JP2009180506A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、検出精度の良い角速度センサを提供することを目的とする。
【解決手段】 内リング部２と、内リング部２を囲うように、前記内リング部２の径方向外側に配置された外リング部３と、外リング部３を内リング部２と連動させるための、内リング部２と外リング部３とを接続するビーム部４とを備え、内リング部２を１次振動をさせて外リング部３を１次振動させ、外リング部３に生じた２次振動を外リング部に対向配置された２次検出電極１２を用いて検出し、検出した２次振動から角速度を検出することを特徴とする角速度センサ１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、物体の角速度を検出する角速度センサに関する。

角速度センサとして、図８に示す構成の角速度センサ１００が知られている。図８に示す角速度センサ１００は、リング部１０１と、１次駆動電極１０２と、１次検出電極１０３と、２次検出電極１０４とを備え、１次駆動電極１０２と、１次検出電極１０３と、２次検出電極１０４とがリング部１０１の周囲において、該リング部１０１と対向配置されている。このような構成の角速度センサ１００では、次のようにして角速度が検出される。

まず、１次駆動電極１０２に交流電圧を印加して、リング部１０１と１次駆動電極１０２との間に静電力を作用させ、図８（ａ）の破線で示すようにリング部１０１を１次振動させる。リング部１０１が１次振動しているときに、リング部１０１が含まれる平面内の回転運動がリング部１０１に生じると、該回転運動の角速度に応じた図８（ｂ）の破線で示す２次振動がリング部１０１に生じる。２次振動が生じると、２次検出電極１０４とリング部１０１との間の距離が変動し、２次検出電極１０４とリング部１０１との間の静電容量が変動する。この静電容量に基づいて、角速度センサ１００は、角速度を検出する。また、１次検出電極１０３は、１次振動を安定的に行うために備えられている。１次振動が生じると、１次検出電極１０３とリング部１０１との間の距離が変動し、１次検出電極１０３とリング部１０１との間の静電容量が変動する。よって、１次検出電極１０３とリング部１０１との間の静電容量に基づいて１次振動を検出でき、該静電容量に基づいて、１次駆動電極１０２に印加する交流電圧を制御することで、１次振動を安定的に行うことができる。

このような構成の角速度センサ１００においては、２次検出電極１０４をリング部１０１の周方向に長くして、２次検出電極１０４とリング部１０１との対向面積を大きくすることで、角速度の検出精度を高めることができる。しかし、図８に示すように、リング部１０１の周囲には、２次検出電極１０４の他、１次駆動電極１０２及び１次検出電極１０３が配置されている。このため、２次検出電極１０４とリング部１０１との対向面積を大きくすることには限界がある。また、２次検出電極１０４とリング部１０１との対向面積を大きくするために、２次検出電極１０４と、１次駆動電極１０２及び１次検出電極１０３との間隔を小さくして、２次検出電極１０４をリング部１０１の周方向に長くする方法が考えられる。しかし、２次検出電極１０４と、１次駆動電極１０２及び１次検出電極１０３との間隔を小さくすると、２次検出電極１０４と１次駆動電極１０２及び１次検出電極１０３との間において、電気信号が他の電極に流れ込むクロストークが発生する恐れがある。このようなクロストークが発生すると、角速度の検出精度が低下する。

そこで、本発明は、検出精度の良い角速度センサを提供することを目的とする。

本発明は、第１の手段として、内リング部と、前記内リング部を囲うように、前記内リング部の径方向外側に配置された外リング部と、前記外リング部を前記内リング部と連動させるための、前記内リング部と前記外リング部とを接続するビーム部と、前記内リング部の径方向内側において、前記内リング部と対向配置され、交流電圧が印加されることにより、前記内リング部との間で静電力を作用させ、前記内リング部に１次振動をさせる１次駆動電極と、前記内リング部の径方向内側において、前記内リング部と対向配置され、前記１次振動によって、前記内リング部との間の静電容量が変動する１次検出電極と、前記内リング部と前記１次検出電極との間の静電容量に基づいて、前記１次駆動電極に印加する交流電圧を制御して、前記１次振動を制御する制御手段と、前記外リング部の径方向内側及び径方向外側の少なくとも何れか一方において、前記外リング部と対向配置され、前記内リング部及び外リング部が含まれる平面に垂直な軸周りの回転運動の角速度と前記１次振動とにより、前記外リング部に生じる２次振動によって前記外リング部との間の静電容量が変動する２次検出電極と、前記外リング部と前記２次検出電極との間の静電容量に基づいて、前記角速度を検出する角速度検出手段とを備えることを特徴とする角速度センサを提供する。

第１の手段に係る角速度センサにおいては、１次駆動電極が内リング部に対向配置されている。よって、内リング部と１次駆動電極との間に静電力を作用させることによって、内リング部を１次振動させることができる。内リング部と外リング部とは、ビーム部によって連動可能に接続されている。よって、外リング部は、内リング部が１次振動すると、内リング部と連動して１次振動する。このため、第１の手段に係る角速度センサおいては、内リング部及び外リング部が含まれる平面に垂直な軸周りの回転運動が内リング部又は外リング部に生じたとき、該回転運動の角速度に対応する２次振動が外リング部に生じることが可能な構成とされている。この外リング部には、２次検出電極が対向配置されている。よって、第１の手段に係る角速度センサは、２次検出電極によって、角速度を検出することができる。外リング部には、２次検出電極のみが対向配置されているので、１次駆動電極及び１次検出電極に妨げられることなく、２次検出電極を外リング部の周方向に長くすることができる。また、外リング部には、２次検出電極のみが対向配置されているので、２次検出電極を長くしても、隣り合う２次検出電極間の間隔をクロストークが発生し難い大きさに保つことが可能である。また、１次駆動電極及び１次検出電極は、内リング部の内側に配置されているので、２次検出電極とは、内リング部を挟んだ位置に配置されている。よって、１次駆動電極及び１次検出電極と２次検出電極とは互いに離れた位置に配置されている。従って、１次駆動電極及び１次検出電極と、２次検出電極との間でクロストークが発生し難い。よって、第１の手段に係る角速度センサは、クロストークの発生を抑えつつ、２次検出電極と外リング部との対向面積を大きくすることができるので、角速度の検出精度が高い。

第１の手段に係る角速度センサの好ましい構成として、前記外リング部の径方向内側及び径方向外側の少なくとも何れか一方において、前記外リング部と対向配置された２次抑制電極と、前記外リング部と前記２次検出電極との間の静電容量の変化を打ち消すように、前記２次抑制電極に交流電圧を印加して、前記２次振動を抑制する抑制手段とを備え、前記角速度検出手段は、前記外リング部と前記２次検出電極との間の静電容量に代えて、前記抑制手段によって前記２次抑制電極に印加される交流電圧の大きさに基づいて角速度を検出する構成を挙げることができる。

かかる好ましい構成では、外リング部と２次検出電極との間の静電容量の変化を打ち消すように、２次抑制電極に交流電圧を印加して、２次振動の発生を抑制し、該２次振動の抑制に要した交流電圧に基づいて角速度を検出する。２次振動は、回転運動の角速度に応じた大きさを有するコリオリ力によって生じるものである。よって、２次検出電極と外リング部との間の静電容量の変化を打ち消すことに要した交流電圧は、角速度に応じた大きさを有し、従って、該交流電圧から角速度を検出することが可能である。このように、２次振動を抑制することで、２次振動を発生させること無く、角速度を検出することができる。よって、内リング部及び外リング部が含まれる平面に垂直な軸周りの回転運動と２次振動とによって新たにコリオリ力が生じ、該コリオリ力によって、外リング部が１次振動及び２次振動とは別の新たな振動をすることを防止することができる。よって、かかる好ましい構成では、新たな振動による角速度の検出精度の低下を防止することができる。

