JPH1183496A - Piezoelectric vibrator and piezoelectric-vibrative angular velocity meter using it - Google Patents

Piezoelectric vibrator and piezoelectric-vibrative angular velocity meter using it

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JPH1183496A
JPH1183496A JP9248212A JP24821297A JPH1183496A JP H1183496 A JPH1183496 A JP H1183496A JP 9248212 A JP9248212 A JP 9248212A JP 24821297 A JP24821297 A JP 24821297A JP H1183496 A JPH1183496 A JP H1183496A
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JP
Japan
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electrodes
polarization
width direction
dominant
longitudinal axis
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Application number
JP9248212A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshitaka Sango
貴敬 三五
Kenichi Muramatsu
研一 村松
Tatsushi Nomura
達士 野村
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric vibrator which has good sensing efficiency for the rotational angular velocity and can be mass-produced at a low cost. SOLUTION: The piezoelectric vibrator 100 is composed of a piezoelectric body in the form of a quadrangular prism so as to sense the rotational angular velocity round the longitudinal axis. In this piezoelectric vibrator 100, a polarization process dominated by the polarized component in the thickness direction is applied to one of the sides across the thickness (oversurface) in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the piezoelectric body while a polarization process deominated by polarization in the width direction is applied to the other side (undersurface), and electrodes 101-106 are formed on two side faces opposing across the thickness (oversurface and undersurface) among the four side faces parallel with the longitudinal axis of the piezoelectric body.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は航空機、船舶、自動
車等のナビゲーションシステムやこれらの姿勢制御等、
或いはスチールカメラ、ビデオカメラの手振れや振動感
知に使用される圧電振動角速度計に使用される圧電体振
動子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to navigation systems for aircraft, ships, automobiles, etc., and attitude control of these systems.
Alternatively, the present invention relates to a piezoelectric vibrator used for a piezoelectric vibrating gyro used for detecting a camera shake or vibration of a still camera or a video camera.

【0002】[0002]

【従来の技術】圧電振動角速度計は、振動状態にある振
動子に対して回転運動に伴う角速度が与えられた場合、
振動方向と角速度の外積という形でコリオリ力が発生
し、振動子の振動方向と直角な方向にコリオリ力による
振動が発生するという現象を利用した角速度計である。
なお、このコリオリの力は次式(1)で示される。
2. Description of the Related Art A piezoelectric vibrating gyro measures a vibrator in a vibrating state when an angular velocity associated with a rotational motion is given.
This is an angular velocity meter that utilizes the phenomenon that Coriolis force is generated in the form of the cross product of the vibration direction and angular velocity, and the Coriolis force generates vibration in a direction perpendicular to the vibration direction of the vibrator.
The Coriolis force is expressed by the following equation (1).

【0003】[0003]

【数1】Fc=2m・(v×Ω) (1) 但し、Fc: コリオリの力、 m : 振動子の質量、 v : 振動子の振動速度 Ω : 回転角速度Fc = 2m · (v × Ω) (1) where Fc: Coriolis force, m: mass of vibrator, v: vibration speed of vibrator Ω: rotational angular speed

【0004】振動角速度計としては、従来より圧電正
(直接)効果、圧電逆効果を利用したGEタイプとワト
ソンタイプの2種類の圧電振動角速度計が良く知られて
いる。
As a vibration angular velocity meter, two types of piezoelectric vibration angular velocity meters of a GE type and a Watson type utilizing a piezoelectric positive (direct) effect and a piezoelectric inverse effect have been well known.

【0005】GEタイプの圧電振動角速度計は図12に
示すように金属(例えば、エリンバ等の恒弾性体)でで
きた棒状の振動子50に圧電セラミックス板51を接着
し、この圧電セラミックス板51により、金属振動子5
0を励振するとともに振動子50の回転に伴い励振方向
と垂直な方向に生じるコリオリ力を検出する。なお、振
動子50の振動モードは無拘束の基本モード横振動であ
り通常は振動の節点において振動子50を基体に固定し
て使用される。
As shown in FIG. 12, a GE type piezoelectric vibration angular velocity meter has a piezoelectric ceramic plate 51 adhered to a rod-shaped vibrator 50 made of metal (for example, a constant elastic body such as an elinvar). The metal oscillator 5
0 is excited, and the Coriolis force generated in a direction perpendicular to the excitation direction with the rotation of the vibrator 50 is detected. The vibration mode of the vibrator 50 is an unconstrained fundamental mode lateral vibration, and the vibrator 50 is usually used by fixing the vibrator 50 to a base at a node of the vibration.

【0006】ワトソンタイプの圧電振動角速度計は、図
13に示すように4枚の圧電セラミックスバイモルフ5
5,56を2枚ずつ互いに直交するように重ねて音叉形
状とし、駆動用の圧電バイモルフ55で音叉全体を励振
し、回転に伴って生じるコリオリの力を検出用バイモル
フ56により検知する。
As shown in FIG. 13, a Watson-type piezoelectric vibration gyro has four piezoelectric ceramic bimorphs 5.
5 and 56 are superposed two by two so as to be orthogonal to each other to form a tuning fork. The entirety of the tuning fork is excited by the driving piezoelectric bimorph 55, and the Coriolis force generated by the rotation is detected by the detection bimorph 56.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】GEタイプの圧電振動
角速度計のように、振動子として金属を用いる場合には
振動子に圧電素子(圧電セラミックス等)を接合する必
要があり、また、ワトソンタイプの圧電振動角速度計の
ように、振動子をバイモルフ型構造にする場合にも圧電
セラミックス同士を接合する必要がある。そのため、振
動子の励振時には、その接着剤も共に振動し検出の効率
を下げたり、温度による接着剤の変化により振動状態が
変化して角速度検出感度の変動を引き起こしたりしてい
た。さらに、これら接合工程を有するタイプでは、振動
子毎に圧電素子を一つ一つ接合して行かなければなら
ず、接合工程が量産時の生産効率を考えるうえでの阻害
要因となるばかりか、個々の振動子の特性のばらつきを
発生させる大きな要因にもなっていた。
When a metal is used as a vibrator as in a GE type piezoelectric vibrating gyro, it is necessary to join a piezoelectric element (piezoelectric ceramic or the like) to the vibrator. When the vibrator has a bimorph structure as in the piezoelectric vibration gyro described above, it is necessary to join the piezoelectric ceramics together. Therefore, when the vibrator is excited, the adhesive also vibrates together to reduce the detection efficiency, and the change in the adhesive due to the temperature changes the vibration state and causes a change in the angular velocity detection sensitivity. Furthermore, in the type having these joining steps, it is necessary to join the piezoelectric elements one by one for each vibrator, and not only the joining step becomes a hindrance factor in considering the production efficiency at the time of mass production, This is also a major factor in causing variations in the characteristics of the individual vibrators.

【0008】特に構造が簡単で小型化に適したGEタイ
プの圧電振動角速度計では、最近になって三角柱の金属
振動子を用いるもの、円柱状の圧電セラミックスを振動
子として用いるもの等が開発されているが、三角柱状の
金属振動子を用い、その側面に圧電素子を接着するもの
は上記問題点に加えてさらに振動子量産時の製造工程に
も複雑化を招いており、また、円柱状の圧電セラミック
ス振動子を用いる場合は円柱状側面にロールタイプの印
刷機等を用いて電極形成をし、その後に個別に分極処理
を行なわなければならない等、電極形成や分極処理にお
ける困難性が量産時の生産効率を悪くしており、共に安
価に振動子を製作することにおいて問題点を有するもの
であった。特に、円柱状の圧電セラミックスに電極を形
成したものは電極形成後分極処理できる範囲が少なく、
その結果検出効率が悪くなるという欠点もあった。
In particular, GE type piezoelectric vibrating gyros which have a simple structure and are suitable for miniaturization have recently been developed, for example, those using a triangular prism metal vibrator and those using cylindrical piezoelectric ceramics as vibrators. However, in the case of using a triangular prism-shaped metal vibrator and bonding a piezoelectric element to the side surface thereof, in addition to the above-mentioned problems, the manufacturing process at the time of mass production of the vibrator is further complicated, When using a piezoelectric ceramic vibrator, it is necessary to form electrodes on the cylindrical side using a roll-type printing machine, etc., and then separately perform polarization processing. In this case, the production efficiency at the time is deteriorated, and both have a problem in manufacturing a vibrator at low cost. In particular, those formed with electrodes on cylindrical piezoelectric ceramics have a small range in which the polarization process can be performed after the electrodes are formed,
As a result, there is a disadvantage that the detection efficiency is deteriorated.

【0009】本発明は、上記のような従来の圧電振動角
速度計用振動子の量産上、特性上の欠点を改良し、回転
角速度の検出効率が良好であり、なおかつ低コストで量
産できる圧電体振動子を提供することを目的とするもの
である。
According to the present invention, there is provided a piezoelectric vibrator which improves mass production and characteristics of the conventional vibrator for a piezoelectric vibrating gyro as described above, has good rotational angular velocity detection efficiency, and can be mass-produced at low cost. It is an object to provide a vibrator.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】このような目的達成のた
め、本発明においては、四角柱状の圧電体により構成さ
れて長手方向軸まわりの回転角速度を検出する圧電振動
子において、圧電体の長手方向軸に直角な面内における
厚さ方向一方の側に厚さ方向の分極成分が支配的となる
分極処理が施され、他方の側に幅方向の分極が支配的と
なる分極処理が施され、この圧電体における長手方向軸
と平行な四つの側面のうちの厚さ方向に対向する二つの
対向側面に電極が形成されて圧電振動子が構成される。
In order to achieve the above object, the present invention relates to a piezoelectric vibrator which is constituted by a quadrangular prism-shaped piezoelectric body and detects a rotational angular velocity about a longitudinal axis. A polarization process in which the polarization component in the thickness direction is dominant is performed on one side in the thickness direction in a plane perpendicular to the direction axis, and a polarization process in which the polarization in the width direction is dominant is performed on the other side. Electrodes are formed on two opposing side surfaces in the thickness direction of the four side surfaces parallel to the longitudinal axis of the piezoelectric body to form a piezoelectric vibrator.

