微分回路２０４ｂと、微分回路２０４ａの出力及び微分回路２０４ｂの出力が共に入力される加算器２０４ｃと、加算器２０４ｃの出力が入力される駆動回路２０４ｄと、を有している。

微分回路２０４ａは、振動子１６ＬのＹ軸方向変位を時間微分して、その時間微分値を算出する。微分回路２０４ｂは、振動子１６ＲのＹ軸方向変位を時間微分して、その時間微分値を算出する。加算器２０４ｃは、微分回路２０４ａの出力と微分回路２０４ｂの出力との和を算出して両振動子１６Ｌ，１６Ｒの双方に加わる慣性力による加速度の成分を示す加速度成分信号を生成する。また、駆動回路２０４ｄは、加算器２０４ｃの出力である上記した２つの振動子１６Ｌ，１６Ｒの各Ｙ軸方向変位の時間微分値の和に基づいて、後に詳述する如く、２つの振動子１６Ｌ，１６ＲをＹ軸方向の同相方向へ駆動する上記のダンピング制御駆動信号を生成して、ダンピング電極部４８へ供給する。

すなわち、本実施例において、ダンピング制御部２０４は、まず、微分回路２０４ａ，２０４ｂにて、変位検出部１０４から供給される２つの振動子１６Ｌ，１６Ｒについての各錘変位信号に基づいて、振動子１６ＬのＹ軸方向変位及び振動子１６ＲのＹ軸方向変位をそれぞれ時間微分することにより各時間微分値を算出する。次に、加算器２０４ｃにて、その算出した各時間微分値に基づいてその和を算出し、そして、駆動回路２０４ｄにて、その算出した和に基づいて、２つの振動子１６Ｌ，１６ＲをＹ軸方向の同相方向へ駆動してその同相変位成分をダンピングさせるためのダンピング制御駆動信号を生成して、振動子１６Ｌ，１６Ｒ側それぞれのダンピング電極部４８へ供給する。

ダインピング電極部４８にかかるダンピング制御駆動信号が印加されると、上記した第１実施例と同様に、そのダンピング電極部４８の可動電極指９０と固定電極指９２との間に振動子１６Ｌ，１６ＲをＹ軸方向に駆動させる静電気力が発生する。かかる静電気力が発生すると、可動電極指９０に連なる振動子１６Ｌ，１６Ｒがその静電気力に応じてＹ軸方向に変位する。この際、その静電気力による両振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向の変位は、同相変位成分がキャンセルされるように行われる。

従って、本実施例の力学量検出装置２００においては、上記した第１実施例の力学量検出装置１０と同様に、振動子１６Ｌ，１６ＲがＹ軸方向に互いに逆相で検出振動する逆相振動モード時、振動子１６Ｌ，１６Ｒの逆相検出振動に対するダンピング作用がほとんどなく、２つの振動子１６Ｌ，１６Ｒの振動特性が、ダンピング電極部４８やダンピング制御部２０４が全く存在しない力学量検出装置（すなわち電気ダンピング無し）におけるものと略同じになると共に、振動子１６Ｌ，１６ＲがＹ軸方向に互いに同相で変位振動する同相振動モード時、振動子１６Ｌ，１６Ｒの同相変位振動に対するダンピング作用が発揮されるものとなり、振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向の振動検出のための共振のＱ値が下がり、２つの振動子１６Ｌ，１６Ｒの振動特性が、ダンピング電極部４８やダンピング制御部２０４が全く存在しない力学量検出装置（すなわち電気ダンピング無し）におけるものと異なるものになる。

このように、本実施例の力学量検出装置２００によれば、コリオリ力により振動子１６Ｌ，１６ＲをＹ軸方向に互い逆相で変位させるための振動特性と、外乱振動などの慣性力により振動子１６Ｌ，１６ＲをＹ軸方向に互い同相で変位させるための振動特性と、を異ならせること（図６参照）ができるので、Ｚ軸回りの角速度を検出する検出特性を変えることなくすなわちコリオリ力による２つの振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向への逆相変位を抑えることなく（すなわちセンサ感度を損なうことなく）、振動外乱などの慣性力による２つの振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向への同相変位を抑えることが可能となる。従って、本実施例の力学量検出装置２００によれば、上記した第１実施例と同様の効果を得ることが可能となっている。

