JP3264580B2 - 角速度検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コリオリ力に基づいて
角速度を検出する角速度検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】実開平２─８５３１６号公報には、角速
度検出装置の第一振動部の固有振動数と第二振動部の固
有振動部とを一致させるために切欠を形成したり、重り
を溶着したりすることが記載されている。第一振動部や
第二振動部に切欠を形成すれば、質量が軽くなるため固
有振動数が大きくなり、重りを溶着すれば、質量が重く
なるため固有振動数が小さくなる。また、それによっ
て、第一振動部や第二振動部の断面２次モーメントが変
わることも、固有振動数変化の一因となる。

【０００３】角速度検出装置の検出感度は一般に、図５
に示すように、第一振動部の固有振動数と第二振動部の
固有振動数とが一致している場合に、高められることが
知られている。しかし、実際には、製造時の寸法誤差等
によって第一振動部の固有振動数と第二振動部の固有振
動数とが一致しないことがある。そのため、第一振動部
および第二振動部の少なくとも一方の固有振動数を変化
させ、これらの固有振動数を一致させる必要が生じるの
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報に記
載の角速度検出装置におけるように、第一振動部や第二
振動部の質量を変えたり、断面２次モーメントを変えた
りすることによってこれらの固有振動数を一致させる作
業は面倒であり、難しい。形成した切欠が大きすぎた場
合には重りを溶着しなければならないし、逆に、溶着し
た重りが重すぎた場合には切欠を形成しなければならな
い。また、切欠を形成したり、重りを溶着する位置が予
定の位置からずれていた場合にも所望の固有振動数が得
られないのである。本発明は、以上の事情を背景とし
て、第一振動部の固有振動数と第二振動部の固有振動数
とを容易に一致させ得る角速度検出装置を得ることを課
題として為されたものである。

【０００５】本発明の要旨は、角速度検出装置を、(1)
装置本体と、(2)その装置本体の内部に設けられ、基準
線と直交する第一方向に振動可能な第一振動部と、前記
基準線および前記第一方向と直交する第二方向に振動可
能な第二振動部とを備えた検出体と、(3)前記装置本体
に支持され、前記第一振動部を前記第一方向に振動させ
る加振手段と、(4)前記第二振動部の前記第二方向の振
動の振幅に基づいて前記装置本体の前記基準線回りの回
転角速度を検出する検出手段と、(5)電気信号に応じて
作動するアクチュエータを有し、前記第一振動部と前記
第二振動部との少なくとも一方の固有振動数を変化させ
る固有振動数変更装置とを備えたものとする。

【０００６】ここで、振動は広義の往復運動を表してお
り、軌跡が円弧の一部である回転往復運動等が含まれ
る。例えば、検出体が、第一方向に回転振動可能な第一
振動部と、第二方向に回転振動可能な第二振動部とを備
えたものとされ、かつ、加振手段が、検出体を第一方向
に回転振動させるものとされる。また、検出体が、(p)
基準線と直交する第一方向に直線的に振動可能な第一振
動部を有する第一振動系と、(q)装置本体に基準線の回
りに回動可能に支持された第二振動系であって、装置本
体の基準線回りの回転によって第一振動部に発生させら
れるコリオリ力によって装置本体に対して回動させら
れ、それによって、第二方向に振動させられる第二振動
部を有するものとを含むものとされ、かつ、加振手段
が、第一振動部を第一方向に直線振動させるものとされ
る場合もある。さらに、検出体を、(r)基準線に対して
互いに対称に設けられた２つの重りと、(s)これら２つ
の重りを第一方向に直線的に振動可能に連結する連結部
と、(t)これら連結部と２つの重りとを装置本体に結合
する結合部とを含むものとし、２つの重りが、結合部に
おける検出体の装置本体に対する基準線回りの回動に伴
って、第二方向に振動させられるものとしたり、(u)概
して枠状を成した枠状部材と、(v)その枠状部材を装置
本体に第一方向と第二方向とに回転振動可能に支持する
支持部材とを含むものとし、枠状部材の、第一方向に回
転振動可能な部分によって第一振動部が構成され、第二
方向に回転振動可能な部分によって第二振動部が構成さ
れたものとすることができる。

【０００７】検出体は１つでも、２つ以上でもよく、第
一振動部と第二振動部とが一体的に形成されても、別々
に形成されてもよい。振動部は、後述の実施例における
ように、直方体状等の形状を有して質量が一点のまわり
に集合した点状振動部とすることも、正方形枠，円環
等、質量が一点を中心とする一閉曲線に沿って分布する
枠状振動部とすることも可能である。

【０００８】振動系を構成するためには振動部を移動可
能に支持するとともに、移動量に応じた復元力を発生さ
せる弾性支持手段が必要であるが、この弾性支持手段
は、弦のように張力に基づいて復元力を発生させるもの
や、板ばねやねじりばねのように弾性変形に応じて復元
力を発生させるもの等、種々のものが使用可能である。

【０００９】加振手段は、例えば、後に実施例の項にお
いて例示する重りと電極とのように、互いに近接して対
向する電気良導体製の２物体間に交流電圧を印加した場
合に２物体間に作用する静電引力に基づいて２物体の一
方を振動させる静電式加振装置とすことが可能であり、
また、後述の実施例における永久磁石と重りとのよう
に、磁場形成手段による磁場中の電気良導体製の物体に
交流電流を流した場合に作用するローレンツ力によりそ
の物体を振動させる磁気式加振装置とするともできる。

【００１０】固有振動数変更装置は、第一振動部と第二
振動部とのいずれか一方の固有振動数を変化させるもの
であっても、両方の固有振動数を変化させるものであっ
てもよい。固有振動数変更装置のアクチュエータは、例
えば、後述の実施例におけるピエゾアクチュータのよう
に、電気信号に応じて形状や寸法が変化する電気信号対
応変形物体を含むものとすることが可能であり、また、
後述の実施例における電極と重りとのように、互いに近
接して対向する電気良導体製の２物体間に電圧を印加し
た場合に２物体間に作用する静電引力に基づいて２物体
の一方を駆動する静電式アクチュータとすることも可能
である。

【００１１】固有振動数変更装置は、例えば、上記静電
式加振装置の静電引力が作用する２物体間に印加する直
流電圧を変更することによって第一振動系のばね定数を
みかけ上変更し、それによって第一振動系の固有振動数
を変更するみかけばね定数変更式固有振動数変更装置と
すること等が可能である。

【００１２】

【作用】第一発明の角速度検出装置において、第一振動
部が加振手段によって第一方向に振動させられている状
態において、検出体が基準線回りに回転させられれば、
第二振動部が第二方向に振動させられる。検出体の回転
角速度が、この第二振動部の第二方向における振幅に基
づいて検出手段によって検出される。

【００１３】そして、本発明の固有振動数変更装置によ
って、第一振動部の固有振動数と第二振動部の固有振動
数との少なくとも一方が変化させられることによってこ
れら固有振動数が一致させられる。しかも、固有振動数
変更装置が電気信号に応じて作動するアクチュエータを
備えているため、これら固有振動数がアクチュエータの
電気制御によって一致させられる。

【００１４】

【００１５】例えば、角速度検出装置に一定の角速度を
与えた状態において、アクチュエータの一例としての圧
電アクチュエータへの印加電圧を変え、検出手段の出力
信号が最大になるようにすることができる。同一の角速
度に対して出力信号が最大である状態は、検出感度が高
められた状態であり、第一振動部と第二振動部とが共振
している状態と見なすことができるのである。例えば、
この角速度検出装置を、基準線を鉛直方向に一致させた
状態で車両に搭載すれば、ヨーレイト検出装置として機
能させることができる。そして、車両に一定のヨーレイ
トが生じる状態であると検出されている状態が一定の角
速度が与えられた状態に対応する。一定のヨーレイトが
生じる状態であると検出されている状態において、印加
電圧を変化させて出力信号が最大となるようにすれば、
第一振動部と第二振動部とを共振させるための印加電圧
の大きさを決定することができる。この角速度検出装置
は、第八発明に係る角速度検出装置の一例である。

【００１６】第一発明の角速度検出装置において振動が
一定の軸回りの回転往復運動（回転振動）とされれば、
第二発明の角速度検出装置となる。この場合、第一方
向，第二方向はそれぞれ第一振動部，第二振動部の回転
振動の回転軸に平行な方向である。一般的に、軸回りに
回転する物体の回転方向は回転軸方向に平行な方向で表
される。そして、軸回りの回転振動は回転速度が時々刻
々変化する回転であるから、軸回りに回転振動する物体
の振動方向も軸と平行な方向で表されるのである。

