JPH10288527A - Angular velocity sensor - Google Patents

Angular velocity sensor

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Publication number
JPH10288527A
JPH10288527A JP9099318A JP9931897A JPH10288527A JP H10288527 A JPH10288527 A JP H10288527A JP 9099318 A JP9099318 A JP 9099318A JP 9931897 A JP9931897 A JP 9931897A JP H10288527 A JPH10288527 A JP H10288527A
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JP
Japan
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angular velocity
axis direction
vibrator
velocity sensor
arm
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP9099318A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Junji Moriwaki
淳二 森脇
Takashi Ito
岳志 伊藤
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.)
Denso Corp
Soken Inc
Original Assignee
Denso Corp
Nippon Soken Inc
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Publication date
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Priority to DE19756552A priority patent/DE19756552B4/en
Priority to DE19812977A priority patent/DE19812977A1/en
Priority to DE19812952A priority patent/DE19812952A1/en
Priority to DE19812962A priority patent/DE19812962A1/en
Publication of JPH10288527A publication Critical patent/JPH10288527A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To abate the temperature drift of a sensor, in this angular velocity sensor detecting an angular velocity with a tuning fork-form vibrator consisting of a piezoelectric body. SOLUTION: A vibrator is formed into a nearly U-shaped tuning-fork form having a pair of arm parts 4, 5 and a connecting part 6 connecting one end of these arm parts 4 and 5. This vibrator is supported by a columnar part 3 extending to the opposite direction of these arm parts 4 and 5 from a nearly central part of the connecting part 6. Here, width (w) of this columnar part 3 is more than 0.5 times and less than 1.0 times of width (W0) of these arm parts 4 and 5, while thickness (t) of this columnar part 3 is more than 0.75 times over the thickness t0 of the arm parts 4 and 5, respectively.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電体からなる音
叉型振動子を用いて角速度を検出する角速度センサに関
するものであり、特に車両の姿勢制御装置の角速度セン
サとして用いて好適である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity sensor for detecting an angular velocity using a tuning fork vibrator made of a piezoelectric material, and is particularly suitable for use as an angular velocity sensor in a vehicle attitude control device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の角速度センサとしては、
特開平8−210860号公報に記載のものがある。そ
の構成を図13に示す。これは、圧電体により一対の四
角柱状のアーム部4、5および各アーム部4、5の一端
を連結する連結部6を有する略コ字型音叉形状に形成さ
れた振動子1を備えたもの(いわゆるバルク音叉型)で
あり、この振動子1を一定振動させて、角速度Ωzが発
生した時に振動子1が受けるコリオリ力を振動子1の振
動の変化状態から検出するものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, as this kind of angular velocity sensor,
There is one described in JP-A-8-210860. FIG. 13 shows the configuration. This is provided with a vibrator 1 formed in a substantially U-shaped tuning fork shape having a pair of quadrangular prism-shaped arm portions 4 and 5 and a connecting portion 6 connecting one end of each arm portion 4 and 5 by a piezoelectric body. This is a so-called bulk tuning fork type, in which the vibrator 1 is vibrated at a constant rate, and the Coriolis force applied to the vibrator 1 when the angular velocity Ωz is generated is detected from the change in the vibration of the vibrator 1.

【0003】ここで、2本のアーム部4、5の配列方向
をy軸方向、振動子1における略コ字型を呈する側面X
1、X2に直交する方向をx軸方向、アーム部4、5が
延びる方向に平行な且つ2本のアーム部4、5の中心間
に位置する軸をz軸方向として定義した場合、各軸によ
ってxyz直交座標系が構成(図13参照)される。こ
の座標系において、上記の角速度センサは、具体的には
以下のように作用する。
Here, the arrangement direction of the two arms 4 and 5 is the y-axis direction, and a substantially X-shaped side surface X of the vibrator 1 is provided.
When the direction orthogonal to X1 and X2 is defined as the x-axis direction, and the axis parallel to the direction in which the arms 4 and 5 extend and located between the centers of the two arms 4 and 5 is defined as the z-axis, Thus, an xyz rectangular coordinate system is configured (see FIG. 13). In this coordinate system, the above-mentioned angular velocity sensor operates specifically as follows.

【0004】x軸方向に分極処理された振動子1に対し
てx軸方向に交流電圧を印加すると、2本のアーム部
4、5はy軸方向に振動する。そして、振動子1がz軸
回りの回転力を受ける、すなわちz軸回りの角速度Ωz
が発生すると、コリオリの力によりアーム部4、5はx
軸方向に振動する。このx軸方向の振動を検出すること
で、振動子1のz軸回りの角速度Ωzを検出する。
When an AC voltage is applied in the x-axis direction to the vibrator 1 polarized in the x-axis direction, the two arms 4, 5 vibrate in the y-axis direction. Then, the vibrator 1 receives a rotational force about the z-axis, that is, the angular velocity Ωz about the z-axis.
Is generated, the arms 4, 5 are moved to x by Coriolis force.
Vibrates in the axial direction. By detecting the vibration in the x-axis direction, the angular velocity Ωz of the vibrator 1 around the z-axis is detected.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記の角速度センサに
おいては、発生する角速度Ωzすなわち入力角速度が0
の場合、振動子のアーム部4、5の振動はy軸方向成分
のみであることが望ましい。しかしながら、圧電体にて
振動子1が形成されているため、振動子1の加工誤差や
圧電体の分極の不均一さ等により、入力角速度が0の場
合でも振動はx軸方向の成分を持つ。
In the above-described angular velocity sensor, the generated angular velocity Ωz, that is, the input angular velocity is zero.
In this case, it is desirable that the vibration of the arm portions 4 and 5 of the vibrator is only the y-axis direction component. However, since the vibrator 1 is formed of the piezoelectric body, the vibration has a component in the x-axis direction even when the input angular velocity is 0 due to a processing error of the vibrator 1 and non-uniform polarization of the piezoelectric body. .

【0006】また、図13に示すように、振動子1は、
連結部6の略中央からアーム部4、5と反対方向に延び
る柱部3によって支持されており、この柱部3は、振動
子1と平行に配置された基板2に連結固定されている。
そして、上記のx軸方向の振動成分は、柱部3から基板
2に伝達(いわゆる振動の漏れ)し、基板2のz軸回り
の振動を発生させる加振力となると考えられる。
Further, as shown in FIG.
The connecting portion 6 is supported by a column 3 extending from a substantially center of the connecting portion 6 in a direction opposite to the arms 4 and 5. The column 3 is connected and fixed to the substrate 2 arranged in parallel with the vibrator 1.
Then, it is considered that the vibration component in the x-axis direction is transmitted from the column portion 3 to the substrate 2 (so-called vibration leakage) and becomes an exciting force for generating vibration of the substrate 2 around the z-axis.

