(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸を有するＸＹＺ三次元座標系と、ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸を有するｘｙｚ三次元座標系とを、Ｘ軸とｘ軸とが同方向を向いた平行な軸となり、Ｙ軸とｙ軸とが同方向を向いた平行な軸となり、Ｚ軸とｚ軸とが同方向を向いた平行な軸となるように定義したときに、
ｙ軸に平行な第１の長手方向軸を中心軸としてｙ軸方向に伸び、可撓性を有する第１の板状橋梁部と、
前記第１の板状橋梁部に直接もしくは間接的に接続され、ｘ軸に平行な第２の長手方向軸を中心軸としてｘ軸方向に伸び、可撓性を有する第２の板状橋梁部と、
前記第２の板状橋梁部に直接もしくは間接的に接続された重錘体と、
前記第１の板状橋梁部、前記第２の板状橋梁部および前記重錘体を収容する装置筐体と、
前記第１の板状橋梁部の一端を前記装置筐体に固定する固定部と、
前記第１の板状橋梁部の所定箇所および前記第２の板状橋梁部の所定箇所に配置された動作用素子群と、
前記動作用素子群を用いて、作用した角速度を検出する検出回路と、
を備え、
前記固定部は、前記第１の板状橋梁部の根端部を前記装置筐体に固定し、前記第１の板状橋梁部の先端部は前記第２の板状橋梁部の根端部に直接もしくは間接的に接続され、前記第２の板状橋梁部の先端部に前記重錘体が直接もしくは間接的に接続されており、前記第１の板状橋梁部と前記第２の板状橋梁部とによってＬ字状構造体が形成されており、
前記装置筐体に外力が作用したときに、前記第１の板状橋梁部および前記第２の板状橋梁部の撓みにより前記重錘体が前記装置筐体内で変位するように構成され、
前記動作用素子群は、前記第１の板状橋梁部の根端部近傍に配置された第１の根端部側素子群と、前記第１の板状橋梁部の先端部近傍に配置された第１の先端部側素子群と、前記第２の板状橋梁部の根端部近傍に配置された第２の根端部側素子群と、前記第２の板状橋梁部の先端部近傍に配置された第２の先端部側素子群と、を有し、
前記第１の板状橋梁部の根端部近傍の表面に、第１の参照領域、第２の参照領域、第３の参照領域を、前記第１の板状橋梁部の先端部近傍の表面に、第４の参照領域、第５の参照領域、第６の参照領域を、前記第２の板状橋梁部の根端部近傍の表面に、第７の参照領域、第８の参照領域、第９の参照領域を、前記第２の板状橋梁部の先端部近傍の表面に、第１０の参照領域、第１１の参照領域、第１２の参照領域を、それぞれ定義したときに、
前記第１の根端部側素子群は、少なくとも、前記第１の参照領域に配置された第１属性素子と前記第３の参照領域に配置された第３属性素子とを有し、前記第１の先端部側素子群は、少なくとも、前記第４の参照領域に配置された第４属性素子と前記第６の参照領域に配置された第６属性素子とを有し、
前記第２の根端部側素子群は、少なくとも、前記第７の参照領域に配置された第７属性素子と前記第９の参照領域に配置された第９属性素子とを有し、前記第２の先端部側素子群は、少なくとも、前記第１０の参照領域に配置された第１０属性素子と前記第１２の参照領域に配置された第１２属性素子とを有し、
前記第２の参照領域および前記第５の参照領域は、ｘｙ平面への正射影投影像が前記第１の長手方向軸の投影像上に位置するようにそれぞれ定義され、前記第８の参照領域および前記第１１の参照領域は、ｘｙ平面への正射影投影像が前記第２の長手方向軸の投影像上に位置するようにそれぞれ定義され、
前記Ｌ字状構造体の屈曲構造を考慮して、前記第１の板状橋梁部および前記第２の板状橋梁部に内側と外側とを定義したときに、
前記第１の参照領域は、ｘｙ平面への正射影投影像が前記第２の参照領域の投影像の内側に隣接する位置に定義され、前記第３の参照領域は、ｘｙ平面への正射影投影像が前記第２の参照領域の投影像の外側に隣接する位置に定義され、
前記第４の参照領域は、ｘｙ平面への正射影投影像が前記第５の参照領域の投影像の内側に隣接する位置に定義され、前記第６の参照領域は、ｘｙ平面への正射影投影像が前記第５の参照領域の投影像の外側に隣接する位置に定義され、
前記第７の参照領域は、ｘｙ平面への正射影投影像が前記第８の参照領域の投影像の内側に隣接する位置に定義され、前記第９の参照領域は、ｘｙ平面への正射影投影像が前記第８の参照領域の投影像の外側に隣接する位置に定義され、
前記第１０の参照領域は、ｘｙ平面への正射影投影像が前記第１１の参照領域の投影像の内側に隣接する位置に定義され、前記第１２の参照領域は、ｘｙ平面への正射影投影像が前記第１１の参照領域の投影像の外側に隣接する位置に定義されており、
前記動作用素子群を構成する個々の素子が、各配置位置における板状橋梁部の長手方向に作用した応力を電気的に検出する検出素子もしくは与えられた電気信号に基づいて各配置位置における板状橋梁部に対して長手方向に応力を作用させる駆動素子によって構成されており、
前記検出回路が、前記駆動素子に交流駆動信号を与えることにより、前記重錘体を第１の軸方向に振動させた状態において、前記検出素子の検出結果に基づいて、前記重錘体に対して、前記第１の軸に直交する第２の軸方向に作用したコリオリ力を求め、当該コリオリ力に基づいて、前記第１の軸および前記第２の軸の双方に直交した第３の軸まわりに作用した角速度を検出し、
ＸＹ平面上で原点を中心としてＸ軸を反時計まわりに４５°回転させることにより得られるＸ′軸と、ＸＹ平面上で原点を中心としてＹ軸を反時計まわりに４５°回転させることにより得られるＹ′軸と、を定義したときに、
前記検出回路が、前記重錘体をｘ軸方向に振動させるｘ軸励振機能とｙ軸方向に振動させるｙ軸励振機能との双方の励振機能と、前記重錘体に対してｘ軸方向に作用したコリオリ力を検出するｘ軸検出機能とｙ軸方向に作用したコリオリ力を検出するｙ軸検出機能との双方の検出機能と、を有し、前記ｘ軸励振機能と前記ｙ軸励振機能とを組み合わせることにより前記重錘体を前記Ｘ′軸方向に振動させ、当該振動状態において、前記ｘ軸検出機能と前記ｙ軸検出機能とを組み合わせることにより前記重錘体に対してＹ′軸方向に作用したコリオリ力を求め、このＹ′軸方向に作用したコリオリ力に基づいてＺ軸まわりに作用した角速度ωＺを検出する機能を有していることを特徴とする慣性センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の慣性センサにおいて、
動作用素子群を構成する個々の駆動素子が、与えられた交流駆動信号に応じて板状橋梁部に対して長手方向に沿った伸縮応力を作用させる圧電素子によって構成されており、
動作用素子群を構成する個々の検出素子が、板状橋梁部の長手方向に沿った伸縮応力に応じて正もしくは負の電荷を発生させる圧電素子によって構成されており、
検出回路が、駆動素子を構成する圧電素子に所定位相の交流駆動信号を与えることにより、重錘体をＸ′軸方向に振動させ、検出素子を構成する圧電素子の発生電荷に関する加減算を行うことにより、重錘体に対してＹ′軸方向に作用したコリオリ力を求めることを特徴とする慣性センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の慣性センサにおいて、
検出回路が、
第１属性素子および第６属性素子を用いた駆動素子を構成する各圧電素子に対して第１の位相をもった交流駆動信号を与え、第３属性素子および第４属性素子を用いた駆動素子を構成する各圧電素子に対して前記第１の位相とは逆の第２の位相をもった交流駆動信号を与えることによりｘ軸励振機能を果たし、
第７属性素子および第１２属性素子を用いた駆動素子を構成する各圧電素子に対して第３の位相をもった交流駆動信号を与え、第９属性素子および第１０属性素子を用いた駆動素子を構成する各圧電素子に対して前記第３の位相とは逆の第４の位相をもった交流駆動信号を与えることによりｙ軸励振機能を果たし、
前記第１の位相と前記第３の位相とを同相とし、前記第２の位相と前記第４の位相とを同相とすることにより、重錘体をＸ′軸方向に振動させることを特徴とする慣性センサ。
【請求項４】
請求項２に記載の慣性センサにおいて、
検出回路が、
第９属性素子および第１２属性素子を用いた駆動素子を構成する各圧電素子に対して第１の位相をもった交流駆動信号を与え、第７属性素子および第１０属性素子を用いた駆動素子を構成する各圧電素子に対して前記第１の位相とは逆の第２の位相をもった交流駆動信号を与えることによりｘ軸励振機能を果たし、
第１属性素子および第４属性素子を用いた駆動素子を構成する各圧電素子に対して第３の位相をもった交流駆動信号を与え、第３属性素子および第６属性素子を用いた駆動素子を構成する各圧電素子に対して前記第３の位相とは逆の第４の位相をもった交流駆動信号を与えることによりｙ軸励振機能を果たし、
前記第１の位相と前記第３の位相とを同相とし、前記第２の位相と前記第４の位相とを同相とすることにより、重錘体をＸ′軸方向に振動させることを特徴とする慣性センサ。
【請求項５】
請求項２に記載の慣性センサにおいて、
検出回路が、
第１属性素子および第６属性素子を用いた検出素子を構成する各圧電素子の発生電荷の和と、第３属性素子および第４属性素子を用いた検出素子を構成する各圧電素子の発生電荷の和と、の差に基づいて、ｘ軸検出機能を果たし、
第７属性素子および第１２属性素子を用いた検出素子を構成する各圧電素子の発生電荷の和と、第９属性素子および第１０属性素子を用いた検出素子を構成する各圧電素子の発生電荷の和と、の差に基づいて、ｙ軸検出機能を果たすことを特徴とする慣性センサ。
【請求項６】
請求項２に記載の慣性センサにおいて、
検出回路が、
第９属性素子および第１２属性素子を用いた検出素子を構成する各圧電素子の発生電荷の和と、第７属性素子および第１０属性素子を用いた検出素子を構成する各圧電素子の発生電荷の和と、の差に基づいて、ｘ軸検出機能を果たし、
第１属性素子および第４属性素子を用いた検出素子を構成する各圧電素子の発生電荷の和と、第３属性素子および第６属性素子を用いた検出素子を構成する各圧電素子の発生電荷の和と、の差に基づいて、ｙ軸検出機能を果たすことを特徴とする慣性センサ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の慣性センサにおいて、
第１の板状橋梁部と第２の板状橋梁部とがＬ字状に配置されるように、第１の板状橋梁部の先端部と第２の板状橋梁部の根端部とが中間接続部を介して接続されており、
第２の板状橋梁部の脇に重錘体が配置されるように、第２の板状橋梁部の先端部と重錘体の隅部とが重錘接続部を介して接続されており、
固定部の下面は装置筐体の底板の上面に固定されており、前記第１の板状橋梁部、前記第２の板状橋梁部および前記重錘体は、外力が作用しない状態において、前記装置筐体の底板の上方に浮いた宙吊り状態になっており、
Ｌ字状構造体の屈曲構造を考慮して、前記第１の板状橋梁部および前記第２の板状橋梁部に内側と外側とを定義したときに、
前記中間接続部が、前記第１の板状橋梁部の先端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部と前記第２の板状橋梁部の根端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部とを有し、
前記重錘接続部が、前記第２の板状橋梁部の先端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部を有し、
前記固定部が、ｘ軸に平行な固定部用長手方向軸に沿って伸びる固定部用板状部材を有し、この固定部用板状部材の一端に前記第１の板状橋梁部の根端部が固定されており、かつ、前記固定部用板状部材の前記一端には、前記第１の板状橋梁部の根端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部が設けられており、
前記固定部用板状部材、前記第１の板状橋梁部および前記第２の板状橋梁部によって構成される構造体が、ｘｙ平面上への投影像が「コ」の字状になるようなコの字状構造体をなし、このコの字状構造体によって囲まれた内部領域に板状の重錘体が配置されていることを特徴とする慣性センサ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の慣性センサにおいて、
第１の根端部側素子群は、第２の参照領域に配置された第２属性素子を更に有し、第１の先端部側素子群は、第５の参照領域に配置された第５属性素子を更に有し、第２の根端部側素子群は、第８の参照領域に配置された第８属性素子を更に有し、第２の先端部側素子群は、第１１の参照領域に配置された第１１属性素子を更に有し、
検出回路が、少なくとも、前記第２属性素子、前記第５属性素子、前記第８属性素子および前記第１１属性素子を検出素子として用いることにより、重錘体に対してｚ軸方向に作用したコリオリ力を検出するｚ軸検出機能を更に有し、前記重錘体をＸ′軸方向に振動させた状態において、前記ｚ軸検出機能により前記重錘体に対してＺ軸方向に作用したコリオリ力を求め、このＺ軸方向に作用したコリオリ力に基づいてＹ′軸まわりに作用した角速度ωＹ′を求める機能を有しており、角速度ωＺに加えて更に角速度ωＹ′を検出することを特徴とする慣性センサ。
【請求項９】
請求項８に記載の慣性センサにおいて、
第２属性素子、第５属性素子、第８属性素子および第１１属性素子が、板状橋梁部の長手方向に沿った伸縮応力に応じて正もしくは負の電荷を発生させる圧電素子によって構成されており、
検出回路が、前記圧電素子の発生電荷に関する加減算を行うことにより、重錘体に対してｚ軸方向に作用したコリオリ力を求めることを特徴とする慣性センサ。
【請求項１０】
請求項９に記載の慣性センサにおいて、
検出回路が、第５属性素子および第１１属性素子を用いた検出素子を構成する各圧電素子の発生電荷の和と、第２属性素子および第８属性素子を用いた検出素子を構成する各圧電素子の発生電荷の和と、の差に基づいて、ｚ軸検出機能を果たすことを特徴とする慣性センサ。
【請求項１１】
請求項９に記載の慣性センサにおいて、
検出回路が、第４属性素子、第５属性素子、第６属性素子、第１０属性素子、第１１属性素子および第１２属性素子を用いた検出素子を構成する各圧電素子の発生電荷の総和と、第１属性素子、第２属性素子、第３属性素子、第７属性素子、第８属性素子および第９属性素子を用いた検出素子を構成する各圧電素子の発生電荷の総和と、の差に基づいて、ｚ軸検出機能を果たすことを特徴とする慣性センサ。
【請求項１２】
請求項１〜７のいずれかに記載の慣性センサにおいて、
ｘｙｚ三次元座標系として、Ｘ軸とｘ軸とが互いに逆方向を向いた平行な軸となり、Ｙ軸とｙ軸とが同方向を向いた平行な軸となり、Ｚ軸とｚ軸とが同方向を向いた平行な軸となるような鏡像座標系を定義し、
検出回路が、ｘ軸励振機能とｙ軸励振機能とを組み合わせることにより、重錘体をＸ′軸方向に代えてＹ′軸方向に振動させ、当該振動状態において、前記重錘体に対してＹ′軸方向に代えてＸ′軸方向に作用したコリオリ力を求め、このＸ′軸方向に作用したコリオリ力に基づいてＺ軸まわりに作用した角速度ωＺを検出することを特徴とする慣性センサ。
【請求項１３】
請求項８〜１１のいずれかに記載の慣性センサにおいて、
ｘｙｚ三次元座標系として、Ｘ軸とｘ軸とが互いに逆方向を向いた平行な軸となり、Ｙ軸とｙ軸とが同方向を向いた平行な軸となり、Ｚ軸とｚ軸とが同方向を向いた平行な軸となるような鏡像座標系を定義し、
検出回路が、ｘ軸励振機能とｙ軸励振機能とを組み合わせることにより、重錘体をＸ′軸方向に代えてＹ′軸方向に振動させ、当該振動状態において、前記重錘体に対してＹ′軸方向に代えてＸ′軸方向に作用したコリオリ力を求め、このＸ′軸方向に作用したコリオリ力に基づいてＺ軸まわりに作用した角速度ωＺを検出するとともに、ｚ軸検出機能により前記重錘体に対してＺ軸方向に作用したコリオリ力を求め、このＺ軸方向に作用したコリオリ力に基づいてＹ′軸方向に代えてＸ′軸方向に作用した角速度ωＸ′を求める機能を有しており、角速度ωＺに加えて更に角速度ωＸ′を検出することを特徴とする慣性センサ。
【請求項１４】
請求項８〜１１のいずれかに記載の慣性センサからなる第１の慣性センサと、請求項１３に記載の慣性センサからなる第２の慣性センサと、を備え、前記第１の慣性センサと前記第２の慣性センサは、共通のＸＹＺ三次元座標系に配置されており、Ｘ′軸まわりに作用した角速度ωＸ′、Ｙ′軸まわりに作用した角速度ωＹ′、Ｚ軸まわりに作用した角速度ωＺの３軸まわりに作用した角速度を検出する角速度検出装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の角速度検出装置において、
第１の慣性センサにおける重錘体のＸ′軸の正および負方向への往復運動と、第２の慣性センサにおける重錘体のＹ′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ同位相となるような制御が行われることを特徴とする角速度検出装置。
【請求項１６】
請求項１４または１５に記載の角速度検出装置において、
角速度ωＸ′および角速度ωＹ′を、幾何学的な変換式「ωＸ＝（１／√２）・ωＸ′−（１／√２）・ωＹ′」および「ωＹ＝（１／√２）・ωＸ′＋（１／√２）・ωＹ′」に基づく演算により、それぞれＸ軸まわりに作用した角速度ωＸおよびＹ軸まわりに作用した角速度ωＹに変換する変換処理を行い、この変換処理によって得られた角速度ωＸおよび角速度ωＹならびに角速度ωＺを出力する機能を有することを特徴とする角速度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度検出装置に関し、特に、所定の座標軸まわりに作用した角速度を検出する機能をもった慣性センサを複数組用いた角速度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種車両、船舶、航空機などでは、姿勢制御やナビゲーションの情報を得るために、加速度センサや角速度センサが利用されている。また、ロボットや産業機械においても、その動きを的確に制御するため、様々な箇所に加速度センサや角速度センサが取り付けられている。このようなセンサのうち、装置筐体内に可撓性部材を介して重錘体を取付け、この重錘体の慣性を利用して加速度や角速度の検出を行うセンサは、一般に慣性センサと呼ばれている。
【０００３】
たとえば、慣性を利用した加速度センサの場合、作用した加速度に基づいて装置筐体が移動すると、内部の重錘体は慣性により元の位置に留まろうとするため、重錘体は装置筐体に対して相対的な変位を生じる。この変位を電気的に検出することにより、作用した加速度を検出することができる。
【０００４】
一方、慣性を利用した角速度センサ（ジャイロセンサ）の場合、装置筐体内で振動中の重錘体には、振動方向を維持しようとする慣性が働くため、作用したモーメントに基づいて装置筐体が回転すると、装置筐体に対する相対的な振動軸が変化を生じる。この振動軸の変化を生じさせるコリオリ力を電気的に検出することにより、作用した角速度を検出することができる。
【０００５】
このような慣性センサでは、装置筐体内に重錘体を支持するための様々な支持構造が提案されており、また、作用した加速度や角速度を電気信号として検出するために、様々な検出素子が利用されている。たとえば、下記の特許文献１には、ダイアフラムの中央部に重錘体を垂下させ、ダイアフラムの周囲部を台座によって装置筐体に支持固定する構造を採用した加速度センサが開示されている。この加速度センサでは、ダイアフラムの所定位置に形成したピエゾ抵抗素子を利用して、作用した加速度の特定の軸方向成分を電気信号として検出することができる。
【０００６】
一方、特許文献２には、同様の構造により重錘体を支持しつつ、ダイアフラム自体を圧電素子によって構成することにより、この圧電素子における発生電荷分布を利用して、作用した加速度を電気信号として検出する技術が開示されている。また、圧電素子は、電圧を印加すると変形を生じる性質を有しているため、当該性質を利用して、交流駆動信号を当該センサに供給して振動子を振動させ、作用したコリオリ力を検出することにより角速度を検出する方法も開示されている。
【０００７】
更に、特許文献３には、重錘体をＬ字状のアームによって支持する支持構造が開示されており、圧電素子を用いて重錘体を振動させ、作用するコリオリ力を圧電素子を利用して測定することにより、角速度を検出する角速度センサが開示されている。また、当該文献には、４組の重錘体をそれぞれＬ字状のアームによって支持した構造を用い、４組の重錘体に作用したコリオリ力を利用して角速度検出を行う技術も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−１７４５７１号公報
【特許文献２】特開平８−３５９８１号公報
【特許文献３】ＷＯ２００８／０３５６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前掲の特許文献１，２に開示されているように、重錘体をダイアフラムの中央に垂下させ、ダイアフラムの周囲を台座で固定する支持構造を採用している従来の慣性センサは、構造が非常に単純であるため、製造コストを大幅に低減できるというメリットがある。しかも、重錘体の周囲を取り囲むように配置されたダイアフラムの撓みを検出することにより、重錘体の変位検出が可能になるため、比較的感度の高い検出を行うことができる。しかしながら、ダイアフラムの周囲が台座によって装置筐体に固定されているため、利用時に装置筐体に何らかの応力が加わると、当該応力が台座を介してダイアフラムまで伝達され、検出結果に影響を与えるという問題がある。
【００１０】
たとえば、利用時の温度環境により装置筐体が膨張したり収縮したりすると、当該応力がダイアフラムまで伝達され、検出結果に悪影響を及ぼすことになる。また、装置筐体を何らかの測定対象物に実装するために、接着剤やネジで固定したとすると、当該実装時に装置筐体に応力が加わる可能性があり、当該応力により検出結果に悪影響が及ぶことになる。
【００１１】
これに対して、前掲の特許文献３に開示されているように、重錘体をアームによって支持する支持構造を採用すると、アームの根端部が装置筐体に固定されるだけなので、装置筐体に生じた応力に基づく検出結果への悪影響はほとんど無視できる。しかしながら、装置筐体内での重錘体の変位を、アームの撓みによって検出せざるを得ないので、効率的な検出を行うことができず、検出感度が低下することは否めない。
【００１２】
また、角速度センサの場合、重錘体の振動が装置筐体まで伝達されて外部に漏れ出てしまうと、重錘体の振動態様が利用時の外部環境の影響を受けることになり、やはり検出結果に悪影響が及ぶことになる。
【００１３】
そこで本発明は、利用環境によって検出結果に悪影響が及ぶことがなく、しかも高い検出感度をもって角速度の正確な検出が可能な角速度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
(1)   本発明の第１の態様は、ｘｙｚ三次元座標系における所定の座標軸方向に作用した加速度もしくは所定の座標軸まわりに作用した角速度を検出する慣性センサにおいて、
ｙ軸に平行な第１の長手方向軸を中心軸としてｙ軸方向に伸び、可撓性を有する第１の板状橋梁部と、
第１の板状橋梁部に直接もしくは間接的に接続され、ｘ軸に平行な第２の長手方向軸を中心軸としてｘ軸方向に伸び、可撓性を有する第２の板状橋梁部と、
第２の板状橋梁部に直接もしくは間接的に接続された重錘体と、
第１の板状橋梁部、第２の板状橋梁部および重錘体を収容する装置筐体と、
第１の板状橋梁部の一端を装置筐体に固定する固定部と、
第１の板状橋梁部の所定箇所および第２の板状橋梁部の所定箇所に配置された動作用素子群と、
動作用素子群を用いて、作用した加速度もしくは角速度を検出する検出回路と、
を設け、
固定部は、第１の板状橋梁部の根端部を装置筐体に固定し、第１の板状橋梁部の先端部は第２の板状橋梁部の根端部に直接もしくは間接的に接続され、第２の板状橋梁部の先端部に重錘体が直接もしくは間接的に接続されており、第１の板状橋梁部と第２の板状橋梁部とによってＬ字状構造体が形成されており、
装置筐体に外力が作用したときに、第１の板状橋梁部および第２の板状橋梁部の撓みにより重錘体が装置筐体内で変位するように構成され、
動作用素子群は、第１の板状橋梁部の根端部近傍に配置された第１の根端部側素子群と、第１の板状橋梁部の先端部近傍に配置された第１の先端部側素子群と、第２の板状橋梁部の根端部近傍に配置された第２の根端部側素子群と、第２の板状橋梁部の先端部近傍に配置された第２の先端部側素子群と、を有し、
第１の板状橋梁部の根端部近傍の表面に、第１の参照領域、第２の参照領域、第３の参照領域を、第１の板状橋梁部の先端部近傍の表面に、第４の参照領域、第５の参照領域、第６の参照領域を、第２の板状橋梁部の根端部近傍の表面に、第７の参照領域、第８の参照領域、第９の参照領域を、第２の板状橋梁部の先端部近傍の表面に、第１０の参照領域、第１１の参照領域、第１２の参照領域を、それぞれ定義したときに、
第１の根端部側素子群は、少なくとも、第１の参照領域に配置された第１属性素子と第３の参照領域に配置された第３属性素子とを有し、第１の先端部側素子群は、少なくとも、第４の参照領域に配置された第４属性素子と第６の参照領域に配置された第６属性素子とを有し、
第２の根端部側素子群は、少なくとも、第７の参照領域に配置された第７属性素子と第９の参照領域に配置された第９属性素子とを有し、第２の先端部側素子群は、少なくとも、第１０の参照領域に配置された第１０属性素子と第１２の参照領域に配置された第１２属性素子とを有し、
第２の参照領域および第５の参照領域は、ｘｙ平面への正射影投影像が第１の長手方向軸の投影像上に位置するようにそれぞれ定義され、第８の参照領域および第１１の参照領域は、ｘｙ平面への正射影投影像が第２の長手方向軸の投影像上に位置するようにそれぞれ定義され、
Ｌ字状構造体の屈曲構造を考慮して、第１の板状橋梁部および第２の板状橋梁部に内側と外側とを定義したときに、
第１の参照領域は、ｘｙ平面への正射影投影像が第２の参照領域の投影像の内側に隣接する位置に定義され、第３の参照領域は、ｘｙ平面への正射影投影像が第２の参照領域の投影像の外側に隣接する位置に定義され、
第４の参照領域は、ｘｙ平面への正射影投影像が第５の参照領域の投影像の内側に隣接する位置に定義され、第６の参照領域は、ｘｙ平面への正射影投影像が第５の参照領域の投影像の外側に隣接する位置に定義され、
第７の参照領域は、ｘｙ平面への正射影投影像が第８の参照領域の投影像の内側に隣接する位置に定義され、第９の参照領域は、ｘｙ平面への正射影投影像が第８の参照領域の投影像の外側に隣接する位置に定義され、
第１０の参照領域は、ｘｙ平面への正射影投影像が第１１の参照領域の投影像の内側に隣接する位置に定義され、第１２の参照領域は、ｘｙ平面への正射影投影像が第１１の参照領域の投影像の外側に隣接する位置に定義されているようにしたものである。
【００１５】
(2)   本発明の第２の態様は、上述した第１の態様に係る慣性センサにおいて、
動作用素子群を構成する個々の素子が、各配置位置における板状橋梁部の長手方向に作用した応力を電気的に検出する検出素子によって構成されており、
検出回路が、検出素子の検出結果に基づいて、所定の座標軸方向に作用した加速度を検出するようにしたものである。
【００１６】
(3)   本発明の第３の態様は、上述した第２の態様に係る慣性センサにおいて、
動作用素子群を構成する個々の検出素子が、板状橋梁部の長手方向に沿って配置されたピエゾ抵抗素子によって構成されており、
検出回路が、ピエゾ抵抗素子を用いたブリッジ回路の出力に基づいて、所定の座標軸方向に作用した加速度を検出するようにしたものである。
【００１７】
(4)   本発明の第４の態様は、上述した第３の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第１属性素子と第６属性素子とを第１の対辺とし、第３属性素子と第４属性素子とを第２の対辺とするブリッジ回路によりｘ軸方向に作用した加速度αｘを検出し、第７属性素子と第１２属性素子とを第１の対辺とし、第９属性素子と第１０属性素子とを第２の対辺とするブリッジ回路によりｙ軸方向に作用した加速度αｙを検出するようにしたものである。
【００１８】
(5)   本発明の第５の態様は、上述した第３の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第９属性素子と第１２属性素子とを第１の対辺とし、第７属性素子と第１０属性素子とを第２の対辺とするブリッジ回路によりｘ軸方向に作用した加速度αｘを検出し、第１属性素子と第４属性素子とを第１の対辺とし、第３属性素子と第６属性素子とを第２の対辺とするブリッジ回路によりｙ軸方向に作用した加速度αｙを検出するようにしたものである。
【００１９】
(6)   本発明の第６の態様は、上述した第２の態様に係る慣性センサにおいて、
動作用素子群を構成する個々の検出素子が、板状橋梁部の長手方向に沿った伸縮応力に応じて正もしくは負の電荷を発生させる圧電素子によって構成されており、
検出回路が、各圧電素子の発生電荷に関する加減算を行うことにより、所定の座標軸方向に作用した加速度を検出するようにしたものである。
【００２０】
(7)   本発明の第７の態様は、上述した第６の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第１属性素子の発生電荷と第６属性素子の発生電荷との和と、第３属性素子の発生電荷と第４属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいてｘ軸方向に作用した加速度αｘを検出し、第７属性素子の発生電荷と第１２属性素子の発生電荷との和と、第９属性素子の発生電荷と第１０属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいてｙ軸方向に作用した加速度αｙを検出するようにしたものである。
【００２１】
(8)   本発明の第８の態様は、上述した第６の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第９属性素子の発生電荷と第１２属性素子の発生電荷との和と、第７属性素子の発生電荷と第１０属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいてｘ軸方向に作用した加速度αｘを検出し、第１属性素子の発生電荷と第４属性素子の発生電荷との和と、第３属性素子の発生電荷と第６属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいてｙ軸方向に作用した加速度αｙを検出するようにしたものである。
【００２２】
(9)   本発明の第９の態様は、上述した第１の態様に係る慣性センサにおいて、
動作用素子群を構成する個々の素子が、各配置位置における板状橋梁部の長手方向に作用した応力を電気的に検出する検出素子もしくは与えられた電気信号に基づいて各配置位置における板状橋梁部に対して長手方向に応力を作用させる駆動素子によって構成されており、
検出回路が、駆動素子に交流駆動信号を与えることにより、重錘体を第１の軸方向に振動させた状態において、検出素子の検出結果に基づいて、重錘体に対して、第１の軸に直交する第２の軸方向に作用したコリオリ力を求め、当該コリオリ力に基づいて、第１の軸および第２の軸の双方に直交した第３の軸まわりに作用した角速度を検出するようにしたものである。
【００２３】
(10)  本発明の第１０の態様は、上述した第９の態様に係る慣性センサにおいて、
動作用素子群を構成する個々の駆動素子が、与えられた交流駆動信号に応じて板状橋梁部に対して長手方向に沿った伸縮応力を作用させる圧電素子によって構成されており、
動作用素子群を構成する個々の検出素子が、板状橋梁部の長手方向に沿った伸縮応力に応じて正もしくは負の電荷を発生させる圧電素子によって構成されており、
検出回路が、駆動素子を構成する圧電素子に所定位相の交流駆動信号を与えることにより、重錘体を第１の軸方向に振動させ、検出素子を構成する圧電素子の発生電荷に関する加減算を行うことにより、重錘体に対して第２の軸方向に作用したコリオリ力を求めるようにしたものである。
【００２４】
(11)  本発明の第１１の態様は、上述した第１０の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第１属性素子と第６属性素子とに第１の位相をもった交流駆動信号を与え、第３属性素子と第４属性素子とに第１の位相とは逆の第２の位相をもった交流駆動信号を与えることにより、重錘体をｘ軸方向に振動させるｘ軸励振機能と、第７属性素子と第１２属性素子とに第３の位相をもった交流駆動信号を与え、第９属性素子と第１０属性素子とに第３の位相とは逆の第４の位相をもった交流駆動信号を与えることにより、重錘体をｙ軸方向に振動させるｙ軸励振機能と、の少なくとも一方の励振機能を有するようにしたものである。
【００２５】
(12)  本発明の第１２の態様は、上述した第１０の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第９属性素子と第１２属性素子とに第１の位相をもった交流駆動信号を与え、第７属性素子と第１０属性素子とに第１の位相とは逆の第２の位相をもった交流駆動信号を与えることにより、重錘体をｘ軸方向に振動させるｘ軸励振機能と、第１属性素子と第４属性素子とに第３の位相をもった交流駆動信号を与え、第３属性素子と第６属性素子とに第３の位相とは逆の第４の位相をもった交流駆動信号を与えることにより、重錘体をｙ軸方向に振動させるｙ軸励振機能と、の少なくとも一方の励振機能を有するようにしたものである。
【００２６】
(13)  本発明の第１３の態様は、上述した第１１または第１２の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第１属性素子の発生電荷と第６属性素子の発生電荷との和と、第３属性素子の発生電荷と第４属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体に対してｘ軸方向に作用したコリオリ力ｆｘを検出するｘ軸検出機能と、第７属性素子の発生電荷と第１２属性素子の発生電荷との和と、第９属性素子の発生電荷と第１０属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体に対してｙ軸方向に作用したコリオリ力ｆｙを検出するｙ軸検出機能と、の少なくとも一方の検出機能を有するようにしたものである。
【００２７】
(14)  本発明の第１４の態様は、上述した第１１または第１２の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第９属性素子の発生電荷と第１２属性素子の発生電荷との和と、第７属性素子の発生電荷と第１０属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体に対してｘ軸方向に作用したコリオリ力ｆｘを検出するｘ軸検出機能と、第１属性素子の発生電荷と第４属性素子の発生電荷との和と、第３属性素子の発生電荷と第６属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体に対してｙ軸方向に作用したコリオリ力ｆｙを検出するｙ軸検出機能と、の少なくとも一方の検出機能を有するようにしたものである。
【００２８】
(15)  本発明の第１５の態様は、上述した第１の態様に係る慣性センサにおいて、
第１の根端部側素子群が、第２の参照領域に配置された第２属性素子を更に有し、第１の先端部側素子群が、第５の参照領域に配置された第５属性素子を更に有し、第２の根端部側素子群が、第８の参照領域に配置された第８属性素子を更に有し、第２の先端部側素子群が、第１１の参照領域に配置された第１１属性素子を更に有するようにしたものである。
【００２９】
(16)  本発明の第１６の態様は、上述した第１５の態様に係る慣性センサにおいて、
動作用素子群を構成する個々の素子が、各配置位置における板状橋梁部の長手方向に作用した応力を電気的に検出する検出素子によって構成されており、
検出回路が、検出素子の検出結果に基づいて、所定の座標軸方向に作用した加速度を検出するようにしたものである。
【００３０】
(17)  本発明の第１７の態様は、上述した第１６の態様に係る慣性センサにおいて、
動作用素子群を構成する個々の検出素子が、板状橋梁部の長手方向に沿って配置されたピエゾ抵抗素子によって構成されており、
検出回路が、ピエゾ抵抗素子を用いたブリッジ回路の出力に基づいて、所定の座標軸方向に作用した加速度を検出するようにしたものである。
【００３１】
