JPH08278144A

JPH08278144A - 圧電振動角速度計

Info

Publication number: JPH08278144A
Application number: JP7083829A
Authority: JP
Inventors: Tatsushi Nomura; 達士野村; Tetsuo Hattori; 徹夫服部
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-04-10
Filing date: 1995-04-10
Publication date: 1996-10-22

Abstract

(57)【要約】【目的】低コストで、圧電振動角速度計を小型化す
る。【構成】振動子１０は、圧電部材１０Ａの下面と圧電
部材１０Ｂの上面とが接着されることによって構成され
ている。基準電位電極としての電極１３は、圧電部材１
０Ａと１０Ｂとの接着面において形成されている。振動
子１０を振動させるための駆動用交流電圧が印加される
電極１４は、圧電部材１０Ｂの下面に形成されている。
また、コリオリの力にともなう圧電電圧検出電極として
の電極１１及び１２は、圧電部材１０Ａの両側面におい
て、長さ方向に平行に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電振動角速度計に関
する。特に、柱状振動子を、圧電部材によって構成する
ことによって、さらなる小型化が可能となる圧電振動角
速度計に関する。

【０００２】

【従来の技術】振動している物体に、その振動軸を中心
とした回転角速度が与えられると、その振動方向と直角
な方向にコリオリの力が発生する。圧電振動角速度計
は、この力学現象を利用したジャイロスコープの一種で
あり、自動車、船舶、航空機等の移動体の姿勢制御装
置、ナビゲーションシステム等に利用されており、従
来、正、逆の圧電効果を利用したＧＥ（米国Ｇｅｎｅｒ
ａｌＥｌｅｃｔｏｒｉｃＣｏｎｐａｎｙ社）タイプ
またはワトソンタイプの２種類の圧電振動角速度計が主
流となっている。

【０００３】図１４は、従来の圧電振動角速度計の一構
成例を示す斜視図である。この圧電振動角速度計５００
は、ＧＥタイプの圧電振動角速度計である。図１５は、
図１４に示す圧電振動角速度計５００を、矢印Ｘ方向か
らみた場合の平面図である。金属振動子５０５は、正方
形断面形状を有する四角柱であり、互いに直角な２つの
方向（図１４及び図１５においては、矢印Ｙ方向と矢印
Ｚ方向）に、ほぼ同じ共振周波数で屈曲振動することが
可能である。

【０００４】圧電セラミック薄板５１１は、金属振動子
５０５の所定の側面５０１上に接合されている。圧電セ
ラミック薄板５１３は、側面５０１に対向する側面５０
３上に接合されている。さらに、圧電セラミック薄板５
１２が、側面５０１の、図中、左隣の側面５０２上に接
合されており、圧電セラミック薄板５１４が、側面５０
２に対向する側面５０４上に接合されている。これらの
圧電セラミック薄板５１１乃至５１４は、その板厚方向
に分極されている。また、金属振動子５０５は、グラン
ドの役目を果たす。

【０００５】リードのための細導線５２１乃至５２４
は、それぞれ、圧電セラミック薄板５１１乃至５１４上
に半田付けされている。また、細い金属線によって構成
される支持用金属線５３１乃至５３４は、金属振動子５
０５を支持するために、各側面５０１乃至５０４上の所
定の位置（後述する）に、それぞれ、各面に垂直に溶接
されており、さらに、金属振動子５０５のリードとして
用いられる。

【０００６】上述した金属振動子５０５を支持する支持
用金属線５３１乃至５３４は、金属振動子５０５の無拘
束基本振動モードの共振振動の節点に溶接されている。

【０００７】次に、図１４及び図１５に示す圧電振動角
速度計５００の動作について説明する。図示せぬ発振回
路によって、金属振動子５０５の無拘束基本振動の共振
周波数とほぼ等しい周波数の駆動用交流電圧が、細導線
５２１を介して、圧電セラミック薄板５１１に印加され
ると、圧電セラミック薄板５１１は、図中、上下方向に
延び縮みする。すると、金属振動子５０５は、矢印Ｙ方
向に屈曲振動する。上述した周波数の駆動用交流電圧を
発振回路に出力させるために、圧電セラミック薄板５１
３は、金属振動子５０５の振動時の帰還信号を取り、細
導線５２３を介して、外部に出力する。また、圧電セラ
ミック薄板５１２及び５１４には、金属振動子５０５の
Ｙ方向の振動に伴う、振幅及び位相が等しい圧電電圧Ｖ
_C が、それぞれ、発生する。