【0007】このようなx軸方向の振動およびそれに起
因する振動は、角速度の検出信号に対してオフセットと
なるだけでなく、振動として不安定である。そのため、
特に温度変化などがあった場合に振動が不安定になる。
そして、結果的に、このような不要振動が原因で、オフ
セット出力の温度ドリフトが生じ、センサ性能が悪化す
ると考えられる。なお、温度ドリフトとは、センサの使
用温度範囲におけるオフセット出力の最大値と最小値と
の差である。
The vibration in the x-axis direction and the vibration caused by the vibration are not only offset with respect to the detection signal of the angular velocity, but are unstable as vibration. for that reason,
In particular, when the temperature changes, the vibration becomes unstable.
As a result, it is considered that the temperature drift of the offset output occurs due to such unnecessary vibration, and the sensor performance deteriorates. Note that the temperature drift is a difference between the maximum value and the minimum value of the offset output in the operating temperature range of the sensor.

【0008】本発明は上記問題点に鑑みて、圧電体から
なる音叉型振動子を用いて角速度を検出する角速度セン
サにおいて、センサの温度ドリフトを低減することを目
的とする。
In view of the above problems, an object of the present invention is to reduce a temperature drift of an angular velocity sensor for detecting an angular velocity using a tuning fork vibrator made of a piezoelectric material.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
の結果、振動子1の形状(音叉型)から考えて、振動子
1を支持する柱部3のねじれ剛性に着目した。すなわ
ち、ねじれ剛性を大きくすれば、上述した振動子1にお
ける加工誤差や圧電体の分極の不均一等が存在しても、
それによる不要振動(x軸方向の振動)が発生しにくく
なり、温度ドリフトが低減できると考えた。
As a result of intensive studies, the present inventors have paid attention to the torsional rigidity of the column 3 supporting the vibrator 1 in consideration of the shape (tuning fork type) of the vibrator 1. That is, if the torsional rigidity is increased, even if there is a processing error in the vibrator 1 or non-uniform polarization of the piezoelectric body,
It is considered that unnecessary vibration (vibration in the x-axis direction) is less likely to occur and temperature drift can be reduced.

【0010】ここで、温度ドリフトは小さいほど良い
が、さらに検討を進めたところ、実際には、温度ドリフ
トに対する要求が厳しいといわれる自動車用として角速
度センサを用いた場合、センサ使用温度範囲、制御回路
によるセンサ出力補正限界等の制約条件を考慮すると、
その温度ドリフトは10°/秒以下(−30℃〜80
℃)を必要とすることがわかった。ちなみに、従来のこ
の種の角速度センサにおいては、温度ドリフトは20〜
30°/秒のものが多く、10°/秒以下のレベルを安
定して実現できていなかった。
Here, the smaller the temperature drift, the better, but further investigations have shown that, in practice, when an angular velocity sensor is used for an automobile which is said to have a severe requirement for the temperature drift, the sensor operating temperature range and the control circuit Considering constraints such as the sensor output correction limit due to
The temperature drift is 10 ° / sec or less (−30 ° C. to 80
° C). By the way, in this kind of conventional angular velocity sensor, the temperature drift is 20 to
Many were at 30 ° / sec, and a level of 10 ° / sec or less could not be stably realized.

【0011】ところで、図13に示すように、上記した
従来の角速度センサの柱部3は、細いものとなってい
る。柱部3が無い、あるいはあっても太いものである場
合、振動子1からの振動が電極基板2へ漏れやすくなる
ため、柱部3を細くしている。本発明者等は、従来の角
速度センサにおいて、細い部分である柱部(3)のねじ
れ剛性を大きくすることが必要であると考えて柱部
(3)の太さに着目し、その太さがセンサの温度ドリフ
トに与える影響を調査した。
By the way, as shown in FIG. 13, the column portion 3 of the above-mentioned conventional angular velocity sensor is thin. If the pillar 3 is absent, or if it is thick, the pillar 3 is made thin because the vibration from the vibrator 1 easily leaks to the electrode substrate 2. The present inventors consider that in the conventional angular velocity sensor, it is necessary to increase the torsional rigidity of the column portion (3), which is a thin portion, and pay attention to the thickness of the column portion (3). The effect of temperature on the temperature drift of the sensor was investigated.

【0012】その結果、x軸方向およびy軸方向におけ
る柱部の幅および厚さ(w、t)とx軸方向およびy軸
方向におけるアーム部(4、5)である四角柱の幅およ
び厚さ(w0 、t0 )との寸法関係において、温度ドリ
フトを10°/秒以下に低減できるような所定範囲が存
在することを見出した。すなわち、請求項1の発明にお
いては、柱部(3)のy軸方向の幅(w)はアーム部
(4、5)のy軸方向の幅(w0 )の0.5倍以上1.
0倍以下であり、柱部(3)のx軸方向の厚さ(t)は
アーム部(4、5)のx軸方向の厚さ(t 0 )の0.7
5倍以上としている。
As a result, in the x-axis direction and the y-axis direction,
Width and thickness (w, t) of the column, and the x-axis direction and y-axis
The width and the width of the square pillar which is the arm part (4, 5) in the direction
And thickness (w0, T0In the dimensional relationship with
There is a predetermined range that can reduce the
I found that there is. That is, the invention of claim 1
The width (w) of the column (3) in the y-axis direction is the arm
(4, 5) width in the y-axis direction (w00.5) or more of 1.)
0 times or less, and the thickness (t) of the column portion (3) in the x-axis direction is
The thickness (t) of the arm portion (4, 5) in the x-axis direction 0) Of 0.7
5 times or more.

【0013】柱部(3)の太さが、このようなアーム部
(4、5)との寸法関係を有することにより、温度ドリ
フトが10°/秒以下に低減された角速度センサが安定
して実現できる。ここで、柱部(3)のx軸方向の厚さ
(t)は、アーム部(4、5)のx軸方向の厚さ
(t0 )の0.75倍以上であるが、厚すぎるとセンサ
のx軸方向の体格の過大化や上記の振動の漏れ等が発生
し、実用上好ましくない。そのため、請求項2の発明に
記載のように、柱部(3)のx軸方向の厚さ(t)は、
アーム部(4,5)のx軸方向の厚さ(t0 )の1.0
倍以下が好ましい。
Since the thickness of the column portion (3) has a dimensional relationship with the arm portions (4, 5), the angular velocity sensor in which the temperature drift is reduced to 10 ° / sec or less can be stably performed. realizable. Here, the thickness (t) of the column portion (3) in the x-axis direction is at least 0.75 times the thickness (t 0 ) of the arm portions (4, 5) in the x-axis direction, but is too thick. In addition, the physical size of the sensor in the x-axis direction becomes excessively large, and the above-mentioned leakage of vibration occurs. Therefore, as described in the second aspect of the present invention, the thickness (t) of the column (3) in the x-axis direction is:
1.0 of the thickness (t 0 ) of the arm portion (4, 5) in the x-axis direction
It is preferably at most twice.