(18)  本発明の第１８の態様は、上述した第１７の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第１属性素子と第６属性素子とを第１の対辺とし、第３属性素子と第４属性素子とを第２の対辺とするブリッジ回路によりｘ軸方向に作用した加速度αｘを検出し、第７属性素子と第１２属性素子とを第１の対辺とし、第９属性素子と第１０属性素子とを第２の対辺とするブリッジ回路によりｙ軸方向に作用した加速度αｙを検出し、第５属性素子と第１１属性素子とを第１の対辺とし、第２属性素子と第８属性素子とを第２の対辺とするブリッジ回路によりｚ軸方向に作用した加速度αｚを検出するようにしたものである。
【００３２】
(19)  本発明の第１９の態様は、上述した第１７の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第９属性素子と第１２属性素子とを第１の対辺とし、第７属性素子と第１０属性素子とを第２の対辺とするブリッジ回路によりｘ軸方向に作用した加速度αｘを検出し、第１属性素子と第４属性素子とを第１の対辺とし、第３属性素子と第６属性素子とを第２の対辺とするブリッジ回路によりｙ軸方向に作用した加速度αｙを検出し、第４属性素子，第５属性素子，第６属性素子を直列接続してなる一辺と第１０属性素子，第１１属性素子，第１２属性素子を直列接続してなる一辺とを第１の対辺とし、第１属性素子，第２属性素子，第３属性素子を直列接続してなる一辺と第７属性素子，第８属性素子，第９属性素子を直列接続してなる一辺とを第２の対辺とするブリッジ回路によりｚ軸方向に作用した加速度αｚを検出するようにしたものである。
【００３３】
(20)  本発明の第２０の態様は、上述した第１６の態様に係る慣性センサにおいて、
動作用素子群を構成する個々の検出素子が、板状橋梁部の長手方向に沿った伸縮応力に応じて正もしくは負の電荷を発生させる圧電素子によって構成されており、
検出回路が、各圧電素子の発生電荷に関する加減算を行うことにより、所定の座標軸方向に作用した加速度を検出するようにしたものである。
【００３４】
(21)  本発明の第２１の態様は、上述した第２０の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第１属性素子の発生電荷と第６属性素子の発生電荷との和と、第３属性素子の発生電荷と第４属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいてｘ軸方向に作用した加速度αｘを検出し、第７属性素子の発生電荷と第１２属性素子の発生電荷との和と、第９属性素子の発生電荷と第１０属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいてｙ軸方向に作用した加速度αｙを検出し、第５属性素子の発生電荷と第１１属性素子の発生電荷との和と、第２属性素子の発生電荷と第８属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいてｚ軸方向に作用した加速度αｚを検出するようにしたものである。
【００３５】
(22)  本発明の第２２の態様は、上述した第２０の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第９属性素子の発生電荷と第１２属性素子の発生電荷との和と、第７属性素子の発生電荷と第１０属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいてｘ軸方向に作用した加速度αｘを検出し、第１属性素子の発生電荷と第４属性素子の発生電荷との和と、第３属性素子の発生電荷と第６属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいてｙ軸方向に作用した加速度αｙを検出し、第４属性素子、第５属性素子、第６属性素子、第１０属性素子、第１１属性素子、第１２属性素子の各発生電荷の総和と、第１属性素子、第２属性素子、第３属性素子、第７属性素子、第８属性素子、第９属性素子の各発生電荷の総和と、の差に基づいてｚ軸方向に作用した加速度αｚを検出するようにしたものである。
【００３６】
(23)  本発明の第２３の態様は、上述した第１５の態様に係る慣性センサにおいて、
動作用素子群を構成する個々の素子が、各配置位置における板状橋梁部の長手方向に作用した応力を電気的に検出する検出素子もしくは与えられた電気信号に基づいて各配置位置における板状橋梁部に対して長手方向に応力を作用させる駆動素子によって構成されており、
検出回路が、駆動素子に交流駆動信号を与えることにより、重錘体を第１の軸方向に振動させた状態において、検出素子の検出結果に基づいて、重錘体に対して、第１の軸に直交する第２の軸方向に作用したコリオリ力を求め、当該コリオリ力に基づいて、第１の軸および第２の軸の双方に直交した第３の軸まわりに作用した角速度を検出するようにしたものである。
【００３７】
(24)  本発明の第２４の態様は、上述した第２３の態様に係る慣性センサにおいて、
動作用素子群を構成する個々の駆動素子が、与えられた交流駆動信号に応じて板状橋梁部に対して長手方向に沿った伸縮応力を作用させる圧電素子によって構成されており、
動作用素子群を構成する個々の検出素子が、板状橋梁部の長手方向に沿った伸縮応力に応じて正もしくは負の電荷を発生させる圧電素子によって構成されており、
検出回路が、駆動素子を構成する圧電素子に所定位相の交流駆動信号を与えることにより、重錘体を第１の軸方向に振動させ、検出素子を構成する圧電素子の発生電荷に関する加減算を行うことにより、重錘体に対して第２の軸方向に作用したコリオリ力を求めるようにしたものである。
【００３８】
(25)  本発明の第２５の態様は、上述した第２４の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第１属性素子と第６属性素子とに第１の位相をもった交流駆動信号を与え、第３属性素子と第４属性素子とに第１の位相とは逆の第２の位相をもった交流駆動信号を与えることにより、重錘体をｘ軸方向に振動させるｘ軸励振機能と、第７属性素子と第１２属性素子とに第３の位相をもった交流駆動信号を与え、第９属性素子と第１０属性素子とに第３の位相とは逆の第４の位相をもった交流駆動信号を与えることにより、重錘体をｙ軸方向に振動させるｙ軸励振機能と、第５属性素子と第１１属性素子とに第５の位相をもった交流駆動信号を与え、第２属性素子と第８属性素子とに第５の位相とは逆の第６の位相をもった交流駆動信号を与えることにより、重錘体をｚ軸方向に振動させるｚ軸励振機能と、のうちの少なくとも１つの励振機能を有するようにしたものである。
【００３９】
(26)  本発明の第２６の態様は、上述した第２４の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第９属性素子と第１２属性素子とに第１の位相をもった交流駆動信号を与え、第７属性素子と第１０属性素子とに第１の位相とは逆の第２の位相をもった交流駆動信号を与えることにより、重錘体をｘ軸方向に振動させるｘ軸励振機能と、第１属性素子と第４属性素子とに第３の位相をもった交流駆動信号を与え、第３属性素子と第６属性素子とに第３の位相とは逆の第４の位相をもった交流駆動信号を与えることにより、重錘体をｙ軸方向に振動させるｙ軸励振機能と、第４属性素子、第５属性素子、第６属性素子、第１０属性素子、第１１属性素子、第１２属性素子のそれぞれに第５の位相をもった交流駆動信号を与え、第１属性素子、第２属性素子、第３属性素子、第７属性素子、第８属性素子、第９属性素子のそれぞれに第５の位相とは逆の第６の位相をもった交流駆動信号を与えることにより、重錘体をｚ軸方向に振動させるｚ軸励振機能と、のうちの少なくとも１つの励振機能を有するようにしたものである。
【００４０】
(27)  本発明の第２７の態様は、上述した第２５または第２６の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第１属性素子の発生電荷と第６属性素子の発生電荷との和と、第３属性素子の発生電荷と第４属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体に対してｘ軸方向に作用したコリオリ力ｆｘを検出するｘ軸検出機能と、第７属性素子の発生電荷と第１２属性素子の発生電荷との和と、第９属性素子の発生電荷と第１０属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体に対してｙ軸方向に作用したコリオリ力ｆｙを検出するｙ軸検出機能と、第５属性素子の発生電荷と第１１属性素子の発生電荷との和と、第２属性素子の発生電荷と第８属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体に対してｚ軸方向に作用したコリオリ力ｆｚを検出するｚ軸検出機能と、のうちの少なくとも１つの検出機能を有するようにしたものである。
【００４１】
(28)  本発明の第２８の態様は、上述した第２５または第２６の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第９属性素子の発生電荷と第１２属性素子の発生電荷との和と、第７属性素子の発生電荷と第１０属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体に対してｘ軸方向に作用したコリオリ力ｆｘを検出するｘ軸検出機能と、第１属性素子の発生電荷と第４属性素子の発生電荷との和と、第３属性素子の発生電荷と第６属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体に対してｙ軸方向に作用したコリオリ力ｆｙを検出するｙ軸検出機能と、第４属性素子、第５属性素子、第６属性素子、第１０属性素子、第１１属性素子、第１２属性素子の各発生電荷の総和と、第１属性素子、第２属性素子、第３属性素子、第７属性素子、第８属性素子、第９属性素子の各発生電荷の総和と、の差に基づいて、重錘体に対してｚ軸方向に作用したコリオリ力ｆｚを検出するｚ軸検出機能と、のうちの少なくとも１つの検出機能を有するようにしたものである。
【００４２】
(29)  本発明の第２９の態様は、上述した第１〜第２８の態様に係る慣性センサにおいて、
第１の板状橋梁部に配置された動作用素子群のｘｙ平面への正射影投影像が第１の長手方向軸の投影像に関して線対称となるパターンを有し、第２の板状橋梁部に配置された動作用素子群のｘｙ平面への正射影投影像が第２の長手方向軸の投影像に関して線対称となるパターンを有するようにしたものである。
【００４３】
(30)  本発明の第３０の態様は、上述した第１〜第２９の態様に係る慣性センサにおいて、
第１の板状橋梁部と第２の板状橋梁部とがＬ字状に配置されるように、第１の板状橋梁部の先端部と第２の板状橋梁部の根端部とが中間接続部を介して接続されており、
第２の板状橋梁部の脇に重錘体が配置されるように、第２の板状橋梁部の先端部と重錘体の隅部とが重錘接続部を介して接続されており、
固定部の下面は装置筐体の底板の上面に固定されており、第１の板状橋梁部、第２の板状橋梁部および重錘体は、外力が作用しない状態において、装置筐体の底板の上方に浮いた宙吊り状態になっているようにしたものである。
【００４４】
(31)  本発明の第３１の態様は、上述した第３０の態様に係る慣性センサにおいて、
中間接続部が、第１の板状橋梁部の先端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部と第２の板状橋梁部の根端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部とを有し、
重錘接続部が、第２の板状橋梁部の先端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部を有するようにしたものである。
【００４５】
(32)  本発明の第３２の態様は、上述した第３０または第３１の態様に係る慣性センサにおいて、
固定部が、ｘ軸に平行な固定部用長手方向軸に沿って伸びる固定部用板状部材によって構成され、この固定部用板状部材の一端に第１の板状橋梁部の根端部が固定されており、
固定部用板状部材、第１の板状橋梁部および第２の板状橋梁部によって構成される構造体が、ｘｙ平面上への投影像が「コ」の字状になるようなコの字状構造体をなし、このコの字状構造体によって囲まれた内部領域に板状の重錘体が配置されているようにしたものである。
【００４６】
(33)  本発明の第３３の態様は、上述した第３０または第３１の態様に係る慣性センサにおいて、
固定部が、環状構造体によって構成されており、この環状構造体によって囲まれた内部領域に第１の板状橋梁部、第２の板状橋梁部および重錘体が配置されており、装置筐体に所定の大きさ以上の外力が作用したときに、内部領域に配置された部材が環状構造体の内面に接触することにより、当該部材の変位が所定範囲内に制御されるように構成されているようにしたものである。
【００４７】
(34)  本発明の第３４の態様は、上述した第３３の態様に係る慣性センサにおいて、
固定部と重錘体との役割を逆転させ、上記慣性センサにおいて固定部として機能していた環状構造体を重錘体として機能させ、上記慣性センサにおいて重錘体として機能していた板状体を固定部として機能させるために、板状体の下面を装置筐体の底板の上面に固定し、環状構造体が、外力が作用しない状態において、装置筐体の底板の上方に浮いた宙吊り状態になるようにしたものである。
【００４８】
(35)  本発明の第３５の態様は、上述した第２０〜第２２または第２４〜第２８の態様に係る慣性センサにおいて、
第１の板状橋梁部および第２の板状橋梁部の表面に層状に形成された下層電極と、下層電極の表面に層状に形成され、層方向の伸縮に基づいて上下方向に分極を生じる圧電体と、圧電体の表面に局在的に形成された複数の上層電極からなる上層電極群と、によって、個々の検出素子もしくは駆動素子として機能する圧電素子群が構成されているようにしたものである。
【００４９】
(36)  本発明の第３６の態様は、上述した第３５の態様に係る慣性センサにおいて、
下層電極が第１の板状橋梁部および第２の板状橋梁部の上面に形成され、圧電体がこの下層電極の上面に形成され、
第１属性素子〜第１２属性素子を構成する上層電極が、すべて各板状橋梁部の上面に、下層電極および圧電体を介して形成されているようにしたものである。
【００５０】
(37)  本発明の第３７の態様は、上述した第３５の態様に係る慣性センサにおいて、
下層電極が第１の板状橋梁部および第２の板状橋梁部の上面とともに側面にも形成され、圧電体がこの下層電極の表面に形成され、
第２属性素子、第５属性素子、第８属性素子、第１１属性素子を構成する上層電極が、各板状橋梁部の上面に、下層電極および圧電体を介して形成されており、
第１属性素子、第３属性素子、第４属性素子、第６属性素子、第７属性素子、第９属性素子、第１０属性素子、第１２属性素子を構成する上層電極が、各板状橋梁部の側面に、下層電極および圧電体を介して形成されているようにしたものである。
【００５１】
(38)  本発明の第３８の態様は、上述した第３５の態様に係る慣性センサにおいて、
下層電極が第１の板状橋梁部および第２の板状橋梁部の上面とともに側面にも形成され、圧電体がこの下層電極の表面に形成され、
第２属性素子、第５属性素子、第８属性素子、第１１属性素子を構成する上層電極が、各板状橋梁部の上面に、下層電極および圧電体を介して形成されており、
第１属性素子、第３属性素子、第４属性素子、第６属性素子、第７属性素子、第９属性素子、第１０属性素子、第１２属性素子を構成する上層電極が、各板状橋梁部の上面から側面にかけて、下層電極および圧電体を介して形成されているようにしたものである。
【００５２】
(39)  本発明の第３９の態様は、上述した第９〜第１４または第２３〜第２８の態様に係る慣性センサを複数ｎ組用いて、ＸＹＺ三次元座標系における所定の座標軸まわりもしくは当該座標軸を原点を中心に所定角度だけ回転させた軸まわりに作用した角速度を検出する角速度検出装置を構成し、
ｎ組の各慣性センサは、そのｘ軸，ｙ軸，ｚ軸が、角速度検出装置について定義されたＸＹＺ三次元座標系におけるＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に対してそれぞれ平行となるように配置し、
ｎ組の各慣性センサの検出回路がそれぞれ検出した所定軸まわりの角速度に基づいて、ＸＹＺ三次元座標系における所定の座標軸まわりもしくは当該座標軸を原点を中心に所定角度だけ回転させた軸まわりに作用した角速度の検出値を出力する角速度出力部を更に設けるようにしたものである。
【００５３】
(40)  本発明の第４０の態様は、上述した第３９の態様に係る角速度検出装置において、
ＸＹＺ三次元座標系における第１の座標軸を共通の振動軸に定め、第２の座標軸を共通のコリオリ力検出軸に定め、第３の座標軸を共通の角速度検出軸に定め、
ｎ組の各慣性センサが、それぞれの重錘体を共通の振動軸方向に振動させた状態において、共通のコリオリ力検出軸方向に作用したコリオリ力をそれぞれ求め、共通の角速度検出軸に平行な軸まわりに作用した角速度をそれぞれ検出し、
角速度出力部が、ｎ組の各慣性センサが検出した角速度のいずれか１つもしくはいくつかについての平均値を、共通の角速度検出軸まわりに作用した角速度の検出値として出力するようにしたものである。
【００５４】
(41)  本発明の第４１の態様は、上述した第３９の態様に係る角速度検出装置において、
ＸＹＺ三次元座標系における第１の座標軸を共通の振動軸に定め、
ｎ組の各慣性センサが、それぞれの重錘体を共通の振動軸方向に振動させた状態において、第２の座標軸方向に作用したコリオリ力を求めることにより第３の座標軸に平行な軸まわりに作用した角速度をそれぞれ検出するとともに、第３の座標軸方向に作用したコリオリ力を求めることにより第２の座標軸に平行な軸まわりに作用した角速度をそれぞれ検出し、
角速度出力部が、ｎ組の各慣性センサが検出した角速度のうち、第３の座標軸に平行な軸まわりに作用した角速度のいずれか１つもしくはいくつかについての平均値を当該第３の座標軸まわりに作用した角速度の検出値として出力するとともに、第２の座標軸に平行な軸まわりに作用した角速度のいずれか１つもしくはいくつかについての平均値を当該第２の座標軸まわりに作用した角速度の検出値として出力するようにしたものである。
【００５５】
(42)  本発明の第４２の態様は、上述した第３９の態様に係る角速度検出装置において、
ｎ組の各慣性センサのうちの第１グループに所属する慣性センサについては、ＸＹＺ三次元座標系における第１の座標軸を振動軸、第２の座標軸および第３の座標軸の双方をコリオリ力検出軸にそれぞれ定め、第２グループに所属する慣性センサについては、ＸＹＺ三次元座標系における第２の座標軸を振動軸、第３の座標軸をコリオリ力検出軸にそれぞれ定め、
ｎ組の各慣性センサが、それぞれの重錘体を各振動軸方向に振動させた状態において、各コリオリ力検出軸方向に作用したコリオリ力をそれぞれ求め、各角速度検出軸に平行な軸まわりに作用した角速度をそれぞれ検出し、
角速度出力部が、第１グループに所属する慣性センサが検出した角速度に基づいて第２の座標軸まわりに作用した角速度および第３の座標軸まわりに作用した角速度の検出値を出力し、第２グループに所属する慣性センサが検出した角速度に基づいて第１の座標軸まわりに作用した角速度の検出値を出力するようにしたものである。
【００５６】
(43)  本発明の第４３の態様は、上述した第３９の態様に係る角速度検出装置において、
ＸＹ平面上で原点を中心としてＸ軸を反時計まわりに４５°回転させることにより得られるＸ′軸と、ＸＹ平面上で原点を中心としてＹ軸を反時計まわりに４５°回転させることにより得られるＹ′軸と、を定義したときに、
ｎ組の各慣性センサが、それぞれの重錘体をｘ軸方向に振動させるｘ軸励振機能とｙ軸方向に振動させるｙ軸励振機能との双方の励振機能を有し、
ｎ組の各慣性センサのうちの第１グループに所属する慣性センサは、ｘ軸励振機能とｙ軸励振機能とを組み合わせることにより、重錘体をＸ′軸方向に振動させた状態において、重錘体に対してＺ軸方向に作用したコリオリ力を求めることにより、Ｙ′軸に平行な軸まわりに作用した角速度ωＹ′を検出し、
ｎ組の各慣性センサのうちの第２グループに所属する慣性センサは、ｘ軸励振機能とｙ軸励振機能とを組み合わせることにより、重錘体をＹ′軸方向に振動させた状態において、重錘体に対してＺ軸方向に作用したコリオリ力を求めることにより、Ｘ′軸に平行な軸まわりに作用した角速度ωＸ′を検出し、
角速度出力部が、角速度ωＸ′および角速度ωＹ′、もしくはこれらに基づいて得られたＸ軸まわりに作用した角速度ωＸおよびＹ軸まわりに作用した角速度ωＹを出力する機能を有することを特徴とする角速度検出装置。
【００５７】
(44)  本発明の第４４の態様は、上述した第４３の態様に係る角速度検出装置において、
第１グループに所属する慣性センサおよび第２グループに所属する慣性センサの少なくとも一方が、重錘体に対してｘ軸方向に作用したコリオリ力を検出するｘ軸検出機能とｙ軸方向に作用したコリオリ力を検出するｙ軸検出機能との双方の検出機能を有し、これらｘ軸検出機能とｙ軸検出機能とを組み合わせることにより、重錘体に対してＹ′軸方向もしくはＸ′軸方向に作用したコリオリ力を求めることにより、Ｚ軸まわりに作用した角速度ωＺを検出する機能を更に有し、
角速度出力部が、角速度ωＸ′，ωＹ′，ωＺの３軸成分もしくは角速度ωＸ，ωＹ，ωＺの３軸成分を出力する機能を有することを特徴とする角速度検出装置。
【００５８】
(45)  本発明の第４５の態様は、上述した第４４の態様に係る角速度検出装置において、
ｎ＝２に設定することにより、第１グループに所属する慣性センサと第２グループに所属する慣性センサとを設け、
２組の慣性センサは、Ｘ軸に沿って隣接して配置されるようにし、
一方の慣性センサにおける重錘体のＸ′軸の正および負方向への往復運動と、他方の慣性センサにおける重錘体のＹ′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ同位相となるような制御が行われるようにしたものである。
【００５９】
(46)  本発明の第４６の態様は、上述した第４５の態様に係る角速度検出装置において、
ＹＺ平面を境界面として一方の空間に一方の慣性センサが配置され、他方の空間に他方の慣性センサが配置されており、これら両慣性センサが、ＹＺ平面に関して面対称構造をなすようにしたものである。
【００６０】
(47)  本発明の第４７の態様は、上述した第４４の態様に係る角速度検出装置において、
ｎ＝４に設定することにより、第１の慣性センサ、第２の慣性センサ、第３の慣性センサ、第４の慣性センサを設け、
第１の慣性センサのＸＹ平面への正射影投影像は第１象限に位置し、第２の慣性センサのＸＹ平面への正射影投影像は第２象限に位置し、第３の慣性センサのＸＹ平面への正射影投影像は第３象限に位置し、第４の慣性センサのＸＹ平面への正射影投影像は第４象限に位置するようにし、
第１の慣性センサおよび第３の慣性センサは第１グループに所属し、第２の慣性センサおよび第４の慣性センサは第２グループに所属するようにし、
第１の慣性センサにおける重錘体のＸ′軸の正および負方向への往復運動と、第３の慣性センサにおける重錘体のＸ′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ逆位相となり、第２の慣性センサにおける重錘体のＹ′軸の正および負方向への往復運動と、第４の慣性センサにおける重錘体のＹ′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ逆位相となり、第１の慣性センサにおける重錘体のＸ′軸の正および負方向への往復運動と、第２の慣性センサにおける重錘体のＹ′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ同位相となるような制御が行われるようにしたものである。
【００６１】
(48)  本発明の第４８の態様は、上述した第４４の態様に係る角速度検出装置において、
ｎ＝４に設定することにより、第１の慣性センサ、第２の慣性センサ、第３の慣性センサ、第４の慣性センサを設け、
第１の慣性センサのＸＹ平面への正射影投影像は第１象限に位置し、第２の慣性センサのＸＹ平面への正射影投影像は第２象限に位置し、第３の慣性センサのＸＹ平面への正射影投影像は第３象限に位置し、第４の慣性センサのＸＹ平面への正射影投影像は第４象限に位置するようにし、
第２の慣性センサおよび第４の慣性センサは第１グループに所属し、第１の慣性センサおよび第３の慣性センサは第２グループに所属するようにし、
第１の慣性センサにおける重錘体のＹ′軸の正および負方向への往復運動と、第３の慣性センサにおける重錘体のＹ′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ逆位相となり、第２の慣性センサにおける重錘体のＸ′軸の正および負方向への往復運動と、第４の慣性センサにおける重錘体のＸ′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ逆位相となり、第１の慣性センサにおける重錘体のＹ′軸の正および負方向への往復運動と、第２の慣性センサにおける重錘体のＸ′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ同位相となるような制御が行われるようにしたものである。
【００６２】
(49)  本発明の第４９の態様は、上述した第４７または第４８の態様に係る角速度検出装置において、
第１の慣性センサと第２の慣性センサとは、ＹＺ平面を対称面とする面対称構造をなし、第３の慣性センサと第４の慣性センサとは、ＹＺ平面を対称面とする面対称構造をなし、第１の慣性センサと第４の慣性センサとは、ＸＺ平面を対称面とする面対称構造をなし、第２の慣性センサと第３の慣性センサとは、ＸＺ平面を対称面とする面対称構造をなすようにしたものである。
【００６３】
(50)  本発明の第５０の態様は、上述した第４３〜第４９の態様に係る角速度検出装置において、
角速度出力部が、角速度ωＸ′および角速度ωＹ′を、幾何学的な変換式「ωＸ＝（１／√２）・ωＸ′−（１／√２）・ωＹ′」および「ωＹ＝（１／√２）・ωＸ′＋（１／√２）・ωＹ′」に基づく演算により、それぞれＸ軸まわりに作用した角速度ωＸおよびＹ軸まわりに作用した角速度ωＹに変換する変換処理を行い、この変換処理によって得られた角速度ωＸおよび角速度ωＹを出力する機能を有するようにしたものである。
【００６４】
(51)  本発明の第５１の態様は、上述した第４５の態様に係る角速度検出装置において、
第１グループに所属する第１の慣性センサの第１の板状橋梁部の根端部と第２グループに所属する第２の慣性センサの第１の板状橋梁部の根端部とが、共通の環状接続部を介して固定部に接続されているようにしたものである。
【００６５】
(52)  本発明の第５２の態様は、上述した第５１の態様に係る角速度検出装置において、
環状接続部が、Ｘ軸に平行な方向に伸びる第１の辺および第２の辺を一方の対辺とし、Ｙ軸に平行な方向に伸びる第３の辺および第４の辺を他方の対辺とする矩形状をしており、
第１の慣性センサの第１の板状橋梁部の根端部と第２の慣性センサの第１の板状橋梁部の根端部とが、環状接続部の第１の辺に接続されており、環状接続部の第２の辺が固定用接続部を介して固定部に接続されており、
ＹＺ平面を境界面として一方の空間に第１の慣性センサが配置され、他方の空間に第２の慣性センサが配置されており、これら両慣性センサは、ＹＺ平面に関して面対称構造をなし、環状接続部および固定用接続部も、ＹＺ平面に関して面対称構造をなすようにしたものである。
【００６６】
(53)  本発明の第５３の態様は、上述した第４５，第４６，第５１，第５２の態様に係る角速度検出装置に、上述した第１６〜第２２の態様に係る慣性センサを第３の慣性センサとして付加し、角速度出力部に代えて、当該角速度出力部の機能に加えて第３の慣性センサによって検出された加速度の検出値を出力する機能を有する複合検出値出力部を設け、
角速度ωＸ′，ωＹ′，ωＺの３軸成分もしくは角速度ωＸ，ωＹ，ωＺの３軸成分に、加速度αＸ′，αＹ′，αＺの３軸成分もしくは加速度αＸ，αＹ，αＺの３軸成分を加えた合計６軸成分を検出することができる角速度と加速度との複合検出装置を構成するようにしたものである。
【００６７】
(54)  本発明の第５４の態様は、上述した第５３の態様に係る角速度と加速度との複合検出装置において、
内部に密閉空間を有し、少なくとも一面にダイアフラム部が形成された密閉構造体と、
外部から加えられた圧力によって生じるダイアフラム部の撓みに応じた電気信号を出力する圧力用検出素子と、
この圧力用検出素子の出力信号に基づいて、圧力を検出する圧力検出回路と、
を有する圧力センサを更に設け、
複合検出値出力部に、圧力センサによって検出された圧力の検出値を出力する機能を更にもたせることにより、角速度と加速度に加えて、更に圧力を検出することができるようにした角速度・加速度・圧力の複合検出装置を構成し、
密閉構造体の所定の１箇所を固定用接続部を介して装置筐体に固定することにより密閉構造体が装置筐体内で宙吊り状態に支持されるようにしたものである。
【００６８】
(55)  本発明の第５５の態様は、上述した第５４の態様に係る角速度・加速度・圧力の複合検出装置において、
ダイアフラム部上面に対する密閉空間の正射影投影像の輪郭が矩形をなすようにし、この輪郭矩形の４辺をそれぞれ上辺、下辺、左辺、右辺と定義したときに、
圧力用検出素子が、ダイアフラム部上面に形成された第１のピエゾ抵抗素子、第２のピエゾ抵抗素子、第３のピエゾ抵抗素子、第４のピエゾ抵抗素子を有し、第１のピエゾ抵抗素子は、輪郭矩形内部の上辺の中央近傍に上辺に対して直交する方向を長手方向とするように配置され、第２のピエゾ抵抗素子は、輪郭矩形内部の下辺の中央近傍に下辺に対して直交する方向を長手方向とするように配置され、第３のピエゾ抵抗素子は、輪郭矩形内部の左辺の中央近傍に左辺の方向を長手方向とするように配置され、第４のピエゾ抵抗素子は、輪郭矩形内部の右辺の中央近傍に右辺の方向を長手方向とするように配置されているようにし、
圧力検出回路が、第１のピエゾ抵抗素子と第２のピエゾ抵抗素子とを一方の対辺とし、第３のピエゾ抵抗素子と第４のピエゾ抵抗素子とを他方の対辺とするブリッジ回路の出力に基づいて、圧力を検出するようにしたものである。
【００６９】
(56)  本発明の第５６の態様は、上述した第５４または第５５の態様に係る角速度・加速度・圧力の複合検出装置において、
密閉構造体が、上方から下方に向かって順に、第１シリコン層、酸化シリコン層、第２シリコン層を積層してなるＳＯＩ基板によって構成され、第２シリコン層の上面に掘られた溝の内面と酸化シリコン層の下面との間に密閉空間が形成されており、
第１シリコン層と酸化シリコン層との積層体における密閉空間の上方部分がダイアフラム部を構成し、第１シリコン層の上面に圧力用検出素子が形成されているようにしたものである。
【００７０】
(57)  本発明の第５７の態様は、上述した第５４〜第５６の態様に係る角速度・加速度・圧力の複合検出装置において、
ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面に対する正射影投影像に関して、第１の慣性センサおよび第２の慣性センサの投影像の一方は第１象限、他方は第２象限に位置し、第３の慣性センサおよび圧力センサの一方は第３象限、他方は第４象限に位置するようにし、第１の慣性センサ、第２の慣性センサ、第３の慣性センサ、圧力センサの全体の周囲を取り囲み、装置筐体に固定された枠状固定部を設けるようにしたものである。
【発明の効果】
【００７１】
本発明に係る慣性センサは、重錘体をＬ字状構造体によって支持する構造を採用しているため、利用時に装置筐体に何らかの応力が加わったとしても、その影響が検出結果に及ぶことはほとんどない。しかも、Ｌ字状構造体に定義された固有の参照領域（特定方向の応力が集中することが確認された固有の８カ所もしくは固有の１２カ所）に動作用素子群を配置する形態を採っているため、当該参照領域に生じた応力を検出することにより、作用した加速度や角速度を効果的に検出することができる。このため、高い検出感度をもって加速度や角速度の検出が可能になる。
【００７２】
また、上記慣性センサを複数組用いて構成された角速度検出装置では、個々の慣性センサの検出結果を総合的に利用して最終的な検出値を出力することができるため、より正確な検出値を得ることができるようになる。特に、いくつかの実施形態では、重錘体の振動が装置筐体の外部に漏れ出るのを抑制する作用が働くため、重錘体の振動態様が利用時の外部環境の影響を受けることを防ぐことができ、より正確な検出値を得ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】従来のダイアフラム構造を採用した加速度センサの平面図（図(a) ）およびこれをｙｚ平面で切断した側断面図（図(b) ）である（図(a) におけるハッチングは、ピエゾ抵抗素子の配置を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない）。
【図２】本発明の基本的な実施形態に係る慣性センサを構成する基本構造体１００の平面図（図(a) ）およびこれをｙｚ平面で切断した側断面図（図(b) ）である。
【図３】図２に示す基本構造体１００の装置筐体に対する固定状態を示す平面図である（図におけるハッチング領域は、固定部分を示すためのものであり、断面を示すものではない）。
【図４】図２に示す基本構造体１００上に定義された１２組の参照領域Ｒ１〜Ｒ１２を示す平面図である（図におけるハッチングは、各参照領域の配置を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない）。
【図５】図２に示す基本構造体１００の重錘体１５０がｘ軸正方向の変位Δｘ（＋）を生じたときの各参照領域Ｒ１〜Ｒ１２の伸縮状態を示す平面図である。
【図６】図２に示す基本構造体１００の重錘体１５０がｙ軸正方向の変位Δｙ（＋）を生じたときの各参照領域Ｒ１〜Ｒ１２の伸縮状態を示す平面図である。
【図７】図２に示す基本構造体１００の重錘体１５０がｚ軸正方向の変位Δｚ（＋）を生じたときの各参照領域Ｒ１〜Ｒ１２の伸縮状態を示す平面図である。
【図８】図５〜図７に示す伸縮状態をまとめて示す一覧表であり、符号＋は伸びる状態、符号−は縮む状態、符号０は有意な伸縮が生じない状態を示す。
【図９】本発明に係る慣性センサをピエゾ抵抗素子を用いて構成した実施形態の平面図（図(a) ）およびこれを切断線９ｂ−９ｂに示す位置で切断した側断面図（図(b) ）である（図(a) におけるハッチングは、各ピエゾ抵抗素子の配置を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない）。
【図１０】図９に示す実施形態に利用される検出回路５００の一例を示す回路図である。
【図１１】図９に示す実施形態に利用される検出回路５００の別な一例を示す回路図である。
【図１２】同一の参照領域内に複数の検出素子を配置した例を示す平面図である（図におけるハッチングは、各検出素子の配置を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない）。
【図１３】図９に示す実施形態について、図１１に示す検出回路を利用する場合のピエゾ抵抗素子の配置例を示す平面図である（図におけるハッチングは、各ピエゾ抵抗素子の配置を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない）。
【図１４】本発明に係る慣性センサを圧電素子を用いて構成した実施形態の平面図（図(a) ）およびこれを切断線１４ｂ−１４ｂに示す位置で切断した側断面図（図(b) ）である（図(a) におけるハッチングは、各圧電素子（上部電極）の配置を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない）。
【図１５】図１４に示す実施形態に利用される検出回路５１０の検出処理を行う部分の一例を示す回路図である。
【図１６】図１４に示す実施形態に利用される検出回路５１０の検出処理を行う部分の別な一例を示す回路図である。
【図１７】図１４に示す慣性センサにおける圧電素子の配置態様のバリエーションを示す側断面図である。
【図１８】図１４に示す実施形態に利用される検出回路５１０の駆動処理を行う部分の一例を示す回路図である。
【図１９】図１４に示す実施形態に利用される検出回路５１０の駆動処理を行う部分の別な一例を示す回路図である。
【図２０】図１４に示す慣性センサを２組設けることにより構成された角速度検出装置の基本構造体を示す平面図である（図におけるハッチングは、基本構造体の形状を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない）。
【図２１】図２０に示す基本構造体について定義されたＸＹＺ三次元座標系（グローバル座標系）と、個々の慣性センサについて定義されたｘｙｚ三次元座標系（ローカル座標系）との関係を示す平面図および各回路を示すブロック図である。
