JPH0968434A

JPH0968434A - 圧電振動子およびこれを用いた振動型ジャイロスコープ

Info

Publication number: JPH0968434A
Application number: JP7223417A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Onishi; 一正大西; Katsutoshi Sakurai; 勝利櫻井; Akihiko Ohashi; 昭彦大橋
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1995-08-31
Filing date: 1995-08-31
Publication date: 1997-03-11
Anticipated expiration: 2015-08-31
Also published as: JP3369033B2; US5942839A

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電材料により形成された振動体に分極を施
す際、表面にのみ分極を形成していると、曲げ振動させ
る際に中立面に対するモーメントが小さくなり、低電力
で大振幅駆動することが困難である。【解決手段】圧電材料で形成された３脚の各振動子本
体１１、１２、１１に分極を施す際、図１（Ａ）に示す
ように、表裏面１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ内に並
ぶ電極間に電界を与えるのみならず、Ｙ方向に対向する
電極１５ａと１６ａ、１５ｃと１６ｃ、１７ａと１８
ａ、１７ｃと１８ｃの間にも電圧を印加する。その結
果、表面のみならずＹ方向へも誘電分極が形成される。
図１（Ｂ）（Ｃ）に示すように各電極に交流駆動電圧を
与えて、振動子本体１１、１２をＸ方向へ駆動するが、
Ｙ方向への誘電分極部分の歪みにより、振動子本体１１
と１２は大きな振幅でＸ方向へ振動駆動されるようにな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電材料により形
成された振動子本体が振動駆動される圧電振動子およ
び、この圧電振動子を用いて回転系内でのコリオリ力の
検出を行なう振動型ジャイロスコープに係り、特に低電
力で大きな振動を与えることが可能な圧電振動子および
これを用いた振動型ジャイロスコープに関する。

【０００２】

【従来の技術】振動型ジャイロスコープなどに用いられ
る振動子は、従来エリンバなどの恒弾性材料に圧電材料
が貼着され、この圧電材料の圧電歪みにより恒弾性材料
が振動させられるものとなっている。しかし圧電材料に
電圧を与えて歪みを発生させ、その歪みを恒弾性材料に
伝達して恒弾性材料を振動させるものでは、駆動効率が
悪く、恒弾性材料を大きな振幅で振動させるためには、
圧電材料に大きな駆動電圧を与える必要がある。

【０００３】そこで圧電セラミックなどの圧電材料その
ものにより振動子を構成し、この圧電材料の圧電歪みに
より振動を生じさせる構造とすることにより、前記恒弾
性材料に圧電材料が貼着されたものよりも駆動効率を良
くし、低電力で大きな歪みを発生させることが可能とな
る。

【０００４】図８（Ａ）（Ｂ）は、圧電セラミックによ
り振動子本体を構成した圧電振動子を端面から見たもの
である。振動子本体１は平板状であり、Ｚ軸方向（紙面
直交方向）が軸方向となった片持ち梁構造である。振動
子本体１の互いに平行な表面１ａおよび裏面１ｂには、
Ｚ軸方向に延びる電極２ａ、２ｂ、２ｃがそれぞれ形成
されている。この振動子本体１に分極を施す際には、図
８（Ａ）に示すように、中央の電極２ｂ、２ｂをグラン
ド電位とし、電極２ａ、２ａに（＋）の電圧が、電極２
ｃ、２ｃに（−）の電圧が与えられる。表面１ａと裏面
１ｂそのそれぞれにおいて、電極２ａと電極２ｂ間の電
界により矢印で示す誘電分極が形成され、また電極２ｂ
と電極２ｃ間の電界により矢印で示す誘電分極が形成さ
れる。

【０００５】この振動子本体１をＸ方向へ振動させる場
合には、図８（Ｂ）に示すように、中央の電極２ｂ、２
ｂがグランド電位とされ、各電極２ａ、２ａと電極２
ｃ、２ｃに同相の交流駆動電圧（図７（Ａ）参照）が与
えられる。図８（Ｂ）に示すように、ある時点で各電極
２ａ、２ａおよび２ｃ、２ｃに（＋）の電圧が印加され
ると（○）を付した部分が＋の歪み（伸び）、（×）を
付した部分が−の歪み（縮み）となり、中立面Ｏ−Ｏに
対し＋Ｘ方向への正の曲がりが発生する。交流駆動電圧
により各電極に（−）の電圧が作用すると、−Ｘ方向が
正の曲りとなり、これを繰返すことにより振動子本体１
はＸ方向へ曲げ振動を生じる。

