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JP2002340559A - 水晶角速度センサ - Google Patents

水晶角速度センサ

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Publication number
JP2002340559A
JP2002340559A JP2001141078A JP2001141078A JP2002340559A JP 2002340559 A JP2002340559 A JP 2002340559A JP 2001141078 A JP2001141078 A JP 2001141078A JP 2001141078 A JP2001141078 A JP 2001141078A JP 2002340559 A JP2002340559 A JP 2002340559A
Authority
JP
Japan
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tuning fork
electrode
electrodes
groove
fork arm
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001141078A
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English (en)
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Inventor
Hirofumi Kawashima
宏文 川島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Piedek Technical Laboratory
Original Assignee
Piedek Technical Laboratory
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Piedek Technical Laboratory filed Critical Piedek Technical Laboratory
Priority to JP2001141078A priority Critical patent/JP2002340559A/ja
Publication of JP2002340559A publication Critical patent/JP2002340559A/ja
Publication of JP2002340559A5 publication Critical patent/JP2002340559A5/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で、角速度の高い検出感度を有する水晶
角速度センサを提供する事にある。 【解決手段】 屈曲振動モードで振動する音叉型屈曲水
晶振動子で音叉腕の中立線を挟んだ中央部に溝を設け、
当該溝の内部に振動子駆動用電極と角速度検出用電極を
配置している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は角速度センサとして
用いる音叉型屈曲水晶振動子の形状及び電極構成に関す
る。特に、小型で角速度の高い検出感度を有する新形状
と新電極構成の水晶角速度センサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術としては、水晶などの圧電材
料を用いた音叉型振動子がよく知られている。図21に
この従来例の正面図を示す。図21において圧電振動子
300は2本の音叉腕301,302と音叉基部303
を具えて構成されている。励振電極は音叉腕の表裏面と
側面に配置されている。図22には図21の音叉腕のh
−h´断面図を示す。一方の音叉腕301の断面の上面
には電極304が下面には電極305が配置されてい
る。側面には電極306と307が配置されていて、電
極304と305、電極306と307が各々同極とな
るように構成され、2電極端子AA−BBを構成する。
【0003】他方の音叉腕302の上面には互いに異極
となる電極308と309が配置され下面にも互いに異
極となる電極310と311が配置され電極308と3
11が同極に、電極309と310が同極となるように
構成されていて、2電極端子CC−DDを構成する。
又、x軸は圧電材料の電気軸で、y´軸とz´軸はx軸
を回転軸として回転後の機械軸y及び光軸zの新軸であ
る。一般的には、2電極端子AA−BBは振動子駆動端
子を示し、2電極端子CC−DDは角速度検出端子を示
す。
【0004】今、振動子駆動端子間に直流電圧(AA端
子に正、BB端子に負)を印加すると、電界は矢印のよ
うに働き、音叉腕の中立線を境にしてx軸方向の電界成
分Exの向きが反対となる。その結果、音叉腕は曲げを
生じる。従って、振動子駆動端子AA−BB間に交流電
