(57)【要約】【課題】検出手段に特殊なＱＶアンプを用いる必要がなく、出力のドリフトによる検出精度の劣化を防止することが可能な角速度センサを提供する。【解決手段】上記課題を解決するための角速度センサは、両端に基部５２，５４を有し、当該２つの基部５２，５４間に振動部５６を有し、一方の基部５２を固定端、他方の端部５４を自由端として設定された双音叉型振動片５０と、前記自由端に、振動腕２２ａ，２２ｂの延長線が前記振動部５６の延長線と交差する位置関係となるように固定された音叉型振動片２０と、前記音叉型振動片２０からの出力信号の周期に同期して変化する前記双音叉型振動片５０からの出力信号の周波数変化に基づいて角速度を検出する検出手段とを有することを特徴とする。【選択図】図１
2008008732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
引張りまたは圧縮の力を受けて発振周波数が変化する第１の振動片と、
前記第１の振動片における一方の端部に、振動部の延長線が前記第１の振動片における振動部の延長線と交差する配置関係となるようにして固定され、角速度が印加されることにより前記第１の振動片に引張りまたは圧縮の力を付与する振動モードを励振する第２の振動片と、
前記第２の振動片からの出力信号の周期に同期して変化する前記第１の振動片からの出力信号の周波数変化に基づいて角速度を検出する検出手段とを有することを特徴とする角速度センサ。
【請求項２】
両端に基部を有し、当該２つの基部間に振動部を備え、一方の基部を固定端、他方の基部を自由端として設定された双音叉型圧電振動片と、
前記自由端に、振動腕の延長線が前記振動部の延長線と交差する位置関係となるように固定された音叉型圧電振動片と、
前記音叉型圧電振動片からの出力信号の周期に同期して変化する前記双音叉型圧電振動片からの出力信号の周波数変化に基づいて角速度を検出する検出手段とを有することを特徴とする角速度センサ。
【請求項３】
前記双音叉型圧電振動片の自由端を支持する支持部を設けたことを特徴とする請求項２に記載の角速度センサ。
【請求項４】
前記音叉型圧電振動片は、前記双音叉型圧電振動片の自由端に対し、振動腕の延長線が振動部の延長線と直交する方向に位置するように固定したことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の角速度センサ。
【請求項５】
前記検出手段は、前記音叉型圧電振動片からの出力信号の周期に同期させて前記双音叉型圧電振動片からの出力信号のカウントを振り分ける２つの周波数カウンタを備え、前記２つの周波数カウンタそれぞれのカウントの差分に基づいて角速度を検出する構成としたことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項６】
前記双音叉型圧電振動片の定常時における周波数は、前記音叉型圧電振動片の周波数の２倍以上の値に設定したことを特徴とする請求項５に記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度センサに係り、特に検出素子として圧電素子を用いる角速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より知られている圧電素子を用いた角速度センサとしては、図５に示すような音叉型圧電振動片（以下、単に音叉型振動片という）を用いたものが一般的である。このような形態の角速度センサ１では、音叉型に形成された振動腕２，３を矢印Ｃの方向へ振動させ、この状態の時に音叉型振動片に中心軸４周りの力（角速度）が付与されると、振動腕２，３の振動方向の慣性力と中心軸周りの角速度の積に比例する力（コリオリ力）が発生し、振動腕２，３は矢印Ｄで示す方向に互いに逆相の振動（ウォーク振動）をはじめる。このウォーク振動を解析可能な電気信号に変換して出力することで、角速度センサ１の中心軸４周りの角速度を検出することができる。
【０００３】
