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JP5202019B2 - Angular velocity sensor - Google Patents
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JP5202019B2 - Angular velocity sensor - Google Patents

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JP5202019B2 JP2008034222A JP2008034222A JP5202019B2 JP 5202019 B2 JP5202019 B2 JP 5202019B2 JP 2008034222 A JP2008034222 A JP 2008034222A JP 2008034222 A JP2008034222 A JP 2008034222A JP 5202019 B2 JP5202019 B2 JP 5202019B2
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Description

本発明は、角速度センサに関し、特に、運動中の振動子に作用するコリオリ力を検出することにより角速度の検出を行うセンサに関する。   The present invention relates to an angular velocity sensor, and more particularly to a sensor that detects an angular velocity by detecting a Coriolis force acting on a moving vibrator.

小型で量産に適した角速度センサとして、振動子に周期的な運動(単振動や回転運動)を行わせ、この振動子に作用するコリオリ力を検出することにより角速度の検出を行うセンサが普及している。たとえば、下記の特許文献1〜3には、装置筐体内の固定部材に可撓性部材を介して振動子を支持した構造体を設け、可撓性部材の表面に形成した駆動用圧電素子に交流駆動信号を供給することにより、振動子を振動状態に維持し、この状態において振動子に作用するコリオリ力を、可撓性部材の表面に形成したコリオリ力検出用圧電素子の発生電荷に基づいて検出することにより、角速度の検出を行う角速度センサが開示されている。   As an angular velocity sensor that is small and suitable for mass production, sensors that detect the angular velocity by causing the vibrator to perform periodic motion (single vibration or rotational motion) and detecting the Coriolis force acting on the vibrator have become widespread. ing. For example, in the following Patent Documents 1 to 3, a structure in which a vibrator is supported on a fixed member in a device housing via a flexible member, and a driving piezoelectric element formed on the surface of the flexible member is provided. By supplying an AC drive signal, the vibrator is maintained in a vibrating state, and the Coriolis force acting on the vibrator in this state is based on the charge generated by the Coriolis force detecting piezoelectric element formed on the surface of the flexible member. An angular velocity sensor that detects an angular velocity by detecting it is disclosed.

これらの各文献に開示された角速度センサは、振動子を振動させる機構も、コリオリ力を検出する機構も、いずれも可撓性部材の表面に設けた圧電素子によって構成することができる。したがって、物理的には、可撓性部材の所定箇所にそれぞれ必要な数だけ圧電素子を配置した単純な構造により実現が可能であるため、小型で量産される工業製品へ広く利用することができる。   The angular velocity sensor disclosed in each of these documents can be constituted by a piezoelectric element provided on the surface of a flexible member, both of a mechanism for vibrating a vibrator and a mechanism for detecting Coriolis force. Therefore, it can be physically realized by a simple structure in which a necessary number of piezoelectric elements are arranged at predetermined positions of the flexible member, and can be widely used for industrial products that are small and mass-produced. .

更に、下記の特許文献3および4には、振動子を振動させる機構およびコリオリ力を検出する機構として、静電容量素子を用いる実施例も開示されている。また、下記の特許文献5には、圧電素子とピエゾ抵抗素子とを組み合わせることにより、角速度と加速度との双方を検出することができるセンサが開示されている。
特開平8−35981号公報 特開平8−94661号公報 特開平8−226931号公報 特開平10−227644号公報 特願2007−023959号明細書
Further, Patent Documents 3 and 4 below also disclose examples in which a capacitive element is used as a mechanism for vibrating a vibrator and a mechanism for detecting Coriolis force. Patent Document 5 below discloses a sensor that can detect both angular velocity and acceleration by combining a piezoelectric element and a piezoresistive element.
JP-A-8-35981 JP-A-8-94661 JP-A-8-226931 JP-A-10-227644 Japanese Patent Application No. 2007-023959

上述したように、従来の一般的な角速度センサの動作原理は、装置筐体内の振動子に周期的な運動を行わせ、これに作用するコリオリ力を測定することにより、角速度の検出を行うというものである。ところが、振動子は可撓性部材を介して装置筐体内に支持されているので、振動子の振動エネルギーや円運動のエネルギーは、若干ではあるが、可撓性部材を介して装置筐体へと伝わることになる。このように振動子の運動エネルギーの一部が装置筐体側へ漏れると、角速度の測定精度を低下させる要因となり好ましくない。   As described above, the operation principle of the conventional general angular velocity sensor is to detect the angular velocity by causing the vibrator in the apparatus casing to perform a periodic motion and measuring the Coriolis force acting on the vibrator. Is. However, since the vibrator is supported in the apparatus housing via the flexible member, vibration energy and circular motion energy of the vibrator are slightly transferred to the apparatus housing via the flexible member. It will be transmitted. If a part of the kinetic energy of the vibrator leaks to the apparatus housing in this way, it is not preferable because it causes a decrease in the measurement accuracy of the angular velocity.

たとえば、動作中の角速度センサの装置筐体に手を触れると、運動エネルギーの漏れに影響を与えることになり、結果的に、振動子の運動に影響を与えてしまうことになる。また、通常、角速度センサは、装置筐体を所望の検出対象物に取り付けて利用することになるが、振動子の運動エネルギーの一部が装置筐体側へ漏れると、取付場所や取付方法によって、角速度の検出値が異なってくる可能性がある。   For example, touching the device housing of the angular velocity sensor during operation will affect the leakage of kinetic energy, and consequently affect the motion of the vibrator. In addition, the angular velocity sensor is usually used by attaching the device housing to a desired detection target.However, if a part of the kinetic energy of the vibrator leaks to the device housing side, The detected value of angular velocity may be different.

このような弊害を避け、より高精度の角速度検出を可能にするためには、振動子から装置筐体側への運動エネルギーの漏れ(振動漏れ)を極力避けるような対策を行う必要がある。このため、従来から、センサの基本構造体を、柔軟な接着剤を用いて装置筐体に固定するなどの対策が施されているが、完全な防振効果を得ることは困難であり、このような振動漏れは、角速度センサの検出精度を低減させる要因となっていた。   In order to avoid such an adverse effect and enable more accurate angular velocity detection, it is necessary to take measures to avoid leakage of kinetic energy (vibration leakage) from the vibrator to the apparatus housing as much as possible. For this reason, conventionally, measures such as fixing the basic structure of the sensor to the device casing using a flexible adhesive have been taken, but it is difficult to obtain a complete anti-vibration effect. Such vibration leakage has been a factor of reducing the detection accuracy of the angular velocity sensor.

そこで本発明は、振動子から装置筐体への振動漏れを排除し、検出精度を向上させることができる角速度センサを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an angular velocity sensor that can eliminate vibration leakage from a vibrator to an apparatus housing and improve detection accuracy.

(1) 本発明の第1の態様は、角速度センサにおいて、
主振動子と、この主振動子に隣接して配置された副振動子と、この副振動子に隣接して配置された台座と、主振動子と副振動子とを接続する可撓性をもった内側接続部材と、副振動子と台座とを接続する可撓性をもった外側接続部材と、を有する基本構造体と、
台座を支持固定するとともに、主振動子および副振動子を宙吊り状態で収容する装置筐体と、
装置筐体内で主振動子が周期的運動を行うように駆動する駆動手段と、
主振動子が周期的運動を行っている状態において、主振動子に作用するコリオリ力を検出し、これを所定軸まわりの角速度の検出値として出力する検出手段と、
を設け、
主振動子を、中心部重錘体によって構成し、副振動子を、中心部重錘体の側面を取り囲む環状閉領域内に配置された複数M個の重錘体によって構成し、台座を、環状閉領域を更に取り囲む位置に配置し、内側接続部材を、中心部重錘体とM個の重錘体のそれぞれとを接続するM組の内側架橋部によって構成し、外側接続部材を、M個の重錘体のそれぞれと台座とを接続するM組の外側架橋部によって構成し、
中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義し、この座標系のXY平面上に原点Oを中心として伸びるM本の放射線を定義したときに、基本構造体が、この座標系のXY平面に沿った上面を有し、M本の放射線上にそれぞれ副振動子を構成する重錘体が1個ずつ配置され、各放射線に沿ってそれぞれ内側架橋部および外側架橋部が1組ずつ配置されるようにし、
副振動子を構成する重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端に内側架橋部が接続され、副振動子を構成する重錘体の「台座に対する対向面」の上端に外側架橋部が接続され、副振動子を構成する重錘体の上面に、当該重錘体が配置されている放射線に直交する方向に伸びる溝部が形成されるようにし、
駆動手段が、装置筐体内で主振動子が周期的運動を行うように駆動するとともに、装置筐体内で副振動子が主振動子の運動とは逆方向に運動するように駆動し、主振動子および副振動子を所定の共通振動軸に平行な方向にそれぞれ同一振幅および同一振動数で単振動させ、主振動子の運動方向と副振動子の運動方向とが常に逆方向となり、かつ、主振動子の運動速度の絶対値と副振動子の運動速度の絶対値とが等しくなるように駆動するようにしたものである。
(1) According to a first aspect of the present invention, in the angular velocity sensor,
The main vibrator, the sub vibrator arranged adjacent to the main vibrator, the pedestal arranged adjacent to the sub vibrator, and the flexibility to connect the main vibrator and the sub vibrator. A basic structure having an inner connecting member having a flexible outer connecting member for connecting the sub-vibrator and the pedestal;
An apparatus housing that supports and fixes the pedestal and accommodates the main vibrator and the sub vibrator in a suspended state,
Drive means for driving the main oscillator to perform periodic motion within the apparatus housing;
Detecting means for detecting Coriolis force acting on the main vibrator in a state in which the main vibrator performs a periodic motion, and outputting this as a detected value of angular velocity about a predetermined axis;
Provided,
The main vibrator is constituted by a central weight body, the sub vibrator is constituted by a plurality of M weight bodies arranged in an annular closed region surrounding the side surface of the central weight body, and a pedestal, The inner connection member is configured by M sets of inner bridging portions that connect the center weight body and each of the M weight bodies, and the outer connection member is formed as M. It is constituted by M sets of outer bridge portions that connect each of the weight bodies and the pedestal,
When an XYZ three-dimensional coordinate system having the origin O at the center position of the upper surface of the central weight is defined, and M radiations extending around the origin O are defined on the XY plane of this coordinate system, the basic structure Has an upper surface along the XY plane of this coordinate system, and one weight body constituting each sub-vibrator is arranged on each of the M radiations, and the inner bridging portion and the outer side are arranged along each radiation. Make sure that the bridges are placed one by one,
The inner bridge is connected to the upper end of the “facing surface against the central weight body” of the weight body constituting the sub-vibrator, and outside the upper end of the “facing surface against the pedestal” of the weight body constituting the sub-vibrator. A bridge portion is connected, and a groove portion extending in a direction perpendicular to the radiation in which the weight body is disposed is formed on the upper surface of the weight body constituting the sub vibrator,
The driving means drives the main vibrator to perform a periodic motion in the device casing, and drives the sub-vibrator to move in a direction opposite to the motion of the main vibrator in the device casing. The child and the sub-vibrator are simply oscillated with the same amplitude and the same frequency in the direction parallel to the predetermined common vibration axis, respectively, and the movement direction of the main vibrator and the movement direction of the sub-vibrator are always opposite to each other, and The absolute value of the movement speed of the main oscillator and the absolute value of the movement speed of the sub-vibrator are driven to be equal.

(2) 本発明の第2の態様は、角速度センサにおいて、
主振動子と、この主振動子に隣接して配置された副振動子と、この副振動子に隣接して配置された台座と、主振動子と副振動子とを接続する可撓性をもった内側接続部材と、副振動子と台座とを接続する可撓性をもった外側接続部材と、を有する基本構造体と、
台座を支持固定するとともに、主振動子および副振動子を宙吊り状態で収容する装置筐体と、
装置筐体内で主振動子が周期的運動を行うように駆動する駆動手段と、
主振動子が周期的運動を行っている状態において、主振動子に作用するコリオリ力を検出し、これを所定軸まわりの角速度の検出値として出力する検出手段と、
を設け、
主振動子を、中心部重錘体によって構成し、副振動子を、中心部重錘体の側面を取り囲む環状閉領域内に配置された複数M個の重錘体によって構成し、台座を、環状閉領域を更に取り囲む位置に配置し、内側接続部材を、中心部重錘体とM個の重錘体のそれぞれとを接続するM組の内側架橋部によって構成し、外側接続部材を、M個の重錘体のそれぞれと台座とを接続するM組の外側架橋部によって構成し、
中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義し、この座標系のXY平面上に原点Oを中心として伸びるM本の放射線を定義したときに、基本構造体が、この座標系のXY平面に沿った上面を有し、M本の放射線上にそれぞれ副振動子を構成する重錘体が1個ずつ配置され、各放射線に沿ってそれぞれ内側架橋部および外側架橋部が1組ずつ配置されるようにし、
副振動子を構成する重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端に内側架橋部が接続され、副振動子を構成する重錘体の「台座に対する対向面」の上端に外側架橋部が接続され、副振動子を構成する重錘体の上面に、当該重錘体が配置されている放射線に直交する方向に伸びる溝部が形成されるようにし、
駆動手段が、装置筐体内で主振動子が周期的運動を行うように駆動するとともに、装置筐体内で副振動子が主振動子の運動とは逆方向に運動するように駆動し、主振動子および副振動子を所定の共通基準面にそれぞれ平行な固有の運動平面上で、互いに同一周期で逆まわりとなるように円運動させ、主振動子の運動方向と副振動子の運動方向とが常に逆方向となり、かつ、主振動子の運動速度の絶対値と副振動子の運動速度の絶対値とが等しくなるように駆動するようにしたものである。
(2) According to a second aspect of the present invention, in the angular velocity sensor,
The main vibrator, the sub vibrator arranged adjacent to the main vibrator, the pedestal arranged adjacent to the sub vibrator, and the flexibility to connect the main vibrator and the sub vibrator. A basic structure having an inner connecting member having a flexible outer connecting member for connecting the sub-vibrator and the pedestal;
An apparatus housing that supports and fixes the pedestal and accommodates the main vibrator and the sub vibrator in a suspended state,
Drive means for driving the main oscillator to perform periodic motion within the apparatus housing;
Detecting means for detecting Coriolis force acting on the main vibrator in a state in which the main vibrator performs a periodic motion, and outputting this as a detected value of angular velocity about a predetermined axis;
Provided,
The main vibrator is constituted by a central weight body, the sub vibrator is constituted by a plurality of M weight bodies arranged in an annular closed region surrounding the side surface of the central weight body, and a pedestal, The inner connection member is configured by M sets of inner bridging portions that connect the center weight body and each of the M weight bodies, and the outer connection member is formed as M. It is constituted by M sets of outer bridge portions that connect each of the weight bodies and the pedestal,
When an XYZ three-dimensional coordinate system having the origin O at the center position of the upper surface of the central weight is defined, and M radiations extending around the origin O are defined on the XY plane of this coordinate system, the basic structure Has an upper surface along the XY plane of this coordinate system, and one weight body constituting each sub-vibrator is arranged on each of the M radiations, and the inner bridging portion and the outer side are arranged along each radiation. Make sure that the bridges are placed one by one,
The inner bridge is connected to the upper end of the “facing surface against the central weight body” of the weight body constituting the sub-vibrator, and outside the upper end of the “facing surface against the pedestal” of the weight body constituting the sub-vibrator. A bridge portion is connected, and a groove portion extending in a direction perpendicular to the radiation in which the weight body is disposed is formed on the upper surface of the weight body constituting the sub vibrator,
The driving means drives the main vibrator to perform a periodic motion in the device casing, and drives the sub-vibrator to move in a direction opposite to the motion of the main vibrator in the device casing. The child and the sub-vibrator are moved in a circular motion in the same period and in the opposite directions on their own motion planes parallel to a predetermined common reference plane, and the motion direction of the main vibrator and the motion direction of the sub-vibrator Is always in the opposite direction, and is driven so that the absolute value of the motion speed of the main vibrator is equal to the absolute value of the motion speed of the sub-vibrator.

(3) 本発明の第3の態様は、上述の第1または第2の態様に係る角速度センサにおいて、
副振動子を構成する複数M個の重錘体を順番に環状連結することにより、単一の環状重錘体を構成するようにしたものである。
(3) According to a third aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the first or second aspect described above,
A plurality of M weight bodies constituting the sub-vibrator are annularly connected in order to form a single annular weight body.

(4) 本発明の第4の態様は、上述の第1〜第3の態様に係る角速度センサにおいて、
駆動手段が、内側接続部材の表面に固定された駆動用圧電素子と、この駆動用圧電素子に交流駆動信号を供給する駆動制御回路と、を有し、
検出手段が、内側接続部材の表面に固定された検出用圧電素子と、この検出用圧電素子に生じる電荷を検出し、その検出結果に基づいて角速度の検出値を出力する角速度検出回路と、を有するようにしたものである。
(4) According to a fourth aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the first to third aspects described above,
The driving means has a driving piezoelectric element fixed to the surface of the inner connecting member, and a drive control circuit for supplying an AC driving signal to the driving piezoelectric element,
A detecting means for detecting a piezoelectric element fixed on the surface of the inner connecting member; and an angular velocity detecting circuit for detecting a charge generated in the detecting piezoelectric element and outputting a detected value of the angular velocity based on the detection result. It is what you have.

(5) 本発明の第5の態様は、上述の第1〜第3の態様に係る角速度センサにおいて、
駆動手段が、主振動子の表面に設けられた駆動用変位電極と、駆動用変位電極に対向し、装置筐体に固定された駆動用固定電極と、これら一対の駆動用電極間に交流駆動信号を供給する駆動制御回路と、を有し、
検出手段が、主振動子の表面に設けられた検出用変位電極と、検出用変位電極に対向し、装置筐体に固定された検出用固定電極と、これら一対の検出用電極間の静電容量を検出し、その検出結果に基づいて角速度の検出値を出力する角速度検出回路と、を有するようにしたものである。
(5) According to a fifth aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the first to third aspects described above,
The driving means is an AC drive between the driving displacement electrode provided on the surface of the main vibrator, the driving fixed electrode facing the driving displacement electrode and fixed to the apparatus housing, and the pair of driving electrodes. A drive control circuit for supplying a signal,
The detection means includes a detection displacement electrode provided on the surface of the main vibrator, a detection fixed electrode opposed to the detection displacement electrode and fixed to the apparatus housing, and an electrostatic capacitance between the pair of detection electrodes. And an angular velocity detection circuit that detects the capacitance and outputs a detected value of the angular velocity based on the detection result.

(6) 本発明の第6の態様は、上述の第1〜第3の態様に係る角速度センサにおいて、
駆動手段が、内側接続部材の表面に固定された主駆動用圧電素子と、外側接続部材の表面に固定された副駆動用圧電素子と、主駆動用圧電素子および副駆動用圧電素子にそれぞれ交流駆動信号を供給する駆動制御回路と、を有し、
検出手段が、内側接続部材の表面に固定された検出用圧電素子と、この検出用圧電素子に生じる電荷を検出し、その検出結果に基づいて角速度の検出値を出力する角速度検出回路と、を有するようにしたものである。
(6) According to a sixth aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the first to third aspects described above,
The driving means is connected to the main driving piezoelectric element fixed to the surface of the inner connecting member, the sub driving piezoelectric element fixed to the surface of the outer connecting member, and the main driving piezoelectric element and the sub driving piezoelectric element. A drive control circuit for supplying a drive signal,
A detecting means for detecting a piezoelectric element fixed on the surface of the inner connecting member; and an angular velocity detecting circuit for detecting a charge generated in the detecting piezoelectric element and outputting a detected value of the angular velocity based on the detection result. It is what you have.

(7) 本発明の第7の態様は、上述の第1〜第6の態様に係る角速度センサにおいて、
主振動子の質量と副振動子の質量とを等しくするようにしたものである。
(7) According to a seventh aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the first to sixth aspects described above,
The mass of the main vibrator and the mass of the sub vibrator are made equal.

本発明に係る角速度センサでは、主振動子に隣接して副振動子を設け、主振動子と副振動子とを可撓性をもった部材で接続し、この副振動子と装置筐体に固定された台座との間を可撓性をもった別な部材で接続する構造を採るようにしたため、主振動子から装置筐体側へと漏れ伝わる運動エネルギーを、副振動子の運動によって吸収させることができるようになる。このため、主振動子から装置筐体への振動漏れを極力排除することができ、検出精度を向上させることができるようになる。更に、副振動子を主振動子とは逆方向に運動させるようにすれば、主振動子から漏れ伝わる運動エネルギーと副振動子から漏れ伝わる運動エネルギーとを相殺する効果が得られ、装置筐体への振動漏れをより効果的に排除することが可能になる。   In the angular velocity sensor according to the present invention, a sub vibrator is provided adjacent to the main vibrator, the main vibrator and the sub vibrator are connected by a flexible member, and the sub vibrator and the apparatus housing are connected to each other. Since a structure that connects the fixed pedestal with another member having flexibility is adopted, the kinetic energy transmitted from the main vibrator to the device housing side is absorbed by the movement of the sub vibrator. Will be able to. For this reason, vibration leakage from the main vibrator to the apparatus housing can be eliminated as much as possible, and detection accuracy can be improved. Further, if the sub vibrator is moved in the direction opposite to the main vibrator, the effect of canceling the kinetic energy leaking from the main vibrator and the kinetic energy leaking from the sub vibrator can be obtained. It is possible to more effectively eliminate vibration leakage to the.

以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.

<<< §1.従来の角速度センサの構造と本発明の基本概念 >>>
はじめに、前掲の各特許文献などで提案されている従来の角速度センサの基本構造体の一例を示す。図1は、この従来のセンサで用いられている基本構造体100の上面図であり、図2は、図1に示す基本構造体100の側断面図である。図示のとおり、この基本構造体100は、平面が正方形をした板状の構造体であり、その上面は平面を形成している。ここでは、説明の便宜上、図1に示すように、基本構造体100の上面中心位置に原点Oをもち、基本構造体100の上面がXY平面に一致するようなXYZ三次元座標系を定義する。図1において、X軸は右方、Y軸は上方、Z軸は紙面に垂直上方になる。図2は、図1に示す基本構造体100を、XZ平面で切断した側断面図に相当する。
<<< §1. Structure of conventional angular velocity sensor and basic concept of the present invention >>>
First, an example of a basic structure of a conventional angular velocity sensor proposed in the above-mentioned patent documents will be described. FIG. 1 is a top view of a basic structure 100 used in this conventional sensor, and FIG. 2 is a sectional side view of the basic structure 100 shown in FIG. As shown in the figure, the basic structure 100 is a plate-like structure having a square plane, and its upper surface forms a plane. Here, for convenience of explanation, as shown in FIG. 1, an XYZ three-dimensional coordinate system having an origin O at the center position of the upper surface of the basic structure 100 and the upper surface of the basic structure 100 coinciding with the XY plane is defined. . In FIG. 1, the X axis is rightward, the Y axis is upward, and the Z axis is vertically upward with respect to the paper surface. 2 corresponds to a side sectional view of the basic structure 100 shown in FIG. 1 cut along the XZ plane.

基本構造体100の中央に位置する重錘体110は、四角柱状のブロックであり、後述するように振動子として機能する。座標系の原点Oは、この重錘体110の上面中央位置に定義されている。この重錘体110の外側には、板状の架橋部120(X軸正領域),架橋部130(Y軸正領域),架橋部140(X軸負領域),架橋部150(Y軸負領域)が接続されており、更にその外側には、フレーム構造をなす台座160が接続されている。隣接する架橋部間には、図示のとおり、窓部W1〜W4が形成されており、重錘体110は、4本の架橋部120〜150によってのみ、台座160に対して接続された状態となっている。   The weight body 110 located at the center of the basic structure 100 is a quadrangular columnar block, and functions as a vibrator as described later. The origin O of the coordinate system is defined at the center position of the upper surface of the weight body 110. On the outer side of the weight body 110, a plate-like bridge portion 120 (X-axis positive region), bridge portion 130 (Y-axis positive region), bridge portion 140 (X-axis negative region), bridge portion 150 (Y-axis negative region) Region) is connected, and a pedestal 160 forming a frame structure is connected to the outside thereof. As shown in the figure, windows W1 to W4 are formed between adjacent bridge portions, and the weight body 110 is connected to the base 160 only by the four bridge portions 120 to 150. It has become.

このように、基本構造体100は、重錘体110、架橋部120〜150、台座160からなる一体構造体をなす。なお、台座160の底面は、装置筐体180に固定されている。装置筐体180は、図2にその一部分のみが示されているが、基本構造体100全体を収容する筐体である。すなわち、装置筐体180は、台座160を支持固定するとともに、重錘体110を宙吊り状態で収容する機能を果たす。重錘体110を宙吊り状態で支持する架橋部120〜150は、厚みの小さな板状構造体であるため可撓性を有している。このため、重錘体110に外力が加わると、架橋部120〜150に撓みが生じ、重錘体110は台座160(装置筐体180)に対して変位を生じる。   As described above, the basic structure 100 forms an integral structure including the weight body 110, the bridging portions 120 to 150, and the base 160. The bottom surface of the pedestal 160 is fixed to the apparatus housing 180. Although only a part of the device housing 180 is shown in FIG. 2, the device housing 180 is a housing that accommodates the entire basic structure 100. That is, the apparatus housing 180 functions to support and fix the pedestal 160 and to accommodate the weight body 110 in a suspended state. The bridging portions 120 to 150 that support the weight body 110 in a suspended state are flexible because they are thin plate-like structures. For this reason, when an external force is applied to the weight body 110, the bridging portions 120 to 150 are bent, and the weight body 110 is displaced with respect to the pedestal 160 (device housing 180).

角速度センサを構成するためには、図示の基本構造体100に加えて、装置筐体180内で重錘体110が周期的運動(たとえば、単振動)を行うように駆動する駆動手段と、重錘体110が周期的運動を行っている状態において、重錘体110に作用するコリオリ力を検出し、これを所定軸まわりの角速度の検出値として出力する検出手段と、が必要になる。たとえば、駆動手段によって重錘体110をZ軸方向に単振動させた状態で、検出手段によって、重錘体110のX軸方向の変位(X軸方向に作用したコリオリ力)を検出すれば、Y軸まわりに作用した角速度ωyを得ることができ、重錘体110のY軸方向の変位(Y軸方向に作用したコリオリ力)を検出すれば、X軸まわりに作用した角速度ωxを得ることができる。これら駆動手段や検出手段としては、たとえば前掲の各特許文献等に開示されているように、圧電素子や容量素子を用いた例が実用化されている。   In order to configure the angular velocity sensor, in addition to the basic structure 100 shown in the figure, a driving unit that drives the weight body 110 to perform periodic motion (for example, simple vibration) in the apparatus housing 180, and Detection means for detecting Coriolis force acting on the weight body 110 and outputting it as a detected value of angular velocity around a predetermined axis in a state where the weight body 110 is performing periodic motion is required. For example, if the displacement of the weight body 110 in the X-axis direction (Coriolis force acting in the X-axis direction) is detected by the detection means in a state where the weight body 110 is simply vibrated in the Z-axis direction by the driving means, The angular velocity ωy acting around the Y axis can be obtained, and the angular velocity ωx acting around the X axis can be obtained by detecting the displacement of the weight 110 in the Y axis direction (Coriolis force acting in the Y axis direction). Can do. As these driving means and detection means, examples using piezoelectric elements and capacitive elements have been put to practical use, as disclosed in the above-mentioned patent documents.

このように、従来の一般的な角速度センサの基本原理は、振動子として機能する重錘体110に周期的な運動を行わせ、これに作用するコリオリ力を測定することにより、角速度の検出を行うというものである。しかしながら、図示のとおり、重錘体110は、架橋部120〜150および台座160を介して装置筐体180に支持されているので、重錘体110の振動エネルギーの一部は、装置筐体180へと伝達され、振動漏れが生じることが避けられない。このような振動漏れが、角速度の測定精度を低下させる要因となることは、既に述べたとおりである。たとえば、図2において、装置筐体180に手を触れると、重錘体110の振動状態が変化し、角速度の検出結果に影響が及ぶことになる。具体的には、本来は「角速度の検出値=0」を検出結果として出力すべき状態(角速度が作用していない状態)においても、何らかの検出値が出力されてしまうような現象が生じることになる。   As described above, the basic principle of the conventional general angular velocity sensor is to detect the angular velocity by causing the weight body 110 functioning as a vibrator to perform periodic motion and measuring the Coriolis force acting on the weight body 110. Is to do. However, as shown in the figure, the weight body 110 is supported by the apparatus housing 180 via the bridging portions 120 to 150 and the pedestal 160, so that a part of vibration energy of the weight body 110 is part of the apparatus housing 180. It is inevitable that vibration is leaked. As described above, such vibration leakage causes a decrease in angular velocity measurement accuracy. For example, in FIG. 2, when a hand is touched on the apparatus housing 180, the vibration state of the weight body 110 changes, and the detection result of the angular velocity is affected. Specifically, even in a state where “detection value of angular velocity = 0” is supposed to be output as a detection result (a state where angular velocity is not acting), a phenomenon in which some detection value is output occurs. Become.

従来も、このような振動漏れに起因する測定誤差を低減させるために、たとえば、台座160と装置筐体180との間に弾力性を有する材料を介挿させるなどの対策がとられている。しかしながら、完全な防振効果を得ることは困難であり、依然として振動漏れに起因する測定誤差が発生している。   Conventionally, in order to reduce the measurement error due to such vibration leakage, for example, measures such as inserting an elastic material between the base 160 and the apparatus housing 180 have been taken. However, it is difficult to obtain a complete vibration isolation effect, and measurement errors due to vibration leakage still occur.

本発明は、このような振動子から装置筐体への振動漏れを排除し、検出精度を向上させるための新たな対応策を提案するものである。その基本的な概念は、角速度検出に利用するための本来の振動子(主振動子)とは別に、副振動子なるものを用意し、主振動子から装置筐体に至る物理的な経路(振動の伝達経路)の途中に、この副振動子を配置し、ダンパーとしての役割を果たさせることにある。以下、本発明をいくつかの実施形態に基づいて説明する。   The present invention proposes a new countermeasure for eliminating such vibration leakage from the vibrator to the apparatus housing and improving detection accuracy. The basic concept is that, apart from the original vibrator (main vibrator) used for angular velocity detection, a sub-vibrator is prepared and the physical path from the main vibrator to the device housing ( This sub-vibrator is arranged in the middle of the vibration transmission path) to serve as a damper. Hereinafter, the present invention will be described based on some embodiments.

<<< §2.本発明の第1の実施形態に用いる基本構造体 >>>
図3は、本発明の第1の実施形態に係る角速度センサに利用される基本構造体200を示す上面図であり、図4はその側断面図である。この基本構造体200の主たる構造は、§1で述べた基本構造体100の構造と同様である。すなわち、この基本構造体200は、平面が正方形をした板状の構造体であり、中心部重錘体210と、これを取り囲むように配置されたフレーム状の台座260との間を、4本の架橋部によって接続した構成をとる。但し、4本の架橋部の中間部分には、後述するように、それぞれ別な重錘体が設けられている。
<<< §2. Basic structure used in the first embodiment of the present invention >>>
FIG. 3 is a top view showing a basic structure 200 used in the angular velocity sensor according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a side sectional view thereof. The main structure of the basic structure 200 is the same as the structure of the basic structure 100 described in §1. That is, the basic structure 200 is a plate-shaped structure having a square plane, and there are four spaces between the central weight body 210 and the frame-shaped pedestal 260 arranged so as to surround it. The structure connected by the bridge | crosslinking part. However, different weight bodies are provided in the middle part of the four bridging parts, as will be described later.

ここでも、説明の便宜上、中心部重錘体210の上面中心位置に原点Oをもち、基本構造体200の上面がXY平面に一致するようなXYZ三次元座標系を定義する。図3において、X軸は右方、Y軸は上方、Z軸は紙面に垂直上方になる。図4は、図3に示す基本構造体200を、XZ平面で切断した側断面図に相当する。   Again, for convenience of explanation, an XYZ three-dimensional coordinate system is defined in which the origin O is at the center position of the upper surface of the central weight body 210 and the upper surface of the basic structure 200 coincides with the XY plane. In FIG. 3, the X axis is rightward, the Y axis is upward, and the Z axis is vertically upward with respect to the paper surface. 4 corresponds to a side cross-sectional view of the basic structure 200 shown in FIG. 3 cut along the XZ plane.

中心部重錘体210は、四角柱状のブロックであり、本来の角速度検出の用に供される主振動子として機能する。これに対し、各架橋部の中間部分に設けられた重錘体は、振動漏れを低減させるための副振動子として機能する。図3の上面図に示されているように、X軸の正の領域上にはX軸正側重錘体225が配置され、Y軸の正の領域上にはY軸正側重錘体235が配置され、X軸の負の領域上にはX軸負側重錘体245が配置され、Y軸の負の領域上にはY軸負側重錘体255が配置されている。これらの重錘体の形状は、図4の側断面図に示されているとおり、ほぼ角柱状のブロックである。   The central weight body 210 is a quadrangular columnar block and functions as a main vibrator used for original angular velocity detection. On the other hand, the weight body provided at the intermediate portion of each bridging portion functions as a sub vibrator for reducing vibration leakage. As shown in the top view of FIG. 3, an X-axis positive weight body 225 is disposed on the positive region of the X-axis, and a Y-axis positive weight body 235 is disposed on the positive region of the Y-axis. The X-axis negative weight body 245 is disposed on the X-axis negative region, and the Y-axis negative weight body 255 is disposed on the Y-axis negative region. The shape of these weight bodies is a substantially prismatic block as shown in the side sectional view of FIG.

各重錘体225,235,245,255の上面には、それぞれ溝部G1,G2,G3,G4が形成されている。各重錘体225,235,245,255は、いずれもその両側に架橋部が接続されている。ここでは、中心部重錘体210に近い方を「内側」と呼び、台座260に近い方を「外側」と呼ぶことにし、各重錘体225,235,245,255と中心部重錘体210とを接続する架橋部を「内側架橋部」と呼び、各重錘体225,235,245,255と台座260とを接続する架橋部を「外側架橋部」と呼ぶことにする。   Grooves G1, G2, G3, and G4 are formed on the upper surfaces of the weight bodies 225, 235, 245, and 255, respectively. As for each weight body 225,235,245,255, the bridge | bridging part is connected to the both sides. Here, the side closer to the central weight body 210 is referred to as “inner side”, and the side closer to the pedestal 260 is referred to as “outer side”, and each weight body 225, 235, 245, 255 and the central weight body The bridging portion connecting 210 is called an “inner bridging portion”, and the bridging portion connecting each weight body 225, 235, 245, 255 and the base 260 is called an “outer bridging portion”.

また、本発明では、主振動子と副振動子とを接続する部材を「内側接続部材」と呼ぶことにする。したがって、この第1の実施形態の場合、4本の内側架橋部によって「内側接続部材」が構成されていることになる。具体的には、一端が中心部重錘体210に接続され、他端がX軸正側重錘体225に接続され、X軸の正の領域に沿って配置されたX軸正側内側架橋部221と、一端が中心部重錘体210に接続され、他端がY軸正側重錘体235に接続され、Y軸の正の領域に沿って配置されたY軸正側内側架橋部231と、一端が中心部重錘体210に接続され、他端がX軸負側重錘体245に接続され、X軸の負の領域に沿って配置されたX軸負側内側架橋部241と、一端が中心部重錘体210に接続され、他端がY軸負側重錘体255に接続され、Y軸の負の領域に沿って配置されたY軸負側内側架橋部251と、によって内側接続部材が構成されていることになる。   In the present invention, a member that connects the main vibrator and the sub vibrator is referred to as an “inner connection member”. Therefore, in the case of the first embodiment, the “inner connection member” is constituted by the four inner bridge portions. Specifically, one end is connected to the central weight body 210, the other end is connected to the X-axis positive weight body 225, and the X-axis positive inner bridge portion is disposed along the positive region of the X-axis. 221 and a Y-axis positive-side inner bridging portion 231 that has one end connected to the central weight body 210 and the other end connected to the Y-axis positive weight body 235, and is disposed along the positive region of the Y-axis. One end is connected to the central weight body 210, the other end is connected to the X-axis negative weight body 245, and the X-axis negative-side inner bridging portion 241 is disposed along the negative region of the X-axis. Is connected to the center weight body 210, the other end is connected to the Y-axis negative weight body 255, and the Y-axis negative-side inner bridging portion 251 is disposed along the negative region of the Y-axis. The member is configured.

同様に、本発明では、副振動子と台座とを接続する部材を「外側接続部材」と呼ぶことにする。したがって、この第1の実施形態の場合、4本の外側架橋部によって「外側接続部材」が構成されていることになる。具体的には、一端が台座260に接続され、他端がX軸正側重錘体225に接続され、X軸の正の領域に沿って配置されたX軸正側外側架橋部222と、一端が台座260に接続され、他端がY軸正側重錘体235に接続され、Y軸の正の領域に沿って配置されたY軸正側外側架橋部232と、一端が台座260に接続され、他端がX軸負側重錘体245に接続され、X軸の負の領域に沿って配置されたX軸負側外側架橋部242と、一端が台座260に接続され、他端がY軸負側重錘体255に接続され、Y軸の負の領域に沿って配置されたY軸負側外側架橋部252と、によって外側接続部材が構成されていることになる。   Similarly, in the present invention, a member that connects the sub vibrator and the pedestal is referred to as an “outer connection member”. Therefore, in the case of the first embodiment, the “outer connection member” is constituted by the four outer bridge portions. Specifically, one end is connected to the pedestal 260, the other end is connected to the X-axis positive weight body 225, the X-axis positive-side outer bridging portion 222 arranged along the positive region of the X-axis, and one end Is connected to the pedestal 260, the other end is connected to the Y-axis positive weight body 235, the Y-axis positive-side outer bridge portion 232 is disposed along the positive region of the Y-axis, and one end is connected to the pedestal 260. The other end is connected to the X-axis negative weight body 245, the X-axis negative outer bridge 242 is disposed along the negative region of the X-axis, one end is connected to the base 260, and the other end is the Y-axis The outer connection member is configured by the Y-axis negative-side outer bridging portion 252 connected to the negative-side weight body 255 and disposed along the negative region of the Y-axis.

なお、図4に示すとおり、台座260の底面は、装置筐体280に固定されている。装置筐体280は、その一部分のみが図示されているが、基本構造体200全体を収容する筐体である。すなわち、装置筐体280は、台座260を支持固定するとともに、中心部重錘体210を宙吊り状態で収容する機能を果たす。中心部重錘体210を宙吊り状態で支持する各架橋部221,222,231,232,241,242,251,252は、厚みの小さな板状構造体であるため可撓性を有している。このため、中心部重錘体210に外力が加わると、各架橋部に撓みが生じ、重錘体210は台座260(装置筐体280)に対して変位を生じる。   As shown in FIG. 4, the bottom surface of the base 260 is fixed to the apparatus housing 280. Although only a part of the device housing 280 is illustrated, the device housing 280 is a housing that accommodates the entire basic structure 200. That is, the device housing 280 functions to support and fix the pedestal 260 and accommodate the central weight body 210 in a suspended state. Each of the bridging portions 221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, and 252 that support the central weight body 210 in a suspended state is flexible because it is a thin plate-like structure. . For this reason, when an external force is applied to the central weight body 210, the bridge portions are bent, and the weight body 210 is displaced with respect to the pedestal 260 (device housing 280).

