JP2002022449A - Angular speed sensor - Google Patents

Angular speed sensor

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JP2002022449A
JP2002022449A JP2000206084A JP2000206084A JP2002022449A JP 2002022449 A JP2002022449 A JP 2002022449A JP 2000206084 A JP2000206084 A JP 2000206084A JP 2000206084 A JP2000206084 A JP 2000206084A JP 2002022449 A JP2002022449 A JP 2002022449A
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JP
Japan
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excitation
detection
angular velocity
shaft portion
electrodes
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Application number
JP2000206084A
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Japanese (ja)
Inventor
Shogo Asano
勝吾 浅野
Yasuyuki Nakano
泰之 中野
Haruhiko Sekino
晴彦 関野
Toru Fukuda
徹 福田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an angular speed sensor which can detect an angular speed with high sensitivity utilizing Coriolis force. SOLUTION: An oscillator 11 having two sets of tuning fork parts 13, 14 is manufactured by cutting a piezoelectric material into H shape. The tuning fork parts 13, 14 are arrange, at the exciting shaft parts 15, 16 thereof, with two exciting electrodes 31-34 and 41-44 and, at the detection shaft parts 17, 18 thereof, with three exciting electrodes 51-56 and 61-66. The exciting shaft parts 15, 16 and the detection shaft parts 17, 18 are subjected to polarization and the tuning fork parts 13, 14 excite the oscillation shaft parts 15, 16 and the detection shaft parts 17, 18 to be opened/closed at a reverse timing. Under excited state, an angular speed Ω having the central axis C of the tuning fork parts 13, 14 as the rotational axis is applied and a piezoelectricity generated in the detection shaft parts 17, 18 being flexed by a Coriolis force in the opposite directions is taken out and the angular speed Ω is detected.

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、角速度センサーに
関し、詳しくは、コリオリ力を利用して加えられた角速
度を検出するものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity sensor, and more particularly, to an angular velocity sensor for detecting an applied angular velocity using a Coriolis force.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、高度情報化が進むにつれて、より
正確な情報を得ることができるセンサーが求められ、様
々な分野でセンサーの開発が進められている。特に、角
速度センサーはこれらセンサーの中でもニーズが高いも
のであり、中でも音叉振動型は小型軽量にできることか
ら広い分野で多用されている。
2. Description of the Related Art In recent years, as information has become more sophisticated, sensors capable of obtaining more accurate information have been demanded, and sensors have been developed in various fields. In particular, angular velocity sensors are among the most demanding of these sensors, and among them, the tuning fork vibration type is widely used in a wide field because it can be reduced in size and weight.

【0003】従来のこの種の音叉振動型の角速度センサ
ーとしては、例えば、図11に示すようなものが知られ
ている。この角速度センサーは、基台101に立設した
固定軸102にU字型の金属振動板103を支持させる
とともに、互いの面が直交するように金属板104、1
05がこの金属振動板103の上端部のそれぞれに支持
されている。金属振動板103のU字型の垂直外面に
は、それぞれ励振用圧電素子106およびモニタ用圧電
素子107が接着剤によって固着される一方、金属板1
04、105の同一方向に向かう垂直面には、コリオリ
検出用圧電素子108、109が接着剤によって固着さ
れることにより、圧電素子106、107と圧電素子1
08、109が直交する関係になる音叉型振動子110
を備えている。音叉振動型の角速度センサーはこのよう
な構成に構築することにより、角速度を検出する。な
お、各圧電素子106〜109はそれぞれリード線11
1によってリードピン112に接続されており、このリ
ードピン112は、ガラス等の絶縁体113を介して基
台101と電気的に絶縁されている。
As a conventional tuning fork vibration type angular velocity sensor of this type, for example, a sensor as shown in FIG. 11 is known. This angular velocity sensor supports a U-shaped metal vibration plate 103 on a fixed shaft 102 erected on a base 101, and also makes a metal plate 104, 1
05 is supported on each of the upper ends of the metal diaphragm 103. On the U-shaped vertical outer surface of the metal vibration plate 103, an excitation piezoelectric element 106 and a monitoring piezoelectric element 107 are fixed by an adhesive, respectively.
The piezoelectric elements 108 and 109 for Coriolis detection are fixed to the vertical surfaces of the piezoelectric elements 104 and 105 in the same direction by an adhesive, so that the piezoelectric elements 106 and 107 and the piezoelectric element 1 are fixed.
Tuning fork vibrator 110 in which 08 and 109 are orthogonal to each other
It has. The tuning fork vibration type angular velocity sensor detects the angular velocity by being constructed in such a configuration. Each of the piezoelectric elements 106 to 109 is connected to a lead wire 11 respectively.
1, the lead pins 112 are electrically insulated from the base 101 via an insulator 113 such as glass.

【0004】この角速度センサーは、励振用圧電素子1
06に電圧を印加することにより、音叉振動子110を
矢印A方向に音叉励振させることができ、このときの励
振周波数と振幅はモニタ用圧電素子107によってモニ
タリングすることにより、音叉振動子110が常に一定
の周波数と振幅で励振されるように励振用圧電素子10
6への印加電圧をコントロールして使用するようになっ
ている。このときには、図12に示すように、固定軸1
02と同軸方向の検出軸Cに対する矢印B方向の回転角
速度Ωが加わると、矢印A方向の励振方向に対して直角
方向に発生するコリオリ力によって金属板104、10
5が互いに逆方向に向かう矢印D1、D2方向に撓むこ
とになる。
[0004] This angular velocity sensor is composed of a piezoelectric element 1 for excitation.
By applying a voltage to the tuning fork vibrator 110, the tuning fork vibrator 110 can be excited in the direction of arrow A. The excitation frequency and amplitude at this time are monitored by the monitoring piezoelectric element 107, so that the tuning fork vibrator 110 is always The piezoelectric element 10 for excitation is excited so as to be excited at a constant frequency and amplitude.
6 is controlled and used. At this time, as shown in FIG.
When the rotational angular velocity Ω in the direction of arrow B is applied to the detection axis C in the direction coaxial with the direction of the arrow 02, the metal plates 104, 10
5 will bend in the directions of arrows D1 and D2, which are directed in opposite directions.