このような角速度センサ１の構成例は次のようなものである。すなわち、音叉型振動片を構成する一方の振動腕２を駆動腕とし、他方の振動腕３を検出腕とする。そして両振動腕２，３の表裏面、及び内外側面に電極２ａ〜２ｄ，３ａ〜３ｄが形成されている。駆動腕に形成した電極２ａ〜２ｄのうち、表裏面に形成した電極２ａ，２ｃには交流の駆動電圧を印加する構成とし、内外側面に形成した電極２ｂ，２ｄはグランドに接続する。また、検出腕に形成した電極３ａ〜３ｄのうち、外側面に形成された電極３ｄは、前記コリオリ力発生時に出力される電荷を検出する電極として検出部（不図示）に接続する。そして、内側面に形成された電極３ｂはグランドに接続し、表裏面に形成された電極３ａ，３ｃはグランドあるいは振動腕の振動制御情報として利用するために他の端子部に接続する。
【０００４】
このような構成の角速度センサとしては、例えば特許文献１や特許文献２に開示されているようなものを挙げることができる。
【特許文献１】特開２００３−１２１１５５号公報
【特許文献２】特開２００５−２４１６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような構成の角速度センサによれば、角速度の検出ができ、振動片の小型化を図ることも容易であると考えられる。しかし、上記特許文献１、特許文献２に開示されている角速度センサはいずれも、音叉型振動片に形成された振動腕のうちの一方を駆動腕、他方を検出腕としているため、励振効率が悪い。また、コリオリ力によって出力される電荷は非常に小さな値であるため、検出部に使用される電荷電圧変換アンプ（ＱＶアンプ）には特殊なものが必要となる。また、検出回路には特殊なアナログ回路を必要とするため、ＩＣの開発、製造に要するコスト的な負担が大きい。さらに、振動片の小型化を図る上では、駆動用の入力信号が検出用信号に表れる電気的なノイズにより、角速度が零なのにも関わらず検出信号が出力されるといった、出力のドリフトが生ずることがあり、この安定化が困難とされている。
【０００６】
そこで本発明では、検出部に特殊なＱＶアンプを用いる必要がなく、出力のドリフトによる検出精度の劣化を防止することが可能な角速度センサ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】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る角速度センサは、引張りまたは圧縮の力を受け
て発振周波数が変化する第１の振動片と、前記第１の振動片における一方の端部に、振動部の延長線が前記第１の振動片における振動部の延長線と交差する配置関係となるようにして固定され、角速度が印加されることにより前記第１の振動片に引張りまたは圧縮の力を付与する振動モードを励振する第２の振動片と、前記第２の振動片からの出力信号の周期に同期して変化する前記第１の振動片からの出力信号の周波数変化に基づいて角速度を検出する検出手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
このような構成の角速度センサによれば、角速度の検出は、第２の振動片に角速度が印加されることによって生じた振動モードに従って変化する第１の振動片の周波数に基づいてなされるため、出力信号の検出は通常の圧電素子の場合と変わらない。このため、検出手段に特殊なＱＶアンプを用いる必要性が無い。また、角速度の検出を、第２の振動片からの出力信号の周期に同期して変化する第１の振動片からの出力信号の周波数変化に基づいて行うようにしているため、第１の振動片からの出力信号の周波数が温度変化等によって定常的に変化した場合には角速度の検出は成されない。すなわち、外乱等によって生じる出力のドリフトといった現象を生じ難くすることができる。
【０００９】
また、上記目的を達成するための本発明に係る角速度センサは、両端に基部を有し、当該２つの基部間に振動部を備え、一方の基部を固定端、他方の基部を自由端として設定された双音叉型圧電振動片と、前記自由端に、振動腕の延長線が前記振動部の延長線と交差する位置関係となるように固定された音叉型圧電振動片と、前記音叉型圧電振動片からの出力信号の周期に同期して変化する前記双音叉型圧電振動片からの出力信号の周波数変化に基づいて角速度を検出する検出手段とを有することを特徴とするものであっても良い。
【００１０】
