JP2000249555A - 振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １つの素子で２つの向きに対する角速度を検
出することができる振動ジャイロを得る。 【解決手段】 振動ジャイロ１０は、外枠部材１２、振
動用アーム１４ａ〜１４ｄおよび重り用アーム１６ａ〜
１６ｄを含む。これらは、互いに逆向きの厚み方向に分
極された圧電体基板１８，２０を接合することにより形
成される。振動用アーム１４ａ〜１４ｄは、外枠部材１
２の内側に向かって形成されるとともに、それぞれが放
射状に配置され、隣接するものが互いに直交するように
形成される。振動用アーム１４ａ〜１４ｄの一方面上に
は、分割された電極２４ａ，２４ｂ，２６ａ，２６ｂ，
２８ａ，２８ｂ，３０ａ，３０ｂが形成され、他方面上
には全面電極３２が形成される。これらの電極と圧電体
基板とで、励振検出手段を構成する。

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に関
し、特にたとえば、カメラの手振れ防止用として角速度
を検出するために用いられる振動ジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来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１は、たとえば正３角柱
上の振動体２を含む。振動体２の３つの側面には、それ
ぞれ圧電素子３ａ，３ｂ，３ｃが形成される。この振動
ジャイロ１を使用するために、たとえば図８に示すよう
に、圧電素子３ａ，３ｂと圧電素子３ｃとの間に発振回
路４が接続される。さらに、圧電素子３ａ，３ｂは、検
出回路５に接続される。検出回路５は、差動回路、同期
検波回路、平滑回路および直流増幅回路などを含む。

【０００３】この振動ジャイロ１では、圧電素子３ｃの
出力信号が発振回路４に帰還される。発振回路４におい
ては、帰還された信号が増幅され、さらに位相調整され
て励振信号が形成される。このようにして得られた励振
信号が、圧電素子３ａ，３ｂに与えられる。それによっ
て、振動体２は、圧電素子３ｃ形成面に直交する向きに
屈曲振動する。この状態においては、圧電素子３ａ，３
ｂの屈曲状態が同じであり、その出力信号も同じであ
る。そのため、検出回路５の差動回路からは信号が出力
されない。振動体２が屈曲振動している状態で、振動体
２の軸を中心として回転すると、コリオリ力によって振
動体２の振動方向が変わる。そのため、圧電素子３ａ，
３ｂから出力される信号に差が生じ、差動回路から信号
が出力される。この信号が同期検波回路で検波され、平
滑回路で平滑されて、直流増幅回路で増幅される。した
がって、検出回路５の出力信号を測定することにより、
回転角速度を検出することができる。

【０００４】また、振動ジャイロ１としては、図９に示
すように、２つの圧電体基板６ａ，６ｂを接合させて振
動体２を作製してもよい。これらの圧電体基板６ａ，６
ｂは、図９の矢印に示すように、互いに逆向きに分極さ
れている。この場合、振動体２の一方面側において、長
手方向に延びる２つの電極７ａ，７ｂが形成され、振動
体の他方面側の全面に電極８が形成される。このような
振動ジャイロ１においても、図８に示す回路で、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、これら
の振動ジャイロでは、振動体の軸を中心とした角速度が
検出できるのみであり、１つの向きに対する角速度だけ
しか検出することができなかった。そのため、２つの向
きに対する角速度を検出しようとすれば、２つの振動ジ
ャイロを使用する必要があり、これらの振動ジャイロを
励振するために２つの発振回路が必要となる。このよう
な発振回路は高価であり、複数の向きに対する角速度を
検出するためのコストが高くなる。

【０００６】それゆえに、この発明の主たる目的は、１
つの素子で２つの向きに対する角速度を検出することが
できる振動ジャイロ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、外枠部材
と、同一平面上において隣接するものが互いに直交する
ようにして外枠部材から内側に向かって形成され、それ
ぞれが放射状に配置される４つの振動用アームと、振動
用アームの間において外枠部材から内側に向かって形成
され、それぞれが放射状に配置される４つの重り用アー
ムと、振動用アームを前記同一平面上で屈曲振動させる
とともに、振動用アームの振動によって生じる信号を出
力させるための励振検出手段とを含む、振動ジャイロで
ある。このような振動ジャイロにおいて、振動用アーム
および重り用アームを圧電体基板で形成し、振動用アー
ム上に電極を形成することにより電極と圧電体基板とで
励振検出手段を形成することができる。

