JPH0921646A

JPH0921646A - 振動角速度計

Info

Publication number: JPH0921646A
Application number: JP7169428A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Hattori; 徹夫服部; Tatsushi Nomura; 達士野村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-07-05
Filing date: 1995-07-05
Publication date: 1997-01-21

Abstract

(57)【要約】【目的】振動角速度計の占有面積を小さくする。【構成】振動子１０及び振動子２０は、それぞれ、Ｘ
軸上及びＹ軸上に、配置されている。また、振動子１０
と振動子２０は、各々の節点部位１０Ｔ，２０Ｓで、絶
縁材料によって構成される支持板を介して、相互に接続
されている。さらに、振動子１０は、支持部材３０は、
その節点部位１０Ｓで、支持部材３０に支持され、振動
子２０は、その節点部位２０Ｓ，２０Ｔで、それぞれ、
支持部材５０及び６０に支持されている。基板７０に
は、振動子１０及び２０を振動させるための駆動用交流
電圧を発生する発生回路（図示せず）、回転角速度を検
出する検出回路（図示せず）等が構成されている。振動
子１０及び２０は、それぞれ、Ｘ軸及びＹ軸を、各々の
回転の軸とする回転の回転角速度を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動角速度計に関
し、特に、２個の振動子を、互いの振動の節点で相互に
接続して配置することにより、占有面積を小さくするよ
うにした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、その振動の振動軸
を中心とする回転角速度が加わると、その振動方向に直
角な方向にコリオリの力が発生する。振動角速度計は、
このコリオリの力に伴う信号を検出することにより、物
体に加わる回転角速度を検出するジャイロスコープに備
えられ、カメラ等の手ぶれ感知装置、ナビゲーションシ
ステム、自動車、船舶、航空機等の移動体の姿勢制御装
置等に用いられている。

【０００３】図２２は、振動角速度計の一種であり、振
動に対応する信号として電圧を発生する圧電部材を用い
た圧電振動角速度計の一構成例を示す斜視図である。ま
た、図２３は、図２２に示す圧電振動角速度計４００の
立面図である。この圧電振動角速度計４００において
は、金属振動子４０５は金属部材からなる四角柱形状の
振動子であり、その断面形状は正方形である。この金属
振動子４０５は、その長さ方向の軸である軸Ｚ1 を振動
の軸として、矢印Ｘ1 方向及び矢印Ｙ1 方向に屈曲可能
となっている。なお、以下の記載においては、振動子の
振動の方向とは、振動子の屈曲の方向（振幅方向）を意
味するものとする。

【０００４】すなわち、この金属振動子４０５は、軸Ｚ
1 を振動の軸として、矢印Ｘ1 方向及び矢印Ｙ1 方向に
振動可能になっており、両方向の振動の共振周波数はほ
ぼ等しい。

【０００５】圧電材料であるＰＺＴ（ジルコニウムチタ
ン酸塩）からなる圧電セラミック薄板４１１は、金属振
動子４０５の所定の側面４０１上の中央部に接合されて
いる。圧電セラミック薄板４１３は、所定の側面４０１
に対向する側面４０３上の中央部に接合されている。さ
らに、圧電セラミック薄板４１２は、所定の側面４０１
の、図中、左隣の側面４０２上の中央部に接合されてお
り、圧電セラミック薄板４１４は、側面４０２に対向す
る側面４０４上の中央部に接合されている。なお、これ
らの圧電セラミック薄板４１１乃至４１４は、その板厚
方向に分極されている。また、金属振動子４０５は、グ
ランドの役目を担っている。

【０００６】導線４２１乃至４２４は、それぞれ、圧電
セラミック薄板４１１乃至４１４上に半田付けされてい
る。また、細い金属線からなる支持用金属線４３１乃至
４３４は、各側面４０１乃至４０４上の所定の位置（後
述する）に、それぞれ、各側面に垂直に溶接されてお
り、金属振動子４０５を支持していると共に、金属振動
子４０５の（すなわち、グランドの）リード線として用
いられている。

【０００７】上述した金属振動子４０５を支持する支持
用金属線４３１乃至４３４は、金属振動子４０５の振動
特性の劣化を抑制するために、金属振動子４０５の無効
束基本振動モードにおける共振振動の節点位置に溶接さ
れている。

【０００８】次に、図２２及び図２３に示す圧電振動角
速度計４００の動作について説明する。図示せぬ発振回
路が発振する金属振動子４０５の無効束基本振動時の共
振周波数とほぼ等しい周波数の駆動用交流電圧が、導線
４２１を介して、圧電セラミック薄板４１１に印加され
ると、圧電セラミック薄板４１１は、図２２中、上下方
向（軸Ｚ1 に平行な方向）に伸び縮みする。すると、金
属振動子４０５は、軸Ｚ1 を振動の軸として、矢印Ｙ1
方向に屈曲振動する。

