(57)【要約】【課題】  構造が単純な多軸角速度センサを実現する。【解決手段】  磁石２６０上に支持部材２５０、台座２４０、板状構造体２３０を配置する。板状構造体２３０は、中央部２３１、可撓部２３２、周囲部２３３からなり、周囲部２３３は台座２４０上に固定される。可撓部２３２は可撓性を有し、中央部２３１はＸＹＺ軸方向に移動可能な状態で懸架される。磁気ヘッド２５１，２２１間に、Ｚ軸方向を向いた磁束が形成される。中央部２３１の上面（ＸＹ平面）には、Ｘ方向およびＹ方向を向いた導電路が形成される。Ｘ方向導電路に電流を流すと、Ｙ方向にローレンツ力が作用し、中央部２３１がＹ軸方向に運動する。このとき、Ｚ軸まわりの角速度ωｚが作用すると、Ｘ軸方向にコリオリ力Ｆｘが作用し、中央部２３１はＸ軸方向に変位し、Ｙ方向導電路にωｚに応じた起電力が発生する。【選択図】  図１６
2007327977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する第１の軸、第２の軸、第３の軸によって定義される三次元座標系において、少なくとも前記第１の軸まわりの角速度を検出する角速度センサであって、
前記三次元座標系の空間内で運動可能な重錘体と、
前記重錘体を収容する装置筐体と、
前記重錘体を前記装置筐体に対して、所定の自由度をもって運動可能となるように接続する接続部材と、
前記重錘体上に形成された励振用導電路および検出用導電路と、
前記励振用導電路および前記検出用導電路が位置する空間に、前記励振用導電路および前記検出用導電路のいずれに対しても磁束が平行にはならないような磁界を発生させる磁界発生手段と、
を備え、
前記励振用導電路に電流を供給した場合に、この電流と前記磁界との相互作用に基くローレンツ力によって前記重錘体が前記第２の軸方向に運動するように前記励振用導電路が配置され、
前記第１の軸まわりの角速度と前記第２の軸方向の運動とに基づいて前記第３の軸方向に作用するコリオリ力によって、前記重錘体が前記第３の軸方向に変位したことを、前記検出用導電路に発生する起電力に基づいて検出することができるように前記検出用導電路が配置され、
前記磁界発生手段が、いずれも前記装置筐体に固定された第１の磁気ヘッドおよび第２の磁気ヘッドを有し、前記重錘体は、前記第１の磁気ヘッドと前記第２の磁気ヘッドとの間に挟まれ、前記第１の磁気ヘッドと前記第２の磁気ヘッドとの間に生じる磁束に起因して前記ローレンツ力が生じるようにしたことを特徴とする角速度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の角速度センサにおいて、
互いに直交するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸によって定義されるＸＹＺ三次元座標系において、これら各軸の方向に所定の自由度をもって運動が可能となるように重錘体を接続部材によって装置筐体に接続し、
励振用導電路を実質的にＸ軸に沿って配置し、検出用導電路を実質的に前記Ｙ軸に沿って配置し、
磁界発生手段が、Ｚ軸に平行な成分を有する磁束φｚからなる磁界を発生するようにし、前記励振用導電路に電流Ｉｘを供給した場合に、ローレンツ力によって前記重錘体がＹ軸方向に運動Ｕｙを生じるように構成し、
Ｚ軸まわりの角速度ωｚと前記運動Ｕｙとに基づいて作用するＸ軸方向のコリオリ力Ｆｘによって、前記重錘体がＸ軸方向に変位したことを、前記検出用導電路に発生する起電力Ｅｙに基づいて検出できるように構成したことを特徴とする角速度センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の角速度センサにおいて、
ＸＹＺ三次元座標系のＸＹ平面内に上面が含まれ、この上面の中央部に原点Ｏが定義された基板を重錘体として用い、
Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の負の部分に交差する第１の導電路と、Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の正の部分に交差する第２の導電路と、の一対の導電路により励振用導電路を構成し、
Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の負の部分に交差する第３の導電路と、Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の正の部分に交差する第４の導電路と、の一対の導電路により検出用導電路を構成したことを特徴とする角速度センサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の角速度センサにおいて、
中央部と、この中央部に対して所定間隔をおいてその周囲を取り囲む周囲部と、前記中央部と前記周囲部との間に形成され可撓性を有する可撓部と、を有する板状構造体を用意し、前記周囲部を台座を介して装置筐体に固定し、前記中央部を重錘体として用い、前記可撓部を接続部材として用いるようにしたことを特徴とする角速度センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の角速度センサにおいて、
板状構造体を半導体基板により構成し、この半導体基板上に形成された不純物拡散層もしくは金属配線層を各導電路として用いるようにしたことを特徴とする角速度センサ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の角速度センサを用いて角速度検出を行うための角速度検出装置であって、
励振用導電路に電流を供給する電流供給回路と、
検出用導電路に発生する起電力を検出する電圧検出回路と、
前記電流供給回路に制御信号を与えるとともに、前記電圧検出回路が検出した起電力に基づいて検出対象となる角速度に対応する電気信号を出力する制御装置と、
を備えることを特徴とする角速度検出装置。
【請求項７】
請求項６に記載の角速度検出装置において、
制御装置が、電圧検出回路によって検出される起電力が基準値に保たれるように、磁界発生手段に対して磁界の強度を制御するフィードバック信号を与える機能をもったフィードバック制御装置によって構成され、前記フィードバック信号に基づいて検出対象となる角速度に対応する電気信号を出力することを特徴とする角速度検出装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の角速度検出装置において、
電流供給回路が所定の励振用導電路に交流電流を供給する機能を有し、重錘体を所定軸方向に振動させた状態で、角速度検出を行うことを特徴とする角速度検出装置。
【請求項９】
請求項１に記載の角速度センサにおいて、
複数の重錘体を装置筐体内に設け、
前記各重錘体と前記装置筐体との間および前記複数の重錘体相互間を接続部材によって接続することにより、前記各重錘体がそれぞれ前記装置筐体に対して所定の自由度をもって運動可能となるようにし、
前記複数の重錘体を運動させた状態において、所定の重錘体に作用するコリオリ力を検出し、この検出結果に基づいて角速度の検出を行うことができるようにしたことを特徴とする角速度センサ。
【請求項１０】
請求項９に記載の角速度センサにおいて、
所定の配置軸に沿って所定間隔をあけて第１の重錘体および第２の重錘体を配置し、前記第１の重錘体および前記第２の重錘体をそれぞれ接続部材を介して装置筐体に接続し、更に、前記第１の重錘体と前記第２の重錘体とを相互に接続部材を介して接続したことを特徴とする角速度センサ。
【請求項１１】
請求項９に記載の角速度センサにおいて、
所定の配置軸に沿って所定間隔をあけて第１の重錘体、第２の重錘体および第３の重錘体を配置し、前記第１の重錘体、前記第２の重錘体、前記第３の重錘体をそれぞれ接続部材を介して装置筐体に接続し、更に、前記第１の重錘体と前記第２の重錘体とを相互に接続部材を介して接続し、前記第２の重錘体と前記第３の重錘体とを相互に接続部材を介して接続し、前記第１の重錘体および前記第３の重錘体には導電路として励振用導電路を形成し、前記第２の重錘体には導電路として検出用導電路を形成したことを特徴とする角速度センサ。
【請求項１２】
請求項９に記載の角速度センサにおいて、
所定間隔ｄをおいて互いに平行な第１の軸および第２の軸と、同じく所定間隔ｄをおいて互いに平行な第３の軸および第４の軸とを、前記第１の軸および前記第２の軸が前記第３の軸および前記第４の軸に直交するように定義し、
前記第１の軸と前記第３の軸との交点に第１の重錘体を、前記第１の軸と前記第４の軸との交点に第２の重錘体を、前記第２の軸と前記第３の軸との交点に第３の重錘体を、前記第２の軸と前記第４の軸との交点に第４の重錘体を、それぞれ配置し、
前記第１の重錘体、前記第２の重錘体、前記第３の重錘体、前記第４の重錘体をそれぞれ接続部材を介して装置筐体に接続し、更に、前記第１の重錘体と前記第２の重錘体とを相互に接続部材を介して接続し、前記第１の重錘体と前記第３の重錘体とを相互に接続部材を介して接続し、前記第４の重錘体と前記第２の重錘体とを相互に接続部材を介して接続し、前記第４の重錘体と前記第３の重錘体とを相互に接続部材を介して接続したことを特徴とする角速度センサ。
【請求項１３】
請求項９に記載の角速度センサにおいて、
第１の軸と第２の軸とを互いに所定の交点において直交するように定義し、
前記第１の軸の前記交点の一方の側に第１の重錘体を、他方の側に第２の重錘体をそれぞれ配置し、前記第２の軸の前記交点の一方の側に第３の重錘体を、他方の側に第４の重錘体をそれぞれ配置し、
前記第１の重錘体、前記第２の重錘体、前記第３の重錘体、前記第４の重錘体をそれぞれ接続部材を介して装置筐体に接続し、更に、前記第１の重錘体と前記第２の重錘体とを相互に接続部材を介して接続し、前記第３の重錘体と前記第４の重錘体とを相互に接続部材を介して接続したことを特徴とする角速度センサ。
【請求項１４】
請求項１３に記載の角速度センサにおいて、
第１の重錘体と第２の重錘体とを相互に接続する接続部材と、第３の重錘体と第４の重錘体とを相互に接続する接続部材とを、第１の軸および第２の軸の交点位置の連結点において連結し、前記連結点を装置筐体に固定したことを特徴とする角速度センサ。
【請求項１５】
請求項１０に記載の角速度センサを用いて角速度検出を行うための角速度検出装置であって、
第１の重錘体と第２の重錘体とを配置軸に沿って互いに逆方向に振動させるために、所定の励振用導電路に所定の交流電流を供給する機能を有し、前記第１の重錘体に基づく検出値と前記第２の重錘体に基づく検出値との差に基づいて最終的な角速度の検出値を出力することを特徴とする角速度検出装置。
【請求項１６】
請求項１１に記載の角速度センサを用いて角速度検出を行うための角速度検出装置であって、
第１の重錘体と第３の重錘体とを配置軸に沿って互いに同方向に振動させるために、前記第１の重錘体および前記第３の重錘体上の励振用導電路に所定の交流電流を供給する機能を有し、第２の重錘体上の検出用導電路に発生する起電力に基づいて角速度の検出を行うことを特徴とする角速度検出装置。
【請求項１７】
請求項１２に記載の角速度センサを用いて角速度検出を行うための角速度検出装置であって、
第１の軸と第３の軸との交点と第２の軸と第４の軸との交点とを連結する方向を第１の振動方向と定義し、第１の軸と第４の軸との交点と第２の軸と第３の軸との交点とを連結する方向を第２の振動方向と定義し
第１の重錘体および第４の重錘体を前記第１の方向に沿って互いに逆方向に振動させ、第２の重錘体および第３の重錘体を前記第２の方向に沿って互いに逆方向に振動させるために、所定の励振用導電路に所定の交流電流を供給する機能を有し、前記第１の重錘体に基づく検出値と前記第４の重錘体に基づく検出値との差に基づいて第１の角速度の検出値を出力し、前記第２の重錘体に基づく検出値と前記第３の重錘体に基づく検出値との差に基づいて第２の角速度の検出値を出力することを特徴とする角速度検出装置。
【請求項１８】
請求項１３に記載の角速度センサを用いて角速度検出を行うための角速度検出装置であって、
第１の重錘体および第２の重錘体を第１の軸に沿って互いに逆方向に振動させ、第３の重錘体および第４の重錘体を第２の軸に沿って互いに逆方向に振動させるために、所定の励振用導電路に所定の交流電流を供給する機能を有し、前記第１の重錘体に基づく検出値と前記第２の重錘体に基づく検出値との差に基づいて第１の角速度の検出値を出力し、前記第３の重錘体に基づく検出値と前記第４の重錘体に基づく検出値との差に基づいて第２の角速度の検出値を出力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】
本発明は角速度センサおよび角速度検出装置に関し、特に、多軸まわりの角速度検出に適した角速度センサおよびこのセンサを用いて角速度検出を行う角速度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車産業や機械産業などでは、所定軸まわりの角速度を正確に検出できる角速度センサの需要が高まってきている。一般に、三次元空間内において自由運動をする物体には、任意の向きの加速度とともに任意の回転方向の角速度が作用する。このため、この物体の運動を正確に把握するためには、ＸＹＺ三次元座標系における各座標軸方向に関する加速度とともに、各座標軸まわりの角速度を検出する必要がある。
【０００３】
このような需要に応えるため、本願発明者は、たとえば、下記の特許文献１〜６などに、いくつかの角速度センサを提案した。これらの角速度センサによれば三次元の各軸まわりの角速度を検出することができる。これは、ある物体にＸ軸まわりの角速度ωｘが作用している状態において、この物体をＺ軸方向に運動させると、Ｙ軸方向にコリオリ力が作用するという原理を利用したものである。
【特許文献１】国際公開第ＷＯ９４／２３２７２号公報
【特許文献２】特開平８−３５９８１号公報
【特許文献３】特開平８−６８６３６号公報
【特許文献４】特開平８−９４６６１号公報
【特許文献５】特開平８−２２６９３１号公報
【特許文献６】特開平８−２８５６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これまで提案されてきた角速度センサは、構造的にまだまだ複雑な部分が多く、大量生産によるコストダウンを図る上で問題が生じていた。そこで本発明は、構造をより単純化することが可能な角速度センサおよびこれを用いた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】
【０００５】
(1)   本発明の第１の態様は、互いに直交する第１の軸、第２の軸、第３の軸によって定義される三次元座標系において、少なくとも第１の軸まわりの角速度を検出する角速度センサにおいて、
三次元座標系の空間内で運動可能な重錘体と、
この重錘体を収容する装置筐体と、
重錘体を装置筐体に対して、所定の自由度をもって運動可能となるように接続する接続部材と、
重錘体上に形成された励振用導電路および検出用導電路と、
励振用導電路および検出用導電路が位置する空間に、励振用導電路および検出用導電路のいずれに対しても磁束が平行にはならないような磁界を発生させる磁界発生手段と、
を設け、
励振用導電路に電流を供給した場合に、この電流と磁界との相互作用に基くローレンツ力によって重錘体が第２の軸方向に運動するように励振用導電路を配置し、
第１の軸まわりの角速度と第２の軸方向の運動とに基づいて第３の軸方向に作用するコリオリ力によって、重錘体が第３の軸方向に変位したことを、検出用導電路に発生する起電力に基づいて検出することができるように検出用導電路を配置するようにしたものである。
【０００６】
(2)   本発明の第２の態様は、上述の第１の態様に係る角速度センサにおいて、
互いに直交するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸によって定義されるＸＹＺ三次元座標系において、これら各軸の方向に所定の自由度をもって運動が可能となるように重錘体を接続部材によって装置筐体に接続し、
励振用導電路を実質的にＸ軸に沿って配置し、検出用導電路を実質的にＹ軸に沿って配置し、
磁界発生手段が、Ｚ軸に平行な成分を有する磁束φｚからなる磁界を発生するようにし、励振用導電路に電流Ｉｘを供給した場合に、ローレンツ力によって重錘体がＹ軸方向に運動Ｕｙを生じるように構成し、
Ｚ軸まわりの角速度ωｚと運動Ｕｙとに基づいて作用するＸ軸方向のコリオリ力Ｆｘによって、重錘体がＸ軸方向に変位したことを、検出用導電路に発生する起電力Ｅｙに基づいて検出できるように構成したものである。
【０００７】
(3)   本発明の第３の態様は、上述の第２の態様に係る角速度センサにおいて、
ＸＹＺ三次元座標系のＸＹ平面内に上面が含まれ、この上面の中央部に原点Ｏが定義された基板を重錘体として用い、
Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の負の部分に交差する第１の導電路と、Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の正の部分に交差する第２の導電路と、の一対の導電路により励振用導電路を構成し、
Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の負の部分に交差する第３の導電路と、Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の正の部分に交差する第４の導電路と、の一対の導電路により検出用導電路を構成したものである。
【０００８】
(4)   本発明の第４の態様は、上述の第１の態様に係る角速度センサにおいて、
互いに直交するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸によって定義されるＸＹＺ三次元座標系において、これら各軸の方向に所定の自由度をもって運動が可能となるように重錘体を接続部材によって装置筐体に接続し、
励振用導電路および検出用導電路を実質的にＸ軸に沿って配置し、
磁界発生手段が、Ｚ軸に平行な成分を有し、かつ磁束密度がＺ軸方向に関して不均一となるような磁束φｚｄからなる磁界を発生するようにし、励振用導電路に電流Ｉｘを供給した場合に、ローレンツ力によって重錘体がＹ軸方向に運動Ｕｙを生じるように構成し、
Ｘ軸まわりの角速度ωｘと運動Ｕｙとに基づいて作用するＺ軸方向のコリオリ力Ｆｚによって、重錘体がＺ軸方向に変位したことを、検出用導電路に発生する起電力Ｅｘに基づいて検出できるように構成したものである。
