JPH06249666A - 振動ジャイロ - Google Patents

振動ジャイロ

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JPH06249666A
JPH06249666A JP5039926A JP3992693A JPH06249666A JP H06249666 A JPH06249666 A JP H06249666A JP 5039926 A JP5039926 A JP 5039926A JP 3992693 A JP3992693 A JP 3992693A JP H06249666 A JPH06249666 A JP H06249666A
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JP
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vibrator
vibration
exciter
tuning fork
vibrating
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JP5039926A
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Yukio Kagawa
幸雄 加川
Hidekazu Ando
英一 安藤
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SPC Electronics Corp
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SPC Electronics Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動子を非接触で励振できる振動ジャイロを
提供する。 【構成】 振動子として音叉型振動子６を用いる。この
音叉型振動子６の振動アーム６ａ，６ｂを励振する励振
器は、各振動アーム６ａ，６ｂの自由端側にこれらをク
ーロン力により振動させるようにそれぞれ設けたクーロ
ン力型励振器８ａ，８ｂとする。音叉型振動子６をその
中心軸１３の回りに回転させたとき生ずるコリオリの力
を検出する検出器は、音叉型振動子６の分岐部６ｃに設
けた歪検出器１４とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コリオリの力を利用し
て回転角速度を検出する振動ジャイロに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】図８は、従来のこの種の振動ジャイロの
一例を示したものである。該振動ジャイロは、四角形の
断面形状を有する恒弾性金属音片型振動子１を備え、該
振動子１はその軸心がｚ軸方向を向き、対向する１組の
面がｘ軸方向を向き、対向する他の１組の面がｙ軸方向
を向くように配置されている。該振動子１は、ｙ軸方向
の面で対になった支持ピン２ａ，２ｂよりなる支持体と
支持ピン２ｃ，２ｄよりなる支持体により長手方向の２
箇所で支持されている。支持ピン２ａ，２ｂと支持ピン
２ｃ，２ｄとの間で該振動子１のｘ軸方向の面には、駆
動用圧電磁器３が支持されている。また、支持ピン２
ａ，２ｂと支持ピン２ｃ，２ｄとの間で該振動子１のｙ
軸方向の面には、検出用圧電磁器４が支持されている。
【０００３】次に、このような振動ジャイロの動作につ
いて説明する。図示しない電気信号発生器からの電気信
号で駆動用圧電磁器３を励振すると、振動子１はｘ軸面
に沿った曲げ振動で励振される。このように励振された
振動子１のｚ軸からなる中心軸に回転角速度を加える
と、ｘ軸面に沿った曲げ振動に対して直角方向、即ちｙ
軸面に沿った方向にコリオリの力が生じ、検出用圧電磁
器４で回転角速度を検出することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の振動ジャイロでは、駆動用圧電磁器３に給電
するためのリード線を図示しないが該駆動用圧電磁器３
に接続しており、また検出用圧電磁器４から検出信号を
取り出すためのリード線を図示しないが該検出用圧電磁
器４に接続しており、このため振動子１の振動がこれら
リード線により影響を受け、正しい検出が行えない問題
点があった。このような問題点は、振動子１が小形化さ
れる程、無視できなくなる。
【０００５】本発明の目的は、振動子を非接触で励振で
きる振動ジャイロを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の手段を説明すると、次の通りである。
【０００７】請求項１に記載の発明は、振動の節となる
位置で支持体により支持された振動子と、該振動子を励
振する励振器と、前記振動子をその中心軸の回りに回転
させたとき生ずるコリオリの力を検出する検出器とを備
えた振動ジャイロにおいて、前記励振器は前記振動子を
静電誘導により振動させる静電誘導型励振器であること
を特徴とする。
【０００８】請求項２に記載の発明は、振動の節となる
位置で支持体により支持された振動子と、該振動子を励
振する励振器と、前記振動子をその中心軸の回りに回転
