JPH08285608A - Angular velocity sensor - Google Patents

Angular velocity sensor

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Publication number
JPH08285608A
JPH08285608A JP7113964A JP11396495A JPH08285608A JP H08285608 A JPH08285608 A JP H08285608A JP 7113964 A JP7113964 A JP 7113964A JP 11396495 A JP11396495 A JP 11396495A JP H08285608 A JPH08285608 A JP H08285608A
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JP
Japan
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angular velocity
piezoelectric element
velocity sensor
electrode
axis
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Pending
Application number
JP7113964A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norihiko Shiratori
典彦 白鳥
Hiroaki Terao
博明 寺尾
Tomoo Namiki
智雄 並木
Toshiyasu Shigeta
利靖 重田
Minoru Hatakeyama
稔 畠山
Kazuhiro Okada
和廣 岡田
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Miyota KK
Wako KK
Original Assignee
Miyota KK
Wako KK
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Publication date
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Publication of JPH08285608A publication Critical patent/JPH08285608A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To provide a small, highly sensitive, and practical double-axis angular velocity sensor. CONSTITUTION: A metallic oscillating substrate 30 in which concentric slits 31 are formed is held between two piezoelectric elements 20 and 40 and stuck so as to form a three-layer diaphragm. Also four electrodes E1 to E4 are formed on the upper surface of the piezoelectric element 20, and an opposed electrode is formed on the lower surface of it. Electrodes are also formed on both surfaces of piezoelectric elements 40. Then a weight body not shown is connected to the lower surface of the piezoelectric element 40. A pedestal 50 supports the lower surface of the three-layer diaphragm at an annular node position, and is suspended from a circuit board 10 by wire members 52 and 53. In addition, an exciting AC voltage is supplied to electrodes E1 to E4 with charges generated at the electrodes of the piezoelectric element 40 as feed back signals so as to oscillate the weight body in vertical direction. In this case, a Coriolis force acting on the weight body is detected, and an acting angular velocity is obtained.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、角速度センサ、特に、
2つの独立した軸まわりの角速度を各軸ごとに検出する
ことのできるセンサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an angular velocity sensor, and more particularly to
The present invention relates to a sensor capable of detecting angular velocity about two independent axes for each axis.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動車産業や機械産業などでは、加速度
や角速度といった物理量を正確に検出できるセンサの需
要が高まっている。一般に、三次元空間内において自由
運動をする物体には、任意の向きの加速度および任意の
回転方向の角速度が作用する。このため、この物体の運
動を正確に把握するためには、XYZ三次元座標系にお
ける各座標軸方向ごとの加速度と各座標軸まわりの角速
度とをそれぞれ独立して検出する必要がある。そこで、
小型で精度が高く、しかも製造コストを抑えることがで
きる多次元加速度センサや多軸角速度センサの需要が高
まっている。
2. Description of the Related Art In the automobile industry, machine industry and the like, there is an increasing demand for sensors capable of accurately detecting physical quantities such as acceleration and angular velocity. In general, an acceleration in an arbitrary direction and an angular velocity in an arbitrary rotation direction act on an object that freely moves in a three-dimensional space. Therefore, in order to accurately grasp the motion of this object, it is necessary to independently detect the acceleration in each coordinate axis direction and the angular velocity around each coordinate axis in the XYZ three-dimensional coordinate system. Therefore,
There is an increasing demand for a multi-dimensional acceleration sensor and a multi-axis angular velocity sensor that are small in size, have high accuracy, and can reduce manufacturing costs.

【0003】従来から多次元の加速度センサは種々のも
のが提案されている。たとえば、特許協力条約に基づく
国際公開第WO88/08522号公報(米国特許第4
967605号/同第5182515号)、特許協力条
約に基づく国際公開第WO91/10118号公報(米
国特許出願第07/761771号)、特許協力条約に
基づく国際公開第WO92/17759号公報(米国特
許出願第07/952753号)などには、作用した加
速度を各座標軸方向ごとに検出する加速度センサが開示
されている。これらの加速度センサの特徴は、複数の抵
抗素子/静電容量素子/圧電素子を、可撓性をもった基
板の所定位置に配置し、抵抗素子の抵抗値の変化/静電
容量素子の容量値の変化/圧電素子の発生電圧の変化に
基づいて、作用した加速度を検出する点にある。可撓性
をもった基板には、重錘体が取り付けられており、加速
度が作用するとこの重錘体に力が加わり、可撓性基板に
撓みが生じる。この撓みを上述した抵抗値/容量値/発
生電荷の変化に基づいて検出すれば、加速度の各軸方向
成分を求めることができる。
Conventionally, various types of multidimensional acceleration sensors have been proposed. For example, International Publication No. WO88 / 08522 based on the Patent Cooperation Treaty (US Pat. No. 4
No. 9676605 / No. 5182515), International Publication No. WO91 / 10118 (US Patent Application No. 07/761771) based on the Patent Cooperation Treaty, International Publication No. WO92 / 17759 (US Patent Application) based on the Patent Cooperation Treaty. No. 07/952753) discloses an acceleration sensor that detects the applied acceleration for each coordinate axis direction. The characteristics of these acceleration sensors are that a plurality of resistance elements / capacitance elements / piezoelectric elements are arranged at predetermined positions on a flexible substrate, and a change in resistance value of the resistance element / capacitance of the capacitance element. The point is that the applied acceleration is detected based on the change in the value / the change in the voltage generated by the piezoelectric element. A weight body is attached to the flexible substrate, and when acceleration acts, a force is applied to the weight body, and the flexible substrate is bent. If this deflection is detected based on the change in the resistance value / capacitance value / generated charge described above, each axial component of the acceleration can be obtained.

【0004】一方、角速度センサに関しては、従来から
車両の動力軸などの角速度を検出するために種々のもの
が利用されているが、ほとんどが一軸の角速度センサで
あり、二軸以上の角速度センサは、本願発明者の知る限
り、現段階では実用化に至ってはいない。
On the other hand, regarding the angular velocity sensor, various types have been conventionally used to detect the angular velocity of a power shaft of a vehicle, but most of them are uniaxial angular velocity sensors, and biaxial or more angular velocity sensors are not. As far as the inventor of the present invention knows, it has not been put to practical use at this stage.

【0005】このような状況において、本願発明者は、
小型で精度が高く、しかも製造コストを抑えることがで
きる新規な多軸角速度センサを提案し、特許協力条約に
基づく国際公開第WO94/23272号公報において
開示した。また、特願平6−191081号明細書、特
願平6−225894号明細書、特願平6−25890
9号明細書には、その改良案をいくつか開示した。これ
らの新規なセンサによれば、三次元の各軸まわりの角速
度を検出することができる。これは、X軸まわりの角速
度ωxが作用している状態において、この物体をZ軸方
向に振動させると、Y軸方向にコリオリ力が作用すると
いう原理を利用したものである。たとえば、可撓性基板
上に配置された所定の圧電素子に交流電圧を印加し、可
撓性基板に取り付けられた重錘体をZ軸方向に振動させ
る。ここで、X軸まわりの角速度ωxが作用している
と、重錘体にはY軸方向にコリオリ力が働くので、重錘
体はY軸方向へ変位することになる。この変位を圧電素
子が発生する電荷により検出すれば、作用した角速度ω
xを間接的に検出することができる。
In such a situation, the inventor of the present application
A novel multi-axis angular velocity sensor that is small in size, high in accuracy, and capable of suppressing the manufacturing cost has been proposed and disclosed in International Publication No. WO94 / 23272 based on the Patent Cooperation Treaty. Further, Japanese Patent Application No. 6-191081, Japanese Patent Application No. 6-225894, Japanese Patent Application No. 6-25890.
The specification of No. 9 discloses some improvement plans. These novel sensors can detect the angular velocity about each of the three-dimensional axes. This is based on the principle that when the object is vibrated in the Z-axis direction while the angular velocity ωx around the X-axis is acting, the Coriolis force acts in the Y-axis direction. For example, an AC voltage is applied to a predetermined piezoelectric element arranged on the flexible substrate to vibrate the weight body attached to the flexible substrate in the Z-axis direction. Here, when the angular velocity ωx around the X axis is acting, the Coriolis force acts on the weight body in the Y axis direction, so that the weight body is displaced in the Y axis direction. If this displacement is detected by the charge generated by the piezoelectric element, the applied angular velocity ω
x can be detected indirectly.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】コリオリ力を利用した
多軸角速度センサの基本原理は、上述した各特許文献に
おいて開示されている。この基本原理によれば、重錘体
を所定軸方向に振動させた状態で、この重錘体に作用す
るコリオリ力を検出する必要がある。ところが、このよ
うな原理で動作する小型で高感度の角速度センサを実現
するためには、解決すべき種々の技術的課題が残されて
いる。まず、第1に、重錘体を効率良く振動させる機構
が必要になる。たとえば、重錘体の振動がセンサ筐体に
まで伝播すると、供給した振動エネルギーが無駄に消費
されてしまうことになるので、できるだけ重錘体の振動
を外部に逃がさないようにするための工夫が必要にな
る。第2に、作用したコリオリ力をできるだけ高精度で
検出する機構が必要になる。角速度は所定の軸方向に作
用したコリオリ力に基づいて求まるので、特定の軸方向
に関するコリオリ力を高精度で検出する必要がある。こ
のような技術的課題が残っていたため、従来は、小型で
高感度の実用的な多軸角速度センサを製造することが困
難であった。
The basic principle of a multi-axis angular velocity sensor utilizing Coriolis force is disclosed in each of the above-mentioned patent documents. According to this basic principle, it is necessary to detect the Coriolis force acting on the weight body while vibrating the weight body in the predetermined axis direction. However, in order to realize a small and highly sensitive angular velocity sensor that operates on such a principle, various technical problems to be solved remain. First, a mechanism for efficiently vibrating the weight body is required. For example, if the vibration of the weight body propagates to the sensor housing, the supplied vibration energy will be wasted. Therefore, it is necessary to try to prevent the vibration of the weight body from escaping to the outside as much as possible. You will need it. Secondly, a mechanism for detecting the applied Coriolis force as accurately as possible is required. Since the angular velocity is obtained based on the Coriolis force acting in the predetermined axial direction, it is necessary to detect the Coriolis force in the specific axial direction with high accuracy. Since such technical problems remain, it has been difficult to manufacture a practical multi-axis angular velocity sensor that is small in size and has high sensitivity.

【0007】そこで本発明は、小型で高感度の実用的な
二軸角速度センサを提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a small-sized and highly sensitive practical biaxial angular velocity sensor.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(1) 本発明の第1の態様は、XYZ三次元座標系にお
けるX軸まわりの角速度ωxおよびY軸まわりの角速度
ωyを検出する角速度センサにおいて、XY平面に沿っ
て延びた板状形状を有し、座標系の原点に位置する中心
部を、所定の円周をノードとする振動モードでZ軸方向
に振動させることができる可撓性をもった振動基板と、
この振動基板に積層するように接合された板状の圧電素
子と、振動基板の下面を円周に沿ったノード位置におい
て直接もしくは他の構成要素を介して間接的に支持する
台座と、振動基板の中心部に直接もしくは他の構成要素
を介して間接的に接合された重錘体と、振動基板の上方
に所定距離だけ離れて配置された支持基板と、所定の運
動自由度を確保した状態で、台座を支持基板に対して吊
着するワイヤ部材と、圧電素子に交流電圧を印加するこ
とにより、重錘体がZ軸方向に振動するような周期的な
撓みを圧電素子に生じさせる励振手段と、励振手段によ
り重錘体をZ軸方向に振動させた状態において、重錘体
に作用するX軸方向のコリオリ力およびY軸方向のコリ
オリ力を、圧電素子に発生する電荷の分布に基づいて検
出するコリオリ力検出手段と、検出したX軸方向のコリ
オリ力に基づいてY軸まわりの角速度ωyを演算し、検
出したY軸方向のコリオリ力に基づいてX軸まわりの角
速度ωxを演算する演算手段と、を設けたものである。
(1) A first aspect of the present invention is an angular velocity sensor that detects an angular velocity ωx about an X axis and an angular velocity ωy about a Y axis in an XYZ three-dimensional coordinate system, and has a plate shape extending along an XY plane. Then, a flexible vibration substrate capable of vibrating the central portion located at the origin of the coordinate system in the Z-axis direction in a vibration mode having a predetermined circumference as a node,
A plate-shaped piezoelectric element bonded so as to be laminated on the vibrating substrate, a pedestal for directly supporting the lower surface of the vibrating substrate at a node position along the circumference or indirectly through other components, and the vibrating substrate. A weight body that is directly or indirectly bonded to the center of the body, a support substrate that is disposed above the vibration substrate by a predetermined distance, and a predetermined degree of freedom of movement. Then, by applying an AC voltage to the wire member that suspends the pedestal from the support substrate and the piezoelectric element, an excitation that causes the piezoelectric element to undergo periodic bending such that the weight body vibrates in the Z-axis direction. And the excitation means vibrate the weight in the Z-axis direction, the Coriolis force in the X-axis direction and the Coriolis force in the Y-axis acting on the weight are applied to the distribution of the charges generated in the piezoelectric element. Coriolis force detected based on An output means and a calculation means for calculating an angular velocity ωy about the Y axis based on the detected Coriolis force in the X axis direction, and calculating an angular velocity ωx about the X axis based on the detected Coriolis force in the Y axis direction. It is provided.

【0009】(2) 本発明の第2の態様は、上述の第1
の態様に係る角速度センサにおいて、XY平面に沿った
方向の応力が作用したときに、上面および下面に所定の
電荷が発生する分極特性をもった圧電素子を用い、この
圧電素子の上面もしくは下面のいずれか一方の面に、X
軸およびY軸の双方に関して線対称な配置になるように
複数の電極を形成し、他方の面には、この複数の電極に
対向する位置に電極を形成し、これらの電極に対して励
振手段による電圧印加を行うとともに、これらの電極に
発生する電荷をコリオリ力検出手段によって検出するよ
うに構成したものである。
(2) A second aspect of the present invention is the above-mentioned first aspect.
In the angular velocity sensor according to the aspect (1), a piezoelectric element having a polarization characteristic that a predetermined charge is generated on the upper surface and the lower surface when a stress in a direction along the XY plane is applied is used. X on either side
A plurality of electrodes are formed so as to be arranged in line symmetry with respect to both the axis and the Y-axis, and electrodes are formed on the other surface at positions facing the plurality of electrodes. The voltage applied by the electrodes is applied, and the charges generated in these electrodes are detected by the Coriolis force detection means.

【0010】(3) 本発明の第3の態様は、上述の第2
の態様に係る角速度センサにおいて、圧電素子の一方の
面には、X軸の正の領域に第1の電極を、Y軸の正の領
域に第2の電極を、X軸の負の領域に第3の電極を、Y
軸の負の領域に第4の電極を、それぞれ配置し、圧電素
子の他方の面には、第1〜第4の電極に対向する対向電
極を配置し、励振手段は、対向電極を接地電位に固定す
るとともに、第1〜第4の電極に対して同一の交流電圧
を印加することにより、重錘体をZ軸方向に振動させ、
コリオリ力検出手段は、第1の電極に発生する電荷と第
3の電極に発生する電荷との差に基づいてX軸方向のコ
リオリ力を検出し、第2の電極に発生する電荷と第4の
電極に発生する電荷との差に基づいてY軸方向のコリオ
リ力を検出するようにしたものである。
(3) A third aspect of the present invention is the above-mentioned second aspect.
In one aspect of the piezoelectric element, the first electrode is provided in the positive region of the X axis, the second electrode is provided in the positive region of the Y axis, and the negative electrode is provided in the negative region of the X axis. Set the third electrode to Y
The fourth electrode is arranged in the negative region of the axis, and the counter electrode facing the first to fourth electrodes is arranged on the other surface of the piezoelectric element, and the exciting means sets the counter electrode to the ground potential. And to apply the same AC voltage to the first to fourth electrodes to vibrate the weight body in the Z-axis direction,
The Coriolis force detecting means detects the Coriolis force in the X-axis direction based on the difference between the charge generated in the first electrode and the charge generated in the third electrode, and the charge generated in the second electrode and the fourth charge are detected. The Coriolis force in the Y-axis direction is detected on the basis of the difference between the electric charge generated in the electrode and the electric charge generated in the electrode.

【0011】(4) 本発明の第4の態様は、上述の第3
の態様に係る角速度センサにおいて、第1〜第4の電極
を、振動基板のノードとなる円周より内側の領域に配置
するようにしたものである。
(4) The fourth aspect of the present invention is the above-mentioned third aspect.
In the angular velocity sensor according to the above aspect, the first to fourth electrodes are arranged in a region inside a circumference that serves as a node of the vibration substrate.

【0012】(5) 本発明の第5の態様は、上述の第1
〜第4の態様に係る角速度センサにおいて、振動基板に
積層するように接合された板状の補助圧電素子を更に設
け、振動基板、圧電素子、補助圧電素子によって三層ダ
イヤフラムが構成されるようにし、補助圧電素子に発生
する電荷に基づく信号をフィードバック信号として励振
手段に与え、励振手段によるフィードバック制御によっ
て振動基板を振動させることができるようにしたもので
ある。
(5) A fifth aspect of the present invention relates to the above-mentioned first aspect.
In the angular velocity sensor according to the fourth aspect, a plate-shaped auxiliary piezoelectric element bonded so as to be laminated on the vibration substrate is further provided, and the vibration substrate, the piezoelectric element, and the auxiliary piezoelectric element form a three-layer diaphragm. A signal based on the electric charge generated in the auxiliary piezoelectric element is given as a feedback signal to the excitation means so that the vibration substrate can be vibrated by the feedback control by the excitation means.

【0013】(6) 本発明の第6の態様は、上述の第5
の態様に係る角速度センサにおいて、振動基板の上面に
圧電素子が積層され、下面に補助圧電素子が積層される
ように三層ダイヤフラムを構成し、この三層ダイヤフラ
ムの下面を台座によって支持するとともに、下面中心部
に重錘体を接合するようにしたものである。
(6) A sixth aspect of the present invention is the above-mentioned fifth aspect.
In the angular velocity sensor according to the aspect of (3), the piezoelectric element is laminated on the upper surface of the vibration substrate, the three-layer diaphragm is configured so that the auxiliary piezoelectric element is laminated on the lower surface, and the lower surface of the three-layer diaphragm is supported by the pedestal. The weight body is joined to the center of the lower surface.