【０００９】
(5)   本発明の第５の態様は、上述の第４の態様に係る角速度センサにおいて、
ＸＹＺ三次元座標系のＸＹ平面内に上面が含まれ、この上面の中央部に原点Ｏが定義された基板を重錘体として用い、
Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の負の部分に交差する第１の導電路と、Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の正の部分に交差する第２の導電路と、の一対の導電路により励振用導電路を構成し、
第１の導電路の脇に沿って伸びる第３の導電路と、第２の導電路の脇に沿って伸びる第４の導電路と、の一対の導電路により検出用導電路を構成したものである。
【００１０】
(6)   本発明の第６の態様は、上述の第１の態様に係る角速度センサにおいて、
互いに直交するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸によって定義されるＸＹＺ三次元座標系において、これら各軸の方向に所定の自由度をもって運動が可能となるように重錘体を接続部材によって装置筐体に接続し、
励振用導電路を、実質的にＸ軸に沿って配置されたＸ方向励振用導電路と、実質的にＹ軸に沿って配置されたＹ方向励振用導電路とによって構成し、
検出用導電路を、実質的にＸ軸に沿って配置されたＸ方向検出用導電路と、実質的にＹ軸に沿って配置されたＹ方向検出用導電路とによって構成し、
磁界発生手段が、Ｚ軸に平行な成分を有し、かつ磁束密度がＺ軸方向に関して不均一となるような磁束φｚｄからなる磁界を発生するようにし、Ｘ方向励振用導電路に電流Ｉｘを供給した場合に、ローレンツ力によって重錘体がＹ軸方向に運動Ｕｙを生じるように構成し、Ｙ方向励振用導電路に電流Ｉｙを供給した場合に、ローレンツ力によって重錘体がＸ軸方向に運動Ｕｘを生じるように構成し、
Ｘ軸まわりの角速度ωｘと運動Ｕｙとに基づいて作用するＺ軸方向のコリオリ力Ｆｚによって、重錘体がＺ軸方向に変位したことを、Ｘ方向検出用導電路に発生する起電力Ｅｘに基づいて検出し、
Ｙ軸まわりの角速度ωｙと運動Ｕｘとに基づいて作用するＺ軸方向のコリオリ力Ｆｚによって、重錘体がＺ軸方向に変位したことを、Ｙ方向検出用導電路に発生する起電力Ｅｙに基づいて検出し、
Ｚ軸まわりの角速度ωｚと運動Ｕｙとに基づいて作用するＸ軸方向のコリオリ力Ｆｘによって、重錘体がＸ軸方向に変位したことを、Ｙ方向検出用導電路に発生する起電力Ｅｙに基づいて検出できるように構成したものである。
【００１１】
(7)   本発明の第７の態様は、上述の第６の態様に係る角速度センサにおいて、
ＸＹＺ三次元座標系のＸＹ平面内に上面が含まれ、この上面の中央部に原点Ｏが定義された基板を重錘体として用い、
Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の負の部分に交差する第１の導電路と、Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の正の部分に交差する第２の導電路と、の一対の導電路によりＸ方向励振用導電路を構成し、
Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の負の部分に交差する第３の導電路と、Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の正の部分に交差する第４の導電路と、の一対の導電路によりＹ方向励振用導電路を構成し、
Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の負の部分に交差する第５の導電路と、Ｘ軸に沿って伸び、Ｙ軸の正の部分に交差する第６の導電路と、の一対の導電路によりＸ方向検出用導電路を構成し、
Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の負の部分に交差する第７の導電路と、Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の正の部分に交差する第８の導電路と、の一対の導電路によりＹ方向検出用導電路を構成したものである。
【００１２】
(8)   本発明の第８の態様は、上述の第７の態様に係る角速度センサにおいて、
第１〜第４の導電路が、原点Ｏを中心として基板の上面に定義された第１の四角形の各辺に沿って配置され、第５〜第８の導電路が、原点Ｏを中心として基板の上面に定義され第１の四角形よりも大きな第２の四角形の各辺に沿って配置されるようにしたものである。
【００１３】
(9)   本発明の第９の態様は、上述の第６〜第８の態様に係る角速度センサにおいて、
重錘体のＺ軸方向の変位の検出に寄与する検出用導電路を設ける代わりに、重錘体に固定された変位電極と、この変位電極に対向するように装置筐体に固定された固定電極とを設け、変位電極と固定電極とによって構成される容量素子の静電容量値に基づいて、重錘体のＺ軸方向の変位を検出するようにしたものである。
【００１４】
(10)  本発明の第１０の態様は、上述の第１の態様に係る角速度センサにおいて、
互いに直交するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸によって定義されるＸＹＺ三次元座標系において、これら各軸の方向に所定の自由度をもって運動が可能となるように重錘体を接続部材によって装置筐体に接続し、
励振用導電路および検出用導電路を実質的にＹ軸に沿って配置し、
磁界発生手段が、Ｘ軸に平行な成分を有し、かつ磁束密度がＸ軸方向に関して不均一となるような磁束φｘｄからなる磁界を発生するようにし、励振用導電路に電流Ｉｙを供給した場合に、ローレンツ力によって重錘体がＺ軸方向に運動Ｕｚを生じるように構成し、
Ｙ軸まわりの角速度ωｙと運動Ｕｚとに基づいて作用するＸ軸方向のコリオリ力Ｆｘによって、重錘体がＸ軸方向に変位したことを、検出用導電路に発生する起電力Ｅｙに基づいて検出できるように構成したものである。
【００１５】
(11)  本発明の第１１の態様は、上述の第１０の態様に係る角速度センサにおいて、
ＸＹＺ三次元座標系のＸＹ平面内に上面が含まれ、この上面の中央部に原点Ｏが定義された基板を重錘体として用い、
Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の負の部分に交差する第１の導電路と、Ｙ軸に沿って伸び、Ｘ軸の正の部分に交差する第２の導電路と、の一対の導電路により励振用導電路を構成し、
第１の導電路の脇に沿って伸びる第３の導電路と、第２の導電路の脇に沿って伸びる第４の導電路と、の一対の導電路により検出用導電路を構成したものである。
【００１６】
(12)  本発明の第１２の態様は、上述の第１〜第１１の態様に係る角速度センサにおいて、
中央部と、この中央部に対して所定間隔をおいてその周囲を取り囲む周囲部と、中央部と周囲部との間に形成され可撓性を有する可撓部と、を有する板状構造体を用意し、周囲部を台座を介して装置筐体に固定し、中央部を重錘体として用い、可撓部を接続部材として用いるようにしたものである。
【００１７】
(13)  本発明の第１３の態様は、上述の第１２の態様に係る角速度センサにおいて、
板状構造体を半導体基板により構成し、この半導体基板上に形成された不純物拡散層もしくは金属配線層を各導電路として用いるようにしたものである。
【００１８】
(14)  本発明の第１４の態様は、上述の第４〜第８の態様に係る角速度センサにおいて、
Ｚ軸の正の部分に第１の磁気ヘッドを配置し、Ｚ軸の負の部分に第２の磁気ヘッドを配置し、重錘体が第１の磁気ヘッドと第２の磁気ヘッドとの間に挟まれるように構成し、
磁気発生手段が、第１の磁気ヘッドと第２の磁気ヘッドとの間にＺ軸に平行な成分を有する磁束を発生させるようにし、
第１の磁気ヘッドの磁束発生部の面積と、第２の磁気ヘッドの磁束発生部の面積とが異なるように設定することにより、磁束の磁束密度がＺ軸方向に関して不均一となるようにしたものである。
【００１９】
(15)  本発明の第１５の態様は、上述の第１０または第１１の態様に係る角速度センサにおいて、
Ｘ軸の正の部分に第１の磁気ヘッドを配置し、Ｘ軸の負の部分に第２の磁気ヘッドを配置し、重錘体が第１の磁気ヘッドと第２の磁気ヘッドとの間に挟まれるように構成し、
磁気発生手段が、第１の磁気ヘッドと第２の磁気ヘッドとの間にＸ軸に平行な成分を有する磁束を発生させるようにし、
第１の磁気ヘッドの磁束発生部の面積と、第２の磁気ヘッドの磁束発生部の面積とが異なるように設定することにより、磁束の磁束密度がＸ軸方向に関して不均一となるようにしたものである。
【００２０】
(16)  本発明の第１６の態様は、上述の第１〜第１５の態様に係る角速度センサを用いて角速度検出を行うための角速度検出装置において、
励振用導電路に電流を供給する電流供給回路と、
検出用導電路に発生する起電力を検出する電圧検出回路と、
電流供給回路に制御信号を与えるとともに、電圧検出回路が検出した起電力に基づいて検出対象となる角速度に対応する電気信号を出力する制御装置と、
を設けるようにしたものである。
【００２１】
(17)  本発明の第１７の態様は、上述の第１６の態様に係る角速度検出装置において、
制御装置が、電圧検出回路によって検出される起電力が基準値に保たれるように、磁界発生手段に対して磁界の強度を制御するフィードバック信号を与える機能をもったフィードバック制御装置によって構成され、フィードバック信号に基づいて検出対象となる角速度に対応する電気信号を出力するようにしたものである。
【００２２】
(18)  本発明の第１８の態様は、上述の第１６または第１７の態様に係る角速度検出装置において、
電流供給回路が所定の励振用導電路に交流電流を供給する機能を有し、重錘体を所定軸方向に振動させた状態で、角速度検出を行うようにしたものである。
【００２３】
(19)  本発明の第１９の態様は、上述の第６〜第９の態様に係る角速度センサを用いて角速度検出を行うための角速度検出装置において、
第１の交流電流をＸ方向励振用導電路に供給するとともに、第１の交流電流に対してπ／２だけ位相がずれた第２の交流電流をＹ方向励振用導電路に供給する電流供給回路と、
検出用導電路に発生する交流起電力を検出する電圧検出回路と、
電流供給回路に制御信号を与えるとともに、電圧検出回路が検出した起電力に基づいて検出対象となる角速度に対応する電気信号を出力する制御装置と、
を設け、重錘体をＸＹ平面内で回転運動させながら、所定の回転位置で検出された起電力に基づいて角速度検出を行うことができるようにしたものである。
【００２４】
(20)  本発明の第２０の態様は、上述の第１の態様に係る角速度センサにおいて、
複数の重錘体を装置筐体内に設け、
各重錘体と装置筐体との間および複数の重錘体相互間を接続部材によって接続することにより、各重錘体がそれぞれ装置筐体に対して所定の自由度をもって運動可能となるようにし、
複数の重錘体を運動させた状態において、所定の重錘体に作用するコリオリ力を検出し、この検出結果に基づいて角速度の検出を行うことができるようにしたものである。
【００２５】
(21)  本発明の第２１の態様は、上述の第２０の態様に係る角速度センサにおいて、
所定の配置軸に沿って所定間隔をあけて第１の重錘体および第２の重錘体を配置し、第１の重錘体および第２の重錘体をそれぞれ接続部材を介して装置筐体に接続し、更に、第１の重錘体と第２の重錘体とを相互に接続部材を介して接続するようにしたものである。
【００２６】
(22)  本発明の第２２の態様は、上述の第２０の態様に係る角速度センサにおいて、
所定の配置軸に沿って所定間隔をあけて第１の重錘体、第２の重錘体および第３の重錘体を配置し、第１の重錘体、第２の重錘体、第３の重錘体をそれぞれ接続部材を介して装置筐体に接続し、更に、第１の重錘体と第２の重錘体とを相互に接続部材を介して接続し、第２の重錘体と第３の重錘体とを相互に接続部材を介して接続し、第１の重錘体および第３の重錘体には導電路として励振用導電路を形成し、第２の重錘体には導電路として検出用導電路を形成するようにしたものである。
【００２７】
(23)  本発明の第２３の態様は、上述の第２０の態様に係る角速度センサにおいて、
所定間隔ｄをおいて互いに平行な第１の軸および第２の軸と、同じく所定間隔ｄをおいて互いに平行な第３の軸および第４の軸とを、第１の軸および第２の軸が第３の軸および第４の軸に直交するように定義し、
第１の軸と第３の軸との交点に第１の重錘体を、第１の軸と第４の軸との交点に第２の重錘体を、第２の軸と第３の軸との交点に第３の重錘体を、第２の軸と第４の軸との交点に第４の重錘体を、それぞれ配置し、
第１の重錘体、第２の重錘体、第３の重錘体、第４の重錘体をそれぞれ接続部材を介して装置筐体に接続し、更に、第１の重錘体と第２の重錘体とを相互に接続部材を介して接続し、第１の重錘体と第３の重錘体とを相互に接続部材を介して接続し、第４の重錘体と第２の重錘体とを相互に接続部材を介して接続し、第４の重錘体と第３の重錘体とを相互に接続部材を介して接続するようにしたものである。
【００２８】
(24)  本発明の第２４の態様は、上述の第２０の態様に係る角速度センサにおいて、
第１の軸と第２の軸とを互いに所定の交点において直交するように定義し、
第１の軸の交点の両側に第１の重錘体および第２の重錘体を配置し、第２の軸の交点の両側に第３の重錘体および第４の重錘体を配置し、
第１の重錘体、第２の重錘体、第３の重錘体、第４の重錘体をそれぞれ接続部材を介して装置筐体に接続し、更に、第１の重錘体と第２の重錘体とを相互に接続部材を介して接続し、第３の重錘体と第４の重錘体とを相互に接続部材を介して接続するようにしたものである。
【００２９】
(25)  本発明の第２５の態様は、上述の第２４の態様に係る角速度センサにおいて、
第１の重錘体と第２の重錘体とを相互に接続する接続部材と、第３の重錘体と第４の重錘体とを相互に接続する接続部材とを、第１の軸および第２の軸の交点位置の連結点において連結し、この連結点を装置筐体に固定するようにしたものである。
【００３０】
(26)  本発明の第２６の態様は、上述の第２１の態様に係る角速度センサを用いて角速度検出を行うための角速度検出装置において、
第１の重錘体と第２の重錘体とを配置軸に沿って互いに逆方向に振動させるために、所定の励振用導電路に所定の交流電流を供給するようにし、第１の重錘体に基づく検出値と第２の重錘体に基づく検出値との差に基づいて最終的な角速度の検出値を出力するようにしたものである。
【００３１】
(27)  本発明の第２７の態様は、上述の第２２の態様に係る角速度センサを用いて角速度検出を行うための角速度検出装置において、
第１の重錘体と第３の重錘体とを配置軸に沿って互いに同方向に振動させるために、第１の重錘体および第３の重錘体上の励振用導電路に所定の交流電流を供給するようにし、第２の重錘体上の検出用導電路に発生する起電力に基づいて角速度の検出を行うようにしたものである。
【００３２】
(28)  本発明の第２８の態様は、上述の第２３の態様に係る角速度センサを用いて角速度検出を行うための角速度検出装置において、
第１の軸と第３の軸との交点と第２の軸と第４の軸との交点とを連結する方向を第１の振動方向と定義し、第１の軸と第４の軸との交点と第２の軸と第３の軸との交点とを連結する方向を第２の振動方向と定義し、
第１の重錘体および第４の重錘体を第１の方向に沿って互いに逆方向に振動させ、第２の重錘体および第３の重錘体を第２の方向に沿って互いに逆方向に振動させるために、所定の励振用導電路に所定の交流電流を供給するようにし、第１の重錘体に基づく検出値と第４の重錘体に基づく検出値との差に基づいて第１の角速度の検出値を出力し、第２の重錘体に基づく検出値と第３の重錘体に基づく検出値との差に基づいて第２の角速度の検出値を出力するようにしたものである。
【００３３】
(29)  本発明の第２９の態様は、上述の第２４の態様に係る角速度センサを用いて角速度検出を行うための角速度検出装置において、
第１の重錘体および第２の重錘体を第１の軸に沿って互いに逆方向に振動させ、第３の重錘体および第４の重錘体を第２の軸に沿って互いに逆方向に振動させるために、所定の励振用導電路に所定の交流電流を供給するようにし、第１の重錘体に基づく検出値と第２の重錘体に基づく検出値との差に基づいて第１の角速度の検出値を出力し、第３の重錘体に基づく検出値と第４の重錘体に基づく検出値との差に基づいて第２の角速度の検出値を出力するようにしたものである。
【発明の効果】
【００３４】
本発明に係る角速度センサおよびこれを用いた角速度検出装置によれば、導電路に供給された電流と磁界との相互作用に基づくローレンツ力によって重錘体を運動させ、この運動と角速度との相互作用に基づいて生じるコリオリ力を検出することにより角速度を求めるようにしたため、構造をより単純化することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。
【００３６】
§１．  本発明に係る角速度センサの基本原理
＜＜＜  １．１  角速度センサの構造  ＞＞＞
はじめに、本発明に係る角速度センサにおける角速度検出の基本原理を述べる。いま、図１に示すように、重錘体１０が接続部材２０によって装置筐体３０に接続されている場合を考える。本発明に係る角速度センサを実現する上で、重錘体１０の形状は特に限定されないが、後述するように、重錘体１０上には所定方向を向いた導電路を形成する必要があるため、図示のような基板状の形態をした重錘体１０を用いるのが好ましい。また、このような基板状の重錘体１０は、半導体製造プロセスなどを利用して大量生産する場合にも適している。ここでは説明の便宜上、この基板状の重錘体１０の上面中心位置に原点Ｏをとり、図示の向きにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸をとり、ＸＹＺ三次元座標系を定義することにする。重錘体１０の上面はＸＹ平面に含まれることになる。なお、図が繁雑になるのを避けるため、図面上では、座標系を示すダイアグラムを重錘体１０の右脇に離して示すことにするが、実際には、この座標系を示すダイアグラムは重錘体１０上の原点Ｏ上に位置すべきものである。
【００３７】