【００１７】この場合には、固有振動数変更装置を、例
えば、第一振動部とその第一振動部を第一方向に振動可
能に支持する弾性支持手段とを含む第一振動系のばね定
数をみかけ上変更するみかけばね定数変更式のものとす
ることができる。第一振動部とそれに対向して設けられ
た電気良導体製物体とを含むアクチュエータと、これら
第一振動部と電気良導体製物体との間に直流電圧を印加
する手段と、直流電圧を制御することによって上述の第
一振動系のばね定数をみかけ上変更するみかけばね定数
変更装置とを含むものがその一例である。これらの間に
印加される直流電圧が制御されると、これらの間の静電
引力が制御され、第一振動系のばね定数がみかか上変更
させられる。この固有振動数変更装置を含む角速度検出
装置は、第六発明，第七発明に係る角速度検出装置の一
例である。第一振動部を第一方向に振動させる加振手段
は、第六発明の角速度検出装置におけるように静電式加
振装置としても、第七発明の角速度検出装置におけるよ
うに磁気式加振装置としてもよい。第一振動部の固有振
動数と第二振動部の固有振動数との差が大きいほど電気
信号が大きくされ、弾性係数のみかけ上の変化量が大き
くされる。

【００１８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、第一振
動部の固有振動数および第二振動部の固有振動数の少な
くとも一方を容易に変化させることができ、これら固有
振動数を一致させることができる。その結果、本発明の
角速度検出装置の検出感度を容易に向上させることがで
きる。また、製造時の寸法誤差等による固有振動数の不
一致を角速度検出装置の組み立て後に修正することがで
きるため、歩留まりが向上する効果が得られる。

【００１９】さらに、本発明の角速度検出装置を車両に
搭載すれば、ヨーイング、ローリング，ピッチング時に
おける角速度を感度よく検出することができる。

【００２０】

【実施例】第一，第三，第四，第八発明に共通の一実施
例である車両用ヨーレイトセンサを図面に基づいて詳細
に説明する。図１および図２において、１０はヨーレイ
トセンサのケースであり、１２はフレームである。フレ
ーム１２は概して四角形の枠状を成しており、その枠の
内側には検出体１４が配設されている。フレーム１２の
外側はケース１０によって覆われており、そのケース１
０を介して基準線Ｐが車両の鉛直方向と一致する姿勢で
図示しない取付部材に取り付けられる。

【００２１】検出体１４は、重り１６，１８，板ばね２
０，２２，連結部２４，２６を一体に備えている。重り
１６，１８が基準線Ｐに対して対称となるように配設さ
れ、その重り１６，１８の両端部に板ばね２０，２２が
結合され、板ばね２０，２２が連結部２４，２６によっ
てそれぞれ連結されている。また、これら連結部２４，
２６の中央部にはねじりばね２８，３０が連結され、フ
レーム１２の辺３１，３２の中央部に結合されている。
検出体１４がフレーム１２の内部において、基準線Ｐに
対して対称に構成されているのである。

【００２２】本ヨーレイトセンサは、コリオリ力の大き
さを検出することによって角速度を検出するものであ
る。コリオリ力Ｆは、静止系に対して角速度Ωで回転す
る回転系において速度ベクトルＶで相対運動する質点に
作用するみかけ上の力であり、遠心力以外の力である。
本実施例においては、コリオリ力Ｆは、式 Ｆ＝ｋ×〔Ω×Ｖ〕 で表される向きおよび大きさを有する力である。ｋは定
数であり、〔Ω×Ｖ〕は、回転ベクトルΩと速度ベクト
ルＶとの外積である。したがって、コリオリ力Ｆの向き
は、回転ベクトルΩと速度ベクトルＶとによって形成さ
れる平面に直交する方向で、大きさは、ｋ・｜Ｖ｜｜Ω
｜sin θである。角度θは回転ベクトルΩと速度ベクト
ルＶとのなす角度である。このように、コリオリ力Ｆの
大きさは、回転角速度の大きさ｜Ω｜に比例することが
明らかであるため、回転角速度の大きさをコリオリ力Ｆ
の大きさに基づいて求めることができる。

【００２３】本ヨーレイトセンサにおいては、質点が重
り１６，１８で、回転ベクトルΩの方向が基準線Ｐの方
向であり、速度ベクトルＶの方向が第一方向である。基
準線Ｐと第一方向とのなす角θは９０度である。重り１
６，１８が基準線Ｐに直角な第一方向に直線的に振動さ
せられている状態において基準線Ｐ回りに角速度Ωが生
じた場合には、重り１６，１８にはみかけ上コリオリ力
が基準線Ｐおよび第一方向に直交する第二方向に作用
し、重り１６，１８が第二方向に直線的に振動させられ
る。コリオリ力が大きければ第二方向の振動における振
幅が大きくなり、小さければ振幅が小さくなる。したが
って、重り１６，１８の振幅に基づいてコリオリ力の大
きさを求めることができるのである。

【００２４】重り１６，１８は、基準線Ｐと平行に延び
た直方体形状をなしており、その基準線Ｐに沿って伸び
た側面３４，３５に近接して電極３６，３８が図示しな
い支持部材を介してケース１０に固定されている。電極
３６，３８には図３に示すように駆動電源４０がそれぞ
れ接続され、フレーム１２がアースされている。駆動電
源４０によって電極３６，３８に交番電圧が印加される
と、それに伴って、重り１６，１８が第一方向に直線的
に振動させられる。重り１６と板ばね２０とによって、
重り１８と板ばね２２とによって、それぞれ第一振動系
４１が構成されているのである。

【００２５】上記電極３６，３８に印加される交番電圧
の振動数（駆動電源４０の出力する交番電圧の振動数）
を、第一振動系４１の固有振動数に一致させなければな
らない。後述するように、ヨーレイトセンサの検出感度
を高めるためには、少なくとも第一振動系４１の第一振
動部である重り１６，１８が第一方向に固有振動数で振
動している（共振している）ことが必要なのである。

【００２６】電極３６，３８に印加される交番電圧の振
動数と第一振動系４１の第一振動部である重り１６，１
８の第一方向の直線的な振動における固有振動数（以
下、第一方向における固有振動数と略称する）とが一致
し、第一振動系４１が共振させられれば、重り１６，１
８に流れる交番電流の振幅が最大になることはよく知ら
れたことである。したがって、電極３６，３８に印加さ
れる交番電圧の振動数を徐々に変え、重り１６，１８に
流れる交番電流の振幅が最大になったときの振動数を求
めれば、第一方向における固有振動数を求めることがで
き、重り１６，１８を共振させることができる。

【００２７】駆動電源４０は、直流電圧を任意の振動数
の交番電圧に重畳する自励式インバータであり、重り１
６，１８に流れる交番電流の振幅がフィードバックさ
れ、重り１６，１８に流れる交番電流の振幅が最大にな
るような振動数の交番電流を出力するようにされてい
る。そのため、後述するように、板ばね２０，２２の引
張力の大きさが変えられ、第一方向における固有振動数
が変えられれば、それに伴って駆動電源４０が出力する
交番電圧の振動数も変えられる。つまり、電極３６，３
８には常に第一方向における固有振動数と同じ振動数の
交番電圧が印加され、第一振動系４１が第一方向に良好
に共振させられるのである。

【００２８】これら電極３６，３８と重り１６，１８と
は、電気的には、図３に示すコンデンサ４２，４４を構
成している。また、電極３６，３８には、重り１６，１
８が互いに接近・離間させられるように、すなわち、第
一方向において逆方向に振動させられるように、同位相
の交番電圧が印加されている。駆動電源４０，電極３
６，３８等が特許請求の範囲にいう加振手段を構成して
いるのである。

【００２９】板ばね２０，２２は板状を成し、その断面
形状が前記第一方向に短く、第二方向に長い長方形状を
成している。断面２次モーメントが第一方向において小
さく、第二方向において大きいのである。そのため、重
り１６，１８の連結部２４，２６に対する第一方向にお
ける相対移動は許容されるが、第二方向における相対移
動は許容されない。電極３６，３８に交番電圧が印加さ
れれば、重り１６，１８が第一方向に振動させられる
が、板ばね２０，２２の弾性変形によって第二方向に振
動させられることはない。

【００３０】また、重り１６，１８の第一方向における
固有振動数は前述のように板ばね２０，２２の基準線Ｐ
と平行な方向の引張力の大きさに応じて変わるが、この
板ばね２０，２２の引張力の大きさはピエゾアクチュエ
ータ４６によって変えられる。

【００３１】ピエゾアクチュエータ４６は、基準線Ｐと
平行な方向に延びる姿勢でフレーム１２の一部を構成
し、直流電源４８によって印加される電圧の大きさに応
じて伸縮させられる。その結果、フレーム１２が弾性変
形し、辺３１，３２の間隔が変化して、板ばね２０，２
２の基準線Ｐと平行な方向の引張力の大きさが変えられ
るのである。

