JP2007108044A - Element for vibrating gyroscope, and vibrating gyroscope - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an element for a vibrating gyroscope, and a vibrating gyroscope which are easy to evaluate and mount or the like, have good productivity, have small output drift, are not likely to be affected by vibration from an external, can obtain stable outputs, are solid to an impact from the external, can detect biaxial rotational angular velocities, and are inexpensive. <P>SOLUTION: A structure for supporting additional mass parts 4a, 4b, 4c, 4d, which can be vibrated by a penetration groove 19, by a beam part 2, a first arm part 3c, and second arms 3a, 3b is formed on a simple body of flat plates 8, and is functioned as an excitation part and detection part, and supports by its frame body 1. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、角速度センサとして使用される振動ジャイロ用素子及び振動ジャイロに関し、特に自動車のナビゲーションシステムや姿勢制御装置、カメラ一体型VTRの手振れ防止装置等に用いられるジャイロスコープに好適な振動ジャイロ用素子及び振動ジャイロに関するものである。   The present invention relates to a vibration gyro element and a vibration gyro used as an angular velocity sensor, and more particularly to a vibration gyro element suitable for a gyroscope used in an automobile navigation system, attitude control device, camera-integrated VTR camera shake prevention device, and the like. And a vibrating gyroscope.

振動ジャイロとは、速度を持つ物体に回転角速度が与えられると、その物体自身に速度方向と直角な方向にコリオリ力が発生するという力学現象を利用した角速度センサである。   A vibrating gyroscope is an angular velocity sensor that utilizes a dynamic phenomenon in which when a rotational angular velocity is applied to an object having a velocity, a Coriolis force is generated in the object itself in a direction perpendicular to the velocity direction.

振動ジャイロは、電気的な信号を印加することで機械的な振動(以下、駆動モードと呼ぶ)を励起することができ、且つ、駆動振動と直交する方向の機械的な振動(以下、検出モードと呼ぶ)の大きさを電気的に検出可能とした系を有し、予め、駆動モードを励振した状態で、駆動モードの振動面と検出モードの振動面との交線と平行な軸を中心とした回転角速度を与えると、前述のコリオリ力の作用により、検出モードが発生し、出力電圧として検出できる。この検出された出力電圧は駆動モードの大きさ及び回転角速度に比例するので、駆動モードの大きさを一定にした状態では、出力電圧の大きさから回転角速度の大きさを求めることができる。   A vibration gyro can excite mechanical vibration (hereinafter referred to as a drive mode) by applying an electrical signal, and mechanical vibration in a direction orthogonal to the drive vibration (hereinafter referred to as a detection mode). The center of the axis parallel to the intersection of the vibration surface of the drive mode and the vibration surface of the detection mode with the drive mode excited in advance. When the rotational angular velocity is given, a detection mode is generated by the action of the aforementioned Coriolis force, and can be detected as an output voltage. Since the detected output voltage is proportional to the magnitude of the drive mode and the rotational angular velocity, the magnitude of the rotational angular velocity can be obtained from the magnitude of the output voltage when the magnitude of the drive mode is constant.

近年、振動ジャイロにおいても、その他の電子部品と同様に、小型化、低価格化が急速に進められている。また、例えば、手振れ防止装置等では、一般に2軸の回転角速度の検出が必要であるため、1軸の回転角速度を検出できる製品を2つ使用している場合がほとんどである。このような状況の中で、振動ジャイロの小型化、低価格化へのアプローチの1つとして、2軸の回転角速度の検出を1つの製品内で可能にする検討がなされている。このような構成の場合、1軸の製品を別々に生産するのに比べ、回路や外部入出力端子等の共通部分を共有することが可能となり、小型・低価格化を図ることができる。また、携帯電話機をはじめとした、携帯機器への搭載の検討も始まり、これまで以上に耐衝撃性、高安定化が求められている。   In recent years, as with other electronic components, vibration gyroscopes are rapidly being reduced in size and price. In addition, for example, an anti-shake device or the like generally requires detection of a biaxial rotational angular velocity, and therefore, in most cases, two products that can detect a uniaxial rotational angular velocity are used. Under such circumstances, as one approach to reducing the size and cost of a vibrating gyroscope, studies have been made to enable detection of a biaxial rotational angular velocity within one product. In such a configuration, it is possible to share common parts such as a circuit and an external input / output terminal as compared with the case where a single-axis product is produced separately, thereby achieving a reduction in size and price. In addition, studies on mounting on mobile devices such as mobile phones have begun, and more shock resistance and higher stability are required than ever.

図1は、従来の振動ジャイロ用素子を示す斜視図である。図1において、振動子111は、エリンバなどの恒弾性金属材料からなる正方形状の板状の振動体112と、振動体112の主面の中央部に配置された圧電素子113とからなる。圧電素子113の表面には、複数の分割された電極116が配されている。振動体112には各辺の中央から中心点に向う4本の切り欠き121,122,123,124によって4つの振動体111a,111b,111c,111dが形成されている。   FIG. 1 is a perspective view showing a conventional vibrating gyro element. In FIG. 1, the vibrator 111 is composed of a square plate-like vibrating body 112 made of a constant elastic metal material such as an elimba, and a piezoelectric element 113 disposed at the center of the main surface of the vibrating body 112. A plurality of divided electrodes 116 are arranged on the surface of the piezoelectric element 113. In the vibrating body 112, four vibrating bodies 111a, 111b, 111c, and 111d are formed by four notches 121, 122, 123, and 124 from the center of each side to the center point.

振動子111は、ノード軸N1およびノード軸N2を軸とする軸対称モードで振動し、ノード軸N1とノード軸N2の交点付近で支持固定される。角速度の検出は、振動子111の平面内で振動するモードを用い、平面内の直交する2軸の角速度の検出を可能としている。このような振動ジャイロは特許文献1に開示されている。   The vibrator 111 vibrates in an axially symmetric mode with the node axis N1 and the node axis N2 as axes, and is supported and fixed near the intersection of the node axis N1 and the node axis N2. The angular velocity is detected by using a mode that vibrates in the plane of the vibrator 111, and two angular velocities perpendicular to each other in the plane can be detected. Such a vibration gyro is disclosed in Patent Document 1.

特許第3206551号公報Japanese Patent No. 3206551

しかしながら、前述した従来の振動ジャイロ用素子では、支持部を振動子の中央部に設けて、振動子の外周部が自由に振動できるようにする必要があるため、1つずつ振動子を切り出した後でないと振動子の特性評価を行うことができないという問題点がある。   However, in the above-described conventional vibratory gyro element, it is necessary to provide a support portion at the center of the vibrator so that the outer periphery of the vibrator can vibrate freely. There is a problem that the characteristics of the vibrator cannot be evaluated unless it is later.