【０００９】上述した周波数の駆動用交流電圧を図示せ
ぬ発振回路に出力させるために、圧電セラミック薄板４
１３は、金属振動子４０５の振動時の帰還信号をとり、
その帰還信号が、導線４２３を介して外部の図示せぬ検
出回路に入力される。また、圧電セラミック薄板４１２
及び４１４には、金属振動子４０５の矢印Ｙ1 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
ぞれ発生している。

【００１０】このように、駆動用交流電圧が圧電セラミ
ック薄板４１１に印加され、金属振動子４０５が矢印Ｙ
1 方向に屈曲振動している場合において、金属振動子４
０５が、軸Ｚ1 を回転軸として、矢印Ｒ1 方向（逆方向
でもよい）に所定の回転角速度Ωで回転すると、コリオ
リの力（＝Ｆｃ）が、矢印Ｘ1 方向に発生し、金属振動
子４０５は、矢印Ｘ1 方向に屈曲振動する。

【００１１】すると、側面４０２上に接合される圧電セ
ラミック薄板４１２には、上述の、矢印Ｙ1 方向の振動
に伴う圧電電圧Ｖ_C に加え、矢印Ｘ1 方向の振動に伴う
（コリオリの力に伴う）圧電電圧Ｖ_B が発生する。一
方、側面４０２に対向する側面４０４上に接合される圧
電セラミック薄板４１４には、上述の圧電電圧Ｖ_C に加
え、上記圧電電圧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】金属振動子４０５の、矢印Ｘ1 方向の振動
に伴い（コリオリの力に伴い）、圧電セラミック薄板４
１２及び４１４でそれぞれ発生する圧電電圧の位相が反
対になる理由を説明する。

【００１３】金属振動子４０５がＸ1 方向に振動してい
る場合において、側面４０４が振動の山（すなわち、側
面４０２が振動の谷）の状態にあるときは、側面４０４
は、その両端方向に引っ張られ、側面４０２は、その中
央方向に圧縮される。一方、側面４０２が振動の山（す
なわち、側面４０４が振動の谷）の状態にあるときは、
側面４０２は、その両端方向に引っ張られ、側面４０４
は、その中央方向に圧縮される。従って、側面４０２及
び４０４上に、それぞれ接合される圧電セラミック薄板
４１２及び４１４で発生する、コリオリの力に伴う圧電
電圧は、振幅が等しく、位相が反対の圧電電圧になる
（すなわち、圧電セラミック薄板４１２には、圧電電圧
Ｖ_B が発生し、圧電セラミック薄板４１４には、圧電電
圧−Ｖ_B が発生する）。

【００１４】そして、圧電セラミック薄板４１２，４１
４で発生した圧電電圧は、それぞれ、導線４２２，４２
４を介して、図示せぬ、圧電電圧検出回路に入力され、
次に示す処理が行われる。

【００１５】（圧電セラミック薄板４１２で発生した圧
電電圧）−（圧電セラミック薄板４１４で発生した圧電
電圧）＝（Ｖ_B＋Ｖ_C）−（−Ｖ_B＋Ｖ_C）＝２・Ｖ_B

【００１６】このように、図示せぬ圧電電圧検出回路
は、圧電セラミック薄板４１２，４１４で、それぞれ発
生した圧電電圧の差動信号をとり、コリオリの力に伴う
（所定の回転角速度Ωによる回転に伴う）圧電電圧Ｖ_B
を、倍増して取り出す。そして、求めた圧電電圧Ｖ_B に
対応して、回転角速度Ωを検出する。

【００１７】ところで、図２２及び図２３に示す圧電振
動角速度計４００は、軸Ｚ1 を回転の軸とする回転の回
転角速度Ωのみしか求めることができず、この圧電振動
角速度計４００を用いる姿勢制御装置の姿勢制御の方向
は、１方向のみになってしまう。

【００１８】そこで、２つの異なる方向の軸を、それぞ
れの回転軸とする、２つの回転の回転角速度を検出する
ことが可能な２軸測定用の圧電振動角速度計について、
次に述べる。

【００１９】従来、２軸（例えば、ｘ軸、ｙ軸）測定用
の圧電振動角速度計が考案されている。図２４は、２軸
測定用の圧電振動角速度計の立面図であり、図２５は、
図２４に示す２軸測定用の圧電振動角速度計の側面図で
ある。図２４及び図２５に示す２軸測定用の圧電振動角
速度計においては、振動子５００及び振動子５０１は、
三角柱形状の金属中の各側面にＰＺＴからなる圧電セラ
ミック薄板を張り付けることによって構成されている。

