JPH10206162A - 振動ジャイロセンサー - Google Patents
振動ジャイロセンサーInfo
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- JPH10206162A JPH10206162A JP9009088A JP908897A JPH10206162A JP H10206162 A JPH10206162 A JP H10206162A JP 9009088 A JP9009088 A JP 9009088A JP 908897 A JP908897 A JP 908897A JP H10206162 A JPH10206162 A JP H10206162A
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- Japan
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- vibrating
- gyro sensor
- vibration
- angular velocity
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は,小型,高精度で低コストの振動ジ
ャイロセンサーを提供するものである。 【解決手段】 水晶より形成される振動ジャイロセンサ
ーで,振動体は,棒型で左振動部4,中央振動部5,右
振動部6が,振動体の基部7,8で結合された構造であ
る。駆動および角速度電圧を検出する電極は,3つの振
動部にそれぞれ形成され,それらは4面電極9,10,
9’,10’,13,14,13’,14’,17,1
8,17’,18’と表裏電極11,12,11’,1
2’,15,16,15’,16’,19,20,1
9’,20’である。これらの電極により第1および第
2の振動を引き起こし角速度を知る構成である。この構
成によって,小型の振動ジャイロセンサーが,低コスト
で生産でき,角速度を安定に検出できる。
ャイロセンサーを提供するものである。 【解決手段】 水晶より形成される振動ジャイロセンサ
ーで,振動体は,棒型で左振動部4,中央振動部5,右
振動部6が,振動体の基部7,8で結合された構造であ
る。駆動および角速度電圧を検出する電極は,3つの振
動部にそれぞれ形成され,それらは4面電極9,10,
9’,10’,13,14,13’,14’,17,1
8,17’,18’と表裏電極11,12,11’,1
2’,15,16,15’,16’,19,20,1
9’,20’である。これらの電極により第1および第
2の振動を引き起こし角速度を知る構成である。この構
成によって,小型の振動ジャイロセンサーが,低コスト
で生産でき,角速度を安定に検出できる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は角速度を検出する振
動ジャイロセンサーに関するものである。
動ジャイロセンサーに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から機械式の回転ジャイロスコープ
が,飛行機や船舶の慣性航法装置として使われている。
この機械式回転ジャイロスコープは,安定した性能を持
っているが,その反面,装置が大きく価格も高く,小型
機器に組み込むことは困難である。
が,飛行機や船舶の慣性航法装置として使われている。
この機械式回転ジャイロスコープは,安定した性能を持
っているが,その反面,装置が大きく価格も高く,小型
機器に組み込むことは困難である。
【0003】しかし近年,ジャイロスコープも小型化の
研究が進み,圧電磁器で振動体を励振させ,振動体が回
転により受けるコリオリの力で起きる振動により発生す
る電圧を,振動体に設けた別の圧電磁器により電圧とし
て検出する振動ジャイロの実用化が進み,自動車のナビ
ゲーションシステムやビデオカメラの手振れ防止装置等
に使われ始めている。
研究が進み,圧電磁器で振動体を励振させ,振動体が回
転により受けるコリオリの力で起きる振動により発生す
る電圧を,振動体に設けた別の圧電磁器により電圧とし
て検出する振動ジャイロの実用化が進み,自動車のナビ
ゲーションシステムやビデオカメラの手振れ防止装置等
に使われ始めている。
【0004】以下に圧電磁器を使用した従来の振動ジャ
イロセンサーを図面を用いて説明する。図6は従来の棒