本発明は、第２の手段として、内リング部と、前記内リング部を囲うように、前記内リング部の径方向外側に配置された外リング部と、前記外リング部を前記内リング部と連動させるための、前記内リング部と前記外リング部とを接続するビーム部と、前記内リング部及び前記外リング部の法線方向の磁界を発生させる磁界発生手段と、前記内リング部に沿って配置され、交流電流が流れることにより、該電流と前記磁界とによって発生する電磁力により前記内リング部に１次振動をさせる１次駆動電線と、前記内リング部に沿って配置され、前記内リング部の前記１次振動と前記磁界とによって前記内リング部の前記１次振動に応じた大きさの電圧が発生する１次検出電線と、前記１次検出電線に発生する電圧の大きさに基づいて、前記１次駆動電線に印加する交流電流を制御して、前記内リング部の前記１次振動を制御する制御手段と、前記外リング部に沿って配置され、前記内リング部及び外リング部が含まれる平面に垂直な軸周りの回転運動の角速度と前記１次振動とにより、前記外リング部に生じる２次振動と、前記磁界とによって、該２次振動に応じた大きさの電圧が発生する２次検出電線と、前記２次検出電線に発生する電圧の大きさに基づいて、前記角速度を検出する角速度検出手段とを備えることを特徴とする角速度センサを提供する。

第２の手段に係る角速度センサは、内リング部の１次振動の駆動及び制御と、角速度の検出とが電磁力を利用して行われている点が、第１の手段に係る角速度センサと異なる。電磁力を用いて角速度の検出を行う場合であっても、第１の手段に係る角速度センサの２次検出電極に対応する２次検出電線の長さを外リング部の周方向に長くすることで、角速度の検出精度を高めることができる。第２の手段に係る角速度センサにおいては、外リング部には、２次検出電線のみが配置されている。よって、第１の手段に係る角速度センサの１次駆動電極及び１次検出電極に対応する１次駆動電線及び１次検出電線に妨げられることなく、２次検出電線を長くすることができる。また、外リング部には、２次検出電線のみが配置されているので、２次検出電線を長くしても、隣り合う２次検出電線間の間隔をクロストークが発生し難い大きさに保つことが可能である。

第２の手段に係る角速度センサの好ましい構成として、前記外リング部に沿って配置された２次抑制電線と、前記２次検出電線に発生する電圧の大きさの変化を打ち消すように、前記２次抑制電線に交流電流を流して、前記２次振動を抑制する抑制手段とを備え、前記角速度検出手段は、前記２次検出電線に発生する電圧の大きさに代えて、前記抑制手段によって前記２次抑制電線に流される交流電流の大きさに基づいて角速度を検出する構成を挙げることができる。

かかる好ましい構成は、第１の手段に係る好ましい構成と同様に、２次振動の抑制に要した交流電流に基づいて角速度を検出する。よって、かかる好ましい構成は、第１の手段に係る好ましい構成と同様に、外リング部が１次振動及び２次振動とは別の新たな振動をすることで、角速度の検出精度が低下することが防止されている。

本発明は、第３の手段として、内リング部と、前記内リング部を囲うように、前記内リング部の径方向外側に配置された外リング部と、前記外リング部を前記内リング部と連動させるための、前記内リング部と前記外リング部とを接続するビーム部と、前記内リング部の内側部分又は外側部分に、前記内リング部の周方向に延びるように配置され、交流電圧が印加されることにより前記内リング部の周方向に収縮し、該収縮により前記内リング部に１次振動をさせる１次駆動圧電素子と、前記内リング部の内側部分又は外側部分に、前記内リング部の周方向に延びるように配置され、前記１次振動による前記内リング部の収縮に応じた大きさの電流が発生する１次検出圧電素子と、前記１次検出圧電素子に発生する電流の大きさに基づいて、前記１次駆動圧電素子に印加する交流電圧を制御して、前記内リング部の前記１次振動を制御する制御手段と、前記外リング部の内側部分又は外側部分に、前記外リング部の周方向に延びるように配置され、前記内リング部及び外リング部が含まれる平面に垂直な軸周りの回転運動の角速度と前記１次振動とにより、前記外リング部に生じる２次振動による前記外リング部の収縮に応じた大きさの電流が発生する２次検出圧電素子と、前記２次検出圧電素子に発生する電流の大きさに基づいて、前記角速度を検出する角速度検出手段とを備えることを特徴とする角速度センサを提供する。

第３の手段に係る角速度センサは、内リング部の１次振動の駆動及び制御と、角速度の検出とが圧電素子を利用して行われている点が、第１の手段に係る角速度センサと異なる。圧電素子を用いて角速度の検出を行う場合であっても、第１の手段に係る角速度センサの２次検出電極に対応する２次検出圧電素子の長さを外リング部の周方向に長くすることで、角速度の検出精度を高めることができる。第３の手段に係る角速度センサにおいては、外リング部には、２次検出圧電素子のみが配置されているので、第１の手段に係る１次駆動電極及び１次検出電極に対応する１次駆動圧電素子及び１次検出圧電素子に妨げられることなく、２次検出圧電素子を長くすることができる。また、外リング部には、２次検出圧電素子のみが配置されているので、２次検出圧電素子を長くしても、隣り合う２次検出圧電素子間の間隔をクロストークが発生し難い大きさに保つことが可能である。

第３の手段に係る角速度センサの好ましい構成として、前記外リング部の内側部分又は外側部分に、前記外リング部の周方向に延びるように配置された２次抑制圧電素子と、前記２次検出圧電素子に発生する電流の大きさの変化を打ち消すように、前記２次抑制圧電素子に交流電圧を印加して、前記２次抑制圧電素子を前記外リング部の周方向に収縮させて、前記２次振動を抑制する抑制手段とを備え、前記角速度検出手段は、前記２次検出圧電素子に生じる電流の大きさに代えて、前記抑制手段によって前記２次抑制圧電素子に印加される交流電圧の大きさに基づいて角速度を検出する構成を挙げることができる。

かかる好ましい構成は、第１の手段に係る好ましい構成と同様に、２次振動の発生を抑制し、２次振動の発生の抑制に要した交流電圧に基づいて角速度を検出する。よって、かかる好ましい構成は、第１の手段に係る好ましい構成と同様に、外リング部が１次振動及び２次振動とは別の新たな振動をすることで、角速度の検出精度が低下することが防止されている。

本発明は、検出精度の良い角速度センサを提供することができる。

（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る角速度センサ１の概略構成図である。図１に示すように、角速度センサ１は、内リング部２と、内リング部２を囲うように、内リング部２の径方向外側に配置された外リング部３と、外リング部３を内リング部２と連動させるための、内リング部２と外リング部３とを接続するビーム部４とを備えている。

図１に示すように、内リング部２及び外リング部３の形状は円形であり、且つ、内リング部２及び外リング部３は同心円状に配置されている。更に、内リング部２と外リング部３とは、同一平面上に配置されている。尚、内リング部２及び外リング部３の形状は、円形に限定されるものでなく、例えば、正ｍ角形（ｍ：３以上の正の整数）であってもよい。ただし、内リング部２及び外リング部３の形状が多角形の場合、多角形の頂点の屈曲部に、応力の集中が発生したり加工時の誤差が発生しやすいため、内リング部２及び外リング部３の形状は、円形が望ましい。

内リング部２と外リング部３とは、ビーム部４によって連動可能に接続されていることにより、内リング部２が平面内ｃｏｓｎθモード（ｎは、振動モードの次数であり、２以上の正の整数）の振動をすると、外リング部３は、内リング部２と連動して平面内ｃｏｓｎθモードの振動をする。

図１に示すように、ビーム部４は、２ｎ（本明細書の以下においては、ｎは２とする。）個備えられている。図２は、内リング部２が行う平面内ｃｏｓｎθモード（即ち、ここでは、平面内ｃｏｓ２θモード）の振動を示す図である。尚、図２において、実線で表される内リング部２は、静止状態の内リング部２であり、破線で表される内リング部２は振動状態の内リング部２である。図２に示すように、内リング部２が平面内ｃｏｓｎθモードの振動をする場合、最大変位点Ｐは内リング部２に２ｎ（＝４）個現れる。よって、ビーム部４が２ｎ個備えられると、内リング部２が平面内ｃｏｓｎθモードの振動をしたときに現れる全ての最大変位点Ｐを外リング部３と接続することができる。この全ての最大変位点Ｐを外リング部３と接続することで、内リング部２の動きを外リング部３に精度良く伝達することができる。また、内リング部２のビーム部４が接続される部位は、内リング部２の周方向に３６０°/２ｎ（＝９０°）間隔とされている。これは、ｃｏｓｎθモードの振動においては、最大変位点Ｐが、周方向に３６０°／２ｎ間隔で現れるためである。

