JPH11337344A - 角速度センサ - Google Patents
角速度センサInfo
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- JPH11337344A JPH11337344A JP10159978A JP15997898A JPH11337344A JP H11337344 A JPH11337344 A JP H11337344A JP 10159978 A JP10159978 A JP 10159978A JP 15997898 A JP15997898 A JP 15997898A JP H11337344 A JPH11337344 A JP H11337344A
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- coriolis force
- coupled
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 角速度センサ毎に感度がばらつく問題を防止
する。 【解決手段】 コリオリ力方向に連成振動する連成振動
体を設ける。連成振動とは異なる2つの共振周波数f
1,f2を持つという特有な周波数特性を有する振動で
ある。連成振動体の励振方向の共振周波数Fがコリオリ
力方向の共振周波数f1とf2間の周波数となるように
連成振動体を形成する。連成振動体を共振周波数Fで励
振させた状態で回転によるコリオリ力が発生すると連成
振動体がコリオリ力方向に周波数Fで連成振動する。周
波数Fに対するコリオリ力方向の振動のQ値は角速度検
出の感度が良いQrと高く、精度の良い角速度検出が成
される。共振周波数f1,f2の間の周波数領域では励
振方向の共振周波数の変動に対するコリオリ力方向の振
動のQ値の変動が小さく、各角速度センサ間の感度ばら
つきを回避することができる。
する。 【解決手段】 コリオリ力方向に連成振動する連成振動
体を設ける。連成振動とは異なる2つの共振周波数f
1,f2を持つという特有な周波数特性を有する振動で
ある。連成振動体の励振方向の共振周波数Fがコリオリ
力方向の共振周波数f1とf2間の周波数となるように
連成振動体を形成する。連成振動体を共振周波数Fで励
振させた状態で回転によるコリオリ力が発生すると連成
振動体がコリオリ力方向に周波数Fで連成振動する。周
波数Fに対するコリオリ力方向の振動のQ値は角速度検
出の感度が良いQrと高く、精度の良い角速度検出が成
される。共振周波数f1,f2の間の周波数領域では励
振方向の共振周波数の変動に対するコリオリ力方向の振
動のQ値の変動が小さく、各角速度センサ間の感度ばら
つきを回避することができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は角速度を検出する角
速度センサに関するものである。
速度センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4には従来の角速度センサの一例が示
されている。同図に示すように、基台部材30には固定
部31a,31bが互いに間隙を介して設けられてお
り、それら固定部31aと固定部31bに挟まれる領域
内に向けて上記固定部31a,31bから各々ばね部3
2a,32bが上記基台部材30と間隙を介して伸長形
成されている。これらばね部32aと32bの先端側は
共通の重り33に連接されている。
されている。同図に示すように、基台部材30には固定
部31a,31bが互いに間隙を介して設けられてお
り、それら固定部31aと固定部31bに挟まれる領域
内に向けて上記固定部31a,31bから各々ばね部3
2a,32bが上記基台部材30と間隙を介して伸長形
成されている。これらばね部32aと32bの先端側は
共通の重り33に連接されている。
【0003】この重り33は上記基台部材30と間隙を
介して設けられており、上記ばね部32a,32bは上
記重り33を図4に示すx方向とz方向の2方向に振動
させることが可能な形態に形成されている。
介して設けられており、上記ばね部32a,32bは上
記重り33を図4に示すx方向とz方向の2方向に振動
させることが可能な形態に形成されている。
【0004】また、この角速度センサには上記重り33
を図4に示すx方向に励振振動させるための励振駆動手
段34が設けられている。この励振駆動手段34は、上
記重り33から基台部材30と間隙を介して伸長形成さ
れた櫛歯形状の電極35と、基台部材30に固定形成さ
れた支持部36から伸長形成され上記電極35と間隙を
介して噛み合う櫛歯形状の電極37と、上記電極35と
電極37間に交流の電圧を印加するための電圧印加手段
(図示せず)とを有して構成されており、この励振駆動
手段34は上記電圧印加手段から電極35と電極37間
に交流電圧を印加してそれら電極35と電極37間の静
電力の大きさを変化させることで、電極35と電極37
間の間隔を変動させて上記重り33をx方向に励振振動
させるものである。
を図4に示すx方向に励振振動させるための励振駆動手
段34が設けられている。この励振駆動手段34は、上
記重り33から基台部材30と間隙を介して伸長形成さ
れた櫛歯形状の電極35と、基台部材30に固定形成さ
れた支持部36から伸長形成され上記電極35と間隙を
介して噛み合う櫛歯形状の電極37と、上記電極35と
電極37間に交流の電圧を印加するための電圧印加手段
(図示せず)とを有して構成されており、この励振駆動
手段34は上記電圧印加手段から電極35と電極37間
に交流電圧を印加してそれら電極35と電極37間の静
電力の大きさを変化させることで、電極35と電極37
間の間隔を変動させて上記重り33をx方向に励振振動
させるものである。
【0005】さらに、この角速度センサには上記重り3
3のz方向の振動振幅変化を検出する振動検出手段(図
示せず)が設けられている。この振動検出手段は、例え
ば、上記基台部材30に対向する重り33の裏面に形成
された電極面(図示せず)と、この重り33の裏面の電
極面に間隙を介して対向する基台部材30の表面領域に
