JP2000241167A - 圧電振動ジャイロ - Google Patents
圧電振動ジャイロInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 構造が簡単で入出力用の端子をリード線を用
いないで接続することが可能なユニモルフ構造の圧電振
動子を含む圧電振動ジャイロを提供すること。 【解決手段】 ここでのＰＺＴ系圧電セラミック矩形板
１１とニッケル矩形板１２とを圧着により固着し、且つ
矩形板１１の表面に長さ方向に並行に２分割された一対
の帯状表面電極１３，１４が設けられた柱状屈曲振動体
から成るユニモルフ構造の圧電振動ジャイロ用圧電振動
子は、電極１３，１４と矩形板１２との間に屈曲振動の
共振周波数の交流電圧を印加することで第１の屈曲振動
を発生し、且つ柱状屈曲振動体が矩形板１１の長さ方向
の中心軸に平行な任意の軸を中心に回転運動したときに
コリオリ力により屈曲振動の中心軸と第１の屈曲振動方
向とに直交する第２の屈曲振動を発生し、これにより第
２の屈曲振動による圧電効果に基づいて帯状表面電極１
３，１４から出力電圧を検出可能になっている。
いないで接続することが可能なユニモルフ構造の圧電振
動子を含む圧電振動ジャイロを提供すること。 【解決手段】 ここでのＰＺＴ系圧電セラミック矩形板
１１とニッケル矩形板１２とを圧着により固着し、且つ
矩形板１１の表面に長さ方向に並行に２分割された一対
の帯状表面電極１３，１４が設けられた柱状屈曲振動体
から成るユニモルフ構造の圧電振動ジャイロ用圧電振動
子は、電極１３，１４と矩形板１２との間に屈曲振動の
共振周波数の交流電圧を印加することで第１の屈曲振動
を発生し、且つ柱状屈曲振動体が矩形板１１の長さ方向
の中心軸に平行な任意の軸を中心に回転運動したときに
コリオリ力により屈曲振動の中心軸と第１の屈曲振動方
向とに直交する第２の屈曲振動を発生し、これにより第
２の屈曲振動による圧電効果に基づいて帯状表面電極１
３，１４から出力電圧を検出可能になっている。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として自動車の
ナビケーションシステムやカメラ一体型ＶＴＲカメラの
手振れ補正装置等に用いられる振動ジャイロに属される
圧電振動ジャイロであって、詳しくは圧電体と電極を兼
ねた非圧電体とを固着した柱状振動体から成るユニモル
フ構造の圧電振動子を含む圧電振動ジャイロに関する。
ナビケーションシステムやカメラ一体型ＶＴＲカメラの
手振れ補正装置等に用いられる振動ジャイロに属される
圧電振動ジャイロであって、詳しくは圧電体と電極を兼
ねた非圧電体とを固着した柱状振動体から成るユニモル
フ構造の圧電振動子を含む圧電振動ジャイロに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の圧電振動ジャイロは、振
動している物体に回転角速度が加えられると、その振動
方向と直角な方向にコリオリ力を生ずるという力学現象
を利用したジャイロスコープに属するものとして知られ
ている。
動している物体に回転角速度が加えられると、その振動
方向と直角な方向にコリオリ力を生ずるという力学現象
を利用したジャイロスコープに属するものとして知られ
ている。
【０００３】一般に、圧電振動ジャイロは、直交する２
つの異なる方向の励振とその検出とが可能であるように
構成した複合振動系において、一方の入力側で振動を励
振した状態で圧電振動子を回転させると、上述したコリ
オリ力の作用によって、この振動と直角な方向に力が作
用し、他方の出力側で振動が励振される。ここで、出力
側に励振される振動の大きさは、入力側の振動の振幅
（大きさ）及び圧電振動子の回転角速度に比例するた
め、入力側の振動振幅（駆動電圧）を一定にした場合、
出力側から得られる出力電圧（検出電圧）の大きさから
印加された回転角速度の大きさを求めることができる。
つの異なる方向の励振とその検出とが可能であるように
構成した複合振動系において、一方の入力側で振動を励
振した状態で圧電振動子を回転させると、上述したコリ
オリ力の作用によって、この振動と直角な方向に力が作
用し、他方の出力側で振動が励振される。ここで、出力
側に励振される振動の大きさは、入力側の振動の振幅
（大きさ）及び圧電振動子の回転角速度に比例するた
め、入力側の振動振幅（駆動電圧）を一定にした場合、
出力側から得られる出力電圧（検出電圧）の大きさから
印加された回転角速度の大きさを求めることができる。