【０００８】駆動用交流電圧が圧電セラミック薄板５１
１に印加され、金属振動子５０５が矢印Ｙ方向に屈曲振
動している場合において、矢印Ｘを軸として、圧電振動
角速度計５００を、矢印Ｒ方向に回転角速度Ωで回転さ
せると、金属振動子５０５には、コリオリの力（＝Ｆ
ｃ）が、矢印Ｚ方向に発生し、金属振動子５０５は、矢
印Ｚ方向に屈曲振動する。

【０００９】ここで、コリオリの力Ｆｃは、次式によっ
て表される。なお、振動子の質量をｍ、駆動用電圧信号
が印加されることによる金属振動子５０５の振動速度を
ｖとする。

【００１０】Ｆｃ＝２・ｍ・［ｖ・Ω］（［ｖ・Ω］は、ｖとΩの外積）

【００１１】すると、側面５０２上に接合される圧電セ
ラミック薄板５１２において、上述の圧電電圧Ｖ_C に加
え、コリオリの力に伴う圧電電圧Ｖ_B が発生する。ま
た、側面５０２に対向する側面５０４上に接合される圧
電セラミック薄板５１４において、圧電電圧Ｖ_C に加
え、上述した圧電電圧Ｖ_B と振幅が等しく、位相が反対
の圧電電圧−Ｖ_B が発生する。

【００１２】そして、圧電セラミック薄板５１２，５１
４において発生した圧電電圧は、それぞれ、細導線５２
２，５２４を介して、図示せぬ検出回路に入力され、次
に示す処理が行われる。

【００１３】（圧電セラミック薄板５１２において発生
した圧電電圧）−（圧電セラミック薄板５１４において
発生した圧電電圧）＝（Ｖ_B＋Ｖ_C）−（−Ｖ_B＋Ｖ_C）＝２・Ｖ_B

【００１４】このように、圧電セラミック薄板５１２，
５１４において、それぞれ発生した圧電電圧の差動信号
を取ることによって、コリオリの力に伴う（回転に伴
う）圧電電圧Ｖ_B を、倍増して取り出すことができ、そ
の圧電電圧Ｖ_B に対応して、回転角速度Ωを検出するこ
とが可能となる。

【００１５】なお、上記のＧＥタイプの圧電振動角速度
計５００は、四角柱形状の金属振動子５０５を使用して
いるが、三角柱の金属振動子を使用することも可能であ
る。

【００１６】図１６は、従来の圧電振動角速度計の他の
構成例を示す斜視図である。この圧電振動角速度計６０
０は、ワトソンタイプの圧電振動角速度計である。圧電
セラミックバイモルフ６１１及び６１２が、互いに向き
合うように、基板６２０上に、接着されている。また、
圧電セラミックバイモルフ６１３は、圧電セラミックバ
イモルフ６１１と直交するように、圧電セラミックバイ
モルフ６１１の上部に接着されている。同様に、圧電セ
ラミックバイモルフ６１４は、圧電セラミックバイモル
フ６１２と直交するように、圧電セラミックバイモルフ
６１２の上部に接着されている。

【００１７】図示せぬ発振回路から出力される駆動用交
流電圧が、圧電セラミックバイモルフ６１１及び６１２
に印加されると、圧電セラミックバイモルフ６１１及び
６１２が、さらには、圧電セラミックバイモルフ６１３
及び６１４が、矢印ｙ方向に振動する。このとき、軸ｘ
を中心に基板６２０が回転すると、コリオリの力が、矢
印ｚ方向に発生し、圧電セラミックバイモルフ６１３及
び６１４が、矢印ｚ方向に振動する。このとき、圧電セ
ラミックバイモルフ６１３及び６１４に発生する圧電電
圧を検出することによって、この圧電振動角速度計６０
０の回転角速度を検出することができる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、圧電
振動角速度計は、小型化される傾向にある。しかしなが
ら、図１４に示す従来の圧電振動角速度計５００は、圧
電セラミック薄板を、金属振動子５０５の全側面に、正
確に張り付ける必要があり、圧電振動角速度計の小型化
に伴い、その張り付け工程において煩雑さが生じ、コス
トが高くなるという課題を有している。

