JP2000162235A - Accelerometer and angular velocity sensor - Google Patents

Accelerometer and angular velocity sensor

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JP2000162235A
JP2000162235A JP10350727A JP35072798A JP2000162235A JP 2000162235 A JP2000162235 A JP 2000162235A JP 10350727 A JP10350727 A JP 10350727A JP 35072798 A JP35072798 A JP 35072798A JP 2000162235 A JP2000162235 A JP 2000162235A
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JP
Japan
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electrode
piezoelectric element
axis
interdigital
interdigital electrode
Prior art date
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Pending
Application number
JP10350727A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideki Tamura
英樹 田村
Yoshiro Tomikawa
義郎 富川
Nobumitsu Taniguchi
伸光 谷口
Kazuhiro Okada
和廣 岡田
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.)
WAKOO KK
Wako KK
Original Assignee
WAKOO KK
Wako KK
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a sensor having simplified structure, is small-sized and whose efficiency is satisfactory. SOLUTION: Crossed finger-shaped electrodes X1, X2, Y1, Y2, Z1 to Z4 are formed on the surface of a disk-shaped piezoelectric element 500. Every crossed finger-shaped electrode is constituted in such a way that two kinds of electrode groups composed of a plurality of finger-shaped electrodes arranged at prescribed intervals are arranged alternately. A voltage at a prescribed polarity is applied across both electrode groups, and a polarization treatment is executed. A plumb-hob body 540 is bonded to the central part on the rear surface of the piezoelectric element 500. The circumferential part on the rear surface is fixed to a device enclosure via a pedestal 550. When an AC signal is given to the electrodes Z1 to Z4, the plumb bob 540 vibrates in the Z-axis direction. When an angular velocity ωx and an angular velocity ωy act in this state, the Coriolis force Fy and the Coriolis force Fx in the Y-axis direction or in the X-axis direction act on the plumb bob 540, a flexure is generated in the piezoelectric element 500, and the flexure is detected on the basis of electromagnetic forces which are generated in the electrodes Y1, Y2 or the electrodes X1, X2.

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】本発明は加速度センサおよび
角速度センサに関し、特に、圧電素子の機械的変形に基
づいて加速度および角速度を検出することができるセン
サに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor and an angular velocity sensor, and more particularly to a sensor capable of detecting acceleration and angular velocity based on mechanical deformation of a piezoelectric element.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動車産業や機械産業などでは、所定軸
まわりの角速度や所定軸方向の加速度を正確に検出でき
る加速度センサや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。特に、XYZ三次元直交座標系
内において、物体の三次元の動きを正確に捉えるために
は、X軸まわりの角速度ωx,Y軸まわりの角速度ω
y,Z軸まわりの角速度ωz,X軸方向の加速度αx,
Y軸方向の加速度αy,Z軸方向の加速度αzという合
計6軸に関する角速度および加速度の成分を検出するこ
とが不可欠である。
2. Description of the Related Art In the automobile industry, the machinery industry, and the like, demands for acceleration sensors and angular velocity sensors capable of accurately detecting angular velocity around a predetermined axis and acceleration in a predetermined axial direction are increasing. In general, an object that moves freely in a three-dimensional space is affected by an acceleration in an arbitrary direction and an angular velocity in an arbitrary rotation direction. Therefore, in order to accurately grasp the motion of the object, it is necessary to detect the angular velocity around each coordinate axis together with the acceleration in each coordinate axis direction in the XYZ three-dimensional coordinate system. In particular, in order to accurately capture the three-dimensional movement of the object in the XYZ three-dimensional rectangular coordinate system, the angular velocity ωx around the X axis and the angular velocity ω around the Y axis
y, angular velocity ωz about the Z axis, acceleration αx in the X axis direction,
It is indispensable to detect angular velocity and acceleration components for a total of six axes, ie, the acceleration αy in the Y-axis direction and the acceleration αz in the Z-axis direction.

【0003】このような需要に応えるため、本願発明者
は、たとえば、特許協力条約に基づく国際公開第WO9
4/23272号公報、特開平8−35981号公報、
特開平8−68636号公報、特開平8−94661号
公報、特開平8−226931号公報、特開平8−28
5608号公報などに、圧電素子を用いた角速度センサ
および加速度センサを提案した。これらのセンサでは、
圧電素子に重錘体を接合するか、あるいは圧電素子の一
部を重錘体として利用し、この重錘体に作用する加速度
に基づく力または角速度に基づくコリオリ力を測定する
ことにより、三次元の各軸まわりの角速度や各軸方向の
加速度を検出することができる。ここで、角速度につい
ては、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Fyが作用するという原理を利用
した検出が行われ、加速度については、ある物体にX軸
方向の加速度αxが作用すると、同じくX軸方向に加速
度に基づく力(ここでは、加速度力と呼ぶことにする)
fxが作用するという原理を利用した検出が行われてい
る。
In order to meet such demands, the inventor of the present application has proposed, for example, International Publication No.
4/23272, JP-A-8-35981,
JP-A-8-68636, JP-A-8-94661, JP-A-8-226931, JP-A-8-28
No. 5608 and the like have proposed an angular velocity sensor and an acceleration sensor using a piezoelectric element. With these sensors,
By joining a weight to the piezoelectric element, or using a part of the piezoelectric element as a weight, and measuring the force based on acceleration or Coriolis force based on angular velocity acting on the weight, three-dimensional , The angular velocity around each axis and the acceleration in each axis direction can be detected. Here, as for the angular velocity, when an object is moved in the Z-axis direction in a state where an angular velocity ωx about the X axis is acting on a certain object,
Detection is performed using the principle that the Coriolis force Fy acts in the Y-axis direction. When the acceleration αx in the X-axis direction acts on a certain object, a force based on the acceleration in the X-axis direction (here, (Accelerated force)
Detection using the principle that fx acts is performed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】三次元空間内で運動す
る物体についての角速度・加速度検出という需要は、益
々高まるばかりであり、今後は特に、センサの小型かつ
低価格化が望まれている。しかしながら、これまで実用
化されてきた角速度センサあるいは加速度センサは、圧
電素子の上下両面に電極を形成する必要があり、構造的
にまだまだ複雑な部分が多く、効率の良い小型のセンサ
を作成することが困難であるという問題があった。
Demand for angular velocity / acceleration detection of an object moving in a three-dimensional space is only increasing more and more. In the future, in particular, it is desired to reduce the size and cost of the sensor. However, the angular velocity sensor or acceleration sensor that has been put to practical use requires electrodes to be formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric element, and many structural parts are still complicated. There was a problem that was difficult.

【0005】そこで本発明は、構造的により簡略化を図
り、小型で効率の良い加速度センサおよび角速度センサ
を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a compact and efficient acceleration sensor and angular velocity sensor which are simplified in structure.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】(1) 本発明の第1の態
様は、XYZ三次元座標系における少なくとも一軸方向
に作用する加速度を検出する機能をもった加速度センサ
において、固定部と変位部とを有し、固定部を固定した
状態で変位部に力が作用したときに機械的変形が生じる
圧電素子と、この圧電素子を収容するとともに、固定部
を支持固定する装置筐体と、変位部に形成された重錘体
と、圧電素子の機械的変形が生じる位置に形成された交
差指状電極と、を設け、互いにほぼ平行になるように所
定間隔をおいて配置され、互いに短絡した複数の指状電
極からなる第1の電極群と、互いにほぼ平行になるよう
に所定間隔をおいて配置され、互いに短絡した複数の指
状電極からなる第2の電極群と、によって交差指状電極
を構成し、第1の電極群を構成する指状電極と第2の電
極群を構成する指状電極とを交互に並ぶように配置する
ようにし、圧電素子には、第1の電極群と第2の電極群
との間に所定極性の電圧を印加することにより分極処理
を施すようにし、重錘体に作用した加速度に基づいて変
位部に力が作用し、圧電素子に機械的変形が生じたとき
に、第1の電極群と第2の電極群との間に加速度に応じ
た起電力が生じるようにしたものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an acceleration sensor having a function of detecting acceleration acting in at least one axis direction in an XYZ three-dimensional coordinate system. A piezoelectric element that undergoes mechanical deformation when a force is applied to the displacement section with the fixed section fixed, an apparatus housing that accommodates the piezoelectric element and supports and fixes the fixed section, The weight body formed in the portion and the interdigital electrode formed at the position where the mechanical deformation of the piezoelectric element occurs are arranged at predetermined intervals so as to be substantially parallel to each other, and short-circuited to each other. A first electrode group consisting of a plurality of finger electrodes and a second electrode group consisting of a plurality of finger electrodes arranged at predetermined intervals so as to be substantially parallel to each other and short-circuited to each other form an interdigital finger. Constituting an electrode, a first electrode The finger electrodes forming the group and the finger electrodes forming the second electrode group are arranged so as to be alternately arranged, and the piezoelectric element includes a first electrode group and a second electrode group. Is applied by applying a voltage of a predetermined polarity to the piezoelectric element. When a force is applied to the displacement portion based on the acceleration applied to the weight body and the piezoelectric element is mechanically deformed, the first An electromotive force corresponding to the acceleration is generated between the electrode group and the second electrode group.

【0007】(2) 本発明の第2の態様は、上述の第1
の態様に係る加速度センサにおいて、上面が平面をなす
板状の圧電素子を用い、その周囲部分を固定部として装
置筐体に固定し、その中心部分を変位部としてここに重
錘体を形成し、圧電素子の上面中心に原点を有し、上面
がXY平面に含まれるようなXYZ三次元座標系を定義
し、圧電素子の上面のX軸上に、各指状電極がほぼY軸
方向を向くような交差指状電極を配置し、この交差指状
電極に生じる起電力に基づいて、作用した加速度のX軸
方向成分を検出できるようにしたものである。
(2) A second aspect of the present invention is the above-mentioned first aspect.
In the acceleration sensor according to the aspect, a plate-shaped piezoelectric element having a flat upper surface is used, a peripheral portion thereof is fixed to the device housing as a fixing portion, and a weight portion is formed here as a center portion as a displacement portion. An XYZ three-dimensional coordinate system is defined such that the origin is at the center of the upper surface of the piezoelectric element and the upper surface is included in the XY plane. An interdigital electrode that is directed toward the interdigital electrode is arranged so that an X-axis component of the applied acceleration can be detected based on an electromotive force generated in the interdigital electrode.

【0008】(3) 本発明の第3の態様は、上述の第2
の態様に係る加速度センサにおいて、圧電素子の上面の
X軸の正の部分に、各指状電極がほぼY軸方向を向くよ
うな第1の交差指状電極を配置し、圧電素子の上面のX
軸の負の部分に、各指状電極がほぼY軸方向を向くよう
な第2の交差指状電極を配置し、第1の交差指状電極に
生じる起電力と第2の交差指状電極に生じる起電力とに
基づいて、作用した加速度のX軸方向成分およびZ軸方
向成分を検出するようにしたものである。
(3) The third aspect of the present invention is the above-mentioned second aspect.
In the acceleration sensor according to the aspect, the first interdigital electrode in which each finger electrode is oriented substantially in the Y-axis direction is disposed on the positive portion of the upper surface of the piezoelectric element in the X-axis direction. X
A second interdigital electrode is arranged in the negative portion of the axis such that each of the interdigital electrodes is oriented substantially in the Y-axis direction, and an electromotive force generated in the first interdigital electrode and the second interdigital electrode are arranged. The X-axis direction component and the Z-axis direction component of the applied acceleration are detected based on the electromotive force generated in the above.

【0009】(4) 本発明の第4の態様は、上述の第3
の態様に係る加速度センサにおいて、第1の交差指状電
極および第2の交差指状電極の他に、更に、圧電素子の
上面のY軸の正の部分に、各指状電極がほぼX軸方向を
向くような第3の交差指状電極を配置し、圧電素子の上
面のY軸の負の部分に、各指状電極がほぼX軸方向を向
くような第4の交差指状電極を配置し、第1の交差指状
電極に生じる起電力と第2の交差指状電極に生じる起電
力とに基づいて、作用した加速度のX軸方向成分を検出
し、第3の交差指状電極に生じる起電力と第4の交差指
状電極に生じる起電力とに基づいて、作用した加速度の
Y軸方向成分を検出し、第1の交差指状電極に生じる起
電力と第2の交差指状電極に生じる起電力とに基づい
て、または、第3の交差指状電極に生じる起電力と第4
の交差指状電極に生じる起電力とに基づいて、または、
第1〜第4の交差指状電極のすべてに生じる起電力に基
づいて、作用した加速度のZ軸方向成分を検出するよう
にしたものである。
(4) The fourth aspect of the present invention relates to the above-described third aspect.
In the acceleration sensor according to the aspect, in addition to the first interdigital electrode and the second interdigital electrode, further, each of the finger electrodes is substantially connected to the X-axis on the positive portion of the Y-axis on the upper surface of the piezoelectric element. A third interdigital electrode is arranged so as to face in the direction, and a fourth interdigital electrode in which each finger electrode is oriented substantially in the X-axis direction is provided on the negative portion of the Y-axis on the upper surface of the piezoelectric element. An X-axis component of the applied acceleration is detected based on the electromotive force generated in the first interdigital electrode and the electromotive force generated in the second interdigital electrode, and the third interdigital electrode is arranged. The Y-axis component of the applied acceleration is detected based on the electromotive force generated in the first interdigital electrode and the electromotive force generated in the fourth interdigital electrode. Based on the electromotive force generated in the interdigital electrode, or based on the electromotive force generated in the third interdigital electrode and the fourth interdigital electrode.
Based on the electromotive force generated in the interdigital electrodes of
The Z-axis component of the applied acceleration is detected based on the electromotive force generated in all of the first to fourth interdigital electrodes.

【0010】(5) 本発明の第5の態様は、上述の第1
の態様に係る加速度センサにおいて、上面が平面をなす
板状の圧電素子を用い、その周囲部分を固定部として装
置筐体に固定し、その中心部分を変位部としてここに重
錘体を形成し、圧電素子の上面中心に原点を有し、上面
がXY平面に含まれるようなXYZ三次元座標系を定義
し、圧電素子の上面のX軸上に、各指状電極が原点を中
心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような交差指状電
極を配置し、この交差指状電極に生じる起電力に基づい
て、作用した加速度のX軸方向成分を検出できるように
したものである。
(5) The fifth aspect of the present invention is the above-mentioned first aspect.
In the acceleration sensor according to the aspect, a plate-shaped piezoelectric element having a flat upper surface is used, a peripheral portion thereof is fixed to the device housing as a fixing portion, and a weight portion is formed here as a center portion as a displacement portion. An XYZ three-dimensional coordinate system having an origin at the center of the upper surface of the piezoelectric element and the upper surface included in the XY plane is defined. On the X axis of the upper surface of the piezoelectric element, each finger-shaped electrode is centered on the origin. An interdigital electrode that is oriented substantially along an arc is arranged, and an X-axis component of the applied acceleration can be detected based on an electromotive force generated in the interdigital electrode.

【0011】(6) 本発明の第6の態様は、上述の第5
の態様に係る加速度センサにおいて、圧電素子の上面の
X軸の正の部分に、各指状電極が原点を中心とした円弧
にほぼ沿った方向を向くような第1の交差指状電極を配
置し、圧電素子の上面のX軸の負の部分に、各指状電極
が原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような
第2の交差指状電極を配置し、第1の交差指状電極に生
じる起電力と第2の交差指状電極に生じる起電力とに基
づいて、作用した加速度のX軸方向成分およびZ軸方向
成分を検出するようにしたものである。
(6) The sixth aspect of the present invention is the above-mentioned fifth aspect.
In the acceleration sensor according to the aspect, the first interdigital electrode is disposed on the upper surface of the piezoelectric element on the positive portion of the X axis such that each finger electrode is oriented substantially along an arc centered on the origin. Then, on the negative portion of the X-axis on the upper surface of the piezoelectric element, a second intersecting finger-like electrode is arranged such that each finger-like electrode is oriented substantially along an arc centered on the origin, and The X-axis direction component and the Z-axis direction component of the applied acceleration are detected based on the electromotive force generated in the finger electrode and the electromotive force generated in the second interdigital electrode.

【0012】(7) 本発明の第7の態様は、上述の第6
の態様に係る加速度センサにおいて、第1の交差指状電
極および第2の交差指状電極の他に、更に、圧電素子の
上面のY軸の正の部分に、各指状電極が原点を中心とし
た円弧にほぼ沿った方向を向くような第3の交差指状電
極を配置し、圧電素子の上面のY軸の負の部分に、各指
状電極が原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向く
ような第4の交差指状電極を配置し、第1の交差指状電
極に生じる起電力と第2の交差指状電極に生じる起電力
とに基づいて、作用した加速度のX軸方向成分を検出
し、第3の交差指状電極に生じる起電力と第4の交差指
状電極に生じる起電力とに基づいて、作用した加速度の
Y軸方向成分を検出し、第1の交差指状電極に生じる起
電力と第2の交差指状電極に生じる起電力に基づいて、
または、第3の交差指状電極に生じる起電力と第4の交
差指状電極に生じる起電力に基づいて、または、第1〜
第4の交差指状電極のすべてに生じる起電力に基づい
て、作用した加速度のZ軸方向成分を検出するようにし
たものである。
(7) The seventh aspect of the present invention is the above-described sixth aspect.
In the acceleration sensor according to the aspect, in addition to the first interdigital electrode and the second interdigital electrode, further, each finger electrode is centered on the origin on the positive portion of the Y-axis on the upper surface of the piezoelectric element. A third interdigital electrode is arranged so as to face a direction substantially along the circular arc, and each finger-shaped electrode substantially follows the circular arc centered on the origin on the negative portion of the Y-axis on the upper surface of the piezoelectric element. The fourth interdigital electrode is arranged so as to face in the direction indicated by the arrow, and based on the electromotive force generated in the first interdigital electrode and the electromotive force generated in the second interdigital electrode, X of the applied acceleration is obtained. Detecting an axial component, detecting a Y-axis component of the applied acceleration based on the electromotive force generated in the third interdigital electrode and the electromotive force generated in the fourth interdigital electrode, Based on the electromotive force generated in the interdigital electrode and the electromotive force generated in the second interdigital electrode,
Alternatively, based on the electromotive force generated in the third interdigital electrode and the electromotive force generated in the fourth interdigital electrode,
The Z-axis component of the applied acceleration is detected based on the electromotive force generated in all the fourth interdigital electrodes.

【0013】(8) 本発明の第8の態様は、XYZ三次
元座標系における少なくとも一軸まわりに作用する角速
度を検出する機能をもった角速度センサにおいて、固定
部と変位部とを有し、固定部を固定した状態で変位部に
力が作用したときに機械的変形が生じる圧電素子と、こ
の圧電素子を収容するとともに、固定部を支持固定する
装置筐体と、変位部に形成された重錘体と、圧電素子の
機械的変形が生じる位置に形成された駆動用交差指状電
極および検出用交差指状電極と、を設け、互いにほぼ平
行になるように所定間隔をおいて配置され、互いに短絡
した複数の指状電極からなる第1の電極群と、互いにほ
ぼ平行になるように所定間隔をおいて配置され、互いに
短絡した複数の指状電極からなる第2の電極群と、によ
って各交差指状電極を構成し、第1の電極群を構成する
指状電極と第2の電極群を構成する指状電極とを交互に
並ぶように配置するようにし、圧電素子には、第1の電
極群と第2の電極群との間に所定極性の電圧を印加する
ことにより分極処理を施し、駆動用交差指状電極を構成
する第1の電極群と第2の電極群との間に、所定の交流
信号を供給することにより、重錘体を所定の軌道に沿っ
て運動させることができるようにし、重錘体の運動中に
作用した角速度に基づいてコリオリ力が発生し、圧電素
子に機械的変形が生じたときに、検出用交差指状電極を
構成する第1の電極群と第2の電極群との間に角速度に
応じた起電力が生じるようにしたものである。
(8) An eighth aspect of the present invention is an angular velocity sensor having a function of detecting an angular velocity acting on at least one axis in an XYZ three-dimensional coordinate system, comprising: a fixed part and a displacement part; A piezoelectric element that undergoes mechanical deformation when a force is applied to the displacement section with the section fixed, a device housing that accommodates the piezoelectric element and supports and fixes the fixed section, and a weight formed on the displacement section. A weight, and a driving interdigital electrode and a detecting interdigital electrode formed at a position where mechanical deformation of the piezoelectric element occurs, are arranged at predetermined intervals so as to be substantially parallel to each other, A first electrode group consisting of a plurality of finger electrodes short-circuited to each other, and a second electrode group consisting of a plurality of finger electrodes short-circuited and arranged at predetermined intervals so as to be substantially parallel to each other. Each interdigital electrode The finger electrodes constituting the first electrode group and the finger electrodes constituting the second electrode group are arranged so as to be alternately arranged. A polarization process is performed by applying a voltage having a predetermined polarity between the first electrode group and the second electrode group to form a driving interdigital electrode. By supplying a signal, the weight body can be moved along a predetermined trajectory, and Coriolis force is generated based on the angular velocity acting during the movement of the weight body, and the piezoelectric element is mechanically deformed. Is generated, an electromotive force corresponding to the angular velocity is generated between the first electrode group and the second electrode group constituting the detection interdigital electrode.

【0014】(9) 本発明の第9の態様は、上述の第8
の態様に係る角速度センサにおいて、上面が平面をなす
板状の圧電素子を用い、その周囲部分を固定部として装
置筐体に固定し、その中心部分を変位部としてここに重
錘体を形成し、圧電素子の上面中心に原点を有し、上面
がXY平面に含まれるようなXYZ三次元座標系を定義
し、圧電素子の上面のX軸の正の部分に、各指状電極が
ほぼY軸方向を向くような第1の駆動用交差指状電極を
配置し、圧電素子の上面のX軸の負の部分に、各指状電
極がほぼY軸方向を向くような第2の駆動用交差指状電
極を配置し、圧電素子の上面のY軸の正の部分に、各指
状電極がほぼX軸方向を向くような第3の駆動用交差指
状電極を配置し、圧電素子の上面のY軸の負の部分に、
各指状電極がほぼX軸方向を向くような第4の駆動用交
差指状電極を配置し、第1の駆動用交差指状電極および
第2の駆動用交差指状電極には、重錘体をX軸方向に単
振動させることができるX軸方向励振用交流信号を供給
し、第3の駆動用交差指状電極および第4の駆動用交差
指状電極には、重錘体をY軸方向に単振動させることが
できるY軸方向励振用交流信号を供給し、X軸方向励振
用交流信号とY軸方向励振用交流信号との位相を90°
ずらすことにより、重錘体にXY平面上での円運動を行
わせることができるようにし、重錘体が円運動を行って
いるときに、この円運動軌道の接線方向に直交する方向
に作用したコリオリ力を検出用交差指状電極によって検
出することにより、接線方向およびコリオリ力の方向の
双方に直交する軸まわりの角速度を検出できるようにし
たものである。
(9) The ninth aspect of the present invention is the above-mentioned eighth aspect.
In the angular velocity sensor according to the aspect, a plate-shaped piezoelectric element having a flat upper surface is used, a peripheral portion thereof is fixed to the device housing as a fixing portion, and a weight body is formed here as a displacement portion at the center portion. An XYZ three-dimensional coordinate system having an origin at the center of the upper surface of the piezoelectric element and including the upper surface in the XY plane is defined. A first driving interdigital electrode that is oriented in the axial direction is arranged, and a second driving electrode in which each finger electrode is oriented substantially in the Y-axis direction is provided on the negative portion of the upper surface of the piezoelectric element on the X-axis. An interdigital electrode is arranged, and a third interdigital electrode for driving such that each finger electrode is oriented substantially in the X-axis direction is arranged on a positive portion of the Y-axis on the upper surface of the piezoelectric element. On the negative part of the Y axis on the top surface,
A fourth driving interdigital electrode is arranged such that each finger electrode is oriented substantially in the X-axis direction, and the first driving interdigital electrode and the second driving interdigital electrode are each provided with a weight. An AC signal for exciting in the X-axis direction capable of causing the body to vibrate in the X-axis direction is supplied, and the third driving interdigital electrode and the fourth driving interdigital electrode are connected to the weight body by Y. An AC signal for excitation in the Y-axis direction capable of causing a single oscillation in the axial direction is supplied, and the phase of the AC signal for excitation in the X-axis direction and the AC signal for excitation in the Y-axis direction are 90 °.
By displacing the weight, it is possible to cause the weight to perform a circular motion on the XY plane. When the weight performs the circular motion, the weight acts in a direction perpendicular to the tangential direction of the circular motion trajectory. By detecting the Coriolis force by the interdigital electrode for detection, the angular velocity about an axis orthogonal to both the tangential direction and the direction of the Coriolis force can be detected.

