(57)【要約】【課題】簡便な方法で製造が可能な構造であり、小型・低背化が可能で、１素子で多軸の角速度検知を可能とする角速度センサを提供する。【解決手段】圧電単結晶で形成され、Ｙ軸方向に長さ方向を、Ｚ軸方向に厚み方向を有するベース部と、Ｘ軸方向とＺ軸方向に垂直なＹ軸方向にそれぞれ長さ方向を有し、Ｘ軸方向に並んで前記ベース部と一体に前記圧電単結晶で形成された４つの梁を有し、  前記４つの梁のうち２個づつを組とし、それぞれの組の一方の梁を駆動梁とし、他方の梁をカウンタバランスとし、前記駆動梁にＸ軸方向に振動させる交流電界が印加される駆動電極と、Ｙ軸に加わる回転角を検知するＹ軸検知電極が設けられ、前記カウンタバランスとなる他方の梁にＸ軸に加わる回転角を検知するＸ軸検知電極が設けられている。【選択図】  図１Ａ
2006030125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電単結晶で形成され、Ｙ軸方向に長さ方向を、Ｚ軸方向に厚み方向を有するベース部と、
Ｘ軸方向とＺ軸方向に垂直なＹ軸方向にそれぞれ長さ方向を有し、Ｘ軸方向に並んで前記ベース部と一体に前記圧電単結晶で形成された４つの梁を有し、
前記４つの梁のうち２個ずつを組とし、それぞれの組の一方の梁を駆動梁とし、他方の梁をカウンタバランスとし、
前記駆動梁にＸ軸方向に振動させる駆動電極と、Ｙ軸に加わる回転角を検知するＹ軸検知電極が設けられ、
前記カウンタバランスとなる他方の梁にＸ軸に加わる回転角を検知するＸ軸検知電極が設けられている
ことを特徴とする角速度センサ。
【請求項２】
請求項１において、
前記駆動電極は、前記駆動梁のＺ軸方向に垂直な両面に形成された電極でこれらの電極間に駆動信号が印加され、
前記Ｙ軸検知電極は、前記駆動梁のＺ軸方向に垂直な面に、前記駆動電極と分離して形成された電極と、前記駆動梁のＸ軸方向に垂直な面に形成された電極で、これらの電極間の出力がＹ軸中心に加わる回転角として検知され、
前記Ｘ軸検知電極は、カウンタバランスとなる他方の梁のＺ軸方向に垂直な面に形成された電極と、Ｘ軸方向に垂直な両面に形成された電極で、これらの電極間の出力がＸ軸中心に加わる回転角として検知される
ことを特徴とする角速度センサ。
【請求項３】
請求項２において、
前記カウンタバランスとなる他方の梁のＺ軸方向に垂直な両面に形成された前記Ｘ軸検知電極と分離して、前記Ｚ軸方向に垂直な両面にＺ軸検知電極が形成され、これらの電極間の出力がＺ軸中心に加わる回転角として検知される
ことを特徴とする角速度センサ。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかにおいて、
前記４つの梁が、前記ベース部のＺ軸方向に対して一方側に形成され、櫛形を成していることを特徴とする角速度センサ。
【請求項５】
請求項１乃至３の何れかにおいて、
前記４つの梁のそれぞれ組とされる、２個ずつの梁を前記ベース部を中心にＺ軸方向に対向するように形成され、Ｈ形を成していることを特徴とする角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は角速度センサに関し、特に４脚音叉もしくはＨ形音叉を用いた多軸の角速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電型の角速度センサとして、これまで種々の形態が提案されている。その一つとして、３脚音叉形振動子の先端部に突起を付け、多軸の角速度の検出を可能とする構成がある(特許文献１)。
【０００３】
また、円盤状の圧電素子を用い円盤状の中央に角速度検出の為の錘部を形成し、多軸の角速度を検出する構成がある(特許文献２)。
【０００４】
さらに、４つの振動腕を共通の支持部で形成し、内側あるいは外側の２つの振動腕を駆動腕とし、他方の２つの振動腕を検出腕とする構成が知られている（特許文献３）。
【０００５】
しかし、上記第１の従来例の３脚音叉構造で突起を付ける構造の角速度センサは、製造的に簡便さを欠き、各々の軸の角速度を検出する為に多軸化することで電極面積が小さくなりインピーダンスが上昇することが考えられる。
【０００６】
また、上記第二の従来例の構成は、円盤状の圧電素子では、錘部形成など構造が複雑で製造コストに難がある。
【０００７】
さらに、上記第３の従来例は、１軸のみを検知するもので、多軸の角速度を検出することができない。
【特許文献１】特開２００２−２１３９６３号公報
