JP3419999B2 - Angular velocity sensor - Google Patents

Angular velocity sensor

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JP3419999B2
JP3419999B2 JP21244196A JP21244196A JP3419999B2 JP 3419999 B2 JP3419999 B2 JP 3419999B2 JP 21244196 A JP21244196 A JP 21244196A JP 21244196 A JP21244196 A JP 21244196A JP 3419999 B2 JP3419999 B2 JP 3419999B2
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元康 判治
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キンセキ株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、振動子素子の伸
縮振動と屈曲振動を利用して回転角速度を検出する角速
度センサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity sensor for detecting a rotational angular velocity by utilizing stretching vibration and bending vibration of a vibrator element.

【0002】[0002]

【従来の技術】所定方向に沿って振動している振動子、
例えば直交座標軸平面(X−Y平面)におけるX軸に沿
って振動している振動子がY軸の回りに回転すると、振
動子に(X−Y平面と直交する)Z軸方向にコリオリの
力が生じる。このコリオリの力は角速度の大きさに比例
して定まることから、コリオリの力を振動子の撓み変位
量として間接的に、圧電素子の圧電効果、容量変化など
で直接的に測定すれば、振動子のY軸の回りに作用した
回転角速度の大きさを求めることができる。このため、
振動する振動子を角速度検出素子として車両や航空機等
に搭載し、その走行或いは飛行軌跡を記録したり旋回時
に発生するヨーレイトを検出することが行われている。
また、この角速度検出素子をロボットに搭載して、その
姿勢制御等にも応用されている。
2. Description of the Related Art A vibrator vibrating along a predetermined direction,
For example, when a vibrator vibrating along the X axis in the orthogonal coordinate axis plane (XY plane) rotates around the Y axis, the Coriolis force is applied to the vibrator in the Z axis direction (perpendicular to the XY plane). Occurs. Since this Coriolis force is determined in proportion to the magnitude of the angular velocity, if the Coriolis force is indirectly measured as the deflection displacement of the vibrator, and is directly measured by the piezoelectric effect of the piezoelectric element, capacitance change, etc. The magnitude of the rotational angular velocity acting around the Y axis of the child can be obtained. For this reason,
BACKGROUND ART A vibrating vibrator is mounted on a vehicle, an aircraft, or the like as an angular velocity detecting element to record a traveling or flight locus thereof and to detect a yaw rate generated during turning.
Further, this angular velocity detecting element is mounted on a robot and applied to posture control of the robot.

【0003】図8は水晶を用いた従来の「片持ちばり」
の角速度センサの要部を示す図である。同図において、
(a)は平面図、(b)は図8(a)をA方向から見た
図、(c)は図8(a)をB方向から見た図、(d)は
図8(a)をC方向から見た図である。同図において、
1は振動子素子(水晶板)、2−1〜2−4は励振用の
電極板、3−1〜3−4は角速度検出用の電極板であ
り、励振用の電極板2−1〜2−4を励振電極2の構成
要素とし、角速度検出用の電極板3−1〜3−4を検出
電極3の構成要素としている。励振用の電極板2−1〜
2−4は振動子素子1の一方の端1−1の表裏および左
右の面に、検出用の電極板3−1〜3−4は振動子素子
1の他方の端1−2の左右の面に形成されている。この
図において、振動子素子1の他方の端1−2側は、基端
部(固定端)とされている。
FIG. 8 shows a conventional "cantilever beam" using quartz.
It is a figure which shows the principal part of the angular velocity sensor of FIG. In the figure,
8A is a plan view, FIG. 8B is a view of FIG. 8A viewed from the A direction, FIG. 8C is a view of FIG. 8A viewed from the B direction, and FIG. It is the figure which looked at from the C direction. In the figure,
Reference numeral 1 is a transducer element (quartz plate), 2-1 to 2-4 are excitation electrode plates, 3-1 to 3-4 are angular velocity detection electrode plates, and excitation electrode plates 2-1 to 2-1. 2-4 are constituent elements of the excitation electrode 2, and electrode plates 3-1 to 3-4 for angular velocity detection are constituent elements of the detection electrode 3. Excitation electrode plates 2-1 to 2-1
2-4 are on the front and back surfaces and the left and right surfaces of one end 1-1 of the transducer element 1, and the detection electrode plates 3-1 to 3-4 are on the left and right sides of the other end 1-2 of the transducer element 1. Is formed on the surface. In this figure, the other end 1-2 side of the transducer element 1 is a base end portion (fixed end).

【0004】この角速度センサにおいては、図8(b)
に示されるように、励振用の電極板2−1と2−3とが
端子P1に共通に接続され、また励振用の電極板2−2
と2−4とが端子P2に共通に接続され、この端子P1
とP2との間に交流電圧(励振振動信号)eが印加され
る。このため、ある時は図8(b)中に矢印で示す如く
電界が発生し、次には逆方向の電界が発生することによ
り、振動子素子1の一方の端1−1が左右に振動(屈曲
振動)する。
In this angular velocity sensor, as shown in FIG.
, The excitation electrode plates 2-1 and 2-3 are commonly connected to the terminal P1, and the excitation electrode plate 2-2
And 2-4 are commonly connected to a terminal P2, and this terminal P1
An alternating voltage (excitation vibration signal) e is applied between P2 and P2. Therefore, at some time, an electric field is generated as shown by an arrow in FIG. 8B, and then an electric field in the opposite direction is generated, so that one end 1-1 of the vibrator element 1 vibrates to the left and right. (Flexural vibration).

【0005】ここで、振動子素子1の振動方向(励振方
向)をX軸方向、このX軸方向と直交する図8(a)に
おける紙面内の方向(振動子素子1の長手方向)をY軸
方向、このX−Y平面と直交する方向(振動子素子1の
板面に垂直な方向)をZ軸方向とした場合、Y軸の回り
に回転角速度が作用すると、すなわち振動子素子1がY
軸の回りに回転すると、コリオリの力によりZ軸方向の
振動成分が生じ、振動子素子1が表裏方向に振動(屈曲
振動)する。この振動成分の大きさはコリオリの力に比
例しているので、振動子素子1の他方の端1−2には回
転角速度に比例した大きさで振動の方向に応じた極の電
荷が発生する。
Here, the vibration direction (excitation direction) of the vibrator element 1 is the X-axis direction, and the direction in the plane of FIG. 8 (a) orthogonal to the X-axis direction (longitudinal direction of the vibrator element 1) is Y. When the axial direction, the direction orthogonal to this XY plane (the direction perpendicular to the plate surface of the transducer element 1) is the Z-axis direction, the rotational angular velocity acts around the Y axis, that is, the transducer element 1 Y
When it rotates around the axis, a Coriolis force causes a vibration component in the Z-axis direction, and the vibrator element 1 vibrates in the front-back direction (flexural vibration). Since the magnitude of this vibration component is proportional to the Coriolis force, a pole charge corresponding to the direction of vibration is generated at the other end 1-2 of the vibrator element 1 in a magnitude proportional to the rotational angular velocity. .

【0006】これにより、図8(c)に示されるよう
に、検出用の電極板3−1と3−4とを共通に接続した
端子P3と、検出用の電極板3−2と3−3とを共通に
接続した端子P4との間に、ある時には矢印の方向、次
には逆方向の電荷が発生し、コリオリの力に応じた電圧
信号es が得られる。この電圧信号es の大きさによっ
て、Y軸の回りに作用する回転角速度の大きさを知るこ
とができる。また、この電圧信号es は基本的にサイン
カーブとして得られ、この電圧信号es の波形と励振振
動信号eの波形(励振波形)とを位相比較することによ
り、その位相の進み遅れで回転角速度の方向を知ること
ができる。
As a result, as shown in FIG. 8C, the terminal P3 commonly connecting the detection electrode plates 3-1 and 3-4, and the detection electrode plates 3-2 and 3-. 3, a charge is generated in the direction of the arrow and then in the opposite direction at a certain point, and a voltage signal es corresponding to the Coriolis force is obtained. From the magnitude of this voltage signal es, the magnitude of the rotational angular velocity acting around the Y axis can be known. Further, this voltage signal es is basically obtained as a sine curve, and the waveform of this voltage signal es and the waveform of the excitation vibration signal e (excitation waveform) are phase-compared, and the advance or delay of the phase causes the rotation angular velocity to change. You can know the direction.