【0015】(10) 本発明の第10の態様は、上述の第
8の態様に係る角速度センサにおいて、上面が平面をな
す板状の圧電素子を用い、その周囲部分を固定部として
装置筐体に固定し、その中心部分を変位部としてここに
重錘体を形成し、圧電素子の上面中心に原点を有し、上
面がXY平面に含まれるようなXYZ三次元座標系を定
義し、圧電素子の上面のX軸の正の部分に、各指状電極
がほぼY軸方向を向くような第1の検出用交差指状電極
を配置し、圧電素子の上面のX軸の負の部分に、各指状
電極がほぼY軸方向を向くような第2の検出用交差指状
電極を配置し、駆動用交差指状電極に所定の交流信号を
供給することにより、重錘体をXY平面上で円運動を行
わせることができるようにし、重錘体がX軸を横切ると
きに、第1の検出用交差指状電極および第2の検出用交
差指状電極に生じる起電力に基づいて、Z軸まわりの角
速度を検出できるようにしたものである。
(10) According to a tenth aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the eighth aspect described above, a plate-like piezoelectric element having a flat upper surface is used, and a peripheral portion of the piezoelectric element is used as a fixing portion. , A weight portion is formed here with a center portion thereof as a displacement portion, and an XYZ three-dimensional coordinate system having an origin at the center of the upper surface of the piezoelectric element and an upper surface included in the XY plane is defined. A first cross finger electrode for detection is arranged such that each finger-like electrode is oriented substantially in the Y-axis direction on the positive portion of the X-axis on the upper surface of the element, and on the negative portion of the X-axis on the upper surface of the piezoelectric element. By disposing a second detection interdigital electrode such that each finger electrode is oriented substantially in the Y-axis direction and supplying a predetermined AC signal to the driving interdigital electrode, the weight body is moved in the XY plane. To perform a circular motion on the top, and when the weight crosses the X-axis, the first detection Based on the electromotive force generated in the difference-digital electrodes and the second detection interdigital electrodes, in which to be able to detect the angular velocity around the Z-axis.

【0016】(11) 本発明の第11の態様は、上述の第
8の態様に係る角速度センサにおいて、上面が平面をな
す板状の圧電素子を用い、その周囲部分を固定部として
装置筐体に固定し、その中心部分を変位部としてここに
重錘体を形成し、圧電素子の上面中心に原点を有し、上
面がXY平面に含まれるようなXYZ三次元座標系を定
義し、圧電素子の上面に、重錘体のZ軸方向の変位を検
出することができる検出用交差指状電極を配置し、駆動
用交差指状電極に所定の交流信号を供給することによ
り、重錘体をXY平面上で円運動を行わせることができ
るようにし、重錘体がX軸を横切るときに、検出用交差
指状電極に生じる起電力に基づいて、X軸まわりの角速
度を検出し、重錘体がY軸を横切るときに、検出用交差
指状電極に生じる起電力に基づいて、Y軸まわりの角速
度を検出できるようにしたものである。
(11) According to an eleventh aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the eighth aspect described above, a plate-like piezoelectric element having a flat upper surface is used, and a peripheral portion thereof is used as a fixing portion, and the housing of the device is used. , A weight portion is formed here with a center portion thereof as a displacement portion, and an XYZ three-dimensional coordinate system having an origin at the center of the upper surface of the piezoelectric element and an upper surface included in the XY plane is defined. By disposing a detection interdigital electrode capable of detecting the displacement of the weight body in the Z-axis direction on the upper surface of the element, and supplying a predetermined AC signal to the driving interdigital electrode, the weight body is obtained. Can be made to perform a circular motion on the XY plane, when the weight body crosses the X axis, based on the electromotive force generated in the detection interdigital electrode, to detect the angular velocity around the X axis, Electromotive force generated at the detection interdigital electrode when the weight crosses the Y axis Based on, in which to be able to detect the angular velocity around the Y-axis.

【0017】(12) 本発明の第12の態様は、上述の第
8の態様に係る角速度センサにおいて、上面が平面をな
す板状の圧電素子を用い、その周囲部分を固定部として
装置筐体に固定し、その中心部分を変位部としてここに
重錘体を形成し、圧電素子の上面中心に原点を有し、上
面がXY平面に含まれるようなXYZ三次元座標系を定
義し、圧電素子の上面のX軸の正の部分に、各指状電極
が原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような
第1の駆動用交差指状電極を配置し、圧電素子の上面の
X軸の負の部分に、各指状電極が原点を中心とした円弧
にほぼ沿った方向を向くような第2の駆動用交差指状電
極を配置し、圧電素子の上面のY軸の正の部分に、各指
状電極が原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向く
ような第3の駆動用交差指状電極を配置し、圧電素子の
上面のY軸の負の部分に、各指状電極が原点を中心とし
た円弧にほぼ沿った方向を向くような第4の駆動用交差
指状電極を配置し、第1の駆動用交差指状電極および第
2の駆動用交差指状電極には、重錘体をX軸方向に単振
動させることができるX軸方向励振用交流信号を供給
し、第3の駆動用交差指状電極および第4の駆動用交差
指状電極には、重錘体をY軸方向に単振動させることが
できるY軸方向励振用交流信号を供給し、X軸方向励振
用交流信号とY軸方向励振用交流信号との位相を90°
ずらすことにより、重錘体にXY平面上での円運動を行
わせることができるようにし、重錘体が円運動を行って
いるときに、この円運動軌道の接線方向に直交する方向
に作用したコリオリ力を検出用交差指状電極によって検
出することにより、接線方向およびコリオリ力の方向の
双方に直交する軸まわりの角速度を検出できるようにし
たものである。
(12) A twelfth aspect of the present invention is the angular velocity sensor according to the eighth aspect described above, wherein a plate-like piezoelectric element having a flat upper surface is used, and a peripheral portion of the piezoelectric element is used as a fixing portion. And a weight portion is formed here with the center portion as a displacement portion. An XYZ three-dimensional coordinate system is defined in which the origin is at the center of the upper surface of the piezoelectric element and the upper surface is included in the XY plane. On the positive portion of the X-axis on the upper surface of the element, a first driving interdigital electrode is arranged such that each finger-shaped electrode is oriented substantially along an arc centered on the origin, On the negative portion of the X axis, a second driving interdigital electrode is arranged such that each finger electrode is oriented substantially along an arc centered on the origin, and the Y axis positive electrode on the upper surface of the piezoelectric element is arranged. The third drive for each finger-shaped electrode to point in the direction substantially along the arc centered on the origin A fourth driving interdigital electrode in which a forefinger electrode is arranged, and each finger electrode is oriented in a direction substantially along an arc centered on the origin on a negative portion of the Y-axis on the upper surface of the piezoelectric element. And an X-direction excitation AC signal capable of causing the weight body to vibrate in the X-direction in a simple manner is supplied to the first driving inter-digital electrode and the second driving inter-digital electrode. The third driving interdigital electrode and the fourth driving interdigital electrode are supplied with an AC signal for excitation in the Y-axis direction capable of making the weight body vibrate in the Y-axis direction, and the X-axis. 90 ° phase between AC signal for directional excitation and AC signal for Y-axis directional excitation
By displacing the weight, it is possible to cause the weight to perform a circular motion on the XY plane. When the weight performs the circular motion, the weight acts in a direction perpendicular to the tangential direction of the circular motion trajectory. By detecting the Coriolis force by the interdigital electrode for detection, the angular velocity about an axis orthogonal to both the tangential direction and the direction of the Coriolis force can be detected.

【0018】(13) 本発明の第13の態様は、上述の第
8の態様に係る角速度センサにおいて、上面が平面をな
す板状の圧電素子を用い、その周囲部分を固定部として
装置筐体に固定し、その中心部分を変位部としてここに
重錘体を形成し、圧電素子の上面中心に原点を有し、上
面がXY平面に含まれるようなXYZ三次元座標系を定
義し、圧電素子の上面のX軸の正の部分に、各指状電極
が原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような
第1の検出用交差指状電極を配置し、圧電素子の上面の
X軸の負の部分に、各指状電極が原点を中心とした円弧
にほぼ沿った方向を向くような第2の検出用交差指状電
極を配置し、駆動用交差指状電極に所定の交流信号を供
給することにより、重錘体をXY平面上で円運動を行わ
せることができるようにし、重錘体がX軸を横切るとき
に、第1の検出用交差指状電極および第2の検出用交差
指状電極に生じる起電力に基づいて、Z軸まわりの角速
度を検出できるようにしたものである。
(13) According to a thirteenth aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the eighth aspect, a plate-like piezoelectric element having a flat upper surface is used, and a peripheral portion of the piezoelectric element is used as a fixing portion. , A weight portion is formed here with a center portion thereof as a displacement portion, and an XYZ three-dimensional coordinate system having an origin at the center of the upper surface of the piezoelectric element and an upper surface included in the XY plane is defined. A first intersecting finger electrode for detection is arranged such that each finger electrode is oriented substantially along an arc centered on the origin on the positive portion of the X axis on the upper surface of the element, On the negative portion of the X-axis, a second detection interdigital electrode is disposed such that each finger electrode is oriented substantially along an arc centered on the origin, and a predetermined value is provided on the driving interdigital electrode. By supplying an AC signal, the weight body can make a circular motion on the XY plane. When the weight crosses the X-axis, the angular velocity around the Z-axis can be detected based on the electromotive force generated in the first detection interdigital electrode and the second detection interdigital electrode. It was done.

【0019】(14) 本発明の第14の態様は、上述の第
8〜第13の態様に係るセンサにおいて、物理的に同一
の交差指状電極を、駆動用交差指状電極と検出用交差指
状電極との双方を兼用する電極として用いるようにした
ものである。
(14) According to a fourteenth aspect of the present invention, in the sensor according to the eighth to thirteenth aspects, the physically identical interdigital electrode is replaced with the driving interdigital electrode and the detecting interdigital electrode. This is used as an electrode that also serves as both a finger electrode.

【0020】(15) 本発明の第15の態様は、上述の第
1〜第14の態様に係るセンサにおいて、重錘体を、圧
電素子の一部によって構成するようにしたものである。
(15) A fifteenth aspect of the present invention is the sensor according to any one of the first to fourteenth aspects, wherein the weight body is constituted by a part of the piezoelectric element.

【0021】(16) 本発明の第16の態様は、上述の第
1〜第15の態様に係るセンサにおいて、圧電素子とし
て板状の圧電素子を用い、この圧電素子の上下両面に交
差指状電極を形成するようにしたものである。
(16) According to a sixteenth aspect of the present invention, in the sensor according to the first to fifteenth aspects, a plate-like piezoelectric element is used as the piezoelectric element, and crossed fingers are formed on both upper and lower surfaces of the piezoelectric element. An electrode is formed.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示する実施形態
に基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below based on an embodiment shown in the drawings.

【0023】§1. 交差指状電極を有する圧電素子 前述したように、圧電素子を利用した加速度センサおよ
び角速度センサは、種々の形態のものが既に提案されて
いる。本発明の特徴は、圧電素子上に交差指状電極を形
成し、この交差指状電極に生じる起電力に基づいて、作
用した加速度力またはコリオリ力を検出し、また、この
交差指状電極に電圧を印加することにより、圧電素子を
振動させるようにした点にある。そこで、ここでは、本
発明で利用される交差指状電極を有する圧電素子の構成
およびその基本的な振る舞いについて述べておく。
§1. Piezoelectric element having interdigital electrodes As described above, various forms of acceleration sensors and angular velocity sensors using piezoelectric elements have already been proposed. A feature of the present invention is that an interdigital electrode is formed on a piezoelectric element, and based on an electromotive force generated in the interdigital electrode, an applied acceleration force or Coriolis force is detected. The point is that the piezoelectric element is caused to vibrate by applying a voltage. Therefore, here, the configuration of the piezoelectric element having the interdigital electrodes used in the present invention and its basic behavior will be described.

【0024】まず、図1に示すように、第1の電極群1
0および第2の電極群20によって構成される交差指状
電極を、板状の圧電素子30の上面に形成する。本願明
細書における交差指状電極とは、このように第1の電極
群10と第2の電極群20とを組み合わせることにより
構成される特有のパターンをもった電極であり、第1の
電極群10および第2の電極群20は、いずれも、互い
にほぼ平行になるように所定間隔をおいて配置された互
いに短絡した複数の指状電極からなる。しかも、第1の
電極群10を構成する指状電極と第2の電極群を構成す
る指状電極とは交互に並ぶように配置されている。
First, as shown in FIG.
An interdigital electrode constituted by the zero and second electrode groups 20 is formed on the upper surface of the plate-shaped piezoelectric element 30. The interdigital electrode in the specification of the present application is an electrode having a unique pattern formed by combining the first electrode group 10 and the second electrode group 20 as described above, and the first electrode group. Each of the electrode group 10 and the second electrode group 20 is composed of a plurality of short-circuited finger electrodes arranged at predetermined intervals so as to be substantially parallel to each other. Moreover, the finger-like electrodes constituting the first electrode group 10 and the finger-like electrodes constituting the second electrode group are arranged alternately.

【0025】図1に示す具体例では、図の横方向にX
軸、図の縦方向にY軸を定義すれば、第1の電極群10
は、Y軸方向を向いて配置された5本の指状電極11〜
15と、これらを接続する配線部16と、外部に対して
電気的接触を行うための端子部17と、から構成されて
おり、一方、第2の電極群20は、Y軸方向を向いて配
置された5本の指状電極21〜25と、これらを接続す
る配線部26と、外部に対して電気的接触を行うための
端子部27と、から構成されている。ここで、第1の電
極群10を構成する指状電極11〜15と、第2の電極
群20を構成する指状電極21〜25とは、X軸方向に
沿って、交互に(互い違いに)並ぶように配置されてい
る。なお、図1では、第1の電極群10および第2の電
極群20の形状が容易に把握できるように、それぞれを
固有のハッチングパターンで塗り潰して示してあるが、
この図1は、板状の圧電素子30の上面図であって、第
1の電極群10および第2の電極群20に施したハッチ
ングパターンは断面を示すためのものではない。
In the specific example shown in FIG. 1, X
By defining the axis and the Y axis in the vertical direction of the drawing, the first electrode group 10
Are five finger-like electrodes 11 to 11 arranged in the Y-axis direction.
15, a wiring section 16 for connecting them, and a terminal section 17 for making electrical contact with the outside, while the second electrode group 20 is oriented in the Y-axis direction. It comprises five arranged finger-like electrodes 21 to 25, a wiring part 26 for connecting them, and a terminal part 27 for making electrical contact with the outside. Here, the finger electrodes 11 to 15 constituting the first electrode group 10 and the finger electrodes 21 to 25 constituting the second electrode group 20 alternately (alternately) along the X-axis direction. ) They are arranged side by side. In FIG. 1, each of the first electrode group 10 and the second electrode group 20 is shown in a hatched pattern so that the shapes of the first electrode group 10 and the second electrode group 20 can be easily grasped.
FIG. 1 is a top view of a plate-shaped piezoelectric element 30, and the hatching patterns applied to the first electrode group 10 and the second electrode group 20 are not intended to show cross sections.

【0026】図2は、図1に示す板状の圧電素子30を
X軸に沿って切断した側断面図であり、図の横方向にX
軸、縦方向にZ軸が定義されている(Y軸は紙面に垂直
になる)。第1の電極群10を構成する個々の指状電極
11〜15と、第2の電極群20を構成する個々の指状
電極21〜25が、板状の圧電素子30の上面におい
て、X軸に沿って交互に配置されている状態が明瞭に示
されている。
FIG. 2 is a side sectional view of the plate-shaped piezoelectric element 30 shown in FIG. 1 cut along the X axis.
The axis and the Z axis are defined in the vertical direction (the Y axis is perpendicular to the paper surface). The individual finger electrodes 11 to 15 constituting the first electrode group 10 and the individual finger electrodes 21 to 25 constituting the second electrode group 20 are arranged on the upper surface of the plate-shaped piezoelectric element 30 in the X-axis direction. The state of being alternately arranged along is clearly shown.

【0027】さて、この図1および図2に示すように、
板状の圧電素子30上に交差指状電極(第1の電極群1
0および第2の電極群20)を形成したら、この交差指
状電極を用いて、この圧電素子に対して所定の分極処理
を施す。ここでは、図3の側断面図に示すような方法で
分極処理を施した場合を考える。すなわち、第1の電極
群10と第2の電極群20との間に、第2の電極群20
側が正となるように、所定の分極電圧Epを印加し、そ
のままの状態でしばらく放置する。このような分極電圧
Epを印加すると、板状の圧電素子30の上面付近に
は、隣接する指状電極間に図示のとおりの極性をもった
電界が発生することになり、この電界により、圧電素子
30は後述するような特有の電気的性質を帯びるように
なる。
Now, as shown in FIGS. 1 and 2,
An interdigital electrode (first electrode group 1) is placed on a plate-shaped piezoelectric element 30.
After the 0th and second electrode groups 20) are formed, a predetermined polarization process is performed on the piezoelectric element using the interdigital electrodes. Here, it is assumed that the polarization processing is performed by a method as shown in the side sectional view of FIG. That is, the second electrode group 20 is located between the first electrode group 10 and the second electrode group 20.
A predetermined polarization voltage Ep is applied so that the side becomes positive, and is left as it is for a while. When such a polarization voltage Ep is applied, an electric field having the polarity as shown in the drawing is generated between the adjacent finger electrodes near the upper surface of the plate-shaped piezoelectric element 30. The element 30 has a specific electric property as described later.

【0028】このような分極処理を行う際の諸条件は、
用いる圧電素子の種類や各部の寸法、各指状電極間の距
離、作成するセンサの感度、などを考慮して決定するこ
とになるが、一例を示しておくと、PZT(PbZr
Ti1−x:チタン酸ジルコン酸鉛)からなる厚み
0.3〜0.5mmの板状の圧電素子の上面に、隣接す
る指状電極の間隔が0.2mmとなるように交差指状電
極を形成した場合、分極電圧Ep=200V(隣接する
指状電極間には、1000V/mmの電界が生じること
になる)を20分間に渡って印加した状態を維持したと
ころ、後述するように、本発明に利用するのに適した分
極処理を施すことができた。もちろん、この条件は一例
を示したものであり、以下に述べる測定原理を実施する
ことができるのであれば、分極処理の条件はどのように
設定してもかまわない。
Various conditions for performing such a polarization treatment are as follows.
The determination is made in consideration of the type of the piezoelectric element to be used, the dimensions of each part, the distance between the finger electrodes, the sensitivity of the sensor to be created, and the like. For example, PZT (PbZr x
On the upper surface of a plate-like piezoelectric element made of Ti 1-x O 3 : lead zirconate titanate) having a thickness of 0.3 to 0.5 mm, cross fingers are arranged so that the interval between adjacent finger electrodes is 0.2 mm. When the electrode is formed, a state where a polarization voltage Ep = 200 V (an electric field of 1000 V / mm is generated between adjacent finger electrodes) is applied for 20 minutes is maintained. In addition, a polarization treatment suitable for use in the present invention could be performed. Of course, this condition is an example, and any condition for the polarization process may be set as long as the measurement principle described below can be implemented.

【0029】上述した分極処理が完了すると、板状の圧
電素子30は、次のような特有の電気的性質を帯びるこ
とになる。まず、図4に示すように、第1の電極群10
および第2の電極群20の間に、所定の駆動電圧Ed
(この例では、第2の電極群20側が正)を印加する
と、図に矢印で示すように、各指状電極間が伸びるよう
な応力が発生し、圧電素子30が図の横方向に伸びるよ
うな機械的変形が生じることになる。また、図5に示す
ように、逆極性の駆動電圧−Edを印加すると、図に矢
印で示すように、各指状電極間が縮むような応力が発生
し、圧電素子30が図の横方向に縮むような機械的変形
が生じることになる。すなわち、第1の電極群10およ
び第2の電極群20間に印加する駆動電圧の極性によっ
て、圧電素子30を図の横方向の伸ばしたり、縮めたり
することができる。しかも、この伸縮の程度は駆動電圧
の大きさに応じて調節することができる。
When the above-mentioned polarization processing is completed, the plate-shaped piezoelectric element 30 has the following specific electric properties. First, as shown in FIG.
And a predetermined driving voltage Ed between the second electrode group 20 and the second electrode group 20.
When (in this example, the second electrode group 20 side is positive), as shown by an arrow in the figure, a stress is generated such that the distance between the finger electrodes is extended, and the piezoelectric element 30 is extended in the horizontal direction in the figure. Such mechanical deformation will occur. Further, as shown in FIG. 5, when a driving voltage −Ed of the opposite polarity is applied, as shown by an arrow in the drawing, a stress is generated such that the space between the finger electrodes contracts, and the piezoelectric element 30 is moved in the horizontal direction in the drawing. Mechanical deformation such as shrinking occurs. That is, the piezoelectric element 30 can be expanded or contracted in the horizontal direction in the figure depending on the polarity of the driving voltage applied between the first electrode group 10 and the second electrode group 20. Moreover, the degree of the expansion and contraction can be adjusted according to the magnitude of the driving voltage.

【0030】もっとも、駆動電圧Edの絶対値は、分極
電圧Epの絶対値よりも十分に小さく設定し、駆動電圧
Edの印加によって、再度の分極処理が施されないよう
に留意する。たとえば、上述した分極処理では、分極電
圧Ep=200Vとしているが、これに対して、駆動電
圧Ed=±5V程度に設定すれば、駆動電圧の印加によ
る再度の分極処理の影響は無視できる。また、ここで
は、分極電圧Epと同じ極性の駆動電圧Edを印加した
場合に、指状電極間が伸び、逆極性の駆動電圧を印加し
た場合に、指状電極間が縮む、という電気的特性を帯び
た例を示すが、用いる圧電素子によっては、これと逆の
電気的特性を帯びる場合もありうる。いずれにしても、
上述した分極処理により、第1の電極群10および第2
の電極群20間に、第1の極性で駆動電圧を印加すると
指状電極間が伸び、第1の極性とは逆の第2の極性で駆
動電圧を印加すると指状電極間が縮む、という電気的特
性が生じることになる。
However, the absolute value of the drive voltage Ed is set to be sufficiently smaller than the absolute value of the polarization voltage Ep, and care is taken so that the application of the drive voltage Ed does not perform the polarization process again. For example, in the above-described polarization processing, the polarization voltage Ep is set to 200 V. On the other hand, if the driving voltage Ed is set to about ± 5 V, the influence of the application of the driving voltage to the polarization processing again can be ignored. Further, here, the electrical characteristics are such that when a driving voltage Ed having the same polarity as the polarization voltage Ep is applied, the distance between the finger electrodes is increased, and when a driving voltage having the opposite polarity is applied, the distance between the finger electrodes is reduced. Although an example in which the electric characteristics are taken is shown, depending on the piezoelectric element used, electric characteristics opposite to this may be taken. In any case,
The first electrode group 10 and the second electrode group 10
When a drive voltage is applied with a first polarity between the electrode groups 20, the finger-like electrodes expand, and when a drive voltage is applied with a second polarity opposite to the first polarity, the finger-like electrodes shrink. Electrical characteristics will result.

【0031】以上は、交差指状電極に所定の駆動電圧E
dを印加すると、所定の機械的変形が生じるという特性
を示すものであるが、逆に、圧電素子30を機械的に変
形させると、交差指状電極に所定の起電力が発生すると
いう特性も現れる。たとえば、図6に示すように、圧電
素子30に対して、その右端部を右方向へ引っ張る力F
Rを作用させると同時に、その左端部を左方向へ引っ張
る力FLを作用させると、各指状電極間には伸びる方向
の応力が加わることになる。このような応力が加わる
と、図示のとおり、第1の電極群10側には負の電荷が
発生し、第2の電極群側には正の電荷が発生するように
なり(圧電素子によっては、電荷の極性は逆になる場合
もある)、両者間に起電力が発生することになる。一
方、図7に示すように、圧電素子30に対して、その右
端部を左方向へ押す力FLを作用させると同時に、その
左端部を右方向へ押す力FRを作用させると、各指状電
極間には縮む方向の応力が加わることになる。このよう
な応力が加わると、図示のとおり、第1の電極群10側
には正の電荷が発生し、第2の電極群20側には負の電
荷が発生するようになり(圧電素子によっては、電荷の
極性は逆になる場合もある)、両者間に前述の場合とは
逆極性の起電力が発生することになる。
In the above, the predetermined driving voltage E is applied to the interdigital electrode.
The characteristic that a predetermined mechanical deformation occurs when d is applied. On the contrary, the characteristic that a predetermined electromotive force is generated in the interdigital electrode when the piezoelectric element 30 is mechanically deformed. appear. For example, as shown in FIG. 6, a force F that pulls the right end of the piezoelectric element 30 rightward is applied to the piezoelectric element 30.
When a force FL that pulls the left end of the left end portion in the left direction is applied simultaneously with the application of R, a stress in the extending direction is applied between the finger electrodes. When such a stress is applied, as shown, a negative charge is generated on the first electrode group 10 side, and a positive charge is generated on the second electrode group side (depending on the piezoelectric element). And the polarity of the charge may be reversed), and an electromotive force is generated between the two. On the other hand, as shown in FIG. 7, when a force FL that pushes the right end of the piezoelectric element 30 to the left and a force FR that pushes the left end of the piezoelectric element 30 to the right act on the piezoelectric element 30, each finger-like shape is obtained. A compressive stress is applied between the electrodes. When such a stress is applied, as shown, a positive charge is generated on the first electrode group 10 side, and a negative charge is generated on the second electrode group 20 side (by the piezoelectric element). In some cases, the polarity of the charges may be reversed), and an electromotive force having a polarity opposite to that in the case described above is generated between the two.