重錘体１０は、このＸＹＺ三次元座標系の空間内で運動可能であるが、その自由度は、接続部材２０によって定まることになる。図示の例では、接続部材２０をばねで構成した例が示されているが、接続部材２０は、重錘体１０を装置筐体３０に対して、所定の自由度をもって運動可能となるように接続することができれば、どのような部材で構成してもかまわない。一般的には、ばねのような弾力性部材や弾性変形が可能な可撓性部材によって接続部材２０を構成すればよい。重錘体１０は、方向に関してはＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各軸方向に運動可能となるような自由度を有し、可動距離に関しては、後述する原理に基づく角速度の検出を必要な精度で行うことができる程度の自由度を有していればよい。図示の例では、４本のばねからなる接続部材２０によって、重錘体１０の四辺をそれぞれ装置筐体３０に接続しているが、上述した運動自由度を確保することができれば、どのような形態で重錘体１０を装置筐体３０に接続してもかまわない。
【００３８】
装置筐体３０は、少なくとも重錘体１０を収容するのに十分な大きさをもった入れ物であり、重錘体１０はこの装置筐体３０内の空間において、所定の自由度で運動することになる。図では、装置筐体３０のうち、接続部材２０が固定された部分のみが示されているが、実際には、重錘体１０は装置筐体３０によって周囲を取り囲まれていることになる。
【００３９】
重錘体１０の上面には、一対の励振用導電路Ｌｘ１，Ｌｘ２が形成されている。図１に示す例では、励振用導電路Ｌｘ１，Ｌｘ２はいずれもＸ軸に沿って（長手方向がＸ軸に平行になるように）配置されている。後述するように、本発明に係る角速度センサでは、重錘体１０上に励振用導電路と検出用導電路という２種類の導電路が形成されることになるが、この２種類の分類は、利用形態の違いに基づく概念的分類であり、両者に物理的な相違はない。要するに、本発明に用いられる導電路は、所定の方向を向いた電流の通り道として機能するものであれば、どのような構造、材質のものを用いてもかまわない。もちろん、導電路自身は導電性材料によって構成する必要があり、また、重錘体１０の少なくとも導電路との接触面は絶縁性材料によって構成する必要がある。なお、重錘体１０をシリコンなどの半導体基板で構成し、この半導体基板の表面上の不純物拡散層または配線用金属材料によって導電路を構成すれば、一般的な半導体プレーナプロセスあるいはマイクロマシニングプロセスを用いて重錘体１０および導電路を形成することが可能になり、大量生産を行う上で好ましい。
【００４０】
＜＜＜  １．２  Ｙ軸方向への運動（図１）  ＞＞＞
さて、このような重錘体１０の近傍に、磁界発生手段４０によって磁界を発生させてみる。ここでは、磁界発生手段４０によって、Ｚ軸方向に平行な磁束φｚを発生させたものとしよう。磁界発生手段４０としては、永久磁石を用いてもよいし、コイルなどを用いた電磁石を用いてもよい。上述したように、重錘体１０の上面はＸＹ平面上にあるので、磁束φｚは重錘体１０の上面に垂直な磁束になる。当然、Ｘ軸に沿って配置された励振用導電路Ｌｘ１，Ｌｘ２は、Ｚ軸方向を向いた磁束φｚに対して直交する。そこで、このような環境下において、励振用導電路Ｌｘ１，Ｌｘ２に電流Ｉｘを供給した場合を考えてみる（図１に示す矢印Ｉｘは、この電流の方向を示している）。
【００４１】
この例のように、Ｚ軸方向を向いた磁束φｚが存在する空間に、Ｘ軸方向を向いた導電路を形成し、この導電路に電流Ｉｘを流すと、この導電路に対してＹ軸方向にローレンツ力が作用することが知られている。したがって、励振用導電路Ｌｘ１，Ｌｘ２には、Ｙ軸方向のローレンツ力が作用する。しかも、重錘体１０はＹ軸方向に関してある程度の自由度をもって運動可能な構造となっているので、このローレンツ力によって重錘体１０はＹ軸方向の運動Ｕｙを生じることになる。運動Ｕｙの向き（Ｙ軸の正方向か負方向か）は、電流Ｉｘの向き（Ｘ軸の正方向か負方向か）に依存して定まり、運動Ｕｙの大きさは、電流Ｉｘの大きさ（および磁束φｚの密度）に依存して定まる。そこで、電流Ｉｘとして交流電流を供給すれば、運動Ｕｙは振動運動となり、重錘体１０はＹ軸方向に振動することになる。
【００４２】
＜＜＜  １．３  運動Ｕｙによる角速度ωｘの検出（図２）  ＞＞＞
さて、このように交流電流Ｉｘを励振用導電路Ｌｘ１，Ｌｘ２に供給することにより重錘体１０にＹ軸方向の振動運動Ｕｙを生じさせた状態において、この角速度センサ全体に、図２に示すようなＸ軸まわりの角速度ωｘが作用した場合を考える。一般に、Ｙ軸方向に運動中の物体に、Ｘ軸まわりの角速度ωｘが作用すると、Ｚ軸方向にコリオリ力が作用することが知られている。したがって、上述の場合も、図２に示すように、重錘体１０に対してＺ軸方向のコリオリ力Ｆｚが作用することになる。コリオリ力Ｆｚの向き（Ｚ軸の正方向か負方向か）は、運動Ｕｙの向き（Ｙ軸の正方向か負方向か）および角速度ωｘの向き（Ｘ軸を中心として右まわりか左まわりか）に依存して定まり、コリオリ力Ｆｚの大きさは、運動Ｕｙの大きさおよび角速度ωｘの大きさに依存して定まる。
【００４３】
上述したように、運動ＵｙがＹ軸方向に沿った振動運動である場合は、角速度ωｘが一定であったとしても、コリオリ力Ｆｚは正弦波のグラフで示される周期関数となる。このため、重錘体１０には周期的にＺ軸正方向（図の上方）およびＺ軸負方向（図の下方）のコリオリ力が加わることになり、重錘体１０はＹ軸方向に振動運動Ｕｙを行いながら、コリオリ力Ｆｚに基づいてＺ軸方向にも振動運動を行うことになる。したがって、重錘体１０のＺ軸方向に関する変位は、この角速度センサ全体に作用したＸ軸まわりの角速度ωｘに対応するものになり、この変位を検出することができれば、角速度ωｘに関する情報を得ることができる。すなわち、角速度ωｘの向き（Ｘ軸を中心として右まわりか左まわりか）に関する情報は、Ｙ軸方向に沿った振動運動ＵｙとＺ軸方向に沿った振動運動との位相関係に基づいて得ることができ、角速度ωｘの大きさに関する情報は、Ｚ軸方向に沿った振動運動の振幅に基づいて得ることができる。
【００４４】
＜＜＜  １．４  運動Ｕｙによる角速度ωｚの検出（図３）  ＞＞＞
次に、交流電流Ｉｘを励振用導電路Ｌｘ１，Ｌｘ２に供給することにより重錘体１０にＹ軸方向の振動運動Ｕｙを生じさせた状態において、この角速度センサ全体に、図３に示すようなＺ軸まわりの角速度ωｚが作用した場合を考える。一般に、Ｙ軸方向に運動中の物体に、Ｚ軸まわりの角速度ωｚが作用すると、Ｘ軸方向にコリオリ力が作用することが知られている。したがって、上述の場合も、図３に示すように、重錘体１０に対してＸ軸方向のコリオリ力Ｆｘが作用することになる。コリオリ力Ｆｘの向き（Ｘ軸の正方向か負方向か）は、運動Ｕｙの向き（Ｙ軸の正方向か負方向か）および角速度ωｚの向き（Ｚ軸を中心として右まわりか左まわりか）に依存して定まり、コリオリ力Ｆｘの大きさは、運動Ｕｙの大きさおよび角速度ωｚの大きさに依存して定まる。
【００４５】
上述したように、運動ＵｙがＹ軸方向に沿った振動運動である場合は、角速度ωｚが一定であったとしても、コリオリ力Ｆｘは正弦波のグラフで示される周期関数となる。このため、重錘体１０には周期的にＸ軸正方向およびＸ軸負方向のコリオリ力が加わることになり、重錘体１０はＹ軸方向に振動運動Ｕｙを行いながら、コリオリ力Ｆｘに基づいてＸ軸方向にも振動運動を行うことになる。したがって、重錘体１０のＸ軸方向に関する変位は、この角速度センサ全体に作用したＺ軸まわりの角速度ωｚに対応するものになり、この変位を検出することができれば、角速度ωｚに関する情報を得ることができる。すなわち、角速度ωｚの向き（Ｚ軸を中心として右まわりか左まわりか）に関する情報は、Ｙ軸方向に沿った振動運動ＵｙとＸ軸方向に沿った振動運動との位相関係に基づいて得ることができ、角速度ωｚの大きさに関する情報は、Ｘ軸方向に沿った振動運動の振幅に基づいて得ることができる。
【００４６】
＜＜＜  １．５  Ｘ軸方向への運動（図４）  ＞＞＞
以上、重錘体１０に対してＹ軸方向に沿った振動運動Ｕｙを生じさせた状態において角速度を検出する例を示したが、全く同様にして、重錘体１０に対してＸ軸方向に沿った振動運動Ｕｘを生じさせた状態において角速度を検出することも可能である。重錘体１０をＸ軸方向に運動させるためには、図４に示すように、重錘体１０の上面に一対の励振用導電路Ｌｙ１，Ｌｙ２を形成すればよい。この励振用導電路Ｌｙ１，Ｌｙ２はいずれもＹ軸に沿って（長手方向がＹ軸に平行になるように）配置されている。ここでも、磁界発生手段４０によってＺ軸方向に平行な磁束φｚを発生させ、励振用導電路Ｌｙ１，Ｌｙ２にＹ軸方向を向いた電流Ｉｙを流すと、Ｘ軸方向のローレンツ力が作用することになり、重錘体１０はＸ軸方向の運動Ｕｘを生じることになる。電流Ｉｙとして交流電流を供給すれば、運動Ｕｘは振動運動となり、重錘体１０はＸ軸方向に振動することになる。
【００４７】
＜＜＜  １．６  運動Ｕｘによる角速度ωｙの検出（図５）  ＞＞＞
そこで、このように重錘体１０にＸ軸方向の振動運動Ｕｘを生じさせた状態において、この角速度センサ全体に、図５に示すようなＹ軸まわりの角速度ωｙが作用した場合を考える。一般に、Ｘ軸方向に運動中の物体に、Ｙ軸まわりの角速度ωｙが作用すると、Ｚ軸方向にコリオリ力が作用することが知られている。したがって、上述の場合も、図５に示すように、重錘体１０に対してＺ軸方向のコリオリ力Ｆｚが作用することになる。ここで、重錘体１０の運動ＵｘがＸ軸方向に沿った振動運動である場合は、角速度ωｙが一定であったとしても、コリオリ力Ｆｚは正弦波のグラフで示される周期関数となる。このため、重錘体１０には周期的にＺ軸正方向（図の上方）およびＺ軸負方向（図の下方）のコリオリ力が加わることになり、重錘体１０はＸ軸方向に振動運動Ｕｘを行いながら、コリオリ力Ｆｚに基づいてＺ軸方向にも振動運動を行うことになる。したがって、重錘体１０のＺ軸方向に関する変位を検出することができれば、この角速度センサ全体に作用したＹ軸まわりの角速度ωｙに関する情報を得ることができる。
【００４８】
＜＜＜  １．７  運動Ｕｘによる角速度ωｚの検出（図６）  ＞＞＞
また、この角速度センサ全体に、図６に示すようなＺ軸まわりの角速度ωｚが作用した場合は、Ｘ軸方向に運動中の物体に、Ｚ軸まわりの角速度ωｚが作用したことになるので、Ｙ軸方向にコリオリ力Ｆｙが作用する。上述したように、運動ＵｘがＸ軸方向に沿った振動運動である場合は、角速度ωｚが一定であったとしても、コリオリ力Ｆｙは正弦波のグラフで示される周期関数となる。このため、重錘体１０には周期的にＹ軸正方向およびＹ軸負方向のコリオリ力が加わることになり、重錘体１０はＸ軸方向に振動運動Ｕｘを行いながら、コリオリ力Ｆｙに基づいてＹ軸方向にも振動運動を行うことになる。したがって、重錘体１０のＹ軸方向に関する変位を検出することができれば、この角速度センサ全体に作用したＺ軸まわりの角速度ωｚに関する情報を得ることができる。
【００４９】
結局、本発明に係る角速度センサの基本原理は、第１の軸まわりに作用する角速度を検出するために、磁界中に置かれた重錘体上に励振用導電路を形成して電流を供給し、磁界と電流との相互作用に基づくローレンツ力によって重錘体を第２の軸方向に運動させた状態にし、第２の軸方向への運動と第１の軸まわりの角速度とによって第３の軸方向にコリオリ力を作用させ、このコリオリ力による重錘体の第３の軸方向への変位を検出することにより、第１の軸まわりの角速度を検出する点にある。
【００５０】
§２．  コリオリ力に基づく変位の検出方法
さて、重錘体に対して所定軸方向の運動を生じさせる方法は、既に§１の原理で述べたとおりである。すなわち、重錘体上に形成された励振用導電路に供給した電流と磁界との相互作用によりローレンツ力を作用させ、このローレンツ力に基づいて重錘体を運動させることになる。そこで、ここでは、コリオリ力に基づく重錘体の変位を検出する方法を説明する。
【００５１】
＜＜＜  ２．１  運動Ｕｙによる角速度ωｚの検出（図７）  ＞＞＞
まず、図３に示すように、重錘体１０にＹ軸方向の運動Ｕｙを生じさせた状態において、作用したＺ軸まわりの角速度ωｚを求めるために、コリオリ力Ｆｘに基づくＸ軸方向の変位を検出する方法を述べる。このような検出を行うためには、図７に示すように、重錘体１０上に検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２を設けておけばよい。図示のとおり、励振用導電路Ｌｘ１，Ｌｘ２がＸ軸方向に配置されているのに対し、検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２はＹ軸方向に配置されている。励振用導電路Ｌｘ１，Ｌｘ２に電流Ｉｘを供給すると、磁界発生手段４０によって生成された磁束φｚとの相互作用により、Ｙ軸方向にローレンツ力が働き、重錘体１０がＹ軸方向の運動Ｕｙを生じることは、図３に示す例で述べたとおりである。このように、Ｙ軸方向の運動Ｕｙを行っている重錘体１０に対して、Ｚ軸まわりの角速度ωｚが作用すると、Ｘ軸方向にコリオリ力Ｆｘが作用し、重錘体１０はＸ軸方向に変位する。ところが、重錘体１０がＸ軸方向に変位すると、検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２には起電力Ｅｙが生じる。これは、重錘体１０のＸ軸方向への移動により、Ｙ軸方向に配置された検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２が、Ｚ軸方向を向いた磁束φｚを横切ることになるからである（フレミングの右手の法則）。ここで生じる起電力Ｅｙの向き（正負の極性）および大きさ（電圧値）は、運動Ｕｙの向きおよび大きさと、角速度ωｚの向きおよび大きさに依存する。運動Ｕｙの向きおよび大きさは、電流Ｉｘの向きおよび大きさ（ならびに磁束φｚ）に基づいて決定される既知の情報であるから、結局、起電力Ｅｙの向きおよび大きさに関する情報が得られれば、角速度ωｚの向きおよび大きさに関する情報を得ることができる。
【００５２】
電流Ｉｘとして交流電流を用いれば、前述したように、重錘体１０の運動ＵｙはＹ軸方向に沿った振動運動になるので、角速度ωｚが一定であったとしても、コリオリ力Ｆｘは正弦波のグラフで示される周期関数となり、重錘体１０はＹ軸方向に振動運動Ｕｙを行いながら、コリオリ力Ｆｘに基づいてＸ軸方向にも振動運動を行うことになる。したがって、検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２にも交流起電力Ｅｙが発生することになる。結局、角速度ωｚの向き（Ｚ軸を中心として右まわりか左まわりか）に関する情報は、励振用導電路Ｌｘ１，Ｌｘ２に供給した交流電流Ｉｘと検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２に生じた交流起電力Ｅｙとの位相関係に基づいて得ることができ、角速度ωｚの大きさに関する情報は、交流起電力Ｅｙの振幅に基づいて得ることができる。
【００５３】
＜＜＜  ２．２  運動Ｕｘによる角速度ωｚの検出（図８）  ＞＞＞
次に、図６に示すように、重錘体１０にＸ軸方向の運動Ｕｘを生じさせた状態において、作用したＺ軸まわりの角速度ωｚを求めるために、コリオリ力Ｆｙに基づくＹ軸方向の変位を検出する方法を述べる。このような検出を行うためには、図８に示すように、重錘体１０上に検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２を設けておけばよい。図示のとおり、励振用導電路Ｌｙ１，Ｌｙ２がＹ軸方向に配置されているのに対し、検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２はＸ軸方向に配置されている。励振用導電路Ｌｙ１，Ｌｙ２に電流Ｉｙを供給すると、磁界発生手段４０によって生成された磁束φｚとの相互作用により、Ｘ軸方向にローレンツ力が働き、重錘体１０がＸ軸方向の運動Ｕｘを生じることは、図６に示す例で述べたとおりである。このように、Ｘ軸方向の運動Ｕｘを行っている重錘体１０に対して、Ｚ軸まわりの角速度ωｚが作用すると、Ｙ軸方向にコリオリ力Ｆｙが作用し、重錘体１０はＹ軸方向に変位する。ところが、重錘体１０がＹ軸方向に変位すると、検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２には起電力Ｅｘが生じる。これは、重錘体１０のＹ軸方向への移動により、Ｘ軸方向に配置された検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２が、Ｚ軸方向を向いた磁束φｚを横切ることになるからである（フレミングの右手の法則）。ここで生じる起電力Ｅｘの向き（正負の極性）および大きさ（電圧値）は、運動Ｕｘの向きおよび大きさと、角速度ωｚの向きおよび大きさに依存する。運動Ｕｘの向きおよび大きさは、電流Ｉｙの向きおよび大きさ（ならびに磁束φｚ）に基づいて決定される既知の情報であるから、結局、起電力Ｅｘの向きおよび大きさに関する情報が得られれば、角速度ωｚの向きおよび大きさに関する情報を得ることができる。
【００５４】
電流Ｉｙとして交流電流を用いれば、前述したように、重錘体１０の運動ＵｘはＸ軸方向に沿った振動運動になるので、角速度ωｚが一定であったとしても、コリオリ力Ｆｙは正弦波のグラフで示される周期関数となり、重錘体１０はＸ軸方向に振動運動Ｕｘを行いながら、コリオリ力Ｆｙに基づいてＹ軸方向にも振動運動を行うことになる。したがって、検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２にも交流起電力Ｅｘが発生することになる。結局、角速度ωｚの向き（Ｚ軸を中心として右まわりか左まわりか）に関する情報は、励振用導電路Ｌｙ１，Ｌｙ２に供給した交流電流Ｉｙと検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２に生じた交流起電力Ｅｘとの位相関係に基づいて得ることができ、角速度ωｚの大きさに関する情報は、交流起電力Ｅｘの振幅に基づいて得ることができる。
【００５５】
＜＜＜  ２．３  運動Ｕｙによる角速度ωｘの検出（図９）  ＞＞＞
