JPH0914970A - 振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動子の長手方向の寸法を拡大することがで
き、これにより振動子の感度が良好になるとともに、複
数の振動子において所望の振幅を得ることができ、その
結果、特性が劣化する可能性が低減される振動ジャイロ
を提供する。 【構成】 振動ジャイロ１が回転すると、回転角速度検
出手段７によって、主振動子３の圧電素子９、１０から
の出力信号を用いて、回転角速度が検出されるととも
に、回転方向検出手段８によって、副振動子４の圧電素
子１３、１４からの出力信号の有無が検知され、その検
知結果に基づいて回転方向、すなわち、振動ジャイロ１
がどの回転軸を中心として回転しているかを示すデータ
が出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転角速度を検知する
ことによって移動体の位置を検出し、適切な誘導を行う
ナビゲーションシステム、または手ぶれ等の外的振動に
よる回転角速度を検知し、適切な制振を行う手ぶれ防止
装置等の除振システム等に応用できる振動ジャイロに関
するものであり、とくに、複数の振動子を備える振動ジ
ャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数の振動子を備え、それぞれの
回転軸を中心とする回転角速度を検出できる振動ジャイ
ロとして、図７に示すものがあった。

【０００３】図７において、３１は振動ジャイロであ
り、基板３２上に設けられる第一の振動子３３および第
二の振動子３４を含む。第一、第二の振動子３３、３４
は、二点鎖線で示す双方の回転軸Ｘ、Ｙを互いに直交さ
せて配置され、それぞれ支持ピン３５によって基板３２
上に支持固定される。

【０００４】このうち、第一の振動子３３は、例えば、
エリンバ等の金属を正三角柱状に成形してなり、図８
（ａ）に示すように、隣り合う二つの側面に駆動用およ
び検出用の圧電素子３６、３７が、例えば接着等の手段
により設けられ、他の側面に帰還用の圧電素子３８が、
同じく接着等の手段により設けられる。

【０００５】また、第二の振動子３４は、第一の振動子
３３と同様に、例えば、エリンバ等の金属を正三角柱状
に成形してなり、図８（ｂ）に示すように、各側面に駆
動用および検出用の圧電素子３９、４０、ならびに帰還
用の圧電素子４１が、例えば接着等の手段により設けら
れる。

【０００６】ここで、圧電素子３８からの帰還信号に基
づき、発振回路（図示せず）によって、圧電素子３６、
３７を発振駆動させると、第一の振動子３３は、圧電素
子３８に直交する方向に屈曲振動する。そして、第一の
振動子３３が、回転軸Ｘを中心として回転すると、コリ
オリ力の作用によって、第一の振動子３３の屈曲振動の
方向が変わり、圧電素子３６、３７から互いに異なる信
号が出力される。そして、圧電素子３６、３７間の出力
信号の差を用いて、差動増幅回路（図示せず）によって
回転角速度が検出される。

【０００７】また、圧電素子４１からの帰還信号に基づ
き、発振回路（図示せず）によって、圧電素子３９、４
０を発振駆動させると、第二の振動子３４は、圧電素子
４１に直交する方向に屈曲振動する。そして、第二の振
動子３４が、回転軸Ｙを中心として回転すると、コリオ
リ力の作用によって、第二の振動子３４の屈曲振動の方
向が変わり、圧電素子３９、４０から互いに異なる信号
が出力される。そして、圧電素子３９、４０間の出力信
号の差を用いて、差動増幅回路（図示せず）によって回
転角速度が検出される。

【０００８】このように、振動ジャイロ３１において
は、第一、第二の振動子３３、３４に発生する信号を用
いて、二つの異なる回転方向における回転角速度がそれ
ぞれ検出される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の振動
ジャイロ３１においては、次のような問題点があった。
すなわち、第一、第二の振動子３３、３４が、双方の回
転軸Ｘ、Ｙを互いに直交させて配置され、一方で振動ジ
ャイロを小型化する必要があるため、これら振動子３
３、３４の長手方向の寸法が制限され、このため、これ
ら振動子３３、３４において、長手方向の寸法を拡大
し、感度の向上を図ることが困難であった。また、第一
および第二の振動子３３、３４は寸法が同一もしくは、
ほぼ同一であるため、共振周波数も互いに同一または近
似する値であり、しかも、互いに隣接して配置されるこ
とから、これら振動子３３、３４の一方が他方の振動に
影響され、互いに所望の振幅が得られなくなる可能性が
あり、振動ジャイロ３１の特性が劣化する恐れがあっ
た。

