JPH0868637A

JPH0868637A - 捩れ振動型ジャイロ

Info

Publication number: JPH0868637A
Application number: JP6227356A
Authority: JP
Inventors: Kazufumi Moriya; 和文森屋; Yoichi Mochida; 洋一持田; Tomoyasu Hasegawa; 友保長谷川; Kenichi Atsuji; 健一厚地; Shoichi Sugimoto; 正一杉本; Katsuhiko Tanaka; 克彦田中
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-08-29
Filing date: 1994-08-29
Publication date: 1996-03-12

Abstract

(57)【要約】【目的】振動子５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄに対する空気
抵抗を小さくし、高感度な捩れ振動型ジャイロを提供す
ることである。【構成】４個の振動子５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを横２
列縦２列に配置し、振動子５Ａ，５Ｂは縦梁６Ａ，６Ｂ
で連結し、振動子５Ｃ，５Ｄは縦梁６Ｃ，６Ｄで連結す
る。縦梁６Ｂ，６Ｃは長さ方向のほぼ中間位置で互いに
捩れ支点固定軸としての連結固定梁４で連結する。振動
子５Ａと隣りの振動子５Ｂ，５Ｃはｙ軸方向に互いに逆
向きに励振振動し、各振動子５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄに
ｘ軸方向を中心とした回転加速度が加わると、各振動子
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄにｚ軸方向のコリオリ力が加わ
り、振動子５Ａは、隣りの振動子５Ｂ，５Ｃのコリオリ
力による振動と逆向きに振動し、振動子５Ａのコリオリ
力振動変位方向の空気は振動子５Ｂ，５Ｃの２方向に流
れ出て、振動子５Ｂ，５Ｃの変位を助長する。

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
られる捩れ振動型ジャイロに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３には、半導体マイクロマシニング技
術を用いて作製される捩れ振動型ジャイロの主要部構成
が示されている。同図において、振動素子３は、シリコ
ン等の基板７に、振動子５ａ，５ｂと、櫛歯形状の可動
電極10ａ，10ｂと、櫛歯形状の固定電極９ａ，９ｂと、
振動子５ａ，５ｂを支持する梁16ａ，16ｂと、連結梁17
と、支持梁18と、捩れ支点軸となる支点固定梁15とが形
成されている。振動子５ａと振動子５ｂとは同一平面上
に間隔を介して横列配置され、振動子５ａ，５ｂには可
動電極10ａ，10ｂが形成され、可動電極10ａ，10ｂと噛
み合うようにして固定電極９ａ，９ｂが設けられてい
る。上記のような振動子５ａと振動子５ｂとは梁16ａ，
16ｂを介して連結梁17で連結され、連結梁17の中央部は
支持梁18を介して支点固定梁15で支持固定されている。
また、振動子５ａ，５ｂの裏面上に電極（図示せず）が
形成され、各電極に対向させて平行配置する下部電極12
ａ，12ｂが設けられている。

【０００３】前記固定電極９ａと９ｂに同相の交流電圧
を印加すると、固定電極９ａと可動電極10ａ間および固
定電極９ｂと可動電極10ｂ間に静電力が生じ、この静電
力によって、振動子５ａと５ｂがｙ軸方向に互いに逆向
きに振動する音叉モードの励振振動を行う。

【０００４】上記のように、振動子５ａと振動子５ｂを
音叉モードで励振駆動させ、振動素子３がｘ軸方向を中
心として回転すると、励振振動方向と回転軸方向とに直
交する方向（ｚ軸方向）にコリオリ力が発生する。とこ
ろで、振動子５ａと振動子５ｂはｙ軸方向に互いに逆向
きに振動する音叉モードの励振振動を行っているので、
振動子５ａと振動子５ｂにはｚ軸方向に互いに逆向きの
コリオリ力が加わり、図４に示されるように、振動子５
ａ，５ｂが互いにｚ軸方向に逆向きに検出振動を行っ
て、振動素子３は、支点固定梁15を捩れ支点軸として捩
れ振動を行う。上記振動子５ａ，５ｂの検出振動の振幅
の大きさが、振動子５ａ，５ｂの裏面上の電極とその電
極に対向している下部電極12ａ，12ｂ間の静電容量の変
化として検出され、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出する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、振動子５
ａ，５ｂが検出振動を行うと、例えば、図４に示される
ように、振動子５ａが下向きに変位して、振動子５ａと
下部電極12ａ間の空気を押し出し、ｙ軸方向に押し出さ
れた空気は、矢印ａのように振動子５ｂを押し上げる方
向に流れて振動子５ｂの上向きの変位を助長する。ま
た、一方、振動子５ｂが上向きに変位して、振動子５ｂ
上からｙ軸方向に矢印ｂに示されるように流れ出た空気
は、振動子５ａを押し下げて振動子５ａの下向きの変位
を助長する。このように、ｙ軸方向に流れ出る空気の循
環流は隣りの振動子の変位を助長する方向に作用し、こ
のｙ軸方向の流れは振動子５ａ，５ｂの検出振動を阻害
するダンピング（空気抵抗）として作用することはほと
んどない。

