JPH08247770A - 振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で、生産性がよく、しかも高感度である
にもかかわらず破損しにくい振動ジャイロを得る。 【構成】 振動ジャイロ１０は、圧電体材料で形成され
た筒状体１２を含む。筒状体１２は、厚み方向に分極す
る。筒状体１２の内周面に共通電極１４を形成し、外周
面に外部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃを形成する。外部
電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、筒状体１２の周方向に
分割して形成する。筒状体１２内に、振動体１８を挿通
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６は従来の振動ジャイロの一例を示す
斜視図である。振動ジャイロ１は、たとえば４角柱状の
振動体２を含む。振動体２の一方の対向面には、振動体
２を屈曲振動させるための駆動用圧電素子３が接着され
る。また、振動体２の他方の対向面には、回転角速度に
対応した信号を得るための検出用圧電素子４が接着され
る。

【０００３】この振動ジャイロ１では、駆動用圧電素子
３に駆動信号が与えられ、振動体２が駆動用圧電素子３
形成面に直交する方向に屈曲振動する。このとき、振動
体２の振動方向は、検出用圧電素子４の面に平行する方
向であるため、検出用圧電素子４からは信号が出力され
ない。このような振動状態で、振動体２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２の振動方向
が変わる。そのため、検出用圧電素子４が屈曲し、検出
用圧電素子４から信号が出力される。コリオリ力は振動
体２の無回転時の振動方向と直交する方向に働くため、
コリオリ力は検出用圧電素子４の面に直交する向きに加
わる。そのため、検出用圧電素子４の屈曲量はコリオリ
力に対応した値となり、検出用圧電素子４からコリオリ
力に対応した出力信号が得られる。したがって、検出用
圧電素子４の出力信号を測定することにより、振動ジャ
イロ１に加わった回転角速度を検出することができる。

【０００４】さらに、振動体２自体を圧電セラミックで
形成し、図６の圧電素子形成部に電極を形成した振動ジ
ャイロも考えられる。このような振動ジャイロでも、一
方の対向電極に駆動信号を与えることによって、振動体
が屈曲振動する。そして、他方の対向電極から、回転角
速度に対応した出力信号を得ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような振動ジャイ
ロは小型化が求められているが、図６に示す振動ジャイ
ロでは、振動体が小型化すると、その側面に接着される
圧電素子も小さくなる。そのため、小型化するにつれ
て、振動体への圧電素子の接着が困難となり、生産性が
悪くなる。また、圧電セラミックで形成された振動体を
有する振動ジャイロでは、振動体が小型化するにつれ
て、側面に形成される電極の幅を十分に確保することが
できず、感度が低下してしまう。さらに、小型化するに
ともなって、圧電セラミックで形成された振動体が細く
なり、振動体の機械的強度が低下する。高感度の振動ジ
ャイロを得るためには、振動体の振幅を大きくする必要
があり、そのため振動体を細くする必要があるが、細い
振動体では破損しやすくなる。

【０００６】それゆえに、この発明の主たる目的は、小
型で、生産性がよく、しかも高感度であるにもかかわら
ず破損しにくい振動ジャイロを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、圧電体材料
で形成された筒状体と、筒状体の内周面に形成される共
通電極と、筒状体の外周面において周方向に分割して形
成される外部電極と、筒状体に挿通される柱状の振動体
とを含む、振動ジャイロである。この振動ジャイロにお
いて、筒状体は厚み方向に分極される。

【０００８】

【作用】筒状体に振動体を挿通することにより振動ジャ
イロが形成されるため、振動体と共通電極との接続が、
１回の接着で可能である。しかも、振動体を細くして
も、筒状体の外周面は広い面積を確保することができ、
外部電極の面積を大きくすることができる。筒状体を厚
み方向に分極しておけば、外部電極に駆動信号を与える
ことによって、振動体を屈曲振動させることができる。
このとき、振動体を金属などで形成すれば、大きい強度
をもちながら振動体を細くすることができ、それによっ
て大きい振幅が得られる。

【０００９】

【発明の効果】この発明によれば、大きい強度をもちな
がら振動体を細くすることができ、振動ジャイロの小型
化が可能である。しかも、振動体を細くすることによっ
て、大きい振幅を得ることができ、振動ジャイロの感度
を高めることができる。さらに、振動体を細くしても外
部電極の面積を大きくすることができ、振動体の振幅を
大きくすることができる。このとき、振動体を金属など
の機械的強度の大きい材料で形成すれば、振動体に大き
い振幅を与えても、破損しにくくなる。また、１回の接
着で振動体と筒状体を一体化することができるため、振
動体の側面に複数の圧電素子を接着した従来の振動ジャ
イロに比べて、生産性を向上させることができる。

【００１０】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。

【００１１】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す斜視図であ
り、図２はその断面図である。振動ジャイロ１０は、た
とえば円筒状の筒状体１２を含む。筒状体１２は、たと
えば圧電セラミックなどの圧電体材料で形成される。筒
状体１２の内周面には、共通電極１４が形成される。さ
らに、筒状体１２の外周面には、３つの外部電極１６
ａ，１６ｂ，１６ｃが形成される。外部電極１６ａ，１
６ｂ，１６ｃは、筒状体１２の周方向に均等に分割して
形成される。筒状体１２は、厚み方向に分極される。す
なわち、筒状体１２は、内周側から外周側に向かって、
または外周側から内周側に向かって分極される。

【００１２】筒状体１２には、円柱状の振動体１８が挿
通される。振動体１８は、たとえばエリンバ，鉄−ニッ
ケル合金，石英，ガラス，水晶，セラミックなどの恒弾
性材料で形成される。この振動体１８が筒状体１２に挿
通され、導電ペーストや接着剤などによって振動体１８
と共通電極１４とが接着される。それによって、筒状体
１２と振動体１８とが一体化され、振動ジャイロ１０が
形成される。

