JPH09113280A - 振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動子部の変更や回路構成の変更を行うこと
なく、良好な応答性を有する振動ジャイロを得る。 【解決手段】 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の側面に、圧電素子
１４ａ，１４ｂ，１４ｃを形成する。圧電素子１４ａ，
１４ｂ，１４ｃは、圧電板１６ａ，１６ｂ，１６ｃを含
む。そして、圧電板１６ａ，１６ｂ，１６ｃの両面に、
電極１８ａ，２０ａ、電極１８ｂ，２０ｂおよび電極１
８ｃ，２０ｃを形成する。圧電素子１４ａ，１４ｂ，１
４ｃの圧電歪定数ｄ₃₃を、ｄ₃₃＝１５０×１０^-12 （ｃ
／Ｎ）以上に設定する。振動体１２を圧電体で形成した
場合、振動体１２の圧電歪定数ｄ₃₃を、ｄ₃₃＝１５０×
１０^-12 （ｃ／Ｎ）以上に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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１はこの発明の背景となる振動ジャイ
ロの一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。

【０００３】振動体１２の３つの側面には、それぞれ圧
電素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃが形成される。圧電素子
１４ａは、圧電セラミックなどで形成された圧電板１６
ａを含む。この圧電板１６ａの両面には、電極１８ａ，
２０ａが形成される。そして、一方の電極２０ａが、振
動体１２に接着される。同様に、圧電素子１４ｂ，１４
ｃは、圧電板１６ｂ，１６ｃを含む。これらの圧電板１
６ｂ，１６ｃの両面に、電極１８ｂ，２０ｂおよび電極
１８ｃ，２０ｃが形成される。そして、これらの圧電素
子１６ｂ，１６ｃの一方の電極２０ｂ，２０ｃが、振動
体１２に接着される。

【０００４】この振動ジャイロ１０を使用するには、図
３に示すように、圧電素子１４ａ，１４ｂに抵抗２２
ａ，２２ｂが接続される。これらの抵抗２２ａ，２２ｂ
と圧電素子１４ｃとの間に、発振回路２４が接続され
る。この発振回路２４から２つの圧電素子１４ａ，１４
ｂに駆動信号が与えられ、圧電素子１４ｃからの出力信
号が発振回路２４に帰還される。また、圧電素子１４
ａ，１４ｂは、差動回路２６の入力端に接続される。差
動回路２６の出力信号は、同期検波回路２８で、発振回
路２４の信号に同期して検波される。同期検波回路２８
は平滑回路３０に接続され、さらに平滑回路３０はＤＣ
アンプ３２に接続される。

【０００５】この振動ジャイロ１０は、発振回路２４に
よって自励振駆動され、振動体１２が圧電素子１４ｃ形
成面に直交する方向に屈曲振動する。このとき、圧電素
子１４ａ，１４ｂの出力信号は同じであり、差動回路２
６からは信号が出力されない。この状態で、振動体１２
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１２の屈曲振動の方向が変わる。それによって、圧電
素子１４ａ，１４ｂの出力信号に差が生じ、差動回路２
６から信号が出力される。この信号が、同期検波回路２
８で、発振回路２４の信号に同期して検波される。同期
検波回路２８の出力信号は平滑回路３０で平滑され、さ
らにＤＣアンプ３２で増幅される。このＤＣアンプ３２
の出力信号は、振動体１２の振動方向の変化、すなわち
コリオリ力に対応した信号である。したがって、ＤＣア
ンプ３２の出力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。

【０００６】このような振動ジャイロ１０では、良好な
応答性が求められる。つまり、振動ジャイロ１０に回転
角速度が加わってから、それに対応した信号が出力され
るまでの時間を短くすることが要求されている。このよ
うな要求を満たすために、たとえば振動ジャイロ１０を
小型化したり、振動体１２の屈曲振動の周波数を高周波
化することが考えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、振動ジ
ャイロを小型化したり、高周波化したりすると、感度が
大幅に低下し、Ｓ／Ｎ比が悪化するなどの欠点がある。
さらに、このような方法を採用すると、駆動および検出
のための回路の構成や、回路定数の変更をしなければな
らない。

【０００８】それゆえに、この発明の主たる目的は、振
動子部の変更や回路構成の変更を行うことなく、良好な
応答性を有す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を含
む振動ジャイロにおいて、圧電素子の圧電歪定数ｄ
₃₃を、ｄ₃₃＝１５０×１０^-12 （ｃ／Ｎ）以上にしたこ
とを特徴とする、振動ジャイロである。また、この発明
は、圧電体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む振動ジャイロにお
いて、振動体の圧電歪定数ｄ₃₃を、ｄ₃₃＝１５０×１０
^-12 （ｃ／Ｎ）以上にしたことを特徴とする、振動ジャ
イロである。

