JP3534251B2 - 角速度センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は角速度センサに関
し、特に、ＸＹＺ三次元座標系における各軸まわりの角
速度を独立して検出することのできる多軸角速度センサ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車産業や機械産業などでは、運動す
る物体の加速度や角速度を正確に検出できるセンサの需
要が高まっている。一般に、三次元空間内において自由
運動をする物体には、任意の向きの加速度および任意の
回転方向の角速度が作用する。このため、この物体の運
動を正確に把握するためには、ＸＹＺ三次元座標系にお
ける各座標軸方向ごとの加速度と各座標軸まわりの角速
度とをそれぞれ独立して検出する必要がある。

【０００３】従来から多次元の加速度センサは種々のも
のが提案されている。たとえば、特許協力条約に基づく
国際公開第ＷＯ８８／０８５２２号公報（米国特許第４
９６７６０５号／同第５１８２５１５号）には、半導体
基板上に形成された抵抗素子を用い、作用した加速度を
各座標軸方向ごとに検出する加速度センサが開示されて
いる。また、特許協力条約に基づく国際公開第ＷＯ９１
／１０１１８号公報（米国特許出願第０７／７６１７７
１号）には、自己診断機能をもった多軸加速度センサが
開示されている。更に、特許協力条約に基づく国際公開
第ＷＯ９２／１７７５９号公報（米国特許出願第０７／
９５２７５３号）には、静電容量素子あるいは圧電素子
を用い、作用した加速度を各座標軸方向ごとに検出する
加速度センサが開示されている。また、特願平２−２７
４２９９号および特願平２−４１６１８８号明細書（米
国特許出願第０７／７６４１５９号）にも、同様の多軸
加速度センサが開示されている。特願平３−３０６５８
７号明細書（米国特許出願第０７／９６０５４５号）に
は、同様の多軸加速度センサにおける新規な電極配置が
開示されており、特許協力条約に基づく国際出願ＰＣＴ
／ＪＰ９２／００８８２号明細書には、また別なタイプ
の圧電素子を用いた多軸加速度センサが開示されてい
る。これらの加速度センサの特徴は、複数の抵抗素子／
静電容量素子／圧電素子を、可撓性をもった基板の所定
位置に配置し、抵抗素子の抵抗値の変化／静電容量素子
の容量値の変化／圧電素子の発生電圧の変化に基づい
て、作用した加速度を検出する点にある。可撓性をもっ
た基板には、重錘体が取り付けられており、加速度が作
用するとこの重錘体に力が加わり、可撓性基板に撓みが
生じる。この撓みを上述した抵抗値／容量値／発生電荷
の変化に基づいて検出すれば、加速度の各軸方向成分を
求めることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これに対して、多次元
の角速度センサについての文献は、本願発明者の知る限
りにおいて見受けられない。通常、角速度センサは車両
の動力軸などの角速度を検出するために利用されてお
り、ある特定の一軸まわりの角速度を検出する機能しか
もたない。このような動力軸の回転速度を求めるような
場合には、一次元の角速度センサを用いれば十分であ
る。しかしながら、三次元空間内において自由運動する
物体についての角速度を検出するには、ＸＹＺ三次元座
標系におけるＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各軸まわりの角速度を
それぞれ独立して検出する必要がある。従来利用されて
いる一次元の角速度センサを用いてＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の
各軸まわりの角速度を検出するには、この角速度センサ
を３組用意し、それぞれを各軸まわりの角速度を検出で
きるような特定の方向に取り付ける必要がある。このた
め、全体としての構造は複雑になり、コストも高いもの
になる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、比較的
単純な構造をもち、ＸＹＺ三次元座標系におけるＸ軸，
Ｙ軸，Ｚ軸の各軸まわりの角速度をそれぞれ独立して検
出することができる新規な角速度センサを提供すること
にある。

【０００６】本発明において利用されている基本原理
は、ＸＹＺ三次元座標系に置かれた振動子に対して第１
の座標軸まわりの角速度ωが作用している場合、この振
動子を第２の座標軸方向に振動させると、角速度ωの大
きさに比例したコリオリ力が第３の座標軸方向に発生す
るという原理である。この原理を利用して角速度ωを検
出するには、振動子を所定の座標軸方向に振動させる手
段と、コリオリ力の作用により振動子に生じた所定の座
標軸方向の変位を検出する手段と、が必要になる。しか
も、Ｘ軸まわりの角速度ωｘ、Ｙ軸まわりの角速度ω
ｙ、Ｚ軸まわりの角速度ωｚのすべてを検出するには、
振動子を３軸方向に振動させる手段と、振動子に生じた
３軸方向の変位を検出する手段と、が必要になる。本発
明は、このような手段を備えたセンサを提供するもので
あり、次のような特徴をもっている。

【０００７】(1) 本発明の第１の特徴は、ＸＹＺ三次
元座標系におけるＹ軸まわりの角速度およびＺ軸まわり
の角速度を検出する二次元角速度センサにおいて、主面
がＸＹ平面に対して平行になり中心部においてＺ軸と交
差するように配置され、可撓性をもった可撓基板と、可
撓基板の下面に固着された振動子と、可撓基板を支持す
るとともに振動子を収容するセンサ筐体と、振動子を所
定の座標軸方向に振動させる励振手段と、振動子の所定
の座標軸方向への変位を検出する変位検出手段と、を備
え、励振手段は、可撓基板の上面におけるＸ軸の正の領
域上に配置され、当該配置箇所に対して、与えられた電
気信号に応じた変位もしくは撓みを生じさせる第１の駆
動手段と、可撓基板の上面におけるＸ軸の負の領域上に
配置され、当該配置箇所に対して、与えられた電気信号
に応じた変位もしくは撓みを生じさせる第２の駆動手段
と、これら各駆動手段に交流信号を供給することにより
振動子をＸ軸方向に振動させる振動発生回路と、を有
し、変位検出手段は、可撓基板の上面におけるＹ軸の正
の領域上に配置され、当該配置箇所における振動子の変
位に起因して生じる変位もしくは撓みに基づいて、振動
子のＹ軸方向への変位に関係した第１の値を検出する第
１の検出手段と、可撓基板の上面におけるＹ軸の負の領
域上に配置され、当該配置箇所における振動子の変位に
起因して生じる変位もしくは撓みに基づいて、振動子の
Ｙ軸方向への変位に関係した第２の値を検出する第２の
検出手段と、可撓基板の上面の所定位置に配置され、当
該配置箇所における振動子の変位に起因して生じる変位
もしくは撓みに基づいて、振動子のＺ軸方向への変位を
示す第３の値を検出する第３の検出手段と、第１の値お
よび第２の値の双方に基づいて振動子のＹ軸方向への変
位を検出し、検出した変位をＺ軸まわりの角速度を示す
電気信号として出力するとともに、Ｚ軸方向への変位を
示す第３の値をＹ軸まわりの角速度を示す電気信号とし
て出力する変位検出回路と、を有するようにしたもので
ある。

【０００８】(2) 本発明の第２の特徴は、ＸＹＺ三次
元座標系におけるＹ軸まわりの角速度およびＸ軸まわり
の角速度を検出する二次元角速度センサにおいて、主面
がＸＹ平面に対して平行になり中心部においてＺ軸と交
差するように配置され、可撓性をもった可撓基板と、可
撓基板の下面に固着された振動子と、可撓基板を支持す
るとともに振動子を収容するセンサ筐体と、振動子を所
定の座標軸方向に振動させる励振手段と、振動子の所定
の座標軸方向への変位を検出する変位検出手段と、を備
え、励振手段は、可撓基板の上面の振動子をＺ軸方向に
変位させることが可能な所定位置に配置され、当該配置
箇所に対して、与えられた電気信号に応じた変位もしく
は撓みを生じさせる駆動手段と、この駆動手段に交流信
号を供給することにより振動子をＺ軸方向に振動させる
振動発生回路と、を有し、変位検出手段は、可撓基板の
上面におけるＸ軸の正の領域上に配置され、当該配置箇
所における振動子の変位に起因して生じる変位もしくは
撓みに基づいて、振動子のＸ軸方向への変位に関係した
第１の値を検出する第１の検出手段と、可撓基板の上面
におけるＸ軸の負の領域上に配置され、当該配置箇所に
おける振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓み
に基づいて、振動子のＸ軸方向への変位に関係した第２
の値を検出する第２の検出手段と、可撓基板の上面にお
けるＹ軸の正の領域上に配置され、当該配置箇所におけ
る振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓みに基
づいて、振動子のＹ軸方向への変位に関係した第３の値
を検出する第３の検出手段と、可撓基板の上面における
Ｙ軸の負の領域上に配置され、当該配置箇所における振
動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓みに基づい
て、振動子のＹ軸方向への変位に関係した第４の値を検
出する第４の検出手段と、第１の値および第２の値の双
方に基づいて振動子のＸ軸方向への変位を検出し、検出
した変位をＹ軸まわりの角速度を示す電気信号として出
力するとともに、第３の値および第４の値の双方に基づ
いて振動子のＹ軸方向への変位を検出し、検出した変位
をＸ軸まわりの角速度を示す電気信号として出力する変
位検出回路と、を有するようにしたものである。

【０００９】(3) 本発明の第３の特徴は、ＸＹＺ三次
元座標系における各座標軸まわりの角速度を検出する三
次元角速度センサにおいて、主面がＸＹ平面に対して平
行になり中心部においてＺ軸と交差するように配置さ
れ、可撓性をもった可撓基板と、可撓基板の下面に固着
された振動子と、可撓基板を支持するとともに振動子を
収容するセンサ筐体と、振動子を所定の座標軸方向に振
動させる励振手段と、振動子の所定の座標軸方向への変
位を検出する変位検出手段と、を備え、励振手段は、可
撓基板の上面におけるＸ軸の正の領域上に配置され、当
該配置箇所に対して、与えられた電気信号に応じた変位
もしくは撓みを生じさせる第１の駆動手段と、可撓基板
の上面におけるＸ軸の負の領域上に配置され、当該配置
箇所に対して、与えられた電気信号に応じた変位もしく
は撓みを生じさせる第２の駆動手段と、可撓基板の上面
におけるＹ軸の正の領域上に配置され、当該配置箇所に
対して、与えられた電気信号に応じた変位もしくは撓み
を生じさせる第３の駆動手段と、可撓基板の上面におけ
るＹ軸の負の領域上に配置され、当該配置箇所に対し
て、与えられた電気信号に応じた変位もしくは撓みを生
じさせる第４の駆動手段と、第１の駆動手段および第２
の駆動手段に交流信号を供給することにより振動子をＸ
軸方向に振動させるＸ軸方向励振動作と、第３の駆動手
段および第４の駆動手段に交流信号を供給することによ
り振動子をＹ軸方向に振動させるＹ軸方向励振動作と、
を選択的に実行する機能を有し、時分割を行うことによ
り、第１の検出期間にはＸ軸方向励振動作を実行し、第
２の検出期間にはＹ軸方向励振動作を実行する振動発生
回路と、を有し、変位検出手段は、可撓基板の上面にお
けるＹ軸の正の領域上に配置され、当該配置箇所におけ
る振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓みに基
づいて、振動子のＹ軸方向への変位に関係した第１の値
を検出する第１の検出手段と、可撓基板の上面における
Ｙ軸の負の領域上に配置され、当該配置箇所における振
動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓みに基づい
て、振動子のＹ軸方向への変位に関係した第２の値を検
出する第２の検出手段と、可撓基板の上面の所定位置に
配置され、当該配置箇所における振動子の変位に起因し
て生じる変位もしくは撓みに基づいて、振動子のＺ軸方
向への変位を示す第３の値を検出する第３の検出手段
と、第１の検出期間には、第１の値および第２の値の双
方に基づいて振動子のＹ軸方向への変位を検出し、検出
した変位をＺ軸まわりの角速度を示す電気信号として出
力するとともに、Ｚ軸方向への変位を示す第３の値をＹ
軸まわりの角速度を示す電気信号として出力する動作を
行い、第２の検出期間には、Ｚ軸方向への変位を示す第
３の値をＸ軸まわりの角速度を示す電気信号として出力
する動作を行う変位検出回路と、を有するようにしたも
のである。

【００１０】(4) 本発明の第４の特徴は、ＸＹＺ三次
元座標系における各座標軸まわりの角速度を検出する三
次元角速度センサにおいて、主面がＸＹ平面に対して平
行になり中心部においてＺ軸と交差するように配置さ
れ、可撓性をもった可撓基板と、可撓基板の下面に固着
された振動子と、可撓基板を支持するとともに振動子を
収容するセンサ筐体と、振動子を所定の座標軸方向に振
動させる励振手段と、振動子の所定の座標軸方向への変
位を検出する変位検出手段と、を備え、励振手段は、可
撓基板の上面におけるＸ軸の正の領域上に配置され、当
該配置箇所に対して、与えられた電気信号に応じた変位
もしくは撓みを生じさせる第１の駆動手段と、可撓基板
の上面におけるＸ軸の負の領域上に配置され、当該配置
箇所に対して、与えられた電気信号に応じた変位もしく
は撓みを生じさせる第２の駆動手段と、可撓基板の上面
の振動子をＺ軸方向に変位させることが可能な所定位置
に配置され、当該配置箇所に対して、与えられた電気信
号に応じた変位もしくは撓みを生じさせる第３の駆動手
段と、第１の駆動手段および第２の駆動手段に交流信号
を供給することにより振動子をＸ軸方向に振動させるＸ
軸方向励振動作と、第３の駆動手段に交流信号を供給す
ることにより振動子をＺ軸方向に振動させるＺ軸方向励
振動作と、を選択的に実行する機能を有し、時分割を行
うことにより、第１の検出期間にはＸ軸方向励振動作を
実行し、第２の検出期間にはＺ軸方向励振動作を実行す
る振動発生回路と、を有し、変位検出手段は、可撓基板
の上面におけるＹ軸の正の領域上に配置され、当該配置
箇所における振動子の変位に起因して生じる変位もしく
は撓みに基づいて、振動子のＹ軸方向への変位に関係し
た第１の値を検出する第１の検出手段と、可撓基板の上
面におけるＹ軸の負の領域上に配置され、当該配置箇所
における振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓
みに基づいて、振動子のＹ軸方向への変位に関係した第
２の値を検出する第２の検出手段と、可撓基板の上面の
所定位置に配置され、当該配置箇所における振動子の変
位に起因して生じる変位もしくは撓みに基づいて、振動
子のＺ軸方向への変位を示す第３の値を検出する第３の
検出手段と、第１の検出期間には、第１の値および第２
の値の双方に基づいて振動子のＹ軸方向への変位を検出
し、検出した変位をＺ軸まわりの角速度を示す電気信号
として出力するとともに、Ｚ軸方向への変位を示す第３
の値をＹ軸まわりの角速度を示す電気信号として出力す
る動作を行い、第２の検出期間には、第１の値および第
２の値の双方に基づいて振動子のＹ軸方向への変位を検
出し、検出した変位をＸ軸まわりの角速度を示す電気信
号として出力する動作を行う変位検出回路と、を有する
ようにしたものである。

【００１１】(5) 本発明の第５の特徴は、ＸＹＺ三次
元座標系における各座標軸まわりの角速度を検出する三
次元角速度センサにおいて、主面がＸＹ平面に対して平
行になり中心部においてＺ軸と交差するように配置さ
れ、可撓性をもった可撓基板と、可撓基板の下面に固着
された振動子と、可撓基板を支持するとともに振動子を
収容するセンサ筐体と、振動子を所定の座標軸方向に振
動させる励振手段と、振動子の所定の座標軸方向への変
位を検出する変位検出手段と、を備え、励振手段は、可
撓基板の上面におけるＸ軸の正の領域上に配置され、当
該配置箇所に対して、与えられた電気信号に応じた変位
もしくは撓みを生じさせる第１の駆動手段と、可撓基板
の上面におけるＸ軸の負の領域上に配置され、当該配置
箇所に対して、与えられた電気信号に応じた変位もしく
は撓みを生じさせる第２の駆動手段と、可撓基板の上面
の振動子をＺ軸方向に変位させることが可能な所定位置
に配置され、当該配置箇所に対して、与えられた電気信
号に応じた変位もしくは撓みを生じさせる第３の駆動手
段と、第１の駆動手段および第２の駆動手段に交流信号
を供給することにより振動子をＸ軸方向に振動させるＸ
軸方向励振動作と、第３の駆動手段に交流信号を供給す
ることにより振動子をＺ軸方向に振動させるＺ軸方向励
振動作と、を選択的に実行する機能を有し、時分割を行
うことにより、第１の検出期間にはＺ軸方向励振動作を
実行し、第２の検出期間にはＸ軸方向励振動作を実行す
る振動発生回路と、を有し、変位検出手段は、可撓基板
の上面におけるＸ軸の正の領域上に配置され、当該配置
箇所における振動子の変位に起因して生じる変位もしく
は撓みに基づいて、振動子のＸ軸方向への変位に関係し
た第１の値を検出する第１の検出手段と、可撓基板の上
面におけるＸ軸の負の領域上に配置され、当該配置箇所
における振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓
みに基づいて、振動子のＸ軸方向への変位に関係した第
２の値を検出する第２の検出手段と、可撓基板の上面に
おけるＹ軸の正の領域上に配置され、当該配置箇所にお
ける振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓みに
基づいて、振動子のＹ軸方向への変位に関係した第３の
値を検出する第３の検出手段と、可撓基板の上面におけ
るＹ軸の負の領域上に配置され、当該配置箇所における
振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓みに基づ
いて、振動子のＹ軸方向への変位に関係した第４の値を
検出する第４の検出手段と、第１の検出期間には、第１
の値および第２の値の双方に基づいて振動子のＸ軸方向
への変位を検出し、検出した変位をＹ軸まわりの角速度
を示す電気信号として出力するとともに、第３の値およ
び第４の値の双方に基づいて振動子のＹ軸方向への変位
を検出し、検出した変位をＸ軸まわりの角速度を示す電
気信号として出力する動作を行い、第２の検出期間に
は、第３の値および第４の値の双方に基づいて振動子の
Ｙ軸方向への変位を検出し、検出した変位をＺ軸まわり
の角速度を示す電気信号として出力する動作を行う変位
検出回路と、を有するようにしたものである。

【００１２】(6) 本発明の第６の特徴は、ＸＹＺ三次
元座標系における各座標軸まわりの角速度を検出する三
次元角速度センサにおいて、主面がＸＹ平面に対して平
行になり中心部においてＺ軸と交差するように配置さ
れ、可撓性をもった可撓基板と、可撓基板の下面に固着
された振動子と、可撓基板を支持するとともに振動子を
収容するセンサ筐体と、振動子を所定の座標軸方向に振
動させる励振手段と、振動子の所定の座標軸方向への変
位を検出する変位検出手段と、を備え、励振手段は、可
撓基板の上面におけるＸ軸の正の領域上に配置され、当
該配置箇所に対して、与えられた電気信号に応じた変位
もしくは撓みを生じさせる第１の駆動手段と、可撓基板
の上面におけるＸ軸の負の領域上に配置され、当該配置
箇所に対して、与えられた電気信号に応じた変位もしく
は撓みを生じさせる第２の駆動手段と、可撓基板の上面
におけるＹ軸の正の領域上に配置され、当該配置箇所に
対して、与えられた電気信号に応じた変位もしくは撓み
を生じさせる第３の駆動手段と、可撓基板の上面におけ
るＹ軸の負の領域上に配置され、当該配置箇所に対し
て、与えられた電気信号に応じた変位もしくは撓みを生
じさせる第４の駆動手段と、第１の駆動手段および第２
の駆動手段に交流信号を供給することにより振動子をＸ
軸方向に振動させるＸ軸方向励振動作と、第３の駆動手
段および第４の駆動手段に交流信号を供給することによ
り振動子をＹ軸方向に振動させるＹ軸方向励振動作と、
を選択的に実行する機能を有し、時分割を行うことによ
り、第１の検出期間にはＹ軸方向励振動作を実行し、第
２の検出期間にはＸ軸方向励振動作を実行する振動発生
回路と、を有し、変位検出手段は、可撓基板の上面にお
けるＸ軸の正の領域上に配置され、当該配置箇所におけ
る振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓みに基
づいて、振動子のＸ軸方向への変位に関係した第１の値
を検出する第１の検出手段と、可撓基板の上面における
Ｘ軸の負の領域上に配置され、当該配置箇所における振
動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓みに基づい
て、振動子のＸ軸方向への変位に関係した第２の値を検
出する第２の検出手段と、可撓基板の上面の所定位置に
配置され、当該配置箇所における振動子の変位に起因し
て生じる変位もしくは撓みに基づいて、振動子のＺ軸方
向への変位を示す第３の値を検出する第３の検出手段
と、第１の検出期間には、第１の値および第２の値の双
方に基づいて振動子のＸ軸方向への変位を検出し、検出
した変位をＺ軸まわりの角速度を示す電気信号として出
力するとともに、Ｚ軸方向への変位を示す第３の値をＸ
軸まわりの角速度を示す電気信号として出力する動作を
行い、第２の検出期間には、Ｚ軸方向への変位を示す第
３の値をＹ軸まわりの角速度を示す電気信号として出力
する動作を行う変位検出回路と、を有するようにしたも
のである。

【００１３】(7) 本発明の第７の特徴は、ＸＹＺ三次
元座標系における各座標軸まわりの角速度を検出する三
次元角速度センサにおいて、主面がＸＹ平面に対して平
行になり中心部においてＺ軸と交差するように配置さ
れ、可撓性をもった可撓基板と、可撓基板の下面に固着
された振動子と、可撓基板を支持するとともに振動子を
収容するセンサ筐体と、振動子を所定の座標軸方向に振
動させる励振手段と、振動子の所定の座標軸方向への変
位を検出する変位検出手段と、を備え、励振手段は、可
撓基板の上面におけるＹ軸の正の領域上に配置され、当
該配置箇所に対して、与えられた電気信号に応じた変位
もしくは撓みを生じさせる第１の駆動手段と、可撓基板
の上面におけるＹ軸の負の領域上に配置され、当該配置
箇所に対して、与えられた電気信号に応じた変位もしく
は撓みを生じさせる第２の駆動手段と、可撓基板の上面
の振動子をＺ軸方向に変位させることが可能な所定位置
に配置され、当該配置箇所に対して、与えられた電気信
号に応じた変位もしくは撓みを生じさせる第３の駆動手
段と、第１の駆動手段および第２の駆動手段に交流信号
を供給することにより振動子をＹ軸方向に振動させるＹ
軸方向励振動作と、第３の駆動手段に交流信号を供給す
ることにより振動子をＺ軸方向に振動させるＺ軸方向励
振動作と、を選択的に実行する機能を有し、時分割を行
うことにより、第１の検出期間にはＹ軸方向励振動作を
実行し、第２の検出期間にはＺ軸方向励振動作を実行す
る振動発生回路と、を有し、変位検出手段は、可撓基板
の上面におけるＸ軸の正の領域上に配置され、当該配置
箇所における振動子の変位に起因して生じる変位もしく
は撓みに基づいて、振動子のＸ軸方向への変位に関係し
た第１の値を検出する第１の検出手段と、可撓基板の上
面におけるＸ軸の負の領域上に配置され、当該配置箇所
における振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓
みに基づいて、振動子のＸ軸方向への変位に関係した第
２の値を検出する第２の検出手段と、可撓基板の上面の
所定位置に配置され、当該配置箇所における振動子の変
位に起因して生じる変位もしくは撓みに基づいて、振動
子のＺ軸方向への変位を示す第３の値を検出する第３の
検出手段と、第１の検出期間には、第１の値および第２
の値の双方に基づいて振動子のＸ軸方向への変位を検出
し、検出した変位をＺ軸まわりの角速度を示す電気信号
として出力するとともに、Ｚ軸方向への変位を示す第３
の値をＸ軸まわりの角速度を示す電気信号として出力す
る動作を行い、第２の検出期間には、第１の値および第
２の値の双方に基づいて振動子のＸ軸方向への変位を検
出し、検出した変位をＹ軸まわりの角速度を示す電気信
号として出力する動作を行う変位検出回路と、を有する
ようにしたものである。

【００１４】(8) 本発明の第８の特徴は、ＸＹＺ三次
元座標系における各座標軸まわりの角速度を検出する三
次元角速度センサにおいて、主面がＸＹ平面に対して平
行になり中心部においてＺ軸と交差するように配置さ
れ、可撓性をもった可撓基板と、可撓基板の下面に固着
された振動子と、可撓基板を支持するとともに振動子を
収容するセンサ筐体と、振動子を所定の座標軸方向に振
動させる励振手段と、振動子の所定の座標軸方向への変
位を検出する変位検出手段と、を備え、励振手段は、可
撓基板の上面におけるＹ軸の正の領域上に配置され、当
該配置箇所に対して、与えられた電気信号に応じた変位
もしくは撓みを生じさせる第１の駆動手段と、可撓基板
の上面におけるＹ軸の負の領域上に配置され、当該配置
箇所に対して、与えられた電気信号に応じた変位もしく
は撓みを生じさせる第２の駆動手段と、可撓基板の上面
の振動子をＺ軸方向に変位させることが可能な所定位置
に配置され、当該配置箇所に対して、与えられた電気信
号に応じた変位もしくは撓みを生じさせる第３の駆動手
段と、第１の駆動手段および第２の駆動手段に交流信号
を供給することにより振動子をＹ軸方向に振動させるＹ
軸方向励振動作と、第３の駆動手段に交流信号を供給す
ることにより振動子をＺ軸方向に振動させるＺ軸方向励
振動作と、を選択的に実行する機能を有し、時分割を行
うことにより、第１の検出期間にはＺ軸方向励振動作を
実行し、第２の検出期間にはＹ軸方向励振動作を実行す
る振動発生回路と、を有し、変位検出手段は、可撓基板
の上面におけるＸ軸の正の領域上に配置され、当該配置
箇所における振動子の変位に起因して生じる変位もしく
は撓みに基づいて、振動子のＸ軸方向への変位に関係し
た第１の値を検出する第１の検出手段と、可撓基板の上
面におけるＸ軸の負の領域上に配置され、当該配置箇所
における振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓
みに基づいて、振動子のＸ軸方向への変位に関係した第
２の値を検出する第２の検出手段と、可撓基板の上面に
おけるＹ軸の正の領域上に配置され、当該配置箇所にお
ける振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓みに
基づいて、振動子のＹ軸方向への変位に関係した第３の
値を検出する第３の検出手段と、可撓基板の上面におけ
るＹ軸の負の領域上に配置され、当該配置箇所における
振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓みに基づ
いて、振動子のＹ軸方向への変位に関係した第４の値を
検出する第４の検出手段と、第１の検出期間には、第１
の値および第２の値の双方に基づいて振動子のＸ軸方向
への変位を検出し、検出した変位をＹ軸まわりの角速度
を示す電気信号として出力するとともに、第３の値およ
び第４の値の双方に基づいて振動子のＹ軸方向への変位
を検出し、検出した変位をＸ軸まわりの角速度を示す電
気信号として出力する動作を行い、第２の検出期間に
は、第１の値および第２の値の双方に基づいて振動子の
Ｘ軸方向への変位を検出し、検出した変位をＺ軸まわり
の角速度を示す電気信号として出力する動作を行う変位
検出回路と、を有するようにしたものである。