させたとき生ずるコリオリの力を検出する検出器とを備
えた振動ジャイロにおいて、前記振動子は音叉型振動子
からなり、前記励振器は該音叉型振動子の両自由端側に
これらを静電誘導により振動させるようにそれぞれ設け
られた静電誘導型励振器からなり、前記検出器は前記音
叉型振動子の分岐部に設けられている歪検出器であるこ
とを特徴とする。
【０００９】請求項３に記載の発明は、振動の節となる
位置で支持体により支持された振動子と、該振動子を励
振する励振器と、前記振動子をその中心軸の回りに回転
させたとき生ずるコリオリの力を検出する検出器とを備
えた振動ジャイロにおいて、前記励振器は前記振動子を
クーロン力により振動させるクーロン力型励振器である
ことを特徴とする。
【００１０】請求項４に記載の発明は、振動の節となる
位置で支持体により支持された振動子と、該振動子を励
振する励振器と、前記振動子をその中心軸の回りに回転
させたとき生ずるコリオリの力を検出する検出器とを備
えた振動ジャイロにおいて、前記振動子は音叉型振動子
からなり、前記励振器は該音叉型振動子の両自由端側に
これらをクーロン力により振動させるように設けられた
クーロン力型励振器からなり、前記検出器は前記音叉型
振動子の分岐部に設けられている歪検出器であることを
特徴とする。
【００１１】
【作用】請求項１のように、振動子を励振する励振器と
して、該振動子を静電誘導により振動させる静電誘導型
励振器を用いると、振動子を非接触で励振することがで
きる。従って、励振器が該振動子の振動を阻害しなくな
る。
【００１２】請求項２のように、振動子を音叉型振動子
とし、該振動子を励振する励振器として該音叉型振動子
の両自由端側でこれらを静電誘導によりそれぞれ振動さ
せる静電誘導型励振器を用いると、音叉型振動子を非接
触で、且つ振動を阻害しないで効率よく励振することが
できる。
【００１３】また、検出器を音叉型振動子の分岐部に設
けると、振動の節部側で検出を行うため、検出用の線が
接続されても振動を阻害することはない。
【００１４】更に、振動の節部側では振動子の振動は小
さいが、該振動子の歪は逆に大きいので、振動の節部側
でも歪検出器を用いることにより、支障なくコリオリの
力を検出することができる。
【００１５】請求項３のように、振動子を励振する励振
器として、該振動子をクーロン力により振動させるクー
ロン力型励振器を用いると、振動子を非接触で励振する
ことができる。従って、励振器が該振動子の振動を阻害
しなくなる。
【００１６】請求項４のように、振動子を音叉型振動子
とし、該振動子を励振する励振器として該音叉型振動子
の両自由端側でこれらをクーロン力によりそれぞれ振動
させるクーロン力型励振器を用いると、音叉型振動子を
非接触で、且つ振動を阻害しないで効率よく励振するこ
とができる。
【００１７】また、検出器を音叉型振動子の分岐部に設
けると、振動の節部側で検出を行うため、検出用の線が
接続されても振動を阻害することはない。
【００１８】更に、振動の節部側では振動子の振動は小
さいが、該振動子の歪は逆に大きいので、振動の節部側
でも歪検出器を用いることにより、支障なくコリオリの
力を検出することができる。
【００１９】
【実施例】図１〜図３は、本発明に係る振動ジャイロの
第１実施例を示したものである。本実施例の振動ジャイ
ロは、シリコン基板５をエッチングすることにより形成
されている音叉型振動子６を有する。該音叉型振動子６
は、１対の振動アーム６ａ，６ｂと、これら振動アーム
６ａ，６ｂの分岐部６ｃとを備えて構成されていて、分
岐部６ｃの基端が支持体であるシリコン基板５に支持さ
れている。
【００２０】該音叉型振動子６の周囲及び下部には、該
音叉型振動子６の振動を阻害しないように空間部７が設
けられている。
【００２１】該音叉型振動子６の振動アーム６ａ，６ｂ
の両自由端側には、これらを静電誘導によりそれぞれ振
動させるように静電誘導型励振器８ａ，８ｂがそれぞれ
設けられている。
【００２２】これら静電誘導型励振器８ａ，８ｂは、振
動アーム６ａ，６ｂの両自由端下面に設けられた電極９
ａ，９ｂと、これら電極９ａ，９ｂに対向するようにし
てシリコン基板５の空間部７における底面に設けられた
電極１０ａ，１０ｂと、振動アーム６ａ，６ｂの両自由
端に対応したシリコン基板５の上面に設けられた電極１
１ａ，１１ｂとで構成されている。電極１０ａ，１０ｂ
は、シリコン基板５の空間部７における底面から該空間
部７における周壁の一部を立上って該シリコン基板５の
上面に端部が存在するように設けられている。対向する
電極９ａ，１０ａと対向する電極９ｂ，１０ｂとは、両
者の間隔が小さくなるようにシリコン基板５の空間部７
における底面には該シリコン基板５の立上り部１２ａ，
１２ｂが設けられている。
【００２３】音叉型振動子６の分岐部６ｃにおける表面
には、該音叉型振動子６をその中心軸１３の回りに回転
させたとき生ずるコリオリの力を検出する検出器が歪検
出器１４として設けられている。該歪検出器１４はピエ
ゾ抵抗体により形成されている。該ピエゾ抵抗体は、音
叉型振動子６を形成しているシリコン基板５の表面に不
純物をドープするか、或いはピエゾ薄膜を形成すること
により設けられている。分岐部６ｃには、該ピエゾ抵抗
体よりなる歪検出器１４の両端に接続して検出電極１５