【００１９】また、図１４に示すような従来の圧電振動
角速度計は、その小型化に伴い、金属振動子の加工が困
難になるという課題も有している。

【００２０】さらに、図１６に示す従来の圧電振動角速
度計は、元来、複雑な形状をしているため、その小型化
自体が困難であるという課題を有している。

【００２１】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、低コストで、圧電振動角速度計を小型化す
ることを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の圧電振
動角速度計は、長方形断面を有する直方体形状の第１の
圧電部材の下面と、長方形断面を有する直方体形状の第
２の圧電部材の上面とが接合されることによって構成さ
れ、互いに垂直な２方向に振動可能な柱状振動子と、柱
状振動子の共振振動の節点部位において、柱状振動子を
支持する支持部材とを備え、柱状振動子に発生するコリ
オリの力に伴う圧電電圧を検出することによって、柱状
振動子の回転角速度を検出する圧電振動角速度計におい
て、柱状振動子は、第１の圧電部材と第２の圧電部材と
の接合面に形成される、基準電位電極としての第１の電
極と、第１の圧電部材の上面または第２の圧電部材の下
面のいずれか一方に形成され、柱状振動子を、第１の圧
電部材と第２の圧電部材との接合面に垂直な方向に振動
させるための駆動用交流電圧が印加される第２の電極
と、第１の圧電部材の両側面において、所定の幅で、そ
れぞれ形成され、柱状振動子に生じるコリオリの力に伴
う圧電電圧を外部に出力する第３及び第４の電極とを備
える、ことを特徴とする。

【００２３】請求項２に記載の圧電振動角速度計は、長
方形断面を有する直方体形状の圧電部材の下面と、長方
形断面を有する直方体形状のセラミック部材の上面とが
接合されることによって構成され、互いに垂直な２方向
に振動可能な柱状振動子と、柱状振動子の共振振動の節
点部位において、柱状振動子を支持する支持部材とを備
え、柱状振動子に発生するコリオリの力に伴う圧電電圧
を検出することによって、柱状振動子の回転角速度を検
出する圧電振動角速度計において、柱状振動子は、圧電
部材とセラミック部材との接合面に形成される、基準電
位電極としての第１の電極と、圧電部材の上面に形成さ
れ、柱状振動子を、圧電部材とセラミック部材との接合
面に垂直な方向に振動させるための駆動用交流電圧が印
加される第２の電極と、圧電部材の両側面において、所
定の幅で、それぞれ形成され、柱状振動子に生じるコリ
オリの力に伴う圧電電圧を外部に出力する第３及び第４
の電極とを備える、ことを特徴とする。

【００２４】請求項３に記載の圧電振動角速度計は、長
方形断面を有する直方体形状の圧電部材の下面と、長方
形断面を有する直方体形状の金属部材の上面とが接合さ
れることによって構成され、互いに垂直な２方向に振動
可能な柱状振動子と、柱状振動子の共振振動の節点部位
において、柱状振動子を支持する支持部材とを備え、柱
状振動子に発生するコリオリの力に伴う圧電電圧を検出
することによって、柱状振動子の回転角速度を検出する
圧電振動角速度計において、柱状振動子は、圧電部材と
金属部材との接合面に形成される、基準電位電極として
の第１の電極と、圧電部材の上面に形成され、柱状振動
子を、圧電部材と金属部材との接合面に垂直な方向に振
動させるための駆動用交流電圧が印加される第２の電極
と、圧電部材の両側面において、所定の幅で、それぞれ
形成され、柱状振動子に生じるコリオリの力に伴う圧電
電圧を外部に出力する第３及び第４の電極とを備える、
ことを特徴とする。

【００２５】

【作用】請求項１に記載の圧電振動角速度計において
は、柱状振動子は、第１の圧電部材の下面と第２の圧電
部材の上面とが接着されることによって形成され、基準
電位電極としての第１の電極は、第１の圧電部材と第２
の圧電部材との接着面において形成される。柱状振動子
を振動させるための駆動用交流電圧が印加される第２の
電極は、第１の圧電部材の上面、または第２の圧電部材
の下面に形成される。コリオリの力に伴う圧電電圧の検
出電極としての第３及び第４の電極は、第１の圧電部材
の両側面に、それぞれ形成される。

【００２６】請求項２に記載の圧電振動角速度計におい
ては、柱状振動子は、圧電部材の下面とセラミック部材
の上面とが接着されることによって形成され、基準電位
電極としての第１の電極は、圧電部材とセラミック部材
との接着面において形成される。柱状振動子を振動させ
るための駆動用交流電圧が印加される第２の電極は、圧
電部材の上面に形成される。コリオリの力に伴う圧電電
圧の検出電極としての第３及び第４の電極は、圧電部材
の両側面に、それぞれ形成される。

【００２７】請求項３に記載の圧電振動角速度計におい
ては、柱状振動子は、圧電部材の下面と金属部材の上面
とが接着されることによって形成され、基準電位電極と
しての第１の電極は、圧電部材と金属部材との接着面に
おいて形成される。柱状振動子を振動させるための駆動
用交流電圧が印加される第２の電極は、圧電部材の上面
に形成される。コリオリの力に伴う圧電電圧の検出電極
としての第３及び第４の電極は、圧電部材の両側面に、
それぞれ形成される。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して説
明する。