【0014】(7) 本発明の第7の態様は、上述の第2
〜第4の態様に係る角速度センサにおいて、圧電素子の
一方の面に、更に補助電極を設け、この補助電極に発生
する電荷に基づく信号をフィードバック信号として励振
手段に与え、励振手段によるフィードバック制御によっ
て振動基板を振動させることができるようにしたもので
ある。
(7) A seventh aspect of the present invention is the above-mentioned second aspect.
~ In the angular velocity sensor according to the fourth aspect, an auxiliary electrode is further provided on one surface of the piezoelectric element, a signal based on the charges generated in the auxiliary electrode is given to the excitation means as a feedback signal, and feedback control by the excitation means is performed. The vibrating substrate can be vibrated.

【0015】(8) 本発明の第8の態様は、上述の第1
〜第7の態様に係る角速度センサにおいて、振動基板と
して、同心円状に複数のスリットが形成された可撓性基
板を用いるようにしたものである。
(8) An eighth aspect of the present invention relates to the above-mentioned first aspect.
~ In the angular velocity sensor according to the seventh aspect, a flexible substrate having a plurality of concentric slits is used as the vibrating substrate.

【0016】(9) 本発明の第9の態様は、上述の第1
〜第8の態様に係る角速度センサにおいて、台座を円筒
状の構造体によって構成し、その上端部分にナイフエッ
ジを形成し、このナイフエッジの先端部分によって振動
基板の下面を直接もしくは間接的に支持するようにした
ものである。
(9) A ninth aspect of the present invention relates to the above-mentioned first aspect.
-In the angular velocity sensor according to the eighth aspect, the pedestal is configured by a cylindrical structure, a knife edge is formed at the upper end portion thereof, and the lower end portion of the knife edge directly or indirectly supports the lower surface of the vibration substrate. It is something that is done.

【0017】(10) 本発明の第10の態様は、上述の第
1〜第9の態様に係る角速度センサにおいて、支持基板
を回路基板として利用し、励振手段、コリオリ力検出手
段、演算手段の構成要素となる回路素子を、この回路基
板上に実装するようにしたものである。
(10) According to a tenth aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the above first to ninth aspects, the supporting substrate is used as a circuit substrate, and the exciting means, the Coriolis force detecting means, and the calculating means are provided. The circuit element as a component is mounted on this circuit board.

【0018】(11) 本発明の第11の態様は、上述の第
1〜第5および第7〜第10の態様に係る角速度センサ
において、重錘体を振動基板の上方に配置し、かつ、重
錘体の振動を阻害しないように、支持基板の中央部に貫
通孔を設けるようにしたものである。
(11) An eleventh aspect of the present invention is the angular velocity sensor according to the above-mentioned first to fifth and seventh to tenth aspects, in which the weight body is arranged above the vibrating substrate, and A through hole is provided in the central portion of the support substrate so as not to hinder the vibration of the weight body.

【0019】[0019]

【作 用】本発明に係る角速度センサの基本原理は、重
錘体をXYZ三次元座標系におけるZ軸方向に振動させ
た状態において、この重錘体に作用するX軸方向のコリ
オリ力Fxを検出することによりY軸まわりの角速度ω
yを求め、この重錘体に作用するY軸方向のコリオリ力
Fyを検出することによりX軸まわりの角速度ωxを求
めるものである。
[Operation] The basic principle of the angular velocity sensor according to the present invention is that the Coriolis force Fx acting on the weight body in the X-axis direction is applied to the weight body while vibrating the weight body in the Z axis direction in the XYZ three-dimensional coordinate system. By detecting the angular velocity ω around the Y-axis
The y is obtained and the Coriolis force Fy acting on the Y-axis in the Y-axis direction is detected to obtain the angular velocity ωx about the X-axis.

【0020】重錘体をZ軸方向に振動させるために、本
発明では、XY平面に沿って延びた板状の可撓性振動基
板(いわゆるダイヤフラム)を用意し、この振動基板の
中心部に重錘体を接合するようにしている。一般に、こ
のようなダイヤフラムの中心部を上下方向に振動させる
と、円周に沿ったノードが形成されることが知られてい
る。本発明では、台座によって、ダイヤフラムのこの円
周状のノード位置を支持するようにしている。このノー
ド位置では、振動状態にあった場合でも変位が非常に小
さくなり、台座を通して振動が外部に漏れるのを最小限
に抑えることができる。しかも、台座は支持基板に対し
て所定の運動自由度を確保した状態でワイヤ部材によっ
て吊着されているので、外部に漏れる振動成分を更に小
さくすることが可能になる。このような構造により、本
発明に係る角速度センサでは、重錘体を効率良く振動さ
せることが可能になる。
In order to vibrate the weight body in the Z-axis direction, in the present invention, a plate-shaped flexible vibrating substrate (so-called diaphragm) extending along the XY plane is prepared, and the central portion of this vibrating substrate is provided. The weights are joined together. It is generally known that when a central part of such a diaphragm is vertically vibrated, nodes are formed along the circumference. In the present invention, the pedestal supports the circumferential node position of the diaphragm. At this node position, the displacement becomes very small even in a vibrating state, and it is possible to minimize the leakage of vibration to the outside through the pedestal. Moreover, since the pedestal is suspended from the supporting substrate by the wire member while ensuring a predetermined degree of freedom of movement, it is possible to further reduce the vibration component leaking to the outside. With such a structure, the angular velocity sensor according to the present invention can efficiently vibrate the weight body.

【0021】振動基板には、板状の圧電素子が接合さ
れ、積層構造が採られる。圧電素子に対して、励振手段
から所定の電圧を印加すると、圧電素子に撓みが生じ、
この撓みは振動基板に伝達される。したがって、励振手
段によって印加する電圧を交流電圧にすれば、振動基板
に伝達される撓みは周期的に変動することになり、振動
基板の中心部に接合された重錘体をZ軸方向に振動させ
ることが可能になる。また、重錘体に対してX軸または
Y軸方向のコリオリ力が作用すると、このコリオリ力に
よって、振動成分とは異なる別な撓みが振動基板に発生
し、この撓みは圧電素子に伝達される。このため、圧電
素子には、この撓みに応じた電荷が発生することにな
る。この発生電荷の分布は、作用したコリオリ力の方向
性に依存するため、発生電荷の分布に基づいてコリオリ
力の検出が可能になる。このような方法により、コリオ
リ力を各軸方向成分ごとに精度良く検出することが可能
になる。
A plate-shaped piezoelectric element is bonded to the vibrating substrate to form a laminated structure. When a predetermined voltage is applied to the piezoelectric element from the excitation means, the piezoelectric element bends,
This bending is transmitted to the vibration substrate. Therefore, if the voltage applied by the excitation means is an AC voltage, the flexure transmitted to the vibrating substrate will periodically fluctuate, and the weight body joined to the center of the vibrating substrate will vibrate in the Z-axis direction. It is possible to let When a Coriolis force in the X-axis or Y-axis direction acts on the weight body, the Coriolis force causes another flexure different from the vibration component in the vibrating substrate, and the flexure is transmitted to the piezoelectric element. . Therefore, the piezoelectric element generates an electric charge according to the bending. Since the distribution of the generated charges depends on the directionality of the Coriolis force acting, it becomes possible to detect the Coriolis force based on the distribution of the generated charges. With such a method, the Coriolis force can be detected with high accuracy for each axial component.

【0022】板状の圧電素子として、XY平面に沿った
方向の応力が作用したときに、上下両面に所定の電荷が
発生する分極特性をもった圧電素子を用い、この上下両
面のX軸およびY軸に関して線対称な位置に、X,Y軸
の正負両方の位置に電極を形成し、この電極を介して励
振用の交流電流を供給し、同時に、コリオリ力に基づく
発生電荷を検出するようにすれば、重錘体を更に安定に
振動させることが可能になり、また、コリオリ力の効率
的な検出が可能になる。なお、振動基板のノードとなる
円周より内側の領域に各電極を配置すれば、重錘体の振
動およびコリオリ力検出をより効率的に行うことができ
る。更に、種々の外乱に対しても重錘体の振動を安定さ
せるためには、振動を検出するための補助圧電素子を付
加したり、振動検出用の電極を付加したりし、振動の検
出信号をフィードバック信号とするフィードバック制御
を行うとよい。
As the plate-shaped piezoelectric element, a piezoelectric element having a polarization characteristic that a predetermined charge is generated on the upper and lower surfaces when a stress in a direction along the XY plane is applied is used. Electrodes are formed at both positive and negative positions of the X and Y axes at positions symmetrical with respect to the Y axis, and an alternating current for excitation is supplied through the electrodes, and at the same time, generated charges based on Coriolis force are detected. In this case, the weight body can be vibrated more stably, and the Coriolis force can be efficiently detected. It should be noted that by arranging each electrode in a region inside a circumference that serves as a node of the vibrating substrate, vibration of the weight body and Coriolis force detection can be performed more efficiently. Further, in order to stabilize the vibration of the weight body against various disturbances, an auxiliary piezoelectric element for detecting the vibration or an electrode for detecting the vibration is added to detect the vibration detection signal. Is preferably used as feedback signal.

【0023】振動基板としては、同心円状に複数のスリ
ットが形成された可撓性基板を用いると、中心部の各方
向への移動が容易になり、効率的な振動および検出が期
待できる。また、この振動基板のノード位置を、円筒状
の台座の上端部分に形成したナイフエッジで支持するよ
うにすれば、振動基板の振動が外部へ漏れるのを抑制す
る上で効果的である。更に、支持基板を回路基板として
利用し、振動基板に対して交流信号を供給する回路、コ
リオリ力を検出する回路、角速度を演算する回路、など
の回路素子をこの回路基板上に実装するようにすれば、
センサ全体をより小型化することが可能になり、また、
この支持基板の中央部に貫通孔を設け、この貫通孔位置
に重錘体を配置するようにすれば、センサ全体の更なる
小型化が可能になる。
If a flexible substrate having a plurality of concentric slits is used as the vibrating substrate, the center portion can be easily moved in each direction, and efficient vibration and detection can be expected. Further, if the node position of the vibrating substrate is supported by the knife edge formed on the upper end portion of the cylindrical pedestal, it is effective in suppressing the vibration of the vibrating substrate from leaking to the outside. Further, by using the supporting substrate as a circuit substrate, circuit elements such as a circuit for supplying an AC signal to the vibration substrate, a circuit for detecting Coriolis force, a circuit for calculating angular velocity, etc. may be mounted on this circuit substrate. if,
It is possible to make the entire sensor smaller, and
If a through hole is provided in the center of the support substrate and the weight body is arranged at the position of the through hole, the size of the entire sensor can be further reduced.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明を図示する実施例に基づいて詳
述する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below with reference to illustrated embodiments.

【0025】§1. 実施例の基本構造 本発明の一実施例に係る角速度センサを分解した状態
を、斜め上方から見た斜視図を図1に示し、斜め下方か
ら見た斜視図を図2に示す(各平板状部材の上面は図1
に示され、下面は図2に示されていることになる)。こ
の角速度センサの基本構成要素は、図示のとおり、回路
基板10、圧電素子20、振動基板30、補助圧電素子
40、台座50である。回路基板10は、図示されてい
る他の構成要素を支持するための支持基板としての機能
と、後述する回路素子(図示は省略)を実装する回路素
子実装基板としての機能と、を果たし、この実施例で
は、一般的なプリント回路基板によって回路基板10を
構成している。
§1. Basic Structure of Embodiment FIG. 1 shows a perspective view of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention which is disassembled and is viewed obliquely from above, and FIG. 2 is a perspective view which is viewed from obliquely below. The upper surface of the member is shown in Figure 1.
And the bottom surface will be as shown in FIG. 2). The basic components of this angular velocity sensor are a circuit board 10, a piezoelectric element 20, a vibration substrate 30, an auxiliary piezoelectric element 40, and a pedestal 50, as shown in the figure. The circuit board 10 fulfills a function as a support board for supporting the other constituent elements shown in the figure and a function as a circuit element mounting board for mounting a circuit element (not shown) described later. In the embodiment, the circuit board 10 is composed of a general printed circuit board.

【0026】圧電素子20、振動基板30、補助圧電素
子40は、いずれも同一直径の薄い円盤状の部材であ
り、図では分解された状態が示されているが、実際には
この3枚の円盤は互いにエポキシ系の接着剤によって接
着された状態になっている。振動基板30は、金属製の
円盤に、同心円状スリット31を形成したものであり、
全体として可撓性をもった基板となる。特に、同心円状
スリット31が形成されているため、その中心部は容易
に変位させることができる。圧電素子20および補助圧
電素子40は、水平方向に伸びるまたは縮む方向の応力
が作用すると、上下両面に所定の電荷が発生する第1の
性質と、逆に、上下両面に所定の電圧を印加すると、水
平方向に伸びるまたは縮む方向の応力が発生する第2の
性質と、を有する薄い円盤状の圧電素子である。
Each of the piezoelectric element 20, the vibration substrate 30, and the auxiliary piezoelectric element 40 is a thin disk-shaped member having the same diameter, and the exploded state is shown in the figure. The disks are in a state of being bonded to each other by an epoxy adhesive. The vibration substrate 30 is formed by forming concentric circular slits 31 on a metal disk,
The substrate is flexible as a whole. In particular, since the concentric circular slit 31 is formed, the central portion can be easily displaced. The piezoelectric element 20 and the auxiliary piezoelectric element 40 have the first property that a predetermined charge is generated on the upper and lower surfaces when a stress in a direction that expands or contracts in the horizontal direction acts, and conversely, when a predetermined voltage is applied to the upper and lower surfaces. , A thin disk-shaped piezoelectric element having a second property of generating stress in a direction that expands or contracts in the horizontal direction.

【0027】圧電素子20の上面には、図1に示すよう
に、第1電極E1〜第4電極E4の4枚の扇形状の電極
が形成されており、これらの各電極E1〜E4は、それ
ぞれ配線パッドP1〜P4に接続されている。また、圧
電素子20の下面には、図2に示すように、対向電極E
0が形成されている。この対向電極E0は、4枚の扇形
状の電極E1〜E4のすべてに対して対向する共通電極
として機能する円形の電極であり、その円周の一端に設
けられた配線部は圧電素子20の上面へと伸びて配線パ
ッドP0を形成している(図1参照)。結局、圧電素子
20に形成された5枚の電極E0〜E4に対する配線
は、圧電素子20上面に形成された5つの配線パッドP
0〜P4に対して行えばよい。
As shown in FIG. 1, on the upper surface of the piezoelectric element 20, four fan-shaped electrodes of a first electrode E1 to a fourth electrode E4 are formed, and each of these electrodes E1 to E4 is Each is connected to the wiring pads P1 to P4. On the lower surface of the piezoelectric element 20, as shown in FIG.
0 is formed. The counter electrode E0 is a circular electrode that functions as a common electrode that faces all of the four fan-shaped electrodes E1 to E4, and the wiring portion provided at one end of the circumference of the counter electrode E0 of the piezoelectric element 20. The wiring pad P0 is formed extending to the upper surface (see FIG. 1). After all, the wirings for the five electrodes E0 to E4 formed on the piezoelectric element 20 are the five wiring pads P formed on the upper surface of the piezoelectric element 20.
It may be performed for 0 to P4.

【0028】補助圧電素子40の上面には、図1に示す
ように、円形の第5電極E5が形成されており、下面に
は、図2に示すように、第5電極E5に対向するように
円形の第6電極E6が形成されている。第5電極E5の
円周の一端に設けられた配線部は補助圧電素子40の下
面へと伸びて配線パッドP5を形成しており(図2参
照)、第6電極E6の円周の一端に設けられた配線部は
配線パッドP6を形成している。結局、補助圧電素子4
0に形成された2枚の電極E5,E6に対する配線は、
補助圧電素子40下面に形成された2つの配線パッドP
5,P6に対して行えばよい。
A circular fifth electrode E5 is formed on the upper surface of the auxiliary piezoelectric element 40 as shown in FIG. 1, and a lower surface of the auxiliary piezoelectric element 40 is opposed to the fifth electrode E5 as shown in FIG. A circular sixth electrode E6 is formed on the. The wiring portion provided at one end of the circumference of the fifth electrode E5 extends to the lower surface of the auxiliary piezoelectric element 40 to form the wiring pad P5 (see FIG. 2), and at one end of the circumference of the sixth electrode E6. The provided wiring portion forms a wiring pad P6. After all, the auxiliary piezoelectric element 4
The wiring for the two electrodes E5 and E6 formed in 0 is
Two wiring pads P formed on the lower surface of the auxiliary piezoelectric element 40
5 and P6.

【0029】上述したように、圧電素子20の下面と振
動基板30の上面との間、および振動基板30の下面と
補助圧電素子40の上面との間、にはそれぞれエポキシ
系の接着剤が充填され、この3枚の円盤は積層状態で接
着固定される。振動基板30は、圧電素子20,40に
よって挟まれ、いわゆるサンドイッチの状態になってい
る。補助圧電素子40の下面中心部には、重錘体41が
接合されている。この重錘体41は、金属製の重りであ
り、検出感度を向上させるためには、できるだけ質量の
大きな重錘体41を用いるのが好ましい。前述したよう
に、振動基板30はある程度の可撓性を有し、特にその
中心部は比較的容易に変位できる構造となっている。そ
のため、圧電素子20,振動基板30,補助圧電素子4
0の積層構造体も、全体的に可撓性をもったものとな
り、中心部が上下に変位しやすい三層ダイヤフラムとし
て機能する。したがって、重錘体41は、この三層ダイ
ヤフラムの下面中心部に取り付けられた振動子として機
能し、後述するように、上下に振動を生じることにな
る。なお、この実施例では、上から順に圧電素子20,
振動基板30,補助圧電素子40を積層することにより
三層ダイヤフラムを構成しているが、三層の積層順は必
ずしもこのとおりである必要はない。ただ、効率的な検
出を行うためには、振動基板30を中間層とする構造が
好ましい。
As described above, an epoxy adhesive is filled between the lower surface of the piezoelectric element 20 and the upper surface of the vibration substrate 30, and between the lower surface of the vibration substrate 30 and the upper surface of the auxiliary piezoelectric element 40. The three disks are bonded and fixed in a laminated state. The vibrating substrate 30 is sandwiched between the piezoelectric elements 20 and 40 and is in a so-called sandwich state. A weight body 41 is joined to the center of the lower surface of the auxiliary piezoelectric element 40. The weight body 41 is a weight made of metal, and in order to improve the detection sensitivity, it is preferable to use the weight body 41 having the largest possible mass. As described above, the vibration substrate 30 has a certain degree of flexibility, and in particular, the central portion thereof has a structure that can be displaced relatively easily. Therefore, the piezoelectric element 20, the vibration substrate 30, the auxiliary piezoelectric element 4
The laminated structure of 0 also has flexibility as a whole, and functions as a three-layer diaphragm in which the center portion is easily displaced up and down. Therefore, the weight body 41 functions as a vibrator attached to the central portion of the lower surface of the three-layer diaphragm, and vertically vibrates as described later. In this embodiment, the piezoelectric elements 20,
Although the three-layer diaphragm is configured by laminating the vibrating substrate 30 and the auxiliary piezoelectric element 40, the order of laminating the three layers is not necessarily the same. However, in order to perform efficient detection, it is preferable to use the vibration substrate 30 as an intermediate layer.

