JP2000304543A - Angular velocity sensor - Google Patents

Angular velocity sensor

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JP2000304543A
JP2000304543A JP11110113A JP11011399A JP2000304543A JP 2000304543 A JP2000304543 A JP 2000304543A JP 11110113 A JP11110113 A JP 11110113A JP 11011399 A JP11011399 A JP 11011399A JP 2000304543 A JP2000304543 A JP 2000304543A
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JP
Japan
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piezoelectric
piezoelectric element
base
vibrator
electrode
Prior art date
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JP11110113A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Kobayashi
宏彰 小林
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make expectable of mass production effect with a simple constitution and relatively easily make the dimensional accuracy of a vibrator satisfactory. SOLUTION: An angular velocity sensor has piezoelectric element electrodes 2ab and 2ac arranged on the surface facing to a piezoelectric body 2aa, a piezoelectric element 2a with a square cross section and piezoelectric element electrodes 2bb and 2bc arranged on the facing surface of a piezoelectric body 2ba, piezoelectric element 2b with a square cross section and arranged in electrodes 3b, 3c and 3d integrated on the surface of base 3a and provided with a base element 3 with a square cross section and a vibrator 1 is constituted of nearly square column shape by stacking the base element 3 and the piezoelectric element 2a and 2b. Here, the piezoelectric element 2a and 2b are arranged on the base element 3 side by side in the short side direction and the piezoelectric electrodes 2ab and 2bb and the base element electrode 3d on one surface of the base element 3 are contacted.

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、例えば、ビデオカ
メラの手振れ検知や、バーチャルリアリティ装置におけ
る動作検知や、カーナビゲーションシステムにおける方
向検知等に用いられる角速度センサーに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity sensor used for detecting a camera shake of a video camera, detecting an operation in a virtual reality device, detecting a direction in a car navigation system, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、民生用の角速度センサーとして、
棒状の振動子を所定の共振周波数で振動させておき、角
速度の影響によって生じるコリオリ力を圧電素子等で検
出することによって角速度を検出するものが最も普及し
ている。
2. Description of the Related Art At present, as an angular velocity sensor for consumer use,
The most widespread type is one in which a rod-shaped vibrator is vibrated at a predetermined resonance frequency and an angular velocity is detected by detecting a Coriolis force generated by the influence of the angular velocity with a piezoelectric element or the like.

【0003】従来、このような角速度センサーにおい
て、三角柱状の恒弾性金属振動子に圧電素子を接着した
構造や、円柱圧電セラミックに電極を印刷した構造のジ
ャイロ型角速度センサーが実用化されている。
Conventionally, in such angular velocity sensors, a gyro-type angular velocity sensor having a structure in which a piezoelectric element is bonded to a triangular prism-shaped constant elastic metal vibrator or a structure in which electrodes are printed on a cylindrical piezoelectric ceramic has been put to practical use.

【0004】また、駆動方式として従来は、図5中
(a)や図6中(a)に示すように、移相発振回路のル
ープに振動を組み入れた自励発振型駆動回路による角速
度センサーが一般的になっていた。このような角速度セ
ンサーでは、振動子の共振周波数で自励振動するので、
温度特性による感度変化が少なく、広温度範囲で感度の
安定した角速度出力を得ることができる。
Conventionally, as a driving method, as shown in FIG. 5 (a) and FIG. 6 (a), an angular velocity sensor of a self-excited oscillation type driving circuit in which vibration is incorporated in a loop of a phase shift oscillation circuit is used. Was becoming common. In such an angular velocity sensor, self-excited vibration occurs at the resonance frequency of the vibrator.
A change in sensitivity due to temperature characteristics is small, and an angular velocity output with stable sensitivity can be obtained in a wide temperature range.

【0005】図5に示す従来の角速度センサーは、三角
柱状の恒弾性金属振動子100の側面に、電極101a
及び圧電体101bからなる第1の圧電素子101と、
電極102a及び圧電体102bからなる第2の圧電素
子102と、電極103a及び圧電体103bからなる
第3の圧電素子103とがそれぞれ取り付けられた三角
柱状の振動子104を備えている。また、この角速度セ
ンサーは、第1の圧電素子101に接続された増幅器1
05と、増幅器105に接続された移相器106と、第
2の圧電素子102及び第3の圧電素子103に接続さ
れた差動増幅器107と、差動増幅器107に接続され
た同期検波器108と、同期検波器108に接続された
ローパスフィルタ109とを備えている。
In the conventional angular velocity sensor shown in FIG. 5, an electrode 101a is provided on a side surface of a triangular prism-shaped constant elastic metal oscillator 100.
And a first piezoelectric element 101 comprising a piezoelectric body 101b and
A triangular prism-shaped vibrator 104 to which a second piezoelectric element 102 composed of an electrode 102a and a piezoelectric body 102b and a third piezoelectric element 103 composed of an electrode 103a and a piezoelectric body 103b is provided. This angular velocity sensor is connected to the amplifier 1 connected to the first piezoelectric element 101.
05, a phase shifter 106 connected to the amplifier 105, a differential amplifier 107 connected to the second piezoelectric element 102 and the third piezoelectric element 103, and a synchronous detector 108 connected to the differential amplifier 107. And a low-pass filter 109 connected to the synchronous detector 108.

【0006】このような三角柱状の振動子104を用い
た角速度センサーは、現在のところ最も感度が高く、主
流となっている。しかしながら、恒弾性金属音片への圧
電素子の接着や振動子の支持機構など構造が複雑なた
め、量産効果を出すことが難しく、小型化するに従って
その傾向が顕著に現れる。
At present, an angular velocity sensor using such a triangular prism-shaped vibrator 104 has the highest sensitivity and is in use today. However, since the structure such as the bonding of the piezoelectric element to the constant elastic metal sound piece and the support mechanism of the vibrator is complicated, it is difficult to achieve the mass production effect, and this tendency becomes more pronounced as the size is reduced.

【0007】一方、図6に示す従来の角速度センサー
は、円柱状の圧電セラミック(本体部)110の側面に
印刷された6つの電極111,112,113,11
4,115,116を備えている。第1乃至第3の電極
111,112,113はそれぞれ独立し、第4の電極
114、第5の電極115、第6の電極116は共通グ
ランドに接続される。また、この角速度センサーは、第
1の電極111に接続された増幅器118と、増幅器1
18に接続された移相器119と、移相器119に接続
された加算器120と、第2及び第3の電極112,1
13に接続された差動増幅器121と、差動増幅器12
1に接続された同期検波器122と、同期検波器122
に接続されたローパスフィルタ123とを備えている。
On the other hand, the conventional angular velocity sensor shown in FIG. 6 has six electrodes 111, 112, 113, 11 printed on the side surfaces of a cylindrical piezoelectric ceramic (main body) 110.
4, 115, 116. The first to third electrodes 111, 112, and 113 are independent of each other, and the fourth electrode 114, the fifth electrode 115, and the sixth electrode 116 are connected to a common ground. The angular velocity sensor includes an amplifier 118 connected to the first electrode 111 and an amplifier 1
18, an adder 120 connected to the phase shifter 119, and second and third electrodes 112 and 1.
13 and the differential amplifier 12
1 and a synchronous detector 122 connected to the
And a low-pass filter 123 connected to

【0008】この円柱状圧電セラミック振動子117を
用いた角速度センサーでは、第1の電極111によっ
て、振動子117を振動させ、第2及び第3の電極11
2,113によって、自励発振させるために振動子11
7の振動を検出し、同時に第2の電極112及び第3の
電極113によって、振動子117に生じるコリオリ力
を検出する。
In the angular velocity sensor using the columnar piezoelectric ceramic vibrator 117, the vibrator 117 is vibrated by the first electrode 111, and the second and third electrodes 11 are vibrated.
2 and 113, the vibrator 11
7 and the Coriolis force generated in the vibrator 117 is detected by the second electrode 112 and the third electrode 113 at the same time.