続いて、図２に示すように、重錘体１０にＹ軸方向の運動Ｕｙを生じさせた状態において、作用したＸ軸まわりの角速度ωｘを求めるために、コリオリ力Ｆｚに基づくＺ軸方向の変位を検出する方法を述べる。このような検出を行うためには、まず、図９に示すように、重錘体１０上に検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２を設けるようにする。この場合、励振用導電路Ｌｘ１，Ｌｘ２も、検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２も、いずれもＸ軸方向に配置されている。更に、図９に示すように、磁界発生手段４０の代わりに磁界発生手段５０を用いるようにする。図２に示す磁界発生手段４０は、Ｚ軸に平行な磁束φｚを発生する機能を有していた。これに対して、磁界発生手段５０は、基本的にはほぼＺ軸方向に向いているものの、Ｚ軸方向に進めば進むほど広がりを生じるような磁束φｚｄを発生させる機能を有している。別言すれば、個々の磁力線はＺ軸に平行な成分を有しているものの、磁束密度はＺ軸方向に関して不均一となるような磁束φｚｄが発生することになる。したがって、たとえば、Ｚ軸上の任意の点をｚ１，ｚ２としたときに、Ｚ＝ｚ１で示される平面上の磁束密度と、Ｚ＝ｚ２で示される平面上の磁束密度とは異なることになる。
【００５６】
さて、ここで、励振用導電路Ｌｘ１，Ｌｘ２に電流Ｉｘを供給すると、磁界発生手段５０によって生成された磁束φｚｄとの相互作用により、Ｙ軸方向にローレンツ力が働き、重錘体１０がＹ軸方向の運動Ｕｙを生じる。上述したように、磁界発生手段５０が発生する磁束φｚｄは、Ｚ軸に平行な磁束ではないが、各磁力線の主たる成分はＺ軸に平行な成分であるため、磁界発生手段４０による磁束φｚを用いた場合とほぼ同様に、Ｙ軸方向の運動Ｕｙを生じさせることができる。このように、Ｙ軸方向の運動Ｕｙを行っている重錘体１０に対して、Ｘ軸まわりの角速度ωｘが作用すると、Ｚ軸方向にコリオリ力Ｆｚが作用し、重錘体１０はＺ軸方向に変位する。このＺ軸方向の変位そのものによっては、検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２に有意な起電力は生じない。上述したように、磁束φｚｄの磁力線の主たる成分はＺ軸に平行な成分であるため、Ｚ軸方向の変位に対しては有効な起電力が生じないからである。
【００５７】
しかしながら、重錘体１０はＹ軸方向の運動Ｕｙを生じているため、この運動Ｕｙに基づいて検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２に起電力Ｅｘが生じることになる。これは、重錘体１０がＹ軸方向へ運動すると、Ｘ軸方向に配置された検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２が、ほぼＺ軸方向を向いた磁束φｚｄを横切ることになるからである（フレミングの右手の法則）。しかも、検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２に生じる起電力Ｅｘは、重錘体１０のＺ軸上の位置に応じて変化する。なぜなら、磁束φｚｄの磁束密度は、Ｚ軸方向に関して不均一であるためである。たとえば、図９に示す磁束φｚｄは、図の上方（Ｚ軸の正方向）へゆくにしたがって広がってゆくため、図の上方ほど磁束密度は小さくなり、図の下方ほど磁束密度は大きくなる。したがって、検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２に生じる起電力Ｅｘは、重錘体１０がＺ軸の正方向に変位した場合に小さくなり、逆に、重錘体１０がＺ軸の負方向に変位した場合に大きくなる。このように、検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２に生じる起電力Ｅｘの増減は、検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２が切る磁束φｚｄの密度を示すパラメータとなる。結局、起電力Ｅｘの増減を求めることによって重錘体１０のＺ軸方向の変位を検出することができ、Ｚ軸方向に作用するコリオリ力Ｆｚを検出することができ、Ｘ軸まわりの角速度ωｘを検出することができる。
【００５８】
電流Ｉｘとして交流電流を用いれば、重錘体１０の運動ＵｙはＹ軸方向に沿った振動運動になるので、角速度ωｚが一定であったとしても、コリオリ力Ｆｚは正弦波のグラフで示される周期関数となり、重錘体１０はＹ軸方向に振動運動Ｕｙを行いながら、コリオリ力Ｆｚに基づいてＺ軸方向にも振動運動を行うことになる。したがって、検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２に発生する交流起電力Ｅｘは、半周期ごとに振幅が増減することになる。結局、角速度ωｘの向き（Ｘ軸を中心として右まわりか左まわりか）に関する情報は、励振用導電路Ｌｘ１，Ｌｘ２に供給した交流電流Ｉｘと検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２に生じた交流起電力Ｅｘとの位相関係に基づいて得ることができ、角速度ωｘの大きさに関する情報は、交流起電力Ｅｘの振幅の増減の度合いに基づいて得ることができる。
【００５９】
＜＜＜  ２．４  運動Ｕｘによる角速度ωｙの検出（図１０）  ＞＞＞
最後に、図５に示すように、重錘体１０にＸ軸方向の運動Ｕｘを生じさせた状態において、作用したＹ軸まわりの角速度ωｙを求めるために、コリオリ力Ｆｚに基づくＺ軸方向の変位を検出する方法を述べる。このような検出を行うためには、まず、図１０に示すように、重錘体１０上に検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２を設けるようにする。この場合、励振用導電路Ｌｙ１，Ｌｙ２も、検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２も、いずれもＹ軸方向に配置されている。また、上述した図９の例と同様に、磁界発生手段５０によって、Ｚ軸に平行な成分を有し、Ｚ軸方向に関して不均一な磁束密度を有する磁束φｚｄを生成する。
【００６０】
さて、この図１０に示す例において、励振用導電路Ｌｙ１，Ｌｙ２に電流Ｉｙを供給すると、磁界発生手段５０によって生成された磁束φｚｄとの相互作用により、Ｘ軸方向にローレンツ力が働き、重錘体１０がＸ軸方向の運動Ｕｘを生じる。上述したように、磁界発生手段５０が発生する磁束φｚｄは、Ｚ軸に平行な磁束ではないが、各磁力線の主たる成分はＺ軸に平行な成分であるため、磁界発生手段４０による磁束φｚを用いた場合とほぼ同様に、Ｘ軸方向の運動Ｕｘを生じさせることができる。このように、Ｘ軸方向の運動Ｕｘを行っている重錘体１０に対して、Ｙ軸まわりの角速度ωｙが作用すると、Ｚ軸方向にコリオリ力Ｆｚが作用し、重錘体１０はＺ軸方向に変位する。このＺ軸方向の変位そのものによっては、検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２に有意な起電力は生じないが、図９の例と同様に、磁束φｚｄの磁束密度がＺ軸方向に関して不均一であるため、Ｚ軸方向の変位は検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２に生じる起電力Ｅｙの増減として検出することができる。結局、起電力Ｅｙの増減を求めることによって重錘体１０のＺ軸方向の変位を検出することができ、Ｚ軸方向に作用するコリオリ力Ｆｚを検出することができ、Ｙ軸まわりの角速度ωｙを検出することができる。
【００６１】
電流Ｉｙとして交流電流を用いれば、重錘体１０の運動ＵｘはＸ軸方向に沿った振動運動になるので、角速度ωｙが一定であったとしても、コリオリ力Ｆｚは正弦波のグラフで示される周期関数となり、重錘体１０はＹ軸方向に振動運動Ｕｙを行いながら、コリオリ力Ｆｚに基づいてＺ軸方向にも振動運動を行うことになる。したがって、検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２に発生する交流起電力Ｅｙは、半周期ごとに振幅が増減することになる。結局、角速度ωｙの向き（Ｙ軸を中心として右まわりか左まわりか）に関する情報は、励振用導電路Ｌｙ１，Ｌｙ２に供給した交流電流Ｉｙと検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２に生じた交流起電力Ｅｙとの位相関係に基づいて得ることができ、角速度ωｙの大きさに関する情報は、交流起電力Ｅｙの振幅の増減の度合いに基づいて得ることができる。
【００６２】
§３．  角速度検出原理の総論
上述した§２では、特定の軸まわりの角速度を検出するための方法を各論として述べたが、ここでは本発明に係る角速度センサにおける角速度検出原理を総論として述べておく。
【００６３】
＜＜＜  ３．１  磁界および導電路のバリエーション  ＞＞＞
これまで述べてきたように、本発明に係る角速度センサでは、重錘体１０上に励振用導電路および検出用導電路が形成される。また、これら各導電路に磁界を作用させるための磁界発生手段が用意される。上述の例では、励振用導電路および検出用導電路はＸＹ平面上に形成され、磁界はＺ軸方向に平行な磁束φｚあるいは基本的にはＺ軸方向を向きながらやや広がりをもった磁束φｚｄを有していた。このように、実用上は、磁界発生手段によって発生する磁束は、励振用導電路および検出用導電路に対して直交あるいはほぼ直交するような向きに設定するのが好ましい。これは、導電路と磁束とが直交していた場合に、両者間に最も効率的な相互作用が生じるからである。もっとも、原理的には、磁束と導電路とが平行にならない限りは、ある程度の相互作用が生じるので、励振用導電路および検出用導電路のいずれに対しても磁束が平行にはならないような磁界が発生できればよいことになる。別言すれば、上述の例の場合、磁力線のうちのＺ軸に平行な成分が導電路と相互作用を生じるので、少なくともＺ軸に平行な成分を含む磁束が発生できればよいことになる。
【００６４】
また、上述の例では、各導電路はＸ軸方向あるいはＹ軸方向に配置されていたが、原理的には、必ずしもＸ軸方向あるいはＹ軸方向を正確に向いた導電路を用いる必要はない。たとえば、Ｘ軸方向を向いた導電路の代わりに、Ｘ軸に対して４５°をなす軸方向を向いた導電路を用いたとしても、原理的には動作可能である。しかしながら、磁束との相互作用は、Ｘ軸から傾斜した分だけ弱くなるので、効率良い検出を行う上では、Ｘ軸方向あるいはＹ軸方向を正確に向いた導電路を用いるのが好ましい。結局、実用上の観点からは、実質的にＸ軸に沿って配置された導電路あるいは実質的にＹ軸に沿って配置された導電路を形成すればよい。
【００６５】
一方、導電路の数に関しては、上述の例では常に同一の機能を果たす導電路を２組ずつ用いていたが、同一の機能を果たす導電路は必ずしも２組ずつ用いる必要はなく、原理的には、少なくとも１組を用いれば足る。たとえば、Ｘ軸方向に電流Ｉｘを流すための励振用導電路としては、Ｌｘ１，Ｌｘ２のうちのいずれか一方のみでもよいし、Ｙ軸方向に電流Ｉｙを流すための励振用導電路としては、Ｌｙ１，Ｌｙ２のうちのいずれか一方のみでもよい。同様に、Ｘ軸方向の起電力Ｅｘを検出するための検出用導電路としては、Ｋｘ１，Ｋｘ２のうちのいずれか一方のみでもよいし、Ｙ軸方向の起電力Ｅｙを検出するための検出用導電路としては、Ｋｙ１，Ｋｙ２のうちのいずれか一方のみでもよい。したがって、たとえば、図７に示す例では、重錘体１０上に２組の励振用導電路Ｌｘ１，Ｌｘ２と２組の検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２とが形成されているが、その代わりに、図１１の上面図に示すように、１組の励振用導電路Ｌｘ０と２組の検出用導電路Ｋｙ３，Ｋｙ４を用いるような構成にしてもかまわない。ただ、実用上は、励振用導電路も検出用導電路も２組用いるようにするのが好ましく、特に、重錘体１０上で線対称となる位置に同一機能をもった一対の導電路を配置するのが好ましい。なぜなら、一対の励振用導電路を用いて重錘体１０を運動させると、より安定した運動が可能になり、また、一対の検出用導電路を用いた検出を行うと、より信頼度の高い検出が可能になるからである。
【００６６】
＜＜＜  ３．２  各軸まわりの角速度の検出  ＞＞＞
§２で述べた検出原理によれば、図７に示す構造をもった角速度センサを用いれば、Ｚ軸まわりの角速度ωｚの検出が可能である。すなわち、図７の角速度センサでは、Ｘ軸に沿って伸びＹ軸の負の部分に交差する第１の導電路Ｌｘ１と、Ｘ軸に沿って伸びＹ軸の正の部分に交差する第２の導電路Ｌｘ２と、の一対の導電路により励振用導電路が構成され、Ｙ軸に沿って伸びＸ軸の負の部分に交差する第３の導電路Ｋｙ１と、Ｙ軸に沿って伸びＸ軸の正の部分に交差する第４の導電路Ｋｙ２と、の一対の導電路により検出用導電路が構成されている。もちろん、図８に示す構造をもった角速度センサによっても、同様にＺ軸まわりの角速度ωｚの検出が可能である。なお、この図７あるいは図８に示す検出原理を用いる場合は、磁界発生手段４０を用いてＺ軸に平行な磁束φｚからなる磁界を発生させれば十分であるが、磁界発生手段５０を用いてＺ軸に非平行な磁束φｚｄからなる磁界を発生させても検出に支障は生じない。
【００６７】
一方、図９に示す構造をもった角速度センサを用いれば、Ｘ軸まわりの角速度ωｘの検出が可能である。すなわち、図９の角速度センサでは、Ｘ軸に沿って伸びＹ軸の負の部分に交差する第１の導電路Ｌｘ１と、Ｘ軸に沿って伸びＹ軸の正の部分に交差する第２の導電路Ｌｘ２と、の一対の導電路により励振用導電路が構成され、第１の導電路Ｌｘ１の脇に沿って伸びる第３の導電路Ｋｘ１と、第２の導電路Ｌｘ２の脇に沿って伸びる第４の導電路Ｋｘ２と、の一対の導電路により検出用導電路が構成されている。ここで、検出感度を高める上では、図示の例のように、検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２が励振用導電路Ｌｘ１，Ｌｘ２よりも外側に配置されるようにするのが好ましい。これは重錘体１０の外側の方が、磁束密度の不均一性がより顕著になるためである。また、図１０に示す構造をもった角速度センサを用いれば、Ｙ軸まわりの角速度ωｙの検出が可能であるが、この図１０に示す構造をもった重錘体１０は、図９に示す構造をもった重錘体１０をＸＹ平面で９０°回転させただけのものであり、両者の実質的な構造は同じである。なお、この図９あるいは図１０に示す検出原理を用いる場合は、磁界発生手段５０を用いてＺ軸に非平行な磁束φｚｄからなる磁界を発生させる必要がある。
【００６８】
＜＜＜  ３．３  三軸まわりの角速度の検出  ＞＞＞
図７〜図１０に示す構造をもった角速度センサを用いれば、それぞれ少なくとも１軸まわりに関する角速度を検出することが可能である。しかしながら、実用上は、単一の角速度センサによって、多軸まわりの角速度を検出することができた方が便利である。ここでは、Ｘ軸まわりの角速度ωｘ、Ｙ軸まわりの角速度ωｙ、Ｚ軸まわりの角速度ωｚのすべてを検出可能な角速度センサの構造について述べることにする。このような角速度センサを実現するためには、重錘体１０上に形成される励振用導電路を、実質的にＸ軸に沿って配置されたＸ方向励振用導電路と、実質的にＹ軸に沿って配置されたＹ方向励振用導電路とによって構成し、同じく重錘体１０上に形成される検出用導電路を、実質的にＸ軸に沿って配置されたＸ方向検出用導電路と、実質的にＹ軸に沿って配置されたＹ方向検出用導電路とによって構成すればよい。また、Ｚ軸に平行な成分を有し、かつ磁束密度がＺ軸方向に関して不均一となるような磁束φｚｄからなる磁界を発生する磁界発生手段５０を設けるようにすればよい。
【００６９】
このような構造をもった角速度センサでは、Ｘ方向励振用導電路に電流Ｉｘを供給すると、ローレンツ力によって重錘体１０がＹ軸方向に運動Ｕｙを生じることになり、Ｙ方向励振用導電路に電流Ｉｙを供給すると、ローレンツ力によって重錘体１０がＸ軸方向に運動Ｕｘを生じることになる。すなわち、電流の供給態様によって、重錘体１０に運動Ｕｙを生じさせることもできるし、運動Ｕｘを生じさせることもできる。したがって、各軸まわりの角速度は次のような方法で検出することができる。
【００７０】
まず、Ｘ軸まわりの角速度ωｘを検出する場合には、図９に示す原理を用い、重錘体１０に運動Ｕｙを生じさせ、角速度ωｘと運動Ｕｙとに基づいて作用するＺ軸方向のコリオリ力Ｆｚによって、重錘体１０がＺ軸方向に変位したことを、Ｘ方向検出用導電路に発生する起電力Ｅｘの増減に基づいて検出すればよい。また、Ｙ軸まわりの角速度ωｙを検出する場合には、図１０に示す原理を用い、重錘体１０に運動Ｕｘを生じさせ、角速度ωｙと運動Ｕｘとに基づいて作用するＺ軸方向のコリオリ力Ｆｚによって、重錘体１０がＺ軸方向に変位したことを、Ｙ方向検出用導電路に発生する起電力Ｅｙの増減に基づいて検出すればよい。更に、Ｚ軸まわりの角速度ωｚを検出する場合には、図７に示す原理を用い、重錘体１０に運動Ｕｙを生じさせ、角速度ωｚと運動Ｕｙとに基づいて作用するＸ軸方向のコリオリ力Ｆｘによって、重錘体１０がＸ軸方向に変位したことを、Ｙ方向検出用導電路に発生する起電力Ｅｙに基づいて検出するか、あるいは、図８に示す原理を用い、重錘体１０に運動Ｕｘを生じさせ、角速度ωｚと運動Ｕｘとに基づいて作用するＹ軸方向のコリオリ力Ｆｙによって、重錘体１０がＹ軸方向に変位したことを、Ｘ方向検出用導電路に発生する起電力Ｅｘに基づいて検出すればよい。
【００７１】
図１２は、このような三軸まわりの角速度検出機能をもった角速度センサにおける重錘体１０上の導電路の構成例を示す上面図である。この例では、Ｘ軸に沿って伸びＹ軸の負の部分に交差する第１の導電路Ｌｘ１と、Ｘ軸に沿って伸びＹ軸の正の部分に交差する第２の導電路Ｌｘ２と、の一対の導電路によりＸ方向励振用導電路が構成され、Ｙ軸に沿って伸びＸ軸の負の部分に交差する第３の導電路Ｌｙ１と、Ｙ軸に沿って伸びＸ軸の正の部分に交差する第４の導電路Ｌｙ２と、の一対の導電路によりＹ方向励振用導電路が構成され、Ｘ軸に沿って伸びＹ軸の負の部分に交差する第５の導電路Ｋｘ１と、Ｘ軸に沿って伸びＹ軸の正の部分に交差する第６の導電路Ｋｘ２と、の一対の導電路によりＸ方向検出用導電路が構成され、Ｙ軸に沿って伸びＸ軸の負の部分に交差する第７の導電路Ｋｙ１と、Ｙ軸に沿って伸びＸ軸の正の部分に交差する第８の導電路Ｋｙ２と、の一対の導電路によりＹ方向検出用導電路が構成されている。しかも、励振用導電路Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｙ１，Ｌｙ２が、原点Ｏを中心として重錘体１０の上面に定義された第１の四角形Ｓｑ１の各辺に沿って配置され、検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２，Ｋｙ１，Ｋｙ２が、原点Ｏを中心として重錘体１０の上面に定義され、第１の四角形Ｓｑ１よりも大きな第２の四角形Ｓｑ２の各辺に沿って配置されている。このように、検出用導電路をより大きな四角形の各辺に沿って配置したのは、重錘体１０の外側の方が、磁束密度の不均一性がより顕著になるため、より感度の高い検出が可能になるからである。
