(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶圧電材料からなる少なくとも２本のアームと前記アームを連結する少なくとも１つの基部から構成される第１の振動子と、前記第１の振動子とほぼ相似形で単結晶圧電材料から構成された第２の振動子とを含み、前記第１の振動子と前記第２の振動子は前記各振動子の幅方向において互いに逆極性の圧電現象を生ずる結晶軸方向でかつ厚み方向に直接接合して一体化してなり、少なくとも２本の音叉アームと少なくとも１つの音叉基部を有するように構成した音叉振動子と、
前記音叉振動子の一方の音叉アームの第１、第２の主面、外側面、内側面にそれぞれ設けられた第１、第２、第３、第４の電極と、前記音叉振動子の他方の音叉アームの第１の主面又は第２の主面のいずれか一方に設けられた第５の電極と前記音叉振動子の他方の音叉アームの内側面、外側面にそれぞれ設けられた第６、第７の電極とを備え、前記第５の電極が第１の主面に設けられている時は前記第２、第５の電極は互いに同一極性でありかつ前記第１の電極は前記第２、第５の電極に対して互いに逆極性となるように駆動電圧が印加され、前記第５の電極が第２の主面に設けられている時は前記第２、第５の電極は互いに逆極性でありかつ前記第１の電極と前記第５の電極は互いに同一極性となるように駆動電圧が印加され、前記第３の電極と前記第７の電極とを共通接続すると共に前記第４の電極と前記第６の電極とを共通接続してそれらの共通部分から差動検出により検出信号を取り出す構成とした角速度センサ。
【請求項２】
単結晶圧電材料からなる２本のアームと前記アームを連結する１つの基部から構成される第１の振動子と、前記第１の振動子とほぼ相似形で単結晶圧電材料から構成された第２の振動子とを含み、前記第１の振動子と前記第２の振動子は前記各振動子の幅方向において互いに逆極性の圧電現象を生ずる結晶軸方向でかつ厚み方向に直接接合して一体化してなり、２本の音叉アームと１つの音叉基部を有するように構成した音叉振動子と、
前記音叉振動子が有する２本の音叉アームの第１、第２の主面、外側面、内側面のいずれかに設けられた少なくとも３つの駆動電極及び少なくとも２つの検出電極とを備え、
前記少なくとも３つの駆動電極はそれぞれ、２つの駆動電極に対して互いに同一極性であり、かつ、残りの１つの駆動電極に対して互いに逆極性となるように駆動電圧が印加されることにより、前記２本の音叉アームが互いに逆位相の共振振動を行うように設けられ、
前記少なくとも２つの検出電極はそれぞれ、前記音叉振動子に与えられた角速度に起因する信号成分が同位相となり、かつ、前記少なくとも３つの駆動電極に起因する不要信号成分が逆位相となるように設けられ、
前記少なくとも２つの検出電極から差動検出により検出信号を取り出す構成とした角速度センサ。
【請求項３】
第１、第２の主面上に設けられた電極は、音叉基部の表面上に延長された請求項１又は請求項２に記載の角速度センサ。
【請求項４】
外側面に設けられた電極は、音叉基部の表面上に延長された請求項１又は請求項２に記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション、あるいはカメラやビデオカメラ等の手ぶれ防止用、遠隔操作用のリモコン等に用いられる角速度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、例えば単結晶圧電体としての水晶板を板面内で互いに逆極性の圧電現象を生ずる結晶軸方向でかつ厚み方向に２枚直接貼り合せた後、所定の音叉形状に切り出した一体構造の角速度センサが知られている。このような角速度センサの音叉振動子における音叉アームに対する電極配置の概略模式図を図１５を用いて以下に説明する。
【０００３】
図１５において音叉振動子１００は、音叉アーム１００ａ，１００ｂを有している。このような音叉振動子１００において、１０１〜１０８は電極で、音叉アーム１００ａ，１００ｂのほぼ全長にわたり配置されており、これらはまず素子素材上にＣｒ等がスパッタもしくは蒸着された上にＡｕ，Ａｇ，Ａｌ等がスパッタもしくは蒸着されて形成されている。音叉アーム１００ａの第１の主面に設けた駆動電極１０１、音叉アーム１００ａの第２の主面に設けた駆動電極１０２を１組の駆動電極とし、音叉アーム１００ｂの第２の主面に設けたモニタ電極１０６、音叉アーム１００ａの外側面、内側面、音叉アーム１００ｂの第１の主面にそれぞれ設けたグランド電極１０３，１０４，１０５、音叉アーム１００ｂの内側面、外側面に設けた検出電極１０７，１０８を有している。
【０００４】
このように構成された音叉振動子１００をその共振周波数で主面方向に圧電駆動する為に一方の音叉アーム１００ａに設けられた１組の駆動電極１０１，１０２に外部の発振回路１０９が接続され、この発振回路１０９により電気的に駆動される。そして、他方の音叉アーム１００ｂの第２の主面に設けられたモニタ電極１０６で前記発振回路１０９により引き起こされた音叉振動子１００の振動振幅が検出される。また、この音叉振動子１００の軸回りに入力した角速度により前記音叉アーム１００ｂの主面に垂直な方向に作用するコリオリの力に基づく音叉アーム１００ｂ内の応力を検出電極１０７，１０８で圧電的に検出する。
【０００５】
ここで、モニタ電極１０６に発生した電荷は外部回路により増幅された後、ＡＧＣ（オート・ゲイン・コントロール）回路によりあらかじめ設定された基準信号との比較により音叉振動子１００の振動振幅が一定になるように前記発振回路１０９を制御している。一方、前記検出電極１０７，１０８により検出された信号を外部の増幅回路により増幅した後、前記モニタ電極１０６から検出した音叉振動のタイミングで同期検波を行い、音叉振動子１００により変調がかけられたコリオリの力による信号を復調し、この後、ＬＰＦ（ロー・パス・フィルター）により不要帯域を遮断し、センサ出力としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような構成の角速度センサにおいては一方の音叉アームの主面にのみ一組の駆動電極が設けられているので、定電圧下において電気的に駆動される音叉振動子の駆動効率の向上は難しい。
【０００７】
本発明は、この課題を解決するものであり、駆動効率を向上させた角速度センサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の角速度センサは、単結晶圧電材料からなる少なくとも２本のアームと前記アームを連結する少なくとも１つの基部から構成される第１の振動子と、前記第１の振動子とほぼ相似形で単結晶圧電材料から構成された第２の振動子とを含み、前記第１の振動子と前記第２の振動子は前記各振動子の幅方向において互いに逆極性の圧電現象を生ずる結晶軸方向でかつ厚み方向に直接接合して一体化してなり、少なくとも２本の音叉アームと少なくとも１つの音叉基部を有するように構成した音叉振動子と、
前記音叉振動子の一方の音叉アームの第１、第２の主面、外側面、内側面にそれぞれ設けられた第１、第２、第３、第４の電極と、前記音叉振動子の他方の音叉アームの第１の主面又は第２の主面のいずれか一方に設けられた第５の電極と前記音叉振動子の他方の音叉アームの内側面、外側面にそれぞれ設けられた第６、第７の電極とを備え、前記第５の電極が第１の主面に設けられている時は前記第２、第５の電極は互いに同一極性でありかつ前記第１の電極は前記第２、第５の電極に対して互いに逆極性となるように駆動電圧が印加され、前記第５の電極が第２の主面に設けられている時は前記第２、第５の電極は互いに逆極性でありかつ前記第１の電極と前記第５の電極は互いに同一極性となるように駆動電圧が印加される構成としたことを特徴とするものである。
【０００９】
この構成により、駆動効率が向上した角速度センサが得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、単結晶圧電材料からなる少なくとも２本のアームと前記アームを連結する少なくとも１つの基部から構成される第１の振動子と、前記第１の振動子とほぼ相似形で単結晶圧電材料から構成された第２の振動子とを含み、前記第１の振動子と前記第２の振動子は前記各振動子の幅方向において互いに逆極性の圧電現象を生ずる結晶軸方向でかつ厚み方向に直接接合して一体化してなり、少なくとも２本の音叉アームと少なくとも１つの音叉基部を有するように構成した音叉振動子と、
前記音叉振動子の一方の音叉アームの第１、第２の主面、外側面、内側面にそれぞれ設けられた第１、第２、第３、第４の電極と、前記音叉振動子の他方の音叉アームの第１の主面又は第２の主面のいずれか一方に設けられた第５の電極と前記音叉振動子の他方の音叉アームの内側面、外側面にそれぞれ設けられた第６、第７の電極とを備え、前記第５の電極が第１の主面に設けられている時は前記第２、第５の電極は互いに同一極性でありかつ前記第１の電極は前記第２、第５の電極に対して互いに逆極性となるように駆動電圧が印加され、前記第５の電極が第２の主面に設けられている時は前記第２、第５の電極は互いに逆極性でありかつ前記第１の電極と前記第５の電極は互いに同一極性となるように駆動電圧が印加される構成（以下、第１の構成）としているため、駆動電圧を印加するための電極の数が増加し駆動効率が向上するという作用を有する。
