JPH08297029A - 振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単に製造することができ、かつ高感度で回
転角速度を検出することができる振動ジャイロを得る。 【構成】 振動ジャイロ１０は、たとえば正３角柱状の
振動体１２を含む。振動体１２の２つの側面に、圧電素
子１４，１６を形成する。圧電素子１４，１６は、分割
部分１４ａ，１４ｂおよび分割部分１６ａ，１６ｂを有
する。圧電層１８の一方面に電極２０を形成し、他方面
に２分割された電極２２ａ，２２ｂを形成することによ
り、圧電素子１４を形成する。同様に、圧電層２４の一
方面に電極２６を形成し、他方面に２分割された電極２
８ａ，２８ｂを形成することにより、圧電素子１６を形
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、振動体の屈曲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７は従来の振動ジャイロの一例を示す
斜視図であり、図８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３つの側面には、それぞれ圧電素子３ａ，３ｂおよび
３ｃが形成される。圧電素子３ａ，３ｂ，３ｃは、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、これらの圧電素子の一方の電
極が振動体２に接着される。

【０００３】圧電素子３ａ，３ｂには、図９に示すよう
に、それぞれ抵抗４ａ，４ｂが接続される。これらの抵
抗４ａ，４ｂと圧電素子３ｃとの間には、発振回路５が
接続される。発振回路５の信号が圧電素子３ａ，３ｂに
与えられ、圧電素子３ｃの出力信号が発振回路５に帰還
される。この発振回路５の信号によって、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。

【０００４】さらに、圧電素子３ａ，３ｂは、差動回路
６に接続される。差動回路６は検波回路７に接続され、
さらに検波回路７は平滑回路８に接続される。振動ジャ
イロ１に回転角速度が加わっていない場合、圧電素子３
ａ，３ｂの屈曲状態は同じであり、これらの圧電素子３
ａ，３ｂからは同じ信号が出力される。したがって、差
動回路６の出力信号は０である。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、コリオリ力によって
振動体２の振動方向が変わる。そのため、圧電素子３
ａ，３ｂの屈曲状態に差が生じ、これらの圧電素子３
ａ，３ｂから異なる信号が出力される。これらの信号の
差が、差動回路６から出力される。そして、差動回路６
の出力信号が検波回路７で検波され、さらに平滑回路８
で平滑される。平滑回路８の出力信号は、振動体２の振
動方向の変化に対応した信号である。つまり、平滑回路
８の出力信号は、コリオリ力に対応した信号である。し
たがって、平滑回路８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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな振動ジャイロ１では、振動体２の３つの側面に圧電
素子３ａ，３ｂ，３ｃを接着する必要がある。そのた
め、振動体２の向きを変えて圧電素子を接着したり、ま
たは３方向から圧電素子を接着する必要があり、製造が
困難である。そこで、図１０に示すように、振動体２の
２つの側面に圧電素子３ａ，３ｂを形成することが考え
られる。この振動ジャイロ１では、発振回路５の信号が
圧電素子３ａ，３ｂに印加されるとともに、圧電素子３
ａ，３ｂの出力信号が発振回路５に帰還される。それに
よって、振動体２が自励振駆動される。この振動ジャイ
ロ１では、振動体２の向きを変えたりせずに、振動体２
に圧電素子３ａ，３ｂを接着することができる。

【０００６】このような振動ジャイロ１では、振動体２
を固定した状態で２つの圧電素子を接着することができ
るため、製造が簡単である。しかしながら、２つの圧電
素子３ａ，３ｂが駆動用および帰還用として共用されて
いるため、駆動回路が複雑となる。また、このような駆
動方式では、振動体２がその共振範囲外で振動してしま
うため、高感度で回転角速度を検出することが困難であ
る。

【０００７】それゆえに、この発明の主たる目的は、簡
単に製造することができ、かつ高感度で回転角速度を検
出することができる振動ジャイロを提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、柱状の振動
体、および振動体の側面に形成される２つの圧電素子を
含み、圧電素子はそれぞれ２つの部分に分割された、振
動ジャイロである。この振動ジャイロにおいて、振動体
が３角柱状に形成される場合、２つの圧電素子は振動体
の２つの側面に形成される。

