JP2000193458A

JP2000193458A - 振動ジャイロおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2000193458A
Application number: JP10372664A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Ishidoko; 信行石床; Katsumi Fujimoto; 克己藤本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2000-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】加工制度に優れ、良好な特性を有する音叉型
の振動ジャイロと、そのような振動ジャイロの量産が可
能な振動ジャイロの製造方法を得る。【解決手段】振動ジャイロ１０は、２つの音片型振動
子１２と、これらの一端側を固定する基台２４とを含
む。振動子１２は、２つの圧電体基板１６ａ，１６ｂを
接合した振動体１４を含み、振動体１４の両面に、分割
電極１８，２０と全面電極２２とが形成される。この振
動ジャイロ１０を作製するには、２つの圧電体板を接合
し、この接合板の両面に全面電極を形成して、電極に切
れ目を形成するとともに音片状に切断することによって
振動子１２を形成する。そして、２つの音片型振動子１
２の一端側を基台２４で固定することにより、振動ジャ
イロ１０を作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は振動ジャイロおよ
びその製造方法に関し、特にたとえば、カメラの手振れ
防止、カーナビゲーションシステムなどに用いられる音
叉型の振動ジャイロおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の音叉型の振動ジャイロとして、本
件出願人が特願平８−２８２９８６号（特開平１０−１
１１１３２号公報）として提案したものがある。図１０
および図１１は、その従来の振動ジャイロを示す斜視図
である。振動ジャイロ１は、音叉型の振動子２を含む。
振動子２は、２つの音叉型の圧電体基板３ａ，３ｂを接
合した振動体４を含む。これらの圧電体基板３ａ，３ｂ
は、図１０の矢印に示すように、互いに逆向きの厚み方
向に分極されている。振動体４の一方面上には、分割さ
れた電極５ａ，５ｂが形成される。電極５ａ，５ｂは、
振動体４の形状に沿って、音叉状に分割されている。ま
た、振動体４の他方面上には、２つの脚部のそれぞれに
電極６ａ，６ｂが形成される。

【０００３】この振動ジャイロ１を作製するために、ま
ず２枚の平板状の圧電体板を接合して接合板が形成され
る。この接合板に切込みを入れて、音叉型の振動体４が
形成される。このとき、接合板に切込みを入れるため
に、たとえばダイヤモンドブレードを回転させながら接
合板に当てることにより、切込みが形成される。そし
て、振動体４の両面に電極が形成され、一方面側の電極
が音叉形状に分割されて、電極５ａ，５ｂが形成され
る。さらに、振動体４の他方面側の電極が、振動体４の
２つの脚部のそれぞれに形成されるように２つに分割さ
れ、電極６ａ，６ｂが形成される。このようにして、振
動ジャイロ１が作製される。電極を分割するためには、
たとえばエッチングなどの方法が用いられる。

【０００４】この振動ジャイロ１では、電極５ａ，５ｂ
間に発振回路を接続することにより、振動子２の２つの
脚部が開閉するように振動する。この状態で、振動子２
の軸を中心として回転すると、振動子２の２つの脚部の
振動方向と直交する向きにコリオリ力が働く。このコリ
オリ力によって、振動子２の振動方向が変わり、電極６
ａ，６ｂからコリオリ力に対応した信号が出力される。
したがって、電極６ａ，６ｂの出力信号を測定すること
により、振動ジャイロ１に加わった回転角速度を検出す
ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、接合板
に切込みを形成して音叉形状にするとき、ダイヤモンド
ブレードなどの刃が用いられるが、深い切込みを形成す
る必要があるため、付出しの大きい刃が必要である。こ
のような付出しの大きい刃を用いると、刃の先端部に振
れが生じやすく、加工精度を上げることが困難である。
また、振動体の表面に形成された電極を分割するため
に、エッチングなどの方法が用いられるが、このような
方法は量産には適当でなく、加工精度の点でも問題があ
る。このように、加工精度が悪いと、振動ジャイロの特
性が悪くなり、正確に回転角速度を検出することができ
なくなる。