【０００６】この種の圧電振動子は各種装置に使用され
るが、例えば振動型ジャイロスコープの場合には、Ｘ方
向へ振動している振動子本体１がＺ軸回りの回転系内に
置かれると、コリオリ力により振動子本体１にＹ方向の
振動成分が生じ、振動子本体１は、Ｘ方向の駆動振動
と、Ｙ方向のコリオリ力による振動とが合成され運動を
行なう。コリオリ力によるＹ方向への振動成分が各電極
から電圧として取り出されると、これに基づいて角速度
の検出が可能になる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図８に示すように、圧
電材料により振動子本体１が形成された圧電振動子で
は、圧電材料の歪みを恒弾性材料に伝達して振動させる
構造に比べ、振動駆動効率がよくなる。しかし、図８に
示す従来例では、振動子本体１の表面１ａと裏面１ｂに
おいて、誘電分極が、同じ面内に並ぶ電極の間に形成さ
れているだけである。そのため、駆動時に、誘電分極が
形成された表面１ａと裏面１ｂに＋の歪み（○印）と−
の歪み（×印）が生じても、この歪みによるＸ方向への
曲げモーメントが比較的小さいものとなる。すなわち、
図８（Ｂ）に示すように、ある時点で、表面１ａにおい
て電極２ａと２ｂの間に＋の歪みが生じ、電極２ｂと２
ｃの間に−の歪みが生じるが、この歪みは表面１ａと裏
面１ｂの面内に生じるものであるため、中立面Ｏ−Ｏを
中心とした大きな曲げモーメントを発生させることがで
きない。

【０００８】したがって、振動子本体１をＸ方向へ駆動
する場合の駆動効率の向上に限界があり、振動子本体１
をＸ方向へ大きな振幅で駆動するためには、各電極２
ａ、２ｂに大きな交流駆動電圧を与えることが必要とな
り、低電力による大振幅の駆動を実現することができな
い。

【０００９】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、圧電材料により振動子本体を形成した場合に、電
極に与えられた駆動電力により、中立面に対する大きな
曲げモーメントを与えることを可能として、低電力で大
きな振動振幅を得ることができるようにした圧電振動子
およびこれを用いた振動型ジャイロスコープを提供する
ことを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧電材料によ
り形成された振動子本体と、この振動子本体の互いに平
行な表裏両面に形成された電極とを有し、前記電極に与
えられる交流電力により振動子本体が前記電極が形成さ
れた面に沿う方向へ振動させられる圧電振動子におい
て、前記振動子本体では、同じ面に形成された電極の間
で分極が施されているとともに、表面の電極と裏面の電
極との間にも分極が施されていることを特徴とするもの
である。

【００１１】上記のような誘電分極は、圧電材料により
形成された振動子本体に対し、表面と裏面にて同じ面内
に並ぶ電極間に電圧を与えると共に、表面と裏面にて互
いに対向する電極間にも電圧を与えることにより実現で
きる。駆動時に各電極に交流駆動電力が与えられると、
表面と裏面にて面内に歪みが発生すると共に、表面と裏
面間に位置する圧電材料にも歪みが生じ、よって振動子
本体に、中立面に対して大きな曲げモーメントが作用
し、大きな振幅にて振動を生じる。

【００１２】上記において、振動子本体の振動方向に沿
う方向を幅方向としたときに、振動子本体の表面と裏面
では、幅方向の両縁部に電極が形成され、表面の縁部に
位置する電極と裏面の縁部に位置する電極の間で、前記
幅方向と直交する方向に分極が施されているものとする
ことが好ましい。

【００１３】この圧電振動子では、振動子本体の幅方向
の両縁部に位置する電極に駆動電力が与えられたとき
に、この両縁部にて表面の電極と裏面の電極の間に位置
する圧電材料に歪みが発生する。この歪みは中立面から
最も離れた位置に発生するため、振動子本体に作用する
曲げモーメントは非常に大きくなり、低電力で大きな曲
げモーメントを発生させることが可能になる。

【００１４】さらに、表面の縁部に位置する電極と裏面
の縁部に位置する電極に所定の電圧が与えられたとき
に、前記電極と、同じ面内に位置する他の電極との間に
与えられる電界強度に対し、表面の電極と裏面の電極の
間に作用する電界強度が等しいかあるいはそれ以上であ
ることが好ましい。

【００１５】前記縁部に位置する電極と同じ面内に位置
する他の電極との間に作用する電界強度と、縁部に位置
する表裏の電極間に作用する電界強度とが同じである
と、中立面に対して一方の側にある圧電材料において、
表面と裏面に生じる歪みの大きさと、表面と裏面間に存
在する圧電材料に生じる歪みの大きさとのバランスが良
くなり、振動子本体の曲げ歪みが均一になって、駆動バ
ランスが良くなる。また縁部に位置する電極に所定の電
圧が与えられたときに、表面と裏面に作用する電界強度
よりも、表面と裏面の縁部に位置する電極間に作用する
電界強度の方が大きい場合には、中立面から離れるにし
たがって歪みが大きくなり、曲げ振動の駆動効率がよく
なる。

【００１６】次に、本発明の振動型ジャイロスコープ
は、上記いずれかの圧電振動子の振動子本体に検出用電
極が設けられ、前記圧電振動子が振動しながら回転系内
に置かれたときに、コリオリ力により前記振動子本体に
与えられる振動成分が、前記検出用電極により検出され
ることを特徴とするものである。

