JP3293487B2 - 振動ジャイロ - Google Patents

振動ジャイロ

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JP3293487B2 JP23724596A JP23724596A JP3293487B2 JP 3293487 B2 JP3293487 B2 JP 3293487B2 JP 23724596 A JP23724596 A JP 23724596A JP 23724596 A JP23724596 A JP 23724596A JP 3293487 B2 JP3293487 B2 JP 3293487B2
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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、カーナビゲー
ションシステム、ポインティングデバイスなどに使用さ
れる振動ジャイロに関する。
【0002】
【従来の技術】図5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、振動体2を含む。振
動体2は、第1の圧電体基板3および第2の圧電体基板
4を接着することによって形成される。第1の圧電体基
板3および第2の圧電体基板4は、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。
【0003】第1の圧電体基板3の外側主面には、分割
された電極5が形成される。電極5は、第1の圧電体基
板3の長手方向に延びる溝によって、幅方向に2分割さ
れている。さらに、電極5は、第1の圧電体基板3の幅
方向に延びる2つの溝によって、長手方向に3分割され
ている。つまり、電極5は、6つの部分に分割されてい
る。さらに、第2の圧電体基板4の外側主面の全面に、
別の電極6が形成される。振動体2のノード点付近にお
いて、電極6と基板7上の支持ピン8とが接続される。
支持ピン8は、たとえば半田付けや導電接着剤などによ
って、電極6に取り付けられている。
【0004】この振動ジャイロ1では、電極5の長手方
向の中央部にある2つの電極部分5a,5bと、それに
対向する電極6との間に、駆動信号が印加される。第1
の圧電体基板3および第2の圧電体基板4は、互いに逆
向きに分極されているため、振動体2はバイモルフ構造
となっており、駆動信号によって振動体2が電極5,6
形成面に直交する向きに屈曲振動する。このとき、振動
体2は、その長手方向の両端から少し内側にある2つの
ノード点を中心として屈曲振動する。このとき、電極部
分5a,5bからは同じ信号が出力されるため、これら
の電極部分5a,5bから出力される信号の差をとれ
ば、2つの出力信号が相殺されて0となる。
【0005】振動体2の軸を中心として回転すると、振
動体2の屈曲振動の向きに直交する向きにコリオリ力が
働く。そのため、振動体2の屈曲振動の向きが変わり、
電極部分5a,5bの出力信号が変化する。つまり、一
方の電極部分5aからの出力信号がコリオリ力に対応し
て増加すると、他方の電極部分5bからの出力信号はコ
リオリ力に対応して減少する。したがって、これらの電
極部分5a,5bからの出力信号の差をとれば、コリオ
リ力に対応した信号のみを得ることができる。このよう
に、電極部分5a,5bの出力信号の差を測定すること
によって、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。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな振動ジャイロでは、落下などによる衝撃に弱く、特
に支持ピン側から振動体側に向かって衝撃が加わったと
き、振動体が支持ピンから外れる恐れがある。このよう
に、振動体が支持ピンから外れると、振動ジャイロとし
ての機能を失ってしまう。
【0007】それゆえに、この発明の主たる目的は、強
い耐衝撃性を有する振動ジャイロを提供することであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明は、2つの圧電
体基板を接合してなる四角柱状の振動体と、2つの圧電
体基板の外側主面に形成され、少なくとも一方が分割さ
れた対向電極とを含み、2つの圧電体基板の外側主面に
おいて振動体のノード点に対応する一方側が導電材料で
形成された支持ピンによって支持され、他方側が軟性樹
脂によって支持された、振動ジャイロである。
【0009】四角柱状の振動体の両側部分が支持されて
いるため、振動体の支持強度が強く、振動ジャイロに衝
撃が加わっても、振動体が外れにくい。そのため、衝撃
が加わっても特性が劣化せず、信頼性の高い振動ジャイ
ロを得ることができる。また、導電材料で形成された支
持ピンを用いることにより、振動体の支持以外に、振動
体への信号入出力用として支持ピンを利用することがで
きる。さらに、振動体を軟性樹脂で支持することによ
、振動体の振動がダンピングされにくくなり、特性の
劣化を抑えることができる。
【0010】
【発明の効果】この発明によれば、強い耐衝撃性を有す
る、信頼性の高い振動ジャイロを得ることができる。ま
た、導電材料で形成された支持ピンを用いることによ
、外部回路との接続に支持ピンを利用することがで
き、リード線などを省略することができる。さらに、振
動体を軟性樹脂で支持することにより、振動体の振動が
