JPS61114123A - 振動ジヤイロ - Google Patents
振動ジヤイロInfo
- Publication number
- JPS61114123A JPS61114123A JP59234929A JP23492984A JPS61114123A JP S61114123 A JPS61114123 A JP S61114123A JP 59234929 A JP59234929 A JP 59234929A JP 23492984 A JP23492984 A JP 23492984A JP S61114123 A JPS61114123 A JP S61114123A
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- Japan
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- vibrating
- substrate
- oscillatory
- rod
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、振動ジャイロに関する。
従来の振動型ジャイロとしては、文献ｒｖ、ｏ。
Ｇａｔａｓ；Ｖｉｂｒａｔｊｎｇ Ａｎｇｕｌａｒ Ｒ
ａｔａ ５ｅｎｓｏｒ ｍａｙＴｈｒｅａｔｅｎ ｔｈ
ｅ Ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、（
１１９６８−６−１０）、Ｐ、１３０〜１３４」に示さ
れるように、金属製角棒に電歪膜等を接着しＯリング等
により角棒を支持する構造のものがある。この種のジャ
イロの感度は、角棒の形状や支持方法により左右され、
高性能なジャイロはその加工組立上の困難度から高価と
いう問題点がある。またジャイロの小型化も加工組立の
制約から容易でないという問題点がある６〔発明の目的
〕 本発明の目的は、振動ジャイロの前述したような問題点
を解決し、安価で小型かつ高性能な振動ジャイロを提供
することにある。
ａｔａ ５ｅｎｓｏｒ ｍａｙＴｈｒｅａｔｅｎ ｔｈ
ｅ Ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、（
１１９６８−６−１０）、Ｐ、１３０〜１３４」に示さ
れるように、金属製角棒に電歪膜等を接着しＯリング等
により角棒を支持する構造のものがある。この種のジャ
イロの感度は、角棒の形状や支持方法により左右され、
高性能なジャイロはその加工組立上の困難度から高価と
いう問題点がある。またジャイロの小型化も加工組立の
制約から容易でないという問題点がある６〔発明の目的
〕 本発明の目的は、振動ジャイロの前述したような問題点
を解決し、安価で小型かつ高性能な振動ジャイロを提供
することにある。
上記目的を達成するために、本発明では、棒状部材とそ
れを支持する柔軟に構造の支持部を一つの基板上に形成
し、棒状部材を励振させる加振器を具備し、また棒状部
材に加えられた角速度に応じて生じる棒状部材の変位量
を測定する変位検出器を具備し、さらに棒状部材の変位
を所定量に制御するための制振器を具備する如く構成し
たものである。
れを支持する柔軟に構造の支持部を一つの基板上に形成
し、棒状部材を励振させる加振器を具備し、また棒状部
材に加えられた角速度に応じて生じる棒状部材の変位量
を測定する変位検出器を具備し、さらに棒状部材の変位
を所定量に制御するための制振器を具備する如く構成し
たものである。
第１図に振動型ジャイロの原理図を示した。輻ｂ、高さ
ｈの矩形断面の棒状部材２は間隔Ｑで支持部１により支
持されている。２方向に速度Ｖの横振動モードで棒状部
材を励振させた状態で、Ｘ軸まわりに角速度ωの入力が
生じるとｙ方向にコリオリの力Ｆ０が作用して棒状部材
はｙ方向に変位する。２方向の励振による２方向のたわ
み量をδよとし、角速度ωにより生じるｙ方向のたわみ
なる関係が成立する。ここでＥは棒状部材２の縦弾性係
数、ρは相変、Ｃは支持部１の支持方法に依存する係数
、Ｑは励振によるたわみ量と励振させない場合の静たわ
み量との比に依存する係数である。
ｈの矩形断面の棒状部材２は間隔Ｑで支持部１により支
持されている。２方向に速度Ｖの横振動モードで棒状部
材を励振させた状態で、Ｘ軸まわりに角速度ωの入力が