【００３２】ピエゾアクチュエータ４６の伸びが大きく
なり（長手方向の長さが長くなり）、板ばね２０，２２
の引張力が大きくなれば、図４に示すように重り１６，
１８の第一方向における固有振動数の変化量が大きくな
る。本実施例においては、固有振動数は板ばね２０，２
２の引張力の増大に伴って大きくなり、その変化量も大
きくなるのである。直流電源４８には、後述する検出装
置５０の出力信号がフィードバックされており、ピエゾ
アクチュエータ４６に印加される電圧の大きさが、検出
装置５０の出力信号の大きさに基づいて変えられるよう
になっている。検出装置５０は、検出体２０，２２の第
二方向における振幅に基づいて基準線Ｐ回りの角速度Ω
を検出するものであり、ピエゾアクチュエータ４６に
は、一定の角速度Ωにおいて検出装置５０の出力信号が
最大になるような大きさの電圧が印加される。

【００３３】ねじりばね２８，３０は、検出体１４の回
動に伴って復元力を発生させるものである。すなわち、
検出体１４が、ねじりばね２８，３０の軸線の回りに回
動することにより重り１６，１８が第二方向に直線的に
振動する第二振動系を構成しており、ねじりばね２８，
３０がこの第二振動系の復元力発生手段を構成している
のである。また、重り１６，１８が第二振動系の振動部
である第二振動部を構成しており、重り１６，１８が第
一振動部と第二振動部とを兼ねていることになる。第二
振動系の第二振動部としての重り１６，１８の第二方向
における振動は、第二振動系全体としてみれば、ねじり
ばね２８，３０回りの回転振動と考えることができる
が、第二振動部としての重り１６，１８に着目すれば、
直線的な振動と考えることができる。

【００３４】ピエゾアクチュエータ４６に印加される電
圧が変化すれば、板ばね２０，２２の引張力だけでな
く、ねじりばね２８，３０の引張力も変化する。しか
し、ねじりばね２８，３０の引張力が変化しても剛性率
には殆ど影響がなく、第二振動部としての重り１６，１
８の第二方向の直線的な振動における固有振動数（以
下、第二方向における固有振動数と称する）は殆ど変化
しない。

【００３５】本実施例においては、板ばね２０，２２，
ピエゾアクチュエータ４６，直流電源４８，検出装置５
０等が第二振動部としての重り１６，１８の第一方向に
おける固有振動数を変更する固有振動数変更装置を構成
している。また、ケース１０がシリカガラス，フレーム
１２，検出体１４等がシリコンによって製作されている
ため、耐熱性が良好で、かつ、温度変化による寸法変化
が小さい。

【００３６】一方、フレーム１２は、ケース１０にピエ
ゾアクチュエータ４６の長手方向の中央部およびそれに
対向する辺５１の中央部が固定されて支持されている。
この固定部以外においては、フレーム１２とケース１０
の内面との間には適当な隙間が形成され、ピエゾアクチ
ュエータ４６によるフレーム１２の弾性変形が許容され
るようになっている。

【００３７】ケース１０の内側の重り１６，１８に対向
する位置には、電極５２〜５９（電極５７，５９は図示
しない）が固着されている。これら電極５２〜５９は、
重り１６，１８との間の間隔の変化を検出することによ
って、重り１６，１８の第二方向の直線的な振動におけ
る振幅を検出するものである。また、電極５２〜５９は
検出装置５０に接続されており、電極５２〜５９の出力
電圧の振幅に基づいて角速度Ωが検出される。電極５２
〜５９および検出装置５０が特許請求の範囲にいう検出
手段を構成しているのである。

【００３８】電極５２，５３は重り１６の面６４に対向
する位置に、電極５４，５５が重り１６の面６６に対向
する位置にそれぞれ基準線Ｐと平行な方向に間隔を隔て
て取り付けられており、同様に、電極５６，５７は重り
１８の面６８に，電極５８，５９は重り１８の面７０に
対向した位置にそれぞれ取り付けられている。電極５２
〜５９と面６４〜７０とによってコンデンサ７２〜７９
が構成される。

【００３９】各電極５２〜５９には、十分大きな抵抗Ｒ
を介して、図示しない直流電源が接続され、常に一定の
大きさの電圧が印加されている。そのため、重り１６，
１８が第二方向に振動させられない状態においては、各
コンデンサ７２〜７９の静電容量が、一定であり、電極
５２〜５９の出力電圧が一定である。重り１６，１８が
第二方向に直線的に振動させられると電極５２〜５９と
面６４〜７０との間の距離が変化させられるため、コン
デンサ７２〜７９の静電容量が変化させられるとともに
電極５２〜５９の出力電圧が変化させられる。

【００４０】すなわち、重り１６，１８の第二方向の直
線的な振動における振動数がコンデンサ７２〜７９にお
ける静電容量の振動数と同じになり、電極５２〜５９の
電圧の振動数と同じになる。また、重り１６，１８の第
二方向の直線的な振動における振幅が、電極５２〜５９
の出力電圧の振幅に比例することになる。

【００４１】電極５２〜５９が重り１６，１８のそれぞ
れの面６４〜７０に対向する位置に２個づつ設けられて
いるのは、重り１６，１８が基準線Ｐと平行な方向にね
じれて振動した場合の検出値を補正するためである。ま
た、重り１６，１８の各両面に対向する位置に設けられ
ているのは、これら検出値の差を求めることによって感
度を高めるためである。

【００４２】重り１６，１８が基準線Ｐの回りに対称に
振動するため、コンデンサ７２，７３とコンデンサ７
６，７７とにおいては、互いに静電容量の変化量（振
幅）の絶対値が同じになるが、変化する向きが逆にな
る。同様に、コンデンサ７４，７５とコンデンサ７８，
７９とにおいても同様である。また、コンデンサ７２，
７３とコンデンサ７８，７９とにおいては、静電容量の
変化量の絶対値も向きも同じになり、コンデンサ７４，
７５とコンデンサ７６，７７とにおいても、同様であ
る。コンデンサ７２，７３，７８，７９の各静電容量の
変化量の和からコンデンサ７４，７５，７６，７７の各
静電容量の変化量の和を引いた大きさが重り１６の振幅
から重り１８の振幅を引いた大きさに相当する。したが
って、角速度Ωが、電極５２，５３，５８，５９におけ
る電圧の和から電極５４，５５，５６，５７における電
圧の和が引かれたことによって得られる電圧の差（振
幅）に基づいて検出されるのである。

【００４３】角速度の検出感度は、また、図５に示すよ
うに、第一振動部の固有振動数（重り１６，１８の第一
方向における固有振動数）と第二振動部の固有振動数
（重り１６，１８の第二方向における固有振動数）とが
一致した場合に最も高くなることが知られている。その
ため、第一方向における固有振動数をピエゾアクチュエ
ータ４６に印加する電圧の大きさを変化させることによ
って変化させ、第二方向における固有振動数に一致させ
れば、検出感度を高めることができる。

【００４４】次に、第一方向における固有振動数を第二
方向における固有振動数に一致させる方法について説明
する。固有振動数の調整は、図示しない固有振動数調整
装置を用いて行われる。固有振動数調整装置は一定の角
速度Ωで回転する回転板等を備えたものである。

【００４５】ヨーレイトセンサを回転板に、その基準線
Ｐを回転板の鉛直方向に一致させて固定する。重り１
６，１８を第一方向に共振させた状態において、回転板
を回転させる。そして、検出装置５０の出力信号の振幅
が最大になる直流電源４８の出力電圧の大きさを求め
る。すなわち、ピエゾアクチュエータ４６に印加される
電圧の大きさを変化させて、一定の角速度Ωが与えられ
ている状態において検出装置５０の出力信号が最大にな
るときの印加電圧の大きさを求めるのである。

【００４６】一定の角速度Ωが与えられている状態にお
ける検出装置５０の出力信号が最大になったということ
は、重り１６，１８が第一方向においても第二方向にお
いても共振する状態になったことを意味し、また、第二
方向の直線的な振動は第一方向の直線的な振動によって
引き起こされたものであって、第一方向における振動数
と第二方向における振動数とは等しいため、両方向にお
ける固有振動数が一致したことになる。さらに、ピエゾ
アクチュエータ４６の印加電圧を変えても第二方向にお
ける振動数は殆ど変わらず、第一方向における振動数の
みが変わるため、重り１６，１８の第一方向における固
有振動数が第二方向における固有振動数に一致したこと
になるのである。なお、それに伴って駆動電源４０の振
動数が重り１６，１８の第一方向における固有振動数と
異なってしまう場合もあるが、その場合にはこれらが一
致するよう駆動電源４０の振動数を追従制御すればよ
い。駆動電源４０の振動数と重り１６，１８の第一方向
における固有振動数との差が僅かであれば、追従制御す
る必要がない場合もあるが、一致させれば効率よく駆動
させることができる。