【0005】ここで、音叉振動子110に加えられるコ
リオリ力Fは、次式で表すことができ、 コリオリ力F=2mVΩ m:音叉振動子110の質量 V:励振速度 Ω:印加された回転角速度 このコリオリ力Fはコリオリ検出圧電素子108、10
9の一方を伸長させるとともに他方を縮小させるという
逆方向の歪みを加えることになるので、コリオリ検出圧
電素子108、109に発生する圧電をリード線111
およびリードピン112を介して差動出力として取り出
すことができ、この差動出力から角速度を検出すること
ができる。
Here, the Coriolis force F applied to the tuning fork vibrator 110 can be expressed by the following equation: Coriolis force F = 2 mVΩ m: mass of the tuning fork vibrator 110 V: excitation speed Ω: applied rotation angular speed This Coriolis force F is applied to the Coriolis detecting piezoelectric elements 108, 10
In this case, the piezoelectric elements 108 and 109 are subjected to the distortion in the opposite direction, that is, one of the piezoelectric elements 9 is expanded while the other is reduced.
And a differential output via the lead pin 112, and an angular velocity can be detected from the differential output.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の角速度センサーにあっては、回転角速度Ωが
発生すると、音叉振動子110にコリオリ力Fが加わっ
て音叉振動子110全体としても図12に示す矢印D
1、D2方向に撓むことになって、回転モーメントMが
固定軸102に加わる。このため、固定軸102と基台
101および金属振動板103の固着の度合い(振動の
拘束の程度差)がセンサーとしての角速度検出精度のバ
ラツキ要因となってしまう。
However, in such a conventional angular velocity sensor, when a rotational angular velocity Ω is generated, a Coriolis force F is applied to the tuning fork vibrator 110, and the tuning fork vibrator 110 as a whole as shown in FIG. Arrow D shown
1 and 2, the rotational moment M is applied to the fixed shaft 102. For this reason, the degree of fixation of the fixed shaft 102, the base 101, and the metal diaphragm 103 (the difference in the degree of vibration restraint) causes a variation in the angular velocity detection accuracy of the sensor.

【0007】また、励振用圧電素子106、モニタ用圧
電素子107およびコリオリ検出用圧電素子108、1
09が接着剤によって金属振動板103および金属板1
04、105に固着されていたため、接着のバラツキお
よび接着剤の温度特性がセンサーとしての角速度Ωの検
出精度のバラツキ要因となってしまう上に、この接着精
度、音叉振動子110の曲げ加工精度、固定軸102と
音叉振動子110および基台101の固定精度等の組立
加工精度のバラツキもセンサーによる角速度Ωの検出精
度のバラツキ要因となる。
The piezoelectric element for excitation 106, the piezoelectric element for monitoring 107, and the piezoelectric elements for Coriolis detection 108,
09 is the metal diaphragm 103 and the metal plate 1
04, 105, the variation in adhesion and the temperature characteristics of the adhesive cause the variation in the detection accuracy of the angular velocity Ω as a sensor. In addition, this adhesion accuracy, the bending accuracy of the tuning fork vibrator 110, Variations in the assembly processing accuracy such as the fixing accuracy of the fixed shaft 102, the tuning fork vibrator 110, and the base 101 also cause a variation in the detection accuracy of the angular velocity Ω by the sensor.

【0008】さらに、リード線111が各圧電素子10
6〜109を介して金属振動板103および振動板10
4、105に接続されるため、リード線111の捩れが
センサーの角速度Ωの検出精度のバラツキ要因になる。
Furthermore, the lead wire 111 is connected to each piezoelectric element 10
6 to 109, the metal diaphragm 103 and the diaphragm 10
4 and 105, the torsion of the lead wire 111 causes a variation in detection accuracy of the angular velocity Ω of the sensor.

【0009】このようなことから、従来の角速度センサ
ーの構造では、角速度Ωの検出精度を向上させるのは困
難である、という問題があった。
For this reason, the structure of the conventional angular velocity sensor has a problem that it is difficult to improve the detection accuracy of the angular velocity Ω.

【0010】また、励振方向とコリオリ検出方向とで
は、金属振動板103と金属板104、105との形状
(厚みおよび幅)が一致しないため、図13に示すよう
に励振時の共振周波数とコリオリ検出時の共振周波数を
一致させ難く、非共振型角速度センサーとなってしまっ
て、共振型に比して感度が低下してしまう、という問題
があった。
Further, since the shapes (thickness and width) of the metal vibration plate 103 and the metal plates 104 and 105 do not match in the excitation direction and the Coriolis detection direction, as shown in FIG. There is a problem that it is difficult to match the resonance frequency at the time of detection, and it becomes a non-resonance type angular velocity sensor, and the sensitivity is reduced as compared with the resonance type.

【0011】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、角速度の検出精度を高めることがで
きる角速度センサーを提供することを目的としている。
The present invention has been made in order to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an angular velocity sensor capable of improving the angular velocity detection accuracy.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の角速度センサーは、圧電材料をH型に形成
して中央を基台に固定することにより励振軸部および検
出軸部が同一方向に延在する二組の音叉を有する振動子
とし、前記励振軸部を前記検出軸部に対向する方向に励
振させる励振状態で、前記音叉の中心軸を回転軸とする
角速度が印加されたときに、前記励振軸部の励振方向に
対する直角方向に発生するコリオリ力を、前記励振方向
に対する直角方向の前記検出軸部の撓みにより生じる圧
電により検出する構成を有している。ここで、本発明の
角速度センサーは、前記振動子の中央を中心にする対角
の位置に、二組の前記音叉の前記励振軸部および前記検
出軸部をそれぞれ配置した構成とし、また、前記励振軸
部の励振に連動する音叉効果により前記検出軸部も前記
励振方向に励振して、前記音叉の二組として前記励振軸
部および前記検出軸部が開閉動作をする際に、互いの前
記励振軸部および前記検出軸部の開閉方向が逆になるよ
うに励振することにより、コリオリ力の検出時には、前
記検出軸部のそれぞれが前記励振方向に対して逆方向の
直角方向に撓む構成とするのが好適である。
In order to solve the above problems, an angular velocity sensor according to the present invention has an excitation shaft portion and a detection shaft portion which are the same by forming an H-shaped piezoelectric material and fixing the center to a base. A vibrator having two sets of tuning forks extending in the directions, and in an excitation state in which the excitation shaft portion is excited in a direction facing the detection shaft portion, an angular velocity having a center axis of the tuning fork as a rotation axis is applied. In some cases, a Coriolis force generated in a direction perpendicular to the excitation direction of the excitation shaft is detected by piezoelectricity generated by bending of the detection shaft in a direction perpendicular to the excitation direction. Here, the angular velocity sensor of the present invention has a configuration in which two sets of the excitation shaft portion and the detection shaft portion of the tuning fork are arranged at diagonal positions centered on the center of the vibrator, respectively, Due to the tuning fork effect interlocked with the excitation of the excitation shaft portion, the detection shaft portion also excites in the excitation direction, and when the excitation shaft portion and the detection shaft portion perform the opening and closing operation as two sets of the tuning forks, the mutual detection is performed. A configuration in which each of the detection shaft portions bends in a direction perpendicular to the excitation direction when Coriolis force is detected by exciting the opening and closing directions of the excitation shaft portion and the detection shaft portion to be opposite to each other. It is preferable that

