JPH07174570A - 振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 雰囲気温度の変化などの環境変化に伴う振動
体の振動方向の乱れによるドリフトを抑えることができ
る振動ジャイロを得る。 【構成】 振動ジャイロ１０は、たとえば正３角柱状の
振動体１４の側面に圧電素子１６ａ，１６ｂ，１６ｃを
形成した振動子１２を含む。増幅回路３０と位相補正回
路３２とからなる発振回路２８からの駆動信号を、圧電
素子１６ａ，１６ｂに与える。また、反転回路３４で駆
動信号の位相を反転し、圧電素子１６ｃに与える。圧電
素子１６ｃから得られる信号を発振回路２８に帰還す
る。圧電素子１６ａ，１６ｂの出力信号を、差動回路３
８に入力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は振動ジャイロに関し、
特にたとえば、振動体の屈曲振動を利用して回転角速度
を検出するための振動ジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来の振動ジャイロの一例を示す
図解図である。振動ジャイロ１は、４角柱状の振動体２
を含む。振動体２のそれぞれの側面には、圧電素子３
ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが形成される。圧電素子３ａ，３
ｃ間には、発振回路４が接続される。発振回路４は、増
幅回路５と位相補正回路６とで構成される。発振回路４
の信号は圧電素子３ａに与えられ、圧電素子３ｃから出
力される信号は発振回路４に帰還される。それによっ
て、振動体２は、圧電素子３ａ形成面および圧電素子３
ｃ形成面に直交する方向に屈曲振動する。

【０００３】振動体２に回転角速度が加わっていないと
きには、振動体２は圧電素子３ｂ，３ｄの面と平行な方
向に屈曲振動しているため、圧電素子３ｂ，３ｄには電
圧が発生しない。振動体２にその軸を中心として回転角
速度が加わると、コリオリ力により振動体２の振動方向
が変わる。それにより、圧電素子３ｂ，３ｄに電圧が発
生する。この電圧は、振動体２の振動方向の変化量、す
なわちコリオリ力に対応した値である。したがって、圧
電素子３ｂ，３ｄの出力信号を測定することにより、振
動体２に加わった回転角速度を検出することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな振動ジャイロ１では、１つの圧電素子３ａに駆動信
号が与えられ、１つの圧電素子３ｃから発振回路４に帰
還されている。そのため、振動体２を駆動する力が弱
く、雰囲気温度の変化などによって振動体２の変形や圧
電素子３ａ，３ｃの電歪変化などが発生すると、振動体
２の振動方向が乱れる。このような振動体２の振動方向
の乱れはドリフトの発生につながり、正確に回転角速度
を検出することができない。

【０００５】そこで、図１０に示すように、３角柱状の
振動体７の側面に圧電素子８ａ，８ｂ，８ｃを形成し、
圧電素子８ａ，８ｂと圧電素子８ｃとの間に発振回路４
を接続した振動ジャイロ１が考案されている。この振動
ジャイロ１では、圧電素子８ａ，８ｂに発振回路４から
の信号が与えられ、圧電素子８ｃから発振回路４に帰還
されている。それによって、振動体７は、圧電素子８ｃ
形成面に直交する方向に屈曲振動する。この振動ジャイ
ロ１では、２つの圧電素子８ａ，８ｂを駆動用として用
いているため、図９に示す振動ジャイロに比べて駆動力
を大きくすることができ、雰囲気温度の変化などに対し
ても、振動体２の振動方向の乱れを抑えることができ
る。

【０００６】また、この振動ジャイロ１では、圧電素子
８ａ，８ｂの出力信号が差動回路９に入力され、差動回
路９の出力信号が回転角速度を検出するために測定され
る。このように、振動体７の振動方向の両側において傾
斜した面に形成された圧電素子８ａ，８ｂの出力信号の
差を測定することによって、１つの圧電素子の出力信号
より大きい信号を得ることができる。したがって、図９
に示す振動ジャイロに比べて、小さい回転角速度でも測
定することができる。

【０００７】このように、図１０に示す振動ジャイロ
は、図９に示す振動ジャイロに比べて、雰囲気温度の変
化などの影響を受けにくいが、十分にドリフトを抑えら
れるものではない。