ダンピングされにくく、良好な特性を有する振動ジャイ
ロを得ることができる。
【0011】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。
【0012】
【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、四角柱
状の振動体12を含む。振動体12は、第1の圧電体基
板14および第2の圧電体基板16を含む。第1の圧電
体基板14および第2の圧電体基板16としては、たと
えば圧電セラミックやLiNbO3 ,LiTaO3 など
の単結晶などが用いられる。第1の圧電体基板14およ
び第2の圧電体基板16は、接合層18で接合される。
接合層18の材料としては、たとえばエポキシ樹脂など
が用いられる。第1の圧電体基板14と第2の圧電体基
板16とは、図1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る。したがって、振動体12は、バ
イモルフ構造となる。
【0013】第1の圧電体基板14の外側主面には、第
1の電極20が形成される。第1の電極20には、第1
の圧電体基板14の長手方向に延びる溝22aと、第1
の圧電体基板14の幅方向に延びる2つの溝22bとが
形成される。振動体12は駆動信号によって屈曲振動す
るが、2つの溝22bは、それぞれ振動体12の2つの
ノード点より両端側に形成される。これらの溝22a,
22bによって、第1の電極20が6つの電極部分20
a,20b,20c,20d,20eおよび20fに分
割される。さらに、第2の圧電体基板16の外側主面に
は、その全面に第2の電極24が形成される。
【0014】このような振動体12を作製するには、た
とえば大きい2枚の圧電体基板をエポキシ樹脂などで接
合して積層基板を形成し、一方の圧電体基板上に形成さ
れた電極に所定の間隔で溝を形成したのち、ダイシング
カットなどによって積層基板を切断すればよい。
【0015】振動体12は、図2および図3に示すよう
に、支持部材28によって基板26上に支持される。支
持部材28は、たとえばシリコン樹脂などの軟性樹脂に
よって形成される。振動体12は、その屈曲振動の2つ
のノード点に対応する部分で、支持部材28によって基
板26に接着される。ここでは、振動体12に形成され
た第2の電極24が、支持部材28によって基板26に
接着される。
【0016】さらに、第1の電極20の長手方向の中央
部にある電極部分20a,20bには、それぞれ支持ピ
ン30a,30bが取り付けられる。支持ピン30a,
30bは、たとえば金属などの導電材料で形成される。
支持ピン30a,30bは、振動体12の2つのノード
点に対応する部分において、電極部分20a,20bに
半田付けされる。このとき、支持ピン30aは電極部分
20aに半田付けされ、支持ピン30bは電極部分20
bに半田付けされる。支持ピン30a,30bの端部
は、たとえば基板26の端縁部に固定される。つまり、
振動体12は、その両面において、支持部材28と支持
ピン30a,30bとによって支持される。
【0017】この振動ジャイロ10を使用するには、図
4に示すように、第1の電極20の長手方向の中央部に
ある2つの電極部分20a,20bに抵抗40,42が
接続される。これらの抵抗40,42と第2の電極24
との間には、発振回路44が接続される。発振回路44
は、たとえば増幅回路と位相補正回路とを含み、第2の
電極24から出力される信号が発振回路44に帰還され
る。そして、増幅回路および位相補正回路によって、帰
還された信号のレベルおよび位相が調整され、第1の電
極20の電極部分20a,20bに与えられる。
【0018】また、第1の電極20の電極部分20a,
20bは、差動回路46の入力端に接続される。差動回
路46の出力端は、同期検波回路48に接続される。同
期検波回路48では、たとえば発振回路44の信号に同
期して、差動回路46の出力信号が検波される。同期検
波回路48は平滑回路50に接続され、さらに平滑回路
50は増幅回路52に接続される。
【0019】この振動ジャイロ10は、発振回路44に
よって自励振駆動される。このとき、振動体12はバイ
モルフ構造であるため、第1の圧電体基板14がその主
面に平行する向き延びたとき、第2の圧電体基板16
はその主面に平行する向きに縮む。逆に、第1の圧電体
基板14がその主面に平行する向きに縮んだとき、第2
の圧電体基板16がその主面に平行する向きに延びる。
そのため、振動体12は、第1および第2の電極20,
24形成面に直交する向きに屈曲振動する。
【0020】回転角速度が加わっていないとき、電極部
分20a,20bから出力される信号は同じであり、差
動回路46で相殺されるため、差動回路46からは信号
が出力されない。振動体12の軸を中心として回転する
と、屈曲振動の向きに直交する向きにコリオリ力が働
く。このコリオリ力により、振動体12の屈曲振動の向
きが変わる。そのため、電極部分20a,20bから出
力される信号が変わる。たとえば、電極部分20aから
出力される信号が大きくなったとき、電極部分20bか
ら出力される信号は小さくなる。したがって、差動回路
46から、2つの電極部分20a,20bの出力信号の
差が得られる。電極部分20a,20bの出力信号の変
化は、振動体12の屈曲振動の向きの変化、すなわちコ
リオリ力に対応している。したがって、差動回路46か
らは、コリオリ力に対応したレベルの信号が出力され
