【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、回転系内の回転角
速度を検出するために使用される角速度センサに用いら
れる振動子、振動型ジャイロスコープおよび回転角速度
の測定方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibrator, a vibration gyroscope, and a method for measuring a rotational angular velocity used for an angular velocity sensor used for detecting a rotational angular velocity in a rotary system.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、回転系内の回転角速度を検出
するための角速度センサとして、圧電体を用いた振動型
ジャイロスコープが、航空機や船舶、宇宙衛星などの位
置の確認用として利用されてきた。最近では、民生用の
分野としてカーナビゲーションや、ＶＴＲやスチルカメ
ラの手振れの検出などに使用されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as an angular velocity sensor for detecting a rotational angular velocity in a rotating system, a vibrating gyroscope using a piezoelectric body has been used for confirming the position of an aircraft, a ship, a space satellite, or the like. Was. Recently, it has been used as a consumer field for car navigation, detection of camera shake of a VTR or a still camera, and the like.
【０００３】このような圧電振動型ジャイロスコープ
は、振動している物体に角速度が加わると、その振動と
直角方向にコリオリ力が生じることを利用している。そ
して、その原理は力学的モデルで解析される（例えば、
「弾性波素子技術ハンドブック」、オーム社、第４９１
〜４９７頁）。そして、圧電型振動ジャイロスコープと
しては、これまでに種々のものが提案されている。例え
ば、スペリー音叉型ジャイロスコープ、ワトソン音叉型
ジャイロスコープ、正三角柱型音片ジャイロスコープ、
円筒型音片ジャイロスコープ等が知られている。[0003] Such a piezoelectric vibratory gyroscope utilizes the fact that when an angular velocity is applied to a vibrating object, a Coriolis force is generated in a direction perpendicular to the vibration. And the principle is analyzed with a mechanical model (for example,
"Acoustic Wave Technology Handbook", Ohmsha, 491
497). Various types of piezoelectric vibrating gyroscopes have been proposed so far. For example, Sperry tuning fork type gyroscope, Watson tuning fork type gyroscope, equilateral triangular prism type resonating gyroscope,
A cylindrical sound piece gyroscope and the like are known.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の振動子
においては、感度は必ずしも高くなかった。また、駆動
振動に付随して発生する種々のノイズの中に検出振動が
含まれてしまい、検出振動の振幅の寄与を検出信号から
正確に分離することが困難であり、この観点からも感度
が低く、また信号／雑音比率が低かった。However, the sensitivity of the conventional vibrator is not always high. In addition, detection noise is included in various types of noise generated accompanying the drive vibration, and it is difficult to accurately separate the contribution of the amplitude of the detection vibration from the detection signal. Low and the signal / noise ratio was low.
【０００５】本発明の課題は、新しい原理によって、回
転系の回転角速度を検出するのに使用できる振動子およ
び振動型ジャイロスコープを提供することである。It is an object of the present invention to provide a vibrator and a vibratory gyroscope which can be used for detecting the rotational angular velocity of a rotating system according to a new principle.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、所定面内に延
びる振動子であって、この振動子が少なくとも第一の振
動系と第二の振動系とを備えており、各第一の振動系の
振動の重心が所定面内で振動する面内振動成分を含んで
おり、各第二の振動系の振動の重心が所定面に対して垂
直な方向に振動する面垂直振動成分を含んでいることを
特徴とする。According to the present invention, there is provided a vibrator extending in a predetermined plane, wherein the vibrator includes at least a first vibrating system and a second vibrating system. The center of gravity of the vibration of the vibration system includes an in-plane vibration component that vibrates in a predetermined plane, and the center of gravity of the vibration of each second vibration system includes a plane vertical vibration component that vibrates in a direction perpendicular to the predetermined plane. It is characterized by being in.
【０００７】また、本発明は、所定面に平行に延びる回
転軸を中心とする回転成分の回転角速度を検出するため
の振動型ジャイロスコープであって、前記の振動子を備
えており、第一の振動系と第二の振動系との一方に設け
られている励振手段と、第一の振動系と第二の振動系と
の他方に設けられている検出手段とを備えていることを
特徴とする。Further, the present invention is a vibratory gyroscope for detecting a rotational angular velocity of a rotational component centered on a rotational axis extending in parallel to a predetermined plane, the vibratory gyroscope including the vibrator, Excitation means provided on one of the vibration system and the second vibration system, and detection means provided on the other of the first vibration system and the second vibration system. And
【０００８】また、本発明は、所定面に平行に延びる回
転軸を中心とする回転成分の回転角速度を検出する方法
であって、前記の振動子を使用し、第一の振動系と第二
の振動系との一方に駆動振動を励振し、この駆動振動に
応じて振動子に励起される検出振動のうち、第一の振動
系と第二の振動系との他方に現れる振動成分を検出する
ことを特徴とする。Further, the present invention is a method for detecting a rotational angular velocity of a rotational component about a rotational axis extending in parallel to a predetermined plane, wherein the method uses the vibrator and includes a first vibrating system and a second vibrating system. A drive vibration is excited in one of the vibration systems, and among the detected vibrations excited by the vibrator according to the drive vibration, a vibration component appearing in the other of the first vibration system and the second vibration system is detected. It is characterized by doing.
【０００９】本発明者は、振動型ジャイロスコープに使
用できる振動子の振動原理について基礎研究を行ってき
たが、この過程で、新しい原理に基づく振動子および振
動型ジャイロスコープを開発することに成功した。この
点について、図１−図３の一実施形態を参照しつつ、説
明する。The present inventor has conducted basic research on the vibration principle of a vibrator that can be used for a vibratory gyroscope, and in this process, succeeded in developing a vibrator and a vibratory gyroscope based on a new principle. did. This will be described with reference to one embodiment of FIGS.
【００１０】図１は、本発明の一実施形態に係る圧電単
結晶製の振動子１Ａを備えた振動型ジャイロスコープ
を、概略的に示す斜視図である。図２（ａ）は、検出電
極の形態を示す回路図であり、図２（ｂ）は、駆動電極
の形態を示す回路図であり、図３は、振動子１Ａの検出
振動の形態を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view schematically showing a vibratory gyroscope provided with a piezoelectric single crystal vibrator 1A according to an embodiment of the present invention. 2A is a circuit diagram showing a form of the detection electrode, FIG. 2B is a circuit diagram showing a form of the drive electrode, and FIG. 3 shows a form of the detection vibration of the vibrator 1A. It is a perspective view.
【００１１】ここで、Ｏは、Ｚ軸と振動子の所定面との
交点であり、ＧＯは振動子の全体の重心（非振動時）で
あり、ＧＤは駆動振動系の振動の全体の重心である。Here, O is an intersection between the Z axis and a predetermined plane of the vibrator, GO is the center of gravity of the entire vibrator (when not vibrating), and GD is the center of gravity of the vibration of the driving vibration system. It is.
【００１２】振動子１Ａの基部２Ａは、振動子の重心Ｇ
Ｏを中心として、例えば２回対称の長方形をしている。
基部２Ａの周縁部から、二つの第一の振動系３Ａ、３Ｂ
（本例では駆動振動系）が突出している。各振動系３
Ａ、３Ｂとは垂直な方向に向かって、四つの第二の振動
系６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ（本例では検出振動系）が突
出している。各振動系は互いに分離されており、基部２
Ａを介して連結されている。The base 2A of the vibrator 1A is located at the center of gravity G of the vibrator.
For example, it is a rectangle that is symmetrical about two times with O as the center.
From the periphery of the base 2A, the two first vibration systems 3A, 3B
(In this example, the drive vibration system) protrudes. Each vibration system 3
Four second vibration systems 6A, 6B, 6C, 6D (detection vibration systems in this example) protrude in a direction perpendicular to A and 3B. Each vibration system is separated from each other and the base 2
A is connected through A.