形成された電極(図示せず)と、それら重り33の裏面
電極面と基台部材30の表面電極面間の間隔の変化を静
電容量変化として検出する変位検出手段(図示せず)と
を有して構成されている。
3のz方向の振動振幅変化を検出する振動検出手段(図
示せず)が設けられている。この振動検出手段は、例え
ば、上記基台部材30に対向する重り33の裏面に形成
された電極面(図示せず)と、この重り33の裏面の電
極面に間隙を介して対向する基台部材30の表面領域に
形成された電極(図示せず)と、それら重り33の裏面
電極面と基台部材30の表面電極面間の間隔の変化を静
電容量変化として検出する変位検出手段(図示せず)と
を有して構成されている。
【0006】上記z方向の振動により上記重り33の裏
面電極面と基台部材30の表面電極面との間隔が変化す
ると、上記重り33の裏面電極面と基台部材30の表面
電極面間の静電容量の大きさが上記重り33の裏面電極
面と基台部材30の表面電極面間の間隔の変動量に応じ
て変化するので、上記振動検出手段は上記変位検出手段
により検出される重り33の裏面電極面と基台部材30
の表面電極面間の静電容量変化量に基づき上記重り33
のz方向のコリオリの力の大きさを検出するものであ
る。
面電極面と基台部材30の表面電極面との間隔が変化す
ると、上記重り33の裏面電極面と基台部材30の表面
電極面間の静電容量の大きさが上記重り33の裏面電極
面と基台部材30の表面電極面間の間隔の変動量に応じ
て変化するので、上記振動検出手段は上記変位検出手段
により検出される重り33の裏面電極面と基台部材30
の表面電極面間の静電容量変化量に基づき上記重り33
のz方向のコリオリの力の大きさを検出するものであ
る。
【0007】この角速度センサは上記のように構成され
ており、例えば、上記励振駆動手段34により上記重り
33がx方向に励振振動している状態で、図4に示すy
方向を中心として回転すると、回転軸方向(y方向)と
励振方向(x方向)の2方向に直交する方向、つまり、
図4ではz方向にコリオリ力が発生し、重り33がコリ
オリ力方向に検出振動し、前記振動検出手段により検出
されるコリオリ力の大きさが上記回転の角速度の大きさ
として検出される。
ており、例えば、上記励振駆動手段34により上記重り
33がx方向に励振振動している状態で、図4に示すy
方向を中心として回転すると、回転軸方向(y方向)と
励振方向(x方向)の2方向に直交する方向、つまり、
図4ではz方向にコリオリ力が発生し、重り33がコリ
オリ力方向に検出振動し、前記振動検出手段により検出
されるコリオリ力の大きさが上記回転の角速度の大きさ
として検出される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、重り33
は、該重り33の質量Mと、ばね部32a,32bの励
振振動方向のばね係数Kとによって定まる励振方向の共
振周波数fでもって励振振動させたときにその励振振動
振幅の大きさを増大させることができることから、通
常、励振方向の共振周波数fでもって重り33を励振振
動させる。このように、励振方向の共振周波数fでもっ
て重り33を励振振動させている状態で、上記の如く角
速度センサが回転した場合には、重り33は上記励振方
向の共振周波数fと同じ周波数fでコリオリ力方向に振
動することになる。
は、該重り33の質量Mと、ばね部32a,32bの励
振振動方向のばね係数Kとによって定まる励振方向の共
振周波数fでもって励振振動させたときにその励振振動
振幅の大きさを増大させることができることから、通
常、励振方向の共振周波数fでもって重り33を励振振
動させる。このように、励振方向の共振周波数fでもっ
て重り33を励振振動させている状態で、上記の如く角
速度センサが回転した場合には、重り33は上記励振方
向の共振周波数fと同じ周波数fでコリオリ力方向に振
動することになる。
【0009】重り33のコリオリ力方向の共振周波数が
上記励振振動の共振周波数と一致すれば、重り33のコ
リオリ力方向における振動振幅の大きさを増大させるこ
とができてコリオリ力方向の検出振動のQ値を向上させ
ることができ、角速度検出の精度を向上させることがで
きることから、重り33の励振方向の共振周波数と、コ
リオリ力方向の共振周波数とが一致していることが望ま
れる。
上記励振振動の共振周波数と一致すれば、重り33のコ
リオリ力方向における振動振幅の大きさを増大させるこ
とができてコリオリ力方向の検出振動のQ値を向上させ
ることができ、角速度検出の精度を向上させることがで
きることから、重り33の励振方向の共振周波数と、コ
リオリ力方向の共振周波数とが一致していることが望ま
れる。
【0010】しかしながら、加工精度等の問題から、上
記励振方向の共振周波数とコリオリ力方向の共振周波数
とを一致させることは非常に困難であり、コリオリ力方
向の共振周波数と励振方向の共振周波数が異なっている
場合が殆どであり、その励振方向の共振周波数に対する
コリオリ力方向の共振周波数のずれ量は角速度センサ毎
に異なっている。図6には実線Aにより励振方向の振動
の周波数とQ値との関係例が示され、鎖線Bによりコリ
オリ力方向の振動の周波数とQ値との関係例が示されて
いる。それら実線Aや鎖線Bに示されるように、共振周
波数f,f’の近傍の周波数領域では周波数が僅かにず
れただけで振動のQ値は大きく変動してしまうことか
ら、上記の如く、励振方向の共振周波数に対するコリオ
リ力方向の共振周波数のずれ量が角速度センサ毎に異な
ってしまうと、コリオリ力方向の振動のQ値が角速度セ
ンサ毎に異なって角速度検出の感度が角速度センサ毎に
異なるという感度ばらつきが生じてしまう。
記励振方向の共振周波数とコリオリ力方向の共振周波数
とを一致させることは非常に困難であり、コリオリ力方
向の共振周波数と励振方向の共振周波数が異なっている
場合が殆どであり、その励振方向の共振周波数に対する
コリオリ力方向の共振周波数のずれ量は角速度センサ毎
に異なっている。図6には実線Aにより励振方向の振動
の周波数とQ値との関係例が示され、鎖線Bによりコリ
オリ力方向の振動の周波数とQ値との関係例が示されて
