JPH1114375A - 角速度センサの駆動回路及び角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ２軸の角速度の検出ができる小型軽量で検
出精度の高い角速度センサを得る。 【解決手段】少なくとも、板状の振動体１と、励振電
極、検出電極及び帰還電極が形成され該振動体の片面ま
たは両面に貼付される圧電素子２，３と、該圧電素子の
貼付された振動体の振動ノード部を支持する支持部材と
で構成される角速度センサ部を駆動する発振回路１３を
有する角速度センサの駆動回路において、前記励振電極
は、前記圧電素子上で原点に対して対向して形成され、
該原点に対して対向する前記励振電極の各対に可変抵抗
器の固定端子を接続し、可変抵抗器の可動端子を発振回
路側に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電振動型角速度セ
ンサの駆動回路及び角速度センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】姿勢制御、位置制御が可能な角速度セン
サは、ビデオカメラの手ぶれ防止や、自動車のナビゲー
ションに使うことを目的に小型化、高性能化の開発が行
われている。角速度センサにもいろいろあるが、サイズ
やコストの面では圧電振動型の角速度センサが有利であ
り、音叉型、音片型（四角柱）、円柱型、三角柱型等が
製品化されている。

【０００３】図１は音片型圧電振動角速度センサを説明
するための構造図である。圧電振動型角速度センサの原
理は、振動している振動子の中心軸（Ｚ軸）回りに、回
転角速度（Ω0）が加わると、もとの振動方向（Ｘ軸）
に対し、直角方向（Ｙ軸）に回転角速度に比例したコリ
オリ力（Ｆc）が生じる力学現象を利用したもので、駆
動用圧電セラミックスを用いてＸ軸に振動を与え、Ｙ軸
に設けた検出用圧電セラミックスによってコリオリ力を
電圧として検出するものである。コリオリ力は一般に次
式により求められる。 Ｆc＝２ｍ×ｖ×Ω0 ｍは質
量、ｖは速度 、Ω0は角速度である。

【０００４】振動周波数が同じであればＸ軸の振幅が大
きいほどＹ軸変位は大きく、検出電圧（感度）を高める
にはＸ軸の振幅が大きく、Ｙ軸の検出効率を高めた共振
型振動角速度センサが有利である。音片型振動角速度セ
ンサは共振型であり、感度は高くできるが、駆動辺と検
出辺の振動姿勢を崩さず、共振周波数を正確に調整する
ことが難しく、しかも駆動辺と検出辺の共振特性の不一
致やズレによる顕著な特性変化や高機械的品質係数（Ｑ
ｍ）がゆえに応答速度が遅いなど問題も多い。

【０００５】一つの角速度センサで２軸の角速度を検出
できるものが望まれていたが、この要望に応えるものと
して、振動体の表面に圧電素子を貼付して角速度により
圧電素子が変形することで変化する電荷の量を測定して
角速度を検出するセンサが開発された。図２はその角速
度センサを斜め上から見た分解斜視図である。図３は同
じ角速度センサを斜め下から見た分解斜視図である。振
動体１の上面には、下面に電極６を設け上面に４つの励
振電極を兼ねる検出電極５を設けた圧電素子２が貼付さ
れている。振動体１の下面には、上面に電極７を設け下
面に帰還電極８を設けた圧電素子３が貼付されている。
帰還電極８の下面には重錘体９が貼付され角速度センサ
部が構成されている。角速度センサ部は円筒状支持部材
１０によりベンディング振動のノード部４を固定されて
いる。

【０００６】電極６と振動体１は電気的に接続されて接
着されているので、振動体１と励振電極を兼ねる検出電
極５に交流をかけると、圧電素子２が振動し、振動体１
も一緒に振動する。円筒状支持部材１０で支持しており
４つの励振電極を兼ねる検出電極５は円筒状支持部材１
０の内径より内側に設けてある。円筒状支持部材１０は
図の如く２ヵ所をワイヤー１１で固定し、ワイヤー１１
の他端を基板に固定するものである。

【０００７】角速度センサに角速度が作用するとコリオ
リ力により重錘体９が移動することで角速度センサ部が
変形し検出電極に電荷が発生する。４つの励振電極を兼
ねる検出電極５に発生する電荷の量により角速度の方向
と強さが検出できる。

【０００８】振動体１を含む平面の中心に原点を定め、
同平面上にＸ軸、同平面上でＸ軸に直交するＹ軸、Ｘ軸
とＹ軸に直交するＺ軸を設定する。振動モードは何種類
も存在するが、角速度センサとして用いる振動モード
は、図４、図５に示すように重錘体９が縦方向に振れる
Ｚ軸方向（縦方向）の振動モードと、図６、図７に示す
ように重錘体９が横方向に振れるＸ、Ｙ軸方向（横方
向）の振動モードを用いる。

