JP2624432B2 - 振動ジャイロ用振動子 - Google Patents
振動ジャイロ用振動子Info
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- JP2624432B2 JP2624432B2 JP4339060A JP33906092A JP2624432B2 JP 2624432 B2 JP2624432 B2 JP 2624432B2 JP 4339060 A JP4339060 A JP 4339060A JP 33906092 A JP33906092 A JP 33906092A JP 2624432 B2 JP2624432 B2 JP 2624432B2
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- JP
- Japan
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- vibrator
- vibration
- vibrating body
- piezoelectric elements
- vibrating
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、角速度の検出に用い
る振動ジャイロ用の振動子に関し、特に、周囲温度の変
化に対しても、常に安定した振動姿勢の維持を可能なら
しめるものである。
る振動ジャイロ用の振動子に関し、特に、周囲温度の変
化に対しても、常に安定した振動姿勢の維持を可能なら
しめるものである。
【０００２】
【従来の技術】従来既知の振動ジャイロとしては、図４
に例示するものがあり、ここでは、四角柱形状をなす振
動体１の一側面1aに第１の圧電素子2aを、そして、その
側面1aに隣接する他の側面1bに第２の圧電素子2bをそれ
ぞれ貼着することによって振動子３を構成している。
に例示するものがあり、ここでは、四角柱形状をなす振
動体１の一側面1aに第１の圧電素子2aを、そして、その
側面1aに隣接する他の側面1bに第２の圧電素子2bをそれ
ぞれ貼着することによって振動子３を構成している。
【０００３】そして、このような振動子３を用いた振動
ジャイロでは、圧電素子2a, 2bのそれぞれを、それぞれ
のインピーダンス素子Ｚ1,Ｚ2 を介して駆動装置４の出
力側に接続するとともに、その駆動装置４の出力側をま
た、他のインピーダンス素子Ｚ3 を介して容量素子Ｃに
も接続して、それらの圧電素子2a, 2bおよび容量素子Ｃ
のそれぞれに、駆動装置４から交流電圧を同時に印加可
能ならしめている。
ジャイロでは、圧電素子2a, 2bのそれぞれを、それぞれ
のインピーダンス素子Ｚ1,Ｚ2 を介して駆動装置４の出
力側に接続するとともに、その駆動装置４の出力側をま
た、他のインピーダンス素子Ｚ3 を介して容量素子Ｃに
も接続して、それらの圧電素子2a, 2bおよび容量素子Ｃ
のそれぞれに、駆動装置４から交流電圧を同時に印加可
能ならしめている。
【０００４】またここでは、インピーダンス素子Ｚ1,Ｚ
2 と、圧電素子2a, 2bとのそれぞれの接続点5a, 5bを、
加算器６の入力端子に接続するとともに、この加算器６
の出力端子および、インピーダンス素子Ｚ3 と容量素子
Ｃとの接続点5cを差動増幅器７の入力端子に接続して、
その差動増幅器７から差動出力が駆動装置４に帰還され
るよう構成されており、さらに、インピーダンス素子Ｚ
1,Ｚ2 と圧電素子2a,2bとの接続点5a, 5bは、他の差動
増幅器８の入力端子にも接続され、そこからの差動出力
が同期検波器９で検波された後、図示しない平滑回路で
平滑化されて、角速度検出信号として取り出せるよう構
成されている。なお、同期検波器９には、駆動装置４か
らの出力も供給されている。
2 と、圧電素子2a, 2bとのそれぞれの接続点5a, 5bを、
加算器６の入力端子に接続するとともに、この加算器６
の出力端子および、インピーダンス素子Ｚ3 と容量素子
Ｃとの接続点5cを差動増幅器７の入力端子に接続して、
その差動増幅器７から差動出力が駆動装置４に帰還され
るよう構成されており、さらに、インピーダンス素子Ｚ
1,Ｚ2 と圧電素子2a,2bとの接続点5a, 5bは、他の差動
増幅器８の入力端子にも接続され、そこからの差動出力
が同期検波器９で検波された後、図示しない平滑回路で
平滑化されて、角速度検出信号として取り出せるよう構
成されている。なお、同期検波器９には、駆動装置４か
らの出力も供給されている。
【０００５】このような振動ジャイロでは、駆動装置４
から圧電素子2a, 2bに交流電圧を印加することによっ
て、振動子３を、直交三次元座標系のＸ軸方向に自励振
動させることができ、かかる振動状態で接続点5a, 5bか
ら得られる出力は、駆動装置４からの供給電圧と、それ
ぞれの圧電素子2a, 2bの歪に伴って各圧電素子2a, 2bか
ら出力される電圧との合成出力となる。従って、それら
の両合成出力の和を加算器６で求め、そこからの出力
と、接続点5cからの、供給電圧に対応する出力との差を
