JPH116738A - Angular velocity sensor - Google Patents

Angular velocity sensor

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Publication number
JPH116738A
JPH116738A JP10099331A JP9933198A JPH116738A JP H116738 A JPH116738 A JP H116738A JP 10099331 A JP10099331 A JP 10099331A JP 9933198 A JP9933198 A JP 9933198A JP H116738 A JPH116738 A JP H116738A
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JP
Japan
Prior art keywords
vibrator
electrode
angular velocity
electrodes
arm
Prior art date
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Pending
Application number
JP10099331A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takehiro Watarai
武宏 度會
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
Original Assignee
Denso Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH116738A publication Critical patent/JPH116738A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress offset temperature drift in an angular velocity sensor that has a vibrator in a tuning fork shape consisting of a piezoelectric body or in a shape where a plurality of tuning forks are synthesized. SOLUTION: A sensor is formed in a tuning fork shape by a piezoelectric body and has a vibrator where driving electrodes 12a and 12b and detection electrodes 22a and 22b are provided on an outer wall surface. In this case, a vibrator 2 is formed so that a ratio fd/fs of a driving resonance frequency fd where voltage is applied to the driving electrodes 12a and 12b and the vibrator 2 is excited in Y-axis direction to a resonance frequency fs in X-axis direction where an angular velocity is detected via the detection electrodes 22a and 22b is set to a value that is at least 0.9 and is 0.96 or less or is at least 0.4 and is 1.1 or less, and a ratio G/ts of the distance G between electrodes in Z-axis direction of the driving electrodes 12a and 12b and the detection electrodes 22a and 22b at each of arm parts 4 and 6 to a thickness ts in the X-axis direction of the vibrator 2 is set to a value that is at least 1.4. As a result, the offset temperature drift of the detection signal can be reduced. Also, the fd/fs should be set to the above range in a comb-shaped or H-shaped vibrator where the tuning fork is combined.

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、自動車の車両制
御、ナビゲーション、ビデオカメラの手振れ防止等に用
いられる角速度センサに関し、特に、圧電体からなる音
叉形状の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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity sensor used for controlling a vehicle of an automobile, navigation, and preventing camera shake of a video camera, and more particularly to an angular velocity sensor for detecting an angular velocity using a tuning fork vibrator made of a piezoelectric material. Related to sensors.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、例えば特開平8−21086
0号公報に開示されているように、一対のアーム部とこ
れを連結する連結部とにより音叉形状に形成された圧電
体からなる振動子を備え、この振動子をアーム部の配列
方向である駆動軸方向に一定振動させつつ、角速度入力
時に振動子が受けるコリオリ力を、駆動軸と直交する検
出軸方向への振動子の振動の変化状態から検出する角速
度センサが知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
As disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. 0-205, there is provided a vibrator made of a piezoelectric material formed in a tuning fork shape by a pair of arms and a connecting portion connecting the arms, and the vibrator is arranged in the direction in which the arms are arranged. 2. Description of the Related Art There is known an angular velocity sensor that detects a Coriolis force received by a vibrator when an angular velocity is input while changing the vibration of the vibrator in a direction of a detection axis orthogonal to the drive shaft while constantly vibrating in a drive axis direction.

【0003】そして、この種の角速度センサにおいて
は、音叉形状に形成した圧電体の外壁面に、駆動(励
振)用或いは振動検出用の電極を形成するだけで振動子
を作製できるため、従来より一般に使用されている、振
動子を金属にて形成してその表面に圧電体を接合するタ
イプの角速度センサに比べて、部品点数が少なく、構
造,延いては製造工程が簡易であるという、利点があ
る。
In this type of angular velocity sensor, a vibrator can be manufactured only by forming an electrode for driving (excitation) or detecting vibration on the outer wall surface of a piezoelectric body formed in a tuning fork shape. Compared to the generally used type of angular velocity sensor in which the vibrator is formed of metal and a piezoelectric body is bonded to the surface, the number of parts is smaller and the structure and the manufacturing process are simpler. There is.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、振動子
を圧電体で構成した角速度センサは、金属の振動子に圧
電体を接合したタイプのものに比べて上記のような利点
はあるものの、高感度を得るには、振動子を駆動軸方向
に励振する駆動モードでの共振周波数と、角速度を検出
する検知モードでの検出軸方向への共振周波数とを近く
する必要があるため、駆動モードと検知モードでの振動
が影響し合って不要振動が発生し易く、この不要振動に
よって生じる機械的なノイズ源の影響を大きく受けると
いった問題があった。また、振動子を圧電体で構成した
角速度センサでは、圧電体に駆動(励振)用或いは振動
検出用といった各種電極を形成することから、これら各
電極間の相互作用が複雑で、ノイズ発生経路が多く、電
気的なノイズ源の影響が大きいという問題もある。
However, an angular velocity sensor having a vibrator made of a piezoelectric material has the above advantages as compared with a type in which a piezoelectric material is joined to a metal vibrator, but has a high sensitivity. It is necessary to make the resonance frequency in the drive mode that excites the vibrator in the drive axis direction close to the resonance frequency in the detection axis direction in the detection mode that detects angular velocity. Undesired vibrations are likely to occur due to the influence of vibrations in the modes, and there is a problem that the apparatus is greatly affected by a mechanical noise source generated by the unnecessary vibrations. Further, in an angular velocity sensor in which a vibrator is formed of a piezoelectric body, various electrodes for driving (excitation) or vibration detection are formed on the piezoelectric body. In many cases, there is also a problem that the influence of an electrical noise source is large.

【0005】そして、こうした機械的或いは電気的なノ
イズは、角速度検出時に得られる検出信号に重畳され、
しかもこのノイズは、温度によって変化することから、
角速度が零であるときに得られる検出信号のノイズ成分
(以下、オフセットという)も、温度によって変化する
ことになり、上記従来の角速度センサでは、角速度を温
度の影響を受けることなく安定して検出することは難し
いといった問題があった。
[0005] Such mechanical or electrical noise is superimposed on a detection signal obtained at the time of angular velocity detection.
And since this noise changes with temperature,
A noise component (hereinafter referred to as an offset) of a detection signal obtained when the angular velocity is zero also changes depending on the temperature. In the conventional angular velocity sensor, the angular velocity is stably detected without being affected by the temperature. There was a problem that it was difficult to do.

【0006】本発明は、こうした問題に鑑みなされたも
のであり、圧電体からなる音叉形状若しくは複数の音叉
を合成した形状の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、振動子の構造を規定することによ
り、角速度検出時に生じるオフセットの温度変化(以
下、オフセット温度ドリフトという)を抑制することを
目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and is directed to an angular velocity sensor for detecting an angular velocity using a vibrator having a shape of a tuning fork made of a piezoelectric material or a shape obtained by combining a plurality of tuning forks. It is an object of the present invention to suppress a temperature change of an offset (hereinafter, referred to as an offset temperature drift) generated at the time of detecting an angular velocity.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた請求項1に記載の角速度センサは、互いに
平行に配置された少なくとも一対のアーム部と各アーム
部の一端を連結する連結部とにより形成された圧電体か
らなり、外壁面に、少なくとも、外部から交流電圧を受
けて前記各アーム部を各アーム部の配列方向である駆動
軸方向に励振する駆動電極、及び、各アーム部において
前記駆動軸とは直交する検出軸方向に生じる振動を検出
する一対の検出電極、が形成された振動子を備える。そ
して、この角速度センサにおいては、振動子が、前記駆
動軸方向への共振周波数fdと、前記検出軸方向への共
振周波数fsとの比fd/fsが、0.9以上0.96
以下、又は、1.04以上1.1以下、の範囲内になる
ように形成される。
In order to achieve the above object, the angular velocity sensor according to the first aspect of the present invention has at least a pair of arms arranged in parallel with each other and a connecting portion connecting one end of each arm. And a drive electrode configured to receive at least an AC voltage from the outside and to excite the arms in a drive axis direction, which is an arrangement direction of the arms, on the outer wall surface, and And a vibrator provided with a pair of detection electrodes for detecting vibration generated in a detection axis direction orthogonal to the drive shaft. In this angular velocity sensor, the vibrator has a ratio fd / fs of the resonance frequency fd in the drive axis direction to the resonance frequency fs in the detection axis direction of 0.9 to 0.96.
Or less, or in the range of 1.04 or more and 1.1 or less.

【0008】一方、請求項4に記載の角速度センサは、
一対のアーム部と各アーム部の一端を連結する連結部と
により音叉形状に形成され、少なくとも外壁面に駆動電
極と検出電極とが形成された圧電体からなる振動子を備
える。そして、この角速度センサにおいては、振動子
が、各アーム部の長手方向に沿った駆動電極と検出電極
との間の電極間距離Gと振動子において凹字状を呈する
表裏面間の厚みtsとの比G/tsが1.4以上となる
ように形成される。
On the other hand, the angular velocity sensor according to claim 4 is
A vibrator made of a piezoelectric body is formed in a tuning fork shape by a pair of arm portions and a connecting portion connecting one end of each arm portion, and at least a driving electrode and a detecting electrode are formed on an outer wall surface. In this angular velocity sensor, the vibrator has a distance G between the electrodes between the drive electrode and the detection electrode along the longitudinal direction of each arm, and a thickness ts between the front and back surfaces of the vibrator having a concave shape. Are formed so that the ratio G / ts of the first layer is 1.4 or more.

【0009】このように請求項1及び請求項4において
規定される振動子の形状(数値)は、以下の考えに則っ
て実験的に求めたものであり、本発明(請求項1,請求
項4)によれば、オフセット温度ドリフトを充分低減で
きる。即ち、オフセット温度ドリフトとは、既述したよ
うに、角速度が零であるときの検出電極からの出力(オ
フセット)の温度変化のことであるが、本発明者がその
発生要因を調査した結果、オフセット温度ドリフトの発
生要因は、下記〜の通りであることがわかった。
As described above, the shape (numerical value) of the vibrator defined in claim 1 and claim 4 is obtained experimentally based on the following idea, and the present invention (claim 1, claim 4) According to 4), the offset temperature drift can be sufficiently reduced. That is, as described above, the offset temperature drift refers to a temperature change of an output (offset) from the detection electrode when the angular velocity is zero. It has been found that the causes of the offset temperature drift are as follows.

【0010】 駆動共振モードと検知共振モードの相
互作用により発生する検知共振モードと同じ共振周波数
での不要振動の温度変化。 圧電体において駆動電極が形成されたエリアと検出
電極が形成されたエリアとが電気的に容量で結合されて
いるために発生する電気ノイズ。
[0010] Temperature change of unnecessary vibration at the same resonance frequency as the detection resonance mode generated by the interaction between the driving resonance mode and the detection resonance mode. Electric noise generated because the area where the drive electrode is formed and the area where the detection electrode is formed in the piezoelectric body are electrically coupled by capacitance.