このような構成の角速度センサによれば、音叉型圧電振動片がコリオリ力を受けることによって生じた振動モード（ウォーキングモード）の反作用により、双音叉型圧電振動片の自由端には所定の周期で引張り、あるいは圧縮の力が付与されることとなる。そして、角速度の検出は、前記音叉型振動片からの出力信号の周期に同期して変化する双音叉型圧電振動片の周波数の変化に基づいて成される。このため、信号の検出は通常の圧電振動片からの出力信号と変わらないものとなるため、検出手段に特殊なＱＶアンプを用いる必要性が無い。また、角速度の検出を、音叉型圧電振動片からの出力信号の周期に同期して変化する双音叉型圧電振動片からの出力信号の周波数変化に基づいて行うようにしているため、双音叉型圧電振動片からの出力信号の周波数が温度変化等によって定常的に変化した場合には角速度の検出は成されない。すなわち、外乱等によって生じる出力のドリフトといった現象を生じ難くすることができる。
【００１１】
また、上記のような構成の角速度センサでは、前記双音叉型圧電振動片の自由端を支持する支持部を設けるようにすると良い。自由端に支持部を設けることにより、双音叉型圧電振動片の自由端が基板に接触することなどを防ぐことができる。すなわち、耐振、及び耐衝撃性を高めることができる。
【００１２】
また、上記のような構成の角速度センサでは、前記音叉型圧電振動片は、前記双音叉型圧電振動片の自由端に対し、振動腕の延長線が振動部の延長線と直交する方向に位置するように固定することが望ましい。このような構成とすることにより、コリオリ力によって音叉型圧電振動片の基部に付与された捻れ方向の力を、双音叉型圧電振動片の自由端側基部に効率良く伝達することができる。
【００１３】
また、上記のような構成の角速度センサにおいて、前記検出手段は、前記音叉型圧電振動片からの出力信号の周期に同期させて前記双音叉型圧電振動片からの出力信号のカウントを振り分ける２つの周波数カウンタを備え、前記２つの周波数カウンタそれぞれのカウントの差分に基づいて角速度を検出する構成とすると良い。検出手段の構成をこのような
ものとすることにより、温度変化等の影響を受けることなく、静止時においては前記差分は零となる。よって、広い温度帯域において高い精度での角速度検出が可能となる。
【００１４】
さらに、前記双音叉型圧電振動片の定常時における周波数は、前記音叉型圧電振動片の共振周波数の２倍以上の値に設定することが望ましい。双音叉型圧電振動片は、音叉型圧電振動片からの出力信号の周期に同期して２つのカウンタのいずれかに振り分けられる。このため、双音叉型圧電振動片からの出力信号の周波数（共振周波数）を高くすることにより、音叉型圧電振動片からの出力信号１周期分でカウントされる信号数を増やすことができ、差分検出の精度、すなわち角速度の検出精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の角速度センサに係る実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明に係る一部の実施形態であり、本発明の技術的範囲は以下の形態のみに限定されるものでは無い。
【００１６】
まず、図１を参照して本実施形態に係る角速度センサの構成について説明する。なお、図１において、図１（Ａ）は角速度センサの平面概略図、図１（Ｂ）は角速度センサの正面概略図であり、図１（Ｃ）、及び図１（Ｄ）はそれぞれ角速度センサに角速度が付与された際の応力の発生状態を示す図である。図１に示す角速度センサ１０は、双音叉型圧電振動片（双音叉型振動片：第１の振動片）５０、音叉型圧電振動片（音叉型振動片：第２の振動片）２０、ＩＣ（検出手段及び発振手段）３０、及び基板４０を基本構成とする。
【００１７】
前記双音叉型振動片５０は、長手方向の両端部を基部５２，５４として前記２つの基部５２，５４の間に振動腕から成る振動部５６を有する。基部５２には双音叉型振動片５０に対する信号の入力、あるいは振動部５６の発振によって得られた出力信号を外部へ出力するための入出力パッド５７が設けられている。また、前記振動部５６を構成する２つの振動腕５６ａ，５６ｂにはそれぞれ励振電極５８が形成されており、信号の入力によって所定の振動が励起されるように構成されている。双音叉型振動片５０の発振は、振動部５６を形成する２つの振動腕５６ａ，５６ｂが、離間したり近接したりといった動きを繰り返すことによって成される。そして、上記のような双音叉型振動片５０は、前記振動部５６に引張り、あるいは圧縮の力を受けることにより、振動部５６が励起する振動の共振周波数（周波数）を変化させるという特性を持つ。具体的には、引張りの力を受けた場合に周波数が高くなり、圧縮の力を受けた場合に周波数が低くなるというものである。
