JPH08254430A - 圧電振動角速度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動子の支持による振動子の振動への影響を
大幅に少なくすることができる圧電振動角速度計を提供
する。 【構成】 支持部材２は、ゴム状弾性を有する材料から
なり、略円形状の貫通孔９を有するとともに所定の外形
を有する。四角柱状の振動子１は支持部材２の貫通孔９
に挿通され、振動子１の振動の節点に対応する位置にお
ける振動子１の４つの頂角部分のみが支持部材２の貫通
孔９の周縁部で支持される。該周縁部における４つの頂
角部分に対応する部分以外の部分と振動子１との間に
は、間隙が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車、船舶、航空機
等の移動体に搭載され、これらの姿勢制御、ナビゲーシ
ョンシステム等に用いられる圧電振動角速度計に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電振動角速度計は、振動している物体
に回転角速度が与えられると、その振動方向と直角な方
向にコリオリ力を生ずるという力学現象を利用するとと
もに、圧電現象を利用したものである。

【０００３】図１４は、従来の圧電振動角速度計の振動
子１００を示す斜視図である。

【０００４】この振動子１００では、正方形断面形状を
有する金属角柱１０１の隣合う側面に、厚さ方向に分極
された圧電セラミック薄板１０２，１０３がそれぞれ接
合されている。金属角柱１０１は、互いに直角な二つの
方向にほぼ同じ共振周波数で屈曲運動が可能である。圧
電セラミック薄板１０２にこの共振周波数に略等しい周
波数の電圧を印加すると、金属角柱１０１は、圧電セラ
ミック薄板１０２を接合した面が凹凸となる方向に屈曲
振動する。この状態で金属角柱１０１を長さ方向を軸と
して回転させると、コリオリ力の作用により、金属角柱
１０１は圧電セラミック薄板１０３を接合した面が凹凸
となる方向の新たな屈折振動を行い、圧電セラミック薄
板１０３に回転角速度に比例した電圧が発生する。

【０００５】図１４に示すように、この振動子１００を
支持するため、金属角柱１０１の屈曲振動モードに対す
る振動の節点であって一方の端面に近い節点の位置にお
いて、対向する２つの金属面にそれぞれ金属線からなる
支持線１０４，１０５がその面に垂直に溶接されてい
る。また、他方の端面に近い他の節点の位置において、
前記の金属線１０４，１０５と直交し対向する他の２つ
の金属面にそれぞれ金属線からなる支持線１０６，１０
７がその面に垂直に溶接されている。これらの支持線１
０４，１０５，１０６，１０７として、互いに直交する
屈折振動それぞれに対する影響を極力少なくするよう
に、細い金属線が用いられている。

【０００６】図１５は、従来の他の圧電振動角速度計の
振動子２００を示す斜視図である。

【０００７】この振動子２００では、断面が三角形状の
金属柱２０１の各側面に圧電セラミック薄板２０２，２
０３，２０４（圧電セラミック薄板２０３，２０４は図
１５中には現れていない）がそれぞれ接合されている。
１つの圧電セラミック薄板２０４に振動子２００を励振
するための駆動電圧を印加すると、金属三角柱２０１
は、圧電セラミック薄板２０４の接合面が凹凸になるよ
うに屈曲振動する。三角柱２０１の長手方向を軸として
角速度が作用すると、前述と同様にコリオリ力が発生
し、他の２つのセラミック薄板２０２，２０３にはコリ
オリ力に対応する互いに逆極性の電圧が発生する。支持
線２０５，２０６は、図１４に示す前記従来の振動子１
００と同様に細い金属線であり、金属三角柱２０１の振
動の節点の位置における頂点の箇所で金属三角柱２０１
に溶接されている。。図１４及び図１５に示す従来の圧
電振動角速度計においては、支持線による金属角柱の屈
曲振動への影響を軽減するためには、支持線の径を極力
小さくする必要があった。支持線の径を大きくすれば、
支持線の影響を大きく受けて、当該支持線が溶接されて
いる金属角柱の屈曲振動が、本来の屈曲振動から大きく
ずれてしまうからである。しかし、支持線を細くするこ
とは振動子自身の耐振動特性及び耐衝撃特性を劣化させ
ることになる。また、支持線を金属柱に溶接するため、
その際の熱の影響により、本来は弾性定数の大きい支持
線の弾性定数が劣化してしまう（この劣化は、支持線の
径が小さいだけに大きくなる）。さらに、衝撃や振動に
よって、支持線が変形してしまい、振動子の位置や方向
が変化してしまうという致命的な影響を受ける。さらに
また、支持線の溶接時の熱が、金属角柱に接合されてい
る圧電セラミックの特性に悪影響を与えることにもな
る。

【０００８】そこで、従来、これらの欠点を除去すべ
く、実開平５−２３０３０号公報や実開平５−７３５１
８号公報に記載された圧電振動角速度計が提案された。

【０００９】実開平５−７３５１８号公報に記載された
圧電振動角速度計は、断面円形状の圧電セラミック体の
周面上に複数の帯状電極を長手方向に施した振動子と、
該振動子を支持する支持部材とを備え、該支持部材が、
ゴム状弾性を有する電気絶縁材料からなり、所定の外形
を有するとともに、前記振動子の外径に略等しい径の貫
通孔を有し、該貫通孔に前記振動子の屈曲振動の節点を
位置させて支持するものである。また、実開平５−７３
５１８号公報に記載された圧電振動角速度計は、円柱状
又は六角柱などの多角柱状の圧電セラミックス体の周面
に複数の帯状電極を長手方向に施した振動子と、該振動
子を支持する支持部材とを備え、前記圧電セラミックス
体の屈曲振動の節部に沿って所定間隔をおいて又は連続
して凹部を形成し、かつ、該凹部に嵌合するように軟弾
性の前記支持部材を配置するものである。