【００１５】(9) 本発明の第９の特徴は、上述した第
１〜第８の特徴に係る角速度センサにおいて、検出手段
として、可撓基板上に形成されたピエゾ抵抗素子を用い
るようにしたものである。

【００１６】(10) 本発明の第１０の特徴は、上述した
第１〜第８の特徴に係る角速度センサにおいて、駆動手
段として、可撓基板の上面に直接もしくは間接的に接合
された圧電素子を用いるようにしたものである。

【００１７】(11) 本発明の第１１の特徴は、上述した
第１〜第８の特徴に係る角速度センサにおいて、検出手
段として、可撓基板の上面に直接もしくは間接的に接合
された圧電素子を用いるようにしたものである。

【００１８】(12) 本発明の第１２の特徴は、上述した
第１０または第１１の特徴に係る角速度センサにおい
て、単一の板状圧電素子の両面のそれぞれ対向する位置
に複数の電極対を形成し、各電極対により挟まれた圧電
素子の一部分をそれぞれ１つの駆動手段または検出手段
として用いるようにしたものである。

【００１９】(13) 本発明の第１３の特徴は、上述した
第１２の特徴に係る角速度センサにおいて、圧電素子の
部分ごとに異なる分極処理が施されているようにしたも
のである。

【００２０】(14) 本発明の第１４の特徴は、上述した
第１０または第１１の特徴に係る角速度センサにおい
て、物理的に分割された複数の圧電素子を用いるように
したものである。

【００２１】(15) 本発明の第１５の特徴は、上述した
第１０〜第１４の特徴に係る角速度センサにおいて、異
なる駆動手段または検出手段として利用される単一の圧
電素子の各部分もしくは複数の圧電素子にそれぞれ形成
される複数の電極が、単一の電極層によって構成されて
いるようにしたものである。

【００２２】(16) 本発明の第１６の特徴は、上述した
第１５の特徴に係る角速度センサにおいて、可撓基板を
導電性材料によって構成し、この基板自身を単一の電極
層として用いるようにしたものである。

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【発明の実施の形態】＜＜＜ Section ０ 基本原理
＞＞＞ ＜０．１＞ 一軸の角速度センサ

【００３０】はじめに、本発明に係る多軸角速度センサ
の基本となる一軸の角速度センサによる角速度の検出原
理を簡単に説明しておく。第１図は、日本国特許庁監修
の雑誌「発明（THE INVENTION)」、vol.90，No.3（１９
９３年）の６０頁に開示されている角速度センサの基本
原理を示す図である。いま、角柱状の振動子１０を用意
し、図示するような方向にＸ，Ｙ，Ｚ軸を定義したＸＹ
Ｚ三次元座標系を考える。このような系において、振動
子１０がＺ軸を回転軸として角速度ωで回転運動を行っ
ている場合、次のような現象が生じることが知られてい
る。すなわち、この振動子１０をＸ軸方向に往復運動さ
せるような振動Ｕを与えると、Ｙ軸方向にコリオリ力Ｆ
が発生する。別言すれば、振動子１０を図のＸ軸に沿っ
て振動させた状態で、この振動子１０をＺ軸を中心軸と
して回転させると、Ｙ軸方向にコリオリ力Ｆが生じるこ
とになる。この現象は、フーコーの振り子として古くか
ら知られている力学現象であり、発生するコリオリ力Ｆ
は、 Ｆ＝２ｍ・ｖ・ω で表される。ここで、ｍは振動子１０の質量、ｖは振動
子１０の振動についての瞬時の速度、ωは振動子１０の
瞬時の角速度である。

【００３１】前述の雑誌に開示された一軸の角速度セン
サは、この現象を利用して角速度ωを検出するものであ
る。すなわち、第１図に示すように、角柱状の振動子１
０の第１の面には第１の圧電素子１１が、この第１の面
と直交する第２の面には第２の圧電素子１２が、それぞ
れ取り付けられる。圧電素子１１，１２としては、ピエ
ゾエレクトリックセラミックからなる板状の素子が用い
られている。そして、振動子１０に対して振動Ｕを与え
るために圧電素子１１が利用され、発生したコリオリ力
Ｆを検出するために圧電素子１２が利用される。すなわ
ち、圧電素子１１に交流電圧を与えると、この圧電素子
１１は伸縮運動を繰り返しＸ軸方向に振動する。この振
動Ｕが振動子１０に伝達され、振動子１０がＸ軸方向に
振動することになる。このように、振動子１０に振動Ｕ
を与えた状態で、振動子１０自身がＺ軸を中心軸として
角速度ωで回転すると、上述した現象により、Ｙ軸方向
にコリオリ力Ｆが発生する。このコリオリ力Ｆは、圧電
素子１２の厚み方向に作用するため、圧電素子１２の両
面にはコリオリ力Ｆに比例した電圧Ｖが発生する。そこ
で、この電圧Ｖを測定することにより、角速度ωを検出
することが可能になる。

【００３２】＜０．２＞ 多軸の角速度センサ 上述した従来の角速度センサは、Ｚ軸まわりの角速度を
検出するためのものであり、Ｘ軸あるいはＹ軸まわりの
角速度の検出を行うことはできない。本発明は、第２図
に示すように、所定の物体２０について、ＸＹＺ三次元
座標系におけるＸ軸まわりの角速度ωｘ、Ｙ軸まわりの
角速度ωｙ、Ｚ軸まわりの角速度ωｚ、のそれぞれを別
個独立して検出することのできる多軸角速度センサを提
供するものである。その基本原理を、第３図〜第５図を
参照して説明する。いま、ＸＹＺ三次元座標系の原点位
置に振動子３０が置かれているものとする。この振動子
３０のＸ軸まわりの角速度ωｘを検出するには、第３図
に示すように、この振動子３０にＺ軸方向の振動Ｕｚを
与えたときに、Ｙ軸方向に発生するコリオリ力Ｆｙを測
定すればよい。コリオリ力Ｆｙは角速度ωｘに比例した
値となる。また、この振動子３０のＹ軸まわりの角速度
ωｙを検出するには、第４図に示すように、この振動子
３０にＸ軸方向の振動Ｕｘを与えたときに、Ｚ軸方向に
発生するコリオリ力Ｆｚを測定すればよい。コリオリ力
Ｆｚは角速度ωｙに比例した値となる。更に、この振動
子３０のＺ軸まわりの角速度ωｚを検出するには、第５
図に示すように、この振動子３０にＹ軸方向の振動Ｕｙ
を与えたときに、Ｘ軸方向に発生するコリオリ力Ｆｘを
測定すればよい。コリオリ力Ｆｘは角速度ωｚに比例し
た値となる。

【００３３】結局、ＸＹＺ三次元座標系における各軸ご
との角速度を検出するには、振動子３０をＸ軸方向に振
動させる機構、Ｙ軸方向に振動させる機構、Ｚ軸方向に
振動させる機構、のそれぞれと、振動子３０に作用する
Ｘ軸方向のコリオリ力Ｆｘを検出する機構、Ｙ軸方向の
コリオリ力Ｆｙを検出する機構、Ｚ軸方向のコリオリ力
Ｆｚを検出する機構、のそれぞれとが必要になる。

【００３４】＜０．３＞ 振動機構／検出機構 上述したように、本発明に係る多軸角速度センサでは、
振動子を特定の座標軸方向に振動させるための機構と、
振動子に作用した特定の座標軸方向のコリオリ力を検出
するための機構とが必要になる。振動機構としては、次
のような各機構を利用することができる。

【００３５】(1) クーロン力を利用した機構：振動子側
に第１の電極を、センサ筐体側に第２の電極を、それぞ
れ形成し、これら一対の電極を対向させるように配置す
る。両電極に同じ極性の電荷を供給すれば反発力が作用
し、異なる極性の電荷を供給すれば吸引力が作用する。
そこで、両電極間に反発力と吸引力とを交互に作用させ
るようにすれば、振動子はセンサ筐体に対して振動す
る。

【００３６】(2) 圧電素子を利用した機構：第１図に示
す一軸の角速度センサに用いられている機構である。圧
電素子１１に交流電圧を供給することにより、振動子１
０を振動させる。

【００３７】(3) 電磁力を利用した機構：磁性材料から
なる振動子を用い、センサ筐体側にコイルを配置し、こ
のコイルに電流を流して電磁力を作用させ、振動子を振
動させる。

【００３８】一方、コリオリ力の検出機構としては、次
のような各機構を利用することができる。

【００３９】(1) 静電容量の変化を利用する機構：振動
子側に第１の電極を、センサ筐体側に第２の電極を、そ
れぞれ形成し、これら一対の電極を対向させるように配
置する。振動子にコリオリ力が作用して変位が生じる
と、両電極の間隔が変化するため、両電極によって構成
される静電容量素子の静電容量値が変化する。この容量
値の変化を測定することにより、作用したコリオリ力を
検出する。

【００４０】(2) 圧電素子を利用した機構：第１図に示
す一軸の角速度センサに用いられている機構である。圧
電素子１２にコリオリ力Ｆが作用すると、圧電素子１２
はコリオリ力Ｆに比例した電圧を発生する。この発生電
圧を測定することにより、作用したコリオリ力を検出す
る。

【００４１】(3) 差動トランスを利用した機構：磁性材
料からなる振動子を用い、センサ筐体側にコイルを配置
する。振動子にコリオリ力が作用して変位が生じると、
振動子とコイルとの距離が変化するため、コイルのイン
ダクタンスが変化する。このインダクタンスの変化を測
定することにより、作用したコリオリ力を検出する。

【００４２】(4) ピエゾ抵抗素子を利用した機構：コリ
オリ力の作用により撓みが生じるような基板を設けてお
く。この基板上にピエゾ抵抗素子を形成しておき、基板
に生じた撓みをピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化として検
出する。すなわち、抵抗値の変化を測定することによ
り、作用したコリオリ力を検出する。

【００４３】以上、本発明に係る多軸角速度センサの基
本原理について簡単に述べたが、このような基本原理に
基づいて動作する単純な構造をもったセンサの具体例を
以下に詳述する。ここでは、大まかな概念として、２つ
の参考例と４つの実施例を示すことにし、説明の便宜
上、これらの各例を、第１の参考例、第２の参考例、第
３の実施例、第４の実施例、第５の実施例、第６の実施
例と連続番号を付して区別することにする。

【００４４】＜＜＜ Section １ 第１の参考例 ＞＞
＞ ＜１．１＞ 第１の参考例に係るセンサの構造 まず、本発明の第１の参考例に係る多軸角速度センサに
ついて説明する。この第１の参考例は、振動機構として
クーロン力を利用した機構を用い、検出機構として静電
容量の変化を利用する機構を用いたセンサである。

【００４５】第６図は、この第１の参考例に係る多軸角
速度センサの側断面図である。可撓基板１１０および固
定基板１２０は、いずれも円盤状の基板であり、所定の
間隔を保って互いに平行に配置されている。可撓基板１
１０の下面には、円柱状の振動子１３０が固着されてい
る。また、可撓基板１１０の外周部分および固定基板１
２０の外周部分は、いずれもセンサ筐体１４０によって
支持されている。固定基板１２０の下面には、５枚の上
部電極層Ｅ１〜Ｅ５（第６図には、その一部だけが示さ
れている）が形成され、同様に可撓基板１１０の上面に
は、５枚の下部電極層Ｆ１〜Ｆ５（やはり、その一部だ
けが示されている）が形成されている。ここで、固定基
板１２０は十分な剛性をもち、撓みを生じることはない
が、可撓基板１１０は可撓性をもち、いわゆるダイヤフ
ラムとして機能する。振動子１３０は、安定した振動を
生じるのに十分な重量をもった材質で構成されており、
ここでは、説明の便宜上、この振動子１３０の重心位置
Ｏを原点としたＸＹＺ三次元座標系を考えることにす
る。すなわち、図の右方向にＸ軸、上方向にＺ軸、そし
て紙面に垂直な方向にＹ軸を定義する。第６図は、この
センサをＸＺ平面で切った断面図ということになる。な
お、この参考例では、可撓基板１１０および固定基板１
２０は、いずれも絶縁性の材料によって構成されてい
る。これらの基板を金属などの導電性の材料で構成した
い場合には、絶縁膜を介して各電極層の形成を行い、電
極層同士が短絡しないようにすればよい。

【００４６】下部電極層Ｆ１〜Ｆ５の形状および配置
は、第７図に明瞭に示されている。第７図は、可撓基板
１１０の上面図であり、扇状の下部電極層Ｆ１〜Ｆ４と
円形の下部電極層Ｆ５が配置されている様子が明瞭に示
されている。一方、上部電極層Ｅ１〜Ｅ５の形状および
配置は、第８図に明瞭に示されている。第８図は、固定
基板１２０の下面図であり、扇状の上部電極層Ｅ１〜Ｅ
４と円形の上部電極層Ｅ５が配置されている様子が明瞭
に示されている。上部電極層Ｅ１〜Ｅ５と下部電極層Ｆ
１〜Ｆ５とは、それぞれ同じ形状をしており、互いに向
かい合った位置に形成されている。したがって、対向す
る一対の電極層により静電容量素子が形成され、合計５
組の静電容量素子が形成される。ここでは、これらをそ
れぞれ静電容量素子Ｃ１〜Ｃ５と呼ぶことにする。たと
えば、上部電極層Ｅ１と下部電極層Ｆ１とによって形成
される素子を、静電容量素子Ｃ１と呼ぶ。

【００４７】＜１．２＞ 振動子の振動機構 いま、このセンサの所定の電極層間に電圧を供給した場
合にどのような現象が起こるかを検討する。まず、電極
層Ｅ１，Ｆ１間に所定の電圧を印加した場合を考える。
たとえば、第９図に示すように、電極層Ｅ１側が正、Ｆ
１側が負となるように電圧を供給すると、両電極層間に
はクーロン力に基づく吸引力が作用する。前述したよう
に、可撓基板１１０は可撓性をもった基板であり、この
ような吸引力により撓みが生じることになる。すなわ
ち、第９図に示すように、電圧を印加した電極層Ｅ１，
Ｆ１間の距離が縮まるように、可撓基板１１０は機械的
に変形する。可撓基板１１０にこのような機械的変形が
生じると、振動子１３０はＸ軸の正の方向にΔＸだけ変
位を生じることになる。

【００４８】今度は、電極層Ｅ２，Ｆ２間に所定の電圧
を印加した場合を考える。たとえば、第１０図に示すよ
うに、電極層Ｅ２側が正、Ｆ２側が負となるように電圧
を供給すると、これらの間に吸引力が作用し、電極層Ｅ
２，Ｆ２間の距離が縮まるように可撓基板１１０は機械
的に変形する。この結果、振動子１３０はＸ軸の負の方
向にΔＸだけ変位を生じることになる。結局、電極層Ｅ
１，Ｆ１間に電圧を印加すれば、振動子１３０はＸ軸の
正の方向に変位し、電極層Ｅ２，Ｆ２間に電圧を印加す
れば、振動子１３０はＸ軸の負の方向に変位することに
なる。したがって、電極層Ｅ１，Ｆ１間への電圧印加
と、電極層Ｅ２，Ｆ２間への電圧印加と、を交互に行え
ば、振動子１３０をＸ軸方向に往復運動させることがで
きる。

【００４９】ところで、第７図および第８図に示されて
いるように、上述した電極層Ｅ１，Ｆ１，Ｅ２，Ｆ２は
Ｘ軸上に配置された電極層である。これに対し、電極層
Ｅ３，Ｆ３，Ｅ４，Ｆ４はＹ軸上に配置されている。し
たがって、電極層Ｅ３，Ｆ３間への電圧印加と、電極層
Ｅ４，Ｆ４間への電圧印加と、を交互に行えば、振動子
１３０をＹ軸方向に往復運動させることができること
は、容易に理解できるであろう。

【００５０】続いて、電極層Ｅ５，Ｆ５間に所定の電圧
を印加した場合を考える。たとえば、第１１図に示すよ
うに、電極層Ｅ５側が正、Ｆ５側が負となるように電圧
を供給すると、これらの間に吸引力が作用し、電極層Ｅ
５，Ｆ５間の距離が縮まるように可撓基板１１０は機械
的に変形する。電極層Ｅ５，Ｆ５はいずれも各基板の中
央に位置するため、可撓基板１１０は傾くことなく、Ｚ
軸方向へ平行移動するような変位を生じることになる。
この結果、振動子１３０はＺ軸の正の方向にΔＺだけ変
位を生じることになる。両電極層Ｅ５，Ｆ５への電圧印
加をやめれば、振動子１３０はもとの位置（第６図に示
す位置）へ復帰する。したがって、両電極層Ｅ５，Ｆ５
への電圧印加を断続的に行えば、振動子１３０をＺ軸方
向に往復運動させることができる。

【００５１】以上のように、特定の電極層の組に対し
て、特定のタイミングで電圧印加を行えば、振動子１３
０をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に沿って振動させることができ
る。なお、上述の説明では、上部電極層Ｅ１〜Ｅ５側に
正、下部電極層Ｆ１〜Ｆ５側に負の電圧を印加している
が、極性を逆にしてもやはり吸引力が作用するため同じ
現象が起こる。

【００５２】結局、振動子１３０についてＸ軸方向の振
動Ｕｘを起こさせるには、第１２図に示すような波形を
もった電圧Ｖ１を電極層Ｅ１，Ｆ１間に供給するととも
に、電圧Ｖ２を電極層Ｅ２，Ｆ２間に供給すればよい。
このような波形の電圧を供給すれば、期間ｔ１，ｔ３，
ｔ５において振動子１３０には第９図に示すような変位
ΔＸが生じ、期間ｔ２，ｔ４において振動子１３０には
第１０図に示すような変位−ΔＸが生じることになる。
同様に、振動子１３０についてＹ軸方向の振動Ｕｙを起
こさせるには、第１３図に示すような波形をもった電圧
Ｖ３を電極層Ｅ３，Ｆ３間に供給するとともに、電圧Ｖ
４を電極層Ｅ４，Ｆ４間に供給すればよい。また、振動
子１３０についてＺ軸方向の振動Ｕｚを起こさせるに
は、第１４図に示すような波形をもった電圧Ｖ５を電極
層Ｅ５，Ｆ５間に供給すればよい。このような波形の電
圧Ｖ５を供給すれば、期間ｔ１，ｔ３，ｔ５において振
動子１３０には第１１図に示すような変位ΔＺが生じ、
期間ｔ２，ｔ４において振動子１３０は、可撓基板１１
０の復元力により第６図に示す位置に復帰する（このと
き、慣性力に応じた変位−ΔＺが発生する）。

【００５３】＜１．３＞ コリオリ力の検出機構 1.3.1 Ｘ軸まわりの角速度ωｘに基づくコリオリ力 続いて、このセンサに作用するコリオリ力を、静電容量
の変化を利用して検出する機構について説明する。はじ
めに、このセンサにＸ軸まわりの角速度ωｘが作用した
場合の現象について考える。たとえば、第２図に示す物
体２０が、Ｘ軸まわりに角速度ωｘで回転運動している
場合、この物体２０にこのセンサを搭載しておけば、振
動子１３０に対してＸ軸まわりの角速度ωｘが作用する
ことになる。ところで、第３図で説明したように、Ｘ軸
まわりの角速度ωｘが作用している状態において、振動
子に対してＺ軸方向の振動Ｕｚを与えると、Ｙ軸方向に
コリオリ力Ｆｙが発生する。したがって、このセンサの
電極層Ｅ５，Ｆ５間に、第１４図に示すような波形をも
った電圧Ｖ５を供給し、振動子１３０にＺ軸方向の振動
Ｕｚを与えれば、Ｙ軸方向にコリオリ力Ｆｙが発生する
はずである。

【００５４】第１５図は、このコリオリ力Ｆｙによっ
て、可撓基板１１０に機械的変形が生じた状態を示す側
断面図である。このセンサ全体が、Ｘ軸（図の紙面に垂
直な方向）まわりに角速度ωｘで回転している状態にお
いて、振動子１３０をＺ軸方向に振動させると、Ｙ軸方
向にコリオリ力Ｆｙが発生し、振動子１３０をＹ軸方向
に動かす力が加わる。この力により、可撓基板１１０は
図のように変形する。このようなＹ軸方向に偏った変形
は、電極層間のクーロン力によるものではなく、コリオ
リ力Ｆｙに起因したものである。電極層間の印加電圧に
関しては、上述したように、電極層Ｅ５，Ｆ５間に第１
４図に示すような電圧Ｖ５が供給されているだけであ
り、他の電極層間には何ら電圧供給は行われていない。
ここで、発生したコリオリ力Ｆｙは角速度ωｘに比例し
たものになるので、コリオリ力Ｆｙの値を測定すること
ができれば、角速度ωｘを検出することができる。

【００５５】そこで、静電容量の変化を利用して、次の
ような方法でこのコリオリ力Ｆｙを測定する。いま、上
部電極層Ｅ１〜Ｅ５と、下部電極層Ｆ１〜Ｆ５と、の距
離について考える。振動子１３０は第１５図の上下方向
に振動しているので、両電極層間の距離は縮んだり広が
ったりを周期的に繰り返すことになる。したがって、上
部電極層Ｅ１〜Ｅ５と下部電極層Ｆ１〜Ｆ５とで構成さ
れる容量素子Ｃ１〜Ｃ５の容量値（同じ符号Ｃ１〜Ｃ５
で表すことにする）は、いずれも周期的に増えたり減っ
たりを繰り返すことになる。ところが、コリオリ力Ｆｙ
の作用により、可撓基板１１０には常にＹ軸方向に偏っ
た変形が生じることになり、このような変形を保ったま
ま振動子１３０は上下に振動することになる。すなわ
ち、容量素子Ｃ３の電極間隔は、容量素子Ｃ４の電極間
隔よりも常に小さくなり、容量値Ｃ３と容量値Ｃ４との
間には、常にＣ３＞Ｃ４の関係が保たれる。この容量値
Ｃ３とＣ４との差ΔＣ３４は、Ｙ軸方向への偏りの程度
に依存するため、コリオリ力Ｆｙの大きさを示す量とな
る。別言すれば、コリオリ力Ｆｙが大きければ大きいほ
ど、差ΔＣ３４も大きくなる。

【００５６】以上述べたＸ軸まわりの角速度ωｘの検出
手順をまとめると次のようになる。まず、電極層Ｅ５，
Ｆ５間に第１４図に示すような波形の電圧Ｖ５を供給し
て振動子１３０にＺ軸方向の振動Ｕｚを与え、その時点
での容量素子Ｃ３，Ｃ４の容量値の差ΔＣ３４を求め
る。こうして求めた差ΔＣ３４が求める角速度ωｘの検
出値となる。振動を与えるために用いる電極層Ｅ５，Ｆ
５と、容量値の差を測定するために用いる電極層Ｅ３，
Ｆ３，Ｅ４，Ｆ４とは、電気的に完全に独立しているた
め、振動機構と検出機構との間に干渉が生じることはな
い。

【００５７】1.3.2 Ｙ軸まわりの角速度ωｙに基づく
コリオリ力 次に、このセンサにＹ軸まわりの角速度ωｙが作用した
場合の現象について考える。第４図で説明したように、
Ｙ軸まわりの角速度ωｙが作用している状態において、
振動子に対してＸ軸方向の振動Ｕｘを与えると、Ｚ軸方
向にコリオリ力Ｆｚが発生する。したがって、このセン
サの電極層Ｅ１，Ｆ１間および電極層Ｅ２，Ｆ２間に、
第１２図に示すような波形をもった電圧Ｖ１および電圧
Ｖ２を供給し、振動子１３０にＸ軸方向の振動Ｕｘを与
えれば、Ｚ軸方向にコリオリ力Ｆｚが発生するはずであ
る。

【００５８】第１６図は、このコリオリ力Ｆｚによっ
て、可撓基板１１０に機械的変形が生じた状態を示す側
断面図である。このセンサ全体が、Ｙ軸（図の紙面に垂
直な方向）まわりに角速度ωｙで回転している状態にお
いて、振動子１３０をＸ軸方向に振動させると、Ｚ軸方
向にコリオリ力Ｆｚが発生し、振動子１３０をＺ軸方向
に動かす力が加わる。この力により、可撓基板１１０は
図のように変形する。このようなＺ軸方向に偏った変形
は、電極層間のクーロン力によるものではなく、コリオ
リ力Ｆｚに起因したものである。電極層間の印加電圧に
関しては、上述したように、電極層Ｅ１，Ｆ１，Ｅ２，
Ｆ２間に第１２図に示すような電圧Ｖ１，Ｖ２が供給さ
れているだけであり、他の電極層間には何ら電圧供給は
行われていない。ここで、発生したコリオリ力Ｆｚは角
速度ωｙに比例したものになるので、コリオリ力Ｆｚの
値を測定することができれば、角速度ωｙを検出するこ
とができる。

【００５９】コリオリ力Ｆｚの値は、上部電極層Ｅ５お
よび下部電極層Ｆ５によって形成される容量素子Ｃ５の
容量値Ｃ５に基づいて求めることができる。なぜなら、
コリオリ力Ｆｚが大きくなれば、両電極層間の距離は縮
まり容量値Ｃ５は大きくなり、逆に、コリオリ力Ｆｚが
小さくなれば、両電極層間の距離は広がり容量値Ｃ５は
小さくなる関係が得られるからである。なお、振動子１
３０はＸ軸方向に振動しているが、この振動Ｕｘは容量
値Ｃ５の測定に何ら影響を及ぼさない。振動子１３０が
Ｘ軸の正方向または負方向に変位を生じると、上部電極
層Ｅ５と下部電極層Ｆ５とは非平行の状態になるが、両
電極層間の距離は、部分的に縮まり部分的に広がるた
め、全体としては振動Ｕｘは容量値Ｃ５に影響を与えな
いのである。

