【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば自動車の姿勢制御、ナビゲーション、カメラの手振れ防止、遠隔操作用のリモコンなどに用いられる角速度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の薄型の角速度センサとしては、特開平１０−１７０２７６号公報に記載されたものが知られている。この角速度センサは中央部にある付加質量部が細い梁により平面内で支持された構造であり、この付加質量部を平面内で駆動するための駆動部と、平面と直交する軸周りに角速度が印加された時付加質量部に働くコリオリの力により、付加質量部が変位する変位量を検出するための検出部を備えている。この駆動部および検出部はともに櫛歯構造の電極より構成されている。
【０００３】
上記駆動部においてはこの櫛歯構造の電極同士をかみ合って対向させ、これらの電極同士に働く吸引力により駆動させており、また、上記検出部においては微弱な信号を高精度に検出できるようにするためにかみ合って対向する櫛歯構造の電極同士を極めて微小な間隙で且つ高精度に形成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような角速度センサは、比較的薄型の構造を実現できるものの、上記電極を形成することが煩雑であるという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、製造が容易な角速度センサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の請求項１に記載の発明は、ＸＹ平面に設けた基部と、この基部から反Ｙ軸方向に延出した少なくとも一対の音叉片からなる第一の音叉部と、この第一の音叉部に相対向するように前記基部からＹ軸方向に延出した少なくとも一対の音叉片からなる第二の音叉部と、前記第一の音叉部を構成する一対の音叉片の間にありかつこの第一の音叉部よりも反Ｙ軸方向に延出するように前記基部に設けた少なくとも一本の屈曲振動片からなる第一の屈曲振動部と、前記第二の音叉部を構成する一対の音叉片の間にありかつこの第二の音叉部よりもＹ軸方向に延出するように前記基部に設けた少なくとも一本の屈曲振動片からなる第二の屈曲振動部と、前記第一および第二の音叉部を駆動させるためにこの第一および第二の音叉部にそれぞれ設けた駆動手段と、前記第一および第二の屈曲振動部の変形量を検出するためにこの第一および第二の屈曲振動部にそれぞれ設けた検出手段とを少なくとも備え、前記第一および第二の音叉部の先端より突出した第一および第二の屈曲振動部の先端部にＸ軸方向および反Ｘ軸方向に広がる付加質量部を設けた角速度センサであり、上記構成により櫛歯構造の電極を形成する必要がなく、製造が容易であるという作用を有する。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、第一、第二の音叉部の共振周波数と第一、第二の屈曲振動部の共振周波数を近接させた構成であり、これにより駆動効率が増加し、その結果、角速度センサとしての検出感度の向上を図ることができるという作用を有する。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、第一、第二の屈曲振動部に設けられた検出手段により検出された各検出信号を差動検出処理するための処理回路が前記検出手段に接続された構成であるため、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３軸方向から加わる加速度成分に基づく外乱信号を除去できるという作用を有する。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、基部、第一、第二の音叉部および第一、第二の屈曲振動部は、圧電材料により一体に形成された構成としているため、圧電特性の均一な平板から極めて容易に一体構造として形成することができるという作用を有する。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、基部、第一、第二の音叉部および第一、第二の屈曲振動部は、恒弾性金属材料、酸化物材料または高弾性高分子材料のいずれか一つにより形成され、少なくとも前記第一、第二の音叉部および前記第一、第二の屈曲振動部のＸＹ面上に圧電材料からなる層が設けられた構成であるため、機械的振動特性としての高いＱを有する材料と圧電定数の大きな圧電材料を自由に組合わせることが可能となり、その結果、角速度センサとしての検出感度の向上を図ることができるという作用を有する。
【００１１】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、第一および第二の音叉部の先端部に第一の付加質量部を設け、第一および第二の屈曲振動部の先端部の付加質量部を第二の付加質量部とし、前記第一の付加質量部の形状は前記第一もしくは第二の屈曲振動部を対称軸として略対称形でありかつ角速度が印加されるＺ軸に対して略対称形であり、第二の付加質量部の形状は角速度が印加されるＺ軸に対して略対称形である構成であるため、小さな角速度入力に対しても音叉部の変形量が大きくなり、これに呼応するように屈曲振動部の変形量も大きくなり、検出信号のさらなる高感度化が図れると同時に付加質量部の調整により音叉部と屈曲振動部の各共振周波数の調整が容易になるという作用を有する。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、第一、第二の音叉部の共振周波数と第一、第二の屈曲振動部の共振周波数を近接させた構成であり、これにより駆動効率が増加し、その結果、角速度センサとしての検出感度の向上を図ることができるという作用を有する。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、第一、第二の屈曲振動部に設けられた検出手段により検出された各検出信号を差動検出処理するための処理回路が前記検出手段に接続された構成であるため、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３軸方向から加わる加速度成分に基づく外乱信号を除去できるという作用を有する。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、基部、第一、第二の音叉部、第一、第二の屈曲振動部および第一、第二の付加質量部は、圧電材料により一体に形成された構成としているため、圧電特性の均一な平板から極めて容易に一体構造として形成することができるという作用を有する。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、基部、第一、第二の音叉部、第一、第二の屈曲振動部および第一、第二の付加質量部は、恒弾性金属材料、酸化物材料または高弾性高分子材料のいずれかにより形成され、少なくとも前記第一、第二の音叉部および前記第一、第二の屈曲振動部のＸＹ面上には圧電材料からなる層が設けられた構成であるため、機械的振動特性としての高いＱを有する材料と圧電定数の大きな圧電材料を自由に組合わせることが可能となり、その結果、角速度センサとしての検出感度の向上を図ることができるという作用を有する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の角速度センサについて実施の形態および図面を用いて説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
本実施の形態１および図１〜図８を用いて請求項１〜１０に記載の発明を説明する。
【００１８】
図１は、本発明の角速度センサの一実施の形態を示す平面図である。図１において、駆動方向をＸ軸方向、コリオリの力が発生する方向をＹ軸、角速度Ωの入力軸をＺ軸とする。図１において、１は厚さ（Ｚ軸方向）０．１５ｍｍ、長さ（Ｙ軸方向）１１．２ｍｍ、幅（Ｘ軸方向）６．７ｍｍの圧電体としての水晶板から構成された基部である。
