JP4345130B2

JP4345130B2 - 振動ジャイロ

Info

Publication number: JP4345130B2
Application number: JP10094299A
Authority: JP
Inventors: 信行石床; 克己藤本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-04-08
Filing date: 1999-04-08
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2019-04-08
Also published as: JP2000292171A

Description

【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などに用いられる音叉型の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。図７に示す振動ジャイロ１は、音片型の２つの振動子２ａおよび２ｂを含む。振動子２ａおよび２ｂは、それぞれ、正４角柱状の振動体３を含み、振動体３は、短冊状の第１の圧電体基板３ａおよび第２の圧電体基板３ｂを含む。第１の圧電体基板３ａおよび第２の圧電体基板３ｂは、積層され接着される。また、第１の圧電体基板３ａおよび第２の圧電体基板３ｂは、互いに逆の厚み方向に分極される。第１の圧電体基板３ａの主面には、その幅方向に間隔を隔てて、２つの駆動用電極４ａおよび４ｂが形成される。また、第２の圧電体基板３ｂの主面には、検出用電極５が形成される。なお、第１の圧電体基板３ａおよび第２の圧電体基板３ｂ間には、中間電極６が形成される。これらの振動子２ａおよび２ｂは、基台７からのびて基台７と一体的に形成される。なお、振動子２ａおよび２ｂの駆動用電極４ａおよび４ｂは、基台７の上面にのびて形成され、振動子２ａの駆動用電極４ｂと振動子２ｂの駆動用電極４ａとは接続される。また、振動子２ａおよび２ｂの２つの検出用電極５は、基台７の下面にのびて形成される。
【０００３】
図７に示す振動ジャイロ１には、図８に示すように、振動子２ａおよび２ｂの駆動用電極４ａおよび４ｂ間に発振回路８が接続される。この発振回路８は、たとえば増幅回路と位相補正回路とを含む。また、振動子２ａおよび２ｂの２つの検出用電極５は、差動回路９ａの２つの入力端にそれぞれ接続される。差動回路９ａの出力端は、同期検波回路９ｂの入力端に接続される。同期検波回路９ｂの別に入力端には、発振回路８の別の出力端が接続される。同期検波回路９ｂの出力端は、積分回路９ｃの入力端に接続される。積分回路９ｃの出力端は、直流増幅回路９ｄの入力端に接続される。
【０００４】
この振動ジャイロ１では、発振回路８によって、２つの振動子２ａおよび２ｂには分極方向と直交する方向に電界が印加され、２つの振動子２ａおよび２ｂは、図９の矢印で示すように、それらの先端部が開いたり閉じたりするようにして振動する。このとき、２つの振動子２ａおよび２ｂの先端部は分極方向に対して同じ状態で振動するため、２つの振動子２ａおよび２ｂの検出用電極５からは同じ出力信号が得られる。そのため、差動回路９ａからは、０の信号が出力される。この状態で、振動ジャイロ１の中心軸Ｏ（図１０）を中心として回転角速度ωが加わると、２つの振動子２ａおよび２ｂには、図１０の矢印で示すように、無回転時の振動と直交する向きにコリオリ力が働く。このコリオリ力によって、振動子２ａおよび２ｂの振動方向が変わり、２つの振動子２ａおよび２ｂの検出用電極５からは、コリオリ力に対応した信号が出力される。このとき、コリオリ力は２つの振動子２ａおよび２ｂに対して互いに逆向きに働くため、２つの振動子２ａおよび２ｂは互いに逆向きに変位する。そのため、２つの振動子２ａおよび２ｂの検出用電極５から出力される信号は、互いに逆位相の信号となる。したがって、差動回路９ａで２つの検出用電極５の出力信号の差をとれば、コリオリ力に対応した大きい信号を得ることができる。なお、差動回路９ａの出力信号は、同期検波回路９ｂで、発振回路８の信号に同期して検波される。また、同期検波回路９ｂの出力信号は積分回路９ｃで直流信号に変換され、さらに直流増幅回路９ｄで増幅される。
【０００５】
