JPH04307322A - Piezoelectric vibrating gyro - Google Patents

Piezoelectric vibrating gyro

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JPH04307322A
JPH04307322A JP3097854A JP9785491A JPH04307322A JP H04307322 A JPH04307322 A JP H04307322A JP 3097854 A JP3097854 A JP 3097854A JP 9785491 A JP9785491 A JP 9785491A JP H04307322 A JPH04307322 A JP H04307322A
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piezoelectric
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Abstract

PURPOSE:To obtain a piezoelectric vibrating gyro which has little characteristic irregularity and is easy to assemble. CONSTITUTION:Three band-shaped electrodes 11-13 are formed with an equal distance on the outer peripheral surface of a piezoelectric ceramic cylinder 10 in parallel to the longitudinal direction of the cylinder 10. A connecting electrode 14 is formed to connect the band-shaped electrodes 11, 13. Moreover, there are two band-shaped electrodes 15, 16 formed with the same distance from the central band-shaped electrode 12 between the central band-shaped electrode 12 and the band-shaped electrodes 11, 13 at both sides of the electrode 12. Polarization is carried out between the electrodes 12 and 11, 13. The central band-shaped electrode 12 is turned to be an earth terminal, and the band-shaped electrodes 11, 13 at both sides of the electrode 12 become input terminals, while the band-shaped electrodes 15, 16 are output terminals. When an alternating current of approximately the same frequency as the resonance frequency of the bending vibrating mode of the piezoelectric ceramic cylinder 10 is applied to the input terminals, the differential voltage at the two output terminals is detected.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は圧電振動ジャイロに関
し、より詳しくは、船舶や自動車などの移動体に搭載さ
れる機器の姿勢制御システム、あるいは自動車のナビゲ
ーションシステム等に使用されるジャイロスコープであ
って、特に圧電セラミックス単体からなる圧電振動子を
用いて構成される構造が簡単な圧電セラミックス振動ジ
ャイロに関するものである。
[Field of Industrial Application] This invention relates to a piezoelectric vibrating gyroscope, and more specifically to a gyroscope used in an attitude control system for equipment mounted on a moving body such as a ship or an automobile, or a navigation system for an automobile. In particular, the present invention relates to a piezoelectric ceramic vibrating gyroscope having a simple structure using a piezoelectric vibrator made of a single piezoelectric ceramic.

【0002】0002

【従来の技術】この種の圧電振動ジャイロでは、振動し
ている物体に回転加速度が与えられると、その振動方向
と直角な方向にコリオリ力を生じるという力学現象を利
用している。
2. Description of the Related Art This type of piezoelectric vibrating gyroscope utilizes a mechanical phenomenon in which when rotational acceleration is applied to a vibrating object, a Coriolis force is generated in a direction perpendicular to the direction of the vibration.

【0003】即ち、一般に直交する二つの異なる方向の
励振を励起可能に構成した複合振動系において、一方の
振動を励振した状態で、振動子を回転させると、前述の
コリオリ力の作用によりこの振動と直角な方向に力が働
いて、他方の振動が励振される。この振動の大きさは入
力側の振動の大きさおよび回転角速度に比例するため、
入力電圧が一定の状態において、この振動の大きさに比
例した出力電圧の大きさから回転角速度の大きさを求め
ることができる。
That is, in a compound vibration system configured to be able to excite vibrations in two different orthogonal directions, when the vibrator is rotated while one vibration is being excited, this vibration is caused by the action of the Coriolis force mentioned above. A force acts in the direction perpendicular to the one, and the other vibration is excited. The magnitude of this vibration is proportional to the magnitude of vibration on the input side and the rotational angular velocity, so
When the input voltage is constant, the magnitude of the rotational angular velocity can be determined from the magnitude of the output voltage that is proportional to the magnitude of this vibration.

【0004】図8は従来の圧電振動ジャイロの一例を示
したもので、音叉振動子を構成する金属製の振動音片1
01、101’の先端に振動音片101、101’の振
動方向と直角に振動するように構成された振動音片10
2、102’が付加されている。振動音片101、10
1’および102、102’は金属で構成され、夫々の
音片には両面に電極が形成され、厚さ方向に分極された
圧電セラミックス薄板103〜106がそれぞれ接合さ
れている。
FIG. 8 shows an example of a conventional piezoelectric vibrating gyroscope.
A vibrating sound bar 10 configured to vibrate at right angles to the vibration direction of the vibrating sound bars 101, 101' at the tips of the vibrating sound bars 101, 101'.
2,102' is added. Vibration sound pieces 101, 10
1', 102, and 102' are made of metal, electrodes are formed on both sides of each sound piece, and piezoelectric ceramic thin plates 103 to 106 polarized in the thickness direction are bonded to each other.