【0007】なお、端子P1とP2との間に印加される
励振振動信号eの振幅は、図示せぬ温度補償回路によっ
て、温度変化により素子の諸定数、振動姿態が変化して
も、一定の振幅に保たれる。また、端子P1とP2との
間に印加される励振振動信号eに対して、端子P3とP
4との間に得られる電圧信号es は桁違いに小さい。
The amplitude of the excitation vibration signal e applied between the terminals P1 and P2 is constant even if the constants of the element and the vibration mode are changed by the temperature change by a temperature compensating circuit (not shown). Kept in amplitude. Further, with respect to the excitation vibration signal e applied between the terminals P1 and P2, the terminals P3 and P
The voltage signal es obtained between 4 and 4 is orders of magnitude smaller.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の角速度センサによると、励振側も検出側も屈
曲振動を利用しているので、高さ方向の寸法が大とな
る。すなわち、一般的に、この種の角速度センサは、Y
軸を高さ方向とし、Y軸の回りに作用する回転角速度を
検出するものとして用いられる。従って、コリオリの力
を検出するために、Y軸方向を立てて使用する必要があ
り、製品の高さが非常に大きくなり小型化(薄型化)す
ることができない。
However, according to such a conventional angular velocity sensor, since bending vibration is utilized on both the excitation side and the detection side, the size in the height direction becomes large. That is, in general, this kind of angular velocity sensor is
It is used to detect the rotational angular velocity acting around the Y axis with the axis in the height direction. Therefore, in order to detect the Coriolis force, it is necessary to stand up and use the Y-axis direction, and the height of the product becomes very large, and it is not possible to make it compact (thin).

【0009】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、高さ方向へ
の薄型化を促進することのできる角速度センサを提供す
ることにある。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an angular velocity sensor capable of promoting a reduction in thickness in the height direction.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、第1発明(請求項1に係る発明)は、その長
手方向をY軸方向,このY軸方向と直交する方向をX軸
方向,X−Y平面と直交する方向をZ軸方向とする振動
子素子と、交流電圧の印加を受けて振動子素子をY軸方
向へ伸縮振動させる励振電極と、振動子素子をY軸方向
へ伸縮振動させならがZ軸の回りに回転させたときX軸
方向に生ずる屈曲振動によって生ずる電荷を取り出す検
出電極とを設け、励振電極による振動子素子のY軸方向
への伸縮振動を1次モードとし、振動子素子をY軸方向
へ伸縮振動させならがZ軸の回りに回転させたときX軸
方向に生ずる屈曲振動を2次モードとしたものである。
この発明によれば、励振電極に交流電圧を印加すると、
振動子素子がY軸方向へ1次モードで伸縮振動する。こ
の状態で、Z軸の回りに回転角速度が作用すると、すな
わち振動子素子がZ軸の回りに回転すると、振動子素子
は、コリオリの力がY軸と直交するX軸方向に働き、そ
の結果X軸方向に2次モードで屈曲振動する。そして、
この屈曲振動によって生ずる電荷が検出電極より取り出
され、この取り出された電荷に基づいてZ軸の回りに作
用する回転角速度が検出される。この場合、Z軸を高さ
方向として、Z軸の回りに作用する回転角速度を検出す
ることができる。
In order to achieve such an object, the first invention (the invention according to claim 1) is such that the longitudinal direction thereof is the Y-axis direction, and the direction orthogonal to the Y-axis direction is the X-axis direction. A vibrator element whose axial direction is the Z-axis direction that is orthogonal to the XY plane, an excitation electrode that expands and vibrates the vibrator element in the Y-axis direction when an AC voltage is applied, and a vibrator element A detection electrode for extracting electric charges generated by bending vibration generated in the X-axis direction when rotated about the Z-axis in the Y-axis direction of the vibrator element by the excitation electrode.
Stretching vibration to 1st mode
Stretching vibration to X axis when rotated around Z axis
The bending vibration generated in the direction is the secondary mode .
According to this invention, when an AC voltage is applied to the excitation electrode,
The vibrator element expands and contracts in the first-order mode in the Y-axis direction. In this state, when the rotational angular velocity acts around the Z axis, that is, when the transducer element rotates around the Z axis, the transducer element acts in the X axis direction orthogonal to the Y axis, and as a result, Flexural vibration occurs in the secondary mode in the X-axis direction. And
The electric charge generated by this bending vibration is extracted from the detection electrode, and the rotational angular velocity acting around the Z axis is detected based on the extracted electric charge. In this case, the rotational angular velocity acting around the Z axis can be detected with the Z axis as the height direction.

【0011】第2発明(請求項2に係る発明)は、第1
発明において、振動子素子のY軸方向の先端部に第1の
検出電極を形成し、振動子素子の基端部と先端部との間
に第2の検出電極を形成し、この第2の検出電極と第1
の検出電極との間に励振電極を形成したものである。こ
の発明によれば、励振電極に交流電圧を印加することに
より、振動子素子がY軸方向へ1次モードで伸縮振動す
る。この状態で、Z軸の回りに回転角速度が作用する
と、振動子素子がX軸方向に2次モードで屈曲振動す
る。そして、この屈曲振動によって生ずる電荷が第1お
よび第2の検出電極より取り出され、この取り出された
電荷に基づいてZ軸の回りに作用する回転角速度が検出
される。
The second invention (the invention according to claim 2) is the first invention.
In the invention, the first element is attached to the tip of the transducer element in the Y-axis direction.
Forming the detection electrode, between the base and tip of the transducer element
A second detection electrode is formed on the first detection electrode and the second detection electrode and the first detection electrode.
An excitation electrode is formed between the detection electrode and the detection electrode. This
According to the invention of, the application of alternating voltage to the excitation electrode
Causes the oscillator element to vibrate in the Y-axis direction in the first-order mode.
It In this state, the rotational angular velocity acts around the Z axis.
And the oscillator element flexurally vibrates in the X-axis direction in the secondary mode.
It The electric charge generated by this bending vibration is the first
And the second detection electrode, and the extracted
Rotational angular velocity acting around Z-axis is detected based on electric charge
To be done.

