JP2003139538A - Angular velocity sensor - Google Patents

Angular velocity sensor

Info

Publication number
JP2003139538A
JP2003139538A JP2001340699A JP2001340699A JP2003139538A JP 2003139538 A JP2003139538 A JP 2003139538A JP 2001340699 A JP2001340699 A JP 2001340699A JP 2001340699 A JP2001340699 A JP 2001340699A JP 2003139538 A JP2003139538 A JP 2003139538A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
beams
angular velocity
ninth
axis direction
velocity sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001340699A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Ouchi
智 大内
Jiro Terada
二郎 寺田
Sumio Sugawara
澄夫 菅原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2001340699A priority Critical patent/JP2003139538A/en
Publication of JP2003139538A publication Critical patent/JP2003139538A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an angular velocity sensor having a structure which needs no gap of several-micron order for a confronting movable portion, and is suitable for mass production. SOLUTION: Eighth and ninth beams 4, 5 are vibrated in the opposite phase to each other in the X-axis direction, and first, second, third, fourth and fifth beams 3, 9, 10, 11, 12 are deformed on the XY plane in accordance with the angular velocity applied around the Z-axis. The charges generated in connection with the deformation are detected from an electrode on the beam 9.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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振れ防止
用、遠隔操作用のリモコン用等に用いる角速度センサに
関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an aircraft, an automobile,
The present invention relates to an angular velocity sensor used for posture control or navigation of a moving body such as a robot, a ship, or a vehicle, for preventing camera shake of a camera or a video camera, or for a remote control for remote operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の角速度センサとしては、特開平1
0−170276号公報に記載されたものが知られてい
る。このセンサにおいては、振動体としての質量部とこ
れに対向するように電極が設けられ、電極間に働く静電
引力により質量部が振動する。この角速度センサに角速
度が与えられた時、コリオリ力が質量部に発生し、その
方向は印加された角速度の軸と質量部の振動方向に直角
である。このコリオリ力により質量部が変位し、対向す
る電極関の距離が変化する。この距離の変化による質量
部と対向電極間の静電容量の変化を用いて、角速度を検
出するように構成されている。
2. Description of the Related Art As a conventional angular velocity sensor, Japanese Patent Laid-Open No.
The thing described in the 0-170276 publication is known. In this sensor, an electrode is provided so as to face a mass portion as a vibrating body, and the mass portion vibrates due to electrostatic attraction acting between the electrodes. When an angular velocity is applied to this angular velocity sensor, Coriolis force is generated in the mass portion, and its direction is perpendicular to the axis of the applied angular velocity and the vibration direction of the mass portion. Due to this Coriolis force, the mass portion is displaced and the distance between the electrodes facing each other is changed. The angular velocity is detected by using the change in the capacitance between the mass unit and the counter electrode due to the change in the distance.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】このような角速度セン
サにおいては、対向する電極と質量部を静電力にて駆動
したり、対向する電極間の静電容量の変化を測定する場
合、効率的に駆動し、かつ、静電容量を検出するため
に、電極間距離は数ミクロンオーダーで管理しなければ
ならない。しかし、このギャップに異物やゴミ等が付着
すると、電極間のショートが発生する可能性がある。ま
た、効率的に駆動したり検出するために多数の電極を櫛
の歯のように設けている場合に、1箇所でも異物、ゴミ
等によって電極間がショートすれば静電力による駆動も
静電容量の検出もできなくなってしまうという課題を有
していた。また、このような多数の電極を形成する構造
においては、量産性にも課題がある。
In such an angular velocity sensor, when the opposing electrode and the mass portion are driven by electrostatic force, or when the change in electrostatic capacitance between the opposing electrodes is measured, the angular velocity sensor can be efficiently used. In order to drive and detect the capacitance, the distance between the electrodes must be controlled on the order of several microns. However, if foreign matter or dust adheres to this gap, a short circuit between electrodes may occur. Further, in the case where a large number of electrodes are provided like comb teeth for efficient driving and detection, if the electrodes are short-circuited even at one place due to foreign matter, dust, etc., driving by electrostatic force can be performed by electrostatic capacitance. However, there is a problem in that it is not possible to detect. Further, in such a structure in which a large number of electrodes are formed, there is a problem in mass productivity.