【００２０】振動子５００は、図２４中、左右方向の軸
であるｘ軸上に配置され、ｘ軸を回転の軸とする回転の
回転角速度を検出する。振動子５０１は、図２４中、上
下方向の軸であるｙ軸上に、振動子５００に接触しない
ように離して配置され、ｙ軸を回転軸とする回転の回転
角速度を検出する。つまり、振動子５００及び振動子５
０１は、互いに直角に、離れた位置に配置されている。

【００２１】振動子５００は、その上部の頂辺上の２点
（振動子５００の無拘束共振振動時の節点）が支持用ワ
イヤ５１１及び５１２に溶接されることによって、固定
されており、支持用ワイヤ５１１及び５１２は、折り曲
げられて、その両端が基板５３０に固定されている。ま
た、振動子５０１も、振動子５００と同様に、支持用ワ
イヤ５２１及び５２２によって固定されている。なお、
振動子５００及び振動子５０１の底面は、基板５３０に
接触していない。

【００２２】上記のような構成にすることによって、ｘ
軸方向の回転角速度及びｙ軸方向の回転角速度を検出す
ることができ、２軸（ｘ軸、ｙ軸）の姿勢制御等が可能
になる。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２４
及び図２５に示す従来の２軸測定用の圧電振動角速度計
は、以下に示す課題を有する。

【００２４】すなわち、振動子５００及び振動子５０１
が、離れた位置に（交わらない位置に）配置されている
ので、圧電振動角速度計の（基板５３０の）占有面積が
大きくなってしまい、この２軸測定用の圧電振動角速度
計を、特にスチルカメラ、ビデオカメラ等のように、多
部品が集積される機器の内部に設けることが困難になる
という課題がある。

【００２５】さらに、図２４及び図２５に示す２軸測定
用の圧電振動角速度計を上記機器の内部に構成した場
合、上記機器の小型化の妨げの原因になるという課題も
ある。

【００２６】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、小型の振動角速度計を提供することを目
的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明の振動角速度計
は、コリオリの力を検出することにより、回転角速度を
検出する振動角速度計において、第１の軸（例えば図１
のＸ軸）を振動の軸として所定の方向に振動し、第１の
軸を回転軸とする回転の角速度を検出する第１の検出手
段（例えば図１の振動子１０）と、第１の軸に対して所
定の角度をなす第２の軸を振動の軸として所定の方向に
振動し、第２の軸（例えば図１のＹ軸）を回転軸とする
回転の回転角速度を検出する第２の検出手段（例えば図
１の振動子２０）とを備え、第１の検出手段及び第２の
検出手段は、各々の振動の節点（例えば図１の節点部位
１０Ｔ，２０Ｓ）で、相互に接続されることを特徴とす
る。

【００２８】上述した第１の軸と第２の軸は、直交させ
るようにすることができる。

【００２９】第１及び第２の検出手段には、圧電材料か
らなる第１の部材（例えば図３の圧電部材８０Ａ）と、
圧電材料からなり、その上面が第１の部材の下面に接合
される第２の部材（例えば図３の圧電部材８０Ｂ）と、
第１の部材と第２の部材との接合面に形成される基準電
位電極（例えば図３の電極８３）と、第２の部材の下面
に形成され、第１の部材及び第２の部材を振動させるた
めの信号電圧の印加を受ける電圧印加用電極（例えば図
３の電極８４）と、第１の部材の上面または側面の所定
の位置に形成され、回転の回転角速度の検出に用いられ
る検出用電極（例えば図３の電極８１，８２）とを、各
々設けるようにすることができる。

【００３０】第１及び第２の検出手段には、圧電材料か
らなる第１の部材（例えば図１５の上部部材２８０Ａ）
と、所定の材料からなり、その上面が第１の部材の下面
に接合される第２の部材（例えば図１５の下部部材２８
０Ｂ）と、第１の部材と第２の部材との接合面に形成さ
れる基準電位電極（例えば図１５の電極２８３）と、第
１の部材の上面の中央部に、所定の幅で形成され、第１
の部材を振動させるための信号電圧の印加を受ける電圧
印加用電極（例えば図１５の電極２８４）と、第１の部
材の上面または側面の所定の位置に形成され、回転の回
転角速度の検出に用いられる検出用電極（例えば図１５
の電極２８１，２８２）とを、各々設けるようにするこ
とができる。