【0013】この構成により、圧電材料をH型に形成し
た振動子の中央を基台に固定する構造としているので、
上述の従来技術で説明した図11に示すバイモルフ型に
構成するときのように接着剤を使用することなく、振動
子をユニモルフ型の一体構成にすることができるととも
に、振動子が圧電材料との一体構成のため圧電材から一
括切出して製作することができる。また、二組の音叉の
励振軸部および検出軸部毎に対角になる対称の位置関係
に配置することができ、振動リークを少なくして励振さ
せることができるとともに、その励振やコリオリ力によ
る振動を二組の音叉で逆方向に振動するようにすること
によって、その振動時に働くモーメントを互いに打ち消
し合う関係にすることができ、振動リークをより少なく
することができる。したがって、高感度に角速度を検出
可能な角速度センサーを低コストに作製することができ
る。
According to this structure, the center of the vibrator in which the piezoelectric material is formed in an H shape is fixed to the base.
The vibrator can be formed as a unimorph-type integrated structure without using an adhesive as in the case of forming the bimorph type shown in FIG. Since it is an integral structure, it can be cut out from the piezoelectric material and manufactured. In addition, the two sets of tuning forks can be arranged in a symmetrical positional relationship that is diagonal for each of the excitation shaft portion and the detection shaft portion, so that vibration can be reduced and vibration can be reduced. By causing the vibrations to vibrate in opposite directions with the two sets of tuning forks, the moments exerted during the vibrations can be made to cancel each other, and the vibration leakage can be further reduced. Therefore, an angular velocity sensor capable of detecting angular velocity with high sensitivity can be manufactured at low cost.

【0014】また、本発明の角速度センサーは、前記励
振軸部には、前記基台に固定される基台部から端部方向
に延在するように前記励振方向に対して並設される2つ
の励振電極を表裏面に形成して、表裏面で対向する前記
励振電極のそれぞれの間に分極方向を逆向きにする面垂
直分極処理を施す一方、前記検出軸部には、前記基台部
から端部方向に延在するように前記励振方向に対して並
設される3つの検出電極を表裏面に形成して、表裏面で
対向する中央の前記検出電極をゼロ電位とするように同
一面内で隣接する両側の前記検出電極の間に面内分極処
理を施すとともに、表裏面で対向する両側の前記検出電
極のそれぞれの間に分極方向を逆向きにする面垂直分極
処理を施し、前記励振電極および前記検出電極を前記基
台部で接続可能に延長した構成とするのが、好ましい。
In the angular velocity sensor according to the present invention, the excitation shaft portion is provided in parallel with the excitation direction so as to extend from a base fixed to the base in an end direction. One excitation electrode is formed on the front and back surfaces, and a surface perpendicular polarization process for reversing the polarization direction is performed between the excitation electrodes facing each other on the front and back surfaces, while the detection shaft portion includes the base portion. The three detection electrodes arranged in parallel with the excitation direction are formed on the front and back surfaces so as to extend from the front end to the end direction. Along with performing in-plane polarization processing between the detection electrodes on both sides adjacent in the plane, performing a plane perpendicular polarization processing to reverse the polarization direction between each of the detection electrodes on both sides facing each other on the front and back surfaces, The excitation electrode and the detection electrode can be connected at the base. To it was poured configuration are preferred.

【0015】この構成により、励振軸部の表裏に2つず
つの励振電極の形成を行うことによって、励振電極の並
設方向の面内励振であることから励振電極面積を大きく
とることができ、励振効率を向上せることが可能とな
る。また、検出軸部には、面内分極によりゼロ電位とな
る検出電極を中央に配置し、両側に+−逆方向の電位と
なる検出電極を面垂直分極によって配置したことによっ
て、コリオリ力の検出出力を、両側の検出電極と中央の
ゼロ電位の検出電極との差動で取り出すことができ、ノ
イズをキャンセルして検出感度を向上することができ
る。さらに、励振、検出の両電極を基台部でそれぞれ延
長接続することによって、回路基板との信号線による接
続を振動の少ない基台部で行うことができ、接続の信頼
性を向上させることができるとともに、検出精度を低下
させてしまうことをなくすことができる。
According to this configuration, by forming two excitation electrodes on each of the front and back sides of the excitation shaft portion, the excitation electrode area can be increased because of in-plane excitation in the direction in which the excitation electrodes are arranged. Excitation efficiency can be improved. In addition, a detection electrode that becomes zero potential due to in-plane polarization is disposed at the center of the detection axis, and a detection electrode that becomes potential in the opposite direction is disposed on both sides by plane-perpendicular polarization, thereby detecting Coriolis force. The output can be taken out by the differential between the detection electrodes on both sides and the zero-potential detection electrode at the center, and noise can be canceled to improve the detection sensitivity. Furthermore, by extending and connecting both the excitation and detection electrodes at the base portion, the signal line connection with the circuit board can be performed at the base portion with less vibration, and the reliability of the connection can be improved. It is possible to prevent the detection accuracy from being lowered.

【0016】さらに、本発明の角速度センサーは、前記
基台に固定される基台部には、前記励振軸部および前記
検出軸部の延長面から外方に突出する段付形状に形成す
る一方、前記振動子を割り部のバネ性により保持固定す
るクランパブロックを備え、前記クランパブロックに
は、断面をV字形状または半円形状に形成して前記基台
部の前記段付形状の角を当接させて固定する溝部を設け
た構成とし、また、前記クランパブロックの前記溝部内
面と前記振動子の前記段付形状の角との間は、予め前記
溝部内面に被覆されてリフローされた低融点材料により
埋められている構成とするのが、好ましい。
Further, in the angular velocity sensor according to the present invention, the base portion fixed to the base has a stepped shape projecting outward from an extension surface of the excitation shaft portion and the detection shaft portion. A clamper block for holding and fixing the vibrator by the spring property of a split portion, wherein the clamper block has a V-shaped or semi-circular cross-section to form a corner of the stepped shape of the base portion. A groove portion to be abutted and fixed is provided, and the gap between the inner surface of the groove portion of the clamper block and the corner of the stepped shape of the vibrator is previously covered with the inner surface of the groove portion and reflowed. It is preferable that the structure is filled with a melting point material.

【0017】この構成により、振動子の段付形状の角を
クランパブロックのV字又は半円形の溝部でバラツキの
ない極めて安定した状態で保持固定することができ、そ
の固定のバラツキが検出感度に影響を与えることを少な
くすることができる。さらに、振動子とクランパブロッ
クとの固定個所に被覆したハンダ等の低融点材料のメッ
キなどを、そのクランプ後にリフローさせることによっ
て形状誤差などによってクランパブロックとの間に存在
する微少スキマを埋めることができ、固定の安定化を図
れるばかりでなく、固定を一定にして、バラツキが検出
感度に影響を与えるのを極めて少なくすることができ
る。
According to this configuration, the stepped corner of the vibrator can be held and fixed in the V-shaped or semicircular groove portion of the clamper block in a very stable state without any variation, and the variation in the fixation increases the detection sensitivity. The influence can be reduced. In addition, the plating of low melting point material such as solder coated on the fixing point between the vibrator and the clamper block, etc., can be reflowed after clamping, thereby filling the minute gap existing between the clamper block due to shape errors etc. In addition to stabilizing the fixation, it is possible to keep the fixation constant and to minimize the influence of the variation on the detection sensitivity.