【００１０】そこで、本発明においては、振動子の長手
方向の寸法を拡大することができ、振動子の感度が良好
になるとともに、複数の振動子において所望の振幅が得
られ、その結果、安定した特性の振動ジャイロを提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、圧電素子を備える柱状の主振動
子と、圧電素子を備え、前記主振動子より長手方向の寸
法が小さい柱状の副振動子とを、双方の回転軸を互いに
鋭角をなして交わらせて配置するとともに、前記主振動
子の圧電素子に発生する信号を用いて回転角速度を検出
する回転角速度検出手段と、前記副振動子の圧電素子に
発生する信号を用いて回転方向を検出する回転方向検出
手段とを備えたことを特徴とする。

【００１２】また、圧電素子を備える柱状の主振動子、
ならびに圧電素子を備え、前記主振動子より長手方向の
寸法が小さい柱状の第一の副振動子および圧電素子を備
える柱状の第二の副振動子を備え、前記主振動子および
前記第一の副振動子、ならびに前記主振動子および前記
第二の副振動子を、各双方の回転軸を互いに鋭角をなし
て交わらせて配置するとともに、前記主振動子の圧電素
子に発生する信号を用いて回転角速度を検出する回転角
速度検出手段と、前記第一の副振動子の圧電素子に発生
する信号を用いて回転方向を検出する第一の回転方向検
出手段と、前記第二の副振動子の圧電素子に発生する信
号を用いて回転方向を検出する第二の回転方向検出手段
とを備えたことを特徴とする。

【００１３】さらにまた、前記第一の副振動子と前記第
二の副振動子とを、長手方向の寸法を互いに異なるもの
としたことを特徴とする。

【００１４】

【作用】請求項１に記載の振動ジャイロによれば、主振
動子は、副振動子より長手方向の寸法が大きいため、主
振動子と副振動子とで共振周波数は異なる値となり、こ
れら振動子が互いの振動の影響を受け、所望の振幅が得
られなくなる恐れはない。また、主振動子と副振動子と
は、双方の回転軸を互いに鋭角をなして交わらせて配置
されるため、基板の主面の面積を変えることなく、主振
動子の長手方向の寸法を拡大することが可能となり、そ
れによって、主振動子の感度が向上する。さらに、請求
項１に記載の振動ジャイロによれば、振動ジャイロが回
転する際に、回転角速度検出手段によって、主振動子の
圧電素子に発生する信号を用いて回転角速度が検出され
るとともに、回転方向検出手段によって、副振動子の圧
電素子に発生する信号を用いて回転方向が検出される。
このとき、副振動子の圧電素子からは信号の有無のみが
検知されるので、副振動子の感度は比較的低いものでよ
い。したがって、副振動子を構成する材料の選択の自由
度が広がる。

【００１５】また、請求項２に記載の振動ジャイロによ
れば、主振動子は、第一の副振動子および第二の副振動
子より長手方向の寸法が大きいため、主振動子と第一の
副振動子、および主振動子と第二の副振動子とで共振周
波数は異なる値となり、これら振動子が互いの振動の影
響を受け、所望の振幅が得られなくなる恐れはない。さ
らに、請求項２に記載の振動ジャイロによれば、振動ジ
ャイロが回転する際に、回転角速度検出手段によって、
主振動子に発生する信号を用いて回転角速度が検出され
るとともに、第一、第二の回転方向検出手段によって、
互いに異なる回転軸を有する第一、第二の副振動子のそ
れぞれの圧電素子に発生した信号を用いて、回転方向が
検出される。このように、二つの振動子を用いて、回転
方向を精度よく検出することができる。