いる。それら実線Aや鎖線Bに示されるように、共振周
波数f,f’の近傍の周波数領域では周波数が僅かにず
れただけで振動のQ値は大きく変動してしまうことか
ら、上記の如く、励振方向の共振周波数に対するコリオ
リ力方向の共振周波数のずれ量が角速度センサ毎に異な
ってしまうと、コリオリ力方向の振動のQ値が角速度セ
ンサ毎に異なって角速度検出の感度が角速度センサ毎に
異なるという感度ばらつきが生じてしまう。
【0011】すなわち、前述したように、重り33を励
振方向の共振周波数fでもって励振振動させたときには
重り33は励振方向の共振周波数fでもってコリオリ力
方向に検出振動することから、重り33のコリオリ力方
向の振動が図6の鎖線Bに示す周波数特性を持つ場合に
は重り33はコリオリ力方向にQ値Qaでもって振動す
ることになるが、重り33のコリオリ力方向の振動が図
6の鎖線Cに示す周波数特性を持つ場合には重り33は
コリオリ力方向にQ値Qa’でもって振動することにな
るという如く、励振方向の共振周波数に対するコリオリ
力方向の共振周波数のずれ量が僅かに異なっただけで、
コリオリ力方向の振動のQ値が大きく変動してしまい、
このことに起因して角速度検出の感度が角速度センサ毎
に大きく異なるという感度ばらつきの問題が生じてしま
う。
振方向の共振周波数fでもって励振振動させたときには
重り33は励振方向の共振周波数fでもってコリオリ力
方向に検出振動することから、重り33のコリオリ力方
向の振動が図6の鎖線Bに示す周波数特性を持つ場合に
は重り33はコリオリ力方向にQ値Qaでもって振動す
ることになるが、重り33のコリオリ力方向の振動が図
6の鎖線Cに示す周波数特性を持つ場合には重り33は
コリオリ力方向にQ値Qa’でもって振動することにな
るという如く、励振方向の共振周波数に対するコリオリ
力方向の共振周波数のずれ量が僅かに異なっただけで、
コリオリ力方向の振動のQ値が大きく変動してしまい、
このことに起因して角速度検出の感度が角速度センサ毎
に大きく異なるという感度ばらつきの問題が生じてしま
う。
【0012】また、温度変化等によって上記励振方向と
コリオリ力方向の各共振周波数はそれぞれ変化してしま
うので、励振方向の共振周波数とコリオリ力方向の共振
周波数のずれ量が変化し、温度変化により角速度センサ
の感度が変化してしまうという問題が生じる。
コリオリ力方向の各共振周波数はそれぞれ変化してしま
うので、励振方向の共振周波数とコリオリ力方向の共振
周波数のずれ量が変化し、温度変化により角速度センサ
の感度が変化してしまうという問題が生じる。
【0013】さらに、図5に示すように、実線Aに示す
励振方向の共振周波数fから鎖線Bに示すコリオリ力方
向の共振周波数f’が大きくずれてしまった場合には、
コリオリ力方向の振動のQ値は図5に示すQ値Qbとい
う非常に低いQ値となってしまい、角速度検出の精度が
大幅に悪化してしまうという問題が生じる。
励振方向の共振周波数fから鎖線Bに示すコリオリ力方
向の共振周波数f’が大きくずれてしまった場合には、
コリオリ力方向の振動のQ値は図5に示すQ値Qbとい
う非常に低いQ値となってしまい、角速度検出の精度が
大幅に悪化してしまうという問題が生じる。
【0014】この発明は上記課題を解決するために成さ
れたものであり、その目的は、各角速度センサ間の感度
ばらつき、および、温度変化等に起因した角速度センサ
の感度変化の問題を解消することができ、しかも、角速
度検出の精度が高い角速度センサを提供することにあ
る。
れたものであり、その目的は、各角速度センサ間の感度
ばらつき、および、温度変化等に起因した角速度センサ
の感度変化の問題を解消することができ、しかも、角速
度検出の精度が高い角速度センサを提供することにあ
る。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は次のような構成をもって上記課題を解決
する手段としている。すなわち、第1の発明は、基台部
材に設けられた固定部から伸長形成された第1のばね部
と、該第1のばね部に連接された振動可能な第1の重り
と、この第1の重りから伸長形成された第2のばね部
と、この第2のばね部に連接された第2の重りとによっ
て連成振動体が構成されており、この連成振動体は励振
方向と該励振方向と異なるコリオリ力方向の2方向に振
動可能に形成され、それら励振方向とコリオリ力方向の
うちの少なくともどちらか一方の方向には、上記第1の
ばね部と第1および第2の重りによって定まる第1の共
振周波数と、第2のばね部と第2の重りによって定まる
第2の共振周波数との2つの共振周波数を持つ連成振動
を行う構成と成し、上記連成振動体のコリオリ力方向の
振動変化を検出して角速度を検出する角速度検出手段が
形成されている構成をもって前記課題を解決する手段と
している。
に、この発明は次のような構成をもって上記課題を解決
する手段としている。すなわち、第1の発明は、基台部
材に設けられた固定部から伸長形成された第1のばね部
と、該第1のばね部に連接された振動可能な第1の重り
と、この第1の重りから伸長形成された第2のばね部
と、この第2のばね部に連接された第2の重りとによっ
て連成振動体が構成されており、この連成振動体は励振
方向と該励振方向と異なるコリオリ力方向の2方向に振
動可能に形成され、それら励振方向とコリオリ力方向の
うちの少なくともどちらか一方の方向には、上記第1の
ばね部と第1および第2の重りによって定まる第1の共
振周波数と、第2のばね部と第2の重りによって定まる
第2の共振周波数との2つの共振周波数を持つ連成振動
を行う構成と成し、上記連成振動体のコリオリ力方向の
振動変化を検出して角速度を検出する角速度検出手段が
形成されている構成をもって前記課題を解決する手段と
している。
【0016】第2の発明は、上記第1の発明を構成する
第2のばね部は第1の重りに対して第2の重りをコリオ
リ力方向に振動させることが可能な形態に形成され、連
成振動体はコリオリ力方向に連成振動する構成と成し、
連成振動体の励振方向における共振周波数がコリオリ力
方向の連成振動における第1の共振周波数と第2の共振
周波数との間の周波数となるように連成振動体が形成さ
