JPH063454B2 - 振動ジャイロ - Google Patents

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
どに搭載して用い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８図はこの発明の背景となる従来の振動ジャイロの一
例を示す斜視図であり、第９図は第８図に示す振動ジャ
イロの線IX−IXにおける断面図である。この振動ジャイ
ロ１は振動体２を含む。振動体２は、断面正方形の柱状
に形成される。振動体２は、恒弾性金属材料などで形成
される。

振動体２の対向する１対の側面には、それぞれ検出用圧
電素子３，３が形成される。この検出用圧電素子３，３
は、第９図に示すように、圧電磁器３ａの両面に電極３
ｂを形成したものである。

さらに、振動体２の検出用圧電素子３が形成されていな
い１対の側面には、それぞれ駆動用圧電素子４が形成さ
れる。この駆動用圧電素子４も、検出用圧電素子３と同
様に、圧電磁器４ａの両面に電極４ｂを形成したもので
ある。

そして、この振動ジャイロ１は、振動体２のノード点で
支持部材５によって支持されている。したがって、駆動
用圧電素子４に駆動信号を印加すると、振動体２は、第
１０図に誇張して示すように、駆動用圧電素子４の主面
に直交する方向に屈曲振動をする。

このような状態で、振動ジャイロ１がたとえばその軸を
中心として回転すると、振動方向に直交する方向にコリ
オリ力が働く。したがって、第１１図に誇張して示すよ
うに、コリオリ力によって振動体２の振動方向が変わ
り、検出用圧電素子３に出力電圧が発生する。この出力
電圧は、検出用圧電素子３の主面に直交する方向の屈曲
量に比例するため、この出力電圧を測定することによっ
て、振動ジャイロ１の回転角速度を知ることができる。
振動ジャイロ１が、その軸と沿う任意の軸を回動中心と
して回動しても同様である。

（発明が解決しようとする課題） このような従来の振動ジャイロでは、振動ジャイロが回
転した時、振動体の屈曲する方向つまり検出用圧電素子
の屈曲する方向（無回転時の屈曲振動方向ベクトルとコ
リオリ力による偏位ベクトルとの合成ベクトルの方向）
がその主面に直交する方向からずれた方向にあるため、
検出用圧電素子に発生する出力電圧が小さかった。その
ため、この出力電圧から振動ジャイロに加わった回転角
速度を測定することが難しかった。したがって、Ｓ／Ｎ
比をかせぐため、無回転時における出力電圧を０に調整
する必要があるが、たとえば振動体の角部分をカットす
るなどして調整するため、その調整が困難であった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、回転時における
出力電圧を大きくすることができ、したがって必ずしも
無回転時における出力電圧を０にする必要のない振動ジ
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Ｎ角形（ただしＮは３もしくは５
以上の整数）の柱状の振動体と、振動体の平行でない複
数の側面に形成される複数の検出用圧電素子と、振動体
の検出用圧電素子が形成されていない側面に形成され、
複数の検出用圧電素子が振動体の中心軸と振動方向の両
方を含む面の両側に配置されるように振動体を屈曲振動
させるための駆動用圧電素子とを含む、振動ジャイロで
ある。

（作用） 駆動用圧電素子に駆動信号が印加されると、振動体は駆
動用圧電素子の主面に直交する方向に屈曲振動をする。
このとき、検出用圧電素子は振動体の振動方向を含む面
の両側に配置されるため、その出力電圧の差を測定すれ
ば、互いに相殺されて０に近くなる。

振動ジャイロがその軸を中心として回転すると、コリオ
リ力によって振動方向が変わるが、振動体が四角柱では
ないため、振動体にはその振動方向にほぼ直交する方向
に主面を有する側面が必ず存在する。したがって、この
面に検出用圧電素子を設けると、それに発生する出力電
圧が大きい。それに対して、別の面に形成された検出用
圧電素子に発生する電圧は小さくなり、これらの検出用
圧電素子の出力電圧の差をとれば、大きい出力信号を得
ることができる。

