JPH0552571A - 圧電振動ジヤイロ用圧電振動体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で、調整の容易な圧電振動ジャイ
ロ用圧電振動体を提供する。 【構成】 圧電振動ジャイロ用圧電振動体３は、円筒状
圧電磁器１０と、内部電極１１と複数の外部電極１２
ａ，１２ｂとを備えている。内部電極１１は、円筒状圧
電磁器１０の内周面に形成されている。外部電極１２
ａ，１２ｂは、円筒状圧電磁器１０の外周面の周方向に
分割して形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電振動ジャイロ用圧
電振動体、特に、自動車の自立航法装置、カメラの手振
れ防止機構等に搭載される圧電振動ジャイロ用圧電振動
体に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の自立航法装置や姿勢制御装置、
カメラの手振れ防止機構等には、角速度センサが用いら
れている。角速度センサとしては、ガスレートセンサ、
光ファイバージャイロ、圧電振動ジャイロ等が使用され
ている。この中で圧電振動ジャイロが最も小型で安価に
製造できるため、注目を集めている。

【０００３】従来の圧電振動ジャイロとして、三角柱状
の音片を利用したものが公知となっている（日経エレク
トロニクス １９９０年１１月２６日号，Ｎｏ．５１
４、１８３〜１９１頁、特開平２−２２３８１７号公報
等）。この圧電振動ジャイロでは、三角柱状に加工され
たエリンバー合金等の金属棒を用いており、その３側面
に圧電磁器を接着している。また、振動のノード点位置
に保持部材を溶接し、アース電極としている。３側面に
接着された圧電磁器の電極には、細かい銅線をはんだ付
けし、保持部材付近まで延長し、そこから発振回路等の
外部回路へ引き出している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の構成では、
エリンバー合金という高価で加工が困難な材料を用いて
おり、部品コスト及び加工コストが高くなる。また、３
側面に圧電磁器を接着しているので構成が複雑であり、
接着剤の硬さや厚みのばらつき、接着位置のずれ等によ
り、組み立てた振動体の特性が変動してしまう。さら
に、三角形の各辺に対する共振周波数を合わせるため
に、三角柱の稜線を削る必要があり、この作業に長時間
を要する。

【０００５】本発明の目的は、簡単な構成で、調整の容
易な圧電振動ジャイロ用圧電振動体を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る圧電振動ジ
ャイロ用圧電振動体は、円筒状圧電磁器と、内部電極と
複数の外部電極とを備えている。内部電極は、円筒状圧
電磁器の内周面に形成されている。外部電極は、円筒状
圧電磁器の外周面の周方向に分割して形成されている。

【０００７】

【作用】本発明に係る圧電振動ジャイロ用圧電振動体で
は、内部電極と外部電極との間に交流信号を印加する
と、電圧方向の変化に応じて、厚み及び長さが拡張及び
収縮する。これにより電圧を印加した外部電極の中心と
中心軸とを含む平面内で中心軸が撓み、振動する。

【０００８】したがって、金属振動体を用いることな
く、圧電磁器自体でベンディング振動を起こすことがで
き、簡単な構成で圧電振動体を得ることができる。ま
た、円筒状圧電磁器が回転対称性を有しているので容易
に調整が行える。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明の一実施例を採用した圧電振
動ジャイロの斜視図、図２はその縦断面図、図３はその
横断面図である。図１において、圧電振動ジャイロは、
円盤状の金属ステム１と、この金属ステム１の上面に接
着固定された円環状のベース磁器２と、ベース磁器２と
同心配置された円筒状の圧電振動体３と、金属ステム１
の外周に嵌め込まれた金属キャップ４とから主に構成さ
れている。

【００１０】金属ステム１は鉄にクロームメッキを施し
たものであり、下部に拡径部５を有している。この拡径
部５に、金属キャップ４の先端が当接し封止されてい
る。金属ステム１のベース磁器２の外周に沿って６つの
リード端子６，６…が等しい間隔で配置されている（図
３）。このリード端子６は、図２に示すように、ガラス
絶縁層７を介して金属ステム１に取り付けられており、
その先端及び後端が金属ステム１から突出している。ま
た、金属ステム１の中心には、アース端子１５が取り付
けられている。

