JPH0765898B2 - 振動ジャイロ - Google Patents

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、
特に自励振駆動し、たとえば自動車などに搭載されるナ
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４は従来の振動ジャイロの一例を示す
図解図である。この振動ジャイロ１は、振動子２を含
む。この振動子２は、正３角柱状の振動体３を含み、振
動体３の１つの側面に駆動用圧電素子４が形成され、振
動体３の他の２つの側面に帰還用圧電素子５ａおよび５
ｂがそれぞれ形成されている。そのため、この振動子２
では、帰還用圧電素子５ａおよび５ｂと駆動用圧電素子
４との間に発振回路６が接続され、帰還用圧電素子５ａ
および５ｂの出力が発振回路６を介して駆動用圧電素子
４に帰還される。したがって、この振動子２は自励振駆
動する。そして、この振動ジャイロ１では、帰還用圧電
素子５ａおよび５ｂからの出力電圧の差を差動回路７で
検出することによって、その回転角速度が測定される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の振動
ジャイロ１では、帰還用圧電素子５ａおよび５ｂからの
出力電圧の差を検出するため、帰還用のみならず駆動用
圧電素子に特性上のばらつきや経時変化，温度変化があ
った場合、回転角速度を正確に測定することが困難であ
った。

【０００４】それゆえに、この発明の主たる目的は、圧
電素子の特性に影響されることなく回転角速度を正確に
測定することができる、振動ジャイロを提供することで
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、振動体と、
振動体上に形成され、駆動用かつ検出用の少なくとも２
つの圧電素子とを有し、２つの圧電素子の端子電圧の和
を駆動電圧とし、２つの圧電素子の端子電圧の差を検出
電圧とした、振動ジャイロである。

【０００６】

【作用】振動体の振幅が大きくなり、また、経時変化な
どによる機械的な状態変化に対して、振動体の振動姿勢
が安定になる。さらに、少なくとも２つの圧電素子に発
生する端子電圧の差をとることによって、大きな検出電
圧を得ることができる。

【０００７】

【発明の効果】この発明によれば、２つの圧電素子の端
子電圧の和を駆動に利用しているため、１つの圧電素子
による駆動に比べて、振動体の振幅が大きく、かつ、振
動姿勢が安定となる。さらに、圧電素子を介さずに回転
角速度に応じた出力が得られるので、圧電素子に特性上
のばらつきや経時変化，温度変化があっても、圧電素子
の特性に影響されることなく回転角速度を正確に測定す
ることができる。

【０００８】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。

【０００９】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す図解図であ
る。この振動ジャイロ１０は、特別な構造の振動子１２
を含むので、この実施例では、まず、その振動子１２に
ついて詳細に説明する。

【００１０】振動子１２は、たとえば正３角柱状の振動
体１４を含む。この振動体１４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。

【００１１】この振動体１４には、その３つの側面の中
央部にそれぞれ圧電素子１６ａ，１６ｂおよび１６ｃが
形成される。圧電素子１６ａは、たとえばセラミックか
らなる圧電層１８ａを含み、圧電層１８ａの両主面には
それぞれ電極２０ａおよび２２ａが形成される。なお、
これらの電極２０ａおよび２２ａは、たとえば金，銀，
アルミニウム，ニッケル，銅−ニッケル合金（モネルメ
タル）などの電極材料で、たとえばスパッタリング，蒸
着等の薄膜技術であるいはその材料によっては印刷技術
で形成される。同様に、他の圧電素子１６ｂおよび１６
ｃも、それぞれ、たとえばセラミックからなる圧電層１
８ｂおよび１８ｃを含み、それらの圧電層１８ｂと１８
ｃとの両主面にも、電極２０ｂおよび２２ｃと２０ｂお
よび２２ｃとが、それぞれ形成されている。そして、こ
れらの圧電素子１６ａ〜１６ｃの一方の電極２０ａ〜２
０ｃは、たとえば接着剤で振動体１４に接着される。

【００１２】なお、振動体１４をたとえばエリンバ，鉄
−ニッケル合金などの金属からなる振動材料で形成すれ
ば、圧電素子１６ａ〜１６ｃの一方の電極２０ａ〜２０
ｃは形成されなくてもよい。なぜなら、振動体１４がそ
れらの電極２０ａ〜２０ｃを兼ねるからである。この場
合、圧電層１８ａ〜１８ｃは、たとえばＰＺＴ（ジルコ
ン・チタン酸鉛），ＺｎＯ（酸化鉛）などの圧電材料で
たとえばスパッタリング，蒸着などの薄膜技術によって
形成されてもよい。