【0011】 検知共振モード以外の振動子の他の共
振モードによる機械的なバックグランドノイズの温度変
化。 そして、上記,の発生要因については、振動子の駆
動軸方向への共振周波数(以下、駆動共振周波数とい
う)fdと検出軸方向への共振周波数(以下、検知共振
周波数という)fsとを近付け、機械的に感度を増幅す
ることにより低減できる。つまり、角速度に対応した信
号成分に対して、ノイズ成分を相対的に低減させるので
ある。しかし、駆動共振周波数fdと検知共振周波数f
sとを近付け過ぎると、上記の発生要因(不要振動)
が大きくなり、オフセット温度ドリフトが悪化してしま
うことがわかった。この結果、駆動共振周波数fdと検
知共振周波数fsとの関係(比fd/fs)を規定すれ
ば、上記〜の発生要因(つまり機械的な要因と電気
的な要因)を低減して、オフセット温度ドリフトを抑制
できることがわかった。
[0011] Mechanical background noise temperature change due to other resonance modes of the vibrator other than the detection resonance mode. Regarding the above factors, the resonance frequency fd in the drive axis direction of the vibrator (hereinafter, referred to as drive resonance frequency) fd and the resonance frequency fs in the detection axis direction (hereinafter, referred to as detection resonance frequency) fs are brought close to each other. It can be reduced by mechanically amplifying the sensitivity. That is, the noise component is relatively reduced with respect to the signal component corresponding to the angular velocity. However, the driving resonance frequency fd and the detection resonance frequency f
If s is too close, the above causes (unnecessary vibration)
It was found that the offset temperature drift deteriorated. As a result, when the relationship (ratio fd / fs) between the drive resonance frequency fd and the detection resonance frequency fs is defined, the factors (i.e., mechanical factors and electrical factors) described above are reduced, and the offset temperature is reduced. It was found that drift could be suppressed.

【0012】一方、上記の発生要因については、駆動
電極と検出電極との各アーム部における離隔距離(電極
間距離G)に関係することがわかった。従って、駆動電
極と検出電極との電極間距離Gを規定すれば、上記の
発生要因(電気的な要因)を低減して、オフセット温度
ドリフトを抑制できることがわかった。
On the other hand, it has been found that the above factors are related to the separation distance (inter-electrode distance G) in each arm between the drive electrode and the detection electrode. Therefore, it has been found that when the inter-electrode distance G between the drive electrode and the detection electrode is defined, the above-mentioned generation factor (electric factor) can be reduced and the offset temperature drift can be suppressed.

【0013】そこで本発明者は、こうした調査結果に鑑
み、駆動共振周波数fdと検知共振周波数fsとの比f
d/fs、及び駆動電極と検出電極との電極間距離G
を、夫々、オフセット温度ドリフトを低減するのに最適
な値に設定すべく、各種実験を行い、請求項1及び請求
項4に記載の発明を完成したのである。
In view of these findings, the present inventor has determined that the ratio f of the drive resonance frequency fd to the detected resonance frequency fs is f.
d / fs, and the distance G between the drive electrode and the detection electrode
Various experiments were carried out in order to set the optimum values for reducing the offset temperature drift, and the inventions of claims 1 and 4 were completed.

【0014】尚、請求項1,請求項4に記載の発明によ
るオフセット温度ドリフトの低減効果については、後述
の実施例にて各種実験結果を用いて説明する。ここで、
請求項1に記載の角速度センサに設けられる振動子は、
互いに平行に配置された少なくとも一対のアーム部と各
アーム部を連結する連結部とにより構成されるものであ
り、請求項1に記載の発明は、例えば、請求項2に記載
のような音叉形状の振動子であっても、或いは、請求項
3に記載のような櫛形或いはH字形の振動子であっても
適用できる。
The effect of reducing the offset temperature drift according to the first and fourth aspects of the present invention will be described in the following embodiments using various experimental results. here,
A vibrator provided in the angular velocity sensor according to claim 1,
The invention is defined by at least one pair of arms arranged in parallel with each other and a connecting portion connecting the arms, and the invention according to claim 1 is, for example, a tuning fork shape as described in claim 2 Or a comb-shaped or H-shaped vibrator as described in claim 3.

【0015】つまり、音叉を利用して角速度を検出する
場合、その振動子は、請求項2に記載のように一対のア
ーム部と連結部とにより音叉形状に形成するのが一般的
であるが、請求項3に記載のように、一対のアーム部と
連結部とからなる二組の音叉部を、各音叉部の連結部を
共通にして一体化することによって、櫛形又はH字形に
形成した振動子を使用しても角速度を検出することがで
きる。
That is, when an angular velocity is detected using a tuning fork, the vibrator is generally formed in a tuning fork shape by a pair of arms and a connecting portion as described in claim 2. As described in claim 3, two sets of tuning forks each including a pair of arms and a connecting portion are formed in a comb shape or an H shape by integrating the tuning fork portions with a common connecting portion. The angular velocity can be detected by using a vibrator.

【0016】そして、このような櫛形又はH字形の振動
子を利用して角速度を検出する際には、一方の音叉部を
構成するアーム部に駆動電極を、他方の音叉部を構成す
るアーム部に検出電極を、夫々形成し、一方の音叉部を
構成する各アーム部を各アーム部の長手方向の中心軸に
直交した駆動軸方向に励振させ、他方の音叉部を構成す
る各アーム部に生じた駆動軸とは直交する検出軸方向の
振動を検出するようにすれば、各アーム部の軸方向に沿
った振動子の中心軸周りの角速度を検出することができ
る。
When detecting the angular velocity by using such a comb-shaped or H-shaped vibrator, a drive electrode is provided on one arm constituting one tuning fork, and an arm constituting the other tuning fork. A detection electrode is formed respectively, and each arm part constituting one tuning fork part is excited in a drive axis direction orthogonal to a central axis in a longitudinal direction of each arm part, and each of the arm parts constituting the other tuning fork part is excited. By detecting the generated vibration in the detection axis direction orthogonal to the drive shaft, it is possible to detect the angular velocity around the central axis of the vibrator along the axial direction of each arm.

【0017】一方、請求項4に記載の角速度センサに設
けられる振動子は、音叉形状の振動子であり、請求項4
に記載の発明は、櫛形或いはH字形といった、複数の音
叉を合成した形状の振動子を備えた角速度センサには適
用できない。これは、請求項4に記載の発明は、一つの
アーム部に駆動電極と検出電極とを設けた場合に、これ
ら各電極の電極間距離Gに起因するオフセット温度ドリ
フトを抑制するための発明であり、複数の音叉を合成し
た形状の振動子では、一つのアーム部に駆動電極と検出
電極とを形成する必要がないからである。
On the other hand, the vibrator provided in the angular velocity sensor according to the fourth aspect is a tuning fork-shaped vibrator.
The invention described in (1) cannot be applied to an angular velocity sensor provided with a vibrator having a shape obtained by combining a plurality of tuning forks, such as a comb shape or an H shape. This is because the invention according to claim 4 is an invention for suppressing an offset temperature drift caused by a distance G between the electrodes when a drive electrode and a detection electrode are provided in one arm. This is because, in a vibrator having a shape in which a plurality of tuning forks are combined, it is not necessary to form a drive electrode and a detection electrode on one arm.

【0018】尚、請求項2或いは請求項4に記載の音叉
形状に形成された振動子の具体例としては、例えば、請
求項5に記載のように、外壁面の内、表面に駆動電極
を、各アーム部の表面に分極用電極を、各アーム部側面
の各分極用電極との対応位置に検出電極を、裏面に各電
極に対応した共通電極を、夫々有する振動子を挙げるこ
とができる。
As a specific example of the vibrator formed in a tuning fork shape according to claim 2 or claim 4, for example, as described in claim 5, a drive electrode is provided on the inner surface of the outer wall surface. A vibrator having a polarization electrode on the front surface of each arm, a detection electrode at a position corresponding to each polarization electrode on the side surface of each arm, and a common electrode corresponding to each electrode on the back surface can be cited. .

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面と共
に説明する。図1は実施例の角速度センサ全体の構成を
表わす斜視図、図2は本実施例の振動子を前後,左右か
ら見た状態を表す説明図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view illustrating the entire configuration of the angular velocity sensor according to the embodiment, and FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating the vibrator according to the embodiment as viewed from front, rear, left and right.

【0020】図1に示す如く、本実施例の角速度センサ
は、左右一対のアーム部4,6と各アーム部4,6の一
端を連結する連結部8とにより音叉形状に形成された振
動子2を備える。振動子2のアーム部4,6及び連結部
8は、夫々4角柱状になっており、振動子2は、これら
各部を圧電体にて一体形成することにより作製される。
尚、振動子2を構成する圧電体には、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、本実施例
の振動子2には、分極方向を任意に設定可能で製造し易
いPZTが使用されている。
As shown in FIG. 1, the angular velocity sensor of the present embodiment has a vibrator formed in a tuning fork shape by a pair of left and right arms 4 and 6 and a connecting portion 8 connecting one end of each arm 4 and 6. 2 is provided. The arm portions 4 and 6 and the connecting portion 8 of the vibrator 2 are each in the shape of a quadrangular prism, and the vibrator 2 is manufactured by integrally forming these components with a piezoelectric body.
The piezoelectric body constituting the vibrator 2 can be a ceramic piezoelectric body such as PZT, quartz, or the like. However, the vibrator 2 of this embodiment can be set to any polarization direction and is easy to manufacture. PZT is used.

【0021】次に、図2(a)に示す如く、振動子2に
おいて凹字状を呈する一方の面(表面;以下、X1面と
いう)には、連結部8から各アーム部4,6にかけて一
対の駆動電極12a,12bが形成され、これら各駆動
電極12a,12bから各アーム部4,6の先端に至る
部分には、モニタ電極14a,14b及び仮GND電極
16a,16bと、分極用電極18a,18bとが順に
形成され、更に各アーム部4,6の先端には、検出信号
取出用のパット電極20a,20bが形成されている。
Next, as shown in FIG. 2A, one surface (surface; hereinafter referred to as X1 surface) of the vibrator 2 having a concave shape extends from the connecting portion 8 to each of the arm portions 4 and 6. A pair of drive electrodes 12a and 12b are formed, and monitor electrodes 14a and 14b, temporary GND electrodes 16a and 16b, and electrodes for polarization are provided at a portion from each of the drive electrodes 12a and 12b to the tip of each of the arms 4 and 6. 18a and 18b are formed in order, and pad electrodes 20a and 20b for extracting detection signals are formed at the tips of the arms 4 and 6, respectively.