【図２２】図２０に示す角速度検出装置における各慣性センサの重錘体の振動態様の一例を示す平面図である。
【図２３】図２０に示す角速度検出装置における各慣性センサの重錘体の振動態様の別な一例を示す平面図である。
【図２４】図１４に示す慣性センサを４組設けることにより構成された角速度検出装置の基本構造体を示す平面図である（図におけるハッチングは、基本構造体の形状を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない）。
【図２５】図２４に示す基本構造体について定義されたＸＹＺ三次元座標系（グローバル座標系）と、個々の慣性センサについて定義されたｘｙｚ三次元座標系（ローカル座標系）との関係を示す平面図および各回路を示すブロック図である。
【図２６】図２４に示す角速度検出装置における各慣性センサの重錘体の振動態様の一例を示す平面図である。
【図２７】図２４に示す角速度検出装置における各慣性センサの重錘体の振動態様の別な一例を示す平面図である。
【図２８】図２０に示す基本構造体について、Ｘ′軸およびＹ′軸を定義した状態を示す平面図である。
【図２９】図２８に示すＸ′軸およびＹ′軸に沿った振動方向を示す平面図である。
【図３０】図２８に示す振動方向を各重錘体に採用した具体的な振動態様の一例を示す平面図である。
【図３１】図２８に示す振動方向を各重錘体に採用した具体的な振動態様の別な一例を示す平面図である。
【図３２】図２４に示す基本構造体について、Ｘ′軸およびＹ′軸を定義した状態を示す平面図である。
【図３３】図３２に示すＸ′軸およびＹ′軸に沿った振動方向を示す平面図である。
【図３４】図３３に示す振動方向を各重錘体に採用した具体的な振動態様の一例を示す平面図である。
【図３５】図３３に示す振動方向を各重錘体に採用した具体的な振動態様の別な一例を示す平面図である。
【図３６】図９に示す慣性センサの変形例に係る慣性センサの基本構造体の構造を示す平面図（図(a) ）およびこれをｙｚ平面で切断した側断面図（図(b) ）である（図(a) におけるハッチングは、基本構造体の形状を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない）。
【図３７】図９に示す慣性センサの基本構造体（図(a) ）および図３６に示す慣性センサの基本構造体（図(b) ）について、重錘体１５０がｘ軸正方向の変位Δｘ（＋）を生じたときの各板状橋梁部に生じる応力の大きさを示す応力分布図である。
【図３８】図９に示す慣性センサの基本構造体（図(a) ）および図３６に示す慣性センサの基本構造体（図(b) ）について、重錘体１５０がＹ軸正方向の変位Δｙ（＋）を生じたときの各板状橋梁部に生じる応力の大きさを示す応力分布図である。
【図３９】図９に示す慣性センサの基本構造体（図(a) ）および図１８に示す慣性センサの基本構造体（図(b) ）について、重錘体１５０がＺ軸正方向の変位Δｚ（＋）を生じたときの各板状橋梁部に生じる応力の大きさを示す応力分布図である。
【図４０】図３６に示す基本構造体をもった慣性センサを４組設けることにより構成された角速度検出装置の基本構造体を示す平面図である（図におけるハッチングは、基本構造体の形状を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない）。
【図４１】図３６に示す慣性センサの変形例に係る慣性センサの基本構造体の構造を示す平面図（図(a) ）およびこれをｙｚ平面で切断した側断面図（図(b) ）である（図(a) におけるハッチングは、基本構造体の形状を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない）。
【図４２】図４１に示す慣性センサの更なる変形例に係る慣性センサの基本構造体の構造を示す平面図（図(a) ）およびこれをｙｚ平面で切断した側断面図（図(b) ）である（図(a) におけるハッチングは、基本構造体の形状を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない）。
【図４３】本発明に係る角速度・加速度・圧力の複合検出装置に用いられる基本構造体を示す平面図である（図におけるハッチングは、基本構造体の形状を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない）。
【図４４】図４３に示す基本構造体を用いて構成された角速度・加速度・圧力の複合検出装置の動作を説明するための平面図および各回路を示すブロック図である。
【図４５】図４４に示す密閉構造体１９０を、切断線４５−４５に沿った断面で切断した側断面図である。
【図４６】図４４の圧力検出回路５３０Ｆを構成するブリッジ回路を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００７４】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。
【００７５】
＜＜＜  §１．  従来のダイアフラム式慣性センサの問題点  ＞＞＞
はじめに、従来から一般的に利用されているダイアフラム式の慣性センサの基本構造とその問題点を簡単に述べておく。図１(a) は、前掲の特許文献１や特許文献２などに開示されているダイアフラム構造を採用した加速度センサの平面図であり、図１(b) は、これをｙｚ平面で切断した側断面図である。なお、図１(a) に示すハッチングは、ピエゾ抵抗素子の配置を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない。
【００７６】
図１(a) に示すとおり、この加速度センサを構成する基本構造体１０は、平面形状が正方形をしており、周囲の台座部１１、その内側のダイアフラム部１２、更にその内側の重錘体１３によって構成される。図示のとおり、円柱状の重錘体１３は中心位置に配置され、その周囲がワッシャ状のダイアフラム部１２によって支持され、このダイアフラム部１２の周囲は台座部１１によって支持されており、図１(b) に示すように、台座部１１の底面は装置筐体の底板３０の上面に固着されている。結局、重錘体１３は、ダイアフラム部１２の中央に垂下された状態で、装置筐体内に収容されることになる。
【００７７】
基本構造体１０全体は、たとえば、シリコン基板などによって構成されているが、ダイアフラム部１２は肉厚が薄いため可撓性を有しており、外力の作用によって撓みを生じることができる。装置筐体に加速度が作用すると、装置筐体の底板３０とともに台座部１１が移動するが、重錘体１３は慣性により留まろうとするため、ダイアフラム部１２に撓みが生じ、重錘体１３は装置筐体に対して相対的に変位を生じることになる。
【００７８】
このような重錘体１３の変位は、ダイアフラム部１２の撓みとして検出することができる。ダイアフラム部１２の上面に形成された１２組のピエゾ抵抗素子２０は、このダイアフラム部１２の撓みを電気的に検出する役割を果たす。すなわち、ダイアフラム部１２の各部に撓みが生じると、各ピエゾ抵抗素子２０には、当該撓みに起因した応力歪みが生じることになり、電気抵抗に変化が生じることになる。この電気抵抗の変化を、たとえば、ブリッジ回路などによって検出すれば、ダイアフラム部１２の各部の撓み具合を電気信号として取り出すことができる。作用した加速度の方向により、ダイアフラム部１２の各部の撓み具合が異なるため、図示の例の場合、１２組のピエゾ抵抗素子２０のそれぞれの電気抵抗の変化に基づいて、作用した加速度の各座標軸方向成分を検出することが可能になる。
【００７９】
図示の例では、重錘体１３の中心位置に原点Ｏをとったｘｙｚ三次元座標系が定義されており、４組のピエゾ抵抗素子２０がｙ軸に沿って配置され、８組のピエゾ抵抗素子２０が２列になってｘ軸に沿って配置されている。ｙ軸に沿って配置された４組のピエゾ抵抗素子２０は、作用した加速度のｙ軸方向成分αｙの検出に利用され、ｘ軸に沿って配置された１列目の４組のピエゾ抵抗素子２０は、作用した加速度のｘ軸方向成分αｘの検出に利用され、２列目の４組のピエゾ抵抗素子２０は、作用した加速度のｚ軸方向成分αｚの検出に利用される。
【００８０】
かくして、この加速度センサは、ｘｙｚ三次元座標系において、作用した加速度の各座標軸方向成分αｘ，αｙ，αｚを独立して検出する機能をもった三次元加速度センサとして機能することになる。図示の例は、重錘体１３の変位（ダイアフラム部１２の撓み）をピエゾ抵抗素子２０によって検出するタイプのものであるが、この他、検出素子として、ストレーンゲージを用いるタイプ、圧電素子を用いるタイプ、容量素子を用いるタイプなどが知られており、実用化に至っている。また、ワッシャ状のダイアフラム部１２の代わりに、たとえば、ｘ軸およびｙ軸に沿った十文字状のビーム部により重錘体１３を支持する構造も提案されている。
【００８１】
このように、重錘体１３を可撓性をもったダイアフラム部１２（もしくはビーム部）によって中央位置に支持し、ダイアフラム部１２（もしくはビーム部）の周囲を台座部１１で固定する構造を採用すると、構造が単純であるため製造コストを低減させる効果が得られ、しかも、重錘体１３の周囲を取り囲むように配置されたダイアフラム部１２（もしくはビーム部）の撓みを検出することにより、重錘体１３の変位検出が可能になるため、比較的感度の高い検出を行うことができる。
【００８２】
しかしながら、図１(b) に示すとおり、台座部１１が装置筐体３０に固着されているため、利用時に装置筐体３０に何らかの応力が加わると、当該応力が台座部１１を介してダイアフラム部１２（もしくはビーム部）まで伝達され、検出結果に影響を与えるという問題がある。
【００８３】
たとえば、装置筐体３０の材質と基本構造体１０の材質との熱膨張係数が異なると、利用時の温度環境によっては、装置筐体３０の膨張率と基本構造体１０の膨張率との差が顕著になり、ダイアフラム部１２に外乱として常時応力が加わることになる。あるいは、装置筐体３０を何らかの測定対象物に実装するために、接着剤やネジで固定したとすると、当該実装時に装置筐体３０に応力が加わる可能性がある。当該応力がダイアフラム部１２に伝わると、やはり検出結果に悪影響が及ぶことになる。
【００８４】
このように、重錘体をその周囲からダイアフラム部やビーム部によって支持する構造を採ると、装置筐体に加えられた応力の伝達により、検出結果に悪影響が及ぶことは避けられない。本発明は、このような問題を解決するための解決策を提案するものである。
【００８５】
＜＜＜  §２．  本発明に係る慣性センサの基本構造  ＞＞＞
本発明に係る慣性センサの特徴は、固有の基本構造を採用するとともに、固有の素子配置を採用する点にある。以下、これらの点について、具体的な構造および配置を示しながら詳述する。
【００８６】
＜２−１．  本発明の特徴となる固有の基本構造＞
図２(a) は、本発明に係る慣性センサに用いられる基本構造体１００の平面図であり、図２(b) は、これをｙｚ平面で切断した側断面図である。ここでは、まず、この基本構造体１００の構造を説明する。
【００８７】
図２(a) に示すとおり、この基本構造体１００は、固定部用板状部材１１０、第１の板状橋梁部１２０、中間接続部１２５、第２の板状橋梁部１３０、重錘接続部１４０、重錘体１５０という各部分を有している渦巻型の構造体である。図２(a) では図示が省略されているが、実際には、この基本構造体１００は、装置筐体内に収容される。図２(b) には、この装置筐体の一部をなす底板２００が描かれており、固定部用板状部材１１０の下面が底板２００の上面に固着されている状態が示されている。
【００８８】
ここでは、重錘体１５０の変位方向を説明する便宜上、重錘体１５０が静止している状態において、この重錘体１５０の重心位置に原点Ｏをとり、図示のとおり、ｘｙｚ三次元座標系を定義する。すなわち、図２(a) の平面図においては、図の下方にｘ軸、図の右方にｙ軸、紙面垂直上方にｚ軸を定義する。図２(b) の側断面図においては、図の上方にｚ軸、図の右方にｙ軸、紙面垂直上方にｘ軸がそれぞれ定義されることになる。図２(b) の側断面図は、図２(a) の平面図に示されている基本構造体１００を、ｙｚ平面で切断した図に相当する。
【００８９】
なお、§６で述べる角速度検出装置において用いられるＸＹＺ三次元座標系（グローバル座標系）と区別するため、ここで述べる慣性センサの説明では、小文字のｘｙｚを用いたｘｙｚ三次元座標系（ローカル座標系）を用いることにする。
【００９０】
図２に示す基本構造体１００において、固定部用板状部材１１０は、第１の板状橋梁部１２０の根端部（図の左端）を装置筐体の底板２００に固定する構成要素である。一方、第１の板状橋梁部１２０の先端部（図の右端）には、中間接続部１２５を介して、第２の板状橋梁部１３０の根端部が接続され、第２の板状橋梁部１３０の先端部には、重錘接続部１４０を介して重錘体１５０が接続されている。重錘体１５０は、作用した加速度や角速度に基づいて有意な変位が生じるために必要な質量をもった矩形状の構造体であり、渦巻き状に配置された構成要素１１０，１２０，１２５，１３０，１４０によって支持された状態になっている。
【００９１】
図２(b) の側断面図には、第１の板状橋梁部１２０および中間接続部１２５は現れていないが、第１の板状橋梁部１２０、中間接続部１２５、第２の板状橋梁部１３０、重錘接続部１４０、重錘体１５０は、いずれも同じ厚み（ｚ軸方向の寸法）を有している。これに対して、固定部用板状部材１１０は、下方に余分な厚み部分を有している。このため、図２(b) に示すように、固定部用板状部材１１０の下面を底板２００の上面に固定した状態において、第１の板状橋梁部１２０、中間接続部１２５、第２の板状橋梁部１３０、重錘接続部１４０、重錘体１５０は、いずれも底板２００の上面から浮き上がった状態となり、重錘体１５０は宙吊り状態に保持される。
【００９２】
ここで、少なくとも第１の板状橋梁部１２０および第２の板状橋梁部１３０は、可撓性を有しているため、外力の作用により撓みが生じる。このため、外部から加速度や角速度が作用して装置筐体が移動すると、慣性力の作用により、重錘体１５０は装置筐体内部で変位を生じることになる。たとえば、装置筐体にｙ軸正方向の加速度が作用すると、底板２００は図の右方向に移動するため、重錘体１５０には、図の左方向を向いた慣性力が作用し、重錘体１５０は装置筐体に対して相対的に、図の左方向への変位を生じることになる。本願では、説明の便宜上、重錘体１５０に作用する慣性力を検出対象となる加速度や角速度として捉えることにする。たとえば、上例の場合、装置筐体には、ｙ軸正方向の加速度＋αｙが作用していることになるが、慣性センサの出力としては、逆方向のｙ軸負方向の加速度−αｙの検出値が得られる。
【００９３】
図２に示す基本構造体１００は、それぞれ可撓性をもった第１の板状橋梁部１２０と第２の板状橋梁部１３０とがＬ字状に配置されるように、第１の板状橋梁部１２０の先端部と第２の板状橋梁部１３０の根端部とが中間接続部１２５を介して接続され、更に、第２の板状橋梁部１３０の脇に重錘体１５０が配置されるように、第２の板状橋梁部１３０の先端部と重錘体１５０の隅部とが重錘接続部１４０を介して接続された構造を有している。しかも、第１の板状橋梁部１２０の根端部は、固定部として機能する固定部用板状部材１１０によって装置筐体の底板２００の上面に固定されているため、第１の板状橋梁部１２０、第２の板状橋梁部１３０および重錘体１５０は、外力が作用しない状態において、装置筐体の底板２００の上方に浮いた宙吊り状態になっている。
【００９４】
特に、図２に示す基本構造体１００では、固定部が、ｘ軸に平行な固定部用長手方向軸Ｌ０に沿って伸びる固定部用板状部材１１０によって構成され、この固定部用板状部材１１０の一端に第１の板状橋梁部１２０の根端部が固定されている。しかも、第１の板状橋梁部１２０は、ｙ軸に平行な第１の長手方向軸Ｌｙを中心軸としてｙ軸方向に伸びるように配置され、第２の板状橋梁部１３０は、ｘ軸に平行な第２の長手方向軸Ｌｘを中心軸としてｘ軸方向に伸びるように配置されている。このため、固定部用板状部材１１０、第１の板状橋梁部１２０および第２の板状橋梁部１３０によって構成される構造体が、ｘｙ平面上への投影像が「コ」の字状になるようなコの字状構造体をなし、このコの字状構造体によって囲まれた内部領域に板状の重錘体１５０が配置された構造になっている。
【００９５】
このような基本構造体１００は、量産化に適した構造を有している。すなわち、図２(a) の平面図を見ればわかるとおり、この基本構造体１００は、平面的には、矩形の板状部材に「コ」の字状の空隙部Ｖをエッチングなどによって形成し、全体的に渦巻き型の構造体を作成する工程により量産可能である。
【００９６】
たとえば、ここに示す実施例は、一辺５ｍｍ角のシリコン基板を用意し、０．３ｍｍ程度の幅をもった溝をエッチングにより形成することにより「コ」の字状の空隙部Ｖを形成し、０．５ｍｍ程度の幅をもった「コ」の字状の構造体により、固定部用板状部材１１０、第１の板状橋梁部１２０、中間接続部１２５、第２の板状橋梁部１３０、重錘接続部１４０を形成したものである。また、各部の厚みに関しては、第１の板状橋梁部１２０、中間接続部１２５、第２の板状橋梁部１３０、重錘接続部１４０、重錘体１５０については、厚みを０．５ｍｍとし、固定部用板状部材１１０については、厚みを１ｍｍとした。
【００９７】
もちろん、各部の寸法は任意に設定することができる。要するに、第１の板状橋梁部１２０および第２の板状橋梁部１３０は、重錘体１５０がある程度の振幅をもって各座標軸方向に振動可能になるような可撓性を有する寸法に設定すればよく、重錘体１５０は、加速度や角速度の検出を行うために十分な質量を有する寸法に設定すればよく、固定部用板状部材１１０は、この基本構造体１００全体を装置筐体の底板２００に堅固に固着できる寸法に設定すればよい。
【００９８】
以上、図２を参照しながら、本発明に係る慣性センサに用いられる基本構造体１００の構造を説明したが、要するに、この基本構造体１００は、ｙ軸に平行な第１の長手方向軸Ｌｙを中心軸としてｙ軸方向に伸び、可撓性を有する第１の板状橋梁部１２０と、この第１の板状橋梁部１２０に直接もしくは間接的に接続され、ｘ軸に平行な第２の長手方向軸Ｌｘを中心軸としてｘ軸方向に伸び、可撓性を有する第２の板状橋梁部１３０と、この第２の板状橋梁部に直接もしくは間接的に接続された重錘体１５０と、を有していればよい。
【００９９】
図２に示す例は、第１の板状橋梁部１２０の先端部と第２の板状橋梁部１３０の根端部とを中間接続部１２５を介して間接的に接続し、第２の板状橋梁部１３０の先端部と重錘体１５０とを重錘接続部１４０を介して間接的に接続した例であり、第１の板状橋梁部１２０と第２の板状橋梁部１３０とによってＬ字状構造体が形成されている。これらの各構成要素は、いずれも装置筐体内に収容されることになり、第１の板状橋梁部１２０の根端部は、固定部として機能する固定部用板状部材１１０によって装置筐体に固定される。このため、装置筐体に外力が作用すると、第１の板状橋梁部１２０および第２の板状橋梁部１３０の撓みにより、重錘体１５０が装置筐体内で変位を生じることになる。
【０１００】
このような構造を図１に示す従来の慣性センサに用いられている基本構造体１０の構造と比較すると、両者の相違が明確になる。すなわち、図１に示す基本構造体１０では、重錘体１３を周囲から可撓性をもったダイアフラム部１２によって支持する構造が採用されているのに対して、図２に示す基本構造体１００では、重錘体１５０を、可撓性をもった第１の板状橋梁部１２０および第２の板状橋梁部１３０を有するＬ字状構造体によって支持する構造が採用されている。
【０１０１】
このＬ字状構造体は、装置筐体の底板２００に対して、その根端部（第１の板状橋梁部１２０の根端部）のみが固定され、ほぼ全体が底板２００の上面から浮き上がった状態となっている。このため、この慣性センサの利用時に、装置筐体の底板２００に何らかの要因で応力が加わったとしても、当該応力がＬ字状構造体に伝達されて検出結果に悪影響が及ぶことはほとんどない。すなわち、可撓性をもったＬ字状構造体によって重錘体１５０を支持する基本構造体１００を採用すれば、利用環境によって検出結果に悪影響が及ぶことを防ぐことができる。
【０１０２】
＜２−２．  本発明の特徴となる固有の素子配置＞
もっとも、このように可撓性をもったＬ字状構造体によって重錘体を支持する構造自体は、たとえば、前掲の特許文献３等に開示されているように公知の技術である。ただ、これら従来技術として開示されているＬ字状構造体を採用する慣性センサは、いずれも図１に示すダイアフラム構造（あるいは、ビーム構造）を採用する慣性センサに比べて、検出感度が低下するという問題を抱えている。
【０１０３】
たとえば、図１に示すダイアフラム構造を採用する慣性センサでは、重錘体１３を周囲から支持するダイアフラム部１２の各部の撓みに着目して、特定の座標軸方向に作用した力を最も効率的に検出可能な位置に、それぞれピエゾ抵抗素子２０を配置することができる。図１(a) に示す１２組のピエゾ抵抗素子２０の配置は、このような効率的な検出を行うことが可能な配置になっており、ダイアフラム部１２の上面に二次元的に分布する配置が採られている。
【０１０４】
これに対して、図２に示すＬ字状構造体を採用する慣性センサでは、このような二次元的に分布する素子配置を行うことはできず、Ｌ字状構造体に沿った所定箇所に素子を配置せざるを得ない。
【０１０５】
図３は、図２に示す基本構造体１００の装置筐体に対する固定状態を示す平面図である。図にハッチングを施して示す領域は、固定部用板状部材１１０の占有領域を示しており、装置筐体の底板２００の上面には、このハッチング領域が接着剤などによって固定される。ハッチングが施されていない白い領域は、底板２００の上方に浮いた状態になっており、外力の作用により変位を生じる領域である。
【０１０６】
ここで、重錘体１５０は、平板状の塊を構成しており、外力の作用があってもほとんど撓みが生じることはない。したがって、素子を配置する箇所は、第１の板状橋梁部１２０、中間接続部１２５、第２の板状橋梁部１３０、重錘接続部１４０のいずれかに限定される。しかもこれらの各部に生じる撓みは、ダイアフラムの各部に生じる撓みほど自由度はなく、また、変位量も小さい。このような事情から、Ｌ字状構造体を採用する慣性センサは、ダイアフラム構造を採用する慣性センサに比べて検出感度が低下することは否めない。
【０１０７】
本願発明者は、このような事情を鑑みて、このＬ字状構造体を有する基本構造体１００について、重錘体１５０にｘ軸，ｙ軸，ｚ軸方向の力が作用したときに、どのような応力分布が生じるかを解析する実験を、コンピュータを用いた構造力学上のシミュレーションにより行った（詳細な実験結果については、後の§７−３において、図３７〜図３９の応力分布図を参照しながら詳述する）。そして、この実験結果を検討することにより、図４に示すような固有の素子配置を行うと、Ｌ字状構造体を採用した慣性センサにおいても、効果的な検出が可能になり、実用上十分な検出感度が得られることが確認できた。以下、この固有の素子配置を説明する。
【０１０８】
なお、本発明に係る慣性センサは、加速度センサと角速度センサとを含むものである。ここで、加速度センサの場合、基本構造体１００の所定箇所に配置する素子は、当該所定箇所に加わった応力を歪みや変位として検出することが可能な検出素子ということになるが、角速度センサの場合、重錘体を振動させた状態で検出を行う必要があるため、検出素子だけではなく、所定箇所に所定方向の応力を作用させる駆動素子も必要になる。したがって、以下に示す固有の素子配置は、加速度センサの場合は検出素子の配置を示し、角速度センサの場合は検出素子と駆動素子の配置を示すものになる。本願では、便宜上、検出素子と駆動素子との双方を含めた概念として「動作用素子」（慣性センサの動作に用いる素子の意）という文言を用いることにする。
【０１０９】
図４は、図２に示す基本構造体１００上に定義された１２組の参照領域Ｒ１〜Ｒ１２を示す平面図である。図におけるハッチングは、各参照領域の配置を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない。個々の参照領域Ｒ１〜Ｒ１２は、動作用素子を配置する領域であり、ここで述べる基本的な実施形態に係る慣性センサは、これら１２組の参照領域Ｒ１〜Ｒ１２のそれぞれに、少なくとも１つの動作用素子を配置することによって構成される。
【０１１０】
図４に示す１２組の参照領域は、第１の板状橋梁部１２０の根端部近傍の表面に定義された第１の参照領域Ｒ１、第２の参照領域Ｒ２、第３の参照領域Ｒ３、第１の板状橋梁部１２０の先端部近傍の表面に定義された第４の参照領域Ｒ４、第５の参照領域Ｒ５、第６の参照領域Ｒ６、第２の板状橋梁部１３０の根端部近傍の表面に定義された第７の参照領域Ｒ７、第８の参照領域Ｒ８、第９の参照領域Ｒ９、第２の板状橋梁部１３０の先端部近傍の表面に定義された第１０の参照領域Ｒ１０、第１１の参照領域Ｒ１１、第１２の参照領域Ｒ１２の４群によって構成される。
【０１１１】
したがって、本発明に係る慣性センサに用いられる動作用素子群は、第１の板状橋梁部１２０の根端部近傍に配置された第１の根端部側素子群と、第１の板状橋梁部１２０の先端部近傍に配置された第１の先端部側素子群と、第２の板状橋梁部１３０の根端部近傍に配置された第２の根端部側素子群と、第２の板状橋梁部１３０の先端部近傍に配置された第２の先端部側素子群と、を有していることになる。
【０１１２】
これら１２組の参照領域Ｒ１〜Ｒ１２の配置を更に詳細に説明するため、ここでは、各参照領域をｘｙ平面上に正射影投影した投影像と、第１の長手方向軸Ｌｙおよび第２の長手方向軸Ｌｘをｘｙ平面上に正射影投影した投影像との位置関係を考えてみる。
【０１１３】
このとき、Ｌ字状構造体の屈曲構造を考慮して、第１の板状橋梁部１２０および第２の板状橋梁部１３０に内側と外側とを定義することにする。すなわち、図４において、第１の板状橋梁部１２０の第１の長手方向軸Ｌｙよりも下方に位置する部分および第２の板状橋梁部１３０の第２の長手方向軸Ｌｘよりも右方に位置する部分は、Ｌ字状構造体の屈曲構造における外側を構成する部分に対応する。同様に、図４において、第１の板状橋梁部１２０の第１の長手方向軸Ｌｙよりも上方に位置する部分および第２の板状橋梁部１３０の第２の長手方向軸Ｌｘよりも左方に位置する部分は、Ｌ字状構造体の屈曲構造における内側を構成する部分に対応する。したがって、図示の例の場合、第１の板状橋梁部１２０に関しては、図の下方を外側、上方を内側と呼び、第２の板状橋梁部１３０に関しては、図の右方を外側、左方を内側と呼ぶことにする。
【０１１４】
そうすると、まず、第２の参照領域Ｒ２および第５の参照領域Ｒ５は、ｘｙ平面への正射影投影像が第１の長手方向軸Ｌｙの投影像上に位置するようにそれぞれ定義されており、第８の参照領域Ｒ８および第１１の参照領域Ｒ１１は、ｘｙ平面への正射影投影像が第２の長手方向軸Ｌｘの投影像上に位置するようにそれぞれ定義されている。ここでは、これら中心軸上に配置された４組の参照領域Ｒ２，Ｒ５，Ｒ８，Ｒ１１を、中央配置領域と呼び、その他の８組の参照領域Ｒ１，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１２を脇侍配置領域と呼ぶことにする。各脇侍配置領域は、所定の中央配置領域の両脇に配置されている。
【０１１５】
すなわち、第１の参照領域Ｒ１は、ｘｙ平面への正射影投影像が第２の参照領域Ｒ２の投影像の内側に隣接する位置に定義され、第３の参照領域Ｒ３は、ｘｙ平面への正射影投影像が第２の参照領域Ｒ２の投影像の外側に隣接する位置に定義されており、第４の参照領域Ｒ４は、ｘｙ平面への正射影投影像が第５の参照領域Ｒ５の投影像の内側に隣接する位置に定義され、第６の参照領域Ｒ６は、ｘｙ平面への正射影投影像が第５の参照領域Ｒ５の投影像の外側に隣接する位置に定義されている。
【０１１６】
同様に、第７の参照領域Ｒ７は、ｘｙ平面への正射影投影像が第８の参照領域Ｒ８の投影像の内側に隣接する位置に定義され、第９の参照領域Ｒ９は、ｘｙ平面への正射影投影像が第８の参照領域Ｒ８の投影像の外側に隣接する位置に定義されており、第１０の参照領域Ｒ１０は、ｘｙ平面への正射影投影像が第１１の参照領域Ｒ１１の投影像の内側に隣接する位置に定義され、第１２の参照領域Ｒ１２は、ｘｙ平面への正射影投影像が第１１の参照領域Ｒ１１の投影像の外側に隣接する位置に定義されている。
【０１１７】
なお、図４に示す例は、１２組の参照領域Ｒ１〜Ｒ１２を、すべて第１の板状橋梁部１２０もしくは第２の板状橋梁部１３０の上面（図４に示されている面）に定義した例であるが、８組の脇侍配置領域Ｒ１，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１２については、上述した位置関係を維持している限り、必ずしも板状橋梁部の上面に定義する必要はなく、板状橋梁部の側面に定義してもよいし、上面から側面に至る折れ曲がった連続領域として定義してもかまわない。
【０１１８】
また、図４に示す参照領域Ｒ１〜Ｒ１２は、長手方向軸ＬｙもしくはＬｘに沿って伸びる細長い領域になっているが、これは後述するように、これら各参照領域Ｒ１〜Ｒ１２内に配置される動作用素子が、当該長手方向軸に沿った方向に作用した応力を検出する検出素子、もしくは、当該長手方向軸に沿った方向に応力を作用させる駆動素子によって構成されるためである。
【０１１９】
更に、図４に示す参照領域Ｒ１〜Ｒ１２の配置は、長手方向軸ＬｙもしくはＬｘに関して対称性を維持している。これは、各参照領域Ｒ１〜Ｒ１２内に配置される動作用素子群の配置パターンに対称性をもたせることにより、後述する検出回路の構成を単純化させるための配慮である。
【０１２０】
すなわち、第１の板状橋梁部１２０上の６組の参照領域Ｒ１〜Ｒ６は、そのｘｙ平面への正射影投影像が、第１の長手方向軸Ｌｙの投影像に関して線対称となるパターンを構成しているが、これは第１の板状橋梁部１２０に配置された動作用素子群のｘｙ平面への正射影投影像のパターンが、第１の長手方向軸Ｌｙの投影像に関して線対称となるようにするための配慮である。
【０１２１】
同様に、第２の板状橋梁部１３０上の６組の参照領域Ｒ７〜Ｒ１２は、そのｘｙ平面への正射影投影像が、第２の長手方向軸Ｌｘの投影像に関して線対称となるパターンを構成しているが、これは第２の板状橋梁部１３０に配置された動作用素子群のｘｙ平面への正射影投影像のパターンが、第２の長手方向軸Ｌｘの投影像に関して線対称となるようにするための配慮である。
【０１２２】
＜２−３．  固有の素子配置の技術的意義＞
本発明に係る慣性センサは、ｘｙｚ三次元座標系における所定の座標軸方向に作用した加速度もしくは所定の座標軸まわりに作用した角速度を検出するセンサである。そのため、第１の板状橋梁部１２０の所定箇所および第２の板状橋梁部１３０の所定箇所には動作用素子群が配置され、後述するように、これら動作用素子群を用いて、作用した加速度もしくは角速度を検出する検出回路が付加される。
【０１２３】
既に述べたとおり、動作用素子群を構成する個々の検出素子および駆動素子は、図４に示すような参照領域Ｒ１〜Ｒ１２のいずれかに配置されることになる。そこで、ここでは、この１２組の参照領域Ｒ１〜Ｒ１２に動作用素子群を配置する技術的な意義を説明する。
【０１２４】
この１２組の参照領域Ｒ１〜Ｒ１２の配置の第１の特徴は、各領域が、板状橋梁部１２０，１３０の根端部もしくは先端部に配置されている点である。これらの部分は、重錘体１５０が変位を生じた場合に、特に応力が集中する領域になっている（詳細は、後述する図３７〜図３９の応力分布図を参照した説明を参照）。このため、これら参照領域Ｒ１〜Ｒ１２内に動作用素子群を配置すれば、極めて効率的な検出動作や駆動動作が可能になる。
【０１２５】
そして、この１２組の参照領域Ｒ１〜Ｒ１２の配置の第２の特徴は、重錘体１５０に対して、ｘｙｚ三次元座標系における特定の座標軸方向の外力が作用した場合に、個々の参照領域についてそれぞれ選択的に固有の応力が生じる点である。これを個々の事例に即して説明しよう。
【０１２６】
図５は、図４に示す基本構造体１００の重錘体１５０がｘ軸正方向の変位Δｘ（＋）を生じたときの各参照領域Ｒ１〜Ｒ１２内の部分の伸縮状態を示す平面図である。同様に、図６は、ｙ軸正方向の変位Δｙ（＋）を生じたときの伸縮状態を示す平面図、図７は、ｚ軸正方向の変位Δｚ（＋）を生じたときの伸縮状態を示す平面図である。このような変位は、重錘体１５０に対して各座標軸の正方向の加速度が作用したときに生じることになり、当該変位により、各板状橋梁部１２０，１３０は撓みを生じて、基本構造体１００は変形する。ただ、図５〜図７では、図示の便宜上、基本構造体１００の変位状態の描写は省略し、各参照領域Ｒ１〜Ｒ１２の伸縮状態を矢印で示す（両端に矢が付された矢印は伸びる状態、互いに向かい合う一対の矢印は縮む状態を示している）。
【０１２７】
重錘体１５０がｘ軸正方向の変位Δｘ（＋）を生じた場合、図５に示すとおり、Ｌ字状構造体の外側に配置された参照領域Ｒ６，Ｒ９，Ｒ１２には、いずれも長手方向に伸びる応力（引張応力）が作用するが、参照領域Ｒ３には、長手方向に縮む応力（圧縮応力）が作用する。一方、Ｌ字状構造体の内側に配置された参照領域Ｒ４，Ｒ７，Ｒ１０には、いずれも長手方向に縮む応力が作用するが、参照領域Ｒ１には、長手方向に伸びる応力が作用する。
【０１２８】
参照領域Ｒ３は、Ｌ字状構造体の外側に位置しているにもかかわらず、他の外側に位置する参照領域Ｒ６，Ｒ９，Ｒ１２とは伸縮状態が逆転しており、参照領域Ｒ１は、Ｌ字状構造体の内側に位置しているにもかかわらず、他の内側に位置する参照領域Ｒ４，Ｒ７，Ｒ１０とは伸縮状態が逆転している。このように、第１の板状橋梁部１２０の根端部おいて伸縮逆転が生じる理由を説明するには、複雑な理論展開が必要になるため、ここでは説明を省略するが、本願発明者は、コンピュータを用いた構造力学上のシミュレーションを実行することにより、図示のような伸縮応力が発生することを確認している（後述する図３７参照）。
【０１２９】
なお、中心線となる各長手方向軸Ｌｘ，Ｌｙ上に配置された４組の中央配置領域Ｒ２，Ｒ５，Ｒ８，Ｒ１１については、中心線で分割された右半分と左半分とでわずかな逆の応力が作用することになるので、全体としては応力が均衡して伸縮は生じないものと考えることができる。
【０１３０】
図５は、ｘ軸正方向の変位Δｘ（＋）が生じたときの状態であるが、ｘ軸負方向の変位Δｘ（−）が生じたときときは、重錘体１５０は逆方向に変位することになり、各部の伸縮状態は図５に示す状態を反転したものになる。
【０１３１】
一方、重錘体１５０がｙ軸正方向の変位Δｙ（＋）を生じた場合、図６に示すとおり、Ｌ字状構造体の外側に配置された参照領域Ｒ３，Ｒ６，Ｒ９には、いずれも長手方向に縮む応力が作用するが、参照領域Ｒ１２には、長手方向に伸びる応力が作用する。また、Ｌ字状構造体の内側に配置された参照領域Ｒ１，Ｒ４，Ｒ７には、いずれも長手方向に伸びる応力が作用するが、参照領域Ｒ１０には、長手方向に縮む応力が作用する。
【０１３２】
参照領域Ｒ１２は、Ｌ字状構造体の外側に位置しているにもかかわらず、他の外側に位置する参照領域Ｒ３，Ｒ６，Ｒ９とは伸縮状態が逆転しており、参照領域Ｒ１０は、Ｌ字状構造体の内側に位置しているにもかかわらず、他の内側に位置する参照領域Ｒ１，Ｒ４，Ｒ７とは伸縮状態が逆転している。このように、第２の板状橋梁部１３０の先端部おいて伸縮逆転が生じる理由を説明するには、複雑な理論展開が必要になるため、ここでは説明を省略するが、本願発明者は、コンピュータを用いた構造力学上のシミュレーションを実行することにより、図示のような伸縮応力が発生することを確認している（後述する図３８参照）。
【０１３３】
この場合も、中心線となる各長手方向軸Ｌｘ，Ｌｙ上に配置された４組の中央配置領域Ｒ２，Ｒ５，Ｒ８，Ｒ１１については、中心線で分割された右半分と左半分とでわずかな逆の応力が作用することになるので、全体としては応力が均衡して伸縮は生じないものと考えることができる。
【０１３４】
図６は、ｙ軸正方向の変位Δｙ（＋）が生じたときの状態であるが、ｙ軸負方向の変位Δｙ（−）が生じたときときは、重錘体１５０は逆方向に変位することになり、各部の伸縮状態は図６に示す状態を反転したものになる。
【０１３５】
最後に、重錘体１５０がｚ軸正方向（図の紙面垂直上方）の変位Δｚ（＋）を生じた場合は、図７に示すとおり、第１の板状橋梁部１２０の根端部近傍の参照領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３および第２の板状橋梁部１３０の根端部近傍の参照領域Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９には、長手方向に縮む応力が作用するが、第１の板状橋梁部１２０の先端部近傍の参照領域Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６および第２の板状橋梁部１３０の先端部近傍の参照領域Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２には、長手方向に伸びる応力が作用する。このような応力が作用する理由についての詳細な説明は省略するが、本願発明者は、コンピュータを用いた構造力学上のシミュレーションを実行することにより、図示のような伸縮応力が発生することを確認している（後述する図３９参照）。
