JP2681371B2 - 振動ジャイロ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、主として自励振動の駆動を行う振動ジャ
イロに関する。

［従来の技術］ 第４図に自励振動を行う従来の振動ジャイロの一例を
示す。この振動ジャイロは、検出側の振動モードをねじ
りのモードとしたもので、２本の振動片1a,1bを持つコ
字形音叉１を２個互いに逆向きにコリオリ力検出用圧電
素子としてのねじり型圧電素子2,3およびその中間の検
出端子板４を介して接合してＨ型振動子５を形成し、一
方、４本の各振動片1a,1bに駆動用圧電素子６をそれぞ
れ図示のように左右どうしは同極性、上下どうしは逆極
性で張り付け、そして、自励振動のために駆動変位検出
用圧電素子７を各駆動用圧電素子６と縦に並べて張り付
けた構造である。

前記駆動用圧電素子６を起動させると、各駆動用圧電
素子６は各駆動変位検出用圧電素子７の出力がそれぞれ
帰還することにより自励発振し、各振動片1a,1bは矢印
（イ）のようにｘ方向に振動する。ここで振動子５にｚ
軸回りの角速度が加わると、駆動側振動方向と直交する
矢印（ロ）方向のコリオリの力が発生する。このコリオ
リの力は、Ｈ型振動子５の上下を互いに逆向きに回転さ
せるねじり力として作用するので、このねじり力を前記
ねじり型圧電素子2,3で検出して、振動片1a,1bに生じた
コリオリの力を検出する。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来の振動ジャイロにおいては、コ字形音叉１に
サンドイッチされた形でコリオリ力検出用圧電素子（す
なわち、この場合ねじり型圧電素子2,3）が設けられて
いる構造上、検出側では漏れ電圧（すなわち、駆動電圧
または駆動側振動の影響により検出側に加わる無用な電
圧）を電気的にキャンセルすることができない。

また、振動ジャイロにコリオリの力が加わった時に、
このコリオリの力による変位が駆動変位検出用圧電素子
７にも影響を及ぼすので、この駆動変位検出用圧電素子
７は駆動方向のみの変位を正確に検出することができな
い。このため、駆動変位検出用圧電素子７の出力を帰還
させた自励振動の駆動の振動速度が一定に保たれず、高
精度で高安定のコリオリの力を得ることが困難であっ
た。

本発明は上記従来の欠点を解消するためになされたも
ので、主として自励振動の駆動を行う振動ジャイロにお
いて、駆動変位検出用圧電素子がコリオリの力の影響を
受けることがなく、安定した一定振動速度の駆動を行う
ことができ、高精度で高安定のコリオリの力を得ること
のできる振動ジャイロを得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明では上記課題を解決するために,2本の振動片を
持つコ字形音叉を２個互いに逆向きに駆動用圧電素子と
してのねじり型圧電素子を介して接合してＨ型振動子を
形成して，駆動側振動モードをねじりの振動モードにす
るとともに,4本の振動片の内の少なくとも１本の振動片
の駆動側振動方向と平行な面に，極性が互いに逆の２枚
の駆動変位検出用圧電素子を駆動側振動方向に並べて張
り付けた。

［作用］ 上記構成において、２枚の駆動変位検出用圧電素子
は、駆動側振動により一方は伸び、他方は縮むが、両者
の極性が互いに逆なので、両者の出力は同位相となり、
２倍の出力が得られる。したがって、この駆動変位検出
用圧電素子の出力を自励振動のための帰還出力とするこ
とができる。

一方、コリオリの力が働いた時には、２枚の駆動変位
検出用圧電素子はともに同じ変形を受けるが、両者の極
性が逆なので、両者を接続すると両者の出力はキャンセ
ルされる。このように、駆動変位検出用圧電素子は、コ
リオリの力の影響を受けずに、駆動方向の出力のみを取
り出す。これにより、コリオリの力の影響を受けなくな
り、安定した一定振動速度の例えば自励振動の駆動を行
うことが可能となる。

また、前記駆動変位検出用圧電素子を自励振動用でな
く単なる監視用とする場合には、その出力により駆動の
振動状態を監視して駆動用圧電素子への交流電源回路を
制御することにより、正確な一定振動速度の駆動を行う
ことが可能である。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を第１図〜第４図を参照して説
明する。