【0004】本発明は、この課題を解決するものであ
り、対向する可動部分に数ミクロンオーダーの間隙を必
要としない構造であり、かつ、量産性に適した角速度セ
ンサを提供することを目的とする。
The present invention is to solve this problem, and an object of the present invention is to provide an angular velocity sensor having a structure that does not require a gap of the order of several microns in the movable parts facing each other and is suitable for mass production. To do.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明はXY面内に相対
向するように設けられた第1、第2の基部と、この第
1、第2の基部により支持固定され、Y軸方向に延出し
た第1の梁と、この第1の梁を挟んで前記第1の基部よ
り対をなすようにY軸方向に延出した第2、第3の梁
と、前記第1の梁を挟み、かつ、前記第2、第3の梁と
それぞれ相対向するように前記第2の基部より対をなす
ようにY軸方向に延出した第4、第5の梁と、前記第1
の梁のY軸方向のほぼ中央部よりX軸方向に相反するよ
うにそれぞれ延出した第6、第7の梁と、この第6、第
7の梁の先端部よりそれぞれY軸方向に相反するように
延出した第8、第9の梁とを備え、前記第8、第9の梁
の内の少なくとも1つの梁を駆動することにより前記第
8、第9の梁がX軸方向に互いに逆相になるように振動
し、かつ、Z軸まわりに印加された角速度に応じて前記
第1、第2、第3、第4、第5の梁の内の少なくとも1
つの梁がXY面内で変形し、この変形に対応する物理量
が電気的に検出されるように構成されていることを特徴
とするものである。
According to the present invention, there are provided first and second base portions provided in the XY plane so as to face each other, and supported and fixed by the first and second base portions in the Y-axis direction. The first beam that extends and the second and third beams that extend in the Y-axis direction so as to form a pair with the first base with the first beam sandwiched between the first beam and the first beam. A fourth beam extending in the Y-axis direction so as to form a pair from the second base so as to face the second beam and the third beam, and the first beam.
6th and 7th beams respectively extending from the substantially central part of the Y-axis direction so as to be opposite to each other in the X-axis direction, and the tip ends of the 6th and 7th beams are opposite to each other in the Y-axis direction. And 8th and 9th beams which are extended so that the 8th and 9th beams are moved in the X-axis direction by driving at least one of the 8th and 9th beams. At least one of the first, second, third, fourth, and fifth beams vibrates so that they are in opposite phases, and depends on the angular velocity applied about the Z axis.
One beam is deformed in the XY plane, and a physical quantity corresponding to this deformation is electrically detected.

【0006】この構成により、対向する可動部分に数ミ
クロンオーダーの間隙を必要としない構造であり、か
つ、量産性に適した角速度センサを実現することができ
る。
With this structure, it is possible to realize an angular velocity sensor having a structure that does not require a gap of the order of several microns in the movable parts facing each other and is suitable for mass production.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、XY面内の相対向するように設けられた第1、第2
の基部と、この第1、第2の基部により支持固定されY
軸方向に延出した第1の梁と、この第1の梁を挟んで前
記第1の基部より対をなすようにY軸方向に延出した第
2、第3の梁と、前記第1の梁を挟み、かつ、前記第
2、第3の梁とそれぞれ相対向するように前記第2の基
部より対をなすようにY軸方向に延出した第4、第5の
梁と、前記第1の梁のY軸方向のほぼ中央部よりX軸方
向に相反するようにそれぞれ延出した第6、第7の梁
と、この第6、第7の梁の先端部よりそれぞれY軸方向
に相反するように延出した第8、第9の梁とを備え、前
記第8、第9の梁の内の少なくとも1つの梁を駆動する
ことにより前記第8、第9の梁がX軸方向に互いに逆相
になるように振動し、かつ、Z軸まわりに印加された角
速度に応じて前記第1、第2、第3、第4、第5の梁の
内の少なくとも1つの梁がXY面内で変形し、この変形
に対応する物理量が電気的に検出されるように構成され
ているため、対向する可動部分に数ミクロンオーダーの
間隙を必要としない構造であり、かつ、量産性に適する
という作用を有する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The invention according to claim 1 of the present invention is the first and second embodiments provided so as to face each other in the XY plane.
The base portion of the Y is supported and fixed by the first and second base portions.
A first beam extending in the axial direction, second and third beams extending in the Y-axis direction so as to form a pair from the first base with the first beam interposed therebetween, and the first beam And a fourth beam extending in the Y-axis direction so as to form a pair from the second base so as to face the second and third beams, respectively. A sixth beam and a seventh beam, which respectively extend from the substantially central portion of the first beam in the Y-axis direction so as to be opposite to each other in the X-axis direction, and the tip portions of the sixth and seventh beams, respectively, in the Y-axis direction. And 8th and 9th beams extending so as to be opposite to each other, and by driving at least one of the 8th and 9th beams, the 8th and 9th beams can At least one of the first, second, third, fourth, and fifth beams that vibrate in opposite directions and have an angular velocity applied around the Z axis. Is deformed in the XY plane, and the physical quantity corresponding to this deformation is electrically detected. Therefore, it is a structure that does not require a gap of the order of several microns between the movable parts facing each other, and mass production. It has the effect of being suitable for sex.

【0008】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の発明において、第1の梁及び第6、第7の梁に対して
それぞれ第2から第9の梁、第1、第2の基部が対称に
構成されているため、コリオリ力を高精度に検出できる
という作用を有する。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the second beam to the ninth beam, the first beam, and the second beam with respect to the first beam and the sixth beam and the seventh beam, respectively. Since the base portion of is configured symmetrically, the Coriolis force can be detected with high accuracy.