【0014】また、請求項4の発明においては、柱部
(3)を構成する材料のヤング率は前記圧電体よりも大
きいものとしている。それによって、柱部(3)のねじ
れ剛性が向上するため、請求項1に記載の効果を実現で
きる。なお、好ましくは、請求項5に記載のように、柱
部(3)を構成する材料のヤング率は、10,000〜
100,000kgf/mm2 であり、圧電体のヤング
率は、約8,000kgf/mm2 である。
Further, in the invention according to claim 4, the Young's modulus of the material forming the column (3) is larger than that of the piezoelectric body. Thereby, since the torsional rigidity of the column part (3) is improved, the effect described in claim 1 can be realized. Preferably, the Young's modulus of the material constituting the pillar portion (3) is 10,000 to 10,000.
A 100,000kgf / mm 2, the Young's modulus of the piezoelectric is about 8,000kgf / mm 2.

【0015】そして、請求項5を満足するようなものと
しては、請求項6のように、柱部(3)として42アロ
イ、振動子(1)の圧電体としてチタン酸ジルコン鉛
(PZT)を用いたものにできる。また、上記請求項1
ないし6の発明において、アーム部(4、5)をy軸方
向に励振するために第1電極取付面(X1、X2)の一
側の面(X1)に設けられる駆動電極(101、10
2)は、請求項7に記載のようなものにできる。
In order to satisfy the fifth aspect, as in the sixth aspect, 42 alloy is used as the column portion (3), and zircon lead titanate (PZT) is used as the piezoelectric body of the vibrator (1). Can be used. The above claim 1
In the sixth to sixth aspects, the drive electrodes (101, 10) provided on one surface (X1) of the first electrode mounting surface (X1, X2) to excite the arms (4, 5) in the y-axis direction.
2) can be as described in claim 7.

【0016】また、請求項8のように、上記請求項1な
いし7の発明において、共通電極(109)は、第1電
極取付面(X1、X2)の他側の面(X2)の全体に設
けられているものにすれば、一側の面(X1)の駆動電
極(101、102)の形状変更、あるいは、他の電極
を一側の面(X1)に設ける場合にも、対応することが
できる。
According to the present invention, the common electrode (109) is formed on the entire surface (X2) on the other side of the first electrode mounting surface (X1, X2). If it is provided, it can cope with the case where the shape of the drive electrode (101, 102) on one surface (X1) is changed or the case where another electrode is provided on one surface (X1). Can be.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図1および図2は、本実施形態の角
速度センサの全体構成を示すものである。本実施形態の
センサは、例えば、自動車の横滑りやスピンを防止する
車両挙動制御システムの角速度センサとして使用され
る。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. 1 and 2 show the overall configuration of the angular velocity sensor according to the present embodiment. The sensor according to the present embodiment is used, for example, as an angular velocity sensor of a vehicle behavior control system that prevents a vehicle from skidding or spinning.

【0018】図1に示すように、本実施形態の角速度セ
ンサは音叉形状に形成され、外周面に電極が設けられた
振動子1と、振動子1を励振させると共に、振動子1の
振動状態から図1に示すz軸回りの角速度Ωzを検出す
る駆動・検出回路(図示しない)と、振動子1と基板2
を連結して固定支持する柱部3とから構成されている。
As shown in FIG. 1, the angular velocity sensor according to the present embodiment is formed in a tuning fork shape, and has a vibrator 1 provided with electrodes on its outer peripheral surface. A drive / detection circuit (not shown) for detecting an angular velocity Ωz about the z-axis shown in FIG.
And a column part 3 for connecting and fixing and supporting them.

【0019】振動子1は、図1に示すように、略平行に
配置された一対の四角柱状のアーム部4、5と、各アー
ム部4、5の一端を連結する四角柱状の連結部6とを有
する略コ字型の音叉形状を有し、圧電体によって一体成
形されている。ここで、振動子1を構成する圧電体に
は、チタン酸ジルコン鉛(PZT)等のセラミック圧電
体や水晶等を用いることができるが、本実施形態の振動
子1には、分極方向を任意に設定可能で製造のし易いP
ZTが使用されている。
As shown in FIG. 1, the vibrator 1 includes a pair of square pillar-shaped arms 4 and 5 arranged substantially in parallel, and a square pillar-shaped connecting portion 6 connecting one end of each arm 4 and 5. And has a substantially U-shaped tuning fork shape, and is integrally formed of a piezoelectric body. Here, a ceramic piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT), crystal, or the like can be used as the piezoelectric material constituting the vibrator 1, but the vibrator 1 of the present embodiment can have any polarization direction. P that can be set for easy production
ZT is used.

【0020】そして、振動子1において両アーム部4、
5と連結部6とが同一平面を形成する第1電極取付面で
あるX1面、X2面は、基板2に対して平行となるよう
に位置している。なお、本実施形態においては、X1
面、X2面に直交する軸をx軸、各アーム部4、5の配
列方向の軸をy軸、x軸とy軸の成すxy平面に直交す
る軸を上述のz軸としている。そして、xyz直交座標
系が構成され、角速度センサは、z軸を車両上下方向に
向けて自動車へ搭載される。
In the vibrator 1, both arm portions 4,
The X1 plane and the X2 plane, which are the first electrode mounting surfaces on which the 5 and the connecting portion 6 form the same plane, are positioned so as to be parallel to the substrate 2. In the present embodiment, X1
The axis orthogonal to the plane and the X2 plane is the x axis, the axis in the arrangement direction of the arms 4 and 5 is the y axis, and the axis orthogonal to the xy plane formed by the x axis and the y axis is the z axis. Then, an xyz orthogonal coordinate system is configured, and the angular velocity sensor is mounted on the automobile with the z-axis oriented in the vehicle up-down direction.

【0021】ここで、アーム部4、5においてy軸と直
交する面のうち、両アーム部4、5が対向する面でない
方の面をY1面(アーム部4側)、Y2面(アーム部5
側)とする。これらY1面、Y2面は、後述するよう
に、第2電極取付面として構成されている。また、振動
子1を支持する柱部3は、連結部6のうちアーム部4、
5とは反対側の面に、連結部6と略同等の長さを有する
接続部3aを介して接合されている。ここで、柱部3
は、接続部3aの略中央に一体に成形されており、接続
部3aと連結部6とは、例えばエポキシ系の接着剤によ
り接合されている。そして、柱部3は、連結部6の略中
央からアーム部4、5と反対方向に延び、振動子1を支
持するようになっている。
Here, of the surfaces orthogonal to the y-axis of the arms 4 and 5, the surfaces not facing the two arms 4 and 5 are defined as Y1 (arm 4) and Y2 (arm 4). 5
Side). These Y1 surface and Y2 surface are configured as second electrode mounting surfaces as described later. Further, the column portion 3 supporting the vibrator 1 includes the arm portion 4 of the connecting portion 6,
5 is joined to the surface on the opposite side via a connecting portion 3 a having a length substantially equal to that of the connecting portion 6. Here, pillar 3
Are integrally formed substantially at the center of the connection portion 3a, and the connection portion 3a and the connection portion 6 are joined by, for example, an epoxy-based adhesive. The column portion 3 extends from substantially the center of the connecting portion 6 in a direction opposite to the arm portions 4 and 5, and supports the vibrator 1.