【００６０】以上述べたＹ軸まわりの角速度ωｙの検出
手順をまとめると次のようになる。まず、電極層Ｅ１，
Ｆ１，Ｅ２，Ｆ２間に第１２図に示すような波形の電圧
Ｖ１および電圧Ｖ２を供給して振動子１３０にＸ軸方向
の振動Ｕｘを与え、その時点での容量素子Ｃ５の容量値
を求める。こうして求めた容量値Ｃ５が求める角速度ω
ｙの検出値となる。振動を与えるために用いる電極層Ｅ
１，Ｆ１，Ｅ２，Ｆ２と、容量値を測定するために用い
る電極層Ｅ５，Ｆ５とは、電気的に完全に独立している
ため、振動機構と検出機構との間に干渉が生じることは
ない。

【００６１】1.3.3 Ｚ軸まわりの角速度ωｚに基づく
コリオリ力 最後に、このセンサにＺ軸まわりの角速度ωｚが作用し
た場合の現象について考える。第５図で説明したよう
に、Ｚ軸まわりの角速度ωｚが作用している状態におい
て、振動子に対してＹ軸方向の振動Ｕｙを与えると、Ｘ
軸方向にコリオリ力Ｆｘが発生する。したがって、この
センサの電極層Ｅ３，Ｆ３間および電極層Ｅ４，Ｆ４間
に、第１３図に示すような波形をもった電圧Ｖ３，Ｖ４
を供給し、振動子１３０にＹ軸方向の振動Ｕｙを与えれ
ば、Ｘ軸方向にコリオリ力Ｆｘが発生するはずである。

【００６２】第１７図は、このコリオリ力Ｆｘによっ
て、可撓基板１１０に機械的変形が生じた状態を示す側
断面図である。このセンサ全体が、Ｚ軸まわりに角速度
ωｚで回転している状態において、振動子１３０をＹ軸
方向（紙面に垂直な方向）に振動させると、Ｘ軸方向に
コリオリ力Ｆｘが発生し、振動子１３０をＸ軸方向に動
かす力が加わる。この力により、可撓基板１１０は図の
ように変形する。このようなＸ軸方向に偏った変形は、
電極層間のクーロン力によるものではなく、コリオリ力
Ｆｘに起因したものである。このコリオリ力Ｆｘは角速
度ωｚに比例したものになるので、コリオリ力Ｆｘの値
を測定することができれば、角速度ωｚを検出すること
ができる。

【００６３】このコリオリ力Ｆｘは、コリオリ力Ｆｙと
同様に、静電容量の変化を利用して測定することができ
る。すなわち、前述したコリオリ力Ｆｙは容量値Ｃ３と
Ｃ４との差ΔＣ３４によって求めることができたが、こ
れと全く同じ原理により、コリオリ力Ｆｘは容量値Ｃ１
とＣ２との差ΔＣ１２によって求めることができる。

【００６４】以上述べたＺ軸まわりの角速度ωｚの検出
手順をまとめると次のようになる。まず、電極層Ｅ３，
Ｆ３間および電極層Ｅ４，Ｆ４間に第１３図に示すよう
な波形の電圧Ｖ３および電圧Ｖ４を供給して振動子１３
０にＹ軸方向の振動Ｕｙを与え、その時点での容量素子
Ｃ１，Ｃ２の容量値の差ΔＣ１２を求める。こうして求
めた差ΔＣ１２が求める角速度ωｚの検出値となる。振
動を与えるために用いる電極層Ｅ３，Ｆ３，Ｅ４，Ｆ４
と、容量値の差を測定するために用いる電極層Ｅ１，Ｆ
１，Ｅ２，Ｆ２とは、電気的に完全に独立しているた
め、振動機構と検出機構との間に干渉が生じることはな
い。

【００６５】＜１．４＞ コリオリ力の検出回路 上述したように、この第１の実施例に係るセンサでは、
Ｘ軸まわりの角速度ωｘは容量値Ｃ３とＣ４との差ΔＣ
３４を求めることにより検出され、Ｙ軸まわりの角速度
ωｙは容量値Ｃ５を求めることにより検出され、Ｚ軸ま
わりの角速度ωｚは容量値Ｃ１とＣ２との差ΔＣ１２を
求めることにより検出される。そこで、ここではこのよ
うな容量値あるいは容量値の差を測定するのに適した回
路の一例を開示しておく。

【００６６】第１８図は、容量素子Ｃの容量値を測定す
るための回路の一例である。入力端子Ｔ１に与えられた
信号は２つの経路に分岐し、インバータ１５１および１
５２を通る。下の経路では、インバータ１５２を通った
信号は、抵抗１５３と容量素子Ｃとによって構成される
遅延回路を経て、排他的ＯＲ回路１５４の一方の入力信
号となる。上の経路では、インバータ１５１を通った信
号は、そのまま排他的ＯＲ回路１５４の他方の入力信号
となる。排他的ＯＲ回路１５４の論理出力は、出力端子
Ｔ２に与えられる。ここで、インバータ１５２は、抵抗
１５３と容量素子Ｃとによって構成される遅延回路に対
する十分な駆動能力を与える目的で設けられた素子であ
る。また、インバータ１５１は、上下の経路を同じ条件
にする目的で設けられた素子であり、インバータ１５２
と同じ動作特性をもった素子である。

【００６７】このような回路において、入力端子Ｔ１に
所定周期の交流信号を供給した場合に、出力端子Ｔ２に
どのような信号が得られるかを考える。第１９図は、入
力端子Ｔ１に半周期ｆの矩形交流信号を供給した場合
に、各部に表れる波形を示すタイミングチャートである
（実際には、矩形波になまりが生じるが、ここでは説明
の便宜上、純粋な矩形波として示してある）。排他的Ｏ
Ｒ回路１５４の一方の入力端であるノードＮ１における
波形は、入力端子Ｔ１に与えた波形に対して、インバー
タ１５１を通過するために必要な時間ａだけ遅延した反
転波形となる。一方、排他的ＯＲ回路１５４のもう一方
の入力端であるノードＮ２における波形は、入力端子Ｔ
１に与えた波形に対して、インバータ１５２を通過する
ために必要な時間ａと、抵抗１５３および容量素子Ｃに
よって構成される遅延回路を通過するために必要な時間
ｂと、の合計時間（ａ＋ｂ）だけ遅延した反転波形とな
る。この結果、出力端子Ｔ２に得られる排他的ＯＲ回路
１５４の出力波形は、図に示すように、パルス幅ｂ、周
期ｆをもった波形となる。ここで、容量素子Ｃの容量値
が変化すると、抵抗１５３と容量素子Ｃとによって構成
される遅延回路の遅延時間ｂに変化が生じる。したがっ
て、得られるパルス幅ｂは、容量素子Ｃの容量値を示す
値となる。

【００６８】第２０図は、２つの容量素子Ｃ１，Ｃ２の
容量値の差ΔＣを測定するための回路の一例である。入
力端子Ｔ３に与えられた信号は２つの経路に分岐し、イ
ンバータ１６１および１６２を通る。上の経路では、イ
ンバータ１６１を通った信号は、抵抗１６３と容量素子
Ｃ１とによって構成される遅延回路を経て、排他的ＯＲ
回路１６５の一方の入力信号となる。下の経路では、イ
ンバータ１６２を通った信号は、抵抗１６４と容量素子
Ｃ２とによって構成される遅延回路を経て、排他的ＯＲ
回路１６５のもう一方の入力信号となる。排他的ＯＲ回
路１６５の論理出力は、出力端子Ｔ４に与えられる。こ
こで、インバータ１６１，１６２は、後段の遅延回路に
対する十分な駆動能力を与える目的で設けられた素子で
あり、両者は同じ動作特性をもつ。

【００６９】このような回路において、入力端子Ｔ３に
所定周期の交流信号を供給した場合に、出力端子Ｔ４に
どのような信号が得られるかを考える。第２１図に示す
ように、入力端子Ｔ３に矩形交流信号を供給すると、排
他的ＯＲ回路１６５の一方の入力端であるノードＮ３に
おける波形は、所定の遅延時間ｄ１をもった反転波形と
なる。同様に、もう一方の入力端であるノードＮ４にお
ける波形は、所定の遅延時間ｄ２をもった反転波形とな
る。この結果、出力端子Ｔ４に得られる排他的ＯＲ回路
１６５の出力波形は、図に示すように、パルス幅ｄをも
った波形となる。ここで、パルス幅ｄは、遅延時間ｄ１
とｄ２との差に相当する値であり、２つの容量素子Ｃ
１，Ｃ２の容量値の差ΔＣに対応する値となる。こうし
て、容量値の差ΔＣをパルス幅ｄとして得ることができ
る。

【００７０】＜１．５＞ 変形例１ 上述した第１の参考例に係るセンサでは、クーロン力に
基づく吸引力を作用させて振動子１３０を振動させてい
る。たとえば、振動子１３０をＸ軸方向に振動させる場
合は、第９図に示すように両電極層Ｅ１，Ｆ１に逆極性
の電荷を供給して吸引力を作用させた第１の状態と、第
１０図に示すように両電極層Ｅ２，Ｆ２に逆極性の電荷
を供給して吸引力を作用させた第２の状態と、が交互に
繰り返されるようにすればよい。しかしながら、このよ
うな振動をより安定させるには、吸引力とともに排斥力
を作用させるのが好ましい。たとえば、第２２図に示す
ように、上部電極層Ｅ１に正の電荷を、下部電極層Ｆ１
に負の電荷を、それぞれ供給して、両電極層間に吸引力
を作用させるのと同時に、上部電極層Ｅ２および下部電
極層Ｆ２の両方に負の電荷を供給し（両方に正の電荷を
供給してもよい）、両電極層間に排斥力を作用させる
と、振動子１３０をＸ軸の正方向にΔＸだけ変位させる
動作をより安定して行うことができる。第９図に示す状
態と、第２２図に示す状態とは、振動子１３０に変位Δ
Ｘを生じさせるという点では同じであるが、前者は１か
所に作用する力に依存しているのに対し、後者は２か所
に作用する力に依存しており、後者の方が前者より安定
する。

【００７１】同様に、第１０図に示すように、振動子１
３０をＸ軸の負方向に−ΔＸだけ変位させる場合にも、
第２３図に示すように、上部電極層Ｅ２に正の電荷を、
下部電極層Ｆ２に負の電荷を、それぞれ供給して、両電
極層間に吸引力を作用させるのと同時に、上部電極層Ｅ
１および下部電極層Ｆ１の両方に負の電荷を供給し（両
方に正の電荷を供給してもよい）、両電極層間に排斥力
を作用させると、動作をより安定させることができる。
結局、第２２図に示す第１の状態と、第２３図に示す第
２の状態と、が交互に繰り返されるように、各電極層に
所定の極性の電荷を所定のタイミングで供給するように
すれば、振動子１３０をＸ軸方向に安定して振動させる
ことができるようになる。振動子１３０をＹ軸方向に振
動させる場合も全く同様である。

【００７２】次に、振動子１３０をＺ軸方向に振動させ
る場合を考える。前述した参考例では、第１１図に示す
ように、上部電極層Ｅ５に正の電荷を、下部電極層Ｆ５
に負の電荷を、それぞれ供給して両電極層間に吸引力を
作用させた第１の状態と、第６図に示すように、いずれ
の電極層にも電荷供給を行わない中立の状態と、が交互
に繰り返されるようにして振動Ｕｚを発生させていた。
この場合にも、両電極層間の排斥力を利用すると、動作
をより安定させることができる。すなわち、第２４図に
示すように、上部電極層Ｅ５および下部電極層Ｆ５の両
方に正の電荷を供給し（両方に負の電荷を供給してもよ
い）、両電極層間に排斥力を作用させると、振動子１３
０はＺ軸の負の方向に変位−ΔＺを生じることになる。
そこで、第１１図に示す第１の状態と、第２４図に示す
第２の状態と、が交互に繰り返されるように、各電極層
に所定の極性の電荷を所定のタイミングで供給するよう
にすれば、振動子１３０をＺ軸方向に安定して振動させ
ることができるようになる。

【００７３】しかしながら、対向する一対の電極層に逆
極性の電荷を供給することは容易にできるが、同極性の
電荷を供給するには工夫が必要である。すなわち、逆極
性の電荷を供給するには、両電極層間に所定の電圧を印
加すればよいが、同極性の電荷を供給するには、そのよ
うな方法は適用できない。この問題を解決するために
は、各電極層を誘電体を介した二層構造にする方法が利
用できる。第２５図は、このような構造を採ったセンサ
の側断面図である。下部電極層Ｆ１〜Ｆ５は、誘電体基
板１７１の上面に形成され、この誘電体基板１７１と可
撓基板１１０との間には、補助電極層Ｆ１ａ〜Ｆ５ａが
形成されている。補助電極層Ｆ１ａ〜Ｆ５ａは、それぞ
れ下部電極層Ｆ１〜Ｆ５と同じ形状をしており同じ位置
に配置されている。同様に、上部電極層Ｅ１〜Ｅ５は、
誘電体基板１７２の下面に形成され、この誘電体基板１
７２と固定基板１２０との間には、補助電極層Ｅ１ａ〜
Ｅ５ａが形成されている。補助電極層Ｅ１ａ〜Ｅ５ａ
は、それぞれ上部電極層Ｅ１〜Ｅ５と同じ形状をしてお
り同じ位置に配置されている。

【００７４】このような二層構造にしておけば、特定の
電極層間に吸引力を作用させることも、排斥力を作用さ
せることも、自由にできるようになる。これを具体例で
示す。第２６図は、第２５図に示すセンサにおける各電
極層および各誘電体基板の部分のみを抽出して示した図
である。たとえば、電極層Ｅ１，Ｆ１間に吸引力を作用
させたい場合には、図に示すように、両電極層間に電圧
Ｖを印加して逆極性の電荷を供給すればよい。これに対
して、電極層Ｅ２，Ｆ２間に排斥力を作用させたい場合
には、図に示すように、補助基板Ｅ２ａ，Ｆ２ａと電極
層Ｅ２，Ｆ２との間に電圧Ｖを印加すればよい。誘電体
基板１７１を挟んで電圧Ｖが印加されるため、電極層Ｆ
２に負の電荷が、補助電極層Ｆ２ａに正の電荷が発生
し、同様に、誘電体基板１７２を挟んで電圧Ｖが印加さ
れるため、電極層Ｅ２に負の電荷が、補助電極層Ｅ２ａ
に正の電荷が発生する。こうして結果的に、両電極層Ｅ
２，Ｆ２に同極性の電荷が供給されることになり、両者
間に排斥力を作用させることができる。

【００７５】＜１．６＞ 変形例２ 上述の変形例１は、第６図に示すセンサに比べて構造は
やや複雑になる。これに対して、ここに述べる変形例２
は、第６図に示すセンサの構造をより単純化したもので
ある。すなわち、この変形例２のセンサでは、第２７図
に示すように、上部電極層Ｅ１〜Ｅ５の代わりに単一の
共通電極層Ｅ０が形成されている。この共通電極層Ｅ０
は、下部電極層Ｆ１〜Ｆ５のすべてに対向するような大
きさの円盤状の電極層である。このように、一方の電極
層を１枚の共通電極層にしても、常にこの共通電極層側
を基準電位にとるようにすれば、このセンサの動作には
何ら支障は生じない。たとえば、振動子１３０に振動を
与えるために、特定の電極層間に電圧を印加する場合、
共通電極層Ｅ０側をアースにして、下部電極層Ｆ１〜Ｆ
５のうちの所定の電極層に電圧を供給すればよい。ま
た、容量値の変化に基づいてコリオリ力の検出を行う場
合も同様に、共通電極層Ｅ０側をアースにして各容量素
子Ｃ１〜Ｃ５を取り扱うようにすればよい。

【００７６】このように、５枚の上部電極層Ｅ１〜Ｅ５
を単一の共通電極層Ｅ０に置き換えることにより、セン
サの機械的な構造や、必要な配線はより単純になる。ま
た、固定基板１２０を金属などの導電性の材料で構成す
るようにすれば、固定基板１２０の下面を共通電極層Ｅ
０として用いることができるため、わざわざ固定基板１
２０の下面に別体として共通電極層Ｅ０を形成する必要
がなくなり、構造は更に単純になる。

【００７７】以上は、上部電極層Ｅ１〜Ｅ５側を共通電
極層Ｅ０に置き換えた例であるが、逆に、下部電極層Ｆ
１〜Ｆ５側を共通電極層Ｆ０に置き換えることも可能で
ある。

【００７８】＜＜＜ Section ２ 第２の参考例 ＞＞
＞ ＜２．１＞ 第２の参考例に係るセンサの構造 続いて、本発明の第２の参考例に係る多軸角速度センサ
について説明する。この第２の参考例も、振動機構とし
てクーロン力を利用した機構を用い、検出機構として静
電容量の変化を利用する機構を用いた点において、前述
した第１の参考例のセンサと同様である。ただ、その構
造は複数の基板を積層したものになっており、より大量
生産に向いたものとなっている。

【００７９】第２８図は、この第２の参考例に係る多軸
角速度センサの側断面図である。このセンサの主たる構
成要素は、第１の基板２１０、第２の基板２２０、第３
の基板２３０である。この参考例では、第１の基板２１
０はシリコン基板から構成されており、第２の基板２２
０および第３の基板２３０はガラス基板から構成されて
おり、各基板は互いに陽極接合によって接合されてい
る。。第１の基板２１０は、このセンサの中枢をなす役
割を果たす基板であり、第２９図はこの第１の基板２１
０の上面図である。第２９図に明瞭に示されているよう
に、第１の基板２１０には、Ｌ字型の開口部Ｈ１〜Ｈ４
が設けられている。各開口部Ｈ１〜Ｈ４は、下面にゆく
ほど幅が広がるようなテーパ状になっている。第２９図
における切断線２８−２８に沿って切った側断面図が第
２８図であり、切断線３０−３０に沿って切った側断面
図が第３０図である。第３０図には、開口部Ｈ３，Ｈ４
のテーパ状の断面が示されている。第２９図において、
４つのＬ字型開口部Ｈ１〜Ｈ４によって囲まれた内側の
正方形状の部分が振動子２１１を構成し、Ｌ字型開口部
Ｈ１〜Ｈ４の外側部分がこの振動子２１１についての支
持枠２１３を構成している。振動子２１１は、支持枠２
１３に対して４か所で連結されている。この４か所の連
結部分が架橋部２１２である。別言すれば、正方形状の
振動子２１１は、４か所で架橋部２１２によって吊られ
た状態になっている。しかも架橋部２１２は、第２８図
あるいは第３０図に示されているように、第１の基板２
１０の本来の厚みに比べて非常に薄い板状の部材であ
り、可撓性を有する。このため、振動子２１１は架橋部
２１２に吊られた状態で、ある程度の自由度をもって動
くことができる。振動子２１１の上面には、第２９図に
示されているように、５枚の下部電極層Ｇ１〜Ｇ５が形
成されている。これらの下部電極層Ｇ１〜Ｇ５は、前述
した第１の参考例のセンサにおける下部電極層Ｆ１〜Ｆ
５と同様に、振動子２１１に対して振動を発生させる機
能と、振動子２１１に作用するコリオリ力を検出する機
能とを果たすことになる。

【００８０】第２の基板２２０は、第１の基板２１０の
周囲部分を支えるための台座として機能する。そのた
め、第２の基板２２０の上面の周囲以外の部分には、窪
み２２１が形成されている。この窪み２２１の形成によ
り、振動子２１１は第２の基板に接触することなしに宙
吊りの状態を保つことができる。

【００８１】第３の基板２３０は、第１の基板２１０の
上面を覆う蓋として機能している。この第３の基板２３
０の下面図を第３１図に示す。この第３の基板２３０の
下面は、周囲のわずかな部分を除いて切削されており、
切削面２３１には上部電極層Ｇ０が形成されている。上
部電極層Ｇ０は正方形状をしており、第２８図あるいは
第３０図の側断面図に示されているように、下部電極層
Ｇ１〜Ｇ５のすべてに対して向かい合った状態となる。
この下部電極層Ｇ０は、前述した第１の参考例において
変形例２として示した第２７図のセンサの共通電極層Ｅ
０に相当する。

【００８２】このような３枚の基板からなるセンサは、
大量生産に適している。すなわち、各基板に対してそれ
ぞれ別個に機械加工（あるいは、エッチングなどの化学
加工）を施し、電極層や配線層を形成した後、これらを
接合して組み立てればよい。第１の基板２１０としてシ
リコン基板を用いれば、電極層Ｇ１〜Ｇ５は拡散層で形
成することができる。また、電極層Ｇ０はアルミニウム
などの蒸着層で形成すればよい。このようにして、電極
層や配線層は一般的な半導体プレーナプロセスによって
形成することができる。

【００８３】＜２．２＞ 振動子の振動機構 さて、振動子２１１上に形成された５枚の下部電極層Ｇ
１〜Ｇ５と、これに対向する上部電極層Ｇ０と、の間に
所定のタイミングで所定の電圧を供給することにより、
両電極層間にクーロン力を作用させ、その結果として、
振動子２１１を所定の方向に振動させることができる点
は、前述の第１の参考例のセンサと同様である。ただ、
この第２の参考例のセンサと、前述した第１の参考例の
センサとでは、電極層の配置が若干異なっている。第１
の参考例のセンサでは、第７図に示すように、Ｘ軸上に
電極層Ｆ１，Ｆ２が配され、Ｙ軸上に電極層Ｆ３，Ｆ４
が配されている。これに対して、ここで述べる第２の参
考例のセンサでは、第２９図に示すように、電極層Ｇ１
〜Ｇ４はいずれもＸ軸上あるいはＹ軸上には配されてい
ない。すなわち、電極層Ｇ１〜Ｇ４は、それぞれＸＹ平
面についての第１象限〜第４象限に配されている。この
ため、振動子２１１を特定の方向に振動させるために必
要な電圧の印加方法は、前述の例とは若干異なる。以
下、これを具体的に説明する。

【００８４】振動子２１１をＸ軸方向に振動させるに
は、次のようにする。ここでは、上部電極層Ｇ０の電位
を基準電位としてアースにとり、この基準電位に対して
所定の電圧（たとえば、＋５Ｖ）を下部電極層Ｇ１〜Ｇ
５に印加することにする。まず、下部電極層Ｇ１とＧ４
との両方にそれぞれ＋５Ｖの電圧を印加すれば、電極層
Ｇ１，Ｇ０間および電極層Ｇ４，Ｇ０間にそれぞれ吸引
力が作用することになる。これにより、振動子２１１は
Ｘ軸の正の方向に変位ΔＸを生じた状態になる。次に、
下部電極層Ｇ１，Ｇ４の電位を基準電位に戻し、下部電
極層Ｇ２とＧ３との両方にそれぞれ＋５Ｖの電圧を印加
する。すると、電極層Ｇ２，Ｇ０間および電極層Ｇ３，
Ｇ０間にそれぞれ吸引力が作用することになる。これに
より、振動子２１１はＸ軸の負の方向に変位−ΔＸを生
じた状態になる。この２つの状態が交互に繰り返される
ように、各電極層へ所定の電圧を所定のタイミングで印
加すれば、振動子２１１をＸ軸方向に振動させることが
できるようになる。

【００８５】振動子２１１をＹ軸方向に振動させる場合
も同様である。まず、下部電極層Ｇ１とＧ２との両方に
それぞれ＋５Ｖの電圧を印加すれば、電極層Ｇ１，Ｇ０
間および電極層Ｇ２，Ｇ０間にそれぞれ吸引力が作用す
ることになる。これにより、振動子２１１はＹ軸の正の
方向に変位ΔＹを生じた状態になる。次に、下部電極層
Ｇ１，Ｇ２の電位を基準電位に戻し、下部電極層Ｇ３と
Ｇ４との両方にそれぞれ＋５Ｖの電圧を印加する。する
と、電極層Ｇ３，Ｇ０間および電極層Ｇ４，Ｇ０間にそ
れぞれ吸引力が作用することになる。これにより、振動
子２１１はＹ軸の負の方向に変位−ΔＹを生じた状態に
なる。この２つの状態が交互に繰り返されるように、各
電極層へ所定の電圧を所定のタイミングで印加すれば、
振動子２１１をＹ軸方向に振動させることができるよう
になる。

【００８６】また、振動子２１１をＺ軸方向に振動させ
るには、前述した第１の参考例のセンサと同じ方法を採
ればよい。すなわち、下部電極層Ｇ５に＋５Ｖを供給し
たり、０Ｖに戻したり、という操作を繰り返し行えばよ
い。

【００８７】＜２．３＞ コリオリ力の検出機構 この第２の参考例に係るセンサにおいて、振動子２１１
に作用したコリオリ力を検出する原理は、前述の第１の
参考例に係るセンサと同様に、静電容量の変化を利用す
るものである。ただ、電極層の配置に若干の相違がある
ため、検出対象として用いる容量素子の組み合わせに若
干の違いがある。以下、これを具体的に説明する。な
お、ここでは、説明の便宜上、下部電極層Ｇ１〜Ｇ５と
上部電極層Ｇ０との組み合わせによって構成される５組
の容量素子を、それぞれ容量素子Ｃ１〜Ｃ５と呼び、こ
れら容量素子の容量値も同じくＣ１〜Ｃ５と呼ぶことに
する。

【００８８】まず、Ｘ軸方向に作用するコリオリ力Ｆｘ
を検出する方法を検討する。第２９図に示す電極層配置
によれば、振動子２１１にＸ軸正方向へのコリオリ力Ｆ
ｘが作用すると、容量素子Ｃ１，Ｃ４の電極層間隔は縮
み、容量素子Ｃ２，Ｃ３の電極層間隔は広がることが容
易に想像できる。したがって、容量値Ｃ１，Ｃ４は増
え、容量値Ｃ２，Ｃ３は減ることになる。そこで、（Ｃ
１＋Ｃ４）−（Ｃ２＋Ｃ３）なる差を求めれば、この差
がコリオリ力Ｆｘに対応した値となる。

【００８９】次に、Ｙ軸方向に作用するコリオリ力Ｆｙ
を検出する方法を検討する。第２９図に示す電極層配置
によれば、振動子２１１にＹ軸正方向へのコリオリ力Ｆ
ｙが作用すると、容量素子Ｃ１，Ｃ２の電極層間隔は縮
み、容量素子Ｃ３，Ｃ４の電極層間隔は広がることが容
易に想像できる。したがって、容量値Ｃ１，Ｃ２は増
え、容量値Ｃ３，Ｃ４は減ることになる。そこで、（Ｃ
１＋Ｃ２）−（Ｃ３＋Ｃ４）なる差を求めれば、この差
がコリオリ力Ｆｙに対応した値となる。