れており、角速度検出手段は上記第2の重りのコリオリ
力方向の振動変化を検出して角速度を検出する構成と成
している構成をもって前記課題を解決する手段としてい
る。
第2のばね部は第1の重りに対して第2の重りをコリオ
リ力方向に振動させることが可能な形態に形成され、連
成振動体はコリオリ力方向に連成振動する構成と成し、
連成振動体の励振方向における共振周波数がコリオリ力
方向の連成振動における第1の共振周波数と第2の共振
周波数との間の周波数となるように連成振動体が形成さ
れており、角速度検出手段は上記第2の重りのコリオリ
力方向の振動変化を検出して角速度を検出する構成と成
している構成をもって前記課題を解決する手段としてい
る。
【0017】上記構成の発明において、連成振動の第1
の共振周波数と第2の共振周波数の間の周波数領域で
は、周波数の変化に対する連成振動のQ値の変化は非常
に小さいことから、例えば、コリオリ力方向に連成振動
するように連成振動体を構成し、連成振動体の励振方向
における共振周波数がコリオリ力方向の連成振動におけ
る第1の共振周波数と第2の共振周波数との間の周波数
となるように連成振動体を形成した場合には、励振方向
の共振周波数に対する連成振動の第1と第2の各共振周
波数のずれ量が角速度センサ毎に異なっても、各角速度
センサにおけるコリオリ力方向の振動のQ値は殆ど変化
せず、角速度センサ間の感度ばらつきの問題は解消され
る。
の共振周波数と第2の共振周波数の間の周波数領域で
は、周波数の変化に対する連成振動のQ値の変化は非常
に小さいことから、例えば、コリオリ力方向に連成振動
するように連成振動体を構成し、連成振動体の励振方向
における共振周波数がコリオリ力方向の連成振動におけ
る第1の共振周波数と第2の共振周波数との間の周波数
となるように連成振動体を形成した場合には、励振方向
の共振周波数に対する連成振動の第1と第2の各共振周
波数のずれ量が角速度センサ毎に異なっても、各角速度
センサにおけるコリオリ力方向の振動のQ値は殆ど変化
せず、角速度センサ間の感度ばらつきの問題は解消され
る。
【0018】また、温度変化等により励振方向の共振周
波数に対する連成振動の第1と第2の各共振周波数のず
れ量が変化しても、上記の如く、コリオリ力方向の振動
のQ値は殆ど変化しないことから、温度変化に起因して
角速度センサの感度は殆ど変化せず、前記角速度センサ
の感度変化の問題は解決される。
波数に対する連成振動の第1と第2の各共振周波数のず
れ量が変化しても、上記の如く、コリオリ力方向の振動
のQ値は殆ど変化しないことから、温度変化に起因して
角速度センサの感度は殆ど変化せず、前記角速度センサ
の感度変化の問題は解決される。
【0019】さらに、上記連成振動の第1と第2の各共
振周波数間の周波数領域では、周波数に対する連成振動
のQ値は、角速度検出の感度を高めることが可能な高い
Q値となることから、角速度検出の感度を高めることが
でき、精度の良い角速度センサを提供することが可能で
ある。
振周波数間の周波数領域では、周波数に対する連成振動
のQ値は、角速度検出の感度を高めることが可能な高い
Q値となることから、角速度検出の感度を高めることが
でき、精度の良い角速度センサを提供することが可能で
ある。
【0020】
【発明の実施の形態】以下に、この発明に係る実施形態
例を図面に基づき説明する。
例を図面に基づき説明する。
【0021】図1には本実施形態例の角速度センサが示
されている。同図に示すように、基台部材(例えば、シ
リコン基板等の半導体基板)1に固定部2a,2b,2
c,2dが互いに間隙を介して形成されており、それら
各固定部2a,2b,2c,2dから各々第1のばね部
3a,3b,3c,3dが上記基台部材1と間隙を介し
て伸長形成され、それら各第1のばね部3a,3b,3
c,3dの先端部分は鉤爪状に曲折形成されている。
されている。同図に示すように、基台部材(例えば、シ
リコン基板等の半導体基板)1に固定部2a,2b,2
c,2dが互いに間隙を介して形成されており、それら
各固定部2a,2b,2c,2dから各々第1のばね部
3a,3b,3c,3dが上記基台部材1と間隙を介し
て伸長形成され、それら各第1のばね部3a,3b,3
c,3dの先端部分は鉤爪状に曲折形成されている。
【0022】上記第1のばね部3aと第1のばね部3b
の各伸長先端側は共通の第1の重り4aに連接され、ま
た、上記第1のばね部3cと第1のばね部3dの伸長先
端側は共通の第1の重り4bに連接されている。上記第
1の重り4a,4bは基台部材1と間隙を介して形成さ
れており、振動可能な形態と成しており、上記の如く、
各第1のばね部3が鉤爪状に折曲形成されていることに
より、図1においては、各第1の重り4はx方向とy方
向の2方向に振動可能となっている。
の各伸長先端側は共通の第1の重り4aに連接され、ま
た、上記第1のばね部3cと第1のばね部3dの伸長先
端側は共通の第1の重り4bに連接されている。上記第
1の重り4a,4bは基台部材1と間隙を介して形成さ
れており、振動可能な形態と成しており、上記の如く、
各第1のばね部3が鉤爪状に折曲形成されていることに
より、図1においては、各第1の重り4はx方向とy方
向の2方向に振動可能となっている。
【0023】上記各第1の重り4にはそれぞれ櫛歯形状
の電極5が上記基台部材1と間隙を介して形成されてい
る。また、基台部材1には支持部6a,6bが形成さ
れ、これら支持部6a,6bにはそれぞれ上記櫛歯形状
の電極5と互いに間隙を介して噛み合う櫛歯形状の電極
7が連接されている。さらに、図示されていないが上記
電極5と電極7間に交流電圧を印加する電圧印加手段が
設けられており、上記電極5,7と電圧印加手段とによ
り励振駆動手段が構成されている。この励振駆動手段は
左右それぞれの電極5と電極7間に交互に交流電圧を印
加して、電極5と電極7間の静電力の大きさを変化させ
ることで、前述したと同様に電極5と電極7間の間隔を
変化させ、上記第1の重り4を、図1においては、x方
向に励振振動させる構成を成している。
の電極5が上記基台部材1と間隙を介して形成されてい
る。また、基台部材1には支持部6a,6bが形成さ