また、外リング部３のビーム部４が接続される部位は、内リング部２のビーム部４が接続される部位に対して、内リング部２の径方向（図２の矢印Ｒ方向）外側とされている。外リング部３のこのような部位をビーム部４と接続すると、図３に示すように、内リング部２及び外リング部３の径方向における内リング部２及び外リング部３の伸縮方向が常に一致する。即ち、図３に示すように、内リング部２と外リング部３とが常に相似形となるように、内リング部２と外リング部３とが連動して振動することができる。

また、図２に示すように、内リング部２は、内リング部２の径方向内側に配置された固定部５に、サポート部５ａを介して支持され、ビーム部４及び外リング部３は、サポート部５ａ及び内リング部２を介して固定部５に支持されている。図２に示すように、内リング部２のサポート部５ａが接続される部位は、最大変位点Ｐに対して内リング部２の周方向に３６０°／４ｎ（＝４５°）ずれた位置とされている。このずれた位置は、内リング部２のｃｏｓｎθモードの振動においては、内リング部２の径方向には変位しない不動点Ｐ’となる。このような不動点Ｐ’をサポート部５ａが接続される部位とすることにより、内リング部２のｃｏｓｎθモードの振動がサポート部５ａの接続によって妨げられることを防止することができる。尚、図１及び図２に示すように、本実施形態では、サポート部５ａの形状は、直線状であるが、Ｓ字状等に蛇行した形状であってもよい。蛇行した形状の場合、不動点Ｐ’以外の部位にサポート部５ａを接続しても、内リング部２のｃｏｓｎθモードの振動を妨げることを防止することができる。しかし、後述の１次駆動電極１１及び１次検出電極１２の配置を考えると、サポート部５ａの形状は、直線状であり、不動点Ｐ’に接続することが好ましい。

内リング部２、外リング部３、ビーム部４、固定部５及びサポート部５ａは、１枚の半導体基板をＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術等を利用して加工して形成されている。

更に、図２に示すように、本実施形態に係る角速度センサ１は、内リング部２の径方向内側において、内リング部２と対向配置された１次駆動電極１１を備える。１次駆動電極１１は、内リング部２と対向配置しているので、電圧が印加されると、内リング部２との間で静電力が作用する。かかる１次駆動電極１１には、交流電圧が印加され、印加される交流電圧の大きさの変動に伴って、１次駆動電極１１と内リング部２との間に作用する静電力が変動する。従って、１次駆動電極１１は、交流電圧が印加されることにより、１次駆動電極１１と内リング部２との間に作用する静電力を変動させることで、図２に示す平面内ｃｏｓｎθモードの１次振動を内リング部２に生じさせることができる。

この１次駆動電極１１は、内リング部２の周方向に３６０°／ｎ（＝１８０°）間隔で配置されている。このように１次駆動電極１１が配置されると、１次駆動電極１１に交流電圧を印加すれば、平面内ｃｏｓｎθモードの１次振動を内リング部２に生じさせることができる。

更に、１次駆動電極１１は、内リング部２のビーム部４が接続される部位と内リング部２の径方向に対向する位置に配置されている。１次駆動電極１１に交流電圧を印加すれば、１次駆動電極１１の配置位置に対して径方向に対向する位置、及び、各１次駆動電極１１の配置位置の周方向における中間位置に対して径方向に対向する位置に最大変位点Ｐを有する平面内ｃｏｓｎθモードの１次振動を内リング部２に生じさせることができる。よって、このように１次駆動電極１１を配置すれば、図２に示すように、１次振動の最大変位点Ｐと、内リング部２のビーム部４が接続される部位とが一致する。従って、内リング部２の１次振動を外リング部３に精度良く伝達することができる。尚、１次駆動電極１１の配置位置とは、内リング部２の周方向における１次駆動電極１１の中央部の位置を指す。

また、内リング部２の１次振動を共振現象を利用して行うために、１次駆動電極１１に印加される交流電圧の周波数は、図３で示された振動の固有振動数に等しく設定されることが望ましい。１次振動に共振現象を利用すれば、１次振動の振幅を容易に大きくすることができる。

更に、図２に示すように、本実施形態に係る角速度センサ１は、内リング部２の径方向内側において、内リング部２と対向配置され、内リング部２の１次振動によって、内リング部２との間の静電容量が変動する１次検出電極１２を備える。かかる１次検出電極１２は、内リング部２の周方向に３６０°／ｎ間隔で、且つ、内リング部２の周方向において、１次駆動電極１１の配置位置と３６０°／２ｎ異なる位置に配置されている。よって、図２に示すように、１次検出電極１２は、内リング部２の１次振動の最大変位点Ｐに対して内リング部２の径方向に対向する位置に配置されている。最大変位点Ｐに対して対向する位置に配置されると、内リング部２が１次振動したときの１次検出電極１２と内リング部２との間の距離の変動量が大きく、１次検出電極１２と内リング部２との間の静電容量の変動が大きい。よって、このように２次検出電極１２を配置すれば、１次検出電極１２と内リング部２との間の静電容量に基づいて、内リング部２の１次振動を精度良く検出することができる。尚、１次検出電極１２の配置位置とは、内リング部２の周方向における１次検出電極１２の中央部の位置を指す。

更に、図１に示すように、本実施形態に係る角速度センサ１は、内リング部２と１次検出電極１２との間の静電容量に基づいて、１次駆動電極１１に印加する交流電圧を制御して、内リング部２の１次振動を制御する制御手段６を備える。制御手段６は、１次検出電極１２と内リング部２との間の静電容量に基づいて１次振動を検出し、検出した１次振動に応じて交流電圧を制御することで、１次振動をフィードバック制御する。１次振動をフィードバック制御することで、角速度センサ１が使用される雰囲気の温度等の環境要因が変化しても、一次振動を安定した状態で継続することができる。尚、静電容量の検出は、例えば、内リング部２に直流電圧を印加して、内リング部２の電位を１次検出電極１２に対して高電位とし、内リング部２の１次振動によって、１次検出電極１２に発生する電流の大きさに基づいて算出することで行うことができる。

更に、図１に示すように、本実施形態に係る角速度センサ１は、外リング部３の径方向内側及び径方向外側に外リング部３と対向配置された２次検出電極１３ａ〜１３ｈを備える。外リング部３が内リング部２と連動して１次振動しているときに、外リング部３が含まれる平面内の回転運動が生じると、図３に示すように、１次振動と該回転運動とに基づいて、該回転運動の角速度に応じたコリオリ力Ｆが外リング部３に生じる。図４は、このコリオリ力Ｆによって外リング部３に生じる平面内ｃｏｓｎθモードの２次振動を示す図である。図４において、実線で表される外リング部３は静止状態の外リング部３であり、破線で表される外リング部３は振動状態の外リング部３である。尚、内リング部２は、外リング部３と同様に２次振動をし、図４において実線で表される内リング部２は静止状態の内リング部２であり、破線で表される内リング部２は振動状態の内リング部２である。外リング部３は、１次振動と共に、図４に示す２次振動をする。この２次振動における最大変位点Ｑは、１次振動の最大変位点Ｐに対して外リング部３の周方向に３６０°／４ｎ異なる位置に現れる。このように、回転運動が生じると、平面内ｃｏｓｎθモードの２次振動が生じるため、２次検出電極１３ａ〜１３ｈと外リング部３との間の距離が変動し、よって、２次検出電極１３ａ〜１３ｈと外リング部３との間の静電容量が変動する。従って、該静電容量に基づいて、２次振動を検出することができる。尚、発生する２次振動に対し、２次検出電極１３ａ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｈと、２次検出電極１３ｂ、１３ｃ、１３ｆ、１３ｇとが検出する信号（静電容量）は、互いに逆位相である。よって、２次振動の検出は、２次検出電極１３ａ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｈと、２次検出電極１３ｂ、１３ｃ、１３ｆ、１３ｇとが検出する信号の差分を用いて行う。