生じるとｙ方向にコリオリの力Ｆ０が作用して棒状部材
はｙ方向に変位する。２方向の励振による２方向のたわ
み量をδよとし、角速度ωにより生じるｙ方向のたわみ
なる関係が成立する。ここでＥは棒状部材２の縦弾性係
数、ρは相変、Ｃは支持部１の支持方法に依存する係数
、Ｑは励振によるたわみ量と励振させない場合の静たわ
み量との比に依存する係数である。
なお、振動学によれば、棒の横振動における固で表わさ
れ、棒の両端の支持方法が固定端・自由端の時Ｃ＝０．
６π、支持端・支持端の時Ｃ＝π、支持端・固定端の時
Ｃ＝１．．２５π、自由端・自由端の時Ｃ＝１．５
πとなる（πは円周率）、従って、支持方法が自由端・
自由端となるような柔軟な支持構造を用いる時係数Ｃは
最大である。また、係数Ｑは共振状態の時最大となるた
め、δ、を大きくするためには共振状態になるように棒
状部材を励振することが望ましい。
れ、棒の両端の支持方法が固定端・自由端の時Ｃ＝０．
６π、支持端・支持端の時Ｃ＝π、支持端・固定端の時
Ｃ＝１．．２５π、自由端・自由端の時Ｃ＝１．５
πとなる（πは円周率）、従って、支持方法が自由端・
自由端となるような柔軟な支持構造を用いる時係数Ｃは
最大である。また、係数Ｑは共振状態の時最大となるた
め、δ、を大きくするためには共振状態になるように棒
状部材を励振することが望ましい。
Ｘ＋ ｙ方向に対して共振状態を得るために棒状部材は
通常ｂ＝ｈの正方形断面とする。この時。
通常ｂ＝ｈの正方形断面とする。この時。
となる。δ、を棒状部材の実用」二の曲げによる限界値
とした場合、δ、の限界もδ７と同量となる。
とした場合、δ、の限界もδ７と同量となる。
ある。ρ／Ｅは材質を選ぶことにより増加できる。
振動ジャイロの小型化のためにはＱ、ｂを小さくしなけ
ればならない。−力検出感度を向上させるにはｆｌ”
／ｂの値は大きく保つ必要がある。小型化のためΩを小
さくした場合に検出感度を低下さく４） せないためには、Ｑを小さくした比率の自乗倍以下の比
率でｂを小さくする必要が生じる。従来量も小型な振動
ジャイロとしては、Ｑ ＝ ３４ ＋ａｍ 。
ればならない。−力検出感度を向上させるにはｆｌ”
／ｂの値は大きく保つ必要がある。小型化のためΩを小
さくした場合に検出感度を低下さく４） せないためには、Ｑを小さくした比率の自乗倍以下の比
率でｂを小さくする必要が生じる。従来量も小型な振動
ジャイロとしては、Ｑ ＝ ３４ ＋ａｍ 。
ｂ＝１ｍの金属棒材を用いて検出感度０．０５＠／ｓ（
文献：舟橋、応用物理学会講演集（１９６８−春）３１
Ｐ−Ｇ−１１）の報告例がある。従来の振動ジャイロよ
りさらに小型で高性能な振動ジャイロを安価に製作する
ためには、新しい構成や加工組立方法が必要不可欠であ
る。
文献：舟橋、応用物理学会講演集（１９６８−春）３１
Ｐ−Ｇ−１１）の報告例がある。従来の振動ジャイロよ
りさらに小型で高性能な振動ジャイロを安価に製作する
ためには、新しい構成や加工組立方法が必要不可欠であ
る。
本発明は加工組立技術としてリングラフィ技術とエツチ
ング技術を用いて、一つの基板に振動梁等を構成するこ
とによって、振動ジャイロの小型化と高性能化を達成し
さらにこわを安価に提供することを可能とした。
ング技術を用いて、一つの基板に振動梁等を構成するこ
とによって、振動ジャイロの小型化と高性能化を達成し
さらにこわを安価に提供することを可能とした。
以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。
第２図は本発明の一実施例を示す図である。振動梁１１
とそれを支える支持部１２を同一基板０１３．２２の上
に形成し、補強部材であるガラス１４に対して境界１５
において接着固定されている。振動梁１１の四つの側面
は各々独立に金属が蒸着されている。振動梁１１を静電
力で励振あるいは制振させ、また静電的に変位を検出す
るための駆動および検出用電極部１６．１７が振動梁１
１と所定の間隙を保って固定されている。なお、この所
定の間隙は各々対面した電極間の静電容量を測定するこ
とにより容易に調整可能である。
とそれを支える支持部１２を同一基板０１３．２２の上
に形成し、補強部材であるガラス１４に対して境界１５
において接着固定されている。振動梁１１の四つの側面
は各々独立に金属が蒸着されている。振動梁１１を静電