【０００４】図４は、従来の圧電振動ジャイロの要部で
ある圧電振動ジャイロ用圧電振動子５０の基本構成を示
した斜視図である。この圧電振動子５０は、正方形断面
形状を有する金属角柱４１の隣合う面のほぼ中央部に圧
電セラミックス薄板４２，４３が接合されている。これ
らの圧電セラミックス薄板４２，４３は、それぞれ両面
に電極が形成されて厚さ方向に分極されており、それぞ
れの表面に引き出し用のリード線４４，４５が接続され
て成っている。
ある圧電振動ジャイロ用圧電振動子５０の基本構成を示
した斜視図である。この圧電振動子５０は、正方形断面
形状を有する金属角柱４１の隣合う面のほぼ中央部に圧
電セラミックス薄板４２，４３が接合されている。これ
らの圧電セラミックス薄板４２，４３は、それぞれ両面
に電極が形成されて厚さ方向に分極されており、それぞ
れの表面に引き出し用のリード線４４，４５が接続され
て成っている。
【０００５】ここで、正方形断面の金属角柱４１には、
互いに直交する２つの屈曲振動モードが存在し、材料の
特性が均質である場合には２つの屈曲振動モードの共振
周波数はほぼ等しくなることが知られている。従って、
圧電セラミックス薄板４２に金属角柱４１の屈曲振動の
共振周波数にほぼ等しい周波数の電圧を印加すると、圧
電セラミックス薄板４２を接合した面が凹凸となる方向
（ｙ軸方向）に屈曲振動する。この状態で金属角柱４１
を長さ方向と平行な軸（ｚ軸）の回り（Ω方向）に回転
させると、コリオリ力の作用により金属角柱４１は圧電
セラミックス薄板４３を接合した接地された面が凹凸と
なる方向（ｘ軸方向）にも屈曲振動し、こうした圧電効
果によって圧電セラミックス薄板４３に電圧が発生す
る。
互いに直交する２つの屈曲振動モードが存在し、材料の
特性が均質である場合には２つの屈曲振動モードの共振
周波数はほぼ等しくなることが知られている。従って、
圧電セラミックス薄板４２に金属角柱４１の屈曲振動の
共振周波数にほぼ等しい周波数の電圧を印加すると、圧
電セラミックス薄板４２を接合した面が凹凸となる方向
（ｙ軸方向）に屈曲振動する。この状態で金属角柱４１
を長さ方向と平行な軸（ｚ軸）の回り（Ω方向）に回転
させると、コリオリ力の作用により金属角柱４１は圧電
セラミックス薄板４３を接合した接地された面が凹凸と
なる方向（ｘ軸方向）にも屈曲振動し、こうした圧電効
果によって圧電セラミックス薄板４３に電圧が発生す
る。
【０００６】このとき、発生する電圧の大きさは、圧電
セラミックス薄板４２により励振されている振動の大き
さと、金属角柱４１に印加した回転角速度の大きさとに
比例するため、圧電セラミックス薄板４２に印加する励
振電圧の大きさを一定とすれば、圧電セラミックス薄板
４３に発生する電圧は、金属角柱４１の回転角速度に比
例した電圧となる。
セラミックス薄板４２により励振されている振動の大き
さと、金属角柱４１に印加した回転角速度の大きさとに
比例するため、圧電セラミックス薄板４２に印加する励
振電圧の大きさを一定とすれば、圧電セラミックス薄板
４３に発生する電圧は、金属角柱４１の回転角速度に比
例した電圧となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述した圧電振動ジャ
イロ用圧電振動子の場合、作製に際して屈曲振動モード
で励振が計られるように金属角柱に圧電セラミックス薄
板（圧電材薄板）を接着しているが、このときに接着状
態におけるばらつきの発生を抑制し難く、これに伴って
ジャイロ特性がばらつき易くなっている他、接着工程に
手間が掛かかることによってコスト高を招いてしまうと
いう問題がある上、圧電振動ジャイロとして組み立てを
行うときにも、その製造工程で電気回路（駆動・検出回
路）と圧電振動子の電極とのリード線による接続に際し
て接続状態におけるばらつきの発生を抑制し難いために
ジャイロ特性がばらつき易くなっている。従って、既存
の圧電振動ジャイロ用圧電振動子では、結果としてジャ
イロ特性がばらつき易くてコスト高な製品となってしま
う傾向がある。
イロ用圧電振動子の場合、作製に際して屈曲振動モード
で励振が計られるように金属角柱に圧電セラミックス薄
板（圧電材薄板）を接着しているが、このときに接着状
態におけるばらつきの発生を抑制し難く、これに伴って
ジャイロ特性がばらつき易くなっている他、接着工程に
手間が掛かかることによってコスト高を招いてしまうと
いう問題がある上、圧電振動ジャイロとして組み立てを
行うときにも、その製造工程で電気回路（駆動・検出回
路）と圧電振動子の電極とのリード線による接続に際し