【0005】この圧電振動ジャイロにおいて、その入力
側の圧電セラミックス薄板103、104に、先端部の
振動音片102、102’を含めた振動音片101、1
01’の共振周波数に等しい周波数の駆動電圧を印加し
て振動音片101、101’を励振する。このとき、振
動音片102、102’は夫々振動音片101、101
’と一緒に振動するが、振動音片102、102’自身
は振動音片101、101’の振動方向と直角な方向に
は振動しない。ところが、この状態で音叉振動子を図の
ように振動音片101、101’、102、102’の
中心を軸として回転させると、コリオリ力の作用によっ
て、振動音片101、101’の振動方向と直角な方向
に力が作用し、振動音片102、102’が振動し、こ
の結果、出力側の圧電セラミックス薄板105、106
には回転角速度に比例した電圧が発生する。
In this piezoelectric vibrating gyroscope, vibrating vibrating bars 101, 1 including vibrating vibrating bars 102, 102' at the tips are mounted on piezoelectric ceramic thin plates 103, 104 on the input side.
A driving voltage having a frequency equal to the resonance frequency of 01' is applied to excite the vibrating sound bars 101, 101'. At this time, the vibrating sound pieces 102 and 102' are vibrating sound pieces 101 and 101, respectively.
However, the vibrating sound bars 102, 102' themselves do not vibrate in a direction perpendicular to the vibration direction of the vibrating sound bars 101, 101'. However, in this state, when the tuning fork vibrator is rotated around the center of the vibrating sound bars 101, 101', 102, 102' as shown in the figure, the vibration direction of the vibrating sound bars 101, 101' changes due to the action of the Coriolis force. A force acts in the direction perpendicular to the vibrating acoustic bars 102, 102', and as a result, the piezoelectric ceramic thin plates 105, 106 on the output side vibrate.
A voltage proportional to the rotational angular velocity is generated.

【0006】図9は従来の圧電振動ジャイロの他例を示
したものである。この圧電振動ジャイロでは、断面が正
方形である金属角柱107の隣り合う面に、両面に電極
が形成されるとともに厚さ方向に分極された圧電セラミ
ックス薄板108、109が接合された構造を備えてい
る。金属角柱10は互いに直角な二つの方向に、略同じ
共振周波数で屈曲振動が可能であり、且つ圧電セラミッ
クス薄板108にこの共振周波数に等しい周波数の電圧
を印加した場合には、圧電セラミックス薄板108を接
合した面が凹凸となる方向に屈曲振動する。そしてこの
状態では金属角柱107の圧電セラミック薄板109に
は電圧が発生しないが、金属角柱107をその長さ方向
を軸として回転させると、コリオリ力の作用によって、
金属角柱107は圧電セラミックス薄板109を接合し
た面が凹凸となる方向に屈曲振動し、圧電セラミックス
109には回転角速度に比例した電圧が発生する。
FIG. 9 shows another example of a conventional piezoelectric vibrating gyroscope. This piezoelectric vibrating gyroscope has a structure in which piezoelectric ceramic thin plates 108 and 109, which have electrodes formed on both sides and are polarized in the thickness direction, are bonded to adjacent surfaces of a metal prism 107 having a square cross section. . The metal prism 10 is capable of bending vibration in two directions perpendicular to each other at approximately the same resonance frequency, and when a voltage with a frequency equal to this resonance frequency is applied to the piezoelectric ceramic thin plate 108, the piezoelectric ceramic thin plate 108 The joined surfaces undergo bending vibration in the direction of unevenness. In this state, no voltage is generated in the piezoelectric ceramic thin plate 109 of the metal prism 107, but when the metal prism 107 is rotated around its length, due to the Coriolis force,
The metal prism 107 bends and vibrates in a direction in which the surface to which the piezoelectric ceramic thin plate 109 is bonded becomes uneven, and a voltage proportional to the rotational angular velocity is generated in the piezoelectric ceramic 109.

【0007】図10は、従来の圧電振動ジャイロのその
他の例を示したものである。この圧電振動ジャイロでは
、断面が正三角形である金属三角柱110の三つの面の
略中央部にはそれぞれ、両面に電極が形成されており且
つその厚さ方向に分極された圧電セラミックス薄板11
1〜113が接合されている。金属三角柱110は夫々
の辺とこれに向い合う頂点を結ぶ方向に、略同じ共振周
波数で屈曲振動が可能であり、また図11のように、一
枚の圧電セラミックス薄板111にこの共振周波数に略
等しい周波数の電圧を印加した場合には、圧電セラミッ
クス薄板111を接合した面が凹凸となる方向に屈曲振
動する。
FIG. 10 shows another example of a conventional piezoelectric vibrating gyroscope. In this piezoelectric vibrating gyroscope, electrodes are formed on each of the three surfaces of a triangular metal prism 110 having an equilateral triangular cross section, and electrodes are formed on both surfaces, and a piezoelectric ceramic thin plate 11 is polarized in the thickness direction.
1 to 113 are joined. The metal triangular prism 110 is capable of bending vibration at approximately the same resonant frequency in the direction connecting each side and the opposing apex, and as shown in FIG. When voltages of the same frequency are applied, the surface to which the piezoelectric ceramic thin plates 111 are bonded bends and vibrates in a direction that becomes uneven.

【0008】また図12に示すように、隣り合う二つの
圧電セラミックス薄板111、112に、同一振幅で同
一位相であり且つ金属三角柱110の共振周波数に等し
い周波数の電圧をそれぞれ印加した場合、圧電セラミッ
クス薄板111を接合した面が凹凸となる方向の屈曲振
動と圧電セラミックス薄板112を接合した面が凹凸と
なる方向の屈曲振動とが合成される結果、金属三角柱1
10は、残りの圧電セラミックス薄板113を接合した
面が凹凸となる方向(矢印方向)に屈曲振動する。
Further, as shown in FIG. 12, when voltages having the same amplitude, the same phase, and a frequency equal to the resonant frequency of the metal triangular prism 110 are applied to two adjacent piezoelectric ceramic thin plates 111 and 112, the piezoelectric ceramic As a result of combining the bending vibration in the direction in which the surface to which the thin plates 111 are bonded is uneven and the bending vibration in the direction in which the surface to which the piezoelectric ceramic thin plate 112 is bonded is to be uneven, the metal triangular prism 1
10 bends and vibrates in the direction (arrow direction) where the surface to which the remaining piezoelectric ceramic thin plates 113 are bonded becomes uneven.

