JPH08278145A

JPH08278145A - 圧電振動角速度計

Info

Publication number: JPH08278145A
Application number: JP7083830A
Authority: JP
Inventors: Tatsushi Nomura; 達士野村; Hisamitsu Fujio; 尚光藤生; Tetsuo Hattori; 徹夫服部
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-04-10
Filing date: 1995-04-10
Publication date: 1996-10-22

Abstract

(57)【要約】【目的】圧電振動角速度計のさらなる小型化を実現す
る。【構成】振動子１０は、圧電部材１０Ａの下面と圧電
部材１０Ｂの上面とが接着されることによって構成さ
れ、その接着面には、基準電極としての電極１３が形成
されている。圧電部材１０Ｂの下面に形成される電極１
４に、駆動用交流電圧が印加されると、振動子１０は、
矢印Ｙ₁ 方向に振動する。このとき、振動子１０が、軸
Ｘ₁ を中心に回転すると、矢印Ｚ₁ 方向にコリオリの力
が発生し、振動子１０は、矢印Ｚ₁ 方向に振動する。シ
リコン系樹脂によって構成される支柱２１，２２は、振
動子１０の共振振動の節点部位において、シリコン系接
着剤によって、接着されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電振動角速度計に関
する。特に、振動子を支持する支柱を、振動子の共振振
動の節点部位において、振動子に接着固定することによ
り、さらなる小型化が可能な圧電振動角速度計に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】振動している物体に、その振動軸を中心
とした回転角速度が与えられると、その振動方向と直角
な方向にコリオリの力が発生する。圧電振動角速度計
は、この力学現象を利用したジャイロスコープの一種で
あり、自動車、船舶、航空機等の移動体の姿勢制御装
置、ナビゲーションシステム等に利用されている。

【０００３】図２０は、従来の圧電振動角速度計の一構
成例を示す斜視図である。図２１は、図２０に示す圧電
振動角速度計５００を、矢印Ｘ方向から見た場合の平面
図である。金属振動子５０５は、正方形断面形状を有す
る四角柱であり、互いに直角な２つの方向（図２０及び
図２１においては、矢印Ｙ方向と矢印Ｚ方向）に、ほぼ
同じ共振周波数で屈曲振動することが可能である。

【０００４】圧電セラミック薄板５１１は、金属振動子
５０５の所定の側面５０１上に接合されている。圧電セ
ラミック薄板５１３は、側面５０１に対向する側面５０
３上に接合されている。さらに、圧電セラミック薄板５
１２が、側面５０１の、図中、左隣の側面５０２上に接
合されており、圧電セラミック薄板５１４が、側面５０
２に対向する側面５０４上に接合されている。これらの
圧電セラミック薄板５１１乃至５１４は、その板厚方向
に分極されている。また、金属振動子５０５は、グラン
ドの役目を果たす。

【０００５】リードのための細導線５２１乃至５２４
は、それぞれ、圧電セラミック薄板５１１乃至５１４上
に半田付けされている。また、細い金属線によって構成
される支持用金属線５３１乃至５３４は、金属振動子５
０５を支持するために、各側面５０１乃至５０４上の所
定の位置（後述する）に、それぞれ、各面に垂直に溶接
されており、さらに、金属振動子５０５のリードとして
用いられる。

【０００６】上述した金属振動子５０５を支持する支持
用金属線５３１乃至５３４は、金属振動子５０５の無拘
束基本振動モードの共振振動の節点に溶接されている。

【０００７】次に、図２０及び図２１に示す圧電振動角
速度計５００の動作について説明する。図示せぬ発振回
路によって、金属振動子５０５の無拘束基本振動の共振
周波数とほぼ等しい周波数の駆動用交流電圧が、細導線
５２１を介して、圧電セラミック薄板５１１に印加され
ると、圧電セラミック薄板５１１は、図中、上下方向に
延び縮みする。すると、金属振動子５０５は、矢印Ｙ方
向に屈曲振動する。上述した周波数の駆動用交流電圧を
発振回路に出力させるために、圧電セラミック薄板５１
３は、金属振動子５０５の振動時の帰還信号を取り、細
導線５２３を介して、外部に出力する。また、圧電セラ
ミック薄板５１２及び５１４には、金属振動子５０５の
Ｙ方向の振動に伴う、振幅及び位相が等しい圧電電圧Ｖ
_C が、それぞれ、発生する。

【０００８】駆動用交流電圧が圧電セラミック薄板５１
１に印加され、金属振動子５０５が矢印Ｙ方向に屈曲振
動している場合において、矢印Ｘを軸として、圧電振動
角速度計５００を、矢印Ｒ方向に回転角速度Ωで回転さ
せると、金属振動子５０５には、コリオリの力（＝Ｆ
ｃ）が、矢印Ｚ方向に発生し、金属振動子５０５は、矢
印Ｚ方向に屈曲振動する。