【0022】また、柱部3の下端には、基台3bが一体
成形されて設けられている。そして、基台3bは基板2
に対して、柱部3が平行となるように、例えば溶接等に
より取り付けられている。このようにして、振動子1
は、接続部3a、柱部3および基台3bを介して基板2
に固定されている。ここで、柱部3、接続部3aおよび
基台3bの3つの部分は、金属(本実施形態では42ア
ロイ)等により一体成形されているが、これら3つの部
分は、互いに接合されていてもよい。
At the lower end of the pillar 3, a base 3b is provided integrally. And the base 3b is the substrate 2
The column 3 is attached by, for example, welding so as to be parallel. Thus, the vibrator 1
Is connected to the substrate 2 via the connecting portion 3a, the pillar portion 3 and the base 3b.
It is fixed to. Here, the three portions of the pillar portion 3, the connection portion 3a, and the base 3b are integrally formed of metal (42 alloy in this embodiment) or the like, but these three portions may be joined to each other. Good.

【0023】また、不要振動低減のためには、柱部3の
ねじれ剛性が大きいことが好ましいため、柱部3の材料
は、振動子1を形成する圧電体よりもヤング率の大きい
ものであることが好ましい。上述の42アロイでは、ヤ
ング率は、約12,000kgf/mm2 であり、PZ
Tは、約8,000kgf/mm2 である。本発明者等
の検討の結果、柱部3の材料のヤング率としては、軟鋼
レベルの10,000〜100,000kgf/mm2
であることが好ましいと考える。なお、柱部31の太さ
の検討についての詳細は後述する。
In order to reduce unnecessary vibration, it is preferable that the torsional rigidity of the column portion 3 is large. Therefore, the material of the column portion 3 has a higher Young's modulus than the piezoelectric body forming the vibrator 1. Is preferred. In the above 42 alloy, the Young's modulus is about 12,000 kgf / mm 2 , and PZ
T is about 8,000 kgf / mm 2 . As a result of the study by the present inventors, the Young's modulus of the material of the column portion 3 is 10,000 to 100,000 kgf / mm 2 at the mild steel level.
Is considered preferable. The details of the examination of the thickness of the column 31 will be described later.

【0024】次に、図2も参照して、振動子1に設けら
れた各電極について説明する。図2(a)に示すよう
に、第1電極取付面であるX1面、X2面のうち一側の
X1面には、連結部6側から順に、駆動電極101、1
02、モニタ電極103、104、及び分極処理用の分
極用電極105、106が形成されている。駆動電極1
01および102は、それぞれ、連結部6を通って、X
1面のうちY1面およびY2面寄りの部位と、各アーム
部4、5の対向面寄りの部位とに形成され、X1面の形
状と相似なコ字形状を有したものとなっている。
Next, each electrode provided on the vibrator 1 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2A, one of the X1 surface and the X2 surface, which are the first electrode mounting surfaces, is provided on one of the X1 surfaces in the order from the connecting portion 6 side to the drive electrodes 101, 1
02, monitor electrodes 103 and 104, and polarization electrodes 105 and 106 for polarization processing. Drive electrode 1
01 and 102 pass through the connecting portion 6 and X
Of the one surface, a portion near the Y1 surface and the Y2 surface and a portion near the facing surface of each of the arms 4 and 5 are formed to have a U-shape similar to the shape of the X1 surface.

【0025】モニタ電極103及び104は、X1面の
うち各アーム部4、5の対向面寄りの部位に、それぞれ
形成されている。また、図2(b)および(c)に示す
ように、角速度検出電極107および108が、第2電
極取付面であるY1面およびY2面のうちX2面寄りの
部位にそれぞれ形成されている。
The monitor electrodes 103 and 104 are formed at portions of the X1 plane near the opposing surfaces of the arms 4 and 5, respectively. Further, as shown in FIGS. 2B and 2C, the angular velocity detecting electrodes 107 and 108 are respectively formed in the Y1 plane and the Y2 plane, which are the second electrode mounting planes, near the X2 plane.

【0026】また、第1電極取付面であるX1面、X2
面のうち、一側のX1面と対向する他側のX2面には、
駆動電極101、102、モニタ電極103、104お
よび角速度検出電極107、108に対する基準電極と
なる共通電極109が形成されている。さらに、角速度
検出電極107及び108からの検出信号を取出すため
のパッド電極116および117が、それぞれ、引出し
電極118および119を介して角速度検出電極107
及び108と接続されている。
The first electrode mounting surface X1 surface, X2 surface
Of the surfaces, the X2 surface on the other side facing the X1 surface on one side includes:
A common electrode 109 serving as a reference electrode for the drive electrodes 101 and 102, the monitor electrodes 103 and 104, and the angular velocity detection electrodes 107 and 108 is formed. Further, pad electrodes 116 and 117 for extracting detection signals from the angular velocity detection electrodes 107 and 108 are provided via the extraction electrodes 118 and 119, respectively.
And 108.

【0027】そして、各アーム部4、5のX1面及びX
2面に設けられた各電極を利用することによって、各ア
ーム部4、5は、図1の白抜き矢印で示すように、x軸
に沿って、X1面からX2面に至る方向に分極処理され
ている。なお、分極用電極105および106は、それ
ぞれ短絡用電極110および111、仮想基準電極(仮
想GND電極)112および113、短絡用電極114
および115を介して、共通電極109と短絡されてい
るが、これら各短絡用電極110、111、114、1
15および上記の引出し電極118、119は上記の分
極処理後に設けられたものである。
The X1 plane of each of the arms 4, 5 and X
By using the electrodes provided on the two surfaces, each of the arms 4 and 5 can be polarized in the direction from the X1 plane to the X2 plane along the x-axis, as shown by the outline arrows in FIG. Have been. The polarizing electrodes 105 and 106 are short-circuit electrodes 110 and 111, virtual reference electrodes (virtual GND electrodes) 112 and 113, and short-circuit electrodes 114, respectively.
And the common electrode 109 are short-circuited via the short-circuit electrodes 110, 111, 114, and 1.
15 and the extraction electrodes 118 and 119 are provided after the polarization processing.

【0028】以上のように、各電極は両アーム部4、5
に、それぞれ左右対称形に設けられている。次に、図示
しない駆動・検出回路は、モニタ電極103、104か
らモニタ信号を取り込む第1の入力回路、角速度検出電
極107、108から検出信号を取り込む第2の入力回
路、上記のモニタ信号を基準信号として駆動電極10
1、102と共通電極109との間に駆動信号(交流電
圧)を印加する駆動手段としての自励発振回路、上記の
モニタ信号および検出信号に基づきz軸回りの各速度Ω
zを検出する検出手段としての検出回路を有した構成と
なっている。
As described above, each electrode is connected to both arms 4 and 5.
Are provided symmetrically with respect to each other. Next, a drive / detection circuit (not shown) includes a first input circuit that captures a monitor signal from the monitor electrodes 103 and 104, a second input circuit that captures a detection signal from the angular velocity detection electrodes 107 and 108, and a reference signal based on the monitor signal. Drive electrode 10 as signal
A self-excited oscillation circuit as a driving means for applying a driving signal (AC voltage) between the first and second electrodes 102 and the common electrode 109, and respective speeds Ω around the z-axis based on the monitor signal and the detection signal.
It has a configuration having a detection circuit as detection means for detecting z.

