JPH08247771A - 振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 無回転時のドリフト信号が少ない振動ジャイ
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１２を含む。振動体１２の１つの側面の中央部
に、駆動用の圧電素子１４を形成する。振動体１２の他
の２つの側面の中央部に、検出用の圧電素子１６ａ，１
６ｂを形成する。駆動用圧電素子１４の幅は、検出用圧
電素子１６ａ，１６ｂの幅より大きくなるように形成す
る。駆動用圧電素子１４の幅は、振動体１２の側面の幅
とほぼ同じとなるように形成することが望ましい。

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７は従来の振動ジャイロの一例を示す
斜視図であり、図８はその断面図である。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つの側面には、それぞれ圧電素子３ａ，３ｂ，３ｃ
が形成される。圧電素子３ａ，３ｂは、回転角速度に対
応した信号を出力させるための検出用として用いられ
る。また、圧電素子３ｃは、振動体２を屈曲振動させる
ための駆動用として用いられる。この振動ジャイロ１で
は、図９に示すように、圧電素子３ａ，３ｂと圧電素子
３ｃとの間に、発振回路４が接続される。この発振回路
４からの信号が、駆動信号として圧電素子３ｃに与えら
れる。この駆動信号によって、振動体２は、圧電素子３
ｃ形成面に直交する方向に屈曲振動する。振動体２の屈
曲振動によって圧電素子３ａ，３ｂに発生する信号は、
発振回路４に帰還される。

【０００３】圧電素子３ａ，３ｂは、差動回路５に接続
される。差動回路５は検波回路６に接続され、さらに検
波回路６は平滑回路７に接続される。無回転時において
は、圧電素子３ａ，３ｂは振動体の振動方向に対して対
称となるように配置されているため、それらの屈曲状態
は同じとなる。そのため、圧電素子３ａ，３ｂからの出
力信号は同じであり、差動回路５からは信号が出力され
ない。振動体２の軸を中心として回転すると、無回転時
の振動方向に対して直交する方向にコリオリ力が働く。
この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、圧電素子３ａ，３ｂの屈曲状態に差が生
じ、異なる信号が出力される。したがって、差動回路５
からは、圧電素子３ａ，３ｂの出力信号の差が得られ
る。差動回路５の出力信号は検波回路６で検波され、さ
らに平滑回路７で平滑される。この平滑回路７の出力信
号は、コリオリ力に対応した信号である。したがって、
平滑回路７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が検出される。

【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、雰囲気温度の変化などによ
り、振動体２に反りが生じる場合がある。特に、図１０
に示すように、無回転時の振動方向に対して直交する方
向に振動体２が反った場合、検出用の圧電素子３ａ，３
ｂが反ってしまうため、無回転時においても屈曲状態に
差が生じる。そのため、無回転時においても、圧電素子
３ａ，３ｂの出力信号に差が生じ、差動回路５から信号
が出力される。そのため、回転していないにもかかわら
ず、回転角速度が加わっているように誤検知してしま
う。

【０００５】このようなドリフト信号を補正するため
に、検出回路の中に補正回路を組み込むことが行われて
いる。しかしながら、このような方法では、補正を行う
ためのコストが増加し、また回路が複雑になるなどの問
題があった。

【０００６】それゆえに、この発明の主たる目的は、無
回転時のドリフト信号が少な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、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を含
み、振動体を振動させるための駆動用または帰還用とし
てのみ用いられる圧電素子の幅が、回転角速度に対応し
た信号を出力させるための圧電素子の幅よりも大きくな
るようにした、振動ジャイロである。この振動ジャイロ
において、振動体を振動させるための駆動用または帰還
用としてのみ用いられる圧電素子の幅が、振動体の側面
の幅とほぼ同じとなるように形成されることが望まし
い。また、この発明は、圧電材料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を含
み、振動体を振動させるための駆動用または帰還用とし
てのみ用いられる電極の幅が、回転角速度に対応した信
号を出力させるための電極の幅よりも大きくなるように
した、振動ジャイロである。この振動ジャイロにおい
て、振動体を振動させるための駆動用または帰還用とし
てのみ用いられる電極の幅が、振動体の側面の幅とほぼ
同じとなるように形成されることが望ましい。

