JPH07198392A - 圧電素子および圧電素子の分極処理方法並びに振動ジャイロ - Google Patents

圧電素子および圧電素子の分極処理方法並びに振動ジャイロ

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JPH07198392A
JPH07198392A JP33724593A JP33724593A JPH07198392A JP H07198392 A JPH07198392 A JP H07198392A JP 33724593 A JP33724593 A JP 33724593A JP 33724593 A JP33724593 A JP 33724593A JP H07198392 A JPH07198392 A JP H07198392A
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JP
Japan
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piezoelectric element
region
electrodes
polarization treatment
polarization
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JP33724593A
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Takashi Maeno
隆司 前野
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Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 1枚の圧電素子に多機能性を持たせることを
目的とする。 【構成】 曲げ振動を検出するために厚み方向に分極処
理され第1の領域と、例えばねじれ振動を検出するため
に周方向に分極処理された第2の領域とを一枚の圧電素
子に設けるもので、表裏で対向する仮電極間を同電位と
し、隣接する仮電極間に電位差を与え、仮電極8−1と
8−3をグランドとし、仮電極8−2と8−4に正の電
圧+Vを印加することで、圧電素子3には矢印で示すよ
うに仮電極間に時計回りと反時計回りに滑りを生じるよ
うなねじり歪みが発生し、これでねじり用の分極処理が
終了し、ついで表側の電極8−6、8−7と裏側の電極
8−5、8−8に正の極性の電圧+Vを印加し、それ以
外の電極をグランド電位とすると、矢印に示す面外方向
に分極処理が施される。。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、曲げ振動モードとねじ
り振動モードの検出を1枚の素子で行える圧電素子およ
びその分極処理方法、並びにこの圧電素子を用いて角速
度を検出する振動ジャイロに関する。
【0002】
【従来の技術】図10は、1個の振動ジャイロで2軸方
向成分の角速度を検出できる、例えば特願平5−898
95号で提案された2次元の角速度成分(2軸方向)を
検出できるタイプの振動ジャイロの斜視図を示す。
【0003】金属製の振動子Aの圧電素子3の一部に、
この振動子Aのねじり固有振動数に略一致する交流電圧
Tin を印加すると、振動子Aにはねじり振動が発生す
る。振動子Aにx軸回り、又はy軸回りの角速度が加わ
ると、コリオリの力によって夫々z−x平面内又はz−
y平面内の曲げ振動が振動子Aに発生し、夫々の曲げ振
動による歪みを検出するための圧電素子には、振動子A
に加わった角速度の値に応じた信号成分を含む交流電圧
VA、又はVBが発生する。
【0004】このような振動体Aには、図11に示すよ
うな曲げ振動を検出する圧電素子8と、図12に示すね
じり振動を励振および検出する圧電素子とが設けられ、
検出したねじり振動信号は曲げ振動信号を検波回路で検
波する際の同期検波参照信号として用いられる。
【0005】図11に示す圧電素子は、素子の直径部分
を境にした両側の領域の夫々の表裏両面に電極を設け、
双方の領域に印加する直流電圧の極性を互いに逆方向と
することにより矢印の方向に分極される。
【0006】図12に示す圧電素子は、周方向に分割さ
れた扇形状の圧電素子101、102、103、104
の側面に電極を設け、面内(周)方向、ここでは反時計
まわりに分極した後、側面の電極を取り除き、上下面に
電極を付けている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の圧電素子において、ねじり用の圧電素子は扇形に分割
されているため、製造工程の複雑化を招き、また振動子
の組立を困難なものとしている。
【0008】また、ねじり振動検出のための圧電素子
と、曲げ振動検出用の圧電素子とが別であるためその分
電極板等も余分に必要とし、部品点数の増大を招いてい
た。
【0009】
【課題を解決するための手段および作用】本発明の目的
を実現する構成は特許請求の範囲に記載した通りであ
り、本発明の目的を実現する圧電素子の構成の一例とし
ては、例えば曲げ振動を検出するために厚み方向に分極
処理され第1の領域と、例えばねじれ振動を検出するた
めに周方向に分極処理された第2の領域とを一枚の圧電
素子に設けているものであり、例えばこの第1の領域と
第2の領域とを共通の電極から取り出すことができるよ
うにすることもできる。
【0010】勿論、第1の領域と第2の領域とを夫々複