【特許文献２】特開平８−９４６６１号公報
【特許文献３】特開平８−２７８１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、上記に鑑みて簡便な方法で製造が可能な構造であり、小型・低背化が可能で、１素子で多軸の角速度検知を可能とする角速度センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の本発明の課題を達成する角速度センサの第１の態様は、圧電単結晶で形成され、Ｙ軸方向に長さ方向を、Ｚ軸方向に厚み方向を有するベース部と、Ｘ軸方向とＺ軸方向に垂直なＹ軸方向にそれぞれ長さ方向を有し、Ｘ軸方向に並んで前記ベース部と一体に前記圧電単結晶で形成された４つの梁を有し、前記４つの梁のうち２個ずつを組とし、それぞれの組の一方の梁を駆動梁とし、他方の梁をカウンタバランスとし、
前記駆動梁にＸ軸方向に振動させる駆動電極と、Ｙ軸に加わる回転角を検知するＹ軸検知電極が設けられ、前記カウンタバランスとなる他方の梁にＸ軸に加わる回転角を検知するＸ軸検知電極が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
上記の本発明の課題を達成する角速度センサの第２の態様は、第１の態様において、前記駆動電極は、前記駆動梁のＺ軸方向に垂直な両面に形成された電極でこれらの電極間に駆動信号が印加され、前記Ｙ軸検知電極は、前記駆動梁のＺ軸方向に垂直な面に、前記駆動電極と分離して形成された電極と、前記駆動梁のＸ軸方向に垂直な面に形成された電極で、これらの電極間の出力がＹ軸中心に加わる回転角として検知され、前記Ｘ軸検知電極は、カウンタバランスとなる他方の梁のＺ軸方向に垂直な面に形成された電極と、Ｘ軸方向に垂直な両面に形成された電極で、これらの電極間の出力がＸ軸中心に加わる回転角として検知されることを特徴とする。
【００１１】
上記の本発明の課題を達成する角速度センサの第３の態様は、第２の態様において、前記カウンタバランスとなる他方の梁のＺ軸方向に垂直な両面に形成された前記Ｘ軸検知電極と分離して、前記Ｚ軸方向に垂直な両面にＺ軸検知電極が形成され、これらの電極間の出力がＺ軸中心に加わる回転角として検知されることを特徴とする。
【００１２】
上記の本発明の課題を達成する角速度センサの第４の態様は、第１乃至第３の態様の何れかにおいて、前記４つの梁が、前記ベース部のＺ軸方向に対して一方側に形成され、櫛形を成していることを特徴とする。
【００１３】
上記の本発明の課題を達成する角速度センサの第５の態様は、第１乃至第３の態様の何れかにおいて、前記４つの梁のそれぞれ組とされる、２個ずつの梁を前記ベース部を中心にＺ軸方向に対向するように形成され、Ｈ形を成していることを特徴とする。
【００１４】
本発明の特徴は、以下に図面に従い説明される発明の実施の形態例により更に明らかになる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、簡便な構造で製造性も良く平置き可能な小型・低背で１つの素子で多軸の角速度を検出する角速度センサが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下図面に従い、本発明の実施の形態例を説明する。なお、実施の形態例は本発明の理解のためのものであり、本発明の技術的範囲はこれに制限されるものではない。
【００１７】
図１Ａ，図１Ｂ、図２Ａ，図２Ｂ及び、図３Ａ，図３Ｂは、本発明の第１の実施の形態例を示す図である。図１Ａは、４脚音叉形振動子の概念構成を示し、図１Ｂは、図１Ａのａ−ａ’断面図であり、駆動・検出電極の結線の状態を示す図である。
【００１８】
以下各実施の形態例に共通である構成として、圧電単結晶体から切り出された、Ｙ軸方向に長さ方向を、Ｚ軸方向に厚み方向を有するベース部１と、ベース部１と一体に前記圧電単結晶で形成され、Ｘ軸方向とＺ軸方向に垂直なＹ軸方向にそれぞれ長さ方向を有し、Ｘ軸方向に並べられた４つの梁２ａ，２ｂ，２ｃ、２ｄを有している。
【００１９】
前記の圧電単結晶体として、電気機械結合係数の大きな単結晶素子を使用することが、高感度及び小型化の点から好ましく、ニオブ酸リチウム（LiNbO3），タンタル酸リチウム（LiTaO3），ニオブ酸カリウム（KNbO3），あるいは水晶（SiO2）等を材料とすることができる。
【００２０】