【００１３】駆動振動系３Ａ、３Ｂは、基部１Ａの周縁
部から突出する支持部５と、支持部５の先端側から支持
部５に直交する方向に延びる屈曲振動片４Ａ、４Ｂ、４
Ｃ、４Ｄを備えている。検出振動系６Ａ−６Ｄは、それ
ぞれ屈曲振動片からなる。The driving vibration systems 3A, 3B are composed of a support portion 5 protruding from the peripheral edge of the base 1A, and bending vibration pieces 4A, 4B, 4B extending from the tip side of the support portion 5 in a direction orthogonal to the support portion 5.
C, 4D. Each of the detection vibration systems 6A to 6D includes a bending vibration piece.
【００１４】屈曲振動片６Ａ−６Ｄには、図２（ａ）に
示すような検出電極８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが設けられ
ており、各検出電極は検出端子に接続されている。屈曲
振動片４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄには、それぞれ、図２
（ｂ）に示すような駆動電極７Ａ、７Ｂが設けられてお
り、これらは交流電源に接続されている。The bending vibrating bars 6A to 6D are provided with detection electrodes 8a, 8b, 8c and 8d as shown in FIG. 2A, and each detection electrode is connected to a detection terminal. The bending vibrating reeds 4A, 4B, 4C, and 4D respectively have the structure shown in FIG.
Driving electrodes 7A and 7B as shown in (b) are provided, and these are connected to an AC power supply.
【００１５】各駆動電極７Ａ、７Ｂに交流電圧を印加
し、振動子１Ａの各屈曲振動片に、Ｘ軸方向の振動ＡＸ
を励振する。ここで、駆動振動系３Ａにおける振動と、
駆動振動系３Ｂにおける振動とが逆相になるようにす
る。この状態で、振動子１Ａを、ΩＹで示すようにＹ軸
を中心として回転させると、図３に示すように、各屈曲
振動片に、Ｚ軸方向の振動ＢＺが励起される。これに対
応して、各屈曲振動片６Ａ−６Ｄには、Ｚ軸方向の検出
振動ＣＺが励振される。屈曲振動片６Ａ、６Ｂにおける
振動と、屈曲振動片６Ｃ、６Ｄにおける振動とは、逆相
になる。各屈曲振動片による歪みを、検出電極６Ａ−６
Ｄによって検出する。An AC voltage is applied to each of the drive electrodes 7A and 7B, and a vibration AX in the X-axis direction is applied to each bending vibration piece of the vibrator 1A.
To excite. Here, the vibration in the driving vibration system 3A,
The phase of the vibration in the drive vibration system 3B is reversed. In this state, when the vibrator 1A is rotated about the Y axis as indicated by ΩY, a vibration BZ in the Z-axis direction is excited in each bending vibration piece as shown in FIG. Correspondingly, the detected vibration CZ in the Z-axis direction is excited in each bending vibration piece 6A-6D. The vibrations in the bending vibrating bars 6A and 6B and the vibrations in the bending vibrating bars 6C and 6D have opposite phases. The distortion caused by each bending vibration piece is detected by the detection electrodes 6A-6.
D to detect.
【００１６】従来の振動型ジャイロスコープにおいて
は、いずれも駆動振動アームの駆動振動が、何らかの形
で検出アームにも歪みとして影響を及ぼし、検出信号に
ノイズを発生させていた。本発明によれば、このよう
な、検出信号に不可避的に発生していたノイズを、抑制
ないし防止することができる。この点で、本発明は、振
動型ジャイロスコープに内在していた根本的な問題点を
解決したものである。In the conventional vibratory gyroscopes, the drive vibration of the drive vibration arm affects the detection arm in some form as a distortion, and generates noise in the detection signal. According to the present invention, such noise that has inevitably occurred in the detection signal can be suppressed or prevented. In this regard, the present invention has solved a fundamental problem inherent in the vibratory gyroscope.
【００１７】本発明においては、振動子が所定面内に延
びているが、これは厳密に幾何学的意味で所定面内に延
びていることを言うものではなく、本技術分野において
常識的な値、即ち、厚さにして１ｍｍ以下の範囲内に振
動子が形成されていることを意味する。In the present invention, the vibrator extends in a predetermined plane. However, this does not mean that the vibrator extends in a predetermined plane in a strictly geometrical sense. The value, that is, the vibrator is formed within a range of 1 mm or less in thickness.
【００１８】第一の振動系は、好ましくは、基部から突
出する支持部と、この支持部に対して交差する方向に向
かって延びる屈曲振動片とを備えている。この場合、交
差角度は、４５°〜１３５°とすることが好ましく、７
０−１００゜が特に好ましく、垂直が一層好ましい。こ
の角度が変化すると、各屈曲振動片４Ａ−４Ｄの振動の
振動モードの固有共振周波数は、若干変化する。The first vibration system preferably includes a supporting portion projecting from the base portion, and a bending vibration piece extending in a direction intersecting the supporting portion. In this case, the intersection angle is preferably 45 ° to 135 °, and
0-100 ° is particularly preferred, and vertical is more preferred. When the angle changes, the natural resonance frequency of the vibration mode of the vibration of each bending vibration piece 4A-4D slightly changes.
【００１９】本発明の振動子は、少なくとも所定面に沿
って延びる回転軸、即ちＸ軸またはＹ軸を中心として回
転させるのに使用できる。The vibrator of the present invention can be used to rotate around a rotation axis extending at least along a predetermined plane, that is, an X axis or a Y axis.
【００２０】特に好ましくは、第一の振動系３Ａ、３Ｂ
が複数設けられており、各Ｘ軸振動系が、振動子の重心
ＧＯを中心として互いに回転対称の位置に設けられてい
る。例えば、図１においては、第一の振動系３Ａと３Ｂ
とは、振動子の重心ＧＯを中心として２回対称である。Particularly preferably, the first vibration systems 3A, 3B
Are provided, and the respective X-axis vibration systems are provided at rotationally symmetric positions with respect to the center of gravity GO of the vibrator. For example, in FIG. 1, the first vibration systems 3A and 3B
Is twice symmetric about the center of gravity GO of the vibrator.
【００２１】ここで、各振動系が重心ＧＯを中心として
回転対称の位置にあるとは、重心ＧＯを中心として、問
題とする複数の振動系がそれぞれ所定面内で同じ所定角
度離れている状態を意味する。従って、一つの振動系を
所定面内で所定角度回転させる操作を行うと、他の振動
系の位置に位置する。図１においては、第一の振動系３
Ａと３Ｂとは、１８０°離れているので、振動系３Ａを
１８０°回転させる操作を行うと、振動系３Ｂの位置に
くる。Here, each of the vibration systems is located at a rotationally symmetric position about the center of gravity GO means that a plurality of vibration systems in question are separated from each other by the same predetermined angle within a predetermined plane about the center of gravity GO. Means Therefore, when an operation of rotating one vibration system by a predetermined angle in a predetermined plane is performed, the vibration system is located at a position of another vibration system. In FIG. 1, the first vibration system 3
Since A and 3B are separated by 180 °, when the operation of rotating the vibration system 3A by 180 ° is performed, the vibration system 3A comes to the position of the vibration system 3B.
【００２２】回転対称は、具体的には２回対称、３回対
称、４回対称であることが好ましい。また、複数の駆動
振動系を、重心ＧＯを中心として回転対称の位置に設け
ることによって、特に比較的微小な検出振動への影響を
抑制できることから、効果が大きい。Specifically, the rotational symmetry is preferably two-fold, three-fold, or four-fold. In addition, by providing a plurality of drive vibration systems at rotationally symmetric positions about the center of gravity GO, the effect on particularly small detection vibrations can be suppressed, so that the effect is large.
