JPH08247769A - 振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高感度な振動ジャイロを得る。また、簡単に
製造できる振動ジャイロを得る。 【構成】 振動ジャイロ１０は、Ｌ字状の断面を有する
柱状の保持部１２と、その長手方向の対向する端部側の
振動板１４，１６を含む。振動板１４，１６を互いに直
交するように配置し、その上に圧電素子１８，２０を形
成する。振動板１４，１６の間に、ワイヤーなどの振動
線２２を取り付ける。保持部１２は、板状に形成しても
よい。この場合、保持部１２および振動板１４，１６と
なる部分を有する原板を形成し、その原板を折り曲げる
ことにより、保持部１２と振動板１４，１６とを一体的
に形成する。

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、振動体の振動を利用して回転角速度を検
出するための振動ジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は従来の振動ジャイロの一例を示
す斜視図である。振動ジャイロ１は、たとえば４角柱状
の振動体２を含む。この振動体２は、たとえばエリンバ
などの恒弾性金属材料などで形成される。振動体２の一
方の対向面には、振動体２を屈曲振動させるための駆動
用圧電素子３が形成される。また、振動体２の他方の対
向面には、回転角速度に対応した信号を得るための検出
用圧電素子４が形成される。

【０００３】この振動ジャイロ１では、駆動用圧電素子
３に駆動信号が与えられ、振動体２が駆動用圧電素子３
形成面に直交する方向に屈曲振動する。このとき、振動
体２の振動方向は、検出用圧電素子４の面に平行する方
向であるため、検出用圧電素子４からは信号が出力され
ない。このような振動状態で、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、検出用圧電素子４が屈曲し、検出
用圧電素子４から信号が出力される。コリオリ力は振動
体２の無回転時の振動方向と直交する方向に働くため、
コリオリ力は検出用圧電素子４の面に直交する向きに加
わる。そのため、検出用圧電素子４の屈曲量はコリオリ
力に対応した値となり、検出用圧電素子４からコリオリ
力に対応した出力信号が得られる。したがって、検出用
圧電素子４の出力信号を測定することにより、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。
このような振動ジャイロとしては、振動体が音叉型や正
３角柱状など、種々の形状のものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の振動ジャイロには、柱状の振動体が用いられ
ているため、大きい屈曲振動を得ることが困難である。
そのため、検出用圧電素子から大きい出力信号を得るこ
とが難しく、高感度の振動ジャイロを得ることが困難で
あった。また、振動体を角柱状や音叉型などに成形した
のち、圧電素子を貼着しなければならず、製造が面倒で
あった。

【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、高
感度な振動ジャイロを提供することである。さらに、こ
の発明の他の目的は、簡単に製造す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、互いの面が
交差するようにして離れた位置に配置される２つの振動
板と、それぞれの振動板の少なくとも一面に形成される
圧電素子と、２つの振動板間に直線状に張り渡される振
動線とを含む、振動ジャイロである。この振動ジャイロ
では、たとえば２つの振動板は互いに直交するように配
置され、振動線は２つの振動板の端部に取り付けられ
る。また、平板状の一方の振動板の少なくとも一面に圧
電素子が形成され、折り曲げられた他方の振動板のそれ
ぞれの平面部の少なくとも一面に圧電素子が形成され、
一方の振動板の一方面と他方の振動板の折り曲げ部との
間に振動線が配置されてもよい。この振動ジャイロにお
いては、２つの振動板および２つの振動板を保持するた
めの保持部が、１枚の原板を折り曲げることによって一
体的に形成することができる。

【０００７】

【作用】一方の振動板に取り付けられた圧電素子に駆動
信号を与えることによって、振動線が振動する。そし
て、他方の振動板に取り付けられた圧電素子から、振動
線の振動方向の変化に対応した信号が出力される。この
とき、２つの振動板が直交するように配置されていれ
ば、無回転時においては、一方の振動板上の圧電素子に
よって駆動される振動線の振動方向は、他方の振動板上
の圧電素子面に対して平行となる。そのため、他方の振
動板上の圧電素子からは、信号が出力されない。振動ジ
ャイロに回転角速度が加わって、コリオリ力により振動
線の振動方向が変わると、他方の振動板上の圧電素子の
面に直交する方向にコリオリ力に対応した力が働く。そ
のため、この圧電素子から、コリオリ力に対応した信号
が出力される。