【００２９】図１は、本発明の圧電振動角速度計の一実
施例の構成を示す斜視図である。振動子１０（柱状振動
子）は、圧電セラミック部材であるチタン酸ジルコン酸
鉛（以下、ＰＺＴという）（圧電部材）によって構成さ
れている（後述する）。振動子１０は、その共振振動の
節点部位において、シリコン系接着剤によって、シリコ
ン系樹脂で構成される支柱２１及び支柱２２（後述す
る）（支持部材）の一端と接着されている。支柱２１及
び支柱２２の他端は、シリコン系接着剤によって、アル
ミナで構成される基板２０に接着固定されている。

【００３０】なお、振動子を構成する圧電部材は、ＰＺ
Ｔに限定されるものではなくＱ（共振の鋭さ）の大きな
圧電セラミック材料であればよい。

【００３１】図２は、図１に示す振動子１０の構成を示
す斜視図である。図３は、振動子１０を構成する圧電部
材１０Ａ及び１０Ｂの構成を示す斜視図である。圧電部
材１０Ａ及び１０Ｂは、ＰＺＴによって構成され、その
形状は、幅が１．０ｍｍ、厚さが０．５ｍｍ（すなわ
ち、断面形状が長方形）、長さが９．０ｍｍの直方体で
ある。

【００３２】圧電部材１０Ｂの上面には、電極１３Ｂ
が、その上面全面が銀ペーストされることによって形成
され、圧電部材１０Ｂの下面には、電極１４（第２の電
極）が、上面と同様に、全面が銀ペーストされることに
よって形成されている（図３（ｂ））。一方、圧電部材
１０Ａの下面には、電極１３Ａが、その下面全面が銀ペ
ーストされることによって形成されている（図３
（ａ））。

【００３３】振動子１０は、圧電部材１０Ａの下面と圧
電部材１０Ｂの上面とが、接着されることによって構成
されている。上述したように、銀ペーストされた電極１
３Ａ及び１３Ｂが、圧電部材１０Ａの下面及び圧電部材
１０Ｂの上面に、それぞれ形成されている。この電極１
３Ａ，１３Ｂの表面は、微細に見れば、多くの凹凸を有
しており、圧電部材１０Ａと１０Ｂとを接着する場合、
電極１３Ａ上の凸の部分と、電極１３Ｂ上の凸の部分と
を接触させるために、接着剤の層厚を薄くする必要があ
るので、粘度の低いエポキシ系接着剤を用いて接着を行
う。圧電部材１０Ａと圧電部材１０Ｂとの間において、
電極１３Ａ及び１３Ｂによって構成される１つの電極１
３（第１の電極）が形成される。

【００３４】この振動子１０は、等しい大きさの長方形
断面を有する圧電部材１０Ａと１０Ｂが、その下面と上
面とが接着されることによって構成され、断面形状が正
方形となっているので、振動子１０の幅方向と厚さ方向
の基準振動数が等しい。

【００３５】さらに、本発明においては、大きさの異な
る長方形断面を有する圧電部材によって振動子を構成す
ることも可能であり、振動子構成後、振動子を振動さ
せ、その振動を調節しながら、レーザ等によって側面を
削り、幅方向と厚さ方向の基準振動数を等しくする。そ
の結果、振動子の断面は、略正方形となる。また、ダイ
シングソーによって、振動子の側面を削ることも可能で
あり、振動子をさらに小型に、多量に製造することがで
きる。

【００３６】電極１１及び１２は、圧電部材１０Ａ及び
１０Ｂの接着後に形成される。幅０．３ｍｍの電極１１
（第３の電極），１２（第４の電極）が、圧電部材１０
Ａの両側面の上部において、長さ方向に平行に、銀ペー
ストされることによって形成されている。

【００３７】また、図４（ａ）に示すように、圧電部材
１０Ａは、電極１１が形成される側面と電極１２が形成
される側面との間で、予め分極されており、圧電部材１
０Ｂは、その下面と上面方向との間で、予め分極されて
いる。

【００３８】細導線４１，４２は、その一端が、それぞ
れ、振動子１０の上面に形成される電極１１，１２上
の、振動子１０の共振振動の節点部位近傍において半田
付けされる。細導線４３は、圧電部材１０Ａと１０Ｂと
の接着面に形成される電極１３の露出部分の、振動子１
０の共振振動の節点部位において半田付けされている。
また、細導線４４は、振動子１０の下面に形成される電
極１４上の、振動子１０の振動の節点部位において半田
付けされる。なお、細導線４１乃至４４が半田付けされ
る位置は、振動子１０の共振振動の節点部位のいずれか
であればよく、以下の実施例においても同様である。