【0032】このようにして発生する起電力は、作用し
た力の大きさに応じて変化することになり、より大きな
力が作用した場合には、より大きな起電力が発生する。
したがって、第1の電極群10および第2の電極群20
間に生じる起電力およびその極性を測定すれば、圧電素
子30に加わった力の大きさおよび方向(図の横方向に
伸ばすか縮めるか)を検出することができる。
The electromotive force generated in this way changes according to the magnitude of the applied force, and when a larger force is applied, a larger electromotive force is generated.
Therefore, the first electrode group 10 and the second electrode group 20
By measuring the electromotive force generated between them and its polarity, it is possible to detect the magnitude and direction (whether to expand or contract in the horizontal direction in the figure) of the force applied to the piezoelectric element 30.

【0033】§2. 本発明に係る加速度センサの基本
構造および動作原理 続いて、本発明に係る加速度センサの基本構造とその動
作原理を述べる。ここでは、まず、図8の上面図に示す
ような圧電素子30を用意する。この圧電素子30は、
円板状の圧電素子であり、その上面には、2組の交差指
状電極X1,X2が形成されている。これらの交差指状
電極X1,X2は、§1において述べた交差指状電極で
あり、それぞれ第1の電極群10および第2の電極群2
0の組み合わせによって構成されている。ここでは、圧
電素子30の中心位置に原点Oをとり、図の横方向にX
軸、縦方向にY軸、紙面垂直方向にZ軸をもったXYZ
三次元座標系を定義する(ここでは、座標軸を一点鎖線
で示すことにする)。この座標系上での位置関係に着目
すれば、図示のとおり、各交差指状電極X1,X2を構
成する個々の指状電極は、いずれもY軸方向を向いてお
り、X軸に沿って並んで配置されていることになる。ま
た、第1の交差指状電極X1はX軸の正の部分に配置さ
れ、第2の交差指状電極X2はX軸の負の部分に配置さ
れており、両交差指状電極X1,X2は、Y軸に関して
ほぼ線対称となる位置に配置されている。なお、図示の
例では、各交差指状電極X1,X2の形状にまで着目す
ると、両者の形状は全く同一であり、原点Oに関して点
対称に配置されていることになる。もっとも、両交差指
状電極X1,X2の形状は鏡像関係となっていてもかま
わない。
§2. Basics of acceleration sensor according to the present invention
Structure and Principle of Operation Subsequently, the basic structure and operation principle of the acceleration sensor according to the present invention will be described. Here, first, a piezoelectric element 30 as shown in the top view of FIG. 8 is prepared. This piezoelectric element 30
It is a disk-shaped piezoelectric element, and two sets of interdigital electrodes X1 and X2 are formed on the upper surface thereof. These interdigital electrodes X1 and X2 are the interdigital electrodes described in §1, and are the first electrode group 10 and the second electrode group 2 respectively.
It is composed of 0 combinations. Here, the origin O is set at the center position of the piezoelectric element 30, and X is set in the horizontal direction of the drawing.
XYZ with axis, Y axis in vertical direction, and Z axis in vertical direction on paper
A three-dimensional coordinate system is defined (coordinate axes are indicated by dashed lines here). Focusing on the positional relationship on this coordinate system, as shown in the figure, the individual finger electrodes constituting each of the interdigital electrodes X1 and X2 are all oriented in the Y-axis direction, and along the X-axis. It will be arranged side by side. Further, the first interdigital electrode X1 is disposed at the positive portion of the X-axis, and the second interdigital electrode X2 is disposed at the negative portion of the X-axis. Are arranged at positions substantially symmetric with respect to the Y axis. In the illustrated example, focusing on the shapes of the interdigital electrodes X1 and X2, both shapes are completely the same, and are arranged point-symmetrically with respect to the origin O. Of course, the shapes of both interdigital electrodes X1 and X2 may be mirror images.

【0034】さて、このような圧電素子30が用意でき
たら、§1で述べた方法によって、分極処理を施す。そ
して、図9の側断面図に示されているように、この分極
処理後の圧電素子30の中心部下面に重錘体40を接合
し、圧電素子30の周囲部下面に円筒状の台座50を接
合する。この台座50は、装置筐体の一部を構成する部
材となる。実際には、圧電素子30は、この装置筐体の
内部に収容されることになるが、ここでは説明の便宜
上、装置筐体の全体の図示は省略する。前述したよう
に、圧電素子30は、機械的変形を生じる性質を有す
る。図示のとおり、圧電素子30の周囲部は、台座50
によって装置筐体に固定されている。これに対して、圧
電素子30の中心部には、重錘体40が接合されてお
り、この重錘体40は、圧電素子30を介して台座50
の内部に宙吊りの状態となっている。したがって、重錘
体40に対して、加速度に基づく力(加速度力)や、コ
リオリ力が作用すると、圧電素子30に機械的変形が生
じ、重錘体40は変位を生じることになる。結局、圧電
素子30の周囲部は固定部として機能し、圧電素子30
の中心部は変位部として機能することになり、固定部を
固定した状態で変位部に力が作用した場合には、圧電素
子30に機械的変形が生じることになる。交差指状電極
X1,X2は、圧電素子30の機械的変形が生じる位置
に形成されている(なお、本願では、図が繁雑になるの
を避けるため、側断面図における交差指状電極は、単な
る太線で示すことにする)。
When such a piezoelectric element 30 is prepared, a polarization process is performed by the method described in §1. Then, as shown in the side sectional view of FIG. 9, the weight body 40 is joined to the lower surface of the central portion of the piezoelectric element 30 after the polarization processing, and the cylindrical pedestal 50 is attached to the lower surface of the peripheral portion of the piezoelectric element 30. To join. The pedestal 50 is a member that constitutes a part of the device housing. Actually, the piezoelectric element 30 is housed inside the device housing, but the illustration of the entire device housing is omitted here for convenience of explanation. As described above, the piezoelectric element 30 has a property of causing mechanical deformation. As shown, the periphery of the piezoelectric element 30 is
To the device housing. On the other hand, a weight body 40 is joined to the center of the piezoelectric element 30, and the weight body 40 is
Is suspended in the air. Therefore, when a force based on acceleration (acceleration force) or Coriolis force acts on the weight body 40, mechanical deformation occurs in the piezoelectric element 30, and the weight body 40 is displaced. Eventually, the peripheral portion of the piezoelectric element 30 functions as a fixed portion, and the piezoelectric element 30
Of the piezoelectric element 30 will be mechanically deformed when a force is applied to the displacement portion while the fixed portion is fixed. The interdigital electrodes X1 and X2 are formed at positions where mechanical deformation of the piezoelectric element 30 occurs. It will be indicated by a simple bold line).

【0035】ここでは、まず、図9に示すようなセンサ
を用いて、加速度を検出する原理を説明する。いま、こ
のセンサ全体にX軸方向に沿った加速度αxが作用した
とすると、図10に示すように、重錘体40にはX軸方
向に沿った加速度力fx(加速度αxに基づいて作用す
る力)が作用することになり、その重心Gの位置は、X
軸方向に+Δxだけ移動することになる。このとき、圧
電素子30には図示のような機械的変形が生じ、交差指
状電極X1はX軸方向に伸び、交差指状電極X2はX軸
方向に縮むことになる。その結果、交差指状電極X1お
よびX2には、それぞれ所定の起電力が生じることにな
るが、両起電力の極性は逆になる。たとえば、各交差指
状電極における第1の電極群10側を接地レベルに設定
しておいた場合、交差指状電極X1の第2の電極群20
側に正の電圧が発生した場合、交差指状電極X2の第2
の電極群20側には負の電圧が発生することになる。し
たがって、両起電力の符号を考慮した差をとることによ
り、作用した加速度力fxの大きさを求めることができ
る。
First, the principle of detecting acceleration using a sensor as shown in FIG. 9 will be described. Now, assuming that the acceleration αx along the X-axis direction acts on the entire sensor, as shown in FIG. 10, the weight body 40 acts on the acceleration force fx along the X-axis direction based on the acceleration αx. Force) acts, and the position of the center of gravity G is X
It will move by + Δx in the axial direction. At this time, the piezoelectric element 30 undergoes mechanical deformation as shown in the drawing, and the interdigital electrode X1 extends in the X-axis direction, and the interdigital electrode X2 contracts in the X-axis direction. As a result, a predetermined electromotive force is generated in each of the interdigital electrodes X1 and X2, but the polarities of both electromotive forces are reversed. For example, when the first electrode group 10 side of each interdigital electrode is set to the ground level, the second electrode group 20 of the interdigital electrode X1 is set.
When a positive voltage is generated on the side, the second electrode X2
, A negative voltage is generated on the side of the electrode group 20. Therefore, the magnitude of the applied acceleration force fx can be obtained by taking the difference in consideration of the sign of both electromotive forces.

【0036】また、逆向きの加速度力−fxの作用によ
り、重錘体40の重心Gの位置が、X軸方向に−Δxだ
け移動した場合、図11に示すように、交差指状電極X
1,X2の伸縮状態が逆転することになるので、上述し
た両起電力の差の符号も逆転することになる。かくし
て、交差指状電極X1,X2に生じる起電力を測定する
ことにより、X軸方向に作用した加速度αxの向きおよ
び大きさを求めることができる。なお、上述の例では、
1対の交差指状電極X1,X2によってX軸方向の加速
度αxを求めているが、原理的には、交差指状電極X1
またはX2のいずれか一方のみでも、加速度αxを求め
ることは可能である。しかしながら、種々の測定誤差や
外乱を除外し、高精度の検出値を得るためには、一対の
交差指状電極に生じた起電力の差をとる方法を用いるの
が好ましい。また、後述するように、Z軸方向に作用し
た加速度αzも併せて検出する場合には、加速度αzに
起因する成分を除去するために、ここで述べたような一
対の交差指状電極を用いた差による検出方法を採る必要
がある。
When the position of the center of gravity G of the weight body 40 moves by -Δx in the X-axis direction due to the action of the acceleration force -fx in the opposite direction, as shown in FIG.
Since the expansion and contraction state of 1 and X2 is reversed, the sign of the difference between the two electromotive forces is also reversed. Thus, by measuring the electromotive force generated in the interdigital electrodes X1 and X2, the direction and magnitude of the acceleration αx acting in the X-axis direction can be obtained. In the above example,
The acceleration αx in the X-axis direction is determined by the pair of interdigital electrodes X1 and X2.
Alternatively, it is possible to obtain the acceleration αx using only one of X2 and X2. However, in order to eliminate various measurement errors and disturbances and obtain a highly accurate detection value, it is preferable to use a method of obtaining a difference between electromotive forces generated in a pair of interdigital electrodes. As will be described later, when the acceleration αz acting in the Z-axis direction is also detected, a pair of interdigital electrodes as described here is used to remove a component caused by the acceleration αz. It is necessary to adopt a detection method based on the difference.

【0037】同様の原理により、Y軸方向に作用した加
速度の向きおよび大きさを求めることも可能である。す
なわち、図8の上面図に示す例では、X軸上に配置され
た2つの交差指状電極X1,X2を用いているが、同様
に、Y軸上に配置された2つの交差指状電極Y1,Y2
(図示されている交差指状電極X1,X2を、それぞれ
原点Oを中心として90°回転させて得られる交差指状
電極)を用いれば、Y軸方向に作用した加速度αyを検
出することが可能になる。
According to the same principle, the direction and magnitude of the acceleration acting in the Y-axis direction can be obtained. That is, in the example shown in the top view of FIG. 8, two interdigital electrodes X1 and X2 arranged on the X axis are used, but similarly, two interdigital electrodes arranged on the Y axis. Y1, Y2
The acceleration αy acting in the Y-axis direction can be detected by using (interdigital electrodes obtained by rotating the illustrated interdigital electrodes X1 and X2 by 90 ° about the origin O). become.

【0038】次に、図9に示すようなセンサに対して、
Z軸方向に沿った加速度αzが作用した場合を考える。
たとえば、図12に示すように、重錘体40にZ軸方向
に沿った加速度力fz(加速度αzに基づいて作用する
力)が作用することにより、その重心Gの位置が、Z軸
方向に+Δzだけ移動したとする。すると、圧電素子3
0には図示のような機械的変形が生じ、交差指状電極X
1,X2は、いずれもX軸方向に伸びることになる。そ
の結果、交差指状電極X1およびX2には、それぞれ同
極性の起電力が生じることになる。各交差指状電極にお
ける第1の電極群10側を接地レベルに設定しておいた
場合、各交差指状電極の第2の電極群20側には、いず
れも、たとえば正の電圧が発生することになる。したが
って、両起電力の和をとることにより、作用した加速度
力fzの大きさを求めることができる。
Next, for a sensor as shown in FIG.
Consider a case where an acceleration αz along the Z-axis direction acts.
For example, as shown in FIG. 12, when the acceleration force fz (force acting based on the acceleration αz) along the Z-axis direction acts on the weight body 40, the position of the center of gravity G moves in the Z-axis direction. Assume that it has moved by + Δz. Then, the piezoelectric element 3
0, mechanical deformation occurs as shown, and the interdigital electrode X
Both 1 and X2 extend in the X-axis direction. As a result, an electromotive force of the same polarity is generated in each of the interdigital electrodes X1 and X2. When the first electrode group 10 side of each interdigital electrode is set to the ground level, for example, a positive voltage is generated on the second electrode group 20 side of each interdigital electrode. Will be. Therefore, the magnitude of the applied acceleration force fz can be obtained by taking the sum of the two electromotive forces.

【0039】また、逆向きの加速度力−fzの作用によ
り、重錘体40の重心Gの位置が、Z軸方向に−Δzだ
け移動した場合を考える。この場合、圧電素子30に
は、図13に示すような機械的変形が生じることにな
る。本願発明者が行った実験によると、この場合、交差
指状電極X1,X2には、図12に示す場合とは逆極性
の起電力が発生した。これは、交差指状電極X1,X2
が、いずれも、X軸方向に縮む方向に変形したことを意
味する。図13に示す状態を見る限りでは、交差指状電
極X1,X2が縮んでいるという現象はやや不自然に思
えるかもしれないが、本願発明者が実験に用いたセンサ
では、台座50がある程度の可撓性をもった材料(具体
的には金属)から構成されており、実際には、台座50
の上部が内側に窄まるような変形も同時に起こっている
ものと考えられる。すなわち、台座50の変形も考慮す
ると、図13に示すように、重錘体40が下方へと変位
した状態では、圧電素子30の下面の大部分には、伸び
る方向に応力が作用するのに対し、圧電素子30の上面
の大部分には、縮む方向に応力が作用するものと考えら
れる。
Also, consider a case where the position of the center of gravity G of the weight body 40 moves by -Δz in the Z-axis direction due to the action of the acceleration force -fz in the opposite direction. In this case, the piezoelectric element 30 undergoes mechanical deformation as shown in FIG. According to an experiment conducted by the inventor of the present application, in this case, an electromotive force having a polarity opposite to that shown in FIG. 12 was generated in the interdigital electrodes X1 and X2. These are the interdigital electrodes X1, X2
However, each of them means that they are deformed in the direction of shrinking in the X-axis direction. As far as the state shown in FIG. 13 is concerned, the phenomenon that the interdigital electrodes X1 and X2 are shrunk may seem somewhat unnatural, but in the sensor used by the present inventor in the experiment, the pedestal 50 has a certain degree. It is made of a flexible material (specifically, a metal).
It is considered that the deformation such that the upper part of the sword narrows inward is also occurring at the same time. That is, considering the deformation of the pedestal 50, as shown in FIG. 13, when the weight body 40 is displaced downward, most of the lower surface of the piezoelectric element 30 is subjected to stress in the extending direction. On the other hand, it is considered that a stress acts on most of the upper surface of the piezoelectric element 30 in the contracting direction.

【0040】かくして、交差指状電極X1,X2に生じ
る起電力を測定すれば、両者の和をとることにより、Z
軸方向に作用した加速度αzの向きおよび大きさを求め
ることができる。もちろん、原理的には、交差指状電極
X1またはX2のいずれか一方のみでも、加速度αzを
求めることは可能である。しかしながら、X軸方向に作
用した加速度αxも併せて検出する場合には、加速度α
xに起因する成分を除去するために、ここで述べたよう
な一対の交差指状電極を用いた和による検出方法を採る
必要がある。前述したように、X軸方向に作用した加速
度αxの向きおよび大きさは、交差指状電極X1,X2
に生じる起電力の差により求めることができる。したが
って、交差指状電極X1,X2に生じる起電力を測定す
れば、両者の和によりZ軸方向に作用した加速度αzを
検出することができ、両者の差によりX軸方向に作用し
た加速度αxを検出することができる。
Thus, by measuring the electromotive force generated in the interdigital electrodes X1 and X2, the sum of the two is obtained.
The direction and magnitude of the acceleration αz acting in the axial direction can be obtained. Of course, in principle, it is possible to obtain the acceleration αz with only one of the interdigital electrodes X1 or X2. However, when the acceleration αx acting in the X-axis direction is also detected, the acceleration α
In order to remove a component caused by x, it is necessary to adopt a detection method based on a sum using a pair of interdigital electrodes as described herein. As described above, the direction and magnitude of the acceleration αx acting in the X-axis direction depend on the interdigital electrodes X1, X2
Can be obtained from the difference between the electromotive forces generated in the above. Therefore, by measuring the electromotive force generated in the interdigital electrodes X1 and X2, the acceleration αz acting in the Z-axis direction can be detected from the sum of the two, and the acceleration αx acting in the X-axis direction can be detected based on the difference between the two. Can be detected.

【0041】結局、図14の上面図に示すような圧電素
子30を用いれば、X軸方向の加速度αx、Y軸方向の
加速度αy、Z軸方向の加速度αzのすべてを検出する
ことが可能である。図14に示す圧電素子30は、図8
に示す圧電素子30に、更に、一対の交差指状電極Y
1,Y2を追加したものである。この交差指状電極Y
1,Y2は、交差指状電極X1,X2を、それぞれ原点
Oを中心として反時計回りに90°回転させて得られる
交差指状電極であり、各指状電極はX軸方向を向くよう
に配置されている。このような一対の交差指状電極Y
1,Y2に生じる起電力の差をとることにより、Y軸方
向の加速度αyを検出することができることは既に述べ
たとおりである。また、一対の交差指状電極X1,X2
に生じる起電力の差をとることにより、X軸方向の加速
度αxを検出することができることも既に述べたとおり
である。一方、Z軸方向の加速度αzは、一対の交差指
状電極X1,X2に生じる起電力の和をとることにより
求めることもできるし、一対の交差指状電極Y1,Y2
に生じる起電力の和をとることにより求めることもでき
るし、更に、4組の交差指状電極X1,X2,Y1,Y
2に生じるすべての起電力の和をとることにより求める
こともできる。
Finally, if the piezoelectric element 30 as shown in the top view of FIG. 14 is used, it is possible to detect all of the acceleration αx in the X-axis direction, the acceleration αy in the Y-axis direction, and the acceleration αz in the Z-axis direction. is there. The piezoelectric element 30 shown in FIG.
The piezoelectric element 30 shown in FIG.
1 and Y2. This interdigital electrode Y
1 and Y2 are interdigital electrodes obtained by rotating the interdigital electrodes X1 and X2 by 90 ° counterclockwise around the origin O, and each of the interdigital electrodes is oriented in the X-axis direction. Are located. Such a pair of interdigital electrodes Y
As described above, the acceleration αy in the Y-axis direction can be detected by calculating the difference between the electromotive forces generated in Y1 and Y2. Also, a pair of interdigital electrodes X1, X2
As described above, it is possible to detect the acceleration αx in the X-axis direction by taking the difference between the electromotive forces generated in the above. On the other hand, the acceleration αz in the Z-axis direction can be obtained by taking the sum of the electromotive forces generated in the pair of interdigital electrodes X1 and X2, or can be obtained by summing the electromotive forces generated in the pair of interdigital electrodes Y1 and Y2.
And the sum of the electromotive forces generated in the four sets of interdigital electrodes X1, X2, Y1, Y
2 can also be obtained by taking the sum of all the electromotive forces that occur in 2.

【0042】§3. 本発明に係る角速度センサの基本
構造および動作原理 次に、本発明に係る角速度センサの基本構造とその動作
原理を述べる。この角速度センサの基本構造は、§2で
述べた加速度センサの基本構造とほぼ同じである。すな
わち、図14に上面図が示されているような圧電素子3
0(§1で述べた分極処理が施されている)を用意し、
この圧電素子30に、図9の側断面図に示されているよ
うに、重錘体40および台座50を接合する。このよう
な構造をもったセンサは、X,Y,Zの3軸加速度成分
αx,αy,αzを検出できる加速度センサとして機能
することは、既に述べたとおりであるが、全く同じ構造
をもったセンサを、X,Y,Zの3軸まわりの角速度成
分ωx,ωy,ωzを検出できる角速度センサとして機
能させることも可能である。以下、その具体的方法につ
いて述べる。
§3. Basics of angular velocity sensor according to the present invention
The structure and operation principle will now be the basic structure of the angular velocity sensor according to the present invention and its operating principle. The basic structure of this angular velocity sensor is almost the same as the basic structure of the acceleration sensor described in §2. That is, the piezoelectric element 3 whose top view is shown in FIG.
0 (the polarization processing described in §1 has been performed)
The weight body 40 and the pedestal 50 are joined to the piezoelectric element 30 as shown in the side sectional view of FIG. As described above, the sensor having such a structure functions as an acceleration sensor capable of detecting the three-axis acceleration components αx, αy, and αz of X, Y, and Z, but has exactly the same structure. It is also possible to make the sensor function as an angular velocity sensor capable of detecting angular velocity components ωx, ωy, ωz around three axes of X, Y, Z. Hereinafter, the specific method will be described.

【0043】まず、図14に示されている4組の交差指
状電極X1,X2,Y1,Y2のうち、X軸上に配置さ
れた交差指状電極X1,X2を駆動用交差指状電極とし
て用い、Y軸上に配置された交差指状電極Y1,Y2を
検出用交差指状電極として用いることにする。ここで、
駆動用交差指状電極X1,X2は、重錘体40をX軸に
沿って振動させるために利用され、検出用交差指状電極
Y1,Y2は、重錘体40の変位を検出するために利用
される。
First, of the four sets of interdigital electrodes X1, X2, Y1 and Y2 shown in FIG. 14, the interdigital electrodes X1 and X2 arranged on the X axis are used as driving interdigital electrodes. , And the interdigital electrodes Y1 and Y2 arranged on the Y axis are used as interdigital electrodes for detection. here,
The driving interdigital electrodes X1 and X2 are used to vibrate the weight body 40 along the X axis, and the detecting interdigital electrodes Y1 and Y2 are used to detect the displacement of the weight body 40. Used.

【0044】駆動用交差指状電極X1,X2を用いて、
重錘体40をX軸に沿って振動させるためには、図15
のグラフに示されているような交流信号S1,S2を用
意し、交流信号S1を交差指状電極X1に与え、交流信
号S2を交差指状電極X2に与えるようにする。いずれ
の交流信号も、時間軸tを横軸とする正弦波信号である
が、交流信号S1とS2とでは位相が逆転している。す
なわち、駆動用交差指状電極X1,X2には、それぞれ
逆位相の交流信号S1,S2が与えられることになり、
一方の指状電極間に伸びる方向の応力が生じた場合、他
方の指状電極間には縮む方向の応力が生じることにな
る。その結果、このセンサは、たとえば図15のグラフ
の時刻t=t1において、図10のような状態をとった
とすれば、時刻t=t3において、図11のような状態
をとることになる。また、時刻t=0,t=2,t=4
の時点では、図9に示すような中立の状態をとる(実際
には、重錘体40の運動は、交流信号に対して位相遅れ
を生じることになるが、ここでは、説明の便宜上、その
ような位相遅れのない場合の動作を述べる)。これは、
重錘体40がX軸に沿って単振動を行うことに他ならな
い。
Using the driving interdigital electrodes X1 and X2,
In order to vibrate the weight body 40 along the X axis, FIG.
Are prepared, the AC signal S1 is applied to the interdigital electrode X1, and the AC signal S2 is applied to the interdigital electrode X2. Each of the AC signals is a sine wave signal having the horizontal axis on the time axis t, but the phases of the AC signals S1 and S2 are reversed. That is, the driving interdigital electrodes X1 and X2 are supplied with AC signals S1 and S2 having opposite phases, respectively.
When a stress in the direction of extension is generated between one finger electrode, a stress in a contraction direction is generated between the other finger electrodes. As a result, if this sensor assumes a state as shown in FIG. 10 at time t = t1 in the graph of FIG. 15, for example, it will take a state as shown in FIG. 11 at time t = t3. Times t = 0, t = 2, t = 4
At this point, a neutral state as shown in FIG. 9 is taken (actually, the movement of the weight body 40 causes a phase delay with respect to the AC signal, but here, for convenience of explanation, An operation when there is no such phase delay will be described). this is,
The weight body 40 is a simple vibration along the X axis.