【００１１】
第１の構成において、第３の電極と第７の電極とを共通接続すると共に第４の電極と第６の電極とを共通接続してそれらの共通部分から差動検出により検出信号を取り出すようにしているため、駆動効率が向上し検出感度が高くなるばかりか、検出信号を取り出すための電極に混入する不要な信号成分としての駆動信号によってもたらされた結合容量成分がキャンセルされるという作用を有する。
【００１２】
また、単結晶圧電材料からなる少なくとも２本のアームと前記アームを連結する少なくとも１つの基部から構成される第１の振動子と、前記第１の振動子とほぼ相似形で単結晶圧電材料から構成された第２の振動子とを含み、前記第１の振動子と前記第２の振動子は前記各振動子の幅方向において互いに逆極性の圧電現象を生ずる結晶軸方向でかつ厚み方向に直接接合して一体化してなり、少なくとも２本の音叉アームと少なくとも１つの音叉基部を有するように構成した音叉振動子と、
前記音叉振動子の一方の音叉アームの第１、第２の主面、外側面、内側面にそれぞれ設けられた第１、第２、第３、第４の電極と、
前記音叉振動子の他方の音叉アームの第１、第２の主面上の外側面寄り又は内側面寄りにそれぞれ設けられた第５、第６の電極と、他方の音叉アームの側面に設けられた第７の電極とを備え、前記第５、第６の電極が外側面寄りに設けられている時には前記第７の電極を外側面に設け、第５、第６の電極が内側面寄りに設けられている時には前記第７の電極を内側面に設け、前記第１、第６の電極は互いに同一の極性でありかつ前記第２、第５の電極は前記第１、第６の電極に対して互いに逆極性となるように駆動電圧が印加される構成（以下、第２の構成）とすることにより、駆動電圧を印加するための電極の数が増加し駆動効率が向上するという作用を有する。
【００１３】
第２の構成において、音叉振動子の他方の音叉アームの側面に設けられた第７の電極に対向する側面に第８の電極を設け、前記第７の電極が外側面に設けられている時には前記第８の電極と第４の電極とを共通接続すると共に第３の電極と第７の電極とを共通接続してそれらの共通部分から差動検出により検出信号を取り出し、前記第７の電極が内側面に設けられている時には前記第８の電極と第３の電極とを共通接続すると共に第４の電極と第７の電極とを共通接続してそれらの共通部分から差動検出により検出信号を取り出すようにしているため、駆動効率が向上し検出感度が高くなるばかりか、検出信号を取り出すための電極に混入する不要な信号成分としての駆動信号によってもたらされた結合容量成分がキャンセルされるという作用を有する。
【００１４】
また、単結晶圧電材料からなる少なくとも２本のアームと前記アームを連結する少なくとも１つの基部から構成される第１の振動子と、前記第１の振動子とほぼ相似形で単結晶圧電材料から構成された第２の振動子とを含み、前記第１の振動子と前記第２の振動子は前記各振動子の幅方向において互いに逆極性の圧電現象を生ずる結晶軸方向でかつ厚み方向に直接接合して一体化してなり、少なくとも２本の音叉アームと少なくとも１つの音叉基部を有するように構成した音叉振動子と、
前記音叉振動子の一方の音叉アームの第１、第２の主面、外側面、内側面にそれぞれ設けられた第１、第２、第３、第４の電極と、
前記音叉振動子の他方の音叉アームの第１、第２の主面、外側面、内側面にそれぞれ設けられた第５、第６、第７、第８の電極とを備え、前記第５の電極が外側面寄りに設けられた時は、前記第６の電極は内側面寄りに設けられ、前記第５の電極が内側面寄りに設けられた時は、前記第６の電極は外側面寄りに設けられ、前記第１、第６の電極は互いに同一の極性でありかつ前記第２、第５の電極は前記第１、第６の電極に対して互いに逆極性となるように駆動電圧が印加される構成（以下、第３の構成）とすることにより、駆動電圧を印加するための電極の数が増加し駆動効率が向上するという作用を有する。
【００１５】
第３の構成において、第３の電極と第４の電極から差動検出により検出信号を取り出すようにしているため、駆動効率が向上し検出感度が高くなるばかりか、検出信号を取り出すための電極に混入する不要な信号成分としての駆動信号によってもたらされた結合容量成分がキャンセルされるという作用を有する。
【００１６】
また、単結晶圧電材料からなる少なくとも２本のアームと前記アームを連結する少なくとも１つの基部から構成される第１の振動子と、前記第１の振動子とほぼ相似形で単結晶圧電材料から構成された第２の振動子とを含み、前記第１の振動子と前記第２の振動子は前記各振動子の幅方向において互いに逆極性の圧電現象を生ずる結晶軸方向でかつ厚み方向に直接接合して一体化してなり、少なくとも２本の音叉アームと少なくとも１つの音叉基部を有するように構成した音叉振動子と、
前記音叉振動子の一方の音叉アームの第１、第２の主面にそれぞれ設けられた第１、第２の電極と、前記一方の音叉アームの外側面又は内側面のいずれか一方の面上でありかつ前記第１の電極に近い側に設けられた第３の電極と前記第２の電極に近い側に設けられた第４の電極と、前記第３、第４の電極が設けられた面と対向する内側面または外側面のいずれか一方に設けられた第５の電極とを備え、
前記第１、第４の電極は互い電極に同一の極性でありかつ前記第２、第３の電極は前記第１、第４の電極に対して互いに逆極性となるように駆動電圧が印加される構成（以下、第４の構成）とすることにより、前記音叉振動子の１本の音叉アームに加わる駆動のための電界強度が増加し駆動効率が向上するという作用を有する。
【００１７】
第４の構成において、音叉振動子の他方の音叉アームの内側面、外側面に第６、第７の電極がそれぞれ設けられ、第５の電極が一方の音叉アームの内側面に設けられている時には、前記第６、第７の電極から差動検出により検出信号を取り出すか若しくは前記第５の電極と前記第６の電極を共通接続し、その共通部分と前記第７の電極から差動検出により検出信号を取り出し、前記第５の電極が一方の音叉アームの外側面に設けられている時には、前記第６、第７の電極から差動検出により検出信号を取り出すか若しくは前記第５の電極と前記第７の電極を共通接続し、その共通部分と前記第６の電極から差動検出により検出信号を取り出すようにしているため、駆動効率が向上し検出感度が高くなるばかりか、一方の音叉アームに設けられた検出信号を取り出すための電極に混入する不要な信号成分としての駆動信号によってもたらされた結合容量成分は前記第５の電極によりキャンセルされると共に他方の音叉アームに設けられた前記第６、第７の電極に対しては一方の音叉アームに設けられた駆動電圧が与えられる電極と前記第６、第７の電極との距離が等しく同様に不要な信号成分がキャンセルされるという作用を有する。
【００１８】
さらに第４の構成において、音叉振動子の他方の音叉アームの第１の主面又は第２の主面のいずれか一方に第６の電極を設け、前記他方の音叉アームの内側面、外側面にそれぞれ第７、第８の電極を設け、前記第６の電極が第１の主面に設けられている時は前記第６の電極と第１の電極とは互いに逆極性となるように駆動電圧が印加され、前記第６の電極が第２の主面に設けられている時は前記第６の電極と第１の電極とは互いに同一極性となるように駆動電圧が印加される構成（以下、第５の構成）とすることにより、前記音叉振動子の１本の音叉アームに加わる駆動のための電界強度が増加すると共に駆動電圧を印加するための電極の数も増加しておりさらなる駆動効率の向上が図れるという作用を有する。
【００１９】
第５の構成において、第５の電極が一方の音叉アームの内側面に設けられている時には、第７、第８の電極から差動検出により検出信号を取り出すか若しくは前記第５、第７の電極を共通接続し、その共通部分と前記第８の電極から差動検出により検出信号を取り出し、前記第５の電極が一方の音叉アームの外側面に設けられている時には、前記第７、第８の電極から差動検出により検出信号を取り出すか若しくは前記第５、第８の電極を共通接続し、その共通部分と前記第７の電極から差動検出により検出信号を取り出すようにしているため、さらなる駆動効率の向上により検出感度が一段と高くなるばかりか、検出信号を取り出すための電極に混入する不要な信号成分としての駆動信号によってもたらされた結合容量成分がキャンセルされるという作用を有する。
【００２０】
また、単結晶圧電材料からなる少なくとも２本のアームと前記アームを連結する少なくとも１つの基部から構成される第１の振動子と、前記第１の振動子とほぼ相似形で単結晶圧電材料から構成された第２の振動子とを含み、前記第１の振動子と前記第２の振動子は前記各振動子の幅方向において互いに逆極性の圧電現象を生ずる結晶軸方向でかつ厚み方向に直接接合して一体化してなり、少なくとも２本の音叉アームと少なくとも１つの音叉基部を有するように構成した音叉振動子と、