【0022】そして、駆動電極12a及び12bは、連
結部8を通って、各アーム部4,6が互いに対向する対
向面側と、各アーム部4,6の左右の外側面(Y1,Y
2面)側とに夫々形成され、モニタ電極14a及び14
bは、各アーム部4,6の対向面側に夫々形成され、仮
GND電極16a及び16bは、各アーム部4,6のY
1,Y2面側に夫々形成され、分極用電極18a,18
bは、各アーム部4,6のY1,Y2面側から対向面側
に至る幅方向全体に夫々形成され、パット電極20a及
び20bは、各アーム部4,6のY1,Y2面側に夫々
形成されている。尚、各分極用電極18a,18bは、
短絡用電極26a,26bを介して、仮GND電極16
a,16bに夫々接続(短絡)されている。
Then, the drive electrodes 12a and 12b pass through the connecting portion 8 and the opposing surfaces of the arms 4, 6 facing each other, and the left and right outer surfaces (Y1, Y
2) and the monitor electrodes 14a and 14
b is formed on each of the facing surfaces of the arms 4 and 6, respectively, and the provisional GND electrodes 16a and 16b are
The polarization electrodes 18a and 18 are formed on the Y1 and Y2 surfaces, respectively.
b is formed in the entire width direction from the Y1, Y2 surface side of each arm portion 4, 6 to the opposing surface side, and the pad electrodes 20a and 20b are respectively formed on the Y1, Y2 surface side of each arm portion 4, 6 respectively. Is formed. In addition, each of the polarization electrodes 18a and 18b is
The temporary GND electrode 16 is connected via the short-circuit electrodes 26a and 26b.
a, 16b are respectively connected (short-circuited).

【0023】一方、各アーム部4,6のY1,Y2面に
は、図2(b)及び(c)に夫々示す如く、分極用電極
18a,18bと対応し、且つ、各アーム部4の長手方
向に沿った中心よりX2面に偏った位置に、検出電極2
2a,22bが形成されている。また、振動子2におい
て凹字状を呈する他方の面(裏面;以下、X2面とい
う)には、図2(d)に示す如く、駆動電極12a,1
2b、モニタ電極14a,14b及び検出電極18a,
18bの共通電極となる仮GND電極24が形成されて
いる。
On the other hand, as shown in FIGS. 2B and 2C, the Y1 and Y2 surfaces of the arms 4 and 6 correspond to the polarization electrodes 18a and 18b, respectively. The detecting electrode 2 is located at a position deviated from the center along the longitudinal direction to the X2 plane.
2a and 22b are formed. On the other surface (rear surface; hereinafter, referred to as X2 surface) of the vibrator 2 having a concave shape, as shown in FIG.
2b, monitor electrodes 14a, 14b and detection electrodes 18a,
A temporary GND electrode 24 serving as a common electrode 18b is formed.

【0024】そして、X2面に形成された仮GND電極
24とX1面に形成された仮GND電極16a,16b
とは、夫々、各アーム部4,6のY1,Y2面に形成さ
れた短絡用電極28a,28bを介して、互いに接続
(短絡)され、また、X1面に形成されたパット電極2
0a,20bとY1,Y2面に形成された検出電極22
a,22bとは、夫々、Y1,Y2面に形成された検出
信号引き出し用の電極(引出電極)30a,30bを介
して、互いに接続(短絡)されている。
The provisional GND electrodes 24 formed on the X2 plane and the provisional GND electrodes 16a and 16b formed on the X1 plane.
Are connected (short-circuited) to each other via short-circuiting electrodes 28a and 28b formed on the Y1 and Y2 surfaces of the arm portions 4 and 6, respectively, and the pad electrode 2 formed on the X1 surface.
0a, 20b and detection electrodes 22 formed on the Y1, Y2 planes
a and 22b are connected (short-circuited) to each other via detection signal extraction electrodes (extraction electrodes) 30a and 30b formed on the Y1 and Y2 planes, respectively.

【0025】尚、本実施例の振動子2は、音叉形状に形
成した圧電体のX1,X2面に上記各電極を形成して、
各電極間に電圧を印加することにより、圧電体をX1面
からX2面に至る方向(図1に矢印で示す方向)に分極
処理し、その後、Y1,Y2面に上記各電極を形成す
る、といった手順で作製される。
The vibrator 2 of this embodiment has the above-mentioned electrodes formed on the X1 and X2 surfaces of a piezoelectric body formed in a tuning fork shape.
By applying a voltage between the electrodes, the piezoelectric body is polarized in the direction from the X1 plane to the X2 plane (the direction indicated by the arrow in FIG. 1), and then the electrodes are formed on the Y1 and Y2 planes. It is produced by such a procedure.

【0026】次にこのように作製された振動子2は、連
結部8側端面を、断面がエの字状に形成されたサポータ
32の台座部32bに接着剤(例えばエポキシ系の接着
剤)で接合し、更にサポータ32の本体側を、スペーサ
34を介して、溶接又は接着等で板状のベース36の表
面に固定することにより、ベース36に対して、X2面
がベース22の表面と対向するように固定される。
Next, in the vibrator 2 thus manufactured, an end face on the connecting portion 8 side is attached to the pedestal portion 32b of the supporter 32 having a U-shaped cross section by an adhesive (for example, an epoxy-based adhesive). By fixing the main body side of the supporter 32 to the surface of the plate-like base 36 by welding or bonding via a spacer 34, the X2 surface is in contact with the surface of the base 22 with respect to the base 36. It is fixed so as to face each other.

【0027】サポータ32は、スペーサ34を介してベ
ース36に固定される本体側に対し、振動吸収用の首部
32aを介して、振動子2を接合するための台座部32
bを形成したものであり、例えば、42Nのような金属
により、断面エの字状に一体形成されている。また、ベ
ース36は、振動子2を角速度センサの筐体或は角速度
の検出対象となる車体等に直接又は防振ゴムを介して固
定するためのものである。そして、ベース36には、振
動子2に形成された駆動電極12a,12b、モニタ電
極14a,14b、仮GND電極16a,16b、及び
パット電極20a,20bに対応した8個のターミナル
T1〜T8が立設されている。各ターミナルT1〜T8
は、上記各電極と図示しない検出回路との中継を行うた
めのものであり、各電極とターミナルT1〜T8とは、
夫々、ワイヤW1〜W8を介して、ワイヤボンディング
により接続されている。尚、ベース36と各ターミナル
T1〜T8とは電気的に絶縁されている。
The supporter 32 has a pedestal portion 32 for joining the vibrator 2 to a main body fixed to a base 36 via a spacer 34 via a neck portion 32a for absorbing vibration.
b, and is integrally formed in a D-shaped cross section with a metal such as 42N, for example. Further, the base 36 is for fixing the vibrator 2 directly or via a vibration-proof rubber to a housing of the angular velocity sensor or a vehicle body or the like for which an angular velocity is to be detected. The base 36 has eight terminals T1 to T8 corresponding to the drive electrodes 12a and 12b, the monitor electrodes 14a and 14b, the temporary GND electrodes 16a and 16b, and the pad electrodes 20a and 20b formed on the vibrator 2. It is erected. Each terminal T1-T8
Is for relaying each electrode to a detection circuit (not shown), and each electrode and terminals T1 to T8 are
They are connected by wire bonding via wires W1 to W8, respectively. Note that the base 36 and the terminals T1 to T8 are electrically insulated.

【0028】このように構成された本実施例の角速度セ
ンサを用いて、角速度を検出する際には、仮GND電極
16a,16bに接続されたターミナルT5,T6を介
して、仮GND電極16a,16b、分極用電極18
a,18b、及び仮GND電極24を基準電位に接地
し、駆動電極12a,12bに接続されたターミナルT
1,T2を介して、各駆動電極12a,12bに、位相
差180度の交流の駆動信号を夫々入力する。尚、この
駆動信号は、基準電位を中心に正負に変化する交流信号
であり、その周波数は、左右アーム部4,6の配列方向
である駆動軸(図1に示すY軸)方向への振動子2の共
振周波数(駆動共振周波数)である。
When the angular velocity is detected using the angular velocity sensor of the present embodiment configured as described above, the provisional GND electrodes 16a, 16a are connected via the terminals T5, T6 connected to the temporary GND electrodes 16a, 16b. 16b, polarization electrode 18
a, 18b and the temporary GND electrode 24 are grounded to a reference potential, and the terminal T connected to the drive electrodes 12a, 12b
An AC drive signal having a phase difference of 180 degrees is input to each of the drive electrodes 12a and 12b via the drive electrodes 1 and T2. This drive signal is an alternating current signal that changes positively and negatively around a reference potential, and its frequency varies in the direction of the drive axis (Y axis shown in FIG. 1), which is the direction in which the left and right arms 4 and 6 are arranged. This is the resonance frequency (drive resonance frequency) of the child 2.

【0029】この結果、X1面上の駆動電極12a,1
2bとX2面上の仮GND電極24との間に、夫々、位
相が反転した交流電圧が印加されることになり、各アー
ム部4,6は、Y軸方向に共振する。また、この駆動時
には、ターミナルT3,T4を介してモニタ電極14
a,14bからの出力(具体的には、モニタ電極14
a,14bと仮GND電極24との間に流れる電流)を
モニタし、各アーム部4,6のY軸方向への振幅が温度
が変わっても一定となるように、駆動信号を制御する
(自励制御発振)。
As a result, the drive electrodes 12a, 1a on the X1 plane
An AC voltage whose phase is inverted is applied between the temporary ground electrode 2b and the provisional GND electrode 24 on the X2 plane, and the arms 4 and 6 resonate in the Y-axis direction. At the time of this driving, the monitor electrodes 14 are connected via the terminals T3 and T4.
a, 14b (specifically, the monitor electrode 14
a), and the drive signal is controlled so that the amplitude of each of the arms 4 and 6 in the Y-axis direction becomes constant even when the temperature changes (see FIG. 4). Self-excited control oscillation).

