JPH02293620A - 振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は振動ジャイロに関し、特にたとえば自動車な
どに搭載されるナビゲーションシステムに用いられる、
振動ジャイロに関する。

（従来技術） 第４図は従来の振動ジャイロの一例を示す図解図である
。この振動ジャイロ１は、正３角柱状の振動体２を含み
、振動体２の１つの側面に駆動用圧電素子３が形成され
、振動体２の他の２つの側面に検出用圧電素子４ａおよ
び４ｂがそれぞれ形成されている。

そして、この振動ジャイロ１では、検出用圧電素子４ａ
および４ｂと駆動用圧電素子３との間に発振回路５が接
続され、検出用圧電素子４ａおよび４ｂの出力が発振回
路５を介して駆動用圧電素子３に帰還される。したがっ
て、この振動ジャイロ１は自助ｉ罵区動ずる。

さらに、この振動ジャイロｌでは、検出用圧電素子４ａ
および４ｂからの出力電圧の差を差動増幅回路６で検出
することによって、その回転角速度が測定される。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上述の振動ジャイロｌでは、検出用圧電素子
４ａおよび４ｂがらの出力電圧の差を検出するため、検
出用圧電素子に静電容量値のばらつきがあったり検出用
圧電素子に関与する共振周波数にわずかな違いがあった
りした場合、それらの検出用圧電素子間にインピーダン
ス差が生じ、その結果、それらの検出用圧電素子からの
出力電圧に位相差が生じ、回転角速度を正確に測定する
ことが困難であった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、圧電素子の静電
容量値のばらつきやそれらに関与する共振周波数に影響
されることなく、回転角速度を正確に測定することがで
きる、振動ジャイロを提供することである。

（課題を解決するための手段） この発明は、横断面が多角形の振動体と、振動体の少な
くとも３つの側面にそれぞれ形成される圧電素子と、そ
の２つの固定端子が２つの圧電素子にそれぞれ接続され
、その可動端子が駆動用および帰還用の一方に用いられ
る可変抵抗器と、それらの２つの圧電素子にそれぞれ接
続される２つの検出用端子とを含む、振動ジャイロであ
る。

（作用） 可変抵抗器の可動端子に駆動信号を印加して、可変抵抗
器の２つの固定端子に接続された２つの圧電素子にその
駆動信号を印加するか、あるいは、それらの２つの圧電
素子からの出力信号を可変抵抗器の可動端子を通して他
の圧電素子に印加すれば、この振動ジャイロは駆動する
。そして、２つの検出用端子からは、回転角速度に応じ
た出力電圧が得られる。この場合、それらの２つの圧電
素子のうちの一方の圧電素子の静電容量値Ｃ，およびそ
の圧電素子に接続された一方の固定端子から可動端子ま
での抵抗値Ｒ，の積Ｃ．　　・Ｒ１と、他方の圧電素子
の静電容量値Ｃ２およびその圧電素子に接続された他方
の固定端子から可動端子までの抵抗値Ｒ２の積Ｃ２　・
Ｒ！とが略等しくなるように、可変抵抗値を調整すれば
、２つの検出用端子から得られる出力電圧は同位相とな
る。

（発明の効果） この発明によれば、圧電素子の静電容量値のばらつきや
それらに関与する共振周波数のずれに影響されることな
く、２つの検出用端子からの出力電圧を同位相にするこ
とができるので、回転角速度を正確に測定することがで
きる． 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実施例の詳細な説明から
一層明らかとなろう． （実施例） 第１図はこの発明の一実施例を示す図解図である。この
振動ジャイロｌＯは、たとえば正３角柱状の振動体１２
を含む。この振動体ｌ２は、たとえばエリンバ，鉄一ニ
ッケル合金，石英，ガラス，水晶．セラミックなど、一
般的に機械的な振動を生じる材料で形成される． この振動体ｌ２には、その３つの側面の中央部にそれぞ
れ圧電素子１４ａ，１４ｂおよび１４ｃが形成される。

圧電素子１４ａは、たとえばセラミックからなる圧電層
１６ａを含み、圧電層ｌ６ａの両主面にはそれぞれ電極
１８ａおよび２０ａが形成される．なお、これらの電極
１８ａおよび２０ａは、たとえば金．Ｓ艮．アノレミニ
ウム，ニッケル．銅−ニッケル合金（モネルメタル）な
どの電極材料で、たとえばスパッタリング，蒸着等の薄
膜技術であるいはその材料によっては印刷技術で形成さ
れる．同様に、他の圧電素子１４ｂおよび１４ｃも、そ
れぞれ、たとえばセラミソクからなる圧電層１６ｂおよ
び１６ｃを含み、それらの圧電層１６ｂと１６ｃとの両
主面にも、電極１８ｂおよび２０ｃと１８ｂおよび２０
ｃとが、それぞれ形成されている．そして、これらの圧
電素子１４ａ−１４ｃの一方の電極１８ａ−１８０は、
たとえば接着剤で振動体１２に接着される。