【０００８】

【作用】振動体は、駆動用または帰還用としてのみ用い
られる圧電素子に直交する方向に屈曲振動する。雰囲気
温度の変化などにより、無回転時の屈曲振動に対して直
交する方向に振動体が反った場合、駆動用または帰還用
としてのみ用いられる圧電素子は、振動体の側面の中央
線を境として、延びと縮みとが逆となるように変形す
る。

【０００９】圧電素子が変形すると、延びた部分と縮ん
だ部分とで、逆極性の電荷が発生する。それぞれの電荷
が、圧電素子の延びた部分および縮んだ部分を復元させ
るように働く。駆動用または帰還用としてのみ用いられ
る圧電素子の幅を大きくすると、振動体の反りによって
発生した電荷による圧電素子の復元力が大きくなる。こ
の圧電素子の復元力により、振動体の反りが矯正され
る。圧電材料で形成された振動体に電極を形成した振動
ジャイロにおいても、駆動用または帰還用としてのみ用
いられる電極の幅を大きくすることによって、その電極
下の圧電体に発生する電荷が同様に働く。

【００１０】

【発明の効果】この発明によれば、雰囲気温度の変化な
どによって振動体に反りが発生しても、それを矯正する
力が働くため、無回転時におけるドリフト信号を抑える
ことができる。そのため、検出回路に補正回路などを組
み込む必要がなく、正確に回転角速度を検出することが
できる。

【００１１】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。

【００１２】

【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。

【００１３】振動体１２の１つの側面の中央部には、振
動体１２を屈曲振動させるために用いられる駆動用の圧
電素子１４が形成される。また、振動体１２の他の２つ
の側面の中央部には、回転角速度に対応する信号を出力
させるための検出用の圧電素子１６ａ，１６ｂが形成さ
れる。駆動用の圧電素子１４は、たとえば圧電セラミッ
クなどで形成される圧電層１８を含み、この圧電層１８
の両面に電極２０ａ，２０ｂが形成される。そして、一
方の電極２０ｂが、振動体１２に接着される。同様に、
検出用の圧電素子１６ａ，１６ｂは圧電層２２ａ，２２
ｂを含み、それらの両面に電極２４ａ，２４ｂおよび電
極２６ａ，２６ｂが形成される。そして、圧電素子１６
ａ，１６ｂの一方の電極２４ｂ，２６ｂが、振動体１２
に接着される。駆動用の圧電素子１４は、検出用の圧電
素子１６ａ，１６ｂに比べて、大きい幅となるように形
成される。この実施例では、駆動用の圧電素子１４は、
振動体１２の側面とほぼ同じ幅となるように形成されて
いる。

【００１４】この振動ジャイロ１０を使用する場合、図
３に示すように、検出用の圧電素子１６ａ，１６ｂに抵
抗２８ａ，２８ｂが接続される。これらの抵抗２８ａ，
２８ｂと駆動用の圧電素子１４との間に、発振回路３０
が接続される。この発振回路３０の出力信号が、駆動信
号として圧電素子１４に与えられる。この駆動信号によ
って、振動体１２は、圧電素子１４形成面に直交する方
向に屈曲振動する。振動体１２の屈曲振動によって、圧
電素子１６ａ，１６ｂから信号が出力され、この信号が
発振回路３０に帰還される。

【００１５】さらに、検出用の圧電素子１６ａ，１６ｂ
は、差動回路３２に接続される。この差動回路３２は検
波回路３４に接続され、さらに検波回路３４は平滑回路
３６に接続される。無回転時には、振動体１２は、圧電
素子１４形成面に直交する方向に屈曲振動する。このと
き、検出用の圧電素子１６ａ，１６ｂは、振動方向に対
して対称となるように配置されているため、これらの圧
電素子１６ａ，１６ｂの屈曲状態は同じになる。そのた
め、圧電素子１６ａ，１６ｂから同じ信号が出力され、
差動回路３２からは信号が出力されない。