【００１０】このように、実開平５−２３０３０号公報
や実開平５−７３５１８号公報に記載された圧電振動角
速度計では、支持線が用いられていないので、前述した
図１４及び図１５に示す圧電振動角速度計の前記欠点が
除去される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記各公報に
記載された圧電振動角速度計では、円柱状又は六角柱な
どの多角柱状の圧電セラミックス体（振動子）の節点に
対応する位置において圧電セラミックス体の節部に沿っ
た全周に渡って、前記支持部材が圧電セラミックス体に
当接して圧電セラミックス体を支持している。すなわ
ち、振動子の支持箇所が、節点に対応する位置であるに
しても、点ではなく、振動子の実質的に全周に及んでい
る。本来振動子の振動は無拘束振動が望ましく、そのた
め、前述した図１４及び図１５に示す圧電振動角速度計
では支持線を用いて支持箇所を点にしていたのである
が、前記各公報に記載された圧電振動角速度計では、前
述したように振動子の支持箇所が振動子の実質的に全周
に及んでおり、振動子の振動は無拘束振動が望ましいと
いう趣旨を却って損ない、振動子の振動に悪影響を与え
る。

【００１２】なお、実開平５−７３５１８号公報には、
六角柱などの多角柱の振動子の振動の節点に対応する位
置における前記振動子のそれぞれの頂角部分に支持部材
の貫通孔の周縁部に嵌合可能な切欠部（凹部）が形成さ
れ、前記支持部材の貫通孔の周縁部の一部が前記切欠部
に嵌合された、圧電振動角速度計が記載されている。し
かし、振動子が六角柱などの多角柱であるので、振動子
が円柱の場合と同様に、支持部材の貫通孔の周縁部のほ
ぼ全体が振動子に当接し、振動子の支持箇所が振動子の
実質的に全周に及ぶことになり、支持部材の貫通孔の周
縁部における前記頂角部分に対応する部分以外の部分と
前記振動子との間にも、実質的に間隙が形成されない。

【００１３】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、振動子の支持による振動子の振動への影響を
大幅に少なくすることができる圧電振動角速度計を提供
することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の第１の態様による圧電振動角速度計は、複
数の電極を有する四角柱状の振動子と、該振動子を支持
する支持部材とを備えた圧電振動角速度計であって、前
記支持部材は、ゴム状弾性を有する材料からなり、略円
形状の貫通孔を有するとともに所定の外形を有し、前記
振動子は前記支持部材の前記貫通孔に挿通され、前記振
動子の振動の節点に対応する位置における前記振動子の
４つの頂角部分のみが前記支持部材の前記貫通孔の周縁
部で支持され、該周縁部における前記４つの頂角部分に
対応する部分以外の部分と前記振動子との間には間隙が
形成されるものである。なお、前記支持部材が前記振動
子の電極と接触する場合には、前記支持部材は電気絶縁
材料からなることが好ましい。

【００１５】本発明の第２の態様による圧電振動角速度
計は、前記第１の態様による圧電振動角速度計におい
て、前記支持部材の貫通孔の径が前記振動子の断面形状
の対角線の長さより若干小さいものである。

【００１６】本発明の第３の態様による圧電振動角速度
計は、前記第１又は第２の態様による圧電振動角速度計
において、前記振動子の振動の節点に対応する位置にお
ける前記振動子の前記４つの頂角部分が接着剤で前記支
持部材の前記貫通孔の前記周縁部に接着されたものであ
る。

【００１７】本発明の第４の態様による圧電振動角速度
計は、前記第１乃至第３のいずれかの態様による圧電振
動角速度計において、前記振動子の振動の節点に対応す
る位置における前記振動子の前記４つの頂角部分には前
記支持部材の前記貫通孔の前記周縁部に嵌合可能な切欠
部が形成され、前記支持部材の前記貫通孔の前記周縁部
の一部が前記切欠部に嵌合されたものである。

【００１８】本発明の第５の態様による圧電振動角速度
計は、前記第１乃至第３のいずれかの態様による圧電振
動角速度計において、前記支持部材の前記貫通孔の前記
周縁部には前記振動子の振動の節点に対応する位置にお
ける前記振動子の前記４つの頂角部分に嵌合可能な切欠
部が形成され、前記振動子の前記４つの頂角部分が前記
切欠部に嵌合されたものである。

【００１９】本発明の第６の態様による圧電振動角速度
計は、前記第１乃至第５のいずれかの態様による圧電振
動角速度計において、前記支持部材の前記周縁部付近の
厚みが前記貫通孔に向かうほど薄いものである。

【００２０】本発明の第７の態様による圧電振動角速度
計は、前記第１乃至第６のいずれかの態様による圧電振
動角速度計において、前記複数の電極にそれぞれ接続さ
れた複数の導線を更に備え、該複数の導線は、前記振動
子の振動の節点に対応する位置において、前記複数の電
極にそれぞれ接続されたものである。

【００２１】本発明の第８の態様による圧電振動角速度
計は、前記第１乃至第７のいずれかの態様による圧電振
動角速度計において、前記振動子が、直方体形状の圧電
材料からなる第１及び第２の部材と、前記第１の部材の
第１の側面と前記第２の部材の第１の側面との間に挟ん
で形成された基準電極と、前記第１の部材の前記第１の
側面に相対する前記第１の部材の第２の側面、あるい
は、前記第１の部材の前記第１の側面と隣合う前記第１
の部材の第３及び第４の側面に形成されたコリオリ力検
出用電極と、前記第２の部材の前記第１の側面に相対す
る前記第２の部材の第２の側面に形成された振動子励振
用電極と、を備えたものである。

【００２２】本発明の第９の態様による圧電振動角速度
計は、前記第８の態様による圧電振動角速度計におい
て、前記振動子が、前記第１の部材の前記第２の側面に
形成され前記コリオリ力検出用電極と独立した振動子励
振状態検出用電極を更に備えたものである。

【００２３】本発明の第１０の態様による圧電振動角速
度計は、前記第１乃至第７のいずれかの態様による圧電
振動角速度計において、前記振動子が、直方体形状の圧
電材料からなる第１の部材と、直方体形状の第２の部材
と、前記第１の部材の第１の側面と前記第２の部材の第
１の側面との間に挟んで形成された基準電極と、前記第
１の部材の前記第１の側面に相対する前記第１の部材の
第２の側面、あるいは、前記第１の部材の前記第１の側
面と隣合う前記第１の部材の第３及び第４の側面に形成
されたコリオリ力検出用電極と、前記第１の部材の前記
第２の側面に形成された振動子励振用電極と、を備えた
ものである。