前記音叉振動子の一方の音叉アームの第１、第２の主面にそれぞれ設けられた第１、第２の電極と、前記一方の音叉アームの外側面上でありかつ前記第１の電極、第２の電極に近い側にそれぞれ設けられた第３、第４の電極と、前記一方の音叉アームの内側面上でありかつ前記第１、第２の電極に近い側にそれぞれ設けられた第５、第６の電極とを備え、前記第１、第４、第６の電極は互いに同一の極性でありかつ前記第２、第３、第５の電極は前記第１、第４、第６の電極に対して互いに逆極性となるように駆動電圧が印加される構成（以下、第６の構成）とすることにより、前記音叉振動子の１本の音叉アームに加わる駆動のための電界強度が一段と増加し駆動効率がさらに向上するという作用を有する。
【００２１】
第６の構成において、音叉振動子の他方の音叉アームの内側面、外側面に第７、第８の電極が設けられ、前記第７、第８の電極から差動検出により検出信号を取り出すようにしているため、駆動効率が向上し検出感度が高くなるばかりか、一方の音叉アームに設けられた駆動電圧が与えられる電極と他方の音叉アームに設けられた検出信号を取り出すための前記第７、第８の電極との距離が等しく、不要な信号成分が前記第７、第８の電極でキャンセルされるという作用を有する。
【００２２】
さらに第６の構成において、音叉振動子の他方の音叉アームの第１の主面又は第２の主面のいずれか一方に第７の電極を設け、前記他方の音叉アームの内側面、外側面にそれぞれ第８、第９の電極を設け、前記第７の電極が第１の主面に設けられている時は前記第７の電極は第１の電極に対して互いに逆極性となるように駆動電圧が印加され、前記第７の電極が第２の主面に設けられている時は前記第７の電極と第１の電極とは互いに同一極性となるように駆動電圧が印加されるように構成（以下、第７の構成）とすることにより、前記音叉振動子の１本の音叉アームに加わる駆動のための電界強度が一段と増加すると共に駆動電圧を印加するための電極の数も増加しておりさらなる駆動効率の向上が図れるという作用を有する。
【００２３】
第７の構成において、第８、第９の電極から差動検出により検出信号を取り出すようにしているため、さらなる駆動効率の向上により検出感度が一段と高くなるばかりか、一方の音叉アームに設けられた駆動電圧が与えられる電極と他方の音叉アームに設けられた検出信号を取り出すための前記第７、第８の電極との距離が等しく、不要な信号成分が前記第７、第８の電極でキャンセルされると共に他方の音叉アームに設けられた駆動電圧が与えられる電極によってもたらされる不要な結合容量成分も前記第７、第８の電極によりキャンセルされるという作用を有する。
【００２４】
また、単結晶圧電材料からなる少なくとも２本のアームと前記アームを連結する少なくとも１つの基部から構成される第１の振動子と、前記第１の振動子とほぼ相似形で単結晶圧電材料から構成された第２の振動子とを含み、前記第１の振動子と前記第２の振動子は前記各振動子の幅方向において互いに逆極性の圧電現象を生ずる結晶軸方向でかつ厚み方向に直接接合して一体化してなり、少なくとも２本の音叉アームと少なくとも１つの音叉基部を有するように構成した音叉振動子と、
前記音叉振動子の一方の音叉アームの第１、第２の主面上の外側面寄りにそれぞれ設けられた第１、第２の電極と、前記音叉振動子の一方の音叉アームの外側面上において第１、第２の主面寄りにそれぞれ設けられた第３、第４の電極と、前記音叉振動子の他方の音叉アームの第１、第２の主面上の外側面寄りに設けられた第５、第６の電極と、前記音叉振動子の他方の音叉アームの外側面上において第１、第２の主面寄りにそれぞれ設けられた第７、第８の電極とを備え、
前記第１、第４、第６、第７の電極は互いに同一極性でありかつ前記第２、第３、第５、第８の電極は前記第１、第４、第６、第７の電極に対して互いに逆極性となるように駆動電圧が印加される構成（以下、第８の構成）とすることにより、前記音叉振動子の両音叉アームに加わる駆動のための電界強度が一段と増加し、駆動効率がさらに向上するという作用を有する。
【００２５】
第８の構成において、音叉振動子の両音叉アームの内側面にそれぞれ電極を設け、前記両電極を共通接続して、この共通部分から検出信号を取り出すようにしているため、駆動効率が向上し検出感度が高くなるばかりか、両音叉アームにそれぞれ加えられる駆動電圧は各音叉アームの片側の領域内において逆向きで等量の電界強度であると共に駆動電圧を印加するための電極と検出信号を取り出すための電極との距離が離れており、検出信号を取り出すための電極に不要な結合容量成分が及ぼす影響が小さくなるばかりか、両音叉アームに設けられた駆動電圧が与えられる電極から微弱な電界が検出信号を取り出すための電極に加わった場合でもそれぞれの電極上でキャンセルされるという作用を有する。
【００２６】
また、単結晶圧電材料からなる少なくとも２本のアームと前記アームを連結する少なくとも１つの基部から構成される第１の振動子と、前記第１の振動子とほぼ相似形で単結晶圧電材料から構成された第２の振動子とを含み、前記第１の振動子と前記第２の振動子は前記各振動子の幅方向において互いに逆極性の圧電現象を生ずる結晶軸方向でかつ厚み方向に直接接合して一体化してなり、少なくとも２本の音叉アームと少なくとも１つの音叉基部を有するように構成した音叉振動子と、
前記音叉振動子の一方の音叉アームの第１、第２の主面上の内側面寄りにそれぞれ設けられた第１、第２の電極と、前記音叉振動子の一方の音叉アームの内側面上において第１、第２の主面寄りにそれぞれ設けられた第３、第４の電極と、前記音叉振動子の他方の音叉アームの第１、第２の主面上の内側面寄りに設けられた第５、第６の電極と、前記音叉振動子の他方の音叉アームの内側面上において第１、第２の主面寄りにそれぞれ設けられた第７、第８の電極とを備え、
前記第１、第４、第６、第７の電極は互いに同一極性でありかつ前記第２、第３、第５、第８の電極は前記第１、第４、第６、第７の電極に対して互いに逆極性となるように駆動電圧が印加される構成（以下、第９の構成）とすることにより、前記音叉振動子の両音叉アームに加わる駆動のための電界強度が一段と増加し、駆動効率がさらに向上するという作用を有する。
【００２７】
第９の構成において、音叉振動子の両音叉アームの外側面にそれぞれ電極を設け、前記両電極を共通接続して、この共通部分から検出信号を取り出すようにしているため、駆動効率が向上し検出感度が高くなるばかりか、両音叉アームにそれぞれ加えられる駆動電圧は各音叉アームの片側の領域内において逆向きで等量の電界強度であると共に駆動電圧を印加するための電極と検出信号を取り出すための電極との距離が離れており、検出信号を取り出すための電極に不要な結合容量成分が及ぼす影響が小さくなるばかりか、両音叉アームに設けられた駆動電圧が与えられる電極から微弱な電界が検出信号を取り出すための電極に加わった場合でもそれぞれの電極上でキャンセルされるという作用を有する。
【００２８】
また、単結晶圧電材料からなる少なくとも２本のアームと前記アームを連結する少なくとも１つの基部から構成される第１の振動子と、前記第１の振動子とほぼ相似形で単結晶圧電材料から構成された第２の振動子とを含み、前記第１の振動子と前記第２の振動子は前記各振動子の幅方向において互いに逆極性の圧電現象を生ずる結晶軸方向でかつ厚み方向に直接接合して一体化してなり、少なくとも２本の音叉アームと少なくとも１つの音叉基部を有するように構成した音叉振動子と、
前記音叉振動子の一方の音叉アームの第１、第２の主面上の外側面寄りにそれぞれ設けられた第１、第２の電極と、前記音叉振動子の一方の音叉アームの外側面上において第１、第２の主面寄りにそれぞれ設けられた第３、第４の電極と、前記音叉振動子の他方の音叉アームの第１、第２の主面上の内側面寄りに設けられた第５、第６の電極と、前記音叉振動子の他方の音叉アームの内側面上において第１、第２の主面寄りにそれぞれ設けられた第７、第８の電極とを備え、
前記第１、第４、第６、第７の電極は互いに同一極性でありかつ前記第２、第３、第５、第８の電極は前記第１、第４、第６、第７の電極に対して互いに逆極性となるように駆動電圧が印加される構成（以下、第１０の構成）とすることにより、前記音叉振動子の両音叉アームに加わる駆動のための電界強度が一段と増加し、駆動効率がさらに向上するという作用を有する。
【００２９】
第１０の構成において、音叉振動子の一方の音叉アームの内側面に第９の電極を設けると共に他方の音叉アームの外側面に第１０の電極を設け、前記第９、第１０の電極から差動検出により検出信号を取り出すようにしているため、駆動効率が向上し検出感度が高くなるばかりか、両音叉アームにそれぞれ加えられる駆動電圧は各音叉アームの片側の領域内において逆向きで等量の電界強度であると共に駆動電圧を印加するための電極と検出信号を取り出すための電極との距離が離れており、検出信号を取り出すための電極に不要な結合容量成分が及ぼす影響が小さくなるばかりか、両音叉アームに設けられた駆動電圧が与えられる電極から微弱な電界が検出信号を取り出すための電極に加わった場合でもそれぞれの電極上でキャンセルされるという作用を有する。
