JPH09210690A - 角速度検出センサ - Google Patents
角速度検出センサInfo
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- JPH09210690A JPH09210690A JP8014025A JP1402596A JPH09210690A JP H09210690 A JPH09210690 A JP H09210690A JP 8014025 A JP8014025 A JP 8014025A JP 1402596 A JP1402596 A JP 1402596A JP H09210690 A JPH09210690 A JP H09210690A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 色々な方向に作用する回転角速度を簡単かつ
安価な構成で検出する。 【解決手段】 水晶のZ板をエッチング加工して、その
外周方向に120゜間隔で放射状に伸びた軸片部4−
1,4−2,4−3を一体的に有する水晶板4を形成
し、この水晶板4の軸片部4−1,4−2,4−3の先
端部ST1,ST2,ST3に励振部R1,R2,R3
およびセンサ部S1,S2,S3をそれぞれ構築し、こ
の軸片部4−1,4−2,4−3に構築した励振部R
1,R2,R3およびセンサ部S1,S2,S3によっ
て、Y1,Y2,Y3軸方向の回りに作用する回転角速
度を検出する。
安価な構成で検出する。 【解決手段】 水晶のZ板をエッチング加工して、その
外周方向に120゜間隔で放射状に伸びた軸片部4−
1,4−2,4−3を一体的に有する水晶板4を形成
し、この水晶板4の軸片部4−1,4−2,4−3の先
端部ST1,ST2,ST3に励振部R1,R2,R3
およびセンサ部S1,S2,S3をそれぞれ構築し、こ
の軸片部4−1,4−2,4−3に構築した励振部R
1,R2,R3およびセンサ部S1,S2,S3によっ
て、Y1,Y2,Y3軸方向の回りに作用する回転角速
度を検出する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、水晶のZ板をエ
ッチング加工して形成される角速度検出センサに関する
ものである。
ッチング加工して形成される角速度検出センサに関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】所定方向に沿って振動している振動片、
例えば直交座標軸平面(X−Z平面)におけるX軸に沿
って振動している振動片がこのX−Z平面と直交するY
軸の回りに回転すると、その回転角速度により振動片に
Z軸方向にコリオリの力が生じる。このコリオリの力は
角速度に比例して定まることから、コリオリの力を振動
片の撓み変位量として間接的に、或いは歪量として圧電
素子の圧電効果、歪ゲージの抵抗変化などで直接的に測
定すれば、振動片のY軸方向の回りに作用した回転角速
度を求めることができる。このため、振動する振動片を
角速度検出素子として車両や航空機等に搭載し、その走
行或いは飛行軌跡を記録したり旋回時に発生するヨーレ
イトを検出することが行われている。また、この角速度
検出素子をロボットに搭載して、その姿勢制御等にも応
用されている。
例えば直交座標軸平面(X−Z平面)におけるX軸に沿
って振動している振動片がこのX−Z平面と直交するY
軸の回りに回転すると、その回転角速度により振動片に
Z軸方向にコリオリの力が生じる。このコリオリの力は
角速度に比例して定まることから、コリオリの力を振動
片の撓み変位量として間接的に、或いは歪量として圧電
素子の圧電効果、歪ゲージの抵抗変化などで直接的に測
定すれば、振動片のY軸方向の回りに作用した回転角速
度を求めることができる。このため、振動する振動片を
角速度検出素子として車両や航空機等に搭載し、その走
行或いは飛行軌跡を記録したり旋回時に発生するヨーレ
イトを検出することが行われている。また、この角速度
検出素子をロボットに搭載して、その姿勢制御等にも応
用されている。
【0003】図8は水晶を用いた従来の「片持ちばり」
の角速度検出センサの要部を示す図である。同図におい
て、(a)は平面図、(b)は図8(a)をA方向から
見た図、(c)は図8(a)をB方向から見た図、
(d)は図8(a)をC方向から見た図である。同図に
おいて、1は水晶板、2−1〜2−4は励振用の電極、
3−1〜3−4は検出用の電極であり、励振用の電極2
−1〜2−4は水晶板1の一方の端1−1の上下および
左右の面に、検出用の電極3−1〜3−4は水晶板1の
他方の端1−2の左右の面に設けられている。この図に
おいて、水晶板1の他方の端1−2側は、基端部(固定
端)とされている。
の角速度検出センサの要部を示す図である。同図におい
て、(a)は平面図、(b)は図8(a)をA方向から
見た図、(c)は図8(a)をB方向から見た図、
(d)は図8(a)をC方向から見た図である。同図に
おいて、1は水晶板、2−1〜2−4は励振用の電極、
3−1〜3−4は検出用の電極であり、励振用の電極2
−1〜2−4は水晶板1の一方の端1−1の上下および
左右の面に、検出用の電極3−1〜3−4は水晶板1の
他方の端1−2の左右の面に設けられている。この図に
おいて、水晶板1の他方の端1−2側は、基端部(固定
端)とされている。
【0004】この角速度検出センサにおいては、励振用
の電極2−1と2−3とが端子P1に共通に接続され、
また励振用の電極2−2と2−4とが端子P2に共通に
接続され、この端子P1とP2との間に交流電圧が印加
される。このため、ある時は図8(b)中に矢印で示す
