JPH0791955A - 振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 感度のよい振動ジャイロを提供する。 【構成】 この振動ジャイロ１０は、ＰＺＴからなる円
柱状の振動体１２を含む。振動体１２の側面には、リン
グ状の６つのアース電極１４，１４，・・が、振動体１
２の長手方向に間隔を隔ててかつ振動体１２の軸を周回
して形成される。さらに、振動体１２の側面には、６つ
のアース電極１４，１４，・・間に、３つの入出力用電
極１６ａ，１６ｂおよび１６ｃを１組の入出力用電極と
して５組の入出力用電極が形成される。この場合、同じ
組の３つの入出力用電極１６ａ，１６ｂおよび１６ｃ
は、２つのアース電極１４，１４間において、振動体１
２の軸を周回する方向に等間隔を隔てて、振動体１２の
長手方向に直交する方向にのびて形成される。

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、
特に圧電セラミックスからなる振動体を有し、たとえば
自動車のナビゲーションシステムやカメラの手振れ防止
システムなどに用いられる振動ジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】図３（Ａ）は従来の振動ジャイロの一例
を示す斜視図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の線ＩＩ
ＩＢ−ＩＩＩＢにおける断面図である。この振動ジャイ
ロ１は、ＰＺＴからなる円柱状の振動体２を含む。この
振動体２の側面には、長方形状の３つの入出力用電極３
ａ，３ｂおよび３ｃが間隔を隔てて形成される。この場
合、これらの入出力用電極３ａ，３ｂおよび３ｃは、そ
れぞれ、振動体２の長手方向における一端側から他端側
にのびて形成される。さらに、振動体２の側面には、そ
れらの入出力用電極３ａ，３ｂおよび３ｃの周囲にアー
ス電極４が形成される。また、振動体２には、入出力用
電極３ａ，３ｂおよび３ｃとアース電極４との間に高電
圧を印加することによって、分極処理が施されている。

【０００３】図４（Ａ）は従来の振動ジャイロの他の例
を示す斜視図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の線ＩＶ
Ｂ−ＩＶＢにおける断面図である。図４に示す振動ジャ
イロ１では、ＰＺＴからなる正３角柱状の振動体２の３
つの側面において、それらの中央に長方形状の３つの入
出力用電極３ａ，３ｂおよび３ｃがそれぞれ形成され、
それらの入出力用電極３ａ，３ｂおよび３ｃの周囲にア
ース電極４が形成される。また、この振動体２にも、入
出力用電極３ａ，３ｂおよび３ｃとアース電極４との間
に高電圧を印加することによって、分極処理が施されて
いる。

【０００４】上述の各振動ジャイロ１では、たとえば、
入出力用電極３ｃおよびアース電極４間に駆動信号を印
加するか、あるいは、入出力用電極３ａおよびアース電
極４間と入出力用電極３ｂおよびアース電極４間とにそ
れぞれ駆動信号を印加すれば、圧電横効果によって、振
動体２が入出力用電極３ｃに直交する方向に屈曲振動す
る。その状態で、振動体２に回転力が加われば、その回
転角速度に応じたコリオリ力が応力として振動体２に加
わり、その応力にともなって、入出力用電極３ａおよび
アース電極４間と入出力用電極３ｂおよびアース電極４
間とのそれぞれの出力電圧が変わる。そのため、それら
の出力電圧の差から回転角速度が検出される。すなわ
ち、各振動ジャイロ１では、物理的な回転角速度を電気
的な信号に変換することによって、回転角速度が検出さ
れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のような振動ジャ
イロに要求される特性としては、第１に出力感度が大き
いことが挙げられる。

【０００６】一般に、圧電セラミックスからなる振動体
を用いた振動ジャイロにおいて、出力感度の大きさは、
単位回転角速度に対して振動体が受けるコリオリ力によ
る応力の大きさで決定される。また、そのコリオリ力に
よる応力の大きさは、振動体の振動の振幅に依存する。

【０００７】しかしながら、上述の各振動ジャイロ１で
は、振動体２の振動の振幅が小さく、そのため、感度も
十分ではなく、高精度を要求する用途においてはその精
度を満足させることは非常に難しく、その用途が比較的
に要求精度の低い用途に限定されていた。

【０００８】それゆえに、この発明の主たる目的は、感
度のよ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、圧電セラミ
ックスからなる柱状の振動体と、振動体の側面において
振動体の軸を周回する方向に間隔を隔てて形成される複
数の入出力用電極と、振動体の側面において入出力用電
極と振動体の長手方向に間隔を隔てて形成されるアース
電極とを含む、振動ジャイロである。