【００２３】また、第二の振動系を複数設け、各第二の
振動系を、重心ＧＯを中心として互いに回転対称の位置
に設けることが好ましい。例えば、図１においては、検
出振動系６Ａと６Ｄ、６Ｂと６Ｃとは、それぞれ、重心
ＧＯを中心として二回対称の位置に設けられている。It is preferable that a plurality of second vibration systems are provided, and each of the second vibration systems is provided at a position rotationally symmetric with respect to the center of gravity GO. For example, in FIG. 1, the detection vibration systems 6A and 6D and the detection vibration systems 6B and 6C are provided at two-fold symmetrical positions about the center of gravity GO.
【００２４】また、特に駆動振動系（好ましくは第一の
振動系３Ａ、３Ｂ）の振動の全体の重心ＧＤが、重心Ｇ
Ｏの近傍領域に位置していることが好ましく、これによ
って検出振動系（好ましくは第二の振動系６Ａ−６Ｄ）
への影響を抑制できる。これは、各駆動振動系３Ａと３
Ｂとの振動成分が、相殺し合うことを意味している。The center of gravity GD of the vibration of the driving vibration system (preferably, the first vibration systems 3A and 3B) is the center of gravity G
It is preferably located in the vicinity of O, whereby the detection vibration system (preferably the second vibration system 6A-6D)
The effect on can be suppressed. This is because each driving vibration system 3A and 3A
This means that the vibration components with B cancel each other.
【００２５】駆動振動の重心ＧＤが、振動子の重心ＧＯ
の近傍領域に位置しているとは、具体的には、実質的に
重心ＧＯ上に位置していてもよいが、重心ＧＯから直径
１ｍｍの円内に存在していることを意味する。The center of gravity GD of the driving vibration is equal to the center of gravity GO of the vibrator.
Is specifically located substantially on the center of gravity GO, but means within a circle having a diameter of 1 mm from the center of gravity GO.
【００２６】本発明者は、図１−図３の振動子につい
て、駆動振動および検出振動モードが振動子の全体に及
ぼす影響を調べるため、有限要素法による固有モード解
析を実施した。振動子１Ａを水晶によって作製し、振動
子の各点の振動の振幅を、最大振動振幅点に対する比率
の分布として求めた。The inventor carried out eigenmode analysis by the finite element method on the vibrator shown in FIGS. 1 to 3 in order to examine the effects of the driving vibration and the detected vibration mode on the entire vibrator. The vibrator 1A was made of quartz, and the amplitude of vibration at each point of the vibrator was determined as a distribution of the ratio to the maximum vibration amplitude point.
【００２７】図４には、振動子の各点の駆動振動モード
における最大振動時の振幅の相対比率を示し、図５に
は、振動子の各点の検出振動モードにおける最大振動時
の振幅の相対比率を示している。図４および図５におい
て、それぞれ色の異なる領域は、各別に異なる最大振動
振幅点との比率の領域を示す。橙色の部分が、振幅が最
小の領域となる。FIG. 4 shows the relative ratio of the amplitude of each point of the vibrator at the maximum vibration in the drive vibration mode, and FIG. 5 shows the relative amplitude of each point of the vibrator at the maximum vibration in the detected vibration mode. The relative ratio is shown. In FIG. 4 and FIG. 5, regions having different colors indicate regions having different ratios from the maximum vibration amplitude point. The orange portion is a region where the amplitude is minimum.
【００２８】図４によると、各支持部５の基部２Ａに対
する接続部分の近辺では、各駆動振動系の振動に伴って
引っ張り応力が加わり、変形が見られる。しかし、この
変形の影響は、各駆動振動系３Ａと３Ｂとが、重心ＧＯ
を中心として２回対称の位置に配置されていることか
ら、基部内において互いに相殺し合う。このため、基部
の中心Ｏ付近、そして駆動振動系に挟まれた検出振動系
６Ａ−６Ｄにおいては、駆動振動による影響が見られな
くなっている。According to FIG. 4, in the vicinity of the connecting portion of each supporting portion 5 to the base 2A, a tensile stress is applied along with the vibration of each driving vibration system, and deformation is observed. However, the effect of this deformation is that the driving vibration systems 3A and 3B
Are offset twice from each other with respect to the center, and therefore cancel each other out in the base. For this reason, in the vicinity of the center O of the base and in the detection vibration systems 6A-6D sandwiched between the drive vibration systems, the influence of the drive vibration is not seen.
【００２９】図５によると、各駆動振動系３Ａと３Ｂと
から基部２Ａに加わる影響が相殺し合っている。しか
も、各検出振動系６Ａ−６Ｄから基部２Ａに加わる影響
も、各検出振動系が、それぞれ重心ＧＯを中心として２
回対称の位置に配置されていることから、基部２Ａ内に
おいて互いに相殺し合う。According to FIG. 5, the influence of the driving vibration systems 3A and 3B on the base 2A is offset. In addition, the influence exerted on the base 2A from each of the detection vibration systems 6A-6D is also different from each other with respect to the center of gravity GO.
Since they are arranged at symmetric positions, they cancel each other out in the base 2A.
【００３０】これらの結果、図１において、基部２Ａの
中心を含む広範な領域９Ａ内において、駆動振動および
検出振動による影響が見られなくなっている。As a result, in FIG. 1, in the wide area 9A including the center of the base 2A, the influence of the drive vibration and the detection vibration is not seen.
【００３１】本発明の好適例においては、検出振動の幅
が最小の領域内において（更に好ましくは駆動振動の幅
が最小の領域内において）、振動子を支持し、固定す
る。これによって、コリオリの力により発生する検出振
動を減衰させることなく効果的に発生させることがで
き、検出振動のＱ値が高くなり、感度を上昇させること
ができる。コリオリの力により発生する検出振動は、振
動が小さいため、感度を上昇させるためには、検出振動
の振幅が最小の領域内で振動子を支持することが、特に
効果的である。In a preferred embodiment of the present invention, the vibrator is supported and fixed in a region where the width of the detected vibration is minimum (more preferably, in a region where the width of the driving vibration is minimum). As a result, the detected vibration generated by the Coriolis force can be effectively generated without attenuating, the Q value of the detected vibration increases, and the sensitivity can be increased. Since the detected vibration generated by the Coriolis force is small, it is particularly effective to support the vibrator in a region where the amplitude of the detected vibration is minimum in order to increase the sensitivity.
【００３２】そして、本例では、図３、図４から、駆動
振動の振幅が最小の領域と検出振動の振幅が最小の領域
とが、図１に示すように、基部２Ａ内の広範な領域９Ａ
に存在していることが判明しているので、この領域９Ａ
内を支持し、固定する。また、一般的には、振動子の重
心ＧＯの近傍領域９Ｂ内を支持する。In this example, as shown in FIG. 3 and FIG. 4, the region where the amplitude of the driving vibration is the smallest and the region where the amplitude of the detected vibration is the smallest are, as shown in FIG. 9A
It is known that the area 9A exists in the area 9A.
Support and fix inside. In addition, generally, the vibrator supports the vicinity 9B of the center of gravity GO of the vibrator.