第１の実施の形態例では、図１Ｂに示すように、前記４つの梁のうち２ａと２ｂ、２ｃと２ｄの２個ずつを組とし、それぞれの組の一方の梁２ａ，２ｄを駆動梁とし、他方の梁２ｂ，２ｃをカウンタバランスとしている。
【００２１】
梁２ａには、Ｚ軸方向に垂直な面に駆動電極３ａ１，３ａ２が、梁２ｄには、Ｚ軸方向に垂直な面に駆動電極３ｂ１，３ｂ２が形成されている。そして、駆動電極３ａ１と３ａ２間、及び、駆動電極３ｂ１と３ｂ２間の端子Ｔ１，Ｔ２から駆動信号が供給される。
【００２２】
これにより、図１Ａに示すように、駆動梁２ａ，２ｄがＸ軸方向に励振され、これとＸ軸方向の反対方向にカウンタバランス梁２ｂ，２ｃが振動する。このモードをＦｘモードと定義する。
【００２３】
図２Ａ，図２Ｂは、図１Ａ，図１Ｂに示すＦｘモードにおいて、Ｙ軸を中心に、回転力が与えられた場合を説明する図である。図２Ａにおいて、Ｆｘモードの状態で、Ｙ軸を中心に、回転力が与えられると、コリオリ力により矢印方向即ち、Ｚ軸方向に駆動梁２ａ，２ｄと、カウンタバランス梁２ｂ，２ｃが反対向きに変位する。この状態をＦｚモードと定義する。したがって、Ｆｚモードにおける変位を検知することによりＹ軸に与えられる回転角が検出可能である。
【００２４】
そして、このＦｚモードにおける駆動梁２ａ，２ｄのＺ軸方向の変位を検知するために、図２Ａのａ−ａ’断面図において、図２Ｂに示すような検出電極の結線状態を形成する。
【００２５】
図２Ｂにおいて、駆動梁２ａ，２ｄのＸ軸に垂直な面に電極４ａ１，４ｂ１と、Ｚ軸に垂直な面に電極４ａ２，４ａ３，４ｂ２，４ｂ３が形成されている。そして、端子Ｔ３、Ｔ４により電極４ａ１と、４ａ２，４ａ３間の出力及び、電極４ｂ１と、４ｂ２，４ｂ３間の出力を求めることにより、Ｆｚモードにおける変位を検知することができる。
【００２６】
同様に、図３Ａ，図３Ｂは、図１Ａ，図１Ｂに示すＦｘモードにおいて、Ｘ軸を中心に、回転力が与えられた場合を説明する図である。図３Ａにおいて、Ｆｘモードの状態で、Ｘ軸を中心に、回転力が与えられると、コリオリ力により矢印方向即ち、Ｚ軸方向に駆動梁２ａ，２ｄと、カウンタバランス梁２ｂ，２ｃが反対向きに変位する。この状態をＦｚ’モードと定義する。したがって、Ｆｚ’モードにおける変位を検知することによりＸ軸に与えられる回転角が検出可能である。
【００２７】
そして、このＦｚ’モードにおけるカウンタバランス梁２ｂ，２ｃのＺ軸方向の変位を検知するために、図３Ａのａ−ａ’断面図において、図３Ｂに示すような検出電極の結線状態を形成する。
【００２８】
図３Ｂにおいて、カウンタバランス梁２ｂ，２ｃのＸ軸に垂直な面に電極５ａ１，５ａ２，５ｂ１，５ｂ２と、Ｚ軸に垂直な面に電極６ａ１，６ａ２，６ｂ１，６ｂ２が形成されている。そして、端子Ｔ５、Ｔ６により電極５ａ１と、６ａ１，６ａ２間の出力及び、電極５ｂ２と、６ｂ１，６ｂ２間の出力を求めることにより、Ｆｚ’モードにおける変位を検知することができる。
【００２９】
このように、第１の実施の形態例では、Ｆｚ及びＦｚ’モードにおいて、１素子によりＹ，Ｘ軸の２軸の回転角従って、角速度を検知することができる。
【００３０】
次に、図４Ａ，図４Ｂ、図５Ａ，図５Ｂ及び、図６Ａ，図６Ｂは、本発明の第２の実施の形態例を示す図である。ベース部１とこれに一体に４つの梁２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを有して構成される点は第１の実施の形態例と同様である。
【００３１】
図４Ａは、４脚音叉振動子の概念構成を示し、図４Ｂは、図４Ａのａ−ａ’断面図であり、駆動電極の結線状態を示す図である。
【００３２】
第２の実施の形態例では、図４Ｂに示すように、前記４つの梁のうち２ａと２ｂ、２ｃと２ｄを組とし、それぞれの組の一方の梁２ｂ、２ｃを駆動梁とし、他方の梁２ａ、２ｄをカウンタバランスとしている。
【００３３】
梁２ｂには、Ｚ軸方向に垂直な面に駆動電極６ａ１，６ａ２が、梁２ｃには、Ｚ軸方向に垂直な面に駆動電極６ｂ１，６ｂ２が形成されている。そして、駆動電極６ａ１と６ａ２間及び、異駆動電極６ｂ１と６ｂ２間の端子Ｔ１１，Ｔ２１から駆動信号が供給される。
【００３４】
これにより、図４Ａに示すように、駆動梁２ｂ，２ｃがＸ軸方向に励振され、これとＸ軸方向の反対方向にカウンタバランス梁２ａ，２ｄが振動する。このモードをＦｘモードと定義する。
【００３５】