また、中央部での支持は、実装が難しく、振動子の周波数調整やバランス調整を行う場合にも、特殊な治具を作製し、振動子を中央部のみで支持固定して宙吊りにする必要があるため、生産性が低下するという問題点がある。   Also, it is difficult to mount the support at the center, and even when adjusting the frequency or balance of the vibrator, it is necessary to create a special jig and support and fix the vibrator only at the center to suspend it. Therefore, there is a problem that productivity is lowered.

さらに、中央部のノード付近を支持固定する場合、支持固定できる面積は非常に小さく、振動を阻害せずに支持することは非常に難しく、支持部から振動が漏れると同時に、外部からの振動の影響を受け易く、出力が不安定となる。また、支持が1点であるため、外部から衝撃を受けた場合に、衝撃力がその1点に集中し、破壊し易いという問題点もある。   Furthermore, when supporting and fixing the vicinity of the node in the center, the area that can be supported and fixed is very small, and it is very difficult to support without disturbing the vibration. It is easily affected and the output becomes unstable. In addition, since the support is at one point, there is a problem that when an impact is applied from the outside, the impact force is concentrated on the one point and is easily broken.

従って、本発明は、上記従来技術の問題点を解決することを課題とする。具体的には、評価や実装等が容易で生産性の良い、出力ドリフトが小さく、外部からの振動の影響も受けにくい、安定した出力が得られる、外部からの衝撃に対しても堅牢で且つ、2軸の回転角速度の検出が可能である安価な振動ジャイロ用素子及び振動ジャイロを提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art. Specifically, it is easy to evaluate and mount, has good productivity, has low output drift, is not easily affected by external vibrations, can provide stable output, is robust against external impacts, and It is an object of the present invention to provide an inexpensive vibration gyro element and vibration gyro capable of detecting a biaxial rotation angular velocity.

本発明は、前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。即ち、本発明は、板状体からなる、振動可能な付加質量部をビーム及びアームとで支えるような構造を形成することで、励振部と検出部として機能させ、枠体を支持することをその要旨とする。   The present invention employs the following means in order to solve the above problems. That is, the present invention forms a structure that supports a vibrating additional mass part composed of a plate-like body with a beam and an arm, thereby functioning as an excitation part and a detection part and supporting a frame body. The gist.

本発明によれば、板状体からなる振動ジャイロ用素子であって、枠体と、該枠体に両端が支持されてなるビーム部と、該ビーム部と交差し形成される1以上の第1のアーム部と、該第1のアーム部から延在し形成してなる1以上の第2のアーム部と、該第2のアーム部に支持される1以上の付加質量部とからなることを特徴とする振動ジャイロ用素子が得られる。   According to the present invention, there is provided a vibration gyro element comprising a plate-like body, a frame body, a beam portion having both ends supported by the frame body, and one or more first elements formed intersecting the beam portion. 1 arm portion, one or more second arm portions formed extending from the first arm portion, and one or more additional mass portions supported by the second arm portion. A vibrating gyro element characterized by the above can be obtained.

また、本発明によれば、前記枠体と、前記ビーム部と前記第1のアーム部と前記第2のアーム部と前記付加質量部とが同一平面内に配置されていることを特徴とする振動ジャイロ用素子が得られる。   According to the present invention, the frame, the beam portion, the first arm portion, the second arm portion, and the additional mass portion are arranged in the same plane. A vibration gyro element is obtained.

また、本発明によれば、前記ビーム部と前記第1のアーム部と前記第2のアーム部と前記付加質量部とが前記枠体の内側に配置されていることを特徴とする振動ジャイロ用素子が得られる。   According to the invention, the beam portion, the first arm portion, the second arm portion, and the additional mass portion are disposed inside the frame body. An element is obtained.

さらに、本発明によれば、前記ビーム部は前記枠体の中心部から等距離延在してなり、前記第1のアーム部は、前記ビーム部の中心部を通り直交且つ前記中心部から等距離延在し、前記各付加質量部は、前記ビーム部及び前記第1のアーム部の各々に対して線対称となるように4つ以上配置されていることを特徴とする振動ジャイロ用素子が得られる。   Further, according to the present invention, the beam portion extends at an equal distance from the central portion of the frame body, and the first arm portion passes through the central portion of the beam portion and is orthogonal and from the central portion. The vibrating gyro element is characterized in that four or more of the additional mass portions are arranged so as to be line-symmetric with respect to each of the beam portion and the first arm portion. can get.

さらに加えて、本発明によれば、前記ビーム部、または前記第1のアーム部、または前記第2のアーム部の表面に電気信号入力用の駆動電極部と振動検出用の検出電極部とを有し、隣り合う前記付加質量部が互いに逆位相で振動し、前記同一平面の外方向に振動する第1の振動モードと、該第1の振動モードと振動方向が直交し、互いに振動方向が直交する第2の振動モード及び第3の振動モードを有し、該第1乃至第3の振動モードのすべてに対し、前記枠体がノードとなることを特徴とする振動ジャイロ用素子が得られる。   In addition, according to the present invention, an electric signal input drive electrode portion and a vibration detection detection electrode portion are provided on the surface of the beam portion, the first arm portion, or the second arm portion. A first vibration mode in which the adjacent additional mass portions vibrate in mutually opposite phases and vibrate outward in the same plane, the first vibration mode and the vibration direction are orthogonal, and the vibration directions are mutually A vibration gyro element having a second vibration mode and a third vibration mode orthogonal to each other, wherein the frame serves as a node for all of the first to third vibration modes is obtained. .

本発明による振動ジャイロ用素子は、板状体からなり、例えば平板に貫通孔を設け前記平板の同一面内に、枠体と、ビーム部と、第1のアーム部と、第2のアーム部と、付加質量部とを形成する。枠体はビーム部の両端を支持し、ビーム部は第1のアーム部をビーム部の中央部で支持し、第1のアーム部は第2のアーム部を第1のアーム部端部で支持し、第2のアーム部は付加質量部を第2のアーム部の端部で支持する構成とし、付加質量部を振動可能な状態とする。   An element for a vibrating gyroscope according to the present invention is formed of a plate-like body. For example, a flat plate is provided with a through hole, and a frame, a beam portion, a first arm portion, and a second arm portion are provided on the same plane of the flat plate. And an additional mass part. The frame supports both ends of the beam section, the beam section supports the first arm section at the center of the beam section, and the first arm section supports the second arm section at the end of the first arm section. The second arm unit is configured to support the additional mass unit at the end of the second arm unit, and the additional mass unit is allowed to vibrate.

前記枠体は、円形や矩形が望ましいが、外形は特に限定されるものではない。前記ビーム部は、直線帯状が好ましいが、対象性を有すれば直線に限定されるものではなく、また中心点を通らずとも、中心点に対し対象性を有した複数個としても良い。前記第1のアーム部は直線帯状を成し、前記ビーム部と直交することが望ましいが対象性を有すれば直線に限定されるものではない。   The frame is preferably circular or rectangular, but the outer shape is not particularly limited. The beam section is preferably in the form of a straight belt, but is not limited to a straight line as long as it has objectivity, and a plurality of beam parts having objectivity with respect to the center point may be used without passing through the center point. It is desirable that the first arm portion has a straight belt shape and is orthogonal to the beam portion, but the first arm portion is not limited to a straight line as long as it has objectivity.