【００３３】この際、振動子を支持する具体的方法につ
いては特に限定せず、あらゆる支持方法、固定方法を採
用できる。例えば、圧電材料の接着方法として公知のあ
らゆる接着方法を使用できる。その一例として、領域９
Ａ、９Ｂ内に所定の支持孔を設け、支持孔内に、何らか
の支持具を挿入して振動子を固定できる。例えば、振動
子を支持するための治具から支持具を突出させ、支持具
を支持孔内に挿入し、固定できる。支持具を支持孔中に
挿入し、固定する際には、支持具の表面にメタライズ層
を設け、および／または支持孔の内周面にメタライズ層
を設け、次いで支持具と支持孔の内周面とをハンダ付け
又はロウ付けする。あるいは、支持具と支持孔との間に
樹脂を配することにより、振動子を固定できる。At this time, a specific method of supporting the vibrator is not particularly limited, and any supporting method and fixing method can be adopted. For example, any known bonding method for bonding piezoelectric materials can be used. As an example, the area 9
A predetermined support hole is provided in A, 9B, and a vibrator can be fixed by inserting some support tool into the support hole. For example, the support can be projected from a jig for supporting the vibrator, and the support can be inserted into the support hole and fixed. When the support is inserted into the support hole and fixed, a metallized layer is provided on the surface of the support and / or a metallized layer is provided on the inner peripheral surface of the support hole. Solder or braze the surface. Alternatively, the vibrator can be fixed by disposing a resin between the support and the support hole.
【００３４】この支持孔は、振動子を貫通していてもよ
く、また振動子を貫通していなくともよい。支持孔が、
振動子を貫通する貫通孔である場合には、支持孔に支持
具を貫通させることもできるが、支持具を貫通させなく
ともよい。This support hole may penetrate the vibrator or may not penetrate the vibrator. The support holes are
In the case of a through hole that penetrates the vibrator, the support tool can be made to pass through the support hole, but the support tool need not be made to pass.
【００３５】また、振動子に支持孔を設けない場合に
は、振動子の領域９Ａ、９Ｂの表面および／または裏面
に、支持具をハンダ付けしたり、あるいは樹脂によって
接着できる。When no support hole is provided in the vibrator, a support can be soldered to the front and / or back surfaces of the regions 9A and 9B of the vibrator, or can be bonded with a resin.
【００３６】また、本例の振動子および振動型ジャイロ
スコープにおいては、図４、図５におけるように、駆動
振動時の振動子の微小変位部分内に振動子の重心ＧＯが
位置している。ここで、駆動振動時の振動子の微小変位
部分とは、駆動振動時の最大振幅の１／１０００以下の
振幅を有する部分を言う。In the vibrator and vibratory gyroscope of the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the center of gravity GO of the vibrator is located within a minute displacement portion of the vibrator during driving vibration. Here, the minutely displaced portion of the vibrator during driving vibration refers to a portion having an amplitude of 1/1000 or less of the maximum amplitude during driving vibration.
【００３７】本発明の振動型ジャイロスコープにおいて
は、第一の振動系と第二の振動系との一方を振動させ、
ここで、振動子が回転していないときには、第一の振動
系と第二の振動系との他方が実質的に振動しないことが
好ましい。振動系が実質的に振動しないとは、例えば駆
動振動を励起したときの検出振動系の振動の振幅が、駆
動振動の最大振幅の１０００分の１以下である場合を含
む。In the vibration gyroscope according to the present invention, one of the first vibration system and the second vibration system is vibrated,
Here, when the vibrator is not rotating, it is preferable that the other of the first vibration system and the second vibration system does not substantially vibrate. The phrase “the vibration system does not substantially vibrate” includes, for example, a case where the amplitude of the vibration of the detection vibration system when the drive vibration is excited is equal to or less than 1/1000 of the maximum amplitude of the drive vibration.
【００３８】本発明の振動子の材質等について述べる。
本発明の振動子の全体を、同一の圧電単結晶によって形
成することができる。この場合には、まず圧電単結晶の
薄板を作製し、この薄板をエッチング、研削により加工
することによって、振動子を作製できる。振動子の各部
分は、別の部材によってそれぞれ形成することもできる
が、一体で構成することが好ましい。The material and the like of the vibrator of the present invention will be described.
The entire vibrator of the present invention can be formed of the same piezoelectric single crystal. In this case, a vibrator can be manufactured by first preparing a thin plate of a piezoelectric single crystal, and processing the thin plate by etching and grinding. Each part of the vibrator can be formed by another member, but is preferably formed integrally.
【００３９】平板形状の材料、例えば水晶等の圧電単結
晶の平板状の材料から、エッチングプロセスによって振
動子を形成する場合には、振動子の各屈曲振動片等の各
構成片に特定形状の突起、例えば細長い突起が生成する
ことがある。このような突起は、厳密には設計時に予定
された振動子の対称性を低下させる原因となる。しか
し、この突起は存在していても良く、突起の高さは小さ
い方が好ましいが、突起の高さが振動子の構成片の幅の
１／５以下であれば一般に問題なく使用できる。他の製
造上の原因による突起以外の非対称部分が振動子に存在
する場合にも同様である。When a vibrator is formed by an etching process from a flat plate-shaped material, for example, a flat plate material of a piezoelectric single crystal such as quartz, each component such as each bending vibrating piece of the vibrator has a specific shape. Protrusions, for example elongated protrusions, may form. Such protrusions cause the symmetry of the vibrator strictly designed at the time of design to be reduced. However, the protrusion may be present, and it is preferable that the height of the protrusion is small. However, if the height of the protrusion is equal to or less than 1/5 of the width of the component piece of the vibrator, it can be generally used without any problem. The same applies to a case where an asymmetric portion other than the protrusion due to another manufacturing cause exists in the vibrator.
【００４０】なお、このように突起などが振動子に存在
する場合には、エッチング加工後に、この突起の一部を
レーザー加工等によって削除することによって、または
振動子の突起以外の部分をレーザー加工等によって削除
することによって、調整できる。これによって、環状振
動系の重心、屈曲振動片の重心、駆動振動の重心、検出
振動の重心の各位置を調整し、これらが、振動子の全体
の重心ＧＯの近傍領域内に位置するようにできる。When a projection or the like is present on the vibrator as described above, after etching, a part of the projection is removed by laser processing or the like, or a portion other than the projection of the vibrator is laser-processed. The adjustment can be made by deleting the data by, for example,. This adjusts the positions of the center of gravity of the ring-shaped vibration system, the center of gravity of the bending vibration piece, the center of gravity of the drive vibration, and the center of gravity of the detected vibration so that these are located in the vicinity of the center of gravity GO of the entire vibrator. it can.
【００４１】振動子の材質は特に限定するものでない
が、水晶、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、ニオブ酸リチ
ウム−タンタル酸リチウム固溶体（Ｌｉ（Ｎｂ，Ｔａ）
Ｏ3）単結晶、ホウ酸リチウム単結晶、ランガサイト単
結晶等からなる圧電単結晶を使用することが好ましい。The material of the vibrator is not particularly limited, but quartz, LiNbO3 , LiTaO3 , lithium niobate-lithium tantalate solid solution (Li (Nb, Ta)
It is preferable to use a piezoelectric single crystal composed of O3 ) single crystal, lithium borate single crystal, langasite single crystal and the like.
【００４２】前記した単結晶の中では、ＬｉＮｂＯ3単
結晶、ＬｉＴａＯ3単結晶、ニオブ酸リチウム−タンタ
ル酸リチウム固溶体単結晶が、電気機械結合係数が特に
大きい。また、ＬｉＮｂＯ3単結晶とＬｉＴａＯ3単結
晶とを比較すると、ＬｉＴａＯ3単結晶の方がＬｉＮｂ
Ｏ3単結晶よりも電気機械的結合係数が一層大きく、か
つ温度安定性も一層良好である。Among the single crystals described above, the LiNbO3 single crystal, the LiTaO3 single crystal, and the lithium niobate-lithium tantalate solid solution single crystal have particularly large electromechanical coupling coefficients. Also, comparing the LiNbO3 single crystal with the LiTaO3 single crystal, the LiTaO3 single crystal is
It has a larger electromechanical coupling coefficient and better temperature stability than the O3 single crystal.
