JPH11351875A - 音叉型振動子およびそれを用いた振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 音叉振動の振幅を増大させることが可能な音
叉型振動子、および、このような音叉型振動子を搭載す
ることにより、検出感度を向上させた振動ジャイロを提
供する。 【解決手段】 音叉型振動子１を構成する振動体１ａ
は、第１の切り溝４ａを介して互いに対向する一対の腕
部２ａ、２ｂを備える。この腕部２ａ、２ｂに、第２の
切り溝４ｂを形成し、検出部５ａ、５ｂおよび振動部６
ａ、６ｂを形成する。振動部６ａ、６ｂを構成する上部
６ａ１、６ｂ１の質量を大きくすることにより、上部６
ａ１、６ｂ１を、音叉振動の際の錘として有効に機能さ
せ、音叉振動の振幅を増大させることができる。これに
より、検出部５ａ、５ｂに発生するコリオリ力を増大さ
せることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオカメラ、カ
ーナビゲーションシステム等に搭載され、回転角速度の
検知に用いられる音叉型振動子、およびそれを用いた振
動ジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の音叉型振動子として、特開平５−
２６４２８２号公報に開示されたものを例に取り、その
構成を図５を用いて説明する。

【０００３】同図において、１００は音叉型振動子であ
り、検出用圧電素子１０１を貼り付けた平板状の検出用
素子１０２と、駆動用圧電素子１０３を貼り付けた平板
状の駆動用素子１０４とを、厚み方向が互いに直交する
ように積み合わせた構造で接合し、同様に、検出用圧電
素子１０５を貼り付けた検出用素子１０６と、駆動用圧
電素子１０７を貼り付けた駆動用素子１０８とを厚み方
向が互いに直交するように積み合わせた構造で接合した
これら２組の直交体の端部を接合部材１０９で接合する
ことで音叉型に組み立て、支持ピン１１０によりベース
１１１に固定された構造になっている。

【０００４】また、検出用素子１０２、１０６、駆動用
素子１０４、１０８および接合部材１０９は導電性を有
する恒弾性金属からなるものであるため、検出用素子１
０２、１０６および駆動用素子１０４、１０８に設けら
れた４枚の圧電素子１０１、１０３、１０５、１０７の
裏面電極（接着面側）は支持ピン１１０に電気的に接続
されている。

【０００５】このように構成される音叉型振動子１００
においては、検出用素子１０２、１０６の厚み寸法を、
駆動用素子１０４、１０８の厚み寸法より小さくするこ
とで、コリオリ力による撓み量を大きくすることができ
る。したがって、音叉型振動子１００を搭載した振動ジ
ャイロの検出感度を向上させることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に、振動ジャイロ
に用いられる音叉型振動子においては、振動ジャイロの
検出感度を向上させるために、駆動用素子の音叉振動を
増幅させる錘を設けることが行われており、錘の質量が
大きいほど、音叉振動の振幅は大きくなる。

【０００７】ところが、従来の音叉型振動子１００にお
いては、駆動用素子１０４、１０８の錘として作用する
検出用素子１０２、１０６は、駆動用素子１０４、１０
８に比べて厚み寸法が小さく、質量が小さい。このた
め、検出用素子１０２、１０６の撓み量が大きくとも、
検出用素子１０２、１０６は、駆動用素子１０４、１０
８の音叉振動を増幅させる錘としては充分に機能せず、
駆動用素子１０４、１０８の音叉振動が大きくならな
い。その結果、音叉型振動子１００を搭載した振動ジャ
イロの検出感度の向上が達成できなくなる恐れがあっ
た。

【０００８】そこで、本発明においては、音叉振動の振
幅を増大させることができる音叉型振動子、および、そ
の音叉型振動子を用いることにより、検出感度を向上さ
せることが可能な振動ジャイロを提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明においては、一対の腕部が連結部を介して一
体に形成されてなる振動体を備える音叉型振動子におい
て、前記一対の腕部に、それぞれ切り溝が設けられるこ
とにより、互いに厚み方向が直交する振動部と検出部と
が形成されたことを特徴とする。