なお、振動体ｌ２をたとえばエリンバ，鉄−ニッケル合
金などの金属からなる振動材料で形成すれば、圧電素子
１４ａ−１４ｃの一方の電極ｌ８ａ〜１８ｃは形成され
なくてもよい．なぜなら、振動体ｌ２がそれらの電極１
８ａ〜１８ｃを兼ねるからである。この場合、圧電層１
６ａ＝１６ｃは、たとえばＰＺＴ（ジルコン・チタン酸
鉛），ＺｎＯ　（酸化鉛）などの圧電材料でたとえばス
パッタリング，蒸着などの薄膜技術によって形成されて
もよい。

この振動ジャイロ１０では、圧電素子１４ａ〜１４ｃの
うち任意の２つが駆動用に用いられ、他のものが帰還用
に用いられる。この実施例では、たとえば、圧電素子１
４ａおよび１４ｂが駆動用に用いられ、圧電素子１４ｃ
が帰還用に用いられる。

駆動用の２つの圧電素子１４ａおよび１４ｂの電極２０
ａおよび２０ｂには、可変抵抗器２２の固定端子２２ａ
および２２ｂがそれぞれ接続される。また、この可変抵
抗器２２の可動端子２２ｃには、駆動用端子２４が接続
される。したがって、駆動用端子２４に駆動信号を印加
すれば、この振動ジャイロｌＯは駆動する． 一方、帰還用の圧電素子１４ｃの電極２０ｃには、そこ
に生じる出力を駆動用の圧電素子１４ａおよび１４ｂに
帰還するための帰還用端子２６が接続される。この帰還
用端子２６は、この振動ジャイロｌＯを自動振駆動する
ための帰還ループとしての発振回路２８の入力側に接続
される。また、この発振回路２８の出力側は、駆動用端
子２４に接続される．したがって、この振動ジャイロ１
０は、自動振駆動する． この振動ジャイロ１０が駆動した場合、駆動用の圧電素
子１４ａおよび１４ｂの電極２０ａおよび２０ｂには、
回転角速度に応じた電圧が発生する。そのため、駆動用
の圧電素子１４ａおよび１４ｂの電極２０ａおよび２０
ｂには、検出用端子３０ａおよび３０ｂがそれぞれ接続
される。したがって、検出用端子３０ａおよび３０ｂか
らは、回転角速度に応じた出力電圧が得られる．この場
合、一方の駆動用の圧電素子１４ａの静電容量値Ｃ１お
よび可変抵抗器２２の一方の固定端子２２ａから可動端
子２２ｃまでの抵抗値Ｒ，の積Ｃ１・Ｒ１と、他方の駆
動用の圧電素子１４ｂの静電容量値Ｃｚおよび可変抵抗
器２２の他方の固定端子２２ｂから可動端子２２ｃまで
の抵抗値Ｒ２の積Ｃ８　・Ｒ２とが略等しくなるように
、可変抵抗器２２を調整すれば、駆動用の圧電素子１４
ａおよび１４ｂの静電容量値のばらつきやそれらに関与
する共振周波数のずれに影響されることなく、検出用端
子３０ａおよび３０ｂからは同相の出力電圧が得られる
。

一方、検出用端子３０ａおよび３０ｂは、差動増幅回路
３２の２つの入力端に、それぞれ接続される。この差動
増幅回路３２では、検出用端子３０ａおよび３０ｂ間の
電位差が検出される。したがって、差動増幅回路３２か
らの出力によって、振動ジャイロ１０の回転角速度を測
定することができる。

この振動ジャイロ１０では、圧電素子に静電容量値のば
らつきがあったりそれらの関与する共振周波数にずれが
あったりしても、それらに影響されることなく、検出用
端子３０ａおよび３０ｂからの出力電圧の位相を同相に
することができる。

そのため、静止時（無回転時）において検出用端子３０
ａおよび３０ｂ間の電位差すなわち差動増幅回路３２か
らの出力を０とすることができる。

また、回転時においては、検出用端子３０ａおよび３０
ｂ間の電位差を同期検波回路で検波することによって、
回転角速度に応じた正または負の信号を取り出すことが
できる．したがって、この振動ジャイロ１０では、回転
角速度を正確に測定することができる。

第２図は第１図に示す実施例の変形例を示す図解図であ
る．この実施例では、第１図に示す実施例と比べて、特
に、振動体１２，圧電素子１４ａ〜１４ｃおよび可変抵
抗器２２の構造は同じであるが、２つの圧電素子１４ａ
および１４ｂが帰還用に用いられ、他の１つの圧電素子
１４ｃが駆動用に用いられるところで相違する。

そのため、この実施例では、駆動用端子２４が、駆動用
の圧電素子１４ｃの電極２０ｃに接続される．さらに、
帰還用端子２６が、可変抵抗器２２の可動端子２２ｃに
接続される。