図７に示す振動ジャイロ１では、回転角速度が加わっていない場合、振動子２ａおよび２ｂは、図９の矢印で示すように、それらの先端部が基台７の厚み内で開いたり閉じたりするよう振動するため、図９の斜線で示す部分すなわち基台７がノード部分となる。したがって、この場合、基台７を支持すれば、振動子２ａおよび２ｂの振動をダンピングすることなく、振動ジャイロ１を支持することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図７に示す振動ジャイロ１では、中心軸Ｏ（図１０）を中心にして回転角速度が加わっている場合、コリオリ力によって２つの振動子２ａおよび２ｂの振動方向が基台７の厚み外にでるように変わるため、中心軸Ｏを中心として基台７にねじれが発生し、中心軸Ｏがノード部分となる。そのため、この振動ジャイロ１では、振動子２ａおよび２ｂの振動をダンピングしないようにするためには、中心軸Ｏを支持する必要がある。この場合、振動ジャイロ１は、たとえば極力細い線状の金属棒からなる支持部材を中心軸Ｏ上に接着することによって支持されるが、その支持強度が弱い。なお、その支持強度を強くするために支持部材を太く形成すると、振動子２ａおよび２ｂの振動のダンピングにつながり、振動のダンピングが大きくなると振動が不安定になり、温度ドリフトの原因になる。
【０００７】
それゆえに、この発明の主たる目的は、振動子の振動をダンピングすることなく強い強度で支持することができ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】
この発明にかかる振動ジャイロは、音片型の２つの振動子の一端が基台にそれぞれ接続された音叉型の振動ジャイロにおいて、振動子の回転角速度が加わった場合のノードラインを含む面上に配置され、基台に接着される支持板を設け、支持板において振動子のノードラインに相当する部分に支持棒が設けられる、振動ジャイロである。
また、この発明にかかる振動ジャイロは、音片型の２つの振動子の一端が基台にそれぞれ接続された音叉型の振動ジャイロにおいて、振動子の回転角速度が加わった場合のノードラインを含む面上に配置され、基台に接着される支持板を設け、支持板において振動子のノードラインに相当する部分が支持台で支持される、振動ジャイロである。
【０００９】
この発明にかかる振動ジャイロでは、回転角速度が加わっていない場合、振動子が基台の厚み内で振動するため、基台および支持板がノード部分となる。
また、この発明にかかる振動ジャイロでは、回転角速度が加わっている場合、振動子のノードラインが基台の外側に発生するが、振動子のノードラインに相当する部分に支持板が存在する。
そのため、この発明にかかる振動ジャイロでは、支持板において振動子のノードラインに相当する部分を支持すれば、振動子の振動をダンピングすることなく、強い強度で支持することができる。
【００１０】
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。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明にかかる振動ジャイロの一例を示す斜視図であり、図２はその振動ジャイロの分解斜視図である。図１および図２に示す振動ジャイロ１０は、音片型の２つの振動子１２ａおよび１２ｂを含む。
【００１２】
一方の振動子１２ａは、たとえば正４角柱状の振動体１４を含み、振動体１４は、たとえば短冊状の第１の圧電体基板１６ａおよび第２の圧電体基板１６ｂを含む。第１の圧電体基板１６ａおよび第２の圧電体基板１６ｂは、積層され接着される。また、第１の圧電体基板１６ａおよび第２の圧電体基板１６ｂは、互いに逆の厚み方向に分極される。なお、第１の圧電体基板１６ａおよび第２の圧電体基板１６ｂの分極の方向は、同じ方向であってもよい。
【００１３】
第１の圧電体基板１６ａの主面には、その幅方向に間隔を隔てて、２つの駆動用電極１８ａおよび１８ｂが形成される。また、第２の圧電体基板１６ｂの主面には、検出用電極２０が形成される。さらに、第１の圧電体基板１６ａおよび第２の圧電体基板１６ｂ間には、中間電極２２が形成される。
【００１４】
他方の振動子１２ｂは、一方の振動子１２ａと同じ構造であり、振動体１４となる第１の圧電体基板１６ａおよび第２の圧電体基板１６ｂと、２つの駆動用電極１８ａおよび１８ｂ、検出用電極２０および中間電極２２の各電極とを有する。
