JPH0829182A

JPH0829182A - 振動ジャイロ

Info

Publication number: JPH0829182A
Application number: JP6186219A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Fujimoto; 本克己藤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-07-14
Filing date: 1994-07-14
Publication date: 1996-02-02

Abstract

(57)【要約】【目的】小型化が可能で、かつ感度の良好な振動ジャ
イロを得る。【構成】振動ジャイロ１０は、振動体１２を含む。振
動体１２は、正３角柱状の２つの柱状部１４，１６と、
それらを連結する連結部１８とを含む。連結部１８の幅
は、柱状部１４，１６の稜線部からそれに対向する面ま
での距離より小さくなるように形成する。柱状部１４，
１６を連結するように、振動体１２の側面に圧電素子２
０ａ，２０ｂ，２０ｃを形成する。振動体１２のノード
点付近において、柱状部１４，１６の稜線部に支持部材
２８ａ，２８ｂを取り付ける。

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１０は従来の振動ジャイロの一例を示
す斜視図であり、図１１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
形成される。さらに、振動体２のノード点付近におい
て、振動体２の稜線部分が支持部材４で支持される。

【０００３】振動ジャイロ１を使用するには、圧電素子
３ａ，３ｂと圧電素子３ｃとの間に発振回路が接続され
る。さらに、圧電素子３ａ，３ｂには、回転角速度を検
出するための差動回路が接続される。発振回路の信号に
より、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。このとき、圧電素子３ａ，３ｂの出力信
号は同じであり、差動回路の出力信号は０である。振動
体２が屈曲振動している状態で、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、コリオリ力により屈
曲振動の方向が変わる。そのため、圧電素子３ａ，３ｂ
の屈曲状態が変わり、異なる信号が出力される。したが
って、差動回路から圧電素子３ａ，３ｂの出力信号の差
が得られる。この差動回路の出力信号を検波し、平滑す
ることによって、振動体の振動状態の変化に対応した信
号を得ることができる。振動体の振動状態の変化はコリ
オリ力に対応しているため、与えられた回転角速度にも
対応している。したがって、平滑された信号を測定する
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】このような振動ジャイ
ロの分野では、小型で高感度のものが要求されている。
しかしながら、一般的に、振動体のサイズを小さくする
と、屈曲振動の共振周波数が高くなる。そして、共振周
波数が高くなると、振動ジャイロの感度は低下する。ま
た、支持部材は振動体のノード点付近の稜線部に、半
田，接着剤および溶接などによって取り付けられるのが
一般的であるが、振動体が小さくなると、支持部材の質
量や形状などのばらつきが感度やドリフトなどに大きい
影響を与える。

【０００５】また、ノード点は振動体の中心軸上にある
ため、支持部材を真のノード点に取り付けることができ
ず、支持部材からの振動漏れを防ぐことができない。こ
のような振動漏れの影響は、振動体が小型化するにした
がって大きくなる。

【０００６】それゆえに、この発明の主たる目的は、小
型化が可能で、かつ感度の良好な振動ジャイロを提供す
ることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、互いに間隔
を隔てて配置される２つの柱状体を有する振動体と、２
つの柱状体を連結するようにして振動体の側面に形成さ
れる圧電素子とを含む、振動ジャイロである。このよう
な振動ジャイロにおいて、振動体の２つの柱状体の中心
軸部分を連結部で連結してもよい。さらに、２つの柱状
体を正３角柱状に形成することができる。

【０００８】

【作用】２つの柱状体を圧電素子で連結することによ
り、従来の１つの柱状の振動体の側面に圧電素子を接着
した振動ジャイロに比べて質量が小さくなり、低い共振
周波数において縮退した屈曲振動を得ることができる。
しかも、このような構造とすることにより、質量を減ら
した効果以上に、低い共振周波数において別の縮退した
屈曲振動を得られることがわかった。この低い共振周波
数における屈曲振動は、圧電素子部分に局在化されてい
る。

【０００９】２つの柱状体の中心軸部分を連結部で連結
した場合、振動体のノード点に近い部分で支持すること
ができる。また、柱状体を正３角柱状にすれば、１つの
側面に直交する方向に振動体を屈曲振動させることによ
り、他の２つの側面に形成された圧電素子の出力信号の
差を０にすることができる。この状態で、振動体の軸を
中心として回転角速度が加わると、コリオリ力によって
振動体の振動方向が変わり、２つの圧電素子の出力信号
の差が大きくなる。