ａ，１５ｂが設けられている。
【００２４】次に、このような振動ジャイロにおける検
出動作について説明する。図示しない電気信号発生器か
らの電気信号を、電極１０ａ，１１ｂには同じ位相で与
え、電極１０ｂ，１１ａには逆の位相で与えるようにし
て印加する。この電気信号の周波数は、音叉型振動子６
の共振周波数に合わせる。
【００２５】このような電気信号を電極１０ａ，１１ａ
と電極１０ｂ，１１ｂとに与えると、振動アーム６ａ，
６ｂの電極９ａ，９ｂに電荷が誘起され、静電誘導によ
って各振動アーム６ａ，６ｂの自由端が図２に示すよう
に上下に、しかも逆位相で振動する。これにより音叉型
振動子６の分岐部６ｃは歪むことになる。
【００２６】このように各振動アーム６ａ，６ｂが振動
している状態で、音叉型振動子６をその中心軸１３の回
りにシリコン基板５と共に回転させると、各振動アーム
６ａ，６ｂにはコリオリの力によって広げたり、狭めた
りする力が働き、分岐部６ｃに設けられたピエゾ抵抗体
よりなる歪検出器１４の抵抗値が変化する。この抵抗値
の変化を検出電極１５ａ，１５ｂから検出する。
【００２７】従って、かかる振動ジャイロによれば、歪
検出器１４の抵抗値の変化により、音叉型振動子６に加
えられた回転運動の回転角速度を検出することが可能に
なり、振動ジャイロとしての機能を持つことになる。
【００２８】図４〜図６は、本発明に係る振動ジャイロ
の第２実施例を示したものである。なお、前述した図１
〜図３に示す第１実施例と対応する部分には、同一符号
を付けて示している。
【００２９】本実施例の振動ジャイロは、音叉型振動子
６の振動アーム６ａ，６ｂの両自由端側に、これらをク
ーロン力によりそれぞれ振動させるようにクーロン力型
励振器１６が設けられている。該クーロン力型励振器１
６は、各振動アーム６ａ，６ｂの自由端の下面に設けら
れた電極１７ａ，１７ｂと、これら電極１７ａ，１７ｂ
に対向するようにしてシリコン基板５の空間部７におけ
る底面に設けられた１ターンのコイル状電極１８と、該
コイル状電極１８に対する通電端子１９ａ，１９ｂとで
構成されている。
【００３０】その他の各部の構成は、前述した図１〜図
３に示す第１実施例と同様になっている。
【００３１】次に、このような振動ジャイロにおける検
出動作について説明する。図示しない電気信号発生器の
高圧側出力端子を通電端子１９ａに接続し、接地側出力
端子を通電端子１９ｂに接続して該振動ジャイロを駆動
すると、振動アーム６ａの真下のコイル状電極１８に流
れる電流の方向と、振動アーム６ｂの真下のコイル状電
極１８に流れる電流の方向とは、逆回りになり、それに
より発生するクーロン力は逆移相となる。このため振動
アーム６ａ，６ｂの両自由端側は、互いに逆位相で振動
する。これにより音叉型振動子６の分岐部６ｃは歪むこ
とになる。
【００３２】このように各振動アーム６ａ，６ｂが振動
している状態で、音叉型振動子６を前述したと同様に、
その中心軸１３の回りにシリコン基板５と共に回転させ
ると、各振動アーム６ａ，６ｂにはコリオリの力によっ
て広げたり、狭めたりする力が働き、分岐部６ｃに設け
られたピエゾ抵抗体よりなる歪検出器１４の抵抗値が変
化する。この抵抗値の変化を検出電極１５ａ，１５ｂか
ら検出する。
【００３３】従って、前述した第１実施例と同様の効果
を生ずるようになり、振動ジャイロとしての機能を持つ
ことになる。
【００３４】なお、コイル状電極１８は、１ターンに限
らず、複数ターンにすることができる。
【００３５】また、第１，第２実施例の振動ジャイロ
は、振動アーム６ａ，６ｂを同相で振動させることもで
きる。
【００３６】更に、第１，第２実施例の振動ジャイロ
は、シリコン基板５に微細加工技術を用いて形成するこ
とができる。このようにすると、超小型で、省エネルギ
ーの振動ジャイロを実現することができる。
【００３７】図７は、前述したピエゾ抵抗体よりなる歪
検出器１４の抵抗値変化を電気信号の変化として取り出
すブリッジ回路２０の構成の一例を示したものである。
該ブリッジ回路は、抵抗２１ａ，２１ｂ，２１ｃとピエ
ゾ抵抗体よりなる歪検出器１４とを図示のように接続し
て形成されている。ブリッジ回路２０の接続点２０ｂ，
２０ｄ間には電気信号発生器２２が接続され、また該ブ
リッジ回路２０の接続点２０ａ，２０ｃには該ブリッジ
回路２０の出力端子２３ａ，２３ｂが接続されている。
【００３８】このブリッジ回路２０を用いて検出動作を
行うに際しては、各振動アーム６ａ，６ｂは振動させて
いるが、音叉型振動子６には回転運動を加えていない状
態で、電気信号発生器２２から電気信号を該ブリッジ回
路２０に与え、抵抗２１ａ，２１ｂ，２１ｃのいずれ
か、或いはそれぞれを調整し、出力端子２３ａ，２３ｂ
に現れる出力を最小にする。与える電気信号の周波数
は、音叉型振動子６の共振周波数とは異なるものとす
る。
【００３９】このような調整が終了したら、音叉型振動
子６に回転運動を加える。かくすると、前述したように
ピエゾ抵抗体よりなる歪検出器１４の抵抗値が変化し、
ブリッジ回路２０のバランスが崩れて出力端子２３ａ，
２３ｂ間に回転角速度に比例した、ＳＮ比の良い出力信
号を得ることができる。
【００４０】このようなブリッジ回路２０は、シリコン
基板５の表面に印刷技術等を用いて形成するとができ