【0018】また、本発明の角速度センサーは、前記振
動子は、真空封止するパッケージ内に設置した構成とす
るのが、クランパと振動子を一体構成として真空封止し
たパッケージ中に設置することにより、振動時のQを極
めて大きくでき、角速度検出感度を向上させることがで
きて、好ましい。
In the angular velocity sensor according to the present invention, the vibrator is installed in a package which is vacuum-sealed, but the clamper and the vibrator are integrally installed and installed in a vacuum-sealed package. Thereby, Q during vibration can be extremely increased, and the angular velocity detection sensitivity can be improved, which is preferable.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて説
明する。図1〜図10は本発明に係る角速度センサーの
一実施形態を示す図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 10 are views showing an embodiment of an angular velocity sensor according to the present invention.

【0020】図1において、角速度センサーは、圧電材
料をH型に切り出すなどして製作した振動子11を、図
7、図8に示すクランパブロック(基台)70に保持固
定させて収納ケース80内に収納してパッケージングす
ることによりユニット化するようになっており、この振
動子11は、クランパブロック70に保持固定されるH
型の中央を側方に突出させて段付形状に形成される基台
部12と、この基台部12を中心にして互いに離隔する
方向に延在する二組の音叉構成の音叉部13、14と、
を備えている。
In FIG. 1, the angular velocity sensor is configured such that a vibrator 11 manufactured by cutting a piezoelectric material into an H shape is held and fixed on a clamper block (base) 70 shown in FIGS. The vibrator 11 is held and fixed to a clamper block 70 by being housed and packaged in a unit.
A base portion 12 formed in a stepped shape by projecting the center of the mold to the side, and a tuning fork portion 13 having two sets of tuning forks extending in a direction away from each other with the base portion 12 as a center; 14 and
It has.

【0021】この振動子11は、音叉部13、14を構
成する軸部がそれぞれ励振軸部15、16と検出軸部1
7、18を構成することにより、角速度センサーとして
機能するようになっており、この音叉部13、14は、
励振軸部15、16および検出軸部17、18のそれぞ
れが回転対称となって基台部12を中心として対角に位
置するように配置されている。
In the vibrator 11, the shafts forming the tuning forks 13 and 14 have the excitation shafts 15 and 16 and the detection shaft 1 respectively.
The tuning forks 13 and 14 are configured to function as angular velocity sensors by configuring the tuning forks 13 and 14.
The excitation shaft portions 15 and 16 and the detection shaft portions 17 and 18 are arranged so as to be rotationally symmetric and positioned diagonally about the base 12.

【0022】すなわち、振動子11は、図4〜図6に示
すように、励振軸部15、16を検出軸部17、18に
対向する方向に励振駆動させることにより、その検出軸
部17、18も音叉構造(効果)により連動させて励振
振動させることができ、この励振状態時に、音叉部1
3、14の中心軸C(励振軸部15(16)と検出軸部
17(18)の間の中心軸)を回転軸とする角速度Ωが
印加されたときに、その検出軸部17、18が励振方向
に対する直角方向のコリオリ力で撓むことにより生じる
圧電を取り出してその角速度Ωを検出するようになって
いる。このときに、この振動子11は、音叉部13の励
振軸部15および検出軸部17と、音叉部14の励振軸
部16および検出軸部18とを互いに逆のタイミングで
開閉するように動作させることにより、基台部12に加
わる励振振動によるモーメントを互いにキャンセルして
振動がリークすることを小さくすることができるととも
に、励振状態時にコリオリ力が加えられたときにも、検
出軸部17、18を逆方向に撓ませて基台部12に加わ
るモーメントを互いにキャンセルして振動がリークする
ことを小さくすることができる。
That is, as shown in FIGS. 4 to 6, the vibrator 11 drives the excitation shaft portions 15 and 16 in a direction facing the detection shaft portions 17 and 18 so that the detection shaft portions 17 and 18 are driven. 18 can also be excited and vibrated in conjunction with the tuning fork structure (effect).
When an angular velocity Ω having a central axis C (central axis between the excitation axis section 15 (16) and the detection axis section 17 (18)) of 3 and 14 as a rotation axis is applied, the detection axis sections 17 and 18 are applied. Extracts piezoelectric generated by bending by Coriolis force in a direction perpendicular to the excitation direction, and detects its angular velocity Ω. At this time, the vibrator 11 operates so as to open and close the excitation shaft 15 and the detection shaft 17 of the tuning fork 13 and the excitation shaft 16 and the detection shaft 18 of the tuning fork 14 at timings opposite to each other. By doing so, it is possible to cancel the moment due to the excitation vibration applied to the base portion 12 and to reduce the leakage of the vibration, and to reduce the detection shaft portion 17 when the Coriolis force is applied in the excitation state. By bending the base 18 in the opposite direction, the moments applied to the base 12 are canceled each other, and leakage of vibration can be reduced.

【0023】具体的には、振動子11は、励振軸部1
5、16のそれぞれの表裏面に2本の励振電極31〜3
4、41〜44を並列させる一方、検出軸部17、18
のそれぞれの表裏面には3本の検出電極51〜56、6
1〜66を並列させており、表面側の励振電極31、3
2、41、42はワイヤ36〜38を接続されて、ま
た、裏面側の励振電極33、34、43、44も同様に
ワイヤ46〜48を接続されて導通を確保される一方、
検出電極51〜56、61〜66は基台部12の表裏面
にも電極を形成して、検出電極51、61、検出電極5
2、62、検出電極53、63、検出電極54、64、
検出電極55、65、検出電極56、66が別々に導通
する状態の回路構成に形成されている。なお、図中にお
いて、電極表面にハッチングなどを付しているが電極を
見易くするだけのものであって、断面を示すものではな
い。
Specifically, the vibrator 11 includes the excitation shaft 1
5 and 16, two excitation electrodes 31 to 3
4, 41 to 44 are arranged in parallel, while the detection shafts 17, 18 are arranged in parallel.
The three detection electrodes 51-56, 6
1 to 66 are arranged in parallel, and the excitation electrodes 31, 3
2, 41 and 42 are connected with wires 36 to 38, and the excitation electrodes 33, 34, 43 and 44 on the back side are similarly connected with wires 46 to 48 to ensure conduction,
The detection electrodes 51 to 56 and 61 to 66 also have electrodes formed on the front and back surfaces of the base portion 12 so that the detection electrodes 51 and 61 and the detection electrodes 5
2, 62, detection electrodes 53, 63, detection electrodes 54, 64,
The detection electrodes 55 and 65 and the detection electrodes 56 and 66 are formed in a circuit configuration in a state where they are electrically conductive. In the drawings, the surface of the electrode is hatched, but this is only for the purpose of making the electrode easier to see, and does not show a cross section.

