JPH07139953A - 角速度検出素子の振動数調整方法と角速度検出素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｘ軸，Ｙ軸方向の固有振動数のうち、Ｙ軸方
向の固有振動数のみを独立して調整する。 【構成】 角速度検出素子１０は、基部１２の一端から
振動片１４，１６を平行に突出して備え、その反対側端
面において固定枠に保持される。また、両振動片の付け
根の股部における基部１２の主面の一部領域（角速度検
出素子１０における振動数調整領域）には、振動数調整
体２８が形成されている。この振動数調整体２８の形成
領域は、振動片をＸ軸に沿った振動状態に置いた場合と
Ｙ軸に沿った振動状態に置いた場合における応力の差が
大きな領域であり、振動数調整体２８のＺ軸方向の長さ
ｚ1 は振動片の幅Ｗ0 の２．５倍の長さに等しく、Ｘ軸
方向の幅ｘ1 は、両振動片間の間隔Ｄにほぼ等しい。そ
して、振動数調整体２８にエッチング，半田つけ等の振
動数調整処置を施してその剛性を変化させ、Ｙ軸方向の
固有振動数ｆｙを調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、振動に関与しない固定
部に固定された基部と、該基部から平行に並んで突出し
た少なくとも２本の振動片とを有する角速度検出素子
と、この角速度検出素子の直交する２方向の固有振動数
を調整する振動数調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】所定方向に沿って振動している振動片、
例えば直交座標軸平面（Ｘ−Ｙ平面）におけるＸ軸に沿
って振動している振動片がこのＸ−Ｙ平面と直交するＺ
軸の回りに回転すると、その回転角速度により振動片に
Ｙ軸方向にコリオリの力が生じる。このコリオリの力は
角速度に比例して定まることから、コリオリの力を振動
片の撓み変位量として間接的に、或いは歪量として圧電
素子の圧電効果，歪ゲージの抵抗変化などで直接的に測
定して、振動片の角速度を求めることができる。このた
め、振動する振動片を角速度検出素子として車両や航空
機等に搭載し、その走行或いは飛行軌跡を記録したり旋
回時に発生するヨーレイトを検出することが行なわれて
いる。また、この角速度検出素子をロボットに搭載して
その姿勢制御にも応用されているばかりか、角速度信号
により制御される機器、例えばロボットや工作機械等に
おける駆動機器或いは回転機器等の角速度の検出に用い
られている。

【０００３】この種の角速度検出素子にあっては、直交
する２方向（上記の場合であればＸ軸方向とＹ軸方向）
についての振動片の固有振動数、即ち振動片の駆動方向
（励振方向，Ｘ軸方向）の固有振動数と検出振動方向
（Ｙ軸方向）の固有振動数が近似すればするほど、コリ
オリの力、延いては角速度の検出感度が向上することが
よく知られている。従って、角速度検出素子を用いる際
には、上記両固有振動数を近似させることが行なわれて
おり、そのための技術が種々提案されている。例えば、
実開昭６０−１１８９１１には、振動片の根元部に弾性
体（調整用弾性体）を取り付け、その形状や取付位置を
調節することで両固有振動数の差を調整する技術が提案
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
公報で提案された技術では、両固有振動数の差を小さく
して両固有振動数を近似させることができるものの、次
のような問題点が指摘されている。つまり、調整用弾性
体を振動片の根元に取り付けると、振動する部位の形状
が変わるため、具体的には調整用弾性体のない振動片か
ら調整用弾性体のある振動片に変わるため、一方の固有
振動数のみならず他方の固有振動数も必然的に変化す
る。例えば、調整用弾性体の取付の結果、Ｘ軸方向の固
有振動数が小さく或いは大きくなれば、Ｙ軸方向の固有
振動数も、Ｘ軸方向の固有振動数との振動数の差は小さ
くなるものの、変化してしまう。よって、いずれか一方
の固有振動数だけを独立に調節して両固有振動数を近接
させることができなかった。このため、両固有振動数を
その差が所定値となるよう振動片に調整用弾性体を取り
付けた場合、以下に説明するように、調整前の両固有振
動数の差以上に或いは目標とする調整幅以上に、固有振
動数を調整する必要があり煩雑であった。

【０００５】調整前の両固有振動数がａ，ｂ（ａ＞ｂ）
でありその差がｃ（＝ａ−ｂ）であるとし、一方の固有
振動数がａからａ−ｃ1 （ｃ＞ｃ1 ）になれば両固有振
動数の差が所定値ｃ0 （＝ｃ−ｃ1 ）となると仮定した
場合を例に採り説明する。この場合には、調整前の両固
有振動数の差がｃであり、目標とする調整幅がｃ1 であ
る。ある調整用弾性体の取付により、一方の固有振動数
がａからａ−ｃ1 に調整することができても、他方の固
有振動数もｂからｂ−ｃ2 （ｃ1 ＞ｃ2 ）となる。この
時点での両固有振動数の差は、（ａ−ｃ1 ）−（ｂ−ｃ
2 ）＝（ａ−ｂ）−ｃ1 ＋ｃ2 ＝（ｃ−ｃ1 ）＋ｃ2 ＝
ｃ0 ＋ｃ2 となり、上記所定値ｃ0 よりまだ大きい。よ
って、一方の固有振動数をａ−ｃ1 から更に小さくする
よう調整用弾性体を取り付けたりその形状等を調整する
必要がある。つまり、調整用弾性体の取付，形状変更等
を繰り返して行なって一方の固有振動数を目標とする調
整幅ｃ1 以上に調整しないと、両固有振動数の差を所定
値ｃ0 とすることはできない。また、このような調整を
行なっているうちに、一方の固有振動数の実際の調整量
が当初の両固有振動数の差ｃを越えてしまうこともあ
る。

【０００６】更に、両固有振動数が変化してしまうこと
に付随して、次のような不具合も起きる。一般に、角速
度検出素子を用いる場合には、振動片をＸ軸方向又はＹ
軸方向のいずれかの励振方向に継続して振動させておく
必要があるので、振動片の励振手段、例えば圧電体や電
極には、その軸方向の固有振動数に等しい周波数の交流
電圧が常時印加されている。ところで、上記したように
振動片についての両固有振動数はその調整によりいずれ
も変化しているので、角速度検出素子個々の間では励振
方向についての固有振動数が相違し、各角速度検出素子
間には個体差があることになる。このため、故障等によ
り角速度検出素子を交換した場合、その都度に上記交流
電圧の周波数変更或いは交流電圧印加機器の交換の必要
があり煩雑である。また、このような周波数の変更等を
しないと、安定した振動片の振動を得ることができない
ので素子の検出感度の低下を招いてしまう。

【０００７】本発明は、上記問題点を解決するためにな
され、直交する２方向の固有振動数が近接するよういず
れかの固有振動数を独立して調整可能な振動数調整方法
と、両方向の固有振動数が近接した角速度検出素子を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた請求項１記載の振動数調整方法の採用した
手順は、振動に関与しない固定部に固定された基部と、
該基部の一端から平行に並んで突出した少なくとも２本
の振動片とを有する角速度検出素子の直交する２方向の
固有振動数を調整する方法において、前記各振動片の並
びに沿った方向をＸ軸と規定し、該Ｘ軸に沿って前記振
動片を振動させた場合の該振動片の固有振動数を求める
工程と、前記Ｘ軸と前記振動片の長手方向とに直交する
方向をＹ軸と規定し、該Ｙ軸に沿って前記振動片を振動
させた場合の該振動片の固有振動数を求める工程と、前
記Ｙ軸と直交する前記基部の主面における所定領域の振
動数調整領域であって、前記各振動片の股部から前記振
動片の長手方向と平行に前記基部側に所定距離だけ入り
込んだ前記振動数調整領域の剛性を、前記両固有振動数
の差に応じて増減する工程とを備えることをその要旨と
する。