【００１０】また、前記振動体が、恒弾性を有する金属
からなり、前記検出部表面に検出用圧電素子が設けら
れ、前記振動部表面に駆動用圧電素子が設けられたこと
を特徴とする。

【００１１】また、前記振動体が圧電体からなり、前記
検出部表面に検出用電極が設けられ、前記振動部表面に
駆動用電極が設けられたことを特徴とする。

【００１２】また、本発明にかかる振動ジャイロにおい
ては、上述の音叉型振動子を備えたことを特徴とする。

【００１３】本発明にかかる音叉型振動子によれば、振
動体の各部の寸法を調整し、振動部の上部の質量を大き
くすることにより、この上部を、振動部が音叉振動する
際の錘として有効に機能させ、音叉振動の振幅を増大さ
せることができる。これにより、検出部に発生するコリ
オリ力を増大させることができる。また、このような音
叉型振動子を振動ジャイロに搭載することにより、振動
ジャイロの検出感度を向上させることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施例にかかる音
叉型振動子の構成を、図１を用いて説明する。

【００１５】同図において、１は音叉型振動子であり、
振動体１ａを備える。振動体１ａは、エリンバ等の恒弾
性を有する金属材料を成形してなるものであり、第１の
切り溝４ａを介して互いに対向する一対の腕部２ａ、２
ｂおよび腕部２ａ、２ｂを連結する連結部３を備える。

【００１６】また、腕部２ａ、２ｂに跨って、第１の切
り溝４ａに直交する第２の切り溝４ｂが形成され、第２
の切り溝４ｂを境として、一対の検出部５ａ、５ｂおよ
び振動部６ａ、６ｂが形成されている。ここで、検出部
５ａ、５ｂと振動部６ａ、６ｂとは、それぞれ互いに厚
み方向が直交するものである。

【００１７】また、検出部５ａ、５ｂの表面には、厚み
方向に分極された検出用圧電素子７ａ、７ｂが、それぞ
れ接着剤等により接着される。

【００１８】また、振動部６ａ、６ｂは、上部６ａ１、
６ｂ１と下部６ａ２、６ｂ２とからなる。このうち、上
部６ａ１、６ｂ１は、第２の切り溝４ｂの底部より上方
に位置し、第２の切り溝４ｂを介して検出部５ａ、５ｂ
と対向する部分である。また、下部６ａ２、６ｂ２は、
第２の切り溝４ｂの底部より下方で、第１の切り溝４ａ
の底部より上方に位置する部分である。そして、下部６
ａ２、６ｂ２の表面には、厚み方向に分極された駆動用
圧電素子８ａ、８ｂが、それぞれ接着剤等により接着さ
れる。

【００１９】また、連結部３は、腕部２ａ、２ｂのそれ
ぞれにおいて、第２の切り溝４ｂの底部より下方に位置
する部分である。

【００２０】そして、振動体１ａは、底面１ａ１に取り
付けられた金属線９を介してベース（図示せず）に実装
され、中空に支持された状態で用いられる。

【００２１】次に、このように構成される音叉型振動子
１を備えた振動ジャイロの構成を、図２を用いて説明す
る。

【００２２】同図において、２０は振動ジャイロであ
り、音叉型振動子１を備える。ここで、振動体１ａの駆
動用圧電素子８ｂは、増幅回路２１、位相調整回路２２
を介して、駆動用圧電素子８ａに接続され、発振回路が
構成されている。また、検出用圧電素子７ａ、７ｂは、
差動増幅回路２３、検波整流回路２４を介して振動ジャ
イロ２０の出力端ＯＵＴに接続されている。さらに、位
相調整回路２２は、検波整流回路２４に接続されてい
る。