【００９０】Ｚ軸方向に作用するコリオリ力Ｆｚを検出
する方法は、前述した第１の参考例のセンサにおける検
出方法と同様である。すなわち、容量素子Ｃ５の容量値
Ｃ５が、コリオリ力Ｆｚを示す値となる。

【００９１】なお、この参考例のセンサでは、同一の電
極層を振動機構と検出機構との両方に同時に用いること
になるため、振動を与えるための電圧供給回路と、コリ
オリ力に基づいて変化する容量値を検出する回路とは、
互いに干渉しないようにする必要がある。

【００９２】＜２．４＞ 変形例１ 第３２図に示すセンサは、第２８図に示した第２の参考
例に係るセンサの変形例である。この変形例では、第１
の基板２１０、第２の基板２２０、第３の基板２３０、
の他に、更に第４の基板２４０が用いられている。第４
の基板２４０は、振動子２４１と台座２４２とによって
構成されている。振動子２４１は上から見ると正方形状
をしたブロックであり、台座２４２はその周囲を囲うよ
うな形状をしたフレームである。第４の基板の振動子２
４１は第１の基板の振動子２１１に接合されており、振
動子２１１および２４１は全体が１つの振動子として機
能する。このように第４の基板２４０を付加することに
より、振動子の質量を増加させることができ、より感度
の高い検出が可能になる。なお、この変形例では、５つ
の下部電極層Ｇ１〜Ｇ５に対向する電極層として、共通
の上部電極層Ｇ０を設ける代わりに、５つの上部電極層
Ｇ６〜Ｇ１０が設けられている。

【００９３】＜２．５＞ 変形例２ 第３３図に示すセンサは、第２８図に示した第２の参考
例に係るセンサのまた別な変形例である。このセンサの
中枢として機能する基板は可撓基板２５０である。第３
４図は、この可撓基板２５０の上面図である。図に破線
で示されているように、可撓基板２５０の下面には、円
環状の溝が形成されており、この溝が形成された部分は
肉厚が薄いために可撓性をもっている（第３３図に、可
撓部２５２として示されている）。ここでは、この円環
状の可撓部２５２に囲まれた内側の部分を作用部２５１
と呼び、可撓部２５２の外側の部分を固定部２５３と呼
ぶことにする。作用部２５１の下面には、ブロック状の
振動子２６０が固着されている。また、固定部２５３
は、台座２７０によって支持されており、台座２７０は
ベース基板２８０に固定されている。結局、振動子２６
０は、台座２７０によって囲まれた空間内において宙吊
りの状態となっている。肉厚の薄い可撓部２５２が可撓
性をもっているため、振動子２６０は、ある程度の自由
度をもってこの空間内で変位できる。また、可撓基板２
５０の上部には、蓋基板２９０が所定の空間を確保しな
がら覆うように取り付けられている。

【００９４】第３４図に示すように、可撓基板２５０の
上面には、５枚の下部電極層Ｆ１〜Ｆ５が形成されてい
る。これらの電極層は、第６図に示す第１の参考例に係
るセンサにおける下部電極層Ｆ１〜Ｆ５と同形状、同配
置のものである。また、蓋基板２９０の下面には、この
５枚の下部電極層Ｆ１〜Ｆ５のすべてに対向する共通の
上部電極層Ｅ０が形成されている。なお、このセンサの
動作は、第２７図に示すセンサの動作と同等であるた
め、ここでは詳しい説明は省略する。

【００９５】＜＜＜ Section ３ 第３の実施例 ＞＞
＞ ＜３．１＞ 第３の実施例に係るセンサの構造 続いて、本発明の第３の実施例に係る多軸角速度センサ
について説明する。この第３の実施例は、振動機構とし
てクーロン力を利用した機構を用いる点においては、前
述した第１の参考例および第２の参考例のセンサと同様
であるが、検出機構としてはピエゾ抵抗素子を利用した
機構を用いている点に特徴がある。

【００９６】第３５図は、この第３の実施例に係る多軸
角速度センサの側断面図である。このセンサの主たる構
成要素は、第１の基板３１０、第２の基板３２０、第３
の基板３３０、第４の基板３４０である。この実施例で
は、第１の基板３１０と第３の基板３３０とはシリコン
基板で構成され、第２の基板３２０と第４の基板３４０
とはガラス基板で構成されている。このような４層の基
板からなる構造は、前述した第２の参考例における第３
２図に示す変形例と実質的に同じものである。第１の基
板３１０は、このセンサの中枢をなす役割を果たす基板
であり、第３６図はこの第１の基板３１０の上面図であ
る。図に破線で示されているように、第１の基板３１０
の下面には、円環状の溝が形成されており、この溝が形
成された部分は肉厚が薄いために可撓性をもっている
（第３５図に、可撓部３１２として示されている）。こ
こでは、この円環状の可撓部３１２に囲まれた内側の部
分を作用部３１１と呼び、可撓部３１２の外側の部分を
固定部３１３と呼ぶことにする。第２の基板３２０は、
ブロック状の振動子３２１と、その周囲を取り囲むよう
なフレーム状の台座３２２とによって構成されている。
振動子３２１は、作用部３１１の底面に固着されてい
る。また、台座３２２は固定部３１３の底面に固着され
ている。

【００９７】第３の基板３３０は、台座３２２を支持す
るためのベース基板としての役割を果たす。そのため、
第３の基板３３０の上面の周囲以外の部分には、窪み３
３１が形成されている。この窪み３３１の形成により、
振動子３２１は第３の基板３３０に接触することなしに
支持される。結局、振動子３２１は、台座３２２によっ
て囲まれた空間内において宙吊りの状態となっている。
第１の基板３１０において肉厚の薄い可撓部３１２が可
撓性をもっているため、振動子３２１は、ある程度の自
由度をもってこの空間内で変位できる。また、第１の基
板３１０の上部には、第４の基板３４０が所定の空間を
確保しながら覆うように取り付けられている。

【００９８】第３６図に示すように、第１の基板３１０
の上面には、５枚の下部電極層Ｆ１〜Ｆ５が形成されて
いる。これらの電極層は、第６図に示す第１の参考例に
係るセンサにおける下部電極層Ｆ１〜Ｆ５と等価のもの
である。ただし、後述するように、この第１の基板３１
０の上面には、複数のピエゾ抵抗素子Ｒが形成されてお
り、下部電極層Ｆ１〜Ｆ４の形状は、これらピエゾ抵抗
素子Ｒの形成領域を避けるために、第６図に示すセンサ
における下部電極層Ｆ１〜Ｆ４の形状とは若干異なって
いる。また、第４の基板３４０の下面には、この５枚の
下部電極層Ｆ１〜Ｆ５のすべてに対向する共通の上部電
極層Ｅ０が形成されている。

【００９９】ピエゾ抵抗素子Ｒは、シリコンからなる第
１の基板３１０の上面の所定位置に、不純物を注入する
ことによって形成された素子であり、機械的な応力の作
用により電気抵抗が変化する性質を有する。第３６図に
示すように、このピエゾ抵抗素子Ｒは、Ｘ軸に沿って４
個、Ｙ軸に沿って４個、そしてＹ軸に対して４５°の傾
きをもった斜方軸に沿って４個、合計で１２個が配置さ
れている。いずれも、肉厚の薄い可撓部３１２の部分に
配置されており、振動子３２１の変位により可撓部３１
２に撓みが生じると、この撓みに応じて抵抗値が変化す
るようになっている。なお、第３５図の側断面図におい
ては、図が繁雑になるのを避けるためこれらピエゾ抵抗
素子Ｒの図示は省略している。ここでは、第３７図に示
すように、この１２個の抵抗素子について、Ｘ軸に沿っ
て配置された４個をＲｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４と
呼び、Ｙ軸に沿って配置された４個をＲｙ１，Ｒｙ２，
Ｒｙ３，Ｒｙ４と呼び、斜方軸に沿って配置された４個
をＲｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４と呼ぶことにする。

【０１００】＜３．２＞ 振動子の振動機構 このセンサにおいて、振動子３２１を所定の軸方向に振
動させる機構は、第６図に示した第１の参考例に係るセ
ンサと全く同様である。第３６図に示す５枚の下部電極
層Ｆ１〜Ｆ５は、第７図に示す５枚の下部電極層Ｆ１〜
Ｆ５と、形状に若干の違いはあるものの本質的な機能の
点では全く等価である。したがって、この５枚の下部電
極層Ｆ１〜Ｆ５と、これに対向する共通の上部電極層Ｅ
０と、の間に所定のタイミングで所定の電圧を供給する
ことにより、両電極層間にクーロン力を作用させ、その
結果として、振動子３２１をＸＹＺ三次元座標系におけ
るＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸のいずれの方向にも振動させること
ができる。

【０１０１】＜３．３＞ コリオリ力の検出機構 この第３の実施例に係るセンサの特徴は、ピエゾ抵抗素
子を用いてコリオリ力の検出を行う点にある。この検出
方法を以下に説明する。いま、第３８図に示すように、
振動子３２１にＸ軸正方向のコリオリ力Ｆｘが作用した
場合を考える（図が繁雑になるのを避けるため、この図
では、各電極層は図示を省略してある）。コリオリ力Ｆ
ｘが作用すると、第１の基板３１０の可撓部３１２に図
のような撓みが生じる。そして、このような撓みは、Ｘ
軸に沿って配置された４個のピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒ
ｘ４の抵抗値を変化させる。具体的には、ピエゾ抵抗素
子Ｒｘ１，Ｒｘ３の抵抗値は増え（図には“＋”符号で
示す）、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ２，Ｒｘ４の抵抗値は減る
（図には“−”符号で示す）。しかも増減の程度は、作
用したコリオリ力Ｆｘの大きさに比例する。また、Ｘ軸
負方向のコリオリ力−Ｆｘが作用した場合は、増減の関
係が逆転する。したがって、これら各ピエゾ抵抗素子の
抵抗値の変化を検出すれば、作用したコリオリ力Ｆｘを
求めることができる。

【０１０２】実際には、４個のピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜
Ｒｘ４によって、第３９図に示すようなブリッジ回路を
形成し、電源３５０によって所定の電圧を供給する。そ
して、電圧計３６１によってブリッジ電圧Ｖｘを測定す
るようにする。ここで、コリオリ力が作用しない基準状
態（第３５図に示す状態）において、このブリッジ回路
が平衡する（ブリッジ電圧Ｖｘが零になる）ように設定
しておけば、電圧計３６１によって測定されたブリッジ
電圧Ｖｘがコリオリ力Ｆｘを示すことになる。

【０１０３】一方、Ｙ軸方向のコリオリ力Ｆｙが作用す
ると、Ｙ軸に沿って配置された４個のピエゾ抵抗素子Ｒ
ｙ１〜Ｒｙ４について同様の抵抗値変化が起こる。した
がって、これら４個のピエゾ抵抗素子によって、第４０
図に示すようなブリッジ回路を形成し、電源３５０によ
って所定の電圧を供給すれば、電圧計３６２によって測
定されたブリッジ電圧Ｖｙがコリオリ力Ｆｙを示すこと
になる。

【０１０４】また、Ｚ軸方向のコリオリ力Ｆｚが作用す
ると、斜方軸に沿って配置された４個のピエゾ抵抗素子
Ｒｚ１〜Ｒｚ４について抵抗値変化が起こる。たとえ
ば、Ｚ軸正方向のコリオリ力が作用すると、ピエゾ抵抗
素子Ｒｚ１，Ｒｚ４の抵抗値は減り、ピエゾ抵抗素子Ｒ
ｚ２，Ｒｚ３の抵抗値は増える。したがって、これら４
個のピエゾ抵抗素子によって、第４１図に示すようなブ
リッジ回路を形成し、電源３５０によって所定の電圧を
供給すれば、電圧計３６３によって測定されたブリッジ
電圧Ｖｚがコリオリ力Ｆｚを示すことになる。

【０１０５】このように、コリオリ力の検出をピエゾ抵
抗素子を用いて行うようにすれば、振動子３２１を所定
の軸方向に振動させる機構（電極層間のクーロン力を利
用）と、コリオリ力を検出する機構と、が完全に独立し
た機構となり、相互の干渉は全く生じることがない。

【０１０６】＜３．４＞ 変形例 上述したセンサにおける各下部電極層Ｆ１〜Ｆ４は、前
述した第１の参考例に係るセンサと同様に、Ｘ軸および
Ｙ軸上に配されている。これに対し、第２９図に示した
第２の参考例に係るセンサにおける下部電極層Ｇ１〜Ｇ
４のように、ＸＹ平面についての第１象限〜第４象限に
配置することも可能である。また、４個のピエゾ抵抗素
子Ｒｚ１〜Ｒｚ４を配置する軸の向きは任意でよく、Ｘ
軸あるいはＹ軸に平行な軸に沿って配置してもかまわな
い。

【０１０７】＜＜＜ Section ４ 第４の実施例 ＞＞
＞ ＜４．１＞ 第４の実施例に係るセンサの構造 ここでは、本発明の第４の実施例に係る多軸角速度セン
サについて説明する。この第４の実施例は、振動機構お
よび検出機構の双方に圧電素子を利用した機構を用いた
センサである。

【０１０８】第４２図は、この第４の実施例に係る多軸
角速度センサの側断面図である。このセンサは、第６図
に示した第１の参考例に係るセンサと非常によく似た構
造をもち、次のような各構成要素からなる。すなわち、
基本的には、円盤状の可撓基板４１０および円盤状の固
定基板４２０の間に、同じく円盤状をした圧電素子４３
０が介挿された構造となっている。可撓基板４１０の下
面には、円柱状の振動子４４０が固着されている。ま
た、可撓基板４１０の外周部分および固定基板４２０の
外周部分は、いずれもセンサ筐体４５０によって支持さ
れている。圧電素子４３０の上面には、５枚の上部電極
層Ｅ１〜Ｅ５（図４２には、その一部だけが示されてい
る）が形成され、同様に下面には５枚の下部電極層Ｆ１
〜Ｆ５（やはり、その一部だけが示されている）が形成
されており、上部電極層Ｅ１〜Ｅ５の上面は固定基板４
２０の下面に固着され、下部電極層Ｆ１〜Ｆ５の下面は
可撓基板４１０の上面に固着されている。ここで、固定
基板４２０は十分な剛性をもち、撓みを生じることはな
いが、可撓基板４１０は可撓性をもち、いわゆるダイヤ
フラムとして機能する。ここでは、説明の便宜上、振動
子４４０の重心位置Ｏを原点としたＸＹＺ三次元座標系
を考えることにする。すなわち、図の右方向にＸ軸、上
方向にＺ軸、そして紙面に垂直な方向にＹ軸を定義す
る。図４２は、このセンサをＸＺ平面で切った断面図と
いうことになる。なお、上部電極層Ｅ１〜Ｅ５および下
部電極層Ｆ１〜Ｆ５の形状および配置は、第６図に示す
第１の参考例のセンサと全く同じである（第７図および
第８図参照）。また、この実施例では、可撓基板４１０
および固定基板４２０は、いずれも絶縁性の材料によっ
て構成されている。これらの基板を金属などの導電性の
材料で構成したい場合には、これらの基板と各電極層と
の間に絶縁膜を形成し、電極層同士が短絡しないように
すればよい。

【０１０９】一般に、圧電素子には、外部から圧力を加
えると、圧電素子内部の所定方向に電圧が発生する第１
の性質と、逆に、外部から電圧を加えると、圧電素子内
部の所定方向に圧力が発生する第２の性質と、が備わっ
ている。この２つの性質は表裏一体の関係にある。どの
方向に圧力／電圧を加えると、どの方向に電圧／圧力が
発生するかは、個々の圧電素子によって固有のものであ
り、ここでは、このような方向性の性質を「分極特性」
と呼ぶことにする。この実施例のセンサに用いられてい
る圧電素子４３０は、第４３図に示すような分極特性を
もった圧電セラミックスが用いられている。すなわち、
前述した第１の性質の観点からみれば、第４３図(a) に
示すように、厚み方向に伸ばす方向の力が作用した場合
には、上部電極層Ｅ側に正の電荷が、下部電極層Ｆ側に
負の電荷が、それぞれ発生し、第４３図(b) に示すよう
に、厚み方向に縮める方向の力が作用した場合には、上
部電極層Ｅ側に負の電荷が、下部電極層Ｆ側に正の電荷
が、それぞれ発生するような分極特性をもっている。逆
に、前述した第２の性質の観点からみれば、第４３図
(a) に示すように、上部電極層Ｅ側に正の電荷を、下部
電極層Ｆ側に負の電荷を、それぞれ供給すれば、厚み方
向に伸ばす方向の力が発生し、第４３図(b) に示すよう
に、上部電極層Ｅ側に負の電荷を、下部電極層Ｆ側に正
の電荷を、それぞれ供給すれば、厚み方向に縮める方向
の力が発生するような分極特性をもっている。

【０１１０】＜４．２＞ 振動子の振動機構 いま、このセンサの所定の電極層に所定の極性をもった
電荷を供給した場合にどのような現象が起こるかを検討
する。電極層Ｅ１に負、Ｆ１に正の電荷を供給すると、
第４３図(b) に示す性質により、この両電極層に挟まれ
た圧電素子の一部分には、厚み方向に縮む方向の力が発
生する。また、電極層Ｅ２に正、Ｆ２に負の電荷を供給
すると、第４３図(a) に示す性質により、この両電極層
に挟まれた圧電素子の一部分には、厚み方向に伸びる方
向の力が発生する。この結果、圧電素子４３０は、第４
４図に示すように変形し、振動子４４０はＸ軸正方向に
変位することになる。ここで、電極層Ｅ１，Ｆ１，Ｅ
２，Ｆ２に供給していた電荷の極性を逆転させると、圧
電素子の伸縮状態も逆転することになり、振動子４４０
はＸ軸負方向に変位する。この２つの変位状態が交互に
起こるように、供給電荷の極性を交互に反転させてやれ
ば、振動子４４０をＸ軸方向に往復運動させてやること
ができる。別言すれば、振動子４４０に対して、Ｘ軸方
向に関する振動Ｕｘを与えることができる。

【０１１１】このような電荷供給は、対向する電極層間
に交流信号を印加することにより実現できる。すなわ
ち、電極層Ｅ１，Ｆ１間に第１の交流信号を印加し、電
極層Ｅ２，Ｆ２間に第２の交流信号を印加する。そし
て、第１の交流信号および第２の交流信号として、互い
に周波数は同じで位相が反転した信号を用いるようにす
れば、振動子４４０をＸ軸方向に振動させることができ
る。

【０１１２】振動子４４０に対して、Ｙ軸方向に関する
振動Ｕｙを与える方法も全く同様である。すなわち、電
極層Ｅ３，Ｆ３間に第１の交流信号を印加し、電極層Ｅ
４，Ｆ４間に第２の交流信号を印加すればよい。

【０１１３】次に、振動子４４０に対して、Ｚ軸方向に
関する振動Ｕｚを与える方法について考えてみる。い
ま、電極層Ｅ５に負、Ｆ５に正の電荷を供給すると、第
４３図(b) に示す性質により、この両電極層に挟まれた
圧電素子の一部分には、厚み方向に縮む方向の力が発生
する。この結果、圧電素子４３０は、第４５図に示すよ
うに変形し、振動子４４０はＺ軸正方向に変位すること
になる。ここで、電極層Ｅ５，Ｆ５に供給していた電荷
の極性を逆転させると、圧電素子の伸縮状態も逆転する
ことになり、振動子４４０はＺ軸負方向に変位する。こ
の２つの変位状態が交互に起こるように、供給電荷の極
性を交互に反転させてやれば、振動子４４０をＺ軸方向
に往復運動させてやることができる。別言すれば、振動
子４４０に対して、Ｚ軸方向に関する振動Ｕｚを与える
ことができる。このような電荷供給は、対向する電極層
Ｅ５，Ｆ５間に交流信号を印加することにより実現でき
る。

【０１１４】以上のように、特定の電極層の組に対し
て、所定の交流信号を供給すれば、振動子４３０をＸ
軸，Ｙ軸，Ｚ軸に沿って振動させることができる。

【０１１５】＜４．３＞ コリオリ力の検出機構 続いて、この第４の実施例に係るセンサにおいて各軸方
向に作用したコリオリ力の検出方法について説明する。
なお、紙面を節約する上で、前述した振動子の振動方法
の説明に用いた第４４図および第４５図を、このコリオ
リ力の検出方法の説明においても用いることにする。

【０１１６】まず、第４４図に示すように、振動子４４
０に対してＸ軸方向のコリオリ力Ｆｘが作用した場合を
考える（第５図に示す原理によれば、このようなコリオ
リ力Ｆｘの測定は、Ｙ軸方向への振動Ｕｙを与えた状態
で行われるため、振動子４４０は第４４図における紙面
に垂直な方向に振動していることになるが、このような
Ｙ軸方向への振動現象は、Ｘ軸方向のコリオリ力Ｆｘの
測定には影響を与えない）。このようなコリオリ力Ｆｘ
の作用により、ダイヤフラムの機能を果たす可撓基板４
１０に撓みが生じ、圧電素子４３０の右半分には厚み方
向に縮む力が、左半分には厚み方向に伸びる力が、それ
ぞれ作用することになる。Ｙ軸方向のコリオリ力Ｆｙが
作用した場合も、軸の方向が９０°ずれるだけで、これ
と同様の現象が起こることになる。また、Ｚ軸方向のコ
リオリ力Ｆｚが作用した場合は、第４５図に示すよう
に、圧電素子４３０が全体的に厚み方向に縮む力を受け
ることになる。

【０１１７】圧電素子４３０に上述したような圧力が加
わると、第４３図に示す性質により、各電極層に所定の
極性の電荷が発生する。そこで、この発生した電荷を検
出すれば、作用したコリオリ力を検出することができ
る。具体的には、各電極層に対して、第４６図〜第４８
図に示すような配線を施すことにより、作用したコリオ
リ力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを検出することができる。たとえ
ば、Ｘ軸方向のコリオリ力Ｆｘは、第４６図に示すよう
に、端子Ｔｘ１と端子Ｔｘ２との間に生じる電圧差Ｖｘ
として検出することができる。この理由は、第４４図に
示すような撓みにより、各電極層に発生する電荷の極性
を考えれば容易に理解できる。すなわち、電極層Ｅ２，
Ｆ２に関しては、これらに挟まれた圧電素子４３０の一
部分が厚み方向に伸びる力を受けているので、第４３図
(a) に示したように、上部電極層Ｅ２には正の電荷が、
下部電極層Ｆ２には負の電荷が、それぞれ発生する。一
方、電極層Ｅ１，Ｆ１に関しては、これらに挟まれた圧
電素子４３０の一部分が厚み方向に縮む力を受けている
ので、第４３図(b) に示したように、上部電極層Ｅ１に
は負の電荷が、下部電極層Ｆ１には正の電荷が、それぞ
れ発生する。したがって、第４６図に示すような配線を
施しておけば、正の電荷はすべて端子Ｔｘ１に集まり、
負の電荷はすべて端子Ｔｘ２に集まり、両端子間の電位
差Ｖｘがコリオリ力Ｆｘを示すものになる。全く同様
に、Ｙ軸方向のコリオリ力Ｆｙは、上部電極層Ｅ３，Ｅ
４および下部電極層Ｆ３，Ｆ４に対して、第４７図に示
すような配線を施せば、端子Ｔｙ１と端子Ｔｙ２との間
の電位差Ｖｙとして検出することができる。また、Ｚ軸
方向のコリオリ力Ｆｚは、第４８図に示すように、端子
Ｔｚ１と端子Ｔｚ２との間に生じる電位差Ｖｚとして検
出することができる。この理由は、第４５図に示すよう
な撓みにより、各電極層に発生する電荷の極性を考えれ
ば容易に理解できる。すなわち、電極層Ｅ５，Ｆ５に関
しては、これらに挟まれた圧電素子４３０の一部分が厚
み方向に縮む力を受けているので、第４３図(b) に示し
たように、上部電極層Ｅ５には負の電荷が、下部電極層
Ｆ５には正の電荷が、それぞれ発生する。そこで、第４
８図に示すように、正の電荷を端子Ｔｚ１に集め、負の
電荷を端子Ｔｚ２に集めるような配線を施しておけば、
両端子間の電位差ＶｚがＺ軸方向のコリオリ力Ｆｚを示
すものになる。

【０１１８】＜４．４＞ 角速度の検出 本発明に係る多軸角速度センサの目的は、§０において
説明したように、第１の軸まわりの角速度ωを検出する
ために、振動子に対して第２の軸方向の振動Ｕを与え、
そのときに第３の軸方向に発生するコリオリ力Ｆを検出
することにある。上述したように、この第４の実施例に
係るセンサでは、所定の電極層間に交流信号を印加する
ことにより、振動子４３０をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸のいずれ
かの軸方向に沿って振動させることができ、そのときに
発生した各軸方向のコリオリ力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを、そ
れぞれ電位差Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚとして検出することがで
きる。したがって、第３図〜第５図に示す原理により、
Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸のいずれかの軸まわりの角速度ωを検
出することができる。

【０１１９】ただ、この実施例に係るセンサでは、振動
機構および検出機構の双方に圧電素子を利用した機構が
用いられている。別言すれば、同一の電極層が、振動を
発生させるための電荷を供給する役割（振動機構として
の役割）を果たすこともあれば、コリオリ力によって発
生した電荷を検出する役割（検出機構としての役割）を
果たすこともある。同一の電極層によって、同時にこれ
ら２つの役割を果たすことができるようにすることは比
較的困難である。しかしながら、このセンサでは、各電
極層について次のような役割分担が行われるため、同一
の電極層に同時に２つの役割が与えられることはない。

【０１２０】まず、第３図に示す原理に基づいて、Ｘ軸
まわりの角速度ωｘを検出する動作について考えてみよ
う。この場合、振動子に対してＺ軸方向の振動Ｕｚを与
えたときに、Ｙ軸方向に発生するコリオリ力Ｆｙを検出
する必要がある。第４２図に示すセンサにおいて、振動
子４３０に振動Ｕｚを与えるには、電極層Ｅ５，Ｆ５間
に交流信号を供給すればよい。また、振動子４３０に作
用するコリオリ力Ｆｙを検出するには、第４７図の回路
図に示されているように、電極層Ｅ３，Ｆ３，Ｅ４，Ｆ
４に発生する電荷を検出すればよい。残りの電極層Ｅ
１，Ｆ１，Ｅ２，Ｆ２は、この検出動作では使用されな
い。