２次検出電極１３ａ〜１３ｈは、内リング部２及び外リング部３の周方向において、１次駆動電極１１の配置位置に対して３６０°／４ｎ異なる位置に配置されている。尚、２次検出電極１３ａ〜１３ｈの配置位置とは、外リング部３の周方向における２次検出電極１３ａ〜１３ｈの中央部の位置を指す。前述のように、２次振動の最大変位点Ｑは、外リング部３の周方向に１次振動の最大変位点Ｐ、即ち、１次駆動電極１１の配置位置に対して３６０°／４ｎ異なる。よって、このように２次検出電極１３ａ〜１３ｈが配置されることで、２次検出電極１３ａ〜１３ｈは、２次振動の最大変位点Ｑに対して外リング部３の径方向に対向する位置に配置される。最大変位点Ｑに対して対向する位置に配置されると、外リング部３が２次振動したときの２次検出電極１３ａ〜１３ｈと外リング部３との間の距離の変動量が大きく、２次検出電極１３ａ〜１３ｈと外リング部３との間の静電容量が大きく変動する。よって、このように２次検出電極１３ａ〜１３ｈを配置すると、２次検出電極１３ａ〜１３ｈと外リング部３との間の静電容量に基づいて、外リング部３の２次振動を精度良く検出することができる。

また、図１に示すように、２次検出電極１３ａ〜１３ｈは、内リング部２の周方向において、２次振動の最大変位点Ｑを跨ぎ、該最大変位点Ｑから、外リング部３の周方向の両方向に同一距離延びている。外リング部３は、前述のように１次振動と２次振動と同時に行う。よって、２次検出電極１３ａ〜１３ｈと外リング部３と距離は、２次振動だけでなく１次振動にも影響される。１次振動による動きは、図２に示すように、内リング部２及び外リング部３の周方向に１次振動の不動点Ｐ’を境にして、径方向外側に移動する部分と、径方向内側に移動する部分とに分かれる。１次振動の不動点Ｐ’と２次振動の最大変位点Ｑとは共に、１次振動の最大変位点Ｐに対して、内リング部２及び外リング部３の周方向に３６０°／４ｎ（＝４５°）異なる。よって、１次振動の不動点Ｐ’と２次振動の最大変位点Ｑとは、周方向に置いては同一位置である。従って、２次振動の最大変位点Ｑを跨ぎ、該最大変位点Ｑから、外リング部３の周方向の両方向に同一距離延びるように配置することで、２次検出電極１３ａ〜１３ｈの最大変位点Ｐ’の両側のそれぞれの部分における１次振動によって起る静電容量の変動が相殺される。従って、このように２次検出電極１３ａ〜１３ｈを配置することで、２次検出電極１３ａ〜１３ｈと外リング部３との間の静電容量について、１次振動の影響を排除することができる。

更に、図１に示すように、本実施形態に係る角速度センサ１は、外リング部３と２次検出電極１３ａ〜１３ｈとの間の静電容量に基づいて、外リング部３が含まれる平面内の回転運動の角速度を検出する角速度検出手段７を備える。角速度検出手段７は、静電容量に基づいて角速度を検出するため、例えば、静電容量と角速度の対応関係を記憶し、該対応関係に基づいて角速度を検出するようにしてもよい。

尚、２次検出電極１３ａ〜１３ｈと外リング部３との間の静電容量の検出は、１次検出電極１２と内リング部２との間の静電容量の検出と同様に、２次検出電極１３ａ〜１３ｈに発生する電流の大きさに基づいて行うことができる。

また、２次検出電極１３ａ〜１３ｈに発生する電流は、外リング部３との間の静電容量だけでなく、内リング部２との間の静電容量にも影響される。内リング部２との間の静電容量の影響を排除するため、例えば、２次検出電極１３ａ〜１３ｈは、内リング部２よりも外リング部３からの距離が近い位置に配置することが好ましい。あるいは、外リング部３の内側に配置された２次検出電極１３ｂ、１３ｄ、１３ｆ、１３ｈと内リング部２との間に定電位のプレートを配置して、電気的な影響を消すことが好ましい。

尚、２次検出電極は、外リング部３の径方向外側にのみ配置されてもよい。径方向外側にのみ配置すれば、２次検出電極と内リング部２との間の距離を大きくすることができ、２次検出電極に発生する電流が、２次検出電極と内リング部２との間の静電容量に影響され難い。また、２次検出電極は、外リング部３の径方向内側にのみ配置されてもよい。径方向内側にのみ配置すれば、角速度センサ１の小型化を図ることができる。

以上のように、本実施形態に係る角速度センサ１においては、外リング部３には、２次検出電極１３ａ〜１３ｈのみが対向配置されているので、１次駆動電極１１及び１次検出電極１２に妨げられることなく、２次検出電極１３ａ〜１３ｈを外リング部３の周方向に長くすることができる。また、２次検出電極１３ａ〜１３ｈは、外リング部３の径方向内側及び径方向外側の両側に対向配置されている。よって、径方向内側及び径方向外側の何れか一方に配置されている場合に比べて、２次検出電極１３ａ〜１３ｈと外リング部３との対向面積が大きい。また、外リング部３には、２次検出電極１３ａ〜１３ｈのみが対向配置されているので、２次検出電極１３ａ〜１３ｈを長くしても、隣り合う２次検出電極１３ａ〜１３ｈ間の間隔をクロストークが発生しがたい大きさに保つことが可能である。また、１次駆動電極１１及び１次検出電極１２は、内リング部２の内側に配置されているので、２次検出電極１３ａ〜１３ｈとは、内リング部２を挟んだ位置に配置されている。よって、１次駆動電極１１及び１次検出電極１２と２次検出電極１３ａ〜１３ｈとは互いに離れた位置に配置されている。従って、１次駆動電極１１及び１次検出電極１２と、２次検出電極１３ａ〜１３ｈとの間でクロストークが発生し難い。よって、本実施形態に係る角速度センサ１は、クロストークの発生を抑えつつ、２次検出電極１３ａ〜１３ｈと外リング部３との対向面積を大きくすることができるので、角速度の検出精度が高い。

次に、本実施形態に係る角速度センサ１の変形例を説明する。本変形例に係る角速度センサ１の構成は、２次抑制電極と抑制手段とを備える点が、上記した角速度センサ１と異なる。本変形例に係る角速度センサ１について、図１を用いて説明する。

本変形例においては、図１の参照符号１３ａ〜１３ｇで示す部材のうち、何れかを２次検出電極１３とし、残りを２次抑制電極とすることができる。ここでは、参照符号１３ａ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｈの部材を２次検出電極とし、参照符号１３ｂ、１３ｃ、１３ｆ、１３ｇを２次抑制電極として説明する。２次抑制電極は、外リング部３と対向配置されている。よって、２次抑制電極に電圧が印加されると、外リング部３との間で静電力が作用する。２次抑制電極の配置位置、すなわち、上述した本実施形態における２次検出電極１３ｂ、１３ｃ、１３ｆ、１３ｇの配置位置は、２次振動の最大変位点Ｑに対して外リング部３の径方向に対向する位置である。よって、２次抑制電極は、外リング部３の２次振動により変位する部位との間で静電力を作用させることができるので、２次抑制電極に印加する電圧を制御することで外リング部３の２次振動を抑制することができる。

抑制手段８は、外リング部３と２次検出電極との間の静電容量の変化を打ち消すように、２次抑制電極に交流電圧を印加して、２次振動を抑制する。角速度検出手段７は、抑制手段８が印加した交流電圧に基づいて角速度を検出する。即ち、本変形例においては、角速度検出手段７は、外リンク部３と２次検出電極との間の静電容量の変化を打ち消すように、２次抑制電極に交流電圧を印加して、２次振動を抑制し、該２次振動の抑制に要した交流電圧に基づいて角速度を検出する。２次振動は、回転運動の角速度に応じた大きさを有するコリオリ力によって生じるものである。よって、２次検出電極と外リング部との間の静電容量の変化を打ち消すことに要した交流電圧は、角速度に応じた大きさを有し、該交流電圧から角速度を検出することが可能である。このように、２次振動を抑制することで、２次振動を発生させること無く、角速度を検出することができる。よって、２次振動と外リング部３が含まれる平面内の回転運動とによって生じたコリオリ力により、外リング部３が１次振動及び２次振動とは別の新たな振動をすることを防止することができる。よって、かかる変形例の角速度センサ１は、この新たな振動による角速度の検出精度の低下が防止されている。

