JPH0630715U - 振動ジャイロ用圧電セラミック単体円柱屈曲振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の屈曲振動子の位置決め方法における欠
点を除去し，簡単な加工を加えることにより，位置決め
可能な屈曲振動子を提供すること。 【構成】 振動ジャイロ用圧電セラミック単体円柱屈曲
振動子は，圧電セラミック円柱２０の外周面に円柱２０
の長さ方向と平行な複数個の帯状電極２１，２２，２
３，２４，２５，２６を形成し，この帯状電極を用いて
駆動および検出を行う振動ジャイロにおいて，少なくと
も一方の端面に切欠きを有する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は，カメラ一体型ＶＴＲの手振れ防止や自動車のナビゲーションシステ ムなどに用いられるジャイロスコープの内，特に圧電セラミック単体円柱の屈曲 振動を用いた圧電振動ジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に，圧電振動ジャイロは振動している物体に回転角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ずるという力学現象を利用したジャ イロスコープである。ここで，互いに直交する二つの方向の励振と検出が可能で あるように構成した振動系において，一方の振動を励振した状態で，振動子自身 を二つの振動面が交わる線と平行な軸を中心軸として回転させると，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き，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， 入力電圧が一定の場合，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 が出来る。

【０００３】 図７は従来の圧電振動ジャイロに用いられている圧電振動子の構造概略図であ る。図７で示すように，圧電振動子５０を構成する圧電セラミック円柱２０の外 周面上の円周を６等分する位置に長さ方向と平行な６本の帯状電極２１，２２， ２３，２４，２５，２６が形成されている。この帯状電極を互いに一つおきに接 続して２端子として分極処理を施し，分極処理後，一つおきの帯状電極２１，２ ３，２５を接続して共通アース電極とし，残りの帯状電極の内，帯状電極２２を 駆動電極，帯状電極２４および２６を検出用電極として圧電振動ジャイロを構成 することが出来る。

【０００４】 図７に示した圧電振動子５０を用いて振動ジャイロを構成する場合，振動ジャ イロ特性に与える要因としては，材料の均質性，加工精度，電極形成精度及び支 持の対称性が重要である。

【０００５】 図８は図７に示した圧電振動子５０を支持具８を用いて支持固定する場合の図 を示し，（ａ）は支持具の側面図，（ｂ）は支持具の上面図，（ｃ）は斜視図を 夫々示している。圧電振動子５０の屈曲振動の節円の位置を前記支持具８の内周 部分で支持し，接着性を有するシリコンゴム９で圧電振動子５０と支持具８が接 着，固定されている。圧電振動子５０には駆動および検出用のリード線１０が形 成されている。支持具８はさらに樹脂成形されたホルダー１１に固定されている 。

【０００６】 図８において，支持の対称性を保つため，各端子の位置は常に一定の位置にす る必要がある。例えば，帯状電極２２を駆動電極とした場合，これを真上に位置 するように接着すると，二つの帯状電極２４，２６が検出電極として対称の位置 になるため，特性が改善される。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

このような電極パターンに従った位置決め方法としては，従来より，ＣＣＤカ メラを用いた画像処理法が知られているが，振動子の直径が２ｍｍ程度と小さい こと，電極面が曲面であることなどから，装置が大型化して高価になると言う欠 点があった。さらに寸法電極形成についても，スクリーン印刷あるいはフォトリ ソグラフィ等で形成されるため，各帯状電極は必ずしも同じとはならないため， 決められた帯状電極を基準として選び出すために，振動子を回転させる必要があ り，複雑な機構を必要とした。

【０００８】 そこで，本考案の技術的課題は，以上に示した従来の屈曲振動子の位置決め方 法における欠点を除去し，簡単な加工を加えることにより，位置決め可能な屈曲 振動子を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】 本考案によれば，（１）圧電セラミック円柱の外周面に当該円柱の長さ方向と 平行な複数個の帯状電極を形成し，この帯状電極を用いて駆動および検出を行う 振動ジャイロにおいて，少なくとも一方の端面に切欠きを有することを特徴とす る振動ジャイロ用圧電セラミック単体円柱屈曲振動子が得られる。

【００１０】 本考案によれば，（２）前記（１）の振動ジャイロ用圧電セラミック単体円柱 屈曲振動子において，前記切欠きは一方の端面に位置決め用の面取り加工を施す ることで形成されていることを特徴とする振動ジャイロ用圧電セラミック単体円 柱屈曲振動子が得られる。