【０００８】それゆえに、この発明の主たる目的は、雰
囲気温度の変化などの環境変化に伴う振動体の振動方向
の乱れによるドリフトを抑えることができる振動ジャイ
ロを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、柱状の振動
体と、振動体の側面に形成される複数の圧電素子と、振
動体を振動させるための駆動信号を全ての圧電素子に与
えるための発振回路とを含み、一部の圧電素子が回転角
速度に対応した信号を検出するために用いられ、その他
の圧電素子が発振回路へ信号を帰還するために用いられ
る、振動ジャイロである。また、この発明は、圧電体で
形成された柱状の振動体と、振動体の側面に形成される
複数の電極と、振動体を振動させるための駆動信号を全
ての電極に与えるための発振回路とを含み、一部の電極
が回転角速度に対応した信号を検出するために用いら
れ、その他の電極が発振回路へ信号を帰還するために用
いられる、振動ジャイロである。

【００１０】

【作用】駆動信号を全ての圧電素子または全ての電極に
与えることにより、振動体を振動させる力が、全ての圧
電素子または全ての電極が形成された方向から振動体に
与えられる。

【００１１】

【発明の効果】この発明によれば、雰囲気温度の変化な
どによって振動体の変形、圧電素子や電極の電歪変化が
発生しても、多数の方向からの力で振動体が振動させら
れるため、振動方向の乱れを小さくすることができる。
そのため、振動体の振動方向の乱れによるドリフトを抑
制することができ、正確に回転角速度を検出することが
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】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す図解図であ
る。振動ジャイロ１０は、振動子１２を含む。振動子１
２は、図２に示すように、たとえば正３角柱状の振動体
１４を含む。振動体１４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。

【００１４】振動体１４の側面には、図３に示すよう
に、振動体１４を振動させるために用いられる駆動片１
６ａ，１６ｂ，１６ｃが形成される。この実施例では、
駆動片１６ａ，１６ｂ，１６ｃとして、圧電素子が使用
されている。圧電素子１６ａは、たとえば圧電セラミッ
クなどで形成された圧電板１８ａを含む。この圧電板１
８ａの両面には、電極２０ａ，２２ａが形成されてい
る。そして、一方の電極２２ａが、接着剤などにより振
動体１４に貼着されている。同様に、圧電素子１６ｂ，
１６ｃは圧電板１８ｂ，１８ｃを含み、その両面に電極
２０ｂ，２２ｂおよび電極２０ｃ，２２ｃが形成されて
いる。そして、これらの圧電素子１６ｂ，１６ｃの一方
の電極２２ｂおよび電極２２ｃが、接着剤などにより振
動体１４に貼着される。圧電素子１６ａ，１６ｂ，１６
ｃの圧電板１８ａ，１８ｂ，１８ｃは、たとえば外側か
ら内側に向かって分極されるか、または内側から外側に
向かって分極されるなど、同じ方向に分極処理されてい
る。

【００１５】圧電素子１６ａ，１６ｂ，１６ｃは振動体
１４を屈曲振動させるための駆動用として用いられる。
それと同時に、圧電素子１６ａ，１６ｂは、回転角速度
に対応した信号を検出するための検出用として用いられ
る。また、圧電素子１６ｃは、振動体１４を屈曲振動さ
せるときの帰還用として用いられる。

【００１６】圧電素子１６ａ，１６ｂには、それぞれ抵
抗２４，２６が接続される。そして、抵抗２４，２６と
圧電素子１６ｃとの間に、発振回路２８が接続される。
発振回路２８は、増幅回路３０と位相補正回路３２とで
構成される。さらに、発振回路２８は反転回路３４に接
続され、反転回路３４は抵抗３６を介して圧電素子１６
ｃに接続される。そして、発振回路２８からの信号は、
圧電素子１６ａ，１６ｂに与えられる。また、発振回路
２８からの信号は、反転回路３４で位相が反転され、反
転された信号が圧電素子１６ｃに与えられる。さらに、
圧電素子１６ｃから得られる信号は、発振回路２８に帰
還される。また、圧電素子１６ａ，１６ｂの出力信号
は、差動回路３８に入力される。