【0030】台座50は、上記三層ダイヤフラム(圧電
素子20,振動基板30,補助圧電素子40の積層体)
を下方から支持する機能を果たす。この実施例では、台
座50は円筒状構造体51によって構成されており、そ
の上端部分は、補助圧電素子40の下面(第6電極E6
の外周より外側部分)にエポキシ系接着剤で接着固定さ
れている。重錘体41は、この円筒状構造体51の筒内
部に収容された状態になる。また、円筒状構造体51の
側面には、L字状のワイヤ部材52,53の一端が接着
されている。このワイヤ部材52,53の上端部は、回
路基板10の下面に半田接合される。
The pedestal 50 is the three-layer diaphragm (a laminated body of the piezoelectric element 20, the vibration substrate 30, and the auxiliary piezoelectric element 40).
Fulfills the function of supporting from below. In this embodiment, the pedestal 50 is composed of the cylindrical structure 51, and the upper end portion of the pedestal 50 is at the lower surface (sixth electrode E6) of the auxiliary piezoelectric element 40.
The outer side of the outer periphery of) is fixed by adhesion with an epoxy adhesive. The weight body 41 is housed inside the cylinder of the cylindrical structure 51. Further, one end of each of the L-shaped wire members 52 and 53 is bonded to the side surface of the cylindrical structure 51. The upper ends of the wire members 52 and 53 are soldered to the lower surface of the circuit board 10.

【0031】図3は、上述した分解構造をもった角速度
センサを組み立てた状態を示す側断面図である(ここで
は説明の便宜上、各部の寸法比は無視して描いてある。
特に、圧電素子20,振動基板30,補助圧電素子40
は、実際には、図示の寸法比で示すよりもかなり薄いも
のである)。回路基板10は図示しないセンサ筐体に取
り付けられる。この回路基板10の下面には、図示のと
おり、半田接合部11においてワイヤ部材52,53の
上端部が接合されており、円筒状構造体51およびその
上に支持されている三層ダイヤフラムは、回路基板10
に対して、ワイヤ部材52,53によって吊り下げられ
た状態になっている。重錘体41は、円筒状構造体51
の内部に収容された状態のまま、図の上下方向に振動す
ることになる。したがって、圧電素子20と回路基板1
0との間は、この振動によって両者が接触しないように
ある程度の距離を確保する必要がある。
FIG. 3 is a side sectional view showing an assembled state of the angular velocity sensor having the above-mentioned disassembled structure (here, for convenience of explanation, the dimensional ratio of each part is neglected.
In particular, the piezoelectric element 20, the vibration substrate 30, the auxiliary piezoelectric element 40
Are actually much thinner than shown in the dimensional ratios shown). The circuit board 10 is attached to a sensor housing (not shown). As shown in the drawing, the upper ends of the wire members 52 and 53 are bonded to the lower surface of the circuit board 10 at the solder bonding portion 11, and the cylindrical structure 51 and the three-layer diaphragm supported thereon are Circuit board 10
On the other hand, it is in a state of being suspended by the wire members 52 and 53. The weight body 41 is a cylindrical structure body 51.
It will vibrate in the up and down direction in the figure while being stored inside. Therefore, the piezoelectric element 20 and the circuit board 1
It is necessary to secure a certain distance between 0 and 0 so that they do not come into contact with each other due to this vibration.

【0032】図4は、振動基板30の上面図であり、同
心円状スリット31の構造がより詳細に示されている。
この実施例では、図示のとおり、同一円周上にそれぞれ
4本のスリットを配置し、これを4重の同心円として配
置することにより、合計16本のスリットが設けられて
いる。また、偶数番目の同心円と奇数番目の同心円とで
は、スリットの円周方向に関する位相を45°ずつずら
すようにしてある。このような同心円状スリット31を
形成することにより、その中心部を効率良く三次元の任
意の方向に変位させることが可能になる。
FIG. 4 is a top view of the vibrating substrate 30, showing the structure of the concentric circular slits 31 in more detail.
In this embodiment, as shown in the figure, four slits are arranged on the same circumference, and the slits are arranged as four concentric circles to provide a total of 16 slits. The even-numbered concentric circles and the odd-numbered concentric circles are arranged such that the phases of the slits in the circumferential direction are shifted by 45 °. By forming such concentric slits 31, it becomes possible to efficiently displace the central portion thereof in an arbitrary three-dimensional direction.

【0033】§2. 台座による支持位置 図3に示す基本構造において、台座50(円筒状構造体
51)による三層ダイヤフラム(圧電素子20,振動基
板30,補助圧電素子40の積層体)の支持位置は重要
である。理想的な支持位置を定めるための基本概念を、
図5および図6を参照して説明しておく。いま、図5に
側断面図を示すようなダイヤフラム70(破線で示す)
を考える。ここでは、このダイヤフラム70の下面中央
部に重錘体75が接合されているものとする。図5の破
線は、このダイヤフラム70に何ら力が作用しない基準
状態を示すものである。ここで、ダイヤフラム70の外
周部分を支持した状態において、重錘体75に対して、
図の上方向の力Fuが作用したとすると、ダイヤフラム
70はダイヤフラム70aのように変形する。逆に、図
の下方向の力Fdが作用したとすると、ダイヤフラム7
0はダイヤフラム70bのように変形する。したがっ
て、重錘体75に対して、力Fu,Fdを交互に作用さ
せたとすると、重錘体75は図の上下方向に振動するこ
とになり、ダイヤフラムは、70→70a→70→70
b→70→、というように周期的に変形することにな
る。ダイヤフラム70をこのように振動させると、振動
中であっても静止状態を保つノードN1,N2が存在す
ることが知られている。
§2. Support Position by Pedestal In the basic structure shown in FIG. 3, the support position of the three-layer diaphragm (the laminated body of the piezoelectric element 20, the vibration substrate 30, and the auxiliary piezoelectric element 40) by the pedestal 50 (cylindrical structure 51) is important. The basic concept for determining the ideal support position,
This will be described with reference to FIGS. 5 and 6. Now, a diaphragm 70 (shown by a broken line) as shown in a side sectional view in FIG.
think of. Here, it is assumed that the weight body 75 is joined to the central portion of the lower surface of the diaphragm 70. The broken line in FIG. 5 shows a reference state in which no force acts on the diaphragm 70. Here, in the state where the outer peripheral portion of the diaphragm 70 is supported, with respect to the weight body 75,
If an upward force Fu acts in the figure, the diaphragm 70 is deformed like the diaphragm 70a. Conversely, if a downward force Fd is applied, the diaphragm 7
0 deforms like a diaphragm 70b. Therefore, if the forces Fu and Fd are alternately applied to the weight body 75, the weight body 75 vibrates in the vertical direction of the figure, and the diaphragm moves 70 → 70a → 70 → 70.
It will be deformed periodically such as b → 70 →. It is known that when the diaphragm 70 is vibrated in this manner, there are nodes N1 and N2 that maintain a stationary state even during vibration.

【0034】図6は、重錘体75に対して、図の横方向
の力を作用させたときのダイヤフラムの変形状態を示す
側断面図であり、破線で示すダイヤフラム70および重
錘体75は、力の作用しないときの基準状態を示し、実
線で示すダイヤフラム70cおよび重錘体75cは、図
の右方向の力Frを作用させたときの変形状態を示して
いる。逆に、図の左方向の力Flを作用させると、図6
を鏡に写したような変形状態が得られることになる。そ
こで、重錘体75に対して、力Fr,Flを交互に作用
させれば、重錘体75を図の左右方向に振動させること
ができる。このような左右方向の振動モードであって
も、やはり静止状態を保つノードN1,N2が存在する
ことが知られており、通常、上下方向の振動モードで
も、左右方向の振動モードでも、ノードN1,N2はほ
ぼ同じ位置に現れる。
FIG. 6 is a side sectional view showing a deformed state of the diaphragm when a force in the lateral direction of the drawing is applied to the weight body 75. The diaphragm 70 and the weight body 75 indicated by broken lines are shown in FIG. , A reference state when no force is applied, and the diaphragm 70c and the weight body 75c indicated by solid lines are in a deformed state when a force Fr in the right direction in the drawing is applied. On the contrary, when a leftward force Fl is applied,
A deformed state is obtained, which looks like a mirror of. Therefore, if the forces Fr and Fl are alternately applied to the weight body 75, the weight body 75 can be vibrated in the left-right direction in the drawing. It is known that there are nodes N1 and N2 that maintain a stationary state even in such a horizontal vibration mode, and normally, in both the vertical vibration mode and the horizontal vibration mode, the node N1 , N2 appear at almost the same position.

【0035】このようなノードN1,N2は、ダイヤフ
ラム70の変形によって生じる内部応力が0になる点に
対応する。たとえば、図6に示す変形状態では、ダイヤ
フラム70の上面の応力および下面の応力の分布は、そ
れぞれ図のグラフに示すようになる。いずれも、図の左
右に伸びる方向の応力を正、左右に縮む方向の応力を負
にとって示してある。ノードN1,N2の位置では、上
面および下面ともに、内部応力は0になる。図6に示す
グラフにおけるノードN2より右側の領域では、上面に
は左右に縮む方向の応力が作用し、下面には左右に伸び
る方向の応力が作用することが示されている。一方、ノ
ードN2より左側の領域では、上面には左右に伸びる方
向の応力が作用し、下面には左右に縮む方向の応力が作
用することが示されている。いずれにしても、ノードN
1,N2では、応力は0となり、伸びもしないし縮みも
しないことになり、結果的に、振動中も静止状態を保つ
ことになる。
Such nodes N1 and N2 correspond to points where the internal stress generated by the deformation of the diaphragm 70 becomes zero. For example, in the deformed state shown in FIG. 6, the stress distribution on the upper surface and the stress distribution on the lower surface of the diaphragm 70 are as shown in the graph of the figure. In both cases, the stress in the laterally extending direction is shown as positive, and the stress in the laterally contracting direction is shown as negative. At the positions of the nodes N1 and N2, the internal stress becomes 0 on both the upper surface and the lower surface. In the region on the right side of the node N2 in the graph shown in FIG. 6, it is shown that the stress acting in the lateral contracting direction acts on the upper surface, and the stress acting in the lateral extending direction acts on the lower surface. On the other hand, in the area on the left side of the node N2, it is shown that the stress acting in the laterally extending direction acts on the upper surface and the stress acting in the laterally contracting direction acts on the lower surface. In any case, the node N
In 1 and N2, the stress becomes 0, neither expands nor contracts, and as a result, the stationary state is maintained even during vibration.

【0036】以上、図5および図6の説明では、側断面
におけるノードN1,N2のみを考慮したが、本実施例
のような円盤状のダイヤフラム70において、中心部を
所定方向に振動させた場合、ノードは円周に沿って分布
したものとなる。このようなノードが分布する円周の半
径は、ダイヤフラム70の材質や各部の寸法、あるいは
その中心部に接合された重錘体75の質量などの条件に
よって多少異なるが、図7の側断面図に示すように、通
常は、ダイヤフラム70の半径をrとしたときに、0.
54r〜0.70rの範囲(図7にハッチングを施した
領域)に分布することが確認できた。正確なノード位置
(円周位置)は、個々のダイヤフラム70に対して有限
要素法などの手法を適用したコンピュータシミュレーシ
ョンによって求めることが可能である。
In the above description of FIGS. 5 and 6, only the nodes N1 and N2 in the side cross section are taken into consideration. However, in the disk-shaped diaphragm 70 as in this embodiment, when the center portion is vibrated in a predetermined direction. , The nodes are distributed along the circumference. The radius of the circumference in which such nodes are distributed is slightly different depending on conditions such as the material of the diaphragm 70, the size of each part, the mass of the weight body 75 joined to its center, and the like. As shown in FIG. 3, normally, when the radius of the diaphragm 70 is r, 0.
It was confirmed that the distribution was in the range of 54r to 0.70r (hatched area in FIG. 7). The exact node position (circumferential position) can be obtained by computer simulation in which a method such as the finite element method is applied to each diaphragm 70.

【0037】そこで本実施例では、このようなシミュレ
ーションによってノード位置(円周位置)を演算し、台
座50によって、ダイヤフラム70の下面を、このノー
ド位置において支持するようにしている。別言すれば、
台座50を構成する円筒状構造体51の上端を構成する
円周が、演算によって求めたダイヤフラム70のノード
位置に一致するようにしている。図8は、本実施例にお
ける円筒状構造体51によるダイヤフラム70の支持態
様を説明するための側断面図である。図におけるノード
N1,N2は、シミュレーションによって演算したノー
ド位置(円周位置)を示すものである。本実施例では、
このノードN1,N2をできるだけ正確に支持すること
ができるように、円筒状構造体51の上端部分にナイフ
エッジ54を形成し、この円周状のナイフエッジ54の
先端部分によって、ダイヤフラム70の下面を支持する
ようにしている。図9は、このナイフエッジ54の先端
部分による支持状態を詳細に示す拡大側断面図である。
実際には、ナイフエッジ54の先端部分は微小面積をも
った面を構成するので、この面にエポキシ系接着剤を塗
布して補助圧電素子40の下面に接着し、ダイヤフラム
70を支持するようにしている。
Therefore, in the present embodiment, the node position (circumferential position) is calculated by such a simulation, and the pedestal 50 supports the lower surface of the diaphragm 70 at this node position. In other words,
The circumference that forms the upper end of the cylindrical structure 51 that forms the pedestal 50 matches the node position of the diaphragm 70 that is calculated. FIG. 8 is a side sectional view for explaining a support mode of the diaphragm 70 by the cylindrical structure 51 in this embodiment. Nodes N1 and N2 in the figure indicate node positions (circumferential positions) calculated by simulation. In this embodiment,
In order to support the nodes N1 and N2 as accurately as possible, a knife edge 54 is formed on the upper end portion of the cylindrical structure 51, and the lower end of the diaphragm 70 is formed by the tip end portion of the circular knife edge 54. To support. FIG. 9 is an enlarged side sectional view showing in detail the supporting state by the tip portion of the knife edge 54.
Actually, the tip portion of the knife edge 54 constitutes a surface having a very small area. Therefore, an epoxy adhesive is applied to this surface to adhere it to the lower surface of the auxiliary piezoelectric element 40 so as to support the diaphragm 70. ing.

【0038】このように、ダイヤフラム70の円周状ノ
ード位置を台座50によって支持するようにすると、重
錘体41を非常に効率良く振動させることができる。上
述したように、このノード位置は、重錘体41が振動し
ても静止状態が保たれるため、ノード位置を支持してい
る限り振動が外部へ漏れることがなくなるためである。
もっとも、図8のノードN1,N2の位置を見ればわか
るとおり、ノード位置はダイヤフラム70の厚み方向に
関する中心に位置するのに対し、ナイフエッジ54が直
接支持するのは、ダイヤフラム70の下面(補助圧電素
子40の下面)であるから、厳密には、ナイフエッジ5
4によってノードを直接支持しているわけではない。ま
た、図9に示すように、ナイフエッジ54の先端部分も
面積をもった領域になるため、ノード位置を支持してい
るからといって、重錘体41の振動が全く外部へ漏れな
いわけではない。そこで、本実施例では、更に、図3の
側断面図に示されているように、ワイヤ部材52,53
によって台座50全体を吊り下げる構造を採っている。
すなわち、台座50は、ワイヤ部材52,53によっ
て、所定の運動自由度を確保した状態で、回路基板10
に対して取り付けられているので、重錘体41の振動の
一部が台座50まで漏れてきたとしても、この振動が更
に回路基板10を介してセンサ筐体へと漏れることを抑
制することができる。
In this way, by supporting the circumferential node position of the diaphragm 70 by the pedestal 50, the weight body 41 can be vibrated very efficiently. This is because, as described above, this node position remains stationary even if the weight body 41 vibrates, so that vibration does not leak to the outside as long as the node position is supported.
However, as can be seen from the positions of the nodes N1 and N2 in FIG. 8, the node position is located at the center in the thickness direction of the diaphragm 70, while the knife edge 54 directly supports the lower surface of the diaphragm 70 (auxiliary). Strictly speaking, since it is the lower surface of the piezoelectric element 40, the knife edge 5
It does not directly support the node by 4. Further, as shown in FIG. 9, since the tip portion of the knife edge 54 is also a region having an area, supporting the node position does not mean that the vibration of the weight body 41 leaks to the outside at all. is not. Therefore, in this embodiment, as shown in the side sectional view of FIG.
The pedestal 50 is entirely suspended by the structure.
That is, the pedestal 50 is provided with the wire members 52 and 53 in a state where a predetermined degree of freedom of movement is secured, and
Therefore, even if a part of the vibration of the weight body 41 leaks to the pedestal 50, it is possible to prevent the vibration from further leaking to the sensor housing via the circuit board 10. it can.