【００２４】

【作用】本発明の第１乃至第１０の態様による圧電振動
角速度計によれば、四角柱状の振動子の４つの頂角部分
が支持部材の貫通孔の周縁部で支持されるので、前述し
た従来の支持線により支持された圧電振動角速度計に比
べて耐振動特性及び耐衝撃特性が向上する。また、振動
子に支持線を溶接するものではないので、溶接による不
都合が生じない。さらに、振動子の節点に対応する位置
において振動子が支持部材の貫通部の周縁部で支持され
るとともに、支持部材がゴム状弾性を有する材料からな
るので、振動子の支持による振動子の振動への影響が少
なくなる。

【００２５】そして、本発明の第１乃至第１０の態様に
よる圧電振動角速度計によれば、前記各公報に記載され
た従来の圧電振動角速度計と異なり、振動子の４つの頂
角部分のみが支持部材の貫通孔の周縁部で支持され、該
周縁部における前記４つの頂角部分に対応する部分以外
の部分と前記振動子との間には間隙が形成されているの
で、支持部材の貫通孔の周縁部のごく一部のみが支持部
材に当接されるにすぎず、振動子の支持箇所は実質的に
わずか４点にすぎない。このため、本発明の第１乃至第
１０の態様による圧電振動角速度計によれば、振動子の
振動が、前記各公報に記載された従来の圧電振動角速度
計に比べて、理想的な無拘束振動に極めて近づき、振動
子の振動への影響が著しく軽減される。

【００２６】また、前記第２の態様のように、支持部材
の貫通孔の径を振動子の断面形状の対角線の長さより若
干小さくすると、振動子や支持部材に切欠部を形成せず
に振動子を支持部材の貫通孔内に圧入するだけで振動子
を支持部材に固定することが可能となるとともに、前記
第４の態様のような支持部材に形成した切欠部による支
持や前記第５の態様のような振動子に形成した切欠部に
よる支持が可能となる。

【００２７】もっとも、本発明では、前記第３の態様の
ように、振動子の４つの頂角部分を接着剤で支持部材の
貫通孔の周縁部に接着してもよい。この場合、接着剤と
しては接着後にゴム状弾性を有するものを用いることが
好ましい。

【００２８】前記第４の態様によれば、振動子の頂角部
分の切欠部と支持部材の貫通孔の周縁部とが嵌合される
ので、強い振動や衝撃が加えられても振動子が一層ずれ
難い。

【００２９】同様に、前記第５の態様によっても、振動
子の頂角部分と支持部材の貫通孔の周縁部の切欠部とが
嵌合されるので、強い振動や衝撃が加えられても振動子
が一層ずれ難い。そして、前記第４の態様では、製造時
に振動子に切欠部を形成するための特別な工程が必要で
あるのに対し、前記第５の態様では、支持部材の切欠部
は支持部材を一体成形する（ゴム状弾性を有する支持部
材は一体成形により製造できる場合が多い。）際に同時
に形成することができる。したがって、前記第５の態様
によれば、前記第４の態様に比べて製造が容易である。

【００３０】前記第６の態様によれば、支持部材の貫通
孔の周縁部付近の厚みが貫通孔に向かうほど薄くなって
いるので、支持部材における貫通孔から離れた部分の厚
みが比較的大きくても、支持部材が振動子の節点に対応
する位置以外の所を支持することがなく、振動子の振動
に与える影響を少なくすることができる。

【００３１】前記第７の態様によれば、複数の導線が、
振動子の振動の節点に対応する位置において振動子の電
極に接続されているので、振動子の振動に対する導線の
影響を少なくすることができる。このように導線を振動
子の振動の節点に対応する位置において電極に接続する
ことができるのは、振動子の４つの頂角部分のみが支持
部材の貫通孔の周縁部で支持され、該周縁部における前
記４つの頂角部分に対応する部分以外の部分と前記振動
子との間には間隙が形成されているので、この間隙を前
記導線の接続部を収容する収容空間として利用できるか
らである。この点、前記各公報に記載された従来の圧電
振動角速度計では、振動子の支持箇所が振動子の実質的
に全周に及んでおり、振動子と支持部材との間には実質
的に間隙が形成されていない。このため、前記各公報に
記載された従来の圧電振動角速度計では、導線を振動子
の節点に対応する位置以外の位置において電極と接続せ
ざるを得ず、振動子の振動に対する導線の影響が大き
い。

【００３２】振動子として、前記第８乃至第１０の態様
の構造の振動子を採用すれば、両面に電極パターンが形
成された圧電板２枚を接合して切断するなどすることに
よって、一度に大量の振動子を製造することができると
ともに、反応性エッチング等による電極パターン形成、
精密切断機等による接合板の切断を行うことによって、
小型の振動子を再現性良く製造することができる。

【００３３】さらに、第９の態様によれば、振動子がコ
リオリ力検出用電極と独立した振動子励振状態検出用電
極を備えているので、この振動子励振状態検出用電極か
らコリオリ力により変動しない安定した振動子励振状態
検出信号を直接得ることができ、この信号を、振動子を
自励振駆動する自励振駆動回路の入力信号として用いれ
ば、自励振駆動回路の構成を簡略化することができる。

【００３４】

【実施例】以下、本発明による圧電振動角速度計につい
て、図面を参照して説明する。

【００３５】まず、本発明の一実施例による圧電振動角
速度計について、図１乃至図３を参照して説明する。

【００３６】図１は本実施例による圧電振動角速度計を
示し、図１（ａ）はその斜視図、図１（ｂ）はその正面
図である。

【００３７】この圧電振動角速度計は、複数の電極５〜
８を有する四角柱状の振動子１と、振動子１を支持する
２つの支持部材２とを備えている。

【００３８】まず、振動子１について、図２を参照して
説明する。図２は振動子１を示し、図２（ａ）はその斜
視図、図２（ｂ）はその正面図である。

【００３９】図２に示すように、振動子１は、直方体形
状（厳密に直方体でなくてもよい）の圧電材料からなる
第１及び第２の部材３，４と、第１の部材３の第１の側
面（図２では下面）と第２の部材４の第１の側面（図２
では上面）との間に挟んで形成された基準電極５と、第
１の部材３の前記第１の側面に相対する前記第１の部材
の第２の側面（図２では上面）に形成された電極６，７
と、第２の部材４の前記第１の側面に相対する第２の部
材４の第２の側面（図２では下面）に形成された電極８
と、を備えている。