如く電界が発生し、次には逆方向の電界が発生すること
により、水晶板1の一方の端1−1が左右に振動する。
の電極2−1と2−3とが端子P1に共通に接続され、
また励振用の電極2−2と2−4とが端子P2に共通に
接続され、この端子P1とP2との間に交流電圧が印加
される。このため、ある時は図8(b)中に矢印で示す
如く電界が発生し、次には逆方向の電界が発生すること
により、水晶板1の一方の端1−1が左右に振動する。
【0005】ここで、水晶板1の振動方向をX軸方向、
このX軸方向と直交する紙面内の方向(水晶板1の長手
方向)をY軸方向、このX−Y平面と直交する方向(水
晶板1の板面に垂直な方向)をZ軸方向とした場合、Y
軸方向の回りに回転角速度が作用すると、コリオリの力
によりZ軸方向の振動成分が生じる。この振動成分の大
きさはコリオリの力に比例しているので、水晶板1の他
方の端1−2には回転角速度に比例した大きさで振動の
方向に応じた極の電荷が発生する。これにより、検出用
の電極3−1と3−4とを共通に接続した端子P3と、
検出用の電極3−2と3−3とを共通に接続した端子P
4との間に、ある時には矢印の方向、次には逆方向の電
荷が発生し、コリオリの力に応じた電圧信号が得られ
る。この電圧信号の大きさによって、Y軸方向の回りに
作用する回転角速度の大きさを知ることができる。ま
た、この電圧信号は基本的にサインカーブとして得ら
れ、この電圧信号の波形と励振波形とを位相比較するこ
とにより、その位相の進み遅れで回転角速度の方向を知
ることができる。
このX軸方向と直交する紙面内の方向(水晶板1の長手
方向)をY軸方向、このX−Y平面と直交する方向(水
晶板1の板面に垂直な方向)をZ軸方向とした場合、Y
軸方向の回りに回転角速度が作用すると、コリオリの力
によりZ軸方向の振動成分が生じる。この振動成分の大
きさはコリオリの力に比例しているので、水晶板1の他
方の端1−2には回転角速度に比例した大きさで振動の
方向に応じた極の電荷が発生する。これにより、検出用
の電極3−1と3−4とを共通に接続した端子P3と、
検出用の電極3−2と3−3とを共通に接続した端子P
4との間に、ある時には矢印の方向、次には逆方向の電
荷が発生し、コリオリの力に応じた電圧信号が得られ
る。この電圧信号の大きさによって、Y軸方向の回りに
作用する回転角速度の大きさを知ることができる。ま
た、この電圧信号は基本的にサインカーブとして得ら
れ、この電圧信号の波形と励振波形とを位相比較するこ
とにより、その位相の進み遅れで回転角速度の方向を知
ることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の角速度検出センサでは、水晶板1のY軸方向
に作用する回転角速度しか検出することができない。す
なわち、この角速度検出センサを例えばY軸方向を上下
にして船舶に搭載した場合、横方向に作用する回転角速
度しか検出することができない。すなわち、上下方向や
斜め方向等、色々な方向に作用する回転角速度を検出す
ることができない。なお、この角速度検出センサを多数
用いれば、色々な方向に作用する回転角速度を検出する
ことが可能である。しかし、この場合、角速度検出セン
サを多数必要とし、コストがアップする。
うな従来の角速度検出センサでは、水晶板1のY軸方向
に作用する回転角速度しか検出することができない。す
なわち、この角速度検出センサを例えばY軸方向を上下
にして船舶に搭載した場合、横方向に作用する回転角速
度しか検出することができない。すなわち、上下方向や
斜め方向等、色々な方向に作用する回転角速度を検出す
ることができない。なお、この角速度検出センサを多数
用いれば、色々な方向に作用する回転角速度を検出する
ことが可能である。しかし、この場合、角速度検出セン
サを多数必要とし、コストがアップする。
【0007】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、色々な方向
に作用する回転角速度を簡単かつ安価な構成で検出する
ことができる角速度検出センサを提供することにある。
なされたもので、その目的とするところは、色々な方向
に作用する回転角速度を簡単かつ安価な構成で検出する
ことができる角速度検出センサを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、第1発明(請求項1に係る発明)は、水晶の
Z板をエッチング加工して、その外周方向に120゜間
隔で放射状に伸びた第1,第2および第3の軸片部を一
体的に有する水晶板を形成し、この水晶板の第1,第2
および第3の軸片部に励振部およびセンサ部をそれぞれ
構築し、この第1,第2および第3の軸片部に構築した
励振部およびセンサ部によって、その軸片部の延伸方向
の回りに作用する回転角速度を検出するようにしたもの
である。
るために、第1発明(請求項1に係る発明)は、水晶の
Z板をエッチング加工して、その外周方向に120゜間
隔で放射状に伸びた第1,第2および第3の軸片部を一
体的に有する水晶板を形成し、この水晶板の第1,第2
および第3の軸片部に励振部およびセンサ部をそれぞれ
構築し、この第1,第2および第3の軸片部に構築した
励振部およびセンサ部によって、その軸片部の延伸方向
の回りに作用する回転角速度を検出するようにしたもの
である。
【0009】第2発明(請求項2に係る発明)は、水晶
のZ板をエッチング加工して、その外周方向に120゜
間隔で放射状に伸びた第1,第2および第3の軸片部を
一体的に有し、この第1,第2および第3の軸片部の先
端部をそれぞれ二叉とした水晶板を形成し、この水晶板
の第1,第2および第3の軸片部の先端部の二叉の一方