【００４７】このように、固有振動数の調整が終了した
ヨーレイトセンサを車両に搭載する際には、その基準線
Ｐを車両の鉛直方向と一致させて設置する。図示しない
イグニッションスイッチがＯＮにされれば、ピエゾアク
チュエータ４６に上記求められた大きさの電圧が印加さ
れ、重り１６，１８が第一方向に共振させられる。車両
にヨーレイトが生じると、重り１６，１８は第二方向に
共振させられ、その振幅の差に基づいてヨーレイトが求
められる。また、重り１６，１８が第一方向においても
第二方向においても共振しているため、ヨーレイトを高
感度で検出できる。

【００４８】また、本実施例のヨーレイトセンサにおい
ては、従来のヨーレイトセンサにおけるように、第一振
動部と第二振動部とを兼ねる重り１６，１８の質量を増
減させることなく、重り１６，１８の第一方向における
固有振動数と第二方向における固有振動数とを電気的制
御によって容易に一致させることができる。そのため、
容易に検出感度を向上させることができる。さらに、本
実施例においては、板ばね２０，２２の引張力の調整が
ピエゾアクチュエータ４６によって行われるため、微小
調節が容易であるという利点もある。

【００４９】なお、板ばね２０，２２の引張力を変化さ
せる（フレーム１２を弾性変形させる）手段はピエゾア
クチュエータ４６でなくてもよい。例えば、フレーム１
２の辺３１，３２の端面に電極を設け、その電極に電圧
を印加することによって静電気力を生じさせ、辺３１，
３２の間を拡開させるのである。電極に印加する電圧を
調節することによって板ばね２０，２２の引張力を変化
させるのである。

【００５０】また、電極３６，３８に印加する交番電圧
のうちの直流電圧の大きさを変化させることによって、
第一方向における固有振動数を変えることもできる。電
極３６，３８に印加する直流電圧の大きさを変えれば、
後の実施例において述べるように、板ばね２０，２２の
みかけ上のばね定数が変えられることになるからであ
る。この場合には、電極３６，３８と重り１６，１８と
がアクチュエータを構成していることになる。

【００５１】また、上記実施例においては、検出体１４
がねじりばね２８，３０においてフレーム１２に結合さ
れ、検出体１４の回動に伴って復元力が発生させられる
ようにされていたが、ねじりばね２８，３０を剛体に変
え、連結部２４，２６を重り１６，１８の第二方向の振
動を許容するばね部材に変えてもよい。さらに、重り１
６，１８の面３４，３５や板ばね２０，２２の側面に圧
電アクチュエータを貼り付け、重り１６，１８が圧電ア
クチュエータによって第一方向に振動させられるように
してもよい。その場合には、電極３６，３８が不要にな
る。

【００５２】また、上記実施例においては、角速度Ω
が、電極５２，５３，５８，５９の電圧の和から電極５
４，５５，５６，５７の電圧の和が引かれた値に基づい
て検出されるようにされていたが、電極を多数個設ける
必要は必ずしもなく、例えば、重り１６の面６４と重り
１８の面６６とにそれぞれ１個づつ設けるのみでもよ
い。

【００５３】さらに、上記実施例におけるヨーレイトセ
ンサの固有振動数を調整する場合には、ピエゾアクチュ
エータ４６に印加される電圧の大きさが、一定の角速度
Ωが与えられている状態において求められたが、一定の
角速度Ωが与えられていない状態において求め得るよう
にすることもできる。例えば、各電極５２〜５９に駆動
電源４０を接続し、重り１６，１８が第二方向において
共振し、重り１６，１８に流れる交番電流の振幅が最大
になる場合の振動数ｆを求める。そして、その振動数ｆ
の交番電圧を電極３６，３８に印加し、重り１６，１８
が第一方向に共振させられるようにピエゾアクチュエー
タ４６への印加電圧の大きさを求めるのである。

【００５４】また、重り１６，１８の第一方向における
固有振動数と第二方向における固有振動数とをそれぞれ
上述のように求め、これらの差から、図４に示すテーブ
ルに基づいて、ピエゾアクチュエータ４６に印加する電
圧の大きさを求めてもよい。これらの場合には、ねじり
ばね２８，３０に加えられる引張力による剛性率の変化
を予め調べておき、この変化量だけ補正することが望ま
しい。前記実施例においては、第一方向の固有振動数と
第二方向の固有振動数とが一致する点を求めるようにさ
れていたため、第一方向の固有振動数を変えることによ
ってねじりばね２８，３０の第二方向における剛性率が
僅かに変化し、それによって第二方向の固有振動数が多
少変わっても差し支えないのである。

【００５５】さらに、上記実施例のヨーレイトセンサに
おいては、固有振動数の調整が、ヨーレイトセンサが車
両に搭載される以前に行われていたが、車両に搭載され
た後に行われるようにしてもよい。例えば、一定の操舵
角，一定速度等一定のヨーレイトが生じる状態を検出す
るヨーレイト一定状態検出手段と、それの検出信号に応
じてピエゾアクチュエータ４６に印加する電圧の大きさ
を自動的に変えて検出装置５０の出力信号が最大になる
ように決定する印加電圧決定手段とを設けるのである。
このように走行中に、ピエゾアクチュエータ４６に印加
される電圧の大きさが求められるようにすれば、ピエゾ
アクチュエータ４６の温度による変化，ヨーレイトセン
サ全体としての経時変化等による固有振動数の変化を修
正することが可能となる。

【００５６】ヨーレイトセンサが、一定の角速度Ωが与
えられていない状態においてピエゾアクチュエータ４６
の印加電圧を決定し得る前記ヨーレイトセンサである場
合には、車両搭載後の調整が一層容易となる。例えば、
イグニッションスイッチがＯＮにされた場合に、重り１
６，１８の第二方向における固有振動数を検出し、駆動
電源４０がその固有振動数と同じ大きさの振動数の交番
電圧を電極３６，３８に印加する状態において、重り１
６，１８が第一方向において共振するようなピエゾアク
チュエータ４６の印加電圧を求めるのである。この調整
は、ヨーレイトが生じていない直進走行時あるいは停車
時等に行われるのが望ましい。

【００５７】また、上記実施例の角速度検出装置はロー
リング時あるいはピッチング時における角速度を検出す
ることも可能である。基準線Ｐを水平に車両に前後方向
に延びる状態で取り付ければ、ローリング時の角速度が
検出でき、水平に左右方向に延びる状態で取り付けれ
ば、ピッチング時の角速度が検出できる。

【００５８】次に、第一発明の別の実施例であり、第
二，第五，第六発明の一実施例でもある車両用ヨーレイ
トセンサを図面に基づいて詳細に説明する。図６におい
て、１１０，１１２はカバーであり、フレーム１１４と
共にヨーレイトセンサの本体１１５を構成している。本
体１１５内には検出体１１６等が配設されている。検出
体１１６は、重り１１８と、支点部１２０と、支点部１
２０と重り１１８とを連結する４個の板ばね１２２〜１
２８とを備えたものである。重り１１８の厚みは、支点
部１２０の厚みより薄く、フレーム１１４の厚みは、支
点部１２０の厚みと同じである。

【００５９】カバー１１０，１１２はシリカガラス製の
平板状をなしたものである。それぞれの内側面１３２，
１３４の縁部にシリコン製のフレーム１１４の上面，下
面が接合され、中央部に支点部１２０の上面，下面が接
合されることによって、シリコン製の検出体１１６が本
体１１５内に、重り１１８が軸Ｍと軸Ｎとの回りに回転
振動し得る空間を残して収容されている。

【００６０】重り１１８は、正方形の枠状をなしてお
り、その平面視における中心部に配設された直方体状の
支点部１２０によって支持されている。また，板ばね１
２２〜１２８は、支点部１２０の各側面の中央部と枠状
の重り１１８の各内側面の中央部との間を連結してお
り、支点部１２０から放射線状に、かつ、カバー１１
０，１１２に平行に延びている。板ばね１２２〜１２８
の重り１１８における接続位置は、重り１１８の各辺部
１８６〜１８９の重心より下方である。また、板ばね１
２２，１２６は軸Ｍ上に、板ばね１２４，１２８は軸Ｍ
と直交する軸Ｎ上に位置するため、重り１１８は、軸
Ｍ，Ｎに対して対称となる。