【0039】なお、本実施例では、各電極E0〜E5に
対する配線に関しても、重錘体41の振動の影響をでき
るだけ受けないような配慮がなされている。図10は圧
電素子20の上面図であり、円周上のノードNが破線で
示されている。ここで留意すべき点は、各電極E0〜E
4用の配線パッドP0〜P4はいずれもこのノードNの
上に位置している点である。ノードNは振動中でも静止
状態を保つ位置であるため、この位置において各配線パ
ッドP0〜P4に対する配線を行えば、振動を原因とす
る配線不良が起こることを防ぐことができる。また、配
線を伝わって振動が漏れるのを防ぐことができる。な
お、図10に示されているとおり、各電極E1〜E4
は、いずれもX軸およびY軸の双方に関して線対称とな
るような形状および配置を有している。その理由につい
ては後述する。
In this embodiment, the wiring for each of the electrodes E0 to E5 is designed so as not to be affected by the vibration of the weight body 41 as much as possible. FIG. 10 is a top view of the piezoelectric element 20, and a node N on the circumference is shown by a broken line. The point to be noted here is that each of the electrodes E0 to E
The wiring pads P0 to P4 for 4 are all located on this node N. Since the node N is a position that maintains a stationary state even during vibration, wiring at each of the wiring pads P0 to P4 at this position can prevent wiring failure due to vibration from occurring. Further, it is possible to prevent vibration from leaking through the wiring. As shown in FIG. 10, each of the electrodes E1 to E4
Have a shape and arrangement that are line-symmetric with respect to both the X axis and the Y axis. The reason will be described later.

【0040】§3. 圧電素子の性質 既に述べたように、本実施例における圧電素子20およ
び補助圧電素子40は、水平方向に伸びるまたは縮む方
向の応力が作用すると、上下両面に所定の電荷が発生す
る第1の性質と、逆に、上下両面に所定の電圧を印加す
ると、水平方向に伸びるまたは縮む方向の応力が発生す
る第2の性質と、を有する薄い円盤状の圧電素子であ
る。このような性質は、一般に圧電素子の分極特性と呼
ばれている。図11は、この分極特性を説明するための
図である。図11(a) は、圧電素子20に対して、図の
左右に伸びる方向の力が作用した状態を示し、図11
(b) は、圧電素子20に対して、図の左右に縮む方向の
力が作用した状態を示している。ここで示す分極特性で
は、伸びる方向の力が作用すると、図11(a) に示すよ
うに、上部電極A側に正電荷が発生し、下部電極B側に
負電荷が発生する。逆に、縮む方向の力が作用すると、
図11(b) に示すように、上部電極A側に負電荷が発生
し、下部電極B側に正電荷が発生する。
§3. Properties of Piezoelectric Element As described above, the piezoelectric element 20 and the auxiliary piezoelectric element 40 according to the present embodiment have the first property that a predetermined charge is generated on the upper and lower surfaces when a stress in a direction that expands or contracts in the horizontal direction is applied. On the contrary, a thin disk-shaped piezoelectric element having the second property that, when a predetermined voltage is applied to both upper and lower surfaces, stress is generated in a direction that expands or contracts in the horizontal direction. Such a property is generally called the polarization characteristic of the piezoelectric element. FIG. 11 is a diagram for explaining this polarization characteristic. FIG. 11A shows a state in which a force is applied to the piezoelectric element 20 in a direction extending in the left and right directions in FIG.
(b) shows a state in which a force in the direction of contracting to the left and right in the drawing acts on the piezoelectric element 20. In the polarization characteristics shown here, when a force in the extending direction is applied, positive charges are generated on the upper electrode A side and negative charges are generated on the lower electrode B side, as shown in FIG. On the contrary, when a force in the contracting direction acts,
As shown in FIG. 11B, negative charges are generated on the upper electrode A side and positive charges are generated on the lower electrode B side.

【0041】もちろん、ここで示す分極特性は、一般的
な圧電素子のもっている分極特性の一例を示すものであ
り、この他にも、例えば厚み方向に作用する力に基づい
て電荷が発生するような分極特性をもった圧電素子も存
在する。このように、用いる圧電素子のもつ分極特性に
よって、電圧の印加方法および電荷の検出方法は若干異
なることになるが、本実施例では、以下、図11に示す
ような分極特性をもった圧電素子を用いた場合につい
て、角速度センサとしての動作を説明することにする。
なお、この動作説明の便宜上、ここではXYZ三次元座
標系を次のように定義することにする。すなわち、図1
0に示す圧電素子20において、図の右方にX軸、図の
上方にY軸を定義し、紙面垂直上方にZ軸を定義する
(図8の側断面図における上方がZ軸になる)。結局、
ダイヤフラム70を構成する圧電素子20,振動基板3
0,補助圧電素子40は、いずれもXY平面に沿って延
びた板状部材ということになる。
Of course, the polarization characteristic shown here is one example of the polarization characteristic that a general piezoelectric element has, and in addition to this, for example, charge is generated based on a force acting in the thickness direction. There is also a piezoelectric element having various polarization characteristics. As described above, the voltage applying method and the charge detecting method are slightly different depending on the polarization characteristics of the piezoelectric element used, but in the present embodiment, the piezoelectric element having the polarization characteristics as shown in FIG. 11 will be described below. The operation as the angular velocity sensor will be described for the case of using.
For convenience of explanation of this operation, an XYZ three-dimensional coordinate system will be defined as follows. That is, FIG.
In the piezoelectric element 20 shown in FIG. 0, the X axis is defined on the right side of the figure, the Y axis is defined on the upper side of the figure, and the Z axis is defined on the upper side of the drawing (the upper side in the side sectional view of FIG. 8 is the Z axis). . After all,
Piezoelectric element 20 constituting diaphragm 70, vibration substrate 3
The 0 and the auxiliary piezoelectric element 40 are all plate-shaped members extending along the XY plane.

【0042】さて、本実施例の角速度センサで用いるダ
イヤフラム70は、圧電素子20,振動基板30,補助
圧電素子40の三層積層構造を有するが、ここでは、上
層にある圧電素子20について起こる現象をみてみよ
う。いま、図12に示すように、ダイヤフラム70がそ
のノード位置においてナイフエッジ54で支持されてい
る状態において、ダイヤフラム70の下面中心部に接合
された重錘体41に、X軸正方向の力+Fxを作用させ
た場合を考える(破線はもとの基準状態を示す)。この
場合、ダイヤフラム70は、図示したように変形する。
このときに、ダイヤフラム70の上面(すなわち、圧電
素子20)において水平方向(XY平面に平行な方向)
に作用する応力の分布は、図12の各グラフに示すよう
なものになる。既に述べたように、ノードN1,N2の
位置において応力は0になり、このノード位置を境界と
して一方の側では正の応力(水平方向に伸びる力)、他
方の側では負の応力(水平方向に縮む力)が作用するこ
とになる。逆に、図13に示すように、重錘体41に、
X軸負方向の力−Fxを作用させた場合を考える(破線
はもとの基準状態を示す)。この場合、ダイヤフラム7
0の上面(すなわち、圧電素子20)において水平方向
(XY平面に平行な方向)に作用する応力の分布は、図
13の各グラフに示すようなものになる。
The diaphragm 70 used in the angular velocity sensor of this embodiment has a three-layer laminated structure of the piezoelectric element 20, the vibrating substrate 30, and the auxiliary piezoelectric element 40. Here, the phenomenon that occurs in the piezoelectric element 20 in the upper layer. Let's take a look. Now, as shown in FIG. 12, in the state where the diaphragm 70 is supported by the knife edge 54 at its node position, a force + Fx in the positive direction of the X axis is applied to the weight body 41 joined to the center of the lower surface of the diaphragm 70. Consider the case in which is applied (the broken line shows the original reference state). In this case, the diaphragm 70 is deformed as shown.
At this time, in the upper surface of the diaphragm 70 (that is, the piezoelectric element 20) in the horizontal direction (direction parallel to the XY plane).
The distribution of the stress acting on is as shown in each graph of FIG. As described above, the stress becomes 0 at the positions of the nodes N1 and N2, and with this node position as a boundary, positive stress (force extending in the horizontal direction) on one side and negative stress (horizontal direction on the other side). Force to shrink) will be applied. On the contrary, as shown in FIG.
Consider a case where a force −Fx in the negative direction of the X axis is applied (the broken line shows the original reference state). In this case, the diaphragm 7
The distribution of stress acting in the horizontal direction (direction parallel to the XY plane) on the upper surface of 0 (that is, the piezoelectric element 20) is as shown in each graph of FIG.

【0043】Y軸正方向の力+FyあるいはY軸負方向
の力−Fyを作用させた場合の応力分布も、向きが90
°異なるだけで、上述したX軸方向の力が作用した場合
と全く同様である。次に、図14に示すように、重錘体
41に、Z軸正方向の力+Fzを作用させた場合を考え
る。この場合、ダイヤフラム70は、図示したように変
形する。このときに、ダイヤフラム70の上面(すなわ
ち、圧電素子20)において水平方向(XY平面に平行
な方向)に作用する応力の分布は、図14の各グラフに
示すようなものになる。逆に、図15に示すように、重
錘体41に、Z軸負方向の力−Fzを作用させた場合
は、図15の各グラフに示す応力分布が得られる。
The direction of the stress distribution is 90 when the force + Fy in the positive direction of the Y-axis or the force -Fy in the negative direction of the Y-axis is applied.
The difference is exactly the same as when the force in the X-axis direction is applied. Next, as shown in FIG. 14, consider a case where a force + Fz in the Z-axis positive direction is applied to the weight body 41. In this case, the diaphragm 70 is deformed as shown. At this time, the distribution of the stress acting in the horizontal direction (the direction parallel to the XY plane) on the upper surface of the diaphragm 70 (that is, the piezoelectric element 20) is as shown in each graph of FIG. On the contrary, as shown in FIG. 15, when a force −Fz in the negative Z-axis direction is applied to the weight body 41, the stress distribution shown in each graph of FIG. 15 is obtained.

【0044】ところで、圧電素子20は図11に示すよ
うな分極特性をもった圧電素子である。したがって、図
12〜図15に示す各グラフにおいて、正の応力(伸び
る方向の力)が作用した部分については、上面側の電極
に正の電荷が、下面側の電極に負の電荷が、それぞれ発
生し、逆に、負の応力(縮む方向の力)が作用した部分
については、上面側の電極に負の電荷が、下面側の電極
に正の電荷が、それぞれ発生することになる。
By the way, the piezoelectric element 20 is a piezoelectric element having polarization characteristics as shown in FIG. Therefore, in each of the graphs shown in FIGS. 12 to 15, in the portion to which the positive stress (force in the extending direction) acts, the positive charge is applied to the upper electrode and the negative charge is applied to the lower electrode. On the contrary, in the portion where the negative stress (the force in the contracting direction) is applied, negative charges are generated in the upper surface side electrode and positive charges are generated in the lower surface side electrode.

【0045】以上の点を考慮すると、重錘体41に所定
方向の力±Fx,±Fy,±Fzが作用したとき、圧電
素子20の上面側の4枚の電極E1〜E4に発生する電
荷の極性は、図16に示すようになることがわかる。た
とえば、X軸正方向の力+Fxが重錘体41に作用する
と、ダイヤフラム70は図12に示すように変形する。
ここで、4枚の電極E1〜E4は、すべてノードNの内
側の領域に配置されているので、図12の応力分布グラ
フにおいてハッチングを施した部分だけが各電極の発生
電荷に関係することになる。このため、図16(a) に示
すように、電極E1には正電荷が発生し、電極E3には
負電荷が発生することになる。逆に、X軸負方向の力−
Fxが重錘体41に作用すると、ダイヤフラム70は図
13に示すように変形する。ここで、やはり応力分布グ
ラフにおいてハッチングを施した部分だけが各電極の発
生電荷に関係することになり、図16(b) に示すよう
に、電極E1には負電荷が発生し、電極E3には正電荷
が発生することになる。しかも、電極E1,E3は、Y
軸に関して線対称となるような形状および配置を有する
ため、電極E1に発生する負電荷と電極E3に発生する
正電荷とは電荷量は等しくなる。一方、このように、X
軸方向に力が作用しているとき、Y軸上に配置された電
極E2,E4にも部分的に正電荷や負電荷が発生するこ
とになるが、図10の上面図に示されているように、電
極E2,E4は、いずれもY軸に関して線対称となる形
状および配置を有するため、各電極ごとに発生電荷は相
殺され、トータルでみれば、電極E2,E4ともに発生
電荷は0になる。
Considering the above points, the charges generated in the four electrodes E1 to E4 on the upper surface side of the piezoelectric element 20 when the forces 41Fx, ± Fy, ± Fz in the predetermined direction act on the weight body 41. It can be seen that the polarities of are as shown in FIG. For example, when a force + Fx in the positive direction of the X axis acts on the weight body 41, the diaphragm 70 is deformed as shown in FIG.
Here, since the four electrodes E1 to E4 are all arranged in the region inside the node N, only the hatched portion in the stress distribution graph of FIG. 12 is related to the generated charge of each electrode. Become. Therefore, as shown in FIG. 16A, positive charges are generated on the electrode E1 and negative charges are generated on the electrode E3. Conversely, the force in the negative direction of the X axis −
When Fx acts on the weight body 41, the diaphragm 70 is deformed as shown in FIG. Here, again, only the hatched portion in the stress distribution graph is related to the charge generated in each electrode, and as shown in FIG. 16 (b), the negative charge is generated in the electrode E1 and the electrode E3 is generated. Will generate a positive charge. Moreover, the electrodes E1 and E3 are Y
Since the shape and the arrangement are line symmetric with respect to the axis, the negative charges generated in the electrode E1 and the positive charges generated in the electrode E3 have the same charge amount. On the other hand, like this, X
When a force is applied in the axial direction, positive charges and negative charges are partially generated in the electrodes E2 and E4 arranged on the Y axis, which is shown in the top view of FIG. As described above, since the electrodes E2 and E4 both have a shape and arrangement that are line-symmetric with respect to the Y-axis, the generated charges are canceled by each electrode, and in total, the generated charges are 0 in both electrodes E2 and E4. Become.

【0046】同様に、Y軸方向の力±Fyが重錘体41
に作用した場合は、図16(c) ,(d) に示すように、Y
軸上に配置された電極E2,E4に、正あるいは負の電
荷が発生する。これに対し、電極E1,E3は、いずれ
もX軸に関して線対称となる形状および配置を有するた
め、電極E1,E3については、トータルでみれば発生
電荷は0になる。
Similarly, the force ± Fy in the Y-axis direction is the weight 41.
16 (c) and 16 (d), Y
Positive or negative charges are generated in the electrodes E2, E4 arranged on the axis. On the other hand, since the electrodes E1 and E3 both have a shape and arrangement that are line-symmetric with respect to the X axis, the generated charges of the electrodes E1 and E3 are 0 in total.

【0047】また、Z軸正方向の力+Fzが重錘体41
に作用すると、ダイヤフラム70は図14に示すように
変形する。ここで、やはり応力分布グラフにおいてハッ
チングを施した部分だけが各電極の発生電荷に関係する
ことになる。この図14は、X軸に沿った側断面である
が、Y軸に沿った側断面も全く同じようになるため、結
局、図16(e) に示すように、4枚の電極E1〜E4の
すべてに正電荷が発生する。逆に、Z軸負方向の力−F
zが重錘体41に作用すると、ダイヤフラム70は図1
5に示すように変形し、図16(f) に示すように、4枚
の電極E1〜E4のすべてに負電荷が発生する。
Further, the force + Fz in the Z-axis positive direction is equal to the weight 41.
The diaphragm 70 is deformed as shown in FIG. Here, again, only the hatched portion in the stress distribution graph is related to the generated charge of each electrode. Although FIG. 14 shows a side cross section along the X axis, the side cross section along the Y axis is also exactly the same, and as a result, as shown in FIG. 16 (e), four electrodes E1 to E4 A positive charge is generated in all of. Conversely, the force in the negative direction of the Z-axis -F
When z acts on the weight body 41, the diaphragm 70 is moved to the position shown in FIG.
As shown in FIG. 16F, negative charges are generated in all four electrodes E1 to E4.

【0048】以上の説明により、重錘体41に所定方向
の力±Fx,±Fy,±Fzが作用したとき、圧電素子
20の上面側の4枚の電極E1〜E4に発生する電荷の
極性が、図16に示すようになることが理解できるであ
ろう。ここで、発生電荷の量は、作用した力の大きさを
示すものになる。各電極E1〜E4がX軸およびY軸の
双方に関して線対称な形状および配置を有するため、発
生電荷の分布パターンは、この図16に示すように非常
に単純になる。
As described above, when the forces ± Fx, ± Fy, ± Fz in the predetermined direction act on the weight body 41, the polarities of the charges generated in the four electrodes E1 to E4 on the upper surface side of the piezoelectric element 20. However, it will be understood that as shown in FIG. Here, the amount of generated charge indicates the magnitude of the applied force. Since each of the electrodes E1 to E4 has a shape and arrangement that are line-symmetric with respect to both the X axis and the Y axis, the distribution pattern of generated charges is very simple as shown in FIG.

【0049】なお、圧電素子20の下面側の対向電極E
0は、上面側の4枚の電極E1〜E4のすべてに対向す
る共通の電極となっているので、対向電極E0を接地電
位に接続すれば、上面側の電極E1〜E4に発生する電
荷を電位として取り出すことが可能になる。したがっ
て、図16の各電極に示す電荷極性は、そのまま取り出
した電圧の極性になる。
The counter electrode E on the lower surface side of the piezoelectric element 20
Since 0 is a common electrode facing all of the four electrodes E1 to E4 on the upper surface side, if the counter electrode E0 is connected to the ground potential, the charge generated on the electrodes E1 to E4 on the upper surface side will be reduced. It becomes possible to take out as an electric potential. Therefore, the charge polarities shown in the respective electrodes in FIG. 16 are the polarities of the voltages extracted as they are.