このように、振動子として機能する重錘体210が、その周囲四方から架橋部によって宙吊り状態で支持されており、この架橋部のもつ可撓性により、重錘体210がある程度の自由度をもって変位可能になる、という点において、図3および図4に示す基本構造体200は、図1および図2に示す基本構造体100と同等の機能を果たす。ただ、基本構造体200の大きな特徴は、中心部重錘体210を主振動子として、この主振動子210と台座260とを接続する接続部材の途中に、副振動子として機能する重錘体225,235,245,255が設けられている点である。しかも、主振動子210と副振動子225,235,245,255とを接続する内側接続部材と、副振動子225,235,245,255と台座260とを接続する外側接続部材とは、いずれも厚みの小さな板状の架橋部によって構成されているため、主振動子210だけでなく、各副振動子225,235,245,255も、ある程度の自由度をもって変位可能な状態になっている。   In this way, the weight body 210 functioning as a vibrator is supported in a suspended state from the surrounding four sides by the bridge portion, and the weight body 210 has a certain degree of freedom due to the flexibility of the bridge portion. The basic structure 200 shown in FIGS. 3 and 4 performs the same function as the basic structure 100 shown in FIGS. 1 and 2 in that it can be displaced. However, the main feature of the basic structure 200 is that the central weight body 210 serves as a main vibrator, and a weight body that functions as a sub vibrator in the middle of a connecting member that connects the main vibrator 210 and the base 260. 225, 235, 245, and 255 are provided. Moreover, the inner connection member that connects the main vibrator 210 and the sub-vibrators 225, 235, 245, and 255 and the outer connection member that connects the sub-vibrators 225, 235, 245, and 255 and the pedestal 260 are either Since each of the sub-vibrators 225, 235, 245, and 255 is displaceable with a certain degree of freedom, not only the main vibrator 210 but also each of the sub-vibrators 225, 235, 245, and 255 is constituted by a thin plate-like bridging portion. .

本願発明者が行った実験によると、図1および図2に示す従来の基本構造体100において重錘体110を振動させた場合に比べて、図3および図4に示す本発明に係る基本構造体200において中心部重錘体210を振動させた場合の方が、装置筐体180,280側へ伝達される振動エネルギー(振動漏れ)が著しく低減することが確認できた。これは、主振動子として機能する中心部重錘体210の振動エネルギーが台座260へと伝達される経路上に、副振動子として機能する重錘体225,235,245,255が配置されているため、これら副振動子によって振動エネルギーが吸収され、台座260側への振動エネルギーの伝播が抑制されるためと考えられる。   According to experiments conducted by the present inventor, the basic structure according to the present invention shown in FIGS. 3 and 4 is compared with the case where the weight body 110 is vibrated in the conventional basic structure 100 shown in FIGS. It was confirmed that the vibration energy (vibration leakage) transmitted to the apparatus housings 180 and 280 is significantly reduced when the central weight body 210 is vibrated in the body 200. This is because weight bodies 225, 235, 245, and 255 that function as sub-vibrators are arranged on a path through which vibration energy of the central weight body 210 that functions as the main vibrator is transmitted to the base 260. Therefore, it is considered that vibration energy is absorbed by these sub-vibrators and propagation of vibration energy to the base 260 side is suppressed.

このように、主振動子と台座との間に副振動子を設けて、主振動子の振動エネルギーが台座へと伝播するのを抑制する、という技術思想が本発明の最も重要な概念であるが、図3および図4に示す基本構造体200には、装置筐体への振動漏れによる測定精度の低下を防止するための付随的な特徴が含まれている。   Thus, the technical concept of providing a sub-vibrator between the main vibrator and the pedestal to suppress the propagation of vibration energy of the main vibrator to the pedestal is the most important concept of the present invention. However, the basic structure 200 shown in FIGS. 3 and 4 includes ancillary features for preventing a decrease in measurement accuracy due to vibration leakage to the apparatus housing.

第1の付随的特徴は、可撓性をもった板状の架橋部として構成されている内側接続部材と外側接続部材の副振動子に対する接続位置と、各副振動子に形成された溝部の存在である。図4の側断面図に示されているとおり、内側接続部材(架橋部)221,241は、副振動子として機能する重錘体225,245の内側の側面(中心部重錘体210に対する対向面)の上端に接続されており、外側接続部材222,242(架橋部)は、副振動子として機能する重錘体225,245の外側の側面(台座260に対する対向面)の上端に接続されている。しかも、重錘体225,245の上面には、溝部G1,G3が形成されている。図3に実線で示されているとおり、基本構造体200の上面(副振動子の位置)には、4本の溝部G1〜G4が形成されており、溝部G1,G3はX軸に直交する方向に伸び、溝部G2,G4はY軸に直交する方向に伸びている。   The first incidental feature is that the connection positions of the inner connecting member and the outer connecting member configured as flexible plate-shaped bridging portions with respect to the sub-vibrator, and the groove portions formed in each sub-vibrator. It exists. As shown in the side sectional view of FIG. 4, the inner connecting members (bridge portions) 221, 241 are the inner side surfaces of the weight bodies 225, 245 that function as sub-vibrators (opposite the center weight body 210. The outer connecting members 222 and 242 (bridged portions) are connected to the upper ends of the outer side surfaces of the weight bodies 225 and 245 that function as sub-vibrators (surfaces facing the base 260). ing. Moreover, grooves G1 and G3 are formed on the upper surfaces of the weight bodies 225 and 245. As shown by a solid line in FIG. 3, four grooves G1 to G4 are formed on the upper surface (position of the sub vibrator) of the basic structure 200, and the grooves G1 and G3 are orthogonal to the X axis. The grooves G2 and G4 extend in a direction perpendicular to the Y axis.

このように、「架橋部と副振動子との接続位置」および「溝部の構成」という観点から注目すると、基本構造体200は次のような特徴を有していることがわかる。すなわち、図4に示すように、Z軸正方向を上方向、Z軸負方向を下方向とした場合、X軸正側重錘体225の「中心部重錘体210に対する対向面」の上端にX軸正側内側架橋部221が接続され、X軸正側重錘体225の「台座260に対する対向面」の上端にX軸正側外側架橋部222が接続され、X軸正側重錘体225の上面に、X軸に直交する方向に伸びる溝部G1が形成されている。そして、Y軸正側重錘体235の「中心部重錘体210に対する対向面」の上端にY軸正側内側架橋部231が接続され、Y軸正側重錘体235の「台座260に対する対向面」の上端にY軸正側外側架橋部232が接続され、Y軸正側重錘体235の上面に、Y軸に直交する方向に伸びる溝部G2が形成されている(図4には現れていない)。また、X軸負側重錘体245の「中心部重錘体210に対する対向面」の上端にX軸負側内側架橋部241が接続され、X軸負側重錘体245の「台座260に対する対向面」の上端にX軸負側外側架橋部242が接続され、X軸負側重錘体245の上面に、X軸に直交する方向に伸びる溝部G3が形成されている。更に、Y軸負側重錘体255の「中心部重錘体210に対する対向面」の上端にY軸負側内側架橋部251が接続され、Y軸負側重錘体255の「台座260に対する対向面」の上端にY軸負側外側架橋部252が接続され、Y軸負側重錘体255の上面に、Y軸に直交する方向に伸びる溝部G4が形成されている(図4には現れていない)。   Thus, when attention is paid from the viewpoints of “connection position between bridging portion and sub-vibrator” and “configuration of groove portion”, it can be seen that basic structure 200 has the following characteristics. That is, as shown in FIG. 4, when the positive direction of the Z-axis is the upward direction and the negative direction of the Z-axis is the downward direction, the upper end of the “opposite surface of the central weight body 210” of the weight 225 of the X-axis positive side The X-axis positive side inner bridging portion 221 is connected, the X-axis positive-side outer bridging portion 222 is connected to the upper end of the “surface facing the base 260” of the X-axis positive-side weight body 225, and the X-axis positive-side weight body 225 A groove portion G1 extending in a direction orthogonal to the X axis is formed on the upper surface. The Y-axis positive-side inner bridging portion 231 is connected to the upper end of the “opposite surface with respect to the central weight body 210” of the Y-axis positive-side weight body 235, and the “opposite surface with respect to the base 260” of the Y-axis positive-side weight body 235 is connected. ”Is connected to the upper end of the Y-axis positive-side outer bridging portion 232, and a groove portion G2 extending in a direction perpendicular to the Y-axis is formed on the upper surface of the Y-axis positive-side weight body 235 (not shown in FIG. 4). ). In addition, the X-axis negative-side inner bridging portion 241 is connected to the upper end of the “opposite surface with respect to the central weight body 210” of the X-axis negative-side weight body 245, and the “opposite surface with respect to the base 260” of the X-axis negative-side weight body 245 is connected. Is connected to the X-axis negative-side outer bridging portion 242, and a groove portion G <b> 3 extending in a direction perpendicular to the X-axis is formed on the upper surface of the X-axis negative-side weight body 245. Further, the Y-axis negative-side inner bridging portion 251 is connected to the upper end of the “opposite surface with respect to the central weight body 210” of the Y-axis negative-side weight body 255, and the “opposite surface with respect to the base 260” of the Y-axis negative-side weight body 255. ”Is connected to the upper end of the Y-axis negative side outer bridging portion 252, and a groove portion G 4 extending in a direction perpendicular to the Y-axis is formed on the upper surface of the Y-axis negative weight body 255 (not shown in FIG. 4). ).

本願発明者が行った実験によると、副振動子の支持構造として、このような構造を採ることは、振動漏れ抑制に極めて有効である。その理由は、このような構造を採ると、振動エネルギーの伝達経路に断面U字型の部分が形成され、この断面U字型の部分が、振動エネルギーの伝播を効果的に阻止するためではないかと考えられる。たとえば、図4の側断面図において、主振動子210の振動エネルギーは、内側架橋部221、副振動子225、外側架橋部222、台座260という経路を経て、装置筐体280へと伝達されることになるが、副振動子225の上方部分の振動エネルギー伝達経路を見ると、両架橋部221,222がいずれも副振動子225の側面上端に接続されており、更に、副振動子225の上面には、X軸に直交する方向に伸びる溝部G1が存在するため、断面U字状の部分が形成されている。副振動子225を構成する実質的な質量体は、この断面U字状の部分の下方に垂下した構造になっている。本願発明者は、このような特有の構造が、振動エネルギーの伝播を効果的に阻止する機能を果たすものと考えている。   According to experiments conducted by the inventors of the present application, adopting such a structure as the support structure of the sub-vibrator is extremely effective for suppressing vibration leakage. The reason is that, when such a structure is adopted, a U-shaped section is formed in the vibration energy transmission path, and this U-shaped section does not effectively prevent propagation of vibration energy. It is thought. For example, in the side cross-sectional view of FIG. 4, the vibration energy of the main vibrator 210 is transmitted to the apparatus housing 280 via a route of the inner bridge portion 221, the sub vibrator 225, the outer bridge portion 222, and the base 260. However, when looking at the vibration energy transmission path in the upper part of the sub-vibrator 225, both the bridging portions 221 and 222 are both connected to the upper end of the side surface of the sub-vibrator 225. Since the groove portion G1 extending in the direction orthogonal to the X axis exists on the upper surface, a U-shaped section is formed. The substantial mass body constituting the sub-vibrator 225 has a structure that hangs down below the U-shaped section. The inventor of the present application considers that such a unique structure functions to effectively prevent propagation of vibration energy.

基本構造体200のもつ第2の付随的特徴は、幾何学的な対称性である。図3の上面図に示されているとおり、この基本構造体200において、X軸正側重錘体225、Y軸正側重錘体235、X軸負側重錘体245、Y軸負側重錘体255は、互いに同一形状および同一質量をもった重錘体から構成されている。しかも、これら4個の重錘体225,235,245,255の配置は、XZ平面およびYZ平面の双方に関して対称となっている。実際には、この4個の重錘体のみならず、基本構造体200の幾何学的構造全体が、XZ平面およびYZ平面の双方に関して対称となっている。   A second incidental feature of the basic structure 200 is geometric symmetry. As shown in the top view of FIG. 3, in this basic structure 200, in the X-axis positive weight body 225, the Y-axis positive weight body 235, the X-axis negative weight body 245, and the Y-axis negative weight body 255. Are composed of weight bodies having the same shape and the same mass. Moreover, the arrangement of the four weight bodies 225, 235, 245, and 255 is symmetric with respect to both the XZ plane and the YZ plane. Actually, not only the four weight bodies but also the entire geometric structure of the basic structure 200 is symmetric with respect to both the XZ plane and the YZ plane.

このような対称性は、振動漏れの抑制に貢献する。特に、本願明細書で述べる各実施形態は、主振動子(中心部重錘体210)をXYZ三次元座標系における所定軸方向に単振動させた状態、もしくはXYZ三次元座標系における所定軸に直交する平面内で円運動させた状態で角速度の検出を行うため、基本構造体200の幾何学的構造が、XZ平面およびYZ平面の双方に関して対称性を有するようにすることは、装置筐体への振動漏れを抑制する上で効果的である。これは、振動子に単振動や円運動といった周期的な運動を行わせた場合に、振動子およびその支持構造に、当該周期的な運動系に関連した幾何学的な対称性が維持されていると、装置筐体側へ漏れ出る振動エネルギーの各成分が相殺されるためと考えられる。   Such symmetry contributes to suppression of vibration leakage. In particular, each embodiment described in the present specification describes a state in which the main vibrator (the central weight 210) is oscillated in a predetermined axis direction in the XYZ three-dimensional coordinate system or a predetermined axis in the XYZ three-dimensional coordinate system. In order to detect the angular velocity in a state of circular movement in an orthogonal plane, it is possible to make the geometric structure of the basic structure 200 symmetrical with respect to both the XZ plane and the YZ plane. It is effective in suppressing vibration leakage to This is because when a periodic motion such as simple vibration or circular motion is performed on the vibrator, the geometrical symmetry related to the periodic motion system is maintained in the vibrator and its support structure. This is because each component of the vibration energy leaking to the apparatus housing side is canceled out.

このように、図3および図4に示す本発明の第1の実施形態に係る基本構造体200は、主振動子(中心部重錘体210)の振動エネルギーが台座260へと伝播するのを抑制するために副振動子(重錘体225,235,245,255)を設けたという重要な特徴に加えて、振動エネルギーの伝達経路に断面U字型の部分が形成されるような形態を採るという第1の付随的特徴と、XZ平面およびYZ平面の双方に関して対称性を維持する形態を採るという第2の付随的特徴を有している。これらの特徴により、主振動子の装置筐体側への振動漏れを、極めて効果的に阻止することができる。   As described above, in the basic structure 200 according to the first embodiment of the present invention shown in FIGS. 3 and 4, the vibration energy of the main vibrator (central weight body 210) propagates to the base 260. In addition to the important feature of providing the sub-vibrator (weight bodies 225, 235, 245, 255) for suppression, a configuration in which a U-shaped section is formed in the transmission path of vibration energy It has a first incidental feature of adopting and a second incidental feature of adopting a form that maintains symmetry with respect to both the XZ plane and the YZ plane. With these features, vibration leakage of the main vibrator to the device housing side can be extremely effectively prevented.

<<< §3.本発明の第1の実施形態に係る角速度センサ >>>
§2では、本発明の第1の実施形態に係る角速度センサに用いる基本構造体200の構造を述べた。実際には、この基本構造体200は、たとえば、シリコンなどの半導体基板に対してエッチング処理や機械的な切削加工などを施すことにより構成することができる。
<<< §3. Angular velocity sensor according to the first embodiment of the present invention >>>
In §2, the structure of the basic structure 200 used in the angular velocity sensor according to the first embodiment of the present invention has been described. Actually, the basic structure 200 can be configured by, for example, performing an etching process or a mechanical cutting process on a semiconductor substrate such as silicon.

角速度センサを構成するためには、この基本構造体200に加えて、装置筐体280内で主振動子として機能する中心部重錘体210を駆動する駆動手段と、中心部重錘体210に作用するコリオリ力を検出し、これを所定軸まわりの角速度の検出値として出力する検出手段と、が必要になる。ここでは、この駆動手段および検出手段として圧電素子を利用し、具体的な角速度センサを構成した例を述べる。   In order to configure the angular velocity sensor, in addition to the basic structure 200, a driving unit that drives the central weight body 210 that functions as the main vibrator in the apparatus housing 280, and the central weight body 210 are provided. Detection means for detecting the acting Coriolis force and outputting the detected value as an angular velocity detection value around a predetermined axis is required. Here, an example in which a piezoelectric element is used as the driving unit and the detecting unit and a specific angular velocity sensor is configured will be described.

図5は、図3に示す基本構造体200に圧電素子を取り付けた状態を示す上面図である(ハッチングは、圧電素子を示すものであり、断面を示すものではない)。一方、図6は、図5に示す圧電素子付き基本構造体200をXZ平面で切断した側断面図である。図示のとおり、基本構造体200の上面のX軸上には、圧電素子X11,X12,X13,X14が固定されており、Y軸上には、圧電素子Y11,Y12,Y13,Y14が固定されている。   FIG. 5 is a top view showing a state in which a piezoelectric element is attached to the basic structure 200 shown in FIG. 3 (hatching indicates a piezoelectric element, not a cross section). On the other hand, FIG. 6 is a side cross-sectional view of the basic structure with a piezoelectric element 200 shown in FIG. 5 cut along an XZ plane. As illustrated, piezoelectric elements X11, X12, X13, and X14 are fixed on the X axis on the upper surface of the basic structure 200, and piezoelectric elements Y11, Y12, Y13, and Y14 are fixed on the Y axis. ing.

図示のとおり8個の圧電素子は、いずれも内側接続部材(内側架橋部221,231,241,251)上に配置されているが、これは各圧電素子を、中心部重錘体210(主振動子)を駆動する駆動手段か、あるいは中心部重錘体210(主振動子)の変位(コリオリ力に基づく変位)を検出する検出手段として機能させるためである。別言すれば、ここに示す実施形態の場合、角速度の検出動作を行うにあたって、副振動子を積極的に駆動させる必要はなく、また、副振動子の変位を検出する必要もないため、外側接続部材(外側架橋部222,232,242,252)上には、圧電素子を配置する必要はない。   As shown in the figure, all of the eight piezoelectric elements are arranged on the inner connecting members (inner bridging portions 221, 231, 241, 251). This is because it functions as a driving means for driving the vibrator or a detecting means for detecting the displacement (displacement based on the Coriolis force) of the central weight body 210 (main vibrator). In other words, in the case of the embodiment shown here, it is not necessary to positively drive the sub-vibrator and to detect the displacement of the sub-vibrator when performing the angular velocity detection operation. There is no need to dispose a piezoelectric element on the connecting member (outer bridge portions 222, 232, 242, 252).

図示のとおり、圧電素子X11,Y11,X14,Y14は、内側架橋部221,231,241,251の外側端部近傍(中心部重錘体210から遠い端)に配置され、圧電素子X12,Y12,X13,Y13は、内側架橋部221,231,241,251の内側端部近傍(中心部重錘体210に近い端)に配置されている。これは、中心部重錘体210の変位によって内側架橋部221,231,241,251に撓みが生じた場合に、その両端部に応力が集中するので、この位置に圧電素子を配置しておくと、中心部重錘体210を駆動する上でも、中心部重錘体210の変位を検出する上でも、効率的であるためである。   As illustrated, the piezoelectric elements X11, Y11, X14, and Y14 are disposed in the vicinity of the outer ends of the inner bridging portions 221, 231, 241, and 251 (the ends far from the central weight body 210), and the piezoelectric elements X12 and Y12. , X13, Y13 are arranged in the vicinity of the inner ends of the inner bridging portions 221, 231, 241, 251 (ends close to the central weight body 210). This is because, when the inner bridge portions 221, 231, 241, and 251 are deflected due to the displacement of the central weight body 210, stress is concentrated on both ends thereof, so that a piezoelectric element is disposed at this position. This is because it is efficient both in driving the central weight body 210 and detecting the displacement of the central weight body 210.

図7は、基本構造体200の上面に配置された圧電素子の構造とその特性を示す側断面図である。図7(a) に示すように、各圧電素子は、板状の圧電素子本体部P、その上面に接合された上方電極EU、下面に接合された下方電極ELによって構成されている。基本構造体200の上面には、各圧電素子の下方電極ELの下面が固着され、圧電素子に生じた機械的変形が基本構造体200側へと伝達され、逆に、基本構造体200側に生じた機械的変形が各圧電素子側へと伝達されるようになっている。   FIG. 7 is a side sectional view showing the structure of the piezoelectric element disposed on the upper surface of the basic structure 200 and its characteristics. As shown in FIG. 7A, each piezoelectric element is composed of a plate-like piezoelectric element body P, an upper electrode EU bonded to the upper surface thereof, and a lower electrode EL bonded to the lower surface. The lower surface of the lower electrode EL of each piezoelectric element is fixed to the upper surface of the basic structure 200, and mechanical deformation generated in the piezoelectric element is transmitted to the basic structure 200 side, and conversely to the basic structure 200 side. The generated mechanical deformation is transmitted to each piezoelectric element side.

圧電素子は、電圧を印加すると機械的変形が生じる性質と、逆に、機械的変形を加えると電荷が生じる性質をもっている。どのような極性の電圧を印加すると、どのような機械的変形が生じるか、あるいは、どのような機械的変形を加えると、どのような極性の電荷が生じるか、といった特性は、個々の圧電素子ごとに異なる(圧電素子を生成する際に行う分極処理によって決定される)。図7(a) に示す例のように、圧電素子の上下両面に電極を形成した場合、圧電素子に機械的変形を加えることにより生じる電荷は、上下両電極間に生じる電圧に比例する。したがって、以下の説明では、「発生電圧」を「発生電荷」と等価なものとして取り扱うことにする。   Piezoelectric elements have the property that mechanical deformation occurs when a voltage is applied, and conversely, electric charges are generated when mechanical deformation is applied. The characteristics such as what kind of polarity voltage causes mechanical deformation, or what kind of polarity electric charge occurs when mechanical deformation is applied to individual piezoelectric elements. It is different for each (determined by the polarization process performed when the piezoelectric element is generated). When electrodes are formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric element as in the example shown in FIG. 7A, the electric charge generated by applying mechanical deformation to the piezoelectric element is proportional to the voltage generated between the upper and lower electrodes. Therefore, in the following description, “generated voltage” is treated as equivalent to “generated charge”.

ここに例示する圧電素子は、図7(b) に示すように、上方電極EU側を正、下方電極EL側を負とする電圧を印加すると、横方向に伸びる機械的変形を生じ、図7(c) に示すように、上方電極EU側を負、下方電極EL側を正とする電圧を印加すると、横方向に縮む機械的変形を生じる。また、横方向に伸ばす機械的変形を加えると、上方電極EU側が正、下方電極EL側が負となるような電圧が生じ、横方向に縮める機械的変形を加えると、上方電極EU側が負、下方電極EL側が正となるような電圧が生じる。   7B, when a voltage with the upper electrode EU side being positive and the lower electrode EL side being negative is applied as shown in FIG. 7B, a mechanical deformation extending in the lateral direction occurs. As shown in (c), when a voltage with the upper electrode EU side being negative and the lower electrode EL side being positive is applied, mechanical deformation contracting in the lateral direction occurs. Further, when a mechanical deformation extending in the lateral direction is applied, a voltage is generated such that the upper electrode EU side is positive and a lower electrode EL side is negative. When a mechanical deformation contracting in the lateral direction is applied, the upper electrode EU side is A voltage is generated such that the electrode EL side is positive.

もちろん、本発明を実施する上では、必ずしもこのような特性をもった圧電素子を用いる必要はなく、任意の特性をもった圧電素子を利用することが可能である。ただ、ここでは、説明の便宜上、図7(b) ,(c) に示すような特性をもった圧電素子を用いた場合を例として、以下の説明を行うことにする。また、ここでは、図5に示す8個の圧電素子のうち、内側に配置された4個の圧電素子X12,Y12,X13,Y13を駆動用圧電素子として用い、外側に配置された4個の圧電素子X11,Y14,X11,Y14を検出用圧電素子として用いた例を説明する(駆動用圧電素子と検出用圧電素子とは、適宜、入れ換えることが可能である)。   Of course, in carrying out the present invention, it is not always necessary to use a piezoelectric element having such characteristics, and a piezoelectric element having an arbitrary characteristic can be used. However, here, for convenience of explanation, the following explanation will be given by taking as an example the case of using a piezoelectric element having the characteristics shown in FIGS. 7B and 7C. In addition, here, among the eight piezoelectric elements shown in FIG. 5, four piezoelectric elements X12, Y12, X13, and Y13 arranged on the inside are used as driving piezoelectric elements, and four piezoelectric elements arranged on the outside are used. An example in which the piezoelectric elements X11, Y14, X11, and Y14 are used as detection piezoelectric elements will be described (the driving piezoelectric element and the detection piezoelectric element can be interchanged as appropriate).

いま、駆動用圧電素子X12,Y12,X13,Y13に対して、図8(a) に示すような交流電圧信号φ1を供給した場合を考える。具体的には、これら各駆動用圧電素子X12,Y12,X13,Y13の下方電極ELを接地電位に固定しておき、各上方電極EUに対して、図8(a) に示す交流電圧信号φ1を与える。この交流電圧信号φ1は、正側のピーク電圧Vpと負側のピーク電圧−Vpをもった正弦波状の交流信号であり、図8(a) の横軸は時間軸tとなっている。このような交流電圧信号φ1の供給を受けた駆動用圧電素子X12,Y12,X13,Y13は、半周期ごとに、図7(b) および(c) の状態を繰り返すことになり、周期的な伸縮運動を行うことになる。   Consider a case where an AC voltage signal φ1 as shown in FIG. 8A is supplied to the driving piezoelectric elements X12, Y12, X13, and Y13. Specifically, the lower electrodes EL of the driving piezoelectric elements X12, Y12, X13, and Y13 are fixed to the ground potential, and the AC voltage signal φ1 shown in FIG. give. This AC voltage signal φ1 is a sinusoidal AC signal having a positive peak voltage Vp and a negative peak voltage −Vp, and the horizontal axis in FIG. The driving piezoelectric elements X12, Y12, X13, and Y13 that are supplied with the AC voltage signal φ1 repeat the states shown in FIGS. 7B and 7C every half cycle. It will perform a telescopic motion.

ここで、図5および図6に示す基本構造体200において、駆動用圧電素子X12,Y12,X13,Y13が配置されている上面部分が伸びると、各内側架橋部221,231,241,251は、中心部重錘体210をZ軸正方向(図6の上方)に変位させるような撓みを生じる。逆に、駆動用圧電素子X12,Y12,X13,Y13が配置されている上面部分が縮むと、各内側架橋部221,231,241,251は、中心部重錘体210をZ軸負方向(図6の下方)に変位させるような撓みを生じる。したがって、駆動用圧電素子X12,Y12,X13,Y13に対して、図8(a) に示すような交流電圧信号φ1を供給すると、中心部重錘体210はZ軸方向(図6の上下方向)に単振動することになる。   Here, in the basic structure 200 shown in FIGS. 5 and 6, when the upper surface portion where the driving piezoelectric elements X12, Y12, X13, and Y13 are arranged is extended, the inner bridge portions 221, 231, 241, and 251 are The center weight body 210 is bent so as to be displaced in the positive Z-axis direction (upward in FIG. 6). Conversely, when the upper surface portion where the driving piezoelectric elements X12, Y12, X13, and Y13 are disposed contracts, the inner bridging portions 221, 231, 241, and 251 move the central weight body 210 in the negative Z-axis direction ( Deflection that causes displacement in the lower part of FIG. 6 occurs. Therefore, when the AC voltage signal φ1 as shown in FIG. 8A is supplied to the driving piezoelectric elements X12, Y12, X13, and Y13, the central weight body 210 is moved in the Z-axis direction (the vertical direction in FIG. 6). ).

図8(b) は、中心部重錘体210の重心Gの変位を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は図8(a)の横軸と同期した時間軸tであり、縦軸は中心部重錘体210の重心GのZ座標値を示している。ここで、座標値Z0は、交流電圧信号φ1を供給しない場合、すなわち、静止状態における中心部重錘体210の重心GのZ座標値であり、振幅Aの中心位置に相当する。   FIG. 8B is a graph showing the displacement of the center of gravity G of the central weight body 210. In this graph, the horizontal axis is a time axis t synchronized with the horizontal axis of FIG. 8A, and the vertical axis indicates the Z coordinate value of the center of gravity G of the central weight body 210. Here, the coordinate value Z0 is the Z coordinate value of the center of gravity G of the central weight body 210 in a stationary state when the AC voltage signal φ1 is not supplied, and corresponds to the center position of the amplitude A.

主振動子として機能する中心部重錘体210は、振幅Aをもって上下方向に振動し、その周期は、交流電圧信号φ1の周期に一致する。ただし、主振動子210の変位の位相は、交流電圧信号φ1の位相に対して所定の位相差dだけ遅れることになる。これは、駆動用圧電素子X12,Y12,X13,Y13に所定の電圧が加えられてから、実際に主振動子210が、圧電素子の機械的変形に基づく変位を生じるまでに、機械系や回路系の遅延により若干の時間的な遅れが生じるためである。位相差dは、基本構造体200の構造、各部の寸法、材質、交流電圧信号φ1の周波数などのパラメータに応じて定まる値である。一般に、固有の振動系において、振動子をその共振周波数で振動させた場合、d=π/2になることが知られている。   The central weight body 210 functioning as the main vibrator vibrates in the vertical direction with an amplitude A, and the cycle thereof coincides with the cycle of the AC voltage signal φ1. However, the phase of displacement of the main vibrator 210 is delayed by a predetermined phase difference d with respect to the phase of the AC voltage signal φ1. This is because a mechanical system or a circuit is required from when a predetermined voltage is applied to the driving piezoelectric elements X12, Y12, X13, and Y13 until the main vibrator 210 is actually displaced due to mechanical deformation of the piezoelectric elements. This is because a slight time delay occurs due to the delay of the system. The phase difference d is a value determined according to parameters such as the structure of the basic structure 200, the dimensions and materials of each part, and the frequency of the AC voltage signal φ1. In general, it is known that d = π / 2 when an oscillator is vibrated at its resonance frequency in a specific vibration system.

このように、主振動子210をZ軸方向に単振動させると、その振動エネルギーの一部は、各架橋部を介して台座260へと伝達され、装置筐体280へ漏れ出てくることになる。ただ、§2で述べたとおり、基本構造体200では、この振動エネルギーの伝達経路の途中に副振動子225,235,245,255が設けられているため、台座260へと伝達される振動エネルギーは大幅に低減される。   As described above, when the main vibrator 210 is simply vibrated in the Z-axis direction, a part of the vibration energy is transmitted to the pedestal 260 through each bridging portion and leaks to the apparatus housing 280. Become. However, as described in §2, in the basic structure 200, since the sub-vibrators 225, 235, 245, and 255 are provided in the middle of the vibration energy transmission path, vibration energy transmitted to the base 260 is obtained. Is greatly reduced.

さて、こうして、主振動子210をZ軸方向に振動させた状態において、角速度が作用すると、作用した角速度に応じて、主振動子210に対してコリオリ力が作用する。たとえば、Y軸まわりの角速度ωyが作用したとすると、主振動子210の運動方向はZ軸方向であるから、X軸方向のコリオリ力Fxが作用することになる。そして、X軸正方向のコリオリ力+Fxが作用した場合は、主振動子210はX軸正方向に傾くことになり、X軸負方向のコリオリ力−Fxが作用した場合は、主振動子210はX軸負方向に傾くことになる。   Now, when the angular velocity acts in a state where the main vibrator 210 is vibrated in the Z-axis direction, a Coriolis force acts on the main vibrator 210 according to the acting angular velocity. For example, if the angular velocity ωy about the Y axis is applied, the direction of motion of the main vibrator 210 is the Z axis direction, so the Coriolis force Fx in the X axis direction is applied. When the Coriolis force + Fx in the X-axis positive direction acts, the main vibrator 210 tilts in the X-axis positive direction. When the Coriolis force -Fx in the X-axis negative direction acts, the main vibrator 210. Tilts in the negative direction of the X axis.

このような主振動子210のX軸方向への傾斜は、検出用圧電素子X11,X14の発生電荷として検出することができる。すなわち、X軸正方向のコリオリ力+Fxに基づいて、主振動子210がX軸正方向に傾くと、圧電素子X11は縮み、圧電素子X14は伸びるので、圧電素子X11の上方電極には負の電圧が生じ、圧電素子X14の上方電極には正の電圧が生じる。逆に、X軸負方向のコリオリ力−Fxに基づいて、主振動子210がX軸負方向に傾くと、圧電素子X11は伸び、圧電素子X14は縮むので、圧電素子X11の上方電極には正の電圧が生じ、圧電素子X14の上方電極には負の電圧が生じる。したがって、両者の電位差をとれば、その絶対値は作用したコリオリ力の大きさを示し、符号は作用したコリオリ力の向きを示すことになる。このコリオリ力の大きさと向きは、Y軸まわりの角速度ωyの大きさと向きを示している。   Such an inclination of the main vibrator 210 in the X-axis direction can be detected as generated charges of the detecting piezoelectric elements X11 and X14. That is, based on the Coriolis force + Fx in the X-axis positive direction, when the main vibrator 210 tilts in the X-axis positive direction, the piezoelectric element X11 contracts and the piezoelectric element X14 extends, so that the upper electrode of the piezoelectric element X11 has a negative polarity. A voltage is generated, and a positive voltage is generated at the upper electrode of the piezoelectric element X14. Conversely, when the main vibrator 210 tilts in the negative X-axis direction based on the Coriolis force -Fx in the negative X-axis direction, the piezoelectric element X11 expands and the piezoelectric element X14 contracts, so that the upper electrode of the piezoelectric element X11 A positive voltage is generated, and a negative voltage is generated at the upper electrode of the piezoelectric element X14. Therefore, if the potential difference between the two is taken, the absolute value indicates the magnitude of the applied Coriolis force, and the sign indicates the direction of the applied Coriolis force. The magnitude and direction of the Coriolis force indicate the magnitude and direction of the angular velocity ωy about the Y axis.

同様に、X軸まわりの角速度ωxが作用したとすると、主振動子210の運動方向はZ軸方向であるから、Y軸方向のコリオリ力Fyが作用することになり、主振動子210はY軸方向に傾斜する。このような主振動子210のY軸方向への傾斜は、コリオリ力検出用圧電素子Y11,Y14の発生電荷として検出することができる。すなわち、Y軸正方向のコリオリ力+Fyに基づいて、主振動子210がY軸正方向に傾くと、圧電素子Y11は縮み、圧電素子Y14は伸びるので、圧電素子Y11の上方電極には負の電圧が生じ、圧電素子Y14の上方電極には正の電圧が生じる。逆に、Y軸負方向のコリオリ力−Fyに基づいて、主振動子210がY軸負方向に傾くと、圧電素子Y11は伸び、圧電素子Y14は縮むので、圧電素子Y11の上方電極には正の電圧が生じ、圧電素子Y14の上方電極には負の電圧が生じる。したがって、両者の電位差をとれば、その絶対値はX軸まわりの角速度ωxの大きさを示し、符号は向きを示すものになる。   Similarly, if the angular velocity ωx around the X axis is applied, the movement direction of the main vibrator 210 is the Z axis direction, and therefore, the Coriolis force Fy in the Y axis direction is applied. Tilt in the axial direction. Such an inclination of the main vibrator 210 in the Y-axis direction can be detected as generated charges of the Coriolis force detecting piezoelectric elements Y11 and Y14. That is, when the main vibrator 210 tilts in the Y-axis positive direction based on the Coriolis force + Fy in the Y-axis positive direction, the piezoelectric element Y11 contracts and the piezoelectric element Y14 extends, so that the upper electrode of the piezoelectric element Y11 has a negative polarity. A voltage is generated, and a positive voltage is generated at the upper electrode of the piezoelectric element Y14. Conversely, when the main vibrator 210 is tilted in the Y-axis negative direction based on the Coriolis force -Fy in the Y-axis negative direction, the piezoelectric element Y11 expands and the piezoelectric element Y14 contracts. A positive voltage is generated, and a negative voltage is generated at the upper electrode of the piezoelectric element Y14. Therefore, if the potential difference between the two is taken, the absolute value indicates the magnitude of the angular velocity ωx around the X axis, and the sign indicates the direction.

かくして、図5および図6に示す第1の実施形態に係る角速度センサでは、主振動子210をZ軸方向に振動させた状態において、X軸まわりの角速度ωxとY軸まわりの角速度ωyとを検出することが可能になる。   Thus, in the angular velocity sensor according to the first embodiment shown in FIGS. 5 and 6, the angular velocity ωx around the X axis and the angular velocity ωy around the Y axis are obtained in a state where the main vibrator 210 is vibrated in the Z-axis direction. It becomes possible to detect.

図9は、この角速度センサに用いる信号処理回路の一例を示す回路図である。図の上段左側に示された4個の圧電素子X12,X13,Y12,Y13は、図5に示す駆動用圧電素子であり、その下方電極ELは接地されている。駆動制御回路30は、交流信号源31から与えられる交流信号を調整して、駆動用圧電素子X12,X13,Y12,Y13に交流駆動信号を供給する機能を果たす。具体的には、たとえば、図8(a) に示すような交流電圧信号φ1を発生させて、駆動用圧電素子X12,X13,Y12,Y13の上方電極EUに印加する。これにより、駆動用圧電素子X12,X13,Y12,Y13が周期的に変形し、主振動子210が周期的運動(Z軸方向の単振動)を生じることは、既に述べたとおりである。   FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of a signal processing circuit used for the angular velocity sensor. The four piezoelectric elements X12, X13, Y12, Y13 shown on the upper left side of the figure are the driving piezoelectric elements shown in FIG. 5, and the lower electrode EL thereof is grounded. The drive control circuit 30 functions to adjust the AC signal supplied from the AC signal source 31 and supply the AC drive signal to the drive piezoelectric elements X12, X13, Y12, and Y13. Specifically, for example, an AC voltage signal φ1 as shown in FIG. 8A is generated and applied to the upper electrodes EU of the driving piezoelectric elements X12, X13, Y12, Y13. As described above, the driving piezoelectric elements X12, X13, Y12, and Y13 are periodically deformed, and the main vibrator 210 generates periodic motion (single vibration in the Z-axis direction).

一方、図9の下段左側に示された4個の圧電素子X11,X14,Y11,Y14は、図5に示す検出用圧電素子であり、その下方電極ELは接地されている。圧電素子X11,X14の上方電極の電圧値V(X11),V(X14)は、差分回路21によってその差が電圧値Vxとして求められる。同様に、圧電素子Y11,Y14の上方電極の電圧値V(Y11),V(Y14)は、差分回路22によってその差が電圧値Vyとして求められる。   On the other hand, the four piezoelectric elements X11, X14, Y11, Y14 shown on the lower left side of FIG. 9 are the detecting piezoelectric elements shown in FIG. 5, and the lower electrode EL thereof is grounded. The difference between the voltage values V (X11) and V (X14) of the upper electrodes of the piezoelectric elements X11 and X14 is obtained as the voltage value Vx by the difference circuit 21. Similarly, the voltage values V (Y11) and V (Y14) of the upper electrodes of the piezoelectric elements Y11 and Y14 are obtained by the difference circuit 22 as the voltage value Vy.