【０００８】他方の振動板を折り曲げた形状に形成すれ
ば、その２つの平面部に形成された圧電素子の両方か
ら、振動線の振動に応じた信号が出力される。折り曲げ
られた他方の振動板の平面部を、無回転時における振動
線の振動方向に対して対称となるように配置しておけ
ば、その上に形成された圧電素子からは同じ出力信号が
出力される。回転角速度が加わって振動線の振動方向が
変わると、他方の振動板に形成された複数の圧電素子に
伝わる振動に差が生じ、異なる信号が出力される。さら
に、振動板およびその保持部を板材を折り曲げて一体的
に形成する場合、大きい板材から所定の形状の原板を打
ち抜き、それを折り曲げることによって、振動板および
保持部が形成される。

【０００９】

【発明の効果】この発明によれば、振動体として振動線
が用いられているため、柱状の振動体を用いた従来の振
動ジャイロに比べて振動しやすく、大きい振動を得るこ
とができる。そのため、検出用として用いられる圧電素
子から、大きい出力信号を得ることができる。したがっ
て、この振動ジャイロを用いれば、高感度で回転角速度
を検出することができる。さらに、２つの振動板を直交
するように配置すれば、無回転時の出力信号を０にする
ことができるとともに、回転時にはコリオリ力に対応し
た出力信号を得ることができ、容易に回転角速度を検出
することができる。

【００１０】また、他方の振動板を折り曲げた形状にす
れば、その平面部に形成された圧電素子の無回転時にお
ける出力信号が同じになるように、２つの振動板を配置
することができる。したがって、検出用として用いられ
る圧電素子の出力信号の差をとれば、無回転時の信号を
０にすることができる。また、この場合、他方の振動板
に形成された圧電素子は、無回転時における振動線の振
動方向に対して対称となるように配置されているため、
回転角速度が加わって振動線の振動方向が変わると、互
いに逆極性の信号が出力される。したがって、それらの
出力信号の差をとれば、コリオリ力に対応した大きい出
力を得ることができる。そのため、より高感度な振動ジ
ャイロを得ることができる。さらに、振動板およびその
保持部を一体的に形成する場合、大きい板材を打ち抜い
て、同じ形状の原板を得ることができる。その原板を折
り曲げることにより、同じ形状の振動板および保持部を
得ることができ、振動ジャイロの製造が簡単である。

【００１１】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。

【００１２】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す斜視図であ
る。振動ジャイロ１０は、保持部１２を含む。保持部１
２は、たとえばＬ字状の断面を有する柱状に形成され
る。保持部１２の長手方向の対向する端部側に、第１の
振動板１４および第２の振動板１６が形成される。第１
の振動板１４は、保持部１２のＬ字状部分の一方の端面
から水平方向に延びるように形成される。また、第２の
振動板１６は、保持部１２のＬ字状部分の他方の端面か
ら垂直方向に延びるように形成される。したがって、第
１の振動板１４と第２の振動板１６とは、互いに直交す
るように配置される。

【００１３】第１の振動板１４の一方面上には、第１の
圧電素子１８が形成される。第１の圧電素子１８は、た
とえば圧電セラミックなどで形成された圧電層の両面に
電極を形成したものである。そして、第１の圧電素子１
８の一方の電極が、第１の振動板１４に接着される。ま
た、第２の振動板１６上には、第２の圧電素子２０が形
成される。第２の圧電素子２０も、第１の圧電素子１８
と同様に、圧電層の両面に電極が形成されたものであ
る。そして、第２の圧電素子２０の一方の電極が、第２
の振動板１６に接着される。なお、この実施例では、振
動板１４，１６の一方面にのみ圧電素子１８，２０を形
成してユニモルフ型としているが、振動板１４，１６の
両面に圧電素子を形成してバイモルフ型としてもよい。
さらに、第１の振動板１４の端面と第２の振動板１６の
端面との間に、ワイヤーなどの振動線２２が張り渡され
る。