に励振部を他方にセンサ部を構築し、この第1,第2お
よび第3の軸片部に構築した励振部およびセンサ部によ
って、その軸片部の延伸方向の回りに作用する回転角速
度を検出するようにしたものである。
のZ板をエッチング加工して、その外周方向に120゜
間隔で放射状に伸びた第1,第2および第3の軸片部を
一体的に有し、この第1,第2および第3の軸片部の先
端部をそれぞれ二叉とした水晶板を形成し、この水晶板
の第1,第2および第3の軸片部の先端部の二叉の一方
に励振部を他方にセンサ部を構築し、この第1,第2お
よび第3の軸片部に構築した励振部およびセンサ部によ
って、その軸片部の延伸方向の回りに作用する回転角速
度を検出するようにしたものである。
【0010】第3発明(請求項3に係る発明)は、水晶
板を水晶のZ板をエッチング加工して、その外周方向に
120゜間隔で放射状に伸びた第1,第2および第3の
軸片部を一体的に有する形成し、この水晶板の第1,第
2および第3の軸片部の先端部に励振部を、基端部にセ
ンサ部を構築し、この第1,第2および第3の軸片部に
構築した励振部およびセンサ部によって、その軸片部の
延伸方向の回りに作用する回転角速度を検出するように
したものである。
板を水晶のZ板をエッチング加工して、その外周方向に
120゜間隔で放射状に伸びた第1,第2および第3の
軸片部を一体的に有する形成し、この水晶板の第1,第
2および第3の軸片部の先端部に励振部を、基端部にセ
ンサ部を構築し、この第1,第2および第3の軸片部に
構築した励振部およびセンサ部によって、その軸片部の
延伸方向の回りに作用する回転角速度を検出するように
したものである。
【0011】第4発明(請求項4に係る発明)は、水晶
のZ板をエッチング加工して、その外周方向に120゜
間隔で放射状に伸びた第1,第2および第3の軸片部を
一体的に有し、この第1,第2および第3の軸片部の先
端部をそれぞれ二叉とした水晶板を形成し、この水晶板
の第1,第2および第3の軸片部の先端部の二叉の一方
および他方に励振部およびセンサ部を各個に構築し、こ
の第1,第2および第3の軸片部に構築した励振部およ
びセンサ部によって、その軸片部の延伸方向の回りに作
用する回転角速度を検出するようにしたものである。
のZ板をエッチング加工して、その外周方向に120゜
間隔で放射状に伸びた第1,第2および第3の軸片部を
一体的に有し、この第1,第2および第3の軸片部の先
端部をそれぞれ二叉とした水晶板を形成し、この水晶板
の第1,第2および第3の軸片部の先端部の二叉の一方
および他方に励振部およびセンサ部を各個に構築し、こ
の第1,第2および第3の軸片部に構築した励振部およ
びセンサ部によって、その軸片部の延伸方向の回りに作
用する回転角速度を検出するようにしたものである。
【0012】第5発明(請求項5に係る発明)は、水晶
のZ板をエッチング加工して、その外周方向に120゜
間隔で放射状に伸びた第1,第2および第3の軸片部、
およびこの第1,第2および第3の軸片部に対してその
延伸方向とは逆の方向に伸びた第4,第5および第6の
軸片部を一体的に有する水晶板を形成し、この水晶板の
第1〜第6の軸片部に励振部およびセンサ部をそれぞれ
構築し、第1,第2および第3の軸片部に構築した励振
部およびセンサ部によって、その軸片部の延伸方向の回
りに作用する回転角速度を検出するようにし、第4,第
5および第6の軸片部に構築された励振部およびセンサ
部によって、水晶板の板面に垂直な方向の回りに作用す
る回転角速度を検出するようにしたものである。
のZ板をエッチング加工して、その外周方向に120゜
間隔で放射状に伸びた第1,第2および第3の軸片部、
およびこの第1,第2および第3の軸片部に対してその
延伸方向とは逆の方向に伸びた第4,第5および第6の
軸片部を一体的に有する水晶板を形成し、この水晶板の
第1〜第6の軸片部に励振部およびセンサ部をそれぞれ
構築し、第1,第2および第3の軸片部に構築した励振
部およびセンサ部によって、その軸片部の延伸方向の回
りに作用する回転角速度を検出するようにし、第4,第
5および第6の軸片部に構築された励振部およびセンサ
部によって、水晶板の板面に垂直な方向の回りに作用す
る回転角速度を検出するようにしたものである。
【0013】したがって、第1〜第4発明によれば、1
20゜間隔で放射状に伸びた第1,第2および第3の軸
片部の延伸方向(Y1,Y2,Y3軸方向)の回りに作
用する回転角速度が、1つの角速度検出センサによって
一挙に検出される。また、第5発明によれば、120゜
間隔で放射状に伸びた第1,第2および第3の軸片部の
延伸方向(Y1,Y2,Y3軸方向)の回りに作用する
回転角速度と、水晶板の板面に垂直な方向(Z軸方向)
の回りに作用する回転角速度とが、1つの角速度検出セ
ンサによって一挙に検出される。
20゜間隔で放射状に伸びた第1,第2および第3の軸
片部の延伸方向(Y1,Y2,Y3軸方向)の回りに作
用する回転角速度が、1つの角速度検出センサによって
一挙に検出される。また、第5発明によれば、120゜
間隔で放射状に伸びた第1,第2および第3の軸片部の
延伸方向(Y1,Y2,Y3軸方向)の回りに作用する
回転角速度と、水晶板の板面に垂直な方向(Z軸方向)
の回りに作用する回転角速度とが、1つの角速度検出セ
ンサによって一挙に検出される。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
き詳細に説明する。 〔実施の形態1:第1発明、第2発明〕図1はこの発明
の一実施の形態を示す角速度検出センサの要部を示す平
面図である。同図において、4は水晶板であり、その外