【0009】更に、図13のように隣り合う二つの圧電
セラミックス薄板111、112に同一振幅で逆位相で
あり且つ金属三角柱110の共振周波数に等しい周波数
の電圧をそれぞれ印加した場合、圧電セラミックス薄板
111を接合した面が凹凸となる方向の屈曲振動と圧電
セラミックス薄板112を接合した面が凹凸となる方向
の屈曲振動とが合成される結果、金属三角柱110は残
りの圧電セラミックス薄板113を接合した面と平行な
方向(矢印方向)に屈曲振動する。
Furthermore, when voltages having the same amplitude, opposite phase, and a frequency equal to the resonant frequency of the metal triangular prism 110 are applied to two adjacent piezoelectric ceramic thin plates 111 and 112 as shown in FIG. As a result of combining the bending vibration in the direction in which the joined surface becomes uneven, and the bending vibration in the direction in which the joined surface of the piezoelectric ceramic thin plate 112 becomes uneven, the metal triangular prism 110 becomes the surface to which the remaining piezoelectric ceramic thin plate 113 is joined. flexural vibration in the direction parallel to (arrow direction).

【0010】一方、図12の状態で金属三角柱110を
その長さ方向の中心を軸にして回転させると、コリオリ
力の作用によって、金属三角柱110は、図14に示す
ように圧電セラミックス薄板113を接合した面が凹凸
となる方向と直角な方向に屈曲振動する。図13の通り
、金属三角柱110の圧電セラミックス薄板113と平
行な方向への屈曲振動は圧電セラミックス薄板111、
112に同一振幅、逆位相の電圧を印加することで得ら
れるから、これとは逆に金属三角柱110を圧電セラミ
ックス薄板113と平行な方向に屈曲振動させた場合に
は、圧電セラミックス薄板111、112に印加されて
いる電圧の一方がその分減少し、他方がその分増加する
。それ故、圧電セラミックス薄板111、112の端子
電圧の差の電圧は金属三角柱110の回転角速度に比例
した電圧となる訳である。
On the other hand, when the metal triangular prism 110 is rotated around its longitudinal center in the state shown in FIG. The joined surfaces undergo bending vibration in a direction perpendicular to the direction in which they become uneven. As shown in FIG. 13, the bending vibration of the metal triangular prism 110 in the direction parallel to the piezoelectric ceramic thin plate 113 is caused by the piezoelectric ceramic thin plate 111,
112. Therefore, when the metal triangular prism 110 is flexibly vibrated in a direction parallel to the piezoelectric ceramic thin plate 113, the piezoelectric ceramic thin plates 111, 112 One of the voltages applied to the two will decrease by that amount, and the other will increase by that amount. Therefore, the voltage of the difference between the terminal voltages of the piezoelectric ceramic thin plates 111 and 112 becomes a voltage proportional to the rotational angular velocity of the metal triangular prism 110.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上説
明した従来の圧電振動ジャイロでは、金属製の振動音片
(あるいは金属角柱,金属三角柱)と圧電セラミックス
薄板を接着剤により接合された構造であるため、接着位
置のばらつきや接着層のばらつきなどによって圧電振動
ジャイロの特性が変動するという欠点がある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the conventional piezoelectric vibrating gyroscope described above has a structure in which a metal vibrating piece (or metal prismatic prism, metal triangular prism) and a piezoelectric ceramic thin plate are bonded with an adhesive. However, there is a drawback that the characteristics of the piezoelectric vibrating gyroscope vary due to variations in the bonding position and the adhesive layer.

【0012】また例えば図8の音叉振動子を用いた構造
の場合、振動音片101、101’と102、102’
を直角に接合する必要があるが、これを精度良く組立る
のが難しいという欠点がある。
For example, in the case of the structure using the tuning fork vibrator shown in FIG.
It is necessary to join them at right angles, but the disadvantage is that it is difficult to assemble them accurately.

【0013】この発明は、上記のような接着構造が不要
で、それ故に特性のばらつきが少なく、また組立が容易
である圧電振動ジャイロを提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrating gyroscope which does not require the above adhesive structure, has less variation in characteristics, and is easy to assemble.

【0014】[0014]

【問題点を解決するための手段】この発明によれば、圧
電セラミックス円柱の外周面に、前記圧電セラミックス
円柱の長さ方向と平行な3個の帯状電極を等間隔に形成
し、両側の帯状電極を接続する接続電極を形成し、更に
中央の帯状電極と両側の帯状電極の間で中央の帯状電極
からの距離が等しい位置に2個の帯状電極を形成し、中
央の帯状電極と前記両側の帯状電極との間で分極処理を
施すとともに、前記中央の帯状電極をアース端子とし、
前記両側の帯状電極をそれぞれ入力端子とし、前記2個
の帯状電極を出力端子とし、前記入力端子に、前記圧電
セラミックス円柱の屈曲振動モードの共振周波数にほぼ
等しい周波数の励振用の交流電極を印加し、前記2個の
出力端子の差動電圧を検出することを特徴とする圧電振
動ジャイロが得られる。
[Means for Solving the Problems] According to the present invention, three strip electrodes are formed on the outer peripheral surface of a piezoelectric ceramic cylinder at equal intervals parallel to the length direction of the piezoelectric ceramic cylinder, and the strip electrodes on both sides are formed at equal intervals. A connection electrode is formed to connect the electrodes, and two strip electrodes are formed at equal distances from the center strip electrode between the center strip electrode and the strip electrodes on both sides. Polarization treatment is performed between the central strip electrode and the center strip electrode is used as a ground terminal,
The band-shaped electrodes on both sides are used as input terminals, the two band-shaped electrodes are used as output terminals, and an AC electrode for excitation having a frequency approximately equal to the resonance frequency of the bending vibration mode of the piezoelectric ceramic cylinder is applied to the input terminal. Thus, a piezoelectric vibrating gyroscope is obtained, which is characterized in that it detects a differential voltage between the two output terminals.