【０１２１】続いて、第４図に示す原理に基づいて、Ｙ
軸まわりの角速度ωｙを検出する動作について考えてみ
よう。この場合、振動子に対してＸ軸方向の振動Ｕｘを
与えたときに、Ｚ軸方向に発生するコリオリ力Ｆｚを検
出する必要がある。第４２図に示すセンサにおいて、振
動子４３０に振動Ｕｘを与えるには、電極層Ｅ１，Ｆ１
間およびＥ２，Ｆ２間にそれぞれ位相が逆転した交流信
号を供給すればよい。また、振動子４３０に作用するコ
リオリ力Ｆｚを検出するには、第４８図の回路図に示さ
れているように、電極層Ｅ５，Ｆ５に発生する電荷を検
出すればよい。残りの電極層Ｅ３，Ｆ３，Ｅ４，Ｆ４
は、この検出動作では使用されない。

【０１２２】最後に、第５図に示す原理に基づいて、Ｚ
軸まわりの角速度ωｚを検出する動作について考えてみ
よう。この場合、振動子に対してＹ軸方向の振動Ｕｙを
与えたときに、Ｘ軸方向に発生するコリオリ力Ｆｘを検
出する必要がある。第４２図に示すセンサにおいて、振
動子４３０に振動Ｕｙを与えるには、電極層Ｅ３，Ｆ３
間およびＥ４，Ｆ４間にそれぞれ位相が逆転した交流信
号を供給すればよい。また、振動子４３０に作用するコ
リオリ力Ｆｘを検出するには、第４６図の回路図に示さ
れているように、電極層Ｅ１，Ｆ１，Ｅ２，Ｆ２に発生
する電荷を検出すればよい。残りの電極層Ｅ５，Ｆ５
は、この検出動作では使用されない。

【０１２３】以上のように、このセンサを用いて角速度
ωｘ，ωｙ，ωｚのいずれか１つを検出する場合、各電
極層についての役割分担が都合よくなされ、支障なく検
出が行われることがわかる。もっとも、角速度ωｘ，ω
ｙ，ωｚのうちの複数を同時に検出することはできない
ので、３つの角速度を検出する場合には、後述するよう
に時分割処理を行い、１つずつ順に検出を行う必要があ
る。

【０１２４】＜４．５＞ 変形例１ 上述した第４の実施例に係るセンサによれば、ＸＹＺ三
次元座標系におけるコリオリ力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを、そ
れぞれ電位差Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚとして求めることができ
る。そして、これらの電位差に基づいて角速度の検出が
可能である。しかしながら、これらの電位差を検出する
ためには、各電極層に対して、第４６図〜第４８図の回
路図に示すような配線を行う必要がある。この配線は、
上部電極層と下部電極層とが入り乱れたものとなってお
り、このセンサを大量生産する場合、製品の全コストに
比べて配線のためのコストが無視できなくなる。この変
形例１は、圧電素子の分極特性を部分的に変えることに
より、配線を単純化し製造コストを低減するようにした
ものである。

【０１２５】一般に、任意の分極特性をもった圧電素子
を製造することは、現在の技術で可能である。たとえ
ば、上述した第４の実施例に係るセンサにおいて用いら
れている圧電素子４３０は、第４３図に示すような分極
特性をもったものであった。これに対して、第４９図に
示すような分極特性をもった圧電素子４６０を製造する
ことも可能である。すなわち、第４９図(a) に示すよう
に、厚み方向に伸ばす方向の力が作用した場合には、上
部電極層Ｅ側に負の電荷が、下部電極層Ｆ側に正の電荷
が、それぞれ発生し、逆に、第４９図(b) に示すよう
に、厚み方向に縮める方向の力が作用した場合には、上
部電極層Ｅ側に正の電荷が、下部電極層Ｆ側に負の電荷
が、それぞれ発生するような分極特性をもっている。こ
こでは、便宜上、第４３図に示すような分極特性をタイ
プＩ、第４９図に示すような分極特性をタイプIIと呼ぶ
ことにする。タイプＩの分極特性をもった圧電素子４３
０と、タイプIIの分極特性をもった圧電素子４６０と
は、上面および下面に発生する電荷の符号が逆転してい
ることになる。もっとも、圧電素子４３０の上下を逆に
すれば圧電素子４６０になるので、両者は単体としてみ
れば全く同じ圧電素子ということができ、両者を区別す
る意味はあまりない。しかしながら、１つの圧電素子の
一部分にタイプＩの分極特性をもたせ、別な一部分にタ
イプIIの分極特性をもたせることも可能である。ここで
述べる変形例は、このような局在的な分極処理を施した
圧電素子を用いることにより、多軸角速度センサの構造
を単純化することに特徴がある。

【０１２６】いま、第５０図に示すような圧電素子４７
０を考える。この圧電素子４７０は、形状は上述した第
４２図のセンサにおいて用いられている圧電素子４３０
と全く同じ円盤状をした素子である。しかしながら、そ
の分極特性は圧電素子４３０とは異なっている。圧電素
子４３０は、前述したように、すべての部分がタイプＩ
の分極特性をもつ素子であった。これに対し、圧電素子
４７０は、第５０図に示すように、５つの領域Ａ１〜Ａ
５においてタイプＩまたはタイプIIのいずれかの分極特
性をもつ。すなわち、領域Ａ２，Ａ４においてはタイプ
Ｉの分極特性を示し、領域Ａ１，Ａ３，Ａ５においては
タイプIIの分極特性を示す。ここで、領域Ａ１〜Ａ５
は、それぞれ上部電極層Ｅ１〜Ｅ５あるいは下部電極層
Ｆ１〜Ｆ５が形成される領域に対応する。

【０１２７】さて、第４２図のセンサにおいて、圧電素
子４３０の代わりに、第５０図に示すような局在的分極
特性をもった圧電素子４７０を用いた場合、各電極層に
発生する電荷の極性がどのように変わるかを考えてみ
る。すると、タイプIIの分極特性をもった領域に形成さ
れている上部電極層Ｅ１，Ｅ３，Ｅ５、および下部電極
層Ｆ１，Ｆ３，Ｆ５に発生する電荷の極性が、圧電素子
４３０を用いたセンサに対して反転することが理解でき
よう。このため、各電極層に対して、第５１図〜第５３
図に示すような配線を施しておけば、コリオリ力Ｆｘ，
Ｆｙ，Ｆｚを、それぞれ電位差Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚとして
求めることができるようになる。たとえば、Ｘ軸方向の
コリオリ力Ｆｘに関しては、電極層Ｅ１，Ｆ１に発生す
る電荷の極性が前述の例に対して逆転するため、第４６
図に示す配線は第５１図に示す配線に置き換えられる。
同様に、Ｙ軸方向のコリオリ力Ｆｙに関しては、電極層
Ｅ３，Ｆ３に発生する電荷の極性が逆転するため、第４
７図に示す配線は第５２図に示す配線に置き換えられ
る。更に、Ｚ軸方向のコリオリ力Ｆｚに関しては、電極
層Ｅ５，Ｆ５に発生する電荷の極性が逆転するため、第
４８図に示す配線は第５３図に示す配線に置き換えられ
る。

【０１２８】なお、局在的分極特性をもった圧電素子４
７０を用いた場合、振動子４３０を振動させるために印
加する交流信号の極性も、必要に応じて変えねばならな
い。すなわち、第５０図に示す分極特性分布をもった圧
電素子４７０を用いた場合、領域Ａ１に形成された電極
層Ｅ１，Ｆ１と、領域Ａ２に形成された電極層Ｅ２，Ｆ
２と、に対して位相が同じ交流信号を与えれば、振動子
４３０をＸ軸方向に振動させることができ、同様に、領
域Ａ３に形成された電極層Ｅ３，Ｆ３と、領域Ａ４に形
成された電極層Ｅ４，Ｆ４と、に対して位相が同じ交流
信号を与えれば、振動子４３０をＹ軸方向に振動させる
ことができることが理解できよう。

【０１２９】第４６図〜第４８図に示す配線に対して、
第５１図〜第５３図に示す配線は、実際のセンサを製造
する上で重大なメリットを有する。第５１図〜第５３図
に示す配線の特徴は、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸のいずれの方向
のコリオリ力が作用した場合であっても、各軸の正方向
にコリオリ力が作用したのであれば、必ず上部電極層側
に正の電荷が、下部電極層側に負の電荷が、それぞれ発
生する点にある。この特徴を利用すれば、センサ全体の
配線を単純化することが可能になる。たとえば、第５１
図〜第５３図における端子Ｔｘ２，Ｔｙ２，Ｔｚ２を、
センサ筐体４５０に接続して基準電位（アース）にとっ
た場合を考える。この場合、５枚の下部電極層Ｆ１〜Ｆ
５は互いに導通状態になる。このようにしても、Ｘ軸方
向のコリオリ力Ｆｘを示す電位差Ｖｘは端子Ｔｘ１のア
ースに対する電圧として得られ、Ｙ軸方向のコリオリ力
Ｆｙを示す電位差Ｖｙは端子Ｔｙ１のアースに対する電
圧として得られ、Ｚ軸方向のコリオリ力Ｆｚを示す電位
差Ｖｚは端子Ｔｚ１のアースに対する電圧として得られ
るので、このセンサは何ら支障なく動作する。しかも５
枚の下部電極層Ｆ１〜Ｆ５についての配線は、互いに導
通させるだけでよいので、非常に単純な配線ですむ。

【０１３０】＜４．６＞ 変形例２ 上述した変形例１のように、局在的な分極特性をもった
圧電素子４７０を用いた場合、５枚の下部電極層Ｆ１〜
Ｆ５を導通させる配線が可能になる。このように、下部
電極層Ｆ１〜Ｆ５を導通させることができるのであれ
ば、あえてこれら５枚の電極層を、それぞれ独立した電
極層にしておく必要はない。すなわち、第５４図の側断
面図に示されているように、共通の下部電極層Ｆ０を１
枚だけ設けるようにすればよい。共通の下部電極層Ｆ０
は、１枚の円盤状の電極層であり、５枚の上部電極層Ｅ
１〜Ｅ５のすべてに対向した電極となる。

【０１３１】＜４．７＞ 変形例３ 上述した変形例２の構造を更に単純化するには、可撓基
板４１０の代わりに、導電性の材料（たとえば、金属）
からなる可撓基板４８０を用いればよい。こうすれば、
第５５図の側断面図に示されているように、特別な下部
電極層Ｆ０を用いずに、圧電素子４７０の下面を可撓基
板４８０の上面に直接接合した構造が実現できる。この
場合、可撓基板４８０自身が共通の下部電極層Ｆ０とし
て機能することになる。

【０１３２】また、上述の変形例２，３では、下部電極
層側を共通の単一電極層としているが、逆に上部電極層
側を共通の単一電極層とすることも可能である。

【０１３３】＜４．８＞ その他の変形例 上述したセンサは、いずれも物理的に単一の圧電素子４
３０あるいは４７０を用いているが、これらを物理的に
複数の圧電素子で構成してもかまわない。たとえば、第
５０図において、領域Ａ１〜Ａ５のそれぞれを別個独立
した圧電素子で構成し、合計で５個の圧電素子を用いる
ようにしてもかまわない。このように、物理的にいくつ
の圧電素子を用いるかは、設計上適宜変更できる事項で
ある。

【０１３４】また、上述したセンサでは、可撓基板４１
０，４８０の外周部分はセンサ筐体４５０によって支持
されているが、可撓基板は必ずしもセンサ筐体に固着す
る必要はない。たとえば、第５６図に示すように、可撓
基板４８０の代わりに直径が少し小さな可撓基板４９０
を用い、可撓基板４９０の周囲を自由端としておくこと
も可能である。

【０１３５】＜＜＜ Section ５ 第５の実施例 ＞＞
＞ ＜５．１＞ 第５の実施例に係るセンサの構造 ここでは、本発明の第５の実施例に係る多軸角速度セン
サについて説明する。この第５の実施例も、前述した第
４の実施例と同様に、振動機構および検出機構の双方に
圧電素子を利用した機構を用いたセンサである。

【０１３６】第５７図は、この第５の実施例に係る多軸
角速度センサの上面図である。可撓基板５１０はいわゆ
るダイヤフラムとして機能する可撓性をもった円盤状の
基板であり、この可撓基板５１０の上には、いわゆるド
ーナツ盤状をした圧電素子５２０が配置されている。こ
の圧電素子５２０の上面には、それぞれ図示したような
形状をした１６枚の上部電極層Ｌ１〜Ｌ１６が、それぞ
れ図示した位置に形成されている。また、この圧電素子
５２０の下面には、上部電極層Ｌ１〜Ｌ１６のそれぞれ
と全く同じ形状をした１６枚の下部電極層Ｍ１〜Ｍ１６
（第５７図には示されていない）が、上部電極層Ｌ１〜
Ｌ１６のそれぞれと対向する位置に形成されている。第
５８図は、このセンサの側断面図である（図が繁雑にな
るのを避けるため、各電極層については、断面切り口部
分のみを描いてある。以下の側断面図も同様）。この図
に明瞭に示されているように、ドーナツ盤状の圧電素子
５２０は、１６枚の上部電極層Ｌ１〜Ｌ１６（第５８図
には、Ｌ１〜Ｌ４のみ示されている）と、１６枚の下部
電極層Ｍ１〜Ｍ１６（第５８図には、Ｍ１〜Ｍ４のみ示
されている）と、によって挟まれ、いわゆるサンドイッ
チの状態になっている。そして、下部電極層Ｍ１〜Ｍ１
６の下面が可撓基板５１０の上面に固着されている。一
方、可撓基板５１０の下面には、振動子５５０が固着さ
れており、可撓基板５１０の周囲部分はセンサ筐体５６
０によって固着支持されている。この実施例では、可撓
基板５１０は絶縁性の材料によって構成されている。可
撓基板５１０を金属などの導電性の材料によって構成し
た場合には、その上面に絶縁膜を形成することにより、
１６枚の下部電極層Ｍ１〜Ｍ１６が短絡するのを防ぐよ
うにする。

【０１３７】ここでは、説明の便宜上、可撓基板５１０
の中心位置Ｏを原点としたＸＹＺ三次元座標系を考える
ことにする。すなわち、第５７図の右方向にＸ軸、下方
向にＹ軸、そして紙面に垂直な方向にＺ軸を定義する。
第５８図は、このセンサをＸＺ平面で切った断面図とい
うことになり、可撓基板１０、圧電素子２０、各電極層
Ｌ１〜Ｌ１６，Ｍ１〜Ｍ１６は、いずれもＸＹ平面に平
行に配置されていることになる（この第５の実施例で
は、説明の便宜上、側断面図における下方向をＺ軸の正
方向にとってある）。また、第５７図に示すように、Ｘ
Ｙ平面上において、Ｘ軸あるいはＹ軸と４５°の角をな
す方向にＷ１軸およびＷ２軸を定義する。Ｗ１軸および
Ｗ２軸はいずれも原点Ｏを通る。このような座標系を定
義すると、上部電極層Ｌ１〜Ｌ４および下部電極層Ｍ１
〜Ｍ４は、Ｘ軸の負方向から正方向に向かって順に配置
されており、上部電極層Ｌ５〜Ｌ８および下部電極層Ｍ
５〜Ｍ８は、Ｙ軸の負方向から正方向に向かって順に配
置されており、上部電極層Ｌ９〜Ｌ１２および下部電極
層Ｍ９〜Ｍ１２は、Ｗ１軸の負方向から正方向に向かっ
て順に配置されており、上部電極層Ｌ１３〜Ｌ１６およ
び下部電極層Ｍ１３〜Ｍ１６は、Ｗ２軸の負方向から正
方向に向かって順に配置されていることになる。

【０１３８】さて、圧電素子の上面および下面にそれぞ
れ電極層を形成し、この一対の電極層間に所定の電圧を
印加すると、この圧電素子内部に所定の圧力が発生し、
逆に、この圧電素子に所定の力を加えると、一対の電極
層間に所定の電圧が発生する性質があることは、既に述
べたとおりである。そこで、上述した１６枚の上部電極
層Ｌ１〜Ｌ１６と、１６枚の下部電極層Ｍ１〜Ｍ１６
と、これらによって挟まれた圧電素子５２０の１６個の
部分と、によって、それぞれ１６組の局在素子Ｄ１〜Ｄ
１６が形成されたものと考えることにする。たとえば、
上部電極層Ｌ１と下部電極層Ｍ１と、これらに挟まれた
圧電素子５２０の一部分と、によって局在素子Ｄ１が形
成されることになる。結局、１６組の局在素子Ｄ１〜Ｄ
１６は、第５９図の上面図に示されるように配置されて
いることになる。

【０１３９】ここで、このセンサにおける圧電素子５２
０としては、第６０図に示すような分極特性をもった圧
電セラミックスが用いられている。すなわち、第６０図
(a)に示すように、ＸＹ平面に沿って伸びる方向の力が
作用した場合には、上部電極層Ｌ側に正の電荷が、下部
電極層Ｍ側に負の電荷が、それぞれ発生し、逆に、第６
０図(b) に示すように、ＸＹ平面に沿って縮む方向の力
が作用した場合には、上部電極層Ｌ側に負の電荷が、下
部電極層Ｍ側に正の電荷が、それぞれ発生するような分
極特性をもっている。ここでは、このような分極特性を
タイプIIIと呼ぶことにする。このセンサにおける１６
組の局在素子Ｄ１〜Ｄ１６は、いずれもタイプIIIの分
極特性をもった圧電素子を有することになる。

【０１４０】＜５．２＞ 振動子の振動機構 続いて、このセンサの所定の電極層に所定の極性をもっ
た電荷を供給した場合にどのような現象が起こるかを検
討する。いま、Ｘ軸上に配置された４つの局在素子Ｄ１
〜Ｄ４を構成する各電極層に、第６１図に示すような極
性の電荷を供給した場合を考える。すなわち、電極層Ｌ
１，Ｍ２，Ｌ３，Ｍ４には正の電荷を、電極層Ｍ１，Ｌ
２，Ｍ３，Ｌ４には負の電荷を、それぞれ供給する。す
ると、局在素子Ｄ１およびＤ３については、第６０図
(a) に示す性質によりＸＹ平面に沿って伸びることにな
る。逆に、局在素子Ｄ２およびＤ４については、第６０
図(b) に示す性質によりＸＹ平面に沿って縮むことにな
る。その結果、可撓基板５１０は、第６１図に示すよう
に変形し、振動子５５０はＸ軸正方向に変位することに
なる。ここで、各電極層に供給していた電荷の極性を逆
転させると、圧電素子の伸縮状態も逆転することにな
り、振動子５５０はＸ軸負方向に変位する。この２つの
変位状態が交互に起こるように、供給電荷の極性を交互
に反転させてやれば、振動子５５０をＸ軸方向に往復運
動させてやることができる。別言すれば、振動子５５０
に対して、Ｘ軸方向に関する振動Ｕｘを与えることがで
きる。

【０１４１】このような電荷供給は、対向する電極層間
に交流信号を印加することにより実現できる。すなわ
ち、電極層Ｌ１，Ｍ１間および電極層Ｌ３，Ｍ３間に第
１の交流信号を印加し、電極層Ｌ２，Ｍ２間および電極
層Ｌ４，Ｍ４間に第２の交流信号を印加する。そして、
第１の交流信号および第２の交流信号として、互いに周
波数は同じで位相が反転した信号を用いるようにすれ
ば、振動子５５０をＸ軸方向に振動させることができ
る。

【０１４２】振動子５５０に対して、Ｙ軸方向に関する
振動Ｕｙを与える方法も全く同様である。すなわち、電
極層Ｌ５，Ｍ５間および電極層Ｌ７，Ｍ７間に第１の交
流信号を印加し、電極層Ｌ６，Ｍ６間および電極層Ｌ
８，Ｍ８間に第２の交流信号を印加する。そして、第１
の交流信号および第２の交流信号として、互いに周波数
は同じで位相が反転した信号を用いるようにすれば、振
動子５５０をＹ軸方向に振動させることができる。

【０１４３】次に、振動子５５０に対して、Ｚ軸方向に
関する振動Ｕｚを与える方法について考えてみる。い
ま、Ｗ１軸上に配置された４つの局在素子Ｄ９〜Ｄ１２
を構成する各電極層に、第６２図に示すような極性の電
荷を供給した場合を考える。すなわち、電極層Ｌ９，Ｍ
１０，Ｍ１１，Ｌ１２には正の電荷を、電極層Ｍ９，Ｌ
１０，Ｌ１１，Ｍ１２には負の電荷を、それぞれ供給す
る。すると、局在素子Ｄ９およびＤ１２については、第
６０図(a) に示す性質によりＸＹ平面に沿って伸びるこ
とになる。逆に、局在素子Ｄ１０およびＤ１１について
は、第６０図(b)に示す性質によりＸＹ平面に沿って縮
むことになる。その結果、可撓基板５１０は、第６２図
に示すように変形し、振動子５５０はＺ軸正方向に変位
することになる。ここで、各電極層に供給していた電荷
の極性を逆転させると、圧電素子の伸縮状態も逆転する
ことになり、振動子５５０はＺ軸負方向に変位する。こ
の２つの変位状態が交互に起こるように、供給電荷の極
性を交互に反転させてやれば、振動子５５０をＺ軸方向
に往復運動させてやることができる。別言すれば、振動
子５５０に対して、Ｚ軸方向に関する振動Ｕｚを与える
ことができる。

【０１４４】このような電荷供給も、対向する電極層間
に交流信号を印加することにより実現できる。すなわ
ち、電極層Ｌ９，Ｍ９間および電極層Ｌ１２，Ｍ１２間
に第１の交流信号を印加し、電極層Ｌ１０，Ｍ１０間お
よび電極層Ｌ１１，Ｍ１１間に第２の交流信号を印加す
る。そして、第１の交流信号および第２の交流信号とし
て、互いに周波数は同じで位相が反転した信号を用いる
ようにすれば、振動子５５０をＺ軸方向に振動させるこ
とができる。

【０１４５】第５９図に示されているように、このセン
サには、更に、Ｗ２軸に沿った４つの局在素子Ｄ１３〜
Ｄ１６が設けられている。この４つの局在素子は、必ず
しも必要なものではないが、この実施例では、Ｚ軸方向
の振動動作をより安定させ、後述するＺ軸方向のコリオ
リ力Ｆｚの検出精度をより高める目的で設けてある。こ
の４つの局在素子Ｄ１３〜Ｄ１６は、上述した４つの局
在素子Ｄ９〜Ｄ１２と全く同じ機能を果たす。すなわ
ち、局在素子Ｄ９〜Ｄ１２に供給するのと同じ交流信号
を、局在素子Ｄ１３〜Ｄ１６に供給すれば、Ｚ軸方向の
振動動作を８個の局在素子Ｄ９〜Ｄ１６によって行うこ
とができるようになるので、より安定した振動動作が可
能になる。

【０１４６】以上のように、特定の局在素子に対して、
所定の交流信号を供給すれば、振動子５５０をＸ軸，Ｙ
軸，Ｚ軸に沿って振動させることができる。

【０１４７】＜５．３＞ コリオリ力の検出機構 続いて、この第５の実施例に係るセンサにおいて各軸方
向に作用したコリオリ力の検出方法について説明する。
なお、紙面を節約する上で、前述した振動子の振動方法
の説明に用いた第６１図および第６２図を、このコリオ
リ力の検出方法の説明においても用いることにする。

【０１４８】まず、第６１図に示すように、振動子５５
０の重心Ｇに対してＸ軸方向のコリオリ力Ｆｘが作用し
た場合を考える（第５図に示す原理によれば、このよう
なコリオリ力Ｆｘの測定は、Ｙ軸方向への振動Ｕｙを与
えた状態で行われるため、振動子５５０は第６１図にお
ける紙面に垂直な方向に振動していることになるが、こ
のようなＹ軸方向への振動現象は、Ｘ軸方向のコリオリ
力Ｆｘの測定には影響を与えない）。このようなコリオ
リ力Ｆｘの作用により、ダイヤフラムの機能を果たす可
撓基板５１０に撓みが生じ、第６１図に示すような変形
が起こる。この結果、Ｘ軸に沿って配置された局在素子
Ｄ１，Ｄ３はＸ軸方向に伸び、同じくＸ軸に沿って配置
された局在素子Ｄ２，Ｄ４はＸ軸方向に縮むことにな
る。これら各電極層に挟まれた圧電素子は、第６０図に
示すような分極特性を有するので、これら各電極層に
は、第６１図に小円で囲った記号「＋」または「−」で
示すような極性の電荷が発生する。また、Ｙ軸方向のコ
リオリ力Ｆｙが作用した場合は、Ｙ軸に沿って配置され
た局在素子Ｄ５〜Ｄ８を構成する各電極層について、同
様に所定の極性をもった電荷が発生する。

【０１４９】次に、Ｚ軸方向のコリオリ力Ｆｚが作用し
た場合を考える。この場合は、ダイヤフラムの機能を果
たす可撓基板５１０が第６２図に示すように変形し、Ｗ
１軸に沿って配置された局在素子Ｄ９，Ｄ１２はＷ１軸
方向に伸び、同じくＷ１軸に沿って配置された局在素子
Ｄ１０，Ｄ１１はＷ１軸方向に縮むことになる。このた
め、局在素子Ｄ９〜Ｄ１２を構成する各電極層には、第
６２図に小円で囲った記号「＋」または「−」で示すよ
うな極性の電荷が発生する。Ｗ２軸に沿って配置された
局在素子Ｄ１３〜Ｄ１６を構成する各電極層にも、同様
に所定の極性をもった電荷が発生する。