角速度検出回路40は、主振動子210が周期的運動(Z軸方向の単振動)を行っている状態において、この周期的運動に同期した所定タイミングで、検出用圧電素子X11,X14,Y11,Y14の発生電荷を測定し、これを所定軸まわりの角速度の検出値として出力する処理を行う。この第1の実施形態に係る角速度センサの場合、差分回路21によって求められた電圧値VxがX軸方向に作用したコリオリ力Fxの検出値になるため、Y軸まわりの角速度ωyを示す検出値として出力され、差分回路22によって求められた電圧値VyがY軸方向に作用したコリオリ力Fyの検出値になるため、X軸まわりの角速度ωxを示す検出値として出力されることになる。   The angular velocity detection circuit 40 is configured to detect piezoelectric elements X11, X14, Y11, Y11 at a predetermined timing synchronized with the periodic movement in a state where the main vibrator 210 performs a periodic movement (single vibration in the Z-axis direction). A process of measuring the generated charge of Y14 and outputting it as a detected value of angular velocity about a predetermined axis is performed. In the case of the angular velocity sensor according to the first embodiment, the voltage value Vx obtained by the difference circuit 21 becomes a detection value of the Coriolis force Fx acting in the X-axis direction, and thus a detection value indicating the angular velocity ωy around the Y-axis. And the voltage value Vy obtained by the difference circuit 22 becomes a detected value of the Coriolis force Fy acting in the Y-axis direction, and is output as a detected value indicating the angular velocity ωx around the X-axis.

なお、角速度検出回路40が、電圧値Vx,Vyを角速度ωy,ωxの検出値として出力するタイミングは、主振動子210の重心Gが単振動の振幅中心位置(図8(b) に示す座標値Z0に対応する位置)を通過する瞬間に設定するのが好ましい。主振動子210が単振動を行っていれば、重心Gが振幅中心位置を通過する瞬間に、主振動子の速度は最大値に達するので、作用するコリオリ力も最大値に達することになる。したがって、このタイミングで取り込んだ電圧Vx,Vyを、そのまま角速度ωy,ωxを示す検出値として出力するようにすれば、最も効率が良い検出が可能になる。   Note that the timing at which the angular velocity detection circuit 40 outputs the voltage values Vx and Vy as the detected values of the angular velocities ωy and ωx is such that the center of gravity G of the main vibrator 210 is the amplitude center position of the single vibration (the coordinates shown in FIG. 8B). It is preferably set at the moment of passing the position corresponding to the value Z0. If the main vibrator 210 performs simple vibration, the speed of the main vibrator reaches the maximum value at the moment when the center of gravity G passes through the center position of the amplitude, so that the acting Coriolis force also reaches the maximum value. Therefore, if the voltages Vx and Vy captured at this timing are output as detection values indicating the angular velocities ωy and ωx as they are, the most efficient detection is possible.

角速度検出回路40に、電圧値Vx,Vyを角速度ωy,ωxの検出値として出力するタイミングを認識させる1つの方法は、交流信号源31からの交流信号と遅延時間に相当する位相差dを角速度検出回路40に与える方法である。交流信号源31からの交流信号は、図8(a) に示す交流電圧信号φ1と同期している信号である。そして、図8(b) に示すように、主振動子210の変位を示す波形は、交流電圧信号φ1に対して所定の位相差dをもっている。この位相差dは、基本構造体200に固有の機械的特性と振動周波数に応じて定まる。したがって、交流信号源31からの交流信号と位相差dとを角速度検出回路40に与えておけば、主振動子210の重心Gが振幅中心位置を通過するタイミング(図8(b) において、座標値Z0を示す水平線を横切るタイミング)を把握することができる。   One method for causing the angular velocity detection circuit 40 to recognize the timing at which the voltage values Vx and Vy are output as the detected values of the angular velocities ωy and ωx is as follows. This is a method applied to the detection circuit 40. The AC signal from the AC signal source 31 is a signal synchronized with the AC voltage signal φ1 shown in FIG. As shown in FIG. 8B, the waveform indicating the displacement of the main vibrator 210 has a predetermined phase difference d with respect to the AC voltage signal φ1. The phase difference d is determined according to mechanical characteristics and vibration frequency unique to the basic structure 200. Accordingly, if the AC signal from the AC signal source 31 and the phase difference d are given to the angular velocity detection circuit 40, the timing at which the center of gravity G of the main vibrator 210 passes through the amplitude center position (in FIG. The timing of crossing the horizontal line indicating the value Z0).

角速度検出回路40に、測定タイミングを認識させる別な方法は、差分回路21および22から得られる電圧VxおよびVyをモニタさせ、その絶対値が最大値となった時点を測定タイミングとする方法である。上述したとおり、主振動子210が単振動を行っていれば、重心Gが振幅中心位置を通過する瞬間に、主振動子の速度は最大値に達するので、作用するコリオリ力も最大値に達し、電圧VxおよびVyの絶対値も最大値になる。したがって、この最大値を示す電圧Vx,Vyを、そのまま角速度ωy,ωxを示す検出値として出力するようにすればよい。もっとも、この方法を採る場合は、最大値か否かを判定するために、電圧VxおよびVyの値を時系列的に保持する仕組が必要になる。更に、角速度の回転方向を検出するためには、交流信号源31の信号を利用して同期検波すればよい。   Another method for causing the angular velocity detection circuit 40 to recognize the measurement timing is to monitor the voltages Vx and Vy obtained from the difference circuits 21 and 22 and set the timing when the absolute value thereof reaches the maximum value as the measurement timing. . As described above, if the main vibrator 210 performs simple vibration, the speed of the main vibrator reaches the maximum value at the moment when the center of gravity G passes through the amplitude center position, so that the acting Coriolis force also reaches the maximum value, The absolute values of the voltages Vx and Vy are also maximum values. Therefore, the voltages Vx and Vy indicating the maximum values may be output as detection values indicating the angular velocities ωy and ωx as they are. However, when this method is adopted, a mechanism for holding the values of the voltages Vx and Vy in time series is necessary to determine whether or not the maximum value is reached. Furthermore, in order to detect the rotational direction of the angular velocity, it is only necessary to perform synchronous detection using the signal from the AC signal source 31.

<<< §4.第1の実施形態の変形例 >>>
ここでは、§3で述べた第1の実施形態に係る角速度センサの変形例をいくつか述べておく。なお、ここで述べる変形例は、§5以降で述べる他の実施形態にも同様に適用可能である。
<<< §4. Modified example of the first embodiment >>
Here, some modifications of the angular velocity sensor according to the first embodiment described in §3 will be described. Note that the modification described here can be similarly applied to other embodiments described in §5 and later.

<4−1:圧電素子のバリエーション>
§3で述べた実施形態では、図5に示す8個の圧電素子のうち、内側に配置された4個の圧電素子X12,X13,Y12,Y13を駆動用圧電素子として利用し、外側に配置された4個の圧電素子X11,X14,Y11,Y14を検出用圧電素子として利用しているが、圧電素子の役割は逆にしてもかまわない。ただ、図8(a) に示す交流駆動信号φ1を各駆動用圧電素子X11,X14,Y11,Y14に供給した場合の主振動子210の変位方向は逆点するため、主振動子210の変位は、図8(b) に示すグラフとは異なる点を考慮する必要がある。また、検出用圧電素子X12,X13,Y12,Y13に発生する電荷の極性も、圧電素子X11,X14,Y11,Y14を検出用圧電素子として利用した場合とは異なるため、角速度検出回路40における信号処理を行う上でも留意する必要がある。
<4-1: Variation of piezoelectric element>
In the embodiment described in §3, among the eight piezoelectric elements shown in FIG. 5, four piezoelectric elements X12, X13, Y12, and Y13 arranged on the inside are used as driving piezoelectric elements and arranged on the outside. Although the four piezoelectric elements X11, X14, Y11, and Y14 thus used are used as detection piezoelectric elements, the roles of the piezoelectric elements may be reversed. However, since the displacement direction of the main vibrator 210 when the AC drive signal φ1 shown in FIG. 8A is supplied to each of the driving piezoelectric elements X11, X14, Y11, Y14 is opposite, the displacement of the main vibrator 210 However, it is necessary to take into consideration the points different from the graph shown in FIG. Further, since the polarities of charges generated in the detection piezoelectric elements X12, X13, Y12, and Y13 are also different from those in the case where the piezoelectric elements X11, X14, Y11, and Y14 are used as the detection piezoelectric elements, signals in the angular velocity detection circuit 40 are used. It is necessary to pay attention to the processing.

また、§3で述べた実施形態では、図7(b) ,(c) に示すような電気的特性をもった圧電素子を用いていたが、これとは逆の電気的特性、すなわち、上方電極EU側を正、下方電極EL側を負とする電圧を印加すると、横方向に縮む機械的変形を生じ、上方電極EU側を負、下方電極EL側を正とする電圧を印加すると、横方向に伸びる機械的変形を生じ、横方向に伸ばす機械的変形を加えると、上方電極EU側が負、下方電極EL側が正となるような電圧が生じ、横方向に縮める機械的変形を加えると、上方電極EU側が正、下方電極EL側が負となるような電圧が生じる電気的特性をもった圧電素子を利用することも可能である。この場合、電気的特性が逆転することを考慮して、駆動制御回路30や角度検出回路40における電気信号の取り扱いを検討する必要がある。   Further, in the embodiment described in §3, the piezoelectric element having the electrical characteristics as shown in FIGS. 7B and 7C is used. Applying a voltage with the electrode EU side positive and the lower electrode EL side negative causes a mechanical deformation that shrinks in the lateral direction. Applying a voltage with the upper electrode EU side negative and the lower electrode EL side positive applies a horizontal When a mechanical deformation that extends in the direction is generated and a mechanical deformation that extends in the lateral direction is applied, a voltage is generated such that the upper electrode EU side is negative and the lower electrode EL side is positive. It is also possible to use a piezoelectric element having an electrical characteristic that generates a voltage such that the upper electrode EU side is positive and the lower electrode EL side is negative. In this case, it is necessary to consider the handling of electrical signals in the drive control circuit 30 and the angle detection circuit 40 in consideration of the reverse of the electrical characteristics.

また、図7(b) ,(c) に示すような電気的特性をもった圧電素子と、これと逆の電気的特性をもった圧電素子とを混合して用いることも可能である。もちろん、この場合、個々の圧電素子の電気的特性を考慮して、供給する交流駆動信号の位相や、発生した電圧の取り扱いを決める必要がある。たとえば、内側に配置された4個の圧電素子X12,X13,Y12,Y13を駆動用圧電素子として利用する場合であっても、圧電素子X12,X13として図7(b) ,(c) に示すような電気的特性をもった圧電素子を利用し、圧電素子Y12,Y13として図7(b) ,(c) に示すものとは逆の電気的特性をもった圧電素子を利用した場合、圧電素子X12,X13に対しては図10(a) に示すような交流電圧信号φ1を供給し、圧電素子Y12,Y13に対しては図10(b) に示すような交流電圧信号φ2(φ1とは逆位相の信号)を供給する必要がある。   It is also possible to use a mixture of piezoelectric elements having the electrical characteristics shown in FIGS. 7B and 7C and piezoelectric elements having the opposite electrical characteristics. Of course, in this case, it is necessary to determine the phase of the AC drive signal to be supplied and the handling of the generated voltage in consideration of the electrical characteristics of the individual piezoelectric elements. For example, even when four piezoelectric elements X12, X13, Y12, Y13 arranged on the inner side are used as driving piezoelectric elements, the piezoelectric elements X12, X13 are shown in FIGS. 7 (b) and 7 (c). When piezoelectric elements having such electrical characteristics are used, and piezoelectric elements Y12 and Y13 having piezoelectric characteristics opposite to those shown in FIGS. 7B and 7C are used, piezoelectric elements are used. An AC voltage signal φ1 as shown in FIG. 10 (a) is supplied to the elements X12 and X13, and an AC voltage signal φ2 (φ1 and φ1) as shown in FIG. 10 (b) is supplied to the piezoelectric elements Y12 and Y13. Need to supply an anti-phase signal).

<4−2:主振動子の周期的運動のバリエーション>
§3で述べた実施形態では、主振動子210をZ軸方向に単振動させた例を示したが、主振動子210が行う周期的運動は、このようなZ軸方向への単振動に限定されるものではない。
<4-2: Variation of the periodic motion of the main oscillator>
In the embodiment described in §3, an example in which the main vibrator 210 is simply vibrated in the Z-axis direction has been described. However, the periodic motion performed by the main vibrator 210 is caused by such simple vibration in the Z-axis direction. It is not limited.

たとえば、図11は、図3に示す基本構造体200の上面に、24個の圧電素子を配置し、主振動子210を任意の座標軸方向に単振動させることができるようにし、更に、円運動も行わせることができるようにした例である。図11において、ハッチングは、圧電素子を示すものであり、断面を示すものではない。   For example, FIG. 11 shows that 24 piezoelectric elements are arranged on the upper surface of the basic structure 200 shown in FIG. 3 so that the main vibrator 210 can be simply oscillated in an arbitrary coordinate axis direction. This is an example that can also be performed. In FIG. 11, hatching indicates a piezoelectric element, and does not indicate a cross section.

ここでは、説明の便宜上、X軸の両脇に、X軸に対して平行で、所定間隔をおいて配置されたXa軸およびXb軸を定義し、Y軸の両脇に、Y軸に対して平行で、所定間隔をおいて配置されたYa軸およびYb軸を定義する。Xa軸およびXb軸はX軸に関して対称な位置に定義され、Ya軸およびYb軸はY軸に関して対称な位置に定義される。ここに示す変形例では、図11に示すとおり、X軸上には、圧電素子X11,X12,X13,X14が配置され、Xa軸上には、圧電素子X21,X22,X23,X24が配置され、Xb軸上には、圧電素子X31,X32,X33,X34が配置されている。また、Y軸上には、圧電素子Y11,Y12,Y13,Y14が配置され、Ya軸上には、圧電素子Y21,Y22,Y23,Y24が配置され、Yb軸上には、圧電素子Y31,Y32,Y33,Y34が配置されている。   Here, for convenience of explanation, an Xa axis and an Xb axis that are parallel to the X axis and arranged at a predetermined interval are defined on both sides of the X axis, and are defined on both sides of the Y axis with respect to the Y axis. Are defined in parallel and at predetermined intervals. The Xa axis and the Xb axis are defined at positions symmetrical with respect to the X axis, and the Ya axis and the Yb axis are defined at positions symmetrical with respect to the Y axis. In the modification shown here, as shown in FIG. 11, piezoelectric elements X11, X12, X13, and X14 are arranged on the X axis, and piezoelectric elements X21, X22, X23, and X24 are arranged on the Xa axis. The piezoelectric elements X31, X32, X33, and X34 are arranged on the Xb axis. Piezoelectric elements Y11, Y12, Y13, Y14 are arranged on the Y axis, piezoelectric elements Y21, Y22, Y23, Y24 are arranged on the Ya axis, and piezoelectric elements Y31, Y24 are arranged on the Yb axis. Y32, Y33, Y34 are arranged.

この24個の圧電素子は、いずれも内側接続部材(内側架橋部221,231,241,251)上に配置されているが、これは各圧電素子を、中心部重錘体210(主振動子)を駆動する駆動手段か、あるいは中心部重錘体210(主振動子)の変位(コリオリ力に基づく変位)を検出する検出手段として機能させるためである。また、各圧電素子は、内側架橋部221,231,241,251の両端部近傍に配置されているが、これは当該部分に応力が集中するためである。   These 24 piezoelectric elements are all arranged on the inner connecting members (inner bridging portions 221, 231, 241, 251). This means that each piezoelectric element is connected to the central weight body 210 (main vibrator). ) Or a detecting means for detecting the displacement (displacement based on the Coriolis force) of the central weight body 210 (main vibrator). Each piezoelectric element is disposed in the vicinity of both end portions of the inner bridging portions 221, 231, 241, and 251 because stress concentrates on the portions.

この角速度センサにおいて、主振動子210をX軸方向に単振動させるには、たとえば、Xa軸上に配置された4個の圧電素子X21,X22,X23,X24と、Xb軸上に配置された4個の圧電素子X31,X32,X33,X34とを駆動用圧電素子として利用すればよい。具体的には、これら8個の圧電素子の電気的特性がすべて同一であるとした場合、4個の圧電素子X21,X23,X31,X33には、図10(a) に示す交流電圧信号φ1を供給し、4個の圧電素子X22,X24,X32,X34には、図10(b) に示す交流電圧信号φ2を供給すれば、主振動子210はX軸方向に単振動する。   In this angular velocity sensor, in order to cause the main vibrator 210 to vibrate in the X-axis direction, for example, four piezoelectric elements X21, X22, X23, and X24 arranged on the Xa axis and the Xb axis are arranged. Four piezoelectric elements X31, X32, X33, and X34 may be used as driving piezoelectric elements. Specifically, assuming that the electrical characteristics of these eight piezoelectric elements are all the same, the four piezoelectric elements X21, X23, X31, and X33 have an AC voltage signal φ1 shown in FIG. When the AC voltage signal φ2 shown in FIG. 10B is supplied to the four piezoelectric elements X22, X24, X32, and X34, the main vibrator 210 makes a single vibration in the X-axis direction.

このように、Xa軸上に配置された圧電素子とXb軸上に配置された圧電素子との双方を駆動用圧電素子として用いると、発生する駆動エネルギーがX軸に関して対称となるので、X軸に沿った単振動を安定して行わせることができる。   As described above, when both the piezoelectric element arranged on the Xa axis and the piezoelectric element arranged on the Xb axis are used as driving piezoelectric elements, the generated driving energy is symmetric with respect to the X axis. It is possible to stably perform simple vibration along the line.

同様に、この角速度センサにおいて、主振動子210をY軸方向に単振動させるには、たとえば、Ya軸上に配置された4個の圧電素子Y21,Y22,Y23,Y24と、Yb軸上に配置された4個の圧電素子Y31,Y32,Y33,Y34とを駆動用圧電素子として利用すればよい。具体的には、これら8個の圧電素子の電気的特性がすべて同一であるとした場合、4個の圧電素子Y21,Y23,Y31,Y33には、図10(a) に示す交流電圧信号φ1を供給し、4個の圧電素子Y22,Y24,Y32,Y34には、図10(b) に示す交流電圧信号φ2を供給すれば、主振動子210はY軸方向に単振動する。   Similarly, in this angular velocity sensor, in order to cause the main vibrator 210 to vibrate simply in the Y-axis direction, for example, four piezoelectric elements Y21, Y22, Y23, and Y24 arranged on the Ya axis and on the Yb axis The four arranged piezoelectric elements Y31, Y32, Y33, and Y34 may be used as driving piezoelectric elements. Specifically, assuming that the electrical characteristics of these eight piezoelectric elements are all the same, the four piezoelectric elements Y21, Y23, Y31, Y33 have AC voltage signal φ1 shown in FIG. When the AC voltage signal φ2 shown in FIG. 10B is supplied to the four piezoelectric elements Y22, Y24, Y32, and Y34, the main vibrator 210 makes a single vibration in the Y-axis direction.

この場合も、Ya軸上に配置された圧電素子とYb軸上に配置された圧電素子との双方を駆動用圧電素子として用いているので、発生する駆動エネルギーがY軸に関して対称となるので、Y軸に沿った単振動を安定して行わせることができる。   Also in this case, since both the piezoelectric element arranged on the Ya axis and the piezoelectric element arranged on the Yb axis are used as driving piezoelectric elements, the generated driving energy is symmetric with respect to the Y axis. A single vibration along the Y axis can be stably performed.

更に、この角速度センサにおいて、主振動子210をZ軸方向に単振動させるには、たとえば、Xa軸上に配置された4個の圧電素子X21,X22,X23,X24と、Xb軸上に配置された4個の圧電素子X31,X32,X33,X34とを駆動用圧電素子として利用すればよい。具体的には、これら8個の圧電素子の電気的特性がすべて同一であるとした場合、4個の圧電素子X21,X24,X31,X34には、図10(a) に示す交流電圧信号φ1を供給し、4個の圧電素子X22,X23,X32,X33には、図10(b) に示す交流電圧信号φ2を供給すれば、主振動子210はZ軸方向に単振動する。   Further, in this angular velocity sensor, in order to cause the main vibrator 210 to vibrate in the Z-axis direction, for example, four piezoelectric elements X21, X22, X23, and X24 arranged on the Xa axis and the Xb axis are arranged. The four piezoelectric elements X31, X32, X33, and X34 may be used as driving piezoelectric elements. Specifically, assuming that the electrical characteristics of these eight piezoelectric elements are all the same, the four piezoelectric elements X21, X24, X31, and X34 have an AC voltage signal φ1 shown in FIG. When the AC voltage signal φ2 shown in FIG. 10B is supplied to the four piezoelectric elements X22, X23, X32, and X33, the main vibrator 210 makes a single vibration in the Z-axis direction.

あるいは、Ya軸上に配置された4個の圧電素子Y21,Y22,Y23,Y24と、Yb軸上に配置された4個の圧電素子Y31,Y32,Y33,Y34とを駆動用圧電素子として利用し、これら8個の圧電素子の電気的特性がすべて同一であるとした場合、4個の圧電素子Y21,Y24,Y31,Y34には、図10(a) に示す交流電圧信号φ1を供給し、4個の圧電素子Y22,Y23,Y32,Y33には、図10(b) に示す交流電圧信号φ2を供給しても、主振動子210をZ軸方向に単振動させることができる。   Alternatively, the four piezoelectric elements Y21, Y22, Y23, and Y24 arranged on the Ya axis and the four piezoelectric elements Y31, Y32, Y33, and Y34 arranged on the Yb axis are used as driving piezoelectric elements. If the electrical characteristics of these eight piezoelectric elements are all the same, the AC voltage signal φ1 shown in FIG. 10 (a) is supplied to the four piezoelectric elements Y21, Y24, Y31, and Y34. Even when the AC voltage signal φ2 shown in FIG. 10B is supplied to the four piezoelectric elements Y22, Y23, Y32, and Y33, the main vibrator 210 can be oscillated in the Z-axis direction.

もちろん、主振動子210をZ軸方向に単振動させるために、Xa軸,Xb軸,Ya軸,Yb軸上に配置された合計16個の圧電素子すべてを駆動用圧電素子として利用して、各駆動用圧電素子に上述したとおりの交流電圧信号φ1もしくはφ2の供給を行ってもよい。このように、Xa軸,Xb軸,Ya軸,Yb軸上に配置された合計16個の圧電素子すべてを駆動用圧電素子として利用すると、発生する駆動エネルギーがX軸およびY軸の双方に関して対称となるので、Z軸に沿った単振動を安定して行わせることができる。   Of course, in order to cause the main vibrator 210 to vibrate in the Z-axis direction, a total of 16 piezoelectric elements arranged on the Xa axis, Xb axis, Ya axis, Yb axis are used as driving piezoelectric elements. The AC voltage signal φ1 or φ2 as described above may be supplied to each driving piezoelectric element. As described above, when all 16 piezoelectric elements arranged on the Xa axis, Xb axis, Ya axis, and Yb axis are used as driving piezoelectric elements, the generated driving energy is symmetric with respect to both the X axis and the Y axis. Therefore, the simple vibration along the Z axis can be stably performed.

また、互いに直交する方向に関する単振動を位相をπ/2だけずらして合成することにより、主振動子210を円運動させることも可能である。たとえば、上述したX軸に沿った単振動とY軸に沿った単振動とを合成すれば、XY平面に沿った平面上での円運動が可能になる。具体的には、Xa軸,Xb軸,Ya軸,Yb軸上に配置された合計16個の圧電素子すべてを駆動用圧電素子として利用し、4個の圧電素子X21,X31,X23,X33には図10(a) に示すような交流電圧信号φ1を供給し、4個の圧電素子Y21,Y31,Y23,Y33には図10(a) に示すような交流電圧信号φ1の位相をπ/2だけ遅らせた信号を供給し、4個の圧電素子X22,X32,X24,X34には図10(b) に示すような交流電圧信号φ2を供給し、4個の圧電素子Y22,Y34,Y22,Y34には図10(b) に示すような交流電圧信号φ2の位相をπ/2だけ遅らせた信号を供給すればよい。   It is also possible to cause the main vibrator 210 to move circularly by synthesizing simple vibrations in directions orthogonal to each other while shifting the phase by π / 2. For example, if the above-described simple vibration along the X axis and simple vibration along the Y axis are combined, a circular motion on a plane along the XY plane becomes possible. Specifically, a total of 16 piezoelectric elements arranged on the Xa axis, Xb axis, Ya axis, and Yb axis are used as driving piezoelectric elements, and four piezoelectric elements X21, X31, X23, and X33 are used. Supplies an AC voltage signal φ1 as shown in FIG. 10 (a), and the four piezoelectric elements Y21, Y31, Y23 and Y33 have the phase of the AC voltage signal φ1 as shown in FIG. A signal delayed by 2 is supplied, and an AC voltage signal φ2 as shown in FIG. 10B is supplied to the four piezoelectric elements X22, X32, X24, and X34, and the four piezoelectric elements Y22, Y34, and Y22 are supplied. , Y34 may be supplied with a signal obtained by delaying the phase of the AC voltage signal φ2 as shown in FIG. 10B by π / 2.

なお、ここでは駆動用圧電素子に供給する交流電圧信号として、正弦波形をとる信号を用いた例を述べるが、駆動用圧電素子に供給する交流電圧信号は必ずしも正弦波形をとる信号である必要はなく、たとえば、矩形波信号であってもかまわない。   Although an example using a signal having a sine waveform as an AC voltage signal supplied to the driving piezoelectric element is described here, the AC voltage signal supplied to the driving piezoelectric element is not necessarily a signal having a sine waveform. For example, a rectangular wave signal may be used.

以上、図11に示す角速度センサにおいて、主振動子210を様々な方向に駆動する例を述べたが、続いて、この角速度センサにおいて、主振動子210に作用した各座標軸方向のコリオリ力を検出する方法の一例を説明する。上述したとおり、この角速度センサでは、Xa軸,Xb軸,Ya軸,Yb軸上に配置された合計16個の圧電素子が駆動用圧電素子として用いられている。そこで、コリオリ力の検出には、残りの8個の圧電素子を利用する。すなわち、X軸上に配置された圧電素子X11,X12,X13,X14とY軸上に配置された圧電素子Y11,Y12,Y13,Y14とが、検出用圧電素子として利用される。   As described above, in the angular velocity sensor shown in FIG. 11, the example in which the main vibrator 210 is driven in various directions has been described. Subsequently, the Coriolis force acting on the main vibrator 210 in each coordinate axis direction is detected in this angular velocity sensor. An example of the method of performing will be described. As described above, in this angular velocity sensor, a total of 16 piezoelectric elements arranged on the Xa axis, Xb axis, Ya axis, and Yb axis are used as driving piezoelectric elements. Therefore, the remaining eight piezoelectric elements are used for detecting the Coriolis force. That is, the piezoelectric elements X11, X12, X13, and X14 arranged on the X axis and the piezoelectric elements Y11, Y12, Y13, and Y14 arranged on the Y axis are used as detection piezoelectric elements.

まず、X軸方向に作用したコリオリ力Fxは、4個の圧電素子X11,X12,X13,X14から得られる電圧V(X11),V(X12),V(X13),V(X14)によって求めることができる。具体的には、これら4個の圧電素子の電気的特性がすべて同一であれば、(V(X11)+V(X13))−(V(X12)+V(X14))なる演算によって、コリオリ力Fxの検出が可能である。   First, the Coriolis force Fx acting in the X-axis direction is obtained from voltages V (X11), V (X12), V (X13), and V (X14) obtained from the four piezoelectric elements X11, X12, X13, and X14. be able to. Specifically, if the electrical characteristics of these four piezoelectric elements are all the same, the Coriolis force Fx is calculated by the calculation of (V (X11) + V (X13)) − (V (X12) + V (X14)). Can be detected.

また、Y軸方向に作用したコリオリ力Fyは、4個の圧電素子Y11,Y12,Y13,Y14から得られる電圧V(Y11),V(Y12),V(Y13),V(Y14)によって求めることができる。具体的には、これら4個の圧電素子の電気的特性がすべて同一であれば、(V(Y11)+V(Y13))−(V(Y12)+V(Y14))なる演算によって、コリオリ力Fyの検出が可能である。   Further, the Coriolis force Fy acting in the Y-axis direction is obtained from voltages V (Y11), V (Y12), V (Y13), and V (Y14) obtained from the four piezoelectric elements Y11, Y12, Y13, and Y14. be able to. Specifically, if the electrical characteristics of these four piezoelectric elements are all the same, the Coriolis force Fy is calculated by the calculation of (V (Y11) + V (Y13)) − (V (Y12) + V (Y14)). Can be detected.

更に、Z軸方向に作用したコリオリ力Fzは、4個の圧電素子X11,X12,X13,X14から得られる電圧V(X11),V(X12),V(X13),V(X14)によって求めることができる。具体的には、これら4個の圧電素子の電気的特性がすべて同一であれば、(V(X11)+V(X14))−(V(X12)+V(X13))なる演算によって、コリオリ力Fzの検出が可能である。あるいは、4個の圧電素子Y11,Y12,Y13,Y14から得られる電圧V(Y11),V(Y12),V(Y13),V(Y14)によって、コリオリ力Fzを求めることもできる。具体的には、これら4個の圧電素子の電気的特性がすべて同一であれば、(V(Y11)+V(Y14))−(V(Y12)+V(Y13))なる演算によって、コリオリ力Fzの検出が可能である。   Further, the Coriolis force Fz acting in the Z-axis direction is obtained from voltages V (X11), V (X12), V (X13), and V (X14) obtained from the four piezoelectric elements X11, X12, X13, and X14. be able to. Specifically, if the electrical characteristics of these four piezoelectric elements are all the same, the Coriolis force Fz is calculated by the calculation of (V (X11) + V (X14)) − (V (X12) + V (X13)). Can be detected. Alternatively, the Coriolis force Fz can be obtained from the voltages V (Y11), V (Y12), V (Y13), and V (Y14) obtained from the four piezoelectric elements Y11, Y12, Y13, and Y14. Specifically, if the electrical characteristics of these four piezoelectric elements are all the same, the Coriolis force Fz is calculated by the calculation of (V (Y11) + V (Y14)) − (V (Y12) + V (Y13)). Can be detected.

もちろん、8個の圧電素子X11,X12,X13,X14,Y11,Y12,Y13,Y14から得られる電圧すべてを利用して、(V(X11)+V(X14))−(V(X12)+V(X13))+(V(Y11)+V(Y14))−(V(Y12)+V(Y13))なる演算によって、コリオリ力Fzの検出を行うことも可能である。   Of course, using all the voltages obtained from the eight piezoelectric elements X11, X12, X13, X14, Y11, Y12, Y13, Y14, (V (X11) + V (X14)) − (V (X12) + V ( X13)) + (V (Y11) + V (Y14))-(V (Y12) + V (Y13)) It is also possible to detect the Coriolis force Fz.

<4−3:多軸まわりの角速度検出>
角速度検出の基本原理は、質量mをもった振動子が第1の座標軸方向に所定速度Vで運動しているときに、この振動子に第2の座標軸方向に作用するコリオリ力Fが作用していれば、装置筐体に対して第3の座標軸まわりに作用している角速度ωは、「F=2m・V・ω」なる式を満たす、というものである。したがって、この式を利用すれば、本発明に係る角速度センサを、2軸まわりの角速度を検出する2軸角速度センサとして利用したり、3軸まわりの角速度を検出する3軸角速度センサとして利用したりすることが可能である。
<4-3: Angular velocity detection around multiple axes>
The basic principle of angular velocity detection is that when a vibrator having mass m is moving at a predetermined speed V in the first coordinate axis direction, a Coriolis force F acting in the second coordinate axis direction acts on this vibrator. If so, the angular velocity ω acting around the third coordinate axis with respect to the apparatus housing satisfies the expression “F = 2m · V · ω”. Therefore, if this equation is used, the angular velocity sensor according to the present invention can be used as a two-axis angular velocity sensor that detects an angular velocity around two axes, or a three-axis angular velocity sensor that detects an angular velocity around three axes. Is possible.

たとえば、図11に示す角速度センサを2軸角速度センサとして動作させるには、主振動子210を第1の座標軸方向に単振動させた状態において、第2の座標軸方向に作用するコリオリ力および第3の座標軸方向に作用するコリオリ力を検出すればよい。具体的には、たとえば、主振動子210をZ軸方向に単振動させた状態において、主振動子210に作用するX軸方向のコリオリ力Fxを検出すれば、これをY軸まわりの角速度ωyの検出値として出力することができ、主振動子210に作用するY軸方向のコリオリ力Fyを検出すれば、これをX軸まわりの角速度ωxの検出値として出力することができる。   For example, in order to operate the angular velocity sensor shown in FIG. 11 as a biaxial angular velocity sensor, the third Coriolis force acting in the second coordinate axis direction and the third force in the state where the main vibrator 210 is simply vibrated in the first coordinate axis direction. What is necessary is just to detect the Coriolis force acting in the direction of the coordinate axis. Specifically, for example, if the Coriolis force Fx in the X-axis direction acting on the main vibrator 210 is detected in a state where the main vibrator 210 is oscillated in the Z-axis direction, the angular velocity ωy around the Y-axis is detected. If the Coriolis force Fy in the Y-axis direction acting on the main vibrator 210 is detected, this can be output as a detected value of the angular velocity ωx around the X-axis.

一方、図11に示す角速度センサを3軸角速度センサとして動作させるには、主振動子210を所定の座標軸に直交する平面内で円運動させた状態において、各座標軸方向に作用するコリオリ力を検出すればよい。具体的には、たとえば、主振動子210をZ軸に直交する平面内(XY平面に平行な平面内)で円運動させ、主振動子210がX軸方向に速度Vxをもって運動しているときに、Y軸方向に作用するコリオリ力Fyを検出すれば、Z軸まわりの角速度ωzを検出することができるし、Z軸方向に作用するコリオリ力Fzを検出すれば、Y軸まわりの角速度ωyを検出することができる。あるいは、主振動子210がY軸方向に速度Vyをもって運動しているときに、X軸方向に作用するコリオリ力Fxを検出すれば、Z軸まわりの角速度ωzを検出することができるし、Z軸方向に作用するコリオリ力Fzを検出すれば、X軸まわりの角速度ωxを検出することができる。   On the other hand, in order to operate the angular velocity sensor shown in FIG. 11 as a three-axis angular velocity sensor, Coriolis force acting in each coordinate axis direction is detected in a state where the main vibrator 210 is circularly moved in a plane orthogonal to a predetermined coordinate axis. do it. Specifically, for example, when the main vibrator 210 is circularly moved in a plane orthogonal to the Z axis (in a plane parallel to the XY plane), and the main vibrator 210 is moving at a velocity Vx in the X axis direction. If the Coriolis force Fy acting in the Y-axis direction is detected, the angular velocity ωz around the Z-axis can be detected, and if the Coriolis force Fz acting in the Z-axis direction is detected, the angular velocity ωy around the Y-axis is detected. Can be detected. Alternatively, if the Coriolis force Fx acting in the X-axis direction is detected when the main vibrator 210 is moving in the Y-axis direction with the velocity Vy, the angular velocity ωz around the Z-axis can be detected, and Z If the Coriolis force Fz acting in the axial direction is detected, the angular velocity ωx around the X axis can be detected.

このような多軸まわりの角速度検出の手法は、前掲の各特許文献等に開示されている公知の手法であるため、ここでは詳しい説明は省略する。   Such a method of detecting angular velocities about multiple axes is a known method disclosed in the above-mentioned patent documents and the like, and therefore detailed description thereof is omitted here.

<4−4:圧電素子の形態のバリエーション>
§3で述べた第1の実施形態に係る角速度センサは、図6の側断面図に示す構造を有している。この図6では、図示の便宜上、圧電素子X11〜X14をそれぞれ単純な黒いバーとして示してあるが、実際には、これら各圧電素子は、図7(a) の側断面図に示されているとおり、板状の圧電素子本体部P、上方電極EU、下方電極ELによって構成されている。したがって、図6の側断面図の一部を拡大して示すと、図12の側断面図のようになる。すなわち、X軸正側内側架橋部221の上面に圧電素子X11,X12が配置され、X軸負側内側架橋部241の上面に圧電素子X13,X14が配置され、各圧電素子はいずれも圧電素子本体部P、上方電極EU、下方電極ELの3層によって構成されている。Y軸上に配置されている圧電素子Y11〜Y14も同様である。
<4-4: Variations in the form of piezoelectric elements>
The angular velocity sensor according to the first embodiment described in §3 has the structure shown in the side sectional view of FIG. In FIG. 6, for convenience of illustration, the piezoelectric elements X11 to X14 are shown as simple black bars, but actually, each of these piezoelectric elements is shown in the side sectional view of FIG. 7 (a). As shown, it is constituted by a plate-like piezoelectric element body P, an upper electrode EU, and a lower electrode EL. Therefore, when a part of the side sectional view of FIG. 6 is enlarged, it is as shown in the side sectional view of FIG. That is, the piezoelectric elements X11 and X12 are disposed on the upper surface of the X-axis positive inner bridge portion 221 and the piezoelectric elements X13 and X14 are disposed on the upper surface of the X-axis negative inner bridge portion 241. Each piezoelectric element is a piezoelectric element. It is composed of three layers of a main body part P, an upper electrode EU, and a lower electrode EL. The same applies to the piezoelectric elements Y11 to Y14 arranged on the Y axis.

このように、それぞれが独立した3層構造を有する個々の圧電素子を、各架橋部の上面に固着する代わりに、図13に示す例のように、各圧電素子X11〜X14(および図示されていないY11〜Y14)の下方電極ELを単一の共通導電層EL′に置き換えると、個々の下方電極ELに対する個別配線が不要になるので、構造をより単純化することができる。このように、各圧電素子の下方電極ELを単一の共通導電層EL′に置き換えると、各圧電素子の圧電素子本体部Pの下面は共通電位になるが、上方電極EUは個別の電極として機能するため、動作上の支障は生じない。   Thus, instead of fixing individual piezoelectric elements each having an independent three-layer structure to the upper surface of each bridging portion, as shown in the example shown in FIG. If the lower electrodes EL of Y11 to Y14) are replaced with a single common conductive layer EL ′, the individual wirings for the individual lower electrodes EL become unnecessary, so that the structure can be further simplified. Thus, when the lower electrode EL of each piezoelectric element is replaced with a single common conductive layer EL ′, the lower surface of the piezoelectric element body portion P of each piezoelectric element has a common potential, but the upper electrode EU is an individual electrode. Because it functions, there is no operational problem.

図14は、更に、各圧電素子X11〜X14(および図示されていないY11〜Y14)の圧電素子本体部Pを単一の共通圧電素子本体部P′に置き換えた例を示す。このように、各圧電素子の圧電素子本体部Pを単一の共通圧電素子本体部P′に置き換えても、上方電極EUは個別の電極として機能するため、動作上の支障は生じない。   FIG. 14 further shows an example in which the piezoelectric element body P of each of the piezoelectric elements X11 to X14 (and Y11 to Y14 not shown) is replaced with a single common piezoelectric element body P ′. As described above, even if the piezoelectric element body P of each piezoelectric element is replaced with a single common piezoelectric element body P ′, the upper electrode EU functions as an individual electrode, so that there is no operational problem.