【0009】請求項3に記載の発明は、請求項1に記載
の発明において、第2から第5の梁の外側に第8、第9
の梁を設けているため、第2から第5の梁と第1の梁の
距離が近接することになり、第1、第2の基部における
検出エネルギーのロスが少なくなり、コリオリ力を好感
度に検出できるという作用を有する。
According to a third aspect of the invention, in the invention according to the first aspect, the eighth and ninth parts are provided outside the second to fifth beams.
Since the second beam is provided, the second to fifth beams and the first beam are close to each other, and the loss of detection energy in the first and second bases is reduced, and the Coriolis force is favorably detected. It has the effect that it can be detected.

【0010】請求項4に記載の発明は、請求項1に記載
の発明において、第1、第2の基部の左右端よりも内側
に第2から第5の梁を設けているため、基部の変位量を
さらに小さくすることができ、コリオリ力をさらに高精
度に検出できるという作用を有する。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the second to fifth beams are provided inside the left and right ends of the first and second base portions. The displacement amount can be further reduced, and the Coriolis force can be detected with higher accuracy.

【0011】請求項5に記載の発明は、請求項1に記載
の発明において、第1から第9の梁、第1、第2の基部
をすべて単一材料から構成されているため、駆動する梁
と検出する梁との機械的結合度及び全体剛性が増し、振
動の安定性と耐振性が向上するという作用を有する。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the first to ninth beams, the first and second bases are all made of a single material, and therefore are driven. The mechanical coupling degree between the beam and the beam to be detected and the overall rigidity are increased, and the vibration stability and the vibration resistance are improved.

【0012】請求項6に記載の発明は、請求項5に記載
の発明において、第1から第9の梁、第1、第2の基部
を構成する材料が圧電単結晶から構成されているため、
機械的、電気的な信頼性が高まるという作用を有する。
According to a sixth aspect of the invention, in the fifth aspect of the invention, the material forming the first to ninth beams and the first and second base portions is composed of a piezoelectric single crystal. ,
It has the effect of increasing the mechanical and electrical reliability.

【0013】請求項7に記載の発明は、請求項1に記載
の発明において、第8、第9の梁の内の少なくとも1つ
の梁には駆動用の圧電体が設けられ、かつ、第1から第
5の梁の内の少なくとも1つの梁には検出用の圧電体が
設けられているため、駆動用、検出用に圧電定数の大き
な材料を採用することができセンサ感度を向上すること
ができるという作用を有する。
According to a seventh aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, at least one of the eighth and ninth beams is provided with a driving piezoelectric body, and the first piezoelectric beam is provided. Since at least one of the fifth beams is provided with a piezoelectric body for detection, a material having a large piezoelectric constant can be used for driving and detection, and the sensor sensitivity can be improved. It has the effect of being able to.

【0014】以下、本発明の実施の形態について図1か
ら図7を用いて説明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 7.

【0015】図1は本発明の角速度センサの実施の形態
におけるセンサ素子の斜視図、図2は同センサ素子にお
ける駆動用の梁の説明図、図3は同センサ素子の駆動振
動モードを示す模式図、図4は同センサ素子におけるモ
ニター用の梁の説明図、図5は同センサ素子における検
出用の梁の説明図、図6は同センサ素子に角速度が印加
されたときに発生するコリオリ力を示す模式図、図7は
同センサ素子に角速度が印加されたときに全梁の振動モ
ードを示す模式図である。
FIG. 1 is a perspective view of a sensor element in an embodiment of an angular velocity sensor of the present invention, FIG. 2 is an explanatory view of a driving beam in the sensor element, and FIG. 3 is a schematic view showing a driving vibration mode of the sensor element. FIG. 4, FIG. 4 is an explanatory view of a monitoring beam in the same sensor element, FIG. 5 is an explanatory view of a detection beam in the same sensor element, and FIG. 6 is a Coriolis force generated when an angular velocity is applied to the same sensor element. FIG. 7 is a schematic diagram showing a vibration mode of all beams when an angular velocity is applied to the sensor element.

