JP4911690B2 - Vibrating gyro vibrator - Google Patents

Vibrating gyro vibrator Download PDF

Info

Publication number
JP4911690B2
JP4911690B2 JP2006247632A JP2006247632A JP4911690B2 JP 4911690 B2 JP4911690 B2 JP 4911690B2 JP 2006247632 A JP2006247632 A JP 2006247632A JP 2006247632 A JP2006247632 A JP 2006247632A JP 4911690 B2 JP4911690 B2 JP 4911690B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vibration
vibration mode
vibrator
arm
arm portion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2006247632A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007232710A (en
Inventor
亜希子 大島
幸一 岡本
光晴 千葉
浩一 習田
豪 水野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokin Corp
Original Assignee
NEC Tokin Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Tokin Corp filed Critical NEC Tokin Corp
Priority to JP2006247632A priority Critical patent/JP4911690B2/en
Publication of JP2007232710A publication Critical patent/JP2007232710A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4911690B2 publication Critical patent/JP4911690B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、角速度を検出するジャイロスコープに関し、自動車のナビゲーションシステムや姿勢制御、或いは、カメラ一体型VTRの手振れ補正装置等に好適な振動ジャイロ用振動子に関する。   The present invention relates to a gyroscope for detecting an angular velocity, and more particularly to a vibrator for a vibration gyro suitable for an automobile navigation system, attitude control, or a camera shake correction device for a camera-integrated VTR.

ジャイロスコープは、速度を持つ物体に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。ジャイロスコープは、電気的な信号で、機械的な振動を励起させて駆動振動とし、コリオリ力によって生じる前記駆動振動と直交する成分を有する機械的な振動を検出振動として、その大きさを電気的に検出するセンサである。   A gyroscope is an angular velocity sensor that utilizes a dynamic phenomenon that when an angular velocity is applied to an object having velocity, a Coriolis force is generated in the object itself in a direction perpendicular to the velocity direction. The gyroscope is an electrical signal that excites mechanical vibrations as drive vibrations, and mechanical vibrations having a component orthogonal to the drive vibrations caused by the Coriolis force as detection vibrations. It is a sensor to detect at.

ジャイロスコープは、予め、駆動振動を励起させた状態で、駆動振動面と検出振動面との交線と平行な軸を中心とした回転の角速度を与えると、コリオリ力により、検出振動が発生し、出力電圧として検出される。検出された出力電圧は駆動振動の大きさ及び角速度に比例するため、駆動振動の大きさを一定にした状態では、出力電圧の大きさから角速度の大きさを求めることができる。ジャイロスコープの中でも、圧電効果を有する圧電素子等の振動子を利用するものを振動ジャイロと呼ぶ。   When the gyroscope gives an angular velocity of rotation around an axis parallel to the intersection line of the drive vibration surface and the detection vibration surface with the drive vibration excited in advance, the detection vibration is generated by the Coriolis force. , Detected as an output voltage. Since the detected output voltage is proportional to the magnitude and angular velocity of the drive vibration, the magnitude of the angular speed can be obtained from the magnitude of the output voltage in a state where the magnitude of the drive vibration is constant. Among gyroscopes, a gyroscope that uses a vibrator such as a piezoelectric element having a piezoelectric effect is called a vibrating gyroscope.

振動ジャイロは小形で安価に製造できることから、特にカメラの手振れ補正装置に使用されている。カメラの手振れ補正装置では、一般にカメラ本体に加わるピッチ方向とヨー方向の2軸の角速度検出が必要である。そこで、1軸検出型の振動ジャイロを2個使用して2軸の角速度検出を行っている。しかしながら、2個の1軸検出型の振動ジャイロを使用すると、干渉ノイズが発生するという問題点がある。   Since the vibration gyro is small and can be manufactured at low cost, it is particularly used in a camera shake correction device for a camera. A camera shake correction device generally requires two-axis angular velocity detection in the pitch direction and yaw direction applied to the camera body. Therefore, two uniaxial detection type vibration gyros are used to detect biaxial angular velocity. However, when two uniaxial detection type vibration gyros are used, there is a problem that interference noise occurs.

2個の振動ジャイロに使用される振動子の共振周波数が近接している場合に、2個の振動子の共振周波数の差を周波数成分とする干渉ノイズが出力信号に発生し、振動ジャイロのS/N比を悪化させてしまう。この問題点に対しては、互いの振動子の形状を異ならせることにより、振動子の共振周波数をも十分に異ならせ、干渉ノイズをローパスフィルタで減衰させる等の対策をしている。   When the resonance frequencies of the vibrators used for the two vibratory gyros are close to each other, interference noise having a frequency component that is the difference between the resonance frequencies of the two vibrators is generated in the output signal, and the vibration gyroscope S / N ratio is deteriorated. To solve this problem, measures are taken such as making the resonance frequency of the vibrators sufficiently different by making the shapes of the vibrators different from each other and attenuating interference noise with a low-pass filter.

また、小形化や、低価格化のニーズに応えるために、1個の振動ジャイロで2軸の角速度が検出できる2軸検出型の振動ジャイロも提案されている。しかしながら、この2軸検出型ジャイロにおいても、前記の干渉ノイズの問題点があり、対策が必要である。   In order to meet the needs for downsizing and cost reduction, a two-axis detection type vibration gyro capable of detecting a two-axis angular velocity with one vibration gyro has been proposed. However, this two-axis detection type gyro also has the above-mentioned problem of interference noise and requires countermeasures.

図1は、従来例1の振動ジャイロの断面図である。図1に示す従来の振動ジャイロ80は、筐体83の内部に設けた基体84で2本の振動ジャイロ用振動子81、82が片持ち梁状に支持されている。振動ジャイロ用振動子81、82は、それぞれが駆動されて、2軸の角速度検出を可能としている。2本の振動ジャイロ用振動子81、82は、共振周波数が等しくなるように加工され、同じ周波数の交流電圧で駆動される。2本の振動ジャイロ用振動子81、82の駆動振動の周波数が同じなので干渉ノイズの発生は少なくなる。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。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a vibrating gyroscope according to Conventional Example 1. A conventional vibration gyro 80 shown in FIG. 1 has two vibration gyro vibrators 81 and 82 supported in a cantilever shape by a base 84 provided inside a housing 83. The vibrators 81 and 82 for the vibration gyro are each driven to detect the biaxial angular velocity. The two vibratory gyro vibrators 81 and 82 are processed so as to have the same resonance frequency, and are driven by an AC voltage having the same frequency. Since the frequency of the drive vibration of the two vibratory gyro vibrators 81 and 82 is the same, the generation of interference noise is reduced. Such a vibration gyro is disclosed in Patent Document 1.

図2は、従来例2の振動ジャイロ用振動子の斜視図である。図2に示す従来の振動ジャイロ用振動子90は、振動子91を圧電体92と電極93で一体構成し、駆動振動モードを共通にすることで、加工精度や温度特性に影響されず、駆動振動の振動モードの共振周波数を一致させて、検出したい2軸の検出感度をばらつかせることなく、駆動回路を1つにしている。このような振動ジャイロ用振動子は特許文献2に開示されている。   FIG. 2 is a perspective view of a vibrator for a vibrating gyroscope according to a second conventional example. The conventional vibratory gyro vibrator 90 shown in FIG. 2 has a vibrator 91 integrated with a piezoelectric body 92 and an electrode 93 and has a common driving vibration mode, so that it is not affected by machining accuracy and temperature characteristics, and can be driven. The resonance frequency of the vibration mode of the vibration is made to coincide so that the detection sensitivity of the two axes to be detected does not vary, and one drive circuit is used. Such a vibrator for a vibratory gyro is disclosed in Patent Document 2.

図3は、従来例3の振動ジャイロ用振動子の断面図である。図3に示す従来の振動ジャイロ用振動子70は、円柱状の振動子71の外周部に駆動電極73と検出電極75、77と基準電極74、76、78とが設けられている。この振動ジャイロ用振動子70は、駆動電極73に駆動信号を入力しfx方向の駆動振動を励起させ、駆動振動に直交するfy方向の検出振動を検出電極75、77で検出する振動ジャイロ用振動子である。駆動電極73が形成される側面72を平坦とすることで、駆動電極73と検出電極75、77及び基準電極74、76、78との対称性が向上し、検出の精度が向上する。これは、駆動振動方向と検出振動方向に、加工による誤差よりも十分大きな差をもたせることで、振動方向を所望の向きに固定した振動ジャイロ用振動子である。このような振動ジャイロ用振動子は特許文献3に開示されている。   FIG. 3 is a cross-sectional view of a vibrator for a vibrating gyroscope according to Conventional Example 3. A conventional vibratory gyroscope 70 shown in FIG. 3 is provided with a drive electrode 73, detection electrodes 75, 77, and reference electrodes 74, 76, 78 on the outer periphery of a columnar vibrator 71. This vibratory gyroscope 70 inputs a drive signal to the drive electrode 73 to excite the drive vibration in the fx direction, and detects the vibration detected in the fy direction orthogonal to the drive vibration by the detection electrodes 75 and 77. A child. By flattening the side surface 72 on which the drive electrode 73 is formed, symmetry between the drive electrode 73, the detection electrodes 75 and 77, and the reference electrodes 74, 76, and 78 is improved, and detection accuracy is improved. This is a vibrator for a vibration gyro in which a vibration direction is fixed in a desired direction by giving a difference sufficiently larger than an error due to processing in a driving vibration direction and a detection vibration direction. Such a vibrator for a vibratory gyro is disclosed in Patent Document 3.

特開平7−190783号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-190783 特許第3206551号公報Japanese Patent No. 3206551 特許第3511142号公報Japanese Patent No. 3511142

図1に示す従来例1の振動ジャイロでは、2つの検出したい軸における各々の検出感度を等しくするためには、振動子の振動尖鋭度Qm値によっては、2本の振動ジャイロ用振動子81、82の形状、寸法を等しくして、共振周波数を一致させる必要がある。この周波数調整等の加工には手間と時間がかかり、量産性に欠くという問題点がある。   In the vibration gyro of the conventional example 1 shown in FIG. 1, in order to make the detection sensitivities of the two axes to be detected equal, depending on the vibration sharpness Qm value of the vibrators, two vibrators 81 for vibration gyro, It is necessary to make the shape and size of 82 equal to match the resonance frequency. Processing such as frequency adjustment takes time and effort, and there is a problem that it lacks mass productivity.