数領域有することにより、圧電素子の利用範囲を広げ
る。
【0011】
【実施例】図1は第1の実施例を示す。
【0012】図1の(a)、(b)は分極処理の手順を
示し、図1の(c)が完成した圧電素子を示す。
【0013】図1の(a)において、円板状のPZT3
の周方向4か所に等間隔位置で仮電極8−1〜8〜4を
表裏両面に夫々対向して設け、これら表裏で対向する仮
電極間を同電位とし、隣接する仮電極間に電位差を与え
る。図1の(a)では、仮電極8−1と8−3をグラン
ドとし、仮電極8−2と8−4に正の電圧+Vを印加す
る。すると、圧電素子3には矢印で示すように仮電極間
に時計回りと反時計回りに滑りを生じるようなねじり歪
みが発生し、これでねじり用の分極処理が終了すること
になる。
【0014】次に曲げ振動用の分極処理を行うが、この
処理は前述したねじり用の分極処理に用いた仮電極をそ
のまま使用するが、これらの電極はねじり用の分極処理
の説明と区別するために符号を8−5〜8−8とする。
ここで、表裏の対向する電極に印加する分極処理用の直
流電圧の極性を異ならせ、表側の電極8−6、8−7と
裏側の電極8−5、8−8に正の極性の電圧+Vを印加
し、それ以外の電極をグランド電位とする。すると、矢
印に示す面外方向に分極処理が施される。
【0015】これで1枚のPZTにねじり方向と曲げ方
向の分極処理が施されたことになる。しかる後に、電極
を図1の(c)のようなパターンに付け直す。ねじり振
動信号検出用(印加用)の本電極8bは、ねじり分極処
理された上に配置し、又曲げ振動信号検出用(印加用)
の本電極8aはその間に配置している。
【0016】したがって、圧電素子の直径部分の一方を
ねじり振動駆動用とし、他方をねじり振動検出用として
使用でき、また4つの領域の曲げ振動検出信号を利用し
て2軸方向の角速度を検出する振動ジャイロに使用する
ことができる。
【0017】なお、上記した実施例では、 ねじり方向
の分極処理を行った後に面外方向の分極処理を行ってい
るが、この逆であっても良く、また面外方向における分
極方向もこれに限定されることはなく、すべて同じ方向
であっても良い。
【0018】図2は図1に示す圧電素子を例えば振動ジ
ャイロの振動子に設けた実施例を示す。
【0019】支持板5に支持棒4を介して支持される振
動子は、振動弾性体1の不図示のめねじ部にネジ結合さ
れるボルト部2aを有する振動弾性体2の間に、表裏面
に電極膜が対向して形成された圧電素子3a、圧電素子
3a用の接続電極を上面側に形成された絶縁体6と、他
の圧電素子3bが挟持され、該絶縁体6の接続電極から
は圧電素子3aで検出した曲げ振動信号VB1〜VB
4、ねじり振動信号VT1とVT3が不図示の角速度検
出回路に出力され、またねじり駆動信号VT2とVT4
が不図示の駆動回路から出力される。
【0020】なお、圧電素子3aの上面はグランド用と
し使用するので、全面電極膜としてもよく、絶縁体6は
セラミックのような硬質物体でも、フレキシブルプリン
ト板のような軟材料であってもよい。
【0021】また、他の圧電素子3bについても一方の
圧電素子3aと同様のものであったり、他のパターン、
例えばねじり振動発生用電極パターンであってよい。
【0022】絶縁体をフレキシブルプリント基板とした
ものとしては、図3に示す第2実施例のように、フレキ
シブル媒体6a上に斜線で示す電極8を印刷し、電力取
り出し部一体に設けて信号の入出力の構造を単純化する
ことができる。
【0023】また、図4に示す第3の実施例のように、
絶縁体6として振動弾性体1、2よりも直径の大きい円
板を使用し、はみ出した部分にフレキシブル基板7によ
り接続することもできる。
【0024】一方、1枚の圧電素子に曲げとねじりの分
極処理を施したパターンとしては、図5に示す第4の実
施例のように、対角をなす領域80と82を曲げ、81
と83をねじれ用としたもの、図6に示す第5の実施例
のように、直径部分の領域84を曲げ、その両側の領域
85、86をねじれ用としたもの、図7に示す第6の実
施例のように、直径部分の領域87をねじれ、その両側
の領域88、89を曲げ用としたもの、図8に示す第7
の実施例のように領域90、91、93を曲げ、領域9
2をねじれとするものであって良い。
【0025】すなわち、第1の実施例では、圧電素子3
aにおいて、面内および面外方向に分極された部分は夫
々4か所ずつであったが、いずれも任意の数でよく、ま
たねじり振動検出部の周方向の幅は第1の実施例では均
一としたが、不均一、例えば外周で大であってもよく、
そこで、面内(周)方向分極部分を2か所、面外方向分
極部分をを2か所としたのが図5に示す第4の実施例で
ある。
【0026】この第4の実施例を図2に示す2軸振動ジ
ャイロにおいて一方向の曲げ検出、およびねじりの加
振、検出に用いても良く、この場合図6に示す圧電素子
が2枚以上必要となる。この場合は、必要に応じて挟持
される圧電素子や絶縁体の種類、数を増大すれば良い。
また、他の振動子、すなわち例えばねじりと曲げ振動を
用いる超音波モータや、ねじりと曲げ振動を用いる一軸
振動ジャイロ等に用いることができる。
【0027】また、面内方向の力係数を大きくしたい場
合には図6の第5の実施例のように面内方向に分極され
た部分の面積を大きくすればよいし、面外方向の力係数
を大きくしたい場合には、図7の第6実施例のように分
極された部分の面積を大きくすればよい。
【0028】さらに、面外方向分極部は多数個、面内方