【００１１】ベース磁器２は、アルミナセラミック製で
あり、その周面には６等分の位置に配置された電極８，
８…が形成されている。電極８は、ＣｕメッキまたはＡ
ｕペースト焼き付け等により形成されている。電極８に
は、リード端子６がはんだ等により接続されている。ま
た、ベース磁器２の中心には、金属ステム１に溶接固定
された中央突起９が嵌め込まれている。中央突起９は、
円柱状の金属製であり、その先端はベース磁器２の上方
に突出している。また中央突起９の下端はアース端子８
に接続されている。

【００１２】圧電振動体３は、図３に示すように、ジル
コンチタン酸鉛（ＰＺＴ）製の円筒状の圧電磁器１０
と、この圧電磁器１０の内周面に形成されたＣｕメッキ
またはＡｕペースト焼き付け製の内部電極１１と、圧電
磁器１０の外周面にＡｕを蒸着又は焼き付けして形成し
た２種類の外部電極１２ａ，１２ｂとからなっている。
外部電極１２ａは外部電極１２ｂより幅広であり、これ
らの２種の電極１２ａ，１２ｂは交互に形成されかつそ
の中心は外周面を６等分した位置に配置されている。し
たがって、外部電極１２ａと対向する位置において、外
周面には外部電極１２ｂが配置されていることになる。
また、外部電極１２ａ，１２ｂは、それぞれ対応するベ
ース磁器２の電極８，８にボンディングワイヤ１３を介
して接続されている。

【００１３】内部電極１１は、導電ペースト１４により
中央突起９に接続されている。中央突起９はアース端子
１５に接続されているので、内部電極１１は中央突起９
を介して接地され得る。次にこのように構成された圧電
振動ジャイロの組み立て手順について説明する。

【００１４】まず、鉄にクロームメッキを施した金属ス
テム１を用意する。この金属ステム１には、予めリード
端子６をガラス絶縁層７を介して固定しておくとともに
アース端子１５を溶接固定しておく。続いて、中央突起
９を嵌め込んだベース磁器２を、金属ステム１に接着す
る。そして電極８とリード端子６とをはんだ接合する。

【００１５】次に、等方的な分極処理を施した圧電磁器
１０の外周面に外部電極１２ａ，１２ｂを、また内周面
に内部電極１１を形成して得られた圧電振動体３を、ベ
ース磁器２の中央突起９に嵌め込む。このとき、内部電
極１１の下部に導電ペーストを塗布し、内部電極１１を
中央突起９に電気的に接続させる。また、外部電極１２
ａ，１２ｂを、ベース磁器２の表面に設けられた電極
８，８とボンディングワイヤ１３で接続する。続いて特
性チェックを行い、これが終了すると金属キャップ４を
被せ、組み立てを終了する。

【００１６】この圧電振動ジャイロでは、外部電極１２
ａと内部電極１１との間に交流信号を印加すると、たと
えば電圧方向が内向きのときには、圧電磁器１０の厚さ
が増し、圧電磁器１０の周方向及び軸方向の長さが縮
む。また逆の場合には厚さが減少し、周方向及び軸方向
の長さが延びる。一方、圧電振動体３の電圧が印加され
ていない他の部分は変化がない。したがって、電圧が印
加された外部電極１２ａの中心と、圧電磁器１０の中心
軸とを含む平面内で中心軸が撓わむ。なお、電圧が印加
された外部電極１２ａの対向方向にある外部電極１２ｂ
により、圧電振動体３の振動を検出できる。

【００１７】特性チェックは、３つの外部電極１２ａの
うちの１つと、内部電極１１との間で所定の信号を順次
加え、共振特性をそれらに対向する外部電極１２ｂから
順次モニタすることで行える。この特性チェック結果に
より、３つの外部電極１２ａにおける共振特性が異なる
場合には、圧電磁器１０の頭部を削ったり、頭部近辺に
金属を蒸着する等の調整を行う。この調整により、３つ
の方向での共振特性を互いに一致させる。この圧電磁器
１０の外周面に形成された外部電極１２ａ，１２ｂは、
軸回りに回転対称の形で形成されているので、各方向で
同様な調整を行うことができる。