【０１３６】
図７は、ｚ軸正方向の変位Δｚ（＋）が生じたときの状態であるが、ｚ軸負方向の変位Δｚ（−）が生じたときときは、重錘体１５０は逆方向に変位することになり、各部の伸縮状態は図７に示す状態を反転したものになる。
【０１３７】
図８は、図５〜図７に示す伸縮状態をまとめて示す一覧表であり、符号＋は長手方向に伸びる応力が作用する状態、符号−は長手方向に縮む応力が作用する状態、符号０は有意な伸縮が生じない状態を示す。たとえば、図８の一覧表における第１行目の「変位Δｘ（＋）」の各欄の結果は、図５に示す伸縮分布において、伸びる部分の参照領域欄に「＋」、縮む部分の参照領域欄に「−」、全体としては伸縮が生じない部分の参照領域欄に「０」を記したものである。同様に、第２行目の「変位Δｙ（＋）」の各欄の結果は、図６に示す伸縮分布に応じたものになっており、第３行目の「変位Δｚ（＋）」の各欄の結果は、図７に示す伸縮分布に応じたものになっている。
【０１３８】
このように、重錘体１５０がｘ軸，ｙ軸，ｚ軸方向に変位を生じたときに、１２組の参照領域Ｒ１〜Ｒ１２にそれぞれ固有の伸縮応力が加わることは、加速度や角速度の各座標軸成分を独立して検出する上では非常に重要である。本発明において、参照領域Ｒ１〜Ｒ１２が上述したような固有の配置をとっている技術的な意義は、図８の一覧表に示すように、重錘体１５０がｘ軸，ｙ軸，ｚ軸方向に変位を生じたときに、それぞれの参照領域に選択的に固有の伸縮応力が加わる点にある。
【０１３９】
§３以降で述べるように、検出素子としてピエゾ抵抗素子を用いた場合は、伸縮応力を電気抵抗の増減として電気的に検出することができ、検出素子として圧電素子を用いた場合は、伸縮応力を正もしくは負の発生電荷量として検出することができる。また、駆動素子として圧電素子を用いた場合は、交流駆動信号を供給することにより、各部に伸縮応力を発生させることができる。
【０１４０】
そこで、図８の一覧表に示す挙動を考慮して、各動作用素子を適宜組み合わせて動作する検出回路を設けておけば、作用した加速度の各座標軸方向成分を効率的に検出し、また、作用した角速度の各座標軸まわり成分を効率的に検出することが可能になる。具体的な検出方法については、§３以降で詳述する。
【０１４１】
＜＜＜  §３．  ピエゾ抵抗素子を用いた加速度センサ  ＞＞＞
§２で述べた基本構造体１００を利用して加速度センサを構成するには、動作用素子群を構成する個々の素子を、各配置位置における板状橋梁部１２０，１３０の長手方向に作用した応力を電気的に検出する検出素子によって構成し、これら各検出素子の検出結果に基づいて、所定の座標軸方向に作用した加速度を検出する検出回路を用意すればよい。ここでは、動作用素子群として、ピエゾ抵抗素子を用いることにより加速度センサを構成した実施形態を説明する。
【０１４２】
図９(a) は、このような加速度センサに係る実施形態の基本構造体１００を示す平面図であり、図面としては、図４に示す基本構造体１００の平面図と同じものである。ただ、図４に示す１２組の参照領域Ｒ１〜Ｒ１２が、図９(a) では、１２組のピエゾ抵抗素子３０１〜３１２に置き換わっている。なお、図９(a) におけるハッチングは、各ピエゾ抵抗素子３０１〜３１２の配置を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない。
【０１４３】
要するに、図９(a) に示す加速度センサの基本構造体１００は、図４に示す基本構造体１００における各参照領域Ｒ１〜Ｒ１２の位置に、それぞれピエゾ抵抗素子３０１〜３１２を埋め込んだものということになる。各ピエゾ抵抗素子の符号３０１〜３１２の下位２桁の数字１〜１２は、各参照領域の符号Ｒ１〜Ｒ１２の数字部分に対応している。
【０１４４】
なお、本願では、各参照領域Ｒ１〜Ｒ１２に配置された個々の動作用素子を、各参照領域の符号Ｒ１〜Ｒ１２の数字部分を引用して、第１属性素子〜第１２属性素子と呼ぶことにする。ここで言う「属性」とは、「特定の参照領域内に配置されている」という性質を示すことになる。たとえば、参照領域Ｒ１内に配置された素子は第１属性素子、参照領域Ｒ２内に配置された素子は第２属性素子、ということになる。
【０１４５】
結局、本発明の基本的な実施形態に係る慣性センサの場合、第１の板状橋梁部１２０の根端部近傍に配置された第１の根端部側素子群は、第１の参照領域Ｒ１に配置された第１属性素子と、第２の参照領域Ｒ２に配置された第２属性素子と、第３の参照領域Ｒ３に配置された第３属性素子とを有し、第１の板状橋梁部１２０の先端部近傍に配置された第１の先端部側素子群は、第４の参照領域Ｒ４に配置された第４属性素子と、第５の参照領域Ｒ５に配置された第５属性素子と、第６の参照領域Ｒ６に配置された第６属性素子とを有していることになる。
【０１４６】
同様に、第２の板状橋梁部１３０の根端部近傍に配置された第２の根端部側素子群は、第７の参照領域Ｒ７に配置された第７属性素子と、第８の参照領域Ｒ８に配置された第８属性素子と、第９の参照領域Ｒ９に配置された第９属性素子とを有し、第２の板状橋梁部１３０の先端部近傍に配置された第２の先端部側素子群は、第１０の参照領域Ｒ１０に配置された第１０属性素子と、第１１の参照領域Ｒ１１に配置された第１１属性素子と、第１２の参照領域Ｒ１２に配置された第１２属性素子とを有していることになる。
【０１４７】
図９(a) に示す具体的な実施例の場合、ピエゾ抵抗素子３０１〜３１２が第１属性素子〜第１２属性素子ということになる。このようなピエゾ抵抗素子３０１〜３１２は、たとえば、基本構造体１００をシリコン基板によって構成し、その上面の参照領域Ｒ１〜Ｒ１２の部分に、所定の不純物を埋め込むことによって形成することができる。図示のとおり、第１の板状橋梁部１２０上に形成するピエゾ抵抗素子３０１〜３０６は、第１の長手方向軸Ｌｙに沿って伸びる細長い素子とし、第２の板状橋梁部１３０上に形成するピエゾ抵抗素子３０７〜３１２は、第２の長手方向軸Ｌｘに沿って伸びる細長い素子とする。
【０１４８】
図９(b) は、図９(a) に示す基本構造体１００を装置筐体内に収容した状態を示す側断面図であり、図９(a) の切断線９ｂ−９ｂに示す位置で切断した断面が示されている。図示のとおり、固定部用板状部材１１０の下面は、装置筐体の底板２００の上面に固着されている。図には、この底板２００の上面に、天板４１０および側板４２０を有する装置筐体のカバー４００が取り付けられた状態が示されている。このカバー４００と底板２００とによって装置筐体が構成され、第１の板状橋梁部１２０、第２の板状橋梁部１３０、重錘接続部１４０、重錘体１５０は、この装置筐体内で宙吊り状態になっている。
【０１４９】
なお、図示の例では、重錘体１５０の上面と天板４１０の下面との距離、重錘体１５０の下面と底板２００の上面との距離を、比較的大きく確保しているが、これらの距離を、適切な寸法に設定しておけば、天板４１０および底板２００をストッパ部材として機能させることができる。すなわち、装置筐体の内壁面が重錘体１５０の過度の変位を制限する制御部材として機能するので、重錘体１５０に過度の加速度（板状橋梁部１２０，１３０が破損するような加速度）が加わった場合でも、重錘体１５０の過度の変位を制限することができ、板状橋梁部１２０，１３０が破損する事態を避けることができる。但し、天板４１０と重錘体１５０との空隙寸法や、底板２００と重錘体１５０との空隙寸法が狭すぎると、エアーダンピングの影響を受け、重錘体１５０の変位が妨げられるので注意を要する。
【０１５０】
図９(b) の側断面図には、３組のピエゾ抵抗素子３１０〜３１２の断面が示されており、これらピエゾ抵抗素子から検出回路５００への配線が模擬的に描かれている。図９(b) では、この検出回路５００を単なるブロックで示すが、具体的な回路図は後述する。基本構造体１００をシリコン基板によって構成した場合、検出回路５００は、このシリコン基板上（たとえば、固定部用板状部材１１０の部分）に形成することが可能である。
【０１５１】
なお、実際には、各ピエゾ抵抗素子に対する配線は、その長手方向の両端点に対して行われる。当該両端点間の電気抵抗値は、長手方向に加わる応力に応じて変化するので、電気抵抗値の増減により、作用した伸縮応力を検出することができる。ここに示す実施例の場合、伸びる方向の応力が作用すると電気抵抗が増加し、縮む方向の応力が作用すると電気抵抗が減少するｐ型ピエゾ抵抗素子を用いている。
【０１５２】
このように、動作用素子群を構成する個々の検出素子が、各板状橋梁部１２０，１３０の長手方向に沿って配置されたピエゾ抵抗素子３１０〜３１２によって構成されている場合、検出回路５００としては、これらピエゾ抵抗素子３１０〜３１２を用いたブリッジ回路の出力に基づいて、所定の座標軸方向に作用した加速度を検出する回路を構成することができる。
【０１５３】
図１０は、図９に示す実施形態に利用される検出回路５００の一例を示す回路図である。図示のとおり、この検出回路５００は、図１０(a) に示すブリッジ回路、図１０(b) に示すブリッジ回路、図１０(c) に示すブリッジ回路という３組のホイートストン・ブリッジ回路によって構成されている。いずれのブリッジ回路にも、電源３００から所定の基準電圧が印加されている。
【０１５４】
図１０(a) に示すブリッジ回路は、第１属性素子３０１と第６属性素子３０６とを第１の対辺とし、第３属性素子３０３と第４属性素子３０４とを第２の対辺とするブリッジ回路であり、ｘ軸方向に作用した加速度αｘ（力ｆｘ）を検出して、出力端子Ｔ１１，Ｔ１２間のブリッジ電圧Ｖｘとして出力する機能を有する。
【０１５５】
同様に、図１０(b) に示すブリッジ回路は、第７属性素子３０７と第１２属性素子３１２とを第１の対辺とし、第９属性素子３０９と第１０属性素子３１０とを第２の対辺とするブリッジ回路であり、ｙ軸方向に作用した加速度αｙ（力ｆｙ）を検出して、出力端子Ｔ１３，Ｔ１４間のブリッジ電圧Ｖｙとして出力する機能を有する。
【０１５６】
更に、図１０(c) に示すブリッジ回路は、第５属性素子３０５と第１１属性素子３１１とを第１の対辺とし、第２属性素子３０２と第８属性素子３０８とを第２の対辺とするブリッジ回路であり、ｚ軸方向に作用した加速度αｚ（力ｆｚ）を検出して、出力端子Ｔ１５，Ｔ１６間のブリッジ電圧Ｖｚとして出力する機能を有する。
【０１５７】
この図１０に示す各ブリッジ回路により、作用した加速度の各座標軸方向成分αｘ，αｙ，αｚを検出できる理由は、図８に示す一覧表を参照すれば容易に理解できよう。すなわち、各ピエゾ抵抗素子３０１〜３１２を、図８の一覧表における各参照領域Ｒ１〜Ｒ１２に対応させてみると、対応欄が「＋」（伸びる応力発生）の場合は電気抵抗値の増加を示し、対応欄が「−」（縮む応力発生）の場合は電気抵抗値の減少を示し、対応欄が「０」（有意な伸縮なし）の場合は電気抵抗値に変化がないことを示していることになる。
【０１５８】
そこで、まず、重錘体１５０に対してｘ軸正方向の加速度＋αｘが作用し、図５に示すように、重錘体１５０に対してｘ軸正方向の変位Δｘ（＋）が生じた場合を考えてみる。この場合、図１０に示す各ブリッジ回路を構成するピエゾ抵抗素子３０１〜３１２には、図８の一覧表におけるΔｘ（＋）の各欄に示すような抵抗値変化が生じることになる。
【０１５９】
すなわち、図１０(a) に示すブリッジ回路については、素子３０１，３０６の抵抗値は増加（図８の対応欄Δｘ（＋）のＲ１，Ｒ６はいずれも「＋」）し、素子３０３，３０４の抵抗値は減少（図８の対応欄Δｘ（＋）のＲ３，Ｒ４はいずれも「−」）するので、ブリッジの平衡状態が崩れ、出力端子Ｔ１１，Ｔ１２間には、変位Δｘ（＋）の大きさに応じた正のブリッジ電圧Ｖｘが出力される。逆に、ｘ軸負方向の加速度−αｘが作用した場合は、逆方向への変位Δｘ（−）が生じるため、上記各欄の符号の正負が逆転し、出力端子Ｔ１１，Ｔ１２間には、変位Δｘ（−）の大きさに応じた負のブリッジ電圧Ｖｘが出力される。
【０１６０】
かくして、図１０(a) に示すブリッジ回路から出力されるｘ軸検出電圧Ｖｘは、重錘体１５０に作用した加速度のｘ軸方向成分αｘの向き（ｘ軸の正方向か負方向か）と大きさを示すものになる。しかも、加速度のｘ軸方向成分αｘのみが作用しているときには、図１０(b) に示すブリッジ回路や図１０(c) に示すブリッジ回路からは、有意な検出電圧は出力されない。
【０１６１】
たとえば、図１０(b) に示すブリッジ回路については、素子３０７の抵抗値は減少するものの素子３１２の抵抗値は増加する（図８の対応欄Δｘ（＋）のＲ７は「−」だが、Ｒ１２は「＋」になる）。また、素子３０９の抵抗値は増加するものの素子３１０の抵抗値は減少する（図８の対応欄Δｘ（＋）のＲ９は「＋」だが、Ｒ１０は「−」になる）。したがって、ブリッジの平衡状態は維持され、ブリッジ回路から出力されるｙ軸検出電圧Ｖｙは０になる。
【０１６２】
一方、図１０(c) に示すブリッジ回路については、素子３０５，３１１，３０２，３０８の抵抗値に有意な変化はない（図８の対応欄Δｘ（＋）のＲ５，Ｒ１１，Ｒ２，Ｒ８はいずれも「０」である）。したがって、ブリッジの平衡状態は維持され、ブリッジ回路から出力されるｚ軸検出電圧Ｖｚは０になる。
【０１６３】
続いて、重錘体１５０に対してｙ軸正方向の加速度＋αｙが作用し、図６に示すように、重錘体１５０に対してｙ軸正方向の変位Δｙ（＋）が生じた場合を考えてみる。この場合、図１０に示す各ブリッジ回路を構成するピエゾ抵抗素子３０１〜３１２には、図８の一覧表におけるΔｙ（＋）の各欄に示すような抵抗値変化が生じることになる。
【０１６４】
ここでは、まず、図１０(b) に示すブリッジ回路について考えてみよう。このブリッジ回路では、素子３０７，３１２の抵抗値は増加（図８の対応欄Δｙ（＋）のＲ７，Ｒ１２はいずれも「＋」）し、素子３０９，３１０の抵抗値は減少（図８の対応欄Δｙ（＋）のＲ９，Ｒ１０はいずれも「−」）するので、ブリッジの平衡状態が崩れ、出力端子Ｔ１３，Ｔ１４間には、変位Δｙ（＋）の大きさに応じた正のブリッジ電圧Ｖｘが出力される。逆に、ｙ軸負方向の加速度−αｙが作用した場合は、逆方向への変位Δｙ（−）が生じるため、上記各欄の符号の正負が逆転し、出力端子Ｔ１３，Ｔ１４間には、変位Δｙ（−）の大きさに応じた負のブリッジ電圧Ｖｙが出力される。
【０１６５】
かくして、図１０(b) に示すブリッジ回路から出力されるｙ軸検出電圧Ｖｙは、重錘体１５０に作用した加速度のｙ軸方向成分αｙの向きと大きさを示すものになる。しかも、加速度のｙ軸方向成分αｙのみが作用しているときには、図１０(a) に示すブリッジ回路や図１０(c) に示すブリッジ回路からは、有意な検出電圧は出力されない。
【０１６６】
たとえば、図１０(a) に示すブリッジ回路については、素子３０１の抵抗値は増加するものの素子３０６の抵抗値は減少する（図８の対応欄Δｙ（＋）のＲ１は「＋」だが、Ｒ６は「−」になる）。また、素子３０３の抵抗値は減少するものの素子３０４の抵抗値は増加する（図８の対応欄Δｙ（＋）のＲ３は「−」だが、Ｒ４は「＋」になる）。したがって、ブリッジの平衡状態は維持され、ブリッジ回路から出力されるｙ軸検出電圧Ｖｙは０になる。
【０１６７】
一方、図１０(c) に示すブリッジ回路については、素子３０５，３１１，３０２，３０８の抵抗値に有意な変化はない（図８の対応欄Δｙ（＋）のＲ５，Ｒ１１，Ｒ２，Ｒ８はいずれも「０」である）。したがって、ブリッジの平衡状態は維持され、ブリッジ回路から出力されるｚ軸検出電圧Ｖｚは０になる。
【０１６８】
最後に、重錘体１５０に対してｚ軸正方向の加速度＋αｚが作用し、図７に示すように、重錘体１５０に対してｚ軸正方向の変位Δｚ（＋）が生じた場合を考えてみる。この場合、図１０に示す各ブリッジ回路を構成するピエゾ抵抗素子３０１〜３１２には、図８の一覧表におけるΔｚ（＋）の各欄に示すような抵抗値変化が生じることになる。
【０１６９】
ここでは、まず、図１０(c) に示すブリッジ回路について考えてみよう。このブリッジ回路では、素子３０５，３１１の抵抗値は増加（図８の対応欄Δｚ（＋）のＲ５，Ｒ１１はいずれも「＋」）し、素子３０２，３０８の抵抗値は減少（図８の対応欄Δｚ（＋）のＲ２，Ｒ８はいずれも「−」）するので、ブリッジの平衡状態が崩れ、出力端子Ｔ１５，Ｔ１６間には、変位Δｚ（＋）の大きさに応じた正のブリッジ電圧Ｖｚが出力される。逆に、ｚ軸負方向の加速度−αｚが作用した場合は、逆方向への変位Δｚ（−）が生じるため、上記各欄の符号の正負が逆転し、出力端子Ｔ１５，Ｔ１６間には、変位Δｚ（−）の大きさに応じた負のブリッジ電圧Ｖｚが出力される。
【０１７０】
かくして、図１０(c) に示すブリッジ回路から出力されるｚ軸検出電圧Ｖｚは、重錘体１５０に作用した加速度のｚ軸方向成分αｚの向きと大きさを示すものになる。しかも、加速度のｚ軸方向成分αｚのみが作用しているときには、図１０(a) に示すブリッジ回路や図１０(b) に示すブリッジ回路からは、有意な検出電圧は出力されない。
【０１７１】
たとえば、図１０(a) に示すブリッジ回路については、素子３０１の抵抗値は減少するものの素子３０６の抵抗値は増加する（図８の対応欄Δｚ（＋）のＲ１は「−」だが、Ｒ６は「＋」になる）。また、素子３０３の抵抗値は減少するものの素子３０４の抵抗値は増加する（図８の対応欄Δｚ（＋）のＲ３は「−」だが、Ｒ４は「＋」になる）。したがって、ブリッジの平衡状態は維持され、ブリッジ回路から出力されるｘ軸検出電圧Ｖｘは０になる。
【０１７２】
一方、図１０(b) に示すブリッジ回路については、素子３０７の抵抗値は減少するものの素子３１２の抵抗値は増加する（図８の対応欄Δｚ（＋）のＲ７は「−」だが、Ｒ１２は「＋」になる）。また、素子３０９の抵抗値は減少するものの素子３１０の抵抗値は増加する（図８の対応欄Δｚ（＋）のＲ９は「−」だが、Ｒ１０は「＋」になる）。したがって、ブリッジの平衡状態は維持され、ブリッジ回路から出力されるｙ軸検出電圧Ｖｙは０になる。
【０１７３】
結局、図８の一覧表を参照しながら、図１０に示す検出回路５００の動作を考えれば、図１０(a) のブリッジ回路から出力されるｘ軸検出電圧Ｖｘは、他軸成分を含まない加速度のｘ軸方向成分αｘのみを示すものになり、図１０(b) のブリッジ回路から出力されるｙ軸検出電圧Ｖｙは、他軸成分を含まない加速度のｙ軸方向成分αｙのみを示すものになり、図１０(c) のブリッジ回路から出力されるｚ軸検出電圧Ｖｚは、他軸成分を含まない加速度のｚ軸方向成分αｚのみを示すものになることが理解できよう。このように、ここに示す実施形態に係る慣性センサによれば、他軸成分の干渉を受けることなく、加速度の各座標軸方向成分αｘ，αｙ，αｚをそれぞれ独立して、それぞれ高い検出感度をもって検出することが可能になる。
【０１７４】
なお、上述した動作は、第１の板状橋梁部１２０に配置された動作用素子群（ピエゾ抵抗素子３０１〜３０６）のｘｙ平面への正射影投影像が、第１の長手方向軸Ｌｙの投影像に関して線対称となるパターンを有し、第２の板状橋梁部１３０に配置された動作用素子群（ピエゾ抵抗素子３０７〜３１２）のｘｙ平面への正射影投影像が、第２の長手方向軸Ｌｘの投影像に関して線対称となるパターンを有することを前提としたものである。
【０１７５】
各素子の配置パターンにこのような対称性をもたせておけば、特定の素子対に関する抵抗値の増減が相殺される効果が得られ、上述したように、他軸成分の干渉を排除した検出動作が可能になる。もっとも、上記特定の素子対について、長手方向の長さ、幅、抵抗値（不純物濃度）などを適宜調整すれば、必ずしも対称性が維持されていなくても、抵抗値の増減を相殺する効果を得ることは可能なので、本発明を実施する上で、素子配置パターンの対称性は必須要件ではない。しかしながら、実用上は、上記対称性をもった素子配置パターンが得られるようにするのが好ましい。
【０１７６】
また、図９に示す慣性センサの検出回路５００は、必ずしも図１０に示す回路に限定されるものではなく、図８の一覧表に示す結果を踏まえて、要求された特定の座標軸方向成分の検出が可能な回路であれば、その他の回路を採用してもかまわない。
【０１７７】
たとえば、図１１は、図９に示す実施形態に利用される検出回路５００の別な一例を示す回路図である。この検出回路は、図１１(a) に示すブリッジ回路、図１１(b) に示すブリッジ回路、図１１(c) に示すブリッジ回路という３組のホイートストン・ブリッジ回路によって構成されている。いずれのブリッジ回路にも、電源３００から所定の基準電圧が印加されている。
【０１７８】
図１１(a) に示すブリッジ回路は、第９属性素子３０９Ａと第１２属性素子３１２Ａとを第１の対辺とし、第７属性素子３０７Ａと第１０属性素子３１０Ａとを第２の対辺とするブリッジ回路であり、ｘ軸方向に作用した加速度αｘ（力ｆｘ）を検出して、出力端子Ｔ２１，Ｔ２２間のブリッジ電圧Ｖｘとして出力する機能を有する。
【０１７９】
同様に、図１１(b) に示すブリッジ回路は、第１属性素子３０１Ａと第４属性素子３０４Ａとを第１の対辺とし、第３属性素子３０３Ａと第６属性素子３０６Ａとを第２の対辺とするブリッジ回路であり、ｙ軸方向に作用した加速度αｙ（力ｆｙ）を検出して、出力端子Ｔ２３，Ｔ２４間のブリッジ電圧Ｖｙとして出力する機能を有する。
【０１８０】
更に、図１１(c) に示すブリッジ回路は、第４属性素子３０４Ｂ，第５属性素子３０５，第６属性素子３０６Ｂを直列接続してなる一辺と第１０属性素子３１０Ｂ，第１１属性素子３１１，第１２属性素子３１２Ｂを直列接続してなる一辺とを第１の対辺とし、第１属性素子３０１Ｂ，第２属性素子３０２，第３属性素子３０３Ｂを直列接続してなる一辺と第７属性素子３０７Ｂ，第８属性素子３０８，第９属性素子３０９Ｂを直列接続してなる一辺とを第２の対辺とするブリッジ回路であり、ｚ軸方向に作用した加速度αｚ（力ｆｚ）を検出して、出力端子Ｔ２５，Ｔ２６間のブリッジ電圧Ｖｚとして出力する機能を有する。
【０１８１】
ここでは、詳細な説明は省略するが、この図１１に示す各ブリッジ回路により、作用した加速度の各座標軸方向成分αｘ，αｙ，αｚを、他軸干渉を受けずにそれぞれ独立して検出できる理由も、図８に示す一覧表を参照すれば容易に理解できよう。
【０１８２】
なお、図１１に示すブリッジ回路を構成する一部のピエゾ抵抗素子の符号末尾には、ＡもしくはＢの記号が付されているが、この記号は、検出回路５００内に同一の属性素子が複数用いられている場合に、両者を区別するためのものである。たとえば、図１１(a) に示すブリッジ回路には、第９属性素子３０９Ａが用いられており、図１１(c) に示すブリッジ回路には、第９属性素子３０９Ｂが用いられている。いずれの素子も、参照領域Ｒ９内に配置された第９属性素子であることに変わりはないが、電気的に独立した別個のピエゾ抵抗素子である。
【０１８３】
このように、本発明を実施するにあたり、１つの参照領域内には必ずしも１つの動作用素子のみを配置する必要はなく、検出動作上、同一の属性素子が複数必要な場合には、同一の参照領域内に複数の異なる動作用素子を配置してかまわない。
【０１８４】
図１２は、同一の参照領域内にそれぞれ２組ずつのピエゾ抵抗素子を配置した例を示す平面図である。ここでも、図におけるハッチングは、各ピエゾ抵抗素子の配置を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない。図示の例は、図４に示す参照領域Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２に、それぞれ２組ずつピエゾ抵抗素子を配置した例である。すなわち、参照領域Ｒ１０内には、ピエゾ抵抗素子３１０Ａ，３１０Ｂが配置され、参照領域Ｒ１１内には、ピエゾ抵抗素子３１１Ａ，３１１Ｂが配置され、参照領域Ｒ１２内には、ピエゾ抵抗素子３１２Ａ，３１２Ｂが配置されている。
【０１８５】
同一の参照領域内に並列配置された一対のピエゾ抵抗素子は、互いに所定間隔をおいて形成されており、電気的に独立している。このため、検出回路５００において、それぞれ異なるブリッジ回路の構成要素として組み込むことが可能である。もちろん、必要があれば、同一の参照領域内に３組以上の動作用素子を配置してかまわない。
【０１８６】
図１３は、図９に示す慣性センサ（加速度センサ）の実施形態について、図１１に示す検出回路を利用する場合のピエゾ抵抗素子の配置例を示す平面図である。ここでも、図におけるハッチングは、各ピエゾ抵抗素子の配置を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない。図において、斜線ハッチングを施して示した４組のピエゾ抵抗素子３０２，３０５，３０８，３１１は、それぞれ参照領域Ｒ２，Ｒ５，Ｒ８，Ｒ１１内に１組だけ配置された素子である。これに対して、図において、黒い太線で示した１６組のピエゾ抵抗素子３０１Ａ，３０１Ｂ，...，３１２Ａ，３１２Ｂは、それぞれ参照領域Ｒ１，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１２内に２組ずつペアにして配置された素子である。
【０１８７】
図１１に示す３つのブリッジ回路に組み込まれている合計２０組のピエゾ抵抗素子は、図１３に示されている２０組ピエゾ抵抗素子に対応するものである。なお、この例においても、実用上は、１つのブリッジ回路において、特定の素子対に関する抵抗値の増減が相殺される効果が得られるように、各素子の配置パターンに対称性をもたせておくのが好ましい。
【０１８８】
図１３において、符号末尾にＡが付されたピエゾ抵抗素子と符号末尾にＢが付されたピエゾ抵抗素子との位置関係が、長手方向軸Ｌｘ，Ｌｙに関して対称性を有しているのは、このような点を考慮したためである。すなわち、図示の例の場合、符号末尾にＡが付された素子（たとえば、３１０Ａ，３１２Ａ）を長手方向軸から遠い位置に配置し、符号末尾にＢが付された素子（たとえば、３１０Ｂ，３１２Ｂ）を長手方向軸に近い位置に配置することにより、符号末尾に同じ記号が付された素子同士が対称位置に配置されるようにしている（たとえば、３１０Ａと３１２Ａとは対称位置に配置され、３１０Ｂと３１２Ｂとは対称位置に配置される。）。
【０１８９】
＜＜＜  §４．  圧電素子を用いた加速度センサ  ＞＞＞
続いて、図４に示す基本構造体１００を利用しつつ、動作用素子群として、層状の圧電体６００を利用した圧電素子を用いることにより加速度センサを構成した実施形態を説明する。図１４(a) は、このような加速度センサを示す平面図（装置筐体については図示を省略）であり、図１４(b) は、これをｙｚ平面で切断した側断面図である（装置筐体も図示）。
【０１９０】
図１４(b) に示すとおり、基本構造体１００（図４に示すもの）の上面には、全面にわたって層状の下層電極６５０が形成され、更にその上面には、全面にわたって層状の圧電体６００が形成されている。そして、この圧電体６００の上面には、局在的に形成された複数の上層電極からなる上層電極群が形成されている。なお、この図１４(b) は、図１４(a) の切断線１４ｂ−１４ｂに示す位置で切断した側断面を示しているので、３枚の上層電極６１０，６１１，６１２のみが図に現れている。
【０１９１】
下層電極や上層電極としては、金属などの一般的な導電材料を用いて形成すればよい。ここに示す実施例の場合、厚み３００ｎｍ程度の薄膜状の金属層（チタン膜と白金膜との二層からなる金属層）により下層電極６５０および上層電極群を形成している。また、層状の圧電体６００としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）やＫＮＮ（ニオブ酸カリウムナトリウム）などを厚み２μｍ程度の薄膜状にしたものを用いている。もちろん、圧電体６００としては、必ずしも薄膜状のものを用いる必要はない。
【０１９２】
図１４(b) に示されているとおり、ここに示す実施形態の場合も、底板２００とカバー４００とによって装置筐体が構成され、基本構造体１００は、この装置筐体内に収容されている。§３で述べた実施形態と同様に、基本構造体１００は、固定部用板状部材１１０によって、底板２００の上面に固定されており、重錘体１５０は、装置筐体内で宙吊り状態になっている。カバー４００は、天板４１０と側板４２０とによって構成され、重錘体１５０は、このカバー４００の内部空間内で変位することになる。この実施形態においても、重錘体１５０の上面と天板４１０の下面との距離、重錘体１５０の下面と底板２００の上面との距離を、適切な寸法に設定しておけば、天板４１０および底板２００をストッパ部材として機能させることができる。
【０１９３】
この慣性センサの場合、上層電極群は、図１４(a) に示すとおり、１２枚の上層電極６０１〜６１２（図におけるハッチングは、電極形成領域を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない）によって構成されている。ここで、各上層電極６０１〜６１２の配置位置は、それぞれ図４に示す参照領域Ｒ１〜Ｒ１２の配置に対応している。
【０１９４】
上述したとおり、基本構造体１００の上面には、全面にわたって層状の下層電極６５０が形成され、更にその上面全面には、層状の圧電体６００が形成されているので、図１４(a) に示す１２枚の上層電極６０１〜６１２は、いずれも層状の圧電体６００の上面に形成されていることになる。図１４(a) は、この慣性センサを上方から見た平面図であるため、基本構造体１００の全面を覆う圧電体６００が見えていることになるが、便宜上、この図１４(a) には、固定部用板状部材１１０，第１の板状橋梁部１２０，第２の板状橋梁部１３０，重錘接続部１４０，重錘体１５０の位置を括弧書きの符号で示してある。
【０１９５】
ここで、１２枚の上層電極６０１〜６１２の下方には、層状の圧電体６００が配置され、その下方には下層電極６５０が配置されているため、各参照領域Ｒ１〜Ｒ１２には、それぞれ個別の圧電素子が形成されることになる。たとえば、参照領域Ｒ１には、上層電極６０１と、この上層電極６０１の直下に位置する層状の圧電体６００の一部の部分（参照領域Ｒ１に対応する部分）と、その直下に位置する下層電極６５０の一部の部分（参照領域Ｒ１に対応する部分）と、によって、圧電体を上下の電極で挟んだ１組の圧電素子が形成されている。
【０１９６】
ここでは、便宜上、個々の参照領域Ｒ１〜Ｒ１２に形成された圧電素子を、その上層電極と同じ符号６０１〜６１２を用いて表すことにする。たとえば、上層電極６０１の位置には圧電素子６０１が形成され、上層電極６０２の位置には圧電素子６０２が形成されている。したがって、図１４(a) は、１２組の圧電素子６０１〜６１２の配置を示す平面図ということになる。ここで、圧電素子６０１〜６１２は、それぞれ第１属性素子〜第１２属性素子ということになる。
【０１９７】
結局、この図１４に示す慣性センサでは、動作用素子群を構成する個々の検出素子が、板状橋梁部１２０，１３０の長手方向に沿った伸縮応力に応じて正もしくは負の電荷を発生させる圧電素子６０１〜６１２によって構成されていることになる。ここに示す実施形態の場合、層状の圧電体６００として、層方向に生じた伸縮応力に応じて、上下方向に分極を生じるタイプの圧電体を用いている。
【０１９８】
より具体的には、層方向に伸びる応力が作用すると、上層電極側に正電荷、下層電極側に負電荷が発生し、層方向に縮む応力が作用すると、上層電極側に負電荷、下層電極側に正電荷が発生するタイプの圧電体を用いている。しかも、下層電極６５０は、１２組の圧電素子６０１〜６１２について共通であるため、この下層電極６５０を接地して用いるようにすれば、層方向に伸びる応力が作用すると上層電極側に正電荷が発生し、層方向に縮む応力が作用すると上層電極側に負電荷が発生することになる。こうして発生した電荷に関して所定の加減算を行えば、所定の座標軸方向に作用した加速度を検出することができる。
【０１９９】
図１４(b) に示すとおり、この慣性センサには、検出回路５１０が備わっており、上述した発生電荷に関する加減算を行うことができる。図１４(b) では、この検出回路５１０を単なるブロックで示すが、具体的な回路図は後述する。
【０２００】
図示のとおり、この検出回路５１０と、下層電極６５０および１２枚の上層電極６０１〜６１２（図には、３枚の上層電極６１０〜６１２のみが示されている）との間には配線が施されており、各上層電極６０１〜６１２に発生した正もしくは負の電荷は、この配線を介して検出回路５１０によって取り出される。実際には、各配線は、各上層電極とともに、層状の圧電体６００の上面に形成された導電性パターンによって形成することができる。また、基本構造体１００をシリコン基板によって構成した場合、検出回路５１０は、このシリコン基板上（たとえば、固定部用板状部材１１０の部分）に形成することが可能である。
【０２０１】
図１５は、図１４に示す実施形態に利用される検出回路５１０の一例を示す回路図である。図示のとおり、この検出回路５１０は、図１５(a) に示す加減算回路、図１５(b) に示す加減算回路、図１５(c) に示す加減算回路、という３組の加減算回路によって構成されている。この回路図に符号「６００」で示す矩形は、圧電体６００の一部分を示し、符号「６５０」で示す線分は、下層電極６５０の一部分を示している。前述したように、圧電体６００および下層電極６５０は、基本構造体１００の全面にわたって形成されており、１２組の圧電素子に共通の部材になるが、各参照領域Ｒ１〜Ｒ１２に対応する個々の部分が、各圧電素子の構成要素ということになる。
【０２０２】
前述したように、ここでは個々の圧電素子を、その上層電極と同じ符号を用いて表しているため、たとえば、図１５(a) の回路図において、上層電極６０１と、その下の圧電体６００の一部分と、その下の下層電極６５０の一部と、によって示される部分が、圧電素子６０１（すなわち、第１属性素子）に対応することになる。１２組のすべての圧電素子６０１〜６１２について、下層電極６５０は共通であり、いずれも接地されている。一方、各上層電極６０１〜６１２に発生した電荷は、それぞれ所定の差分回路６２１，６２２，６２３に与えられる。
【０２０３】
互いに並列接続された一対の圧電素子の上層電極に発生した電荷は、同一の差分回路の同一端子に集められる。これは、両上層電極に発生した電荷を加算する処理に相当する。たとえば、図１５(a) に示す回路図では、一対の圧電素子の上層電極６０１，６０６に発生した電荷は加算され、差分回路６２１の正側の端子に与えられる。同様に、一対の圧電素子の上層電極６０３，６０４に発生した電荷は加算され、差分回路６２１の負側の端子に与えられる。差分回路６２１は、正側の端子に与えられた電荷量と負側の端子に与えられた電荷量とについて、符号を考慮した減算を行い、その結果を出力端子Ｔ３１にｘ軸検出電圧Ｖｘとして出力する。符号を考慮した減算であるため、たとえば、正側の端子に正電荷が与えられ、負側の端子に負電荷が与えられた場合は、実質的には、両電荷の絶対値の和が出力されることになる。
【０２０４】
圧電素子６０１〜６１２を、それぞれ第１属性素子〜第１２属性素子と呼べば、図１５(a) に示す加減算回路は、第１属性素子（圧電素子６０１）の発生電荷と第６属性素子（圧電素子６０６）の発生電荷との和と、第３属性素子（圧電素子６０３）の発生電荷と第４属性素子（圧電素子６０４）の発生電荷との和と、の差に基づいて、ｘ軸方向に作用した加速度αｘ（力ｆｘ）を検出して、出力端子Ｔ３１にｘ軸検出電圧Ｖｘとして出力する加減算処理を行う。
【０２０５】
同様に、図１５(b) に示す加減算回路は、第７属性素子（圧電素子６０７）の発生電荷と第１２属性素子（圧電素子６１２）の発生電荷との和と、第９属性素子（圧電素子６０９）の発生電荷と第１０属性素子（圧電素子６１０）の発生電荷との和と、の差に基づいて、ｙ軸方向に作用した加速度αｙ（力ｆｙ）を検出して、出力端子Ｔ３２にｙ軸検出電圧Ｖｙとして出力する加減算処理を行う。
【０２０６】
また、図１５(c) に示す加減算回路は、第５属性素子（圧電素子６０５）の発生電荷と第１１属性素子（圧電素子６１１）の発生電荷との和と、第２属性素子（圧電素子６０２）の発生電荷と第８属性素子（圧電素子６０８）の発生電荷との和と、の差に基づいて、ｚ軸方向に作用した加速度αｚ（力ｆｚ）を検出して、出力端子Ｔ３３にｚ軸検出電圧Ｖｚとして出力する加減算処理を行う。
【０２０７】
この図１５に示す各加減算回路により、作用した加速度の各座標軸方向成分αｘ，αｙ，αｚを検出できる理由は、図８に示す一覧表を参照すれば容易に理解できよう。すなわち、各圧電素子６０１〜６１２を、図８の一覧表における各参照領域Ｒ１〜Ｒ１２に対応させてみると、対応欄が「＋」（伸びる応力発生）の場合は上層電極に正の電荷が発生し、対応欄が「−」（縮む応力発生）の場合は上層電極に負の電荷が発生し、対応欄が「０」（有意な伸縮なし）の場合は有意な電荷発生がないことを示すことになる。
【０２０８】