【００１０】振動ジャイロの圧電体部分の圧電歪定数ｄ
₃₃を変えて特性を測定したところ、圧電歪定数を大きく
することによって、応答性が良くなることがわかった。
特に、ｄ₃₃＝１５０×１０^-12 （ｃ／Ｎ）の部分を境に
して、振動ジャイロの応答性が極端に変化することがわ
かった。

【００１１】

【発明の効果】この発明によれば、振動ジャイロの圧電
体部分の圧電歪定数ｄ₃₃を、ｄ₃₃＝１５０×１０
^-12 （ｃ／Ｎ）以上にすることにより、良好な応答性を
得ることができる。

【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発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。

【００１３】

【発明の実施の形態】この発明の振動ジャイロの一例と
しては、図１および図２に示す構造のものが考えられ
る。この振動ジャイロ１０において、圧電素子１４ａ，
１４ｂ，１４ｃの圧電歪定数ｄ₃₃が、ｄ₃₃＝１５０×１
０^-12 （ｃ／Ｎ）以上となるように設定される。ここ
で、圧電歪定数ｄ₃₃は、圧電素子に１Ｎの力を加えたと
きに発生する電荷量を示す定数である。

【００１４】このような振動ジャイロ１０において、圧
電素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃの圧電歪定数ｄ₃₃を変え
て、振動ジャイロ１０に回転角速度を与え、差動回路２
６から得られる信号の遅れを測定した。具体的には、振
動ジャイロ１０に３０Ｈｚで回転方向が逆転するような
回転振動を与え、それによって振動ジャイロ１０に変化
する回転角速度を与えた。そして、差動回路２６の出力
信号を測定し、与えられた回転角速度に対応する信号を
検出した。そして、与えられた回転角速度に対する差動
回路２６の出力信号の位相遅れを測定し、その結果を図
４に示した。

【００１５】図４からわかるように、圧電歪定数ｄ
₃₃が、ｄ₃₃＝１５０×１０^-12 （ｃ／Ｎ）より小さくな
ると、急激に位相遅れが大きくなる。つまり、振動ジャ
イロ１０に回転角速度を加えてから、差動回路２６の主
力信号が得られるまでの時間が長くなる。したがって、
この点より大きい圧電歪定数を有する圧電素子を用いた
振動ジャイロ１０を、この発明の範囲とした。つまり、
ｄ₃₃＝１５０×１０^-12 （ｃ／Ｎ）以上の圧電素子を用
いた振動ジャイロ１０では、回転角速度が加えられてか
ら、それに対応する信号が出力されるまでの時間が短
く、応答性が良好になる。

【００１６】なお、振動ジャイロ１０としては、図５お
よび図６に示すように、４角柱状の振動体１２を用いた
ものでもよい。図５に示す振動ジャイロ１０では、振動
体１２の４つの側面に圧電素子１４ａ，１４ｂ，１４
ｃ，１４ｄが形成されている。この振動ジャイロ１０で
は、たとえば対向する圧電素子１４ａ，１４ｃが駆動用
として用いられ、別の対向する圧電素子１４ｂ，１４ｄ
が検出用として用いられる。このような使用法では、振
動体１２は、圧電素子１４ａおよび１４ｃ形成面に直交
する方向に屈曲振動する。また、隣接する圧電素子１４
ａ，１４ｂを駆動用および回転角速度検出用として用
い、別の隣接する圧電素子１４ｃ，１４ｄを帰還用とし
て用いてもよい。この場合、圧電素子１４ｃ，１４ｄの
出力信号が合成され、発振回路２４に帰還される。この
ような使用法では、振動体１２は、対向する稜線を結ぶ
方向に屈曲振動する。

【００１７】さらに、図６に示す振動ジャイロ１０で
は、４角柱状の振動体１２の隣接する側面に、圧電素子
１４ａ，１４ｂが形成されている。この振動ジャイロ１
０では、圧電素子１４ａ，１４ｂに駆動信号が与えられ
るとともに、その出力信号が合成されて、発振回路２４
に帰還される。それと共に、圧電素子１４ａ，１４ｂの
出力信号が、差動回路２６に接続される。この振動ジャ
イロ１０についても、振動体１２は、対向する稜線を結
ぶ方向に屈曲振動する。

【００１８】これらの振動ジャイロ１０についても、各
圧電素子の圧電歪定数ｄ₃₃を、ｄ₃₃＝１５０×１０^-12
（ｃ／Ｎ）以上にすることによって、応答性の良好な振
動ジャイロとすることができる。このように、振動体１
２の形状は、正３角柱状に限らず、種々の柱状とするこ
とができる。