図15は、図13および図14に示す変形例を説明するための基本構造体200の上面図である(ハッチングは、領域を説明するためのものであり、断面を示すものではない)。図にハッチングを施した領域は、単一の共通導電層EL′および単一の共通圧電素子本体部P′が形成されている領域である。本来、中心部重錘体210の上面部分には、単一の共通導電層EL′および単一の共通圧電素子本体部P′を形成する必要はないが、この図15に示す例のように、中心部重錘体210の上面部分を含むハッチング領域内に、単一の共通導電層EL′および単一の共通圧電素子本体部P′を形成しておけば、いずれも単一層によって、全圧電素子X11〜X14,Y11〜Y14の下方電極ELおよび圧電素子本体部Pを構成することが可能になる。   FIG. 15 is a top view of the basic structure 200 for explaining the modification shown in FIGS. 13 and 14 (hatching is for explaining a region and does not show a cross section). The hatched region in the figure is a region where a single common conductive layer EL ′ and a single common piezoelectric element body P ′ are formed. Originally, it is not necessary to form a single common conductive layer EL ′ and a single common piezoelectric element body P ′ on the upper surface portion of the central weight body 210, but as in the example shown in FIG. If the single common conductive layer EL ′ and the single common piezoelectric element main body P ′ are formed in the hatching region including the upper surface portion of the central weight body 210, all of them are formed by a single layer. It becomes possible to constitute the lower electrode EL of the piezoelectric elements X11 to X14 and Y11 to Y14 and the piezoelectric element body P.

<4−5:溝部の省略>
図16は、図4に示す本発明の第1の実施形態に係る基本構造体200の変形例を示す側断面図である。図16に示されている基本構造体200′は、図4に示されている基本構造体200の溝部G1〜G4を省略したものであり、副振動子として機能するX軸上に配置された重錘体225′,245′(および図16には示されていないY軸上に配置された重錘体235′,255′)の上面に、溝部G1〜G4は形成されていない。
<4-5: Omission of groove>
FIG. 16 is a side sectional view showing a modification of the basic structure 200 according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. A basic structure 200 ′ shown in FIG. 16 is obtained by omitting the grooves G1 to G4 of the basic structure 200 shown in FIG. 4, and is arranged on the X axis that functions as a sub vibrator. Grooves G1 to G4 are not formed on the upper surfaces of the weight bodies 225 ′ and 245 ′ (and the weight bodies 235 ′ and 255 ′ arranged on the Y axis not shown in FIG. 16).

既に§2で述べたとおり、溝部G1〜G4を形成すると、振動エネルギーの伝達経路に断面U字型の部分が形成され、この断面U字型の部分が、振動エネルギーの伝播を効果的に阻止する機能を果たす。したがって、実用上は、図4に示す基本構造体200のように、溝部G1〜G4を形成するのが好ましい。ただ、図16に示す基本構造体200′のように、溝部G1〜G4が形成されていない構造をとった場合でも、副振動子を配置したことによる振動エネルギーの吸収効果が得られるため、図2に示す従来の基本構造体100に比べれば、振動漏れを阻止する効果は得られる。   As already described in §2, when the groove parts G1 to G4 are formed, a U-shaped section is formed in the vibration energy transmission path, and this U-shaped section effectively prevents the propagation of vibration energy. Fulfills the function of Therefore, in practice, it is preferable to form the grooves G1 to G4 as in the basic structure 200 shown in FIG. However, even when a structure in which the groove portions G1 to G4 are not formed as in the basic structure 200 ′ shown in FIG. 16, the effect of absorbing vibration energy due to the arrangement of the sub-vibrator can be obtained. Compared with the conventional basic structure 100 shown in FIG. 2, the effect of preventing vibration leakage can be obtained.

<4−6:駆動手段および検出手段のバリエーション>
§3では、主振動子を運動させる駆動手段および主振動子に作用するコリオリ力を検出する検出手段として圧電素子を利用した例を述べた。たとえば、図5に示す例の場合、内側接続部材の表面に固定された4個の駆動用圧電素子X12,Y12,X13,Y13と、これらの駆動用圧電素子に交流駆動信号を供給する駆動制御回路30(図9参照)とによって駆動手段が構成され、内側接続部材の表面に固定された4個の検出用圧電素子X11,Y11,X14,Y14と、これらの検出用圧電素子に生じる電荷を検出し、その検出結果に基づいて角速度の検出値を出力する角速度検出回路40(図9参照)とによって検出手段が構成されていた。
<4-6: Variations of drive means and detection means>
In §3, an example in which a piezoelectric element is used as a driving unit that moves the main vibrator and a detecting unit that detects the Coriolis force acting on the main vibrator is described. For example, in the case of the example shown in FIG. 5, four drive piezoelectric elements X12, Y12, X13, Y13 fixed to the surface of the inner connecting member, and drive control for supplying an AC drive signal to these drive piezoelectric elements. The circuit 30 (see FIG. 9) constitutes driving means, and the four detection piezoelectric elements X11, Y11, X14, Y14 fixed to the surface of the inner connecting member and the electric charges generated in these detection piezoelectric elements. The detection means is configured by an angular velocity detection circuit 40 (see FIG. 9) that detects and outputs a detection value of the angular velocity based on the detection result.

しかしながら、駆動手段や検出手段は、必ずしも圧電素子を利用して構成する必要はない。たとえば、特開平8−226931号公報の図19〜図21には、静電容量素子を利用して、駆動手段や検出手段を構成した角速度センサの一例が開示されている。本発明は、このような角速度センサにも適用可能である。具体的には、主振動子の表面に設けられた駆動用変位電極と、この駆動用変位電極に対向し、装置筐体に固定された駆動用固定電極と、これら一対の駆動用電極間に交流駆動信号を供給する駆動制御回路とによって駆動手段を構成すればよい。この場合、駆動用変位電極と駆動用固定電極との間に作用するクーロン力により、主振動子の駆動が行われることになる。また、主振動子の表面に設けられた検出用変位電極と、この検出用変位電極に対向し、装置筐体に固定された検出用固定電極と、これら一対の検出用電極間の静電容量を検出し、その検出結果に基づいて角速度の検出値を出力する角速度検出回路とによって検出手段を構成すればよい。この場合、主振動子に作用したコリオリ力は、主振動子の変位に基づく検出用変位電極と検出用固定電極との間の電極間距離の変化(静電容量の変化)として検出されることになる。   However, the drive means and the detection means are not necessarily configured using a piezoelectric element. For example, FIGS. 19 to 21 of JP-A-8-226931 disclose an example of an angular velocity sensor in which a driving unit and a detection unit are configured using a capacitive element. The present invention is also applicable to such an angular velocity sensor. Specifically, a driving displacement electrode provided on the surface of the main vibrator, a driving fixed electrode facing the driving displacement electrode and fixed to the apparatus housing, and a pair of the driving electrodes The drive means may be constituted by a drive control circuit that supplies an AC drive signal. In this case, the main vibrator is driven by the Coulomb force acting between the driving displacement electrode and the driving fixed electrode. Further, a detection displacement electrode provided on the surface of the main vibrator, a detection fixed electrode facing the detection displacement electrode and fixed to the apparatus housing, and a capacitance between the pair of detection electrodes The detection means may be configured by an angular velocity detection circuit that detects the angular velocity and outputs a detection value of the angular velocity based on the detection result. In this case, the Coriolis force acting on the main vibrator is detected as a change in the interelectrode distance (change in capacitance) between the detection displacement electrode and the detection fixed electrode based on the displacement of the main vibrator. become.

この他にも、磁気を利用して主振動子を駆動させたり、磁気を利用して主振動子に作用するコリオリ力(主振動子の変位)を検出したりすることも可能である。このように、本発明の基本概念は、特有の構造を有する基本構造体を利用する点にあり、そのような基本構造体を利用して角速度センサを実現する上では、駆動手段や検出手段を、どのような具体的素子を利用して構成してもかまわない。   In addition, it is possible to drive the main vibrator using magnetism, or to detect the Coriolis force (displacement of the main vibrator) acting on the main vibrator using magnetism. As described above, the basic concept of the present invention is to use a basic structure having a specific structure. In realizing an angular velocity sensor using such a basic structure, a driving means and a detection means are used. Any specific element may be used.

<<< §5.本発明の第2の実施形態に係る角速度センサ >>>
続いて、本発明の第2の実施形態に係る角速度センサを述べる。ここで述べる角速度センサに用いられる基本構造体の特徴は、主振動子を二重に取り囲む位置に副振動子を配置した点にある。
<<< §5. Angular velocity sensor according to the second embodiment of the present invention >>>
Subsequently, an angular velocity sensor according to a second embodiment of the present invention will be described. A feature of the basic structure used in the angular velocity sensor described here is that a sub-vibrator is arranged at a position surrounding the main vibrator doubly.

図17は、この第2の実施形態に係る角速度センサの基本構造体300を示す上面図であり、図18は、側断面図である。図17および図18に示す基本構造体300を、図3および図4に示す基本構造体200と比較すると、両者は非常に類似した構造を有していることがわかる。両者の実質的な相違は、副振動子の数である。図3に示す第1の実施形態に係る基本構造体200では、中心部重錘体210と台座260との間に、上下左右に伸びる4本のビームが配置され、各ビームの中央部分に、それぞれ副振動子225,235,245,255が配置されている。これに対して、図17に示す第2の実施形態に係る基本構造体300では、中心部重錘体310と台座360との間に、上下左右に伸びる4本のビームが配置されている点に変わりはないが、各ビームには、それぞれ一対となった副振動子325/326,335/336,345/346,355/356が配置されている。両者の相違は、図4の側断面図と図18の側断面図とを比較すれば、容易に把握できよう。   FIG. 17 is a top view showing a basic structure 300 of the angular velocity sensor according to the second embodiment, and FIG. 18 is a side sectional view. When the basic structure 300 shown in FIGS. 17 and 18 is compared with the basic structure 200 shown in FIGS. 3 and 4, it can be seen that they have very similar structures. The substantial difference between the two is the number of sub-vibrators. In the basic structure 200 according to the first embodiment shown in FIG. 3, four beams extending vertically and horizontally are arranged between the central weight body 210 and the pedestal 260, and in the central portion of each beam, Sub-vibrators 225, 235, 245, and 255 are disposed, respectively. On the other hand, in the basic structure 300 according to the second embodiment shown in FIG. 17, four beams extending vertically and horizontally are arranged between the central weight body 310 and the pedestal 360. However, the sub-vibrators 325/326, 335/336, 345/346, 355/356 that are paired with each beam are arranged in each beam. The difference between the two can be easily grasped by comparing the side sectional view of FIG. 4 with the side sectional view of FIG.

ここでも、説明の便宜上、中心部重錘体310の上面中心位置に原点Oをもち、基本構造体300の上面がXY平面に一致するようなXYZ三次元座標系を定義する。図18は、図17に示す基本構造体300を、XZ平面で切断した側断面図に相当する。   Here too, for convenience of explanation, an XYZ three-dimensional coordinate system is defined in which the origin O is at the center position of the upper surface of the central weight body 310 and the upper surface of the basic structure 300 coincides with the XY plane. FIG. 18 corresponds to a side sectional view of the basic structure 300 shown in FIG. 17 cut along the XZ plane.

中心部重錘体310は、四角柱状のブロックであり、本来の角速度検出の用に供される主振動子として機能する。これに対し、各架橋部の中間部分に設けられた重錘体は、振動漏れを低減させるための副振動子として機能する。この実施形態の場合、副振動子として合計8個の重錘体が用いられている。ここでは、中心部重錘体310の側面を取り囲む内側環状閉領域と、この内側環状閉領域を取り囲む外側環状閉領域とを定義し、内側環状閉領域内に配置された4個の重錘体325,335,345,355を「内側重錘体」と呼び、外側環状閉領域内に配置された4個の重錘体326,336,346,356を「外側重錘体」と呼ぶことにする。   The central weight body 310 is a quadrangular columnar block, and functions as a main vibrator used for original angular velocity detection. On the other hand, the weight body provided at the intermediate portion of each bridging portion functions as a sub vibrator for reducing vibration leakage. In this embodiment, a total of eight weight bodies are used as sub-vibrators. Here, an inner annular closed region surrounding the side surface of the central weight body 310 and an outer annular closed region surrounding the inner annular closed region are defined, and four weight bodies disposed in the inner annular closed region are defined. 325, 335, 345, and 355 are called “inner weight bodies”, and the four weight bodies 326, 336, 346, and 356 arranged in the outer annular closed region are called “outer weight bodies”. To do.

また、中心部重錘体310と4個の内側重錘体325,335,345,355のそれぞれとを接続する4本の架橋部を内側架橋部321,331,341,351と呼び、4個の内側重錘体325,335,345,355のそれぞれと4個の外側重錘体326,336,346,356のそれぞれとを接続する4本の架橋部を中間架橋部322,332,342,352と呼び、4個の外側重錘体326,336,346,356のそれぞれと台座360とを接続する4本の架橋部を外側架橋部323,333,343,353と呼ぶことにする。   Further, the four bridging portions connecting the central weight body 310 and each of the four inner weight bodies 325, 335, 345, 355 are called inner bridging portions 321, 331, 341, 351, and four Of the inner weight bodies 325, 335, 345, 355 and the four outer weight bodies 326, 336, 346, 356 are connected to the intermediate bridge portions 322, 332, 342, respectively. The four bridging portions that connect the four outer weight bodies 326, 336, 346, and 356 and the pedestal 360 are called outer bridging portions 323, 333, 343, and 353.

たとえば、図18の側断面図において、中心部重錘体310の右側部分は、内側架橋部321,内側重錘体325,中間架橋部322,外側重錘体326,外側架橋部323を介して台座360に接続され、中心部重錘体310の左側部分は、内側架橋部341,内側重錘体345,中間架橋部342,外側重錘体346,外側架橋部343を介して台座360に接続されている。   For example, in the side sectional view of FIG. 18, the right side portion of the central weight body 310 is connected to the inner bridge portion 321, the inner weight body 325, the intermediate bridge portion 322, the outer weight body 326, and the outer bridge portion 323. Connected to the pedestal 360, the left side portion of the central weight body 310 is connected to the pedestal 360 via the inner bridge portion 341, the inner weight body 345, the intermediate bridge portion 342, the outer weight body 346, and the outer bridge portion 343. Has been.

結局、図17に示す基本構造体300では、内側環状閉領域内には、X軸の正の領域上にX軸正側内側重錘体325が配置され、Y軸の正の領域上にY軸正側内側重錘体335が配置され、X軸の負の領域上にX軸負側内側重錘体345が配置され、Y軸の負の領域上にY軸負側内側重錘体355が配置され、外側環状閉領域内には、X軸の正の領域上にX軸正側外側重錘体326が配置され、Y軸の正の領域上にY軸正側外側重錘体336が配置され、X軸の負の領域上にX軸負側外側重錘体346が配置され、Y軸の負の領域上にY軸負側外側重錘体356が配置されていることになる。これらの重錘体は、いずれも副振動子として機能するものであり、その形状は、図18の側断面図に示されているとおり、ほぼ角柱状のブロックである。   As a result, in the basic structure 300 shown in FIG. 17, the X-axis positive inner weight body 325 is disposed on the X-axis positive region in the inner annular closed region, and the Y-axis positive region on the Y-axis positive region. An axis positive inner weight body 335 is disposed, an X axis negative inner weight body 345 is disposed on the negative area of the X axis, and a Y axis negative inner weight body 355 is disposed on the negative area of the Y axis. In the outer annular closed region, the X-axis positive outer weight body 326 is disposed on the X-axis positive region, and the Y-axis positive outer weight body 336 is disposed on the Y-axis positive region. Is arranged, the X-axis negative outer weight body 346 is arranged on the negative area of the X-axis, and the Y-axis negative outer weight body 356 is arranged on the negative area of the Y-axis. . Each of these weight bodies functions as a sub-vibrator, and the shape thereof is a substantially prismatic block as shown in the side sectional view of FIG.

この実施形態の場合、内側重錘体325,335,345,355と中心部重錘体310とを接続するために、一端が中心部重錘体310に接続され、他端がX軸正側内側重錘体325に接続され、X軸の正の領域に沿って配置されたX軸正側内側架橋部321と、一端が中心部重錘体310に接続され、他端がY軸正側内側重錘体335に接続され、Y軸の正の領域に沿って配置されたY軸正側内側架橋部331と、一端が中心部重錘体310に接続され、他端がX軸負側内側重錘体345に接続され、X軸の負の領域に沿って配置されたX軸負側内側架橋部341と、一端が中心部重錘体310に接続され、他端がY軸負側内側重錘体355に接続され、Y軸の負の領域に沿って配置されたY軸負側内側架橋部351とが設けられており、これら4本の架橋部は、内側接続部材を構成するメンバーとなる。   In the case of this embodiment, in order to connect the inner weight bodies 325, 335, 345, 355 and the central weight body 310, one end is connected to the central weight body 310 and the other end is the X axis positive side. An X-axis positive-side inner bridging portion 321 connected to the inner weight body 325 and disposed along the positive region of the X-axis, one end connected to the central weight body 310, and the other end to the Y-axis positive side A Y-axis positive-side inner bridging portion 331 connected to the inner weight body 335 and disposed along the positive region of the Y-axis, one end connected to the center-weight body 310, and the other end to the X-axis negative side An X-axis negative-side inner bridging portion 341 connected to the inner weight body 345 and disposed along the negative region of the X-axis, one end connected to the central weight body 310, and the other end to the Y-axis negative side Connected to the inner weight body 355 and provided with a Y-axis negative-side inner bridging portion 351 disposed along the negative region of the Y-axis. The four bridge portions is a member constituting the inner connecting member.

また、外側重錘体326,336,346,356と台座360とを接続するために、一端が台座360に接続され、他端がX軸正側外側重錘体326に接続され、X軸の正の領域に沿って配置されたX軸正側外側架橋部323と、一端が台座360に接続され、他端がY軸正側外側重錘体336に接続され、Y軸の正の領域に沿って配置されたY軸正側外側架橋部333と、一端が台座360に接続され、他端がX軸負側外側重錘体346に接続され、X軸の負の領域に沿って配置されたX軸負側外側架橋部343と、一端が台座360に接続され、他端がY軸負側外側重錘体356に接続され、Y軸の負の領域に沿って配置されたY軸負側外側架橋部353とが設けられており、これら4本の架橋部は、外側接続部材を構成するメンバーとなる。   Also, in order to connect the outer weight bodies 326, 336, 346, 356 and the pedestal 360, one end is connected to the pedestal 360, the other end is connected to the X-axis positive outer weight body 326, and the X-axis The X-axis positive outer bridge 323 arranged along the positive region, one end connected to the pedestal 360, the other end connected to the Y-axis positive outer weight body 336, and the Y-axis positive region A Y-axis positive outer bridge portion 333 arranged along one end and one end connected to the pedestal 360, the other end connected to the X-axis negative outer weight body 346, and arranged along the negative region of the X-axis. The Y-axis negative outer bridge 343 and one end connected to the pedestal 360, the other end connected to the Y-axis negative outer weight body 356, and arranged along the negative region of the Y-axis Side outer cross-linking portions 353 are provided, and these four cross-linking portions are members constituting the outer connecting member. It made.

更に、内側重錘体325,335,345,355と外側重錘体326,336,346,356とを接続するために、一端がX軸正側内側重錘体325に接続され、他端がX軸正側外側重錘体326に接続され、X軸の正の領域に沿って配置されたX軸正側中間架橋部322と、一端がY軸正側内側重錘体335に接続され、他端がY軸正側外側重錘体336に接続され、Y軸の正の領域に沿って配置されたY軸正側中間架橋部332と、一端がX軸負側内側重錘体345に接続され、他端がX軸負側外側重錘体346に接続され、X軸の負の領域に沿って配置されたX軸負側中間架橋部342と、一端がY軸負側内側重錘体355に接続され、他端がY軸負側外側重錘体356に接続され、Y軸の負の領域に沿って配置されたY軸負側中間架橋部352とが設けられており、これら4本の架橋部は、中間接続部材(内側重錘体と外側重錘体とを接続する部材)を構成するメンバーとなる。   Further, in order to connect the inner weight bodies 325, 335, 345, 355 and the outer weight bodies 326, 336, 346, 356, one end is connected to the X-axis positive inner weight body 325 and the other end is connected. Connected to the X-axis positive outer weight body 326 and connected to the X-axis positive intermediate bridge 322 arranged along the positive region of the X-axis, and one end connected to the Y-axis positive inner weight body 335, The other end is connected to the Y-axis positive outer weight body 336, the Y-axis positive intermediate bridge portion 332 is disposed along the positive Y-axis region, and the one end is connected to the X-axis negative inner weight body 345. The other end is connected to the X-axis negative outer weight body 346, the X-axis negative intermediate bridge portion 342 is disposed along the negative region of the X-axis, and the one end is the Y-axis negative inner weight Connected to the body 355, the other end is connected to the Y-axis negative outer weight body 356, and the Y-axis negative side is disposed along the negative region of the Y-axis. A bridge portion 352 is provided, these four bridge portions is a member constituting the intermediate connecting member (member for connecting the inner weight body and the outer weight member).

図18に示すとおり、台座360の底面は、装置筐体380に固定されている。装置筐体380は、その一部分のみが図示されているが、基本構造体300全体を収容する筐体である。すなわち、装置筐体380は、台座360を支持固定するとともに、中心部重錘体310を宙吊り状態で収容する機能を果たす。中心部重錘体310を宙吊り状態で支持する各架橋部は、厚みの小さな板状構造体であるため可撓性を有している。このため、中心部重錘体310に外力が加わると、各架橋部に撓みが生じ、重錘体310は台座360(装置筐体380)に対して変位を生じる。もちろん、主振動子として機能する重錘体310だけでなく、副振動子として機能する各重錘体も、ある程度の自由度をもって変位可能な状態になっている。   As shown in FIG. 18, the bottom surface of the pedestal 360 is fixed to the apparatus housing 380. Although only a part of the device housing 380 is illustrated, the device housing 380 is a housing that accommodates the entire basic structure 300. That is, the device housing 380 functions to support and fix the pedestal 360 and accommodate the central weight body 310 in a suspended state. Each bridge portion that supports the central weight body 310 in a suspended state is a plate-like structure having a small thickness, and thus has flexibility. For this reason, when an external force is applied to the central weight body 310, each bridge portion is bent, and the weight body 310 is displaced with respect to the pedestal 360 (device housing 380). Of course, not only the weight body 310 that functions as the main vibrator but also each weight body that functions as the sub-vibrator is in a displaceable state with a certain degree of freedom.

本願発明者が行った実験によると、図3および図4に示す第1の実施形態に係る基本構造体200において重錘体210を振動させた場合に比べて、図17および図18に示す第2の実施形態に係る基本構造体300において中心部重錘体310を振動させた場合の方が、装置筐体側へ伝達される振動エネルギー(振動漏れ)がより低減することが確認できた。これは、振動エネルギーの伝達経路に2つの副振動子を配置することにより、副振動子による振動エネルギーの吸収効果がより顕著になったためと考えられる。   According to experiments conducted by the inventors of the present application, compared to the case where the weight body 210 is vibrated in the basic structure 200 according to the first embodiment shown in FIGS. 3 and 4, the first structure shown in FIGS. It was confirmed that vibration energy (vibration leakage) transmitted to the apparatus housing side is further reduced when the central weight body 310 is vibrated in the basic structure 300 according to the second embodiment. This is presumably because the effect of absorbing vibration energy by the sub-vibrator becomes more prominent by arranging two sub-vibrators in the vibration energy transmission path.

この第2の実施形態においても、可撓性をもった板状の架橋部の接続位置は、副振動子として機能する各重錘体225,226,235,236,245,246,255,256の側面の上端となっており、しかも各重錘体の上面には、それぞれ溝部G1a,G1b,G2a,G2b,G3a,G3b,G4a,G4bが形成されている。   Also in the second embodiment, the connection positions of the flexible plate-like bridging portions are the weights 225, 226, 235, 236, 245, 246, 255, 256 that function as sub-vibrators. In addition, grooves G1a, G1b, G2a, G2b, G3a, G3b, G4a, and G4b are formed on the upper surface of each weight body.

より具体的に説明すれば、図17および図18に示す基本構造体300では、X軸正側部分に関しては、X軸正側内側重錘体325の「中心部重錘体310に対する対向面」の上端にX軸正側内側架橋部321が接続され、X軸正側内側重錘体325の「X軸正側外側重錘体326に対する対向面」の上端にX軸正側中間架橋部322の一端が接続され、X軸正側外側重錘体326の「X軸正側内側重錘体325に対する対向面」の上端にX軸正側中間架橋部322の他端が接続され、X軸正側外側重錘体326の「台座360に対する対向面」の上端にX軸正側外側架橋部323が接続され、X軸正側内側重錘体325の上面およびX軸正側外側重錘体326の上面に、それぞれX軸に直交する方向に伸びる溝部G1a,G1bが形成されている。   More specifically, in the basic structure 300 shown in FIGS. 17 and 18, regarding the X-axis positive side portion, the “opposite surface with respect to the central weight body 310” of the X-axis positive inner weight body 325. The X-axis positive inner bridge portion 321 is connected to the upper end of the X-axis positive inner bridge portion 321 at the upper end of the “opposite surface of the X-axis positive outer weight body 326” of the X-axis positive inner weight body 325. And the other end of the X-axis positive intermediate bridge 322 is connected to the upper end of the “opposite surface to the X-axis positive inner weight body 325” of the X-axis positive outer weight body 326, and the X-axis An X-axis positive-side outer bridging portion 323 is connected to the upper end of the “opposite surface to the pedestal 360” of the positive-side outer weight body 326, and the upper surface of the X-axis positive-side inner weight body 325 and the X-axis positive-side outer weight body. Grooves G1a and G1b extending in a direction perpendicular to the X axis are formed on the upper surface of 326, respectively. There.

また、Y軸正側部分に関しては、Y軸正側内側重錘体335の「中心部重錘体310に対する対向面」の上端にY軸正側内側架橋部331が接続され、Y軸正側内側重錘体335の「Y軸正側外側重錘体336に対する対向面」の上端にY軸正側中間架橋部332の一端が接続され、Y軸正側外側重錘体336の「Y軸正側内側重錘体335に対する対向面」の上端にY軸正側中間架橋部332の他端が接続され、Y軸正側外側重錘体336の「台座360に対する対向面」の上端にY軸正側外側架橋部333が接続され、Y軸正側内側重錘体335の上面およびY軸正側外側重錘体336の上面に、それぞれY軸に直交する方向に伸びる溝部G2a,G2bが形成されている。   As for the Y-axis positive side portion, the Y-axis positive side inner bridging portion 331 is connected to the upper end of the “opposite surface with respect to the central weight body 310” of the Y-axis positive side inner weight body 335, and the Y-axis positive side. One end of the Y-axis positive-side intermediate bridge 332 is connected to the upper end of the “opposite surface to the Y-axis positive outer weight 336” of the inner weight body 335, and the “Y-axis of the Y-axis positive outer weight body 336” The other end of the Y-axis positive intermediate bridge portion 332 is connected to the upper end of the “opposite surface to the positive inner weight body 335”, and the upper end of the “opposite surface to the pedestal 360” of the Y-axis positive outer weight body 336 is Y. The axial positive outer bridge 333 is connected, and grooves G2a and G2b extending in the direction perpendicular to the Y axis are formed on the upper surface of the Y-axis positive inner weight body 335 and the upper surface of the Y-axis positive outer weight body 336, respectively. Is formed.

そして、X軸負側部分に関しては、X軸負側内側重錘体345の「中心部重錘体310に対する対向面」の上端にX軸負側内側架橋部341が接続され、X軸負側内側重錘体345の「X軸負側外側重錘体346に対する対向面」の上端にX軸負側中間架橋部342の一端が接続され、X軸負側外側重錘体346の「X軸負側内側重錘体345に対する対向面」の上端にX軸負側中間架橋部342の他端が接続され、X軸負側外側重錘体346の「台座360に対する対向面」の上端にX軸負側外側架橋部343が接続され、X軸負側内側重錘体345の上面およびX軸負側外側重錘体346の上面に、それぞれX軸に直交する方向に伸びる溝部G3a,G3bが形成されている。   With respect to the X-axis negative side portion, the X-axis negative inner bridging portion 341 is connected to the upper end of the “opposite surface to the central weight body 310” of the X-axis negative inner weight body 345, and the X-axis negative side One end of the X-axis negative intermediate bridge 342 is connected to the upper end of the “opposite surface to the X-axis negative outer weight 346” of the inner weight body 345, and the “X-axis of the X-axis negative outer weight body 346 is connected. The other end of the X-axis negative intermediate bridge 342 is connected to the upper end of the “opposite surface to the negative inner weight body 345”, and the upper end of the “opposite surface to the pedestal 360” of the X-axis negative outer weight body 346 is X The shaft negative outer bridge 343 is connected, and grooves G3a and G3b extending in a direction perpendicular to the X axis are formed on the upper surface of the X axis negative inner weight body 345 and the upper surface of the X axis negative outer weight body 346, respectively. Is formed.

更に、Y軸負側部分に関しては、Y軸負側内側重錘体355の「中心部重錘体310に対する対向面」の上端にY軸負側内側架橋部351が接続され、Y軸負側内側重錘体355の「Y軸負側外側重錘体356に対する対向面」の上端にY軸負側中間架橋部352の一端が接続され、Y軸負側外側重錘体356の「Y軸負側内側重錘体355に対する対向面」の上端にY軸負側中間架橋部352の他端が接続され、Y軸負側外側重錘体356の「台座360に対する対向面」の上端にY軸負側外側架橋部353が接続され、Y軸負側内側重錘体355の上面およびY軸負側外側重錘体356の上面に、それぞれY軸に直交する方向に伸びる溝部G4a,G4bが形成されている。   Further, with respect to the Y-axis negative side portion, the Y-axis negative side inner bridging portion 351 is connected to the upper end of the “opposite surface with respect to the center part weight body 310” of the Y-axis negative side inner weight body 355, One end of the Y-axis negative-side intermediate bridge 352 is connected to the upper end of the “opposite surface to the Y-axis negative-side outer weight body 356” of the inner weight body 355, and the “Y-axis of the Y-axis negative-side outer weight body 356 is connected to the“ Y-axis ”. The other end of the Y-axis negative side intermediate bridging portion 352 is connected to the upper end of the “opposite surface to the negative inner weight body 355”, and the upper end of the “opposite surface to the pedestal 360” of the Y-axis negative outer weight body 356 is connected to Y. The shaft negative outer bridging portion 353 is connected, and grooves G4a and G4b extending in the direction perpendicular to the Y axis are formed on the upper surface of the Y-axis negative inner weight body 355 and the upper surface of the Y-axis negative outer weight body 356, respectively. Is formed.

副振動子の支持構造として、このような構造を採ると、振動エネルギーの伝達経路に断面U字型の部分が形成され、この断面U字型の部分が、振動エネルギーの伝播を効果的に阻止する機能を果たす点は、既に述べたとおりである。特に、この第2の実施形態の場合、断面U字型の部分が、振動エネルギーの伝播経路上の2箇所に設けられることになるため、より顕著な振動漏れ抑制効果が得られる。   When such a structure is adopted as the support structure of the sub-vibrator, a U-shaped section is formed in the vibration energy transmission path, and this U-shaped section effectively prevents propagation of vibration energy. The point of fulfilling the function is as described above. In particular, in the case of the second embodiment, the U-shaped section is provided at two locations on the propagation path of vibration energy, so that a more remarkable vibration leakage suppressing effect can be obtained.

また、この基本構造体300においても、各構成要素の配置に幾何学的な対称性が維持されている。すなわち、図17に示されているとおり、X軸正側内側重錘体325、Y軸正側内側重錘体335、X軸負側内側重錘体345、Y軸負側内側重錘体355は、互いに同一形状および同一質量をもった重錘体から構成され、これら4個の内側重錘体の配置は、XZ平面およびYZ平面の双方に関して対称となっている。同様に、X軸正側外側重錘体326、Y軸正側外側重錘体336、X軸負側外側重錘体346、Y軸負側外側重錘体356が、互いに同一形状および同一質量をもった重錘体から構成され、これら4個の外側重錘体の配置は、XZ平面およびYZ平面の双方に関して対称となっている。実際には、この8個の重錘体のみならず、基本構造体300の幾何学的構造全体が、XZ平面およびYZ平面の双方に関して対称となっている。このような対称性が、振動漏れの抑制に貢献することは、既に述べたとおりである。   Also in this basic structure 300, geometric symmetry is maintained in the arrangement of each component. That is, as shown in FIG. 17, the X-axis positive inner weight body 325, the Y-axis positive inner weight body 335, the X-axis negative inner weight body 345, and the Y-axis negative inner weight body 355. Is composed of weight bodies having the same shape and the same mass, and the arrangement of these four inner weight bodies is symmetrical with respect to both the XZ plane and the YZ plane. Similarly, the X-axis positive outer weight body 326, the Y-axis positive outer weight body 336, the X-axis negative outer weight body 346, and the Y-axis negative outer weight body 356 have the same shape and the same mass. The four outer weights are arranged symmetrically with respect to both the XZ plane and the YZ plane. Actually, not only the eight weight bodies but also the entire geometric structure of the basic structure 300 is symmetric with respect to both the XZ plane and the YZ plane. As described above, this symmetry contributes to suppression of vibration leakage.

以上、図17および図18に示す基本構造体300の構造およびその振動漏れ抑止効果について述べた。実際には、この基本構造体300は、たとえば、シリコンなどの半導体基板に対してエッチング処理や機械的な切削加工などを施すことにより構成することができる。角速度センサを構成するためには、この基本構造体300に加えて、装置筐体380内で主振動子として機能する中心部重錘体310を駆動する駆動手段と、中心部重錘体310に作用するコリオリ力を検出し、これを所定軸まわりの角速度の検出値として出力する検出手段と、が必要になる。ここでは、この駆動手段および検出手段として圧電素子を利用し、具体的な角速度センサを構成した例を述べる。   The structure of the basic structure 300 shown in FIGS. 17 and 18 and the vibration leakage suppressing effect have been described above. Actually, the basic structure 300 can be configured by performing an etching process or a mechanical cutting process on a semiconductor substrate such as silicon. In order to configure the angular velocity sensor, in addition to the basic structure 300, a driving unit that drives the central weight body 310 that functions as the main vibrator in the apparatus housing 380, and the central weight body 310 are provided. Detection means for detecting the acting Coriolis force and outputting the detected value as an angular velocity detection value around a predetermined axis is required. Here, an example in which a piezoelectric element is used as the driving unit and the detecting unit and a specific angular velocity sensor is configured will be described.

図19は、図17に示す基本構造体300に圧電素子を取り付けた状態を示す上面図である(ハッチングは、圧電素子を示すものであり、断面を示すものではない)。一方、図20は、図19に示す圧電素子付き基本構造体300をXZ平面で切断した側断面図である。図示のとおり、基本構造体300の上面のX軸上には、圧電素子X11,X12,X13,X14が固定されており、Y軸上には、圧電素子Y11,Y12,Y13,Y14が固定されている。   FIG. 19 is a top view showing a state in which a piezoelectric element is attached to the basic structure 300 shown in FIG. 17 (hatching indicates a piezoelectric element, not a cross section). On the other hand, FIG. 20 is a cross-sectional side view of the basic structure 300 with a piezoelectric element shown in FIG. 19 cut along an XZ plane. As illustrated, the piezoelectric elements X11, X12, X13, and X14 are fixed on the X axis on the upper surface of the basic structure 300, and the piezoelectric elements Y11, Y12, Y13, and Y14 are fixed on the Y axis. ing.

図示のとおり8個の圧電素子は、いずれも内側接続部材(内側架橋部321,331,341,351)上に配置されているが、これは各圧電素子を、中心部重錘体310(主振動子)を駆動する駆動手段か、あるいは中心部重錘体310(主振動子)の変位(コリオリ力に基づく変位)を検出する検出手段として機能させるためである。ここに示す第2の実施形態の場合も、角速度の検出動作を行うにあたって、副振動子を積極的に駆動させる必要はなく、また、副振動子の変位を検出する必要もないため、中間接続部材(中間架橋部322,332,342,352)や外側接続部材(外側架橋部323,333,343,353)上には、圧電素子を配置する必要はない。   As shown in the figure, all of the eight piezoelectric elements are arranged on the inner connecting members (inner bridging portions 321, 331, 341, 351). This is because it functions as a driving means for driving the vibrator or a detecting means for detecting the displacement (displacement based on the Coriolis force) of the central weight body 310 (main vibrator). Also in the case of the second embodiment shown here, it is not necessary to actively drive the sub-vibrator and to detect the displacement of the sub-vibrator when performing the angular velocity detection operation. It is not necessary to dispose a piezoelectric element on the member (intermediate bridge portions 322, 332, 342, 352) or the outer connection member (outer bridge portions 323, 333, 343, 353).

図示のとおり、圧電素子X11,Y11,X14,Y14は、内側架橋部321,331,341,351の外側端部近傍(中心部重錘体310から遠い端)に配置され、圧電素子X12,Y12,X13,Y13は、内側架橋部321,331,341,351の内側端部近傍(中心部重錘体310に近い端)に配置されている。これは、中心部重錘体310の変位によって内側架橋部321,331,341,351に撓みが生じた場合に、その両端部に応力が集中するので、この位置に圧電素子を配置しておくと、中心部重錘体310を駆動する上でも、中心部重錘体310の変位を検出する上でも、効率的であるためである。   As illustrated, the piezoelectric elements X11, Y11, X14, and Y14 are disposed in the vicinity of the outer ends of the inner bridging portions 321, 331, 341, and 351 (the ends far from the central weight body 310), and the piezoelectric elements X12 and Y12 are disposed. , X13, and Y13 are arranged in the vicinity of the inner ends of the inner bridging portions 321, 331, 341, and 351 (ends close to the central weight body 310). This is because when the inner bridge portions 321, 331, 341, and 351 are bent due to the displacement of the central weight body 310, stress concentrates at both ends thereof, and a piezoelectric element is disposed at this position. This is because it is efficient both in driving the central weight body 310 and detecting the displacement of the central weight body 310.

この図19および図20に示す第2の実施形態に係る角速度センサにおいて、8個の圧電素子X11〜X14,Y11〜Y14を用いて中心部重錘体310(主振動子)に周期的な運動を行う行わせる駆動手段の構成や、中心部重錘体310(主振動子)に作用するコリオリ力を検出する検出手段の構成は、図5および図6に示す第1の実施形態に係る角速度センサにおいて、8個の圧電素子X11〜X14,Y11〜Y14を用いて中心部重錘体210(主振動子)に周期的な運動を行う行わせる駆動手段の構成や、中心部重錘体210(主振動子)に作用するコリオリ力を検出する検出手段の構成と全く同様であるため、ここではその説明は省略する。また、§4で述べた様々な変形例は、この第2の実施形態についても同様に適用可能である。   In the angular velocity sensor according to the second embodiment shown in FIGS. 19 and 20, periodic motion is performed on the central weight body 310 (main vibrator) using eight piezoelectric elements X11 to X14 and Y11 to Y14. The configuration of the drive means for performing the above and the configuration of the detection means for detecting the Coriolis force acting on the central weight body 310 (main vibrator) are the angular velocities according to the first embodiment shown in FIGS. In the sensor, the configuration of the driving means for causing the central weight body 210 (main vibrator) to perform periodic motion using the eight piezoelectric elements X11 to X14, Y11 to Y14, and the central weight body 210 Since it is completely the same as the structure of the detection means which detects the Coriolis force which acts on (main vibrator), the description is omitted here. Further, the various modifications described in §4 can be similarly applied to the second embodiment.