状の振動ジャイロセンサーを示す斜視図であり,図7は
従来の音叉型振動ジャイロセンサーを示す斜視図であ
る。まず図6により振動ジャイロセンサーの原理を含め
てその構成と作用について説明する。
イロセンサーを図面を用いて説明する。図6は従来の棒
状の振動ジャイロセンサーを示す斜視図であり,図7は
従来の音叉型振動ジャイロセンサーを示す斜視図であ
る。まず図6により振動ジャイロセンサーの原理を含め
てその構成と作用について説明する。
【0005】図6(A)において,28は金属で形成さ
れた振動体,29は振動体を励振させるための圧電磁器
製の駆動電極,30は振動体に角速度を与えたときに起
こる振動により発生する電圧を検出する圧電磁器製の検
出電極である。31,32は振動体を発振回路で駆動さ
せたときの屈曲振動(第1の振動と記す)の節であり,
33,34は角速度を与えたときに起こる屈曲振動(第
2の振動と記す)の節である。
れた振動体,29は振動体を励振させるための圧電磁器
製の駆動電極,30は振動体に角速度を与えたときに起
こる振動により発生する電圧を検出する圧電磁器製の検
出電極である。31,32は振動体を発振回路で駆動さ
せたときの屈曲振動(第1の振動と記す)の節であり,
33,34は角速度を与えたときに起こる屈曲振動(第
2の振動と記す)の節である。
【0006】振動体28は,駆動電極29により,同図
(B)に示したような第1の振動を行っているとする。
35,36は屈曲振動の変位を示している。この振動体
28をz軸の回りに角速度ωで回転させると,第1の振
動と直角な方向にコリオリの力Fが振動体に働く。コリ
オリの力Fは,以下の式である。 F=2・M・V・ω ここで,Mは振動体の質量,Vは振動の速度である。
(B)に示したような第1の振動を行っているとする。
35,36は屈曲振動の変位を示している。この振動体
28をz軸の回りに角速度ωで回転させると,第1の振
動と直角な方向にコリオリの力Fが振動体に働く。コリ
オリの力Fは,以下の式である。 F=2・M・V・ω ここで,Mは振動体の質量,Vは振動の速度である。
【0007】上記コリオリの力により,第2の振動が励
振される。振動の変位は,図6(C)の37,38のよ
うになる。この第2の振動により発生した角速度ωに比
例する電圧を,検出電極30で検出することにより,角
速度を知ることができる。
振される。振動の変位は,図6(C)の37,38のよ
うになる。この第2の振動により発生した角速度ωに比
例する電圧を,検出電極30で検出することにより,角
速度を知ることができる。
【0008】つぎに,図7により従来の音叉形状の振動
ジャイロセンサーについて説明する。振動体39は,音
叉の腕40,41の上部に,第2の腕42,43を結合
した構造である。44は圧電磁器製の駆動電極,45は
コリオリの力により起こる第2の振動で発生する角速度
電圧を検出する圧電磁器製の検出電極である。
ジャイロセンサーについて説明する。振動体39は,音
叉の腕40,41の上部に,第2の腕42,43を結合
した構造である。44は圧電磁器製の駆動電極,45は
コリオリの力により起こる第2の振動で発生する角速度
電圧を検出する圧電磁器製の検出電極である。
【0009】作用について説明する。駆動電極44によ
り,腕40,41は矢印のように,左右に変位する振動
を発生する。これを角速度ωで回転させることにより,
腕42,43が,腕40,41と直角方向に,矢印で示
したように変位する第2の振動を励起する。この第2の
振動で発生する角速度電圧を,検出電極45で検出し
て,角速度を知ることができる。
り,腕40,41は矢印のように,左右に変位する振動
を発生する。これを角速度ωで回転させることにより,
腕42,43が,腕40,41と直角方向に,矢印で示
したように変位する第2の振動を励起する。この第2の
振動で発生する角速度電圧を,検出電極45で検出し
て,角速度を知ることができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら,従来の
振動ジャイロセンサーは,以下のような欠点があった。
即ち,図6や図7に示す振動体は,いずれも金属である
ため,温度により,第1と第2の振動の共振周波数が変
動しやすい。このため,角速度電圧が変動し,正確な角
速度を求めることが困難である。
振動ジャイロセンサーは,以下のような欠点があった。
即ち,図6や図7に示す振動体は,いずれも金属である