【００４０】本実施例では、第１及び第２の部材３，４
は、圧電セラミック（例えば、チタン酸ジルコン酸鉛
（ＰＺＴ））からなり、それらの厚みは０.５ｍｍ、幅
は１.０ｍｍ、長さは９.０ｍｍとされている。もっと
も、本発明では、このような寸法に限定されるものでは
ない。第１の部材３の分極方向は図２中の上方向、第２
の部材４の分極方向は図２中の下方向である。電極６，
７は、第１の部材３の上面の両側に、第１の部材３の長
さ方向と平行に銀ペーストで形成され、それぞれの幅が
０.３ｍｍとされている。電極８は、第２の部材４の下
面の全面に銀ペーストで形成されている。電極８は、第
１の部材３の下面の全面に予め形成された銀ペーストと
第２の部材４の上面の全面に予め形成された銀ペースト
とを、エポキシ性接着剤等の接着剤（図示せず）により
接合した構造とされている。前記接着剤による振動子の
振動への影響を極力なくすために、前記接着剤として粘
度の低いものを用いることが好ましい。なお、前記接着
剤自体が導電性を有していなくても、接着の際に適当に
圧力を加えることにより、第１の部材３の下面に形成さ
れた銀ペーストと第２の部材４の上面に形成された銀ペ
ーストとの間には接着剤が介在せずに直接接触する多く
の微小領域が存在し、両者は電気的に接続されることに
なる。もっとも、前記接着剤として導電性接着剤を用い
てもよい。

【００４１】振動子１は、このような構造を有している
ので、一度に大量に製造することができる。すなわち、
電極６，７の電極パターン及び電極５の一部を構成する
電極パターンを予め多数の振動子１の分形成した圧電板
と、電極８の電極パターン及び電極５の他の一部を構成
する電極パターンを予め多数の振動子１の分形成した圧
電板とを前記接着剤にて接合し、この接合板を個々の振
動子１に切断することによって、一度に大量の振動子１
を製造することができる。また、反応性エッチング等に
よる電極パターン形成、精密切断機等による接合板の切
断を行うことによって、小型の振動子１を再現性良く製
造することができる。

【００４２】この振動子１では、電極５が基準電極（ア
ース電極）、電極６，７がコリオリ力検出用電極、電極
８が振動子励振用電極として、用いられる。電極５を基
準電極として、電極８に励振用電圧（駆動電圧）を印加
すると、第２の部材４が電極５，８の面と垂直な方向
（図２中の上下方向）に屈曲振動し、したがって、振動
子１の全体がこの方向に屈曲振動する。部材３，４の長
さ方向に延びた任意の軸を中心として振動子１が回転し
たとすると、部材３，４の幅方向にコリオリ力が発生
し、このコリオリ力により振動子１がこの方向に屈折振
動が発生する。この屈折振動により、コリオリ力に対応
する信号（電圧）が逆位相でそれぞれ電極６，７に発生
する。電極６，７に発生する電圧には、この信号のみな
らず、電極５，８の面と垂直な方向の振動子１の屈曲振
動（励振）による電圧も含まれるが、電極６の電圧と電
極７の電圧との差動をとって励振による成分をキャンセ
ルすることにより、コリオリ力に対応する信号のみを得
ることができ、したがって、振動子１の回転速度（角速
度）を測定することができる。

【００４３】なお、部材３，４の材料としては、駆動電
圧印加により効果的に振動子１が振動するためと、振動
子１の振動による発生電圧が大きく取れるように、それ
ぞれＱの大きい圧電材料が選択される。また、振動子１
の厚み方向の共振周波数と幅方向の共振周波数をほぼ一
致させることが好ましい。両者を一致させると、振動子
１の断面は、略正方形になる。この周波数合わせは、例
えば、振動子２を振動させながら側面をレーザー等で削
ることにより共振周波数を調整することによって、行わ
れる。なお、本実施例では、前記周波数合わせが行われ
ており、振動子２の励振による屈曲振動の節点とコリオ
リ力による屈曲振動の節点と略一致し、この節点は２箇
所存在している。

【００４４】次に、支持部材２について、図３を参照し
て説明する。図３は支持部材２を示し、図３（ａ）はそ
の斜視図、図３（ｂ）はその平面図、図３（ｃ）はその
断面図である。なお、図３（ｄ），（ｅ）は、それぞれ
支持部材２の変形例を示す断面図である。

【００４５】支持部材２は、ゴム状弾性を有する材料か
らなる。本実施例では、支持部材２は、図１に示すよう
に電極６，７，８と接触するので、電気絶縁材料からな
ることが好ましい。支持部材２は、例えば、シリコーン
樹脂材料で作製することができる。もっとも、本発明で
は、支持部材が電極に接触しない場合には、導電材料で
作製することもできる。

【００４６】本実施例では、支持部材２は、図３
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、全体的に厚みの
薄い一辺３.０ｍｍの正方形の板状に構成されている。
支持部材２は、その中央に振動子１の断面形状の対角線
の長さより若干小さい径の貫通孔９を有している。支持
部材２の貫通孔９の周縁部には、振動子１の４つの頂角
部分に嵌合可能な切欠部１０が形成されている。なお、
支持部材２は、通常一体成形により製造することができ
るが、その一体成形の際に切欠部１０を同時に形成する
ことができるので、製造が容易である。

【００４７】なお、支持部材２の断面形状を、例えば図
３（ｄ）又は（ｅ）に示すように変更してもよい。図３
（ｄ）の場合には、支持部材２の貫通孔９の周縁部付近
の厚みが貫通孔９に向かうほど薄くなり、貫通孔９の周
縁で鋭角に尖っている。図３（ｅ）の場合には、支持部
材２の貫通孔９の周縁部付近の厚みが貫通孔９に向かう
ほど薄くなり、貫通孔９の周縁で若干厚みを有してい
る。