【0024】この音叉部13の励振軸部15には、図2
に示すように、表裏面で対向する励振電極31、33の
間と、隣接する励振電極32、34の間とに分極方向
a、bが逆向きになるように面垂直分極処理を施す一
方、音叉部14の励振軸部16には、音叉部13の励振
軸部15に対して対角の位置同士で同一の分極方向c、
dになるように表裏面で対向する励振電極41、43の
間と、励振電極42、44の間とに面垂直分極処理を施
されている。
The excitation shaft portion 15 of the tuning fork portion 13 has a structure shown in FIG.
As shown in FIG. 4, while the surface perpendicular polarization process is performed between the excitation electrodes 31 and 33 opposed on the front and back surfaces and between the adjacent excitation electrodes 32 and 34 so that the polarization directions a and b are opposite to each other, The excitation shaft portion 16 of the tuning fork portion 14 has the same polarization direction c at diagonal positions with respect to the excitation shaft portion 15 of the tuning fork portion 13,
The plane perpendicular polarization process is performed between the excitation electrodes 41 and 43 facing each other on the front and back surfaces and between the excitation electrodes 42 and 44 so as to be d.

【0025】また、音叉部13の検出軸部17には、同
様に、表裏面で対向する検出電極51、54の間と、反
対側の検出電極53、56の間とに分極方向e、fが逆
向きになるように面垂直分極処理を施す一方、音叉部1
4の検出軸部18には、音叉部13の検出軸部17に対
して対角の位置同士で同一の分極方向g、hになるよう
に表裏面で対向する検出電極61、64の間と、検出電
極63、66の間とに面垂直分極処理を施されている。
また、この検出軸部17には、これらの間の表裏面で対
向する中央の検出電極52、55をゼロ電位するよう
に、同一面内で隣接する両側の検出電極51、53と検
出電極54、56の間に分極方向i1、i2と分極方向
j1、j2とが逆向きになる面内分極処理を施す一方、
また、検出軸部18には、同様に、検出軸部17に対し
て対角の位置同士で同一の分極方向k1、k2、l1、
l2になるように、中央の検出電極62、65をゼロ電
位として検出電極61、63と検出電極64、66の間
に面内分極処理を施されている。
Similarly, the direction of polarization e and f of the detection shaft 17 of the tuning fork 13 is set between the detection electrodes 51 and 54 facing each other on the front and back surfaces and between the detection electrodes 53 and 56 on the opposite side. The surface of the tuning fork 1
The detection shaft portion 18 of the fourth fork 13 has a portion between the detection electrodes 61 and 64 facing each other on the front and back surfaces so as to have the same polarization direction g and h at diagonal positions with respect to the detection shaft portion 17 of the tuning fork portion 13. , And between the detection electrodes 63 and 66 are subjected to a plane perpendicular polarization process.
In addition, the detection shaft portion 17 is provided with the detection electrodes 51 and 53 and the detection electrodes 54 on both sides adjacent to each other in the same plane so that the central detection electrodes 52 and 55 facing each other on the front and back surfaces have a zero potential. , 56, an in-plane polarization process in which the polarization directions i1, i2 and the polarization directions j1, j2 are reversed,
Similarly, the same polarization direction k1, k2, l1,
In-plane polarization processing is performed between the detection electrodes 61 and 63 and the detection electrodes 64 and 66 by setting the center detection electrodes 62 and 65 to zero potential so as to be l2.

【0026】このことから、振動子11は、このような
分極処理後には、励振電極32、33、41、44およ
び検出電極51、56、63、64は+電位であり、励
振電極31、34、42、43および検出電極53、5
4、61、66は−電位であり、検出電極52、55お
よび62、65とがゼロ電極となっている。
From the above, after vibrating, the excitation electrodes 32, 33, 41, and 44 and the detection electrodes 51, 56, 63, and 64 have the positive potential after the polarization processing, and the excitation electrodes 31, 34 , 42, 43 and detection electrodes 53, 5
4, 61 and 66 are negative potentials, and the detection electrodes 52, 55 and 62 and 65 are zero electrodes.

【0027】そして、この振動子11は、図3に示すよ
うに、音叉部13、14の励振軸部15、16の表面に
形成された励振電極31、32、41、42が電源90
の一方の端子91に接続される一方、裏面に形成された
励振電極33、34、43、44が他方のアース接地さ
れる端子92に接続されて、正負電圧を交互に印加され
るようになっており、この励振軸部15、16が図3中
左半分と右半分とを交互に伸縮させることを繰り返して
検出軸部17、18に向かって逆のタイミングで近接・
離隔する励振駆動を行うのに対して、検出軸部17、1
8はその励振軸部15、16による音叉効果によって同
様に近接・離隔するように励振振動することができる。
この結果、図4に示すように、励振軸部15が図4中矢
印方向に振動することにより音叉効果によって検出軸部
17も図4中矢印方向に振動するのと同時に、励振軸部
16が図4中矢印方向に振動することにより音叉効果に
よって検出軸部18も図4中矢印方向に振動し、次の瞬
間には、それぞれが図4中の矢印方向とは逆方向に振動
し、これを交互に繰り返すことによって、この音叉部1
3、14は互いに逆のタイミングで開閉動作することに
なる。
As shown in FIG. 3, the vibrator 11 has excitation electrodes 31, 32, 41 and 42 formed on the surfaces of the excitation shafts 15 and 16 of the tuning forks 13 and 14, respectively.
The excitation electrodes 33, 34, 43, and 44 formed on the back surface are connected to the other grounded terminal 92, so that positive and negative voltages are alternately applied. The excitation shaft portions 15 and 16 repeatedly extend and retract the left half and the right half in FIG. 3 alternately, and approach the detection shaft portions 17 and 18 at opposite timings.
In contrast to the excitation drive that is separated, the detection shafts 17 and 1
8 can also be excited and vibrated so as to be close to and apart from each other by the tuning fork effect of the excitation shaft portions 15 and 16.
As a result, as shown in FIG. 4, when the excitation shaft 15 vibrates in the direction of the arrow in FIG. 4, the detection shaft 17 also vibrates in the direction of the arrow in FIG. By vibrating in the direction of the arrow in FIG. 4, the detection shaft 18 also vibrates in the direction of the arrow in FIG. 4 due to the tuning fork effect, and at the next moment, each of the detection shaft portions 18 vibrates in the direction opposite to the direction of the arrow in FIG. Are alternately repeated, so that this tuning fork 1
3, 14 open and close at the opposite timing.

