JPH11281364A - 圧電振動ジャイロ - Google Patents
圧電振動ジャイロInfo
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- JPH11281364A JPH11281364A JP10079869A JP7986998A JPH11281364A JP H11281364 A JPH11281364 A JP H11281364A JP 10079869 A JP10079869 A JP 10079869A JP 7986998 A JP7986998 A JP 7986998A JP H11281364 A JPH11281364 A JP H11281364A
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- Japan
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 駆動モードと検出モード間の不要な結合の影
響が小さく、周波数調整が容易であり、センサ素子の薄
型化を可能とする圧電振動ジャイロを提供することを目
的とする。 【解決手段】 ＸＹ平面内のＹ方向上下固定部４より伸
びた駆動アーム２によってＸ方向に駆動振動される振動
ベース１を有し、かつ、振動ベース１よりその駆動方向
に伸びた検出アーム２を有する圧電駆動ジャイロであ
る。駆動アーム２をＸ方向に同相に駆動することによ
り、駆動アーム２によって支持される振動ベース１及び
検出アーム３はＸ方向に振動する。駆動状態において、
Ｚ軸周りに回転角速度が加えられると、Ｘ方向に振動し
ている検出アーム３にＹ方向にコリオリ力が働き、検出
アーム３はＹ方向に歪む。よって、この歪み量を検出す
ることにより、回転角速度が検出される。
響が小さく、周波数調整が容易であり、センサ素子の薄
型化を可能とする圧電振動ジャイロを提供することを目
的とする。 【解決手段】 ＸＹ平面内のＹ方向上下固定部４より伸
びた駆動アーム２によってＸ方向に駆動振動される振動
ベース１を有し、かつ、振動ベース１よりその駆動方向
に伸びた検出アーム２を有する圧電駆動ジャイロであ
る。駆動アーム２をＸ方向に同相に駆動することによ
り、駆動アーム２によって支持される振動ベース１及び
検出アーム３はＸ方向に振動する。駆動状態において、
Ｚ軸周りに回転角速度が加えられると、Ｘ方向に振動し
ている検出アーム３にＹ方向にコリオリ力が働き、検出
アーム３はＹ方向に歪む。よって、この歪み量を検出す
ることにより、回転角速度が検出される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コリオリ力の力を
検出することにより運動中の被検出体の角速度を検出す
る角速度検出装置に関するものであり、小型で堅牢な角
速度センサである圧電振動ジャイロである。
検出することにより運動中の被検出体の角速度を検出す
る角速度検出装置に関するものであり、小型で堅牢な角
速度センサである圧電振動ジャイロである。
【０００２】
【従来の技術】圧電振動子を備えた圧電振動ジャイロ
は、角速度検出装置の一種である。
は、角速度検出装置の一種である。
【０００３】図１０及び図１１に従来の圧電振動ジャイ
ロの一例として音片型圧電振動ジャイロの構成を示す。
ここで振動体５は恒弾性金属材料で正四角柱状に形成さ
れている。
ロの一例として音片型圧電振動ジャイロの構成を示す。
ここで振動体５は恒弾性金属材料で正四角柱状に形成さ
れている。
【０００４】このような圧電振動ジャイロにおいて、対
向する圧電素子c間に駆動信号が印加されると、振動体
５は圧電素子c形成面に直交する向きに屈曲振動する。
この振動状態で、図１０及び図１１においてのＺ軸周り
に回転するとコリオリ力が働き、Ｘ方向に振動体５は歪
む。このとき、圧電素子dに発生した電圧を測定するこ
とにより、回転角速度を検出することが可能となる。
向する圧電素子c間に駆動信号が印加されると、振動体
５は圧電素子c形成面に直交する向きに屈曲振動する。
この振動状態で、図１０及び図１１においてのＺ軸周り
に回転するとコリオリ力が働き、Ｘ方向に振動体５は歪
む。このとき、圧電素子dに発生した電圧を測定するこ
とにより、回転角速度を検出することが可能となる。
【０００５】圧電振動ジャイロとして、音片型、音叉
型、H型などがある。いずれの場合にも直交した2つの振