【０００９】すると、側面５０２上に接合される圧電セ
ラミック薄板５１２において、上述の圧電電圧Ｖ_C に加
え、コリオリの力に伴う圧電電圧Ｖ_B が発生する。ま
た、側面５０２に対向する側面５０４上に接合される圧
電セラミック薄板５１４において、圧電電圧Ｖ_C に加
え、上述した圧電電圧Ｖ_B と振幅が等しく、位相が反対
の圧電電圧−Ｖ_B が発生する。

【００１０】そして、圧電セラミック薄板５１２，５１
４において発生した圧電電圧は、それぞれ、細導線５２
２，５２４を介して、図示せぬ検出回路に入力され、次
に示す処理が行われる。

【００１１】（圧電セラミック薄板５１２において発生
した圧電電圧）−（圧電セラミック薄板５１４において
発生した圧電電圧）＝（Ｖ_B＋Ｖ_C）−（−Ｖ_B＋Ｖ_C）＝２・Ｖ_B

【００１２】このように、圧電セラミック薄板５１２，
５１４において、それぞれ発生した圧電電圧の差動信号
を取ることによって、コリオリの力に伴う（回転に伴
う）圧電電圧Ｖ_B を、倍増して取り出すことができ、そ
の圧電電圧Ｖ_B に対応して、回転角速度Ωを検出するこ
とが可能となる。

【００１３】図２３は、従来の圧電振動角速度計の他の
構成例を示す斜視図であり、図２４は、図２３に示す圧
電振動角速度計６００の正面図である。金属振動子６０
１の形状は、断面が正三角形の三角柱であり、圧電セラ
ミック薄板６０２乃至６０４が、金属振動子６０１の各
側面上に接合されている。各圧電セラミック薄板６０２
乃至６０４上には、細導線６２２乃至６２４が、それぞ
れ半田付けされている（細導線６２３及び６２４は図示
せず）。また、圧電セラミック薄板６０２乃至６０４
は、その板厚方向に分極されている。

【００１４】金属振動子６０１は、振動時の節点位置に
おける各頂点において、コの字型の支持用金属線６１１
及び６１２に溶接されることによって、支持されてい
る。また、支持用金属線６１１及び６１２は、その両端
が、基板６１０に溶接されている。

【００１５】次に、図２２及び図２３に示す圧電振動角
速度計６００の動作を説明する。基板６１０上に配置さ
れる図示せぬ発振回路によって、駆動用交流電圧が、細
導線６２２を介して、圧電セラミック薄板６０２に印加
されると、圧電セラミック薄板６０２は、金属振動子６
０１の長さ方向に延び縮みする。すると、金属振動子６
０２は、圧電セラミック薄板６０２が接合される面が凹
凸する方向（図２３の矢印ｙ方向）に屈曲振動する。

【００１６】この場合において、圧電振動角速度計６０
０が、軸ｘを中心として回転すると、上述したコリオリ
の力が、矢印ｙ方向に垂直な方向（図２３の矢印ｚ方
向）に生じ、金属振動子６０１が、矢印ｚ方向に振動す
る。このとき、圧電セラミック薄板６０３，６０４に
は、それぞれ、位相が逆で、振幅が等しいコリオリの力
に伴う圧電電圧が発生する。そして、圧電セラミック薄
板６０３，６０４に発生した圧電電圧の差動を取ること
によって、圧電振動角速度計６００の回転角速度を検出
することができる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
圧電振動角速度計は、その小型化に伴い、圧電振動角速
度計を製造する場合における作業空間が限定されるた
め、支持用金属線を、金属振動子に溶接する作業が極め
て困難となり、コスト高になるという課題を有してい
る。

【００１８】また、従来の圧電振動角速度計は、装置の
小型化に伴い、金属振動子も小型化され、その熱容量が
小さくなり、支持用金属線が金属振動子に溶接される
と、金属振動子の側面に接合される圧電セラミック薄板
が、溶接時の熱の影響を受け、熱的に変性してしまうと
いう課題を有する。

【００１９】また、振動子を圧電セラミック材によって
構成する場合、上記の理由から、支持用金属線を溶接す
ることができない。

【００２０】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、圧電振動角速度計を小型化することを目的
とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の圧電振動角速度
計は、コリオリの力に伴う圧電電圧を検出することによ
って、物体の回転角速度を検出する圧電振動角速度計に
おいて、互いに垂直な２方向に振動可能な柱状振動子
と、前記柱状振動子の共振振動の節点部位において、前
記柱状振動子に接着固定され、前記柱状振動子を支持す
る支持部材と、を備えることをことを特徴とする。

【００２２】

【作用】上記構成の圧電振動角速度計においては、互い
に垂直な２方向に振動可能な柱状振動子を支持する支持
部材が、柱状振動子の共振振動の節点部位において、接
着固定される。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して説
明する。

【００２４】図１は、本発明の圧電振動角速度計の一実
施例の構成を示す斜視図である。振動子１０（柱状振動
子）は、圧電セラミック部材であるチタン酸ジルコン酸
鉛（以下、ＰＺＴという）（圧電部材）によって構成さ
れている（後述する）。振動子１０は、その共振振動の
節点部位において、シリコン系接着剤によって、シリコ
ン系樹脂（ゴム状弾性の絶縁材料）で構成される支柱２
１及び支柱２２（後述する）（支持部材）の一端と接着
されている。支柱２１及び支柱２２の他端は、シリコン
系接着剤によって、アルミナで構成される基板２０に接
着固定されている。