る。このようにすると、ブリッジ回路２０の小形化を図
ることができる。
【００４１】同様に、振動アーム６ａ，６ｂを非接触で
振動させるための電気回路もシリコン基板５の表面に印
刷技術等を用いて形成することができる。
【００４２】また、第１実施例又は第２実施例の振動ジ
ャイロを２個用い、シリコン基板５の表面に、双方の振
動ジャイロの中心軸１３が互いに直交するように設ける
と、２次元方向の回転運動による回転角速度を検出する
ことができる。
【００４３】更に、第１実施例又は第２実施例の振動ジ
ャイロを３個用い、その内の２個の振動ジャイロはシリ
コン基板５の表面に、双方の振動ジャイロの中心軸１３
が直交するように設け、もう１個の振動ジャイロはシリ
コン基板５の肉厚面に他の２個の振動ジャイロの中心軸
１３に対し中心軸１３が直交するように設けると、３次
元方向の回転運動による回転角速度を検出することがで
きる。
【００４４】上記各実施例では、音叉型振動子６を用い
た振動ジャイロについて説明したが、本発明はこれに限
定されるものではなく、図８に示した音片型等の振動子
を用いた振動ジャイロにも同様に適用することができ
る。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る振動ジ
ャイロによれば、下記のような優れた効果を得ることが
できる。
【００４６】請求項１に記載の振動ジャイロは、振動子
を静電誘導により振動させる静電誘導型励振器を用いて
いるので、該振動子を非接触で励振することができる。
従って、励振器が該振動子の振動を阻害しなくなる利点
がある。
【００４７】請求項２に記載の振動ジャイロは、振動子
として音叉型振動子を用い、該振動子を励振する励振器
として該音叉型振動子の両自由端側でこれらを静電誘導
によりそれぞれ振動させる静電誘導型励振器を用いてい
るので、該音叉型振動子を非接触で、且つ振動を阻害し
ないで効率よく励振することができる。
【００４８】また、歪検出器を音叉型振動子の分岐部に
設けているので、振動の節部側で検出を行うことがで
き、このため検出用の線が接続されても振動を阻害する
ことはない利点がある。
【００４９】更に、該歪検出器を設けている音叉型振動
子の分岐部は、振動の節部側であって振動子の振動は小
さいが、該振動子の歪は逆に大きいので、振動の節部側
でも該歪検出器を用いることにより、支障なくコリオリ
の力の検出を行うことができる。
【００５０】請求項３に記載の振動ジャイロは、振動子
をクーロン力により振動させるクーロン力型励振器を用
いているので、該振動子を非接触で励振することができ
る。従って、励振器が該振動子の振動を阻害しなくなる
利点がある。
【００５１】請求項４に記載の振動ジャイロは、振動子
として音叉型振動子を用い、該振動子を励振する励振器
として該音叉型振動子の両自由端側でこれらをクーロン
力によりそれぞれ振動させるクーロン力型励振器を用い
ているので、該音叉型振動子を非接触で、且つ振動を阻
害しないで効率よく励振することができる。
【００５２】また、この発明でも、歪検出器を音叉型振
動子の分岐部に設けているので、振動の節部側で検出を
行うことができ、このため検出用の線が接続されても振
動を阻害することはない利点がある。
【００５３】更に、この発明でも、該歪検出器を設けて
いる音叉型振動子の分岐部は、振動の節部側であって振
動子の振動は小さいが、該振動子の歪は逆に大きいの
で、振動の節部側でも該歪検出器を用いることにより、
支障なくコリオリの力の検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る振動ジャイロの第１実施例を示し
た平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】本発明に係る振動ジャイロの第２実施例を示し
た平面図である。
【図５】図４のＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】図４のＤ−Ｄ線断面図である。
【図７】第１実施例，第２実施例で用いる歪検出器の電
気信号の取り出し方の一例を示す回路図である。
【図８】従来の振動ジャイロの斜視図である。
【符号の説明】
６ 音叉型振動子 ６ａ，６ｂ 振動アーム ６ｃ 分岐部 ７ 空間部 ８ａ，８ｂ 静電誘導型励振器 ９ａ，９ｂ 電極 １０ａ，１０ｂ 電極 １１ａ，１１ｂ 電極 １２ａ，１２ｂ 立上り部 １３ 中心軸 １４ 歪検出器 １５ａ，１５ｂ 検出電極 １６ クーロン力型励振器 １７ａ，１７ｂ 電極 １８ コイル状電極 １９ａ，１９ｂ 通電端子 ２０ ブリッジ回路 ２０ａ〜２０ｄ 接続点 ２１ａ〜２１ｃ 抵抗 ２２ 電気信号発生器 ２３ａ，２３ｂ 出力端子
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年７月１９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 振動ジャイロ
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コリオリの力を利用し
て回転角速度を検出する振動ジャイロに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】図８は、従来のこの種の振動ジャイロの