【００１５】
２つの振動子１２ａおよび１２ｂの一端は、基台２４の一端にそれぞれ接続される。基台２４は、たとえば矩形状の第１の圧電体基板２６ａおよび第２の圧電体基板２６ｂを含む。第１の圧電体基板２６ａの一端には、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの第１の圧電体基板１６ａの一端がそれぞれ接続される。この場合、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの第１の圧電体基板１６ａと基台２４の第１の圧電体基板２６ａとは、同じ材料で一体的に形成される。同様に、第２の圧電体基板２６ｂの一端には、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの第２の圧電体基板１６ｂの一端がそれぞれ接続される。この場合、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの第２の圧電体基板１６ｂと基台２４の第２の圧電体基板２６ｂとは、同じ材料で一体的に形成される。そして、第１の圧電体基板２６ａおよび第２の圧電体基板２６ｂは、積層され接着される。
【００１６】
基台２４の第１の圧電体基板２６ａの主面には、その幅方向に間隔を隔てて、３つの駆動用電極２８ａ、２８ｂおよび２８ｃが形成される。この場合、１つの駆動用電極２８ａは、一方の振動子１２ａの駆動用電極１８ａからのびて形成され、他の１つの駆動用電極２８ｂは、一方の振動子１２ａの駆動用電極１８ｂおよび他方の振動子１２ｂの駆動用電極１８ａからのびて形成され、残りの１つの駆動用電極２８ｃは、他方の振動子１２ｂの駆動用電極１８ｂからのびて形成される。また、基台２４の第２の圧電体基板２６ｂの主面には、その幅方向に間隔を隔てて、２つの検出用電極３０ａおよび３０ｂが形成される。この場合、一方の検出用電極３０ａは、一方の振動子１２ａの検出用電極２０からのびて形成され、他方の検出用電極３０ｂは、他方の振動子１２ｂの検出用電極２０からのびて形成される。さらに、基台２４の第１の圧電体基板２６ａおよび第２の圧電体基板２６ｂ間には、中間電極３２が、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの中間電極２２からのびて形成される。
【００１７】
また、基台２４には、たとえば短冊状の金属板からなる支持板４０が接着される。この場合、支持板４０は、基台２４の検出用電極３０ａおよび３０ｂの表面に絶縁剤からなる接着剤で接着される。それによって、支持板４０は、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの２つのノードライン（図４）を含む面上に配置される。
【００１８】
さらに、支持板４０には、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの２つのノードラインに相当する部分に、線状の４つの支持棒４２がそれぞれ支持板４０と一体的に形成される。
【００１９】
この振動ジャイロ１０には、図３に示すように、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの駆動用電極１８ａおよび１８ｂからのびて形成される駆動用電極２８ａおよび２８ｃと駆動用電極２８ｂとの間に発振回路５０が接続され、駆動用電極２８ａおよび２８ｃが電源電圧の中間点に接続される。発振回路５０は、たとえば増幅回路と位相補正回路とを含む。
【００２０】
また、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの検出用電極２０からのびて形成される２つの検出用電極３０ａおよび３０ｂは、差動回路５２の２つの入力端にそれぞれ接続される。差動回路５２は、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの検出用電極２０から得られる出力信号の差を検出するためのものである。差動回路５２の出力端は、同期検波回路５４の入力端に接続される。同期検波回路５４の別に入力端には、発振回路５０の別の出力端が接続される。同期検波回路５４は、差動回路５２の出力信号を発振回路５０の出力信号に同期して検波するためのものである。同期検波回路５４の出力端は、積分回路５６の入力端に接続される。積分回路５６は、同期検波回路５４の出力信号を積分するためのものである。積分回路５６の出力端は、直流増幅回路５８の入力端に接続される。直流増幅回路５８は、積分回路５６の出力信号を増幅するためのものである。