【００２５】なお、振動子を構成する圧電部材は、ＰＺ
Ｔに限定されるものではなくＱ（共振の鋭さ）の大きな
圧電セラミック材料であればよい。

【００２６】図２は、図１に示す振動子１０の構成を示
す斜視図である。図３は、振動子１０を構成する圧電部
材１０Ａ及び１０Ｂの構成を示す斜視図である。圧電部
材１０Ａ及び１０Ｂは、ＰＺＴによって構成され、その
形状は、幅が１．０ｍｍ、厚さが０．５ｍｍ（すなわ
ち、断面形状が長方形）、長さが９．０ｍｍの直方体で
ある。また、圧電部材１０Ａは、その上面から下面方向
に分極されており、圧電部材１０Ｂは、その下面から上
面方向に分極されている。

【００２７】幅０．３ｍｍの電極１１（第３の電極），
１２（第４の電極）が、圧電部材１０Ａの上面の両端に
おいて、長さ方向に平行に、銀ペーストされることによ
って形成されている。一方、圧電部材１０Ａの下面（上
面に対向する面）には、電極１３Ａが、その全面が銀ペ
ーストされることによって形成されている（図３
（ａ））。

【００２８】圧電部材１０Ｂの上面には、電極１３Ｂ
が、全面が銀ペーストされることによって形成され、圧
電部材１０Ｂの下面には、電極１４（第２の電極）が、
上面と同様に、全面が銀ペーストされることによって形
成されている（図３（ｂ））。

【００２９】振動子１０は、圧電部材１０Ａの下面と圧
電部材１０Ｂの上面とが、接着されることによって構成
されている。上述したように、銀ペーストされた電極１
３Ａ及び１３Ｂが、圧電部材１０Ａの下面及び圧電部材
１０Ｂの上面に、それぞれ形成されている。この電極１
３Ａ，１３Ｂの表面は、微細に見れば、多くの凹凸を有
しており、圧電部材１０Ａと１０Ｂとを接着する場合、
電極１３Ａ上の凸の部分と、電極１３Ｂ上の凸の部分と
を接触させるために、接着剤の層厚を薄くする必要があ
るので、粘度の低いエポキシ系接着剤を用いて接着を行
う。圧電部材１０Ａと圧電部材１０Ｂとの間において、
電極１３Ａ及び１３Ｂによって構成される１つの電極１
３（第１の電極）が形成される。

【００３０】この振動子１０は、同形状の圧電部材１０
Ａと１０Ｂとが、その下面と上面が接着されることによ
って構成されているので、断面形状が正方形となり、振
動子１０の幅方向の基準振動数と厚さ方向の基準振動数
とが等しい。

【００３１】さらに、本発明においては、異なる大きさ
の長方形断面を有する圧電部材によって構成することも
可能である。この場合においては、振動子を構成した
後、振動子を振動させ、その振動を調節しながら、側面
をレーザ等によって削り、振動子の幅方向の基準振動数
と厚さ方向の基準振動数とを合わせる。その結果、振動
子１０の断面は、略正方形となる。

【００３２】細導線４１，４２は、その一端が、それぞ
れ、振動子１０の上面に形成される電極１１，１２上
の、振動子１０の共振振動の節点部位近傍において半田
付けされる。細導線４３は、圧電部材１０Ａと１０Ｂと
の接着面に形成される電極１３の露出部分の、振動子１
０の共振振動の節点部位において半田付けされている。
また、細導線４４は、振動子１０の下面に形成される電
極１４上の、振動子１０の振動の節点部位において半田
付けされる。なお、細導線４１乃至４４が半田付けされ
る位置は、振動子１０の共振振動の節点部位のいずれか
であればよく、以下の実施例においても同様である。

【００３３】細導線４１，４２は、その他端が、図示せ
ぬ検出回路に接続されており、それぞれ、電極１１，１
２に発生する電圧を検出回路に伝達する。細導線４４
は、その他端が、図示せぬ発振回路に接続されており、
振動子１０を屈曲振動させるための駆動用交流電圧を、
発振回路から電極１４に伝達する。電極１３は、基準電
極であり、細導線４３は、基準電位線として使用され
る。

【００３４】また、振動子１０の振動特性劣化を最小に
抑える必要があるため、上述した細導線４１乃至４４
は、弾性の強いものであってはならず、熱処理等により
なました、柔らかい材料によって構成されている。

【００３５】支柱２１及び２２は、従来例に示す支持用
金属線と異なり、端面が振動子１０に接着されるので、
接着面積を支持用金属線の溶接面積より大きくする必要
がある。従って、剛性の高い素材によって支柱２１及び
２２を構成すると、振動子１０の振動特性が阻害されて
しまうので、支柱２１及び２２は、ゴム状弾性を有する
電気絶縁材料であるシリコン系樹脂材料によって構成さ
れている。また、支柱２１及び２２と、振動子１０とを
接着する場合に使用される接着剤が、硬質の接着剤であ
っても、振動子１０の振動特性が阻害される。従って、
支柱２１及び２２と振動子１０とを接着させる場合、比
較的弾性率の低いシリコン系接着剤を用いる。

