JPH06294654A - Oscillation gyro - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To provide an oscillation gyro which can be machined easily because of simple shape and suitable for mass production, and in which the mounting area is decreased, downsizing and low price can be realized easily, and a plurality of angular speeds can be detected simultaneously. CONSTITUTION:A plurality of oscillators 11, 12 are formed integrally with one oscillation member 10 in the direction matched with the angle of target detection angular speed. The oscillators 11, 12 are provided, in the axial direction thereof, with groove electrodes 20, 21 as common electrodes for driving and detection and external electrodes 22, 23. Furthermore, driving electrodes 29-32 and detection electrodes 35-42 are provided for the drive side arms 27, 28 and the detection side arms 33, 34 of the oscillators 11, 12 on the opposing outsides thereof.

Description

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

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、空間において移動する
物体の移動方向を知ることによって、姿勢制御や空間座
標の検出等、例えば、ＶＴＲカメラの手振れ検出や３次
元入力装置等のセンサとして利用される振動ジャイロに
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used as a sensor for posture control, detection of spatial coordinates, etc., by detecting the moving direction of an object that moves in space, for example, as a camera shake detection of a VTR camera or a three-dimensional input device. The present invention relates to a vibrating gyro.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、この種の振動ジャイロとしては、
特に図示しないが、横断面が四角形、三角形または円形
の振動体の側面に駆動用圧電素子と検出用圧電素子が設
けられた音片型ジャイロや、リング状振動ジャイロ、あ
るいはＨ型振動子を１本の支持棒を介して直交方向に組
み合わせたタイプの振動ジャイロが知られている（例え
ば、特開平２−５１０６６号公報、特開平２−１９８３
１５号公報および特開昭６４−１６９１１号公報参
照）。2. Description of the Related Art Conventionally, as this type of vibration gyro,
Although not particularly shown, a vibration piece gyro having a driving piezoelectric element and a detecting piezoelectric element provided on the side surface of a vibrating body having a quadrangular, triangular, or circular cross section, a ring-shaped vibrating gyro, or an H-shaped vibrating element There is known a vibration gyro of a type in which a support rod of a book is combined in an orthogonal direction (for example, JP-A-2-51066 and JP-A-2-1983).
15 and Japanese Patent Laid-Open No. 64-16911).

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする問題点】ところで、従来の技
術で述べたもののうち音片型ジャイロは、構造が簡単で
加工し易いが、支持構造が難しく、１方向の角速度しか
測れないという問題点を有しており、また、リング状振
動ジャイロは、２方向の角速度は測れるが、構造が複雑
で支持構造も難しく、加工も容易ではないという問題点
を有しており、また、Ｈ型タイプのジャイロは、２方向
の角速度は測れるが、構造が複雑で各部の振動バランス
を合わせずらいという問題点を有していた。However, the voice piece type gyro among the ones described in the prior art has a simple structure and is easy to process, but the support structure is difficult and only one angular velocity can be measured. In addition, the ring-shaped vibrating gyroscope has a problem that the angular velocity in two directions can be measured, but the structure is complicated, the support structure is difficult, and the processing is not easy. The gyro can measure angular velocities in two directions, but has a problem that the structure is complicated and it is difficult to balance the vibration balance of each part.

【０００４】このように、従来の振動ジャイロは、同時
に複数の角速度を検出しょうとすれば、単一方向の振動
ジャイロによる場合においては、複数のジャイロを配置
しなければならないために、実装面積が広くなってしま
って経済性も悪くなり、さりとて、２方向の角速度が測
れる振動ジャイロでは、構造や形状が複雑のために、小
型化がしにくく、また、調整等が必要で量産性も悪く、
故に低価格化が望めないものであった。As described above, in the conventional vibration gyro, if it is intended to detect a plurality of angular velocities at the same time, a plurality of gyros must be arranged in the case of the vibration gyro in a single direction, so that the mounting area is small. It becomes wider and economically worse, and the vibration gyro that can measure angular velocities in two directions is difficult to downsize because of its complicated structure and shape.
Therefore, the price reduction could not be expected.