【0030】次に、このように振動子2を自励制御発振
させている際に、各アーム部4,6の中心位置にて各ア
ーム部4,6に平行なZ軸を中心とするZ軸回りの角速
度Ωが入力されると、各アーム部4,6は、コリオリ力
により、X1,X2面を貫くX軸方向(検出軸方向)に
振動する。そして、このX軸方向の振動成分は、検出電
極22a,22bと、仮GND電極24との間に流れる
電流に比例することから、これら各電極間の電流を、夫
々、検出電極22a,22bに引出電極30a,30b
及びパット電極20a,20bを介して接続されたター
ミナルT7,T8を介して取り込み、電流−電圧変換回
路にて電圧信号に変換し、更に、各電圧信号を差動増幅
器を介して差動増幅することにより、Z軸周りの角速度
Ωを表す検出信号を生成する。
Next, when the vibrator 2 is self-excited and oscillated in this manner, a Z-axis centered on the Z-axis parallel to the arms 4 and 6 is provided at the center position of the arms 4 and 6. When the angular velocity Ω around the axis is input, each of the arm portions 4 and 6 vibrates in the X-axis direction (detection axis direction) penetrating the X1 and X2 planes by Coriolis force. Since the vibration component in the X-axis direction is proportional to the current flowing between the detection electrodes 22a and 22b and the temporary GND electrode 24, the current between these electrodes is applied to the detection electrodes 22a and 22b, respectively. Extraction electrodes 30a, 30b
Then, the signals are taken in via terminals T7, T8 connected via pad electrodes 20a, 20b, converted into voltage signals by a current-voltage conversion circuit, and further, each voltage signal is differentially amplified via a differential amplifier. As a result, a detection signal representing the angular velocity Ω around the Z axis is generated.

【0031】ところで、このように生成された検出信号
には、前述した機械的及び電気的要因によりオフセット
成分が含まれ、しかもこのオフセット成分は温度により
変化する。そこで、こうしたオフセットの温度変化(オ
フセット温度ドリフト)を抑制すべく、振動子2の駆動
共振周波数fdと検知共振周波数fsとの関係、及び、
駆動電極12a,12bと検出電極22a,22bとの
電極間距離の最適な領域について調査した。
Incidentally, the detection signal thus generated includes an offset component due to the above-mentioned mechanical and electrical factors, and the offset component changes with temperature. Therefore, in order to suppress such a temperature change of the offset (offset temperature drift), the relationship between the drive resonance frequency fd of the vibrator 2 and the detection resonance frequency fs, and
The optimal region of the distance between the drive electrodes 12a, 12b and the detection electrodes 22a, 22b was investigated.

【0032】以下、この調査のために行った実験結果に
ついて説明する。まず、駆動共振周波数fdと検知共振
周波数fsとの関係を規定するために行った実験につい
て説明する。尚、この実験を行うに当たっては、図3
(a)に示す如く、振動子2を支持するサポータ32に
おける台座部32b及び首部32aのZ軸方向の長さ
(高さ)を、夫々、1mmに設定すると共に、連結部8
から突出した各アーム部4,6の長手方向(Z軸方向)
の長さをL,各アーム部4,6のY軸方向の幅をtD ,
各アーム部4,6間のY軸方向の隙間(ギャップ)を
w,連結部8のZ軸方向の高さをd,サポータ32の首
部32aのY軸方向の幅をvとして、これら各値L,t
D ,w,d,vを、図3(b)に示す水準表に従い1〜
3の各水準に夫々設定し、更に、振動子2のX1面−X
2面間の厚み(換言すればY軸方向の厚み)tsを調整
することにより、駆動共振周波数fdと検知共振周波数
fsとの比fd/fsを0.8〜0.99の範囲内で段
階的に設定した、サポータ32付きの振動子2を多数作
製した。但し、これら各振動子2において、各アーム部
4,6における駆動電極12a,12bと検出電極22
a,22bとのZ軸方向の電極間距離Gと、振動子2の
厚みtsとの比G/tsは、1.4以上1.8以下の範
囲内である。
Hereinafter, the results of an experiment performed for this investigation will be described. First, an experiment performed for defining the relationship between the drive resonance frequency fd and the detection resonance frequency fs will be described. In performing this experiment, FIG.
As shown in (a), the length (height) of the pedestal portion 32b and the neck portion 32a of the supporter 32 supporting the vibrator 2 in the Z-axis direction is set to 1 mm, and the connecting portion 8 is set.
Longitudinal direction (Z-axis direction) of each arm part 4, 6 protruding from
Is L, the width of each of the arms 4 and 6 in the Y-axis direction is tD,
Assuming that a gap (gap) between the arms 4 and 6 in the Y-axis direction is w, a height of the connecting portion 8 in the Z-axis direction is d, and a width of the neck portion 32a of the supporter 32 in the Y-axis direction is v, these values are set. L, t
D, w, d, and v are defined as 1 to 3 according to the level table shown in FIG.
3 is set to each level, and further, the X1 plane of the vibrator 2−X
By adjusting the thickness ts between the two surfaces (in other words, the thickness in the Y-axis direction) ts, the ratio fd / fs of the drive resonance frequency fd to the detection resonance frequency fs can be varied within a range of 0.8 to 0.99. A large number of vibrators 2 with supporters 32, which were set appropriately, were produced. However, in each of these transducers 2, the drive electrodes 12a and 12b and the detection
The ratio G / ts of the distance G between the electrodes a and 22b in the Z-axis direction and the thickness ts of the vibrator 2 is in the range of 1.4 or more and 1.8 or less.

【0033】まず図4は、各アーム部4,6の幅tD を
2.0mm,各アーム部4,6間のギャップwを0.6
mm,連結部8の高さdを3.0mm,サポータ32の
首部32aの幅vを1.0mmとし、各アーム部4,6
の長さLを、10mm,17mm,27mmとし、更
に、振動子2の厚みtsを調整することにより共振周波
数の比fd/fsを段階的に設定した多数の振動子を用
いて、共振周波数の比fd/fsとオフセット温度ドリ
フトとの関係を測定した実験1の結果を表す。そして、
この実験1の結果から、オフセット温度ドリフトは、ア
ーム部4,6の長さLを問わず同様な傾向となり、共振
周波数の比fd/fsが0.98以上、0.88以下で
は大きくなるので、共振周波数の比fd/fsの最適範
囲としては、0.9以上0.96以下に設定すればよい
ことがわかった。
First, FIG. 4 shows that the width tD of each of the arms 4 and 6 is 2.0 mm and the gap w between each of the arms 4 and 6 is 0.6.
mm, the height d of the connecting portion 8 is 3.0 mm, the width v of the neck portion 32a of the supporter 32 is 1.0 mm, and each arm portion 4, 6
Is set to 10 mm, 17 mm, and 27 mm, and the resonance frequency ratio fd / fs is adjusted stepwise by adjusting the thickness ts of the resonator 2 to obtain a resonance frequency 9 shows the results of Experiment 1 in which the relationship between the ratio fd / fs and the offset temperature drift was measured. And
From the result of Experiment 1, the offset temperature drift has the same tendency regardless of the length L of the arm portions 4 and 6, and becomes large when the resonance frequency ratio fd / fs is 0.98 or more and 0.88 or less. It was found that the optimum range of the resonance frequency ratio fd / fs should be set to 0.9 or more and 0.96 or less.

【0034】尚、図4に示す各アーム部4,6の長さL
及び共振周波数の比fd/fsに対するオフセット温度
ドリフトの測定値は、夫々、振動子10個分の測定値の
平均を表し、以下に説明する図5〜図9における各測定
値についても同様である。次に、図5は、各アーム部
4,6の長さLを17mm,各アーム部4,6間のギャ
ップwを0.6mm,連結部8の高さdを3.0mm,
サポータ32の首部32aの幅vを1.0mmとし、各
アーム部4,6の幅tD を、1.5mm,2.0mm,
2.5mmとし、更に、振動子2の厚みtsを調整する
ことにより共振周波数の比fd/fsを段階的に設定し
た多数の振動子を用いて、共振周波数の比fd/fsと
オフセット温度ドリフトとの関係を測定した実験2の結
果を表す。そして、この実験2の結果から、オフセット
温度ドリフトは、アーム部4,6の幅tD を問わず同様
な傾向となり、共振周波数の比fd/fsが0.98以
上、0.88以下では大きくなるので、共振周波数の比
fd/fsの最適範囲としては、0.9以上0.96以
下に設定すればよいことがわかった。
The length L of each of the arms 4 and 6 shown in FIG.
The measured value of the offset temperature drift with respect to the resonance frequency ratio fd / fs represents the average of the measured values of 10 vibrators, and the same applies to the measured values in FIGS. 5 to 9 described below. . Next, FIG. 5 shows that the length L of each of the arms 4 and 6 is 17 mm, the gap w between the arms 4 and 6 is 0.6 mm, the height d of the connecting portion 8 is 3.0 mm,
The width v of the neck 32a of the supporter 32 is set to 1.0 mm, and the width tD of each of the arms 4 and 6 is set to 1.5 mm, 2.0 mm,
2.5 mm, the resonance frequency ratio fd / fs is set stepwise by adjusting the thickness ts of the resonator 2, and the resonance frequency ratio fd / fs and the offset temperature drift are used. 4 shows the result of Experiment 2 in which the relationship was measured. From the result of Experiment 2, the offset temperature drift has the same tendency regardless of the width tD of the arm portions 4 and 6, and becomes large when the resonance frequency ratio fd / fs is 0.98 or more and 0.88 or less. Therefore, it was found that the optimum range of the resonance frequency ratio fd / fs should be set to 0.9 or more and 0.96 or less.

【0035】また、図6は、各アーム部4,6の長さL
を17mm,各アーム部4,6の幅tD を2.0mm、
連結部8の高さdを3.0mm,サポータ32の首部3
2aの幅vを1.0mmとし、各アーム部4,6間のギ
ャップwを、0.2mm,0.6mm,1.0mmと
し、更に、振動子2の厚みtsを調整することにより共
振周波数の比fd/fsを段階的に設定した多数の振動
子を用いて、共振周波数の比fd/fsとオフセット温
度ドリフトとの関係を測定した実験3の結果を表す。そ
して、この実験3の結果から、オフセット温度ドリフト
は、アーム部4,6間のギャップwを問わず同様な傾向
となり、共振周波数の比fd/fsが0.98以上、
0.88以下では大きくなるので、共振周波数の比fd
/fsの最適範囲としては、0.9以上0.96以下に
設定すればよいことがわかった。
FIG. 6 shows the length L of each of the arms 4 and 6.
17 mm, the width tD of each of the arms 4 and 6 is 2.0 mm,
The height d of the connecting portion 8 is 3.0 mm, and the neck 3 of the supporter 32 is
The width v of the arm 2a is set to 1.0 mm, the gap w between the arms 4 and 6 is set to 0.2 mm, 0.6 mm, and 1.0 mm, and the resonance frequency is adjusted by adjusting the thickness ts of the vibrator 2. 4 shows the results of Experiment 3 in which the relationship between the resonance frequency ratio fd / fs and the offset temperature drift was measured using a number of transducers in which the ratio fd / fs of the above was set stepwise. From the result of Experiment 3, the offset temperature drift has the same tendency regardless of the gap w between the arm portions 4 and 6, and the resonance frequency ratio fd / fs is 0.98 or more,
Since it becomes large below 0.88, the resonance frequency ratio fd
It has been found that the optimum range of / fs should be set to 0.9 or more and 0.96 or less.