【００１３】この振動子１２では、圧電素子１６ａ〜１
６ｃのうち任意の２つが駆動用に用いられ、他の１つが
帰還用に用いられる。この実施例では、たとえば、圧電
素子１６ａおよび１６ｂが駆動用に用いられ、他の圧電
素子１６ｃが帰還用に用いられる。そのため、この振動
子１２には、帰還用の圧電素子１６ｃと駆動用の圧電素
子１６ａおよび１６ｂとの間に、振動子１２を自励振駆
動するための帰還ループとして発振回路２４などが接続
される。

【００１４】すなわち、帰還用の圧電素子１６ｃの電極
２２ｃは、発振回路２４の入力端に接続される。そし
て、この発振回路２４の出力端は、固定抵抗器２６ａを
介して駆動用の圧電素子１６ａの電極２２ａと固定抵抗
器２６ｂを介して駆動用の圧電素子１６ｂの電極２２ｂ
とに接続される。そのため、帰還用の圧電素子１６ｃの
出力は発振回路２４などを介して２つの駆動用の圧電素
子１６ａおよび１６ｂに帰還され、この振動子１２は自
励振駆動する。この場合、振動子１２の振動体１４は、
２つの駆動用の圧電素子１６ａおよび１６ｂによる２つ
の駆動方向を合成した方向に振動する。したがって、こ
の実施例では、１つの駆動用圧電素子で駆動する従来例
に比べて、振動体１４の振幅が大きくなる。しかも、た
とえば経時変化，温度変化，取付け角度の変化，自重
（重心位置）の変化などによる機械的な状態変化に対し
て、振動体１４の振動姿勢が安定である。

【００１５】一方、駆動用の圧電素子１６ａおよび１６
ｂの入力側の電極２２ａおよび２２ｂには、検出用端子
２８ａおよび２８ｂが、それぞれ接続される。これらの
検出用端子２８ａおよび２８ｂは、振動ジャイロ１０の
回転角速度に応じて変化する駆動用の圧電素子１６ａお
よび１６ｂのインピーダンス変化を検出するためのもの
である。すなわち、駆動用の圧電素子１６ａおよび１６
ｂは、駆動用と検出用とを兼用していることになる。

【００１６】これらの検出用端子２８ａおよび２８ｂ
は、差動回路３０の２つの入力端に、それぞれ接続され
る。この差動回路３０では、駆動用の圧電素子１６ａお
よび１６ｂのインピーダンス変化が、それらの電極２２
ａおよび２２ｂ間の電位差として検出される。すなわ
ち、２つの駆動用の圧電素子１６ａおよび１６ｂの電極
２２ａおよび２２ｂが抵抗２６ａおよび２６ｂを介して
発振回路２４の出力端に接続されているので、駆動用の
圧電素子１６ａおよび１６ｂのインピーダンス変化は、
それらの電極２２ａおよび２２ｂ間の電位差として表れ
る。この場合、無回転時には、圧電素子１６ａおよび１
６ｂのインピーダンスがほぼ等しく、電極２２ａおよび
２２ｂの電位がほぼ同電位となり、差動回路３０からほ
ぼ０の出力が得られる。また、回転時には、振動体１４
の振動方向に対して直角方向にコリオリ力が働いて、圧
電素子１６ａおよび１６ｂに異なった大きさの応力が加
わるため、圧電素子１６ａおよび１６ｂのインピーダン
スが異なり、電極２２ａおよび２２ｂの電位が異なった
電位となり、差動回路３０から回転角速度に応じた大き
さの出力が得られる。したがって、差動回路３０からの
出力によって、振動ジャイロ１０の回転角速度を知るこ
とができる。

【００１７】この振動ジャイロ１０では、検出専用圧電
素子は用いず駆動用の圧電素子１６ａおよび１６ｂの電
極２２ａおよび２２ｂ間の電位差、すなわち駆動用の圧
電素子の入力側の電位差を検出することによって回転角
速度を測定するため、それらの圧電素子１６ａ〜１６ｃ
に特性上のばらつきや経時変化，温度変化があっても、
圧電素子の特性やそれらの共振周波数のずれに影響され
ることなく駆動電圧の共通化、安定化に伴い回転角速度
を正確に測定することができる。