【００２１】
この振動ジャイロ１０では、発振回路５０によって、一方の振動子１２ａの駆動用電極１８ａおよび他方の振動子１２ｂの駆動用電極１８ｂから出力される信号が増幅され、位相補正され、一方の振動子１２ａの駆動用電極１８ｂおよび他方の振動子１２ｂの駆動用電極１８ａに与えられる。それによって、２つの振動子１２ａおよび１２ｂには分極方向と直交する方向に電界が印加され、２つの振動子１２ａおよび１２ｂは、それらの先端部が開いたり閉じたりするようにして振動する。このとき、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの先端部は分極方向に対して同じ状態で振動するため、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの検出用電極２０からは同じ出力信号が得られる。そのため、差動回路５２からは、０の信号が出力される。
【００２２】
この状態で、振動ジャイロ１０の中心軸Ｏ（図４）を中心として回転角速度が加わると、２つの振動子１２ａおよび１２ｂには、無回転時の振動と直交する向きにコリオリ力が働く。このコリオリ力によって、振動子１２ａおよび１２ｂの振動方向が変わる。そのため、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの検出用電極２０からは、コリオリ力に対応した信号が出力される。このとき、コリオリ力は２つの振動子１２ａおよび１２ｂに対して互いに逆向きに働くため、２つの振動子１２ａおよび１２ｂは互いに逆向きに変位する。そのため、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの検出用電極２０から出力される信号は、互いに逆位相の信号となる。したがって、差動回路５２で２つの検出用電極２０の出力信号の差をとれば、コリオリ力に対応した大きい信号を得ることができる。
【００２３】
差動回路５２の出力信号は、同期検波回路５４で、発振回路５０の信号に同期して検波される。それによって、差動回路５２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５４の出力信号は積分回路５６で直流信号に変換され、さらに直流増幅回路５８で増幅される。振動子１２ａおよび１２ｂの検出用電極２０からの出力信号のレベルは、振動子１２ａおよび１２ｂの先端部の変位の大きさによって決まるため、大きいコリオリ力が働くと、出力信号のレベルは大きくなる。したがって、直流増幅回路５８の出力信号のレベルから、回転角速度の大きさを検出することができる。
【００２４】
また、回転角速度が加わる方向によって、振動子１２ａおよび１２ｂに働くコリオリ力の方向が変わる。そのため、２つの検出用電極２０から出力される信号の位相も変わり、差動回路５２からは、回転角速度の方向によって、逆位相の信号が出力される。したがって、同期検波回路５４では、一方向に回転角速度が加わったときに信号の正部分が検波されるとすると、他方向に回転角速度が加わったときに信号の負部分が検波される。そのため、回転角速度の加わる方向によって、直流増幅回路５８の出力信号の極性が変わる。つまり、直流増幅回路５８の出力信号の極性から、回転角速度の加わった方向を知ることができる。
【００２５】
この振動ジャイロ１０では、回転角速度が加わっていない場合、振動子１２ａおよび１２ｂは、それらの先端部が開いたり閉じたりするよう振動する。そのため、この場合、振動ジャイロ１０の基台２４、支持板４０および支持棒４２がノード部分となる。したがって、この場合、支持棒４２などを支持することによって、振動子１２ａおよび１２ｂの振動をダンピングすることなく、振動ジャイロ１０を強い強度で支持することができる。
【００２６】