【００４８】そして、図１に示すように、振動子１が、
２つの支持部材２の貫通孔９に挿通され、振動子１の振
動の節点に対応する位置における振動子１の４つの頂角
部分のみが支持部材２の貫通孔９の周縁部で支持され、
該周縁部における前記４つの頂角部分に対応する部分以
外の部分と振動子１との間には間隙が形成される。その
際、振動子１の頂角部分が各支持部材２の切欠部１０に
嵌合される。

【００４９】なお、本実施例では、支持部材２の切欠部
１０の大きさ及び形状は、振動子１の頂角部分が各支持
部材２の切欠部１０に嵌合されたときに切欠部１０付近
が弾性変形し、その復元力により振動子１と支持部材２
との間が固定される（すなわち、圧入により固定され
る）ように定められている。もっとも、このような弾性
変形が生じないように支持部材２の切欠部１０の大きさ
及び形状を定めてもよく、その場合には、必要に応じて
接着剤で接着固定すればよい。接着剤としては、振動子
２の振動に影響を与えないように、接着後にゴム状弾性
を有する接着剤、例えば、シリコーン樹脂系の接着剤を
用いることが好ましい。なお、支持部材２の切欠部１０
の大きさ及び形状を前述したような弾性変形が生ずるよ
うに定めた場合においても、接着剤を用いてもよい。

【００５０】電極６，７には細い導線１１，１２の端部
を図１に示す位置にそれぞれ半田付けし、これらの導線
１１、１２を電圧取り出し線とする。電極５の側面露出
部分にも同様に細い導線１３を半田付けし、この導線１
３をアース線とする。電極８にも同様に細い導線１４を
半田付けし、この導線１４を振動電圧印加用とする。導
線振動子１１〜１４を振動子１に接続することによる、
振動子１の振動の所望の振動よりのずれを最小に抑える
ことが望ましいため、導線１１〜１４の材料としては、
弾性定数の大きい材料に比べて、熱処理等によりなまし
て柔らかくした材料を用いることが好ましい。

【００５１】なお、２つの支持部材２は、図示しない台
に接着剤にて固定される。振動子１が支持部材２により
支持された際に、図１（ｂ）で見て、支持部材１，２の
下部の端面（前記台への固定面）と部材１０の電極５〜
８が形成された面と平行になっていることが必要なの
で、支持部材２の貫通孔９の周縁部の切欠部１０の位置
は、前もって精度良く形成しておくことが好ましい。本
実施例では、一旦組み立てた後では、平行出しはできな
いからである。

【００５２】以上説明した図１に示す圧電振動角速度計
によれば、四角柱状の振動子１の４つの頂角部分が支持
部材２の貫通孔９の周縁部で支持されるので、前述した
従来の支持線により支持された圧電振動角速度計に比べ
て耐振動特性及び耐衝撃特性が向上する。また、振動子
１に支持線を溶接するものではないので、溶接による不
都合が生じない。さらに、振動子１の節点に対応する位
置において振動子１が支持部材２の貫通部９の周縁部で
支持されるとともに、支持部材２がゴム状弾性を有する
材料からなるので、振動子１の支持による振動子１の振
動への影響が少なくなる。

【００５３】そして、振動子１の４つの頂角部分のみが
支持部材２の貫通孔９の周縁部で支持され、該周縁部に
おける４つの頂角部分に対応する部分以外の部分と振動
子１との間には間隙が形成されているので、支持部材２
の貫通孔９の周縁部のごく一部のみが支持部材２に当接
されるにすぎず、振動子１の支持箇所は実質的にわずか
４点にすぎない。このため、振動子１の振動が理想的な
無拘束振動に近づき、振動子１の振動への影響が著しく
軽減される。

【００５４】なお、図１に示す圧電振動角速度計は、図
３（ｃ）に示すように支持部材２が全体的に厚みの薄い
板状に構成されているので、支持部材２が振動子１の節
点に対応する位置以外の所を支持することがなく、振動
子１の振動に与える影響を少なくすることができる。ま
た、支持部材２の形状を図３（ｄ），（ｅ）に示す形状
にすれば、支持部材２の貫通孔９の周縁部付近の厚みが
貫通孔９に向かうほど薄くなっているので、支持部材２
における貫通孔９から離れた部分の厚みが比較的大きく
ても、支持部材２が振動子１の節点に対応する位置以外
の所を支持することがなく、振動子１の振動に与える影
響を少なくすることができる。

【００５５】次に、本発明の他の実施例による圧電振動
角速度計について、図４を参照して説明する。

【００５６】図４は本実施例による圧電振動角速度計を
示し、図４（ａ）はその斜視図、図４（ｂ）はその正面
図である。図４において、図１中の構成要素と同一構成
要素には同一符号を付し、その説明は省略する。

【００５７】図４に示す圧電振動角速度計が図１に示す
圧電振動角速度計と異なる所は、導線１１〜１４の接続
位置のみである。すなわち、図４に示す圧電振動角速度
計では、振動子１の振動の節点に対応する位置におい
て、電極５〜８にそれぞれ接続されている。したがっ
て、導線１１〜１４が振動子１の振動の節点に対応しな
い位置において電極６，７，５，８にそれぞれ接続され
ていた図１に示す圧電振動角速度計に比べて、振動子１
の振動に対する導線の影響を著しく少なくすることがで
きる。

【００５８】図４（ｂ）から理解できるように、支持部
材２と振動子１とが接触、固定されるのは振動子１の４
つの頂角部近傍に限定されるため、支持部材２の貫通孔
９内に導線１１〜１４の接続部（本例では半田付着部）
が納まる空間を確保することができる。

【００５９】図４に示す例では、全ての導線１１〜１４
が振動子１の同じ節点に対応する位置において電極６，
７，５，８にそれぞれ接続されているが、他の節点に対
応する位置において一部の導線を電極に接続してもよ
い。