第１図〜第３図は第１実施例を示す。この実施例の振
動ジャイロは、２本の振動片11a,11bを持つコ字形音叉1
1を２個互いに逆向きに駆動用圧電素子としてのねじり
型圧電素子12,13およびその中間の検出端子板14を介し
て接合してＨ型振動子15を形成している。

一方、１本の振動片11a,11bの振動子幅方向（ｘ方
向）の両側面（すなわち、駆動側振動方向（後述するよ
うにｙ方向）と平行な面）に、極性が互いに逆の２枚の
駆動変位検出用圧電素子16a,16bを駆動側振動方向（ｙ
方向）に並べで張り付けている。また、他の３本の振動
片11a,bには、互いに同極性の２枚のコリオリ力検出用
圧電素子（以下単に検出用圧電素子と略す）17a,17bを
それぞれ前記２枚の駆動変位検出用圧電素子16a,16bと
同様な配置で、かつ、上側と下側とでは逆極性として張
り付けている。

前記ねじり型圧電素子12,13は、すべり歪みにより電
圧が発生する圧電物質を利用したもので、分極方向が逆
の２つの部分からなり、上下両面に電極を張り付けた構
造であり、１枚のねじり型圧電素子12（13）の対向面間
に電圧を印加することにより、上下の対向面間にねじり
力が働く。なお、逆に、ねじり型圧電素子12（13）の対
向面間にねじり力が働けば、当該ねじり型圧電素子12
（13）の対向面間に電圧が発生する。

上記構成の振動ジャイロの動作を説明する。

この振動ジャイロの駆動用圧電素子、すなわちねじり
型圧電素子12,13には後述するように自励振動による交
流電圧が印加されるので、各ねじり型圧電素子12,13に
はそれぞれ上下の対向面間にねじり力が働き、振動子15
は、第３図（ロ）に示すようなねじりのモードで振動す
る。すなわち、駆動側の振動モードはねじりのモードで
ある。したがって、各振動片11a,11bはｙ方向に振動す
る。ここで、振動子15にｚ軸回りの角速度が加わると、
各振動片11a,11bにはｘ方向のコリオリの力が発生し、
第３図（イ）で示すごとき振動モードで振動する。各振
動片11a,11bに張り付けられた検出用圧電素子17a,17b
は、前記検出側の振動（第３図（イ）の振動モード）を
検出して、コリオリの力に比例した電圧を発生し、コリ
オリの力を検出する。この場合、第３図（ロ）の振動モ
ードである駆動側の振動により１対の検出用圧電素子17
a,17bの１枚は縮み、他の１枚は伸びるが、両検出用圧
電素子17a,17bの極性が同じなので逆位相の電圧を発生
し、これを接続するとキャンセルされて電圧は検出され
ない。すなわち、検出側には駆動側の振動の影響で発生
する無用な電圧、すなわち漏れ電圧は発生しない。した
がって、精度良いコリオリ力の検出が可能となる。ねじ
り型圧電素子を検出側に用いた従来の振動ジャイロ（第
４図）では、コ字形音叉にサンドイッチされた形でコリ
オリ力検出用圧電素子（すなわちねじり型圧電素子）が
設けられている構造上、検出側では漏れ電圧をキャンセ
ルできないのに対して、本発明では上述のように漏れ電
圧をキャンセルすることが可能となった。

前記自励振動の動作について説明すると、起動時に前
記ねじり型圧電素子12,13に交流電圧を印加すると、第
３図（ロ）の振動モードで振動し、駆動変位検出用圧電
素子16a,16bの１枚は縮み、他の１枚は伸びて（第２図
の要部拡大図参照）それぞれ電圧を発生する。この場
合、２枚の駆動変位検出用圧電素子16a,16bの極性が同
じならば、逆位相の電圧を生じるための接続するとキャ
ンセルされて電圧は生じないが、２枚の駆動変位検出用
圧電素子16a,16bの極性が逆なので、接続した両者16a,1
6bの出力電圧は同位相となり、２倍の出力電圧が得られ
る。この出力電圧がねじり型圧電素子12,13に帰還する
ので、ねじり型圧電素子12,13は自励発振し、前述のよ
うに各振動片11a,11bはｙ方向に振動する。