【００１７】例えば、３個の振動子本体が、基部から平
行に分離されて形成されて、前記電極に与えられる駆動
電力により両側の振動子本体と中央の振動子本体とが逆
の位相で振動させられるものでは、いずれかの振動子本
体に設けられた検出用電極によりコリオリ力の振動成分
が検出されるものとなる。

【００１８】この振動型ジャイロスコープでは、振動子
本体の振動駆動効率が良くなるため、低電力で駆動する
ことが可能になる。

【００１９】

【実施例】図５は、本発明の圧電振動子を用いた装置の
一例として３脚型の振動型ジャイロスコープを示す斜視
図である。この振動型ジャイロスコープは、全体が圧電
セラミックなど圧電材料で形成された板１０の先部に、
互いに平行に分離された３個の振動子本体が形成されて
いる。この振動型ジャイロスコープでは、両側の振動子
本体が同じ位相で振動するため、この両側の振動子本体
を同じ符号１１で示している。また中央の振動子本体は
両側の振動子本体と異なる位相で振動するため、両側の
振動子本体１１と異なる符号１２で示している。

【００２０】図１ないし図４は、図５に示す３個の振動
子本体１１、１２、１１をＩ方向から見た端面図であ
る。図１（Ａ）に代表して示されるように、左右両側の
振動子本体１１の表面１１ａには電極１５ａ、１５ｂ、
１５ｃが、裏面１１ｂには、電極１６ａ、１６ｂ、１６
ｃが形成されている。中央の振動子本体１２では、表面
１２ａに電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃが形成され、裏面
１２ｂに、電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃが形成されてい
る。図５に示すように、各電極は、Ｚ軸方向に沿って各
振動子本体１１と１２の長軸方向の全長にわたって延び
ている。

【００２１】各振動子本体１１と１２の振動駆動方向は
Ｘ方向である。各振動子本体１１と１２において、振動
駆動方向であるＸ方向を幅方向としたとき、電極１５
ａ、１５ｃ、１６ａ、１６ｃ、１７ａ、１７ｃ、１８
ａ、１８ｃはそれぞれ、振動子本体１１と１２の幅方向
の両縁部に設けられている。また電極１５ｂ、１６ｂ、
１７ｂ、１８ｂは、各振動子本体１１と１２の幅方向
（Ｘ方向）の中央に位置している。各振動子本体１１と
１２はＸ方向へ振動駆動されるため、駆動方向への曲げ
の中立面Ｏ−Ｏは、図６に示すように、各振動子本体１
１と１２のＸ方向の中心に位置している。

【００２２】図１は第１実施例、図２は第２実施例、図
３は第３実施例、図４は第４実施例を示している。各図
において（Ａ）は誘電分極を施すために各電極に与えら
れる電圧を示しており、誘電分極を与えるための電圧の
正負は各図（Ａ）において（＋）（−）で示しまたグラ
ンド電位をＧで示している。各図の（Ｂ）以下は、各振
動子本体１１と１２をＸ方向へ駆動する際に各電極に与
えられる交流駆動電圧の位相を示している。各図の
（Ｂ）以下において、ある電極に（＋）の表示が他の電
極に（−）の表示がなされている場合、この両電極に
は、図７（Ａ）（Ｂ）に示すように１８０度（π）の位
相差の交流駆動電圧がそれぞれ印加されることを意味し
ている。また各図の（Ｂ）以下において○印は＋の歪み
（伸び）を示し、×印は−の歪み（縮み）を示してい
る。

【００２３】第１実施例では、誘電分極を施すために、
図１（Ａ）に示すように各電極に電圧が与えられる。両
側の振動子本体１１では、表裏両面にて幅方向の中心に
位置する電極１５ｂと１６ｂがグランド電位である。表
面１１ａでは、幅方向両縁部に位置する電極１５ａと１
５ｃに負の電圧が与えられ、裏面１１ｂでは幅方向両縁
部に位置する電極１６ａと１６ｃに正の電圧が与えられ
る。中央の振動子本体１２では、中央に位置する電極１
７ｂと１８ｂがグランド電位である。表面１２ａでは幅
方向の両縁部に位置する電極１７ａと１７ｃに負の電圧
が与えられ、裏面１２ｂでは幅方向の両縁部に位置する
電極１８ａと１８ｃに正の電圧が与えられる。図１
（Ａ）に示す矢印は、電極間に与えられる電界の方向で
あり、この電界方向に沿って誘電分極が施される。

【００２４】図１（Ａ）にて矢印で示すように、振動子
本体１１と１２の表面１１ａ、１２ａでは、中央の電極
１５ｂ、１７ｂから左右両縁部に位置する電極１５ａ、
１５ｃおよび１７ａ、１７ｃに向けて誘電分極が施さ
れ、振動子本体１１と１２の裏面１１ｂ、１２ｂでは、
両縁部の電極１６ａ、１６ｃおよび１８ａ、１８ｃか
ら、中央の電極１６ｂ、１８ｂに向けて誘電分極が施さ
れる。また、振動子本体１１では、幅方向の両縁部にお
いて裏面１１ｂの電極１６ａと１６ｃから、表面１１ａ
の電極１５ａ、１５ｃに向けて誘電分極が施されてい
る。また、振動子本体１２では、幅方向の両縁部におい
て、裏面１２ｂの電極１８ａと１８ｃから、表面１２ａ
の電極１７ａ、１７ｃに向けて誘電分極が施されてい
る。