向分極部は一個で良い場合や、その逆の場合もありえ
る。そこで、面外方向分極部を3か所、面内方向分極部
を1か所設けた例が図8に示す第7の実施例である。
【0029】なお、第2〜第7の実施例における圧電素
子の分極処理方法は図1に示す第1の実施例と同様であ
る。
【0030】図9は第8の実施例を示す。
【0031】本実施例の圧電素子は斜線で示した4つの
電極から、VB1+VT2、VB4+VT1、VB3+
VT4、VB2+VT3の曲げとねじりの和の信号が出
力されるもので、図1の(a)、(b)による分極処理
の後、本電極をねじりと曲げの分極処理がなされた箇所
に跨がって形成したものである。
【0032】したがって、あらかじめ2か所の部分の信
号を単純に加算して用いることが分かっている場合に
は、本実施例の構成とすれば、電力入出力部の数を減少
させることができ、構造の単純化が図れる。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧電素子
は、1枚で面内および面外方向の分極を施された領域を
有するという多機能性を有し、この1枚の圧電素子のみ
で、ねじり及び曲げ駆動、検出部を作り出すことがで
き、振動ジャイロ等の振動子に利用すれば、振動子の構
造が簡単となり、部品点数の削減、分極処理や組立作業
性も含んだ製造工程が容易となり、またコストの低減化
を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示し、(a)、(b)
は分極処理手順を示し、(c)は完成した圧電素子を示
す斜視図である。
【図2】図1の圧電素子を使用した振動ジャイロの振動
子の分解斜視図。
【図3】第2の実施例を示す絶縁体の斜視図。
【図4】第3の実施例を示す絶縁体の斜視図。
【図5】第4の実施例を示す圧電素子の斜視図。
【図6】第5の実施例を示す圧電素子の斜視図。
【図7】第6の実施例を示す圧電素子の斜視図。
【図8】第7の実施例を示す圧電素子の斜視図。
【図9】第8の実施例を示す圧電素子と絶縁体の分解斜
視図。
【図10】従来の振動ジャイロの斜視図。
【図11】図10の振動ジャイロに用いられる曲げ振動
検出用の圧電素子の斜視図。
【図12】図10の振動ジャイロに用いられるねじれ振
動駆動および検出用の圧電素子の斜視図。
【符号の説明】
1、2 振動弾性体 3 圧電素子 4 支持棒 5 支持板 6 絶縁体 7 フレキシブル基板 8 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 41/22

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の領域が厚み方向に分極処理され、
    第2の領域が周方向に分極処理されていることを特徴と
    する圧電素子。
  2. 【請求項2】 請求項1において、第1の領域と第2の
    領域とが共通の電極に含まれていることを特徴とする圧
    電素子。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2において、第1の領域と
    第2の領域とを夫々複数領域有することを特徴とする圧
    電素子。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載した圧電素子の分極処理
    方法であって、第1の領域と第2の領域とを別々に分極
    処理後、分極処理用の電極に代わり、第2の領域用の本
    電極を分極処理された部分に設け、第1の領域部分に第
    1の領域用の本電極を設けることを特徴とする圧電素子
    の分極処理方法。
  5. 【請求項5】 請求項2に記載した圧電素子の分極処理
    方法であって、第1の領域と第2の領域とを別々に分極
    処理後、分極処理用の電極に代わり、本電極を第1の領
    域と第2の領域に跨がって設けたことを特徴とする圧電
    素子の分極処理方法。
  6. 【請求項6】 請求項1、2又は3に記載した圧電素子
    を振動子に設け、該圧電素子の第1の領域から出力され
    た曲げ振動信号を用いて角速度信号を検出することを特
    徴とする振動ジャイロ。
  7. 【請求項7】 請求項6にいて、圧電素子の分極パター
    ンに対応した電極部を有する絶縁体を振動子に介装配置
    され、該電極部を介して該圧電素子との信号の授受を行
    うことを特徴とする振動ジャイロ。
JP33724593A 1993-12-28 1993-12-28 圧電素子および圧電素子の分極処理方法並びに振動ジャイロ Pending JPH07198392A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008268227A (ja) * 1998-12-08 2008-11-06 Emerson Electric Co コリオリ質量流量センサ
JP2016162998A (ja) * 2015-03-05 2016-09-05 Fdk株式会社 円環状圧電素子の製造方法

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JP2008268227A (ja) * 1998-12-08 2008-11-06 Emerson Electric Co コリオリ質量流量センサ
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