図５Ａ，図５Ｂは、図４Ａ，図４Ｂに示すＦｘモードにおいて、Ｙ軸を中心に、回転力が与えられた場合を説明する図である。図５Ａにおいて、Ｆｘモードの状態で、Ｙ軸を中心に、回転力が与えられると、コリオリ力により矢印方向即ち、Ｚ軸方向に駆動梁２ｂ，２ｃと、カウンタバランス梁２ａ，２ｄが反対向きに変位する。この状態は、図２に示したのと同様で、Ｆｚモードである。したがって、Ｆｚモードにおける変位を検知することによりＹ軸に与えられる回転角が検出可能である。
【００３６】
このＦｚモードにおける駆動梁２ｂ，２ｃのＺ軸方向の変位を検知するために、図５Ａのａ−ａ’断面図において、図５Ｂに示すような検出電極の結線状態を形成する。
【００３７】
図５Ｂにおいて、駆動梁２ｂ，２ｃのＸ軸に垂直な面に電極５ａ１，５ｂ１と、Ｚ軸に垂直な面に電極６ａ３，６ａ４，６ｂ３，６ｂ４が形成されている。そして、端子Ｔ３１、Ｔ４１により電極５ａ１と、６ａ３，６ａ４間の出力及び、電極５ｂ１と、６ｂ３，６ｂ４間の出力を求めることにより、Ｆｚモードにおける変位を検知することができる。
【００３８】
同様に、図６Ａ，図６Ｂは、図４Ａ，図４Ｂに示すＦｘモードにおいて、Ｘ軸を中心に、回転力が与えられた場合を説明する図である。図６Ａにおいて、Ｆｘモードの状態で、Ｘ軸を中心に、回転力が与えられると、コリオリ力により矢印方向即ち、Ｚ軸方向に駆動梁２ｂ，２ｃと、カウンタバランス梁２ａ，２ｄが反対向きに変位する。この状態は図３Ｂにおけるのと同様に、Ｆｚ’モードである。したがって、Ｆｚ’モードにおける変位を検知することによりＸ軸に与えられる回転角が検出可能である。
【００３９】
そして、このＦｚ’モードにおけるカウンタバランス梁２ａ，２ｄのＺ軸方向の変位を検知するために、図６Ａのａ−ａ’断面図において、図６Ｂに示すような検出電極の結線状態を形成する。
【００４０】
図６Ｂにおいて、カウンタバランス梁２ａ，２ｄのＸ軸に垂直な面に電極４ａ１，４ａ４，４ｂ１，４ｂ４と、Ｚ軸に垂直な面に電極４ａ２，４ａ３，４ｂ２，４ｂ３が形成されている。そして、端子Ｔ５１、Ｔ６１により電極４ａ１、４ａ４、４ｂ１、４ｂ４と、４ａ２、４ａ３，４ｂ２，４ｂ３間の出力を求めることにより、Ｆｚ’モードにおける変位を検知することができる。
【００４１】
このように、第２の実施の形態例では、第１の実施の形態例におけるのと同様に、Ｆｚ及びＦｚ’モードにおいて、１素子によりＹ，Ｘ軸の２軸の回転角従って、角速度を検知することができる。
【００４２】
次に、第３の実施の形態例として、図７Ａ，図７Ｂ、図８Ａ，図８Ｂ及び、図９Ａ，図９Ｂにより１素子により３軸方向の角速度を検知する構成例を説明する。
【００４３】
ベース部１と、これに一体に４つの梁２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを有して構成される点は第１、第２の実施の形態例と同様である。
【００４４】
図７Ａは、４脚音叉振動子の概念構成を示し、図７Ｂは、図７Ａのａ−ａ’断面図であり、駆動電極の結線状態を示す図である。
【００４５】
第３の実施の形態例では、図７Ｂに示すように、前記４つの梁のうち２ａと２ｂ、２ｃと２ｄを組とし、それぞれの組の一方の梁２ａ、２ｄを駆動梁とし、他方の梁２ｂ、２ｃをカウンタバランスとしている。
【００４６】
梁２ａには、Ｚ軸方向に垂直な面に駆動電極３ａ１，３ａ２が、梁２ｄには、Ｚ軸方向に垂直な面に駆動電極３ｂ１，３ｂ２が形成されている。そして、駆動電極３ａ１と３ａ２間及び、３ｂ１と３ｂ２間に端子Ｔ１１，Ｔ２１から駆動信号が供給される。
【００４７】
これにより、図７Ａに示すように、駆動梁２ａ，２ｄがＸ軸方向に励振され、これとＸ軸方向の反対方向にカウンタバランス梁２ｂ，２ｃが振動する。このモードは、Ｆｘモードである。
【００４８】
図８Ａ，図８Ｂは、図７Ａ，図７Ｂに示すＦｘモードにおいて、Ｙ軸を中心に、回転力が与えられた場合を説明する図である。図８Ａにおいて、Ｆｘモードの状態で、Ｙ軸を中心に、回転力が与えられると、コリオリ力により矢印方向即ち、Ｚ軸方向に駆動梁２ａ，２ｄと、カウンタバランス梁２ｂ，２ｃが反対向きに変位する。この状態は、図２に示したのと同様で、Ｆｚモードである。したがって、Ｆｚモードにおける変位を検知することによりＹ軸に与えられる回転角が検出可能である。
【００４９】
このＦｚモードにおける駆動梁２ａ，２ｄのＺ軸方向の変位を検知するために、図８Ａのａ−ａ’断面図において、図８Ｂに示すような検出電極の結線状態を形成する。
【００５０】
