JPH09159461A - 角速度センサとそのセンサ素子および角速度演算方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動子に励起されたｘ軸方向の振動の漏れに
起因するオフセット成分の低減を通してセンサの感度向
上を図る。 【解決手段】 基部から突出した第１振動子と第２振動
子は、ｘ軸に沿った定常振動のｙ軸方向への漏れにより
起きる楕円運動の挙動がｘ軸を中心に対象となるよう質
量調整されており、この楕円運動を規定する振動変遷軸
ｘ０は、第１振動子でｘ軸から＋ｙ方向に、第２振動子
ではｘ軸から−ｙ方向にそれぞれ角度θだけずれてい
る。このため、この楕円運動によるオフセット成分は、
第１振動子と第２振動子とではｙ軸方向に反転して現わ
れる。そして、第２振動子では、第１振動子とｘ軸方向
の振動の向きが逆なので、第２振動子から得られる検出
出力では、オフセット成分は第１振動子と同位相で現わ
れ、検出振動成分は、第１振動子と逆位相で現われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基部から第１振動
子と第２振動子を突出して備えるセンサ素子とこれを用
いて回転角速度を求める角速度センサおよび角速度演算
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の角速度センサでは、角速
度算出に当たり、そのセンサ素子を構成する振動子をｘ
−ｙ平面におけるｘ軸に沿って定常の振動状態に置く。
そして、この振動状態にある振動子にｘ−ｙ平面と直交
するｚ軸回りに回転角速度が加わると、当該振動子には
定常の振動方向と交差してｙ軸方向にコリオリの力が作
用し、コリオリの力に起因して新たに励起したｙ軸方向
の振動（検出振動）がｘ軸方向の定常の振動に加わる。
このため、振動子は全体として楕円運動を起こすので、
この楕円運動におけるｙ軸方向の振動成分（検出振動成
分）を電気信号（交流電圧）として取り出すことが行な
われている。この場合、上記の楕円運動はその運動の周
期がｘ軸方向の定常振動に依存することから、ｙ軸方向
の検出振動成分は、ｘ軸方向の振動と位相の相関がある
振動成分となり、その位相はｘ軸方向の定常振動に依存
して定まる。そして、この検出振動成分を取り出した電
気信号の周波数も、その位相はｘ軸方向の定常振動に依
存して定まり、コリオリの力に起因して新たに励起した
ｙ軸方向の振動の周波数となる。

【０００３】ところで、ｚ軸回りの回転角速度に基づく
コリオリの力は、ｘ軸方向の振動の振幅に比例した大き
さを示し、ｙ軸方向の振動を引き起こす。よって、コリ
オリの力、延いてはこの力を振動子に作用させる回転角
速度の検出感度を高めるには、ｘ軸方向の振幅を大きく
し、振動子のｘ軸方向の振動の固有振動数とｙ軸方向の
固有振動数をできるだけ近似させることが望ましい。従
って、従来は、ｘ軸，ｙ軸の固有振動数を近似させるた
めに、往々にして振動子のｘ−ｙ平面における断面形状
を正方形にすることが行なわれている。また、断面形状
をこのようにすることに加え、質量の付加或いは除去に
より、上記の両固有振動数をより近似させることも行な
われている。

【０００４】この場合、振動子の断面形状を正方形にし
たりｘ軸，ｙ軸の固有振動数を近似させたりすると、こ
のｘ軸，ｙ軸の振動モードも近似する。よって、振動子
をｘ軸方向に定常の振動状態に置くと、この振動がｙ軸
方向に漏れて、振動子には、当初置かれたｘ軸方向の定
常振動にこの漏れに起因する漏れ振動が加わる。よっ
て、ｚ軸回りに回転角速度が加わっていないにも拘ら
ず、この漏れ振動のｙ軸方向に沿った振動成分（オフセ
ット成分）が検出されてしまい、このオフセット成分が
ｚ軸回りに回転角速度が加わったときのｙ軸方向の検出
振動に重畳する。従って、オフセット成分の低減がセン
サの感度向上にも必要となり、種々の技術が提案されて
いる。

【０００５】例えば、特開昭６０−４９２１６には、振
動子の振動状態を検出するために対向して配置された二
つの圧電素子（検出用圧電素子）から得られる信号のう
ち、一方の圧電素子からの信号の位相反転をする技術が
提案されている。この技術によれば、当該信号に含まれ
るコリオリの力に起因したｙ軸方向の検出振動成分につ
いては、対向する二つの検出用圧電素子に逆位相で現わ
れるので、位相反転により同位相とする。その一方、オ
フセット成分については、当該成分は対向する二つの検
出用圧電素子にｘ軸方向の振動とは位相の相関がない信
号として現われるので、位相反転により逆位相とし、両
信号の加算合成時にオフセット成分を低減させることが
行なわれている。

【０００６】また、この角速度センサの搭載対象、例え
ば車両や産業用ロボット等にあっては、車両等に横加速
度等が加わると、この横加速度がセンサの検出出力に外
乱として含まれセンサの検出感度を低下させる。このた
め、従来は、２本の振動子を用い、この２本の振動子の
ｘ軸方向における振動の向きを逆にして、センサに加わ
った外乱が反映する成分（外乱成分）を各振動子で逆位
相で発現させ、各振動子からの検出出力の加算合成時に
この外乱成分を相殺することがなされていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た公報で提案された角速度センサにあっても、以下にそ
の理由と共に記すようにセンサの検出感度が低下すると
いう問題が起きた。

【０００８】振動子にｚ軸回りに回転角速度が加わって
いない状態において現われる上記の漏れ振動は、振動子
におけるｘ軸方向の振動と位相の関係がないと思われて
いたが、実際にはこのｘ軸方向の振動の所定関係にある
ことが実験的に確認されるに至った。この様子を図をも
って説明すると、図１３に示すように、振動子１００を
ｘ軸方向に沿った定常の振動状態に置くと、振動子１０
０の振動は、ｙ軸方向への漏れ振動がｘ軸方向の定常振
動に加わることで次第に変遷し、やがて振動子１００
は、定常の振動とされた際の振動方向（ｘ軸方向）から
所定角度θだけずれた軸（以下、この軸を振動変遷軸ｘ
０という）を長軸とする偏平の楕円運動を起こす（図１
３（ｂ））。この場合、振動変遷軸ｘ０は、漏れ振動の
漏れの方向によって定まる。また、この楕円運動はその
運動の周期がｘ軸方向の定常振動に依存することから、
この楕円運動について検出方向たるｙ軸方向で得られる
振動成分、即ちオフセット成分は、上記した検出振動成
分と同様に、ｘ軸方向の振動と位相の相関がある振動成
分となり、その位相はｘ軸方向の定常振動に依存して定
まる。このため、オフセット成分と検出振動成分の位相
差は、漏れ振動の漏れの方向（＋ｙ方向と−ｙ方向）が
変わらない限り同じとなる。