また、この振動ジャイロ１０では、中心軸Ｏ（図４）を中心にして回転角速度が加わっている場合、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの２つのノードラインが基台２４の外側に発生するが、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの２つのノードラインに相当する部分に支持板４０および支持棒４２が存在する。したがって、この場合も、支持棒４２を支持することによって、振動子１２ａおよび１２ｂの振動をダンピングすることなく、振動ジャイロ１０を強い強度で支持することができる。
【００２７】
図５はこの発明にかかる振動ジャイロの他の例を示す斜視図である。図５に示す振動ジャイロ１０では、図１および図２に示す振動ジャイロ１０と比べて、支持棒４２が形成されていない代わりに、たとえば金属からなる支持台４４が設けられる。支持台４４は、支持板４０と同様の台板４６を含み、台板４６上には、板状の２つの脚部４８ａおよび４８ｂが間隔を隔てて形成される。そして、これらの脚部４８ａおよび４８ｂの先端部が、支持板４０において２つの振動子１２ａおよび１２ｂの２つのノードライン（図６）に相当する部分に、それぞれたとえばシリコンなどで接着される。
【００２８】
図５に示す振動ジャイロ１０でも、図１および図２に示す振動ジャイロ１０と同様に動作し、同様の効果が得られる。
【００２９】
なお、上述の各振動ジャイロ１０では２つの振動子１２ａおよび１２ｂがそれぞれいわゆるバイモルフ構造に形成されているが、この発明では振動子はユニモルフ構造などの他の構造に形成されてもよい。また、基台２４についても、同様に、ユニモルフ構造などの他の構造に形成されてもよい。
【００３０】
さらに、上述の各振動ジャイロ１０では支持板４０、支持棒４２、支持台４４が金属で特定の形状に形成されているが、支持板４０、支持棒４２、支持台４４などは他の形状に形成されてもよく、また、それらの材料として金属以外のものが用いられてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
この発明によれば、振動子の振動をダンピングすることなく強い強度で支持することができるジャイロが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる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の分解斜視図である。
【図３】図１および図２に示す振動ジャイロを使用するための回路を示す図解図である。
【図４】図１および図２に示す振動ジャイロにおいて回転角速度が加わっている場合のノードラインを示す図解図である。
【図５】この発明にかかる振動ジャイロの他の例を示す斜視図である。
【図６】図５に示す振動ジャイロにおいて回転角速度が加わっている場合のノードラインを示す図解図である。
【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に示す振動ジャイロを使用するための回路を示す図解図である。
【図９】図７に示す振動ジャイロにおいて回転角速度が加わっていない場合のノード部分を示す図解図である。
【図１０】図７に示す振動ジャイロにおいて回転角速度が加わっている場合のノード部分を示す図解図である。
【符号の説明】
１０振動ジャイロ
１２ａ、１２ｂ振動子
１４振動体
１６ａ第１の圧電体基板
１６ｂ第２の圧電体基板
１８ａ、１８ｂ駆動用電極
２０検出用電極
２２中間電極
２４基台
２６ａ第１の圧電体基板
２６ｂ第２の圧電体基板
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ駆動用電極
３０ａ、３０ｂ検出用電極
３２中間電極
４０支持板
４２支持棒
４４支持台
４６台板
４８ａ、４８ｂ脚部
５０発振回路
５２差動回路
５４同期検波回路
５６平滑回路
５８直流増幅回路

Claims

音片型の２つの振動子の一端が基台にそれぞれ接続された音叉型の振動ジャイロにおいて、
前記振動子の回転角速度が加わった場合のノードラインを含む面上に配置され、前記基台に接着される支持板を設け、
前記支持板において前記振動子のノードラインに相当する部分に支持棒が設けられる、振動ジャイロ。
音片型の２つの振動子の一端が基台にそれぞれ接続された音叉型の振動ジャイロにおいて、
前記振動子の回転角速度が加わった場合のノードラインを含む面上に配置され、前記基台に接着される支持板を設け、
前記支持板において前記振動子のノードラインに相当する部分が支持台で支持される、振動ジャイロ。