【００６１】カバー１１０，１１２の内側面１３２，１
３４の重り１１８に対向する位置には、電極１３６〜１
３９，１４１〜１４４がそれぞれ設けられている。カバ
ー１１０に設けられた電極１３７，１３９は駆動用電極
であり、それに対向してカバー１１２に設けられた電極
１４２，１４４はアース用電極である。また、カバー１
１２に設けられた電極１４１，１４３は検出用電極であ
り、それに対向してカバー１１０に設けられた電極１３
６，１３８はアース用電極である。

【００６２】カバー１１０，１１２間の検出体１１４に
隣接した位置には、４個の電極取出しパッド１４６〜１
４９が配設されている。電極取出しパッド１４６〜１４
９はシリコン製であり、厚みは上記フレーム１１４や支
点部１２０と同じで、それらの上面および下面がそれぞ
れカバー１１０，１１２に接合されている。また、カバ
ー１１２の電極取出しパッド１４６〜１４９に対応する
位置には孔１５１〜１５４が形成されている。なお、フ
レーム１１４，検出体１１６および電極取出しパッド１
４６〜１４９は、１枚のシリコン板からエッチングによ
り製造されたものである。

【００６３】カバー１１０の電極１３７，１３９と共に
プリントによって形成されたリード１５６，１５７の端
は電極取出しパッド１４７，１４９の上面に接続されて
いる。そして、電極取出しパッド１４７，１４９の下面
は、それらに対応する孔１５２，１５４から挿入された
リード線１５９，１６０（図７参照）と接続されてい
る。リード線１５９，１６０は後述する駆動電源１６２
に接続されている。また、カバー１１２の電極１４１，
１４３と共に形成されたリード１６３，１６４の端は、
孔１５１，１５３から挿入されたリード線１６５，１６
６と接続されている。リード線１６５，１６６は、後述
するＣ−Ｖ変換器１６８に接続されている。

【００６４】同様に、カバー１１０の電極１３６，１３
８と共に形成されたリード１７０，１７１の端は支点部
１２０の上面に接続され、カバー１１２の支点部１２０
の下面に対応する位置に形成された別の孔１７３，１７
４から挿入された図示しないリード線と接続されてい
る。このリード線はアースされている。また、カバー１
１２の電極１４２，１４４と共に形成されたリード１７
６，１７７の端は、カバー１１２に形成された別の孔１
７９，１８０から挿入された図示しないリード線と接続
されているが、同時に、支点部１２０の下面にも接続さ
れている。リード線はアースされている。すなわち、ア
ース用電極１３６，１３８，１４２，１４４は、支点部
１２０に接続されるとともにアースされているため、検
出体１１６がアースされることになる。

【００６５】図７に示すように、上記駆動用電極１３
７，１３９と駆動電源１６２とを接続するリード線１５
９，１６０には直流電源１８４が接続されている。電極
１３７，１３９には、位相が互いに１８０度異なる交番
電圧が印加されるが、この交番電圧は、駆動電源１６２
から供給される交流電圧と、直流電源１８４から供給さ
れる直流電圧との和の電圧である。この直流電圧は、後
述するように、重り１１８の第一方向における固有振動
数と第二方向における固有振動数とを一致させるために
印加されるものである。

【００６６】駆動用電極１３７，１３９に、位相が互い
に１８０度ずれた交番電圧が印加されれば、重り１１８
が基準線Ｐ′に直交する第一方向である軸Ｍ回りに回転
振動させられる。それに対して、支点部１２０は上面お
よび下面がカバー１１０，１１２に接合されているため
移動しない。つまり、重り１１８の振動は、板ばね１２
４，１２８のたわみと、板ばね１２２，１２６の捩じり
とを伴って生じる。重り１１８が図６において反時計方
向に回動させられると、板ばね１２４が下方に、板ばね
１２８が上方にそれぞれたわまされ、板ばね１２２，１
２６は、軸Ｍ上において捩じられるのである。これら板
ばね１２２，１２６の捩じりと板ばね１２４，１２８の
たわみとに伴って、重り１１８を時計回りに回動させる
復元力が発生する。

【００６７】このように、一軸回りに回転振動する物体
の振動方向は、〔作用〕の項で述べたように、その一軸
の方向であるため、上記重り１１８の振動方向は軸Ｍの
方向（第一方向）である。この重り１１８の軸Ｍ回りの
回転振動を、以下、軸Ｍ方向の回転振動と称する。ま
た、重り１１８の軸Ｍ方向の回転振動における固有振動
数（以下、軸Ｍ方向における固有振動数と略称する）
は、重り１１８の慣性モーメントや板ばね１２２〜１２
８の弾性係数等によって決まる。

【００６８】角速度検出装置における感度を高めるに
は、少なくとも重り１１８の軸Ｍ方向における固有振動
数と駆動電源１６２によって電極１３７，１３９に印加
される交番電圧の周波数とを一致させる必要がある。そ
のため、本実施例においては、図示を省略する制御回路
によって重り１１８の軸Ｍ方向の回転振動の振幅が最大
になるように、駆動電源１６２の周波数が制御されるよ
うになっている。

【００６９】重り１１８が軸Ｍ方向に回転振動させられ
た状態において、基準線Ｐ′回りに回転角速度Ωが生ず
れば、コリオリ力が作用し、重り１１８は基準線Ｐ′と
軸Ｍとに直交する第二方向としての軸Ｎの回りに回転振
動させられる。これに伴って板ばね１２２，１２６がた
わまされ、板ばね１２４，１２８が捩じられる。重り１
１８の軸Ｎ方向における固有振動数も、軸Ｍ方向におけ
る固有振動数と同様に、重り１１８の慣性モーメントや
板ばね１２２〜１２８の弾性係数等によって決まる。

【００７０】本実施例においては、軸Ｍ方向の回転振動
においても、軸Ｎ方向の回転振動においても、重り１１
８および板ばね１２２〜１２８が支点部１２０を中心に
振動させられるようにされているため、重り１１８およ
び板ばね１２２〜１２８が第一振動系と第二振動系とを
兼ねることになり、重り１１８が第一振動系の第一振動
部と第二振動系の第二振動部とを兼ねることになる。ま
た、重り１１８はＭ軸方向とＮ軸方向とに振動するので
あるが、実際には両軸方向の回転振動が合成されて、重
り１１８が対角線回りに振動させられることになる。

【００７１】また、本実施例において、コリオリ力の方
向は、重り１１８に軸Ｎ回りにモーメントを生じさせる
方向、すなわち、軸Ｍに並行な方向であり、大きさは回
転角速度Ωに比例する大きさである。前述のように、重
り１１８が板ばね１２２〜１２８によって各辺部１８６
〜１８９の重心より下方において支持されているため、
コリオリ力によって軸Ｎ回りのモーメントが発生させら
れるのである。

【００７２】重り１１８が軸Ｎ方向に回転振動させられ
ると電極１４１，１４３と辺部１８６，１８７の下面と
の距離が接近・離間させられる。検出用電極１４１，１
４３は、上記辺部１８６，１８７の振幅を検出するため
のものなのである。図７に示すように、辺部１８６の下
面と電極１４１とによって電気的にコンデンサ１９０が
構成され、辺部１８７の下面と電極１４３によってコン
デンサ１９１が構成される。

【００７３】電極１４１，１４３と辺部１８６，１８７
の下面との間の距離が変われば、コンデンサ１９０，１
９１の静電容量が変わる。前述のように、電極１４１，
１４３がＣ−Ｖ変換器１６８に接続されているため、コ
ンデンサ１９０，１９１の静電容量の変化が電圧に変え
られる。Ｃ−Ｖ変換器１６８において、コンデンサ１９
０，１９１の静電容量の差が検出されるのである。その
静電容量の差に応じた電圧が出力される。静電容量の差
を電圧に変換するのは、静電容量の変化量を２倍にし、
回転角速度Ωの検出感度を高めるためである。

【００７４】Ｃ−Ｖ変換器１６８には、同期検波回路１
９４が接続されており、コンデンサ１９０，１９１の静
電容量の差に応じた交流電圧ｖ1 が供給される。同期検
波回路１９４にはまた駆動電源１６２も接続されてお
り、駆動電源１６２からは、電極１３７，１３９にそれ
ぞれ印加される交流電圧に対して位相が９０度ずらされ
た交流電圧ｖ2 が供給されるようになっている。これ
は、Ｃ−Ｖ変換器１６８から供給される交流電圧ｖ１が
電極１３７，１３９に供給される交流電圧と位相が９０
度ずれるのに合わせるためである。