【００３９】細導線４１，４２は、その他端が、図示せ
ぬ検出回路に接続されており、それぞれ、電極１１，１
２に発生する圧電電圧を図示せぬ検出回路に伝達する。
細導線４４は、その他端が、図示せぬ発振回路に接続さ
れており、振動子１０を屈曲振動させるための駆動用交
流電圧を、発振回路から電極１４に伝達する。電極１３
は、基準電極であり、細導線４３は、基準電位線として
使用される。

【００４０】また、振動子１０の振動特性劣化を最小に
抑える必要があるため、上述した細導線４１乃至４４
は、弾性の強いものであってはならず、熱処理等により
なました、柔らかい材料によって構成されている。

【００４１】支柱２１及び２２は、従来例に示す支持用
金属線と異なり、端面が振動子１０に接着されるので、
接着面積を支持用金属線の溶接面積より大きくする必要
がある。従って、剛性の高い素材によって支柱２１及び
２２を構成すると、振動子１０の振動特性が阻害されて
しまうので、支柱２１及び２２は、ゴム状弾性を有する
電気絶縁材料であるシリコン系樹脂材料によって構成さ
れている。また、支柱２１及び２２と、振動子１０とを
接着する場合に使用される接着剤が、硬質の接着剤であ
っても、振動子１０の振動特性が阻害される。従って、
支柱２１及び２２と振動子１０とを接着させる場合、比
較的弾性率の低いシリコン系接着剤を用いる。

【００４２】なお、本実施例においては、振動子１０を
構成する圧電部材１０Ａ及び１０Ｂは、予め分極処理さ
れているが、予め分極処理されていない圧電部材１０Ａ
及び１０Ｂを接着した後に、電極１３及び１４間、電極
１３及び１２間及び電極１３及び１１間に電圧をかけ、
分極処理を施すようにすることも可能である（図３
（ｂ））。

【００４３】このように振動子１０を形成することによ
って、従来例における圧電セラミック薄板の金属振動子
の各側面への張り付け工程を実行する必要がなくなるの
で、圧電振動角速度計を低コストで小型化することがで
きる。

【００４４】次に、図１に示す圧電振動角速度計１の動
作について、図５乃至図７を参照して説明する。図５
は、振動子１０の側面図であり、図６及び図７は振動子
１０を真上から見た場合の平面図である。振動子１０を
屈曲振動させるための駆動用交流電圧が、図示せぬ発振
回路から、細導線４４を介して、電極１４に印加される
と、振動子１０は、節点１５Ａ及び節点１５Ｂを振動の
節として、厚さ方向（Ｙ₁ 方向）に屈曲振動する。

【００４５】そして、図５及び図６に示すように、振動
子１０が、矢印Ｙ₁ 方向の上向きに、速度ｖで振動して
いる場合において、振動子１０が、振動子１０の長さ方
向軸Ｘ₁ を中心に回転角速度Ωで回転すると、振動子１
０が、コリオリの力Ｆｃ（＝２・ｍ・［ｖ・Ω］）が振
動子１０の幅方向（矢印Ｚ₁ 方向）に、図７中、下向き
に屈曲振動する。すると、振動子１０の矢印Ｚ₁ 方向の
屈曲振動に伴う圧電電圧（コリオリの力に伴う圧電電
圧）が、電極１１及び電極１２において発生する。

【００４６】なお、従来例において述べたように、振動
子１０の矢印Ｚ₁ 方向の屈曲振動に伴い、電極１１，１
２に発生するコリオリの力に伴う圧電電圧は、振幅が等
しく、位相が逆である。すなわち、矢印Ｚ₁ 方向の屈曲
振動に伴い電極１１に発生する圧電電圧が、＋（−）Ａ
のとき、矢印Ｚ₁ 方向の屈曲振動に伴い電極１２に発生
する圧電電圧は、−（＋）Ａとなる。なお、このとき、
電極１１及び１２には、振動子１０の矢印Ｙ₁ 方向の屈
曲振動に伴う、振幅及び位相が等しい圧電電圧も発生し
ている。

【００４７】電極１１及び１２に発生した圧電電圧は、
それぞれ、細導線４１，４２を介して、図示せぬ検出回
路に入力される。そして、これらの２つの圧電電圧の差
動を取ることによって、コリオリの力に伴う圧電電圧の
みを、倍増して取り出すことができ、回転角速度Ωを検
出することが可能となる。