【００７２】
＜＜＜  ３．４  角速度検出装置の構成および動作  ＞＞＞
続いて、これまで述べてきた角速度センサを用いて、実際に角速度検出を行うための角速度検出装置の構成を述べておく。図１３は、この角速度検出装置の構成を示すブロック図である。ここで、角速度センサ１００は、これまで述べてきた角速度センサを示しており、ここでは励振用導電路１０１および検出用導電路１０２しか示されていないが、実際には、更に重錘体、装置筐体、接続部材、磁界発生手段が備わっている。電流供給回路１１０は、励振用導電路１０１に電流を供給する回路であり、ここに示す例では、所定の励振用導電路１０１に対して交流電流Ｉが供給される。一方、電圧検出回路１２０は、検出用導電路１０２に発生する起電力を検出する回路であり、ここに示す例では、所定の検出用導電路１０２に発生する交流電圧Ｅが検出される。制御装置１３０は、電流供給回路１１０に制御信号を与えるとともに、電圧検出回路１２０が検出した起電力に基づいて検出対象となる角速度に対応する電気信号を、角速度検出値ωとして出力する機能を有し、この角速度検出装置全体を統括制御する機能を有している。
【００７３】
本発明に係る角速度センサを用いて角速度検出を行う場合、原理的には、重錘体１０の運動Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚは、必ずしも振動である必要はない。たとえば、重錘体１０がＸ軸正方向に片道移動しただけでも、Ｚ軸まわりの角速度ωｚが作用していれば、Ｙ軸方向のコリオリ力Ｆｙが作用することになるので、このコリオリ力Ｆｙを検出すれば、角速度ωｚを求めることができる。しかしながら、ある瞬時における角速度を１回だけしか測定できないセンサは、実用上は利用価値が極めて低い。実用的なセンサであるためには、継続的に測定値が得られる必要がある。したがって、実用上は、重錘体１０の運動Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚは振動（後の§６で述べる二軸方向の振動を組み合わせた回転運動も含む）である必要があり、電流供給回路１１０の供給電流は交流電流Ｉである必要がある。
【００７４】
図１４は、図１２に示すような導電路配置を有する重錘体１０を用いた角速度センサによって、Ｘ軸まわりの角速度ωｘ、Ｙ軸まわりの角速度ωｙ、Ｚ軸まわりの角速度ωｚのすべてを検出する手順を示す図表である。この手順を行う上で発生させる磁界は、Ｚ軸に平行な成分を有し、かつ磁束密度がＺ軸方向に関して不均一となる非平行磁束φｚｄである。この検出手順は、動作モード１と動作モード２とを交互に実行することによって行われる。
【００７５】
まず、動作モード１では、Ｘ方向励振用導電路Ｌｘ１，Ｌｘ２に対して交流電流Ｉｘを供給し、重錘体１０に対してＹ軸方向の振動Ｕｙを生じさせる（図１に示す状態になる）。この振動状態において、Ｘ軸まわりの角速度ωｘが作用していた場合、図２に示すように、Ｚ軸方向のコリオリ力Ｆｚが発生し、このコリオリ力Ｆｚは図９に示す原理に基づいて、Ｘ方向検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２に発生する起電力Ｅｘの増減として検出される。一方、Ｙ軸まわりの角速度ωｙが作用していた場合は、振動方向も同じＹ軸であるためコリオリ力は発生せず、検出用導電路への起電力発生に何ら影響は及ぼさない。ところが、Ｚ軸まわりの角速度ωｚが作用していた場合、図３に示すように、Ｘ軸方向のコリオリ力Ｆｘが発生し、このコリオリ力Ｆｘは図７に示す原理に基づいて、Ｙ方向検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２に発生する起電力Ｅｙとして検出される。かくして、この動作モード１では、Ｘ方向検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２に発生する起電力Ｅｘに基づいてＸ軸まわりの角速度ωｘの検出を行うことができ、Ｙ方向検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２に発生する起電力Ｅｙに基づいてＺ軸まわりの角速度ωｚの検出を行うことができる。
【００７６】
一方、動作モード２では、Ｙ方向励振用導電路Ｌｙ１，Ｌｙ２に対して交流電流Ｉｙを供給し、重錘体１０に対してＸ軸方向の振動Ｕｘを生じさせる（図４に示す状態になる）。この振動状態において、Ｘ軸まわりの角速度ωｘが作用していた場合は、振動方向も同じＸ軸であるためコリオリ力は発生せず、検出用導電路への起電力発生に何ら影響は及ぼさない。ところが、Ｙ軸まわりの角速度ωｙが作用していた場合、図５に示すように、Ｚ軸方向のコリオリ力Ｆｚが発生し、このコリオリ力Ｆｚは図１０に示す原理に基づいて、Ｙ方向検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２に発生する起電力Ｅｙの増減として検出される。一方、Ｚ軸まわりの角速度ωｚが作用していた場合は、図６に示すように、Ｙ軸方向のコリオリ力Ｆｙが発生し、このコリオリ力Ｆｙは図８に示す原理に基づいて、Ｘ方向検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２に発生する起電力Ｅｘとして検出される。かくして、この動作モード２では、Ｘ方向検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２に発生する起電力Ｅｘに基づいてＺ軸まわりの角速度ωｚの検出を行うことができ、Ｙ方向検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２に発生する起電力Ｅｙに基づいてＹ軸まわりの角速度ωｙの検出を行うことができる。
【００７７】
結局、二軸まわりの角速度検出だけで十分な場合には、この角速度センサを動作モード１あるいは動作モード２のいずれかのモードで動作させればよい。これに対して、三軸まわりの角速度検出が必要な場合は、動作モード１と動作モード２とを交互に繰り返すようにすればよい（Ｚ軸まわりの角速度ωｚは、両動作モードにおいて重複して検出されることになる）。
【００７８】
＜＜＜  ３．５  フィードバック制御による検出  ＞＞＞
図９あるいは図１０に示す原理説明では、重錘体１０のＺ軸方向の変位を、検出用導電路に発生する起電力の増減によって検出することができる旨の説明を行った。この原理を、もう一度簡単に繰り返しておくと、たとえば、図９の例では、重錘体１０はＹ軸方向に振動Ｕｙを生じているため、検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２は磁束を切る運動を行うことになり、常に起電力Ｅｘが生じる。ところが、重錘体１０がＺ軸正方向に変位すると、磁束密度が小さくなるために起電力Ｅｘは小さくなり、逆に、重錘体１０がＺ軸負方向に変位すると、磁束密度が大きくなるために起電力Ｅｘは大きくなる。したがって、起電力Ｅｘの増減に基づいて、重錘体１０のＺ軸方向の変位、すなわち、コリオリ力Ｆｚを検出することができる、というものである。
【００７９】
しかしながら、上述の原理に基づく測定は、厳密には、正確な測定にはならない。なぜなら、重錘体１０がＺ軸方向に変位すると、磁束密度が変化するため、励振用導電路Ｌｘ１，Ｌｘ２に供給した交流電流Ｉｘと磁界との相互作用も小さくなり、振動Ｕｙ自身にも影響が及ぶためである。別言すれば、図１３に示す角速度検出装置において、電流供給回路１１０が励振用導電路１０１に対して、一定の交流電流Ｉを供給し続けているにもかかわらず、振動Ｕｙが変動を生じることになるため、制御系全体が不安定な動作に陥ることになる。
【００８０】
このような弊害を避けるためには、図１３に示す角速度検出装置に代えて、図１５に示すような角速度検出装置を用いるとよい。この図１５に示す角速度検出装置では、制御装置１３０の代わりにフィードバック制御装置１３５が用いられている。このフィードバック制御装置１３５は、電圧検出回路１２０によって検出される起電力（交流電圧Ｅ）が基準値（基準交流波形Ｅref ）に保たれるように、磁界発生手段１０３に対して磁界の強度を制御するフィードバック信号Ｆｂを与える機能をもっており、磁界発生手段１０３が発生する磁界の強度は、このフィードバック信号Ｆｂによって調整されることになる。たとえば、図９において、重錘体１０がＹ軸方向に振動している状態において、角速度が何ら作用していなければ、重錘体１０はＺ軸方向に変位を生じないので、検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２は常に一定の磁束密度の空間を運動することになり、常に一定の起電力Ｅｘ（正弦波グラフで示される交流起電力）が生じることになる。この一定の交流起電力波形を基準交流波形Ｅref と定めておけば、角速度の作用によって重錘体１０がＺ軸方向に変位を生じたとしても、この変位に基づく磁束密度の変動は、フィードバック制御装置１３５によるフィードバック制御により直ちに解消することになる。
【００８１】
たとえば、重錘体１０がＺ軸正方向に変位し、磁束密度が小さくなったとすると、電圧検出回路１２０が検出する起電力が小さくなるため、フィードバック制御装置１３５は、磁束密度を高める指示を与えるフィードバック信号Ｆｂを磁界発生手段１０３に対して与える制御を行うことになる。その結果、磁界発生手段１０３が発生する磁界が全体的に強められ、電圧検出回路１２０が検出する起電力は基準値に戻ることになる。結局、重錘体１０がＺ軸方向に変位したとしても、重錘体１０のＹ軸方向の振動Ｕｙには影響は及ばないことになり、安定した動作が可能になる。
【００８２】
なお、この図１５に示す角速度検出装置では、フィードバック信号Ｆｂは、重錘体１０のＺ軸方向の変位に応じた値を示す信号になるので、このフィードバック信号Ｆｂをそのまま角速度検出値ωに対応する電気信号として出力することが可能である。
【００８３】
§４．  角速度センサの具体的な構造例
ここでは、本発明に係る角速度センサの具体的な構造例をいくつか提示する。
【００８４】
＜＜＜  ４．１  第１の構造例  ＞＞＞
図１６は、本発明の一実施形態に係る係る角速度センサ２００の構造を示す縦断面図である。底板２１０およびキャップ２２０は、このセンサの装置筐体を構成する部材であり、他の構成要素は、この装置筐体内に収容される。この角速度センサの中枢をなす部分は、板状構造体２３０である。図１７に、この板状構造体２３０の横断面図を示す。図示のとおり、板状構造体２３０は、中央部２３１と、可撓部２３２と、周囲部２３３とによって構成されている。周囲部２３３は、中央部２３１に対して所定間隔をおいてその周囲を取り囲むように配置され、両者間は可撓部２３２によって接続されている。可撓部２３２は、いわゆるビーム構造体であり、可撓性を有している。この可撓部２３２が弾性変形を行うため、中央部２３１は周囲部２３３に対して所定の自由度をもって運動可能になる。
【００８５】
ここでは説明の便宜上、図１６に示すように、板状構造体２３０の上面中心位置（中央部の中心点）に原点Ｏを定義し、図１６の右方にＹ軸、上方にＺ軸、紙面垂直上方にＸ軸を定義する。板状構造体２３０の上面は、ＸＹ平面に含まれることになる。板状構造体２３０の周囲を構成する周囲部２３３は、台座２４０の上に固定されている。台座２４０は、支持部材２５０の周囲に固定され、支持部材２５０は磁石２６０の上面に固定され、磁石２６０は底板２１０の上面中央に固定されている。結局、板状構造体２３０の周囲部２３３は、間接的に底板２１０上に固定されていることになり、中央部２３１は可撓部２３２によって懸架された状態になる。すなわち、可撓部２３２は、ＸＹＺ座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のすべての方向にある程度の自由度をもって運動可能である。ここで、この図１６に示す構造体を、これまで述べてきた角速度センサ（たとえば、図１に示すセンサ）と対比すると、中央部２３１が重錘体１０として機能し、可撓部２３２が接続部材２０として機能し、周囲部２３３が装置筐体３０として機能することがわかる。
【００８６】
板状構造体２３０の中央部２３１の上面には、図１２に示すように、４組の励振用導電路Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｙ１，Ｌｙ２が第１の四角形Ｓｑ１の四辺に沿った位置に形成されており、４組の検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２，Ｋｙ１，Ｋｙ２が第２の四角形Ｓｑ２の四辺に沿った位置に形成されている。この例では、板状構造体２３０はシリコンなどの半導体基板によって構成されており、各導電路は、この半導体基板上に形成された不純物拡散層によって構成されている。あるいは、半導体基板上に絶縁層を設け、その上に配線用金属材料で導電路を形成するようにしてもよい。このように、半導体基板を用いて板状構造体２３０を構成すると、従来の一般的な半導体プレーナプロセスや半導体を用いたマイクロマシニングプロセスを利用することができるので、本発明に係るセンサを大量生産する上では大きなメリットが得られる。
【００８７】
一方、図１６に示す配線ピン２７１，２７２（図では２本のみ示されているが、実際には配線に必要な数だけ配線ピンが設けられる）は、底板２１０に形成された挿通孔２１１，２１２を通ってこのセンサの内外を連結しており、その上端には、ボンディングワイヤ２８１，２８２の一端が接続されている。ボンディングワイヤ２８１，２８２の他端は、板状構造体２３０の上面に形成された所定の導電路に接続される。結局、底板２１０から下方に露出した配線ピン２７１，２７２の下端部分は、各導電路に電気的に接続された端子として機能し、この端子間に所定の交流電流を供給したり、この端子間に発生する起電力を測定したりして、角速度の検出を行うことができる。
【００８８】
キャップ２２０の天井部下方に突出した隆起部分は、磁気ヘッド２２１を構成し、支持部材２５０の中央部上方に突出した隆起部分は、磁気ヘッド２５１を構成している。板状構造体２３０上の原点Ｏに着目すると、磁気ヘッド２２１はＺ軸の正の部分に配置されており、磁気ヘッド２５１はＺ軸の負の部分に配置されていることになり、中央部２３１は、磁気ヘッド２２１と磁気ヘッド２５１との間に挟まれている。磁石２６０で発生した磁界は、この両磁気ヘッドの間を通る磁束を形成することになる。ただし、磁気ヘッド２２１の磁束発生部（図の下面）の面積は、磁気ヘッド２５１の磁束発生部（図の上面）の面積に比べて大きく設定されているため、両磁気ヘッド間に発生する磁束は、基本的にはほぼＺ軸を向いているものの、上方へゆくほど磁束が広がるようになる。図１８は、このような非平行磁束が発生する様子を示す部分拡大図である。図示のとおり、磁気ヘッド２２１の下面の面積が、磁気ヘッド２５１の上面の面積よりも大きいため、磁束φｚｄは下方から上方へゆくにしたがって広がる。このため、磁束φｚｄは、Ｚ軸方向成分を有しているものの、Ｚ軸方向に関して磁束密度が不均一な磁束になる。
【００８９】
もちろん、この磁束φｚｄは、これまで述べてきた角速度センサにおける磁界発生手段５０によって発生させられる磁束に相当する。上述した検出原理によれば、磁束φｚｄは、Ｚ軸方向成分を有し、Ｚ軸方向に関して磁束密度が不均一な磁束であれば、どのような磁束でもかまわないので、図１８に示す例とは逆に、磁気ヘッド２２１の下面の面積を、磁気ヘッド２５１の上面の面積よりも小さくする構成にしてもかまわない。
【００９０】
なお、このような一対の磁気ヘッドは、非平行磁束φｚｄを発生させる機能と、磁束を中央部２３１が位置する空間に集中させる機能とを有している。すなわち、図１８において、中央部２３１の位置が破線で示されているが、非平行磁束φｚｄは、この破線で示された中央部２３１の部分に集中していることがわかる。このように磁束を集中させると、中央部２３１の上面に形成された導電路に効率的に磁界を作用させることができるので、効率的な検出を行うことができる。
【００９１】
上述したように、図１６に示す構造において、板状構造体２３０は半導体基板から構成されており、不純物拡散層（導電路部分）以外は絶縁体としてふるまう。また、この実施形態では、台座２４０も絶縁体で構成されている。これに対して、底板２１０、キャップ２２０、磁気ヘッド２２１、支持部材２５０、磁気ヘッド２５１は、いずれも磁性材料（鉄、コバルト、ニッケルもしくはこれらの合金）で構成されており、図１９に示すように、これらの磁性体によって磁気回路２９０が形成される。したがって、磁気ヘッド２２１と磁気ヘッド２５１との間の経路と、磁気回路２９０内に矢印で示した経路とによって、閉じた磁気経路が形成され、外部への漏れ磁束が生じない効率的な動作が可能になる。なお、図示の例では、磁石２６０を永久磁石によって構成しているが、電磁石によって構成してもかまわない。
【００９２】
＜＜＜  ４．２  第２の構造例  ＞＞＞
図２０は、本発明の別な一実施形態に係る係る角速度センサ２００Ａの構造を示す縦断面図である。この角速度センサ２００Ａは、前述した角速度センサ２００の一部の仕様を変更したものであり、同一符号で示した構成要素については変更はない。主たる変更事項は、図１６に示す角速度センサ２００において、支持部材２５０と磁石２６０との組み合わせで構成されていた部分を、単一の磁石２６５に置き換えた点である。磁石２６５の上面に形成された隆起部分が磁気ヘッド２６６として機能する。一方、キャップ２２５は、図１６に示すキャップ２２０に比べて形状に若干の相違があり、図１６に示す多面体の磁気ヘッド２２１の代わりに、表面が曲面部を有する磁気ヘッド２２６が用いられている。実用上は、この図２０に示す例のように、キャップ２２５の天井部分に対して、下方に窪ませるようなエンボス処理を施し、磁気ヘッド２２６を形成すると構造が単純になる。もちろん、図示のように、丸みを帯びた磁気ヘッド２２６を用いた場合であっても、Ｚ軸方向に関して磁束密度が不均一になる磁界を発生させるという目的を達成する上で支障は生じない。