【0050】これまでの説明は、すべて圧電素子20に
発生する電荷についてのものであったが、重錘体41に
力が作用した場合、補助圧電素子40にも全く同様に電
荷が発生する。ただ、補助圧電素子40は後述するよう
にフィードバック信号を取り出すためのものであるか
ら、上面には第5電極E5、下面には第6電極E6が形
成されているだけである。ここで、第5電極E5を接地
電位に固定すれば、第6電極E6には、重錘体41に対
してZ軸方向に作用する力に対応する電圧が得られる。
ダイヤフラム70の上面の応力分布と下面の応力分布と
は全く逆になることと、補助圧電素子40では下面の電
極E6から信号を取り出していることと、を考慮に入れ
れば、重錘体41にZ軸正方向の力+Fzが作用したと
きには、第6電極E6には正の電圧が得られ、Z軸負方
向の力−Fzが作用したときには、第6電極E6には負
の電圧が得られることが理解できよう。
Although all the explanations so far have been made on charges generated in the piezoelectric element 20, when a force acts on the weight body 41, charges are generated in the auxiliary piezoelectric element 40 in the same manner. However, since the auxiliary piezoelectric element 40 is for taking out a feedback signal as described later, only the fifth electrode E5 is formed on the upper surface and the sixth electrode E6 is formed on the lower surface. Here, if the fifth electrode E5 is fixed to the ground potential, a voltage corresponding to the force acting on the weight body 41 in the Z-axis direction is obtained at the sixth electrode E6.
Considering that the stress distribution on the upper surface of the diaphragm 70 and the stress distribution on the lower surface are completely opposite and that the signal is taken out from the electrode E6 on the lower surface of the auxiliary piezoelectric element 40, the weight body 41 is When the force + Fz in the Z-axis positive direction acts, a positive voltage is obtained at the sixth electrode E6, and when the force −Fz in the Z-axis negative direction acts, a negative voltage is obtained at the sixth electrode E6. You can understand that.

【0051】ところで、これまで述べてきた圧電素子の
性質は、所定方向に応力が作用すると所定位置に所定の
電荷が発生するという圧電素子の一方の性質についての
ものである。実は、この性質と表裏一体の性質として、
所定電圧を所定位置に印加すると所定方向に応力が発生
するというもう一方の性質があることにも留意しておく
必要がある。たとえば、対向電極E0を接地電位に固定
した状態において、図16(e) に示すように、4枚の電
極E1〜E4に同時に正の電圧を印加すると、ダイヤフ
ラム70を図14に示すような状態に変形させるような
応力が発生し、結果的に、重錘体41にZ軸正方向の力
+Fzを作用させることができる。逆に、図16(f) に
示すように、4枚の電極E1〜E4に同時に負の電圧を
印加すると、ダイヤフラム70を図15に示すような状
態に変形させるような応力が発生し、結果的に、重錘体
41にZ軸負方向の力−Fzを作用させることができ
る。実は、本実施例の角速度センサでは、このような性
質を利用して、重錘体41をZ軸方向に振動させるので
ある。
By the way, the properties of the piezoelectric element described so far relate to one of the properties of the piezoelectric element that a predetermined charge is generated at a predetermined position when a stress acts in a predetermined direction. In fact, as a property of this property and the front and back together,
It should also be noted that there is another property that stress is generated in a predetermined direction when a predetermined voltage is applied to a predetermined position. For example, when the counter electrode E0 is fixed to the ground potential and a positive voltage is simultaneously applied to the four electrodes E1 to E4 as shown in FIG. 16 (e), the diaphragm 70 is in a state as shown in FIG. As a result, a stress that causes deformation is generated, and as a result, the force + Fz in the Z-axis positive direction can be applied to the weight body 41. On the contrary, as shown in FIG. 16 (f), when a negative voltage is applied to the four electrodes E1 to E4 at the same time, a stress that deforms the diaphragm 70 into the state shown in FIG. Therefore, the force −Fz in the negative Z-axis direction can be applied to the weight body 41. In fact, the angular velocity sensor of this embodiment utilizes such a property to vibrate the weight body 41 in the Z-axis direction.

【0052】§4. ωx,ωyの検出原理 本実施例の角速度センサは、X軸まわりの角速度ωxお
よびY軸まわりの角速度ωyの両方を検出することを目
的とする。そこで、この角速度検出のための基本原理を
以下に説明しておく。
§4. Detection Principle of ωx, ωy The angular velocity sensor of this embodiment is intended to detect both the angular velocity ωx around the X axis and the angular velocity ωy around the Y axis. Therefore, the basic principle for detecting the angular velocity will be described below.

【0053】いま、図17に示すように、重錘体80を
用意し、図示するような方向にX,Y,Z軸を定義した
XYZ三次元座標系を考える。このような系において、
重錘体80をZ軸方向に往復運動させて振動Uzを与え
ておく。このとき、もし重錘体80に対して、X軸まわ
りに回転させるような角速度ωxが作用すると、Y軸方
向のコリオリ力Fyが発生する現象が知られている。同
様に、図18に示すように、重錘体80に振動Uzを与
えた状態において、Y軸まわりに回転させるような角速
度ωyが作用すると、X軸方向のコリオリ力Fxが発生
する現象が知られている。この現象は、フーコーの振り
子として古くから知られている力学現象であり、図17
の場合に発生するコリオリ力Fyおよび図18の場合に
発生するコリオリ力Fxは、 Fy=2m・Vz・ωx Fx=2m・Vz・ωy で表される。ここで、mは重錘体80の質量、Vzは重
錘体80の振動についての瞬時の速度である。
Now, consider a XYZ three-dimensional coordinate system in which a weight body 80 is prepared as shown in FIG. 17 and X, Y, and Z axes are defined in the directions as shown. In such a system,
The weight 80 is reciprocated in the Z-axis direction to give vibration Uz. At this time, it is known that if an angular velocity ωx that rotates around the X axis acts on the weight body 80, a Coriolis force Fy in the Y axis direction is generated. Similarly, as shown in FIG. 18, when a vibration Uz is applied to the weight body 80, when an angular velocity ωy that rotates around the Y axis acts, a phenomenon that a Coriolis force Fx in the X axis direction is generated is known. Has been. This phenomenon is a mechanical phenomenon that has long been known as the Foucault pendulum, and FIG.
The Coriolis force Fy generated in the case of and the Coriolis force Fx generated in the case of FIG. 18 are represented by Fy = 2m · Vz · ωx Fx = 2m · Vz · ωy. Here, m is the mass of the weight body 80, and Vz is the instantaneous speed of the vibration of the weight body 80.

【0054】本発明に係る角速度センサは、このような
現象を利用して、重錘体80をZ軸方向に振動させた状
態において、X軸方向に発生するコリオリ力Fxを検出
することによりY軸まわりの角速度ωyを検出し、Y軸
方向に発生するコリオリ力Fyを検出することによりX
軸まわりの角速度ωxを検出するものである。
The angular velocity sensor according to the present invention utilizes such a phenomenon to detect the Coriolis force Fx generated in the X-axis direction when the weight body 80 is vibrated in the Z-axis direction. By detecting the angular velocity ωy about the axis and the Coriolis force Fy generated in the Y-axis direction, X
The angular velocity ωx around the axis is detected.

【0055】前述したように、圧電素子20の下面に形
成された対向電極E0を接地電位に固定した状態におい
て、上面の4枚の電極E1〜E4のすべてに正電圧を印
加すると、重錘体41をZ軸正方向に移動させる力+F
zを発生させることができ、逆に負電圧を印加すると、
重錘体41をZ軸負方向に移動させる力−Fzを発生さ
せることができる。そこで、4枚の電極E1〜E4のす
べてに、図19に示すような交流電圧(励振電圧)を印
加すれば、重錘体41をZ軸方向に単振動させることが
できる。すなわち、重錘体41に対して、Z軸方向の振
動Uzを与えることができる。このとき、補助圧電素子
40の上面に形成された第5電極E5を接地電位に固定
し、下面に形成された第6電極E6の電位をモニタする
と、重錘体41のZ軸方向の変位に応じた電圧値(図1
9に示す交流電圧と同じ周期の交流電圧値)が得られ
る。そこで、この電圧値をフィードバック信号として用
い、電極E1〜E4に与える励振用の交流電圧を制御す
るようにすれば、フィードバック制御により、重錘体4
1を安定して振動させることが可能になる。補助圧電素
子40を設けた理由は、このようなフィードバック信号
を取り出すためである。
As described above, when the counter electrode E0 formed on the lower surface of the piezoelectric element 20 is fixed to the ground potential and a positive voltage is applied to all the four electrodes E1 to E4 on the upper surface, the weight body is Force to move 41 in the Z-axis positive direction + F
z can be generated, and conversely, when a negative voltage is applied,
A force −Fz that moves the weight body 41 in the negative Z-axis direction can be generated. Therefore, by applying an AC voltage (excitation voltage) as shown in FIG. 19 to all the four electrodes E1 to E4, the weight body 41 can be oscillated in the Z-axis direction. That is, vibration Uz in the Z-axis direction can be applied to the weight body 41. At this time, if the fifth electrode E5 formed on the upper surface of the auxiliary piezoelectric element 40 is fixed to the ground potential and the potential of the sixth electrode E6 formed on the lower surface is monitored, the weight body 41 is displaced in the Z-axis direction. The corresponding voltage value (Fig. 1
An AC voltage value having the same cycle as the AC voltage shown in FIG. 9 is obtained. Therefore, if this voltage value is used as a feedback signal to control the AC voltage for excitation given to the electrodes E1 to E4, the weight body 4 is subjected to feedback control.
It becomes possible to vibrate 1 stably. The reason for providing the auxiliary piezoelectric element 40 is to take out such a feedback signal.

【0056】このように、重錘体41をZ軸方向に振動
させた状態において、もし重錘体41に対してX軸まわ
りの角速度ωxが作用していたとすれば、重錘体41に
はY軸方向にコリオリ力Fyが発生することになる。ま
た、重錘体41に対してY軸まわりの角速度ωyが作用
していたとすれば、重錘体41にはX軸方向にコリオリ
力Fxが発生することになる。そこで、重錘体41に作
用するY軸方向の力(コリオリ力Fy)およびX軸方向
の力(コリオリ力Fx)を検出することができれば、上
述の式に基づいて、角速度ωxおよびωyを演算によっ
て求めることができる。なぜなら、重錘体41の質量m
は既知であり、Z軸方向の瞬時速度Vzも知ることがで
きるからである(たとえば、図19に示すような励振電
圧を与えたときに、各位相0〜2πの瞬時瞬時における
重錘体41の瞬間速度Vzを実測しておけばよい)。
As described above, when the weight 41 is vibrated in the Z-axis direction, if the angular velocity ωx about the X-axis acts on the weight 41, the weight 41 does not move. Coriolis force Fy is generated in the Y-axis direction. If the angular velocity ωy about the Y axis acts on the weight body 41, the Coriolis force Fx is generated on the weight body 41 in the X axis direction. Therefore, if the force in the Y-axis direction (Coriolis force Fy) and the force in the X-axis direction (Coriolis force Fx) acting on the weight body 41 can be detected, the angular velocities ωx and ωy are calculated based on the above equation. Can be sought by. Because the mass of the weight body 41 is m
Is known, and the instantaneous velocity Vz in the Z-axis direction can also be known (for example, when an excitation voltage as shown in FIG. 19 is applied, the weight body 41 at each instantaneous instant of each phase 0 to 2π). It is sufficient to measure the instantaneous velocity Vz of.

【0057】ところで、重錘体41にY軸方向の力±F
yが作用した場合、図16(c) あるいは(d) に示すよう
に、電極E2,E4に所定極性の電荷が発生し、これを
電圧値として取り出すことができる。また、重錘体41
にX軸方向の力±Fxが作用した場合、図16(a) ある
いは(b) に示すように、電極E1,E3に所定極性の電
荷が発生し、これを電圧値として取り出すことができ
る。すなわち、本実施例の角速度センサを用いれば、重
錘体41をZ軸方向に振動させた状態において、重錘体
41に作用するY軸方向の力FyおよびX軸方向の力F
xを、電極E1〜E4の電圧値として取り出すことがで
きるのである。こうして取り出した力(コリオリ力)F
y,Fxを用いて、前述の式による演算を行えば、角速
度ωx,ωyを得ることができる。これが本発明に係る
角速度センサにおける角速度ωx,ωyの検出原理であ
る。
By the way, the force in the Y-axis direction ± F is applied to the weight body 41.
When y acts, as shown in FIG. 16 (c) or (d), charges of a predetermined polarity are generated in the electrodes E2, E4, and this can be extracted as a voltage value. In addition, the weight body 41
When a force ± Fx in the X-axis direction is applied to the electrodes, electric charges of a predetermined polarity are generated in the electrodes E1 and E3 as shown in FIG. 16 (a) or (b), and this can be taken out as a voltage value. That is, if the angular velocity sensor of this embodiment is used, the force Fy in the Y-axis direction and the force F in the X-axis direction that act on the weight body 41 when the weight body 41 is vibrated in the Z-axis direction.
x can be taken out as the voltage value of the electrodes E1 to E4. Force (Coriolis force) F extracted in this way
The angular velocities ωx and ωy can be obtained by performing calculations using the above equations using y and Fx. This is the principle of detecting the angular velocities ωx and ωy in the angular velocity sensor according to the present invention.

【0058】ただ、本実施例では、電極E1〜E4を、
重錘体41をZ軸方向に振動させるための交流電圧を印
加する励振用電極として用いるとともに、重錘体41に
作用するコリオリ力を示す電圧を検出するための検出用
電極としても用いている。そこで、コリオリ力を示す電
圧検出を行うには、各電極E1〜E4の電圧から、励振
用に印加した電圧の成分を除外する必要がある。このよ
うな技術的課題は、次のような検出方法を採ることによ
って解決できる。すなわち、コリオリ力Fxの値として
は、電極E1の電圧と電極E3の電圧との差をとるので
ある。励振用の電圧は、4枚の電極E1〜E4のすべて
に対して供給されるため、このような差をとることによ
って相殺される。これに対して、コリオリ力Fxに基づ
いて発生する電圧は、図16(a) ,(b) に示すように、
電極E1とE3とでは極性が反転したものとなる。よっ
て、差をとることは、両者の絶対値の和をとることにな
る。こうして、電極E1の電圧と電極E3の電圧との差
をとれば、その値はコリオリ力Fxに基づく成分だけを
示すものになる。全く同様に、電極E2の電圧と電極E
4の電圧との差をとれば、その値はコリオリ力Fyに基
づく成分だけを示すものになる。
However, in this embodiment, the electrodes E1 to E4 are
It is used as an excitation electrode for applying an AC voltage for vibrating the weight body 41 in the Z-axis direction, and also as a detection electrode for detecting a voltage indicating the Coriolis force acting on the weight body 41. . Therefore, in order to detect the voltage indicating the Coriolis force, it is necessary to exclude the component of the voltage applied for excitation from the voltages of the electrodes E1 to E4. Such a technical problem can be solved by adopting the following detection method. That is, as the value of the Coriolis force Fx, the difference between the voltage of the electrode E1 and the voltage of the electrode E3 is taken. Since the excitation voltage is supplied to all the four electrodes E1 to E4, it is offset by taking such a difference. On the other hand, the voltage generated based on the Coriolis force Fx is, as shown in FIGS. 16 (a) and 16 (b),
The polarities of the electrodes E1 and E3 are inverted. Therefore, taking the difference means taking the sum of the absolute values of both. Thus, if the difference between the voltage of the electrode E1 and the voltage of the electrode E3 is taken, the value shows only the component based on the Coriolis force Fx. Exactly the same, the voltage of the electrode E2 and the electrode E
If the difference with the voltage of 4 is taken, the value shows only the component based on the Coriolis force Fy.

【0059】§5. 具体的な検出回路 続いて、§4で述べた検出原理に基づいて、X軸まわり
の角速度ωxおよびY軸まわりの角速度ωyの両方を検
出する具体的な回路の一例を、図20の回路図に基づい
て説明しよう。
§5. Specific Detection Circuit Next, an example of a specific circuit that detects both the angular velocity ωx about the X axis and the angular velocity ωy about the Y axis based on the detection principle described in §4 is shown in the circuit diagram of FIG. Let's explain based on

【0060】まず、圧電素子20の上面の配線パッドP
0を接地し、補助圧電素子40の下面の配線パッドP5
を接地する。これにより、対向電極E0および第5電極
E5は接地電位に固定されることになる。また、電極E
1〜E4は、それぞれインピーダンス変換回路121〜
124を介して、差動増幅回路131,132の入力端
子に接続し、この差動増幅回路131,132の出力信
号を、同期検波回路141,142に与える。一方、第
6電極E6の電位を、増幅回路115によって増幅した
後、励振電圧発生回路110に与える。ここで、励振電
圧発生回路110は、図19に示すような励振電圧を発
生する回路であり、発生した励振電圧は抵抗Rを介し
て、各電極E1〜E4に印加される。また、増幅回路1
15の出力信号は、コンパレータ143に与えられる。
コンパレータ143は、入力した信号を所定のしきい値
と比較し、二値信号(矩形波信号)を生成し、この二値
信号の位相を90°シフトした信号を出力する機能を有
し、このコンパレータ143が出力した二値信号は同期
検波回路141,142に与えられる。同期検波回路1
41,142は、この二値信号を参照して、差動増幅回
路131,132の出力信号を全波整流する。この全波
整流信号は、低周波成分を通過させる低域フィルタ回路
151,152を通して平滑化され、直流信号に変換さ
れる。この直流信号は、直流増幅回路161,162に
よって増幅され、最終的に出力端子Tx,Tyに出力さ
れる。後述するように、こうして、出力端子Tx,Ty
に得られる直流電圧値は、それぞれ重錘体41に作用し
ているコリオリ力Fx,Fyの時間的な平均値を示すも
のになる。結局、前述の式により、出力端子Txに得ら
れる電圧Vxは、Y軸まわりの角速度ωyの時間平均値
を示し、出力端子Tyに得られる電圧Vyは、X軸まわ
りの角速度ωxの時間平均値を示すものになる。
First, the wiring pad P on the upper surface of the piezoelectric element 20.
0 is grounded, and the wiring pad P5 on the lower surface of the auxiliary piezoelectric element 40
Ground. As a result, the counter electrode E0 and the fifth electrode E5 are fixed to the ground potential. Also, the electrode E
1 to E4 are impedance conversion circuits 121 to 121, respectively.
It is connected to the input terminals of the differential amplifier circuits 131 and 132 via 124, and the output signals of the differential amplifier circuits 131 and 132 are given to the synchronous detection circuits 141 and 142. On the other hand, the potential of the sixth electrode E6 is supplied to the excitation voltage generation circuit 110 after being amplified by the amplification circuit 115. Here, the excitation voltage generation circuit 110 is a circuit that generates an excitation voltage as shown in FIG. 19, and the generated excitation voltage is applied to each of the electrodes E1 to E4 via the resistor R. In addition, the amplifier circuit 1
The output signal of 15 is given to the comparator 143.
The comparator 143 has a function of comparing the input signal with a predetermined threshold value, generating a binary signal (rectangular wave signal), and outputting a signal obtained by shifting the phase of the binary signal by 90 °. The binary signal output from the comparator 143 is given to the synchronous detection circuits 141 and 142. Synchronous detection circuit 1
41 and 142 refer to this binary signal to perform full-wave rectification on the output signals of the differential amplifier circuits 131 and 132. This full-wave rectified signal is smoothed through low-pass filter circuits 151 and 152 that pass low-frequency components and converted into a DC signal. This DC signal is amplified by the DC amplifier circuits 161, 162 and finally output to the output terminals Tx, Ty. As will be described later, the output terminals Tx and Ty are
The DC voltage value obtained at 1 indicates the time average value of the Coriolis forces Fx and Fy acting on the weight body 41. After all, according to the above formula, the voltage Vx obtained at the output terminal Tx shows the time average value of the angular velocity ωy about the Y axis, and the voltage Vy obtained at the output terminal Ty shows the time average value of the angular velocity ωx about the X axis. Will be shown.