【００３６】図４は、支柱２１の構成を示す斜視図であ
る。支柱２１の形状は、断面形状が直径０．５ｍｍの円
で、高さが０．５ｍｍの円柱である。また、支柱２１の
両端面は、振動子１０、基板２０と接着し易いように平
面となっている。なお、支柱２２の形状は、支柱２１の
形状と同様である。

【００３７】次に、支柱２１及び２２の取付工程につい
て説明する。まず、支柱２１及び２２の一端が、それぞ
れ、振動子１０の共振振動の節点間隔だけ開けて、シリ
コン系接着剤によって、基板２０に接着される。次に、
支柱２１及び２２の他端が、それぞれ、振動子１０の底
面に、その共振振動の節点部位近傍において接着され
る。

【００３８】従って、従来例のように、振動子を支持す
るために溶接処理をする必要がなくなり、圧電振動角速
度計を、さらに小型化することができ、さらに、圧電部
材の熱的変性を抑制することができる。また、支柱２１
及び２２は、振動子１０を、所定の一面のみにおいて支
持しているので、支柱２１及び２２の占める空間が小さ
くなるので、圧電振動角速度計のさらなる小型化が可能
となる。

【００３９】なお、振動子１０の振動特性の劣化を抑制
するために、振動子１０と支柱２１及び２２とを接着す
る場合に使用されるシリコン系接着剤が、振動子１０の
接着面上にはみ出ないようにする必要がある。

【００４０】次に、図１に示す圧電振動角速度計１の動
作について説明する。まず、振動子１０を屈曲振動させ
るための駆動用交流電圧が、図示せぬ発振回路から、細
導線４４を介して、電極１４に印加される。すると、振
動子１０は、厚さ方向（矢印Ｙ₁ 方向）に屈曲振動す
る。

【００４１】この場合において、圧電振動角速度計１
が、振動子１０の長さ方向軸Ｘ₁ を中心に回転すると、
コリオリの力が振動子１０の幅方向（矢印Ｚ₁ 方向）に
生じ、振動子１０が、同方向に屈曲振動する。すると、
振動子１０の矢印Ｚ₁ 方向の屈曲振動に伴う圧電電圧
（コリオリの力に伴う圧電電圧）が、電極１１及び電極
１２において発生する。従来例において述べたように、
振動子１０の矢印Ｚ₁ 方向の屈曲振動に伴い、電極１
１，１２に発生する圧電電圧は、振幅が等しく、位相が
逆である。すなわち、矢印Ｚ₁ 方向の屈曲振動に伴い電
極１１に発生する圧電電圧が、＋（−）Ａのとき、矢印
Ｚ₁ 方向の屈曲振動に伴い電極１２に発生する圧電電圧
は、−（＋）Ａとなる。なお、このとき、電極１１及び
１２には、振動子１０の矢印Ｙ₁ 方向の屈曲振動に伴
う、振幅及び位相が等しい圧電電圧も発生している。

【００４２】電極１１及び１２に発生した圧電電圧は、
それぞれ、細導線４１，４２を介して、図示せぬ検出回
路に入力される。そして、これらの２つの圧電電圧の差
動を取ることによって、コリオリの力に伴う圧電電圧の
みを、倍増して取り出すことができ、回転角速度を検出
することが可能となる。

【００４３】図５は、本発明の圧電振動角速度計の他の
実施例の構成を示す斜視図である。本実施例の圧電振動
角速度計５０の基本的な構成は、図１に示す圧電振動角
速度計１と同様であり、振動子１０を支持する支柱５
１，５２が異なる。

【００４４】図６（ａ）は、図５に示す支柱５１の側面
図であり、図６（ｂ）は、支柱５１を真上から見た場合
の平面図である。支柱５１は、図４に示す支柱２１と同
様に、シリコン系樹脂によって構成され、円柱台状の下
部と、円錐台状の上部とが一体成形されている。上部の
円錐台は、その断面が凸型となっている。シリコン系接
着剤によって振動子１０に接着される支柱５１の上端面
は、直径０．５ｍｍの円であり、シリコン系接着剤によ
って基板２０に接着される下端面は、直径１．０ｍｍの
円である。支柱５１の下部の円柱台の高さは、０．２ｍ
ｍであり、上部の円錐台の高さは、０．３ｍｍである。
なお、支柱５２の形状は、支柱５１の形状と同様であ
る。

【００４５】本実施例に示す支柱５１，５２は、図１に
示す支柱２１，２２と比較して、より大きな面積で、基
板２０に接着されるので、振動子１０の振動特性の信頼
性が向上する。

【００４６】図７は、本発明の圧電振動角速度計の他の
実施例の構成を示す斜視図である。本実施例の圧電振動
角速度計６０の基本的な構成は、図１に示す圧電振動角
速度計１と同様であり、振動子１０を支持する支持部材
６１が異なる。