【０００９】また、請求項３記載の角速度検出素子の採
用した手段は、振動に関与しない固定部に固定された基
部と、該基部の一端から平行に並んで突出した少なくと
も２本の振動片とを有する角速度検出素子において、前
記各振動片の並びに沿った方向と前記振動片の長手方向
とに直交する方向をＹ軸と規定したときに、該Ｙ軸と直
交する前記基部の主面における所定領域を、前記各振動
片の股部から前記振動片の長手方向と平行に前記基部側
に所定距離だけ入り込んだ振動数調整領域として有し、
該振動数調整領域に、剛性が増減可能な振動数調整体を
備えることをその要旨とする。

【００１０】更に、請求項５記載の角速度検出素子の採
用した手段は、振動に関与しない固定部に固定された基
部と、該基部の一端から平行に並んで突出した少なくと
も２本の振動片とを有する角速度検出素子において、前
記各振動片の並びに沿った方向と前記振動片の長手方向
とに直交する方向をＹ軸と規定したときに、該Ｙ軸と直
交する前記基部の主面における所定領域を、前記各振動
片の股部から前記振動片の長手方向と平行に前記基部側
に所定距離だけ入り込んだ振動数調整領域として有し、
該振動数調整領域に該当する範囲の前記基板主面には、
剛性を増減させる剛性増減処置が施されていることをそ
の要旨とする。

【００１１】

【作用】上記した角速度検出素子の振動数調整方法で
は、直交する２方向の固有振動数の調整を振動数調整領
域にて行なうが、この振動数調整領域は、次のような性
質を有する。

【００１２】少なくとも２本の振動片を基部の一端から
平行に並んで突出して有する角速度検出素子では、振動
片がその並びに沿ったＸ軸に沿って振動した際に素子上
に応力（引っ張り応力と圧縮応力および剪断応力）が発
生し、その大きさに応じて分布する。同様に、振動片が
このＸ軸および振動片の長手方向に直交する方向である
Ｙ軸に沿って振動した際にも、素子上には応力（引っ張
り応力と圧縮応力および剪断応力）が発生、その大きさ
に応じて分布する。そして、振動片がＸ軸に沿って振動
した際の応力とＹ軸に沿って振動した際の応力の差は、
素子上において各振動片の股部から振動片の長手方向と
平行に基部側に所定距離だけ入り込んだ領域で大きな値
として分布することが解析により判明した。

【００１３】よって、請求項１記載の角速度検出素子の
振動数調整方法では、この領域を振動数調整領域とし、
その剛性をＸ軸方向の固有振動数とＹ軸方向の固有振動
数の差に応じて増減することで、直交する２方向の固有
振動数の調整を行なうことが可能となる。つまり、この
振動数調整領域では、振動片がＹ軸に沿って振動する際
の発生応力はＸ軸に沿って振動する際の発生応力よりも
大きいため、Ｙ軸方向の固有振動数のみの調整（増減）
が可能となる。

【００１４】振動数調整領域の剛性をＸ軸方向の固有振
動数とＹ軸方向の固有振動数の差に応じて増減するに際
して、振動片の上記両固有振動数を求めるには、実際に
振動片を両方向に振動させその時の振動数を測定すれば
よい。また、振動片の材質，寸法，断面積等に基づき数
値計算して求めてもよい。

【００１５】上記した応力分布および応力の差の分布
は、少なくとも２本の振動片を基部の一端から平行に並
んで突出して有する角速度検出素子であれば、その材
質，寸法等に拘らず不偏的に表われる現象である。よっ
て、振動片の幅やその材質等に特別な制約はなく、適宜
選択可能である。例えば、適当な振動を生じるものであ
ればよく、アルミニウム，ジュラルミン，恒弾性材料等
の金属は勿論、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、ＳｉＯ₂ ，Ｓｉ
₃Ｎ₄等のセラミックや誘電体、水晶，ピエゾ素子（ＰＺ
Ｔ），ＰｂＴｉＯ₃ 等の圧電体等、如何なる材料を角速
度検出素子に用いることができる。

【００１６】上記した角速度検出素子の振動数調整方法
において、振動数調整領域の剛性を増減する工程を、振
動数調整領域に当たる基部主面を削り取る又は質量体を
接合する工程か、振動数調整領域に設けられた振動数調
整体を削り取る又は質量体を接合する工程とした。振動
数調整領域の剛性を増減する工程をこのような工程とす
ることで、日常的な処置、例えば切削，エッチング，半
田付け，金属やセラミック等の接着などを経て、Ｙ軸方
向の固有振動数のみの調整（増減）が可能となる。

【００１７】一方、請求項３に記載した角速度検出素子
では、振動片がＸ軸に沿って振動した際の応力とＹ軸に
沿って振動した際の応力の差が大きな値として分布する
領域である基部主面上の振動数調整領域に、その剛性が
増減可能な振動数調整体を備える。このため、この角速
度検出素子は、振動数調整体の剛性を、Ｙ軸方向の振動
の固有振動数と各振動片の並びに沿った方向の振動の固
有振動数との差に応じて増減できるので、Ｙ軸方向の固
有振動数のみの調整（増減）を経て両方向の固有振動数
を近接させることが可能となる。

【００１８】この場合、角速度検出素子における振動数
調整体は、基板主面の振動数調整領域に接着したり振動
数調整領域に該当する範囲の基板主面に埋設すればよ
い。また、このようにして設けた振動数調整体の剛性
は、削り取り或いは質量体の接合等といった日常的な処
置、例えば切削，エッチング，半田付け，金属やセラミ
ック等の接着などの処置を経て、増減する。

【００１９】また、請求項４に記載した角速度検出素子
では、振動数調整体を、外部から印加された電場或いは
磁場の大きさに応じて剛性が増減するものとすること
で、電場或いは磁場の大きさの調整によりＹ軸方向の固
有振動数のみの調整（増減）を行ない、両方向の固有振
動数を近接させることが可能となる。

【００２０】更に、請求項５に記載した角速度検出素子
では、振動数調整領域に該当する範囲の基板主面に、剛
性を増減させる剛性増減処置を直接施すことで、その処
置量の調整を経てＹ軸方向の固有振動数のみの調整（増
減）を行ない、両方向の固有振動数を近接させることが
可能となる。この場合、剛性増減処置として、削り取り
或いは質量体の接合等といった日常的な処置、例えば切
削，エッチング，半田付け，金属やセラミック等の接着
などの処置を採ることができる。

【００２１】なお、上記したＸ軸，Ｙ軸は、振動片を振
動させた場合等において直交する２つの方向を規定する
ために例示的に用いたものである。

【００２２】

【実施例】次に、本発明に係る角速度検出素子の好適な
実施例について、図面に基づき説明する。図１は、実施
例の角速度検出素子１０の斜視図である。図示するよう
に、角速度検出素子１０は、基部１２の一端から対とな
る２本の振動片１４，１６を平行に突出して備える単一
音叉型の素子であり、基部１２のその反対側端面におい
て図示しない固定枠等に固定され当該固定枠に保持され
る。この角速度検出素子１０の説明に際しては、振動片
１４，１６の並びに沿った方向をＸ軸と規定し、このＸ
軸と各振動片の長手方向とに直交する方向をＹ軸と規定
し、Ｘ−Ｙ平面と直交する方向、即ち振動片の長手方向
をＺ軸と規定することとする。また、後述する他の実施
例についても同様である。

【００２３】この角速度検出素子１０は、例えばジュラ
ルミン等の軽合金の板材（弾性体）に適宜な機械加工を
施し、図示する形状に形成されている。この場合、角速
度検出素子１０の寸法（長さＬ×横幅Ｗ×厚みｔ）は、
６０．０ｍｍ×１０．０ｍｍ×３．０ｍｍであり、各振
動片１４，１６の寸法（長さＬ0 ×幅Ｗ0 ×厚みｔ）
は、４０．０ｍｍ×２．８ｍｍ×３．０ｍｍである。ま
た、振動片間の間隔Ｄは、４．０ｍｍである。

