(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの音叉形状の水晶振動片を備え、基部と２つの脚とで構成される音叉形状の水晶振動片の一方の脚と他方の脚の間を通る中心線を回転軸として、前記水晶振動片を励振することで前記回転軸の回転力の発生により発生するコリオリ力を検知することで角速度を得る慣性センサー素子において、
Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とが直交座標系となっており、
前記２つの音叉形状の水晶振動片のうちのひとつについて、前記音叉形状の水晶振動片の一方の脚及び他方の脚の長さ方向をＹ軸、一方の脚と他方の脚との間を跨ぐ方向をＺ軸と平行になるように配置されつつ、
前記２つの音叉形状の水晶振動片のうちの残りのひとつについて、前記音叉形状の水晶振動片の一方の脚及び他方の脚の長さ方向をＸ軸、一方の脚と他方の脚との間を跨ぐ方向をＺ軸と平行になるように配置され、
前記２つのうちのひとつの音叉形状の水晶振動片の前記基部が、前記一方の脚から最も離れた側のＺ方向の長さが前記一方の脚と他方の脚とつながる部分のＺ方向の長さの略半分とされたＬ字形状となり、
前記２つのうちの残りのひとつの音叉形状の水晶振動片の前記基部が、前記一方の脚から最も離れた側のＺ方向の長さが前記一方の脚と他方の脚とつながる部分のＺ方向の長さの略半分とされたＬ字形状となり、
前記２つのうちのひとつの音叉形状の水晶振動片の前記基部と前記２つのうちの残りのひとつの音叉形状の水晶振動片の前記基部とが、前記一方の脚と他方の脚とつながる部分のＺ方向の長さが維持された部分で接合されて構成されることを特徴とする慣性センサー素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶のＺ板をエッチング加工して形成し、１軸方向だけのコリオリ力を検出する慣性センサー素子を機械的に接合することで、最大で３軸、３方向のコリオリ力を検出する角速度検出センサを実現する素子形状に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
所定方向に沿って振動している振動片、例えば直交座標軸平面（Ｘ−Ｚ平面）におけるＸ軸に沿って振動している振動片がこのＸ−Ｚ平面と直交するＹ軸の回りに回転すると、その回転角速度により振動片にＺ軸方向にコリオリの力が生じる。このコリオリの力は角速度に比例して定まることから、コリオリの力を振動片の撓み変位量として間接的に、或いは歪量として圧電素子の圧電効果、歪ゲージの抵抗変化などで直接的に測定すれば、振動片のＹ軸方向の回りに作用した回転角速度を求めることができる。このため、振動する振動片を角速度検出素子として車両や航空機等に搭載し、その走行或いは飛行軌跡を記録したり旋回時に発生するヨーレイトを検出することが行われている。また、この角速度検出素子をロボットに搭載してその姿勢制御等にも応用できるほか、昨今ではデジタルスチルカメラやビデオムービーの手振れ検出の分野にも展開されている。
【０００３】
図３は従来の慣性センサー素子の要部を示す正面図である。従来の慣性センサー素子は、音叉型形状を成しており一般的には振動子枝部が所定一方向に振動しているとき、角速度センサをＹ軸回りに回転させた場合、所定一方向と垂直方向に生じるコリオリの力を検出することで角速度センサのＹ軸の回りに作用した回転角速度の大きさを求めることができる。
【特許文献１】特開平０９−２１０６９０１６号公報  なお出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述する慣性センサー素子は、ひとつの単体の素子では１方向に対する回転だけしか検出できない。しかしながら、昨今の姿態制御の実情を勘案すると、少なくとも２方向（２軸）の回転方向を検出することが必要となっている。例えば、自動車の姿態制御を例にすると、通常の直進時の走行では自動車の車体は前進方向の直線的な運動でしか作用していないが、曲線のカーブなどを通過するときには、前進する方向と遠心力による放射状方向の外力の少なくとも２方向の運動成分の影響を受けることになる。