【0011】この電極としては、二つの対向側面のう
ち、幅方向の分極が支配的な側の側面に、長手方向軸と
平行に延びるとともに幅方向に対称な一対の駆動信号入
力用電極を離間形成し、且つこれら一対の駆動信号入力
用電極の間において幅方向中央を長手方向軸と平行に延
びる駆動用基準電極を形成し、二つの対向側面のうち、
厚さ方向の分極が支配的な側の側面に、長手方向軸と平
行に延びるとともに幅方向に対称な一対のコリオリ信号
検出用兼フィードバック用電極を離間形成し、且つこれ
ら一対のコリオリ信号検出用兼フィードバック用電極の
間において幅方向中央を長手方向軸と平行に延びる基準
電極を形成するものがある。
As this electrode, a pair of drive signal input electrodes extending parallel to the longitudinal axis and symmetrical in the width direction are separated from the two opposing side surfaces on the side where polarization in the width direction is dominant. And forming a drive reference electrode extending in the center in the width direction in parallel with the longitudinal axis between the pair of drive signal input electrodes, and among the two opposing side surfaces,
A pair of Coriolis signal detection and feedback electrodes extending parallel to the longitudinal axis and symmetric in the width direction are formed on the side surface on the side where polarization in the thickness direction is dominant, and these pair of Coriolis signal detection electrodes In some cases, a reference electrode is formed between the electrodes for feedback and extends in the center in the width direction in parallel with the longitudinal axis.

【0012】別の電極例として、二つの対向側面のう
ち、幅方向の分極が支配的な側の側面に、長手方向軸と
平行に延びるとともに幅方向に対称な一対の駆動用基準
電極を離間形成し、且つこれら一対の駆動用基準電極の
間において幅方向中央を長手方向軸と平行に延びる駆動
信号入力用電極を形成し、二つの対向側面のうち、厚さ
方向の分極が支配的な側の側面に、長手方向軸と平行に
延びるとともに幅方向に対称な一対のコリオリ信号検出
用兼フィードバック用電極を離間形成し、且つこれら一
対のコリオリ信号検出用兼フィードバック用電極の間に
おいて幅方向中央を長手方向軸と平行に延びる基準電極
を形成したものがある。
As another electrode example, a pair of drive reference electrodes extending parallel to the longitudinal axis and symmetrical in the width direction are separated from the two opposing side surfaces on the side where polarization in the width direction is dominant. And forming a drive signal input electrode extending in the center in the width direction in parallel with the longitudinal axis between the pair of drive reference electrodes, and in the two opposing side surfaces, the polarization in the thickness direction is dominant. A pair of Coriolis signal detection and feedback electrodes extending parallel to the longitudinal axis and symmetric in the width direction are formed on the side surface on the side, and a pair of Coriolis signal detection and feedback electrodes are formed in the width direction between the pair of Coriolis signal detection and feedback electrodes. In some cases, a reference electrode is formed extending in the center parallel to the longitudinal axis.

【0013】このような振動子の分極処理としては、幅
方向の分極が支配的な側の側面に形成された三つの電極
のうちの中央の電極から、厚さ方向の分極が支配的な側
の側面に形成された三つの電極に向かって扇形に広がっ
て厚さ方向に延びる分極と、幅方向の分極が支配的な領
域において、幅方向の分極が支配的な側の側面に形成さ
れた三つの電極のうちの中央の電極から左右の電極に向
かって幅方向に延びる分極とを設けるものがある。
[0013] As such a polarization treatment of the vibrator, the polarization in the thickness direction is shifted from the center electrode of the three electrodes formed on the side surface on the side where polarization in the width direction is dominant. In the region where polarization in the width direction is dominant and in the region where polarization in the width direction is dominant, the polarization spreads in a fan shape toward the three electrodes formed on the side surface of Some of the three electrodes are provided with polarization extending in the width direction from the center electrode to the left and right electrodes.

【0014】また、別の分極処理として、幅方向の分極
が支配的な側の側面に形成された三つの電極のうちの左
右電極から、厚さ方向の分極が支配的な側の側面に形成
された三つの電極に向かって扇形に広がって厚さ方向に
延びる分極と、幅方向の分極が支配的な領域において、
幅方向の分極が支配的な側の側面に形成された三つの電
極のうちの左右の電極から中央の電極に向かって幅方向
に延びる分極とを設けるものがある。
Further, as another polarization treatment, the left and right electrodes of the three electrodes formed on the side surface on which the polarization in the width direction is dominant are formed on the side surface on the side on which the polarization in the thickness direction is dominant. In the region where the polarization spreading in the thickness direction and spreading in the direction of a fan toward the three electrodes, and the polarization in the width direction is dominant,
Some of the three electrodes formed on the side surface where the polarization in the width direction is dominant have polarizations extending in the width direction from the left and right electrodes to the center electrode.

【0015】上記のような構成の圧電振動子を用いて圧
電振動角速度計を構成する場合には、駆動信号入力用電
極に駆動交流信号を印加して圧電振動子を厚さ方向に屈
曲振動させる励振駆動回路と、一対のコリオリ信号検出
用兼フィードバック用電極からの出力信号の差を検出し
てコリオリ信号を検出するコリオリ信号検出回路とを備
えてなるものがある。
When a piezoelectric vibrating gyro is constructed using the piezoelectric vibrator having the above structure, a driving AC signal is applied to a driving signal input electrode to cause the piezoelectric vibrator to flexurally vibrate in the thickness direction. Some include an excitation drive circuit and a Coriolis signal detection circuit that detects a difference between output signals from a pair of Coriolis signal detection and feedback electrodes to detect a Coriolis signal.

【0016】一方、二つの対向側面のうち、厚さ方向の
分極が支配的な側の側面に、長手方向軸と平行に延びる
とともに幅方向に対称な一対の駆動信号入力用電極を離
間形成し、且つこれら一対の駆動信号入力用電極の間に
おいて幅方向中央を長手方向軸と平行に延びる駆動用基
準電極を形成し、二つの対向側面のうち、幅方向の分極
が支配的な側の側面に、長手方向軸と平行に延びるとと
もに幅方向に対称な一対のコリオリ信号検出用兼フィー
ドバック用電極を離間形成し、且つこれら一対のコリオ
リ信号検出用兼フィードバック用電極の間において幅方
向中央を長手方向軸と平行に延びる基準電極を形成して
圧電振動子を構成することもできる。
On the other hand, a pair of drive signal input electrodes extending parallel to the longitudinal axis and symmetrical in the width direction are formed on the side of the two opposing side surfaces on the side where polarization in the thickness direction is dominant. A drive reference electrode is formed between the pair of drive signal input electrodes so as to extend in the center in the width direction in parallel with the longitudinal axis, and a side surface of the two opposed side surfaces on which the polarization in the width direction is dominant. A pair of Coriolis signal detection and feedback electrodes extending parallel to the longitudinal axis and symmetrical in the width direction are separated from each other, and the center in the width direction is longitudinally formed between the pair of Coriolis signal detection and feedback electrodes. A piezoelectric vibrator can also be formed by forming a reference electrode extending parallel to the direction axis.

【0017】このような構成の圧電振動子を用いて圧電
振動角速度計を構成するときには、駆動信号入力用電極
に駆動交流信号を印加して圧電振動子を幅方向に屈曲振
動させる励振駆動回路と、一対のコリオリ信号検出用兼
フィードバック用電極からの出力信号の差を検出してコ
リオリ信号を検出するコリオリ信号検出回路とが用いら
れる。
When a piezoelectric vibrating gyro is constructed using such a piezoelectric vibrator, an excitation drive circuit for applying a drive AC signal to a drive signal input electrode to flexurally vibrate the piezoelectric vibrator in the width direction is provided. And a Coriolis signal detection circuit that detects a difference between output signals from a pair of Coriolis signal detection and feedback electrodes to detect a Coriolis signal.

【0018】また、二つの対向側面のうちにおける、幅
方向の分極が支配的な側の側面に、長手方向軸と平行に
延びるとともに幅方向に離間して駆動信号入力用電極兼
フィードバック用基準電極およびフィードバック用電極
兼駆動用基準電極を形成し、二つの対向側面のうち、厚
さ方向の分極が支配的な側の側面に、長手方向軸と平行
に延びるとともに幅方向に対称な一対のコリオリ信号検
出用電極を離間形成し、且つこれら一対のコリオリ信号
検出用電極の間において幅方向中央を長手方向軸と平行
に延びるコリオリ検出用基準電極を形成して、圧電振動
を構成することもできる。
A drive signal input electrode and a feedback reference electrode extend parallel to the longitudinal axis and are spaced apart in the width direction on the side surface of the two opposing side surfaces on the side where polarization in the width direction is dominant. A pair of Coriolis extending parallel to the longitudinal axis and symmetrical in the width direction are formed on the side of the two opposing side surfaces on which the polarization in the thickness direction is dominant. It is also possible to form a piezoelectric vibration by forming the signal detection electrodes apart and forming a Coriolis detection reference electrode extending in the center in the width direction parallel to the longitudinal axis between the pair of Coriolis signal detection electrodes. .

【0019】このような構成の圧電振動子を用いて圧電
振動角速度計を構成するときには、駆動信号入力用電極
兼フィードバック用基準電極に駆動交流信号を印加して
圧電振動子を厚さ方向に屈曲振動させる励振駆動回路
と、一対のコリオリ信号検出用電極からの出力信号の差
を検出してコリオリ信号を検出するコリオリ信号検出回
路とが用いられる。
When a piezoelectric vibrating gyro is constructed using such a piezoelectric vibrator, a driving AC signal is applied to a driving signal input electrode and a feedback reference electrode to bend the piezoelectric vibrator in the thickness direction. An excitation drive circuit that vibrates and a Coriolis signal detection circuit that detects a difference between output signals from a pair of Coriolis signal detection electrodes to detect a Coriolis signal are used.

【0020】さらに、二つの対向側面のうち、幅方向の
分極が支配的な側の側面に、長手方向軸と平行に延びる
とともに幅方向に対称な一対のコリオリ信号検出用電極
を離間形成し、且つこれら一対のコリオリ信号検出用電
極の間において幅方向中央を長手方向軸と平行に延びる
コリオリ検出用基準電極を形成し、二つの対向側面のう
ち、厚さ方向の分極が支配的な側の側面に、長手方向軸
と平行に延びるとともに幅方向に離間して駆動信号入力
用電極兼フィードバック用基準電極およびフィードバッ
ク用電極兼駆動用基準電極を形成して圧電振動子を構成
することもできる。
Further, a pair of Coriolis signal detection electrodes extending parallel to the longitudinal axis and symmetric in the width direction are formed on the side surface of the two opposing side surfaces on the side where the polarization in the width direction is dominant, Further, a Coriolis detection reference electrode extending in the center in the width direction in parallel with the longitudinal axis is formed between the pair of Coriolis signal detection electrodes, and of the two opposing side surfaces, the polarization direction in the thickness direction is the dominant side. A piezoelectric vibrator may be formed by forming a drive signal input electrode / feedback reference electrode and a feedback electrode / drive reference electrode on the side surface so as to extend in parallel with the longitudinal axis and be spaced apart in the width direction.