【００３１】本発明の振動角速度計においては、第１の
検出手段は、第１の軸を振動の軸として所定の方向に振
動し、第１の軸を回転軸とする回転の回転角速度を検出
し、第２の検出手段は、第１の軸に対して所定の角度を
なす第２の軸を振動の軸として、所定の方向に振動し、
第２の軸を回転軸とする回転の回転角速度を検出する。
また、第１の検出手段及び第２の検出手段は、各々の振
動の節点で、相互に接続される。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例の図面を参
照して説明する。

【００３３】図１は、本発明の振動角速度計の一実施例
の構成を示す立面図である。図２は、図１に示す２軸測
定の圧電振動角速度計１を矢印Ａ方向から見た場合の側
面図である。本実施例の圧電振動角速度計１において
は、圧電部材からなる振動子１０（その詳細な構成につ
いては、図３を参照して説明する）は、Ｘ軸上に配置さ
れており、Ｘ軸を回転軸とする回転の回転角速度を検出
するようになされている。振動子２０は、振動子１０と
同様の構成であり（図３を参照して後述する）、振動子
１０の上部において、Ｙ軸（Ｘ軸と直交する軸）上に配
置されており、Ｙ軸を回転軸とする回転の回転角速度を
検出するようになされている（振動子１０及び２０の交
差状態の詳細については後述する）。なお、図１の振動
子１０及び振動子２０の斜線部は、電極を示す（後述す
る）。

【００３４】振動子１０は、シリコン樹脂等の絶縁材料
からなる支持部材３０（その詳細な構成については、図
５を参照して後述する）及びシリコン樹脂等からなる直
方体形状の支持板４０により、所定の位置が支持される
ようになされている。すなわち、支持部材３０は、振動
子１０を、その無拘束基本振動モードにおける振動の２
つの節点部位の一方の節点部位１０Ｓで支持し、支持板
４０は、振動子１０を、その他方の節点部位１０Ｔで支
持している。

【００３５】振動子２０は、シリコン樹脂等の絶縁材料
からなる支持部材５０及び６０（その詳細な構成につい
ては、図６を参照して後述する）により、所定の位置が
支持されるようになされている。すなわち、支持部材５
０及び６０は、振動子２０を、その無拘束基本振動モー
ドにおける振動の節点部位で（節点部位２０Ｓ及び節点
部位２０Ｔで）支持している。

【００３６】また、振動子１０を、節点部位１０Ｔで支
持している支持板４０の下面は、振動子２０の節点部位
２０Ｓに接続されている。すなわち、振動子１０及び振
動子２０は、それぞれの節点部位１０Ｔ及び２０Ｓで交
差して配置されている。

【００３７】基板７０には、振動子１０及び２０を振動
させるための駆動用交流電圧を発生する図示せぬ発生回
路、コリオリの力に伴い発生する圧電電圧を基に、回転
角速度を検出する図示せぬ検出回路等が設けられてい
る。また、これらの図示せぬ発生回路、検出回路と、振
動子１０及び２０に形成される電極（後述する）とは、
導線（図１及び図２においては図示せず）によって接続
されている。

【００３８】次に振動子１０及び振動子２０の構成につ
いて説明する。振動子１０及び振動子２０は、図３に示
す振動子８０と同様の構成をしている。図４は、図３に
示す振動子８０の正面図である。振動子８０は、圧電セ
ラミック材料であるＰＺＴからなる圧電部材８０Ａと圧
電部材８０Ｂとが、その下面と上面とが接着されること
によって構成されている。圧電部材８０Ａ及び８０Ｂの
形状は、その幅が１．０mm、その厚さが０．５mm、その
長さが９．０mm、の四角柱形状である。すなわち、この
振動子８０の断面形状は、１辺の長さが１．０mmの正方
形になっている。

【００３９】電極８１，８２は、圧電部材８０Ａの上面
の両端部に、その長さ方向に平行に、所定の幅（例え
ば、０．２mm）で銀ペーストされることによって形成さ
れている。この電極８１，８２は、コリオリの力に伴う
圧電電圧の検出（すなわち、回転角速度の検出）電極と
して使用される。

【００４０】電極８３は、圧電部材８０Ａと圧電部材８
０Ｂとの接合面の全面が、銀ペーストされることによっ
て形成されている。つまり、圧電部材８０Ａの下面及び
圧電部材８０Ｂの上面が、予め銀ペーストされており、
その両面が接着されることによって電極８３が形成され
る。この電極８３は、基準電位電極として用いられる。

【００４１】電極８４は、圧電部材８０Ｂの下面の全面
が銀ペーストされることによって形成されている。この
電極８４は、振動子８０をその断面の厚さ方向に振動さ
せるための駆動用交流電圧の印加を受ける電極として使
用される。