【００２３】このように構成される振動ジャイロ２０に
おいて、駆動用圧電素子８ｂからの帰還信号は、増幅回
路２１で増幅された後、位相調整回路２２で９０度移相
され、駆動信号となり、駆動用圧電素子８ａに印加され
る。また、検出用圧電素子７ａ、７ｂから取り出された
信号は、差動増幅回路２３で差動増幅される。この差動
増幅された信号は、位相調整回路２２から検波整流回路
２４に帰還する帰還信号とともに、検波整流回路２４で
整流され、出力端ＯＵＴから出力される。

【００２４】そして、駆動用圧電素子８ａ、８ｂ、増幅
回路２１および位相調整回路２２からなる発振回路によ
り、振動体１ａの振動部６ａ、６ｂは、図１に矢印Ｐで
示す厚み方向に音叉振動する。このとき、振動体１ａの
長手方向に回転軸を有する角速度ωが加わると、振動体
１ａの腕部２ａ、２ｂに、矢印Ｑで示すように、音叉振
動の方向に対して直交する方向に、コリオリ力が加わ
る。そして、振動体１ａの検出部５ａ、５ｂは、矢印Ｐ
の方向に撓む。検出部５ａ、５ｂが、このように撓むこ
とに伴い、検出用圧電素子７ａ、７ｂも撓むため、検出
用圧電素子７ａ、７ｂに発生する電圧を検出することに
より、撓み量を検出することができる。したがって、振
動ジャイロ２０においては、音叉型振動子１を用い、検
出用圧電素子７ａ、７ｂからの検出信号を検波整流し、
回転角速度を検出するための信号を出力することができ
る。

【００２５】ここで、振動体１ａの振動部６ａ、６ｂが
音叉振動する際、振動部６ａ、６ｂの上方部分ほど振幅
が大きくなるものであり、この振動部６ａ、６ｂの上方
部分を構成する上部６ａ１、６ｂ１は、それぞれ音叉振
動の振幅を増大させるための錘となる。また、振動体１
ａの各部の寸法を調整し、腕部２ａ、２ｂ全体の質量に
おいて、振動部６ａ、６ｂの上部６ａ１、６ｂ１の質量
が占める割合をそれぞれ大きくすることで、上部６ａ
１、６ｂ１を錘として有効に機能させることができる。

【００２６】本実施例においては、振動体１ａの各部の
寸法が、次のように設定されている。

【００２７】振動体１ａの高さ寸法は２０．０ｍｍ、幅
寸法は４．２ｍｍ、奥行き寸法は６．２ｍｍである。ま
た、第１、第２の切り溝４ａ、４ｂの幅寸法は、それぞ
れ０．２ｍｍである。また、第１の切り溝４ａの深さ寸
法、すなわち、腕部２ａ、２ｂの長さ寸法は、それぞれ
１６．０ｍｍであり、第２の切り溝４ｂの深さ寸法、す
なわち、振動部６ａ、６ｂの上部６ａ１、６ｂ１の長さ
寸法は６．０ｍｍである。また、上部６ａ１、６ｂ１の
幅寸法は、それぞれ５．０ｍｍ、厚み寸法は、それぞれ
２．０ｍｍである。

【００２８】振動体１ａにおいては、上述のように、各
部の寸法が設定されることにより、振動部６ａ、６ｂの
上部６ａ１、６ｂ１の質量が、それぞれ腕部２ａ、２ｂ
全体の質量において、大きい割合を占めており、上部６
ａ１、６ｂ１は、振動部６ａ、６ｂの音叉振動の錘とし
て有効に機能する。したがって、音叉振動の振幅が増大
し、検出部５ａ、５ｂに発生するコリオリ力が増大す
る。その結果、音叉型振動子１を備えた振動ジャイロ２
０の検出感度が向上することとなる。