【００１６】また、請求項３に記載の振動ジャイロによ
れば、第一の副振動子と第二の副振動子とで、長手方向
の寸法が異なるため、これら振動子の共振数波数は互い
に異なる値となり、これら振動子が互いの振動の影響を
受け、所望の振幅が得られなくなる恐れはない。

【００１７】

【実施例】本発明にかかる第一の実施例を、図１乃至図
３を用いて説明する。

【００１８】図１において、１は振動ジャイロであり、
主振動子３および副振動子４、第一の発振回路５、第二
の発振回路６、回転角速度検出手段７、ならびに回転方
向検出手段８を含む。

【００１９】主振動子３は、エリンバ等の恒弾性金属材
料や、石英、ガラス、水晶、セラミック等の、一般に機
械的振動を生ずる材料を例えば正三角柱状に成形してな
る。そして、主振動子３の互いに隣接する二つの側面に
は、圧電セラミック等からなる駆動用および検出用の圧
電素子９、１０が、例えば接着等の手段で設けられ、他
の側面には、圧電セラミック等からなる帰還用の圧電素
子１１が、同じく接着等の手段で設けられる。このう
ち、圧電素子１１は、第一の発振回路５の入力端に接続
され、圧電素子９、１０は、第一の発振回路５の出力端
および回転角速度検出手段７に接続される。また、主振
動子３は、図２に示すように、回転軸Ｏを基板２の主面
の対角線に対応させて配置され、図３（ａ）に示すよう
にノード点付近に、金属線等からなるコ字状の支持ピン
１２、１２が取り付けられ、基板２上に支持固定され
る。

【００２０】一方、副振動子４は、主振動子３と同様
に、機械的振動を生ずる材料を例えば正三角柱状に成形
してなるものであり、互いに隣接する二つの側面に、圧
電セラミック等からなる駆動用および検出用の圧電素子
１３、１４が、例えば接着等の手段で設けられ、他の側
面に、圧電セラミック等からなる帰還用の圧電素子１５
が、同じく接着等の手段で設けられる。このうち、圧電
素子１５は、第二の発振回路６の入力端に接続され、圧
電素子１３、１４は、第二の発振回路６の出力端および
回転方向検出手段８に接続される。また、副振動子４
は、図２に示すように、回転軸Ｐを基板２の主面の外周
を構成する一辺２ａに平行させて、辺２ａの近傍に配置
される。したがって、主振動子３と副振動子４とは、双
方の回転軸Ｏおよび回転軸Ｐを互いに鋭角（４５度）を
なして交わらせて配置される。そして、副振動子４は、
図３（ｂ）に示すように、ノード点付近に、金属線等か
らなるコ字状の支持ピン１６、１６が取り付けられ、基
板２上に支持固定される。

【００２１】ここで、主振動子３の圧電素子１１からの
帰還信号に基づき、第一の発振回路５によって、圧電素
子９、１０を発振駆動させると、主振動子３は、圧電素
子１１に直交する方向に屈曲振動し、圧電素子９、１０
から同じ信号が出力される。また、副振動子４の圧電素
子１５からの帰還信号に基づき、第二の発振回路６によ
って、圧電素子１３、１４を発振駆動させると、副振動
子４は、圧電素子１５に直交する方向に屈曲振動し、圧
電素子１３、１４から同じ信号が出力される。そして、
振動ジャイロ１が回転すると、コリオリ力の作用によっ
て、主振動子３の屈曲振動の方向が変わり、圧電素子
９、１０から互いに異なる信号が出力される。そして、
圧電素子９、１０間の出力信号の差を用いて、回転角速
度検出手段７によって回転角速度が検出される。ここ
で、振動ジャイロ１が回転軸Ｐを中心として回転する場
合には、副振動子４の屈曲振動の方向が変わり、圧電素
子１３、１４から互いに異なる信号が出力される。この
際、回転方向検出手段８によって、圧電素子１３、１４
間の出力信号の差を用いて回転方向、すなわち、振動ジ
ャイロ１が回転軸Ｐを中心として回転していることを示
すデータが出力される。一方、振動ジャイロ１が、副振
動子４の回転軸Ｐ以外の回転軸、例えば、回転軸Ｐに直
交する回転軸を中心として回転する場合には、副振動子
４の圧電素子１３、１４から信号は出力されず、回転方
向検出手段８によって、信号が出力されなかったことが
検知され、その検知結果を用いて回転方向、すなわち、
振動ジャイロ１が回転軸Ｐに直交する回転軸を中心とし
て回転していることを示すデータが出力される。