圧を印加すると、両音叉腕はx−y´平面で屈曲振動を
する。更に、y´軸廻りに角速度ωを印加すると、x−
y´平面に垂直となる方向に角速度ωに比例したコリオ
リ力が発生し、屈曲振動を引き起こす。この場合、音叉
腕302には実線と直線の矢印で示したような平行電界
が働く。しかし、そのx軸方向の電界成分は非常に小さ
いため、角速度検出端子CC−DD間に発生する電圧が
非常に小さくなる。
【0005】図23は他の従来例の正面図を示す。2つ
の音叉型水晶振動子312と313が各音叉基部314
と315で接続されている。いわゆる、H型の音叉形状
を成している。一方の音叉型水晶振動子312は音叉腕
316と317と音叉基部314を具えて構成されてい
る。又、他方の音叉型水晶振動子313は音叉腕318
と319と音叉基部315を具えて構成されている。図
24は図23の音叉腕316と317のi−i´断面図
を示す。音叉腕316の上下面には電極322と323
が側面には320と321が配置されている。又、音叉
腕317の上下面には電極326と327が側面には3
24と325が配置されている。そして、電極320,
321,326,と327が同極に、電極322,32
3,324,と325が同極になるように構成されてい
る。即ち、2電極端子EE−FFを構成する。この端子
は振動子駆動端子を示す。
【0006】図25は図23の音叉腕318と319の
j−j´断面図を示す。音叉腕318には電極328,
329,332と333が配置され、電極328と32
9が同極に、電極332と333が同極になるように構
成されている。即ち、側面に配置されている対抗電極は
互いに異極になるように構成されている。更に、音叉腕
319には電極330,331,334と335が配置
されている。電極330と331が同極に、電極334
と335が同極になるように構成されている。そして、
側面に配置されている対抗電極は互いに異極となるよう
に構成されている。更に電極328,329,330と
331が同極に、電極332,333,334,と33
5が同極になるように構成され、2電極端子GG−HH
を構成する。2電極端子EE−FFは振動子駆動端子を
示し、2電極端子GG−HHは角速度検出端子を示す。
【0007】今、振動子駆動端子EE−FF間に交流電
圧を印加すると、図24で示すように、電界は実線の矢
印と点線の矢印のように交互に働き、音叉型水晶振動子
312はx−y´平面内で屈曲振動をする。更に、y´
軸廻りに角速度ωを印加するとx−y´平面に垂直とな
る方向にコリオリ力が発生する。図25には角速度検出
端子GG−HHが設けられていて、コリオリ力により発
生する電圧を検出することができる。この場合、x軸方
向の電界成分は矢印方向に働くので図21の場合より大
きくなり角速度検出感度も高くなる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】音叉型屈曲水晶振動子
の等価直列抵抗Rはx軸方向の電界成分Exが大きい
ほど小さくなりQ値が大きくなる。しかしながら、音叉
形状の場合、音叉腕の4面に電極を設け片方の音叉碗で
振動を駆動し、平行に電界が働く他方の音叉腕で角速度
を検出するために電界成分Exが小さく、又、小型化す
るとExがより小さくなり角速度の検出感度が著しく小
さくなるという課題が残されていた。又、H型の音叉形
状の場合も振動子駆動電極が音叉碗の4面に設けている
ために小型化すると等価直列抵抗Rが大きく、且つ、
Q値が著しく小さくなり高い感度が得られない等の課題
が残されていた。このようなことから、超小型で等価直
列抵抗Rが小さく、Q値が高く、角速度の高い検出感
度を有する新形状と新電極構成の水晶角速度センサが所
望されていた。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題で解決する本発
明の第1の態様は、屈曲振動モードで振動する音叉型屈
曲水晶振動子で音叉碗の中立線を挟んだ中央部に溝を設
け、当該溝の内部に振動子駆動用電極と角速度検出用電
極を配置して課題を解決している。更に、詳述するなら
ば、音叉碗の中央部の上下面に溝を設け、一方の音叉腕
の溝の内部には同極となる電極が音叉腕の側面には前記
電極と異極となる電極が振動子駆動用電極として配置さ
れ、他方の音叉腕の溝の内部の側面には互いに異極とな
る電極が配置され、溝の内部の側面に配置された電極と
音叉腕の側面に対抗して配置された電極は互いに異極と
なるように角速度検出用電極を配置している。このよう
に構成することにより課題を解決している。
【0010】本発明の第2の態様は、屈曲振動モードで
振動する音叉型屈曲水晶振動子で音叉基部に複数個の溝
を設け当該溝の内部に振動子駆動用電極と角速度検出用
電極を配置して課題を解決している。更に、詳述するな
らば、音叉腕の中立線を挟んだ中央部から延在する音叉
基部の上下面に溝を設け、更に、当該溝の間に溝を設
け、音叉腕の中央部から延在する一方の音叉基部の溝の
内部には同極となる電極が配置され、当該溝の側面の電