【０００９】そして、このオフセット成分は、対向する
二つの検出用圧電素子１０２，１０４にて検出され、そ
の際には、この二つの検出用圧電素子１０２，１０４に
は、図１４に示すように、コリオリの力に起因したｙ軸
方向の検出振動成分と同様に逆位相で現われる。このた
め、位相反転による逆位相化を経た加算合成によって
は、検出振動成分が打ち消されてしまうので、このオフ
セット成分を打ち消すことはできない。ましてや、二つ
の検出用圧電素子１０２，１０４から得られる信号につ
いて位相反転を行なわないとすれば、検出振動成分の検
出ができないことから、位相反転によらずに加算或いは
減算合成してもオフセット成分を打ち消すこともできな
い。また、漏れ振動に起因する振動子の楕円運動の長軸
と検出方向たるｙ軸とが斜めに交差することから、オフ
セット成分は大きな値として検出される。

【００１０】なお、漏れ振動の漏れの方向やｘ軸方向の
定常振動との位相の関係を示す角度θは、振動子の材
質，組成や環境温度により定まることも実験的に判明し
た。

【００１１】また、横加速度等の外乱成分を相殺するた
めに２本の振動子１００，１００ａを用いた場合では、
ｘ軸方向の振動の向きは逆ではあるものの、それぞれの
振動子にはｘ軸方向の振動と位相の関連をもって個別に
上記した楕円運動が起きる（図１３（ｃ））。その一
方、コリオリの力に起因したｙ軸方向の検出振動も、既
述したようにｘ軸方向の振動とは位相の関連をもってそ
れぞれの振動子に現われる。このため、それぞれの振動
子ごとの検出用圧電素子の対（検出用圧電素子１０２と
検出用圧電素子１０４の対，検出用圧電素子１０２ａと
検出用圧電素子１０４ａの対）では、オフセット成分と
検出振動成分とは逆位相で現われる。従って、２本の振
動子を用いた場合であっても、オフセット成分はそれぞ
れの振動子における検出用圧電素子の出力の位相反転を
経た加算合成によっては打ち消されない。

【００１２】また、このオフセット成分は、異なる振動
子における圧電素子の対、具体的には振動子１００の検
出用圧電素子１０２と振動子１００ａの検出用圧電素子
１０４ａの対，検出用圧電素子１０２ａと検出用圧電素
子１０４の対，検出用圧電素子１０２と検出用圧電素子
１０２ａの対，検出用圧電素子１０４と検出用圧電素子
１０４ａの対をもってしても、以下の理由から、打ち消
されることはない。

【００１３】上記の両振動子ではｘ軸方向の振動の向き
が逆であることから、各振動子におけるオフセット成分
と検出振動成分は、この両成分をもたらす振動の向き
（即ち、両成分の符号）が振動子同士では逆向きとなる
が、各振動子では同じとなる。例えば、振動子１００の
検出振動成分が＋ｙ方向であれば、振動子１００ａでは
検出振動成分が−ｙ方向となり、そして、この時の振動
子１００でのオフセット成分が振動子１００についての
検出振動成分から所定の位相差をもって＋ｙ方向から−
ｙ方向に推移していれば、振動子１００ａではこの振動
子についての検出振動成分から所定の位相差をもってオ
フセット成分は−ｙ方向から＋ｙ方向に推移しているこ
とになる。また、この場合の振動子１００についてのオ
フセット成分と検出振動成分との位相差と振動子１００
ａについてのオフセット成分と検出振動成分との位相差
は、既述したように同一となる。このため、振動子１０
０ａの検出用圧電素子１０２ａは振動子１００の検出用
圧電素子１０４と等価となり、検出用圧電素子１０４ａ
は検出用圧電素子１０２と等価となる。

【００１４】よって、検出用圧電素子１０２と検出用圧
電素子１０４ａとであっても、振動子１００についての
検出用圧電素子１０２と検出用圧電素子１０４の対の場
合と同様、位相反転を経た加算合成によっては勿論、信
号の減算合成によっても、オフセット成分だけを検出振
動とは別個に相殺することはできない。上記したその他
の検出用圧電素子の対についても同様である。

【００１５】本発明は、上記問題点を解決するためにな
され、オフセット成分の低減を通してセンサの感度向上
を図り、延いては回転角速度を正確に求めることを目的
とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】か
かる課題を解決するため、第１の発明のセンサ素子は、
基部から第１振動子と第２振動子を突出して備えるセン
サ素子であって、前記第１振動子と第２振動子とに第１
の軸に沿った定常振動を励起する励振手段と、前記第１
の軸に直交する第２の軸に沿って前記第１振動子に励起
された振動を検出する第１検出手段と、前記第２の軸に
沿って前記第２振動子に励起された振動を検出する第２
検出手段とを有し、前記第１振動子と第２振動子とは、
前記定常振動の状態に置かれた前記第１，第２振動子に
前記第１と第２の軸とに直交する第３の軸回りの回転角
速度が加わっていない非検出状態において前記第１，第
２振動子に発現する運動の挙動の軌跡が前記第１の軸を
中心に対称となるように構成されている。

【００１７】上記構成を有する第１の発明のセンサ素子
では、基部から突出した第１振動子と第２振動子とは、
励振手段により第１の軸（以下、この軸を便宜上ｘ軸と
する）に沿った定常振動の状態に置かれる。その一方、
第１振動子と第２振動子とに第２の軸（以下、この軸を
便宜上ｙ軸とする）に沿って励起された振動は、第１検
出手段と第２検出手段とにより検出される。そして、第
１の発明のセンサ素子では、以下のようにして、第１検
出手段と第２検出手段から得られる検出出力に含まれる
オフセット成分を打ち消すことができる。

【００１８】ｘ軸に沿った定常振動の状態に置かれた第
１振動子と第２振動子には、この定常振動のｙ軸方向へ
の漏れによる漏れ振動が加わるので、回転角速度が加わ
っていない非検出状態においてこの漏れ振動に起因した
楕円運動が発現する。この場合、第１振動子の楕円運動
の挙動の軌跡と第２振動子の楕円運動の挙動の軌跡とは
ｘ軸を中心に対称とされている。ここで、両振動子の楕
円運動の挙動の軌跡がｘ軸を中心に対称であることと
は、第１振動子と第２振動子をそのｘ−ｙ断面で原点が
一致するように重ね合わせた場合に、その楕円運動の挙
動の軌跡を規定する振動変遷軸ｘ０がｘ軸（又はｙ軸）
を中心に対称であることをいう。つまり、図１に示すよ
うに、この振動変遷軸ｘ０は、第１振動子でｘ軸から＋
ｙ方向に角度θだけずれていれば、第２振動子ではｘ軸
から−ｙ方向に角度θだけずれることになる。このた
め、漏れ振動に起因した楕円運動についてｙ軸方向の振
動成分（オフセット成分）は、第１振動子と第２振動子
とではｙ軸方向に反転して現われる。

【００１９】その一方、定常振動の状態に置かれた第１
振動子と第２振動子に第３の軸回りの回転角速度が加わ
ってコリオリの力が振動子に作用すると、第１振動子と
第２振動子は、コリオリの力を受けて新たな楕円運動を
起こす。この回転角速度に起因する楕円運動についての
ｙ軸方向の振動成分（検出振動成分）は、ｘ軸方向の定
常振動に依存して定まる。そして、この検出振動成分と
上記したオフセット成分とは、共に第１振動子と第２振
動子ごとのｘ軸方向の定常振動に依存するものの、第１
振動子と第２振動子とでは、以下に示すようにその位相
差が１８０度異なるものとなる。