【０００８】励振検出手段によって４つの振動用アーム
が、外枠部材の内側において、それらの配置された平面
上で屈曲振動する。このとき、隣接する振動用アームは
互いに直交するようして放射上に配置されているため、
振動用アームの振動によって全体として回転する向きに
力が働く。しかしながら、振動用アームの間に重り用ア
ームが形成されているため、振動用アームの振動による
回転力が相殺される向きに力が働くように、振動用アー
ムの振動方向と逆向きに重り用アームが振動する。振動
用アームの軸を中心として回転すると、コリオリ力によ
って振動用アームの振動方向が変わり、励振検出手段か
らコリオリ力に対応した信号が出力される。ここで、４
つの振動用アームが直交するように配置されているた
め、直交する２つの向きに対する角速度に対応した信号
を得ることができる。ここで、励振検出手段は、圧電体
基板で形成される振動用アームと、この圧電体基板に形
成された電極とで構成される。

【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、たと
えば中央部に貫通孔が形成された４角形状の外枠部材１
２を含む。外枠部材１２の４つの辺の中央部から内側に
向かって、４つの振動用アーム１４ａ，１４ｂ，１４
ｃ，１４ｄが形成される。振動用アーム１４ａ〜１４ｄ
は、それぞれ直方体状に形成され、隣接するものが互い
に直交するように配置される。さらに、４つの振動用ア
ーム１４ａ〜１４ｄの間には、正方形の平面形状を有す
る重り用アーム１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが形成
される。重り用アーム１６ａ〜１６ｄも、外枠部材１２
の内側に向かって形成され、それぞれが放射状に配置さ
れる。これらの振動用アーム１４ａ〜１４ｄおよび重り
用アーム１６ａ〜１６ｄは、圧電体で形成され、外枠部
材１２も同じ材料で形成されることが好ましい。

【００１１】振動用アーム１４ａ〜１４ｄおよび重り用
アーム１６ａ〜１６ｄは、たとえば２枚の圧電体基板１
８，２０を接合することによって形成される。これらの
圧電体基板１８，２０は、図１の矢印に示すように、た
とえば対向面側から接合面側に向かって分極される。圧
電体基板１８上には、たとえば全面に電極が形成され、
振動用アーム１４ａ〜１４ｄ上においては、溝２２によ
って電極が分割される。

【００１２】溝２２は、振動用アーム１４ａ〜１４ｄの
それぞれの幅方向の中央部において、電極を分割するよ
うに形成される。このようにして、振動用アーム１４ａ
に電極２４ａ，２４ｂが形成され、振動用アーム１４ｂ
に電極２６ａ，２６ｂが形成され、振動用アーム１４ｃ
に電極２８ａ，２８ｂが形成され、振動用アーム１４ｄ
に電極３０ａ，３０ｂが形成される。そして、これらの
電極２４ａ，２４ｂ，２６ａ，２６ｂ，２８ａ，２８
ｂ，３０ａ，３０ｂが、信号入出力用として用いられ
る。さらに、振動用アーム１４ａ〜１４ｄおよび重り用
アーム１６ａ〜１６ｄを構成する圧電体基板２０上の全
面には、電極３２が形成される。このような振動用アー
ム１４ａ〜１４ｄを形成する圧電体基板と電極とによっ
て、励振検出手段が構成される。なお、後述のような製
造方法を採用することにより、重り用アーム１６ａ〜１
６ｄの両面にも電極が形成されているが、この電極は振
動ジャイロ１０の動作には関係のないものである。

【００１３】このような振動ジャイロ１０を作製するに
は、たとえば図２に示すように、２枚の圧電体基板１
８，２０を接合し、両面に電極を形成した原板３４が準
備される。そして、原板３４と同じ外形寸法を有する外
枠部材１２上に、原板３４が接着される。さらに、ダイ
サーなどで、原板３４の辺に平行となるようにして、原
板３４に直交する切れ込みが形成される。これらの切れ
込みによって、原板３４の中心部分が取り除かれるとと
もに、振動用アーム１４ａ〜１４ｄおよび重り用アーム
１６ａ〜１６ｄが形成される。そして、切れ込みが形成
された個々の振動用アーム１４ａ〜１４ｄの一方面上の
電極に溝２２を形成することにより、振動ジャイロ１０
が作製される。なお、エッチングなどによって振動用ア
ーム１４ａ〜１４ｄ上の電極を分割してもよいが、この
場合、重り用アーム１６ａ〜１６ｄ上の電極が形成され
る必要がないため、同時に重り用アーム１６ａ〜１６ｄ
上の電極を除去してもよい。