一例を示したものである。該振動ジャイロは、四角形の
断面形状を有する恒弾性金属音片型振動子１を備え、該
振動子１はその軸心がｚ軸方向を向き、対向する１組の
面がｘ軸方向を向き、対向する他の１組の面がｙ軸方向
を向くように配置されている。該振動子１は、ｙ軸方向
の面で対になった支持ピン２ａ，２ｂよりなる支持体と
支持ピン２ｃ，２ｄよりなる支持体により長手方向の２
箇所で支持されている。支持ピン２ａ，２ｂと支持ピン
２ｃ，２ｄとの間で該振動子１のｘ軸方向の面には、駆
動用圧電磁器３が支持されている。また、支持ピン２
ａ，２ｂと支持ピン２ｃ，２ｄとの間で該振動子１のｙ
軸方向の面には、検出用圧電磁器４が支持されている。
【０００３】次に、このような振動ジャイロの動作につ
いて説明する。図示しない電気信号発生器からの電気信
号で駆動用圧電磁器３を励振すると、振動子１はｘ軸面
に沿った曲げ振動で励振される。このように励振された
振動子１のｚ軸からなる中心軸に回転角速度を加える
と、ｘ軸面に沿った曲げ振動に対して直角方向、即ちｙ
軸面に沿った方向にコリオリの力が生じ、検出用圧電磁
器４で回転角速度を検出することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の振動ジャイロでは、駆動用圧電磁器３に給電
するためのリード線を図示しないが該駆動用圧電磁器３
に接続しており、また検出用圧電磁器４から検出信号を
取り出すためのリード線を図示しないが該検出用圧電磁
器４に接続しており、このため振動子１の振動がこれら
リード線により影響を受け、正しい検出が行えない問題
点があった。このような問題点は、振動子１が小形化さ
れる程、無視できなくなる。
【０００５】本発明の目的は、振動子を非接触で励振で
きる振動ジャイロを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の手段を説明すると、次の通りである。
【０００７】請求項１に記載の発明は、振動の節となる
位置で支持体により支持された振動子と、該振動子を励
振する励振器と、前記振動子をその中心軸の回りに回転
させたとき生ずるコリオリの力を検出する検出器とを備
えた振動ジャイロにおいて、前記励振器は前記振動子を
クーロン力により振動させるクーロン力型励振器である
ことを特徴とする。
【０００８】請求項２に記載の発明は、振動の節となる
位置で支持体により支持された振動子と、該振動子を励
振する励振器と、前記振動子をその中心軸の回りに回転
させたとき生ずるコリオリの力を検出する検出器とを備
えた振動ジャイロにおいて、前記振動子は音叉型振動子
からなり、前記励振器は該音叉型振動子の両自由端側に
これらをクーロン力により振動させるようにそれぞれ設
けられたクーロン力型励振器からなり、前記検出器は前
記音叉型振動子の分岐部に設けられている歪検出器であ
ることを特徴とする。
【０００９】請求項３に記載の発明は、振動の節となる
位置で支持体により支持された振動子と、該振動子を励
振する励振器と、前記振動子をその中心軸の回りに回転
させたとき生ずるコリオリの力を検出する検出器とを備
えた振動ジャイロにおいて、前記励振器は前記振動子を
ローレンツ力（電磁力）により振動させるローレンツ力
型励振器であることを特徴とする。
【００１０】請求項４に記載の発明は、振動の節となる
位置で支持体により支持された振動子と、該振動子を励
振する励振器と、前記振動子をその中心軸の回りに回転
させたとき生ずるコリオリの力を検出する検出器とを備
えた振動ジャイロにおいて、前記振動子は音叉型振動子
からなり、前記励振器は該音叉型振動子の両自由端側に
これらをローレンツ力により振動させるように設けられ
たローレンツ力型励振器からなり、前記検出器は前記音
叉型振動子の分岐部に設けられている歪検出器であるこ
とを特徴とする。
【００１１】
【作用】請求項１のように、振動子を励振する励振器と
して、該振動子をクーロン力により振動させるクーロン
力型励振器を用いると、振動子を非接触で励振すること
ができる。従って、励振器が該振動子の振動を阻害しな
くなる。
【００１２】請求項２のように、振動子を音叉型振動子
とし、該振動子を励振する励振器として該音叉型振動子
の両自由端側でこれらをクーロン力によりそれぞれ振動
させるクーロン力型励振器を用いると、音叉型振動子を
非接触で、且つ振動を阻害しないで効率よく励振するこ
とができる。
【００１３】また、検出器を音叉型振動子の分岐部に設
けると、振動の節部側で検出を行うため、検出用の線が
接続されても振動を阻害することはない。
【００１４】更に、振動の節部側では振動子の振動は小
さいが、該振動子の歪は逆に大きいので、振動の節部側
でも歪検出器を用いることにより、支障なくコリオリの
力を検出することができる。
【００１５】請求項３のように、振動子を励振する励振
器として、該振動子をローレンツ力により振動させるロ
ーレンツ力型励振器を用いると、振動子を非接触で励振
することができる。従って、励振器が該振動子の振動を
阻害しなくなる。
【００１６】請求項４のように、振動子を音叉型振動子
とし、該振動子を励振する励振器として該音叉型振動子