極と対抗する側面の電極は互いに異極となる電極が振動
子駆動用電極として配置され、音叉腕の中央部から延在
する他方の音叉基部の溝の内部の側面には互いに異極と
なる電極が配置され、当該溝の側面の電極と対抗する側
面の電極には互いに異極となるように角速度検出用電極
を配置して課題を解決している。
【0011】本発明の第3の態様は、音叉型屈曲水晶振
動子が音叉基部で接続されたH型屈曲水晶振動子におい
て、音叉腕の中立線を挟んだ中央部に溝を設け当該溝に
振動子駆動用電極と角速度検出用電極を配置している。
更に詳述するならば、1つの音叉型屈曲水晶振動子の音
叉腕の中立線を挟んだ中央部の上下面の溝の内部には同
極となる電極が音叉腕の側面に異極となる電極が配置さ
れ、一方の音叉腕の溝の内部に配置された電極と他方の
音叉腕の側面に配置された電極は同極に、更に、前記し
た一方の音叉腕の側面に配置された電極と前記した他方
の音叉腕の溝の内部に配置された電極は同極となるよう
に振動子駆動用電極として配置され、他方の音叉型屈曲
水晶振動子の音叉腕の溝の内部の側面には互いに異極と
なる電極が配置され、溝の内部に配置された側面の電極
と対抗する音叉腕の側面電極は互いに異極となるように
角速度検出用電極を配置している。このように構成する
ことにより課題を解決している。
【0012】
【作用】このように、本発明は屈曲振動モードで振動す
る音叉型屈曲水晶振動子で、しかも、音叉腕の中立線を
挟んだ中央部に溝を設け、且つ、この溝の内部に振動子
駆動用電極と角速度検出用電極を配置することにより、
小型で、しかも角速度の高い検出感度を有する水晶角速
度センサが得られる。
【0013】
【本発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に
基づき具体例を述べる。 (実施例1)図1は本発明の屈曲振動モードで振動する
音叉型屈曲水晶振動子1の外観図とその水晶座標系を示
す。水晶座標系は原点0、電気軸x、機械軸y、光軸z
からなり0−xyzを構成している。図1では、音叉型
屈曲水晶振動子1はx軸を回転軸としてθ度回転してい
る。このとき、y,zの新軸をy´,z´軸とする。角
度θは通常は0°〜15°の範囲に選ばれる。本発明の
音叉型屈曲振動子1は音叉腕2と音叉腕3と音叉基部4
を具えて構成され、音叉腕2と音叉腕3は音叉基部4に
接続されている。更に、音叉腕2の上面には中立線を挟
んで溝5が音叉腕3の上面には同様に溝6が設けられて
いる。
【0014】図2は図1の音叉型屈曲水晶振動子1の正
面図を示す。図2では音叉腕2,3に設けられた溝5,
6の配置及び寸法等を詳述する。音叉腕2の中立線7を
挟むようにして溝5が設けられている。他方の音叉腕3
の中立線8を挟んで溝6が設けられている。溝5と6の
溝幅w2は中立線7,8を挟んだ寸法が好ましい。この
理由は屈曲振動モードを引き起こすとき、音叉腕2,3
の振動を容易にすることができる。換言するならば、等
価直列抵抗R1の小さい、Q値の高い水晶振動子が実現で
きる。音叉腕2,3の全幅wはw=w+w+w
与えられ、幅部分wとwはw=wとなるように
設計される。又、溝幅wはw≧w,wを満足す
るように通常は設計する。一方、音叉碗の長さlには長
さl1の溝5,6が設けられていて、長さl1は振動モー
ドの次数によって決定される。例えば、基本波振動モー
ドでは溝の長さl1は音叉碗の長さlの半分前後になる
ように設計される。図2の実施例では音叉腕2,3に溝
5,6を設け、音叉基部4の長さl2上にまで延在して
いない。又、音叉型屈曲水晶振動子1の音叉腕の全幅w
や長さlは要求される周波数や角速度の検出感度や振動
子を収納する容器の大きさから決定される。図示されて
いないが図2の音叉型屈曲水晶振動子1は厚みtを有す
る振動子である。
【0015】図3は図2の音叉型屈曲水晶振動子1のa
−a´断面図を示す。音叉腕3には中立線を挟んで溝6
と13が設けられている。更に、溝6内部には電極11
が溝13内部には電極12が配置され、これらは同極と
なるように配置されている。又、音叉腕3の側面には同
極となる電極9と10が配置されている。ここで電極1
1,12と対抗する電極9,10は互いに異極となるよ
うに構成されている。即ち、振動子駆動用電極として配
置され2電極端子A−Bを構成する。
【0016】今、電極端子A−B間に交流電圧を印加す
ると実線と点線の矢印で示したx軸方向に電界Exが交
互に働き、屈曲振動がx−y´平面内で生じる。音叉腕
2にも音叉腕3と同様に溝5と22が設けられている。
溝5の内部の側面には電極16と19が配置され、これ
らの電極16と19は互いに異極となるように構成され
る。更に、溝22の内部の側面には電極15と20が配
置され、これらの電極15と20も異極となるように構
成される。又、音叉腕2の側面には電極14,18,2
1と17が配置されていて、溝の内部の側面に配置され
た電極15,16,19,20と対抗する音叉腕の側面
溝の内部の側面に配置された電極18,21,14,1