【0028】これに対して、音叉部13、14が励振状
態時に中心軸Cを回転軸とする回転角速度Ωを加えられ
たときには、図5および図6に示すように、励振軸部1
5、16および検出軸部17、18が図中矢印で示す方
向のコリオリ力により励振方向に対して直交方向にそれ
ぞれ撓むことになり、そのうちの検出軸部17、18
は、図3中上半分と下半分との交互の伸縮によって生ず
る電圧を、中央の検出電極55、65をアース電極とす
る、検出電極54と検出電極56と間の差動出力とする
とともに、検出電極64と検出電極66との間の差動出
力として、差動アンプ95に入力することによって、そ
の出力端子96、97からコリオリ力に応じた電圧値と
して高感度に外部に取出すことができる。また、これら
検出電極54、56、64、66は、それぞれ裏面側の
検出電極51、53、61、63に接続線23で接続す
ることにより、温度変化によって出力端子96、97間
に生ずる焦電電荷をキャンセルして検出感度をより向上
させることもできる。
On the other hand, when the tuning forks 13 and 14 are excited and a rotational angular velocity Ω having the central axis C as a rotation axis is applied, as shown in FIGS.
5 and 16 and the detection shaft portions 17 and 18 are bent in a direction orthogonal to the excitation direction by Coriolis force in a direction indicated by an arrow in the drawing.
Is a differential output between the detection electrode 54 and the detection electrode 56 with the center detection electrodes 55 and 65 as ground electrodes, and the voltage generated by the alternate expansion and contraction of the upper half and the lower half in FIG. By inputting the differential output between the detection electrode 64 and the detection electrode 66 to the differential amplifier 95, the voltage can be extracted from the output terminals 96 and 97 to the outside with high sensitivity as a voltage value corresponding to the Coriolis force. . The detection electrodes 54, 56, 64, 66 are connected to the detection electrodes 51, 53, 61, 63 on the back side via the connection line 23, respectively. The detection sensitivity can be further improved by canceling the charge.

【0029】そして、この振動子11は、基台部12の
側面をさらに段付形状に形成するように外方に突出する
突出部12a、12bを設けて、その突出部12a、1
2bの裏面側には、励振軸部15、16の裏面側の励振
電極33、44を角部まで延長した接続電極35、45
を配設される一方、その接続電極35、45の背面側
(表面側)には、独立した固定電極39、49を配設さ
れており、これら電極35、39、45、49を半田付
けして、図7〜図10に示すクランパブロック70に保
持固定させて収納ケース80内で真空封止しパッケージ
ングすることにより角速度センサユニットを作製するよ
うになっている。
The vibrator 11 is provided with protruding portions 12a and 12b protruding outward so as to further form the side surface of the base portion 12 into a stepped shape.
On the back side of 2b, connection electrodes 35, 45 which are formed by extending the excitation electrodes 33, 44 on the back side of the excitation shaft parts 15, 16 to the corners.
On the back side (front side) of the connection electrodes 35, 45, independent fixed electrodes 39, 49 are provided, and these electrodes 35, 39, 45, 49 are soldered. Then, the angular velocity sensor unit is manufactured by being held and fixed to the clamper block 70 shown in FIGS. 7 to 10, sealed in a vacuum in the storage case 80, and packaged.

【0030】クランパブロック70は、図7〜図9に示
すように、断面をV字形状(半円形状でもよい)に形成
した溝部71を互いに対面させてその内面に基台部12
の突出部12a、12bの角部を当接させて振動子11
を固定保持する一対のサイドブロック72と、そのサイ
ドブロック72を支持するセンターブロック73とから
構成されており、センターブロック73には下面側に開
口するスリワリ(割り部)74を形成するとともに、そ
のセンターブロック73とサイドブロック72が対面す
るスリワリ75を形成することにより、溝部71を近接
させる方向に働くばね力を発現させて、そのばね力によ
って振動子11の基台部12を保持固定するようになっ
ている。また、クランパブロック70のサイドブロック
72には、溝部71に対して直交する方向に形成されて
外方に開口するスリワリ77が形成されており、振動子
11の基台部12の突出部12a、12bをより確実
に、しかもバラツキのないように固定するようになって
いる。さらに、クランパブロック70には、振動子11
を装着する時に溝部71を開閉するための爪78をサイ
ドブロック72に形成されている。
As shown in FIGS. 7 to 9, the clamper block 70 has grooves 71 formed in a V-shaped (or semi-circular) cross section, facing each other.
The corners of the protruding portions 12a and 12b of the
And a center block 73 for supporting the side block 72. The center block 73 is formed with a slit (slit) 74 that opens to the lower surface side. The center block 73 and the side block 72 are formed with the slits 75 facing each other, so that a spring force acting in a direction to approach the groove 71 is developed, and the base 12 of the vibrator 11 is held and fixed by the spring force. It has become. Further, the side block 72 of the clamper block 70 is formed with a slipper 77 formed in a direction orthogonal to the groove 71 and opening outward, and the protrusion 12 a of the base 12 of the vibrator 11, 12b is fixed more reliably and without variation. Further, the clamper block 70 includes the vibrator 11
A claw 78 for opening and closing the groove portion 71 when mounting is mounted on the side block 72.

【0031】また、このクランパブロック70は、図1
0に示すように、溝部71の内面まで覆うようにハンダ
などの低融点メッキ76が施されており、振動子11を
クランプした後に加熱して低融点メッキ76をリフロー
させることによって、基台部12の突出部12a、12
bに形成した接続電極35、45および固定電極39、
49にもハンダ76aを固着させるようになっている。
この結果、溝部71の内面と基台部12の突出部12
a、12bの角部との間に加工精度(接触制度)に応じ
て生じる微少スキマをハンダ76aにより埋めて固定す
ることができ、固定する度合いのバラツキを低減して、
振動子11の固定を安定化するとともに固定の度合いの
バラツキが検出感度に影響を与えることを少なくしてい
る。そして、このクランパブロック70は、サイドブロ
ック72およびセンターブロック73を金属材料(導電
材料)により作製されており、励振軸部15、16の裏
面に形成されている励振電極33、44が、基台部12
まで延長した接続電極35、45をハンダ付けされて、
ワイヤ46〜48により導通されている励振電極34、
43と共にアースに接地されている。
Further, the clamper block 70 has a
As shown in FIG. 0, a low melting point plating 76 such as solder is applied so as to cover the inner surface of the groove 71, and the base 11 is heated by clamping the vibrator 11 and then reflowing the low melting point plating 76. 12 projections 12a, 12
b, the connection electrodes 35, 45 and the fixed electrode 39,
The solder 76a is also fixed to 49.
As a result, the inner surface of the groove 71 and the protrusion 12
A small gap generated according to the processing accuracy (contact accuracy) between the a and 12b corners can be filled and fixed by the solder 76a, and the variation in the degree of fixing can be reduced.
The fixing of the vibrator 11 is stabilized, and the variation in the degree of fixing does not affect the detection sensitivity. In the clamper block 70, the side block 72 and the center block 73 are made of a metal material (conductive material), and the excitation electrodes 33, 44 formed on the back surfaces of the excitation shaft portions 15, 16 are mounted on a base. Part 12
The connection electrodes 35 and 45 extended to
An excitation electrode 34 that is conducted by wires 46 to 48;
43 and grounded.