図８Ｂにおいて、駆動梁２ａ，２ｄのＸ軸に垂直な面に電極４ａ１，４ｂ１と、Ｚ軸に垂直な面に電極４ａ２，４ａ３，４ｂ２，４ｂ３が形成されている。そして、端子Ｔ３、Ｔ４により電極４ａ１と、４ａ２，４ａ３間の出力及び、電極４ｂ１と、４ｂ２，４ｂ３間の出力を求めることにより、Ｆｚモードにおける変位を検知することができる。
【００５１】
同様に、図９Ａ，図９Ｂは、図７Ａ，図７Ｂに示すＦｘモードにおいて、Ｘ軸を中心に、回転力が与えられた場合を説明する図である。図９Ａにおいて、Ｆｘモードの状態で、Ｘ軸を中心に、回転力が与えられると、コリオリ力により矢印方向即ち、Ｚ軸方向に駆動梁２ａ，２ｄと、カウンタバランス梁２ｂ，２ｃが反対向きに変位する。この状態は図３Ｂにおけるのと同様に、Ｆｚ’モードである。したがって、Ｆｚ’モードにおける変位を検知することによりＸ軸に与えられる回転角が検出可能である。
【００５２】
そして、このＦｚ’モードにおけるカウンタバランス梁２ｂ，２ｃのＺ軸方向の変位を検知するために、図９Ａのａ−ａ’断面図において、図９Ｂに示すような検出電極の結線状態を形成する。
【００５３】
図９Ｂにおいて、カウンタバランス梁２ｂ，２ｃのＸ軸に垂直な面に電極５ａ１，５ｂ１と、Ｚ軸に垂直な面に電極６ａ１，６ａ２，６ｂ１，６ｂ２が形成されている。そして、端子Ｔ５、Ｔ６により電極５ａ１、５ｂ１と、電極６ａ１，６ａ２、６ｂ１，６ｂ２間の出力を求めることにより、Ｆｚ’モードにおける変位を検知することができる。
【００５４】
さらに、図９Ａにおいて、Ｚ軸を中心に、回転力が与えられると、コリオリ力により上下矢印方向即ち、Ｙ軸方向に駆動梁２ａ，２ｄと、カウンタバランス梁２ｂ，２ｃが反対向きに変位する。この状態をＦｙモードと定義する。
【００５５】
したがって、このＦｙモードにおける変位を検知することによりＺ軸に与えられる回転角が検出可能である。
【００５６】
そして、このＦｙモードにおけるカウンタバランス梁２ｂ，２ｃのＹ軸方向の変位を検知するために、図９Ａのａ−ａ’断面図において、図９Ｂに示すような検出電極の結線状態を形成する。
【００５７】
図９Ｂにおいて、カウンタバランス梁２ｂ，２ｃのＺ軸に垂直な面に電極６ａ５，６ａ６，６ｂ５，６ｂ６が更に形成されている。そして、端子Ｔ７、Ｔ８により電極６ａ５と６ａ６の出力及び，電極６ｂ５と６ｂ６の出力を求めることにより、Ｆｙモードにおける変位を検知することができる。
【００５８】
このように、第３の実施の形態例では、Ｆｚ、Ｆｚ’及びＦｙモードにおいて、１素子によりＹ，Ｘ、Ｚ軸の３軸の回転角従って、それぞれの角速度を検知することができる。
【００５９】
さらに、１素子により３軸の角速度検知を行う角第３の実施の形態例の変形を第４の実施の形態例として、図１０Ａ，図１０Ｂ、図１１Ａ，図１１Ｂ及び、図１２Ａ，図１２Ｂに示す。かかる第４の実施の形態例は、先の第３の実施の形態例に対し、駆動梁２ａ，２ｄを梁２ｂ、２ｃとし、従ってカウンタバランスを梁２ａ、２ｄとした構成である。
【００６０】
図１０Ａにおいて、ベース部１と、これに一体に４つの梁２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを有して構成される点は第１、第２、第３の実施の形態例と同様である。
【００６１】
図１０Ａは、４脚音叉振動子の概念構成を示し、図１０Ｂは、図１０Ａのａ−ａ’断面図であり、駆動電極の結線状態を示す図である。
【００６２】
第４の実施の形態例では、図１０Ｂに示すように、前記４つの梁のうち２ａと２ｂ、２ｃと２ｄを組とし、それぞれの組の一方の梁２ｂ、２ｃを駆動梁とし、他方の梁２ａ、２ｄをカウンタバランスとしている。
【００６３】
梁２ｂには、Ｚ軸方向に垂直な面に駆動電極６ａ１，６ａ２が、梁２ｃには、Ｚ軸方向に垂直な面に駆動電極６ｂ１，６ｂ２が形成されている。そして、駆動電極６ａ１と６ａ２間及び、６ｂ１と６ｂ２間に端子Ｔ１１，Ｔ２１から駆動信号が供給される。
【００６４】
これにより、図１０Ａに示すように、駆動梁２ｂ，２ｃがＸ軸方向に励振され、これとＸ軸方向の反対方向にカウンタバランス梁２ａ，２ｄが振動する。このモードは、Ｆｘモードである。
【００６５】
図１１Ａ，図１１Ｂは、図１０Ａ，図１０Ｂに示すＦｘモードにおいて、Ｙ軸を中心に、回転力が与えられた場合を説明する図である。図１１Ａにおいて、Ｆｘモードの状態で、Ｙ軸を中心に、回転力が与えられると、コリオリ力により矢印方向即ち、Ｚ軸方向に駆動梁２ｂ，２ｃと、カウンタバランス梁２ａ，２ｄが反対向きに変位する。この状態は、図２に示したのと同様で、Ｆｚモードである。したがって、Ｆｚモードにおける変位を検知することによりＹ軸に与えられる回転角が検出可能である。