【００４３】本発明の振動子を圧電性材料によって形成
した場合には、この振動子に駆動電極および検出電極を
設ける。圧電性材料としては、圧電単結晶の他に、ＰＺ
Ｔ等の圧電セラミックスがある。When the vibrator of the present invention is formed of a piezoelectric material, the vibrator is provided with a drive electrode and a detection electrode. As the piezoelectric material, in addition to the piezoelectric single crystal, PZ
There are piezoelectric ceramics such as T.
【００４４】また、本発明の振動子を、エリンバー等の
恒弾性金属によって形成することもできる。この場合に
は、振動子の所定箇所に圧電体を取り付ける必要があ
る。Further, the vibrator of the present invention can be formed of a constant elastic metal such as Elinvar. In this case, it is necessary to attach a piezoelectric body to a predetermined portion of the vibrator.
【００４５】本発明の振動子は、圧電材料や恒弾性合金
の他に、シリコンマイクロマシンにおいて使用されるよ
うに、シリコン半導体プロセスによって形成することも
できる。この場合には、振動子を駆動する際には、静電
力等を利用する。The vibrator of the present invention can be formed by a silicon semiconductor process as used in a silicon micromachine, in addition to a piezoelectric material and a constant elastic alloy. In this case, when driving the vibrator, electrostatic force or the like is used.
【００４６】具体的には静電検出電極を利用できる。ま
た、静電検出電極のかわりに、特定の金属がドープされ
た半導体ドーピング領域を設け、この半導体ドーピング
領域によってピエゾ抵抗素子を構成できる。この場合に
は、振動子が回転するときに、各屈曲振動片の各ピエゾ
抵抗素子に加わる応力による抵抗値の変化を測定し、回
転角速度の指標として検出する。Specifically, an electrostatic detection electrode can be used. In addition, a semiconductor doping region doped with a specific metal is provided instead of the electrostatic detection electrode, and a piezoresistive element can be configured by the semiconductor doping region. In this case, when the vibrator rotates, a change in resistance value due to stress applied to each piezoresistive element of each bending vibrating piece is measured and detected as an index of the rotational angular velocity.
【００４７】本発明の振動子は、前記した基部、第一の
振動系、第二の振動系とは別体の固定辺部を設け、この
固定辺部を支持することができる。例えば、図６の振動
子１Ｂにおいては、基部２Ａのうち、第二の振動系の屈
曲振動片６Ａと６Ｃとの間、および屈曲振動片６Ｂと６
Ｄとの間に、それぞれ突出部１８を設け、各突出部１８
を、それぞれ固定辺部１２に対して接続している。こう
した突出部および固定辺部は、後述する図７−図１１の
ような各振動子に対して適用することもできる。The vibrator of the present invention can be provided with a fixed side separate from the base, the first vibration system, and the second vibration system, and can support the fixed side. For example, in the vibrator 1B in FIG. 6, the base 2A has a portion between the bending vibrating pieces 6A and 6C of the second vibration system, and between the bending vibrating pieces 6B and 6C.
D, and each of the projections 18 is provided.
Are respectively connected to the fixed side portions 12. Such a protruding portion and a fixed side portion can also be applied to each vibrator as shown in FIGS. 7 to 11 described later.
【００４８】本発明の好適な形態においては、図１に示
すように、振動子が基部を備えており、基部内に振動子
の重心が位置しており、第一の振動系と第二の振動系と
の一方または双方が基部の周縁部から延びている。ま
た、本発明の他の好適な形態においては、例えば図７に
示すように、振動子が枠部を備えており、枠部の内側に
中空部が形成されており、枠部の内側に第一の振動系と
第二の振動系との一方または双方が延びている。In a preferred embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, the vibrator has a base, and the center of gravity of the vibrator is located in the base. One or both of the vibration systems extend from the periphery of the base. In another preferred embodiment of the present invention, as shown in FIG. 7, for example, the vibrator includes a frame portion, a hollow portion is formed inside the frame portion, and a hollow portion is formed inside the frame portion. One or both of the first and second vibration systems extend.
【００４９】振動子１Ｃにおいては、枠部１５の内側に
中空部１７が形成されており、枠部１５の内側へと向か
って、各振動系が突出している。中空部１７内に振動子
の重心ＧＯ、駆動振動系の振動の重心ＧＤがある。In the vibrator 1C, a hollow portion 17 is formed inside the frame portion 15, and each vibration system protrudes toward the inside of the frame portion 15. The hollow portion 17 has a center of gravity GO of the vibrator and a center of gravity GD of the vibration of the driving vibration system.
【００５０】枠部１５の内側から、二つの第一の振動系
３Ｅ、３Ｆが突出している。駆動振動系３Ｅ、３Ｆは、
枠部の内側周縁から突出する支持部５と、支持部５の先
端側から支持部５に直交する方向に延びる屈曲振動片４
Ｉ、４Ｊ、４Ｋ、４Ｌを備えている。各屈曲振動片４Ｉ
−４Ｌの駆動振動の方向とは垂直な方向に向かって、四
つの第二の振動系６Ｉ、６Ｊ、６Ｋ、６Ｌが突出してい
る。第二の振動系は、それぞれ屈曲振動片からなる。各
振動系は互いに分離されており、枠部１５を介して連結
されている。Two first vibration systems 3E and 3F protrude from the inside of the frame portion 15. The drive vibration systems 3E and 3F
A support portion 5 protruding from an inner peripheral edge of the frame portion, and a bending vibration piece 4 extending from a tip side of the support portion 5 in a direction orthogonal to the support portion 5
I, 4J, 4K, and 4L. Each bending vibration piece 4I
Four second vibration systems 6I, 6J, 6K, and 6L project in a direction perpendicular to the direction of the drive vibration of -4L. The second vibrating systems each include a bending vibrating piece. The respective vibration systems are separated from each other and are connected via the frame 15.
【００５１】駆動振動系の各屈曲振動片４Ｉ−４Ｌに、
Ｘ軸方向の駆動振動ＡＸを励振する。ここで、駆動振動
系３Ｅにおける振動と、駆動振動系３Ｆにおける振動と
が、逆相になるようにする。この状態で、振動子１Ｃ
を、ΩＹで示すようにＹ軸を中心として回転させると、
各屈曲振動片４Ｉ−４Ｌに、Ｚ軸方向の振動ＢＺが励起
される。これに対応して、各屈曲振動片６Ｉ−６Ｌに
は、Ｚ軸方向の検出振動ＣＺが励振される。Each bending vibration piece 4I-4L of the driving vibration system has
The driving vibration AX in the X-axis direction is excited. Here, the vibration in the drive vibration system 3E and the vibration in the drive vibration system 3F are set to have opposite phases. In this state, the vibrator 1C
Is rotated about the Y axis as shown by ΩY,
A vibration BZ in the Z-axis direction is excited in each bending vibration piece 4I-4L. Correspondingly, the detected vibration CZ in the Z-axis direction is excited in each bending vibration piece 6I-6L.
【００５２】本発明の振動型ジャイロスコープの一実施
形態においては、第一の振動系が、Ｘ軸振動系とＹ軸振
動系を含んでおり、Ｘ軸振動系が、所定面内に延びるＸ
軸方向に振動する振動成分を含んでおり、Ｙ軸振動系
が、所定面内に延び、Ｘ軸に直交するＹ軸方向に振動す
る振動成分を含んでいる。この場合には、Ｘ軸を中心と
する回転角速度を検出するために、Ｙ軸振動系の振動と
第二の振動系の面垂直振動成分との関係を利用し、Ｙ軸
を中心とする回転角速度を検出するために、Ｘ軸振動系
の振動と第二の振動系の面垂直振動成分との関係を利用
できる。図８、図１０−図１１は、この実施形態を実現
するものである。In one embodiment of the vibratory gyroscope of the present invention, the first vibration system includes an X-axis vibration system and a Y-axis vibration system, and the X-axis vibration system extends in a predetermined plane.
