JPH1194558A

JPH1194558A - 振動ジャイロ

Info

Publication number: JPH1194558A
Application number: JP9273892A
Authority: JP
Inventors: Akira Mori; 章森; Akira Kumada; 明久万田; Akio Ogita; 田明生荻; Tsuguji Kamibayashi; 林嗣治上
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-09-19
Filing date: 1997-09-19
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】加工ばらつきが小さく、リード線の影響が少
なく、外部環境の変化に関係なく安定した振動を得るこ
とができ、正確に回転角速度を検出することができ、か
つ量産性に優れた振動ジャイロを得る。【解決手段】振動ジャイロ１０は、ノード点における
溝１４ａ，１４ｂ部分で支持部材１６に支持された振動
体１２を含む。溝１４ａ，１４ｂに対向する振動体１２
の側面に、駆動用の圧電素子２０および検出用の圧電素
子２２を形成する。圧電素子２０，２２は、振動体１２
のノード点部分にかかるように形成する。振動体１２の
ノード点近傍に接続部材３６ａ〜３６ｃを形成し、リー
ド線３８で圧電素子２０，２２と接続部材３６ａ〜３６
ｃとを接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は振動ジャイロに関
し、特にたとえば、カメラの手振れ補正、カーナビゲー
ションシステムの位置検出、車両姿勢制御などに利用さ
れる角速度検出のための振動ジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は従来の振動ジャイロの一例を示
す斜視図であり、図１１は振動ジャイロを使用するため
の回路を示すブロック図である。振動ジャイロ１は、た
とえば正３角柱状の振動体２を含む。振動体２の３つの
側面の中央部には、圧電素子３ａ，３ｂ，３ｃが形成さ
れる。圧電素子３ａ〜３ｃは、圧電体層の両面に電極を
形成したものである。そして、圧電素子３ａ〜３ｃの一
方の電極が、接着剤などで振動体２の側面に接着され
る。

【０００３】圧電素子３ａ，３ｂと圧電素子３ｃとの間
には、発振回路４が接続される。圧電素子３ｃからの出
力信号は、発振回路４で増幅および位相補正されたの
ち、駆動信号として圧電素子３ａ，３ｂに入力される。
この駆動信号によって、振動体２は、圧電素子３ｃ形成
面に直交する向きに屈曲振動する。さらに、圧電素子３
ａ，３ｂは、検出回路５に接続される。検出回路５は、
たとえば差動回路，同期検波回路，平滑回路および増幅
回路などを含み、圧電素子３ａ，３ｂの出力信号の差を
検波したのち、平滑および増幅することにより、回転角
速度に対応した信号が得られる。

【０００４】しかしながら、このような振動ジャイロ１
では、圧電素子３ａ，３ｂ，３ｃが振動体の３つの側面
に形成された立体的な配置となっているため、振動体
２，圧電素子３ａ〜３ｃおよび接着剤などの熱膨張係数
の違いから、雰囲気温度の変化により、振動体２に応力
が加わる。この応力のために振動体２に歪みが生じ、こ
の歪みによって圧電素子３ａ〜３ｃに電荷が発生する。
そのため、正確な回転角速度を検出することができな
い。そこで、図１２に示す特開平７−２３９２３３号や
図１３に示す実開平４−３８５１３号には、３角柱状の
振動体や４角柱状の振動体２の１つの側面に圧電素子６
を形成した振動ジャイロが示されている。

【０００５】また、発振回路や検出回路などの外部回路
と圧電素子３ａ〜３ｃとが、リード線などで接続され
る。しかしながら、図１０に示す振動ジャイロ１では、
振動体２の側面の中央部に圧電素子３ａ〜３ｃが形成さ
れているため、振動体２の屈曲振動によってリード線も
振動したり、共振が発生したりして、振動体２の振動の
妨げとなる。また、このような振動の妨げを軽減するた
めに、図１４に示す特開平５−２８０９９０号では、圧
電素子３ａ〜３ｃが振動体２の２つのノード点部分まで
延びるように形成されている。この振動ジャイロでは、
振動体２のノード点部分において圧電素子６にリード線
が接続されることにより、リード線の振動や共振が抑え
られる。