【００１９】
基部１から反Ｙ軸方向に第一、第二の音叉片２ａ，２ｂが延出し第一の音叉部２５が構成され、第一、第二の音叉片２ａ，２ｂとそれぞれ相対向するように基部１からＹ軸方向に第三、第四の音叉片３ａ，３ｂが延出し第二の音叉部２６が構成されている。第一、第二の音叉片２ａ，２ｂの先端部からはＸ軸方向、反Ｘ軸方向にそれぞれ対称となるように第一、第二の付加質量４ａ，４ｂが延出している。同じく第三、第四の音叉片３ａ，３ｂの先端部からは、Ｘ軸方向、反Ｘ軸方向にそれぞれ対称となるように第三、第四の付加質量５ａ，５ｂが延出しており、第一、第二、第三、第四の付加質量４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂにより第一の付加質量部２７が構成されている。
【００２０】
基部１から第一の音叉部２５の対称軸上に（すなわち、第一、第二の音叉片２ａ，２ｂの間を通り）反Ｙ軸方向に第一の屈曲振動片６が延出し、第一の音叉部２５を構成する音叉片２ａ，２ｂよりも長い第一の屈曲振動部２８が構成される。同じく基部１から第二の音叉部２６の対称軸上に（すなわち、第三、第四の音叉片３ａ，３ｂの間を通り）Ｙ軸方向に第二の屈曲振動片７が延出し、第二の音叉部を構成する音叉片３ａ，３ｂよりも長い第二の屈曲振動部２９が構成される。第一、第二の屈曲振動片６，７の各先端部からＸ軸方向及び反Ｘ軸方向に張り出すように第五、第六の付加質量８，９が設けられ、第二の付加質量部３０が構成されている。基部１、第一、第二、第三、第四の音叉片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ、第一、第二、第三、第四、第五、第六の付加質量４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，８，９、第一、第二の屈曲振動片６，７は一体となっており、一枚の水晶板からなっている。一枚の水晶板から形成された基部１の中心部１０で固定されている。
【００２１】
第二、第四の音叉片２ｂ，３ｂの各ＸＹ面（表面側）には、駆動手段を構成するための駆動電極１２ａ，１３ａが設けられている。第一、第三の音叉片２ａ，３ａの各ＸＹ面上（表面側）には、モニター用の検出手段を構成するための検出電極１４ａ，１５ａが設けられている。第一，第二の屈曲振動片６，７のＸＹ面上（表面側）には、角速度印加に起因したコリオリ力による屈曲変形の検出手段を構成するための検出電極１６ａ，１７ａが設けられている。
【００２２】
図２は駆動電極が設けられた第二の音叉片２ｂをＸＺ面で切断した断面図である。図２において、Ｘ軸方向を向く矢印Ａは水晶からなる第二の音叉片２ｂの電気軸を示し、１２ｂは第二の音叉片２ｂを挟んで駆動電極１２ａと対向するように第二の音叉片２ｂのＸＹ面（裏面側）に設けられた駆動電極である。１８は第二の音叉片２ｂのＹＺ面上（側面）に第二の音叉片２ｂを挟んで対向するように設けられた一対の共通電極である。１９は駆動回路の出力信号源である。
【００２３】
第四の音叉片３ｂにも上記第二の音叉片２ｂと同様に、駆動電極１３ａ，１３ｂ、共通電極１８が設けられている。
【００２４】
次に、第二の音叉片２ｂの駆動原理を簡単に説明する。仮に、出力信号源１９から駆動電極１２ａ，１２ｂに正極性の電圧が印加されると、図２に示す破線の矢印方向に電界の方向が向く。これにより第２の音叉片２ｂのａｂ側は圧縮し、ｃｄ側は伸長する。また、駆動電極１２ａ，１２ｂに負極性の電圧が印加されると第二の音叉片２ｂのａｂ側は伸長し、ｃｄ側は圧縮する。
【００２５】
これらが連続的に繰り返されることで、第二の音叉片２ｂは、ＸＹ面内で１次モードで振動する。
【００２６】
同様な駆動原理により、第四の音叉片３ｂもＸＹ面内で１次モードで振動する。第二、第四の音叉片２ｂ，３ｂが１次モードで振動することにより第一、第三の音叉片２ａ，３ａも共振し、ＸＹ面内で音叉振動を開始する。
【００２７】
図３はモニター用の検出電極が設けられた第一の音叉片２ａをＸＺ面で切断した断面図である。Ｘ軸方向を向く矢印Ａは、図２と同様に水晶からなる第一の音叉片２ａの電気軸を示し、１４ｂは第一の音叉片２ａを挟んでモニター用の検出電極１４ａと対向するように第一の音叉片２ａのＸＹ面上（裏面側）に設けられたモニター用の検出電極である。１８は図２と同様に、共通電極である。
【００２８】
第三の音叉片３ａにも第一の音叉片２ａと同様に、モニター用の検出電極１５ａ，１５ｂ、共通電極１８が設けられている。
【００２９】
次に、モニター用の検出電極１４ａ，１４ｂ、共通電極１８に現われる電荷に関して簡単に説明する。
【００３０】
第一の音叉片２ａは図２に示す第二の音叉片２ｂとともに音叉振動をしているため、第二の音叉片２ｂのａｂ側が圧縮している時は第一の音叉片２ａのｇｈ側が圧縮する。
【００３１】
また、第二の音叉片２ｂのｃｄが伸長している時は、第一の音叉片２ａのｅｆ側が伸長する。
【００３２】
これらの圧縮、伸長によりモニター用の検出電極１４ａ，１４ｂには正電荷が発生し、共通電極１８には負電荷が発生する。従って、第一の音叉片２ａにおいて、ｅｆ側が圧縮し、ｇｈ側が伸長した場合は、モニター用の検出電極１４ａ，１４ｂに負電荷が発生し、共通電極１８に正電荷が発生する。
【００３３】
図４は本発明の角速度センサとその駆動及び検出回路を接続したブロック図である。図４において、２０は差動入力型のチャージ増幅器である。この差動入力型のチャージ増幅器２０は第一、第二の屈曲振動片６，７にそれぞれ設けられた検出電極１６ａ，１７ａから得られた信号を増幅し信号を９０°位相シフトさせるためのものである。２１は検波回路である。この検波回路２１によりチャージ増幅器２０の出力信号を同期検波する。２２は前記検波回路２１により得られた検波信号を平滑化するための平滑回路としてのローパスフィルタである。２３は第二、第四の音叉片２ｂ，３ｂを駆動させるための和入力型の駆動回路である。モニター用の検出電極１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂから得られる信号を駆動回路２３に入力することにより第一、第二、第三、第四の音叉振動片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂを３μｍの振動振幅となるように設定しフィードバック制御する。図５は、第一、第三の音叉片２ａ，３ａがＸ軸方向に、第二、第四の音叉片２ｂ，３ｂが反Ｘ軸方向に駆動変形している際に、Ｚ軸周りの角速度Ωが印加された時の第一、第二、第三、第四の音叉片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ、第一、第二の屈曲振動片６，７の変形形態の一例を説明するための模式線図である。
【００３４】
図５に示すように、Ｚ軸周りの角速度Ωが印加されたことにより、第一、第三の付加質量４ａ，５ａにはＹ軸方向に、第二、第四の付加質量４ｂ，５ｂには反Ｙ軸方向に集中的にコリオリ力が働き、このコリオリ力により、第一、第二、第三、第四の音叉片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの振動振幅の対称性が崩れた１次モードの変形を呈する。この対称性の崩れた第一、第二、第三、第四の音叉片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの応力状態を補正し、釣り合いを保つように第一の屈曲振動片６は反Ｘ軸方向に変形し、第二の屈曲振動片７は逆にＸ軸方向に変形する。これらの変形は印加された角速度Ωの大きさに対応するため、第一、第二の屈曲振動片６，７にそれぞれ設けられた検出電極１６ａ，１７ａにより、印加された角速度Ωの大きさに対応した電荷量として検出される。第一、第二、第三、第四の付加質量４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂが設けられていることで、小さな角速度入力に対しても第一、第二の音叉部２５，２６の変形量がより大きくなるばかりか、第五、第六の付加質量８，９が設けられている第一、第二の屈曲振動片６，７の変形効率がさらに向上しその結果、検出信号のさらなる高感度化を図ることができる。また同時に各付加質量４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，８，９の調整により第一、第二の音叉部２５，２６と第一、第二の屈曲振動部２８，２９の各共振周波数の調整も容易になる。