【０００５】
一方、走行中の自動車に制動力を加えた場合には、４輪の車輪に対する不均一性な制動力により、自動車の車体は左右の揺れと、制動力による前後への揺れとの２方向の回転力を受けることになる。
【０００６】
また、別の例としては最近主流となるデジタルスチルカメラやビデオムービの場合には、被写体に対してレンズから入射される映像は、カメラやムービに対する手振れの方向としては、上下方向と、左右方向の２方向の揺れ成分が発生することになる。
【０００７】
このように、最近では少なくとも２方向の回転成分を検知することで、より安定した自然な状態を維持するための検出素子が必要となっており、そのためにも特許文献１に示すような３方向のコリオリ力成分を検出する素子の要求があるのが現状である。
【０００８】
ところが、特許文献１に掲げる技術は検出素子が一体的になっており、各軸方向成分を全て同等な検出精度で得ることは、検出素子の持つ材料の特性から考えて非常に難しいということが考えられる。また、最近ではデジタルスチルカメラやビデオムービも、携帯電話のひとつの機能としても取り込まれている現状にあり、機器や製品自体が非常に小型化している。
【０００９】
そのため、例えば２方向の回転成分を得るには、１つの慣性センサー素子をＸ軸方向とＹ軸方向の２方向の検出ができるように、方向を変えて機器や製品に取り付けることで２方向の成分は検出できるものの、上述するように機器や製品の小型化が進むことで、２つの検出素子を実装することは小型化する上では大きな問題となっていることから、小型化する中で見かけ上ひとつの素子で多方向の回転成分を検出できる素子の要求が望まれているのが現状にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、２つの音叉形状の水晶振動片を備え、基部と２つの脚とで構成される音叉形状の水晶振動片の一方の脚と他方の脚の間を通る中心線を回転軸として、前記水晶振動片を励振することで前記回転軸の回転力の発生により発生するコリオリ力を検知することで角速度を得る慣性センサー素子において、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とが直交座標系となっており、前記２つの音叉形状の水晶振動片のうちのひとつについて、前記音叉形状の水晶振動片の一方の脚及び他方の脚の長さ方向をＹ軸、一方の脚と他方の脚との間を跨ぐ方向をＺ軸と平行になるように配置されつつ、前記２つの音叉形状の水晶振動片のうちの残りのひとつについて、前記音叉形状の水晶振動片の一方の脚及び他方の脚の長さ方向をＸ軸、一方の脚と他方の脚との間を跨ぐ方向をＺ軸と平行になるように配置され、前記２つのうちのひとつの音叉形状の水晶振動片の前記基部が、前記一方の脚から最も離れた側のＺ方向の長さが前記一方の脚と他方の脚とつながる部分のＺ方向の長さの略半分とされたＬ字形状となり、前記２つのうちの残りのひとつの音叉形状の水晶振動片の前記基部が、前記一方の脚から最も離れた側のＺ方向の長さが前記一方の脚と他方の脚とつながる部分のＺ方向の長さの略半分とされたＬ字形状となり、前記２つのうちのひとつの音叉形状の水晶振動片の前記基部と前記２つのうちの残りのひとつの音叉形状の水晶振動片の前記基部とが、前記一方の脚と他方の脚とつながる部分のＺ方向の長さが維持された部分で接合されて構成されることを特徴とする慣性センサー素子である。
【００１１】
本発明の慣性センサー素子により、最低は１軸方向のコリオリ力による検出から、２軸方向、３軸方向とＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３方向の回転成分を得ることができる。
【００１２】