【００３０】
また、単結晶圧電材料からなる少なくとも２本のアームと前記アームを連結する少なくとも１つの基部から構成される第１の振動子と、前記第１の振動子とほぼ相似形で単結晶圧電材料から構成された第２の振動子とを含み、前記第１の振動子と前記第２の振動子は前記各振動子の幅方向において互いに逆極性の圧電現象を生ずる結晶軸方向でかつ厚み方向に直接接合して一体化してなり、少なくとも２本の音叉アームと少なくとも１つの音叉基部を有するように構成した音叉振動子と、
前記音叉振動子の一方の音叉アームの第１、第２の主面上の内側面寄りにそれぞれ設けられた第１、第２の電極と、前記音叉振動子の一方の音叉アームの内側面上において第１、第２の主面寄りにそれぞれ設けられた第３、第４の電極と、前記音叉振動子の他方の音叉アームの第１、第２の主面上の外側面寄りに設けられた第５、第６の電極と、前記音叉振動子の他方の音叉アームの外側面上において第１、第２の主面寄りにそれぞれ設けられた第７、第８の電極とを備え、
前記第１、第４、第６、第７の電極は互いに同一極性でありかつ前記第２、第３、第５、第８の電極は前記第１、第４、第６、第７の電極に対して互いに逆極性となるように駆動電圧が印加される構成（以下、第１１の構成）とすることにより、前記音叉振動子の両音叉アームに加わる駆動のための電界強度が一段と増加し、駆動効率がさらに向上するという作用を有する。
【００３１】
第１１の構成において、音叉振動子の一方の音叉アームの外側面に第９の電極を設けると共に他方の音叉アームの内側面に第１０の電極を設け、前記第９、第１０の電極から差動検出により検出信号を取り出すようにしているため、駆動効率が向上し検出感度が高くなるばかりか、両音叉アームにそれぞれ加えられる駆動電圧は各音叉アームの片側の領域内において逆向きで等量の電界強度であると共に駆動電圧を印加するための電極と検出信号を取り出すための電極に不要な結合容量成分が及ぼす影響が小さくなるばかりか、両音叉アームに設けられた駆動電圧が与えられる電極から微弱な電界が検出信号を取り出すための電極に加わった場合でもそれぞれの電極上でキャンセルされるという作用を有する。
【００３２】
第８の構成乃至第１１の構成のいずれか１つの構成において、音叉振動子の両方の音叉アームの第１、第２の主面上にそれぞれ設けた残余の４つの電極をモニタ電極としているため、モニタ電極の増加によりモニタ電極により検出される電荷量も増加し、ＡＧＣ回路へのノイズの混入量も低減できるという作用を有する。
【００３３】
また、第８の構成乃至第１１の構成のいずれか１つの構成において、前記音叉振動子の一方の音叉アームの第１、第２の主面上にそれぞれ設けた残余の２つの電極はグランド電極とし、他方の音叉アームの第１、第２の主面上にそれぞれ設けた残余の２つの電極はモニタ電極としているため、モニタ電極の増加によりモニタ電極により検出される電荷量も増加し、ＡＧＣ回路へのノイズの混入量も低減できるばかりか、駆動電圧を印加するための電極と検出信号を取り出すための電極の間にグランド電極を設けてあり不要な結合容量成分が検出信号を取り出すための電極に混入することをより低減できるという作用を有する。
【００３４】
また、単結晶圧電材料からなる少なくとも２本のアームと前記アームを連結する少なくとも１つの基部から構成される第１の振動子と、前記第１の振動子とほぼ相似形で単結晶圧電材料から構成された第２の振動子とを含み、前記第１の振動子と前記第２の振動子は前記各振動子の幅方向において互いに逆極性の圧電現象を生ずる結晶軸方向でかつ厚み方向に直接接合して一体化してなり、少なくとも２本の音叉アームと少なくとも１つの音叉基部を有するように構成した音叉振動子と、
前記音叉振動子の一方の音叉アームの第１、第２の主面にそれぞれ設けられた第１、第２の電極と、前記一方の音叉アームの外側面又は内側面のいずれか一方の面上でありかつ前記第１の電極に近い側に設けられた第３の電極と、前記第２の電極に近い側に設けられた第４の電極と、前記第３、第４の電極が設けられた面と対向する内側面または外側面に設けられた第５の電極と、前記音叉振動子の他方の音叉アームの第１、第２の主面上の外側面寄りにそれぞれ設けられた第６、第７の電極と、前記音叉振動子の他方の音叉アームの外側面上において前記第６、第７の電極寄りにそれぞれ設けられた第８、第９の電極とを備え、
前記第１、第４、第７、第８の電極は互いに同一極性でありかつ前記第２、第３、第６、第９の電極は前記第１、第４、第７、第８の電極に対して互いに逆極性となるように駆動電圧が印加される構成（以下、第１２の構成）とすることによりとしているため、前記音叉振動子の両音叉アームに加わる駆動のための電界強度が一段と増加すると共に駆動電圧を印加するための電極の数も増加しておりさらなる駆動効率の向上が図れるという作用を有する。
【００３５】
第１２の構成において、音叉振動子の他方の音叉アームの内側面に第１０の電極を設けると共に他方の音叉アームの第１、第２の主面上にそれぞれ設けた残余の２つの電極をモニタ電極とし、第５の電極が一方の音叉アームの内側面に設けられている時には前記第５の電極と前記第１０の電極とを共通接続して、この共通部分から検出信号を取り出し、前記第５の電極が一方の音叉アームの外側面に設けられている時には前記第５の電極と第１０の電極から差動検出により検出信号を取り出すようにしているため、駆動効率が向上し検出感度が高くなるばかりか、一方の音叉アームに設けられた検出信号を取り出すための電極に混入する不要な信号成分としての駆動信号によってもたらされた結合容量成分がキャンセルされると共に他方の音叉アームに加えられる駆動電圧は他方の音叉アームの片側の領域内において逆向きで等量の電界強度であると共に駆動電圧を印加するための電極と検出信号を取り出すための電極との距離が離れており、検出信号を取り出すための電極に不要な結合容量成分が及ぼす影響が小さくなるばかりか、他方の音叉アームに設けられた駆動電圧が与えられる電極から微弱な電界が検出信号を取り出すための電極に加わった場合でも検出信号を取り出すための電極上でキャンセルされるという作用を有する。
【００３６】
また、単結晶圧電材料からなる少なくとも２本のアームと前記アームを連結する少なくとも１つの基部から構成される第１の振動子と、前記第１の振動子とほぼ相似形で単結晶圧電材料から構成された第２の振動子とを含み、前記第１の振動子と前記第２の振動子は前記各振動子の幅方向において互いに逆極性の圧電現象を生ずる結晶軸方向でかつ厚み方向に直接接合して一体化してなり、少なくとも２本の音叉アームと少なくとも１つの音叉基部を有するように構成した音叉振動子と、
前記音叉振動子の一方の音叉アームの第１、第２の主面にそれぞれ設けられた第１、第２の電極と、前記一方の音叉アームの外側面又は内側面のいずれか一方の面上でありかつ前記第１の電極に近い側に設けられた第３の電極と、前記第２の電極に近い側に設けられた第４の電極と、前記第３、第４の電極が設けられた面と対向する内側面または外側面に設けられた第５の電極と、前記音叉振動子の他方の音叉アームの第１、第２の主面上の内側面寄りにそれぞれ設けられた第６、第７の電極と、前記音叉振動子の他方の音叉アームの内側面上において前記第６、第７の電極寄りにそれぞれ設けられた第８、第９の電極とを備え、
前記第１、第４、第７、第８の電極は互いに同一極性でありかつ前記第２、第３、第６、第９の電極は前記第１、第４、第７、第８の電極に対して互いに逆極性となるように駆動電圧が印加される構成（以下、第１３の構成）とすることによりとしているため、前記音叉振動子の両音叉アームに加わる駆動のための電界強度が一段と増加すると共に駆動電圧を印加するための電極の数も増加しておりさらなる駆動効率の向上が図れるという作用を有する。
【００３７】
第１３の構成において、音叉振動子の他方の音叉アームの外側面に第１０の電極を設けると共に他方の音叉アームの第１、第２の主面上にそれぞれ設けた残余の２つの電極をモニタ電極とし、第５の電極が一方の音叉アームの内側面に設けられている時には前記第５の電極と第１０の電極から差動検出により検出信号を取り出し、前記第５の電極が一方の音叉アームの外側面に設けられている時には前記第５の電極と前記第１０の電極とを共通接続して、この共通部分から検出信号を取り出すようにしているため、駆動効率が向上し検出感度が高くなるばかりか、一方の音叉アームに設けられた検出信号を取り出すための電極に混入する不要な信号成分としての駆動信号によってもたらされた結合容量成分がキャンセルされると共に他方の音叉アームに加えられる駆動電圧は他方の音叉アームの片側の領域内において逆向きで等量の電界強度であると共に駆動電圧を印加するための電極と検出信号を取り出すための電極との距離が離れており、検出信号を取り出すための電極に不要な結合容量成分が及ぼす影響が小さくなるばかりか、他方の音叉アームに設けられた駆動電圧が与えられる電極から微弱な電界が検出信号を取り出すための電極に加わった場合でも検出信号を取り出すための電極上でキャンセルされるという作用を有する。