【0029】そして、上述した各電極と図示しない駆動
・検出回路との入出力は、基板2上に例えばハーメチッ
クシール等で基板2から絶縁構成された各ターミナル
(端子部)10〜17と、振動子1上の各電極とをワイ
ヤ20〜27でワイヤボンディングにより接続して行
う。従って、上記の図示しない駆動・検出回路により、
以下のように本実施形態の振動子1を作動させることが
できる。
The input and output between each of the above-mentioned electrodes and a drive / detection circuit (not shown) are connected to terminals (terminal portions) 10 to 17 which are insulated from the substrate 2 by, for example, a hermetic seal or the like. Each electrode on the child 1 is connected by wires 20 to 27 by wire bonding. Therefore, by the drive / detection circuit (not shown),
The vibrator 1 of the present embodiment can be operated as follows.

【0030】共通電極109を基準電位として、駆動電
極101および駆動電極102にそれぞれ位相の180
度異なる交流電圧がx軸方向に印加することにより、各
アーム部4、5をy軸方向に励振させる。この時、モニ
タ電極103、104と共通電極109との間を流れる
出力電流(モニタ信号)を検知し、周囲温度が変化して
もy軸方向の振幅が一定となるように自励発振制御を行
う。
Using the common electrode 109 as a reference potential, the drive electrode 101 and the drive electrode 102 have a phase of 180
By applying different AC voltages in the x-axis direction, the respective arm units 4 and 5 are excited in the y-axis direction. At this time, an output current (monitor signal) flowing between the monitor electrodes 103 and 104 and the common electrode 109 is detected, and self-excited oscillation control is performed so that the amplitude in the y-axis direction is constant even when the ambient temperature changes. Do.

【0031】振動子1に対して、z軸回りに角速度Ωz
が入力された時、コリオリ力によりアーム部4、5は、
x軸方向に角速度Ωzに比例した振動を発生する。この
時、角速度検出電極107、108と共通電極109と
の間に発生する角速度Ωzに比例した出力電流(検出信
号)を検出して、各アーム部4、5の中心位置における
z軸回りの角速度Ωzを検出する。
With respect to the vibrator 1, the angular velocity Ωz around the z-axis
Is input, the arms 4 and 5 are moved by Coriolis force.
A vibration proportional to the angular velocity Ωz is generated in the x-axis direction. At this time, an output current (detection signal) proportional to the angular velocity Ωz generated between the angular velocity detection electrodes 107 and 108 and the common electrode 109 is detected, and the angular velocity around the z-axis at the center position of each of the arms 4 and 5 is detected. Ωz is detected.

【0032】次に、上記構成の角速度センサにおいて、
支持部3の柱部31の太さを種々変更して、温度ドリフ
トとの関係を調査した。ここで、温度ドリフトは、上記
の検出信号において入力角速度Ωzが0の状態の時のオ
フセット出力が、周囲温度が変化した場合どれだけ変化
したかを評価したものである。図3(a)および(b)
に示すように、本発明者等は柱部3の太さを規格化する
ために、柱部3のy軸方向の幅wについて、アーム部
4、5のy軸方向の幅w 0 との比w/w0 をとり、柱部
3のx軸方向の厚さtについて、アーム部4、5のx軸
方向の厚さt0 と比t/t0 をとることとした。これら
各比とオフセット出力(°/秒)の温度ドリフトとの関
係を調査した。なお、上述のように柱部3は42アロイ
製、各アーム部4、5はPZT製である。
Next, in the angular velocity sensor having the above structure,
The thickness of the column 31 of the support portion 3 is variously changed so that the temperature drift
We investigated the relationship with Here, the temperature drift is
When the input angular velocity Ωz is 0 in the detection signal
Offset output changes how much when ambient temperature changes
It is an evaluation of whether or not it has been done. FIG. 3 (a) and (b)
As shown in the figure, the present inventors standardize the thickness of the pillar 3.
Therefore, the width w of the column 3 in the y-axis direction is
Width w in the y-axis direction of 4, 5 0Ratio w / w with0Take the pillar
3, the thickness t in the x-axis direction of the arm portions 4, 5
Thickness t0And the ratio t / t0Was decided. these
Relationship between each ratio and temperature drift of offset output (° / sec)
I investigated the staff. As described above, the column 3 is made of a 42 alloy.
The arm portions 4 and 5 are made of PZT.

【0033】ここで、温度ドリフトの温度範囲は−30
℃〜80℃とした。これは、自動車用の角速度センサの
使用範囲に相当する。また、z軸方向における柱部3の
長さLと各アーム部4、5の長さL0 との比L/L0
1/17としている。まず、厚さ比t/t0 を1に固定
して、幅比w/w0 と温度ドリフトとの関係を調べた。
その結果を図4に示す。幅比w/w0 の各値に対して3
個ずつ合計9個のサンプルを作製し、各々温度ドリフト
を求めた。これから、幅比w/w0 は大きい程、温度ド
リフトは小さくなり、少なくとも0.5以上であれば、
温度ドリフト10°/秒以下をばらつきなく安定して実
現できることがわかる。
Here, the temperature range of the temperature drift is -30.
C. to 80C. This corresponds to the range of use of the angular velocity sensor for an automobile. The ratio L / L 0 between the length L of the column 3 in the z-axis direction and the length L 0 of each of the arms 4 and 5 is 1/17. First, the thickness ratio t / t 0 was fixed at 1, and the relationship between the width ratio w / w 0 and the temperature drift was examined.
FIG. 4 shows the results. 3 for each value of width ratio w / w 0
A total of nine samples were prepared, and the temperature drift was determined for each sample. From this, the temperature drift becomes smaller as the width ratio w / w 0 is larger.
It can be seen that a temperature drift of 10 ° / sec or less can be stably realized without variation.

【0034】次に、温度ドリフト10°/秒以下を達成
する下限である幅比w/w0 =0.5において、厚さ比
t/t0 と温度ドリフトとの関係を調べた。その結果を
図5に示す。厚さ比t/t0 の各値に対して3個ずつ合
計9個のサンプルを作製し、各々温度ドリフトを求め
た。これから、厚さ比t/t0 も大きい程、温度ドリフ
トは小さくなり、少なくとも0.75以上であれば温度
ドリフト10°/秒以下をばらつきなく安定して実現で
きることがわかる。
Next, the relationship between the thickness ratio t / t 0 and the temperature drift was examined at the width ratio w / w 0 = 0.5, which is the lower limit for achieving a temperature drift of 10 ° / sec or less. The result is shown in FIG. For each value of the thickness ratio t / t 0 , three samples were produced in total, three samples each, and the temperature drift was determined for each sample. From this, it is understood that the temperature drift decreases as the thickness ratio t / t 0 increases, and that the temperature drift of 10 ° / sec or less can be stably realized without variation if the thickness ratio is at least 0.75 or more.