【0021】このような構成の圧電振動子を用いて圧電
振動角速度計を構成するときには、駆動信号入力用電極
兼フィードバック用基準電極に駆動交流信号を印加して
圧電振動子を幅方向に屈曲振動させる励振駆動回路と、
一対のコリオリ信号検出用電極からの出力信号の差を検
出してコリオリ信号を検出するコリオリ信号検出回路と
が用いられる。
When a piezoelectric vibrating gyro is constructed using such a piezoelectric vibrator, a driving AC signal is applied to the driving signal input electrode and the feedback reference electrode to cause the piezoelectric vibrator to flexurally vibrate in the width direction. An excitation drive circuit for
A Coriolis signal detection circuit for detecting a Coriolis signal by detecting a difference between output signals from a pair of Coriolis signal detection electrodes is used.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の好ま
しい実施形態について説明する。上述のように、本発明
の振動子は、圧電効果による電気−機械エネルギー変換
および機械−電気エネルギー変換の両方を用いるもので
あり、交流電荷を印加して一次の屈曲共振振動を励振
し、それによる振動子の振動速度vと加えられた角速度
Ωに比例して発生するコリオリ力Fを、コリオリ力Fに
よって励振される一次の屈曲共振振動による発生電荷を
測定することによって評価するものである。そこでま
ず、この基本動作原理を以下に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. As described above, the vibrator of the present invention uses both electro-mechanical energy conversion and mechanical-electrical energy conversion by the piezoelectric effect, and applies an AC charge to excite primary bending resonance vibration. The Coriolis force F generated in proportion to the vibration velocity v of the vibrator and the applied angular velocity Ω is evaluated by measuring the charge generated by the primary bending resonance vibration excited by the Coriolis force F. Therefore, first, the basic operation principle will be described below.

【0023】図5は、本発明の好ましい実施形態に係る
圧電振動ジャイロとしての動作原理を示す図であり、い
ずれも振動子の長手方向から見た断面図である。この振
動子では厚さ方向に分極がなされ、上面に三つの電極が
設けられる。ここで、図5(a)に示されるように、電
極間方向の電界のみを考えると、分極方向と電界方向は
直交するため、期待できる圧電効果は振動子の軸まわり
でのせん断変形のみであり、振動子の屈曲変形は期待で
きない。ところが、実際には真ん中の電極を基準電極と
して左右の電極に逆位相の交流電界を印加することによ
り、振動子に横方向の屈曲振動が発生することが確認さ
れた。
FIG. 5 is a view showing the principle of operation as a piezoelectric vibrating gyroscope according to a preferred embodiment of the present invention, and all are cross-sectional views of the vibrator viewed from the longitudinal direction. In this vibrator, polarization is made in the thickness direction, and three electrodes are provided on the upper surface. Here, as shown in FIG. 5 (a), considering only the electric field in the direction between the electrodes, the polarization direction is orthogonal to the direction of the electric field, and the expected piezoelectric effect is only shear deformation around the axis of the vibrator. Therefore, bending deformation of the vibrator cannot be expected. However, it was confirmed that lateral bending vibration was actually generated in the vibrator by applying an AC electric field of opposite phase to the left and right electrodes using the middle electrode as a reference electrode.

【0024】図5(b)では、横方向の屈曲振動の原理
を説明している。上面の三つの電極のうち、真ん中のも
のを基準電極として、左側の電極に負の電圧を、右側の
電極に正の電圧を印加した場合、電界は図に示されると
おり、圧電体の内部に回り込むように発生する。このと
き、中心より右側の部分において分極方向への伸びが発
生し、左側の部分において分極方向への縮みが発生す
る。このため、全体として振動子の断面は、右側部分が
分極方向に伸び、左側部分が分極方向に縮むこととな
る。これにより、振動子の長手方向に対しては、右側で
は縮み、左側では伸び、振動子は中央に対して前後端部
が右側に向かって屈曲変形する。
FIG. 5B illustrates the principle of lateral bending vibration. When a negative voltage is applied to the left electrode and a positive voltage is applied to the right electrode using the middle electrode as the reference electrode among the three electrodes on the upper surface, an electric field is generated inside the piezoelectric body as shown in the figure. Occurs around. At this time, elongation in the polarization direction occurs at a portion on the right side of the center, and contraction in the polarization direction occurs on a left portion. Therefore, as a whole, the cross section of the vibrator is such that the right portion extends in the polarization direction and the left portion contracts in the polarization direction. As a result, with respect to the longitudinal direction of the vibrator, the vibrator contracts on the right side and expands on the left side, and the vibrator bends at its front and rear ends toward the right with respect to the center.

【0025】したがって、左右の電極に、逆相の交流電
圧を、振動子の横方向の一次の屈曲振動の共振周波数f
0 で入力すると、圧電体振動子の横方向の一次の屈曲共
振振動が励振されることになる。このことは、上記のよ
うな電気−機械エネルギー変換(圧電逆効果)だけでは
なく、機械−電気エネルギー変換(圧電正効果)による
電荷の発生についても同様のことが言える。つまり、振
動子が右側に向かって屈曲変形すると、振動子の長手方
向に対しては、断面の左側で伸びが発生するとともに右
側では縮みが発生するため、分極方向においては、左側
で縮みが発生して右側で伸びが発生する。このため、振
動子上面の三つの電極のうちの真ん中のものを基準電極
とした場合、電界は図に示されるとおり左右非対称に発
生し、左側の電極には負の電荷が発生し、右側の電極に
は正の電荷が発生する。従って、振動子が横方向に屈曲
振動しているときには、左右の電極に逆相の交流電荷が
発生することになる。
Therefore, an alternating voltage of opposite phase is applied to the left and right electrodes, and the resonance frequency f of the primary bending vibration in the lateral direction of the vibrator.
When input as 0, primary bending resonance vibration in the lateral direction of the piezoelectric vibrator is excited. This applies not only to the above-described electromechanical energy conversion (piezoelectric effect) but also to the generation of electric charge by mechanical-electric energy conversion (positive piezoelectric effect). In other words, when the vibrator bends toward the right side, elongation occurs on the left side of the cross section and contraction occurs on the right side in the longitudinal direction of the vibrator, so that shrinkage occurs on the left side in the polarization direction. Then elongation occurs on the right side. For this reason, when the middle one of the three electrodes on the upper surface of the vibrator is used as the reference electrode, the electric field is generated asymmetrically as shown in the figure, a negative charge is generated in the left electrode, and a negative charge is generated in the right electrode. A positive charge is generated at the electrode. Therefore, when the vibrator is bending and vibrating in the lateral direction, alternating charges of opposite phases are generated in the left and right electrodes.

【0026】このように振動子を構成した場合には、図
5(c)に示すように分極方向に沿って電極を配置する
通常の構成に比較して、屈曲共振振動を励振駆動すると
きの駆動効率が優れるとともに、振動の振幅量を検出す
るとこの検出効率も優れていることが実験的に確認され
ている。また、この方法は、横方向の振動の駆動、検出
に対してのみ有効であって、縦方向の振動に対しては、
駆動、検出ともに不活性であるため、横方向の振動のみ
を独立に扱うことができる。
When the vibrator is configured as described above, compared with a normal configuration in which the electrodes are arranged along the polarization direction as shown in FIG. It has been experimentally confirmed that the driving efficiency is excellent and the detection efficiency is also excellent when the amplitude of vibration is detected. Also, this method is effective only for driving and detecting horizontal vibration, and for vertical vibration,
Since both driving and detection are inactive, only lateral vibration can be handled independently.

【0027】ここで本発明に係る第1実施形態としての
圧電体振動子を図1、図2および図3(a)に示し、こ
の圧電体振動子を用いて圧電振動角速度計を構成する信
号処理回路を図4に示している。この圧電体振動子10
0は、図1および図3(a)に矢印で分極方向を示すよ
うに、幅方向の分極成分の支配的な領域(下部領域)
と、厚さ方向の分極成分の支配的な領域(上部領域)と
を持つように分極処理が施された四角柱状の圧電体から
構成され、その相対する二つの面(図における上下面)
に、それぞれ3個ずつ、計6個の電極を持っている。駆
動を行う側の面(図における下面)には、駆動信号入力
用電極104,106と、駆動用基準電極105の3枚
の電極があり、反対側の面(図における上面)には、コ
リオリ信号検出用兼フィードバック用電極101,10
3と、基準電極102の3枚の電極がある。
Here, a piezoelectric vibrator according to a first embodiment of the present invention is shown in FIGS. 1, 2 and 3A, and a signal constituting a piezoelectric vibration angular velocity meter using this piezoelectric vibrator. The processing circuit is shown in FIG. This piezoelectric vibrator 10
0 indicates a region where the polarization component is dominant in the width direction (lower region), as indicated by an arrow in FIG. 1 and FIG.
And a quadrangular prism-shaped piezoelectric body that has been subjected to polarization processing so as to have a region in which the polarization component is dominant in the thickness direction (upper region), and two opposing surfaces (upper and lower surfaces in the figure)
Each has three electrodes, three in total. The surface on which the drive is performed (the lower surface in the figure) has three electrodes of drive signal input electrodes 104 and 106 and the drive reference electrode 105, and the opposite surface (the upper surface in the figure) has Coriolis. Signal detection and feedback electrodes 101 and 10
3 and a reference electrode 102.

【0028】この振動子は、幅方向の分極が支配的な駆
動用電極側の部分により縦方向屈曲振動である駆動振動
を励振し、厚さ方向の分極が支配的な検出用電極側の部
分により横方向の屈曲振動であるコリオリ振動の検出を
行うものである。これにより、本振動子は、コリオリ力
の検出において、従来の方法に比べ、効率の高い検出を
行うことができる。
In this vibrator, the drive vibration which is bending vibration in the longitudinal direction is excited by the drive electrode side portion where the polarization in the width direction is dominant, and the portion on the detection electrode side where the polarization in the thickness direction is dominant. Is used to detect Coriolis vibration, which is bending vibration in the lateral direction. Thus, the present vibrator can detect Coriolis force more efficiently than the conventional method.

【0029】図4に示すように、コリオリ信号検出用兼
フィードバック用電極101,103はそれぞれ、オペ
アンプ1a,1bの−(マイナス)入力端子に接続され
る。また、−入力端子は、帰還抵抗を介してそれぞれの
オペアンプの出力端子に接続されており、それぞれのオ
ペアンプの+出力端子は基準電位に接続されている。す
なわち、コリオリ信号検出用兼フィードバック用電極1
01,103は仮想接地されており、この構成により公
知の電流電圧変換器1が構成されている。また、本実施
例では、帰還抵抗と並列にコンデンサを接続することに
よってオペアンプの発振を防止している。
As shown in FIG. 4, the electrodes 101 and 103 for Coriolis signal detection and feedback are connected to the-(minus) input terminals of the operational amplifiers 1a and 1b, respectively. The negative input terminal is connected to the output terminal of each operational amplifier via a feedback resistor, and the positive output terminal of each operational amplifier is connected to a reference potential. That is, the Coriolis signal detection and feedback electrode 1
01 and 103 are virtually grounded, and this configuration constitutes a known current-voltage converter 1. In this embodiment, the oscillation of the operational amplifier is prevented by connecting a capacitor in parallel with the feedback resistor.