【００２４】また、図１およびその２−２線拡大断面図
である図２に示すように、各振動片には、チタン酸ジル
コン酸塩等の圧電体がそれぞれ設けられている。つま
り、振動片１４と振動片１６の両側面（Ｘ軸が直交する
Ｙ−Ｚ平面と平行な面）には、一対の圧電体２０，２１
と圧電体２２，２３とが、振動片１４と振動片１６の上
下面（Ｙ軸が直交するＸ−Ｚ平面と平行な面）には、一
対の圧電体２４，２５と圧電体２６，２７がそれぞれ対
向して接着・固定されている。そして、各対の圧電体に
おけるそれぞれの圧電体には、図示しない導電ラインが
各振動片の振動を阻害しないように配線されている。

【００２５】このため、振動片１４および振動片１６の
圧電体２０，２１と圧電体２２，２３に交流電圧を印加
すれば、振動片１４，振動片１６はＸ軸に沿って振動す
る。一方、このようにＸ軸に沿って振動している振動片
１４，振動片１６にＺ軸回りに回転角速度が加わると、
コリオリの力が作用して当該振動片はＹ軸方向に沿って
振動する。よって、振動片１４および振動片１６の圧電
体２４，２５と圧電体２６，２７からは、このＹ軸に沿
った振動の振動状態が検出できる。なお、一方の振動片
をＸ軸に沿って振動させればその振動が他の振動片に伝
播し両振動片ともＸ軸に沿った振動状態に置くことがで
きるので、交流電圧の印加は振動片１４の圧電体２０，
２１に対してしか行なわれない。この際の交流電圧の印
加の様子等については後述する。

【００２６】更に、上記両振動片の付け根の股部におけ
る基部１２の主面の一部領域は、この角速度検出素子１
０における振動数調整領域であり、他の領域から約１ｍ
ｍ程度盛り上がった振動数調整体２８とされている。つ
まり、この振動数調整体２８の占める領域の厚みが４ｍ
ｍ、それ以外の領域の厚みが上記した３．０ｍｍとなる
ように研磨等をすることで、振動数調整体２８は基部１
２と一体に形成される。この振動数調整体２８の形成領
域は、角速度検出素子１０における振動片１４，１６を
Ｘ軸に沿った振動状態に置いた場合とＹ軸に沿った振動
状態に置いた場合における応力の差の分布から、次のよ
うにして定まる。

【００２７】図３に示すように、角速度検出素子１０と
外形形状が等しく振動数調整体２８を有しない角速度検
出素子の振動片をＸ軸に沿って振動させた場合、当該素
子には引っ張り，圧縮および剪断の応力が発生し図３
（Ａ）のように分布する。一方、この素子の振動片をＹ
軸に沿って振動させた場合にあっても、素子にはこれら
応力が発生し図３（Ｂ）のように分布する。この結果、
この素子の振動片をＹ軸に沿って振動させた場合の応力
とＸ軸に沿って振動させた場合の応力の差は、図３
（Ｃ）のように分布する。この図３（Ｃ）において、そ
の応力差が大きい領域は、各振動片の並びに沿った面と
平行な基部主面上で各振動片の付け根間領域に見られ、
この領域の所定範囲が振動数調整体２８の形成領域に相
当する。そして、この振動数調整体２８の形成領域は、
図３（Ｃ）に示すように、振動片１４，１６の幅Ｗ0 に
対して以下に説明する関係にある。

【００２８】つまり、振動数調整体２８周辺の正面図で
ある図４に示すように、振動数調整体２８は、Ｚ軸方向
にｚ1 の長さとＸ軸方向にｘ1 の幅を有し、その一端
（図における上端）は、基部１２の振動片股部端面と一
致している。振動数調整体２８のＸ軸方向の幅ｘ1 は、
両振動片１４，１６間の間隔Ｄにほぼ等しく、Ｚ軸方向
の長さｚ1 は、振動片１４，１６の幅Ｗ0 の２．５倍の
長さ（本実施例にあっては２．５×２．８＝７．０ｍ
ｍ）に等しい。しかも、振動数調整体２８のうち、基部
１２の振動片股部端面に近い領域ほど上記した応力差は
大きく表われ、その様子を模式的に示すと、図中にで
示された領域の応力差が最も大きく、以下，，，
の順に応力差は小さくなる。また、振動数調整体２８
以外の基板主面では、応力差が生じるものの、振動数調
整体２８から離れるほど応力差は小さくなる。

【００２９】この振動数調整体２８の長さｚ1 は２．５
×Ｗ0 以内の値（長さ）であればよく、２．５×Ｗ0 の
値（長さ）を越える場合には、２．５×Ｗ0 以内の値
（長さ）の範囲内で後述する振動数調整処置を行なえば
よい。換言すれば、基部１２の主面において上記した振
動数調整領域（各振動片の付け根間領域で振動片の幅Ｗ
0 の２．５倍以内の領域）で、振動数調整体２８を経て
振動数調整処置を行なえば振動数調整に好適であるが、
この領域以外では応力差が小さいために振動数調整が難
しくなる。なお、振動数調整体２８のＸ軸方向の幅ｘ1
にあっては、上記した応力の差の分布に応じて適宜変更
可能である。

【００３０】上記した応力分布および応力の差の分布は
本実施例における角速度検出素子１０に固有の現象では
なく、少なくとも２本の振動片を基部から平行に並んで
突出して有する角速度検出素子であれば、その材質，寸
法，振動数調整体２８の有無等に拘らず不偏的に表われ
る現象である。よって、振動片の幅Ｗ0 は、本実施例の
数値（２．８ｍｍ）に限定されることはなく任意の値と
することができる。また、角速度検出素子の材料として
は、ジュラルミン以外の金属（金属弾性体）のほか、水
晶，半導体やガラス等であってもよい。

【００３１】次に、この角速度検出素子１０の回路構成
について図５のブロック図を用いて説明する。この図５
に示すように、角速度検出素子１０の振動片１４および
振動片１６における一対の圧電体２０，２１および圧電
体２２，２３は励振側回路２９に、振動片１６における
一対の圧電体２４，２５および圧電体２６，２７は検出
側回路３７にそれぞれ接続されている。

【００３２】励振側回路２９は、振動片１４の圧電体２
０，２１に交流電圧を印加する励振回路３０と、振動片
１６の圧電体２２，２３が圧電効果により生じる電気信
号の位相を揃える検出バランス調整回路３２と、入力し
た電気信号のレベルに拘らず一定の出力レベルとするオ
ートマティックゲインコントローラ（ＡＧＣ）３４と、
振動片１４のＸ軸方向の固有振動数（共振周波数）を中
心とした所定幅の周波数の電気信号を選別するバンドパ
スフィルタ３６とから構成される。そして、この励振側
回路２９は、励振回路３０により、振動片１４の圧電体
２０，２１に振動片１４のＸ軸方向の固有振動数と一致
する周波数の交流電圧を常時印加し、振動片１４をＸ軸
に沿って励振させる。その様子については、後述する。

【００３３】一方、検出側回路３７は、振動片１４，１
６における二対の圧電体２４，２５と圧電体２６，２７
とが接続された検出バランス調整回路３８を備える。こ
の検出バランス調整回路３８は、上記二対の圧電体の圧
電効果により生じる電気信号（交流電圧）の位相の調整
と、角速度検出素子１０に横加速度が作用した際の各振
動片の撓みにより検出される電気信号の相殺とを行な
う。そして、検出側回路３７は、この検出バランス調整
回路３８により調整された電気信号の出力レベルを増幅
する増幅回路４０と、交流電圧である電気信号の負の部
分を反転して正電圧とし整流作用をはたす同期検波回路
４２と、正電圧化された電気信号を整流電圧の電気信号
とする積分回路４４と、整流電圧の電気信号の出力レベ
ルを増幅する増幅出力回路４６とから構成される。

【００３４】励振側回路２９の励振回路３０からは、振
動片１４の圧電体２０，２１にこの振動片１４のＸ軸方
向の固有振動数と一致する周波数の交流電圧が印加され
るため、圧電体２０，２１のそれぞれは、逆圧電効果に
より電圧に応じてそれぞれ伸縮する。この交流電圧の印
加に当たっては、圧電体２０，２１のそれぞれに位相が
１８０度異なる交流電圧が印加されるので、圧電体２
０，２１の各圧電体の伸縮は、一方が伸びるときに他方
が縮み、一方が縮むときに他方が伸びることとなる。こ
の結果、振動片１４は、図中Ｘ軸方向に沿ってその固有
振動数で振動する。そして、この振動片１４のＸ軸に沿
った振動は他の振動片１６に伝播し、これら振動片はＸ
軸に沿って振動する。