【００７５】すなわち、同期検波回路１９４で、交流電
圧ｖ1 と交流電圧ｖ2 とが同期検波され、静電容量の差
に応じた直流電圧が、直流電源１８４に供給され、それ
に基づいて電極１３７，１３９に印加する直流電圧が制
御される。後述するように、電極１３７，１３９に印加
される直流電圧が大きいほど重り１１８の軸Ｍ方向にお
ける固有振動数が小さくなる。本実施例においては、電
極１３７，１３９に印加する直流電圧の大きさを制御す
ることによって軸Ｍ方向における固有振動数が軸Ｎ方向
における固有振動数に一致するように調節されるのであ
る。

【００７６】図１０は、本実施例における第一振動系を
概念的に示した図である。図に示すように、コンデンサ
ＣとばねＡとが直列に接続されており、コンデンサＣの
一方の電極Ｃ2 は固定され、他方の電極Ｃ1 はばねＡに
接続されるとともに振動可能に支持されている。本実施
例における第一振動系は回転振動系であるが、回転振動
の回転角度がきわめて小さいため、概略的な議論をする
場合には重り１１８の駆動用電極１３７，１３９に対向
する辺部１８８，１８９が電極１３７，１３９に直角な
方向に直線振動する直線振動系と見なして差し支えない
のである。

【００７７】一般に、電極Ｃ2 に電圧Ｖa を印加する
と、電極Ｃ1 ，Ｃ2 間に静電引力Ｆcが作用する。静電
引力Ｆc の大きさは、式 Ｆc ＝εＳＶa ² /2ｈ² で表される。ここで、εは電極Ｃ1 ，Ｃ2 間の誘電率で
あり、Ｓは電極Ｃ1 ，Ｃ2 の面積，ｈは、つりあい状態
における電極Ｃ1 ，Ｃ2 間の距離である。

【００７８】電極Ｃ1 に交番電圧が印加されると、静電
引力Ｆc は、式 Ｆc ＝εＳ（Ｖb ＋Δｖ）² /2（ｈ−Δｈ）² ・・・(1) で表される大きさとなる。Ｖb は電極Ｃ2 に印加される
直流電圧，Δｖは交流電圧，（ｈ−Δｈ）は電極Ｃ1 ，
Ｃ2 間の距離である。一方、外力Ｆc が作用する場合に
おける振動は、式 Ｆc ＝ｍ・d²ｘ／ dｔ² ＋Ｄ・ dｘ／ dｔ＋ｋ・ｘ ・・・(2) で表される。この式において、Ｄは、速度に比例する摩
擦力に応じた値であり、ｋはばね定数である。ｍは第一
振動系の質量である。また、図１０の系では、変位ｘが
Δｈに相当するため、(2) 式は、次式のようになる。 Ｆc ＝ｍ・ d²(Δｈ）／ dｔ² ＋Ｄ・ d（Δｈ）／ dｔ＋ｋ・Δｈ ・・(3) この(3) 式に(1) 式のＦc を代入すれば、振動を求める
ことができる。

【００７９】一方、(1) 式において、Δｖ，ΔｈがＶb
，ｈに対して非常に小さければ、（Δｖ/ Ｖb ）² ，
（Δｈ/ ｈ）² 等、Δｖ/ Ｖb ，Δｈ/ ｈの２次以上の
項を無視することができる。その結果、(1) 式のテイラ
展開は次式で表される。式 Ｆc ＝εＳ｛(1/2)(Ｖb/ｈ)²＋ΔｖＶb ／ｈ² ＋ΔｈＶb²／ｈ³ ｝・・・(4) この（４）式を上記(3) 式に代入し、Δｈに関して整理
すれば、 ｍ・d²( Δｈ)/ dｔ² ＋Ｄ・d ( Δｈ)/ dｔ＋(k−εＳＶb²／ｈ³)Δｈ＝Ｆ′・ ・・(5) となる。この（５）式において、ばね定数に相当する部
分が(k−εＳＶb²／ｈ³)となり、直流電圧が印加される
ことによって、ばね定数がみかけ上小さくなることがわ
かる。

【００８０】一般に振動系における共振周波数（固有振
動数）ｆは、

【数１】 で表される、この式（6)のｋに上述の（ｋ−εＳＶb²／
ｈ³)を代入すれば、式

【数２】 に表されるように、第一振動系の固有振動数を求めるこ
とができる。式(7) をテイラ展開して上述のように（ε
ＳＶb²／ｋｈ³ ）の２次以上の項を無視すれば、式(8)
となる。

【００８１】

【数３】 また、式(8) において、

【数４】 とすれば、 Δｆ＝−εＳＶb ² ／（２ｋｈ³ ）×ｆ₀ ・・・(9) となる。したがって、直流電圧Ｖb を印加すれば、固有
振動数の変化量Δｆが負となり、減少することがわか
る。また、変化量Δｆが印加される直流電圧Ｖb の２乗
に比例して減少することが明らかである。

【００８２】以上のように構成されたヨーレイトセンサ
において、軸Ｍ方向における固有振動数と軸Ｎ方向にお
ける固有振動数とをそれぞれ実験によって求めた結果を
図８，９に示す。軸Ｍ方向における固有振動数が６．９
５kHz で、軸Ｎ方向における固有振動数が６．８３kHz
であり、これらの差は１２０Hz（約２％）程度である。
このように、本実施例のヨーレイトセンサにおいては、
検出体１１６が軸Ｍ，Ｎに対してそれぞれ対称構造とさ
れ、かつ、それぞれの振動にすべての板ばね１２２〜１
２８が関与しているため、重り１１８，板ばね１２２〜
１２８等のエッチングの加工バラツキ等が相殺され、軸
Ｍ方向における固有振動数と軸Ｎ方向における固有振動
数との差が必然的に小さくなる。

【００８３】本実施例においては、この小さい固有振動
数差が直流電源１８４の制御によりさらに小さくされ
る。図８，９に示すように、軸Ｍ方向における固有振動
数が軸Ｎ方向における固有振動数より大きいため、電極
１３７，１３９に直流電圧を印加することによって軸Ｍ
方向における固有振動数を小さくする。本実施例におい
ては、図１１に示すように、約２０Ｖの直流電圧を印加
すれば、これらを一致させることができる。ヨーレイト
センサの実際の製造に当たっては、例えば、重り１１８
の辺部１８８，１８９と辺部１８６，１８７との寸法を
僅かに異ならせることによって、必ず軸Ｍ方向における
固有振動数が軸Ｎ方向における固有振動数より大きくな
るようにしておき、生じた固有振動数の差を直流電源１
８４の電圧の制御によりなくせばよい。

【００８４】以上のように、本実施例においては、直流
電源１８４，周波数検波回路１９４，電極１３７，１３
９等によって固有振動数変更装置が構成され、電極１３
７，１３９と辺部１８８，１８９とによって構成される
図１０のコンデンサＣがアクチュエータとして機能する
こととなる。図１０に示す電気─機械結合系において、
電極Ｃ2 に印加する電圧を変えれば交番電圧による電極
Ｃ1 −Ｃ2 間の距離の変化Δｈに伴う静電引力の大きさ
が変化し、前述のように第一振動系の固有振動数が変化
するのであって、コンデンサＣを固有振動数変更装置の
アクチュエータと見なすことができるのである。

【００８５】以上のように、本実施例のヨーレイトセン
サにおいては、電極１３７，１３９に印加する直流電圧
の大きさを制御することによって、軸Ｍ方向における固
有振動数を制御することができる。そのため、軸Ｍ方向
における固有振動数と、軸Ｎ方向における固有振動数と
を一致させることができ、ヨーレイトセンサの検出感度
を向上させることができる。

【００８６】なお、本実施例においては、電極１３７，
１３９に直流電圧を印加することによって軸Ｍ方向にお
ける固有振動数を軸Ｎ方向における固有振動数に一致さ
せるように制御したが、電極１４１，１４３に直流電圧
を印加することによって後者を前者に一致させるように
制御してもよい。また、両方を制御するようにしてもよ
い。

【００８７】次に第一発明の別の実施例であり、第三，
第四，第七発明の一実施例でもある車両用ヨーレイトセ
ンサを説明する。本実施例は、主として、加振手段が、
磁場中を移動する荷電粒子に作用するローレンツ力に基
づいて第一振動部を第一方向に振動させる点と、第一振
動部の共振をモニタするために共振モニタ手段を備えて
いる点とに特徴を有している。