【００９３】
＜＜＜  ４．３  第３の構造例  ＞＞＞
図２１は、本発明の更に別な一実施形態に係る係る角速度センサ２００Ｂの構造を示す縦断面図である。この角速度センサ２００Ｂも、前述した角速度センサ２００の一部の仕様を変更したものであり、同一符号で示した構成要素については変更はない。主たる変更事項は、図１６に示す角速度センサ２００では、支持部材２５０の下方に磁石２６０を配置していたのに対し、図２１に示す角速度センサ２００Ｂでは、板状構造体２３０の上方に磁石２６７が配置されている点である。支持部材２５０上面の隆起部分が一方の磁気ヘッド２５１として機能する点には代わりないが、もう一方の磁気ヘッド２６８は、磁石２６７自身の下部の隆起部分によって構成される。
【００９４】
このような磁石の配置転換に基づいて、底板２１５およびキャップ２２８の形状が若干変更されており、また、挿通孔２１６，２１７を通して設けられる配線ピン２７３，２７４も若干短くなっている。
【００９５】
＜＜＜  ４．４  第４の構造例  ＞＞＞
図２２は、図２１に示す角速度センサ２００Ｂに、若干の変更を施した角速度センサ２００Ｃの構造を示す縦断面図である。両者の相違点は、磁石の形状のみである。すなわち、図２１に示す角速度センサ２００Ｂでは、磁石２６７の下部隆起部分が磁気ヘッド２６８として機能していたが、図２２に示す角速度センサ２００Ｃでは、断面が台形形状の磁石２６９が用いられており、磁石２６９全体が磁気ヘッドを兼ねた構造となっている。
【００９６】
＜＜＜  ４．５  第５の構造例  ＞＞＞
図２３は、本発明の更に異なる一実施形態に係る係る角速度センサ３００の構造を示す縦断面図である。底板３１０およびキャップ３２０は、このセンサの装置筐体を構成する部材であり、他の構成要素は、この装置筐体内に収容される。この角速度センサの中枢をなす部分は、板状構造体３３０であるが、この板状構造体３３０はこれまで述べてきた板状構造体２３０とほぼ同様の構造を有しており、中央部３３１と、可撓部３３２と、周囲部３３３とによって構成されている。中央部３３１の上面には、図１２に示すように、４組の励振用導電路Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｙ１，Ｌｙ２が第１の四角形Ｓｑ１の四辺に沿った位置に形成されており、４組の検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２，Ｋｙ１，Ｋｙ２が第２の四角形Ｓｑ２の四辺に沿った位置に形成されている。
【００９７】
板状構造体３３０の周囲を構成する周囲部３３３は、台座３４０の上に固定されている。台座３４０は、支持部材３５０の周囲に固定され、支持部材３５０は底板３１０の上面に固定されている。結局、板状構造体３３０の周囲部３３３は、間接的に底板３１０上に固定されていることになり、中央部３３１は可撓部３３２によって懸架された状態になる。この実施形態の特徴は、磁石３６０を板状構造体３３０の左脇に配した点にある。磁石３６０は支持部材３５０の左端の上面に固定されており、この磁石３６０の上面には、片持梁部材３７０が固定されている。片持梁部材３７０は、ちょうど庇のように、板状構造体３３０の上方に突き出した構造をなす。ここで、支持部材３５０の上面に形成された隆起部分が一方の磁気ヘッド３５１を形成し、片持梁部材３７０の下面に形成された隆起部分がもう一方の磁気ヘッド３７１を形成する。支持部材３５０、磁気ヘッド３５１、片持梁部材３７０、磁気ヘッド３７１は、いずれも磁性材料で構成されており、これらの磁性体によって磁気回路が形成されるので、磁石３６０が脇に配置されていたとしても、磁気ヘッド３５１と磁気ヘッド３７１との間には、必要な磁束が得られる。ここでも、磁気ヘッド３５１の上面の面積と、磁気ヘッド３７１の上面の面積とは異なるため、得られる磁束は非平行磁束φｚｄとなる。もちろん、磁石３６０としては、電磁石を用いてもよい。
【００９８】
配線ピン３８１，３８２は、底板３１０を通ってこのセンサの内外を連結しており、その上端には、ボンディングワイヤ３９１，３９２の一端が接続されている。ボンディングワイヤ３９１，３９２の他端は、板状構造体３３０の上面に形成された所定の導電路に接続される。
【００９９】
＜＜＜  ４．６  板状構造体の構造例  ＞＞＞
これまで述べてきた種々の構造例では、いずれも図１７に示す板状構造体２３０を用いているが、板状構造体の構造はこの図１７に示す例に限定されるものではない。以下にいくつかのバリエーションを示しておく。
【０１００】
図２４に横断面図を示す板状構造体２３０Ａは、中央部２３１Ａ、可撓部２３２Ａ、周囲部２３３Ａから構成されており、基本的には図１７に示す板状構造体２３０と同様の形態をなしている。ただし、可撓部２３２Ａが占める空間を小さく抑え、中央部２３１Ａにより大きな体積を確保できるようにしている。中央部２３１Ａの体積を大きく確保できると、重錘体として機能する部分の質量を増加させることができるため、より感度の高い検出結果を得ることが可能になる。
【０１０１】
図２５に横断面図を示す板状構造体２３０Ｂは、中央部２３１Ｂ、可撓部２３２Ｂ、周囲部２３３Ｂから構成されており、やはり基本的には図１７に示す板状構造体２３０と同様の形態をなしている。ただし、可撓部２３２Ｂの形状をより単純化したため、製造プロセスはより簡素化される。もっとも、図１７に示す可撓部２３２や図２４に示す可撓部２３２Ａが複数の屈曲部を有した構造であるのに対し、図２５に示す可撓部２３２Ｂは１か所の屈曲部しか有していないため、可撓性は低下せざるを得ない。
【０１０２】
一般に、角速度センサには種々の用途が存在し、重錘体に対して作用するコリオリ力の大きさも用途によって様々であり、必要とされる検出感度も用途によって様々である。したがって、実用上は、可撓部に要求される可撓性、強度、サイズ、コストなどを考慮して、用途に最適な形態の板状構造体を用いるのが好ましい。
【０１０３】
また、ここでは１枚の板状構造体によって、重錘体（中央部）、接続部材（可撓部）、装置筐体（周囲部）を形成する例を示したが、本発明に係るセンサを実現する上では、必ずしも１枚の板状構造体によってこれらのものを形成する必要はない。前述した検出原理によれば、重錘体を装置筐体に対して所定の運動自由度を維持させた状態で接続部材によって接続した構造が実現できればよいので、重錘体、接続部材、装置筐体をそれぞれ別個の部品によって構成してもかまわない。
【０１０４】
§５．  基板面に平行な磁界を用いる実施形態
これまで§１，§２で述べてきた角速度センサでは、重錘体１０の基板面（ＸＹ平面）に対してほぼ垂直な方向（Ｚ軸に沿った方向）を向いた磁束を発生させ、所定軸まわりの角速度検出を行っていた。ここでは、重錘体１０の基板面（ＸＹ平面）に対してほぼ平行な方向（たとえば、Ｘ軸に沿った方向）を向いた磁束を発生させて角速度検出を行う実施形態を述べることにする。
【０１０５】
＜＜＜  ５．１  角速度検出の原理  ＞＞＞
いま、図２６に示すような構造をもった角速度センサを用意する。この角速度センサの構造は、図１０に示した角速度センサの構造とほぼ同じである。すなわち、上面がＸＹ平面に含まれる位置に基板状の重錘体１０が配置され、この重錘体１０は接続部材２０によって所定の自由度を確保した状態で装置筐体３０に接続されている。重錘体１０の上面には、励振用導電路Ｌｙ１，Ｌｙ２および検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２が実質的にＹ軸に沿って配置されている。より具体的には、励振用導電路Ｌｙ１は、Ｙ軸に沿って伸びＸ軸の負の部分に交差する位置に配置され、励振用導電路Ｌｙ２は、Ｙ軸に沿って伸びＸ軸の正の部分に交差する位置に配置され、検出用導電路Ｋｙ１は、励振用導電路Ｌｙ１の脇に沿って伸びるように配置され、検出用導電路Ｋｙ２は、励振用導電路Ｌｙ２の脇に沿って伸びるように配置されている。
【０１０６】
ただ、この図２６に示す角速度センサでは、図１０に示す磁界発生手段５０の代わりに、磁界発生手段６０が用いられている。この磁界発生手段６０は、Ｘ軸に平行な成分を有し、かつ磁束密度がＸ軸方向に関して不均一となるような磁束φｘｄからなる磁界を発生する機能を有する。別言すれば、ほぼＸ軸に平行な方向を向きながら、Ｘ軸の負方向にゆくにしたがって徐々に広がるような磁束φｘｄが生成されることになる。したがって、磁束の向きは、重錘体１０の上面に対してほぼ水平になるが、たとえば、Ｘ軸上の任意の点をｘ１，ｘ２としたときに、Ｘ＝ｘ１で示される平面上の磁束密度と、Ｘ＝ｘ２で示される平面上の磁束密度とは異なることになる。このような構成をもった角速度センサにおいて、励振用導電路Ｌｙ１，Ｌｙ２に電流Ｉｙを供給した場合を考える。この場合、磁束φｘｄのＸ軸方向成分に対して電流Ｉｙは直交するため、ローレンツ力によって重錘体１０はＺ軸方向に運動Ｕｚを生じることになる。
【０１０７】
そこで、このように、重錘体１０にＺ軸方向の運動Ｕｚを生じさせた状態において、図２７に示すように、作用したＹ軸まわりの角速度ωｙを求めるために、コリオリ力Ｆｘに基づくＸ軸方向の変位を検出する方法を述べる。磁束φｘｄはほぼＸ軸方向を向いているため、重錘体１０のＸ軸方向の変位そのものによっては、検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２に有意な起電力は生じない。しかしながら、重錘体１０はＺ軸方向の運動Ｕｚを生じているため、この運動Ｕｚに基づいて検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２に起電力Ｅｙが生じることになる。これは、重錘体１０がＺ軸方向へ運動すると、Ｙ軸方向に配置された検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２が、ほぼＸ軸方向を向いた磁束φｘｄを横切ることになるからである（フレミングの右手の法則）。しかも、検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２に生じる起電力Ｅｙは、重錘体１０のＸ軸上の位置に応じて変化する。なぜなら、磁束φｘｄの磁束密度は、Ｘ軸方向に関して不均一であるためである。
【０１０８】
たとえば、図２７に示す磁束φｘｄは、Ｘ軸の負方向へゆくにしたがって広がってゆくため、Ｘ軸の負方向ほど磁束密度は小さくなり、Ｘ軸の正方向ほど磁束密度は大きくなる。したがって、検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２に生じる起電力Ｅｙは、重錘体１０がＸ軸の負方向に変位した場合に小さくなり、逆に、重錘体１０がＸ軸の正方向に変位した場合に大きくなる。このように、検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２に生じる起電力Ｅｙの増減は、検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２が切る磁束φｘｄの密度を示すパラメータとなる。結局、起電力Ｅｙの増減を求めることによって重錘体１０のＸ軸方向の変位を検出することができ、Ｘ軸方向に作用するコリオリ力Ｆｘを検出することができ、Ｙ軸まわりの角速度ωｙを検出することができる。
【０１０９】
電流Ｉｙとして交流電流を用いれば、重錘体１０の運動ＵｚはＺ軸方向に沿った振動運動になるので、角速度ωｙが一定であったとしても、コリオリ力Ｆｘは正弦波のグラフで示される周期関数となり、重錘体１０はＺ軸方向に振動運動Ｕｚを行いながら、コリオリ力Ｆｘに基づいてＸ軸方向にも振動運動を行うことになる。したがって、検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２に発生する交流起電力Ｅｙは、半周期ごとに振幅が増減することになる。結局、角速度ωｙの向き（Ｙ軸を中心として右まわりか左まわりか）に関する情報は、励振用導電路Ｌｙ１，Ｌｙ２に供給した交流電流Ｉｙと検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２に生じた交流起電力Ｅｙとの位相関係に基づいて得ることができ、角速度ωｙの大きさに関する情報は、交流起電力Ｅｙの振幅の増減の度合いに基づいて得ることができる。
【０１１０】
なお、実際には、重錘体１０がＸ軸方向に変位すると、磁束密度の変化によって、振動Ｕｚ自身にも影響が生じることになり、動作が不安定になる（§３．５参照）。したがって、実用上は、図１５に示すようなフィードバック制御機能を有する角速度検出装置を用い、検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２に発生する交流起電力Ｅｙが基準値（基準交流波形Ｅref ）に維持されるように、磁界発生手段６０の発生する磁界強度を調整するようなフィードバック制御を行い、フィードバック信号Ｆｂに対応する値を角速度ωｙの検出値として出力するのが好ましい。
【０１１１】
残念ながら、この図２６に示すタイプの角速度センサでは、Ｙ軸まわりの角速度ωｙしか検出することはできない。磁束がほぼＸ軸方向を向いているため、重錘体１０上にＸ軸に沿った導電路を形成することは無意味である（磁界との相互作用が生じないため）。したがって、重錘体１０に対してはＺ軸方向の運動Ｕｚしか生じさせることはできない。よって、Ｚ軸まわりの角速度ωｚが作用してもコリオリ力は発生せず、角速度ωｚの検出を行うことはできない。また、Ｘ軸まわりの角速度ωｘが作用した場合は、Ｙ軸方向にコリオリ力Ｆｙが発生するものの、重錘体１０のＹ軸方向の変位を効率良く検出する手段をもたないため、結局、角速度ωｘを有効に検出することもできない。このように、ここで述べたタイプの角速度センサは、１軸まわりの角速度センサとしての利用しか期待できないが、重錘体１０の基板面に平行な方向に磁界を発生させればよいという特徴を有するため、より偏平な角速度センサが実現できるという構造的なメリットは得られる。
【０１１２】
＜＜＜  ５．２  具体的な構造例  ＞＞＞
図２８は、上述した偏平タイプの一実施形態に係る角速度センサ４００の構造を示す縦断面図である。底板４１０およびキャップ４２０は、このセンサの装置筐体を構成する部材であり、他の構成要素は、この装置筐体内に収容される。この角速度センサの中枢をなす部分は、中心部材４３１、可撓部材４３２、周囲部材４３３である。周囲部材４３３は、中心部材４３１に対して所定間隔をおいてその周囲を取り囲むように配置され、両者間は可撓部材４３２によって接続されている。可撓部材４３２は、この例では、ばねによって構成されているが、中心部材４３１を周囲部材４３３に対して所定の自由度をもって運動可能となるように接続する機能を有していれば、どのような部材で構成してもかまわない。もちろん、中心部材４３１、可撓部材４３２、周囲部材４３３を、図１７に示すような板状構造体２３０を用いて構成することもできる。
【０１１３】
ここでは説明の便宜上、図２８に示すように、中心部材４３１の上面中心位置に原点Ｏを定義し、図２８の左方にＸ軸、上方にＺ軸、紙面垂直上方にＹ軸を定義する。中心部材４３１の上面は、ＸＹ平面に含まれることになる。周囲部材４３３は、台座４４０の上に固定されているが、台座４４０の上面と中心部材４３１の下面との間には、所定の間隙が確保されており、中心部材４３１はＺ軸方向に所定の自由度をもって運動可能である。台座４４０は、底板４１０の上面に固定されている。結局、周囲部材４３３は、間接的に底板４１０上に固定されていることになり、中心部材４３１は可撓部材４３２によって懸架された状態になる。中心部材４３１は、ＸＹＺ座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のすべての方向にある程度の自由度をもって運動可能である。ここで、この図２８に示す構造体を、図２６に示す角速度センサと対比すると、中心部材４３１が重錘体１０として機能し、可撓部材４３２が接続部材２０として機能し、周囲部材４３３が装置筐体３０として機能することがわかる。
【０１１４】
キャップ４２０の左側壁の内側には、磁石４５０が配置され、その右側には磁気ヘッド４６０が形成されている。一方、キャップ４２０の右側壁の内側に突出した隆起部分は、もう一方の磁気ヘッド４２１を構成している。中心部材４３１上の原点Ｏに着目すると、磁気ヘッド４６０はＸ軸の正の部分に配置されており、磁気ヘッド４２１はＸ軸の負の部分に配置されていることになり、中心部材４３１は、磁気ヘッド４２１と磁気ヘッド４６０との間に挟まれている。磁石４５０で発生した磁界は、この両磁気ヘッドの間を通る磁束を形成することになる。ただし、磁気ヘッド４２１の磁束発生部（図の左側面）の面積は、磁気ヘッド４６０の磁束発生部（図の右側面）の面積に比べて大きく設定されているため、両磁気ヘッド間に発生する磁束は、基本的にはほぼＸ軸を向いているものの、右方へゆくほど磁束が広がるようになる。このため、発生する磁束φｘｄは、Ｘ軸方向成分を有しているものの、Ｘ軸方向に関して磁束密度が不均一な磁束になる。
【０１１５】
もちろん、この磁束φｘｄは、図２６に示す角速度センサにおける磁界発生手段６０によって発生させられる磁束に相当する。上述した検出原理によれば、磁束φｘｄは、Ｘ軸方向成分を有し、Ｘ軸方向に関して磁束密度が不均一な磁束であれば、どのような磁束でもかまわないので、図２８に示す例とは逆に、磁気ヘッド４２１の左側面の面積を、磁気ヘッド４６０の右側面の面積よりも小さくする構成にしてもかまわない。図２８に示す例では、中心部材４３１，周囲部材４３３，台座４４０は絶縁性材料から構成されているが、底板４１０、キャップ４２０、磁気ヘッド４２１、磁気ヘッド４６０は、いずれも磁性材料（鉄、コバルト、ニッケルもしくはこれらの合金）で構成されており、これらの磁性体によって、外部への漏れ磁束のない閉じた磁気回路が形成される。なお、図示の例では、磁石４５０を永久磁石によって構成しているが、電磁石によって構成してもかまわない。
【０１１６】