【０００６】それゆえに、この発明の主たる目的は、加
工精度に優れ、良好な特性を有する音叉型の振動ジャイ
ロを提供することである。また、この発明の目的は、加
工精度が良好で、量産に適した音叉型の振動ジャイロの
製造方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、２つの音片
型振動子の一端側を基台に固定して音叉型とした振動ジ
ャイロであって、２つの振動子は、２つの圧電体基板を
接合した振動体と、振動体上に形成される電極とを含
む、振動ジャイロである。このような振動ジャイロにお
いて、それぞれの振動子の２つの圧電体基板は、互いに
逆向きの厚み方向に分極することができる。また、それ
ぞれの振動子の２つの圧電体基板は、同じ向きの厚み方
向に分極してもよい。さらに、基台は、振動子の圧電体
基板と同じ材料か、または高弾性高比重の材料で形成さ
れることが好ましい。また、この発明は、２つの圧電体
板を接合して接合板を形成する工程と、接合板の両面に
電極を形成する工程と、接合板の一方面側の電極に直線
状の切れ目を形成するとともに、切れ目に平行して接合
板を切断することにより複数の音片型振動子を形成する
工程と、２つの振動子の一端側を基台で固定して音叉型
の振動ジャイロを形成する工程とを含む、振動ジャイロ
の製造方法である。

【０００８】２つの音片型振動子の一端側を基台で固定
して音叉型としているため、音叉型にするために接合板
に深い切込みを形成する必要がない。そのため、付出し
の大きい刃を用いて加工する必要がなく、刃の先端部が
振れて加工精度が悪くなるという問題がない。また、音
片型の振動子を作製するために、エッチングなどの方法
を用いる必要がなく、付出しの短い刃を用いて、接合板
上に形成された電極に直線状の切れ目を形成すればよ
く、高い精度で電極の加工を行うことができる。さら
に、振動子を形成するために、単純なカットのみで加工
を行うことができ、量産性に優れている。ここで、基台
の材料として、振動子の圧電体基板と同じ材料を用いれ
ば、振動子と基台の熱膨張率が等しくなり、熱膨張収縮
時の剛性が良好となる。また、基台の材料として、高弾
性高比重の材料を用いれば、弾性体で振動が吸収され、
基台わを介しての振動漏れが少なくなる。

【０００９】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の振動ジャイロの
一例を示す斜視図である。振動ジャイロ１０は、２つの
音片型振動子１２を含む。振動子１２は、図２および図
３に示すように、振動体１４を含む。振動体１４は、２
つの矩形板状の圧電体基板１６ａ，１６ｂを接合するこ
とによって形成される。圧電体基板１６ａ，１６ｂとし
ては、たとえば圧電セラミックやＬｉＮｂＯ₃，ＬｉＴ
ａＯ₃などの単結晶などが用いられる。これらの圧電体
基板１６ａ，１６ｂは、図２および図３に矢印で示すよ
うに、互いに逆向きの厚み方向に分極される。これらの
圧電体基板１６ａ，１６ｂが、たとえばエポキシ樹脂な
どで接合される。一方の圧電体基板１６ａ上には、２つ
の電極１８，２０が形成される。これらの電極１８，２
０は、圧電体基板１６ａの幅方向に２分割された形で、
圧電体基板１６ａの長手方向に延びるように形成され
る。さらに、圧電体基板１６ｂ上には、ほぼ全面に電極
２２が形成される。

【００１１】振動子１２を作製するには、図４に示すよ
うに、２つの大きい圧電体板４０，４２が準備される。
これらの圧電体板４０，４２は、その厚み方向に分極さ
れている。これらの圧電体板４０，４２が、互いに分極
方向が逆となるように接合され、接合板４４が形成され
る。さらに、接合板４４の両面に、全面電極４６，４８
が形成される。そして、ダイサーなどによって、一方の
全面電極４６に直線状の複数の切れ目５０を形成し、こ
れらの切れ目５０に沿って接合板４４を切断することに
より、複数の振動子１２が形成される。

【００１２】２つの振動子１２の長手方向の一方端側
は、基台２４によって固定され、音叉状に形成される。
基体２４は、たとえば、振動体１４の圧電体基板１６
ａ，１６ｂと同じ材料、または高弾性高比重の材料で形
成される。この場合、２つの振動子１２の電極１８，２
０側が同じ向きとなるように配置され、電極２２側が同
じ向きとなるように配置される。基台２４には、図６に
示すように、２つの平行な溝２６ａ，２６ｂが形成され
る。これらの溝２６ａ，２６ｂに、振動子１２が嵌め込
まれる。基台２４の表面には、５つの電極２８，３０，
３２，３４，３６が形成される。電極２８，３０は、溝
２６ａ，２６ｂを挟んで、基台２４の両端部に形成され
る。これらの電極２８，３０は、振動子１２が嵌め込ま
れた基台２４の面から端面にかけて形成される。また、
電極３２，３４は、溝２６ａ，２６ｂの端部から基台２
４の端面に延びるように形成される。さらに、電極３６
は、基台２４の溝２６ａ，２６ｂ形成部の間において、
これらの溝２６ａ，２６ｂが形成された面から端面にか
けて形成される。