【００２５】このように、誘電分極を施す際に、厚さ方
向（Ｙ方向）に対向する電極間（１５ａと１６ａ、１５
ｃと１６ｃ、１７ａと１８ａ、１７ｃと１８ｃ）に電界
を与えることにより、Ｙ方向へ誘電分極を施すことが可
能になる。すなわち、振動子本体１１と１２の幅方向の
両縁部に位置する電極間にＹ方向への電界が与えられて
誘電分極が施されるため、振動子本体１１の振動駆動方
向（Ｘ方向）の側面１１ｃと１１ｄにＹ方向への誘電分
極が形成され、振動子１２のＸ方向の側面１２ｃと１２
ｄにおいても、Ｙ方向への誘電分極が形成されたものと
なる。

【００２６】図１（Ｂ）に示す振動駆動方法の一例で
は、各振動子本体１１と１２の中央の電極１５ｂ、１６
ｂおよび１７ｂ、１８ｂをグランド電位とする。そして
振動子本体１１では、電極１５ｃと１６ａに、また振動
子本体１２では電極１７ａに、それぞれ同じ位相の交流
駆動電圧（図７（Ａ））が与えられ、振動子本体１１で
は、電極１５ａと１６ｃに、また振動子本体１２では電
極１７ｃに、前記と逆の位相の交流駆動電圧（図７
（Ｂ））が与えられる。

【００２７】その結果、左右両側の振動子本体１１の表
面１１ａおよび裏面１１ｂでは、ある時点で、電極１５
ａと１５ｂの間および電極１６ａと１６ｂの間で＋の歪
み（○）となり、電極１５ｂと１５ｃの間および電極１
６ｂと１６ｃで−の歪み（×）となる。また電極１５ａ
と１６ａの間すなわち側面１１ｃでは＋の歪み（○）と
なり、電極１５ｃと１６ｃの間すなわち側面１１ｄでは
−の歪み（×）となる。中央の振動子本体１２では、表
面１２ａにおいて、電極１７ａと１７ｂ間で、−の歪み
（×）となり、電極１７ｂと１７ｃの間で＋の歪み
（○）となる。したがって、図１（Ｂ）に示されるある
時点では、両側の振動子本体１１、１１の振幅方向が＋
Ｘ方向となり、中央の振動子本体１２の振幅は−Ｘ方向
となるように曲げ振動を生じる。両側の振動子本体１
１、１１と、中央の振動子本体１２は、互いに逆の位相
で振動することになる。

【００２８】図１（Ｂ）に示すように、両側の振動子本
体１１では、表面１１ａと裏面１１ｂでの誘電分極によ
る歪みのみならず、Ｙ方向に対向する電極１５ａと１６
ａおよび電極１５ｃと１６ｃの間の誘電分極によっても
歪みが生じるため、振動子本体１１をＸ方向へ曲げ変形
させるためモーメントが大きくなる。特に、電極１５ａ
と１６ａの間および電極１５ｃと１６ｃの間の誘電分極
によって振動子本体１１の両側面１１ｃと１１ｄに生じ
る歪みは、中立面Ｏ−Ｏ（図６参照）からの距離が長い
ため、この側面１１ｃと１１ｄの歪みにより大きな曲げ
モーメントが作用する。左右の振動子本体１１、１１は
同じ位相でＸ方向へ振動し、中央の振動子本体１２は、
両側の振動子本体１１と逆の位相でＸ方向へ振動する
が、前記のように両側の振動子本体１１が大きなモーメ
ントによりＸ方向へ大きな振幅により振動するため、中
央の振動子本体１２は、その反作用で、Ｘ方向へ大きな
振幅にて振動するようになる。

【００２９】この振動型ジャイロスコープがＺ軸回りの
回転系内に置かれると、コリオリ力により振動方向と直
交するＹ方向への力が作用する。左右の振動子本体１
１、１１と中央の振動子本体１２は、Ｘ方向へ逆の位相
で振動駆動されているため、コリオリ力による振動成分
は、両側の振動子本体１１、１１と中央の振動子本体１
２とで逆位相となり、例えば両側の振動子本体１１、１
１のある時点での振幅方向が＋Ｙ方向であるとき、中央
の振動子本体１２の振幅方向は−Ｙ方向である。

【００３０】前記コリオリ力による振動成分は、中央の
振動子本体１２の裏面１２ｂに設けられた電極１８ａと
１８ｃとから検出される。電極１８ａが設けられている
部分と電極１８ｃが設けられている部分では、圧電材料
の誘電分極方向が同じであり、またコリオリ力による振
動成分の振幅方向はＹ方向であるため、電極１８ａが設
けられた部分と電極１８ｃが設けられた部分では、同じ
歪みとなる。よって電極１８ａと１８ｃとからは、コリ
オリ力による振動成分に応じた検出電圧が同じ位相で取
り出される。