て接続状態におけるばらつきの発生を抑制し難いために
ジャイロ特性がばらつき易くなっている。従って、既存
の圧電振動ジャイロ用圧電振動子では、結果としてジャ
イロ特性がばらつき易くてコスト高な製品となってしま
う傾向がある。
【０００８】本発明は、このような問題点を解決すべく
なされるもので、その技術的課題は、構造が簡単で入出
力用の端子をリード線を用いないで接続することが可能
なユニモルフ構造の圧電振動子を含む圧電振動ジャイロ
を提供することにある。
なされるもので、その技術的課題は、構造が簡単で入出
力用の端子をリード線を用いないで接続することが可能
なユニモルフ構造の圧電振動子を含む圧電振動ジャイロ
を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、直交す
る屈曲振動の共振周波数がほぼ一致するように圧電体矩
形板と導体材料矩形板又は半導体材料矩形板とを固着
し、且つ該圧電体矩形板の表面に長さ方向に並行に２分
割された一対の帯状表面電極が設けられた柱状屈曲振動
体から成るユニモルフ構造の圧電振動ジャイロ用圧電振
動子であって、一対の帯状表面電極と導体材料矩形板又
は半導体材料矩形板との間に屈曲振動の共振周波数の交
流電圧を印加することで第１の屈曲振動を発生し、且つ
柱状屈曲振動体が圧電体矩形板の長さ方向の中心軸に平
行な任意の軸を中心に回転運動したときにコリオリ力に
より屈曲振動の中心軸と第１の屈曲振動方向とに直交す
る第２の屈曲振動を発生し、更に、第２の屈曲振動によ
る圧電効果に基づいて一対の帯状表面電極から出力電圧
を検出可能である圧電振動ジャイロ用圧電振動子が得ら
れる。
る屈曲振動の共振周波数がほぼ一致するように圧電体矩
形板と導体材料矩形板又は半導体材料矩形板とを固着
し、且つ該圧電体矩形板の表面に長さ方向に並行に２分
割された一対の帯状表面電極が設けられた柱状屈曲振動
体から成るユニモルフ構造の圧電振動ジャイロ用圧電振
動子であって、一対の帯状表面電極と導体材料矩形板又
は半導体材料矩形板との間に屈曲振動の共振周波数の交
流電圧を印加することで第１の屈曲振動を発生し、且つ
柱状屈曲振動体が圧電体矩形板の長さ方向の中心軸に平
行な任意の軸を中心に回転運動したときにコリオリ力に
より屈曲振動の中心軸と第１の屈曲振動方向とに直交す
る第２の屈曲振動を発生し、更に、第２の屈曲振動によ
る圧電効果に基づいて一対の帯状表面電極から出力電圧
を検出可能である圧電振動ジャイロ用圧電振動子が得ら
れる。
【００１０】又、本発明によれば、上記圧電振動ジャイ
ロ用圧電振動子において、半導体材料矩形板にはシリコ
ン単結晶体又はシリコン多結晶体が用いられた圧電振動
ジャイロ用圧電振動子が得られる。
ロ用圧電振動子において、半導体材料矩形板にはシリコ
ン単結晶体又はシリコン多結晶体が用いられた圧電振動
ジャイロ用圧電振動子が得られる。
【００１１】更に、本発明によれば、上記何れかの圧電
振動ジャイロ用圧電振動子を用いて柱状屈曲振動体の屈
曲振動の節点を支持片で支持すると共に、電気回路によ
り交流電圧を印加して成る圧電振動ジャイロであって、
支持片は、入出力電極兼用として一対の帯状表面電極に
それぞれ接続されるものと導体材料矩形板又は半導体材
料矩形板に接続されるものとを含む微細な複数の線状金
属片から成り、電気回路は、仮想接地機能を有して複数
の線状金属片のうちの一対の帯状表面電極にそれぞれ接
続されるものに１対１で接続されて入力電流に応じて出
力電圧をそれぞれ２系統で発生する一対の電流検出回路
と、一対の電流検出回路に１対１で接続されて２系統の
出力電圧をそれぞれ差動増幅した差動増幅出力電圧を２
系統で出力する一対の差動増幅回路と、２系統の差動増
幅出力電圧を検波してセンサ出力とする検波回路とを含
む圧電振動ジャイロが得られる。
振動ジャイロ用圧電振動子を用いて柱状屈曲振動体の屈
曲振動の節点を支持片で支持すると共に、電気回路によ
り交流電圧を印加して成る圧電振動ジャイロであって、
支持片は、入出力電極兼用として一対の帯状表面電極に
それぞれ接続されるものと導体材料矩形板又は半導体材
料矩形板に接続されるものとを含む微細な複数の線状金
属片から成り、電気回路は、仮想接地機能を有して複数
の線状金属片のうちの一対の帯状表面電極にそれぞれ接
続されるものに１対１で接続されて入力電流に応じて出
力電圧をそれぞれ２系統で発生する一対の電流検出回路
と、一対の電流検出回路に１対１で接続されて２系統の
出力電圧をそれぞれ差動増幅した差動増幅出力電圧を２