【0012】第3発明(請求項3に係る発明)は、第2
発明において、検出電極を構成する電極板の一部を分割
したものである。この発明によれば、例えば検出電極を
4枚構成の電極板とした場合、その電極板の一部(例え
ば、2枚)が分割される。これにより、その分割された
電極板の間を通して、第1の励振電極と第2の励振電極
との間のリード電極による接続が可能となる。
The third invention (the invention according to claim 3) is the second invention .
In the invention, a part of the electrode plate constituting the detection electrode is divided.
It was done. According to this invention, for example, the detection electrode is
In the case of a four-electrode plate, a part of the electrode plate (for example,
If so, 2) will be divided. This divided it
A first excitation electrode and a second excitation electrode are provided between the electrode plates.
A lead electrode can be connected between

【0013】第4発明(請求項4に係る発明)は、その
長手方向をY軸方向,このY軸方向と直交する方向をX
軸方向,X−Y平面と直交する方向をZ軸方向とする振
動子素子と、交流電圧の印加を受けて振動子素子をX軸
方向へ屈曲振動させる励振電極と、振動子素子をX軸方
向へ屈曲振動させならがZ軸の回りに回転させたときY
軸方向に生ずる伸縮振動によって生ずる電荷を取り出す
検出電極とを設け、励振電極による振動子素子のX軸方
向への屈曲振動を2次モードとし、振動子素子をX軸方
向へ屈曲振動させながらZ軸の回りに回転させたときY
軸方向に生ずる伸縮振動を1次モードとしたものであ
る。 この発明によれば、励振電極に交流電圧を印加する
と、振動子素子がX軸方向へ2次モードで屈曲振動す
る。この状態で、Z軸の回りに回転角速度が作用する
と、振動子素子がY軸方向に1次モードで伸縮振動す
る。そして、この伸縮振動によって生ずる電荷が検出電
極より取り出され、この取り出された電荷に基づいてZ
軸の回りに作用する回転角速度が検出される。この場
合、Z軸を高さ方向として、Z軸の回りに作用する回転
角速度を検出することができる。
[0013] The fourth invention (the invention according to claim 4), the
The longitudinal direction is the Y-axis direction, and the direction orthogonal to this Y-axis direction is X
Vibration with the axial direction and the direction orthogonal to the XY plane as the Z-axis direction
The oscillator element and the transducer element on the X-axis when an AC voltage is applied
Exciting electrodes that flexurally vibrate in the direction
If bending vibration is applied to the direction, when it is rotated around the Z axis, Y
Extract electric charge generated by stretching vibration generated in the axial direction
A detection electrode is provided, and the X-axis direction of the vibrator element is defined by the excitation electrode.
Bending vibration in the direction is set to the secondary mode, and the oscillator element is in the X-axis
When rotating around the Z axis while bending and vibrating in the direction Y
Stretching vibration generated in the axial direction is the first mode
It According to this invention, an AC voltage is applied to the excitation electrode.
And the oscillator element bends and vibrates in the secondary mode in the X-axis direction.
It In this state, the rotational angular velocity acts around the Z axis.
And the transducer element vibrates in the Y-axis direction in the first-order mode.
It The electric charge generated by this stretching vibration is detected.
It is taken out from the pole and Z
The rotational angular velocity acting about the axis is detected. This place
If the Z axis is the height direction, rotation that acts around the Z axis
The angular velocity can be detected.

【0014】第5発明(請求項5に係る発明)は、第4
発明において、振動子素子のY軸方向の先端部に第1の
励振電極を形成し、振動子素子の基端部と先端部との間
に第2の励振電極を形成し、この第2の励振電極と第1
の励振電極との間に検出電極を形成したものである。こ
の発明によれば、第1および第2の励振電極に交流電圧
を印加することにより、振動子素子がX軸方向へ2次モ
ードで屈曲振動する。この状態で、Z軸の回りに回転角
速度が作用すると、振動子素子がY軸方向に1次モード
で伸縮振動する。そして、この伸縮振動によって生ずる
電荷が検出電極より取り出され、この取り出された電荷
に基づいてZ軸の回りに作用する回転角速度が検出され
る。
The fifth invention (the invention according to claim 5) is the fourth invention .
In the invention, the first element is attached to the tip of the transducer element in the Y-axis direction.
Form the excitation electrode, and place it between the base and tip of the transducer element.
A second excitation electrode is formed on the first excitation electrode and the first excitation electrode
The detection electrode is formed between the excitation electrode and. This
According to the invention, an AC voltage is applied to the first and second excitation electrodes.
Is applied to cause the transducer element to move in the secondary direction in the X-axis direction.
Flexing and vibrating in the mode. In this state, the rotation angle around the Z axis
When the speed acts, the transducer element is in the first-order mode in the Y-axis direction.
Stretch and vibrate with. And it is caused by this stretching vibration
Electric charges are extracted from the detection electrode, and the rotational angular velocity acting around the Z axis is detected based on the extracted charges.

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【0017】[0017]

参考例:伸縮振動1次モード、屈曲振動1次モード〕[ Reference example : stretching vibration first mode, bending vibration first mode]

図1はこの発明の説明に入る前の参考例を示す角速度セ
ンサの要部を示す図であり、同図(a)は平面図、同図
(b)は左側面図、同図(c)は右側面図、同図(d)
は同図(a)を裏面側から見た図である。
FIG. 1 is a diagram showing a main part of an angular velocity sensor showing a reference example before starting the description of the present invention. FIG. 1 (a) is a plan view, FIG. 1 (b) is a left side view, and FIG. 1 (c). Is a right side view, same figure (d)
[Fig. 4] is a view of the same figure (a) viewed from the back side.

【0018】図1において、4は振動子素子(水晶
板)、5(5−1,5−2)は第1の励振電極、6(6
−1,6−2)は第2の励振電極、7(7−1〜7−
4)は第1の検出電極、8(8−1〜8−4)は第2の
検出電極、9−1,9−2は第1の励振電極5と第2の
励振電極6とを接続するリード電極である。
In FIG. 1, 4 is a transducer element (quartz plate), 5 (5-1, 5-2) are first excitation electrodes, and 6 (6
-1, 6-2) is the second excitation electrode, 7 (7-1 to 7-)
4) is the first detection electrode, 8 (8-1 to 8-4) is the second detection electrode, and 9-1 and 9-2 connect the first excitation electrode 5 and the second excitation electrode 6. It is a lead electrode.

【0019】振動子素子4は、板状とされ、Y軸方向へ
長く、X軸方向へ短く、Z軸方向へ薄く形成されてい
る。また、振動子素子4は、その中心Pcを基端部4−
0として支持されており、そのY軸方向の一方側の先端
部4−1に励振電極5が、他方側の先端部4−2に励振
電極6が形成されている。また、振動子素子4の基端部
4−0と一方側の先端部4−1との間に第1の検出電極
7が、他方側の先端部4−2との間に第2の検出電極8
が形成されている。なお、振動子素子4の周囲に、図4
(a)に示すように、サポータ4−3を一体的に設ける
ようにしてもよい。また、図4(b)に示すように、サ
ポータ4−3を一体的に設けると共に、先端部4−1,
4−2の形状を竜頭状としてもよい。
The vibrator element 4 has a plate shape, is long in the Y-axis direction, short in the X-axis direction, and thin in the Z-axis direction. Further, the vibrator element 4 has its center Pc at the base end 4-
The excitation electrode 5 is formed on the tip portion 4-1 on one side in the Y-axis direction, and the excitation electrode 6 is formed on the tip portion 4-2 on the other side. In addition, the first detection electrode 7 is provided between the base end portion 4-0 of the transducer element 4 and the tip end portion 4-1 on one side, and the second detection electrode 7 is provided between the base end portion 4-0 and the tip end portion 4-2 on the other side. Electrode 8
Are formed. It should be noted that, in the vicinity of the vibrator element 4, as shown in FIG.
As shown in (a), the supporter 4-3 may be integrally provided. Further, as shown in FIG. 4B, the supporter 4-3 is integrally provided, and the tip portions 4-1 and 4-1 are provided.
The shape of 4-2 may be a crown shape.

【0020】励振電極5は電極板5−1,5−2をその
構成要素としている。励振電極6は電極板6−1,6−
2をその構成要素としている。電極板5−1,5−2は
振動子素子4の一方側の先端部4−1の左右の面に形成
されている。電極板6−1,5−2は振動子素子4の他
方側の先端部4−2の左右の面に形成されている。
The excitation electrode 5 has electrode plates 5-1 and 5-2 as its constituent elements. The excitation electrodes 6 are electrode plates 6-1 and 6-
2 is its component. The electrode plates 5-1 and 5-2 are formed on the left and right surfaces of the tip portion 4-1 on one side of the transducer element 4. The electrode plates 6-1 and 5-2 are formed on the left and right surfaces of the tip portion 4-2 on the other side of the transducer element 4.