【０００６】しかしながら、振動子５ａ，５ｂの検出振
動によってｘ軸方向に流れ出る空気は、振動子５ａ，５
ｂと平行な面内を流れて振動子５ａ，５ｂの変位を助長
する循環流を形成せず、このｘ軸方向の空気の流れが振
動素子３の捩れ振動を妨げる空気抵抗（ダンピング）と
なって、振動素子３のＱ値を低下し、捩れ振動型ジャイ
ロが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。

【０００７】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、振動素子に対する空気抵抗
を小さくして、高精度に回転角速度等の大きさを検出で
きる捩れ振動型ジャイロを提供することである。

【０００８】

【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、本
発明の捩れ振動型ジャイロは、間隔を介して縦列配置さ
れた第１の振動子と第２の振動子を縦梁で連結して第１
の振動素子と成し、同じく、間隔を介して縦列配置され
た第３の振動子と第４の振動子を縦梁で連結して第２の
振動素子と成し、第１の振動子と第３の振動子を、第２
の振動子と第４の振動子をそれぞれ横列配置して略同一
平面上に第１の振動素子と第２の振動素子が並設され、
隣り合う第１の振動素子の縦梁と第２の振動素子の縦梁
は長さ方向のほぼ中間位置で互いに捩れ支点固定軸によ
って連結固定されており、各振動素子の振動子を縦梁に
対して直交する平面方向に逆向きに、かつ、第１の振動
素子と第２の振動素子の横列配置される振動子同士を同
じく互いに逆向きに励振駆動させたことを特徴として構
成されている。

【０００９】

【作用】上記構成の本発明において、各振動子を励振振
動させ、励振振動方向と同一平面内で励振振動方向に直
交する方向を中心として捩れ振動型ジャイロが回転する
と、隣り合う振動子同士には励振振動方向と回転軸方向
に共に直交する方向に互いに逆向きのコリオリ力が加わ
り、隣り合う振動子同士はコリオリ力発生方向に互いに
逆向きに振動する。

【００１０】このコリオリ力による振動によって、例え
ば、第１の振動子が上向き変位するとき、第１の振動子
上の空気は、横隣りの第３の振動子方向と縦隣りの第２
の振動子方向の２方向に流れ出て、下向き変位の第２、
第３の振動子を押し下げるように作用し、第２、第３の
振動子の下向き変位を助長する。また、反対に、第１の
振動子は下向き変位するとき、第１の振動子下の空気
は、横隣りの第３の振動子方向と縦隣りの第２の振動子
方向の２方向に流れ出て、上向き変位の第２、第３の振
動子を押し上げるように作用し、第２、第３の振動子の
上向き変位を助長する。

【００１１】このように、上向き変位の振動子上の空気
は隣りの下向き変位の振動子の変位を助長し、下向き変
位の振動子下の空気は隣りの上向き変位の振動子の変位
を助長する。すなわち、コリオリ力による振動によって
発生した捩れ振動型ジャイロ内の空気の流れは、振動子
に振動子のコリオリ力発生方向の振動を助長するように
作用し、捩れ振動型ジャイロが捩れ支点固定軸を支点と
して空気の流れに妨げられずに捩れ振動を行う。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
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。

【００１３】図１には、本実施例の捩れ振動型ジャイロ
１が示されている。第１の振動素子としての振動素子３
αにおいて、第１の振動子としての振動子５Ａと、第２
の振動子としての振動子５Ｂが同一平面上に間隔を介し
てｘ軸方向に縦列配置されて縦梁６Ａ，６Ｂで連結され
ている。振動子５Ａには櫛歯形状の可動電極10Ａが形成
され、可動電極10Ａと噛み合うようにして櫛歯形状の固
定電極９Ａが設けられ、振動子５Ｂにも同様な可動電極
10Ｂと、可動電極10Ｂに噛み合う固定電極９Ｂが設けら
れている。また、振動子５Ａの裏面上には電極（図示せ
ず）が形成され、この電極に対向させて平行配置する下
部電極12Ａが設けられ、同様に振動子５Ｂの裏面上には
電極（図示せず）が形成され、この電極に対向させて平
行配置する下部電極12Ｂが設けられている。