【００３５】
この各共振周波数の調整方法としてはドライエッチング等で上記各付加質量４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，８，９の質量を減らす方法が挙げられる。例えば、エッチングの方法として真空中でイオンビームもしくはアトムビームを照射する方法を挙げることができる。
【００３６】
また、蒸着やスパッタ等を用いて上記各付加質量４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，８，９の質量を増やす方法も挙げられる。例えば、金属膜を付加することが挙げられる。ここでもし検出電極１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂや駆動電極１２ａ，１２ａ，１３ａ，１３ｂ等に上記金属膜が付着するおそれがある場合は金属膜の代わりに絶縁膜を付加すればよい。例えば、酸化タンタルや酸化ニオブのような比重の比較的高い材料を用いることで絶縁膜の膜厚をより薄くすることができ、その結果、周波数調整を迅速に行うことができる。
【００３７】
図６は、第一、第二の音叉片２ａ，２ｂの間にある検出電極１６ａが設けられた第一の屈曲振動片６をＸＺ面で切断した断面である。図６において、Ｘ軸方向を向く矢印Ａは水晶からなる第一の屈曲振動片６の電気軸を示し、１６ｂは屈曲振動片６を挟んで検出電極１６ａと対向するように第一の屈曲振動片６のＸＹ面上（裏面側）に設けられた検出電極である。１８は第一の屈曲振動片６のＹＺ面上（側面）に第一の屈曲振動片６を挟んで対向するように設けられた一対の共通電極である。
【００３８】
同じく、第三、第四の音叉片３ａ，３ｂの間にある第二の屈曲振動片７にも、第二の屈曲振動片７を挟んで検出電極１７ａと対向するように検出電極１７ｂが設けられ、ＹＺ面上（側面）には第二の屈曲振動片７を挟んで対向するように一対の共通電極１８が設けられている。
【００３９】
次に、第一、第二の屈曲振動片６，７に図５に示すような変形が起こった時の検出電極１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ、共通電極１８に現れる電荷の発生状態を簡単に説明する。
【００４０】
第一、第二の音叉片２ａ，２ｂの間にある第一の屈曲振動片６のｉｊ側は圧縮し、ｋｌ側は伸長するため、検出電極１６ａ，１６ｂには負電荷が発生し、共通電極１８には正電荷が発生する。また、第二、第四の音叉片３ａ，３ｂの間にある第二の屈曲振動片７のｉｊ側は伸長し、ｋｌ側が圧縮するため、検出電極１７ａ，１７ｂには正電荷が発生し、共通電極１８には負電荷が発生する。
【００４１】
検出電極１６ａ，１６ｂから得られた電荷と検出電極１７ａ，１７ｂから得られた電荷をチャージ増幅器２０により差動増幅することにより２倍の出力が得られる。このように本実施の形態１の構成により、駆動及び検出のための高精度な櫛歯構造の電極を形成する必要がないため製造が容易となる。また、付加質量が設けられているため小さな角速度入力に対しても音叉部の変形量が多くなり、これに呼応するように屈曲振動部の変形量も大きくなり、その結果、検出信号の高感度化を図ることができる。さらに、第一の音叉部２５間、第二の音叉部２６間を小さくして駆動振動の結合が容易になるように構成しているので、検出信号のさらなる高感度化を図ることができる。また、角速度以外の不要な部分（各方向から加わる加速度）により発生した電荷や温度による影響を排除する効果もある。
【００４２】
本実施の形態１において、第一、第二、第三、第四の音叉片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの１次モードの共振周波数と第一、第二の屈曲振動片６，７の１次モードの共振周波数を近接させることにより、検出感度が高くなる。
【００４３】
また、基部１の中心部１０を被実装体（図示せず）に固定することにより第一、第二の音叉片２ａ，２ｂと第三、第四の音叉片３ａ，３ｂが共振しやすくなる効果がある。
【００４４】
また、図７のように一枚の水晶板から形成された基部１の四隅には微小な面積で固定するための固定部として例えば、直径０．２ｍｍの孔部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが形成され、孔部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの近傍には、機械的ダンピング効果を得るためのＬ字状のスリット部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄがそれぞれ所定の位置に設けた構成としても構わない。この構成の場合、スリット部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄを基部１に設けることにより、外乱振動が第一、第二の屈曲振動片６，７の１次モードの屈曲振動に混入するのを防止する効果がある。また、第一、第二の屈曲振動片６，７の１次モードの屈曲振動が基部１へ漏れるのを防止する働きもある。
【００４５】
また、図８のように第一、第二の屈曲振動部を構成する各々１本の屈曲振動片の下端（図８Ａ）は、第一、第二の音叉部を構成する対をなした音叉片の各下端の位置から基板１の中心部１０の方向へずらし、第一の音叉部間、第二の音叉部間を小さくした構成としても構わない。このような構成にすることにより各音叉部の音叉片間が共振しやすくなり、その結果、角速度センサとしての感度をより向上させることができる。
【００４６】
本実施の形態１においては、基部１、第一、第二、第三、第四の音叉片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ、第一、第二、第三、第四、第五、第六の付加質量４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，８，９と第一、第二の屈曲振動片６，７をいずれも一枚の水晶板から一体に形成した例について説明したが、圧電性を示す材料であれば水晶に限らず単結晶材料でも多結晶材料でも構わない。
【００４７】
（実施の形態２）
本実施の形態２および図９を用いて特に請求項５，１０に記載の発明について説明する。
【００４８】
図９は、本発明の角速度センサの一実施の形態を説明するための平面図である。図９において、図１と同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ詳述する。図９において、基部４０、第一、第二、第三、第四の音叉片４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ、第一、第二、第三、第四の付加質量４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ、第一、第二の屈曲振動片４５、４６と第五、第六の付加質量４７，４８が、恒弾性金属により一体に形成されている以外は、実施の形態１において説明した図１に示す形状寸法ともに同一である。
【００４９】
第二、第四の音叉片４１ｂ，４２ｂのＸＹ面上には、１次モードで駆動するための圧電体セラミックス４９，５０が接合されている。第一、第三の音叉片４１ａ，４２ａのＸＹ面上にはモニター用の圧電体セラミックス５１，５２が接合されている。第一、第二の屈曲振動片４５，４６のＸＹ面上（表面側）には、角速度の大きさに対応した電荷量を検出するための圧電体セラミックス５３，５４が接合されている。