動モードのうち一方の振動モードを駆動モードとし、他
方を検出モードとして利用しているものが多い。このよ
うな圧電振動ジャイロは、自動車のヨーレート検出用、
カメラの手ぶれ防止用、移動体の位置検出用等に用いら
れ高感度化、高安定化が強く求められており、特に、機
器の小型化に伴ってジャイロセンサ自体の小型化、薄型
化が必要とされている。
型、H型などがある。いずれの場合にも直交した2つの振
動モードのうち一方の振動モードを駆動モードとし、他
方を検出モードとして利用しているものが多い。このよ
うな圧電振動ジャイロは、自動車のヨーレート検出用、
カメラの手ぶれ防止用、移動体の位置検出用等に用いら
れ高感度化、高安定化が強く求められており、特に、機
器の小型化に伴ってジャイロセンサ自体の小型化、薄型
化が必要とされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記従来
の圧電振動ジャイロではその構成上、駆動モードと検出
モード間の電気的、機械的な結合から漏れ出力を発生す
ることが多い。これらはジャイロ特性の高感度化や高安
定化の障害となる。また、駆動及び検出の振動モードの
周波数調整が困難である。
の圧電振動ジャイロではその構成上、駆動モードと検出
モード間の電気的、機械的な結合から漏れ出力を発生す
ることが多い。これらはジャイロ特性の高感度化や高安
定化の障害となる。また、駆動及び検出の振動モードの
周波数調整が困難である。
【０００７】さらに、ジャイロセンサを基板等に実装す
る場合、センサ形状と検出する回転角速度の軸方向の関
係から、薄型化が困難である場合も多い。
る場合、センサ形状と検出する回転角速度の軸方向の関
係から、薄型化が困難である場合も多い。
【０００８】そこで、本発明は、駆動モードと検出モー
ド間の不要な結合の影響が小さく、周波数調整が容易
な、高感度で高精度な圧電振動ジャイロを提供すること
を目的とする。
ド間の不要な結合の影響が小さく、周波数調整が容易
な、高感度で高精度な圧電振動ジャイロを提供すること
を目的とする。
【０００９】また、本発明は、センサ素子の薄型化を可
能とする圧電振動ジャイロを提供することを目的とす
る。
能とする圧電振動ジャイロを提供することを目的とす
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の圧電振動
ジャイロは、ＸＹ平面内のＹ方向上下固定部と前記固定
部よりＹ方向へ伸びた複数の駆動アームと、前記駆動ア
ームに接続される振動ベースと、前記振動ベースよりＸ
Ｙ平面内でＹ方向以外にに伸びた検出アームとを有する
ことを特徴とする。前記構成によると、駆動モードから
検出アームの検出モードへの影響を小さくできるため、
駆動アーム及び検出アームにおいてそれぞれ独自の周波
数調節が可能である。
ジャイロは、ＸＹ平面内のＹ方向上下固定部と前記固定
部よりＹ方向へ伸びた複数の駆動アームと、前記駆動ア
ームに接続される振動ベースと、前記振動ベースよりＸ
Ｙ平面内でＹ方向以外にに伸びた検出アームとを有する
ことを特徴とする。前記構成によると、駆動モードから
検出アームの検出モードへの影響を小さくできるため、
駆動アーム及び検出アームにおいてそれぞれ独自の周波
数調節が可能である。
【００１１】請求項２記載の圧電振動ジャイロは、請求
項1において前記検出アームがＸ方向へ伸びたことを特
徴とする。前記構成によれば、検出アームの回転角速度
に対する感度を最大にできるという特徴を持つ。
項1において前記検出アームがＸ方向へ伸びたことを特
徴とする。前記構成によれば、検出アームの回転角速度
に対する感度を最大にできるという特徴を持つ。
【００１２】請求項３記載の圧電振動ジャイロは、請求
項1記載または請求項２記載の圧電振動ジャイロにおい
て、前記振動ベースが前記駆動アームにより、Ｘ方向に
駆動され、前記検出アームがＹ方向振動を検出する機能
を有することを特徴とする。前記構成によると、検出回
転軸がＺ方向となるため、検出回転軸方向の薄型化が可
能となる。
項1記載または請求項２記載の圧電振動ジャイロにおい
て、前記振動ベースが前記駆動アームにより、Ｘ方向に
駆動され、前記検出アームがＹ方向振動を検出する機能
を有することを特徴とする。前記構成によると、検出回
転軸がＺ方向となるため、検出回転軸方向の薄型化が可
能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例を図面