【００１８】次に、このような圧電振動ジャイロを用い
た角速度検出回路を図４に基づいて説明する。励振用の
外部電極１２ａに対応するリード端子６は、発振回路２
０に接続されている。発振回路２０は所定の交流信号を
発振する。交流信号が印加された外部電極１２ａと対向
する外部電極１２ｂに対応するリード端子６は、発振回
路２０に接続されている。この外部電極１２ｂは、交流
信号の印加により起こった振動をピックアップし、これ
を発振回路２０のフィードバック信号とするためのもの
である。また残りの検出用の外部電極１２ａ，１２ａに
対応するリード端子６は、差動増幅回路２１に接続され
ている。差動増幅回路２１は、２つの外部電極１２ａ，
１２ａ間の信号を増幅し、その増幅結果を同期検波回路
２２に出力する。同期検波回路２２は、発振回路２０か
らの発振信号により、差動増幅回路２１の出力を同期検
波する。同期検波された出力は、直流増幅回路２３に入
力される。直流増幅回路２３は同期検波された出力を増
幅し、それを角速度信号として出力する。

【００１９】このように構成された角速度検出回路で
は、圧電振動ジャイロを軸回りに回転させると、励振方
向と直角の方向にコリオリ力が発生し、これに応じた検
出信号が検出用の外部電極１２ａ，１２ａから発生す
る。発生した検出信号は差動増幅回路２１で増幅され
る。次に、たとえば車の振動等で発生するノイズを除去
するために、発振回路２０の出力と位相を合わせた同期
検波を行い、高いＳ／Ｎ比の信号を得る。得られた信号
はさらに直流増幅回路２３で増幅され精度の良い角速度
信号として出力される。

【００２０】この圧電振動ジャイロでは、圧電磁器１０
自体が振動するので、高価で加工の困難なエンリバー合
金を用いる必要がなく、安価で簡単な構成になる。ま
た、圧電磁器１０は、回転対称性を有している（すなわ
ち異方性を有していない）ので、組み立て及び調整が容
易である。また、外部電極１２ａ，１２ｂと電極８との
配線をボンディングワイヤで行えるので、自動組み立て
が容易になる。また、差動増幅回路２１と同期検波回路
２２とにより、簡単な回路構成で高いＳ／Ｎ比の角速度
信号を得られる。

【００２１】前記実施例では、フィードバック用の電極
１２ｂの他に２つの同幅の電極１２ｂを形成したが、こ
れは中心軸に対して対称に電極を配置しないと検出信号
が小さくなるためであるとともに、製造上の扱いやすさ
のためである。また、調整の際には、前述したようにこ
れらの電極から各外部電極１２ａに信号を印加したとき
の共振特性の監視を行うことができる。 〔他の実施例〕 （ａ） 前記実施例では、フィードバック信号を得る外
部電極１２ｂの幅を励振及び検出を行う外部電極１２ａ
の幅より狭くしたが、これは励振用の外部電極１２ａの
幅を圧電磁器１０を大きく変形させるためできるだけ大
きくしたいからであり、これらの幅の関係は必要に応じ
て変更できる。 （ｂ） 前記実施例では、圧電振動体３の下部をベース
磁器に固定したが、圧電振動体３の両端から０．２２５
Ｌ（Ｌ＝圧電振動体の全長）の位置で圧電振動体３を保
持するようにしてもよい。このように圧電振動体３を保
持すると、その保持位置がノード点となり、保持部から
外部への振動の漏れをなくすことができる。 （ｃ） 前記実施例では、金属キャップ４を金属ステム
に圧入して内部を封止することにより信頼性を高めるよ
うにしたが、金属キャップ４は必ずしも用いなくてもよ
い。

【００２２】

【発明の効果】本発明に係る圧電振動ジャイロ用圧電振
動体では、円筒状の圧電磁器自身が印加された電圧によ
り撓み振動する構成となっているので、構成が簡素であ
る。また、圧電磁器が円筒状であり回転対称となってい
るので、共振点の調整等の調整が簡単に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を採用した圧電振動ジャイロ
の斜視図。

【図２】その縦断面図。

【図３】その横断面図。

【図４】圧電振動ジャイロを用いた角速度検出回路を示
すブロック図。

【符号の説明】

３ 圧電振動体 １０ 圧電磁器 １１ 内部電極 １２ａ，１２ｂ 外部電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状圧電磁器と、 前記円筒状圧電磁器の内周面に形成された内部電極と、 前記円筒状圧電磁器の外周面の周方向に分割して形成さ
   れた複数の外部電極と、 を備えた圧電振動ジャイロ用圧電振動体。