【0036】一方、図7は、各アーム部4,6の長さL
を17mm,各アーム部4,6の幅tD を2.0mm、
各アーム部4,6間のギャップwを0.6mm、サポー
タ32の首部32aの幅vを1.0mmとし、連結部8
の高さdを、2.0mm,3.0mmとし、更に、振動
子2の厚みtsを調整することにより共振周波数の比f
d/fsを段階的に設定した多数の振動子を用いて、共
振周波数の比fd/fsとオフセット温度ドリフトとの
関係を測定した実験4の結果を表す。そして、この実験
4の結果から、オフセット温度ドリフトは、連結部8の
高さdを問わず同様な傾向となり、共振周波数の比fd
/fsが0.98以上、0.88以下では大きくなるの
で、共振周波数の比fd/fsの最適範囲としては、
0.9以上0.96以下に設定すればよいことがわかっ
た。
FIG. 7 shows the length L of each of the arms 4 and 6.
17 mm, the width tD of each of the arms 4 and 6 is 2.0 mm,
The gap w between the arms 4 and 6 is 0.6 mm, the width v of the neck 32a of the supporter 32 is 1.0 mm,
Are set to 2.0 mm and 3.0 mm, and the thickness ts of the vibrator 2 is adjusted to obtain the resonance frequency ratio f.
The result of Experiment 4 in which the relationship between the resonance frequency ratio fd / fs and the offset temperature drift was measured using a number of transducers in which d / fs was set stepwise is shown. From the result of Experiment 4, the offset temperature drift has the same tendency irrespective of the height d of the connection portion 8, and the resonance frequency ratio fd
Since / fs becomes 0.98 or more and 0.88 or less, the optimum range of the resonance frequency ratio fd / fs is as follows.
It was found that the value should be set to 0.9 or more and 0.96 or less.

【0037】また、図8は、各アーム部4,6の長さL
を17mm,各アーム部4,6の幅tD を2.0mm、
各アーム部4,6間のギャップwを0.6mm、連結部
8の高さdを3.0mmとし、サポータ32の首部32
aの幅vを、0.5mm,1.0mm,1.5mmと
し、更に、振動子2の厚みtsを調整することにより共
振周波数の比fd/fsを段階的に設定した多数の振動
子を用いて、共振周波数の比fd/fsとオフセット温
度ドリフトとの関係を測定した実験5の結果を表す。そ
して、この実験5の結果から、オフセット温度ドリフト
は、サポータ32の首部32aの幅vを問わず同様な傾
向となり、共振周波数の比fd/fsが0.98以上、
0.88以下では大きくなるので、共振周波数の比fd
/fsの最適範囲としては、0.9以上0.96以下に
設定すればよいことがわかった。
FIG. 8 shows the length L of each of the arms 4 and 6.
17 mm, the width tD of each of the arms 4 and 6 is 2.0 mm,
The gap w between the arms 4 and 6 is 0.6 mm, the height d of the connecting portion 8 is 3.0 mm, and the neck 32 of the supporter 32 is formed.
The width v of a is set to 0.5 mm, 1.0 mm, and 1.5 mm, and furthermore, by adjusting the thickness ts of the vibrator 2, a number of vibrators in which the resonance frequency ratio fd / fs is set stepwise can be obtained. 5 shows the results of Experiment 5 in which the relationship between the resonance frequency ratio fd / fs and the offset temperature drift was measured. From the result of Experiment 5, the offset temperature drift has the same tendency regardless of the width v of the neck 32a of the supporter 32, and the resonance frequency ratio fd / fs is 0.98 or more,
Since it becomes large below 0.88, the resonance frequency ratio fd
It has been found that the optimum range of / fs should be set to 0.9 or more and 0.96 or less.

【0038】尚、以上の実験は、駆動共振周波数fdを
検知共振周波数fsよりも低い周波数に設定するものと
して行ったが、駆動共振周波数fdを検知共振周波数f
sよりも高い周波数に設定することもあり得るので、本
願発明者は、共振周波数の比fd/fsが1より大きく
なる領域でも上記各実験と同様の実験を行った。この結
果、上記説明した共振周波数の比fd/fsは、駆動共
振周波数fdと検知共振周波数fsとの相対関係を表す
ものであり、上記最適範囲の値は、比がfs/fdと逆
転しても同様の特性が得られることがわかった。つま
り、共振周波数の比fd/fsの最適範囲としては、
1.04以上1.1以下の範囲内に設定してもよいこと
がわかった。
In the above experiment, the drive resonance frequency fd was set to be lower than the detection resonance frequency fs.
Since the frequency may be set to be higher than s, the inventor of the present application has performed experiments similar to the above experiments even in a region where the resonance frequency ratio fd / fs is larger than 1. As a result, the above-described resonance frequency ratio fd / fs represents the relative relationship between the driving resonance frequency fd and the detection resonance frequency fs, and the value in the above-described optimum range is such that the ratio is reversed to fs / fd. It was also found that similar characteristics could be obtained. That is, as the optimum range of the resonance frequency ratio fd / fs,
It was found that the value may be set in the range of 1.04 or more and 1.1 or less.

【0039】従って、オフセット温度ドリフトを低減す
るのに最適な駆動共振周波数fdと検知共振周波数fs
との比fd/fsは、0.9以上0.96以下、若しく
は、1.04以上1.1以下の範囲内であり、共振周波
数の比fd/fsがこの範囲内になるように振動子2の
各部の寸法を設定すれば、オフセット温度ドリフトの機
械的及び電気的要因を共に低減して、オフセット温度ド
リフトの少ない角速度センサを実現できることがわか
る。
Therefore, the optimum drive resonance frequency fd and the detected resonance frequency fs for reducing the offset temperature drift
Is in the range of 0.9 or more and 0.96 or less, or 1.04 or more and 1.1 or less, and the vibrator is set so that the resonance frequency ratio fd / fs is in this range. It can be seen that setting the dimensions of the respective parts 2 reduces both mechanical and electrical factors of the offset temperature drift and realizes an angular velocity sensor with a small offset temperature drift.

【0040】次に、各アーム部4,6における駆動電極
12a,12bと検出電極22a,22bとのZ軸方向
の電極間距離Gを規定するために行った実験6について
説明する。この実験6では、図9に示す如く、各アーム
部4,6の長さLを17mm,各アーム部4,6の幅t
D を2.0,各アーム部4,6間のギャップwを0.6
mm,連結部8の高さdを3.0mm,サポータ32の
首部32aの幅vを1.0mmとし、振動子2の厚みt
sを調整することにより、振動子2の駆動共振周波数f
dと検知共振周波数fsとの比fd/fsを、夫々、
0.88、0.92に設定し、更に、電極間距離Gを適
宜変更した多数の角速度センサを用いて、電極間距離G
と振動子2の厚みtsとの比G/tsと、オフセット温
度ドリフトとの関係を測定した。
Next, a description will be given of Experiment 6, which was performed to define the distance G between the drive electrodes 12a and 12b and the detection electrodes 22a and 22b in the Z-axis direction in each of the arm portions 4 and 6. In this experiment 6, as shown in FIG. 9, the length L of each of the arms 4 and 6 was 17 mm, and the width t of each of the arms 4 and 6 was t.
D is 2.0, and the gap w between the arms 4 and 6 is 0.6.
mm, the height d of the connecting portion 8 is 3.0 mm, the width v of the neck portion 32a of the supporter 32 is 1.0 mm, and the thickness t of the vibrator 2 is
By adjusting s, the driving resonance frequency f of the vibrator 2 is adjusted.
The ratio fd / fs between d and the detected resonance frequency fs is represented by
Using a number of angular velocity sensors which are set to 0.88 and 0.92 and the distance G between the electrodes is appropriately changed, the distance G between the electrodes is obtained.
The relationship between the ratio G / ts between the temperature and the thickness ts of the vibrator 2 and the offset temperature drift was measured.

【0041】そして、この実験6の結果から、オフセッ
ト温度ドリフトは、共振周波数の比fd/fsによら
ず、電極間距離Gと振動子2の厚みtsとの比G/ts
が大きくなる程低減でき、この比G/tsを1.4以上
にすれば、オフセット温度ドリフトが略フラットにな
り、オフセット温度ドリフトが小さく安定することがわ
かった。従って、オフセット温度ドリフトを低減するの
に最適な電極間距離Gとしては、振動子2の厚みtsに
対する比G/tsが1.4以上となるように設定すれば
よく、これにより、オフセット温度ドリフトの電気的要
因を低減して、オフセット温度ドリフトの少ない角速度
センサを実現できることがわかる。
From the result of the experiment 6, the offset temperature drift shows that the ratio G / ts of the distance G between the electrodes and the thickness ts of the vibrator 2 is independent of the resonance frequency ratio fd / fs.
It can be seen that when the ratio G / ts is set to 1.4 or more, the offset temperature drift becomes substantially flat, and the offset temperature drift is small and stable. Therefore, the optimum distance G between the electrodes for reducing the offset temperature drift may be set so that the ratio G / ts to the thickness ts of the vibrator 2 is 1.4 or more. It can be understood that the electrical factor of (1) can be reduced to realize an angular velocity sensor with small offset temperature drift.

【0042】以上、本発明の実施例として、図1,図2
に示した角速度センサを用いて、オフセット温度ドリフ
トを抑制するのに最適な駆動共振周波数fdと検知共振
周波数fsとの比fd/fs、及び電極間距離Gと振動
子2の厚みtsとの比G/tsを測定した実験結果につ
いて説明したが、本発明は、図1,図2に示した構成の
角速度センサに限定されるものではなく、圧電体からな
る音叉形状に形成され、その外壁面に駆動電極と検出電
極とが形成された振動子を用いた角速度センサであれ
ば、適用できる。
FIGS. 1 and 2 show the embodiment of the present invention.
The ratio fd / fs between the driving resonance frequency fd and the detection resonance frequency fs, which is optimal for suppressing the offset temperature drift, and the ratio between the distance G between the electrodes and the thickness ts of the vibrator 2 using the angular velocity sensor shown in FIG. Although the experimental results of measuring G / ts have been described, the present invention is not limited to the angular velocity sensor having the configuration shown in FIGS. 1 and 2, and is formed in a tuning fork shape made of a piezoelectric material, and its outer wall surface is formed. Any angular velocity sensor using a vibrator in which a drive electrode and a detection electrode are formed can be applied.