ため,温度により,第1と第2の振動の共振周波数が変
動しやすい。このため,角速度電圧が変動し,正確な角
速度を求めることが困難である。
【0011】駆動電極および検出電極として,圧電磁器
板を振動体に張り付ける。このため、製造上コストがか
かる。また,圧電磁器板のばらつきや張り付け位置のば
らつきで,角速度電圧が不安定となり,角速度の再現性
に問題がある。
板を振動体に張り付ける。このため、製造上コストがか
かる。また,圧電磁器板のばらつきや張り付け位置のば
らつきで,角速度電圧が不安定となり,角速度の再現性
に問題がある。
【0012】音叉型の場合,複雑な構造のため,これを
精度よく大量に生産することは困難である。しかも振動
体が大きいため,小型の電子機器に搭載することができ
ない。
精度よく大量に生産することは困難である。しかも振動
体が大きいため,小型の電子機器に搭載することができ
ない。
【0013】振動体を,タンタル酸リチウム等圧電結晶
体を用いた,音叉型振動ジャイロセンサーの報告例があ
る。しかし音叉型は,基部を支持するため,衝撃や振動
を受けたとき,腕の先端部の振動変位が不安定となり,
角速度の検出精度に悪影響を与える。
体を用いた,音叉型振動ジャイロセンサーの報告例があ
る。しかし音叉型は,基部を支持するため,衝撃や振動
を受けたとき,腕の先端部の振動変位が不安定となり,
角速度の検出精度に悪影響を与える。
【0014】本発明の目的は,上記課題を解決しようと
するもので,小型低コストで,角速度を安定に計測でき
る振動ジャイロセンサーを提供することにある。
するもので,小型低コストで,角速度を安定に計測でき
る振動ジャイロセンサーを提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の要旨は,振動体は各々の振動部が,棒形であ
る3つの振動部を有し,それらが互いに平行で,棒の両
端において,振動体の基部で結合された構造であること
を特徴とするものである。
の本発明の要旨は,振動体は各々の振動部が,棒形であ
る3つの振動部を有し,それらが互いに平行で,棒の両
端において,振動体の基部で結合された構造であること
を特徴とするものである。
【0016】振動体は水晶より形成され,その長手方
向,幅方向,厚さ方向は,それぞれ水晶結晶軸のY軸,
Z軸,X軸であることを特徴とするものである。
向,幅方向,厚さ方向は,それぞれ水晶結晶軸のY軸,
Z軸,X軸であることを特徴とするものである。
【0017】振動部の第1および第2の振動は,屈曲振
動で,振動方向は,左右の2つの振動部が同方向,中央
の1つの振動部が左右の振動部と反対方向であることを
特徴とするものである。
動で,振動方向は,左右の2つの振動部が同方向,中央
の1つの振動部が左右の振動部と反対方向であることを
特徴とするものである。
【0018】振動体を駆動する電極および角速度を検出
する電極は,3つの振動部の各々にそれぞれ形成される
ことを特徴とするものである。
する電極は,3つの振動部の各々にそれぞれ形成される
ことを特徴とするものである。
【0019】1つの振動部に形成される電極は,2つの
Y−Z面と2つのY−X面(以下4面電極と記す),お
よび2つのY−Z面にY方向に2分割(以下表裏電極と
記す)され形成されることを特徴とするものである。
Y−Z面と2つのY−X面(以下4面電極と記す),お
よび2つのY−Z面にY方向に2分割(以下表裏電極と
記す)され形成されることを特徴とするものである。
【0020】即ち,本発明における振動ジャイロセンサ
ーは,水晶より形成され,3つの互いに平行な棒形の振
動部が,振動体の基部で結合された構造である。それぞ
れの振動部には,4面電極および表裏電極が設けられ,
第1と第2の振動または第2と第1の振動が行われる構
造となっている。
ーは,水晶より形成され,3つの互いに平行な棒形の振
動部が,振動体の基部で結合された構造である。それぞ
れの振動部には,4面電極および表裏電極が設けられ,
第1と第2の振動または第2と第1の振動が行われる構
造となっている。
【0021】
【発明の実施の形態】以下図面により本発明の実施の形
態における振動ジャイロセンサーを説明する。図1から
図5は,本発明の実施の形態を示す振動ジャイロセンサ
ーであり,図1は水晶原石から振動体を切り出す切断方
位を示す斜視図であり,図2は振動体に駆動電極および
検出電極を設けた振動ジャイロセンサーを示す斜視図で