【００１０】

【作用】入出力用電極およびアース電極間に駆動信号を
印加すれば、振動体は、圧電縦効果によって、大きい振
幅で振動する。そのため、振動体を回転した場合に振動
体が受けるコリオリ力による応力の大きさが大きくな
り、出力感度も大きくなる。

【００１１】

【発明の効果】この発明によれば、感度のよい振動ジャ
イロが得られる。そのため、この発明にかかる振動ジャ
イロは、その用途が比較的に要求精度の高い用途にも広
がる。

【００１２】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。

【００１３】

【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）は図１（Ａ）の線ＩＢ−ＩＢにお
ける断面図である。この振動ジャイロ１０は、たとえば
ＰＺＴからなる直径２ｍｍ，長さ１５ｍｍの円柱状の振
動体１２を含む。この振動体１２を形成するためには、
まず、たとえば、ＰＺＴのセラミックス粉末が用意さ
れ、その粉末にバインダーが混合され、その混合物から
プレス成形によって２０ｍｍ×２０ｍｍ×５ｍｍの成形
体が作製される。そして、その成形体を１２００℃で２
時間焼成してユニットが形成され、そのユニットから振
動体１２が切り出される。

【００１４】この振動体１２の側面には、たとえばＡｇ
からなるリング状の６つのアース電極１４，１４，・・
が形成される。この場合、これらのアース電極１４，１
４，・・は、振動体１２の長手方向に間隔を隔ててかつ
振動体１２の軸を周回して形成される。

【００１５】さらに、振動体１２の側面には、６つのア
ース電極１４，１４，・・間に、たとえばＡｇからなる
長方形状の３つの入出力用電極１６ａ，１６ｂおよび１
６ｃを１組の入出力用電極として５組の入出力用電極が
形成される。この場合、同じ組の３つの入出力用電極１
６ａ，１６ｂおよび１６ｃは、２つのアース電極１４，
１４間において、振動体１２の軸を周回する方向に等間
隔を隔てて、振動体１２の長手方向に直交する方向にの
びて形成される。また、５つの入出力用電極１６ａは、
振動体１２の長手方向と同じ方向に並ぶように形成さ
れ、同様に、５つの入出力用電極１６ｂおよび５つの入
出力用電極１６ｃも、それぞれ、振動体１２の長手方向
と同じ方向に並ぶように形成される。

【００１６】上述のアース電極１４および入出力用電極
１６ａ〜１６ｃは、たとえば、振動体１２の側面にＡｇ
ペーストを塗布し８００℃で焼き付けることによって、
それぞれ形成される。

【００１７】また、これらのアース電極１４および入出
力用電極１６ａ〜１６ｃには、リード線（図示せず）
が、それぞれはんだ付けされる。

【００１８】そして、振動体１２には、たとえば、１０
０℃のオイル槽中において、上述のリード線を介して５
組の入出力用電極１６ａ〜１６ｃと６つのアース電極１
４との間に３ｋＶ／ｍｍの電界を１時間印加することに
よって、５組の入出力用電極１６ａ〜１６ｃと６つのア
ース電極１４との間で分極処理が施される。

【００１９】この振動体１２は、たとえば、５つの入出
力用電極１６ｃおよび６つのアース電極１４間に駆動信
号を印加するか、あるいは、５つの入出力用電極１６ａ
および６つのアース電極１４間に駆動信号を印加しかつ
５つの入出力用電極１６ｂおよび６つのアース電極１４
間に駆動信号を印加すれば、圧電縦効果によって、入出
力用電極１６ｃに直交する方向に屈曲振動する。この場
合、振動体１２の中心軸の長さをＬとすると、その中心
軸の両端からそれぞれ０．２２４Ｌだけ内側の部分にノ
ード点が生じる。

【００２０】そのため、この振動体１２のノード点の近
傍には、振動体１２を支持するためのたとえばＮｉから
なる支持ピン（図示せず）が接続される。

【００２１】この振動ジャイロ１０では、上述のように
振動体１２を振動した状態で、振動体１２の中心軸を中
心として振動体１２を回転すれば、その回転角速度に応
じたコリオリ力が応力として振動体１２に加わる。そし
て、その応力にともなって、５つの入出力用電極１６ａ
および６つのアース電極１４間の出力電圧と５つの入出
力用電極１６ｂおよび６つのアース電極１４間の出力電
圧とがそれぞれ変わる。そのため、この振動ジャイロ１
０では、一方の出力電圧と他方の出力電圧との差から回
転角速度が検出される。