【０００９】図４はＺ軸方向の振動モードを示した断面
図でＺ軸プラス方向に振れている状態を示している。図
５はＺ軸方向の振動モードを示した断面図でＺ軸マイナ
ス方向に振れている状態を示している。Ｚ軸方向の振動
モードにおける共振周波数をＺ軸方向の共振周波数と言
う。Ｚ軸方向の振動モードは駆動（励振）モードとして
用いられる。

【００１０】図６はＸ軸方向の振動モードを示した断面
図でＸ軸プラス方向に振れている状態を示している。図
７はＸ軸方向の振動モードを示した断面図でＸ軸マイナ
ス方向に振れている状態を示している。Ｙ軸に関しても
同様であるのでＸ軸方向のみを図示した。Ｘ、Ｙ軸方向
の振動モードにおける共振周波数を重錘体の共振周波数
と言う。Ｘ、Ｙ軸方向の振動モードは検出モードとして
用いられる。一般的に、共振型角速度センサでは駆動モ
ードと検出モードの共振周波数が近いと検出感度が高く
なる。

【００１１】図８は従来例で角速度センサの駆動、検出
回路図である。ここで、励振電極を兼ねる検出電極５は
同方向に分極されている。振動体１に貼付された圧電素
子２に形成されている４つの励振電極を兼ねる検出電極
５ａ〜５ｄに抵抗１２ａ〜１２ｄがそれぞれ接続され
る。ここで励振電極を兼ねる検出電極５ａと５ｃ、励振
電極を兼ねる検出電極５ｂと５ｄは原点２１に対して対
向してている。抵抗１２ａ〜１２ｄは、発振回路１３に
接続されている。また、励振電極を兼ねる検出電極５ａ
〜５ｄは、それぞれインピーダンス変換回路１４ａ〜１
４ｄに接続されている。インピーダンス変換回路１４
ａ、１４ｃは差動増幅回路１５ａｃの入力端子に、イン
ピーダンス変換回路１４ｂ、１４ｄは差動増幅回路１５
ｂｄの入力端子に接続されている。差動増幅回路１５ａ
ｃ、１５ｂｄの出力信号を同期検波回路１６ａｃ、１６
ｂｄに与える。発振回路１３より励振信号を抵抗１２ａ
〜１２ｄを介して励振電極を兼ねる検出電極５ａ〜５ｄ
に印加する。これにより励振電圧の周期で重錘体９がＺ
軸方向に振動する。この振動は帰還電極８の出力信号と
してモニタされ、発振回路１３にフィードバックされ
る。発振回路１３はこのフィードバック信号に基づいて
出力する励振電圧の周波数と位相を決定する。従来例で
はフィードバック信号の位相を９０゜シフトした交流電
圧を励振電圧として出力している。また帰還電極８より
出力される信号はコンパレータ１７にも与えられる。コ
ンパレータ１７は入力した信号を所定のしきい値と比較
し、二値信号（矩形波信号）を生成し、この二値信号の
位相を９０゜シフトした信号を出力する機能を有し、こ
のコンパレータ１７が出力した二値信号は同期検波回路
１６ａｃ、１６ｂｄに与えられる。同期検波回路１６ａ
ｃ、１６ｂｄは、この二値信号を参照して差動増幅回路
１５ａｃ、１５ｂｄの出力信号を全波整流する。この全
波整流信号は、低周波成分を通過させる低域フィルタ回
路１８ａｃ、１８ｂｄを通して平滑化させ、直流信号に
変換される。この直流信号は直流増幅回路１９ａｃ、１
９ｂｄによって増幅され、最終的に出力端子２０ａｃ、
２０ｂｄに出力される。Ｘ軸回りの角速度（Ｙ軸方向の
コリオリ力）は、出力端子２０ｂｄより、Ｙ軸回りの角
速度（Ｘ軸方向のコリオリ力）は、出力端子２０ａｃよ
り出力される。