【0016】図1において、第1の梁3の両端は第1、
第2の基部1、2により支持固定されている。第1の梁
3の左右両側に対称になるように駆動用の第8、第9の
梁4、5が配置され、上記第1の梁3、第8、第9の梁
4、5の各々の中央部を接続するように第6、第7の梁
6、7を配置し、第1、第6〜第9の梁3、6、7、
4、5で駆動用のH型振動子8を構成する。また、第
1、第8、第9の梁3、4、5の間にそれぞれ第1、第
8、第9の梁3、4、5と平行になるように第1、第2
の基部1、2から検出用の第2〜第5の梁9、10、1
1、12が設けられ、第1の梁3、第2と第3の梁9、
10と第1の基部1により3脚音叉型振動子13が構成
され、第1の梁3、第4、第5の梁11、12と第2の
基部2により3脚音叉型振動子14が構成される。
In FIG. 1, both ends of the first beam 3 are first and
It is supported and fixed by the second bases 1 and 2. Eighth and ninth beams 4 and 5 for driving are arranged symmetrically on both left and right sides of the first beam 3, and each of the first beam 3, the eighth beam 9, and the fifth beam 5 is arranged. The sixth and seventh beams 6, 7 are arranged so as to connect the central portions of the first and sixth to ninth beams 3, 6, 7,
An H-type vibrator 8 for driving is constituted by 4 and 5. In addition, the first, second, and ninth beams 3, 4, and 5 are arranged so as to be parallel to the first, eighth, and ninth beams 3, 4, and 5, respectively.
Second to fifth beams 9, 10 and 1 for detection from the bases 1 and 2 of
1, 12 are provided, the first beam 3, the second and third beams 9,
10 and the first base 1 constitute a tripod tuning fork type vibrator 13, and the first beam 3, the fourth and fifth beams 11, 12 and the second base 2 form a tripod tuning fork type vibrator 14. Composed.

【0017】H型振動子8と3脚音叉型振動子13、1
4からセンサ素子15が構成されている。センサ素子1
5は、圧電単結晶としての水晶からなり、かつ、XY平
面内に形成されている。
H-shaped oscillator 8 and tripod tuning-fork type oscillator 13, 1
The sensor element 15 is composed of four. Sensor element 1
Reference numeral 5 is made of quartz as a piezoelectric single crystal and is formed in the XY plane.

【0018】図2において、下向きの矢印は第8の梁4
の断面における電気軸の方向を表わし、この電気軸の方
向に駆動用の電界が加わるように第8の梁4の上面に電
極21、22、下面に電極23、24を配置している。
40は交流電界を印加するための駆動源である。破線の
矢印は駆動用の交流電界の方向を示す。例えば、電極2
3から電極21に向かって駆動電界がかかる場合は、こ
の部分においては第8の梁4が縮む方向に働く。また、
電極23から21に向かって駆動電界が印加される場合
は、電極22から電極24に向かって駆動電界が印加さ
れるように構成され、この部分においては第8の梁4を
伸ばす方向に働く。このようにして、第8の梁4は振動
する。これにより、図3に示すように第9の梁5も同時
に第8の梁4とは逆位相になるように共振する。
In FIG. 2, the downward arrow indicates the eighth beam 4.
The electrodes 21 and 22 are arranged on the upper surface of the eighth beam 4 and the electrodes 23 and 24 are arranged on the lower surface thereof so that an electric field for driving is applied in the direction of the electric axis.
Reference numeral 40 is a drive source for applying an alternating electric field. The dashed arrow indicates the direction of the driving AC electric field. For example, electrode 2
When a driving electric field is applied from 3 to the electrode 21, the eighth beam 4 acts in a contracting direction in this portion. Also,
When the driving electric field is applied from the electrodes 23 to 21, the driving electric field is applied from the electrode 22 to the electrode 24, and this portion works in the direction of extending the eighth beam 4. In this way, the eighth beam 4 vibrates. As a result, as shown in FIG. 3, the ninth beam 5 also resonates at the same time so as to have a phase opposite to that of the eighth beam 4.

【0019】図4において、下向きの矢印は図2と同じ
く電気軸の方向を表わす。第9の梁5の上面に電極2
5、26、下面に電極27、28が配置されている。こ
れにより、第9の梁5の振動振幅に比例した電荷を検出
する。第9の梁5は第8の梁4と逆位相となるように振
動している結果、電極25から電極27の方向(破線の
矢印で示す方向)に電荷が発生し、また、電極28から
電極26の方向(破線の矢印で示す方向)に電荷が発生
する。これらにより得られたモニター部からの信号が一
定になるよう駆動信号を制御することによって第8の梁
4と第9の梁5の振幅は常に一定に保たれている。
In FIG. 4, the downward arrow indicates the direction of the electric axis as in FIG. The electrode 2 is formed on the upper surface of the ninth beam 5.
5, 26, and electrodes 27, 28 are arranged on the lower surface. Thereby, the electric charge proportional to the vibration amplitude of the ninth beam 5 is detected. As a result of the ninth beam 5 vibrating so as to be in a phase opposite to that of the eighth beam 4, charges are generated in the direction from the electrode 25 to the electrode 27 (direction indicated by a dashed arrow), and also from the electrode 28. Electric charges are generated in the direction of the electrode 26 (the direction indicated by the dashed arrow). The amplitudes of the eighth beam 4 and the ninth beam 5 are always kept constant by controlling the drive signal so that the signal from the monitor unit obtained by these becomes constant.