の両自由端側でこれらをローレンツ力によりそれぞれ振
動させるローレンツ力型励振器を用いると、音叉型振動
子を非接触で、且つ振動を阻害しないで効率よく励振す
ることができる。
【００１７】また、検出器を音叉型振動子の分岐部に設
けると、振動の節部側で検出を行うため、検出用の線が
接続されても振動を阻害することはない。
【００１８】更に、振動の節部側では振動子の振動は小
さいが、該振動子の歪は逆に大きいので、振動の節部側
でも歪検出器を用いることにより、支障なくコリオリの
力を検出することができる。
【００１９】
【実施例】図１〜図３は、本発明に係る振動ジャイロの
第１実施例を示したものである。本実施例の振動ジャイ
ロは、シリコン基板５をエッチングすることにより形成
されている音叉型振動子６を有する。該音叉型振動子６
は、１対の振動アーム６ａ，６ｂと、これら振動アーム
６ａ，６ｂの分岐部６ｃとを備えて構成されていて、分
岐部６ｃの基端が支持体であるシリコン基板５に支持さ
れている。
【００２０】該音叉型振動子６の周囲及び下部には、該
音叉型振動子６の振動を阻害しないように空間部７が設
けられている。
【００２１】該音叉型振動子６の振動アーム６ａ，６ｂ
の両自由端側には、これらをクーロン力によりそれぞれ
振動させるようにクーロン力型励振器８ａ，８ｂがそれ
ぞれ設けられている。
【００２２】これらクーロン力型励振器８ａ，８ｂは、
振動アーム６ａ，６ｂの両自由端下面に設けられた電極
９ａ，９ｂと、これら電極９ａ，９ｂに対向するように
してシリコン基板５の空間部７における底面に設けられ
た電極１０ａ，１０ｂと、振動アーム６ａ，６ｂの両自
由端に対応したシリコン基板５の上面に設けられた電極
１１ａ，１１ｂとで構成されている。電極１０ａ，１０
ｂは、シリコン基板５の空間部７における底面から該空
間部７における周壁の一部を立上って該シリコン基板５
の上面に端部が存在するように設けられている。対向す
る電極９ａ，１０ａと対向する電極９ｂ，１０ｂとは、
両者の間隔が小さくなるようにシリコン基板５の空間部
７における底面には該シリコン基板５の立上り部１２
ａ，１２ｂが設けられている。
【００２３】音叉型振動子６の分岐部６ｃにおける表面
には、該音叉型振動子６をその中心軸１３の回りに回転
させたとき生ずるコリオリの力を検出する検出器が歪検
出器１４として設けられている。該歪検出器１４はピエ
ゾ抵抗体により形成されている。該ピエゾ抵抗体は、音
叉型振動子６を形成しているシリコン基板５の表面に不
純物をドープするか、或いはピエゾ薄膜を形成すること
により設けられている。分岐部６ｃには、該ピエゾ抵抗
体よりなる歪検出器１４の両端に接続して検出電極１５
ａ，１５ｂが設けられている。
【００２４】次に、このような振動ジャイロにおける検
出動作について説明する。図示しない電気信号発生器か
らの電気信号を、電極１０ａ，１１ｂには同じ位相で与
え、電極１０ｂ，１１ａには逆の位相で与えるようにし
て印加する。この電気信号の周波数は、音叉型振動子６
の共振周波数に合わせる。
【００２５】このような電気信号を電極１０ａ，１１ａ
と電極１０ｂ，１１ｂとに与えると、振動アーム６ａ，
６ｂの電極９ａ，９ｂに電荷が誘起され、クーロン力に
よって各振動アーム６ａ，６ｂの自由端が図２に示すよ
うに上下に、しかも逆位相で振動する。これにより音叉
型振動子６の分岐部６ｃは歪むことになる。
【００２６】このように各振動アーム６ａ，６ｂが振動
している状態で、音叉型振動子６をその中心軸１３の回
りにシリコン基板５と共に回転させると、各振動アーム
６ａ，６ｂにはコリオリの力によって広げたり、狭めた
りする力が働き、分岐部６ｃに設けられたピエゾ抵抗体
よりなる歪検出器１４の抵抗値が変化する。この抵抗値
の変化を検出電極１５ａ，１５ｂから検出する。
【００２７】従って、かかる振動ジャイロによれば、歪
検出器１４の抵抗値の変化により、音叉型振動子６に加
えられた回転運動の回転角速度を検出することが可能に
なり、振動ジャイロとしての機能を持つことになる。
【００２８】図４〜図６は、本発明に係る振動ジャイロ
の第２実施例を示したものである。なお、前述した図１
〜図３に示す第１実施例と対応する部分には、同一符号
を付けて示している。
【００２９】本実施例の振動ジャイロは、音叉型振動子
６の振動アーム６ａ，６ｂの両自由端側に、これらをロ
ーレンツ力によりそれぞれ振動させるようにローレンツ
力型励振器１６が設けられている。該ローレンツ力型励
振器１６は、各振動アーム６ａ，６ｂの自由端の下面に
設けられた電極１７ａ，１７ｂと、これら電極１７ａ，
１７ｂに対向するようにしてシリコン基板５の空間部７
における底面に設けられた１ターンのコイル状電極１８
と、該コイル状電極１８に対する通電端子１９ａ，１９
ｂとで構成されている。
【００３０】その他の各部の構成は、前述した図１〜図
３に示す第１実施例と同様になっている。
【００３１】次に、このような振動ジャイロにおける検
出動作について説明する。図示しない電気信号発生器の
高圧側出力端子を通電端子１９ａに接続し、接地側出力
端子を通電端子１９ｂに接続して該振動ジャイロを駆動
すると、振動アーム６ａの真下のコイル状電極１８に流
れる電流の方向と、振動アーム６ｂの真下のコイル状電