図2に示す従来例2の振動ジャイロ用振動子では、共振周波数での駆動振動のモードと2つの検出振動のモードをそれぞれ一致させる構成となっているが、検出振動のモードの方向が加工精度等に大きく影響され定まり難くいことから、一方の軸の角速度印加に対し、所望の検出振動でない、他方の検出振動も励起してしまい、結果として、他軸の感度を有し、精度が悪くなるという問題点がある。   The vibrator 2 for vibratory gyro shown in FIG. 2 has a configuration in which the drive vibration mode at the resonance frequency and the two detection vibration modes are matched with each other, but the direction of the detection vibration mode is the machining accuracy. Therefore, when the angular velocity is applied to one axis, it is not desired to detect vibration, and the other detected vibration is also excited. As a result, the sensitivity of the other axis is high and the accuracy is poor. There is a problem of becoming.

この問題点について簡易モデルを用いて説明する。図4は、従来例2の振動ジャイロ用振動子の振動モードの説明図である。図4(a)はX軸方向の説明図、図4(b)はZ軸方向の説明図、図4(c)はY軸方向の説明図である。従来例2の振動ジャイロ用振動子は簡易モデルとして立方体31で表される。座標11は立方体31に対しての座標軸をX、Y、Zで示している。   This problem will be described using a simple model. FIG. 4 is an explanatory diagram of the vibration mode of the vibrator for the vibration gyro according to the conventional example 2. 4A is an explanatory diagram in the X-axis direction, FIG. 4B is an explanatory diagram in the Z-axis direction, and FIG. 4C is an explanatory diagram in the Y-axis direction. The vibrator for a vibrating gyroscope of Conventional Example 2 is represented by a cube 31 as a simple model. The coordinate 11 indicates the coordinate axes with respect to the cube 31 by X, Y, and Z.

図4(a)にはX軸方向の駆動振動モードの方向を実線矢印で示している。この振動モードは立方体31のX軸方向の厚みによって決定される共振周波数を有する。図4(b)には、図4(a)で示した振動モードと直交するZ軸方向の検出振動モードを実線矢印で示している。この振動モードは、立方体31のZ軸方向の厚みによって決定される共振周波数を有する。更に、図4(c)には、図4(a)及び(b)で示した振動モードの両方に直交するY軸方向の検出振動モードを実線矢印で示している。この振動モードは、立方体31のY軸方向の厚みによって決定される共振周波数を有する。   In FIG. 4A, the direction of the drive vibration mode in the X-axis direction is indicated by a solid line arrow. This vibration mode has a resonance frequency determined by the thickness of the cube 31 in the X-axis direction. In FIG. 4B, the detected vibration mode in the Z-axis direction orthogonal to the vibration mode shown in FIG. This vibration mode has a resonance frequency determined by the thickness of the cube 31 in the Z-axis direction. Further, in FIG. 4C, the detected vibration mode in the Y-axis direction orthogonal to both the vibration modes shown in FIGS. 4A and 4B is indicated by a solid line arrow. This vibration mode has a resonance frequency determined by the thickness of the cube 31 in the Y-axis direction.

2軸検出型の振動ジャイロ用振動子は、これら3つの振動モードを取り扱うこととなる。ここでは図4(a)を駆動振動モードとする。Y軸中心の角速度印加時の検出振動モードは図4(b)となり、Z軸中心の角速度印加時の検出振動モードは図4(c)となる。従来例2の振動ジャイロ用振動子は簡易モデルとして立方体31で表されることから、各々の共振周波数は全て等しくなるが、実際に作製を試みた場合、加工精度等の誤差により完全な立方体はできず、3つの振動モードは、点線矢印で示すように方向が僅かにずれ、所望の方向に振動させることが困難となる。   The biaxial detection type vibratory gyro vibrator handles these three vibration modes. Here, FIG. 4A is a drive vibration mode. The detected vibration mode when the angular velocity around the Y axis is applied is shown in FIG. 4B, and the detected vibration mode when the angular velocity around the Z axis is applied is shown in FIG. 4C. Since the vibrator for vibrating gyroscope of Conventional Example 2 is represented by a cube 31 as a simple model, all the resonance frequencies are equal. However, when the fabrication is actually attempted, a complete cube cannot be obtained due to errors such as processing accuracy. The three vibration modes cannot be vibrated in the desired directions because the directions are slightly shifted as indicated by the dotted arrows.

駆動振動モードがこのように点線矢印で示す方向にずれが生じた状態では、角速度が印加されていないにもかかわらず、Z軸方向やY軸方向に振動が生じてしまい、ヌル電圧となって検出される。また、Z軸方向の検出振動モードに方向のずれが生じ、Y軸方向の検出振動モードを同時に含んでしまうようなことがあれば、他軸感度の発生原因となってしまい、精度が悪くなるという前記問題点となる。   In the state where the drive vibration mode is shifted in the direction indicated by the dotted arrow in this way, vibration is generated in the Z-axis direction and the Y-axis direction even though no angular velocity is applied, resulting in a null voltage. Detected. Also, if the detected vibration mode in the Z-axis direction is deviated and the detected vibration mode in the Y-axis direction is included at the same time, it will cause the occurrence of other-axis sensitivity and the accuracy will deteriorate. That is the problem.

図3に示す従来例3の振動ジャイロ用振動子では、駆動電極73が形成される側面72を平坦とすることで、振動方向の対称性を向上させ、振動方向を所望の向きに固定する提案がなされているが、この振動ジャイロ用振動子の問題点について、簡易モデルを用いてさらに説明する。   In the vibrator for gyroscope of the conventional example 3 shown in FIG. 3, the side surface 72 on which the drive electrode 73 is formed is flattened to improve the symmetry of the vibration direction and to fix the vibration direction in a desired direction. However, the problem of the vibrator for the vibration gyro will be further described using a simple model.

図5は、従来例3の振動ジャイロ用振動子の振動モードの説明図である。図5(a)はX軸方向の説明図、図5(b)はZ軸方向の説明図、図5(c)はY軸方向の説明図である。従来例3の振動ジャイロ用振動子は簡易モデルとして直方体41で表される。座標11は直方体41に対しての座標軸をX、Y、Zで示している。直方体41は、X軸方向の厚さが他の方向の厚さに比べて厚いモデルとして表されるので、図4の立方体のモデルと比較すると、X軸方向の駆動振動モードの共振周波数と、Y軸方向或いはZ軸方向の検出振動モードの共振周波数とには差が生じる。   FIG. 5 is an explanatory diagram of the vibration mode of the vibrator for a vibration gyro according to the conventional example 3. 5A is an explanatory diagram in the X-axis direction, FIG. 5B is an explanatory diagram in the Z-axis direction, and FIG. 5C is an explanatory diagram in the Y-axis direction. The vibrator for a vibrating gyroscope of Conventional Example 3 is represented by a rectangular parallelepiped 41 as a simple model. The coordinate 11 indicates the coordinate axes with respect to the rectangular parallelepiped 41 by X, Y, and Z. Since the rectangular parallelepiped 41 is expressed as a model whose thickness in the X-axis direction is thicker than the thickness in other directions, compared with the cubic model in FIG. 4, the resonance frequency of the driving vibration mode in the X-axis direction, There is a difference between the resonance frequency of the detected vibration mode in the Y-axis direction or the Z-axis direction.

そのため、検出感度は低くなるものの、微小な加工誤差では、図5(a)に実線矢印で示す駆動振動の方向にずれが生ずることはない。従って、角速度が印加されていないときには、Z軸方向にもY軸方向にも振動をもたず、即ちヌル電圧が発生することがない。しかしながら、Z軸方向とY軸方向の厚みが等しく、共振周波数がほぼ等しいことから、微小な加工誤差でも、検出振動は所望の方向に振動させることが困難となる。従って、図5(b)及び図5(c)の点線矢印が示すとおり、検出振動モードに方向のずれが生じ、他軸感度が発生するという問題点がある。   Therefore, although the detection sensitivity is low, a slight machining error does not cause a shift in the direction of the drive vibration indicated by the solid line arrow in FIG. Therefore, when no angular velocity is applied, there is no vibration in the Z-axis direction and the Y-axis direction, that is, no null voltage is generated. However, since the thicknesses in the Z-axis direction and the Y-axis direction are equal and the resonance frequencies are almost equal, it is difficult to vibrate the detected vibration in a desired direction even with a minute processing error. Therefore, as indicated by the dotted arrows in FIG. 5B and FIG. 5C, there is a problem in that the detected vibration mode is deviated in direction and the other-axis sensitivity is generated.

また、上記の問題点を解決するには、X軸、Y軸、Z軸の各軸方向の振動モードでの周波数に差をもたせることが考えられる。図6は、従来型に係る振動ジャイロ用振動子の振動モードの説明図である。図6(a)はX軸方向の説明図、図6(b)はZ軸方向の説明図、図6(c)はY軸方向の説明図である。図6では、図5で示した従来例3の振動ジャイロ用振動子の簡易モデルとして用いた直方体のY軸方向の厚みを薄くしてモデル化し、直方体51としている。   In order to solve the above problems, it is conceivable to make a difference in the frequency in the vibration mode in each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. FIG. 6 is an explanatory diagram of the vibration mode of the vibrator for a vibration gyro according to the conventional type. 6A is an explanatory diagram in the X-axis direction, FIG. 6B is an explanatory diagram in the Z-axis direction, and FIG. 6C is an explanatory diagram in the Y-axis direction. In FIG. 6, the rectangular parallelepiped 51 is modeled by reducing the thickness in the Y-axis direction of the rectangular parallelepiped used as the simplified model of the vibrator for gyroscope of the conventional example 3 shown in FIG.

Y軸方向の共振周波数を更に下げた場合、X軸、Y軸、Z軸の各軸方向の振動モードでの周波数に差をもたせることができ、微小な加工誤差が生じても全ての振動モードを所望の方向に固定することができる。従って、前述したようなヌル電圧や他軸感度が発生しないジャイロが得られる。しかしながら、Z軸方向の検出振動モードの共振周波数と比較し、駆動振動モードの共振周波数とY軸方向の検出振動モードの共振周波数が離れ過ぎてしまうことから、十分な感度を得ることが困難となる問題点がある。   When the resonance frequency in the Y-axis direction is further lowered, the frequency in the vibration modes in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions can be made different, and all vibration modes can be used even if minute machining errors occur. Can be fixed in a desired direction. Therefore, a gyro that does not generate the null voltage and the other-axis sensitivity as described above can be obtained. However, compared with the resonance frequency of the detection vibration mode in the Z-axis direction, it is difficult to obtain sufficient sensitivity because the resonance frequency of the drive vibration mode and the resonance frequency of the detection vibration mode in the Y-axis direction are too far apart. There is a problem.