【０１５０】このような現象を利用すれば、各電極層に
対して、第６３図〜第６５図に示すような配線を施すこ
とにより、コリオリ力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚの検出を行うこ
とができる。たとえば、Ｘ軸方向のコリオリ力Ｆｙは、
第６３図に示すように、端子Ｔｘ１と端子Ｔｘ２との間
に生じる電圧差Ｖｘとして検出することができる。この
理由は、第６１図に示すような撓みにより、各電極層に
発生する電荷の極性を考えれば容易に理解できる。第６
３図のような配線を施しておけば、正の電荷はすべて端
子Ｔｘ１に集まり、負の電荷はすべて端子Ｔｘ２に集ま
り、両端子間の電位差ＶｘがＸ軸方向のコリオリ力Ｆｘ
を示すものになる。全く同様に、Ｙ軸方向のコリオリ力
Ｆｙは、局在素子Ｄ５〜Ｄ８を構成する各電極層に対し
て、第６４図に示すような配線を施せば、端子Ｔｙ１と
端子Ｔｙ２との間の電位差Ｖｙとして検出することがで
きる。また、Ｚ軸方向のコリオリ力Ｆｚは、局在素子Ｄ
９〜Ｄ１６を構成する各電極層に対して、第６５図に示
すような配線を施せば、端子Ｔｚ１と端子Ｔｚ２との間
に生じる電圧差Ｖｚとして検出することができる。もっ
とも、局在素子Ｄ１３〜Ｄ１６は必ず必要なものではな
く、局在素子Ｄ９〜Ｄ１２の４つだけを用いても、Ｚ軸
方向のコリオリ力Ｆｚの検出は可能である。

【０１５１】＜５．４＞ 角速度の検出 以上述べたように、この第５の実施例に係る多軸角速度
センサでは、所定の局在素子に交流信号を印加すること
により、振動子５５０をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸のいずれかの
軸方向に沿って振動させることができ、そのときに発生
した各軸方向のコリオリ力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを、それぞ
れ電位差Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚとして検出することができ
る。したがって、第３図〜第５図に示す原理により、Ｘ
軸，Ｙ軸，Ｚ軸のいずれかの軸まわりの角速度ωを検出
することができる。

【０１５２】ただ、この第５の実施例に係るセンサは、
前述した第４の実施例に係るセンサと同様に、振動機構
および検出機構の双方に圧電素子（局在素子）を利用し
た機構が用いられている。そこで、各角速度の検出動作
における各局在素子の役割分担を検討しておく。

【０１５３】まず、第３図に示す原理に基づいて、Ｘ軸
まわりの角速度ωｘを検出する動作について考えてみよ
う。この場合、振動子に対してＺ軸方向の振動Ｕｚを与
えたときに、Ｙ軸方向に発生するコリオリ力Ｆｙを検出
する必要がある。振動子５５０に振動Ｕｚを与えるに
は、Ｗ１軸およびＷ２軸上に配された局在素子Ｄ９〜Ｄ
１６に交流信号を供給すればよい。また、振動子５５０
に作用するコリオリ力Ｆｙを検出するには、Ｙ軸上に配
された局在素子Ｄ５〜Ｄ８に発生する電圧を検出すれば
よい。残りの局在素子Ｄ１〜Ｄ４は、この検出動作では
使用されない。

【０１５４】続いて、第４図に示す原理に基づいて、Ｙ
軸まわりの角速度ωｙを検出する動作について考えてみ
よう。この場合、振動子に対してＸ軸方向の振動Ｕｘを
与えたときに、Ｚ軸方向に発生するコリオリ力Ｆｚを検
出する必要がある。振動子５５０に振動Ｕｘを与えるに
は、Ｘ軸上に配された局在素子Ｄ１〜Ｄ４に交流信号を
供給すればよい。また、振動子５５０に作用するコリオ
リ力Ｆｚを検出するには、Ｗ１軸およびＷ２軸上に配さ
れた局在素子Ｄ９〜Ｄ１６に発生する電圧を検出すれば
よい。残りの局在素子Ｄ５〜Ｄ８は、この検出動作では
使用されない。

【０１５５】最後に、第５図に示す原理に基づいて、Ｚ
軸まわりの角速度ωｚを検出する動作について考えてみ
よう。この場合、振動子に対してＹ軸方向の振動Ｕｙを
与えたときに、Ｘ軸方向に発生するコリオリ力Ｆｘを検
出する必要がある。振動子５５０に振動Ｕｙを与えるに
は、Ｙ軸上に配された局在素子Ｄ５〜Ｄ８に交流信号を
供給すればよい。また、振動子５５０に作用するコリオ
リ力Ｆｘを検出するには、Ｘ軸上に配された局在素子Ｄ
１〜Ｄ４に発生する電圧を検出すればよい。残りの局在
素子Ｄ９〜Ｄ１６は、この検出動作では使用されない。

【０１５６】以上のように、このセンサを用いて角速度
ωｘ，ωｙ，ωｚのいずれか１つを検出する場合、各局
在素子についての役割分担が都合よくなされ、支障なく
検出が行われることがわかる。もっとも、角速度ωｘ，
ωｙ，ωｚのうちの複数を同時に検出することはできな
いので、３つの角速度を検出する場合には、後述するよ
うに時分割処理を行い、１つずつ順に検出を行う必要が
ある。

【０１５７】＜５．５＞ 変形例１ 上述した第５の実施例に係るセンサによれば、ＸＹＺ三
次元座標系におけるコリオリ力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを、そ
れぞれ電位差Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚとして求めることができ
る。そして、これらの電位差に基づいて角速度の検出が
可能である。しかしながら、これらの電位差を検出する
ためには、各電極層に対して、第６３図〜第６５図の回
路図に示すような配線を行う必要がある。この配線は、
上部電極層と下部電極層とが入り乱れたものとなってお
り、このセンサを大量生産する場合、製品の全コストに
比べて配線のためのコストが無視できなくなる。この変
形例１は、圧電素子の分極特性を部分的に変えることに
より、配線を単純化し製造コストを低減するようにした
ものである。

【０１５８】既に述べたように、任意の分極特性をもっ
た圧電素子を製造することは、現在の技術で可能であ
る。たとえば、上述した第５の実施例に係るセンサにお
いて用いられている圧電素子５２０は、第６０図に示す
ようなタイプIIIの分極特性をもったものであった。こ
れに対して、第６６図に示すようなタイプIVの分極特性
をもった圧電素子５３０を製造することも可能である。
すなわち、第６６図(a)に示すように、ＸＹ平面に沿っ
て伸びる方向の力が作用した場合には、上部電極層Ｌ側
に負の電荷が、下部電極層Ｍ側に正の電荷が、それぞれ
発生し、逆に、第６６図(b) に示すように、ＸＹ平面に
沿って縮む方向の力が作用した場合には、上部電極層Ｌ
側に正の電荷が、下部電極層Ｍ側に負の電荷が、それぞ
れ発生するような分極特性をもった圧電素子５３０を製
造することが可能である。また、１つの圧電素子の一部
分にタイプIIIの分極特性をもたせ、別な一部分にタイ
プIVの分極特性をもたせることも可能である。ここに述
べる変形例は、このような局在的な分極処理を施した圧
電素子を用いることにより、センサの構造を単純化する
ものである。

【０１５９】いま、第６７図に示すような圧電素子５４
０を考える。この圧電素子５４０は、形状は上述した第
５７図のセンサにおいて用いられている圧電素子５２０
と全く同じドーナツ盤状をした素子である。しかしなが
ら、その分極特性は圧電素子５２０とは異なっている。
圧電素子５２０は、前述したように、すべての部分がタ
イプIIIの分極特性をもつ素子であった。これに対し、
圧電素子５４０は、第６７図に示すように、１６個の各
領域においてタイプIIIまたはタイプIVのいずれかの分
極特性をもつ。すなわち、局在素子Ｄ１，Ｄ３，Ｄ５，
Ｄ７，Ｄ９，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１６の領域においては
タイプIIIの分極特性を示し、局在素子Ｄ２，Ｄ４，Ｄ
６，Ｄ８，Ｄ１０，Ｄ１１，Ｄ１４，Ｄ１５の領域にお
いてはタイプIVの分極特性を示す（第５９図と第６７図
とを参照）。

【０１６０】さて、前述した第５７図のセンサにおい
て、圧電素子５２０の代わりに、第６７図に示すような
分極特性をもった圧電素子５４０を用いた場合、各電極
層に発生する電荷の極性がどのように変わるかを考えて
みると、タイプIVの分極特性をもった領域に形成されて
いる上部電極層Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６，Ｌ８，Ｌ１０，Ｌ１
１，Ｌ１４，Ｌ１５，および下部電極層Ｍ２，Ｍ４，Ｍ
６，Ｍ８，Ｍ１０，Ｍ１１，Ｍ１４，Ｍ１５に発生する
電荷の極性が反転することがわかる。たとえば、Ｘ軸方
向のコリオリ力Ｆｘが作用した場合、前述した第５７図
のセンサでは第６１図に示すような極性の電荷が発生す
るのに対し、この変形例のセンサでは第６８図に示すよ
うな極性の電荷が発生する。また、Ｚ軸方向のコリオリ
力Ｆｚが作用した場合、前述した第５７図のセンサでは
第６２図に示すような極性の電荷が発生するのに対し、
この変形例のセンサでは第６９図に示すような極性の電
荷が発生する。このため、各電極層に対して、第７０図
〜第７２図に示すような配線を施しておけば、コリオリ
力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを、それぞれ電位差Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖ
ｚとして求めることができるようになる。

【０１６１】たとえば、Ｘ軸方向のコリオリ力Ｆｘの検
出動作に関しては、電極層Ｌ２，Ｍ２およびＬ４，Ｍ４
に発生する電荷の極性が逆転するため、第６３図に示す
配線は第７０図に示す配線に置き換えられる。同様に、
Ｙ軸方向のコリオリ力Ｆｙの検出動作に関しては、電極
層Ｌ６，Ｍ６およびＬ８，Ｍ８に発生する電荷の極性が
逆転するため、第６４図に示す配線は第７１図に示す配
線に置き換えられる。更に、Ｚ軸方向のコリオリ力Ｆｚ
の検出動作に関しては、電極層Ｌ１０，Ｍ１０、Ｌ１
１，Ｍ１１、Ｌ１４，Ｍ１４、およびＬ１５，Ｍ１５に
発生する電荷の極性が逆転するため、第６５図に示す配
線は第７２図に示す配線に置き換えられる。

【０１６２】なお、局在的分極特性をもった圧電素子５
４０を用いた場合、振動子５５０を振動させるために印
加する交流信号も単純化される。すなわち、Ｘ軸方向に
振動させる場合には、第６８図に示すように、局在素子
Ｄ１〜Ｄ４のすべてに同相の交流信号を供給すればよ
く、同様に、Ｙ軸方向に振動させる場合には、局在素子
Ｄ５〜Ｄ８のすべてに同相の交流信号を供給すればよ
い。また、Ｚ軸方向に振動させる場合には、第６９図に
示すように、局在素子Ｄ９〜Ｄ１６のすべてに同相の交
流信号を供給すればよい。

【０１６３】第６３図〜第６５図に示す配線に対して、
第７０図〜第７２図に示す配線は、実際のセンサを製造
する上で重大なメリットを有する。第７０図〜第７２図
に示す配線の特徴は、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸のいずれの方向
にコリオリ力が作用した場合であっても、各軸の正方向
にコリオリ力が作用したのであれば、必ず上部電極層側
に正の電荷が、下部電極層側に負の電荷が、それぞれ発
生する点にある。この特徴を利用すれば、センサ全体の
配線を単純化することが可能になる。たとえば、第７０
図〜第７２図における端子Ｔｘ２，Ｔｙ２，Ｔｚ２を、
センサ筐体５６０に接続して基準電位（アース）にとっ
た場合を考える。この場合、１６枚の下部電極層Ｍ１〜
Ｍ１６は互いに導通状態になる。このようにしても、Ｘ
軸方向のコリオリ力Ｆｘを示す電位差Ｖｘは端子Ｔｘ１
のアースに対する電圧として得られ、Ｙ軸方向のコリオ
リ力Ｆｙを示す電位差Ｖｙは端子Ｔｙ１のアースに対す
る電圧として得られ、Ｚ軸方向のコリオリ力Ｆｚを示す
電位差Ｖｚは端子Ｔｚ１のアースに対する電圧として得
られるので、このセンサは何ら支障なく動作する。しか
も１６枚の下部電極層Ｍ１〜Ｍ１６についての配線は、
互いに導通させるだけでよいので、非常に単純な配線で
すむ。

【０１６４】＜５．６＞ 変形例２ 上述した変形例１のように、局在的な分極特性をもった
圧電素子５４０を用いた場合、１６枚の下部電極層Ｍ１
〜Ｍ１６を導通させる配線が可能になる。このように、
下部電極層Ｍ１〜Ｍ１６を導通させることができるので
あれば、あえてこれら１６枚の電極層を、それぞれ独立
した電極層にしておく必要はない。すなわち、第７３図
の側断面図に示されているように、共通の下部電極層Ｍ
０を１枚だけ設けるようにすればよい。共通の下部電極
層Ｍ０は、１枚のドーナツ盤状の電極層であり、１６枚
の上部電極層Ｌ１〜Ｌ１６のすべてに対向した電極とな
る。

【０１６５】＜５．７＞ 変形例３ 上述した変形例２の構造を更に単純化するには、可撓基
板５１０の代わりに、導電性の材料（たとえば、金属）
からなる可撓基板５７０を用いればよい。こうすれば、
第７４図の側断面図に示されているように、特別な下部
電極層Ｍ０を用いずに、圧電素子５４０の下面を可撓基
板５７０の上面に直接接合した構造が実現できる。この
場合、可撓基板５７０自身が共通の下部電極層Ｍ０とし
て機能することになる。

【０１６６】また、上述の変形例２，３では、下部電極
層側を共通の単一電極層としているが、逆に上部電極層
側を共通の単一電極層とすることも可能である。

【０１６７】＜５．８＞ その他の変形例 上述したセンサは、いずれも物理的に単一の圧電素子５
２０あるいは５４０を用いているが、これらを物理的に
複数の圧電素子で構成してもかまわない。たとえば、第
５９図において、局在素子Ｄ１〜Ｄ１６のそれぞれを別
個独立した圧電素子を用いて構成し、合計で１６個の圧
電素子を用いるようにしてもかまわない。また、たとえ
ば、局在素子Ｄ１，Ｄ２について単一の圧電素子を用
い、局在素子Ｄ３，Ｄ４について別な圧電素子を用い
る、というように、２つの局在素子について１つの局在
素子を用い、合計８個の圧電素子を用いるようにするこ
ともできる。このように、物理的にいくつの圧電素子を
用いるかは、設計上適宜変更できる事項である。

【０１６８】＜＜＜ Section ６ 第６の実施例 ＞＞
＞ ＜６．１＞ 第６の実施例に係るセンサの原理 ここで述べる第６の実施例に係る多軸角速度センサは、
振動機構として電磁力を利用した機構を用い、検出機構
として差動トランスを利用した機構を用いたセンサであ
る。はじめに、第７５図に基づいて、その原理を簡単に
説明する。いま、磁性材料からなる振動子６１０の重心
位置に原点Ｏをとり、ＸＹＺ三次元座標系を定義する。
そして、この振動子６１０を挟むように、Ｘ軸上に一対
のコイルＪ１，Ｊ２を設け、Ｙ軸上に一対のコイルＪ
３，Ｊ４を設け、Ｚ軸上に一対のコイルＪ５，Ｊ６を設
ける。

【０１６９】このように６個のコイルを配置しておけ
ば、磁性材料からなる振動子６１０を、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ
軸の任意の軸方向に振動させることが可能である。たと
えば、Ｘ軸方向の振動Ｕｘを与えるためには、Ｘ軸上に
配されたコイルＪ１，Ｊ２に交互に通電すればよい。コ
イルＪ１に通電されたときは、振動子６１０はコイルＪ
１の発生する磁力によりＸ軸正方向に移動し、コイルＪ
２に通電されたときは、振動子６１０はコイルＪ２の発
生する磁力によりＸ軸負方向に移動する。したがって、
交互に通電を行えば、振動子６１０はＸ軸方向に往復運
動をすることになる。同様に、Ｙ軸方向の振動Ｕｙを与
えるためには、Ｙ軸上に配されたコイルＪ３，Ｊ４に交
互に通電すればよく、Ｚ軸方向の振動Ｕｚを与えるため
には、Ｚ軸上に配されたコイルＪ５，Ｊ６に交互に通電
すればよい。

【０１７０】一方、このように配置された６個のコイル
により、磁性材料からなる振動子６１０の変位を検出す
ることも可能である。たとえば、振動子６１０がＸ軸の
正方向に変位した場合、振動子６１０とコイルＪ１との
距離は近付き、振動子６１０とコイルＪ２との距離は離
れる。一般に、コイルに対する磁性材料の距離に変化が
生じると、そのコイルのインダクタンスに変化が生じ
る。したがって、コイルＪ１のインダクタンス変化と、
コイルＪ２のインダクタンス変化とを検出すれば、振動
子６１０のＸ軸方向の変位を認識することができる。同
様に、コイルＪ３のインダクタンス変化と、コイルＪ４
のインダクタンス変化とにより、振動子６１０のＹ軸方
向の変位を認識することができ、コイルＪ５のインダク
タンス変化と、コイルＪ６のインダクタンス変化とによ
り、振動子６１０のＺ軸方向の変位を認識することがで
きる。そこで、コリオリ力によって振動子６１０に変位
が生じるような構造にしておけば、各コイルのインダク
タンス変化により、各軸方向のコリオリ力を検出するこ
とができる。

【０１７１】このように、コイルＪ１〜Ｊ６は振動子６
１０を振動させる役割と振動子６１０の変位を検出する
役割とを兼ねることになるが、振動用コイルと検出用コ
イルとを別々に設けるようにしてもよい。

【０１７２】＜６．２＞ 具体的なセンサの構造と動作 第７６は、上述した原理に基づく多軸角速度センサの具
体的な構造を示す側断面図である。鉄などの磁性材料か
らなる円柱状の振動子６１０は、センサ筐体６２０内に
収容されている。センサ筐体６２０の上面には、仕切り
板６３０が接合されており、この仕切り板６３０の上面
には、皿状のダイヤフラム６４０が伏せた状態で取り付
けられている。このダイヤフラムの中心には、連結棒６
５０の上端が固着されている。仕切り板６３０の中央に
は貫通孔が形成されており、連結棒６５０はこの貫通孔
を挿通している。連結棒６５０の下端には、振動子６１
０が取り付けられており、振動子６１０はセンサ筐体６
２０内において、連結棒６５０によって宙吊りの状態に
なっている。また、仕切り板６３０の上方には、ダイヤ
フラム６４０を覆うように保護カバー６６０が取り付け
られている。

【０１７３】ここで、振動子６１０の重心位置に原点Ｏ
をとり、第７６図の右方にＹ軸を、上方にＺ軸を、紙面
に垂直な方向にＸ軸をとる。そして、センサ筐体６２０
の内側に、６個のコイルＪ１〜Ｊ６を図のように配置す
る（コイルＪ１，Ｊ２は第７６図には示されていない
が、振動子６１０の手前側にコイルＪ１が、向こう側に
コイルＪ２が、それぞれ配置される）。この配置は、第
７５図に示す配置と同じである。

【０１７４】上述したように、所定のコイルに通電を行
うことにより、振動子６１０を所定の軸方向に振動させ
ることができ、また、所定のコイルのインダクタンス変
化を検出することにより、所定の軸方向に作用したコリ
オリ力を検出することができる。したがって、第３図〜
第５図に示す基本原理に基づき、所定の軸まわりの角速
度を検出することが可能になる。

【０１７５】＜＜＜ Section ７ 検出動作 ＞＞＞ ＜７．１＞ 加速度の検出 以上述べてきた種々の参考例および実施例は、いずれも
多軸角速度センサであるが、実はこれらのセンサは、多
軸加速度センサとしての機能も兼ね備えている。これを
第１の参考例のセンサについて示そう。第１５図は、こ
の第１の参考例のセンサにおいて、Ｘ軸まわりの角速度
ωｘを検出する動作を説明する図である。角速度ωｘを
検出するには、振動子１３０に対してＺ軸方向の振動Ｕ
ｚを与えた状態で、Ｙ軸方向に作用するコリオリ力Ｆｙ
を測定すればよい。ところで、このようなＹ軸方向のコ
リオリ力Ｆｙが発生するのは、角速度ωｘが作用した状
態において、振動子１３０をＺ軸方向に意図的に振動さ
せたためである。もし、振動子１３０を振動させなかっ
たら、コリオリ力Ｆｙは発生しない。しかしながら、振
動子１３０を振動させていないにもかかわらず、振動子
１３０をＹ軸方向に動かそうとする力Ｆｙが発生する場
合がある。これは、振動子１３０にＹ軸方向の加速度が
作用した場合である。力学の基本法則によれば、質量を
もった物体に加速度が作用すると、この加速度と同じ方
向に、物体の質量に比例した力が作用する。したがっ
て、振動子１３０に対して、Ｙ軸方向の加速度が作用し
た場合には、この振動子１３０の質量に比例した大きさ
をもったＹ軸方向の力Ｆｙが作用することになる。この
ように加速度に起因した力Ｆｙも、コリオリ力Ｆｙも、
力としては全く同じであり、コリオリ力の検出方法と全
く同様の方法により加速度に起因した力を検出すること
ができる。

【０１７６】結局、上述した各参考例および実施例のセ
ンサにおいて、振動子を所定の軸方向に意図的に振動さ
せた状態で所定の軸方向に検出される力は、コリオリ力
であり、このコリオリ力の大きさは所定の軸まわりの角
速度に対応した値となる。ところが、振動子を振動させ
ない状態で所定の軸方向に検出される力は、その軸方向
に作用している加速度に基づく力であり、この力の大き
さはその軸方向の加速度に対応した値となる。このよう
に、上述した各参考例および実施例のセンサは、振動子
を振動させた状態で測定を行えば角速度センサとして機
能するが、振動子を振動させない状態で測定を行えば加
速度センサとして機能することになる。

【０１７７】＜７．２＞ 時分割検出動作 上述したように、本発明に係るセンサは、多軸角速度セ
ンサとしての機能と多軸加速度センサとしての機能を兼
ね備えている。そこで、実際には、第７７図の流れ図に
示すような時分割検出動作を行うことにより、Ｘ軸方向
の加速度αｘ，Ｙ軸方向の加速度αｙ，Ｚ軸方向の加速
度αｚ，Ｘ軸まわりの角速度ωｘ，Ｙ軸まわりの角速度
ωｙ，Ｚ軸まわりの角速度ωｚ、という６つの成分の検
出を行うことができる。

【０１７８】まず、ステップＳ１において、各軸方向の
加速度αｘ，αｙ，αｚの検出を同時に行う。すなわ
ち、振動子を振動させないで、コリオリ力の検出と同等
の検出処理を行えばよい。このときに検出された力は、
実はコリオリ力ではなく、加速度に基づいて発生した力
である。加速度については、３軸成分を同時に検出する
ことが可能である。なぜなら、振動子に振動を与える作
業を行う必要がないので、各電極層は、振動機構として
の役割を果たす必要はなく、検出機構としての役割だけ
を果たせばよいからである。たとえば、第４２図に示す
第４の実施例に係るセンサの場合、コリオリ力の検出の
ために、第４６図〜第４８図に示すような回路が形成さ
れている。加速度の検出を行う場合には、振動を与える
ための交流信号の供給は必要ないため、これらの回路に
示された電極層Ｅ１〜Ｅ５およびＦ１〜Ｆ５のいずれに
対しても、交流信号を与える必要はない。したがって、
これらの回路によって検出された電位差Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖ
ｚが、そのまま加速度αｘ，αｙ，αｚを示すことにな
る。

【０１７９】続いて、ステップＳ２において角速度ωｘ
の検出を行い、次のステップＳ３において角速度ωｙの
検出を行い、続くステップＳ４において角速度ωｚの検
出を行う。角速度については、既に述べたように、３軸
まわりの各角速度を同時に検出することはできない。し
たがって、このような時分割により各角速度の検出を順
に行うことになる。

【０１８０】最後に、ステップＳ５から再びステップＳ
１へと戻り、検出動作を継続して実行する限り、同様の
動作が繰り返し実行されることになる。

【０１８１】＜７．３＞ 検出回路 続いて、前述のような時分割検出動作を行うための検出
回路の基本構成を第７８図に示す。ここで、ブロック７
００は、これまで述べてきた多軸角速度センサの種々の
実施例に対応するものであり、機能の観点から、振動部
７１０と検出部７２０との２つの部分に分けて示してあ
る。振動部７１０は、内蔵した振動子を所定の軸方向に
振動させる機能をもった部分であり、図にＸ，Ｙ，Ｚと
示した各端子に駆動信号を供給すると、振動子はそれぞ
れＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に振動する。また、検出部７２
０は、内蔵した振動子の変位を示す検出信号を出力する
機能をもった部分であり、図にＸ，Ｙ，Ｚと示した各端
子から、それぞれＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向についての変位
の検出信号が出力される。実際のセンサにおいては、１
つの電極層が振動部７１０側の機能と、検出部７２０側
の機能とを兼ねる場合もあり、センサを構成する各部
を、振動部７１０か検出部７２０かのいずれかにはっき
りと分類することは困難であるが、ここでは便宜上、こ
のセンサを機能的にとらえることによりブロック７００
のような単純なモデルで表現することにする。

【０１８２】振動発生回路７１１は、振動部７１０の各
端子Ｘ，Ｙ，Ｚに供給する駆動信号を発生する回路であ
り、具体的には、たとえば交流信号を発生する装置であ
る。マルチプレクサ７１２は、スイッチＳＷ１，ＳＷ
２，ＳＷ３を有し、振動発生回路７１１で発生した駆動
信号を、振動部７１０のいずれの端子Ｘ，Ｙ，Ｚへ供給
するかを制御する。一方、検出部７２０の各端子Ｘ，
Ｙ，Ｚから出力された検出信号は、マルチプレクサ７２
２を経て、変位検出回路７２１へ与えられる。マルチプ
レクサ７２２は、スイッチＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６を有
し、変位検出回路７２１へ与える検出信号の選択を行
う。変位検出回路７２１は、与えられた検出信号に基づ
いて、具体的な変位量を検出し、これを検出値出力回路
７３０へ与える。コントローラ７４０は、マルチプレク
サ７１２，７２２の動作を制御するとともに、検出値出
力回路７３０に対して制御信号を与える。

【０１８３】以上が、この検出回路の構成である。な
お、この第７８図は、実際の電流経路を示す具体的な回
路図ではなく、検出回路の構成の概略を示した図であ
る。したがって、図に示された１本の線は、ひとまとま
りの制御信号あるいは検出信号の経路を示しているもの
であり、電流経路そのものを示しているわけではない。
たとえば、スイッチＳＷ１と振動部７１０の端子Ｘとの
間には１本の制御信号線が描かれているだけであるが、
実際には、振動子をＸ軸方向に振動させるためには複数
の電極層に所定の位相をもった交流信号を供給する必要
があり、複数の電流経路が必要になる。