<<< §6.本発明の第3の実施形態に係る角速度センサ >>>
ここでは、本発明の3の実施形態に係る角速度センサを述べる。これまで述べた第1の実施形態に係る角速度センサの基本構造体200(図3参照)および第2の実施形態に係る角速度センサの基本構造体300(図17参照)は、主振動子を四方からビーム構造体によって支持し、このビーム構造体の途中に副振動子を設ける構造をとっている。これに対して、ここで述べる第3の実施形態に係る角速度センサの基本構造体の特徴は、主振動子の周囲全体をダイアフラム構造体によって支持する点にある。
<<< §6. Angular velocity sensor according to the third embodiment of the present invention >>>
Here, an angular velocity sensor according to a third embodiment of the present invention will be described. The basic structure 200 (see FIG. 3) of the angular velocity sensor according to the first embodiment described so far and the basic structure 300 (see FIG. 17) of the angular velocity sensor according to the second embodiment have four main oscillators. Is supported by a beam structure, and a sub-vibrator is provided in the middle of the beam structure. On the other hand, the basic structure of the angular velocity sensor according to the third embodiment described here is that the entire periphery of the main vibrator is supported by the diaphragm structure.

図21は、この第3の実施形態に係る角速度センサの基本構造体400を示す上面図であり、図22は、側断面図である。図22の側断面図を図18の側断面図と比較すると、両者は非常に類似していることがわかる。両者の相違は、上面図により顕著に現れている。すなわち、図21の上面図を見ればわかるとおり、基本構造体400の上面には窓部や架橋部は一切形成されていない。   FIG. 21 is a top view showing the basic structure 400 of the angular velocity sensor according to the third embodiment, and FIG. 22 is a side sectional view. Comparing the side sectional view of FIG. 22 with the side sectional view of FIG. 18, it can be seen that they are very similar. The difference between the two is clearly shown in the top view. That is, as can be seen from the top view of FIG. 21, no window portion or bridge portion is formed on the top surface of the basic structure 400.

ここでも、説明の便宜上、基本構造体400の上面中心位置に原点Oをもち、基本構造体400の上面がXY平面に一致するようなXYZ三次元座標系を定義する。図22は、図21に示す基本構造体400を、XZ平面で切断した側断面図に相当する。   Here too, for convenience of explanation, an XYZ three-dimensional coordinate system is defined in which the origin O is at the center position of the upper surface of the basic structure 400 and the upper surface of the basic structure 400 coincides with the XY plane. FIG. 22 corresponds to a side sectional view of the basic structure 400 shown in FIG. 21 taken along the XZ plane.

図21に示されている実線および破線の円は、すべて原点Oを中心とした同心円になっている。図21において、実線の円は、図22の側断面図に示されているように、基本構造体400の上面に形成された円環状溝部G20およびG30の輪郭線を示すものである。また、図21において、破線の円は、図22の側断面図に示されているように、基本構造体400の下面に形成された円環状溝部G15,G25,G35の輪郭線を示すものである。   The solid and broken circles shown in FIG. 21 are all concentric circles with the origin O as the center. In FIG. 21, solid circles indicate the outlines of the annular grooves G20 and G30 formed on the upper surface of the basic structure 400, as shown in the side sectional view of FIG. In FIG. 21, broken circles indicate the contour lines of the annular grooves G15, G25, and G35 formed on the lower surface of the basic structure 400, as shown in the side sectional view of FIG. is there.

この基本構造体400の平面構造は、図23および図24に明瞭に示されている。図23は、図22に示す基本構造体400を切断面23−23の位置で切断した平断面図である。中心部には、破線で示すように、円柱状の中心部重錘体410が配置され、これを取り囲むように、ワッシャ状の内側板状構造体421(内側接続部材)が配置され、その外側には円環状溝部G20を挟んで、ワッシャ状の中間板状構造体422(中間接続部材)が配置され、その外側には円環状溝部G30を挟んで、ワッシャ状の外側板状構造体423(外側接続部材)が配置され、更にその外側に台座460が配置されている。   The planar structure of the basic structure 400 is clearly shown in FIGS. FIG. 23 is a cross-sectional plan view of the basic structure 400 shown in FIG. 22 taken along the cutting plane 23-23. As shown by a broken line, a cylindrical central weight body 410 is disposed at the center, and a washer-shaped inner plate-like structure 421 (inner connection member) is disposed so as to surround the center weight 410. Is provided with a washer-like intermediate plate structure 422 (intermediate connection member) with an annular groove portion G20 interposed therebetween, and on the outer side with a circular groove portion G30 with a washer-like outer plate structure 423 ( Outer connection member) is disposed, and a pedestal 460 is disposed further outside.

一方、図24は、図22に示す基本構造体を切断面24−24の位置で切断した平断面図である。各重錘体の形状は、この図24に明瞭に示されている。すなわち、主振動子として機能する中心部重錘体410は円柱状の構造体であり、これを取り囲むように、円環状溝部G15を挟んで、内側環状重錘体425が配置され、その外側を取り囲むように、円環状溝部G25を挟んで、外側環状重錘体426が配置され、更にその外側を取り囲むように、円環状溝部G35を挟んで、台座460が配置されている。ここで、内側環状重錘体425および外側環状重錘体426は、いずれも副振動子として機能する重錘体である。   On the other hand, FIG. 24 is a cross-sectional plan view of the basic structure shown in FIG. The shape of each weight body is clearly shown in FIG. That is, the central weight body 410 functioning as the main vibrator is a cylindrical structure, and an inner annular weight body 425 is disposed so as to surround the annular groove G15, and the outer side of the outer circumferential weight body 425 is disposed. An outer annular weight body 426 is disposed so as to surround the annular groove portion G25, and a pedestal 460 is disposed so as to surround the outer periphery of the annular groove portion G35. Here, the inner annular weight body 425 and the outer annular weight body 426 are both weight bodies that function as sub-vibrators.

図22の側断面図を見れば明らかなように、ワッシャ状の各板状構造体421,422,423は、厚みが小さいために可撓性を有しており、ダイアフラムとして機能する。結局、この第3の実施形態に係る基本構造体400では、主振動子が、中心部重錘体410によって構成され、副振動子が、この中心部重錘体410を離隔した状態で取り囲む内側環状重錘体425と、この内側環状重錘体を離隔した状態で取り囲む外側環状重錘体426と、によって構成されている。   As is clear from the side sectional view of FIG. 22, each of the washer-like plate-like structures 421, 422, and 423 has flexibility because of its small thickness, and functions as a diaphragm. After all, in the basic structure 400 according to the third embodiment, the main vibrator is constituted by the central weight body 410, and the sub vibrator surrounds the central weight body 410 in a separated state. An annular weight body 425 and an outer annular weight body 426 surrounding the inner annular weight body in a separated state are constituted.

また、中心部重錘体410の側面を取り囲むように配置され、内側部分が中心部重錘体410に接続され、外側部分が内側環状重錘体425に接続された内側板状構造体421によって内側接続部材が構成されており、外側環状重錘体426を取り囲むように配置され、内側部分が外側環状重錘体426に接続され、外側部分が台座460に接続された外側板状構造体423によって外側接続部材が構成され、内側環状重錘体425と外側環状重錘体426とを接続する可撓性をもった中間板状構造体422よって中間接続部材が構成されており、台座460が、外側板状構造体423を取り囲む構造体によって構成されている。   Further, the inner plate-like structure 421 is arranged so as to surround the side surface of the central weight body 410, the inner portion is connected to the central weight body 410, and the outer portion is connected to the inner annular weight body 425. An inner connecting member is formed, and is arranged so as to surround the outer annular weight body 426. The outer plate-like structure body 423 in which the inner portion is connected to the outer annular weight body 426 and the outer portion is connected to the base 460. The outer connecting member is configured by the intermediate plate-like structure 422 having flexibility to connect the inner annular weight body 425 and the outer annular weight body 426, and the pedestal 460 The outer plate-like structure 423 surrounds the structure.

図22に示すとおり、台座460の底面は、装置筐体480に固定されている。装置筐体480は、その一部分のみが図示されているが、基本構造体400全体を収容する筐体である。すなわち、装置筐体480は、台座460を支持固定するとともに、中心部重錘体410を宙吊り状態で収容する機能を果たす。中心部重錘体410を宙吊り状態で支持する各接続部材は、厚みの小さな板状構造体であるため可撓性を有し、ダイアフラムとして機能する。このため、中心部重錘体410に外力が加わると、各ダイアフラムに撓みが生じ、重錘体410は台座460(装置筐体480)に対して変位を生じる。もちろん、主振動子として機能する重錘体410だけでなく、副振動子として機能する内側環状重錘体425および外側環状重錘体426も、ある程度の自由度をもって変位可能な状態になっている。   As shown in FIG. 22, the bottom surface of the base 460 is fixed to the apparatus housing 480. Although only a part of the device housing 480 is illustrated, the device housing 480 is a housing that accommodates the entire basic structure 400. That is, the device housing 480 functions to support and fix the pedestal 460 and accommodate the central weight body 410 in a suspended state. Each connecting member that supports the central weight body 410 in a suspended state is a plate-like structure having a small thickness, and thus has flexibility and functions as a diaphragm. For this reason, when an external force is applied to the central weight body 410, each diaphragm is deflected, and the weight body 410 is displaced with respect to the base 460 (device housing 480). Of course, not only the weight body 410 that functions as the main vibrator, but also the inner annular weight body 425 and the outer annular weight body 426 that function as the sub-vibrator are in a displaceable state with a certain degree of freedom. .

本願発明者が行った実験によると、この第3の実施形態に係る基本構造体400を用いた場合も、主振動子として機能する中心部重錘体410から装置筐体480への振動エネルギーの伝播を十分抑制する効果が得られた。これは、これまで述べてきた実施形態と同様に、振動エネルギーの伝達経路(この例の場合は、中心部重錘体410の周囲全体を取り囲むように設けられたダイアフラム)の途中に設けられた副振動子により、振動エネルギーが吸収されるためと考えられる。   According to the experiments conducted by the inventors of the present application, even when the basic structure 400 according to the third embodiment is used, the vibration energy from the central weight body 410 functioning as the main vibrator to the device housing 480 is reduced. The effect of suppressing propagation was obtained. This is provided in the middle of a vibration energy transmission path (in this example, a diaphragm provided so as to surround the entire periphery of the central weight body 410), as in the embodiments described so far. This is because vibration energy is absorbed by the sub-vibrator.

この第3の実施形態においても、可撓性をもった板状構造体421,422,423の接続位置は、副振動子として機能する内側環状重錘体425および外側環状重錘体426の側面の上端となっており、しかも各重錘体の上面には、それぞれ円環状溝部G20,G30が形成されている。   Also in the third embodiment, the connection positions of the plate-like structures 421, 422, and 423 having flexibility are the side surfaces of the inner annular weight body 425 and the outer annular weight body 426 that function as sub-vibrators. In addition, annular groove portions G20 and G30 are formed on the upper surface of each weight body.

より具体的に説明すれば、図22に示すように、基本構造体400では、内側環状重錘体425の「中心部重錘体410に対する対向面」の上端に内側板状構造体421の外側部分が接続され、内側環状重錘体425の「外側環状重錘体426に対する対向面」の上端に中間板状構造体422の内側部分が接続され、外側環状重錘体426の「内側環状重錘体425に対する対向面」の上端に中間板状構造体422の外側部分が接続され、外側環状重錘体426の「台座460に対する対向面」の上端に外側板状構造体423の内側部分が接続されている。そして、内側環状重錘体425の上面に、当該内側環状重錘体425の上面の輪郭線に沿った環状の溝部G20が形成されており、外側環状重錘体426の上面に、当該外側環状重錘体426の上面の輪郭線に沿った環状の溝部G30が形成されている。   More specifically, as shown in FIG. 22, in the basic structure 400, the outer side of the inner plate-like structure 421 is disposed at the upper end of the “opposite surface to the central weight 410” of the inner annular weight 425. The inner portion of the intermediate plate-like structure 422 is connected to the upper end of the “opposite surface to the outer annular weight body 426” of the inner annular weight body 425, and the “inner annular weight of the outer annular weight body 426 is connected. The outer portion of the intermediate plate-like structure 422 is connected to the upper end of the “facing surface with respect to the weight body 425”, and the inner portion of the outer plate-like structure 423 is connected to the upper end of the “opposing surface with respect to the base 460” of the outer annular weight body 426. It is connected. An annular groove G20 is formed on the upper surface of the inner annular weight body 425 along the contour line of the upper surface of the inner annular weight body 425, and the outer annular weight 426 is formed on the upper surface of the outer annular weight body 426. An annular groove G30 is formed along the outline of the upper surface of the weight body 426.

副振動子の支持構造として、このような構造を採ると、図22の側断面図に示されているとおり、振動エネルギーの伝達経路に断面U字型の部分が形成され、この断面U字型の部分が、振動エネルギーの伝播を効果的に阻止する機能を果たす点は、既に述べたとおりである。   When such a structure is adopted as the support structure of the sub-vibrator, a U-shaped section is formed in the vibration energy transmission path as shown in the side sectional view of FIG. As described above, this part functions to effectively prevent propagation of vibration energy.

また、この基本構造体400においても、各構成要素の配置に幾何学的な対称性が維持されている。すなわち、図24に示されているとおり、内側環状重錘体425および外側環状重錘体426のXY平面に対する投影像は、原点Oを中心とする円環形状をなしており、XZ平面およびYZ平面の双方に関して対称となっている。実際には、この基本構造体400の幾何学的構造全体が、XZ平面およびYZ平面の双方に関して対称となっている。このような対称性が、振動漏れの抑制に貢献することは、既に述べたとおりである。   Also in this basic structure 400, geometric symmetry is maintained in the arrangement of each component. That is, as shown in FIG. 24, the projected images of the inner annular weight body 425 and the outer annular weight body 426 on the XY plane have an annular shape with the origin O as the center, and the XZ plane and YZ Symmetrical with respect to both planes. In practice, the entire geometric structure of the basic structure 400 is symmetric with respect to both the XZ plane and the YZ plane. As described above, this symmetry contributes to suppression of vibration leakage.

以上、図21および図22に示す基本構造体400の構造およびその振動漏れ抑止効果について述べた。実際には、この基本構造体400は、たとえば、シリコンなどの半導体基板に対してエッチング処理や機械的な切削加工などを施すことにより構成することができる。角速度センサを構成するためには、この基本構造体400に加えて、装置筐体480内で主振動子として機能する中心部重錘体410を駆動する駆動手段と、中心部重錘体410に作用するコリオリ力を検出し、これを所定軸まわりの角速度の検出値として出力する検出手段と、が必要になる。ここでは、この駆動手段および検出手段として圧電素子を利用し、具体的な角速度センサを構成した例を述べる。   The structure of the basic structure 400 shown in FIGS. 21 and 22 and the vibration leakage suppressing effect have been described above. Actually, the basic structure 400 can be configured by, for example, performing an etching process or a mechanical cutting process on a semiconductor substrate such as silicon. In order to configure the angular velocity sensor, in addition to the basic structure 400, a driving means for driving the central weight body 410 functioning as the main vibrator in the apparatus housing 480, and the central weight body 410 are provided. Detection means for detecting the acting Coriolis force and outputting the detected value as an angular velocity detection value around a predetermined axis is required. Here, an example in which a piezoelectric element is used as the driving unit and the detecting unit and a specific angular velocity sensor is configured will be described.

図25は、図21に示す基本構造体400に圧電素子を取り付けた状態を示す上面図である(ハッチングは、圧電素子を示すものであり、断面を示すものではない)。一方、図26は、図25に示す圧電素子付き基本構造体400をXZ平面で切断した側断面図である。図示のとおり、基本構造体400の上面のX軸上には、圧電素子X41,X42,X43,X44が固定されており、Y軸上には、圧電素子Y41,Y42,Y43,Y44が固定されている。   FIG. 25 is a top view showing a state in which a piezoelectric element is attached to the basic structure 400 shown in FIG. 21 (hatching indicates a piezoelectric element, not a cross section). On the other hand, FIG. 26 is a sectional side view of the basic structure 400 with a piezoelectric element shown in FIG. 25 cut along an XZ plane. As illustrated, the piezoelectric elements X41, X42, X43, and X44 are fixed on the X axis on the upper surface of the basic structure 400, and the piezoelectric elements Y41, Y42, Y43, and Y44 are fixed on the Y axis. ing.

図示のとおり8個の圧電素子は、いずれも内側接続部材(内側板状構造体421)上に配置されているが、これは各圧電素子を、中心部重錘体410(主振動子)を駆動する駆動手段か、あるいは中心部重錘体410(主振動子)の変位(コリオリ力に基づく変位)を検出する検出手段として機能させるためである。ここに示す第3の実施形態の場合も、角速度の検出動作を行うにあたって、副振動子を積極的に駆動させる必要はなく、また、副振動子の変位を検出する必要もないため、中間接続部材(中間板状構造体422)や外側接続部材(外側板状構造体423)上には、圧電素子を配置する必要はない。   As shown in the drawing, all of the eight piezoelectric elements are arranged on the inner connecting member (inner plate-like structure 421). This is because it functions as a driving means for driving or a detecting means for detecting displacement (displacement based on Coriolis force) of the central weight body 410 (main vibrator). Also in the case of the third embodiment shown here, it is not necessary to actively drive the sub-vibrator and to detect the displacement of the sub-vibrator in performing the angular velocity detection operation. There is no need to dispose a piezoelectric element on the member (intermediate plate-like structure 422) or the outer connecting member (outer plate-like structure 423).

図示のとおり、圧電素子X41,Y41,X44,Y44は、内側板状構造体421の外側端部近傍(中心部重錘体410から遠い端)に配置され、圧電素子X42,Y42,X43,Y43は、内側板状構造体421の内側端部近傍(中心部重錘体410に近い端)に配置されている。これは、中心部重錘体410の変位によって内側板状構造体421に撓みが生じた場合に、その両端部に応力が集中するので、この位置に圧電素子を配置しておくと、中心部重錘体410を駆動する上でも、中心部重錘体410の変位を検出する上でも、効率的であるためである。   As illustrated, the piezoelectric elements X41, Y41, X44, and Y44 are disposed in the vicinity of the outer end portion (the end far from the central weight body 410) of the inner plate-like structure 421, and the piezoelectric elements X42, Y42, X43, and Y43. Is disposed in the vicinity of the inner end of the inner plate-like structure 421 (the end close to the central weight body 410). This is because, when the inner plate-like structure 421 is bent due to the displacement of the central weight body 410, stress concentrates at both ends thereof. If a piezoelectric element is arranged at this position, the central portion This is because it is efficient both in driving the weight body 410 and detecting the displacement of the central weight body 410.

この図25および図26に示す第3の実施形態に係る角速度センサにおいて、8個の圧電素子X41〜X44,Y41〜Y44を用いて中心部重錘体410(主振動子)に周期的な運動を行う行わせる駆動手段の構成や、中心部重錘体410(主振動子)に作用するコリオリ力を検出する検出手段の構成は、図5および図6に示す第1の実施形態に係る角速度センサにおいて、8個の圧電素子X11〜X14,Y11〜Y14を用いて中心部重錘体210(主振動子)に周期的な運動を行う行わせる駆動手段の構成や、中心部重錘体210(主振動子)に作用するコリオリ力を検出する検出手段の構成と全く同様であるため、ここではその説明は省略する。また、§4で述べた様々な変形例は、この第3の実施形態についても同様に適用可能である。   In the angular velocity sensor according to the third embodiment shown in FIGS. 25 and 26, periodic motion is performed on the central weight body 410 (main vibrator) using eight piezoelectric elements X41 to X44 and Y41 to Y44. The configuration of the drive means for performing the above and the configuration of the detection means for detecting the Coriolis force acting on the central weight body 410 (main vibrator) are the angular velocities according to the first embodiment shown in FIGS. In the sensor, the configuration of the driving means for causing the central weight body 210 (main vibrator) to perform periodic motion using the eight piezoelectric elements X11 to X14, Y11 to Y14, and the central weight body 210 Since it is completely the same as the structure of the detection means which detects the Coriolis force which acts on (main vibrator), the description is abbreviate | omitted here. Further, the various modifications described in §4 can be similarly applied to the third embodiment.

なお、この§6では、主振動子410を取り囲むように、一対の円環状の副振動子425,426を設ける例を述べたが、副振動子は必ずしも2個設ける必要はなく、1つの副振動子のみを設けるようにしてもかまわない。この場合、主振動子を、中心部重錘体によって構成し、この中心部重錘体の側面を取り囲む内側板状構造体によって内側接続部材を構成し、更に、副振動子を、内側板状構造体を取り囲む環状重錘体によって構成し、この環状重錘体を取り囲む外側板状構造体によって外側接続部材を構成し、この外側板状構造体を取り囲む構造体によって台座を構成すればよい。   In §6, an example in which a pair of annular sub-vibrators 425 and 426 are provided so as to surround the main vibrator 410 is described. However, two sub-vibrators are not necessarily provided, and one sub-vibrator is not necessarily provided. Only the vibrator may be provided. In this case, the main vibrator is constituted by the central weight body, the inner connecting member is constituted by the inner plate-like structure surrounding the side face of the central weight body, and the sub-vibrator is further formed by the inner plate-like structure. What is necessary is just to comprise by the annular weight body which surrounds a structure body, an outer side connection member is comprised by the outer side plate-shaped structure surrounding this annular weight body, and a pedestal by the structure body which surrounds this outer side plate-like structure body.

このように、副振動子を1個の環状重錘体のみによって構成する場合も、環状重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端に内側板状構造体の外側部分が接続され、環状重錘体の「台座に対する対向面」の上端に外側板状構造体の内側部分が接続されるようにし、環状重錘体の上面に、当該上面の輪郭線に沿った溝部を形成するようにすれば、振動漏れを抑止する効果を高めることができるので好ましい。また、中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義したときに、基本構造体が座標系のXY平面に沿った上面を有し、環状重錘体のXY平面に対する投影像が、原点Oを中心とする円環形状をなすようにすると、幾何学的な対称性を確保することができるので、やはり振動漏れを抑止する効果を高める上で好ましい。   Thus, even when the sub-vibrator is constituted by only one annular weight body, the outer portion of the inner plate-like structure is connected to the upper end of the “opposite surface to the central weight body” of the annular weight body. The inner portion of the outer plate-like structure is connected to the upper end of the “opposite surface to the pedestal” of the annular weight body, and a groove portion is formed on the upper surface of the annular weight body along the contour line of the upper surface. This is preferable because the effect of suppressing vibration leakage can be enhanced. Further, when an XYZ three-dimensional coordinate system having the origin O at the center position of the upper surface of the central weight body is defined, the basic structure has an upper surface along the XY plane of the coordinate system, and the XY of the annular weight body If the projected image on the plane has an annular shape with the origin O as the center, geometric symmetry can be ensured, which is also preferable for enhancing the effect of suppressing vibration leakage.

<<< §7.本発明の第4の実施形態に係る角速度センサ >>>
続いて、本発明の第4の実施形態に係る角速度センサを述べる。図27は、この第4の実施形態に係る角速度センサの基本構造体500を示す上面図であり、図28は、側断面図である。ここでも、説明の便宜上、基本構造体500の上面中心位置に原点Oをもち、基本構造体500の上面がXY平面に一致するようなXYZ三次元座標系を定義する。図28は、図27に示す基本構造体500を、XZ平面で切断した側断面図に相当する。
<<< §7. Angular velocity sensor according to the fourth embodiment of the present invention >>>
Subsequently, an angular velocity sensor according to a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 27 is a top view showing a basic structure 500 of an angular velocity sensor according to the fourth embodiment, and FIG. 28 is a side sectional view. Again, for convenience of explanation, an XYZ three-dimensional coordinate system is defined in which the origin O is at the center position of the upper surface of the basic structure 500 and the upper surface of the basic structure 500 coincides with the XY plane. FIG. 28 corresponds to a side sectional view of the basic structure 500 shown in FIG. 27 taken along the XZ plane.

図27に示すとおり、この基本構造体500には扇型をした窓部W11〜W42が形成されており、この点においては、第1の実施形態に係る角速度センサの基本構造体200(図3参照)および第2の実施形態に係る角速度センサの基本構造体300(図17参照)に類似している。すなわち、主振動子となる中央部重錘体510は、その四方からビーム構造体によって支持されることになり、このビーム構造体の途中に副振動子を設ける構造が採られる。ただ、副振動子は、単一の環状重錘体525によって構成されている。このように、副振動子が、主振動子の周囲を取り囲む円環状の重錘体によって構成されている点は、前述した第3の実施形態に係る角速度センサの基本構造体400(図24参照)に類似している。   As shown in FIG. 27, the basic structure 500 is formed with fan-shaped windows W11 to W42. In this respect, the basic structure 200 of the angular velocity sensor according to the first embodiment (FIG. 3). And the basic structure 300 (see FIG. 17) of the angular velocity sensor according to the second embodiment. That is, the central weight body 510 serving as the main vibrator is supported by the beam structure from its four sides, and a structure in which the sub vibrator is provided in the middle of the beam structure is adopted. However, the sub-vibrator is constituted by a single annular weight body 525. As described above, the sub-vibrator is constituted by an annular weight body surrounding the main vibrator. The basic structure 400 (see FIG. 24) of the angular velocity sensor according to the third embodiment described above. ).

図27の上面図に示されているように、主振動子を構成する中心部重錘体510は、円柱状の重錘体であり、図における上下左右に設けられた4本のビーム構造体によって台座560に対して支持されている。そして、単一の環状重錘体525によって構成されている副振動子は、4本のビーム構造体のそれぞれ中央付近に接続されている。要するに、図3に示す第1の実施形態に係る基本構造体200において副振動子を構成する4個の重錘体を順番に環状連結することにより、単一の環状重錘体を構成したものが、図27に示す基本構造体500に相当すると考えることができる。   As shown in the top view of FIG. 27, the central weight body 510 constituting the main vibrator is a cylindrical weight body, and four beam structures provided on the top, bottom, left, and right in the figure. Is supported by the pedestal 560. And the sub-vibrator comprised by the single cyclic | annular weight body 525 is connected to center vicinity of each of the four beam structures. In short, in the basic structure 200 according to the first embodiment shown in FIG. 3, a single annular weight body is formed by sequentially connecting four weight bodies constituting the sub-vibrator in an annular manner. Can be considered to correspond to the basic structure 500 shown in FIG.

すなわち、X軸正側については、X軸正側内側架橋部521によって、中心部重錘体510と単一の環状重錘体525とが接続され、X軸正側外側架橋部522によって、単一の環状重錘体525と台座560とが接続されており、Y軸正側については、Y軸正側内側架橋部531によって、中心部重錘体510と単一の環状重錘体525とが接続され、Y軸正側外側架橋部532によって、単一の環状重錘体525と台座560とが接続されており、X軸負側については、X軸負側内側架橋部541によって、中心部重錘体510と単一の環状重錘体525とが接続され、X軸負側外側架橋部542によって、単一の環状重錘体525と台座560とが接続されており、Y軸負側については、Y軸負側内側架橋部551によって、中心部重錘体510と単一の環状重錘体525とが接続され、Y軸負側外側架橋部552によって、単一の環状重錘体525と台座560とが接続されている。   That is, for the X-axis positive side, the central weight 510 and the single annular weight 525 are connected by the X-axis positive inner bridging portion 521, and the X-axis positive-side outer bridging portion 522 connects the single weight. One annular weight body 525 and a base 560 are connected. On the Y axis positive side, a central weight body 510 and a single annular weight body 525 are connected by a Y axis positive side inner bridge portion 531. And a single annular weight body 525 and a base 560 are connected by the Y-axis positive-side outer bridge portion 532, and the X-axis negative side is centered by the X-axis negative-side inner bridge portion 541. The part weight 510 and the single annular weight 525 are connected, and the single annular weight 525 and the pedestal 560 are connected by the X-axis negative outer bridge portion 542, and the Y-axis negative For the side, the central weight of the Y-axis negative inner bridge 551 And body 510 and the single annular weight body 525 is connected by the Y-axis negative side outer bridge portion 552, are connected with a single annular weight body 525 and the pedestal 560.

図27に示されているとおり、中心部重錘体510の外側輪郭線、単一の環状重錘体525の内側および外側の輪郭線、台座560の内側輪郭線は、いずれも原点Oを中心とする同心円になっている。なお、ここに示す実施形態では、単一の環状重錘体525の上面には溝部が形成されていないが、もちろん、ここに輪郭線に沿った円環状の溝部を形成するようにしてもかまわない。   As shown in FIG. 27, the outer contour line of the central weight body 510, the inner and outer contour lines of the single annular weight body 525, and the inner contour line of the base 560 are all centered on the origin O. It is a concentric circle. In the embodiment shown here, no groove is formed on the upper surface of the single annular weight body 525. Of course, an annular groove along the contour line may be formed here. Absent.

このように、図27および図28に示す基本構造体500では、主振動子が、円柱状の中心部重錘体510によって構成され、副振動子が、この中心部重錘体510を離隔した状態で取り囲む単一の環状重錘体525によって構成されている。そして、台座560の底面は、装置筐体580に固定されている。装置筐体580は、その一部分のみが図示されているが、基本構造体500全体を収容する筐体である。すなわち、装置筐体580は、台座560を支持固定するとともに、中心部重錘体510を宙吊り状態で収容する機能を果たす。   As described above, in the basic structure 500 shown in FIGS. 27 and 28, the main vibrator is configured by the cylindrical central weight body 510, and the sub vibrator separates the central weight body 510. It is comprised by the single cyclic | annular weight body 525 surrounding in a state. The bottom surface of the pedestal 560 is fixed to the apparatus housing 580. Although only a part of the device housing 580 is illustrated, the device housing 580 is a housing that accommodates the entire basic structure 500. That is, the device housing 580 functions to support and fix the pedestal 560 and accommodate the central weight body 510 in a suspended state.

中心部重錘体510を宙吊り状態で支持する接続部材は、可撓性をもった各架橋部によって構成されている。このため、中心部重錘体510に外力が加わると、各架橋部に撓みが生じ、重錘体510は台座560(装置筐体580)に対して変位を生じる。もちろん、主振動子として機能する重錘体510だけでなく、副振動子として機能する環状重錘体525も、ある程度の自由度をもって変位可能な状態になっている。   The connecting member that supports the central weight body 510 in a suspended state is constituted by each bridging portion having flexibility. For this reason, when an external force is applied to the central weight body 510, the bridge portions are bent, and the weight body 510 is displaced with respect to the pedestal 560 (device housing 580). Of course, not only the weight body 510 that functions as the main vibrator but also the annular weight body 525 that functions as the sub-vibrator is displaceable with a certain degree of freedom.

本願発明者が行った実験によると、この第4の実施形態に係る基本構造体500を用いた場合も、主振動子として機能する中心部重錘体510から装置筐体580への振動エネルギーの伝播を十分抑制する効果が得られた。これは、これまで述べてきた実施形態と同様に、振動エネルギーの伝達経路(この例の場合は、中心部重錘体510に接続された4本のビーム構造体)の途中に設けられた副振動子により、振動エネルギーが吸収されるためと考えられる。   According to the experiment conducted by the inventors of the present application, even when the basic structure 500 according to the fourth embodiment is used, the vibration energy from the central weight body 510 functioning as the main vibrator to the device housing 580 is reduced. The effect of suppressing propagation was obtained. This is the same as the embodiment described so far, and the sub-path provided in the middle of the vibration energy transmission path (in this example, four beam structures connected to the central weight 510). This is probably because vibration energy is absorbed by the vibrator.

この第4の実施形態においても、各架橋部521,522,531,532,541,542,551,552の環状重錘体525に対する接続位置は、環状重錘体525の側面の上端となっている。図示の実施形態では、環状重錘体525の上面には溝部が形成されていないが、ここに環状重錘体525の輪郭線に沿った円環状の溝部を形成すると、振動エネルギーの伝達経路に断面U字型の部分が形成され、振動エネルギーの伝播をより効果的に阻止することが可能になる。   Also in the fourth embodiment, the connection position of each bridging portion 521, 522, 531, 532, 541, 542, 551, 552 to the annular weight body 525 is the upper end of the side surface of the annular weight body 525. Yes. In the illustrated embodiment, no groove is formed on the upper surface of the annular weight body 525. However, if an annular groove section is formed along the contour line of the annular weight body 525, the transmission path for vibration energy is formed. A U-shaped section is formed, and the propagation of vibration energy can be more effectively prevented.

また、この基本構造体500においても、各構成要素の配置に幾何学的な対称性が維持されており、この基本構造体500の幾何学的構造全体が、XZ平面およびYZ平面の双方に関して対称となっている。このような対称性が、振動漏れの抑制に貢献することは、既に述べたとおりである。   Also in this basic structure 500, geometric symmetry is maintained in the arrangement of each component, and the entire geometric structure of this basic structure 500 is symmetric with respect to both the XZ plane and the YZ plane. It has become. As described above, this symmetry contributes to suppression of vibration leakage.

以上、図27および図28に示す基本構造体500の構造およびその振動漏れ抑止効果について述べた。実際には、この基本構造体500は、たとえば、シリコンなどの半導体基板に対してエッチング処理や機械的な切削加工などを施すことにより構成することができる。角速度センサを構成するためには、この基本構造体500に加えて、装置筐体580内で主振動子として機能する中心部重錘体510を駆動する駆動手段と、中心部重錘体510に作用するコリオリ力を検出し、これを所定軸まわりの角速度の検出値として出力する検出手段と、が必要になる。ここでは、この駆動手段および検出手段として圧電素子を利用し、具体的な角速度センサを構成した例を述べる。   The structure of the basic structure 500 shown in FIGS. 27 and 28 and the vibration leakage suppressing effect have been described above. Actually, the basic structure 500 can be configured by, for example, performing an etching process or a mechanical cutting process on a semiconductor substrate such as silicon. In order to configure the angular velocity sensor, in addition to the basic structure 500, a driving means for driving a central weight 510 that functions as a main vibrator in the device housing 580, and a central weight 510 are provided. Detection means for detecting the acting Coriolis force and outputting the detected value as an angular velocity detection value around a predetermined axis is required. Here, an example in which a piezoelectric element is used as the driving unit and the detecting unit and a specific angular velocity sensor is configured will be described.

図29は、図27に示す基本構造体500に圧電素子を取り付けた状態を示す上面図である(ハッチングは、圧電素子を示すものであり、断面を示すものではない)。一方、図30は、図29に示す圧電素子付き基本構造体500をXZ平面で切断した側断面図である。図示のとおり、基本構造体500の上面のX軸上には、圧電素子X51,X52,X53,X54が固定されており、Y軸上には、圧電素子Y51,Y52,Y53,Y54が固定されている。   FIG. 29 is a top view showing a state where a piezoelectric element is attached to the basic structure 500 shown in FIG. 27 (hatching indicates a piezoelectric element, not a cross section). On the other hand, FIG. 30 is a side sectional view of the basic structure with a piezoelectric element 500 shown in FIG. 29 cut along the XZ plane. As illustrated, piezoelectric elements X51, X52, X53, and X54 are fixed on the X-axis on the upper surface of the basic structure 500, and piezoelectric elements Y51, Y52, Y53, and Y54 are fixed on the Y-axis. ing.

図示のとおり8個の圧電素子は、いずれも内側接続部材(内側架橋部521,531,541,551)上に配置されているが、これは各圧電素子を、中心部重錘体510(主振動子)を駆動する駆動手段か、あるいは中心部重錘体510(主振動子)の変位(コリオリ力に基づく変位)を検出する検出手段として機能させるためである。ここに示す第4の実施形態の場合も、角速度の検出動作を行うにあたって、副振動子を積極的に駆動させる必要はなく、また、副振動子の変位を検出する必要もないため、外側接続部材(外側架橋部522,532,542,552)上には、圧電素子を配置する必要はない。   As shown in the figure, all of the eight piezoelectric elements are arranged on the inner connecting members (inner bridging portions 521, 531, 541, 551). This is because it functions as a driving means for driving the vibrator or a detecting means for detecting the displacement (displacement based on the Coriolis force) of the central weight 510 (main vibrator). Also in the case of the fourth embodiment shown here, it is not necessary to actively drive the sub-vibrator and to detect the displacement of the sub-vibrator in performing the angular velocity detection operation. There is no need to dispose a piezoelectric element on the member (outer bridge portions 522, 532, 542, 552).

図示のとおり、圧電素子X51,Y51,X54,Y54は、内側架橋部521,531,541,551の外側端部近傍(中心部重錘体510から遠い端)に配置され、圧電素子X52,Y52,X53,Y53は、内側架橋部521,531,541,551の内側端部近傍(中心部重錘体510に近い端)に配置されている。これは、中心部重錘体510の変位によって内側架橋部521,531,541,551に撓みが生じた場合に、その両端部に応力が集中するので、この位置に圧電素子を配置しておくと、中心部重錘体510を駆動する上でも、中心部重錘体510の変位を検出する上でも、効率的であるためである。   As illustrated, the piezoelectric elements X51, Y51, X54, and Y54 are disposed in the vicinity of the outer ends of the inner bridging portions 521, 531, 541, and 551 (ends far from the central weight body 510), and the piezoelectric elements X52 and Y52 are disposed. , X53, Y53 are arranged in the vicinity of the inner ends of the inner bridging portions 521, 531, 541, 551 (ends close to the central weight body 510). This is because, when the inner bridge portions 521, 531, 541, and 551 are bent due to the displacement of the central weight body 510, stress concentrates at both ends thereof, and thus a piezoelectric element is disposed at this position. This is because it is efficient both in driving the central weight body 510 and detecting the displacement of the central weight body 510.

この図29および図30に示す第4の実施形態に係る角速度センサにおいて、8個の圧電素子X51〜X54,Y51〜Y54を用いて中心部重錘体510(主振動子)に周期的な運動を行う行わせる駆動手段の構成や、中心部重錘体510(主振動子)に作用するコリオリ力を検出する検出手段の構成は、図5および図6に示す第1の実施形態に係る角速度センサにおいて、8個の圧電素子X11〜X14,Y11〜Y14を用いて中心部重錘体210(主振動子)に周期的な運動を行う行わせる駆動手段の構成や、中心部重錘体210(主振動子)に作用するコリオリ力を検出する検出手段の構成と全く同様であるため、ここではその説明は省略する。また、§4で述べた様々な変形例は、この第3の実施形態についても同様に適用可能である。   In the angular velocity sensor according to the fourth embodiment shown in FIGS. 29 and 30, a periodic motion is performed on the central weight body 510 (main vibrator) using eight piezoelectric elements X51 to X54 and Y51 to Y54. The configuration of the drive means for performing the above and the configuration of the detection means for detecting the Coriolis force acting on the central weight body 510 (main vibrator) are the angular velocities according to the first embodiment shown in FIGS. In the sensor, the configuration of the driving means for causing the central weight body 210 (main vibrator) to perform periodic motion using the eight piezoelectric elements X11 to X14, Y11 to Y14, and the central weight body 210 Since it is completely the same as the structure of the detection means which detects the Coriolis force which acts on (main vibrator), the description is abbreviate | omitted here. Further, the various modifications described in §4 can be similarly applied to the third embodiment.