The Y-axis vibration system includes a vibration component that extends in a predetermined plane and vibrates in a Y-axis direction orthogonal to the X-axis. In this case, in order to detect the rotation angular velocity about the X axis, the rotation between the Y axis vibration system and the plane vertical vibration component of the second vibration system is used to detect the rotation about the Y axis. In order to detect the angular velocity, the relationship between the vibration of the X-axis vibration system and the surface vertical vibration component of the second vibration system can be used. FIG. 8, FIG. 10-FIG. 11 realize this embodiment.
【００５３】図８の振動子１Ｄの基部２Ｂは、円板形状
をしている。基部２Ｂの周縁部から、４つの第一の振動
系３Ａ−３Ｄ（本例では駆動振動系）が突出している。
各第一の振動系の間に、四つの第二の振動系６Ｅ、６
Ｆ、６Ｇ、６Ｈ（本例では検出振動系）が突出してい
る。各振動系は互いに分離されており、基部２Ｂを介し
て連結されている。The base 2B of the vibrator 1D shown in FIG. 8 has a disk shape. Four first vibration systems 3A-3D (in this example, drive vibration systems) protrude from the peripheral portion of the base 2B.
Between each first vibration system, four second vibration systems 6E, 6
F, 6G, and 6H (the detection vibration system in this example) protrude. Each vibration system is separated from each other and connected via a base 2B.
【００５４】駆動振動系３Ａ−３Ｄは、それぞれ、基部
２Ｂの周縁部から突出する支持部５と、支持部５の先端
側から支持部５に直交する方向に延びる屈曲振動片４Ａ
−４Ｈを備えている。各検出振動系６Ｅ−６Ｈは、それ
ぞれ屈曲振動片からなる。Each of the driving vibration systems 3A-3D has a supporting portion 5 protruding from the peripheral edge of the base 2B, and a bending vibrating piece 4A extending from the tip side of the supporting portion 5 in a direction perpendicular to the supporting portion 5.
-4H. Each of the detection vibration systems 6E-6H includes a bending vibration piece.
【００５５】Ｙ軸を中心とする回転成分の回転角速度を
検出するときには、各屈曲振動片４Ａ−４Ｄに、Ｘ軸方
向の振動ＡＸを励振する。即ち、駆動振動系３Ａ、３Ｂ
は、Ｘ軸振動系として使用する。駆動振動系３Ａにおけ
る振動と、駆動振動系３Ｂにおける振動とが、逆相にな
るようにし、駆動振動の重心ＧＤが、振動子の重心ＧＯ
の近傍領域９Ｂ内に位置するようにする。この状態で、
振動子１Ｄを、ΩＹで示すようにＹ軸を中心として回転
させると、各屈曲振動片４Ａ−４Ｄに、Ｚ軸方向の振動
ＢＺが励起される。これに対応して、各屈曲振動片６Ｅ
−６Ｈには、Ｚ軸方向の検出振動ＣＺが励振される。When detecting the rotational angular velocity of the rotational component about the Y axis, the vibration AX in the X axis direction is excited in each of the bending vibration pieces 4A to 4D. That is, the driving vibration systems 3A, 3B
Is used as an X-axis vibration system. The vibration in the drive vibration system 3A and the vibration in the drive vibration system 3B are set to have opposite phases, and the center of gravity GD of the drive vibration is set to the center of gravity GO of the vibrator.
In the vicinity area 9B. In this state,
When the vibrator 1D is rotated about the Y axis as indicated by ΩY, a vibration BZ in the Z-axis direction is excited in each of the bending vibration pieces 4A-4D. Correspondingly, each bending vibration piece 6E
At -6H, the detection vibration CZ in the Z-axis direction is excited.
【００５６】Ｘ軸を中心とする回転成分の回転角速度を
検出するときには、各屈曲振動片４Ｅ、４Ｆ、４Ｇ、４
Ｈにおいて、Ｙ軸方向の振動ＡＹを励振する。即ち、駆
動振動系３Ｃ、３Ｄは、Ｙ軸振動系として使用する。駆
動振動系３Ｃにおける振動と、駆動振動系３Ｄにおける
振動とが、逆相になるようにし、駆動振動の重心ＧＤ
が、振動子の重心ＧＯの近傍領域に位置するようにす
る。この状態で、振動子１Ｄを、ΩＸで示すようにＸ軸
を中心として回転させると、各屈曲振動片４Ａ−４Ｄ
に、Ｚ軸方向の振動ＢＺが励起される。これに対応し
て、各屈曲振動片６Ｅ−６Ｈには、Ｚ軸方向の検出振動
ＣＺが励振される。When detecting the rotational angular velocity of the rotational component about the X axis, the bending vibrating bars 4E, 4F, 4G, 4G
At H, a vibration AY in the Y-axis direction is excited. That is, the drive vibration systems 3C and 3D are used as a Y-axis vibration system. The vibration in the driving vibration system 3C and the vibration in the driving vibration system 3D are set to have opposite phases, and the center of gravity GD of the driving vibration is set.
Are located in the vicinity of the center of gravity GO of the transducer. In this state, when the vibrator 1D is rotated about the X axis as indicated by ΩX, each bending vibrating piece 4A-4D
Then, the vibration BZ in the Z-axis direction is excited. Correspondingly, the detected vibration CZ in the Z-axis direction is excited in each bending vibration piece 6E-6H.
【００５７】本発明の一実施形態においては、振動子が
第三の振動系を備えており、第三の振動系の振動の重心
が、所定面内で振動する面内振動成分を含んでいる。こ
の振動子を使用すると、第一の振動系の面内振動成分と
第三の振動系の面内振動成分との関係を利用し、Ｚ軸を
中心とする回転角速度を検出できる。ここで、振動子が
回転していないときには、第三の振動系が実質的に振動
しない。振動系が実質的に振動しないとは、第三の振動
の振幅が、駆動振動の最大振幅の１０００分の１以下で
ある場合を含む。In one embodiment of the present invention, the vibrator includes a third vibration system, and the center of gravity of the vibration of the third vibration system includes an in-plane vibration component that vibrates in a predetermined plane. . When this vibrator is used, a rotational angular velocity about the Z axis can be detected by utilizing the relationship between the in-plane vibration component of the first vibration system and the in-plane vibration component of the third vibration system. Here, when the vibrator is not rotating, the third vibration system does not substantially vibrate. The phrase that the vibration system does not substantially vibrate includes a case where the amplitude of the third vibration is equal to or less than 1/1000 of the maximum amplitude of the driving vibration.
【００５８】図９に示す振動子１Ｅは、この実施形態に
係るものである。ただし、振動子１Ｅにおいて、第一の
振動系３Ａ、３Ｂ、第二の振動系６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６
Ｄの形態およびその動作は、図１に示したものと同様で
ある。振動子１Ｅにおいては、振動系６Ａと６Ｃとの間
に、第三の振動系１０Ａが突出しており、各振動系６Ｂ
と６Ｄとの間に、第三の振動系１０Ｂが突出している。A vibrator 1E shown in FIG. 9 relates to this embodiment. However, in the vibrator 1E, the first vibrating systems 3A, 3B and the second vibrating systems 6A, 6B, 6C, 6
The form and operation of D are the same as those shown in FIG. In the vibrator 1E, a third vibrating system 10A protrudes between the vibrating systems 6A and 6C.
