JPH07318355A

JPH07318355A - 振動ジャイロ

Info

Publication number: JPH07318355A
Application number: JP6134988A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakamura; 村武中; Yoshiaki Hidenouchi; 之内義昭幣
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-05-24
Filing date: 1994-05-24
Publication date: 1995-12-08

Abstract

(57)【要約】【目的】雰囲気温度の変化などによるドリフトを改善
し、高感度化を図ることができる振動ジャイロを得る。【構成】振動ジャイロ１０は、たとえば正３角柱状の
振動体１２を含む。振動体１２の長手方向の中央部にお
いて、振動体１２の全周囲にわたって溝１４を形成す
る。この溝１４をまたぐようにして、振動体１２の側面
に、圧電素子１６ａ，１６ｂ，１６ｃを接着する。

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、柱状の振動体の屈曲振動を利用して回転
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６は従来の振動ジャイロの一例を示す
斜視図であり、図７はその断面図である。振動ジャイロ
１は、たとえば正３角柱状の振動体２を含む。振動体２
の側面には、それぞれ圧電素子３ａ，３ｂ，３ｃが接着
される。圧電素子３ａ，３ｂと圧電素子３ｃとの間に
は、発振回路が接続される。また、圧電素子３ａ，３ｂ
は、差動回路に接続される。さらに、差動回路は検波回
路に接続され、検波回路は平滑回路に接続される。

【０００３】この発振回路の信号によって、振動体２は
圧電素子３ｃ形成面に直交する方向に屈曲振動する。振
動ジャイロ１に回転角速度が加わっていないとき、圧電
素子３ａ，３ｂの屈曲状態は同じであり、差動回路には
同じ信号が入力される。そのため、入力された信号は差
動回路で相殺され、差動回路からは信号が出力されな
い。振動ジャイロ１が振動体２の軸を中心として回転す
ると、コリオリ力によって、振動体２の振動方向が変わ
る。そのため、圧電素子３ａ，３ｂの屈曲状態が変わ
り、差動回路に接続された圧電素子３ａ，３ｂに異なる
電圧が発生する。そのため、差動回路から信号が出力さ
れ、この信号が検波回路で検波されたのち、平滑回路で
平滑される。平滑された信号は回転角速度に対応した信
号であるため、これを測定することによって、振動ジャ
イロ１に加わった回転角速度を検出することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、振動体
の作製時における加工歪のばらつきや密度分布のばらつ
き、振動体，圧電素子および接着剤の熱膨張係数の差な
どにより、雰囲気温度の変化に伴って、振動体の振動状
態が変化し、ドリフトが発生する。そのため、回転角速
度の検出感度が悪くなるという問題があった。

【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、雰
囲気温度の変化などによるドリフトを改善し、高感度化
を図ることができる振動ジャイロを提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、柱状の振動
体と、振動体の長手方向の中央部において振動体の全周
囲にわたって形成される溝と、振動体の長手方向の中央
部において溝をまたぐように形成される圧電素子とを含
む、振動ジャイロである。この振動ジャイロにおいて、
溝が形成された振動体の長手方向の中央部の断面形状
は、溝が形成されていない部分の振動体の断面形状と相
似形であってもよいし、円形であってもよい。その断面
形状が円形の場合、振動体の長手方向の中央部は、振動
体の重心を中心として形成されることが望ましい。特
に、振動体は、正３角柱状に形成されることが望まし
い。

【０００７】

【作用】振動体に溝を形成することにより、加工歪のば
らつきや密度分布のばらつきの小さい中心部だけが残
る。また、圧電素子が溝をまたぐように形成されるた
め、振動体，圧電素子および接着剤などの熱膨張係数の
差による応力が溝部で分割され、応力による振動体への
影響を軽減することができる。さらに、溝が形成される
ことにより、振動体の中心部が細くなるため、振動体が
屈曲しやすい。そのため、溝をまたぐ圧電素子の屈曲が
大きくなり、大きい出力信号が得られる。