【0009】このような円柱状圧電セラミック振動子1
17を用いた角速度センサーでは、圧電素子の接着に伴
う問題はない。しかし、曲面に一本一本電極を印刷する
ため、量産効果は期待できない構造である。さらに小型
化すると、円柱状圧電セラミック振動子や曲面への電極
の印刷の精度確保が困難になる。
Such a columnar piezoelectric ceramic vibrator 1
In the angular velocity sensor using No. 17, there is no problem associated with the bonding of the piezoelectric elements. However, since the electrodes are printed one by one on a curved surface, the effect of mass production cannot be expected. When the size is further reduced, it becomes difficult to ensure the accuracy of printing electrodes on the cylindrical piezoelectric ceramic vibrator and the curved surface.

【0010】また、特許第2780643号公報には、図7に
示すように、圧電体基板131,132が積層されてな
る振動子130を備える角速度センサーが開示されてい
る。
Japanese Patent No. 2780643 discloses an angular velocity sensor including a vibrator 130 in which piezoelectric substrates 131 and 132 are stacked as shown in FIG.

【0011】ここで、振動子130は、第1の圧電体基
板131と、第2の圧電体基板132と、第1の圧電体
基板131の主面に、その幅方向に間隔を隔てて形成さ
れている2つの分割電極133,134と、第2の圧電
体基板132の主面に形成されている共通電極135
と、第1の圧電体基板131と第2の圧電体基板132
との間に形成されているダミー電極136とを備えて、
全体として略柱形状とされている。そして、第1の圧電
体基板131及び第2の圧電体基板132は、図8中の
矢印Pで示すように、厚み方向に互いに逆向きに分極す
るように分極処理されている。
Here, the vibrator 130 is formed on the first piezoelectric substrate 131, the second piezoelectric substrate 132, and the main surface of the first piezoelectric substrate 131 at intervals in the width direction thereof. Two divided electrodes 133 and 134 and a common electrode 135 formed on the main surface of the second piezoelectric substrate 132.
And a first piezoelectric substrate 131 and a second piezoelectric substrate 132
And a dummy electrode 136 formed between
It has a substantially columnar shape as a whole. Then, the first piezoelectric substrate 131 and the second piezoelectric substrate 132 are polarized so as to be polarized in directions opposite to each other in the thickness direction, as indicated by an arrow P in FIG.

【0012】この振動子130は、発振回路137から
出力される駆動信号が抵抗138,139を介して2つ
の分割電極133,134と共通電極135との間に印
加されることにより、その主面に直交する方向に屈曲振
動をする。そして、このとき、2つの分割電極133,
134間には、回転角速度に応じた信号が発生する。こ
のように2つの分割電極133,134間で発生した信
号が、抵抗140,141を介して差動増幅回路142
から出力されて、回転角速度が検出される。
The main surface of the vibrator 130 is obtained by applying a drive signal output from the oscillation circuit 137 between the two divided electrodes 133 and 134 and the common electrode 135 via the resistors 138 and 139. Bending vibration in the direction perpendicular to the direction. Then, at this time, the two divided electrodes 133,
Between 134, a signal corresponding to the rotational angular velocity is generated. The signal generated between the two divided electrodes 133 and 134 is supplied to the differential amplifier circuit 142 via the resistors 140 and 141.
And the rotational angular velocity is detected.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に、恒弾性金属振動子に圧電素子を接着した構造の角速
度センサーは感度は優れているが、構造が複雑なため
に、製造工程における量産効果を出すことが難しい。ま
た、小型化に伴って支持機構の精度や、圧電素子の接着
精度、振動子の接着層の振動子に与える影響が増大する
ため、小型化による歩留まり低下とコストアップが著し
い。
As described above, an angular velocity sensor having a structure in which a piezoelectric element is bonded to a constant elastic metal vibrator has excellent sensitivity. However, since the structure is complicated, mass production in a manufacturing process is difficult. Difficult to produce an effect. In addition, as the miniaturization increases the accuracy of the supporting mechanism, the bonding accuracy of the piezoelectric element, and the effect of the bonding layer of the vibrator on the vibrator, the yield and cost increase due to the miniaturization are significant.

【0014】また、円柱状圧電セラミック振動子を用い
た構造の角速度センサーは、一見シンプルな構造をして
いるが、小型化するに従って、精度の高い円柱状セラミ
ック(本体部)を製造することや電極を高精度で曲面に
印刷することが困難となり、量産効果も期待できない。
An angular velocity sensor having a structure using a columnar piezoelectric ceramic vibrator has a seemingly simple structure. However, as the size of the sensor is reduced, it becomes possible to manufacture a columnar ceramic (main body) with high accuracy. It becomes difficult to print the electrodes on a curved surface with high accuracy, and the mass production effect cannot be expected.

【0015】また、2層の圧電体基板から振動子が構成
されている角速度センサーは、その製造工程において、
それぞれの圧電体基板全体を分極処理する必要があり、
手間がかかる。また、振動子として駆動するためには、
圧電体基板全体を駆動するための電力が必要になり、小
電力で駆動できる振動子の提供が望まれる。
An angular velocity sensor in which a vibrator is constituted by a two-layered piezoelectric substrate is provided in a manufacturing process thereof.
It is necessary to polarize the entire piezoelectric substrate,
It takes time and effort. Also, to drive as a vibrator,
Electric power for driving the entire piezoelectric substrate is required, and it is desired to provide a vibrator that can be driven with low electric power.

【0016】そこで、本発明は、以上のような従来の実
情に鑑みて提案されたものであり、より簡単な構成で量
産効果が期待でき、角速度センサーとして本質的な特性
を左右する振動子の寸法精度も比較的容易に満足でき、
検出感度に優れた角速度センサーを提供することを目的
としている。
Accordingly, the present invention has been proposed in view of the above-described conventional circumstances, and can be expected to achieve a mass-production effect with a simpler configuration. The dimensional accuracy can be satisfied relatively easily,
An object is to provide an angular velocity sensor having excellent detection sensitivity.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明に係る角速度セン
サーは、上述の課題を解決するために、第1の圧電体
と、この第1の圧電体の対向される面に配置されている
第1及び第2の圧電素子電極とからなる略板形状の第1
の圧電素子、並びに第2の圧電体と、この第2の圧電体
の対向される面に配置されている第3及び第4の圧電素
子電極とからなる略板形状の第2の圧電素子とを備えて
いる。また、角速度センサーは、基体と、この基体の少
なくとも2つの面に亘り一体にされて配置されている基
体素子電極とからなる断面略矩形の基体素子を備えてい
る。そして、角速度センサーは、第1及び第2の圧電素
子と基体素子とを積層して四角柱状の振動子が構成され
ている。この振動子は、第1の圧電素子と第2の圧電素
子とが基体素子上の短辺方向に並んで配置され、第1及
び第3の圧電素子電極と基体素子の一の面の基体素子電
極とが接合されて積層されている。
In order to solve the above-mentioned problems, an angular velocity sensor according to the present invention includes a first piezoelectric member and a first piezoelectric member disposed on a surface of the first piezoelectric member facing the first piezoelectric member. A substantially plate-shaped first electrode comprising first and second piezoelectric element electrodes;
And a substantially plate-shaped second piezoelectric element comprising: a second piezoelectric element; and a third and a fourth piezoelectric element electrode disposed on a surface facing the second piezoelectric element. It has. Further, the angular velocity sensor includes a base element having a substantially rectangular cross section including a base and a base element electrode integrally arranged over at least two surfaces of the base. In the angular velocity sensor, the first and second piezoelectric elements and the base element are stacked to form a quadrangular prism-shaped vibrator. In this vibrator, a first piezoelectric element and a second piezoelectric element are arranged side by side in a short side direction on a base element, and the first and third piezoelectric element electrodes and the base element on one surface of the base element The electrodes are joined and laminated.