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、ヌル電圧や他軸感度の発生が少なく、感度のばらつきも少ない、駆動回路が1つで構成可能な、小形で低価格の2軸検出型の振動ジャイロ用振動子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, the present invention provides a small and low-priced vibratory gyro vibrator for a two-axis detection type that can generate a null voltage and other axis sensitivities, has little sensitivity variation, and can be configured with a single drive circuit. This is the issue.

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、二つの軸方向の角速度を検出する振動ジャイロ用振動子において、1つの駆動振動と2つの検出振動の共振周波数を各々異ならせ、駆動振動の共振周波数は、二つの検出振動の共振周波数の中間に設定することを、その要旨とする。   The present invention employs the following means in order to solve the above problems. That is, according to the present invention, in a vibrator for a vibration gyro that detects angular velocities in two axial directions, the resonance frequencies of one drive vibration and two detection vibrations are different from each other. The gist is to set the resonance frequency in the middle.

本発明によれば、板状体からなり、枠体と、前記枠体に両端が支持されてなるビーム部と、前記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、前記第1のアーム部から延在し形成してなる1つ以上の第2のアーム部と、前記第2のアーム部に支持されてなる第3のアーム部と、前記第3のアーム部に支持される1つ以上の付加質量部とからなり、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のアーム部と前記第3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、前記付加質量部の各々が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配置され、二つの軸方向の角速度を検出する振動ジャイロ用振動子であって、駆動振動となる第1の振動モードと、検出振動となる第2の振動モード及び第3の振動モードを有し、前記第2の振動モードの共振周波数は前記第3の振動モードの共振周波数より小さく、前記第1の振動モードの共振周波数は、前記第2の振動モードの共振周波数より大きく且つ前記第3の振動モードの共振周波数より小さいことを特徴とする振動ジャイロ用振動子が得られる。 According to the present invention, a plate-like body, a frame body, a beam portion having both ends supported by the frame body, one or more first arm portions formed to intersect the beam portion, One or more second arm parts formed extending from the first arm part, a third arm part supported by the second arm part, and supported by the third arm part The frame body, the beam portion, the first arm portion, the second arm portion, the third arm portion, and the additional mass portion are flush with each other. A vibrator for a vibrating gyroscope that is arranged in a line and is arranged so that each of the additional mass portions is line-symmetric with respect to each of the beam portion and the first arm portion, and detects angular velocities in two axial directions. The first vibration mode serving as drive vibration and the second vibration mode serving as detection vibration And the third vibration mode, the resonance frequency of the second vibration mode is lower than the resonance frequency of the third vibration mode, and the resonance frequency of the first vibration mode is equal to that of the second vibration mode. A vibrator for a vibration gyro characterized by being higher than the resonance frequency and lower than the resonance frequency of the third vibration mode is obtained.

本発明による振動ジャイロ用振動子は、第1の振動モードと、第2の振動モードと、第3の振動モードを有し、第1の振動モードを駆動振動とし、第2の振動モードと第3の振動モードを検出振動とする。このとき、第1の振動モードの共振周波数をfx、第2の振動モードの共振周波数をfy、第3の振動モードの共振周波数をfzと表したきに、fy<fx<fzの関係となるようにする。即ち、駆動振動となる第1の振動モードの共振周波数を二つの検出振動である第2の振動モードの共振周波数と第3の振動モードの共振周波数との間の共振周波数に設定することで、ヌル電圧や他軸感度の発生が少なく、感度のばらつきも少ない振動ジャイロ用振動子が得られる。尚、第2の振動モードと第3の振動モードにおいて、「第2の」及び「第3の」と表記したのは、2つある検出振動モードを区別するためであり、「第2の」を「第3の」とし、「第3の」を「第2の」と読み替えてもよい。   The vibrator for a vibration gyro according to the present invention has a first vibration mode, a second vibration mode, and a third vibration mode, wherein the first vibration mode is a drive vibration, and the second vibration mode and the second vibration mode are the same. 3 vibration mode is detected vibration. At this time, when the resonance frequency of the first vibration mode is expressed as fx, the resonance frequency of the second vibration mode is expressed as fy, and the resonance frequency of the third vibration mode is expressed as fz, the relation of fy <fx <fz is established. Like that. That is, by setting the resonance frequency of the first vibration mode, which is the drive vibration, to a resonance frequency between the resonance frequency of the second vibration mode and the resonance frequency of the third vibration mode, which are the two detection vibrations, A vibrator for a vibration gyro with little occurrence of null voltage or other axis sensitivity and little variation in sensitivity can be obtained. In the second vibration mode and the third vibration mode, “second” and “third” are used to distinguish two detection vibration modes, and “second”. May be read as “third” and “third” may be read as “second”.

また、本発明によれば、前記第1の振動モードと、前記第2の振動モードと、前記第3の振動モードは互いに振動方向が直交することを特徴とする振動ジャイロ用振動子が得られる。本発明は、第1の振動モードと、第2の振動モードと、第3の振動モードの振動方向を互いに直交させることで、直交する2軸の回転角速度の検出精度が向上する。   According to the invention, there is obtained a vibrator for a vibration gyro characterized in that the first vibration mode, the second vibration mode, and the third vibration mode have vibration directions orthogonal to each other. . In the present invention, by detecting the first vibration mode, the second vibration mode, and the third vibration mode to be orthogonal to each other, the detection accuracy of two orthogonal rotational angular velocities is improved.

ここで、本発明に係る圧電振動ジャイロ用振動子の振動モードについて、図を用いて説明する。   Here, the vibration mode of the vibrator for piezoelectric vibration gyro according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図7は、本発明に係る圧電振動ジャイロ用振動子の振動モードの説明図である。図7(a)はX軸方向の説明図、図7(b)はZ軸方向の説明図、図7(c)はY軸方向の説明図である。図7には、本発明に係る圧電振動ジャイロ用振動子を直方体61としてモデル化して表している。座標11は直方体61に対しての座標軸をX、Y、Zで示している。直方体61は、Y方向の厚み>X方向の厚み>Z方向の厚みの関係を有する。X方向の振動を駆動振動、Y軸方向及びZ軸方向の各振動を検出振動とし、駆動振動の共振周波数をfx、検出振動の共振周波数をそれぞれfy、fzとすると、fy<fx<fzの関係となり、3つの共振周波数が各々異なることから、加工誤差の影響を受けることなく、3つの振動モードの向きを所望の向きに、固定することができる。即ち、ヌル電圧、他軸感度を抑制することができる。   FIG. 7 is an explanatory diagram of a vibration mode of the vibrator for piezoelectric vibration gyro according to the present invention. 7A is an explanatory diagram in the X-axis direction, FIG. 7B is an explanatory diagram in the Z-axis direction, and FIG. 7C is an explanatory diagram in the Y-axis direction. FIG. 7 shows a piezoelectric vibration gyro vibrator according to the present invention modeled as a rectangular parallelepiped 61. The coordinate 11 indicates the coordinate axes with respect to the rectangular parallelepiped 61 by X, Y, and Z. The rectangular parallelepiped 61 has a relationship of thickness in the Y direction> thickness in the X direction> thickness in the Z direction. If the vibration in the X direction is the drive vibration, each vibration in the Y-axis direction and the Z-axis direction is the detection vibration, the resonance frequency of the drive vibration is fx, and the resonance frequencies of the detection vibration are fy and fz, respectively, fy <fx <fz Since the three resonance frequencies are different from each other, the directions of the three vibration modes can be fixed in a desired direction without being affected by a machining error. That is, null voltage and other-axis sensitivity can be suppressed.

また、図7で示すfy<fx<fzの関係は、図6で示した、Z方向の検出振動の共振周波数と比較し、駆動振動の共振周波数とY方向の検出振動モードの共振周波数が離れ過ぎてしまうという関係とは異なり、|fx−fy|=|fx−fz|として、駆動振動と2つの検出振動における各々の共振周波数差を等しくすることも可能となることから、2軸検出における各々の感度ばらつきが小さくできる。更には、2軸検出における駆動振動モードは同一なので、1つの駆動回路で動作させることが可能となる。   In addition, the relationship of fy <fx <fz shown in FIG. 7 indicates that the resonance frequency of the drive vibration and the resonance frequency of the detection vibration mode in the Y direction are different from the resonance frequency of the detection vibration in the Z direction shown in FIG. Unlike the relationship of passing too much, | fx−fy | = | fx−fz | can be used to equalize the resonance frequency difference between the drive vibration and the two detected vibrations. Each sensitivity variation can be reduced. Furthermore, since the drive vibration mode in the two-axis detection is the same, it is possible to operate with one drive circuit.

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のアーム部と前記第3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、前記ビーム部と前記第1のアーム部と前記第2のアーム部と前記第3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、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等距離延在し、前記付加質量部は、4つ以上配置され、前記第1の振動モードは、隣り合う前記付加質量部が互いに逆位相で前記同一平面の外方向に振動し、前記第2の振動モード及び前記第3の振動モードは、いずれも前記第1の振動モードと振動方向が直交し、且つ互いに振動方向が直交することを特徴とする振動ジャイロ用振動子が得られる。 Further, according to the present invention, the frame body, the beam portion, the first arm portion, the second arm portion, the third arm portion, and the additional mass portion are arranged in the same plane, The beam portion, the first arm portion, the second arm portion, the third arm portion, and the additional mass portion are disposed inside the frame body, and the beam portion is a central portion of the frame body. It will be Mashimashi equidistant extending from said first arm portion, Mashimashi center as perpendicular and equidistant extension of the beam part, prior to pressurizing parts by weight with SL are arranged four or more, the first In the vibration mode, the adjacent additional mass portions vibrate outwardly in the same plane with opposite phases, and the second vibration mode and the third vibration mode are both the first vibration mode and the first vibration mode. Vibration gai characterized in that vibration directions are orthogonal and vibration directions are orthogonal to each other Use the vibrator is obtained.