【0035】よって、柱部3において、幅比w/w0
0.5且つ厚さ比t/t0 ≧0.75であれば、温度ド
リフトが10°/秒以下の角速度センサを安定して実現
できることがわかる。次に、図4よび図5に用いた各サ
ンプルについて、不要振動であるアーム部4、5のx軸
方向の振動、および基板2の振動がどのように低減され
ているか調べた。
Therefore, in the pillar portion 3, the width ratio w / w 0
It can be seen that if 0.5 and the thickness ratio t / t 0 ≧ 0.75, an angular velocity sensor having a temperature drift of 10 ° / sec or less can be stably realized. Next, for each of the samples used in FIGS. 4 and 5, it was examined how unnecessary vibrations of the arms 4 and 5 in the x-axis direction and vibrations of the substrate 2 were reduced.

【0036】図3(c)に示すように、アーム部4、5
のx軸方向の振動状態は、どちらか一方のアーム部(例
えばアーム部5)の上端部において、x軸方向の振動幅
Vxおよびy軸方向の振動幅Vyを求め、両振動幅の比
(Vx/Vy)×100(%)を斜め振動割合と定義し
て示した。一方、基板2の振動状態は、基板2上部の各
点において、x軸方向への振動幅Uを求め、その最大値
Umaxと上記の振動幅Vyとの比(Umax/Vy)
×100を基板振動割合と定義して示した。なお、各振
動幅の測定は、振動速度を測定して積分する公知のドッ
プラー測定法によるものである。
As shown in FIG. 3C, the arms 4, 5
In the vibration state in the x-axis direction, the vibration width Vx in the x-axis direction and the vibration width Vy in the y-axis direction are obtained at the upper end of one of the arms (for example, the arm 5), and the ratio of the two vibration widths ( (Vx / Vy) × 100 (%) is defined as the ratio of oblique vibration. On the other hand, the vibration state of the substrate 2 is obtained by calculating a vibration width U in the x-axis direction at each point on the substrate 2 and calculating a ratio (Umax / Vy) between the maximum value Umax and the vibration width Vy.
X100 was defined and indicated as the substrate vibration ratio. The measurement of each vibration width is based on a known Doppler measurement method in which the vibration velocity is measured and integrated.

【0037】その結果を図6(w/w0 と斜め振動割
合)、図7(t/t0 と斜め振動割合)、図8(w/w
0 と基板振動割合)および図9(t/t0 と基板振動割
合)に示す。これら、図6ないし図9から、温度ドリフ
ト10°/秒以下を安定して実現できる幅比w/w0
0.5且つ厚さ比t/t0 ≧0.75の範囲において
は、それ以外の範囲に比べて、斜め振動割合および基板
振動割合は低減している。そして、斜め振動割合はおお
よそ4%以下に、基板振動割合はおおよそ0.02%以
下におさまっている。よって、幅比w/w0 ≧0.5且
つ厚さ比t/t0 ≧0.75の範囲においては、確かに
不要振動が小さくなっていることがわかる。
The results are shown in FIG. 6 (w / w 0 and oblique vibration ratio), FIG. 7 (t / t 0 and oblique vibration ratio), and FIG.
0 and substrate vibration ratio) and FIG. 9 (t / t 0 and substrate vibration ratio). From FIG. 6 to FIG. 9, the width ratio w / w 0 ≧ can stably realize the temperature drift of 10 ° / sec or less.
In the range of 0.5 and the thickness ratio t / t 0 ≧ 0.75, the ratio of the oblique vibration and the ratio of the substrate vibration are lower than those in the other ranges. The oblique vibration rate is less than about 4%, and the substrate vibration rate is less than about 0.02%. Therefore, it can be seen that unnecessary vibration is certainly reduced in the range of the width ratio w / w 0 ≧ 0.5 and the thickness ratio t / t 0 ≧ 0.75.

【0038】上記の調査により、温度ドリフト低減に対
して、柱部3の太さが所定値以上あれば良いことがわか
った。ここで、柱部3は太くなるほど、ねじれ剛性が大
きくなるが、逆に振動もれが大きくなり、基板2の不要
振動が増大する恐れがあると考えられる。そこで、本発
明者等は、さらに柱部3の太さの上限を得るために調査
を進めた。
From the above investigation, it was found that the thickness of the column 3 should be at least a predetermined value for reducing the temperature drift. Here, as the column portion 3 becomes thicker, the torsional rigidity becomes larger, but on the other hand, it is considered that vibration leakage is increased, and unnecessary vibration of the substrate 2 may be increased. Therefore, the present inventors have further investigated to obtain an upper limit of the thickness of the column portion 3.

【0039】その結果、図10に示すように、グラフ上
からは、幅比w/w0 がおおよそ1.4以上であると、
温度ドリフトは10°/秒よりも大きくなってしまうも
のが現れ、良好な温度ドリフト性能を有する角速度セン
サを安定して得ることはできないことがわかった。な
お、実際の測定値に基づけば、幅比w/w0 ≦1である
ことが好ましい。
As a result, as shown in FIG. 10, from the graph, if the width ratio w / w 0 is approximately 1.4 or more,
A temperature drift of more than 10 ° / sec appeared, and it was found that an angular velocity sensor having good temperature drift performance could not be stably obtained. It is preferable that the width ratio w / w 0 ≦ 1 based on actual measured values.

【0040】なお、厚さ比t/t0 については、図5に
も示したように、厚さ比t/t0 ≦1までは、良好な温
度ドリフト性能が安定して得られる。実際、柱部3の厚
さtは、厚すぎるとセンサのy軸方向の体格が大きくな
ってしまうため、実用上、アーム部4、5の厚さt0
略同等以下の厚さであることが好ましい。以上述べてき
たように、本実施形態によれば、柱部3のサイズが0.
5≦w/w0 ≦1且つt/t0 ≧0.75の範囲にあれ
ば、温度ドリフトが10°/秒以下の角速度センサを安
定して実現できる。ここで、厚さ比t/t0 について
は、実用上は、0.75≦t/t0 ≦1であることが好
ましい。
As for the thickness ratio t / t 0 , as shown in FIG. 5, good temperature drift performance can be stably obtained up to the thickness ratio t / t 0 ≦ 1. Actually, the thickness t of the column portion 3 is substantially equal to or less than the thickness t 0 of the arm portions 4 and 5 in practical use, because if the thickness is too large, the physical size of the sensor in the y-axis direction becomes large. Is preferred. As described above, according to the present embodiment, the size of the pillar 3 is equal to 0.
If 5 ≦ w / w 0 ≦ 1 and t / t 0 ≧ 0.75, an angular velocity sensor having a temperature drift of 10 ° / sec or less can be stably realized. Here, the thickness ratio t / t 0 is practically preferably 0.75 ≦ t / t 0 ≦ 1.