【0018】このような構成からなる角速度センサー
は、角速度の検出を、第2及び第4の圧電素子電極と基
体素子において接合されない他の面の基体素子電極との
間に電圧を印加して、第1の及び第2の圧電素子に同相
電圧を印加して振動子を励振させるとともに、回転によ
って当該振動子に生じるコリオリ力を当該第1及び第2
の圧電素子により検出する。
In the angular velocity sensor having such a configuration, the angular velocity is detected by applying a voltage between the second and fourth piezoelectric element electrodes and the base element electrode on the other surface which is not joined to the base element. A common-mode voltage is applied to the first and second piezoelectric elements to excite the vibrator, and the Coriolis force generated in the vibrator by the rotation is applied to the first and second piezoelectric elements.
Is detected by the piezoelectric element.

【0019】本発明に係る角速度センサーは、一対の対
向する面に電極を配した第1及び第2の圧電素子を少な
くとも2面に亘り一体の電極を配している基体素子に積
層させて四角柱状の振動子を構成する。基体素子への第
1及び第2の圧電素子の積層により、第1及び第3の圧
電素子電極と基体素子の一の面の基体素子電極とが接合
される。そして、第2及び第4の圧電素子電極と基体素
子において接合されない他の面に配置されている基体素
子電極の間に電圧を印加することのみにより、第1及び
第2の圧電素子を駆動して振動子を振動させ、同時にコ
リオリ力を検出している。
In the angular velocity sensor according to the present invention, the first and second piezoelectric elements having electrodes disposed on a pair of opposing surfaces are laminated on a base element having electrodes integrally formed on at least two surfaces, and are squared. A columnar vibrator is formed. By laminating the first and second piezoelectric elements on the base element, the first and third piezoelectric element electrodes are joined to the base element electrode on one surface of the base element. Then, the first and second piezoelectric elements are driven only by applying a voltage between the second and fourth piezoelectric element electrodes and the base element electrodes arranged on the other surface that is not joined to the base element. To vibrate the vibrator and simultaneously detect the Coriolis force.

【0020】そして、本発明に係る角速度センサーは、
圧電素子と基体素子を張り合わせた構造の四角柱状の振
動子を構成していることから、恒弾性金属振動子に圧電
素子を接着したり、曲面に電極を印刷するといった工程
を要することなく製造される。さらに、振動子は、圧電
体の母材とされるウェハ及び基体の母材とされるウェハ
に電極メッキを施すことにより電極を形成して張り合わ
せた後、四角柱形状に個々に切り出すだけといった工程
により製造可能になる。
The angular velocity sensor according to the present invention comprises:
Since it consists of a quadrangular prism-shaped vibrator with a structure in which a piezoelectric element and a base element are bonded together, it is manufactured without the need to attach a piezoelectric element to a constant elastic metal vibrator or print electrodes on a curved surface. You. Further, the vibrator is a process in which electrodes are formed by applying electrode plating to a wafer serving as a base material of a piezoelectric body and a wafer serving as a base material of a substrate, and then bonded, and then individually cut into a quadrangular prism shape. Can be manufactured.

【0021】また、振動子を駆動するための第1及び第
2の圧電素子は、略平板形状とされていることから、分
極処理が容易である。
Further, since the first and second piezoelectric elements for driving the vibrator have a substantially flat plate shape, the polarization processing is easy.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明
は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることはいうま
でもない。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following examples, and it goes without saying that the present invention can be arbitrarily changed without departing from the gist of the present invention.

【0023】本発明を適用した角速度センサーの一例に
ついて、図1乃至図3にその基本構成を示す。この角速
度センサーは、振動ジャイロとして動作する振動子1を
備えている。
FIGS. 1 to 3 show the basic structure of an example of an angular velocity sensor to which the present invention is applied. This angular velocity sensor includes a vibrator 1 that operates as a vibrating gyroscope.

【0024】この角速度センサーは、第1の圧電体2a
aと、第1の圧電体2aaの対向される面に配置されて
いる第1及び第2の圧電素子電極2ab,2acとから
なる断面略矩形の第1の圧電素子2a、並びに第2の圧
電体2baと、第2の圧電体2baの対向される面に配
置されている第3及び第4の圧電素子電極2bb,2b
cとからなる断面略矩形の第2の圧電素子2bを備えて
いる。そして、角速度センサーは、基体3aと、この基
体3aの面に一体にされて配置されている基体素子電極
を構成する各電極3b,3c,3dとからなる断面略矩
形の基体素子3とを備え、この基体素子3と上述した第
1及び第2の圧電素子2a,2bとを積層して略四角柱
状の振動子1が構成されている。この振動子1におい
て、第1の圧電素子2aと第2の圧電素子2bとが基体
素子3上の短辺方向に並んで配置され、第1及び第3の
圧電素子電極2ab,2bbと基体素子3の一の面の基
体素子電極3dとが接合されて積層構造をなしている。
This angular velocity sensor includes a first piezoelectric body 2a
a, a first piezoelectric element 2a having a substantially rectangular cross section, and a first piezoelectric element 2a comprising first and second piezoelectric element electrodes 2ab and 2ac arranged on the opposed surfaces of the first piezoelectric body 2aa. Body 2ba, and third and fourth piezoelectric element electrodes 2bb, 2b arranged on opposing surfaces of the second piezoelectric body 2ba
c) and a second piezoelectric element 2b having a substantially rectangular cross section. The angular velocity sensor includes a base 3a having a substantially rectangular cross section and a base element 3a and electrodes 3b, 3c, and 3d constituting base element electrodes that are integrally disposed on the surface of the base 3a. The base element 3 and the above-described first and second piezoelectric elements 2a and 2b are laminated to form a substantially quadrangular prism-shaped vibrator 1. In this vibrator 1, the first piezoelectric element 2a and the second piezoelectric element 2b are arranged side by side in the short side direction on the base element 3, and the first and third piezoelectric element electrodes 2ab and 2bb and the base element 3 and a base element electrode 3d on one surface are joined to form a laminated structure.

【0025】この角速度センサーは、第2及び第4の圧
電素子電極と基体素子3において接合されない他の面の
電極3dとの間に電圧を印加して、第1の及び第2の圧
電素子2a,2bに同相電圧を印加して振動子1を励振
させるとともに、回転によって当該振動子1に生じるコ
リオリ力を当該第1及び第2の圧電素子2a,2bによ
り検出することにより角速度を検出する。
This angular velocity sensor applies a voltage between the second and fourth piezoelectric element electrodes and the electrode 3d on the other surface that is not joined to the base element 3, and applies a voltage to the first and second piezoelectric elements 2a. , 2b to excite the vibrator 1 and detect the angular velocity by detecting the Coriolis force generated in the vibrator 1 by the rotation by the first and second piezoelectric elements 2a, 2b.