【００４７】支持部材６１は、シリコン系樹脂によって
構成されており、基板となる直方体形状部材の上部に支
柱部６１Ａ及び６１Ｂが一体成形されている。支柱部６
１Ａ及び６１Ｂの形状は、図４に示す支柱２１の形状と
同様である。また、支柱部６１Ａと６１Ｂとの配置間隔
は、振動子１０の振動時の節点間隔と等しい。この支持
部材６１の基板としての直方体形状部材の底面は、シリ
コン系接着剤によって、基板２０に接着されており、支
柱部６１Ａ及び６１Ｂの上端面は、シリコン系接着剤に
よって、支持部材１０に、共振振動の節点部において接
着されている。

【００４８】本実施例の圧電振動角速度計６０において
は、振動子１０を直接支持する支持部６１Ａ及び６１Ｂ
が、直接基板２０に接着されず、支持部６１Ａ及び６１
Ｂの基板としての直方体形状部材と一体形成されてお
り、その直方体形状部材の底面が基板２０に接着される
ので、接着面積が大きくなり、振動子１０の振動特性の
信頼度がさらに向上する。また、支持部６１Ａ及び６１
Ｂの配置間隔が、支持部材６１形成時に決定されるの
で、振動子１０を、その共振振動の節点部位において、
確実に支持することができる。

【００４９】図８は、本発明の圧電振動角速度計の他の
実施例の構成を示す斜視図である。本実施例の圧電振動
角速度計７０の基本的な構成は、図１に示す圧電振動角
速度計１と同様であり、支持部材７１及び７２が異なっ
ている。

【００５０】図９は、図８に示す支持部材７１の構成を
示す斜視図である。支持部材７１の形状は、一方の辺の
長さが１．０ｍｍ、他方の辺の長さが０．３ｍｍの長方
形断面形状を有する高さ０．５ｍｍの直方体である。な
お、支持部材７２の形状は、支持部材７１の形状と同様
である。

【００５１】支持部材７１及び７２は、それぞれ、その
上端面が、シリコン系接着剤によって、振動子１０の共
振振動の節点部位の近傍に接着され、その下端面が、シ
リコン系接着剤によって、基板２０に接着される。この
場合、振動子１０に接着される支持部材７１及び７２の
長方形形状の上端面の一方の辺の長さが１．０ｍｍであ
り、振動子１０の幅（＝１．０ｍｍ）と略一致してい
る。従って、振動子１０は、共振振動の節点部位におい
て、幅全体にわたって、支持部材７１及ぶ７２に支持さ
れるので、高い支持能力で支持されることになり、振動
子１０の振動特性が向上する。

【００５２】なお、細導線４１乃至４４は、それぞれ、
振動子１０の共振振動の節点部位の近傍において、電極
１１乃至１４上に半田付けされる。また、支持部材７１
及び７２は、振動子１０を、幅全体にわたって支持して
いるので、電極１４に駆動用交流電圧を伝達する細導線
４４を半田付けする位置を確保するために、支持部材７
１，７２に切り欠け部を設ける必要がある。

【００５３】図１０は、図８に示す圧電振動角速度計７
０の正面図である。この場合、支持部材７１は、その振
動子接着部の中央において、切り欠け部７１Ａを備えて
おり、細導線４４は、切り欠け部７１Ａが形成されてい
る場所において、電極１４に半田付けされている。ま
た、図１１は、図８に示す圧電振動角速度計７０の正面
図であり、この場合、支持部材７１は、その振動子接着
部の両端において、切り欠け部７１Ｂ及び切り欠け部７
１Ｃを備えている。細導線４４は、その切り欠け部７１
Ｂが形成されている場所において、電極１４に半田付け
されている。

【００５４】図１２は、本発明の圧電振動角速度計の他
の実施例の構成を示す斜視図である。本実施例の圧電振
動角速度計８０の基本的な構成は、図１に示す圧電振動
角速度計１と同様であり、支持部材８１及び８２が異な
る。

【００５５】図１３は、支持部材８１の構成を示す斜視
図である。支持部材８１の上部の形状は、一方の辺の長
さが１．０ｍｍ、他方の辺の長さが０．３ｍｍの長方形
断面形状を有する、高さ０．３ｍｍの直方体であり、そ
の下部においては、支持部材８１の基板として、一辺の
長さが１．０ｍｍの正方形断面形状を有する、高さ０．
２ｍｍの直方体が、上部の直方体と一体成形されてい
る。なお、支持部材８２の形状は、支持部材８１の形状
と同様である。支持部材８１及び８２は、その上端面
が、シリコン系接着剤によって、振動子１０の共振振動
の節点部位近傍に接着され、その下端面は、シリコン系
接着剤によって、基板２０に接着される。本実施例にお
いては、図８に示す支持部材７１及び７２と比較して、
支持部材８１，８２の基板２０への接着面積がより大き
いので、振動子１０の振動特性の信頼性が向上する。

【００５６】また、本実施例においても、細導線４４を
振動子１０の電極１４に半田付けするために、図１０ま
たは図１１に示す切り欠け部の形成処理が、支持部材８
１または８２の振動子接着部に施される。