【００２０】図２に示すように、第１，第２振動子がｘ
軸方向に定常振動の状態に置かれその振動方向が一致す
る場合、即ち、同じ軸たるｘ軸方向に同位相で振動して
いる振動状態の場合には、第１振動子では、その漏れ振
動の方向が従来と同じである。よって、第１振動子のｙ
＋面とｙ−面での検出出力におけるオフセット成分と検
出振動成分の出力は従来と変わることはない。しかし、
第２振動子では、第１振動子とｘ軸方向に同一の向きで
振動しているものの、その漏れ振動の方向が従来と反転
していることから、第２振動子のｙ＋面とｙ−面での検
出出力におけるオフセット成分は、第１振動子のｙ＋面
とｙ−面でのオフセット成分とその位相が１８０度ずれ
て現われる。しかし、両振動子のｘ軸方向の振動の向き
が同一なので、第２振動子のｙ＋面とｙ−面での検出出
力における検出振動成分は、第１振動子のｙ＋面とｙ−
面と同じ位相で現われる。よって、第１振動子と第２振
動子とでは、検出振動成分とオフセット成分との位相差
は１８０度異なる。

【００２１】一方、図３に示すように、第１，第２振動
子がｘ軸方向に定常振動の状態に置かれその振動方向が
逆向きの場合、即ち、同じ軸たるｘ軸方向に逆位相で振
動している振動状態の場合には、次のようになる。ま
ず、この場合であっても、第１振動子ではその漏れ振動
の方向が従来と同じなので、第１振動子のｙ＋面とｙ−
面での検出出力におけるオフセット成分と検出振動成分
の出力は従来と変わることはない。しかし、第２振動子
では、第１振動子とｘ軸方向に逆向きで振動しており、
しかもその漏れ振動の方向が従来と反転していることか
ら、第２振動子のｙ＋面とｙ−面での検出出力における
オフセット成分は、第１振動子のｙ＋面とｙ−面でのオ
フセット成分と同位相で現われる。しかし、両振動子の
ｘ軸方向の振動の向きが逆なので、第２振動子のｙ＋面
とｙ−面での検出出力における検出振動成分は、第１振
動子のｙ＋面とｙ−面と逆位相で現われる。よって、両
振動子のｘ軸方向の振動の向きが逆でも、第１振動子と
第２振動子とでは、検出振動成分とオフセット成分との
位相差は１８０度異なることになる。

【００２２】従って、第１振動子と第２振動子がｘ軸方
向にその振動の向きを一致させて定常振動する場合に
は、図２に示す第１振動子のｙ＋面での検出出力と第２
振動子のｙ＋面での検出出力とを用いれば、或いは第１
振動子のｙ−面での検出出力と第２振動子のｙ−面での
検出出力とを用いれば、これら出力における検出振動成
分は同位相でオフセット成分は逆位相であるので、出力
の加算合成によりオフセット成分のみを相殺することが
できる。また、図２に示す第１振動子のｙ＋面での検出
出力と第２振動子のｙ−面での検出出力とを用いれば、
或いは第１振動子のｙ−面での検出出力と第２振動子の
ｙ＋面での検出出力とを用いれば、これら出力における
検出振動成分は逆位相でオフセット成分は同位相である
ので、出力の位相反転を経た加算合成によりオフセット
成分のみを相殺することができる。

【００２３】その一方、第１振動子と第２振動子がｘ軸
方向にその振動の向きを逆にして定常振動する場合に
は、図３に示す第１振動子のｙ＋面での検出出力と第２
振動子のｙ＋面での検出出力とを用いれば、或いは第１
振動子のｙ−面での検出出力と第２振動子のｙ−面での
検出出力とを用いれば、これら出力における検出振動成
分は逆位相でオフセット成分は同位相であるので、出力
の位相反転を経た加算合成によりオフセット成分のみを
相殺することができる。また、図３に示す第１振動子の
ｙ＋面での検出出力と第２振動子のｙ−面での検出出力
とを用いれば、或いは第１振動子のｙ−面での検出出力
と第２振動子のｙ＋面での検出出力とを用いれば、これ
ら出力における検出振動成分は同位相でオフセット成分
は逆位相であるので、出力の加算合成によりオフセット
成分のみを相殺することができる。

【００２４】つまり、第１の発明のセンサ素子では、第
１，第２振動子についてそれぞれ検出したｙ軸方向の振
動状態の検出出力から、両振動子のｘ軸方向の定常振動
の向きに拘らず、オフセット成分を除去できる。よっ
て、第１の発明のセンサ素子によれば、オフセット成分
が除去された検出結果をセンサ出力として用いることで
センサの感度向上を図ることができる。なお、第１振動
子では振動変遷軸ｘ０がｘ軸から−ｙ方向に角度θだけ
ずれ、第２振動子でｘ軸から＋ｙ方向に角度θだけずれ
るようにしてもよいことは勿論である。

【００２５】上記した構成の第１の発明のセンサ素子に
おいて、前記第１振動子と第２振動子とは、その少なく
とも一方が質量調整を受けて、前記非検出状態における
前記運動の挙動の軌跡が前記第１の軸を中心に対称とな
るように構成されている。

【００２６】つまり、ｘ軸方向の定常振動の状態に置か
れた第１，第２振動子に非検出状態において発現する運
動の挙動の軌跡が第１の軸を中心に対称とするには、図
４に示すように、質量調整を第１振動子と第２振動子の
少なくとも一方に施せばよい。

【００２７】まず第１の例としては、振動変遷軸ｘ０を
調整前の状態から変更させる振動子（図では第２振動
子）の先端コーナー部を適宜な手法（例えば、切削や溶
融等）により所定の大きさで除去する（図４（ａ））。
この際の除去コーナー部の選定は、調整前の振動変遷軸
ｘ０と変更を望む振動変遷軸ｘ０とを参照して行なわれ
る。例えば、図示するように調整前の振動変遷軸ｘ０が
ｘ軸から＋ｙ方向にずれていれば、この当初の振動変遷
軸ｘ０のずれの方向と一致する先端コーナー部を除去コ
ーナーとする。なお、この除去コーナーは、対角の関係
にある両コーナーとなる。そして、除去コーナーに該当
する先端コーナー部を除去して質量調整するに当たって
は、第２振動子の楕円運動挙動をモニタしつつ、当該コ
ーナー部の除去範囲を徐々に拡大していく。例えば、端
面に沿った長さａと振動子の長さ方向の長さｂとを、図
示する如くａ１，ａ２…，ｂ１，ｂ２，ｂ３…のように
随時変えながら、除去範囲を拡大する。こうして、除去
コーナーの除去範囲に相当する質量が第２振動子から除
去されてその質量除去量が適切となると、調整前はｘ軸
から＋ｙ方向に角度θだけずれていた振動変遷軸ｘ０が
ｘ軸から−ｙ方向に角度θだけずれる。これで、質量調
整は終了する。