【0030】ここで、振動子を励振振動させるための駆
動信号を発生する信号発生回路6から駆動信号入力用の
電極104,106に同相の交流電圧を、振動子の縦方
向の一次の屈曲振動の共振周波数f0 で入力することに
より、振動子に縦方向の屈曲共振振動を励振させること
ができる。これにより、反対側の面のコリオリ信号検出
用兼フィードバック用電極101,103に圧電正効果
による同相の交流電荷(電流)が発生する。これは、厚
さ方向に斜めに向かう分極の幅方向の成分による圧電正
効果である。よって、電流電圧変換器からは、励振に伴
う同相の励振電圧が出力される。
Here, an in-phase AC voltage is applied to the drive signal input electrodes 104 and 106 from the signal generation circuit 6 for generating a drive signal for exciting and vibrating the vibrator, and the primary bending vibration of the vibrator in the longitudinal direction is applied. By inputting at the resonance frequency f0, the vibrator can be excited in the bending resonance vibration in the vertical direction. Accordingly, in-phase AC charges (currents) are generated in the Coriolis signal detection / feedback electrodes 101 and 103 on the opposite surface by the piezoelectric positive effect. This is a positive piezoelectric effect due to the component in the width direction of the polarization oblique to the thickness direction. Therefore, the in-phase excitation voltage accompanying the excitation is output from the current-voltage converter.

【0031】これら二つの電流電圧変換器は、それぞれ
の和をとる和動回路2及び差をとる差動回路20と接続
されている。和動回路はその出力位相をシフトさせる移
相器3に接続され、移相器3の出力はある規定電圧と比
較するための比較器4に接続され、比較器4はその出力
からモニター信号を発生させるモニター信号発生回路5
に接続され、モニター信号を信号発生回路6に正帰還す
ることによって、振動子は自励振駆動する。
These two current-to-voltage converters are connected to a summing circuit 2 for taking their sum and a differential circuit 20 for taking their difference. The summing circuit is connected to a phase shifter 3 for shifting its output phase, and the output of the phase shifter 3 is connected to a comparator 4 for comparing with a specified voltage, and the comparator 4 outputs a monitor signal from the output. Monitor signal generation circuit 5 to generate
The oscillator is driven by self-excitation by positively feeding back the monitor signal to the signal generating circuit 6.

【0032】比較器4は、例えばオープンコレクタ形式
のコンパレータ4aからなり、コンパレータの−入力端
子には移相器3の出力が接続され、+入力端子には規定
電圧を入力する。また、コンパレータ4aの出力端子に
は抵抗器5aが接続されている。抵抗器5aの他端に
は、抵抗器5aよりおよそ一桁大きい抵抗値を有する抵
抗器5bが直列接続されており、抵抗器5bの他端はプ
ルアップされている。また、抵抗器5bと並列に適切な
容量のコンデンサ5cが接続されている。これら抵抗器
5a,5bおよびコンデンサ5cから構成される部分が
モニター信号発生回路5である。
The comparator 4 is composed of, for example, an open collector type comparator 4a. The output of the phase shifter 3 is connected to the-input terminal of the comparator, and the specified voltage is input to the + input terminal. A resistor 5a is connected to an output terminal of the comparator 4a. The other end of the resistor 5a is connected in series with a resistor 5b having a resistance value approximately one digit larger than that of the resistor 5a, and the other end of the resistor 5b is pulled up. Further, a capacitor 5c having an appropriate capacity is connected in parallel with the resistor 5b. The portion composed of the resistors 5a and 5b and the capacitor 5c is the monitor signal generation circuit 5.

【0033】比較器4は規定電圧よりも移相器の出力が
大きいときにLOWとなり、小さいときにHIGHとな
るが、コンデンサ5cの効果により、HIGHのレベル
は、移相器3の出力が規定電圧よりも大きければ大きい
ほど小さくなる。そして、モニター信号発生回路5は、
やはりコンデンサの効果により、比較器の出力を積分す
るため平滑化されたモニター信号を出力する。このた
め、モニター信号のレベルは、規定電圧よりも移相器の
出力が大きければ大きいほど小さくなる。このモニター
信号は信号発生回路6aに入力される。
The comparator 4 becomes LOW when the output of the phase shifter is higher than the specified voltage, and becomes HIGH when the output is lower than the specified voltage. However, the output of the phase shifter 3 determines the HIGH level due to the effect of the capacitor 5c. The higher the voltage, the lower the voltage. Then, the monitor signal generation circuit 5
Again, due to the effect of the capacitor, a smoothed monitor signal is output to integrate the output of the comparator. For this reason, the level of the monitor signal becomes smaller as the output of the phase shifter becomes larger than the specified voltage. This monitor signal is input to the signal generation circuit 6a.

【0034】この信号発生回路6aによって、モニター
信号を振動子の共振周波数でスイッチングし、モニター
信号から矩形波を生成し、その矩形波を積分回路6bで
積分することにより三角波を生成する。ここでも、三角
波のレベルは、規定電圧よりも移相器の出力が大きけれ
ば大きいほど小さくなる。そして、この三角波を振動子
の駆動信号入力用電極104,106に接続し、移相器
3の移相量を最適に設定し、三角波の移相を信号発生回
路6からの信号と同移相になるようにすると、振動子は
横方向に自励振駆動する。
The monitor signal is switched at the resonance frequency of the vibrator by the signal generating circuit 6a, a rectangular wave is generated from the monitor signal, and the rectangular wave is integrated by the integrating circuit 6b to generate a triangular wave. Also in this case, the level of the triangular wave becomes smaller as the output of the phase shifter becomes larger than the specified voltage. Then, this triangular wave is connected to the drive signal input electrodes 104 and 106 of the vibrator, the phase shift amount of the phase shifter 3 is optimally set, and the phase shift of the triangular wave is made the same as the signal from the signal generation circuit 6. Then, the vibrator is self-excitedly driven in the lateral direction.

【0035】この場合、振動子固体間の駆動効率にばら
つきがあったとしても、移相器3の出力を一定にするよ
うに動作するので(駆動効率が悪いものは駆動三角波の
レベルが大きくなり、効率の良いものは駆動三角波のレ
ベルが小さくなることで、移相器の出力が一定になるの
で)、そのばらつきを吸収できる。このように交流信号
をフィードバック信号とすることで振動子を自励振させ
ることができる。
In this case, even if there is a variation in the driving efficiency between the transducers, the operation is performed so as to keep the output of the phase shifter 3 constant. In the case of high efficiency, the output of the phase shifter becomes constant by reducing the level of the driving triangular wave, and the variation can be absorbed. By using the AC signal as the feedback signal, the vibrator can be self-excited.

【0036】また、その他の例として、101,103
からの励振信号の位相と振幅を比較し、駆動用電極10
4,106への駆動電圧の振幅と位相をコントロールす
ることにより、横方向の一次屈曲振動を安定して自励振
駆動するような(一次屈曲共振振動が意図する方向にの
み発生するようにし、それとは直角な方向(コリオリ力
を受ける方向)の成分が発生しないように制御すること
ができる)駆動回路構成も考えられるがここでは図示し
ていない。
As other examples, 101 and 103
The phase and amplitude of the excitation signal from the
By controlling the amplitude and phase of the drive voltage to 4, 106, the primary bending vibration in the lateral direction can be driven stably by self-excited driving (the primary bending resonance vibration is generated only in the intended direction. Can be controlled so that a component in a direction perpendicular to the direction (direction in which Coriolis force is received) is not generated.) A drive circuit configuration is also conceivable but not shown here.

【0037】この一次の屈曲振動は、図1にvで示され
る運動を与えることになる。このとき、圧電体振動子の
長手方向の軸のまわりで回転運動が起こり、図1に示さ
れるように、角速度Ωが与えられると、圧電体振動子に
は、図1にFで示されるような力が作用することにな
る。この力はコリオリ力であり、前述の式(1)で与え
られる。従って、コリオリ力Fを測定することによっ
て、振動子の長手方向のまわりで与えられた回転運動の
各角速度Ωを評価することができる。
This primary bending vibration gives the motion indicated by v in FIG. At this time, a rotational motion occurs around the longitudinal axis of the piezoelectric vibrator, and as shown in FIG. 1, when an angular velocity Ω is given, the piezoelectric vibrator has a shape as shown by F in FIG. Force will act. This force is a Coriolis force, and is given by the above-described equation (1). Therefore, by measuring the Coriolis force F, it is possible to evaluate each angular velocity Ω of the rotational motion given around the longitudinal direction of the vibrator.

【0038】圧電体振動子にかかるコリオリ力Fは、上
記の式(1)からも言えるように、vで表される振動子
の振動の速度の大きさと方向に応じて決定される。本振
動子の場合、一次の屈曲運動をしているため、vの方向
は振動子の両端で同じ方向、中央部で逆方向になる。し
たがって、コリオリ力Fの方向もそれを反映して振動子
の両端で同じ方向、中央部で逆方向をとり、しかもvに
連動して周波数f0 で変動する。そのため、圧電体振動
子はコリオリ力Fによって、vとは垂直面内でも周波数
f0 で一次の屈曲振動が励振されることになる。さら
に、本実施例では、圧電体振動子のv方向の屈曲振動
と、それと垂直なF方向の屈曲振動の共振周波数が等し
くなるように設計することにより、コリオリ力Fによる
屈曲振動も、v方向と同様に共振振動が励振される。
As can be said from the above equation (1), the Coriolis force F applied to the piezoelectric vibrator is determined according to the magnitude and direction of the vibration speed of the vibrator represented by v. In the case of the present vibrator, the direction of v becomes the same direction at both ends of the vibrator and the opposite direction at the center part because of the primary bending motion. Accordingly, the direction of the Coriolis force F also reflects the direction, takes the same direction at both ends of the vibrator and the opposite direction at the center, and fluctuates at the frequency f0 in conjunction with v. Therefore, the piezoelectric vibrator is excited by the Coriolis force F so as to excite the primary bending vibration at the frequency f0 even in the plane perpendicular to v. Furthermore, in the present embodiment, the bending vibration due to the Coriolis force F is also reduced in the v-direction by designing the resonance frequency of the bending vibration of the piezoelectric vibrator in the v-direction and the bending vibration in the F-direction perpendicular thereto to be equal. In the same manner as described above, the resonance vibration is excited.