【００５０】
図９において、第一、第二、第三、第四の音叉片４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ、第一、第二の屈曲振動片４５，４６の変形形態、モニター時の圧電体セラミックス５１，５２に発生する電荷、Ｚ軸周りの角速度Ωが印加された時の圧電体セラミックス５３，５４に発生する電荷の傾向は、いずれも実施の形態１と同様である。
【００５１】
本実施の形態２においては、基部４０、第一、第二、第三、第四の音叉片４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ、第一、第二、第三、第四、第五、第六の付加質量４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，４７，４８及び第一、第二の屈曲振動片４５，４６を構成する材料と前記圧電体セラミックス４９，５０，５１，５２，５３，５４が別々の材料で構成されているため、機械的振動特性としての高いＱを有する材料と圧電定数の大きな圧電材料をそれぞれ自由に組合わせることが可能となる。
【００５２】
本実施の形態２において、駆動用、モニター用、印加された角速度の大きさに対応した電荷量の検出用にそれぞれ圧電体セラミックスを接合した例について説明したが、圧電性を示すものであれば各種の薄膜構成を採用することも可能である。
【００５３】
なお、本実施の形態においては、第一、第二、第三、第四の音叉片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの各先端から外向きに凸部を有する付加質量を設けた構成について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、前記各先端から内向きに凸部を有する付加質量を設ける構成（図示せず）等にすることも可能である。
【００５４】
また、本実施の形態においては、第一、第二、第三、第四の音叉片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂと第一、第二の屈曲振動片６，７の各先端部のいずれにも付加質量が設けられた構成について説明したが、音叉片と屈曲振動片のいずれにも付加質量を設けない構成等も可能である。
【００５５】
また、本実施の形態においては、第一、第二の音叉部２５，２６として各一対の音叉片を設け、この第一、第二の音叉部２５，２６のそれぞれの間に各１本の屈曲振動片６，７からなる屈曲振動部２８，２９を設けた構成について説明したが、一対または複数対の音叉片と一本または複数本の屈曲振動片を適宜組み合わせて設ける構成も当然可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ＸＹ平面に設けた基部と、この基部から反Ｙ軸方向に延出した少なくとも一対の音叉片からなる第一の音叉部と、この第一の音叉部に相対向するように前記基部からＹ軸方向に延出した少なくとも一対の音叉片からなる第二の音叉部と、前記第一の音叉部を構成する一対の音叉片の間にありかつこの第一の音叉部よりも反Ｙ軸方向に延出するように前記基部に設けた少なくとも一本の屈曲振動片からなる第一の屈曲振動部と、前記第二の音叉部を構成する一対の音叉片の間にありかつこの第二の音叉部よりもＹ軸方向に延出するように前記基部に設けた少なくとも一本の屈曲振動片からなる第二の屈曲振動部と、前記第一および第二の音叉部を駆動させるためにこの第一および第二の音叉部にそれぞれ設けた駆動手段と、前記第一および第二の屈曲振動部の変形量を検出するためにこの第一および第二の屈曲振動部にそれぞれ設けた検出手段とを少なくとも備え、前記第一および第二の音叉部の先端より突出した第一および第二の屈曲振動部の先端部にＸ軸方向および反Ｘ軸方向に広がる付加質量部を設けた角速度センサであり、上記構成により櫛歯構造の電極を形成する必要がなく、製造が容易であるという作用効果を奏する。
【００５７】
また、角速度センサとして従来と同程度の薄型化も実現できるという作用効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の角速度センサの平面図
【図２】同断面図
【図３】同断面図
【図４】本発明の一実施の形態の角速度センサを用いた回路のブロック図
【図５】本発明の一実施の形態の角速度センサの模式図
【図６】同断面図
【図７】同平面図
【図８】同平面図
【図９】同平面図
【符号の説明】
１，４０ 基部
２ａ，４１ａ 第一の音叉片
２ｂ，４１ｂ 第二の音叉片
３ａ，４２ａ 第三の音叉片
３ｂ，４２ｂ 第四の音叉片
４ａ，４３ａ 第一の付加質量
４ｂ，４３ｂ 第二の付加質量
５ａ，４４ａ 第三の付加質量
５ｂ，４４ｂ 第四の付加質量
６，４５ 第一の屈曲振動片
７，４６ 第二の屈曲振動片
８，４７ 第五の付加質量
９，４８ 第六の付加質量
１０ 中心部
１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ 駆動電極
１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ モニター用の検出電極
１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ 角速度検出用の検出電極
１８ 共通電極
１９ 駆動回路の出力信号源
２０ チャージ増幅器
２１ 検波回路
２２ ローパスフィルタ
２３ 駆動回路
２５ 第一の音叉部
２６ 第二の音叉部
２７ 第一の付加質量部
２８ 第一の屈曲振動部
２９ 第二の屈曲振動部
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ 孔部
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ スリット部
４９，５０，５１，５２，５３，５４ 圧電体セラミックス[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an angular velocity sensor used for, for example, a posture control of a car, navigation, a camera shake prevention, a remote control for remote control, and the like.
[0002]
[Prior art]
As a conventional thin angular velocity sensor, a sensor described in JP-A-10-170276 is known. This angular velocity sensor has a structure in which an additional mass portion at the center is supported in a plane by a thin beam, and a driving unit for driving the additional mass portion in a plane and an angular velocity around an axis orthogonal to the plane. A detector is provided for detecting the amount of displacement of the additional mass by the Coriolis force acting on the additional mass when applied. Both the drive unit and the detection unit are configured by electrodes having a comb structure.