また、前記第1のアーム部は中心点を通らずとも、中心点に対し対象性を有した複数個としても良い。前記第2のアーム部は直線帯状を成し、前記ビーム部と直交することが望ましいが対象性を有すれば直線或いは直交するものに限定されるものではない。また、前記第2のアーム部は前記第1のアーム部の端部が好ましいが、対象性を有すれば中央部以外であれば端部に限定されるものではない。前記付加質量部は、円形や矩形が望ましいが限定されるものではない。前記の構造は、平板単体に貫通する溝を作ることで形成できる。   Further, the first arm portion may have a plurality of properties with respect to the center point without passing through the center point. It is desirable that the second arm portion has a straight belt shape and is orthogonal to the beam portion. However, the second arm portion is not limited to being linear or orthogonal as long as it has objectivity. The second arm portion is preferably an end portion of the first arm portion. However, the second arm portion is not limited to the end portion as long as it has a property other than the central portion. The additional mass portion is preferably a circular shape or a rectangular shape, but is not limited thereto. The above structure can be formed by making a groove penetrating a single plate.

また、第1のアーム部が有する電気信号入力用の駆動電極部に電気信号を入力することで、前記付加質量部を振動させて、第2のアーム部が有する振動検出用の検出電極部から出力される信号を検出することで2軸の回転角加速度が検出できるようにしたものである。   In addition, by inputting an electric signal to the electric electrode input drive electrode unit included in the first arm unit, the additional mass unit is vibrated, and the vibration detection detection electrode unit included in the second arm unit By detecting the output signal, the biaxial rotational angular acceleration can be detected.

本発明においては、振動子を1つずつ切り出すことなく、振動特性の検査、周波数調整、バランス調整を行うことができる。また、容易に検査、調整が可能で、後工程の歩留まりも改善でき、生産性が非常に高くなる。さらに、振動ジャイロ用素子の平面内の2軸の回転角速度を検出できる本発明の検出軸は、一般的なデジタルスチルカメラ等で使用する場合、そのまま基板上に実装できるので、実装が容易となる。   In the present invention, it is possible to perform vibration characteristic inspection, frequency adjustment, and balance adjustment without cutting out the vibrators one by one. In addition, inspection and adjustment can be easily performed, the yield of the post-process can be improved, and the productivity becomes very high. Furthermore, the detection axis of the present invention that can detect the rotational angular velocity of the two axes in the plane of the vibration gyro element can be mounted on the substrate as it is when used in a general digital still camera or the like, so that the mounting becomes easy. .

また、1つの振動子で2軸の回転角速度の検出が可能であるため、回路や外部端子等の共通部分を共有することで、1軸の製品を2つ使用するのに比べ、小型・低コスト化が可能となる。さらに、振動子の製造工程において、ウエハー上に複数個の振動子を同時に形成し、外縁同士が接続した状態においても、振動ジャイロ用素子特性を検査することが容易となる。   In addition, because it is possible to detect the rotational angular velocity of two axes with one vibrator, by sharing common parts such as circuits and external terminals, it is smaller and lower than using two single-axis products. Cost can be reduced. Further, in the vibrator manufacturing process, it is easy to inspect the characteristics of the vibratory gyro element even when a plurality of vibrators are simultaneously formed on the wafer and the outer edges are connected to each other.

さらに、対称性良く配置された付加質量部が対称性の良い駆動モードで振動する。そのため、駆動モードの振動が外部へ漏れ難い構成となり、枠体に存在する駆動モードの振動及び変位がわずかとなる。   Further, the additional mass portion arranged with good symmetry vibrates in a drive mode with good symmetry. Therefore, the vibration in the drive mode is difficult to leak to the outside, and the vibration and displacement in the drive mode existing in the frame body are small.

また、本発明によれば、前記板状体が圧電体または圧電単結晶から成る単一材料であることを特徴とする振動ジャイロ用素子が得られる。本発明の振動ジャイロ用素子は、平面的な構造をとっており、正方形状の圧電体板或いは圧電単結晶板に穴あけ加工を施すことで、容易に形成でき、生産性が高くなる。さらに、ニオブ酸リチウムなど、高結合材料を用いることで、SN比の高い振動ジャイロ用素子が提供できる。   Further, according to the present invention, there is obtained a vibrating gyro element in which the plate-like body is a single material made of a piezoelectric body or a piezoelectric single crystal. The vibration gyro element of the present invention has a planar structure, and can be easily formed by increasing the productivity by punching a square piezoelectric plate or piezoelectric single crystal plate. Furthermore, by using a high binding material such as lithium niobate, a vibration gyro element having a high SN ratio can be provided.

また、本発明によれば、前記板状体が、厚さ方向に1以上の材料を積層してなる積層構造を有することを特徴する振動ジャイロ用素子が得られる。前記板状体は、単一材料でなくとも、同一、或いは異なる材料を厚さ方向に複数層、重ねた積層構造としても良い。   In addition, according to the present invention, there is obtained a vibrating gyro element in which the plate-like body has a laminated structure in which one or more materials are laminated in the thickness direction. The plate-like body may not be a single material, but may have a laminated structure in which the same or different materials are stacked in multiple layers in the thickness direction.

また、本発明によれば、前記枠体を少なくとも2箇所以上で支持してなることを特徴とする振動ジャイロ用素子が得られる。本発明による構造の振動ジャイロ用素子の前記枠体に存在する駆動モードの振動は、わずかである。したがって、振動ジャイロ用素子の前記枠体を支持することが可能となり、良好な支持特性が得られ、出力ドリフトも低減し、実装が容易で生産性も高くなる。また、振動ジャイロ用素子の枠体の全周を支持することで、衝撃が加わっても、衝撃力が分散するので、外部衝撃に強く、安定性が高い、高信頼性の振動ジャイロ用素子が提供できる。   In addition, according to the present invention, there can be obtained a vibration gyro element characterized in that the frame body is supported in at least two places. The vibration of the driving mode existing in the frame of the vibration gyro element having the structure according to the present invention is slight. Therefore, the frame body of the vibration gyro element can be supported, good support characteristics are obtained, output drift is reduced, mounting is easy, and productivity is increased. In addition, by supporting the entire circumference of the frame of the vibration gyro element, the impact force is dispersed even if an impact is applied, so that a highly reliable vibration gyro element that is resistant to external impact and has high stability is provided. Can be provided.