【００１８】
前記音叉型圧電振動片２０は、一般的な音叉型の圧電振動片である。具体的には、２つの振動腕２２（２２ａ，２２ｂ）を延設する基部２４に、上述した双音叉型振動片５０と同様に入出力パッド２６が設けられており、前記２つの振動腕２２の双方には励振電極２８が形成されているというものである。そして、このような構成の音叉型振動片２０の入出力パッド２６に所定の交流電圧が印加されると、上記双音叉型振動片５０と同様に２つの振動腕２２が離接を繰り返すように振動する。そして、音叉型振動片２０にこのような振動が付与されている時（定常モード時）に、音叉型振動片２０に対して角速度を付与すると、２つの振動腕２２は、定常モード時の振動方向と垂直な方向に互いに逆相の振動をするいわゆるウォーキングモードという振動モードが励振される。
【００１９】
本実施形態に係る角速度センサ１０では、上記のような双音叉型振動片５０の一方の基部５２が固定端となるように、他方の基部５４が自由端となるようにして、前記双音叉型振動片５０を基板４０に配置し、自由端側の基部５４の上面に前記音叉型振動片２０を配置するという構成を採っている。具体的には、基板に段差部４４を形成し、当該段差部４４に固定端となる基部５２を固定する。固定端となる基部５２の固定はエポキシ系等の固着性を有する接着剤によれば良い。
【００２０】
一方自由端となる基部５４は、支持部４６を設けない不安定な状態としても良いが、耐振性や耐衝撃性といった観点から、基部５４の厚み方向の揺動を抑制する支持部４６を設けることが望ましい。そこで支持部４６には、柔軟性を有するシリコン系の樹脂や、接着剤等を用いると良い。
【００２１】
そして、前記音叉型振動片２０は、前記双音叉型振動片５０の自由端となる基部５４に固定する。音叉型振動片２０の固定には、双音叉型振動片５０における固定端側の基部５２の固定と同様に、固着性を有する接着剤を用いることが望ましい。音叉型振動片２０は、双音叉型振動片５０の振動部５６の延長線に対して、自己の振動腕２２の延長線が直交する方向となるように配置することが望ましい。なお、双音叉型振動片５０の振動部５６の延長線とは、双音叉型振動片５０の振動部５６の振動腕５６ａ，５６ｂが延伸する方向と平行な線５５であり、音叉型振動片２０の振動腕の延長線とは、振動腕２２の延伸する方向に平行な線２７である。また、音叉型振動片２０の基部２４は、双音叉型振動片５０における自由端側基部５４の端部であって、振動部５６の延長線上に位置するように配置することが望ましい。このような構成とすることにより、後述する引張り、あるいは圧縮の力（応力）が、双音叉型振動片５０における振動部５６に伝達され易くなるからである。
【００２２】
双音叉型振動片５０と音叉型振動片２０との配置関係を上記のようなものとすることにより、音叉型振動片２０に前記ウォーキングモードが生じた際には、前記音叉型振動片２０の基部２４の動きを双音叉型振動片５０に伝達することができる。すなわち、図１（Ｃ）のように双音叉型振動片５０における振動部５６側に位置する音叉型振動片２０の振動腕２２ａが図中上側へ、反対側の振動腕２２ｂが図中下側へ屈曲した場合、音叉型振動片２０の基部２４には振動腕２２と反対方向に捻れようとする応力が付与される。したがって双音叉型振動片５０における自由端側の基部５４には矢印Ａで示した方向の応力が付与されることとなる。双音叉型振動片５０の基部５４に対して矢印Ａで示される捻れの応力が付与されると、この応力は双音叉型振動片５０の振動部５６に対して引張り方向の応力として作用することとなる。
【００２３】
一方、図１（Ｄ）に示すように、振動腕２２ａが図中下側へ、反対側の振動腕２２ｂが図中上側へ屈曲した場合、双音叉型振動片５０における自由端側の基部５４には矢印Ｂで示される方向の応力が付与されることとなる。双音叉型振動片５０の基部に対して矢印Ｂで示される捻れの応力が付与されると、この応力は双音叉型振動片５０の振動部５６に対して圧縮方向の応力として作用することとなる。
【００２４】