あり,図3は振動ジャイロセンサーの原理説明図であ
り,図4および図5は電極構造の断面図である。
態における振動ジャイロセンサーを説明する。図1から
図5は,本発明の実施の形態を示す振動ジャイロセンサ
ーであり,図1は水晶原石から振動体を切り出す切断方
位を示す斜視図であり,図2は振動体に駆動電極および
検出電極を設けた振動ジャイロセンサーを示す斜視図で
あり,図3は振動ジャイロセンサーの原理説明図であ
り,図4および図5は電極構造の断面図である。
【0022】図1に示すように,振動体1は,水晶原石
の結晶軸X,Y,Z軸に対して長さ,幅,厚さがそれぞ
れY,Z,X軸となるように板状に切り出される。その
後フォトリソグラフィー技術を用いて,矩形状の穴2,
3が加工され,両端がつながった互いに平行な3つの振
動部,即ち左の振動部4,中央の振動部5,右の振動部
6が,振動体の基部7,8で結合され形成される。
の結晶軸X,Y,Z軸に対して長さ,幅,厚さがそれぞ
れY,Z,X軸となるように板状に切り出される。その
後フォトリソグラフィー技術を用いて,矩形状の穴2,
3が加工され,両端がつながった互いに平行な3つの振
動部,即ち左の振動部4,中央の振動部5,右の振動部
6が,振動体の基部7,8で結合され形成される。
【0023】図2は振動体1に電極を設けた振動ジャイ
ロセンサー21を示す斜視図である。電極は左, 中央,
右の3つの振動部4,5,6の各々に2種類形成され
る。左の振動部4の電極は,4面に9,10と9’(図
示せず),10’(図示せず)および表裏面にそれぞれ
2分割された11,12と11’(図示せず),12’
(図示せず)である。同様に,中央の振動部5の電極
は,13,14と13’,14’,および15,16と
15’,16’であり,右の振動部6の電極は,17,
18と17’,18’および19,20と19’,2
0’,である。
ロセンサー21を示す斜視図である。電極は左, 中央,
右の3つの振動部4,5,6の各々に2種類形成され
る。左の振動部4の電極は,4面に9,10と9’(図
示せず),10’(図示せず)および表裏面にそれぞれ
2分割された11,12と11’(図示せず),12’
(図示せず)である。同様に,中央の振動部5の電極
は,13,14と13’,14’,および15,16と
15’,16’であり,右の振動部6の電極は,17,
18と17’,18’および19,20と19’,2
0’,である。
【0024】これらの2種類の電極は,4面電極を駆動
電極,表裏電極を検出電極として用いてもよいし,4面
電極を検出電極,表裏電極を駆動電極として用いてもよ
い。電極の形成は,蒸着技術やフォトリソグラフィー技
術を用いる。センサーの固定は,基部7,8に接着剤を
塗布し,支持部材に固定される。
電極,表裏電極を検出電極として用いてもよいし,4面
電極を検出電極,表裏電極を駆動電極として用いてもよ
い。電極の形成は,蒸着技術やフォトリソグラフィー技
術を用いる。センサーの固定は,基部7,8に接着剤を
塗布し,支持部材に固定される。
【0025】図3は振動ジャイロセンサー21の角速度
を検出する原理説明図である。振動ジャイロセンサー2
1は,4面電極を用いて,振動部が実線矢印22,2
3,24の方向及び実線矢印22’,23’,24’の
方向に交互に振動する。あるいは,表裏電極を用いる
と,振動部が,破線矢印25,26,27の方向,およ
び破線矢印25’,26’,27’の方向に振動する構
造となっている。
を検出する原理説明図である。振動ジャイロセンサー2
1は,4面電極を用いて,振動部が実線矢印22,2
3,24の方向及び実線矢印22’,23’,24’の
方向に交互に振動する。あるいは,表裏電極を用いる
と,振動部が,破線矢印25,26,27の方向,およ
び破線矢印25’,26’,27’の方向に振動する構
造となっている。
【0026】いま仮に,駆動電極として4面電極を用い
て振動ジャイロセンサー21が実線矢印22,23,2
4,22’,23’,24’,の方向に駆動されている
とする。そしてY軸の周りに角速度ωが加わると,コリ
オリの力FがZ軸方向に働く。この力は破線矢印の振動
をひきおこす。この振動で発生した角速度ωに比例する
電圧を,表裏電極により検出することで角速度を知るこ
とができる。
て振動ジャイロセンサー21が実線矢印22,23,2
4,22’,23’,24’,の方向に駆動されている