れ、これら支持部6a,6bにはそれぞれ上記櫛歯形状
の電極5と互いに間隙を介して噛み合う櫛歯形状の電極
7が連接されている。さらに、図示されていないが上記
電極5と電極7間に交流電圧を印加する電圧印加手段が
設けられており、上記電極5,7と電圧印加手段とによ
り励振駆動手段が構成されている。この励振駆動手段は
左右それぞれの電極5と電極7間に交互に交流電圧を印
加して、電極5と電極7間の静電力の大きさを変化させ
ることで、前述したと同様に電極5と電極7間の間隔を
変化させ、上記第1の重り4を、図1においては、x方
向に励振振動させる構成を成している。
【0024】さらに、上記各第1の重り4a,4bから
各々第2のばね部8a,8bが上記基台部材1と間隙を
介して伸長形成されており、これら第2のばね部8a,
8bの先端側は共通の第2の重り10に連接されてい
る。この第2の重り10は基台部材1と間隙を介して形
成され振動可能な構成と成し、上記第2のばね部8a,
8bは上記第1の重り4に対して第2の重り10を図1
に示すy方向に振動させることが可能な形態に構成され
ている。
各々第2のばね部8a,8bが上記基台部材1と間隙を
介して伸長形成されており、これら第2のばね部8a,
8bの先端側は共通の第2の重り10に連接されてい
る。この第2の重り10は基台部材1と間隙を介して形
成され振動可能な構成と成し、上記第2のばね部8a,
8bは上記第1の重り4に対して第2の重り10を図1
に示すy方向に振動させることが可能な形態に構成され
ている。
【0025】上記第2の重り10の図1に示す上下には
該第2の重り10と共に振動することができる電極部1
1が形成されている。また、基台部材1には支持部12
a,12bが固定形成されており、これら支持部12
a,12bには上記電極部11の電極面と間隙を介して
対向する電極面を有する電極部13が連接されている。
上記電極部11と電極部13は互いに間隙を介して対向
する電極面面積の増加が容易な構成と成している。
該第2の重り10と共に振動することができる電極部1
1が形成されている。また、基台部材1には支持部12
a,12bが固定形成されており、これら支持部12
a,12bには上記電極部11の電極面と間隙を介して
対向する電極面を有する電極部13が連接されている。
上記電極部11と電極部13は互いに間隙を介して対向
する電極面面積の増加が容易な構成と成している。
【0026】また、上記電極部11と電極部13の各電
極面間の間隔変動を静電容量の変化として検出する変位
検出手段(図示せず)が設けられている。上記電極部1
1,13と変位検出手段とにより振動検出手段が構成さ
れている。図1に示すy方向に第2の重り10が振動し
たときにその振動振幅の大きさに応じて電極部11と電
極部13の各電極面間の静電容量が変動することから、
上記振動検出手段は、上記変位検出手段により検出され
る電極部11と電極部13の各電極面間の静電容量の変
化を上記y方向のコリオリ力として検出する構成と成し
ている。
極面間の間隔変動を静電容量の変化として検出する変位
検出手段(図示せず)が設けられている。上記電極部1
1,13と変位検出手段とにより振動検出手段が構成さ
れている。図1に示すy方向に第2の重り10が振動し
たときにその振動振幅の大きさに応じて電極部11と電
極部13の各電極面間の静電容量が変動することから、
上記振動検出手段は、上記変位検出手段により検出され
る電極部11と電極部13の各電極面間の静電容量の変
化を上記y方向のコリオリ力として検出する構成と成し
ている。
【0027】この実施形態例では、前記励振駆動手段の
左右電極5と電極7間の静電力を利用して第1の重り4
と第2の重り10を一体的にx方向に励振振動させ、こ
のように、励振振動している状態で図1に示すz方向を
中心として回転すると、前述したように励振方向と回転
軸方向に直交する方向(つまり、図1ではy方向)にコ
リオリ力が発生し、第1の重り4と第2の重り10は上
記コリオリ力方向に検出振動し、前記振動検出手段の変
位検出手段により検出される電極部11と電極部13間
の静電容量の変化に基づき角速度の大きさが検出される
構成となっている。
左右電極5と電極7間の静電力を利用して第1の重り4
と第2の重り10を一体的にx方向に励振振動させ、こ
のように、励振振動している状態で図1に示すz方向を
中心として回転すると、前述したように励振方向と回転
軸方向に直交する方向(つまり、図1ではy方向)にコ
リオリ力が発生し、第1の重り4と第2の重り10は上
記コリオリ力方向に検出振動し、前記振動検出手段の変
位検出手段により検出される電極部11と電極部13間
の静電容量の変化に基づき角速度の大きさが検出される
構成となっている。
【0028】上記第1のばね部3と第1の重り4と第2
のばね部8と第2の重り10により連成振動体が構成さ
れており、この連成振動体は図1に示すy方向、つま
り、コリオリ力方向に連成振動する構成と成している。
のばね部8と第2の重り10により連成振動体が構成さ
れており、この連成振動体は図1に示すy方向、つま
り、コリオリ力方向に連成振動する構成と成している。
【0029】上記連成振動とは、図2の鎖線L1に示す
周波数とQ値との関係例に表されるように、第1の共振
周波数f1と第2の共振周波数f2との異なる2つの共
振周波数を持つという特有な性質を備えた振動であり、
上記第1の共振周波数f1と第2の共振周波数f2間の
周波数領域では、周波数の変動に対する振動のQ値の変
動を小さく抑えることが可能であり、また、その第1の
共振周波数f1と第2の共振周波数f2間の周波数領域
では、振動のQ値を角速度検出の感度を向上させること
ができる高いQ値にすることが可能である。
周波数とQ値との関係例に表されるように、第1の共振
周波数f1と第2の共振周波数f2との異なる2つの共
振周波数を持つという特有な性質を備えた振動であり、
上記第1の共振周波数f1と第2の共振周波数f2間の
周波数領域では、周波数の変動に対する振動のQ値の変
動を小さく抑えることが可能であり、また、その第1の
共振周波数f1と第2の共振周波数f2間の周波数領域