【0020】図5において、下向きの矢印は図2と同じ
く電気軸の方向を表わす。第2の梁9の上面に電極2
9、30、下面に電極31、32が配置されている。
In FIG. 5, the downward arrow indicates the direction of the electric axis as in FIG. The electrode 2 is formed on the upper surface of the second beam 9.
Electrodes 31 and 32 are arranged on the bottom surfaces of the electrodes 9 and 30, respectively.

【0021】Z軸まわりに角速度Ωが印加されると、図
6に示すように第8、第9の梁4、5にはそれぞれY軸
方向に相反するコリオリ力Fcが発生する。このコリオ
リ力Fcにより第1の梁3と第6の梁6、第7の梁7の
結合点を中心に回転力Mcが発生する。この回転力Mc
により、XY面内に設けられた第1の梁3から第7の梁
7及び第2の梁9から第5の梁12には図7に示すよう
な振動モードが発生する。図7に示すような振動モード
の発生により、例えば図5に示す第2の梁9の左側の部
分は伸びるため、電極29にはプラスの電荷が、電極3
1にはマイナスの電荷が生じる。また、第2の梁9の右
側は縮むため、電極30にはマイナスの電荷が生じ、電
極32にはプラスの電荷が生じる。この電極29から3
2により検出された電荷により、角速度に対応した出力
が得られる。
When the angular velocity Ω is applied around the Z axis, as shown in FIG. 6, the Coriolis forces Fc which are opposite to each other in the Y axis direction are generated on the eighth and ninth beams 4 and 5, respectively. Due to this Coriolis force Fc, a rotational force Mc is generated around the connection point of the first beam 6, the sixth beam 6 and the seventh beam 7. This rotational force Mc
As a result, vibration modes as shown in FIG. 7 are generated in the first to third beams 7 to 7 and the second to fifth beams 9 to 12 provided in the XY plane. Due to the generation of the vibration mode as shown in FIG. 7, for example, the left side portion of the second beam 9 shown in FIG.
Negative charge is generated at 1. Further, since the right side of the second beam 9 contracts, a negative charge is generated on the electrode 30 and a positive charge is generated on the electrode 32. This electrode 29 to 3
The electric charge detected by 2 provides an output corresponding to the angular velocity.

【0022】以上のような構成とすることにより、対向
する可動部分に数ミクロンオーダーの間隙を必要としな
い構造であり、かつ、量産性に適した角速度センサを実
現することができる。
With the above-described structure, it is possible to realize an angular velocity sensor having a structure that does not require a gap of the order of several microns in the movable parts facing each other and is suitable for mass production.

【0023】本実施の形態においては、第2の梁9によ
り角速度の検出を行う説明をしてきたが、これ以外にも
第1の梁3、第3〜第5の梁10、11、12を用いて
検出することも当然可能である。
Although the second beam 9 is used to detect the angular velocity in the present embodiment, the first beam 3 and the third to fifth beams 10, 11, and 12 may be used in addition to this. It is naturally possible to detect it by using it.

【0024】本実施の形態においては、第8の梁4を駆
動し、第9の梁5によりモニターする例について説明を
してきたが、第9の梁5を第8の梁4と逆相になるよう
に駆動する構成も可能である。
In the present embodiment, the example in which the eighth beam 4 is driven and the ninth beam 5 is used for monitoring has been described. However, the ninth beam 5 and the eighth beam 4 are in opposite phase. It is also possible to drive so that

【0025】本実施の形態におけるセンサ素子15は、
好ましくは第1の梁3及び第6、第7の梁6、7に対し
てそれぞれ第6〜第9の梁6、7、4、5、第2の梁9
から第5の梁12、第1、第2の基部1、2が対称に構
成されるのが望ましい。
The sensor element 15 in this embodiment is
Preferably, for the first beam 3 and the sixth and seventh beams 6 and 7, the sixth to ninth beams 6, 7, 4, 5 and the second beam 9 are provided, respectively.
Therefore, it is desirable that the fifth beam 12, the first and second bases 1 and 2 are symmetrically configured.

【0026】本実施の形態においては、コリオリ力を好
感度に検出できるという観点から、第2の梁9から第5
の梁12の外側に第8、第9の梁4、5が設けられる構
成について説明してきたが、この逆の構成にすることも
可能である。
In the present embodiment, from the viewpoint that the Coriolis force can be detected with good sensitivity, the second beam 9 to the fifth beam 9 can be detected.
Although the configuration in which the eighth and ninth beams 4 and 5 are provided on the outer side of the beam 12 has been described, the configuration may be reversed.