【００３１】次に、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）に示す分
極方向となる各振動子本体に対する他の駆動方法を示し
ている。図１（Ｃ）では、両側の振動子本体１１におい
て、電極１５ａと１６ｃをグランド電位とし、電極１５
ｃと１６ａに同じ位相の交流駆動電圧が与えられ、中央
の振動子本体１２の電極１７ａにもこれと同じ位相の交
流駆動電圧が与えられる。そして中央の振動子本体１２
の電極１７ｃは、前記と逆の位相の交流駆動電圧が与え
られる。

【００３２】図１（Ｃ）に示すある時点での各振動子本
体１１と１２に作用する歪みの方向（○または×）は図
１（Ｂ）と同じである。ただし、振動子本体１１の表面
１１ａにおいて、図１（Ｂ）では、電極１５ａと１５ｃ
の間で、互いに逆位相の交流駆動電圧が与えられ、図１
（Ｃ）では、電極１５ａと１５ｃ間で一方をグランド電
位とし他方に交流駆動電圧が与えられる。よって、ある
時点で、図１（Ｂ）では電極１５ａと１５ｃの間に印加
される電圧が（（＋）−（−））となるが、図１（Ｃ）
では、電極１５ａと１５ｃの間に印加される電圧が
（（＋）−Ｇ）である。このように図１（Ｃ）では図１
（Ｂ）に比べて電極１５ａと１５ｂの間の電位差が小さ
くなる。

【００３３】したがって、振動子本体１１では、電極１
５ａと１５ｂ間および電極１６ａと１６ｂ間での歪み量
は図１（Ｂ）より小さく、電極１５ｂと１５ｃ間および
電極１６ｂと１６ｃ間でも同じである。このように表面
１１ａと１１ｂでの歪みは図１（Ｂ）に比べて小さくな
る。ただし図１（Ｃ）においても、振動子本体１１の電
極１５ａと１６ａとの間の誘電分極により側面１１ｃに
歪みが発生し、電極１５ｃと１６ｃとの間の誘電分極に
より側面１１ｄで歪みが発生する。この両歪みは中立面
Ｏ−Ｏから離れた位置に発生するため、両側の振動子本
体１１と１１は、比較的大きなモーメントを受けてＸ方
向へ駆動できるものとなる。

【００３４】なお、図１（Ｃ）での中央の振動子本体１
２は、図１（Ｂ）と同じであり、中央の電極１７ｂがグ
ランド電位で、電極１７ａと１７ｃに逆の位相の交流駆
動電圧が与えられる。よって中央の振動子本体１２は、
両側の振動子本体１１、１１と逆の位相で振動する。ま
たコリオリ力による振動成分は、電極１８ａと１８ｃで
同じ位相の電圧として検出される。

【００３５】図２は第２実施例を示している。この実施
例では、図２（Ａ）に示すように、誘電分極を施す際
に、電極１５ｂ、１６ｂ、１７ｂ、１８ｂをグランド電
位とし、電極１５ａ、１６ｃ、１７ｃ、１８ａに正の電
圧を印加し、電極１５ｃ、１６ａ、１７ａ、１８ｃに負
の電圧を印加する。各電極間にかかる電界強度により、
誘電分極は図２（Ａ）にて矢印で示す方向に形成され
る。

【００３６】図２（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は駆動方法を示し
ている。図２（Ｂ）では、電極１５ｂ、１６ｂ、１７
ｂ、１８ｂがグランド電位であり、電極１５ａ、１５
ｃ、１７ａ、１７ｃに同じ位相の交流駆動電圧が与えら
れ、電極１６ａ、１６ｃに前記と逆の位相の交流駆動電
圧が与えられる。その結果、左右の振動子本体１１、１
１と、中央の振動子本体１２では、Ｘ方向へ逆の位相に
より駆動される。図２（Ｃ）と図２（Ｄ）は、交流駆動
電圧の印加のしかたが図２（Ａ）と相違しているが、こ
の図２（Ｃ）（Ｄ）においても、両側の振動子本体１
１、１１と中央の振動子本体１２が、Ｘ方向へ逆の位相
で振動駆動される。

【００３７】図２（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）では、いずれも中
央の振動子本体１２の裏面１２ｂの電極１８ａと１８ｃ
が、コリオリ力による振動成分を検出する電極となる。
電極１８ａと１８ｃが設けられている部分では誘電分極
の方向が逆であり、またコリオリ力によるＹ方向への振
動成分の歪みの正負は、電極１８ａと１８ｃが設けられ
ている部分において同じである。よって電極１８ａと１
８ｃでは、コリオリ力による振動成分が異なる位相によ
り取り出される。この異なる位相の検出電圧は差動回路
を経て検出電圧とされる。