【００２８】第２の例としては、振動変遷軸ｘ０を調整
前の状態から変更させる振動子（図では第２振動子）の
先端部の側面に金属，樹脂等の質量体Ｍを適宜な手法
（例えば、半田付けや接着等）で付加する（図４
（ｂ））。この際の質量体Ｍの付加対象先端部側面やそ
の付加位置、並びに付加量（質量体の重量）は、上記し
た質量除去の場合と同様に、第２振動子の楕円運動挙動
をモニタしつつ定められる。図示する場合には、質量体
Ｍは、変更を望む振動変遷軸ｘ０のずれの方向と一致す
る先端部の側面に付加されている。

【００２９】上記した構成の第１の発明のセンサ素子に
おいて、前記励振手段は、前記第１振動子に設けられ、
前記定常振動を励起する第１励振手段と、前記第２振動
子に設けられ、前記第２振動子に前記第１振動子の定常
振動と振動の向きが逆で振幅が同一の定常振動を励起す
る第２励振手段とを有する。

【００３０】この構成のセンサ素子では、第１振動子と
第２振動子とを、その振動の向きが逆で振幅を同一にし
てｘ軸方向の定常振動の状態に置く。このため、センサ
素子に横加速度等の外乱が加わっても、その外乱成分を
相殺することができる。つまり、図３に示すように横加
速度が加わった場合、第１振動子のｙ＋面での検出出力
と第２振動子のｙ＋面での検出出力、および第１振動子
のｙ−面での検出出力と第２振動子のｙ−面での検出出
力とには、この外乱成分は同位相で現われる。しかし、
上記したようにこの場合には、オフセット成分の除去に
当たり出力の位相反転を経た加算合成がなされるので、
この加算合成により外乱成分は相殺される。また、この
外乱成分は、第１振動子のｙ＋面での検出出力と第２振
動子のｙ−面での検出出力、および第１振動子のｙ−面
での検出出力と第２振動子のｙ＋面での検出出力とには
逆位相で現われるので、この場合の出力の加算合成によ
り相殺される。この結果、この構成のセンサ素子によれ
ば、オフセット成分の除去に加えて外乱成分をも検出出
力から除去できるので、より一層のセンサの感度向上を
図ることができる。

【００３１】第２の発明の角速度センサは、振動子に加
わってコリオリの力を作用させる回転角速度を求める角
速度センサであって、請求項１又は請求項２記載のセン
サ素子の前記励振手段を起動する励振起動手段と、前記
定常振動の状態に置かれた前記第１，第２振動子に前記
第３の軸回りの回転角速度が加わってコリオリの力が両
振動子に作用している検出状態において前記第１検出手
段と前記第２検出手段とから得られる検出時出力に基づ
いて、前記回転角速度を演算する演算手段とを有する。

【００３２】上記構成を有する第２の発明の角速度セン
サでは、上記した構成の第１の発明のセンサ素子の励振
手段を励振起動手段により起動して、第１振動子と第２
振動子とをｘ軸方向に定常振動の状態に置く。そして、
この第１振動子の第１検出手段と第２振動子の第２検出
手段からそれぞれ得られた検出時出力に基づいて、演算
手段により、検出状態においてコリオリの力を作用させ
た回転角速度を演算する。上記したように第１の発明の
センサ素子の第１振動子，第２振動子について得られた
検出時出力を所定の加算合成すれば、検出出力に含まれ
ているオフセット成分を除去できる。このため、第２の
発明の角速度センサによれば、オフセット成分の影響を
受けない検出出力を回転角速度演算に用いて、容易に高
い精度で回転角速度を求めることができる。

【００３３】第３の発明の角速度演算方法は、振動子に
加わってコリオリの力を作用させる回転角速度を求める
角速度演算方法であって、基部から突出した第１，第２
振動子を、該振動子の側面に振動エネルギを与えて第１
の軸に沿った定常の振動状態に置く振動工程と、前記定
常振動の状態に置かれた前記第１，第２振動子に前記第
１の軸とこれに直交する第２の軸とに直交する第３の軸
回りの回転角速度が加わっていない非検出状態において
前記第１振動子と第２振動子とに発現する運動の挙動の
軌跡が前記第１の軸を中心に対称となるようにされた前
記第１，第２振動子について、前記第２の軸に沿ってそ
れぞれ励起された振動を検出する検出工程と、前記定常
の振動状態に置かれた前記第１，第２振動子に前記第３
の軸回りの回転角速度が加わってコリオリの力が振動子
に作用している検出状態における前記第１，第２振動子
についての検出時出力に基づいて前記回転角速度を演算
する演算工程とを有する。

【００３４】上記構成を有する第３の発明の角速度演算
方法では、基部から突出した第１振動子と第２振動子
を、該振動子の側面に振動エネルギを与えてそれぞれ第
１の軸に沿った定常の振動状態に置く。そして、このよ
うに振動状態に置かれた第１振動子と第２振動子とにつ
いて、第２の軸に沿ってそれぞれ励起された振動を検出
し、検出状態においてこの第１振動子と第２振動子とか
ら得られた検出時出力に基づいて、コリオリの力を作用
させた回転角速度を演算する。この際に検出対象となる
第１振動子と第２振動子とは、非検出状態においてこの
両振動子とに発現する運動の挙動の軌跡が第１の軸を中
心に対称となるようにされているので、第１振動子と第
２振動子とでは、検出振動成分とｘ軸方向の振動の漏れ
に起因するオフセット成分との位相差が既述したように
１８０度異なることになる。よって、第１の発明のセン
サ素子において説明したように、検出状態においてこの
第１振動子と第２振動子とから得られた検出時出力を所
定の加算合成すれば、検出出力に含まれているオフセッ
ト成分を除去できる。このため、第３の発明の角速度演
算方法によれば、オフセット成分の影響を受けない検出
出力を回転角速度演算に用いて、容易に高い精度で回転
角速度を求めることができる。

【００３５】

【発明の他の態様】本発明は、以下のような他の態様を
採ることも可能である。第１の態様は、基部から第１振
動子と第２振動子を突出して備えるセンサ素子であっ
て、前記第１振動子と第２振動子とに第１の軸に沿った
定常振動を励起する励振手段と、前記第１の軸に直交す
る第２の軸に沿って前記第１振動子に励起された振動を
検出する第１検出手段と、前記第２の軸に沿って前記第
２振動子に励起された振動を検出する第２検出手段とを
有し、前記第２の軸方向への前記定常振動の漏れにより
前記第１振動子に起きるオフセット成分と、前記第１と
第２の軸とに直交する第３の軸回りの回転角速度が加わ
って前記第１振動子に生じるコリオリの力による検出振
動成分との位相差と、前記第２の軸方向への前記定常振
動の漏れにより前記第２振動子に起きるオフセット成分
と、前記第３の軸回りの回転角速度が加わって前記第２
振動子に生じるコリオリの力による検出振動成分との位
相差との差が実質的に１８０度となるように、前記第１
振動子と第２振動子とは構成されているセンサ素子。

【００３６】この態様のセンサ素子における第１振動子
と第２振動子とでは、図２，図３に示すように検出振動
成分とオフセット成分との位相差は１８０度異なるの
で、上記したようにオフセット成分のみを相殺して、セ
ンサの感度向上を図ることができる。そして、この態様
のセンサ素子を角速度センサに用いれば、高い精度で回
転角速度を求めることができる。