さらに、本発明によれば、前記第3のアーム部は、前記付加質量部との接続部、及び第2のアーム部との接続部の途中でコの字型に曲げられた形状であることを特徴とする振動ジャイロ用振動子が得られる。本発明では、振動子の各モードにおいて適切な周波数が設計できるため感度が向上する。   Further, according to the present invention, the third arm portion is a shape bent in a U shape in the middle of the connecting portion with the additional mass portion and the connecting portion with the second arm portion. Thus, a vibrator for a vibrating gyroscope can be obtained. In the present invention, since an appropriate frequency can be designed in each mode of the vibrator, sensitivity is improved.

また、本発明によれば、前記板状体の両面に電極が形成されており、一方の面に駆動用電極部が形成され、且つ他方の面に検出用電極部が形成されたことを特徴とする振動ジャイロ用振動子が得られる。   Further, according to the present invention, electrodes are formed on both surfaces of the plate-like body, a drive electrode portion is formed on one surface, and a detection electrode portion is formed on the other surface. A vibrator for a vibration gyro is obtained.

そして、本発明によれば、前記第1の振動モードは、前記第3のアーム部での前記第1のアーム部に略平行に形成された部分に沿って帯状に延伸するように前記第3のアーム部上に少なくとも2本以上形成された電極によって励振され、
前記第2の振動モードは、前記第3のアーム部での前記第1の振動モードを励振する電極が形成された面とは反対側の面上で、前記第1のアーム部に略平行な帯状の電極部分を含むように少なくとも2本以上形成された電極によって検出され、
前記第3の振動モードは、前記第1のアーム部での、前記第1の振動モードを励振する電極が形成された面とは反対側の面上に、前記第1のアーム部に沿って帯状に延伸するように少なくとも2本以上形成された電極によって検出されることを特徴とする振動ジャイロ用振動子が得られる。
According to the present invention, the first vibration mode is configured such that the third arm portion extends in a strip shape along a portion of the third arm portion that is formed substantially parallel to the first arm portion. Excited by at least two electrodes formed on the arm portion of
The second vibration mode is substantially parallel to the first arm portion on the surface of the third arm portion opposite to the surface on which the electrode for exciting the first vibration mode is formed. Detected by at least two electrodes formed to include a strip-shaped electrode portion,
The third vibration mode is along the first arm portion on the surface of the first arm portion opposite to the surface on which the electrode for exciting the first vibration mode is formed. A vibrator for a vibrating gyroscope characterized in that it is detected by at least two electrodes formed so as to extend in a band shape.

本発明による振動ジャイロ用振動子は、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、第3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のアームをビーム部の中央部で支持する。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、第3のアーム部の一端を第2のアーム部端部で支持する。第3のアーム部の他端は付加質量部を支持する構成とし、付加質量部が振動可能な状態とする。   The vibrator for a vibrating gyroscope according to the present invention comprises a plate-like body, for example, a through hole is provided in a flat plate, and a frame, a beam portion, a first arm portion, and a second arm are provided on the same plane of the flat plate. Part, a third arm part, and an additional mass part. The frame supports both ends of the beam portion, and the beam portion supports the first arm at the center of the beam portion. The first arm unit supports the second arm unit at the end of the first arm unit, and the second arm unit supports one end of the third arm unit at the end of the second arm unit. The other end of the third arm unit is configured to support the additional mass unit so that the additional mass unit can vibrate.

前記枠体は、円形、楕円形、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、対称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、中心点に対し対称性を有した複数としても良い。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称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, oval, or rectangular, but the outer shape is not particularly limited. The beam part is preferably in the form of a straight belt, but is not limited to a straight line as long as it has symmetry, and may have a plurality of symmetry with respect to the center point without passing through the center point. The first arm portion preferably has a straight belt shape and is preferably orthogonal to the beam portion, but is not limited to a straight line as long as it has symmetry.

また、前記第1のアーム部は中心点を通らずとも、中心点に対し対称性を有した複数としても良い。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称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、対称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、楕円形、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 be a plurality having the symmetry 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 symmetry. Further, the second arm portion is preferably an end portion of the first arm portion, but is not limited to the end portion as long as it has a symmetry other than the central portion. The additional mass portion is preferably circular, elliptical, or rectangular, 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 rotational angular velocity of the two axes can be detected.

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。   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.

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僅かとなる。   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.

本発明の振動ジャイロ用振動子は、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、S/N比の高い振動ジャイロ用振動子が提供できる。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重ねた積層構造としても良い。   The vibrator for a vibrating gyroscope 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, a vibrator for a vibration gyro having a high S / N ratio can be provided by using a high binding material such as lithium niobate. 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 the thickness direction.

本発明による、振動ジャイロ用振動子は、圧電材料で構成される板状であり、枠体と、該枠体に両端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、第2のアーム部から延在し形成してなる1以上の第3のアーム部と、該第3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構造を有し、前記構造の表面に駆動及び検出用の電極を形成する。   The vibrator for a vibrating gyroscope according to the present invention has a plate shape made of a piezoelectric material, and includes a frame, a beam portion supported at both ends of the frame, and one or more formed to intersect the beam portion. One or more second arm portions formed extending from the arm portion, one or more third arm portions formed extending from the second arm portion, and the third arm portion And an electrode for driving and detecting is formed on the surface of the structure.

本発明では、隣り合う前記付加質量部が互いに逆位相で前記同一平面の外方向に振動する前記第1の振動モードとし、前記第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振動を前記第2の振動モード及び前記第3の振動モードとする。さらに第1の振動モードの共振周波数をfx、第2の振動モードの共振周波数をfy、第3の振動モードの共振周波数をfzと表したきに、fy<fx<fz、又はfy>fx>fzの関係となるようにする。尚、前記共振周波数は前記第3のアーム部の長さを変えることで調整可能である。   In the present invention, the adjacent additional mass portions are in the first vibration mode in which the additional mass portions vibrate in the outward direction of the same plane in mutually opposite phases, the first vibration mode and the vibration direction are orthogonal, and the vibration directions are orthogonal to each other. The vibration to be performed is defined as the second vibration mode and the third vibration mode. Furthermore, when the resonance frequency of the first vibration mode is expressed as fx, the resonance frequency of the second vibration mode is expressed as fy, and the resonance frequency of the third vibration mode is expressed as fz, fy <fx <fz or fy> fx> The relationship is fz. The resonance frequency can be adjusted by changing the length of the third arm portion.

前記の如く、本発明によれば、駆動振動となる振動モードの共振周波数を二つの検出振動である第2の振動モードと第3の振動モードとの間の共振周波数に設定することで、ヌル電圧や他軸感度の発生が少なく、感度のばらつきも少ない、駆動回路が一つで構成可能な、小形で低価格な2軸検出型の振動ジャイロ用振動子の提供が可能となる。   As described above, according to the present invention, by setting the resonance frequency of the vibration mode serving as the drive vibration to the resonance frequency between the second vibration mode and the third vibration mode, which are the two detection vibrations, It is possible to provide a small and low-priced vibrator for a vibratory gyroscope of a two-axis detection type that can be configured with a single drive circuit with little generation of voltage and other-axis sensitivity and little variation in sensitivity.

本発明による振動ジャイロ用振動子は、第1の振動モードと、第2の振動モードと、第3の振動モードを有し、第1の振動モードを駆動振動とし、第2の振動モードと第3の振動モードを検出振動とする。また、第1の振動モードの共振周波数をfx、第2の振動モードの共振周波数をfy、第3の振動モードの共振周波数をfzと表したきに、fy<fx<fz、又はfy>fx>fzの関係となるようにする。さらに、第1の振動モードと、第2の振動モードと、第3の振動モードの振動方向を互いに直交させるのが望ましい。   The vibrator for a vibration gyro according to the present invention has a first vibration mode, a second vibration mode, and a third vibration mode, wherein the first vibration mode is a drive vibration, and the second vibration mode and the second vibration mode are the same. 3 vibration mode is detected vibration. Further, when the resonance frequency of the first vibration mode is expressed as fx, the resonance frequency of the second vibration mode is expressed as fy, and the resonance frequency of the third vibration mode is expressed as fz, fy <fx <fz or fy> fx. > Fz relationship. Furthermore, it is desirable that the vibration directions of the first vibration mode, the second vibration mode, and the third vibration mode are orthogonal to each other.

以下、本発明による検出型振動ジャイロ用振動子の実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of a vibrator for a detection type vibration gyro according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図8は本発明の実施例に係る振動ジャイロ用振動子10の平面図である。縦2.8mm、横4.3mmの矩形状を成し、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1に幅が約0.2mmの貫通溝2を開けることで、1枚の圧電単結晶板の同一面内に枠体3と中央部縦方向にビーム部4と、中央部横方向に第1のアーム部5と前記第1のアーム部5の両端に2つの第2のアーム部6a、6bと、第2のアーム部のそれぞれ両端に第3のアーム部12a、12b、12c、12dを介して合計4つの付加質量部7a、7b、7c、7dを形成した。   FIG. 8 is a plan view of the vibrator 10 for vibratory gyroscope according to the embodiment of the present invention. By forming a through-groove 2 having a width of about 0.2 mm in a flat plate 1 having a rectangular shape of 2.8 mm in length and 4.3 mm in width and made of a piezoelectric single crystal of lithium niobate and having a thickness of 0.2 mm, In the same plane of the single piezoelectric single crystal plate, the frame 3, the beam part 4 in the central part longitudinal direction, the first arm part 5 in the lateral direction in the central part, and two first parts at both ends of the first arm part 5. A total of four additional mass portions 7a, 7b, 7c, 7d were formed on both ends of the second arm portion 6a, 6b and the second arm portion via the third arm portions 12a, 12b, 12c, 12d, respectively.