【０００５】本発明は、このような従来の技術が有する
問題点に鑑みなされたもので、その目的とするところ
は、形状が単純のため、加工が容易であって量産性に適
し、かつ材料バラツキが非常に小さくて実装面積も小さ
く、小型化と低価格化が容易に行える高品質にして、複
数の角速度を同時に検出できる振動ジャイロを提供する
ことにある。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art. The object of the present invention is that it has a simple shape, is easy to process, is suitable for mass production, and is made of a material. It is an object of the present invention to provide a vibrating gyro that can detect a plurality of angular velocities at the same time with high quality that can be miniaturized and reduced in price easily with a small variation and a small mounting area.

【０００６】[0006]

【問題点を解決するための手段】この目的のため、本発
明は、一つの振動材に、共振周波数が離れている複数の
振動子が目的とする検出角速度の角度に合わせた方向に
一体形成され、各振動子の軸方向には、駆動と検出の共
通電極としての溝部電極と外部電極が形成されると共
に、各振動子における駆動側アームおよび検出側アーム
の相対向せる外側２面には、それぞれ駆動用電極および
検出用電極が設けられた構成を特徴とするものである。To this end, according to the present invention, a single vibrating member is integrally formed with a plurality of vibrators having different resonance frequencies in a direction corresponding to the target angular velocity of detection. A groove electrode and an external electrode as a common electrode for driving and detecting are formed in the axial direction of each vibrator, and the driving-side arm and the detection-side arm of each vibrator have two outer surfaces facing each other. , And each of which is provided with a drive electrode and a detection electrode.

【０００７】[0007]

【実施例】実施例について図面を参照し、その作用と共
に説明する。図１は本発明に係る振動ジャイロの一例で
の斜視図、図２は同上Ａ−Ａ線に沿った断面図で、これ
ら図において、本振動ジャイロは、切削加工以前に板厚
方向に分極処理がなされている例えば電圧セラミックス
等の一つの振動材１０に、目的とする検出速度の角度
（Ｘ、Ｙ軸方向）に合わせて二つの振動子１１、１２が
一体形成された全体略Ｌ形の２方向の振動ジャイロで、
振動子１１、１２は、お互いに無用な干渉をしないよう
に、それぞれ異なる共振周波数を持つ振動子として加工
されている。振動子１１、１２は互いに直交する片支持
型であって、支持部１３が共通できる単純形状となって
いる。このように、一つの振動材１０に二つの振動子１
１、１２が一体形成されるため、材料バラツキが非常に
小さくなる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings and its operation. FIG. 1 is a perspective view of an example of a vibrating gyroscope according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of the same. In these figures, the vibrating gyroscope is polarized in the plate thickness direction before cutting. The two vibrators 11 and 12 are integrally formed on a single vibrating member 10 such as voltage ceramics, which is formed in accordance with the target detection speed angle (X and Y axis directions). With a two-way vibrating gyro,
The vibrators 11 and 12 are processed as vibrators having different resonance frequencies so as not to cause unnecessary interference with each other. The vibrators 11 and 12 are of a single-support type that are orthogonal to each other, and have a simple shape in which the support portion 13 can be shared. In this way, one vibrator 10 is provided with two vibrators 1.
Since 1 and 12 are integrally formed, the material variation is extremely small.

【０００８】振動子１１、１２の軸方向の略中間部分ま
でには、溝部１４、１５が切削形成されて、該溝部１
４、１５と端面１６、１７、１８、１９を除いた溝面と
平行な外側全面に電極処理が施されて、駆動と検出の共
通電極としての溝部電極２０、２１と外部電極２２、２
３（図１に斜線で示されている）が形成されると共に、
溝部電極２０、２１は、各パターン部２４、２５を介し
て接地電極２６（図１に斜線で示されている）と接続さ
れ、また、各振動子１１、１２における駆動側アーム２
７、２８の相対向せる外側２面（図１には１面側のみが
示されている）には、駆動用電極２９、３０、３１、３
２が形成されると共に、検出側アーム３３、３４の相対
向せる外側２面（図１には１面側のみが示されている）
には、各二つの検出用電極３５〜４２（図１に斜線で示
されている）が形成されている。Grooves 14 and 15 are formed by cutting up to substantially the middle portion of the vibrators 11 and 12 in the axial direction.
Electrode treatment is performed on the entire outer surface parallel to the groove surfaces except for the electrodes 4, 15 and the end surfaces 16, 17, 18, 19, and the groove electrodes 20, 21 and the external electrodes 22, 2 as common electrodes for driving and detection.
3 (shown in phantom in FIG. 1) are formed,
The groove electrodes 20 and 21 are connected to the ground electrode 26 (shown by hatching in FIG. 1) via the pattern portions 24 and 25, and the driving side arm 2 in each of the vibrators 11 and 12.
The driving electrodes 29, 30, 31, 3 are provided on the two outer surfaces 7 and 28 (only one surface is shown in FIG. 1) facing each other.
2 is formed, and two outer surfaces of the detection-side arms 33 and 34 that face each other (only one surface is shown in FIG. 1).
Two detection electrodes 35 to 42 (indicated by hatching in FIG. 1) are formed on each of them.