（実施形態２）
本実施形態に係る角速度センサ１Ａは、内リング部の１次振動の駆動及び制御と、角速度の検出とが電磁力を利用して行われている点が実施形態１に係る角速度センサ１と異なる。図５は角速度センサ１Ａの概略構成図である。図５に示すように、角速度センサ１Ａは、本実施形態１に係る角速度センサ１と同様に、内リング部２Ａ、外リング部３Ａ、ビーム部４Ａ、固定部５Ａ及びサポート部５Ａａを備えている。尚、図５では、説明のため内リング部２Ａ及び外リング部３Ａを実施形態１の内リング部２及び外リング部３よりも太く描いている。

更に、本実施形態に係る角速度センサ１Ａは、内リング部２Ａ及び外リング部３Ａの法線方向の磁界を発生させる磁界発生手段を備える。磁界の発生方法は、例えば、内リング部２Ａ及び外リング部３Ａの法線方向一方側（例えば、図５の表側）に所定の磁極を有する磁石を、該法線方向他方側（例えば、図５の裏側）に、該法線方向一方側の磁石と磁極の異なる磁石を配置することで行うことができる。

更に、図５に示すように、本実施形態に係る角速度センサ１Ａは、内リング部２Ａに沿って配置された１次駆動電線１１Ａを備える。１次駆動電線１１Ａは、内リング部２Ａに沿って配置されることで、１次駆動電線１１Ａに流れる電流の向きと、磁界発生手段が発生させた磁界との向きとが直交する。このため、１次駆動電線１１Ａに電流が流れると、内リング部２に電磁力が生じる。この１次駆動電線１１Ａは、内リング部２の周方向に延びるように、円弧状に配置されている。よって、１次駆動電線１１Ａに電流が流れると、内リング部２Ａの１次駆動電線１１Ａが配置された部位には、内リング部２Ａの径方向（図５の矢印Ｒ方向）の電磁力が生じる。また、１次駆動電線１１Ａは、実施形態１の１次駆動電極１１と同様に、内リング部２Ａの周方向に、３６０°／ｎ（＝１８０°）間隔で配置されている。よって、１次駆動電線１１Ａに流れる交流電流と磁界とによって発生する電磁力によって、ｃｏｓｎθモードの１次振動が内リング部２Ａに生じる。更に、１次駆動電線１１Ａの配置位置は、内リング部２Ａのビーム部４Ａが接続される部位と同一位置とされている。１次駆動電線１１Ａの配置位置は、１次振動の最大変位点Ｐとなるため、１次振動の最大変位点Ｐと内リング部２Ａのビーム部４Ａが接続される部位とが一致するので、内リング部２Ａの１次振動が精度良く外リング部３Ａに伝達される。尚、１次駆動電線１１Ａの配置位置とは、内リング部２Ａの周方向における１次駆動電線１１Ａの中央部を指す。

更に、図５に示すように、本実施形態に係る角速度センサ１Ａは、内リング部２Ａに沿って配置された１次検出電線１２Ａを備える。かかる１次検出電線１２Ａは、内リング部２Ａの周方向に延びるように配置されている。内リング部２Ａが１次振動したとき、１次検出電線１２Ａは、内リング部２Ａの径方向に移動する。よって、１次振動が生じると、１次検出電線１２Ａの移動と、磁界発生手段が発生させる磁界とによって、１次検出電線１２Ａが移動する速度に応じた電圧が１次検出電線１２Ａに発生する。更に、１次検出電線１２Ａは、実施形態１に係る角速度センサ１の第１検出電極１２と同様に、内リング部２Ａの周方向に３６０°／ｎ間隔で、且つ、内リング部２Ａの周方向において、１次駆動電線１１Ａの配置位置と３６０°／２ｎ異なる位置に配置されている。よって、実施形態１に係る角速度センサ１の１次検出電極と同様に、１次検出電線１２Ａは、内リング部２Ａの１次振動の最大変位点Ｐとなる位置に配置されている。最大変位点Ｐに配置されると、内リング部２Ａが１次振動したときの１次検出電線１２Ａが移動する速度が、最大変位置Ｐに対して他の位置に配置されたときよりも大きい。従って、１次振動によって１次検出電線１２Ａに大きな電圧が発生するため、１次検出電線１２Ａに発生する電圧に基づいて、精度良く１次振動を検出することができる。尚、１次検出電線１２Ａの配置位置とは、内リング部２Ａの周方向における１次検出電線１２Ａの中央部を指す。

更に、図５に示すように、本実施形態に係る角速度センサ１Ａは、１次検出電線１２Ａに発生する電圧の大きさに基づいて、１次駆動電線１１Ａに印加される交流電流を制御して、内リング部２Ａの１次振動を制御する制御手段６Ａを備える。角速度センサ１Ａは、制御手段６Ａを備えることで、実施形態１に係る角速度センサ１と同様に、１次振動をフィードバック制御することができる。

更に、図５に示すように、本実施形態に係る角速度センサ１Ａは、外リング部３Ａに沿って配置された２次検出電線１３Ａａ〜１３Ａｄを備える。２次検出電線１３Ａａ〜１３Ａｄは、外リング部３Ａの周方向に延びるように配置されている。よって、１次検出電線１２Ａに電流が流れることと同様に、外リング部３Ａが２次振動すると、２次検出電線１３Ａａ〜１３Ａｄには、２次検出電線１３Ａａ〜１３Ａｄが移動する速度に応じた電圧が発生する。更に、２次検出電線１３Ａａ〜１３Ａｄは、実施形態１に係る２次検出電極１３ａ〜１３ｈと同様に、１次駆動電線１１Ａの配置位置に対して３６０°／４ｎ異なる位置に配置されている。即ち、２次検出電線１３Ａａ〜１３Ａｄは、外リング部３の２次振動の最大変位点Ｑとなる位置に配置されている。よって、１次検出電線１２Ａと同様に、外リング部３Ａが２次振動したとき、２次検出電線１３Ａａ〜１３Ａｄには大きな電圧が発生する。このため、２次検出電線１２Ａａ〜１３Ａｄに発生する電圧の大きさに基づいて、精度良く２次振動を検出することができる。尚、２次検出電線１３Ａａ〜１３Ａｄの配置位置とは、外リング部３Ａの周方向における１次検出電線１３Ａａ〜１３Ａｄの中央部を指す。

また、図５に示すように、２次検出電線１３Ａａ〜１３Ａｄは、実施形態１の２次検出電極１３ａ〜１３ｈと同様に、外リング部３Ａの周方向において、２次振動の最大変位点Ｑを跨ぎ、該最大変位点Ｑから、外リング部３Ａの周方向の両方向に同一距離延びている。これにより、１次振動によって、最大変位点Ｑの両側のそれぞれの部分に発生する電圧が相殺される。従って、２次検出電線１３Ａａ〜１３Ａｄに発生する電圧についての、１次振動の影響を排除できる。本実施形態に係る角速度センサ１Ａは、実施形態１に係る角速度センサ１と同様に、角速度検出手段７Ａによって、２次検出電線１３Ａａ〜１３Ａｄに発生する電圧の大きさに基づいて、外リング部３Ａの回転運動の角速度を検出する。

このように電磁力を用いて、角速度を検出する場合であっても、２次検出電線１３Ａａ〜１３Ａｄの長さを外リング部３Ａの周方向に長くすることで、角速度の検出精度を高めることができる。角速度センサ１Ａにおいては、外リング部３Ａには、２次検出電線１３Ａａ〜１３Ａｄのみが配置されているので、１次駆動電線１１Ａ及び１次検出電線１２Ａに妨げられることなく、２次検出電線１３Ａａ〜１３Ａｄを長くすることができる。また、外リング部３Ａには、２次検出電線１３Ａａ〜１３Ａｄのみが配置されているので、２次検出電線１３Ａａ〜１３Ａｄを長くしても、隣り合う２次検出電線１３Ａａ〜１３Ａｄの間隔をクロストークが発生し難い大きさに保つことが可能である。また、固定部５Ａを外リング部３Ａの径方向外側に設け、サポート部５Ａａにより固定部５Ａと外リング部３Ａとを接続することで、固定部５Ａに内リング部２Ａ、外リング部３Ａ及びビーム部４Ａを支持してもよい。この場合、固定部５Ａ及びビーム部４Ａを通じて、２次検出電線１３Ａａ〜１３Ａｄから電線を外リング部３の径方向外側に導出でき、２次検出電線１３Ａａ〜１３Ａｄと各２次検出電線１３Ａａ〜１３Ａｄに発生する電圧を測定する電圧計とを容易に接続することが可能となる。