【００３７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例に基づき説明する。図５は、実施例における角速度セ
ンサ１０の全体構成とこのセンサに用いられるセンサ素
子２０の外観とを示す概略構成図である。

【００３８】図示するように、角速度センサ１０は、セ
ンサ素子２０をその主要な構成部材として備え、このセ
ンサ素子２０は、第１振動子２１と第２振動子２２とを
共通する基部２３から平行に突出して備える。この基部
２３並びに第１振動子２１，第２振動子２２は、コバー
ル材等の金属弾性体により形成されている。第１振動子
２１，第２振動子２２は、図中のｘ−ｙ平面において正
方断面とされており、ｘ軸方向とｙ軸方向における振動
モードが近似されている。第１振動子２１は、ｘ軸と交
差するｙ−ｚ平面と平行な両側面に、励振用圧電素子２
１ａ，２１ｂを有し、当該圧電素子からｘ軸方向の振動
エネルギを受ける。また、第１振動子２１は、ｚ軸と交
差するｙ−ｚ平面と平行な上面のみに、検出用圧電素子
２１ｃを有し、当該振動子のｙ軸方向の振動をこの検出
用圧電素子２１ｃで電気信号に変換して出力する。同様
に、第２振動子２２は、上記両側面に励振用圧電素子２
２ａ，２２ｂを有し、上記上面のみに検出用圧電素子２
２ｃを有する。なお、これら圧電素子は、本実施例にあ
ってはピエゾ素子である。

【００３９】励振用圧電素子２１ａ，２１ｂは、対をな
して、図示しない導電ラインにより後述する励振側回路
に接続されている。このため、対となる励振用圧電素子
の一方、例えば励振用圧電素子２１ａに交流電圧が印加
されると、励振用圧電素子２１ａの伸縮により第１振動
子２１がｘ軸方向に振動する。一方、この第１振動子２
１の振動に追従した他方の励振用圧電素子２１ｂの伸縮
により、当該伸縮に応じた電気信号、即ち第１振動子２
１のｘ軸方向の振動状態を表わす電気信号（交流電圧）
が得られる。また、検出用圧電素子２１ｃは、図示しな
い導電ラインより後述の検出用回路に接続されており、
第１振動子２１に現われた振動のｙ軸方向の振動成分
を、自身の伸縮に応じた電気信号（交流電圧）に変換す
るので、第１振動子２１のｙ軸方向の振動状態を表わす
電気信号（交流電圧）がこの検出用圧電素子２１ｃから
得られる。第２振動子２２についても同様である。

【００４０】この場合、検出用圧電素子２１ｃ，２２ｃ
は、ｘ軸方向の振動の漏れに起因して起きる既述した楕
円運動についてのｙ軸方向の振動成分（オフセット成
分）と、振動子にｚ軸回りの回転角速度が加わってコリ
オリの力が作用したことにより起きる既述した楕円運動
についてのｙ軸方向の振動成分（検出振動成分）とを検
出する。

【００４１】そして、上記したセンサ素子２０にあって
は、図示するように、第２振動子２２の先端コーナー部
は、その対角の位置において所定の質量だけ切削除去さ
れている。よって、このセンサ素子２０では、ｚ軸回り
の回転角速度が振動子に加わっていない非検出状態にお
ける振動変遷軸ｘ０は、第１振動子２１にあってはｘ軸
から角度θだけ＋ｙ方向にずれており、第２振動子２２
にあっては角度θだけ−ｙ方向にずれている。このよう
に第２振動子２２における振動変遷軸ｘ０をずらすため
の質量調整は、既述した通りである（図４参照）。

【００４２】このセンサ素子２０を用いた角速度センサ
１０は、第１振動子２１，第２振動子２２をｘ軸方向に
定常的な振動状態に置くための励振側回路３０Ａ，３０
Ｂと、角速度検出用の信号を得るための検出側回路４０
とを有する。

【００４３】第１振動子２１の励振用の励振側回路３０
Ａは、圧電素子がその圧電効果により生じた電気信号を
増幅する増幅回路３２Ａと、第１振動子２１のｘ軸方向
の振動についての共振周波数を中心とした所定幅の周波
数の電気信号を選別するバンドパスフィルタ３４Ａと、
入力した電気信号のレベルに拘らず一定の出力レベルと
するオートマティックゲインコントローラ（ＡＧＣ）３
６Ａと、圧電素子に交流電圧を印加する励振回路３８Ａ
とを備える。そして、増幅回路３２Ａには励振用圧電素
子２１ｂが、励振回路３８Ａには励振用圧電素子２１ａ
がそれぞれ接続されている。よって、角速度センサ１０
は、励振用圧電素子２１ａを励振回路３８Ａにより起動
（伸縮）させて第１振動子２１をｘ軸方向に振動させ、
この励振用圧電素子２１ａへの交流電圧の印加を励振用
圧電素子２１ｂが検出した第１振動子２１のｘ軸方向の
振動状態に基づいて制御することで、第１振動子２１を
ｘ軸方向に定常的に振動させる。

【００４４】第２振動子２２の励振用の励振側回路３０
Ｂも同様の構成を備え、励振用圧電素子２２ａを励振回
路３８Ｂにより起動（伸縮）させて第２振動子２２をｘ
軸方向に定常的に振動させる。しかし、励振側回路３０
Ｂと励振側回路３０Ａとは、互いに接続されてデータの
送受信を行なういわゆるマスタースレーブの関係にあ
り、励振側回路３０Ａがマスタとされている。このた
め、励振側回路３０Ｂの励振回路３８Ｂからは、励振回
路３８Ａの出力を参照して、同じ周波数の交流電圧が、
その位相，振幅を調整して励振用圧電素子２２ａに印加
される。本実施例にあっては、位相が１８０度ずれた交
流電圧を励振用圧電素子２２ａするので、第２振動子２
２は、第１振動子２１と振動の向きが逆にＸ軸方向に振
動する。また、励振回路３８Ａ，３８Ｂから印加される
交流電圧値は、位相が異なるものの同一とされているの
で、第１振動子２１と第２振動子２２は、同一振幅で逆
向きに振動する。

【００４５】検出側回路４０は、第１振動子２１の検出
用圧電素子２１ｃと第２振動子２２の検出用圧電素子２
２ｃと接続されており、このそれぞれの圧電素子の圧電
効果により生じる電気信号（交流電圧）の位相の調整を
行なう検出バランス調整回路４１と、検出バランス調整
回路４１により調整された電気信号の出力レベルを増幅
する増幅回路４３と、交流電圧である電気信号の負の部
分を反転して正電圧とし、整流作用をはたす同期検波回
路４５と、正電圧化された電気信号を整流電圧の電気信
号とする積分回路４７と、整流電圧の電気信号の出力レ
ベルを増幅する増幅出力回路４９とを備える。この場
合、同期検波回路４５には、同期を採るべき参照信号と
して、励振回路３８Ａの出力が入力される。