周方向に120゜間隔で放射状に伸びた第1の軸片部4
−1と、第2の軸片部4−2と、第3の軸片部4−3と
を一体的に有している。軸片部4−1,4−2,4−3
の先端部ST1,ST2,ST3はそれぞれ二叉とされ
ている。この水晶板4は水晶のZ板をエッチング加工し
て形成されている。すなわち、水晶板4の板面を、Z板
面としている。
き詳細に説明する。 〔実施の形態1:第1発明、第2発明〕図1はこの発明
の一実施の形態を示す角速度検出センサの要部を示す平
面図である。同図において、4は水晶板であり、その外
周方向に120゜間隔で放射状に伸びた第1の軸片部4
−1と、第2の軸片部4−2と、第3の軸片部4−3と
を一体的に有している。軸片部4−1,4−2,4−3
の先端部ST1,ST2,ST3はそれぞれ二叉とされ
ている。この水晶板4は水晶のZ板をエッチング加工し
て形成されている。すなわち、水晶板4の板面を、Z板
面としている。
【0015】軸片部4−1,4−2,4−3の先端部S
T1,ST2,ST3の二叉の一方には励振部R1,R
2,R3が構築され、他方にはセンサ部S1,S2,S
3が構築されている。励振部R(R1,R2,R3)
は、その先端部ST(ST1,ST2,ST3)を図2
に拡大して示すように、励振用の電極5−1〜5−4が
先端部STの二叉の一方の上下および左右の面に、検出
用の電極6−1〜6−4が先端部STの二叉の他方の左
右の面に設けられている。そして、励振用の電極5−1
と5−3とが端子T1に共通に接続され、また励振用の
電極5−2と5−4とが端子T2に共通に接続されてい
る。また、検出用の電極6−1と6−4とが端子T3に
共通に接続され、検出用の電極6−2と6−3とが端子
T4に共通に接続されている。
T1,ST2,ST3の二叉の一方には励振部R1,R
2,R3が構築され、他方にはセンサ部S1,S2,S
3が構築されている。励振部R(R1,R2,R3)
は、その先端部ST(ST1,ST2,ST3)を図2
に拡大して示すように、励振用の電極5−1〜5−4が
先端部STの二叉の一方の上下および左右の面に、検出
用の電極6−1〜6−4が先端部STの二叉の他方の左
右の面に設けられている。そして、励振用の電極5−1
と5−3とが端子T1に共通に接続され、また励振用の
電極5−2と5−4とが端子T2に共通に接続されてい
る。また、検出用の電極6−1と6−4とが端子T3に
共通に接続され、検出用の電極6−2と6−3とが端子
T4に共通に接続されている。
【0016】水晶を屈曲振動させるには、NT−cu
t、X−cut(Z板)があるが、NT−cutはダブ
ルローテーション板で切り出し(加工)が大変である。
角速度検出素子を作る場合、素子の製作精度、特に形状
的なバランスが特性を大きく左右するため、加工精度が
高いフォトリソ法を用いたエッチングにより加工するの
が望ましい。エッチング加工において、水晶の結晶はエ
ッチング異方性が有り、Z軸方向のエッチレートが他軸
に比べて非常に早いため、高アスペクト比の加工が可能
となる。このため、この実施の形態では、水晶のZ板を
エッチング加工して水晶板4を形成している。
t、X−cut(Z板)があるが、NT−cutはダブ
ルローテーション板で切り出し(加工)が大変である。
角速度検出素子を作る場合、素子の製作精度、特に形状
的なバランスが特性を大きく左右するため、加工精度が
高いフォトリソ法を用いたエッチングにより加工するの
が望ましい。エッチング加工において、水晶の結晶はエ
ッチング異方性が有り、Z軸方向のエッチレートが他軸
に比べて非常に早いため、高アスペクト比の加工が可能
となる。このため、この実施の形態では、水晶のZ板を
エッチング加工して水晶板4を形成している。
【0017】また、フォトリソ加工の必要性から水晶の
Z板を用いているが、水晶の結晶は3・2結晶であり、
Z軸に対してX軸が3回対称となっており、120゜で
配置されている。すなわち、水晶はZ軸を中心に1回転
すると、X軸が120゜毎に3回あり、それぞれ同じ特
性を示す。この軸方向に素子を揃えてやるとエッチング
異方性がそれぞれ同じとなり、特性も全く同一となるた
め、加工としても特性としても制御し易い。このため、
この実施の形態では、軸片部4−1,4−2,4−3を
120゜間隔で形成し、3つの角速度検出素子を作るも
のとしている。
Z板を用いているが、水晶の結晶は3・2結晶であり、
Z軸に対してX軸が3回対称となっており、120゜で
配置されている。すなわち、水晶はZ軸を中心に1回転
すると、X軸が120゜毎に3回あり、それぞれ同じ特
性を示す。この軸方向に素子を揃えてやるとエッチング
異方性がそれぞれ同じとなり、特性も全く同一となるた
め、加工としても特性としても制御し易い。このため、
この実施の形態では、軸片部4−1,4−2,4−3を
120゜間隔で形成し、3つの角速度検出素子を作るも
のとしている。
【0018】この角速度検出センサにおいては、励振部
R1,R2,R3の端子T1とT2との間に交流電圧を
印加する。これにより、図2(b)中に電界が発生し、
軸片部4−1,4−2,4−3の先端部ST1,ST
2,ST3の二叉の一方(励振側)が、更に他方(検出
側)も連動して、左右に振動する。ここで、先端部ST
1,ST2,ST3の振動方向をX1,X2,X3軸方
向、このX1,X2,X3軸方向と直交する紙面内の方
向、すなわち軸片部4−1,4−2,4−3の延伸方向
をY1,Y2,Y3軸方向とした場合、Y1,Y2,Y
3軸方向の回りに回転角速度が作用する時、コリオリの
力によりZ軸方向の振動成分が発生する。
R1,R2,R3の端子T1とT2との間に交流電圧を