（発明の効果） この発明によれば、振動ジャイロが回転していないと
き、検出用圧電素子の出力電圧の差が０に近くなるた
め、回転角速度が加わっていないことを検出することが
できる。また、振動ジャイロが回転したときの振動体の
屈曲する方向と検出用圧電素子の主面とがほぼ直交状態
にあるため、検出用圧電素子に発生する出力電圧が、従
来の振動ジャイロに比べて大きい。さらに、検出用圧電
素子の出力電圧の差が大きいため、小さい回転角速度が
加わっても、大きい出力信号を得ることができる。その
ため、この振動ジャイロでは、回転角速度を検出するこ
とが簡単である。したがって、Ｓ／Ｎ比をかせぐために
振動体の角部分をカットするといった微妙な作業が不要
になる。

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斜視図であり、第２
図は第１図実施例の線II−IIにおける断面図である。こ
の振動ジャイロ１０は振動体１２を含む。振動体１２
は、たとえば正三角柱状に形成される。この振動体１２
は、たとえばＮｉ，Ｆｅ，ＣｒおよびＴｉの合金のよう
な恒弾性金属材料で形成される。この実施例ではより実
用的にするため、振動体１２の２つの側面の中央部にそ
れぞれ検出用圧電素子１４および１６が形成される。こ
の検出用圧電素子１４は、第２図に示すように、圧電磁
器１４ａの両面に電極１４ｂおよび１４ｃが形成された
ものである。そして、一方の電極１４ｃが、振動体１２
の側面に接着される。同様に、検出用圧電素子１６も、
圧電磁器１６ａの両面に電極１６ｂおよび１６ｃが形成
され、一方の電極１６ｃが振動体１２に接着される。

振動体１２の検出用圧電素子１４および１６の形成され
ていない側面には、長手方向の中央部に２つの駆動用圧
電素子１８および２０が形成される。これらの駆動用圧
電素子１８および２０は、振動体１２の側面の幅方向に
並んで形成される。駆動用圧電素子１８は、第２図に示
すように、圧電磁器１８ａの両面に電極１８ｂおよび１
８ｃを形成したものである。そして、一方の電極１８ｃ
が振動体１２に接着されている。同様に、駆動用圧電素
子２０も、圧電磁器２０ａの両面に電極２０ｂおよび２
０ｃが形成され、一方の電極２０ｃが振動体１２に接着
されている。なお、この実施例では、圧電磁器１８ａと
２０ａと、および振動体１２に接着された電極１８ｃと
２０ｃとは、共通のものとして形成されている。

この駆動用圧電素子１８および２０間に駆動信号を印加
することによって、振動体１２が屈曲振動をするが、そ
のノード点に支持部材２２および２４が形成される。こ
の支持部材２２および２４は、たとえば金属線などを振
動体１２に熔接することによって形成される。

この振動ジャイロ１０は、第３図に示すような回路構成
で使用される。

すなわち、振動ジャイロ１０の一方の駆動用圧電素子１
８には発振回路３０が接続され、さらに発振回路３０は
位相回路３２およびＡＧＣ回路３４を介して他方の駆動
用圧電素子２０に接続される。したがって、発振回路３
０で増幅された信号は位相回路３２で位相制御され、さ
らにＡＧＣ回路３４で利得制御されて、駆動用圧電素子
２０に印加される。そして、これらの発振回路３０，位
相回路３２およびＡＧＣ回路３４によって、振動体１２
の共振周波数でかつ安定なる駆動信号が与えられる。

さらに、検出用圧電素子１４および１６は、差動アンプ
３６に接続される。この差動アンプ３６によって、検出
用圧電素子１４および１６に発生した出力電圧の差が測
定される。差動アンプ３６は同期検波回路３８に接続さ
れる。同期検波回路３８は発振回路３０に接続され、差
動アンプ３６の出力が発振回路３０の発振周波数に同期
して検波される。同期検波回路３８で検波された信号は
平滑回路４０で平滑され、さらにＤＣアンプ４２で増幅
されて出力信号となる。