【００４６】なお、検出バランス調整回路４１で行なう
位相の調整の内容は、検出用圧電素子２１ｃ，２２ｃか
ら入力される電気信号が有するそれぞれの位相に応じて
予め決定されている。例えば、両圧電素子からの電気信
号が、上記した検出振動成分を同位相で含んだものであ
れば、この両検出振動成分から回転角速度を求めるべ
く、検出バランス調整回路４１では両電気信号をその位
相通りに加算合成する位相調整が行なわれる。その一
方、両圧電素子からの電気信号が検出振動成分を逆位相
で含んだものである場合には、検出バランス調整回路４
１では位相反転により逆位相化を行なって両電気信号を
同位相に揃え、この両電気信号を加算合成する位相調整
が行なわれる。

【００４７】以下に第１振動子２１，第２振動子２２の
振動の様子と、両振動子にｚ軸回りの回転角速度が作用
したときのその回転角速度の検出の様子について、上記
各回路の動作と併せて説明する。

【００４８】励振側回路３０Ａ，３０Ｂの励振回路３８
Ａ，３８Ｂから第１振動子２１，第２振動子２２の励振
用圧電素子２１ａ，２２ａに１８０度位相がずれた交流
電圧を印加すると、各励振用圧電素子２１ａ，２２ａ
は、自身の逆圧電効果により電圧に応じて逆向きに伸縮
し、第１振動子２１と第２振動子２２をｘ軸方向に同一
振幅で逆向きに振動させる。この際、各励振用圧電素子
２１ｂ，２２ｂは、各励振用圧電素子２１ａ，２２ａが
伸びるときに縮み、各励振用圧電素子２１ａ，２２ａが
縮むときに伸びる。換言すれば、各励振用圧電素子２１
ｂ，２２ｂは、該当する振動子の振動に追従して伸縮す
る。そして、各励振用圧電素子２１ｂ，２２ｂはこの伸
縮に応じた電気信号を該当する増幅回路３２Ａ，３２Ｂ
に送り出す。よって、両電気信号は、別系統でバンドパ
スフィルタ３４Ａ，３４Ｂにより共振周波数を中心とし
た所定幅の電気信号に選別され、ＡＧＣ３６Ａ，３６Ｂ
により出力レベルを一定にされる。

【００４９】そして、励振回路３８Ａ，３８Ｂにより選
別された電気信号が各励振用圧電素子２１ａ，２２ａに
位相を逆にして印加される。従って、励振回路３８Ａに
よる励振用圧電素子２１ａへの交流電圧の印加は、励振
用圧電素子２１ｂが検出した第１振動子２１のｘ軸方向
の振動状態に基づいて一定レベルに制御されることにな
り、第１振動子２１は、ｘ軸方向に定常的に振動する。
第２振動子２２は、上記した制御に加えて交流電圧の位
相が逆とされるので、第１振動子２１とは逆向きにｘ軸
方向に定常的に振動する。

【００５０】第１振動子２１，第２振動子２２における
これらｘ軸方向の振動は、両振動子におけるｘ軸方向，
ｙ軸方向の形状の近似等によりｙ軸方向に漏れる。そし
て、この場合の第１振動子２１での漏れ振動の方向は、
ｘ軸から角度θだけ＋ｙ方向にずれており、第２振動子
２２ではｘ軸から角度θだけ−ｙ方向にずれている。こ
のため、第１振動子２１は、図１における第１振動子の
如く、ｘ軸から角度θだけ＋ｙ方向にずれた振動変遷軸
ｘ０を長軸とする偏平の楕円運動を起こす。その一方、
第２振動子２２は、図１における第２振動子の如く、ｘ
軸から角度θだけ−ｙ方向にずれた振動変遷軸ｘ０を長
軸とする偏平の楕円運動を起こす。

【００５１】そして、第１振動子２１，第２振動子２２
がそれぞれの振動変遷軸ｘ０を長軸として楕円運動を起
こしている状態にあるときに、ｚ軸の回りに回転角速度
ωが加わると、両振動子に式Ｆ＝２ｍＶ・ωで表わされ
るコリオリの力Ｆが、この振動変遷軸ｘ０と直交する方
向に作用する。この場合、第１振動子２１，第２振動子
２２のｘ軸方向の振動方向が逆であることから、コリオ
リの力Ｆは、第１振動子２１と第２振動子２２で逆向き
に作用する。ここで、ｍは振動部分の質量、Ｖは振動部
分の速度である。振動部分の速度Ｖは、式Ｖ＝Ａω・co
s ωｔで表わされる。なお、回転角速度ωが一定のとき
には、振動子の楕円運動の振動変遷軸ｘ０成分の振動の
振幅Ａに比例する。

【００５２】このようにしてコリオリの力Ｆが作用する
と、第１振動子２１，第２振動子２２は、振動変遷軸ｘ
０を長軸とする楕円運動とコリオリの力Ｆに起因する振
動とにより、全体として新たな楕円運動を起こす。そし
て、検出用圧電素子２１ｃ，２２ｃは、この新たな楕円
運動についてのｙ軸方向の振動成分に伴って伸縮し、各
素子の圧電効果により各素子の伸縮に応じた交流電圧の
電気信号、即ち回転角速度の大きさに応じた電気信号を
生じて、この電気信号を検出側回路４０に出力する。

【００５３】本実施例の角速度センサ１０では、第１振
動子２１と第２振動子２２とはｘ軸方向の振動の向きが
逆で、検出用圧電素子２１ｃ，２２ｃは第１振動子２
１，第２振動子２２の上面（ｙ＋面）にそれぞれ位置す
る。よって、検出用圧電素子２１ｃの検出出力は、図３
に示した第１振動子のｙ＋面での検出出力となり、検出
用圧電素子２２ｃの検出出力は、同じく第２振動子のｙ
＋面での検出出力となる。そして、この両検出出力が検
出側回路４０に入力される。

【００５４】検出側回路４０の検出バランス調整回路４
１では、検出用圧電素子２１ｃ，２２ｃからの電気信号
（上記検出出力）の位相が揃えられる。本実施例にあっ
ては、検出用圧電素子２１ｃの検出出力と検出用圧電素
子２２ｃの検出出力とにおける検出振動成分は逆位相な
ので、この検出バランス調整回路４１では、位相反転に
より逆位相化を行なって両電気信号を同位相に揃え、こ
の両電気信号が加算合成される。増幅回路４３では、電
気信号の出力レベルが増幅される。同期検波回路４５で
は、励振回路３８Ａの参照信号と同期して交流電圧であ
る電気信号を検波して正電圧となる。積分回路４７で
は、正電圧化された電気信号は整流電圧の電気信号とな
る。整流電圧の電気信号は、増幅出力回路４９により増
幅され、センサ出力として演算装置６２に出力される。
この演算装置６２は、入力を受けた電気信号を、予め回
転角速度と対応付けたマップに参照して、回転角速度を
演算する。