【０００６】さらに、図１５に示す特開平５−１９１７
号では、振動体２の中央部に形成された圧電素子３ａ〜
３ｃからノード点部分まで、弾性接着剤７でリード線が
接着されている。それにより、リード線の振動や共振が
抑えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図１２や図１３に示す
振動ジャイロでは、圧電素子が振動体の中央部に形成さ
れているため、この圧電素子にリード線を接続すると、
振動体の屈曲振動によってリード線も振動したり、共振
が発生したりして、振動体の屈曲振動の妨げとなる。ま
た、図１４に示す振動ジャイロでは、圧電素子が振動体
の２つのノード点部分まで延びており、振動体に対する
圧電素子の割合が大きくなっている。そのため、振動体
の共振特性が大きく低下し、振動体の振動が外部環境の
変化により変動しやすくなる。そのため、正確に回転角
速度を検出することができない。

【０００８】さらに、図１５に示す振動ジャイロでは、
弾性接着剤でリード線を接着しているが、弾性接着剤の
塗布位置や塗布量のコントロールが難しく、加工ばらつ
きが大きくなり、量産には不向きである。また、図１２
や図１３に示すような振動ジャイロでは、圧電素子が振
動体の複数面に形成されており、図１０に示す振動ジャ
イロと同様に、加工ばらつきや外部環境の変化などによ
って、振動体に応力が加わる。それにより、振動体に歪
みが発生し、正確に回転角速度を検出することができな
い。しかも、圧電素子から引き出されるリード線の配線
も立体的な構造となり、組み立てが困難である。

【０００９】それゆえに、この発明の主たる目的は、加
工ばらつきが小さく、リード線の影響が少なく、外部環
境の変化に関係なく安定した振動を得ることができ、正
確に回転角速度を検出することができ、かつ量産性に優
れた振動ジャイロを提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、柱状の振動
体、および振動体の側面において振動体の長手方向に延
びる２つの直線に挟まれた範囲内に形成される駆動片と
検出片とを含み、駆動片と検出片とは、振動体のノード
点部分にかかるように形成される、振動ジャイロであ
る。さらに、振動体の外部において振動体のノード点近
傍に形成される接続部材を含み、ノード点部分において
駆動片と接続部材とがリード線で接続され、かつノード
点部分において検出片と接続部材とがリード線で接続さ
れるようにしてもよい。また、振動体は３角柱状に形成
することができ、この場合、駆動片および検出片のそれ
ぞれは振動体の同一側面において振動体の２つのノード
点部分にかかるように形成することができる。さらに、
振動体を３角柱状に形成した場合、駆動片および検出片
は振動体の同一側面において振動体の２つのノード点部
分の一方にかかるように形成してもよい。また、振動体
は円柱状に形成されてもよい。

【００１１】駆動片と検出片とが、振動体の長手方向に
延びる２つの直線に挟まれた範囲内に形成されることに
より、駆動片および検出片が、略平面的な配置となる。
そのため、駆動片および検出片を立体的な配置とした場
合に比べて、加工ばらつきが小さくなる。また、駆動片
および検出片を振動体のノード点部分にかかるように形
成することにより、振動体のノード点部分において、駆
動片および検出片にリード線を接続することができる。
さらに、振動体のノード点近傍に接続部材を形成するこ
とにより、駆動片や検出片と接続部材との間のリード線
を短くすることができる。