【００１１】 本考案によれば，（３）前記（２）の振動ジャイロ用圧電セラミック単体円柱 屈曲振動子において，前記面取り加工を施した位置の前記圧電セラミック単体円 柱の軸に対して対称な位置にある帯状電極を駆動電極としたことを特徴とする振 動ジャイロ用圧電セラミック単体円柱屈曲振動子が得られる。

【００１２】 本考案によれば，（４）前記（１）の振動ジャイロ用圧電セラミック単体円柱 屈曲振動子において，前記切欠きは，一つの帯状電極の中心からプラス・マイナ スそれぞれ９０°回転した位置のそれぞれ異なる端面に第一および第二の面取り 加工を施したものであり，前記一つの帯状電極を駆動電極としたことを特徴とす る振動ジャイロ用圧電セラミック単体円柱屈曲振動子が得られる。

【００１３】 本考案によれば，（５）前記（１）の振動ジャイロ用圧電セラミック単体円柱 屈曲振動子において，前記切欠きは，端面の中心からずれた位置に形成された微 小凹部であることを特徴とする振動ジャイロ用圧電セラミック単体円柱屈曲振動 子が得られる。

【００１４】

【作用】

本考案においては，圧電セラミック円柱の少なくとも一方の端面に切欠きを有 することによって，，任意の電極端子を駆動電極とし，他の複数の電極端子を検 出電極とした場合，共振周波数を調整でき，これら検出電極端子の対称性をたも つことができ，良好な振動ジャイロ特性を得ることができる。

【００１５】

【実施例】

以下，本考案の実施例について図面を用いて説明する。

【００１６】 （第１実施例） 図１（ａ），（ｂ）は，本考案の第１実施例に係る屈曲振動子１の構造概略図 であり，（ａ）は側面図，（ｂ）は斜視図である。図示のように，あらかじめセ ラミック円柱２０の一方の端面に面取り部１２が形成されている。他は従来例と 同様である。

【００１７】 図２は面取り部１２が形成された位置と円柱の軸に対して対称な位置の帯状電 極を端子，残りをそれぞれ，端子とした場合に，面取り量と各端子から見 た共振周波数の変化の測定結果である。面取り量は，端面に対して４５°の角度 をなすように研磨し，円弧の最大の研磨の高さを０．８〜１ｍｍとし，４等分し てその円弧のセラミック円柱の端面上における高さを示している。

【００１８】 図２（ａ）から分かるように，面取り量（研磨量）により，それぞれの共振周 波数はほぼ同じように変化する。図２（ｂ）は電極端子を基準として電極端子 およびとの差を求めたものである。面取り加工を行うことにより，厳密には 振動子の対称性がくずれるが，面取り位置と各電極の位置関係を図４に示すよう にすることにより，電極端子およびの対称性を保つことが出来る。したがっ て，端子を駆動電極とし，，端子を検出電極とすることにより良好な振動 ジャイロ特性を得ることが出来る。

【００１９】 （第２実施例） 図３（ａ），（ｂ）は，本考案の第２実施例に係る屈曲振動子２の構造概略図 であり，（ａ）は側面図，（ｂ）は斜視図である。図示のように，あらかじめセ ラミック円柱の一方の端面に面取り部１３が形成され，前記面取り部１３の前記 円柱の中心点と対称な位置に，他方の面取り部１４が形成されている。その他は ，従来例及び第１実施例と同様な構成を有する。

【００２０】 図４は面取り部１３および１４の中心を結ぶ方向と直角な位置に一つの帯状電 極を位置させこの帯状電極を端子，残りをそれぞれ，端子とした場合の， 面取り量と各端子から見た共振周波数の変化の測定結果である。面取り量は，第 １実施例と同様に，端面に対して４５°の角度をなすように，研磨し，両方の円 弧の最大の研磨量の和，１．６〜２．０ｍｍを１として，この値を１２等分した 高さの値を示している。面取り部１２，１３ともにほぼ同じ量の面取りを行って おり、それらの研磨量の総和で示されている。

【００２１】 図４（ａ）から分かるように，面取り量により，それぞれの共振周波数はほぼ 同じように変化する。図４（ｂ）は電極端子を基準として電極端子および との差を求めたものである。面取り加工を行うことにより，厳密には振動子の対 称性がくずれるが，面取り位置と各電極の位置関係を図４に示すようにすること により，電極端子およびの対称性を保つことが出来る。したがって，端子 を駆動電極とし，，端子を検出電極とすることにより良好な振動ジャイロ特 性を得ることが出来る。