【0041】さらに、上記構成の角速度センサにおいて
は、図10では、柱部31の幅wは、0.5〜4.6m
mの範囲で変化させているが、幅wが1〜2mmの範囲
にて温度ドリフト10°/秒以下が実現されている。こ
の時、連結部6のy軸方向の長さw1 (図3(a)参
照)は、4.6mm程度であり、幅比w/w1 でいえ
ば、おおよそ0.2〜0.5である。
Further, in the angular velocity sensor having the above structure, in FIG. 10, the width w of the column 31 is 0.5 to 4.6 m.
m, but a temperature drift of 10 ° / sec or less is realized when the width w is in the range of 1 to 2 mm. At this time, the length w 1 of the connecting portion 6 in the y-axis direction (see FIG. 3A) is about 4.6 mm, and the width ratio w / w 1 is approximately 0.2 to 0.5. It is.

【0042】なお、柱部3は四角柱状に限定されるもの
ではなく、例えば、図11に示すような円形、菱形、楕
円形、四角形以外の多角形等、種々の柱断面形状であっ
てもよい。なお、駆動電極101、102はアーム部
4、5上になくともよく、図12に示すように、少なく
とも連結部6上にあり、且つ両アーム部4、5の端部近
傍に位置するものであってもよい。
The column portion 3 is not limited to a quadrangular columnar shape, and may have various columnar cross-sectional shapes such as a circle, a diamond, an ellipse, and a polygon other than a square as shown in FIG. Good. Note that the drive electrodes 101 and 102 need not be on the arms 4 and 5, but are at least on the connection 6 and near the ends of the arms 4 and 5 as shown in FIG. There may be.

【0043】なお、上記実施形態においては、柱部3の
幅比w/w0 、厚さ比t/t0 によりねじれ剛性を変化
させたが、長さ比L/L0 を変えることでねじれ剛性を
変えても同様の効果があると考えられる。
In the above embodiment, the torsional stiffness is changed by changing the width ratio w / w 0 and the thickness ratio t / t 0 of the column 3. However, the torsion is changed by changing the length ratio L / L 0. It is considered that the same effect is obtained even if the rigidity is changed.

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

【図1】本発明の実施形態に係る角速度センサの全体構
成を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an overall configuration of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の電極構成を示す説明図であり、(a)は
正面図、(b)および(c)は側面図である。
FIGS. 2A and 2B are explanatory views showing the electrode configuration of FIG. 1, wherein FIG. 2A is a front view, and FIGS. 2B and 2C are side views.

【図3】図1の振動子および柱部の寸法関係を示す説明
図であり、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は
上視平面図である。
3A and 3B are explanatory diagrams showing a dimensional relationship between a vibrator and a column in FIG. 1, wherein FIG. 3A is a front view, FIG. 3B is a side view, and FIG.

【図4】上記実施形態の柱部の幅寸法と温度ドリフトと
の関係を示す線図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a width dimension of a pillar portion and a temperature drift in the embodiment.

【図5】上記実施形態の柱部の厚さ寸法と温度ドリフト
との関係を示す線図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a thickness dimension of a pillar portion and a temperature drift in the embodiment.

【図6】上記実施形態の柱部の幅寸法と斜め振動割合と
の関係を示す線図である。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a width dimension of a pillar portion and an oblique vibration ratio in the embodiment.

【図7】上記実施形態の柱部の厚さ寸法と斜め振動割合
との関係を示す線図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a thickness dimension of a pillar portion and an oblique vibration ratio in the embodiment.

【図8】上記実施形態の柱部の幅寸法と基板振動割合と
の関係を示す線図である。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a width dimension of a pillar portion and a substrate vibration ratio in the embodiment.

【図9】上記実施形態の柱部の厚さ寸法と基板振動割合
との関係を示す線図である。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a thickness dimension of a pillar portion and a substrate vibration ratio in the embodiment.

【図10】上記実施形態の柱部の幅寸法を大きくしてい
った場合の幅寸法と温度ドリフトとの関係を示す線図で
ある。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a width dimension and a temperature drift when the width dimension of the pillar portion of the embodiment is increased.

【図11】上記実施形態における柱部の断面形状の変形
例を示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a modification of the cross-sectional shape of the pillar in the embodiment.

【図12】上記実施形態における駆動電極の形状の変形
例を示す正面図である。
FIG. 12 is a front view showing a modification of the shape of the drive electrode in the embodiment.