【0039】従って、このコリオリ力Fによる一次の屈
曲共振振動の大きさを評価することが、与えられた角速
度Ωを評価することになる。この屈曲振動の大きさの評
価には、圧電体振動子の圧電効果が利用される。つま
り、コリオリ力Fの大きさは、それによる振動子の屈曲
振動によって発生する応力誘起電荷の測定によって決定
される。
Therefore, evaluating the magnitude of the primary flexural resonance vibration due to the Coriolis force F evaluates the given angular velocity Ω. To evaluate the magnitude of the bending vibration, the piezoelectric effect of the piezoelectric vibrator is used. That is, the magnitude of the Coriolis force F is determined by measuring the stress-induced charge generated by the bending vibration of the vibrator.

【0040】コリオリ力Fcによる発生電荷の検出は、
図5(a)の原理によって行う。コリオリ力による屈曲
振動は、駆動による屈曲振動の方向と直角な方向である
横方向に起こるため、二枚のコリオリ信号検出用兼フィ
ードバック用電極101,103に逆相の交流電圧が発
生することになる。これらは大きさが同じで逆相のコリ
オリ信号であるため、電極101,103からの信号の
差をとってやることで、逆位相であるコリオリ信号を全
て取り出すことができるとともに、同位相である駆動励
振の励振信号をキャンセルすることができる。逆に、電
極101,103からの信号の和をとってやることで、
逆位相であるコリオリ信号を全てキャンセルし、同位相
である駆動励振の励振信号のみを取り出すことができ
る。
The detection of the charge generated by the Coriolis force Fc is as follows.
This is performed according to the principle shown in FIG. Since the bending vibration due to the Coriolis force occurs in a lateral direction that is perpendicular to the direction of the bending vibration due to the driving, an alternating-phase AC voltage is generated in the two Coriolis signal detection and feedback electrodes 101 and 103. Become. Since these are Coriolis signals of the same magnitude and opposite phases, by taking the difference between the signals from the electrodes 101 and 103, all Coriolis signals having the opposite phases can be extracted and have the same phase. The excitation signal of the drive excitation can be canceled. Conversely, by taking the sum of the signals from the electrodes 101 and 103,
It is possible to cancel all Coriolis signals having the opposite phase, and extract only the excitation signal of the drive excitation having the same phase.

【0041】実際には、差動回路20によって電流電圧
変換器の出力の差をとることにより逆相のコリオリ交流
電流信号のみを取り出し、さらにそれを同期検波回路3
0により同期検波することで回転角速度に応じた交流電
流信号を直流電圧信号に変換する。このとき、同期検波
のタイミングは、位相回路60によってコリオリ信号と
同位相にする。さらに、レベルの低い直流電圧信号をア
ンプ40によって増幅し、フィルター50によって不要
な周波数のノイズをカットすることで、S/N比の良い
信号を取り出すことができ、角速度の検出精度を向上さ
せることができる。
In practice, by taking the difference between the outputs of the current-to-voltage converters by means of the differential circuit 20, only the Coriolis AC current signal of the opposite phase is taken out,
By performing synchronous detection using 0, an AC current signal corresponding to the rotational angular velocity is converted into a DC voltage signal. At this time, the synchronous detection timing is set to the same phase as the Coriolis signal by the phase circuit 60. Further, by amplifying a low-level DC voltage signal by the amplifier 40 and cutting out noise of unnecessary frequencies by the filter 50, a signal having a good S / N ratio can be taken out, and the accuracy of detecting angular velocity can be improved. Can be.

【0042】本実施例は、電極104,106を基準電
極とし、電極105を駆動信号入力用電極とすること
で、振動子に縦方向の屈曲共振振動を励振させることも
できる。この場合、コリオリ信号の検出と励振信号の取
り出し方は全く同様である。
In this embodiment, by using the electrodes 104 and 106 as reference electrodes and the electrode 105 as a drive signal input electrode, the vibrator can also be excited in a longitudinal bending resonance vibration. In this case, detection of the Coriolis signal and extraction of the excitation signal are exactly the same.

【0043】また、本実施例は、駆動を行う三つの電極
104,105,106と、コリオリ信号の検出とフィ
ードバックを行う三つの電極101,102,103の
役割を入れ替えて利用することもできる。この場合、駆
動は横方向の屈曲振動となり、コリオリ振動は縦方向の
屈曲振動となる。これにより、本振動子は駆動励振にお
いて、従来の方法に比べて効率の高い駆動を行うことが
できる。
In this embodiment, the roles of the three electrodes 104, 105, and 106 for driving and the three electrodes 101, 102, and 103 for detecting and feeding back a Coriolis signal can be used. In this case, the driving becomes bending vibration in the horizontal direction, and the Coriolis vibration becomes bending vibration in the vertical direction. As a result, the present vibrator can perform highly efficient driving in drive excitation as compared with the conventional method.

【0044】この実施例における分極は、図3(a)に
示すように、下面中央電極105から上面の三つの電極
101,102,103に向かって扇状に広がる分極
(厚さ方向分極)と、下面中央電極105から下面左右
電極104,106に向かう分極(幅方向分局)とから
なる。
As shown in FIG. 3A, the polarization in this embodiment is a polarization (thickness direction polarization) that spreads from the lower central electrode 105 toward the three upper electrodes 101, 102, and 103 in a fan shape. Polarization (localization in the width direction) from the lower center electrode 105 to the lower left and right electrodes 104 and 106.

【0045】このような分極を有した圧電振動子100
の製造について図6を参照して説明する。まず、振動子
100の厚さと同一厚さの平板状圧電体の上面に、銀ペ
ーストによるスクリーン印刷や、蒸着、メッキ等によっ
て電極101,102,103がこの順で図示のように
連続的に並んで形成され、同時に、下面には、電極10
4,105,106が、同様の方法で且つこの順で図示
のように連続的に並んで形成される。そして、下面側中
央の各電極105から上面側全電極101,102,1
03に向かって高電圧を印加して、下面中央電極105
からそれぞれ上方に向かって扇状に広がる分極を行い、
同時に、下面側中央電極105から下面側左右電極10
4,106に向かってそれぞれ高電圧を印加して、図示
のように下面中央電極105から左右に延びる分極を行
う。この後、図における破線に沿って平板状圧電体を切
断分離すれば、図3(a)に示すような分極を有した圧
電振動子100が得られる。
The piezoelectric vibrator 100 having such a polarization
Will be described with reference to FIG. First, the electrodes 101, 102, and 103 are continuously arranged in this order on the upper surface of a flat piezoelectric body having the same thickness as the vibrator 100 by screen printing using silver paste, vapor deposition, plating, or the like, in this order. And at the same time, on the lower surface, an electrode 10
4, 105, 106 are formed in a similar manner and in this order, continuously as shown. Then, all the electrodes 105, 102, 1 on the upper surface side are separated from the respective electrodes 105 at the center on the lower surface side.
03 to the lower central electrode 105.
From the polarization spreading in a fan shape upward from each,
At the same time, the lower center electrode 105 and the lower left electrode 10
A high voltage is applied to each of the electrodes 4 and 106 to perform polarization extending left and right from the lower central electrode 105 as shown in the figure. Thereafter, by cutting and separating the plate-shaped piezoelectric body along the broken line in the figure, a piezoelectric vibrator 100 having polarization as shown in FIG. 3A is obtained.

【0046】図3(b)には、本発明の第2実施形態と
しての圧電振動子200を示している。この圧電振動子
200も、上面に三つの電極201,202,203を
有するとともに下面に三つの電極204,205,20
6を有しており、図において矢印で示すような分極がな
されている。このように、この圧電振動子200も上部
側において厚さ方向の分極が支配的で、下面側において
幅方向の分極が支配的であり、図4に示した場合と同様
な回路構成により圧電振動角速度計を構成することがで
きる。
FIG. 3B shows a piezoelectric vibrator 200 according to a second embodiment of the present invention. This piezoelectric vibrator 200 also has three electrodes 201, 202, 203 on the upper surface and three electrodes 204, 205, 20 on the lower surface.
6, which are polarized as shown by arrows in the figure. As described above, also in this piezoelectric vibrator 200, the polarization in the thickness direction is dominant on the upper side, and the polarization in the width direction is dominant on the lower side. An gyro can be configured.

【0047】この圧電振動子200は、第1実施形態の
圧電振動子100と分極方向が異なるのみであり、この
分極方法について図7を参照して説明する。この場合に
もまず、振動子200の厚さと同一厚さの平板状圧電体
の上面に、銀ペーストによるスクリーン印刷や、蒸着、
メッキ等によって電極201,202,203がこの順
で図示のように連続的に並んで形成され、同時に、下面
には、電極204,205,206が、同様の方法で且
つこの順で図示のように連続的に並んで形成される。そ
して、下面側左右の各電極204,206から上面側全
電極201,202,203に向かって高電圧を印加し
て、下面左右電極204,206からそれぞれ上方に向
かって扇状に広がる分極を行い、同時に、下面側左右電
極204,206から下面側中央電極205に向かって
それぞれ高電圧を印加して、図示のように下面左右電極
204,206から中央電極205に向かう分極を行
う。この後、図における破線に沿って平板状圧電体を切
断分離すれば、図3(b)に示すような分極を有した圧
電振動子200が得られる。
The piezoelectric vibrator 200 differs from the piezoelectric vibrator 100 of the first embodiment only in the polarization direction, and this polarization method will be described with reference to FIG. Also in this case, first, screen printing using silver paste, vapor deposition, or the like is performed on the upper surface of the flat piezoelectric body having the same thickness as the vibrator 200.
The electrodes 201, 202, and 203 are formed in this order by plating or the like as shown in the figure, and simultaneously, the electrodes 204, 205, and 206 are formed on the lower surface in the same manner and in this order as shown in the figure. Formed continuously. Then, a high voltage is applied from the lower left and right electrodes 204 and 206 to all the upper electrodes 201, 202 and 203, and polarization is spread from the lower left and right electrodes 204 and 206 in a fan shape upward, respectively. At the same time, a high voltage is applied from the lower left and right electrodes 204 and 206 to the lower central electrode 205, and polarization is performed from the lower left and right electrodes 204 and 206 toward the central electrode 205 as shown in the figure. Thereafter, by cutting and separating the plate-shaped piezoelectric body along the broken line in the figure, a piezoelectric vibrator 200 having polarization as shown in FIG. 3B is obtained.