【００４８】なお、本実施例においては、圧電部材１０
Ａの両側面上に、それぞれ、電極１１及び１２を形成し
ているが、電極１１または１２のいずれか一方だけを形
成するようにすることも可能である。この場合、コリオ
リの力に伴う圧電電圧を、一方の電極のみから取り出す
ことになるので、検出されるコリオリの力に伴う圧電電
圧の大きさが、半分になる。

【００４９】図８は、本発明の圧電振動角速度計の他の
実施例の構成を示す斜視図である。本実施例の圧電振動
角速度計１００の基本的な構成は、図１に示す圧電振動
角速度計１と同様であり、振動子１０を支持する支持部
材１０１及び１０２のみが異なっている。

【００５０】支持部材１０１及び１０２は、シリコン系
樹脂によって構成される板上部材であり、その中央部に
おいて、それぞれ円形の貫通穴が形成されている。この
円形の貫通穴は、振動子１０の断面形状である正方形に
外接するように形成されている。振動子１０は、この支
持部材１０１及び１０２の貫通穴に通され、振動子１０
の共振振動の節点部位において、その角部が支持部材１
０１及び１０２に固定される。また、この場合におい
て、支持部材１０１及び１０２の貫通穴の側面の、振動
子１０の角部が固定される部分に、切り欠けを設けるこ
とも可能である。

【００５１】さらに、図９に示すように、振動子１０の
角部の、振動子１０の共振振動の節点部位において、切
り欠け部１１１Ａ乃至１１１Ｄ（１１１Ｃは図示せず）
及び１１２Ａ乃至１１２Ｄ（１１２Ｃは図示せず）を設
け、支持部材１０１及び１０２が、それぞれ、その切り
欠け部１１１Ａ乃至１１１Ｄ及び１１２Ａ乃至１１２Ｄ
にはまるようにすることもできる。

【００５２】また、本発明の圧電振動角速度計において
は、上述した振動子１０を、異なる構成にすることも可
能である。

【００５３】図１０は、本発明の圧電振動角速度計を構
成する振動子の一実施例の構成を示す斜視図である。こ
の振動子２１０の基本的な構成は、図２に示す振動子１
０と同様であり、駆動用交流電圧が印加される電極１４
Ａの形成位置のみが異なる。

【００５４】この振動子２１０においては、駆動用交流
電圧が印加される電極１４Ａ（第２の電極）が、圧電部
材１０Ａ（圧電部材）の上部に、所定の幅で形成されて
いる。

【００５５】本実施例の場合、振動子２１０を構成する
圧電部材１０Ａ及び１０Ｂ（セラミック部材）は、予め
分極処理がされておらず、圧電部材１０Ａと１０Ｂを接
着した後に、圧電部材１０Ａに分極処理を施す必要があ
り、電極１３と電極１４Ａ間、電極１３と電極１１間、
及び電極１３と電極１２間に電圧をかけ、圧電部材１０
Ａの分極を行う（図１１（ａ））。

【００５６】また、図１１（ｂ）に示すように、電極１
１と電極１４Ａ間、電極１１と電極１３間、電極１２と
電極１４Ａ間、及び電極１２と電極１３間に電圧をかけ
ることによって、圧電部材１０Ａの分極を行ってもよ
い。

【００５７】電極１３（第１の電極）は、基準電位電極
であり、電極１４Ａは、振動子２１０を、図１１に示す
矢印Ｙ₂ 方向に振動させるための駆動用交流電圧の印加
を受け、電極１１（第３の電極）及び１２（第４の電
極）は、コリオリの力に伴う圧電電圧の検出に用いられ
る。この振動子２１０を用いた圧電振動角速度計の動作
は、図１に示す圧電振動角速度計の動作と同様である。

【００５８】なお、本実施例の振動子２１０の下部を構
成する圧電部材１０Ｂは、上述したように圧電セラミッ
ク部材であるＰＺＴによって構成されているが、本実施
例の場合、圧電部材１０Ｂは、圧電的に不活性であるの
で、石英ガラス、アルミナ等の圧電的に不活性なセラミ
ック材料によって構成することも可能である。なお、こ
の場合、振動子を構成する上部部材とか部部材の材質
（密度）が異なるので、振動子の幅方向と厚さ方向の基
準振動数を等しくするために、上述したように、構成後
の振動子をレーザ等によって所望の断面形状にする必要
がある。

【００５９】図１２は、本発明の圧電振動角速度計を構
成する振動子の他の実施例の構成を示す斜視図である。
この振動子３１０の基本的な構成は、図１０に示す振動
子２１０と同様であり、振動子３１０の下部を構成する
部材の材質のみが異なる。