では、振動のQ値を角速度検出の感度を向上させること
ができる高いQ値にすることが可能である。
【0030】図3には上記連成振動体の連成振動形態が
模式的に示されており、上記第1のばね部3のコリオリ
力方向の振動におけるばね係数をK1とし、第1の重り
4の質量をM1とし、第2のばね部8のコリオリ力方向
の振動におけるばね係数をK2とし、第2の重り10の
質量をM2とした場合には、上記連成振動体の連成振動
における第1と第2の各共振周波数f1,f2は下式の
ように定まる。
模式的に示されており、上記第1のばね部3のコリオリ
力方向の振動におけるばね係数をK1とし、第1の重り
4の質量をM1とし、第2のばね部8のコリオリ力方向
の振動におけるばね係数をK2とし、第2の重り10の
質量をM2とした場合には、上記連成振動体の連成振動
における第1と第2の各共振周波数f1,f2は下式の
ように定まる。
【0031】 (1/2π)×√(K1/(M1+M2))=f1・・・・(1)
【0032】 (1/2π)×√(K2/M2)=f2・・・・(2)
【0033】上記式(1)と(2)に示されるように、
上記第1の共振周波数f1は第1のばね部3のばね係数
K1と第1の重り4の質量M1および第2の重り10の
質量M2によって定まり、第2の共振周波数f2は第2
のばね部8のばね係数K2と第2の重り10の質量M2
により定まることから、この実施形態例では、上記第1
の共振周波数f1と第2の共振周波数f2間の周波数領
域で、周波数の変動に対する振動のQ値の変動を小さく
抑えることが可能で、かつ、振動のQ値を角速度検出の
感度を向上させることができる高いQ値にすることが可
能である第1と第2の各共振周波数を定め、それら設定
の第1と第2の共振周波数を持つ連成振動を上記連成振
動体が行うことができるように上記第1のばね部3のば
ね係数K1と第1の重り4の質量M1と第2のばね部8
のばね係数K2と第2の重り10の質量M2を設定す
る。
上記第1の共振周波数f1は第1のばね部3のばね係数
K1と第1の重り4の質量M1および第2の重り10の
質量M2によって定まり、第2の共振周波数f2は第2
のばね部8のばね係数K2と第2の重り10の質量M2
により定まることから、この実施形態例では、上記第1
の共振周波数f1と第2の共振周波数f2間の周波数領
域で、周波数の変動に対する振動のQ値の変動を小さく
抑えることが可能で、かつ、振動のQ値を角速度検出の
感度を向上させることができる高いQ値にすることが可
能である第1と第2の各共振周波数を定め、それら設定
の第1と第2の共振周波数を持つ連成振動を上記連成振
動体が行うことができるように上記第1のばね部3のば
ね係数K1と第1の重り4の質量M1と第2のばね部8
のばね係数K2と第2の重り10の質量M2を設定す
る。
【0034】なお、図3に示すCは空気のダンピング等
の振動の減衰成分を模式的に示したものである。
の振動の減衰成分を模式的に示したものである。
【0035】また、この実施形態例では、図2の実線L
2に示すように、上記連成振動体の励振方向の振動にお
ける共振周波数Fが、上記連成振動の第1の共振周波数
f1と第2の共振周波数f2の間の周波数となるように
構成され、連成振動体は上記共振周波数Fでもって励振
振動するように制御される。
2に示すように、上記連成振動体の励振方向の振動にお
ける共振周波数Fが、上記連成振動の第1の共振周波数
f1と第2の共振周波数f2の間の周波数となるように
構成され、連成振動体は上記共振周波数Fでもって励振
振動するように制御される。
【0036】この実施形態例によれば、連成振動体を形
成し、この連成振動体はコリオリ力方向に連成振動する
構成と成し、連成振動体の励振方向の振動における共振
周波数Fがコリオリ力方向の振動における2つの共振周
波数f1,f2の間の周波数となるように連成振動体が
形成されており、上記連成振動の2つの共振周波数の間
の周波数領域では周波数の変動に対する振動のQ値の変
動を小さく抑えることができることから、励振方向の共
振周波数Fと連成振動のコリオリ力方向の第1と第2の
各共振周波数とのずれ量が角速度センサ毎に異なって
も、コリオリ力方向の検出振動のQ値をほぼ同様にする
ことができ、このことによって、各角速度センサ間の感
度をほぼ揃えることができ、各角速度センサ間の感度ば
らつきの問題を回避することができる。
成し、この連成振動体はコリオリ力方向に連成振動する
構成と成し、連成振動体の励振方向の振動における共振
周波数Fがコリオリ力方向の振動における2つの共振周
波数f1,f2の間の周波数となるように連成振動体が
形成されており、上記連成振動の2つの共振周波数の間
の周波数領域では周波数の変動に対する振動のQ値の変
動を小さく抑えることができることから、励振方向の共
振周波数Fと連成振動のコリオリ力方向の第1と第2の
各共振周波数とのずれ量が角速度センサ毎に異なって
も、コリオリ力方向の検出振動のQ値をほぼ同様にする
ことができ、このことによって、各角速度センサ間の感
度をほぼ揃えることができ、各角速度センサ間の感度ば
らつきの問題を回避することができる。
【0037】さらに、上記の如く、上記連成振動の2つ
の共振周波数の間の周波数領域では周波数の変動に対す
る振動のQ値の変動を小さく抑えることができることか
ら、温度変化等により励振方向の共振周波数Fと連成振
動のコリオリ力方向の第1と第2の各共振周波数とのず
れ量が変化しても、コリオリ力方向の検出振動のQ値は
殆ど変化せず、温度変化に起因した角速度センサの感度
変化の問題を回避することができる。
の共振周波数の間の周波数領域では周波数の変動に対す
る振動のQ値の変動を小さく抑えることができることか
ら、温度変化等により励振方向の共振周波数Fと連成振
動のコリオリ力方向の第1と第2の各共振周波数とのず
れ量が変化しても、コリオリ力方向の検出振動のQ値は
殆ど変化せず、温度変化に起因した角速度センサの感度
変化の問題を回避することができる。
【0038】その上、連成振動の2つの共振周波数の間
の周波数領域における振動のQ値は角速度検出の感度を
高感度にするのに十分な高いQ値にすることができるこ