【０００９】

【作用】振動体に２つの圧電素子が形成されるため、振
動体の向きを変えることなく圧電素子を接着することが
できる。また、それぞれの圧電素子は２分割されている
ため、一方の分割部分に駆動信号を入力し、他方の分割
部分を帰還用として用いることにより、共振範囲内で振
動体を振動させることができる。

【００１０】

【発明の効果】この発明によれば、振動体の向きを変え
たりすることなく、圧電素子を接着することができ、簡
単に振動ジャイロを製造することができる。また、振動
体を共振範囲内で振動させることができるため、高感度
で回転角速度を検出することができる。

【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
り、図２はその断面図である。振動ジャイロ１０は、た
とえば正３角柱状の振動体１２を含む。振動体１２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。振動体１２の２つの側面には、それ
ぞれ圧電素子１４，１６が形成される。圧電素子１４
は、振動体１２の軸に沿って２分割される。したがっ
て、圧電素子１４は、２つの分割部分１４ａ，１４ｂを
含む。同様に、圧電素子１６は、振動体１２の軸に沿っ
て２分割される。したがって、圧電素子１６は、２つの
分割部分１６ａ，１６ｂを含む。

【００１３】圧電素子１４は、たとえば圧電セラミック
などからなる圧電層１８を含む。圧電層１８の一方面上
には、電極２０が形成される。また、圧電層１８の他方
面上には、分割された電極２２ａ，２２ｂが形成され
る。そして、一方の電極２０が、振動体１２に接着され
る。この圧電素子１４では、分割された電極２２ａ，２
２ｂが、分割部分１４ａ，１４ｂを形成する。同様に、
圧電素子１６は、たとえば圧電セラミックなどからなる
圧電層２４を含む。圧電層２４の一方面上には、電極２
６が形成される。また、圧電層２４の他方面上には、分
割された電極２８ａ，２８ｂが形成される。そして、一
方の電極２６が、振動体１２に接着される。この圧電素
子１６では、分割された電極２８ａ，２８ｂが、分割部
分１６ａ，１６ｂを形成する。

【００１４】この振動ジャイロ１０を使用する場合、図
３に示すように、圧電素子１４，１６の分割部分１４
ａ，１６ａに抵抗３０ａ，３０ｂが接続される。これら
の抵抗３０ａ，３０ｂと圧電素子１４，１６の分割部分
１４ｂ，１６ｂとの間に、発振回路３２が接続される。
発振回路３２の信号は、圧電素子１４，１６の分割部分
１４ａ，１６ａに与えられる。また、圧電素子１４，１
６の分割部分１４ｂ，１６ｂの出力信号が、発振回路３
２に帰還される。この回路によって振動体１２は自励振
駆動され、振動体１２は、圧電素子の形成されていない
面に直交する方向に屈曲振動する。

【００１５】また、圧電素子１４，１６の分割部分１４
ａ，１６ａは、差動回路３４の入力端に接続される。差
動回路３４は検波回路３６に接続され、さらに検波回路
３６は平滑回路３８に接続される。振動ジャイロ１０に
回転角速度が加わっていない場合、振動体１２は、圧電
素子の形成されていない面に直交する方向に屈曲振動し
ている。このとき、圧電素子１４，１６の分割部分１４
ａ，１６ａに与えられる駆動信号は同じであるため、差
動回路３４から駆動信号成分は出力されない。また、圧
電素子１４，１６の屈曲状態は同じであるため、これら
の圧電素子１４，１６に発生する電荷も同じである。し
たがって、差動回路３４の出力信号は０である。