【００５５】以上説明した角速度センサ１０では、第１
振動子２１と第２振動子２２とをそれぞれの振動変遷軸
ｘ０がｘ軸を中心に対称となるよう予め質量調整し、こ
の両振動子をその振動の向きが逆となるようｘ軸方向に
振動させる。そして、第１振動子２１と第２振動子２２
とに回転角速度が加わったときのｙ軸方向の検出振動成
分を、両振動子の所定の位置に設けた検出用圧電素子２
１ｃ，２２ｃにより逆位相で検出し、その検出出力の位
相反転を経た加算合成により、回転角速度演算のための
出力を得る。この際、検出用圧電素子２１ｃ，２２ｃの
検出出力には、オフセット成分を同位相で含ませている
ので、回転角速度演算のための出力を得るの際の位相反
転を経た加算合成により、オフセット成分のみを相殺し
て検出振動成分のみを取得することができる。この結
果、本実施例の角速度センサ１０によれば、検出振動成
分のみが反映したセンサ出力により演算装置６２で回転
角速度を演算するので、センサの感度向上を図ることが
できる。

【００５６】更に、このようにセンサ出力にオフセット
成分を含まないので、次のような利点がある。振動子の
ｘ軸方向の振動の漏れの様子は環境温度等に左右され、
この漏れを規定するｘ軸からの振動変遷軸ｘ０のずれの
角度θは、環境温度により変化する。このため、従来
は、この振動の漏れに起因するオフセット成分を環境温
度に応じて補正する温度補正回路が必要であった。しか
し、角速度センサ１０にでは、環境温度によりオフセッ
ト成分が変化しても、その変化したままのオフセット成
分を検出用圧電素子２１ｃ，２２ｃの検出出力に同位相
で含ませる。このため、角速度センサ１０によれば、変
化したオフセット成分を相殺できるので、温度補正回路
が不要となり、構成の簡略化、延いてはコスト低下を図
ることができる。

【００５７】また、本実施例の角速度センサ１０では、
第１振動子２１と第２振動子２２とを、その振動の向き
が逆で振幅を同一にしてｘ軸方向に振動させ、検出用圧
電素子２１ｃ，２２ｃを該当する振動子の同じ側（上
面，ｙ＋面）に有する。よって、図３に示すように、セ
ンサ素子２０に加わった外乱、例えば横加速度に起因す
る外乱成分を、検出用圧電素子２１ｃ，２２ｃの検出出
力に同位相で含ませる。このため、角速度センサ１０に
よれば、オフセット成分と共にこの外乱成分をも、回転
角速度演算のための出力を得るの際の位相反転を経た加
算合成により相殺するので、センサの感度をより向上す
ることができる。

【００５８】なお、本実施例では第１振動子２１，第２
振動子２２および基部２３から構成されるセンサ素子２
０を金属弾性体により形成したが、適当な振動を生じる
ものであればアルミニウム，ジュラルミン，恒弾性材等
の金属や、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、ＳｉＯ₂，Ｓｉ
₃Ｎ₄，ガラス等の誘電体、水晶，ＰＺＴ，ＴｉＰｂＯ₃
等の圧電体等如何なる材料により形成しても差し支えな
い。この場合、センサ素子２０を水晶で形成した場合
は、水晶の圧電効果を利用することができるので、励振
用圧電素子の対の代わりに、水晶の逆圧電効果により振
動を与える励振用電極の対と、水晶の圧電効果により発
生する電圧を検出する検出用電極の対とを、それぞれの
振動子に設置すればよい。このようにセンサ素子２０を
水晶で形成する場合、センサ素子２０の制作は、半導体
の製造工程を用いることができ、小型の素子を高精度に
多量に作成できる。

【００５９】また、検出用圧電素子２１ｃ，２２ｃのよ
うに検出振動成分を振動子の振動から直接電気信号とし
て取り出すのではなく、対向する部材間の間隔の変位を
両部材に設けたコンデンサの静電容量の変化として捕ら
える静電容量式の検出器を用いることもできる。更に
は、振動子の形状についても特段の制約はなく、三角断
面を有する振動子としたり、音叉型の振動子とすること
ができることは勿論である。

【００６０】また、第１振動子２１，第２振動子２２に
おける検出用圧電素子２１ｃ，２２ｃの配置位置が上記
した角速度センサ１０と異なる以下の変形例とすること
もできる。この変形例を、第１振動子２１，第２振動子
２２とのｘ軸方向の振動の向きが角速度センサ１０と同
様に逆の場合と、同じ場合とに分けて説明する。

【００６１】第１振動子２１と第２振動子２２のｘ軸方
向の振動の向きが逆の場合の変形例 第１振動子２１の検出用圧電素子２１ｃはそのまま
で、第２振動子２２の検出用圧電素子２２ｃを振動子下
面に設置した第１変形例（図６）。この変形例では、検
出用圧電素子２１ｃの検出出力は、図３に示した第１振
動子のｙ＋面での検出出力となり、検出用圧電素子２２
ｃの検出出力は、同じく第２振動子のｙ−面での検出出
力となる。そして、この第１変形例では、上記の両検出
出力における検出振動成分は同位相でオフセット成分は
逆位相であるので、検出出力の加算合成によりオフセッ
ト成分のみを相殺して、検出振動成分のみが反映したセ
ンサ出力としセンサの感度向上を図ることができる。 検出用圧電素子２１ｃと検出用圧電素子２２ｃとをそ
れぞれ各振動子下面に設置した第２変形例（図７）。こ
の変形例では、検出用圧電素子２１ｃの検出出力は、図
３に示した第１振動子のｙ−面での検出出力となり、検
出用圧電素子２２ｃの検出出力は、同じく第２振動子の
ｙ−面での検出出力となる。そして、この第２変形例で
は、上記の両検出出力における検出振動成分は逆位相で
オフセット成分は同位相であるので、検出出力の位相反
転を経た加算合成によりオフセット成分のみを相殺し
て、検出振動成分のみが反映したセンサ出力としセンサ
の感度向上を図ることができる。 検出用圧電素子２１ｃを振動子下面に設置し、検出用
圧電素子２２ｃを動子上面に設置した変形例（図８）。
この変形例では、検出用圧電素子２１ｃの検出出力は、
図３に示した第１振動子のｙ−面での検出出力となり、
検出用圧電素子２２ｃの検出出力は、同じく第２振動子
のｙ＋面での検出出力となる。そして、この第３変形例
では、上記の両検出出力における検出振動成分は同位相
でオフセット成分は逆位相であるので、検出出力の加算
合成によりオフセット成分のみを相殺して、検出振動成
分のみが反映したセンサ出力としセンサの感度向上を図
ることができる。