【００１４】この振動ジャイロ１０を使用するために、
図３に示すような回路が用いられる。なお、図３におい
ては、接続関係をわかりやすくするために、振動用アー
ム１４ａ〜１４ｄの電極２４ａ，２４ｂ，２６ａ，２６
ｂ，２８ａ，２８ｂ，３０ａ，３０ｂを並べて示してあ
る。振動用アーム１４ａ〜１４ｄを構成する圧電体基板
２０上に形成された全面電極３２は、基準電位に接続さ
れる。この場合、たとえば外枠部材１２の全面または上
面に電極を形成し、外枠部材１２の電極に振動用アーム
１４ａ〜１４ｄの全面電極３２を接続することができ
る。そして、外枠部材１２に形成された電極を基準電位
に接続することにより、振動用アーム１４ａ〜１４ｄの
全面電極３２を基準電位に接続することができる。

【００１５】さらに、振動用アーム１４ａ〜１４ｄの電
極２４ｂ，２６ｂ，２８ｂ，３０ｂには、それぞれ抵抗
３６，３８，４０，４２が接続される。これらの抵抗３
６，３８，４０，４２と電極２４ａ，２６ａ，２８ａ，
３０ａとの間には、発振回路５０が接続される。さら
に、振動用アーム１４ａ，１４ｃの電極２４ｂ，２８ｂ
は、差動回路５２に接続され、差動回路５２は同期検波
回路５４に接続される。さらに、同期検波回路５４は平
滑回路５６に接続され、平滑回路５６は直流増幅回路５
８に接続される。同様に、振動用アーム１４ｂ，１４ｄ
の電極２６ｂ，３０ｂは、差動回路６０に接続され、差
動回路６０は同期検波回路６２に接続される。さらに、
同期検波回路６２は平滑回路６４に接続され、平滑回路
６４は直流増幅回路６６に接続される。

【００１６】振動用アーム１４ａ〜１４ｄの電極２４
ａ，２６ａ，２８ａ，３０ａからの出力信号は、発振回
路５０に帰還される。帰還された信号は、発振回路５０
で増幅され、さらに位相調整されて励振信号が形成され
る。この励振信号が、振動用アーム１４ａ〜１４ｄの電
極２４ｂ，２６ｂ，２８ｂ，３０ｂに与えられる。それ
によって、振動用アーム１４ａ〜１４ｄは、図４の実線
および点線の矢印に示すように、外枠部材１２の内側の
同一平面上において屈曲振動する。このとき、振動用ア
ーム１４ａ〜１４ｄは、同じ回転方向となるように振動
するため、振動ジャイロ１０には回転する向きに力が働
く。しかしながら、振動用アーム１４ａ〜１４ｄの振動
による回転力を相殺するような向きに、重り用アーム１
６ａ〜１６ｄが振動し、振動ジャイロ１０全体として
は、回転力が働かない。

【００１７】このとき、振動用アーム１４ａ〜１４ｄの
屈曲状態は同じであるため、電極２４ｂ，２６ｂ，２８
ｂ，３０ｂから出力される信号は同じである。そのた
め、差動回路５２，６０からは、信号が出力されない。
したがって、振動ジャイロ１０に角速度が加わっていな
いことがわかる。このような振動状態において、振動用
アーム１４ａおよび振動用アーム１４ｃを通る軸を中心
として回転すると、図５に示すように、振動用アーム１
４ａ，１４ｃの振動方向と直交する向きにコリオリ力が
働く。このとき、他の振動用アーム１４ｂ，１４ｄには
コリオリ力は働かないため、これらの振動用アーム１４
ｂ，１４ｄの振動方向は変化しない。

【００１８】振動用アーム１４ａ，１４ｃには、図５の
実線および点線の矢印に示すように、それぞれ逆向きの
コリオリ力が働く。そのため、振動用アーム１４ａ，１
４ｃは逆向きに変位し、その変位に対応した信号が電極
２４ｂ，２８ｂから出力される。したがって、電極２４
ｂ，２８ｂから出力される信号には、コリオリ力に対応
した逆極性の信号が含まれる。このような信号が差動回
路５２に入力されることにより、差動回路５２からは、
コリオリ力に対応した大きい信号が出力される。