前記第3のアーム部は前記第2のアーム部と前記付加質量部の間でコの字型に形成した。本実施例においては、
(1)前記第3のアーム部は、前記第2のアーム端部から前記第1のアーム部に略並行なアームが延在して形成され、
(2)その端部から前記ビーム部4に略並行なアームが延在して形成され、
(3)さらに前記第1のアーム部に略並行なアームが延在して形成され、
(4)その端部に付加質量部が形成されている。
前記第3のアーム部は、前記形状に制限されるものではなく、前記第3のアーム部は、前記第1のアームと前記ビーム部4に対してある角度をもって延在させてもかまわないし、コーナー部にRを設けてもよい。
The third arm portion was formed in a U shape between the second arm portion and the additional mass portion. In this example,
(1) The third arm portion is formed by extending a substantially parallel arm from the second arm end portion to the first arm portion,
(2) An arm substantially parallel to the beam portion 4 extends from the end thereof, and
(3) Further, an arm substantially parallel to the first arm portion is formed to extend,
(4) An additional mass portion is formed at the end portion.
The third arm part is not limited to the shape, and the third arm part may extend at an angle with respect to the first arm and the beam part 4; You may provide R in a corner part.

本実施例では、ビーム部4の中心線8に対して線対称な形状とし、第1のアーム部5の中心線9に対しても線対称な形状とした。第1のアーム部5の表面には駆動電極部13a、13bと基準電位電極部14a、14bとを形成し、第2のアーム部6a、6bの表面には、検出電極部15a、15b、15c、15dと基準電位電極部14c、14d、14e、14f、14g、14h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 this embodiment, the shape is symmetrical with respect to the center line 8 of the beam portion 4, and the shape is also symmetrical with respect to the center line 9 of the first arm portion 5. Drive electrode portions 13a and 13b and reference potential electrode portions 14a and 14b are formed on the surface of the first arm portion 5, and detection electrode portions 15a, 15b and 15c are formed on the surface of the second arm portions 6a and 6b. 15d and reference potential electrode portions 14c, 14d, 14e, 14f, 14g, and 14h. In each of the electrode portions, electrodes were formed of gold with chromium as a base.

ここで、上記実施例による形態の振動ジャイロ素子の動作原理について説明する。図9は本実施例に係る振動ジャイロ用振動子の振動モードの説明図である。図9(a)はX軸方向の説明図、図9(b)はZ軸方向の説明図、図9(c)はY軸方向の説明図である。   Here, the operation principle of the vibration gyro element according to the embodiment described above will be described. FIG. 9 is an explanatory diagram of the vibration mode of the vibrator for the vibration gyro according to the present embodiment. 9A is an explanatory diagram in the X-axis direction, FIG. 9B is an explanatory diagram in the Z-axis direction, and FIG. 9C is an explanatory diagram in the Y-axis direction.

図9(a)に示すX軸方向の振動は、付加質量部7a、7b、7c、7dがX軸方向に振動する。その際、振動方向は、互いに隣り合う付加質量部が逆位相で振動する。図9(b)示すZ軸方向の振動は、付加質量部7a、7b、7c、7dが同一面内で、Z軸方向に振動する。その際、振動方向は、互いに隣り合う付加質量部は逆位相で振動する。図9(c)に示すY軸方向の振動は、付加質量部7a、7b、7c、7dが同一面内で、Y軸方向に振動する。その際、振動方向は、互いに隣り合う付加質量部は逆位相で振動する。尚、図9では振動モードを模式的に説明するために、付加質量部7a、7b、7c、7dの変位を実際よりも大きく誇張して表示している。   9A, the additional mass portions 7a, 7b, 7c, and 7d vibrate in the X-axis direction. In that case, the additional mass parts adjacent to each other vibrate in opposite phases. 9B, the additional mass portions 7a, 7b, 7c, and 7d vibrate in the Z-axis direction within the same plane. At this time, the additional mass parts adjacent to each other vibrate in opposite phases. In the vibration in the Y-axis direction shown in FIG. 9C, the additional mass portions 7a, 7b, 7c, and 7d vibrate in the Y-axis direction in the same plane. At this time, the additional mass parts adjacent to each other vibrate in opposite phases. In FIG. 9, in order to schematically explain the vibration mode, the displacement of the additional mass portions 7a, 7b, 7c, and 7d is displayed exaggerated to be larger than actual.

例えば、X軸方向の振動を駆動振動として励振した状態で、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軸方向の振動が発生する。同様に、X軸方向の振動を駆動振動として励振した状態で、Y軸周りに回転角速度を印加すると、Z軸方向の振動が発生する。この時、X軸方向の振動速度が一定であれば、Y軸方向の振動及びZ軸方向に発生した振動の振幅の大きさは、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8に示した第1のアーム部に形成した駆動電極部13a、13bに電気信号を入力することでX軸方向の振動を励振させて、第2のアーム部に形成した検出電極部15a、15b、15c、15dに生じる電荷を検出することで、Y軸方向及びZ軸方向の振動が検出できる。   For example, when a rotational angular velocity is applied around the Z-axis in a state where vibration in the X-axis direction is excited as drive vibration, vibration in the Y-axis direction 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 in a state where vibration in the X axis direction is excited as drive vibration, vibration in the Z axis direction is generated. At this time, if the vibration velocity in the X-axis direction is constant, the amplitude of the vibration in the Y-axis direction and the vibration generated in the Z-axis direction is proportional to the applied rotational angular velocity. If taken out, it functions as a rotational angular velocity sensor. That is, the detection electrode unit formed on the second arm unit is excited by vibration in the X-axis direction by inputting an electric signal to the drive electrode units 13a and 13b formed on the first arm unit shown in FIG. By detecting charges generated in 15a, 15b, 15c, and 15d, vibrations in the Y-axis direction and the Z-axis direction can be detected.

本実施例では、第3のアーム部12a、12b、12c、12dの寸法を調整することで、X軸方向の振動の共振周波数fxを29kHz、Y軸方向の振動の共振周波数fyを30.5kHz、Z軸方向の振動の共振周波数fzを27.5kHzに調整した。ニオブ酸リチウムの圧電単結晶板は、超音波、サンドブラスト、レーザ等の機械加工やウェットエッチングやドライエッチングで加工可能であるが、機械加工での実験結果からこのサイズのものであれば、共振周波数が3σで0.5%の加工誤差を有することが予めわかっている。従って、加工誤差より十分大きな共振周波数の差を各々の振動モードに持たせるため、X軸方向の振動の共振周波数とY軸方向及びZ軸方向の振動の共振周波数との差を1.5kHzとした。   In this embodiment, by adjusting the dimensions of the third arm portions 12a, 12b, 12c, and 12d, the resonance frequency fx of vibration in the X-axis direction is 29 kHz, and the resonance frequency fy of vibration in the Y-axis direction is 30.5 kHz. The resonance frequency fz of the vibration in the Z-axis direction was adjusted to 27.5 kHz. The piezoelectric single crystal plate of lithium niobate can be processed by ultrasonic machining, sandblasting, laser machining, etc., or wet etching or dry etching. Is previously known to have a processing error of 0.5% at 3σ. Therefore, in order to give each vibration mode a difference in resonance frequency sufficiently larger than the machining error, the difference between the resonance frequency of vibration in the X-axis direction and the resonance frequency of vibration in the Y-axis direction and the Z-axis direction is 1.5 kHz. did.

図10は、本実施例に係る振動ジャイロ用振動子の感度と共振周波数との関係を示すグラフである。図10のグラフは、駆動振動となる第1の振動モードであるX軸方向の振動の共振周波数fxと検出振動となる第2の振動モードであるY軸方向の振動の共振周波数fyを用いた式(1)で計算される値Aを横軸に示し、A=0のときの検出感度を1としたときの検出感度を縦軸に示している。
A=(fy−fx)/fx×100(%) ・・・・・・・(1)
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the sensitivity and the resonance frequency of the vibrator for a vibration gyro according to the present embodiment. The graph of FIG. 10 uses the resonance frequency fx of the vibration in the X-axis direction that is the first vibration mode that is the drive vibration and the resonance frequency fy of the vibration in the Y-axis direction that is the second vibration mode that is the detection vibration. The value A calculated by equation (1) is shown on the horizontal axis, and the detection sensitivity when the detection sensitivity when A = 0 is 1 is shown on the vertical axis.
A = (fy−fx) / fx × 100 (%) (1)

値Aは、第1の振動モードの共振周波数fxと第2の振動モードの共振周波数fyとの差を第1の振動モードの共振周波数fxに対する比率で表したものである。図10のグラフから解ることは、Aの値が0近傍、即ち第1の振動モードの共振周波数fxと第2の振動モードの共振周波数fyが等しいときに検出感度は最大となるが、第1の振動モードの共振周波数fxと第2の振動モードの共振周波数fyが僅かでも違うと感度は急激に減少するということである。これは、仮に0.5%の加工精度で、振動ジャイロ用振動子の加工をしたとすると、加工された寸法により第1の振動モードの共振周波数fxと第2の振動モードの共振周波数fyとの差も0.5%ばらつくこととなる。これは、感度の最大が1となる一方、感度の最小も0.08となり感度のばらつきが非常に大きい振動ジャイロ用振動子となってしまうことを意味している。   The value A represents the difference between the resonance frequency fx of the first vibration mode and the resonance frequency fy of the second vibration mode as a ratio to the resonance frequency fx of the first vibration mode. It can be understood from the graph of FIG. 10 that the detection sensitivity is maximized when the value of A is near 0, that is, when the resonance frequency fx of the first vibration mode is equal to the resonance frequency fy of the second vibration mode. That is, if the resonance frequency fx of the vibration mode and the resonance frequency fy of the second vibration mode are slightly different, the sensitivity decreases rapidly. If the vibration gyro vibrator is processed with a processing accuracy of 0.5%, the resonance frequency fx of the first vibration mode and the resonance frequency fy of the second vibration mode depend on the processed dimensions. The difference is also 0.5%. This means that while the maximum sensitivity is 1, the minimum sensitivity is 0.08, and the sensitivity variation is very large, resulting in a vibrator for a vibrating gyroscope.