【００３５】振動片１６がこのようにＸ軸に沿って振動
すると、この振動片における圧電体２２，２３は振動に
伴って伸縮し、圧電効果により各圧電体の伸縮に応じた
交流電圧の電気信号を生じる。圧電体２２，２３の各圧
電体の伸縮は互いに逆となるので、生じる電気信号は、
位相が１８０度異なる交流電圧となる。この電気信号
は、検出バランス調整回路３２により一方の電気信号を
反転して位相が揃えられ、ＡＧＣ３４により出力レベル
を一定（振動片１４の固有振動数を中心とした所定幅）
にされる。そして、バンドパスフィルタ３６により固有
振動数を中心とした所定幅の電気信号が選別され、励振
回路３０により選別された電気信号が振動片１４におけ
る圧電体２０，２１に印加される。従って、振動片１４
における圧電体２０，２１には、振動片１４の固有振動
数で、かつ一定レベルの交流電圧が常時印加される。こ
のため、振動片１４は、Ｘ軸方向の固有振動数で定常的
に一定の振幅で振動を継続するので、他の振動片１６も
Ｘ軸に沿って継続して振動する。

【００３６】また、振動片１４とその振動が伝播して振
動する振動片１６とがＸ軸に沿って継続して振動してい
る状態にあるときに、角速度検出素子１０にＸ−Ｙ平面
に直交するＺ軸の回りに回転角速度ωが作用すると、振
動片１４，１６は式Ｆ＝２ｍＶ・ωで表わされるコリオ
リの力Ｆを受けてＹ軸に沿って振動する。ここで、ｍは
振動片１４，１６の振動部分の質量、Ｖは振動部分の速
度である。この振動部分の速度Ｖは、式Ｖ＝Ａω・cos
ωｔ で表わされ、回転角速度ωが一定のときには振動
片１４，１６のＸ軸方向の振動の振幅Ａに比例する。従
って、コリオリの力Ｆは振動片１４，１６のＸ軸方向の
振動の振幅Ａを大きくすることにより大きくすることが
できる。

【００３７】このように振動片１４，１６がコリオリの
力Ｆを受けてＹ軸に沿って振動すると、両振動片は、Ｘ
軸方向の振動とＹ軸方向の振動とにより、全体として楕
円運動を起こす。振動片１４，１６における圧電体２
４，２５および圧電体２６，２７は、この楕円運動のＹ
軸方向成分の振動に伴って伸縮し、各圧電体の圧電効果
により各圧電体の伸縮に応じた交流電圧の電気信号を生
じる。この電気信号は、各圧電体の伸縮を反映したもの
であるので、伸縮が大きくなれば大きな出力レベルの電
気信号となる。従って、検出感度を高くするためには、
振動片１４，１６の圧電体２４，２５および圧電体２
６，２７から得られる電気信号の出力レベルを近似した
値で大きくすることが必要となる。つまり、振動片１
４，１６の圧電体２４，２５および圧電体２６，２７を
大きく伸縮させるとともに、両振動片についてＸ軸およ
びＹ軸方向の振動の固有振動数をできるだけ近接した値
とすることが望ましい。

【００３８】振動片１４，１６の圧電体２４，２５およ
び圧電体２６，２７から得られた電気信号は、検出バラ
ンス調整回路３８に入力され、この検出バランス調整回
路３８では、各圧電体から生じる電気信号の位相が揃え
られるとともに、横加速度に基づく電気信号が相殺され
る。増幅回路４０では、電気信号の出力レベルが増幅さ
れる。同期検波回路４２では、励振回路３０の参照信号
と同期して交流電圧である電気信号を検波して正電圧と
なる。積分回路４４では、正電圧化された電気信号は整
流電圧の電気信号となる。整流電圧の電気信号は、増幅
出力回路４６により増幅されて出力される。つまり、コ
リオリの力Ｆによる振動片１４，１６のＹ軸に沿った振
動の振動状態を反映した電気信号が、検出側回路３７の
検出バランス調整回路３８等を経て、Ｚ軸回りの回転角
速度ωの方向と大きさを表わすリニアな電気信号として
図示しない電子制御装置に出力される。このため、角速
度検出素子１０を車両に搭載すれば、車両の旋回方向と
その単位時間当たりの大きさを検出することができる。
なお、横加速度を無視するのであれば、振動片１６にお
ける圧電体２６，２７のみから電気信号を得れば足り
る。

【００３９】次に、振動数調整体２８による振動片の振
動数調整の様子について説明する。本実施例における振
動数調整処置は、図１に示した振動数調整体２８の剛性
の変化量を通して角速度検出素子１０全体としての剛性
の変化を得る処置である。具体的には、振動数調整体２
８の厚みを変更してその部位の剛性を減少或いは増加
（付加）し、この剛性の変化でＹ軸方向の固有振動数を
調整する処置である。この処置における厚みの変更の度
合いは、剛性の変化量を通してＹ軸方向の固有振動数ｆ
ｙの変化量に反映し、振動数調整体２８を削り取って厚
みを薄くすれば剛性の低下によりＹ軸方向の固有振動数
ｆｙは小さくなり、振動数調整体２８に半田付け等を施
して厚みを厚くすれば剛性の付加によりＹ軸方向の固有
振動数ｆｙは大きくなる。この場合、振動数調整体２８
の厚みの変更は、振動数調整体２８の全面に亘るもので
もよく、その一部領域に亘るものでもよい。また、厚み
が部分的に変化していてもよい。

【００４０】まず、振動片１４，振動片１６のＹ軸方向
の固有振動数ｆｙがＸ軸方向の固有振動数ｆｘより大き
い場合について説明する。なお、振動数調整前のＸ軸方
向の固有振動数ｆｘとＹ軸方向の固有振動数ｆｙは、測
定の結果、Ｙ軸方向の固有振動数ｆｙは１２７０Ｈｚ、
Ｘ軸方向の固有振動数ｆｘは１２５２Ｈｚであった（図
７参照）。この場合には、調整後の両固有振動数の差が
１０Ｈｚ以内となれば角速度検出素子１０における検出
感度は実用的に満足するものとなることから、この際の
目標とする調整幅は１０Ｈｚである。

【００４１】調整前の上記両固有振動数が上記の値であ
れば、Ｙ軸方向の固有振動数ｆｙを小さくすればよいの
で、振動数調整体２８の表面にエッチング処理を施して
振動数調整体２８の厚みを薄くする振動数調整処置を行
なった。エッチング処理により、図６に示すように、振
動数調整体２８は中央ほど多くの量が削り取られ、その
厚みは振動数調整体２８の全面に亘って変化し、中央ほ
ど変化の度合いは高い。つまり、図示するように、振動
数調整体２８の中央のエッチング深さがｄとなるように
振動数調整体２８の長手方向エッジ部からθの角度でエ
ッチングして、振動数調整体２８の厚みを薄くした。こ
の際の削り込み深さ（エッチング深さｄ）とＸ軸方向の
固有振動数ｆｘおよびＹ軸方向の固有振動数ｆｙとの関
係を求めた結果、図７に示す関係が得られた。

【００４２】この図７に示すように、振動数調整体２８
の削り込み深さとＹ軸方向の固有振動数ｆｙとの間に
は、負の傾きの直線関係があるものの、Ｘ軸方向の固有
振動数ｆｘは初期値（１２５２Ｈｚ）のままほぼ一定で
あった。そして、振動数調整体２８を約０．１ｍｍ削り
込むことで、振動片１４，１６についてのＹ軸方向の固
有振動数ｆｙを１２６０ＨｚにしてＸ軸方向の固有振動
数ｆｘ（１２５２Ｈｚ）に近接させ、両固有振動数の差
を１０Ｈｚ以内とすることができた。