【０１８４】さて、このような検出回路を構成しておけ
ば、第７７図の流れ図に示す検出動作は、次のように実
行される。まず、コントローラ７４０は、ステップＳ１
として、加速度αｘ，αｙ，αｚを検出する処理を行
う。すなわち、コントローラ７４０は、スイッチＳＷ
１，ＳＷ２，ＳＷ３をいずれもＯＦＦにし、スイッチＳ
Ｗ４，ＳＷ５，ＳＷ６をいずれもＯＮにする指示を、マ
ルチプレクサ７１２，７２２に与える。その結果、振動
部７１０には駆動信号は供給されず、振動子に対する意
図的な励振は行われない。したがって、このとき検出部
７２０の各端子Ｘ，Ｙ，Ｚから出力される検出信号は、
コリオリ力ではなく加速度の作用に基づく力によって生
じた変位を示す信号となる。スイッチＳＷ４，ＳＷ５，
ＳＷ６はいずれもＯＮとなっているので、３つの信号が
すべて変位検出回路７２１に与えられ、ここで、Ｘ，
Ｙ，Ｚの３軸方向の変位量が検出される。コントローラ
７４０は、検出値出力回路７３０に対して、検出された
３つの変位量を加速度の値として出力するよう指示す
る。こうして、変位検出回路７２１において検出された
３軸方向の変位量は、検出値出力回路７３０から、それ
ぞれ加速度値αｘ，αｙ，αｚとして出力される。

【０１８５】続いて、コントローラ７４０は、ステップ
Ｓ２として、角速度ωｘを検出する処理を行う。すなわ
ち、コントローラ７４０は、第３図に示す原理に基づ
き、 スイッチＳＷ１：ＯＦＦ スイッチＳＷ４：ＯＦＦ スイッチＳＷ２：ＯＦＦ スイッチＳＷ５：ＯＮ スイッチＳＷ３：ＯＮ スイッチＳＷ６：ＯＦＦ とする指示を、マルチプレクサ７１２，７２２に与え
る。その結果、振動部７１０は振動子にＺ軸方向の振動
Ｕｚを与え、検出部７２０はこのとき発生するコリオリ
力Ｆｙの作用による振動子のＹ軸方向の変位を示す検出
信号を端子Ｙから出力する。変位検出回路７２１は、こ
の検出信号に基づきＹ軸方向の変位量を検出する。コン
トローラ７４０は、検出値出力回路７３０に対して、検
出された変位量をＸ軸まわりの角速度ωｘの値として出
力するよう指示する。こうして、変位検出回路７２１に
おいて検出されたＹ軸方向の変位量は、検出値出力回路
７３０から、角速度ωｘとして出力される。

【０１８６】次に、コントローラ７４０は、ステップＳ
３として、角速度ωｙを検出する処理を行う。すなわ
ち、コントローラ７４０は、第４図に示す原理に基づ
き、 スイッチＳＷ１：ＯＮ スイッチＳＷ４：ＯＮ スイッチＳＷ２：ＯＦＦ スイッチＳＷ５：ＯＦＦ スイッチＳＷ３：ＯＦＦ スイッチＳＷ６：ＯＦＦ とする指示を、マルチプレクサ７１２，７２２に与え
る。その結果、振動部７１０は振動子にＸ軸方向の振動
Ｕｘを与え、検出部７２０はこのとき発生するコリオリ
力Ｆｚの作用による振動子のＺ軸方向の変位を示す検出
信号を端子Ｚから出力する。変位検出回路７２１は、こ
の検出信号に基づきＺ軸方向の変位量を検出する。コン
トローラ７４０は、検出値出力回路７３０に対して、検
出された変位量をＹ軸まわりの角速度ωｙの値として出
力するよう指示する。こうして、変位検出回路７２１に
おいて検出されたＺ軸方向の変位量は、検出値出力回路
７３０から、角速度ωｙとして出力される。

【０１８７】更に、コントローラ７４０は、ステップＳ
４として、角速度ωｚを検出する処理を行う。すなわ
ち、コントローラ７４０は、第５図に示す原理に基づ
き、 スイッチＳＷ１：ＯＦＦ スイッチＳＷ４：ＯＦＦ スイッチＳＷ２：ＯＮ スイッチＳＷ５：ＯＦＦ スイッチＳＷ３：ＯＦＦ スイッチＳＷ６：ＯＮ とする指示を、マルチプレクサ７１２，７２２に与え
る。その結果、振動部７１０は振動子にＹ軸方向の振動
Ｕｙを与え、検出部７２０はこのとき発生するコリオリ
力Ｆｘの作用による振動子のＸ軸方向の変位を示す検出
信号を端子Ｘから出力する。変位検出回路７２１は、こ
の検出信号に基づきＸ軸方向の変位量を検出する。コン
トローラ７４０は、検出値出力回路７３０に対して、検
出された変位量をＺ軸まわりの角速度ωｚの値として出
力するよう指示する。こうして、変位検出回路７２１に
おいて検出されたＸ軸方向の変位量は、検出値出力回路
７３０から、角速度ωｚとして出力される。

【０１８８】以上の処理が、ステップＳ５を経て繰り返
し実行される。したがって、このセンサを運動する物体
に搭載しておけば、各時点における３軸方向の加速度お
よび３軸まわりの角速度を連続的に検出することが可能
になる。

【０１８９】＜７．４＞ 角速度の別な検出原理 多軸角速度の検出に関するこれまでの説明は、いずれ
も、第３図〜第５図に示す基本原理に基づくものであっ
た。これに対し、第７９図〜第８１図に示す基本原理に
基づく検出も可能である。たとえば、Ｘ軸まわりの角速
度ωｘを検出する場合、第３図に示す基本原理によれ
ば、振動子にＺ軸方向の振動Ｕｚを与えたときにＹ軸方
向に発生するコリオリ力Ｆｙを検出することになるが、
第７９図に示す基本原理によれば、振動子にＹ軸方向の
振動Ｕｙを与えたときにＺ軸方向に発生するコリオリ力
Ｆｚを検出すればよい。同様に、Ｙ軸まわりの角速度ω
ｙを検出する場合、第４図に示す基本原理によれば、振
動子にＸ軸方向の振動Ｕｘを与えたときにＺ軸方向に発
生するコリオリ力Ｆｚを検出することになるが、第８０
図に示す基本原理によれば、振動子にＺ軸方向の振動Ｕ
ｚを与えたときにＸ軸方向に発生するコリオリ力Ｆｘを
検出すればよい。また、Ｚ軸まわりの角速度ωｚを検出
する場合、第５図に示す基本原理によれば、振動子にＹ
軸方向の振動Ｕｙを与えたときにＸ軸方向に発生するコ
リオリ力Ｆｘを検出することになるが、第８１図に示す
基本原理によれば、振動子にＸ軸方向の振動Ｕｘを与え
たときにＹ軸方向に発生するコリオリ力Ｆｙを検出すれ
ばよい。

【０１９０】要するに、本発明に係る多軸角速度センサ
は、互いに直交する３軸の原点に位置する振動子につい
て、第１の軸まわりに角速度ωが作用している場合、第
２の軸方向の振動Ｕを与えれば、第３の軸方向にコリオ
リ力が作用する、という自然法則を利用したものであ
り、第３図〜第５図に示すような軸の選択を行っても、
第７９図〜第８１図に示すような軸の選択を行っても、
いずれでもかまわないのである。したがって、これまで
述べてきたすべての実施例について、第７９図〜第８１
図に示す基本原理を適用した検出を行うことが可能であ
る。

【０１９１】＜７．５＞ 基本原理の組み合わせによる
検出 上述したように、本発明による角速度検出においては、
第３図〜第５図に示す基本原理に基づく検出と、第７９
図〜第８１図に示す基本原理に基づく検出と、のいずれ
も可能であるが、更に、両者を組み合わせた検出も可能
である。ここで、理解を容易にするために、各基本原理
を整理してみると、次の表に示すような６とおりの検出
動作が可能であることがわかる。 ここで、Ｕの欄は振動子を励振する軸方向を示し、Ｆの
欄は振動子に作用するコリオリ力を検出する軸方向を示
し、ωの欄は検出対象となる角速度に関する軸を示す。
第３図〜第５図に示す基本原理に基づく検出は、上掲の
表の偶数番目の３つの検出動作を行うものであり、第７
９図〜第８１図に示す基本原理に基づく検出は、奇数番
目の３つの検出動作を行うものである。このような３つ
の検出動作により、ＸＹＺの３つの軸まわりの角速度が
検出できることは既に述べたとおりである。

【０１９２】ところで、このような３軸まわりの角速度
を検出するための組み合わせは、偶数番目および奇数番
目の組み合わせだけに限らない。たとえば、前半の検出
動作１〜３という組み合わせでもＸＹＺの３軸まわりの
角速度が検出できるし、後半の検出動作４〜６という組
み合わせでもＸＹＺの３軸まわりの角速度が検出できる
（上掲の表のωの欄参照）。しかも、このような組み合
わせを採ると、振動機構および検出機構の一部を省略す
ることができる。たとえば、上掲の表における検出動作
１〜３を実行するには、振動子の励振軸はＸ軸およびＹ
軸だけでよい（Ｕの欄参照）。別言すれば、振動子をＺ
軸方向に振動させる必要はないのである。また、コリオ
リ力の検出軸はＹ軸およびＺ軸だけでよい（Ｆの欄参
照）。別言すれば、Ｘ軸方向のコリオリ力を検出する必
要はないのである。結局、振動機構としては、Ｘ軸およ
びＹ軸の２つの軸方向に振動させることができれば十分
であり、検出機構としては、Ｙ軸およびＺ軸の２つの軸
方向の検出ができれば十分である。これまでに述べてき
た種々の実施例は、いずれも、ＸＹＺの３軸方向に振動
させる振動機構と、ＸＹＺの３軸方向のコリオリ力を検
出する検出機構と、を備えることを前提としたものであ
ったが、このように基本原理をうまく組み合わせること
により、２軸方向の振動機構と２軸方向の検出機構とに
よって、３軸についての角速度の検出が可能である。

【０１９３】また、これまでの実施例は、いずれもＸＹ
Ｚの３軸についての角速度を検出する三次元角速度セン
サについてのものであったが、これら３軸のうちの特定
の２軸についての角速度だけを検出すれば足りる場合に
は、振動機構あるいは検出機構の一部を更に省略した二
次元角速度センサを用いることができる。たとえば、上
掲の表における検出動作１および検出動作２だけを考え
てみる。これら２つの検出動作を行うためには、Ｘ軸方
向への振動機構と、Ｙ軸およびＺ軸方向についての検出
機構とがあれば十分であり、その結果として、Ｚ軸まわ
りの角速度とＹ軸まわりの角速度とが検出できる。した
がって、１軸方向への振動機構と２軸についての検出機
構とによって、二次元角速度センサが実現できることに
なる。

【０１９４】あるいは、次のような組み合わせも可能で
ある。今度は、上掲の表における検出動作２および検出
動作３だけを考えてみる。これら２つの検出動作を行う
ためには、Ｘ軸およびＹ軸方向への振動機構と、Ｚ軸方
向についての検出機構とがあれば十分であり、その結果
として、Ｙ軸まわりの角速度とＸ軸まわりの角速度とが
検出できる。したがって、２軸方向への振動機構と１軸
についての検出機構とによって、二次元角速度センサが
実現できることになる。

【０１９５】なお、本発明に係る角速度センサにおいて
振動子を振動させる場合、各振動子のもつ固有の共振周
波数で振動させるのが好ましい。上述の参考例および実
施例における各振動子１３０，２１１，２４１，２６
０，３２１，４４０，５５０，６１０は、いずれもそれ
ぞれ固有の共振周波数をもっている。各振動子を、この
ような固有の共振周波数で振動させることにより、小さ
な供給エネルギーで大きな振動を生じさせることがで
き、非常に効率が良くなる。

【０１９６】

【発明の効果】本発明に係る多軸角速度センサは、ＸＹ
Ｚ三次元座標系で運動する物体について、Ｘ軸まわりの
角速度ωｘ、Ｙ軸まわりの角速度ωｙ、Ｚ軸まわりの角
速度ωｚ、をそれぞれ別個独立して検出することができ
る。したがって、産業用機械、産業用ロボット、自動
車、航空機、船舶などに搭載し、運動状態の認識、ある
いは運動に対するフィードバック制御を行う上でのセン
サとして広く利用できるものである。また、カメラの撮
影時における手振れを補正する制御にも利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来提案されているコリオリ力を利用した一次
元角速度センサの基本原理を示す斜視図である。

【図２】本発明の検出対象となるＸＹＺ三次元座標系に
おける各軸まわりの角速度を示す図である。

【図３】本発明によってＸ軸まわりの角速度ωｘを検出
する基本原理を説明する図である。

【図４】本発明によってＹ軸まわりの角速度ωｙを検出
する基本原理を説明する図である。

【図５】本発明によってＺ軸まわりの角速度ωｚを検出
する基本原理を説明する図である。

【図６】本発明の第１の参考例に係る多軸角速度センサ
の構造を示す側断面図である。

【図７】図６に示す多軸角速度センサの可撓基板１１０
の上面図である。

【図８】図６に示す多軸角速度センサの固定基板１２０
の下面図である。

【図９】図６に示す多軸角速度センサにおける振動子１
３０をＸ軸方向に変位させた状態を示す側断面図であ
る。

【図１０】図６に示す多軸角速度センサにおける振動子
１３０を−Ｘ軸方向に変位させた状態を示す側断面図で
ある。

【図１１】図６に示す多軸角速度センサにおける振動子
１３０をＺ軸方向に変位させた状態を示す側断面図であ
る。

【図１２】図６に示す多軸角速度センサにおける振動子
１３０に対して、Ｘ軸方向の振動Ｕｘを与えるための供
給電圧波形を示す図である。

【図１３】図６に示す多軸角速度センサにおける振動子
１３０に対して、Ｙ軸方向の振動Ｕｙを与えるための供
給電圧波形を示す図である。

【図１４】図６に示す多軸角速度センサにおける振動子
１３０に対して、Ｚ軸方向の振動Ｕｚを与えるための供
給電圧波形を示す図である。

【図１５】図６に示す多軸角速度センサにおいて、振動
子１３０に振動Ｕｚを与えたときに、角速度ωｘに基づ
いてコリオリ力Ｆｙが発生する現象を示す側断面図であ
る。

【図１６】図６に示す多軸角速度センサにおいて、振動
子１３０に振動Ｕｘを与えたときに、角速度ωｙに基づ
いてコリオリ力Ｆｚが発生する現象を示す側断面図であ
る。

【図１７】図６に示す多軸角速度センサにおいて、振動
子１３０に振動Ｕｙを与えたときに、角速度ωｚに基づ
いてコリオリ力Ｆｘが発生する現象を示す側断面図であ
る。

【図１８】静電容量素子Ｃの容量値の変化を検出するた
めの回路の一例を示す回路図である。

【図１９】図１８に示す回路の動作を説明するタイミン
グチャートである。

【図２０】一対の静電容量素子Ｃ１，Ｃ２の容量値の変
化を検出するための回路の一例を示す回路図である。

【図２１】図２０に示す回路の動作を説明するタイミン
グチャートである。

【図２２】図６に示す多軸角速度センサの第１の変形例
の原理を説明する側断面図である。

【図２３】図６に示す多軸角速度センサの第１の変形例
の原理を説明する別な側断面図である。

【図２４】図６に示す多軸角速度センサの第１の変形例
の原理を説明する更に別な側断面図である。

【図２５】図６に示す多軸角速度センサの第１の変形例
の具体的な構造を示す側断面図である。

【図２６】図２５に示す多軸角速度センサの各電極への
電圧の印加方法の一例を示す図である。

【図２７】図６に示す多軸角速度センサの第２の変形例
の具体的な構造を示す側断面図である。

【図２８】本発明の第２の参考例に係る多軸角速度セン
サの構造を示す側断面図である。

【図２９】図２８に示す多軸角速度センサの可撓基板２
１０の上面図である。

【図３０】図２８に示す多軸角速度センサの別な位置に
おける断面を示す側断面図である。

【図３１】図２８に示す多軸角速度センサの固定基板２
３０の下面図である。

【図３２】図２８に示す多軸角速度センサの第１の変形
例を示す側断面図である。

【図３３】図２８に示す多軸角速度センサの第２の変形
例を示す側断面図である。

【図３４】図３３に示す多軸角速度センサの可撓基板２
５０の上面図である。

【図３５】本発明の第３の実施例に係る多軸角速度セン
サの構造を示す側断面図である。

【図３６】第３５図に示す多軸角速度センサの可撓基板
３１０の上面図である。

【図３７】図３６に示されている抵抗素子Ｒの配置を示
す図である。

【図３８】図３５に示す多軸角速度センサにコリオリ力
Ｆｘが作用した状態を示す側断面図である。

【図３９】図３５に示す多軸角速度センサに作用したＸ
軸方向のコリオリ力Ｆｘを検出する回路の一例を示す回
路図である。

【図４０】図３５に示す多軸角速度センサに作用したＹ
軸方向のコリオリ力Ｆｙを検出する回路の一例を示す回
路図である。

【図４１】図３５に示す多軸角速度センサに作用したＺ
軸方向のコリオリ力Ｆｚを検出する回路の一例を示す回
路図である。

【図４２】本発明の第４の実施例に係る多軸角速度セン
サの構造を示す側断面図である。

【図４３】図４２に示す多軸角速度センサに用いられて
いる圧電素子の分極特性を示す図である。

【図４４】図４２に示す多軸角速度センサにＸ軸方向の
変位を生じさせた状態を示す側断面図である。

【図４５】図４２に示す多軸角速度センサにＺ軸方向の
変位を生じさせた状態を示す側断面図である。

【図４６】図４２に示す多軸角速度センサに作用したＸ
軸方向のコリオリ力Ｆｘを検出するための配線を示す配
線図である。

【図４７】図４２に示す多軸角速度センサに作用したＹ
軸方向のコリオリ力Ｆｙを検出するための配線を示す配
線図である。

【図４８】図４２に示す多軸角速度センサに作用したＺ
軸方向のコリオリ力Ｆｚを検出するための配線を示す配
線図である。

【図４９】図４３に示す分極特性とは逆の分極特性を示
す図である。

【図５０】図４２に示す多軸角速度センサの第１の変形
例に用いられる圧電素子の分極特性の分布を示す平面図
である。

【図５１】図５０に示す圧電素子を用いた多軸角速度セ
ンサに作用したＸ軸方向のコリオリ力Ｆｘを検出するた
めの配線を示す配線図である。

【図５２】図５０に示す圧電素子を用いた多軸角速度セ
ンサに作用したＹ軸方向のコリオリ力Ｆｙを検出するた
めの配線を示す配線図である。

【図５３】図５０に示す圧電素子を用いた多軸角速度セ
ンサに作用したＺ軸方向のコリオリ力Ｆｚを検出するた
めの配線を示す配線図である。

【図５４】図４２に示す多軸角速度センサの第２の変形
例の構造を示す側断面図である。

【図５５】図４２に示す多軸角速度センサの第３の変形
例の構造を示す側断面図である。

【図５６】図４２に示す多軸角速度センサの第４の変形
例の構造を示す側断面図である。

【図５７】本発明の第５の実施例に係る多軸角速度セン
サの構造を示す上面図である。

【図５８】図５７に示す多軸角速度センサの構造を示す
側断面図である。

【図５９】図５７に示す多軸角速度センサにおいて定義
された局在素子の配置を示す上面図である。

【図６０】図５７に示す多軸角速度センサに用いられて
いる圧電素子の分極特性を示す図である。

【図６１】図５７に示す多軸角速度センサにＸ軸方向の
変位を生じさせた状態を示す側断面図である。

【図６２】図５７に示す多軸角速度センサにＺ軸方向の
変位を生じさせた状態を示す側断面図である。

【図６３】図５７に示す多軸角速度センサに作用したＸ
軸方向のコリオリ力Ｆｘを検出するための配線を示す配
線図である。

【図６４】図５７に示す多軸角速度センサに作用したＹ
軸方向のコリオリ力Ｆｙを検出するための配線を示す配
線図である。

【図６５】図５７に示す多軸角速度センサに作用したＺ
軸方向のコリオリ力Ｆｚを検出するための配線を示す配
線図である。

【図６６】図６０に示す分極特性とは逆の分極特性を示
す図である。

【図６７】図５７に示す多軸角速度センサの第１の変形
例に用いられる圧電素子の分極特性の分布を示す平面図
である。

【図６８】図６７に示す圧電素子を用いた多軸角速度セ
ンサにＸ軸方向のコリオリ力Ｆｘが作用した状態を示す
側断面図である。

【図６９】図６７に示す圧電素子を用いた多軸角速度セ
ンサにＺ軸方向のコリオリ力Ｆｚが作用した状態を示す
側断面図である。

【図７０】図６７に示す圧電素子を用いた多軸角速度セ
ンサに作用したＸ軸方向のコリオリ力Ｆｘを検出するた
めの配線を示す配線図である。

【図７１】図６７に示す圧電素子を用いた多軸角速度セ
ンサに作用したＹ軸方向のコリオリ力Ｆｙを検出するた
めの配線を示す配線図である。

【図７２】図６７に示す圧電素子を用いた多軸角速度セ
ンサに作用したＺ軸方向のコリオリ力Ｆｚを検出するた
めの配線を示す配線図である。

【図７３】図５７に示す多軸角速度センサの第２の変形
例の構造を示す側断面図である。

【図７４】図５７に示す多軸角速度センサの第３の変形
例の構造を示す側断面図である。

【図７５】本発明の第６の実施例に係る多軸角速度セン
サの基本原理を示す斜視図である。

【図７６】本発明の第６の実施例に係る多軸角速度セン
サの具体的な構造を示す側断面図である。

【図７７】本発明に係る多軸角速度センサにおける検出
動作の手順を示す流れ図である。

【図７８】本発明に係る多軸角速度センサにおける検出
動作を行うための具体的な回路構成例を示す図である。

【図７９】本発明によってＸ軸まわりの角速度ωｘを検
出する別な基本原理を説明する図である。

【図８０】本発明によってＹ軸まわりの角速度ωｙを検
出する別な基本原理を説明する図である。

【図８１】本発明によってＺ軸まわりの角速度ωｚを検
出する別な基本原理を説明する図である。

【符号の説明】

１０…振動子 １１，１２…圧電素子 ２０…物体 ３０…振動子 １１０…可撓基板 １２０…固定基板 １３０…振動子 １４０…センサ筐体 １５１，１５２…インバータ １５３…抵抗 １５４…排他的ＯＲ回路 １６１，１６２…インバータ １６３，１６４…抵抗 １６５…排他的ＯＲ回路 １７１，１７２…誘電体基板 ２１０…第１の基板 ２１１…振動子 ２１２…架橋部 ２１３…支持枠 ２２０…第２の基板 ２２１…窪み ２３０…第３の基板 ２３１…切削面 ２４０…第４の基板 ２４１…振動子 ２４２…台座 ２５０…可撓基板 ２５１…作用部 ２５２…可撓部 ２５３…固定部 ２６０…振動子 ２７０…台座 ２８０…ベース基板 ２９０…蓋基板 ３１０…第１の基板 ３１１…作用部 ３１２…可撓部 ３１３…固定部 ３２０…第２の基板 ３２１…振動子 ３２２…台座 ３３０…第３の基板 ３３１…窪み ３４０…第４の基板 ３５０…電源 ３６１〜３６３…電圧計 ４１０…可撓基板 ４２０…固定基板 ４３０…圧電素子 ４４０…振動子 ４５０…センサ筐体 ４６０…圧電素子 ４７０…圧電素子 ４８０…可撓基板 ４９０…可撓基板 ５１０…可撓基板 ５２０…圧電素子 ５３０…圧電素子 ５４０…圧電素子 ５５０…振動子 ５６０…センサ筐体 ５７０…可撓基板 ６１０…振動子 ６２０…センサ筐体 ６３０…仕切板 ６４０…ダイヤフラム ６５０…連結棒 ６６０…保護カバー ７００…角速度センサを示すブロック ７１０…振動部 ７１１…振動発生回路 ７１２…マルチプレクサ ７２０…検出部 ７２１…変位検出回路 ７２２…マルチプレクサ ７３０…検出値出力回路 ７４０…コントローラ ａ…遅延時間 ｂ…パルス幅／遅延時間 Ｃ１〜Ｃ５…容量素子／容量値 ΔＣ，ΔＣ１２，ΔＣ３４…容量値の差 Ｄ１〜Ｄ１６…局在素子 ｄ…パルス幅／遅延時間 ｄ１，ｄ２…遅延時間 Ｅ０，Ｅ１〜Ｅ５…上部電極層 Ｅ１ａ〜Ｅ５ａ…補助電極層 Ｆ０，Ｆ１〜Ｆ５…下部電極層 Ｆ１ａ〜Ｆ５ａ…補助電極層 Ｆ，Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ…コリオリ力 ｆ…周期 Ｇ…重心 Ｇ０…上部電極層 Ｇ１〜Ｇ５…下部電極層 Ｇ６〜Ｇ１０…上部電極層 Ｈ１〜Ｈ４…開口部 Ｊ１〜Ｊ６…コイル Ｌ１〜Ｌ１６…上部電極層 Ｍ０，Ｍ１〜Ｍ１６…下部電極層 Ｎ１〜Ｎ４…ノード Ｒ…ピエゾ抵抗素子 Ｒｘ１〜Ｒｘ４…ピエゾ抵抗素子 Ｒｙ１〜Ｒｙ４…ピエゾ抵抗素子 Ｒｚ１〜Ｒｚ４…ピエゾ抵抗素子 ＳＷ１〜ＳＷ６…スイッチ Ｔ１〜Ｔ４，Ｔｘ１，Ｔｙ１，Ｔｚ１，Ｔｘ２，Ｔｙ
２，Ｔｚ２…端子 ｔ１〜ｔ５…期間 Ｕ，Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚ…振動 Ｖ，Ｖ１〜Ｖ５…電圧 Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ…ブリッジ電圧 Ｗ１，Ｗ２，Ｘ，Ｙ，Ｚ…座標軸 α，αｘ，αｙ，αｚ…加速度 ω，ωｘ，ωｙ，ωｚ…角速度

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−60787（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−26744（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−84725（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−200038（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−40040（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−248872（ＪＰ，Ａ) 特開2003−177021（ＪＰ，Ａ) 特許3401252（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許4644793（ＵＳ，Ａ) 国際公開94／023272（ＷＯ，Ａ１) 国際公開91／014285（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 19/56 G01P 9/04