【００１４】第２の振動素子としての振動素子３βにお
いても振動素子３αと同様に、第３の振動子としての振
動子５Ｃと、第４の振動子としての振動子５Ｄが間隔を
介して縦列配置され縦梁６Ｃ，６Ｄで連結され、振動子
５Ｃには可動電極10Ｃが、振動子５Ｄには可動電極10Ｄ
が形成され、可動電極10Ｃ，10Ｄに噛み合うようにそれ
ぞれ固定電極９Ｃ，９Ｄが設けられている。また、振動
子５Ｃ，５Ｄの裏面上には電極（図示せず）が形成さ
れ、それぞれの電極に対向させて平行配置する下部電極
12Ｃ，12Ｄが設けられている。

【００１５】上記振動素子３αと振動素子３βは、振動
子５Ａと振動子５Ｃ、振動子５Ｂと振動子５Ｄがｙ軸方
向に横列配置するように、間隔を介して横列配置され、
縦梁６Ｂと縦梁６Ｃの長さ方向のほぼ中間位置で捩れ支
点軸としての連結固定梁４によって連結固定されてい
る。

【００１６】前記固定電極９Ａと９Ｃに同位相の電圧を
印加し、固定電極９Ｂと９Ｄには固定電極９Ａ，９Ｃの
逆位相（半周期ずれた位相）の電圧を印加すると、捩れ
振動型ジャイロ１は、図２の（ａ）に示すように、横方
向に隣り合う振動子５Ａと振動子５Ｃ、振動子５Ｂと振
動子５Ｄがｙ軸方向に互いに逆向きに音叉モードで振動
し、かつ、縦方向に隣り合う振動子５Ａと振動子５Ｂ、
振動子５Ｃと振動子５Ｄがｙ軸方向に逆向きに振動する
励振駆動を行う。

【００１７】上記のように、各振動子５Ａ，５Ｂ，５
Ｃ，５Ｄを励振振動させ、捩れ振動型ジャイロ１がｘ軸
方向を中心として回転すると、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、図２の（ｂ）に示す
ように、縦方向に連結されている振動子５Ａと振動子５
Ｂ、振動子５Ｃと振動子５Ｄが対になり、シーソーのよ
うにコリオリ力発生方向（ｚ軸方向）に互いに逆向きに
検出振動し、かつ、横方向に隣り合う振動子５Ａと振動
子５Ｃ、振動子５Ｂと振動子５Ｄがコリオリ力発生方向
に互いに逆向きに検出振動し、捩れ振動型ジャイロ１は
連結固定梁４を捩れ支点固定軸として捩れ検出振動を行
う。

【００１８】本実施例によれば、コリオリ力が発生する
と、隣り合う振動子同士をコリオリ力発生方向に互いに
逆向きに検出振動させ、捩れ振動型ジャイロ１を連結固
定梁４を捩れ支点軸として検出振動させるので、例え
ば、図２の（ｂ）に示されるように、振動子５Ｄが下向
きに変位して、振動子５Ｄと下部電極12Ｄ間から押し出
されｘ軸方向に流れ出た空気は、縦隣りの振動子５Ｃを
押し上げる方向に流れ、上向き変位の振動子５Ｃの変位
を助長し、また、振動子５Ｄ下から押し出されｙ軸方向
に流れ出た空気は、横隣りの振動子５Ｂを押し上げる方
向に流れ上向き変位の振動子５Ｂの変位を助長する。ま
た、振動子５Ｄと連結されている振動子５Ｃは上向きに
変位して、振動子５Ｃ上からｘ軸方向に流れ出た空気
は、縦隣りの振動子５Ｄを押し下げる方向に流れ下向き
変位の振動子５Ｄの変位を助長し、また、振動子５Ｃ上
からｙ軸方向に流れ出た空気は、横隣りの振動子５Ａを
押し下げる方向に流れ下向き変位の振動子５Ａの変位を
助長する。