【００１２】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の振動ジャイロの
一例を示す平面図であり、図２はその斜視図である。振
動ジャイロ１０は、たとえば正３角柱状の振動体１２を
含む。振動体１２は、たとえばエリンバ，鉄−ニッケル
合金，石英，ガラス，水晶，セラミックなど、一般的に
機械的な振動を生じる材料で形成される。振動体１２の
１つの稜線部から内側に向かって、振動体１２の幅方向
に延びる２つの溝１４ａ，１４ｂが形成される。これら
の溝１４ａ，１４ｂは、振動体１２の２つのノード点部
分に形成される。振動体１２の屈曲振動のノード点は、
振動体１２の長さをＬとしたとき、振動体１２の両端か
ら約０．２２４Ｌの位置に存在する。

【００１４】溝１４ａ，１４ｂ形成部分において、振動
体１２は、支持部材１６で支持される。支持部材１６
は、「ロ」字状の板材の両端部を折り曲げた形状に形成
される。そして、支持部材１６の折り曲げられた両端部
の内側に、振動体１２が取り付けられる。このとき、振
動体１２の溝１４ａ，１４ｂの内側部分に支持部材１６
が取り付けられることにより、振動体１２の中心軸に近
い部分を支持することができる。したがって、振動体１
２の真のノード点に近い部分を支持することができ、振
動体１２が屈曲振動したときに、支持部材１６から振動
体１２の振動が漏れにくくなる。支持部材１６は、支持
台１８上に取り付けられる。

【００１５】さらに、支持部材１６で支持された振動体
１２の稜線部に対向する側面には、駆動片としての圧電
素子２０と検出片としての圧電素子２２とが形成され
る。圧電素子２０は、振動体１２の屈曲振動の一方のノ
ード点部分にかかるように形成される。また、圧電素子
２２は、振動体１２の屈曲振動の他方のノード点部分に
かかるように形成される。圧電素子２０は、図３に示す
ように、圧電セラミックなどで形成された圧電層２４を
含む。圧電層２４の両面には、電極２６，２８が形成さ
れる。そして、一方の電極２８が、振動体１２の側面に
接着される。また、図４に示すように、圧電素子２２は
圧電層３０を含み、その一方面に電極３２が形成され
る。また、圧電層３０の他方面には、振動体１２の幅方
向に２分割された電極３４ａ，３４ｂが形成される。そ
して、圧電層３０の一方面に形成された電極３２が、振
動体１２の側面に接着される。

【００１６】また、支持台１８上には、３つの接続部材
３６ａ，３６ｂ，３６ｃが形成される。接続部材３６ａ
は、圧電素子２０の形成された振動体１２の一方のノー
ド点近傍に形成される。また、接続部材３６ｂ，３６ｃ
は、圧電素子２２の形成された振動体１２の他方のノー
ド点近傍に形成される。そして、圧電素子２０の電極２
６と接続部材３６ａとが、リード線３８によって接続さ
れる。また、圧電素子２２の電極３４ａと接続部材３６
ｂとがリード線３８で接続され、電極３４ｂと接続部材
３６ｃとがリード線３８で接続される。リード線３８と
しては、たとえば直径１００μｍ以下の単線または直径
５０μｍ以下の単線を３本以上撚ったリッツ線などが用
いられる。

【００１７】この振動ジャイロ１０を使用するために、
図５に示すような回路が用いられる。接続部材３６ｂ，
３６ｃは、それぞれ電圧電流変換回路（Ｉ−Ｖ変換回
路）４０ａ，４０ｂに接続される。Ｉ−Ｖ変換回路４０
ａ，４０ｂは、入力インピーダンスがほぼ０であって、
入力された電流に対応した電圧が出力される回路であ
る。Ｉ−Ｖ変換回路４０ａ，４０ｂの出力信号は、合成
されて自動利得制御回路（ＡＧＣ回路）４２に入力され
る。ＡＧＣ回路４２の出力信号は位相補正回路４４に入
力され、位相補正回路４４の出力信号が、駆動信号とし
て接続部材３６ａから圧電素子２０に与えられる。