【００２２】このようにして検出された回転角速度と回
転方向とを用いて、例えばカメラの手振れ防止等の制御
が行われる。

【００２３】以上のように、振動ジャイロ１において
は、主振動子３が、回転軸Ｏを基板２の主面の対角線に
対応させて配置されるため、基板２の主面の面積を拡大
することなく、主振動子３の長手方向の寸法を拡大する
ことができ，それにより、主振動子３の感度を向上させ
ることができる。

【００２４】また、振動ジャイロ１において、主振動子
３は、副振動子４より長手方向の寸法が大きいため、こ
れら振動子３、４の共振周波数は互いに異なる値とな
り、これら振動子３、４が互いの振動の影響を受け、所
望の振幅が得られなくなる恐れはない。したがって、振
動ジャイロ１の特性が安定する。

【００２５】さらに、振動ジャイロ１においては、副振
動子４の圧電素子１３、１４の出力信号の有無のみを検
知し、回転方向が検出されるので、副振動子４の感度は
比較的低いものでよい。したがって、副振動子４を構成
する材料の選択の自由度が広がる。

【００２６】次に、本発明にかかる第二の実施例を図４
乃至図６を用いて説明する。なお、第一の実施例と同一
または相当する部分には同一の符号を付し、その説明は
省略する。

【００２７】図４において、２１は振動ジャイロであ
り、主振動子３、第一の副振動子４、第二の副振動子２
２、第一の発振回路５、第二の発振回路６、第三の発振
回路２３、回転角速度検出手段７、第一の回転方向検出
手段８、および第二の回転方向検出手段２４を含む。

【００２８】第二の副振動子２２は、エリンバ等の恒弾
性金属材料や、石英、ガラス、水晶、セラミック等の、
一般に機械的振動を生ずる材料を例えば正三角柱状に成
形してなり、各側面に駆動用および検出用の圧電素子２
５、２６、ならびに帰還用の圧電素子２７が、例えば接
着等の手段によって設けられる。このうち、圧電素子２
７は、第三の発振回路２３の入力端に接続され、圧電素
子２５、２６は、第三の発振回路２３の出力端および第
二の回転方向検出手段２４に接続される。また、第二の
副振動子２２は、図５に示すように、第一の副振動子４
より長手方向の寸法が小さく、回転軸Ｑを主振動子３の
回転軸Ｏに鋭角（４５度）をなして交わらせるととも
に、回転軸Ｑを第一の副振動子４の回転軸Ｐに直交させ
て、基板２の主面の外周を構成する辺２ｂの近傍に配置
される。さらに、第二の副振動子２２は、図６に示すよ
うに、ノード点付近に、金属線等からなるコ字状の支持
ピン２８、２８が取り付けられ、基板２上に支持固定さ
れる。

【００２９】ここで、第二の副振動子２２の圧電素子２
７からの帰還信号に基づき、第三の発振回路２３によっ
て、圧電素子２５、２６を発振駆動させると、第二の副
振動子２２は、圧電素子２７に直交する方向に屈曲振動
し、圧電素子２５、２６から同じ信号が出力される。

【００３０】また、振動ジャイロ２１が回転すると、主
振動子３の圧電素子９、１０から出力される信号を用い
て、回転角速度検出手段７によって回転角速度が検出さ
れる。