【００６０】なお、図４に示す圧電振動角速度計を製造
する場合には、支持部材２の貫通孔９に挿通させる前
に、振動子の節点の位置において予め導線１１〜１４を
電極６，７，５，８に半田付けしておけば、製造が容易
となる。

【００６１】図１や図４に示す圧電振動角速度計では、
図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す支持部材２が用いら
れていたが、代わりに、図５に示す支持部材２１を用い
てもよい。

【００６２】図５は、この支持部材２１を示す斜視図で
ある。図５において、図３中の構成要素と同一構成要素
には同一符号を付し、その説明は省略する。

【００６３】この支持部材２１が前記支持部材２と異な
る所は、支持部材２１では、外形が四角形ではなく円形
とされている点のみである。支持部材２に代えて支持部
材２１を用いれば、支持部材２の外形が円形であるた
め、振動子１を支持した支持部材２が図示しない台に対
して回転可能であることから、振動子１を支持した支持
部材２１を前記台へ取り付ける際に、すなわち、製造時
の組立の最終段階で、前記台の面と振動子２の電極５〜
８の面とが平行になるように調整（平行出し）すること
ができる。このため、その調整が容易に行えるという利
点がある。

【００６４】また、図１や図４に示す圧電振動角速度計
において、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す支持部材
２の代わりに、図６（ａ），（ｂ）に示す支持部材２２
を用いてもよい。

【００６５】図６は支持部材２２を示す図であり、図６
（ａ）はその斜視図、図６（ｂ）はその断面図である。
なお、図６（ｃ），（ｄ）は、それぞれ支持部材２２の
変形例を示す断面図である。図６において、図３中の構
成要素と同一又は対応する構成要素には同一符号を付し
ている。

【００６６】この支持部材２２が前記支持部材２と異な
る所は、支持部材２２では、中央に貫通孔９が設けられ
ているだけで、貫通孔９の周縁部には、図３に示す支持
部材２で形成されていた切欠部１０が形成されていない
点のみである。

【００６７】この支持部材２２を用いた場合にも、貫通
孔９の径を振動子１の断面形状の対角線の長さより若干
小さくしておけば、振動子１を貫通孔９内に圧入するだ
けで振動子１を支持部材２２に固定することができる。
もっとも、この場合においても、振動子１の４つの頂角
部分を接着剤で支持部材２２の貫通孔９の周縁部に接着
してもよい。支持部材２２の貫通孔９の径を振動子１断
面形状の対角線の長さと実質的に等しいかあるいは該対
角線より若干大きくしておいてもよく、その場合には、
振動子１の４つの頂角部分を接着剤で支持部材２２の貫
通孔９の周縁部に接着すればよい。接着剤としては、振
動子２の振動に影響を与えないように、接着後にゴム状
弾性を有する接着剤、例えば、シリコーン樹脂系の接着
剤を用いることが好ましい。

【００６８】なお、支持部材２の場合と同様に、支持部
材２２の断面形状を、例えば図６（ｃ）又は（ｄ）に示
すように変更してもよい。図６（ｃ）の場合には、支持
部材２２の貫通孔９の周縁部付近の厚みが貫通孔９に向
かうほど薄くなり、貫通孔９の周縁で鋭角に尖ってい
る。図６（ｄ）の場合には、支持部材２２の貫通孔９の
周縁部付近の厚みが貫通孔９に向かうほど薄くなり、貫
通孔９の周縁で若干厚みを有している。

【００６９】図１や図４に示す圧電振動角速度計では、
図２に示す振動子１が用いられていたが、代わりに、図
７に示す振動子２３を用いてもよい。

【００７０】図７は振動子２３を示し、図７（ａ）はそ
の斜視図、図７（ｂ）はその正面図である。図７におい
て、図２中の構成要素と同一構成要素には同一符号を付
し、その説明は省略する。

【００７１】この振動子２３が前記振動子１と異なる所
は、振動子２３では、振動子励振状態検出用電極２４が
追加されている点のみである。すなわち、振動子２３で
は、第１の部材３の第２の側面（図７では上面）に、コ
リオリ力検出用電極６，７と独立した振動子励振状態検
出用電極２４が形成されている。本例では、電極２４
は、第１の部材３の上面の中央に第１の部材３の長さ方
向と平行に銀ペーストで形成され、その幅も０．３ｍｍ
とされている。

【００７２】電極２４は、第１の部材３の上面の中央に
形成されているので、コリオリ力による部材３，４の幅
方向の屈曲振動によっては電圧変動がなく、電極５，８
の面と垂直な方向の振動子２３の屈曲振動（励振）によ
る信号が電極２４から直接得られる。すなわち、電極２
４からは、コリオリ力により変動しない安定した振動子
励振状態検出信号を直接得ることができる。したがっ
て、この信号を、振動子２３を自励振駆動する自励振駆
動回路の入力信号として用いれば、自励振駆動回路の構
成を簡略化することができる。

【００７３】なお、図２に示す振動子１では、自励振駆
動する場合には、コリオリ力検出用電極６，７が振動子
励振状態検出用電極として兼用される。すなわち、既に
説明したように、電極６，７には、コリオリ力に対応す
る信号（電圧）が逆位相でそれぞれ発生するとともに、
電極５，８の面と垂直な方向の振動子１の屈曲振動（励
振）による電圧も同相でそれぞれ発生するので、電極６
の電圧と電極７の電圧の和をとってコリオリ力による成
分をキャンセルすることにより、振動子励振状態検出信
号を得ることができる。この場合、自励振駆動回路にお
いて前記和を取る回路を設けなければならず、振動子２
３を用いる場合に比べて自励振駆動回路の構成がやや複
雑となる。

【００７４】図１や図４に示す圧電振動角速度計におい
て、図２に示す振動子１の代わりに、図８に示す振動子
２５を用いてもよい。

【００７５】図８は振動子２５を示し、図８（ａ）はそ
の斜視図、図８（ｂ）はその正面図である。図８におい
て、図２中の構成要素と同一又は対応する構成要素には
同一符号を付し、その説明は省略する。

【００７６】この振動子２５が前記振動子１と異なる所
は、電極６，７が、第１の部材３の上面（第２の側面）
にではなく、第１の部材３の第１の側面（下面）と隣合
う第１の部材３の第３及び第４の側面にそれぞれ形成さ
れている点のみである。しかしながら、振動子２５が振
動子１と実質的に等価であることは、明白である。