【００１３】この振動ジャイロ１０を用いる場合、図３
に示すように、外部電極１６ａ，１６ｂと外部電極１６
ｃとの間に、抵抗２０ａ，２０ｂを介して、発振回路２
２が接続される。この発振回路２２の出力信号が駆動信
号として外部電極１６ａ，１６ｂに印加され、外部電極
１６ｃからの出力信号が発振回路２２に帰還される。さ
らに、外部電極１６ａ，１６ｂは差動回路２４に接続さ
れ、差動回路２４は検波回路２５に接続される。そし
て、検波回路２５は、平滑回路２６に接続される。

【００１４】この振動ジャイロ１０では、発振回路２２
からの駆動信号によって、外部電極１６ａ，１６ｂの形
成された筒状体１２部分が伸縮する。それによって、外
部電極１６ａ，１６ｂの中間点と外部電極１６ｃとを結
ぶ方向に、振動体１２が屈曲振動する。振動体１２は、
屈曲振動の２つのノード点付近が支持される。振動体１
２の屈曲振動によって、外部電極１６ｃに電荷が発生
し、それが帰還信号として発振回路２２に帰還される。

【００１５】外部電極１６ａ，１６ｂの出力信号は、差
動回路２４に入力される。無回転時においては、外部電
極１６ａ，１６ｂ部分の屈曲状態は同じであり、この部
分の筒状体１２に発生する電荷は同じである。したがっ
て、外部電極１６ａ，１６ｂの出力信号は同じであり、
差動回路２４からは信号が出力されない。振動ジャイロ
１０が振動体１８の軸を中心として回転すると、無回転
時の振動体１２の振動方向に対して直交する方向にコリ
オリ力が働く。そのため、振動体１２の屈曲振動の方向
が変わる。それにより、外部電極１６ａ，１６ｂが形成
された部分の屈曲状態に差が生じ、その部分の筒状体１
２に発生する電荷にも差が生じる。したがって、外部電
極１６ａ，１６ｂからは異なる信号が出力され、差動回
路２４から出力信号が得られる。

【００１６】外部電極１６ａ，１６ｂが形成された部分
は、無回転時の振動体１２の振動方向に対して対称に配
置されているため、コリオリ力による外部電極１６ａ，
１６ｂ部分の屈曲は逆向きとなる。したがって、外部電
極１６ａ，１６ｂからは、コリオリ力に対応して、逆極
性の信号が出力される。そのため、差動回路２４で外部
電極１６ａ，１６ｂからの出力信号の差をとれば、差動
回路２４からコリオリ力に対応した大きい出力信号を得
ることができる。この差動回路２４の出力信号が検波回
路２５で検波された後平滑回路２６で平滑され、さらに
必要に応じて増幅される。この平滑回路２６からは、コ
リオリ力に対応した直流信号が得られ、この信号を測定
することにより、回転角速度を検出することができる。

【００１７】この振動ジャイロ１０では、筒状体１２に
振動体１８が挿通されているため、振動体１８を細くし
ても、外部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃの面積を大きく
することができる。そのため、駆動信号によって大きい
振幅の屈曲振動を得ることができ、またコリオリ力に対
応して、大きい出力信号を得ることができる。そのた
め、高感度の振動ジャイロを得ることができる。しか
も、振動体１８を金属などの材料で形成すれば、大きい
機械的強度を得ることができ、屈曲振動の振幅が大きく
ても、振動体１８は破損しにくい。このように、振動体
１８を細くすることにより、振動ジャイロ１０を小型化
することができるとともに、高感度で回転角速度を検出
することができる。さらに、筒状体１２と振動体１８と
は、１回の接着で一体化することができ、従来の３つの
圧電素子を振動体に接着した振動ジャイロに比べて、生
産性が向上する。

【００１８】なお、振動体１８の形状としては、図４や
図５に示すように、ノード点付近で折り曲げた形状であ
ってもよい。図４および図５において、三角形は支持部
を示す。さらに、振動体１８の形状としては、３角柱状
や４角柱状など、他の柱状であってもよい。この場合、
筒状体１２の形状も３角筒状や４角筒状などに形成され
る。また、振動体１８を中央部で分割し、筒状体１２の
両側から挿入して、その中央部で固定してもよい。さら
に、圧電セラミック材料で筒状体１２の形状を形成し、
振動体１８を挿通したのち焼成して、筒状体１２の作製
と振動体１８の固定とを同時に行ってももよい。また、
振動体１８の振動モードとしては、屈曲振動以外にも、
長さ振動などの他の振動モードを用いることができる。
この場合、振動モードに応じて、筒状体１８に形成され
る外部電極の数や形状などが調整される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す斜視図である。

【図２】図１に示す振動ジャイロの断面図である。

【図３】図１に示す振動ジャイロを使用するための回路
を示す図解図である。

【図４】この発明の他の実施例を示す斜視図である。

【図５】この発明のさらに他の実施例を示す斜視図であ
る。

【図６】従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１０ 振動ジャイロ １２ 筒状体 １４ 共通電極 １６ａ，１６ｂ，１６ｃ 外部電極 １８ 振動体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電体材料で形成された筒状体、 前記筒状体の内周面に形成される共通電極、 前記筒状体の外周面において周方向に分割して形成され
   る外部電極、および前記筒状体に挿通される柱状の振動
   体を含む、振動ジャイロ。
2. 【請求項２】 前記筒状体は厚み方向に分極された、請
   求項１に記載の振動ジャイロ。