JPH0854242A - 振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造が容易で、回転角速度等の大きさを精度
よく検出できる振動ジャイロ１を提供する。 【構成】 振動子４の励振駆動部６と、容量検出部10
Ａ，10Ｂを設け、振動子４を折曲形成した梁３で支持
し、振動子４と同一平面の直交２方向に励振振動と検出
振動を行う。容量検出部10Ａ，10Ｂにはそれぞれサーボ
機構14Ａ，14Ｂを接続し、検出振動が起こると、サーボ
機構14Ａ，14Ｂが検出振動を打ち消す方向に容量検出部
10Ａ，10Ｂに静電力を印加する。検出部15Ａ，15Ｂは、
サーボ機構14Ａ，14Ｂが容量検出部10Ａ，10Ｂに印加す
るフィードバック出力を検出振動の容量変化として検出
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、角速度センサ等に用い
られる振動ジャイロに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２には、角速度センサ等に用いられる
半導体マイクロマシニングで作製された振動ジャイロの
一例が示されている。振動ジャイロ１は、シリコン等の
基板５に振動子４と、振動子４を支持する梁３と、振動
子４を励振駆動させる励振駆動部６と、振動子４と同一
平面に直交する方向の検出振動を検知する容量検出部10
とを形成して構成されている。

【０００３】励振駆動部６には、櫛歯形状の固定電極８
と、振動子４と一体形成される櫛歯形状の可動電極７と
が噛み合うように設けられており、固定電極８に交流電
圧を印加すると、固定電極８と可動電極７間に静電力が
発生し、この静電力で振動子４をｙ軸方向に励振振動さ
せる。また、容量検出部10は、振動子４の裏面側に形成
される電極（図示せず）と、この電極に微少間隙19を介
して下方側に対向配置される下部電極18とを有し、電極
と下部電極18間の静電容量変化を検出する。

【０００４】上記構成の振動ジャイロ１において、励振
駆動部６を駆動して、振動子４をｙ軸方向に励振振動さ
せ、ｘ軸を中心として回転すると、励振振動方向と回転
軸方向との両方に直交する方向（ｚ軸方向）にコリオリ
力が発生し、このコリオリ力によって振動子４がｚ軸方
向に検出振動し、容量検出部10で検出振動による振動子
４の電極と下部電極18間の静電容量変化を検出し、この
検出値に基づいてｘ軸回りの回転角速度等の大きさを検
知する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、コリオリ力
による振動子４の検出振動の振幅が小さいので、振動子
４と下部電極18間の静電容量変化を正確に検出するため
には、振動子４と下部電極18との間隙19を小さくする必
要がある。しかし、間隙19を小さくすればするほど、大
きな面積を持つ振動子４と、同様な大きな面積を持つ下
部電極18とをより精密に平行に対向設置しなければなら
ず、振動ジャイロ１の製造が容易でないという問題があ
る。

【０００６】また、ｚ軸回りの回転加速度が大きく、コ
リオリ力が強く振動子４に加えられると、振動子４と下
部電極18との間隙19が小さいために、振動子４が下部電
極18に接触してしまい、静電容量変化の検出ができなく
なるという問題がある。

【０００７】また、振動子４は面圧を強く受ける方向に
検出振動を行うので、大気中では、振動子４が面圧（空
気抵抗）を受けてコリオリ力の発生分に応じた検出振動
を行えず、振動ジャイロ１は精度良く回転角速度等の大
きさを検出できないという問題がある。この問題を解消
するために、通常、振動ジャイロ１は真空状態で気密封
止されるが、振動ジャイロ１の製造に手間がかかるとい
う問題が生じている。

【０００８】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、製造が容易で、しかも、回
転角速度等の大きさを精度良く検出できる振動ジャイロ
を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は次のように構成されている。すなわち、第
１の発明の振動ジャイロは、梁によって支えられた振動
子を有し、この振動子を該振動子と同一平面の一方向に
静電力によって励振駆動する励振駆動部と、振動子の励
振振動方向と直交する方向を回転軸とし、この回転軸方
向と前記励振振動方向に共に直交する方向の振動子のコ
リオリ力による検出振動を容量変化によって検出する容
量検出部とを備えた振動ジャイロにおいて、前記振動子
を支えている梁を折曲形成して振動子と同一平面の直交
２方向に前記励振振動と検出振動を生じさせることを特
徴として構成されている。第２の発明は、第１の発明の
振動ジャイロの構成を持ち、容量検出部には振動子の検
出振動を打ち消す方向に静電力を印加して振動子を検出
振動方向の定位置に保持するサーボ機構が設けられ、こ
のサーボ機構のフィードバック出力を前記検出振動の容
量変化の信号として検出することを特徴として構成され
ている。