中心部材４３１は基板状の構造体であり、その上面には、図２６に示すように、励振用導電路Ｌｙ１，Ｌｙ２および検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２が形成されている。この例では、中心部材４３１はシリコンなどの半導体基板によって構成されており、各導電路は、この半導体基板上に形成された不純物拡散層やアルミニウム配線層によって構成されている。図２８に示す配線ピン４７１，４７２（図では２本のみ示されているが、実際には配線に必要な数だけ配線ピンが設けられる）は、底板４１０を通ってこのセンサの内外を連結しており、その上端には、ボンディングワイヤ４８１，４８２の一端が接続されている。ボンディングワイヤ４８１，４８２の他端は、直接的には、周囲部材４３３に接続されているが、周囲部材４３３上には、中心部材４３１上の各導電路に電気的に接続された配線が形成されており、ボンディングワイヤ４８１，４８２は、これらの配線を介して各導電路に電気的に接続されることになる。
【０１１７】
＜＜＜  ５．３  別な具体的構造例  ＞＞＞
図２９は、図２８に示す角速度センサ４００に対する変形例に相当する角速度センサ５００の構造を示す横断面図である。パッケージ５１０は、このセンサの構成要素すべてを収容する容器であり、他の構成要素は、すべてこのパッケージ５１０内に組み込まれている。この角速度センサの中枢をなす部分は、中心部材５３１、可撓部材５３２、周囲部材５３３である。周囲部材５３３は、中心部材５３１に対して所定間隔をおいてその周囲を取り囲むように配置され、両者間は可撓部材５３２によって接続されている。可撓部材５３２は、この例では、ばねによって構成されているが、中心部材５３１を周囲部材５３３に対して所定の自由度をもって運動可能となるように接続する機能を有していれば、どのような部材で構成してもかまわない。もちろん、中心部材５３１、可撓部材５３２、周囲部材５３３を、図１７に示すような板状構造体２３０を用いて構成することもできる。
【０１１８】
ここでは説明の便宜上、図２９に示すように、中心部材５３１の上面に原点を定義して、左方にＸ軸、下方にＹ軸、紙面垂直上方にＺ軸を定義する。中心部材５３１の上面は、ＸＹ平面に含まれることになる。周囲部材５３３は、パッケージ５１０に対して固定されており、中心部材５３１は可撓部材５３２によって懸架された状態になる。中心部材５３１は、ＸＹＺ座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のすべての方向にある程度の自由度をもって運動可能である。ここで、この図２９に示す構造体を、図２６に示す角速度センサと対比すると、中心部材５３１が重錘体１０として機能し、可撓部材５３２が接続部材２０として機能し、周囲部材５３３が装置筐体３０として機能することがわかる。
【０１１９】
磁性材料から構成される磁気回路構成部５４０，５５０は、磁石５６０の両側に接続されており、その先端部は、それぞれ磁気ヘッド５４１，５５１を形成している。磁気ヘッド５４１，５５１は、中心部材５３１を両側から挟む位置に配置されており、磁石５６０で発生した磁界は、この両磁気ヘッドの間を通る磁束を形成することになる。ただし、磁気ヘッド５４１の磁束発生部（図の右側面）の面積は、磁気ヘッド５５１の磁束発生部（図の左側面）の面積に比べて小さく設定されているため、両磁気ヘッド間に発生する磁束は、基本的にはほぼＸ軸を向いているものの、右方へゆくほど磁束が広がるようになる。このため、発生する磁束φｘｄは、Ｘ軸方向成分を有しているものの、Ｘ軸方向に関して磁束密度が不均一な磁束φｘｄとなる。この例においても、磁気回路構成部５４０，５５０，磁石５６０によって、外部への漏れ磁束のない閉じた磁気回路が形成されている。
【０１２０】
§６．  いくつかの変形例
ここでは、これまで述べてきた角速度センサについて、いくつかの変形例を述べることにする。
【０１２１】
＜＜＜  ６．１  重錘体１０に回転運動をさせる変形例  ＞＞＞
三軸まわりすべての角速度を検出するための方法として、§３．４では、図１４の図表に示すように、動作モード１と動作モード２とを交互に行う方法を説明した。すなわち、動作モード１では、重錘体１０をＹ軸方向に振動させた状態とし、Ｘ軸まわりの角速度ωｘとＺ軸まわりの角速度ωｚとを検出し、続く動作モード２では、重錘体１０をＸ軸方向に振動させた状態とし、Ｙ軸まわりの角速度ωｙとＺ軸まわりの角速度ωｚとを検出することになる。しかしながら、この方法によって動作モードの切り替えを行うためには、Ｙ軸方向の振動とＸ軸方向の振動とを交互に切り替える必要があるため、振動方向が重錘体１０の慣性力に抗して完全に切り替わるまで、ある程度の準備時間が必要になる。このような弊害を避けるためには、重錘体１０を回転運動させればよい。
【０１２２】
たとえば、上面がＸＹ平面に含まれるような位置に基板状の重錘体１０が配され、図１２に示すように、この重錘体１０の上面に４組の励振用導電路Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｙ１，Ｌｙ２と４組の検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２，Ｋｙ１，Ｋｙ２を形成した角速度センサを用意する。そして、励振用導電路Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｙ１，Ｌｙ２のそれぞれに、図３０のグラフに示すような波形をもった交流電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４を供給する。Ｘ方向励振用導電路Ｌｘ１，Ｌｘ２に供給される第１の交流電流Ｉ１，Ｉ２は、時刻ｔ０において正の最大値をとり、時刻ｔ２において０となるような位相をもった交流電流であるのに対し、Ｙ方向励振用導電路Ｌｙ１，Ｌｙ２に供給される第２の交流電流Ｉ３，Ｉ４は、時刻ｔ０において０となり、時刻ｔ２において正の最大値をとるような位相をもった交流電流であり、両者はπ／２だけ位相がずれていることになる。
【０１２３】
いま、Ｘ軸あるいはＹ軸の正方向に流れる電流値を正とし、負方向に流れる電流値を負とすれば、各励振用導電路Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｙ１，Ｌｙ２には、それぞれ図３１の平面図（検出用導電路は図示省略）に示されるような方向に電流Ｉ１〜Ｉ４が供給されることになる。ここで、図３０の時間軸上の各時刻ｔ０〜ｔ７における各電流Ｉ１〜Ｉ４の方向に着目すると、図３２に示すダイヤグラムが得られる。たとえば、図３２において、時刻ｔ０の状態では、電流Ｉ１，Ｉ２は正の最大値をとるため図の上から下へと流れる電流になるが、電流Ｉ３，Ｉ４は０になるため、左右方向へは電流は流れない。一方、時刻ｔ２の状態では、電流Ｉ３，Ｉ４は正の最大値をとるため図の左から右へと流れる電流になるが、電流Ｉ１，Ｉ２は０になるため、上下方向へは電流は流れない。更に、時刻ｔ４の状態では、電流Ｉ１，Ｉ２は負の最大値をとるため図の下から上へと流れる電流になるが、電流Ｉ３，Ｉ４は０になるため、左右方向へは電流は流れない。そして、時刻ｔ６の状態では、電流Ｉ３，Ｉ４は負の最大値をとるため図の右から左へと流れる電流になるが、電流Ｉ１，Ｉ２は０になるため、上下方向へは電流は流れない。時刻ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７の状態は、上記４つの各状態の遷移途中の状態となり、上下方向の電流と左右方向の電流との双方が流れることになる（電流値は上記４つの状態よりもそれぞれ小さくなる）。
【０１２４】
さて、ここで、磁界発生手段５０によって、ほぼＺ軸方向を向いた磁束φｚｄが生成されているとすれば、励振用導電路に供給された電流と磁束φｚｄとの相互作用に基づくローレンツ力が発生する。このローレンツ力の方向を、図３２では白抜きの矢印で示してある。たとえば、時刻ｔ０の状態では左向きのローレンツ力Ｒ（ｔ０）が生じ、時刻ｔ２の状態では下向きのローレンツ力Ｒ（ｔ２）が生じ、時刻ｔ３の状態では右向きのローレンツ力Ｒ（ｔ４）が生じ、時刻ｔ６の状態では上向きのローレンツ力Ｒ（ｔ６）が生じる。時刻ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７の状態では、それぞれ図示のとおり斜め方向のローレンツ力Ｒ（ｔ１），Ｒ（ｔ３），Ｒ（ｔ５），Ｒ（ｔ７）が生じる。このように、ローレンツ力Ｒの方向は徐々にその向きを変えてゆくことになるので、結局、時刻ｔ０〜時刻ｔ８に至る一周期において、重錘体１０はＸＹ平面上で回転運動を行うことになる。
【０１２５】
図３３は、この重錘体１０の回転運動を示す平面図であり、円軌道上の黒丸は、各時刻における重錘体１０の質点位置を示している。図示のとおり、時刻ｔ０〜時刻ｔ８に至る一周期において、重錘体１０の質点は円軌道に沿って一回転することになる。このような円運動は、実は、Ｘ軸方向の振動ＵｘとＹ軸方向の振動Ｕｙとを合成することにより得られる運動であり、この円運動には、Ｘ軸方向の振動Ｕｘの成分とＹ軸方向の振動Ｕｙの成分との双方が含まれていることになる。たとえば、図３３において、時刻ｔ０の瞬時の運動（Ｙ軸の負の部分を横切る瞬間の運動）に着目すれば、質点はＸ軸正方向に接線速度Ｖｘで運動している。同様に、時刻ｔ２の瞬時の運動（Ｘ軸の正の部分を横切る瞬間の運動）に着目すれば、質点はＹ軸正方向に接線速度Ｖｙで運動しており、時刻ｔ４の瞬時の運動（Ｙ軸の正の部分を横切る瞬間の運動）に着目すれば、質点はＸ軸負方向に接線速度−Ｖｘで運動しており、時刻ｔ６の瞬時の運動（Ｘ軸の負の部分を横切る瞬間の運動）に着目すれば、質点はＹ軸負方向に接線速度−Ｖｙで運動している。
【０１２６】
結局、時刻ｔ０，ｔ４の瞬時の運動は、重錘体１０にＸ軸方向の振動Ｕｘを与えたときの運動と等価であり、図１４に示す図表における動作モード２に相当する運動になる。同様に、時刻ｔ２，ｔ６の瞬時の運動は、重錘体１０にＹ軸方向の振動Ｕｙを与えたときの運動と等価であり、図１４に示す図表における動作モード１に相当する運動になる。結局、重錘体１０を回転運動させた場合、図１４に示す図表の代わりに、図３４に示すような図表を適用することが可能になる。すなわち、時刻ｔ０，ｔ４においては、検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２に発生する起電力Ｅｙに基づいて角速度ωｙを検出することができ、検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２に発生する起電力Ｅｘに基づいて角速度ωｚを検出することができる。また、時刻ｔ２，ｔ６においては、検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２に発生する起電力Ｅｘに基づいて角速度ωｘを検出することができ、検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２に発生する起電力Ｅｙに基づいて角速度ωｚを検出することができる。
【０１２７】
このように、重錘体１０に回転運動を生じさせた状態での検出を行えば、動作モードを切り替える必要がなく、三軸まわりの角速度ωｘ，ωｙ，ωｚの値を継続的に検出することが可能になる。なお、実用上は、ここに述べる方法においても、§３．５で述べたフィードバック制御装置を利用したフィードバック制御を行い、磁界発生手段５０の発生する磁界の強度を調整するようにするのが好ましい。
【０１２８】
＜＜＜  ６．２  容量素子を併用する変形例  ＞＞＞
図３５は、重錘体の変位検出に容量素子を併用するタイプの実施形態に係る角速度センサ６００の構造を示す縦断面図である。パッケージ６１０は、このセンサのすべての構成要素を収容する容器であり、その天井部下面には、磁石６２０が設けられている。この角速度センサの中枢をなす部分は、中心部材６３１、可撓部材６３２、周囲部材６３３である。周囲部材６３３は、中心部材６３１に対して所定間隔をおいてその周囲を取り囲むように配置され、両者間は可撓部材６３２によって接続されている。可撓部材６３２は、この例では、ばねによって構成されているが、中心部材６３１を周囲部材６３３に対して所定の自由度をもって運動可能となるように接続する機能を有していれば、どのような部材で構成してもかまわない。もちろん、中心部材６３１、可撓部材６３２、周囲部材６３３を、図１７に示すような板状構造体２３０を用いて構成することもできる。
【０１２９】
ここでは説明の便宜上、図３５に示すように、中心部材６３１の上面に原点Ｏを定義して、右方にＹ軸、上方にＺ軸、紙面垂直上方にＸ軸を定義する。中心部材６３１の上面は、ＸＹ平面に含まれることになる。周囲部材６３３は、パッケージ６００に対して固定されており、中心部材６３１は可撓部材６３２によって懸架された状態になる。中心部材６３１とパッケージ６１０との間には所定の間隙が確保されており、中心部材６３１は、ＸＹＺ座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のすべての方向にある程度の自由度をもって運動可能であり、その上面には図１２に示すような各導電路が形成されている。ここで、この図３５に示す構造体を、これまで述べてきた角速度センサと対比すると、中心部材６３１が重錘体１０として機能し、可撓部材６３２が接続部材２０として機能し、周囲部材６３３が装置筐体３０として機能することがわかる。
【０１３０】
この角速度センサの特徴は、中心部材６３１の下面に変位電極６４１が形成され、パッケージ６１０の底面に固定電極６４２が形成されている点である。変位電極６４１と固定電極６４２とは、互いに対向する位置に形成されており、両電極によって容量素子Ｃが形成されている。この容量素子Ｃは、中心部材６３１（重錘体）のＺ軸方向の変位を検出するために利用される。たとえば、図３５において、中心部材６３１がＺ軸正方向に変位すると、変位電極６４１と固定電極６４２との距離が大きくなり、容量素子Ｃの静電容量値は減少する。逆に、中心部材６３１がＺ軸負方向に変位すると、変位電極６４１と固定電極６４２との距離が小さくなり、容量素子Ｃの静電容量値は増加する。したがって、容量素子Ｃの静電容量値の増減を測定できれば、中心部材６３１のＺ軸方向の変位検出が可能になる。なお、パッケージ６１０自体を導電性材料で構成すれば、このパッケージ６１０の底面の一部を固定電極として利用することができるため、固定電極６４２を別途形成する必要はなくなる。
【０１３１】
このように、重錘体のＺ軸方向の変位検出に、容量素子Ｃを設けておくようにすれば、これまで述べてきた角速度センサにおいて、重錘体のＺ軸方向の変位の検出に寄与する検出用導電路は省略することができる。また、図１０および図１１に示す検出原理を用いる必要がなくなるため、磁界発生手段としても、Ｚ軸に平行な磁束φｚを生成できれば足りる。
【０１３２】
図３６に示す図表は、図３５に示すタイプの角速度センサを用いて、重錘体（中心部材６３１）をＸＹ平面上で回転運動させ、三軸まわりの角速度をすべて検出するための手順を示している。図３４に示す図表との相違は、コリオリ力Ｆｚを検出するために容量素子Ｃを用いている点であり、角速度ωｘおよびωｙは、いずれも容量素子Ｃを用いて検出されることになる。また、角速度ωｚは、Ｘ方向検出用導電路Ｋｘ１，Ｋｘ２によっても、Ｙ方向検出用導電路Ｋｙ１，Ｋｙ２によっても検出することができるので、いずれか一方は設けなくてもかまわない。
【０１３３】
§７．  複数の重錘体を設ける実施形態
これまで述べてきた実施形態は、いずれも単一の重錘体を装置筐体内に設けたものであるが、ここでは、装置筐体内に複数の重錘体を設けた実施形態を述べる。この場合、各重錘体と装置筐体との間および複数の重錘体相互間を接続部材によって接続することにより、各重錘体がそれぞれ装置筐体に対して所定の自由度をもって運動可能となるように構成し、これら複数の重錘体を運動させた状態において、所定の重錘体に作用するコリオリ力を検出し、その検出結果に基づいて角速度の検出を行うようにすればよい。一般に、単一の重錘体を装置筐体内で振動させると、振動成分が装置筐体を伝わって外部に漏れる可能性がある。重錘体の振動成分が外部に漏れると、たとえば、装置筐体に手を触れただけで、重錘体の振動に影響が及ぶことになり、検出精度を低下させるという問題がある。ここで述べる実施形態のように、装置筐体内に複数の重錘体を設け、これら重錘体（同じ質量のものが好ましい）を、互いに幾何学的に対称となるような態様で振動させるようにすると、外部への振動漏れを防ぐ上で効果的である。また、複数の重錘体から得られた検出結果に基づいて、最終的な検出値を得ることができるので、差動検出動作などを行うことが可能になり、温度変動や加速度の作用といった外乱による影響を相殺した正確な検出値を得ることができるというメリットも得られる。以下、具体的な構成例をいくつか開示しておく。なお、図３７以降に示す構造概念図では、装置筐体、重錘体、接続部材のみが示されているが、実際には、各重錘体上には必要な導電路が形成されており、また、所定の方向に磁界を発生させる磁界発生手段が備わっている。
【０１３４】
＜＜＜  ７．１  第１の構成例  ＞＞＞
図３７は、第１の構成例に係る角速度センサ７００の構造概念図である。装置筐体７０５には、配置軸Ａに沿って、所定間隔をあけて第１の重錘体７１０および第２の重錘体７２０が配置されている。これら各重錘体７１０，７２０は、それぞれ接続部材７０１を介して装置筐体７０５に接続されている。また、第１の重錘体７１０と第２の重錘体７２０との相互間も接続部材７０１を介して接続されている。
【０１３５】
このような構成の角速度センサ７００を用いて検出を行うには、第１の重錘体７１０と第２の重錘体７２０とを配置軸Ａに沿って互いに逆方向に振動させることができるように、所定の励振用導電路に所定の交流電流を供給すればよい。配置軸Ａに沿って、一方の重錘体が右方向へ運動しているときには、必ずもう一方の重錘体が左方向へと運動することになり、装置筐体７０５に対しては左右対称の力が加わることになり、外部への振動漏れを抑制することができる。また、重錘体の運動方向が逆向きになるため、同じ角速度に起因して、一方の重錘体に作用するコリオリ力と他方の重錘体に作用するコリオリ力とは逆向きになるため、一方の重錘体から得られる検出信号と他方の重錘体から得られる検出信号とは、符号が逆になる。そこで、これら両検出信号の差に基づいて最終的な検出値を出力する差動検出が可能になり、温度変動や加速度の作用といった外乱による影響を相殺した正確な検出値を得ることができる。
【０１３６】
＜＜＜  ７．２  第２の構成例  ＞＞＞