印加する。これにより、図2(b)中に電界が発生し、
軸片部4−1,4−2,4−3の先端部ST1,ST
2,ST3の二叉の一方(励振側)が、更に他方(検出
側)も連動して、左右に振動する。ここで、先端部ST
1,ST2,ST3の振動方向をX1,X2,X3軸方
向、このX1,X2,X3軸方向と直交する紙面内の方
向、すなわち軸片部4−1,4−2,4−3の延伸方向
をY1,Y2,Y3軸方向とした場合、Y1,Y2,Y
3軸方向の回りに回転角速度が作用する時、コリオリの
力によりZ軸方向の振動成分が発生する。
【0019】このZ軸方向成分の持つ屈曲振動により、
先端部ST1,ST2,ST3の二叉には電荷が発生す
る。これを、センサ部S1,S2,S3の端子T3とT
4との間に、コリオリの力に応じた電圧信号として取り
出す。この電圧信号の大きさによって、Y1,Y2,Y
3軸方向の回りに作用する回転角速度を一挙に知ること
ができる。また、この電圧信号は基本的にサインカーブ
として得られ、この電圧信号の波形と励振波形とを位相
比較することにより、その位相の進み遅れでY1,Y
2,Y3軸方向の回りに作用する回転角速度の方向を知
ることができる。
先端部ST1,ST2,ST3の二叉には電荷が発生す
る。これを、センサ部S1,S2,S3の端子T3とT
4との間に、コリオリの力に応じた電圧信号として取り
出す。この電圧信号の大きさによって、Y1,Y2,Y
3軸方向の回りに作用する回転角速度を一挙に知ること
ができる。また、この電圧信号は基本的にサインカーブ
として得られ、この電圧信号の波形と励振波形とを位相
比較することにより、その位相の進み遅れでY1,Y
2,Y3軸方向の回りに作用する回転角速度の方向を知
ることができる。
【0020】したがって、この角速度検出センサを用い
れば、簡単かつ安価な構成で、色々な方向に作用する回
転角速度を一挙に検出することができるようになる。ま
た、この角速度検出センサを用いれば、センサ部S1,
S2,S3から得られる電圧信号を演算回路によって処
理することにより、各軸方向の回りの回転角速度ばかり
でなく、傾斜の計測も可能となり、飛行物体やロボット
アームなど3次元を移動する物体の位置検出時に問題と
なる傾き成分による位置変化量の誤りを補正することが
でき、精度の高い位置検出を行うことが可能となる。
れば、簡単かつ安価な構成で、色々な方向に作用する回
転角速度を一挙に検出することができるようになる。ま
た、この角速度検出センサを用いれば、センサ部S1,
S2,S3から得られる電圧信号を演算回路によって処
理することにより、各軸方向の回りの回転角速度ばかり
でなく、傾斜の計測も可能となり、飛行物体やロボット
アームなど3次元を移動する物体の位置検出時に問題と
なる傾き成分による位置変化量の誤りを補正することが
でき、精度の高い位置検出を行うことが可能となる。
【0021】〔実施の形態2:第1発明、第3発明〕実
施の形態1では、軸片部4−1,4−2,4−3の先端
部ST1,ST2,ST3をそれぞれ二叉とし、この二
叉の一方に励振部R1,R2,R3を構築し、他方にセ
ンサ部S1,S2,S3を構築した。これに対して、実
施の形態2では、図3に示すように、軸片部4−1,4
−2,4−3の先端部ST1,ST2,ST3に励振部
R1,R2,R3を構築し、基端部BT1,BT2,B
T3にセンサ部S1,S2,S3を構築する。このよう
にすることによっても、Y1,Y2,Y3軸方向の回り
に作用する回転角速度を一挙に検出することができる。
施の形態1では、軸片部4−1,4−2,4−3の先端
部ST1,ST2,ST3をそれぞれ二叉とし、この二
叉の一方に励振部R1,R2,R3を構築し、他方にセ
ンサ部S1,S2,S3を構築した。これに対して、実
施の形態2では、図3に示すように、軸片部4−1,4
−2,4−3の先端部ST1,ST2,ST3に励振部
R1,R2,R3を構築し、基端部BT1,BT2,B
T3にセンサ部S1,S2,S3を構築する。このよう
にすることによっても、Y1,Y2,Y3軸方向の回り
に作用する回転角速度を一挙に検出することができる。
【0022】〔実施の形態3:第1発明、第4発明〕実
施の形態1では、軸片部4−1,4−2,4−3の先端
部ST1,ST2,ST3をそれぞれ二叉とし、この二
叉の一方に励振部R1,R2,R3を構築し、他方にセ
ンサ部S1,S2,S3を構築した。これに対して、実
施の形態3では、図4に示すように、先端部ST1,S
T2,ST3の二叉の一方および他方に各個に励振部R
1およびS1を構築する。
施の形態1では、軸片部4−1,4−2,4−3の先端
部ST1,ST2,ST3をそれぞれ二叉とし、この二
叉の一方に励振部R1,R2,R3を構築し、他方にセ
ンサ部S1,S2,S3を構築した。これに対して、実
施の形態3では、図4に示すように、先端部ST1,S
T2,ST3の二叉の一方および他方に各個に励振部R
1およびS1を構築する。
【0023】すなわち、先端部ST1については、その
二叉の一方に励振部R11 およびセンサ部S11 を構築
し、他方に励振部R12 およびセンサ部S12 を構築す
る。先端部ST2については、その二叉の一方に励振部
R21 およびセンサ部S21を構築し、他方に励振部R
22 およびセンサ部S22 を構築する。先端部ST3に
ついては、その二叉の一方に励振部R31 およびセンサ
部S31 を構築し、他方に励振部R32 およびセンサ部
S32 を構築する。なお、この場合、励振部R11 およ
びR12 、センサ部S11 およびS12 は、それぞれ並
列に接続する(図5参照)。また、同様に、励振部R2
1 およびR22 、センサ部S21 およびS22 、励振部