そこで、まず、重錘体１５０に対してｘ軸正方向の加速度＋αｘが作用し、図５に示すように、重錘体１５０に対してｘ軸正方向の変位Δｘ（＋）が生じた場合を考えてみる。この場合、図１５に示す各圧電素子の上層電極６０１〜６１２には、図８の一覧表におけるΔｘ（＋）の各欄に示す極性をもった電荷が発生することになる。
【０２０９】
たとえば、図１５(a) に示す加減算回路については、上層電極６０１，６０６には正電荷（図８の対応欄Δｘ（＋）のＲ１，Ｒ６はいずれも「＋」）、上層電極６０３，６０４には負電荷（図８の対応欄Δｘ（＋）のＲ３，Ｒ４はいずれも「−」）がそれぞれ発生するので、差分回路６２１は、これら４組の上層電極６０１，６０６，６０３，６０４に発生した正負両極性の電荷の絶対値の和に相当する電圧を、出力端子Ｔ３１にｘ軸検出電圧Ｖｘとして出力することになる。逆に、ｘ軸負方向の加速度−αｘが作用した場合は、逆方向への変位Δｘ（−）が生じるため、上記各欄の符号の正負が逆転し、差分回路６２１は、４組の上層電極６０１，６０６，６０３，６０４に発生した正負両極性の電荷の絶対値の和に相当する負の電圧を、出力端子Ｔ３１にｘ軸検出電圧Ｖｘとして出力することになる。
【０２１０】
かくして、図１５(a) に示す加減算回路から出力されるｘ軸検出電圧Ｖｘは、重錘体１５０に作用した加速度のｘ軸方向成分αｘの向き（ｘ軸の正方向か負方向か）と大きさを示すものになる。しかも、加速度のｘ軸方向成分αｘのみが作用しているときには、図１５(b) に示す加減算回路や図１５(c) に示す加減算回路からは、有意な検出電圧は出力されない。
【０２１１】
たとえば、図１５(b) に示す加減算回路については、上層電極６０７には負電荷（図８の対応欄Δｘ（＋）のＲ７は「−」）が発生するが、上層電極６１２には正電荷（図８の対応欄Δｘ（＋）のＲ１２は「＋」）が発生するため、差分回路６２２の正側の端子に与えられる電荷は相殺されて０になる。同様に、上層電極６０９には正電荷（図８の対応欄Δｘ（＋）のＲ９は「＋」）が発生するが、上層電極６１０には負電荷（図８の対応欄Δｘ（＋）のＲ１０は「−」）が発生するため、差分回路６２２の負側の端子に与えられる電荷も相殺されて０になる。したがって、差分回路６２２が出力端子Ｔ３２に出力するｙ軸検出電圧Ｖｙは０になる。
【０２１２】
一方、図１５(c) に示す加減算回路については、上層電極６０５，６１１，６０２，６０８の発生電荷はいずれも０である（図８の対応欄Δｘ（＋）のＲ５，Ｒ１１，Ｒ２，Ｒ８はいずれも「０」である）。したがって、差分回路６２３が出力端子Ｔ３３に出力するｚ軸検出電圧Ｖｚは０になる。
【０２１３】
具体的な説明は省略するが、同様の理由により、重錘体１５０に対してｙ軸方向の加速度αｙが作用した場合は、図１５(b) に示す加減算回路６２２から出力端子Ｔ３２に出力されるｙ軸検出電圧Ｖｙが、加速度αｙの向きと大きさを示すものになる。しかも、このとき、図１５(a) に示す加減算回路や図１５(c) に示す加減算回路からは、有意な検出電圧は出力されない。また、重錘体１５０に対してｚ軸方向の加速度αｚが作用した場合は、図１５(c) に示す加減算回路６２３から出力端子Ｔ３３に出力されるｚ軸検出電圧Ｖｚが、加速度αｚの向きと大きさを示すものになる。しかも、このとき、図１５(a) に示す加減算回路や図１５(b) に示す加減算回路からは、有意な検出電圧は出力されない。
【０２１４】
このように、図８の一覧表を参照しながら、図１５に示す検出回路５１０の動作を考えれば、図１５(a) の加減算回路から出力されるｘ軸検出電圧Ｖｘは、他軸成分を含まない加速度のｘ軸方向成分αｘのみを示すものになり、図１５(b) の加減算回路から出力されるｙ軸検出電圧Ｖｙは、他軸成分を含まない加速度のｙ軸方向成分αｙのみを示すものになり、図１５(c) の加減算回路から出力されるｚ軸検出電圧Ｖｚは、他軸成分を含まない加速度のｚ軸方向成分αｚのみを示すものになることが理解できよう。このように、ここに示す実施形態に係る慣性センサによれば、他軸成分の干渉を受けることなく、加速度の各座標軸方向成分αｘ，αｙ，αｚをそれぞれ独立して、それぞれ高い検出感度をもって検出することが可能になる。しかも、差分回路を通した差分電圧として検出値が得られるため、温度などの環境変化の影響を相殺した検出が可能になる。
【０２１５】
なお、上述した動作は、第１の板状橋梁部１２０に配置された動作用素子群（圧電素子６０１〜６０６）のｘｙ平面への正射影投影像が、第１の長手方向軸Ｌｙの投影像に関して線対称となるパターンを有し、第２の板状橋梁部１３０に配置された動作用素子群（圧電素子６０７〜６１２）のｘｙ平面への正射影投影像が、第２の長手方向軸Ｌｘの投影像に関して線対称となるパターンを有することを前提としたものである。
【０２１６】
各圧電素子の配置パターンにこのような対称性をもたせておけば、特定の圧電素子対で発生した正負両極性の電荷が相殺される効果が得られ、上述したように、他軸成分の干渉を排除した検出動作が可能になる。もっとも、上記特定の圧電素子対について、長手方向の長さ、幅、圧電効率などを適宜調整すれば、必ずしも対称性が維持されていなくても、発生電荷を相殺する効果を得ることは可能なので、本発明を実施する上で、素子配置パターンの対称性は必須要件ではない。しかしながら、実用上は、上記対称性をもった素子配置パターンが得られるようにするのが好ましい。
【０２１７】
また、図１４に示す慣性センサの検出回路５１０は、必ずしも図１５に示す回路に限定されるものではなく、図８の一覧表に示す結果を踏まえて、要求された特定の座標軸方向成分の検出が可能な回路であれば、その他の回路を採用してもかまわない。
【０２１８】
たとえば、図１６は、図１４に示す実施形態に利用される検出回路５１０の別な一例を示す回路図である。この検出回路は、図１６(a) に示す加減算回路、図１６(b) に示す加減算回路、図１６(c) に示す加減算回路という３組の加減算回路によって構成されている。
【０２１９】
図１６(a) に示す加減算回路は、第９属性素子（圧電素子６０９Ａ）の発生電荷と第１２属性素子（圧電素子６１２Ａ）の発生電荷との和と、第７属性素子（圧電素子６０７Ａ）の発生電荷と第１０属性素子（圧電素子６１０Ａ）の発生電荷との和と、の差に基づいて、ｘ軸方向に作用した加速度αｘ（力ｆｘ）を検出して、出力端子Ｔ４１にｘ軸検出電圧Ｖｘとして出力する加減算処理を行う。
【０２２０】
同様に、図１６(b) に示す加減算回路は、第１属性素子（圧電素子６０１Ａ）の発生電荷と第４属性素子（圧電素子６０４Ａ）の発生電荷との和と、第３属性素子（圧電素子６０３Ａ）の発生電荷と第６属性素子（圧電素子６０６Ａ）の発生電荷との和と、の差に基づいて、ｙ軸方向に作用した加速度αｙ（力ｆｙ）を検出して、出力端子Ｔ４２にｙ軸検出電圧Ｖｙとして出力する加減算処理を行う。
【０２２１】
また、図１６(c) に示す加減算回路は、第４属性素子（圧電素子６０４Ｂ）、第５属性素子（圧電素子６０５）、第６属性素子（圧電素子６０６Ｂ）、第１０属性素子（圧電素子６１０Ｂ）、第１１属性素子（圧電素子６１１）、第１２属性素子（圧電素子６１２Ｂ）の各発生電荷の総和と、第１属性素子（圧電素子６０１Ｂ）、第２属性素子（圧電素子６０２）、第３属性素子（圧電素子６０３Ｂ）、第７属性素子（圧電素子６０７Ｂ）、第８属性素子（圧電素子６０８）、第９属性素子（圧電素子６０９Ｂ）の各発生電荷の総和と、の差に基づいて、ｚ軸方向に作用した加速度αｚ（力ｆｚ）を検出して、出力端子Ｔ４３にｚ軸検出電圧Ｖｚとして出力する加減算処理を行う。
【０２２２】
ここでは、詳細な説明は省略するが、この図１６に示す各加減算回路により、作用した加速度の各座標軸方向成分αｘ，αｙ，αｚを、他軸干渉を受けずにそれぞれ独立して検出できる理由も、図８に示す一覧表を参照すれば容易に理解できよう。
【０２２３】
なお、図１６に示す加減算回路を構成する一部の圧電素子（上層電極）の符号末尾には、ＡもしくはＢの記号が付されているが、この記号は、§３でも説明したとおり、検出回路５１０内に同一の属性素子が複数用いられている場合に、両者を区別するためのものである。たとえば、図１６(a) に示す加減算回路には、第９属性素子６０９Ａが用いられており、図１６(c) に示すブリッジ回路には、第９属性素子６０９Ｂが用いられている。いずれの素子も、参照領域Ｒ９内に配置された第９属性素子であることに変わりはないが、電気的に独立した別個の圧電素子である。
【０２２４】
前述したとおり、本発明を実施するにあたり、１つの参照領域内には必ずしも１つの動作用素子のみを配置する必要はなく、同一の属性素子が複数必要な場合には、同一の参照領域内に複数の異なる動作用素子を配置してかまわない。その場合も、実用上は、特定の圧電素子対に関する発生電荷の相殺効果が得られるように、各圧電素子の配置パターンに対称性をもたせておくのが好ましい。
【０２２５】
なお、これまで述べた実施形態は、層方向に伸ばす応力が作用すると、上層電極側に正電荷、下層電極側に負電荷が生じ、逆に、層方向に縮める応力が作用すると、上層電極側に負電荷、下層電極側に正電荷が生じる圧電体６００を用いた例であるが、もちろん、これとは逆の分極特性を有する圧電体を用いてもかまわない。あるいは、１２組の圧電素子が、それぞれ異なる分極特性を有するようにしてもかまわない。
【０２２６】
また、§２−２で述べたとおり、図４に示す例は、１２組の参照領域Ｒ１〜Ｒ１２を、すべて第１の板状橋梁部１２０もしくは第２の板状橋梁部１３０の上面（図４に示されている面）に定義した例であるが、８組の脇侍配置領域Ｒ１，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１２については、必ずしも板状橋梁部の上面に定義する必要はなく、板状橋梁部の側面に定義してもよいし、上面から側面に至る折れ曲がった連続領域として定義してもかまわない。
【０２２７】
図１７は、このような参照領域の配置に関するバリエーションに応じて、上層電極の配置態様にいくつかのバリエーションをもたせた例を示す側断面図である。図１７(a) は、図１４(b) に示す第２の板状橋梁部１３０の断面を示す側断面図である。図示のとおり、板状橋梁部１３０の上面に下層電極６５０および層状の圧電体６００が積層され、更にその上面に、３枚の上層電極６１０，６１１，６１２が配置されている。したがって、圧電体６００の分極現象は、図の上下方向に生じることになる。
【０２２８】
これに対して、図１７(b) に示す実施例は、上層電極６１０ｂおよび上層電極６１２ｂを側面に配置したものである。この実施例では、下層電極６５０ｂが板状橋梁部１３０の上面とともに側面にも形成され、層状の圧電体６００ｂがこの下層電極６５０ｂの表面に形成されている。すなわち、側断面図において、下層電極６５０ｂも圧電体６００ｂも「コ」の字型の形状をなし、板状橋梁部１３０の上面から左右両側面にかけて一体形成されている。そして、３枚の上層電極の配置は、中央の上層電極６１１ｂが、板状橋梁部１３０の上面に下層電極６５０ｂおよび圧電体６００ｂを介して形成されている点に変わりはないが、上層電極６１０ｂおよび６１２ｂは、板状橋梁部１３０の側面に下層電極６５０ｂおよび圧電体６００ｂを介して形成されている。図１７(b) には、３枚の上層電極６１０ｂ〜６１２ｂのみが示されているが、他の９枚の上層電極の配置も同様である。
【０２２９】
要するに、下層電極６５０ｂが、第１の板状橋梁部１２０および第２の板状橋梁部１３０の上面とともに側面にも形成され、圧電体６００ｂがこの下層電極６５０ｂの表面に形成され、第２属性素子、第５属性素子、第８属性素子、第１１属性素子を構成する上層電極６０２ｂ，６０５ｂ，６０８ｂ，６１１ｂが、各板状橋梁部１２０，１３０の上面に、下層電極６５０ｂおよび圧電体６００ｂを介して形成されており、第１属性素子、第３属性素子、第４属性素子、第６属性素子、第７属性素子、第９属性素子、第１０属性素子、第１２属性素子を構成する上層電極６０１ｂ，６０３ｂ，６０４ｂ，６０６ｂ，６０７ｂ，６０９ｂ，６１０ｂ，６１２ｂが、各板状橋梁部１２０，１３０の側面に、下層電極６５０ｂおよび圧電体６００ｂを介して形成されているようにすればよい。
【０２３０】
この図１７(b) に示す例の場合、圧電体６００ｂの各部分は、その厚み方向に分極現象を生じることになるので、板状橋梁部１３０の上面に形成された部分については図の上下方向に分極現象が生じ、板状橋梁部１３０の側面に形成された部分については図の左右方向に分極現象が生じる。したがって、板状橋梁部１３０の各部に生じた応力により、これまで述べた実施例と同様に所定極性の電荷が発生することに変わりはない。図５〜図７に示す板状橋梁部１２０，１３０の各部の伸縮状態は、その側面においても変わりはないので、これまで述べた検出回路５１０と同様の検出回路により、加速度の検出が可能である。
【０２３１】
図１７(a) に示す実施例に比べて、図１７(b) に示す実施例は、各上層電極の面積が広くなるため、上層電極群に発生する電荷の量も多くなる。したがって、前者に比べて後者の方が、検出感度は向上するが、後者の場合、板状橋梁部１２０，１３０の上面だけでなく側面にも下層電極、圧電体、上層電極を形成する必要があるため、製造コストは高騰することになる。
【０２３２】
一方、図１７(c) に示す実施例は、上層電極６１０ｃおよび上層電極６１２ｃを、上面から側面にかけて連続するように配置したものである。この実施例でも、図１７(b) に示す実施例と同様に、下層電極６５０ｃが板状橋梁部１３０の上面とともに側面にも形成され、板状の圧電体６００ｃがこの下層電極６５０ｃの表面に形成されている。したがって、側断面図において、下層電極６５０ｃおよび圧電体６００ｃは「コ」の字型の形状をなし、板状橋梁部１３０の上面から左右両側面にかけて一体形成されている。
【０２３３】
ここで、３枚の上層電極の配置は、中央の上層電極６１１ｃが、板状橋梁部１３０の上面に下層電極６５０ｃおよび圧電体６００ｃを介して形成されている点に変わりはないが、上層電極６１０ｃおよび６１２ｃは、板状橋梁部１３０の上面から側面にかけて下層電極６５０ｃおよび圧電体６００ｃを介して形成されている。図１７(c) には、３枚の上層電極６１０ｃ〜６１２ｃのみが示されているが、他の９枚の上層電極の配置も同様である。
【０２３４】
要するに、下層電極６５０ｃが、第１の板状橋梁部１２０および第２の板状橋梁部１３０の上面とともに側面にも形成され、層状の圧電体６００ｃがこの下層電極６５０ｃの表面に形成され、第２属性素子、第５属性素子、第８属性素子、第１１属性素子を構成する上層電極６０２ｃ，６０５ｃ，６０８ｃ，６１１ｃが、各板状橋梁部１２０，１３０の上面に、下層電極６５０ｃおよび圧電体６００ｃを介して形成されており、第１属性素子、第３属性素子、第４属性素子、第６属性素子、第７属性素子、第９属性素子、第１０属性素子、第１２属性素子を構成する上層電極６０１ｃ，６０３ｃ，６０４ｃ，６０６ｃ，６０７ｃ，６０９ｃ，６１０ｃ，６１２ｃが、各板状橋梁部１２０，１３０の上面から側面にかけて、下層電極６５０ｃおよび圧電体６００ｃを介して形成されているようにすればよい。
【０２３５】
上述したとおり、この図１７(c) に示す例の場合も、圧電体６００ｃの各部分は、その厚み方向に分極現象を生じることになるので、これまで述べた検出回路５１０と同様の検出回路により、加速度の検出が可能である。
【０２３６】
図１７(b) に示す実施例に比べて、図１７(c) に示す実施例では、各上層電極の面積を更に広く確保することができるため、上層電極群に発生する電荷の量もそれだけ多くなり、検出感度は更に向上する。ただ、図の左右の上層電極を、上面から側面にかけて形成する必要があるため、製造コストは更に高騰することになる。
【０２３７】
もちろん、図１７(a) 〜図１７(c) に示す実施例における上層電極の配置形態を部分ごとに組み合わせることも可能である。図１７(d) は、右半分については図１７(b) に示す配置形態を採用し、左半分については図１７(c) に示す配置形態を採用したものである。また、この実施例では、圧電体を一体構造とせずに２つの部分６００ｄ１，６００ｄ２に分けて形成している。
【０２３８】
具体的には、この図１７(d) に示す実施例では、下層電極６５０ｄが板状橋梁部１３０の上面とともに側面にも形成され、その表面に、圧電体６００ｄ１，６００ｄ２が形成されている。圧電体６００ｄ１は、下層電極６５０ｄの右側面を覆う位置に形成され、圧電体６００ｄ２は、下層電極６５０ｄの上面および左側面を覆う位置に形成されている。そして、３枚の上層電極の配置は、中央の上層電極６１１ｄが、板状橋梁部１３０の上面に下層電極６５０ｄおよび圧電体６００ｄ２を介して形成されており、上層電極６１２ｄは、板状橋梁部１３０の右側面に下層電極６５０ｄおよび圧電体６００ｄ１を介して形成されており、上層電極６１０ｄは、板状橋梁部１３０の上面から左側面にかけて、下層電極６５０ｄおよび圧電体６００ｄ２を介して形成されている。
【０２３９】
この図１７(d) に示す実施例のように、上層電極の配置は、必ずしも左右対称となるようにする必要はないが、前述したように、特定の圧電素子対に関する発生電荷の相殺効果が得られるようにするには、図１７(a) ，(b) ，(c) に示す実施例のように、左右対称となるような配置を採用するのが好ましい。
【０２４０】
また、圧電素子は、必ずしも一体構造にする必要はなく、図１７(d) に示すように、各上層電極に応じた位置にそれぞれ別個独立したものを配置するようにしてもかまわないが、実用上は、一体構造とした方が製造プロセスは容易になる。同様に、下層電極も、各上層電極に応じた位置にそれぞれ別個独立したものを配置するようにしてもかまわないが、実用上は、一体構造とした方が製造プロセスは容易になる。
【０２４１】
＜＜＜  §５．  圧電素子を用いた角速度センサ  ＞＞＞
これまで、動作用素子群として検出素子のみを用いた加速度センサを説明した。ここでは、検出素子に加えて駆動素子を動作用素子群として用いることにより、角速度センサを構成した実施形態を説明する。
【０２４２】
§３では、検出素子としてピエゾ抵抗素子を利用した加速度センサの実施形態を述べ、§４では、検出素子として圧電素子を利用した加速度センサの実施形態を述べた。これらの検出素子は、いずれも作用した加速度に基づいて生じる重錘体１５０の変位を、板状橋梁部１２０，１３０の所定箇所に生じる撓みに基づいて検出する役割を果たしていた。この§５で述べる角速度センサに用いる駆動素子は、逆に、板状橋梁部１２０，１３０の所定箇所に周期的に撓みを生じさせることにより、重錘体１５０を所定方向に振動させる役割を果たすことになる。
【０２４３】
実は、ここで述べる角速度センサは、その構造自体は、§４で述べた加速度センサと全く同じものであり、その構造は図１４に示すものになる。ただ、検出回路５１０の内容が若干異なる。図１４に示す加速度センサに用いられている１２組の圧電素子６０１〜６１２は、§４で述べたとおり、板状橋梁部１２０，１３０の長手方向に沿った伸縮応力に応じて、個別の上層電極６０１〜６１２と共通の下層電極６５０との間に正負の分極を生じるタイプのものである。下層電極６５０を接地して利用すれば、上層電極６０１〜６１２に正または負の電荷が発生することになるので、この発生電荷に基づいて各部に生じた応力を検出する検出素子としての機能を果たすことができる。
【０２４４】
一方、これら圧電素子６０１〜６１２に、交流駆動信号を与えれば、駆動素子としての機能を果たさせることも可能である。すなわち、個別の上層電極６０１〜６１２と共通の下層電極６５０との間にそれぞれ所定の極性の電圧を印加すると、板状橋梁部１２０，１３０の長手方向に沿って、極性に応じて伸びる方向もしくは縮む方向への応力が発生する。具体的には、図１４に示す例の場合、下層電極６５０が接地されているため、上層電極側に正極性の電圧を印加すると、長手方向に伸びる方向の応力が発生し、上層電極側に負極性の電圧を印加すると、長手方向に縮む方向の応力が発生する。
【０２４５】
したがって、図８の一覧表を参照して、各上層電極６０１〜６１２に所定極性の電圧を印加すれば、重錘体１５０を所定軸方向に変位させることができる。たとえば、重錘体１５０にｘ軸正方向変位Δｘ（＋）を生じさせたい場合は、この一覧表のΔｘ（＋）の欄を参照して、「＋」が記された参照領域Ｒ１，Ｒ６，Ｒ９，Ｒ１２に配置された圧電素子の上層電極６０１，６０６，６０９，６１２には正極性の電圧を印加するとともに、「−」が記された参照領域Ｒ３，Ｒ４，Ｒ７，Ｒ１０に配置された圧電素子の上層電極６０３，６０４，６０７，６１０には負極性の電圧を印加すればよい。なお、一覧表のΔｘ（＋）の欄に「０」が記された参照領域Ｒ２，Ｒ５，Ｒ８，Ｒ１１に配置された圧電素子の上層電極６０２，６０５，６０８，６１１には電圧を印加する必要はない。
【０２４６】
続いて、各上層電極６０１〜６１２に、上述とは逆極性の電圧を印加すると、重錘体１５０はｘ軸負方向変位Δｘ（−）を生じることになる。したがって、上層電極６０１，６０６，６０９，６１２に第１の位相をもった所定周期の交流駆動信号（たとえば、正弦波信号や矩形波信号）を与えるとともに、上層電極６０３，６０４，６０７，６１０に第１の位相とは逆の第２の位相をもった同一周期の交流駆動信号を与えれば、重錘体１５０をｘ軸方向に振動させることができる。
【０２４７】
同様に、図８の一覧表のΔｙ（＋）の欄に「＋」が記された参照領域Ｒ１，Ｒ４，Ｒ７，Ｒ１２に配置された圧電素子の上層電極６０１，６０４，６０７，６１２に第３の位相をもった所定周期の交流駆動信号を与えるとともに、「−」が記された参照領域Ｒ３，Ｒ６，Ｒ９，Ｒ１０に配置された圧電素子の上層電極６０３，６０６，６０９，６１０に第３の位相とは逆の第４の位相をもった同一周期の交流駆動信号を与えれば、重錘体１５０をｙ軸方向に振動させることができる。
【０２４８】
また、図８の一覧表のΔｚ（＋）の欄に「＋」が記された参照領域Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２に配置された圧電素子の上層電極６０４，６０５，６０６，６１０，６１１，６１２に第５の位相をもった所定周期の交流駆動信号を与えるとともに、「−」が記された参照領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９に配置された圧電素子の上層電極６０１，６０２，６０３，６０７，６０８，６０９に第５の位相とは逆の第６の位相をもった同一周期の交流駆動信号を与えれば、重錘体１５０をｚ軸方向に振動させることができる。
【０２４９】
以上、図８の一覧表において「＋」が記された欄に対応する全上層電極に第１の位相をもった交流駆動信号を与えるとともに、「−」が記された欄に対応する全上層電極に第２の位相をもった交流駆動信号を与えることにより、重錘体１５０を所定の座標軸方向に振動させる駆動方式を説明したが、必ずしもこれら全上層電極に交流駆動信号を与える必要はなく、一部の上層電極のみに交流駆動信号を与えるようにしてもかまわない。ただ、重錘体１５０の振動を安定させる上では、少なくとも２組の上層電極に同一位相の交流駆動信号が供給されるような駆動方式を採用するのが好ましい。
【０２５０】
図１８は、このような基本原理に基づいて構成された駆動用回路を示す回路図である。図１８(a) は、重錘体１５０にｘ軸方向の振動Ｕｘを生じさせるための駆動用回路である。ここで、交流駆動信号源６４１，６４２は、同一周期の正弦波交流を発生する信号源であるが、両者の位相は逆転している。したがって、図示のとおり、上層電極６０１，６０６（一覧表のΔｘ（＋）の行に「＋」が記された欄に対応する電極）に対しては、交流駆動信号源６４１から第１の位相をもった交流駆動信号が供給され、上層電極６０３，６０４（一覧表のΔｘ（＋）の行に「−」が記された欄に対応する電極）に対しては、交流駆動信号源６４２から第１の位相とは逆の第２の位相をもった交流駆動信号が供給される。その結果、重錘体１５０には、ｘ軸方向の振動Ｕｘが生じることになる。
【０２５１】
同様に、図１８(b) は、重錘体１５０にｙ軸方向の振動Ｕｙを生じさせるための駆動用回路である。ここでも、交流駆動信号源６４３，６４４は、同一周期の正弦波交流を発生する信号源であるが、両者の位相は逆転している。したがって、図示のとおり、上層電極６０７，６１２（一覧表のΔｙ（＋）の行に「＋」が記された欄に対応する電極）に対しては、交流駆動信号源６４３から第３の位相をもった交流駆動信号が供給され、上層電極６０９，６１０（一覧表のΔｙ（＋）の行に「−」が記された欄に対応する電極）に対しては、交流駆動信号源６４４から第３の位相とは逆の第４の位相をもった交流駆動信号が供給される。その結果、重錘体１５０には、ｙ軸方向の振動Ｕｙが生じることになる。
【０２５２】
また、図１８(c) は、重錘体１５０にｚ軸方向の振動Ｕｚを生じさせるための駆動用回路である。ここでも、交流駆動信号源６４５，６４６は、同一周期の正弦波交流を発生する信号源であるが、両者の位相は逆転している。したがって、図示のとおり、上層電極６０５，６１１（一覧表のΔｚ（＋）の行に「＋」が記された欄に対応する電極）に対しては、交流駆動信号源６４５から第５の位相をもった交流駆動信号が供給され、上層電極６０２，６０８（一覧表のΔｚ（＋）の行に「−」が記された欄に対応する電極）に対しては、交流駆動信号源６４６から第５の位相とは逆の第６の位相をもった交流駆動信号が供給される。その結果、重錘体１５０には、ｚ軸方向の振動Ｕｚが生じることになる。
【０２５３】
かくして、図１４に示す加速度センサにおける検出回路５１０内に、図１８(a) ，(b) ，(c) に示す駆動用回路を組み込んでおけば、重錘体１５０を所望の座標軸方向に振動させることが可能になるので、後述するように、当該加速度センサを角速度センサに転用することが可能になる。
【０２５４】
なお、図１４に示す加速度センサを角速度センサに転用するために利用可能な駆動用回路は、必ずしも図１８に示す回路に限定されるものではなく、図８の一覧表に示す結果を踏まえて、重錘体１５０を所望の座標軸方向に振動させることが可能な回路であれば、その他の回路を採用してもかまわない。
【０２５５】
たとえば、図１９に示す回路は、図１８に示す駆動用回路と同等の機能を果たす回路の一例である。すなわち、図１９(a) は、重錘体１５０にｘ軸方向の振動Ｕｘを生じさせるための駆動用回路であり、図１９(b) は、重錘体１５０にｙ軸方向の振動Ｕｙを生じさせるための駆動用回路であり、図１９(c) は、重錘体１５０にｚ軸方向の振動Ｕｚを生じさせるための駆動用回路である。ここでも、交流駆動信号源６５１〜６５６は、同一周期の正弦波交流を発生する信号源であるが、交流駆動信号源６５１，６５２の位相は逆転しており、交流駆動信号源６５３，６５４の位相は逆転しており、交流駆動信号源６５５，６５６の位相は逆転している。
【０２５６】
また、この図１９に示す回路図に示されている一部の上層電極の符号末尾には、ＡもしくはＢの記号が付されているが、この記号は、§４でも説明したとおり、駆動用回路内に同一の属性素子が複数用いられている場合に、両者を区別するためのものである。たとえば、図１９(a) に示す駆動用回路には、第９属性素子用の上層電極６０９Ａが用いられており、図１９(c) に示す駆動用回路には、第９属性素子用の上層電極６０９Ｂが用いられている。いずれの素子も、参照領域Ｒ９内に配置された第９属性素子であることに変わりはないが、電気的に独立した別個の圧電素子である。
【０２５７】
図１９に示す駆動用回路が、図１８に示す駆動用回路と同等の機能を果たし、重錘体１５０を各座標軸方向に振動させる駆動動作が可能になることは、図８の一覧表を参照すれば容易に理解できよう。
【０２５８】
すなわち、図１９(a) の駆動用回路は、一覧表のΔｘ（＋）の行に「＋」が記された欄に対応する２組の電極６０９Ａ，６１２Ａに第１の位相の信号を供給するとともに、「−」が記された欄に対応する２組の電極６０７Ａ，６１０Ａに第２の位相の信号を供給する回路になっている。同様に、図１９(b) の駆動用回路は、一覧表のΔｙ（＋）の行に「＋」が記された欄に対応する２組の電極６０１Ａ，６０４Ａに第３の位相の信号を供給するとともに、「−」が記された欄に対応する２組の電極６０３Ａ，６０６Ａに第４の位相の信号を供給する回路になっている。また、図１９(c) の駆動用回路は、一覧表のΔｚ（＋）の行に「＋」が記された欄に対応する全電極６０４Ｂ，６０５，６０６Ｂ，６１０Ｂ，６１１，６１２Ｂに第５の位相の信号を供給するとともに、「−」が記された欄に対応する全電極６０１Ｂ，６０２，６０３Ｂ，６０７Ｂ，６０８，６０９Ｂに第６の位相の信号を供給する回路になっている。
【０２５９】
続いて、図１４に示す加速度センサの検出回路５１０内に、図１８もしくは図１９に例示するような駆動用回路を組み込むことにより、重錘体１５０を所望の座標軸方向に振動させることができるようにし、当該加速度センサを角速度センサに転用する具体的な方法を説明する。
【０２６０】
一般に、慣性センサにおける角速度の検出は、互いに直交する３軸を定義し、重錘体を第１の軸方向に振動させた状態において、当該重錘体に対して第２の軸方向に作用したコリオリ力を測定すれば、当該コリオリ力は、当該センサに対して第３の軸まわりに作用した角速度を示すものになる、という基本原理に基づいて行われる。本発明に係る角速度センサも、当該基本原理に基づいて角速度検出を行うことになる。
【０２６１】
そこで、本発明に係る角速度センサでは、図４に示す基本構造体１００の各参照領域Ｒ１〜Ｒ１２に配置する動作用素子群を構成する個々の素子を、各配置位置における板状橋梁部１２０，１３０の長手方向に作用した応力を電気的に検出する検出素子と、与えられた電気信号に基づいて各配置位置における板状橋梁部１２０，１３０に対して長手方向に応力を作用させる駆動素子と、によって構成する。そして、検出回路では、駆動素子に交流駆動信号を与えることにより、重錘体１５０を第１の軸方向に振動させた状態において、検出素子の検出結果に基づいて、重錘体１５０に対して、第１の軸に直交する第２の軸方向に作用したコリオリ力を求め、当該コリオリ力に基づいて、第１の軸および第２の軸の双方に直交した第３の軸まわりに作用した角速度を検出する処理を行う。
【０２６２】
特に、§４で述べた圧電素子を用いた加速度センサ（図１４）を利用して構成した角速度センサの場合、動作用素子群を構成する個々の駆動素子が、与えられた交流駆動信号に応じて板状橋梁部１２０，１３０に対して長手方向に沿った伸縮応力を作用させる圧電素子によって構成され、動作用素子群を構成する個々の検出素子が、板状橋梁部１２０，１３０の長手方向に沿った伸縮応力に応じて正もしくは負の電荷を発生させる圧電素子によって構成されることになる。そして、検出回路は、駆動素子を構成する圧電素子に所定位相の交流駆動信号を与えることにより、重錘体１５０を第１の軸方向に振動させ、検出素子を構成する圧電素子の発生電荷に関する加減算を行うことにより、重錘体に対して第２の軸方向に作用したコリオリ力を求め、当該コリオリ力に基づいて、角速度の検出値を出力する処理を行う。
【０２６３】
検出回路５１０内に組み込む駆動用回路として、たとえば、図１８の回路図に示す回路を採用した場合、当該検出回路５１０は、第１属性素子６０１と第６属性素子６０６とに第１の位相をもった交流駆動信号６４１を与え、第３属性素子６０３と第４属性素子６０４とに第１の位相とは逆の第２の位相をもった交流駆動信号６４２を与えることにより、重錘体１５０をｘ軸方向に振動させるｘ軸励振機能を有することになる。また、当該検出回路５１０は、第７属性素子６０７と第１２属性素子６１２とに第３の位相をもった交流駆動信号６４３を与え、第９属性素子６０９と第１０属性素子６１０とに第３の位相とは逆の第４の位相をもった交流駆動信号６４４を与えることにより、重錘体１５０をｙ軸方向に振動させるｙ軸励振機能を有し、更に、第５属性素子６０５と第１１属性素子６１１とに第５の位相をもった交流駆動信号６４５を与え、第２属性素子６０２と第８属性素子６０８とに第５の位相とは逆の第６の位相をもった交流駆動信号６４６を与えることにより、重錘体１５０をｚ軸方向に振動させるｚ軸励振機能を有することになる。
【０２６４】
一方、検出回路５１０内に組み込む駆動用回路として、図１９の回路図に示す回路を採用した場合、当該検出回路５１０は、第９属性素子６０９Ａと第１２属性素子６１２Ａとに第１の位相をもった交流駆動信号６５１を与え、第７属性素子６０７Ａと第１０属性素子６１０Ａとに第１の位相とは逆の第２の位相をもった交流駆動信号６５２を与えることにより、重錘体１５０をｘ軸方向に振動させるｘ軸励振機能を有することになる。また、当該検出回路５１０は、第１属性素子６０１Ａと第４属性素子６０４Ａとに第３の位相をもった交流駆動信号６５３を与え、第３属性素子６０３Ａと第６属性素子６０６Ａとに第３の位相とは逆の第４の位相をもった交流駆動信号６５４を与えることにより、重錘体１５０をｙ軸方向に振動させるｙ軸励振機能を有し、更に、第４属性素子６０４Ｂ、第５属性素子６０５、第６属性素子６０６Ｂ、第１０属性素子６１０Ｂ、第１１属性素子６１１、第１２属性素子６１２Ｂのそれぞれに第５の位相をもった交流駆動信号６５５を与え、第１属性素子６０１Ｂ、第２属性素子６０２、第３属性素子６０３Ｂ、第７属性素子６０７Ｂ、第８属性素子６０８、第９属性素子６０９Ｂのそれぞれに第５の位相とは逆の第６の位相をもった交流駆動信号を与えることにより、重錘体１５０をｚ軸方向に振動させるｚ軸励振機能を有することになる。
【０２６５】
なお、検出回路５１０には、上記駆動用回路とともに、重錘体１５０に作用したコリオリ力を検出するための検出用回路が必要になるが、この検出用回路としては、§４で述べた加速度センサ用の検出回路５１０に備わっている加速度検出用の回路をそのまま利用することができる。
【０２６６】
たとえば、図１５に示す３組の加減算回路は、図１４に示す加速度センサにおいて、重錘体１５０に作用したｘ軸方向の加速度αｘをｘ軸検出電圧Ｖｘとして出力し、ｙ軸方向の加速度αｙをｙ軸検出電圧Ｖｙとして出力し、ｚ軸方向の加速度αｚをｚ軸検出電圧Ｖｚとして出力する処理を行う回路であるが、ここで出力されるｘ軸検出電圧Ｖｘ，ｙ軸検出電圧Ｖｙ，ｚ軸検出電圧Ｖｚは、実は、加速度に基づいて重錘体１５０に作用したｘ軸方向の力ｆｘ，ｙ軸方向の力ｆｙ，ｚ軸方向の力ｆｚを示すものである。
【０２６７】
したがって、図１４に示す加速度センサを角速度センサに転用した場合、図１５に示す検出用回路におけるｘ軸検出電圧Ｖｘ，ｙ軸検出電圧Ｖｙ，ｚ軸検出電圧Ｖｚは、それぞれｘ軸方向のコリオリ力ｆｘ，ｙ軸方向のコリオリ力ｆｙ，ｚ軸方向のコリオリ力ｆｚを示すものになる。したがって、この§５で述べる角速度センサでは、図１５もしくは図１６に示す回路（あるいは、同等の機能を果たす別な回路でもよい）を検出用回路として利用し、各座標軸方向のコリオリ力を検出することができる。
【０２６８】
検出回路５１０内に組み込む検出用回路として、たとえば、図１５の回路図に示す回路を採用した場合、当該検出回路５１０は、第１属性素子６０１の発生電荷と第６属性素子６０６の発生電荷との和と、第３属性素子６０３の発生電荷と第４属性素子６０４の発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体１５０に対してｘ軸方向に作用したコリオリ力ｆｘを検出するｘ軸検出機能を有することになる。また、当該検出回路５１０は、第７属性素子６０７の発生電荷と第１２属性素子６１２の発生電荷との和と、第９属性素子６０９の発生電荷と第１０属性素子６１０の発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体１５０に対してｙ軸方向に作用したコリオリ力ｆｙを検出するｙ軸検出機能を有し、更に、第５属性素子６０５の発生電荷と第１１属性素子６１１の発生電荷との和と、第２属性素子６０２の発生電荷と第８属性素子６０８の発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体１５０に対してｚ軸方向に作用したコリオリ力ｆｚを検出するｚ軸検出機能を有することになる。
【０２６９】
一方、検出回路５１０内に組み込む検出用回路として、図１６の回路図に示す回路を採用した場合、当該検出回路５１０は、第９属性素子６０９Ａの発生電荷と第１２属性素子６１２Ａの発生電荷との和と、第７属性素子６０７Ａの発生電荷と第１０属性素子６１０Ａの発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体１５０に対してｘ軸方向に作用したコリオリ力ｆｘを検出するｘ軸検出機能を有することになる。また、当該検出回路５１０は、第１属性素子６０１Ａの発生電荷と第４属性素子６０４Ａの発生電荷との和と、第３属性素子６０３Ａの発生電荷と第６属性素子６０６Ａの発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体１５０に対してｙ軸方向に作用したコリオリ力ｆｙを検出するｙ軸検出機能を有し、更に、第４属性素子６０４Ｂ、第５属性素子６０５、第６属性素子６０６Ｂ、第１０属性素子６１０Ｂ、第１１属性素子６１１、第１２属性素子６１２Ｂの各発生電荷の総和と、第１属性素子６０１Ｂ、第２属性素子６０２、第３属性素子６０３Ｂ、第７属性素子６０７Ｂ、第８属性素子６０８、第９属性素子６０９Ｂの各発生電荷の総和と、の差に基づいて、重錘体１５０に対してｚ軸方向に作用したコリオリ力ｆｚを検出するｚ軸検出機能を有することになる。