【0048】本発明の第3実施例に用いられる振動子を
図8〜図10に示す。図8および図10に振動子300
内における分極方向を矢印で示しており、振動子300
は、幅方向の分極の支配的な領域(下面側領域)と、厚
さ方向の分極の支配的な領域(上面側領域)とを持つよ
うに分極処理が施された四角柱状の圧電体を有する。こ
の圧電体における下面(幅方向の分極が支配的な領域の
面)には長手方向に延びる二つの電極304,305が
形成されており、駆動信号入力用電極兼フィードバック
用基準電極304と、フィードバック用電極兼駆動用基
準電極305とを構成する。圧電体上面(厚さ方向の分
極が支配的な領域の面には長手方向に延びる三つの電極
301,302,303が形成されており、コリオリ信
号検出用電極301,303と、コリオリ検出用基準電
極303とを構成する。
The vibrator used in the third embodiment of the present invention is shown in FIGS. 8 and FIG.
The direction of polarization in the inside is indicated by an arrow, and the vibrator 300
Is a quadrangular prism-shaped piezoelectric body that has been subjected to polarization processing so that it has a region where polarization is dominant in the width direction (lower surface region) and a region where polarization is dominant in the thickness direction (upper surface region). Have. Two electrodes 304 and 305 extending in the longitudinal direction are formed on the lower surface (the surface of the region where the polarization in the width direction is dominant) of the piezoelectric body, and a drive signal input / feedback reference electrode 304 and a feedback reference electrode 304 are provided. And a driving reference electrode 305. The upper surface of the piezoelectric body (three electrodes 301, 302, 303 extending in the longitudinal direction are formed on the surface of the region where polarization in the thickness direction is dominant), and the Coriolis signal detection electrodes 301, 303 and the Coriolis detection reference And an electrode 303.

【0049】この振動子も、幅方向の分極が支配的な駆
動用電極側の部分により縦方向屈曲振動である駆動振動
を励振し、厚さ方向の分極が支配的な検出用電極側の部
分により横方向の屈曲振動であるコリオリ振動の検出を
行うものである。。
This vibrator also excites the driving vibration, which is bending vibration in the vertical direction, by the portion on the driving electrode side where the polarization in the width direction is dominant, and the portion on the detection electrode side where the polarization in the thickness direction is dominant. Is used to detect Coriolis vibration, which is bending vibration in the lateral direction. .

【0050】このような構成の振動子300において、
駆動信号入力用電極兼フィードバック用基準電極304
に交流電圧を、振動子300の縦方向の一次の屈曲振動
の共振周波数f0 で入力することにより、振動子300
を縦方向に一次の共振周波数で屈曲励振させることがで
きる。このとき、フィードバック用電極兼駆動用基準電
極305に圧電正効果による同相の交流電荷が発生す
る。この交流信号をフィードバック信号とすることで振
動子300を自励振させることができる。なお、基準電
極はいずれも仮想接地の状態で利用される。
In the vibrator 300 having such a configuration,
Drive signal input electrode and feedback reference electrode 304
Input to the vibrator 300 at the resonance frequency f0 of the primary bending vibration in the longitudinal direction.
Can be excited in the longitudinal direction at a primary resonance frequency. At this time, in-phase AC charges are generated on the feedback electrode / drive reference electrode 305 due to the positive piezoelectric effect. By using this AC signal as a feedback signal, the vibrator 300 can be self-excited. The reference electrodes are all used in a virtual ground state.

【0051】この一次の屈曲振動は、図8にvで示され
る運動を与えることになる。このとき、圧電体振動子3
00の長手方向の軸のまわりで回転運動が起こり、図8
に示されるように、角速度Ωが与えられると、圧電体振
動子には、図8にFで示されるようなコリオリ力が作用
することになる。このコリオリ力Fを測定することによ
って、振動子の長手方向のまわりで与えられた回転運動
の各角速度Ωを評価することができる。
This primary bending vibration gives a motion indicated by v in FIG. At this time, the piezoelectric vibrator 3
Rotational motion about the longitudinal axis of 00 occurs, FIG.
As shown in FIG. 8, when the angular velocity Ω is given, a Coriolis force as shown by F in FIG. 8 acts on the piezoelectric vibrator. By measuring the Coriolis force F, it is possible to evaluate each angular velocity Ω of the rotational motion given around the longitudinal direction of the vibrator.

【0052】すなわち、第1実施形態において説明した
ように、コリオリ力Fによる一次の屈曲共振振動の大き
さを評価することが、与えられた角速度Ωを評価するこ
とになる。この屈曲振動の大きさの評価には、圧電体振
動子の圧電効果が利用される。つまり、コリオリ力Fの
大きさは、それによる振動子の屈曲振動によって発生す
る応力誘起電荷の測定によって決定される。
That is, as described in the first embodiment, the evaluation of the magnitude of the primary bending resonance vibration caused by the Coriolis force F evaluates the given angular velocity Ω. To evaluate the magnitude of the bending vibration, the piezoelectric effect of the piezoelectric vibrator is used. That is, the magnitude of the Coriolis force F is determined by measuring the stress-induced charge generated by the bending vibration of the vibrator.

【0053】コリオリ力Fcによる発生電荷の検出は、
図5(a)の原理によって行う。コリオリ力による屈曲
振動は、駆動による屈曲振動の方向と直角な方向である
横方向に起こるため、二枚のコリオリ信号検出用兼フィ
ードバック用電極301,303に逆相の交流電圧が発
生することになる。これらは大きさが同じで逆相のコリ
オリ信号であるため、電極301,303からの信号の
差をとってやることで、逆位相であるコリオリ信号を全
て取り出すことができるとともに、同位相である駆動励
振の励振信号をキャンセルすることができる。逆に、電
極301,303からの信号の和をとってやることで、
逆位相であるコリオリ信号を全てキャンセルし、同位相
である駆動励振の励振信号のみを取り出すことができ
る。
The detection of the charge generated by the Coriolis force Fc is as follows.
This is performed according to the principle shown in FIG. Since the bending vibration due to the Coriolis force occurs in a lateral direction which is a direction perpendicular to the direction of the bending vibration due to the driving, an alternating-phase AC voltage is generated in the two Coriolis signal detecting and feedback electrodes 301 and 303. Become. Since these are Coriolis signals of the same magnitude and opposite phases, by taking the difference between the signals from the electrodes 301 and 303, all Coriolis signals having the opposite phases can be taken out and have the same phase. The excitation signal of the drive excitation can be canceled. Conversely, by taking the sum of the signals from the electrodes 301 and 303,
It is possible to cancel all Coriolis signals having the opposite phase, and extract only the excitation signal of the drive excitation having the same phase.

【0054】このような構成の圧電振動子300を、図
4に示すような励振駆動回路およびコリオリ信号検出回
路を組み合わせることにより、圧電振動角速度計を構成
できるが、その原理は図4の場合と同様なので、その説
明は省略する。但し、この場合、励振駆動回路は、駆動
信号入力用電極兼フィードバック用基準電極304に駆
動交流信号を印加して圧電振動子300を縦方向(厚さ
方向)に屈曲振動させ、この状態で圧電振動子300が
長手方向軸を中心に回転されたときに加わるコリオリ力
により発生する左右一対のコリオリ信号検出用電極30
1,303からの出力信号の差を、コリオリ信号検出回
路により検出する。
By combining the piezoelectric vibrator 300 having such a configuration with an excitation driving circuit and a Coriolis signal detecting circuit as shown in FIG. 4, a piezoelectric vibration angular velocity meter can be constructed. The description is omitted because it is similar. However, in this case, the excitation drive circuit applies a drive AC signal to the drive signal input electrode and feedback reference electrode 304 to cause the piezoelectric vibrator 300 to bend and vibrate in the vertical direction (thickness direction). A pair of left and right Coriolis signal detecting electrodes 30 generated by Coriolis force applied when the vibrator 300 is rotated about a longitudinal axis.
The difference between the output signals from the signals 1,303 is detected by a Coriolis signal detection circuit.

【0055】なお、本実施形態においては、コリオリ信
号検出用電極301,303をフィードバック用の電極
として利用することもできる。この場合、フィードバッ
ク信号は電極301,303間で同相の交流信号として
出力されるため、両方の和をとったものがフィードバッ
ク信号となり、作動をとったものがコリオリ信号とな
る。
In the present embodiment, the Coriolis signal detecting electrodes 301 and 303 can be used as feedback electrodes. In this case, since the feedback signal is output as an AC signal having the same phase between the electrodes 301 and 303, a signal obtained by summing the both becomes a feedback signal, and a signal obtained by operating the signal becomes a Coriolis signal.

【0056】また、駆動を行う二つの電極(駆動信号入
力用電極兼フィードバック用基準電極304およびフィ
ードバック用電極兼駆動用基準電極305)と、コリオ
リ信号の検出を行う三つの電極(コリオリ信号検出用電
極301,303およびコリオリ検出用基準電極30
3)の役割を入れ替えて利用することもできる。この場
合、駆動は横方向の屈曲振動となり、コリオリ力により
発生する振動は縦方向の屈曲振動となる。
Two electrodes for driving (a drive signal input electrode / feedback reference electrode 304 and a feedback electrode / drive reference electrode 305) and three electrodes for detecting a Coriolis signal (coriolis signal detection electrodes). Electrodes 301 and 303 and Coriolis detection reference electrode 30
The role of 3) can be switched and used. In this case, the driving becomes bending vibration in the horizontal direction, and the vibration generated by the Coriolis force becomes bending vibration in the vertical direction.

【0057】この第3実施形態に係る圧電振動子300
においては、図10に矢印で示すような分極がなされる
が、このような分極を有した圧電振動子300の製造に
ついて図11を参照して説明する。まず、振動子300
の厚さと同一厚さの平板状圧電体の上面に、銀ペースト
によるスクリーン印刷や、蒸着、メッキ等によって電極
301,302,303がこの順で図示のように連続的
に並んで形成され、同時に、下面には、電極304,3
05が同様の方法で且つこの順で図示のように連続的に
並んで形成される。そして、下面側の電極304,30
5から上面側全電極301,302,303に向かって
高電圧を印加して、下面から上面に向かって厚さ方向に
延びる分極処理を行い、次に、下面側において電極群3
04,305から左隣の電極群304,305に向かっ
てそれぞれ高電圧を印加して、図示のように下面側にお
いて幅方向左側に延びる分極処理を行う。この後、図に
おける破線に沿って平板状圧電体を切断分離すれば、図
10に示すような分極を有した圧電振動子300が得ら
れる。
The piezoelectric vibrator 300 according to the third embodiment
In FIG. 10, the polarization as shown by the arrows in FIG. 10 is performed. The manufacture of the piezoelectric vibrator 300 having such polarization will be described with reference to FIG. First, the vibrator 300
The electrodes 301, 302, and 303 are formed on the upper surface of a flat piezoelectric body having the same thickness as that shown in FIG. , The lower surface has electrodes 304 and 3
05 are formed in a similar manner and in this order, as shown in FIG. Then, the electrodes 304 and 30 on the lower surface side
5, a high voltage is applied from the lower surface to all the electrodes 301, 302, and 303 to perform polarization processing extending from the lower surface to the upper surface in the thickness direction.
A high voltage is applied to each of the electrode groups 304 and 305 on the left side from the electrodes 04 and 305 to perform a polarization process that extends to the left in the width direction on the lower surface side as illustrated. Thereafter, by cutting and separating the plate-shaped piezoelectric body along the broken line in the figure, a piezoelectric vibrator 300 having polarization as shown in FIG. 10 is obtained.