【００４３】また、Ｙ軸方向の固有振動数ｆｙがＸ軸方
向の固有振動数ｆｘより小さい場合（例えば、Ｙ軸方向
の固有振動数ｆｙが１２５０Ｈｚで、Ｘ軸方向の固有振
動数ｆｘが１２７０Ｈｚの場合）は、振動数調整体２８
の表面には半田付けをしてその厚みを厚くし、Ｙ軸方向
の固有振動数ｆｙを増加させた。この場合にも、Ｘ軸方
向の固有振動数ｆｘを初期値（１２７０Ｈｚ）から変化
させることなく、Ｙ軸方向の固有振動数ｆｙのみを１２
６０ＨｚにしてＸ軸方向の固有振動数ｆｘ（１２７０Ｈ
ｚ）に近接させ、両固有振動数の差を１０Ｈｚ以内とす
ることができた。

【００４４】以上説明したように、本実施例の角速度検
出素子１０によれば、振動数調整処置として振動数調整
体２８にエッチング，半田付け等の日常的な処置を施す
だけで、振動数調整体２８の剛性の増減を通して、Ｘ軸
方向の固有振動数ｆｘを初期値から変化させることな
く、Ｙ軸方向の固有振動数ｆｙのみを変化させて両固有
振動数の差を所定値範囲内とすることができた。この結
果、本実施例の角速度検出素子１０によれば、両固有振
動数が近接したことに基づき、感度よく回転角速度、延
いてはコリオリの力を検出することができる。

【００４５】また、Ｙ軸方向の固有振動数ｆｙを調整す
るに当たり、振動数調整処置量（エッチングによる削り
込み量，半田付け量等）とＹ軸方向の固有振動数ｆｙと
の関係を実験等により事前に知ることができるととも
に、その調整量を目標とする調整幅と一致させることが
できる。このため、本実施例の角速度検出素子１０によ
れば、振動数調整を容易に行なうことができる。しか
も、Ｘ軸方向の固有振動数ｆｘを変化させないので、個
々の角速度検出素子１０における振動片のＸ軸方向の固
有振動数ｆｘをほぼ一定の値とすることが可能である。
このため、バンドパスフィルタ３６のバンド幅を所定値
に限定することができる。よって、角速度検出素子１０
の交換の都度に、交換された角速度検出素子１０に適合
したバンド幅のバンドパスフィルタ３６を用いる必要が
ないので、本実施例の角速度検出素子１０によれば、回
路構成を簡略化することができるとともに、安定した振
動片の振動を得ることができ素子の検出感度の低下を招
かない。

【００４６】更に、本実施例の角速度検出素子１０で
は、振動数調整のための振動数調整体２８を基部１２の
主面上に設け、両振動片と干渉させない。よって、振動
数調整体２８に振動数調整のための処置を加える際に、
当該処置のための作業（具体的には、切削，エッチン
グ，半田付け，弾性体の接着等の作業）を圧電体２０，
２１および圧電体２２，２３は勿論、圧電体２４，２５
および圧電体２６，２７と干渉することなく行なうこと
ができる。この結果、本実施例の角速度検出素子１０に
よれば、振動数調整のための作業の簡略化を図ることが
できる。

【００４７】この他、本実施例の角速度検出素子１０で
は、振動数調整体２８を振動片の根元に設ける必要がな
いため、各振動片が振動した際の歪が著しい振動片の根
元に振動用或いは振動検出用の圧電体を設けることがで
きる。この結果、本実施例の角速度検出素子１０によれ
ば、各振動片１４，１６についてＸ軸およびＹ軸方向の
振動の固有振動数を近接させることができることと相俟
って、圧電体２０，２１および圧電体２２，２３ばかり
か圧電体２４，２５および圧電体２６，２７を大きく伸
縮させることができるので、振動片１４，振動片１６を
効率よくＸ軸に沿って振動させることができるととも
に、この両振動片に作用するコリオリの力、延いては回
転角速度ωの方向およびその大きさ（ヨーレイト）を感
度よく検出できる。

【００４８】次に、本発明にかかる他の実施例の角速度
検出素子について説明する。この第２の実施例の角速度
検出素子５０は、図８に示すように、基部５２の一端か
ら対となる２本の振動片５４，５６を平行に突出して備
えた単一音叉型の素子であり、基部５２のその反対側端
面において図示しない固定枠等に固定され当該固定枠に
保持される。そして、角速度検出素子５０は、この固定
枠に基部５２を一体にして、単結晶体である水晶の板材
（水晶板）をエッチングして形成されている。この角速
度検出素子５０にあっても、角速度検出素子１０と同
様、振動片５４，５６の並びに沿った方向がＸ軸であ
り、このＸ軸と各振動片の長手方向とに直交する方向が
Ｙ軸、Ｘ−Ｙ平面と直交する方向、即ち振動片の長手方
向がＺ軸である。

【００４９】水晶板のエッチングに際しては、水晶自体
の逆圧電効果により角速度検出素子５０の振動片５４，
５６がＹ軸に沿って振動するよう、水晶自体の圧電効果
によりこの両振動片のＸ軸に沿った振動を検出できるよ
うエッチングされる。また、エッチングに当たっては、
水晶板に固定枠，基部５２および両振動片の輪郭を金属
マスク或いはフォトリソグラフィ等の印刷手法を用いて
描き、この輪郭に倣ってエッチングされる。なお、エッ
チングに際しては、水晶の結晶配列で規定されるＺ面が
用いられる。即ち、Ｙ軸方向が、水晶の結晶面のミラー
指数表示で＜０００１＞に相当する。

【００５０】この角速度検出素子５０の寸法（長さＬ×
横幅Ｗ×厚みｔ）は、６．０ｍｍ×１．１ｍｍ×０．３
ｍｍであり、各振動片１４，１６の寸法（長さＬ0 ×幅
Ｗ0×厚みｔ）は、４．０ｍｍ×０．３０ｍｍ×０．２
８ｍｍである。また、振動片間の間隔Ｄは、０．４０ｍ
ｍである。

【００５１】そして、この角速度検出素子５０は、水晶
自体が圧電効果を発揮する材料であるので、振動片５４
にはこの振動片をＹ軸に沿って励振するための電極を備
える。また、角速度検出素子５０は、振動片５６にはこ
の振動片がＸ軸に沿って振動した場合にその振動状態を
検出するための電極を備える。

【００５２】具体的に説明すると、図８およびその９−
９線拡大断面図である図９に示すように、振動片５４の
上下面（Ｙ軸が直交するＸ−Ｚ平面と平行な面）のそれ
ぞれに、プラス電極６０，マイナス電極６２を並べて備
える。一方、振動片５６にあっては、その上下面のそれ
ぞれにプラス電極６８を、その両側面（Ｘ軸が直交する
Ｙ−Ｚ平面と平行な面）のそれぞれにマイナス電極７０
を備える。この両側面のマイナス電極７０は、図８に示
すように、振動片５６先端において導通されている。ま
た、基部５２には、上記した各電極に到る配線７２，７
３，７６，７７を備える。この場合、振動片５６のマイ
ナス電極７０に到る配線７７は、両側面の両マイナス電
極７０が振動片５６先端において導通されているので、
基部５２の上面にのみ形成されており、その他の配線
は、基部５２の上下面に形成されている。なお、これら
電極および配線は、角速度検出素子５０の表面への導電
性の薄膜形成，フォトレジスト処理等の周知の半導体製
造技術により形成される。

【００５３】この角速度検出素子５０における振動片５
４のプラス電極６０，マイナス電極６２に配線７２，７
３を介して励振回路（発振回路）を接続すれば、振動片
５４をＹ軸に沿って定常的にその固有振動数で振動させ
てこの振動を振動片５６に伝播し、両振動片をＹ軸に沿
った定常的な振動状態におく。一方、このようにＹ軸に
沿って振動している振動片５４，振動片５６に回転角速
度が加わるとコリオリの力が作用して当該振動片がＸ軸
方向に沿って振動するので、振動片５６のプラス電極６
８，マイナス電極７０からコリオリの力、延いてはヨー
レイトを検出することができる。