【0021】検出電極7は電極板7−1〜7−4をその
構成要素としている。検出電極8は電極板8−1〜8−
4をその構成要素としている。電極板7−1〜7−4は
振動子素子4の基端部4−0と一方側の先端部4−1と
の間の表裏および左右の面に形成されている。電極板8
−1〜8−4は振動子素子4の基端部4−0と他方側の
先端部4−2との間の表裏および左右の面に形成されて
いる。
The detection electrode 7 has the electrode plates 7-1 to 7-4 as its constituent elements. The detection electrodes 8 are electrode plates 8-1 to 8-
4 is its component. The electrode plates 7-1 to 7-4 are formed on the front and back surfaces and the left and right surfaces between the base end portion 4-0 of the transducer element 4 and the one end portion 4-1. Electrode plate 8
-1 to 8-4 are formed on the front and back surfaces and the left and right surfaces between the base end portion 4-0 of the transducer element 4 and the tip end portion 4-2 on the other side.

【0022】なお、電極板7−1および8−1は、リー
ド電極9−1を振動子素子4の表面に形成する必要上、
電極板7−11,7−12および8−11,8−12に
分割されている。また、電極板7−2および8−2もリ
ード電極9−2を振動子素子4の裏面に形成する必要
上、電極板7−21,7−22および8−21,8−2
2に分割されている。
The electrode plates 7-1 and 8-1 are required to form the lead electrode 9-1 on the surface of the vibrator element 4,
It is divided into electrode plates 7-11, 7-12 and 8-11, 8-12. Further, the electrode plates 7-2 and 8-2 also need to have the lead electrode 9-2 formed on the back surface of the vibrator element 4, and therefore the electrode plates 7-21, 7-22 and 8-21, 8-2 are also required.
It is divided into two.

【0023】図2は図1における各電極の接続関係を分
かり易いように示した結線図である。すなわち、この角
速度センサにおいては、第1の励振電極5の電極板5−
1と第2の励振電極6の電極板6−1とがリード電極9
−1を介して端子T1に共通に接続され、第1の励振電
極5の電極板5−2と第2の励振電極6の電極板6−2
とがリード電極9−2を介して端子T2に共通に接続さ
れる。
FIG. 2 is a connection diagram showing the connection relationship of each electrode in FIG. 1 for easy understanding. That is, in this angular velocity sensor, the electrode plate 5-of the first excitation electrode 5 is
1 and the electrode plate 6-1 of the second excitation electrode 6 form the lead electrode 9
-1 is commonly connected to the terminal T1 and the electrode plate 5-2 of the first excitation electrode 5 and the electrode plate 6-2 of the second excitation electrode 6 are connected.
And are commonly connected to the terminal T2 via the lead electrode 9-2.

【0024】また、第1の検出電極7の電極板7−1
(7−11,7−12)と7−2(7−21,7−2
2)とが端子T3に共通に接続され、第1の検出電極7
の電極板7−3と7−4とが端子T4に共通に接続され
る。また、第2の検出電極8の電極板8−1(8−1
1,8−12)と8−2(8−21,8−22)とが端
子T4に共通に接続され、第2の検出電極8の電極板8
−3と8−4とが端子T3に共通に接続される。
The electrode plate 7-1 of the first detection electrode 7 is also provided.
(7-11, 7-12) and 7-2 (7-21, 7-2)
2) is commonly connected to the terminal T3, and the first detection electrode 7
The electrode plates 7-3 and 7-4 are commonly connected to the terminal T4. In addition, the electrode plate 8-1 (8-1 of the second detection electrode 8)
1, 8-12) and 8-2 (8-21, 8-22) are commonly connected to the terminal T4, and the electrode plate 8 of the second detection electrode 8 is provided.
-3 and 8-4 are commonly connected to the terminal T3.

【0025】〔検出動作〕端子T1とT2との間に交流
電圧(励振振動信号)eを印加する。これにより、励振
電極5の電極板5−1と5−2との間および励振電極6
の電極板6−1と6−2との間に、ある時は図2中に矢
印で示す如く電界が発生し、次には逆方向の電界が発生
することにより、振動子素子4がY軸方向へ1次モード
で伸縮振動する。すなわち、振動子素子4がY軸方向へ
伸びたり、縮んだりし、この伸縮運動を所定周期で繰り
返す。この場合、この伸縮振動の周波数F1は、下記
(1)式で示される。 F1=K1・(1/2L) ・・・・(1) ただし、K1:定数(=(E/ρ)1/2 )、E:弾性定
数、ρ:密度、L:振動子素子4のY軸方向の長さ。
[Detection Operation] An AC voltage (excitation vibration signal) e is applied between the terminals T1 and T2. Thereby, between the electrode plates 5-1 and 5-2 of the excitation electrode 5 and the excitation electrode 6
2 between the electrode plates 6-1 and 6-2, an electric field is generated as indicated by an arrow in FIG. Stretching vibration occurs in the primary mode in the axial direction. That is, the vibrator element 4 expands or contracts in the Y-axis direction, and this expansion and contraction movement is repeated at a predetermined cycle. In this case, the frequency F1 of this stretching vibration is expressed by the following equation (1). F1 = K1 · (1 / 2L) ··· (1) However, K1: constant (= (E / ρ) 1/2 ), E: elastic constant, ρ: density, L: Y of the transducer element 4. Axial length.

【0026】ここで、振動子素子4のZ軸の回りに回転
角速度が作用すると、コリオリの力によりX軸方向へ1
次モードでの屈曲振動が生じる。すなわち、図3に示す
ように、振動子素子4の中心Pcを支点として、一次モ
ードのカーブで屈曲振動する。この場合、この屈曲振動
の周波数F2は、下記(2)式で示される。 F2=K2・{W/(L/2)2 } ・・・・(2) ただし、K2:定数(=(λa2 /4π)・(Eg/3
ρ)1/2 )、E:弾性定数、g:重力加速度、ρ:密
度、L:振動子素子4のY軸方向の長さ、λa:振動子
形状で決まる固有値(1次)、W:振動子素子4のX軸
方向の長さ。
Here, when a rotational angular velocity acts on the transducer element 4 around the Z-axis, the Coriolis force causes 1 in the X-axis direction.
Flexural vibration occurs in the next mode. That is, as shown in FIG. 3, the bending vibration occurs in the curve of the primary mode with the center Pc of the vibrator element 4 as a fulcrum. In this case, the bending vibration frequency F2 is expressed by the following equation (2). F2 = K2 · {W / (L / 2) 2 } ··· (2) where K2: constant (= (λa 2 / 4π) · (Eg / 3
ρ) 1/2 ), E: elastic constant, g: gravitational acceleration, ρ: density, L: length of the transducer element 4 in the Y-axis direction, λa: eigenvalue (first order) determined by the transducer shape, W: The length of the transducer element 4 in the X-axis direction.

【0027】この屈曲振動において、その振動成分の大
きさはコリオリの力に比例しているので、振動子素子4
に形成された検出電極7および8には回転角速度に比例
した大きさで振動の方向に応じた極の電荷が発生する。
これにより、電極板7−1,7−2,8−3,8−4を
共通に接続した端子T3と、電極板7−3,7−4,8
−1,8−2を共通に接続した端子T4との間に、ある
時には矢印の方向、次には逆方向の電荷が発生し、コリ
オリの力に応じた電圧信号es が得られる。
In this bending vibration, since the magnitude of the vibration component is proportional to the Coriolis force, the vibrator element 4
In the detection electrodes 7 and 8 formed in the above, electric charges of a pole having a size proportional to the rotational angular velocity and corresponding to the direction of vibration are generated.
As a result, the terminal T3 commonly connected to the electrode plates 7-1, 7-2, 8-3, 8-4 and the electrode plates 7-3, 7-4, 8 are connected.
Between the terminal T4 to which -1, 8-2 are connected in common, charge is generated in the direction of the arrow and then in the opposite direction at some time, and a voltage signal es corresponding to the Coriolis force is obtained.