【００３８】図２（Ｂ）（Ｄ）に示す駆動方法では、振
動子本体１１の表面１１ａと１１ｂにおいて、電極１５
ａと１５ｂ間、電極１５ｂと１５ｃ間および電極１６ａ
と１６ｂ間、電極１６ｂと１６ｃ間に歪みが生じ、さら
に側面１１ｃと１１ｄにおいて電極１５ａと１６ａ間お
よび電極１５ｃと１６ｃ間に歪みが生じて、これらの各
歪みにより振動子本体１１がＸ方向へ駆動される。よっ
て振動子本体１１は低電力で大きな振幅で駆動されるこ
とになる。

【００３９】また図２（Ｃ）では、振動子本体１１の表
面１１ａにおいて、電極１５ａと１５ｃの間で電位が一
定であり、裏面１１ｂでも、電極１６ａと１６ｃの間で
電位が一定である。よって図２（Ｃ）では表面１１ａと
裏面１１ｂに歪みが発生せず、側面１１ｃと１１ｄにお
いてのみ、電極１５ａと１６ａの間および電極１５ｃと
１６ｃの間で歪みが発生する。振動子本体は、側面１１
ｃと１１ｄに生じる歪みによりＸ方向へ駆動されるが、
中立面Ｏ−Ｏから離れた位置に歪みが生じるため、振動
子本体１１は、比較的大きなモーメントによりＸ方向へ
駆動されることになる。

【００４０】図３は第３実施例を示している。この実施
例では、分極を施す際に、図３（Ａ）に示すように、電
極１５ａ、１６ｃ、１７ｃ、１８ａに正の電圧が与えら
れ、電極１５ｃ、１６ａ、１７ａ、１８ｃに負の電圧が
印加される。また各振動子本体１１、１２での幅方向の
中央に位置する電極１５ｂ、１６ｂおよび１７ｂ、１８
ｂには何の電位も与えられない。したがって、振動子本
体１１の表面１１ａでは、電極１５ａから電極１５ｃへ
電界が与えられ、裏面１１ｂでは電極１６ｃから電極１
６ａに電界が与えられる。中央の振動子本体１２の表面
１２ａおよび裏面１２ｂでも同様に、電極１７ｃから電
極１７ａに、また電極１８ａから１８ｃに電界が与えら
れる。この電界の方向が誘電分極の方向である。

【００４１】また振動子本体１１の幅方向（Ｘ方向）の
両側部では、電極１５ａから電極１６ａへ、また電極１
６ｃから電極１５ｃへ電界が与えられ、この電界方向へ
分極が施される。振動子本体１２でも、同様に、電極１
８ａから電極１７ａに、また電極１７ｃから電極１８ｃ
に電界が与えられ、その方向へ誘電分極が施される。

【００４２】図３（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は、駆動方法を示
している。各図に示すように交流駆動電圧が印加される
ことにより、両側の振動子本体１１、１１と中央の振動
子本体１２とで、Ｘ方向へ逆の位相で駆動される。コリ
オリ力によるＹ方向の振動成分は、中央の振動子本体１
２の電極１８ａと１８ｃから検出される。図３の実施例
では、コリオリ力の振動成分が電極１８ａと１８ｃとか
ら逆の位相として取出され、その差動をとることにより
出力が得られる。

【００４３】なお、図３（Ｃ）では、振動子本体１１の
表面１１ａと裏面１１ｂにおいて、電極１５ａと電極１
５ｃ間、および電極１６ａと電極１６ｃ間で電位が一定
である。よって表面１１ａと１１ｂでは歪みが発生しな
い。そして側面１１ｃにおいて電極１５ａと１６ａの間
に歪みが発生し、側面１１ｄにおいて電極１５ｃと電極
１６ｃとの間に歪みが発生し、この両側面１１ｃと１１
ｄの歪みにより、振動子本体１１がＸ方向へ振動駆動さ
れるものとなる。この場合も、側面１１ｃと１１ｄでの
歪みは中立面Ｏ−Ｏに対して離れた位置に作用している
ので、振動子本体１１に対してＸ方向への大きな曲げモ
ーメントを与えることができる。

【００４４】図４は第４実施例を示している。この実施
例では、分極を施すときに、図４（Ａ）に示すように、
振動子本体１１の電極１５ａ、１５ｃ、１６ｂと、振動
子本体１２の電極１７ａ、１７ｃ、１８ｂをグランド電
位とし、電極１６ａ、１６ｃ、１８ａ、１８ｃに正の電
圧が、電極１５ｂ、１７ｂに負の電圧が印加される。よ
って両側の振動子本体１１では、表面１１ａにおいて電
極１５ａから電極１５ｂへ、電極１５ｃから電極１５ｂ
に向けて電界が形成され、裏面１１ｂでは電極１６ａか
ら電極１６ｂへ、電極１６ｃから電極１６ｂへ電界が与
えられる。また表面１１ａと裏面１１ｂの間では、電極
１６ａから電極１５ａと１５ｂに向けて電界が与えら
れ、電極１６ｃから電極１５ｂと１５ｃに向けて電界が
与えられる。この各電界方向に沿って誘電分極が施され
る。