【0045】さて、重錘体40がX軸方向の速度成分を
もって運動しているある瞬間に、Z軸まわりの角速度ω
zが作用すると、この重錘体40にはY軸方向にコリオ
リ力Fyが作用する。このコリオリ力Fyの向きは、重
錘体40の運動方向によって定まり、その大きさは、重
錘体40の運動速度および角速度ωzの大きさによって
定まる。このように、重錘体40に対してY軸方向のコ
リオリ力Fyが生じると、重錘体40はY軸方向に変位
することになり、圧電素子30には機械的変形が生じる
ことになる。この重錘体40のY軸方向の変位は、一対
の検出用交差指状電極Y1,Y2によって検出すること
ができる(その原理は、§2において述べたY軸方向の
加速度αyが作用した場合の検出原理と同様である)。
したがって、たとえば、時刻t2またはt4を検出時と
定義し、この検出時(重錘体40の重心がX軸方向を向
いた最大速度でY軸上を通過する時点)において、一対
の検出用交差指状電極Y1,Y2に生じる起電力の差を
求めれば、この差は、Z軸まわりの角速度ωzの向きと
大きさを示すものになる(差の符号が向きを示し、絶対
値が大きさを示す)。もっとも、時刻t2とt4とで
は、重錘体40の運動方向が逆であるので、角速度ωz
の向きを決定する場合には、検出時が時刻t2かt4か
を考慮に入れる必要がある。
Now, at a certain moment when the weight body 40 is moving with the velocity component in the X-axis direction, the angular velocity ω about the Z-axis is ω.
When z acts, Coriolis force Fy acts on the weight body 40 in the Y-axis direction. The direction of the Coriolis force Fy is determined by the motion direction of the weight body 40, and the magnitude thereof is determined by the motion speed of the weight body 40 and the magnitude of the angular velocity ωz. As described above, when the Y-axis direction Coriolis force Fy is generated on the weight body 40, the weight body 40 is displaced in the Y-axis direction, and the piezoelectric element 30 is mechanically deformed. . The displacement of the weight body 40 in the Y-axis direction can be detected by a pair of interdigital electrodes Y1 and Y2 for detection (the principle is that the acceleration αy in the Y-axis direction described in §2 acts). Is the same as the detection principle).
Therefore, for example, the time t2 or t4 is defined as the time of detection, and at the time of this detection (when the center of gravity of the weight body 40 passes on the Y-axis at the maximum speed in the X-axis direction), a pair of detection intersections If the difference between the electromotive forces generated in the finger electrodes Y1 and Y2 is determined, the difference indicates the direction and magnitude of the angular velocity ωz around the Z axis (the sign of the difference indicates the direction, and the absolute value is the magnitude. Is shown). However, at times t2 and t4, the direction of motion of the weight body 40 is opposite, so that the angular velocity ωz
It is necessary to take into account whether the time of detection is time t2 or t4.

【0046】また、同じく重錘体40がX軸方向の速度
成分をもって運動しているある瞬間に、Y軸まわりの角
速度ωyが作用すると、この重錘体40にはZ軸方向に
コリオリ力Fzが作用する。このコリオリ力Fzの向き
は、重錘体40の運動方向によって定まり、その大きさ
は、重錘体40の運動速度および角速度ωyの大きさに
よって定まる。このように、重錘体40に対してZ軸方
向のコリオリ力Fzが生じると、重錘体40はZ軸方向
に変位することになり、圧電素子30には機械的変形が
生じることになる。この重錘体40のZ軸方向の変位
は、やはり一対の検出用交差指状電極Y1,Y2によっ
て検出することができる(その原理は、§2において述
べたZ軸方向の加速度αzが作用した場合の検出原理と
同様である)。なお、この重錘体40のZ軸方向の変位
は、一対の駆動用交差指状電極X1,X2を、検出用交
差指状電極として兼用することによっても検出可能であ
る(この場合は、後述するように、駆動用に用いた交流
信号S1,S2と検出されるべき信号とを分離する必要
がある)。したがって、たとえば、時刻t2またはt4
を検出時と定義し、この検出時において、一対の検出用
交差指状電極Y1,Y2に生じる起電力の和を求めれ
ば、この和は、Y軸まわりの角速度ωyの向きと大きさ
を示すものになる(和の符号が向きを示し、絶対値が大
きさを示す)。もっとも、時刻t2とt4とでは、重錘
体40の運動方向が逆であるので、角速度ωyの向きを
決定する場合には、検出時が時刻t2かt4かを考慮に
入れる必要がある。
Similarly, when an angular velocity ωy about the Y axis acts at a certain moment when the weight body 40 is moving with a velocity component in the X axis direction, the Coriolis force Fz is applied to the weight body 40 in the Z axis direction. Acts. The direction of the Coriolis force Fz is determined by the motion direction of the weight body 40, and the magnitude thereof is determined by the motion speed of the weight body 40 and the magnitude of the angular velocity ωy. As described above, when the Coriolis force Fz in the Z-axis direction is generated in the weight body 40, the weight body 40 is displaced in the Z-axis direction, and the piezoelectric element 30 is mechanically deformed. . The displacement of the weight body 40 in the Z-axis direction can also be detected by the pair of detection interdigital electrodes Y1 and Y2 (the principle is that the acceleration αz in the Z-axis direction described in §2 acts. This is the same as the detection principle in the case). The displacement of the weight body 40 in the Z-axis direction can also be detected by using the pair of driving interdigital electrodes X1 and X2 as a detecting interdigital electrode (in this case, it will be described later). Therefore, it is necessary to separate the AC signals S1 and S2 used for driving from the signals to be detected). Therefore, for example, at time t2 or t4
Is defined as the time of detection, and at the time of this detection, if the sum of the electromotive forces generated in the pair of detection interdigital electrodes Y1 and Y2 is obtained, the sum indicates the direction and magnitude of the angular velocity ωy about the Y axis. (The sign of the sum indicates the direction, and the absolute value indicates the magnitude). However, since the movement direction of the weight body 40 is opposite between the times t2 and t4, when determining the direction of the angular velocity ωy, it is necessary to consider whether the detection time is the time t2 or t4.

【0047】以上、これまでに述べた例は、X軸上に配
置された一対の交差指状電極X1,X2を駆動用交差指
状電極として用い、重錘体40をX軸方向に単振動させ
た状態とし、この状態において、Y軸上に配置された一
対の交差指状電極Y1,Y2を検出用交差指状電極とし
て用い、重錘体40に作用したY軸方向のコリオリ力F
yまたはZ軸方向のコリオリ力Fzを検出することによ
り、Z軸まわりの角速度ωzまたはY軸まわりの角速度
ωyを求める動作である。これに対して、駆動用交差指
状電極と検出用交差指状電極との役割をそっくり入れ替
えた動作も可能である。すなわち、Y軸上に配置された
一対の交差指状電極Y1,Y2を駆動用交差指状電極と
して用い、重錘体40をY軸方向に単振動させた状態に
おいて、X軸上に配置された一対の交差指状電極X1,
X2を検出用交差指状電極として用い、重錘体40に作
用したX軸方向のコリオリ力FxまたはZ軸方向のコリ
オリ力Fzを検出することにより、Z軸まわりの角速度
ωzまたはX軸まわりの角速度ωxを求めるのである。
この2つの検出動作を交互に採用すれば、X,Y,Z軸
のすべての軸まわりの角速度ωx,ωy,ωzを検出す
ることが可能である。
In the examples described above, the pair of interdigital electrodes X1 and X2 arranged on the X axis is used as a driving interdigital electrode, and the weight body 40 is vibrated in the X axis direction in a simple vibration. In this state, a pair of interdigital electrodes Y1 and Y2 arranged on the Y axis are used as detecting interdigital electrodes, and the Coriolis force F acting on the weight body 40 in the Y axis direction is applied.
In this operation, the angular velocity ωz about the Z axis or the angular velocity ωy about the Y axis is obtained by detecting the Coriolis force Fz in the y or Z axis direction. On the other hand, an operation in which the roles of the driving interdigital electrode and the detecting interdigital electrode are completely interchanged is also possible. That is, a pair of interdigital electrodes Y1 and Y2 arranged on the Y axis is used as driving interdigital electrodes, and the weight body 40 is arranged on the X axis in a state where the weight body 40 is vibrated in the Y axis direction. Pair of interdigital electrodes X1,
By using X2 as a detection interdigital electrode and detecting the Coriolis force Fx in the X-axis direction or the Coriolis force Fz in the Z-axis direction acting on the weight body 40, the angular velocity ωz about the Z-axis or the X-axis The angular velocity ωx is determined.
By adopting these two detection operations alternately, it is possible to detect the angular velocities ωx, ωy, ωz around all the X, Y, and Z axes.

【0048】また、別な動作としては、重錘体40をZ
軸方向に振動させることも可能である。たとえば、X軸
上に配置された一対の交差指状電極X1,X2に、図1
6に示すような同位相の交流信号S1,S2を供給する
と、このセンサは、たとえば図16のグラフの時刻t=
t1において、図12のような状態をとったとすれば、
時刻t=t3において、図13のような状態をとること
になる。また、時刻t=0,t=2,t=4の時点で
は、図9に示すような中立の状態をとる(実際には、重
錘体40の運動は、交流信号に対して位相遅れを生じ
る)。これは、重錘体40がZ軸に沿って単振動を行う
ことに他ならない。
As another operation, the weight body 40 is
It is also possible to vibrate in the axial direction. For example, a pair of interdigital electrodes X1 and X2 arranged on the X-axis are
When the in-phase AC signals S1 and S2 are supplied as shown in FIG.
At t1, if a state as shown in FIG. 12 is taken,
At time t = t3, the state as shown in FIG. 13 is taken. At times t = 0, t = 2, and t = 4, a neutral state is established as shown in FIG. Occurs). This is nothing but that the weight body 40 makes a simple vibration along the Z axis.

【0049】このように、重錘体40をZ軸方向に単振
動させた状態において、Y軸上に配置された一対の交差
指状電極Y1,Y2を検出用交差指状電極として用い、
重錘体40に作用したY軸方向のコリオリ力Fyを検出
すれば、X軸まわりの角速度ωxを求めることができ、
また、X軸上に配置された一対の交差指状電極X1,X
2を検出用交差指状電極としても兼用すれば、重錘体4
0に作用したX軸方向のコリオリ力Fxの検出により、
Y軸まわりの角速度ωyを求めることもできる。あるい
は、Y軸上に配置された一対の交差指状電極Y1,Y2
を駆動用交差指状電極として用い、同様の方法により、
角速度ωx,ωyを求めることも可能である。
As described above, in the state where the weight body 40 is vibrated in the Z-axis direction, the pair of interdigital electrodes Y1 and Y2 arranged on the Y-axis are used as the interdigital electrodes for detection.
By detecting the Coriolis force Fy acting on the weight body 40 in the Y-axis direction, the angular velocity ωx around the X-axis can be obtained,
In addition, a pair of interdigital electrodes X1, X arranged on the X axis
2 is also used as a detection interdigital electrode, the weight 4
By detecting the Coriolis force Fx in the X-axis direction acting on 0,
The angular velocity ωy about the Y axis can also be obtained. Alternatively, a pair of interdigital electrodes Y1 and Y2 arranged on the Y axis
Is used as a driving interdigital electrode, and by the same method,
It is also possible to obtain the angular velocities ωx and ωy.

【0050】X,Y,Z軸のすべての軸まわりの角速度
ωx,ωy,ωzを連続的に検出するためには、重錘体
40をXY平面内で回転運動させる方法を採るのが好ま
しい。たとえば、図14に示す4組の交差指状電極X
1,X2,Y1,Y2に、それぞれ図17のグラフに示
されているような交流信号S1,S2,S3,S4を供
給する。ここで、交流信号S1,S2は、互いに逆位相
の正弦波信号であり、重錘体40をX軸方向に単振動さ
せるためのX軸方向励振用交流信号として機能し、交流
信号S3,S4は、やはり互いに逆位相の正弦波信号で
あり、重錘体40をY軸方向に単振動させるためのY軸
方向励振用交流信号として機能する。しかも、X軸方向
励振用交流信号とY軸方向励振用交流信号との位相は9
0°ずれているため、重錘体40はXY平面上で円運動
を行うことになる。
In order to continuously detect the angular velocities ωx, ωy and ωz around all the X, Y and Z axes, it is preferable to adopt a method of rotating the weight body 40 in the XY plane. For example, four sets of interdigital electrodes X shown in FIG.
1, X2, Y1 and Y2 are supplied with AC signals S1, S2, S3 and S4 as shown in the graph of FIG. 17, respectively. Here, the AC signals S1 and S2 are sinusoidal signals having phases opposite to each other, and function as AC signals for exciting the weight body 40 in the X-axis direction for simple oscillation in the X-axis direction. Are also sinusoidal signals having phases opposite to each other, and function as AC signals for excitation in the Y-axis direction for causing the weight body 40 to vibrate in the Y-axis direction. Moreover, the phase of the AC signal for X-axis excitation and the AC signal for Y-axis excitation is 9
Due to the shift of 0 °, the weight body 40 performs a circular motion on the XY plane.

【0051】図18は、重錘体40がXY平面上で円運
動をしているときの重心Gの軌跡を示す上面図である。
ここで、点G(t1),G(t2),G(t3),G
(t4)は、それぞれ図17に示す時間軸における時刻
t1,t2,t3,t4の位置(実際の運動の位相遅れ
を無視した場合)を示しており、矢印V(t1),V
(t2),V(t3),V(t4)は、それぞれ各時刻
t1,t2,t3,t4における重錘体40の速度ベク
トル(円運動軌跡の接線方向を向いている)を示してい
る。
FIG. 18 is a top view showing the locus of the center of gravity G when the weight body 40 makes a circular motion on the XY plane.
Here, the points G (t1), G (t2), G (t3), G
(T4) indicates the positions of times t1, t2, t3, and t4 on the time axis shown in FIG. 17 (when the phase delay of the actual motion is ignored), and arrows V (t1), V
(T2), V (t3), and V (t4) indicate the velocity vectors of the weight 40 at the respective times t1, t2, t3, and t4 (facing in the tangential direction of the circular motion trajectory).

【0052】このように、4組の交差指状電極X1,X
2,Y1,Y2は、いずれも駆動用交差指状電極として
機能することになるが、これらを検出用交差指状電極と
しても兼用して用いるようにすると、各軸まわりの角速
度ωx,ωy,ωzの検出が可能になる。たとえば、時
刻t1,t3を第1の検出時とすれば、この第1の検出
時には、重錘体40はY軸方向の速度ベクトルをもって
運動をしているため、交差指状電極X1,X2を用いて
X軸方向のコリオリ力Fxを検出すれば、Z軸まわりの
角速度ωzを求めることができるし、交差指状電極X
1,X2あるいはY1,Y2を用いてZ軸方向のコリオ
リ力Fzを検出すれば、X軸まわりの角速度ωxを求め
ることができる。一方、時刻t2,t4を第2の検出時
とすれば、この第2の検出時には、重錘体40はX軸方
向の速度ベクトルをもって運動をしているため、交差指
状電極Y1,Y2を用いてY軸方向のコリオリ力Fyを
検出すれば、Z軸まわりの角速度ωzを求めることがで
きるし、交差指状電極X1,X2あるいはY1,Y2を
用いてZ軸方向のコリオリ力Fzを検出すれば、Y軸ま
わりの角速度ωyを求めることができる。
As described above, the four sets of interdigital electrodes X1, X
2, Y1 and Y2 function as interdigital electrodes for driving, but if they are used also as interdigital electrodes for detection, angular velocities ωx, ωy, ωz can be detected. For example, assuming that the times t1 and t3 are the times of the first detection, at the time of the first detection, the weight body 40 moves with the velocity vector in the Y-axis direction. If the Coriolis force Fx in the X-axis direction is detected using the X-axis direction, the angular velocity ωz about the Z-axis can be obtained, and the interdigital electrode X
If the Coriolis force Fz in the Z-axis direction is detected using 1, X2 or Y1, Y2, the angular velocity ωx around the X-axis can be obtained. On the other hand, assuming that times t2 and t4 are the times of the second detection, at the time of the second detection, the weight body 40 is moving with the velocity vector in the X-axis direction. Detecting the Coriolis force Fy in the Y-axis direction using the X-axis direction, the angular velocity ωz around the Z-axis can be obtained, and the Coriolis force Fz in the Z-axis direction using the interdigital electrodes X1, X2 or Y1, Y2. Then, the angular velocity ωy about the Y axis can be obtained.

【0053】結局、重錘体40が円運動を行っていると
きに、この円運動軌道の接線方向に直交する方向に作用
したコリオリ力を検出用交差指状電極によって検出する
ことにより、接線方向およびコリオリ力の方向の双方に
直交する軸まわりの角速度を検出することができること
になり、上述のように、第1の検出時と第2の検出時と
で検出動作を行うようにすれば、3軸まわりの角速度ω
x,ωy,ωzのすべてを連続的に検出することができ
るようになる。
After all, when the weight body 40 is performing a circular motion, the Coriolis force acting in a direction orthogonal to the tangential direction of the circular motion trajectory is detected by the interdigital electrode for detection, whereby the tangential direction is obtained. And the angular velocity about an axis orthogonal to both the directions of the Coriolis force can be detected. As described above, if the detection operation is performed at the time of the first detection and at the time of the second detection, Angular velocity ω around three axes
All of x, ωy, ωz can be detected continuously.

【0054】§4. 具体的な実施例(その1) 図19は、本発明のより具体的な実施例に係る加速度セ
ンサまたは角速度センサに用いられる圧電素子130の
上面図である。既に述べたとおり、このセンサを加速度
センサとして用いるか、角速度センサとして用いるか
は、その動作態様によって決まるものであり、センサ本
体の構造はいずれのセンサも同一のものである。別言す
れば、このセンサを加速度センサとして利用するのであ
れば、この図19に示す圧電素子130上に形成されて
いる各交差指状電極に生じる起電力を検出する回路を用
意すればよいが、このセンサを角速度センサとして利用
するのであれば、各交差指状電極に生じる起電力を検出
する回路とともに、各交差指状電極に駆動用の交流信号
を供給する回路を用意する必要がある。
§4. Specific Embodiment (Part 1) FIG. 19 is a top view of a piezoelectric element 130 used for an acceleration sensor or an angular velocity sensor according to a more specific embodiment of the present invention. As described above, whether this sensor is used as an acceleration sensor or an angular velocity sensor depends on its operation mode, and the structure of the sensor body is the same for all sensors. In other words, if this sensor is used as an acceleration sensor, a circuit for detecting an electromotive force generated at each interdigital electrode formed on the piezoelectric element 130 shown in FIG. 19 may be prepared. If this sensor is used as an angular velocity sensor, it is necessary to prepare a circuit for detecting an electromotive force generated in each interdigital electrode and a circuit for supplying a driving AC signal to each interdigital electrode.

【0055】図示の例では、円板状の圧電素子130の
上面に、4組の交差指状電極が形成されている。ここで
も、圧電素子130の上面中央に原点Oをとり、図の横
方向にX軸、縦方向にY軸、紙面に垂直方向にZ軸をと
ったXYZ三次元座標系を考えることにすると、圧電素
子130の上面のX軸の正の部分に、各指状電極がY軸
方向を向くような交差指状電極X1が配置され、X軸の
負の部分に、各指状電極がY軸方向を向くような交差指
状電極X2が配置され、Y軸の正の部分に、各指状電極
がX軸方向を向くような交差指状電極Y1が配置され、
Y軸の負の部分に、各指状電極がX軸方向を向くような
交差指状電極Y2が配置されていることになる。これら
の交差指状電極の基本構造は、図14に示す例とほぼ同
じである。ただ、検出感度を高める上では、できる限
り、個々の指状電極を長くした方が好ましいので、圧電
素子130の上面をできるだけ有効利用して、長い指状
電極を形成できるようにしてある。
In the illustrated example, four pairs of interdigital electrodes are formed on the upper surface of the disc-shaped piezoelectric element 130. Here, too, let us consider an XYZ three-dimensional coordinate system in which the origin O is taken at the center of the upper surface of the piezoelectric element 130, the X axis is taken in the horizontal direction of the drawing, the Y axis is taken in the vertical direction, and the Z axis is taken in the direction perpendicular to the paper surface. An interdigital electrode X1 such that each finger electrode is oriented in the Y-axis direction is arranged on the positive portion of the X-axis on the upper surface of the piezoelectric element 130, and each finger electrode is connected to the Y-axis in a negative portion of the X-axis. The interdigital electrode X2 is arranged so as to face the direction, and the interdigital electrode Y1 such that each finger electrode is oriented in the X axis direction is arranged at the positive portion of the Y axis.
In the negative part of the Y-axis, the interdigital electrode Y2 is arranged such that each finger-shaped electrode faces the X-axis direction. The basic structure of these interdigital electrodes is substantially the same as the example shown in FIG. However, in order to increase the detection sensitivity, it is preferable that the individual finger electrodes are made as long as possible. Therefore, the upper surface of the piezoelectric element 130 is used as effectively as possible to form a long finger electrode.

【0056】また、各交差指状電極を構成する一方の電
極群は、共通電極群110として短絡されている。図1
9では、原点O上でX字状に交差する線が、この共通電
極群110の一部を構成する部分であり、このX字状に
交差する線から枝状に伸びた合計24本の線が個々の指
状電極を構成している。この共通電極群110は、接地
端子部Egに接続されており、センサ動作時には、この
接地端子部Egは接地される。これに対して、各交差指
状電極を構成する他方の電極群は、それぞれ電極群12
1,122,123,124として電気的に独立してお
り、それぞれ端子部Ex1,Ex2,Ey1,Ey2に
接続されている。
One electrode group constituting each interdigital electrode is short-circuited as a common electrode group 110. FIG.
In FIG. 9, a line intersecting in an X shape on the origin O is a portion constituting a part of the common electrode group 110, and a total of 24 lines extending in a branch shape from the line intersecting in the X shape Constitute individual finger electrodes. The common electrode group 110 is connected to a ground terminal Eg, and the ground terminal Eg is grounded when the sensor operates. On the other hand, the other electrode group constituting each interdigital electrode has an electrode group 12
1, 122, 123, and 124 are electrically independent, and are respectively connected to terminal portions Ex1, Ex2, Ey1, and Ey2.

【0057】このような圧電素子130は、これまで述
べてきた例と同様に、その周囲部分が固定部、中心部分
が変位部として用いられる。したがって、たとえば、図
9に示す例のように、下面中心部分に重錘体40が接合
され、周囲に円筒状の台座50が接合されることにな
る。
As in the case of the piezoelectric element 130 described above, the peripheral portion is used as a fixed portion and the central portion is used as a displacement portion. Therefore, for example, as in the example shown in FIG. 9, the weight body 40 is joined to the center portion of the lower surface, and the cylindrical pedestal 50 is joined to the periphery.

【0058】この実施例では、4組の交差指状電極X
1,X2,Y1,Y2は、駆動用交差指状電極として利
用されるとともに、検出用交差指状電極としても利用さ
れる。すなわち、物理的に同一の交差指状電極を、駆動
用交差指状電極と検出用交差指状電極との双方を兼用す
る電極として用いることになる。このように兼用電極と
しての利用を行うためには、図20に示すような回路を
用いるようにすればよい。この回路における端子部E
は、図19に示す実施例における各端子部Ex1,Ex
2,Ey1,Ey2に相当するものである。この端子部
Eには、抵抗R1を介して交流電源1が接続されてお
り、また、抵抗R2を介して電圧検出装置2が接続され
ている。交流電源1が発生した交流信号は、抵抗R1を
介して端子部Eに供給されるので、この端子部Eに接続
された電極群からなる交差指状電極は、駆動用交差指状
電極として機能することができる。一方、交差指状電極
に発生した起電力は、端子部Eから抵抗R2を介して電
圧検出装置2によって検出される。もちろん、交流電源
1で発生した交流信号も、抵抗R2を介して電圧検出装
置2に供給されることになるので、電圧検出装置2は、
この交流信号に重畳されている成分として、交差指状電
極に生じた起電力の検出を行うことになる。
In this embodiment, four sets of interdigital electrodes X
1, X2, Y1, and Y2 are used not only as interdigital electrodes for driving but also as interdigital electrodes for detection. That is, the physically identical interdigital electrode is used as an electrode that is used as both the driving interdigital electrode and the detecting interdigital electrode. In order to use the electrode as a dual-purpose electrode in this manner, a circuit as shown in FIG. 20 may be used. Terminal E in this circuit
Are the terminal portions Ex1 and Ex in the embodiment shown in FIG.
2, Ey1 and Ey2. An AC power supply 1 is connected to the terminal E via a resistor R1, and a voltage detector 2 is connected via a resistor R2. Since the AC signal generated by the AC power supply 1 is supplied to the terminal E via the resistor R1, the interdigital electrode composed of the electrode group connected to the terminal E functions as a driving interdigital electrode. can do. On the other hand, the electromotive force generated in the interdigital electrode is detected by the voltage detection device 2 from the terminal E via the resistor R2. Of course, the AC signal generated by the AC power supply 1 is also supplied to the voltage detection device 2 via the resistor R2.
As a component superimposed on the AC signal, an electromotive force generated in the interdigital electrode is detected.