【0026】基体素子3は、基体3aと、電極3b,3
c,3dとを備えている。基体素子3は、基体3aの表
面上に、一体とされて形成された電極3b,3c,3d
が配置されている。
The base element 3 comprises a base 3a, electrodes 3b, 3
c, 3d. The base element 3 includes electrodes 3b, 3c, and 3d integrally formed on the surface of the base 3a.
Is arranged.

【0027】基体3aは、断面略矩形の柱状の形状をな
している。この基体3aは、第1及び第2の圧電素子2
a,2bの圧電体2aa,2baに用いている圧電材料
と同一材料によりなる。例えば、圧電材料として圧電セ
ラミック材料であるPZTが用いられている。
The base 3a has a columnar shape with a substantially rectangular cross section. The base 3a is made up of the first and second piezoelectric elements 2
It is made of the same material as the piezoelectric material used for the piezoelectric bodies 2aa and 2ba of a and 2b. For example, PZT, which is a piezoelectric ceramic material, is used as the piezoelectric material.

【0028】電極3dは、基体3aにおいて圧電素子2
a,2bとの接合面に配置されている電極である。すな
わち、電極3dは、第1及び第2の圧電素子2a,2b
と基体素子3とが接合された状態において、第1の圧電
素子2aの第1の圧電素子電極2ab及び第2の圧電素
子2bの第3の圧電素子電極2bbと電気的に接続され
ている。以後、電極3bを接合面電極3dという。
The electrode 3d is connected to the piezoelectric element 2 on the base 3a.
a and 2b are electrodes arranged on the joint surface. That is, the electrode 3d is connected to the first and second piezoelectric elements 2a and 2b.
In a state where the base element 3 and the base element 3 are joined, they are electrically connected to the first piezoelectric element electrode 2ab of the first piezoelectric element 2a and the third piezoelectric element electrode 2bb of the second piezoelectric element 2b. Hereinafter, the electrode 3b is referred to as a bonding surface electrode 3d.

【0029】電極3cは、基体3aの長手方向の各端面
に配置されている電極である。以後、電極3cを端面電
極3cという。
The electrodes 3c are electrodes arranged on each end face of the base 3a in the longitudinal direction. Hereinafter, the electrode 3c is referred to as an end face electrode 3c.

【0030】電極3bは、基体3aにおいて、接合面電
極3dが配置されている面と対向されている面に配置さ
れている電極である。以後、電極3bを裏面電極3bと
いう。
The electrode 3b is an electrode disposed on the surface of the base 3a opposite to the surface on which the bonding surface electrode 3d is disposed. Hereinafter, the electrode 3b is referred to as a back surface electrode 3b.

【0031】このように基体3aの各面に配置されてい
る電極3b,3c,3dは、各々隣合う面の電極と一体
となっている。すなわち、電極3b,3c,3dは、電
気的に一体とされた電極を構成している。例えば、相対
向する面に配設されている接合面電極3dと裏面電極3
bは、端面電極3cにより電気的に接続されている。よ
って、接合面電極3dが圧電素子2a,2bの圧電素子
電極2ab,2bbと電気的に接続された状態とされて
いることから、圧電素子電極2ab,2bbと基体素子
3の電極3b,3c,3dとは、結果的に共通電極とし
て働く。
The electrodes 3b, 3c and 3d arranged on each surface of the base 3a are integrated with the electrodes on the adjacent surfaces. That is, the electrodes 3b, 3c, and 3d constitute an electrically integrated electrode. For example, the bonding surface electrode 3 d and the back surface electrode 3
b is electrically connected by the end face electrode 3c. Therefore, since the bonding surface electrode 3d is electrically connected to the piezoelectric element electrodes 2ab, 2bb of the piezoelectric elements 2a, 2b, the piezoelectric element electrodes 2ab, 2bb and the electrodes 3b, 3c, 3d acts as a common electrode as a result.

【0032】例えば、電極3b,3c,3dは、基体3
aに電極メッキを施すことにより、基体3aの表面に一
体とされて形成される。
For example, the electrodes 3b, 3c, 3d
By performing electrode plating on a, it is formed integrally with the surface of the base 3a.

【0033】第1の圧電素子2aは、第1の圧電体2a
aと、その各面に配置されている第1及び第2の圧電素
子電極2ab,2acとを備えている。
The first piezoelectric element 2a includes a first piezoelectric body 2a
a, and first and second piezoelectric element electrodes 2ab and 2ac disposed on respective surfaces thereof.

【0034】第1の圧電体2aaは、圧電材料により断
面略矩形の板状の形状をなしている。この第1の圧電体
2aaは、上述した基体素子3の基体3aと同一材料を
用いて形成されており、例えば、圧電セラミック材料で
あるPZTにより形成されている。この第1の圧電体2
aaは、分極処理されている。
The first piezoelectric body 2aa has a plate shape with a substantially rectangular cross section made of a piezoelectric material. The first piezoelectric body 2aa is formed using the same material as the base 3a of the base element 3 described above, and is formed of, for example, PZT which is a piezoelectric ceramic material. This first piezoelectric body 2
aa is polarized.

【0035】第1の圧電素子電極2abは、第1の圧電
体2aaの一の面に形成され、第2の圧電素子2ac
は、第1の圧電体2aaの第1の圧電素子電極2abに
対向される面に形成されている。また、第1の圧電素子
電極2abは、当該第1の圧電素子2aと基体素子3が
接合された状態において、基体素子3の接合面電極3d
と電気的に接続されている。すなわち、第1の圧電素子
電極2abは、接合面電極3dとの電気的接続により、
基体素子3の他の面に配置されている端面電極3cと、
さらには裏面電極3bと電気的に接続されることにな
る。
The first piezoelectric element electrode 2ab is formed on one surface of the first piezoelectric element 2aa, and the second piezoelectric element 2ac
Is formed on the surface of the first piezoelectric body 2aa facing the first piezoelectric element electrode 2ab. The first piezoelectric element electrode 2ab is connected to the bonding surface electrode 3d of the base element 3 in a state where the first piezoelectric element 2a and the base element 3 are bonded.
Is electrically connected to That is, the first piezoelectric element electrode 2ab is electrically connected to the bonding surface electrode 3d,
An end face electrode 3c arranged on another surface of the base element 3,
Further, it is electrically connected to the back electrode 3b.

【0036】また、第2の圧電素子2bは、上述した第
1の圧電素子2aと同様な構成からなり、第2の圧電体
2baと、その各面に配置されている第3及び第4の圧
電素子電極2bb,2bcとを備えている。
The second piezoelectric element 2b has the same configuration as the above-described first piezoelectric element 2a, and includes the second piezoelectric element 2ba and the third and fourth piezoelectric elements 2ba disposed on each surface thereof. The piezoelectric element electrodes 2bb and 2bc are provided.

【0037】第2の圧電体2baは、圧電材料により断
面略矩形の板状の形状をなしている。この第2の圧電体
2baは、上述した第1の圧電体2aa及び基体素子3
の基体3aと同一材料を用いて形成されており、例え
ば、圧電セラミック材料であるPZTにより形成されて
いる。この第2の圧電体2baは、分極処理されてい
る。
The second piezoelectric body 2ba is made of a piezoelectric material and has a plate shape with a substantially rectangular cross section. The second piezoelectric element 2ba is formed of the first piezoelectric element 2aa and the base element 3 described above.
The substrate 3a is formed using the same material as the substrate 3a, for example, PZT which is a piezoelectric ceramic material. This second piezoelectric body 2ba is polarized.