【図13】従来の角速度センサの構成を示す斜視図であ
る。
FIG. 13 is a perspective view showing a configuration of a conventional angular velocity sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…振動子、3…柱部、4、5…アーム部、6…連結
部、101、102…駆動電極、107、108…角速
度検出電極、X1、X2…第1電極取付面、Y1、Y2
…第2電極取付面、t…柱部の厚さ、t0 …アーム部の
厚さ、w…柱部の幅、w0 …アーム部の幅、w1 …連結
部の長さ、Ωz…z軸回りの角速度。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... vibrator, 3 ... pillar part, 4, 5 ... arm part, 6 ... connection part, 101, 102 ... drive electrode, 107, 108 ... angular velocity detection electrode, X1, X2 ... 1st electrode mounting surface, Y1, Y2
... second electrode mounting surfaces, t ... pillar portion thickness, t 0 ... thickness of the arm portion, w ... pillar portion of the width, w 0 ... arm portion of the width, w 1 ... connecting portion of length,? Z ... Angular velocity about the z-axis.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一対の四角柱状のアーム部(4、5)と
各アーム部(4、5)の一端を連結する連結部(6)と
を有する略コ字型音叉形状に形成された圧電体からなる
振動子(1)と、 前記連結部(6)の略中央から前記アーム部(4、5)
と反対方向に延び前記振動子(1)を支持する柱部
(3)と、 前記振動子(1)において前記両アーム部(4、5)と
前記連結部(6)とが同一平面を形成する第1電極取付
面(X1、X2)のうち、一側の面(X1)に設けられ
た駆動電極(101、102)および他側の面(X2)
に設けられた共通電極(109)と、 前記アーム部(4、5)のうち前記アーム部(4、5)
の配列方向であるy軸と直交する第2電極取付面(Y
1、Y2)に設けられた角速度検出電極(107、10
8)とを備え、 前記アーム部(4、5)は、前記第1電極取付面(X
1、X2)と直交するx軸方向に分極処理されており、 前記駆動電極(101、102)と前記共通電極(10
9)との間に電圧を印加して、前記アーム部(4、5)
を前記y軸方向に励振させるとともに、前記振動子
(1)の所定軸回りの角速度(Ωz)によって生じる前
記アーム部(4、5)の前記x軸方向の振動状態を、前
記角速度検出電極(107、108)により検出する角
速度センサにおいて、 前記柱部(3)の前記y軸方向の幅(w)は、前記アー
ム部(4、5)の前記y軸方向の幅(w0 )の0.5倍
以上1.0倍以下であり、前記柱部(3)の前記x軸方
向の厚さ(t)は、前記アーム部(4、5)の前記x軸
方向の厚さ(t 0 )の0.75倍以上であることを特徴
とする角速度センサ。
A pair of quadrangular prism-shaped arms (4, 5);
A connecting portion (6) for connecting one end of each arm portion (4, 5);
Consisting of a piezoelectric body formed in a substantially U-shaped tuning fork shape having
A vibrator (1) and the arm portions (4, 5) from substantially the center of the connecting portion (6)
Column extending in the opposite direction to the above and supporting the vibrator (1)
(3) the two arms (4, 5) in the vibrator (1);
A first electrode mounting in which the connection part (6) forms the same plane.
The surface (X1, X2) is provided on one surface (X1).
Drive electrodes (101, 102) and other surface (X2)
A common electrode (109) provided in the arm portion (4, 5);
The second electrode mounting surface (Y
1, Y2), the angular velocity detection electrodes (107, 10
8), wherein the arm portions (4, 5) are provided with the first electrode mounting surface (X
1, X2), and is polarized in the x-axis direction orthogonal to the driving electrodes (101, 102) and the common electrode (10, X2).
9) to apply a voltage to the arm portion (4, 5).
Is excited in the y-axis direction, and the vibrator is
Before being caused by the angular velocity (Ωz) about the predetermined axis in (1)
The vibration state of the arm portions (4, 5) in the x-axis direction is
Angle detected by the angular velocity detection electrodes (107, 108)
In the speed sensor, the width (w) of the column portion (3) in the y-axis direction is equal to the arc width.
Width (w) in the y-axis direction of the0) 0.5 times
Not less than 1.0 times, and the x-axis direction of the pillar portion (3)
The thickness (t) in the direction is the x-axis of the arm portion (4, 5).
Thickness in the direction (t 0) Is 0.75 times or more
Angular velocity sensor.
【請求項2】 前記柱部(3)の前記x軸方向の厚さ
(t)は、前記アーム部(4、5)の前記x軸方向の厚
さ(t0 )の1.0倍以下であることを特徴とする請求
項1に記載の角速度センサ。
2. The thickness (t) of the column portion (3) in the x-axis direction is not more than 1.0 times the thickness (t 0 ) of the arm portions (4, 5) in the x-axis direction. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記柱部(3)の前記y軸方向の幅
(w)は、前記連結部(6)の前記y軸方向の幅
(w1 )の0.2〜0.5倍であることを特徴とする請
求項1または2に記載の角速度センサ。
3. The width (w) of the column portion (3) in the y-axis direction is 0.2 to 0.5 times the width (w 1 ) of the connecting portion (6) in the y-axis direction. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the angular velocity sensor is provided.
【請求項4】 一対の四角柱状のアーム部(4、5)と
各アーム部(4、5)の一端を連結する連結部(6)と
を有する略コ字型音叉形状に形成された圧電体からなる
振動子(1)と、 前記連結部(6)の略中央から前記アーム部(4、5)
と反対方向に延び前記振動子(1)を支持する柱部
(3)と、 前記振動子(1)において前記両アーム部(4、5)と
前記連結部(6)とが同一平面を形成する第1電極取付
面(X1、X2)のうち、一側の面(X1)に設けられ
た駆動電極(101、102)および他側の面(X2)
に設けられた共通電極(109)と、 前記アーム部(4、5)のうち前記アーム部(4、5)
の配列方向であるy軸と直交する第2電極取付面(Y
1、Y2)に設けられた角速度検出電極(107、10
8)とを備え、 前記アーム部(4、5)は、前記第1電極取付面(X
1、X2)と直交するx軸方向に分極処理されており、 前記駆動電極(101、102)と前記共通電極(10
9)との間に電圧を印加して、前記アーム部(4、5)
を前記y軸方向に励振させるとともに、前記振動子
(1)の所定軸回りの角速度(Ωz)によって生じる前
記アーム部(4、5)の前記x軸方向の振動状態を、前
記角速度検出電極(107、108)により検出する角
速度センサにおいて、 前記柱部(3)を構成する材料のヤング率は前記圧電体
のヤング率よりも大きいことを特徴とする角速度セン
サ。
4. A substantially U-shaped tuning fork-shaped piezoelectric element having a pair of quadrangular prism-shaped arms (4, 5) and a connecting part (6) for connecting one end of each arm (4, 5). A vibrator (1) made of a body, and the arm portions (4, 5) from substantially the center of the connecting portion (6)
A column portion (3) extending in the opposite direction to support the vibrator (1), and the two arm portions (4, 5) and the connecting portion (6) in the vibrator (1) form the same plane. Of the first electrode mounting surfaces (X1, X2), the drive electrodes (101, 102) provided on one surface (X1) and the other surface (X2)
A common electrode (109) provided in the arm portion (4, 5);
The second electrode mounting surface (Y
1, Y2), the angular velocity detection electrodes (107, 10
8), wherein the arm portions (4, 5) are provided with the first electrode mounting surface (X
1, X2), and is polarized in the x-axis direction orthogonal to the driving electrodes (101, 102) and the common electrode (10, X2).
9) to apply a voltage to the arm portion (4, 5).
Is excited in the y-axis direction, and the vibration state of the arms (4, 5) in the x-axis direction caused by the angular velocity (Ωz) of the vibrator (1) around a predetermined axis is determined by the angular velocity detection electrode ( 107), wherein the Young's modulus of the material forming the column portion (3) is larger than the Young's modulus of the piezoelectric body.
【請求項5】 前記柱部(3)を構成する材料のヤング
率は、10,000〜100,000kgf/mm2
あり、前記圧電体のヤング率は、約8,000kgf/
mm2 であることを特徴とする請求項4に記載の角速度
センサ。
5. The Young's modulus of the material forming the column portion (3) is 10,000 to 100,000 kgf / mm 2 , and the Young's modulus of the piezoelectric body is about 8,000 kgf / mm.
The angular velocity sensor according to claim 4, characterized in that the mm 2.
【請求項6】 前記柱部(3)は42アロイからなり、
前記圧電体はチタン酸ジルコン鉛であることを特徴とす
る請求項1ないし5のいずれか1つに記載の角速度セン
サ。
6. The pillar (3) is made of 42 alloy,
The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the piezoelectric body is lead zirconate titanate.
【請求項7】 前記駆動電極(101、102)は、前
記第1電極取付面(X1、X2)の形状と相似形状を有
し、前記アーム部(4、5)のうち一方のアーム部側か
ら前記連結部(6)を通って他方のアーム部側に連続し
て形成されていることを特徴とする請求項1ないし6の
いずれか1つに記載の角速度センサ。
7. The drive electrode (101, 102) has a shape similar to the shape of the first electrode mounting surface (X1, X2), and is closer to one of the arm portions (4, 5). The angular velocity sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein the angular velocity sensor is formed continuously from the second arm portion side through the connecting portion (6).
【請求項8】 前記共通電極(109)は前記第1電極
取付面(X1、X2)の他側の面(X2)の全体に設け
られていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれ
か1つに記載の角速度センサ。
8. The device according to claim 1, wherein the common electrode is provided on the entire surface on the other side of the first electrode mounting surface. 9. The angular velocity sensor according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005134364A (en) * 2003-10-10 2005-05-26 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd Tuning fork type quartz oscillator for angular velocity sensor, and manufacturing method therefor
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