【００６６】
このＦｚモードにおける駆動梁２ｂ，２ｃのＺ軸方向の変位を検知するために、図１１Ａのａ−ａ’断面図において、図１１Ｂに示すような検出電極の結線状態を形成する。
【００６７】
図１１Ｂにおいて、駆動梁２ｂ，２ｃのＸ軸に垂直な面に電極５ａ１，５ｂ１と、Ｚ軸に垂直な面に電極６ａ３，６ａ４，６ｂ３，６ｂ４が形成されている。そして、端子Ｔ３１、Ｔ４１により電極５ａ１と、６ａ３，６ａ４間の出力及び、電極５ｂ１と、６ｂ３，６ｂ４間の出力を求めることにより、Ｆｚモードにおける変位を検知することができる。
【００６８】
同様に、図１２Ａ，図１２Ｂは、図１０Ａ，図１０Ｂに示すＦｘモードにおいて、Ｘ軸及びＺ軸を中心に、回転力が与えられた場合を説明する図である。図１２Ａにおいて、Ｆｘモードの状態で、Ｘ軸を中心に、回転力が与えられると、コリオリ力により矢印方向即ち、Ｚ軸方向に駆動梁２ｂ，２ｃと、カウンタバランス梁２ａ，２ｄが反対向きに変位する。この状態は図３Ｂにおけると同様に、Ｆｚ’モードである。したがって、Ｆｚ’モードにおける変位を検知することによりＸ軸に与えられる回転角が検出可能である。
【００６９】
そして、このＦｚ’モードにおけるカウンタバランス梁２ａ，２ｄのＺ軸方向の変位を検知するために、図１２Ａのａ−ａ’断面図において、図１２Ｂに示すような検出電極の結線状態を形成する。
【００７０】
図１２Ｂにおいて、カウンタバランス梁２ａ，２ｄのＸ軸に垂直な面に電極４ａ１，４ｂ１と、Ｚ軸に垂直な面に電極４ａ２，４ａ３，４ｂ２，４ｂ３が形成されている。そして、端子Ｔ５１、Ｔ６１により電極４ａ１、４ｂ１と、電極４ａ２，４ａ３、４ｂ２，４ｂ３間の出力を求めることにより、Ｆｚ’モードにおける変位を検知することができる。
【００７１】
さらに、図１２Ａにおいて、Ｚ軸を中心に、回転力が与えられると、コリオリ力により上下矢印方向即ち、Ｙ軸方向に駆動梁２ｂ，２ｃと、カウンタバランス梁２ａ，２ｄが反対向きに変位する。この状態をＦｙモードと定義する。
【００７２】
したがって、このＦｙモードにおける変位を検知することによりＺ軸に与えられる回転角が検出可能である。
【００７３】
そして、このＦｙモードにおけるカウンタバランス梁２ａ，２ｄのＹ軸方向の変位を検知するために、図１２Ａのａ−ａ’断面図において、図１２Ｂに示すような検出電極の結線状態を形成する。
【００７４】
図１２Ｂにおいて、カウンタバランス梁２ａ，２ｄのＺ軸に垂直な面に４ａ４，４ａ５及び４ｂ４と４ｂ５が更に形成されている。そして、端子Ｔ７１、Ｔ８１により電極４ａ４、４ｂ４と電極４ａ５、４ｂ５との間の出力を求めることにより、Ｆｙモードにおける変位を検知することができる。
【００７５】
このように、第４の実施の形態例によっても、Ｆｚ、Ｆｚ’及びＦｙモードにおいて、１素子によりＹ，Ｘ、Ｚ軸の３軸の回転角従って、それぞれの角速度を検知することができる。
【００７６】
ここで、上記の各実施の形態例では、ベース部１と一体で、Ｘ軸方向に同じ側に並べられた櫛形の構成を有している。
【００７７】
これに対し２本の梁ずつをベース部１に対し反対方向に配置して並べる構成即ち、Ｈ形の構成においても本発明の適用が可能である。
【００７８】
図１３Ａ，図１３Ｂ，図１４Ａ，図１４Ｂ，図１５Ａ及び図１５Ｂは、かかるＨ形構成の実施の形態例である。駆動梁２ａ、２ｄと、これらに対し組となるカウンタバランス梁２ｂ、２ｃを図１３Ａに示すようにベース部１に対し反対方向に配置して並べた構成である。
【００７９】
図１３Ｂに示すように端子Ｔ１，Ｔ２間に駆動信号を供給し、Ｘ軸方向に励振してＦｘモードを得る。したがって、図２Ａ，図２Ｂに対応する図１４Ａ，図１４Ｂにおいて、Ｙ軸中心の角速度は、図１４Ａのようにコリオリ力によりＺ軸方向に変位するＦｚモードが得られるから、これを端子Ｔ３，Ｔ４間で検知することができる。
【００８０】
さらに、図３Ａ，図３Ｂに対応する図１５Ａ，図１５Ｂにおいて、Ｘ軸中心の角速度は、図１５Ａのようにコリオリ力によりＺ軸方向に変位するＦｚ’モードが得られるから、これを端子Ｔ５，Ｔ６間で検知することができる。
【００８１】
このように、本発明を適用するＨ型構成の角速度センサーにより、１素子で２軸の角速度を検知することができる。