【0043】例えば、上記実施例では、振動子2を駆動
軸(Y軸)方向に励振するための駆動電極12a,12
bを、振動子2の連結部8から左右の連結部4,6にか
けて連続的に形成した角速度センサについて説明した
が、図10に示す如く、駆動電極12a,12bが、連
結部8にて切断され、左右のアーム部4,6にのみ形成
された振動子を用いた角速度センサであっても、本発明
を適用することにより、オフセット温度ドリフトを低減
できる。また、上記実施例では、検出電極22a,22
bが左右アーム部4,6の外側側面(Y1,Y2面)に
形成された振動子2を備えた角速度センサについて説明
したが、例えば、検出電極22a,22bを各アーム部
4,6のX1面に形成し、各検出電極22a,22bに
対応する仮GND電極を各アーム部4,6のY1,Y2
面に形成することにより、検出信号を振動子2の表面
(X1面)に設けた検出電極から直接取り出すことがで
きるようにした角速度センサであっても、本発明を適用
することにより、オフセット温度ドリフトを低減でき
る。
For example, in the above embodiment, the drive electrodes 12a and 12a for exciting the vibrator 2 in the drive axis (Y axis) direction are used.
b has been described for an angular velocity sensor formed continuously from the connecting portion 8 of the vibrator 2 to the left and right connecting portions 4 and 6, but the drive electrodes 12a and 12b are cut off at the connecting portion 8 as shown in FIG. The offset temperature drift can be reduced by applying the present invention even to an angular velocity sensor using a vibrator formed only on the left and right arms 4 and 6. Further, in the above embodiment, the detection electrodes 22a, 22
Although the angular velocity sensor provided with the vibrator 2 formed on the outer side surface (Y1, Y2 surface) of the left and right arm portions 4, 6 has been described, for example, the detection electrodes 22a, 22b are connected to the X1 of each arm portion 4, 6 by X1. A temporary GND electrode corresponding to each of the detection electrodes 22a and 22b is formed on the Y1, Y2
Even if the angular velocity sensor is formed on a surface so that a detection signal can be directly extracted from a detection electrode provided on the surface (X1 plane) of the vibrator 2, the offset temperature can be obtained by applying the present invention. Drift can be reduced.

【0044】また、請求項1に記載の発明は、上記実施
例のような音叉形状の振動子2を備えた角速度センサ以
外にも、請求項3に記載のような振動子を備えた角速度
センサ、具体的には、図11及び図12に示すように、
音叉を構成する2本のアーム部を二組備え、これら各ア
ーム部103,104,105,106を平行に配置し
て、その一端を共通の連結部102にて連結することに
より、櫛形に形成した振動子100を備えた角速度セン
サ、或いは、図13に示すように、音叉を構成する2本
のアーム部を二組備え、これら各組のアーム部203,
204及び205,206を、夫々、連結部202の両
側に配置して連結することにより、H字形に形成した振
動子200を備えた角速度センサ、であっても適用でき
る。
According to the first aspect of the present invention, in addition to the angular velocity sensor having the tuning fork-shaped vibrator 2 as in the above embodiment, the angular velocity sensor having the vibrator according to the third aspect is provided. Specifically, as shown in FIGS. 11 and 12,
Two sets of two arm portions constituting a tuning fork are provided, and these arm portions 103, 104, 105, and 106 are arranged in parallel, and one end thereof is connected by a common connecting portion 102, thereby forming a comb shape. An angular velocity sensor provided with the vibrator 100 formed as described above, or as shown in FIG. 13, two sets of two arms forming a tuning fork are provided.
The angular velocity sensor having the vibrator 200 formed in an H-shape can be applied by arranging and connecting the elements 204, 205, and 206 on both sides of the connecting part 202, respectively.

【0045】以下、図11〜図13に示した振動子10
0,200を有する角速度センサについて説明する。図
11及び図12に示した角速度センサの振動子100
は、アーム部103,104及び105,106の間隔
が異なる二組の音叉を組み合わせた所謂4脚音叉であ
り、アーム部105,106の間隔が広い一方の音叉の
間に、アーム部103,104の間隔が狭い音叉を配置
して、各音叉の連結部を連結した形状(櫛形形状)をし
ている。そして、この振動子100の連結部102に
は、図1に示した振動子2と同様、断面がエの字状に形
成されることにより中央にトーションビーム108を有
するサポータ107が接着材等を用いて接合され、更
に、サポータ107は、各アーム部103〜106を、
ベース111から一定距離だけ離れた位置に平行に配置
にするために、スペーサ110を介して、ベース111
上に溶接等で固定されている。
Hereinafter, the vibrator 10 shown in FIGS.
An angular velocity sensor having 0,200 will be described. Vibrator 100 of angular velocity sensor shown in FIGS. 11 and 12
Is a so-called four-leg tuning fork in which two sets of tuning forks with different intervals between the arms 103, 104 and 105, 106 are combined. Are arranged in a narrow interval, and the connecting portions of the tuning forks are connected (comb shape). As in the case of the vibrator 2 shown in FIG. 1, a supporter 107 having a torsion beam 108 in the center is formed of an adhesive material or the like for the connecting portion 102 of the vibrator 100 in the same manner as the vibrator 2 shown in FIG. The supporter 107 further connects the arm portions 103 to 106 to each other.
In order to dispose the base 111 in parallel at a predetermined distance from the base 111, the base 111
The upper part is fixed by welding or the like.

【0046】尚、図11は、櫛形の振動子100を備え
た角速度センサ全体の構成を表わす斜視図であり、図2
はその振動子100を前後(X1面,X2面)・左右
(Y1面,Y2面)から見た状態を表す説明図である。
振動子100は、例えば、PZTをダイシング等で機械
加工することにより櫛形に形成されている。そして、こ
の振動子100を構成する4本のアーム部103〜10
6の内、中央の音叉部を構成する一対のアーム部10
3,104には、振動子100を各アーム部103〜1
06の配列方向(Y軸方向)に振動させるための電極が
形成され、外側の音叉部を構成する一対のアーム部10
5,106には、振動子100に加わった各アーム部1
03〜106の中心軸に平行なZ軸周りの角速度Ωを検
出するための電極が形成されている。
FIG. 11 is a perspective view showing the entire structure of the angular velocity sensor having the comb-shaped vibrator 100, and FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state in which the vibrator 100 is viewed from front and rear (X1 plane, X2 plane) and left and right (Y1 plane, Y2 plane).
The vibrator 100 is formed in a comb shape by, for example, machining PZT by dicing or the like. The four arms 103 to 10 constituting the vibrator 100
6, a pair of arm portions 10 constituting a central tuning fork portion.
The vibrator 100 is attached to each of the arm portions 103-1 to 3-4.
The electrodes for vibrating in the arrangement direction (Y-axis direction) of the pair 06 are formed, and a pair of arm portions 10 constituting an outer tuning fork portion are formed.
5 and 106, each arm portion 1 added to the vibrator 100 is provided.
Electrodes for detecting the angular velocity Ω around the Z-axis parallel to the central axes of 03 to 106 are formed.

【0047】即ち、図12に示すように、アーム部10
3,104には、そのX1面(ベース111とは反対側
の表面)に、駆動電極112とモニタ電極113とが夫
々形成され、X2面(ベース111との対向面である裏
面)には、基準電位に接地するための仮GND電極12
0が形成されている。そして、各アーム部103,10
4に形成された駆動電極112及びモニタ電極113
は、夫々、連結部102のX1面で互いに接続され、各
アーム部103,104のX2面に形成された仮GND
電極120は、連結部102のX2面で互いに接続され
ている。
That is, as shown in FIG.
The drive electrodes 112 and the monitor electrodes 113 are respectively formed on the X1 surface (the surface opposite to the base 111) of the X-rays 3 and 104, and the X2 surface (the back surface facing the base 111) is formed on the X3 surface. Temporary GND electrode 12 for grounding to a reference potential
0 is formed. And each of the arm portions 103, 10
4 drive electrode 112 and monitor electrode 113
Are connected to each other on the X1 plane of the connecting part 102, and are formed on the X2 plane of the arm parts 103 and 104, respectively.
The electrodes 120 are connected to each other on the X2 plane of the connection part 102.

【0048】一方、アーム部105のX1面には、検出
電極114が形成され、X2面には、検出電極122が
形成され、振動子100の外側側面となるY1面には、
仮GND電極125が形成されると共に、X1,X2面
の検出電極114,122を互いに接続(短絡)する短
絡用電極129が形成されている。また、アーム部10
6のX1面には、仮GND電極115が形成され、X2
面には、仮GND電極121が形成され、振動子100
の外側側面となるY2面には、検出電極124が形成さ
れると共に、X1,X2面の仮GND電極115,12
1を互いに接続(短絡)する短絡用電極128が接続さ
れている。
On the other hand, a detection electrode 114 is formed on the X1 surface of the arm portion 105, a detection electrode 122 is formed on the X2 surface, and a Y1 surface, which is the outer side surface of the vibrator 100, is formed on the X1 surface.
A temporary GND electrode 125 is formed, and a short-circuit electrode 129 that connects (short-circuits) the detection electrodes 114 and 122 on the X1 and X2 planes is formed. The arm 10
6, a temporary GND electrode 115 is formed on the X1 plane,
A temporary GND electrode 121 is formed on the surface, and the vibrator 100
The detection electrode 124 is formed on the Y2 surface, which is the outer side surface of the X-ray, and the provisional GND electrodes 115 and 12 on the X1 and X2 surfaces.
1 are connected to each other (short-circuit).