また、この実施例では、帰還用の圧電素子１４ａおよび
１４ｂから回転角速度に応じた出力電圧が得られるため
、帰還用の圧電素子１４ａおよび１４ｂの電極２０ａお
よび２０ｂに、検出用端子３Ｑａおよび３０ｂがそれぞ
れ接続されている。

そして、この実施例では、圧電素子１４ａの静電容量値
Ｃ１および可変抵抗器２２の一方の固定端子２２ａから
可動端子２２ｃまでの抵抗値Ｒ，の積Ｃ，−Ｒ．と、圧
電素子１４ｂの静電容量値Ｃ２および可変抵抗器２２の
他方の固定端子２２ｂから可動端子２２ｃまでの抵抗値
Ｒ２の積Ｃ２・Ｒ２とが略等しくなるように、可変抵抗
器２２を調整すれば、それらの圧電素子１４ａおよびｌ
４ｂの静電容量値のばらつきやそれらに関与する共振周
波数のずれに影響されることなく、検出用端子３０ａお
よび３０ｂから同相の出力電圧が得られる． 第３図はこの発明の他の実施例を示す図解図である。こ
の実施例では、特に、振動体１２が正４角柱状に形成さ
れ、振動体１２の４つの側面に、それぞれ圧電素子１４
ａ，１４ｂ，１４ｃおよび１４ｄが形成される。そして
、たとえば、隣接する２つの圧電素子１４ａおよび１４
ｂが駆動用に用いられ、他の２つの圧電素子１４Ｃおよ
び１４ｄが帰還用に用いられる。

そのため、可変抵抗器２２の２つの固定端子２２ａおよ
び２２ｂは、駆動用の圧電素子１４ａおよび１４ｂにそ
れぞれ接続され、この可変抵抗器２２の可動端子２２ｃ
には、駆動用端子２４が接続される。さらに、帰還用の
圧電素子１４ｃおよび１４ｄには、別の可変抵抗器２５
の５２つの固定端子２５ａおよび２５ｂがそれぞれ接続
され、この別の可変抵抗器２５の可動端子２５ｃには、
帰還用端子２６が接続される。

なお、この実施例でも、上述の各実施例と同様に、帰還
用端子２６と駆動用端子２４とに発振回路２８が接続さ
れる。したがって、この振動ジャイロ１０も、自動振駆
動する。この場合、駆動用の圧電素子１４ａおよび１４
ｂに回転各速度に応じた出力電圧が発生する。

そのため、この実施例では、検出用端子３０ａおよび３
０ｂは、駆動用の圧電素子１４ａおよび１４ｂに接続さ
れる．なお、検出用端子３０ａおよび３０ｂは、差動増
幅回路３２の入力側に接続される． この実施例でも、第１図に示す実施例と同様に、駆動用
の圧電素子に接続された可変抵抗器２２を調整すること
によって、検出用端子３０ａおよび３０ｂから同相の出
力電圧が得られる．なお、この実施例においては、帰還
用の圧電素子１４ｃおよび１４ｄからも回転角速度に応
じた出力電圧が発生するため、検出用端子３０ａおよび
３０ｂは、帰還用の圧電素子１４ｃおよびｌ４ｄにそれ
ぞれ接続されてもよい。この場合、別の可変抵抗器２５
を調整することによって、検出用端子３０ａおよび３０
ｂから同相の出力電圧が得られる。

上述の各実施例では、振動体１２が正３角柱状あるいは
正４角柱状に形成されているが、この発明では、振動体
ｌ２は、正３角柱状．正４角柱状以外の多角柱状に形成
されてもよい。この場合、圧電素子を振動体の少なくと
も３つの側面にそれぞれ形成し、２つの圧電素子に可変
抵抗器の２つの固定端子をそれぞれ接続し、かつ、それ
らの２つの圧電素子に２つの検出用端子をそれぞれ接続
し、可変抵抗器の可動端子を駆動用および帰還用の一方
として用いればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す図解図である。 第２図は第１図実施例の変形例を示す図解図である。 第３図はこの発明の他の実施例を示す図解図である。 第４図は従来の振動ジャイロの一例を示す図解図である
。 図において、１０は振動ジャイロ、ｌ２は振動体、１４
ａ．１４ｂおよび１４Ｃは圧電素子、２２は可変抵抗器
、３０ａおよび３０ｂは検出用端子を示す。 特許出願人　株式会社　村田製作所 代理人　弁理士　岡　田　　全　啓 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 横断面が多角形の振動体、 前記振動体の少なくとも３つの側面にそれぞれ形成され
   る圧電素子、 その２つの固定端子が２つの前記圧電素子にそれぞれ接
   続され、その可動端子が駆動用および帰還用の一方に用
   いられる可変抵抗器、および前記２つの圧電素子にそれ
   ぞれ接続される２つの検出用端子を含む、振動ジャイロ
   。