【００２９】次に、本発明の第２の実施例にかかる音叉
型振動子の構成を、図３を用いて説明する。なお、同図
において、図１と同一もしくは相当する部分には同一の
符号を付し、その説明は省略する。また、同図の各部の
寸法も、特に記載のあるもの以外は、図１のものと同一
である。

【００３０】図３において、１０は音叉型振動子であ
り、振動体１０ａを備える。この振動体１０ａは、複数
枚のセラミックシートの間に内部電極１５を挟み込んで
積層し、焼成することにより、一体化してなるものであ
る。そして、第１の切り溝４ａを介して互いに対向する
腕部２ａ、２ｂ、および腕部２ａ、２ｂを連結する連結
部３を備える。また、第２の切り溝４ｂを境として、一
対の検出部５ａ、５ｂおよび振動部６ａ、６ｂが形成さ
れている。ここで、検出部５ａ、５ｂと振動部６ａ、６
ｂとは、それぞれ互いに厚み方向が直交するものであ
る。

【００３１】また、検出部５ａ、５ｂは、それぞれ厚み
方向に分極され、検出部５ａ、５ｂの各表面には、それ
ぞれ検出用電極１１ａ、１１ｂが形成される。この電極
１１ａ、１１ｂは、振動体１０ａの底面１０ａ３近傍ま
で延在する引出電極１２ａ、１２ｂに、それぞれ接続さ
れる。

【００３２】一方、振動部６ａ、６ｂは、厚み方向に直
交する方向、すなわち、検出部５ａ、５ｂの分極方向と
同じ方向に分極される。また、振動部６ａ、６ｂは、上
部６ａ１、６ｂ１と下部６ａ２、６ｂ２とからなり、下
部６ａ２、６ｂ２には、駆動用電極１３ａ、１３ｂが形
成される。駆動用電極１３ａ、１３ｂは、それぞれ振動
体１０ａの両端面１０ａ１、１０ａ２の第１の切り溝４
ａの底部近傍に円形に形成され、それぞれ、振動体１０
ａの底面１０ａ３近傍まで延在する引出電極１４ａ、１
４ｂに接続される。

【００３３】また、内部電極１５は、振動体１０ａの一
方の端面１０ａ１近傍に配置される。

【００３４】そして、振動体１０ａは、底面１０ａ３に
取り付けられた金属線９を介してベース（図示せず）に
実装され、中空に支持された状態で用いられる。

【００３５】次に、このように構成される音叉型振動子
１０を用いた振動ジャイロの構成を、図４を用いて説明
する。

【００３６】同図において、３０は振動ジャイロであ
り、音叉型振動子１０を備える。ここで、振動体１０ａ
の底面１０ａ３に露出している内部電極１５の端部は、
基準電圧発生回路Ｓに接続される。また、振動体１０ａ
の駆動用電極１３ｂは、引出電極１４ｂを介して増幅回
路３１に接続される。また、増幅回路３１は位相調整回
路３２に接続され、位相調整回路３２は引出電極１４ａ
を介して、駆動用電極１３ａに接続され、発振回路が構
成される。また、検出用電極１１ａ、１１ｂは、それぞ
れ引出電極１２ａ、１２ｂを介して、オペアンプ３３の
反転入力端および非反転入力端に接続される。また、オ
ペアンプ３３は、検波整流回路３４を介して振動ジャイ
ロ３０の出力端ＯＵＴに接続されている。さらに、位相
調整回路３２は、検波整流回路３４に接続されている。

【００３７】このように構成される振動ジャイロ３０に
おいて、駆動用電極１３ｂからの帰還信号は、増幅回路
３１で増幅された後、位相調整回路３２で９０度移相さ
れ、駆動信号となり、駆動用電極１３ａに印加される。
また、検出用電極１１ａ、１１ｂから取り出された信号
は、オペアンプ３３で差動増幅される。この差動増幅さ
れた信号は、位相調整回路３２から検波整流回路３４に
帰還する帰還信号とともに、検波整流回路３４で整流さ
れ、出力端ＯＵＴから出力される。