【００１３】基台２４の電極２８と一方の振動子１２の
電極１８とは、接続部材３８ａで接続される。また、一
方の振動子１２の電極２０と他方の振動子１２の電極１
８とが、接続部材３８ｂで基台２４の電極３６に接続さ
れる。さらに、他方の振動子１２の電極２０が、接続部
材３８ｃで基台２４の電極３０に接続される。これらの
接続部材３８ａ，３８ｂ，３８ｃは、たとえば導電ペー
ストや半田などによって形成される。また、２つの振動
子１２の電極２２は、それぞれ基台２４の電極３２，３
４に接続される。

【００１４】この振動ジャイロ１０を用いる場合、図７
に示すように、一方の振動子１２の電極１８と他方の振
動子１２の電極２０とが接続され、一方の振動子１２の
電極２０と他方の振動子１２の電極１８とが接続され
る。そして、これらの間に、発振回路６０が接続され
る。発振回路６０は、たとえば増幅回路と位相補正回路
とを含み、発振回路６０の入力側に入力された信号が増
幅され、さらに位相補正されて出力される。これによ
り、それぞれの振動子１２の分極方向と直交する向きに
電界が印加され、２つの振動子１２の先端部が開いたり
閉じたりするようにして振動する。

【００１５】また、２つの振動子１２の電極２２は、差
動回路６２の入力端に接続される。さらに、差動回路６
２の出力端は、同期検波回路６４に接続される。同期検
波回路６４では、たとえば発振回路６０の信号に同期し
て、差動回路６２の出力信号が検波される。同期検波回
路６４の出力信号は平滑回路６６で平滑され、さらに直
流増幅回路６８で増幅される。なお、図７では、振動子
１２の電極１８，２０，２２が外部回路に接続されてい
るが、実際には、基台２４に形成された電極２８，３
０，３２，３４，３６を介して、振動子１２の電極１
８，２０，２２が外部回路に接続される。

【００１６】この振動ジャイロ１０では、それぞれの振
動子１２の電極１８，２０間に発振回路６０を接続する
ことにより、それぞれの振動子１２の先端部が開いたり
閉じたりするようにして振動する。このとき、それぞれ
の振動子１２は、分極方向に対して同じ状態で振動する
ため、電極２２から出力される信号は同じである。その
ため、差動回路６２からは、信号が出力されない。

【００１７】この状態で、振動子１２に平行な軸を中心
として回転角速度が加わると、無回転時の振動方向と直
交する向きにコリオリ力が働く。このコリオリ力によっ
て、２つの振動子１２の振動方向が変わる。そのため、
それぞれの振動子１２の電極２２からは、コリオリ力に
対応した信号が出力される。このとき、コリオリ力は、
２つの振動子１２に対して互いに逆向きに働くため、そ
れぞれの振動子１２は互いに逆向きに変位する。そのた
め、２つの振動子１２の電極２２から出力される信号
は、互いに逆位相の信号となる。したがって、差動回路
６２で２つの振動子１２の電極２２からの出力信号の差
をとれば、コリオリ力に対応した大きい信号を得ること
ができる。

【００１８】差動回路６２の出力信号は、同期検波回路
６４で、発振回路６０の信号に同期して検波される。そ
れにより、差動回路６２の出力信号の正部分のみまたは
負部分のみ、または正負のいずれかを反転した信号が検
波される。同期検波回路６４の出力信号は平滑回路６６
で平滑され、さらに直流増幅回路６８で増幅される。２
つの振動子１２の電極２２からの出力信号のレベルは、
それぞれの振動子１２の変位の大きさによって決まるた
め、大きいコリオリ力が働くと、出力信号のレベルは大
きくなる。したがって、直流増幅回路６８の出力信号の
レベルから、回転角速度の大きさを検出することができ
る。