なお、ここでは、主振動子510を取り囲むような単一の環状重錘体525を副振動子として用意する例を述べたが、副振動子は複数の環状重錘体によって構成してもかまわない。たとえば、図27に示す基本構造体500において、環状重錘体525の外側を離隔した状態で取り囲むような別な環状重錘体を用意し、環状重錘体525と台座560との間に配置し、各外側架橋部522,532,542,552の中央部分に接合するようにしてもよい。この場合、主振動子510が、二重の環状重錘体からなる副振動子によって囲まれた構造になる。   Here, an example in which a single annular weight body 525 surrounding the main vibrator 510 is prepared as a sub vibrator has been described, but the sub vibrator may be constituted by a plurality of annular weight bodies. Absent. For example, in the basic structure 500 shown in FIG. 27, another annular weight body that surrounds the annular weight body 525 in a separated state is prepared, and is arranged between the annular weight body 525 and the pedestal 560. And you may make it join to the center part of each outer side bridge | crosslinking part 522,532,542,552. In this case, the main vibrator 510 has a structure surrounded by a sub vibrator made of a double annular weight body.

<<< §8.副振動子の配置を省略した参考例に係る角速度センサ >>>
本発明の基本概念は、台座に対して主振動子を支持する可撓性接続部材の途中に副振動子を設け、主振動子の周期的運動による振動エネルギーを副振動子によって吸収させ、台座を介して装置筐体に振動漏れが生じることを抑制する点にある。したがって、本発明を実施する上では、ある程度の質量をもった副振動子が不可欠な要素になる。
<<< §8. Angular velocity sensor according to the reference example without the arrangement of the sub-vibrator >>>
The basic concept of the present invention is that a sub-vibrator is provided in the middle of the flexible connecting member that supports the main vibrator with respect to the pedestal, and the vibration energy due to the periodic motion of the main vibrator is absorbed by the sub-vibrator. This is to suppress the occurrence of vibration leakage in the apparatus housing. Therefore, in implementing the present invention, a sub-vibrator having a certain mass is an indispensable element.

ただ、本願発明者が行った実験によると、副振動子を設けずに、主振動子と台座との間を接続する接続部材上に、断面U字型の部分を構成するだけでも、台座への振動漏れをある程度抑制する効果が得られることが判明した。そこで、ここでは副振動子の配置を省略した基本構造体を参考例として紹介しておく。   However, according to an experiment conducted by the inventors of the present application, even if a U-shaped section is formed on the connection member that connects the main vibrator and the pedestal without providing the sub-vibrator, the pedestal can be obtained. It has been found that the effect of suppressing the vibration leakage of a certain degree can be obtained. Therefore, here, a basic structure in which the arrangement of the sub vibrator is omitted is introduced as a reference example.

図31は、参考例として示す角速度センサの基本構造体200を示す側断面図である。この基本構造体200は、図3および図4に示す基本構造体200における副振動子として機能する重錘体225,235,245,255を、それぞれ断面形状がU字状をなすU字状架橋部225,235,245,255(それぞれ、上部には溝部G1〜G4が形成されている)に置き換えたものである。図31において、中心部重錘体210の右側部分は、架橋部221,225,222を介して台座260に接続され、中心部重錘体210の左側部分は、架橋部241,245,242を介して台座260に接続されている。図31には、示されていないが、中心部重錘体210の奥側および手前側も同様に架橋部を介して台座260に接続されている。 FIG. 31 is a side sectional view showing a basic structure 200 * of an angular velocity sensor shown as a reference example. This basic structure 200 * is a U-shape in which each of the weight bodies 225, 235, 245, and 255 functioning as sub-vibrators in the basic structure 200 shown in FIGS. 3 and 4 has a U-shaped cross section. The bridge portions are replaced with 225 * , 235 * , 245 * , and 255 * (groove portions G1 to G4 are formed in the upper portion, respectively). In Figure 31, the right side portion of the center weight body 210, the bridge portion 221 and 225 *, is connected to the base 260 via 222, left side portion of the center weight body 210, bridge 241, 245 *, It is connected to the pedestal 260 via 242. Although not shown in FIG. 31, the back side and the near side of the central weight body 210 are similarly connected to the pedestal 260 via the bridging portion.

この図31に示す基本構造体200には、ある程度の質量をもった副振動子は設けられていないが、途中にU字状架橋部225,235,245,255が形成されているため、図1および図2に示す従来の基本構造体100に比べると、中心部重錘体210の周期的運動によって生じる振動エネルギーが台座260側へと逃げる現象(振動漏れ)を抑制させる効果が得られる。これは、振動エネルギーの伝達経路に、断面形状がU字状をなすU字状架橋部225,235,245,255を設けると、このU字状架橋部の屈曲変形によって、振動エネルギーが吸収されてしまうためと考えられる。 The substructure having a certain mass is not provided in the basic structure 200 * shown in FIG. 31, but U-shaped bridging portions 225 * , 235 * , 245 * , 255 * are formed in the middle. Therefore, as compared with the conventional basic structure 100 shown in FIGS. 1 and 2, the phenomenon (vibration leakage) in which the vibration energy generated by the periodic motion of the central weight body 210 escapes to the pedestal 260 side is suppressed. An effect is obtained. This is because if a U-shaped bridge portion 225 * , 235 * , 245 * , 255 * having a U-shaped cross-section is provided in the vibration energy transmission path, vibration is caused by bending deformation of the U-shaped bridge portion. This is probably because energy is absorbed.

図32は、別な参考例として示す角速度センサの基本構造体300を示す側断面図である。この基本構造体300は、図17および図18に示す基本構造体300における副振動子として機能する重錘体325,326,335,336,345,346,355,356を、それぞれ断面形状がU字状をなすU字状架橋部325,326,335,336,345,346,355,356(それぞれ、上部には溝部G1a〜G4bが形成されている)に置き換えたものである。図32において、中心部重錘体310の右側部分は、架橋部321,325,322,326,323を介して台座360に接続され、中心部重錘体310の左側部分は、架橋部341,345,342,346,343を介して台座360に接続されている。図31には、示されていないが、中心部重錘体310の奥側および手前側も同様に架橋部を介して台座360に接続されている。 FIG. 32 is a side sectional view showing a basic structure 300 * of an angular velocity sensor shown as another reference example. This basic structure 300 * has weights 325, 326, 335, 336, 345, 346, 355, and 356 that function as sub-vibrators in the basic structure 300 shown in FIGS. In the U-shaped bridge portions 325 * , 326 * , 335 * , 336 * , 345 * , 346 * , 355 * , 356 * (each having groove portions G1a to G4b formed on the upper part). It is a replacement. In Figure 32, the right side portion of the center weight body 310, bridge 321, 325 *, 322, 326 *, is connected to the base 360 via 323, left side portion of the center weight body 310, the bridge portion It is connected to the pedestal 360 via 341,345 * , 342,346 * , 343. Although not shown in FIG. 31, the back side and the near side of the central weight body 310 are similarly connected to the pedestal 360 via the bridging portion.

この図32に示す基本構造体300は、図31に示す基本構造体200と比べると、振動子として機能する中心部重錘体310から台座360に至る振動エネルギーの伝達経路の2箇所にU字状架橋部が形成されているため、振動漏れを抑制させる効果がより顕著になる。もちろん、振動エネルギーの伝達経路により多数のU字状架橋部を形成することも可能である。 The basic structure 300 * shown in FIG. 32 has two vibration energy transmission paths from the central weight body 310 functioning as a vibrator to the pedestal 360, as compared with the basic structure 200 * shown in FIG. Since the U-shaped bridge portion is formed, the effect of suppressing vibration leakage becomes more remarkable. Of course, it is also possible to form a large number of U-shaped bridging portions by the transmission path of vibration energy.

<<< §9.副振動子を逆方向に運動させる角速度センサ >>>
既に述べたとおり、本発明に係る角速度センサに用いる基本構造体では、台座に対して主振動子を支持する可撓性接続部材の途中に副振動子を設けたため、主振動子の周期的運動による振動エネルギーを副振動子によって吸収させ、台座を介して装置筐体に振動漏れが生じることを抑制することができる。ただ、これまで述べてきた実施形態では、副振動子は受動的な機能を果たすのみであり、振動漏れを解消するための能動的な作用を果たすことはなかった。ここでは、これまで述べてきた様々な実施形態に係る角速度センサにおいて、副振動子に能動的な作用を果たさせ、振動漏れをより効果的に解消させる工夫を説明する。
<<< §9. Angular velocity sensor that moves sub-oscillator in reverse direction >>
As already described, in the basic structure used for the angular velocity sensor according to the present invention, the sub-vibrator is provided in the middle of the flexible connecting member that supports the main vibrator with respect to the pedestal. It is possible to absorb the vibration energy caused by the sub-vibrator and suppress the occurrence of vibration leakage in the apparatus housing via the pedestal. However, in the embodiments described so far, the sub-vibrator performs only a passive function, and does not perform an active action for eliminating vibration leakage. Here, in the angular velocity sensors according to various embodiments described so far, a device for causing the sub-vibrator to have an active action and effectively eliminating the vibration leakage will be described.

この§9で述べる工夫の基本概念は、装置筐体内で主振動子が周期的運動を行うように駆動するとともに、装置筐体内で副振動子が主振動子の運動とは逆方向に運動するように駆動するという点にある。   The basic concept of the device described in §9 is that the main vibrator is driven so as to perform a periodic motion in the apparatus housing, and the sub-vibrator moves in the direction opposite to the movement of the main vibrator in the apparatus housing. It is in the point of driving.

たとえば、図33に示すように、主振動子91および副振動子92と、これらを相互に接続する可撓性をもった接続部材93とを有する単純なモデルが、XYZ三次元座標系に置かれている状態を考えてみよう。ここで、角速度検出のために、主振動子91をZ軸方向に単振動させ、そのとき主振動子91に作用するコリオリ力を検出することにする。この場合、主振動子91をZ軸方向に単振動させるだけでなく、副振動子92もZ軸方向に単振動させるようにする。但し、主振動子91の運動方向と副振動子92の運動方向とは、常に逆になるようにする。   For example, as shown in FIG. 33, a simple model having a main vibrator 91 and a sub vibrator 92 and a connecting member 93 having flexibility for connecting them to each other is placed in an XYZ three-dimensional coordinate system. Let's consider the situation. Here, to detect the angular velocity, the main vibrator 91 is simply vibrated in the Z-axis direction, and the Coriolis force acting on the main vibrator 91 at that time is detected. In this case, not only the main vibrator 91 is caused to vibrate in the Z-axis direction but also the sub-vibrator 92 is caused to vibrate in the Z-axis direction. However, the direction of movement of the main vibrator 91 and the direction of movement of the sub-vibrator 92 are always reversed.

具体的には、図34に示すように、主振動子91に対してZ軸正方向に変位させる力+Fzを作用させているときには、副振動子92に対してはZ軸負方向に変位させる力−Fzを作用させるようにし、図35に示すように、主振動子91に対してZ軸負方向に変位させる力−Fzを作用させているときには、副振動子92に対してはZ軸正方向に変位させる力+Fzを作用させるようにすればよい。   Specifically, as shown in FIG. 34, when a force + Fz for displacing the main vibrator 91 in the positive Z-axis direction is applied, the sub-vibrator 92 is displaced in the negative Z-axis direction. As shown in FIG. 35, when the force −Fz is applied to the main vibrator 91 so as to be displaced in the negative Z-axis direction as shown in FIG. A force + Fz for displacing in the positive direction may be applied.

本願発明者が行った実験によると、これまで述べてきた種々の実施形態に係る基本構造体において、主振動子と副振動子とに、このような相補的な運動を行わせると、台座を介して装置筐体に伝わる振動漏れをより低減させることが可能になった。特に、主振動子の質量と副振動子の質量とを等しく設定すると、振動漏れの低減に著しい効果が見られた。これは、同じ質量を有する2つの重錘体が、向きが異なり絶対値が等しい速度成分をもって同時に運動することにより、台座側へ漏れ出る振動成分が相殺されたためと考えられる。   According to experiments conducted by the inventors of the present application, in the basic structures according to the various embodiments described so far, when the main vibrator and the sub-vibrator perform such complementary movement, the pedestal is It has become possible to further reduce the vibration leakage transmitted to the device casing. In particular, when the mass of the main vibrator and the mass of the sub vibrator were set to be equal, a remarkable effect was seen in reducing vibration leakage. This is presumably because the two weight bodies having the same mass are simultaneously moved with velocity components having different directions and equal absolute values, thereby canceling out the vibration component leaking to the pedestal side.

このような工夫を、これまで述べてきた種々の実施形態に施すための具体的な方法の一例を以下に述べよう。これまで述べてきた実施形態に係る基本構造体は、主振動子と、この主振動子に隣接して配置された副振動子と、この副振動子に隣接して配置された台座と、主振動子と副振動子とを接続する可撓性をもった内側接続部材と、副振動子と台座とを接続する可撓性をもった外側接続部材と、を有している。そこで、内側接続部材の表面に固定された主駆動用圧電素子と、外側接続部材の表面に固定された副駆動用圧電素子と、主駆動用圧電素子および副駆動用圧電素子にそれぞれ交流駆動信号を供給する駆動制御回路とによって駆動手段を構成し、内側接続部材の表面に固定された検出用圧電素子と、この検出用圧電素子に生じる電荷を検出し、その検出結果に基づいて角速度の検出値を出力する角速度検出回路とによって検出手段を構成するようにする。そうすれば、主駆動用圧電素子によって主振動子を駆動するとともに、副駆動用圧電素子によって副振動子を駆動することができる。駆動制御回路によって主駆動用圧電素子および副駆動用圧電素子に供給する交流駆動信号を調整すれば、主振動子の運動方向と副振動子の運動方向とが常に逆になるようにすることが可能である。   An example of a specific method for applying such a device to the various embodiments described so far will be described below. The basic structure according to the embodiments described so far includes a main vibrator, a sub-vibrator arranged adjacent to the main vibrator, a pedestal arranged adjacent to the sub-vibrator, and a main vibrator. An inner connecting member having flexibility for connecting the vibrator and the sub vibrator and an outer connecting member having flexibility for connecting the sub vibrator and the pedestal are provided. Therefore, AC driving signals are respectively supplied to the main driving piezoelectric element fixed to the surface of the inner connecting member, the sub driving piezoelectric element fixed to the surface of the outer connecting member, and the main driving piezoelectric element and the sub driving piezoelectric element. The drive control circuit that supplies the drive means constitutes the drive means, detects the detection piezoelectric element fixed on the surface of the inner connecting member, and detects the electric charge generated in the detection piezoelectric element, and detects the angular velocity based on the detection result The detection means is constituted by an angular velocity detection circuit that outputs a value. Then, the main vibrator can be driven by the main driving piezoelectric element, and the sub vibrator can be driven by the sub driving piezoelectric element. By adjusting the AC drive signal supplied to the main drive piezoelectric element and the sub drive piezoelectric element by the drive control circuit, the movement direction of the main vibrator and the movement direction of the sub vibrator can always be reversed. Is possible.

図36は、本発明の第5の実施形態に係る角速度センサの圧電素子付き基本構造体を示す上面図であり(ハッチングは、圧電素子を示すものであり、断面を示すものではない)、図37は、この図36に示す圧電素子付き基本構造体をXZ平面で切断した側断面図である。この第5の実施形態で用いられている基本構造体500は、§7で述べた第4の実施形態で用いられている基本構造体500と全く同一のものである。図29および図30に示す第4の実施形態と、図36および図37に示す第5の実施形態との相違点は、圧電素子の構成と、この圧電素子に接続して用いる回路構成のみである。   FIG. 36 is a top view showing a basic structure with a piezoelectric element of an angular velocity sensor according to a fifth embodiment of the present invention (hatching indicates a piezoelectric element and does not indicate a cross section). 37 is a side sectional view of the basic structure with a piezoelectric element shown in FIG. 36 taken along the XZ plane. The basic structure 500 used in the fifth embodiment is exactly the same as the basic structure 500 used in the fourth embodiment described in §7. The difference between the fourth embodiment shown in FIGS. 29 and 30 and the fifth embodiment shown in FIGS. 36 and 37 is only the configuration of the piezoelectric element and the circuit configuration used by being connected to this piezoelectric element. is there.

すなわち、図36および図37に示す第5の実施形態では、図29および図30に示す第4の実施形態に示す8個の圧電素子X51〜X54,Y51〜Y54に加えて、更に、8個の圧電素子x51〜x54,y51〜y54が設けられている。ここで、大文字のアルファベットXもしくはYを冠した圧電素子X51〜X54,Y51〜Y54は、いずれも内側接続部材(内側架橋部521,531,541,551)の表面に固定された圧電素子であり、主振動子510を駆動するための主駆動用圧電素子として用いるか、あるいは、主振動子510に作用するコリオリ力(主振動子510の変位)を検出するための主検出用圧電素子として用いることができる。一方、小文字のアルファベットxもしくはyを冠した圧電素子x51〜x54,y51〜y54は、いずれも外側接続部材(外側架橋部522,532,542,552)の表面に固定された圧電素子であり、副振動子525を駆動するための副駆動用圧電素子として用いるか、あるいは、副振動子525に作用するコリオリ力(変位)を検出するための副検出用圧電素子として用いることができる。ここでは、便宜上、これら合計16個の圧電素子が、いずれも図7に示す分極特性をもった圧電素子であるものとして、以下の説明を行うことにする。   That is, in the fifth embodiment shown in FIGS. 36 and 37, in addition to the eight piezoelectric elements X51 to X54 and Y51 to Y54 shown in the fourth embodiment shown in FIGS. Piezoelectric elements x51 to x54, y51 to y54 are provided. Here, each of the piezoelectric elements X51 to X54 and Y51 to Y54 bearing the capital letter X or Y is a piezoelectric element fixed to the surface of the inner connecting member (inner bridging portions 521, 531, 541, 551). Or used as a main driving piezoelectric element for driving the main vibrator 510, or used as a main detecting piezoelectric element for detecting a Coriolis force (displacement of the main vibrator 510) acting on the main vibrator 510. be able to. On the other hand, the piezoelectric elements x51 to x54 and y51 to y54 bearing the lowercase alphabetic letter x or y are all piezoelectric elements fixed to the surface of the outer connecting member (outer bridge portions 522, 532, 542, and 552). It can be used as a sub driving piezoelectric element for driving the sub vibrator 525 or as a sub detecting piezoelectric element for detecting a Coriolis force (displacement) acting on the sub vibrator 525. Here, for the sake of convenience, the following description will be made on the assumption that all the 16 piezoelectric elements in total are piezoelectric elements having the polarization characteristics shown in FIG.

図38は、図36および図37に示す圧電素子付き基本構造体500を有する角速度センサに用いられる回路の一例を示す回路図である。この図38に示す回路を用いた角速度センサでは、回路図の左上に示された4個の圧電素子X52,X53,Y52,Y53が主振動子510を駆動するための主駆動用圧電素子として利用され、回路図の右上に示された4個の圧電素子x52,x53,y52,y53が副振動子525を駆動するための副駆動用圧電素子として利用される。   FIG. 38 is a circuit diagram showing an example of a circuit used in the angular velocity sensor having the basic structure 500 with a piezoelectric element shown in FIG. 36 and FIG. In the angular velocity sensor using the circuit shown in FIG. 38, the four piezoelectric elements X52, X53, Y52, Y53 shown at the upper left of the circuit diagram are used as the main driving piezoelectric elements for driving the main vibrator 510. The four piezoelectric elements x52, x53, y52, and y53 shown in the upper right of the circuit diagram are used as sub-driving piezoelectric elements for driving the sub-vibrator 525.

ここで、主駆動用圧電素子X52,X53,Y52,Y53を用いて、主振動子510を駆動させる方法は、図5および図6に示す第1の実施形態に係る角速度センサにおいて主振動子210を駆動する方法と全く同じである。たとえば、主振動子510をZ軸方向に単振動させるのであれば、主駆動用圧電素子X52,X53,Y52,Y53に対して、図10(a) に示す交流電圧信号φ1を供給すればよい。一方、副駆動用圧電素子x52,x53,y52,y53を用いて、副振動子525を駆動させる方法も、基本的には、図5および図6に示す第1の実施形態に係る角速度センサにおいて主振動子210を駆動する方法と同じである。但し、副振動子525の運動方向は、主振動子510の運動方向とは常に逆にする必要があるため、主駆動用圧電素子X52,X53,Y52,Y53に対して、図10(a) に示す交流電圧信号φ1を供給した場合は、副駆動用圧電素子x52,x53,y52,y53に対しては、図10(b) に示す交流電圧信号φ2を供給するようにする。   Here, the method of driving the main vibrator 510 using the main drive piezoelectric elements X52, X53, Y52, Y53 is the main vibrator 210 in the angular velocity sensor according to the first embodiment shown in FIGS. Is exactly the same as the method of driving. For example, if the main vibrator 510 is caused to vibrate in the Z-axis direction, the AC voltage signal φ1 shown in FIG. 10 (a) may be supplied to the main driving piezoelectric elements X52, X53, Y52, and Y53. . On the other hand, the method of driving the sub-vibrator 525 using the sub-drive piezoelectric elements x52, x53, y52, y53 is basically the same as the angular velocity sensor according to the first embodiment shown in FIGS. This is the same as the method for driving the main vibrator 210. However, since the direction of movement of the sub-vibrator 525 must always be opposite to the direction of movement of the main vibrator 510, the main driving piezoelectric elements X52, X53, Y52, and Y53 are shown in FIG. When the AC voltage signal φ1 shown in FIG. 10 is supplied, the AC voltage signal φ2 shown in FIG. 10B is supplied to the sub-driving piezoelectric elements x52, x53, y52, and y53.

図38に示す駆動制御回路35は、交流信号源31からの交流信号に基づいて、図10(a) ,(b) に示す交流電圧信号φ1およびφ2を生成し、一方を主駆動用圧電素子X52,X53,Y52,Y53に供給し、他方を副駆動用圧電素子x52,x53,y52,y53に供給する機能を果たす。なお、副駆動用圧電素子x52,x53,y52,y53の分極特性を主駆動用圧電素子X52,X53,Y52,Y53の分極特性とは逆にしておけば(すなわち、図7に示す特性とは逆の特性をもつ圧電素子によって副駆動用圧電素子x52,x53,y52,y53を構成しておけば)、主駆動用圧電素子X52,X53,Y52,Y53および副駆動用圧電素子x52,x53,y52,y53の双方に、同一の交流電圧信号(たとえば、φ1)を供給することにより、主振動子510と副振動子525とを逆向きに運動させることが可能である。   The drive control circuit 35 shown in FIG. 38 generates AC voltage signals φ1 and φ2 shown in FIGS. 10A and 10B based on the AC signal from the AC signal source 31, and one of them is a piezoelectric element for main drive. It functions to supply to X52, X53, Y52, Y53 and supply the other to the sub-driving piezoelectric elements x52, x53, y52, y53. If the polarization characteristics of the sub-drive piezoelectric elements x52, x53, y52, and y53 are reversed from those of the main drive piezoelectric elements X52, X53, Y52, and Y53 (that is, the characteristics shown in FIG. 7). If the sub-driving piezoelectric elements x52, x53, y52, y53 are constituted by piezoelectric elements having the opposite characteristics), the main driving piezoelectric elements X52, X53, Y52, Y53 and the sub-driving piezoelectric elements x52, x53, By supplying the same AC voltage signal (for example, φ1) to both y52 and y53, the main vibrator 510 and the sub vibrator 525 can be moved in opposite directions.

ところで、既に述べたとおり、図8(a) に示すような周期的な交流電圧信号φ1を供給しても、実際の振動子の周期的な変位は、図8(b) のように、若干の遅延時間dをもってこれに追従することになる。したがって、図10(a) ,(b) に示すように、互いに逆位相の交流電圧信号φ1,φ2を、主駆動用圧電素子および副駆動用圧電素子に供給して、主振動子と副振動子との運動方向が常に逆向きになるようにするためには、主振動子についての遅延時間dと副振動子についての遅延時間dとが一致するように、基本構造体500の各部を設計する必要がある。あるいは、両者の遅延時間dが異なっている場合には、駆動制御回路35にその調整機能をもたせるようにしてもよい。たとえば、図10(a) に示す交流電圧信号φ1に対して、図10(b) に示す交流電圧信号φ2の時間軸を所定の調整時間だけ前後させるようにすればよい。   By the way, as already described, even if the periodic AC voltage signal φ1 as shown in FIG. 8A is supplied, the actual periodic displacement of the vibrator is slightly as shown in FIG. 8B. This is followed by the delay time d. Accordingly, as shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b), AC voltage signals φ1 and φ2 having opposite phases are supplied to the main driving piezoelectric element and the sub driving piezoelectric element, and the main vibrator and the sub vibration are supplied. In order to ensure that the direction of motion with respect to the child is always opposite, each part of the basic structure 500 is designed so that the delay time d for the main oscillator and the delay time d for the sub-vibrator coincide. There is a need to. Alternatively, when the delay times d of the two are different, the drive control circuit 35 may be provided with the adjustment function. For example, with respect to the AC voltage signal φ1 shown in FIG. 10A, the time axis of the AC voltage signal φ2 shown in FIG.

また、前述したとおり、主振動子510の質量と副振動子525の質量は、等しく設定しておくのが好ましい。もっとも、実用上は、両者の遅延時間dが多少異なっていたり、両者の質量が多少異なっていたりしても、振動漏れを抑制する効果は得られる。   Further, as described above, it is preferable to set the mass of the main vibrator 510 and the mass of the sub vibrator 525 to be equal. However, in practice, the effect of suppressing vibration leakage can be obtained even if the delay time d of the two is slightly different or the mass of the two is slightly different.

さて、図38の回路図の左下に示された4個の圧電素子X51,X54,Y51,Y54は主振動子510の変位(作用したコリオリ力)を検出するための主検出用圧電素子として利用され、回路図の右下に示された4個の圧電素子x51,x54,y51,y54は副振動子525の変位(作用したコリオリ力)を検出するための副検出用圧電素子として利用される。   Now, the four piezoelectric elements X51, X54, Y51, Y54 shown in the lower left of the circuit diagram of FIG. 38 are used as the main detecting piezoelectric elements for detecting the displacement (acted Coriolis force) of the main vibrator 510. The four piezoelectric elements x51, x54, y51, y54 shown in the lower right of the circuit diagram are used as sub-detecting piezoelectric elements for detecting the displacement (acted Coriolis force) of the sub-vibrator 525. .

ここで、主検出用圧電素子X51,X54,Y51,Y54を用いて、主振動子510に作用するコリオリ力を検出する方法は、図5および図6に示す第1の実施形態に係る角速度センサにおいて主振動子210に作用するコリオリ力を検出する方法と全く同じである。たとえば、主振動子510および副振動子525をZ軸方向に振動させた状態において、角速度が作用すると、作用した角速度に応じてコリオリ力が作用する。たとえば、Y軸まわりの角速度ωyが作用したとすると、主振動子510の運動方向はZ軸方向であるから、X軸方向のコリオリ力Fxが作用することになる。そして、X軸正方向のコリオリ力+Fxが作用した場合は、主振動子510はX軸正方向に傾くことになり、X軸負方向のコリオリ力−Fxが作用した場合は、主振動子510はX軸負方向に傾くことになる。   Here, the method for detecting the Coriolis force acting on the main vibrator 510 using the main detection piezoelectric elements X51, X54, Y51, Y54 is the angular velocity sensor according to the first embodiment shown in FIGS. The method for detecting the Coriolis force acting on the main vibrator 210 is exactly the same. For example, in the state where the main vibrator 510 and the sub vibrator 525 are vibrated in the Z-axis direction, when an angular velocity is applied, a Coriolis force is applied according to the applied angular velocity. For example, if the angular velocity ωy about the Y axis is applied, the direction of motion of the main vibrator 510 is the Z axis direction, so the Coriolis force Fx in the X axis direction is applied. When the Coriolis force + Fx in the X-axis positive direction acts, the main vibrator 510 tilts in the X-axis positive direction. When the Coriolis force -Fx in the X-axis negative direction acts, the main vibrator 510 Tilts in the negative direction of the X axis.

このような主振動子510のX軸方向への傾斜は、主検出用圧電素子X51,X54の発生電荷として検出することができる。すなわち、X軸正方向のコリオリ力+Fxに基づいて、主振動子510がX軸正方向に傾くと、圧電素子X51は縮み、圧電素子X54は伸び、X軸負方向のコリオリ力−Fxに基づいて、主振動子510がX軸負方向に傾くと、圧電素子X51は伸び、圧電素子X54は縮むので、図38に示す電圧値V(X51),V(X54)に差が生じ、差分回路21によってその差が電圧値として求められる。この電圧値は、Y軸まわりの角速度ωyを示す検出値になる。   Such an inclination of the main vibrator 510 in the X-axis direction can be detected as charges generated by the main detecting piezoelectric elements X51 and X54. That is, based on the Coriolis force + Fx in the X-axis positive direction, when the main vibrator 510 tilts in the X-axis positive direction, the piezoelectric element X51 contracts, the piezoelectric element X54 extends, and the X-axis negative direction Coriolis force -Fx. When the main vibrator 510 is tilted in the negative direction of the X axis, the piezoelectric element X51 expands and the piezoelectric element X54 contracts, so that a difference occurs between the voltage values V (X51) and V (X54) shown in FIG. The difference is obtained as a voltage value by 21. This voltage value is a detection value indicating the angular velocity ωy about the Y axis.

同様に、X軸まわりの角速度ωxの作用に起因する主振動子510のY軸方向への傾斜は、主検出用圧電素子Y51,Y54の発生電荷として検出することができる。すなわち、Y軸正方向のコリオリ力+Fyに基づいて、主振動子510がY軸正方向に傾くと、圧電素子Y51は縮み、圧電素子Y54は伸び、Y軸負方向のコリオリ力−Fyに基づいて、主振動子510がY軸負方向に傾くと、圧電素子Y51は伸び、圧電素子Y54は縮むので、図38に示す電圧値V(Y51),V(Y54)に差が生じ、差分回路22によってその差が電圧値として求められる。この電圧値は、X軸まわりの角速度ωxを示す検出値になる。   Similarly, the inclination of the main vibrator 510 in the Y-axis direction due to the action of the angular velocity ωx around the X-axis can be detected as the generated charges of the main detection piezoelectric elements Y51 and Y54. That is, based on the Coriolis force + Fy in the Y-axis positive direction, when the main vibrator 510 tilts in the Y-axis positive direction, the piezoelectric element Y51 contracts, the piezoelectric element Y54 extends, and the Y-axis negative direction Coriolis force -Fy. When the main vibrator 510 tilts in the negative Y-axis direction, the piezoelectric element Y51 expands and the piezoelectric element Y54 contracts, so that a difference occurs between the voltage values V (Y51) and V (Y54) shown in FIG. The difference is obtained as a voltage value by 22. This voltage value is a detected value indicating the angular velocity ωx about the X axis.

図38に示す角速度検出回路45は、このようにして角速度ωx,ωyを検出して出力する機能を有している。なお、角速度検出のタイミングについては、既に§3で述べたとおりである。   The angular velocity detection circuit 45 shown in FIG. 38 has a function of detecting and outputting the angular velocities ωx and ωy in this way. Note that the angular velocity detection timing is as already described in Section 3.

一方、このような角速度検出は、主振動子510に作用するコリオリ力のみならず、副振動子525に作用するコリオリ力に基づいて行うことも可能である。図38に示す角速度検出回路45の右側に示す構成要素は、副振動子525に作用するコリオリ力を検出するための要素である。   On the other hand, such angular velocity detection can be performed not only based on the Coriolis force acting on the main vibrator 510 but also based on the Coriolis force acting on the sub vibrator 525. The components shown on the right side of the angular velocity detection circuit 45 shown in FIG. 38 are elements for detecting the Coriolis force acting on the sub vibrator 525.

たとえば、Y軸まわりの角速度ωyが作用したために、副振動子525に対してX軸方向のコリオリ力が作用した場合を考えてみよう。この場合、X軸正方向のコリオリ力+Fxに基づいて、副振動子525がX軸正方向に傾くと、圧電素子x51は縮み、圧電素子x54は伸び、X軸負方向のコリオリ力−Fxに基づいて、副振動子525がX軸負方向に傾くと、圧電素子x51は伸び、圧電素子x54は縮むので、図38に示す電圧値V(x51),V(x54)に差が生じ、差分回路23によってその差が電圧値として求められる。この電圧値は、Y軸まわりの角速度ωyを示す検出値になる。   For example, consider the case where the Coriolis force in the X-axis direction acts on the sub-vibrator 525 because the angular velocity ωy around the Y-axis acts. In this case, when the sub-vibrator 525 is tilted in the X-axis positive direction based on the Coriolis force + Fx in the X-axis positive direction, the piezoelectric element x51 is contracted, the piezoelectric element x54 is expanded, and the Coriolis force -Fx in the X-axis negative direction Based on this, when the sub vibrator 525 tilts in the negative direction of the X-axis, the piezoelectric element x51 expands and the piezoelectric element x54 contracts, so that a difference occurs between the voltage values V (x51) and V (x54) shown in FIG. The difference is obtained as a voltage value by the circuit 23. This voltage value is a detection value indicating the angular velocity ωy about the Y axis.

同様に、X軸まわりの角速度ωxの作用に起因する副振動子525のY軸方向への傾斜は、副検出用圧電素子y51,y54の発生電荷として検出することができる。すなわち、Y軸正方向のコリオリ力+Fyに基づいて、副振動子525がY軸正方向に傾くと、圧電素子y51は縮み、圧電素子y54は伸び、Y軸負方向のコリオリ力−Fyに基づいて、副振動子525がY軸負方向に傾くと、圧電素子y51は伸び、圧電素子y54は縮むので、図38に示す電圧値V(y51),V(y54)に差が生じ、差分回路24によってその差が電圧値として求められる。この電圧値は、X軸まわりの角速度ωxを示す検出値になる。   Similarly, the tilt in the Y-axis direction of the sub vibrator 525 caused by the action of the angular velocity ωx around the X axis can be detected as generated charges of the sub-detecting piezoelectric elements y51 and y54. That is, based on the Coriolis force + Fy in the Y-axis positive direction, when the sub-vibrator 525 tilts in the Y-axis positive direction, the piezoelectric element y51 contracts, the piezoelectric element y54 extends, and the Y-axis negative direction Coriolis force -Fy. When the sub-vibrator 525 is tilted in the negative Y-axis direction, the piezoelectric element y51 expands and the piezoelectric element y54 contracts, so that a difference occurs between the voltage values V (y51) and V (y54) shown in FIG. The difference is obtained as a voltage value by 24. This voltage value is a detected value indicating the angular velocity ωx about the X axis.

このように、図38に示す角速度検出回路45は、主振動子510に作用するコリオリ力に基づいて角速度ωx,ωyを検出する機能と、副振動子525に作用するコリオリ力に基づいて角速度ωx,ωyを検出する機能との双方を備えている。もっとも、主振動子510と副振動子525とは、逆向きの運動を行っているので、差分回路21の出力電圧によって示される角速度ωyと差分回路23の出力電圧によって示される角速度ωyとは符号が逆になり、差分回路22の出力電圧によって示される角速度ωxと差分回路24の出力電圧によって示される角速度ωxとは符号が逆になる点に留意する必要がある。   As described above, the angular velocity detection circuit 45 shown in FIG. 38 has a function of detecting the angular velocities ωx and ωy based on the Coriolis force acting on the main vibrator 510 and an angular velocity ωx based on the Coriolis force acting on the sub vibrator 525. , Ωy are both provided. However, since the main vibrator 510 and the sub vibrator 525 are moving in opposite directions, the angular velocity ωy indicated by the output voltage of the difference circuit 21 and the angular velocity ωy indicated by the output voltage of the difference circuit 23 are signs. Therefore, it should be noted that the angular velocity ωx indicated by the output voltage of the difference circuit 22 and the angular velocity ωx indicated by the output voltage of the difference circuit 24 have opposite signs.

もちろん、主振動子510に作用するコリオリ力に基づく角速度検出と、副振動子525に作用するコリオリ力に基づく角速度検出とは、いずれか一方のみを行えば十分であるが、実用上は、両方の検出を行い、その平均値を最終的な角速度の検出値ωx,ωyとして出力するのが好ましい。   Of course, it is sufficient to perform either one of the angular velocity detection based on the Coriolis force acting on the main vibrator 510 and the angular velocity detection based on the Coriolis force acting on the sub-vibrator 525. It is preferable that the average value is output as final angular velocity detection values ωx, ωy.

結局、駆動手段によって、主振動子および副振動子を所定の共通振動軸に平行な方向にそれぞれ同一振幅および同一振動数で単振動させ、主振動子の運動方向と副振動子の運動方向とが常に逆方向となり、かつ、主振動子の運動速度の絶対値と副振動子の運動速度の絶対値とが等しくなるように駆動すれば、装置筐体への振動漏れを抑制する効果を更に高めることが可能になる。   Eventually, the driving means causes the main vibrator and the sub-vibrator to vibrate with the same amplitude and the same frequency in the direction parallel to the predetermined common vibration axis, respectively. Is always in the opposite direction, and if the absolute value of the movement speed of the main vibrator and the absolute value of the movement speed of the sub-vibrator are equal, the effect of suppressing vibration leakage to the device casing is further improved. It becomes possible to increase.

しかも、これまで述べてきた種々の実施形態に係る基本構造体を用いた角速度センサの場合、副振動子を主振動子とは逆方向に駆動する、という工夫を施すにより、「検出感度を向上させる」という副次的な効果も得られることが判明した。以下、この副次的な効果が得られる理由を説明しよう。   In addition, in the case of the angular velocity sensor using the basic structure according to the various embodiments described so far, it is possible to improve the detection sensitivity by devising that the sub vibrator is driven in the direction opposite to the main vibrator. It has been found that a secondary effect of “encouraging” can also be obtained. The following explains why this secondary effect is obtained.

図39は、上述した角速度センサの駆動状態の一例を示す側断面図である。図には、主振動子510に対して、X軸正方向のコリオリ力+Fxが作用し、副振動子525に対して、X軸負方向のコリオリ力−Fxが作用した状態が示されている。主振動子510の運動方向と副振動子525の運動方向とは常に逆向きになるような駆動制御がなされるので、何らかの角速度が作用した場合、当該角速度に起因して生じるコリオリ力の向きは、主振動子510と副振動子525とでは常に逆になる。したがって、何らかの角速度に起因して、主振動子510に対してX軸正方向のコリオリ力+Fxが作用した場合、図示のとおり、副振動子525に対してはX軸負方向のコリオリ力−Fxが作用することになる。   FIG. 39 is a side sectional view showing an example of a driving state of the angular velocity sensor described above. The figure shows a state in which a Coriolis force + Fx in the X-axis positive direction acts on the main vibrator 510 and a Coriolis force -Fx in the X-axis negative direction acts on the sub-vibrator 525. . Since the drive control is performed so that the movement direction of the main vibrator 510 and the movement direction of the sub-vibrator 525 are always opposite to each other, when an angular velocity is applied, the direction of the Coriolis force generated due to the angular velocity is The main vibrator 510 and the sub vibrator 525 are always reversed. Accordingly, when the Coriolis force + Fx in the X-axis positive direction acts on the main vibrator 510 due to some angular velocity, as shown in the drawing, the Coriolis force -Fx in the X-axis negative direction is exerted on the sub-oscillator 525. Will act.