【００３８】そして、駆動用電極１３ａ、１３ｂ、増幅
回路３１および位相調整回路３２からなる発振回路によ
り、振動体１０ａの振動部６ａ、６ｂが音叉振動する。
このとき、振動体１０ａの長手方向に回転軸を有する角
速度が加わると、コリオリ力により、振動体１０ａの検
出部５ａ、５ｂおよび検出用電極１１ａ、１１ｂが撓む
ため、検出用電極１１ａ、１１ｂに発生する電圧を検出
することにより、撓み量を検出することができる。した
がって、振動ジャイロ３０においては、音叉型振動子１
０を用い、検出用電極１１ａ、１１ｂからの検出信号を
もとに、回転角速度を検出するための信号を出力するこ
とができる。

【００３９】ここで、振動体１０ａにおいては、振動部
６ａ、６ｂの上部６ａ１、６ｂ１の質量が、それぞれ腕
部２ａ、２ｂ全体の質量において、大きい割合を占める
ものとなるように、各部の寸法が調整されている。これ
により、上部６ａ１、６ｂ１が、振動部６ａ、６ｂの音
叉振動の際の錘として有効に機能する。したがって、音
叉振動の振幅が増大し、検出部５ａ、５ｂに発生するコ
リオリ力が増大する。その結果、音叉型振動子１０を備
えた振動ジャイロ３０の検出感度が向上することとな
る。

【００４０】

【発明の効果】本発明にかかる音叉型振動子によれば、
振動体の各部の寸法を調整し、振動部の上部の質量を大
きくすることにより、この上部を、振動部が音叉振動す
る際の錘として有効に機能させ、音叉振動の振幅を増大
させることができる。これにより、検出部に発生するコ
リオリ力を増大させることができる。また、このような
音叉型振動子を振動ジャイロに搭載することにより、振
動ジャイロの検出感度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例にかかる音叉型振動子を
示す斜視図であり、（ａ）は右側面から見たもの、
（ｂ）は左側面から見たものである。

【図２】図１の音叉型振動子を備えた振動ジャイロを示
す模式図である。

【図３】本発明の第２の実施例にかかる音叉型振動子を
示す斜視図であり、（ａ）は右側面から見たもの、
（ｂ）は左側面から見たものである。

【図４】図３の音叉型振動子を備えた振動ジャイロを示
す模式図である。

【図５】従来の音叉型振動子を示す斜視図である。

【符号の説明】

１、１０ 音叉型振動子 １ａ、１０ａ 振動体 ２ａ、２ｂ 腕部 ３ 連結部 ４ａ 第１の切り溝 ４ｂ 第２の切り溝 ５ａ、５ｂ 検出部 ６ａ、６ｂ 振動部 ６ａ１、６ｂ１ 上部 ６ａ２、６ｂ２ 下部 ７ａ、７ｂ 検出用圧電素子 ８ａ、８ｂ 振動用圧電素子 １１ａ、１１ｂ 検出用電極 １３ａ、１３ｂ 振動用電極 ２０、３０ 振動ジャイロ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の腕部が連結部を介して一体に形成
   されてなる振動体を備える音叉型振動子において、前記
   一対の腕部に、それぞれ切り溝が設けられることによ
   り、互いに厚み方向が直交する検出部と振動部とが形成
   されたことを特徴とする音叉型振動子。
2. 【請求項２】 前記振動体が、恒弾性を有する金属から
   なり、前記検出部表面に検出用圧電素子が設けられ、前
   記振動部表面に駆動用圧電素子が設けられたことを特徴
   とする請求項１に記載の音叉型振動子。
3. 【請求項３】 前記振動体が圧電体からなり、 前記検出部表面に検出用電極が設けられ、前記振動部表
   面に駆動用電極が設けられたことを特徴とする請求項１
   に記載の音叉型振動子。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の音叉
   型振動子を備えたことを特徴とする振動ジャイロ。