【0038】第3の圧電素子電極2bbは、第2の圧電
体2baの一の面に形成され、第4の圧電素子2bb
は、圧電体2baの第3の圧電素子電極2bbに対向さ
れる面に形成されている。また、第3の圧電素子電極2
bbは、当該第2の圧電素子2bと基体素子3が接合さ
れた状態において、基体素子3の接合面電極3dと電気
的に接続されている。すなわち、第3の圧電素子電極2
bbは、上述した第1の圧電素子電極3abと同様に、
接合面電極3dとの電気的接続により、基体素子3の他
の面に配置されている端面電極3cと、さらには裏面電
極3bと電気的に接続されることになる。
The third piezoelectric element electrode 2bb is formed on one surface of the second piezoelectric body 2ba, and the fourth piezoelectric element 2bb
Is formed on the surface of the piezoelectric body 2ba facing the third piezoelectric element electrode 2bb. Further, the third piezoelectric element electrode 2
bb is electrically connected to the bonding surface electrode 3d of the base element 3 in a state where the second piezoelectric element 2b and the base element 3 are bonded. That is, the third piezoelectric element electrode 2
bb is the same as the above-described first piezoelectric element electrode 3ab,
By the electrical connection with the bonding surface electrode 3d, the end surface electrode 3c arranged on the other surface of the base element 3 and the back surface electrode 3b are electrically connected.

【0039】このような構成からなる第1の圧電素子2
a及び第2の圧電素子2bとは、振動子3上の短辺方向
に並んで配置され、すなわち、基体素子3上の長手方向
に一つの圧電素子を分割したような構成とされている。
The first piezoelectric element 2 having such a configuration
a and the second piezoelectric element 2 b are arranged side by side in the short side direction on the vibrator 3, that is, have a configuration in which one piezoelectric element is divided in the longitudinal direction on the base element 3.

【0040】以上のように、振動子1は、第1及び第2
の圧電素子2a,2b及び基体素子3から構成されてい
る。次に振動子1の製造工程について図4を用いて説明
する。
As described above, the vibrator 1 has the first and the second
Of the piezoelectric element 2a, 2b and the base element 3. Next, a manufacturing process of the vibrator 1 will be described with reference to FIG.

【0041】図4中(a)に示すように、この各ウェハ
(圧電ウェハ20、基体ウェハ30)は、例えば、略平板
状であって、各ウェハへの電極メッキ処理を、下地とし
てNiメッキを施した後、電極メッキとして金メッキを
施すことにより行う。基体ウェハ30についてのメッキ
は、各ウェハの表面全体について、すなわち全ての面に
ついて行う。ここで行う電極メッキが、圧電素子2a,
2b及び基体素子3において各電極を構成するものとな
る。
As shown in figure 4 (a), the respective wafer (piezoelectric wafer 2 0, base wafer 3 0) is, for example, a substantially flat, the electrode plating process to each wafer, as a base After performing Ni plating, gold plating is performed as electrode plating. Plating on the substrate wafer 3 0, the entire surface of each wafer, i.e. carried out for all faces. The electrode plating performed here is performed by the piezoelectric elements 2a,
2b and the base element 3 constitute each electrode.

【0042】圧電ウェハ20の厚さは、具体的には、基
体ウェハ30の厚さより薄く、例えば、圧電ウェハ20
厚さを0.2mm、基体ウェハ30の厚さを0.8mmとして
いる。
The thickness of the piezoelectric wafer 2 0, specifically, less than the thickness of the base wafer 3 0, for example, the thickness of the piezoelectric wafer 2 0 0.2 mm, the thickness of the substrate wafer 3 0 as 0.8mm I have.

【0043】また、各圧電素子2a,2bの分極処理に
ついては、厚さ0.2mmの圧電ウェハの状態で金メッキ
を施し、120℃恒温槽中で600V、30分の条件下で分極し
ている。
For the polarization treatment of each of the piezoelectric elements 2a and 2b, gold plating is performed on a piezoelectric wafer having a thickness of 0.2 mm, and polarization is performed in a constant temperature bath at 120 ° C. under the conditions of 600 V and 30 minutes.

【0044】そして、図4中(a)から(b)に示すよ
うに、この電極メッキが施された圧電ウェハ20と基体
ウェハ30とを張り合わせて、積層状態とされる。ここ
で、圧電ウェハ20と基体ウェハ30とは、予め金メッキ
を施されて、幅12mmのウェハとされた状態で、熱硬化
性樹脂接着剤で接着されている。
[0044] Then, as shown in FIG. 4 (a) (b), by laminating a piezoelectric wafer 2 0 and the base wafer 3 0 the electrode plated, are stacked. Here, the piezoelectric wafer 2 0 and the base wafer 3 0, is subjected to pre-gold, while being a wafer of width 12 mm, and is bonded with a thermosetting resin adhesive.

【0045】この積層状態とされたものについて、図4
中(b)の矢印A−Aの方向に、四角柱の形状として個
々に切り出しを行う。例えば、この切り出しの際に、圧
電ウェハ20の電極メッキ面2bc0に対して、圧電体ウェ
ハ20の厚さと同じ深さのスリットを入れて、すなわ
ち、圧電体ウェハ20にのみスリットを入れるようにし
て、第1の圧電素子2aと第2の圧電素子2bとに分離
成形する。
FIG. 4 shows the laminated state.
Cut out individually in the direction of arrow AA in the middle (b) as a square prism. For example, when the cut-out, with respect to the electrode plating surface 2 bc0 piezoelectric wafer 2 0, and a slit having the same depth as the thickness of the piezoelectric wafer 2 0, i.e., the slits only in the piezoelectric wafer 2 0 The first piezoelectric element 2a and the second piezoelectric element 2b are separated and molded.

【0046】この個々の切り出しにより、図4中(c)
に示すように、断面略四角の柱形状とされた振動子1が
できる。すなわち、第1の圧電体2aaに圧電素子電極
2ab,2acが形成された第1の圧電素子2aと、第
2の圧電体baに圧電素子電極2bb,2bcが形成さ
れた第2の圧電素子2bと、端面電極3c及び裏面電極
3bが形成された基体素子3とからなり、各圧電素子2
a,2bと基体素子3とがその接合面において電気的に
接続された振動子1ができる。
By this individual cutting, (c) in FIG.
As shown in (1), a vibrator 1 having a substantially square column shape in cross section is obtained. That is, the first piezoelectric element 2a in which the piezoelectric element electrodes 2ab and 2ac are formed on the first piezoelectric element 2aa, and the second piezoelectric element 2b in which the piezoelectric element electrodes 2bb and 2bc are formed on the second piezoelectric element ba And the base element 3 on which the end face electrode 3c and the back face electrode 3b are formed.
A vibrator 1 is obtained in which a, 2b and the base element 3 are electrically connected at their joint surfaces.

【0047】例えば、基体素子3に形成される端面電極
3c及び裏面電極3bについていえば、上述したような
製造工程により、電極メッキした各ウェハを張り合わせ
接合し、その後に切り出し加工することのみで、各圧電
素子2a,2bに電気的に接続された接合面電極3dと
一体とされて形成されており、よって、容易に形成され
ていることになる。
For example, with regard to the end face electrode 3c and the back face electrode 3b formed on the base element 3, the wafers plated with electrodes are bonded and bonded by the above-described manufacturing process, and thereafter, only the cutting process is performed. It is formed integrally with the bonding surface electrode 3d electrically connected to each of the piezoelectric elements 2a, 2b, and thus can be easily formed.