【００１９】また、図７および図８に示すように、振動
体１２を圧電体材料で形成してもよい。この振動ジャイ
ロ１０では、振動体１２が円柱状に形成されている。こ
の振動体１２の側面には、６つの電極４０ａ〜４０ｆが
形成されている。そして、３つの電極４０ｂ，４０ｄ，
４０ｆの両端が接続され、共通電極として用いられる。
振動体１２は、電極４０ａ，４０ｃ，４０ｅと共通電極
との間で分極処理される。そして、電極４０ａ，４０ｃ
に駆動信号が与えられ、電極４０ｅの出力信号が発振回
路２４に帰還される。また、電極４０ａ，４０ｃの出力
信号が、差動回路２６に入力される。

【００２０】この振動ジャイロ１０においては、振動体
１２の圧電歪定数ｄ₃₃が、ｄ₃₃＝１５０×１０^-12 （ｃ
／Ｎ）以上となるように設定される。このような振動体
１２を用いた振動ジャイロ１０でも、振動体の側面に圧
電素子を形成したものと同様に、良好な応答性を得るこ
とができる。

【００２１】さらに、図９および図１０に示すように、
円筒状の振動体１２を用いてもよい。この振動体１２
も、圧電体材料で形成されている。そして、振動体１２
の外側面には、３つの電極４２ａ，４２ｂ，４２ｃが形
成される。また、振動体１２の内側面には、共通電極４
４が形成される。振動体１２は、電極４２ａ，４２ｂ，
４２ｃと共通電極４４との間で分極処理される。この振
動ジャイロ１０も、電極４２ａ，４２ｂと電極４２ｃと
の間に発振回路２４が接続される。そして、電極４２
ａ，４２ｂに駆動信号が与えられ、電極４２ｃからの出
力信号が発振回路２４に帰還される。さらに、電極４２
ａ，４２ｂの出力信号が、差動回路２６に入力される。

【００２２】このような振動ジャイロ１０においても、
振動体１２の圧電歪定数ｄ₃₃が、ｄ₃₃＝１５０×１０
^-12 （ｃ／Ｎ）以上となるように設定される。このよう
な振動体１２を用いた振動ジャイロ１０でも、振動体の
側面に圧電素子を形成したものと同様に、良好な応答性
を得ることができる。

【００２３】このように、振動体１２が圧電体材料で形
成されている場合においても、振動体１２の形状は任意
に選択することができる。たとえば、図１，図５および
図６に示すように、振動体１２を正３角柱状や４角柱状
に形成してもよい。この場合、圧電素子に代わって、振
動体１２の側面に電極が形成される。このような振動ジ
ャイロ１０においても、振動体１２の圧電歪定数ｄ
₃₃が、ｄ₃₃＝１５０×１０^-12 （ｃ／Ｎ）以上となるよ
うに設定されることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の背景となり、かつこの発明が適用さ
れる振動ジャイロの一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
を示すブロック図である。

【図４】図１に示す形状の振動ジャイロにおいて、圧電
素子の圧電歪定数を変えて、回転角速度に対する信号の
位相遅れを測定した結果を示すグラフである。

【図５】この発明が適用される振動ジャイロの他の例を
示す断面図である。

【図６】この発明が適用される振動ジャイロのさらに他
の例を示す断面図である。

【図７】この発明が適用される振動ジャイロの別の例を
示す斜視図である。

【図８】図７に示す振動ジャイロの断面図である。

【図９】この発明が適用される振動ジャイロのさらに別
の例を示す斜視図である。

【図１０】図９に示す振動ジャイロの断面図である。

【符号の説明】

１０ 振動ジャイロ １２ 振動体 １４ａ，１４ｂ，１４ｃ 圧電素子 ２４ 発振回路 ２６ 差動回路 ２８ 同期検波回路 ３０ 平滑回路 ３２ ＤＣアンプ ４０ａ〜４０ｆ 電極 ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ 電極 ４４ 共通電極

Claims (2)

【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む振動ジャイロにおい
   て、 前記圧電素子の圧電歪定数ｄ₃₃を、ｄ₃₃＝１５０×１０
   ^-12 （ｃ／Ｎ）以上にしたことを特徴とする、振動ジャ
   イロ。
2. 【請求項２】 圧電体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む
   振動ジャイロにおいて、 前記振動体の圧電歪定数ｄ₃₃を、ｄ₃₃＝１５０×１０
   ^-12 （ｃ／Ｎ）以上にしたことを特徴とする、振動ジャ
   イロ。