系統で出力する一対の差動増幅回路と、２系統の差動増
幅出力電圧を検波してセンサ出力とする検波回路とを含
む圧電振動ジャイロが得られる。
【００１２】加えて、本発明によれば、上記圧電振動ジ
ャイロにおいて、電気回路を成す電子部品及び該電子部
品用の接続パターンが配備された基板を含み、柱状屈曲
振動体は、基板上に配設した複数の線状金属片のうちの
導体材料矩形板又は半導体材料矩形板に接続されるもの
の上に配備され、複数の線状金属片は、それぞれ局部が
接続パターンの所定箇所に接続されると共に、一対の帯
状表面電極にそれぞれ接続されるものが導体材料矩形板
又は半導体材料矩形板に接続されるものと離間して架設
されて成る圧電振動ジャイロが得られる。
ャイロにおいて、電気回路を成す電子部品及び該電子部
品用の接続パターンが配備された基板を含み、柱状屈曲
振動体は、基板上に配設した複数の線状金属片のうちの
導体材料矩形板又は半導体材料矩形板に接続されるもの
の上に配備され、複数の線状金属片は、それぞれ局部が
接続パターンの所定箇所に接続されると共に、一対の帯
状表面電極にそれぞれ接続されるものが導体材料矩形板
又は半導体材料矩形板に接続されるものと離間して架設
されて成る圧電振動ジャイロが得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に実施例を挙げ、本発明の圧
電振動ジャイロについて、図面を参照して詳細に説明す
る。
電振動ジャイロについて、図面を参照して詳細に説明す
る。
【００１４】図１は、本発明の一実施例に係る圧電振動
ジャイロ用圧電振動子の基本構成を示した斜視図であ
る。この圧電振動子は、直交する屈曲振動の共振周波数
がほぼ一致するように圧電体矩形板としてのＰＺＴ系圧
電セラミック矩形板１１と導体材料矩形板としてのニッ
ケル矩形板１２とを圧着により固着し、且つＰＺＴ系圧
電セラミック矩形板１１の表面に長さ方向に並行に２分
割された一対の帯状表面電極１３，１４が設けられた柱
状屈曲振動体から成るユニモルフ構造となっている。こ
の柱状屈曲振動体では、一対の帯状表面電極１３，１４
とニッケル矩形板１２との間に屈曲振動の共振周波数の
交流電圧を印加することにより第１の屈曲振動を発生
し、且つ柱状屈曲振動体がＰＺＴ系圧電セラミック矩形
板１１の長さ方向の中心軸に平行な任意の軸を中心に回
転運動したときにコリオリ力により屈曲振動の中心軸と
第１の屈曲振動方向とに直交する第２の屈曲振動を発生
し、これにより第２の屈曲振動による圧電効果に基づい
て一対の帯状表面電極１３，１４から出力電圧を検出可
能になっている。
ジャイロ用圧電振動子の基本構成を示した斜視図であ
る。この圧電振動子は、直交する屈曲振動の共振周波数
がほぼ一致するように圧電体矩形板としてのＰＺＴ系圧
電セラミック矩形板１１と導体材料矩形板としてのニッ
ケル矩形板１２とを圧着により固着し、且つＰＺＴ系圧
電セラミック矩形板１１の表面に長さ方向に並行に２分
割された一対の帯状表面電極１３，１４が設けられた柱
状屈曲振動体から成るユニモルフ構造となっている。こ
の柱状屈曲振動体では、一対の帯状表面電極１３，１４
とニッケル矩形板１２との間に屈曲振動の共振周波数の
交流電圧を印加することにより第１の屈曲振動を発生
し、且つ柱状屈曲振動体がＰＺＴ系圧電セラミック矩形
板１１の長さ方向の中心軸に平行な任意の軸を中心に回
転運動したときにコリオリ力により屈曲振動の中心軸と
第１の屈曲振動方向とに直交する第２の屈曲振動を発生
し、これにより第２の屈曲振動による圧電効果に基づい
て一対の帯状表面電極１３，１４から出力電圧を検出可
能になっている。
【００１５】因みに、ここでの圧電振動子に関して、試
作する柱状屈曲振動体の寸法を幅１．５ｍｍ×高さ１．
２ｍｍ×長さ１６ｍｍとし、第１の屈曲振動を発生する
ための共振周波数を直交する２軸方向（ｘ軸方向及びｙ
軸方向）がほぼ等しい２３．５ｋＨｚとする場合を例示
できる。
作する柱状屈曲振動体の寸法を幅１．５ｍｍ×高さ１．
２ｍｍ×長さ１６ｍｍとし、第１の屈曲振動を発生する
ための共振周波数を直交する２軸方向（ｘ軸方向及びｙ
軸方向）がほぼ等しい２３．５ｋＨｚとする場合を例示
できる。
【００１６】図２は、このような圧電振動子を用いて圧
電振動ジャイロを作製する場合に圧電振動子に適用され
る電気回路（駆動・検出回路）の要部構成（検出回路）
を示したブロック図である。即ち、圧電振動子用の電気
回路は、ニッケル矩形板１２に接続された屈曲振動を励
振する交流電源を含むと共に、上述したように一対の帯