【0048】振動子1は、例えば、1.0mm×1.0mmの
断面形状、12mmの長さを有した振動子としている。そ
して、振動子1は、各圧電素子2a,2bの厚さが基体
素子3の厚さより薄くなされている。
The vibrator 1 is, for example, a vibrator having a sectional shape of 1.0 mm × 1.0 mm and a length of 12 mm. In the vibrator 1, the thickness of each of the piezoelectric elements 2 a and 2 b is smaller than the thickness of the base element 3.

【0049】ここで、圧電体ウェハ20と基体ウェハ30
は、同一材料とすることにより、加工が容易になる。ま
た、圧電素子2a,2bの厚さを薄くすることで、分極
処理が容易とされ、振動子1の低電圧駆動が容易になさ
れるようになる。
[0049] Here, the piezoelectric wafer 2 0 and the substrate wafer 3 0
Can be easily processed by using the same material. Further, by reducing the thickness of the piezoelectric elements 2a and 2b, the polarization process is facilitated, and the low-voltage driving of the vibrator 1 is facilitated.

【0050】角速度センサーは、以上のような構成から
なる振動子1を振動させるため及びコリオリ力を検出す
るための回路として、加算器4と、増幅器5と、移相器
6と、差動増幅器7と、同期検波器8と、ローパスフィ
ルタ9とを備えている。
The angular velocity sensor includes an adder 4, an amplifier 5, a phase shifter 6, a differential amplifier, and a circuit for oscillating the vibrator 1 having the above structure and detecting Coriolis force. 7, a synchronous detector 8, and a low-pass filter 9.

【0051】具体的には、角速度センサーは、加算器4
と、増幅器5と、移相器6と、圧電素子2a,2bの圧
電素子電極2ac,2bcとから、振動子1を振動させ
る振動駆動部を構成している。また、角速度センサー
は、差動増幅器7と、加算器4の出力に接続されている
同期検波器8と、ローパスフィルタ9と、圧電素子2
a,2bの各圧電素子電極2ac,2bcとから、振動
子1の振動時のコリオリ力を検出する検出部を構成して
いる。
More specifically, the angular velocity sensor comprises an adder 4
, The amplifier 5, the phase shifter 6, and the piezoelectric element electrodes 2ac, 2bc of the piezoelectric elements 2a, 2b constitute a vibration drive unit for vibrating the vibrator 1. The angular velocity sensor includes a differential amplifier 7, a synchronous detector 8 connected to the output of the adder 4, a low-pass filter 9, and a piezoelectric element 2.
A detection unit that detects the Coriolis force when the vibrator 1 vibrates is constituted by the piezoelectric element electrodes 2ac and 2bc of a and 2b.

【0052】第1及び第2の圧電素子2a,2bから出
力された信号の流れに沿って詳しく説明すると、振動駆
動部においては、圧電素子2a,2bの圧電素子電極2
ac,2bcの出力(S+,S−)が加算器4に入力さ
れ、それらの加算値がこの加算器4により取られる。そ
して、加算器4からの出力は、増幅器5に入力され、こ
こで入力信号の増幅が行われる。そして、増幅器5から
の出力が、移相器6によりその位相が推移され、各圧電
素子電極2ac,2bcに出力される。この振動子駆動
部をなす回路は、いわゆる移相発振回路を構成してお
り、これにより振動子1を自励振動させている。
A detailed description will be given along the flow of signals output from the first and second piezoelectric elements 2a and 2b. In the vibration drive section, the piezoelectric element electrodes 2a and 2b of the piezoelectric elements 2a and 2b
The outputs (S +, S−) of ac and 2bc are input to the adder 4, and the added value is taken by the adder 4. The output from the adder 4 is input to the amplifier 5, where the input signal is amplified. The phase of the output from the amplifier 5 is shifted by the phase shifter 6, and is output to each of the piezoelectric element electrodes 2ac and 2bc. The circuit forming the vibrator driving section constitutes a so-called phase-shift oscillation circuit, and thereby vibrates the vibrator 1 by self-excitation.

【0053】ここで、各圧電素子2a,2bの分極方向
が図3に示すように、当該各圧電素子2a,2bと基体
素子3とを積層している方向である矢印Z2の方向であ
ることから、各圧電素子2a,2bが長手方向に伸縮す
ることになり、振動子1は、振動子1の長手方向と垂直
方向である図2に示す矢印Z1の方向に屈曲振動する。
[0053] Here, each of the piezoelectric elements 2a, as the polarization direction of the 2b is shown in FIG. 3, is the direction of the arrow Z 2 is a direction in which the respective piezoelectric elements 2a, a 2b and the base element 3 are laminated since, will be the piezoelectric elements 2a, 2b is expanded and contracted in the longitudinal direction, the vibrator 1 bending vibration in the direction of arrow Z 1 shown in FIG. 2 is a longitudinal and vertical directions of the vibrator 1.

【0054】また、検出部においては、圧電素子2a,
2bの圧電素子電極2ac,2bcからの出力(S+,
S−)はそれぞれ差動増幅器7に入力され、ここでその
差動が取られる。
In the detecting section, the piezoelectric elements 2a,
2b from the piezoelectric element electrodes 2ac and 2bc (S +,
S-) are input to the differential amplifier 7, where the differential is obtained.

【0055】なお、第1の圧電素子2aの第1の圧電素
子電極2ab及び第2の圧電素子2bの第1の圧電素子
電極2bbを中点基準電位に接続する必要があるが、基
体素子3の下面電極3dが中点基準電位Cに接続される
ことにより、圧電素子電極2ab,2bbは基体素子3
の接合面電極3bを介して中点基準電位Cに接続され
る。
It is necessary to connect the first piezoelectric element electrode 2ab of the first piezoelectric element 2a and the first piezoelectric element electrode 2bb of the second piezoelectric element 2b to the midpoint reference potential. Is connected to the midpoint reference potential C, the piezoelectric element electrodes 2ab and 2bb are connected to the base element 3d.
Is connected to the midpoint reference potential C via the junction surface electrode 3b.

【0056】そして、角速度センサーは、振動子1を振
動方向に振動させているときに、振動子1が回転するこ
とにより当該振動子1に生じたコリオリ力を、各圧電素
子2a,2bにより検出し、それらの差動を差動増幅器
7により得ている。そして、差動増幅器7から出力は、
同期検波器8に入力され、ここで同期検波が行われる。
このとき、同期検波器8には、同期検波を行うために、
加算器4からの出力が同期信号として供給される。そし
て、同期検波器8からの出力が、ローパスフィルタ9を
介して、振動子1に生じたコリオリ力を検出することに
より得られた角速度信号として出力される。
When the vibrator 1 is vibrating in the vibration direction, the angular velocity sensor detects the Coriolis force generated on the vibrator 1 by the rotation of the vibrator 1 by each of the piezoelectric elements 2a and 2b. These differentials are obtained by the differential amplifier 7. The output from the differential amplifier 7 is
The signal is input to the synchronous detector 8, where synchronous detection is performed.
At this time, in order to perform synchronous detection, the synchronous detector 8
The output from the adder 4 is supplied as a synchronization signal. Then, the output from the synchronous detector 8 is output as an angular velocity signal obtained by detecting the Coriolis force generated in the vibrator 1 via the low-pass filter 9.