7は互いに異極となるように構成されている。即ち、角
速度検出用電極として配置され2電極端子C−Dを構成
する。
【0017】今、振動子駆動端子A−B間に交流電圧を
印加すると両音叉腕2,3はx−y´平面で屈曲運動を
する。更に、y´軸廻りに角速度ωを加えると、x−y
´平面に垂直となる方向に角速度ωに応じたコリオリ力
が発生し屈曲振動を引き起こす。この時、音叉腕2には
実線と点線の矢印で示したようなx軸方向の電界Ex1
生じる。この場合、x軸方向の電界方向Ex1とその和が
非常に大きくなるので、角速度検出端子C−D間に発生
する電圧が非常に大きくなり、振動子を小型化した場合
でも角速度の高い検出感度が得られる。
【0018】(実施例2)図4は本発明の音叉型屈曲水
晶振動子23の正面図で他の実施例を示す。音叉腕24
と25は音叉基部28に接続されている。音叉腕24と
25に設けられた溝26と27は音叉基部28まで延在
して設けられている。又、音叉腕24,25の側面と溝
26と27の内部には図3で説明した電極が同じように
配置されている。このように、音叉腕24,25に設け
られた溝を音叉基部28にまで延在することにより音叉
型屈曲水晶振動子23の振動による電気機械変換効率が
より大きくなるので、角速度の検出感度をより高くでき
る。
【0019】(実施例3)図5は本発明の音叉型屈曲水
晶振動子29の正面図で他の実施例を示す。音叉腕30
と31には前記音叉腕と音叉基部32にまで延在して設
けられた溝33と34が設けられている。更に、音叉基
部32に設けられた溝33と34の間には2つの溝35
と36が設けられている。又、溝35と36の間には突
出部37が設けられている。更に、音叉腕30と31の
中立線38と39で示される。
【0020】図6は図5の音叉型屈曲振動子29のb−
b´断面図を示す。音叉腕31には中立線を挟んで溝3
4と44が設けられている。更に、溝34と44の内部
には電極42と43が配置され、これらは同極になるよ
うに構成されている。音叉基部32に設けられた溝36
と55には同極となる電極41と45が配置されてい
る。この電極41と45は音叉基部32の側面に配置さ
れた電極40と同極となるように構成されている。更
に、音叉腕31の両側面にも電極40と同極となる電極
が配置されている。ここで、溝34に設けられた電極4
2,43と対抗する電極40,41と45は互いに異極
となるように構成されている。即ち、振動子駆動用電極
として配置されて2電極端子E−Fを構成する。
【0021】又、音叉腕30と接続される音叉基部32
には溝33と57が設けられ、その内部には互いに異極
となる電極52と49及び電極48と53が配置されて
いる。更に、溝35には電極47が溝56には電極51
が配置され、音叉基部32の側面には電極50,54が
配置されている。換言するならば、溝33と57の側面
に配置された電極48,49,52,53と対抗して側
面に配置された電極51,54,47,50は互いに異
極となるように構成されている。即ち、角速度検出用と
して配置され2電極端子G−Hを構成する。
【0022】今、振動子駆動端子E−F間に交流電圧を
印加すると実線と点線の矢印で示したx軸方向に電界E
x2が交互に働き、両音叉腕30と31はx−y´平面で
屈曲振動を行う。更に、y´軸廻りに角速度ωを加える
とx−y´平面に垂直となる方向に角速度ωに応じたコ
リオリ力が生じ屈曲振動を引き起こす。この時、音叉腕
30と音叉基部32には実線と点線の矢印で示したよう
なx軸方向の電界Ex3が生じる。この場合、x軸方向の
電界Ex3とその和が非常に大きくなるので、角速度検出
端子G−H間に発生する電圧が非常に大きくなる。それ
故、角速度センサを小型化した場合でも角速度の高い検
出感度が得られる。
【0023】(実施例4)図7は本発明の音叉型屈曲水
晶振動子58の正面図で他の実施例を示す。音叉型屈曲
水晶振動子58は音叉腕59、60と音叉基部61を具
えて構成されている。本実施例では、音叉基部61にの
み溝62,63,64と65が設けられている。溝62
と63は音叉腕59と60から音叉基部61に延在する
位置に設けられている。そして、溝64と65は溝62
と63の間に設けられている。電極配置及びその構成法
は図示されていないが、図6で説明した電極配置とその
構成法と同じである。
【0024】(実施例5)図8は本発明の音叉型屈曲水
晶振動子66の正面図で他の実施例を示す。音叉型屈曲
水晶振動子66は音叉腕67と68と音叉基部69を具
えて構成されている。音叉腕67と68には音叉基部6
9にまで延在して設けられた溝70と71が存在する。
又、音叉基部69に設けられた溝70と71の間には溝
72が設けられている。本実施例では図5で設けられて
いた突出物37と46は設けられていない。溝72の深
さは溝70と71の深さと同等であれば十分である。
又、電極構成は図6と全く同じで、形状では図6の突出
部37と46が無い形状である。効果は図5と図6の振
動子と全く同じ効果を示す。
【0025】(実施例6)図9は本発明の音叉型屈曲水