尚、上記の第２実施例においては、ダンピング制御部２０４の微分回路２０４ａ，２０４ｂが２つの振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向における同相変位成分の各時間微分値を算出しかつ加算器２０４ｃがその時間微分値の和を算出することにより特許請求の範囲に記載した「算出手段」及び「算出ステップ」が、駆動回路２０４ｄが加算器２０４ｃの算出した値に基づいて２つの振動子１６Ｌ，１６ＲのＹ軸方向の同相方向へ駆動させるダンピング制御駆動信号をダンピング電極部４８に印加することにより特許請求の範囲に記載した「ダンピング制御手段」及び「ダンピング制御ステップ」が、それぞれ実現されている。

ところで、上記の第１及び第２実施例においては、音叉振動型センサ１２を図１に示す如き構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構成としてもよい。

本発明の第１実施例である力学量検出装置が備える音叉振動型センサの平面図である。 本実施例の力学量検出装置の電気的なブロック構成図である。 本実施例の音叉振動型センサの原理モデルを表した図である。 一対の振動子の加工公差等に起因する音叉振動型センサの誤出力を説明するための図である。 （Ａ）は振動子がＹ軸方向に互いに逆相で検出振動する逆相振動モード時における周波数とゲインとの関係を表す振動特性を示す図であり、また、（Ｂ）は振動子がＹ軸方向に互いに同相で変位振動する同相振動モード時における振動特性を示す図である。 本実施例の力学量検出装置による効果を説明するための図である。 本発明の第２実施例の力学量検出装置の電気的なブロック構成図である。

符号の説明

１０，２００ 力学量検出装置
１２ 音叉振動型センサ
１４ 基板
１６ 振動子
４２ 駆動電極部
４６ 検出電極部
４８ ダンピング電極部
１００，２０２ 制御回路
１０２ センサ励振駆動部
１０４ 変位検出部
１０６，２０４ ダンピング制御部
１０８ 角速度信号処理部

Claims (5)

1. 所定の力学量が作用した際に互いに逆相変位する２つの錘を備え、前記所定の力学量に応じた信号として前記２つの錘の変位差に応じた信号を出力する音叉振動型センサであって、
   前記２つの錘の検出方向における同相変位成分の、和の時間微分値又は各時間微分値の和を算出する算出手段と、
   前記算出手段による算出値に基づいて、前記２つの錘を検出方向の同相方向へフィードバック駆動するダンピング制御手段と、
   を備えることを特徴とする音叉振動型センサ。
2. 前記ダンピング制御手段は、前記算出手段による算出値に基づいて、前記２つの錘を、検出方向での同相変位成分の振動のみダンピングが増加するように検出方向の同相方向へフィードバック駆動することを特徴とする請求項１記載の音叉振動型センサ。
3. 前記所定の力学量が、所定軸周りに生ずる角速度であり、
   前記２つの錘は、所定の第１方向へ互いに逆相に励起振動された状態で、前記角速度が作用した際に該所定の第１方向と直交する所定の第２方向へ互いに逆相変位すると共に、
   前記算出手段は、前記２つの錘の前記所定の第２方向における同相変位成分の、和の時間微分値又は各時間微分値の和を算出し、かつ、
   前記ダンピング制御手段は、前記算出手段による算出値に基づいて、前記２つの錘を前記所定の第２方向の同相方向へフィードバック駆動することを特徴とする請求項１又は２記載の音叉振動型センサ。
4. 所定の力学量が作用した際に互いに逆相変位する２つの錘と、該２つの錘の変位差に基づいて前記所定の力学量を検出する検出手段と、を備える力学量検出装置であって、
   前記２つの錘の検出方向における同相変位成分の、和の時間微分値又は各時間微分値の和を算出する算出手段と、
   前記算出手段による算出値に基づいて、前記２つの錘を検出方向の同相方向へフィードバック駆動するダンピング制御手段と、
   を備えることを特徴とする力学量検出装置。
5. 所定の力学量が作用した際に互いに逆相変位する２つの錘の変位差に基づいて前記所定の力学量を検出する力学量検出方法であって、
   前記２つの錘の検出方向における同相変位成分の、和の時間微分値又は各時間微分値の和を算出する算出ステップと、
   前記算出ステップにおける算出値に基づいて、前記２つの錘を検出方向の同相方向へフィードバック駆動するダンピング制御ステップと、
   を備えることを特徴とする力学量検出方法。
   

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