【０２７０】
なお、図１５もしくは図１６に例示するような検出用回路に用いる圧電素子と、図１８もしくは図１９に例示するような駆動用回路に用いる圧電素子とが、同一属性素子（同一の参照領域内に配置されるべき素子）になる場合には、それぞれ別個独立した素子として、同一の参照領域内に配置すればよい。前述したとおり、本発明を実施するにあたり、１つの参照領域内には必ずしも１つの動作用素子のみを配置する必要はなく、同一の属性素子が複数必要な場合には、同一の参照領域内に複数の異なる動作用素子を配置してかまわない。
【０２７１】
このように、検出回路５１０に組み込む駆動用回路として、図１８もしくは図１９に例示するような回路を採用し、検出用回路として、図１５もしくは図１６に例示するような回路を採用すれば、重錘体１５０をｘｙｚ三次元座標系の任意の座標軸方向に振動させることができ、重錘体１５０に作用したｘｙｚ三次元座標系の任意の座標軸方向のコリオリ力を検出することができる。
【０２７２】
たとえば、駆動用回路により重錘体１５０に対してｘ軸方向の振動Ｕｘを与えた状態において、検出用回路により重錘体１５０に作用するｙ軸方向のコリオリ力ｆｙを検出すれば、当該検出値を、装置筐体に作用したｚ軸まわりの角速度ωｚの検出値として出力することができる。このような方法により、ｚ軸まわりの角速度ωｚのみを検出する機能をもった１軸検出型の角速度センサを構成する場合は、駆動用回路には、ｘ軸方向の振動Ｕｘを与えるためのｘ軸励振機能を設け、検出用回路には、ｙ軸方向のコリオリ力ｆｙを検出するためのｙ軸検出機能を設けておけば足りる。
【０２７３】
もちろん、ｚ軸まわりの角速度ωｚを検出する方法としては、ｙ軸方向の振動Ｕｙを与えた状態において、重錘体１５０に作用するｘ軸方向のコリオリ力ｆｘを検出する方法を採ることも可能であり、このような方法により、ｚ軸まわりの角速度ωｚのみを検出する機能をもった１軸検出型の角速度センサを構成する場合は、駆動用回路には、ｙ軸方向の振動Ｕｙを与えるためのｙ軸励振機能を設け、検出用回路には、ｘ軸方向のコリオリ力ｆｘを検出するためのｘ軸検出機能を設けておけば足りる。
【０２７４】
結局、ｘｙｚ三次元座標系における特定の１軸まわりの角速度のみを検出する機能をもった１軸検出型の角速度センサを構成するには、次の６通りの検出方法のいずれかを採用すればよい。
【０２７５】
(1) ｘ軸励振機能により重錘体にｘ軸方向の振動Ｕｘを与え、ｙ軸検出機能によりｙ軸方向に作用したコリオリ力ｆｙを求め、ｚ軸まわりの角速度ωｚを検出する。
(2) ｘ軸励振機能により重錘体にｘ軸方向の振動Ｕｘを与え、ｚ軸検出機能によりｚ軸方向に作用したコリオリ力ｆｚを求め、ｙ軸まわりの角速度ωｙを検出する。
(3) ｙ軸励振機能により重錘体にｙ軸方向の振動Ｕｙを与え、ｘ軸検出機能によりｘ軸方向に作用したコリオリ力ｆｘを求め、ｚ軸まわりの角速度ωｚを検出する。
(4) ｙ軸励振機能により重錘体にｙ軸方向の振動Ｕｙを与え、ｚ軸検出機能によりｚ軸方向に作用したコリオリ力ｆｚを求め、ｘ軸まわりの角速度ωｘを検出する。
(5) ｚ軸励振機能により重錘体にｚ軸方向の振動Ｕｚを与え、ｘ軸検出機能によりｘ軸方向に作用したコリオリ力ｆｘを求め、ｙ軸まわりの角速度ωｙを検出する。
(6) ｚ軸励振機能により重錘体にｚ軸方向の振動Ｕｚを与え、ｙ軸検出機能によりｙ軸方向に作用したコリオリ力ｆｙを求め、ｘ軸まわりの角速度ωｘを検出する。
【０２７６】
このような１軸検出型の角速度センサを構成する場合、前述したｘ軸励振機能，ｙ軸励振機能，ｚ軸励振機能のうち、検出動作に必要ないずれか１つの励振機能を用意し、前述したｘ軸検出機能，ｙ軸検出機能，ｚ軸検出機能のうち、検出動作に必要ないずれか１つの検出機能を用意しておけば足りる。
【０２７７】
また、ｘｙｚ三次元座標系における特定の２軸まわりの角速度を検出する機能をもった２軸検出型の角速度センサを構成するには、次の３通りの検出方法のいずれかを採用すればよい。
【０２７８】
(1) ｘ軸励振機能により重錘体にｘ軸方向の振動Ｕｘを与えた状態で、ｙ軸検出機能によりｙ軸方向に作用したコリオリ力ｆｙを求め、ｚ軸まわりの角速度ωｚを検出するとともに、ｚ軸検出機能によりｚ軸方向に作用したコリオリ力ｆｚを求め、ｙ軸まわりの角速度ωｙを検出する。
(2) ｙ軸励振機能により重錘体にｙ軸方向の振動Ｕｙを与えた状態で、ｘ軸検出機能によりｘ軸方向に作用したコリオリ力ｆｘを求め、ｚ軸まわりの角速度ωｚを検出するとともに、ｚ軸検出機能によりｚ軸方向に作用したコリオリ力ｆｚを求め、ｘ軸まわりの角速度ωｘを検出する。
(3) ｚ軸励振機能により重錘体にｚ軸方向の振動Ｕｚを与えた状態で、ｙ軸検出機能によりｙ軸方向に作用したコリオリ力ｆｙを求め、ｘ軸まわりの角速度ωｘを検出するとともに、ｘ軸検出機能によりｘ軸方向に作用したコリオリ力ｆｘを求め、ｙ軸まわりの角速度ωｙを検出する。
【０２７９】
一方、ｘｙｚ三次元座標系における３軸すべての座標軸まわりの角速度を検出する機能をもった３軸検出型の角速度センサは、上述した１軸検出型の角速度センサと２軸検出型の角速度センサとを組み合わせることにより構成することができる。但し、振動軸が２通り必要になるので、時分割検出動作を行い、第１の検出期間と第２の検出期間とで、振動方向を切り替える必要がある。
【０２８０】
たとえば、第１の検出期間において、前掲の１軸検出型の角速度センサにおける(2) の検出方法「ｘ軸励振機能により重錘体にｘ軸方向の振動Ｕｘを与え、ｚ軸検出機能によりｚ軸方向に作用したコリオリ力ｆｚを求め、ｙ軸まわりの角速度ωｙを検出する」を採用し、第２の検出期間において、前掲の２軸検出型の角速度センサにおける(2) の検出方法「ｙ軸励振機能により重錘体にｙ軸方向の振動Ｕｙを与えた状態で、ｘ軸検出機能によりｘ軸方向に作用したコリオリ力ｆｘを求め、ｚ軸まわりの角速度ωｚを検出するとともに、ｚ軸検出機能によりｚ軸方向に作用したコリオリ力ｆｚを求め、ｘ軸まわりの角速度ωｘを検出する」を採用すれば、第１の検出期間ではｘ軸方向に振動させ、第２の検出期間ではｙ軸方向に振動させる、というような振動方向の切り替えが必要になるが、３軸まわりの角速度ωｘ，ωｙ，ωｚのすべてを検出可能な３軸検出型の角速度センサを構成することができる。もちろん、検出方法の組み合わせは、上例に限定されるものではない。
【０２８１】
結局、２軸検出型の角速度センサや２軸検出型の角速度センサを構成する場合も、前述したｘ軸励振機能，ｙ軸励振機能，ｚ軸励振機能のうち、検出動作に必要な１つもしくは複数の励振機能を用意し、前述したｘ軸検出機能，ｙ軸検出機能，ｚ軸検出機能のうち、検出動作に必要な１つもしくは複数の検出機能を用意すればよい。
【０２８２】
＜＜＜  §６．  角速度検出装置  ＞＞＞
§５では、圧電素子を用いて角速度検出が可能な慣性センサ（角速度センサ）の実施形態を述べたが、ここでは、このような角速度の検出機能をもった慣性センサを複数ｎ組設けて複合装置を構成することにより、より正確な角速度検出を可能にする実施形態を説明する。本願では、説明の便宜上、§５で述べた単一の検出装置を、これまでどおり「慣性センサ」もしくは「角速度センサ」と呼び、この§６で述べる複合装置を「角速度検出装置」と呼ぶことにする。ここで述べる「角速度検出装置」は、§５で述べた「慣性センサ」（「角速度センサ」）を複数ｎ組（ここでは、ｎ＝２に設定した例と、ｎ＝４に設定した例を述べる）だけ組み合わせることによって構成された複合装置ということになる。
【０２８３】
また、これまでの説明では、小文字のｘ，ｙ，ｚで示される座標軸をもつｘｙｚ三次元座標系に基づいて慣性センサの動作説明を行ったが、ここでは、大文字のＸ，Ｙ，Ｚで示される座標軸をもつＸＹＺ三次元座標系に基づいて角速度検出装置の動作説明を行うことにする。ｘｙｚ三次元座標系は、個々の慣性センサについて定義されたローカル座標系であるのに対して、ＸＹＺ三次元座標系は、これら慣性センサが複数組配置された空間に定義されるグローバル座標系ということになる。なお、ｎ組の各慣性センサは、そのｘ軸，ｙ軸，ｚ軸が、角速度検出装置について定義されたＸＹＺ三次元座標系におけるＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に対してそれぞれ平行となるように配置される。
【０２８４】
ここで述べる角速度検出装置は、このＸＹＺ三次元座標系における所定の座標軸まわりに作用した角速度を検出する機能を有する。そのため、この角速度検出装置は、ｎ組の各慣性センサの検出回路５１０がそれぞれ検出した所定軸まわりの角速度ωｘ，ωｙ，ωｚに基づいて、ＸＹＺ三次元座標系における所定の座標軸まわりに作用した角速度ωＸ，ωＹ，ωＺの検出値を出力する角速度出力部を更に備えている。
【０２８５】
この§６で述べる角速度検出装置は、必ずしも§５で述べた角速度センサを用いて構成する必要はなく、従来から知られている任意の角速度センサを用いて構成することも可能である。ただ、ここでは、この角速度検出装置を、§５で述べた角速度センサを２組もしくは４組用いて構成した実施形態に基づいて説明する。
【０２８６】
＜６−１．  慣性センサを２組用いた実施形態＞
図２０は、図１４に示す慣性センサを２組設けることにより構成された角速度検出装置１０００の基本構造体の部分を示す平面図である。図におけるハッチングは、この基本構造体の形状を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない。
【０２８７】
この角速度検出装置１０００は、第１の慣性センサＡと第２の慣性センサＢとを、Ｘ軸に沿って隣接して配置したものであり、図２０には、第１の慣性センサＡの基本構造体１００Ａと第２の慣性センサＢの基本構造体１００Ｂとが左右に並置され、一部が融合された状態が示されている。
【０２８８】
基本構造体１００Ａ，１００Ｂは、いずれも図２に示す基本構造体１００と同じ構造体である（但し、１００Ｂは鏡像関係にある構造体）。すなわち、基本構造体１００Ａは、固定部用板状部材１１０Ａ，第１の板状橋梁部１２０Ａ，第２の板状橋梁部１３０Ａ，重錘接続部１４０Ａ，重錘体１５０Ａを備えており、基本構造体１００Ｂは、固定部用板状部材１１０Ｂ，第１の板状橋梁部１２０Ｂ，第２の板状橋梁部１３０Ｂ，重錘接続部１４０Ｂ，重錘体１５０Ｂを備えている。固定部用板状部材１１０Ａの右端と固定部用板状部材１１０Ｂの左端とは、図示のとおり接合されており、基本構造体１００Ａ，１００Ｂは相互に融合した一体構造をなす。
【０２８９】
なお、図示のとおり、基本構造体１００Ａと１００Ｂは、対称面Ｓ（紙面に垂直な面）に関して対称形となるように配置されており、両者の形状は鏡像関係になっている。各基本構造体１００Ａ，１００Ｂには、図４に示すような参照領域Ｒ１〜Ｒ１２が定義され、各参照領域Ｒ１〜Ｒ１２には、たとえば、図１４(a) に示すように、圧電素子６０１〜６１２が形成されている。
【０２９０】
図２１は、図２０に示す基本構造体について定義されたＸＹＺ三次元座標系（グローバル座標系）と、個々の慣性センサＡ，Ｂについて定義されたｘｙｚ三次元座標系（ローカル座標系）との関係を示す平面図である。ここでは、図示のとおり、角速度検出装置１０００の基本構造体の中心位置に、原点Ｑをとり、図の右方向にＸ軸、図の上方向にＹ軸、図の紙面垂直手前方向にＺ軸をとることにより、ＸＹＺ三次元座標系を定義する（ｘｙｚ三次元座標系の原点Ｏと区別するため、ＸＹＺ三次元座標系では、原点をＱとする）。
【０２９１】
Ｘ軸は、基本構造体１００Ａ上に定義されたｘｙｚ三次元座標系の原点Ｏと、基本構造体１００Ｂ上に定義されたｘｙｚ三次元座標系の原点Ｏとを結ぶ線上に定義されている。前述したとおり、基本構造体１００Ａ上に定義されたｘｙｚ三次元座標系のｘ軸，ｙ軸，ｚ軸と、基本構造体１００Ｂ上に定義されたｘｙｚ三次元座標系のｘ軸，ｙ軸，ｚ軸は、ＸＹＺ三次元座標系におけるＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に対してそれぞれ平行になる（基本構造体１００Ｂ上に定義されたｘｙｚ三次元座標系のｘ軸の向きだけが、Ｘ軸の向きとは逆方向になる）。
【０２９２】
図２１の下段に示されている検出回路５１０Ａは第１の慣性センサＡに備わっている検出回路であり、検出回路５１０Ｂは第２の慣性センサＢに備わっている検出回路である。検出回路５１０Ａは、重錘体１５０Ａを所望の座標軸（ｘ軸，ｙ軸，もしくはｚ軸）方向に振動させる励振機能と、重錘体１５０Ａに作用する所定の座標軸（ｘ軸，ｙ軸，もしくはｚ軸）方向のコリオリ力を検出する検出機能とを有し、所定の座標軸まわりの角速度（ωｘ，ωｙもしくはωｚ）を検出する。同様に、検出回路５１０Ｂは、重錘体１５０Ｂを所望の座標軸（ｘ軸，ｙ軸，もしくはｚ軸）方向に振動させる励振機能と、重錘体１５０Ｂに作用する所定の座標軸（ｘ軸，ｙ軸，もしくはｚ軸）方向のコリオリ力を検出する検出機能とを有し、所定の座標軸まわりの角速度（ωｘ，ωｙもしくはωｚ）を検出する。
【０２９３】
角速度出力部５５０は、これら検出回路５１０Ａ，５１０Ｂがそれぞれ検出した所定軸まわりの角速度（ωｘ，ωｙもしくはωｚ）に基づいて、ＸＹＺ三次元座標系における所定の座標軸まわりに作用した角速度ωＸ，ωＹもしくはωＺの検出値を出力する処理を行う。
【０２９４】
この図２１に示す角速度検出装置１０００の最も単純な動作態様は、２組の重錘体１５０Ａ，１５０Ｂの振動軸を共通にし、特定の１軸まわりの角速度を検出する１軸検出型の角速度検出装置として動作させる態様である。図２２は、このような振動態様の一例を示す平面図である。図において、点Ｇａ，Ｇｂは、それぞれ重錘体１５０Ａ，１５０Ｂの重心点であり、重錘体１５０Ａ，１５０Ｂは、いずれもＸ軸を共通の振動軸として振動することになる。
【０２９５】
図示の例では、重錘体１５０Ａに対してはＸ軸方向の振動ＵＸ（＋）が与えられ、重錘体１５０Ｂに対してはＸ軸方向の振動ＵＸ（−）が与えられる。ここで、一方の振動がＵＸ（＋），他方の振動がＵＸ（−）となっているのは、両者の振動が、同一周期でありながら、逆位相の振動であることを示すためである。すなわち、重錘体１５０Ａが図の左方に移動している期間中、重錘体１５０Ｂは図の右方に移動し、逆に、重錘体１５０Ａが図の右方に移動している期間中、重錘体１５０Ｂは図の左方に移動することになる。
【０２９６】
なお、ＸＹＺグローバル座標系のＸ軸に関する振動としては、振動ＵＸ（＋），ＵＸ（−）のように、逆向きの振動ということになるが、個々の慣性センサＡ，Ｂにおけるローカル座標系のｘ軸に関する振動としては、図２１に示すとおり、ｘ軸の向きが左右の慣性センサで異なっているため、２組の慣性センサＡ，Ｂの各重錘体１５０Ａ，１５０Ｂには、同一位相の振動Ｕｘが与えられることになる。
【０２９７】
このように、２組の重錘体１５０Ａ，１５０Ｂの移動方向が逆転するような駆動を行うのは、装置筐体への振動漏れを低減させるための配慮である。図２０に示す構造において、固定部用板状部材１１０Ａ，１１０Ｂの部分は装置筐体に固定されているので、２組の重錘体１５０Ａ，１５０Ｂの振動は、装置筐体へも伝達されることになる。なお、ここでは図示は省略するが、慣性センサＡの装置筐体と慣性センサＢの装置筐体とは融合され、角速度検出装置１０００の装置筐体として、図２０に示す基本構造体全体を収容する装置筐体が用意される。
【０２９８】
このように、重錘体の振動が装置筐体へと伝達されて外部に漏れ出る振動漏れが生じると、重錘体の振動態様が利用時の外部環境の影響を受け、検出結果に悪影響が及ぶことになる。たとえば、振動漏れが生じている装置筐体を手で触れれば、装置筐体の振動態様の変化が重錘体の振動態様に波及し、検出系が外乱の影響を受け、正しい検出値を得ることができなくなる。したがって、外部への振動漏れはできるだけ低減するのが好ましい。
【０２９９】
図２２に示すように、２組の重錘体１５０Ａ，１５０Ｂを、Ｘ軸を共通の振動軸としつつ、逆位相で振動させる形態を採れば、外部に漏れ出すＸ軸方向の振動成分が全体的に打ち消され、振動漏れの低減を図ることができる。図２０に示すとおり、ここに示す角速度検出装置の場合、基本構造体の構造が対称面Ｓに関して左右対称となっているため、外部に漏れ出すＸ軸方向の振動成分はより効果的に打ち消されることになる。
【０３００】
図２２に示すように、２組の重錘体１５０Ａ，１５０ＢをＸ軸方向に振動させた状態において、重錘体１５０Ａおよび１５０Ｂに作用するローカル座標系におけるｙ軸方向のコリオリ力ｆｙを検出すれば、慣性センサＡからはｚ軸まわりの角速度ωｚａを得ることができ、慣性センサＢからはｚ軸まわりの角速度ωｚｂを得ることができる。慣性センサＡのローカルｚ軸と慣性センサＢのローカルｚ軸は、グローバルＺ軸に対してオフセットを生じているが、いずれも互いに平行な軸になっている。したがって、コリオリの法則に基づく角速度検出では、理論的には、ωｚａ＝ωｚｂ＝ωＺになる。
【０３０１】
図２１に示す角速度出力部５５０には、検出回路５１０Ａから検出値ωｚａ、検出回路５１０Ｂから検出値ωｚｂが得られるので、いずれか１つをグローバル座標系上のＺ軸まわりの角速度ωＺとして出力してもよいし、ωＺ＝（ωｚａ＋ωｚｂ）／２なる式で求まる平均値ωＺを、グローバル座標系上のＺ軸まわりの角速度として出力してもよい。平均値を出力するようにすれば、センサ個体についての測定誤差によるばらつきを是正した、より正確な検出値を出力できる。
【０３０２】
一方、図２２に示すように、２組の重錘体１５０Ａ，１５０ＢをＸ軸方向に振動させた状態において、重錘体１５０Ａおよび１５０Ｂに作用するローカル座標系におけるｚ軸方向のコリオリ力ｆｚを検出すれば、それぞれの慣性センサＡ，Ｂからｙ軸まわりの角速度ωｙａ，ωｙｂを得ることができるので、グローバル座標系上のＹ軸まわりの角速度ωＹを出力することも可能である。もちろん、２組の重錘体１５０Ａ，１５０ＢをＹ軸方向に振動させたり、Ｚ軸方向に振動させたりして、所定軸まわりの角速度検出を行うことも可能である。
【０３０３】
結局、図２１に示す角速度検出装置１０００を、１軸検出型の角速度検出装置として動作させるのであれば、ＸＹＺ三次元座標系における第１の座標軸を共通の振動軸に定め、第２の座標軸を共通のコリオリ力検出軸に定め、第３の座標軸を共通の角速度検出軸に定め、各慣性センサＡ，Ｂが、それぞれの重錘体を共通の振動軸方向に振動させた状態において、共通のコリオリ力検出軸方向に作用したコリオリ力をそれぞれ求め、共通の角速度検出軸に平行な軸まわりに作用した角速度をそれぞれ検出し、角速度出力部５５０が、各慣性センサＡ，Ｂが検出した角速度のいずれか一方もしくは両方の平均値を、共通の角速度検出軸まわりに作用した角速度の検出値として出力すればよい。
【０３０４】
また、図２２に示すように、Ｘ軸を共通の振動軸として各重錘体１５０Ａ，１５０Ｂを振動させながら、各慣性センサＡ，Ｂにおいて、ローカル座標系におけるｙ軸方向のコリオリ力ｆｙと、ローカル座標系におけるｚ軸方向のコリオリ力ｆｚとの双方を検出すれば、各慣性センサＡ，Ｂにおいて、ローカル座標系におけるｚ軸まわりの角速度ωｚａ，ωｚｂと、ローカル座標系におけるｙ軸まわりの角速度ωｙａ，ωｙｂとを検出することができる。したがって、この装置を２軸検出型の角速度検出装置として動作させることができる。
【０３０５】
この場合も、ローカル座標系におけるｚ軸やｙ軸は、２つの慣性センサＡ，Ｂで異なる軸になるため、検出回路５１０Ａから出力される角速度の検出値ωｚａ，ωｙａと、検出回路５１０Ｂから出力される角速度の検出値ωｚｂ，ωｙｂとは、それぞれ異なる軸まわりの検出値ということになる。しかしながら、２つの慣性センサＡ，Ｂのローカル座標系におけるｚ軸やｙ軸は、グローバル座標系におけるＺ軸やＹ軸に平行な軸であるため、前述したとおり、理論上は、ωｚａ＝ωｚｂ＝ωＺ、ωｙａ＝ωｙｂ＝ωＹになる。したがって、ωｚａもしくはωｚｂの一方をグローバル座標系におけるＺ軸まわりの角速度ωＺとして出力し、ωｙａもしくはωｙｂの一方をグローバル座標系におけるＹ軸まわりの角速度ωＹとして出力すればよい。もちろん、より正確な検出値を出力するために、検出値ωｚａとωｚｂの平均値をグローバル座標系におけるＺ軸まわりの角速度ωＺとして出力し、検出値ωｙａとωｙｂの平均値をグローバル座標系におけるＹ軸まわりの角速度ωＹとして出力してもよい。
【０３０６】
結局、図２１に示す角速度検出装置１０００を、２軸検出型の角速度検出装置として動作させるのであれば、ＸＹＺ三次元座標系における第１の座標軸を共通の振動軸に定め、各慣性センサＡ，Ｂが、それぞれの重錘体を共通の振動軸方向に振動させた状態において、第２の座標軸方向に作用したコリオリ力を求めることにより第３の座標軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度をそれぞれ検出するとともに、第３の座標軸方向に作用したコリオリ力を求めることにより第２の座標軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度をそれぞれ検出し、角速度出力部５５０が、各慣性センサが検出した角速度のうち、第３の座標軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度のいずれか一方もしくは両方の平均値を当該第３の座標軸まわりに作用した角速度の検出値として出力するとともに、第２の座標軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度のいずれか一方もしくは両方の平均値を当該第２の座標軸まわりに作用した角速度の検出値として出力すればよい。
【０３０７】
一方、図２１に示す角速度検出装置１０００を、３軸検出型の角速度検出装置として動作させるためには、前述したように、個々の慣性センサＡ，Ｂにおいて、それぞれ時分割検出動作を行い、第１の検出期間と第２の検出期間とで、振動方向を切り替える方法を採ることも可能であるが、実用上は、２組の慣性センサＡ，Ｂを内蔵している利点を生かして、２組の慣性センサＡ，Ｂにおける重錘体の振動方向を異ならせる方法を採るのが好ましい。これは、一般に、同一の重錘体の振動方向を切り替える操作を行うと、重錘体の振動が安定するまでに所定の時間が必要になり、振動が不安定な期間に検出値が得られなくなるという弊害があるためである。
【０３０８】
図２３は、このような方法を採用した３軸検出型の角速度検出装置における各慣性センサＡ，Ｂの重錘体の振動態様の一例を示す平面図である。図示の例では、重錘体１５０Ａに対してはＹ軸方向の振動ＵＹが与えられ、重錘体１５０Ｂに対してはＸ軸方向の振動ＵＸが与えられる。したがって、左側の慣性センサＡは、ローカル座標系におけるｘ軸まわりの角速度ωｘａおよびｚ軸まわりの角速度ωｚａを検出することができ、右側の慣性センサＢは、ローカル座標系におけるｙ軸まわりの角速度ωｙｂ（およびｚ軸まわりの角速度ωｚｂ）を検出することができる。
【０３０９】
そこで、たとえば、角速度出力部５５０が、慣性センサＡが検出したｘ軸まわりの角速度ωｘａをグローバル座標系のＸ軸まわりの角速度ωＸとして出力し、慣性センサＡが検出したｚ軸まわりの角速度ωｚａをグローバル座標系のＺ軸まわりの角速度ωＺとして出力し、慣性センサＢが検出したｙ軸まわりの角速度ωｙｂをグローバル座標系のＹ軸まわりの角速度ωＹとして出力すれば、３軸まわりの角速度ωＸ，ωＹ，ωＺを得ることができる。
【０３１０】
なお、図２１に示す例の場合、慣性センサＢのｘ軸の向きは、グローバル座標系のＸ軸の向きに対して逆転しているため、当該ｘ軸が関与して得られたローカル検出値をグローバル検出値に変換する際には、符号を逆転するなどの修正処理が必要である。
【０３１１】
結局、図２１に示す角速度検出装置１０００を、上述した方法で３軸検出型の角速度検出装置として動作させるのであれば、第１の慣性センサＡについては、ＸＹＺ三次元座標系における第１の座標軸を振動軸、第２の座標軸および第３の座標軸の双方をコリオリ力検出軸にそれぞれ定め、第２の慣性センサＢについては、ＸＹＺ三次元座標系における第２の座標軸を振動軸、第３の座標軸をコリオリ力検出軸にそれぞれ定め、各慣性センサＡ，Ｂが、それぞれの重錘体を各振動軸方向に振動させた状態において、各コリオリ力検出軸方向に作用したコリオリ力をそれぞれ求め、各角速度検出軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度をそれぞれ検出し、角速度出力部が、第１の慣性センサＡが検出した角速度に基づいて第２の座標軸まわりに作用した角速度および第３の座標軸まわりに作用した角速度の検出値を出力し、第２の慣性センサが検出した角速度に基づいて第１の座標軸まわりに作用した角速度の検出値を出力すればよい。
【０３１２】
＜６−２．  慣性センサを４組用いた実施形態＞
図２４は、図１４に示す慣性センサを４組設けることにより構成された角速度検出装置２０００の基本構造体の部分を示す平面図である。図におけるハッチングは、この基本構造体の形状を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない。
【０３１３】
この角速度検出装置２０００は、慣性センサＡ、慣性センサＢ、慣性センサＣ、慣性センサＤを２行２列のマトリックス状に配置したものである。図２４の上段部分には、慣性センサＡの基本構造体１００Ａと慣性センサＢの基本構造体１００Ｂとを左右に並置した状態が示され、図２４の下段部分には、慣性センサＣの基本構造体１００Ｃと慣性センサＤの基本構造体１００Ｄとを左右に並置した状態が示されている。これら４組の慣性センサＡ〜Ｄは、その一部分が対称面Ｓ１およびＳ２を介して融合した状態になっている。
【０３１４】
基本構造体１００Ａ〜１００Ｄは、いずれも図２に示す基本構造体１００と同じ構造体である（一部は鏡像関係にある構造体）。すなわち、基本構造体１００Ａは、固定部用板状部材１１０ＡＣ，第１の板状橋梁部１２０Ａ，第２の板状橋梁部１３０Ａ，重錘接続部１４０Ａ，重錘体１５０Ａを備えており、基本構造体１００Ｂは、固定部用板状部材１１０ＢＤ，第１の板状橋梁部１２０Ｂ，第２の板状橋梁部１３０Ｂ，重錘接続部１４０Ｂ，重錘体１５０Ｂを備えている。
【０３１５】
また、基本構造体１００Ｃは、固定部用板状部材１１０ＡＣ，第１の板状橋梁部１２０Ｃ，第２の板状橋梁部１３０Ｃ，重錘接続部１４０Ｃ，重錘体１５０Ｃを備えており、基本構造体１００Ｄは、固定部用板状部材１１０ＢＤ，第１の板状橋梁部１２０Ｄ，第２の板状橋梁部１３０Ｄ，重錘接続部１４０Ｄ，重錘体１５０Ｄを備えている。
【０３１６】
ここで、固定部用板状部材１１０ＡＣは、基本構造体１００Ａと１００Ｃとに共通して利用される固定部用板状部材であり、固定部用板状部材１１０ＢＤは、基本構造体１００Ｂと１００Ｄとに共通して利用される固定部用板状部材である。そして、固定部用板状部材１１０ＡＣの右端と固定部用板状部材１１０ＢＤの左端とは、図示のとおり接合されており、４組の基本構造体１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄは相互に融合した一体構造をなす。
【０３１７】
なお、図示のとおり、基本構造体１００Ａと１００Ｂは、対称面Ｓ１（紙面に垂直な面）に関して対称形となるように配置されており、両者の形状は鏡像関係になっている。同様に、基本構造体１００Ｃと１００Ｄは、対称面Ｓ１（紙面に垂直な面）に関して対称形となるように配置されており、両者の形状は鏡像関係になっている。また、基本構造体１００Ａと１００Ｃは、対称面Ｓ２（紙面に垂直な面）に関して対称形となるように配置されており、両者の形状は鏡像関係になっている。同様に、基本構造体１００Ｂと１００Ｄは、対称面Ｓ２（紙面に垂直な面）に関して対称形となるように配置されており、両者の形状は鏡像関係になっている。
【０３１８】
このように、角速度検出装置２０００の基本構造体は、図示する対称面Ｓ１に関しても対称形をなし、図示する対称面Ｓ２に関しても対称形をなしている。そして、各基本構造体１００Ａ〜１００Ｄには、それぞれについて図４に示すような参照領域Ｒ１〜Ｒ１２が定義され、各参照領域Ｒ１〜Ｒ１２には、たとえば、図１４(a) に示すように、圧電素子６０１〜６１２が形成されている。
【０３１９】
図２５は、図２４に示す基本構造体について定義されたＸＹＺ三次元座標系（グローバル座標系）と、個々の慣性センサＡ〜Ｄについて定義されたｘｙｚ三次元座標系（ローカル座標系）との関係を示す平面図である。ここでは、図示のとおり、角速度検出装置２０００の基本構造体の中心位置に、原点Ｑをとり、図の右方向にＸ軸、図の上方向にＹ軸、図の紙面垂直手前方向にＺ軸をとることにより、ＸＹＺ三次元座標系を定義する。このようなＸＹＺ三次元座標系を定義すると、慣性センサＢは第１象限に配置され、慣性センサＡは第２象限に配置され、慣性センサＣは第３象限に配置され、慣性センサＤは第４象限に配置されていることになる。
【０３２０】
この角速度検出装置２０００の基本構造体は、上述した対称性をもった構造を有しているため、個々の慣性センサＡ〜Ｄについて定義されたｘｙｚ三次元座標系のｘ軸，ｙ軸，ｚ軸の向きは、Ｘ軸およびＹ軸に関して対称性を有している。なお、前述したように、各慣性センサＡ〜Ｄについて定義されたローカル座標系のｘ軸，ｙ軸，ｚ軸は、グローバル座標系のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に対してそれぞれ平行になる。
【０３２１】
図２５の下段に示されている検出回路５１０Ａ〜５１０Ｄは、それぞれ慣性センサＡ〜Ｄに備わっている検出回路であり、重錘体１５０Ａ〜Ｄを振動させる励振機能と、重錘体１５０Ａ〜Ｄに作用するコリオリ力を検出する検出機能とを有し、所定の座標軸まわりの角速度を検出できる。角速度出力部５６０は、これら検出回路５１０Ａ〜５１０Ｄがそれぞれ検出した所定軸まわりの角速度（ωｘ，ωｙもしくはωｚ）に基づいて、ＸＹＺ三次元座標系における所定の座標軸まわりに作用した角速度ωＸ，ωＹもしくはωＺの検出値を出力する処理を行う。
【０３２２】
この図２５に示す角速度検出装置２０００の最も単純な動作態様は、４組の重錘体１５０Ａ〜１５０Ｄの振動軸を共通にし、特定の１軸まわりの角速度を検出する１軸検出型の角速度検出装置として動作させる態様である。図２６は、このような振動態様の一例を示す平面図である。図において、点Ｇａ〜Ｇｄは、それぞれ重錘体１５０Ａ〜１５０Ｄの重心点であり、重錘体１５０Ａ〜１５０Ｄは、いずれもＸ軸を共通の振動軸として振動することになる。
【０３２３】
図示の例では、重錘体１５０Ａ，１５０Ｃに対してはＸ軸方向の振動ＵＸ（＋）が与えられ、重錘体１５０Ｂ，１５０Ｄに対してはＸ軸方向の振動ＵＸ（−）が与えられる。前述したとおり、振動ＵＸ（＋）とＵＸ（−）とは、同一周期でありながら、逆位相の振動である。このように逆位相の振動を行わせることにより、装置筐体への振動漏れを抑制する効果が得られることは、既に述べたとおりである。なお、装置筐体の図示は省略されているが、慣性センサＡ〜Ｄの装置筐体は融合され、角速度検出装置２０００の装置筐体としては、図２４に示す基本構造体全体を収容する装置筐体が用意される。
【０３２４】
図２６に示すように、４組の重錘体１５０Ａ〜１５０ＤをＸ軸方向に振動させた状態において、重錘体１５０Ａ〜１５０Ｄに作用するローカル座標系におけるｙ軸方向のコリオリ力ｆｙを検出すれば、慣性センサＡからはｚ軸まわりの角速度ωｚａ、慣性センサＢからはｚ軸まわりの角速度ωｚｂ、慣性センサＣからはｚ軸まわりの角速度ωｚｃ、慣性センサＤからはｚ軸まわりの角速度ωｚｄ、を得ることができる。図２５に示す角速度出力部５６０には、検出回路５１０Ａから検出値ωｚａ、検出回路５１０Ｂから検出値ωｚｂ、検出回路５１０Ｃから検出値ωｚｃ、検出回路５１０Ｄから検出値ωｚｄが得られる。そこで、これらのうちのいずれか１つをグローバル座標系上のＺ軸まわりの角速度ωＺとして出力してもよいし、より正確な検出値を得るために、いくつかについての平均値をωＺとして出力してもよい。たとえば、４つの平均値を利用するのであれば、ωＺ＝（ωｚａ＋ωｚｂ＋ωｚｃ＋ωｚｄ）／４なる式で求まる平均値ωＺを、グローバル座標系上のＺ軸まわりの角速度として出力することができる。
【０３２５】
図２５に示すように、慣性センサＡ〜Ｄについてそれぞれ定義されたｘｙｚ三次元座標系の原点Ｏは、互いに位置がずれているため、各ローカル座標系のｚ軸の位置もずれている。したがって、各検出回路５１０Ａ〜５１０Ｄから出力される角速度の検出値ωｚａ〜ωｚｄは、それぞれ異なる座標軸ｚまわりの検出値ということになるが、前述したとおり、理論上は、ωｚａ＝ωｚｂ＝ωｚｃ＝ωｚｄであるので、これらのいずれか１つもしくはいくつかについての平均値を、グローバル座標系上のＺ軸まわりの角速度ωＺとして出力すればよい。
【０３２６】
一方、図２６に示すように、４組の重錘体１５０Ａ〜１５０ＤをＸ軸方向に振動させた状態において、重錘体１５０Ａ〜１５０Ｄに作用するローカル座標系におけるｚ軸方向のコリオリ力ｆｚを検出すれば、それぞれの慣性センサＡ〜Ｄからｙ軸まわりの角速度ωｙａ〜ωｙｄを得ることができるので、グローバル座標系上のＹ軸まわりの角速度ωＹを出力することも可能である。もちろん、４組の重錘体１５０Ａ〜１５０ＤをＹ軸方向に振動させたり、Ｚ軸方向に振動させたりして、所定軸まわりの角速度検出を行うことも可能である。
【０３２７】
結局、一般論として、複数ｎ組の慣性センサが組み込まれた角速度検出装置を、１軸検出型の角速度検出装置として動作させるのであれば、ＸＹＺ三次元座標系における第１の座標軸を共通の振動軸に定め、第２の座標軸を共通のコリオリ力検出軸に定め、第３の座標軸を共通の角速度検出軸に定め、ｎ組の各慣性センサが、それぞれの重錘体を共通の振動軸方向に振動させた状態において、共通のコリオリ力検出軸方向に作用したコリオリ力をそれぞれ求め、共通の角速度検出軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度をそれぞれ検出し、角速度出力部が、ｎ組の各慣性センサが検出した角速度のいずれか１つもしくはいくつかの平均値を、共通の角速度検出軸まわりに作用した角速度の検出値として出力すればよい。
【０３２８】
また、図２６に示すように、Ｘ軸を共通の振動軸として各重錘体１５０Ａ〜１５０Ｄを振動させながら、各慣性センサＡ〜Ｄにおいて、ローカル座標系におけるｙ軸方向のコリオリ力ｆｙと、ローカル座標系におけるｚ軸方向のコリオリ力ｆｚとの双方を検出すれば、各慣性センサＡ〜Ｄにおいて、ローカル座標系におけるｚ軸まわりの角速度ωｚａ〜ωｚｄと、ローカル座標系におけるｙ軸まわりの角速度ωｙａ〜ωｙｄとを検出することができる。したがって、この装置を２軸検出型の角速度検出装置として動作させることができる。
【０３２９】
この場合も、ローカル座標系におけるｚ軸やｙ軸は、４組の慣性センサＡ〜Ｄでそれぞれ異なる軸になるため、検出回路５１０Ａから出力される検出値ωｚａ，ωｙａ、検出回路５１０Ｂから出力される検出値ωｚｂ，ωｙｂ、検出回路５１０Ｃから出力される検出値ωｚｃ，ωｙｃ、検出回路５１０Ｄから出力される検出値ωｚｄ，ωｙｄは、それぞれ異なる軸まわりの検出値ということになる。しかしながら、４組の慣性センサＡ〜Ｄのローカル座標系におけるｚ軸やｙ軸は、グローバル座標系におけるＺ軸やＹ軸に平行な軸であるため、検出値ωｚａ〜ωｚｄのいずれか１つもしくはいくつかの平均値をグローバル座標系におけるＺ軸まわりの角速度ωＺとして出力し、検出値ωｙａ〜ωｙｄのいずれか１つもしくはいくつかの平均値をグローバル座標系におけるＹ軸まわりの角速度ωＹとして出力すればよい。
【０３３０】
結局、一般論として、複数ｎ組の慣性センサが組み込まれた角速度検出装置を、２軸検出型の角速度検出装置として動作させるのであれば、ＸＹＺ三次元座標系における第１の座標軸を共通の振動軸に定め、ｎ組の各慣性センサが、それぞれの重錘体を共通の振動軸方向に振動させた状態において、第２の座標軸方向に作用したコリオリ力を求めることにより第３の座標軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度をそれぞれ検出するとともに、第３の座標軸方向に作用したコリオリ力を求めることにより第２の座標軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度をそれぞれ検出し、角速度出力部が、ｎ組の各慣性センサが検出した角速度のうち、第３の座標軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度のいずれか１つもしくはいくつかの平均値を当該第３の座標軸まわりに作用した角速度の検出値として出力するとともに、第２の座標軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度のいずれか１つもしくはいくつかの平均値を当該第２の座標軸まわりに作用した角速度の検出値として出力すればよい。