【００８２】
さらに、図１６Ａ，図１６Ｂ，図１７Ａ，図１７Ｂ，図１８Ａ及び図１８Ｂは、Ｈ構成の別の実施の形態例であり、上記の第３の実施の形態例に対応するものである。したがって、図１６Ａ，図１６Ｂ，図１７Ａ，図１７Ｂ，図１８Ａ及び図１８Ｂは、第３の実施の形態例を説明する図７Ａ，図７Ｂ，図８Ａ，図８Ｂ，図９Ａ及び図９Ｂに対応する。図１６Ａに示すように、駆動梁２ａ、２ｄと、これらに対し組となるカウンタバランス梁２ｂ、２ｃを図１３Ａに示すようにベース部１に対し反対方向に配置して並べた構成である。
【００８３】
図１６Ｂに示すように端子Ｔ１，Ｔ２間に駆動信号を供給し、Ｘ軸方向に励振してＦｘモードを得る。したがって、図８Ａ，図８Ｂに対応する図１７Ａ，図１７Ｂにおいて、Ｙ軸中心の角速度は、図１７Ａのようにコリオリ力によりＺ軸方向に変位するＦｚモードが得られるから、これを端子Ｔ３，Ｔ４間で検知することができる。
【００８４】
さらに、図３Ａ，図３Ｂに対応する図１８Ａ，図１８Ｂにおいて、Ｘ軸中心の角速度は、図１８Ａのようにコリオリ力によりＺ軸方向に変位するＦｚ’モードが得られるから、これを端子Ｔ５，Ｔ６間で検知することができる。
【００８５】
さらに、図１８Ａ，図１８Ｂにおいて、Ｚ軸中心の角速度は、図１８Ａのようにコリオリ力によりＹ軸方向に変位するＦｙモードが得られるから、これを端子Ｔ７，Ｔ８間で検知することができる。
【００８６】
このように、本発明を適用するＨ型構成の角速度センサにより、１素子で３軸の角速度を検知することができる。
【００８７】
図１９は、本発明に従う角速度センサの設置の仕方を示す図である。図１９において、（ａ）(i)(ii)は、２軸センサとして使用する場合であり、(ｂ) (i)(ii)は、３軸センサとして使用する場合である。何れの場合も、Ｘ・Ｙ軸平面に水平に置くことにより、パッケージした際の低背化が可能なＸ軸、Ｙ軸の２軸の角速度センサ、若しくはＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の角速度センサを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
上記に図面に従い説明したように、本発明により、簡便な構造で低背化が容易で1素子で多軸の角速度検出可能な角速度センサを提供することができる。よって、機器の小型化と多方面における角速度センサに適用が可能であり産業上寄与するところ大である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１Ａ】本発明に従う第１の実施の形態例の４脚音叉形振動子の概念構成を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａのａ−ａ’断面図であり、駆動・検出電極の結線の状態を示す図である。
【図２Ａ】第１の実施の形態例におけるＦｚモードの状態を説明する図である。
【図２Ｂ】図２Ａのａ−ａ’断面図であり、駆動・検出電極の結線の状態を示す図である。
【図３Ａ】第１の実施の形態例におけるＦｚ’モードの状態を説明する図である。
【図３Ｂ】図３Ａのａ−ａ’断面図であり、駆動・検出電極の結線の状態を示す図である。
【図４Ａ】本発明に従う第２の実施の形態例の４脚音叉形振動子の概念構成を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ａのａ−ａ’断面図であり、駆動・検出電極の結線の状態を示す図である。
【図５Ａ】第２の実施の形態例におけるＦｚモードの状態を説明する図である。
【図５Ｂ】図５Ａのａ−ａ’断面図であり、駆動・検出電極の結線の状態を示す図である。
【図６Ａ】第２の実施の形態例におけるＦｚ’モードの状態を説明する図である。
【図６Ｂ】図６Ａのａ−ａ’断面図であり、駆動・検出電極の結線の状態を示す図である。
【図７Ａ】本発明に従う第３の実施の形態例の４脚音叉形振動子の概念構成を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ａのａ−ａ’断面図であり、駆動・検出電極の結線の状態を示す図である。
【図８Ａ】第３の実施の形態例におけるＦｚモードの状態を説明する図である。
【図８Ｂ】図８Ａのａ−ａ’断面図であり、駆動・検出電極の結線の状態を示す図である。
【図９Ａ】第３の実施の形態例におけるＦｚ’モードの状態を説明する図である。