A third vibrating system 10B protrudes between and.
【００５９】Ｙ軸を中心とする回転成分ΩＹの回転角速
度は、前述のようにして測定する。また、振動子１Ｅ
を、ΩＺで示すようにＺ軸を中心として回転させると、
各屈曲振動片４Ａ−４Ｄには、Ｘ軸およびＺ軸の双方に
対して垂直な方向のコリオリ力が作用し、これによって
支持部５に対して矢印ＤＹで示すような屈曲振動が励振
される。これに対応して、各屈曲振動片１０Ａ、１０Ｂ
には、Ｘ軸方向の検出振動ＥＸが励振される。The rotational angular velocity of the rotational component ΩY about the Y axis is measured as described above. Also, the vibrator 1E
Is rotated about the Z axis as shown by ΩZ,
A Coriolis force in a direction perpendicular to both the X-axis and the Z-axis acts on each of the bending vibration pieces 4A-4D, whereby the bending vibration as shown by an arrow DY is excited on the support portion 5. . Correspondingly, each bending vibration piece 10A, 10B
, The detection vibration EX in the X-axis direction is excited.
【００６０】図１０の振動子１Ｆにおいては、基部２Ａ
の周縁部の各辺の中央部から、四つの振動系３Ｇ、３
Ｈ、３Ｉ、３Ｊ（１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ）が
突出している。振動系３Ｉ、３Ｊの各支持部５と平行
に、これらと同じ辺から、四つの屈曲振動片６Ａ、６
Ｂ、６Ｃ、６Ｄが突出しており、それぞれ第二の振動系
を構成している。振動系３Ｇ、３Ｈの支持部５と平行
に、これらと同じ辺から、四つの屈曲振動片６Ｎ、６
Ｐ、６Ｑ、６Ｒが突出しており、それぞれ第二の振動系
を構成している。各振動系は互いに分離されており、基
部２Ａを介して連結されている。In the vibrator 1F shown in FIG. 10, the base 2A
The four vibration systems 3G, 3G
H, 3I, 3J (10C, 10D, 10E, 10F) protrude. The four bending vibrating pieces 6A, 6A are arranged in parallel with the respective supporting portions 5 of the vibration systems 3I, 3J from the same side.
B, 6C, and 6D protrude, and each constitute a second vibration system. Four bending vibrating pieces 6N, 6 parallel to the supporting portions 5 of the vibrating systems 3G, 3H from the same side as these.
P, 6Q, and 6R protrude, and each constitute a second vibration system. Each vibration system is separated from each other and connected via a base 2A.
【００６１】各振動系３Ｇ、３Ｈ、３Ｉ、３Ｊは、基部
１Ａの周縁部から突出する支持部５と、支持部５の先端
側から支持部５に直交する方向に延びる屈曲振動片４
Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｎ、４Ｐ、４Ｑ、４Ｒを備え
ている。Each of the vibration systems 3G, 3H, 3I, and 3J includes a supporting portion 5 protruding from the peripheral edge of the base 1A, and a bending vibrating piece 4 extending from the distal end of the supporting portion 5 in a direction orthogonal to the supporting portion 5.
A, 4B, 4C, 4D, 4N, 4P, 4Q, and 4R.
【００６２】振動系３Ｇ、３Ｈを駆動振動系（Ｘ軸振動
系）として使用し、振動系６Ａ−６ＤをΩＹの検出振動
系（第二の振動系）として使用し、振動系１０Ｃ、１０
ＤをΩＺの検出振動系（第三の検出振動系）として使用
することによって、Ｙ軸を中心とする回転成分の回転角
速度と、Ｚ軸を中心とする回転成分の回転角速度を測定
できる。The vibration systems 3G and 3H are used as a drive vibration system (X-axis vibration system), and the vibration systems 6A-6D are used as a ΩY detection vibration system (second vibration system).
By using D as a detection vibration system of ΩZ (third detection vibration system), it is possible to measure the rotational angular velocity of the rotational component about the Y axis and the rotational angular velocity of the rotational component about the Z axis.
【００６３】即ち、Ｘ軸振動系３Ｇ、３Ｈの各屈曲振動
片４Ａ−４Ｄに、Ｘ軸方向の駆動振動ＡＸを励振する。
この際、第三の振動系１０Ｃ、１０Ｄは、回転していな
いときには、実質的に振動しないようにする。この状態
で、振動子１Ｆを、Ｙ軸を中心として回転させると、各
屈曲振動片４Ａ−４Ｄに、Ｚ軸方向の振動ＢＺが励起さ
れる。これに対応して、各屈曲振動片６Ａ−６Ｄには、
Ｚ軸方向の検出振動ＣＺが励振される。That is, the driving vibration AX in the X-axis direction is excited in each bending vibration piece 4A-4D of the X-axis vibration systems 3G, 3H.
At this time, the third vibration systems 10C and 10D are not substantially vibrated when not rotating. In this state, when the vibrator 1F is rotated about the Y axis, a vibration BZ in the Z axis direction is excited in each of the bending vibration pieces 4A to 4D. Correspondingly, each bending vibration piece 6A-6D has
The detection vibration CZ in the Z-axis direction is excited.
【００６４】振動子１Ｆを、ΩＺで示すようにＺ軸を中
心として回転させると、各屈曲振動片４Ａ−４Ｄには、
Ｘ軸およびＺ軸の双方に対して垂直な方向のコリオリ力
が作用し、これによって支持部５に対して矢印ＤＹで示
すような屈曲振動が励振される。これに対応して、各第
三の振動系１０Ｃ、１０Ｄの各支持部５には、Ｘ軸方向
の検出振動ＥＸが励振される。When the vibrator 1F is rotated about the Z axis as indicated by ΩZ, the bending vibrating pieces 4A-4D
A Coriolis force acts in a direction perpendicular to both the X axis and the Z axis, whereby a bending vibration as shown by an arrow DY is excited on the support 5. Correspondingly, the detection vibration EX in the X-axis direction is excited in each of the support portions 5 of the third vibration systems 10C and 10D.
【００６５】また、図１１に示すように、振動系３Ｉ、
３Ｊを駆動振動系（Ｙ軸振動系）として使用し、振動系
６Ｎ−６ＲをΩＹの検出振動系（第二の振動系）として
使用し、振動系１０Ｅ、１０ＦをΩＺの検出振動系（第
三の検出振動系）として使用することによって、Ｘ軸を
中心とする回転成分の回転角速度と、Ｚ軸を中心とする
回転成分の回転角速度を測定できる。As shown in FIG. 11, the vibration system 3I,
3J is used as a driving vibration system (Y-axis vibration system), the vibration system 6N-6R is used as a ΩY detection vibration system (second vibration system), and the vibration systems 10E and 10F are used as ΩZ detection vibration systems (second vibration system). By using this as the third detection vibration system), it is possible to measure the rotational angular velocity of the rotational component about the X axis and the rotational angular velocity of the rotational component about the Z axis.
【００６６】即ち、Ｙ軸振動系３Ｉ、３Ｊの各屈曲振動
片４Ｎ−４Ｒに、Ｙ軸方向の駆動振動ＡＹを励振する。
この際、第三の振動系１０Ｅ、１０Ｆは、回転していな
いときには、実質的に振動しないようにする。振動子１
Ｆを、Ｘ軸を中心として回転させると、各屈曲振動片４
Ｎ−４Ｒに、Ｚ軸方向の振動ＢＺが励起される。これに
対応して、各屈曲振動片６Ｎ−６Ｒには、Ｚ軸方向の検
出振動ＣＺが励振される。That is, the driving vibration AY in the Y-axis direction is excited in the bending vibration pieces 4N-4R of the Y-axis vibration systems 3I and 3J.