極１８に流れる電流の方向とは、逆回りになり、それに
より発生するローレンツ力は逆移相となる。このため振
動アーム６ａ，６ｂの両自由端側は、互いに逆位相で振
動する。これにより音叉型振動子６の分岐部６ｃは歪む
ことになる。
【００３２】このように各振動アーム６ａ，６ｂが振動
している状態で、音叉型振動子６を前述したと同様に、
その中心軸１３の回りにシリコン基板５と共に回転させ
ると、各振動アーム６ａ，６ｂにはコリオリの力によっ
て広げたり、狭めたりする力が働き、分岐部６ｃに設け
られたピエゾ抵抗体よりなる歪検出器１４の抵抗値が変
化する。この抵抗値の変化を検出電極１５ａ，１５ｂか
ら検出する。
【００３３】従って、前述した第１実施例と同様の効果
を生ずるようになり、振動ジャイロとしての機能を持つ
ことになる。
【００３４】なお、コイル状電極１８は、１ターンに限
らず、複数ターンにすることができる。
【００３５】また、第１，第２実施例の振動ジャイロ
は、振動アーム６ａ，６ｂを同相で振動させることもで
きる。
【００３６】更に、第１，第２実施例の振動ジャイロ
は、シリコン基板５に微細加工技術を用いて形成するこ
とができる。このようにすると、超小型で、省エネルギ
ーの振動ジャイロを実現することができる。
【００３７】図７は、前述したピエゾ抵抗体よりなる歪
検出器１４の抵抗値変化を電気信号の変化として取り出
すブリッジ回路２０の構成の一例を示したものである。
該ブリッジ回路は、抵抗２１ａ，２１ｂ，２１ｃとピエ
ゾ抵抗体よりなる歪検出器１４とを図示のように接続し
て形成されている。ブリッジ回路２０の接続点２０ｂ，
２０ｄ間には電気信号発生器２２が接続され、また該ブ
リッジ回路２０の接続点２０ａ，２０ｃには該ブリッジ
回路２０の出力端子２３ａ，２３ｂが接続されている。
【００３８】このブリッジ回路２０を用いて検出動作を
行うに際しては、各振動アーム６ａ，６ｂは振動させて
いるが、音叉型振動子６には回転運動を加えていない状
態で、電気信号発生器２２から電気信号を該ブリッジ回
路２０に与え、抵抗２１ａ，２１ｂ，２１ｃのいずれ
か、或いはそれぞれを調整し、出力端子２３ａ，２３ｂ
に現れる出力を最小にする。与える電気信号の周波数
は、音叉型振動子６の共振周波数とは異なるものとす
る。
【００３９】このような調整が終了したら、音叉型振動
子６に回転運動を加える。かくすると、前述したように
ピエゾ抵抗体よりなる歪検出器１４の抵抗値が変化し、
ブリッジ回路２０のバランスが崩れて出力端子２３ａ，
２３ｂ間に回転角速度に比例した、ＳＮ比の良い出力信
号を得ることができる。
【００４０】このようなブリッジ回路２０は、シリコン
基板５の表面に印刷技術等を用いて形成するとができ
る。このようにすると、ブリッジ回路２０の小形化を図
ることができる。
【００４１】同様に、振動アーム６ａ，６ｂを非接触で
振動させるための電気回路もシリコン基板５の表面に印
刷技術等を用いて形成することができる。
【００４２】また、第１実施例又は第２実施例の振動ジ
ャイロを２個用い、シリコン基板５の表面に、双方の振
動ジャイロの中心軸１３が互いに直交するように設ける
と、２次元方向の回転運動による回転角速度を検出する
ことができる。
【００４３】更に、第１実施例又は第２実施例の振動ジ
ャイロを３個用い、その内の２個の振動ジャイロはシリ
コン基板５の表面に、双方の振動ジャイロの中心軸１３
が直交するように設け、もう１個の振動ジャイロはシリ
コン基板５の肉厚面に他の２個の振動ジャイロの中心軸
１３に対し中心軸１３が直交するように設けると、３次
元方向の回転運動による回転角速度を検出することがで
きる。
【００４４】上記各実施例では、音叉型振動子６を用い
た振動ジャイロについて説明したが、本発明はこれに限
定されるものではなく、図８に示した音片型等の振動子
を用いた振動ジャイロにも同様に適用することができ
る。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る振動ジ
ャイロによれば、下記のような優れた効果を得ることが
できる。
【００４６】請求項１に記載の振動ジャイロは、振動子
をクーロン力により振動させるクーロン力型励振器を用
いているので、該振動子を非接触で励振することができ
る。従って、励振器が該振動子の振動を阻害しなくなる
利点がある。
【００４７】請求項２に記載の振動ジャイロは、振動子
として音叉型振動子を用い、該振動子を励振する励振器
として該音叉型振動子の両自由端側でこれらをクーロン
力によりそれぞれ振動させるクーロン力型励振器を用い
ているので、該音叉型振動子を非接触で、且つ振動を阻
害しないで効率よく励振することができる。
【００４８】また、歪検出器を音叉型振動子の分岐部に
設けているので、振動の節部側で検出を行うことがで
き、このため検出用の線が接続されても振動を阻害する
ことはない利点がある。
【００４９】更に、該歪検出器を設けている音叉型振動
子の分岐部は、振動の節部側であって振動子の振動は小
さいが、該振動子の歪は逆に大きいので、振動の節部側
でも該歪検出器を用いることにより、支障なくコリオリ
の力の検出を行うことができる。
【００５０】請求項３に記載の振動ジャイロは、振動子
をローレンツ力により振動させるローレンツ力型励振器