【０００９】上記構成に係る本振動ジャイロは、図３か
ら図８に示されている工程により量産される。更に説明
すると、図３に例示されている如くに、予め板厚方向に
分極処理がなされている圧電セラミックス等の板状振動
材１０に、ダイシングソーにより一方の振動子１１にお
ける溝部１４と一方の振動子１１を形成する切削溝４３
を順次に切削し、次いで、他方の振動子１２の長さ幅Ｄ
で振動材１０を切断溝４４をもって切断して、切断素子
４５を得、以下、同様の切削加工によって多数枚の切断
素子４５を得る。次いで、多数枚の切断素子４５を積み
重ねて同時に他方の振動子１２における溝部１５を切削
し、次いで、同時に他方の振動子１２を形成する切削溝
４６を切削して不要部分４７を切り離し、これによって
溝部を有する略Ｌ形音叉形状素子が加工できる。なお、
該素子は、切削加工の外、型等の成形加工によっても得
ることができる。The vibrating gyro having the above structure is mass-produced by the steps shown in FIGS. More specifically, as illustrated in FIG. 3, a plate-shaped vibrating material 10 such as piezoelectric ceramics that has been polarized in the plate thickness direction in advance is provided with a groove 14 and one of the grooves 14 in one vibrator 11 by a dicing saw. Cutting groove 43 forming the vibrator 11
Are sequentially cut, and then the length width D of the other vibrator 12 is cut.
Then, the vibrating material 10 is cut along the cutting groove 44 to obtain the cutting element 45, and thereafter, a large number of cutting elements 45 are obtained by the same cutting process. Next, a large number of cutting elements 45 are stacked and the groove portion 15 in the other vibrator 12 is cut at the same time, and then the cutting groove 46 forming the other vibrator 12 is cut at the same time to cut off the unnecessary portion 47. A substantially L-shaped tuning fork-shaped element having a groove can be processed. In addition,
The element can be obtained by a molding process such as a mold in addition to the cutting process.

【００１０】切削加工等の終った音叉形状素子に、溝部
１４、１５を含む全体にメッキ処理を施し（図４参
照）、電着レジストによって、素子に全レジストを行い
（図５参照）、次いで、位置決治具に素子を並べ（図６
参照）、全素子の両面にガラスマスクを合わせ、露光し
て電極を形成し（図７参照）、次いで、現象を行い（図
８参照）、エッヂング処理を行ってレジストを剥離し、
洗浄工程を経て図１に示されている如くの完成品とされ
る。The tuning fork shaped element which has been cut and processed is plated on the entire surface including the groove portions 14 and 15 (see FIG. 4), and the element is entirely resisted by electrodeposition resist (see FIG. 5). , Align the elements on the positioning jig (Fig. 6
(See FIG. 7), aligning glass masks on both sides of all elements, exposing to form electrodes (see FIG. 7), then performing a phenomenon (see FIG. 8), and performing an edge treatment to remove the resist,
After the washing process, a finished product as shown in FIG. 1 is obtained.