差動増幅器７で求めれば、Ｘ軸方向の自励振動に基づい
て圧電素子2a, 2bから発生された電圧だけを抽出するこ
とができ、そこからの差動出力を駆動装置４に帰還させ
ることによって振動子３を安定に自励振動させることが
できる。
から圧電素子2a, 2bに交流電圧を印加することによっ
て、振動子３を、直交三次元座標系のＸ軸方向に自励振
動させることができ、かかる振動状態で接続点5a, 5bか
ら得られる出力は、駆動装置４からの供給電圧と、それ
ぞれの圧電素子2a, 2bの歪に伴って各圧電素子2a, 2bか
ら出力される電圧との合成出力となる。従って、それら
の両合成出力の和を加算器６で求め、そこからの出力
と、接続点5cからの、供給電圧に対応する出力との差を
差動増幅器７で求めれば、Ｘ軸方向の自励振動に基づい
て圧電素子2a, 2bから発生された電圧だけを抽出するこ
とができ、そこからの差動出力を駆動装置４に帰還させ
ることによって振動子３を安定に自励振動させることが
できる。
【０００６】そして、振動子３がこのように自励振動し
ている状態で、振動子３がＺ軸の周りの回転を受ける
と、振動子３はその角速度に比例するコリオリの力によ
ってＹ軸方向に振動して、接続点5a, 5bからの出力に差
が生じる。従って、その差を差動増幅器８で求めれば、
コリオリの力の発生に伴って生じる電圧を分離して検出
することができ、そこからの差動出力を同期検波器９で
検波した後、図示しない平滑回路で平滑にすることによ
って角速度検出信号を得ることができる。
ている状態で、振動子３がＺ軸の周りの回転を受ける
と、振動子３はその角速度に比例するコリオリの力によ
ってＹ軸方向に振動して、接続点5a, 5bからの出力に差
が生じる。従って、その差を差動増幅器８で求めれば、
コリオリの力の発生に伴って生じる電圧を分離して検出
することができ、そこからの差動出力を同期検波器９で
検波した後、図示しない平滑回路で平滑にすることによ
って角速度検出信号を得ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来技術にあっては、発生するコリオリの力に対する所
定の感度を得る目的の下で、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の
それぞれの屈曲振動の、振動次数が一次の振動モードで
の共振周波数が相互に近接または一致するように、振動
体１の横断面形状をその全長にわたって同等形状として
いる。しかしながら、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞ
れの屈曲振動の共振周波数を相互に近接または一致させ
た場合には、Ｘ軸方向とＹ軸方向のそれぞれの振動成分
が相互に影響を及ぼし易くなり、特に、周囲温度の変化
によって、圧電素子2a, 2bの貼着強度が変動したり、振
動体１の、それぞれの方向の弾性的性質に差異が生じた
りしたときなどには、振動子３の振動姿勢が変化して、
それの自励振動にＹ軸方向の振動成分を含むことになる
ため、かかる振動子３を振動ジャイロに用いると、この
ことがオフセット変動の原因となるという問題があっ
た。
従来技術にあっては、発生するコリオリの力に対する所
定の感度を得る目的の下で、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の
それぞれの屈曲振動の、振動次数が一次の振動モードで
の共振周波数が相互に近接または一致するように、振動
体１の横断面形状をその全長にわたって同等形状として
いる。しかしながら、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞ
れの屈曲振動の共振周波数を相互に近接または一致させ
た場合には、Ｘ軸方向とＹ軸方向のそれぞれの振動成分
が相互に影響を及ぼし易くなり、特に、周囲温度の変化
によって、圧電素子2a, 2bの貼着強度が変動したり、振
動体１の、それぞれの方向の弾性的性質に差異が生じた
りしたときなどには、振動子３の振動姿勢が変化して、
それの自励振動にＹ軸方向の振動成分を含むことになる
ため、かかる振動子３を振動ジャイロに用いると、この
ことがオフセット変動の原因となるという問題があっ
た。
【０００８】この発明は、従来技術の有するこのような
問題点を解決することを課題として検討した結果なされ
たものであり、この発明の目的は、周囲温度の変化の有
無にかかわらず、振動子の振動姿勢を常に安定なものと
し、これによって、角速度の安定した検出を可能ならし
める振動ジャイロ用振動子を提供することにある。
問題点を解決することを課題として検討した結果なされ
たものであり、この発明の目的は、周囲温度の変化の有
無にかかわらず、振動子の振動姿勢を常に安定なものと
し、これによって、角速度の安定した検出を可能ならし
める振動ジャイロ用振動子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明の振動ジャイロ