【００５４】更に、第２の実施例における角速度検出素
子５０では、上記両振動片の付け根の股部における基部
５２の主面の一部領域が、この角速度検出素子５０にお
ける振動数調整領域であり、この領域には、アルミニウ
ム製の薄板（板厚約０．１ｍｍ）からなる振動数調整体
８０が接着固定されている。この振動数調整体８０が接
着固定される領域も、既述した角速度検出素子１０にお
ける振動数調整体２８と同様、振動片５４，５６をＸ軸
に沿った振動状態に置いた場合とＹ軸に沿った振動状態
に置いた場合における応力の差が大きい領域である。そ
して、図１０に示すように、振動数調整体８０のＺ軸方
向の長さｚ1 は、ほぼ振動片５４，５６の幅Ｗ0 （０．
３ｍｍ）に等しく、Ｘ軸方向の幅ｘ1 は、両振動片５
４，５６間の間隔Ｄにほぼ等しい。なお、上記した振動
数調整体２８と同様に、Ｚ軸方向の長さｚ1 を振動片５
４，５６の幅Ｗ0 の２．５倍の長さとすることもでき
る。

【００５５】この振動数調整体８０は、図１０に示すよ
うに、けがき線により格子状にその領域が分割されてお
り、おのおのの分割領域を振動数調整単位部８０（ｉ，
ｊ）とする（添え字ｉ，ｊは、行列を表わす。ｉ，ｊ＝
１〜６）。つまり、振動数調整体８０は、振動数調整単
位部８０（ｉ，ｊ）を２次元のマップ状に有する。

【００５６】次に、振動数調整体８０による振動片の振
動数調整の様子について説明する。この第２の実施例に
おける振動数調整処置は、図８，図１０に示した振動数
調整体８０の剛性の変化量を通して角速度検出素子５０
全体としての剛性の変化を得る処置である。具体的に
は、振動数調整単位部８０（ｉ，ｊ）を個別に或いは組
み合わせ、その単位部を所定の深さで削り取って或いは
除去することで剛性を低下させてＹ軸方向の固有振動数
ｆｙを小さくし、その単位部を半田付け等により所定量
盛り上げて剛性を付加しＹ軸方向の固有振動数ｆｙを大
きくする。

【００５７】この振動数調整単位部８０（ｉ，ｊ）とＹ
軸方向の固有振動数ｆｙの変化の様子との関係は、振動
数調整体８０が振動数調整体２８と同様に角速度検出素
子５０における振動数調整領域に設けられていることか
ら、図１１の模式図のようになる。つまり、同じ列の振
動数調整単位部８０（ｉ，ｊ）であれば、基部５２の振
動片股部端面に近いほど、即ち行番号ｉの小さい振動数
調整単位部８０（ｉ，ｊ）ほどＹ軸方向の固有振動数ｆ
ｙの変化量は大きくなり、行番号ｉの大きい振動数調整
単位部８０（ｉ，ｊ）ほどＹ軸方向の固有振動数ｆｙの
変化量は小さくなる。また、同じ行の振動数調整単位部
８０（ｉ，ｊ）であれば、中央の単位部ほど（ｊ＝３，
４）ほどＹ軸方向の固有振動数ｆｙの変化量は大きくな
り、その両側の振動数調整単位部８０（ｉ，ｊ）ほどＹ
軸方向の固有振動数ｆｙの変化量は小さくなる。

【００５８】従って、Ｙ軸方向の固有振動数ｆｙを調整
するには、図１１に模式的に示したＹ軸方向の固有振動
数ｆｙの変化量，調整前のＸ軸方向の固有振動数ｆｘと
Ｙ軸方向の固有振動数ｆｙとの差および目標とする調整
幅等に基づいて、除去対象或いは半田付け対象となる振
動数調整単位部８０（ｉ，ｊ）を選択する。次いで、選
択した振動数調整単位部８０（ｉ，ｊ）を除去或いは半
田付けすれば、Ｘ軸方向の固有振動数ｆｘを変化させる
ことなく、Ｙ軸方向の固有振動数ｆｙをＸ軸方向の固有
振動数ｆｘに近接させ、両固有振動数の差を所定値以内
とすることができる。

【００５９】以上説明したように、第２の実施例の角速
度検出素子５０では、振動数調整体８０の振動数調整単
位部８０（ｉ，ｊ）にエッチング等による削り取りや除
去或いは半田付け等の振動数調整処置を施すだけで、Ｘ
軸方向の固有振動数ｆｘを初期値から変化させることな
く、Ｙ軸方向の固有振動数ｆｙのみを変化させて両固有
振動数の差を所定値範囲内とすることができる。この結
果、第２の実施例の角速度検出素子５０によれば、上記
した角速度検出素子１０と同様の効果、例えばＹ軸方向
の固有振動数の独立調整，調整作業や回路構成の簡略化
等の効果を奏することができる。

【００６０】また、この第２の実施例の角速度検出素子
５０によれば、調整処置の対象となる振動数調整単位部
８０（ｉ，ｊ）を組み合わせることで、よりきめ細かく
Ｙ軸方向の固有振動数ｆｙを調整できるので両固有振動
数をより近接させることができる。

【００６１】しかも、角速度検出素子５０では、各電極
に到る通電用の配線を他の電極との干渉を振動片におい
て考慮することなく形成できる。このため、角速度検出
素子５０によれば、配線を太く形成して高い電圧の印加
を図ることができ、振動片をより大きな振幅で振動させ
て検出感度を向上させることができる。

【００６２】次に、第３の実施例について説明する。こ
の第３の実施例の角速度検出素子１００は、図１２に示
すように、基部１０２の一端から３本の振動片１０４，
１０６，１０８を平行且つ一列に突出して備える複数音
叉型の素子であり、基部１０２のその反対側端面におい
て図示しない固定枠等に固定され当該固定枠に保持され
る。この角速度検出素子１００にあっても、角速度検出
素子１０，５０と同様、振動片１０４，１０６，１０８
の並びに沿った方向がＸ軸であり、このＸ軸と各振動片
の長手方向とに直交する方向がＹ軸、Ｘ−Ｙ平面と直交
する方向、即ち振動片の長手方向がＺ軸である。

【００６３】この角速度検出素子１００は、第１の実施
例における角速度検出素子１０と同様、ジュラルミン等
の軽合金の板材（弾性体）に適宜な機械加工を施し、図
示する形状に形成されている。この場合、角速度検出素
子１００の各振動片１０４，１０６，１０８の寸法（長
さＬ0 ×幅Ｗ0 ×厚みｔ）および振動片間隔Ｄは、角速
度検出素子１０と同一である。

【００６４】また、図１２およびその１３−１３線拡大
断面図である図１３に示すように、各振動片には、チタ
ン酸ジルコン酸塩等の圧電体がそれぞれ設けられてい
る。つまり、振動片１０４，１０６，１０８の両側面
（Ｘ軸が直交するＹ−Ｚ平面と平行な面）には、一対の
圧電体１１０，１１１と圧電体１１２，１１３と圧電体
１１４，１１５とが、振動片１０４，１０６，１０８の
上下面（Ｙ軸が直交するＸ−Ｚ平面と平行な面）には、
一対の圧電体１２０，１２１と圧電体１２２，１２３と
圧電体１２４，１２５とがそれぞれ対向して接着・固定
されている。そして、各対の圧電体におけるそれぞれの
圧電体には、図示しない導電ラインが各振動片の振動を
阻害しないように配線されている。

【００６５】このため、振動片１０４，１０６，１０８
の圧電体１１０，１１１と圧電体１１２，１１３と圧電
体１１４，１１５に交流電圧を印加すれば、これら各振
動片はＸ軸に沿って振動する。一方、このようにＸ軸に
沿って振動している各振動片に回転角速度が加わるとコ
リオリの力が作用して当該振動片がＹ軸方向に沿って振
動するので、振動片１０４，１０６，１０８の圧電体１
２０，１２１と圧電体１２２，１２３と圧電体１２４，
１２５からは、このＹ軸に沿った振動の振動状態が検出
できる。なお、いずれか一つの振動片をＸ軸に沿って振
動させればその振動が他の振動片に伝播し各振動片とも
Ｘ軸に沿った振動状態に置くことができるので、交流電
圧の印加は振動片１０４の圧電体１１０，１１１に対し
てしか行なわれない。この際の交流電圧の印加の様子等
は、既述した角速度検出素子１０の場合と同様であるの
でその説明は省略する。この角速度検出素子１００にあ
っては、振動片１０４と振動片１０８との間の中央に位
置する振動片１０６を、振動片１０４，振動片１０８の
２倍の振幅で振動することができる。