さらに、本発明によれば、前記枠体の少なくとも2箇所以上で結合し、前記枠体の外周を囲う少なくとも1以上のフレームを有し、該フレームの1つを少なくとも2箇所以上で支持してなることを特徴とする振動ジャイロ用素子得られる。   Furthermore, according to the present invention, the frame has at least one frame that is coupled at at least two places and surrounds the outer periphery of the frame, and one of the frames is supported at at least two places. An element for a vibrating gyroscope can be obtained.

平板の枠体のさらに外側に、フレームとなる部分を設けて支持することで、駆動モードの振動を内部に閉じ込めることができ、より良好な支持特性が得られ、出力ドリフトが低減し、安定した出力が得られる振動ジャイロ用素子の提供できる。   By providing and supporting the frame part on the outer side of the flat frame body, it is possible to confine the vibration in the drive mode inside, better support characteristics are obtained, output drift is reduced, and stable It is possible to provide a vibration gyro element capable of obtaining an output.

さらに加えて、本発明によれば、前記振動ジャイロ用素子を使用した振動ジャイロであって、前記第1の振動モードの駆動手段と、前記ビーム部の長手方向の軸を回転軸とした回転角速度および前記第1のアーム部の長手方向を回転軸とした回転角速度により生じるコリオリ力による前記第2および前記第3の振動モードの変化を検出する検出手段を具備することを特徴とする振動ジャイロが得られる。   In addition, according to the present invention, there is provided a vibration gyro using the vibration gyro element, wherein the first vibration mode driving means and a rotational angular velocity having a longitudinal axis of the beam portion as a rotation axis. And a vibration gyro comprising detection means for detecting a change in the second vibration mode and the third vibration mode due to a Coriolis force generated by a rotational angular velocity with the longitudinal direction of the first arm portion as a rotation axis. can get.

本発明による、前記振動ジャイロ用素子を用いて、電気信号入力用の前記駆動電極部に電気信号を入力する駆動手段と、振動検出用の前記検出電極部から出力される信号を検出する検出手段を具備することにより、2軸の回転角加速度の検出が可能なデバイスとなる。   According to the present invention, using the vibration gyro element, a drive means for inputting an electric signal to the drive electrode section for electric signal input, and a detection means for detecting a signal output from the detection electrode section for vibration detection By providing the device, a device capable of detecting biaxial rotational angular acceleration is obtained.

前記のごとく、本発明によれば、評価や実装等が容易で生産性の良い振動ジャイロ用素子の提供が可能となり、また、出力ドリフトが小さく、外部からの振動の影響も受けにくい、安定した出力が得られる振動ジャイロ用素子及び振動ジャイロの提供が可能となる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a vibration gyro element that is easy to evaluate, mount, and the like and has good productivity, and has a small output drift and is not easily affected by external vibration. It is possible to provide a vibration gyro element and a vibration gyro capable of obtaining an output.

さらに、本発明によれば、外部からの衝撃に対しても堅牢で且つ、2軸の回転角速度の検出が可能である安価な振動ジャイロ用素子及び振動ジャイロの提供が可能となる。   Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide an inexpensive vibration gyro element and vibration gyro that are robust against external impacts and that can detect a biaxial rotational angular velocity.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図2は本発明の実施例1における振動ジャイロ用素子を示す上面図である。1辺が3mmの正方形状を成し、ニオブ酸リチウムの圧電単結晶からなる厚さ0.2mmの平板8に貫通溝19を開けることで、1枚の圧電単結晶板の同一面内に枠体1と中央部縦方向にビーム部2と、中央部横方向に第1のアーム部3cと前記第1のアーム部3cの両端に2つの第2のアーム部3a,3bと、第2のアーム部のそれぞれ両端に合計4つの付加質量部4a,4b,4c,4dを形成した。   FIG. 2 is a top view showing the vibration gyro element according to the first embodiment of the present invention. By forming a through-groove 19 in a 0.2 mm thick flat plate 8 made of a piezoelectric single crystal of lithium niobate having a square shape with a side of 3 mm, a frame is formed on the same plane of one piezoelectric single crystal plate. The body 1, the beam part 2 in the central part longitudinal direction, the first arm part 3c in the central part lateral direction, two second arm parts 3a, 3b at both ends of the first arm part 3c, and the second A total of four additional mass portions 4a, 4b, 4c, and 4d were formed at both ends of the arm portion.

本実施例1では、ビーム部2の中心線20に対して左右が対称な形状とし、第1のアーム部3cの中心線21に対して上下も対称な形状とした。また、第1のアーム部3cの表面には駆動電極部5a,5bと基準電位電極部7a,7bとを形成し、第2のアーム部3a,3bの表面には,検出電極部6a,6b,6c,6dと基準電位電極部7c,7d,7e,7fとを形成した。前記各電極部には,クロムを下地とした金により電極を形成した。   In the first embodiment, the left and right sides are symmetrical with respect to the center line 20 of the beam portion 2, and the top and bottom are also symmetrical with respect to the center line 21 of the first arm portion 3c. Further, drive electrode portions 5a and 5b and reference potential electrode portions 7a and 7b are formed on the surface of the first arm portion 3c, and detection electrode portions 6a and 6b are formed on the surface of the second arm portions 3a and 3b. , 6c, 6d and reference potential electrode portions 7c, 7d, 7e, 7f. In each of the electrode portions, electrodes were formed of gold with chromium as a base.

ここで、上記実施例1による形態の振動ジャイロの動作原理について説明する。図3乃至図6は、実施例1における振動ジャイロ用素子の振動モードを示す図である。図3は未動作時の状態を示し、図4はXモード、図5はYモード、図6はZモードの振動の様子をそれぞれ示している。また、図3乃至図6において、図3(a)は斜視図、図3(b)は上面図、図3(c)は側面図、図4(a)は斜視図、図4(b)は上面図、図4(c)は側面図、図5(a)は斜視図、図5(b)は上面図、図5(c)は側面図、図6(a)は斜視図、図6(b)は上面図、図6(c)は側面図である。   Here, the operation principle of the vibration gyro according to the first embodiment will be described. 3 to 6 are diagrams illustrating vibration modes of the vibration gyro element according to the first embodiment. FIG. 3 shows a non-operating state, FIG. 4 shows the X mode, FIG. 5 shows the Y mode, and FIG. 6 shows the Z mode. 3 to 6, FIG. 3 (a) is a perspective view, FIG. 3 (b) is a top view, FIG. 3 (c) is a side view, FIG. 4 (a) is a perspective view, and FIG. Is a top view, FIG. 4 (c) is a side view, FIG. 5 (a) is a perspective view, FIG. 5 (b) is a top view, FIG. 5 (c) is a side view, and FIG. 6 (b) is a top view and FIG. 6 (c) is a side view.