【００１６】振動体１２の軸を中心として回転すると、
無回転時の屈曲振動と直交する方向にコリオリ力が働
く。このコリオリ力によって、振動体１２の屈曲振動の
方向が変わる。そのため、圧電素子１６ａ，１６ｂの屈
曲状態に差が生じ、異なる信号が出力される。これらの
圧電素子１６ａ，１６ｂは、無回転時の振動方向に対し
て対称に配置されているため、コリオリ力が加わること
による圧電素子１６ａ，１６ｂの屈曲状態は逆向きとな
り、互いに逆極性の信号が出力される。そのため、差動
回路３２からは、コリオリ力に対応した大きい出力信号
が得られる。差動回路３２の出力信号は検波回路３４で
検波され、さらに平滑回路３６で平滑される。平滑回路
３６の出力信号はコリオリ力に対応した信号であり、こ
の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。

【００１７】雰囲気温度などが変化した場合、振動体１
２に反りが発生する場合がある。振動体１２が、圧電素
子１４形成面に直交する方向に反った場合、検出用の圧
電素子１６ａ，１６ｂは、同じ状態で変形する。そのた
め、振動体１２の反りによる出力信号はほぼ同じとな
り、圧電素子１６ａ，１６ｂの出力信号の差をとれば、
振動体１２の反りによる影響は小さくなる。

【００１８】振動体１２が、無回転時の振動に直交する
方向に反った場合、２つの圧電素子１６ａ，１６ｂの変
形は異なるため、異なる信号が出力される。そのため、
このような振動体１２の変形によるドリフト信号を抑え
る必要がある。このように振動体１２が反った場合、駆
動用の圧電素子１４は、図４に示すように、一点鎖線で
示す振動体１２の側面の中心線を境として、一方が延び
た状態となり、他方が縮んだ状態となる。そのため、圧
電素子１４の延びた部分と縮んだ部分とで、逆極性の電
荷が発生する。これらの電荷が、圧電素子１４の延びお
よび縮みを矯正するように、圧電素子１４を復元させ
る。このような圧電素子１４の復元力により、振動体１
２の反りが矯正される。したがって、振動体１２の反り
によるドリフト信号を抑えることができ、正確に回転角
速度を検出することができる。

【００１９】このような効果は、従来の振動ジャイロで
も得ることができるが、圧電素子の幅が狭いと、電荷に
よる復元力が弱く振動体の反りを十分に矯正することが
できない。また、圧電素子の幅が狭いと、その取付け位
置などにより、矯正効果にばらつきが生じる。極端な場
合として、振動体の側面の中央線の一方側にのみ圧電素
子が形成されると、振動体の反りによって、圧電素子は
延びまたは縮みの一方のみが発生し、反りの矯正効果が
なくなる。それに対して、この発明の振動ジャイロ１０
では、駆動用の圧電素子１４の幅が大きいため、電荷に
よる矯正力が大きく、また圧電素子の取付け位置のばら
つきも少なくすることができる。特に、圧電素子１４と
振動体１２の側面とをほぼ同じ幅にしておけば、取付け
位置のばらつきが最も少なく、しかも反りの矯正力も最
大になる。

【００２０】さらに、図５に示すように、振動体１２を
圧電材料で形成してもよく、その場合、図１および図２
に示す振動ジャイロの圧電素子１４，１６ａ，１６ｂを
形成した位置に、電極４０および電極４２ａ，４２ｂが
形成される。このような振動ジャイロ１０でも、図３に
示す回路を用いることによって、回転角速度を検出する
ことができる。さらに、駆動用として用いられる電極４
０の幅を大きくすることによって、電極４０の下の圧電
体に電荷が発生し、振動体１２の反りを矯正することが
できる。