図３８は、第２の構成例に係る角速度センサ７００Ａの構造概念図である。装置筐体７５５には、配置軸Ａに沿って、所定間隔をあけて第１の重錘体７１０、第２の重錘体７２０、第３の重錘体７３０が配置されている。これら各重錘体７１０，７２０，７３０は、それぞれ接続部材７０１を介して装置筐体７５５に接続されている。また、第１の重錘体７１０と第２の重錘体７２０との相互間も接続部材７０１を介して接続されており、第２の重錘体７２０と第３の重錘体７３０との相互間も接続部材７０１を介して接続されている。しかも、この角速度センサでは、励振用導電路は、第１の重錘体７１０および第３の重錘体７３０にのみ形成されており、検出用導電路は、第２の重錘体７２０にのみ形成されている。したがって、電流供給による励振の対象となるのは、第１の重錘体７１０および第３の重錘体７３０のみであり、起電力に基づく検出の対象となるのは、第２の重錘体７２０のみである。もちろん、第１の重錘体７１０および第３の重錘体７３０に検出用導電路を、第２の重錘体７２０に励振用導電路をそれぞれ設けてもよい。
【０１３７】
このような構成の角速度センサ７００Ａを用いて検出を行うには、第１の重錘体７１０と第３の重錘体７３０とを配置軸Ａに沿って同方向に振動させることができるように、各重錘体の励振用導電路に所定の交流電流を供給すればよい。このように、第１の重錘体７１０と第３の重錘体７３０とを振動させると、これらに挟まれた第２の重錘体７２０には、逆方向の振動が生じる。そこで、この第２の重錘体７２０上に形成された検出用導電路に発生する起電力に基づいて、角速度の検出が行われる。このように、励振用の重錘体と検出用の重錘体とをそれぞれ別体にすることにより、設計上の自由度が増すというメリットが得られる。
【０１３８】
＜＜＜  ７．３  第３の構成例  ＞＞＞
図３９は、第３の構成例に係る角速度センサ８００の構造概念図である。装置筐体８０５内には、４組の重錘体８１０，８２０，８３０，８４０が収容されている。ここでは、図示のように、所定間隔ｄをおいて互いに平行な第１の軸Ａ１および第２の軸Ａ２が定義され、同じく所定間隔ｄをおいて互いに平行な第３の軸Ａ３および第４の軸Ａ４とが定義されている。第１の軸Ａ１および第２の軸Ａ２は図の水平方向に伸びた軸であり、第３の軸Ａ３および第４の軸Ａ４は図の垂直方向に伸びた軸であり、両者は互いに直交する。そして、第１の軸Ａ１と第３の軸Ａ３との交点に第１の重錘体８１０が配置され、第１の軸Ａ１と第４の軸Ａ４との交点に第２の重錘体８２０が配置され、第２の軸Ａ２と第３の軸Ａ３との交点に第３の重錘体８３０が配置され、第２の軸Ａ２と第４の軸Ａ４との交点に第４の重錘体８４０が配置されている。
【０１３９】
第１の重錘体８１０〜第４の重錘体８４０は、それぞれ接続部材８０１を介して装置筐体８０５に接続されている。また、第１の重錘体８１０と第２の重錘体８２０との相互間、第１の重錘体８１０と第３の重錘体８３０との相互間、第４の重錘体８４０と第２の重錘体８２０との相互間、第４の重錘体８１０と第３の重錘体８２０との相互間、もそれぞれ接続部材８０１によって接続されている。
【０１４０】
このような構成の角速度センサ８００を用いて検出を行うには、まず、第１の軸Ａ１と第３の軸Ａ３との交点と第２の軸Ａ２と第４の軸Ａ４との交点とを連結する方向をＸ軸方向と定義し、第１の軸Ａ１と第４の軸Ａ４との交点と第２の軸Ａ２と第３の軸Ａ３との交点とを連結する方向をＹ軸方向と定義する。そして、第１の重錘体８１０および第４の重錘体８４０をＸ軸方向に沿って互いに逆方向に振動させ、第２の重錘体８２０および第３の重錘体８３０をＹ軸方向に沿って互いに逆方向に振動させることができるように、各重錘体上の励振用導電路に所定の交流電流を供給する。そして、第１の重錘体８１０に基づく検出値と第４の重錘体８４０に基づく検出値との差に基づいて第１の角速度の検出値を出力し、前記第２の重錘体８２０に基づく検出値と第３の重錘体８３０に基づく検出値との差に基づいて第２の角速度の検出値を出力する。
【０１４１】
この角速度センサでは、第１の重錘体８１０および第４の重錘体８４０のうちの一方の重錘体がＸ軸正方向へ運動しているときには、必ずもう一方の重錘体がＸ軸負方向へと運動することになり、装置筐体８０５に対してはＸ軸の正負両方向の力が加わることになる。同様に、第２の重錘体８２０および第３の重錘体８３０のうちの一方の重錘体がＹ軸正方向へ運動しているときには、必ずもう一方の重錘体がＹ軸負方向へと運動することになり、装置筐体８０５に対してはＹ軸の正負両方向の力が加わることになる。したがって、装置筐体８０５全体としては、外部への振動漏れを抑制することができる。また、一対の重錘体の運動方向が逆向きになるため、同じ角速度に起因して、一方の重錘体に作用するコリオリ力と他方の重錘体に作用するコリオリ力とは逆向きになる。よって、一方の重錘体から得られる検出信号と他方の重錘体から得られる検出信号とは、符号が逆になる。そこで、これら両検出信号の差に基づいて最終的な検出値を出力する差動検出が可能になり、温度変動や加速度の作用といった外乱による影響を相殺した正確な検出値を得ることができる。具体的には、第１の重錘体８１０に基づく検出値と、第４の重錘体８４０に基づく検出値との差によって、所定軸まわりの角速度を求めることができ、第２の重錘体８２０に基づく検出値と、第３の重錘体８３０に基づく検出値との差によって、所定軸まわりの角速度を求めることができる。ここで、第１の重錘体８１０と第４の重錘体８４０はＸ軸方向に運動するので、Ｙ軸まわりの角速度ωｙとＺ軸まわりの角速度ωｚを求めることができ、第２の重錘体８２０と第３の重錘体８３０はＹ軸方向に運動するので、Ｘ軸まわりの角速度ωｘとＺ軸まわりの角速度ωｚを求めることができる。このように、３軸まわりの角速度をそれぞれ容易に検出することができる。
【０１４２】
＜＜＜  ７．４  第４の構成例  ＞＞＞
図４０は、第４の構成例に係る角速度センサ９００の構造概念図である。装置筐体９０５内には、４組の重錘体９１０，９２０，９３０，９４０が収容されている。ここでは、図示のように、水平方向に第１の軸Ａ５、垂直方向に第２の軸Ａ６が定義されており、両軸は中心点において直交する。第１の軸Ａ５の中心点の両側に第１の重錘体９１０および第２の重錘体９２０が配置され、第２の軸Ａ６の中心点の両側に第３の重錘体９３０および第４の重錘体９４０が配置されている。
【０１４３】
ここで、第１の重錘体９１０、第２の重錘体９２０、第３の重錘体９３０、第４の重錘体９４０は、それぞれ接続部材９０１を介して装置筐体９０５に接続されており、更に、第１の重錘体９１０と第２の重錘体９２０との相互間と、第３の重錘体９３０と第４の重錘体９４０との相互間も、接続部材９０１を介して接続されている。なお、第１の重錘体９１０と第２の重錘体９２０とを相互に接続する接続部材９０１と、第３の重錘体９３０と第４の重錘体９４０とを相互に接続する接続部材９０１とは、第１の軸Ａ５および第２の軸Ａ６の交点位置の連結部９５０で連結されている。もっとも、この連結部９５０による連結は行わなくてもよい。また、この連結部９５０を装置筐体９０５に固定するようにしてもよい。
【０１４４】
このような構成の角速度センサ９００を用いて検出を行うには、第１の重錘体９１０および第２の重錘体９２０を第１の軸Ａ５（Ｘ軸）に沿って互いに逆方向に振動させ、第３の重錘体９３０および第４の重錘体９４０を第２の軸Ａ６（Ｙ軸）に沿って互いに逆方向に振動させるように、所定の励振用導電路に所定の交流電流を供給する。上述したように、互いに逆方向に振動する一対の重錘体を用いれば、差動検出が可能になる。すなわち、第１の重錘体９１０に基づく検出値と第２の重錘体９２０に基づく検出値との差に基づいて第１の角速度の検出値を出力することができ、第３の重錘体９３０に基づく検出値と第４の重錘体９４０に基づく検出値との差に基づいて第２の角速度の検出値を出力することができる。このような差動検出を行うと、外部への振動漏れが抑制でき、また、温度変動や加速度の作用といった外乱による影響を相殺した正確な検出値を得ることができる点は既に述べたとおりである。ここで、第１の重錘体９１０と第２の重錘体９２０はＸ軸方向に運動するので、Ｙ軸まわりの角速度ωｙとＺ軸まわりの角速度ωｚを求めることができ、第３の重錘体９３０と第４の重錘体９４０はＹ軸方向に運動するので、Ｘ軸まわりの角速度ωｘとＺ軸まわりの角速度ωｚを求めることができる。このように、３軸まわりの角速度をそれぞれ容易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明に係る角速度センサにおいて、重錘体をＹ軸方向に運動させる原理を示す図である。
【図２】本発明に係る角速度センサにおいて、重錘体がＹ軸方向に運動している状態で、Ｘ軸まわりの角速度ωｘが作用したときの現象を示す図である。
【図３】本発明に係る角速度センサにおいて、重錘体がＹ軸方向に運動している状態で、Ｚ軸まわりの角速度ωｚが作用したときの現象を示す図である。
【図４】本発明に係る角速度センサにおいて、重錘体をＸ軸方向に運動させる原理を示す図である。
【図５】本発明に係る角速度センサにおいて、重錘体がＸ軸方向に運動している状態で、Ｙ軸まわりの角速度ωｙが作用したときの現象を示す図である。
【図６】本発明に係る角速度センサにおいて、重錘体がＸ軸方向に運動している状態で、Ｚ軸まわりの角速度ωｚが作用したときの現象を示す図である。
【図７】本発明に係る角速度センサにおいて、重錘体がＹ軸方向に運動している状態で、Ｚ軸まわりの角速度ωｚが作用したときに生じるコリオリ力Ｆｘを検出する原理を説明する図である。
【図８】本発明に係る角速度センサにおいて、重錘体がＸ軸方向に運動している状態で、Ｚ軸まわりの角速度ωｚが作用したときに生じるコリオリ力Ｆｙを検出する原理を説明する図である。
【図９】本発明に係る角速度センサにおいて、重錘体がＹ軸方向に運動している状態で、Ｘ軸まわりの角速度ωｘが作用したときに生じるコリオリ力Ｆｚを検出する原理を説明する図である。
【図１０】本発明に係る角速度センサにおいて、重錘体がＸ軸方向に運動している状態で、Ｙ軸まわりの角速度ωｙが作用したときに生じるコリオリ力Ｆｚを検出する原理を説明する図である。
【図１１】本発明に係る角速度センサを構成する重錘体上に形成される導電路の１つのパターンを示す平面図である。
【図１２】本発明に係る角速度センサを構成する重錘体上に形成される導電路の典型的なパターンを示す平面図である。
【図１３】本発明に係る角速度検出装置の基本構成を示すブロック図である。
【図１４】図１３に示す角速度検出装置を用いて、三軸まわりのすべての角速度を検出する手順を示す図表である。
【図１５】図１３に示す角速度検出装置に、フィードバック制御機能を付加した装置の基本構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係る係る角速度センサ２００の構造を示す縦断面図である。
【図１７】図１６に示す角速度センサ２００内の板状構造体２３０の横断面図である。
【図１８】図１６に示す角速度センサ２００の磁気ヘッド部分の拡大図である。
【図１９】図１６に示す角速度センサ２００に形成される閉じた磁気回路を示す図である。
【図２０】本発明の別な一実施形態に係る係る角速度センサ２００Ａの構造を示す縦断面図である。
【図２１】本発明の更に別な一実施形態に係る係る角速度センサ２００Ｂの構造を示す縦断面図である。
【図２２】図２１に示す実施形態に変形を施した角速度センサ２００Ｃの構造を示す縦断面図である。
【図２３】本発明の更に別な一実施形態に係る係る角速度センサ３００の構造を示す縦断面図である。
【図２４】本発明に係る角速度センサに用いる板状構造体の変形例を示す横断面図である。
【図２５】本発明に係る角速度センサに用いる板状構造体の別な変形例を示す横断面図である。
【図２６】本発明に係る角速度センサにおいて、重錘体の基板面に平行な磁束を生成させる実施形態の構成を示す図である。
【図２７】図２６に示す実施形態において、重錘体がＺ軸方向に運動している状態で、Ｙ軸まわりの角速度ωｙが作用したときに生じるコリオリ力Ｆｘを検出する原理を説明する図である。
【図２８】重錘体の基板面に平行な磁束を用いる実施形態に係る角速度センサ４００の構造を示す縦断面図である。
【図２９】重錘体の基板面に平行な磁束を用いる別な実施形態に係る角速度センサ５００の構造を示す横断面図である。
【図３０】本発明に係る角速度センサにおいて、重錘体を回転運動させるために供給する交流電流波形を示すグラフである。
【図３１】重錘体上の４組の励振用導電路に対して、図３０に示す交流電流Ｉ１〜Ｉ４を供給した状態を示す平面図である。
【図３２】図３１に示す交流電流およびこれによって生じるローレンツ力の向きを、各時刻ごとに分けて示した平面図である。
【図３３】図３２に示す各時刻ごとのローレンツ力によって生じる重錘体の回転運動の軌跡を示す平面図である。
【図３４】図３３に示す回転運動の各時点において、特定の軸まわりの角速度を検出する手法を示す図表である。
【図３５】重錘体の変位検出に容量素子を併用した実施形態に係る角速度センサ６００の構造を示す縦断面図である。
【図３６】図３５に示す角速度センサ６００を用いて、特定の軸まわりの角速度を検出する手法を示す図表である。
【図３７】２組の重錘体を利用した角速度センサ７００の構造概念図である。
【図３８】３組の重錘体を利用した角速度センサ７００Ａの構造概念図である。
【図３９】４組の重錘体を利用した角速度センサ８００の構造概念図である。
【図４０】４組の重錘体を利用した別な角速度センサ９００の構造概念図である。
【符号の説明】
【０１４６】
１０：重錘体
２０：接続部材
３０：装置筐体
４０，５０，６０：磁界発生手段
１００：角速度センサ
１０１：励振用導電路
１０２：検出用導電路
１０３：磁界発生手段
１１０：電流供給回路
１２０：電圧検出回路
１３０：制御装置
１３５：フィードバック制御装置
２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ：角速度センサ
２１０：底板
２１１，２１２：挿通孔
２１５：底板
２２０：キャップ
２２１：磁気ヘッド
２２５：キャップ
２２６：磁気ヘッド
２２８：キャップ
２３０，２３０Ａ，２３０Ｂ：板状構造体
２３１，２３１Ａ，２３１Ｂ：中央部
２３２，２３２Ａ，２３２Ｂ：可撓部
２３３，２３３Ａ，２３３Ｂ：周囲部
２４０：台座
２５０：支持部材
２５１：磁気ヘッド
２６０，２６５：磁石
２６６：磁気ヘッド
２６７：磁石
２６８：磁気ヘッド
２６９：磁石
２７１，２７２，２７３，２７４：配線ピン
２８１，２８２：ボンディングワイヤ
２９０：磁気回路
３００：角速度センサ
３１０：底板
３２０：キャップ
３３０：板状構造体
３３１：中央部
３３２：可撓部
３３３：周囲部
３４０：台座
３５０：支持部材
３５１：磁気ヘッド
３６０：磁石
３７０：片持梁部材
３７１：磁気ヘッド
３８１，３８２：配線ピン
３９１，３９２：ボンディングワイヤ
４００：角速度センサ
４１０：底板
４２０：キャップ
４２１：磁気ヘッド
４３１：中心部材
４３２：可撓部材
４３３：周囲部材
４４０：台座
４５０：磁石
４６０：磁気ヘッド
４７１，４７２：配線ピン
４８１，４８２：ボンディングワイヤ
５００：角速度センサ
５１０：パッケージ
５３１：中心部材
５３２：可撓部材
５３３：周囲部材
５４０：磁気回路構成部
５４１：磁気ヘッド
５５０：磁気回路構成部
５５１：磁気ヘッド
５６０：磁石
６００：角速度センサ
６１０：パッケージ
６２０：磁石
６３１：中心部材
６３２：可撓部材
６３３：周囲部材
６４１：変位電極
６４２：固定電極
７００，７００Ａ：角速度センサ
７０５：装置筐体
７０１：接続部材
７１０，７２０，７３０：重錘体
７５５：装置筐体
８００：角速度センサ
８０５：装置筐体
８０１：接続部材
８１０，８２０，８３０，８４０：重錘体
９００：角速度センサ
９０５：装置筐体
９０１：接続部材
９１０，９２０，９３０，９４０：重錘体
９５０：連結部
Ａ，Ａ１〜Ａ６：配置軸
ｄ：軸間距離
Ｅ：交流電圧
Ｅref ：基準交流波形
Ｅｘ：Ｘ軸方向の導電路に生じる起電力
Ｅｙ：Ｙ軸方向の導電路に生じる起電力
Ｅｚ：Ｚ軸方向の導電路に生じる起電力
Ｉ，Ｉｘ，Ｉｙ，Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４：導電路への供給電流
Ｆｂ：フィードバック信号
Ｆｘ：Ｘ軸方向に作用するコリオリ力
Ｆｙ：Ｙ軸方向に作用するコリオリ力
Ｆｚ：Ｚ軸方向に作用するコリオリ力
Ｋｘ１，Ｋｘ２：Ｘ方向検出用導電路
Ｋｙ１，Ｋｙ２，Ｋｙ３，Ｋｙ４：Ｙ方向検出用導電路
Ｌｘ０，Ｌｘ１，Ｌｘ２：Ｘ方向励振用導電路
Ｌｙ１，Ｌｙ２：Ｙ方向励振用導電路
Ｏ：ＸＹＺ座標系の原点
Ｒ（ｔ０）〜Ｒ（ｔ７）：ローレンツ力
Ｓｑ１，Ｓｑ２：導電路配置の目安となる四角形
ｔ０〜ｔ８：時刻
Ｕｘ：Ｘ軸方向の運動／振動
Ｕｙ：Ｙ軸方向の運動／振動
Ｕｚ：Ｚ軸方向の運動／振動
Ｖｘ，−Ｖｘ：Ｘ軸方向への接線速度
Ｖｙ，−Ｖｙ：Ｙ軸方向への接線速度
Ｘ，Ｙ，Ｚ：三次元座標系の各座標軸
φｘｄ：ほぼＸ軸方向を向きながら広がる磁束
φｚ：Ｚ軸方向に平行な磁束
φｚｄ：ほぼＺ軸方向を向きながら広がる磁束
ω：加速度検出値
ωｘ：Ｘ軸まわりの角速度
ωｙ：Ｙ軸まわりの角速度
ωｚ：Ｚ軸まわりの角速度
【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】
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【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】
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【図１７】
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【図１８】
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【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】
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【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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