振動ジャイロ１０が回転しない時、第４図に誇張して示
すように、振動ジャイロ１０は駆動用圧電素子１８およ
び２０の主面に直交する方向に屈曲振動をする。この場
合、振動体１２の検出用圧電素子１４および１６が形成
された面の屈曲量は同じであるため、これらの検出用圧
電素子１４および１６に発生する出力電圧は等しい。し
たがって、差動アンプ３６で検出用圧電素子１４および
１６の出力電圧がたがいに相殺されて、差動アンプ３６
の出力は０となる。つまり、この振動ジャイロ１０で
は、回転していない時の出力を０にすることが簡単にで
きる。

さらに、この振動ジャイロ１０をその軸を中心として回
転した場合、振動体１２の振動方向と直交する方向にコ
リオリ力が働く。この場合、第５図に誇張して示すよう
に、振動体１２の振動方向は、無回転時の振動方向から
ずれる。この時、たとえば、検出用圧電素子１６はその
主面に直交する方向に近い方向に、検出用圧電素子１４
はその主面に平行する方向に近い方向に、それぞれ屈曲
運動をする。そのため、検出用圧電素子１６に発生する
出力電圧は大きくなり、検出用圧電素子１４に発生する
出力電圧は小さくなる。したがって、差動アンプ３６か
ら、従来の振動ジャイロに比べて、より大きな出力を得
ることができる。したがって、この振動ジャイロ１０を
用いれば、従来の振動ジャイロを用いた場合に比べて、
回転角速度の検出が容易となる。

なお、上述の実施例では、２つの検出用圧電素子１４お
よび１６に発生した出力電圧の差を測定したが、どちら
か一方の検出用圧電素子の出力電圧を測定することによ
って回転角速度を検出してもよい。

また、上述の実施例では、振動体１２は正三角柱状に形
成したが、振動体１２を二等辺三角柱状に形成してもよ
い。この場合、振動体１２の等しい面積を有する側面に
検出用圧電素子１４および１６を形成すればよい。

さらに、振動体１２は二等辺三角柱状以外の三角柱状に
形成されたり、五角柱状や六角柱状などの多角柱状に形
成されてもよい。この場合、検出用圧電素子は、振動体
の側面のうち、駆動用圧電素子が形成されておらずかつ
互いに平行でない複数の側面に形成されればよい。

また、第１図実施例では、支持部材２２および２４はそ
れぞれ１点で振動体１２に接続されているが、第６図に
示すように、それぞれ２点で接続されてもよい。つま
り、これらの支持部材２２および２４は、振動体１２の
ノード点に接続されていればよい。

さらに、駆動用圧電素子１８および２０は、第７図に示
すように、振動体１２の長手方向に間隔を隔てて形成さ
れていてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す斜視図である。 第２図は第１図実施例の線II−IIにおける断面図であ
る。 第３図は第１図および第２図に示す振動ジャイロを使用
するための回路を示すブロック図である。 第４図は第１図および第２図に示す振動ジャイロが回転
していない時の振動状態を示す図解図である。 第５図は第１図および第２図に示す振動ジャイロが回転
している時の振動状態を示す図解図である。 第６図はこの発明の変形例を示す斜視図である。 第７図はこの発明のさらに他の変形例を示す斜視図であ
る。 第８図はこの発明の背景となる従来の振動ジャイロの一
例を示す斜視図である。 第９図は第８図に示す従来の振動ジャイロの線IX−IXに
おける断面図である。 第１０図は第８図および第９図に示す従来の振動ジャイ
ロが回転していない時の振動状態を示す図解図である。 第１１図は第８図および第９図に示す従来の振動ジャイ
ロが回転している時の振動状態を示す図解図である。 図において、１０は振動ジャイロ、１２は振動体、１４
および１６は検出用圧電素子、１８および２０は駆動用
圧電素子を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】横断面がＮ角形（ただしＮは３もしくは５
   以上の整数）の柱状の振動体、 前記振動体の平行でない複数の側面に形成される複数の
   検出用圧電素子、および 前記振動体の前記検出用圧電素子が形成されていない側
   面に形成され、複数の前記検出用圧電素子が前記振動体
   の中心軸と振動方向の両方を含む面の両側に配置される
   ように前記振動体を屈曲振動させるための駆動用圧電素
   子を含む、振動ジャイロ。