【００６０】振動子３１０は、圧電部材１０Ａ（圧電部
材）の下面と、リン青銅によって構成される金属部材１
０Ｃ（金属部材）の上面とが接着されることによって構
成されている。本実施例の場合、金属部材１０Ｃが、基
準電位電極（第１の電極）として使用される。また、こ
の振動子３１０の分極状態は、図１０及び図１１に示す
振動子２１０と同様である。

【００６１】図１３は、本発明の圧電振動角速度計を構
成する振動子の他の実施例の構成を示す斜視図である。
この振動子４１０の基本的な構成は、図１２に示す振動
子３１０と同様であり、電極１１Ａ（第３の電極）及び
１２Ａ（第４の電極）の形成位置と電極１４Ｂ（第２の
電極）が形成される幅が異なる。

【００６２】本実施例の振動子４１０においては、電極
１４Ｂは、圧電部材１０Ａの上面全体に形成されてお
り、さらに、電極１１Ａ及び電極１２Ａは、それぞれ、
圧電部材１０Ａの両側面上において、電極１４Ｂに接触
しないように、上面から所定の間隔だけ離して形成され
ている。また、この振動子４１０の分極状態は、図１１
に示す振動子２１０の分極状態と同様である。

【００６３】また、この場合においても、振動子４１０
を構成する圧電部材１０Ａと金属部材１０Ｂの密度が異
なるので、振動子４１０の幅方向と厚さ方向の基準振動
数を等しくするために、振動子４１０構成後、上述した
ように、振動子４１０をレーザ等によって所望の断面形
状にする必要がある。

【００６４】なお、図１２及び図１３に示す金属部材１
０Ｃは、リン青銅材料の他に、ベリリウム銅板、ステン
レス板等の他の材質の金属板によって構成することも可
能である。

【００６５】さらに、以上の実施例において、各電極
は、銀ペーストされることによって形成されているが、
無電解メッキ法によって形成されるニッケル電極とする
ことも可能である。ニッケル電極は、銀ペースト電極に
比べて、マイグレーションの発生を抑制することがで
き、圧電振動角速度計の信頼度が向上する。

【００６６】

【発明の効果】請求項１に記載の圧電振動角速度計によ
れば、第１の圧電部材の下面と第２の圧電部材の上面と
を接着し、基準電極としての第１の電極をその接着面に
形成し、駆動要項流電圧が印加される第２の電極を、第
１の圧電部材の上面または第２の圧電部材の下面に形成
し、コリオリの力に伴う圧電電圧の検出電極としての第
３及び第４の電極を、第１の圧電部材の両側面にそれぞ
れ形成するようにしたので、低コストで圧電振動角速度
計を小型化することができる。

【００６７】請求項２に記載の圧電振動角速度計によれ
ば、圧電部材の下面とセラミック部材の上面とを接着
し、基準電極としての第１の電極をその接着面に形成
し、駆動要項流電圧が印加される第２の電極を、圧電部
材の上面に形成し、コリオリの力に伴う圧電電圧の検出
電極としての第３及び第４の電極を、圧電部材の両側面
にそれぞれ形成するようにしたので、低コストで圧電振
動角速度計を小型化することができる。

【００６８】請求項３に記載の圧電振動角速度計によれ
ば、圧電部材の下面と金属部材の上面とを接着し、基準
電極としての第１の電極をその接着面に形成し、駆動要
項流電圧が印加される第２の電極を、圧電部材の上面に
形成し、コリオリの力に伴う圧電電圧の検出電極として
の第３及び第４の電極を、圧電部材の両側面にそれぞれ
形成するようにしたので、低コストで圧電振動角速度計
を小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電振動角速度計の一実施例の構成を
示す斜視図である。