【0058】以上説明した実施例では、圧電体としてハ
ード系のPZTセラミックスを用い、駆動信号として鋸
波を入力したところ、フィードバック信号としてサイン
波が検出され、屈曲共振振動が励振されていることが確
認された。さらに、振動子の長手方向のまわりで回転運
動を行い、一定の角速度を与えたところ、コリオリ信号
として角速度の大きさに対応する出力が得られた。
In the embodiment described above, when a hard PZT ceramic is used as the piezoelectric body and a sawtooth wave is input as a drive signal, a sine wave is detected as a feedback signal, and the bending resonance vibration is excited. confirmed. Furthermore, when a rotational motion was performed around the longitudinal direction of the vibrator to give a constant angular velocity, an output corresponding to the magnitude of the angular velocity was obtained as a Coriolis signal.

【0059】また、振動子の上下二面にしか電極が存在
しないため、製造時に板状の圧電体に対して分極処理、
電極形成を行った後に、所定の振動子形状に切断するこ
とで量産を行うことができる。従って、振動子個々に対
して、電極形成を行ったり、分極処理を行ったりする必
要がなく、バッチ処理で同時に多量の振動子を作ること
ができる。また、本実施例では、圧電体の接合工程が泣
く、このことも製造工程の簡略化、低コスト化に有利で
あるばかりか、接着層の存在に伴う振動子の性能の劣化
や個々のばらつきを最低限に抑えることができる。
Since the electrodes are present only on the upper and lower surfaces of the vibrator, the plate-like piezoelectric body is subjected to a polarization treatment at the time of manufacture.
After forming the electrodes, mass production can be performed by cutting into a predetermined vibrator shape. Therefore, it is not necessary to form an electrode or perform a polarization process on each of the vibrators, and a large number of vibrators can be produced simultaneously by batch processing. Further, in the present embodiment, the joining process of the piezoelectric body crys, which is advantageous not only for simplifying the manufacturing process and reducing the cost, but also for deteriorating the performance of the vibrator due to the presence of the adhesive layer and for individual variations. Can be minimized.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
四角柱状の圧電体に、長手方向軸に直角な面内における
厚さ方向一方の側に厚さ方向の分極成分が支配的となる
分極処理が施され、他方の側に幅方向の分極が支配的と
なる分極処理が施され、圧電体における長手方向軸と平
行な四つの側面のうちの厚さ方向に対向する二つの対向
側面に電極が形成されて圧電振動子が構成されるので、
圧電体に銀ペーストによるスクリーン印刷や、蒸着、メ
ッキ等によって電極を形成できるため、振動子表面に接
着剤部分が存在せず、従って振動子の個々の特性のばら
つきによる検査精度への悪影響、さらに、接着剤や圧電
体の温度変化による検出精度への悪影響を受けるおそれ
も極めて少ない。また、振動子は四角柱状の圧電体単体
であり、電極面も上下面に設けるだけで良いため、小型
の振動子を再現性良く低コストで量産することができ
る。
As described above, according to the present invention,
A quadrangular piezoelectric body is subjected to a polarization process in which the polarization component in the thickness direction is dominant on one side in the thickness direction in a plane perpendicular to the longitudinal axis, and the polarization in the width direction is dominant on the other side. Since the target polarization processing is performed, electrodes are formed on two opposing side faces facing in the thickness direction of the four side faces parallel to the longitudinal axis of the piezoelectric body, so that the piezoelectric vibrator is configured.
Since electrodes can be formed on the piezoelectric body by screen printing with silver paste, vapor deposition, plating, etc., there is no adhesive part on the surface of the vibrator, and therefore, variations in individual characteristics of the vibrator adversely affect inspection accuracy. Also, there is very little possibility that the detection accuracy is adversely affected by a change in the temperature of the adhesive or the piezoelectric body. Further, since the vibrator is a single piezoelectric body having a square pole shape and the electrode surfaces only need to be provided on the upper and lower surfaces, a small-sized vibrator can be mass-produced with good reproducibility at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態に基づく圧電振動子を示
す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a piezoelectric vibrator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1実施形態に係る振動子の電極配置を示す三
面図である。
FIG. 2 is a three-view drawing showing an electrode arrangement of the vibrator according to the first embodiment.

【図3】本発明の第1および第2実施形態に係る圧電振
動子の分極方向を示す側面図である。
FIG. 3 is a side view showing a polarization direction of the piezoelectric vibrator according to the first and second embodiments of the present invention.

【図4】第1実施形態に係る振動子を用いた圧電振動角
速度計の構成の例を示す電気回路図である。
FIG. 4 is an electric circuit diagram showing an example of the configuration of a piezoelectric vibration gyro using the vibrator according to the first embodiment.

【図5】本発明に係る圧電振動子の励振原理を説明する
側面図である。
FIG. 5 is a side view illustrating the excitation principle of the piezoelectric vibrator according to the present invention.

【図6】第1実施形態に係る振動子の製造過程を説明す
る側面図である。
FIG. 6 is a side view for explaining the manufacturing process of the resonator according to the first embodiment.

【図7】第2実施形態に係る振動子の製造過程を説明す
る側面図である。
FIG. 7 is a side view for explaining a manufacturing process of the resonator according to the second embodiment.

【図8】本発明の第3実施形態に基づく圧電振動子を示
す斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view showing a piezoelectric vibrator according to a third embodiment of the present invention.

【図9】第3実施形態に係る振動子の電極配置を示す三
面図である。
FIG. 9 is a three-view drawing showing an electrode arrangement of a vibrator according to a third embodiment.

【図10】第3実施形態に係る圧電振動子の分極方向を
示す側面図である。
FIG. 10 is a side view showing a polarization direction of a piezoelectric vibrator according to a third embodiment.

【図11】第3実施形態に係る振動子の製造過程を説明
する側面図である。
FIG. 11 is a side view for explaining the manufacturing process of the resonator according to the third embodiment.

【図12】従来の振動角速度計の概念図である。FIG. 12 is a conceptual diagram of a conventional vibration angular velocity meter.

【図13】従来の振動角速度計の概念図である。FIG. 13 is a conceptual diagram of a conventional vibration angular velocity meter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 差動回路 30 同期検波回路 40 アンプ 50 フィルター 60 移相回路 100 圧電体振動子 101,103 コリオリ信号検出用兼フィードバック
用電極 102 基準電極 104,106 駆動信号入力用電極 105 駆動用基準電極
REFERENCE SIGNS LIST 20 differential circuit 30 synchronous detection circuit 40 amplifier 50 filter 60 phase shift circuit 100 piezoelectric vibrator 101, 103 Coriolis signal detection and feedback electrode 102 reference electrode 104, 106 drive signal input electrode 105 drive reference electrode