【0057】以上のような構成を有することにより、角
速度センサーは、振動子駆動機能、及びその振動を検出
する機能を合わせ持っている。これにより、角速度セン
サーは、振動子駆動機能により振動させているときに振
動子1が回転することによって生じたコリオリ力の検出
機能により角速度を感度良く検出することができる。
With the above configuration, the angular velocity sensor has both a vibrator driving function and a function of detecting the vibration. Thereby, the angular velocity sensor can detect the angular velocity with high sensitivity by the function of detecting the Coriolis force generated by the rotation of the vibrator 1 while vibrating by the vibrator driving function.

【0058】さらに、上述したように、圧電素子2a,
2bと基体素子3とが積層される方向において、圧電素
子2a,2bの厚さを基体素子3の厚さより薄くするこ
とにより、圧電素子2a,2bの分極処理を容易にする
ことができ、さらに、振動子1の低電圧駆動を容易にす
ることができる。さらにまた、基体については、当然の
ことであるが分極処理の必要がなく、また、圧電体材料
により形成されることに制限されることがないので、自
由にその材料を選択することができる。
Further, as described above, the piezoelectric elements 2a,
By making the thickness of the piezoelectric elements 2a and 2b smaller than the thickness of the base element 3 in the direction in which the base element 3 and the base element 3 are stacked, the polarization processing of the piezoelectric elements 2a and 2b can be facilitated. In addition, low-voltage driving of the vibrator 1 can be facilitated. Furthermore, as for the substrate, needless to say, there is no need for a polarization treatment, and the substrate is not limited to being formed of a piezoelectric material, so that the material can be freely selected.

【0059】また、この角速度センサーは、上述したよ
うに、圧電素子と基体素子とを張り合わせた構造によ
り、四角柱振動子として構成されている。よって、角速
度センサーは、非常にシンプルな構造となり、これによ
り、恒弾性金属振動子に圧電素子を接着したり、従来の
ように曲面に電極を印刷するといった工程を要すること
なく振動子を製造することを可能にする。そして、振動
子は、圧電体ウェハや基体ウェハに電極メッキを施すこ
とにより電極を形成して張り合わせた後、個々の四角柱
振動子として切り出すだけといった工程により製造され
るので、非常に精度が高く、超小型化が可能なうえに量
産効果も得やすい構造となる。そして、角速度センサー
は、圧電素子の接着位置ずれによる振動子のアンバラン
スなどをなくし、特性に与える影響を少なくすることが
できる。
Further, as described above, this angular velocity sensor has a structure in which the piezoelectric element and the base element are bonded to each other, and is configured as a quadrangular prism vibrator. Therefore, the angular velocity sensor has a very simple structure, thereby manufacturing a vibrator without requiring a step of bonding a piezoelectric element to a constant elastic metal vibrator or printing an electrode on a curved surface as in the related art. Make it possible. The vibrator is manufactured by a process in which electrodes are formed by applying electrode plating to a piezoelectric wafer or a base wafer, and then bonded, and then cut out as individual quadrangular prism vibrators. In addition, the structure can be miniaturized and the effect of mass production can be easily obtained. In addition, the angular velocity sensor can eliminate the imbalance of the vibrator due to the displacement of the bonding position of the piezoelectric element, and can reduce the influence on the characteristics.

【0060】また、上述したように構成された圧電素子
2a,2bを有した場合、圧電素子2a,2bの圧電素
子電極2ab,2bbからの電極の引き出しが必要とさ
れるが、この圧電素子電極2ab,2bbの共通電極と
される基体素子3の裏面電極3bにより中点基準電位へ
の引き出しが可能になっていることから、圧電素子2
a,2bと基体素子3とを張り合わせた状態であって
も、各圧電素子2a,2bに電圧を印加することがで
き、また、角速度を検出するための信号を取り出すこと
ができる。これにより、振動子1はシンプルな構造とな
っている。
In the case of having the piezoelectric elements 2a and 2b configured as described above, it is necessary to draw out the electrodes from the piezoelectric element electrodes 2ab and 2bb of the piezoelectric elements 2a and 2b. Since the back electrode 3b of the base element 3 serving as a common electrode of 2ab and 2bb can be pulled out to the midpoint reference potential, the piezoelectric element 2
Even when the a and 2b and the base element 3 are bonded to each other, a voltage can be applied to each of the piezoelectric elements 2a and 2b, and a signal for detecting an angular velocity can be extracted. Thus, the vibrator 1 has a simple structure.

【0061】また、裏面電極3bにより中点基準電極へ
の引き出しが可能になることにより、振動子1の振動動
作への影響を少なくして、駆動電圧を印加することが可
能になる。
Further, since the back electrode 3b can be pulled out to the midpoint reference electrode, the driving voltage can be applied with less influence on the vibration operation of the vibrator 1.

【0062】また、圧電素子2a,2bを構成する圧電
体2aa,2baと基体3aとを同一材料により形成す
ることにより、例えば、振動子1としての熱的、音響的
又は構造的な信頼性及び加工性の向上を図ることができ
る。
Further, by forming the piezoelectric bodies 2aa, 2ba constituting the piezoelectric elements 2a, 2b and the substrate 3a from the same material, for example, the thermal, acoustic or structural reliability of the vibrator 1 can be improved. Workability can be improved.

【0063】また、当然、小型化に伴って技術的な難し
さが増し、精度を確保することが困難になると考えられ
るが、振動子1の形状が四角柱であること、既にヘッド
加工などで確立されている微細加工技術を応用すること
により、このような問題はクリアできる。従って、高精
度の寸法精度が得られるため、振動子の周波数調整も簡
略化することが可能になる。
Also, it is considered that the technical difficulty increases with the miniaturization, and it is considered difficult to ensure the accuracy. However, since the vibrator 1 has a square pole shape, it is already necessary to process the head. Such problems can be solved by applying the established microfabrication technology. Therefore, high-precision dimensional accuracy can be obtained, so that the frequency adjustment of the vibrator can be simplified.

【0064】そして、角速度センサーは、非常にシンプ
ルな構造を有し、小型化を進めても、精度を損なわず、
量産効果も期待でき、コストパフォーマンスが高く、高
感度のものとなる。また、角速度センサーの低コスト
化、小型化及び高感度化は、ビデオカメラ、バーチャル
リアリティ装置等のさらなる小型化・ハイコストパフォ
ーマンスの要求に応えるものとなる。
The angular velocity sensor has a very simple structure, and does not impair accuracy even if the size is reduced.
Mass production effects can be expected, cost performance is high, and high sensitivity is achieved. In addition, the cost reduction, miniaturization, and high sensitivity of the angular velocity sensor meet the demand for further miniaturization and high cost performance of video cameras, virtual reality devices, and the like.

【0065】なお、角速度センサーは、分極方向を逆に
すると回転方向に対する出力の正負が反転するが動作上
は問題がない。
In the angular velocity sensor, when the polarization direction is reversed, the sign of the output with respect to the rotation direction is reversed, but there is no problem in operation.

【0066】[0066]

【発明の効果】本発明に係る角速度センサーは、一対の
対向する面に電極を配した第1及び第2の圧電素子を、
少なくとも2面に亘り一体の電極を配している基体素子
に積層させ、第1及び第3の圧電素子電極と基体素子の
一の面の基体素子電極とを接合した四角形状の振動子を
構成し、さらに、第2及び第4の圧電素子電極と基体素
子において接合されない他の面に配置されている基体素
子電極との間に電圧を印加することのみにより、第1及
び第2の圧電素子を駆動して振動子を振動させ、同時に
コリオリ力を検出することができる。
According to the angular velocity sensor according to the present invention, the first and second piezoelectric elements having electrodes disposed on a pair of opposing surfaces include:
A square vibrator in which the first and third piezoelectric element electrodes are joined to the base element electrode on one side of the base element by laminating the base element on which at least two surfaces are provided with integrated electrodes is formed. Further, the first and second piezoelectric elements are only applied by applying a voltage between the second and fourth piezoelectric element electrodes and the base element electrode disposed on the other surface that is not joined to the base element. To drive the vibrator and simultaneously detect the Coriolis force.