【００３８】
また、単結晶圧電材料からなる少なくとも２本のアームと前記アームを連結する少なくとも１つの基部から構成される第１の振動子と、前記第１の振動子とほぼ相似形で単結晶圧電材料から構成された第２の振動子とを含み、前記第１の振動子と前記第２の振動子は前記各振動子の幅方向において互いに逆極性の圧電現象を生ずる結晶軸方向でかつ厚み方向に直接接合して一体化してなり、少なくとも２本の音叉アームと少なくとも１つの音叉基部を有するように構成した音叉振動子と、
前記音叉振動子の一方の音叉アームの第１、第２の主面にそれぞれ設けられた第１、第２の電極と、前記一方の音叉アームの外側面上でありかつ前記第１、第２の電極に近い側にそれぞれ設けられた第３、第４の電極と、前記一方の音叉アームの内側面上でありかつ前記第１、第２の電極に近い側にそれぞれ設けられた第５、第６の電極と、前記音叉振動子の他方の音叉アームの第１の主面又は第２の主面のいずれか一方に設けられた第７の電極と、前記他方の音叉アームの外側面上でありかつ前記第１、第２の主面寄りにそれぞれ設けられた第８、第９の電極と、前記他方の音叉アームの内側面上でありかつ前記第１、第２の主面寄りにそれぞれ設けられた第１０、第１１の電極とを備え、
前記第７の電極が第１の主面に設けられている時は第１、第８、第１０の電極は互いに同一極性でありかつ前記第２、第３、第５、第７の電極は前記第１、第８、第１０の電極に対して互いに逆極性となるように駆動電圧が印加され、前記第７の電極が第２の主面に設けられている時は前記第１、第７の電極は互いに同一極性でありかつ前記第２、第３、第５、第９、第１１の電極は前記第１、第７の電極に対して互いに逆極性となるように駆動電圧が印加される構成（以下、第１４の構成）とすることにより、前記音叉振動子の両音叉アームに加わる駆動のための電界強度が一段と増加すると共に駆動電圧を印加するための電極の数も増加しておりさらなる駆動効率の向上が図れるという作用を有する。
【００３９】
第１４の構成において、第７の電極が第１の主面に設けられている時には第４、第９の電極を共通接続すると共に第６、第１１の電極を共通接続してそれらの共通部分から差動検出により検出信号を取り出し、前記第７の電極が第２の主面に設けられている時には第４、第８の電極を共通接続すると共に第６、第１０の電極を共通接続してそれらの共通部分から差動検出により検出信号を取り出すようにしているため、駆動効率が向上し検出感度が高くなるばかりか、検出信号を取り出すための電極に混入する不要な信号成分としての駆動信号によってもたらされた結合容量成分がキャンセルされるという作用を有する。
【００４０】
請求項３に記載の発明は、第１の構成及至第１４の構成において、第１、第２の主面上に設けられた電極は、音叉基部の表面上に延長されているため、電極面積が増加しさらなる駆動効率の向上又は検出感度の向上が図れるという作用を有する。
【００４１】
請求項４に記載の発明は、第１の構成乃至第４の構成、第６の構成、第７の構成、第８の構成乃至第１４の構成において、外側面に設けられた電極は、音叉基部の表面上に延長されているため、電極面積が増加しさらなる駆動効率の向上又は検出感度の向上が図れるという作用を有する。
【００４２】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図１４を用いて説明する。
【００４３】
（実施の形態１）
図１は本発明の角速度センサの実施の形態１における音叉振動子を第１の主面側からみた斜視図、図２は同音叉振動子を第２の主面側からみた斜視図、図３は同角速度センサの音叉アームに対する電極配置を示す模式図、図４は同角速度センサの電気回路の一例を示すブロック図である。図１、図２において、２０ａ，２０ｂは振動部分であるアームで、これらは固定部分である基部２０ｃにより連結されて振動子２０を形成している。同じく３０ａ，３０ｂは振動部分であるアームで、これらは固定部分である基部３０ｃにより連結されて振動子３０を形成している。これらの振動子２０，３０は水晶等の単結晶圧電材料から構成され、両者は直接接合により一体化され、一種のバイモルフ構造をした音叉振動子１０を構成しており、音叉アーム１０ａ，１０ｂと音叉基部１０ｃを有している。直接接合は被着体の表面を十分に平滑にして親水化処理後に水酸基を吸着させて被着体を重ねあわせて熱処理を施す事により、界面から水酸基や水素が離脱して被着体が接合され、一体構造と同等の接合状態を得るものである。
【００４４】
この時、振動子２０は紙面に対して左方向の結晶軸方向で、振動子３０はそれを反転させた紙面に対して右方向の結晶軸方向で接合されている。すなわち、振動子２０，３０はその主面方向において圧電現象を生ずる結晶軸方向（Ｘ軸方向）が互いに逆方向となるように接合されている。
【００４５】
このような音叉振動子１０の構造において、１〜８は電極で、１，２，５はそれぞれ音叉アーム１０ａの第１の主面、第２の主面、音叉アーム１０ｂの第１の主面に設けられた駆動電極であり、音叉アーム１０ａ，１０ｂのほぼ全長にわたり配置されており、これらはまず素子素材上にＣｒ等がスパッタもしくは蒸着された上にＡｕ，Ａｇ，Ａｌ等がスパッタもしくは蒸着されて形成されている。また、音叉振動子１０の音叉基部１０ｃにおいては、これらの電極の導出部および引き出し電極パッドが形成されている。この時、電極の配線パターンの導出部分は音叉振動子１０の音叉基部１０ｃにおいて音叉振動子１０の音叉アーム１０ａ，１０ｂに形成された電極より細く形成することにより、電極の導出部間を広げて配置することができ、電極間の結合容量成分を極小にすることが可能である。
【００４６】
本実施の形態１において、６は音叉アーム１０ｂの第２の主面に設けられたモニタ電極、３，８は音叉アーム１０ａ，１０ｂの外側面に設けられた検出電極であり、これらは共通接続されている。また、４，７は音叉アーム１０ａ，１０ｂの内側面に設けられた検出電極であり、これらも共通接続されている。そして、音叉基部１０ｃの第１の主面に検出電極４，７，３，８用の引き出し電極パッド１５および１６、その導出部１５ａ，１６ａをパターン配線し、駆動電極１，２，５用の引き出し電極パッド１１，１２，１３およびその導出部１１ａ，１２ａ，１３ａをパターン配線し、かつモニタ電極６用の引き出し電極パッド１４およびその導出部１４ａがパターン配線されている。なお、第２の主面の駆動電極２、モニタ電極６および側面の検出電極３，８からの引き出し電極パッド１３，１４，１６への導出部１３ａ，１４ａ，１６ａは音叉基部１０ｃの第２の主面、側面にパターン配線し、第１の主面側に引き回す構成としている。図３に本実施の形態１における電極配置を示す。
【００４７】
次に、本実施の形態１における角速度センサの動作を説明する。今、仮に駆動電極１並びに駆動電極２及び駆動電極５に駆動電源９から１８０度位相の異なる交流信号が供給され、音叉アーム１０ａ，１０ｂが図３における左右方向（主面方向）に振動するものとする。図３において、実線の矢印は水晶の結晶軸（電気軸）、一点鎖線の矢印は電界の向きを示す。
【００４８】
上記動作について詳細に説明すると、ある時点において、仮に駆動電極１並びに駆動電極２及び駆動電極５との間に駆動電源９より交流信号が加えられ、駆動電極１には正電界、駆動電極２と駆動電極５には負電界が印加されたとする。その結果、音叉アーム１０ａの幅方向の中心より左半分は電気軸または分極方向に対して同一方向の電界が印加されるので、左音叉アーム１０ａの幅方向の中心より左半分は伸び、逆に音叉アーム１０ａの幅方向の中心より右半分においては電気軸または分極方向に対して逆方向の電界が印加されるので縮む作用が起こり、音叉アーム１０ａは図３において内側（右側）に屈曲することになる。しかし、次の時点、つまり駆動電源９から供給される信号が反転すれば今度は逆に音叉アーム１０ａは図３において外側（左側）に屈曲し、これらの繰り返しにより共振振動するのである。
【００４９】
また、音叉アーム１０ｂは、音叉アーム１０ａの動きとは逆に音叉アーム１０ｂの幅方向の中心より左半分は電気軸または分極方向に対して逆方向の電界が印加されるので右アーム１０ｂの幅方向の中心より左半分は縮み、逆に音叉アーム１０ｂの幅方向の中心より右半分においては電気軸または分極方向に対して同一方向の電界が印加されるので伸長作用が起こり、音叉アーム１０ｂは図３において内側（左側）に屈曲することになる。しかし、次の時点、つまり駆動電源９から供給される信号が反転すれば今度は逆に音叉アーム１０ｂは図３において外側（右側）に屈曲し、これらの繰り返しにより共振振動するのである。
【００５０】