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 四角柱状の圧電体により構成され、長手
方向軸まわりの回転角速度を検出する圧電振動子であっ
て、 前記圧電体の長手方向軸に直角な面内における厚さ方向
一方の側に厚さ方向の分極成分が支配的となる分極処理
が施され、他方の側に幅方向の分極が支配的となる分極
処理が施され、 前記圧電体における長手方向軸と平行な四つの側面のう
ちの前記厚さ方向に対向する二つの対向側面に電極が形
成されてなることを特徴とする圧電振動子。
1. A piezoelectric vibrator made of a quadrangular prism-shaped piezoelectric body for detecting a rotational angular velocity about a longitudinal axis, wherein one side in a thickness direction in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the piezoelectric body. A polarization process in which the polarization component in the thickness direction is dominant is performed, and a polarization process in which the polarization in the width direction is dominant is performed on the other side, and four side surfaces of the piezoelectric body parallel to the longitudinal axis. A piezoelectric vibrator, wherein electrodes are formed on two opposing side surfaces opposing each other in the thickness direction.
【請求項2】 前記二つの対向側面のうち、前記幅方向
の分極が支配的な側の側面に、前記長手方向軸と平行に
延びるとともに幅方向に対称な一対の駆動信号入力用電
極が離間形成され、且つこれら一対の駆動信号入力用電
極の間において幅方向中央を前記長手方向軸と平行に延
びる駆動用基準電極が形成され、 前記二つの対向側面のうち、前記厚さ方向の分極が支配
的な側の側面に、前記長手方向軸と平行に延びるととも
に幅方向に対称な一対のコリオリ信号検出用兼フィード
バック用電極が離間形成され、且つこれら一対のコリオ
リ信号検出用兼フィードバック用電極の間において幅方
向中央を前記長手方向軸と平行に延びる基準電極が形成
されてなることを特徴とする請求項1に記載の圧電振動
子。
2. A pair of drive signal input electrodes extending parallel to the longitudinal axis and symmetrical in the width direction are separated from the two opposing side surfaces on the side where the polarization in the width direction is dominant. A driving reference electrode is formed and extends in the center in the width direction in parallel with the longitudinal axis between the pair of driving signal input electrodes. Of the two opposing side surfaces, the polarization in the thickness direction is formed. On the side surface on the dominant side, a pair of Coriolis signal detection and feedback electrodes that extend in parallel with the longitudinal axis and are symmetrical in the width direction are formed apart, and the pair of Coriolis signal detection and feedback electrodes are separated from each other. The piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein a reference electrode extending in the width direction center and extending in parallel with the longitudinal axis is formed therebetween.
【請求項3】 前記二つの対向側面のうち、前記幅方向
の分極が支配的な側の側面に、前記長手方向軸と平行に
延びるとともに幅方向に対称な一対の駆動用基準電極が
離間形成され、且つこれら一対の駆動用基準電極の間に
おいて幅方向中央を前記長手方向軸と平行に延びる駆動
信号入力用電極が形成され、 前記二つの対向側面のうち、前記厚さ方向の分極が支配
的な側の側面に、前記長手方向軸と平行に延びるととも
に幅方向に対称な一対のコリオリ信号検出用兼フィード
バック用電極が離間形成され、且つこれら一対のコリオ
リ信号検出用兼フィードバック用電極の間において幅方
向中央を前記長手方向軸と平行に延びる基準電極が形成
されてなることを特徴とする請求項1に記載の圧電振動
子。
3. A pair of drive reference electrodes extending parallel to the longitudinal axis and symmetrical in the width direction are spaced apart from each other on the side of the two opposing side surfaces on which the polarization in the width direction is dominant. And a drive signal input electrode is formed between the pair of drive reference electrodes and extends in the center in the width direction in parallel with the longitudinal axis. Of the two opposed side surfaces, the polarization in the thickness direction is dominant. A pair of Coriolis signal detection and feedback electrodes extending parallel to the longitudinal axis and symmetric in the width direction are formed on the side of the target side, and are separated from each other, and between the pair of Coriolis signal detection and feedback electrodes. 2. The piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein a reference electrode extending in the center in the width direction in parallel with the longitudinal axis is formed.
【請求項4】 前記幅方向の分極が支配的な領域におい
て、前記幅方向の分極が支配的な側の側面に形成された
前記三つの電極のうちの中央の電極から、前記厚さ方向
の分極が支配的な側の側面に形成された三つの電極に向
かって扇形に広がって厚さ方向に延びる分極と、 前記幅方向の分極が支配的な領域において、前記幅方向
の分極が支配的な側の側面に形成された前記三つの電極
のうちの中央の電極から左右の電極に向かって幅方向に
延びる分極とを有することを特徴とする請求項2もしく
は3に記載の圧電振動子。
4. In a region where polarization in the width direction is dominant, a central electrode among the three electrodes formed on a side surface on a side where the polarization in the width direction is dominant is arranged in the thickness direction. In the region where the polarization in the width direction is dominant, and in the region where the polarization in the width direction is dominant, the polarization in the width direction is dominant. The piezoelectric vibrator according to claim 2, further comprising: a polarization extending in a width direction from a central electrode of the three electrodes formed on the side surface on the right side to the left and right electrodes. 5.
【請求項5】 前記幅方向の分極が支配的な領域におい
て、前記幅方向の分極が支配的な側の側面に形成された
前記三つの電極のうちの左右電極から、前記厚さ方向の
分極が支配的な側の側面に形成された三つの電極に向か
って扇形に広がって厚さ方向に延びる分極と、 前記幅方向の分極が支配的な領域において、前記幅方向
の分極が支配的な側の側面に形成された前記三つの電極
のうちの左右の電極から中央の電極に向かって幅方向に
延びる分極とを有することを特徴とする請求項2もしく
は3に記載の圧電振動子。
5. The region in which the polarization in the width direction is dominant, the polarization in the thickness direction from the left and right electrodes of the three electrodes formed on the side surface on the side in which the polarization in the width direction is dominant. And the polarization extending in the thickness direction in a fan shape toward the three electrodes formed on the side of the dominant side, and in the region where the width-direction polarization is dominant, the width-direction polarization is dominant 4. The piezoelectric vibrator according to claim 2, wherein the piezoelectric vibrator has a polarization extending in a width direction from the left and right electrodes of the three electrodes formed on the side surface to the center electrode. 5.
【請求項6】 請求項2〜5のいずれかに記載の圧電振
動子と、 駆動信号入力用電極に駆動交流信号を印加して前記圧電
振動子を厚さ方向に屈曲振動させる励振駆動回路と、 前記一対のコリオリ信号検出用兼フィードバック用電極
からの出力信号の差を検出してコリオリ信号を検出する
コリオリ信号検出回路とを備えてなることを特徴とする
圧電振動角速度計。
6. A piezoelectric vibrator according to claim 2, wherein: an excitation drive circuit that applies a drive AC signal to a drive signal input electrode to cause the piezoelectric vibrator to flexurally vibrate in a thickness direction. A piezoelectric vibration angular velocity meter comprising: a Coriolis signal detection circuit that detects a difference between output signals from the pair of Coriolis signal detection and feedback electrodes and detects a Coriolis signal.
【請求項7】 前記二つの対向側面のうち、前記厚さ方
向の分極が支配的な側の側面に、前記長手方向軸と平行
に延びるとともに幅方向に対称な一対の駆動信号入力用
電極が離間形成され、且つこれら一対の駆動信号入力用
電極の間において幅方向中央を前記長手方向軸と平行に
延びる駆動用基準電極が形成され、 前記二つの対向側面のうち、前記幅方向の分極が支配的
な側の側面に、前記長手方向軸と平行に延びるとともに
幅方向に対称な一対のコリオリ信号検出用兼フィードバ
ック用電極が離間形成され、且つこれら一対のコリオリ
信号検出用兼フィードバック用電極の間において幅方向
中央を前記長手方向軸と平行に延びる基準電極が形成さ
れてなることを特徴とする請求項1に記載の圧電振動
子。
7. A pair of drive signal input electrodes extending parallel to the longitudinal axis and symmetric in the width direction are provided on a side surface of the two opposing side surfaces on which the polarization in the thickness direction is dominant. A drive reference electrode is formed so as to be spaced apart from the pair of drive signal input electrodes and extends in the center in the width direction in parallel with the longitudinal axis. Of the two opposing side surfaces, the polarization in the width direction is formed. On the side surface on the dominant side, a pair of Coriolis signal detection and feedback electrodes that extend in parallel with the longitudinal axis and are symmetrical in the width direction are formed apart, and the pair of Coriolis signal detection and feedback electrodes are separated from each other. The piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein a reference electrode extending in the width direction center and extending in parallel with the longitudinal axis is formed therebetween.
【請求項8】 請求項7に記載の圧電振動子と、 前記駆動信号入力用電極に駆動交流信号を印加して前記
圧電振動子を幅方向に屈曲振動させる励振駆動回路と、 前記一対のコリオリ信号検出用兼フィードバック用電極
からの出力信号の差を検出してコリオリ信号を検出する
コリオリ信号検出回路とを備えてなることを特徴とする
圧電振動角速度計。
8. A piezoelectric vibrator according to claim 7, an excitation drive circuit for applying a drive AC signal to the drive signal input electrode to bend and vibrate the piezoelectric vibrator in a width direction, and the pair of Coriolis A piezoelectric vibration angular velocity meter comprising: a Coriolis signal detection circuit that detects a difference between output signals from signal detection and feedback electrodes to detect a Coriolis signal.
【請求項9】 前記二つの対向側面のうち、前記幅方向
の分極が支配的な側の側面に、前記長手方向軸と平行に
延びるとともに幅方向に離間して駆動信号入力用電極兼
フィードバック用基準電極およびフィードバック用電極
兼駆動用基準電極が形成され、 前記二つの対向側面のうち、前記厚さ方向の分極が支配
的な側の側面に、前記長手方向軸と平行に延びるととも
に幅方向に対称な一対のコリオリ信号検出用電極が離間
形成され、且つこれら一対のコリオリ信号検出用電極の
間において幅方向中央を前記長手方向軸と平行に延びる
コリオリ検出用基準電極が形成されてなることを特徴と
する請求項1に記載の圧電振動子。
9. A drive signal input electrode and feedback electrode that extends parallel to the longitudinal axis and is separated in the width direction on a side surface of the two opposing side surfaces on which the polarization in the width direction is dominant. A reference electrode and a feedback electrode / drive reference electrode are formed, and of the two opposing side surfaces, the side surface on the side where the polarization in the thickness direction is dominant extends parallel to the longitudinal axis and in the width direction. A pair of symmetric Coriolis signal detection electrodes are formed apart from each other, and a Coriolis detection reference electrode extending in the center in the width direction parallel to the longitudinal axis is formed between the pair of Coriolis signal detection electrodes. The piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein:
【請求項10】 請求項9に記載の圧電振動子と、 駆動信号入力用電極兼フィードバック用基準電極に駆動
交流信号を印加して前記圧電振動子を厚さ方向に屈曲振
動させる励振駆動回路と、 前記一対のコリオリ信号検出用電極からの出力信号の差
を検出してコリオリ信号を検出するコリオリ信号検出回
路とを備えてなることを特徴とする圧電振動角速度計。
10. A piezoelectric vibrator according to claim 9, and an excitation drive circuit for applying a drive AC signal to a drive signal input electrode and a feedback reference electrode to cause the piezoelectric vibrator to flexurally vibrate in a thickness direction. And a Coriolis signal detection circuit for detecting a difference between output signals from the pair of Coriolis signal detection electrodes to detect a Coriolis signal.
【請求項11】 前記二つの対向側面のうち、前記幅
方向の分極が支配的な側の側面に、前記長手方向軸と平
行に延びるとともに幅方向に対称な一対のコリオリ信号
検出用電極が離間形成され、且つこれら一対のコリオリ
信号検出用電極の間において幅方向中央を前記長手方向
軸と平行に延びるコリオリ検出用基準電極が形成され、 前記二つの対向側面のうち、前記厚さ方向の分極が支配
的な側の側面に、前記長手方向軸と平行に延びるととも
に幅方向に離間して駆動信号入力用電極兼フィードバッ
ク用基準電極およびフィードバック用電極兼駆動用基準
電極が形成されてなることを特徴とする請求項1に記載
の圧電振動子。
11. A pair of Coriolis signal detection electrodes extending parallel to the longitudinal axis and symmetric in the width direction are separated from the two opposing side surfaces on the side where the polarization in the width direction is dominant. A Coriolis detection reference electrode is formed and extends in the center in the width direction in parallel with the longitudinal axis between the pair of Coriolis signal detection electrodes, and the polarization in the thickness direction of the two opposing side surfaces is formed. On the side of the dominant side, a drive signal input electrode / feedback reference electrode and a feedback electrode / drive reference electrode extending in parallel with the longitudinal axis and spaced apart in the width direction. The piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein:
【請求項12】 請求項11に記載の圧電振動子と、 駆動信号入力用電極兼フィードバック用基準電極に駆動
交流信号を印加して前記圧電振動子を幅方向に屈曲振動
させる励振駆動回路と、 前記一対のコリオリ信号検出用電極からの出力信号の差
を検出してコリオリ信号を検出するコリオリ信号検出回
路とを備えてなることを特徴とする圧電振動角速度計。
12. A piezoelectric vibrator according to claim 11, an excitation drive circuit for applying a drive AC signal to a drive signal input electrode and a feedback reference electrode to cause the piezoelectric vibrator to flexurally vibrate in the width direction. And a Coriolis signal detection circuit for detecting a difference between output signals from the pair of Coriolis signal detection electrodes to detect a Coriolis signal.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7579760B2 (en) 2005-11-21 2009-08-25 Murata Manufacturing Co., Ltd. Vibrator and production method therefor

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