【００１８】また、Ｉ−Ｖ変換回路４０ａ，４０ｂは、
差動回路４６の入力端に接続される。差動回路４６の出
力信号は、同期検波回路４８において、ＡＧＣ回路４２
の信号に同期して検波される。同期検波回路４８は平滑
回路５０に接続され、さらに平滑回路５０は直流増幅回
路５２に接続される。

【００１９】この振動ジャイロ１０では、ＡＧＣ回路４
２と位相補正回路４４によって駆動信号がつくられ、こ
の駆動信号が圧電素子２０に与えられることにより、振
動体１２は圧電素子２０，２２形成面に直交する向きに
屈曲振動する。このとき、振動体１２の真のノード点に
近い部分で、振動体１２が支持部材１６で支持されるこ
とにより、支持部材１６からの振動漏れを抑えることが
できる。

【００２０】無回転時においては、圧電素子２２の電極
３４ａ形成部分および電極３４ｂ形成部分の屈曲状態は
同じであり、電極３４ａ，３４ｂからは、同じ信号が出
力される。そのため、差動回路４６からは信号が出力さ
れず、振動ジャイロ１０に回転角速度が加わっていない
ことがわかる。振動体１２の軸を中心として回転する
と、コリオリ力によって振動体１２の振動方向が変わ
る。そのため、圧電素子２２の電極３４ａ形成部分の屈
曲状態と電極３４ｂ形成部分の屈曲状態に差が生じる。
そのため、電極３４ａ形成部分の圧電層３０に発生する
電荷と、電極３４ｂ形成部分の圧電層３０に発生する電
荷との間に差が生じる。そのため、Ｉ−Ｖ変換回路４０
ａ，４０ｂの出力信号にも差が生じ、差動回路４６から
信号が出力される。

【００２１】差動回路４６の出力信号は、同期検波回路
４８において、ＡＧＣ回路４２の信号に同期して検波さ
れ、差動回路４６の出力信号の正部分のみまたは負部分
のみ、または正負いずれかを反転した信号が出力され
る。さらに、同期検波回路４８の出力信号が平滑回路５
０で平滑され、直流増幅回路５２で増幅することによ
り、振動体１２の屈曲振動の変化に対応する信号が出力
される。振動体１２の屈曲振動の変化は、回転角速度が
加わることによって発生するコリオリ力に対応している
ため、直流増幅回路５２の出力信号を測定することによ
り、振動ジャイロ１０に加わった回転角速度を検出する
ことができる。なお、回転角速度の方向が逆になった場
合、振動体１２の屈曲振動の変化は逆となり、差動回路
から出力される信号の位相が逆になる。そのため、最終
的に直流増幅回路５２から出力される直流信号の極性が
逆になる。したがって、直流増幅回路５２の出力信号の
極性から、回転角速度の方向を知ることができる。

【００２２】この振動ジャイロ１０では、振動体１２の
同一側面に駆動用の圧電素子２０および検出用の圧電素
子２２が形成されているため、３つの側面に圧電素子が
形成された従来の振動ジャイロに比べて、加工ばらつき
が少ない。また、振動体１２に対する圧電素子２０，２
２の面積を大きくする必要がなく、共振特性の低下が少
ない。そのため、外部環境の変化などによって、振動ジ
ャイロ１０の特性が変動しにくく、正確に回転角速度を
検出することができる。また、圧電素子２０と圧電素子
２２とが平面的な配置となっているため、製造が容易で
あり、量産性に優れている。

【００２３】さらに、振動体１２のノード点部分にかか
るように圧電素子２０，２２が形成されており、しかも
接続部材３６ａ，３６ｂ，３６ｃが振動体１２のノード
点近傍に配置されている。そのため、振動体１２のノー
ド点部分にリード線３８を接続することができ、しかも
リード線３８を短くすることができる。それにより、振
動体１２が振動しても、リード線３８の振動や共振を抑
えることができ、振動体１２を安定して屈曲振動させる
ことができる。そのため、正確に回転角速度を検出する
ことができる。