【0028】この電圧信号es の大きさによって、Z軸
の回りに作用する回転角速度の大きさを知ることができ
る。また、この電圧信号es は基本的にサインカーブと
して得られ、この電圧信号es の波形と励振振動信号e
の波形とを位相比較することにより、その位相の進み遅
れで回転角速度の方向を知ることができる。
From the magnitude of this voltage signal es, the magnitude of the rotational angular velocity acting around the Z axis can be known. Further, this voltage signal es is basically obtained as a sine curve, and the waveform of this voltage signal es and the excitation vibration signal e
By comparing the phase with the waveform of, the direction of the rotational angular velocity can be known from the advance or delay of the phase.

【0029】以上の説明から分かるように、この参考例
によれば、振動子素子4のZ軸を高さ方向として、Z軸
の回りに作用する回転角速度を検出することができるの
で、角速度センサの高さ方向の薄型化を促進することが
できるようになる。
As can be seen from the above description, according to this reference example , the rotational angular velocity acting around the Z axis of the transducer element 4 can be detected with the Z axis as the height direction. Therefore, it becomes possible to promote the reduction in thickness of the angular velocity sensor in the height direction.

【0030】また、この参考例によれば、振動子素子4
の励振周波数(伸縮振動周波数F1)は、振動子素子4
のY軸方向長さ(L)のみで、検出側周波数(屈曲振動
周波数F2)は、振動子素子4のY軸方向長さ(L)と
X軸方向長さ(W)で決定されるため、W寸法を変化さ
せてF1=F2とすることが可能となる。
Further, according to this reference example , the vibrator element 4
The excitation frequency (stretching vibration frequency F1) of
Since the detection side frequency (flexural vibration frequency F2) is determined only by the Y-axis direction length (L) and the X-axis direction length (W) of the transducer element 4, , W dimensions can be changed so that F1 = F2.

【0031】なお、この参考例では、振動子素子4の中
心Pcを基端部としてそのY軸方向の一方側に励振電極
5および検出電極7を、他方側に励振電極6および検出
電極7を形成するようにしたが、片側にのみ励振電極お
よび検出電極を形成するようにしてもよい。また、一方
側(他方側)に励振電極を、他方側(一方側)に検出電
極を形成するようにしてもよい。
In this reference example , the excitation electrode 5 and the detection electrode 7 are provided on one side in the Y-axis direction with the center Pc of the vibrator element 4 as the base end, and the excitation electrode 6 and the detection electrode 7 are provided on the other side. Although it is formed, the excitation electrode and the detection electrode may be formed on only one side. Further, the excitation electrode may be formed on one side (the other side) and the detection electrode may be formed on the other side (the one side).

【0032】また、この参考例では、電極5,6を励振
電極とし電極7,8を検出電極としたが、電極5,6を
検出電極とし電極7,8を励振電極とするようにしても
よい。この場合、励振電極7,8に励振振動信号eを印
加すると、振動子素子4がX軸方向へ1次モードで屈曲
振動する。この状態で、Z軸の回りに回転角速度が作用
すると、振動子素子4がY軸方向に1次モードで伸縮振
動する。この伸縮振動によって生ずる電荷が検出電極
5,6より取り出され、この取り出された電荷に基づい
てZ軸の回りに作用する回転角速度が検出される。
In this reference example , the electrodes 5 and 6 are excitation electrodes and the electrodes 7 and 8 are detection electrodes. However, the electrodes 5 and 6 may be detection electrodes and the electrodes 7 and 8 may be excitation electrodes. Good. In this case, when the excitation vibration signal e is applied to the excitation electrodes 7 and 8, the vibrator element 4 flexurally vibrates in the X-axis direction in the primary mode. In this state, when the rotational angular velocity acts around the Z axis, the transducer element 4 stretches and vibrates in the Y axis direction in the primary mode. The electric charge generated by this stretching vibration is taken out from the detection electrodes 5 and 6, and the rotational angular velocity acting around the Z axis is detected based on the taken out electric charge.

【0033】〔実施の形態:伸縮振動1次モード、屈曲
振動2次モード〕 図5はこの発明の一実施の形態を示す角速度センサの要
部を示す図であり、同図(a)は平面図、同図(b)は
左側面図、同図(c)は右側面図、同図(d)は同図
(a)を裏面側から見た図である。
[ Embodiment : Stretching vibration first-order mode, flexural vibration second-order mode] FIG. 5 is a view showing a main part of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. The figure, the same figure (b) is a left side view, the same figure (c) is a right side view, and the same figure (d) is the figure which looked at the same figure (a) from the back side.

【0034】これらの図において、10は振動子素子
(水晶板)、11(11−1,11−2)は第1の励振
電極、12(12−1,12−2)は第2の励振電極、
13(13−1〜13−4)は第1の検出電極、14
(14−1〜14−4)は第2の検出電極、15(15
−1〜15−4)は第3の検出電極、16(16−1〜
16−4)は第4の検出電極、17−1,17−2は第
1の励振電極11と第2の励振電極12とを接続するリ
ード電極である。
In these figures, 10 is a vibrator element (quartz plate), 11 (11-1, 11-2) is the first excitation electrode, and 12 (12-1, 12-2) is the second excitation electrode. electrode,
13 (13-1 to 13-4) is a first detection electrode, 14
(14-1 to 14-4) are second detection electrodes, 15 (15
-1 to 15-4) is a third detection electrode, 16 (16-1 to 16-1)
16-4) is a fourth detection electrode, and 17-1 and 17-2 are lead electrodes for connecting the first excitation electrode 11 and the second excitation electrode 12.

【0035】振動子素子10は、板状とされ、Y軸方向
へ長く、X軸方向へ短く、Z軸方向へ薄く形成されてい
る。また、振動子素子10は、その中心Pcを基端部1
0−0として支持されており、そのY軸方向の一方側の
先端部10−1に第1の検出電極13が、他方側の先端
部10−2に第3の検出電極15が形成されている。ま
た、振動子素子10の基端部10−0と一方側の先端部
10−1との間(基端部10−0より)に第2の検出電
極14が、他方側の先端部10−2との間(基端部10
−0より)に第4の検出電極16が形成されている。ま
た、第1の検出電極13と第2の検出電極14との間に
第1の励振電極11が、第3の検出電極15と第4の検
出電極16との間に第2の励振電極12が形成されてい
る。なお、振動子素子10の周囲に、図4(a)に示す
ように、サポータ10−3を一体的に設けるようにして
もよい。また、図4(b)に示すように、サポータ10
−3を一体的に設けると共に、先端部10−1,10−
2の形状を竜頭状としてもよい。
The vibrator element 10 has a plate shape, is long in the Y-axis direction, short in the X-axis direction, and thin in the Z-axis direction. Further, the vibrator element 10 has its center Pc at the base end portion 1
It is supported as 0-0, and the first detection electrode 13 is formed at the tip 10-1 on one side in the Y-axis direction, and the third detection electrode 15 is formed at the tip 10-2 on the other side. There is. Further, the second detection electrode 14 is provided between the base end portion 10-0 of the transducer element 10 and the tip end portion 10-1 on one side (from the base end portion 10-0), and the tip end portion 10- on the other side. Between 2 (proximal end 10
The fourth detection electrode 16 is formed on (from −0). Further, the first excitation electrode 11 is provided between the first detection electrode 13 and the second detection electrode 14, and the second excitation electrode 12 is provided between the third detection electrode 15 and the fourth detection electrode 16. Are formed. Note that a supporter 10-3 may be integrally provided around the vibrator element 10 as shown in FIG. In addition, as shown in FIG.
-3 is integrally provided, and tip portions 10-1 and 10-
The shape of 2 may be a crown shape.