【００１７】この振動ジャイロ１０では、発振回路２８
からの駆動信号が圧電素子１６ａ，１６ｂに与えられ、
さらに発振回路２８からの駆動信号を反転した信号が圧
電素子１６ｃに与えられる。しかも、圧電素子１６ａ，
１６ｂ，１６ｃは同じ方向に分極されているため、圧電
素子１６ａ，１６ｂによって振動体１４に加わる力と圧
電素子１６ｃによって振動体１４に加わる力は同じ方向
となる。したがって、振動体１４は、圧電素子１６ｃ形
成面に直交する方向に屈曲振動する。

【００１８】振動子１２に回転角速度が加わっていない
場合、圧電素子１６ａ，１６ｂに発生する信号は同じで
あり、差動回路３８からは信号が出力されない。振動子
１２に振動体１４の軸を中心として回転角速度が加わる
と、コリオリ力によって振動体１４の振動方向が変わ
る。それによって、圧電素子１６ａ，１６ｂの出力信号
に差が生じ、差動回路３８から信号が出力される。差動
回路３８の出力信号は、振動子１２に加わった回転角速
度に対応しているため、差動回路３８の出力信号を測定
することによって、回転角速度を検出することができ
る。

【００１９】この振動ジャイロ１０では、図４に示すよ
うに、圧電素子１６ａに駆動信号が与えられることによ
って、圧電素子１６ａ形成面に直交する力Ｆａが振動体
１４に働く。同様に、圧電素子１６ｂに駆動信号が与え
られることによって、振動体１４に力Ｆｂが働く。した
がって、振動体１４には、２つの力Ｆａ，Ｆｂの合力Ｆ
ｒが働く。この力Ｆｒは圧電素子１６ｃ形成面に直交す
る方向であるため、振動体１４は圧電素子１６ｃ形成面
に直交する方向に屈曲振動する。

【００２０】このとき、雰囲気温度の変化などにより振
動体１４が変形したり、圧電素子１６ａ，１６ｂなどの
電歪特性が変化すると、力Ｆｄで示すように、振動体１
４に振動方向の乱れが生じる。しかしながら、この振動
ジャイロ１０では、発振回路２８からの駆動信号を反転
した信号が圧電素子１６ｃに与えられることによって、
振動体１４に力Ｆｃが働くため、力Ｆｄと力Ｆｃとの合
力である力Ｆｕが振動体１４に働く。このように、この
振動ジャイロ１０では、圧電素子１６ｃによって振動体
１４に力が加えられるため、図１０に示す振動ジャイロ
に比べて、振動体１４の振動方向の乱れを抑えることが
できる。

【００２１】このように、この振動ジャイロ１０を用い
れば、振動体１４の振動方向の乱れによるドリフトを小
さくすることができるため、正確に回転角速度を検出す
ることができる。さらに、圧電素子１６ｃに駆動信号を
与えることによって振動体１４の駆動力が大きくなり、
振動ジャイロ１０の検出感度を上げることができる。し
かも、従来の振動ジャイロと同じ振動子を用いることが
でき、回路の接続を変更するだけで処理することができ
る。

【００２２】なお、上述の実施例では、圧電素子１６
ａ，１６ｂ，１６ｃが同じ方向に分極処理されているた
め、反転回路３４を用いたが、圧電素子１６ｃを他の圧
電素子１６ａ，１６ｂと逆方向に分極しておけば、図５
に示すように、反転回路を使用する必要はない。図５に
示す振動ジャイロ１０では、圧電素子１６ａ，１６ｂ，
１６ｃに同じ位相の駆動信号を与えることによって、振
動体１４を屈曲振動させることができる。

【００２３】また、図６に示すように、圧電素子１６
ａ，１６ｂの出力信号を帰還用として用いてもよい。こ
の場合、圧電素子１６ａ，１６ｂの出力信号が抵抗４
０，４２を介して合成され、発振回路２８に帰還され
る。図６の実施例では、圧電素子１６ａ，１６ｂ，１６
ｃが同じ方向に分極処理されているため、反転回路３４
が使用されている。また、図７に示すように、圧電素子
１６ａ，１６ｂの出力信号を帰還用として使用し、圧電
素子１６ｃの分極方向を他の圧電素子１６ａ，１６ｂと
逆にして反転回路を省略してもよい。