図4に示すXモードは、付加質量部4aおよび4dと、付加質量部4bおよび4cとが、互いにX軸方向に対して逆位相で振動する。図5に示すYモードでは、付加質量部4aおよび4dと、付加質量部4bおよび4cとが、互いにY軸方向に対して逆位相で振動する。図6に示すZモードでは、付加質量部4bおよび4cとが、互いにZ軸方向に対して逆位相で振動する。   In the X mode shown in FIG. 4, the additional mass portions 4a and 4d and the additional mass portions 4b and 4c vibrate in opposite phases with respect to the X-axis direction. In the Y mode shown in FIG. 5, the additional mass units 4a and 4d and the additional mass units 4b and 4c vibrate in opposite phases with respect to the Y-axis direction. In the Z mode shown in FIG. 6, the additional mass portions 4b and 4c vibrate in opposite phases with respect to the Z-axis direction.

例えば、Xモードを励振した状態で、Z軸周りに回転角速度を印加すると、4つの付加質量部に働くコリオリ力の影響で、Yモードが発生する。同様に、Xモードを励振した状態で、Y軸周りに回転角速度を印加すると、Zモードが発生する。この時、Xモードの振動速度が一定であれば、これらの発生した、YモードおよびZモードの振幅の大きさは、印加した回転角速度に比例し、これらの振動を電気的に取り出せば、回転角速度センサとして機能する。即ち、図2に示した第1のアーム部に形成した駆動電極部5a,5bに電気信号を入力することでXモードを励振し、第2のアーム部に形成した検出電極部6a,6b,6c,6dに生じる電荷を検出することで、Yモード及びZモードの振動が検出できる。   For example, when a rotational angular velocity is applied around the Z axis while the X mode is excited, the Y mode is generated due to the influence of Coriolis forces acting on the four additional mass portions. Similarly, when a rotational angular velocity is applied around the Y axis while the X mode is excited, the Z mode is generated. At this time, if the vibration speed of the X mode is constant, the magnitudes of the generated Y mode and Z mode amplitudes are proportional to the applied rotation angular velocity, and if these vibrations are extracted electrically, the rotation is performed. Functions as an angular velocity sensor. That is, the X-mode is excited by inputting an electric signal to the drive electrode portions 5a and 5b formed in the first arm portion shown in FIG. 2, and the detection electrode portions 6a and 6b formed in the second arm portion. By detecting the charges generated in 6c and 6d, vibrations in the Y mode and the Z mode can be detected.

この各電極部の配置は、それぞれの振動モードにおける第1のアーム部及び第2のアーム部の表面に発生する電荷の分布を解析して決定した。図7は電荷の分布を示す模式図である。図7(a)はXモードでの電荷の分布を示す模式図、図7(b)はYモードでの電荷の分布を示す模式図、図7(c)はZモードでの電荷の分布を示す模式図である。図7において、「+」と「−」は、発生電荷の極性を示し、楕円は、その範囲を示している。この電荷分布は、選択した材料によって異なり、さらに異方性材料であれば、結晶の方位によっても様々な分布を示す。   The arrangement of the electrode portions was determined by analyzing the distribution of charges generated on the surfaces of the first arm portion and the second arm portion in each vibration mode. FIG. 7 is a schematic diagram showing the distribution of charges. 7A is a schematic diagram showing the charge distribution in the X mode, FIG. 7B is a schematic diagram showing the charge distribution in the Y mode, and FIG. 7C is the charge distribution in the Z mode. It is a schematic diagram shown. In FIG. 7, “+” and “−” indicate the polarities of the generated charges, and the ellipse indicates the range. This charge distribution varies depending on the selected material, and if it is an anisotropic material, it exhibits various distributions depending on the crystal orientation.

図8は、実施例1における結晶方位を示す図である。図8に示すように、実施例1に使用したニオブ酸リチウムからなる圧電単結晶の平板8は、厚さ0.2mmにXカットされた素板から、圧電単結晶のY軸とビーム部2の長手方向の中心線20とが成す角度が50度になるように切り出されたもので、各モードにおける表面に発生する電荷の分布は図7に示した様になる。この電荷分布を考慮して、図2に示すように、アーム3cの表面にXモードの振動を励振させるための駆動電極部5a,5bと、基準電位電極部7a,7bとをそれぞれ配置した。   FIG. 8 is a diagram showing crystal orientations in Example 1. As shown in FIG. 8, the piezoelectric single crystal flat plate 8 made of lithium niobate used in Example 1 is formed from an X-cut base plate having a thickness of 0.2 mm, and the Y axis of the piezoelectric single crystal and the beam portion 2. 7 is cut out so that the angle formed with the center line 20 in the longitudinal direction is 50 degrees, and the distribution of charges generated on the surface in each mode is as shown in FIG. In consideration of this charge distribution, as shown in FIG. 2, drive electrode portions 5a and 5b for exciting X-mode vibration and reference potential electrode portions 7a and 7b are arranged on the surface of the arm 3c.

同様に、第2のアーム部3a,3bの表面に、YモードおよびZモードの振動検出用の検出電極部6a,6b,6c,6dと基準電位電極部7c,7d,7e,7f,7g,7hを配置した。検出電極部6a,6b,6c,6dには、YモードおよびZモードの電荷が発生するが、それぞれ発生する電荷の極性が異なるため、加算や差動回路によって、Yモードによる発生電荷とZモードによる発生電荷とを区別することが可能である。   Similarly, the detection electrodes 6a, 6b, 6c, 6d for detecting vibrations in the Y mode and the Z mode and the reference potential electrodes 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h was placed. The detection electrode portions 6a, 6b, 6c, and 6d generate Y-mode and Z-mode charges, but the generated charges have different polarities. It is possible to distinguish the generated charge due to.

実施例1による振動ジャイロ用素子の駆動モードは、Xモードとし、図2に示す第1のアーム部3cが捩り振動を行い、第2のアーム部3aと第2のアーム部3bが第1のアーム部3cを軸に回転運動を行う。その結果、付加質量部4aおよび4dと、付加質量部4bおよび4cとが互いに逆位相で面外方向に振動を行う。第1のアーム部3cの捩り振動のノード点近傍はビーム部によって平板8の枠体へと接続されている。このため、駆動モードの振動が枠体へ伝わり難く、枠体に存在する駆動モードの振動が低減する。   The driving mode of the vibrating gyro element according to the first embodiment is set to the X mode, the first arm portion 3c shown in FIG. 2 performs torsional vibration, and the second arm portion 3a and the second arm portion 3b are the first mode. A rotational motion is performed about the arm 3c. As a result, the additional mass portions 4a and 4d and the additional mass portions 4b and 4c vibrate in the out-of-plane direction with opposite phases. The vicinity of the nodal point of the torsional vibration of the first arm portion 3c is connected to the frame of the flat plate 8 by the beam portion. For this reason, it is difficult for the vibration in the driving mode to be transmitted to the frame, and the vibration in the driving mode existing in the frame is reduced.