【００１２】Ｙ軸回りに回転する場合（Ｘ軸方向のコリ
オリ力が加わった場合）、励振電極を兼ねる検出電極５
ａ、５ｃはそれぞれ同方向に分極されているので、出力
する励振信号は同位相のものである。この状態で回転が
加わると回転角速度に比例したコリオリ力によって発生
した電荷が発生電圧として励振信号に重畳する。そのと
きコリオリ力による相対する検出電圧が同位相となるた
め、出力電圧に差が生じる。差動増幅回路１５ａｃによ
って減算されると励振信号は相殺されてコリオリ力によ
って発生した電圧のみを取り出すことができる。Ｘ軸回
りに回転する場合（Ｙ軸方向のコリオリ力が加わった場
合）、励振電極を兼ねる検出電極５ｂ、５ｄはそれぞれ
同方向に分極されているので、出力する励振信号は同位
相のものである。この状態で回転が加わると回転角速度
に比例したコリオリ力によって発生した電荷が発生電圧
として励振信号に重畳する。そのときコリオリ力による
相対する検出電圧が同位相となるため、出力電圧に差が
生じる。差動増幅回路１５ｂｄによって減算されると励
振信号は相殺されてコリオリ力によって発生した電圧の
みを取り出すことができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】複数の励振電極を用い
て励振させる場合、各部材の加工誤差、組立誤差、また
は内部組織の不均一性、または各励振電極間の静電容量
値の差などにより、各励振電極間において、振動（励振
電極に発生する電圧）に位相差が生じる。位相差が生じ
た場合、原点に対して対向する励振電極を兼ねる検出電
極に発生する電荷を差動増幅した際に励振信号をキャン
セルすることができず、励振信号に重畳しているコリオ
リ力のみを取り出すことはむずかしい。従って、検出精
度を高くすることができず、角速度を正確に測定できな
い。本発明はこのような課題を解決するためのものであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は従来の角速度セ
ンサの課題を解決するためのものであり、安価で検出精
度の高い角速度センサを提供する。

【００１５】少なくとも、板状の振動体と、励振電極、
検出電極及び帰還電極が形成され該振動体の片面または
両面に貼付される圧電素子と、該圧電素子の貼付された
振動体の振動ノード部を支持する支持部材とで構成され
る角速度センサ部を駆動する発振回路を有する角速度セ
ンサの駆動回路において、前記励振電極は、前記圧電素
子上で原点に対して対向して形成され、該原点に対して
対向する前記励振電極の各対に可変抵抗器の固定端子を
接続し、可変抵抗器の可動端子を発振回路側に接続す
る。また、少なくとも、板状の振動体と、励振電極、検
出電極及び帰還電極が形成され該振動体の片面または両
面に貼付される圧電素子と、該圧電素子の貼付された振
動体の振動ノード部を支持する支持部材とで構成される
角速度センサ部を駆動する回路部を有する角速度センサ
において、前記励振電極は、前記圧電素子上で原点に対
して対向して形成され、該原点に対して対向する前記励
振電極の各対に可変抵抗器の固定端子が接続され、可変
抵抗器の可動端子が発振回路側に接続されるようにす
る。可変抵抗器の抵抗値を適切に調整することで各励振
電極の共振の位相差をなくすことができるため、検出精
度が上がり、角速度を正確に測定できる。

【００１６】少なくとも、板状の振動体と、励振電極、
検出電極及び帰還電極が形成され該振動体の片面または
両面に貼付される圧電素子と、該圧電素子の貼付された
振動体の振動ノード部を支持する支持部材とで構成され
る角速度センサ部を駆動する発振回路を有する角速度セ
ンサの駆動回路において、前記励振電極は、前記圧電素
子上で原点に対して対向して形成され、該原点に対して
対向する前記励振電極の各対の一方に固定抵抗器の端子
を接続し、他方にトリマブル抵抗器の端子を接続し、前
記励振電極に接続されていない側の、該固定抵抗器と該
トリマブル抵抗器の端子を接続部においてお互いに接続
し、さらに接続部と発振回路とを接続する。また、少な
くとも、板状の振動体と、励振電極、検出電極及び帰還
電極が形成され該振動体の片面または両面に貼付される
圧電素子と、該圧電素子の貼付された振動体の振動ノー
ド部を支持する支持部材とで構成される角速度センサ部
を駆動する回路部を有する角速度センサにおいて、前記
励振電極は、前記圧電素子上で原点に対して対向して形
成され、該原点に対して対向する前記励振電極の各対の
一方に固定抵抗器の端子が接続され、他方にトリマブル
抵抗器の端子が接続され、前記励振電極に接続されてい
ない側の、該固定抵抗器と該トリマブル抵抗器の端子は
接続部においてお互いに接続され、さらに接続部と発振
回路とを接続されるようにする。トリマブル抵抗器は、
レーザトリミングにより抵抗値を調整できるものであ
る。可変抵抗器を用いなくても、同様の作用を得られ
る。さらに、可変抵抗器のように、人がドライバを回し
て調整するのではなく、レーザトリミングにより簡単に
調整ができるため工数を削減できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
き詳細に説明する。図９は本発明の第一実施例で上面図
である。図１０は本発明の第一実施例で正面断面図であ
る。図１１は本発明の第一実施例で回路図である。図
９、図１０の如くＸＹＺ三次元直交座標系を設定する。
振動体３１を含む平面の面上中心に原点３２を定め、同
平面上にＸ軸、同平面上でＸ軸に直交するＹ軸、Ｘ軸と
Ｙ軸に直交するＺ軸を設定する。振動体３１の上面に
は、円板状の圧電素子３３が、その面上中心がＺ軸を通
るように貼付されている。圧電素子３３の上面には４つ
の扇型をした励振電極を兼ねる検出電極３４と略十字型
をした帰還電極３５がノード部３６の付近から内側に設
けられている。４つの励振電極を兼ねる検出電極３４は
Ｘ軸、Ｙ軸上に配置され、かつ、Ｘ軸、Ｙ軸に対して線
対称（原点３２に対して点対称）に形成されている。略
十字型をした帰還電極３５もＸ軸、Ｙ軸に対して略対称
に形成されている。圧電素子３３の下面には原点３２を
中心とし４つの励振電極を兼ねる検出電極３４の外径よ
りやや大きい円形をした電極３７が設けられている。