【００２４】振動体１４の形状としては、図８に示すよ
うに、４角柱状のものを用いてもよい。この振動体１４
の側面には、圧電素子４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ
が形成されている。圧電素子４４ａ〜４４ｄの圧電板
は、同じ方向に分極処理されている。そして、抵抗４
６，４８，５０を介して、圧電素子４４ａ，４４ｂ，４
４ｄに発振回路２８の駆動信号が与えられる。また、抵
抗５２を介して、圧電素子４４ｃに反転回路３４で位相
を反転した駆動信号が与えられる。したがって、圧電素
子４４ａ，４４ｃによる駆動力は同じ方向に働き、振動
体１４は圧電素子４４ａ，４４ｃ形成面に直交する方向
に屈曲振動する。

【００２５】圧電素子４４ｂによる駆動力と圧電素子４
４ｄによる駆動力とは逆方向となり、振動体１４は圧電
素子４４ｂ，４４ｄ形成面に直交する方向には振動しな
い。そして、圧電素子４４ｂ，４４ｄによる駆動力は、
雰囲気温度の変化などによる振動体の振動方向の乱れを
抑制するように働き、振動方向の乱れによるドリフトを
抑制することができる。この振動ジャイロ１０では、圧
電素子４４ｂ，４４ｄの出力信号を測定することによ
り、振動子１２に加わった回転角速度を検出することが
できる。もちろん、圧電素子４４ｃの分極方向を他の圧
電素子４４ａ，４４ｂ，４４ｄと逆にしておけば、反転
回路３４を省略することができる。このように、振動体
１４の形状は任意に変更可能であり、複数の圧電素子を
駆動用として用いることにより、振動体の振動方向の乱
れを抑えることができる。

【００２６】また、上述の各実施例では、振動体の側面
に圧電素子を形成したが、振動体１４として圧電体を用
いることができる。この場合、駆動片１６ａ，１６ｂ，
１６ｃまたは駆動片４４ａ〜４４ｄとしては、電極が用
いられる。正３角柱状の振動体を用いた振動ジャイロの
場合、振動体１４は電極１６ｃ形成面に直交する方向に
分極処理される。したがって、図５や図７に示すよう
に、反転回路のない振動ジャイロ１０にすることで、上
述の各実施例と同様の効果を得ることができる。もちろ
ん、４角柱状の振動体を用いた振動ジャイロにおいて
も、圧電体で形成された振動体を用いることができる。
この場合、振動体１４は、電極４４ａ，４４ｃ形成面に
直交する方向に分極処理される。この場合も、反転回路
を省略した回路で、振動体の振動方向の乱れを抑えるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す図解図である。

【図２】図１に示す振動ジャイロに用いられる振動子の
斜視図である。

【図３】図２に示す振動子の断面図である。

【図４】図１に示す振動ジャイロの振動体を屈曲振動さ
せるときに加わる力を示すベクトル図である。

【図５】この発明の他の実施例を示す図解図である。

【図６】この発明のさらに他の実施例を示す図解図であ
る。

【図７】この発明の別の実施例を示す図解図である。

【図８】この発明のさらに別の実施例を示す図解図であ
る。

【図９】従来の振動ジャイロの一例を示す図解図であ
る。

【図１０】従来の振動ジャイロの他の例を示す図解図で
ある。

【符号の説明】

１０ 振動ジャイロ １２ 振動子 １４ 振動体 １６ａ，１６ｂ，１６ｃ 駆動片 ２８ 発振回路 ３０ 増幅回路 ３２ 位相補正回路 ３４ 反転回路 ３８ 差動回路 ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ 駆動片

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 柱状の振動体、 前記振動体の側面に形成される複数の圧電素子、および
   前記振動体を振動させるための駆動信号を全ての前記圧
   電素子に与えるための発振回路を含み、 一部の前記圧電素子が回転角速度に対応した信号を検出
   するために用いられ、その他の前記圧電素子が前記発振
   回路へ信号を帰還するために用いられる、振動ジャイ
   ロ。
2. 【請求項２】 圧電体で形成された柱状の振動体、 前記振動体の側面に形成される複数の電極、および前記
   振動体を振動させるための駆動信号を全ての前記電極に
   与えるための発振回路を含み、 一部の前記電極が回転角速度に対応した信号を検出する
   ために用いられ、その他の前記電極が前記発振回路へ信
   号を帰還するために用いられる、振動ジャイロ。