従って、駆動モードの振動が少ない、平板8の枠体1が支持できるので、駆動モードの振動を阻害することなく、安定な支持特性が得られる。そして、センサ出力が安定化し、出力ドリフトも低減する。また、枠体1全周を支持できるので、平板8に衝撃が加わっても、力を分散でき、耐衝撃性の高い構造となる。さらに、平板8の平面内の直交する2軸の回転角速度の検出が可能となるので、駆動回路や検出回路及び外部端子等の共通部分を共有することができる。加えて、平板8の枠体1を支持固定することができるため、実装が容易で、生産性も高くなる。   Therefore, since the frame 1 of the flat plate 8 with less vibration in the drive mode can be supported, stable support characteristics can be obtained without hindering the vibration in the drive mode. And a sensor output is stabilized and an output drift is also reduced. Further, since the entire circumference of the frame body 1 can be supported, even if an impact is applied to the flat plate 8, the force can be dispersed and a structure having high impact resistance can be obtained. Furthermore, since it is possible to detect the rotational angular velocities of two orthogonal axes in the plane of the flat plate 8, common parts such as a drive circuit, a detection circuit, and an external terminal can be shared. In addition, since the frame body 1 of the flat plate 8 can be supported and fixed, mounting is easy and productivity is increased.

製造工程においては、圧電単結晶のウエハー上に複数個の前記振動ジャイロ用素子を同時に形成し、枠体1同士が接合した状態であっても、特性を検査することが容易となる。振動ジャイロ用素子を1つずつ切り出すことなく、振動特性の検査、周波数調整、バランス調整を行うこともでき、容易に検査、調整可能で、後工程の歩留まりも改善できる。   In the manufacturing process, even when a plurality of vibrating gyro elements are simultaneously formed on a piezoelectric single crystal wafer and the frames 1 are joined together, it is easy to inspect the characteristics. Inspection of vibration characteristics, frequency adjustment, and balance adjustment can be performed without cutting out the vibration gyro elements one by one, which can be easily inspected and adjusted, and the yield of subsequent processes can be improved.

実施例1では、ニオブ酸リチウムの圧電単結晶板を利用しているが、タンタル酸リチウム、水晶、ランガサイト、酸化亜鉛、PZT、圧電薄膜等でも、本発明により、有用な振動ジャイロを構成できる。   In Example 1, a piezoelectric single crystal plate of lithium niobate is used, but a useful vibrating gyroscope can also be configured by lithium tantalate, quartz, langasite, zinc oxide, PZT, piezoelectric thin film, and the like. .

図9は、本発明による実施例2における振動ジャイロ用素子を示す上面図である。実施例2では、実施例1による振動ジャイロ用素子に加え、さらに、二重のフレーム17a、17bを設け、より安定な支持構造を実現している。基本的な動作原理、電極構成は、実施例1と全く同様である。実施例1においては、わずかだが枠体1に振動が存在している。そこで、枠体1のノード点付近に接続部18aおよび18bを設け、フレーム17aと接続し、さらに、フレーム17aのノード点付近に接続部18cおよび18dを設けて、フレーム17bと接続した。これにより、フレーム17bに存在する振動は、枠体1よりも、さらに低減し、振動が外部に漏れ難く、また、外部からの振動が入り難くなり、出力ドリフトをさらに低減させることが可能となる。   FIG. 9 is a top view showing an element for a vibration gyro according to a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, in addition to the vibrating gyro element according to the first embodiment, double frames 17a and 17b are further provided to realize a more stable support structure. The basic operation principle and electrode configuration are the same as those in the first embodiment. In the first embodiment, there is slight vibration in the frame 1. Therefore, the connection portions 18a and 18b are provided near the node point of the frame 1 and connected to the frame 17a, and the connection portions 18c and 18d are provided near the node point of the frame 17a to be connected to the frame 17b. As a result, the vibration existing in the frame 17b is further reduced as compared with the frame 1, the vibration is less likely to leak to the outside, and the vibration from the outside is less likely to enter, thereby further reducing the output drift. .

図10は、本発明の実施例3における振動ジャイロを示すブロック図である。実施例3では、実施例1による振動ジャイロ素子22を使用し、駆動手段として、電流検出回路9と、移相回路10a,10bと、AGC回路11(オートゲインコントロール回路)とを有し、検出手段として、差動回路13と、加算回路14と、同期検波回路15a,15bと、フィルタ回路16a,16bとを有し、また各回路の動作基準電位を設定するための基準電位回路を有する。   FIG. 10 is a block diagram illustrating a vibration gyro according to a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, the vibration gyro element 22 according to the first embodiment is used, and the current detection circuit 9, the phase shift circuits 10a and 10b, and the AGC circuit 11 (auto gain control circuit) are used as driving means. As means, it has a differential circuit 13, an adder circuit 14, synchronous detection circuits 15a and 15b, filter circuits 16a and 16b, and a reference potential circuit for setting an operation reference potential of each circuit.

実施例3では、Xモードの周波数で、駆動電極部5aおよび5bを駆動するには、駆動状態を一定に保つためのAGC回路11の出力を駆動電極部5aおよび5bに接続し、電流検出回路9を基準電位電極部7aおよび7bに接続する。電流検出回路9の仮想接地の効果により、基準電位電極部7aおよび7bの電位は、基準電位に固定され、駆動電極5aおよび5bと基準電位電極部7aおよび7bの間に駆動電圧を印加することが可能となる。   In the third embodiment, in order to drive the drive electrode portions 5a and 5b at the frequency of the X mode, the output of the AGC circuit 11 for keeping the drive state constant is connected to the drive electrode portions 5a and 5b, and the current detection circuit 9 is connected to the reference potential electrode portions 7a and 7b. Due to the virtual ground effect of the current detection circuit 9, the potentials of the reference potential electrodes 7a and 7b are fixed to the reference potential, and a drive voltage is applied between the drive electrodes 5a and 5b and the reference potential electrodes 7a and 7b. Is possible.

駆動電極部5aおよび5bに流れる駆動電流は、電流検出回路9で検出、移相回路10aで位相調整、AGC回路11で振幅調整され、駆動電極部5aおよび5bに再び印加される。この閉ループにより、Xモードの共振周波数で自励発振させることができる。同時に、AGC回路11の出力は、移相回路10bを通り、同期検波回路15aおよび15bの参照信号として入力される。Xモードを自励発振させた状態で、Z軸周りの角速度を印加すると、Yモードの振動が発生する。Yモードの振動により、図7の(b)に示す電荷が発生する。   The drive current flowing in the drive electrode portions 5a and 5b is detected by the current detection circuit 9, the phase is adjusted by the phase shift circuit 10a, the amplitude is adjusted by the AGC circuit 11, and is applied to the drive electrode portions 5a and 5b again. This closed loop enables self-excited oscillation at the X-mode resonance frequency. At the same time, the output of the AGC circuit 11 passes through the phase shift circuit 10b and is input as a reference signal for the synchronous detection circuits 15a and 15b. When an angular velocity around the Z axis is applied in a state where the X mode is self-excited, vibration in the Y mode occurs. The electric charge shown in FIG. 7B is generated by the vibration in the Y mode.