【００１８】振動体３１の下面には重錘体３８が貼付さ
れ、重錘体３８の中心軸はＺ軸と一致している。ここで
重錘体３８は、２つの円柱を中心軸を一致させて重ね合
わせた形状に形成されている。振動体３１と重錘体３８
との固定方法は溶接等でもかまわない。振動体３１と圧
電素子３３と重錘体３８とで角速度センサ部３０が構成
される。円筒状支持部材３９は、角速度センサ部３０の
ベンディング振動のノード部３６に接着固定されてい
る。

【００１９】振動体３１は恒弾性材料としてエリンバ材
を用い、圧電素子３３はＰＺＴを用いた。振動体３１と
圧電素子３３はエポキシ系の接着剤を用いて接着した。
圧電素子３３の平面上に蒸着によりＡｇ−Ｃｒ、あるい
はＮｉ−Ｃｒ等の合金の薄膜にて電極を形成した。電極
形成は、スパッタ、スクリーン印刷などの方法を用いて
もかまわない。重錘体３８と円筒状支持部材３９はエリ
ンバ材を用いた。材質は所定の機能を満たすものであれ
ば、これに限定されるものではない。

【００２０】電極３７と振動体３１は電気的に接続され
て接着されているので、振動体３１と４つの励振電極を
兼ねる検出電極３４に交流をかけると、圧電素子３３
は、径方向に伸縮することにより振動体３１と一緒にＺ
軸方向に振動する。円筒状支持部材３９で支持してお
り、４つの励振電極を兼ねる検出電極３４は円筒状支持
部材３９の内径付近から内側に設けてある。

【００２１】角速度センサに角速度が作用するとコリオ
リ力により重錘体３８が移動することで角速度センサ部
３０が変形し４つの励振電極を兼ねる検出電極３４に電
荷が発生する。４つの励振電極を兼ねる検出電極３４に
発生する電荷の量により角速度の方向と大きさが検出で
きる。

【００２２】図１１をもとに駆動回路の説明をする。な
お図示していない部分の回路構成および信号処理方法は
従来例と同じであるため、図示していない部分について
の説明は省略する。原点３２に対して対向している励振
電極を兼ねる検出電極３４ａ、３４ｃに可変抵抗器４０
の固定端子が接続され、可変抵抗器４０の可変端子は発
振回路４１に接続されている。原点３２に対して対向し
ている励振電極を兼ねる検出電極３４ｂ、３４ｄに可変
抵抗器４２の固定端子が接続され、可変抵抗器４２の可
変端子は発振回路４１に接続されている。帰還電極３５
は発振回路４１に接続される。発振回路４１と可変抵抗
器４０、４２とで駆動回路が構成される。

【００２３】図１２は、励振電極を兼ねる検出電極の形
成されている領域の圧電素子の等価回路図である。圧電
素子は一般的に、抵抗とキャパシタンスとインダクタン
スを直列に接続した部分と、キャパシタンスの部分を並
列に接続した回路として表される。図１２では励振電極
を兼ねる検出電極３４ａ、３４ｃの部分について説明を
する。励振電極を兼ねる検出電極３４ｂ、３４ｄに関し
ては同様であるので説明を省略する。励振電極を兼ねる
検出電極３４ａは等価回路では抵抗４３とキャパシタン
ス４４とインダクタンス４５を直列に接続した部分と、
キャパシタンス４６の部分を並列に接続した回路として
表される。励振電極を兼ねる検出電極３４ｃは等価回路
では抵抗４７とキャパシタンス４８とインダクタンス４
９を直列に接続した部分と、キャパシタンス５０の部分
を並列に接続した回路として表される。励振電極を兼ね
る検出電極３４ａ、３４ｃに可変抵抗器４０の固定端子
が接続されている。