とする。そしてY軸の周りに角速度ωが加わると,コリ
オリの力FがZ軸方向に働く。この力は破線矢印の振動
をひきおこす。この振動で発生した角速度ωに比例する
電圧を,表裏電極により検出することで角速度を知るこ
とができる。
【0027】図4は,振動体1の3つの振動部の4面に
設けられた電極構造を示す断面図である。図中(+)や
(ー)は,ある瞬間の各電極の電圧極性を示し,そのと
きの電界の様子が,EX1〜EX6で示されている。こ
れらの電界は,電極9,10,13,14,17,18
と9’10’,13’,14’,17’,18’を通じ
て発生する。そしてX軸に沿って,左右の振動部が同方
向,中央の振動部が逆方向の,振動を発生させる。
設けられた電極構造を示す断面図である。図中(+)や
(ー)は,ある瞬間の各電極の電圧極性を示し,そのと
きの電界の様子が,EX1〜EX6で示されている。こ
れらの電界は,電極9,10,13,14,17,18
と9’10’,13’,14’,17’,18’を通じ
て発生する。そしてX軸に沿って,左右の振動部が同方
向,中央の振動部が逆方向の,振動を発生させる。
【0028】図5は,振動体1の3つの振動部の表裏面
に2分割され設けられた電極構造を示す断面図である。
電極11,12,15,16,19,20と,11’,
12’,15’,16’,19’,20’を通じて電界
EX7〜EX12が発生する。これらの電界により,Z
軸方向に沿って,左右の振動部が同方向,中央の振動部
が逆方向の振動を発生させることができる。
に2分割され設けられた電極構造を示す断面図である。
電極11,12,15,16,19,20と,11’,
12’,15’,16’,19’,20’を通じて電界
EX7〜EX12が発生する。これらの電界により,Z
軸方向に沿って,左右の振動部が同方向,中央の振動部
が逆方向の振動を発生させることができる。
【0029】
【発明の効果】上記のごとく本発明の振動ジャイロセン
サーは,以下のような大きな効果がある。即ち,従来の
ように圧電磁器を張り付ける必要がないので,特性のば
らつきはない。単結晶である水晶から作られるので,温
度による振動の共振周波数が変動しない。また,両端で
固定できるので,衝撃や振動に対して安定に角速度を検
出できる。更に,フォトリソグラフィー技術を用いて製
造できるので,小型のものが安価に量産できる。
サーは,以下のような大きな効果がある。即ち,従来の
ように圧電磁器を張り付ける必要がないので,特性のば
らつきはない。単結晶である水晶から作られるので,温
度による振動の共振周波数が変動しない。また,両端で
固定できるので,衝撃や振動に対して安定に角速度を検
出できる。更に,フォトリソグラフィー技術を用いて製
造できるので,小型のものが安価に量産できる。
【図1】本発明の振動ジャイロセンサーの振動体を,水
晶原石から切り出す切断方位を示す斜視図である。
晶原石から切り出す切断方位を示す斜視図である。
【図2】本発明の実施例を示す振動ジャイロセンサーの
斜視図である。
斜視図である。
【図3】本発明の振動ジャイロセンサーの原理説明図で
ある。
ある。
【図4】本発明の実施例を示す振動ジャイロセンサーの
電極構造の断面図である。
電極構造の断面図である。
【図5】本発明の実施例を示す振動ジャイロセンサーの
電極構造の断面図である。
電極構造の断面図である。
【図6】従来の振動ジャイロセンサーで,その原理を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図7】従来の振動ジャイロセンサーを示す斜視図であ
る。
る。
【符号の説明】 1、28 振動体 2、3 振動体の矩形状の穴 4 左振動部 5 中央振動部 6 右振動部 7、8 振動体基部 9、10、9’、10’13、14、13’14’1
7、18、17’、18’4面電極 11、12、11’、12’、15、16、15’、1
6’19、20、19’、20’ 表裏電極 21 振動ジャイロセンサー 22、23、24、22’、23’、24’、25、2
6、27、25’、26’、27’ 振動の方向 29、30、44、45 圧電磁器電極 31、32、33、34 振動の節 35、36、37、38 振動変位 39 音叉型振動体 40、41、42、43 音叉の腕
7、18、17’、18’4面電極 11、12、11’、12’、15、16、15’、1
6’19、20、19’、20’ 表裏電極 21 振動ジャイロセンサー 22、23、24、22’、23’、24’、25、2