【0027】本実施の形態においては、支持固定による
影響が極めて少なくなる(第1、第2の基部1、2の両
端部が不動)という観点から、第2〜第5の梁9、1
0、11、12を第1、第2の基部1、2の端から少し
内側に入ったところから延出する構成について説明して
きたが、これ以外の構成にすることも可能である。
In the present embodiment, from the viewpoint that the influence of supporting and fixing is extremely small (both ends of the first and second base portions 1 and 2 are immovable), the second to fifth beams 9 and 1 are provided.
Although the configuration has been described in which 0, 11, and 12 extend from a position slightly inward from the ends of the first and second base portions 1 and 2, a configuration other than this is also possible.

【0028】本実施の形態においては、第9の梁3〜
7、9〜12、第1、第2の基部1、2がすべて水晶か
らなる単一材料から構成されているため、駆動する梁と
検出する梁との機械的結合度及び全体剛性が増し、振動
の安定性と耐振性が向上する。
In the present embodiment, the ninth beam 3 ...
Since 7, 9 to 12, the first and second bases 1 and 2 are all made of a single material made of quartz, the degree of mechanical coupling between the driving beam and the beam to be detected and the overall rigidity are increased, Vibration stability and vibration resistance are improved.

【0029】本実施の形態においては、圧電単結晶とし
ての水晶を用いて説明してきたが、これ以外の圧電単結
晶を用いることも当然可能である。
In the present embodiment, quartz is used as the piezoelectric single crystal, but it is of course possible to use other piezoelectric single crystals.

【0030】本実施の形態においては、第1から第9の
梁3〜7、9〜12、第1、第2の基部1、2がすべて
水晶からなる単一材料から構成されている例について説
明してきたが、例えば第1から第9の梁3〜7、9〜1
2、第1、第2の基部1、2を恒弾性金属、アルミナ、
シリコン、溶融石英等の材料から構成し、駆動用の第
8、第9の梁4、5のいずれか1つの梁に圧電セラミッ
クス、圧電薄膜等を設け、検出用の第1〜第5の梁3、
9から12のいずれか1つの梁に圧電セラミックス、圧
電薄膜等を設けた構成とすることも可能である。この構
成によると、駆動用、検出用に圧電定数の大きな材料を
採用することができ、センサ感度をより向上させること
ができる。
In the present embodiment, an example in which the first to ninth beams 3 to 7, 9 to 12 and the first and second bases 1 and 2 are all made of a single material made of quartz As described above, for example, the first to ninth beams 3 to 7 and 9 to 1
2, the first and second bases 1 and 2 are made of a constant elastic metal, alumina,
It is made of a material such as silicon or fused quartz, and piezoelectric ceramics, a piezoelectric thin film or the like is provided on any one of the eighth and ninth beams for driving, and first to fifth beams for detection. 3,
It is also possible to adopt a configuration in which any one of beams 9 to 12 is provided with piezoelectric ceramics, a piezoelectric thin film, or the like. With this configuration, a material having a large piezoelectric constant can be used for driving and detection, and the sensor sensitivity can be further improved.

【0031】本実施の形態においては、水晶からなる第
1〜第5の梁3、9〜12の変形を圧電的に検出する構
成について説明してきたが、梁の変形に応じて変化する
抵抗の変化、容量の変化、光量の変化等さまざまな物理
量の変化を電気的に検出するように構成することも可能
である。
In the present embodiment, the configuration in which the deformation of the first to fifth beams 3 and 9 to 12 made of quartz is detected piezoelectrically has been described, but the resistance which changes according to the deformation of the beam is used. It is also possible to electrically detect changes in various physical quantities such as changes, changes in capacitance, changes in light quantity, and the like.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上のように本発明は、XY面内に相対
向するように設けられた第1、第2の基部と、この第
1、第2の基部により支持固定され、Y軸方向に延出し
た第1の梁と、この第1の梁を挟んで前記第1の基部よ
り対をなすようにY軸方向に延出した第2、第3の梁
と、前記第1の梁を挟み、かつ、前記第2、第3の梁と
それぞれ相対向するように前記第2の基部より対をなす
ようにY軸方向に延出した第4、第5の梁と、前記第1
の梁のY軸方向のほぼ中央部よりX軸方向に相反するよ
うにそれぞれ延出した第6、第7の梁と、この第6、第
7の梁の先端部よりそれぞれY軸方向に相反するように
延出した第8、第9の梁とを備え、前記第8、第9の梁
の内の少なくとも1つの梁を駆動することにより前記第
8、第9の梁がX軸方向に互いに逆相になるように振動
し、かつ、Z軸まわりに印加された角速度に応じて前記
第1、第2、第3、第4、第5の梁の内の少なくとも1
つの梁がXY面内で変形し、この変形に対応する物理量
が電気的に検出されるように構成されていることによ
り、対向する可動部分に数ミクロンオーダーの間隙を必
要としない構造であり、かつ、量産性に適した角速度セ
ンサを実現できる。また、駆動振動時、検出振動時のい
ずれにおいても支持固定部である基部が不動となるため
に、支持による影響の少ないセンサ素子構造となり、角
速度の検出精度が極めて向上する。
As described above, according to the present invention, the first and second base portions provided so as to face each other in the XY plane and the first and second base portions are supported and fixed in the Y-axis direction. A first beam, and second and third beams extending in the Y-axis direction so as to form a pair with the first base with the first beam interposed therebetween, and the first beam. And the fourth and fifth beams extending in the Y-axis direction so as to form a pair from the second base so as to face the second and third beams, respectively, and the first and second beams.
6th and 7th beams respectively extending from the substantially central part of the Y-axis direction so as to be opposite to each other in the X-axis direction, and the tip ends of the 6th and 7th beams are opposite to each other in the Y-axis direction. And 8th and 9th beams which are extended so that the 8th and 9th beams are moved in the X-axis direction by driving at least one of the 8th and 9th beams. At least one of the first, second, third, fourth, and fifth beams vibrates so that they are in opposite phases, and depends on the angular velocity applied about the Z axis.
Since the two beams are deformed in the XY plane and the physical quantity corresponding to this deformation is electrically detected, the structure does not require a gap on the order of several microns between the movable parts facing each other. Moreover, an angular velocity sensor suitable for mass production can be realized. In addition, since the base portion that is the supporting and fixing portion is immovable during both driving vibration and detection vibration, the sensor element structure is less affected by the support, and the angular velocity detection accuracy is significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の角速度センサの実施の形態におけるセ
ンサ素子の斜視図
FIG. 1 is a perspective view of a sensor element in an embodiment of an angular velocity sensor of the present invention.