力で励振あるいは制振させ、また静電的に変位を検出す
るための駆動および検出用電極部１６．１７が振動梁１
１と所定の間隙を保って固定されている。なお、この所
定の間隙は各々対面した電極間の静電容量を測定するこ
とにより容易に調整可能である。
駆動および検出用電極部１６．１７は半導体製造技術を
用いて、駆動用、検出用、制振用のための各制御回路２
０が集積化されている。また基板部分の２１には温度補
償用の回路や加速度検出器等を集積化しである。本発明
の振動梁の寸法例はｆｌ＝７．６ｎｏ 、ｂ＝１０μｍ
で従来の振動ジャイロに比べて小型化しており、さらに
検出感度は０．０１’ ／ｓ と高性能化している。
用いて、駆動用、検出用、制振用のための各制御回路２
０が集積化されている。また基板部分の２１には温度補
償用の回路や加速度検出器等を集積化しである。本発明
の振動梁の寸法例はｆｌ＝７．６ｎｏ 、ｂ＝１０μｍ
で従来の振動ジャイロに比べて小型化しており、さらに
検出感度は０．０１’ ／ｓ と高性能化している。
さらに既述したように同一基板上に振動梁等を構成して
いるため外乱の影響を受けにくく、また加工組立も容易
となり安価な振動ジャイロが得られた。
いるため外乱の影響を受けにくく、また加工組立も容易
となり安価な振動ジャイロが得られた。
次に第３図は、同一基板上に振動梁等をリソグラフィ技
術とエツチング技術を用いて製作する工程（１）〜（１
１）を示した。Ｓｉ基板３１に感光剤であるレジスト３
２を塗布し、工程（３）の右図に示すような振動梁や支
持部等の描かれたフォトマスク３３を介して露光する（
３４）。ここで振動梁の幅をｂとすると、支持部のパタ
ーン幅はｂより小さい寸法値としである（本実施例では
、ｂ−１０μｍ、支持部幅は５μｍである）。感光剤と
してポジ型レジストＡＺ１３５０Ｊを用いた。現像（工
程（４））後、残ったレジストパターンをマスク材とし
てプラズマエツチング（工程（５））を行ないレジスト
を除去する（工程（６））とＳｉ基板」二に振動梁等の
パターンが形成される。なおＳｉ基板のエツチング深さ
けｌ）として、深さの制御はエツチング時間で行なう。
術とエツチング技術を用いて製作する工程（１）〜（１
１）を示した。Ｓｉ基板３１に感光剤であるレジスト３
２を塗布し、工程（３）の右図に示すような振動梁や支
持部等の描かれたフォトマスク３３を介して露光する（
３４）。ここで振動梁の幅をｂとすると、支持部のパタ
ーン幅はｂより小さい寸法値としである（本実施例では
、ｂ−１０μｍ、支持部幅は５μｍである）。感光剤と
してポジ型レジストＡＺ１３５０Ｊを用いた。現像（工
程（４））後、残ったレジストパターンをマスク材とし
てプラズマエツチング（工程（５））を行ないレジスト
を除去する（工程（６））とＳｉ基板」二に振動梁等の
パターンが形成される。なおＳｉ基板のエツチング深さ
けｌ）として、深さの制御はエツチング時間で行なう。
次にＳｉ基板の裏面にレジストを塗布しく工程（７））
、工程（８）の右図に示すようなフォトマスク３３′を
用いて露光（３４’ ）を行なう。このフォトマスクの
パターンは工程（３）で用いたフォトマスクのパターン
のうち振動梁と支持部のパターンを除いた形となってい
る。 ＼現像（工程（９））後、プラズマエツチング
（工程（１，０））を行ないレジストを除去する（工程
（１１））と所望の振動梁等の形成された基板が得られ
る。
、工程（８）の右図に示すようなフォトマスク３３′を
用いて露光（３４’ ）を行なう。このフォトマスクの
パターンは工程（３）で用いたフォトマスクのパターン
のうち振動梁と支持部のパターンを除いた形となってい
る。 ＼現像（工程（９））後、プラズマエツチング
（工程（１，０））を行ないレジストを除去する（工程
（１１））と所望の振動梁等の形成された基板が得られ
る。
なおこのエツチングの深さは基板の厚さをｔとすると（
ｔ−ｂ）だけ行なう。エツチング深さはエツチング時間
により制御する。
ｔ−ｂ）だけ行なう。エツチング深さはエツチング時間
により制御する。
第４図は上述の工程を経て製作した振動ジャイロの基板
の概略図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡＡ断面図であ
る。振動梁６１の支点間距離は７．６ｎｎ＋、断面は１
０μｍＸ１０μｍ、支持部６２の断面は５μｍ×１０μ