R31 およびR32 、センサ部S31 およびS32 も、
ぞれぞれ並列に接続する。
二叉の一方に励振部R11 およびセンサ部S11 を構築
し、他方に励振部R12 およびセンサ部S12 を構築す
る。先端部ST2については、その二叉の一方に励振部
R21 およびセンサ部S21を構築し、他方に励振部R
22 およびセンサ部S22 を構築する。先端部ST3に
ついては、その二叉の一方に励振部R31 およびセンサ
部S31 を構築し、他方に励振部R32 およびセンサ部
S32 を構築する。なお、この場合、励振部R11 およ
びR12 、センサ部S11 およびS12 は、それぞれ並
列に接続する(図5参照)。また、同様に、励振部R2
1 およびR22 、センサ部S21 およびS22 、励振部
R31 およびR32 、センサ部S31 およびS32 も、
ぞれぞれ並列に接続する。
【0024】〔実施の形態4:第5発明〕実施の形態1
では、水晶板4は、その外周方向に120゜間隔で放射
状に伸びた第1の軸片部4−1,第2の軸片部4−2お
よび第3の軸片部4−3を一体的に有するものとした。
これに対して、実施の形態4では、図6に示すように、
第1の軸片部4−1,第2の軸片部4−2および第3の
軸片部4−3に加え、この軸片部4−1,4−2および
4−3に対してその延伸方向とは逆の方向に伸びた第4
の軸片部4−4,第5の軸片部4−5および第6の軸片
部4−6を一体的に有する水晶板4’としている。すな
わち、水晶板4’は、その外周方向に60゜間隔で放射
状に伸びた軸片部4−1〜4−6を有している。
では、水晶板4は、その外周方向に120゜間隔で放射
状に伸びた第1の軸片部4−1,第2の軸片部4−2お
よび第3の軸片部4−3を一体的に有するものとした。
これに対して、実施の形態4では、図6に示すように、
第1の軸片部4−1,第2の軸片部4−2および第3の
軸片部4−3に加え、この軸片部4−1,4−2および
4−3に対してその延伸方向とは逆の方向に伸びた第4
の軸片部4−4,第5の軸片部4−5および第6の軸片
部4−6を一体的に有する水晶板4’としている。すな
わち、水晶板4’は、その外周方向に60゜間隔で放射
状に伸びた軸片部4−1〜4−6を有している。
【0025】そして、軸片部4−4,4−5,4−6の
先端部ST4,ST5,ST6をそれぞれ二叉とし、こ
の二叉の一方に励振部R4,R5,R6を構築し、他方
にセンサ部S4,S5,S6を構築している。但し、こ
の実施の形態では、励振部R4,R5,R6へ交流電圧
を印加することによって、先端部ST4,ST5,ST
6の二叉の一方を、更に他方も連動してZ軸方向へ振動
させるようにしている。また、励振部R4,R5,R6
においては、その各電極を先端部ST4,ST5,ST
6の二叉の一方の上下の面に設け、センサ部S4,S
5,S6においては、その各電極を先端部ST4,ST
5,ST6の二叉の他方の上下左右の面に設けている。
先端部ST4,ST5,ST6をそれぞれ二叉とし、こ
の二叉の一方に励振部R4,R5,R6を構築し、他方
にセンサ部S4,S5,S6を構築している。但し、こ
の実施の形態では、励振部R4,R5,R6へ交流電圧
を印加することによって、先端部ST4,ST5,ST
6の二叉の一方を、更に他方も連動してZ軸方向へ振動
させるようにしている。また、励振部R4,R5,R6
においては、その各電極を先端部ST4,ST5,ST
6の二叉の一方の上下の面に設け、センサ部S4,S
5,S6においては、その各電極を先端部ST4,ST
5,ST6の二叉の他方の上下左右の面に設けている。
【0026】この角速度検出センサにおいては、励振部
R1,R2,R3へ交流電圧を印加することにより、軸
片部4−1,4−2,4−3の先端部ST1,ST2,
ST3の二叉がX1,X2,X3軸方向に振動する。こ
こで、Y1軸,Y2軸,Y3軸方向の回りに回転角速度
が作用すると、Z軸方向にコリオリの力が生じる。これ
により、センサ部S1,S2,S3よりコリオリの力に
応じた電圧信号が得られ、Y1,Y2,Y3軸方向の回
りに作用する回転角速度を一挙に知ることができる。
R1,R2,R3へ交流電圧を印加することにより、軸
片部4−1,4−2,4−3の先端部ST1,ST2,
ST3の二叉がX1,X2,X3軸方向に振動する。こ
こで、Y1軸,Y2軸,Y3軸方向の回りに回転角速度
が作用すると、Z軸方向にコリオリの力が生じる。これ
により、センサ部S1,S2,S3よりコリオリの力に
応じた電圧信号が得られ、Y1,Y2,Y3軸方向の回
りに作用する回転角速度を一挙に知ることができる。
【0027】また、励振部R4,R5,R6へ交流電圧
を印加することにより、軸片部4−4,4−5,4−6
の先端部ST4,ST5,ST6の二叉がZ軸方向に振
動する。ここで、Z軸方向の回りに回転角速度が作用す
ると、その回転角速度によりX4,X5,X6軸方向に
コリオリの力が生じる。これにより、センサ部S4,S
5,S6よりコリオリの力に応じた電圧信号が得られ、
Z軸方向の回りに作用する回転角速度を知ることができ
る。なお、当素子は質量バランスの関係からST4、S
T5、ST6の3枝にしているが、センサとしてはこの
内のひとつでも計測は可能である。
を印加することにより、軸片部4−4,4−5,4−6
の先端部ST4,ST5,ST6の二叉がZ軸方向に振
動する。ここで、Z軸方向の回りに回転角速度が作用す
ると、その回転角速度によりX4,X5,X6軸方向に
コリオリの力が生じる。これにより、センサ部S4,S
5,S6よりコリオリの力に応じた電圧信号が得られ、
Z軸方向の回りに作用する回転角速度を知ることができ