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＸＹＺ三次元座標系におけるＹ軸まわり
   の角速度およびＺ軸まわりの角速度を検出する二次元角
   速度センサであって、 主面がＸＹ平面に対して平行になり中心部においてＺ軸
   と交差するように配置され、可撓性をもった可撓基板
   と、 前記可撓基板の下面に固着された振動子と、 前記可撓基板を支持するとともに前記振動子を収容する
   センサ筐体と、 前記振動子を所定の座標軸方向に振動させる励振手段
   と、 前記振動子の所定の座標軸方向への変位を検出する変位
   検出手段と、 を備え、 前記励振手段は、前記可撓基板の上面におけるＸ軸の正
   の領域上に配置され、当該配置箇所に対して、与えられ
   た電気信号に応じた変位もしくは撓みを生じさせる第１
   の駆動手段と、前記可撓基板の上面におけるＸ軸の負の
   領域上に配置され、当該配置箇所に対して、与えられた
   電気信号に応じた変位もしくは撓みを生じさせる第２の
   駆動手段と、これら各駆動手段に交流信号を供給するこ
   とにより前記振動子をＸ軸方向に振動させる振動発生回
   路と、を有し、 前記変位検出手段は、前記可撓基板の上面におけるＹ軸
   の正の領域上に配置され、当該配置箇所における前記振
   動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓みに基づい
   て、前記振動子のＹ軸方向への変位に関係した第１の値
   を検出する第１の検出手段と、前記可撓基板の上面にお
   けるＹ軸の負の領域上に配置され、当該配置箇所におけ
   る前記振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓み
   に基づいて、前記振動子のＹ軸方向への変位に関係した
   第２の値を検出する第２の検出手段と、前記可撓基板の
   上面の所定位置に配置され、当該配置箇所における前記
   振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓みに基づ
   いて、前記振動子のＺ軸方向への変位を示す第３の値を
   検出する第３の検出手段と、前記第１の値および前記第
   ２の値の双方に基づいて前記振動子のＹ軸方向への変位
   を検出し、検出した変位をＺ軸まわりの角速度を示す電
   気信号として出力するとともに、Ｚ軸方向への変位を示
   す前記第３の値をＹ軸まわりの角速度を示す電気信号と
   して出力する変位検出回路と、を有することを特徴とす
   る角速度センサ。
2. 【請求項２】 ＸＹＺ三次元座標系におけるＹ軸まわり
   の角速度およびＸ軸まわりの角速度を検出する二次元角
   速度センサであって、 主面がＸＹ平面に対して平行になり中心部においてＺ軸
   と交差するように配置され、可撓性をもった可撓基板
   と、 前記可撓基板の下面に固着された振動子と、 前記可撓基板を支持するとともに前記振動子を収容する
   センサ筐体と、 前記振動子を所定の座標軸方向に振動させる励振手段
   と、 前記振動子の所定の座標軸方向への変位を検出する変位
   検出手段と、 を備え、 前記励振手段は、前記可撓基板の上面の前記振動子をＺ
   軸方向に変位させることが可能な所定位置に配置され、
   当該配置箇所に対して、与えられた電気信号に応じた変
   位もしくは撓みを生じさせる駆動手段と、この駆動手段
   に交流信号を供給することにより前記振動子をＺ軸方向
   に振動させる振動発生回路と、を有し、 前記変位検出手段は、前記可撓基板の上面におけるＸ軸
   の正の領域上に配置され、当該配置箇所における前記振
   動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓みに基づい
   て、前記振動子のＸ軸方向への変位に関係した第１の値
   を検出する第１の検出手段と、前記可撓基板の上面にお
   けるＸ軸の負の領域上に配置され、当該配置箇所におけ
   る前記振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓み
   に基づいて、前記振動子のＸ軸方向への変位に関係した
   第２の値を検出する第２の検出手段と、前記可撓基板の
   上面におけるＹ軸の正の領域上に配置され、当該配置箇
   所における前記振動子の変位に起因して生じる変位もし
   くは撓みに基づいて、前記振動子のＹ軸方向への変位に
   関係した第３の値を検出する第３の検出手段と、前記可
   撓基板の上面におけるＹ軸の負の領域上に配置され、当
   該配置箇所における前記振動子の変位に起因して生じる
   変位もしくは撓みに基づいて、前記振動子のＹ軸方向へ
   の変位に関係した第４の値を検出する第４の検出手段
   と、前記第１の値および前記第２の値の双方に基づいて
   前記振動子のＸ軸方向への変位を検出し、検出した変位
   をＹ軸まわりの角速度を示す電気信号として出力すると
   ともに、前記第３の値および前記第４の値の双方に基づ
   いて前記振動子のＹ軸方向への変位を検出し、検出した
   変位をＸ軸まわりの角速度を示す電気信号として出力す
   る変位検出回路と、を有することを特徴とする角速度セ
   ンサ。
3. 【請求項３】 ＸＹＺ三次元座標系における各座標軸ま
   わりの角速度を検出する三次元角速度センサであって、 主面がＸＹ平面に対して平行になり中心部においてＺ軸
   と交差するように配置され、可撓性をもった可撓基板
   と、 前記可撓基板の下面に固着された振動子と、 前記可撓基板を支持するとともに前記振動子を収容する
   センサ筐体と、 前記振動子を所定の座標軸方向に振動させる励振手段
   と、 前記振動子の所定の座標軸方向への変位を検出する変位
   検出手段と、 を備え、 前記励振手段は、前記可撓基板の上面におけるＸ軸の正
   の領域上に配置され、当該配置箇所に対して、与えられ
   た電気信号に応じた変位もしくは撓みを生じさせる第１
   の駆動手段と、前記可撓基板の上面におけるＸ軸の負の
   領域上に配置され、当該配置箇所に対して、与えられた
   電気信号に応じた変位もしくは撓みを生じさせる第２の
   駆動手段と、前記可撓基板の上面におけるＹ軸の正の領
   域上に配置され、当該配置箇所に対して、与えられた電
   気信号に応じた変位もしくは撓みを生じさせる第３の駆
   動手段と、前記可撓基板の上面におけるＹ軸の負の領域
   上に配置され、当該配置箇所に対して、与えられた電気
   信号に応じた変位もしくは撓みを生じさせる第４の駆動
   手段と、前記第１の駆動手段および前記第２の駆動手段
   に交流信号を供給することにより前記振動子をＸ軸方向
   に振動させるＸ軸方向励振動作と、前記第３の駆動手段
   および前記第４の駆動手段に交流信号を供給することに
   より前記振動子をＹ軸方向に振動させるＹ軸方向励振動
   作と、を選択的に実行する機能を有し、時分割を行うこ
   とにより、第１の検出期間には前記Ｘ軸方向励振動作を
   実行し、第２の検出期間には前記Ｙ軸方向励振動作を実
   行する振動発生回路と、を有し、 前記変位検出手段は、前記可撓基板の上面におけるＹ軸
   の正の領域上に配置され、当該配置箇所における前記振
   動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓みに基づい
   て、前記振動子のＹ軸方向への変位に関係した第１の値
   を検出する第１の検出手段と、前記可撓基板の上面にお
   けるＹ軸の負の領域上に配置され、当該配置箇所におけ
   る前記振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓み
   に基づいて、前記振動子のＹ軸方向への変位に関係した
   第２の値を検出する第２の検出手段と、前記可撓基板の
   上面の所定位置に配置され、当該配置箇所における前記
   振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓みに基づ
   いて、前記振動子のＺ軸方向への変位を示す第３の値を
   検出する第３の検出手段と、前記第１の検出期間には、
   前記第１の値および前記第２の値の双方に基づいて前記
   振動子のＹ軸方向への変位を検出し、検出した変位をＺ
   軸まわりの角速度を示す電気信号として出力するととも
   に、Ｚ軸方向への変位を示す前記第３の値をＹ軸まわり
   の角速度を示す電気信号として出力する動作を行い、前
   記第２の検出期間には、Ｚ軸方向への変位を示す前記第
   ３の値をＸ軸まわりの角速度を示す電気信号として出力
   する動作を行う変位検出回路と、を有することを特徴と
   する角速度センサ。
4. 【請求項４】 ＸＹＺ三次元座標系における各座標軸ま
   わりの角速度を検出する三次元角速度センサであって、 主面がＸＹ平面に対して平行になり中心部においてＺ軸
   と交差するように配置され、可撓性をもった可撓基板
   と、 前記可撓基板の下面に固着された振動子と、 前記可撓基板を支持するとともに前記振動子を収容する
   センサ筐体と、 前記振動子を所定の座標軸方向に振動させる励振手段
   と、 前記振動子の所定の座標軸方向への変位を検出する変位
   検出手段と、 を備え、 前記励振手段は、前記可撓基板の上面におけるＸ軸の正
   の領域上に配置され、当該配置箇所に対して、与えられ
   た電気信号に応じた変位もしくは撓みを生じさせる第１
   の駆動手段と、前記可撓基板の上面におけるＸ軸の負の
   領域上に配置され、当該配置箇所に対して、与えられた
   電気信号に応じた変位もしくは撓みを生じさせる第２の
   駆動手段と、前記可撓基板の上面の前記振動子をＺ軸方
   向に変位させることが可能な所定位置に配置され、当該
   配置箇所に対して、与えられた電気信号に応じた変位も
   しくは撓みを生じさせる第３の駆動手段と、前記第１の
   駆動手段および前記第２の駆動手段に交流信号を供給す
   ることにより前記振動子をＸ軸方向に振動させるＸ軸方
   向励振動作と、前記第３の駆動手段に交流信号を供給す
   ることにより前記振動子をＺ軸方向に振動させるＺ軸方
   向励振動作と、を選択的に実行する機能を有し、時分割
   を行うことにより、第１の検出期間には前記Ｘ軸方向励
   振動作を実行し、第２の検出期間には前記Ｚ軸方向励振
   動作を実行する振動発生回路と、を有し、 前記変位検出手段は、前記可撓基板の上面におけるＹ軸
   の正の領域上に配置され、当該配置箇所における前記振
   動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓みに基づい
   て、前記振動子のＹ軸方向への変位に関係した第１の値
   を検出する第１の検出手段と、前記可撓基板の上面にお
   けるＹ軸の負の領域上に配置され、当該配置箇所におけ
   る前記振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓み
   に基づいて、前記振動子のＹ軸方向への変位に関係した
   第２の値を検出する第２の検出手段と、前記可撓基板の
   上面の所定位置に配置され、当該配置箇所における前記
   振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓みに基づ
   いて、前記振動子のＺ軸方向への変位を示す第３の値を
   検出する第３の検出手段と、前記第１の検出期間には、
   前記第１の値および前記第２の値の双方に基づいて前記
   振動子のＹ軸方向への変位を検出し、検出した変位をＺ
   軸まわりの角速度を示す電気信号として出力するととも
   に、Ｚ軸方向への変位を示す前記第３の値をＹ軸まわり
   の角速度を示す電気信号として出力する動作を行い、前
   記第２の検出期間には、前記第１の値および前記第２の
   値の双方に基づいて前記振動子のＹ軸方向への変位を検
   出し、検出した変位をＸ軸まわりの角速度を示す電気信
   号として出力する動作を行う変位検出回路と、を有する
   ことを特徴とする角速度センサ。
5. 【請求項５】 ＸＹＺ三次元座標系における各座標軸ま
   わりの角速度を検出する三次元角速度センサであって、 主面がＸＹ平面に対して平行になり中心部においてＺ軸
   と交差するように配置され、可撓性をもった可撓基板
   と、 前記可撓基板の下面に固着された振動子と、 前記可撓基板を支持するとともに前記振動子を収容する
   センサ筐体と、 前記振動子を所定の座標軸方向に振動させる励振手段
   と、 前記振動子の所定の座標軸方向への変位を検出する変位
   検出手段と、 を備え、 前記励振手段は、前記可撓基板の上面におけるＸ軸の正
   の領域上に配置され、当該配置箇所に対して、与えられ
   た電気信号に応じた変位もしくは撓みを生じさせる第１
   の駆動手段と、前記可撓基板の上面におけるＸ軸の負の
   領域上に配置され、当該配置箇所に対して、与えられた
   電気信号に応じた変位もしくは撓みを生じさせる第２の
   駆動手段と、前記可撓基板の上面の前記振動子をＺ軸方
   向に変位させることが可能な所定位置に配置され、当該
   配置箇所に対して、与えられた電気信号に応じた変位も
   しくは撓みを生じさせる第３の駆動手段と、前記第１の
   駆動手段および前記第２の駆動手段に交流信号を供給す
   ることにより前記振動子をＸ軸方向に振動させるＸ軸方
   向励振動作と、前記第３の駆動手段に交流信号を供給す
   ることにより前記振動子をＺ軸方向に振動させるＺ軸方
   向励振動作と、を選択的に実行する機能を有し、時分割
   を行うことにより、第１の検出期間には前記Ｚ軸方向励
   振動作を実行し、第２の検出期間には前記Ｘ軸方向励振
   動作を実行する振動発生回路と、を有し、 前記変位検出手段は、前記可撓基板の上面におけるＸ軸
   の正の領域上に配置され、当該配置箇所における前記振
   動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓みに基づい
   て、前記振動子のＸ軸方向への変位に関係した第１の値
   を検出する第１の検出手段と、前記可撓基板の上面にお
   けるＸ軸の負の領域上に配置され、当該配置箇所におけ
   る前記振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓み
   に基づいて、前記振動子のＸ軸方向への変位に関係した
   第２の値を検出する第２の検出手段と、前記可撓基板の
   上面におけるＹ軸の正の領域上に配置され、当該配置箇
   所における前記振動子の変位に起因して生じる変位もし
   くは撓みに基づいて、前記振動子のＹ軸方向への変位に
   関係した第３の値を検出する第３の検出手段と、前記可
   撓基板の上面におけるＹ軸の負の領域上に配置され、当
   該配置箇所における前記振動子の変位に起因して生じる
   変位もしくは撓みに基づいて、前記振動子のＹ軸方向へ
   の変位に関係した第４の値を検出する第４の検出手段
   と、前記第１の検出期間には、前記第１の値および前記
   第２の値の双方に基づいて前記振動子のＸ軸方向への変
   位を検出し、検出した変位をＹ軸まわりの角速度を示す
   電気信号として出力するとともに、前記第３の値および
   前記第４の値の双方に基づいて前記振動子のＹ軸方向へ
   の変位を検出し、検出した変位をＸ軸まわりの角速度を
   示す電気信号として出力する動作を行い、前記第２の検
   出期間には、前記第３の値および前記第４の値の双方に
   基づいて前記振動子のＹ軸方向への変位を検出し、検出
   した変位をＺ軸まわりの角速度を示す電気信号として出
   力する動作を行う変位検出回路と、を有することを特徴
   とする角速度センサ。
6. 【請求項６】 ＸＹＺ三次元座標系における各座標軸ま
   わりの角速度を検出する三次元角速度センサであって、 主面がＸＹ平面に対して平行になり中心部においてＺ軸
   と交差するように配置され、可撓性をもった可撓基板
   と、 前記可撓基板の下面に固着された振動子と、 前記可撓基板を支持するとともに前記振動子を収容する
   センサ筐体と、 前記振動子を所定の座標軸方向に振動させる励振手段
   と、 前記振動子の所定の座標軸方向への変位を検出する変位
   検出手段と、 を備え、 前記励振手段は、前記可撓基板の上面におけるＸ軸の正
   の領域上に配置され、当該配置箇所に対して、与えられ
   た電気信号に応じた変位もしくは撓みを生じさせる第１
   の駆動手段と、前記可撓基板の上面におけるＸ軸の負の
   領域上に配置され、当該配置箇所に対して、与えられた
   電気信号に応じた変位もしくは撓みを生じさせる第２の
   駆動手段と、前記可撓基板の上面におけるＹ軸の正の領
   域上に配置され、当該配置箇所に対して、与えられた電
   気信号に応じた変位もしくは撓みを生じさせる第３の駆
   動手段と、前記可撓基板の上面におけるＹ軸の負の領域
   上に配置され、当該配置箇所に対して、与えられた電気
   信号に応じた変位もしくは撓みを生じさせる第４の駆動
   手段と、前記第１の駆動手段および前記第２の駆動手段
   に交流信号を供給することにより前記振動子をＸ軸方向
   に振動させるＸ軸方向励振動作と、前記第３の駆動手段
   および前記第４の駆動手段に交流信号を供給することに
   より前記振動子をＹ軸方向に振動させるＹ軸方向励振動
   作と、を選択的に実行する機能を有し、時分割を行うこ
   とにより、第１の検出期間には前記Ｙ軸方向励振動作を
   実行し、第２の検出期間には前記Ｘ軸方向励振動作を実
   行する振動発生回路と、を有し、 前記変位検出手段は、前記可撓基板の上面におけるＸ軸
   の正の領域上に配置され、当該配置箇所における前記振
   動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓みに基づい
   て、前記振動子のＸ軸方向への変位に関係した第１の値
   を検出する第１の検出手段と、前記可撓基板の上面にお
   けるＸ軸の負の領域上に配置され、当該配置箇所におけ
   る前記振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓み
   に基づいて、前記振動子のＸ軸方向への変位に関係した
   第２の値を検出する第２の検出手段と、前記可撓基板の
   上面の所定位置に配置され、当該配置箇所における前記
   振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓みに基づ
   いて、前記振動子のＺ軸方向への変位を示す第３の値を
   検出する第３の検出手段と、前記第１の検出期間には、
   前記第１の値および前記第２の値の双方に基づいて前記
   振動子のＸ軸方向への変位を検出し、検出した変位をＺ
   軸まわりの角速度を示す電気信号として出力するととも
   に、Ｚ軸方向への変位を示す前記第３の値をＸ軸まわり
   の角速度を示す電気信号として出力する動作を行い、前
   記第２の検出期間には、Ｚ軸方向への変位を示す前記第
   ３の値をＹ軸まわりの角速度を示す電気信号として出力
   する動作を行う変位検出回路と、を有することを特徴と
   する角速度センサ。
7. 【請求項７】 ＸＹＺ三次元座標系における各座標軸ま
   わりの角速度を検出する三次元角速度センサであって、 主面がＸＹ平面に対して平行になり中心部においてＺ軸
   と交差するように配置され、可撓性をもった可撓基板
   と、 前記可撓基板の下面に固着された振動子と、 前記可撓基板を支持するとともに前記振動子を収容する
   センサ筐体と、 前記振動子を所定の座標軸方向に振動させる励振手段
   と、 前記振動子の所定の座標軸方向への変位を検出する変位
   検出手段と、 を備え、 前記励振手段は、前記可撓基板の上面におけるＹ軸の正
   の領域上に配置され、当該配置箇所に対して、与えられ
   た電気信号に応じた変位もしくは撓みを生じさせる第１
   の駆動手段と、前記可撓基板の上面におけるＹ軸の負の
   領域上に配置され、当該配置箇所に対して、与えられた
   電気信号に応じた変位もしくは撓みを生じさせる第２の
   駆動手段と、前記可撓基板の上面の前記振動子をＺ軸方
   向に変位させることが可能な所定位置に配置され、当該
   配置箇所に対して、与えられた電気信号に応じた変位も
   しくは撓みを生じさせる第３の駆動手段と、前記第１の
   駆動手段および前記第２の駆動手段に交流信号を供給す
   ることにより前記振動子をＹ軸方向に振動させるＹ軸方
   向励振動作と、前記第３の駆動手段に交流信号を供給す
   ることにより前記振動子をＺ軸方向に振動させるＺ軸方
   向励振動作と、を選択的に実行する機能を有し、時分割
   を行うことにより、第１の検出期間には前記Ｙ軸方向励
   振動作を実行し、第２の検出期間には前記Ｚ軸方向励振
   動作を実行する振動発生回路と、を有し、 前記変位検出手段は、前記可撓基板の上面におけるＸ軸
   の正の領域上に配置され、当該配置箇所における前記振
   動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓みに基づい
   て、前記振動子のＸ軸方向への変位に関係した第１の値
   を検出する第１の検出手段と、前記可撓基板の上面にお
   けるＸ軸の負の領域上に配置され、当該配置箇所におけ
   る前記振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓み
   に基づいて、前記振動子のＸ軸方向への変位に関係した
   第２の値を検出する第２の検出手段と、前記可撓基板の
   上面の所定位置に配置され、当該配置箇所における前記
   振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓みに基づ
   いて、前記振動子のＺ軸方向への変位を示す第３の値を
   検出する第３の検出手段と、前記第１の検出期間には、
   前記第１の値および前記第２の値の双方に基づいて前記
   振動子のＸ軸方向への変位を検出し、検出した変位をＺ
   軸まわりの角速度を示す電気信号として出力するととも
   に、Ｚ軸方向への変位を示す前記第３の値をＸ軸まわり
   の角速度を示す電気信号として出力する動作を行い、前
   記第２の検出期間には、前記第１の値および前記第２の
   値の双方に基づいて前記振動子のＸ軸方向への変位を検
   出し、検出した変位をＹ軸まわりの角速度を示す電気信
   号として出力する動作を行う変位検出回路と、を有する
   ことを特徴とする角速度センサ。
8. 【請求項８】 ＸＹＺ三次元座標系における各座標軸ま
   わりの角速度を検出する三次元角速度センサであって、 主面がＸＹ平面に対して平行になり中心部においてＺ軸
   と交差するように配置され、可撓性をもった可撓基板
   と、 前記可撓基板の下面に固着された振動子と、 前記可撓基板を支持するとともに前記振動子を収容する
   センサ筐体と、 前記振動子を所定の座標軸方向に振動させる励振手段
   と、 前記振動子の所定の座標軸方向への変位を検出する変位
   検出手段と、 を備え、 前記励振手段は、前記可撓基板の上面におけるＹ軸の正
   の領域上に配置され、当該配置箇所に対して、与えられ
   た電気信号に応じた変位もしくは撓みを生じさせる第１
   の駆動手段と、前記可撓基板の上面におけるＹ軸の負の
   領域上に配置され、当該配置箇所に対して、与えられた
   電気信号に応じた変位もしくは撓みを生じさせる第２の
   駆動手段と、前記可撓基板の上面の前記振動子をＺ軸方
   向に変位させることが可能な所定位置に配置され、当該
   配置箇所に対して、与えられた電気信号に応じた変位も
   しくは撓みを生じさせる第３の駆動手段と、前記第１の
   駆動手段および前記第２の駆動手段に交流信号を供給す
   ることにより前記振動子をＹ軸方向に振動させるＹ軸方
   向励振動作と、前記第３の駆動手段に交流信号を供給す
   ることにより前記振動子をＺ軸方向に振動させるＺ軸方
   向励振動作と、を選択的に実行する機能を有し、時分割
   を行うことにより、第１の検出期間には前記Ｚ軸方向励
   振動作を実行し、第２の検出期間には前記Ｙ軸方向励振
   動作を実行する振動発生回路と、を有し、 前記変位検出手段は、前記可撓基板の上面におけるＸ軸
   の正の領域上に配置され、当該配置箇所における前記振
   動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓みに基づい
   て、前記振動子のＸ軸方向への変位に関係した第１の値
   を検出する第１の検出手段と、前記可撓基板の上面にお
   けるＸ軸の負の領域上に配置され、当該配置箇所におけ
   る前記振動子の変位に起因して生じる変位もしくは撓み
   に基づいて、前記振動子のＸ軸方向への変位に関係した
   第２の値を検出する第２の検出手段と、前記可撓基板の
   上面におけるＹ軸の正の領域上に配置され、当該配置箇
   所における前記振動子の変位に起因して生じる変位もし
   くは撓みに基づいて、前記振動子のＹ軸方向への変位に
   関係した第３の値を検出する第３の検出手段と、前記可
   撓基板の上面におけるＹ軸の負の領域上に配置され、当
   該配置箇所における前記振動子の変位に起因して生じる
   変位もしくは撓みに基づいて、前記振動子のＹ軸方向へ
   の変位に関係した第４の値を検出する第４の検出手段
   と、前記第１の検出期間には、前記第１の値および前記
   第２の値の双方に基づいて前記振動子のＸ軸方向への変
   位を検出し、検出した変位をＹ軸まわりの角速度を示す
   電気信号として出力するとともに、前記第３の値および
   前記第４の値の双方に基づいて前記振動子のＹ軸方向へ
   の変位を検出し、検出した変位をＸ軸まわりの角速度を
   示す電気信号として出力する動作を行い、前記第２の検
   出期間には、前記第１の値および前記第２の値の双方に
   基づいて前記振動子のＸ軸方向への変位を検出し、検出
   した変位をＺ軸まわりの角速度を示す電気信号として出
   力する動作を行う変位検出回路と、を有することを特徴
   とする角速度センサ。
9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれかに記載の角速度
   センサにおいて、 検出手段として、可撓基板上に形成されたピエゾ抵抗素
   子を用いることを特徴とする角速度センサ。
10. 【請求項１０】 請求項１〜８のいずれかに記載の角速
    度センサにおいて、 駆動手段として、可撓基板の上面に直接もしくは間接的
    に接合された圧電素子を用いることを特徴とする角速度
    センサ。
11. 【請求項１１】 請求項１〜８のいずれかに記載の角速
    度センサにおいて、 検出手段として、可撓基板の上面に直接もしくは間接的
    に接合された圧電素子を用いることを特徴とする角速度
    センサ。
12. 【請求項１２】 請求項１０または１１に記載の角速度
    センサにおいて、 単一の板状圧電素子の両面のそれぞれ対向する位置に複
    数の電極対を形成し、各電極対により挟まれた圧電素子
    の一部分をそれぞれ１つの駆動手段または検出手段とし
    て用いることを特徴とする角速度センサ。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の角速度センサにお
    いて、 圧電素子の部分ごとに異なる分極処理が施されているこ
    とを特徴とする角速度センサ。
14. 【請求項１４】 請求項１０または１１に記載の角速度
    センサにおいて、 物理的に分割された複数の圧電素子を用いることを特徴
    とする角速度センサ。
15. 【請求項１５】 請求項１０〜１４のいずれかに記載の
    角速度センサにおいて、 異なる駆動手段または検出手段として利用される単一の
    圧電素子の各部分もしくは複数の圧電素子にそれぞれ形
    成される複数の電極が、単一の電極層によって構成され
    ていることを特徴とする角速度センサ。
16. 【請求項１６】 請求項１５に記載の角速度センサにお
    いて、 可撓基板を導電性材料によって構成し、この基板自身を
    単一の電極層として用いることを特徴とする角速度セン
    サ。