このような共振振動状態において、角速度ΩがＹ軸回りに加えられると、コリオリの原理により両方の音叉アーム１０ａ，１０ｂは、振動方向（Ｘ軸方向）に対して垂直な方向（Ｚ軸方向）に力が発生して厚み方向にたわむ。その結果、そのたわみの程度に応じて角速度信号として検出電極３、検出電極４、検出電極７、検出電極８に電荷が発生し、その電荷は共通接続されたＳ+，Ｓ-を介して出力される。この動作においても具体的に説明すると、例えば、今、角速度が加わり、コリオリの力によって音叉アーム１０ａが図３において紙面の上側にたわみ、音叉アーム１０ｂが紙面の下側にたわむとすると、音叉アーム１０ａの厚み方向の中心より下側は伸びるので電気軸または分極方向に対して同一方向に電荷が発生し、逆に音叉アーム１０ａの厚み方向の中心より上側は縮むことになるので、電気軸または分極方向に対して逆方向に電荷が発生する。またこの時、音叉アーム１０ｂは音叉アーム１０ａとは逆に、音叉アーム１０ｂの厚み方向の中心より下側は縮むので電気軸または分極方向に対して逆方向に電荷が発生し、逆に音叉アーム１０ｂの厚み方向の中心より上側は伸びることになるので、電気軸または分極方向に対して同一方向に電荷が発生する。したがって、この状態においては、共通接続されているＳ+には正の電荷が、Ｓ-には負の電荷が発生することになるので、これを検出することにより角速度を検知することができるのである。また、コリオリの力によって今度は図３において音叉アーム１０ａが下側にたわみ、音叉アーム１０ｂが上側にたわむとすると、上記とは全く逆の電荷が両音叉アームから発生するので、共通接続されているにはＳ+には負の電荷が、Ｓ-には正の電荷が発生することになり、これを検出することにより角速度を検知することができるのである。
【００５１】
図４は、角速度センサの電気回路の一例を示すブロック図であるが、先ず駆動回路について説明する。駆動回路においては、カレントアンプ回路４０と、比較回路４１と、ＡＧＣ回路４２と、インバータ回路４３で自励式発振器として構成されている。今、音叉振動子１０のモニタ電極６には振幅に応じた電荷が発生する。この電荷をカレントアンプ４０で検出し、この検出電荷と振幅を一定にするために予め定められた所定の値とを比較回路４１で比較する。例えば比較した値が所定の値より大きければＡＧＣ回路４２は振幅レベルを低くするように駆動電極１とインバータ回路４３を介して駆動電極２および駆動電極５に正弦波が印加される。また、逆に比較した値が所定の値より小さければＡＧＣ回路４２は振幅レベルを高くするように駆動電極１とインバータ回路４３を介して駆動電極２および駆動電極５に正弦波が印加される。これを繰り返すことによって音叉振動子１０の振幅を一定に制御し、振動する。
【００５２】
次に、検出回路においては、角速度が加わると先のコリオリの力が発生して音叉振動子１０の検出電極３，４と７，８に極性の異なる角速度と比例した電荷がそれぞれ発生する。これらの電荷を差動増幅回路４４にそれぞれ入力し、位相シフト回路４５で９０°位相を進ませた後、先の駆動回路のカレントアンプ４０を介した信号が加えられる同期検波器４６にて同期検波を行い、角速度信号のみを検出する。この時、検出回路においては、各検出電極３，４，７，８で駆動振動により検出電極への信号成分（不要信号成分）が発生した場合、検出電極３，４には駆動電極１，２からの位置が対称であるためそれぞれ同じ大きさの逆位相の不要信号成分が発生しそれぞれの検出電極３，４内で相殺され、かつ検出電極７，８には駆動電極５からの位置が対称であるため同じ大きさの同位相不要信号成分が発生するので、差動増幅回路４４で受けることによってキャンセルすることができる。そして、同期検波された検出信号をＬＰＦ回路４７にてＤＣ変換し、ＤＣ成分として角速度信号を検知する。
【００５３】
本実施の形態１の構成によると従来例の構成と比較して駆動電圧を印加するための電極の数が増加しているため、駆動効率が１．５倍と向上する。
【００５４】
本実施の形態においては、他方の音叉アーム１０ｂの第１、第２の主面にそれぞれ駆動電極５、モニタ電極６を設けた構成について説明してきたが、駆動電極５とモニタ電極６の配置を互いに入れ替え新たに設けた駆動電極に加える信号の極性を本実施の形態と逆位相とする構成としても構わない。
【００５５】
本実施の形態においては、一方の音叉アーム１０ａの外側面、内側面に検出電極３、検出電極４を設けた構成について説明してきたが、検出電極３、検出電極４はグランド電極とすることも考えられる。
【００５６】
なお、本実施の形態においては、角速度の検出に関して詳述してきたが、音叉アーム１０ａ，１０ｂのＺ軸方向に加速度が加わった時には検出電極３，４，７，８によりその影響が軽減又はキャンセルされる。
【００５７】
（実施の形態２）
図５に本発明の実施の形態２における角速度センサの音叉アームに対する電極配置の模式図を示す。図５において図１、図２、図３、図４と同一構成部分に関しては同一番号を付して詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ詳述する。図５において、５０は他方の音叉アーム１０ｂの第１の主面の外側面側寄りに設けた駆動電極、５１は他方の音叉アーム１０ｂの第２の主面の外側面側寄りに設けた駆動電極、５２は他方の音叉アーム１０ｂの第１の主面の内側面側寄りに設けたモニタ電極、５３は他方の音叉アーム１０ｂの第２の主面の内側面側寄りに設けたモニタ電極である。
【００５８】
次に、本実施の形態２における角速度センサの動作を説明する。今、駆動電極１と駆動電極５１、駆動電極２と駆動電極５０に駆動電源９から１８０度位相の異なる交流信号が供給されると、所定の音叉振動をする。
【００５９】
本実施の形態２の構成によると従来例の構成と比較して駆動電圧を印加するための電極の数が増加しているため、駆動効率が１．７倍と向上する。
【００６０】
また、本実施の形態の構成により検出電極に混入する不要な信号成分としての駆動信号によってもたらされた結合容量成分がキャンセルされる。
【００６１】
本実施の形態においては、駆動電極５１を第２の主面上において、外側面側に設け、モニタ電極５３を内側面側に設けた構成について説明してきたが、駆動電極５１とモニタ電極５３の配置を互いに入れ換えた構成とすることも考えられる。
【００６２】
また、本実施の形態においては、他方の音叉アーム１０ｂの第１の主面の内側面側にモニタ電極５２を設け、第２の主面の内側面側にモニタ電極５３を設ける構成について説明してきたが、モニタ電極５２またはモニタ電極５３のいずれかをグランド電極とすることも考えられる。
【００６３】
（実施の形態３）
図６に本発明の実施の形態３における角速度センサの音叉アームに対する電極配置の模式図を示す。図６において図１、図２、図３、図４と同一構成部分に関しては同一番号を付して詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ詳述する。図６において、５４は一方の音叉アーム１０ａの外側面の面上に第１の主面に近い側に設けた駆動電極、５５は一方の音叉アーム１０ａの外側面の面上に第２の主面に近い側に設けた駆動電極である。
【００６４】
次に、本実施の形態３における角速度センサの動作を説明する。今、駆動電極１と駆動電極５５、駆動電極２と駆動電極５と駆動電極５４に駆動電源９から１８０度位相の異なる交流信号が供給されると所定の音叉振動をする。
【００６５】
本実施の形態３の構成によると従来例の構成と比較して駆動電圧を印加するための電極の数が増加すると共に一方の音叉アーム１０ａの外側面に近い側においては電界強度が増加しているため、駆動効率が２．５倍と向上する。
【００６６】
また、本実施の形態の構成により検出電極に混入する不要な信号成分としての駆動信号によってもたらされた結合容量成分がキャンセルされる。
【００６７】
本実施の形態においては、他方の音叉アーム１０ｂの第１、第２の主面にそれぞれ駆動電極５、モニタ電極６を設けた構成について説明してきたが、駆動電極５とモニタ電極６の配置を互いに入れ替え新たに設けた駆動電極に加える信号の極性を本実施の形態と逆位相とする構成としても構わない。
【００６８】
また、本実施の形態においては、一方の音叉アーム１０ａの外側面に駆動電極５４，５５、内側面に検出電極４を設けた構成について説明してきたが、駆動電極５４，５５と検出電極４の配置を互いに入れ換えても構わない。
【００６９】
本実施の形態においては、一方の音叉アーム１０ａの内側面に検出電極４を設けた構成について説明してきたが、検出電極４はグランド電極とする構成も考えられる。
【００７０】
また、本実施の形態においては、他方の音叉アーム１０ｂの第１の主面に駆動電極５を設けた構成について説明してきたが、駆動電極５はグランド電極とすることも考えられ、従来例の構成と比較して駆動効率が２．０倍となるばかりか、検出電極７，８に対して駆動電極１，２の距離がそれぞれ等しいのでそれぞれの検出電極７，８上での不要な結合容量成分は相殺されノイズの影響を排除できる。