【００３１】そして、振動ジャイロ２１が、第二の副振
動子２２の回転軸Ｑを中心として回転する場合には、第
二の副振動子２２の圧電素子２５、２６から互いに異な
る信号が出力され、第二の回転方向検出手段２４によっ
て、圧電素子２５、２６間の出力信号の差を用いて回転
方向、すなわち、振動ジャイロ２１が回転軸Ｑを中心と
して回転していることを示すデータが出力される。同時
に、第一の回転方向検出手段８からは、第一の副振動子
４からの出力信号はないという検知結果に基づいて回転
方向、すなわち、振動ジャイロ２１が回転軸Ｑを中心と
して回転していることを示すデータが出力される。

【００３２】また、振動ジャイロ２１が、第一の副振動
子４の回転軸Ｐを中心として回転する場合には、第二の
回転方向検出手段２４によって、第二の副振動子２２の
圧電素子２５、２６から信号が出力されていないことが
検知され、この検知結果に基づいて回転方向、すなわ
ち、振動ジャイロ２１が回転軸Ｐを中心として回転して
いることを示すデータが出力される。同時に、第一の回
転方向検出手段８からは、第一の副振動子４の圧電素子
１３、１４の出力信号の差に基づいて回転方向、すなわ
ち、振動ジャイロ２１が回転軸Ｐを中心として回転して
いることを示すデータが出力される。

【００３３】このようにして検出された回転角速度と回
転方向とを用いて、例えばカメラの手振れ防止等の制御
が行われる。

【００３４】以上のように、振動ジャイロ２１におい
て、主振動子３は、第二の副振動子２２より長手方向の
寸法が大きいため、主振動子３と第二の副振動子２２と
で、共振周波数は異なる値となり、これら振動子３、２
２が互いの振動の影響を受け、所望の振幅が得られなく
なる恐れはない。一方、第二の副振動子２２は、第一の
副振動子４より長手方向の寸法が小さいため、これら副
振動子４、２２が互いの振動の影響を受け、所望の振幅
が得られなくなる恐れはない。これらのことから、振動
ジャイロ２１の特性が安定する。

【００３５】また、振動ジャイロ２１においては、第二
の副振動子２２の圧電素子２５、２６の出力信号の有無
のみが検知され、回転方向が検出されるので、第二の副
振動子２２の感度は比較的低いものでよい。したがっ
て、第二の副振動子２２を構成する材料の選択の自由度
が広がる。

【００３６】さらに、振動ジャイロ２１においては、第
一、第二の回転方向検出手段８、２４によって、互いに
異なる回転軸を有する第一、第二の副振動子４、２２の
それぞれから出力された信号を用いて、回転方向が検出
される。このように、二つの振動子４、２２を用いて、
回転方向を精度よく検出することができる。

【００３７】なお、上記第一および第二の実施例におい
ては、各振動子の形状が正三角柱状である場合について
説明したが、例えば四角柱等の他の形状の振動子を用い
てもよい。

【００３８】また、主振動子の回転軸が基板の対角線か
らずれているものや、各副振動子の回転軸が基板の外周
の一辺に非平行であるものも、これら回転軸が互いに鋭
角をなして交わっていれば本発明に含まれ、これら回転
軸が交わる角度は、４５度に限定されない。

【００３９】さらに、振動ジャイロを構成する振動子の
数は、二つまたは三つに限定されるものではなく、四つ
以上の振動子を備える振動ジャイロにも、本発明を適用
できる。

【００４０】また、上記第二の実施例においては、第一
の副振動子が、第二の副振動子より長手方向の寸法が大
きい場合について説明したが、これら振動子の大小関係
が逆のものや、これら振動子の寸法が同じものも、本発
明に含まれる。

【００４１】

【発明の効果】請求項１に記載の振動ジャイロによれ
ば、主振動子は、副振動子より長手方向の寸法が大きい
ため、主振動子と副振動子とで共振周波数は異なる値と
なり、これら振動子が互いの振動の影響を受け、所望の
振幅が得られなくなる恐れはない。したがって、振動ジ
ャイロの特性が安定する。また、主振動子と副振動子と
は、双方の回転軸を互いに鋭角をなして交わらせて配置
されるため、基板の主面の面積を変えることなく、主振
動子の長手方向の寸法を拡大することが可能となり、そ
れによって、主振動子の感度が向上する。