る。なお、当素子は質量バランスの関係からST4、S
T5、ST6の3枝にしているが、センサとしてはこの
内のひとつでも計測は可能である。
【0028】なお、この実施の形態では、軸片部4−1
〜4−6の先端部ST1〜ST6をそれぞれ二叉とし、
この二叉の一方に励振部R1〜R6を構築し、他方にセ
ンサ部S1〜S6を構築したが、図3や図4に示したよ
うな構築方式としてもよい。また、この実施の形態で
は、励振部R4,R5,R6において、その各電極を先
端部ST4,ST5,ST6の二叉の一方の上下の面に
図7(b)に示すように配置したが、図7(a)や図7
(c)に示すような配置としてもよい。この場合、その
接続構造は同じとし、どれも同じように振動する。
〜4−6の先端部ST1〜ST6をそれぞれ二叉とし、
この二叉の一方に励振部R1〜R6を構築し、他方にセ
ンサ部S1〜S6を構築したが、図3や図4に示したよ
うな構築方式としてもよい。また、この実施の形態で
は、励振部R4,R5,R6において、その各電極を先
端部ST4,ST5,ST6の二叉の一方の上下の面に
図7(b)に示すように配置したが、図7(a)や図7
(c)に示すような配置としてもよい。この場合、その
接続構造は同じとし、どれも同じように振動する。
【0029】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、水晶のZ板をエッチング加工して形成し
た1つの水晶板を用いて、第1〜第4発明では、120
゜間隔で放射状に伸びた第1,第2および第3の軸片部
の延伸方向(Y1,Y2,Y3軸方向)の回りに作用す
る回転角速度を一挙に検出することができ、第5発明で
は、120゜間隔で放射状に伸びた第1,第2および第
3の軸片部の延伸方向(Y1,Y2,Y3軸方向)の回
りに作用する回転角速度と、水晶板の板面に垂直な方向
(Z軸方向)の回りに作用する回転角速度とを一挙に検
出することができ、色々な方向に作用する回転角速度を
簡単かつ安価な構成で検出することができるようにな
る。
発明によれば、水晶のZ板をエッチング加工して形成し
た1つの水晶板を用いて、第1〜第4発明では、120
゜間隔で放射状に伸びた第1,第2および第3の軸片部
の延伸方向(Y1,Y2,Y3軸方向)の回りに作用す
る回転角速度を一挙に検出することができ、第5発明で
は、120゜間隔で放射状に伸びた第1,第2および第
3の軸片部の延伸方向(Y1,Y2,Y3軸方向)の回
りに作用する回転角速度と、水晶板の板面に垂直な方向
(Z軸方向)の回りに作用する回転角速度とを一挙に検
出することができ、色々な方向に作用する回転角速度を
簡単かつ安価な構成で検出することができるようにな
る。
【図1】 本発明の一実施の形態を示す角速度検出セン
サの要部を示す平面図である。
サの要部を示す平面図である。
【図2】 この角速度検出センサの軸片部の先端部を拡
大して示す図である。
大して示す図である。
【図3】 この角速度検出センサの他の実施の形態(実
施の形態2)の要部を示す平面図である。
施の形態2)の要部を示す平面図である。
【図4】 この角速度検出センサの他の実施の形態(実
施の形態3)の要部を示す平面図である。
施の形態3)の要部を示す平面図である。
【図5】 図4における励振部R11 ,R12 およびセ
ンサ部S11 ,S12 それぞれの並列接続状況を示す図
である。
ンサ部S11 ,S12 それぞれの並列接続状況を示す図
である。
【図6】 この角速度検出センサの他の実施の形態(実
施の形態4)の要部を示す平面図である。
施の形態4)の要部を示す平面図である。
【図7】 図6における励振部R4,R5,R6におけ
る各電極の配置例を示す図である。
る各電極の配置例を示す図である。
【図8】 従来の「片持ちばり」の角速度検出センサの
要部を示す図である。
要部を示す図である。
4,4’…水晶板、4−1〜4−6…軸片部、ST(S
T1〜ST6)…先端部、BT(BT1〜BT3)…基
端部、R(R1〜R6)…励振部、S(S1〜S6)…
センサ部、5−1〜5−4…励振用の電極、6−1〜6
−4…検出用の電極。
T1〜ST6)…先端部、BT(BT1〜BT3)…基
端部、R(R1〜R6)…励振部、S(S1〜S6)…
センサ部、5−1〜5−4…励振用の電極、6−1〜6
−4…検出用の電極。
Claims (5)
- 【請求項1】 水晶のZ板をエッチング加工して形成さ
れ、その外周方向に120゜間隔で放射状に伸びた第
1,第2および第3の軸片部を一体的に有する水晶板
と、 この水晶板の第1,第2および第3の軸片部にそれぞれ
構築された励振部およびセンサ部とを備え、 この第1,第2および第3の軸片部に構築された励振部
およびセンサ部によって、その軸片部の延伸方向の回り
に作用する回転角速度を検出することを特徴とする角速
度検出センサ。 - 【請求項2】 水晶のZ板をエッチング加工して形成さ
れ、その外周方向に120゜間隔で放射状に伸びた第
1,第2および第3の軸片部を一体的に有し、この第
1,第2および第3の軸片部の先端部がそれぞれ二叉と
された水晶板と、 この水晶板の第1,第2および第3の軸片部の先端部の
二叉の一方に構築された励振部および他方に構築された
センサ部とを備え、 この第1,第2および第3の軸片部に構築された励振部
およびセンサ部によって、その軸片部の延伸方向の回り
に作用する回転角速度を検出することを特徴とする角速
度検出センサ。 - 【請求項3】 水晶のZ板をエッチング加工して形成さ
れ、その外周方向に120゜間隔で放射状に伸びた第
1,第2および第3の軸片部を一体的に有する水晶板
と、 この水晶板の第1,第2および第3の軸片部の先端部に
