JPH0650762A - 振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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得る。 【構成】 正三角柱状の振動体１２の２つの側面の中央
部に、検出用圧電素子１４，１６を形成する。振動体１
２の他の側面の中央部に、駆動用圧電素子１８，２０を
形成する。駆動用圧電素子１８，２０に発振回路などを
接続し、駆動用圧電素子１８，２０形成面に直交する方
向に振動体１２を屈曲振動させる。そして、検出用圧電
素子１４，１６の出力電圧の差を測定することにより、
回転角速度を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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。

【０００２】

【従来の技術】図８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、図９は図８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。

【０００３】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、図９に示すように、圧電磁器３ａの両
面に電極３ｂを形成したものである。

【０００４】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。

【０００５】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、図１０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。

【０００６】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、図１１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。

【０００７】

【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。

【０００８】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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、屈曲振動さ
せるための柱状の振動体と、振動体の互いに平行でない
側面に形成され、振動体の屈曲振動の方向を検出するた
めの少なくとも２つの検出用圧電素子とを含み、検出用
圧電素子は振動体の無回転時における振動方向を含む面
の両側に対称となるように配置され、かつ検出用圧電素
子は振動体の回転時における屈曲振動の方向とほぼ直交
する位置に配置された振動ジャイロであって、少なくと
も２つの検出用圧電素子からの出力の差を検出電圧とす
ることを特徴とする、振動ジャイロである。

【００１０】

【作用】振動体に屈曲振動を与えると、検出用圧電素子
は、振動体の無回転時における振動方向を含む面の両側
に対称となるように配置されるため、出力電圧の差がほ
ぼ０になる。

【００１１】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
にはその振動方向にほぼ直交する位置に圧電素子が存在
しており、この圧電素子を検出用とすれば、それに発生
する出力電圧が大きい。一方、別の面に形成された検出
用圧電素子の出力電圧は小さくなり、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。

【００１２】

【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ほぼ
０となるため、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設けられた
位置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。

【００１３】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。

【００１４】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す斜視図であ
り、図２は図１に示す実施例の線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、たとえばエリンバ，鉄−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、図２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。

【００１５】振動体１２の検出用圧電素子１４および１
６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、図２に示すように、圧電磁器１８ａの両面に電極１
８ｂおよび１８ｃ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２
０ｂおよび２０ｃ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。

【００１６】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。

【００１７】この振動ジャイロ１０は、図３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１８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３０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。

【００１８】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。

【００１９】振動ジャイロ１０が回転しない時、図４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、検出用圧電素子
１４をＬ、検出用圧電素子１６をＲ、それぞれの無回転
時の出力電圧をＡとしたとき、差動アンプ３６の出力
は、Ｌ−Ｒ＝Ａ−Ａ＝０となる。したがって、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。

【００２０】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、図５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。つまり、回転時のコ
リオリ力に対応した出力電圧をαとして前述したような
式で表すと、Ｌ−Ｒ＝（Ａ−α）−（Ａ＋α）＝−２α
となる。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。

【００２１】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。

【００２２】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。すなわち、回転時の振動方向とほぼ直交する位
置に検出用圧電素子を設けてあれば、振動体の形状は限
定されない。

【００２３】また、図１に示す実施例では、支持部材２
２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、図６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。

【００２４】さらに、駆動用圧電素子１８および２０
は、図７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】

【図１】この発明の一実施例を示す斜視図である。

【図２】図１に示す実施例の線ＩＩ−ＩＩにおける断面
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
ための回路を示すブロック図である。

【図４】図１および図２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。

【図５】図１および図２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。

【図６】この発明の変形例を示す斜視図である。

【図７】この発明のさらに他の変形例を示す斜視図であ
る。

【図８】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。

【図９】図８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。

【図１０】図８および図９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。

【図１１】図８および図９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。

【符号の説明】

１０ 振動ジャイロ １２ 振動体 １４ 検出用圧電素子 １６ 検出用圧電素子 １８ 駆動用圧電素子 ２０ 駆動用圧電素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 屈曲振動させるための柱状の振動体、お
   よび前記振動体の互いに平行でない側面に形成され、前
   記振動体の屈曲振動の方向を検出するための少なくとも
   ２つの検出用圧電素子を含み、 前記検出用圧電素子は前記振動体の無回転時における振
   動方向を含む面の両側に対称となるように配置され、か
   つ前記検出用圧電素子は前記振動体の回転時における屈
   曲振動の方向とほぼ直交する位置に配置された振動ジャ
   イロであって、 前記少なくとも２つの検出用圧電素子からの出力の差を
   検出電圧とすることを特徴とする、振動ジャイロ。