【００５７】図１４は、本発明の圧電振動角速度計の他
の実施例の構成を示す斜視図である。本実施例の圧電振
動角速度計９０の基本的な構成は、図１に示す圧電振動
角速度計１と同様であり、支持部材９１が異なる。

【００５８】支持部材９１の基本的な形状は、図１２に
示す支持部材８１と８２の形状と同様であり、支持部材
８１及び８２の下部を構成する直方体が一体となってい
る。このように支持部材９１を構成することによって、
振動子１０の振動時の節点位置を直接支持する上部の２
個の直方体の形成間隔が、支持部材成形時にあらかじめ
決定されるので、支持部材９１は、振動子１０を、その
共振振動の節点部位近傍において、確実に支持すること
ができる。

【００５９】また、本発明の圧電振動角速度計において
は、振動子を上述した実施例と異なる構成にすることも
可能である。

【００６０】図１５は、本発明の圧電振動角速度計の他
の実施例の構成を示す斜視図である。本実施例に示す圧
電振動角速度計１００の基本的な構成は、図７に示す圧
電振動角速度計６０と同様であり、振動子１１０の構成
が異なっている。

【００６１】図１６は、振動子１１０の正面図である。
振動子１１０の基本的な構成及び寸法は、図２及び図３
に示す振動子１０と同様であり、電極の形成位置が異な
っている。圧電部材１１０Ａは、その下面が、全体にわ
たって銀ペーストされており、また、圧電部材１１０Ｂ
は、その上面及び下面が、全面にわたって銀ペーストさ
れている。振動子１１０は、この圧電部材１１０Ａの下
面と、圧電部材１１０Ｂの上面とが、エポキシ系接着剤
で接着されることによって構成されている。すなわち、
電極１０３が、圧電部材１１０Ａと圧電部材１１０Ｂと
の接着面において形成され、電極１０４が、圧電部材１
１０Ｂの下面に形成される。

【００６２】また、電極１０１及び１０２は、それぞれ
振動子１０の上部を構成する圧電部材１１０Ａの側面上
部において、幅０．３ｍｍで、振動子１０の長さ方向に
平行に銀ペーストされることによって形成されている。

【００６３】なお、この圧電部材１１０Ａ及び１１０Ｂ
は、予め分極されておらず、電極形成後に、電極間に電
圧をかけて分極処理を施す必要があり、電極１０３を基
準として、電極１０１，１０２，１０４に、それぞれ電
圧をかけることによって分極を行う。

【００６４】駆動用交流電圧が電極１０４に印加される
と、この振動子１１０は、上下方向（図１６の矢印Ｙ₁
方向）に屈曲振動する。このとき、圧電振動角速度計１
００が、軸Ｘ₁ を中心として回転すると、コリオリの力
が、矢印Ｚ₁ 方向に発生し、振動子１１０が、矢印Ｚ₁
方向に屈曲振動する。このとき、電極１０１，１０２に
は、それぞれ、位相が逆で振幅が等しい、コリオリの力
に伴う圧電電圧が発生し、細導線４２，４３を介して図
示せぬ検出回路に出力される。そして、両者の差動を取
ることによって、コリオリの力に伴う圧電電圧を倍増し
て検出でき、圧電振動角速度計の回転角速度を検出する
ことができる。

【００６５】なお、振動子１１０は、支持部材６１によ
って支持されているが、支柱２１及び２２、支柱５１及
び５２、支持部材７１及び７２、支持部材８１及び８
２、または支持部材９１のいずれかが、振動子１１０を
支持するようにしてもよい。

【００６６】図１７は、本発明の圧電振動角速度計の他
の実施例の構成を示す斜視図である。本実施例に示す圧
電振動角速度計２００の基本的な構成は、図１２に示す
圧電振動角速度計８０と同様であり、振動子２１０の構
成が異なっている。

【００６７】図１８は、振動子２１０の正面図である。
振動子２１０の基本的な構成及び寸法は、図２及び図３
に示す振動子１０と同様であり、電極の形成位置が異な
っている。圧電部材２１０Ａは、その下面が、全体にわ
たって銀ペーストされており、圧電部材２１０Ｂは、そ
の上面が、全面にわたって銀ペーストされている。振動
子２１０は、この圧電部材２１０Ａの下面と、圧電部材
２１０Ｂの上面とが、エポキシ系接着剤で接着されるこ
とによって構成されている。すなわち、電極２０３が、
圧電部材２１０Ａと圧電部材２１０Ｂとの接着面におい
て形成される。

【００６８】また、電極２０４が、圧電部材２１０Ａの
上面に、所定の幅で銀ペーストされており、電極２０
１，２０２が、圧電部材２０１Ａの側面中央部に銀ペー
ストされている。なお、圧電部材２１０Ａの上面を、全
面にわたって銀ペーストすることによって、電極２０４
を形成してもよい。