【0015】[0015]

【作用】この発明の圧電振動ジャイロで、圧電セラミッ
クス円柱の外周面に電極を形成した圧電振動子を用いた
構造であるから、構造が簡単であり、また従来の圧電振
動ジャイロのような接着作業が不要であり、よって接着
位置や接着層のばらつきなどに起因する特性のばらつき
をなくすことができる。
[Operation] The piezoelectric vibrating gyroscope of the present invention has a structure using a piezoelectric vibrator in which electrodes are formed on the outer circumferential surface of a piezoelectric ceramic cylinder, so the structure is simple, and it does not require the adhesive work of conventional piezoelectric vibrating gyroscopes. This eliminates the need for variations in properties due to variations in bonding positions and adhesive layers.

【0016】また圧電セラミックス円柱を用いているた
め、従来の振動音片や金属角柱などを用いた場合に比べ
て、寸法精度の高い振動子が得られる。尚、本発明の圧
電振動ジャイロにおいては、圧電セラミックス円柱など
を材料特性的に均質な材料により構成することで、後述
するような直交する二つの振動モードの特性を精度良く
合せることができる。
Furthermore, since a piezoelectric ceramic cylinder is used, a vibrator with higher dimensional accuracy can be obtained than in the case of using a conventional vibrating sound piece or a metal prism. In the piezoelectric vibrating gyroscope of the present invention, by constructing the piezoelectric ceramic cylinder or the like from a material with homogeneous material characteristics, the characteristics of two orthogonal vibration modes as described below can be matched with high accuracy.

【0017】[0017]

【実施例】図1は本発明の実施例の圧電振動ジャイロの
実施例の要部を示したもので、この圧電振動ジャイロに
用いられる圧電セラミックス円柱10の外周面には、そ
の円周方向の略3分の2の領域において圧電セラミック
ス円柱10の長さ方向と平行な3個の帯状電極11〜1
3が等間隔で形成されている。
[Embodiment] Fig. 1 shows the main part of a piezoelectric vibrating gyroscope according to an embodiment of the present invention. Three strip electrodes 11 to 1 parallel to the length direction of the piezoelectric ceramic cylinder 10 in approximately two-thirds of the area.
3 are formed at equal intervals.

【0018】帯状電極11と13は接続電極14によっ
て電気的に接続されている。また帯状電極11と12の
間および帯状電極12と13の間の、帯状電極12から
の距離が等しい位置には、2個の帯状電極15、16が
それぞれ形成されている。これらの帯状電極15、16
は曲面スクリーン印刷で直接印刷したり、あるいはメッ
キなどで全面に形成された電極の不要部分をフォトエッ
チングにより除去することで形成される。
The strip electrodes 11 and 13 are electrically connected by a connecting electrode 14. Further, two strip electrodes 15 and 16 are formed between the strip electrodes 11 and 12 and between the strip electrodes 12 and 13 at positions at equal distances from the strip electrode 12, respectively. These strip electrodes 15, 16
is formed by direct printing using curved screen printing, or by removing unnecessary portions of electrodes formed over the entire surface by plating or the like using photo-etching.

【0019】上記の圧電セラミックス円柱10で、中央
の帯状電極12と接続電極14に接続された両側の帯状
電極11、13との間に直流の高電圧を印加して分極処
理を施した場合、図2のように圧電セラミックス円柱1
0の断面方向において帯状電極12から帯状電極15,
16の向き、並びに帯状電極15,16から帯状電極1
1,13の向きに破線で示した分極が生じる。
When the piezoelectric ceramic cylinder 10 described above is polarized by applying a high DC voltage between the central strip electrode 12 and the strip electrodes 11 and 13 on both sides connected to the connecting electrode 14, As shown in Figure 2, piezoelectric ceramic cylinder 1
0 in the cross-sectional direction from the strip electrode 12 to the strip electrode 15,
16, and from the strip electrodes 15 and 16 to the strip electrode 1.
Polarization shown by the broken line occurs in the directions of 1 and 13.