【００２２】 （第３実施例） 図５は本考案の第３実施例に係る屈曲振動子３の構造概略図であり，（ａ）は 側面図，（ｂ）は斜視図である。図示のように，あらかじめセラミック円柱２０ の一方の端面の中心からずれた位置に半円状の微小凹部１５が形成されている。 他は，従来例及び第１及び第２実施例と同様な構成を有する。

【００２３】 図６は微小凹部１５と円柱の中心とを結ぶ方向の外周面に一つの帯状電極を位 置させこの帯状電極を端子，残りをそれぞれ，端子とした場合の，微小凹 部１５の直径と各端子から見た共振周波数の変化の測定結果である。微小凹部は ，先端に直径１ｍｍの球面を有するドリルにて，穿設されている。

【００２４】 図６（ａ）から分かるように，面取り量により，それぞれの共振周波数はほぼ 同じように変化する。図６（ｂ）は電極端子を基準として電極端子および との差を求めたものである。微小凹部加工を行うことにより，厳密には振動子の 対称性がくずれるが，微小凹部位置と各電極の位置関係を図６に示すようにする ことにより，電極端子およびの対称性を保つことが出来る。したがって， 端子を駆動電極，，端子を検出電極とすることにより良好な振動ジャイロ特 性を得ることが出来る。

【００２５】

【考案の効果】

以上に示したように，本考案によれば，円柱状振動子の位置決めが可能になり ，電極形成時にこの面取り部又は微小凹部を基準にして電極形成するこにより， その後の分極および支持固定の工程において，常に一定の位置関係に保つことが 出来る。さらに，面取り部又は微小凹部をカム等の機械的機構で検出して位置決 めが可能であるため，装置が簡単で，組立の作業性が大幅に改善され，ロボット を用いた自動組立も容易に可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１実施例に係る屈曲振動子の構造概
略図である。

【図２】本考案の第１実施例の振動子における面取り量
（研磨量）と共振周波数の関係を示す図である。

【図３】本考案の第２実施例に係る屈曲振動子の構造概
略図である。

【図４】本考案の第２実施例に係る振動子における面取
り量（研磨量）と共振周波数の関係を示す図である。

【図５】本考案の第３実施例に係る屈曲振動子の構造概
略図である。

【図６】本考案の，第３実施例に係る振動子における微
小凹部径と共振周波数の関係を示す図である。

【図７】従来の圧電振動ジャイロに用いられている圧電
振動子の構造概略図である。

【図８】圧電セラミック円柱１を支持固定する場合の断
面図である。

【符号の説明】

１，２，３ 圧電振動子 ８ 支持具 ９ 接着用シリコンゴム １０ リード線 １１ ホルダー １２，１３，１４ 面取り部 １５ 微小凹部 ２０ 圧電セラミック円柱 ２１，２２，２３，２４，２５，２６ 帯状電極 ５０ 圧電振動子

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電セラミック円柱の外周面に当該円柱
   の長さ方向と平行な複数個の帯状電極を形成し，この帯
   状電極を用いて駆動および検出を行う振動ジャイロにお
   いて，少なくとも一方の端面に切欠きを有することを特
   徴とする振動ジャイロ用圧電セラミック単体円柱屈曲振
   動子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の振動ジャイロ用圧電セラ
   ミック単体円柱屈曲振動子において，前記切欠きは一方
   の端面に位置決め用の面取り加工を施することで形成さ
   れていることを特徴とする振動ジャイロ用圧電セラミッ
   ク単体円柱屈曲振動子。
3. 【請求項３】 請求項２記載の振動ジャイロ用圧電セラ
   ミック単体円柱屈曲振動子において，前記面取り加工を
   施した位置の前記圧電セラミック単体円柱の軸に対して
   対称な位置にある帯状電極を駆動電極としたことを特徴
   とする振動ジャイロ用圧電セラミック単体円柱屈曲振動
   子。
4. 【請求項４】 請求項１記載の振動ジャイロ用圧電セラ
   ミック単体円柱屈曲振動子において，前記切欠きは，一
   つの帯状電極の中心からプラス・マイナスそれぞれ９０
   °回転した位置のそれぞれ異なる端面に第一および第二
   の面取り加工を施したものであり，前記一つの帯状電極
   を駆動電極としたことを特徴とする振動ジャイロ用圧電
   セラミック単体円柱屈曲振動子。
5. 【請求項５】 請求項１記載の振動ジャイロ用圧電セラ
   ミック単体円柱屈曲振動子において，前記切欠きは，端
   面の中心からずれた位置に形成された微小凹部であるこ
   とを特徴とする振動ジャイロ用圧電セラミック単体円柱
   屈曲振動子。