JPH0829183A - 振動ジャイロ - Google Patents

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、圧電体で形成された円
筒状の振動体１２を含む。振動体１２の円周方向に並ん
で、複数の孔１４を形成する。振動体１２の外周面にお
いて、複数の孔１４の間に外部電極１６ａ，１６ｂ，１
６ｃを形成する。さらに、振動体１２の内周面に、内部
電極１８を形成する。振動体１２のノード点付近を、支
持部材２０で支持する。

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、圧電素子３ａ，３ｂからは異なる
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、圧電体で形
成された円筒状の振動体と、振動体の円周方向に並んで
形成される複数の孔と、振動体の外周面において複数の
孔の間に形成される複数の外部電極と、振動体の内周面
に形成される内部電極とを含む、振動ジャイロである。
この振動ジャイロにおいて、孔および外部電極は、それ
ぞれ３つずつ形成することができる。

【０００８】

【作用】孔を有する円筒状の振動体を用いることによ
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。また、この低い共
振周波数における屈曲振動は、外部電極形成部分に局在
化されている。

【０００９】この振動ジャイロでは、孔の内部に支持部
材を通し、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、孔および外部電極を３つずつ形成すれ
ば、２つの外部電極の中間部分と他の１つの外部電極と
を結ぶ方向に屈曲振動させることにより、２つの外部電
極の出力信号の差を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つの外
部電極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、屈曲振動が外部電極形成部分に局
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、振動体の孔および外部電極を３つず
つ形成し、無回転時における振動の両側に配置された外
部電極を検出用として用いることにより、回転角速度が
加わったときに、２つの外部電極からの出力信号の差が
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、円
筒状の振動体１２を含む。振動体１２は、たとえば圧電
体セラミックなどの圧電体材料で形成される。振動体１
２の長手方向の中央部には、３つの矩形の孔１４が形成
される。これらの孔１４は、振動体１２の円周方向に並
ぶように配置される。孔１４の形成は、たとえば円筒の
外周面を研磨したり、レーザーを使ってカットすること
によって行われる。

【００１４】振動体１２の外周面には、外部電極１６
ａ，１６ｂ，１６ｃが形成される。これらの外部電極１
６ａ〜１６ｃは、振動体１２の円周方向に配置された孔
１４の間の外周面に形成される。さらに、振動体１２の
内周面には、内部電極１８が形成される。内部電極１８
は、振動体１２の一端を通って、振動体１２の外周面に
引き出される。そして、内部電極１８と外部電極１６
ａ，１６ｂ，１６ｃとの間に電界をかけることにより、
振動体１２は、たとえば内周面側から外周面側に向かっ
て分極処理される。また、振動体１２のノード点付近
が、支持部材２０で支持される。

【００１５】この振動ジャイロ１０を使用する場合、外
部電極１６ａ，１６ｂと外部電極１６ｃ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、外部電極１６ａ，１６ｂの中間部と外部電
極１６ｃとを結ぶ方向に屈曲振動する。このとき、外部
電極１６ａ，１６ｂが形成された振動体１２部分の屈曲
状態は同じであり、外部電極１６ａ，１６ｂからは同じ
信号が出力される。したがって、外部電極１６ａ，１６
ｂの出力信号の差を測定すれば０である。

【００１６】この状態で、振動ジャイロ１０が振動体１
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１２の振動方向が変わる。それによって、振動体１
２の外部電極１６ａ，１６ｂ形成部分の屈曲状態に差が
生じ、外部電極１６ａ，１６ｂから異なる信号が出力さ
れる。これらの外部電極１６ａ，１６ｂ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、無回転時における屈曲振動の両側に配置された外部
電極１６ａ，１６ｂを検出用として使用することによ
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。

【００１７】実験として、振動体１２の長さ１１ｍｍ、
外形２ｍｍ、内径１．４ｍｍとして、振動ジャイロを作
製した。そして、外部電極１６ａおよび１６ｂを結ぶ方
向をｘ，ｘ方向および振動体１２の中心軸の両方に直交
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。その結
果、図３および図４に示すように、約５９ｋＨｚ前後に
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３３ｋＨ
ｚに別の縮退する振動モードがあることがわかった。そ
れに対して、図７および図８に示すように、孔の形成さ
れていない振動ジャイロでは、約７０ｋＨｚに縮退する
振動モードがあった。

【００１８】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
振動ジャイロ１０では、共振周波数が低いため、感度の
良好な振動ジャイロを得ることができる。また、同じ感
度を有する振動ジャイロであれば、従来の振動ジャイロ
より小型化することができる。

【００１９】さらに、このような振動ジャイロ１０で
は、振動体１２の外部電極１６ａ〜１６ｃ形成部分に振
動が局在化されていることがわかった。したがって、支
持部材２０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９に示すように、孔１４を通
して振動体１２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２
０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。

【００２０】なお、孔および外部電極の数は３つに限ら
ず、必要に応じて変更可能である。そして、無回転時に
おける振動体の屈曲振動の両側にある外部電極の出力信
号の差を測定することにより、高感度で回転角速度を検
出することができる。

【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と比較するための別の
振動ジャイロを示す斜視図である。

【図８】図７に示す振動ジャイロの断面図である。

【図９】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 孔 １８ 連結部 １６ａ，１６ｂ，１６ｃ 外部電極 １８ 内部電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電体で形成された円筒状の振動体、 前記振動体の円周方向に並んで形成される複数の孔、 前記振動体の外周面において前記複数の孔の間に形成さ
   れる複数の外部電極、および前記振動体の内周面に形成
   される内部電極を含む、振動ジャイロ。
2. 【請求項２】 前記孔および前記外部電極は、それぞれ
   ３つずつ形成された、請求項１の振動ジャイロ。