【０００８】溝が形成された部分の断面形状が、溝の形
成されていない部分の断面形状と相似形であっても、円
形であっても、このような作用が得られる。特に、溝の
形成された部分が振動体の重心を中心する場合、安定し
た屈曲振動を得ることができる。さらに、振動体を正３
角柱状にすれば、１つの側面に直交する方向に屈曲振動
させて、他の２つの側面の圧電素子の出力信号の差を測
定することにより、回転角速度に対して大きい出力信号
を得ることができる。

【０００９】

【発明の効果】この発明によれば、振動体の中央部にお
いて、加工歪のばらつきや密度分布のばらつきが少な
く、各部の熱膨張係数の差による応力も分割されるた
め、雰囲気温度が変化しても安定した屈曲振動を得るこ
とができる。したがって、ドリフトの少ない出力信号を
得ることができる。しかも、圧電素子から大きい出力信
号を得ることができるため、Ｓ／Ｎ比を大きくすること
ができ、検出感度を高くすることができる。特に、振動
体を正３角柱状にすることによって、回転角速度に対し
て大きい出力信号を得ることができるため、さらに高感
度にすることができる。

【００１０】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。

【００１１】

【実施例】図１（Ａ）はこの発明の一実施例を示す斜視
図であり、図１（Ｂ）はその断面図である。また、図２
は図１に示す振動ジャイロに用いられる振動体の斜視図
である。振動ジャイロ１０は、たとえば正３角柱状の振
動体１２を含む。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。

【００１２】振動体１２の長手方向の中央部には、旋盤
加工などにより、溝１４が形成される。溝１４は、振動
体１２の全周にわたって形成される。そして、振動体１
２の溝１４が形成された部分は、断面円形になるように
形成される。特に、この部分は、振動体１２の重心を中
心として形成される。さらに、振動体１２の３つの側面
には、圧電素子１６ａ，１６ｂ，１６ｃが形成される。
これらの圧電素子１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、溝１４を
またぐようにして、振動体１２の側面の中央部に形成さ
れる。

【００１３】圧電素子１６ａは、たとえば磁器からなる
圧電層１８ａを含み、圧電層１８ａの両面に電極２０
ａ，２２ａが形成される。そして、一方の電極２２ａ
が、接着剤などで振動体１２に接着される。同様に、圧
電素子１６ｂ，１６ｃは圧電層１８ｂ，１８ｃを含む。
圧電層１８ｂ，１８ｃの両面には、それぞれ電極２０
ｂ，２２ｂおよび電極２０ｃ，２２ｃが形成される。そ
して、それらの一方の電極２２ｂ，２２ｃが、接着剤な
どで振動体１２に接着される。

【００１４】この振動ジャイロ１０を使用するために、
図３に示すように、圧電素子１６ａ，１６ｂと圧電素子
１６ｃとの間に、発振回路２４が接続される。発振回路
２４からの信号が圧電素子１６ａ，１６ｂに与えられ、
圧電素子１６ｃの出力が発振回路２４に帰還される。そ
れによって、振動体１２は、圧電素子１６ｃ形成面に直
交する方向に屈曲振動する。さらに、圧電素子１６ａ，
１６ｂは、差動回路２６の入力端に接続される。差動回
路２６の出力端は検波回路２８に接続され、検波回路２
８で検波された信号は平滑回路３０で平滑される。振動
ジャイロ１０に回転角速度が加わっていないとき、振動
体１２は圧電素子１６ｃ形成面に直交する方向に振動し
ているため、圧電素子１６ａ，１６ｂの屈曲状態は同じ
であり、差動回路２６には同じ信号が入力される。その
ため、差動回路２６から信号が出力されず、振動ジャイ
ロ１０に回転角速度が加わっていないことがわかる。