【００７１】
（実施の形態４）
図７に本発明の実施の形態４における角速度センサの音叉アームに対する電極配置の模式図を示す。図７において図６と同一構成部分に関しては同一番号を付して詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ詳述する。図７において、５６は一方の音叉アーム１０ａの内側面上の第１の主面に近い側に設けた駆動電極、５７は一方の音叉アーム１０ａの内側面上の第２の主面に近い側に設けた駆動電極である。
【００７２】
次に、本実施の形態４における角速度センサの動作を説明する。今、駆動電極１と駆動電極５５と駆動電極５７、駆動電極２と駆動電極５と駆動電極５４と駆動電極５６に駆動電源９から１８０度位相の異なる交流信号が供給されると所定の振動をする。
【００７３】
本実施の形態４の構成によると従来例の構成と比較して駆動電圧を印加するための電極の数が増加すると共に一方の音叉アーム１０ａに加わる駆動のための電界強度が一段と増加しているため、駆動効率が３．２倍と向上する。
【００７４】
また、本実施の形態の構成により検出電極に混入する不要な信号成分としての駆動信号によってもたらされた結合容量成分がキャンセルされる。
【００７５】
本実施の形態においては、他方の音叉アーム１０ｂの第１、第２の主面にそれぞれ駆動電極５、モニタ電極６を設けた構成について説明してきたが、駆動電極５とモニタ電極６の配置を互いに入れ替え新たに設けた駆動電極に加える信号の極性を本実施の形態と逆位相とする構成としても構わない。
【００７６】
また、本実施の形態においては、他方の音叉アーム１０ｂの第１の主面に駆動電極５を設けた構成について説明してきたが、駆動電極５をグランド電極とすることも考えられ、従来例の構成と比較して駆動効率が２．７倍となるばかりか、検出電極７，８に対して駆動電極１，２の距離がそれぞれ等しいのでそれぞれの検出電極７，８上での不要な結合容量成分は相殺されノイズの影響を排除できる。
【００７７】
（実施の形態５）
図８に本発明の実施の形態５における角速度センサの音叉アームに対する電極配置の模式図を示す。図８において図５、図６と同一構成部分に関しては同一番号を付して詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ詳述する。図８において、５８は一方の音叉アーム１０ａの第１の主面の外側面側寄りに設けた駆動電極、５９は一方の音叉アーム１０ａの第２の主面の外側面側寄りに設けた駆動電極、６０は一方の音叉アーム１０ａの第１の主面の内側面側寄りに設けたモニタ電極、６１は一方の音叉アーム１０ａの第２の主面の内側面側寄りに設けたモニタ電極、６２は他方の音叉アーム１０ｂの外側面上の第１の主面に近い側に設けた駆動電極、６３は他方の音叉アーム１０ｂの外側面上の第２の主面に近い側に設けた駆動電極である。
【００７８】
次に、本実施の形態５における角速度センサの動作を説明する。今、駆動電極５８と駆動電極５５と駆動電極６２と駆動電極５１、駆動電極５９と駆動電極５４と駆動電極５０と駆動電極６３に駆動電源９から１８０度位相の異なる交流信号が供給されると所定の音叉振動をする。
【００７９】
本実施の形態５の構成によると従来の構成と比較して図８に示すように両音叉アーム１０ａ，１０ｂの外側面に近い側においては電界強度が一段と増加しているため、駆動効率が３．４倍と向上するばかりか、モニタ電極の増加によりモニタ電荷が増加しＡＧＣ回路４２への入力信号に対するノイズの割合を低減することができる。
【００８０】
また、本実施の形態においては、各音叉アーム１０ａ，１０ｂ内で駆動電極５８，５４，５５，５９，５０，６２，６３，５１と検出電極４，７との距離が離れており、共通接続した検出電極４，７に不要な結合容量成分が及ぼす影響が小さくなるばかりか、両音叉アーム１０ａ，１０ｂに設けられた駆動電極５８，５４，５５，５９，５０，６２，６３，５１から微弱な電界が検出電極４，７に加わった場合でもそれぞれの検出電極４，７内で不要な結合容量成分が相殺される。
【００８１】
本実施の形態においては、一方の音叉アーム１０ａの外側面に駆動電極５４，５５、内側面に検出電極４、第１の主面に駆動電極５８、モニタ電極６０、第２の主面に駆動電極５９、モニタ電極６１を設けた構成について説明してきたが、駆動電極５４，５５と検出電極４の配置を互いに入れ換え、かつ、駆動電極５８とモニタ電極６０の配置を互いに入れ換え、さらに、駆動電極５９とモニタ電極６１の配置を互いに入れ換えた構成としても構わない。この場合には検出電極４，７から差動検出により角速度を検出する。
【００８２】
また、本実施の形態においては、他方の音叉アーム１０ｂの外側面に駆動電極６２，６３、内側面に検出電極７、第１の主面に駆動電極５０、モニタ電極５２、第２の主面に駆動電極５１、モニタ電極５３を設けた構成について説明してきたが、駆動電極６２，６３と検出電極７の配置を互いに入れ換え、かつ、駆動電極５０とモニタ電極５２の配置を互いに入れ換え、かつ、駆動電極５１とモニタ電極５３の配置を互いに入れ換えた構成としても構わない。この場合にも検出電極４，７から差動検出により角速度を検出する。
【００８３】
本実施の形態においては、一方の音叉アーム１０ａの外側面に駆動電極５４，５５、内側面に検出電極４、第１の主面に駆動電極５８、モニタ電極６０、第２の主面に駆動電極５９、モニタ電極６１、他方の音叉アーム１０ｂの外側面に駆動電極６２，６３、内側面に検出電極７、第１の主面に駆動電極５０、モニタ電極５２、第２の主面に駆動電極５１、モニタ電極５３を設けた構成について説明してきたが、駆動電極５４，５５と検出電極４の配置を互いに入れ換え、かつ、駆動電極５８とモニタ電極６０の配置を互いに入れ換え、かつ、駆動電極５９とモニタ電極６１の配置を互いに入れ換え、かつ、駆動電極６２，６３と検出電極７の配置を互いに入れ換え、かつ、駆動電極５０とモニタ電極５２の配置を互いに入れ換え、かつ、駆動電極５１とモニタ電極５３の配置を互いに入れ換えた構成としても構わない。この場合は、本実施の形態５と同様に検出電極４，７を共通接続し、角速度を検出すればよい。
【００８４】
本実施の形態においては、一方の音叉アーム１０ａの第１、第２の主面にモニタ電極６０，６１、他方のアーム１０ｂの第１、第２の主面にモニタ電極５２，５３を設けた構成について説明してきたが、モニタ電極５２，５３，６０，６１のうち２つをモニタ電極とし、残りの電極をグランド電極とすることも考えられる。この構成によると駆動電極と検出電極の間にグランド電極が配置されるため、駆動電極から検出電極への不要な結合容量成分の混入を低減できる。
【００８５】
（実施の形態６）
図９に本発明の実施の形態６における角速度センサの音叉アームに対する電極配置の模式図を示す。図９において図３、図８と同一構成部分に関しては同一番号を付して詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ詳述する。
【００８６】
次に、本実施の形態６における角速度センサの動作を説明する。今、駆動電極１と駆動電極５５と駆動電極６２と駆動電極５１、駆動電極２と駆動電極５４と駆動電極５０と駆動電極６３に駆動電源９から１８０度位相の異なる交流信号が供給されると所定の音叉振動をする。
【００８７】
本実施の形態６の構成によると従来の構成と比較して図９に示すように両音叉アーム１０ａ，１０ｂの外側面に近い側においては電界強度が一段と増加しているため、駆動効率が３．７倍と向上する。
【００８８】
また、一方の音叉アーム１０ａの検出電極４に混入する不要な信号成分としての駆動信号によってもたらされた結合容量成分はキャンセルされる。さらに他方の音叉アーム１０ｂ内で駆動電極５０，５１，６２，６３と検出電極７との距離が離れているため、検出電極７に不要な結合容量成分が及ぼす影響が小さくなるばかりか、駆動電極５０，５１，６２，６３から微弱な電界が検出電極７に加わった場合でも検出電極７内で不要な結合容量成分が相殺される。
【００８９】
本実施の形態においては、一方の音叉アーム１０ａの外側面に駆動電極５４，５５、内側面に検出電極４、第１の主面に駆動電極１、第２の主面に駆動電極２を設けた構成について説明してきたが、駆動電極５４，５５と検出電極４の配置を互いに入れ換えた構成としても構わない。この場合には検出電極４，７から差動検出により角速度を検出する。
【００９０】
また、本実施の形態においては、他方の音叉アーム１０ｂの外側面に駆動電極６２，６３、内側面に検出電極７、第１の主面に駆動電極５０、モニタ電極５２、第２の主面に駆動電極５１、モニタ電極５３を設けた構成について説明してきたが、駆動電極６２，６３と検出電極７の配置を互いに入れ換え、かつ、駆動電極５０とモニタ電極５２の配置を互いに入れ換え、かつ、駆動電極５１とモニタ電極５３の配置を互いに入れ換えた構成としても構わない。この場合にも検出電極４，７から差動検出による角速度を検出する。