次に、本実施形態に係る角速度センサ１Ａの変形例を説明する。本変形例に係る角速度センサ１Ａは、実施形態１に係る角速度センサ１の変形例と同様に、２次振動の抑制に要した交流電流に基づいて角速度を検出する。本変形例に係る角速度センサ１Ａの構成は、２次抑制電線と抑制手段とを備える点が、上記した角速度センサ１Ａと異なる。本変形例に係る角速度センサ１Ａについて、図５を用いて説明する。

２次抑制電線は、外リング部３に沿って配置される。本変形例においては、図５の参照符号１３Ａａ〜１３Ａｄで示す部材のうち、何れかを２次検出電線とし、残りを２次抑制電線とすることができる。ここでは、参照符号１３Ａａ、１３Ａｃの部材を２次検出電線とし、参照符号１３Ａｂ、１３Ａｄを２次抑制電線として説明する。２次抑制電線１３Ａｂ、１３Ａｄは、外リング部３Ａの周方向に延びるように配置されている。よって、１次駆動電線１１Ａと同様に、２次抑制電線１３Ａｂ、１３Ａｄに交流電流が印加されると、外リング部３Ａの径方向の電磁力が生じる。また、２次抑制電線１３Ａｂ、１３Ａｄは、２次振動の最大変位点Ｑに配置されている。よって、２次抑制電極１３Ａｂ、１３Ａｄは、２次振動によって変位する部分に電磁力を発生させることができる。従って、２次抑制電極１３Ａｂ、１３Ａｄに印加される交流電流を制御することで、外リング部３Ａの２次振動を抑制することができる。

抑制手段８Ａは、２次検出電線１３Ａａ、１３Ａｃに流れる電流の大きさの変化を打ち消すように、２次抑制電線１３Ａｂ、１３Ａｄに交流電圧を印加して、２次振動を抑制する。角速度検出手段７Ａは、抑制手段８Ａが２次抑制電線１３Ａｂ、１３Ａｄに印加した交流電圧に基づいて角速度を検出する。このように、２次振動の発生を抑制することで、実施形態１に係る変形例と同様に、外リング部３Ａが１次振動及び２次振動とは別の新たな振動をすることを防止することができ、該新たな振動による角速度の検出精度の低下が防止されている。

（実施形態３）
本実施形態に係る角速度センサ１Ｂは、内リング部の１次振動の駆動及び制御と、角速度の検出とが圧電素子を利用して行われている点が実施形態１に係る角速度センサ１と異なる。図６は角速度センサ１Ｂの概略構成図である。図６に示すように、角速度センサ１Ｂは、本実施形態１に係る角速度センサ１と同様に、内リング部２Ｂ、外リング部３Ｂ、ビーム部４Ｂ、固定部５Ｂ及びサポート部５Ｂａを備えている。尚、図６では、説明のため内リング部２Ｂ及び外リング部３Ｂを実施形態１の内リング部２及び外リング部３よりも太く描いている。

更に、図６に示すように、本実施形態に係る角速度センサ１Ｂは、内リング部２Ｂの内側部分に、内リング部２Ｂの周方向に延びるように配置された１次駆動圧電素子１１Ｂが配置されている。内リング部２Ｂの内側部分とは、図６に示すように、内リング部２Ｂの太さ方向において、中心部Ｘよりも径方向内側（矢印Ｒ’方向側）の部分をいう。１次駆動圧電素子１１Ｂに電圧が印加されると、１次駆動圧電素子１１Ｂは、内リング部２Ｂの周方向の中央部を中心にして、内リング部２Ｂの周方向に収縮する。１次駆動圧電素子１１Ｂが収縮すると、図７に示すように、内リング部２Ｂの１次駆動圧電素子１１Ｂが配置された部位の曲率が大きくなる。

この１次駆動圧電素子１１Ｂは、図６に示すように、実施形態２に係る角速度センサ１Ａの１次駆動電線１１Ａと同一位置に配置されている。各１次駆動圧電素子１１Ｂに交流電圧を印加して、各１次駆動圧電素子１１Ｂを周期的に収縮させると、内リング部２Ｂは、１次駆動圧電素子１１Ｂの配置された部位及び各１次駆動圧電素子１１Ｂが配置された部位の中間位置を最大変位点Ｐとしたｃｏｓｎθモードの１次振動をする。尚、１次駆動圧電素子１１Ｂの配置位置とは、内リング部２Ｂの周方向における１次駆動圧電素子１１Ｂの中央部を指す。

更に、図１に示すように、１次駆動圧電素子１１Ｂは、実施形態２に係る角速度センサ１Ａの１次駆動電線１１Ａと同様に、内リング部２Ｂのビーム部４Ｂが接続される部位に配置されている。よって、１次振動の最大変位点Ｐとビーム部４Ｂが接続される部位が一致するため、内リング部２Ａの１次振動が精度良く外リング部３Ａに伝達される。

更に、図６に示すように、本実施形態に係る角速度センサ１Ｂは、内リング部２Ｂの内側部分に、内リング部２Ｂの周方向に延びるように配置された１次検出圧電素子１２Ｂを備える。１次検出圧電素子１２Ｂは、内リング部２Ａの１次振動により内リング部２Ｂの周方向に収縮すると、収縮に応じた大きさの電流が発生する。この１次検出圧電素子１２Ｂは、実施形態２に係る角速度センサ１Ａの１次検出電線１２Ａと同一位置に配置されている。従って、１次検出圧電素子１２Ｂは、内リング部２Ｂの１次振動の最大変位点Ｐとなる位置に配置されている。このため、内リング部２Ｂが１次振動したときの１次検出圧電素子１２Ｂの収縮量は、最大変位置Ｐに対して他の位置に配置されたときよりも大きい。従って、１次振動によって１次検出圧電素子１２Ｂに大きな電流が発生するため、１次検出圧電素子１２Ｂに発生する電流に基づいて、精度良く１次振動を検出することができる。尚、１次検出圧電素子１２Ｂの配置位置とは、内リング部２Ｂの周方向における１次検出圧電素子１２Ｂの中央部を指す。

更に、図６に示すように、本実施形態に係る角速度センサ１Ｂは、１次検出圧電素子１２Ｂに発生する電流の大きさに基づいて、１次駆動圧電素子１１Ｂに印加する交流電圧を制御して、内リング部２Ｂの１次振動を制御する制御手段６Ｂを備える。角速度センサ１Ｂは、制御手段６Ｂを備えることで、実施形態１に係る角速度センサ１と同様に、１次振動をフィードバック制御することができる。

更に、図６に示すように、本実施形態に係る角速度センサ１Ｂは、外リング部３Ｂの内側部分に、外リング部３の周方向に延びるように配置された２次検出圧電素子１３Ｂａ〜１３Ｂｄを備える。外リング部３Ｂの内側部分とは、外リング部３Ｂの太さ方向において、中心部Ｙよりも径方向内側Ｒ’の部分をいう。２次検出圧電素子１３Ｂａ〜１３Ｂｄは、外リング部３Ｂの２次振動によって外リング部３Ｂの周方向に収縮すると、収縮に応じた大きさの電流が発生する。

更に、２次検出圧電素子１３Ｂａ〜１３Ｂｄは、外リング部３Ｂの周方向において、実施形態２に係る角速度センサ１Ａの２次検出電線１３Ａａ〜１３Ａｄと同一位置に配置されている。従って、２次検出圧電素子１３Ｂａ〜１３Ｂｄは、２次振動の最大変位点Ｑに配置されている。よって、外リング部３Ｂが２次振動したときの２次検出圧電素子１３Ｂａ〜１３Ｂｄの収縮量が、最大変位置Ｑに対して他の位置に配置されたときよりも大きく、２次検出圧電素子１３Ｂａ〜１３Ｂｄに大きな電流が発生する。このため、２次検出圧電素子１３Ｂａ〜１３Ｂｄに発生する電流に基づいて、精度良く２次振動を検出することができる。尚、２次検出圧電素子１３Ｂａ〜１３Ｂｄの配置位置とは、外リング部３Ｂの周方向における２次検出圧電素子１３Ｂａ〜１３Ｂｄの中央部を指す。