【００１８】さらに、この振動ジャイロ１０では、図４
に示す従来例に比べて、振幅の大きい特別な構造の振動
子１２が用いられているため回転角速度の感度がよくな
る。しかも、たとえば経時変化などによる機械的な状態
変化に対して、振動体１４の振動姿勢が安定であるの
で、回転角速度を安定的に測定することができる。

【００１９】図２はこの発明の他の実施例を示す図解図
である。この実施例では、特に、振動体１４が正４角柱
状に形成され、振動体１４の４つの側面に、それぞれ圧
電素子１６ａ，１６ｂ，１６ｃおよび１６ｄが形成され
る。そして、たとえば、隣接する２つの圧電素子１６ａ
および１６ｂが駆動用に用いられ、他の２つの圧電素子
１６ｃおよび１６ｄが帰還用に用いられる。そのため、
この実施例でも、検出用端子２８ａおよび２８ｂは、駆
動用の圧電素子１６ａおよび１６ｂの入力側の電極２２
ａおよび２２ｂに接続される。すなわち、２つの圧電素
子１６ａおよび１６ｂは、それぞれ、駆動用かつ検出用
として用いられる。

【００２０】なお、この実施例では、２つの帰還用の圧
電素子１６ｃおよび１６ｄの電極２２ｃおよび２２ｄは
可変抵抗器３２の２つの固定端子３２ａおよひ３２ｂに
それぞれ接続され、可変抵抗器３２の可動端子３２ｃは
発振回路２４の入力端に接続される。したがって、この
実施例では、２つの帰還用の圧電素子１６ｃおよび１６
ｄからの出力が合成された形で２つの駆動用の圧電素子
１６ａおよび１６ｂに帰還される。

【００２１】図３は図２に示す実施例の変形例を示す図
解図である。図３に示す実施例では、図２に示す実施例
と比べて、特に、振動体１４の隣接する２つの側面のみ
に、圧電素子１６ａおよび１６ｂがそれぞれ形成され
る。そして、それらの２つの圧電素子１６ａおよび１６
ｂが駆動用に用いられる。そのため、図３に示す実施例
でも、検出用端子２８ａおよび２８ｂは、駆動用の圧電
素子１６ａおよび１６ｂの入力側の電極２２ａおよび２
２ｂに接続される。すなわち、２つの圧電素子１６ａお
よび１６ｂは、それぞれ、駆動用かつ検出用として用い
られる。

【００２２】また、図３に示す実施例では、２つの駆動
用の圧電素子１６ａおよび１６ｂの電極２２ａおよび２
２ｂが可変抵抗器３２の２つの固定端子３２ａおよひ３
２ｂにそれぞれ接続され、可変抵抗器３２の可動端子３
２ｃが発振回路２４の入力端に接続される。したがっ
て、図３に示す実施例では、２つの駆動用の圧電素子１
６ａおよび１６ｂからの出力が合成された形で２つの駆
動用の圧電素子１６ａおよび１６ｂに帰還される。

【００２３】なお、上述の各実施例では、振動子１２の
振動体１４が正３角柱状あるいは正４角柱状に形成され
ているが、この発明では、振動体１４の形状は特に限定
されることはない。この場合も、検出用端子は、振動体
に形成される駆動用の圧電素子の入力側に接続され、駆
動用の圧電素子は、検出用の圧電素子も兼用する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す図解図である。

【図２】この発明の他の実施例を示す図解図である。

【図３】図２に示す実施例の変形例を示す図解図であ
る。

【図４】従来の振動ジャイロの一例を示す図解図であ
る。

【符号の説明】

１０ 振動ジャイロ １２ 振動子 １４ 振動体 １６ａ，１６ｂ，１６ｃ 圧電素子 ２８ａ，２８ｂ 検出用端子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動体、および前記振動体上に形成さ
   れ、駆動用かつ検出用の少なくとも２つの圧電素子を有
   し、 前記２つの圧電素子の端子電圧の和を駆動電圧とし、 前記２つの圧電素子の端子電圧の差を検出電圧とした、
   振動ジャイロ。