【００１９】また、回転角速度が加わる方向によって、
２つの振動子１２にかかるコリオリ力の方向が変わる。
そのため、２つの振動子１２の電極２２から出力される
信号の位相も変わり、差動回路６２からは、回転角速度
の方向によって、逆位相の信号が出力される。したがっ
て、同期検波回路６４では、一方向に回転角速度が加わ
ったとき信号の正部分が検波されるとすると、他方向に
回転角速度が加わったとき信号の負部分が検波される。
そのため、回転角速度の加わる方向によって、直流増幅
回路６８の出力信号の極性が変わる。したがって、直流
増幅回路６８の出力信号の極性から、回転角速度の加わ
った方向を知ることができる。

【００２０】この振動ジャイロ１０では、２つの音片状
の振動子１２が基台２４に固定され、音叉状に形成され
ているため、従来の音叉型の振動ジャイロのように、圧
電体基板を音叉状となるように切断する必要がない。し
たがって、直方体状の振動子１２を形成すればよく、そ
のためには、圧電体板を接合した接合板を直線状に切断
することにより形成することができる。また、分割され
た電極１８，２０についても、接合板上に全面電極を形
成し、ダイサー（登録商標）などによって全面電極に直
線状の切れ目を形成することによって形成することがで
きる。このような、接合板の切断や電極への切れ目の形
成は、付出しの小さい刃を用いて行うことができ、切断
作業を行うときに刃の振れが発生しにくい。そのため、
振動子１２を作製するときに、高精度で加工をすること
ができる。また、振動子１２の形状は音叉型ではなく、
音片状であるため、接合板の切断や電極への切れ目の形
成は、直線状に行うことができ、振動子１２の量産が可
能である。

【００２１】なお、この振動ジャイロ１０において、そ
れぞれの振動子１２の振動体１４を構成する２つの圧電
体基板１６ａ，１６ｂについて、図８に示すように、同
じ向きに分極されていてもよい。この場合、２つの振動
子１２の分極方向が逆向きとなるように形成される。つ
まり、一方の振動子１２の圧電体基板１６ａ，１６ｂは
電極１８，２０形成面側から電極２２形成面側に向かっ
て分極され、他方の振動子１２の圧電体基板１６ａ，１
６ｂは電極２２形成面側から電極１８，２０形成面側に
向かって分極される。

【００２２】この振動ジャイロ１０では、図８に示すよ
うに、２つの振動子１２の電極１８どうしを接続し、同
様に２つの振動子１２の電極２０どうしを接続して、こ
れらの間に発振回路６０が接続される。そして、これら
の振動子１２の電極２２が、和動回路７０の入力端に接
続される。和動回路７０の出力端は同期検波回路６４に
接続され、ここで発振回路６０の信号に同期して和動回
路７０の出力信号が検波される。このような接続とする
ために、基台２４には、適当な配置の電極が形成され
る。

【００２３】この振動ジャイロ１０においても、２つの
振動子１２は、その先端部が開閉するように振動し、回
転角速度が加わったときにコリオリ力によって振動方向
が変わる。この場合、２つの振動子１２の電極２２形成
面側の圧電体基板１６ｂの分極方向が互いに逆向きとな
るため、それぞれの振動子１２の電極２２からはコリオ
リ力に対応した同位相の信号が出力される。したがっ
て、和動回路７０でこれらの出力信号の和をとることに
より、コリオリ力に対応した大きい信号を得ることがで
きる。この和動回路７０の出力信号を検波し、平滑およ
び直流増幅することにより、振動ジャイロ１０に加わっ
た回転角速度を検出することができる。

【００２４】さらに、図９に示すように、一方の振動子
１２については、圧電体基板１６ａ，１６ｂが電極形成
面側から接合面側に向かって分極され、他方の振動子１
２については、圧電体基板１６ａ，１６ｂが接合面側か
ら電極形成面側に向かって分極されるようにしてもよ
い。このような振動ジャイロ１０においても、図９に示
すように、それぞれの振動子１２の電極１８どうしを接
続し、同様にそれぞれの振動子１２の電極２０どうしを
接続して、これらの間に発振回路６０が接続される。そ
して、それぞれの振動子１２の電極２２が、和動回路７
０に接続される。このような振動ジャイロ１０について
も、発振回路６０によって、２つの振動子１２の先端部
が開閉するように振動する。そして、振動ジャイロ１０
に回転角速度が加わると、コリオリ力によって振動子１
２の振動方向が変わる。このとき、２つの振動子１２に
おいて、電極２２側の圧電体基板１６ｂの分極方向が逆
向きであるため、これらの電極２２からコリオリ力に対
応した同位相の信号が出力される。したがって、和動回
路７０によってこれらの信号の和をとれば、コリオリ力
に対応した大きい信号を得ることができる。この和動回
路７０の出力信号を検波し、平滑および増幅することに
より、振動ジャイロ１０に加わった回転角速度を検出す
ることができる。