【００２４】なお、図６および図７に示すように、振動
体１２の一方のノード点部分にかかるように、１つの圧
電素子６０を形成してもよい。この圧電素子６０は、図
８に示すように、圧電層６２の一方面に電極６４が形成
され、他方面に３分割した電極６６ａ，６６ｂ，６６ｃ
が形成される。そして、電極６４が、振動体１２の側面
に接着される。この圧電素子６０の近傍には、板状の接
続部材６８が形成される。この接続部材６８は、絶縁体
で形成された板上に３つのパターン電極７０ａ，７０
ｂ，７０ｃが形成されている。そして、リード線３８に
よって、圧電素子６０の電極６６ａ，６６ｂ，６６ｃ
が、接続部材６８のパターン電極７０ａ，７０ｂ，７０
ｃに接続される。そして、これらのパターン電極７０
ａ，７０ｂ，７０ｃが、外部回路に接続される。

【００２５】この振動ジャイロ１０では、圧電素子６０
の中央部の電極６６ｂ形成部分が駆動用として働き、両
側の電極６６ａ，６６ｃ形成部分が検出用として働く。
そして、図１に示す振動ジャイロと同様にして、回転角
速度が検出される。この振動ジャイロ１０においても、
１つの圧電素子６０が振動体１２のノード点部分にかか
るように形成されており、その近傍に接続部材６８が配
置されているため、短いリード線３８で、振動体１２の
ノード点部分と接続部材６８とを接続することができ
る。したがって、振動体１２が振動しても、リード線３
８が振動したり共振したりすることを抑えることができ
る。

【００２６】さらに、図９に示すように、振動体１２の
形状を円柱状にすることができる。この振動体１２は、
たとえば圧電セラミックなどで形成することができる。
そして、振動体１２の２つのノード点部分にかかるよう
に、電極８０ａ，８０ｂ，８０ｃおよび電極８２ａ，８
２ｂ，８２ｃが形成される。電極８０ａ〜８０ｃと電極
８２ａ〜８２ｃとは、振動体１２の長手方向に延びる２
つの直線の範囲内に形成される。振動体１２は、電極８
０ｂと電極８０ａ，８０ｃとの間で分極され、また電極
８２ｂと電極８２ａ，８２ｃとの間で分極される。電極
８０ａ，８０ｂ，８０ｃは駆動用として用いられ、電極
８２ａ，８２ｂ，８２ｃは検出用として用いられる。

【００２７】この振動ジャイロ１０では、電極８０ａ，
８０ｃ，８２ｂがグランド用として用いられる。そし
て、図５に示す回路により、電極８０ｂに駆動信号を与
えることにより、振動体１２に屈曲振動をさせることが
でき、電極８２ａ，８２ｃの出力信号から回転角速度を
検出することができる。このような振動ジャイロ１０に
おいても、振動体１２のノード点近傍に接続部材を形成
することにより、そのノード点部分において、短いリー
ド線で、電極８０ａ〜８０ｃおよび電極８２ａ〜８２ｃ
ｃと接続部材とを接続することができる。したがって、
振動体１２の屈曲振動を妨げることが少なく、正確に回
転角速度を検出することができる。

【００２８】さらに、振動体１２は円柱状であるため、
電極８０ａ〜８０ｃと電極８２ａ〜８２ｃとは、完全な
平面配置とはならないが、略平面的な配置とすることが
できる。そのため、従来の振動ジャイロのように、圧電
素子を立体的に配置した振動ジャイロと比べて、製造が
容易であり、電極形成のばらつきによる特性の低下を抑
えることができる。

【００２９】なお、図１および図６に示す振動ジャイロ
１０では、検出用の圧電素子２２，６０の電極を２分割
あるいは３分割したが、個別の圧電素子を２つまたは３
つ配置してもよい。さらに、振動体１２の形状として
は、３角柱状に限らず、４角柱状や５角柱状など、他の
角柱状にしてもよい。また、これらの振動ジャイロ１０
においても、振動体１２を圧電体で形成し、その側面に
圧電素子に代えて電極を形成してもよい。