る。
【0021】差動回路46の出力信号は、同期検波回路
48において、発振回路44の信号に同期して検波され
る。このとき、差動回路46の出力信号の正部分のみま
たは負部分のみが検波される。同期検波回路48で検波
された信号は、平滑回路50で平滑され、さらに増幅回
路52で増幅される。したがって、増幅回路52の出力
信号を測定することにより、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。
【0022】回転角速度の向きが逆の場合、振動体12
の屈曲振動の向きの変化も逆になり、電極部分20a,
20bの出力信号の変化は逆となる。そのため、差動回
路46から出力される信号は逆位相となり、同期検波回
路48で検波される信号も逆極性となる。そのため、増
幅回路52からの出力信号の極性も逆となる。したがっ
て、増幅回路52の出力信号の極性から、回転角速度の
方向を検出することができる。
【0023】この振動ジャイロ10では、振動体12の
両面において、支持部材28および支持ピン30a,3
0bで支持されているため、振動体12の支持強度が大
きく、落下などの衝撃が加わっても、振動体12が基板
26から外れにくい。また、この振動ジャイロ10で
は、振動体12の第2の電極24側が軟性樹脂で形成さ
れた支持部材28で支持されているため、振動体12の
屈曲振動がダンピングされにくい。そのため、良好な特
性を有する振動ジャイロ10を得ることができる。この
ように、この発明によれば、強い耐衝撃性を有し、しか
も良好な特性を有する振動ジャイロ10を得ることがで
きる。
【0024】 なお、2つの圧電体基板14,16は、必
ずしも逆向きに分極される必要はなく、同じ方向に分極
してもよい。この場合、たとえば接合層18を半田など
の金属層で形成し、この接合層18が共通電極として用
いられ、接合層18からの出力信号が発振回路44に帰
還される。そして、発振回路44からの信号を第1の電
極20および第2の電極24に与えることにより、振動
体12を屈曲振動させることができる。
【0025】 また、上述の振動ジャイロ10では、第1
の電極20のみが分割されたが、第2の電極24も同様
に分割されてもよい。このような電極構造であっても、
2つの電極20,24間に駆動信号を与えることによ
り、振動体12を屈曲振動させることができる。この場
合、回転角速度に対応した信号は、第1の電極20の分
割部分から取り出してもよいし、第2の電極24の分割
部分から取り出してもよい。
【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の線II−IIにおける断面図である。
【図3】図1の線III−IIIにおける断面図であ
る。
【図4】図1に示す振動ジャイロを使用するときの回路
を示すブロック図である。
【図5】従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図であ
る。
【符号の説明】
10 振動ジャイロ 12 振動体 14 第1の圧電体基板 16 第2の圧電体基板 18 接合層 20 第1の電極 22a,22b 溝 24 第2の電極 26 基板 28 支持部材 30a,30b 支持ピン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−332988(JP,A) 特開 平5−34162(JP,A) 特開 平8−201064(JP,A) 特開 平7−324936(JP,A) 特開 平8−68634(JP,A) 近野正,圧電形の振動ジャイロ・方向 センサー,昭和61年度文部省科学研究費 補助金(一般研究(B))研究成果報告 書(課題番号No60460142),日本 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01C 19/56 G01P 9/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2つの圧電体基板を接合してなる四角柱
    状の振動体、および前記2つの圧電体基板の外側主面に
    形成され、少なくとも一方が分割された対向電極を含
    み、 前記2つの圧電体基板の外側主面において前記振動体の
    ノード点に対応する一方側が導電材料で形成された支持
    ピンによって支持され、他方側が軟性樹脂によって支持
    された、振動ジャイロ。
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JP4678093B2 (ja) * 2001-02-23 2011-04-27 株式会社村田製作所 振動ジャイロの製造方法
JP2002250630A (ja) * 2001-02-26 2002-09-06 Murata Mfg Co Ltd 振動子支持構造およびそれを用いた振動ジャイロおよびそれを用いた電子装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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近野正,圧電形の振動ジャイロ・方向センサー,昭和61年度文部省科学研究費補助金(一般研究(B))研究成果報告書(課題番号No60460142),日本

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