を用いているので、該振動子を非接触で励振することが
できる。従って、励振器が該振動子の振動を阻害しなく
なる利点がある。
【００５１】請求項４に記載の振動ジャイロは、振動子
として音叉型振動子を用い、該振動子を励振する励振器
として該音叉型振動子の両自由端側でこれらをローレン
ツ力によりそれぞれ振動させるローレンツ力型励振器を
用いているので、該音叉型振動子を非接触で、且つ振動
を阻害しないで効率よく励振することができる。
【００５２】また、この発明でも、歪検出器を音叉型振
動子の分岐部に設けているので、振動の節部側で検出を
行うことができ、このため検出用の線が接続されても振
動を阻害することはない利点がある。
【００５３】更に、この発明でも、該歪検出器を設けて
いる音叉型振動子の分岐部は、振動の節部側であって振
動子の振動は小さいが、該振動子の歪は逆に大きいの
で、振動の節部側でも該歪検出器を用いることにより、
支障なくコリオリの力の検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る振動ジャイロの第１実施例を示し
た平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】本発明に係る振動ジャイロの第２実施例を示し
た平面図である。
【図５】図４のＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】図４のＤ−Ｄ線断面図である。
【図７】第１実施例，第２実施例で用いる歪検出器の電
気信号の取り出し方の一例を示す回路図である。
【図８】従来の振動ジャイロの斜視図である。
【符号の説明】 ６ 音叉型振動子 ６ａ，６ｂ 振動アーム ６ｃ 分岐部 ７ 空間部 ８ａ，８ｂ クーロン力型励振器 ９ａ，９ｂ 電極 １０ａ，１０ｂ 電極 １１ａ，１１ｂ 電極 １２ａ，１２ｂ 立上り部 １３ 中心軸 １４ 歪検出器 １５ａ，１５ｂ 検出電極 １６ ローレンツ力型励振器 １７ａ，１７ｂ 電極 １８ コイル状電極 １９ａ，１９ｂ 通電端子 ２０ ブリッジ回路 ２０ａ〜２０ｄ 接続点 ２１ａ〜２１ｃ 抵抗 ２２ 電気信号発生器 ２３ａ，２３ｂ 出力端子

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 振動の節となる位置で支持体により支持
    された振動子と、該振動子を励振する励振器と、前記振
    動子をその中心軸の回りに回転させたとき生ずるコリオ
    リの力を検出する検出器とを備えた振動ジャイロにおい
    て、 前記励振器は前記振動子を静電誘導により振動させる静
    電誘導型励振器であることを特徴とする振動ジャイロ。
  2. 【請求項２】 振動の節となる位置で支持体により支持
    された振動子と、該振動子を励振する励振器と、前記振
    動子をその中心軸の回りに回転させたとき生ずるコリオ
    リの力を検出する検出器とを備えた振動ジャイロにおい
    て、 前記振動子は音叉型振動子からなり、 前記励振器は該音叉型振動子の両自由端側にこれらを静
    電誘導により振動させるようにそれぞれ設けられた静電
    誘導型励振器からなり、 前記検出器は前記音叉型振動子の分岐部に設けられてい
    る歪検出器であることを特徴とする振動ジャイロ。
  3. 【請求項３】 振動の節となる位置で支持体により支持
    された振動子と、該振動子を励振する励振器と、前記振
    動子をその中心軸の回りに回転させたとき生ずるコリオ
    リの力を検出する検出器とを備えた振動ジャイロにおい
    て、 前記励振器は前記振動子をクーロン力により振動させる
    クーロン力型励振器であることを特徴とする振動ジャイ
    ロ。
  4. 【請求項４】 振動の節となる位置で支持体により支持
    された振動子と、該振動子を励振する励振器と、前記振
    動子をその中心軸の回りに回転させたとき生ずるコリオ
    リの力を検出する検出器とを備えた振動ジャイロにおい
    て、 前記振動子は音叉型振動子からなり、 前記励振器は該音叉型振動子の両自由端側にこれらをク
    ーロン力により振動させるように設けられたクーロン力
    型励振器からなり、 前記検出器は前記音叉型振動子の分岐部に設けられてい
    る歪検出器であることを特徴とする振動ジャイロ。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61102514A (ja) * 1984-10-25 1986-05-21 Tokyo Keiki Co Ltd ジヤイロ装置
JPS6293668A (ja) * 1985-10-21 1987-04-30 Hitachi Ltd 角速度・加速度検出器
JPS63154915A (ja) * 1986-12-19 1988-06-28 Hitachi Ltd 振動子の駆動・検出回路装置
JPH0464409A (ja) * 1990-07-04 1992-02-28 Seiji Ichikawa セメント液化方法

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Effective date: 19980120