【0020】図3は本発明の圧電振動ジャイロの動作の
基本原理を示したもので、説明の便宜上、この図3の圧
電ジャイロでは上記の図1,2に示した実施例において
接続電極14および帯状電極15、16を外してある。 また、帯状電極11と12および帯状電極12と13の
間に位置する圧電セラミックス円柱10の帯状電極間隙
部をそれぞれG1およびG2としてある。そして、この
圧電振動ジャイロにおいて、帯状電極間隙部G1に交流
電圧を印加すると、この交流電圧によって生じる印加電
界の向きが圧電セラミックス円柱10における分極の向
きと等しい場合には帯状電極間隙部G1に伸び歪が発生
し、一方印加電界と分極とが逆向きの場合には帯状電極
間隙部G1には縮み歪が発生する。
FIG. 3 shows the basic principle of operation of the piezoelectric vibrating gyroscope of the present invention. For convenience of explanation, in the piezoelectric gyroscope of FIG. 3, the connection electrode 14 and Strip electrodes 15 and 16 have been removed. Further, the band-shaped electrode gaps of the piezoelectric ceramic cylinder 10 located between the band-shaped electrodes 11 and 12 and the band-shaped electrodes 12 and 13 are designated as G1 and G2, respectively. In this piezoelectric vibrating gyroscope, when an AC voltage is applied to the band-shaped electrode gap G1, if the direction of the applied electric field generated by this AC voltage is equal to the direction of polarization in the piezoelectric ceramic cylinder 10, it will extend to the band-shaped electrode gap G1. When strain occurs, and on the other hand, when the applied electric field and polarization are in opposite directions, shrinkage strain occurs in the band-shaped electrode gap G1.

【0021】従って、帯状電極間隙部G1に圧電セラミ
ックス円柱10の屈曲振動モードの共振周波数に略等し
い周波数の励振用の交流電圧を印加することで、圧電セ
ラミックス円柱10を圧電横効果によって帯状電極間隙
部G1の中心線と圧電セラミックス円柱の中心軸とを含
む面にほぼ沿った矢印Iの方向に屈曲振動させることが
できる。またこれとは逆に、図3において別の駆動源に
より圧電セラミックス円柱10を矢印I方向に振動させ
れば、圧電効果によって帯状電極11と12の間に電圧
が発生する。
Therefore, by applying an excitation AC voltage having a frequency substantially equal to the resonant frequency of the bending vibration mode of the piezoelectric ceramic cylinder 10 to the band-shaped electrode gap G1, the piezoelectric ceramic cylinder 10 is caused to close the band-shaped electrode gap by the piezoelectric transverse effect. It is possible to cause bending vibration in the direction of arrow I, which is substantially along a plane including the center line of portion G1 and the center axis of the piezoelectric ceramic cylinder. Conversely, if the piezoelectric ceramic cylinder 10 is vibrated in the direction of the arrow I by another drive source in FIG. 3, a voltage is generated between the strip electrodes 11 and 12 due to the piezoelectric effect.

【0022】図4は図1,2に示した、接続電極14に
よって帯状電極12を挟む帯状電極11と13を接続電
極14により接続した実施例の圧電振動ジャイロにおい
て、帯状電極11および13と帯状電極12との間に圧
電セラミックス円柱10の屈曲振動モードの共振周波数
にほぼ等しい周波数の励振用の交流電圧を印加した場合
における、圧電セラミックス円柱10の断面方向に発生
する歪みの状態および振動方向を示す説明図である。
FIG. 4 shows the piezoelectric vibrating gyroscope of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in which the strip electrodes 11 and 13 sandwiching the strip electrode 12 between the connecting electrodes 14 are connected by the connecting electrode 14. The state of distortion and vibration direction generated in the cross-sectional direction of the piezoelectric ceramic cylinder 10 when an excitation AC voltage with a frequency approximately equal to the resonance frequency of the bending vibration mode of the piezoelectric ceramic cylinder 10 is applied between the electrode 12 and the piezoelectric ceramic cylinder 10 are as follows. FIG.

【0023】図4においては、帯状電極間隙部G1部と
G2部の夫々の分極の向きに対して印加される電界の極
性が同じになるため、圧電セラミックス円柱10には図
3で説明したように、帯状電極間隙部G1およびG2の
中心線と圧電セラミックス円柱10の中心軸とを含む面
にほぼ沿う方向と同じ向きの振動駆動力i,iiがそれ
ぞれ発生し、これらが合成される結果、図4のように、
帯状電極12の中心線と圧電セラミックス円柱10の中
心軸とを含む面にほぼ沿った矢印IIの方向に、圧電セ
ラミックス円柱10は屈曲振動する。また逆に、図4に
おいて別の駆動源により圧電セラミックス円柱10が実
線の矢印II方向に振動している場合、帯状電極11と
12の間および帯状電極12と3の間には、圧電効果に
よって、帯状電極12を基準として同相の電圧が発生す
る。
In FIG. 4, since the polarity of the electric field applied to the direction of polarization of the band-shaped electrode gap G1 and G2 is the same, the piezoelectric ceramic cylinder 10 has the same polarization as described in FIG. As a result, vibration driving forces i and ii are generated in the same direction as the direction substantially along the plane including the center lines of the band-shaped electrode gaps G1 and G2 and the center axis of the piezoelectric ceramic cylinder 10, respectively, and as a result of combining these, As shown in Figure 4,
The piezoelectric ceramic cylinder 10 bends and vibrates in the direction of arrow II, which is substantially along a plane including the center line of the strip electrode 12 and the central axis of the piezoelectric ceramic cylinder 10. Conversely, when the piezoelectric ceramic cylinder 10 is vibrated in the direction of the solid arrow II in FIG. , voltages of the same phase are generated with the strip electrode 12 as a reference.

【0024】図5に、図4において帯状電極11と13
の接続を分離し、また帯状電極11と12、および11
と13との間に印加する交流電圧の極性を逆にした場合
において、圧電セラミックス円柱10の断面方向に発生
する歪みの状態および振動方向を示した。
FIG. 5 shows the strip electrodes 11 and 13 in FIG.
and the strip electrodes 11 and 12, and 11
The state of distortion and the direction of vibration generated in the cross-sectional direction of the piezoelectric ceramic cylinder 10 are shown when the polarity of the AC voltage applied between and 13 is reversed.

