JPH0868637A - 捩れ振動型ジャイロ - Google Patents

捩れ振動型ジャイロ

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JPH0868637A
JPH0868637A JP6227356A JP22735694A JPH0868637A JP H0868637 A JPH0868637 A JP H0868637A JP 6227356 A JP6227356 A JP 6227356A JP 22735694 A JP22735694 A JP 22735694A JP H0868637 A JPH0868637 A JP H0868637A
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JP
Japan
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vibrator
vibrators
vibrating element
oscillator
vibration
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Pending
Application number
JP6227356A
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English (en)
Inventor
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
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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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 (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
JP6227356A 1994-08-29 1994-08-29 捩れ振動型ジャイロ Pending JPH0868637A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009119470A1 (ja) * 2008-03-24 2009-10-01 アルプス電気株式会社 角速度センサ
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