個々の素子は機械的な接合により結合した格好であるため、多軸方向の慣性センサ素子を得ることに比べて、非常に効率良く製作できることと、検出する軸方向成分の数によって、１軸から２軸、３軸と必要に応じた慣性センサー素子の数量を組み合わせることで、容易に多軸方向の回転成分を検出できる慣性センサー素子を得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したことから明らかなように本発明によれば、あたかもひとつの素子で２つ以上の軸方向の回転成分を検出することがでることで、慣性センサー素子の製造も高精度を維持しながら容易にすることができる。また、２つの水晶振動片を機械的な接合と結合により組み合わせて一体化して接合してひとつの慣性センサ素子とすることにより、必要に応じて容易に多軸方向の回転成分を検出できる慣性センサー素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に従ってこの発明の実施例を説明する。なお、各図において同一の符号は同様の対象を示すものとする。図１は本発明の慣性センサー素子を２軸方向に組み合わせた斜視図である。同図において、１は水晶振動片であり、２方向に位置する、すなわち双方が直交する角度に組み合わせされた格好を持ったものである。なお、各水晶振動片（素子）に形成する励振用と検出用の電極は描画していないが、音叉形状の水晶振動片の一方の脚に励振電極を形成し、他方の脚に検出用電極を形成している。
【００１５】
上述の形態により、音叉形状の水晶振動片の一方の脚と他方の脚の間を通る中心線を回転軸として、前記水晶振動片を励振することで前記回転軸の回転力の発生によりコリオリ力を検知することで角速度を得る慣性センサー素子において、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とが直交座標系となっており、前記２つの音叉形状の水晶振動片のうちのひとつについて、前記音叉形状の水晶振動片の一方の脚及び他方の脚の長さ方向をＹ軸、一方の脚と他方の脚との間を跨ぐ方向をＺ軸と平行になるように配置されつつ、前記２つの音叉形状の水晶振動片のうちの残りのひとつについて、前記音叉形状の水晶振動片の一方の脚及び他方の脚の長さ方向をＸ軸、一方の脚と他方の脚との間を跨ぐ方向をＺ軸と平行になるように配置され、前記２つのうちのひとつの音叉形状の水晶振動片の前記基部が、前記一方の脚から最も離れた側のＺ方向の長さが前記一方の脚と他方の脚とつながる部分のＺ方向の長さの略半分とされたＬ字形状となり、前記２つのうちの残りのひとつの音叉形状の水晶振動片の前記基部が、前記一方の脚から最も離れた側のＺ方向の長さが前記一方の脚と他方の脚とつながる部分のＺ方向の長さの略半分とされたＬ字形状となり、前記２つのうちのひとつの音叉形状の水晶振動片の前記基部と前記２つのうちの残りのひとつの音叉形状の水晶振動片の前記基部とが、前記一方の脚と他方の脚とつながる部分のＺ方向の長さが維持された部分で接合されて構成されることで、２軸方向のコリオリ力を検知した角速度を得た慣性センサー素子を実現することができる。なお、音叉形状の水晶振動片は、基部３の一部の略半分がＬ字形状に切除され、双方の水晶振動片１が組まれた状態で接合されている。なお、図面では説明上軸方向を仮に定めたものである。
【００１７】
そして上述する各水晶振動片（素子）は、直接接合により機械的に一体化することで、必要とする検出方向成分の数により自由に素子を組み合わせることができることを本願発明の特徴でもある。
【００１８】
要するに、２つの水晶振動片を２方向（２軸方向）に方向を変えて機械的に一体化し、あたかもひとつの素子形態のようにして２つの軸方向の軸方向の回転成分を検出するものである。これにより、慣性センサー素子は高精度に製作が可能であり、２つの水晶振動片を組み合わせて接合することで、最低は１軸方向のコリオリ力による検出から、２軸方向、３軸方向とＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３方向の回転成分を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の２軸方向に水晶振動片（素子）を組み合わせた概念図を示す斜視図である。
【図２】従来例を示す音叉型の慣性センサー素子の斜視図である。
【符号の説明】
【００２０】
１        水晶振動片
２        慣性センサー素子
３         基部
【図１】
0004796790.tif 000002
【図２】
0004796790.tif 000003