【0025】即ち、この場合には、帯状電極間隙部G1
とG2のそれぞれの分極の向きに対して印加する電界の
極性が逆向きであるため、圧電セラミックス円柱10に
は帯状電極間隙部G1あるいはG2の中心線と圧電セラ
ミックス円柱10の中心軸を含む面に沿う方向の一方が
逆向きの振動駆動力i,iii が発生し、これらが図
5のように合成される結果、帯状電極12の中心線と圧
電セラミックス円柱10の中心軸とを含む面に沿った方
向とほぼ直角な方向III に、圧電セラミックス円柱
10は屈曲振動する。また逆に、別の駆動源により圧電
セラミックス円柱10を矢印III 方向に振動させた
場合、圧電効果によって帯状電極11と12の間および
帯状電極12と13の間には、帯状電極12を基準とし
て逆相の電圧が発生する。
That is, in this case, the band-shaped electrode gap G1
Since the polarity of the electric field applied is opposite to the direction of polarization of G1 and G2, the piezoelectric ceramic cylinder 10 has a surface that includes the center line of the strip electrode gap G1 or G2 and the central axis of the piezoelectric ceramic cylinder 10. Vibration driving forces i and iii are generated, one of which is in the opposite direction along , and these are combined as shown in FIG. The piezoelectric ceramic cylinder 10 bends and vibrates in a direction III that is substantially perpendicular to the direction along which the piezoelectric ceramic cylinder 10 passes. Conversely, when the piezoelectric ceramic cylinder 10 is vibrated in the direction of arrow III by another driving source, the piezoelectric effect creates a gap between the strip electrodes 11 and 12 and between the strip electrodes 12 and 13 with respect to the strip electrode 12. Opposite phase voltage is generated.

【0026】図6は、図1および図2に示された実施例
の圧電振動ジャイロにおける動作原理の説明図である。 この実施例において、帯状電極12をアース端子とし、
また帯状電極11、13に同一振幅で同一位相であり且
つその周波数が圧電セラミックス円柱10の屈曲振動モ
ードの共振周波数にほぼ一致させた励振用の交流電圧を
印加した場合、図4で説明したように、ほぼ帯状電極1
2の中心線と圧電セラミックス円柱10の中心軸とを含
む面にほぼ沿った方向の振動と帯状電極12の中心線と
圧電セラミックス円柱10の中心軸とを含む面にほぼ沿
った方向の振動が合成される結果、圧電セラミックス円
柱10は、帯状電極12の中心線と圧電セラミックス円
柱10の中心軸とを含む面に沿う方向IIに振動する。
FIG. 6 is an explanatory diagram of the operating principle of the piezoelectric vibrating gyroscope of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2. In this embodiment, the strip electrode 12 is used as a ground terminal,
Furthermore, when an excitation AC voltage having the same amplitude, the same phase, and whose frequency almost matches the resonant frequency of the bending vibration mode of the piezoelectric ceramic cylinder 10 is applied to the strip electrodes 11 and 13, as explained in FIG. , approximately strip-shaped electrode 1
2 and the center axis of the piezoelectric ceramic cylinder 10, and vibration in a direction substantially along the plane including the center line of the strip electrode 12 and the central axis of the piezoelectric ceramic cylinder 10. As a result of the synthesis, the piezoelectric ceramic cylinder 10 vibrates in a direction II along a plane including the center line of the strip electrode 12 and the central axis of the piezoelectric ceramic cylinder 10.

【0027】図6において、帯状電極15と16には駆
動のための帯状電極11と13に印加されている電圧が
それぞれ、帯状電極11と15間の静電容量C15と帯
状電極15と12間の静電容量C52、および帯状電極
13と16間の静電容量C36と帯状電極16と12間
の静電容量C62により分圧されて発生している。そし
て、圧電セラミックス円柱10をその軸を中心として回
転させると、振動方向と直角な方向にコリオリ力が発生
し、この結果、圧電セラミックス円柱10は、帯状電極
12の中心線と圧電セラミックス円柱10の中心軸とを
含む面にほぼ沿った方向と直角な方向IIにも振動する
In FIG. 6, the voltage applied to the strip electrodes 11 and 13 for driving is applied to the strip electrodes 15 and 16, respectively. , the capacitance C36 between the strip electrodes 13 and 16, and the capacitance C62 between the strip electrodes 16 and 12. Then, when the piezoelectric ceramic cylinder 10 is rotated about its axis, a Coriolis force is generated in a direction perpendicular to the vibration direction. It also vibrates in the direction II perpendicular to the direction substantially along the plane including the central axis.

【0028】従って、図5で説明したように、帯状電極
11と13に、この振動による同一振幅、逆位相の電圧
が発生すると同時に帯状電極15と16にもこの振動に
よる同一振幅、逆位相の電圧が発生する。そしてこの場
合には、帯状電極15、16に発生する電圧の一方がそ
の分減少し、他方がその分増加するから、帯状電極15
と16をそれぞれ差動増幅器20の入力端子に接続すれ
ば、差動増幅器20の出力はコリオリ力により発生した
振動成分に伴う電圧となり、かつ加えられた回転角速度
に比例した電圧となる。
Therefore, as explained with reference to FIG. 5, voltages of the same amplitude and opposite phase are generated in the band electrodes 11 and 13 due to this vibration, and at the same time voltages of the same amplitude and opposite phase are generated in the band electrodes 15 and 16 due to this vibration. Voltage is generated. In this case, one of the voltages generated on the strip electrodes 15 and 16 decreases by that amount, and the other increases by that amount, so the strip electrode 15
and 16 are respectively connected to the input terminals of the differential amplifier 20, the output of the differential amplifier 20 becomes a voltage associated with the vibration component generated by the Coriolis force, and a voltage proportional to the applied rotational angular velocity.