【００２５】このように、この振動ジャイロ１０では、
２つの音片型振動子１０を基台２４に取り付けて音叉状
にしているため、それぞれの振動子１０を構成する圧電
体基板１６ａ，１６ｂの分極方向を任意に設定すること
ができる。したがって、さまざまな分極パターンを採用
することができ、それに対応して回路の設計をすること
ができる。また、この振動ジャイロ１０では、基台２４
の材料として、圧電体基板１６ａ，１６ｂと同じ材料を
用いることにより、振動子１２と基台２４の熱膨張率が
等しくなり、熱膨張収縮時の剛性が良好となる。さら
に、基台２４の材料として、高弾性高比重の材料を用い
ることにより、振動子１２の振動が吸収され、基台２４
を介した振動漏れを防ぐことができる。

【００２６】

【発明の効果】この発明によれば、音片型の振動子を用
いて音叉型振動ジャイロが形成されるため、振動子の製
造を簡単に行うことができる。しかも、付出しの小さい
刃を用いて振動子を作製することができるため、切削作
業中に刃が振れたりせず、高精度で加工を行うことがで
きる。そのため、振動子の精度を上げることができ、正
確に回転角速度を検出することができる。さらに、振動
子を構成する圧電体基板の分極パターンを任意に選択す
ることができ、振動ジャイロを使用するための回路の設
計の自由度を高めることができる。また、基台の材料と
して適当なものを選択することにより、温度変化の影響
や振動漏れなどを防止して、良好な特性を有する振動ジ
ャイロとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の振動ジャイロの一例を示す斜視図で
ある。

【図２】図１に示す振動ジャイロに用いられる振動子を
一方面側からみた斜視図である。

【図３】図２に示す振動子を他方面側からみた斜視図で
ある。

【図４】図２および図３に示す振動子を得るための接合
板に全面電極を形成した状態を示す斜視図である。

【図５】図４に示す接合板を切断して振動子を形成した
状態を示す斜視図である。

【図６】図１に示す振動ジャイロの分解斜視図である。

【図７】図１に示す振動ジャイロを使用するための回路
を示すブロック図である。

【図８】分極方向の異なる振動ジャイロを使用するため
の回路を示すブロック図である。

【図９】分極方向のさらに異なる振動ジャイロを使用す
るための回路を示すブロック図である。

【図１０】従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図であ
る。

【図１１】図１０に示す従来の振動ジャイロを他の方向
からみた斜視図である。

【符号の説明】

１０振動ジャイロ１２振動子１４振動体１６ａ，１６ｂ圧電体基板１８電極２０電極２２電極２４基台２６ａ，２６ｂ溝２８，３０，３２，３４，３６電極３８ａ，３８ｂ，３８ｃ導電部材４０，４２圧電体板４４接合板４６，４８全面電極５０切れ目

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの音片型振動子の一端側を基台に固
定して音叉型とした振動ジャイロであって、２つの前記振動子は、２つの圧電体基板を接合した振動
体と、前記振動体上に形成される電極とを含む、振動ジ
ャイロ。
【請求項２】それぞれの前記振動子の２つの前記圧電
体基板は、互いに逆向きの厚み方向に分極された、請求
項１に記載の振動ジャイロ。
【請求項３】それぞれの前記振動子の２つの前記圧電
体基板は、同じ向きの厚み方向に分極された、請求項１
に記載の振動ジャイロ。
【請求項４】前記基台は、前記振動子の前記圧電体基
板と同じ材料か、または高弾性高比重の材料で形成され
た、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の振動ジ
ャイロ。
【請求項５】２つの圧電体板を接合して接合板を形成
する工程、前記接合板の両面に電極を形成する工程、前記接合板の一方面側の前記電極に直線状の切れ目を形
成するとともに、前記切れ目に平行して前記接合板を切
断することにより複数の音片型振動子を形成する工程、
および２つの前記振動子の一端側を基台で固定して音叉
型の振動ジャイロを形成する工程を含む、振動ジャイロ
の製造方法。