【0049】次に、連結部102のX1面には、検出信
号取出用のパット電極116が形成されており、このパ
ット電極116には、引出電極118を介して、アーム
部105のX1面に形成された検出電極114に接続さ
れると共に、引出電極126を介して、アーム部106
のY2面に形成された検出電極124に接続されてい
る。また、連結部102のX1面には、仮GND電極接
地用のパット電極117も形成されており、このパット
電極117には、引出電極119を介して、アーム部1
06のX1面に形成された仮GND電極115が接続さ
れている。そして、この仮GND電極115に接続され
たアーム部106の仮GND電極121には、連結部1
02のX2面に形成された引出電極123及びアーム部
105のY1面に形成された引出電極127を介して、
アーム部105のY1面に形成された仮GND電極12
5及びアーム部103,104のX2面に形成された仮
GND電極120が夫々接続されている。
Next, a pad electrode 116 for extracting a detection signal is formed on the X1 surface of the connecting portion 102. The pad electrode 116 is connected to the X1 surface of the arm portion 105 via an extraction electrode 118. The arm portion 106 is connected to the formed detection electrode 114 and is connected to the arm portion 106 via the extraction electrode 126.
Is connected to the detection electrode 124 formed on the Y2 plane. A pad electrode 117 for grounding a temporary GND electrode is also formed on the X1 plane of the connecting portion 102. The pad electrode 117 is connected to the arm portion 1 via an extraction electrode 119.
The temporary GND electrode 115 formed on the X1 plane of No. 06 is connected. The temporary GND electrode 121 of the arm 106 connected to the temporary GND electrode 115 is connected to the connecting portion 1.
02 through the extraction electrode 123 formed on the X2 plane and the extraction electrode 127 formed on the Y1 plane of the arm 105.
Temporary GND electrode 12 formed on Y1 surface of arm 105
5 and the provisional GND electrodes 120 formed on the X2 plane of the arm portions 103 and 104 are connected to each other.

【0050】そして、図11に示すように、ベース11
1には、連結部102のX1面に形成された駆動電極1
12、モニタ電極113、パット電極116、及びパッ
ト電極117に対応した4個のターミナルT31〜T3
4が立設されており、これら各電極と各ターミナルT3
1〜T34とは、夫々、夫々、ワイヤW31〜W34を
ボンディングすることにより接続される。尚、振動子1
00の各面への電極の形成手順等は、図1に示した振動
子2と全く同様である。
Then, as shown in FIG.
Reference numeral 1 denotes a drive electrode 1 formed on the X1 plane of the connecting portion 102.
12, four terminals T31 to T3 corresponding to the monitor electrode 113, the pad electrode 116, and the pad electrode 117.
4 and each of these electrodes and each terminal T3.
1 to T34 are connected by bonding wires W31 to W34, respectively. The vibrator 1
The procedure for forming the electrodes on each surface of 00 is exactly the same as that of the vibrator 2 shown in FIG.

【0051】このように構成された角速度センサを用い
て、角速度を検出する際には、駆動用のアーム部10
3,104に形成された駆動電極112と仮GND電極
120との間に駆動信号(交流電圧)を印加することに
より、これらアーム部103,104にて構成される内
側の音叉部を左右の駆動軸方向(図に示すY軸方向)に
共振させると共に、モニタ電極113からの出力が一定
になるように、図示しない制御回路を用いて駆動信号を
制御することにより、振動子100の内側の音叉部を自
励発振させる。そして、このように振動子100を自励
制御発振させているときに、振動子100の長手方向の
中心軸(Z軸)を中心とする角速度Ωが入力されると、
上記各アーム部103,104は、コリオリ力によっ
て、X1,X2面を貫くX軸方向(検出軸方向)にも振
動する。すると、外側の音叉部を構成する各アーム部1
05,106もX軸方向に振動し、検出電極114,1
22と仮GND電極125との間、及び、検出電極12
4と仮GND電極115,12170との間には、X軸
方向の振動に比例した電流が流れることから、これら各
電極間の電流を電圧値に変換することにより、Z軸回り
の角速度Ωを検出する。
When detecting the angular velocity by using the angular velocity sensor thus configured, the driving arm 10 is used.
By applying a drive signal (AC voltage) between the drive electrode 112 formed on the third and fourth electrodes 104 and the provisional GND electrode 120, the inner tuning fork formed by the arms 103 and 104 is driven left and right. By controlling the drive signal using a control circuit (not shown) so as to resonate in the axial direction (Y-axis direction shown in the drawing) and to keep the output from the monitor electrode 113 constant, the tuning fork inside the vibrator 100 is formed. The part is self-oscillated. When the vibrator 100 is self-excited and oscillated in this manner, when an angular velocity Ω about the longitudinal central axis (Z axis) of the vibrator 100 is input,
The arms 103 and 104 also vibrate in the X-axis direction (detection axis direction) penetrating the X1 and X2 planes by Coriolis force. Then, each arm part 1 constituting the outer tuning fork part
05, 106 also vibrate in the X-axis direction, and the detection electrodes 114, 1
22 and the provisional GND electrode 125 and the detection electrode 12
4 and the provisional GND electrodes 115 and 12170, a current proportional to the vibration in the X-axis direction flows. By converting the current between these electrodes into a voltage value, the angular velocity Ω around the Z-axis is changed. To detect.

【0052】そして、上記のように櫛形の振動子100
を備えた角速度センサにおいても、駆動共振周波数fd
と検知共振周波数fsとの比fd/fsを、上述の最適
範囲内に設定すれば、上記音叉形状の振動子2を備えた
角速度センサと同様の効果が得られることがわかった。
Then, as described above, the comb-shaped vibrator 100
Drive frequency fd
It is found that if the ratio fd / fs between the detection frequency fs and the detection resonance frequency fs is set within the above-mentioned optimum range, the same effect as the angular velocity sensor having the tuning-fork-shaped vibrator 2 can be obtained.

【0053】次に図13に示した角速度センサの振動子
200は、同一形状の音叉を、各音叉のアーム部20
3,204及び205,206が互いに逆方向を向くよ
うに、各音叉の連結部202にて連結したH字形形状を
している。この振動子200は、PZTをダイシング等
で機械加工することによりH字形に形成されており、一
方の音叉部を構成する一対のアーム部203,204に
は、振動子200をアーム部203,204の配置方向
(Y軸方向)に振動させるための電極が形成され、他方
の音叉部を構成する一対のアーム部205,206に
は、振動子200に加わった各アーム部203〜206
の中心軸に平行なz軸周りの角速度を検出するための電
極が形成されている。
Next, the vibrator 200 of the angular velocity sensor shown in FIG.
Each of the tuning forks has an H-shape connected at a connecting portion 202 such that the reference numerals 3, 204 and 205, 206 face in opposite directions. The vibrator 200 is formed in an H-shape by machining PZT by dicing or the like, and the vibrator 200 is attached to the pair of arms 203 and 204 forming one tuning fork. An electrode for vibrating in the arrangement direction (Y-axis direction) is formed, and a pair of arms 205 and 206 constituting the other tuning fork are provided with the arms 203 to 206 applied to the vibrator 200.
An electrode for detecting the angular velocity around the z-axis parallel to the central axis of is formed.

【0054】即ち、アーム部203,204のX1面
(振動子200においてH字形を呈する一方の面)に
は、駆動電極207及びモニタ電極208が形成されて
いる。そして各アーム部203,204の駆動電極20
7及びモニタ電極208は、夫々、連結部202で連結
されている。また、アーム部205,206のX1面に
は、夫々、仮GND電極210,211が形成され、Y
1,Y2面(各アーム部205,206における振動子
200の外側側面)には、夫々、検出電極212,21
3が形成されている。
That is, the drive electrode 207 and the monitor electrode 208 are formed on the X1 plane (one of the vibrators 200 of the H-shape) of the arms 203 and 204. Then, the drive electrode 20 of each arm 203, 204
7 and the monitor electrode 208 are connected to each other at the connection portion 202. Further, temporary GND electrodes 210 and 211 are formed on the X1 surface of the arm portions 205 and 206, respectively.
The detection electrodes 212 and 21 are provided on the Y1 and Y2 planes (outer side surfaces of the vibrator 200 in the respective arm portions 205 and 206).
3 are formed.

【0055】また、振動子200のX2面(振動子20
0においてH字形を呈する一方の面)には、アーム部2
03,204から連結部202を通ってアーム部20
5,206に至る略全域に仮GND電極209が形成さ
れており、アーム部205,206のX1面に形成され
た仮GND電極210,211は、各アーム部205,
206のY1面及びY2面に形成された短絡用電極21
8,219を介して、X1面の仮GND電極209に接
続されている。また、連結部202のX1面には、検出
信号取出用のパット電極214,215が形成され、各
アーム部205,206のY1,Y2面に形成された検
出電極212,213は、引出電極216,217を介
して、各パット電極214,215に夫々接続されてい
る。
The X2 plane of the vibrator 200 (vibrator 20
0), an arm 2
03 and 204 through the connecting portion 202 and the arm portion 20
Temporary GND electrodes 209 are formed over substantially the entire area extending to the arm portions 205 and 206. The temporary GND electrodes 210 and 211 formed on the X1 plane of the arm portions 205 and 206
Short-circuit electrodes 21 formed on the Y1 and Y2 planes 206
8, 219 are connected to the temporary GND electrode 209 on the X1 plane. Further, pad electrodes 214 and 215 for extracting a detection signal are formed on the X1 surface of the connection portion 202, and the detection electrodes 212 and 213 formed on the Y1 and Y2 surfaces of the arm portions 205 and 206 are connected to the extraction electrode 216. , 217 are connected to the pad electrodes 214, 215, respectively.

【0056】このように構成された振動子200を用い
て角速度を検出する際には、例えば、連結部202のX
2面をサポータを介してベース上に固定すると同時に、
X2面の仮GND電極209を基準電位に接地する。そ
して、アーム部203,204に形成された駆動電極2
07と仮GND電極209との間に駆動信号(交流電
圧)を印加することにより、これらアーム部103,1
04にて構成される音叉部を左右の駆動軸方向(図に示
すY軸方向)に共振させると共に、モニタ電極208か
らの出力が一定になるように、図示しない制御回路を用
いて駆動信号を制御することにより、振動子200の内
側の音叉部を自励発振させる。
When the angular velocity is detected by using the vibrator 200 having the above-described configuration, for example, the X
At the same time as fixing the two surfaces on the base via the supporter,
The temporary GND electrode 209 on the X2 plane is grounded to the reference potential. Then, the drive electrodes 2 formed on the arm portions 203 and 204 are formed.
07 and the provisional GND electrode 209, a drive signal (AC voltage) is applied between these arm portions 103, 1
The drive signal is generated by using a control circuit (not shown) so that the tuning fork formed by the drive circuit 04 resonates in the left and right drive axis directions (Y axis direction shown in the figure) and the output from the monitor electrode 208 becomes constant. By performing the control, the tuning fork inside the vibrator 200 is caused to self-oscillate.