【００１０】

【作用】上記構成の本発明において、励振駆動部を駆動
して、振動子をこの振動子と同一平面の一方向に励振振
動させ、振動子と同一の平面に直交する方向を中心とし
て振動ジャイロを回転すると、励振振動方向と回転軸方
向に共に直交する方向、つまり、振動子と同一平面内で
励振振動方向と直交する振動子の長手方向にコリオリ力
が発生する。梁の折曲形成部がばねのように梁に長手方
向の自由度を与えているために、振動子はコリオリ力を
受けて梁の長手方向に検出振動を行い、容量検出部で検
出振動を容量変化によって検出する。

【００１１】

【実施例】本発明による実施例を図面に基づいて以下に
説明する。なお、本実施例の説明において、従来例と同
一名称部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略
する。

【００１２】図１には、本実施例の振動ジャイロ１が示
されている。本実施例の振動ジャイロ１には、梁３に形
成した折曲形成部と、振動子４と同一平面上に設けられ
る容量検出部10Ａ，10Ｂと、容量検出部10Ａに設けられ
る公知のサーボ機構14Ａと、容量検出部10Ｂに設けられ
るサーボ機構14Ｂと、サーボ機構14Ａのフィードバック
出力を検出する検出部15Ａと、サーボ機構14Ｂのフィー
ドバック出力を検出する検出部15Ｂとが設けられてい
る。

【００１３】梁３の折曲形成部は、梁３の長手方向と直
交する方向に設ける部分３ａと、梁３の長手方向と平行
な方向に設ける部分３ｂから形成されるＬ字形状をして
おり、梁３の先端部に梁３と一体形成され、折曲形成部
の先端が固定端となっている。

【００１４】容量検出部10Ａ，10Ｂは励振駆動部６と同
様な構造を持ち、容量検出部10Ａには、櫛歯形状の検出
電極11Ａと、振動子４と一体形成される櫛歯形状の移動
電極12Ａとが噛み合うように設けられ、容量検出部10Ｂ
には同様に検出電極11Ｂと移動電極12Ｂが設けられてい
る。サーボ機構14Ａは、検出電極11Ａから検出電極11Ａ
と移動電極12Ａ間の静電容量を検出し、移動電極12Ａが
Ｘ軸方向に検出電極11Ａから遠ざかる向きに変位しよう
として、該静電容量が変化するのを検知すると、移動電
極12Ａを一定位置に保持する方向、つまり、移動電極12
Ａの変位を打ち消す方向に静電力（フィードバック電
圧）を検出電極11Ａに印加する。サーボ機構14Ｂも、同
様に、検出電極11Ｂから検出電極11Ｂと移動電極12Ｂ間
の静電容量を検出し、移動電極12ＢがＸ軸方向に検出電
極11Ｂから遠ざかる向きに変位しようとすると、移動電
極12Ｂの変位を打ち消す方向にフィードバック電圧を検
出電極11Ｂに印加する。

【００１５】検出部15Ａ，15Ｂは、サーボ機構14Ａ，14
Ｂから検出電極11Ａ，11Ｂに印加するフィードバック電
圧を検出電極11Ａと移動電極12Ａ間、および検出電極11
Ｂと移動電極12Ａ間の振動子４の検出振動に対応する静
電容量変化の信号として検出する。

【００１６】上記構成の振動ジャイロ１において、励振
駆動部６を駆動して、振動子４をｙ軸方向に励振振動さ
せ、振動子４と同一平面に直交するｚ軸を中心として振
動ジャイロ１が回転すると、励振振動方向と回転軸方向
とに直交するｘ軸方向にコリオリ力が発生する。このコ
リオリ力が振動子４に加わり、振動子４がｘ軸方向に検
出振動しようとする。そして、振動子４と共に移動電極
12Ａ，12Ｂが検出振動方向に変位しようとすると、サー
ボ機構14Ａ，14Ｂが駆動して、検出電極11Ａ，11Ｂに検
出振動を打ち消す方向に静電力が印加されることで、移
動電極12Ａ，12Ｂ（振動子４）は検出振動方向の一定位
置に保持される。一方、検出部15Ａ，15Ｂは、サーボ機
構14Ａ，14Ｂから検出電極11Ａ，11Ｂに印加するフィー
ドバック出力を検出し、コリオリ力による検出振動の容
量変化信号として、回転角速度等の大きさを検出する。