【0032】一方、収納ケース80は、クランパブロッ
ク70を接着剤などにより固着したステム81に、励振
軸部15、16および検出軸部17、18の振動空間8
3を確保するように覆うキャップ82を接合して振動子
11を真空封止するようになっている。このため、振動
子11をクランパブロック70との一体構成として真空
封止するパッケージ内に設置することができ、振動時の
Qを極めて大きくして角速度Ωを高感度に検出すること
ができる。
On the other hand, the storage case 80 is provided with a stem 81 to which the clamper block 70 is fixed by an adhesive or the like, and a vibration space 8 for the excitation shaft portions 15 and 16 and the detection shaft portions 17 and 18.
The vibrator 11 is vacuum-sealed by joining a cap 82 to cover the vibrator 11 so as to secure the vibrator 3. Therefore, the vibrator 11 can be installed in a package to be vacuum-sealed as an integral structure with the clamper block 70, and the Q during vibration can be extremely increased to detect the angular velocity Ω with high sensitivity.

【0033】具体的には、ステム81には、振動子11
の励振電極32(31、41、42)と、検出電極51
(61)と、検出電極53(63)とを、四隅のうちの
3箇所に封止ガラス84によってハーメチック固定され
たリードピン85にボンディングワイヤ87により接続
されるとともに、検出電極52(62)を、ロー付けな
どによって気密接合されたリードピン86にボンディン
グワイヤ87により接続されるようになっており、この
後に、真空吸引した状態でキャップ82を周縁部に接合
する全周リングプロジェクション溶接または冷間圧接を
行うことによって、振動子11を収納する空間83を真
空にして角速度センサユニットを作製する。
More specifically, the vibrator 11 is attached to the stem 81.
Excitation electrodes 32 (31, 41, 42) and detection electrodes 51
(61) and the detection electrode 53 (63) are connected by a bonding wire 87 to a lead pin 85 hermetically fixed at three of the four corners by a sealing glass 84, and the detection electrode 52 (62) is A lead pin 86 that is hermetically joined by brazing or the like is connected by a bonding wire 87. Thereafter, full-circle ring projection welding or cold pressure welding for joining the cap 82 to the peripheral edge in a state of vacuum suction is performed. By doing so, the space 83 accommodating the vibrator 11 is evacuated to produce an angular velocity sensor unit.

【0034】したがって、車両の角速度Ωを検出測定す
る場合には、図7に示す振動子11の中心軸Cの図7中
上方向を「天」、下方向を「地」になるようにリードピ
ン85、86を導通固定して車載することによって、そ
の車両のヨー回転が音叉部13、14の中心軸Cを回転
軸として働くようにし、その角速度Ωを高感度に検出す
ることができる。
Therefore, when detecting and measuring the angular velocity Ω of the vehicle, the lead pin is set so that the upper direction in FIG. 7 of the central axis C of the vibrator 11 shown in FIG. When the vehicle is mounted on the vehicle with the conductors 85 and 86 electrically fixed, the yaw rotation of the vehicle works with the center axis C of the tuning fork portions 13 and 14 as the rotation axis, and the angular velocity Ω can be detected with high sensitivity.

【0035】このように本実施形態においては、圧電材
料をH型に一括切出した振動子11をクランパブロック
70により一体になるように保持固定させて収納ケース
80内に真空封止する構造とすることにより、振動子1
1の作製に接着剤を用いることなく、二組の音叉部1
3、14を備えるユニモルフ型の振動子11を安価に作
製することができ、音叉部13、14それぞれの励振軸
部15、16および検出軸部17、18をリークの少な
い振動をさせることができ、高感度に加えられる角速度
を検出することができる。
As described above, the present embodiment has a structure in which the vibrator 11 obtained by cutting out the piezoelectric material into H-shape is held and fixed by the clamper block 70 so as to be integrated, and is vacuum-sealed in the storage case 80. The vibrator 1
1 without using an adhesive, and two sets of tuning forks 1
The unimorph type vibrator 11 including the components 3 and 14 can be manufactured at low cost, and the excitation shaft portions 15 and 16 and the detection shaft portions 17 and 18 of the tuning fork portions 13 and 14 can be vibrated with little leakage. , The angular velocity applied with high sensitivity can be detected.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、圧電材
料をH型に形成した振動子の中央を基台に固定する構造
とすることにより、接着剤を使用する必要のない、振動
子を圧電材から一括切出して電極形成をするだけのユニ
モルフ型の一体構成にすることができ、二組の音叉の励
振軸部および検出軸部をリーク少なく振動させる構造に
固定することができる。したがって、検出感度に優れる
安価な角速度センサーを提供することができる。
As described above, the present invention has a structure in which the center of a vibrator formed of a piezoelectric material in an H-shape is fixed to a base, thereby eliminating the need for using an adhesive. Can be integrally cut out of the piezoelectric material to form an electrode, and the two sets of tuning fork excitation and detection shafts can be fixed to a structure that vibrates with less leakage. Therefore, an inexpensive angular velocity sensor having excellent detection sensitivity can be provided.

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

【図1】本発明に係る角速度センサーの一実施形態の要
部構成を示す図であり、(a)は正面図オモテ面、
(b)はその側面図、(c)は正面図ウラ面である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a main part of an embodiment of an angular velocity sensor according to the present invention, where (a) is a front view and a front side,
(B) is a side view, and (c) is a front view back surface.

【図2】その分極方向を示す上面図および下面図であ
る。
FIG. 2 is a top view and a bottom view showing the polarization direction.

【図3】その使用回路を示す接続図である。FIG. 3 is a connection diagram showing a use circuit thereof.

【図4】その動作を示す正面図である。FIG. 4 is a front view showing the operation.

【図5】その動作を示す側面図である。FIG. 5 is a side view showing the operation.

【図6】その動作を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing the operation.

【図7】そのパッケージングを説明する平面透視図であ
る。
FIG. 7 is a perspective plan view illustrating the packaging.

【図8】そのパッケージングを説明する正面透視図であ
る。
FIG. 8 is a front perspective view illustrating the packaging.

【図9】そのパッケージングを説明する側面透視図であ
る。
FIG. 9 is a side perspective view illustrating the packaging.

【図10】そのパッケージングの要部を示す一部拡大断
面図である。
FIG. 10 is a partially enlarged sectional view showing a main part of the packaging.

【図11】その従来技術を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing the prior art.

【図12】その動作を示す斜視図である。FIG. 12 is a perspective view showing the operation.