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
【００１４】図１及び図２は、請求項１、請求項２及び
請求項３記載の圧電振動ジャイロ構成例を示す図であ
る。本発明の圧電駆動ジャイロは、ＸＹ平面内のＹ方向
上下固定部４より伸びた駆動アーム２によってＸ方向に
駆動振動される振動ベース１を有し、かつ、振動ベース
１よりその駆動方向に伸びた検出アーム２を有すること
を特徴とする。
請求項３記載の圧電振動ジャイロ構成例を示す図であ
る。本発明の圧電駆動ジャイロは、ＸＹ平面内のＹ方向
上下固定部４より伸びた駆動アーム２によってＸ方向に
駆動振動される振動ベース１を有し、かつ、振動ベース
１よりその駆動方向に伸びた検出アーム２を有すること
を特徴とする。
【００１５】本実施例の圧電振動ジャイロは、例えば、
駆動及び検出に用いる圧電素子a,bを備えた恒弾性金属
等で構成され、駆動アーム及び検出アーム表面に圧電素
子が接着されている。図３に駆動及び検出に用いる圧電
素子の構成例を示す。圧電素子として、例えば、圧電セ
ラミックスやＰＺＴなどが使われ、例えば、エポキシ系
接着剤にて接着される。
駆動及び検出に用いる圧電素子a,bを備えた恒弾性金属
等で構成され、駆動アーム及び検出アーム表面に圧電素
子が接着されている。図３に駆動及び検出に用いる圧電
素子の構成例を示す。圧電素子として、例えば、圧電セ
ラミックスやＰＺＴなどが使われ、例えば、エポキシ系
接着剤にて接着される。
【００１６】図４は、前記圧電振動ジャイロの駆動モー
ドの動作を示す図である。図３の駆動アーム２に備えら
れた圧電素子aに電圧を印加すると、圧電素子は逆圧電
効果に基づいて変形し、印加電圧が所定の発振条件を満
たす場合には駆動アーム２は振動する。駆動アーム２を
Ｘ方向に同相に駆動することにより、駆動アーム２によ
って支持される振動ベース１及び検出アーム３はＸ方向
に振動する。
ドの動作を示す図である。図３の駆動アーム２に備えら
れた圧電素子aに電圧を印加すると、圧電素子は逆圧電
効果に基づいて変形し、印加電圧が所定の発振条件を満
たす場合には駆動アーム２は振動する。駆動アーム２を
Ｘ方向に同相に駆動することにより、駆動アーム２によ
って支持される振動ベース１及び検出アーム３はＸ方向
に振動する。
【００１７】図５は、前記圧電振動ジャイロの検出モー
ドの動作を示す図である。前記圧電振動ジャイロ駆動状
態において、Ｚ軸周りに回転角速度Ωが加えられると、
Ｘ方向に振動している検出アーム３にＹ方向にコリオリ
力が働き、検出アーム３はＹ方向に歪む。検出アーム３
のＸ方向振動が一定である場合、このコリオリ力は回転
角速度Ωに比例するため、検出アーム３の歪みもコリオ
リ力に比例する。よって、この歪み量を図３に示した検
出アーム３に備えた圧電素子bに発生する電圧を検出す
ることにより、回転角速度Ωが検出される。
ドの動作を示す図である。前記圧電振動ジャイロ駆動状
態において、Ｚ軸周りに回転角速度Ωが加えられると、
Ｘ方向に振動している検出アーム３にＹ方向にコリオリ
力が働き、検出アーム３はＹ方向に歪む。検出アーム３
のＸ方向振動が一定である場合、このコリオリ力は回転
角速度Ωに比例するため、検出アーム３の歪みもコリオ
リ力に比例する。よって、この歪み量を図３に示した検
出アーム３に備えた圧電素子bに発生する電圧を検出す
ることにより、回転角速度Ωが検出される。
【００１８】前記駆動振動状態において、検出アーム３
のコリオリ力方向は駆動方向に直交する方向であるの
で、駆動モードから検出アーム３の振動モードへの結合
の影響が小さい。よって、回転角速度が与えられない場
合において不要な漏れ出力が低減される。また、駆動モ
ードから検出アームの検出モードへの影響を小さくでき
るため、駆動アーム及び検出アームにおいてそれぞれ独
自の周波数調節が可能である。
のコリオリ力方向は駆動方向に直交する方向であるの
で、駆動モードから検出アーム３の振動モードへの結合
の影響が小さい。よって、回転角速度が与えられない場
合において不要な漏れ出力が低減される。また、駆動モ
ードから検出アームの検出モードへの影響を小さくでき
るため、駆動アーム及び検出アームにおいてそれぞれ独
自の周波数調節が可能である。
【００１９】また、図６に示すように駆動振動の方向が
Ｘ方向ではなくＺ方向の場合、Ｘ軸方向の角速度が検出
可能である。この場合においても、検出アーム３のコリ