【００４２】さらに、請求項１に記載の振動ジャイロに
よれば、振動ジャイロが回転する際に、回転方向検出手
段によって、副振動子の圧電素子に発生した信号の有無
のみが検知され、回転方向が検出されるので、副振動子
の感度は比較的低いものでよく、副振動子を構成する材
料の選択の自由度が広がる。

【００４３】また、請求項２に記載の振動ジャイロによ
れば、主振動子は、第二の副振動子より長手方向の寸法
が大きいため、主振動子と第二の副振動子とで共振周波
数は異なる値となり、これら振動子が互いの振動の影響
を受け、所望の振幅が得られなくなる恐れはない。した
がって、振動ジャイロの特性が安定する。

【００４４】さらに、請求項２に記載の振動ジャイロに
よれば、振動ジャイロが回転する際に、第一、第二の回
転方向検出手段によって、互いに異なる回転軸を有する
第一、第二の副振動子のそれぞれに発生した信号を用い
て、回転方向を精度よく検出することができる。

【００４５】また、請求項３に記載の振動ジャイロによ
れば、第一の副振動子と第二の副振動子とで、長手方向
の寸法が異なるため、これら振動子が互いの振動の影響
を受け、所望の振幅が得られなくなる恐れはない。した
がって、振動ジャイロの特性が安定する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例にかかる振動ジャイロの
斜視図である。

【図２】図１の振動ジャイロを構成する各振動子を示す
上面図である。

【図３】図１の振動ジャイロの部分側面図であり、
（ａ）は主振動子を示し、（ｂ）は副振動子を示す。

【図４】本発明の第二の実施例にかかる振動ジャイロの
斜視図である。

【図５】図４の振動ジャイロを構成する各振動子を示す
上面図である。

【図６】図４の振動ジャイロを構成する振動子の側面図
である。

【図７】従来の振動ジャイロの上面図である。

【図８】図７の振動ジャイロの部分側面図であり、
（ａ）は一方の振動子を示し、（ｂ）は他方の振動子を
示す。

【符号の説明】 １、２１ 振動ジャイロ ３ 主振動子 ４ （第一の）副振動子 ５ 回転角速度検出手段 ８ （第一の）回転方向検出手段 ２２ 第二の副振動子 ２４ 第二の回転方向検出手段 Ｏ、Ｐ、Ｑ 回転軸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子を備える柱状の主振動子と、圧
   電素子を備え、前記主振動子より長手方向の寸法が小さ
   い柱状の副振動子とを、双方の回転軸を互いに鋭角をな
   して交わらせて配置するとともに、 前記主振動子の圧電素子に発生する信号を用いて回転角
   速度を検出する回転角速度検出手段と、前記副振動子の
   圧電素子に発生する信号を用いて回転方向を検出する回
   転方向検出手段とを備えたことを特徴とする振動ジャイ
   ロ。
2. 【請求項２】 圧電素子を備える柱状の主振動子、なら
   びに圧電素子を備え、前記主振動子より長手方向の寸法
   が小さい柱状の第一の副振動子および圧電素子を備える
   柱状の第二の副振動子を備え、前記主振動子および前記
   第一の副振動子、ならびに前記主振動子および前記第二
   の副振動子を、各双方の回転軸を互いに鋭角をなして交
   わらせて配置するとともに、 前記主振動子の圧電素子に発生する信号を用いて回転角
   速度を検出する回転角速度検出手段と、前記第一の副振
   動子の圧電素子に発生する信号を用いて回転方向を検出
   する第一の回転方向検出手段と、前記第二の副振動子の
   圧電素子に発生する信号を用いて回転方向を検出する第
   二の回転方向検出手段とを備えたことを特徴とする振動
   ジャイロ。
3. 【請求項３】 前記第一の副振動子と前記第二の副振動
   子とを、長手方向の寸法を互いに異なるものとしたこと
   を特徴とする、請求項２に記載の振動ジャイロ。