【０３３１】
一方、図２５に示す角速度検出装置２０００を、３軸検出型の角速度検出装置として動作させるためには、前述したように、個々の慣性センサＡ〜Ｄにおいて、それぞれ時分割検出動作を行い、第１の検出期間と第２の検出期間とで、振動方向を切り替える方法を採ることも可能であるが、前述したとおり、振動方向を切り替える操作を行うと、重錘体の振動が不安定になるため、実用上は、複数組の慣性センサＡ〜Ｄを内蔵している利点を生かして、これら慣性センサを第１グループと第２グループとに分類し、個々のグループごとに重錘体の振動方向を異ならせる方法を採るのが好ましい。
【０３３２】
図２７は、このような方法を採用した３軸検出型の角速度検出装置における各慣性センサＡ〜Ｄの重錘体の振動態様の一例を示す平面図である。図示の例では、慣性センサＢ，Ｃが第１グループ、慣性センサＡ，Ｄが第２グループに分類され、第１グループに所属する慣性センサＢ，Ｃについては、Ｘ軸を振動軸として重錘体に振動ＵＸ（＋），ＵＸ（−）を与え、第２グループに所属する慣性センサＡ，Ｄについては、Ｙ軸を振動軸として重錘体に振動ＵＹ（＋），ＵＹ（−）を与えている。前述したように、振動ＵＸ（＋），ＵＸ（−）は互いに逆位相の振動であり、振動ＵＹ（＋），ＵＹ（−）も互いに逆位相の振動であるため、Ｘ軸方向の振動成分もＹ軸方向の振動成分も全体的には打ち消され、装置筐体への振動漏れを抑制する効果が得られる。
【０３３３】
このような振動態様を採ると、第１グループに所属する慣性センサＢ，Ｃでは、重錘体１５０Ｂ，１５０Ｃがローカル座標系におけるｘ軸方向に振動するため、ローカル座標系におけるｙ軸まわりの角速度ωｙｂ，ωｙｃおよびｚ軸まわりの角速度ωｚｂ，ωｚｃを検出することができる。また、第２グループに所属する慣性センサＡ，Ｄでは、重錘体１５０Ａ，１５０Ｄがローカル座標系におけるｙ軸方向に振動するため、ローカル座標系におけるｘ軸まわりの角速度ωｘａ，ωｘｄ（およびｚ軸まわりの角速度ωｚａ，ωｚｄ）を検出することができる。
【０３３４】
そこで、たとえば、角速度出力部５６０が、角速度ωｘａ，ωｘｄの一方もしくはその平均値をグローバル座標系のＸ軸まわりの角速度ωＸとして出力し、角速度ωｙｂ，ωｙｃの一方もしくはその平均値をグローバル座標系のＹ軸まわりの角速度ωＹとして出力し、角速度ωｚｂ，ωｚｃの一方もしくはその平均値（角速度ωｚａ，ωｚｄを検出した場合は、４組の角速度ωｚａ，ωｚｂ，ωｚｃ，ωｚｄの平均値でもよい）をグローバル座標系のＺ軸まわりの角速度ωＺとして出力すれば、３軸まわりの角速度ωＸ，ωＹ，ωＺを得ることができる。
【０３３５】
前述したように、各ローカル座標系のｘ軸，ｙ軸，ｚ軸と、グローバル座標系のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸とは、位置は若干ずれているが互いに平行であるため、ローカル座標系上で検出された各角速度は、グローバル座標系上の角速度ωＸ，ωＹ，ωＺに理論上は一致する。
【０３３６】
なお、図２５に示すように、一部のローカル座標系の特定の座標軸の向きは、グローバル座標系の各座標軸の向きに対して逆転しているため、当該特定の座標軸が関与して得られたローカル検出値をグローバル検出値に変換する際には、符号を逆転するなどの修正処理が必要である。
【０３３７】
結局、一般論として、複数ｎ組の慣性センサが組み込まれた角速度検出装置を、３軸検出型の角速度検出装置として動作させるのであれば、ｎ組の各慣性センサのうちの第１グループに所属する慣性センサについては、ＸＹＺ三次元座標系における第１の座標軸を振動軸、第２の座標軸および第３の座標軸の双方をコリオリ力検出軸にそれぞれ定め、第２グループに所属する慣性センサについては、ＸＹＺ三次元座標系における第２の座標軸を振動軸、第３の座標軸をコリオリ力検出軸にそれぞれ定め、ｎ組の各慣性センサが、それぞれの重錘体を各振動軸方向に振動させた状態において、各コリオリ力検出軸方向に作用したコリオリ力をそれぞれ求め、各角速度検出軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度をそれぞれ検出し、角速度出力部が、第１グループに所属する慣性センサが検出した角速度に基づいて第２の座標軸まわりに作用した角速度および第３の座標軸まわりに作用した角速度の検出値を出力し、第２グループに所属する慣性センサが検出した角速度に基づいて第１の座標軸まわりに作用した角速度の検出値を出力すればよい。
【０３３８】
＜６−３．  慣性センサを２組用い振動軸を傾斜させる実施形態＞
ここでは、§６−１で述べた２組の慣性センサを組み込んだ角速度検出装置について、振動軸を傾斜させた動作を行うバリエーションを説明する。このバリエーションで用いる角速度検出装置は、基本的には、図２１に示す角速度検出装置１０００と同じものである。但し、検出回路５１０Ａ，５１０Ｂおよび角速度出力部５５０の処理動作が若干異なる。以下、この相違点について説明を行う。
【０３３９】
§６−１では、図２３に示す振動態様を例示して、３軸検出型の角速度検出装置の動作例を述べた。この例では、重錘体１５０ＡにはＹ軸方向の振動ＵＹを与え、重錘体１５０ＢにはＸ軸方向の振動ＵＸを与えている。このように、左右の慣性センサＡ，Ｂで振動方向を変えているのは、時分割方式を採らずに、３軸まわりの角速度ωＸ，ωＹ，ωＺを検出するためには、両者の振動軸を変える必要があるからである。
【０３４０】
しかしながら、図２３に示すように、左側の重錘体１５０Ａを図の上下方向に振動させ、右側の重錘体１５０Ｂを図の左右方向に振動させた場合、全体的な動体バランスは不均衡と言わざるを得ず、装置全体は、極めて不安定な振動系にならざるを得ない。このため、図２３に示す振動態様を採用した角速度検出装置では、装置筐体への振動漏れが顕著になり、利用時の外部環境が検出結果に大きな影響を与える可能性がある。
【０３４１】
ここで述べる実施形態は、このような問題を解決するためのユニークな振動態様を提案するものである。このユニークな振動態様を説明するため、ここでは、図２８に示すようなＸ′軸およびＹ′軸を定義する。図２８は、図２１に示す角速度検出装置１０００の基本構造体の平面図であり、前述したとおり、左方の基本構造体１００Ａと右方の基本構造体１００Ｂとを融合させた構造を有する。この図においても、基本構造体の中心位置に原点Ｑをとり、図示の方向にＸ軸，Ｙ軸を定義している。したがって、図の紙面は、このグローバル座標系におけるＸＹ平面に対応する。
【０３４２】
そこで、このＸＹ平面上で、原点Ｑを中心として、Ｘ軸を反時計まわりに４５°回転させることにより得られるＸ′軸と、Ｙ軸を反時計まわりに４５°回転させることにより得られるＹ′軸と、を図示のように定義する。Ｘ′軸は図の右上方向が正方向、左下方向が負方向であり、Ｙ′軸は図の左上方向が正方向、右下方向が負方向である。続いて、図２９に示すように、Ｘ′軸に沿った振動ＵＸ′とＹ′軸に沿った振動ＵＹ′とを考えてみる。第１の慣性センサＡの場合、重心点Ｇａを図の斜め方向に往復させる運動が振動ＵＸ′もしくは振動ＵＹ′になり、第２の慣性センサＢの場合、重心点Ｇｂを図の斜め方向に往復させる運動が振動ＵＸ′もしくは振動ＵＹ′になる。
【０３４３】
既に述べたとおり、慣性センサＡ，Ｂには、重錘体をローカル座標系のｘ軸方向に振動させるｘ軸励振機能とｙ軸方向に振動させるｙ軸励振機能とが備わっている。これまで述べてきた実施形態では、重錘体をｘ軸方向に振動させて検出を行う場合にはｘ軸励振機能を利用し、重錘体をｙ軸方向に振動させて検出を行う場合にはｙ軸励振機能を利用することになり、検出動作のモードに応じて、これら励振機能を選択的に利用することが前提となっていた。
【０３４４】
しかしながら、ｘ軸励振機能とｙ軸励振機能とは、それぞれ独立した機能であるため、両者を同時に利用することが可能である。たとえば、図１８(a) に示す駆動用回路はｘ軸励振機能の役割を果たす回路であり、図１８(b) に示す駆動用回路はｙ軸励振機能の役割を果たす回路であり、両者は別個独立した回路になっている。したがって、これら両方の駆動用回路を同時に動作させれば、重錘体にｘ軸方向の振動Ｕｘとｙ軸方向の振動Ｕｙとを同時に与えることができる。その結果、重錘体には、Ｘ′軸に沿った振動ＵＸ′や、Ｙ′軸に沿った振動ＵＹ′を与えることができる。
【０３４５】
たとえば、図２９に示す慣性センサＡについて、図１８(a) に示す駆動用回路と図１８(b) に示す駆動用回路とを同時に動作させた場合を考えよう。このとき、交流駆動信号６４１，６４２，６４３，６４４が同一周期の信号になるようにし、かつ、交流駆動信号６４１，６４３が第１の位相、交流駆動信号６４２，６４４が第２の位相になるようにする（第１の位相と第２の位相は互いに逆位相）。そうすると、重錘体１５０Ａは、ｘ軸正方向に移動しているときにｙ軸正方向にも移動し、ｘ軸負方向に移動しているときにｙ軸負方向にも移動することになるので、結局、重錘体１５０ＡにはＸ′軸に沿った振動ＵＸ′が与えられたことになる。
【０３４６】
これに対して、交流駆動信号６４１，６４４が第１の位相、交流駆動信号６４２，６４３が第２の位相になるようにすると、重錘体１５０Ａは、ｘ軸正方向に移動しているときにｙ軸負方向に移動し、ｘ軸負方向に移動しているときにｙ軸正方向に移動することになるので、結局、重錘体１５０ＡにはＹ′軸に沿った振動ＵＹ′が与えられたことになる。
【０３４７】
一方、図２９に示す慣性センサＢは、慣性センサＡに対してＹ軸に関して鏡像体となる構造を有しているため、振動ＵＸ′と振動ＵＹ′との関係が逆になる動作を行う。いずれにしても、ｘ軸励振機能とｙ軸励振機能とを組み合わせ、供給する交流駆動信号の位相を適宜設定してやれば、慣性センサＡおよびＢはいずれも、重錘体をＸ′軸に沿って振動させたり、Ｙ′軸に沿って振動させたりする駆動動作が可能である。
【０３４８】
そこで、この角速度検出装置１０００を、図３０に示すような振動態様で動作させてみよう。すなわち、慣性センサＡの重錘体１５０Ａには、Ｙ′軸に沿った振動ＵＹ′（＋）を与え、慣性センサＢの重錘体１５０Ｂには、Ｘ′軸に沿った振動ＵＸ′（＋）を与える。ここで、振動ＵＹ′（＋）と振動ＵＸ′（＋）とは同一周期の振動であり、符号「（＋）」は前半周期に振動軸の正方向に移動することを示している。具体的には、振動ＵＹ′（＋）は、前半周期にＹ′軸正方向に移動する振動態様を示し、ＵＸ′（＋）は、前半周期にＸ′軸正方向に移動する振動態様を示す。
【０３４９】
したがって、図３０に示す振動態様では、重心点ＧａがＹ′軸正方向に移動している間に、重心点ＧｂはＸ′軸正方向に移動し、重心点ＧａがＹ′軸負方向に移動している間に、重心点ＧｂはＸ′軸負方向に移動することになる。２つの重心点Ｇａ，Ｇｂの動きがこのように同期していると、Ｘ軸方向に関しては、２つの重心点Ｇａ，Ｇｂの動きは逆位相になるため、外部に漏れ出すＸ軸方向の振動成分が全体的に打ち消され、振動漏れの低減を図ることができる。図２０に示すとおり、ここに示す角速度検出装置１０００の場合、基本構造体の構造が対称面Ｓに関して左右対称となっているため、外部に漏れ出すＸ軸方向の振動成分はより効果的に打ち消されることになる。
【０３５０】
一方、図３１に示す振動態様でも、同様の効果が得られる。この場合、慣性センサＡの重錘体１５０Ａには、Ｘ′軸に沿った振動ＵＸ′（＋）が与えられ、慣性センサＢの重錘体１５０Ｂには、Ｙ′軸に沿った振動ＵＹ′（＋）が与えられる。やはり、振動ＵＸ′（＋）と振動ＵＹ′（＋）とは同一周期の振動であり、符号「（＋）」は前半周期に振動軸の正方向に移動することを示している。
【０３５１】
したがって、この図３１に示す振動態様では、重心点ＧａがＸ′軸正方向に移動している間に、重心点ＧｂはＹ′軸正方向に移動し、重心点ＧａがＸ′軸負方向に移動している間に、重心点ＧｂはＹ′軸負方向に移動することになる。２つの重心点Ｇａ，Ｇｂの動きがこのように同期していると、やはりＸ軸方向に関しては、２つの重心点Ｇａ，Ｇｂの動きは逆位相になるため、外部に漏れ出すＸ軸方向の振動成分が全体的に打ち消され、振動漏れの低減を図ることができる。
【０３５２】
結局、図３０および図３１に示す角速度検出装置は、２組の慣性センサＡ，Ｂを、Ｘ軸に沿って隣接して配置する構造を有し、しかもＹＺ平面を境界面として一方の空間に一方の慣性センサＡが配置され、他方の空間に他方の慣性センサＢが配置されており、これら両慣性センサＡ，Ｂは、ＹＺ平面に関して面対称構造をなす。このような対称性を有する基本構造体において、一方の慣性センサにおける重錘体のＸ′軸の正および負方向への往復運動と、他方の慣性センサにおける重錘体のＹ′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ同位相となるような制御が行われることになる。その結果、外部に漏れ出すＸ軸方向の振動成分が全体的に打ち消され、振動漏れが低減されるという作用効果が生じることになる。
【０３５３】
全く同じ構造をもった角速度検出装置１０００を用いた検出動作でありながら、図２３に示す振動態様と、図３０もしくは図３１に示す振動態様とを比べると、後者の場合、２つの重心点Ｇａ，Ｇｂの動きが左右で対称になり、全体的な動体バランスが均衡していることが理解できよう。したがって、後者の振動態様を採用すれば、振動系はより安定し、装置筐体への振動漏れが抑制されることになる。しかも、図３０もしくは図３１に示す振動態様は、図２３に示す振動態様と同様に、２組の慣性センサＡ，Ｂの振動方向が互いに異なる（互いに直交する）という条件を満たしているため、時分割処理を行うことなしに、３軸すべての角速度ωＸ，ωＹ，ωＺを得ることができる。
【０３５４】
要するに、この§６−３で述べる実施形態では、§６−１で述べた実施形態で用いた角速度検出装置１０００をそのまま利用しつつ、振動態様を変えるだけで、装置筐体への振動漏れを抑制する効果が得られることになる。上述したとおり、実際には、各重錘体は、Ｘ′軸やＹ′軸といった４５°に傾斜した振動軸に沿って振動することになるが、基本構造体には、斜め４５°をなす部材を配置する必要はなく、製造プロセス上の支障は生じない。
【０３５５】
ただ、振動軸がＸ軸やＹ軸に対して４５°傾斜した軸になるため、コリオリ力の検出時や、角速度の出力時には、幾何学的な変換処理を行う必要がある。たとえば、図２９において、重錘体１５０Ａの重心点ＧａがＹ′軸に沿って振動していた場合、検出すべきコリオリ力の方向軸はＸ軸ではなくＸ′軸（振動軸に直交する軸）ということになる。しかしながら、慣性センサＡには、もともとＸ′軸方向に作用したコリオリ力ｆＸ′を直接検出する機能は備わっていないので、ｘ軸方向に作用した力ｆｘとｙ軸方向に作用した力ｆｙとの合力として、Ｘ′軸方向に作用したコリオリ力ｆＸ′を算出する演算を行う必要がある。
【０３５６】
具体的には、Ｘ′軸の向きは、ｘ軸およびｙ軸に対して４５°傾斜した向きであるので、図２９に示す慣性センサＡの場合、Ｘ′軸方向に作用したコリオリ力ｆＸ′は、ｘ軸方向に作用した力ｆｘとｙ軸方向に作用した力ｆｙの検出値を用いて、幾何学的な変換式「ｆＸ′＝（１／√２）・ｆｘ＋（１／√２）・ｆｙ」に基づく演算を行うことにより求めることができる。同様に、Ｙ′軸方向に作用したコリオリ力ｆＹ′は、幾何学的な変換式「ｆＹ′＝−（１／√２）・ｆｘ＋（１／√２）・ｆｙ」に基づく演算を行うことにより求めることができる。
【０３５７】
なお、上述の各式における右辺各項の符号は、グローバル座標系上のＸ軸，Ｙ軸に対するローカル座標系上のｘ軸，ｙ軸の向きに応じて異なる。すなわち、上述の各変換式は、図２９に示す慣性センサＡについてのものであるが、図２９に示す慣性センサＢの場合は、ｘ軸の向きが逆転しているため、「ｆＸ′＝−（１／√２）・ｆｘ＋（１／√２）・ｆｙ」および「ｆＹ′＝（１／√２）・ｆｘ＋（１／√２）・ｆｙ」なる変換式を用いる必要がある。
【０３５８】
もちろん、慣性センサＡ，Ｂには、ｚ軸方向に作用したコリオリ力ｆｚを直接検出する機能が備わっているので、ｆｚの検出には、上述のような変換式を用いた演算を行う必要はない。したがって、たとえば、図３１に示す慣性センサＡが、重錘体１５０ＡをＸ′軸方向に振動させた状態において、重錘体１５０Ａに対してＺ軸方向（ｚ軸方向も同じ）に作用したコリオリ力ｆｚを求めれば、Ｙ′軸に平行な軸まわり（重心点Ｇａを通りＹ′軸に平行な軸まわり）に作用した角速度ωＹ′を検出することができる。同様に、図３１に示す慣性センサＢが、重錘体１５０ＢをＹ′軸方向に振動させた状態において、重錘体１５０Ｂに対してＺ軸方向（−ｚ軸方向）に作用したコリオリ力ｆｚを求めれば、Ｘ′軸に平行な軸まわり（重心点Ｇｂを通りＸ′軸に平行な軸まわり）に作用した角速度ωＸ′を検出することができる。
【０３５９】
図２１に示す角速度出力部５５０は、こうして検出回路５１０Ａや５１０Ｂから与えられた角速度ωＸ′および角速度ωＹ′を、それぞれＸ軸まわりに作用した角速度ωＸおよびＹ軸まわりに作用した角速度ωＹに変換する変換処理を行い、この変換処理によって得られた角速度ωＸおよび角速度ωＹを出力する機能を有する。この変換処理は、幾何学的な変換式「ωＸ＝（１／√２）・ωＸ′−（１／√２）・ωＹ′」および「ωＹ＝（１／√２）・ωＸ′＋（１／√２）・ωＹ′」に基づく演算によって行うことができる。
【０３６０】
角速度出力部５５０から、上記角速度ωＸおよびωＹに加えて、更にＺ軸まわりの角速度ωＺを出力させる場合は、慣性センサＡ，Ｂの少なくとも一方に、重錘体に対してＹ′軸方向もしくはＸ′軸方向に作用したコリオリ力を求める機能をもたせておけばよい。
【０３６１】
たとえば、図３１に示す慣性センサＡが、重錘体１５０ＡをＸ′軸方向に振動させた状態において、重錘体１５０Ａに対してＹ′軸方向に作用したコリオリ力ｆＹ′を求めれば（前述したとおり、実際には、コリオリ力ｆｘとｆｙに基づく幾何学的な変換式によりコリオリ力ｆＹ′が求まる）、当該コリオリ力ｆＹ′は、重心点Ｇａを通るｚ軸まわりの角速度ωｚａに対応する。
【０３６２】
あるいは、図３１に示す慣性センサＢが、重錘体１５０ＢをＹ′軸方向に振動させた状態において、重錘体１５０Ｂに対してＸ′軸方向に作用したコリオリ力ｆＸ′を求めれば（前述したとおり、実際には、コリオリ力ｆｘとｆｙに基づく幾何学的な変換式によりコリオリ力ｆＸ′が求まる）、当該コリオリ力ｆＸ′は、重心点Ｇｂを通るｚ軸まわりの角速度ωｚｂに対応する。
【０３６３】
したがって、角速度出力部５５０が、検出回路５１０Ａから出力された角速度ωｚａもしくは検出回路５１０Ｂから出力された角速度ωｚｂまたはその平均値を、グローバル座標系の座標軸Ｚ軸まわりの角速度ωＺとして出力するようにすれば、３軸すべての角速度ωＸ，ωＹ，ωＺを出力することができる。
【０３６４】
なお、Ｘ軸まわりの角速度ωＸおよびＹ軸まわりの角速度ωＹの代わりに、Ｘ′軸まわりの角速度ωＸ′およびＹ′軸まわりの角速度ωＹ′を出力すれば十分な場合には、角速度ωＸ′，ωＹ′を角速度ωＸ，ωＹに変換する変換処理は不要である。角速度出力部５５０は、角速度ωＸ′，ωＹ′，ωＺを３軸の検出値として出力すれば足りる。Ｘ′軸，Ｙ′軸，Ｚ軸は互いに直交する軸になるので、角速度ωＸ，ωＹ，ωＺの代わりに、角速度ωＸ′，ωＹ′，ωＺを検出値として出力しても、実用上、支障は生じない。
【０３６５】
＜６−４．  慣性センサを４組用い振動軸を傾斜させる実施形態＞
ここでは、§６−２で述べた４組の慣性センサを組み込んだ角速度検出装置について、振動軸を傾斜させた動作を行うバリエーションを説明する。このバリエーションで用いる角速度検出装置は、基本的には、図２５に示す角速度検出装置２０００と同じものである。但し、検出回路５１０Ａ〜５１０Ｄおよび角速度出力部５６０の処理動作が若干異なる。以下、この相違点について説明を行う。
【０３６６】
§６−２では、図２７に示す振動態様を例示して、３軸検出型の角速度検出装置の動作例を述べた。この例では、４組の慣性センサＡ〜Ｄを２つのグループに分け、第１グループに所属する慣性センサＢ，Ｃについては、重錘体をＸ軸方向に振動させ、第２グループに所属する慣性センサＡ，Ｄについては、重錘体をＹ軸方向に振動させている。このとき、慣性センサＢ，Ｃについては、互いに逆位相の振動ＵＸ（＋），ＵＸ（−）を与え、慣性センサＡ，Ｄについても、互いに逆位相の振動ＵＹ（＋），ＵＹ（−）を与えることにより、振動成分を全体的に打ち消し、装置筐体への振動漏れを抑制する工夫を施していた。
【０３６７】
しかしながら、図２７に矢印で示す振動ＵＹ（＋），ＵＸ（＋），ＵＸ（−），ＵＹ（−）は、全体的には均衡のとれたものとは言えず、装置筐体への振動漏れの抑制対策としては、必ずしも十分ではない。ここで述べる実施形態は、§６−３で述べた実施形態と同様に、振動軸を斜め４５°に傾斜させることにより、上記問題を解決するためのユニークな振動態様を提案するものである。
【０３６８】
ここでは、図３２に示すようにＸ′軸およびＹ′軸を定義する。図３２は、図２５に示す角速度検出装置２０００の基本構造体の平面図であり、前述したとおり、４組の慣性センサＡ〜Ｄを融合させた構造を有する。この図においても、基本構造体の中心位置に原点Ｑをとり、図示の方向にＸ軸，Ｙ軸を定義している。したがって、図の紙面は、このグローバル座標系におけるＸＹ平面に対応する。
【０３６９】
そこで、このＸＹ平面上で、原点Ｑを中心として、Ｘ軸を反時計まわりに４５°回転させることにより得られるＸ′軸と、Ｙ軸を反時計まわりに４５°回転させることにより得られるＹ′軸と、を図示のように定義する。Ｘ′軸は図の右上方向が正方向、左下方向が負方向であり、Ｙ′軸は図の左上方向が正方向、右下方向が負方向である。続いて、図３３に示すように、各慣性センサＡ〜Ｄの重錘体１５０Ａ〜１５０Ｄについて、Ｘ′軸に沿った振動ＵＸ′とＹ′軸に沿った振動ＵＹ′とを考えてみる。
【０３７０】
各慣性センサＡ〜Ｄには、重錘体をローカル座標系のｘ軸方向に振動させるｘ軸励振機能とｙ軸方向に振動させるｙ軸励振機能とが備わっているので、これらを組み合わせて動作させることにより、各重錘体１５０Ａ〜１５０Ｄに、Ｘ′軸に沿った振動ＵＸ′や、Ｙ′軸に沿った振動ＵＹ′を与えることができることは、§６−３で述べたとおりである。
【０３７１】
そこで、この角速度検出装置２０００を、図３４に示すような振動態様で動作させてみよう。すなわち、慣性センサＡの重錘体１５０Ａには、Ｙ′軸に沿った振動ＵＹ′（＋）を与え、慣性センサＢの重錘体１５０Ｂには、Ｘ′軸に沿った振動ＵＸ′（＋）を与え、慣性センサＣの重錘体１５０Ｃには、Ｘ′軸に沿った振動ＵＸ′（−）を与え、慣性センサＤの重錘体１５０Ｄには、Ｙ′軸に沿った振動ＵＹ′（−）を与える。
【０３７２】
ここで、振動ＵＸ′（＋），ＵＹ′（＋），ＵＸ′（−），ＵＹ′（−）は、いずれも同一周期の振動であり、符号「（＋）」は前半周期に振動軸の正方向に移動することを示し、符号「（−）」は前半周期に振動軸の負方向に移動することを示している。したがって、４組の重錘体１５０Ａ〜１５０Ｄの重心点Ｇａ〜Ｇｄの動きに着目すると、前半周期には、いずれも原点Ｑから遠ざかる方向に移動し（遠心運動）、後半周期には、いずれも原点Ｑに近づく方向に移動する（求心運動）ことになる。このように、遠心運動と求心運動とを繰り返す動きは、原点Ｑを中心とした対称性を有する動きであり、Ｘ軸方向に関してもＹ軸方向に関しても、振動成分を効果的に打ち消す動きになる。このため、装置筐体から外部に漏れ出す振動成分は全体的に打ち消され、振動漏れを効果的に抑制することができる。
【０３７３】
特に、ここに示す角速度検出装置２０００の基本構造体は、ＸＹ座標系のＸ軸およびＹ軸の双方に関して対称となる形状を有している。すなわち、４組の慣性センサＡ〜ＤをＸＹ平面へ正射影投影すると、慣性センサＡの投影像は第２象限、慣性センサＢの投影像は第１象限、慣性センサＣの投影像は第３象限、慣性センサＤの投影像は第４象限に位置している。
【０３７４】
そこで、それぞれが配置されている象限の番号を引用して、慣性センサＢを第１の慣性センサ、慣性センサＡを第２の慣性センサ、慣性センサＣを第３の慣性センサ、慣性センサＤを第４の慣性センサと呼ぶことにすると、第１の慣性センサＢと第２の慣性センサＡとは、ＹＺ平面を対称面とする面対称構造をなし、第３の慣性センサＣと第４の慣性センサＤとは、ＹＺ平面を対称面とする面対称構造をなし、第１の慣性センサＢと第４の慣性センサＤとは、ＸＺ平面を対称面とする面対称構造をなし、第２の慣性センサＡと第３の慣性センサＣとは、ＸＺ平面を対称面とする面対称構造をなすことになる。このような対称性を有する構造は、装置筐体から外部に漏れ出す振動成分を打ち消し、振動漏れを抑制する効果を高める役割を果たすことになる。
【０３７５】
結局、図３４に示す振動態様を採用して検出動作を行う角速度検出装置２０００では、第１の慣性センサＢおよび第３の慣性センサＣを第１グループに所属させ、第２の慣性センサＡおよび第４の慣性センサを第２グループに所属させ、第１グループに所属する慣性センサＢ，Ｃについては、ｘ軸励振機能とｙ軸励振機能とを組み合わせることにより、重錘体をＸ′軸方向に振動させ、第２グループに所属する慣性センサＡ，Ｄについては、ｘ軸励振機能とｙ軸励振機能とを組み合わせることにより、重錘体をＹ′軸方向に振動させればよい。
【０３７６】
このとき、第１の慣性センサＢにおける重錘体１５０ＢのＸ′軸の正および負方向への往復運動と、第３の慣性センサＣにおける重錘体１５０ＣのＸ′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ逆位相となり、第２の慣性センサＡにおける重錘体１５０ＡのＹ′軸の正および負方向への往復運動と、第４の慣性センサＤにおける重錘体１５０ＤのＹ′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ逆位相となり、第１の慣性センサＢにおける重錘体１５０ＢのＸ′軸の正および負方向への往復運動と、第２の慣性センサＡにおける重錘体１５０ＡのＹ′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ同位相となるような制御が行われるようにすればよい。
【０３７７】
一方、図３５は、この角速度検出装置２０００の別な振動態様を示す平面図である。この振動態様の場合、慣性センサＡの重錘体１５０Ａには、Ｘ′軸に沿った振動ＵＸ′（＋）が与えられ、慣性センサＢの重錘体１５０Ｂには、Ｙ′軸に沿った振動ＵＹ′（＋）が与えられ、慣性センサＣの重錘体１５０Ｃには、Ｙ′軸に沿った振動ＵＹ′（−）が与えられ、慣性センサＤの重錘体１５０Ｄには、Ｘ′軸に沿った振動ＵＸ′（−）が与えられる。
【０３７８】
ここで、振動ＵＸ′（＋），ＵＹ′（＋），ＵＸ′（−），ＵＹ′（−）の各符号の意味は、既に述べたとおりである。したがって、４組の重錘体１５０Ａ〜１５０Ｄの重心点Ｇａ〜Ｇｄの動きに着目すると、前半周期には、いずれもＸ軸からは遠ざかり、Ｙ軸には近づくような運動を行い、後半周期には、いずれもＹ軸からは遠ざかり、Ｘ軸には近づくような運動を行うことになる。このような動きは、Ｘ軸およびＹ軸に関して対称性を有する動きであり、やはりＸ軸方向に関してもＹ軸方向に関しても、振動成分を効果的に打ち消す動きになる。このため、装置筐体から外部に漏れ出す振動成分は全体的に打ち消され、振動漏れを効果的に抑制することができる。
【０３７９】
結局、図３５に示す振動態様を採用して検出動作を行う角速度検出装置２０００では、第２の慣性センサＡおよび第４の慣性センサＤを第１グループに所属させ、第１の慣性センサＢおよび第３の慣性センサＣを第２グループに所属させ、第１グループに所属する慣性センサＡ，Ｄについては、ｘ軸励振機能とｙ軸励振機能とを組み合わせることにより、重錘体をＸ′軸方向に振動させ、第２グループに所属する慣性センサＢ，Ｃについては、ｘ軸励振機能とｙ軸励振機能とを組み合わせることにより、重錘体をＹ′軸方向に振動させればよい。
【０３８０】
このとき、第１の慣性センサＢにおける重錘体１５０ＢのＹ′軸の正および負方向への往復運動と、第３の慣性センサＣにおける重錘体１５０ＣのＹ′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ逆位相となり、第２の慣性センサＡにおける重錘体１５０ＡのＸ′軸の正および負方向への往復運動と、第４の慣性センサＤにおける重錘体１５０ＤのＸ′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ逆位相となり、第１の慣性センサＢにおける重錘体１５０ＢのＹ′軸の正および負方向への往復運動と、第２の慣性センサＡにおける重錘体１５０ＡのＸ′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ同位相となるような制御が行われるようにすればよい。
【０３８１】
要するに、この§６−４で述べる実施形態では、§６−２で述べた実施形態で用いた角速度検出装置２０００をそのまま利用しつつ、振動態様を変えるだけで、装置筐体への振動漏れを抑制する効果が得られることになる。上述したとおり、実際には、各重錘体は、Ｘ′軸やＹ′軸といった４５°に傾斜した振動軸に沿って振動することになるが、基本構造体には、斜め４５°をなす部材を配置する必要はなく、製造プロセス上の支障は生じない。
【０３８２】
なお、ここで述べた実施形態の場合も、振動軸がＸ軸やＹ軸に対して４５°傾斜した軸になるため、コリオリ力の検出時や、角速度の出力時には、幾何学的な変換処理を行う必要がある。たとえば、図３３に示す慣性センサＡの場合、Ｘ′軸方向に作用したコリオリ力ｆＸ′は、ｘ軸方向に作用した力ｆｘとｙ軸方向に作用した力ｆｙの検出値を用いた幾何学的な変換式により求めることができる。具体的な変換式は、§６−３で述べたとおりである。もちろん、ｚ軸方向に作用したコリオリ力ｆｚについては、直接検出する機能が備わっているので、上述のような変換式を用いた演算を行う必要はない。
【０３８３】
図２５に示す角速度出力部５６０は、こうして検出回路５１０Ａ〜５１０Ｄから与えられた角速度に基づいて、角速度ωＸ′，ωＹ′，ωＺ、もしくはこれを変換して得られる角速度ωＸ，ωＹ，ωＺを出力することになる。具体的な出力方法は、§６−３で述べたとおりである。
【０３８４】
＜６−５．  慣性センサをｎ組用い振動軸を傾斜させる実施形態＞
§６−３では、慣性センサを２組用い振動軸を傾斜させる実施形態を述べ、§６−４では、慣性センサを４組用い振動軸を傾斜させる実施形態を述べた。ここでは、このように振動軸を傾斜させる実施形態を、複数ｎ組の慣性センサまで拡張した一般論を簡単に述べておく。
【０３８５】
ここで一般論として述べる角速度検出装置は、たとえば、§５で述べたようなｘｙｚ三次元座標系における特定の座標軸まわりの角速度検出機能をもった慣性センサを複数ｎ組備え、ＸＹＺ三次元座標系における所定の座標軸まわりに作用した角速度を検出する角速度検出装置である。ここで、ｎ組の各慣性センサは、そのｘ軸，ｙ軸，ｚ軸が、角速度検出装置について定義されたＸＹＺ三次元座標系におけるＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に対してそれぞれ平行となるように配置されている。そして、この検出装置は、ｎ組の各慣性センサの検出回路がそれぞれ検出した所定軸まわりの角速度に基づいて、ＸＹＺ三次元座標系における所定の座標軸まわりに作用した角速度の検出値を出力する角速度出力部を更に備えている。
【０３８６】
この装置を、ＸＹＺ三次元座標系における２つの座標軸まわりの角速度を検出する機能をもった２軸検出型の角速度検出装置として動作させる場合は、ｎ組の各慣性センサに、それぞれの重錘体をｘ軸方向に振動させるｘ軸励振機能とｙ軸方向に振動させるｙ軸励振機能との双方の励振機能をもたせておく。そして、ＸＹ平面上で原点Ｑを中心としてＸ軸を反時計まわりに４５°回転させることにより得られるＸ′軸と、ＸＹ平面上で原点Ｑを中心としてＹ軸を反時計まわりに４５°回転させることにより得られるＹ′軸と、を定義し、ｎ組の各慣性センサのうちの第１グループに所属する慣性センサは、ｘ軸励振機能とｙ軸励振機能とを組み合わせることにより、重錘体をＸ′軸方向に振動させた状態において、重錘体に対してＺ軸方向に作用したコリオリ力を求めることにより、Ｙ′軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度ωＹ′を検出し、ｎ組の各慣性センサのうちの第２グループに所属する慣性センサは、ｘ軸励振機能とｙ軸励振機能とを組み合わせることにより、重錘体をＹ′軸方向に振動させた状態において、重錘体に対してＺ軸方向に作用したコリオリ力を求めることにより、Ｘ′軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度ωＸ′を検出するようにする。そうすれば、角速度出力部５６０は、必要に応じて、角速度ωＸ′および角速度ωＹ′をそれぞれＸ軸まわりに作用した角速度ωＸおよびＹ軸まわりに作用した角速度ωＹに変換して出力することができる。
【０３８７】
また、この装置を、ＸＹＺ三次元座標系における３つの座標軸まわりの角速度を検出する機能をもった３軸検出型の角速度検出装置として動作させる場合は、更に、第１グループに所属する慣性センサおよび第２グループに所属する慣性センサの少なくとも一方が、重錘体に対してｘ軸方向に作用したコリオリ力を検出するｘ軸検出機能とｙ軸方向に作用したコリオリ力を検出するｙ軸検出機能との双方の検出機能を有し、これらｘ軸検出機能とｙ軸検出機能とを組み合わせることにより、重錘体に対してＹ′軸方向もしくはＸ′軸方向に作用したコリオリ力を求めることにより、Ｚ軸まわりに作用した角速度ωＺを検出する機能を有するようにしておけばよい。そうすれば、角速度出力部５６０は、角速度ωＸ，ωＹ，ωＺの３軸成分を出力することができる。
【０３８８】
＜＜＜  §７．  いくつかの変形例  ＞＞＞
ここでは、これまで述べてきた種々の実施形態についての変形例をいくつか述べておく。
【０３８９】
＜７−１．  素子配置を行う参照領域を８カ所に絞った変形例＞
これまで述べてきた実施形態は、図４に示すような基本構造体１００に、１２組の参照領域Ｒ１〜Ｒ１２を定義し、これら１２組の参照領域Ｒ１〜Ｒ１２のそれぞれに、少なくとも１つの動作用素子（検出素子もしくは駆動素子）を配置することを前提とするものであった。
【０３９０】
しかしながら、本発明を実施する上で、これら１２組の参照領域Ｒ１〜Ｒ１２のすべてについて、少なくとも１つの動作用素子を配置することは必須要件ではない。前述したように、この１２組の参照領域Ｒ１〜Ｒ１２のうち、第１の長手方向軸Ｌｙもしくは第２の長手方向軸Ｌｘ上に配置された４組の参照領域Ｒ２，Ｒ５，Ｒ８，Ｒ１１を中央配置領域と呼び、これらの両脇に配置された８組の参照領域Ｒ１，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１２を脇侍配置領域と呼んだ場合、本発明において、少なくとも１つの動作用素子を配置することが必須要件となるのは、８組の脇侍配置領域であり、４組の中央配置領域には、必ずしも動作用素子を配置する必要はない。
【０３９１】
図５〜図７を見れば明らかなように、８組の脇侍配置領域については、重錘体１５０がｘ軸，ｙ軸，ｚ軸のいずれの方向に変位を生じた場合にも、長手方向に伸縮応力が生じることになる。これに対して、４組の中央配置領域については、重錘体１５０がｚ軸方向に変位を生じた場合にのみ、長手方向に伸縮応力が生じることになる。したがって、重錘体１５０のｚ軸方向の変位を必要としない検出方法を採る場合（たとえば、加速度αｚの検出が不要な場合や、重錘体をｘ軸方向に振動させながらｙ軸方向に作用したコリオリ力ｆｙを検出することによりｚ軸まわりの角速度ωｚを検出すれば足りる場合など）、４組の中央配置領域内には動作用素子を配置する必要はない。
【０３９２】
もちろん、重錘体１５０のｚ軸方向の変位は、８組の脇侍配置領域に配置された素子によって検出したり、生じさせたりすることも可能なので、これらの素子だけで、加速度αｚの検出、コリオリ力ｆｚの検出、ｚ軸方向への励振を行うことが可能である。要するに、本発明をその最小構成で実施する場合は、図５および図６に示す８組の脇侍配置領域の伸縮状態を考慮して、検出動作に必要な動作用素子を、８組の脇侍配置領域に配置する構成を採ればよい。
【０３９３】
＜７−２．  環状構造体からなる固定部＞
ここでは、図４に示す基本構造体１００の変形例として、固定部を環状構造体によって構成した例を述べる。図３６は、この変形例に係る基本構造体７００の構造を示す平面図およびこれをｙｚ平面で切断した側断面図（図(b) ）である。図３６(a) は平面図であるが、平面形状を明確に示すため、構造体内部の部分にハッチングを施して示し、１２組の参照領域の位置を矩形で示す。
【０３９４】
図４に示す基本的な実施形態では、第１の板状橋梁部１２０の一端を装置筐体の底板２００に固定する固定部として、ｘ軸に平行な長手方向軸Ｌ０に沿って伸びる固定部用板状部材１１０を用いていた。これに対して、図３６に示す変形例では、環状構造体７１０を固定部として用いている。この環状構造体７１０は、図示のとおり、左辺７１１，下辺７１２，右辺７１３，上辺７１４という４辺をもった矩形枠状の構造体であり、図３６(b) に示すように、その下面全面が装置筐体の底板８００の上面に固着されている。