このとき、図に矢印で示す着目点Q1〜Q4(基本構造体500の上面の1点)に作用する応力を考えると、各着目点Q1〜Q4の各位置に生じる応力は、副振動子525を駆動しない場合に比べて増大することになる。これは、主振動子510が図の右方向に移動することによって生じる応力と、副振動子525が図の左方向に移動することによって生じる応力とが重複されるためである。このため、着目点Q1〜Q4の近傍に配置された圧電素子を検出用圧電素子として利用すれば、より感度の高い検出が可能になる。これは、主振動子510および副振動子525に対してY軸方向のコリオリ力が作用した場合も全く同様である。   At this time, considering the stress acting on the attention points Q1 to Q4 (one point on the upper surface of the basic structure 500) indicated by arrows in the figure, the stress generated at each position of each of the attention points Q1 to Q4 is the sub vibrator 525. As compared with the case where the is not driven, it increases. This is because the stress generated when the main vibrator 510 moves in the right direction in the figure overlaps with the stress generated when the sub vibrator 525 moves in the left direction in the figure. For this reason, if a piezoelectric element arranged in the vicinity of the points of interest Q1 to Q4 is used as a piezoelectric element for detection, detection with higher sensitivity can be performed. This is exactly the same when the Coriolis force in the Y-axis direction acts on the main vibrator 510 and the sub vibrator 525.

また、主振動子510および副振動子525に対してZ軸方向のコリオリ力が作用した場合も、やはり感度の高い検出が可能になる。図40は、主振動子510に対して、Z軸正方向のコリオリ力+Fzが作用し、副振動子525に対して、Z軸負方向のコリオリ力−Fzが作用した状態が示されている。この場合も、図に矢印で示す着目点Q1〜Q4(基本構造体500の上面の1点)に作用する応力を考えると、各着目点Q1〜Q4の各位置に生じる応力は、副振動子525を駆動しない場合に比べて増大することになる。これは、主振動子510が図の上方向に移動することによって生じる応力と、副振動子525が図の下方向に移動することによって生じる応力とが重複されるためである。このため、着目点Q1〜Q4の近傍に配置された圧電素子を検出用圧電素子として利用すれば、より感度の高い検出が可能になる。   Further, even when a Coriolis force in the Z-axis direction acts on the main vibrator 510 and the sub vibrator 525, detection with high sensitivity is possible. FIG. 40 shows a state in which a Coriolis force + Fz in the Z-axis positive direction acts on the main vibrator 510 and a Coriolis force −Fz in the Z-axis negative direction acts on the sub-vibrator 525. . Also in this case, considering the stress acting on the points of interest Q1 to Q4 (one point on the upper surface of the basic structure 500) indicated by arrows in the drawing, the stress generated at each position of the points of interest Q1 to Q4 is the sub-vibrator. It will increase compared with the case where 525 is not driven. This is because the stress generated when the main vibrator 510 moves upward in the figure and the stress generated when the sub vibrator 525 moves downward in the figure overlap. For this reason, if a piezoelectric element arranged in the vicinity of the points of interest Q1 to Q4 is used as a piezoelectric element for detection, detection with higher sensitivity can be performed.

なお、副振動子を主振動子とは逆方向に駆動する、という工夫は、各振動子を単振動させる場合に限らず、円運動させる場合にも適用可能である。この場合、駆動手段が、主振動子および副振動子を所定の共通基準面にそれぞれ平行な固有の運動平面上で、互いに同一周期で逆まわりとなるように円運動させ、主振動子の運動方向と副振動子の運動方向とが常に逆方向となり、かつ、主振動子の運動速度の絶対値と副振動子の運動速度の絶対値とが等しくなるように駆動するようにすればよい。   Note that the idea of driving the sub-vibrator in the direction opposite to that of the main vibrator is not limited to the case where each vibrator is simply oscillated, but can also be applied to a case where the sub-vibrator is moved in a circular motion. In this case, the driving means causes the main vibrator and the sub-vibrator to circularly move in the same cycle in opposite directions on a specific motion plane parallel to a predetermined common reference plane, respectively. The direction and the direction of motion of the sub-vibrator may always be opposite to each other, and the absolute value of the motion speed of the main vibrator and the absolute value of the motion speed of the sub-vibrator may be equal.

具体的には、§4−2では、図11に示す変形例を用いて、主振動子を任意の座標軸方向に単振動させたり、任意の座標平面に沿って円運動させたりすることが可能なことを説明した。これと同じ原理を用いて、たとえば、図41の上面図に示すような角速度センサを用いれば、主振動子を任意の座標軸方向に単振動させたり、任意の座標平面に沿って円運動させたりすることができ、しかも同時に、副振動子を主振動子と逆向きに運動させることが可能になる。   Specifically, in §4-2, the modification shown in FIG. 11 can be used to cause the main vibrator to oscillate in an arbitrary coordinate axis direction or to move circularly along an arbitrary coordinate plane. I explained that. Using the same principle, for example, if an angular velocity sensor as shown in the top view of FIG. 41 is used, the main vibrator is simply oscillated in an arbitrary coordinate axis direction or circularly moved along an arbitrary coordinate plane. At the same time, the sub-vibrator can be moved in the opposite direction to the main vibrator.

図41に示す角速度センサは、図27に示す基本構造体500の上面に、48個の圧電素子を配置したものである。図41において、ハッチングは、圧電素子を示すものであり、断面を示すものではない。   The angular velocity sensor shown in FIG. 41 has 48 piezoelectric elements arranged on the upper surface of the basic structure 500 shown in FIG. In FIG. 41, hatching indicates a piezoelectric element and does not indicate a cross section.

この図においても、説明の便宜上、X軸の両脇に、X軸に対して平行で、所定間隔をおいて配置されたXa軸およびXb軸を定義し、Y軸の両脇に、Y軸に対して平行で、所定間隔をおいて配置されたYa軸およびYb軸を定義している。Xa軸およびXb軸はX軸に関して対称な位置に定義され、Ya軸およびYb軸はY軸に関して対称な位置に定義される。   Also in this figure, for convenience of explanation, an Xa axis and an Xb axis that are parallel to the X axis and arranged at a predetermined interval are defined on both sides of the X axis, and the Y axis is defined on both sides of the Y axis. The Ya axis and the Yb axis are defined in parallel to each other and at a predetermined interval. The Xa axis and the Xb axis are defined at positions symmetrical with respect to the X axis, and the Ya axis and the Yb axis are defined at positions symmetrical with respect to the Y axis.

ここに示す例では、図示のとおり、X軸上の内側部分には、圧電素子X51〜X54が配置され、Xa軸上の内側部分には、圧電素子X61〜X64が配置され、Xb軸上の内側部分には、圧電素子X71〜X74が配置されている。また、Y軸上の内側部分には、圧電素子Y51〜Y54が配置され、Ya軸上の内側部分には、圧電素子Y61〜Y64が配置され、Yb軸上の内側部分には、圧電素子Y71〜Y74が配置されている。これら大文字のアルファベットXもしくはYを冠した圧電素子は、いずれも内側接続部材(内側架橋部521,531,541,551)の表面に固定された圧電素子であり、主振動子510を駆動するための主駆動用圧電素子として用いるか、あるいは、主振動子510に作用するコリオリ力(主振動子510の変位)を検出するための主検出用圧電素子として用いることができる。   In the example shown here, as shown in the figure, piezoelectric elements X51 to X54 are arranged on the inner part on the X axis, and piezoelectric elements X61 to X64 are arranged on the inner part on the Xa axis, and on the Xb axis. Piezoelectric elements X71 to X74 are disposed in the inner portion. Piezoelectric elements Y51 to Y54 are disposed on the inner part on the Y axis, piezoelectric elements Y61 to Y64 are disposed on the inner part on the Ya axis, and piezoelectric element Y71 is disposed on the inner part on the Yb axis. To Y74 are arranged. Each of these piezoelectric elements bearing the capital letter X or Y is a piezoelectric element fixed to the surface of the inner connecting member (inner bridging portions 521, 531, 541, 551), and drives the main vibrator 510. Or a main detecting piezoelectric element for detecting the Coriolis force (displacement of the main vibrator 510) acting on the main vibrator 510.

これら24個の圧電素子を用いて、主振動子510を任意の座標軸方向に単振動させたり、任意の座標平面に沿って円運動させたりする駆動方法や、主振動子510に作用する任意の座標軸方向のコリオリ力を求める検出方法は、§4−2において図11に示す変形例を用いて説明した方法と同様であるため、ここでは詳しい説明は省略する。   Using these 24 piezoelectric elements, a driving method in which the main vibrator 510 is simply vibrated in an arbitrary coordinate axis direction or circularly moved along an arbitrary coordinate plane, or an arbitrary action acting on the main vibrator 510 is used. Since the detection method for obtaining the Coriolis force in the coordinate axis direction is the same as the method described in §4-2 using the modification shown in FIG. 11, detailed description thereof is omitted here.

一方、X軸上の外側部分には、圧電素子x51〜x54が配置され、Xa軸上の外側部分には、圧電素子x61〜x64が配置され、Xb軸上の外側部分には、圧電素子x71〜x74が配置されている。また、Y軸上の外側部分には、圧電素子y51〜y54が配置され、Ya軸上の外側部分には、圧電素子y61〜y64が配置され、Yb軸上の外側部分には、圧電素子y71〜y74が配置されている。これら小文字のアルファベットxもしくはyを冠した圧電素子は、いずれも外側接続部材(外側架橋部522,532,542,552)の表面に固定された圧電素子であり、副振動子525を駆動するための副駆動用圧電素子として用いるか、あるいは、副振動子525に作用するコリオリ力(副振動子525の変位)を検出するための副検出用圧電素子として用いることができる。   On the other hand, the piezoelectric elements x51 to x54 are disposed on the outer portion on the X axis, the piezoelectric elements x61 to x64 are disposed on the outer portion on the Xa axis, and the piezoelectric element x71 is disposed on the outer portion on the Xb axis. To x74 are arranged. In addition, piezoelectric elements y51 to y54 are disposed on the outer portion on the Y axis, piezoelectric elements y61 to y64 are disposed on the outer portion on the Ya axis, and piezoelectric element y71 is disposed on the outer portion on the Yb axis. To y74 are arranged. Each of the piezoelectric elements bearing the lowercase alphabetic letter x or y is a piezoelectric element fixed to the surface of the outer connecting member (outer bridging portion 522, 532, 542, 552), and drives the sub vibrator 525. Or a sub-detecting piezoelectric element for detecting Coriolis force (displacement of the sub-vibrator 525) acting on the sub-vibrator 525.

これら24個の圧電素子を用いて、副振動子525を任意の座標軸方向に単振動させたり、任意の座標平面に沿って円運動させたりする駆動方法や、副振動子525に作用する任意の座標軸方向のコリオリ力を求める検出方法は、§4−2において図11に示す変形例を用いて説明した方法と同様であるため、ここでは詳しい説明は省略する。但し、主振動子510の駆動方向と副振動子525の駆動方向とは常に逆になるような制御を行う点は、留意すべきである。   Using these 24 piezoelectric elements, the sub-vibrator 525 is simply oscillated in an arbitrary coordinate axis direction or circularly moved along an arbitrary coordinate plane, or an arbitrary action is applied to the sub-vibrator 525. Since the detection method for obtaining the Coriolis force in the coordinate axis direction is the same as the method described in §4-2 using the modification shown in FIG. 11, detailed description thereof is omitted here. However, it should be noted that the control is performed so that the driving direction of the main vibrator 510 and the driving direction of the sub vibrator 525 are always reversed.

なお、§4−2でも述べたとおり、図41に示す角速度センサおいて、内側接続部材上に配置された24個の圧電素子のいくつかを用いて主振動子510に所定の周期的運動を行わせ、いくつかを用いて主振動子510に作用するコリオリ力の検出を行わせる方法や、外側接続部材上に配置された24個の圧電素子のいくつかを用いて副振動子525に所定の周期的運動を行わせ、いくつかを用いて副振動子525に作用するコリオリ力の検出を行わせる方法には、様々なバリエーションがある。そして、これらのバリエーションを組み合わせることにより、多軸まわりの角速度検出が可能になる。   As described in §4-2, in the angular velocity sensor shown in FIG. 41, the main vibrator 510 is subjected to a predetermined periodic motion by using some of the 24 piezoelectric elements arranged on the inner connecting member. A method for detecting the Coriolis force acting on the main vibrator 510 using some of them, and a predetermined number for the sub vibrator 525 using some of the 24 piezoelectric elements arranged on the outer connecting member. There are various variations in the method of causing the periodic motion of the Coriolis to be detected and detecting the Coriolis force acting on the sub-vibrator 525 using some of them. By combining these variations, angular velocity detection around multiple axes becomes possible.

ただ、主振動子と副振動子とを逆方向に運動させると、図39および図40に示したように、特定の箇所における応力が増大する現象が生じるので、この現象を利用すれば、検出感度を高めることができる。このような観点からは、X軸方向のコリオリ力Fx(Y軸方向のコリオリ力Fyも同様)の検出には、図39の着目点Q1〜Q4に配置された圧電素子を用いるのが好ましく、Z軸方向のコリオリ力Fzの検出には、図40の着目点Q1〜Q4に配置された圧電素子を用いるのが好ましい。   However, when the main vibrator and the sub-vibrator are moved in the opposite directions, as shown in FIG. 39 and FIG. 40, a phenomenon occurs in which stress at a specific location increases. Sensitivity can be increased. From such a viewpoint, it is preferable to use the piezoelectric elements arranged at the points of interest Q1 to Q4 in FIG. 39 for detecting the Coriolis force Fx in the X-axis direction (the same applies to the Coriolis force Fy in the Y-axis direction). For detecting the Coriolis force Fz in the Z-axis direction, it is preferable to use piezoelectric elements arranged at the points of interest Q1 to Q4 in FIG.

具体的には、たとえば、X軸上およびY軸上に配置された圧電素子を検出用圧電素子として利用するのであれば、X軸方向のコリオリ力Fxの検出には、圧電素子x51,X52,X53,x54を用い、Y軸方向のコリオリ力Fyの検出には、圧電素子y51,Y52,Y53,y54を用いるのが好ましい。また、Z軸方向のコリオリ力Fzの検出には、たとえば、X軸上に配置された圧電素子を利用するのであれば、圧電素子X51,X52,X53,X54を用いるのが好ましく、Y軸上に配置された圧電素子を利用するのであれば、圧電素子Y51,Y52,Y53,Y54を用いるのが好ましい。あるいは、Z軸方向のコリオリ力Fzの検出に、圧電素子X51,Y51,X54,Y54という組合わせを用いたり、圧電素子X52,Y52,X53,Y53という組合わせを用いたりしてもよい。   Specifically, for example, if the piezoelectric elements arranged on the X-axis and the Y-axis are used as detection piezoelectric elements, the piezoelectric elements x51, X52, For detecting the Coriolis force Fy in the Y-axis direction using X53, x54, it is preferable to use the piezoelectric elements y51, Y52, Y53, y54. For detecting the Coriolis force Fz in the Z-axis direction, for example, if a piezoelectric element arranged on the X-axis is used, it is preferable to use the piezoelectric elements X51, X52, X53, and X54, and on the Y-axis. If the piezoelectric element arranged at is used, it is preferable to use the piezoelectric elements Y51, Y52, Y53, Y54. Alternatively, a combination of piezoelectric elements X51, Y51, X54, and Y54 or a combination of piezoelectric elements X52, Y52, X53, and Y53 may be used for detecting the Coriolis force Fz in the Z-axis direction.

なお、上述した応力が増大する現象を踏まえると、主振動子および副振動子をX軸方向に振動させるには、図39の着目点Q1〜Q4に配置された圧電素子を用いるのが好ましく、Z軸方向に振動させるには、図40の着目点Q1〜Q4に配置された圧電素子を用いるのが好ましい。そのような選択をすることにより、各振動子をより効率的に駆動させることができる。   In view of the phenomenon that the stress increases as described above, in order to vibrate the main vibrator and the sub-vibrator in the X-axis direction, it is preferable to use piezoelectric elements arranged at the points of interest Q1 to Q4 in FIG. In order to vibrate in the Z-axis direction, it is preferable to use piezoelectric elements arranged at the points of interest Q1 to Q4 in FIG. By making such a selection, each vibrator can be driven more efficiently.

<<< §10.本発明に係る技術思想の総括 >>>
これまで、本発明に係る角速度センサをいくつかの実施形態およびその変形例について説明したが、本発明は、これらの実施形態や変形例に限定されるものではなく、この他にも種々の態様で実施可能である。ここでは、本発明に係る技術思想を総括しておく。
<<< §10. Summary of technical ideas according to the present invention >>
The angular velocity sensor according to the present invention has been described with respect to some embodiments and modifications thereof. However, the present invention is not limited to these embodiments and modifications, and various other aspects are possible. Can be implemented. Here, technical ideas according to the present invention will be summarized.

まず、本発明の最も基本的な概念は、主振動子と、この主振動子に隣接して配置された副振動子と、この副振動子に隣接して配置された台座と、主振動子と副振動子とを接続する可撓性をもった第1の接続部材と、副振動子と台座とを接続する可撓性をもった第2の接続部材と、を有する基本構造体と、台座を支持固定するとともに、主振動子および副振動子を宙吊り状態で収容する装置筐体と、装置筐体内で主振動子が周期的運動を行うように駆動する駆動手段と、主振動子が周期的運動を行っている状態において、主振動子に作用するコリオリ力を検出し、これを所定軸まわりの角速度の検出値として出力する検出手段と、によって角速度センサを構成する点にある。このような構成を採ると、主振動子から台座に至る振動エネルギーの伝達経路上に、副振動子が配置されることになり、この副振動子の存在により、台座側へ漏れ出る振動エネルギーの一部が吸収されることになるのである。   First, the most basic concept of the present invention is that a main vibrator, a sub-vibrator arranged adjacent to the main vibrator, a pedestal arranged adjacent to the sub-vibrator, and a main vibrator A basic structure having a first connecting member having flexibility for connecting the sub-vibrator and a second connecting member having flexibility for connecting the sub-vibrator and the pedestal; An apparatus housing that supports and fixes the pedestal and accommodates the main vibrator and the sub-vibrator in a suspended state, driving means that drives the main vibrator to perform periodic motion in the apparatus housing, and the main vibrator An angular velocity sensor is constituted by detecting means for detecting Coriolis force acting on the main vibrator and outputting it as a detected value of angular velocity about a predetermined axis in a state where periodic motion is performed. If such a configuration is adopted, the sub-vibrator is arranged on the vibration energy transmission path from the main vibrator to the pedestal, and the vibration energy leaking to the pedestal side due to the presence of this sub-vibrator. Some will be absorbed.

特に、本発明を実施する上では、主振動子の周囲を取り囲む位置に、複数M個の副振動子を設けるようにすると効果的である。すなわち、主振動子を、中心部重錘体によって構成し、副振動子を、この中心部重錘体の側面を取り囲む環状閉領域内に配置された複数M個の重錘体によって構成し、台座を、この環状閉領域を更に取り囲む位置に配置するようにし、内側接続部材を、中心部重錘体とM個の重錘体のそれぞれとを接続するM本の内側架橋部によって構成し、外側接続部材を、M個の重錘体のそれぞれと台座とを接続するM本の外側架橋部によって構成するのである。   In particular, in implementing the present invention, it is effective to provide a plurality of M sub-vibrators at positions surrounding the main vibrator. That is, the main vibrator is constituted by a central weight body, and the sub vibrator is constituted by a plurality of M weight bodies arranged in an annular closed region surrounding the side surface of the central weight body, The pedestal is arranged at a position further surrounding the annular closed region, and the inner connecting member is constituted by M inner bridge portions connecting the center weight body and the M weight bodies, respectively. The outer connecting member is constituted by M outer bridge portions that connect each of the M weight bodies and the pedestal.

より好ましい実施形態としては、中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義し、この座標系のXY平面上に原点Oを中心として伸びるM本の放射線を定義したときに、基本構造体が、この座標系のXY平面に沿った上面を有し、各放射線上にそれぞれ副振動子を構成する重錘体が1個ずつ配置され、各放射線に沿ってそれぞれ内側架橋部および外側架橋部が1組ずつ配置されているようにする。   As a more preferred embodiment, an XYZ three-dimensional coordinate system having an origin O at the center position of the upper surface of the central weight body is defined, and M radiations extending around the origin O are defined on the XY plane of this coordinate system. The basic structure has an upper surface along the XY plane of this coordinate system, and one weight body constituting each sub-vibrator is disposed on each radiation, and each of the weights along each radiation. One set of the inner bridging portion and the outer bridging portion are arranged.

更に、好ましい実施形態としては、副振動子を構成する重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端に内側架橋部が接続され、副振動子を構成する重錘体の「台座に対する対向面」の上端に外側架橋部が接続されるようにし、副振動子を構成する重錘体の上面に、当該重錘体が配置されている放射線に直交する方向に伸びる溝部を形成する。図5および図6に示す第1の実施形態に係る角速度センサは、このような最も好ましい実施形態において、M=4に設定した例に該当する。   Further, as a preferred embodiment, the inner bridge portion is connected to the upper end of the “facing surface with respect to the central weight body” of the weight body constituting the sub vibrator, and the “pedestal” of the weight body constituting the sub vibrator is formed. The outer bridging portion is connected to the upper end of the “opposite surface to”, and a groove portion extending in a direction perpendicular to the radiation on which the weight body is arranged is formed on the upper surface of the weight body constituting the sub vibrator. . The angular velocity sensor according to the first embodiment shown in FIGS. 5 and 6 corresponds to an example in which M = 4 is set in such a most preferred embodiment.

なお、副振動子を構成する複数M個の重錘体を順番に環状連結することにより、単一の環状重錘体を構成することも可能である。第4の実施形態として示した図29および図30に示す角速度センサは、図5および図6に示す第1の実施形態に係る角速度センサにおける4個の重錘体を順番に環状連結することにより、単一の環状重錘体525を構成した例に該当する。   In addition, it is also possible to constitute a single annular weight body by circularly connecting a plurality of M weight bodies constituting the sub-vibrator in order. The angular velocity sensor shown in FIG. 29 and FIG. 30 shown as the fourth embodiment is obtained by annularly connecting the four weight bodies in the angular velocity sensor according to the first embodiment shown in FIG. 5 and FIG. This corresponds to an example in which a single annular weight body 525 is configured.

また、本発明では、主振動子の周囲を二重に取り囲むように副振動子を配置した形態を採ることも可能である。すなわち、主振動子を中心部重錘体によって構成し、副振動子を、この中心部重錘体の側面を取り囲む内側環状閉領域内に配置された複数M個の内側重錘体と、内側環状閉領域を取り囲む外側環状閉領域内に配置された複数M個の外側重錘体と、によって構成し、台座を、外側環状閉領域を更に取り囲む位置に配置し、内側接続部材を、中心部重錘体とM個の内側重錘体のそれぞれとを接続するM組の内側架橋部によって構成し、外側接続部材を、M個の外側重錘体のそれぞれと台座とを接続するM組の外側架橋部によって構成する。そして、M個の内側重錘体とM個の外側重錘体とを1対1に対応づけてそれぞれ接続する可撓性をもった複数M組の中間架橋部によって構成された中間接続部材を更に設けるようにする。   In the present invention, it is also possible to adopt a form in which the sub-vibrator is arranged so as to surround the main vibrator doubly. That is, the main vibrator is constituted by a central weight body, and the sub-vibrator is provided with a plurality of M inner weight bodies arranged in an inner annular closed region surrounding the side face of the central weight body, A plurality of M outer weights disposed in the outer annular closed region surrounding the annular closed region, the pedestal is disposed at a position further surrounding the outer annular closed region, and the inner connecting member is disposed at the center portion. M sets of inner bridging portions connecting the weight body and each of the M inner weight bodies, and the outer connection member is made up of M sets of connecting each of the M outer weight bodies and the pedestal. It is constituted by an outer cross-linked part. An intermediate connecting member constituted by a plurality of M intermediate bridge portions having flexibility to connect M inner weight bodies and M outer weight bodies in a one-to-one correspondence. It should be further provided.

より好ましい実施形態としては、中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義し、この座標系のXY平面上に原点Oを中心として伸びるM本の放射線を定義したときに、基本構造体が、この座標系のXY平面に沿った上面を有し、各放射線上にそれぞれ内側重錘体と外側重錘体とが1個ずつ配置され、各放射線に沿ってそれぞれ内側架橋部、中間架橋部、外側架橋部が1組ずつ配置されているようにする。   As a more preferred embodiment, an XYZ three-dimensional coordinate system having an origin O at the center position of the upper surface of the central weight body is defined, and M radiations extending around the origin O are defined on the XY plane of this coordinate system. When the basic structure has an upper surface along the XY plane of this coordinate system, one inner weight body and one outer weight body are arranged on each radiation, and along each radiation Each of the inner cross-linking portion, the intermediate cross-linking portion, and the outer cross-linking portion is arranged one by one.

更に、好ましい実施形態としては、内側重錘体の「中心部重錘体に対する対向面」の上端に内側架橋部が接続され、内側重錘体の「外側重錘体に対する対向面」の上端に中間架橋部の一端が接続され、外側重錘体の「内側重錘体に対する対向面」の上端に中間架橋部の他端が接続され、外側重錘体の「台座に対する対向面」の上端に外側架橋部が接続され、内側重錘体の上面に、当該重錘体が配置されている放射線に直交する方向に伸びる溝部が形成され、外側重錘体の上面に、当該重錘体が配置されている放射線に直交する方向に伸びる溝部が形成されているようにする。   Further, as a preferred embodiment, the inner bridge is connected to the upper end of the “facing surface with respect to the central weight body” of the inner weight body, and the upper end of the “facing surface with respect to the outer weight body” of the inner weight body. One end of the intermediate bridge is connected, and the other end of the intermediate bridge is connected to the upper end of the “opposite surface to the inner weight” of the outer weight body, and the upper end of the “opposite surface to the pedestal” of the outer weight body An outer bridge is connected, and a groove extending in a direction perpendicular to the radiation on which the weight is disposed is formed on the upper surface of the inner weight, and the weight is disposed on the upper surface of the outer weight. A groove extending in a direction perpendicular to the radiation being formed is formed.

図19および図20に示す第2の実施形態に係る角速度センサは、このような最も好ましい実施形態において、M=4に設定した例に該当する。   The angular velocity sensor according to the second embodiment shown in FIGS. 19 and 20 corresponds to an example in which M = 4 is set in such a most preferred embodiment.

なお、副振動子を構成する複数M個の内側重錘体を順番に環状連結することにより、単一の内側環状重錘体を構成し、副振動子を構成する複数M個の外側重錘体を順番に環状連結することにより、単一の外側環状重錘体を構成することも可能である。   A plurality of M outer weights constituting the sub-vibrator are configured by sequentially connecting a plurality of M inner weights constituting the sub-vibrator in a circular manner to form a single inner annular weight body. It is also possible to construct a single outer annular weight body by connecting the bodies in an annular fashion in order.

もちろん、本発明では、主振動子の周囲を三重以上に取り囲むように副振動子を配置した形態を採ることも可能である。これまで図示した実施形態では、このように主振動子の周囲を三重以上に取り囲むように副振動子を配置した例は示されていないが、一般論として、主振動子の周囲をn重に取り囲むように副振動子を配置すると、主振動子から台座への振動エネルギーの伝達経路上に、合計n個の副振動子が配置されることになり、振動漏れを抑制する効果をより高めることが可能になる。   Of course, in the present invention, it is possible to adopt a form in which the sub-vibrators are arranged so as to surround the main vibrator more than triple. In the embodiment shown so far, an example in which the sub-vibrator is arranged so as to surround the periphery of the main vibrator more than triple is not shown, but as a general rule, the circumference of the main vibrator is n-fold. When the sub-vibrators are arranged so as to surround, a total of n sub-vibrators are arranged on the vibration energy transmission path from the main vibrator to the pedestal, thereby further improving the effect of suppressing vibration leakage. Is possible.

架橋部を利用して主振動子を支持する構造において、主振動子の周囲をn重に取り囲むように副振動子を配置するのであれば、主振動子を、中心部重錘体によって構成し、この中心部重錘体の側面を取り囲む位置に「第1周目の環状閉領域」を定義し、「第1周目の環状閉領域」を取り囲む位置に「第2周目の環状閉領域」を定義し、...、「第(n−1)周目の環状閉領域」を取り囲む位置に「第n周目の環状閉領域」を定義したときに(但し、nは任意の自然数)、副振動子を、「第1周目の環状閉領域」内に配置された複数M個の「第1周目の重錘体」と、「第2周目の環状閉領域」内に配置された複数M個の「第2周目の重錘体」と、...、「第n周目の環状閉領域」内に配置された複数M個の「第n周目の重錘体」と、によって構成すればよい。そして、台座を、「第n周目の環状閉領域」を更に取り囲む位置に配置し、内側接続部材を、中心部重錘体とM個の「第1周目の重錘体」のそれぞれとを接続するM本の内側架橋部によって構成し、外側接続部材を、M個の「第n周目の重錘体」のそれぞれと台座とを接続するM組の外側架橋部によって構成し、基本構造体が、M個の「第i周目の重錘体」のそれぞれとM個の「第(i+1)周目の重錘体」のそれぞれとを1対1に対応づけてそれぞれ接続する可撓性をもった複数M組の中間架橋部によって構成された「第i周目の中間接続部材」(但し、i=1〜(n−1))を更に有するようにすればよい。   In the structure in which the main vibrator is supported using the bridging portion, if the sub-vibrator is arranged so as to surround the main vibrator n-folds, the main vibrator is constituted by a central weight body. In addition, a “first annular closed region” is defined at a position surrounding the side surface of the central weight body, and a “second annular closed region” is defined at a position surrounding the “first annular closed region”. ,..., And when the “n-th circular closed region” is defined at a position surrounding the “(n−1) -th circular closed region” (where n is an arbitrary natural number) ), The sub-vibrator is placed in a plurality of M “weights of the first circumference” arranged in the “circular closed area of the first circumference” and in the “annular closed area of the second circumference”. A plurality of M “second-round weights”, and a plurality of M “n-th weights” arranged in the “n-th circular closed region”. Body " Bayoi. Then, the pedestal is arranged at a position that further surrounds the “n-th annular closed region”, and the inner connection member is arranged with each of the central weight body and the M “first circumferential weight bodies”. And the outer connecting member is composed of M sets of outer bridging portions that connect each of the M “weights of the nth circumference” and the pedestal. It is possible to connect each of the M “weights of the i-th circumference” and the M “weights of the (i + 1) -th circumference” in a one-to-one correspondence. What is necessary is just to make it have further "the i-th intermediate connection member" (however, i = 1- (n-1)) comprised by the M bridge | crosslinking part of multiple M which has flexibility.

より好ましい実施形態としては、中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義し、この座標系のXY平面上に原点Oを中心として伸びるM本の放射線を定義したときに、基本構造体が、この座標系のXY平面に沿った上面を有し、各放射線上にそれぞれ第k周目(但し、k=1〜n)の重錘体がそれぞれ1個ずつ配置され、各放射線に沿って1組の内側架橋部と、1組の外側架橋部と、(n−1)組の中間架橋部が配置されているようにする。   As a more preferred embodiment, an XYZ three-dimensional coordinate system having an origin O at the center position of the upper surface of the central weight body is defined, and M radiations extending around the origin O are defined on the XY plane of this coordinate system. In this case, the basic structure has an upper surface along the XY plane of this coordinate system, and one weight body of each kth circumference (where k = 1 to n) is provided on each radiation. It is arranged that one set of inner cross-linking portions, one set of outer cross-linking portions, and (n-1) sets of intermediate cross-linking portions are arranged along each radiation.

更に、好ましい実施形態としては、副振動子を構成する各重錘体について、「内周側に位置する別な重錘体に対する対向面」の上端に当該別な重錘体との接続を行うための架橋部が接続され、「外周側に位置する別な重錘体もしくは台座に対する対向面」の上端に当該別な重錘体もしくは台座との接続を行うための架橋部が接続され、副振動子を構成する各重錘体の上面に、当該重錘体が配置されている放射線に直交する方向に伸びる溝部が形成されているようにする。   Furthermore, as a preferred embodiment, for each weight body constituting the sub-vibrator, connection to the other weight body is performed at the upper end of “an opposite surface to another weight body located on the inner peripheral side”. A bridging portion for connecting to the other weight body or pedestal is connected to the upper end of the “opposite surface to another weight body or pedestal positioned on the outer peripheral side”, A groove portion extending in a direction orthogonal to the radiation on which the weight body is arranged is formed on the upper surface of each weight body constituting the vibrator.

特に、M=4に設定すると、主振動子をその四方向から支持す構造を得ることができる。具体的には、中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義したときに、基本構造体が、この座標系のXY平面に沿った上面を有し、「第k周目の環状閉領域」内には、X軸の正の領域上に「第k周目のX軸正側重錘体」が配置され、Y軸の正の領域上に「第k周目のY軸正側重錘体」が配置され、X軸の負の領域上に「第k周目のX軸負側重錘体」が配置され、Y軸の負の領域上に「第k周目のY軸負側重錘体」が配置されるようにする(但し、k=1〜n)。そして、一端が中心部重錘体に接続され、他端が「第1周目のX軸正側重錘体」に接続され、X軸の正の領域に沿って配置されたX軸正側内側架橋部と、一端が中心部重錘体に接続され、他端が「第1周目のY軸正側重錘体」に接続され、Y軸の正の領域に沿って配置されたY軸正側内側架橋部と、一端が中心部重錘体に接続され、他端が「第1周目のX軸負側重錘体」に接続され、X軸の負の領域に沿って配置されたX軸負側内側架橋部と、一端が中心部重錘体に接続され、他端が「第1周目のY軸負側重錘体」に接続され、Y軸の負の領域に沿って配置されたY軸負側内側架橋部と、によって内側接続部材が構成されるようにする。また、一端が台座に接続され、他端が「第n周目のX軸正側重錘体」に接続され、X軸の正の領域に沿って配置されたX軸正側外側架橋部と、一端が台座に接続され、他端が「第n周目のY軸正側重錘体」に接続され、Y軸の正の領域に沿って配置されたY軸正側外側架橋部と、一端が台座に接続され、他端が「第n周目のX軸負側重錘体」に接続され、X軸の負の領域に沿って配置されたX軸負側外側架橋部と、一端が台座に接続され、他端が「第n周目のY軸負側重錘体」に接続され、Y軸の負の領域に沿って配置されたY軸負側外側架橋部と、によって外側接続部材が構成されるようにする。更に、一端が「第i周目のX軸正側重錘体」に接続され、他端が「第(i+1)周目のX軸正側重錘体」に接続され、X軸の正の領域に沿って配置された「第i周目のX軸正側中間架橋部」と、一端が「第i周目のX軸正側重錘体」に接続され、他端が「第(i+1)周目のY軸正側重錘体」に接続され、Y軸の正の領域に沿って配置された「第i周目のY軸正側中間架橋部」と、一端が「第i周目のX軸正側重錘体」に接続され、他端が「第(i+1)周目のX軸負側重錘体」に接続され、X軸の負の領域に沿って配置された「第i周目のX軸負側中間架橋部」と、一端が「第i周目のX軸正側重錘体」に接続され、他端が「第(i+1)周目のY軸負側重錘体」に接続され、Y軸の負の領域に沿って配置された「第i周目のY軸負側中間架橋部」と、によって「第i周目の中間接続部材」(但し、i=1〜(n−1))が構成されているようにする。   In particular, when M = 4 is set, a structure for supporting the main vibrator from its four directions can be obtained. Specifically, when the XYZ three-dimensional coordinate system having the origin O at the center position of the upper surface of the central weight body is defined, the basic structure has an upper surface along the XY plane of this coordinate system, In the “k-th annular closed region”, the “k-th X-axis positive weight body” is arranged on the X-axis positive region, and “k-th circumference” is arranged on the Y-axis positive region. The “Y-axis positive weight body of the eye” is arranged, the “k-th X-axis negative weight body” is arranged on the negative region of the X-axis, and the “k-th circumference” is arranged on the negative region of the Y-axis. The Y-axis negative weight body of the eye ”is arranged (k = 1 to n). Then, one end is connected to the central weight body, the other end is connected to the “first-axis X-axis positive weight body”, and the X-axis positive inner side is disposed along the positive region of the X-axis. The bridging portion and one end are connected to the central weight body, the other end is connected to the “first-axis Y-axis positive weight body”, and the Y-axis positive electrode is disposed along the positive region of the Y-axis. A side inner bridge and one end connected to the central weight body, the other end connected to the “first-circumferential X-axis negative weight body”, and arranged along the negative region of the X-axis Axis negative side inner bridging part, one end is connected to the center part weight body, and the other end is connected to the “Y-axis negative side weight body in the first circumference”, arranged along the negative region of the Y axis Further, the inner connecting member is configured by the Y-axis negative-side inner bridge portion. Further, one end is connected to the pedestal, the other end is connected to the “n-th X-axis X-side positive weight body”, and the X-axis positive-side outer bridge portion disposed along the X-axis positive region; One end is connected to the pedestal, the other end is connected to the “n-th Y-axis positive-side weight body”, the Y-axis positive-side outer bridge portion disposed along the positive region of the Y-axis, and one end Connected to the pedestal, connected at the other end to the “nth circumference X-axis negative weight body”, arranged along the negative region of the X-axis, and one end at the pedestal The outer connection member is configured by a Y-axis negative-side outer bridging portion that is connected and connected at the other end to the “Y-axis negative-side weight body on the n-th circumference” and disposed along the negative region of the Y-axis. To be. Furthermore, one end is connected to the “X-axis positive weight body on the i-th circumference” and the other end is connected to the “X-axis positive weight body on the (i + 1) -th circumference”. The “i-th X-axis positive-side intermediate bridging portion” and one end are connected to the “i-th X-axis positive-side weight body”, and the other end is the “(i + 1) -th round”. "Y-axis positive-side weight bridge" connected to the "Y-axis positive-side weight body" and disposed along the positive region of the Y-axis, and one end of the "Y-th X-axis of the i-th circle" Connected to the “positive weight”, the other end connected to the “(i + 1) th circle X-axis negative weight”, and arranged along the negative region of the X axis `` Axis negative side intermediate bridge part '' and one end are connected to `` X-axis positive weight body on i-th circumference '', the other end is connected to `` Y-axis negative weight body on (i + 1) -th circumference '', “Y-axis Y-axis negative-side middle” arranged along the negative region of the Y-axis A bridge portion ", the intermediate connecting member" (where, i = 1~ (n-1)) "in the i-th revolution by is the as configured.