【００１１】次に、図９、図１０および図１１を参照し
て、動作について説明する。駆動側アーム２７（２８）
においては（図９および図１１参照）、駆動用電極２９
（３１）、３０（３２）に発振器５０からの交流電圧が
加えられると、電極面近傍で伸縮が起こり、二つの面で
相反した伸縮が起こる。これによって、Ｘ軸方向（縦方
向）に屈曲振動が起こる。一方、検出側アーム３３（３
４）においては（図１０および図１１参照）、駆動側ア
ーム２７（２８）と同一振動周波数で振動を起こす。こ
の際、双方のアームは、相反するＸ軸方向に振動する。
これにＺ軸方向の回転が加わると、コリオリ力が発生
し、直交方向（Ｙ軸方向）に振動が伝わる。図１２は、
図１に示されている実施例の各電極に発生する電気信号
の状態をあらわす波形図で、（ ）内の数字は各電極３
５〜４２に対応した数字である。振動ジャイロの無回転
時には、Ｘ軸方向の振動（縦振動）だけがあらわれ、回
転時には、コリオリ力に比例したＹ軸方向の振動（横振
動）とＸ軸方向の振動（縦振動）が合成された合成振動
の出力があらわれると共に、回転方向は、Ｙ軸方向の振
動（横振動）の位相となってあらわれ、四つの電極の出
力の変化としてあらわれる。Next, the operation will be described with reference to FIGS. 9, 10 and 11. Drive side arm 27 (28)
(See FIGS. 9 and 11), the driving electrode 29
When an alternating voltage from the oscillator 50 is applied to (31) and 30 (32), expansion and contraction occur near the electrode surface, and contradictory expansion and contraction occur on the two surfaces. This causes bending vibration in the X-axis direction (longitudinal direction). On the other hand, the detection side arm 33 (3
In 4) (see FIGS. 10 and 11), vibration is generated at the same vibration frequency as that of the drive arm 27 (28). At this time, both arms vibrate in opposite X-axis directions.
When this is rotated in the Z-axis direction, Coriolis force is generated and vibration is transmitted in the orthogonal direction (Y-axis direction). Figure 12
FIG. 3 is a waveform diagram showing a state of an electric signal generated in each electrode of the embodiment shown in FIG.
It is a number corresponding to 5 to 42. When the vibration gyro is not rotating, only vibration in the X-axis direction (longitudinal vibration) appears, and when rotating, a vibration in the Y-axis direction (lateral vibration) and a vibration in the X-axis direction (longitudinal vibration) that are proportional to the Coriolis force are combined. The output of the combined vibration appears, and the rotation direction appears as the phase of the vibration (transverse vibration) in the Y-axis direction, which appears as a change in the output of the four electrodes.

【００１２】上記構成に係る本振動ジャイロは、図１３
に示されている如く、プリント基板４８上の支持台４９
に支持され、かつ図１４に示されている如くの回路構成
で使用される。更に説明すると、駆動側アーム２７（２
８）の電極２０（２１）、２２（２３）、２９（３
１）、３０（３２）と検出側アーム３３（３４）の電極
２２（２３）には発振器５０が接続されて、該発振器５
０からの交流電圧によって駆動側アーム２７（２８）が
振動せられ、検出側アーム３３（３４）の電極３８（４
２）、３６（４０）は差動アンプ５１に、電極３７（４
１）、３５（３９）は差動アンプ５２にそれぞれ接続さ
れ、該差動アンプ５１、５２によって回転時に、電極３
８（４２）、３６（４０）、３７（４１）、３５（３
９）にコリオリ力により発生した各二つの出力電圧の差
が測定される。差動アンプ５１、５２は加算器５３に接
続され、該加算器５３によって検出レベルが上げられ、
更に混合器５４によって左右回転の速度レベルに変換さ
れ、直流アンプ５５で増幅されて角速度に対応する直流
電圧で出力される。The vibrating gyro having the above structure is shown in FIG.
As shown in FIG.
And used in a circuit configuration as shown in FIG. To explain further, the drive side arm 27 (2
8) electrodes 20 (21), 22 (23), 29 (3)
1), 30 (32) and the electrode 22 (23) of the detection side arm 33 (34) are connected to an oscillator 50,
The driving side arm 27 (28) is vibrated by the AC voltage from 0, and the electrode 38 (4) of the detection side arm 33 (34) is
2) and 36 (40) are connected to the differential amplifier 51 and electrodes 37 (4
1) and 35 (39) are respectively connected to the differential amplifier 52, and the electrodes 3 are rotated by the differential amplifiers 51 and 52 during rotation.
8 (42), 36 (40), 37 (41), 35 (3
In 9), the difference between each two output voltages generated by the Coriolis force is measured. The differential amplifiers 51 and 52 are connected to an adder 53, and the detection level is raised by the adder 53,
Further, it is converted into a left-right rotation speed level by the mixer 54, amplified by the DC amplifier 55, and output as a DC voltage corresponding to the angular speed.