【００１７】本実施例では、振動子４の梁３を折曲形成
したことによって、梁３の折曲形成部がばねのように働
いて、振動子４が梁３の長手方向（ｘ軸方向）に振動す
ることが可能となる。そして、この振動子４を用いて、
振動子４の励振振動と検出振動とを同一平面内で振動さ
せる構成としたので、振動子４は面圧を強く受ける方向
に振動せず、大気中でも、振動子４の検出振動は空気抵
抗に妨げられることなく振動する。そのため、従来のよ
うに、振動ジャイロ１を真空状態に気密封止しなくて
も、振動ジャイロ１は正確に検出振動の静電容量変化を
検出して、精度良く回転角速度等の大きさを検出でき
る。上記理由から振動ジャイロ１の製造工程で、真空状
態に気密封止する手間を省くことができる。

【００１８】また、上記の如く、振動子４の検出振動が
振動子４と同一平面で振動するので、従来のように、大
きな面積を持つ振動子４と、同様な大きな面積を持つ下
部電極18とを精密に平行に対向配置する必要がなくな
り、振動ジャイロ１の製造を容易にすることができる。

【００１９】さらに、サーボ機構14Ａ，14Ｂを設ける
と、振動子４にコリオリ力が加えられても、実際に振動
子４が検出振動することがないので、コリオリ力が強く
振動４に加えられても、検出電極11Ａと移動電極12Ａ、
または、検出電極11Ｂと移動電極12Ｂとが接触してしま
い、コリオリ力による静電容量変化を検出できないとい
うことがなく、振動ジャイロ１は正確に回転角速度等の
大きさを検出できる。

【００２０】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では、振動駆動部６や容量検出部10Ａ，10Ｂに設
けられる電極が櫛歯形状であったが、他の形状であって
もよい。

【００２１】また、上記実施例では両持梁の振動ジャイ
ロ１を用いたが、片持梁でも同様な効果が得られる。

【００２２】また、容量検出部10Ａ，10Ｂに各々サーボ
機構14，14Ｂを設けず、振動子４の励振振動と検出振動
とを振動子４と同一平面内で行ってもよく、この際に
も、振動子４に平行設置する下部電極18を要せず、検出
振動を妨げる空気抵抗が少ないことから、上記実施例と
同様な効果が得られる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、振動子を支えている梁
を折曲形成して、振動子と同一平面の直交２方向に振動
子の励振と検出の振動を生じさせる構成としたので、振
動子の検出振動が面圧の僅かな方向に振動し、大気中で
あっても、検出振動を妨げる空気抵抗が小さいため、容
量検出部で検出振動を容量変化によって正確に検出でき
る。このことから、振動ジャイロは真空状態でなくても
精度良く回転角速度等の大きさを検出でき、振動ジャイ
ロの製造において、振動ジャイロを真空状態に気密封止
する手間を省くことができる。

【００２４】また、上記の如く、振動子の励振振動と検
出振動とを振動子と同一平面内で生じさせるので、大き
な面積を持つ振動子と、振動子と同様な大きな面積を持
つ電極とを精密に平行設置する必要もなく、振動ジャイ
ロの製造を容易にすることができる。

【００２５】さらに、容量検出部にサーボ機構を設けた
構成のものにあっては、実際に振動子が検出振動方向に
振動することがなく、振動ジャイロの回転加速度が大き
くなって、振動子に強いコリオリ力が加えられても、容
量検出部の移動側の電極が固定側の電極に接触してしま
うことがなく、容量変化を検出でき、正確な回転角速度
等の大きさを検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の振動ジャイロを示す説明図である。

【図２】従来例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 振動ジャイロ ３ 梁 ４ 振動子 ６ 励振駆動部 10 容量検出部 14 サーボ機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 友保 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 厚地 健一 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 田中 克彦 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 梁によって支えられた振動子を有し、こ
   の振動子を該振動子と同一平面の一方向に静電力によっ
   て励振駆動する励振駆動部と、振動子の励振振動方向と
   直交する方向を回転軸とし、この回転軸方向と前記励振
   振動方向に共に直交する方向の振動子のコリオリ力によ
   る検出振動を容量変化によって検出する容量検出部とを
   備えた振動ジャイロにおいて、前記振動子を支えている
   梁を折曲形成して振動子と同一平面の直交２方向に前記
   励振振動と検出振動を生じさせる構成とした振動ジャイ
   ロ。
2. 【請求項２】 容量検出部には振動子の検出振動を打ち
   消す方向に静電力を印加して振動子を検出振動方向の定
   位置に保持するサーボ機構が設けられ、このサーボ機構
   のフィードバック出力を前記検出振動の容量変化の信号
   として検出する請求項１記載の振動ジャイロ。