状表面電極１３，１４とニッケル矩形板１２との間に屈
曲振動の共振周波数の交流電圧を印加するための図示さ
れない通常通りの駆動回路を含むが、ここでの検出回路
は、一対の帯状表面電極１３，１４にそれぞれ１対１で
接続されて入力電流に応じて出力電圧をそれぞれ２系統
で発生する仮想接地機能を有する一対の電流検出回路２
１，２２と、これらの一対の電流検出回路２１，２２に
１対１で接続されて２系統の出力電圧をそれぞれ差動増
幅した差動増幅出力電圧を２系統で出力する一対の差動
増幅回路２３，２４と、これらの一対の差動増幅回路２
３，２４に接続されて２系統の差動増幅出力電圧を検波
してセンサ出力とする検波回路２５とから成っている。
尚、電流検出回路２１，２２は、機能的に入力インピー
ダンスがほぼ０であり、入力電流に比例した出力電圧を
得ることができるものである。
電振動ジャイロを作製する場合に圧電振動子に適用され
る電気回路（駆動・検出回路）の要部構成（検出回路）
を示したブロック図である。即ち、圧電振動子用の電気
回路は、ニッケル矩形板１２に接続された屈曲振動を励
振する交流電源を含むと共に、上述したように一対の帯
状表面電極１３，１４とニッケル矩形板１２との間に屈
曲振動の共振周波数の交流電圧を印加するための図示さ
れない通常通りの駆動回路を含むが、ここでの検出回路
は、一対の帯状表面電極１３，１４にそれぞれ１対１で
接続されて入力電流に応じて出力電圧をそれぞれ２系統
で発生する仮想接地機能を有する一対の電流検出回路２
１，２２と、これらの一対の電流検出回路２１，２２に
１対１で接続されて２系統の出力電圧をそれぞれ差動増
幅した差動増幅出力電圧を２系統で出力する一対の差動
増幅回路２３，２４と、これらの一対の差動増幅回路２
３，２４に接続されて２系統の差動増幅出力電圧を検波
してセンサ出力とする検波回路２５とから成っている。
尚、電流検出回路２１，２２は、機能的に入力インピー
ダンスがほぼ０であり、入力電流に比例した出力電圧を
得ることができるものである。
【００１７】図３は、上述した圧電振動子に対する電極
接続並びに支持を行って作製した圧電振動ジャイロ要部
の振動の節点近傍における側面断面図である。ここでは
圧電振動子を成す柱状屈曲振動体に対してその屈曲振動
の節点を支持片で支持した上で電気回路を接続した構成
を得るべく、電気回路を成す電子部品及びその電子部品
用の接続パターンが配備された基板３１（但し、電子部
品及び接続パターンは略図している）を用いると共に、
支持片を入出力電極兼用として一対の帯状表面電極１
３，１４にそれぞれ接続される線状金属片３３，３４か
ら成るもの、並びにニッケル矩形板１２に接続される線
状金属片３２から成るものを用いるものとし、基板３１
上に配設した線状金属片３２上に柱状屈曲振動体を配備
した上で線状金属片３３，３４を線状金属片３２と離間
して架設するようにし、この状態で各線状金属片３２，
３３，３４のそれぞれの局部が接続パターンの所定箇所
に接続されるように構成している。
接続並びに支持を行って作製した圧電振動ジャイロ要部
の振動の節点近傍における側面断面図である。ここでは
圧電振動子を成す柱状屈曲振動体に対してその屈曲振動
の節点を支持片で支持した上で電気回路を接続した構成
を得るべく、電気回路を成す電子部品及びその電子部品
用の接続パターンが配備された基板３１（但し、電子部
品及び接続パターンは略図している）を用いると共に、
支持片を入出力電極兼用として一対の帯状表面電極１
３，１４にそれぞれ接続される線状金属片３３，３４か
ら成るもの、並びにニッケル矩形板１２に接続される線
状金属片３２から成るものを用いるものとし、基板３１
上に配設した線状金属片３２上に柱状屈曲振動体を配備
した上で線状金属片３３，３４を線状金属片３２と離間
して架設するようにし、この状態で各線状金属片３２，
３３，３４のそれぞれの局部が接続パターンの所定箇所
に接続されるように構成している。
【００１８】こうした構成により、上述した図２で説明
した検出回路における仮想接地機能を有する一対の電流
検出回路２１，２２は、一対の帯状表面電極１３，１４
にそれぞれ接続される線状金属片３３，３４に１対１で
接続される構成、即ち、換言すれば線状金属片３３，３
４を介して一対の帯状表面電極１３，１４にそれぞれ接
続される構成となる。因みに、各線状金属片３２，３
３，３４としては、銅製金属薄板を用いて寸法を幅０．
２ｍｍ，厚さ０．１５ｍｍとする場合を例示できる。
した検出回路における仮想接地機能を有する一対の電流