【００８８】図１２に示すように、本ヨーレイトサンサ
の本体２１０はカバー２１２，２１４とフレーム２１６
とにより構成されている。カバー２１２，２１４はシリ
カガラス製の平板であるが、フレーム２１６は、前記実
施例と同様に、検出体２１８等と共に１枚のシリコン板
からエッチングにより製造されたものである。検出体２
１８は、図１の実施例と同様に、重り２２２，２２４，
板ばね２２６，２２８，連結部２３０，２３２，ねじり
ばね２３４，２３６等を備えているが、ねじりばねの２
３４，２３６の連結部２３０，２３２に結合された側と
は反対側の端がフレーム２１６から独立した電極取出し
パッド２３８，２４０に結合されている点において異な
っている。

【００８９】また、重り２２２，２２４にそれぞれ近接
して、図１の電極３６，３８と同様な電極２４２，２４
４が設けられているが、これら両電極２４２，２４４は
重り２２２，２２４および板ばね２２６，２２８により
構成される第一振動系２４６を加振するための電極では
なく、第一振動系２４６の共振をモニタするために、重
り２２２，２２４と電極２４２，２４４とにより構成さ
れる図１３のコンデンサ２５０，２５２の静電容量変化
を検出するための電極である。

【００９０】カバー２１２，２１４の重り２２２，２２
４に対向する位置にはそれぞれ電極２５４，２５６，２
５８，２６０が形成されており、また、各電極とは反対
側の面には永久磁石２６２，２６４，２６６，２６８が
固定されている。永久磁石２６２と２６６とは図１４に
示すように重り２２２を直角に貫通する磁束Ｂを形成
し、永久磁石２６４と２６８とは重り２２４を直角にか
つ重り２２２とは逆向きに貫通する磁束Ｂ′を形成す
る。

【００９１】電極２５４と電極２６０とはリード２７
０，２７２によって電極取出しパッド２７４に接続さ
れ、電極２５６と電極２５８とはリード２７６，２７８
によって電極取出しパッド２８０に接続されている。電
極２４２，２４４，電極取出しパッド２３８，２４０，
２７４，２８０はそれぞれカバー２１０に形成された孔
２８２から挿入されるリード線に接続され、それによっ
て上記各構成要素が図１３に示す電子回路に接続され
る。

【００９２】図１３において２９０は駆動電源であり、
交流の駆動電圧を電極取出しパッド２３８，２４０を介
して検出体２１８の両端に印加する。この駆動電圧の周
波数は手動で変更可能である。駆動電源２９０の一方の
端子の電圧が電極取出しパッド２３８にはそのまま伝達
され、電極取出しパッド２４０には符号が反転器２９２
により反転させられて（位相が１８０度ずらされて）伝
達される。また、駆動電源２９０の検出体２１８の両端
に接続された側とは反対側の端子はアースされている。
したがって、検出体２１８の両端の電圧はアース電圧で
ある０ボルトを中心に正，負両側へ対称に変化すること
となり、検出体２１８の重り２２２側と重り２２４側と
にはそれぞれ図１４に示すように交流電流ｉ／２が流れ
る。なお、反転器２９２に増幅機能を持たせるとも可能
である。

【００９３】この交流電流ｉ／２は重り２２２，２２４
において前記永久磁石２６２〜２６８の磁場内を流れる
ため、重り２２２，２２４に磁場の方向と電流の方向と
の両方に直角な方向のローレンツ力Ｆ_L が作用する。電
流の方向は重り２２２と重り２２４とで同じであるが、
磁場の方向が前述のように逆であるため、両重り２２
２，２２４に作用するローレンツ力Ｆ_L の向きは逆にな
る。したがって、重り２２２，２２４はねじりばね２３
４，２３６の中心線である基準線Ｐを軸として対称に振
動する。

【００９４】その振動中に本ヨーレイトセンサが基準線
Ｐのまわりに角速度Ωで回転させられると、重り２２
２，２２４にコリオリ力Ｆ_C が作用して、重り２２２，
２２４が基準線Ｐと第一振動系２４６の振動方向である
第一方向との両方に直角な第二方向に振動し、その結
果、検出体２１８が基準線Ｐの回りに回転振動させられ
る。重り２２２，２２４，板ばね２２６，２２８，連結
部２３０，２３２およびねじりばね２３４，２３６によ
って第二振動系２９３が構成されているのであり、この
第二振動系２９３の振動により重り２２２，２２４が電
極２５４，２５６，２５８，２６０に接近，離間を繰り
返し、これらの間の静電容量が変化する。電極２５４，
２６０と重り２２２，２２４との間の静電容量変化はＣ
−Ｖ変換器２９４によって電圧に変換され、電極２５
６，２５８と重り２２２，２２４との間の静電容量変化
はＣ−Ｖ変換器２９６によって電圧に変換され、両電圧
の差が増幅器２９８により増幅されて同期検波回路３０
０に供給される。上記両静電容量の差、ひいては増幅器
２９８の出力電圧は、重り２２２，２２４の第二方向の
振動の振幅に比例しており、この振幅はヨーレイトセン
サの基準線Ｐのまわりの角速度に比例している。

【００９５】同期検波回路３００は、増幅器２９８の出
力電圧と駆動電源２９０の駆動電圧とに基づいて、重り
２２２，２２４の第二方向の振幅、すなわちヨーレイト
センサの基準線Ｐまわりの角速度に比例する直流電圧を
出力する。本ヨーレイトセンサの感度を良好にするため
には、前記実施例において詳述したように、第一振動系
２４６と第二振動系２９３との固有振動数と駆動電源２
９０の周波数とを等しくする必要がある。そのために、
本ヨーレイトセンサには、第一振動系２４６の共振をモ
ニタする共振モニタ回路３０２と第一振動系２４６の固
有振動数を変更する固有振動数変更回路３０４が設けら
れている。

【００９６】共振モニタ回路３０２はコンデンサ２５
０，２５２に接続されてそれらの静電容量の変化を電圧
に変換するＣ−Ｖ変換器３０６を備え、固有振動数変更
回路３０４は同じくコンデンサ２５０，２５２に接続さ
れた出力電圧可変の直流電源３０８を備えている。固有
振動数変更回路３０４は、前記図６，７に記載の実施例
と同様に、重り２２２，２２４と電極２４２，２４４と
の間に印加される直流電圧を変更することによって第一
振動系の固有振動数を変更するものであり、Ｃ−Ｖ変換
器３０６の出力電圧は重り２２２，２２４の振幅を表
す。

【００９７】まず、駆動電源２９０の駆動電圧の周波数
と第二振動系２９３の固有振動数とを一致させる。本実
施例においても、第二振動系２９３の固有振動数は変更
できないため、駆動電源２９０の周波数を変更すること
によって両者を一致させるのであるが、本ヨーレイトセ
ンサに基準線Ｐまわりの一定角速度を与えた状態で、作
業者が同期検波回路３００の出力電圧が最高になるよう
に駆動電源２９０の周波数を手動で調節すれば、駆動電
源２９０の周波数が第二振動系２９３の固有振動数に一
致して第二振動系２９３が共振状態になる。

【００９８】次に、第一振動系２４６の固有振動数を第
二振動系２９３の固有振動数、つまり駆動電源２９０の
駆動電圧の周波数に一致させる。作業者がＣ−Ｖ変換器
３０６の出力電圧をモニタしながら直流電源３０８の出
力電圧を手動で調節し、Ｃ−Ｖ変換器３０６の出力電圧
が最大になるようにすれば、第一振動系２４６の固有振
動数が駆動電源２９０の駆動電圧の周波数と一致して共
振する状態になる。これで第一振動系２４６と第二振動
系２９３との固有振動数と駆動電源２９０の周波数とが
すべて一致したことになる。

【００９９】なお、同期検波回路３００と駆動電源２９
０との間に、同期検波回路３００の出力電圧が最大にな
るように駆動電源２９０の周波数を制御する自動周波数
制御回路を接続して、駆動電源２９０の周波数を第二振
動系２９３の固有振動数に自動的に一致させることも可
能であり、同様に、Ｃ−Ｖ変換器３０６と直流電源３０
８との間に、Ｃ−Ｖ変換器３０６の出力電圧が最大にな
るように直流電源３０８の電圧を制御する自動電圧制御
回路を接続して、第一振動系２４６の固有振動数を自動
的に駆動電源２９０の周波数および第二振動系２９３の
固有振動数に一致させることも可能である。

【０１００】以上の説明から明らかなよに、本実施例に
おいては、重り２２２，２２４が第一振動系２４６の第
一振動部と第二振動系２９３の第二振動部とを兼ねてい
る。また、駆動電源２９０，反転器２９２および永久磁
石２６２〜２６８が加振手段を構成し、電極２５４〜２
６０，Ｃ−Ｖ変換器２９４，２９６，増幅器２９８，同
期検波回路３００等が検出手段を構成している。さら
に、重り２２２，２２４，電極２４２，２４４，直流電
源３０８が固有振動数変更装置を構成し、重り２２２，
２２４，電極２４２，２４４がそのアクチュエータを構
成している。