オリ力方向は駆動方向に直交する方向であるので、駆動
モードから検出アーム３の振動モードへの結合の影響が
小さい。よって、回転角速度が与えられない場合におい
て不要な漏れ出力が低減される。また、駆動モードから
検出アームの検出モードへの影響を小さくできるため、
駆動アーム及び検出アームにおいてそれぞれ独自の周波
数調節が可能である。
Ｘ方向ではなくＺ方向の場合、Ｘ軸方向の角速度が検出
可能である。この場合においても、検出アーム３のコリ
オリ力方向は駆動方向に直交する方向であるので、駆動
モードから検出アーム３の振動モードへの結合の影響が
小さい。よって、回転角速度が与えられない場合におい
て不要な漏れ出力が低減される。また、駆動モードから
検出アームの検出モードへの影響を小さくできるため、
駆動アーム及び検出アームにおいてそれぞれ独自の周波
数調節が可能である。
【００２０】更に、前記構成によれば、駆動方向及びコ
リオリ力方向はともにＸＹの面内振動であり、圧電振動
ジャイロセンサ素子Ｚ方向の厚みを薄く設計することが
可能である。このことは、例えば図７に示すような基板
垂直方向の回転角速度を検出するようなジャイロセンサ
システムの場合において、システム自体の薄型化に非常
に有利となる。
リオリ力方向はともにＸＹの面内振動であり、圧電振動
ジャイロセンサ素子Ｚ方向の厚みを薄く設計することが
可能である。このことは、例えば図７に示すような基板
垂直方向の回転角速度を検出するようなジャイロセンサ
システムの場合において、システム自体の薄型化に非常
に有利となる。
【００２１】前記振動ベース１の形状は任意であり、例
えば図８に示されるような形状の例も適用される。ま
た、前記固定部4は駆動アームと同一平面内にある必要
はなく、例えば、図９に示されるような構成でも実現さ
れる。
えば図８に示されるような形状の例も適用される。ま
た、前記固定部4は駆動アームと同一平面内にある必要
はなく、例えば、図９に示されるような構成でも実現さ
れる。
【００２２】本発明の圧電ジャイロは、水晶、LiTaO3等
の圧電性単結晶や圧電セラミックス等の圧電材料に電極
を形成して構成された場合においても動作原理は同一で
あり、前記実施例の恒弾性金属，圧電素子による構成に
制限されるものではない。
の圧電性単結晶や圧電セラミックス等の圧電材料に電極
を形成して構成された場合においても動作原理は同一で
あり、前記実施例の恒弾性金属，圧電素子による構成に
制限されるものではない。
【００２３】
【発明の効果】請求項１の構成により、駆動モードから
検出アームの検出モードへの影響を小さくでき、駆動ア
ーム及び検出アームにおいてそれぞれ独自の周波数調節
が可能になるという効果がある。
検出アームの検出モードへの影響を小さくでき、駆動ア
ーム及び検出アームにおいてそれぞれ独自の周波数調節
が可能になるという効果がある。
【００２４】請求項２の構成により、検出アームの回転
角速度に対する感度を最大にできるという効果が得られ
る。
角速度に対する感度を最大にできるという効果が得られ
る。
【００２５】請求項３の構成により、検出回転軸がＺ方
向となるため、検出回転軸方向の薄型化が可能となると
いう効果がある。
向となるため、検出回転軸方向の薄型化が可能となると
いう効果がある。
【図１】本発明による圧電振動ジャイロの構成例を示す
平面図である。
平面図である。
【図２】本発明による圧電振動ジャイロの構成例を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図３】図１及び図２に示す圧電振動ジャイロの圧電素
子の構成例を示す図である。
子の構成例を示す図である。
【図４】図１及び図２に示す圧電振動ジャイロの駆動モ
ードの動作を示す図である。
ードの動作を示す図である。
【図５】図１及び図２に示す圧電振動ジャイロの検出モ
ードの動作を示す図である。
ードの動作を示す図である。
【図６】本発明による圧電振動ジャイロにおいてＸ軸周
りの回転角速度検出時の動作原理を示す斜視図である。
りの回転角速度検出時の動作原理を示す斜視図である。
【図７】圧電振動ジャイロセンサ素子を備えたジャイロ
センサシステムの一例を示す図である。
センサシステムの一例を示す図である。
【図８】本発明による圧電振動ジャイロにおける振動ベ
ースの形状例を示す図である。
ースの形状例を示す図である。
【図９】本発明による圧電振動ジャイロの固定部の構成
例を示す図である。
例を示す図である。