【図2】同センサ素子における駆動用の梁の説明図FIG. 2 is an explanatory view of a driving beam in the sensor element.

【図3】同センサ素子の駆動振動モードを示す模式図FIG. 3 is a schematic diagram showing a drive vibration mode of the sensor element.

【図4】同センサ素子におけるモニター用の梁の説明図FIG. 4 is an explanatory view of a monitor beam in the sensor element.

【図5】同センサ素子における検出用の梁の説明図FIG. 5 is an explanatory view of a beam for detection in the sensor element.

【図6】同センサ素子に角速度が印加されたときに発生
するコリオリ力を示す模式図
FIG. 6 is a schematic diagram showing a Coriolis force generated when an angular velocity is applied to the sensor element.

【図7】同センサ素子に角速度が印加されたときに全梁
の振動モードを示す模式図
FIG. 7 is a schematic diagram showing vibration modes of all beams when an angular velocity is applied to the sensor element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、2 第1、第2の基部 3、4、5、6、7、9、10、11、12 第1〜第
9の梁 8 H型振動子 13、14 3脚音叉型振動子 15 センサ素子 21、22、23、24、25、26、27、28、2
9、30、31、32電極 40 駆動源
1, 2 1st, 2nd base 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12 1st-9th beam 8 H type | mold oscillator 13,14 3 leg tuning-fork type | formula oscillator 15 Sensor Elements 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 2
9, 30, 31, 32 electrode 40 drive source

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅原 澄夫 宮城県石巻市蛇田字新埣寺69−7 Fターム(参考) 2F105 AA01 AA06 AA08 BB15 CC01 CD01 CD05    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Sumio Sugawara             69-7 Shinshoji Temple, Jinda, Ishinomaki City, Miyagi Prefecture F term (reference) 2F105 AA01 AA06 AA08 BB15 CC01                       CD01 CD05