双音叉型振動片５０は上述したように、振動部５６に引張りの応力が付与された場合には周波数が上昇し、圧縮の応力が付与された場合には周波数が低下するという特性を有する。このため、本実施形態に係る角速度センサ１０では、音叉型振動片２０における出力信号の周期に同期して変化する双音叉型振動片５０における周波数に基づいて角速度が付与されたか否かを検出することが可能となる。
【００２５】
角速度の検出は前記ＩＣ３０を介して成される。ＩＣ３０の能動面に配置された電極パッド３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂと、音叉型振動片２０の入出力パッド２６、双音叉型振動片５０の入出力パッド５７、及び基板４０に設けられた電極パッド４２とは、図１（Ａ）に示すように、各々金属ワイヤ４８を介して電気的に接続されている。
【００２６】
前記ＩＣ３０の概略構成は次のようなものとなる。主な構成要素としては図２に示すように、アンド回路７２（７２ａ，７２ｂ）、周波数カウンタ７６（７６ａ，７６ｂ）、減
算器７８、ラッチシフトレジスタ８０、タイミングジェネレータ８２、及び音叉型振動片２０並びに双音叉型振動片５０を発振させる発振回路２０ａ，５０ａといったものを挙げることができる。
【００２７】
前記アンド回路７２ａ，７２ｂにはそれぞれ、音叉型振動片２０の出力信号（音叉型振動片２０が接続された発振回路２０ａからの出力信号）と、双音叉型振動片５０の出力信号（双音叉型振動片５０が接続された発振回路５０ａからの出力信号）とが入力される構成とされているが、いずれか一方のアンド回路（例えばアンド回路７２ｂ）に対する音叉型振動片２０の出力信号は、ノット回路７４を介して入力される。そして、２つのアンド回路７２ａ，７２ｂの出力側にはそれぞれ周波数カウンタ７６ａ，７６ｂが設けられている。このような構成とすることにより双音叉型振動片５０の出力信号は、音叉型振動片２０の出力信号の周期に同期させて、２つの周波数カウンタ７６ａ，７６ｂに振り分けられることとなる。
【００２８】
ここで、音叉型振動片２０が接続された発振回路２０ａからの出力信号を図３（Ａ）で示した場合、双音叉型振動片５０が接続された発振回路５０ａからの出力信号は図３（Ｂ）〜（Ｄ）で示す形態を採り得る。すなわち、図３（Ｂ）は、静止時における双音叉型振動片５０の出力信号を示す。また、図３（Ｃ）は、音叉型振動片２０に時計周り方向（ＣＷ）の角速度が付与された場合（図１（Ｄ）で示す応力が生じた場合）における双音叉型振動片５０の出力信号を示す。さらに、図３（Ｄ）は、音叉型振動片２０に反時計周り方向（ＣＣＷ）の角速度が付与された場合（図１（Ｃ）で示す応力が生じた場合）における双音叉型振動片５０の出力信号を示す。
【００２９】
図３（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、双音叉型振動片５０における出力信号の周波数の変化は、図３（Ａ）に示す音叉型振動片２０における出力信号の周期に同期して成される。このため、上記のように音叉型振動片２０の出力信号の周期に同期させて双音叉型振動片５０の出力信号を振り分け、それぞれ別個の周波数カウンタ７６ａ，７６ｂにてカウントするようにした場合、各周波数カウンタ７６ａ，７６ｂによってカウントされる信号数は次のようになる。
【００３０】
まず、音叉型振動片２０に角速度が付与されていない場合には、２つの周波数カウンタ７６ａ，７６ｂによってカウントされる双音叉型振動片５０の出力信号数は同一となる。音叉型振動片２０における出力信号の周期に伴う周波数変化が無いからである。一方、音叉型振動片２０にＣＷの角速度が加えられた場合には、図２に示す回路では周波数カウンタ７６ｂのカウント数が、周波数カウンタ７６ａのカウント数よりも多くなる。そして、音叉型振動片２０にＣＣＷの角速度が加えられた場合には、周波数カウンタ７６ａのカウント数が周波数カウンタ７６ｂのカウント数よりも多くなる。上記のように、本実施形態の角速度センサでは、音叉型振動片２０からの出力信号の周期に基づいて双音叉型振動片５０の出力信号のカウントを振り分ける構成としている。したがって、双音叉型振動片５０の定常時の周波数は、音叉型振動片２０の周波数の２倍以上とすることが望ましい。双音叉型振動片５０からの出力信号の周波数を高くすることにより、音叉型振動片２０からの出力信号１周期分でカウントされる信号数を増やすことができ、差分検出の精度、すなわち角速度の検出精度を向上させることができるからである。