【0036】励振電極11は電極板11−1,11−2
をその構成要素としている。励振電極12は電極板12
−1,12−2をその構成要素としている。電極板11
−1,11−2は検出電極13と14との間の左右の面
に形成されている。電極板12−1,12−2は検出電
極15と16との間の左右の面に形成されている。
The excitation electrodes 11 are electrode plates 11-1 and 11-2.
Is its constituent element. The excitation electrode 12 is the electrode plate 12
-1, 12-2 are the constituent elements. Electrode plate 11
-1, 11-2 are formed on the left and right surfaces between the detection electrodes 13 and 14. The electrode plates 12-1 and 12-2 are formed on the left and right surfaces between the detection electrodes 15 and 16.

【0037】検出電極13は電極板13−1〜13−4
をその構成要素としている。検出電極14は電極板14
−1〜14−4をその構成要素としている。検出電極1
5は電極板15−1〜15−4をその構成要素としてい
る。検出電極16は電極板16−1〜16−4をその構
成要素としている。電極板13−1〜13−4は振動子
素子10の一方側の先端部10−1の表裏および左右の
面に形成されている。
The detection electrodes 13 are electrode plates 13-1 to 13-4.
Is its constituent element. The detection electrode 14 is an electrode plate 14
-1 to 14-4 are used as its constituent elements. Detection electrode 1
5 has the electrode plates 15-1 to 15-4 as its constituent elements. The detection electrode 16 has electrode plates 16-1 to 16-4 as its constituent elements. The electrode plates 13-1 to 13-4 are formed on the front and back surfaces and the left and right surfaces of the tip portion 10-1 on one side of the vibrator element 10.

【0038】電極板14−1〜14−4は振動子素子1
0の基端部10−0と一方側の先端部10−1との間
(基端部10−0より)の表裏および左右の面に形成さ
れている。電極板15−1〜15−4は振動子素子10
の他方側の先端部10−2の表裏および左右の面に形成
されている。電極板16−1〜16−4は振動子素子1
0の基端部10−0と他方側の先端部10−2との間
(基端部10−0より)の表裏および左右の面に形成さ
れている。
The electrode plates 14-1 to 14-4 are vibrator elements 1
It is formed on the front and back surfaces and the left and right surfaces between the base end portion 0-0 of 0 and the tip end portion 10-1 on one side (from the base end portion 10-0). The electrode plates 15-1 to 15-4 are the vibrator elements 10
Is formed on the front and back surfaces and the left and right surfaces of the other end portion 10-2. Electrode plates 16-1 to 16-4 are transducer elements 1
It is formed on the front and back surfaces and the left and right surfaces between the base end portion 0-0 of 0 and the tip end portion 10-2 on the other side (from the base end portion 10-0).

【0039】なお、電極板14−1および16−1は、
リード電極17−1を振動子素子10の表面に形成する
必要上、電極板14−11,14−12および16−1
1,16−12に分割されている。また、電極板14−
2および16−2もリード電極17−2を振動子素子1
0の裏面に形成する必要上、電極板14−21,14−
22および16−21,16−22に分割されている。
The electrode plates 14-1 and 16-1 are
Since it is necessary to form the lead electrode 17-1 on the surface of the vibrator element 10, the electrode plates 14-11, 14-12 and 16-1 are required.
It is divided into 1, 16-12. Also, the electrode plate 14-
2 and 16-2 also connect the lead electrode 17-2 to the vibrator element 1
Since it is necessary to form it on the back surface of 0, the electrode plates 14-21, 14-
22 and 16-21, 16-22.

【0040】また、この実施の形態では、後述する振動
子素子10の2次モードでの屈曲振動において、その振
動による歪が最大となる箇所に検出電極13〜16を、
最小となる箇所に励振電極11および12を形成してい
る(図7参照)。
Further, in this embodiment, in flexural vibration of the vibrator element 10 to be described later in the secondary mode, the detection electrodes 13 to 16 are provided at the locations where the distortion due to the vibration is maximum.
The excitation electrodes 11 and 12 are formed at the minimum position (see FIG. 7).

【0041】図6は図5における各電極の接続関係を分
かり易いように示した結線図である。すなわち、この角
速度センサにおいては、第1の励振電極11の電極板1
1−1と第2の励振電極12の電極板12−1とがリー
ド電極17−1を介して端子T1に共通に接続され、第
1の励振電極11の電極板11−2と第2の励振電極1
2の電極板12−2とがリード電極17−2を介して端
子T2に共通に接続される。
FIG. 6 is a connection diagram showing the connection relationship of each electrode in FIG. 5 for easy understanding. That is, in this angular velocity sensor, the electrode plate 1 of the first excitation electrode 11 is
1-1 and the electrode plate 12-1 of the second excitation electrode 12 are commonly connected to the terminal T1 via the lead electrode 17-1, and the electrode plate 11-2 of the first excitation electrode 11 and the second Excitation electrode 1
The second electrode plate 12-2 is commonly connected to the terminal T2 via the lead electrode 17-2.

【0042】また、第1の検出電極13の電極板13−
1と13−2とが端子T3に共通に接続され、第1の検
出電極13の電極板13−3と13−4とが端子T4に
共通に接続される。また、第2の検出電極14の電極板
14−1(14−11,14−12)と14−2(14
−21,14−22)とが端子T4に共通に接続され、
第2の検出電極14の電極板14−3と14−4とが端
子T3に共通に接続される。
Further, the electrode plate 13- of the first detection electrode 13
1 and 13-2 are commonly connected to the terminal T3, and the electrode plates 13-3 and 13-4 of the first detection electrode 13 are commonly connected to the terminal T4. Also, the electrode plates 14-1 (14-11, 14-12) and 14-2 (14) of the second detection electrode 14 are
, -21, 14-22) are commonly connected to the terminal T4,
The electrode plates 14-3 and 14-4 of the second detection electrode 14 are commonly connected to the terminal T3.

【0043】また、第3の検出電極15の電極板15−
1と15−2とが端子T4に共通に接続され、第3の検
出電極15の電極板15−3と15−4とが端子T3に
共通に接続される。また、第4の検出電極16の電極板
16−1(16−11,16−12)と16−2(16
−21,16−22)とが端子T3に共通に接続され、
第4の検出電極16の電極板16−3と16−4とが端
子T4に共通に接続される。
Further, the electrode plate 15- of the third detection electrode 15
1 and 15-2 are commonly connected to the terminal T4, and the electrode plates 15-3 and 15-4 of the third detection electrode 15 are commonly connected to the terminal T3. Further, the electrode plates 16-1 (16-11, 16-12) and 16-2 (16) of the fourth detection electrode 16 are
-21, 16-22) are commonly connected to the terminal T3,
The electrode plates 16-3 and 16-4 of the fourth detection electrode 16 are commonly connected to the terminal T4.