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 XY面内に相対向するように設けられた
第1、第2の基部と、この第1、第2の基部により支持
固定されY軸方向に延出した第1の梁と、この第1の梁
を挟んで前記第1の基部より対をなすようにY軸方向に
延出した第2、第3の梁と、前記第1の梁を挟み、前記
第2、第3の梁とそれぞれ相対向するように前記第2の
基部より対をなすようにY軸方向に延出した第4、第5
の梁と、前記第1の梁のY軸方向のほぼ中央部よりX軸
方向に相反するようにそれぞれ延出した第6、第7の梁
と、この第6、第7の梁の先端部よりそれぞれY軸方向
に相反するように延出した第8、第9の梁とを備え、前
記第8、第9の梁の内の少なくとも1つの梁を駆動する
ことにより前記第8、第9の梁がX軸方向に互いに逆相
になるように振動し、かつ、Z軸まわりに印加された角
速度に応じて前記第1、第2、第3、第4、第5の梁の
内の少なくとも1つの梁がXY面内で変形し、この変形
に対応する物理量が電気的に検出されるように構成され
た角速度センサ。
1. A first and a second base portion provided to face each other in an XY plane, and a first beam supported and fixed by the first and second base portions and extending in the Y-axis direction. , Second and third beams extending in the Y-axis direction so as to form a pair from the first base with the first beam sandwiched therebetween, and the first and second beams sandwiched between the second and third beams. Fourth and fifth extending in the Y-axis direction so as to form a pair from the second base so as to face the respective beams.
Beam, sixth and seventh beams extending from the substantially central portion in the Y-axis direction of the first beam so as to be opposite to each other in the X-axis direction, and tip portions of the sixth and seventh beams. The eighth and ninth beams extending so as to be opposite to each other in the Y-axis direction, and by driving at least one of the eighth and ninth beams, the eighth and ninth beams are provided. Of the first beam, the second beam, the third beam, the fourth beam, and the fifth beam depending on the angular velocity applied around the Z-axis. An angular velocity sensor configured such that at least one beam is deformed in an XY plane and a physical quantity corresponding to this deformation is electrically detected.
【請求項2】 第1の梁及び第6、第7の梁に対してそ
れぞれ第2から第9の梁、第1、第2の基部が対称に構
成された請求項1に記載の角速度センサ。
2. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the second to ninth beams, the first and second bases are symmetrically arranged with respect to the first beam and the sixth and seventh beams, respectively. .
【請求項3】 第2から第5の梁の外側に第8、第9の
梁を設けた請求項1に記載の角速度センサ。
3. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the eighth and ninth beams are provided outside the second to fifth beams.
【請求項4】 第1、第2の基部の左右端よりも内側に
第2から第5の梁を設けた請求項1に記載の角速度セン
サ。
4. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the second to fifth beams are provided inside the left and right ends of the first and second base portions.
【請求項5】 第1から第9の梁、第1、第2の基部を
すべて単一材料から構成した請求項1に記載の角速度セ
ンサ。
5. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the first to ninth beams, the first and second bases are all made of a single material.
【請求項6】 第1から第9の梁、第1、第2の基部を
構成する材料が圧電単結晶である請求項5に記載の角速
度センサ。
6. The angular velocity sensor according to claim 5, wherein the material forming the first to ninth beams and the first and second bases is a piezoelectric single crystal.
【請求項7】 第8、第9の梁の内の少なくとも1つの
梁には駆動用の圧電体が設けられ、かつ、第1から第5
の梁の内の少なくとも1つの梁には検出用の圧電体が設
けられた請求項1に記載の角速度センサ。
7. A driving piezoelectric body is provided on at least one of the eighth and ninth beams, and the first to fifth beams are provided.
The angular velocity sensor according to claim 1, wherein a piezoelectric body for detection is provided on at least one of the beams.
JP2001340699A 2001-11-06 2001-11-06 Angular velocity sensor Pending JP2003139538A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001340699A JP2003139538A (en) 2001-11-06 2001-11-06 Angular velocity sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001340699A JP2003139538A (en) 2001-11-06 2001-11-06 Angular velocity sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003139538A true JP2003139538A (en) 2003-05-14

Family

ID=19154853

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001340699A Pending JP2003139538A (en) 2001-11-06 2001-11-06 Angular velocity sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003139538A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006266969A (en) * 2005-03-25 2006-10-05 Nec Tokin Corp Tuning fork type piezo-electric oscillating gyroscope
DE102007018834A1 (en) * 2007-04-20 2008-10-23 Eads Deutschland Gmbh Yaw rate sensor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006266969A (en) * 2005-03-25 2006-10-05 Nec Tokin Corp Tuning fork type piezo-electric oscillating gyroscope
DE102007018834A1 (en) * 2007-04-20 2008-10-23 Eads Deutschland Gmbh Yaw rate sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100327481B1 (en) Micro gyroscope
KR101166866B1 (en) Mems gyroscope with horizontally oriented drive electrodes
KR100616641B1 (en) Horizontal, vertical, and tuning fork vibratory mems gyroscope
KR100476562B1 (en) Horizontal and tuning fork vibratory micro gyroscope
US9885576B2 (en) Angular velocity sensor
JP3307906B2 (en) Micro gyroscope
JP2008545128A (en) Micromachined gyrometer sensor for differential measurement of vibration mass motion
JP2001304872A (en) Angular velocity sensor
US6598476B2 (en) Angular velocity sensor
JPH10170275A (en) Vibratory angular velocity sensor
JP4449128B2 (en) Angular velocity sensor
KR100408494B1 (en) Micro gyroscope
JP2004233088A (en) Electrostatic movable mechanism, resonant device, and angular velocity sensor
JP3428458B2 (en) Angular velocity sensor
JP2886431B2 (en) Vibrating gyro sensor
JP2000074673A (en) Compound movement sensor
JP2004085361A (en) Physical quantity measuring device
JPH09159460A (en) Angular velocity sensor
JP2003139538A (en) Angular velocity sensor
JP3310029B2 (en) Vibrator
JPH03120415A (en) Vibration gyro
JP2004301575A (en) Angular velocity sensor
JP2001241952A (en) Angular velocity sensor
JP2000337886A (en) Microgyroscope
JPH05322579A (en) Gyroscopic device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20041104

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20050701

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060329

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060411

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060608

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20070227