【００３１】
前記２つの周波数カウンタ７６ａ，７６ｂの出力側には、減算器７８が接続されており、減算器７８の出力側にはラッチシフトレジスタ８０が接続されている。そして、前記２つの周波数カウンタ７６ａ，７６ｂによってカウントされた信号は減算器７８を介して２つの周波数カウンタ７６ａ，７６ｂの差分デジタル値としてラッチシフトレジスタ８０へと出力されている。
【００３２】
上記構成の回路には、周波数カウンタ７６ａ，７６ｂに対するゲート開閉指令信号、及びラッチシフトレジスタ８０に対するラッチ信号等を出力するタイミングジェネレータ８２が設けられる。そして、タイミングジェネレータ８２には、外部からの計測命令信号と、音叉振動片２０からの出力信号が入力される構成とされている。
【００３３】
このような構成の回路では、タイミングジェネレータ８２に対して外部からの計測命令信号が入力されると、タイミングジェネレータ８２は２つの周波数カウンタ７６ａ，７６ｂに対してゲートを開く旨の信号を出力すると共に、音叉型振動片２０の出力信号のカウントを開始する。アンド回路７２ａ，７２ｂに入力された双音叉型振動片５０からの出力信号は上述したように、音叉型振動片２０からの出力信号の周期に同期させて振り分けられ、２つの周波数カウンタ７６ａ，７６ｂにて別々にカウントされる。周波数カウンタ７６ａ，７６ｂによってカウントされた信号は減算器７８を介して差分デジタル値としてラッチシフトレジスタ８０に入力されるが、前記タイミングジェネレータ８２によってカウントされる音叉型振動片２０からの出力信号のカウント数が規定の値に達した場合には、タイミングジェネレータ８２から周波数カウンタ７６ａ，７６ｂに対してゲートを閉じる旨の信号が出力されると共に、ラッチシフトレジスタ８０に対してラッチ信号が出力される。ラッチ信号が入力されたラッチシフトレジスタ８０では減算器７８からの出力信号に基づいて得られたデジタル値をラッチする。その後周波数カウンタ７６ａ，７６ｂにはタイミングジェネレータ８２からのリセット信号が入力され、カウントがリセットされる。また、ラッチシフトレジスタ８０には、外部からクロック信号が入力されて、ラッチされたデジタル値がシリアル信号として出力される。そして、角速度センサ１０に付与された角速度は、前記出力されたシリアル信号と計測時間等に基づいて導き出される。
【００３４】
なお、上記のような構成の角速度センサ１０では、音叉型振動片２０のウォーキングモード発生から双音叉型振動片５０の周波数変化までの間に時間的なずれが生じる場合がある。このような場合、音叉型振動片２０からの出力信号の周期と、双音叉型振動片５０からの出力信号の周波数変化の周期との間に位相差が生ずることとなる。このため、音叉型振動片２０の出力信号側、または双音叉型振動片５０の出力信号側、あるいはその両方に位相調整器７０を設けることが望ましい（図２では音叉型振動片２０の出力信号側のみ）。このような構成とすることにより、両者の出力信号間の位相を調整し、音叉型振動片２０の出力信号の周期と双音叉型振動片５０の出力信号の周波数変化との同期をとることが可能となるからである。
【００３５】
上記のように、本実施形態におけるＩＣ３０による信号処理は、周波数カウンタ７６ａ，７６ｂ、減算器７８、ラッチシフトレジスタ８０といったいずれも論理回路によって構成可能な処理手段によって行うことが可能である。したがって、上記のような信号処理回路をデジタル化することにより、ＩＣ３０の開発、及び製造コストを下げることが可能となる。
【００３６】
次に、上記構成の角速度センサ１０による角速度検出までの動作について説明する。上記構成の角速度センサ１０では、音叉型振動片２０、双音叉型振動片５０の双方を発振させる。この状態において音叉型振動片２０に対して角速度が付与されると、音叉型振動片２０の振動モードには定常モードに加えウォーキングモードが付加される。振動モードにウォーキングモードが付加された場合、音叉型振動片２０の基部２４には振動腕２２の歪みと反対方向のモーメントが発生する。このため、音叉型振動片２０を自由端側の基部５４に固定している双音叉型振動片５０の振動部５６には、ウォーキングモードの振動に倣ったタイミングで、引張りあるいは圧縮のモーメントが作用することとなる。そして、双音叉型振動片５０の出力信号の周波数（発振周波数）は、引張り、あるいは圧縮のモーメントが作用することにより変化する。