検出回路２１，２２は、一対の帯状表面電極１３，１４
にそれぞれ接続される線状金属片３３，３４に１対１で
接続される構成、即ち、換言すれば線状金属片３３，３
４を介して一対の帯状表面電極１３，１４にそれぞれ接
続される構成となる。因みに、各線状金属片３２，３
３，３４としては、銅製金属薄板を用いて寸法を幅０．
２ｍｍ，厚さ０．１５ｍｍとする場合を例示できる。
【００１９】ところで、上述した柱状屈曲振動体は、導
体材料矩形板としてニッケル矩形板１２を用いるものと
したが、これに代えてシリコン単結晶体やシリコン多結
晶体による半導体材料矩形板を用いてその他の部分を同
様な構成にしても同等な機能が得られる。即ち、圧電体
矩形板としてのＰＺＴ系圧電セラミック矩形板１１と半
導体材料矩形板としてのシリコン矩形板とを圧着して固
着した柱状屈曲振動体は、他の実施例に係る圧電振動ジ
ャイロ用圧電振動子とみなすことができる。
体材料矩形板としてニッケル矩形板１２を用いるものと
したが、これに代えてシリコン単結晶体やシリコン多結
晶体による半導体材料矩形板を用いてその他の部分を同
様な構成にしても同等な機能が得られる。即ち、圧電体
矩形板としてのＰＺＴ系圧電セラミック矩形板１１と半
導体材料矩形板としてのシリコン矩形板とを圧着して固
着した柱状屈曲振動体は、他の実施例に係る圧電振動ジ
ャイロ用圧電振動子とみなすことができる。
【００２０】そこで、一実施例に係る圧電振動子並びに
他の実施例に係る圧電振動子と図４に示した従来の圧電
振動子とを用いてそれぞれ作製した圧電振動ジャイロを
順に実施例−１，実施例−２，比較例としてそれらのジ
ャイロ特性を比較して調べたたところ、表１に示すよう
な結果となった。
他の実施例に係る圧電振動子と図４に示した従来の圧電
振動子とを用いてそれぞれ作製した圧電振動ジャイロを
順に実施例−１，実施例−２，比較例としてそれらのジ
ャイロ特性を比較して調べたたところ、表１に示すよう
な結果となった。
【００２１】
【表１】
【００２２】表１からは、各実施例の圧電振動ジャイロ
の性能は、従来構造の性能に比べて何ら遜色が無く基本
性能が保持されていることが判る。これにより、各実施
例の圧電振動ジャイロは、従来構造に比べて構造的に簡
単になって入出力用の端子をリード線を用いないで接続
することが可能なユニモルフ構造である分、圧電振動子
の作製や圧電振動ジャイロの製造に際してジャイロ特性
のばらつきを抑制できることを示している。特に、実施
例−２の場合、半導体材料矩形板の熱膨張係数が圧電体
矩形板（ＰＺＴ系圧電セラミック矩形板１１）の熱膨張
係数とほぼ等しくなり、圧電体矩形板及び半導体材料矩
形板を固着して柱状屈曲振動体を作製するときの変形を
防止できるので、感度が良好でジャイロ特性のばらつき
が小さな圧電振動ジャイロを製造できる。
の性能は、従来構造の性能に比べて何ら遜色が無く基本
性能が保持されていることが判る。これにより、各実施
例の圧電振動ジャイロは、従来構造に比べて構造的に簡
単になって入出力用の端子をリード線を用いないで接続
することが可能なユニモルフ構造である分、圧電振動子
の作製や圧電振動ジャイロの製造に際してジャイロ特性
のばらつきを抑制できることを示している。特に、実施
例−２の場合、半導体材料矩形板の熱膨張係数が圧電体
矩形板（ＰＺＴ系圧電セラミック矩形板１１）の熱膨張
係数とほぼ等しくなり、圧電体矩形板及び半導体材料矩
形板を固着して柱状屈曲振動体を作製するときの変形を
防止できるので、感度が良好でジャイロ特性のばらつき
が小さな圧電振動ジャイロを製造できる。
【００２３】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明の圧電振動
ジャイロによれば、既存の金属角柱上に設けた圧電セラ
ミックス薄板に対するリード線の接続を要する構造の圧
電振動子を改良し、直交する屈曲振動の共振周波数がほ
ぼ一致するように圧電体矩形板と導体材料矩形板又は半
導体材料矩形板とを固着し、且つ圧電体矩形板の表面に
長さ方向に並行に２分割された一対の帯状表面電極が設
けられた柱状屈曲振動体から成るユニモルフ構造の圧電
振動子とした上、一対の帯状表面電極と導体材料矩形板
又は半導体材料矩形板との間に屈曲振動の共振周波数の
交流電圧を印加することで第１の屈曲振動を発生し、且
つ柱状屈曲振動体が圧電体矩形板の長さ方向の中心軸に
平行な任意の軸を中心に回転運動したときにコリオリ力
により屈曲振動の中心軸と第１の屈曲振動方向とに直交
する第２の屈曲振動を発生し、更に、第２の屈曲振動に