【００７７】図１や図４に示す圧電振動角速度計におい
て、図２に示す振動子１の代わりに、図９に示す振動子
２６を用いてもよい。

【００７８】図９は振動子２６を示し、図９（ａ）はそ
の斜視図、図９（ｂ）はその正面図である。図９におい
て、図７中の構成要素と同一又は対応する構成要素には
同一符号を付し、その説明は省略する。

【００７９】この振動子２６が図７に示す前記振動子２
３と異なる所は、電極６，７が、第１の部材３の上面
（第２の側面）にではなく、第１の部材３の第１の側面
（下面）と隣合う第１の部材３の第３及び第４の側面に
それぞれ形成されている点のみである。しかしながら、
振動子２６が振動子２３と実質的に等価であることは、
明白である。

【００８０】図１や図４に示す圧電振動角速度計では、
図２に示す振動子１が用いられていたが、代わりに、図
１０に示す振動子２７を用いてもよい。

【００８１】図１０は振動子２７を示し、図１０（ａ）
はその斜視図、図１０（ｂ）はその正面図である。図１
０において、図２中の構成要素と同一構成要素には同一
符号を付し、その説明は省略する。

【００８２】この振動子２７が前記振動子１と異なる所
は、振動子２７では、振動子１で第２の部材４の第２の
側面（図７では下面）に形成されていた振動子励振用電
極８が削除され、代わりに、振動子励振用電極２８が追
加されている点である。電極２８は、第１の部材３の第
２の側面（図７では上面）の中央に第１の部材３の長さ
方向と平行に銀ペーストで形成され、その幅は電極６，
７より広くされている。

【００８３】図２に示す振動子１では、第２の部材４の
圧電現象を利用して振動子２全体を励振させていたのに
対し、図１０に示す振動子２７では、第２の部材４の圧
電現象は全く利用せずに、第１の部材３の圧電現象のみ
を利用して振動子２７の振動の検出のみならず振動子２
７全体の励振を行う。しかし、振動子２７も振動子２と
同様である。

【００８４】なお、振動子２７では、第２の部材４の圧
電現象を全く利用せず、第２の部材４は圧電的に不活性
であるので、第２の部材４の材料としては、圧電材料の
みならず圧電的に本来不活性な材料、例えば、アルミナ
やガラス等を用いてもよい。

【００８５】図１や図４に示す圧電振動角速度計におい
て、図２に示す振動子１の代わりに、図１１に示す振動
子２９を用いてもよい。

【００８６】図１１は振動子２９を示し、図１１（ａ）
はその斜視図、図１１（ｂ）はその正面図である。図１
１において、図１０中の構成要素と同一又は対応する構
成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。

【００８７】この振動子２９が図１０に示す振動子２７
と異なる所は、電極６，７が、第１の部材３の上面（第
２の側面）にではなく、第１の部材３の第１の側面（下
面）と隣合う第１の部材３の第３及び第４の側面にそれ
ぞれ形成されている点のみである。しかしながら、振動
子２９が振動子２７と実質的に等価であることは、明白
である。

【００８８】次に、本発明の更に他の実施例による圧電
振動角速度計について、図１２及び図１３を参照して説
明する。なお、これらの図面において、図１乃至図１１
と同一又は対応する構成要素には同一符号を付してい
る。

【００８９】図１２は本実施例による圧電振動角速度計
を示し、図１２（ａ）はその斜視図、図１２（ｂ）はそ
の正面図である。

【００９０】この圧電振動角速度計も、複数の電極５〜
８を有する四角柱状の振動子３１と、振動子１を支持す
る２つの支持部材３２とを備えている。

【００９１】まず、振動子３１について、図１３を参照
して説明する。

【００９２】図１３は振動子３１を示し、図１３（ａ）
はその斜視図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）中のＸ−Ｘ
線に沿った断面図である。なお、図１３において、図２
中の構成要素と同一構成要素には同一符号を付し、その
説明は省略する。

【００９３】この振動子３１が図２に示す振動子１と異
なる所は、振動子３１では、振動子１に対して切欠部４
０が形成されている点のみで、その他は振動子１と全く
同一に構成されている。すなわち、振動子３１では、振
動子３１の振動の２つの節点に対応する位置における振
動子３１のそれぞれ４つの頂角部分に、支持部材３１の
貫通孔９の周縁部に嵌合可能な小さな切欠部（１つの節
点に対して４つで、合計８つの切欠部）４０が形成され
ている。これらの切欠部４０は、頂角部分をやすりで削
るなどの方法によって形成することができる。なお、こ
の際、電極６，７を切断してしまわないように注意す
る。

【００９４】支持部材３２は、図６（ｃ）に示す支持部
材２２と同一であるので、その説明は省略する。なお、
支持部材３２では、貫通孔９の径は振動子３１の断面形
状の対角線の長さより若干小さくされている。支持部材
３２の断面形状は、例えば、図６（ｂ）又は図（ｄ）に
示すような形状に変えてもよい。

【００９５】そして、図１２に示すように、振動子３１
が、２つの支持部材３２の貫通孔９に挿通され、振動子
３１の振動の節点に対応する位置における振動子１の４
つの頂角部分のみが支持部材３２の貫通孔９の周縁部で
支持され、該周縁部における前記４つの頂角部分に対応
する部分以外の部分と振動子３１との間には間隙が形成
される。その際、各支持部材３２の貫通孔９の周縁部の
一部が、振動子１の頂角部分に形成された切欠部４０に
嵌合される。

【００９６】その他の点については、図１２に示す圧電
振動角速度計においても、図１に示す圧電振動角速度計
と同様である。

【００９７】また、図１に示す圧電振動角速度計に対す
る種々の変形例について既に説明したが、図１２に示す
圧電振動角速度計に対しても同様の種々の変形を適用す
ることができることは、勿論である。

【００９８】なお、本発明は以上説明した各実施例に限
定されるものではない。

【００９９】

【発明の効果】本発明によれば、支持線による振動子の
支持による不都合を解消することができ、しかも、振動
子の支持による振動子の振動への影響を大幅に少なくす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による圧電振動角速度計を示
す図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその正面図
である。