【００２４】インピーダンスＺは、複素数を用いて一般
的に次のように表せる。 Ｚ＝Ｘ＋ｊＹ ここでＸは実数部で抵抗成分を表す。Ｙは虚数部で、イ
ンダクタンス成分、キャパシタンス成分を表す。ｊは虚
数を示す符号である。また、インピーダンスの位相θ
は、θ＝ｔａｎ^-1（Ｙ／Ｘ）で表される。励振電極を兼
ねる検出電極３４ａのインピーダンスＺ34aの実数部を
Ｘ34a、虚数部をＹ34aとすると、励振電極を兼ねる検出
電極３４ａのインピーダンスＺ34aとその位相θ34aは、 Ｚ34a＝Ｘ34a＋ｊＹ34a θ34a＝ｔａｎ^-1（Ｙ34a／Ｘ34a） と表すことができる。励振電極を兼ねる検出電極３４ｃ
のインピーダンスＺ34cの実数部をＸ34c、虚数部をＹ34
cとすると、励振電極を兼ねる検出電極３４ｃのインピ
ーダンスＺ34cとその位相θ34cは、 Ｚ34c＝Ｘ34c＋ｊＹ34c θ34c＝ｔａｎ^-1（Ｙ34c／Ｘ34c） と表すことができる。

【００２５】複数の励振電極を用いて励振させる場合
は、各部材の加工誤差、組立誤差、または内部組織の不
均一性、または各励振電極間の静電容量値の差などの理
由により θ34a≠θ34c となることが多い。励振電極を兼ねる検出電極３４ａ、
３４ｃのインピーダンスに位相差がある場合、励振電極
を兼ねる検出電極３４ａ、３４ｃに励振電圧を加える
と、励振電圧と、圧電素子が変形して発生する電圧とに
より合成された電圧に位相差が生じる。ここで、可変抵
抗器４０が設けられていない場合、励振電極を兼ねる検
出電極３４ａの形成されている領域と、励振電極を兼ね
る検出電極３４ｃの形成されている領域の時間経過に対
する変形に、ある位相差が生じることになる。この時、
励振電極を兼ねる検出電極３４ａと励振電極を兼ねる検
出電極３４ｃに発生する電圧は、差動増幅回路１５ａｃ
を通過したのちも相殺されずにある大きさの電圧が出力
されることになる。従って、この電圧が測定誤差として
検出されるため、コリオリ力が加わったときに検出され
る出力に、位相差により発生した電圧が加わった出力が
検出されることになり、検出精度が落ち正確に測定でき
ない。さらに、位相差が大きい場合は、回路が飽和して
差動増幅回路より出力される電圧は振動周波数と同じ周
波数の略矩形波が出力されるようになり、コリオリ力を
検出することができない。

【００２６】そこで、コリオリ力を精度良く、正確に検
出するため励振電極を兼ねる検出電極３４ａ、３４ｃと
インピーダンス変換回路１４ａ、１４ｃの間に可変抵抗
器４０が設けられている。可変抵抗器の全体の抵抗をＲ
40とし、励振電極を兼ねる検出電極３４ａ側の抵抗をＲ
40a、励振電極を兼ねる検出電極３４ｃ側の抵抗をＲ40c
と表すと、 Ｒ40＝Ｒ40a＋Ｒ40c である。この時、可変抵抗器の抵抗と、励振電極を兼ね
る検出電極のインピーダンスを合成した合成インピーダ
ンスは次のように表される。励振電極を兼ねる検出電極
３４ａ側の合成インピーダンスＺａは、 Ｚａ＝Ｒ40a＋Ｚ34a ＝Ｒ40a＋Ｘ34a＋ｊＹ34a となる。合成インピーダンスＺａの位相θａは、 θａ＝ｔａｎ^-1（Ｙ34a／（Ｒ40a＋Ｘ34a）） となる。励振電極を兼ねる検出電極３４ｃ側の合成イン
ピーダンスＺｃは Ｚｃ＝Ｒ40c＋Ｚ34c ＝Ｒ40c＋Ｘ34c＋ｊＹ34c となる。合成インピーダンスＺｃの位相θｃは、 θｃ＝ｔａｎ^-1（Ｙ34c／（Ｒ40c＋Ｘ34c）） となる。可変抵抗器４０の抵抗値Ｒ40a、Ｒ40cを適切に
調整することで、励振電極を兼ねる検出電極３４ａ、３
４ｃの電極の共振の位相差をなくすことができ、検出精
度が上がり、正確に角速度を測定することができる。同
様にして、可変抵抗器４２の抵抗値を適切に調整するこ
とで、励振電極を兼ねる検出電極３４ｂ、３４ｄの電極
の共振の位相差をなくすことができ、検出精度が上が
り、正確に角速度を測定することができる。