[0003]
In the driving section, the electrodes of this comb structure are engaged and opposed to each other, and driven by a suction force acting on these electrodes, and the detecting section is capable of detecting a weak signal with high accuracy. In order to achieve this, electrodes of a comb-tooth structure that mesh with each other and are opposed to each other are formed with extremely small gaps and with high precision.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Although such an angular velocity sensor can realize a relatively thin structure, it has a problem that forming the electrodes is complicated.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide an angular velocity sensor that is easy to manufacture.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the invention according to claim 1 of the present invention provides a first tuning fork portion comprising a base provided on an XY plane and at least a pair of tuning fork pieces extending from the base in a direction opposite to the Y-axis. A second tuning fork comprising at least a pair of tuning fork pieces extending in the Y-axis direction from the base so as to face the first tuning fork, and a pair of tuning forks constituting the first tuning fork A first bending vibrating part comprising at least one bending vibrating piece provided between the pieces and provided on the base so as to extend in a direction opposite to the Y-axis than the first tuning fork; A second bending vibration comprising at least one bending vibration piece provided on the base so as to extend between the pair of tuning fork pieces constituting the tuning fork part and to extend in the Y-axis direction from the second tuning fork part; Part and the first and second parts for driving the first and second tuning fork parts. Driving means respectively provided in the tuning fork part, and at least detecting means provided in each of the first and second bending vibration parts for detecting the deformation amount of the first and second bending vibration parts, An angular velocity sensor provided with an additional mass portion extending in the X-axis direction and the anti-X-axis direction at the distal end portions of the first and second bending vibration portions protruding from the distal ends of the first and second tuning fork portions. Accordingly, there is no need to form an electrode having a comb-tooth structure, which has an effect that manufacturing is easy.
[0007]
A second aspect of the present invention is the configuration according to the first aspect, wherein the resonance frequencies of the first and second tuning fork portions and the resonance frequencies of the first and second bending vibration portions are close to each other, As a result, the driving efficiency is increased, and as a result, the detection sensitivity as the angular velocity sensor can be improved.
[0008]
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a processing circuit for performing differential detection processing on each detection signal detected by the detection means provided in the first and second bending vibration portions. Is connected to the detection means, so that it has an effect that a disturbance signal based on acceleration components applied from three directions of the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis can be removed.
[0009]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the base, the first and second tuning forks, and the first and second bending vibrating parts are integrally formed of a piezoelectric material. Therefore, it has an effect that it can be formed very easily as an integrated structure from a flat plate having uniform piezoelectric characteristics.
[0010]
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the base, the first and second tuning forks, and the first and second bending vibrating parts are made of a constant elastic metal material, an oxide material, It is formed of any one of elastic polymer materials, and has a configuration in which a layer made of a piezoelectric material is provided on at least the XY plane of the first and second tuning fork portions and the first and second bending vibration portions. Therefore, it is possible to freely combine a material having a high Q as a mechanical vibration characteristic and a piezoelectric material having a large piezoelectric constant, and as a result, the detection sensitivity as an angular velocity sensor can be improved. Have.
[0011]
According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect, a first additional mass portion is provided at a tip portion of the first and second tuning forks, and the first and second bending vibrations are provided. The additional mass portion at the tip of the portion is a second additional mass portion, and the shape of the first additional mass portion is substantially symmetric with the first or second bending vibration portion as a symmetric axis, and an angular velocity is applied. And the shape of the second additional mass portion is substantially symmetrical with respect to the Z axis to which the angular velocity is applied. The deformation amount of the flexural vibration part is also increased, and the deformation amount of the flexural vibration part is also correspondingly increased, so that the sensitivity of the detection signal can be further improved. At the same time, the resonance of the tuning fork part and the flexural vibration part by adjusting the additional mass part This has the effect of facilitating frequency adjustment.
[0012]
The invention according to claim 7 is the invention according to claim 6, wherein the resonance frequencies of the first and second tuning fork portions and the resonance frequencies of the first and second bending vibration portions are close to each other, As a result, the driving efficiency is increased, and as a result, the detection sensitivity as the angular velocity sensor can be improved.
[0013]
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the processing circuit according to the sixth aspect, for performing differential detection processing on each detection signal detected by the detection means provided in the first and second bending vibration portions. Is connected to the detection means, so that it has an effect that a disturbance signal based on acceleration components applied from three directions of the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis can be removed.
[0014]
The invention according to claim 9 is the invention according to claim 6, wherein the base, the first and second tuning forks, the first and second bending vibration parts, and the first and second additional mass parts are: Since the piezoelectric element is formed integrally with the piezoelectric material, it has an effect that it can be formed very easily as an integrated structure from a flat plate having uniform piezoelectric characteristics.
[0015]
The invention according to claim 10 is the invention according to claim 6, wherein the base, the first and second tuning forks, the first and second bending vibration parts, and the first and second additional mass parts are: A piezoelectric material formed of any of a constant elastic metal material, an oxide material or a high elastic polymer material, and at least on the XY plane of the first and second tuning fork portions and the first and second bending vibration portions. Since the layer is formed of a layer composed of a material having a high Q as a mechanical vibration characteristic and a piezoelectric material having a large piezoelectric constant, it is possible to freely combine the materials, and as a result, the detection sensitivity of the angular velocity sensor is reduced. It has the effect that improvement can be achieved.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an angular velocity sensor according to the present invention will be described with reference to embodiments and drawings.
[0017]
(Embodiment 1)
The first to tenth aspects of the present invention will be described with reference to the first embodiment and FIGS.
[0018]
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the angular velocity sensor according to the present invention. In FIG. 1, the driving direction is the X-axis direction, the direction in which the Coriolis force is generated is the Y-axis, and the input axis of the angular velocity Ω is the Z-axis. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a base made of a quartz plate as a piezoelectric body having a thickness (Z-axis direction) of 0.15 mm, a length (Y-axis direction) of 11.2 mm, and a width (X-axis direction) of 6.7 mm. is there.
[0019]
The first and second tuning fork pieces 2a and 2b extend in the anti-Y-axis direction from the base 1 to form a first tuning fork piece 25, and face the first and second tuning fork pieces 2a and 2b, respectively. The third and fourth tuning fork pieces 3a and 3b extend from the base 1 in the Y-axis direction to form a second tuning fork portion 26. First and second additional masses 4a, 4b extend from the tip portions of the first and second tuning fork pieces 2a, 2b so as to be symmetrical in the X-axis direction and the anti-X-axis direction, respectively. Similarly, third and fourth additional masses 5a and 5b extend from the tip portions of the third and fourth tuning fork pieces 3a and 3b so as to be symmetrical in the X-axis direction and the anti-X-axis direction, respectively. The first, second, third, and fourth additional masses 4a, 4b, 5a, 5b constitute a first additional mass portion 27.