【図２】振動子の一例を示す図であり、（ａ）はその斜
視図、（ｂ）はその正面図である。

【図３】支持部材の一例を示す図であり、（ａ）はその
斜視図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）はその断面図、
（ｄ）はその支持部材の変形例を示す断面図、（ｅ）は
その支持部材の他の変形例を示す断面図である。

【図４】本発明の他の実施例による圧電振動角速度計を
示す図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその正面
図である。

【図５】支持部材の他の例を示す斜視図である。

【図６】支持部材の更に他の例を示す図であり、（ａ）
はその斜視図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）はその支持
部材の変形例を示す断面図、（ｄ）はその支持部材の他
の変形例を示す断面図である。

【図７】振動子の他の例を示す図であり、（ａ）はその
斜視図、（ｂ）はその正面図である。

【図８】振動子の更に他の例を示す図であり、（ａ）は
その斜視図、（ｂ）はその正面図である。

【図９】振動子の更に他の例を示す図であり、（ａ）は
その斜視図、（ｂ）はその正面図である。

【図１０】振動子の更に他の例を示す図であり、（ａ）
はその斜視図、（ｂ）はその正面図である。

【図１１】振動子の更に他の例を示す図であり、（ａ）
はその斜視図、（ｂ）はその正面図である。

【図１２】本発明の更に他の実施例による圧電振動角速
度計を示す図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はそ
の正面図である。

【図１３】振動子の更に他の例を示す図であり、（ａ）
はその斜視図、（ｂ）は（ａ）中のＸ−Ｘ線に沿った断
面図である。

【図１４】従来の圧電振動角速度計の振動子を示す斜視
図である。

【図１５】従来の他の圧電振動角速度計の振動子を示す
斜視図である。

【符号の説明】

１，２３，２５，２６，２７，２９，３１， 振動子 ２，２１，２２ 支持部材 ３ 第１の部材 ４ 第２の部材 ５〜８，２４，２８ 電極 ９ 貫通孔 １０，４０ 切欠部 １１〜１４ 導線

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の電極を有する四角柱状の振動子
   と、該振動子を支持する支持部材とを備えた圧電振動角
   速度計であって、 前記支持部材は、ゴム状弾性を有する材料からなり、略
   円形状の貫通孔を有するとともに所定の外形を有し、 前記振動子は前記支持部材の前記貫通孔に挿通され、前
   記振動子の振動の節点に対応する位置における前記振動
   子の４つの頂角部分のみが前記支持部材の前記貫通孔の
   周縁部で支持され、該周縁部における前記４つの頂角部
   分に対応する部分以外の部分と前記振動子との間には間
   隙が形成される、 ことを特徴とする圧電振動角速度計。
2. 【請求項２】 前記支持部材の貫通孔の径が前記振動子
   の断面形状の対角線の長さより若干小さいことを特徴と
   する請求項１記載の圧電振動角速度計。
3. 【請求項３】 前記振動子の振動の節点に対応する位置
   における前記振動子の前記４つの頂角部分が接着剤で前
   記支持部材の前記貫通孔の前記周縁部に接着されたこと
   を特徴とする請求項１又は２記載の圧電振動角速度計。
4. 【請求項４】 前記振動子の振動の節点に対応する位置
   における前記振動子の前記４つの頂角部分には前記支持
   部材の前記貫通孔の前記周縁部に嵌合可能な切欠部が形
   成され、前記支持部材の前記貫通孔の前記周縁部の一部
   が前記切欠部に嵌合されたことを特徴とする請求項１乃
   至３のいずれかに記載の圧電振動角速度計。
5. 【請求項５】 前記支持部材の前記貫通孔の前記周縁部
   には前記振動子の振動の節点に対応する位置における前
   記振動子の前記４つの頂角部分に嵌合可能な切欠部が形
   成され、前記振動子の前記４つの頂角部分が前記切欠部
   に嵌合されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
   かに記載の圧電振動角速度計。
6. 【請求項６】 前記支持部材の前記周縁部付近の厚みが
   前記貫通孔に向かうほど薄いことを特徴とする請求項１
   乃至５のいずれかに記載の圧電振動角速度計。
7. 【請求項７】 前記複数の電極にそれぞれ接続された複
   数の導線を更に備え、該複数の導線は、前記振動子の振
   動の節点に対応する位置において、前記複数の電極にそ
   れぞれ接続されたことを特徴とする請求項１乃至６のい
   ずれかに記載の圧電振動角速度計。
8. 【請求項８】 前記振動子が、直方体形状の圧電材料か
   らなる第１及び第２の部材と、前記第１の部材の第１の
   側面と前記第２の部材の第１の側面との間に挟んで形成
   された基準電極と、前記第１の部材の前記第１の側面に
   相対する前記第１の部材の第２の側面、あるいは、前記
   第１の部材の前記第１の側面と隣合う前記第１の部材の
   第３及び第４の側面に形成されたコリオリ力検出用電極
   と、前記第２の部材の前記第１の側面に相対する前記第
   ２の部材の第２の側面に形成された振動子励振用電極
   と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれ
   かに記載の圧電振動角速度計。
9. 【請求項９】 前記振動子が、前記第１の部材の前記第
   ２の側面に形成され前記コリオリ力検出用電極と独立し
   た振動子励振状態検出用電極を更に備えたことを特徴と
   する請求項８記載の圧電振動角速度計。
10. 【請求項１０】 前記振動子が、直方体形状の圧電材料
    からなる第１の部材と、直方体形状の第２の部材と、前
    記第１の部材の第１の側面と前記第２の部材の第１の側
    面との間に挟んで形成された基準電極と、前記第１の部
    材の前記第１の側面に相対する前記第１の部材の第２の
    側面、あるいは、前記第１の部材の前記第１の側面と隣
    合う前記第１の部材の第３及び第４の側面に形成された
    コリオリ力検出用電極と、前記第１の部材の前記第２の
    側面に形成された振動子励振用電極と、を備えたことを
    特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の圧電振動
    角速度計。