【００１９】すなわち、上向き変位の振動子上から流れ
出た空気は、横隣りと縦隣りの下向き変位の振動子を押
し下げる方向に流れて下向き変位の振動子の変位を助長
し、下向き変位の振動子下から流れ出た空気は、横隣り
と縦隣りの上向き変位の振動子を押し上げる方向に流れ
て上向き変位の振動子の変位を助長する。このように、
横方向と縦方向の２方向の空気の流れが共に振動子の変
位を助長して、捩れ振動型ジャイロ１の検出振動に対す
る空気抵抗となることはなく、捩れ振動型ジャイロ１の
Ｑ値の低下を防止でき、捩れ振動型ジャイロ１は精度良
く回転角速度等を検出できる。

【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、固定電極９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄおよび可
動電極10Ａ，10Ｂ，10Ｃ，10Ｄが櫛歯形状であったが、
他の形状であってもよい。また、振動子５Ａと振動子５
Ｂ（又は、振動子５Ｃと振動子５Ｄ）を連結している縦
梁６Ａ，６Ｂ（又は６Ｃ，６Ｄ）は２本であったが１本
であっても構わない。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、第１の振動子と第２の
振動子、第３の振動子と第４の振動子が同一平面上に縦
列配置され、第１の振動子と第３の振動子、第２の振動
子と第４の振動子が同一平面上に横列配置されており、
縦列配置の第１の振動子と第２の振動子、第３の振動子
と第４の振動子は縦梁に対して直交する平面方向（横方
向）に互いに逆向きに励振振動し、かつ、横列配置の第
１の振動子と第３の振動子、第２の振動子と第４の振動
子は横方向に互いに逆向きに励振振動する構成とした。
このことから、各振動子を励振振動させ、捩れ振動型ジ
ャイロが励振振動方向と同一平面内で励振振動方向に直
交する方向を中心として回転すると、各振動子には、励
振振動方向と回転軸方向とに共に直交する方向に発生す
るコリオリ力が加わり、このコリオリ力によって、例え
ば、第１の振動子と、横隣りの第３の振動子、縦隣りの
第２の振動子はコリオリ力発生方向に互いに逆向きに振
動し、第１の振動子と同様に、第２、第３の振動子を隣
りに持つ第４の振動子は第１の振動子と同向きに振動す
る。つまり、隣り合う振動子同士はコリオリ力発生方向
に互いに逆向きに振動する。

【００２２】この振動に伴って、上向き変位の振動子上
から横方向と縦方向の２方向に流れ出た空気はそれぞれ
隣りの下向き変位の振動子に押し下げる方向に作用して
下向き変位を助長し、下向き変位の振動子下から横方向
と縦方向の２方向に流れ出た空気はそれぞれ隣りの上向
き変位の振動子に押し上げる方向に作用して上向き変位
を助長する。このように、横方向と縦方向の２方向の空
気の流れが共に各振動子の変位を助長する方向に流れる
ことで、各振動子の振動に対する空気抵抗が小さくな
り、捩れ振動型ジャイロのＱ値の低下が防止でき、捩れ
振動型ジャイロは精度良く回転角速度等を検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の捩れ振動型ジャイロを示す説明図で
ある。

【図２】図１の捩れ振動型ジャイロの励振振動と検出振
動を示す説明図である。

【図３】従来例を示す説明図である。

【図４】従来の検出振動を示す説明図である。

【符号の説明】

３α，３β 振動素子４連結固定梁５Ａ〜５Ｄ振動子６Ａ〜６Ｄ縦梁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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)発明者杉本正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

【特許請求の範囲】

【請求項１】間隔を介して縦列配置された第１の振動
子と第２の振動子を縦梁で連結して第１の振動素子と成
し、同じく、間隔を介して縦列配置された第３の振動子
と第４の振動子を縦梁で連結して第２の振動素子と成
し、第１の振動子と第３の振動子を、第２の振動子と第
４の振動子をそれぞれ横列配置して略同一平面上に第１
の振動素子と第２の振動素子が並設され、隣り合う第１
の振動素子の縦梁と第２の振動素子の縦梁は長さ方向の
ほぼ中間位置で互いに捩れ支点固定軸によって連結固定
されており、各振動素子の振動子を縦梁に対して直交す
る平面方向に逆向きに、かつ、第１の振動素子と第２の
振動素子の横列配置される振動子同士を同じく互いに逆
向きに励振駆動させた捩れ振動型ジャイロ。