[0020]
The first bending vibration piece 6 extends from the base 1 on the axis of symmetry of the first tuning fork section 25 (that is, passes between the first and second tuning fork pieces 2a and 2b) in the anti-Y-axis direction, A first bending vibrating portion 28 longer than the tuning fork pieces 2a and 2b constituting one tuning fork portion 25 is configured. Similarly, the second bending vibrating piece 7 extends in the Y-axis direction from the base 1 on the axis of symmetry of the second tuning fork portion 26 (that is, passing between the third and fourth tuning fork pieces 3a and 3b). A second bending vibrating portion 29 longer than the tuning fork pieces 3a and 3b constituting the second tuning fork portion is formed. Fifth and sixth additional masses 8 and 9 are provided so as to protrude in the X-axis direction and anti-X-axis direction from the respective distal end portions of the first and second bending vibration pieces 6 and 7, and the second additional mass The unit 30 is configured. Base 1, first, second, third, fourth tuning fork pieces 2a, 2b, 3a, 3b, first, second, third, fourth, fifth, sixth additional masses 4a, 4b, 5a , 5b, 8, 9 and the first and second bending vibrating reeds 6, 7 are integrally formed of a single quartz plate. It is fixed at the center 10 of the base 1 formed from a single quartz plate.
[0021]
Driving electrodes 12a and 13a for constituting driving means are provided on the XY planes (front surfaces) of the second and fourth tuning fork pieces 2b and 3b. On each XY plane (front side) of the first and third tuning fork pieces 2a and 3a, detection electrodes 14a and 15a for constituting detection means for monitoring are provided. On the XY plane (front surface side) of the first and second bending vibration pieces 6 and 7, detection electrodes 16 a and 17 a for constituting a detecting means of bending deformation due to Coriolis force caused by application of angular velocity are provided. I have.
[0022]
FIG. 2 is a cross-sectional view of the second tuning fork piece 2b provided with the drive electrode, cut along the XZ plane. In FIG. 2, arrow A pointing in the X-axis direction indicates the electric axis of the second tuning fork piece 2b made of quartz, and reference numeral 12b indicates the second tuning fork so as to face the drive electrode 12a with the second tuning fork piece 2b interposed therebetween. It is a drive electrode provided on the XY plane (back side) of the piece 2b. Reference numeral 18 denotes a pair of common electrodes provided on the YZ plane (side surface) of the second tuning fork piece 2b so as to face each other with the second tuning fork piece 2b interposed therebetween. 19 is an output signal source of the drive circuit.
[0023]
Similarly to the second tuning fork piece 2b, the fourth tuning fork piece 3b is provided with drive electrodes 13a and 13b and a common electrode 18.
[0024]
Next, the driving principle of the second tuning fork piece 2b will be briefly described. If a positive voltage is applied to the drive electrodes 12a and 12b from the output signal source 19, the direction of the electric field is directed in the direction of the dashed arrow shown in FIG. Thereby, the ab side of the second tuning fork piece 2b is compressed, and the cd side is expanded. When a negative voltage is applied to the drive electrodes 12a and 12b, the ab side of the second tuning fork 2b expands and the cd side compresses.
[0025]
By repeating these continuously, the second tuning fork piece 2b vibrates in the XY plane in the primary mode.
[0026]
According to the same driving principle, the fourth tuning fork piece 3b also vibrates in the primary mode in the XY plane. When the second and fourth tuning fork pieces 2b and 3b vibrate in the primary mode, the first and third tuning fork pieces 2a and 3a also resonate and start tuning fork vibration in the XY plane.
[0027]
FIG. 3 is a cross-sectional view of the first tuning fork piece 2a provided with the monitoring detection electrode, cut along the XZ plane. An arrow A pointing in the X-axis direction indicates the electric axis of the first tuning fork piece 2a made of quartz crystal as in FIG. 2, and 14b faces the monitor detection electrode 14a with the first tuning fork piece 2a interposed therebetween. Are detection electrodes for monitoring provided on the XY plane (back side) of the first tuning fork piece 2a. Reference numeral 18 is a common electrode as in FIG.
[0028]
Similarly to the first tuning fork piece 2a, the third tuning fork piece 3a is provided with detection electrodes 15a and 15b for monitoring and a common electrode 18.
[0029]
Next, charges appearing on the monitor detection electrodes 14a and 14b and the common electrode 18 will be briefly described.
[0030]
Since the first tuning fork piece 2a oscillates with the second tuning fork piece 2b shown in FIG. 2, when the ab side of the second tuning fork piece 2b is compressed, the gh side of the first tuning fork piece 2a is Compress.
[0031]
When the cd of the second tuning fork 2b is extended, the ef side of the first tuning fork 2a is extended.
[0032]
Due to these compression and expansion, positive charges are generated on the monitoring detection electrodes 14a and 14b, and negative charges are generated on the common electrode 18. Therefore, in the first tuning fork piece 2a, when the ef side is compressed and the gh side is expanded, negative charges are generated on the monitoring detection electrodes 14a and 14b, and positive charges are generated on the common electrode 18.
[0033]
FIG. 4 is a block diagram showing the connection between the angular velocity sensor of the present invention and its drive and detection circuit. In FIG. 4, reference numeral 20 denotes a differential input type charge amplifier. The differential input type charge amplifier 20 amplifies signals obtained from the detection electrodes 16a and 17a provided on the first and second bending vibration pieces 6 and 7, respectively, and shifts the signals by 90 °. It is. 21 is a detection circuit. The output signal of the charge amplifier 20 is synchronously detected by the detection circuit 21. Reference numeral 22 denotes a low-pass filter as a smoothing circuit for smoothing the detection signal obtained by the detection circuit 21. Reference numeral 23 denotes a sum input type driving circuit for driving the second and fourth tuning fork pieces 2b and 3b. By inputting signals obtained from the monitoring detection electrodes 14a, 14b, 15a, 15b to the drive circuit 23, the first, second, third, and fourth tuning fork vibrating reeds 2a, 2b, 3a, 3b are set to 3 μm. Feedback amplitude control is performed by setting the vibration amplitude. FIG. 5 shows that the first and third tuning fork pieces 2a and 3a are driven and deformed in the X-axis direction and the second and fourth tuning fork pieces 2b and 3b are driven and deformed in the anti-X-axis direction. An example of a modified form of the first, second, third, and fourth tuning fork pieces 2a, 2b, 3a, 3b and the first and second bending vibration pieces 6, 7 when the angular velocity Ω is applied will be described. FIG.