晶振動子73の正面図で他の実施例を示す。音叉腕74
には中立線81に対称に溝77と78が設けられ、音叉
基部76まで延在している。他方の音叉腕75にも同様
に中立線82に対称に溝79と80が音叉基部76まで
延在して設けられている。
【0026】図10は図9の音叉型屈曲水晶振動子76
のc−c´断面図を示す。音叉腕75には溝79,8
0,99と100が設けられている。又、これらの溝の
内部には電極89,90,91が配置され、同極となる
ように構成されている。音叉腕75の側面には同極とな
る電極83と84が配置されている。即ち、音叉腕75
の側面に配置された電極83と84に対抗する溝の側面
に配置された電極89,90と91と92は互いに異極
となるように構成される。即ち、振動子駆動用電極とし
て配置され2電極端子I−Jを構成する。
【0027】更に、音叉腕74にも溝77,78,10
3,104が設けられていて、各溝に電極86,95,
94,87が配置されている。又、音叉腕74の側面に
は電極85,93,88と96が配置されている。そし
て電極85,86,87,88は同極に、電極93,9
4,95,96は同極になるように構成されている。換
言するならば、音叉腕74の側面に配置された電極8
5,93,88,96に対抗する溝103,78,7
7,104の側面に配置された電極94,86,95,
87は互いに異極となるように構成されている。即ち、
角速度検出用電極として配置され2電極端子K−Lを構
成する。
【0028】(実施例7)図11は本発明の音叉型屈曲
水晶振動子105と106が両方の音叉基部110と1
15で接続されたH型屈曲水晶振動子107の正面図で
ある。音叉型屈曲水晶振動子105は音叉腕108と1
09と音叉基部110を具えて構成されている。又、音
叉腕108と109には中立線を挟んで溝111と11
2が設けられている。図示されていないが溝111と1
12の内部の側面には電極が配置されている。更に、音
叉型屈曲水晶振動子106は音叉腕113と114と音
叉基部115を具えて構成されている。音叉腕113と
114には中立線を挟んで溝116と117が設けら
れ、図示されていないが溝116と117の内部の側面
には電極が配置されている。
【0029】図12は図11のH型水晶振動子107の
d−d´断面図である。音叉型109には中立線を挟ん
で溝112と127が設けられている。溝112と12
7の内部には同極となる電極122と123が配置され
ている。更に、音叉腕109の両側面には同極となる電
極118と119が配置されている。また、音叉腕10
8には中立線を挟んで溝111と129が設けられてい
る。溝111と129の内部には同極となる電極120
と121が配置されている。更に、音叉腕108の両側
面には同極となる電極124と125が配置されてい
る。換言するならば、電極118,119,120,1
21は同極に、又、電極122,123,124,12
5は同極になるように配置され、前記電極とは異極とな
る。更に、詳述するならば、音叉腕108と109の側
面に配置された電極118,119,124,125は
溝112,127,111,129の内部の側面に対抗
して配置された電極122,123,120,121と
は互いに異極となるように構成されている。即ち、振動
子駆動用電極として配置され2電極端子M−Nを構成す
る。
【0030】図13は図11のH型屈曲水晶振動子10
7の音叉腕113と114のe−e´断面図を示す。音
叉腕114には中立線を挟んで溝117と147が設け
られている。溝117の内部の側面には互いに異極とな
る電極139と132が配置されている。又、溝147
の内部の側面には互いに異極となる電極131と140
が配置され、右側の側面にも異極となる電極141と1
33が配置されている。即ち、溝の内部の側面に配置さ
れた電極139,132,131,140と対抗する音
叉腕114の側面に配置された電極130,141,1
38,133は互いに異極となるように構成されてい
る。又、音叉腕113には中立線を挟んで溝116と1
49が設けられている。溝116の内部の側面には互い
に異極となる電極135と144が配置されている。更
に、溝149の内部の側面には互いに異極となる電極1
43と136が配置されている。
【0031】又、音叉腕113の左側の側面には異極と
なる電極142と134が右側の側面にも異極となる電
極137と145が配置されている。即ち、溝の内部の
側面に配置された電極135,144,143,136
と対抗する音叉腕113の側面に配置された電極14
2,137,134,145は互いに異極となるように
構成される。換言するならば、電極130,131,1
32,133,134,135,136,137は同極
に、又、電極138,139,140,141,14
2,143,144,145は同極になるように配置さ
れ、前記電極とは異極となるように構成される。即ち、
角速度検出用電極として配置され2電極端子O−Pを構
成する。
【0032】今、振動子駆動端子M−N間に交流電圧を