【0059】このような構造をもったセンサにより、加
速度の各軸方向成分αx,αy,αzおよび角速度の各
軸方向成分ωx,ωy,ωzを検出する原理について
は、既に§2および§3で述べたとおりである。たとえ
ば、各端子部Ex1,Ex2,Ey1,Ey2に、それ
ぞれ図17に示す交流信号S1,S2,S3,S4を供
給すれば、重錘体40をXY平面上で円運動させること
ができるので、この重錘体40がX軸を横切るとき、あ
るいはY軸を横切るとき、に各端子部Ex1,Ex2,
Ey1,Ey2に生じる起電力を測定すれば、角速度の
各軸方向成分ωx,ωy,ωzを検出することができ
る。
The principle of detecting the axial components αx, αy, αz of the acceleration and the axial components ωx, ωy, ωz of the angular velocity by the sensor having such a structure has already been described in §2 and §3. It is as stated. For example, if the AC signals S1, S2, S3, and S4 shown in FIG. 17 are supplied to the terminal portions Ex1, Ex2, Ey1, and Ey2, respectively, the weight body 40 can be made to circularly move on the XY plane. When the weight body 40 crosses the X-axis or the Y-axis, the terminal portions Ex1, Ex2,
By measuring the electromotive force generated at Ey1 and Ey2, the axial components ωx, ωy, ωz of the angular velocity can be detected.

【0060】なお、角速度と加速度との双方が作用して
いる環境下では、重錘体に作用する力は、角速度に基づ
くコリオリ力と加速度に基づく加速度力との重畳成分に
なるが、コリオリ力と加速度力とは、周波数成分に基づ
いて分離することが可能である。すなわち、重錘体を単
振動あるいは回転運動させた場合、その振動あるいは回
転の半周期ごとに、運動方向が反転することになる。し
たがって、コリオリ力の方向も、この半周期ごとに反転
することになる。そこで、重錘体の単振動あるいは回転
運動の周期を、検出対象となる加速度や角速度の変動周
期に比べて十分に高く設定しておけば、各端子部Ex
1,Ex2,Ey1,Ey2に生じた起電力の変動成分
のうち、重錘体の運動周期に相当する周波数成分はコリ
オリ力と認識することができ、それより十分に低い周波
数成分は加速度力と認識することができる。したがっ
て、検出回路に周波数分離回路を用意しておけば、3軸
方向の加速度αx,αy,αzと、3軸まわりの角速度
ωx,ωy,ωzとの双方を別々に検出することが可能
になる。
In an environment where both the angular velocity and the acceleration are acting, the force acting on the weight becomes a superposition component of the Coriolis force based on the angular velocity and the acceleration force based on the acceleration. And acceleration force can be separated based on frequency components. That is, when the weight body is caused to perform a simple vibration or a rotational movement, the direction of the movement is reversed every half cycle of the vibration or the rotation. Therefore, the direction of the Coriolis force is also reversed every half cycle. Therefore, if the period of the simple vibration or the rotational movement of the weight body is set sufficiently higher than the fluctuation period of the acceleration or angular velocity to be detected, each terminal portion Ex
Among the fluctuating components of the electromotive force generated in Ex1, Ey2, Ey1, and Ey2, the frequency component corresponding to the motion cycle of the weight body can be recognized as Coriolis force, and the frequency components sufficiently lower than that are the acceleration force. Can be recognized. Therefore, if a frequency separation circuit is prepared in the detection circuit, it is possible to separately detect both the accelerations αx, αy, αz in the three axes and the angular velocities ωx, ωy, ωz around the three axes. .

【0061】図21は、本発明の別な実施例に係るセン
サに用いられる圧電素子230の上面図である。この圧
電素子230も円板状の圧電素子であり、その上面に
は、図示の位置に、交差指状電極X1〜X4,Y1〜Y
4,Z1〜Z4が配置されており、§1で述べたような
分極処理が施されている。なお、この図21では、図が
繁雑になるのを避けるため、各交差指状電極について
は、個々の指状電極からなるパターン形状を描く代わり
に、その外側の概略輪郭形状のみを示してある。すなわ
ち、この図21において、「I」字状の輪郭形状が示さ
れている交差指状電極X3,X4,Y3,Y4,Z3,
Z4は、実際には、いずれも図22(a) に示すように、
第1の電極群210と第2の電極群220とによって構
成される交差指状電極であり、「U」字状の輪郭形状が
示されている交差指状電極X1,X2,Y1,Y2,Z
1,Z2は、実際には、いずれも図22(b) に示すよう
な、第1の電極群215と第2の電極群225とによっ
て構成される交差指状電極である(図22では、各電極
形状の把握を容易にするために、各電極部分にハッチン
グを施してある)。
FIG. 21 is a top view of a piezoelectric element 230 used in a sensor according to another embodiment of the present invention. This piezoelectric element 230 is also a disk-shaped piezoelectric element, and on its upper surface, the interdigital electrodes X1 to X4, Y1 to Y
4, Z1 to Z4 are arranged and subjected to the polarization processing as described in §1. In FIG. 21, in order to avoid complication of the figure, for each interdigital electrode, instead of drawing a pattern shape composed of individual finger electrodes, only the outline shape outside the pattern is shown. . That is, in FIG. 21, the interdigital electrodes X3, X4, Y3, Y4, Z3, which have an “I” -shaped contour shape, are shown.
In practice, Z4 is, as shown in FIG.
Interdigital finger electrodes X1, X2, Y1, Y2, each of which is formed by a first electrode group 210 and a second electrode group 220, and has a U-shaped contour. Z
Actually, 1 and Z2 are interdigital electrodes composed of a first electrode group 215 and a second electrode group 225, as shown in FIG. 22 (b). Each electrode portion is hatched to facilitate understanding of the shape of each electrode.)

【0062】図22(a) に示す交差指状電極は、図1に
示した交差指状電極と同じ構造のものである。また、図
22(b) に示す交差指状電極は、図22(a) に示す交差
指状電極を2組並べ、対応する電極群をそれぞれ連結し
たものであり、機能的には、図22(a) に示す交差指状
電極と同じである。
The interdigital electrode shown in FIG. 22A has the same structure as the interdigital electrode shown in FIG. The interdigital electrode shown in FIG. 22 (b) is obtained by arranging two sets of interdigital electrodes shown in FIG. 22 (a) and connecting the corresponding electrode groups. This is the same as the interdigital electrode shown in FIG.

【0063】図21に示す圧電素子230は、これまで
述べてきた例と同様に、その周囲部分が固定部、中心部
分が変位部として用いられる。図21に破線で示されて
いる重錘体240は、この圧電素子230の下面中央部
に接合された重錘体であり、同じく図21に破線で示さ
れている台座250は、この圧電素子230の下面周囲
部に接合された円筒状の台座である。
In the piezoelectric element 230 shown in FIG. 21, the peripheral portion is used as a fixed portion and the central portion is used as a displacement portion, as in the examples described above. The weight 240 shown by a broken line in FIG. 21 is a weight joined to the center of the lower surface of the piezoelectric element 230, and the pedestal 250 also shown by the broken line in FIG. A cylindrical pedestal joined to the periphery of the lower surface of 230.

【0064】この実施例では、合計12組の交差指状電
極X1〜X4,Y1〜Y4,Z1〜Z4が形成されてい
るが、それぞれが駆動用交差指状電極または検出用交差
指状電極としての役割を担うことになる。たとえば、交
差指状電極X1,X2をX軸方向駆動用(重錘体240
をX軸に沿って振動させるための交流信号を供給するた
めに用いる)、交差指状電極Y1,Y2をY軸方向駆動
用(重錘体240をY軸に沿って振動させるための交流
信号を供給するために用いる)、交差指状電極Z1,Z
2をZ軸方向駆動用(重錘体240をZ軸に沿って振動
させるための交流信号を供給するために用いる)とし、
交差指状電極X3,X4をX軸方向検出用(X軸方向の
加速度力およびコリオリ力の作用に基づく重錘体240
のX軸方向への変位検出に用いる)、交差指状電極Y
3,Y4をY軸方向検出用(Y軸方向の加速度力および
コリオリ力の作用に基づく重錘体240のY軸方向への
変位検出に用いる)、交差指状電極Z3,Z4をZ軸方
向検出用(Z軸方向の加速度力およびコリオリ力の作用
に基づく重錘体240のZ軸方向への変位検出に用い
る)とすれば、所定の駆動用交差指状電極に所定の交流
信号を供給することにより、重錘体240をX軸,Y
軸,Z軸の任意の方向に駆動させることができ、また、
所定の検出用交差指状電極に生じる起電力を検出するこ
とにより、重錘体240に対して加えられたX軸,Y
軸,Z軸の各方向への力(加速度力およびコリオリ力)
を検出することができる。この駆動原理および検出原理
は、既に述べたとおりである。もちろん、上述した例に
対して、駆動用および検出用の役割分担を入れ替えた実
施例も可能である。
In this embodiment, a total of 12 sets of interdigital electrodes X1 to X4, Y1 to Y4 and Z1 to Z4 are formed, each of which is used as a driving interdigital electrode or a detecting interdigital electrode. Will take on the role of. For example, the interdigital electrodes X1 and X2 are driven in the X-axis direction (weight 240
Is used to supply an AC signal for vibrating the X-axis along the X-axis), and for driving the interdigital electrodes Y1 and Y2 in the Y-axis direction (AC signal for vibrating the weight body 240 along the Y-axis). , The interdigital electrodes Z1, Z
2 is used for driving in the Z-axis direction (used to supply an AC signal for vibrating the weight body 240 along the Z-axis),
The interdigital electrodes X3 and X4 are used for detecting the X-axis direction (the weight 240 based on the action of the acceleration force and the Coriolis force in the X-axis direction).
For detecting the displacement of the X-axis in the X-axis direction), the interdigital electrode Y
3, Y4 for detecting in the Y-axis direction (used for detecting the displacement of the weight body 240 in the Y-axis direction based on the action of the acceleration force and Coriolis force in the Y-axis direction), and the interdigital electrodes Z3, Z4 in the Z-axis direction. For detection (used for detecting displacement of the weight body 240 in the Z-axis direction based on the action of the acceleration force and Coriolis force in the Z-axis direction), a predetermined AC signal is supplied to a predetermined driving interdigital electrode. By doing so, the weight body 240 is
Axis and Z axis can be driven in any direction.
By detecting an electromotive force generated in a predetermined detection interdigital electrode, the X-axis and Y-axis applied to the weight body 240 are detected.
Force in each direction of axis and Z axis (acceleration force and Coriolis force)
Can be detected. The driving principle and the detection principle are as described above. Needless to say, an embodiment in which the roles of driving and detection are exchanged with respect to the above-described example is also possible.

【0065】このように、各交差指状電極ごとに、駆動
用か検出用か、いずれの軸を担当するか、という分担を
決めて用いるようにすれば、駆動用回路や検出用回路を
より単純化することができる。以下、この実施例に示す
センサを用いた角速度検出動作の一例を述べておく。も
ちろん、以下に述べる検出動作は一例を示すものであ
り、これまで述べてきた検出原理を利用すれば、この他
にも種々の態様の検出動作が可能である。また、加速度
の検出も可能である。
As described above, if the function of driving or detecting and which axis is assigned to each interdigital electrode is determined and used, the driving circuit and the detecting circuit can be more efficiently used. Can be simplified. Hereinafter, an example of the angular velocity detection operation using the sensor shown in this embodiment will be described. Of course, the detection operation described below is merely an example, and various other detection operations are possible using the detection principle described above. In addition, acceleration can be detected.

【0066】まず、1軸まわりの角速度検出のみを行う
検出動作例を述べよう。たとえば、X軸まわりの角速度
ωxを検出する1軸角速度センサとして利用する場合で
あれば、駆動用交差指状電極Z1,Z2に、図16に示
すような同位相の交流信号S1,S2を供給し、重錘体
240をZ軸方向に単振動させる。このように、重錘体
240がZ軸方向の運動成分をもって移動中に、X軸ま
わりの角速度ωxが作用すると、重錘体240には、Y
軸方向のコリオリ力Fyが作用し、重錘体240はY軸
方向に変位することになる。このコリオリ力Fyは、検
出用交差指状電極Y3,Y4によって検出することがで
きる。たとえば、重錘体240が、その単振動の振幅の
中心位置(もっとも速度の大きい位置)を通過する時点
を検出時とし、この時点において検出用交差指状電極Y
3,Y4に生じる起電力の差を求めれば、この差がX軸
まわりの角速度ωxを示すものになる。
First, an example of a detecting operation for detecting only the angular velocity around one axis will be described. For example, in the case of using as a one-axis angular velocity sensor for detecting the angular velocity ωx around the X axis, AC signals S1 and S2 having the same phase as shown in FIG. 16 are supplied to the driving interdigital electrodes Z1 and Z2. Then, the weight body 240 is caused to make a simple vibration in the Z-axis direction. As described above, when the angular velocity ωx about the X axis acts while the weight body 240 is moving with the motion component in the Z axis direction, the weight body 240
An axial Coriolis force Fy acts, and the weight body 240 is displaced in the Y-axis direction. The Coriolis force Fy can be detected by the interdigital electrodes Y3 and Y4 for detection. For example, the time point at which the weight body 240 passes the center position (the position where the speed is the highest) of the amplitude of the simple vibration is defined as the detection time, and at this time point, the detection interdigital electrode Y is detected.
If the difference between the electromotive forces generated in 3, Y4 is obtained, this difference indicates the angular velocity ωx about the X axis.

【0067】続いて、2軸まわりの角速度検出を行う検
出動作例を述べる。たとえば、X軸まわりの角速度ωx
とY軸まわりの角速度ωyとを検出する2軸角速度セン
サとして利用する場合であれば、上述した1軸まわりの
角速度検出の場合と同様に、駆動用交差指状電極Z1,
Z2に、同位相の交流信号S1,S2を供給して重錘体
240をZ軸方向に単振動させる。この状態において、
検出用交差指状電極Y3,Y4に生じる起電力の差によ
ってコリオリ力Fyを検出すれば、X軸まわりの角速度
ωxを求めることができる点は既に述べたとおりである
が、同様に、検出用交差指状電極X3,X4に生じる起
電力の差によってコリオリ力Fxを検出すれば、Y軸ま
わりの角速度ωyを求めることができる。
Next, an example of a detection operation for detecting angular velocities around two axes will be described. For example, the angular velocity ωx around the X axis
And the angular velocity ωy around the Y-axis, the driving interdigital electrode Z1, as in the case of the angular velocity detection around one axis described above.
The AC signals S1 and S2 having the same phase are supplied to Z2 to cause the weight body 240 to vibrate in the Z-axis direction. In this state,
If the Coriolis force Fy is detected based on the difference between the electromotive forces generated in the detection interdigital electrodes Y3 and Y4, the angular velocity ωx about the X axis can be obtained as described above. If the Coriolis force Fx is detected based on the difference between the electromotive forces generated in the interdigital electrodes X3 and X4, the angular velocity ωy about the Y axis can be obtained.

【0068】更に、3軸まわりの角速度検出を行う検出
動作例を述べる。3軸まわりの角速度を継続的に検出す
るには、§3において説明したように、重錘体を回転運
動させる方法が採るのが最も好ましい。たとえば、重錘
体の回転面は、XY平面、XZ平面、YZ平面のいずれ
でもかまわないが、ここでは、§3で述べた例と同様
に、XY平面に沿って重錘体240を回転させる例を述
べることにする。そのためには、駆動用交差指状電極X
1,X2,Y1,Y2のそれぞれに、図17に示すよう
な交流信号S1,S2,S3,S4を与えればよい。こ
うすると、重錘体240の重心Gは、図18に示すよう
な円軌道に沿って円運動を行うことになる。ここで、時
刻t1またはt3(すなわち、重錘体240が、Y軸方
向の速度成分をもってX軸を横切る時点)において、検
出用交差指状電極X3,X4に生じる起電力の差によっ
てコリオリ力Fxを検出すれば、Z軸まわりの角速度ω
zを求めることができ、検出用交差指状電極Z3,Z4
に生じる起電力の和によってコリオリ力Fzを検出すれ
ば、X軸まわりの角速度ωxを求めることができる。ま
た、時刻t2またはt4(すなわち、重錘体240が、
X軸方向の速度成分をもってY軸を横切る時点)におい
て、検出用交差指状電極Y3,Y4に生じる起電力の差
によってコリオリ力Fyを検出すれば、Z軸まわりの角
速度ωzを求めることができ、検出用交差指状電極Z
3,Z4に生じる起電力の和によってコリオリ力Fzを
検出すれば、Y軸まわりの角速度ωyを求めることがで
きる。かくして、各軸まわりの角速度ωx,ωy,ωz
を継続的に検出することができる。
Further, an example of a detection operation for detecting angular velocities around three axes will be described. In order to continuously detect the angular velocities around the three axes, it is most preferable to adopt a method of rotating the weight body as described in §3. For example, the rotating surface of the weight body may be any of the XY plane, the XZ plane, and the YZ plane, but here, as in the example described in §3, the weight body 240 is rotated along the XY plane. Let me give an example. To do so, the driving interdigital electrode X
AC signals S1, S2, S3, S4 as shown in FIG. 17 may be given to each of X1, Y2, Y1, and Y2. Thus, the center of gravity G of the weight body 240 performs a circular motion along a circular orbit as shown in FIG. Here, at time t1 or t3 (that is, at the time when the weight body 240 crosses the X-axis with the velocity component in the Y-axis direction), the Coriolis force Fx is generated by the difference between the electromotive forces generated in the detection interdigital electrodes X3 and X4. Is detected, the angular velocity ω about the Z axis
z can be obtained, and the detection interdigital electrodes Z3, Z4
If the Coriolis force Fz is detected based on the sum of the electromotive forces generated in the above, the angular velocity ωx around the X axis can be obtained. Also, at time t2 or t4 (that is, when the weight 240
If the Coriolis force Fy is detected based on the difference between the electromotive forces generated in the detection interdigital electrodes Y3 and Y4 at the time of crossing the Y axis with the velocity component in the X axis direction, the angular velocity ωz about the Z axis can be obtained. , Detection interdigital electrode Z
If the Coriolis force Fz is detected based on the sum of the electromotive forces generated in 3, 3 and 4, the angular velocity ωy about the Y axis can be obtained. Thus, the angular velocities ωx, ωy, ωz around each axis
Can be continuously detected.

【0069】§5. 具体的な実施例(その2) これまで述べてきた実施例は、板状の圧電素子のほぼ全
体に機械的変形が生じるような構造のものであった。別
言すれば、板状の圧電素子の中心のごく一部に重錘体が
接合されており、上面からみたときに、板状の圧電素子
の全面積に対して、重錘体の接合部の面積が十分に小さ
い場合の例であった。このような例では、重錘体が種々
の方向に変位した場合、図10〜図13に示すように、
重錘体上面の各部に伸び縮みが生じることになる。
§5. Specific Embodiment (Part 2) The embodiments described so far have a structure in which mechanical deformation occurs almost entirely in the plate-like piezoelectric element. In other words, the weight body is joined to a very small part of the center of the plate-shaped piezoelectric element, and when viewed from the top, the joint of the weight body with respect to the entire area of the plate-shaped piezoelectric element. This is an example of the case where the area is sufficiently small. In such an example, when the weight body is displaced in various directions, as shown in FIGS.
Each part of the upper surface of the weight body expands and contracts.

【0070】しかしながら、板状の圧電素子の全面積に
対して、重錘体の接合部の面積がある程度大きくなる
と、板状の圧電素子の一部にのみ機械的変形が生じるよ
うになるため、重錘体が種々の方向に変位した場合に、
重錘体上面の各部に生じる伸び縮みの形態は、図10〜
図13に示す形態とは若干異なってくる。
However, when the area of the joining portion of the weight body is increased to some extent with respect to the entire area of the plate-shaped piezoelectric element, mechanical deformation occurs only in a part of the plate-shaped piezoelectric element. When the weight body is displaced in various directions,
The form of expansion and contraction occurring at each part of the upper surface of the weight body is shown in FIGS.
It is slightly different from the embodiment shown in FIG.

【0071】たとえば、図23に側断面図を示す圧電素
子300は、やや肉厚の円板状の圧電素子の下面に、ド
ーナツ状の溝部335を形成したものである。この溝部
335の上部には、厚みの薄い可撓部330が形成され
ており、実質的な機械的変形は、この可撓部330にお
いてのみ生じる。溝部335の内側部分には、円柱状の
重錘体340が形成されており、溝部335の外側部分
には、円筒状の台座350が形成されている。可撓部3
30,重錘体340,台座350は、いずれも肉厚の圧
電素子の一部分から構成されているが、重錘体340お
よび台座350は、肉厚が厚いため、その内部には検出
に有意な機械的変形は生じないと考えてよい。したがっ
て、センサとしての動作に寄与する機械的変形は、可撓
部330においてのみ生じることになる。
For example, a piezoelectric element 300 whose side sectional view is shown in FIG. 23 is one in which a donut-shaped groove 335 is formed on the lower surface of a slightly thick disk-shaped piezoelectric element. A flexible portion 330 having a small thickness is formed on the upper portion of the groove portion 335, and substantial mechanical deformation occurs only in the flexible portion 330. A column-shaped weight body 340 is formed inside the groove 335, and a cylindrical pedestal 350 is formed outside the groove 335. Flexible part 3
Each of the weight 30, the weight 340, and the pedestal 350 is composed of a part of a thick piezoelectric element. It can be considered that no mechanical deformation occurs. Therefore, the mechanical deformation that contributes to the operation as the sensor occurs only in the flexible portion 330.

【0072】いま、図23において、図の横方向にX
軸、縦方向にZ軸、紙面に垂直な方向にY軸を定義し、
台座350の部分を固定した状態において、重錘体34
0に対してX軸方向の力が加わった場合を考える。この
場合、図24の側断面図に示すように、重錘体340は
X軸方向に変位+Δxを生じることになり、可撓部33
0には機械的変形が生じることになる。この場合、可撓
部330の上面におけるX軸方向に関する伸び縮みは、
図示のとおりとなる。すなわち、図において重錘体34
0の右側に位置する可撓部330では、上面内側(重錘
体340側)は伸びるのに対し、上面外側(台座350
側)は縮むことになる。一方、図において重錘体340
の左側に位置する可撓部330では、上面内側(重錘体
340側)は縮むのに対し、上面外側(台座350側)
は伸びることになる。また、重錘体340に対してZ軸
方向の力が加わった場合は、図25の側断面図に示すよ
うに、重錘体340はZ軸方向に変位+Δzを生じるこ
とになり、やはり可撓部330には機械的変形が生じる
ことになる。この場合、可撓部330の上面におけるX
軸方向に関する伸び縮みは、重錘体340の左右両側と
もに、上面内側(重錘体340側)は伸びるのに対し、
上面外側(台座350側)は縮むことになる。以上は、
いずれも可撓部330の上面側の伸縮状態であるが、可
撓部330の下面側の伸縮状態は、いずれも上面側とは
逆になる。
Now, in FIG. 23, X
Axis, Z axis in the vertical direction, Y axis in the direction perpendicular to the paper,
With the portion of the pedestal 350 fixed, the weight 34
Consider a case where a force in the X-axis direction is applied to zero. In this case, as shown in the side sectional view of FIG. 24, the weight body 340 generates a displacement + Δx in the X-axis direction, and
A mechanical deformation occurs at 0. In this case, the expansion and contraction of the upper surface of the flexible portion 330 in the X-axis direction is
It is as shown in the figure. That is, in the figure, the weight body 34
In the flexible portion 330 located on the right side of 0, the inside of the upper surface (the weight body 340 side) extends, while the outside of the upper surface (the pedestal 350) extends.
Side) will shrink. On the other hand, in FIG.
In the flexible portion 330 located on the left side of the upper side, the inside of the upper surface (side of the weight body 340) shrinks, whereas the outside of the upper surface (side of the pedestal 350) is shrunk.
Will grow. When a force in the Z-axis direction is applied to the weight body 340, the weight body 340 generates a displacement + Δz in the Z-axis direction as shown in the side sectional view of FIG. Mechanical deformation occurs in the bending portion 330. In this case, X on the upper surface of the flexible portion 330
The expansion and contraction in the axial direction is such that, on both the left and right sides of the weight body 340, the inside of the upper surface (weight body 340 side) extends,
The upper surface outside (the pedestal 350 side) will shrink. The above is
In both cases, the upper and lower sides of the flexible portion 330 are expanded and contracted, but the expanded and contracted states of the lower side of the flexible portion 330 are all opposite to the upper side.

【0073】結局、§5までに述べてきた例は、ここに
示す実施例において、重錘体340の大きさが十分に小
さく、実用上、重錘体の接合部を点として取り扱うこと
ができる例ということができる。ここに示す実施例のよ
うに、重錘体の接合部がある程度の面積を占めるような
構造では、機械的変形が生じる可撓部を、内側部分(重
錘体側)と外側部分(台座側)とに分けて取り扱う必要
があることがわかる。
After all, in the examples described up to §5, in the embodiment shown here, the size of the weight body 340 is sufficiently small, and the joint portion of the weight body can be treated as a point in practical use. You can say an example. In a structure in which the joint portion of the weight body occupies a certain area as in the embodiment shown here, the flexible portion where mechanical deformation occurs is divided into an inner portion (weight side) and an outer portion (pedestal side). It is understood that it is necessary to handle separately.