[0034]
As shown in FIG. 5, by applying the angular velocity Ω around the Z axis, the first and third additional masses 4a and 5a are applied in the Y axis direction, and the second and fourth additional masses 4b and 5b are applied. , Coriolis force acts intensively in the anti-Y-axis direction, and the Coriolis force breaks the symmetry of the vibration amplitude of the first, second, third, and fourth tuning fork pieces 2a, 2b, 3a, 3b. The next mode is modified. The first bending vibrating piece 6 has an anti-X axis so as to correct the stress state of the first, second, third, and fourth tuning fork pieces 2a, 2b, 3a, 3b in which the symmetry is broken and to maintain the balance. The second bending vibration piece 7 is deformed in the X-axis direction. Since these deformations correspond to the magnitude of the applied angular velocity Ω, the detection electrodes 16a and 17a provided on the first and second bending vibration pieces 6 and 7 respectively adjust the magnitude of the applied angular velocity Ω. It is detected as the corresponding charge amount. Since the first, second, third, and fourth additional masses 4a, 4b, 5a, and 5b are provided, the amount of deformation of the first and second tuning fork portions 25 and 26 even with a small angular velocity input. Not only becomes larger, but also the deformation efficiency of the first and second bending vibrating bars 6, 7 provided with the fifth and sixth additional masses 8, 9 is further improved, and as a result, the detection signal is further increased. Sensitivity can be improved. At the same time, by adjusting the additional masses 4a, 4b, 5a, 5b, 8, 9, the respective resonance frequencies of the first and second tuning fork portions 25, 26 and the first and second bending vibration portions 28, 29 are also adjusted. It will be easier.
[0035]
As a method of adjusting each resonance frequency, there is a method of reducing the mass of each of the additional masses 4a, 4b, 5a, 5b, 8, 9 by dry etching or the like. For example, as an etching method, a method of irradiating an ion beam or an atom beam in a vacuum can be used.
[0036]
In addition, a method of increasing the mass of each of the additional masses 4a, 4b, 5a, 5b, 8, 9 by using vapor deposition, sputtering, or the like may be used. For example, adding a metal film can be mentioned. Here, if there is a possibility that the metal film may adhere to the detection electrodes 14a, 14b, 15a, 15b, the drive electrodes 12a, 12a, 13a, 13b, etc., an insulating film may be added instead of the metal film. For example, by using a material having a relatively high specific gravity, such as tantalum oxide or niobium oxide, the thickness of the insulating film can be reduced, and as a result, frequency adjustment can be performed quickly.
[0037]
FIG. 6 is a cross-sectional view of the first bending vibration piece 6 provided with the detection electrode 16a between the first and second tuning fork pieces 2a and 2b, taken along the XZ plane. In FIG. 6, an arrow A pointing in the X-axis direction indicates the electric axis of the first bending vibration piece 6 made of quartz, and 16b indicates the first bending vibration so as to face the detection electrode 16a with the bending vibration piece 6 interposed therebetween. It is a detection electrode provided on the XY plane (back side) of the piece 6. Reference numeral 18 denotes a pair of common electrodes provided on the YZ plane (side surfaces) of the first bending vibration piece 6 so as to face each other with the first bending vibration piece 6 interposed therebetween.
[0038]
Similarly, the second bending vibration piece 7 between the third and fourth tuning fork pieces 3a and 3b is also provided with the detection electrode 17b so as to face the detection electrode 17a with the second bending vibration piece 7 interposed therebetween. On the YZ plane (side surface), a pair of common electrodes 18 is provided so as to face each other with the second bending vibration piece 7 interposed therebetween.
[0039]
Next, when the first and second bending vibrating pieces 6 and 7 are deformed as shown in FIG. 5, the state of generation of electric charge appearing on the detection electrodes 16a, 16b, 17a and 17b and the common electrode 18 will be briefly described. explain.
[0040]
Since the ij side of the first bending vibration piece 6 between the first and second tuning fork pieces 2a and 2b is compressed and the kl side is expanded, a negative charge is generated on the detection electrodes 16a and 16b, and A positive charge is generated on the electrode 18. Further, since the ij side of the second bending vibration piece 7 between the second and fourth tuning fork pieces 3a and 3b expands and the kl side compresses, positive charges are generated on the detection electrodes 17a and 17b, A negative charge is generated on the common electrode 18.
[0041]
By differentially amplifying the charge obtained from the detection electrodes 16a and 16b and the charge obtained from the detection electrodes 17a and 17b by the charge amplifier 20, a double output is obtained. As described above, according to the configuration of the first embodiment, there is no need to form a highly-accurate comb-tooth-structure electrode for driving and detection, and therefore, the manufacturing becomes easy. In addition, since the additional mass is provided, the amount of deformation of the tuning fork increases even when a small angular velocity is input, and the amount of deformation of the bending vibrator also increases in response to this, resulting in high sensitivity of the detection signal. Can be achieved. Further, since the configuration is such that the space between the first tuning fork portions 25 and the space between the second tuning fork portions 26 are reduced to facilitate the coupling of the drive vibration, the sensitivity of the detection signal can be further increased. In addition, there is an effect of eliminating the influence of the charge and temperature generated by unnecessary portions (acceleration applied from each direction) other than the angular velocity.
[0042]
In the first embodiment, the resonance frequency of the first mode of the first, second, third, and fourth tuning fork pieces 2a, 2b, 3a, 3b and one of the first and second bending vibration pieces 6, 7 are set. By making the resonance frequency of the next mode close, the detection sensitivity is increased.
[0043]
In addition, by fixing the central portion 10 of the base 1 to a mounted body (not shown), the first and second tuning fork pieces 2a and 2b and the third and fourth tuning fork pieces 3a and 3b easily resonate. effective.
[0044]
As shown in FIG. 7, for example, holes 30a, 30b, 30c, and 30d each having a diameter of 0.2 mm are provided at four corners of the base 1 formed of a single quartz plate as fixing portions for fixing with a small area. In the vicinity of the holes 30a, 30b, 30c, 30d, L-shaped slits 31a, 31b, 31c, 31d for obtaining a mechanical damping effect may be provided at predetermined positions. Absent. In the case of this configuration, by providing the slit portions 31a, 31b, 31c, 31d in the base 1, it is possible to prevent disturbance vibration from being mixed into the primary mode bending vibration of the first and second bending vibration pieces 6, 7. Has the effect of doing In addition, it also has a function of preventing the primary mode bending vibration of the first and second bending vibration pieces 6 and 7 from leaking to the base 1.
[0045]
In addition, as shown in FIG. 8, the lower ends (FIG. 8A) of each one bending vibration piece constituting the first and second bending vibration parts are paired tuning forks constituting the first and second tuning fork parts. The configuration may be such that the distance between the first tuning fork portions and the distance between the second tuning fork portions are reduced by shifting the positions of the lower ends of the pieces toward the center portion 10 of the substrate 1. With such a configuration, resonance between the tuning fork pieces of each tuning fork portion is easily caused, and as a result, the sensitivity as an angular velocity sensor can be further improved.