【００６９】なお、この圧電部材２１０Ａ及び２１０Ｂ
は、予め分極されておらず、電極形成後に、電極間に電
圧をかけて分極処理を施す必要があり、電極２０３を基
準として、電極２０１，２０２，２０４に、それぞれ電
圧をかけることによって分極を行う（図１８（ａ））。
また、電極２０３及び２０４を基準として、電極２０１
及び２０２に電圧をかけて分極してもよい（図１８
（ｂ））。この場合、振動子２１０の下部を構成する圧
電部材２１０Ｂは、圧電的に不活性である。従って、圧
電部材２１０Ｂは、圧電材料ではないセラミック材料に
よって構成してもよい。

【００７０】また、細導線４１乃至４４は、それぞれ、
振動子２１０の上部を構成する圧電部材２１０Ａに形成
される電極２０１乃至２０４に半田付けされている。従
って、本実施例の場合、図１０または図１１に示すよう
な切り欠け部を支持部材８１及び８２に形成する必要は
ない。

【００７１】なお、振動子２１０は、支持部材８１及び
８２によって支持されているが、支柱２１及び２２、支
柱５１及び５２、支持部材６１、支持部材７１及び７
２、または支持部材９１のいずれかが、振動子１１０を
支持するようにしてもよい。

【００７２】図１９は、本発明の圧電振動角速度計の他
の実施例の構成を示す斜視図である。本実施例に示す圧
電振動角速度計３００の基本的な構成は、図１２に示す
圧電振動角速度計８０と同様であり、振動子３１０の構
成が異なっている。

【００７３】振動子３１０の上部を構成する圧電部材３
１０Ａの構成は、図１７または図１８に示す振動子２１
０の上部を構成する圧電部材２１０Ａと同様であるが、
振動子３１０の下部は、リン青銅等よりなる金属部材３
１０Ｂによって構成され、圧電的に不活性である。

【００７４】従って、この場合においても、支持部材９
１の振動子３０１への接着面に切り欠け部を形成する必
要はない。

【００７５】また、圧電部材３１０Ａと金属部材３１０
Ｂの密度が異なるため、振動子３１０の幅方向と厚さ方
向の基準振動数合わせを行う必要があり、上述したよう
に、断面形状をレーザ等によって所望の形状に加工す
る。

【００７６】なお、振動子３１０は、支持部材９１によ
って支持されているが、支柱２１及び２２、支柱５１及
び５２、支持部材６１、支持部材７１及び７２、または
支持部材８１及び８２のいずれかが、振動子１１０を支
持するようにしてもよい。

【００７７】また、以上の実施例において、細導線の一
端が、振動子の一方の節点部位において半田付けされて
いる場合、細導線の他端を接続するための配線用ターミ
ナルを、さらに設けることによって、圧電振動角速度計
をさらに小型化することが可能となる。

【００７８】以上の実施例において、各電極は、銀ペー
ストすることによって形成されているが、無電解メッキ
法によってニッケル電極とすることも可能であり、ま
た、真空蒸着法、スパッタリング法等によって、アルミ
ニウム電極とすることも可能である。

【００７９】

【発明の効果】以上のように、本発明の圧電振動角速度
計によれば、柱状振動子を支持する支持部材を、柱状振
動子の共振振動の節点部位において接着固定するように
したので、圧電振動角速度計を小型化することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電振動角速度計の一実施例の構成を
示す斜視図である。