したがって、検出電極部6aおよび6dと検出電極部6bおよび6cには、互いに逆位相の電荷が発生する。この逆位相の信号は、差動回路13によって、検出することができ、同期検波回路15a、フィルタ回路16aによって、Z軸周りの角速度に比例した電気信号として取り出すことが可能となる。同様に、Y軸周りの角速度を印加すると、Zモードの振動が発生する。Zモードの振動により、図7(c)のような電荷が発生する。したがって、検出電極6a〜6dには、同位相の電荷が発生する。   Accordingly, charges having opposite phases are generated in the detection electrode portions 6a and 6d and the detection electrode portions 6b and 6c. This opposite phase signal can be detected by the differential circuit 13, and can be extracted as an electrical signal proportional to the angular velocity around the Z axis by the synchronous detection circuit 15a and the filter circuit 16a. Similarly, when an angular velocity around the Y axis is applied, vibration in the Z mode occurs. Electric charges as shown in FIG. 7C are generated by the vibration of the Z mode. Therefore, charges having the same phase are generated in the detection electrodes 6a to 6d.

この信号は、加算回路14によって、検出することができ、同期検波回路15b、フィルタ回路16bによって、Y軸周りの角速度に比例した電気信号として取り出すことが可能となる。また、Yモードによる発生電荷は、加算回路14によって、相殺され、Zモードによる発生電荷は、差動回路13によって、相殺される。したがって、フィルタ回路16aの出力は、Z軸周りのみの角速度に比例した出力、フィルタ回路16bの出力は、Y軸周りのみの回転角速度に比例した出力が得られる。すなわち、実施例3による振動ジャイロは、Y軸およびZ軸の2軸の角速度検出が可能な角速度センサとして機能する。   This signal can be detected by the adder circuit 14, and can be extracted as an electrical signal proportional to the angular velocity around the Y axis by the synchronous detection circuit 15b and the filter circuit 16b. Further, the generated charge due to the Y mode is canceled by the adding circuit 14, and the generated charge due to the Z mode is canceled by the differential circuit 13. Therefore, the output of the filter circuit 16a is an output proportional to the angular velocity only around the Z axis, and the output of the filter circuit 16b is an output proportional to the rotational angular velocity only around the Y axis. That is, the vibrating gyroscope according to the third embodiment functions as an angular velocity sensor that can detect the angular velocities of the Y axis and the Z axis.

上記実施例は、圧電性を利用した振動ジャイロ用素子、或いは振動ジャイロであるが、駆動、検出方法の一部または全部を、電磁誘導を利用や静電力を利用したトランスジューサ、或いは、電極間の容量変化による変位検出に置換えても良い。   The above embodiment is a vibration gyro element using piezoelectricity, or a vibration gyro. However, part or all of the driving and detection methods may be performed using a transducer using electromagnetic induction or an electrostatic force, or between electrodes. You may replace with the displacement detection by a capacity | capacitance change.

実施例4では、実施例1で使用したニオブ酸リチウムの圧電単結晶からなる厚さ0.2mmの平板の代わりに、厚さ0.1mmのシリコン単結晶と厚さ0.1mmのニオブ酸リチウムの圧電単結晶を厚さ方向に積層した材料を使用し、実施例1と同じ図2に示した構造にした。本実施例4においても実施例1とまったく同じ効果が得られ、且つ、ニオブ酸リチウムの圧電単結晶板部分よりシリコン単結晶板部分の加工性が良いため、実施例1よりさらに加工性が良くなった。   In Example 4, instead of the 0.2 mm thick flat plate made of the lithium niobate piezoelectric single crystal used in Example 1, a 0.1 mm thick silicon single crystal and a 0.1 mm thick lithium niobate were used. A material obtained by laminating piezoelectric single crystals in the thickness direction was used, and the structure shown in FIG. In Example 4 as well, the same effect as in Example 1 is obtained, and the workability of the silicon single crystal plate portion is better than that of the lithium niobate piezoelectric single crystal plate portion. became.

前述のごとく、本発明によれば、評価や実装等が容易で生産性の良い、出力ドリフトが小さく、外部からの振動の影響も受けにくい、安定した出力が得られる、外部からの衝撃に対しても堅牢で且つ、2軸の回転角速度の検出が可能である安価な振動ジャイロ用素子及び振動ジャイロの提供が可能となる。   As described above, according to the present invention, it is easy to evaluate and mount, has good productivity, has low output drift, is not easily affected by external vibration, and can provide stable output. However, it is possible to provide an inexpensive vibration gyro element and vibration gyro that are robust and capable of detecting the biaxial rotation angular velocity.

従来の振動ジャイロ用素子を示す斜視図。The perspective view which shows the element for conventional vibration gyroscopes. 本発明の実施例1における振動ジャイロ用素子を示す上面図。1 is a top view showing a vibration gyro element in Example 1 of the present invention. FIG. 実施例1における振動ジャイロ用素子の振動モードを示す図。図3(a)は斜視図。図3(b)は上面図。図3(c)は側面図。FIG. 3 is a diagram illustrating a vibration mode of the vibration gyro element according to the first embodiment. FIG. 3A is a perspective view. FIG. 3B is a top view. FIG. 3C is a side view. 実施例1における振動ジャイロ用素子の振動モードを示す図。図4(a)は斜視図。図4(b)は上面図。図4(c)は側面図。FIG. 3 is a diagram illustrating a vibration mode of the vibration gyro element according to the first embodiment. FIG. 4A is a perspective view. FIG. 4B is a top view. FIG. 4C is a side view. 実施例1における振動ジャイロ用素子の振動モードを示す図。図5(a)は斜視図。図5(b)は上面図。図5(c)は側面図。FIG. 3 is a diagram illustrating a vibration mode of the vibration gyro element according to the first embodiment. FIG. 5A is a perspective view. FIG. 5B is a top view. FIG. 5C is a side view. 実施例1における振動ジャイロ用素子の振動モードを示す図。図6(a)は斜視図。図6(b)は上面図。図6(c)は側面図。FIG. 3 is a diagram illustrating a vibration mode of the vibration gyro element according to the first embodiment. FIG. 6A is a perspective view. FIG. 6B is a top view. FIG. 6C is a side view. 電荷の分布を示す模式図。図7(a)はXモードでの電荷の分布を示す模式図。図7(b)はYモードでの電荷の分布を示す模式図。図7(c)はZモードでの電荷の分布を示す模式図。The schematic diagram which shows distribution of an electric charge. FIG. 7A is a schematic diagram showing the charge distribution in the X mode. FIG. 7B is a schematic diagram showing the charge distribution in the Y mode. FIG. 7C is a schematic diagram showing the charge distribution in the Z mode. 実施例1における結晶方位を示す図。FIG. 3 shows crystal orientation in Example 1. 本発明の実施例2における振動ジャイロ用素子を示す上面図。The top view which shows the element for vibration gyroscopes in Example 2 of this invention. 本発明の実施例3における振動ジャイロを示すブロック図。The block diagram which shows the vibration gyro in Example 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 枠体
2 ビーム部
3a,3b 第2のアーム部
3c 第1のアーム部
4a,4b,4c,4d 付加質量部
5a,5b 駆動電極部
6a,6b,6c,6d 検出電極部
7a,7b,7c,7d,7e,7f,7g,7h 基準電位電極部
8 平板
9 電流検出回路
10a,10b 移相回路
11 AGC回路
12 基準電位回路
13 差動回路
14 加算回路
15a,15b 同期検波回路
16a,16b フィルタ回路
17a,17b フレーム
18a,18b,18c,18d 接続部
19 貫通溝
20,21 中心線
22 振動ジャイロ素子
111 振動子
111a,111b,111c,111d,112 振動体
113 圧電素子
116 電極
121,122,123,124 切り欠き
N1,N2 ノード軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Frame 2 Beam part 3a, 3b 2nd arm part 3c 1st arm part 4a, 4b, 4c, 4d Additional mass part 5a, 5b Drive electrode part 6a, 6b, 6c, 6d Detection electrode part 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h Reference potential electrode section 8 Flat plate 9 Current detection circuit 10a, 10b Phase shift circuit 11 AGC circuit 12 Reference potential circuit 13 Differential circuit 14 Addition circuit
15a, 15b Synchronous detection circuit 16a, 16b Filter circuit 17a, 17b Frame 18a, 18b, 18c, 18d Connection part 19 Through groove 20, 21 Center line 22 Vibrating gyro element 111 Vibrator 111a, 111b, 111c, 111d, 112 Vibrating body 113 Piezoelectric element 116 Electrodes 121, 122, 123, 124 Notch N1, N2 Node axis