ｍであり、基板６３゜６４の厚さは４００μｍである。
の概略図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡＡ断面図であ
る。振動梁６１の支点間距離は７．６ｎｎ＋、断面は１
０μｍＸ１０μｍ、支持部６２の断面は５μｍ×１０μ
ｍであり、基板６３゜６４の厚さは４００μｍである。
なお基板のうち６３はガラスへの接着固定部、６４は極
めて細い振動梁に不要な応力を加えずに接着固定作業が
容易に行なえるようにする目的で設けた補強部である。
めて細い振動梁に不要な応力を加えずに接着固定作業が
容易に行なえるようにする目的で設けた補強部である。
第５図は振動梁を形成した基板ａを補強用のガラスｂへ
接着する工程の概要を示す図である。各部の番号は第２
図または第４図と共通である。基板ａとガラスｂは境界
１５を接触させてアノーデイクボンデイングされる。ま
たガラスにはあらかじめ段差部２３と貫通した溝１９が
設けられているため、基板ａをガラスｂに接着後、補強
部６４を除去して振動梁６１の四つの側面に電極を形成
する作業が容易になる。なお本説明で明らかなように、
基板ａには補強部６４があるため、小型で高性能な振動
ジャイロに必要な１０μｍ程度と極めて細い振動梁６１
や支持部６２に過度な応力を加えずにかつ容易に組立を
行なうことが可能となった。
接着する工程の概要を示す図である。各部の番号は第２
図または第４図と共通である。基板ａとガラスｂは境界
１５を接触させてアノーデイクボンデイングされる。ま
たガラスにはあらかじめ段差部２３と貫通した溝１９が
設けられているため、基板ａをガラスｂに接着後、補強
部６４を除去して振動梁６１の四つの側面に電極を形成
する作業が容易になる。なお本説明で明らかなように、
基板ａには補強部６４があるため、小型で高性能な振動
ジャイロに必要な１０μｍ程度と極めて細い振動梁６１
や支持部６２に過度な応力を加えずにかつ容易に組立を
行なうことが可能となった。
なお本発明では基板としてＳｉを用いたが他の材質のも
のを用いることも容易に考えられる。また本発明ではレ
ジストパターンをマスクとして用いて基板をエツチング
して振動梁等を製作したが、レジストや樹脂等のパター
ンを用いて電気メツキ法等で金属等を成長させて一つの
基板上に振動梁等を形成する方法も応用例として容易に
考えられる。
のを用いることも容易に考えられる。また本発明ではレ
ジストパターンをマスクとして用いて基板をエツチング
して振動梁等を製作したが、レジストや樹脂等のパター
ンを用いて電気メツキ法等で金属等を成長させて一つの
基板上に振動梁等を形成する方法も応用例として容易に
考えられる。
また振動梁の構造は、本発明の場合、両端支持方式のも
のとなっているが、一端を自由としだ片持梁式の構造の
ものも可能である。
のとなっているが、一端を自由としだ片持梁式の構造の
ものも可能である。
振動梁の駆動および検出等の方法としては、従来から用
いられているような電歪材を用いて行なうことも可能で
ある。
いられているような電歪材を用いて行なうことも可能で
ある。
また振動梁等の諸寸法を本発明以外の値とすることも可
能である。
能である。
第６図に本発明の応用例として二軸の角速度検出と加速
度検出を可能とする振動ジャイロの概略図を示した。第
２図に示した構造と同様の振動梁４１．４２および加速
度検出部４３．４４とこれらの制御回路等４７，４８．
４９が一つの基板上に形成されている。加速度検出部は
ｘｙ平面内において柔軟でかつ先端に重りを有した梁構
造を成している。
度検出を可能とする振動ジャイロの概略図を示した。第
２図に示した構造と同様の振動梁４１．４２および加速
度検出部４３．４４とこれらの制御回路等４７，４８．
４９が一つの基板上に形成されている。加速度検出部は
ｘｙ平面内において柔軟でかつ先端に重りを有した梁構
造を成している。
以上述べた本発明の例では、振動梁の変位δ。
を検出して角速度ωに換算しているが、ｙ方向の変位δ
、を常に零とするようにｙ方向に制動力を加えて、それ
に必要な電圧等から角速度を換算することも可能である
。
、を常に零とするようにｙ方向に制動力を加えて、それ
に必要な電圧等から角速度を換算することも可能である
。
本発明によれば、同一基板上に長さＱ＝’１．６ｍ断面