よる圧電効果に基づいて一対の帯状表面電極から出力電
圧を検出可能な構成とすると共に、柱状屈曲振動体の屈
曲振動の節点を支持する支持片を入出力電極兼用として
一対の帯状表面電極にそれぞれ接続されるものと導体材
料矩形板又は半導体材料矩形板に接続されるものとを含
む微細な複数の線状金属片から成るものとして電気回路
の接続パターンに接続される構成としているので、構造
が簡単であって、入出力用の端子をリード線を用いない
で接続することが可能であると共に、支持固定によるジ
ャイロ特性への影響が殆ど無く、小形で高性能な圧電振
動ジャイロを低コストでジャイロ特性のばらつきを抑制
した上で量産できるようになる。
ジャイロによれば、既存の金属角柱上に設けた圧電セラ
ミックス薄板に対するリード線の接続を要する構造の圧
電振動子を改良し、直交する屈曲振動の共振周波数がほ
ぼ一致するように圧電体矩形板と導体材料矩形板又は半
導体材料矩形板とを固着し、且つ圧電体矩形板の表面に
長さ方向に並行に２分割された一対の帯状表面電極が設
けられた柱状屈曲振動体から成るユニモルフ構造の圧電
振動子とした上、一対の帯状表面電極と導体材料矩形板
又は半導体材料矩形板との間に屈曲振動の共振周波数の
交流電圧を印加することで第１の屈曲振動を発生し、且
つ柱状屈曲振動体が圧電体矩形板の長さ方向の中心軸に
平行な任意の軸を中心に回転運動したときにコリオリ力
により屈曲振動の中心軸と第１の屈曲振動方向とに直交
する第２の屈曲振動を発生し、更に、第２の屈曲振動に
よる圧電効果に基づいて一対の帯状表面電極から出力電
圧を検出可能な構成とすると共に、柱状屈曲振動体の屈
曲振動の節点を支持する支持片を入出力電極兼用として
一対の帯状表面電極にそれぞれ接続されるものと導体材
料矩形板又は半導体材料矩形板に接続されるものとを含
む微細な複数の線状金属片から成るものとして電気回路
の接続パターンに接続される構成としているので、構造
が簡単であって、入出力用の端子をリード線を用いない
で接続することが可能であると共に、支持固定によるジ
ャイロ特性への影響が殆ど無く、小形で高性能な圧電振
動ジャイロを低コストでジャイロ特性のばらつきを抑制
した上で量産できるようになる。
【図１】本発明の一実施例に係る圧電振動ジャイロ用圧
電振動子の基本構成を示した斜視図である。
電振動子の基本構成を示した斜視図である。
【図２】図１に示す圧電振動子に適用される電気回路の
要部構成を示したブロック図である。
要部構成を示したブロック図である。
【図３】図１に示す圧電振動子に対する電極接続並びに
支持を行って作製した圧電振動ジャイロ要部の振動の節
点近傍における側面断面図である。
支持を行って作製した圧電振動ジャイロ要部の振動の節
点近傍における側面断面図である。
【図４】従来の圧電振動ジャイロの要部である圧電振動
ジャイロ用圧電振動子の基本構成を示した斜視図であ
る。
ジャイロ用圧電振動子の基本構成を示した斜視図であ
る。
１１ ＰＺＴ系圧電セラミック矩形板 １２ ニッケル矩形板 １３，１４ 帯状電極 ２１，２２ 電流検出回路 ２３，２４ 差動増幅回路 ２５ 検波回路 ３１ 基板 ３２，３３，３４ 線状金属片 ４１ 金属角柱 ４２，４３ 圧電セラミックス薄板 ４４，４５ リード線 ５０ 圧電振動子
Claims (4)
- 【請求項１】 直交する屈曲振動の共振周波数がほぼ一
致するように圧電体矩形板と導体材料矩形板又は半導体
材料矩形板とを固着し、且つ該圧電体矩形板の表面に長
さ方向に並行に２分割された一対の帯状表面電極が設け
られた柱状屈曲振動体から成るユニモルフ構造の圧電振
動ジャイロ用圧電振動子であって、前記一対の帯状表面
電極と前記導体材料矩形板又は前記半導体材料矩形板と
の間に屈曲振動の共振周波数の交流電圧を印加すること
で第１の屈曲振動を発生し、且つ前記柱状屈曲振動体が
前記圧電体矩形板の長さ方向の中心軸に平行な任意の軸
を中心に回転運動したときにコリオリ力により前記屈曲
振動の中心軸と前記第１の屈曲振動方向とに直交する第
２の屈曲振動を発生し、更に、前記第２の屈曲振動によ
る圧電効果に基づいて前記一対の帯状表面電極から出力
電圧を検出可能であることを特徴とする圧電振動ジャイ
ロ用圧電振動子。 - 【請求項２】 請求項１記載の圧電振動ジャイロ用圧電
振動子において、前記半導体材料矩形板にはシリコン単
結晶体又はシリコン多結晶体が用いられたことを特徴と
する圧電振動ジャイロ用圧電振動子。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載の圧電振動ジャイ