構築された励振部および基端部に構築されたセンサ部と
を備え、 この第1,第2および第3の軸片部に構築された励振部
およびセンサ部によって、その軸片部の延伸方向の回り
に作用する回転角速度を検出することを特徴とする角速
度検出センサ。 - 【請求項4】 水晶のZ板をエッチング加工して形成さ
れ、その外周方向に120゜間隔で放射状に伸びた第
1,第2および第3の軸片部を一体的に有し、この第
1,第2および第3の軸片部の先端部がそれぞれ二叉と
された水晶板と、 この水晶板の第1,第2および第3の軸片部の先端部の
二叉の一方および他方に各個に構築された励振部および
センサ部とを備え、 この第1,第2および第3の軸片部に構築された励振部
およびセンサ部によって、その軸片部の延伸方向の回り
に作用する回転角速度を検出することを特徴とする角速
度検出センサ。 - 【請求項5】 水晶のZ板をエッチング加工して形成さ
れ、その外周方向に120゜間隔で放射状に伸びた第
1,第2および第3の軸片部、およびこの第1,第2お
よび第3の軸片部に対してその延伸方向とは逆の方向に
伸びた第4,第5および第6の軸片部を一体的に有する
水晶板と、 この水晶板の第1〜第6の軸片部にそれぞれ構築された
励振部およびセンサ部とを備え、 前記第1,第2および第3の軸片部に構築された励振部
およびセンサ部によって、その軸片部の延伸方向の回り
に作用する回転角速度を検出し、 前記第4,第5および第6の軸片部に構築された励振部
およびセンサ部によって、前記水晶板の板面に垂直な方
向の回りに作用する回転角速度を検出することを特徴と
する角速度検出センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8014025A JPH09210690A (ja) | 1996-01-30 | 1996-01-30 | 角速度検出センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8014025A JPH09210690A (ja) | 1996-01-30 | 1996-01-30 | 角速度検出センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09210690A true JPH09210690A (ja) | 1997-08-12 |
Family
ID=11849646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8014025A Pending JPH09210690A (ja) | 1996-01-30 | 1996-01-30 | 角速度検出センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09210690A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005172542A (ja) * | 2003-12-10 | 2005-06-30 | Murata Mfg Co Ltd | 音叉型振動子、音叉型振動子の製造方法、および角速度センサ |
| JP2006017538A (ja) * | 2004-06-30 | 2006-01-19 | Kyocera Kinseki Corp | 振動子及び角速度センサ |
| JP2006084193A (ja) * | 2004-09-14 | 2006-03-30 | Kyocera Kinseki Corp | 振動子及び角速度センサ |
| JP2006267094A (ja) * | 2005-02-25 | 2006-10-05 | Kyocera Kinseki Corp | 慣性センサ素子 |
| JP2006337111A (ja) * | 2005-05-31 | 2006-12-14 | Kyocera Kinseki Corp | 慣性センサー素子 |
| JP2007033371A (ja) * | 2005-07-29 | 2007-02-08 | Kyocera Kinseki Corp | 慣性センサ素子 |
| JP2012042479A (ja) * | 2010-01-12 | 2012-03-01 | Sony Corp | 角速度センサ、電子機器及び角速度の検出方法 |
-
1996
- 1996-01-30 JP JP8014025A patent/JPH09210690A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005172542A (ja) * | 2003-12-10 | 2005-06-30 | Murata Mfg Co Ltd | 音叉型振動子、音叉型振動子の製造方法、および角速度センサ |
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| JP2012042479A (ja) * | 2010-01-12 | 2012-03-01 | Sony Corp | 角速度センサ、電子機器及び角速度の検出方法 |
| US8910517B2 (en) | 2010-01-12 | 2014-12-16 | Sony Corporation | Angular velocity sensor, electronic apparatus, and method of detecting an angular velocity |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040518 |