印加すると、実線と点線の矢印で示したx軸方向に電界
Ex4が交互に働き、両音叉腕108と109はx−y´
平面で屈曲振動する。更に、y´軸廻りに角速度ωを加
えると、x−y´平面に垂直となる方向に角速度ωに応
じたコリオリ力が生じ屈曲振動を引き起こす。この場
合、x軸方向の電界Ex5とその和が非常に大きくなるの
で、角速度検出端子O−P間に発生する電圧が非常に大
きくなる。それ故、角速度センサを小型化しても角速度
の高い検出感度が得られる。
【0033】(実施例8)図14は本発明の音叉型屈曲
水晶振動子150と151が両方の音叉基部155と1
62で接続されたH型屈曲水晶振動子152の正面図で
他の実施例である。音叉型屈曲水晶振動子150は音叉
腕153と154と音叉基部155を具えて構成されて
いる。又、音叉腕153と154には中立線167と1
68の両側に溝156と157及び溝158と159が
設けられている。更に、音叉型屈曲水晶振動子151は
音叉腕160と161と音叉基部162を具えて構成さ
れている。音叉腕160と161には中立線167と1
68の両側に溝163と164及び溝165と166が
設けられている。
【0034】図15は図14のH型屈曲水晶振動子15
2のf−f´断面図である。音叉腕154には溝15
8,159,181,182が設けられている。前記溝
の内部には同極となる175,176,177,178
が配置されている。又、音叉腕154の左側の側面には
電極169が右側の側面には電極170が同極となるよ
うに配置されている。音叉腕153には溝157,15
6,183,184が設けられている。前記溝の内部に
は電極171,172,173,174が同極となるよ
うに配置されている。換言するならば、電極169,1
70,171,172,173,174は同極に、又、
電極175,176,177,178,179,180
は同極になるように配置され、前記電極とは異極となる
ように構成される。即ち、振動子駆動用電極として配置
され2電極端子Q−Rを構成する。
【0035】図16は図14のH型屈曲水晶振動子15
2のg−g´断面図である。音叉腕161には中立線1
68の外側に溝165,166,201と202が設け
られている。溝165,166,201と202の内部
には電極194,187,186と195が配置されて
いる。又、音叉腕161の側面にも電極185,19
3,196,188が配置されている。又、音叉腕16
0には電極197,189,192と200が配置され
ている。換言するならば、電極185,186,18
7,188,189,190,191と192は同極に
なるように配置され、電極193,194,195,1
96,197,198,199と200は同極になるよ
うに配置され、前期電極とは異極となるように構成され
ている。
【0036】更に詳述するならば、音叉型屈曲水晶振動
子の音叉腕160,161の溝163,164,16
5,166,201,202,203と204の内部の
側面には互いに異極となる電極が配置され溝の内部の側
面に配置された電極と音叉腕の側面に対抗して配置され
た電極は互いに異極となるように構成される。即ち、角
速度検出用電極として配置され2電極端子S−Tを構成
する。
【0037】(実施例9)図17〜図20は本発明のH
型屈曲水晶振動子205,210,216,223の振
動子形状の実施例を示す。図17の音叉腕には溝が設け
られている。H型屈曲水晶振動子205は接続部206
と207を介してマウント部208と209に接続され
ている。図18は他の実施例で、H型屈曲水晶振動子2
10は接続部211と212及び支持フレーム213と
214を介してマウント部215に接続されている。図
19は他の実施例で、H型屈曲振動子216は接続部2
17と218及び減衰部219と220を介してマウン
ト部221と222に接続されている。
【0038】図17〜図19で説明した接続部は2つの
音叉型屈曲水晶振動子が接続される音叉基部の両端付近
で接続される。図20は他の実施例で、H型屈曲水晶振
動子223は音叉のU字部に設けられた接続部224と
225を介してマウント部226と227に接続され
る。本実施例では、水晶について詳述したが、他の圧電
材料、例えばランガサイト、LiTaO3、LiNbO3
に適用できることは言うまでも無い。
【0039】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の振動子形状
と電極構成を有する音叉型あるいはH型屈曲水晶振動子
の水晶角速度センサを提供することにより、次の著しい
効果を有する。 (1)音叉碗の中立線を挟んで溝を設けるので電界が垂
直に働く。その結果、水晶振動子の電気機械変換効率が
良くなるので、角速度の高い検出感度が得られる。 (2)音叉腕の中立線の両側に溝を設けるので電界が垂
直に働く。即ち、水晶振動の電気機械変換効率が良くな
るので、角速度の高い検出感度が得られる。 (3)H型の屈曲水晶振動子は振動子駆動用部分と角速
度検出用部分とが独立しているので、角速度の高い検出