At this time, the third vibration systems 10E and 10F are not substantially vibrated when not rotating. Vibrator 1
When F is rotated about the X axis, each bending vibration piece 4
A vibration BZ in the Z-axis direction is excited in N-4R. Correspondingly, the detected vibration CZ in the Z-axis direction is excited in each bending vibration piece 6N-6R.
【００６７】振動子１Ｆを、ΩＺで示すようにＺ軸を中
心として回転させると、各屈曲振動片４Ｎ−４Ｒには、
Ｙ軸およびＺ軸の双方に対して垂直な方向のコリオリ力
が作用し、これによって支持部５に対して矢印ＤＸで示
すような屈曲振動が励振される。これに対応して、各第
三の振動系１０Ｅ、１０Ｆの各支持部５には、Ｙ軸方向
の検出振動ＥＹが励振される。When the vibrator 1F is rotated about the Z axis as indicated by ΩZ, each bending vibrating piece 4N-4R
A Coriolis force in a direction perpendicular to both the Y-axis and the Z-axis acts, whereby a bending vibration as shown by an arrow DX is excited on the support 5. Correspondingly, the detection vibration EY in the Y-axis direction is excited in each support portion 5 of each of the third vibration systems 10E and 10F.
【００６８】[0068]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、新
しい原理によって回転系の回転角速度を検出するのに使
用できる振動子および振動型ジャイロスコープを提供で
きる。As described above, according to the present invention, it is possible to provide a vibrator and a vibratory gyroscope which can be used for detecting the rotational angular velocity of a rotating system according to a new principle.
【図１】本発明の一実施形態に係る振動子１Ａを示す斜
視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a vibrator 1A according to an embodiment of the present invention.
【図２】（ａ）は、振動子１Ａにおいて、検出電極およ
び検出回路の構成を模式的に示す回路図であり、（ｂ）
は、駆動電極および駆動回路の構成を模式的に示す回路
図である。FIG. 2A is a circuit diagram schematically showing a configuration of a detection electrode and a detection circuit in a vibrator 1A, and FIG.
FIG. 2 is a circuit diagram schematically showing a configuration of a drive electrode and a drive circuit.
【図３】振動子１Ａの検出振動の形態を示す斜視図であ
る。FIG. 3 is a perspective view showing a form of detected vibration of a vibrator 1A.
【図４】振動子１Ａの各点の駆動振動モードにおける最
大振動時の振幅の相対比率を示す。FIG. 4 shows the relative ratio of the amplitude at the time of maximum vibration in the driving vibration mode of each point of the vibrator 1A.
【図５】振動子１Ａの各点の検出振動モードにおける最
大振動時の振幅の相対比率を示す。FIG. 5 shows the relative ratio of the amplitude at the maximum vibration in the detected vibration mode at each point of the vibrator 1A.
【図６】本発明の他の実施形態に係る振動子１Ｂを示す
斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a vibrator 1B according to another embodiment of the present invention.
【図７】本発明の更に他の実施形態に係る振動子１Ｃを
示す斜視図であり、枠部１５の内側の中空部に、第一の
振動系と第二の振動系とが設けられている。FIG. 7 is a perspective view showing a vibrator 1C according to still another embodiment of the present invention, in which a first vibration system and a second vibration system are provided in a hollow portion inside a frame portion 15. I have.
【図８】本発明の更に他の実施形態に係る振動子１Ｄを
示す斜視図であり、第一の振動系としてＸ軸振動系とＹ
軸振動系とが含まれている。FIG. 8 is a perspective view showing a vibrator 1D according to still another embodiment of the present invention, wherein an X-axis vibration system and a Y-axis vibration system are used as a first vibration system.
And a shaft vibration system.
【図９】本発明の更に他の実施形態に係る振動子１Ｅを
示す斜視図であり、第一の振動系、第二の振動系および
第三の振動系を備えている。FIG. 9 is a perspective view showing a vibrator 1E according to still another embodiment of the present invention, and includes a first vibration system, a second vibration system, and a third vibration system.
【図１０】本発明の更に他の実施形態に係る振動子１Ｆ
を示す斜視図であり、Ｙ軸を中心とする回転成分の回転
角速度およびＺ軸を中心とする回転成分の回転角速度と
を測定する。FIG. 10 shows a vibrator 1F according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing a rotation angle velocity of a rotation component about a Y axis and a rotation angular velocity of a rotation component about a Z axis.
【図１１】本発明の更に他の実施形態に係る振動子１Ｆ
を示す斜視図であり、Ｘ軸を中心とする回転成分の回転
角速度およびＺ軸を中心とする回転成分の回転角速度と
を測定する。FIG. 11 shows a vibrator 1F according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing a rotation angle velocity of a rotation component about the X axis and a rotation angular velocity of a rotation component about the Z axis.
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ 振動子 ２
Ａ 基部３Ａ、３Ｂ、３Ｅ、３Ｆ、３Ｇ、３Ｈ 第一の
振動系（Ｘ軸振動系） ３Ｃ、３Ｄ、３Ｉ、３Ｊ 第一の振動系（Ｙ軸振動系）
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｉ、４Ｊ、４Ｋ、４
Ｌ 屈曲振動片（Ｘ軸方向に振動する） ４Ｅ、４Ｆ、４Ｇ、４Ｈ、４Ｎ、４Ｐ、４Ｑ、４Ｒ 屈
曲振動片（Ｙ軸方向に振動する） ５ 支持部
６Ａ−６Ｒ 屈曲振動片（第二の振動系） １０Ａ−１０Ｆ 第三の振動系 ＡＸ （Ｘ軸方向
の駆動振動） ＡＹ （Ｙ軸方向の駆動振動）
ＢＺ 駆動振動系においてＺ軸方向に励振される振動
ＣＺ 検出振動系において、Ｚ軸方向に励振され
る検出振動 ＤＸ Ｚ軸を中心とする回転成分によって、駆動振動系
に励振されるＸ軸方向の振動 ＤＹ Ｚ軸を中心と
する回転成分によって、駆動振動系に励振されるＹ軸方
向の振動 ＥＸ Ｚ軸を中心とする回転成分によっ
て、検出振動系に励振されるＸ軸方向の検出振動
ＥＹ Ｚ軸を中心とする回転成分によって、検出振動系
に励振されるＹ軸方向の検出振動1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F Transducer 2
A Base 3A, 3B, 3E, 3F, 3G, 3H First vibration system (X-axis vibration system) 3C, 3D, 3I, 3J First vibration system (Y-axis vibration system)
4A, 4B, 4C, 4D, 4I, 4J, 4K, 4
L Flexural vibration piece (vibrates in the X-axis direction) 4E, 4F, 4G, 4H, 4N, 4P, 4Q, 4R Flexural vibration piece (vibrates in the Y-axis direction) 5 Support section
6A-6R Flexural vibrating piece (second vibrating system) 10A-10F Third vibrating system AX (drive vibration in X-axis direction) AY (drive vibration in Y-axis direction)
BZ Vibration excited in the Z-axis direction in the drive vibration system CZ Detection vibration excited in the Z-axis direction in the detection vibration system DX In the X-axis direction excited in the drive vibration system by a rotational component centered on the Z-axis Vibration DY Vibration in the Y-axis direction that is excited in the drive vibration system by a rotational component about the Z-axis EX EX Vibration in the X-axis direction that is excited in the detection vibration system by a rotational component about the Z-axis
EY Detected vibration in the Y-axis direction that is excited in the detected vibration system by a rotation component about the Z-axis
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 相馬 隆雄 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Takao Soma 2-56, Suda-cho, Mizuho-ku, Nagoya-shi, Aichi Japan Insulator Co., Ltd.
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