【0061】続いて、この回路の動作を説明しよう。ま
ず、励振動作、すなわち重錘体41をZ軸方向に振動さ
せるための動作を説明する。上述したように、励振電圧
発生回路110は、図19に示すような励振電圧を発生
し、この励振電圧を抵抗Rを介して、各電極E1〜E4
に印加する。これにより、励振電圧の周期で重錘体41
がZ軸方向に振動することは既に述べたとおりである。
この振動は、第6電極E6の出力信号としてモニタされ
る。すなわち、第6電極E6の出力信号は、増幅回路1
15によって増幅されて励振電圧発生回路110へフィ
ードバック信号として戻される。励振電圧発生回路11
0は、このフィードバック信号に基づいて、出力する励
振電圧の周波数および位相を決定する。この実施例で
は、フィードバック信号の位相を90°シフトした交流
電圧を、励振電圧として出力している。このようなフィ
ードバック制御を行いながら、重錘体41を振動させる
ようにすると、ダイヤフラム70のもつ固有の共振周波
数で重錘体41を振動させることができるようになり、
振動を安定させることができるようになる。
Next, the operation of this circuit will be described. First, the excitation operation, that is, the operation for vibrating the weight body 41 in the Z-axis direction will be described. As described above, the excitation voltage generation circuit 110 generates the excitation voltage as shown in FIG. 19, and the excitation voltage is applied to each of the electrodes E1 to E4 via the resistor R.
Apply to. As a result, the weight body 41 is driven at the cycle of the excitation voltage.
Vibrates in the Z-axis direction as described above.
This vibration is monitored as an output signal of the sixth electrode E6. That is, the output signal of the sixth electrode E6 is transmitted to the amplifier circuit 1
It is amplified by 15 and returned to the excitation voltage generation circuit 110 as a feedback signal. Excitation voltage generation circuit 11
0 determines the frequency and phase of the excitation voltage to be output based on this feedback signal. In this embodiment, an AC voltage obtained by shifting the phase of the feedback signal by 90 ° is output as the excitation voltage. By vibrating the weight body 41 while performing such feedback control, it becomes possible to vibrate the weight body 41 at the resonance frequency peculiar to the diaphragm 70.
It becomes possible to stabilize the vibration.

【0062】続いて、検出動作、すなわち重錘体41に
作用したX軸方向のコリオリ力±FxおよびY軸方向の
コリオリ力±Fyを検出するための動作を説明する。は
じめに、X軸方向のコリオリ力±Fxを、電極E1,E
3の電圧に基づいて検出する動作を説明しよう。電極E
1,E3の電圧は、励振電圧発生回路110から供給さ
れる励振電圧と、X軸方向のコリオリ力±Fxに基づい
て発生する電圧(以下、コリオリ力電圧と呼ぶ)とを重
畳したものである。いま、電極E1に供給されている励
振電圧V1eが図21(a) に示すような交流電圧であり、
同様に、電極E3に供給されている励振電圧V3eが図2
1(b) に示すような交流電圧であったとしよう(両者は
全く同一の交流電圧となる)。また、電極E1に生じた
コリオリ力電圧V1cが図21(c) に示すような交流電圧
であり、同様に、電極E3に生じたコリオリ力電圧V3c
が図21(d) に示すような交流電圧であったとしよう
(両者は極性が反転した交流電圧となる)。ここで参考
のために説明しておくと、コリオリ力電圧は、励振電圧
に対して位相が90°ずれることになる。なぜなら、励
振電圧が正負のピーク位置をとる瞬間(図21の各グラ
フにおける位相π/2,π3/2の時点)は、重錘体4
1は振幅区間の最高位置あるいは最低位置にあるため、
Z軸方向の瞬間速度は0になり、この時点でのコリオリ
力は0になる。逆に、励振電圧が0になる瞬間(図21
の各グラフにおける位相0,πの時点)は、重錘体41
は振幅の中心位置を最高速度で通過中であり、この時点
でのコリオリ力は最大になるのである。
Next, the detection operation, that is, the operation for detecting the Coriolis force ± Fx in the X-axis direction and the Coriolis force ± Fy in the Y-axis direction acting on the weight body 41 will be described. First, the Coriolis force ± Fx in the X-axis direction is applied to the electrodes E1, E
The operation of detecting based on the voltage of 3 will be described. Electrode E
The voltages 1 and E3 are obtained by superposing the excitation voltage supplied from the excitation voltage generation circuit 110 and the voltage generated based on the Coriolis force ± Fx in the X-axis direction (hereinafter, referred to as Coriolis force voltage). . Now, the excitation voltage V1e supplied to the electrode E1 is an AC voltage as shown in FIG. 21 (a),
Similarly, the excitation voltage V3e supplied to the electrode E3 is shown in FIG.
Suppose that the AC voltage is as shown in 1 (b) (both have the same AC voltage). Further, the Coriolis force voltage V1c generated at the electrode E1 is an AC voltage as shown in FIG. 21 (c), and similarly, the Coriolis force voltage V3c generated at the electrode E3.
Is an alternating voltage as shown in FIG. 21 (d) (both are alternating voltages with reversed polarities). Here, for reference, the Coriolis force voltage is 90 ° out of phase with the excitation voltage. Because, at the moment when the excitation voltage takes a positive and negative peak position (at the time of phase π / 2 and π3 / 2 in each graph of FIG. 21), the weight body 4 is
Since 1 is at the highest or lowest position in the amplitude section,
The instantaneous velocity in the Z-axis direction becomes 0, and the Coriolis force at this point becomes 0. On the contrary, at the moment when the excitation voltage becomes 0 (see FIG.
Of the phase 0, π in each graph of
Is passing through the center position of the amplitude at the maximum speed, and the Coriolis force at this point is maximized.

【0063】さて、図20の回路によれば、電極E1,
E3の電圧は、インピーダンス変換回路121,123
を介して、差動増幅回路131の入力端子に与えられて
おり、差動増幅回路131の出力は、電極E1の電圧と
電極E3の電圧との差になる。ここで、もし重錘体41
にY軸まわりの角速度ωyが作用していなかったとした
ら、当然、X軸方向のコリオリ力±Fxも発生していな
いので、電極E1,E3の電圧は、それぞれ図21(a)
,(b) に示す励振電圧V1e,V3eだけとなる。したが
って、差動増幅回路131の出力は、両者の差、すなわ
ち0になる。結局、Y軸まわりの角速度ωyが全く作用
していなければ、出力端子Txの出力電圧は0になる。
ところが、Y軸まわりの角速度ωyが作用していると、
X軸方向のコリオリ力±Fxが発生するため、電極E1
の電圧は、図21(a) に示す励振電圧V1eに、図21
(c) に示すコリオリ力電圧V1cを重畳したものになる。
同様に、電極E3の電圧は、図21(b) に示す励振電圧
V3eに、図21(d) に示すコリオリ力電圧V3cを重畳し
たものになる。したがって、差動増幅回路131の出力
電圧は、図21(e) に示すような電圧V131 になる。励
振電圧は相殺され、結局、この電圧V131 は、コリオリ
力電圧V1cにコリオリ力電圧V3cを反転させて加えたよ
うなものになり、X軸方向のコリオリ力±Fxの成分の
みを示すものになる。
Now, according to the circuit of FIG. 20, the electrodes E1,
The voltage of E3 is the impedance conversion circuits 121 and 123.
Is given to the input terminal of the differential amplifier circuit 131 via the, and the output of the differential amplifier circuit 131 becomes the difference between the voltage of the electrode E1 and the voltage of the electrode E3. Here, if the weight body 41
If the angular velocity ωy about the Y-axis is not acting on the electrode, naturally, the Coriolis force ± Fx in the X-axis direction is not generated, so that the voltages of the electrodes E1 and E3 are respectively as shown in FIG.
, (B) are only the excitation voltages V1e and V3e. Therefore, the output of the differential amplifier circuit 131 becomes the difference between the two, that is, 0. After all, if the angular velocity ωy about the Y axis is not acting at all, the output voltage at the output terminal Tx becomes zero.
However, when the angular velocity ωy around the Y axis is acting,
Since the Coriolis force ± Fx in the X-axis direction is generated, the electrode E1
21 is the same as the excitation voltage V1e shown in FIG. 21 (a).
It is a superposition of the Coriolis force voltage V1c shown in (c).
Similarly, the voltage of the electrode E3 is the excitation voltage V3e shown in FIG. 21 (b) superimposed with the Coriolis force voltage V3c shown in FIG. 21 (d). Therefore, the output voltage of the differential amplifier circuit 131 becomes the voltage V131 as shown in FIG. The excitation voltages cancel each other out, and this voltage V131 is as if the Coriolis force voltage V1c was inverted and added to the Coriolis force voltage V1c, indicating only the components of the Coriolis force ± Fx in the X-axis direction. .

【0064】この差動増幅回路131の出力信号は、同
期検波回路141に与えられて全波整流されることにな
るが、このとき、コンパレータ143から与えられる二
値信号との位相関係に基づいて、正側に全波整流する
か、負側に全波整流するかが決められる。たとえば、図
22(a1)に示すような電圧V131 の信号波形とともに、
図22(a2)に示すようなコンパレータ143の出力電圧
V143 の信号波形が得られた場合は、電圧V131 の信号
波形は電圧V143 の信号波形と同相になるので、正側へ
の全波整流を行い、図22(a3)に示すような信号波形
が、同期検波回路141の出力電圧V141 として出力さ
れることになり、最終的に出力端子Txに出力される電
圧Vxは、図22(a4)に示すようなものになる。これに
対して、図22(b1)に示すような電圧V131 の信号波形
とともに、図22(b2)に示すようなコンパレータ143
の出力電圧V143 の信号波形が得られた場合は、電圧V
131 の信号波形は電圧V143 の信号波形と逆相になるの
で、負側への全波整流を行い、図22(b3)に示すような
信号波形が、同期検波回路141の出力電圧V141 とし
て出力されることになり、最終的に出力端子Txに出力
される電圧Vxは、図22(b4)に示すようなものにな
る。
The output signal of the differential amplifier circuit 131 is applied to the synchronous detection circuit 141 to be full-wave rectified. At this time, based on the phase relationship with the binary signal applied from the comparator 143. , Full-wave rectification on the positive side or full-wave rectification on the negative side is determined. For example, with the signal waveform of the voltage V131 as shown in FIG. 22 (a1),
When the signal waveform of the output voltage V143 of the comparator 143 as shown in FIG. 22 (a2) is obtained, the signal waveform of the voltage V131 is in phase with the signal waveform of the voltage V143, so full-wave rectification to the positive side is performed. 22 (a3), the signal waveform as shown in FIG. 22 (a3) is output as the output voltage V141 of the synchronous detection circuit 141, and the voltage Vx finally output to the output terminal Tx is shown in FIG. 22 (a4). It becomes something like. On the other hand, along with the signal waveform of the voltage V131 as shown in FIG. 22 (b1), the comparator 143 as shown in FIG. 22 (b2).
When the signal waveform of the output voltage V143 of
Since the signal waveform of 131 has a phase opposite to that of the voltage V143, full-wave rectification is performed to the negative side, and the signal waveform as shown in FIG. 22 (b3) is output as the output voltage V141 of the synchronous detection circuit 141. The voltage Vx finally output to the output terminal Tx is as shown in FIG. 22 (b4).

【0065】このように、同期検波回路141における
全波整流の正負の向きを、コンパレータ143の出力電
圧V143 の信号波形との位相差に基づいて変えるのは、
作用している角速度の向きの情報を、電圧の正負で表現
できるようにするためである。たとえば、図22(a2)あ
るいは図22(b2)に示すような出力電圧V143 が得られ
ている場合、位相0の瞬間は重錘体41が+Z軸方向に
向かって最高速度で移動している瞬間であり、位相πの
瞬間は重錘体41が−Z軸方向に向かって最高速度で移
動している瞬間であることが認識できる。ここで、差動
増幅回路131の出力電圧V131 の各位相位置における
値が、重錘体41のいずれの方向の運動によって得られ
たかを認識することは重要である。なぜなら、たとえ、
同極性の全く同じ大きさのコリオリ力Fxが得られたと
しても、その時点における重錘体41の運動方向が逆で
あれば、作用しているY軸まわりの角速度の向きが逆に
なるからである。同期検波回路141における全波整流
の正負の向きを、コンパレータ143の出力電圧との位
相差(90°進んでいるか遅れているか)に基づいて逆
転させるようにしておけば、この角速度の向きの情報
を、電圧値の正負で表現できるようになるのである。
As described above, changing the positive and negative directions of full-wave rectification in the synchronous detection circuit 141 based on the phase difference from the signal waveform of the output voltage V143 of the comparator 143 is as follows.
This is so that the information on the direction of the acting angular velocity can be expressed by the positive or negative of the voltage. For example, when the output voltage V143 as shown in FIG. 22 (a2) or FIG. 22 (b2) is obtained, the weight body 41 moves at the maximum speed in the + Z-axis direction at the moment of phase 0. It can be recognized that the moment of the phase π is the moment when the weight body 41 is moving at the maximum speed in the −Z axis direction. Here, it is important to recognize in which direction the motion of the weight body 41 has obtained the value at each phase position of the output voltage V131 of the differential amplifier circuit 131. Because even if
Even if the Coriolis force Fx of the same polarity and the same magnitude is obtained, if the motion direction of the weight body 41 at that time is opposite, the direction of the angular velocity about the acting Y axis becomes opposite. Is. If the positive and negative directions of full-wave rectification in the synchronous detection circuit 141 are reversed based on the phase difference with the output voltage of the comparator 143 (whether it is advanced or delayed by 90 °), the information on the direction of this angular velocity is obtained. Can be expressed by the positive and negative of the voltage value.

【0066】以上の動作説明により、図20に示す回路
を用いれば、出力端子Txの出力電圧Vxとして、Y軸
まわりの角速度ωyを得ることができることが理解でき
よう。すなわち、出力電圧Vxの大きさは、角速度ωy
の時間的な平均値を示すものとなり、その符号は、Y軸
に関して右まわりか左まわりかという向きを示すものと
なる。全く同様にして、出力端子Tyの出力電圧Vyと
して、X軸まわりの角速度ωxを得ることができる。な
お、既に述べたように、この図20に示す各回路の構成
要素は、回路基板10上に実装するのが好ましい。
From the above description of the operation, it can be understood that the angular velocity ωy about the Y axis can be obtained as the output voltage Vx of the output terminal Tx by using the circuit shown in FIG. That is, the magnitude of the output voltage Vx depends on the angular velocity ωy.
Of the Y axis, the sign indicates the direction of clockwise or counterclockwise rotation with respect to the Y axis. In exactly the same manner, the angular velocity ωx around the X axis can be obtained as the output voltage Vy of the output terminal Ty. As described above, the components of each circuit shown in FIG. 20 are preferably mounted on the circuit board 10.

【0067】§6. 本実施例のメリット ここでは、上述した本実施例のメリットについてまとめ
て記述しておく。本発明の目的である小型で高感度の実
用的な二軸角速度センサを実現するためには、次の2つ
の技術的課題を達成する必要がある。すなわち、第1の
課題は、重錘体をできるだけ効率良く振動させることで
あり、第2の課題は、作用したコリオリ力をできるだけ
感度良く検出することである。上述した実施例では、こ
の2つの課題が、次のような点においてうまく解決され
ているのである。
§6. Merits of this Embodiment Here, the merits of this embodiment described above will be described collectively. In order to realize a compact and highly sensitive and practical biaxial angular velocity sensor which is the object of the present invention, it is necessary to achieve the following two technical problems. That is, the first problem is to vibrate the weight body as efficiently as possible, and the second problem is to detect the applied Coriolis force as sensitively as possible. In the embodiment described above, these two problems are successfully solved in the following points.

【0068】<第1の課題:重錘体を効率良く振動させ
る> ダイヤフラム70のノードNの位置を台座50によ
って支持する構造であるため、ダイヤフラム70の振動
が外部に漏れることを抑制することができる。 台座50をワイヤ部材52,53によって、回路基
板10に対して吊った状態で支持するため、台座50ま
で漏れた振動があったとしても、この振動は回路基板1
0、すなわちセンサ筐体までは伝達しにくくなる。した
がって、このセンサの動作中に、筐体を手で触れたとし
ても、重錘体の振動に悪影響が及ぶことは最小限に抑え
られる。 励振動作にフィードバック制御を用いているため、
ダイヤフラム70を共振周波数で効率良く振動させるこ
とができる。
<First Problem: Vibrating the Weight Efficiently> Since the position of the node N of the diaphragm 70 is supported by the pedestal 50, it is possible to suppress the vibration of the diaphragm 70 from leaking to the outside. it can. Since the pedestal 50 is supported by the wire members 52 and 53 in a suspended state with respect to the circuit board 10, even if there is vibration that leaks to the pedestal 50, this vibration will not occur.
It becomes difficult to transmit to 0, that is, to the sensor housing. Therefore, even if the housing is touched with the hand during the operation of this sensor, the vibration of the weight body is not adversely affected. Since feedback control is used for the excitation operation,
The diaphragm 70 can be efficiently vibrated at the resonance frequency.