一方、本実施例による振動ジャイロ用振動子は、振動モードの共振周波数fxと第2の振動モードの共振周波数fyとの差をA=5.0%に設計したため、加工寸法が0.5%ばらついたとしても、図10のグラフが示すように感度はA=4.5%からA=5.5%の間でばらつくことになるので、検出感度は約0.010から0.008となり、感度のばらつきが非常に小さい振動ジャイロ用振動子が得られる。前述の第1の振動モードの共振周波数fxと、第2の振動モードの共振周波数fyに関するものであるが、第1の振動モードの共振周波数fxと、もう一つの検出振動である第3の振動モードの共振周波数fzとの関係についても同様であり、この場合fxとfzの大小関係はfx>fzとなる。   On the other hand, the vibrator for the vibration gyro according to the present embodiment is designed so that the difference between the resonance frequency fx of the vibration mode and the resonance frequency fy of the second vibration mode is A = 5.0%, so that the machining dimension is 0.5%. Even if there is a variation, the sensitivity varies between A = 4.5% and A = 5.5% as shown in the graph of FIG. 10, so the detection sensitivity is about 0.010 to 0.008, A vibrator for a vibrating gyroscope with very small variations in sensitivity can be obtained. The resonance frequency fx of the first vibration mode and the resonance frequency fy of the second vibration mode are related to the resonance frequency fx of the first vibration mode and the third vibration which is another detected vibration. The same applies to the relationship between the mode and the resonance frequency fz. In this case, the magnitude relationship between fx and fz is fx> fz.

このように、値Aは5%に設定すればよいが、第1の振動モードの共振周波数fxと、第2の振動モードの共振周波数fyと、第3の振動モードの共振周波数fzとの関係は、fy<fx<fzであって1.02×fx≦fz、fy≦0.98×fx、又は、fy>fx>fzであって1.02×fx≦fy、fz≦0.98×fxとするのが好ましい。ただし、fy<fx<fzである時の(fy−fx)/fxと(fx−fz)/fx、或いはfy>fx>fzである時の(fz−fx)/fxと(fx−fy)/fxの値は、増加するほど検出感度は低下するので、増幅回路の性能や、S/N比等を考慮しながらそれぞれの値を設定することになるが、前記各値は0.1までとすることが好ましい。また、|fx−fy|=|fx−fz|とすることがより好ましい。   Thus, the value A may be set to 5%, but the relationship between the resonance frequency fx of the first vibration mode, the resonance frequency fy of the second vibration mode, and the resonance frequency fz of the third vibration mode. Fy <fx <fz and 1.02 × fx ≦ fz, fy ≦ 0.98 × fx, or fy> fx> fz and 1.02 × fx ≦ fy, fz ≦ 0.98 × fx is preferable. However, (fy−fx) / fx and (fx−fz) / fx when fy <fx <fz, or (fz−fx) / fx and (fx−fy) when fy> fx> fz. Since the detection sensitivity decreases as the value of / fx increases, each value is set in consideration of the performance of the amplifier circuit, the S / N ratio, and the like. It is preferable that Further, it is more preferable that | fx−fy | = | fx−fz |.

本実施例による振動ジャイロ素子は、ヌル電圧と検出感度のばらつきは、±11%程度に抑えられ、振動子に機械的調整を施すことなく、回路側の微調整で手振れ補正用ジャイロに必要な仕様を十分満足することが確認できた。また、他軸感度も1%以下で同様に実用的レベルであることが確認できた。評価は、一つの駆動回路で動作させて、AGC回路(オートゲインコントロール回路)を用いて安定した駆動振動が得られるようにした。また、振動子の振動をさらに安定させるために湿度を含まないドライ窒素雰囲気に振動子を気密封止した。検出電極部15a、15b、15c、15dには、Y軸方向の振動及びZ軸方向の振動による電荷が発生するが、それぞれ発生する電荷の極性が異なるため、加算回路や差動回路によって、分離して検出することが可能である。   The vibration gyro element according to this embodiment has a null voltage and detection sensitivity variation of about ± 11%, and is necessary for the hand shake correction gyro by fine adjustment on the circuit side without mechanical adjustment of the vibrator. It was confirmed that the specifications were fully satisfied. In addition, it was confirmed that the other-axis sensitivity was 1% or less, which was also a practical level. The evaluation was performed by operating with one driving circuit so that a stable driving vibration was obtained using an AGC circuit (auto gain control circuit). Further, in order to further stabilize the vibration of the vibrator, the vibrator was hermetically sealed in a dry nitrogen atmosphere containing no humidity. The detection electrode portions 15a, 15b, 15c, and 15d generate charges due to the vibration in the Y-axis direction and the vibration in the Z-axis direction. Can be detected.

本実施例では、ニオブ酸リチウムの圧電単結晶からなる厚さ0.2mmで板の厚さ方向がX方位となる平板を選択し、図11にその外形を平面図で示すように、中心線の下端8aから上端8bへ向かう方向が+140Yとなるように振動子を作製した。振動子は、縦2.8mm、横4.3mmの矩形状を成し、幅が約0.2mmの貫通溝2を開けることで、1枚の圧電単結晶板の同一面内に枠体3と中央部縦方向にビーム部4と、中央部横方向に第1のアーム部5と前記第1のアーム部5の両端に2つの第2のアーム部6a、6bと、第2のアーム部のそれぞれ両端にコの字型の第3のアーム部12a、12b、12c、12dを介して合計4つの付加質量部7a、7b、7c、7dを形成した。   In this embodiment, a flat plate made of a piezoelectric single crystal of lithium niobate having a thickness of 0.2 mm and a thickness direction of the plate having an X direction is selected, and as shown in a plan view in FIG. The vibrator was manufactured so that the direction from the lower end 8a to the upper end 8b was + 140Y. The vibrator has a rectangular shape with a length of 2.8 mm and a width of 4.3 mm, and a through-groove 2 having a width of about 0.2 mm is formed, so that the frame 3 is formed in the same plane of one piezoelectric single crystal plate. And a beam part 4 in the longitudinal direction of the central part, a first arm part 5 in the lateral direction of the central part, two second arm parts 6a, 6b at both ends of the first arm part 5, and a second arm part. A total of four additional mass portions 7a, 7b, 7c, and 7d were formed on both ends of each of these through the U-shaped third arm portions 12a, 12b, 12c, and 12d.

この結晶方位を選択したときに最適な電極構成を図12と図13に示した。即ち、図12は第1のモードを励振する電極の平面図、図13は第2のモードと第3のモードを検出する電極の平面図である。本実施例の板状の振動子は、両面に電極が形成されており、駆動用電極部23a、23b、23c、23dが形成されている一方の面を図12に、検出用電極部24a、24b、24c、24d、25a、25bが形成された他方の面を図13に示した。尚、実際の駆動用電極部及び検出用電極部には、基準電位電極部を用い駆動又は検出電極部に交流電圧を印加又は発生する方法があるが、本実施例では基準電位電極部を用いるか否かに関わらず、一括して駆動用電極部又は検出用電極部という名称を用いた。また、実施例1においても、基準電位電極部を用いないで、互いに位相が反転した交流電圧を印加又は発生する方法が可能であることは言うまでもない。   The optimum electrode configuration when this crystal orientation is selected is shown in FIGS. That is, FIG. 12 is a plan view of electrodes that excite the first mode, and FIG. 13 is a plan view of electrodes that detect the second mode and the third mode. The plate-like vibrator of the present embodiment has electrodes formed on both surfaces, and FIG. 12 shows one surface on which the drive electrode portions 23a, 23b, 23c, and 23d are formed, and the detection electrode portion 24a, The other surface on which 24b, 24c, 24d, 25a and 25b are formed is shown in FIG. In addition, there is a method of applying or generating an AC voltage to the drive or detection electrode unit using the reference potential electrode unit for the actual drive electrode unit and detection electrode unit, but in this embodiment, the reference potential electrode unit is used. Regardless of whether or not they are present, the names of the drive electrode portion and the detection electrode portion are collectively used. Also in the first embodiment, it is needless to say that a method of applying or generating AC voltages whose phases are reversed without using the reference potential electrode portion is possible.

図12に示した第3のアーム部に形成した駆動用電極部23a、23b、23c、23dに電気信号を入力することで第1のモードを励振し、図13に示した第3のアーム部に形成した検出電極部24a、24b、24c、24dに生じる電荷を検出することで、第2のモードの検出ができ、図13に示した第1のアーム部に形成した検出用電極部25a、25bに生じる電荷を検出することで、第3のモードの振動が検出できる。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。   The first mode is excited by inputting an electric signal to the drive electrode portions 23a, 23b, 23c, and 23d formed on the third arm portion shown in FIG. 12, and the third arm portion shown in FIG. By detecting the charges generated in the detection electrode portions 24a, 24b, 24c, and 24d formed in the second detection mode, the second mode can be detected, and the detection electrode portions 25a formed in the first arm portion shown in FIG. By detecting the charge generated in 25b, the vibration in the third mode can be detected. In each of the electrode portions, electrodes were formed of gold with chromium as a base.

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3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ものである。図14〜図16は電荷の分布を示す模式図である。図14〜図16において、「+」と「−」は、発生電荷の極性を示し、楕円は、その概略の範囲を示している。この電荷分布は、選択した結晶の方位によって様々な分布を示す。図14は第1のモードでの電荷の分布を示す模式図で、例えば第3のアーム部12cにおいては、アーム部の縁に+と−電荷が現れる。付加質量部7cが紙面手前方向に変位する場合、第2のアーム部6bと接続している第3のアーム部12cは紙面奥に変位する。それぞれの電荷の分布から、付加質量部7c及び7bと付加質量部7a及び7dは逆位相に変位する。図15は第2のモードでの電荷の分布を示す模式図で、例えば第3のアーム部12c−1及び12c−2においては、縁に同じ符号の電荷が発生し、アーム中央部に逆の電荷が発生している。紙面面内で、第3のアーム部12c−1と第3のアーム部12c−2は、逆位相で変位するモードが発生したときに電荷を検出することができる。図16は第3のモードでの電荷の分布を示す模式図で、第1のアーム部5a及び5bにおいてアームの縁に同じ符号の電荷が発生し、中央部に逆の電荷が発生している。紙面面内で、第1のアーム部5a及び5bは、同じ電荷が発生しているので同位相に変位するモードが発生したときに電荷を検出することができる。   The arrangement of the electrode portions is determined by analyzing the distribution of charges generated on the surfaces of the first arm portion and the third arm portion in each vibration mode. 14 to 16 are schematic diagrams showing the distribution of electric charges. 14 to 16, “+” and “−” indicate the polarities of the generated charges, and the ellipse indicates the approximate range thereof. This charge distribution shows various distributions depending on the orientation of the selected crystal. FIG. 14 is a schematic diagram showing the distribution of charges in the first mode. For example, in the third arm portion 12c, + and − charges appear at the edge of the arm portion. When the additional mass portion 7c is displaced in the front direction of the paper, the third arm portion 12c connected to the second arm portion 6b is displaced to the back of the paper surface. From the respective charge distributions, the additional mass portions 7c and 7b and the additional mass portions 7a and 7d are displaced in opposite phases. FIG. 15 is a schematic diagram showing the charge distribution in the second mode. For example, in the third arm portions 12c-1 and 12c-2, charges having the same sign are generated at the edges, and the charge is reversed at the central portion of the arm. Electric charge is generated. Within the plane of the paper, the third arm portion 12c-1 and the third arm portion 12c-2 can detect electric charges when a mode in which they are displaced in opposite phases occurs. FIG. 16 is a schematic diagram showing the distribution of charges in the third mode. In the first arm portions 5a and 5b, charges having the same sign are generated at the edges of the arms, and reverse charges are generated in the central portion. . Within the plane of the drawing, the first arms 5a and 5b generate the same charge, and therefore can detect the charge when a mode that shifts to the same phase occurs.