【００３０】このように、振動体１２のノード点部分に
かかるように、駆動片および検出片となる圧電素子また
は電極を形成し、ノード点近傍に接続部材を配置するこ
とにより、リード線３８の振動や共振を抑え、良好な特
性を得ることができる。また、駆動片および検出片の配
置を略平面的にすることにより、外部環境の変化の影響
を少なくすることができ、また振動ジャイロ１０の製造
を容易にして量産化を可能にすることができる。

【００３１】

【発明の効果】この発明によれば、振動ジャイロと外部
回路との接続のためのリード線の振動や共振を抑えるこ
とができ、振動体に安定した振動をさせることができ
る。また、振動体の側面に大きな駆動片や検出片を形成
する必要がなく、振動体の共振特性の低下を小さくする
ことができる。そのため、正確に回転角速度を検出する
ことができる。さらに、駆動片や検出片を略平面的に配
置できるため、加工ばらつきを小さくすることができ
る。したがって、外部環境の変化による影響を少なくす
ることができ、しかも製造が容易で量産性に優れた振動
ジャイロを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の振動ジャイロの一例を示す平面図で
ある。

【図２】図１に示す振動ジャイロの斜視図である。

【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図であ
る。

【図４】図２の線ＩＶ−ＩＶにおける断面図である。

【図５】図１に示す振動ジャイロを用いるための回路を
示すブロック図である。

【図６】この発明の振動ジャイロの他の例を示す平面図
である。

【図７】図６に示す振動ジャイロの底面図である。

【図８】図６に示す振動ジャイロの断面図である。

【図９】この発明の振動ジャイロのさらに他の例を示す
斜視図である。

【図１０】従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図であ
る。

【図１１】図１０に示す従来の振動ジャイロを用いるた
めの回路を示すブロック図である。

【図１２】従来の振動ジャイロの他の例を示す斜視図で
ある。

【図１３】従来の振動ジャイロのさらに他の例を示す斜
視図である。

【図１４】従来の振動ジャイロの別の例を示す斜視図で
ある。

【図１５】従来の振動ジャイロのさらに別の例を示す斜
視図である。

【符号の説明】

１０振動ジャイロ１２振動体２０圧電素子２２圧電素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃ接続部材３８リード線６０圧電素子６８接続部材８０ａ，８０ｂ，８０ｃ電極８２ａ，８２ｂ，８２ｃ電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上林嗣治京都府長岡京市天神２丁目26番10号株式会社村田製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】柱状の振動体、および前記振動体の側面
において前記振動体の長手方向に延びる２つの直線に挟
まれた範囲内に形成される駆動片と検出片とを含み、前記駆動片と前記検出片とは、前記振動体のノード点部
分にかかるように形成される、振動ジャイロ。
【請求項２】前記振動体の外部において前記振動体の
ノード点近傍に形成される接続部材を含み、前記ノード
点部分において前記駆動片と前記接続部材とがリード線
で接続され、かつ前記ノード点部分において前記検出片
と前記接続部材とがリード線で接続される、請求項１に
記載の振動ジャイロ。
【請求項３】前記振動体は３角柱状に形成され、前記
駆動片および前記検出片のそれぞれは前記振動体の同一
側面において前記振動体の２つのノード点部分にかかる
ように形成された、請求項１または請求項２に記載の振
動ジャイロ。
【請求項４】前記振動体は３角柱状に形成され、前記
駆動片および前記検出片は前記振動体の同一側面におい
て前記振動体の２つのノード点部分の一方にかかるよう
に形成された、請求項１または請求項２に記載の振動ジ
ャイロ。
【請求項５】前記振動体は円柱状に形成された、請求
項１または請求項２に記載の振動ジャイロ。