とから、連成振動体は回転によるコリオリ力によって高
いQ値でもってコリオリ力方向に検出振動することがで
き、角速度検出の感度の向上を図ることができる。
の周波数領域における振動のQ値は角速度検出の感度を
高感度にするのに十分な高いQ値にすることができるこ
とから、連成振動体は回転によるコリオリ力によって高
いQ値でもってコリオリ力方向に検出振動することがで
き、角速度検出の感度の向上を図ることができる。
【0039】また、上記の如く、励振方向の共振周波数
Fがコリオリ力方向の連成振動における2つの共振周波
数f1,f2の間の周波数となるように連成振動体を形
成すればよいので、従来例のように、励振方向の共振周
波数とコリオリ力方向の共振周波数を一致させるように
形成する場合に比べて、上記の如く、角速度センサの製
造を格段に容易にすることができる。
Fがコリオリ力方向の連成振動における2つの共振周波
数f1,f2の間の周波数となるように連成振動体を形
成すればよいので、従来例のように、励振方向の共振周
波数とコリオリ力方向の共振周波数を一致させるように
形成する場合に比べて、上記の如く、角速度センサの製
造を格段に容易にすることができる。
【0040】なお、この発明は上記実施形態例に限定さ
れるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例え
ば、上記実施形態例では、連成振動体はコリオリ力方向
に連成振動する構成と成していたが、励振方向に連成振
動するように構成してもよい。この場合には、コリオリ
力方向の振動における共振周波数が励振方向の連成振動
における2つの共振周波数間の周波数となるように連成
振動体が形成される。
れるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例え
ば、上記実施形態例では、連成振動体はコリオリ力方向
に連成振動する構成と成していたが、励振方向に連成振
動するように構成してもよい。この場合には、コリオリ
力方向の振動における共振周波数が励振方向の連成振動
における2つの共振周波数間の周波数となるように連成
振動体が形成される。
【0041】上記のように、励振方向に連成振動するよ
うに連成振動体を形成した場合にも、上記実施形態例と
同様に、各角速度センサ間の感度ばらつきの問題や温度
変化等に起因した角速度センサの感度変動の問題をほぼ
防止することができる。
うに連成振動体を形成した場合にも、上記実施形態例と
同様に、各角速度センサ間の感度ばらつきの問題や温度
変化等に起因した角速度センサの感度変動の問題をほぼ
防止することができる。
【0042】また、上記実施形態例では、連成振動体は
コリオリ力方向と励振方向のうちの一方の方向にのみ連
成振動する構成であったが、コリオリ力方向と励振方向
の両方向に連成振動するように構成してもよい。この場
合にも、上記実施形態例と同様な効果を得ることができ
る。
コリオリ力方向と励振方向のうちの一方の方向にのみ連
成振動する構成であったが、コリオリ力方向と励振方向
の両方向に連成振動するように構成してもよい。この場
合にも、上記実施形態例と同様な効果を得ることができ
る。
【0043】さらに、上記実施形態例では、第2の重り
10を挟み込む形態で、第1の重り4a,4bが形成さ
れており、図1においては、第2の重り10を中心とし
た左右対称の形態であったが、例えば、右側の固定部2
c,2dと第1のばね部3c,3dと第1の重り4bと
第2のばね部8b等が省略された形態でもよい。この場
合には、角速度センサの小型化を図ることができる。
10を挟み込む形態で、第1の重り4a,4bが形成さ
れており、図1においては、第2の重り10を中心とし
た左右対称の形態であったが、例えば、右側の固定部2
c,2dと第1のばね部3c,3dと第1の重り4bと
第2のばね部8b等が省略された形態でもよい。この場
合には、角速度センサの小型化を図ることができる。
【0044】
【発明の効果】この発明によれば、コリオリ力方向と励
振方向のうちの少なくともどちらか一方の方向に連成振
動する連成振動体が設けられ、該連成振動体のコリオリ
力方向の振動変化を検出して角速度を検出する構成と
し、連成振動における第1の共振周波数と第2の共振周
波数の間の周波数領域では、周波数の変動に対する連成
振動のQ値の変動を小さく抑えることができ、また、角
速度検出の感度を向上させることが可能な高いQ値の振
動を行うことができることから、コリオリ力方向と励振
方向のうちの一方の連成振動における第1の共振周波数
と第2の共振周波数の間の周波数に他方向の振動の共振
周波数があるように連成振動体を形成することで、励振
方向の共振周波数とコリオリ力方向の共振周波数とのず
れ量が角速度センサ毎に変化しても、コリオリ力方向の
振動のQ値をほぼ等しくすることができ、このことか
ら、各角速度センサ間の感度ばらつきの問題をほぼ回避
することができる。
振方向のうちの少なくともどちらか一方の方向に連成振
動する連成振動体が設けられ、該連成振動体のコリオリ
力方向の振動変化を検出して角速度を検出する構成と
し、連成振動における第1の共振周波数と第2の共振周
波数の間の周波数領域では、周波数の変動に対する連成
振動のQ値の変動を小さく抑えることができ、また、角
速度検出の感度を向上させることが可能な高いQ値の振
動を行うことができることから、コリオリ力方向と励振
方向のうちの一方の連成振動における第1の共振周波数
と第2の共振周波数の間の周波数に他方向の振動の共振
周波数があるように連成振動体を形成することで、励振
方向の共振周波数とコリオリ力方向の共振周波数とのず
れ量が角速度センサ毎に変化しても、コリオリ力方向の
振動のQ値をほぼ等しくすることができ、このことか
ら、各角速度センサ間の感度ばらつきの問題をほぼ回避
することができる。
【0045】また、温度変化等により励振方向の共振周
波数とコリオリ力方向の共振周波数とのずれ量が変化し
ても、コリオリ力方向の振動のQ値は殆ど変化せず、こ
のことから、温度変化等に起因した角速度センサの感度
変動の問題を防止することができ、角速度センサの感度
の信頼性を向上させることが可能である。