【００２７】図１３は本発明の第二実施例で上面図であ
る。図１４は本発明の第二実施例で正面断面図である。
図１５は本発明の第二実施例で回路図である。第二実施
例は、圧電素子を２枚用いたものである。図１３、図１
４の如くＸＹＺ三次元直交座標系を設定する。振動体６
１を含む平面の面上中心に原点６２を定め、同平面上に
Ｘ軸、同平面上でＸ軸に直交するＹ軸、Ｘ軸とＹ軸に直
交するＺ軸を設定する。振動体６１の上面には、円板状
の圧電素子６３が、その面上中心がＺ軸を通るように貼
付されている。圧電素子６３の上面には４つの扇型をし
た励振電極を兼ねる検出電極６４（６４ａ〜６４ｄ）が
ノード部６５の付近から内側に設けられている。４つの
励振電極を兼ねる検出電極６４はＸ軸、Ｙ軸上に配置さ
れ、かつ、Ｘ軸、Ｙ軸に対して線対称（原点６２に対し
て点対称）に形成されている。圧電素子６３の下面には
原点６２を中心とし４つの励振電極を兼ねる検出電極６
４の外形よりやや大きい円形をした電極６６が設けられ
ている。

【００２８】振動体６１の下面には、円板状の圧電素子
６７が、その面上中心がＺ軸を通るように貼付されてい
る。圧電素子６７の下面には円形をした帰還電極６８が
設けられている。圧電素子６７の上面には円形をした電
極６９が設けられている。

【００２９】圧電素子６７の下面には重錘体７０が貼付
され、重錘体７０の中心軸はＺ軸と一致している。ここ
で重錘体７０は、２つの径の異なる円柱の中心軸を一致
させて重ね合わせた形状をしている。振動体６１と圧電
素子６３、６７と重錘体７０とで角速度センサ部６０が
構成される。円筒状支持部材７１は、角速度センサ部６
０のベンディング振動のノード部６５に接着固定されて
いる。

【００３０】振動体６１は恒弾性材料であるエリンバ材
を用い、圧電素子６３、６７はＰＺＴを用いた。振動体
６１と圧電素子６３、６７はエポキシ系の接着剤を用い
て接着した。圧電素子６３、６７の平面上に蒸着により
Ａｇ−Ｃｒ、あるいはＮｉ−Ｃｒ等の合金の薄膜にて電
極を形成した。電極形成は、スパッタ、スクリーン印刷
などの方法を用いてもかまわない。重錘体７０と円筒状
支持部材７１はエリンバ材を用いた。材質は所定の機能
を満たすものであれば、これに限定されるものではな
い。

【００３１】電極６６と振動体６１は電気的に接続され
て接着されているので、振動体６１と４つの励振電極を
兼ねる検出電極６４に交流をかけると、圧電素子６３
は、径方向に伸縮することにより振動体６１と一緒にＺ
軸方向に振動する。円筒状支持部材７１で支持してお
り、４つの励振電極を兼ねる検出電極６４は円筒状支持
部材７１の内径より内側に設けてある。

【００３２】角速度センサに角速度が作用するとコリオ
リ力により重錘体７０が移動することで角速度センサ部
６０が変形し検出電極に電荷が発生する。４つの励振電
極を兼ねる検出電極６４に発生する電荷の量により角速
度の方向と強さが検出できる。

【００３３】図１５をもとに駆動回路の説明をする。な
お図示していない部分の回路構成および信号処理方法は
従来例と同じであるため、図示していない部分について
の説明は省略する。原点６２に対して対向している励振
電極を兼ねる検出電極６４ａ、６４ｃに可変抵抗器７２
の固定端子が接続され、可変抵抗器７２の可変端子は発
振回路７３に接続されている。原点６２に対して対向し
ている励振電極を兼ねる検出電極６４ｂ、６４ｄに可変
抵抗器７４の固定端子が接続され、可変抵抗器７４の可
変端子は発振回路７３に接続されている。帰還電極６８
は発振回路７３に接続される。発振回路７３と可変抵抗
器７２、７４とで駆動回路が構成される。可変抵抗器７
２の抵抗値を適切に調整することで、励振電極を兼ねる
検出電極６４ａ、６４ｃの電極の共振の位相差をなくす
ことができ、検出精度が上がり、正確に角速度を測定す
ることができる。同様にして、可変抵抗器７４の抵抗値
を適切に調整することで、励振電極を兼ねる検出電極６
４ｂ、６４ｄの電極の共振の位相差をなくすことがで
き、検出精度が上がり、正確に角速度を測定することが
できる。

【００３４】第一実施例、第二実施例では可変抵抗器を
用いた例を示したが固定抵抗器とトリマブル抵抗器を用
いることも可能である。図１６は本発明の第三実施例で
回路図である。第一実施例で用いた角速度センサ部３０
をもとにして説明する。励振電極を兼ねる検出電極３４
ａに固定抵抗器８１の一端子が接続され、励振電極を兼
ねる検出電極３４ｃにトリマブル抵抗器８２の一端子が
接続され、固定抵抗器８１とトリマブル抵抗器８２の他
端子はお互いに接続部８３で接続され、接続部８３と発
振回路８４とが接続されている。励振電極を兼ねる検出
電極３４ｂに固定抵抗器８５の一端子が接続され、励振
電極を兼ねる検出電極３４ｄにトリマブル抵抗器８６の
一端子が接続され、固定抵抗器８５とトリマブル抵抗器
８６の他端子はお互いに接続部８７で接続され、接続部
８７と発振回路８４とが接続されている。帰還電極３５
は発振回路８４に接続される。発振回路８４と固定抵抗
器８１、８５とトリマブル抵抗器８２、８６と接続部８
３、８７とで駆動回路が構成される。トリマブル抵抗器
８２、８６をレーザ光線により適当にトリミングするこ
とで可変抵抗器を用いた第一実施例、第二実施例の場合
と同じ理由で位相調整をすることができる。人がドライ
バ等を用いて手で調整をする必要がなく、短時間で調整
をすることができ工数が削減される。