また、図６に示すように、２次検出圧電素子１３Ｂａ〜１３Ｂｄは、実施形態１の２次検出電極１３ａ〜１３ｈと同様に、外リング部３Ａの周方向において、２次振動の最大変位点Ｑを跨ぎ、該最大変位点Ｑから、周方向の両方向に同一距離延びている。これにより、実施形態１の２次検出電極１３ａ〜１３ｈと同様に、１次振動によって、２次検出圧電素子１３Ｂａ〜１３Ｂｄの最大変位点Ｑの両側のそれぞれの部分に発生する電流が相殺される。従って、２次検出圧電素子１３Ｂａ〜１３Ｂｄに発生する電流についての、１次振動の影響を排除できる。本実施形態に係る角速度センサ１Ｂは、実施形態１に係る角速度センサ１と同様に、角速度検出手段７Ｂによって、２次検出圧電素子１３Ｂａ〜１３Ｂｄに発生する電圧の大きさに基づいて、外リング部３Ｂの回転運動の角速度を検出する。

このように圧電素子を用いて角速度を検出する場合であっても、２次検出圧電素子１３Ｂａ〜１３Ｂｄの長さを外リング部３Ｂの周方向に長くすることで、角速度の検出精度を高めることができる。角速度センサ１Ｂにおいては、外リング部３Ｂには、２次検出圧電素子１３Ｂａ〜１３Ｂｄのみが配置されているので、１次駆動圧電素子１１Ｂ及び１次検出圧電素子１２Ｂに妨げられることなく、２次検出圧電素子１３Ｂａ〜１３Ｂｄを長くすることができる。また、外リング部３Ｂには、２次検出圧電素子１３Ｂａ〜１３Ｂｄのみが配置されているので、２次検出圧電素子１３Ｂａ〜１３Ｂｄを長くしても、隣り合う２次検出圧電素子１３Ｂａ〜１３Ｂｄの間隔をクロストークが発生し難い大きさに保つことが可能である。

次に、本実施形態に係る角速度センサ１Ｂの変形例を説明する。本変形例に係る角速度センサ１Ｂは、実施形態１に係る角速度センサ１の変形例と同様に、２次振動の抑制に要した交流電圧に基づいて角速度を検出する。本変形例に係る角速度センサ１Ｂの構成は、２次抑制圧電素子と抑制手段とを備える点が、上記した角速度センサ１Ｂと異なる。本変形例に係る角速度センサ１Ｂについて、図６を用いて説明する。

２次抑制圧電素子は、外リング部３Ｂの内側部分に、外リング部３Ｂの周方向に延びるように配置される。本変形例においては、図６の参照符号１３Ｂａ〜１３Ｂｄで示す部材のうち、何れかを２次検出圧電素子とし、残りを２次抑制圧電素子とすることができる。ここでは、参照符号１３Ｂａ、１３Ｂｃの部材を２次検出圧電素子とし、参照符号１３Ｂｂ、１３Ｂｄを２次抑制圧電素子として説明する。

２次抑制圧電素子１３Ｂｂ、１３Ｂｄは、外リング部３Ｂの周方向に延びるように配置されている。よって、２次抑制圧電素子１３Ｂｂ、１３Ｂｄは、電圧が印加されることで、自身が配置された外リング部３Ｂの部位の曲率を大きくさせる力を発生させることができる。２次抑制圧電素子１３Ｂｂ、１３Ｂｄは、外リング部３の２次振動の最大変位点Ｑに配置されている。外リング部３Ｂの最大変位点Ｑは、２次振動の際に、曲率が変動する。よって、２次抑制圧電素子１３Ｂｂ、１３Ｂｄが配置された外リング部３Ｂの最大変位点Ｑが２次振動によって曲率が大きくなるときに、２次抑制圧電素子１３Ｂｂ、１３Ｂｄに電圧を印加して、２次抑制圧電素子１３Ｂｂ、１３Ｂｄが配置された最大変位点Ｑの曲率を小さくする力を発生させれば、２次振動を抑制することができる。

抑制手段８Ｂは、２次検出圧電素子１３Ｂａ、１３Ｂｃに発生する電流の大きさの変化を打ち消すように、２次抑制圧電素子１３Ｂｂ、１３Ｂｄに交流電圧を印加して、２次振動を抑制する。角速度検出手段７Ｂは、抑制手段８Ｂが２次抑制圧電素子１３Ｂｂ、１３Ｂｄに印加した交流電圧に基づいて角速度を検出する。このように、２次振動の発生を抑制することで、実施形態１に係る変形例と同様に、外リング部３Ｂが１次振動及び２次振動とは別の新たな振動をすることを防止することができ、該新たな振動による角速度の検出精度の低下することができる。

本実施形態に係る角速度センサ１Ｂにおいては、１次駆動圧電素子１１Ｂ、１次検出圧電素子１２Ｂは、内リング部２Ｂの外側部分に配置されてもよい。内リング部２Ｂの外側部分とは、図６に示すように、内リング部２Ｂの太さ方向においての中心部Ｘよりも径方向外側の部分をいう。

１次駆動圧電素子１１Ｂが内リング２Ｂの外側部分に配置された場合、１次駆動圧電素子１１Ｂが収縮すると、内リング２Ｂの１次駆動圧電素子１１Ｂが配置された部位の曲率が大きくなり、内リング部２Ｂの１次駆動圧電素子１１Ｂが配置された部位の中間位置の部位の曲率が小さくなる。よって、１次駆動圧電素子１１Ｂを内リング部２Ｂの外側部分に配置しても、内リング部２Ｂに１次振動をさせることができる。また、１次検出圧電素子１２Ｂが内リング２Ｂの外側部分に配置した場合、内側部分に配置した場合とは逆に、内リング部２Ｂの１次検出圧電素子１２Ｂが配置された部位の曲率が大きくなると、１次検出圧電素子１２Ｂが収縮する。よって、１次検出圧電素子１２Ｂを内リング２Ｂの外側部分に配置しても、１次振動を検出することができる。

また、２次検出圧電素子及び２次抑制圧電素子は、外リング部３Ｂの外側部分あるいは、内外両方の部分に配置されても良い。外リング部３Ｂの外側部分とは、外リング部３Ｂの太さ方向における中心部Ｙよりも径方向外側の部分をいう。

２次検出圧電素子を外リング部３Ｂの外側部分に配置した場合、内側部分に配置した場合とは逆に、外リング部３Ｂの２次検出圧電素子が配置された部位の曲率が大きくなると、２次検出圧電素子が収縮する。よって、２次検出圧電素子を外リング３Ｂの外側部分に配置しても、２次振動を検出することができる。また、２次抑制圧電素子を外リング３Ｂの外側部分に配置した場合、外リング３の２次抑制圧電素子が配置された部位の曲率が大きくなると、２次抑制圧電素子が収縮する。よって、２次抑制圧電素子が配置された外リング部３Ｂの部位が２次振動によって曲率が小さくなるときに、２次抑制圧電素子に電圧を印加して、２次抑制圧電素子が配置された外リング部３Ｂの部位の曲率を大きくする力を発生させれば、２次振動を抑制することができる。また、２次検出圧電素子及び２次抑制圧電素子を、外リング部３Ｂの内外両方の部分に配置すると、検出電流量は倍になるため、角速度の検出精度が高くなる。尚、２次検出圧電素子及び２次抑制圧電素子を、外リング部３Ｂの内外両方の部分に配置した場合は、実施形態１に記載の角速度センサ１と同様に、２次検出圧電素子及び２次抑制圧電素子のぞれぞれの半数と、残りの半数とは、互いに逆位相の信号を検出することになる。よって、この場合、２次振動を検出は、逆位相の信号の差分を用いて行う。