ところで、図12と図13に示した電極部は、図14〜図16に示した電荷分布を発生又は検出する電極部を簡潔に表現するためのもので、実際の結晶基板上でそれらの電極部につながる配線部などを省略したものであることは、言うまでもない。例えば、図12の駆動用電極部23aに形成された4本の帯状の電極のうち、図14に示した電荷発生の極性が同じもの同士を短絡し2端子とし、つまり、コの字アーム上の外側同士と内側同士を接続する点などを省略した。さらに、その電極部との配線パターンなども省略した。また、感度は下がるが、構造のシンプルさを優先し、一部の発生電荷を使わない電極配置も可能である。そうすると、電極の数は減少するが、正負の電荷に対応するには、第1〜第3のアームの各々について、少なくとも2本の電極が必要である   By the way, the electrode parts shown in FIGS. 12 and 13 are for concisely expressing the electrode parts for generating or detecting the charge distribution shown in FIGS. 14 to 16, and these electrodes are formed on an actual crystal substrate. It goes without saying that the wiring part connected to the part is omitted. For example, among the four strip-shaped electrodes formed on the drive electrode portion 23a in FIG. 12, the same charge generation polarity shown in FIG. 14 is short-circuited to form two terminals, that is, on the U-shaped arm. The points that connect the outside and the inside of the are omitted. Further, the wiring pattern with the electrode portion is also omitted. In addition, although the sensitivity is lowered, priority is given to the simplicity of the structure, and an electrode arrangement that does not use some of the generated charges is also possible. Then, the number of electrodes decreases, but at least two electrodes are required for each of the first to third arms in order to cope with positive and negative charges.

上記実施例では、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。更に、上記実施例は、圧電性を利用した振動ジャイロ用振動子、或いは振動ジャイロであるが、駆動、検出方法の一部又は全部を、電磁誘導の利用や静電力の利用によるトランスジューサ、或いは、電極間の容量変化による変位検出に置き換えても良い。   In the above embodiment, a lithium niobate piezoelectric single crystal plate is used. However, a useful vibrating gyroscope can be constituted by lithium tantalate, quartz, langasite, zinc oxide, PZT, piezoelectric thin film, and the like. . Furthermore, the above embodiment is a vibrator for a vibration gyro using piezoelectricity or a vibration gyro, but a part or all of the drive and detection methods are a transducer using electromagnetic induction or electrostatic force, or You may replace with the displacement detection by the capacitance change between electrodes.

前述の如く、本発明によれば、駆動振動となる振動モードの共振周波数を二つの検出振動である第2の振動モードと第3の振動モードとの間の共振周波数に設定することで、ヌル電圧や他軸感度の発生が少なく、感度のばらつきも少ない、駆動回路が一つで構成可能な、小形で低価格な2軸検出型の振動ジャイロ用振動子が得られる。   As described above, according to the present invention, the resonance frequency of the vibration mode serving as the drive vibration is set to the resonance frequency between the second vibration mode and the third vibration mode, which are the two detection vibrations, so that the null A small and low-priced two-axis detection type vibratory gyro vibrator that can be configured with a single drive circuit with little occurrence of voltage and other-axis sensitivity and little variation in sensitivity can be obtained.

本発明による振動ジャイロ用振動子は、角速度を検出するジャイロスコープとして利用できる他に、自動車のナビゲーションシステムや姿勢制御、或いは、カメラ一体型VTRの手振れ補正装置等に利用できる。   The vibrator for a vibration gyro according to the present invention can be used as a gyroscope for detecting an angular velocity, as well as for a navigation system of an automobile, attitude control, or a camera shake correction device for a camera-integrated VTR.

従来例1の振動ジャイロの断面図。Sectional drawing of the vibration gyro of the prior art example 1. FIG. 従来例2の振動ジャイロ用振動子の斜視図。FIG. 10 is a perspective view of a vibrator for a vibrating gyroscope according to Conventional Example 2. 従来例3の振動ジャイロ用振動子の断面図。Sectional drawing of the vibrator for vibratory gyros of the prior art example 3. FIG. 従来例2の振動ジャイロ用振動子の振動モードの説明図。図4(a)はX軸方向の説明図。図4(b)はZ軸方向の説明図。図4(c)はY軸方向の説明図。Explanatory drawing of the vibration mode of the vibrator for vibratory gyros of the conventional example 2. FIG. FIG. 4A is an explanatory diagram in the X-axis direction. FIG. 4B is an explanatory diagram in the Z-axis direction. FIG. 4C is an explanatory diagram in the Y-axis direction. 従来例3の振動ジャイロ用振動子の振動モードの説明図。図5(a)はX軸方向の説明図。図5(b)はZ軸方向の説明図。図5(c)はY軸方向の説明図。Explanatory drawing of the vibration mode of the vibrator | oscillator for vibration gyros of the prior art example 3. FIG. FIG. 5A is an explanatory diagram in the X-axis direction. FIG. 5B is an explanatory diagram in the Z-axis direction. FIG. 5C is an explanatory diagram in the Y-axis direction. 従来型に係る圧電振動ジャイロ用振動子の振動モードの説明図。図6(a)はX軸方向の説明図。図6(b)はZ軸方向の説明図。図6(c)はY軸方向の説明図。Explanatory drawing of the vibration mode of the vibrator | oscillator for piezoelectric vibration gyros which concerns on the conventional type. FIG. 6A is an explanatory diagram in the X-axis direction. FIG. 6B is an explanatory diagram in the Z-axis direction. FIG. 6C is an explanatory diagram in the Y-axis direction. 本発明に係る圧電振動ジャイロ用振動子の振動モードの説明図。図7(a)はX軸方向の説明図。図7(b)はZ軸方向の説明図。図7(c)はY軸方向の説明図。Explanatory drawing of the vibration mode of the vibrator | oscillator for piezoelectric vibration gyroscopes which concerns on this invention. FIG. 7A is an explanatory diagram in the X-axis direction. FIG. 7B is an explanatory diagram in the Z-axis direction. FIG. 7C is an explanatory diagram in the Y-axis direction. 実施例1に係る振動ジャイロ用振動子の平面図。1 is a plan view of a vibrator for a vibrating gyroscope according to Embodiment 1. FIG. 実施例1に係る振動ジャイロ用振動子の振動モードの説明図、図9(a)はX軸方向の説明図、図9(b)はZ軸方向の説明図、図9(c)はY軸方向の説明図。FIG. 9A is an explanatory diagram in the X-axis direction, FIG. 9B is an explanatory diagram in the Z-axis direction, and FIG. 9C is Y Explanatory drawing of an axial direction. 実施例1に係る振動ジャイロ用振動子の感度と共振周波数との関係を示すグラフ。5 is a graph showing the relationship between the sensitivity of the vibrator for a vibration gyro according to the first embodiment and the resonance frequency. 実施例2の振動ジャイロ用振動子の外形を示す平面図。FIG. 6 is a plan view showing an outer shape of a vibrator for a vibrating gyroscope according to a second embodiment. 実施例2での第1のモードを励振する電極の平面図。FIG. 10 is a plan view of an electrode for exciting the first mode in the second embodiment. 実施例2での第2のモードと第3のモードを検出する電極の平面図。The top view of the electrode which detects the 2nd mode and 3rd mode in Example 2. FIG. 実施例2の第1のモードでの電荷の分布を示す模式図。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a charge distribution in a first mode according to the second embodiment. 実施例2の第2のモードでの電荷の分布を示す模式図。FIG. 6 is a schematic diagram showing a charge distribution in the second mode of Example 2. 実施例2の第3のモードでの電荷の分布を示す模式図。FIG. 6 is a schematic diagram showing a charge distribution in a third mode of Example 2.

符号の説明Explanation of symbols

1 平板
2 貫通溝
3 枠体
4 ビーム部
5、5a、5b 第1のアーム部
6a、6b 第2のアーム部
7a、7b、7c、7d 付加質量部
8、9 中心線
8a 下端
8b 上端
10、70、81、82、90 振動ジャイロ用振動子
11 座標
12a、12b、12c、12d、12c−1、12c−2 第3のアーム部
13a、13b (第1のモードの)駆動電極部
14a、14b (第1のモードの)基準電位電極部
14c、14d、14e、14f、14g、14h (第2、第3のモードの)基準電位電極部
15a、15b、15c、15d (第2、第3のモードの)検出電極部
23a、23b、23c、23d (第1のモードの)駆動用電極部
24a、24b、24c、24d (第2のモードの)検出用電極部
25a、25b (第3のモードの)検出用電極部
31 立方体
41、51、61 直方体
71、91 振動子
72 側面
73 駆動電極
74、76、78 基準電極
75、77 検出電極
80 振動ジャイロ
83 筐体
84 基体
92 圧電体
93 電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Flat plate 2 Through-groove 3 Frame 4 Beam part 5, 5a, 5b 1st arm part 6a, 6b 2nd arm part 7a, 7b, 7c, 7d Additional mass part 8, 9 Centerline
8a Lower end 8b Upper end 10, 70, 81, 82, 90 Vibrating gyro vibrator 11 Coordinates 12a, 12b, 12c, 12d, 12c-1, 12c-2 Third arm portions 13a, 13b (in the first mode) Drive electrode portions 14a, 14b (first mode) reference potential electrode portions 14c, 14d, 14e, 14f, 14g, 14h (second and third mode) reference potential electrode portions 15a, 15b, 15c, 15d (second mode) Detection electrode portions 23a, 23b, 23c, 23d (in the first mode) Drive electrode portions 24a, 24b, 24c, 24d (in the second mode) Detection electrode portions 25a (in the second mode) 25b Detection electrode portion 31 (in the third mode) Cube 41, 51, 61 Rectangular body 71, 91 Vibrator 72 Side surface 73 Drive electrode 74, 76, 78 Reference electrode 75, 77 Detection electrode 80 Vibrating gyro 83 Housing 84 Base 92 Piezoelectric body 93 Electrode