[0046]
In the first embodiment, the base 1, the first, second, third, and fourth tuning fork pieces 2a, 2b, 3a, 3b, first, second, third, fourth, fifth, and sixth tuning forks. The example in which the additional masses 4a, 4b, 5a, 5b, 8, 9 and the first and second bending vibrating pieces 6, 7 are integrally formed from one quartz plate has been described. The material is not limited to quartz, but may be a single crystal material or a polycrystalline material.
[0047]
(Embodiment 2)
The present invention according to claims 5 and 10 will be described in particular with reference to the second embodiment and FIG.
[0048]
FIG. 9 is a plan view for explaining an embodiment of the angular velocity sensor according to the present invention. 9, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Only different components will be described in detail. In FIG. 9, a base 40, first, second, third, and fourth tuning fork pieces 41a, 41b, 42a, 42b, first, second, third, and fourth additional masses 43a, 43b, 44a, 44b. 1, except that the first and second bending vibration pieces 45 and 46 and the fifth and sixth additional masses 47 and 48 are integrally formed of a constant elastic metal. The shape and dimensions shown are the same.
[0049]
Piezoelectric ceramics 49 and 50 for driving in the primary mode are joined to the XY plane of the second and fourth tuning fork pieces 41b and 42b. Piezoelectric ceramics 51 and 52 for monitoring are bonded on the XY plane of the first and third tuning fork pieces 41a and 42a. Piezoelectric ceramics 53, 54 for detecting the amount of charge corresponding to the magnitude of the angular velocity are joined to the XY plane (front side) of the first and second bending vibration pieces 45, 46.
[0050]
In FIG. 9, first, second, third and fourth tuning fork pieces 41a, 41b, 42a and 42b, first and second bending vibrating pieces 45 and 46 are deformed, The tendency of the charge generated in the piezoelectric ceramics 53 and 54 when the electric charge generated in the piezoelectric element 52 and the angular velocity Ω around the Z axis is applied is the same as that in the first embodiment.
[0051]
In the second embodiment, the base 40, the first, second, third, and fourth tuning fork pieces 41a, 41b, 42a, and 42b, the first, second, third, fourth, fifth, and sixth pieces are provided. The materials constituting the additional masses 43a, 43b, 44a, 44b, 47, 48 and the first and second bending vibration pieces 45, 46 and the piezoelectric ceramics 49, 50, 51, 52, 53, 54 are different from each other. Since it is made of a material, it is possible to freely combine a material having a high Q as a mechanical vibration characteristic and a piezoelectric material having a large piezoelectric constant.
[0052]
In the second embodiment, the example in which the piezoelectric ceramics are joined for driving, for monitoring, and for detecting the amount of charge corresponding to the magnitude of the applied angular velocity has been described. Various thin film configurations can be employed.
[0053]
In the present embodiment, a configuration in which an additional mass having a convex portion outward from each tip of the first, second, third, and fourth tuning fork pieces 2a, 2b, 3a, 3b has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a configuration (not shown) in which an additional mass having a convex portion is provided inward from each of the distal ends may be employed.
[0054]
Further, in the present embodiment, any one of the first, second, third, and fourth tuning fork pieces 2a, 2b, 3a, 3b and the tip of each of the first and second bending vibration pieces 6, 7 is provided. Although the configuration in which the additional mass is provided has been described, a configuration in which the additional mass is not provided in any of the tuning fork piece and the bending vibrating piece is also possible.
[0055]
Further, in the present embodiment, a pair of tuning fork pieces are provided as the first and second tuning fork portions 25 and 26, and one pair of tuning fork portions 25 and 26 is provided between each of the first and second tuning fork portions 25 and 26. Although the configuration in which the bending vibration portions 28 and 29 including the bending vibration pieces 6 and 7 are provided has been described, a configuration in which a pair or a plurality of pairs of tuning fork pieces and one or a plurality of bending vibration pieces are appropriately combined is naturally possible. is there.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, the present invention provides a base provided on the XY plane, a first tuning fork comprising at least a pair of tuning fork pieces extending from the base in a direction opposite to the Y-axis, and a first tuning fork opposed to the first tuning fork. The first tuning fork is located between a second tuning fork comprising at least a pair of tuning forks extending from the base in the Y-axis direction, and a pair of tuning forks constituting the first tuning fork. A first bending vibrating portion comprising at least one bending vibrating piece provided on the base portion so as to extend in a direction opposite to the Y-axis than the portion, and a pair of tuning fork pieces constituting the second tuning fork portion And a second bending vibrating portion comprising at least one bending vibrating piece provided on the base portion so as to extend in the Y-axis direction from the second tuning fork portion; and the first and second tuning forks. Drive means provided on each of the first and second tuning forks to drive the sections Detecting means for detecting the amount of deformation of the first and second bending vibrating portions, and at least detecting means provided on the first and second bending vibrating portions, respectively, An angular velocity sensor in which an additional mass portion extending in the X-axis direction and the anti-X-axis direction is provided at the distal end portions of the first and second bending vibrating portions projecting from the distal end. Therefore, there is an effect that the manufacturing is easy.
[0057]
Further, there is an operational effect that the thickness can be reduced as much as the conventional angular velocity sensor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of the same.
FIG. 3 is a sectional view of the same.
FIG. 4 is a block diagram of a circuit using the angular velocity sensor according to one embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a schematic diagram of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view of the same.
FIG. 7 is a plan view of the same.
FIG. 8 is a plan view of the same.
FIG. 9 is a plan view of the same.
[Explanation of symbols]
1,40 base
2a, 41a First tuning fork piece
2b, 41b Second tuning fork
3a, 42a Third tuning fork piece
3b, 42b Fourth tuning fork
4a, 43a First additional mass
4b, 43b Second additional mass
5a, 44a Third additional mass
5b, 44b Fourth additional mass
6,45 1st bending vibration piece
7,46 Second bending vibration piece
8,47 Fifth additional mass
9,48 Sixth additional mass
10 Center
12a, 12b, 13a, 13b Drive electrode
14a, 14b, 15a, 15b Detection electrodes for monitoring
16a, 16b, 17a, 17b Detection electrodes for detecting angular velocity
18 Common electrode
19 Output signal source of drive circuit
20 Charge amplifier
21 Detection circuit
22 Low-pass filter
23 Drive circuit
25 First tuning fork
26 Second tuning fork
27 First additional mass part
28 First flexural vibration part
29 Second bending vibration part
30a, 30b, 30c, 30d hole
31a, 31b, 31c, 31d slit section
49, 50, 51, 52, 53, 54 Piezoelectric ceramics