【００４５】中央の振動子本体１２においても同様であ
り、表面１２ａでは電極１７ａから電極１７ｂへ、また
電極１７ｃから電極１７ｂに向けて電界が与えられ、裏
面１２ｂでは、電極１８ａから電極１８ｂへ、また電極
１８ｃから電極１８ｂに向けて電界が与えられる。また
電極１８ａから電極１７ａと１７ｂに、また電極１８ｃ
から電極１７ｂと電極１７ｃに向けて電界が与えられ、
この各電界の方向に誘電分極が施される。

【００４６】図４（Ｂ）は上記の分極が形成された振動
子本体１１、１１および１２の駆動方法を示している。
両側の振動子本体１１では、電極１５ｂと電極１６ｂが
グランド電位であり、電極１６ａと電極１６ｃに互いに
逆の位相の交流駆動電圧が与えられる。ある時点では、
電極１６ａと１６ｂ間に＋の歪み（○）が、また電極１
６ａと電極１５ｂ間に＋の歪み（○）が発生し、電極１
６ｃと１６ｂ間および電極１６ｃと電極１５ｂ間では−
の歪み（×）が発生する。また中央の振動子本体１２で
は、電極１７ｂと電極１８ｂがグランド電位であり、電
極１８ａには前記電極１６ａと逆の位相の交流駆動電圧
が与えられ、電極１８ｃには電極１６ｃと逆の位相の交
流駆動電圧が与えられる。よって、ある時点で電極１８
ａと１８ｂ間および電極１８ａと１７ｂ間で−の歪み
（×）が発生し、電極１８ｂと電極１８ｃの間、および
電極１８ｃと電極１７ｂの間で＋の歪み（○）が発生す
る。

【００４７】よって左右の振動子本体１１、１１と中央
の振動子本体１２はＸ方向へ逆の位相で振動する。振動
子本体１１では、裏面１１ｂの部分の歪みならず、電極
１６ａと電極１５ｂ間、および電極１６ｃと電極１５ｂ
間での歪みが発生し、振動子本体１２でも、電極１８ａ
と電極１７ｂの間、および電極１８ｃと電極１７ｂの間
に歪みが生じるため、各振動子本体１１、１１および１
２の前記Ｘ方向への振動のモーメントが大きくなり、Ｘ
方向へ大きな振幅で振動できる。

【００４８】またコリオリ力の振動成分は、振動子本体
１１の表面１１ａに設けられた電極１５ａ、１５ｃと、
中央の振動子本体１２の表面１２ａに設けられた電極１
７ａ、１７ｃから検出される。両側の振動子本体１１と
中央の振動子本体１２は、コリオリ力によりＹ方向へ逆
の位相で振動させられるため、両側の振動子本体１１の
電極１５ａ、１５ｃからの検出電圧と、中央の振動子本
体１２の電極１７ａ、１７ｃからの検出電圧は逆位相で
ある。よって、これらの出力の差動をとることにより、
コリオリ力による振動成分を検出することが可能にな
る。

【００４９】ここで、図６は、図１に示す振動子本体１
１を拡大して示したものである。まず、図６において、
振動子本体１１のＸ方向の幅寸法とＹ方向の幅寸法が同
じであるとする（Ｌ2＝２・Ｌ1）。誘電分極を施す際
に、グランド電位を基準として電極１５ａに−Ｖの電圧
を印加し、電極１６ａに＋Ｖを印加したとすると、電極
１５ａと１５ｂ間の電位差はＶであり、電極１５ａと１
６ａとの電位差は２・Ｖである。ただし、Ｙ方向に対向
する電極１５ａと１６ａとの距離Ｌ2は、電極１５ａと
１５ｂとの距離Ｌ1の２倍である。よって、電極１５ａ
と１５ｂ間の電界密度と、電極１５ａと１６ａとの間の
電界密度は同じであり、電極１５ａと１５ｂ間、および
電極１５ａと１６ａ間とで分極率は同じになる。

【００５０】この場合に、図１（Ｂ）に示す駆動時にお
いて、電極１５ａと電極１６ａに対し図７（Ａ）（Ｂ）
に示す逆位相の交流駆動電圧が与えられると、電極１５
ａと電極１５ｂとの間のある部分での圧電材料と、電極
１５ａと電極１６ａとの間のある部分での圧電材料にか
かる電界の強度は同じである。よって表面１１ａと裏面
１１ｂのある部分での圧電効果による＋の歪み量と、側
面１１ｃのある部分での圧電効果による＋の歪みの量は
等しくなる。したがって、中立面Ｏ−Ｏよりも左側の部
分の表面１１ａ、裏面１１ｂおよび、側面１１ｃでは、
歪みの分布が一定になり、よって、振動子本体１１はＸ
方向へバランス良く駆動されることになる。