Claims (10)

板状体からなる振動ジャイロ用素子であって、枠体と、該枠体に両端が支持されてなるビーム部と、該ビーム部と交差し形成される1以上の第1のアーム部と、該第1のアーム部から延在し形成してなる1以上の第2のアーム部と、該第2のアーム部に支持される1以上の付加質量部とからなることを特徴とする振動ジャイロ用素子。   An element for a vibrating gyroscope made of a plate-like body, a frame, a beam portion supported at both ends by the frame, and one or more first arm portions formed to intersect the beam portion; A vibrating gyroscope comprising one or more second arm portions formed extending from the first arm portion and one or more additional mass portions supported by the second arm portion. Element. 前記枠体と、前記ビーム部と前記第1のアーム部と前記第2のアーム部と前記付加質量部とが同一平面内に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の振動ジャイロ用素子。   2. The vibrating gyroscope according to claim 1, wherein the frame, the beam portion, the first arm portion, the second arm portion, and the additional mass portion are arranged in the same plane. Element. 前記ビーム部と前記第1のアーム部と前記第2のアーム部と前記付加質量部とが前記枠体の内側に配置されていることを特徴とする請求項1にまたは請求項2のいずれか記載の振動ジャイロ用素子。   The said beam part, the said 1st arm part, the said 2nd arm part, and the said additional mass part are arrange | positioned inside the said frame, Either of Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned. The element for vibration gyro as described. 前記ビーム部は前記枠体の中心部から等距離延在してなり、前記第1のアーム部は、前記ビーム部の中心部を通り直交且つ前記中心部から等距離延在し、前記各付加質量部は、前記ビーム部及び前記第1のアーム部の各々に対して線対称となるように4つ以上配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の振動ジャイロ用素子。   The beam portion extends at an equal distance from the center portion of the frame body, and the first arm portion extends orthogonally through the center portion of the beam portion and at an equal distance from the center portion. 4 or more mass parts are arrange | positioned so that it may become line-symmetric with respect to each of the said beam part and said 1st arm part, The any one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. The element for vibration gyro as described. 前記ビーム部、または前記第1のアーム部、または前記第2のアーム部の表面に電気信号入力用の駆動電極部と振動検出用の検出電極部とを有し、隣り合う前記付加質量部が互いに逆位相で振動し、前記同一平面の外方向に振動する第1の振動モードと、該第1の振動モードと振動方向が直交し、互いに振動方向が直交する第2の振動モード及び第3の振動モードを有し、該第1乃至第3の振動モードのすべてに対し、前記枠体がノードとなることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の振動ジャイロ用素子。   The surface of the beam portion, the first arm portion, or the second arm portion has a drive electrode portion for electric signal input and a detection electrode portion for vibration detection, and the additional mass portions adjacent to each other are A first vibration mode that vibrates in opposite phases and vibrates outward in the same plane, a second vibration mode and a third vibration mode in which the first vibration mode and the vibration direction are orthogonal, and the vibration directions are orthogonal to each other. 5. The vibration gyro according to claim 1, wherein the frame body is a node for all of the first to third vibration modes. Element. 前記板状体が圧電体または圧電単結晶から成る単一材料であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の振動ジャイロ用素子。   6. The vibration gyro element according to claim 1, wherein the plate-like body is a single material made of a piezoelectric body or a piezoelectric single crystal. 前記板状体が、厚さ方向に1以上の材料を積層してなる積層構造を有することを特徴する請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の振動ジャイロ用素子。   The vibration gyro element according to any one of claims 1 to 5, wherein the plate-like body has a laminated structure in which one or more materials are laminated in a thickness direction. 前記枠体を少なくとも2箇所以上で支持してなることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の振動ジャイロ用素子。   The vibration gyro element according to any one of claims 1 to 6, wherein the frame body is supported at least at two or more locations. 前記枠体の少なくとも2箇所以上で結合し、前記枠体の外周を囲う少なくとも1以上のフレームを有し、該フレームの1つを少なくとも2箇所以上で支持してなることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の振動ジャイロ用素子。   It has at least 1 or more frames which couple | bond together at at least 2 places of the said frame, and surrounds the outer periphery of the said frame, and supports one of these frames at at least 2 or more places. The vibration gyro element according to any one of claims 1 to 7. 請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の振動ジャイロ用素子を使用した振動ジャイロであって、前記第1の振動モードの駆動手段と、前記ビーム部の長手方向の軸を回転軸とした回転角速度および前記第1のアーム部の長手方向を回転軸とした回転角速度により生じるコリオリ力による前記第2および前記第3の振動モードの変化を検出する検出手段を具備することを特徴とする振動ジャイロ。   9. A vibration gyro using the vibration gyro element according to claim 1, wherein the first vibration mode driving means and the longitudinal axis of the beam portion are set as rotation axes. And detecting means for detecting changes in the second and third vibration modes due to the Coriolis force generated by the rotation angular velocity and the rotation angular velocity having the longitudinal direction of the first arm as the rotation axis. A vibrating gyroscope.
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