【００９１】
本実施の形態においては、一方の音叉アーム１０ａの外側面に駆動電極５４，５５、内側面に検出電極４、第１の主面に駆動電極１、第２の主面に駆動電極２、他方の音叉アーム１０ｂの外側面に駆動電極６２，６３、内側面に検出電極７、第１の主面に駆動電極５０、モニタ電極５２、第２の主面に駆動電極５１、モニタ電極５３を設けた構成について説明してきたが、駆動電極５４，５５と検出電極４の配置を互いに入れ換え、かつ、駆動電極６２，６３と検出電極７の配置を互いに入れ換え、かつ、駆動電極５０とモニタ電極５２の配置を互いに入れ換え、かつ、駆動電極５１とモニタ電極５３の配置を互いに入れ換えた構成としても構わない。この場合には、本実施の形態６と同様に検出電極４，７を共通接続し、角速度を検出すればよい。
【００９２】
（実施の形態７）
図１０に本発明の実施の形態７における角速度センサの音叉アームに対する電極配置の模式図を示す。図１０において図７、図９と同一構成部分に関しては同一番号を付して詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ詳述する。図１０において、６４は他方の音叉アーム１０ｂの内側面上の第１の主面に近い側に設けた駆動電極、６５は他方の音叉アーム１０ｂの内側面上の第２の主面に近い側に設けた検出電極、７１は一方の音叉アーム１０ａの外側面上の第２の主面に近い側に設けた検出電極、７２は一方の音叉アーム１０ａの内側面上の第２の主面に近い側に設けた検出電極、７３は他方の音叉アーム１０ｂの外側面上の第２の主面に近い側に設けた検出電極である。
【００９３】
次に、本実施の形態７における角速度センサの動作を説明する。今、駆動電極１と駆動電極６４と駆動電極６２、駆動電極２と駆動電極５と駆動電極５４と駆動電極５６に駆動電源９から１８０度位相の異なる交流信号が供給されると所定の音叉振動をする。
【００９４】
本実施の形態７の構成によると従来の構成と比較して駆動電圧を印加するための電極の数が増加すると共に両音叉アーム１０ａ，１０ｂの第１の主面に近い側においては電界強度が一段と増加しているため、駆動効率が３．２倍と向上する。
【００９５】
また、本実施の形態の構成により検出電極に混入する不要な信号成分としての駆動信号によってもたらされた結合容量成分がキャンセルされる。
【００９６】
（実施の形態８）
図１１及び図１３並びに図１２及び図１４に本発明の実施の形態８における角速度センサの音叉振動子を第１、第２の主面からそれぞれみた斜視図を示す。図１１、図１２、図１３、図１４において図１、図２、図３と同一構成部分に関しては同一番号を付して詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ詳述する。図１１において、１ａは一方の音叉アーム１０ａの第１の主面上に設けられた駆動電極１を基部２０ｃ内にまで延長した電極部分、５ａは同じく他方の音叉アーム１０ｂの第１の主面上に設けられた駆動電極５を基部２０ｃ内にまで延長した電極部分、図１２において、２ａは一方の音叉アーム１０ａの第２の主面上に設けられた駆動電極２を基部３０ｃ内にまで延長した電極部分、６ａは他方の音叉アーム１０ｂの第２の主面上に設けられたモニタ電極を基部３０ｃ内にまで延長した電極部分である。
【００９７】
本実施の形態８の構成によると従来の構成と比較して音叉基部１０ｃにまで電極が延長されているので電極面積が増加し、駆動効率が向上する。
【００９８】
また図１３、図１４に示すように、８ａは他方の音叉アーム１０ｂの外側面に設けられた検出電極８を音叉基部１０ｃ内にまで延長した電極部分、３ａは一方の音叉アーム１０ａの外側面に設けられた検出電極３を音叉基部１０ｃ内にまで延長した電極部分である。
【００９９】
本実施の形態８の構成によると従来の構成と比較して音叉基部１０ｃにまで電極が延長されているので電極面積が増加し、検出効率が向上する。
【０１００】
本実施の形態においては、各音叉アーム１０ａ，１０ｂの各面上から音叉基部１０ｃに向かって一面の電極が延出した例について説明したが、これに特定されるものでなく、例えば実施の形態２ないし７に示すような分割された電極が音叉基部１０ｃに延出する等、様々な構成が考えられる。
【０１０１】
【発明の効果】
以上のように本発明は、単結晶圧電材料からなる少なくとも２本のアームと前記アームを連結する少なくとも１つの基部から構成される第１の振動子と、前記第１の振動子とほぼ相似形で単結晶圧電材料から構成された第２の振動子とを含み、前記第１の振動子と前記第２の振動子は前記各振動子の幅方向において互いに逆極性の圧電現象を生ずる結晶軸方向でかつ厚み方向に直接接合して一体化してなり、少なくとも２本の音叉アームと少なくとも１つの音叉基部を有するように構成した音叉振動子と、
前記音叉振動子の一方の音叉アームの第１、第２の主面、外側面、内側面にそれぞれ設けられた第１、第２、第３、第４の電極と、前記音叉振動子の他方の音叉アームの第１の主面又は第２の主面のいずれか一方に設けられた第５の電極と前記音叉振動子の他方の音叉アームの内側面、外側面にそれぞれ設けられた第６、第７の電極とを備え、前記第５の電極が第１の主面に設けられている時は前記第２、第５の電極は互いに同一極性でありかつ前記第１の電極は前記第２、第５の電極に対して互いに逆極性となるように駆動電圧が印加され、前記第５の電極が第２の主面に設けられている時は前記第２、第５の電極は互いに逆極性でありかつ前記第１の電極と前記第５の電極は互いに同一極性となるように駆動電圧が印加される構成としているため、駆動電圧を印加するための電極の数が増加し駆動効率が向上した角速度センサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の角速度センサの実施の形態１における音叉振動子を第１の主面側からみた斜視図
【図２】  同音叉振動子を第２の主面側からみた斜視図
【図３】  同角速度センサの音叉アームに対する電極配置を示す模式図
【図４】  同角速度センサの電気回路の一例を示すブロック図
【図５】  本発明の角速度センサの実施の形態２における音叉アームに対する電極配置を示す模式図
【図６】  本発明の角速度センサの実施の形態３における音叉アームに対する電極配置を示す模式図
【図７】  本発明の角速度センサの実施の形態４における音叉アームに対する電極配置を示す模式図
【図８】  本発明の角速度センサの実施の形態５における音叉アームに対する電極配置を示す模式図
【図９】  本発明の角速度センサの実施の形態６における音叉アームに対する電極配置を示す模式図
【図１０】  本発明の角速度センサの実施の形態７における音叉アームに対する電極配置を示す模式図
【図１１】  本発明の角速度センサの実施の形態８における音叉振動子を第１の主面側からみた斜視図
【図１２】  同第２の主面側からみた斜視図
【図１３】  同第１の主面側からみた斜視図
【図１４】  同第２の主面側からみた斜視図
【図１５】  従来の角速度センサの音叉アームに対する電極配置を示す模式図
【符号の説明】
１，２，５，５０，５１，５４，５５，５６，５７，５８，５９，６２，６３，６４  駆動電極
３，４，７，８，６５，７１，７２，７３  検出電極
６，５２，５３，６０，６１  モニタ電極
１ａ，２ａ，３ａ，５ａ，６ａ，８ａ  基部内に延長した電極部分
９  駆動電源
１０  音叉振動子
１０ａ，１０ｂ  音叉アーム
１０ｃ  音叉基部
２０，３０  振動子
２０ａ，２０ｂ，３０ａ，３０ｂ  アーム
２０ｃ，３０ｃ  基部
１１，１２，１３，１４，１５，１６  電極パッド
１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ  導出部
４０  カレントアンプ回路
４１  比較回路
４２  ＡＧＣ回路
４３  インバータ回路
４４  差動増幅回路
４５  位相シフト回路
４６  同期検波器
４７  ＬＰＦ回路
【図１】
0004449128.tif 000002
【図２】
0004449128.tif 000003
【図３】
0004449128.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0004449128.tif 000007
【図７】
0004449128.tif 000008
【図８】
0004449128.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004449128.tif 000011
【図１１】
0004449128.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0004449128.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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