6、27、25’、26’、27’ 振動の方向 29、30、44、45 圧電磁器電極 31、32、33、34 振動の節 35、36、37、38 振動変位 39 音叉型振動体 40、41、42、43 音叉の腕
Claims (5)
- 【請求項1】 振動体に角速度を与えることにより,発
生する角速度電圧を検出する振動ジャイロセンサーにお
いて,前記振動体は,互いに平行な2つの矩形状の穴
と,互いに平行な3つの振動部を有する構造であること
を特徴とする振動ジャイロセンサー。 - 【請求項2】 振動体は水晶から形成され,長手方向,
幅方向,厚さ方向がそれぞれ,水晶結晶軸のY軸,Z
軸,X軸であることを特徴とする請求項1記載の振動ジ
ャイロセンサー。 - 【請求項3】 互いに平行な3つの振動部の振動方向
は,左右の2つの振動部が同方向,中央の1つの振動部
が左右の振動部と反対方向であることを特徴とする請求
項1記載の振動ジャイロセンサー。 - 【請求項4】 振動体を駆動する電極および角速度を検
出する電極は,3つの振動部の各々にそれぞれ形成され
ることを特徴とする請求項1記載の振動ジャイロセンサ
ー。 - 【請求項5】 1つの振動部に形成される電極は,2つ
のY−Z面と2つのY−X面,および2つのY−Z面に
Y方向に2分割され形成されることを特徴とする請求項
1記載の振動ジャイロセンサー。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9009088A JPH10206162A (ja) | 1997-01-22 | 1997-01-22 | 振動ジャイロセンサー |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9009088A JPH10206162A (ja) | 1997-01-22 | 1997-01-22 | 振動ジャイロセンサー |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10206162A true JPH10206162A (ja) | 1998-08-07 |
Family
ID=11710872
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9009088A Pending JPH10206162A (ja) | 1997-01-22 | 1997-01-22 | 振動ジャイロセンサー |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10206162A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6378368B1 (en) * | 1997-10-09 | 2002-04-30 | Kabushiki Kaisha Tokai Rika Denki Seisakusho | Oscillation gyro equipped with thin PZT film |
US8198948B2 (en) | 2010-03-17 | 2012-06-12 | Seiko Epson Corporation | Vibrator element, sensor device, sensor, and electronic apparatus |
-
1997
- 1997-01-22 JP JP9009088A patent/JPH10206162A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6378368B1 (en) * | 1997-10-09 | 2002-04-30 | Kabushiki Kaisha Tokai Rika Denki Seisakusho | Oscillation gyro equipped with thin PZT film |
US8198948B2 (en) | 2010-03-17 | 2012-06-12 | Seiko Epson Corporation | Vibrator element, sensor device, sensor, and electronic apparatus |
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