【００１４】この振動ジャイロ１０では、第１の圧電素
子１８に駆動信号が印加される。この駆動信号によっ
て、第１の振動板１４は、その面に直交する方向に振動
する。そのため、図２に示すように、振動線２２は第１
の振動板１４の面に直交する方向に屈曲振動する。この
振動線２２の屈曲振動が、第２の振動板１６に伝わる。
第１の振動板１４と第２の振動板１６とは、互いに直交
するように配置されているため、無回転時においては、
振動線２２の振動方向は第２の振動板１６の面に対して
平行となる。そのため、第２の圧電素子２０は屈曲せ
ず、その出力信号は０となる。

【００１５】振動線２２が振動している状態で、振動線
２２を中心として回転すると、図３に示すように、無回
転時の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、無回転時における振動線２２の振動方向とコ
リオリ力との合成力が働く方向に、振動線２２が振動す
る。このように、回転角速度が加わることによって、振
動線２２の振動方向が変わり、その振動が第２の振動板
１６に伝わって、第２の圧電素子２０が屈曲する。第２
の圧電素子２０の屈曲は、その面に直交する力、すなわ
ちコリオリ力成分に対応するため、第２の圧電素子２０
からの出力信号はコリオリ力に対応した値となる。した
がって、第２の圧電素子２０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、振動体として
ワイヤーなどの振動線２２が用いられているため、従来
の柱状の振動体を用いた振動ジャイロに比べて振動しや
すく、大きい振動を得ることができる。そのため、第２
の圧電素子２０の屈曲も大きくなり、大きい出力信号を
得ることができる。したがって、この振動ジャイロ１０
は、従来の振動ジャイロに比べて、高感度で回転角速度
を検出することができる。

【００１７】また、図４に示すように、保持部１２を板
材で形成してもよい。この振動ジャイロ１０では、原板
を階段状に折り曲げることによって、保持部１２が形成
されている。この振動ジャイロ１０を製造するには、図
５に示すように、たとえば大きい板材を打ち抜くことに
よって、保持部１２および振動板１４，１６となる原板
２４が得られる。この板２４は、保持部１２となる長方
形部分２４ａと、振動板１４，１６となる２つの片部分
２４ｂとを含む。これらの片部分２４ｂは、長方形部分
２４ａの対角部分近傍に形成される。片部分２４ｂに
は、圧電素子１８，２０が接着され、さらに２つの片部
分間に張り渡されるようにして、振動線２２が取り付け
られる。そして、図５の一点鎖線で示す部分において、
長方形部分２４ａを階段状に折り曲げることにより、図
４に示す振動ジャイロ１０が形成される。このとき、２
つの片部分２４ｂの長さＬ１，Ｌ２を異なるようにして
おけば、保持部１２を介した共振を防ぐことができ、良
好な特性を得ることができる。

【００１８】このような振動ジャイロ１０では、たとえ
ば大きい金属板を打ち抜くことにより、同じ形状の原板
２４を形成することができる。したがって、柱状の振動
体を有する従来の振動ジャイロに比べて、ばらつきの少
ない振動ジャイロを簡単に得ることができる。

【００１９】また、図６に示すように、検出用として用
いられる圧電素子を２つにすることができる。この振動
ジャイロ１０では、第１の振動板１４が斜めに取り付け
られる。また、第２の振動板１６は、直交するように折
り曲げられる。そして、第１の振動板１４と第２の振動
板１６の２つの平面部とは、互いに４５°の角度を有す
るように配置される。第１の振動板１４上には第１の圧
電素子１８が取り付けられる。さらに、第２の振動板１
６の２つの平面部には、それぞれ第２の圧電素子２０
ａ，２０ｂが取り付けられる。したがって、第１の圧電
素子１８と第２の圧電素子２０ａ，２０ｂとは、互いに
４５°の角度を有して配置される。

【００２０】この振動ジャイロ１０では、第１の圧電素
子１８形成面に直交する方向に、振動線２２が屈曲振動
する。第１の圧電素子１８と第２の圧電素子２０ａ，２
０ｂとは４５°の角度をもって配置されているため、第
２の圧電素子２０ａ，２０ｂは、振動線２２の振動方向
に対して対称となるように配置されている。そのため、
振動線２２の振動による第２の圧電素子２０ａ，２０ｂ
の屈曲状態は同じになり、同じ信号が出力される。した
がって、差動回路などで２つの第２の圧電素子２０ａ，
２０ｂの出力信号の差をとれば、差動回路の出力は０に
なる。