より好ましい実施形態としては、副振動子を構成する各重錘体について、「内周側に位置する別な重錘体に対する対向面」の上端に当該別な重錘体との接続を行う架橋部が接続され、「外周側に位置する別な重錘体もしくは台座に対する対向面」の上端に当該別な重錘体もしくは台座との接続を行う架橋部が接続され、副振動子を構成する各重錘体の上面に、当該重錘体が配置されている座標軸に直交する方向に伸びる溝部が形成されているようにする。   As a more preferred embodiment, for each weight body constituting the sub-vibrator, a bridge for connecting to the other weight body at the upper end of “an opposite surface to another weight body located on the inner peripheral side” Are connected, and a bridging portion for connecting to another weight body or pedestal is connected to the upper end of “an opposite surface to another weight body or pedestal located on the outer peripheral side” to constitute a sub-vibrator A groove portion extending in a direction orthogonal to the coordinate axis where the weight body is arranged is formed on the upper surface of each weight body.

更に好ましい実施形態としては、第k周目のそれぞれについて(但し、k=1〜n)、X軸正側重錘体、Y軸正側重錘体、X軸負側重錘体、Y軸負側重錘体が、互いに同一形状および同一質量をもった重錘体から構成され、これら4個の重錘体の配置が、XZ平面およびYZ平面の双方に関して対称となっているようにする。   As a more preferable embodiment, for each of the k-th circumference (where k = 1 to n), the X-axis positive weight body, the Y-axis positive weight body, the X-axis negative weight body, the Y-axis negative weight body The body is composed of weight bodies having the same shape and the same mass, and the arrangement of these four weight bodies is symmetric with respect to both the XZ plane and the YZ plane.

なお、副振動子を構成する複数M個の「第k周目の重錘体」を順番に環状連結することにより、単一の「第k周目の環状重錘体」(但し、k=1〜n)を構成することも可能である。   Note that a plurality of M “kth circumference weights” constituting the sub-vibrator are sequentially connected in a circular manner to obtain a single “kth circumference weight” (where k = 1-n) can also be configured.

一方、架橋部を利用して主振動子を支持する構造の代わりに、ダイアフラム構造を利用して主振動子を支持する構造を採ることも可能である。そのような構造において、主振動子の周囲をn重に取り囲むように副振動子を配置するのであれば、主振動子を、中心部重錘体によって構成し、副振動子を、中心部重錘体を離隔した状態で取り囲む「第1周目の環状重錘体」と、「第1周目の環状重錘体」を離隔した状態で取り囲む「第2周目の環状重錘体」と、...、「第(n−1)周目の環状重錘体」を離隔した状態で取り囲む「第n周目の環状重錘体」と、によって構成する。そして、内側接続部材を、中心部重錘体の側面を取り囲むように配置され、内側部分が中心部重錘体に接続され、外側部分が「第1周目の環状重錘体」に接続された内側板状構造体によって構成し、外側接続部材が、「第n周目の環状重錘体」を取り囲むように配置され、内側部分が「第n周目の環状重錘体」に接続され、外側部分が台座に接続された外側板状構造体によって構成し、台座を、外側板状構造体を取り囲む構造体によって構成する。更に、「第i周目の環状重錘体」と「第(i+1)周目の環状重錘体」との間に、両者を接続する可撓性をもった中間板状構造体よって構成された「第i周目の中間接続部材」を配置すればよい(但し、i=1〜(n−1))。   On the other hand, instead of a structure that supports the main vibrator using the bridging portion, a structure that supports the main vibrator using a diaphragm structure may be employed. In such a structure, if the sub-vibrator is arranged so as to surround the main vibrator n-folds, the main vibrator is constituted by the central weight body, and the sub-vibrator is provided with the central weight. “Annular weight body of the first circumference” surrounding the weight body in a separated state, “Annular weight body of the second circumference” surrounding the “circular weight body of the first circumference” in a separated state, ,..., “N-th circumferential weight” surrounding the “n-th circumferential weight” in a separated state. The inner connecting member is arranged so as to surround the side surface of the central weight body, the inner part is connected to the central weight body, and the outer part is connected to the “annular weight body of the first circumference”. The outer connecting member is arranged so as to surround the “nth circumferential weight”, and the inner portion is connected to the “nth circumferential weight”. The outer portion is constituted by an outer plate-like structure connected to the pedestal, and the pedestal is constituted by a structure surrounding the outer plate-like structure. Further, it is constituted by a flexible intermediate plate-like structure connecting between the “annular weight body of the i-th circumference” and the “annular weight body of the (i + 1) -th circumference”. In addition, the “i-th circumferential intermediate connection member” may be disposed (where i = 1 to (n−1)).

より好ましくは、副振動子を構成する各環状重錘体について、「内周側に位置する別な重錘体に対する対向面」の上端に当該別な重錘体との接続を行うための板状構造体が接続され、「外周側に位置する別な重錘体もしくは台座に対する対向面」の上端に当該別な重錘体もしくは台座との接続を行うための板状構造体が接続され、各環状重錘体の上面に、当該環状重錘体の上面の輪郭線に沿った溝部が形成されているようにする。   More preferably, for each annular weight body constituting the sub-vibrator, a plate for connecting to the other weight body at the upper end of the “opposite surface to another weight body located on the inner peripheral side” A plate-like structure for connecting to another weight body or pedestal is connected to the upper end of the "facing surface to another weight body or pedestal located on the outer peripheral side", A groove portion is formed on the upper surface of each annular weight body along the contour line of the upper surface of the annular weight body.

更に好ましくは、中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義したときに、基本構造体がこの座標系のXY平面に沿った上面を有し、各環状重錘体のXY平面に対する投影像が、原点Oを中心とする円環形状をなすようにする。   More preferably, when an XYZ three-dimensional coordinate system having an origin O at the center position of the upper surface of the central weight body is defined, the basic structure has an upper surface along the XY plane of the coordinate system, and each annular weight The projection image of the weight body on the XY plane is formed in an annular shape with the origin O as the center.

従来の角速度センサの基本構造体の一例を示す上面図である。It is a top view which shows an example of the basic structure of the conventional angular velocity sensor. 図1に示す基本構造体をXZ平面で切断した側断面図である。It is the sectional side view which cut | disconnected the basic structure shown in FIG. 1 by the XZ plane. 本発明の第1の実施形態に係る角速度センサの基本構造体を示す上面図である。It is a top view which shows the basic structure of the angular velocity sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図3に示す基本構造体をXZ平面で切断した側断面図である。It is the sectional side view which cut | disconnected the basic structure shown in FIG. 3 by XZ plane. 図3に示す基本構造体に圧電素子を取り付けた状態を示す上面図である(ハッチングは、圧電素子を示すものであり、断面を示すものではない)。FIG. 4 is a top view showing a state in which a piezoelectric element is attached to the basic structure shown in FIG. 3 (hatching indicates a piezoelectric element, not a cross section). 図5に示す圧電素子付き基本構造体をXZ平面で切断した側断面図である。It is the sectional side view which cut | disconnected the basic structure with a piezoelectric element shown in FIG. 5 by the XZ plane. 一般的な圧電素子の構成およびその特徴を示す側断面図である。It is side sectional drawing which shows the structure and its characteristic of a general piezoelectric element. 図5および図6に示す基本構造体において、圧電素子に供給する交流電圧信号と主振動子の変位との関係を示すグラフである。7 is a graph showing the relationship between the AC voltage signal supplied to the piezoelectric element and the displacement of the main vibrator in the basic structure shown in FIGS. 5 and 6. FIG. 図5および図6に示す基本構造体を有する角速度センサに用いられる回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the circuit used for the angular velocity sensor which has the basic structure shown in FIG. 5 and FIG. 圧電素子に供給する交流電圧信号のバリエーションを示すグラフである。It is a graph which shows the variation of the alternating voltage signal supplied to a piezoelectric element. 本発明の第1の実施形態の変形例を示す上面図である(ハッチングは、圧電素子を示すものであり、断面を示すものではない)。It is a top view which shows the modification of the 1st Embodiment of this invention (a hatching shows a piezoelectric element and does not show a cross section). 図11に示す角速度センサの中央部分をXZ平面で切断した部分側断面図である。It is the fragmentary sectional side view which cut | disconnected the center part of the angular velocity sensor shown in FIG. 11 by XZ plane. 図12に示す圧電素子の構成を変えた変形例を示す部分側断面図である。It is a fragmentary sectional side view which shows the modification which changed the structure of the piezoelectric element shown in FIG. 図12に示す圧電素子の構成を変えた別な変形例を示す部分側断面図である。It is a fragmentary sectional side view which shows another modification which changed the structure of the piezoelectric element shown in FIG. 図13および図14に示す変形例を説明するための基本構造体の上面図である(ハッチングは、領域を説明するためのものであり、断面を示すものではない)。It is a top view of the basic structure for demonstrating the modification shown in FIG. 13 and FIG. 14 (hatching is for demonstrating an area | region and does not show a cross section). 本発明の第1の実施形態の別な変形例を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows another modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る角速度センサの基本構造体を示す上面図である。It is a top view which shows the basic structure of the angular velocity sensor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図17に示す基本構造体をXZ平面で切断した側断面図である。It is the sectional side view which cut | disconnected the basic structure shown in FIG. 17 by XZ plane. 図17に示す基本構造体に圧電素子を取り付けた状態を示す上面図である(ハッチングは、圧電素子を示すものであり、断面を示すものではない)。It is a top view which shows the state which attached the piezoelectric element to the basic structure shown in FIG. 17 (a hatching shows a piezoelectric element and does not show a cross section). 図19に示す圧電素子付き基本構造体をXZ平面で切断した側断面図である。FIG. 20 is a side sectional view of the basic structure with a piezoelectric element shown in FIG. 19 cut along an XZ plane. 本発明の第3の実施形態に係る角速度センサの基本構造体を示す上面図である。It is a top view which shows the basic structure of the angular velocity sensor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 図21に示す基本構造体をXZ平面で切断した側断面図である。It is the sectional side view which cut | disconnected the basic structure shown in FIG. 21 by XZ plane. 図22に示す基本構造体を切断面23−23の位置で切断した平断面図である。It is the plane sectional view which cut | disconnected the basic structure shown in FIG. 22 in the position of the cut surface 23-23. 図22に示す基本構造体を切断面24−24の位置で切断した平断面図である。It is the plane sectional view which cut | disconnected the basic structure shown in FIG. 22 in the position of the cut surface 24-24. 図21に示す基本構造体に圧電素子を取り付けた状態を示す上面図である(ハッチングは、圧電素子を示すものであり、断面を示すものではない)。It is a top view which shows the state which attached the piezoelectric element to the basic structure shown in FIG. 21 (a hatching shows a piezoelectric element and does not show a cross section). 図25に示す圧電素子付き基本構造体をXZ平面で切断した側断面図である。It is the sectional side view which cut | disconnected the basic structure with a piezoelectric element shown in FIG. 25 by XZ plane. 本発明の第4の実施形態に係る角速度センサの基本構造体を示す上面図である。It is a top view which shows the basic structure of the angular velocity sensor which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 図27に示す基本構造体をXZ平面で切断した側断面図である。It is the sectional side view which cut | disconnected the basic structure shown in FIG. 27 by XZ plane. 図27に示す基本構造体に圧電素子を取り付けた状態を示す上面図である(ハッチングは、圧電素子を示すものであり、断面を示すものではない)。It is a top view which shows the state which attached the piezoelectric element to the basic structure shown in FIG. 27 (the hatching shows a piezoelectric element and does not show a cross section). 図29に示す圧電素子付き基本構造体をXZ平面で切断した側断面図である。FIG. 30 is a side sectional view of the basic structure with a piezoelectric element shown in FIG. 29 cut along an XZ plane. 参考例として示す角速度センサの基本構造体を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the basic structure of the angular velocity sensor shown as a reference example. 別な参考例として示す角速度センサの基本構造体を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the basic structure of the angular velocity sensor shown as another reference example. 主振動子と副振動子とを有する単純なモデルを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the simple model which has a main vibrator and a sub vibrator. 図33に示すモデルにおける各振動子の駆動状態の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the drive state of each vibrator | oscillator in the model shown in FIG. 図33に示すモデルにおける各振動子の駆動状態の別な一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows another example of the drive state of each vibrator | oscillator in the model shown in FIG. 本発明の第5の実施形態に係る角速度センサの圧電素子付き基本構造体を示す上面図である(ハッチングは、圧電素子を示すものであり、断面を示すものではない)。It is a top view which shows the basic structure body with a piezoelectric element of the angular velocity sensor which concerns on the 5th Embodiment of this invention (a hatching shows a piezoelectric element and does not show a cross section). 図36に示す圧電素子付き基本構造体をXZ平面で切断した側断面図である。FIG. 37 is a side sectional view of the basic structure with a piezoelectric element shown in FIG. 36 cut along an XZ plane. 図36および図37に示す圧電素子付き基本構造体を有する角速度センサに用いられる回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the circuit used for the angular velocity sensor which has a basic structure with a piezoelectric element shown in FIG. 36 and FIG. 図36および図37に示す圧電素子付き基本構造体を有する角速度センサの駆動状態の一例を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows an example of the drive state of the angular velocity sensor which has a basic structure with a piezoelectric element shown in FIG. 図36および図37に示す圧電素子付き基本構造体を有する角速度センサの駆動状態の別な一例を示す側断面図である。FIG. 38 is a side sectional view showing another example of the driving state of the angular velocity sensor having the basic structure with piezoelectric elements shown in FIGS. 36 and 37. 本発明の第5の実施形態の変形例を示す上面図である(ハッチングは、圧電素子を示すものであり、断面を示すものではない)。It is a top view which shows the modification of the 5th Embodiment of this invention (a hatching shows a piezoelectric element and does not show a cross section).

符号の説明Explanation of symbols

21〜24:差分回路
30,35:駆動制御回路
31:交流信号源
40,45:角速度検出回路
91:主振動子
92:副振動子
93:接続部材
100:従来の角速度センサの基本構造体
110:重錘体(振動子)
120〜150:架橋部
160:台座
180:装置筐体
200:本発明の第1の実施形態に係る角速度センサの基本構造体
200′:本発明の第1の実施形態の変形例に係る角速度センサの基本構造体
200:参考例に係る角速度センサの基本構造体
210:中心部重錘体(主振動子)
221:X軸正側内側架橋部(内側接続部材)
222:X軸正側外側架橋部(外側接続部材)
225,225′:X軸正側重錘体(副振動子)
225:U字状架橋部
231:Y軸正側内側架橋部(内側接続部材)
232:Y軸正側外側架橋部(外側接続部材)
235:Y軸正側重錘体(副振動子)
241:X軸負側内側架橋部(内側接続部材)
242:X軸負側外側架橋部(外側接続部材)
245,245′:X軸負側重錘体(副振動子)
245:U字状架橋部
251:Y軸負側内側架橋部(内側接続部材)
252:Y軸負側外側架橋部(外側接続部材)
255:Y軸負側重錘体(副振動子)
260:台座
280:装置筐体
300:本発明の第2の実施形態に係る角速度センサの基本構造体
300:参考例に係る角速度センサの基本構造体
310:中心部重錘体(主振動子)
321:X軸正側内側架橋部(内側接続部材)
322:X軸正側中間架橋部(中間接続部材)
323:X軸正側外側架橋部(外側接続部材)
325:X軸正側内側重錘体(副振動子)
325:U字状架橋部
326:X軸正側外側重錘体(副振動子)
326:U字状架橋部
331:Y軸正側内側架橋部(内側接続部材)
332:Y軸正側中間架橋部(中間接続部材)
333:Y軸正側外側架橋部(外側接続部材)
335:Y軸正側内側重錘体(副振動子)
336:Y軸正側外側重錘体(副振動子)
341:X軸負側内側架橋部(内側接続部材)
342:X軸負側中間架橋部(中間接続部材)
343:X軸負側外側架橋部(外側接続部材)
345:X軸負側内側重錘体(副振動子)
345:U字状架橋部
346:X軸負側外側重錘体(副振動子)
346:U字状架橋部
341:Y軸負側内側架橋部(内側接続部材)
342:Y軸負側中間架橋部(中間接続部材)
343:Y軸負側外側架橋部(外側接続部材)
345:Y軸負側内側重錘体(副振動子)
346:Y軸負側外側重錘体(副振動子)
360:台座
380:装置筐体
400:本発明の第3の実施形態に係る角速度センサの基本構造体
410:中心部重錘体(主振動子)
421:内側板状構造体(内側接続部材)
422:中間板状構造体(中間接続部材)
423:外側板状構造体(外側接続部材)
425:内側環状重錘体(副振動子)
426:外側環状重錘体(副振動子)
460:台座
480:装置筐体
500:本発明の第4の実施形態に係る角速度センサの基本構造体
510:中心部重錘体(主振動子)
521:X軸正側内側架橋部(内側接続部材)
522:X軸正側外側架橋部(外側接続部材)
525:環状重錘体(副振動子)
531:Y軸正側内側架橋部(内側接続部材)
532:Y軸正側外側架橋部(外側接続部材)
541:X軸負側内側架橋部(内側接続部材)
542:X軸負側外側架橋部(外側接続部材)
541:Y軸負側内側架橋部(内側接続部材)
542:Y軸負側外側架橋部(外側接続部材)
560:台座
580:装置筐体
A:振動の振幅値
d:位相差/遅延時間
EL:下方電極
EL′:共通導電層
EU:上方電極
Fx:X軸方向の力
Fz:Z軸方向の力
G1〜G4:溝部
G1a〜G4b:溝部
G15,G20,G25,G30,G35:円環状溝部
O:XYZ三次元座標系の原点
P:圧電素子本体部
P′:共通圧電素子本体部
Q1〜Q4:着目点
t:時間
V:電圧値
Vp:ピーク電圧
W1〜W4,W11〜W42:窓部
X,Y,Z:XYZ三次元座標系の各座標軸
Xa,Xb:X軸の脇に配置され、X軸に平行な座標軸
Ya,Yb:Y軸の脇に配置され、Y軸に平行な座標軸
X11〜X14:X軸上に配置された圧電素子
X21〜X24:Xa軸上に配置された圧電素子
X31〜X34:Xb軸上に配置された圧電素子
X41〜X44:X軸上に配置された圧電素子
X51〜X54:X軸上に配置された圧電素子
X61〜X64:Xa軸上に配置された圧電素子
X71〜X74:Xb軸上に配置された圧電素子
x51〜x54:X軸上に配置された圧電素子
x61〜x64:Xa軸上に配置された圧電素子
x71〜x74:Xb軸上に配置された圧電素子
Y11〜Y14:Y軸上に配置された圧電素子
Y21〜Y24:Ya軸上に配置された圧電素子
Y31〜Y34:Yb軸上に配置された圧電素子
Y41〜Y44:Y軸上に配置された圧電素子
Y51〜Y54:Y軸上に配置された圧電素子
Y61〜Y64:Ya軸上に配置された圧電素子
Y71〜Y74:Yb軸上に配置された圧電素子
y51〜y54:Y軸上に配置された圧電素子
y61〜y64:Ya軸上に配置された圧電素子
y71〜y74:Yb軸上に配置された圧電素子
φ1,φ2:交流電圧信号
ωx,ωy:角速度
21-24: Difference circuit 30, 35: Drive control circuit 31: AC signal source 40, 45: Angular velocity detection circuit 91: Main vibrator 92: Sub vibrator 93: Connection member 100: Basic structure 110 of conventional angular velocity sensor : Weight body (vibrator)
120 to 150: bridging section 160: pedestal 180: apparatus housing 200: basic structure 200 ′ of angular velocity sensor according to the first embodiment of the present invention: angular velocity sensor according to a modification of the first embodiment of the present invention Basic structure 200 * : Basic structure 210 of angular velocity sensor according to the reference example: Center weight (main vibrator)
221: X-axis positive side inner cross-linking part (inner connection member)
222: X-axis positive side outer cross-linking portion (outer connection member)
225, 225 ′: X-axis positive weight body (secondary vibrator)
225 * : U-shaped cross-linking portion 231: Y-axis positive inner cross-linking portion (inner connecting member)
232: Y-axis positive side outer cross-linking portion (outer connection member)
235: Y-axis positive weight body (secondary vibrator)
241: X-axis negative inner cross-linking part (inner connection member)
242: X-axis negative outer bridge (outer connecting member)
245, 245 ': X-axis negative weight body (secondary vibrator)
245 * : U-shaped bridge 251: Y-axis negative inner bridge (inner connection member)
252: Y-axis negative side outer cross-linking portion (outer connection member)
255: Y-axis negative weight body (secondary vibrator)
260: Base 280: Device housing 300: Basic structure 300 of angular velocity sensor according to the second embodiment of the present invention * : Basic structure 310 of angular velocity sensor according to reference example: Center weight body (main vibrator) )
321: X axis positive side inner cross-linking part (inner connection member)
322: X-axis positive-side intermediate bridge (intermediate connection member)
323: X-axis positive side outer cross-linking portion (outer connection member)
325: X-axis positive inner weight body (secondary vibrator)
325 * : U-shaped bridging portion 326: X-axis positive outer weight body (sub vibrator)
326 * : U-shaped bridge 331: Y-axis positive side inner bridge (inner connection member)
332: Y-axis positive side intermediate cross-linking part (intermediate connection member)
333: Y-axis positive side outer cross-linking portion (outer connection member)
335: Y axis positive inner weight body (secondary vibrator)
336: Y-axis positive outer weight body (secondary vibrator)
341: X-axis negative inner cross-linking part (inner connection member)
342: X-axis negative-side intermediate bridge (intermediate connection member)
343: X-axis negative side outer cross-linking portion (outer connection member)
345: X-axis negative inner weight body (secondary vibrator)
345 * : U-shaped bridge 346: X-axis negative outer weight body (secondary vibrator)
346 * : U-shaped bridge 341: Y-axis negative inner bridge (inner connection member)
342: Y-axis negative-side intermediate bridge (intermediate connection member)
343: Y axis negative side outer cross-linking portion (outer connection member)
345: Y-axis negative inner weight body (sub vibrator)
346: Y-axis negative outer weight body (secondary vibrator)
360: Pedestal 380: Device housing 400: Basic structure 410 of angular velocity sensor according to the third embodiment of the present invention: Center weight body (main vibrator)
421: inner plate-like structure (inner connection member)
422: Intermediate plate structure (intermediate connection member)
423: outside plate-like structure (outside connecting member)
425: Inner annular weight body (sub vibrator)
426: Outer annular weight body (sub vibrator)
460: Base 480: Device casing 500: Basic structure 510 of the angular velocity sensor according to the fourth embodiment of the present invention: Center weight body (main vibrator)
521: X axis positive side inner cross-linking part (inner connection member)
522: X-axis positive side outer cross-linking portion (outer connection member)
525: Annular weight (sub-vibrator)
531: Y-axis positive side inner cross-linking part (inner connection member)
532: Y-axis positive side outer cross-linking portion (outer connection member)
541: X-axis negative inner cross-linking part (inner connection member)
542: X-axis negative outer cross-linking portion (outer connecting member)
541: Y-axis negative inner cross-linking part (inner connection member)
542: Y-axis negative side outer cross-linking portion (outer connection member)
560: Base 580: Device casing A: Vibration amplitude value d: Phase difference / delay time EL: Lower electrode EL ′: Common conductive layer EU: Upper electrode Fx: Force in the X-axis direction Fz: Force G1 in the Z-axis direction -G4: Groove parts G1a-G4b: Groove parts G15, G20, G25, G30, G35: Annular groove part O: Origin of XYZ three-dimensional coordinate system P: Piezoelectric element body part P ': Common piezoelectric element body part Q1-Q4: Attention Point t: Time V: Voltage value Vp: Peak voltages W1 to W4, W11 to W42: Window portions X, Y, Z: XYZ coordinate axes Xa and Xb of the three-dimensional coordinate system are arranged beside the X axis, and the X axis Coordinate axes Ya, Yb parallel to the Y axis: coordinate axes X11 to X14 parallel to the Y axis: piezoelectric elements X21 to X24 disposed on the X axis: piezoelectric elements X31 to X31 disposed on the Xa axis X34: Piezoelectric elements X41 to X arranged on the Xb axis 4: Piezoelectric elements X51 to X54 arranged on the X axis: Piezoelectric elements X61 to X64 arranged on the X axis: Piezoelectric elements X71 to X74 arranged on the Xa axis: Piezoelectric elements arranged on the Xb axis x51 to x54: Piezoelectric elements arranged on the X axis x61 to x64: Piezoelectric elements arranged on the Xa axis x71 to x74: Piezoelectric elements Y11 to Y14 arranged on the Xb axis: arranged on the Y axis Piezoelectric elements Y21 to Y24: Piezoelectric elements Y31 to Y34 arranged on the Ya axis: Piezoelectric elements Y41 to Y44 arranged on the Yb axis: Piezoelectric elements Y51 to Y54 arranged on the Y axis: Arranged on the Y axis Piezoelectric elements Y61 to Y64: Piezoelectric elements Y71 to Y74 arranged on the Ya axis: Piezoelectric elements y51 to y54 arranged on the Yb axis: Piezoelectric elements y61 to y64 arranged on the Y axis: On the Ya axis set on Piezoelectric element Y71~y74: a piezoelectric element arranged on the Yb axis .phi.1, .phi.2: AC voltage signal .omega.x, .omega.y: angular velocity

Claims (7)

主振動子と、この主振動子に隣接して配置された副振動子と、この副振動子に隣接して配置された台座と、前記主振動子と前記副振動子とを接続する可撓性をもった内側接続部材と、前記副振動子と前記台座とを接続する可撓性をもった外側接続部材と、を有する基本構造体と、
前記台座を支持固定するとともに、前記主振動子および前記副振動子を宙吊り状態で収容する装置筐体と、
前記装置筐体内で前記主振動子が周期的運動を行うように駆動する駆動手段と、
前記主振動子が前記周期的運動を行っている状態において、前記主振動子に作用するコリオリ力を検出し、これを所定軸まわりの角速度の検出値として出力する検出手段と、
を備え、
前記主振動子は、中心部重錘体によって構成され、前記副振動子は、前記中心部重錘体の側面を取り囲む環状閉領域内に配置された複数M個の重錘体によって構成され、前記台座は、前記環状閉領域を更に取り囲む位置に配置され、前記内側接続部材は、前記中心部重錘体と前記M個の重錘体のそれぞれとを接続するM組の内側架橋部によって構成され、前記外側接続部材が、前記M個の重錘体のそれぞれと台座とを接続するM組の外側架橋部によって構成されており、
前記中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義し、前記座標系のXY平面上に前記原点Oを中心として伸びるM本の放射線を定義したときに、前記基本構造体が、前記座標系のXY平面に沿った上面を有し、前記M本の放射線上にそれぞれ前記副振動子を構成する重錘体が1個ずつ配置され、各放射線に沿ってそれぞれ前記内側架橋部および前記外側架橋部が1組ずつ配置されており、
前記副振動子を構成する重錘体の「前記中心部重錘体に対する対向面」の上端に前記内側架橋部が接続され、前記副振動子を構成する重錘体の「前記台座に対する対向面」の上端に前記外側架橋部が接続され、前記副振動子を構成する重錘体の上面に、当該重錘体が配置されている放射線に直交する方向に伸びる溝部が形成されており、
前記駆動手段が、前記装置筐体内で前記主振動子が周期的運動を行うように駆動するとともに、前記装置筐体内で前記副振動子が前記主振動子の運動とは逆方向に運動するように駆動し、前記主振動子および前記副振動子を所定の共通振動軸に平行な方向にそれぞれ同一振幅および同一振動数で単振動させ、前記主振動子の運動方向と前記副振動子の運動方向とが常に逆方向となり、かつ、前記主振動子の運動速度の絶対値と前記副振動子の運動速度の絶対値とが等しくなるように駆動することを特徴とする角速度センサ。
A main vibrator, a sub-vibrator disposed adjacent to the main vibrator, a pedestal disposed adjacent to the sub-vibrator, and a flexibility connecting the main vibrator and the sub-vibrator A basic structure having an inner connecting member having a property and a flexible outer connecting member for connecting the sub-vibrator and the pedestal;
An apparatus housing that supports and fixes the pedestal and accommodates the main vibrator and the sub vibrator in a suspended state;
Drive means for driving the main oscillator to perform periodic motion in the apparatus housing;
Detecting means for detecting Coriolis force acting on the main vibrator in a state where the main vibrator performs the periodic motion, and outputting the detected value as a detected value of angular velocity around a predetermined axis;
With
The main vibrator is constituted by a central weight body, and the sub vibrator is constituted by a plurality of M weight bodies arranged in an annular closed region surrounding a side surface of the central weight body, The pedestal is disposed at a position that further surrounds the annular closed region, and the inner connecting member is configured by M sets of inner bridging portions that connect the central weight body and the M weight bodies, respectively. The outer connecting member is constituted by M sets of outer bridging portions that connect each of the M weight bodies and the pedestal,
When an XYZ three-dimensional coordinate system having an origin O at the center position of the upper surface of the central weight body is defined, and M radiations extending around the origin O are defined on the XY plane of the coordinate system, The basic structure has an upper surface along the XY plane of the coordinate system, and one weight body that constitutes the sub-vibrator is disposed on each of the M radiations, and each of the weights along each radiation. The inner bridge part and the outer bridge part are arranged one by one,
The inner bridge portion is connected to the upper end of the “facing surface with respect to the central weight body” of the weight body constituting the sub vibrator, and the “facing surface with respect to the pedestal” of the weight body constituting the sub vibrator. The outer bridge portion is connected to the upper end of the sub-vibrator, and a groove portion extending in a direction perpendicular to the radiation on which the weight body is disposed is formed on the upper surface of the weight body constituting the sub-vibrator,
The driving means drives the main vibrator to perform a periodic motion in the apparatus housing, and causes the sub-vibrator to move in a direction opposite to the movement of the main vibrator in the apparatus housing. The main vibrator and the sub-vibrator are caused to vibrate in a direction parallel to a predetermined common vibration axis with the same amplitude and the same frequency, respectively, and the movement direction of the main vibrator and the movement of the sub-vibrator An angular velocity sensor that is driven so that the direction is always in the opposite direction, and the absolute value of the motion speed of the main vibrator is equal to the absolute value of the motion speed of the sub-vibrator.
主振動子と、この主振動子に隣接して配置された副振動子と、この副振動子に隣接して配置された台座と、前記主振動子と前記副振動子とを接続する可撓性をもった内側接続部材と、前記副振動子と前記台座とを接続する可撓性をもった外側接続部材と、を有する基本構造体と、A main vibrator, a sub-vibrator disposed adjacent to the main vibrator, a pedestal disposed adjacent to the sub-vibrator, and a flexibility connecting the main vibrator and the sub-vibrator A basic structure having an inner connecting member having a property and a flexible outer connecting member for connecting the sub-vibrator and the pedestal;
前記台座を支持固定するとともに、前記主振動子および前記副振動子を宙吊り状態で収容する装置筐体と、  An apparatus housing that supports and fixes the pedestal and accommodates the main vibrator and the sub vibrator in a suspended state;
前記装置筐体内で前記主振動子が周期的運動を行うように駆動する駆動手段と、  Drive means for driving the main oscillator to perform periodic motion in the apparatus housing;
前記主振動子が前記周期的運動を行っている状態において、前記主振動子に作用するコリオリ力を検出し、これを所定軸まわりの角速度の検出値として出力する検出手段と、  Detecting means for detecting Coriolis force acting on the main vibrator in a state where the main vibrator performs the periodic motion, and outputting the detected value as a detected value of angular velocity around a predetermined axis;
を備え、  With
前記主振動子は、中心部重錘体によって構成され、前記副振動子は、前記中心部重錘体の側面を取り囲む環状閉領域内に配置された複数M個の重錘体によって構成され、前記台座は、前記環状閉領域を更に取り囲む位置に配置され、前記内側接続部材は、前記中心部重錘体と前記M個の重錘体のそれぞれとを接続するM組の内側架橋部によって構成され、前記外側接続部材が、前記M個の重錘体のそれぞれと台座とを接続するM組の外側架橋部によって構成されており、  The main vibrator is constituted by a central weight body, and the sub vibrator is constituted by a plurality of M weight bodies arranged in an annular closed region surrounding a side surface of the central weight body, The pedestal is disposed at a position that further surrounds the annular closed region, and the inner connecting member is configured by M sets of inner bridging portions that connect the central weight body and the M weight bodies, respectively. The outer connecting member is constituted by M sets of outer bridging portions that connect each of the M weight bodies and the pedestal,
前記中心部重錘体の上面中心位置に原点OをもつXYZ三次元座標系を定義し、前記座標系のXY平面上に前記原点Oを中心として伸びるM本の放射線を定義したときに、前記基本構造体が、前記座標系のXY平面に沿った上面を有し、前記M本の放射線上にそれぞれ前記副振動子を構成する重錘体が1個ずつ配置され、各放射線に沿ってそれぞれ前記内側架橋部および前記外側架橋部が1組ずつ配置されており、  When an XYZ three-dimensional coordinate system having an origin O at the center position of the upper surface of the central weight body is defined, and M radiations extending around the origin O are defined on the XY plane of the coordinate system, The basic structure has an upper surface along the XY plane of the coordinate system, and one weight body that constitutes the sub-vibrator is disposed on each of the M radiations, and each of the weights along each radiation. The inner bridge part and the outer bridge part are arranged one by one,
前記副振動子を構成する重錘体の「前記中心部重錘体に対する対向面」の上端に前記内側架橋部が接続され、前記副振動子を構成する重錘体の「前記台座に対する対向面」の上端に前記外側架橋部が接続され、前記副振動子を構成する重錘体の上面に、当該重錘体が配置されている放射線に直交する方向に伸びる溝部が形成されており、  The inner bridge portion is connected to the upper end of the “facing surface with respect to the central weight body” of the weight body constituting the sub vibrator, and the “facing surface with respect to the pedestal” of the weight body constituting the sub vibrator. The outer bridge portion is connected to the upper end of the sub-vibrator, and a groove portion extending in a direction perpendicular to the radiation on which the weight body is disposed is formed on the upper surface of the weight body constituting the sub-vibrator,
前記駆動手段が、前記装置筐体内で前記主振動子が周期的運動を行うように駆動するとともに、前記装置筐体内で前記副振動子が前記主振動子の運動とは逆方向に運動するように駆動し、前記主振動子および前記副振動子を所定の共通基準面にそれぞれ平行な固有の運動平面上で、互いに同一周期で逆まわりとなるように円運動させ、前記主振動子の運動方向と前記副振動子の運動方向とが常に逆方向となり、かつ、前記主振動子の運動速度の絶対値と前記副振動子の運動速度の絶対値とが等しくなるように駆動することを特徴とする角速度センサ。  The driving means drives the main vibrator to perform a periodic motion in the apparatus housing, and causes the sub-vibrator to move in a direction opposite to the movement of the main vibrator in the apparatus housing. The main oscillator and the sub-oscillator are caused to move circularly so as to rotate in the opposite directions at the same period on a specific motion plane parallel to a predetermined common reference plane. The direction of motion and the direction of motion of the sub-vibrator are always opposite to each other, and the absolute value of the motion speed of the main vibrator and the absolute value of the speed of motion of the sub-vibrator are equal. Angular velocity sensor.
請求項1または2に記載の角速度センサにおいて、
副振動子を構成する複数M個の重錘体を順番に環状連結することにより、単一の環状重錘体を構成したことを特徴とする角速度センサ。
The angular velocity sensor according to claim 1 or 2 ,
An angular velocity sensor characterized in that a single annular weight body is formed by annularly connecting a plurality of M weight bodies constituting a sub-vibrator in order.
請求項1〜3のいずれかに記載の角速度センサにおいて、
駆動手段が、内側接続部材の表面に固定された駆動用圧電素子と、この駆動用圧電素子に交流駆動信号を供給する駆動制御回路と、を有し、
検出手段が、内側接続部材の表面に固定された検出用圧電素子と、この検出用圧電素子に生じる電荷を検出し、その検出結果に基づいて角速度の検出値を出力する角速度検出回路と、を有することを特徴とする角速度センサ。
The angular velocity sensor according to any one of claims 1 to 3 ,
The driving means has a driving piezoelectric element fixed to the surface of the inner connecting member, and a drive control circuit for supplying an AC driving signal to the driving piezoelectric element,
A detecting means for detecting a piezoelectric element fixed on the surface of the inner connecting member; and an angular velocity detecting circuit for detecting a charge generated in the detecting piezoelectric element and outputting a detected value of the angular velocity based on the detection result. An angular velocity sensor comprising:
請求項1〜3のいずれかに記載の角速度センサにおいて、
駆動手段が、主振動子の表面に設けられた駆動用変位電極と、前記駆動用変位電極に対向し、装置筐体に固定された駆動用固定電極と、これら一対の駆動用電極間に交流駆動信号を供給する駆動制御回路と、を有し、
検出手段が、主振動子の表面に設けられた検出用変位電極と、前記検出用変位電極に対向し、装置筐体に固定された検出用固定電極と、これら一対の検出用電極間の静電容量を検出し、その検出結果に基づいて角速度の検出値を出力する角速度検出回路と、を有することを特徴とする角速度センサ。
The angular velocity sensor according to any one of claims 1 to 3 ,
The driving means includes a driving displacement electrode provided on the surface of the main vibrator, a driving fixing electrode opposed to the driving displacement electrode and fixed to the apparatus housing, and an alternating current between the pair of driving electrodes. A drive control circuit for supplying a drive signal,
The detection means includes a detection displacement electrode provided on the surface of the main vibrator, a detection fixed electrode facing the detection displacement electrode and fixed to the apparatus housing, and a static between the pair of detection electrodes. An angular velocity sensor comprising: an angular velocity detection circuit that detects a capacitance and outputs a detection value of the angular velocity based on a detection result.
請求項1〜3のいずれかに記載の角速度センサにおいて、
駆動手段が、内側接続部材の表面に固定された主駆動用圧電素子と、外側接続部材の表面に固定された副駆動用圧電素子と、前記主駆動用圧電素子および前記副駆動用圧電素子にそれぞれ交流駆動信号を供給する駆動制御回路と、を有し、
検出手段が、内側接続部材の表面に固定された検出用圧電素子と、この検出用圧電素子に生じる電荷を検出し、その検出結果に基づいて角速度の検出値を出力する角速度検出回路と、を有することを特徴とする角速度センサ。
The angular velocity sensor according to any one of claims 1 to 3 ,
The driving means includes a main driving piezoelectric element fixed to the surface of the inner connecting member, a sub driving piezoelectric element fixed to the surface of the outer connecting member, the main driving piezoelectric element, and the sub driving piezoelectric element. A drive control circuit for supplying an AC drive signal,
A detecting means for detecting a piezoelectric element fixed on the surface of the inner connecting member; and an angular velocity detecting circuit for detecting a charge generated in the detecting piezoelectric element and outputting a detected value of the angular velocity based on the detection result. An angular velocity sensor comprising:
請求項1〜6のいずれかに記載の角速度センサにおいて、
主振動子の質量と副振動子の質量とが等しいことを特徴とする角速度センサ。
In the angular velocity sensor according to any one of claims 1 to 6 ,
An angular velocity sensor characterized in that the mass of the main vibrator and the mass of the sub-vibrator are equal.
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