【0057】そして、このように振動子200を自励制
御発振させているときに、Z軸周りの角速度Ωが入力さ
れると、各アーム部203,204は、コリオリ力によ
って、X1,X2面を貫くX軸方向(図示せず)にも振
動する。すると、他方の音叉部を構成する各アーム部2
05,206もX軸方向に振動するため、検出電極21
2と仮GND電極209,210との間、及び、検出電
極213と仮GND電極209,211との間には、X
軸方向の振動に比例した電流が流れる。そこで、この電
流をパット電極214,215を介して取り出し、電圧
値に変換することにより、Z軸回りの角速度Ωを検出す
る。そして、このようにH字形の振動子200を備えた
角速度センサにおいても、駆動共振周波数fdと検知共
振周波数fsとの比fd/fsを、上述の最適範囲内に
設定すれば、上記音叉形状の振動子2を備えた角速度セ
ンサと同様の効果が得られることがわかった。
When the angular velocity Ω around the Z-axis is input during the self-excited oscillation of the vibrator 200, the arms 203 and 204 are moved to the X1 and X2 planes by Coriolis force. Vibrates also in the X-axis direction (not shown) penetrating through. Then, each of the arm portions 2 constituting the other tuning fork portion
05 and 206 also vibrate in the X-axis direction.
2 and the provisional GND electrodes 209 and 210, and between the detection electrode 213 and the provisional GND electrodes 209 and 211, X
A current proportional to the axial vibration flows. Then, this current is taken out through the pad electrodes 214 and 215 and converted into a voltage value, thereby detecting the angular velocity Ω around the Z axis. In the angular velocity sensor including the H-shaped vibrator 200 as described above, if the ratio fd / fs between the driving resonance frequency fd and the detection resonance frequency fs is set within the above-described optimum range, the tuning fork shape is obtained. It turned out that the same effect as the angular velocity sensor provided with the vibrator 2 was obtained.

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

【図1】 実施例の角速度センサの構成を表す斜視図で
ある。
FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration of an angular velocity sensor according to an embodiment.

【図2】 図1に示した振動子に形成された電極を表す
説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing electrodes formed on the vibrator shown in FIG.

【図3】 共振周波数の比fd/fsとオフセット温度
ドリフトとの関係を測定するために作製した振動子及び
サポータの形状を説明する説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating shapes of a vibrator and a supporter manufactured for measuring a relationship between a resonance frequency ratio fd / fs and an offset temperature drift.

【図4】 共振周波数の比fd/fsとオフセット温度
ドリフトとの関係を測定した実験1の測定結果を表すグ
ラフである。
FIG. 4 is a graph showing a measurement result of an experiment 1 in which a relationship between a resonance frequency ratio fd / fs and an offset temperature drift was measured.

【図5】 共振周波数の比fd/fsとオフセット温度
ドリフトとの関係を測定した実験2の測定結果を表すグ
ラフである。
FIG. 5 is a graph showing a measurement result of Experiment 2 in which a relationship between a resonance frequency ratio fd / fs and an offset temperature drift was measured.

【図6】 共振周波数の比fd/fsとオフセット温度
ドリフトとの関係を測定した実験3の測定結果を表すグ
ラフである。
FIG. 6 is a graph showing a measurement result of Experiment 3 in which a relationship between a resonance frequency ratio fd / fs and an offset temperature drift was measured.

【図7】 共振周波数の比fd/fsとオフセット温度
ドリフトとの関係を測定した実験4の測定結果を表すグ
ラフである。
FIG. 7 is a graph showing a measurement result of Experiment 4 in which a relationship between a resonance frequency ratio fd / fs and an offset temperature drift was measured.

【図8】 共振周波数の比fd/fsとオフセット温度
ドリフトとの関係を測定した実験5の測定結果を表すグ
ラフである。
FIG. 8 is a graph showing a measurement result of Experiment 5 in which a relationship between a resonance frequency ratio fd / fs and an offset temperature drift was measured.

【図9】 電極間距離Gと振動子2の厚みtsとの比G
/tsとオフセット温度ドリフトとの関係を測定した実
験6の測定結果を表すグラフである。
FIG. 9 shows a ratio G between the inter-electrode distance G and the thickness ts of the vibrator 2.
13 is a graph showing measurement results of Experiment 6 in which the relationship between / ts and offset temperature drift was measured.

【図10】 音叉形状の振動子の他の構成例を表す説明
図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating another configuration example of the tuning-fork vibrator.

【図11】 二組の音叉部を有する櫛形形状の振動子を
備えた角速度センサの構成を表す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a configuration of an angular velocity sensor including a comb-shaped vibrator having two sets of tuning forks.

【図12】 図11に示した櫛形形状の振動子に形成さ
れた電極を表す説明図である。
FIG. 12 is an explanatory view showing electrodes formed on the comb-shaped vibrator shown in FIG.

【図13】 二組の音叉部を有するH字形形状の振動子
の構成を説明する説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating a configuration of an H-shaped vibrator having two sets of tuning forks.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2,100,200…振動子、4,6,103〜10
6,203〜206…アーム部、8,102,202…
連結部、12a,12b,112,207…駆動電極、
14a,14b,113,208…モニタ電極、16
a,16b,24,115,120,121,125,
209,210,211…仮GND電極、18a,18
b…分極用電極、20a,20b,116,117,2
14,215…パット電極、22a,22b,114,
122,124,212,213…検出電極、26a,
26b,28a,28b,128,129,218,2
19…短絡用電極 30a,30b,118,11
9,123,126,127,216,217…引出電
極、32,107…サポータ 34,110…スペー
サ、36,111…ベース、T1〜T8,T31〜34
…ターミナル、40…電流−電圧変換回路。
2,100,200 ... vibrator, 4,6,103-10
6, 203-206 ... arm part, 8, 102, 202 ...
Connecting parts, 12a, 12b, 112, 207 ... drive electrodes,
14a, 14b, 113, 208 ... monitor electrode, 16
a, 16b, 24, 115, 120, 121, 125,
209, 210, 211 ... temporary GND electrode, 18a, 18
b ... polarizing electrode, 20a, 20b, 116, 117, 2
14, 215: pad electrode, 22a, 22b, 114,
122, 124, 212, 213 detection electrodes, 26a,
26b, 28a, 28b, 128, 129, 218, 2
19 ... Short-circuiting electrodes 30a, 30b, 118, 11
9, 123, 126, 127, 216, 217 extraction electrode, 32, 107 supporter 34, 110 spacer, 36, 111 base, T1 to T8, T31 to 34
... Terminal, 40... Current-voltage conversion circuit.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 互いに平行に配置された少なくとも一対
のアーム部と各アーム部の一端を連結する連結部とによ
り形成された圧電体からなり、外壁面に、少なくとも、
外部から交流電圧を受けて前記各アーム部を各アーム部
の配列方向である駆動軸方向に励振する駆動電極、及
び、各アーム部において前記駆動軸とは直交する検出軸
方向に生じる振動を検出する一対の検出電極、が形成さ
れた振動子を備えた角速度センサにおいて、 前記振動子を、前記駆動軸方向への共振周波数fdと、
前記検出軸方向への共振周波数fsとの比fd/fs
が、0.9以上0.96以下、又は、1.04以上1.
1以下、の範囲内になるように形成したことを特徴とす
る角速度センサ。
1. A piezoelectric body formed by at least a pair of arms arranged in parallel with each other and a connecting part connecting one end of each arm, and at least one of:
A drive electrode that receives an AC voltage from the outside and excites each arm in a drive axis direction that is an arrangement direction of each arm, and detects a vibration that occurs in a detection axis direction orthogonal to the drive shaft in each arm. An angular velocity sensor provided with a vibrator having a pair of detection electrodes formed thereon, wherein the vibrator has a resonance frequency fd in the drive axis direction,
The ratio fd / fs to the resonance frequency fs in the detection axis direction
Is 0.9 or more and 0.96 or less, or 1.04 or more.
An angular velocity sensor formed to be within a range of 1 or less.
【請求項2】 前記振動子は、一対のアーム部と該各ア
ーム部の一端を連結する連結部とにより音叉形状に形成
されてい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 angular velocity sensor according to claim 1, wherein the vibrator is formed in a tuning fork shape by a pair of arms and a connecting portion connecting one end of each of the arms.
【請求項3】 前記振動子は、一対のアーム部と該各ア
ーム部の一端を互いに連結する連結部とからなる二組の
音叉部を、各音叉部の連結部を共通にして一体化するこ
とにより櫛形又はH字形に形成し、前記駆動電極を、一
方の音叉部を構成するアーム部に形成し、前記検出電極
を、他方の音叉部を構成するアーム部に形成してなるこ
とを特徴とする請求項1に記載の角速度センサ。
3. The vibrator is configured such that two sets of tuning forks each including a pair of arms and a connecting portion for connecting one end of each of the arms to each other are integrated with a common connecting portion between the tuning forks. And a drive electrode is formed on an arm portion forming one tuning fork portion, and the detection electrode is formed on an arm portion forming the other tuning fork portion. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein
【請求項4】 一対のアーム部と各アーム部の一端を連
結する連結部とにより音叉形状に形成された圧電体から
なり、外壁面に、少なくとも、外部から交流電圧を受け
て前記各アーム部を各アーム部の配列方向である駆動軸
方向に励振する駆動電極、及び、各アーム部において前
記駆動軸とは直交する検出軸方向に生じる振動を検出す
る一対の検出電極、が形成された振動子を備えた角速度
センサにおいて、 前記振動子を、前記各アーム部の長手方向に沿った前記
駆動電極と前記検出電極との間の電極間距離Gと、前記
振動子において凹字状を呈する表裏面間の厚みtsとの
比G/tsが、1.4以上となるように形成したことを
特徴とする角速度センサ。
4. A piezoelectric body formed in a tuning fork shape by a pair of arm portions and a connecting portion connecting one end of each arm portion, and each of said arm portions receives at least an AC voltage from the outside on an outer wall surface. And a pair of detection electrodes for detecting a vibration generated in a detection axis direction orthogonal to the drive shaft in each arm portion. In the angular velocity sensor provided with the vibrator, the vibrator may be a table having an inter-electrode distance G between the drive electrode and the detection electrode along a longitudinal direction of each of the arms, and a concave shape in the vibrator. An angular velocity sensor formed so that a ratio G / ts to a thickness ts between the back surfaces is 1.4 or more.
【請求項5】 前記振動子は、前記外壁面の内、表面側
に前記駆動電極を、前記各アーム部の表面側に分極用電
極を、前記各アーム部側面の前記各分極用電極との対応
位置に前記検出電極を、裏面側に前記各電極に対応した
共通電極を、夫々有することを特徴とする請求項2又は
請求項4に記載の角速度センサ。
5. The vibrator includes: a drive electrode on a surface side of the outer wall surface; a polarization electrode on a surface side of each arm; and a polarization electrode on a side surface of each arm. 5. The angular velocity sensor according to claim 2, wherein the detection electrode is provided at a corresponding position, and a common electrode corresponding to each of the electrodes is provided on a back surface side. 6.
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JP10477897 1997-04-22
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