【００３７】
音叉型振動片２０の出力信号と双音叉型振動片５０の出力信号は、互いにＩＣ３０に入力される。ＩＣ３０に入力された双音叉型振動片５０の出力信号は、音叉型振動片２０の出力信号の周波数に同期させられて、２つの周波数カウンタ７６ａ，７６ｂへと振り分けられる。そして、２つの周波数カウンタ７６ａ，７６ｂ間の差分デジタル値に基づいて角速度の有無及び程度を示すシリアル信号が出力される。
【００３８】
上記のような構成の角速度センサ１０によれば、音叉型振動片２０の電極構造は、一般的な振動子に使用される音叉型振動片と同様な電極構造とすることができるため、励振の効率が良く、製造も容易である。
【００３９】
また、前記ＩＣ３０内部の回路構造は、全てデジタル回路により構成することができるため、ＩＣ３０の開発、製造コストを大幅に削減することが可能となる。また、ＩＣ３０からの出力信号はマイコンとの相性の良いデジタル信号として取り出すことができるため、データ処理が容易となる。
【００４０】
さらに、角速度センサ１０が静止した状態においては、双音叉型振動片５０に何らの応力も掛からないため、ＩＣ３０内部の２つの周波数カウンタ７６ａ，７６ｂに入力される信号のカウント値は同一となる。そして、２つの周波数カウンタ７６ａ，７６ｂによってカウントされた信号の差分デジタル値を出力する減算器７８からの出力は零となる。この減算器７８からの出力は、双音叉型振動片５０自体の発振を基準とした信号に基づいて導かれる信号であるため、温度変化によって双音叉型振動片５０の発振周波数に定常的な変化が生じた場合であっても、これを受けて出力が変化するということは無い。
【００４１】
また、上記実施形態では、音叉型振動片２０は、双音叉型振動片５０の自由端側基部５４の板面に固定するように示している。しかし、音叉型振動片２０の固定形態は、これに限られるものでは無い。例えば、図４に示すように、双音叉型振動片５０における基部５４の先端部に、基部２４を変心させて固定するような形態としても良い。このような形態であっても、双音叉型振動片５０の振動部５６には、音叉型振動片２０からの出力信号の周期に倣ったタイミングで引張り、あるいは圧縮の力が付与されることとなるからである。
【００４２】
また、双音叉型圧電振動片５０及び音叉型圧電振動片２０の圧電材料として水晶を用いれば、優れた周波数温度特性を得られ、より高精度な角速度検出を行うことができる。
【００４３】
また、上記実施形態では、第１の振動片として双音叉型振動片を挙げて説明しているが、第１の振動片としては、振動部に引張り、あるいは圧縮の力を受けることにより出力信号の周波数を変化させる振動片であれば他のものを採用しても良い。例えばＡＴカット水晶振動片等である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る角速度センサの概略構成を示す図である。
【図２】角速度を検出するためのＩＣの回路構成の例を示す図である。
【図３】音叉型振動片の出力信号と双音叉型振動片の出力信号を示す図である。
【図４】本発明に係る角速度センサの変形例の１つを示す図である。
【図５】従来の角速度センサの例を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０………角速度センサ、２０………音叉型振動片（音叉型圧電振動片）、２２（２２ａ，２２ｂ）………振動腕、２４………基部、２６………入出力パッド、２８………励振電極、３０………ＩＣ、４０………基板、４４………段差部、４６………支持部、５０…
……双音叉型振動片（双音叉型圧電振動片）、５２………基部、５４………基部、５６………振動部、５７………入出力パッド、５８………励振電極。
【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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