【0029】図7はこの実施例の圧電振動ジャイロにお
いて、圧電セラミックス円柱10の屈曲振動モードの共
振周波数にほぼ等しい周波数の励振用の交流電圧をその
入力端子に印加する方法の一例を示す説明図である。即
ち、この場合には、検出用の帯状電極15の出力を位相
回路21を介して増幅器22に接続し、増幅器22の出
力を圧電振動ジャイロの駆動用電圧として帯状電極11
および13に印加することにより、自励発振回路を構成
すれば良い。そしてこの構成とすれば、周囲の温度変化
に伴う圧電セラミックス円柱10の屈曲振動モードの共
振周波数の変化に自動的に追尾することができ、安定な
圧電振動ジャイロを形成することができる。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a method of applying an excitation AC voltage having a frequency approximately equal to the resonance frequency of the bending vibration mode of the piezoelectric ceramic cylinder 10 to its input terminal in the piezoelectric vibrating gyroscope of this embodiment. It is. That is, in this case, the output of the detection strip electrode 15 is connected to the amplifier 22 via the phase circuit 21, and the output of the amplifier 22 is used as the driving voltage for the piezoelectric vibrating gyroscope to drive the strip electrode 11.
and 13, a self-excited oscillation circuit may be constructed. With this configuration, it is possible to automatically track changes in the resonance frequency of the bending vibration mode of the piezoelectric ceramic cylinder 10 due to changes in ambient temperature, and a stable piezoelectric vibrating gyroscope can be formed.

【0030】このような自励発振回路の構成手段として
は、上記以外には例えば、帯状電極15と16に発生す
る電圧の和を位相回路21を介して増幅回路22に接続
する構成としても良い。更に、帯状電極12およびこれ
と接続電極14により接続された帯状電極11、13と
を2端子とする圧電振動子とし、従来より一般的に構成
される圧電式自励発振回路を構成することもできる。
[0030] In addition to the above-mentioned configuration means, such a self-excited oscillation circuit may be configured such that, for example, the sum of the voltages generated at the strip electrodes 15 and 16 is connected to the amplifier circuit 22 via the phase circuit 21. . Furthermore, a piezoelectric vibrator having two terminals, the strip electrode 12 and the strip electrodes 11 and 13 connected thereto by the connection electrode 14, can be used to construct a piezoelectric self-excited oscillation circuit that is conventionally generally constructed. can.

【0031】ところで、本発明の圧電振動ジャイロにお
いては、圧電セラミックス円柱の外周面に形成する3つ
の帯状電極(実施例における帯状電極11〜13)は、
圧電セラミックス円柱10の外周面の、円周方向の略3
分の2の領域に形成するのが好ましい。
By the way, in the piezoelectric vibrating gyroscope of the present invention, the three band-shaped electrodes (band-shaped electrodes 11 to 13 in the embodiment) formed on the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic cylinder are as follows:
Approximately 3 in the circumferential direction of the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic cylinder 10
It is preferable to form the area in half the area.

【0032】つまり、本発明の圧電振動ジャイロでは、
中央部の帯状電極(帯状電極12)に対して両側の2つ
の領域を考えた時、それぞれの領域のほぼ中心線と圧電
セラミックス円柱10の中心軸とを含む面に沿う方向の
2つの屈曲振動の和が合成されて駆動用の振動が励振さ
れ、これら2つの屈曲振動の差が合成され、また圧電セ
ラミックス円柱10をその軸を中心として回転させると
きのコリオリ力に伴う出力電圧を検出している。このた
め、それぞれの領域を広くするとそれぞれの方向の振動
を感度良く駆動ないし検出することができるが、この領
域が圧電セラミックス円柱の外周面の略円周方向の3分
の1以上であると、2つの屈曲振動の方向の間の角度が
120°以上となり、この結果、合成された振動の振幅
は、ベクトルの合成の法則から明らかなように、一方の
駆動用の振動振幅より小さくなるためである。
That is, in the piezoelectric vibrating gyroscope of the present invention,
When considering the two regions on both sides of the central band-shaped electrode (band-shaped electrode 12), two bending vibrations occur in directions along a plane that includes approximately the center line of each region and the central axis of the piezoelectric ceramic cylinder 10. The difference between these two bending vibrations is synthesized, and the output voltage accompanying the Coriolis force when the piezoelectric ceramic cylinder 10 is rotated around its axis is detected. There is. Therefore, if each region is widened, vibrations in each direction can be driven or detected with high sensitivity, but if this region is approximately one-third or more of the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic cylinder in the circumferential direction, This is because the angle between the directions of the two bending vibrations is 120° or more, and as a result, the amplitude of the combined vibration is smaller than the vibration amplitude for one drive, as is clear from the law of vector composition. be.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上の通り、この発明の圧電振動ジャイ
ロによれば、構造が簡単で、また接着位置や接着層のば
らつきなどに起因する特性のばらつきをなくすことがで
きるとともに、圧電セラミックス円柱を用いた構成であ
るので、従来に比べて寸法精度の高い振動子が得ること
ができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the piezoelectric vibrating gyroscope of the present invention, the structure is simple, and variations in characteristics caused by variations in bonding position and bonding layer can be eliminated. With this configuration, it is possible to obtain a vibrator with higher dimensional accuracy than in the past.