【００２２】また、この振動ジャイロ１０では、同じ大
きさの振動体を用いた図３に示す従来の振動ジャイロ１
と比べて、振動体が圧電縦効果によって振動するので、
振動体の振動の振幅が大きく、出力感度が大きい。

【００２３】図２（Ａ）はこの発明の他の実施例を示す
斜視図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の線ＩＩＢ−Ｉ
ＩＢにおける断面図である。図２に示す実施例では、図
１に示す実施例と比べて、特に、振動体１２が、底面の
１辺が３ｍｍで全体の長さが１５ｍｍの正３角柱状に形
成される。また、６つのアース電極１４，１４，・・
は、それぞれ、振動体１２の３つの側面を横切るように
形成される。さらに、５つの入出力用電極１６ａは振動
体１２の１つの側面に形成され、５つの入出力用電極１
６ｂは振動体１２の他の１つの側面に形成され、５つの
入出力用電極１６ｃは振動体１２の残りの１つの側面に
形成される。

【００２４】図２に示す実施例でも、図１に示す実施例
と同様に、駆動信号が印加され、振動体が振動し、回転
角速度が検出される。

【００２５】また、図２に示す実施例でも、同じ大きさ
の振動体を用いた図４に示す従来例と比べて、振動体が
圧電縦効果によって振動するので、振動体の振動の振幅
が大きく、出力感度も大きい。

【００２６】次に、図１，図２，図３および図４に示す
各振動ジャイロの感度を具体的に比較した結果について
説明する。

【００２７】まず、それらの振動ジャイロに駆動信号を
印加して、振動体を振動させる。そして、それぞれの振
動ジャイロにおいて、２つの出力電圧が等しくなるよう
に調整した。

【００２８】その状態で、各振動ジャイロに振動体の中
心軸を中心として９０ｄｅｇ／ｓｅｃの回転を与え、そ
の時の２つの出力電圧を測定し、２つの出力電圧の差を
感度として、表１に示した。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１の結果から明らかなように、図１およ
び図２に示すこの発明にかかる各振動ジャイロの感度
は、図３および図４に示す従来の各振動ジャイロの感度
の約２倍と飛躍的に向上していることがわかる。

【００３１】なお、上述の各実施例では振動体の材料と
してＰＺＴが用いられているが、この発明ではＰＺＴに
限らず他の圧電セラミックスが振動体の材料として用い
られてもよい。

【００３２】また、この発明では、円柱状の振動体や正
３角柱状の振動体の以外にたとえば４角柱状などの他の
多角柱状の振動体が用いられてもよい。

【００３３】さらに、アース電極および入出力用電極の
材料としては、Ａｇに限らず他の電極材料が用いられて
もよい。

【００３４】また、アース電極の数は、６つに限らず１
つ以上であればよいが、複数であることが好ましい。同
様に、入出力電極の組数も、５組に限らず１組以上であ
ればよいが、複数組であることが好ましい。

【００３５】なお、アース電極は、振動体の軸を周回し
て形成される必要はなく、入出力用電極と対向する部分
に形成されていればよい。

【００３６】また、アース電極および入出力用電極の大
きさや形状およびそれらの電極間の間隔は、任意に変更
されてもよい。

【００３７】さらに、上述の各実施例において、入出力
用電極１６ａおよび１６ｂを駆動用とする場合には、他
の入出力用電極１６ｃは形成されなくてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】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）は図１（Ａ）の線ＩＢ−ＩＢにおけ
る断面図である。

【図２】図２（Ａ）はこの発明の他の実施例を示す斜視
図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の線ＩＩＢ−ＩＩＢ
における断面図である。

【図３】図３（Ａ）は従来の振動ジャイロの一例を示す
斜視図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の線ＩＩＩＢ−
ＩＩＩＢにおける断面図である。

【図４】図４（Ａ）は従来の振動ジャイロの他の例を示
す斜視図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の線ＩＶ−Ｉ
Ｖにおける断面図である。

【符号の説明】

１０ 振動ジャイロ １２ 振動体 １４ アース電極 １６ａ，１６ｂ，１６ｃ 入出力用電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電セラミックスからなる柱状の振動
   体、 前記振動体の側面において前記振動体の軸を周回する方
   向に間隔を隔てて形成される複数の入出力用電極、およ
   び前記振動体の側面において前記入出力用電極と前記振
   動体の長手方向に間隔を隔てて形成されるアース電極を
   含む、振動ジャイロ。