感度が得られる。 (4)小型化した場合でも角速度の高い検出感度が得ら
れる。 (5)エッチング法によって形成できるので、1枚のウ
エハ上に多数個の振動子を一度にバッチ処理できる。そ
れ故、量産性に優れ、安価な水晶角速度センサが実現で
きる。 (6)H型屈曲振動子は接続部を介してマウント部に接
続され、マウント部で支持・固定されるので、耐衝撃性
に優れた角速度センサが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の音叉型屈曲振動子の外観図とその水
晶座標系を示す。
【図2】 図1の音叉型屈曲振動子の正面図を示す。
【図3】 図2の音叉型屈曲振動子のa−a´断面図を
示す。
【図4】 本発明の音叉型屈曲振動子の正面図で他の実
施例を示す。
【図5】 本発明の音叉型屈曲振動子の正面図で他の実
施例を示す。
【図6】 図5の音叉型屈曲振動子のb−b´断面図を
示す。
【図7】 本発明の音叉型屈曲振動子の正面図で他の実
施例を示す。
【図8】 本発明の音叉型屈曲振動子の正面図で他の実
施例を示す。
【図9】 本発明の音叉型屈曲振動子の正面図で他の実
施例を示す。
【図10】 図9の音叉型屈曲振動子のc−c´断面図
を示す。
【図11】 本発明のH型屈曲水晶振動子の正面図であ
る。
【図12】 図11のH型屈曲振動子のd−d´断面図
を示す。
【図13】 図11のH型屈曲振動子のe−e´断面図
を示す。
【図14】 本発明のH型屈曲水晶振動子の正面図で他
の実施例である。
【図15】 図14のH型屈曲振動子のf−f´断面図
を示す。
【図16】 図14のH型屈曲振動子のg−g´断面図
を示す。
【図17】 本発明のH型屈曲水晶振動子の振動子形状
の実施例を示す。
【図18】 本発明のH型屈曲水晶振動子の振動子形状
の実施例を示す。
【図19】 本発明のH型屈曲水晶振動子の振動子形状
の実施例を示す。
【図20】 本発明のH型屈曲水晶振動子の振動子形状
の実施例を示す。
【図21】 従来の音叉型屈曲水晶振動子の正面図を示
す。
【図22】 図21の音叉型屈曲水晶振動子のh−h´
断面図を示す。
【図23】 従来のH型屈曲水晶振動子の正面図を示
す。
【図24】 図23のH型屈曲水晶振動子のi−i´断
面図を示す。
【図25】 図23のH型屈曲水晶振動子のj−j´断
面図を示す。
【符号の説明】
x 水晶の電気軸 y 水晶の機械軸 z 水晶の光軸 y´ x軸回転後のy軸の新軸 z´ x軸回転後のz軸の新軸 1,23,29,58,66,73,105,106,
150,151,312,313 音叉型屈曲水晶振動
子 107,152 H型屈曲水晶振動子 300 圧電振動子 2,3,24,25,30,31,59,60,67,
68,74,75,108,109,113,114,
153,154、160,161,301,302,3
16,317,318,319 音叉腕 4,28,32,61,69,76,110,115,
155,162,303,314,315 音叉基部 w 全幅 w,w 幅部分 w 溝幅 l 音叉腕の長さ l音叉碗の溝の長さ l 音叉基部の長さ θ 角度 ω 角速度 t 音叉型屈曲水晶振動子の厚み 5,6,13,22,26,27,33,34,35,
36,44,55,56,57,62,63,64,6
5,70,71,72,77,78,79,80,9
9,100,103,104,111,112,11
6,117,127,129,147,149,15
6,157,158,159,163,164,16
5,166,181,182,183,184,20
1,202,203,204 溝 9,10,11,12,14,15,16,17,1
8,19,20,21,40,41,42,43,4
5,47,48,49,50,51,52,53,5
4,83,84,85,86,87,88,89,9
0,91,92,93,94,95,96,118,1
19,120,121,122,123,124,12
5,130,131,132,133,134,13
5,136,137,138,139,140,14
1,142,143,144,145,169,17
0,171,172,173,174,175,17
6,177,178,179,180,185,18
6,187,188,189,190,191,19
2,193,194,195,196,197,19
8,199,200,304,305,306,30
7,308,309,310,311,320,32
1,322,323,324,325,326,32
7,328,329,330,331,332,33
3,334,335 電極 7,8,38,39,81,82,167,168 中
立線 A−B,C−D,E−F,G−H,I−J,K−L,M
−N,O−P,Q−R,S−T,AA−BB,CC−D
D,EE−FF,GG−HH 2電極端子 37,46 突出物 a−a´,b−b´,c−c´,d−d´,e−e´,
f−f´,g−g´,h−h´,i−i´,j−j´
断面記号 Ex,Ex1,Ex2,Ex3,Ex4,Ex5 x軸方向の電界