【００１５】この状態で、振動ジャイロ１０が振動体１
２の軸を中心として回転すると、コリオリ力によって振
動体１２の振動方向が変わる。振動体１２の振動方向が
変わると、圧電素子１６ａ，１６ｂの屈曲状態が変わ
り、これらの圧電素子１６ａ，１６ｂから異なる信号が
出力される。これらの信号が差動回路２６に入力される
ため、差動回路２６からは２つの入力信号の差が出力さ
れる。そして、差動回路２６の出力信号が検波回路２８
で検波され、さらに平滑回路３０で平滑される。平滑回
路３０から出力される信号は、振動体１２の振動状態の
変化に対応した信号であり、すなわちコリオリ力に対応
した信号である。したがって、平滑回路３０の出力信号
を測定することにより、振動ジャイロ１０に加わった回
転角速度を検出することができる。

【００１６】この振動ジャイロ１０では、溝１４が形成
されることにより、振動体１２の加工歪のばらつきや密
度分布のばらつきの小さい中心部分が残る。また、振動
体１２，圧電素子１６ａ〜１６ｃおよび使用される接着
剤などの熱膨張係数の差による応力が、溝１４部分で分
割される。したがって、雰囲気温度が変化しても、安定
した振動を得ることができ、ドリフトの発生が少ない。
しかも、溝１４が形成された振動体１２部分が重心を中
心として形成されることにより、より安定した屈曲振動
を得ることができる。さらに、振動体１２が屈曲振動す
る際、その中央部が細いため、図４に示すように（な
お、説明のため、他の２つの圧電素子については図示を
省略してある）、振動体１２の中央部における曲率半径
が小さくなる。そのため、圧電素子１６ａ〜１６ｃが大
きく屈曲し、大きい出力信号を得ることができる。この
ように、この振動ジャイロ１０では、大きい出力信号を
得ることができ、しかもドリフトが小さいため、Ｓ／Ｎ
比を大きくすることができ、高感度とすることができ
る。

【００１７】なお、上述の実施例では、溝１４の形成さ
れた振動体１４部分は断面円形に形成されているが、図
５に示すように、断面正３角形状に形成してもよい。こ
のように、振動体１２の形状と相似形の断面形状を有す
るように、溝１４を形成してもよい。また、振動体１２
の形状としては、正３角柱状以外にも、４角柱状や円柱
状など他の柱状に形成してもよい。この場合でも、雰囲
気温度の変化によるドリフトを抑えることができる。し
かしながら、特に正３角柱状の振動体１２を用いて２つ
の圧電素子の出力信号の差を測定することにより、無回
転時に出力が０で、回転時に大きい出力信号を得ること
ができる。したがって、高感度の振動ジャイロとするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）はこの発明の一実施例を示す斜視図であ
り、（Ｂ）はその断面図である。

【図２】図１に示す振動ジャイロに用いられる振動体の
斜視図である。

【図３】図１に示す振動ジャイロの駆動検出回路を示す
ブロック図である。

【図４】図１に示す振動ジャイロの屈曲状態を示す図解
図である。

【図５】この発明の他の実施例を示す断面図である。

【図６】従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図であ
る。

【図７】図６に示す従来の振動ジャイロの断面図であ
る。

【符号の説明】

１０振動ジャイロ１２振動体１４溝１６ａ，１６ｂ，１６ｃ圧電素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】柱状の振動体、前記振動体の長手方向の中央部において前記振動体の全
周囲にわたって形成される溝、および前記振動体の長手
方向の中央部において前記溝をまたぐように形成される
圧電素子を含む、振動ジャイロ。
【請求項２】前記溝が形成された前記振動体の長手方
向の中央部の断面形状は、前記溝が形成されていない部
分の前記振動体の断面形状と相似形である、請求項１の
振動ジャイロ。
【請求項３】前記溝が形成された前記振動体の長手方
向の中央部の断面形状は円形である、請求項１の振動ジ
ャイロ。
【請求項４】前記溝が形成された前記振動体の長手方
向の中央部は、前記振動体の重心を中心として形成され
る、請求項３の振動ジャイロ。
【請求項５】前記振動体は正３角柱状に形成される、
請求項１ないし請求項４のいずれかの振動ジャイロ。