上記の１〜３の各実施形態において、内リング部の１次振動は、１次駆動電極１１、１次駆動電線１１Ａ、及び、１次駆動圧電素子１１Ｂが１つであっても発生させることは可能である。具体的には、内リング部のｃｏｓｎθモードに対応する固有振動数で内リング部を振動させれば、１次駆動電極１１、１次駆動電線１１Ａ、及び、１次駆動圧電素子１１Ｂが１つであっても発生させることが可能である。よって、１〜３の各実施形態の角速度センサ１、１Ａ、１Ｂは、１次駆動電極１１、１次駆動電線１１Ａ、及び、１次駆動圧電素子１１Ｂを１つのみ備えてもよい。また、同様に、外リング部の２次振動の抑制は、２次抑制電極、２次抑制電線、及び、２次駆動圧電素子が１つであっても可能である。又、内リング部の１次振動の検出は、１次検出電極１２、１次検出電線１２Ａ、及び、１次検出圧電素子１２Ｂが１つであっても可能であり、外リング部の２次振動の検出は、２次検出電極１３ａ〜１３ｇ、２次検出電線１３Ａａ〜１３Ａｄ、及び、２次検出圧電素子１３Ｂａ〜１３Ｂｄが１つであっても可能である。尚、感度の向上などの観点から、１次駆動電極１１、１次駆動電線１１Ａ、及び、１次駆動圧電素子１１Ｂ、２次抑制電極、２次抑制電線、及び、２次駆動圧電素子、１次検出電極１２、１次検出電線１２Ａ、及び、１次検出圧電素子１２Ｂ、２次検出電極１３ａ〜１３ｇ、２次検出電線１３Ａａ〜１３Ａｄ、及び、２次検出圧電素子１３Ｂａ〜１３Ｂｄの数は、実施形態１〜３に記載したような数が望ましい。

図１は、実施形態１に係る角速度センサの概略構成図である。 図２は、実施形態１の内リング部が行う平面内ｃｏｓｎθモードの振動を示す図である。尚、図２においては、２次検出電極を省略している。 図３は、連動して１次振動している内リング部と外リング部とを示す図である。 図４は、このコリオリ力によって外リング部に生じる平面内ｃｏｓｎθモードの２次振動を示す図である。尚、図４においては、固定部及びサポート部を省略している。 図５は、実施形態２に係る角速度センサの概略構成図である。 図６は、実施形態３に係る角速度センサの概略構成図である。 図７は、圧電素子による内リング部の振動の発生について説明した図である。 図８は、従来の角速度センサの概略構成図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ 角速度センサ
２、２Ａ、２Ｂ 内リング部
３、３Ａ、３Ｂ 外リング部
４、４Ａ、４Ｂ ビーム部
１１ １次駆動電極
１１Ａ １次駆動電線
１１Ｂ １次駆動圧電素子
１２ １次検出電極
１２Ａ １次検出電線
１２Ｂ １次検出圧電素子
１３ａ〜１３ｈ ２次駆動電極
１３Ａａ〜１３Ａｄ ２次検出電線
１３Ｂａ〜１３Ｂｄ ２次検出圧電素子

Claims (6)

1. 内リング部と、
   前記内リング部を囲うように、前記内リング部の径方向外側に配置された外リング部と、
   前記外リング部を前記内リング部と連動させるための、前記内リング部と前記外リング部とを接続するビーム部と、
   前記内リング部の径方向内側において、前記内リング部と対向配置され、交流電圧が印加されることにより、前記内リング部との間で静電力を作用させ、前記内リング部に１次振動をさせる１次駆動電極と、
   前記内リング部の径方向内側において、前記内リング部と対向配置され、前記１次振動によって、前記内リング部との間の静電容量が変動する１次検出電極と、
   前記内リング部と前記１次検出電極との間の静電容量に基づいて、前記１次駆動電極に印加する交流電圧を制御して、前記１次振動を制御する制御手段と、
   前記外リング部の径方向内側及び径方向外側の少なくとも何れか一方において、前記外リング部と対向配置され、前記内リング部及び外リング部が含まれる平面に垂直な軸周りの回転運動の角速度と前記１次振動とにより、前記外リング部に生じる２次振動によって前記外リング部との間の静電容量が変動する２次検出電極と、
   前記外リング部と前記２次検出電極との間の静電容量に基づいて、前記角速度を検出する角速度検出手段とを備えることを特徴とする角速度センサ。
2. 前記外リング部の径方向内側及び径方向外側の少なくとも何れか一方において、前記外リング部と対向配置された２次抑制電極と、
   前記外リング部と前記２次検出電極との間の静電容量の変化を打ち消すように、前記２次抑制電極に交流電圧を印加して、前記２次振動を抑制する抑制手段とを備え、
   前記角速度検出手段は、前記外リング部と前記２次検出電極との間の静電容量に代えて、前記抑制手段によって前記２次抑制電極に印加される交流電圧の大きさに基づいて角速度を検出することを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
3. 内リング部と、
   前記内リング部を囲うように、前記内リング部の径方向外側に配置された外リング部と、
   前記外リング部を前記内リング部と連動させるための、前記内リング部と前記外リング部とを接続するビーム部と、
   前記内リング部及び前記外リング部の法線方向の磁界を発生させる磁界発生手段と、
   前記内リング部に沿って配置され、交流電流が流れることにより、該電流と前記磁界とによって発生する電磁力により前記内リング部に１次振動をさせる１次駆動電線と、
   前記内リング部に沿って配置され、前記内リング部の前記１次振動と前記磁界とによって前記内リング部の前記１次振動に応じた大きさの電圧が発生する１次検出電線と、
   前記１次検出電線に発生する電圧の大きさに基づいて、前記１次駆動電線に印加する交流電流を制御して、前記内リング部の前記１次振動を制御する制御手段と、
   前記外リング部に沿って配置され、前記内リング部及び外リング部が含まれる平面に垂直な軸周りの回転運動の角速度と前記１次振動とにより、前記外リング部に生じる２次振動と、前記磁界とによって、該２次振動に応じた大きさの電圧が発生する２次検出電線と、
   前記２次検出電線に発生する電圧の大きさに基づいて、前記角速度を検出する角速度検出手段とを備えることを特徴とする角速度センサ。
4. 前記外リング部に沿って配置された２次抑制電線と、
   前記２次検出電線に発生する電圧の大きさの変化を打ち消すように、前記２次抑制電線に交流電流を流して、前記２次振動を抑制する抑制手段とを備え、前記角速度検出手段は、前記２次検出電線に発生する電圧の大きさに代えて、前記抑制手段によって前記２次抑制電線に流される交流電流の大きさに基づいて角速度を検出することを特徴とする請求項３に記載の角速度センサ。
5. 内リング部と、
   前記内リング部を囲うように、前記内リング部の径方向外側に配置された外リング部と、
   前記外リング部を前記内リング部と連動させるための、前記内リング部と前記外リング部とを接続するビーム部と、
   前記内リング部の内側部分又は外側部分に、前記内リング部の周方向に延びるように配置され、交流電圧が印加されることにより前記内リング部の周方向に収縮し、該収縮により前記内リング部に１次振動をさせる１次駆動圧電素子と、
   前記内リング部の内側部分又は外側部分に、前記内リング部の周方向に延びるように配置され、前記１次振動による前記内リング部の収縮に応じた大きさの電流が発生する１次検出圧電素子と、
   前記１次検出圧電素子に発生する電流の大きさに基づいて、前記１次駆動圧電素子に印加する交流電圧を制御して、前記内リング部の前記１次振動を制御する制御手段と、
   前記外リング部の内側部分又は外側部分に、前記外リング部の周方向に延びるように配置され、前記内リング部及び外リング部が含まれる平面に垂直な軸周りの回転運動の角速度と前記１次振動とにより、前記外リング部に生じる２次振動による前記外リング部の収縮に応じた大きさの電流が発生する２次検出圧電素子と、
   前記２次検出圧電素子に発生する電流の大きさに基づいて、前記角速度を検出する角速度検出手段とを備えることを特徴とする角速度センサ。
6. 前記外リング部の内側部分又は外側部分に、前記外リング部の周方向に延びるように配置された２次抑制圧電素子と、
   前記２次検出圧電素子に発生する電流の大きさの変化を打ち消すように、前記２次抑制圧電素子に交流電圧を印加して、前記２次抑制圧電素子を前記外リング部の周方向に収縮させて、前記２次振動を抑制する抑制手段とを備え、
   前記角速度検出手段は、前記２次検出圧電素子に生じる電流の大きさに代えて、前記抑制手段によって前記２次抑制圧電素子に印加される交流電圧の大きさに基づいて角速度を検出することを特徴とする請求項５に記載の角速度センサ。

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