用振動子は、横断面形状が奇数角形をなす振動体の二側
面に、検出機能を有する二つの圧電素子を配設してなる
振動子であって、振動体の横断面内で、前記二側面から
等距離にある頂点より対向側面に下した垂線に関して相
互に対称となる二側面のそれぞれに、振動体のほぼ全長
にわたって延びる溝を形成するとともに、その振動体
の、圧電素子配設領域で、前記頂点を通る稜線もしく
は、その頂点と対向する側面に切欠部を設け、振動子
の、励振方向の屈曲振動と、それと直交する方向の屈曲
振動との、一次の振動モードでの共振周波数を相互に一
致もしくは近接させる一方、三次以上の奇数次の少なく
とも一の振動モードでの共振周波数を相互に隔ててなる
ものである。
用振動子は、横断面形状が奇数角形をなす振動体の二側
面に、検出機能を有する二つの圧電素子を配設してなる
振動子であって、振動体の横断面内で、前記二側面から
等距離にある頂点より対向側面に下した垂線に関して相
互に対称となる二側面のそれぞれに、振動体のほぼ全長
にわたって延びる溝を形成するとともに、その振動体
の、圧電素子配設領域で、前記頂点を通る稜線もしく
は、その頂点と対向する側面に切欠部を設け、振動子
の、励振方向の屈曲振動と、それと直交する方向の屈曲
振動との、一次の振動モードでの共振周波数を相互に一
致もしくは近接させる一方、三次以上の奇数次の少なく
とも一の振動モードでの共振周波数を相互に隔ててなる
ものである。
【００１０】
【作用】この振動ジャイロ用振動子では、振動体の二側
面に形成されて、それのほぼ全長にわたって延びるそれ
ぞれの溝の作用によって、三次以上の奇数次の少なくと
も一の振動モードでの共振周波数を、励振方向とそれと
直交する方向とのそれぞれにおいて相互に十分に離隔さ
せることができ、この結果として、振動子全体として
の、とくには振動子の端部分での相互に直交するそれぞ
れの方向の屈曲振動を明確に区分することが可能とな
り、振動姿勢を十分安定なものとすることができる。
面に形成されて、それのほぼ全長にわたって延びるそれ
ぞれの溝の作用によって、三次以上の奇数次の少なくと
も一の振動モードでの共振周波数を、励振方向とそれと
直交する方向とのそれぞれにおいて相互に十分に離隔さ
せることができ、この結果として、振動子全体として
の、とくには振動子の端部分での相互に直交するそれぞ
れの方向の屈曲振動を明確に区分することが可能とな
り、振動姿勢を十分安定なものとすることができる。
【００１１】またここでは、振動体の、圧電素子配設領
域に切欠部を設けて、振動子全体としてみたときの、励
振方向とそれと直交する方向のそれぞれの屈曲振動の、
一次の振動モードでの共振周波数を相互に一致または近
接させることにより、圧電素子配設領域においてもま
た、励振方向の屈曲振動と、それと直交する方向の屈曲
振動との相互の影響を有効に取除いて振動子の振動姿勢
を一層安定なものとすることができ、併せて、振動子全
体としての一次の共振周波数の接近に基づいてコリオリ
の力の検出感度を有効に向上させることができる。
域に切欠部を設けて、振動子全体としてみたときの、励
振方向とそれと直交する方向のそれぞれの屈曲振動の、
一次の振動モードでの共振周波数を相互に一致または近
接させることにより、圧電素子配設領域においてもま
た、励振方向の屈曲振動と、それと直交する方向の屈曲
振動との相互の影響を有効に取除いて振動子の振動姿勢
を一層安定なものとすることができ、併せて、振動子全
体としての一次の共振周波数の接近に基づいてコリオリ
の力の検出感度を有効に向上させることができる。
【００１２】
【実施例】以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１(a), (b)はそれぞれ、この発明の一実施例
を示す側面図および横断面図である。ここでは、横断面
形状が三角形をなす振動体11の側面11a, 11bのそれぞれ
に、圧電素子12a, 12bを配設したところにおいて、振動
体11の横断面内で、前記二側面11a, 11bから等距離にあ
る頂点11c より、それに対向する側面11d に下した垂線
14に対して相互に対称となる二側面のそれぞれ、図では
側面11a, 11bにそれらの幅方向のほぼ中央部に位置し
て、振動体11の全長にわたって延びる溝15a, 15bを形成
し、さらに、振動体11の、圧電素子配設領域16で、前記
頂点11c を通る稜線11e と対応する部分に切欠部17を設
けることによって、振動ジャイロ用の振動子13を構成す
る。
明する。図１(a), (b)はそれぞれ、この発明の一実施例
を示す側面図および横断面図である。ここでは、横断面
形状が三角形をなす振動体11の側面11a, 11bのそれぞれ
に、圧電素子12a, 12bを配設したところにおいて、振動
体11の横断面内で、前記二側面11a, 11bから等距離にあ
る頂点11c より、それに対向する側面11d に下した垂線
14に対して相互に対称となる二側面のそれぞれ、図では
側面11a, 11bにそれらの幅方向のほぼ中央部に位置し
て、振動体11の全長にわたって延びる溝15a, 15bを形成