【００１６】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。振動体１２の振動方向が変わると、圧
電素子１４，１６の振動状態が変わり、これらの圧電素
子１４，１６に異なる電荷が発生する。したがって、差
動回路３４には異なる信号が入力され、それらの信号の
差が差動回路３４から出力される。このとき、圧電素子
１４，１６は、振動体１２の無回転時の振動方向に対し
て対称となるように配置されているため、コリオリ力に
よる振動方向の変化により、圧電素子１４，１６からは
逆極性の信号が出力される。したがって、差動回路３４
で信号の差をとることにより、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】差動回路３４の出力信号は検波回路３６で
検波され、さらに平滑回路３８で平滑される。平滑回路
３８の出力信号は、振動体１２の振動状態の変化に対応
している。つまり、平滑回路３８の出力信号は、コリオ
リ力に対応した信号となる。したがって、平滑回路３８
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。

【００１８】この振動ジャイロ１０では、振動体１２の
２つの側面に２つの圧電素子１４，１６が接着されてい
るため、これらの圧電素子１４，１６を接着するとき
に、振動体１２の向きを変えたりする必要がない。その
ため、振動ジャイロ１０の製造が簡単である。また、圧
電素子１４，１６がそれぞれ２つの分割部分１４ａ，１
４ｂ，１６ａ，１６ｂに分割されているため、駆動信号
入力用と帰還用のために別の分割部分を用いることがで
きる。そのため、振動体１２を共振範囲内で励振するこ
とができ、高感度で回転角速度を検出することができ
る。

【００１９】なお、図４に示すように、圧電素子１４，
１６の分割部分１４ｂ，１６ｂを差動回路３４に接続す
ることもできる。この場合、分割部分１４ｂ，１６ｂが
短絡しないように、これらの分割部分１４ｂ，１６ｂに
抵抗４０ａ，４０ｂが接続される。このような回路を用
いても、図３に示す実施例と同様にして、回転角速度を
検出することができる。

【００２０】また、図５に示すように、圧電素子１４，
１６を振動体１２の長手方向に２分割してもよい。この
場合、圧電素子１４，１６の大きいほうの分割部分１４
ａ，１６ａが駆動信号入力用および検出用として用いら
れる。そして、圧電素子１４，１６の小さいほうの分割
部分１４ｂ，１６ｂが、帰還用として用いられる。この
ように、圧電素子１４，１６の分割方向は、必要に応じ
て変更可能である。また、圧電素子１４，１６の分割部
分１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂを形成するために
は、片方の電極だけでなく、圧電素子１４，１６の圧電
層およびその両面の電極を２分割してもよい。つまり、
圧電素子１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂを、それぞれ
別の圧電素子で形成してもよい。さらに、振動体１２の
形状としては、正３角柱状に限らず、図６に示すような
円柱状であってもよい。このような振動体１２を用いた
場合でも、２つの圧電素子を２分割することによって、
上述の効果を得ることができる。もちろん、正３角柱状
以外の角柱状の振動体を用いてもよい。

【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】図１および図２に示す振動ジャイロを使用する
ための回路を示すブロック図である。

【図４】図１および図２に示す振動ジャイロを使用する
ための別の回路を示すブロック図である。

【図５】この発明の他の実施例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】従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図であ
る。

【図８】図７に示す従来の振動ジャイロの断面図であ
る。

【図９】図７および図８に示す従来の振動ジャイロを使
用するための回路を示すブロック図である。

【図１０】従来の振動ジャイロの他の例とそれを使用す
るための回路を示す図解図である。

【符号の説明】

１０ 振動ジャイロ １２ 振動体 １４ 圧電素子 １４ａ，１４ｂ 圧電素子１４の分割部分 １６ 圧電素子 １６ａ，１６ｂ 圧電素子１６の分割部分 ３２ 発振回路 ３４ 差動回路 ３６ 検波回路 ３８ 平滑回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 柱状の振動体、および前記振動体の側面
   に形成される２つの圧電素子を含み、 前記圧電素子はそれぞれ２つの部分に分割された、振動
   ジャイロ。
2. 【請求項２】 前記振動体は３角柱状に形成され、前記
   ２つの圧電素子は前記振動体の２つの側面に形成され
   る、請求項１に記載の振動ジャイロ。