【００１０】

【発明の効果】この発明によれば、低い周波数における
屈曲振動を利用することにより、良好な感度を有する振
動ジャイロを得ることができる。したがって、同じ感度
を有する振動ジャイロであれば、従来の１つの柱状の振
動体を用いた振動ジャイロに比べて、小型化することが
できる。

【００１１】さらに、屈曲振動が圧電素子部分に局在化
されているため、振動体に支持部材を取り付けても屈曲
振動が支持部材に漏れにくく、良好な特性を得ることが
できる。また、柱状体を正３角柱状にすることにより、
回転角速度が加わったときに、２つの圧電素子の出力信
号の差が大きくなるため、感度の良好な振動ジャイロを
得ることができる。

【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はこの発明の一実施例を示す斜視図であ
り、図２はその断面図である。振動ジャイロ１０は、振
動体１２を含む。振動体１２は、２つの正３角柱状の柱
状体１４，１６を含む。柱状体１４，１６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。２つの柱状体１４，１６は、それらの中心軸
部分において、連結部１８で連結される。この連結部１
８は、柱状体１４，１６と同じ材料で形成される。連結
部１８の形状としては、たとえば円柱状であってもよい
し、柱状体１４，１６と相似形である正３角柱状に形成
してもよい。連結部１８の幅は、柱状体１４，１６の稜
線部とそれに対向する面との距離より小さくなるように
形成される。したがって、２つの柱状体１４，１６の間
には、凹部が形成される。

【００１４】振動体１２の３つの側面には、圧電素子２
０ａ，２０ｂ，２０ｃが形成される。これらの圧電素子
２０ａ〜２０ｃは、２つの柱状部１４，１６を連結する
ように形成される。圧電素子２０ａは、たとえば磁器な
どで形成される圧電層２２ａを含む。圧電層２２ａの両
面には、電極２４ａおよび２６ａが形成される。そし
て、一方の電極２６ａが、柱状体１４，１６に接着され
る。同様に、圧電素子２０ｂ，２０ｃは圧電層２２ｂ，
２２ｃを含み、その両面に電極２４ｂ，２６ｂおよび電
極２４ｃ，２６ｃが形成される。そして、一方の電極２
６ｂ，２６ｃが、柱状体１４，１６に接着される。さら
に、柱状体１４，１６のノード点付近の稜線部には、支
持部材２８ａ，２８ｂが取り付けられる。支持部材２８
ａ，２８ｂは、金属線などでコ字状に形成され、その中
央部が柱状体１４，１６に、溶接や半田付けなどにより
取り付けられる。

【００１５】この振動ジャイロ１０を使用する場合、圧
電素子２０ａ，２０ｂと圧電素子２０ｃとの間に、発振
回路が接続される。この発振回路からの信号により、振
動体１２は、圧電素子２０ｃ形成面に直交する方向に屈
曲振動する。このとき、圧電素子２０ａおよび２０ｂは
同様に屈曲し、これらの圧電素子２０ａ，２０ｂからは
同じ信号が出力される。したがって、圧電素子２０ａ，
２０ｂの出力信号の差を測定すれば０である。この状態
で、振動ジャイロ１０が振動体１２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。それによって、圧電素子２０ａ，２０ｂの屈曲
に差が生じ、圧電素子２０ａ，２０ｂからは異なる信号
が出力される。これらの圧電素子２０ａ，２０ｂの出力
信号の差を測定すれば、コリオリ力に対応した信号すな
わち回転角速度に対応した信号を得ることができる。こ
のように、柱状体１４，１６を正３角柱状に形成し、圧
電素子２０ａ，２０ｂの出力信号の差を測定することに
より、回転角速度に対応した大きい信号を得ることがで
きる。