【図１０】従来の圧電型音片ジャイロの例を示す斜視図
である。
である。
【図１１】従来の圧電型音片ジャイロの例を示す平面図
である。
である。
１．振動ベース ２．駆動アーム ３．検出アーム ４．固定部 ５．振動体 a,b,c,d．圧電素子
Claims (3)
- 【請求項１】ＸＹ平面内のＹ方向上下固定部と前記固定
部よりＹ方向へ伸びた複数の駆動アームと、前記駆動ア
ームに接続される振動ベースと、前記振動ベースよりＸ
Ｙ平面内でＹ方向以外に伸びた検出アームとを有するこ
とを特徴とする圧電振動ジャイロ． - 【請求項２】前記検出アームがＸ方向に伸びたことを特
徴とする請求項1記載の圧電振動ジャイロ。 - 【請求項３】前記振動ベースが前記駆動アームにより、
Ｘ方向に駆動され、前記検出アームがＹ方向振動を検出
する機能を有することを特徴とする請求項1記載または
請求項２記載の圧電振動ジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10079869A JPH11281364A (ja) | 1998-03-26 | 1998-03-26 | 圧電振動ジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10079869A JPH11281364A (ja) | 1998-03-26 | 1998-03-26 | 圧電振動ジャイロ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11281364A true JPH11281364A (ja) | 1999-10-15 |
Family
ID=13702229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10079869A Withdrawn JPH11281364A (ja) | 1998-03-26 | 1998-03-26 | 圧電振動ジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11281364A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008249491A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Tdk Corp | 角速度センサ素子および角速度センサ装置 |
| CN102118142A (zh) * | 2010-01-05 | 2011-07-06 | 精工爱普生株式会社 | 振动元件、振子以及电子设备 |
-
1998
- 1998-03-26 JP JP10079869A patent/JPH11281364A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008249491A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Tdk Corp | 角速度センサ素子および角速度センサ装置 |
| CN102118142A (zh) * | 2010-01-05 | 2011-07-06 | 精工爱普生株式会社 | 振动元件、振子以及电子设备 |
| JP2011158464A (ja) * | 2010-01-05 | 2011-08-18 | Seiko Epson Corp | 振動素子、振動子、および電子機器 |
| US8640540B2 (en) | 2010-01-05 | 2014-02-04 | Seiko Epson Corporation | Vibrating element, vibrator, and electronic apparatus |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050325 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050325 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060531 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060606 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20060802 |