し、さらに、振動体11の、圧電素子配設領域16で、前記
頂点11c を通る稜線11e と対応する部分に切欠部17を設
けることによって、振動ジャイロ用の振動子13を構成す
る。
【００１３】このような振動子13によれば、溝15a, 15b
の作用により、三次以上の奇数次モードにおける屈曲振
動では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれの共振周波
数が相互に離隔することになり、これがため、振動子３
の、とくには端部分の振動姿勢が十分安定したものであ
ることを確認することができる。
の作用により、三次以上の奇数次モードにおける屈曲振
動では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれの共振周波
数が相互に離隔することになり、これがため、振動子３
の、とくには端部分の振動姿勢が十分安定したものであ
ることを確認することができる。
【００１４】そしてまたここでは、切欠部17によって、
それの形成領域での、一次の振動モードにおけるＸ軸方
向とＹ軸方向との共振周波数を離隔させて、その領域内
での振動方向を安定させながら、振動子全体としてみた
ときの、一次の振動モードにおける、Ｘ軸方向とＹ軸方
向との共振周波数を相互に一致または近接させることが
でき、従って、安定した振動姿勢の下で、コリオリの力
に対する感度を向上させることができる。
それの形成領域での、一次の振動モードにおけるＸ軸方
向とＹ軸方向との共振周波数を離隔させて、その領域内
での振動方向を安定させながら、振動子全体としてみた
ときの、一次の振動モードにおける、Ｘ軸方向とＹ軸方
向との共振周波数を相互に一致または近接させることが
でき、従って、安定した振動姿勢の下で、コリオリの力
に対する感度を向上させることができる。
【００１５】図２は他の実施例を示す図であり、これ
は、横断面形状が五角形をなす振動体18の、相互に隣接
する二側面18a, 18bにそれぞれの圧電素子12a, 12bを配
設したところにおいて、前述した垂線と同様の垂線14に
対して相互に対称となる他の二側面18c, 18dのそれぞれ
に、振動体18の全長にわたって延びる溝15a, 15bをそれ
ぞれ設け、そしてさらに、振動体18の、圧電素子12a, 1
2bの配設領域16で、前記垂線14を下した側面18e に切欠
部19を設けることによって振動子13を構成したものであ
る。
は、横断面形状が五角形をなす振動体18の、相互に隣接
する二側面18a, 18bにそれぞれの圧電素子12a, 12bを配
設したところにおいて、前述した垂線と同様の垂線14に
対して相互に対称となる他の二側面18c, 18dのそれぞれ
に、振動体18の全長にわたって延びる溝15a, 15bをそれ
ぞれ設け、そしてさらに、振動体18の、圧電素子12a, 1
2bの配設領域16で、前記垂線14を下した側面18e に切欠
部19を設けることによって振動子13を構成したものであ
る。
【００１６】この例の振動子13によってもまた、それぞ
れの溝15a, 15bの作用によって、三次以上の奇数次の振
動モードにおいて、振動方向の安定性を確認することが
でき、また、切欠部19によって、振動子全体としての一
次の振動モードでの共振周波数が相互に一致または近接
させられることになり、振動姿勢を常に安定に維持した
状態で、コリオリの力に対する感度を高めることができ
る。
れの溝15a, 15bの作用によって、三次以上の奇数次の振
動モードにおいて、振動方向の安定性を確認することが
でき、また、切欠部19によって、振動子全体としての一
次の振動モードでの共振周波数が相互に一致または近接
させられることになり、振動姿勢を常に安定に維持した
状態で、コリオリの力に対する感度を高めることができ
る。
【００１７】図３は、この発明のさらに他の例を示す図
であり、ここでは、横断面形状が五角形をなす振動体18
に対する圧電素子12a, 12bの配設位置と、溝15a, 15bの
形成位置とのそれぞれを、図２に示すところとは逆と
し、そして、圧電素子配設領域16で、垂線14が通る頂点
18f を含む稜線18g と対応する部分に切欠部19を設ける
ことによって振動子13を構成している。これによって
も、前記各実施例と同様に、振動姿勢を安定に維持し
て、コリオリの力に対する感度を向上させることができ
る。
であり、ここでは、横断面形状が五角形をなす振動体18
に対する圧電素子12a, 12bの配設位置と、溝15a, 15bの
形成位置とのそれぞれを、図２に示すところとは逆と
し、そして、圧電素子配設領域16で、垂線14が通る頂点
18f を含む稜線18g と対応する部分に切欠部19を設ける
ことによって振動子13を構成している。これによって
も、前記各実施例と同様に、振動姿勢を安定に維持し
て、コリオリの力に対する感度を向上させることができ
る。
【００１８】
【発明の効果】以上に述べたところから明らかなよう
に、この発明によれば、周囲温度の変化に対しても常に
安定した振動姿勢を維持することができ、併せて、コリ