【0044】〔検出動作〕端子T1とT2との間に励振
振動信号eを印加する。これにより、励振電極11の電
極板11−1と11−2との間および励振電極12の電
極板12−1と12−2との間に、ある時は図6中に矢
印で示す如く電界が発生し、次には逆方向の電界が発生
することにより、振動子素子10がY軸方向へ1次モー
ドで伸縮振動する。すなわち、振動子素子10がY軸方
向へ伸びたり、縮んだりし、この伸縮運動を所定周期で
繰り返す。この場合、この伸縮振動の周波数F1は、前
記の(1)式で示される。
[Detection Operation] The excitation vibration signal e is applied between the terminals T1 and T2. As a result, between the electrode plates 11-1 and 11-2 of the excitation electrode 11 and between the electrode plates 12-1 and 12-2 of the excitation electrode 12, when there is an electric field as indicated by an arrow in FIG. Occurs, and then an electric field in the opposite direction is generated, so that the transducer element 10 expands and contracts in the Y-axis direction in the primary mode. That is, the vibrator element 10 expands or contracts in the Y-axis direction, and this expansion and contraction movement is repeated at a predetermined cycle. In this case, the frequency F1 of this stretching vibration is expressed by the above-mentioned formula (1).

【0045】ここで、振動子素子10のZ軸の回りに回
転角速度が作用すると、コリオリの力によりX軸方向へ
2次モードでの屈曲振動が生じる。すなわち、図7に示
すように、振動子素子10の中心Pcを支点として、2
次モードのカーブで屈曲振動する。この場合、この屈曲
振動の周波数F3は、下記(3)式で示される。 F3=K3・{W/(L/2)2 } ・・・・(3) ただし、K3:定数(=(λb2 /4π)・(Eg/3
ρ)1/2 )、E:弾性定数、g:重力加速度、ρ:密
度、L:振動子素子10のY軸方向の長さ、λb:振動
子形状で決まる固有値(2次)、W:振動子素子10の
X軸方向の長さ。
When a rotational angular velocity acts on the vibrator element 10 around the Z axis, Coriolis force causes bending vibration in the secondary mode in the X axis direction. That is, as shown in FIG. 7, with the center Pc of the transducer element 10 as a fulcrum,
Bending vibration occurs in the curve of the next mode. In this case, the frequency F3 of this bending vibration is expressed by the following equation (3). F3 = K3 · {W / (L / 2) 2 } ... (3) where K3: constant (= (λb 2 / 4π) · (Eg / 3
ρ) 1/2 ), E: elastic constant, g: gravitational acceleration, ρ: density, L: length of the transducer element 10 in the Y-axis direction, λb: eigenvalue (secondary) determined by the shape of the transducer, W: The length of the transducer element 10 in the X-axis direction.

【0046】この屈曲振動において、その振動成分の大
きさはコリオリの力に比例しているので、振動子素子1
0に形成された検出電極13〜16には回転角速度に比
例した大きさで振動の方向に応じた極の電荷が発生す
る。これにより、電極板13−1,13−2,14−
3,14−4,15−3,15−4,16−1,16−
2を共通に接続した端子T3と、電極板13−3,13
−4,14−1,14−2,15−1,15−2,16
−3,16−4を共通に接続した端子T4との間に、あ
る時には矢印の方向、次には逆方向の電荷が発生し、コ
リオリの力に応じた電圧信号es が得られる。
In this bending vibration, since the magnitude of the vibration component is proportional to the Coriolis force, the vibrator element 1
On the detection electrodes 13 to 16 formed at 0, electric charges of a pole having a size proportional to the rotational angular velocity and corresponding to the direction of vibration are generated. Thereby, the electrode plates 13-1, 13-2, 14-
3, 14-4, 15-3, 15-4, 16-1, 16-
2 is commonly connected to the terminal T3 and the electrode plates 13-3, 13
-4, 14-1, 14-2, 15-1, 15-2, 16
Between the terminal T4 and the terminal T4 to which -3 and 16-4 are commonly connected, electric charges are generated in the direction of the arrow and then in the opposite direction at some time, and the voltage signal es corresponding to the Coriolis force is obtained.

【0047】この電圧信号es の大きさによって、Z軸
の回りに作用する回転角速度の大きさを知ることができ
る。また、この電圧信号es は基本的にサインカーブと
して得られ、この電圧信号es の波形と励振振動信号e
の波形とを位相比較することにより、その位相の進み遅
れで回転角速度の方向を知ることができる。
From the magnitude of the voltage signal es, the magnitude of the rotational angular velocity acting around the Z axis can be known. Further, this voltage signal es is basically obtained as a sine curve, and the waveform of this voltage signal es and the excitation vibration signal e
By comparing the phase with the waveform of, the direction of the rotational angular velocity can be known from the advance or delay of the phase.

【0048】なお、この実施の形態では、振動子素子1
0の中心Pcを基端部としてそのY軸方向の一方側に励
振電極11および検出電極13,14を、他方側に励振
電極12および検出電極15,16を形成するようにし
たが、片側にのみ励振電極および検出電極を形成するよ
うにしてもよい。また、一方側(他方側)に励振電極
を、他方側(一方側)に検出電極を形成するようにして
もよい。
In this embodiment, the vibrator element 1
Although the excitation electrode 11 and the detection electrodes 13 and 14 are formed on one side in the Y-axis direction with the center Pc of 0 as the base end and the excitation electrode 12 and the detection electrodes 15 and 16 are formed on the other side, one side is formed. Only the excitation electrode and the detection electrode may be formed. Further, the excitation electrode may be formed on one side (the other side) and the detection electrode may be formed on the other side (the one side).

【0049】また、この実施の形態では、電極11,1
2を励振電極とし電極13〜16を検出電極としたが、
電極11,12を検出電極とし電極13〜16を励振電
極とするようにしてもよい。この場合、励振電極13〜
16に励振振動信号eを印加すると、振動子素子10が
X軸方向へ2次モードで屈曲振動する。この状態で、Z
軸の回りに回転角速度が作用すると、振動子素子10が
Y軸方向に1次モードで伸縮振動する。この伸縮振動に
よって生ずる電荷が検出電極11,12より取り出さ
れ、この取り出された電荷に基づいてZ軸の回りに作用
する回転角速度が検出される。
Further, in this embodiment, the electrodes 11, 1
2 is an excitation electrode and electrodes 13 to 16 are detection electrodes,
The electrodes 11 and 12 may be used as detection electrodes and the electrodes 13 to 16 may be used as excitation electrodes. In this case, the excitation electrode 13-
When the excitation vibration signal e is applied to 16, the vibrator element 10 flexurally vibrates in the secondary mode in the X-axis direction. In this state, Z
When the rotational angular velocity acts around the axis, the vibrator element 10 expands and contracts in the Y-axis direction in the primary mode. The electric charges generated by this stretching vibration are extracted from the detection electrodes 11 and 12, and the rotational angular velocity acting around the Z axis is detected based on the extracted charges.

【0050】以上Y軸方向への伸縮振動とX−Y平面内
の屈曲振動との組合せによるものについて述べたが、Z
軸方向の屈曲振動に対応した電極を構成すれば、Y軸方
向への伸縮振動とZ−Y平面内の屈曲振動とを組合せ
て、X軸の回りに作用する回転角速度を検出することが
可能となる。
The combination of the stretching vibration in the Y-axis direction and the bending vibration in the XY plane has been described above.
If an electrode that supports bending vibration in the axial direction is configured, it is possible to detect the rotational angular velocity acting around the X axis by combining the stretching vibration in the Y axis direction and the bending vibration in the Z-Y plane. Becomes

【0051】[0051]

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、振動子素子の伸縮振動と屈曲振動を利用
することにより、Z軸を高さ方向としてZ軸の回りに作
用する回転角速度を検出することが可能となり、高さ方
向への薄型化を促進することができるようになる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, by utilizing the stretching vibration and the bending vibration of the vibrator element, the rotation acting around the Z axis with the Z axis as the height direction. It becomes possible to detect the angular velocity, and it is possible to promote the thinning in the height direction.

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

【図1】 本発明の説明に入る前の参考例を示す角速度
センサの要部を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a main part of an angular velocity sensor showing a reference example before starting a description of the present invention.