【図９Ｂ】図９Ａのａ−ａ’断面図であり、駆動・検出電極の結線の状態を示す図である。
【図１０Ａ】本発明に従う第４の実施の形態例の４脚音叉形振動子の概念構成を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａのａ−ａ’断面図であり、駆動・検出電極の結線の状態を示す図である。
【図１１Ａ】第４の実施の形態例におけるＦｚモードの状態を説明する図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａのａ−ａ’断面図であり、駆動・検出電極の結線の状態を示す図である。
【図１２Ａ】第４の実施の形態例におけるＦｚ’モードの状態を説明する図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａのａ−ａ’断面図であり、駆動・検出電極の結線の状態を示す図である。
【図１３Ａ】本発明に従う第５の実施の形態例のＨ脚音叉形振動子の概念構成を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａのａ−ａ’、ｂ−ｂ’断面図であり、駆動・検出電極の結線の状態を示す図である。
【図１４Ａ】第５の実施の形態例におけるＦｚモードの状態を説明する図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａのａ−ａ’、ｂ−ｂ’断面図であり、駆動・検出電極の結線の状態を示す図である。
【図１５Ａ】第５の実施の形態例におけるＦｚ’モードの状態を説明する図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａのａ−ａ’、ｂ−ｂ’断面図であり、駆動・検出電極の結線の状態を示す図である。
【図１６Ａ】本発明に従う第６の実施の形態例のＨ脚音叉形振動子の概念構成を示す図である。
【図１６Ｂ】図１３Ａのａ−ａ’、ｂ−ｂ’断面図であり、駆動・検出電極の結線の状態を示す図である。
【図１７Ａ】第６の実施の形態例におけるＦｚモードの状態を説明する図である。
【図１７Ｂ】図１７Ａのａ−ａ’、ｂ−ｂ’断面図であり、駆動・検出電極の結線の状態を示す図である。
【図１８Ａ】第６の実施の形態例におけるＦｚ’モードの状態を説明する図である。
【図１８Ｂ】図１８Ａのａ−ａ’、ｂ−ｂ’断面図であり、駆動・検出電極の結線の状態を示す図である。
【図１９】本発明に従う角速度センサの設置の仕方を示す図である。
【符号の説明】
【００９０】
１  ベース部
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  駆動梁、カウンタバランス梁
【図１Ａ】
2006030125.tif 000003
【図１Ｂ】
2006030125.tif 000004
【図２Ａ】
2006030125.tif 000005
【図２Ｂ】
2006030125.tif 000006
【図３Ａ】
2006030125.tif 000007
【図３Ｂ】
2006030125.tif 000008
【図４Ａ】
2006030125.tif 000009
【図４Ｂ】
2006030125.tif 000010
【図５Ａ】
2006030125.tif 000011
【図５Ｂ】
2006030125.tif 000012
【図６Ａ】
2006030125.tif 000013
【図６Ｂ】
2006030125.tif 000014
【図７Ａ】
2006030125.tif 000015
【図７Ｂ】
2006030125.tif 000016
【図８Ａ】
2006030125.tif 000017
【図８Ｂ】
2006030125.tif 000018
【図９Ａ】
2006030125.tif 000019
【図９Ｂ】
2006030125.tif 000020
【図１０Ａ】
2006030125.tif 000021
【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
2006030125.tif 000023
【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
2006030125.tif 000033
【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
2006030125.tif 000039