【００３５】第一実施例から第三実施例においては励振
電極が検出電極を兼ねた場合について説明してきた。励
振電極が検出電極を兼ねず、別々の位置に形成されてい
る場合においても、励振電極が圧電素子上で原点に対し
て対向して形成されていれば第一実施例から第三実施例
で説明してきた方法を用いることにより各励振電極の共
振の位相調整が可能である。

【００３６】

【発明の効果】本発明は前記のような構成にすることで
次のような効果が生じる。 １ 可変抵抗器、またはトリマブル抵抗器の抵抗値を適
切に調整することで、各励振電極における励振電圧と、
圧電素子が変形して発生する電圧とにより合成された電
圧の位相差をなくすことができるため、差動増幅回路を
通過した電圧のうち、コリオリ力以外の電圧成分を消す
ことができる。それにより検出精度が上がり、角速度を
正確に測定することができる。 ２ トリマブル抵抗器を用いることで調整時間が短縮さ
れ安価に製造できる。 ３ 各部材の加工誤差、組立誤差、または内部組織の不
均一性、または各励振電極間の静電容量値の差の影響を
小さくできるため、各部材の精度の影響を受けにくい。

【図面の簡単な説明】

【図１】音片型圧電振動角速度センサを説明するための
構造図。

【図２】本発明に係る角速度センサの従来例を斜め上か
ら見た分解斜視図。

【図３】本発明に係る角速度センサを従来例を斜め下か
ら見た分解斜視図。

【図４】本発明に係る角速度センサの従来例のＺ軸方向
の振動モードを示した断面図。

【図５】本発明に係る角速度センサの従来例のＺ軸方向
の振動モードを示した断面図。

【図６】本発明に係る角速度センサの従来例のＸ軸方向
の振動モードを示した断面図。

【図７】本発明に係る角速度センサの従来例のＸ軸方向
の振動モードを示した断面図。

【図８】本発明に係る角速度センサの従来例で角速度セ
ンサの駆動、検出回路図。

【図９】本発明に係る角速度センサの第一実施例で上面
図。

【図１０】本発明に係る角速度センサの第一実施例で正
面断面図。

【図１１】本発明に係る角速度センサの第一実施例で回
路図。

【図１２】本発明に係る角速度センサの第一実施例で励
振電極を兼ねる検出電極の形成されている領域の圧電素
子の等価回路図。

【図１３】本発明に係る角速度センサの第二実施例で上
面図。

【図１４】本発明に係る角速度センサの第二実施例で正
面断面図。

【図１５】本発明に係る角速度センサの第二実施例で回
路図。

【図１６】本発明に係る角速度センサの第三実施例で回
路図。

【符号の説明】

１ 振動体 ２ 圧電素子 ３ 圧電素子 ４ ノード部 ５ 励振電極を兼ねる検出電極 ５ａ 励振電極を兼ねる検出電極 ５ｂ 励振電極を兼ねる検出電極 ５ｃ 励振電極を兼ねる検出電極 ５ｄ 励振電極を兼ねる検出電極 ６ 電極 ７ 電極 ８ 帰還電極 ９ 重錘体 １０ 円筒状支持部材 １１ ワイヤー １２ａ 抵抗 １２ｂ 抵抗 １２ｃ 抵抗 １２ｄ 抵抗 １３ 発振回路 １４ａ インピーダンス変換回路 １４ｂ インピーダンス変換回路 １４ｃ インピーダンス変換回路 １４ｄ インピーダンス変換回路 １５ａｃ 差動増幅回路 １５ｂｄ 差動増幅回路 １６ａｃ 同期検波回路 １６ｂｄ 同期検波回路 １７ コンパレータ １８ａｃ 低域フィルタ回路 １８ｂｄ 低域フィルタ回路 １９ａｃ 直流増幅回路 １９ｂｄ 直流増幅回路 ２０ａｃ 出力端子 ２０ｂｄ 出力端子 ２１ 原点 ３０ 角速度センサ部 ３１ 振動体 ３２ 原点 ３３ 圧電素子 ３４ 励振電極を兼ねる検出電極 ３４ａ 励振電極を兼ねる検出電極 ３４ｂ 励振電極を兼ねる検出電極 ３４ｃ 励振電極を兼ねる検出電極 ３４ｄ 励振電極を兼ねる検出電極 ３５ 帰還電極 ３６ ノード部 ３７ 電極 ３８ 重錘体 ３９ 円筒状支持部材 ４０ 可変抵抗器 ４１ 発振回路 ４２ 可変抵抗器 ４３ 抵抗 ４４ キャパシタンス ４５ インダクタンス ４６ キャパシタンス ４７ 抵抗 ４８ キャパシタンス ４９ インダクタンス ５０ キャパシタンス ６０ 角速度センサ部 ６１ 振動体 ６２ 原点 ６３ 圧電素子 ６４ 励振電極を兼ねる検出電極 ａ 励振電極を兼ねる検出電極 ６４ｂ 励振電極を兼ねる検出電極 ６４ｃ 励振電極を兼ねる検出電極 ６４ｄ 励振電極を兼ねる検出電極 ６５ ノード部 ６６ 電極 ６７ 圧電素子 ６８ 帰還電極 ６９ 電極 ７０ 重錘体 ７１ 円筒状支持部材 ７２ 可変抵抗器 ７３ 発振回路 ７４ 可変抵抗器 ８１ 固定抵抗器 ８２ トリマブル抵抗器 ８３ 接続部 ８４ 発振回路 ８５ 固定抵抗器 ８６ トリマブル抵抗器 ８７ 接続部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畠山 稔 長野県北佐久郡御代田町大字御代田4107番 地５ ミヨタ株式会社内 (72)発明者 市川 和豊 長野県北佐久郡御代田町大字御代田4107番 地５ ミヨタ株式会社内 (72)発明者 半田 正人 長野県北佐久郡御代田町大字御代田4107番 地５ ミヨタ株式会社内 (72)発明者 岡田 恵也 長野県北佐久郡御代田町大字御代田4107番 地５ ミヨタ株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも、板状の振動体と、励振電極、
   検出電極及び帰還電極が形成され該振動体の片面または
   両面に貼付される圧電素子と、該圧電素子の貼付された
   振動体の振動ノード部を支持する支持部材とで構成され
   る角速度センサ部を駆動する発振回路を有する角速度セ
   ンサの駆動回路において、前記励振電極は、前記圧電素
   子上で原点に対して対向して形成され、該原点に対して
   対向する前記励振電極の各対に可変抵抗器の固定端子を
   接続し、可変抵抗器の可動端子を発振回路側に接続した
   ことを特徴とする角速度センサの駆動回路。
2. 【請求項２】少なくとも、板状の振動体と、励振電極、
   検出電極及び帰還電極が形成され該振動体の片面または
   両面に貼付される圧電素子と、該圧電素子の貼付された
   振動体の振動ノード部を支持する支持部材とで構成され
   る角速度センサ部を駆動する回路部を有する角速度セン
   サにおいて、前記励振電極は、前記圧電素子上で原点に
   対して対向して形成され、該原点に対して対向する前記
   励振電極の各対に可変抵抗器の固定端子が接続され、可
   変抵抗器の可動端子が発振回路側に接続されていること
   を特徴とする角速度センサ。
3. 【請求項３】少なくとも、板状の振動体と、励振電極、
   検出電極及び帰還電極が形成され該振動体の片面または
   両面に貼付される圧電素子と、該圧電素子の貼付された
   振動体の振動ノード部を支持する支持部材とで構成され
   る角速度センサ部を駆動する発振回路を有する角速度セ
   ンサの駆動回路において、前記励振電極は、前記圧電素
   子上で原点に対して対向して形成され、該原点に対して
   対向する前記励振電極の各対の一方に固定抵抗器の端子
   を接続し、他方にトリマブル抵抗器の端子を接続し、前
   記励振電極に接続されていない側の、該固定抵抗器と該
   トリマブル抵抗器の端子を接続部においてお互いに接続
   し、さらに接続部と発振回路とを接続することを特徴と
   する角速度センサの駆動回路。
4. 【請求項４】少なくとも、板状の振動体と、励振電極、
   検出電極及び帰還電極が形成され該振動体の片面または
   両面に貼付される圧電素子と、該圧電素子の貼付された
   振動体の振動ノード部を支持する支持部材とで構成され
   る角速度センサ部を駆動する回路部を有する角速度セン
   サにおいて、前記励振電極は、前記圧電素子上で原点に
   対して対向して形成され、該原点に対して対向する前記
   励振電極の各対の一方に固定抵抗器の端子が接続され、
   他方にトリマブル抵抗器の端子が接続され、前記励振電
   極に接続されていない側の、該固定抵抗器と該トリマブ
   ル抵抗器の端子は接続部においてお互いに接続され、さ
   らに接続部と発振回路とが接続されていることを特徴と
   する角速度センサ。