【００１３】なお、図示の実施例は、二つの音叉が支持
部で結合した２方向の振動ジャイロの場合であるが、こ
れに限定されず、三つの音叉が支持部で結合した３方向
の振動ジャイロとすることも可能である。Although the illustrated embodiment is a two-way vibrating gyro in which two tuning forks are connected by a supporting portion, the present invention is not limited to this, and a three-way vibrating gyro in which three tuning forks are connected by a supporting portion is used. It can also be a gyro.

【００１４】[0014]

【発明の効果】しかして、本発明によれば、一つの振動
材に複数の振動子が形成されているために、材料バラツ
キが非常に小さくて複数の角速度を同時に精度良く検出
することができる。また、全体形状が単純であるため、
加工が簡易で、量産に適し、低価格化が可能となるばか
りか、制御回路等を同一のプリント基板に共有すること
ができて、入出力が少なくでき、実装面積も小さくなる
ため、小型化が可能となる等の効果を有する。According to the present invention, however, since a plurality of vibrators are formed on one vibrating material, the material variation is very small and a plurality of angular velocities can be detected simultaneously with high accuracy. . Also, since the overall shape is simple,
It is easy to process, suitable for mass production, and cost reduction is possible. In addition, it is possible to share the control circuit etc. on the same printed circuit board, reduce input / output, and reduce the mounting area. It has the effect that it becomes possible.

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

【図１】本発明に係る振動ジャイロの一例での斜視図で
ある。FIG. 1 is a perspective view of an example of a vibrating gyroscope according to the present invention.

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA of FIG.

【図３】一つの振動板材より略Ｌ形音叉形状素子を切削
加工する工程説明図である。FIG. 3 is a process explanatory view of cutting a substantially L-shaped tuning fork-shaped element from one diaphragm material.

【図４から図８】音叉形状素子に対する電極形成の加工
工程図である。FIG. 4 to FIG. 8 are process diagrams of forming electrodes on a tuning fork shaped element.

【図９】振動モードの駆動側アームの波形説明図であ
る。FIG. 9 is an explanatory diagram of waveforms of a drive side arm in a vibration mode.

【図１０】振動モードの検出側アームの波形説明図であ
る。FIG. 10 is a waveform explanatory diagram of a detection-side arm in a vibration mode.

【図１１】振動子の振動モードの説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of a vibration mode of a vibrator.

【図１２】図１に示す実施例の各電極部における電気信
号の状態を示す波形図である。FIG. 12 is a waveform diagram showing a state of an electric signal in each electrode portion of the embodiment shown in FIG.

【図１３】本振動ジャイロの使用状態を示す概略説明図
である。FIG. 13 is a schematic explanatory view showing a usage state of the present vibration gyro.

【図１４】本振動ジャイロを使用するための回路図であ
る。FIG. 14 is a circuit diagram for using the present vibration gyro.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０ 振動材 １１、１２ 振動子 １３ 支持部 １４、１５ 溝部 ２０、２１ 溝部電極 ２２、２３ 外部電極 ２４、２５ パターン部 ２６ 接地電極 ２７、２８ 駆動側アーム ２９〜３２ 駆動用電極 ３３、３４ 検出側アーム ３５〜４２検出用電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Vibrating material 11, 12 Vibrator 13 Support part 14, 15 Groove part 20, 21 Groove part electrode 22, 23 External electrode 24, 25 Pattern part 26 Grounding electrode 27, 28 Driving side arm 29-32 Driving electrode 33, 34 Detection side Arm 35-42 Detection electrode

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 一つの振動材に、共振周波数が離れてい
る複数の振動子が目的とする検出角速度の角度に合わせ
た方向に一体形成され、各振動子の軸方向には、駆動と
検出の共通電極としての溝部電極と外部電極が形成され
ると共に、各振動子における駆動側アームおよび検出側
アームの相対向せる外側２面には、それぞれ駆動用電極
および検出用電極が設けられた構成を特徴とする振動ジ
ャイロ。1. A single vibrating member is integrally formed with a plurality of vibrators whose resonance frequencies are separated from each other in a direction corresponding to an angle of a target detection angular velocity, and driving and detecting are performed in an axial direction of each vibrator. A groove electrode and an external electrode are formed as a common electrode, and a driving electrode and a detection electrode are provided on the two outer surfaces of the driving side arm and the detection side arm of each vibrator, which face each other. A vibrating gyro.