【0074】図26は、このように、重錘体の接合部が
無視できない面積を占める場合の交差指状電極の配置を
示す上面図である。圧電素子400は、圧電素子300
と同様に、肉厚の円板状の圧電素子であり、図に破線で
示されているように、ドーナツ状の領域に可撓部430
が形成されている。この可撓部430は、上述した可撓
部330と同様に、圧電素子400の下面にドーナツ状
の溝を形成することにより、肉厚が薄くなった部分であ
り、センサの動作に寄与するのに十分な可撓性を有する
部分である。円柱状の重錘体440は、この可撓部43
0の内側に位置する肉厚の部分であり、円筒状の台座4
50は、この可撓部430の外側に位置する肉厚の部分
である。台座450はセンサ筐体に固定された状態で用
いられ、重錘体440は、可撓部430によって周囲か
ら支持された状態になる。重錘体440に対して加速度
力またはコリオリ力が作用すると、可撓部430に機械
的変形が生じ、部分的な伸び縮みが生じることになる。
この伸び縮みの態様は、既に述べたとおりである。
FIG. 26 is a top view showing the arrangement of the interdigital electrodes when the joints of the weights occupy an area that cannot be ignored. The piezoelectric element 400 includes the piezoelectric element 300
Similarly, the piezoelectric element is a thick disk-shaped piezoelectric element, and as shown by a broken line in FIG.
Are formed. The flexible portion 430 is a portion having a reduced thickness by forming a donut-shaped groove on the lower surface of the piezoelectric element 400, similarly to the above-described flexible portion 330, and contributes to the operation of the sensor. This is a portion having sufficient flexibility. The column-shaped weight body 440 is formed by the flexible portion 43.
0, which is a thick portion located inside
50 is a thick part located outside the flexible part 430. The pedestal 450 is used while being fixed to the sensor housing, and the weight body 440 is supported by the flexible portion 430 from the surroundings. When an acceleration force or a Coriolis force acts on the weight body 440, mechanical deformation occurs in the flexible portion 430, and partial expansion and contraction occurs.
The mode of the expansion and contraction is as described above.

【0075】この実施例では、可撓部430の上面に合
計24組の交差指状電極が形成されている。すなわち、
X軸上に配置された交差指状電極X1〜X4は、重錘体
440をX軸方向に駆動させるための駆動用交差指状電
極であり、Y軸上に配置された交差指状電極Y1〜Y4
は、重錘体440をY軸方向に駆動させるための駆動用
交差指状電極であり、W軸上に配置された交差指状電極
Z1〜Z4は、重錘体440をZ軸方向に駆動させるた
めの駆動用交差指状電極である(W軸は、図示の例で
は、Y軸に対して45°傾斜した軸となっているが、こ
れは任意の軸でかまわない)。なお、以上の各駆動用交
差指状電極は、図26においては、その外側の概略輪郭
形状のみが示されているが、実際には、いずれも図22
(b) に示すような、第1の電極群215と第2の電極群
225とによって構成される交差指状電極である。
In this embodiment, a total of 24 sets of interdigital electrodes are formed on the upper surface of the flexible portion 430. That is,
The interdigital electrodes X1 to X4 arranged on the X axis are driving interdigital electrodes for driving the weight body 440 in the X axis direction, and the interdigital electrodes Y1 arranged on the Y axis. ~ Y4
Is a driving interdigital electrode for driving the weight body 440 in the Y-axis direction, and the interdigital electrodes Z1 to Z4 arranged on the W axis drive the weight body 440 in the Z-axis direction. (The W axis is an axis inclined by 45 ° with respect to the Y axis in the illustrated example, but may be an arbitrary axis.) In addition, in FIG. 26, only the outer outline shape of each of the above-mentioned driving interdigital electrodes is shown.
It is an interdigital electrode composed of a first electrode group 215 and a second electrode group 225 as shown in FIG.

【0076】一方、X軸上に配置された交差指状電極X
5〜X8は、重錘体440に対してX軸方向に作用した
加速度力またはコリオリ力を検出するための検出用交差
指状電極であり、Y軸上に配置された交差指状電極Y5
〜Y8は、重錘体440に対してY軸方向に作用した加
速度力またはコリオリ力を検出するための検出用交差指
状電極であり、W軸上に配置された交差指状電極Z5〜
Z8は、重錘体440に対してZ軸方向に作用した加速
度力またはコリオリ力を検出するための検出用交差指状
電極である。これらの各検出用交差指状電極も、図26
においては、その外側の概略輪郭形状のみが示されてい
るが、実際には、いずれも図22(a) に示すような、第
1の電極群210と第2の電極群220とによって構成
される交差指状電極である。
On the other hand, the interdigitated electrodes X arranged on the X axis
5-X8 are detection interdigital electrodes for detecting an acceleration force or a Coriolis force applied to the weight body 440 in the X-axis direction, and are interdigital electrodes Y5 arranged on the Y-axis.
Y8 to Y8 are detection interdigital electrodes for detecting the acceleration force or Coriolis force acting on the weight body 440 in the Y-axis direction, and the interdigital electrodes Z5 to Z5 arranged on the W axis.
Z8 is a detection interdigital electrode for detecting an acceleration force or a Coriolis force acting on the weight body 440 in the Z-axis direction. Each of these detection interdigital electrodes is also shown in FIG.
In FIG. 22, only the outline shape of the outside is shown, but in actuality, each of them is constituted by a first electrode group 210 and a second electrode group 220 as shown in FIG. Interdigital electrodes.

【0077】これらの各交差指状電極を用いて、各軸方
向の加速度および各軸まわりの角速度を検出する基本原
理は、これまで述べてきた実施例とほぼ同じである。た
だし、各駆動用交差指状電極に与える交流信号の極性
や、各検出用交差指状電極に発生する起電力の極性の取
り扱いについては、これまで述べてきた実施例を若干修
正する必要がある。
The basic principle of detecting the acceleration in each axial direction and the angular velocity around each axis by using each of these interdigital electrodes is almost the same as that of the embodiments described above. However, regarding the handling of the polarity of the AC signal applied to each driving interdigital electrode and the polarity of the electromotive force generated in each detecting interdigital electrode, the above-described embodiments need to be slightly modified. .

【0078】たとえば、重錘体に変位+Δxを生じさせ
るためには、図24に示すような態様で、可撓部の各部
に伸び縮みを生じさせる必要がある。したがって、重錘
体をX軸方向に振動させるためには、図15に示すよう
に、互いに逆位相の交流信号S1,S2を用意し、交差
指状電極X1,X3には交流信号S1を供給し、交差指
状電極X2,X4には交流信号S2を供給すればよい。
同様に、交差指状電極Y1,Y3に交流信号S1を供給
し、交差指状電極Y2,Y4に交流信号S2を供給すれ
ば、重錘体をY軸方向に振動させることができる。
For example, in order to cause displacement + Δx in the weight body, it is necessary to cause each part of the flexible portion to expand and contract in a manner as shown in FIG. Therefore, in order to vibrate the weight body in the X-axis direction, as shown in FIG. 15, AC signals S1 and S2 having phases opposite to each other are prepared, and the AC signal S1 is supplied to the interdigital electrodes X1 and X3. Then, an AC signal S2 may be supplied to the interdigital electrodes X2 and X4.
Similarly, if the AC signal S1 is supplied to the interdigital electrodes Y1 and Y3 and the AC signal S2 is supplied to the interdigital electrodes Y2 and Y4, the weight body can be vibrated in the Y-axis direction.

【0079】また、重錘体をZ軸方向に振動させるため
には、図25に示すような伸び縮みの態様を考慮し、交
差指状電極X1,X4(または、Y1,Y4)に交流信
号S1を供給し、交差指状電極X2,X3(または、Y
2,Y3)に交流信号S2を供給すればよい。更に、重
錘体をXY平面上で回転させるためには、図17に示す
ような4種類の交流信号S1,S2,S3,S4を用意
し、交差指状電極X1,X3には交流信号S1を供給
し、交差指状電極X2,X4には交流信号S2を供給
し、交差指状電極Y1,Y3には交流信号S3を供給
し、交差指状電極Y2,Y4には交流信号S4を供給す
ればよい。
In order to vibrate the weight body in the Z-axis direction, an AC signal is applied to the interdigital electrodes X1 and X4 (or Y1 and Y4) in consideration of the expansion and contraction as shown in FIG. S1 to supply the interdigital electrodes X2, X3 (or Y
2, Y3) to supply the AC signal S2. Further, in order to rotate the weight body on the XY plane, four types of AC signals S1, S2, S3, and S4 as shown in FIG. , And an AC signal S2 is supplied to the interdigital electrodes X2 and X4, an AC signal S3 is supplied to the interdigital electrodes Y1 and Y3, and an AC signal S4 is supplied to the interdigital electrodes Y2 and Y4. do it.

【0080】一方、重錘体に作用したX軸方向の加速度
力またはコリオリ力を検出するには、交差指状電極X
1,X3に生じた起電力の和と、交差指状電極X2,X
4に生じた起電力の和と、の差を求めればよい。同様
に、重錘体に作用したY軸方向の加速度力またはコリオ
リ力を検出するには、交差指状電極Y1,Y3に生じた
起電力の和と、交差指状電極Y2,Y4に生じた起電力
の和と、の差を求めればよい。更に、重錘体に作用した
Z軸方向の加速度力またはコリオリ力を検出するには、
交差指状電極Z1,Z4に生じた起電力の和と、交差指
状電極Z2,Z3に生じた起電力の和と、の差を求めれ
ばよい。
On the other hand, in order to detect the acceleration force or Coriolis force acting on the weight body in the X-axis direction, the interdigital electrode X
1, X3 and the interdigital electrodes X2, X3
The difference between the sum of the electromotive forces generated in No. 4 and the sum of the electromotive forces may be obtained. Similarly, in order to detect the acceleration force or the Coriolis force in the Y-axis direction acting on the weight, the sum of the electromotive forces generated in the interdigital electrodes Y1 and Y3 and the generated electromotive force in the interdigital electrodes Y2 and Y4 is used. What is necessary is just to obtain the difference between the sum of the electromotive forces. Further, to detect the Z-axis acceleration force or Coriolis force acting on the weight,
The difference between the sum of the electromotive forces generated in the interdigital electrodes Z1 and Z4 and the sum of the electromotive forces generated in the interdigital electrodes Z2 and Z3 may be obtained.

【0081】なお、検出精度を高める上では、図26に
示す全24組の交差指状電極を用いた検出動作を行うの
が好ましいが、必ずしも、これらすべての交差指状電極
を用いた検出を行う必要はない。たとえば、重錘体44
0をX軸方向に駆動する場合、駆動用交差指状電極X
1,X4のみを用いてもよいし、駆動用交差指状電極X
2,X3のみを用いてもよい。同様に、重錘体440を
Y軸方向に駆動する場合、駆動用交差指状電極Y1,Y
4のみを用いてもよいし、駆動用交差指状電極Y2,Y
3のみを用いてもよい。更に、重錘体440をZ軸方向
に駆動する場合、駆動用交差指状電極Z1,Z4のみを
用いてもよいし、駆動用交差指状電極Z2,Z3のみを
用いてもよい。検出用交差指状電極についても同様であ
り、たとえば、重錘体440に対するX軸方向の力を検
出する場合、検出用交差指状電極X5,X8のみを用い
てもよいし、検出用交差指状電極X6,X7のみを用い
てもよい。同様に、重錘体440に対するY軸方向の力
を検出する場合、検出用交差指状電極Y5,Y8のみを
用いてもよいし、検出用交差指状電極Y6,Y7のみを
用いてもよい。更に、重錘体440に対するZ軸方向の
力を検出する場合、検出用交差指状電極Z5,Z8のみ
を用いてもよいし、検出用交差指状電極Z6,Z7のみ
を用いてもよい。
In order to enhance the detection accuracy, it is preferable to perform the detection operation using all 24 sets of interdigital electrodes shown in FIG. 26, but it is not always necessary to perform detection using all these interdigital electrodes. No need to do. For example, the weight body 44
0 in the X-axis direction, the driving interdigital electrode X
1, X4 alone or the driving interdigital electrode X
Alternatively, only X2 and X3 may be used. Similarly, when the weight body 440 is driven in the Y-axis direction, the driving interdigital electrodes Y1, Y
4 may be used, or the driving interdigital electrodes Y2, Y
Only three may be used. Further, when the weight body 440 is driven in the Z-axis direction, only the driving interdigital electrodes Z1 and Z4 may be used, or only the driving interdigital electrodes Z2 and Z3 may be used. The same applies to the detection interdigital electrodes. For example, when detecting the force in the X-axis direction on the weight body 440, only the detection interdigital electrodes X5 and X8 may be used, or the detection interdigital electrodes may be used. Only the electrodes X6 and X7 may be used. Similarly, when detecting the force in the Y-axis direction on the weight body 440, only the detection interdigital electrodes Y5 and Y8 may be used, or only the detection interdigital electrodes Y6 and Y7 may be used. . Further, when detecting the force in the Z-axis direction on the weight body 440, only the detection interdigital electrodes Z5 and Z8 may be used, or only the detection interdigital electrodes Z6 and Z7 may be used.

【0082】したがって、センサを実際に作成する際に
は、個々のセンサの機能(3軸方向の加速度および3軸
まわりの角速度の全6軸成分のうちのいくつを検出する
必要があるか)や、測定に必要な精度などを考慮して上
で、図26に示す24組の交差指状電極のうち、必要な
もののみを形成するようにすればよい。
Therefore, when actually producing the sensors, the functions of the individual sensors (how many of the six axial components of the acceleration in the three axes and the angular velocity around the three axes need to be detected) and In consideration of the accuracy required for the measurement, etc., only the necessary one of the 24 sets of interdigital electrodes shown in FIG. 26 may be formed.

【0083】§6. その他の実施例 最後に、これまで述べてきた種々の実施例についての変
形例をいくつか示しておく。
§6. Other Embodiments Finally, some modifications of the various embodiments described above will be described.

【0084】(1) 図27に示す圧電素子500は、図
26に示す圧電素子400と同じ構造を有しており、全
体的に肉厚の厚い圧電素子の下面に、ドーナツ状の溝を
形成することにより、可撓性をもった可撓部530と、
その内側に位置する重錘体540と、可撓部530の外
側に位置する台座550とによって構成されている。た
だ、上面に形成されている交差指状電極は、大幅に簡略
化されている。すなわち、X軸上には2組の交差指状電
極X1,X2が配置されており、Y軸上にも2組の交差
指状電極Y1,Y2が配置されているが、いずれも可撓
部530の内側(重錘体540側)に配置されている。
これらの交差指状電極X1,X2,Y1,Y2は、図2
6に示す実施例における交差指状電極X2,X3,Y
2,Y3に相当するものである。一方、X軸およびY軸
に対して45°をなす軸上に、4組の交差指状電極Z1
〜Z4が配置されている。これらの交差指状電極Z1〜
Z4は、可撓部530の半径方向に関するほぼ中央位置
に配置されており、図21に示す実施例における交差指
状電極Z1〜Z4に相当するものである。
(1) The piezoelectric element 500 shown in FIG. 27 has the same structure as the piezoelectric element 400 shown in FIG. 26, and a donut-shaped groove is formed on the entire lower surface of the thick piezoelectric element. By doing so, a flexible portion 530 having flexibility,
It comprises a weight body 540 located inside the pedestal and a pedestal 550 located outside the flexible portion 530. However, the interdigital electrodes formed on the upper surface are greatly simplified. That is, two sets of interdigital electrodes X1 and X2 are arranged on the X axis, and two sets of interdigital electrodes Y1 and Y2 are also arranged on the Y axis. It is arranged inside 530 (on the weight body 540 side).
These interdigital electrodes X1, X2, Y1 and Y2 are shown in FIG.
6, the interdigital electrodes X2, X3, Y in the embodiment shown in FIG.
2, Y3. On the other hand, four sets of interdigital electrodes Z1 are arranged on an axis that forms 45 ° with respect to the X axis and the Y axis.
To Z4 are arranged. These interdigital electrodes Z1 to Z1
Z4 is arranged at a substantially central position in the radial direction of the flexible portion 530, and corresponds to the interdigital electrodes Z1 to Z4 in the embodiment shown in FIG.

【0085】このように、この図27に示す圧電素子5
00を用いたセンサにおける電極配置は、§4で述べた
センサと§5で述べたセンサとの折衷となっているが、
このような電極配置でも、センサとしての機能には何ら
支障はない。たとえば、このセンサを2軸角速度センサ
として利用するのであれば、4組の交差指状電極Z1〜
Z4にそれぞれ同一の交流信号を供給して、重錘体54
0をZ軸(図27の紙面に垂直な方向)方向に振動さ
せ、交差指状電極X1,X2に生じる起電力の差によっ
て角速度ωyを求め、交差指状電極Y1,Y2に生じる
起電力の差によって角速度ωxを求めるようにすればよ
い。
As described above, the piezoelectric element 5 shown in FIG.
The electrode arrangement in the sensor using 00 is a compromise between the sensor described in §4 and the sensor described in §5.
Even such an electrode arrangement does not hinder the function as a sensor. For example, if this sensor is used as a two-axis angular velocity sensor, four sets of interdigital electrodes Z1 to Z1 are used.
The same AC signal is supplied to each of the weights Z4.
0 is oscillated in the Z-axis direction (perpendicular to the plane of FIG. 27), and the angular velocity ωy is determined from the difference between the electromotive forces generated in the interdigital electrodes X1 and X2. The angular velocity ωx may be obtained from the difference.

【0086】(2) これまで述べてきた実施例では、各
交差指状電極に同一極性の分極処理を施しているが、個
々の交差指状電極ごとに、それぞれ分極処理の極性を変
えるようにすると、駆動用回路および検出用回路を単純
化することが可能になる。たとえば、図3に示す分極処
理では、第2の電極群20側が正となるような分極電圧
Epを印加している。これに対して、図28に示すよう
な分極処理では、第2の電極群20側が負となるような
分極電圧−Epが印加されており、隣接する指状電極間
に生じる電界の向きが逆向きになる。したがって、図3
に示すような分極処理を行った交差指状電極と、図28
に示すような分極処理を行った交差指状電極とでは、そ
の電気的極性が逆転することになる。
(2) In the embodiments described so far, the polarization process of the same polarity is applied to each interdigital electrode. However, the polarity of the polarization process is changed for each individual interdigital electrode. Then, the driving circuit and the detection circuit can be simplified. For example, in the polarization process shown in FIG. 3, a polarization voltage Ep is applied such that the second electrode group 20 side becomes positive. On the other hand, in the polarization processing as shown in FIG. 28, a polarization voltage -Ep is applied so that the second electrode group 20 side becomes negative, and the direction of the electric field generated between adjacent finger electrodes is reversed. Turn. Therefore, FIG.
FIG.
The electrical polarity of the interdigitated electrode subjected to the polarization treatment as shown in FIG.

【0087】このように、交差指状電極の電気的極性を
自由に選択することができれば、個々のセンサに適した
極性をもった交差指状電極を形成することが可能にな
り、駆動用回路および検出用回路を単純化することが可
能になる。たとえば、これまで述べてきた実施例の場
合、重錘体をX軸方向に振動させるためには、X軸の正
の部分に配置された交差指状電極と、X軸の負の部分に
配置された交差指状電極とに、それぞれ逆位相の交流信
号(たとえば、図15に示す交流信号S1およびS2)
を供給する必要があったが、両交差指状電極に対する分
極処理の極性を反転させておくようにすれば、両交差指
状電極に対して全く同一の交流信号を供給するだけで、
重錘体をX軸方向に振動させることが可能になり、駆動
用回路を単純化することができる。また、2つの交差指
状電極に発生する起電力の差をとる必要がある場合、こ
れら2つの交差指状電極に対する分極処理の極性を反転
させておけば、差をとる代わりに和をとる演算を行うこ
とができるようになり、検出用回路を単純化することが
できる。
As described above, if the electric polarity of the interdigital electrode can be freely selected, it becomes possible to form the interdigital electrode having a polarity suitable for each sensor, and the driving circuit And the detection circuit can be simplified. For example, in the case of the embodiment described so far, in order to vibrate the weight body in the X-axis direction, it is necessary to dispose the intersecting finger-shaped electrode disposed in the positive portion of the X-axis and the negative electrode disposed in the negative portion of the X-axis. AC signals having opposite phases (for example, AC signals S1 and S2 shown in FIG. 15)
However, if the polarity of the polarization process for both interdigital electrodes is reversed, only the same AC signal is supplied to both interdigital electrodes,
The weight body can be vibrated in the X-axis direction, and the driving circuit can be simplified. Also, when it is necessary to take the difference between the electromotive forces generated in the two interdigital electrodes, by inverting the polarity of the polarization processing for these two interdigital electrodes, a calculation is performed to take the sum instead of taking the difference. Can be performed, and the detection circuit can be simplified.

【0088】(3) これまで述べた実施例では、交差指
状電極を構成する各指状電極は直線状をなしていたが、
個々の指状電極は必ずしも直線状の電極にする必要はな
く、曲線状の電極にしてもかまわない。特に、圧電素子
として円板状の形態のものを用いる場合には、その上面
に形成する交差指状電極としては、多数の円弧状の指状
電極からなる交差指状電極を用いるのが好ましい。図2
9に示す圧電素子600は、ドーナツ状の可撓部630
と、その内側に形成された円柱状の重錘体640と、可
撓部630の外側に形成された円筒状の台座650とを
有する円板状の圧電素子である。この図29には、この
ような円板状の圧電素子600の可撓部630の部分
に、円弧状の指状電極からなる交差指状電極660を形
成した状態(ここでは、1組だけを例示)が示されてい
る。この交差指状電極660の機能自体は、これまで述
べてきた種々の交差指状電極と全く同じであるが、圧電
素子600の上面中央に定義した座標系の原点Oを中心
とした円弧に沿って指状電極が配置されているため、円
板状の圧電素子600の上面のスペースを効率良く利用
した電極形成が可能になる。
(3) In the embodiments described so far, each finger-like electrode constituting the interdigital electrode has a linear shape.
The individual finger electrodes need not necessarily be linear electrodes, but may be curved electrodes. In particular, when a disk-shaped piezoelectric element is used, it is preferable to use an interdigital electrode composed of a large number of arc-shaped finger electrodes as the interdigital electrode formed on the upper surface thereof. FIG.
The piezoelectric element 600 shown in FIG.
And a cylindrical weight element 640 formed on the inside thereof and a cylindrical pedestal 650 formed outside the flexible portion 630. FIG. 29 shows a state in which interdigital electrodes 660 composed of arc-shaped finger electrodes are formed on the flexible portion 630 of such a disk-shaped piezoelectric element 600 (here, only one set is used). Example) is shown. The function itself of the interdigital electrode 660 is exactly the same as that of the various interdigital electrodes described above, but along the arc around the origin O of the coordinate system defined at the center of the upper surface of the piezoelectric element 600. Since the finger-shaped electrodes are arranged, it is possible to form an electrode by efficiently using the space on the upper surface of the disk-shaped piezoelectric element 600.

【0089】たとえば、図30に上面が示されている圧
電素子700は、円板状の圧電素子であるが、その上面
には、8組の交差指状電極X1〜X4,Y1〜Y4が効
率良く配置されている。これら8組の交差指状電極は、
いずれも第1の電極群と第2の電極群とによって構成さ
れているが、その一方の電極群は互いに短絡されてお
り、接地端子部Egに接続されている。これに対し、他
方の電極群は互いに電気的に分離しており、それぞれ端
子部Ex1〜Ex4,Ey1〜Ey4に接続されてい
る。
For example, the piezoelectric element 700 whose upper surface is shown in FIG. 30 is a disk-shaped piezoelectric element, and eight pairs of interdigital electrodes X1 to X4, Y1 to Y4 are arranged on the upper surface. Well placed. These eight sets of interdigital electrodes
Each of them is composed of a first electrode group and a second electrode group, but one of the electrode groups is short-circuited to each other and connected to the ground terminal Eg. On the other hand, the other electrode group is electrically separated from each other and connected to the terminal portions Ex1 to Ex4 and Ey1 to Ey4, respectively.