【００２１】なお、上述の実施例では、圧電素子１４ま
たは電極４０を駆動用として用いたが、これらの圧電素
子１４または電極４０を帰還用として用いてもよい。こ
の場合、発振回路３０の信号は、圧電素子１６ａ，１６
ｂまたは電極４２ａ，４２ｂに与えられる。この場合で
も、駆動信号によって、振動体１２は圧電素子１４形成
面または電極４０形成面に直交する方向に屈曲振動す
る。このとき、駆動信号は差動回路３２で相殺され、差
動回路３２からは駆動信号成分が出力されない。このよ
うな振動ジャイロ２０においても、無回転時の屈曲振動
に対して直交する方向の振動体１２の反りが、圧電素子
１４または電極４０部分の変形によって生じる電荷によ
って矯正される。

【００２２】また、振動体１２の形状は正３角柱状に限
らず、図６に示すように４角柱状であってもよい。この
場合、振動体１２の４つの側面に圧電素子４４ａ，４４
ｂ，４６ａ，４６ｂが形成される。そして、駆動用また
は帰還用としてのみ用いられる圧電素子４４ａ，４４ｂ
が、検出用の圧電素子４６ａ，４６ｂより広い幅となる
ように形成される。

【００２３】また、正方形の断面を有する振動体の対角
線方向に屈曲振動させてもよい。この場合、振動体の隣
接する側面に、連結された圧電素子が形成される。この
連結された圧電素子が、駆動用または帰還用として用い
られる。そして、この連結された圧電素子は、振動体の
側面とほぼ同じ幅に形成される。また、振動体の他の２
つの側面には、検出用の圧電素子が形成され、これらの
検出用圧電素子が差動回路に接続される。さらに、円柱
状の振動体を用いてもよい。この場合、通常、振動体は
圧電材料で形成され、その側面に３つの電極が形成され
る。そして、駆動用または帰還用として用いられる電極
の幅が、検出用として用いられる電極の幅より大きくな
るように形成される。

【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に断面図である。

【図３】図１に示す振動ジャイロを使用するための回路
を示すブロック図である。

【図４】図１に示す振動ジャイロが反った状態を示す斜
視図である。

【図５】この発明の他の実施例を示す断面図である。

【図６】この発明のさらに他の実施例を示す断面図であ
る。

【図７】従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図であ
る。

【図８】図７に示す従来の振動ジャイロの断面図であ
る。

【図９】図７に示す従来の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。

【図１０】図７に示す従来の振動ジャイロが反った状態
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 １４ 駆動用圧電素子 １６ａ，１６ｂ 検出用圧電素子 ４０ 駆動用電極 ４２ａ，４２ｂ 検出用電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 柱状の振動体と、前記振動体の側面に形
   成される複数の圧電素子とを含み、 前記振動体を振動させるための駆動用または帰還用とし
   てのみ用いられる前記圧電素子の幅が、回転角速度に対
   応した信号を出力させるための前記圧電素子の幅よりも
   大きくなるようにした、振動ジャイロ。
2. 【請求項２】 前記振動体を振動させるための駆動用ま
   たは帰還用としてのみ用いられる前記圧電素子の幅が、
   前記振動体の側面の幅とほぼ同じとなるように形成され
   た、請求項１に記載の振動ジャイロ。
3. 【請求項３】 圧電材料で形成された柱状の振動体と、
   前記振動体の側面に形成される複数の電極とを含み、 前記振動体を振動させるための駆動用または帰還用とし
   てのみ用いられる前記電極の幅が、回転角速度に対応し
   た信号を出力させるための前記電極の幅よりも大きくな
   るようにした、振動ジャイロ。
4. 【請求項４】 前記振動体を振動させるための駆動用ま
   たは帰還用としてのみ用いられる前記電極の幅が、前記
   振動体の側面の幅とほぼ同じとなるように形成された、
   請求項３に記載の振動ジャイロ。