一方、コリオリの力が作用すると、このコリオリの力
による振動方向は第３図（イ）のように駆動側振動方向
（ｙ方向）と直交する方向（ｘ方向）、すなわち、駆動
変位検出用圧電素子16a,16bを張り付けた面と直交する
方向であるから、２枚の駆動変位検出用圧電素子16a,16
bは共に同じ伸縮をする。したがって、２枚の駆動変位
検出用圧電素子16a,16bには逆位相の電圧が生じ、相互
にキャンセルされ、これにより、駆動変位検出用圧電素
子16a,16bからは、駆動側振動方向のみの出力が取り出
される。これにより、駆動変位検出用圧電素子16a,16b
の出力を駆動用圧電素子であるねじり型圧電素子12,13
に帰還させた自励振動の駆動は、一定の振動速度で行わ
れる。

また、上記の各実施例はいずれも自励振動を行う振動
ジャイロに適用したものであるが、常時交流電源を駆動
用圧電素子に供給して駆動を行う振動ジャイロにおい
て、駆動変位検出用圧電素子により駆動の振動状態を監
視し、この駆動変位検出用圧電素子の出力をフイードバ
ックして交流電源回路（発振回路）を制御し、これによ
り駆動の振動速度が一定となるように駆動用圧電素子を
制御することも可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば,2本の振動片を持
つコ字形音叉を２個互いに逆向きに駆動用圧電素子とし
てのねじり型圧電素子を介して接合してＨ型振動子を形
成して，駆動側振動モードをねじりの振動モードにする
とともに,4本の振動片の内の少なくとも１本の振動片の
駆動側振動方向と平行な面に，極性が互いに逆の２枚の
駆動変位検出用圧電素子を駆動側振動方向に並べて張り
付けた構成としたので，主として自励振動の駆動を行う
振動ジャイロにおいて、駆動変位検出用圧電素子がコリ
オリの力の影響を受けることがなく、一定の振動速度の
駆動を行うことが可能となった。これにより、高精度で
高安定のコリオリの力を得ることが可能となった。

また、同極性の１対のコリオリ力検出用圧電素子でコ
リオリ力を検出する構成とすることにより、漏れ電圧を
キャンセルすることが可能となり、コリオリ力検出精度
を向上させることができた。

さらに、自励振動でない場合においても、前記１対の
駆動変位検出用圧電素子により駆動側の振動のみを正確
に監視することができ、駆動の振動速度を一定に保つこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の第１実施例を示すもので、第
１図は振動ジャイロの斜視図、第２図は同動作説明図、
第３図（イ）は同検出側振動モードの図、同図（ロ）は
同駆動側振動モードの図、第４図は従来の振動ジャイロ
の斜視図である。 11……コ字形音叉、 11a,11b,21a,21b,21c,21d,……振動片、 12,13……ねじり型圧電素子、 14……検出用端子板、 15,20……振動子、 16a,16b,23a,23b……駆動変位検出用圧電素子、 17a,17b,22a,22b……コリオリ力検出用圧電素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−191916（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−106314（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２本の振動片を持つコ字形音叉を２個互い
   に逆向きに駆動用圧電素子としてのねじり型圧電素子を
   介して接合してＨ型振動子を形成して，駆動側振動モー
   ドをねじりの振動モードにするとともに,4本の振動片の
   内の少なくとも１本の振動片の駆動側振動方向と平行な
   面に，極性が互いに逆の２枚の駆動変位検出用圧電素子
   を駆動側振動方向に並べて張り付けたことを特徴とする
   振動ジャイロ。
2. 【請求項２】前記駆動変位検出用圧電素子は，その出力
   電圧を駆動用圧電素子に帰還させて自励振動の駆動を行
   うための自励振動用の圧電素子であることを特徴とする
   請求項１記載の振動ジャイロ。
3. 【請求項３】前記駆動変位検出用圧電素子は，交流電源
   により駆動される駆動用圧電素子の制御を行うために駆
   動の振動状態を監視するための監視用の圧電素子である
   ことを特徴とする請求項１記載の振動ジャイロ。
4. 【請求項４】前記振動片の駆動側振動方向と平行な面
   に，極性が同じである２枚のコリオリ力検出用圧電素子
   を駆動側振動方向に並べて張り付けたことを特徴とする
   請求項１記載の振動ジャイロ。