【００１６】実験として、振動体１２の長さｌ＝１１ｍ
ｍ、柱状体１４，１６の１つの側面から対向する稜線部
までの距離ｈ＝１．７５ｍｍとして、振動ジャイロを作
製した。そして、圧電素子２０ｃに平行で振動体１２の
中心軸に対して直交する方向をｘ，圧電素子２０ｃの面
に直交する方向をｙ，振動体１２の中心軸方向をｚとし
たとき、ｘモードおよびｙモードの振動を測定した。こ
の実験例と同じ寸法で、距離ｈが一定の従来の振動ジャ
イロでは、その共振周波数は５０ｋＨｚ以上であるが、
この発明の振動ジャイロ１０では、図３および図４に示
すように、約４０ｋＨｚに縮退する振動モードがあっ
た。ここで、縮退する振動モードとは、ｘ方向およびｙ
方向の共振周波数がほぼ等しい振動モードを示す。さら
に、このような構造にすることによって、図５および図
６に示すように、約２８ｋＨｚに別の縮退する振動モー
ドがあることがわかった。

【００１７】したがって、この振動ジャイロ１０では、
低い共振周波数の振動モードが利用される。このような
共振周波数を有する振動ジャイロとして、距離ｈが一定
の従来の振動ジャイロでは、ｌ＝１７ｍｍ，ｈ＝１．７
５ｍｍのものに相当する。したがって、同じ感度を有す
る振動ジャイロの場合、２つの柱状体１４，１６を有す
る振動ジャイロ１０では、従来の振動ジャイロに比べ
て、約１１／１７程度に小型化することができる。ま
た、同じ大きさのものであれば、従来の振動ジャイロよ
り共振周波数を低くすることができ、感度を良好にする
ことができる。

【００１８】また、このような振動ジャイロ１０では、
振動が圧電素子２０ａ〜２０ｃに局在化されていること
がわかった。したがって、振動子１２に取り付けられる
支持部材２８ａ，２８ｂからの振動漏れが少なく、良好
な特性を得ることができる。さらに、図７に示すよう
に、連結部１８を支持することもできる。振動体１２の
真のノード点は振動体１２の中心軸上に存在するため、
このような支持方法を採用すれば、真のノード点に近い
部分を支持することができる。したがって、支持部材１
８からの振動漏れをさらに少なくすることができ、良好
な特性を得ることができる。

【００１９】なお、上述の実施例では、２つの柱状体１
４，１６を連結部１８で連結して振動体１２を形成した
が、連結部を設けずに、２つの柱状体１４，１６を圧電
素子２０ａ〜２０ｃだけで連結してもよい。また、柱状
体１４，１６の形状としては、正３角柱状に限らず、図
８に示すような８角柱状や図９に示すような４角柱状な
ど、他の柱状に形成してもよい。４角柱状の柱状体を用
いた場合、振動体１２の屈曲振動の方向は、対向する側
面を結ぶ方向に振動させてもよいし、対向する稜線を結
ぶ方向に振動させてもよい。対向する稜線を結ぶ方向に
屈曲振動させる場合、正３角柱状の柱状体を有する振動
ジャイロと同様に、振動方向の両側の圧電素子が、回転
角速度を測定するための信号検出用として用いられる。

【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断面図である。

【図３】この発明の振動ジャイロのｘモードの振動状態
を示す図解図である。

【図４】この発明の振動ジャイロのｙモードの振動状態
を示す図解図である。

【図５】この発明の振動ジャイロの別の周波数における
ｘモードの振動状態を示す図解図である。

【図６】この発明の振動ジャイロの別の周波数における
ｙモードの振動状態を示す図解図である。

【図７】この発明の振動ジャイロの別の支持方法を示す
部分斜視図である。

【図８】この発明の他の実施例を示す断面図である。

【図９】この発明のさらに他の実施例を示す断面図であ
る。

【図１０】従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図であ
る。

【図１１】図１０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１４，１６柱状体１８連結部２０ａ，２０ｂ，２０ｃ２０ｄ圧電素子２８ａ，２８ｂ支持部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに間隔を隔てて配置される２つの柱
状体を有する振動体と、２つの前記柱状体を連結するよ
うにして前記振動体の側面に形成される圧電素子とを含
む、振動ジャイロ。
【請求項２】前記振動体は、前記２つの柱状体をその
中心軸部分で連結するための連結部を含む、請求項１の
振動ジャイロ。
【請求項３】前記２つの柱状体は正３角柱状に形成さ
れる、請求項１または請求項２の振動ジャイロ。