【０１０１】以上、本発明のいくつかの実施例を説明し
たが、これらは文字通り例示であって、これらの他にも
特許請求の範囲を逸脱することなく当業者の知識に基づ
いて種々の変形，改良を施した態様で本発明を実施する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一，第三，第四，第八発明に共通の一実施例
であるヨーレイトセンサの斜視図である。

【図２】上記ヨーレイトセンサのＡ矢視図である。

【図３】上記ヨーレイトセンサの等価回路図である。

【図４】上記ヨーレイトセンサのピエゾアクチュエータ
への印加電圧の大きさと固有振動数の変化量との関係を
表す図である。

【図５】ヨーレイトセンサの検出感度と各振動部の固有
振動数との関係を表す図である。

【図６】第一発明の別の実施例であり、第二，第五，第
六発明の一実施例でもあるヨーレイトセンサの斜視図で
ある。

【図７】図６のヨーレイトセンサの等価回路図である。

【図８】図６のヨーレイトセンサの重りの軸Ｍ方向にお
ける振動を表す図である。

【図９】上記重りの軸Ｎ方向における振動を表す図であ
る。

【図１０】図６のヨーレイトセンサにおける第一振動系
を概念的に示す図である。

【図１１】図６のヨーレイトセンサにおいて、電極に印
加される直流電圧の大きさと重りの軸Ｍ方向における固
有振動数の変化量との関係を表す図である。

【図１２】第一発明の別の実施例であり、第三，第四，
第七発明の一実施例でもあるヨーレイトセンサの斜視図
である。

【図１３】図１２のヨーレイトセンサの回路図である。

【図１４】図１２のヨーレイトセンサの作動原理を説明
するための図である。

【符号の説明】

１４ 検出部 １６，１８ 重り ２０，２２ 板ばね ３６，３８ 電極 ４０ 駆動電源 ４６ ピエゾアクチュエータ ４８ 直流電源 ５０ 検出装置 ５２〜５９ 電極 ６４〜７０ 面 １１６ 検出体 １１８ 重り １２２〜１２８ 板ばね １３７，１３９ 電極 １４１，１４３ 電極 １６２ 駆動電源 １６８ Ｃ−Ｖ変換器 １８４ 直流電源 １９４ 同期検波回路 ２１８ 検出体 ２２２，２２４ 重り ２４６ 第一振動系 ２６３，２６４，２６６，２６８ 永久磁石 ２９０ 駆動電源 ２９３ 第二振動系 ２９４，２９６，３０６ Ｃ−Ｖ変換器 ３０２ 共振モニタ回路 ３０４ 固有振動数変更回路 ３０８ 直流電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−43166（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−300569（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−139953（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−167660（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−107068（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−18266（ＪＰ，Ａ) 実開 平７−32514（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−118911（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 19/00 - 19/72 G01P 9/00 - 9/04

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 装置本体と、 その装置本体の内部に設けられ、基準線と直交する第一
   方向に振動可能な第一振動部と、前記基準線および前記
   第一方向と直交する第二方向に振動可能な第二振動部と
   を備えた検出体と、 前記装置本体に支持され、前記第一振動部を前記第一方
   向に振動させる加振手段と、 前記第二振動部の前記第二方向の振動の振幅に基づいて
   前記装置本体の前記基準線回りの回転角速度を検出する
   検出手段と、 電気信号に応じて作動するアクチュエータを有し、前記
   第一振動部と前記第二振動部との少なくとも一方の固有
   振動数を変化させる固有振動数変更装置とを備えたこと
   を特徴とする角速度検出装置。
2. 【請求項２】 前記検出体を、前記基準線と直交する第
   一方向に回転振動可能な第一振動部と、前記基準線およ
   び前記第一方向と直交する第二方向に回転振動可能な第
   二振動部とを備えたものとし、かつ、前記加振手段を、
   前記第一振動部を前記第一方向に回転振動させるものと
   したことを特徴とする請求項１記載の角速度検出装置。
3. 【請求項３】 前記検出体を、(p)前記基準線と直交す
   る第一方向に直線的に振動可能な第一振動部を有する第
   一振動系と、(q)前記装置本体に前記基準線の回りに回
   動可能に支持された第二振動系であって、前記装置本体
   の基準線回りの回転によって前記第一振動部に発生させ
   られるコリオリ力によって前記装置本体に対して回動さ
   せられ、それによって、第二方向に振動させられる第二
   振動部を有するものとを含むものとし、かつ、前記加振
   手段を、前記第一振動部を前記第一方向に直線振動させ
   るものとしたことを特徴とする請求項１記載の角速度検
   出装置。
4. 【請求項４】 前記検出体が、前記基準線に対して互い
   に対称に設けられた２つの重りと、これら２つの重りを
   前記第一方向に直線的に振動可能に連結する連結部と、
   これら連結部と２つの重りとを前記装置本体に結合する
   結合部とを含み、 前記２つの重りが、前記結合部における前記検出体の装
   置本体に対する前記基準線回りの回動に伴って、第二方
   向に振動させられる請求項１または３に記載の角速度検
   出装置。
5. 【請求項５】 前記検出体が、概して枠状を成した枠状
   部材と、その枠状部材を前記装置本体に前記第一方向と
   第二方向とに回転振動可能に支持する支持部材とを含
   み、 前記枠状部材の、前記第一方向に回転振動可能な部分に
   よって前記第一振動部が構成され、前記第二方向に回転
   振動可能な部分によって前記第二振動部が構成された請
   求項１または２に記載の角速度検出装置。
6. 【請求項６】 前記第一振動部が電気良導体製であり、 前記検出体が、前記第一振動部とその第一振動部を第一
   方向に振動可能に支持する弾性支持手段とを含む第一振
   動系を含み、 前記加振手段が、(c) 前記第一振動部に対向した状態で
   設けられた電気良導体製物体と、(d) その電気良導体製
   物体と前記第一振動部との間に交流電圧を印加する手段
   とを含み、前記第一振動部と前記電気良導体製物体との
   間の静電引力によって前記第一振動部を第一方向に振動
   させる静電式加振装置であり、 前記アクチュエータが、前記第一振動部と前記電気良導
   体製物体とを含み、 前記固有振動数変更装置が、前記第一振動部および電気
   良導体製物体と共に、 (e) それら第一振動部と電気良導体製物体との間に直流
   電圧を印加する手段と、 (f) 前記直流電圧を制御することによって前記第一振動
   部と前記電気良導体製物体との間の静電引力を変更し、
   前記第一振動系のばね定数をみかけ上変更するみかけば
   ね定数変更装置とを含むことを特徴とする請求項２また
   は５に記載の角速度検出装置。
7. 【請求項７】 前記第一振動部が電気良導体製であり、 前記検出体が、第一振動部とその第一振動部を第一方向
   に振動可能に支持する弾性支持手段とを含む第一振動系
   を含み、 前記加振手段が、(g) 前記第一振動部を貫通する磁場を
   形成する磁場形成手段と、(h) 前記第一振動部に、交流
   電流を供給する手段とを含み、前記交流電流の方向と前
   記磁場形成手段によって形成された磁場の方向との両方
   に直角な方向のローレンツ力によって、前記第一振動部
   を第一方向に振動させる磁気式加振装置であり、 前記アクチュエータが、前記第一振動部と前記電気良導
   体製物体とを含み、 前記固有振動数変更装置が、前記第一振動部および電気
   良導体製物体と共に、 (i) それら第一振動部と電気良導体製物体との間に直流
   電圧を印加する手段と、 (j) 前記直流電圧を制御することによって第一振動部と
   電気良導体製物体との間の静電引力を変更し、前記第一
   振動系のばね定数をみかけ上変更するみかけばね定数変
   更装置とを含むことを特徴とする請求項１ないし５のい
   ずれか１つに記載の角速度検出装置。
8. 【請求項８】 当該角速度検出装置が、前記基準線を鉛
   直方向に一致させた状態で、車両に搭載されるものであ
   り、 前記アクチュエータが、印加電圧に応じて前記第一振動
   部の固有振動数を変更可能なものであり、 前記固有振動数変更装置が、前記アクチュエータと共
   に、(m) 前記車両に一定のヨーレイトが生じる状態であ
   ることを検出するヨーレイト一定状態検出手段と、(n)
   そのヨーレイト一定状態検出手段によって、前記車両に
   一定のヨーレイトが生じる状態であることが検出されて
   いる状態において、前記印加電圧を、当該角速度検出装
   置の出力信号が最大となる大きさに決定する印加電圧決
   定手段とを含むことを特徴とする請求項１ないし７のい
   ずれか１つに記載の角速度検出装置。