【図２】図１に示す振動子１０の構成を示す斜視図であ
る。

【図３】図１に示す振動子１０を構成する圧電部材１０
Ａ及び１０Ｂの構成を示す斜視図である。

【図４】図１に示す振動子１０の正面図である。

【図５】図１に示す振動子１０の側面図である。

【図６】図１に示す振動子１０を真上から見た場合の平
面図である。

【図７】図１に示す振動子１０を真上から見た場合の平
面図である。

【図８】本発明の圧電振動角速度計の他の実施例の構成
を示す斜視図である。

【図９】図８に示す振動子１０の構成を示す斜視図であ
る。

【図１０】本発明の圧電振動角速度計を構成する振動子
の他の実施例の構成を示す斜視図である。

【図１１】図１０に示す振動子２１０の正面図である。

【図１２】本発明の圧電振動角速度計を構成する振動子
の他の実施例の構成を示す斜視図である。

【図１３】本発明の圧電振動角速度計を構成する振動子
の他の実施例の構成を示す斜視図である。

【図１４】従来の圧電振動角速度計の一構成例を示す斜
視図である。

【図１５】図１４に示す圧電振動角速度計５００を矢印
Ｘ方向から見た場合の平面図である。

【図１６】従来の圧電振動角速度計の他の構成例を示す
斜視図である。

【符号の説明】

１圧電振動角速度計１０振動子１０Ａ，１０Ｂ圧電部材１０Ｃ金属部材１１乃至１４，１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１３Ｂ，１４
Ａ，１４Ｂ電極２０基板２１，２２支柱４１乃至４４細導線１５Ａ，１５Ｂ節点１００圧電振動角速度計１０１，１０２支持部材１１１Ａ乃至１１１Ｃ，１１２Ａ乃至１１２Ｄ切り欠
け部２１０振動子３１０振動子４１０振動子５００圧電振動角速度計５０１乃至５０４側面５０５金属振動子５１１乃至５１４圧電セラミック薄板５２１乃至５２４細導線５３１乃至５３４支持用金属線６００圧電振動角速度計６１１乃至６１４圧電セラミックバイモルフ６２０基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長方形断面を有する直方体形状の第１の
圧電部材の下面と、長方形断面を有する直方体形状の第
２の圧電部材の上面とが接合されることによって構成さ
れ、互いに垂直な２方向に振動可能な柱状振動子と、前記柱状振動子の共振振動の節点部位において、前記柱
状振動子を支持する支持部材とを備え、前記柱状振動子
に発生するコリオリの力に伴う圧電電圧を検出すること
によって、前記柱状振動子の回転角速度を検出する圧電
振動角速度計において、前記柱状振動子は、前記第１の圧電部材と前記第２の圧電部材との接合面に
形成される、基準電位電極としての第１の電極と、前記第１の圧電部材の上面または前記第２の圧電部材の
下面のいずれか一方に形成され、前記柱状振動子を、前
記第１の圧電部材と前記第２の圧電部材との接合面に垂
直な方向に振動させるための駆動用交流電圧が印加され
る第２の電極と、前記第１の圧電部材の両側面において、所定の幅で、そ
れぞれ形成され、前記柱状振動子に生じる前記コリオリ
の力に伴う圧電電圧を外部に出力する第３及び第４の電
極とを備えることを特徴とする圧電振動角速度計。
【請求項２】長方形断面を有する直方体形状の圧電部
材の下面と、長方形断面を有する直方体形状のセラミッ
ク部材の上面とが接合されることによって構成され、互
いに垂直な２方向に振動可能な柱状振動子と、前記柱状振動子の共振振動の節点部位において、前記柱
状振動子を支持する支持部材とを備え、前記柱状振動子
に発生するコリオリの力に伴う圧電電圧を検出すること
によって、前記柱状振動子の回転角速度を検出する圧電
振動角速度計において、前記柱状振動子は、前記圧電部材と前記セラミック部材との接合面に形成さ
れる、基準電位電極としての第１の電極と、前記圧電部材の上面に形成され、前記柱状振動子を、前
記圧電部材と前記セラミック部材との接合面に垂直な方
向に振動させるための駆動用交流電圧が印加される第２
の電極と、前記圧電部材の両側面において、所定の幅で、それぞれ
形成され、前記柱状振動子に生じる前記コリオリの力に
伴う圧電電圧を外部に出力する第３及び第４の電極とを
備えることを特徴とする圧電振動角速度計。
【請求項３】長方形断面を有する直方体形状の圧電部
材の下面と、長方形断面を有する直方体形状の金属部材
の上面とが接合されることによって構成され、互いに垂
直な２方向に振動可能な柱状振動子と、前記柱状振動子の共振振動の節点部位において、前記柱
状振動子を支持する支持部材とを備え、前記柱状振動子
に発生するコリオリの力に伴う圧電電圧を検出すること
によって、前記柱状振動子の回転角速度を検出する圧電
振動角速度計において、前記柱状振動子は、前記圧電部材と前記金属部材との接合面に形成される、
基準電位電極としての第１の電極と、前記圧電部材の上面に形成され、前記柱状振動子を、前
記圧電部材と前記金属部材との接合面に垂直な方向に振
動させるための駆動用交流電圧が印加される第２の電極
と、前記圧電部材の両側面において、所定の幅で、それぞれ
形成され、前記柱状振動子に生じる前記コリオリの力に
伴う圧電電圧を外部に出力する第３及び第４の電極とを
備えることを特徴とする圧電振動角速度計。
【請求項４】前記金属部材は、前記第１の電極である
ことを特徴とする請求項３に記載の圧電振動角速度計。