【００２１】振動線２２を中心として回転すると、コリ
オリ力によって、振動線２２の振動方向が変わる。その
ため、第２の圧電素子２０ａ，２０ｂの屈曲状態が変わ
り、異なる信号が出力される。このとき、２つの第２の
圧電素子２０ａ，２０ｂは、無回転時の振動線２２の振
動方向に対して対称に配置されているため、第２の圧電
素子２０ａ，２０ｂからは、コリオリ力に対応して逆極
性の信号が出力される。したがって、第２の圧電素子２
０ａ，２０ｂの出力信号の差をとれば、差動回路から大
きい出力を得ることができる。そのため、小さい回転角
速度に対して大きい出力信号を得ることができ、さらに
高感度な振動ジャイロを得ることができる。

【００２２】このような振動ジャイロ１０を得るために
は、図７に示すように、２つの開口部２６を有する矩形
の原板２４が準備される。そして、開口部２６の両側
に、それぞれ１つの第１の圧電素子１８および２つの第
２の圧電素子２０ａ，２０ｂが取り付けられる。そし
て、この原板２４を一点鎖線の部分で折り曲げて振動線
２２を取り付けることにより、図６に示す振動ジャイロ
１０が得られる。

【００２３】また、図８に示すように、保持部１２や振
動板１４，１６とともに、振動線２２を一体的に形成し
てもよい。この場合、図９に示すように、矩形のループ
の内部に片部分２４ｂが形成され、片部分２４ｂの間に
振動線２２となるべき線状部が形成された原板２４が準
備される。そして、この原板２４を一点鎖線の部分で折
り曲げることにより、振動線２２を有する振動ジャイロ
１０が形成される。この振動ジャイロ１０では、保持部
１２，第１の振動板１４，第２の振動板１６および振動
線２２が一体的に形成されているため、製造が簡単であ
る。

【００２４】このように、この振動ジャイロ１０では、
細い振動線２２を用いているため、大きい振動を得るこ
とができ、高感度な振動ジャイロを得ることができる。
また、板を折り曲げることによって保持部，振動板，振
動線などを一体的に形成することにより、ばらつきの少
ない振動ジャイロを簡単に製造することができる。

【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に示す振動ジャイロの振動線の振動状態を
示す図解図である。

【図３】振動線に加わる力を説明するための図解図であ
る。

【図４】この発明の他の実施例を示す斜視図である。

【図５】図４に示す振動ジャイロを形成するための原板
を示す平面図である。

【図６】この発明のさらに他の実施例を示す斜視図であ
る。

【図７】図６に示す振動ジャイロを形成するための原板
を示す平面図である。

【図８】この発明の別の実施例を示す斜視図である。

【図９】図８に示す振動ジャイロを形成するための原板
を示す平面図である。

【図１０】従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１０ 振動ジャイロ １２ 保持部 １４ 第１の振動板 １６ 第２の振動板 １８ 第１の圧電素子 ２０，２０ａ，２０ｂ 第２の圧電素子 ２２ 振動線 ２４ 原板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いの面が交差するようにして離れた位
   置に配置される２つの振動板、 それぞれの前記振動板の少なくとも一面に形成される圧
   電素子、および２つの前記振動板間に直線状に張り渡さ
   れる振動線を含む、振動ジャイロ。
2. 【請求項２】 ２つの前記振動板は互いに直交するよう
   に配置され、前記振動線は２つの前記振動板の端部に取
   り付けられる、請求項１に記載の振動ジャイロ。
3. 【請求項３】 平板状の一方の前記振動板の少なくとも
   一面に前記圧電素子が形成され、折り曲げられた他方の
   前記振動板のそれぞれの平面部の少なくとも一面に前記
   圧電素子が形成され、一方の前記振動板の一方面と他方
   の前記振動板の折り曲げ部との間に前記振動線が配置さ
   れた、請求項１に記載の振動ジャイロ。
4. 【請求項４】 ２つの前記振動板および２つの前記振動
   板を保持するための保持部が、１枚の原板を折り曲げる
   ことによって一体的に形成される、請求項１ないし請求
   項３のいずれかに記載の振動ジャイロ。