【００６６】更に、上記の各振動片の付け根の股部にお
ける基部１０２の主面の一部領域を、角速度検出素子１
０，角速度検出素子５０と同様に、振動数調整領域と
し、当該領域には、チタン酸ジルコン酸塩等の圧電体か
らなる振動数調整体１３０が埋設されている。この振動
数調整体が埋設されている領域も、各振動片１０４，１
０６，１０８をＸ軸に沿った振動状態に置いた場合とＹ
軸に沿った振動状態に置いた場合における応力の差が大
きい領域である。

【００６７】そして、図１２に示すように、振動数調整
体１３０は、この振動数調整領域に、基部１０２の振動
片股部端面から僅かな距離を置いて埋設されている。こ
の振動数調整体１３０のＺ軸方向の長さｚ1 は、ほぼ振
動片１０４，１０６，１０８の幅Ｗ0 （２．８ｍｍ）に
等しく、Ｘ軸方向の幅ｘ1 は、隣合う振動片の間隔Ｄに
ほぼ等しい。なお、角速度検出素子１０における振動数
調整体２８と同様に、Ｚ軸方向の長さｚ1 を振動片１０
４，１０６，１０８の幅Ｗ0 の２．５倍の長さとするこ
ともできる。また、振動数調整体１３０には、所定電圧
の直流電圧を印加するための図示しない導電ラインが各
振動片の振動を阻害しないように配線されている。

【００６８】次に、振動数調整体１３０による振動片の
振動数調整の様子について説明する。この第３の実施例
における振動数調整処置は、図１２に示した振動数調整
体１３０に極性をも考慮した直流電圧を印加して当該調
整体に電圧に応じた電歪を生じさせ、この電歪による振
動数調整体１３０の剛性の変化量を通して角速度検出素
子１００全体としての剛性の変化を得る処置である。具
体的には、Ｘ軸方向の固有振動数ｆｘとＹ軸方向の固有
振動数ｆｙとの差および目標とする調整幅等に基づい
て、印加する電圧の極性および電圧値を決定する。そし
て、振動数調整体１３０に決定済みの電圧を印加して振
動数調整体１３０に電歪を生じさせてその剛性を変更
（低下或いは付加）し、この剛性の変化を通してＹ軸方
向の固有振動数ｆｙのみの調整、延いては両固有振動数
の近接化を行なう。

【００６９】以上説明したように、第３の実施例の角速
度検出素子１００によっても、第１および第２の実施例
における角速度検出素子１０，５０と同様に、Ｘ軸方向
の固有振動数ｆｘを初期値から変化させることなく、Ｙ
軸方向の固有振動数ｆｙのみを変化させて両固有振動数
の差を所定値範囲内とすることができる。この結果、第
３の実施例の角速度検出素子１００によれば、上記した
角速度検出素子１０，５０と同様の効果、例えばＹ軸方
向の固有振動数の独立調整，調整作業や回路構成の簡略
化等の効果を奏することができる。

【００７０】また、この第３の実施例の角速度検出素子
１００では、振動数調整体１３０に印加する電圧を変更
するだけでよいので、振動数調整体１３０へのエッチン
グ，半田つけ等の機械的処置を必要としない。よって、
角速度検出素子１００によれば、電圧制御を通して振動
数調整処置の簡略化を図ることができる。更に、角速度
検出素子１００では、振動数調整体１３０を埋設したの
で、振動数調整体１３０に生じた電歪をその底面および
四方の側面を通して角速度検出素子１００に及ぼし、振
動数調整体１３０並びに角速度検出素子１００全体とし
ての剛性を変化させることができる。このため、角速度
検出素子１００によれば、より効率よく剛性を変更でき
ることから、振動数調整効率の向上を図ることができ
る。

【００７１】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこの様な実施例になんら限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態
様で実施し得ることは勿論である。

【００７２】例えば、上記した第１の実施例では、振動
数調整体２８へのエッチングによる削り込みを、その全
面に亘って行なったが、これに限るわけではない。つま
り、振動数調整体２８表面の一部の領域（例えば、振動
片股部端面からｚ1 ／２の距離の範囲）に亘って行なっ
ても、その剛性を低下できるのでＹ軸方向の固有振動数
を調整することができる。また、上記した実施例では、
振動数調整体２８へのエッチングを傾斜を持って行なっ
たが、一律の深さで振動数調整体２８をエッチングして
もよい。更に、振動数調整体２８表面に半田付けする場
合も、その場所は振動数調整体２８表面の適宜な箇所で
よく、半田付けにより剛性を付加してＹ軸方向の固有振
動数を調整することができる。

【００７３】また、Ｙ軸方向の固有振動数を調整するに
当たり、第１の実施例では、基部１２の主面に振動数調
整体２８を一体にして形成したが、基部１２とは別体の
振動数調整体２８を適宜な接着剤や電気的処理，熱的処
理等により基部１２の主面の所定領域（応力差が大きい
領域）に接着或いは接合することもできる。この場合、
振動数調整体２８を基部１２，振動片１４，振動片１６
と異なる材質、例えばセラミック等の材料で形成するこ
とができる。

【００７４】更に、Ｙ軸方向の固有振動数を調整するに
当たり、振動数調整体２８を設けた振動数調整領域にお
いて、図１４に示すように、基部１２の主面を、振動片
間隔Ｄ×長さｚ1 （振動片の幅Ｗ0 の２．５倍以内）の
範囲に亘って、直接エッチング（エッチング角度θ，エ
ッチング深さｄ）することもできる。また、基部１２の
主面の上記振動数調整領域に、直接半田付けや弾性体，
セラミック等の接着などを行なうこともできる。

【００７５】また、第３の実施例において、圧電体から
なる振動数調整体１３０を基部１０２の主面における振
動数調整領域に埋設したが、角速度検出素子１００の材
料であるジュラルミンとは剛性の異なる金属、例えばジ
ュラルミンより剛性の高いシリコン，鉄等の板材から形
成した振動数調整体を埋設し、この振動数調整体のエッ
チング，半田付け等を行なうこともできる。

【００７６】加えて、第３の実施例において、角速度検
出素子１００の基部１０２主面における振動数調整領域
に埋設した振動数調整体１３０を、圧電体に代えてＦｅ
ＳｉＢ等の磁歪体とすることもできる。つまり、磁歪体
に磁場を印加すると印加される磁場の大きさに応じて磁
歪体には磁歪が生じてその剛性が変わるため、磁歪体に
よりＹ軸方向の固有振動数を調整することができる。ま
た、第３の実施例において、角速度検出素子１００の振
動片１０４，１０６，１０８をＹ軸に沿って励振し、こ
れら各振動片がＸ軸に沿って振動した場合の振動状態を
検出するよう構成することもできる。

【００７７】また、第１，第３の実施例において、振動
片を励振するに当たりチタン酸ジルコン酸塩の圧電体を
用いたが、振動片を励振させることができればよく、振
動片の材質等を考慮して適宜選択すればよい。例えば、
振動片が金属、水晶，半導体等の結晶体、ガラスやセラ
ミック等を用いて形成されていれば、ピエゾ素子（ＰＺ
Ｔ），ＰｂＴｉＯ₃ 等の圧電体を採用し、圧電体の逆圧
電効果により振動片を振動させればよい。更に、振動片
に作用する誘導磁力や容量電荷を変化させて振動片を励
振させるよう構成することもできる。振動片の振動状態
を検出する場合についても同様である。