【0069】<第2の課題:コリオリ力を感度良く検出
する> 図4に示すように、振動基板30に同心円状スリッ
ト31を形成したため、ダイヤフラム70は全体として
十分な可撓性をもつ。このため、比較的小さなコリオリ
力が作用しても、ダイヤフラム70に十分な変形が生
じ、高感度検出に必要な電荷が発生する。 図10に示すように、圧電素子20上の電極E1〜
E4を、すべてノードNの内側領域に配置しているた
め、図12〜図15のグラフにおいて、ハッチングで示
した部分の応力だけを効率的に電荷に変換して取り出す
ことができる(逆に言えば、ノードNを跨ぐように電極
を配置すると、同一電極内で逆極性の電荷が発生し、部
分的に相殺されてしまうため、効率良い検出ができなく
なる)。 同一の電極を、励振用の電圧印加電極として利用す
るとともに、コリオリ力検出用の電極としても利用して
いるため、個々の電極の面積を広くとることができ、検
出感度が向上する。
<Second Problem: Sensitive Detection of Coriolis Force> As shown in FIG. 4, since the concentric circular slit 31 is formed in the vibration substrate 30, the diaphragm 70 has sufficient flexibility as a whole. For this reason, even if a relatively small Coriolis force is applied, the diaphragm 70 is sufficiently deformed and electric charges necessary for high-sensitivity detection are generated. As shown in FIG. 10, the electrodes E1 to E1 on the piezoelectric element 20
Since all E4 are arranged in the region inside the node N, only the stress in the hatched portion in the graphs of FIGS. 12 to 15 can be efficiently converted into electric charges and taken out (conversely). For example, if the electrodes are arranged so as to straddle the node N, charges of opposite polarities are generated in the same electrode, and the charges are partially offset, so that efficient detection cannot be performed). Since the same electrode is used not only as a voltage application electrode for excitation but also as an electrode for Coriolis force detection, the area of each electrode can be increased and detection sensitivity is improved.

【0070】§7. いくつかの変形例 以上、本発明を図示する実施例に基づいて説明したが、
本発明はこの実施例に限定されるものではなく、この他
にも種々の態様で実施可能である。ここでは、いくつか
の変形例を述べておく。
§7. Some Modifications Although the present invention has been described based on the illustrated embodiments,
The present invention is not limited to this embodiment and can be implemented in various modes other than this. Here, some modified examples will be described.

【0071】図23に側断面図を示す変形例は、補助圧
電素子40を用いない構造としたものである。この変形
例では、ダイヤフラム70は、圧電素子25と振動基板
30との二層積層構造を採る。重錘体41は振動基板3
0の下面に直接接合され、台座50の上端(ナイフエッ
ジ)は振動基板30の下面に直接接合されている。この
変形例における圧電素子25は、上述の実施例における
圧電素子20と比べて、上面側の電極構成が若干異なっ
ている。すなわち、図24にその上面図が示されている
ように、圧電素子25の上面には、4枚の電極E1〜E
4の他に、十文字状の第7電極E7が配置されており、
配線パッドP7に繋がっている。この第7電極E7は、
上述した実施例における第6電極E6と同様の機能を果
たすものである。すなわち、配線パッドP7から、振動
を制御するためのフィードバック信号を取り出すのであ
る。このように、圧電素子25を用いてフィードバック
信号を取り出すようにすれば、補助圧電素子40を省略
することが可能になり、構造はより単純化される。
The modification shown in the side sectional view in FIG. 23 has a structure in which the auxiliary piezoelectric element 40 is not used. In this modification, the diaphragm 70 has a two-layer laminated structure of the piezoelectric element 25 and the vibration substrate 30. The weight body 41 is the vibration substrate 3
0 is directly bonded to the lower surface, and the upper end (knife edge) of the pedestal 50 is directly bonded to the lower surface of the vibration substrate 30. The piezoelectric element 25 in this modified example is slightly different from the piezoelectric element 20 in the above-described embodiment in the electrode configuration on the upper surface side. That is, as shown in the top view of FIG. 24, the four electrodes E1 to E are provided on the upper surface of the piezoelectric element 25.
4, a cross-shaped seventh electrode E7 is arranged,
It is connected to the wiring pad P7. The seventh electrode E7 is
It has the same function as the sixth electrode E6 in the above-described embodiment. That is, the feedback signal for controlling the vibration is taken out from the wiring pad P7. In this way, if the feedback signal is extracted using the piezoelectric element 25, the auxiliary piezoelectric element 40 can be omitted, and the structure is further simplified.

【0072】図25に側断面図を示す変形例は、上述し
た実施例における重錘体41の代わりに、重錘体42を
用いるようにしたものである。重錘体41が補助圧電素
子40の下面に接合されていたのに対し、重錘体42は
圧電素子20の上面に接合されている。しかも、回路基
板10の中央部には、貫通孔12が形成されており、重
錘体42はこの貫通孔12内に挿通するようになってい
る。このため、重錘体42の振動が回路基板10によっ
て阻害されることはない。この変形例のメリットは、重
錘体42を上方に配置したため、円筒状構造体55を薄
くすることができ、全体的な厚みを小さくすることがで
きる点である。
In the modification shown in the side sectional view in FIG. 25, a weight body 42 is used in place of the weight body 41 in the above-described embodiment. The weight body 41 is bonded to the lower surface of the auxiliary piezoelectric element 40, while the weight body 42 is bonded to the upper surface of the piezoelectric element 20. Moreover, the through hole 12 is formed in the center of the circuit board 10, and the weight body 42 is inserted into the through hole 12. Therefore, the vibration of the weight body 42 is not disturbed by the circuit board 10. The merit of this modification is that the weight body 42 is arranged above, so that the cylindrical structure 55 can be made thin and the overall thickness can be made small.

【0073】上述した実施例では、円筒状構造体51
を、2本のワイヤ部材52,53によって、回路基板1
0から吊るようにしていたが、図26に示すように、4
本のワイヤ部材52,53,56,57によって、回路
基板10から吊るようにしてもよいし、図27に示すよ
うに、互いに平行な2本のワイヤ部材58,59を接続
箇所Qにおいて固定し、回路基板10から吊るようにし
てもかまわない。もちろん、この他にも、何本のワイヤ
部材を用いてもよい。
In the embodiment described above, the cylindrical structure 51
The circuit board 1 by the two wire members 52 and 53.
It was hung from 0, but as shown in FIG.
27 may be hung from the circuit board 10 by the two wire members 52, 53, 56, 57, or two wire members 58, 59 parallel to each other may be fixed at the connection point Q as shown in FIG. The circuit board 10 may be hung. Of course, other than this, any number of wire members may be used.

【0074】また、上述した実施例では、圧電素子20
の上面に4枚の電極E1〜E4を配置し、下面に共通の
対向電極E0を配置しているが、逆に、下面に4枚の電
極E1〜E4を配置し、上面に共通の対向電極E0を配
置してもかまわない。あるいは、共通の対向電極E0を
用いる代わりに、4枚の電極E1〜E4のそれぞれに対
向する個々に独立した4枚の対向電極を用いてもよい。
In the above-mentioned embodiment, the piezoelectric element 20 is used.
Although the four electrodes E1 to E4 are arranged on the upper surface and the common counter electrode E0 is arranged on the lower surface, conversely, the four electrodes E1 to E4 are arranged on the lower surface and the common counter electrode is arranged on the upper surface. You may arrange E0. Alternatively, instead of using the common counter electrode E0, four independent counter electrodes facing each of the four electrodes E1 to E4 may be used.

【0075】更に、上述した実施例では、電極E1〜E
4を励振用電極兼検出用電極として用い、電極E6をフ
ィードバック用電極として用いているが、電極E1〜E
4を検出用電極兼フィードバック用電極として用い、電
極E6を励振用電極として用いてもよい。
Further, in the above-mentioned embodiment, the electrodes E1 to E are used.
4 is used as the excitation electrode and the detection electrode, and the electrode E6 is used as the feedback electrode.
4 may be used as the detection electrode and the feedback electrode, and the electrode E6 may be used as the excitation electrode.

【0076】なお、これまでの実施例では、ダイヤフラ
ム固有の所定半径をもった円周位置に、単一の振動ノー
ドNが生じるものとして説明したが、実際には、この単
一のノードNの位置を円筒状の台座によって固定支持し
た場合、その内側に第2のノードMが生じることがあ
る。図28は、このようなダイヤフラム上の複数のノー
ドを示す側断面図である。ノードNは、これまで述べて
きた円周状のノードであり、この位置は台座50によっ
て固定支持されている。一方、ノードMは、ノードNの
半径よりも小さな半径をもつ円周状のノードであり、ダ
イヤフラムの上面および下面の応力は、図のグラフに示
されているように、ノードNおよびノードMのいずれに
おいても0になる。また、台座50によってダイヤフラ
ムを支持し、ダイヤフラムの外周部分を自由端とすれ
ば、ノードNよりも外側の部分についての応力も0にな
る。このような第2のノードMの発生理論は、現段階で
は、詳細な解析は成されていないが、図4に示すような
同心円状スリット31を有するダイヤフラムを用いた場
合には、このような第2のノードMが発生することが、
有限要素法による解析で確認できた。
In the above-described embodiments, it is explained that a single vibration node N occurs at a circumferential position having a predetermined radius peculiar to the diaphragm, but in reality, this single node N When the position is fixedly supported by the cylindrical pedestal, the second node M may occur inside thereof. FIG. 28 is a side sectional view showing a plurality of nodes on such a diaphragm. The node N is the circumferential node described above, and this position is fixedly supported by the pedestal 50. On the other hand, the node M is a circumferential node having a radius smaller than that of the node N, and the stress on the upper surface and the lower surface of the diaphragm is, as shown in the graph of the figure, the nodes N and M. It becomes 0 in any case. Further, if the diaphragm is supported by the pedestal 50 and the outer peripheral portion of the diaphragm is the free end, the stress on the portion outside the node N is also zero. The theory of generation of such a second node M has not been analyzed in detail at this stage, but when a diaphragm having concentric circular slits 31 as shown in FIG. Occurrence of the second node M,
It was confirmed by the analysis by the finite element method.

【0077】このように、複数のノードが生じる場合に
は、ノードを跨がないような領域に個々の電極を形成す
るのが好ましい。たとえば、図28の例では、この側断
面図において、ノードMの左右両側に跨がるような電極
が形成されていると、ダイヤフラムが図のような変形状
態にある場合、その電極の一部分には正電荷が生じ、別
な一部分には負電荷が生じることになり、両者の差に相
当する電荷だけしか検出されないことになり、検出感度
が低下してしまうことになる。
As described above, when a plurality of nodes occur, it is preferable to form the individual electrodes in a region that does not cross the nodes. For example, in the example of FIG. 28, in this side sectional view, if electrodes are formed so as to extend to the left and right sides of the node M, when the diaphragm is in the deformed state as shown in the figure, a part of the electrode is formed. Causes a positive charge and another part generates a negative charge, so that only the charge corresponding to the difference between the two is detected, which lowers the detection sensitivity.

【0078】そこで、このような場合には、図29の上
面図に示すように、圧電素子20の上面には、ノードM
の内側の領域に電極E11〜E14を、ノードMの外側
の領域に電極E21〜E24を、それぞれ形成し、発生
電荷をそれぞれ別個に取り出すようにするのが好まし
い。この場合、図28の応力分布グラフから明らかなよ
うに、電極E11〜E14に発生する電荷と、電極E2
1〜E24に発生する電荷とは、常に極性が逆の関係に
なるので、信号処理回路において、極性が逆転している
ことを考慮しながら、各電極から得られる電気信号を処
理する必要がある。また、これらの電極に励振電圧を供
給する場合も、電極E11〜E14と、電極E21〜E
24とでは、常に逆極性の電圧を印加するようにする必
要がある。あるいは、圧電素子20の分極特性を部分的
に逆転させることにより、このような極性逆転に基く不
都合を解消することも可能である。たとえば、円周状の
ノードMと円周状のノードNとによって狭まれた領域
(図29において、電極E21〜E24が形成されてい
る領域)について、圧電素子20の分極特性が逆転する
ような分極処理(図11に示す分極特性とは正負が逆転
するような特性を持つ処理)を施しておけばよい。
Therefore, in such a case, as shown in the top view of FIG. 29, the node M is formed on the upper surface of the piezoelectric element 20.
It is preferable that the electrodes E11 to E14 are formed in the region inside and the electrodes E21 to E24 are formed in the region outside the node M so that the generated charges are taken out separately. In this case, as is clear from the stress distribution graph of FIG. 28, the charges generated in the electrodes E11 to E14 and the electrode E2 are
Since the polarities are always opposite to the electric charges generated in 1 to E24, it is necessary to process the electric signals obtained from the respective electrodes in the signal processing circuit in consideration of the fact that the polarities are reversed. . Also, when the excitation voltage is supplied to these electrodes, the electrodes E11 to E14 and the electrodes E21 to E14 are also included.
24 and 24, it is necessary to always apply voltages of opposite polarities. Alternatively, by partially reversing the polarization characteristics of the piezoelectric element 20, it is possible to eliminate the inconvenience caused by such polarity reversal. For example, the polarization characteristics of the piezoelectric element 20 are reversed in the region narrowed by the circumferential node M and the circumferential node N (the region where the electrodes E21 to E24 are formed in FIG. 29). It suffices to perform polarization processing (processing having characteristics such that the positive and negative polarities are reversed from the polarization characteristics shown in FIG. 11).

【0079】もちろん、図29に示す実施例において、
電極E21〜E24を形成せずに、電極E11〜E14
のみを用いても、この角速度センサは動作可能であり、
逆に、電極E11〜E14を形成せずに、電極E21〜
E24のみを用いても、この角速度センサは動作可能で
ある。ただ、検出感度を高める上では、上述したよう
に、8枚の電極E11〜E24を用いるのが好ましい。
Of course, in the embodiment shown in FIG.
The electrodes E11 to E14 are formed without forming the electrodes E21 to E24.
The angular velocity sensor can be operated using only
On the contrary, the electrodes E21 to E14 are formed without forming the electrodes E11 to E14.
This angular velocity sensor can operate even if only E24 is used. However, in order to improve the detection sensitivity, it is preferable to use the eight electrodes E11 to E24 as described above.

【0080】[0080]

【発明の効果】以上のとおり、本発明に係る角速度セン
サによれば、重錘体を効率良く振動できるように支持
し、この重錘体に作用するコリオリ力を感度良く検出で
きるようにしたため、小型で高感度の実用的な二軸角速
度センサが実現できる。
As described above, according to the angular velocity sensor of the present invention, the weight body is supported so that it can efficiently vibrate, and the Coriolis force acting on the weight body can be detected with high sensitivity. A compact, highly sensitive and practical biaxial angular velocity sensor can be realized.

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

【図1】本発明の一実施例に係る角速度センサを分解し
た状態を、斜め上方から見た斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of a state in which an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention is disassembled as seen obliquely from above.

【図2】本発明の一実施例に係る角速度センサを分解し
た状態を、斜め下方から見た斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view of a state in which the angular velocity sensor according to the embodiment of the present invention is disassembled, as seen obliquely from below.

【図3】図1および図2に示す角速度センサを組み立て
た状態を示す側断面図である。
FIG. 3 is a side sectional view showing a state where the angular velocity sensor shown in FIGS. 1 and 2 is assembled.

【図4】図3に示す角速度センサの振動基板30の上面
図である。
4 is a top view of a vibration substrate 30 of the angular velocity sensor shown in FIG.

【図5】重錘体75に対して、図の縦方向の力を作用さ
せたときのダイヤフラムの変形状態を示す側断面図であ
り、破線で示すダイヤフラム70および重錘体75は、
力の作用しないときの基準状態を示す。
FIG. 5 is a side sectional view showing a deformed state of the diaphragm when a force in the vertical direction of the figure is applied to the weight body 75, and the diaphragm 70 and the weight body 75 indicated by broken lines are
The standard condition when no force is applied is shown.

【図6】重錘体75に対して、図の右方向の力を作用さ
せたときのダイヤフラムの変形状態を示す側断面図であ
り、破線で示すダイヤフラム70および重錘体75は、
力の作用しないときの基準状態を示す。
6 is a side cross-sectional view showing a deformed state of the diaphragm when a force in the right direction in the figure is applied to the weight body 75, and the diaphragm 70 and the weight body 75 indicated by broken lines are
The standard condition when no force is applied is shown.

【図7】一般的なダイヤフラムについてのノードの分布
位置を示す側断面図である。
FIG. 7 is a side sectional view showing a distribution position of nodes for a general diaphragm.

【図8】図1,2に示す実施例における円筒状構造体5
1によるダイヤフラム70の支持態様を説明するための
側断面図である。
FIG. 8: Cylindrical structure 5 in the embodiment shown in FIGS.
3 is a side cross-sectional view for explaining a support mode of the diaphragm 70 according to FIG.

【図9】図8におけるナイフエッジ54の先端部分によ
る支持状態を詳細に示す拡大側断面図である。
FIG. 9 is an enlarged side sectional view showing in detail a supporting state by the tip portion of the knife edge 54 in FIG.

【図10】図1,2に示す実施例における圧電素子20
の上面図であり、円周上のノードNが破線で示されてい
る。
FIG. 10 is a piezoelectric element 20 in the embodiment shown in FIGS.
Is a top view of a node N on the circumference and is shown by a broken line.

【図11】図1,2に示す実施例における圧電素子20
の分極特性を説明する図である。
FIG. 11 is a piezoelectric element 20 in the embodiment shown in FIGS.
It is a figure explaining the polarization characteristic of.