オリの力の検出感度を有効に高めることができる。
に、この発明によれば、周囲温度の変化に対しても常に
安定した振動姿勢を維持することができ、併せて、コリ
オリの力の検出感度を有効に高めることができる。
【図１】この発明の一実施例を示す図である。
【図２】この発明の他の実施例を示す図である。
【図３】この発明のさらに他の実施例を示す図である。
【図４】従来例を示す図である。
11, 18 振動体、 11a, 11b, 11d, 18a, 18b, 18c 18d, 18e 側面、 11c, 18f 頂点、 11e, 18g 稜線、 12a, 12b 圧電素子、 13 振動子、 14 垂線、 15a, 15b 溝、 16 圧電素子配設領域、 17, 19 切欠部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−147900（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−137873（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−186041（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−34161（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−52570（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−231517（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−141978（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−54414（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−113014（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】 横断面形状が奇数角形をなす振動体の二
側面に、検出機能を有する二つの圧電素子を配設してな
る振動子であって、 振動体の横断面内で、前記二側面から等距離にある頂点
より対向側面に下した垂線に関して相互に対称となる二
側面のそれぞれに、振動体のほぼ全長にわたって延びる
溝を形成するとともに、その振動体の、圧電素子配設領
域で、前記頂点を通る稜線もしくは、その頂点と対向す
る側面に切欠部を設け、振動子の、励振方向の屈曲振動
と、それと直交する方向の屈曲振動との、一次の振動モ
ードでの共振周波数を相互に一致もしくは近接させる一
方、三次以上の奇数次の少なくとも一の振動モードでの
共振周波数を相互に隔ててなる振動ジャイロ用振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4339060A JP2624432B2 (ja) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | 振動ジャイロ用振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4339060A JP2624432B2 (ja) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | 振動ジャイロ用振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06186042A JPH06186042A (ja) | 1994-07-08 |
| JP2624432B2 true JP2624432B2 (ja) | 1997-06-25 |
Family
ID=18323885
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4339060A Expired - Lifetime JP2624432B2 (ja) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | 振動ジャイロ用振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2624432B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5209076B2 (ja) * | 2011-03-29 | 2013-06-12 | パナソニック株式会社 | 慣性力センサ |
-
1992
- 1992-12-18 JP JP4339060A patent/JP2624432B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06186042A (ja) | 1994-07-08 |
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