【図13】その特性を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing the characteristics.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 振動子 12 基台部 12a 突出部 13、14 音叉部 15、16 励振軸部 17、18 検出軸部 23 接続線 31〜34、41〜44 励振電極 35、45 接続電極 36〜38、46〜48 ワイヤ 39、49 固定電極 51〜56、61〜66 検出電極 70 クランパブロック 71 溝部 72 サイドブロック 73 センターブロック 75、77 スリワリ 76 低融点メッキ 76a ハンダ 80 収納ケース 81 ステム 82 キャップ 83 振動空間 84 封止ガラス 85、86 リードピン 87 ボンディングワイヤ 90 電源 95 差動アンプ DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Vibrator 12 Base part 12a Projection part 13,14 Tuning fork part 15,16 Excitation shaft part 17,18 Detection shaft part 23 Connection line 31-34,41-44 Excitation electrode 35,45 Connection electrode 36-38,46- 48 Wire 39, 49 Fixed electrode 51-56, 61-66 Detection electrode 70 Clamper block 71 Groove 72 Side block 73 Center block 75, 77 Swari 76 Low melting plating 76a Solder 80 Storage case 81 Stem 82 Cap 83 Vibration space 84 Sealing Glass 85, 86 Lead pin 87 Bonding wire 90 Power supply 95 Differential amplifier

フロントページの続き (72)発明者 関野 晴彦 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目3番1 号 松下通信工業株式会社内 (72)発明者 福田 徹 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目3番1 号 松下通信工業株式会社内 Fターム(参考) 2F105 BB02 BB03 BB15 CC01 CD02 CD06 CD13 Continuation of the front page (72) Inventor Haruhiko Sekino 4-3-1 Tsunashima Higashi, Kohoku-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Matsushita Communication Industrial Co., Ltd. No. 1 Matsushita Communication Industrial Co., Ltd. F-term (reference) 2F105 BB02 BB03 BB15 CC01 CD02 CD06 CD13

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧電材料をH型に形成して中央を基台に
固定することにより励振軸部および検出軸部が同一方向
に延在する二組の音叉を有する振動子とし、 前記励振軸部を前記検出軸部に対向する方向に励振させ
る励振状態で、前記音叉の中心軸を回転軸とする角速度
が印加されたときに、前記励振軸部の励振方向に対する
直角方向に発生するコリオリ力を、前記励振方向に対す
る直角方向の前記検出軸部の撓みにより生じる圧電によ
り検出することを特徴とする角速度センサー。
1. A vibrator having two sets of tuning forks in which an excitation shaft portion and a detection shaft portion extend in the same direction by forming a piezoelectric material into an H-shape and fixing the center to a base. Coriolis force generated in a direction perpendicular to the excitation direction of the excitation shaft when an angular velocity is applied with the central axis of the tuning fork as a rotation axis in an excitation state in which the unit is excited in a direction facing the detection shaft. Is detected by piezoelectricity generated by bending of the detection shaft portion in a direction perpendicular to the excitation direction.
【請求項2】 前記振動子の中央を中心にする対角の位
置に、二組の前記音叉の前記励振軸部および前記検出軸
部をそれぞれ配置したことを特徴とする請求項1に記載
の角速度センサー。
2. The tuning shaft according to claim 1, wherein the excitation shaft portion and the detection shaft portion of the two sets of the tuning forks are respectively arranged at diagonal positions about the center of the vibrator. Angular velocity sensor.
【請求項3】 前記励振軸部の励振に連動する音叉効果
により前記検出軸部も前記励振方向に励振して、前記音
叉の二組として前記励振軸部および前記検出軸部が開閉
動作をする際に、互いの前記励振軸部および前記検出軸
部の開閉方向が逆になるように励振することにより、コ
リオリ力の検出時には、前記検出軸部のそれぞれが前記
励振方向に対して逆方向の直角方向に撓むことを特徴と
する請求項1または2に記載の角速度センサー。
3. The detection shaft portion is also excited in the excitation direction by a tuning fork effect interlocked with the excitation of the excitation shaft portion, and the excitation shaft portion and the detection shaft portion open and close as two sets of the tuning forks. When the Coriolis force is detected, each of the detection shafts is in a direction opposite to the excitation direction by exciting the excitation shaft and the detection shaft so that the opening and closing directions of the excitation shaft and the detection shaft are opposite to each other. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the angular velocity sensor bends in a right angle direction.
【請求項4】 前記励振軸部には、前記基台に固定され
る基台部から端部方向に延在するように前記励振方向に
対して並設される2つの励振電極を表裏面に形成して、
表裏面で対向する前記励振電極のそれぞれの間に分極方
向を逆向きにする面垂直分極処理を施す一方、 前記検出軸部には、前記基台部から端部方向に延在する
ように前記励振方向に対して並設される3つの検出電極
を表裏面に形成して、表裏面で対向する中央の前記検出
電極をゼロ電位とするように同一面内で隣接する両側の
前記検出電極の間に面内分極処理を施すとともに、表裏
面で対向する両側の前記検出電極のそれぞれの間に分極
方向を逆向きにする面垂直分極処理を施し、 前記励振電極および前記検出電極を前記基台部で接続可
能に延長したことを特徴する請求項1から3のいずれか
に記載の角速度センサー。
4. The excitation shaft portion has two excitation electrodes arranged on the front and back surfaces thereof in parallel with the excitation direction so as to extend in an end direction from a base fixed to the base. Forming
While performing a surface perpendicular polarization process of reversing the polarization direction between the respective excitation electrodes facing each other on the front and back surfaces, the detection shaft portion is configured to extend from the base portion toward the end portion. Three detection electrodes arranged side by side with respect to the excitation direction are formed on the front and back surfaces, and the detection electrodes on both sides adjacent in the same plane so that the center detection electrode facing the front and back surfaces has zero potential. In-plane polarization treatment is performed between the two electrodes, and surface perpendicular polarization treatment for reversing the polarization direction is performed between each of the detection electrodes on both sides facing each other on the front and back surfaces, and the excitation electrode and the detection electrode are mounted on the base. The angular velocity sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the angular velocity sensor is extended so as to be connectable at a portion.
【請求項5】 前記基台に固定される基台部には、前記
励振軸部および前記検出軸部の延長面から外方に突出す
る段付形状に形成する一方、 前記振動子を割り部のバネ性により保持固定するクラン
パブロックを備え、 前記クランパブロックには、断面をV字形状または半円
形状に形成して前記基台部の前記段付形状の角を当接さ
せて固定する溝部を設けたことを特徴とする請求項1か
ら4のいずれかに記載の角速度センサー。
5. A base portion fixed to the base is formed in a stepped shape protruding outward from an extension surface of the excitation shaft portion and the detection shaft portion. A groove formed in the clamper block, the cross-section of which is formed in a V-shape or a semicircular shape, and which is fixed by abutting the corner of the stepped shape of the base portion. The angular velocity sensor according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
【請求項6】 前記クランパブロックの前記溝部内面と
前記振動子の前記段付形状の角との間は、予め前記溝部
内面に被覆されてリフローされた低融点材料により埋め
られていることを特徴とする請求項5に記載の角速度セ
ンサー。
6. A gap between the inner surface of the groove of the clamper block and the corner of the stepped shape of the vibrator is filled with a low-melting material previously coated on the inner surface of the groove and reflowed. The angular velocity sensor according to claim 5, wherein
【請求項7】 前記振動子は、真空封止するパッケージ
内に設置したことを特徴とする請求項1から6のいずれ
かに記載の角速度センサー。
7. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the vibrator is installed in a package to be vacuum-sealed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7491124B2 (en) 2003-06-17 2009-02-17 Nintendo Co. Ltd. Game system, game apparatus, storage medium storing game program and game data exchange method

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