形状１０μｍ×１０μｍのような振動梁を有する振動ジ
ャイロを容易に製作できるようになった。大きさを左右
する長さは従来の約１／４と小型化し、検出感度は０．
０１” ／ｓと従来の約５倍に高性能化した。同一基板
上に補強部６４を設けた構造の振動梁等で振動ジャイロ
を構成した結果、製造コストが従来より低減可能となっ
た。すなわち従来のものより１／４以下に小型化し約５
倍以上に高性能化した振動ジャイロの製作が極めて容易
となったため安価で高性能な振動ジャイロの提供が可能
となった。
形状１０μｍ×１０μｍのような振動梁を有する振動ジ
ャイロを容易に製作できるようになった。大きさを左右
する長さは従来の約１／４と小型化し、検出感度は０．
０１” ／ｓと従来の約５倍に高性能化した。同一基板
上に補強部６４を設けた構造の振動梁等で振動ジャイロ
を構成した結果、製造コストが従来より低減可能となっ
た。すなわち従来のものより１／４以下に小型化し約５
倍以上に高性能化した振動ジャイロの製作が極めて容易
となったため安価で高性能な振動ジャイロの提供が可能
となった。
第１図は振動型ジャイロの原理図、第２図は本発明の一
実施例の鳥轍図、第３図は本発明の実施例の振動梁等の
製造工程を示す図、第４図（ａ）。 （ｂ）はそれぞれ本発明で述べた振動梁を有する基板の
正面図と側面図、第５図は振動梁を形成した基板と補強
部材とを示す図、および第６図は本発明の応用例の鳥瞼
図である。 １１・・・振動梁、１２・・・支持部、１３．２２・・
・基板、１４・・・ガラス、１６・・・駆動用電極部、
１７・・・検出電■２ 第 ２ 国 第３ 図 １程 （１） 口ＫｍΣこぐΣゴトー３１ （′υ匹＝ ３７ 第 ４ 目 ＜ｃｔ） 第 、５ 目 第 ６ コ
実施例の鳥轍図、第３図は本発明の実施例の振動梁等の
製造工程を示す図、第４図（ａ）。 （ｂ）はそれぞれ本発明で述べた振動梁を有する基板の
正面図と側面図、第５図は振動梁を形成した基板と補強
部材とを示す図、および第６図は本発明の応用例の鳥瞼
図である。 １１・・・振動梁、１２・・・支持部、１３．２２・・
・基板、１４・・・ガラス、１６・・・駆動用電極部、
１７・・・検出電■２ 第 ２ 国 第３ 図 １程 （１） 口ＫｍΣこぐΣゴトー３１ （′υ匹＝ ３７ 第 ４ 目 ＜ｃｔ） 第 、５ 目 第 ６ コ
Claims (1)
- １、棒状部材とそれを支持する柔軟な構造の支持部を一
つの基板上に形成し、該棒状部材を励振させる加振器を
具備し、また該棒状部材に加えられた角速度に応じて生
じる該棒状部材の変位量を測定する変位検出器を具備し
、さらに該棒状部材の変位を所定量に制御するための制
振器を具備することを特徴とする振動ジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59234929A JPS61114123A (ja) | 1984-11-09 | 1984-11-09 | 振動ジヤイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59234929A JPS61114123A (ja) | 1984-11-09 | 1984-11-09 | 振動ジヤイロ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61114123A true JPS61114123A (ja) | 1986-05-31 |
Family
ID=16978487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59234929A Pending JPS61114123A (ja) | 1984-11-09 | 1984-11-09 | 振動ジヤイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61114123A (ja) |
Cited By (14)
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-
1984
- 1984-11-09 JP JP59234929A patent/JPS61114123A/ja active Pending
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