【0067】これにより、角速度センサーは、非常にシ
ンプルな構造により構成される。よって、角速度センサ
ーは、小型化を進めても精度を損なわず量産効果も期待
でき、コストパフォーマンスが高く、高感度の角速度セ
ンサーとなる。
Thus, the angular velocity sensor has a very simple structure. Therefore, the angular velocity sensor can be expected to be mass-produced without deteriorating the accuracy even if the size is reduced, and is an angular velocity sensor with high cost performance and high sensitivity.

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

【図1】本発明を適用した角速度センサーの構成を示す
正面図である。
FIG. 1 is a front view showing a configuration of an angular velocity sensor to which the present invention is applied.

【図2】角速度センサーの構成を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of an angular velocity sensor.

【図3】角速度センサーの構成を示す側面図である。FIG. 3 is a side view illustrating a configuration of an angular velocity sensor.

【図4】角速度センサーの振動子の製造工程を説明する
ために用いた図である。
FIG. 4 is a view used to explain a manufacturing process of the vibrator of the angular velocity sensor.

【図5】従来の角速度センサーの一例を示す図であり、
(a)は当該角速度センサーの全体構成を示す図であ
り、(b)は振動子の部分を示す斜視図であり、(c)
は振動子の中央部分における断面を示す断面図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a conventional angular velocity sensor;
(A) is a figure which shows the whole structure of the said angular velocity sensor, (b) is a perspective view which shows the part of a vibrator, (c)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a cross section at a central portion of the vibrator.

【図6】従来の角速度センサーの他の例を示す図であ
り、(a)は当該角速度センサーの全体構成を示す図で
あり、(b)は振動子の部分を示す斜視図であり、
(c)は振動子の中央部分における断面を示す断面図で
ある。
6A and 6B are diagrams illustrating another example of a conventional angular velocity sensor, in which FIG. 6A is a diagram illustrating an entire configuration of the angular velocity sensor, and FIG. 6B is a perspective view illustrating a vibrator;
(C) is a cross-sectional view showing a cross section at the center of the vibrator.

【図7】従来の各速度センサーの図5及び図6とは異な
る他の例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing another example of each of the conventional speed sensors different from FIGS. 5 and 6;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 振動子、2a 第1の圧電素子、2aa 第1の圧
電体、2ab 第1の圧電素子電極、2ac 第2の圧
電素子電極、2b 第2の圧電素子、2ba第2の圧電
体、2bb 第3の圧電素子電極、2bc 第4の圧電
素子電極、3基体素子、3a 基体、3b 裏面電極、
3c 端面電極、3d 接合面電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vibrator, 2a 1st piezoelectric element, 2aa 1st piezoelectric element, 2ab 1st piezoelectric element electrode, 2ac 2nd piezoelectric element electrode, 2b 2nd piezoelectric element, 2ba 2nd piezoelectric element, 2bb 3 piezoelectric element electrode, 2bc fourth piezoelectric element electrode, 3 base element, 3a base, 3b back electrode,
3c end face electrode, 3d junction face electrode

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の圧電体と、この第1の圧電体の対
向される面に配置されている第1及び第2の圧電素子電
極とからなる略板形状の第1の圧電素子、並びに第2の
圧電体と、この第2の圧電体の対向される面に配置され
ている第3及び第4の圧電素子電極とからなる略板形状
の第2の圧電素子と、 基体と、この基体の少なくとも2つの面に亘り一体にさ
れて配置されている基体素子電極とからなる断面略矩形
の基体素子とを積層してなる四角柱状の振動子を備え、 上記振動子は、上記第1の圧電素子と上記第2の圧電素
子とが上記基体素子上の短辺方向に並んで配置され、上
記第1及び第3の圧電素子電極と上記基体素子の一の面
の上記基体素子電極とが接合されて積層されており、 角速度の検出を、上記第2及び第4の圧電素子電極と上
記基体素子において上記接合されない他の面の上記基体
素子電極との間に電圧を印加して、上記第1の及び第2
の圧電素子に同相電圧を印加して上記振動子を励振させ
るとともに、回転によって当該振動子に生じるコリオリ
力を当該第1及び第2の圧電素子により検出することに
より行うことを特徴とする角速度センサー。
1. A substantially plate-shaped first piezoelectric element comprising: a first piezoelectric element; and first and second piezoelectric element electrodes disposed on surfaces of the first piezoelectric element opposite to each other. A substantially plate-shaped second piezoelectric element including a second piezoelectric element, and third and fourth piezoelectric element electrodes disposed on surfaces of the second piezoelectric element opposite to each other; A substrate element having a substantially rectangular cross-section, comprising a substrate element electrode integrally disposed over at least two surfaces of the substrate; and a quadrangular prism-shaped vibrator formed by stacking the vibrator. The first piezoelectric element and the second piezoelectric element are arranged side by side in the short side direction on the base element, and the first and third piezoelectric element electrodes and the base element electrode on one surface of the base element Are bonded and laminated, and the detection of the angular velocity is performed by the second and fourth piezoelectric element electrodes. A voltage is applied between the base element and the base element electrode on the other surface that is not joined to the base element, and the first and second base elements are applied.
Applying an in-phase voltage to the piezoelectric element to excite the vibrator and detecting the Coriolis force generated in the vibrator by rotation by the first and second piezoelectric elements. .
【請求項2】 上記第1の圧電体と上記第2の圧電体と
は、同一の圧電材料からなり、 上記基体は、上記第1及び第2の圧電体と同一の圧電材
料からなることを特徴とする請求項1記載の角速度セン
サー。
2. The method according to claim 1, wherein the first piezoelectric body and the second piezoelectric body are made of the same piezoelectric material, and the base is made of the same piezoelectric material as the first and second piezoelectric bodies. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein:
【請求項3】 上記基体素子において接合されていない
上記他の面の上記基体素子電極は、上記基体の長手方向
端面から上記第1及び第2の圧電素子の接合面に対向す
る面にかけて一体にされて配置されており、 上記角速度の検出を、上記第2及び第4の圧電素子電極
と上記接合面に対向する面の基体素子電極との間に電圧
を印加して行うことを特徴とする請求項1記載の角速度
センサー。
3. The base element electrode on the other surface, which is not bonded to the base element, is integrally formed from a longitudinal end surface of the base to a surface facing the bonding surface of the first and second piezoelectric elements. Wherein the detection of the angular velocity is performed by applying a voltage between the second and fourth piezoelectric element electrodes and the base element electrode on the surface facing the bonding surface. The angular velocity sensor according to claim 1.
【請求項4】 上記第1及び第2の圧電素子の積層した
方向における厚さは、上記基体素子の積層した方向にお
ける厚さより薄いことを特徴とする請求項1記載の角速
度センサー。
4. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the thickness in the direction in which the first and second piezoelectric elements are stacked is smaller than the thickness in the direction in which the base elements are stacked.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7210349B2 (en) 2004-07-14 2007-05-01 Sony Corporation Drive circuit of oscillation gyro
JP2010060359A (en) * 2008-09-02 2010-03-18 Murata Mfg Co Ltd Piezoelectric vibrator and angular velocity sensor

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