【図12】ダイヤフラム70に、X軸正方向の力+Fx
を作用させた場合の変形状態および応力分布を示す図で
ある。
FIG. 12: Force on the diaphragm 70 in the positive direction of the X axis + Fx
It is a figure which shows the deformation state and stress distribution at the time of making it act.

【図13】ダイヤフラム70に、X軸負方向の力−Fx
を作用させた場合の変形状態および応力分布を示す図で
ある。
FIG. 13 is a diagram showing a force X-axis negative direction −Fx applied to the diaphragm 70.
It is a figure which shows the deformation state and stress distribution at the time of making it act.

【図14】ダイヤフラム70に、Z軸正方向の力+Fz
を作用させた場合の変形状態および応力分布を示す図で
ある。
FIG. 14: Force + Fz in the positive Z-axis direction on the diaphragm 70
It is a figure which shows the deformation state and stress distribution at the time of making it act.

【図15】ダイヤフラム70に、Z軸負方向の力−Fz
を作用させた場合の変形状態および応力分布を示す図で
ある。
FIG. 15 is a diagram showing a force applied to the diaphragm 70 in the negative Z-axis direction −Fz.
It is a figure which shows the deformation state and stress distribution at the time of making it act.

【図16】図1,2に示す実施例において、重錘体41
に所定方向の力±Fx,±Fy,±Fzが作用したと
き、圧電素子20の上面側の4枚の電極E1〜E4に発
生する電荷の極性を示す図である。
16 is a weight body 41 in the embodiment shown in FIGS.
FIG. 6 is a diagram showing the polarities of charges generated in the four electrodes E1 to E4 on the upper surface side of the piezoelectric element 20 when forces of ± Fx, ± Fy, and ± Fz in a predetermined direction are applied to.

【図17】本発明に係る角速度センサにおけるX軸まわ
りの角速度ωxを検出する原理を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing the principle of detecting the angular velocity ωx about the X axis in the angular velocity sensor according to the present invention.

【図18】本発明に係る角速度センサにおけるY軸まわ
りの角速度ωyを検出する原理を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing the principle of detecting the angular velocity ωy about the Y axis in the angular velocity sensor according to the present invention.

【図19】図1,2に示す実施例において用いる励振電
圧の一例を示す波形図である。
FIG. 19 is a waveform diagram showing an example of an excitation voltage used in the examples shown in FIGS.

【図20】図1,2に示す実施例において、角速度ωx
および角速度ωyの両方を検出する具体的な回路の一例
を示す回路図である。
FIG. 20 shows the angular velocity ωx in the embodiment shown in FIGS.
FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of a specific circuit that detects both the angular velocity ωy and the angular velocity ωy.

【図21】図20に示す回路の動作を説明する波形図で
ある。
21 is a waveform diagram illustrating the operation of the circuit shown in FIG.

【図22】図20に示す回路の動作を説明する別な波形
図である。
22 is another waveform chart explaining the operation of the circuit shown in FIG. 20. FIG.

【図23】補助圧電素子40を用いない構造とした変形
例の側断面図である。
FIG. 23 is a side cross-sectional view of a modified example in which the auxiliary piezoelectric element 40 is not used.

【図24】図23に示す変形例における圧電素子25の
上面図である。
24 is a top view of the piezoelectric element 25 in the modification example shown in FIG.

【図25】重錘体を上方に配置した変形例の側断面図で
ある。
FIG. 25 is a side sectional view of a modified example in which a weight body is arranged above.

【図26】台座50を4本のワイヤ部材で吊った変形例
の側断面図である。
FIG. 26 is a side sectional view of a modified example in which the pedestal 50 is suspended by four wire members.

【図27】台座50を平行な2本のワイヤ部材で吊った
変形例の側断面図である。
FIG. 27 is a side sectional view of a modified example in which the pedestal 50 is suspended by two parallel wire members.

【図28】ダイヤフラムに複数のノードN,Mが生じる
状態を示す側断面図である。
FIG. 28 is a side sectional view showing a state in which a plurality of nodes N and M are generated in the diaphragm.

【図29】図28に示すように複数のノードが生じる場
合の電極配置を示す上面図である。
29 is a top view showing an electrode arrangement when a plurality of nodes are generated as shown in FIG. 28. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…回路基板 11…半田接合部 12…貫通孔 20…圧電素子 25…圧電素子 30…振動基板 31…同心円状スリット 40…補助圧電素子 41,42…重錘体 50…台座 51…円筒状構造体 52,53…ワイヤ部材 54…ナイフエッジ 55…円筒状構造体 56〜59…ワイヤ部材 70,70a〜70c…ダイヤフラム 75,75c…重錘体 80…重錘体 110…励振電圧発生回路 115…増幅回路 121〜124…インピーダンス変換回路 131,132…差動増幅回路 141,142…同期検波回路 143…コンパレータ 151,152…フィルタ回路 161,162…直流増幅回路 A…上部電極 B…下部電極 E0…対向電極 E1…第1電極 E2…第2電極 E3…第3電極 E4…第4電極 E5…第5電極 E6…第6電極 E7…第7電極 E11〜E24…電極 N,N1,N2,M…ノード P0〜P7…配線パッド Q…接続箇所 R…抵抗 Tx,Ty…出力端子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Circuit board 11 ... Solder joint part 12 ... Through hole 20 ... Piezoelectric element 25 ... Piezoelectric element 30 ... Vibrating substrate 31 ... Concentric circular slit 40 ... Auxiliary piezoelectric elements 41, 42 ... Weight body 50 ... Pedestal 51 ... Cylindrical structure Body 52, 53 ... Wire member 54 ... Knife edge 55 ... Cylindrical structure 56-59 ... Wire member 70, 70a-70c ... Diaphragm 75, 75c ... Weight body 80 ... Weight body 110 ... Excitation voltage generating circuit 115 ... Amplifier circuit 121-124 ... Impedance conversion circuit 131, 132 ... Differential amplifier circuit 141, 142 ... Synchronous detection circuit 143 ... Comparator 151, 152 ... Filter circuit 161, 162 ... DC amplifier circuit A ... Upper electrode B ... Lower electrode E0 ... Counter electrode E1 ... First electrode E2 ... Second electrode E3 ... Third electrode E4 ... Fourth electrode E5 ... Fifth electrode E6 ... Sixth Electrode E7 ... Seventh electrode E11-E24 ... Electrode N, N1, N2, M ... Node P0-P7 ... Wiring pad Q ... Connection point R ... Resistor Tx, Ty ... Output terminal

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺尾 博明 長野県北佐久郡御代田町大字御代田4107番 地5 ミヨタ株式会社内 (72)発明者 並木 智雄 長野県北佐久郡御代田町大字御代田4107番 地5 ミヨタ株式会社内 (72)発明者 重田 利靖 長野県北佐久郡御代田町大字御代田4107番 地5 ミヨタ株式会社内 (72)発明者 畠山 稔 長野県北佐久郡御代田町大字御代田4107番 地5 ミヨタ株式会社内 (72)発明者 岡田 和廣 埼玉県上尾市菅谷4丁目73番地 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hiroaki Terao 4107 Miyota, Miyota-cho, Kitasaku-gun, Kitano, Nagano 5 Miyota Co., Ltd. Incorporated (72) Inventor Riyasu Shigeta 5107 Miyota, Miyota-cho, Kitasaku-gun, Kitano, Nagano Prefecture 5107 Miyota Co., Ltd. (72) Inventor Kazuhiro Okada 4-73 Sugaya, Ageo City, Saitama Prefecture

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 XYZ三次元座標系におけるX軸まわり
の角速度ωxおよびY軸まわりの角速度ωyを検出する
角速度センサであって、 XY平面に沿って延びた板状形状を有し、前記座標系の
原点に位置する中心部を、所定の円周をノードとする振
動モードでZ軸方向に振動させることができる可撓性を
もった振動基板と、 この振動基板に積層するように接合された板状の圧電素
子と、 前記振動基板の下面を前記ノード位置において直接もし
くは他の構成要素を介して間接的に支持する台座と、 前記振動基板の中心部に直接もしくは他の構成要素を介
して間接的に接合された重錘体と、 前記振動基板の上方に所定距離だけ離れて配置された支
持基板と、 所定の運動自由度を確保した状態で、前記台座を前記支
持基板に対して吊着するワイヤ部材と、 前記圧電素子に交流電圧を印加することにより、前記重
錘体がZ軸方向に振動するような周期的な撓みを前記圧
電素子に生じさせる励振手段と、 前記励振手段により前記重錘体をZ軸方向に振動させた
状態において、前記重錘体に作用するX軸方向のコリオ
リ力およびY軸方向のコリオリ力を、前記圧電素子に発
生する電荷の分布に基づいて検出するコリオリ力検出手
段と、 検出したX軸方向のコリオリ力に基づいてY軸まわりの
角速度ωyを演算し、検出したY軸方向のコリオリ力に
基づいてX軸まわりの角速度ωxを演算する演算手段
と、 を備えることを特徴とする角速度センサ。
1. An angular velocity sensor for detecting an angular velocity ωx about an X axis and an angular velocity ωy about a Y axis in an XYZ three-dimensional coordinate system, the angular velocity sensor having a plate-like shape extending along an XY plane. A flexible vibration substrate capable of vibrating in the Z-axis direction in a vibration mode having a predetermined circumference as a node, and a central portion located at the origin of is bonded to be laminated on this vibration substrate. A plate-shaped piezoelectric element, a pedestal that supports the lower surface of the vibration substrate directly or indirectly via other components at the node position, and directly or via other components to the center of the vibration substrate. The weight body indirectly joined to the supporting substrate, which is disposed above the vibrating substrate at a predetermined distance, and the pedestal is suspended from the supporting substrate with a predetermined degree of freedom of movement secured. Wire to wear A material, an excitation means for causing the piezoelectric element to undergo periodic flexure such that the weight body vibrates in the Z-axis direction by applying an AC voltage to the piezoelectric element, and the weight means uses the weight means. Coriolis force for detecting the Coriolis force in the X-axis direction and the Coriolis force in the Y-axis direction acting on the weight body in a state where the body is vibrated in the Z-axis direction, based on the distribution of charges generated in the piezoelectric element. A detecting means and a calculating means for calculating the angular velocity ωy about the Y axis based on the detected Coriolis force in the X axis direction, and calculating the angular velocity ωx about the X axis based on the detected Coriolis force in the Y axis direction. An angular velocity sensor, comprising:
【請求項2】 請求項1に記載の角速度センサにおい
て、 XY平面に沿った方向の応力が作用したときに、上面お
よび下面に所定の電荷が発生する分極特性をもった圧電
素子を用い、 この圧電素子の上面もしくは下面のいずれか一方の面
に、X軸およびY軸の双方に関して線対称な配置になる
ように複数の電極を形成し、他方の面には、この複数の
電極に対向する位置に電極を形成し、これらの電極に対
して励振手段による電圧印加を行うとともに、これらの
電極に発生する電荷をコリオリ力検出手段によって検出
するように構成したことを特徴とする角速度センサ。
2. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein a piezoelectric element having a polarization characteristic that a predetermined charge is generated on the upper surface and the lower surface when stress in a direction along the XY plane is applied, A plurality of electrodes are formed on either one of the upper surface and the lower surface of the piezoelectric element so as to be arranged in line symmetry with respect to both the X axis and the Y axis, and the other surface faces the plurality of electrodes. An angular velocity sensor characterized in that electrodes are formed at the positions, a voltage is applied to these electrodes by an excitation means, and a charge generated in these electrodes is detected by a Coriolis force detection means.
【請求項3】 請求項2に記載の角速度センサにおい
て、 圧電素子の一方の面には、X軸の正の領域に第1の電極
を、Y軸の正の領域に第2の電極を、X軸の負の領域に
第3の電極を、Y軸の負の領域に第4の電極を、それぞ
れ配置し、圧電素子の他方の面には、前記第1〜第4の
電極に対向する対向電極を配置し、 励振手段は、前記対向電極を接地電位に固定するととも
に、前記第1〜第4の電極に対して同一の交流電圧を印
加することにより、重錘体をZ軸方向に振動させ、 コリオリ力検出手段は、前記第1の電極に発生する電荷
と前記第3の電極に発生する電荷との差に基づいてX軸
方向のコリオリ力を検出し、前記第2の電極に発生する
電荷と前記第4の電極に発生する電荷との差に基づいて
Y軸方向のコリオリ力を検出することを特徴とする角速
度センサ。
3. The angular velocity sensor according to claim 2, wherein one surface of the piezoelectric element has a first electrode in a positive region of the X axis and a second electrode in a positive region of the Y axis. A third electrode is arranged in the negative region of the X axis and a fourth electrode is arranged in the negative region of the Y axis, and the other surface of the piezoelectric element faces the first to fourth electrodes. A counter electrode is arranged, and the excitation means fixes the counter electrode to the ground potential and applies the same AC voltage to the first to fourth electrodes to move the weight body in the Z-axis direction. The Coriolis force detecting means detects the Coriolis force in the X-axis direction based on the difference between the charge generated in the first electrode and the charge generated in the third electrode, It is possible to detect the Coriolis force in the Y-axis direction based on the difference between the generated charge and the charge generated in the fourth electrode. Characteristic angular velocity sensor.
【請求項4】 請求項3に記載の角速度センサにおい
て、 第1〜第4の電極を、振動基板のノードとなる円周より
内側の領域に配置したことを特徴とする角速度センサ。
4. The angular velocity sensor according to claim 3, wherein the first to fourth electrodes are arranged in a region inside a circumference which is a node of the vibration substrate.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載の角速度
センサにおいて、 振動基板に積層するように接合された板状の補助圧電素
子を更に設け、振動基板、圧電素子、補助圧電素子によ
って三層ダイヤフラムが構成されるようにし、 前記補助圧電素子に発生する電荷に基づく信号をフィー
ドバック信号として励振手段に与え、励振手段によるフ
ィードバック制御によって振動基板を振動させることが
できるようにしたことを特徴とする角速度センサ。
5. The angular velocity sensor according to claim 1, further comprising a plate-shaped auxiliary piezoelectric element bonded so as to be laminated on the vibration substrate, the vibration substrate, the piezoelectric element, and the auxiliary piezoelectric element. A three-layer diaphragm is configured, and a signal based on the electric charge generated in the auxiliary piezoelectric element is applied as a feedback signal to the excitation means so that the vibration substrate can be vibrated by the feedback control by the excitation means. And angular velocity sensor.
【請求項6】 請求項5に記載の角速度センサにおい
て、 振動基板の上面に圧電素子が積層され、下面に補助圧電
素子が積層されるように三層ダイヤフラムを構成し、 この三層ダイヤフラムの下面を台座によって支持すると
ともに、下面中心部に重錘体を接合するようにしたこと
を特徴とする角速度センサ。
6. The angular velocity sensor according to claim 5, wherein the three-layer diaphragm is configured such that the piezoelectric element is laminated on the upper surface of the vibration substrate and the auxiliary piezoelectric element is laminated on the lower surface, and the lower surface of the three-layer diaphragm. An angular velocity sensor characterized in that the base is supported by a pedestal, and a weight body is joined to the center of the lower surface.
【請求項7】 請求項2〜4のいずれかに記載の角速度
センサにおいて、 圧電素子の一方の面に、更に補助電極を設け、この補助
電極に発生する電荷に基づく信号をフィードバック信号
として励振手段に与え、励振手段によるフィードバック
制御によって振動基板を振動させることができるように
したことを特徴とする角速度センサ。
7. The angular velocity sensor according to claim 2, further comprising an auxiliary electrode provided on one surface of the piezoelectric element, and a signal based on the electric charge generated in the auxiliary electrode is used as a feedback signal for exciting means. The angular velocity sensor is characterized in that the vibrating substrate can be vibrated by feedback control by the excitation means.
【請求項8】 請求項1〜7のいずれかに記載の角速度
センサにおいて、 振動基板として、同心円状に複数のスリットが形成され
た可撓性基板を用いたことを特徴とする角速度センサ。
8. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein a flexible substrate having a plurality of concentric circular slits is used as the vibrating substrate.
【請求項9】 請求項1〜8のいずれかに記載の角速度
センサにおいて、 台座を円筒状の構造体によって構成し、その上端部分に
ナイフエッジを形成し、このナイフエッジの先端部分に
よって振動基板の下面を直接もしくは間接的に支持する
ようにしたことを特徴とする角速度センサ。
9. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the pedestal is formed of a cylindrical structure, and a knife edge is formed at an upper end portion of the pedestal, and the vibrating substrate is formed by the tip end portion of the knife edge. An angular velocity sensor characterized in that the lower surface of the is directly or indirectly supported.
【請求項10】 請求項1〜9のいずれかに記載の角速
度センサにおいて、 支持基板を回路基板として利用し、励振手段、コリオリ
力検出手段、演算手段の構成要素となる回路素子を、こ
の回路基板上に実装したことを特徴とする角速度セン
サ。
10. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the support substrate is used as a circuit board, and the circuit elements serving as constituent elements of the excitation means, the Coriolis force detection means, and the arithmetic means are provided in this circuit. An angular velocity sensor characterized by being mounted on a substrate.
【請求項11】 請求項1〜5および7〜10のいずれ
かに記載の角速度センサにおいて、 重錘体を振動基板の上方に配置し、かつ、前記重錘体の
振動を阻害しないように、支持基板の中央部に貫通孔を
設けたことを特徴とする角速度センサ。
11. The angular velocity sensor according to any one of claims 1 to 5 and 7 to 10, wherein the weight body is arranged above the vibrating substrate, and the vibration of the weight body is not hindered. An angular velocity sensor characterized in that a through hole is provided in a central portion of a supporting substrate.
JP7113964A 1995-04-14 1995-04-14 Angular velocity sensor Pending JPH08285608A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004251909A (en) * 2003-02-20 2004-09-09 Boeing Co:The Isolated resonator gyroscope with drive and sense plate
JP2009145301A (en) * 2007-12-18 2009-07-02 Wacoh Corp Angular velocity sensor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004251909A (en) * 2003-02-20 2004-09-09 Boeing Co:The Isolated resonator gyroscope with drive and sense plate
JP4620364B2 (en) * 2003-02-20 2011-01-26 ザ・ボーイング・カンパニー Isolated resonator gyroscope with drive and sense plates
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