【0090】この圧電素子700の周囲部を装置筐体に
固定し、中心部に重錘体を接合してセンサを構成すれ
ば、次のような方法で加速度や角速度の検出が可能にな
る。たとえば、交差指状電極X1,X4,Y1,Y4を
駆動用交差指状電極として用い、これらに図17に示す
ような交流信号S1〜S4を供給すれば、重錘体をXY
平面に沿って円運動させることができる。一方、交差指
状電極X2,X3,Y2,Y3を検出用交差指状電極と
して用いれば、交差指状電極X2,X3に生じる起電力
の差により、重錘体に作用したX軸方向の力を検出する
ことができ、交差指状電極Y2,Y3に生じる起電力の
差により、重錘体に作用したY軸方向の力を検出するこ
とができ、交差指状電極X2,X3,Y2,Y3に生じ
る起電力の総和により、重錘体に作用したZ軸方向の力
を検出することができる。こうして検出した力に基づい
て、各軸方向の加速度および各軸まわりの角速度を検出
する手法は、既に述べたとおりである。
If the sensor is constructed by fixing the peripheral portion of the piezoelectric element 700 to the housing of the device and joining the weight to the center, the acceleration and angular velocity can be detected by the following method. For example, if the interdigital electrodes X1, X4, Y1, and Y4 are used as driving interdigital electrodes and AC signals S1 to S4 as shown in FIG.
A circular motion can be made along a plane. On the other hand, if the interdigital electrodes X2, X3, Y2, and Y3 are used as the interdigital electrodes for detection, a difference in electromotive force generated in the interdigital electrodes X2 and X3 causes a force in the X-axis direction acting on the weight body. Can be detected, and the force in the Y-axis direction applied to the weight body can be detected based on the difference between the electromotive forces generated in the interdigital electrodes Y2 and Y3, and the interdigital electrodes X2, X3 and Y2 can be detected. The Z-axis direction force acting on the weight body can be detected from the sum of the electromotive forces generated in Y3. The method of detecting the acceleration in each axis direction and the angular velocity around each axis based on the force thus detected is as described above.

【0091】(4) これまで述べた実施例では、各交差
指状電極を構成する個々の指状電極は、いずれも円板状
の圧電素子の半径方向に直交する方向もしくは円周方向
を向いて配置されていた。しかしながら、本発明を実施
する上では、各指状電極の向きは必ずしもこのような方
向に限定する必要はない。たとえば、図29に示す交差
指状電極670では、個々の指状電極はこの圧電素子6
00の半径方向を向いている。このように、指状電極が
半径方向を向いた交差指状電極を用いた場合、圧電素子
の伸び縮みの方向は、半径方向ではなく円周方向になる
と考えられるが、実際には、半径方向の伸び縮み現象も
生じることが確認できた。これはおそらく、1枚の円板
状圧電素子の一部に、円周方向への伸縮応力が発生する
と、円板全体が膨脹または収縮する変形が起こり、結果
的に、半径方向にも伸縮が生じるためと考えられる。
(4) In the embodiments described so far, the individual finger electrodes constituting each interdigital electrode face in the direction perpendicular to the radial direction of the disk-shaped piezoelectric element or in the circumferential direction. Had been arranged. However, in practicing the present invention, the orientation of each finger-like electrode need not necessarily be limited to such a direction. For example, in the interdigital electrode 670 shown in FIG.
00 in the radial direction. As described above, when the interdigital electrodes in which the finger electrodes are oriented in the radial direction are used, the direction of expansion and contraction of the piezoelectric element is considered to be not the radial direction but the circumferential direction. It was confirmed that the expansion and contraction phenomenon also occurred. This is probably because when a part of one disk-shaped piezoelectric element experiences expansion and contraction stress in the circumferential direction, the entire disk expands or contracts, resulting in radial expansion and contraction. It is thought to be caused.

【0092】(5) これまで述べた実施例では、圧電素
子の上面に交差指状電極を形成していたが、もちろん、
圧電素子の下面に交差指状電極を形成してもかまわな
い。また、圧電素子の上下両面に交差指状電極を形成し
てもよい。ただ、上下両面に交差指状電極を形成する場
合には、圧電素子の上面における伸縮態様と、下面にお
ける伸縮態様とが異なる点を考慮して、駆動用の交流信
号の極性や、検出された起電力の符号の取り扱いを決め
る必要がある。
(5) In the embodiments described above, the interdigital electrodes are formed on the upper surface of the piezoelectric element.
Interdigital electrodes may be formed on the lower surface of the piezoelectric element. Further, interdigital electrodes may be formed on both upper and lower surfaces of the piezoelectric element. However, when the interdigital electrodes are formed on both upper and lower surfaces, the polarity of the driving AC signal and the polarity of the detected AC signal are determined in consideration of the difference between the expansion and contraction on the upper surface of the piezoelectric element and the expansion and contraction on the lower surface. It is necessary to decide how to treat the sign of the electromotive force.

【0093】たとえば、図31の側断面図には、円板状
の圧電素子30の上面のX軸上に交差指状電極X1,X
2を形成し、下面のこれらに対向する位置に交差指状電
極XX1,XX2を形成した実施例が示されている。こ
の圧電素子30の中心部に重錘体40を接合し、周囲部
を台座50で固定した状態において、図31のように、
重錘体40に対してX軸方向への変位+Δxを加える
と、上面の交差指状電極X1はX軸方向に伸びるのに対
し、下面の交差指状電極XX1はX軸方向に縮むことに
なる。また、上面の交差指状電極X2はX軸方向に縮む
のに対し、下面の交差指状電極XX2はX軸方向に伸び
ることになる。
For example, in the cross-sectional side view of FIG. 31, the interdigital electrode X1, X
2 is formed, and interdigitated electrodes XX1 and XX2 are formed on the lower surface at positions facing these. In a state where the weight body 40 is joined to the center of the piezoelectric element 30 and the periphery is fixed by the pedestal 50, as shown in FIG.
When a displacement + Δx in the X-axis direction is applied to the weight body 40, the interdigital electrode X1 on the upper surface extends in the X-axis direction, while the interdigital electrode XX1 on the lower surface contracts in the X-axis direction. Become. The interdigital electrode X2 on the upper surface shrinks in the X-axis direction, while the interdigital electrode XX2 on the lower surface extends in the X-axis direction.

【0094】また、図32に示すように、重錘体40に
対してZ軸方向への変位+Δzを加えると、上面の交差
指状電極X1,X2はいずれもX軸方向に伸びるのに対
し、下面の交差指状電極XX1,XX2はいずれもX軸
方向に縮むことになる。逆方向の変位−Δzを加えた場
合には、図33に示すように、伸縮の状態が逆転する。
As shown in FIG. 32, when a displacement + Δz in the Z-axis direction is applied to the weight body 40, both the interdigital electrodes X1 and X2 on the upper surface extend in the X-axis direction. , Both of the interdigital electrodes XX1 and XX2 on the lower surface shrink in the X-axis direction. When the displacement −Δz in the opposite direction is applied, the state of expansion and contraction is reversed as shown in FIG.

【0095】このように、圧電素子の上面と下面とで
は、一般に伸縮の態様が逆になるので、上下両面に交差
指状電極を形成する際には、考慮する必要がある。
As described above, since the expansion and contraction of the upper and lower surfaces of the piezoelectric element are generally reversed, it is necessary to take into consideration when forming the interdigital electrodes on both the upper and lower surfaces.

【0096】(6) これまでの実施例では、重錘体を駆
動するために供給する交流信号として、図15〜図17
に示すような正弦波信号を用いていたが、このような正
弦波信号の代わりに、矩形波信号を用いることもでき、
あるいはパルス信号を用いることもできる。
(6) In the embodiments described so far, the AC signals supplied to drive the weight are shown in FIGS.
Although a sine wave signal as shown in was used, a square wave signal can be used instead of such a sine wave signal.
Alternatively, a pulse signal can be used.

【0097】(7) 圧電素子は一般的に衝撃に弱く、亀
裂による損傷を受けやすい。そこで、平板状の圧電素子
を用いたセンサでは、耐衝撃性を向上させるために、圧
電素子の裏面に保護基板を設けるのが好ましい。図34
に示す実施例は、図9に示すセンサにおいて、圧電素子
30の下面に保護基板60を設けるようにした変形例で
ある。保護基板60としては、ある程度の可撓性のある
材料からなる板を用いればよい。具体的には、金属板
(たとえば、リン青銅の板やステンレス板など)や可撓
性のあるセラミック基板(たとえば、ジルコニア板)を
用いることができる。金属板を用いた場合は、接着剤を
用いて圧電素子30の下面に接着するようにし、セラミ
ック基板を用いた場合は、圧電素子30の下面に焼結に
よる接合を行えばよい。
(7) Piezoelectric elements are generally vulnerable to impact and are easily damaged by cracks. Therefore, in a sensor using a flat piezoelectric element, it is preferable to provide a protective substrate on the back surface of the piezoelectric element in order to improve impact resistance. FIG.
The embodiment shown in FIG. 9 is a modification in which a protective substrate 60 is provided on the lower surface of the piezoelectric element 30 in the sensor shown in FIG. As the protective substrate 60, a plate made of a material having a certain degree of flexibility may be used. Specifically, a metal plate (for example, a phosphor bronze plate or a stainless steel plate) or a flexible ceramic substrate (for example, a zirconia plate) can be used. When a metal plate is used, the lower surface of the piezoelectric element 30 may be bonded using an adhesive. When a ceramic substrate is used, the lower surface of the piezoelectric element 30 may be joined by sintering.

【0098】[0098]

【発明の効果】以上のとおり本発明に係る加速度センサ
および角速度センサによれば、構造的な簡略化が図れ、
小型で効率の良いセンサを実現することが可能になる。
As described above, according to the acceleration sensor and the angular velocity sensor according to the present invention, the structure can be simplified,
It is possible to realize a small and efficient sensor.

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

【図1】本発明に係るセンサに利用される交差指状電極
が形成された圧電素子の上面図である(ハッチングは電
極パターンを示すためのものであり、断面を示すための
ものではない)。
FIG. 1 is a top view of a piezoelectric element on which interdigital electrodes used in a sensor according to the present invention are formed (hatching indicates an electrode pattern, not a cross section). .

【図2】図1に示す圧電素子をX軸に沿って切断した側
断面図である。
FIG. 2 is a side sectional view of the piezoelectric element shown in FIG. 1 cut along an X axis.

【図3】図1に示す圧電素子に対する分極処理の原理を
説明する側断面図である。
FIG. 3 is a side sectional view illustrating the principle of polarization processing on the piezoelectric element shown in FIG.

【図4】図3に示す分極処理を行った後の圧電素子に、
電圧を印加することにより機械的変形が生じる特性の一
形態を示す側断面図である。
FIG. 4 shows the piezoelectric element after the polarization treatment shown in FIG.
FIG. 4 is a side cross-sectional view illustrating one form of a characteristic in which mechanical deformation occurs when a voltage is applied.

【図5】図3に示す分極処理を行った後の圧電素子に、
電圧を印加することにより機械的変形が生じる特性の別
な一形態を示す側断面図である。
FIG. 5 shows the piezoelectric element after the polarization process shown in FIG.
It is a sectional side view which shows another form of the characteristic which a mechanical deformation produces by applying a voltage.

【図6】図3に示す分極処理を行った後の圧電素子に、
機械的変形を加えることにより起電力が生じる特性の一
形態を示す側断面図である。
FIG. 6 shows the piezoelectric element after the polarization processing shown in FIG.
It is a sectional side view which shows one form of the characteristic which an electromotive force produces by applying a mechanical deformation.

【図7】図3に示す分極処理を行った後の圧電素子に、
機械的変形を加えることにより起電力が生じる特性の別
な一形態を示す側断面図である。
FIG. 7 shows the piezoelectric element after the polarization treatment shown in FIG.
It is a sectional side view which shows another form of the characteristic which electromotive force produces by applying a mechanical deformation.

【図8】本発明に係るセンサを構成する圧電素子の一例
を示す上面図である。
FIG. 8 is a top view showing an example of a piezoelectric element constituting the sensor according to the present invention.

【図9】図8に示す圧電素子を用いたセンサの一例を示
す側断面図である。
9 is a side sectional view showing an example of a sensor using the piezoelectric element shown in FIG.

【図10】図9に示すセンサにおける重錘体40が、X
軸方向に変位+Δxを生じたときの圧電素子30の変形
状態を示す側断面図である。
10 is a diagram showing a weight 40 in the sensor shown in FIG.
FIG. 6 is a side sectional view showing a deformed state of the piezoelectric element 30 when a displacement + Δx occurs in the axial direction.

【図11】図9に示すセンサにおける重錘体40が、X
軸方向に変位−Δxを生じたときの圧電素子30の変形
状態を示す側断面図である。
11 is a diagram showing a weight 40 in the sensor shown in FIG.
FIG. 6 is a side cross-sectional view illustrating a deformed state of the piezoelectric element 30 when a displacement −Δx occurs in the axial direction.

【図12】図9に示すセンサにおける重錘体40が、Z
軸方向に変位+Δzを生じたときの圧電素子30の変形
状態を示す側断面図である。
12 is a diagram illustrating the weight 40 in the sensor shown in FIG.
FIG. 5 is a side sectional view showing a deformed state of the piezoelectric element 30 when a displacement + Δz is generated in the axial direction.

【図13】図9に示すセンサにおける重錘体40が、Z
軸方向に変位−Δzを生じたときの圧電素子30の変形
状態を示す側断面図である。
FIG. 13 shows a weight body 40 in the sensor shown in FIG.
FIG. 6 is a side sectional view showing a deformed state of the piezoelectric element 30 when a displacement −Δz is generated in the axial direction.

【図14】本発明の基本的実施形態に係るセンサに用い
られる圧電素子30を示す上面図である。
FIG. 14 is a top view showing a piezoelectric element 30 used in a sensor according to a basic embodiment of the present invention.

【図15】図14に示す圧電素子30上の交差指状電極
に供給する交流信号の一例を示すグラフである。
FIG. 15 is a graph showing an example of an AC signal supplied to the interdigital electrode on the piezoelectric element 30 shown in FIG.

【図16】図14に示す圧電素子30上の交差指状電極
に供給する交流信号の別な一例を示すグラフである。
16 is a graph showing another example of the AC signal supplied to the interdigital electrode on the piezoelectric element 30 shown in FIG.

【図17】図14に示す圧電素子30上の交差指状電極
に供給する交流信号の更に別な一例を示すグラフであ
る。
17 is a graph showing still another example of the AC signal supplied to the interdigital electrode on the piezoelectric element 30 shown in FIG.

【図18】本発明に係るセンサにおける重錘体をXY平
面上で円運動させた場合の運動軌跡を示す平面図であ
る。
FIG. 18 is a plan view showing a movement trajectory when the weight body in the sensor according to the present invention is circularly moved on the XY plane.

【図19】本発明の一実施例に係るセンサに用いられる
圧電素子130の上面図である。
FIG. 19 is a top view of a piezoelectric element 130 used in a sensor according to one embodiment of the present invention.

【図20】図19に示す圧電素子130上の各端子部に
接続される電気回路の一例を示す回路図である。
20 is a circuit diagram showing an example of an electric circuit connected to each terminal on the piezoelectric element 130 shown in FIG.

【図21】本発明の別な一実施例に係るセンサの上面図
である。
FIG. 21 is a top view of a sensor according to another embodiment of the present invention.

【図22】図21に示すセンサに用いられる交差指状電
極の形状を示す平面図である。
FIG. 22 is a plan view showing a shape of an interdigital electrode used in the sensor shown in FIG. 21;

【図23】重錘体を圧電素子の一部で構成した本発明の
一実施例に係るセンサの側断面図である。
FIG. 23 is a side sectional view of a sensor according to one embodiment of the present invention, in which the weight body is constituted by a part of the piezoelectric element.

【図24】図23に示すセンサにおける重錘体340
が、X軸方向に変位+Δxを生じたときの圧電素子30
0の変形状態を示す側断面図である。
24 shows a weight body 340 in the sensor shown in FIG.
When the displacement + Δx occurs in the X-axis direction
It is a sectional side view which shows the deformation state of 0.

【図25】図23に示すセンサにおける重錘体340
が、Z軸方向に変位+Δzを生じたときの圧電素子30
0の変形状態を示す側断面図である。
25 shows a weight body 340 in the sensor shown in FIG.
Is the piezoelectric element 30 when the displacement + Δz occurs in the Z-axis direction.
It is a sectional side view which shows the deformation state of 0.

【図26】図23に示すセンサの上面図である。26 is a top view of the sensor shown in FIG.

【図27】本発明の更に別な一実施例に係るセンサの上
面図である。
FIG. 27 is a top view of a sensor according to yet another embodiment of the present invention.

【図28】図1に示す圧電素子に対する分極処理の別な
形態を説明する側断面図である。
FIG. 28 is a side cross-sectional view illustrating another embodiment of the polarization processing on the piezoelectric element shown in FIG.

【図29】本発明に係るセンサに用いる交差指状電極の
バリエーションを示す上面図である。
FIG. 29 is a top view showing a variation of the interdigital electrode used in the sensor according to the present invention.

【図30】円弧状の指状電極からなる交差指状電極を用
いた本発明の一実施例に係るセンサの上面図である。
FIG. 30 is a top view of a sensor according to an embodiment of the present invention using interdigitated electrodes formed of arc-shaped finger electrodes.

【図31】圧電素子30の上下両面に交差指状電極を形
成したセンサの重錘体40が、X軸方向に変位+Δxを
生じたときの圧電素子30の変形状態を示す側断面図で
ある。
FIG. 31 is a side sectional view showing a deformed state of the piezoelectric element 30 when the weight body 40 of the sensor in which the interdigital electrodes are formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric element 30 generates displacement + Δx in the X-axis direction. .

【図32】図31に示すセンサの重錘体40が、Z軸方
向に変位+Δzを生じたときの圧電素子30の変形状態
を示す側断面図である。
32 is a side sectional view showing a deformed state of the piezoelectric element 30 when the weight body 40 of the sensor shown in FIG. 31 generates a displacement + Δz in the Z-axis direction.

【図33】図31に示すセンサの重錘体40が、Z軸方
向に変位−Δzを生じたときの圧電素子30の変形状態
を示す側断面図である。
FIG. 33 is a side sectional view showing a deformed state of the piezoelectric element 30 when the weight body 40 of the sensor shown in FIG. 31 generates a displacement −Δz in the Z-axis direction.

【図34】図9に示すセンサにおいて、圧電素子の下面
に保護基板を設けた変形例を示す側断面図である。
FIG. 34 is a side sectional view showing a modification of the sensor shown in FIG. 9 in which a protective substrate is provided on the lower surface of a piezoelectric element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…交流電源 2…電圧検出装置 10…第1の電極群 11〜15…指状電極 16…配線部 17…端子部 20…第2の電極群 21〜25…指状電極 26…配線部 27…端子部 30…圧電素子 40…重錘体 50…台座 60…保護基板 110…共通電極群 121〜124…個別電極群 210,215…第1の電極群 220,225…第2の電極群 230…圧電素子 240…重錘体 250…台座 300…圧電素子 330…可撓部 335…溝部 340…重錘体 350…台座 400…圧電素子 430…可撓部 440…重錘体 450…台座 500…圧電素子 530…可撓部 540…重錘体 550…台座 600…圧電素子 630…可撓部 640…重錘体 650…台座 660…交差指状電極 670…交差指状電極 700…圧電素子 E…端子部 Ed…駆動電圧 Eg…接地端子部 Ep…分極電圧 Ex1,Ex2,Ey1,Ey2…端子部 G(t1)〜G(t4)…時刻t1〜t4における重錘
体の重心Gの位置 FR,FL…圧電素子に加わる横方向の力 R1,R2…抵抗素子 S1〜S4…駆動用の交流信号 t0〜t4…時間軸t上の時刻 V(t1)〜V(t4)…時刻t1〜t4における重錘
体の重心Gの速度ベクトル X1〜X8…交差指状電極 XX1,XX2…圧電素子の下面に形成された交差指状
電極 Y1〜Y8…交差指状電極 Z1〜Z8…交差指状電極 ±Δx…X軸方向への変位 ±Δz…Z軸方向への変位
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... AC power supply 2 ... Voltage detection device 10 ... 1st electrode group 11-15 ... Finger electrode 16 ... Wiring part 17 ... Terminal part 20 ... 2nd electrode group 21-25 ... Finger electrode 26 ... Wiring part 27 ... Terminal part 30. Piezoelectric element 40... Weight body 50... Pedestal 60... Protective substrate 110... Common electrode group 121 to 124 .. Individual electrode group 210, 215. ... piezoelectric element 240 ... weight body 250 ... pedestal 300 ... piezoelectric element 330 ... flexible part 335 ... groove part 340 ... weight body 350 ... pedestal 400 ... piezoelectric element 430 ... flexible part 440 ... weight body 450 ... pedestal 500 ... Piezoelectric element 530 Flexible part 540 Weight body 550 Pedestal 600 Piezoelectric element 630 Flexible part 650 Weight body 650 Pedestal 660 Cross finger electrode 670 Cross finger electrode 700 Piezoelectric element E Terminal portion Ed: drive voltage Eg: ground terminal portion Ep: polarization voltage Ex1, Ex2, Ey1, Ey2: terminal portion G (t1) to G (t4): position of the center of gravity G of the weight body at times t1 to t4 FR, FL: lateral force applied to the piezoelectric element R1, R2: resistive element S1 to S4: driving AC signal t0 to t4: time on time axis t V (t1) to V (t4): time t1 to t4 Speed vectors of the center of gravity G of the weight body X1 to X8... Intersecting electrodes XX1, XX2... Intersecting electrodes Y1 to Y8... Intersecting electrodes Z1 to Z8. Δx: displacement in the X-axis direction ± Δz: displacement in the Z-axis direction

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 和廣 埼玉県上尾市菅谷四丁目73番地 株式会社 ワコー内 Fターム(参考) 2F105 BB12 BB13 CC11 CC14 CD02 CD06  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Kazuhiro Okada 4-73, Sugaya, Ageo-shi, Saitama F-term (reference) 2F105 BB12 BB13 CC11 CC14 CD02 CD06