【００６２】第１振動子２１と第２振動子２２のｘ軸方
向の振動の向きが同じ場合の変形例 検出用圧電素子２１ｃと検出用圧電素子２２ｃとをそ
れぞれ各振動子上面に設置した第４変形例（図９）。こ
の変形例では、検出用圧電素子２１ｃの検出出力は、図
２に示した第１振動子のｙ＋面での検出出力となり、検
出用圧電素子２２ｃの検出出力は、同じく第２振動子の
ｙ＋面での検出出力となる。そして、この第４変形例で
は、上記の両検出出力における検出振動成分は同位相で
オフセット成分は逆位相であるので、検出出力の加算合
成によりオフセット成分のみを相殺して、検出振動成分
のみが反映したセンサ出力としセンサの感度向上を図る
ことができる。 検出用圧電素子２１ｃと検出用圧電素子２２ｃとをそ
れぞれ各振動子下面に設置した第５変形例（図１０）。
この変形例では、検出用圧電素子２１ｃの検出出力は、
図２に示した第１振動子のｙ−面での検出出力となり、
検出用圧電素子２２ｃの検出出力は、同じく第２振動子
のｙ−面での検出出力となる。そして、この第５変形例
では、上記の両検出出力における検出振動成分は同位相
でオフセット成分は逆位相であるので、検出出力の加算
合成によりオフセット成分のみを相殺して、検出振動成
分のみが反映したセンサ出力としセンサの感度向上を図
ることができる。 検出用圧電素子２１ｃを振動子上面に設置し、検出用
圧電素子２２ｃを振動子下面に設置した第６変形例（図
１１）。この変形例では、検出用圧電素子２１ｃの検出
出力は、図２に示した第１振動子のｙ＋面での検出出力
となり、検出用圧電素子２２ｃの検出出力は、同じく第
２振動子のｙ−面での検出出力となる。そして、この第
６変形例では、上記の両検出出力における検出振動成分
は逆位相でオフセット成分は同位相であるので、検出出
力の位相反転を経た加算合成によりオフセット成分のみ
を相殺して、検出振動成分のみが反映したセンサ出力と
しセンサの感度向上を図ることができる。 検出用圧電素子２１ｃを振動子下面に設置し、検出用
圧電素子２２ｃを振動子上面に設置した第７変形例（図
１２）。この変形例では、検出用圧電素子２１ｃの検出
出力は、図２に示した第１振動子のｙ−面での検出出力
となり、検出用圧電素子２２ｃの検出出力は、同じく第
２振動子のｙ＋面での検出出力となる。そして、この第
７変形例では、上記の両検出出力における検出振動成分
は逆位相でオフセット成分は同位相であるので、検出出
力の位相反転を経た加算合成によりオフセット成分のみ
を相殺して、検出振動成分のみが反映したセンサ出力と
しセンサの感度向上を図ることができる。

【００６３】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明は上記の実施例や実施形態になんら限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種
々なる態様で実施し得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセンサ素子の作用・効果をその第１，
第２振動子の運動の挙動と共に説明するための説明図。

【図２】本発明のセンサ素子の第１，第２振動子がｘ軸
方向に同一の向きで振動している場合に各振動子から得
られる出力の様子を説明するための説明図。

【図３】本発明のセンサ素子の第１，第２振動子がｘ軸
方向に逆向きで振動している場合に各振動子から得られ
る出力の様子を説明するための説明図。

【図４】本発明のセンサ素子の第１，第２振動子に非検
出状態において発現する運動の挙動の軌跡を第１の軸を
中心に対称とするために行なう振動子の質量調整の様子
を説明するための説明図。

【図５】実施例の角速度センサ１０の全体構成とこのセ
ンサに用いられるセンサ素子２０の外観とを示す概略構
成図。

【図６】センサ素子２０の第１変形例を示す概略斜視
図。

【図７】センサ素子２０の第２変形例を示す概略斜視
図。

【図８】センサ素子２０の第３変形例を示す概略斜視
図。

【図９】センサ素子２０の第４変形例を示す概略斜視
図。

【図１０】センサ素子２０の第５変形例を示す概略斜視
図。

【図１１】センサ素子２０の第６変形例を示す概略斜視
図。

【図１２】センサ素子２０の第７変形例を示す概略斜視
図。

【図１３】従来の角速度センサでの問題点を、振動子の
運動の挙動と共に説明するための説明図。

【図１４】従来の角速度センサでの問題点を説明するた
めの説明図。

【符号の説明】 １０…角速度センサ ２０…センサ素子 ２１…第１振動子 ２１ａ，２１ｂ…励振用圧電素子 ２１ｃ…検出用圧電素子 ２２…第２振動子 ２２ａ，２２ｂ…励振用圧電素子 ２２ｃ…検出用圧電素子 ３０Ａ，３０Ｂ…励振側回路 ３８Ａ，３８Ｂ…励振回路 ４０…検出側回路 ４１…検出バランス調整回路 ４３…増幅回路 ４５…同期検波回路 ４７…積分回路 ４９…増幅出力回路 ６２…演算装置 Ｍ…質量体 ｘ０…振動変遷軸 ω…回転角速度

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基部から第１振動子と第２振動子を突出
   して備えるセンサ素子であって、 前記第１振動子と第２振動子とに第１の軸に沿った定常
   振動を励起する励振手段と、 前記第１の軸に直交する第２の軸に沿って前記第１振動
   子に励起された振動を検出する第１検出手段と、 前記第２の軸に沿って前記第２振動子に励起された振動
   を検出する第２検出手段とを有し、 前記第１振動子と第２振動子とは、前記定常振動の状態
   に置かれた前記第１，第２振動子に前記第１と第２の軸
   とに直交する第３の軸回りの回転角速度が加わっていな
   い非検出状態において前記第１，第２振動子に発現する
   運動の挙動の軌跡が前記第１の軸を中心に対称となるよ
   うに構成されているセンサ素子。
2. 【請求項２】 請求項１記載のセンサ素子であって、 前記第１振動子と第２振動子とは、その少なくとも一方
   が質量調整を受けて、前記非検出状態における前記運動
   の挙動の軌跡が前記第１の軸を中心に対称となるように
   構成されている。
3. 【請求項３】 請求項１記載のセンサ素子であって、 前記励振手段は、 前記第１振動子に設けられ、前記定常振動を励起する第
   １励振手段と、 前記第２振動子に設けられ、前記第２振動子に前記第１
   振動子の定常振動と振動の向きが逆で振幅が同一の定常
   振動を励起する第２励振手段とを有する。
4. 【請求項４】 振動子に加わってコリオリの力を作用さ
   せる回転角速度を求める角速度センサであって、 請求項１ないし請求項３いずれか記載のセンサ素子の前
   記励振手段を起動する励振起動手段と、 前記定常振動の状態に置かれた前記第１，第２振動子に
   前記第３の軸回りの回転角速度が加わってコリオリの力
   が両振動子に作用している検出状態において前記第１検
   出手段と前記第２検出手段とから得られる検出時出力に
   基づいて、前記回転角速度を演算する演算手段とを有す
   る角速度センサ。
5. 【請求項５】 振動子に加わってコリオリの力を作用さ
   せる回転角速度を求める角速度演算方法であって、 基部から突出した第１，第２振動子を、該振動子の側面
   に振動エネルギを与えて第１の軸に沿った定常の振動状
   態に置く振動工程と、 前記定常振動の状態に置かれた前記第１，第２振動子に
   前記第１の軸とこれに直交する第２の軸とに直交する第
   ３の軸回りの回転角速度が加わっていない非検出状態に
   おいて前記第１振動子と第２振動子とに発現する運動の
   挙動の軌跡が前記第１の軸を中心に対称となるようにさ
   れた前記第１，第２振動子について、前記第２の軸に沿
   ってそれぞれ励起された振動を検出する検出工程と、 前記定常の振動状態に置かれた前記第１，第２振動子に
   前記第３の軸回りの回転角速度が加わってコリオリの力
   が振動子に作用している検出状態における前記第１，第
   ２振動子についての検出時出力に基づいて前記回転角速
   度を演算する演算工程とを有する角速度演算方法。