【図２】図１に示す振動子１０の構成を示す斜視図であ
る。

【図３】図２に示す振動子１０を構成する圧電部材１０
Ａ，１０Ｂの構成を示す斜視図である。

【図４】図１に示す支柱２１の構成を示す斜視図であ
る。

【図５】本発明の圧電振動角速度計の他の実施例の構成
を示す斜視図である。

【図６】図５に示す支柱５１の構成を示す側面図及び平
面図である。

【図７】本発明の圧電振動角速度計の他の実施例の構成
を示す斜視図である。

【図８】本発明の圧電振動角速度計の他の実施例の構成
を示す斜視図である。

【図９】図８に示す支持部材７１の構成を示す斜視図で
ある。

【図１０】図８に示す圧電振動角速度計７０の正面図で
ある。

【図１１】図８に示す圧電振動角速度計７０の正面図で
ある。

【図１２】本発明の圧電振動角速度計の他の実施例の構
成を示す斜視図である。

【図１３】図１３に示す支持部材８１の構成を示す斜視
図である。

【図１４】本発明の圧電振動角速度計の他の実施例の構
成を示す斜視図である。

【図１５】本発明の圧電振動角速度計の他の実施例の構
成を示す斜視図である。

【図１６】図１５に示す振動子１１０の正面図である。

【図１７】本発明の圧電振動角速度計の他の実施例の構
成を示す斜視図である。

【図１８】図１７に示す振動子２１０の正面図である。

【図１９】本発明の圧電振動角速度計の他の実施例の構
成を示す斜視図である。

【図２０】従来の圧電振動角速度計の一構成例を示す斜
視図である。

【図２１】図２０に示す圧電振動角速度計５００を、上
面から見た場合の平面図である。

【図２２】従来の圧電振動角速度計の他の構成例を示す
斜視図である。

【図２３】図２２に示す圧電振動角速度計６００の正面
図である。

【符号の説明】

１圧電振動角速度計１０振動子１０Ａ，１０Ｂ圧電部材１１乃至１４，１３Ａ，１３Ｂ電極２０基板２１，２２支柱４１乃至４４細導線５０圧電振動角速度計５１，５２支柱６０圧電振動角速度計６０圧電振動角速度計６１支持部材６１Ａ，６１Ｂ支柱部７０圧電振動角速度計７１，７２支持部材７１Ａ乃至７１Ｃ切り欠け部８０圧電振動角速度計８１，８２支持部材９０圧電振動角速度計９１支持部材１００圧電振動角速度計１０１乃至１０４電極１１０振動子１１０Ａ，１１０Ｂ圧電部材２００圧電振動角速度計２０１乃至２０４電極２１０振動子２１０Ａ，２１０Ｂ圧電部材３００圧電振動角速度計３０１乃至３０４電極３１０振動子３１０Ａ圧電部材３１０Ｂ金属部材５００圧電振動角速度計５０１乃至５０４側面５０５金属振動子５１１乃至５１４圧電セラミック薄板５２１乃至５２４細導線５３１乃至５３４支持用金属線６００圧電振動角速度計６０１金属振動子６０２乃至６０４圧電セラミック薄板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コリオリの力に伴う圧電電圧を検出する
ことによって、物体の回転角速度を検出する圧電振動角
速度計において、互いに垂直な２方向に振動可能な柱状振動子と、前記柱状振動子の共振振動の節点部位において、前記柱
状振動子に接着固定され、前記柱状振動子を支持する支
持部材とを備えることをことを特徴とする圧電振動角速
度計。
【請求項２】前記支持部材は、ゴム状弾性の絶縁材料
によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の
圧電振動角速度計。
【請求項３】前記柱状振動子は、シリコン系接着剤に
よって、前記柱状振動子に接着固定されることを特徴と
する請求項１または２に記載の圧電振動角速度計。
【請求項４】前記柱状振動子は、長方形断面を有する直方体形状の第１の圧電部材の下面
と、長方形断面を有する直方体形状の第２の圧電部材の
上面とが接合されることによって構成され、前記第１の圧電部材と前記第２の圧電部材との接合面に
形成される、基準電位電極としての第１の電極と、前記第２の圧電部材の下面に形成され、前記柱状振動子
を、前記第１の圧電部材と前記第２の圧電部材との接合
面に垂直な方向に振動させるための駆動用交流電圧が印
加される第２の電極と、前記第１の圧電部材の上面の両端において、所定の幅
で、それぞれ形成され、前記柱状振動子に生じる前記コ
リオリの力に対応する圧電電圧の検出電極としての第３
及び第４の電極とを備えることを特徴とする請求項１，
２または３に記載の圧電振動角速度計。
【請求項５】前記柱状振動子は、長方形断面を有する直方体形状の第１の圧電部材の下面
と、長方形断面を有する直方体形状の第２の圧電部材の
上面とが接合されることによって構成され、前記第１の圧電部材と前記第２の圧電部材との接合面に
形成される、基準電位電極としての第１の電極と、前記第２の圧電部材の下面に形成され、前記柱状振動子
を、前記第１の圧電部材と前記第２の圧電部材との接合
面に垂直な方向に振動させるための駆動用交流電圧が印
加される第２の電極と、所定の幅で、前記第１の圧電部材の左右の側面上に、そ
れぞれ形成され、前記柱状振動子に生じる前記コリオリ
の力に対応する圧電電圧の検出電極としての第３及び第
４の電極とを備えることを特徴とする請求項１，２また
は３に記載の圧電振動角速度計。
【請求項６】前記柱状振動子は、長方形断面を有する直方体形状の圧電部材の下面と、長
方形断面を有する直方体形状のセラミック部材の上面と
が接合されることによって構成され、前記圧電部材と前記セラミック部材との接合面に形成さ
れる、基準電位電極としての第１の電極と、前記圧電部材の上面に形成され、前記柱状振動子を、前
記圧電部材と前記セラミック部材との接合面に垂直な方
向に振動させるための駆動用交流電圧が印加される第２
の電極と、所定の幅で、前記圧電部材の左右の側面上に、それぞれ
形成され、前記柱状振動子に生じる前記コリオリの力に
対応する圧電電圧の検出電極としての第３及び第４の電
極とを備えることを特徴とする請求項１，２または３に
記載の圧電振動角速度計。
【請求項７】前記柱状振動子は、長方形断面を有する直方体形状の圧電部材の下面と、長
方形断面を有する直方体形状の金属部材の上面とが接合
されることによって構成され、前記圧電部材と前記金属部材との接合面に形成される、
基準電位電極としての第１の電極と、前記圧電部材の上面に形成され、前記柱状振動子を、前
記圧電部材と前記金属部材との接合面に垂直な方向に振
動させるための駆動用交流電圧が印加される第２の電極
と、所定の幅で、前記圧電部材の左右の側面上に、それぞれ
形成され、前記柱状振動子に生じる前記コリオリの力に
対応する圧電電圧の検出電極としての第３及び第４の電
極とを備えることを特徴とする請求項１，２または３に
記載の圧電振動角速度計。