Claims (6)

板状体からなり、枠体と、前記枠体に両端が支持されてなるビーム部と、前記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、前記第1のアーム部から延在し形成してなる1つ以上の第2のアーム部と、前記第2のアーム部に支持されてなる第3のアーム部と、前記第3のアーム部に支持される1つ以上の付加質量部とからなり、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のアーム部と前記第3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、前記付加質量部の各々が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配置され、二つの軸方向の角速度を検出する振動ジャイロ用振動子であって、駆動振動となる第1の振動モードと、検出振動となる第2の振動モード及び第3の振動モードを有し、前記第2の振動モードの共振周波数は前記第3の振動モードの共振周波数より小さく、前記第1の振動モードの共振周波数は、前記第2の振動モードの共振周波数より大きく且つ前記第3の振動モードの共振周波数より小さいことを特徴とする振動ジャイロ用振動子。 A plate-like body, a frame body, a beam part supported at both ends by the frame body, one or more first arm parts formed to intersect the beam part, and the first arm part One or more second arm portions that extend and form, a third arm portion that is supported by the second arm portion, and one or more that are supported by the third arm portion consists of a additional mass portion, the frame and the beam portion and the first arm portion and said second arm portion and said third arm portion and the additional mass portions are disposed in the same plane, the Each of the additional mass sections is arranged so as to be line-symmetric with respect to each of the beam section and the first arm section, and is a vibrator for a vibrating gyroscope that detects angular velocities in two axial directions. The first vibration mode to be, the second vibration mode to be detected vibration, and the third vibration mode. The resonance frequency of the second vibration mode is lower than the resonance frequency of the third vibration mode, the resonance frequency of the first vibration mode is higher than the resonance frequency of the second vibration mode and A vibrator for a vibration gyro, which has a resonance frequency lower than that of the third vibration mode. 前記第1の振動モードと、前記第2の振動モードと、前記第3の振動モードは互いに振動方向が直交することを特徴とする請求項1に記載の振動ジャイロ用振動子。   2. The vibrator for a vibration gyro according to claim 1, wherein the first vibration mode, the second vibration mode, and the third vibration mode have mutually orthogonal vibration directions. 前記ビーム部と前記第1のアーム部と前記第2のアーム部と前記第3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、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等距離延在し、前記付加質量部は、4つ以上配置され、前記第1の振動モードは、隣り合う前記付加質量部が互いに逆位相で前記同一平面の外方向に振動し、前記第2の振動モード及び前記第3の振動モードは、いずれも前記第1の振動モードと振動方向が直交し、且つ互いに振動方向が直交することを特徴とする請求項2記載の振動ジャイロ用振動子。 The beam portion, the first arm portion, the second arm portion, the third arm portion, and the additional mass portion are disposed inside the frame body, and the beam portion is a central portion of the frame body. It will be Mashimashi equidistant extending from said first arm portion, Mashimashi center as perpendicular and equidistant extension of the beam part, prior to pressurizing parts by weight with SL are arranged four or more, the first In the vibration mode, the adjacent additional mass portions vibrate outwardly in the same plane with opposite phases, and the second vibration mode and the third vibration mode are both the first vibration mode and the first vibration mode. 3. The vibrator for a vibration gyro according to claim 2, wherein the vibration directions are orthogonal and the vibration directions are orthogonal to each other. 前記第3のアーム部は、前記付加質量部との接続部、及び第2のアーム部との接続部の途中でコの字型に曲げられた形状であることを特徴とする請求項3記載の振動ジャイロ用振動子。   The said 3rd arm part is a shape bent in the shape of a U-shape in the middle of the connection part with the said additional mass part, and the connection part with a 2nd arm part, The 3rd aspect is characterized by the above-mentioned. Vibrating gyro vibrator. 前記板状体の両面に電極が形成されており、一方の面に駆動用電極部が形成され、他方の面に検出用電極部が形成されたことを特徴とする請求項3又は請求項4のいずれかに記載の振動ジャイロ用振動子。   5. An electrode is formed on both surfaces of the plate-like body, a driving electrode portion is formed on one surface, and a detection electrode portion is formed on the other surface. A vibrator for a vibrating gyroscope according to any one of the above. 前記第1の振動モードは、前記第3のアーム部での前記第1のアーム部に略平行に形成された部分に沿って帯状に延伸するように前記第3のアーム部上に少なくとも2本以上形成された電極によって励振され、
前記第2の振動モードは、前記第3のアーム部での前記第1の振動モードを励振する電極が形成された面とは反対側の面上で、前記第1のアーム部に略平行な帯状の電極部分を含むように少なくとも2本以上形成された電極によって検出され、
前記第3の振動モードは、前記第1のアーム部での、前記第1の振動モードを励振する電極が形成された面とは反対側の面上に、前記第1のアーム部に沿って帯状に延伸するように少なくとも2本以上形成された電極によって検出されることを特徴とする請求項5記載の振動ジャイロ用振動子。
There are at least two first vibration modes on the third arm portion so as to extend in a strip shape along a portion of the third arm portion that is formed substantially parallel to the first arm portion. Excited by the electrode formed above,
The second vibration mode is substantially parallel to the first arm portion on the surface of the third arm portion opposite to the surface on which the electrode for exciting the first vibration mode is formed. Detected by at least two electrodes formed to include a strip-shaped electrode portion,
The third vibration mode is along the first arm portion on the surface of the first arm portion opposite to the surface on which the electrode for exciting the first vibration mode is formed. 6. The vibrator for a vibrating gyroscope according to claim 5, wherein the vibrator is detected by at least two electrodes formed so as to extend in a strip shape.
JP2006247632A 2006-01-31 2006-09-13 Vibrating gyro vibrator Active JP4911690B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006247632A JP4911690B2 (en) 2006-01-31 2006-09-13 Vibrating gyro vibrator

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006022314 2006-01-31
JP2006022314 2006-01-31
JP2006247632A JP4911690B2 (en) 2006-01-31 2006-09-13 Vibrating gyro vibrator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007232710A JP2007232710A (en) 2007-09-13
JP4911690B2 true JP4911690B2 (en) 2012-04-04

Family

ID=38553414

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006247632A Active JP4911690B2 (en) 2006-01-31 2006-09-13 Vibrating gyro vibrator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4911690B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4983107B2 (en) * 2006-06-16 2012-07-25 ソニー株式会社 Inertial sensor and method of manufacturing inertial sensor
JP4561820B2 (en) 2007-12-21 2010-10-13 株式会社豊田中央研究所 Angular velocity sensor
JP5052674B2 (en) * 2008-08-06 2012-10-17 パイオニア株式会社 Rotating vibration gyro
WO2010092806A1 (en) * 2009-02-13 2010-08-19 パナソニック株式会社 Inertial force sensor and detecting element used for same
WO2013061558A1 (en) * 2011-10-24 2013-05-02 パナソニック株式会社 Angular velocity sensor and detection element used in same
WO2016035277A1 (en) * 2014-09-01 2016-03-10 パナソニックIpマネジメント株式会社 Angular velocity sensor element

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0786417B2 (en) * 1990-05-25 1995-09-20 赤井電機株式会社 Vibrating gyro
JP3368723B2 (en) * 1995-06-07 2003-01-20 トヨタ自動車株式会社 Vibrating gyro
WO1999019689A1 (en) * 1997-10-14 1999-04-22 Omron Corporation Angular velocity sensor
JPH11337344A (en) * 1998-05-25 1999-12-10 Murata Mfg Co Ltd Angular velocity sensor
JP4654913B2 (en) * 2003-07-30 2011-03-23 株式会社村田製作所 Mechanical quantity sensor
JP4440682B2 (en) * 2004-03-25 2010-03-24 シチズンホールディングス株式会社 Vibrating gyro
JP2005308683A (en) * 2004-04-26 2005-11-04 Seiko Epson Corp Piezoelectric oscillator

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007232710A (en) 2007-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4702942B2 (en) Vibrating gyro element and vibrating gyro
US5585562A (en) Vibration-sensing gyro
JP3973742B2 (en) Vibrating gyroscope
US9885576B2 (en) Angular velocity sensor
JP2008180511A (en) Angular velocity sensor
JP4911690B2 (en) Vibrating gyro vibrator
JP2006201118A (en) Piezoelectric vibrating gyroscope element and gyro sensor
EP0936440A1 (en) Vibrators, vibratory gyroscopes, a method of detecting a turning angular rate and linear accelerometer
JP2005249646A (en) Tuning fork type oscillator for angular velocity sensor, angular velocity sensor using the oscillator, and automobile using the angular velocity sensor
JP3942762B2 (en) Vibrator, vibratory gyroscope, linear accelerometer and measuring method of rotational angular velocity
EP1962055A2 (en) Angular velocity sensor and method for fabricating the same
JP3720563B2 (en) Vibrator, vibratory gyroscope and measuring method of rotational angular velocity
JP2012112819A (en) Vibration gyro
JP2009128020A (en) Piezoelectric vibration gyroscope using tuning fork type piezoelectric single crystal vibrator
JP2008175578A (en) Vibrator for piezoelectric vibrating gyroscope
JP3301403B2 (en) Vibrating gyro
JP2008145325A (en) Vibration gyro
JP2009192403A (en) Angular velocity and acceleration detector
JP2005345404A (en) Vibrator for piezoelectric vibration gyroscope, and its manufacturing method
JP2010096695A (en) Vibration gyroscope
JP4309814B2 (en) Method for adjusting vibrator for piezoelectric vibration gyro
JP3028999B2 (en) Vibrating gyro
US7571648B2 (en) Piezoelectric vibration angular velocity sensor
JP2008175679A (en) Vibration gyro
JP5166585B2 (en) Inertial sensor element

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090406

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110721

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110916

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111019

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111215

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120111

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120113

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4911690

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150127

Year of fee payment: 3

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250