ロ用圧電振動子を用いて前記柱状屈曲振動体の屈曲振動
の節点を支持片で支持すると共に、電気回路により前記
交流電圧を印加して成る圧電振動ジャイロであって、前
記支持片は、入出力電極兼用として前記一対の帯状表面
電極にそれぞれ接続されるものと前記導体材料矩形板又
は前記半導体材料矩形板に接続されるものとを含む微細
な複数の線状金属片から成り、前記電気回路は、仮想接
地機能を有して前記複数の線状金属片のうちの前記一対
の帯状表面電極にそれぞれ接続されるものに１対１で接
続されて入力電流に応じて前記出力電圧をそれぞれ２系
統で発生する一対の電流検出回路と、前記一対の電流検
出回路に１対１で接続されて前記２系統の出力電圧をそ
れぞれ差動増幅した差動増幅出力電圧を２系統で出力す
る一対の差動増幅回路と、前記２系統の差動増幅出力電
圧を検波してセンサ出力とする検波回路とを含むことを
特徴とする圧電振動ジャイロ。 - 【請求項４】 請求項３記載の圧電振動ジャイロにおい
て、前記電気回路を成す電子部品及び該電子部品用の接
続パターンが配備された基板を含み、前記柱状屈曲振動
体は、前記基板上に配設した前記複数の線状金属片のう
ちの前記導体材料矩形板又は前記半導体材料矩形板に接
続されるものの上に配備され、前記複数の線状金属片
は、それぞれ局部が前記接続パターンの所定箇所に接続
されると共に、前記一対の帯状表面電極にそれぞれ接続
されるものが前記導体材料矩形板又は前記半導体材料矩
形板に接続されるものと離間して架設されて成ることを
特徴とする圧電振動ジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11047117A JP2000241167A (ja) | 1999-02-24 | 1999-02-24 | 圧電振動ジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11047117A JP2000241167A (ja) | 1999-02-24 | 1999-02-24 | 圧電振動ジャイロ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000241167A true JP2000241167A (ja) | 2000-09-08 |
Family
ID=12766236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11047117A Withdrawn JP2000241167A (ja) | 1999-02-24 | 1999-02-24 | 圧電振動ジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000241167A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7111512B2 (en) * | 2003-10-10 | 2006-09-26 | Sony Corporation | Angular rate sensor |
| CN113885072A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-01-04 | 河北华通线缆集团股份有限公司 | 一种嵌入式固体电缆检波器及其制作工艺 |
-
1999
- 1999-02-24 JP JP11047117A patent/JP2000241167A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7111512B2 (en) * | 2003-10-10 | 2006-09-26 | Sony Corporation | Angular rate sensor |
| CN113885072A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-01-04 | 河北华通线缆集团股份有限公司 | 一种嵌入式固体电缆检波器及其制作工艺 |
| CN113885072B (zh) * | 2021-10-18 | 2023-10-24 | 河北华通线缆集团股份有限公司 | 一种嵌入式固体电缆检波器及其制作工艺 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051214 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20080122 |