【0034】更に、駆動用の帯状電極(入力端子)と検
出用の帯状電極(出力端子)とが分離しているため、駆
動用の帯状電極に同一位相で同一振幅の電圧を印加する
際に抵抗分圧やバッファ用アンプを使用することなしに
直接導体で接続することが可能となる結果、その分自励
発振回路を含めた回路構成が簡単になるという効果もあ
る。
Furthermore, since the drive strip electrode (input terminal) and the detection strip electrode (output terminal) are separated, when voltages of the same phase and amplitude are applied to the drive strip electrode, As a result of being able to connect directly with a conductor without using a resistor voltage divider or a buffer amplifier, there is also the effect that the circuit configuration including the self-excited oscillation circuit becomes simpler.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の実施例の圧電振動ジャイロの説明図で
ある。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a piezoelectric vibrating gyroscope according to an embodiment of the present invention.

【図2】実施例の圧電振動ジャイロにおいて圧電セラミ
ックス円柱の断面方向の分極の向きを説明するための説
明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the direction of polarization in the cross-sectional direction of a piezoelectric ceramic cylinder in the piezoelectric vibrating gyroscope of the example.

【図3】本発明の実施例の動作の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of the operation of the embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例の動作の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例の動作の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation of the embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例の動作の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of the operation of the embodiment of the present invention.

【図7】駆動検出回路を含めた本発明の実施例の圧電振
動ジャイロの説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a piezoelectric vibrating gyroscope according to an embodiment of the present invention including a drive detection circuit.

【図8】従来の圧電振動ジャイロの一例を示す概略図で
ある。
FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of a conventional piezoelectric vibrating gyroscope.

【図9】従来の圧電振動ジャイロの他例を示す概略図で
ある。
FIG. 9 is a schematic diagram showing another example of a conventional piezoelectric vibrating gyroscope.

【図10】従来の圧電振動ジャイロのその他の例を示す
概略図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing another example of a conventional piezoelectric vibrating gyroscope.

【図11】従来の圧電振動ジャイロの動作の説明図であ
る。
FIG. 11 is an explanatory diagram of the operation of a conventional piezoelectric vibrating gyroscope.

【図12】従来の圧電振動ジャイロの動作の説明図であ
る。
FIG. 12 is an explanatory diagram of the operation of a conventional piezoelectric vibrating gyroscope.

【図13】従来の圧電振動ジャイロの動作の説明図であ
る。
FIG. 13 is an explanatory diagram of the operation of a conventional piezoelectric vibrating gyroscope.

【図14】従来の圧電振動ジャイロの動作の説明図であ
る。
FIG. 14 is an explanatory diagram of the operation of a conventional piezoelectric vibrating gyroscope.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10  圧電セラミックス円柱 11〜13  帯状電極 14  接続電極 15,16  帯状電極 20  差動増幅器 21  位相回路 22  増幅器 101,101’,102,102’  振動音片10
3,104,105,106,108,109  圧電
セラミックス薄板 107  金属角柱 110  金属三角柱
10 Piezoelectric ceramic cylinders 11 to 13 Band-shaped electrode 14 Connection electrodes 15, 16 Band-shaped electrode 20 Differential amplifier 21 Phase circuit 22 Amplifier 101, 101', 102, 102' Vibration sound piece 10
3,104,105,106,108,109 Piezoelectric ceramic thin plate 107 Metal prism 110 Metal triangular prism

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  圧電セラミックス円柱の外周面に、前
記圧電セラミックス円柱の長さ方向と平行な3個の帯状
電極を等間隔に形成し、両側の帯状電極を接続する接続
電極を形成し、更に中央の帯状電極と両側の帯状電極の
間で中央の帯状電極からの距離が等しい位置に2個の帯
状電極を形成し、中央の帯状電極と前記両側の帯状電極
との間で分極処理を施すとともに、前記中央の帯状電極
をアース端子とし、前記両側の帯状電極をそれぞれ入力
端子とし、前記2個の帯状電極を出力端子とし、前記入
力端子に、前記圧電セラミックス円柱の屈曲振動モード
の共振周波数にほぼ等しい周波数の励振用の交流電極を
印加し、前記2個の出力端子の差動電圧を検出すること
を特徴とする圧電振動ジャイロ。
1. Three strip electrodes parallel to the length direction of the piezoelectric ceramic column are formed at equal intervals on the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic column, and a connecting electrode is formed to connect the strip electrodes on both sides, and further Two strip electrodes are formed at equal distances from the center strip electrode between the center strip electrode and the strip electrodes on both sides, and polarization processing is performed between the center strip electrode and the strip electrodes on both sides. In addition, the center band-shaped electrode is used as a ground terminal, the band-shaped electrodes on both sides are used as input terminals, the two band-shaped electrodes are used as output terminals, and the resonant frequency of the bending vibration mode of the piezoelectric ceramic cylinder is set at the input terminal. A piezoelectric vibrating gyroscope characterized in that a differential voltage between the two output terminals is detected by applying an excitation alternating current electrode with a frequency substantially equal to .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5861704A (en) * 1996-05-30 1999-01-19 Nec Corporation Piezoelectric transformer

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