【００７８】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１記載の角速
度検出素子の振動数調整方法では、振動片がその並びに
沿ったＸ軸に沿って振動した際の応力と、振動片がこの
Ｘ軸および振動片の長手方向に直交する方向であるＹ軸
に沿って振動した際の応力との差が大きな値として分布
する領域を振動数調整領域とし、その剛性をＸ軸方向の
固有振動数とＹ軸方向の固有振動数の差に応じて増減す
る。この結果、請求項１記載の角速度検出素子の振動数
調整方法によれば、基板主面における振動数調整領域の
剛性の増減を通してＹ軸方向の固有振動数のみをＸ軸方
向の固有振動数に近づくよう調整（増減）し、両方向の
固有振動数を近接させることができる。

【００７９】請求項２記載の角速度検出素子の振動数調
整方法によれば、例えば切削，エッチング，半田付け，
金属やセラミック等の接着などの日常的な処置を行なう
だけで振動数調整領域の剛性を増減することができ、Ｙ
軸方向の固有振動数のみをＸ軸方向の固有振動数に近づ
くよう調整（増減）して、両方向の固有振動数を近接さ
せることができる。

【００８０】一方、請求項３記載の角速度検出素子で
は、振動数調整体の剛性をＹ軸方向の振動の固有振動数
と各振動片の並びに沿った方向の振動の固有振動数との
差に応じて増減するができる。よって、請求項３記載の
角速度検出素子によれば、Ｙ軸方向の固有振動数のみを
各振動片の並びに沿った方向の固有振動数に近づくよう
調整（増減）することができので、両方向の固有振動数
が近接した角速度検出素子を容易に提供することができ
る。

【００８１】請求項４記載の角速度検出素子によれば、
振動数調整体に印加する電場或いは磁場の大きさの調整
を通して、Ｙ軸方向の固有振動数と各振動片の並びに沿
った方向の固有振動数とが近接した角速度検出素子を容
易に提供することができる。よって、請求項４記載の角
速度検出素子によれば、切削，エッチング等の機械的な
加工処置が不要となり、より固有振動数の調整が容易と
なる。

【００８２】請求項５に記載した角速度検出素子によれ
ば、振動数調整領域に該当する範囲の基板主面に剛性を
増減させる剛性増減処置を直接施し、その処置量の調整
を通して、Ｙ軸方向の固有振動数と各振動片の並びに沿
った方向の固有振動数とが近接した角速度検出素子を容
易に提供することができる。よって、請求項５記載の角
速度検出素子によれば、固有振動数の近接化のための振
動数調整体を設ける必要がないので、その製造がより容
易となる。また、請求項５記載の角速度検出素子によれ
ば、切削，エッチング，半田付け，金属やセラミック等
の接着などの日常的な処置で剛性増減処置を行なうこと
ができるので、その製造がより容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例における角速度検出素子１０の概
略斜視図。

【図２】図１における２−２線拡大断面図。

【図３】振動数調整体２８の形成領域を説明するための
説明図。

【図４】振動数調整体２８の形成領域および発生する応
力差の分布の様子を説明するために用いた振動数調整体
２８周辺の拡大正面図。

【図５】角速度検出素子１０を含む電気的な構成を示す
ブロック図。

【図６】振動数調整体２８のエッチングの様子を説明す
るために用いた振動数調整体２８周辺の拡大斜視図。

【図７】振動数調整体２８の削り込み深さ（エッチング
深さｄ）とＸ軸方向の固有振動数ｆｘおよびＹ軸方向の
固有振動数ｆｙとの関係を示すグラフ。

【図８】第２の実施例における角速度検出素子５０の概
略斜視図。

【図９】図８における９−９線拡大断面図。

【図１０】角速度検出素子５０における振動数調整体８
０周辺の拡大正面図。

【図１１】振動数調整単位部８０（ｉ，ｊ）とＹ軸方向
の固有振動数ｆｙの変化の様子との関係を模式的に示す
模式図。

【図１２】第３の実施例における角速度検出素子１００
の概略斜視図。

【図１３】図１２における１３−１３線拡大断面図。

【図１４】変形例を説明するために用いた振動片の付け
根周辺の拡大図。

【符号の説明】

１０…角速度検出素子 １２…基部 １４，１６…振動片 ２０，２１…圧電体 ２２，２３…圧電体 ２４，２５…圧電体 ２６，２７…圧電体 ２８…振動数調整体 ２９…励振側回路 ３０…励振回路 ３２…検出バランス調整回路 ３４…オートマティックゲインコントローラ（ＡＧＣ） ３６…バンドパスフィルタ ３７…検出側回路 ３８…検出バランス調整回路 ４０…増幅回路 ４２…同期検波回路 ４４…積分回路 ４６…増幅出力回路 ５０…角速度検出素子 ５２…基部 ５４，５６…振動片 ６０…プラス電極 ６２…マイナス電極 ６８…プラス電極 ７０…マイナス電極 ７２，７３，７６，７７…配線 ８０…振動数調整体 ８０（ｉ，ｊ）…振動数調整単位部 １００…角速度検出素子 １０２…基部 １０４，１０６，１０８…振動片 １１０，１１１…圧電体 １１２，１１３…圧電体 １１４，１１５…圧電体 １２０，１２１…圧電体 １２２，１２３…圧電体 １２４，１２５…圧電体 １３０…振動数調整体 ｆｘ…Ｘ軸方向の固有振動数 ｆｙ…Ｙ軸方向の固有振動数 ω…回転角速度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野々村 裕 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 塚田 厚志 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動に関与しない固定部に固定された基
   部と、該基部の一端から平行に並んで突出した少なくと
   も２本の振動片とを有する角速度検出素子の直交する２
   方向の固有振動数を調整する方法において、 前記各振動片の並びに沿った方向をＸ軸と規定し、該Ｘ
   軸に沿って前記振動片を振動させた場合の該振動片の固
   有振動数を求める工程と、 前記Ｘ軸と前記振動片の長手方向とに直交する方向をＹ
   軸と規定し、該Ｙ軸に沿って前記振動片を振動させた場
   合の該振動片の固有振動数を求める工程と、 前記Ｙ軸と直交する前記基部の主面における所定領域の
   振動数調整領域であって、前記各振動片の股部から前記
   振動片の長手方向と平行に前記基部側に所定距離だけ入
   り込んだ前記振動数調整領域の剛性を、前記両固有振動
   数の差に応じて増減する工程とを備えることを特徴とす
   る角速度検出素子の振動数調整方法。
2. 【請求項２】 前記振動数調整領域の剛性を増減する工
   程は、前記振動数調整領域に当たる前記基部主面、或い
   は前記基板主面の前記振動数調整領域に設けられた振動
   数調整体を、削り取る又は質量体を接合する工程である
   請求項１記載の角速度検出素子の振動数調整方法。
3. 【請求項３】 振動に関与しない固定部に固定された基
   部と、該基部の一端から平行に並んで突出した少なくと
   も２本の振動片とを有する角速度検出素子において、 前記各振動片の並びに沿った方向と前記振動片の長手方
   向とに直交する方向をＹ軸と規定したときに、該Ｙ軸と
   直交する前記基部の主面における所定領域を、前記各振
   動片の股部から前記振動片の長手方向と平行に前記基部
   側に所定距離だけ入り込んだ振動数調整領域として有
   し、 該振動数調整領域に、剛性が増減可能な振動数調整体を
   備えることを特徴とする角速度検出素子。
4. 【請求項４】 前記振動数調整体は、外部から印加され
   た電場或いは磁場の大きさに応じて剛性が増減するもの
   である請求項３記載の角速度検出素子。
5. 【請求項５】 振動に関与しない固定部に固定された基
   部と、該基部の一端から平行に並んで突出した少なくと
   も２本の振動片とを有する角速度検出素子において、 前記各振動片の並びに沿った方向と前記振動片の長手方
   向とに直交する方向をＹ軸と規定したときに、該Ｙ軸と
   直交する前記基部の主面における所定領域を、前記各振
   動片の股部から前記振動片の長手方向と平行に前記基部
   側に所定距離だけ入り込んだ振動数調整領域として有
   し、 該振動数調整領域に該当する範囲の前記基板主面には、
   剛性を増減させる剛性増減処置が施されていることを特
   徴とする角速度検出素子。