【００５１】また、振動子本体１１をＸ方向へ効率良く
曲げ振動させるためには、電極１５ａと１５ｂの間およ
び電極１６ａと１６ｂの間の各部分の歪み量よりも、側
面１１ｃでの各部分の歪み量が大きい方が良い。これを
実現するためには、駆動時に側面１１ｃの各部分での電
界の強度が、電極１５ａと１５ｂの間および電極１６ａ
と１６ｂの間の各部分での電界の強度よりも大きくすれ
ばよい。そのためには、振動子本体１１のＹ方向の厚さ
寸法Ｌ2を、Ｘ方向の幅寸法２・Ｌ1よりも短くし、図１
（Ａ）の誘電分極形成時に、電極１５ａに−Ｖ、電極１
６ａに＋Ｖの電圧を印加すれば、電極１５ａと１６ａ間
での圧電材料の分極率を高くでき、駆動時に作用する電
界を大きくできて、大きな歪みを発生することが可能に
なる。なお、本発明の圧電振動子は、振動型ジャイロス
コープに限られず、他の装置、例えば圧電ベルなどに実
施することが可能である。

【００５２】

【発明の効果】以上のように本発明での、圧電振動子で
は、振動子本体の表面と裏面に誘電分極を形成するのみ
ならず、表面と裏面の電極間にも誘電分極を形成してい
るため、振動駆動時に歪みが振動のモーメントに大きく
寄与するようになり、振動駆動効率が向上される。特
に、振動子本体の幅方向の両縁部において、厚み方向へ
の誘電分極を形成しておくと、駆動時に中立面から離れ
た位置での歪みが大きくなり、低電力で大きな振幅の振
動を生じさせることが可能になる。

【００５３】また上記振動子本体を使用した振動型ジャ
イロスコープでは、低電力で効率の良い振動駆動が可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】振動型ジャイロスコープの各振動子本体の誘電
分極の第１実施例を示す図５のＩ矢視の端面図であり、
（Ａ）は誘電分極を形成する際に各電極に与える電圧を
示し、（Ｂ）（Ｃ）は各振動子本体をＸ方向へ駆動する
際の各電極への交流駆動電圧の付与方法を示す、

【図２】誘電分極の第２実施例を示す端面図であり、
（Ａ）は誘電分極を形成する際に各電極に与える電圧を
示し、（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は各振動子本体をＸ方向へ駆
動する際の各電極への交流駆動電圧の付与方法を示す、

【図３】誘電分極の第３実施例を示す端面図であり、
（Ａ）は誘電分極を形成する際に各電極に与える電圧を
示し、（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は各振動子本体をＸ方向へ駆
動する際の各電極への交流駆動電圧の付与方法を示す、

【図４】誘電分極の第４実施例を示す端面図であり、
（Ａ）は誘電分極を形成する際に各電極に与える電圧を
示し、（Ｂ）は各振動子本体をＸ方向へ駆動する際の各
電極への交流駆動電圧の付与方法を示す、

【図５】３脚型の振動型ジャイロスコープを示す斜視
図、

【図６】図１に示す振動子本体１１の拡大端面図、

【図７】（Ａ）（Ｂ）は互いに位相が１８０度相違する
交流駆動電圧の波形図、

【図８】従来の圧電振動子の分極方向を示すものであ
り、（Ａ）は誘電分極を形成する際の電圧印加を示す説
明図、（Ｂ）は駆動時の説明図、

【符号の説明】

１０圧電材料の板１１、１２振動子本体１１ａ、１２ａ表面１１ｂ、１２ｂ裏面１５ａ、１５ｂ、１５ｃ表面の電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃ裏面の電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ表面の電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃ裏面の電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電材料により形成された振動子本体
と、この振動子本体の互いに平行な表裏両面に形成され
た電極とを有し、前記電極に与えられる交流電力により
振動子本体が前記電極が形成された面に沿う方向へ振動
させられる圧電振動子において、前記振動子本体では、
同じ面に形成された電極の間で分極が施されているとと
もに、表面の電極と裏面の電極との間にも分極が施され
ていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】振動子本体の振動方向に沿う方向を幅方
向としたときに、振動子本体の表面と裏面では、幅方向
の両縁部に電極が形成され、表面の縁部に位置する電極
と裏面の縁部に位置する電極の間で、前記幅方向と直交
する方向に分極が施されている請求項１記載の圧電振動
子。
【請求項３】表面の縁部に位置する電極と裏面の縁部
に位置する電極に所定の電圧が与えられたときに、前記
電極と、同じ面内に位置する他の電極との間に与えられ
る電界強度に対し、表面の電極と裏面の電極の間に作用
する電界強度が等しいかあるいはそれ以上である請求項
２記載の圧電振動子。
【請求項４】請求項１ないし３に記載された圧電振動
子の振動子本体に検出用電極が設けられ、前記圧電振動
子が振動しながら回転系内に置かれたときに、コリオリ
力により前記振動子本体に与えられる振動成分が、前記
検出用電極により検出されることを特徴とする振動型ジ
ャイロスコープ。
【請求項５】３個の振動子本体が、基部から平行に分
離されて形成されて、前記電極に与えられる駆動電力に
より両側の振動子本体と中央の振動子本体とが逆の位相
で振動させられ、いずれかの振動子本体に設けられた検
出用電極によりコリオリ力の振動成分が検出される請求
項４記載の振動型ジャイロスコープ。