【図2】 図1における各電極の接続関係を分かり易い
ように示した結線図である。
FIG. 2 is a connection diagram showing a connection relationship of each electrode in FIG. 1 for easy understanding.

【図3】 この角速度センサにおける振動子素子の屈曲
振動(1次モード)状況を例示する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a state of bending vibration (first mode) of a vibrator element in this angular velocity sensor.

【図4】 振動子素子の周囲に一体的にサポータを設け
た例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example in which a supporter is integrally provided around a vibrator element.

【図5】 本発明の一実施の形態を示す角速度センサの
要部を示す図である。
5 is a drawing showing the essential components of the angular velocity sensor shown in the form status of an embodiment of the present invention.

【図6】 図5における各電極の接続関係を分かり易い
ように示した結線図である。
FIG. 6 is a connection diagram showing the connection relationship of each electrode in FIG. 5 for easy understanding.

【図7】 この角速度センサにおける振動子素子の屈曲
振動(2次モード)状況を例示する図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a bending vibration (second mode) of a vibrator element in this angular velocity sensor.

【図8】 従来の角速度センサの要部を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a main part of a conventional angular velocity sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4…振動子素子、4−0…基端部、4−1…一方側の先
端部、4−2…他方側の先端部、5(5−1,5−2)
…第1の励振電極、6(6−1,6−2)…第2の励振
電極、7(7−1〜7−4)…第1の検出電極、8(8
−1〜8−4)…第2の検出電極、9−1,9−2…リ
ード電極、10…振動子素子、10−0…基端部、10
−1…一方側の先端部、10−2…他方側の先端部、1
1(11−1,11−2)…第1の励振電極、12(1
2−1,12−2)…第2の励振電極、13(13−1
〜13−4)…第1の検出電極、14(14−1〜14
−4)…第2の検出電極、15(15−1〜15−4)
…第3の検出電極、16(16−1〜16−4)…第4
の検出電極、17−1,17−2…リード電極。
4 ... Transducer element, 4-0 ... Base end part, 4-1 ... One end part, 4-2 ... Other end part, 5 (5-1, 5-2)
... 1st excitation electrode, 6 (6-1, 6-2) ... 2nd excitation electrode, 7 (7-1 to 7-4) ... 1st detection electrode, 8 (8
-1 to 8-4) ... Second detection electrodes, 9-1, 9-2 ... Lead electrodes, 10 ... Transducer element, 10-0 ... Base end portion, 10
-1 ... Tip on one side, 10-2 ... Tip on the other side, 1
1 (11-1, 11-2) ... 1st excitation electrode, 12 (1
2-1 and 12-2) ... Second excitation electrode, 13 (13-1)
~ 13-4) ... 1st detection electrode, 14 (14-1 to 14)
-4) ... Second detection electrode, 15 (15-1 to 15-4)
... Third detection electrode, 16 (16-1 to 16-4) ... Fourth
Detection electrodes, 17-1, 17-2 ... Lead electrodes.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01C 19/56 G01P 9/04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01C 19/56 G01P 9/04

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 その長手方向をY軸方向,このY軸方向
と直交する方向をX軸方向,X−Y平面と直交する方向
をZ軸方向とする振動子素子と、 交流電圧の印加を受けて前記振動子素子をY軸方向へ伸
縮振動させる励振電極と、 前記振動子素子をY軸方向へ伸縮振動させならがZ軸の
回りに回転させたときX軸方向に生ずる屈曲振動によっ
て生ずる電荷を取り出す検出電極とを備え、 前記励振電極による振動子素子のY軸方向への伸縮振動
が1次モードであり、前記振動子素子をY軸方向へ伸縮
振動させならがZ軸の回りに回転させたときX軸方向に
生ずる屈曲振動が2次モードである ことを特徴とする角
速度センサ。
1. A transducer element whose longitudinal direction is the Y-axis direction, a direction orthogonal to this Y-axis direction is the X-axis direction, and a direction orthogonal to the XY plane is the Z-axis direction, and an AC voltage is applied. An excitation electrode that receives and causes the vibrator element to expand and contract in the Y-axis direction, and a flexural vibration that occurs in the X-axis direction when the vibrator element expands and contracts in the Y-axis direction and is rotated around the Z-axis. A stretching electrode in the Y-axis direction of the transducer element , which is provided with a detection electrode for taking out electric charges, by the excitation electrode.
Is the first-order mode, and expands and contracts the transducer element in the Y-axis direction.
If you want to vibrate, rotate it around the Z-axis
An angular velocity sensor characterized in that the bending vibration that occurs is in the secondary mode .
【請求項2】 請求項1に記載された角速度センサにお
いて、振動子素子のY軸方向の先端部に第1の検出電極
が形成され、振動子素子の基端部と前記先端部との間に
第2の検出電極が形成され、この第2の検出電極と前記
第1の検出電極との間に励振電極が形成されていること
を特徴とする角速度センサ。
2. The angular velocity sensor according to claim 1 , wherein the first detection electrode is provided at the tip of the transducer element in the Y-axis direction.
Is formed between the base end portion of the transducer element and the tip end portion.
A second detection electrode is formed, and the second detection electrode and the
An angular velocity sensor characterized in that an excitation electrode is formed between the first detection electrode and the first detection electrode .
【請求項3】 請求項2に記載された角速度センサにお
いて、検出電極を構成する電極板の一部が分割されてい
ことを特徴とする角速度センサ。
3. The angular velocity sensor according to claim 2, wherein a part of the electrode plate forming the detection electrode is divided.
An angular velocity sensor, characterized in that that.
【請求項4】 その長手方向をY軸方向,このY軸方向
と直交する方向をX軸方向,X−Y平面と直交する方向
をZ軸方向とする振動子素子と、 交流電圧の印加を受けて前記振動子素子をX軸方向へ屈
曲振動させる励振電極と、 前記振動子素子をX軸方向へ屈曲振動させならがZ軸の
回りに回転させたときY軸方向に生ずる伸縮振動によっ
て生ずる電荷を取り出す検出電極とを備え、 前記励振電極による振動子素子のX軸方向への屈曲振動
が2次モードであり、前記振動子素子をX軸方向へ屈曲
振動させながらZ軸の回りに回転させたときY軸方向に
生ずる伸縮振動が1次モードである ことを特徴とする角
速度センサ。
4. The longitudinal direction is the Y-axis direction, and this Y-axis direction
The direction orthogonal to the X-axis direction, the direction orthogonal to the XY plane
Is in the Z-axis direction and the oscillator element is bent in the X-axis direction when an AC voltage is applied.
Excitation electrodes for bending vibration and bending of the vibrator element in the X-axis direction are required for the Z-axis.
Due to the stretching vibration that occurs in the Y-axis direction when rotated around
Bending vibration in the X-axis direction of the vibrator element by the excitation electrode , the detection electrode taking out electric charges generated by
Is the secondary mode, bending the transducer element in the X-axis direction
When rotated around the Z axis while vibrating, in the Y axis direction
An angular velocity sensor characterized in that the stretching vibration that occurs is in the first-order mode .
【請求項5】 請求項4に記載された角速度センサにお
いて、振動子素子のY軸方向の先端部に第1の励振電極
が形成され、振動子素子の基端部と前記先端部との間に
第2の励振電極が形成され、この第2の励振電極と前記
第1の励振電極との間に検出電極が形成されていること
を特徴とする角速度センサ。
5. The angular velocity sensor according to claim 4, wherein a first excitation electrode is formed at a tip portion of the transducer element in the Y-axis direction, and a first end portion of the transducer element and a base end portion of the transducer element are formed. An angular velocity sensor, characterized in that a second excitation electrode is formed between the tip and the detection electrode, and a detection electrode is formed between the second excitation electrode and the first excitation electrode.
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