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 屈曲振動モードで振動する音叉型屈曲水
    晶振動子で音叉腕の中立線を挟んだ中央部に溝を設け当
    該溝の内部に振動子駆動用電極と角速度検出用電極を配
    置した事を特徴とする水晶角速度センサ。
  2. 【請求項2】 音叉腕の中央部の上下面に溝を設け、一
    方の音叉腕の溝の内部には同極となる電極が音叉腕の側
    面には前記電極と異極となる電極が振動子駆動用電極と
    して配置され、他方の音叉腕の溝の内部の側面には互い
    に異極となる電極が配置され、溝の内部の側面に配置さ
    れた電極と音叉腕の側面に対抗して配置された電極は互
    いに異極となるように角速度検出用電極を配置した事を
    特徴とする請求項1に記載の水晶角速度センサ。
  3. 【請求項3】 屈曲振動モードで振動する音叉型屈曲水
    晶振動子で音叉基部に複数個の溝を設け当該溝の内部に
    振動子駆動用電極と角速度検出用電極を配置した事を特
    徴とする水晶角速度センサ。
  4. 【請求項4】 音叉腕の中立線を挟んだ中央部から延在
    する音叉基部の上下面に溝を設け、更に、当該溝の間に
    溝を設け、音叉腕の中央部から延在する一方の音叉基部
    の溝の内部には同極となる電極が配置され、当該溝の側
    面の電極と対抗する側面の電極は互いに異極となる電極
    が振動子駆動用電極として配置され、音叉腕の中央部か
    ら延在する他方の音叉基部の溝の内部の側面には互いに
    異極となる電極が配置され、当該溝の側面の電極と対抗
    する側面の電極には互いに異極となるように角速度検出
    用電極を配置した事を特徴とする請求項3に記載の水晶
    角速度センサ。
  5. 【請求項5】 屈曲振動モードで振動する音叉型屈曲振
    動子で音叉腕の上下面に複数個の溝を設け、一方の音叉
    腕の溝の内部には同極となる電極が音叉腕の側面には異
    極となる電極が振動子駆動用電極として配置され、他方
    の音叉腕の溝の内部に配置された側面電極と対抗する音
    叉腕の側面電極は互いに異極となるように角速度検出用
    電極を設けた事を特徴とする水晶角速度センサ。
  6. 【請求項6】 音叉型屈曲水晶振動子が音叉基部で接続
    されたH型屈曲水晶振動子において、音叉腕の中立線を
    挟んだ中央部に溝を設け当該溝に振動子駆動用電極と角
    速度検出用電極を配置した事を特徴とする水晶角速度セ
    ンサ。
  7. 【請求項7】 1つの音叉型屈曲水晶振動子の音叉腕の
    中立線を挟んだ中央部の上下面の溝の内部には同極とな
    る電極が音叉腕の側面に異極となる電極が配置され、一
    方の音叉腕の溝の内部に配置された電極と他方の音叉腕
    の側面に配置された電極は同極に、更に、前記した一方
    の音叉腕の側面に配置された電極と前記した他方の音叉
    腕の溝の内部に配置された電極は同極となるように振動
    子駆動用電極として配置され、他方の音叉型屈曲水晶振
    動子の音叉腕の溝の内部の側面には互いに異極となる電
    極が配置され、溝の内部に配置された側面の電極と対抗
    する音叉腕の側面電極は互いに異極となるように角速度
    検出用電極を配置した事を特徴とする請求項6に記載の
    水晶角速度センサ。
  8. 【請求項8】 音叉型屈曲水晶振動子が音叉基部で接続
    されたH型屈曲水晶振動子において、各々の音叉腕の上
    下面に複数個の溝を設け当該溝に振動子駆動用電極と角
    速度検出用電極を配置した事を特徴とする水晶角速度セ
    ンサ。
  9. 【請求項9】 1つの音叉型屈曲水晶振動子の音叉腕の
    上下面の溝の内部には同極となる電極が音叉腕の側面に
    異極となる電極が配置され、各音叉腕に4個の溝を設け
    一方の音叉腕の溝の内部に配置された電極と他方の音叉
    腕の側面に配置された電極は同極に、更に、前記した一
    方の音叉腕の側面に配置された電極と前記した他方の音
    叉腕の溝の内部に配置された電極は同極となるように振
    動子駆動用電極として配置され、他方の音叉型屈曲水晶
    振動子の音叉腕の溝の内部の側面には互いに異極となる
    電極が配置され、溝の内部の側面に配置された電極と音
    叉腕の側面に対抗して配置された電極は互いに異極とな
    るように角速度検出用電極を配置した事を特徴とする請
    求項8に記載の水晶角速度センサ。
  10. 【請求項10】 音叉型屈曲水晶振動子が音叉基部で接
    続されたH型屈曲水晶振動子は接続部を介してマウント
    部に接続されている事を特徴とする請求項6、又は請求
    項8に記載の水晶角速度センサ。
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