波数とコリオリ力方向の共振周波数とのずれ量が変化し
ても、コリオリ力方向の振動のQ値は殆ど変化せず、こ
のことから、温度変化等に起因した角速度センサの感度
変動の問題を防止することができ、角速度センサの感度
の信頼性を向上させることが可能である。
【0046】その上、上記の如く、連成振動における第
1の共振周波数と第2の共振周波数の間の周波数領域で
は、角速度検出の感度を向上させることが可能な高いQ
値の振動を行うことができることから、角速度センサの
感度の向上を図ることができる。
1の共振周波数と第2の共振周波数の間の周波数領域で
は、角速度検出の感度を向上させることが可能な高いQ
値の振動を行うことができることから、角速度センサの
感度の向上を図ることができる。
【0047】連成振動体がコリオリ力方向に連成振動す
る構成と成しているものにあっては、連成振動体のコリ
オリ力方向の検出振動におけるQ値を向上させることが
容易であり、角速度検出の感度をより一層向上させるこ
とが可能である。
る構成と成しているものにあっては、連成振動体のコリ
オリ力方向の検出振動におけるQ値を向上させることが
容易であり、角速度検出の感度をより一層向上させるこ
とが可能である。
【図1】本発明に係る実施形態例を示す説明図である。
【図2】実施形態例において特徴的なコリオリ力方向の
連成振動の周波数特性と励振方向の振動の周波数特性と
を示すグラフである。
連成振動の周波数特性と励振方向の振動の周波数特性と
を示すグラフである。
【図3】連成振動体を模式的に示すモデル図である。
【図4】従来の角速度センサの一例を示す説明図であ
る。
る。
【図5】従来の課題を示す説明図である。
【図6】さらに、従来の課題を示す説明図である。
1 基台部材 2 固定部 3 第1のばね部 4 第1の重り 8 第2のばね部 10 第2の重り
Claims (2)
- 【請求項1】 基台部材に設けられた固定部から伸長形
成された第1のばね部と、該第1のばね部に連接された
振動可能な第1の重りと、この第1の重りから伸長形成
された第2のばね部と、この第2のばね部に連接された
第2の重りとによって連成振動体が構成されており、こ
の連成振動体は励振方向と該励振方向と異なるコリオリ
力方向の2方向に振動可能に形成され、それら励振方向
とコリオリ力方向のうちの少なくともどちらか一方の方
向には、上記第1のばね部と第1および第2の重りによ
って定まる第1の共振周波数と、第2のばね部と第2の
重りによって定まる第2の共振周波数との2つの共振周
波数を持つ連成振動を行う構成と成し、上記連成振動体
のコリオリ力方向の振動変化を検出して角速度を検出す
る角速度検出手段が形成されている構成としたことを特
徴とする角速度センサ。 - 【請求項2】 第2のばね部は第1の重りに対して第2
の重りをコリオリ力方向に振動させることが可能な形態
に形成され、連成振動体はコリオリ力方向に連成振動す
る構成と成し、連成振動体の励振方向における共振周波
数がコリオリ力方向の連成振動における第1の共振周波
数と第2の共振周波数との間の周波数となるように連成
振動体が形成されており、角速度検出手段は上記第2の
重りのコリオリ力方向の振動変化を検出して角速度を検
出する構成と成していることを特徴とする請求項1記載
の角速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10159978A JPH11337344A (ja) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | 角速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10159978A JPH11337344A (ja) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | 角速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11337344A true JPH11337344A (ja) | 1999-12-10 |
Family
ID=15705337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10159978A Pending JPH11337344A (ja) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | 角速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11337344A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005249784A (ja) * | 2004-02-27 | 2005-09-15 | Univ California | モード減結合構造を有する微細機械加工された非共振ジャイロスコープ |
| JP2007232710A (ja) * | 2006-01-31 | 2007-09-13 | Nec Tokin Corp | 振動ジャイロ用振動子 |
| JP2007333642A (ja) * | 2006-06-16 | 2007-12-27 | Sony Corp | 慣性センサおよび慣性センサの製造方法 |
-
1998
- 1998-05-25 JP JP10159978A patent/JPH11337344A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005249784A (ja) * | 2004-02-27 | 2005-09-15 | Univ California | モード減結合構造を有する微細機械加工された非共振ジャイロスコープ |
| JP2007232710A (ja) * | 2006-01-31 | 2007-09-13 | Nec Tokin Corp | 振動ジャイロ用振動子 |
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