【００１９】差動回路５２の出力信号は、同期検波回路
５４において、発振回路５０の信号に同期して検波され
る。それにより、差動回路５２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。検波された信号は平滑回路５６で平滑
され、さらに直流増幅回路５８で増幅される。差動回路
５２の出力信号はコリオリ力に対応したレベルを有して
いるため、直流増幅回路５８の出力信号のレベルもコリ
オリ力に対応しており、直流増幅回路５８の出力信号レ
ベルから角速度の大きさを検出することができる。さら
に、角速度センサ１０に加わる角速度の方向が逆の場
合、同期検波回路５４で検波される信号の極性が逆とな
る。そのため、直流増幅回路５８の出力信号の極性も逆
となり、直流増幅回路５８の出力信号の極性によって、
角速度の向きを検出することができる。

【００２０】また、振動用アーム１４ｂおよび振動用ア
ーム１４ｄを通る軸を中心として回転すると、振動用ア
ーム１４ａ，１４ｃを通る軸を中心として回転したとき
と同様にして、振動用アーム１４ｂ，１４ｄにコリオリ
力が働く。このとき、振動用アーム１４ａ，１４ｃには
コリオリ力が働かない。したがって、差動回路６０，同
期検波回路６２，平滑回路６４および直流増幅回路６６
によって、振動用アーム１４ｂ，１４ｄを通る軸を中心
とした角速度を検出することができる。

【００２１】このように、この振動ジャイロ１０では、
直交する２つの軸を中心とした角速度を検出することが
できる。しかも、振動用アーム１４ａ〜１４ｄに基本振
動を励振するために、１つの発振回路５０を用いるだけ
でよく、発振回路を２つ用いる従来の方法に比べてコス
トダウンを図ることができる。

【００２２】なお、外枠部材１２上に接着した原板３４
の切断方向を外枠部材１２の対角線方向にすることによ
り、図６に示すように、振動用アーム１４ａ〜１４ｄの
長さを長くすることができる。このように、振動用アー
ム１４ａ〜１４ｄの長さを長くすることにより、振動用
アーム１４ａ〜１４ｄの振幅を大きくすることができ、
コリオリ力に対応する信号も大きくすることができる。
したがって、角速度の検出感度を高めることができる。

【００２３】

【発明の効果】この発明によれば、１つの振動ジャイロ
で２つの方向の軸を中心とした角速度を検出することが
できる。さらに、１つの発振回路で振動ジャイロを励振
することができ、従来のような２つの振動ジャイロを用
いる方法に比べて、コストダウンを図ることができる。

【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を製造する方法を示す
図解図である。

【図３】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４】図１に示す振動ジャイロが基本振動をしている
ときの動きをＦＥＭ解析した図解図である。

【図５】図１に示す振動ジャイロに角速度が加わったと
きの動きをＦＥＭ解析した図解図である。

【図６】この発明の振動ジャイロの他の例を示す平面図
である。

【図７】従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図であ
る。

【図８】図７に示す従来の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】従来の振動ジャイロの他の例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１０ 振動ジャイロ １２ 外枠部材 １４ａ〜１４ｄ 振動用アーム １６ａ〜１６ｄ 重り用アーム １８，２０ 圧電体基板 ２４ａ，２４ｂ 電極 ２６ａ，２６ｂ 電極 ２８ａ，２８ｂ 電極 ３０ａ，３０ｂ 電極 ３２ 電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外枠部材、 同一平面上において隣接するものが互いに直交するよう
   にして前記外枠部材から内側に向かって形成され、それ
   ぞれが放射状に配置される４つの振動用アーム、 前記振動用アームの間において前記外枠部材から内側に
   向かって形成され、それぞれが放射状に配置される４つ
   の重り用アーム、および前記振動用アームを前記同一平
   面上で屈曲振動させるとともに、前記振動用アームの振
   動によって生じる信号を出力させるための励振検出手段
   を含む、振動ジャイロ。
2. 【請求項２】 前記振動用アームおよび前記重り用アー
   ムは圧電体基板で形成され、前記振動用アーム上に電極
   を形成することにより前記電極と前記圧電体基板とで前
   記励振検出手段が形成される、請求項１に記載の振動ジ
   ャイロ。