【０３９５】
一方、環状構造体７１０の左辺７１１の図(a) の下端近傍には、第１の板状橋梁部７２０の根端部が接続されている。そして、この第１の板状橋梁部７２０の先端部は、中間接続部７２５を介して、第２の板状橋梁部７３０の根端部に接続されており、第２の板状橋梁部７３０の先端部は重錘接続部７４０を介して重錘体７５０に接続されている。結局、この変形例の場合、固定部が、環状構造体７１０によって構成されており、この環状構造体７１０によって囲まれた内部領域に、第１の板状橋梁部７２０、第２の板状橋梁部７３０および重錘体７５０が配置された構造となっている。
【０３９６】
このように、第１の板状橋梁部７２０、第２の板状橋梁部７３０、重錘体７５０の周囲を、環状構造体７１０が所定距離を維持して取り囲む構造を採用すると、環状構造体７１０が、第１の板状橋梁部７２０、第２の板状橋梁部７３０、重錘体７５０の過剰な変位を制御するストッパ部材としての役割を果たすことになる。すなわち、装置筐体に所定の大きさ以上の外力が作用したときに、内部領域に配置された部材が環状構造体７１０の内面に接触することにより、当該部材の変位が所定範囲内に制御されるように構成されている。このため、重錘体７５０に過度の加速度やコリオリ力（各板状橋梁部７２０，７３０が破損するような力）が加わった場合でも、各部の過度の変位を制限することができるので、板状橋梁部７２０，７３０が破損する事態を避けることができる。
【０３９７】
＜７−３．  庇構造部の付加＞
図３６に示す変形例のもう一つの特徴は、中間接続部７２５が、第１の板状橋梁部７２０の先端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部８０１と第２の板状橋梁部７３０の根端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部８０２とを有し、重錘接続部７４０が、第２の板状橋梁部７３０の先端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部８０３を有する点である。なお、これら庇構造部８０１，８０２，８０３を設けたため、環状構造体７１０の内側部分には、これら庇構造部８０１，８０２，８０３に対応した位置に凹部が形成されている。
【０３９８】
本願発明者は、図示のような庇構造部８０１，８０２，８０３を設けた構造を採用すると、この慣性センサの検出効率を更に向上させることができることを発見した。これは、この庇構造部８０１，８０２，８０３を設けた構造を採用すると、各参照領域Ｒ１〜Ｒ１２の位置に生じる伸縮応力を更に高めることができるためである。これを、コンピュータを用いた構造力学上のシミュレーション結果に基づいて示そう。
【０３９９】
図３７(a) は、庇構造部が形成されていない基本構造体１００（ほぼ、図４に示す基本構造体１００に対応するもの）について、重錘体１５０がｘ軸正方向の変位Δｘ（＋）を生じたときの各板状橋梁部１２０，１３０に生じる応力の大きさを示す応力分布図である。一方、図３７(b) は、図３６に示す基本構造体７００（庇構造部８０１，８０２，８０３を設けた構造）について、重錘体７５０がｘ軸正方向の変位Δｘ（＋）を生じたときの各板状橋梁部に生じる応力の大きさを示す応力分布図である。いずれの分布図も、所定の変位量が生じたときに、中程度の伸張応力、強い伸張応力、中程度の収縮応力、強い収縮応力が作用する領域に、それぞれ固有のハッチングを施して示したものである（各図右上の凡例参照）。
【０４００】
同様に、図３８は、庇構造部が形成されていない基本構造体（図(a) ）および庇構造部が形成された基本構造体（図(b) ）について、重錘体がｙ軸正方向の変位Δｙ（＋）を生じたときの各板状橋梁部に生じる応力の大きさを示す応力分布図であり、図３９は、庇構造部が形成されていない基本構造体（図(a) ）および庇構造部が形成された基本構造体（図(b) ）について、重錘体がｚ軸正方向の変位Δｚ（＋）を生じたときの各板状橋梁部に生じる応力の大きさを示す応力分布図である。
【０４０１】
図３７(a) ，(b) および図３８(a) ，(b) の応力分布図を参照すると、重錘体が、ｘ軸方向やｙ軸方向に変位したときには、左右の脇侍配置領域に比較的大きな伸縮応力が発生していることがわかる。一方、図３９(a) ，(b) の応力分布図を参照すると、重錘体がｚ軸方向に変位したときには、すべての参照領域に比較的大きな伸縮応力が発生していることがわかる。したがって、図４に示す１２組の参照領域Ｒ１〜Ｒ１２の配置が理想的な配置になっていることが理解できよう。図５〜図７に示す各参照領域Ｒ１〜Ｒ１２の伸縮状態は、図３７〜図３９の応力分布図から得られたものである。
【０４０２】
なお、図には示されていないが、各板状橋梁部１２０，１３０の両側面にも両縁部と同様の応力分布が連続して現れる。したがって、脇侍配置領域Ｒ１，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１２は、各板状橋梁部１２０，１３０の上面だけでなく、側面に設けることも可能である。図１７(b) 〜(d) に示すバリエーションは、このような側面の応力分布も考慮したものである。
【０４０３】
しかも、図３７〜図３９において、上段の図(a) と下段の図(b) とを比較すると、概して、下段の図(b) に示す応力分布図の方が比較的大きな伸縮応力が発生していることがわかる。これは、図３６(a) に示すように、庇構造部８０１，８０２，８０３を設けた構造を採用すると、第１の板状橋梁部７２０の根端部および先端部ならびに第２の板状橋梁部７３０の根端部および先端部に効率的に応力を集中させることができ、慣性センサの検出効率を更に向上させることができることを意味する。したがって、実用上は、図３６(a) に示すように、庇構造部８０１，８０２，８０３を設けた構造を採用するのが好ましい。
【０４０４】
図４０は、図３６に示す基本構造体７００をもった慣性センサを４組設けることにより構成された角速度検出装置３０００の基本構造体を示す平面図である（図におけるハッチングは、基本構造体の形状を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない）。図示の基本構造体７００Ａ〜７００Ｄは、図３６に示す基本構造体７００に対応するものである。図２５に示す角速度検出装置２０００の代わりに、図４０に示す角速度検出装置３０００を用いれば、検出効率を更に向上させることができる。
【０４０５】
＜７−４．  環状重錘体＞
最後に、重錘体を外側に設け、環状構造とした変形例を述べておく。この変形例は、図３６に示した変形例における固定部（環状構造体７１０）と重錘体（７５０）との役割を逆転させたものである。すなわち、図３６に示した変形例において固定部として機能していた環状構造体７１０を重錘体として機能させ、重錘体７５０として機能していた板状体を固定部として機能させるようにしたものである。そのためには、図３６において重錘体７５０として機能していた板状体の下面を装置筐体の底板の上面に固定し、図３６において固定部として機能していた環状構造体７１０が、外力が作用しない状態において、装置筐体の底板の上方に浮いた宙吊り状態になるようにすればよい。
【０４０６】
図４１に、このような役割を逆転させた変形例に係る慣性センサの基本構造体７００Ｅの構造を示す平面図（図(a) ）およびこれをｙｚ平面で切断した側断面図（図(b) ）を示す。それぞれ上段に図(a) として示す平面図だけを比較すると、図３６に示す基本構造体７００と図４１に示す基本構造体７００Ｅとは、全く同じ構造のように見えるが、下段に図(b) として示す側断面図を比較すると、両者の構造の違いがよく理解できよう。
【０４０７】
図４１に示す基本構造体７００Ｅの場合、中央に配置された板状の部材７５０Ｅが板状固定部となり、他の部分に比べて厚みが大きい部分になる。そして、この板状固定部７５０Ｅの下面が、装置筐体の底板８００Ｅの上面に固着される。一方、図４１(a) に示すように、この板状固定部７５０Ｅの右上隅部には、固定端接続部７４０Ｅを介して、第１の板状橋梁部７３０Ｅの根端部（図の上端）が接続されている。また、この第１の板状橋梁部７３０Ｅの先端部（図の下端）には、中間接続部７２５Ｅを介して、第２の板状橋梁部７２０Ｅの根端部（図の右端）が接続されており、更に、この第２の板状橋梁部７２０Ｅの先端部（図の左端）には、環状重錘体７１０Ｅが接続されている。
【０４０８】
環状重錘体７１０Ｅは、図４１(a) に示すとおり、左辺７１１Ｅ，下辺７１２Ｅ，右辺７１３Ｅ，上辺７１４Ｅという４辺をもった矩形枠状の構造体であり、図４１(b) に示すように、装置筐体の底板８００Ｅの上方に浮いた状態となるように宙吊りになっている。
【０４０９】
これまで述べてきた実施形態では、重錘体が基本構造体の内側位置に配置されていたが、図４１に示す変形例の場合、環状重錘体７１０Ｅが基本構造体７００Ｅの外側位置に配置されることになる。このように外側に環状重錘体を配置する構造を採ると、一般的に、重錘体の質量を大きく確保することが容易になるので、重錘体の質量を大きくして検出効率を高める上では有利である。
【０４１０】
図４２は、図４１に示す基本構造体７００Ｅに補助重錘体７１１Ｆ〜７１４Ｆを付加することにより、重錘体全体の質量を増加させた変形例を示す平面図（図(a) ）およびこれをｙｚ平面で切断した側断面図（図(b) ）である。図４２(a) の平面図に示すとおり、この変形例に係る基本構造体７００Ｆを上方から見たときの構造は、図４１(a) に示す基本構造体７００Ｅの構造と全く同じであり、ここでは、各部に図４１(a) に示す基本構造体７００Ｅの各部と同じ符号を付して示してある。
【０４１１】
この図４２に示す実施例の場合も、中央の板状部材７５０Ｅが装置筐体に固定された固定部となり、周囲の環状構造体７１０Ｅ（４辺７１１Ｅ〜７１４Ｅからなる矩形状の枠）が重錘体として機能する。ここでは、この環状構造体７１０Ｅの下面に補助重錘体を固着することにより質量を増加させている。すなわち、図４２(b) の側断面図を見ればわかるとおり、この変形例に係る基本構造体７００Ｆでは、環状構造体の各辺７１１Ｅ〜７１４Ｅの下面に、それぞれ補助重錘体７１１Ｆ〜７１４Ｆが固着されており、環状重錘体７１０Ｅと補助重錘体７１１Ｆ〜７１４Ｆとの集合体が、この基本構造体７００Ｆにおける重錘体として機能することになる。したがって、重錘体の質量を増加させ、検出感度を向上させることが可能になる。
【０４１２】
＜＜＜  §８．  角速度・加速度・圧力の複合検出装置  ＞＞＞
これまで、§３，§４において、本発明に係る慣性センサを加速度センサとして利用した実施形態を述べ、§５において、本発明に係る慣性センサを角速度センサとして利用した実施形態を述べ、更に、§６において、この角速度センサを複数組設けた角速度検出装置の実施形態を述べた。
【０４１３】
ここでは、角速度センサとして機能する慣性センサと、加速度センサとして機能する慣性センサと、を組み合わせることにより、角速度と加速度との双方を検出する機能をもち、更に、圧力を検出する圧力センサを加えることにより、圧力を検出する機能ももった角速度・加速度・圧力の複合検出装置４０００の実施形態を、図４３〜図４６を参照しながら説明する。この複合検出装置は、§６−３において、図３０，図３１を参照して説明した角速度検出装置を基本として、加速度センサおよび圧力センサを付加することにより構成されるものである。
【０４１４】
図４３は、この複合検出装置４０００に用いられる基本構造体を示す平面図である（図におけるハッチングは、基本構造体の形状を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない）。この複合検出装置４０００は、第１の慣性センサＡ、第２の慣性センサＢ、第３の慣性センサＥ、そして圧力センサＦを２行２列のマトリックス状に配置したものである。第１の慣性センサＡおよび第２の慣性センサＢは角速度センサであるが、第３の慣性センサＥは加速度センサである。図４３の上段部分には、第１の慣性センサＡの基本構造体１００ＡＡと第２の慣性センサＢの基本構造体１００ＢＢとを左右に並置した状態が示され、図４３の下段部分には、第３の慣性センサＥの基本構造体１００ＥＥと圧力センサＦの基本構造体１００ＦＦとを左右に並置した状態が示されている。
【０４１５】
ここで、第１の慣性センサＡの基本構造体１００ＡＡと第２の慣性センサＢの基本構造体１００ＢＢの構造は、図２０に示す基本構造体１００Ａおよび１００Ｂの構造とほぼ同じである。すなわち、基本構造体１００ＡＡは、第１の板状橋梁部１２０Ａ，第２の板状橋梁部１３０Ａ，重錘接続部１４０Ａ，重錘体１５０Ａを備えており、基本構造体１００ＢＢは、第１の板状橋梁部１２０Ｂ，第２の板状橋梁部１３０Ｂ，重錘接続部１４０Ｂ，重錘体１５０Ｂを備えている。そして、第１の板状橋梁部１２０Ａの根端部および第２の板状橋梁部１２０Ｂの根端部は、固定部用板状部材１７１，１７２によって、図示されていない装置筐体に固定される。
【０４１６】
但し、ここに示す実施形態の場合、第１の板状橋梁部１２０Ａの根端部および第２の板状橋梁部１２０Ｂの根端部は、図示のとおり、共通の環状接続部１６０および固定用接続部１６５を介して固定部用板状部材１７１，１７２に接続されている。このように環状接続部１６０を介した接続を行うのは、後に詳述するとおり、重錘体１５０Ａ，１５０Ｂを振動させたときに、装置筐体への振動漏れを抑制するためである。
【０４１７】
図示の例の場合、環状接続部１６０は、Ｘ軸に平行な方向に伸びる第１の辺（図の上辺）および第２の辺（図の下辺）を一方の対辺とし、Ｙ軸に平行な方向に伸びる第３の辺（図の左辺）および第４の辺（図の右辺）を他方の対辺とする矩形状をしている。そして、第１の慣性センサＡの第１の板状橋梁部１２０Ａの根端部と第２の慣性センサＢの第１の板状橋梁部１２０Ｂの根端部とが、この環状接続部１６０の第１の辺（図の上辺）に接続されており、環状接続部１６０の第２の辺（図の下辺）が固定用接続部１６５を介して固定部用板状部材１７１，１７２に接続されている。
【０４１８】
固定部用板状部材１７１，１７２は、本発明に係る慣性センサの固定部として機能し、その下面は装置筐体の底板に固着されている。一方、環状接続部１６０および固定用接続部１６５は、この装置筐体の底板から上方に浮き上がった位置に配置されている。結局、基本構造体１００ＡＡ，１００ＢＢは、環状接続部１６０および固定用接続部１６５によって片持ち梁構造で支持され、全体が装置筐体の底板から浮き上がった位置に保持されていることになる。
【０４１９】
ここで、第１の慣性センサＡおよび第２の慣性センサＢは、互いに鏡像関係となる構造を有し、ＹＺ平面を境界面として一方の空間に第１の慣性センサＡが配置され、他方の空間に第２の慣性センサＢが配置されており、これら両慣性センサＡ，Ｂは、ＹＺ平面に関して面対称構造をなすことになる。また、図示のとおり、環状接続部１６０および固定用接続部１６５も、ＹＺ平面に関して面対称構造をなす。このような対称構造の採用は、重錘体１５０Ａ，１５０Ｂを振動させたときに、装置筐体への振動漏れを抑制する上で効果的である。
【０４２０】
一方、第３の慣性センサＥは、加速度センサであるが、その基本構造体１００ＥＥの構造は、第１の慣性センサＡの基本構造体１００ＡＡと鏡像関係になっている。すなわち、基本構造体１００ＥＥは、第１の板状橋梁部１２０Ｅ，第２の板状橋梁部１３０Ｅ，重錘接続部１４０Ｅ，重錘体１５０Ｅを備えており、第１の板状橋梁部１２０Ｅの根端部は、固定部用板状部材１７１によって、図示されていない装置筐体に固定される。ここで基本構造体１００ＥＥは、装置筐体の底板から浮き上がった位置に保持されている。このように、角速度センサとして機能する第１の慣性センサＡおよび第２の慣性センサＢに、加速度センサとして機能する第３の慣性センサＥを付加することにより、角速度と加速度との双方を検出する機能をもった複合検出装置を構成することができる。
【０４２１】
図示する実施形態は、更に、圧力センサＦを加えることにより、角速度・加速度・圧力の複合検出装置を構成したものである。圧力センサＦを構成する基本構造体１００ＦＦは、図示のとおり、固定用接続部１８０と密閉構造体１９０とによって構成される。密閉構造体１９０は、後述するとおり、内部に密閉空間を有し、少なくとも一面にダイアフラム部が形成された板状の構造体であり、固定用接続部１８０を介して固定部用板状部材１７２に接続されている。前述したとおり、固定部用板状部材１７２の下面は装置筐体の底板に固着されているが、固定用接続部１８０と密閉構造体１９０とは、この装置筐体の底板から上方に浮き上がった位置に配置されている。したがって、基本構造体１００ＦＦは、固定用接続部１８０によって片持ち梁構造で支持され、全体が装置筐体の底板から浮き上がった位置に保持されていることになる。
【０４２２】
ここで、図４３に示すように、固定部用板状部材１７１と１７２との境界部分に、ＸＹＺ三次元グローバル座標系の原点Ｑを定義し、図の右方向にＸ軸、図の上方向にＹ軸を定義し、各センサのＸＹ平面に対する正射影投影像の配置を考えてみると、第１の慣性センサＡは第２象限、第２の慣性センサＢは第１象限、第３の慣性センサＥは第３象限、圧力センサＦは第４象限にそれぞれ配置されていることになる。ここで、第１の慣性センサＡと第２の慣性センサＢの位置は入れ替えても機能に変わりはなく、第３の慣性センサＥと圧力センサＦの位置は入れ替えても機能に変わりはない。但し、第１の慣性センサＡと第２の慣性センサＢとはＸ軸に沿って隣接配置されている必要がある。これは、§６−３において、図３０，図３１を参照して説明したとおり、重錘体１５０Ａ，１５０Ｂを振動させたときに、装置筐体への振動漏れを抑制するためである。
【０４２３】
もちろん、第１の慣性センサＡと第２の慣性センサＢとを第３象限および第４象限に配置し、第３の慣性センサＥと圧力センサＦとを第１象限および第２象限に配置してもかまわないが、そのような配置は、図４３において各座標軸の向きを逆方向に定義した場合の配置と等価である。結局、装置筐体への振動漏れを抑制するために効果的な配置を採るのであれば、ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面に対する正射影投影像に関して、第１の慣性センサＡおよび第２の慣性センサＢの投影像の一方は第１象限、他方は第２象限に位置し、第３の慣性センサＥおよび圧力センサＦの一方は第３象限、他方は第４象限に位置するようにすればよい。
【０４２４】
なお、図４３に示す実施形態では、第１の慣性センサＡ、第２の慣性センサＢ、第３の慣性センサＥ、圧力センサＦの全体の周囲を取り囲み、装置筐体に固定された枠状固定部９００が設けられている。この枠状固定部９００は、個々のセンサが外部に直接露出しないように保護する機能を果たし、必要に応じて、装置筐体の一部として利用することも可能である。このように、ここに示す複合検出装置４０００は、４つの象限に必要なセンサの基本構造体がそれぞれ配置されており、全体が矩形状の枠状固定部９００の内部に効率的に収容されている。このため、小型で量産に適した装置が実現できる。
【０４２５】
続いて、この複合検出装置４０００の検出動作を説明する。図４４は、この複合検出装置４０００の動作を説明するための平面図および各回路を示すブロック図である。上述したとおり、基本構造体１００ＡＡから構成される第１の慣性センサＡおよび基本構造体１００ＢＢから構成される第２の慣性センサＢは、角速度センサであり、その検出動作は、§６−３において、図３０を参照して説明した角速度検出装置の動作と全く同じである（ＸＹＺ三次元座標系の原点Ｑの位置は若干ずれることになる）。
【０４２６】
具体的には、第１の慣性センサＡの重錘体１５０Ａには、Ｙ′軸に沿った振動ＵＹ′（＋）を与え、第２の慣性センサＢの重錘体１５０Ｂには、Ｘ′軸に沿った振動ＵＸ′（＋）を与える。ここで、振動ＵＹ′（＋）と振動ＵＸ′（＋）とは同一周期の振動であり、２つの重心点Ｇａ，Ｇｂの動きが同期していると、Ｘ軸方向に関しては、２つの重心点Ｇａ，Ｇｂの動きは逆位相になる。このため、外部に漏れ出すＸ軸方向の振動成分が全体的に打ち消される。一方、基本構造体１００ＡＡ，１００ＢＢは、環状接続部１６０を介して装置筐体に固定されているため、外部に漏れ出そうとするＹ軸方向の振動成分については、この環状接続部１６０によって大部分が吸収されることになる。
【０４２７】
結局、環状接続部１６０を伝わって装置筐体へと漏れ出る振動成分は、Ｘ軸方向成分であってもＹ軸方向成分であっても、十分に減衰されることになり、装置筐体を伝わって外部に漏れ出る振動は大幅に抑制されることになる。加速度センサである第３の慣性センサＥや圧力センサＦからは、そもそも振動成分の発生はないので、これらのセンサについての振動漏れ対策は行う必要はない。なお、重錘体１５０Ａ，１５０Ｂは、図３１に示すような態様で振動させても、同様の振動漏れ効果が得られる。
【０４２８】
§６−３において説明したとおり、第１の慣性センサＡおよび第２の慣性センサＢが組み込まれた角速度検出装置は、角速度ωＸ′，ωＹ′，ωＺの各検出値、もしくはこれらに基づく変換処理で得られた角速度ωＸ，ωＹ，ωＺの各検出値を得ることができる。
【０４２９】
一方、第３の慣性センサＥは加速度センサであり、その検出動作は、既に、§３および§４で述べたとおりである。この加速度センサは、ｘｙｚ三次元ローカル座標系において、作用した加速度の各座標軸方向成分αｘ，αｙ，αｚを独立して検出する機能をもっているので、これらの検出値をそのままＸＹＺ三次元グローバル座標系における各座標軸方向成分αＸ，αＹ，αＺとして出力することが可能である。また、ベクトル合成演算を行うことにより、Ｘ軸を４５°回転させたＸ′軸方向の加速度成分αＸ′やＹ軸を４５°回転させたＹ′軸方向の加速度成分αＹ′を求めることも可能である。
【０４３０】
また、圧力センサＦは、外部から加えられた圧力を電気的に検出し、圧力検出値Ｐとして出力する機能を有しており、この複合検出装置４０００が置かれた環境における大気圧を検出することが可能である。この圧力センサＦの具体的な構造および動作原理は後述する。
【０４３１】
図４４の下段に示すブロック図は、この複合検出装置４０００に含まれる各検出回路の基本構成を示すものである。ここで、検出回路５１０Ａ，５１０Ｂは、それぞれ角速度センサとして機能する慣性センサＡ，Ｂのための検出回路であり、その構成例や検出動作は、§６−３等において述べたとおりである。加速度検出回路５２０Ｅは、加速度センサとして機能する慣性センサＥのための検出回路であり、その構成例は§３，§４で述べたとおりである。そして、圧力検出回路５３０Ｆは、圧力センサＦによる圧力検出動作を行うための回路であり、後に、その一例を図４６を参照しながら説明する。
【０４３２】
複合検出値出力部５７０は、図２１に示す角速度出力部５５０の機能に加えて、第３の慣性センサＥによって検出された加速度の検出値を出力する機能と、圧力センサＦによって検出された圧力検出値Ｐを出力する機能とを有する構成要素である。結局、この複合検出値出力部５７０からは、図示のとおり、角速度ωＸ′，ωＹ′，ωＺの３軸成分もしくは角速度ωＸ，ωＹ，ωＺの３軸成分に、加速度αＸ′，αＹ′，αＺの３軸成分もしくは加速度αＸ，αＹ，αＺの３軸成分を加えた合計６軸成分を示す検出値と、圧力検出値Ｐとが出力されることになる。
【０４３３】
次に、圧力センサＦの具体的構造および動作原理を説明する。図４４に示す圧力センサＦを構成する基本構造体１００ＦＦは、前述したとおり、固定用接続部１８０と密閉構造体１９０とによって構成される。図示の例の場合、密閉構造体１９０は、内部に密閉空間１９５を有し、上面にダイアフラム部Ｄｆが形成された板状の構造体である。圧力センサＦは、この基本構造体１００ＦＦと、圧力用検出素子３５１〜３５４と、圧力検出回路５３０Ｆとによって構成される。圧力用検出素子３５１〜３５４は、外部から加えられた圧力によって生じるダイアフラム部Ｄｆの撓みに応じた電気信号を出力する素子であり、圧力検出回路５３０Ｆは、この圧力用検出素子３５１〜３５４の出力信号に基づいて、圧力の検出値Ｐを求める回路である。
【０４３４】
図４５は、図４４に示す密閉構造体１９０を、切断線４５−４５に沿った断面で切断した側断面図である。図には、密閉構造体１９０の位置を明確にするため、装置筐体の底板２００も描かれている。前述したとおり、図４４に示す固定部用板状部材１７２の下面は装置筐体の底板２００に固着されているが、密閉構造体１９０は、固定用接続部１８０を介して固定部用板状部材１７２に接続されており、図示のとおり、装置筐体の底板２００から上方に浮き上がった位置に保持されている。
【０４３５】
密閉構造体１９０は、内部に密閉空間１９５を有し、上面にダイアフラム部Ｄｆが形成された板状の構造体であるが、図示の例の場合、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板によって構成されているため、全３層の構造になっている。すなわち、この例に示す密閉構造体１９０は、上方から下方に向かって順に、第１シリコン層１９１、酸化シリコン層１９２、第２シリコン層１９３を積層してなるＳＯＩ基板によって構成され、第２シリコン層１９３の上面に掘られた溝の内面と酸化シリコン層１９２の下面との間に密閉空間１９５が形成されている。ここで、密閉空間１９５の内部は真空になっており、真空室として機能する。
【０４３６】
ここに示す例のように、密閉構造体１９０をＳＯＩ基板によって構成すると、内部に真空の密閉空間１９５を作成する工程が容易になるというメリットが得られる。一般的なＳＯＩ基板の製造工程は、下面に酸化シリコン層が形成された第１のシリコン基板の下方に、上面に酸化シリコン層が形成された第２のシリコン基板を接合することによって行われる。そこで、接合前の段階で、第２のシリコン基板の上面に溝を堀っておき、真空中で両基板を接合するようにすれば、図４５に示すような密閉構造体１９０を製造することができる。
【０４３７】
上記接合工程を行うと、第１のシリコン基板の下面に形成された酸化シリコン層と、第２のシリコン基板の上面に形成された酸化シリコン層とが強く接合され、密閉空間１９５の真空度が十分に維持される。なお、通常、第１のシリコン基板のシリコン層の厚みは、ダイアフラム部Ｄｆを構成する層としては厚すぎるので、両基板を接合した後、上面のシリコン層を研磨して薄くし、最適な厚みをもったダイアフラム部Ｄｆが形成されるようにすればよい。
【０４３８】
なお、図４５では、図示の便宜上、各層の厚みの比が不正確に描かれているが、実際には、第１シリコン層１９１および酸化シリコン層１９２は、大気圧の変動によって撓みを生じる程度の厚みに設計されており、第１シリコン層１９１と酸化シリコン層１９２との積層体における密閉空間１９５の上方部分がダイアフラム部Ｄｆを構成することになる。したがって、大気圧の変動により、ダイアフラム部Ｄｆに撓みが生じ、密閉空間１９５の容積は変動する。
【０４３９】
圧力用検出素子３５１〜３５４は、このようなダイアフラム部Ｄｆに生じた撓みを電気的に検出するための素子であり、第１シリコン層１９１の上面に形成されている。ここに示す例の場合、圧力用検出素子３５１〜３５４としてピエゾ抵抗素子が用いられている。図４５の側断面図には、２組のピエゾ抵抗素子３５３，３５４のみしか現れていないが、実際には、図４４の平面図に示すように、第１シリコン層１９１の上面には合計４組のピエゾ抵抗素子３５１〜３５４が配置されている（ここでは、いずれの図においても、ピエゾ抵抗素子を黒塗り矩形で示す）。
【０４４０】
ここに示す実施形態の場合、図４４の平面図に破線で示されているとおり、密閉空間１９５はその輪郭１９７が矩形状をなしている。別言すれば、ダイアフラム部Ｄｆの上面に対する密閉空間１９７の正射影投影像の輪郭１９７は矩形になる。ここで、説明の便宜上、図４４の平面図において、この輪郭矩形の４辺をそれぞれ上辺、下辺、左辺、右辺と定義すると、４組のピエゾ抵抗素子３５１〜３５４の配置は次のようになっている。
【０４４１】
まず、第１のピエゾ抵抗素子３５１は、輪郭矩形１９７の内部における、その上辺の中央近傍に当該上辺に対して直交する方向（図におけるＹ軸方向）を長手方向とするように配置されており、第２のピエゾ抵抗素子３５２は、輪郭矩形１９７の内部における、その下辺の中央近傍に当該下辺に対して直交する方向（図におけるＹ軸方向）を長手方向とするように配置されている。一方、第３のピエゾ抵抗素子３５３は、輪郭矩形１９７の内部における、その左辺の中央近傍に当該左辺の方向（図におけるＹ軸方向）を長手方向とするように配置されており、第４のピエゾ抵抗素子３５４は、輪郭矩形１９７の内部における、その右辺の中央近傍に当該右辺の方向（図におけるＹ軸方向）を長手方向とするように配置されている。
【０４４２】
要するに、４組のピエゾ抵抗素子３５１〜３５４は、輪郭矩形１９７の４辺の中央近傍の内部領域に、いずれもＹ軸に平行な方向を長手方向とするように配置されていることになる。ピエゾ抵抗素子は、その長手方向を電流路とする電気抵抗の変化を検出する素子であり、長手方向に関する機械的な伸縮を電気的に検出することができる。ここで、大気圧の変動によってダイアフラム部Ｄｆに撓みが生じた場合、その撓みにより、第１のピエゾ抵抗素子３５１および第２のピエゾ抵抗素子３５２と、第３のピエゾ抵抗素子３５３および第４のピエゾ抵抗素子３５４とでは、全く逆の抵抗変化が生じ、一方の抵抗値が増大すると他方の抵抗値は減少する。このような抵抗変化を利用すれば、ブリッジ回路によって圧力を検出することができる。
【０４４３】
図４６は、図４４の圧力検出回路５３０Ｆを構成するブリッジ回路を示す回路図である。図示のとおり、このブリッジ回路は、第１のピエゾ抵抗素子３５１と第２のピエゾ抵抗素子３５２とを一方の対辺とし、第３のピエゾ抵抗素子３５３と第４のピエゾ抵抗素子３５４とを他方の対辺とする回路になっており、電源３００から所定の基準電圧が印加されている。このため、出力端子Ｔ５１，Ｔ５２間には、大気圧の変動に応じたブリッジ電圧Ｖｐが出力されることになり、圧力検出値Ｐは、このブリッジ電圧Ｖｐに基づいて決定される。
【０４４４】
なお、この圧力センサＦでは、密閉構造体１９０の所定の１箇所（図４４に示す例の場合は図の左上の１箇所）が固定用接続部１８０を介して装置筐体に固定されており、図４５に示すとおり、密閉構造体１９０は、装置筐体内で宙吊り状態に支持されている。これは、外乱の影響を受けない正確な圧力検出を行う上で好都合である。ダイアフラム部Ｄｆに対して、外部から機械的な応力が加わることにより撓みが生じてしまうと、正確な圧力検出を行うことができなくなる。図示の例のように、密閉構造体１９０を１箇所のみの片持ち梁構造で装置筐体内に宙吊り状態で支持する構造を採れば、外部からの応力がダイアフラム部Ｄｆの撓みに影響を与えることを極力排除することができ、大気圧を正確に検出することが可能になる。
【符号の説明】
【０４４５】
９ｂ：切断線（図９(b) の断面位置を示す）
１０：基本構造体
１１：台座部
１２：ダイアフラム部
１３：重錘体
１４ｂ：切断線（図１４(b) の断面位置を示す）
２０：ピエゾ抵抗素子
３０：装置筐体の底板
１００，１００Ａ〜１００Ｄ：基本構造体
１００ＡＡ〜１００ＦＦ：基本構造体
１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ：固定部用板状部材
１１０ＡＣ，１１０ＢＤ：固定部用板状部材
１２０，１２０Ａ〜１２０Ｅ：第１の板状橋梁部
１２５：中間接続部
１３０，１３０Ａ〜１３０Ｅ：第２の板状橋梁部
１４０，１４０Ａ〜１４０Ｅ：重錘接続部
１５０，１５０Ａ〜１５０Ｅ：重錘体
１６０：環状接続部
１６５：固定用接続部
１７１，１７２：固定部用板状部材
１８０：固定用接続部
１９０：密閉構造体
１９１：第１シリコン層（ダイアフラム部）
１９２：酸化シリコン層（ダイアフラム部）
１９３：第２シリコン層
１９５：密閉空間（真空室）
１９７：輪郭矩形
２００：装置筐体の底板
３００：電源
３０１〜３１２：ピエゾ抵抗素子
３０１Ａ〜３１２Ａ：ピエゾ抵抗素子
３０１Ｂ〜３１２Ｂ：ピエゾ抵抗素子
３５１〜３５４：ピエゾ抵抗素子（圧力用検出素子）
４００：装置筐体のカバー
４１０：装置筐体の天板
４２０：装置筐体の側板
５００：検出回路
５１０，５１０Ａ〜５１０Ｄ：検出回路
５２０Ｅ：加速度検出回路
５２０Ｆ：圧力検出回路
５５０，５６０：角速度出力部
５７０：複合検出値出力部
６００：層状の圧電体
６００ｂ，６００ｃ，６００ｄ１，６００ｄ２：層状の圧電体
６０１〜６１２：個々の圧電素子／個々の上層電極
６０１Ａ〜６１２Ａ：個々の圧電素子／個々の上層電極
６０１Ｂ〜６１２Ｂ：個々の圧電素子／個々の上層電極
６１０ｂ，６１０ｃ，６１０ｄ：個々の上層電極
６１１ｂ，６１１ｃ，６１１ｄ：個々の上層電極
６１２ｂ，６１２ｃ，６１２ｄ：個々の上層電極
６２１〜６３３：差分回路
６４１〜６４６：交流電源
６５０：下層電極
６５０ｂ，６５０ｃ，６５０ｄ：下層電極
６５１〜６５６：交流駆動信号／交流駆動信号源
７００，７００Ａ〜７００Ｆ：基本構造体
７１０：環状構造体
７１０Ｅ：環状構造体
７１１〜７１４：環状構造体の各辺
７１１Ｅ〜７１４Ｅ：環状構造体の各辺
７１１Ｆ〜７１４Ｆ：補助重錘体
７２０：第１の板状橋梁部
７２０Ｅ：第２の板状橋梁部
７２５：中間接続部
７２５Ｅ：中間接続部
７３０：第２の板状橋梁部
７３０Ｅ：第１の板状橋梁部
７４０：重錘接続部
７４０Ｅ：固定端接続部
７５０：重錘体
７５０Ｅ：板状固定部
８００，８００Ｅ：装置筐体の底板
８０１〜８０３：庇構造部
９００：枠状固定部
１０００：角速度検出装置
２０００：角速度検出装置
３０００：角速度検出装置
４０００：複合検出装置
Ａ〜Ｄ：慣性センサ
Ｄｆ：ダイアフラム部
Ｅ：慣性センサ（加速度センサ）
Ｆ：圧力センサ
Ｇａ〜Ｇｄ：重心点
Ｌ０：固定部用長手方向軸
Ｌｘ：第２の長手方向軸（中心線）
Ｌｙ：第１の長手方向軸（中心線）
Ｏ：ｘｙｚ三次元座標系（ローカル座標系）の原点
Ｐ：圧力検出値
Ｑ：ＸＹＺ三次元座標系（グローバル座標系）の原点
Ｒ１〜Ｒ１２：参照領域
Ｓ，Ｓ１，Ｓ２：対称面
Ｔ１１〜Ｔ５２：出力端子
ＵＸ，ＵＸ（＋），ＵＸ（−）：Ｘ軸方向の振動
ＵＸ′，ＵＸ′（＋），ＵＸ′（−）：Ｘ′軸方向の振動
ＵＹ，ＵＹ（＋），ＵＹ（−）：Ｙ軸方向の振動
ＵＹ′，ＵＹ′（＋），ＵＹ′（−）：Ｙ′軸方向の振動
Ｕｘ：ｘ軸方向の振動
Ｕｙ：ｙ軸方向の振動
Ｕｚ：ｚ軸方向の振動
Ｖ：空隙部
Ｖｘ：ｘ軸検出電圧
Ｖｙ：ｙ軸検出電圧
Ｖｚ：ｚ軸検出電圧
Ｘ：ＸＹＺ三次元座標系（グローバル座標系）の座標軸
Ｘ′：Ｘ軸を４５°回転させて得られる軸
ｘ：ｘｙｚ三次元座標系（ローカル座標系）の座標軸
Δｘ（＋）：ｘ軸正方向の変位
Ｙ：ＸＹＺ三次元座標系（グローバル座標系）の座標軸
Ｙ′：Ｙ軸を４５°回転させて得られる軸
ｙ：ｘｙｚ三次元座標系（ローカル座標系）の座標軸
Δｙ（＋）：ｙ軸正方向の変位
Ｚ：ＸＹＺ三次元座標系（グローバル座標系）の座標軸
ｚ：ｘｙｚ三次元座標系（ローカル座標系）の座標軸
Δｚ（＋）：ｚ軸正方向の変位
【要約】
【課題】利用環境によって検出結果に悪影響が及ぶことがなく、しかも高い検出感度をもって角速度の正確な検出を行う。
【解決手段】４組の慣性センサ１００Ａ〜１００Ｄを、グローバルＸＹ座標系上の各象限に配置して角速度検出装置２０００を構成する。ＸＹ座標系の原点Ｑを装置筐体に固定し、各重錘体１５０Ａ〜１５０Ｄを、可撓性を有するＬ字状板状橋梁部によって宙空に支持する。板状橋梁部上の圧電素子に交流駆動信号を与え、それぞれ図示の方向を向いたローカルｘｙ座標系のｘ軸方向およびｙ軸方向に各重錘体を励振する。ｘ軸およびｙ軸方向の励振を組み合わせ、重錘体１５０Ａ，１５０ＤをＹ′軸方向に逆位相で励振させ、重錘体１５０Ｂ，１５０ＣをＸ′軸方向に逆位相で励振させ、振動漏れを抑制しつつ、Ｚ軸方向に作用したコリオリ力を検出素子によって測定することにより、Ｘ′軸，Ｙ′軸，Ｚ軸の３軸まわりの角速度を検出する。
【選択図】図３３【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005631515.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0005631515.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
0005631515.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
0005631515.tif 000029
【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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