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 XYZ三次元座標系における少なくとも
一軸方向に作用する加速度を検出する機能をもった加速
度センサにおいて、 固定部と変位部とを有し、前記固定部を固定した状態で
前記変位部に力が作用したときに機械的変形が生じる圧
電素子と、 前記圧電素子を収容するとともに、前記固定部を支持固
定する装置筐体と、 前記変位部に形成された重錘体と、 前記圧電素子の機械的変形が生じる位置に形成された交
差指状電極と、 を備え、 互いにほぼ平行になるように所定間隔をおいて配置さ
れ、互いに短絡した複数の指状電極からなる第1の電極
群と、互いにほぼ平行になるように所定間隔をおいて配
置され、互いに短絡した複数の指状電極からなる第2の
電極群と、によって前記交差指状電極が構成され、前記
第1の電極群を構成する指状電極と前記第2の電極群を
構成する指状電極とは交互に並ぶように配置されてお
り、 前記圧電素子には、前記第1の電極群と前記第2の電極
群との間に所定極性の電圧を印加することにより分極処
理が施されており、 前記重錘体に作用した加速度に基づいて前記変位部に力
が作用し、前記圧電素子に機械的変形が生じたときに、
前記第1の電極群と前記第2の電極群との間に前記加速
度に応じた起電力が生じるようにしたことを特徴とする
加速度センサ。
1. An acceleration sensor having a function of detecting acceleration acting in at least one axis direction in an XYZ three-dimensional coordinate system, comprising: a fixed portion and a displacement portion, wherein the displacement portion is fixed in a fixed state. A piezoelectric element that undergoes mechanical deformation when a force is applied thereto; a device housing that accommodates the piezoelectric element and supports and fixes the fixing portion; a weight body formed in the displacement portion; A first electrode comprising a plurality of finger-like electrodes arranged at predetermined intervals so as to be substantially parallel to each other and short-circuited to each other; And a second electrode group consisting of a plurality of finger electrodes arranged at predetermined intervals so as to be substantially parallel to each other and short-circuited with each other, thereby forming the interdigital electrodes, Group Finger electrodes constituting the second electrode group and the finger electrodes constituting the second electrode group are arranged alternately. The piezoelectric element includes the first electrode group and the second electrode group. The polarization process is performed by applying a voltage of a predetermined polarity during the period, and a force acts on the displacement portion based on the acceleration acting on the weight body, and the piezoelectric element is mechanically deformed. sometimes,
An acceleration sensor, wherein an electromotive force corresponding to the acceleration is generated between the first electrode group and the second electrode group.
【請求項2】 請求項1に記載の加速度センサにおい
て、 上面が平面をなす板状の圧電素子を用い、その周囲部分
を固定部として装置筐体に固定し、その中心部分を変位
部としてここに重錘体を形成し、 前記圧電素子の上面中心に原点を有し、前記上面がXY
平面に含まれるようなXYZ三次元座標系を定義し、 前記圧電素子の上面のX軸上に、各指状電極がほぼY軸
方向を向くような交差指状電極を配置し、この交差指状
電極に生じる起電力に基づいて、作用した加速度のX軸
方向成分を検出できるようにしたことを特徴とする加速
度センサ。
2. The acceleration sensor according to claim 1, wherein a plate-shaped piezoelectric element having a flat upper surface is used, a peripheral portion thereof is fixed to a device housing as a fixing portion, and a central portion thereof is set as a displacement portion. A weight body is formed at the center of the piezoelectric element, and the origin is located at the center of the upper surface of the piezoelectric element.
An XYZ three-dimensional coordinate system that is included in a plane is defined, and interdigitated electrodes are arranged on the X-axis on the upper surface of the piezoelectric element such that each finger-shaped electrode is oriented substantially in the Y-axis direction. An acceleration sensor characterized in that an X-axis component of the applied acceleration can be detected based on an electromotive force generated in the electrode.
【請求項3】 請求項2に記載の加速度センサにおい
て、 圧電素子の上面のX軸の正の部分に、各指状電極がほぼ
Y軸方向を向くような第1の交差指状電極を配置し、 圧電素子の上面のX軸の負の部分に、各指状電極がほぼ
Y軸方向を向くような第2の交差指状電極を配置し、 前記第1の交差指状電極に生じる起電力と前記第2の交
差指状電極に生じる起電力とに基づいて、作用した加速
度のX軸方向成分およびZ軸方向成分を検出するように
したことを特徴とする加速度センサ。
3. The acceleration sensor according to claim 2, wherein a first cross finger-like electrode is disposed on a positive portion of the upper surface of the piezoelectric element along the X-axis such that each finger-like electrode is oriented substantially in the Y-axis direction. A second interdigital electrode is disposed on the upper surface of the piezoelectric element on the negative portion of the X axis so that each finger electrode is oriented substantially in the Y-axis direction. An acceleration sensor, wherein an X-axis direction component and a Z-axis direction component of an applied acceleration are detected based on electric power and an electromotive force generated in the second interdigital electrode.
【請求項4】 請求項3に記載の加速度センサにおい
て、 第1の交差指状電極および第2の交差指状電極の他に、
更に、 圧電素子の上面のY軸の正の部分に、各指状電極がほぼ
X軸方向を向くような第3の交差指状電極を配置し、 圧電素子の上面のY軸の負の部分に、各指状電極がほぼ
X軸方向を向くような第4の交差指状電極を配置し、 前記第1の交差指状電極に生じる起電力と前記第2の交
差指状電極に生じる起電力とに基づいて、作用した加速
度のX軸方向成分を検出し、 前記第3の交差指状電極に生じる起電力と前記第4の交
差指状電極に生じる起電力とに基づいて、作用した加速
度のY軸方向成分を検出し、 前記第1の交差指状電極に生じる起電力と前記第2の交
差指状電極に生じる起電力に基づいて、または、前記第
3の交差指状電極に生じる起電力と前記第4の交差指状
電極に生じる起電力に基づいて、または、前記第1〜第
4の交差指状電極のすべてに生じる起電力に基づいて、
作用した加速度のZ軸方向成分を検出するようにしたこ
とを特徴とする加速度センサ。
4. The acceleration sensor according to claim 3, wherein, in addition to the first interdigital electrode and the second interdigital electrode,
Further, a third interdigital electrode is disposed on the upper surface of the piezoelectric element on the positive portion of the Y axis so that each finger electrode is oriented substantially in the X-axis direction. A fourth interdigital electrode in which each finger electrode is oriented substantially in the X-axis direction, and an electromotive force generated in the first interdigital electrode and an electromotive force generated in the second interdigital electrode. The X-axis direction component of the applied acceleration is detected based on the electric power, and is applied based on the electromotive force generated in the third interdigital electrode and the electromotive force generated in the fourth interdigital electrode. Detecting a Y-axis direction component of the acceleration, based on an electromotive force generated in the first interdigital electrode and an electromotive force generated in the second interdigital electrode, or based on the third interdigital electrode. Based on the generated electromotive force and the electromotive force generated in the fourth interdigital electrode, or based on the first to fourth intersecting electrodes. Based on the electromotive force generated in all Jo electrode,
An acceleration sensor, wherein a Z-axis component of the applied acceleration is detected.
【請求項5】 請求項1に記載の加速度センサにおい
て、 上面が平面をなす板状の圧電素子を用い、その周囲部分
を固定部として装置筐体に固定し、その中心部分を変位
部としてここに重錘体を形成し、 前記圧電素子の上面中心に原点を有し、前記上面がXY
平面に含まれるようなXYZ三次元座標系を定義し、 前記圧電素子の上面のX軸上に、各指状電極が前記原点
を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような交差指
状電極を配置し、この交差指状電極に生じる起電力に基
づいて、作用した加速度のX軸方向成分を検出できるよ
うにしたことを特徴とする加速度センサ。
5. The acceleration sensor according to claim 1, wherein a plate-shaped piezoelectric element having a flat upper surface is used, and a peripheral portion thereof is fixed to a device housing as a fixed portion, and a central portion thereof is set as a displacement portion. A weight body is formed at the center of the piezoelectric element, and the origin is located at the center of the upper surface of the piezoelectric element.
An XYZ three-dimensional coordinate system that is included in a plane is defined. On the X axis of the upper surface of the piezoelectric element, each finger electrode is oriented in a direction substantially along an arc centered on the origin. An acceleration sensor in which electrodes are arranged, and an X-axis component of the applied acceleration can be detected based on an electromotive force generated in the interdigital electrode.
【請求項6】 請求項5に記載の加速度センサにおい
て、 圧電素子の上面のX軸の正の部分に、各指状電極が前記
原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような第
1の交差指状電極を配置し、 圧電素子の上面のX軸の負の部分に、各指状電極が前記
原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような第
2の交差指状電極を配置し、 前記第1の交差指状電極に生じる起電力と前記第2の交
差指状電極に生じる起電力とに基づいて、作用した加速
度のX軸方向成分およびZ軸方向成分を検出するように
したことを特徴とする加速度センサ。
6. The acceleration sensor according to claim 5, wherein each finger-like electrode is oriented in a direction substantially along an arc centered on the origin on a positive portion of the upper surface of the piezoelectric element on the X axis. A second interdigital electrode in which a finger is oriented in a direction substantially along an arc centered on the origin on a negative portion of the upper surface of the piezoelectric element on the X-axis. An electrode is disposed, and an X-axis component and a Z-axis component of the applied acceleration are detected based on an electromotive force generated in the first interdigital electrode and an electromotive force generated in the second interdigital electrode. An acceleration sensor characterized in that:
【請求項7】 請求項6に記載の加速度センサにおい
て、 第1の交差指状電極および第2の交差指状電極の他に、
更に、 圧電素子の上面のY軸の正の部分に、各指状電極が前記
原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような第
3の交差指状電極を配置し、 圧電素子の上面のY軸の負の部分に、各指状電極が前記
原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような第
4の交差指状電極を配置し、 前記第1の交差指状電極に生じる起電力と前記第2の交
差指状電極に生じる起電力とに基づいて、作用した加速
度のX軸方向成分を検出し、 前記第3の交差指状電極に生じる起電力と前記第4の交
差指状電極に生じる起電力とに基づいて、作用した加速
度のY軸方向成分を検出し、 前記第1の交差指状電極に生じる起電力と前記第2の交
差指状電極に生じる起電力に基づいて、または、前記第
3の交差指状電極に生じる起電力と前記第4の交差指状
電極に生じる起電力に基づいて、または、前記第1〜第
4の交差指状電極のすべてに生じる起電力に基づいて、
作用した加速度のZ軸方向成分を検出するようにしたこ
とを特徴とする加速度センサ。
7. The acceleration sensor according to claim 6, wherein in addition to the first interdigital electrode and the second interdigital electrode,
Further, a third interdigital electrode is disposed on the upper surface of the piezoelectric element on the positive portion of the Y-axis such that each finger-shaped electrode is oriented substantially along a circular arc centered on the origin. A fourth interdigital electrode is arranged on a negative portion of the Y-axis on the upper surface such that each finger electrode is oriented substantially along an arc centered on the origin, and wherein the first interdigital electrode is The X-axis component of the applied acceleration is detected based on the electromotive force generated in the third interdigital electrode and the electromotive force generated in the second interdigital electrode. The Y-axis component of the applied acceleration is detected based on the electromotive force generated in the interdigital electrode of the first and second interdigital electrodes, and the electromotive force generated in the first interdigital electrode and the electromotive force generated in the second interdigital electrode are detected. An electromotive force generated on the third interdigital electrode based on the electric power or the fourth interdigital electrode; Based on the electromotive force generated in, or on the basis of the electromotive force generated in all of the first to fourth interdigital electrode,
An acceleration sensor, wherein a Z-axis component of the applied acceleration is detected.
【請求項8】 XYZ三次元座標系における少なくとも
一軸まわりに作用する角速度を検出する機能をもった角
速度センサにおいて、 固定部と変位部とを有し、前記固定部を固定した状態で
前記変位部に力が作用したときに機械的変形が生じる圧
電素子と、 前記圧電素子を収容するとともに、前記固定部を支持固
定する装置筐体と、 前記変位部に形成された重錘体と、 前記圧電素子の機械的変形が生じる位置に形成された駆
動用交差指状電極および検出用交差指状電極と、 を備え、 互いにほぼ平行になるように所定間隔をおいて配置さ
れ、互いに短絡した複数の指状電極からなる第1の電極
群と、互いにほぼ平行になるように所定間隔をおいて配
置され、互いに短絡した複数の指状電極からなる第2の
電極群と、によって前記交差指状電極が構成され、前記
第1の電極群を構成する指状電極と前記第2の電極群を
構成する指状電極とは交互に並ぶように配置されてお
り、 前記圧電素子には、前記第1の電極群と前記第2の電極
群との間に所定極性の電圧を印加することにより分極処
理が施されており、 前記駆動用交差指状電極を構成する第1の電極群と第2
の電極群との間に、所定の交流信号を供給することによ
り、前記重錘体を所定の軌道に沿って運動させることが
できるようにし、 前記重錘体の運動中に作用した角速度に基づいてコリオ
リ力が発生し、前記圧電素子に機械的変形が生じたとき
に、前記検出用交差指状電極を構成する第1の電極群と
第2の電極群との間に前記角速度に応じた起電力が生じ
るようにしたことを特徴とする角速度センサ。
8. An angular velocity sensor having a function of detecting an angular velocity acting on at least one axis in an XYZ three-dimensional coordinate system, comprising: a fixed part and a displacement part, wherein the fixed part is fixed and the displacement part is fixed. A piezoelectric element that undergoes mechanical deformation when a force is applied thereto; a device housing that accommodates the piezoelectric element and supports and fixes the fixing portion; a weight body formed in the displacement portion; A driving interdigital electrode and a detecting interdigital electrode formed at positions where mechanical deformation of the element occurs, and a plurality of short-circuited mutually arranged at predetermined intervals so as to be substantially parallel to each other. A first electrode group consisting of finger electrodes and a second electrode group consisting of a plurality of finger electrodes arranged at predetermined intervals so as to be substantially parallel to each other and short-circuited with each other, and The finger-like electrodes constituting the first electrode group and the finger-like electrodes constituting the second electrode group are arranged alternately, and the piezoelectric element includes the first electrode group. A polarization process is performed by applying a voltage having a predetermined polarity between the first electrode group and the second electrode group, and the first electrode group and the second electrode group that constitute the driving interdigital electrode.
By supplying a predetermined AC signal between the electrodes, the weight can be moved along a predetermined trajectory, and based on the angular velocity acting during the movement of the weight. When the Coriolis force is generated and the piezoelectric element is mechanically deformed, the piezoelectric element is driven in accordance with the angular velocity between a first electrode group and a second electrode group constituting the detection interdigital electrode. An angular velocity sensor characterized in that an electromotive force is generated.
【請求項9】 請求項8に記載の角速度センサにおい
て、 上面が平面をなす板状の圧電素子を用い、その周囲部分
を固定部として装置筐体に固定し、その中心部分を変位
部としてここに重錘体を形成し、 前記圧電素子の上面中心に原点を有し、前記上面がXY
平面に含まれるようなXYZ三次元座標系を定義し、 圧電素子の上面のX軸の正の部分に、各指状電極がほぼ
Y軸方向を向くような第1の駆動用交差指状電極を配置
し、 圧電素子の上面のX軸の負の部分に、各指状電極がほぼ
Y軸方向を向くような第2の駆動用交差指状電極を配置
し、 圧電素子の上面のY軸の正の部分に、各指状電極がほぼ
X軸方向を向くような第3の駆動用交差指状電極を配置
し、 圧電素子の上面のY軸の負の部分に、各指状電極がほぼ
X軸方向を向くような第4の駆動用交差指状電極を配置
し、 前記第1の駆動用交差指状電極および前記第2の駆動用
交差指状電極には、重錘体をX軸方向に単振動させるこ
とができるX軸方向励振用交流信号を供給し、前記第3
の駆動用交差指状電極および前記第4の駆動用交差指状
電極には、重錘体をY軸方向に単振動させることができ
るY軸方向励振用交流信号を供給し、前記X軸方向励振
用交流信号と前記Y軸方向励振用交流信号との位相を9
0°ずらすことにより、重錘体にXY平面上での円運動
を行わせることができるようにし、 前記重錘体が前記円運動を行っているときに、この円運
動軌道の接線方向に直交する方向に作用したコリオリ力
を検出用交差指状電極によって検出することにより、前
記接線方向および前記コリオリ力の方向の双方に直交す
る軸まわりの角速度を検出できるようにしたことを特徴
とする角速度センサ。
9. The angular velocity sensor according to claim 8, wherein a plate-shaped piezoelectric element having a flat upper surface is used, and a peripheral portion thereof is fixed to a device housing as a fixed portion, and a central portion thereof is set as a displacement portion. A weight body is formed at the center of the piezoelectric element, and the origin is located at the center of the upper surface of the piezoelectric element.
An XYZ three-dimensional coordinate system that is included in a plane is defined, and a first driving interdigital electrode in which each finger electrode is oriented substantially in the Y-axis direction on the positive portion of the X-axis on the upper surface of the piezoelectric element And a second driving interdigital electrode such that each finger-shaped electrode is oriented substantially in the Y-axis direction on a negative portion of the X-axis on the upper surface of the piezoelectric element. A third driving interdigital electrode such that each finger electrode is oriented substantially in the X-axis direction is disposed on the positive portion of the piezoelectric element, and each finger electrode is disposed on the negative portion of the Y-axis on the upper surface of the piezoelectric element. A fourth driving interdigital electrode that is oriented substantially in the X-axis direction is disposed, and the first driving interdigital electrode and the second driving interdigital electrode are each provided with a weight X. An AC signal for exciting in the X-axis direction capable of causing a single oscillation in the axial direction;
The driving interdigital electrode and the fourth driving interdigital electrode are supplied with a Y-axis direction excitation AC signal capable of causing the weight body to vibrate in the Y-axis direction in the X-axis direction. The phase of the AC signal for excitation and the AC signal for excitation in the Y-axis direction is 9
By shifting the weight by 0 °, the weight can be made to perform a circular motion on the XY plane. When the weight is performing the circular motion, the weight is orthogonal to the tangential direction of the circular motion trajectory. An angular velocity about an axis perpendicular to both the tangential direction and the direction of the Coriolis force by detecting the Coriolis force acting in the direction of the Coriolis force. Sensors.
【請求項10】 請求項8に記載の角速度センサにおい
て、 上面が平面をなす板状の圧電素子を用い、その周囲部分
を固定部として装置筐体に固定し、その中心部分を変位
部としてここに重錘体を形成し、 前記圧電素子の上面中心に原点を有し、前記上面がXY
平面に含まれるようなXYZ三次元座標系を定義し、 圧電素子の上面のX軸の正の部分に、各指状電極がほぼ
Y軸方向を向くような第1の検出用交差指状電極を配置
し、 圧電素子の上面のX軸の負の部分に、各指状電極がほぼ
Y軸方向を向くような第2の検出用交差指状電極を配置
し、 駆動用交差指状電極に所定の交流信号を供給することに
より、重錘体をXY平面上で円運動を行わせることがで
きるようにし、 前記重錘体がX軸を横切るときに、前記第1の検出用交
差指状電極および前記第2の検出用交差指状電極に生じ
る起電力に基づいて、Z軸まわりの角速度を検出できる
ようにしたことを特徴とする角速度センサ。
10. The angular velocity sensor according to claim 8, wherein a plate-shaped piezoelectric element having a flat upper surface is used, and a peripheral portion thereof is fixed to a device housing as a fixed portion, and a central portion thereof is set as a displacement portion. A weight body is formed at the center of the piezoelectric element, and the origin is located at the center of the upper surface of the piezoelectric element.
An XYZ three-dimensional coordinate system that is included in a plane is defined, and a first detection interdigital electrode in which each finger electrode is oriented substantially in the Y-axis direction on the positive portion of the X-axis on the upper surface of the piezoelectric element. And a second detection interdigital electrode such that each finger electrode is oriented substantially in the Y-axis direction on a negative portion of the X-axis on the upper surface of the piezoelectric element. By supplying a predetermined AC signal, the weight body can be made to perform a circular motion on the XY plane. When the weight body crosses the X-axis, the first detection interdigital finger is formed. An angular velocity sensor characterized in that an angular velocity around the Z-axis can be detected based on an electromotive force generated in an electrode and the second detection interdigital electrode.
【請求項11】 請求項8に記載の角速度センサにおい
て、 上面が平面をなす板状の圧電素子を用い、その周囲部分
を固定部として装置筐体に固定し、その中心部分を変位
部としてここに重錘体を形成し、 前記圧電素子の上面中心に原点を有し、前記上面がXY
平面に含まれるようなXYZ三次元座標系を定義し、 圧電素子の上面に、重錘体のZ軸方向の変位を検出する
ことができる検出用交差指状電極を配置し、 駆動用交差指状電極に所定の交流信号を供給することに
より、重錘体をXY平面上で円運動を行わせることがで
きるようにし、 前記重錘体がX軸を横切るときに、前記検出用交差指状
電極に生じる起電力に基づいて、X軸まわりの角速度を
検出し、前記重錘体がY軸を横切るときに、前記検出用
交差指状電極に生じる起電力に基づいて、Y軸まわりの
角速度を検出できるようにしたことを特徴とする角速度
センサ。
11. The angular velocity sensor according to claim 8, wherein a plate-like piezoelectric element having a flat upper surface is used, and a peripheral portion thereof is fixed to a device housing as a fixed portion, and a central portion thereof is set as a displacement portion. A weight body is formed at the center of the piezoelectric element, and the origin is located at the center of the upper surface of the piezoelectric element.
An XYZ three-dimensional coordinate system that is included in a plane is defined. A detection interdigital electrode capable of detecting the displacement of the weight body in the Z-axis direction is disposed on the upper surface of the piezoelectric element. By supplying a predetermined AC signal to the shape electrode, the weight body can be made to perform a circular motion on the XY plane, and when the weight body crosses the X axis, the detection interdigital finger is formed. An angular velocity around the X axis is detected based on an electromotive force generated at the electrode, and an angular velocity around the Y axis is detected based on the electromotive force generated at the detection interdigital electrode when the weight body crosses the Y axis. An angular velocity sensor characterized in that the angular velocity sensor can detect the angular velocity.
【請求項12】 請求項8に記載の角速度センサにおい
て、 上面が平面をなす板状の圧電素子を用い、その周囲部分
を固定部として装置筐体に固定し、その中心部分を変位
部としてここに重錘体を形成し、 前記圧電素子の上面中心に原点を有し、前記上面がXY
平面に含まれるようなXYZ三次元座標系を定義し、 圧電素子の上面のX軸の正の部分に、各指状電極が前記
原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような第
1の駆動用交差指状電極を配置し、 圧電素子の上面のX軸の負の部分に、各指状電極が前記
原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような第
2の駆動用交差指状電極を配置し、 圧電素子の上面のY軸の正の部分に、各指状電極が前記
原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような第
3の駆動用交差指状電極を配置し、 圧電素子の上面のY軸の負の部分に、各指状電極が前記
原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような第
4の駆動用交差指状電極を配置し、 前記第1の駆動用交差指状電極および前記第2の駆動用
交差指状電極には、重錘体をX軸方向に単振動させるこ
とができるX軸方向励振用交流信号を供給し、前記第3
の駆動用交差指状電極および前記第4の駆動用交差指状
電極には、重錘体をY軸方向に単振動させることができ
るY軸方向励振用交流信号を供給し、前記X軸方向励振
用交流信号と前記Y軸方向励振用交流信号との位相を9
0°ずらすことにより、重錘体にXY平面上での円運動
を行わせることができるようにし、 前記重錘体が前記円運動を行っているときに、この円運
動軌道の接線方向に直交する方向に作用したコリオリ力
を検出用交差指状電極によって検出することにより、前
記接線方向および前記コリオリ力の方向の双方に直交す
る軸まわりの角速度を検出できるようにしたことを特徴
とする角速度センサ。
12. The angular velocity sensor according to claim 8, wherein a plate-shaped piezoelectric element having a flat upper surface is used, and a peripheral portion thereof is fixed to the device housing as a fixed portion, and a central portion thereof is set as a displacement portion. A weight body is formed at the center of the piezoelectric element, and the origin is located at the center of the upper surface of the piezoelectric element.
An XYZ three-dimensional coordinate system that is included in a plane is defined, and a positive part of the X-axis on the upper surface of the piezoelectric element is arranged such that each finger-like electrode is oriented substantially along an arc centered at the origin. A second driving method in which the driving interdigital electrodes are arranged on the negative portion of the X-axis on the upper surface of the piezoelectric element, and each finger electrode is oriented substantially along an arc centered on the origin. A third driving interdigital electrode in which a finger electrode is oriented in a direction substantially along an arc centered on the origin on a positive portion of the Y-axis on the upper surface of the piezoelectric element. And a fourth driving interdigital electrode such that each finger electrode is oriented substantially along an arc centered on the origin on a negative portion of the Y-axis on the upper surface of the piezoelectric element. The weight body is disposed in the X-axis direction on the first driving interdigital electrode and the second driving interdigital electrode. Supplying X-axis direction excitation AC signal can be vibrated, the third
The driving interdigital electrode and the fourth driving interdigital electrode are supplied with a Y-axis direction excitation AC signal capable of causing the weight body to vibrate in the Y-axis direction in the X-axis direction. The phase of the AC signal for excitation and the AC signal for excitation in the Y-axis direction are set to 9
By shifting the weight by 0 °, the weight can be made to perform a circular motion on the XY plane. When the weight is performing the circular motion, the weight is orthogonal to the tangential direction of the circular motion trajectory. An angular velocity about an axis perpendicular to both the tangential direction and the direction of the Coriolis force by detecting the Coriolis force acting in the direction of the Coriolis force. Sensors.
【請求項13】 請求項8に記載の角速度センサにおい
て、 上面が平面をなす板状の圧電素子を用い、その周囲部分
を固定部として装置筐体に固定し、その中心部分を変位
部としてここに重錘体を形成し、 前記圧電素子の上面中心に原点を有し、前記上面がXY
平面に含まれるようなXYZ三次元座標系を定義し、 圧電素子の上面のX軸の正の部分に、各指状電極が前記
原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような第
1の検出用交差指状電極を配置し、 圧電素子の上面のX軸の負の部分に、各指状電極が前記
原点を中心とした円弧にほぼ沿った方向を向くような第
2の検出用交差指状電極を配置し、 駆動用交差指状電極に所定の交流信号を供給することに
より、重錘体をXY平面上で円運動を行わせることがで
きるようにし、 前記重錘体がX軸を横切るときに、前記第1の検出用交
差指状電極および前記第2の検出用交差指状電極に生じ
る起電力に基づいて、Z軸まわりの角速度を検出できる
ようにしたことを特徴とする角速度センサ。
13. The angular velocity sensor according to claim 8, wherein a plate-shaped piezoelectric element having a flat upper surface is used, and a peripheral portion thereof is fixed to a device housing as a fixed portion, and a central portion thereof is set as a displacement portion. A weight body is formed at the center of the piezoelectric element, and the origin is located at the center of the upper surface of the piezoelectric element.
An XYZ three-dimensional coordinate system that is included in a plane is defined, and a positive part of the X-axis on the upper surface of the piezoelectric element is arranged such that each finger-like electrode is oriented substantially along an arc centered at the origin. 1st detection interdigital electrode is arranged, and a second detection in which each finger-shaped electrode is oriented in a direction substantially along an arc centered on the origin on a negative portion of the X-axis on the upper surface of the piezoelectric element. By disposing the interdigital electrode for driving and supplying a predetermined AC signal to the driving interdigital electrode, the weight body can be made to perform a circular motion on the XY plane, and the weight body is When crossing the X-axis, the angular velocity around the Z-axis can be detected based on the electromotive force generated in the first detection interdigital electrode and the second detection interdigital electrode. Angular velocity sensor.
【請求項14】 請求項8〜13のいずれかに記載の角
速度センサにおいて、 物理的に同一の交差指状電極を、駆動用交差指状電極と
検出用交差指状電極との双方を兼用する電極として用い
たことを特徴とする角速度センサ。
14. The angular velocity sensor according to claim 8, wherein a physically identical interdigital electrode is used as both a driving interdigital electrode and a detecting interdigital electrode. An angular velocity sensor used as an electrode.
【請求項15】 請求項1〜14のいずれかに記載のセ
ンサにおいて、 重錘体が圧電素子の一部によって構成されていることを
特徴とするセンサ。
15. The sensor according to claim 1, wherein the weight body is constituted by a part of the piezoelectric element.
【請求項16】 請求項1〜15のいずれかに記載のセ
ンサにおいて、 圧電素子として板状の圧電素子を用い、この圧電素子の
上下両面に交差指状電極を形成したことを特徴とするセ
ンサ。
16. The sensor according to claim 1, wherein a plate-shaped piezoelectric element is used as the piezoelectric element, and interdigital electrodes are formed on both upper and lower surfaces of the piezoelectric element. .
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