【００４２】また、圧電部材８０Ａは、その上面から下
面方向に分極されており、圧電部材８０Ｂは、その下面
から上面に分極されている。なお、この分極処理は、振
動子８０の形成前に予め行うか、または振動子８０の形
成後に、電極８１及び８２と電極８３（基準電位電極）
との間、電極８４と電極８３（基準電位電極）との間に
電圧を印加することによって行う。

【００４３】なお、図３及び図４に示す振動子８０の電
極８１乃至８４、圧電部材８０Ａ，８０Ｂは、振動子１
０においては、それぞれ、電極１１乃至１４、圧電部材
１０Ａ、１０Ｂと表し、振動子２０においては、それぞ
れ、電極２１乃至２４、圧電部材２０Ａ、２０Ｂと表
す。但し、図１及び図２においては、簡単のため、上記
符号は省略してある。

【００４４】図５は、振動子３０の構成を示す斜視図で
ある。支持部材３０は、絶縁材料であるシリコン樹脂等
からなり、直方体部３１の上部に凹型形状の支持部３２
が形成されている。また、支持部３２の凹部の所定の位
置（この場合、中央部）には、導線を電極に半田付けす
るために、切り欠け部３３が形成されている（後述す
る）。

【００４５】振動子１０を、その節点部位１０Ｔで支持
する支持板５０は、上述したように、絶縁材料であるシ
リコン樹脂等からなる、直方体形状の薄い板であり、そ
の上面が、振動子１０の下面の節点部位１０Ｔに接着さ
れ、その下面が、振動子２０の上面の節点部位２０Ｓに
接着されている。この支持板５０の板厚（高さ）は、振
動子１０を基板７０に平行に配置するような厚さ（高
さ）になっている。また、この支持板５０は、上述した
ように絶縁材料によって構成されているので、振動子１
０と振動子２０は、絶縁状態が保たれて、相互に接続さ
れている。

【００４６】次に、振動子２０を、その節点部位２０Ｓ
及び２０Ｔで支持する支持部材４０及び５０の構成につ
いて説明する。この支持部材５０及び６０の構成は、図
６に示す支持部材１００の構成と同様である。支持部材
１００、絶縁材料であるシリコン樹脂等からなり、直方
体部１０１の上部に凹型の支持部１０２が形成されてお
り、支持部１０２の凹部の所定の位置（この場合、中央
部）には、導線を電極に半田付けするために、切り欠け
部１０３が形成されている（後述する）。

【００４７】なお、図６に示す支持部材１００の直方体
部１０１、支持部１０２、切り欠け部１０３は、支持部
材５０においては、それぞれ、直方体部５１、支持部５
２、切り欠け部５３と表され、支持部材６０において
は、それぞれ、直方体部６１、支持部６２、切り欠け部
６３と表される。但し、図１及び図２においては、上記
符号は、簡単のため、省略されている。

【００４８】また、図５に示す支持部材３０と図６に示
す支持部材１００（支持部材５０及び６０）とは、その
下部に形成される直方体部３１の高さと直方体部１０１
の高さとが異なっている。すなわち、直方体部３１の高
さａは、振動子１０を振動子２０の上部に配置する分だ
け直方体部１０１の高さｂよりも高くなっている。

【００４９】図７は、振動子１０と振動子２０と、その
交差点における支持状態を説明する斜視図である。振動
子２０は、その節点部位２０Ｓが支持部材５０の上部に
形成される支持部５２の凹部にはめ込まれて接着される
ことによって支持されている。また、振動子２０の上面
の節点部位２０Ｓの位置には、支持板４０の下面が接着
されておる。振動子１０は、その下面の節点部位１０Ｔ
の位置が、支持板４０の上面に接着されることによって
支持されている。

【００５０】振動子２０は、その他方の節点部位２０Ｔ
の位置が、支持部材６０によって、支持部材５０と同様
に支持されている。

【００５１】つまり、振動子１０及び振動し２０は、各
々の節点部位１０Ｔ及び２０Ｓで、相互に、絶縁状態で
接続している。

【００５２】図８は、振動子１０が、支持部材３０によ
って支持されている状態を示す斜視図であり、図９は、
図８に示す振動子１０を矢印Ｂ方向から見た場合の正面
図である。支持部材３０の下部に形成される直方体部３
１の底面は、基板７０に接着されている。振動子１０
は、その節点部位１０Ｓの位置が、支持部材３０の上部
に形成されている支持部３２の凹部にはめ込まれ、接着
されている。

【００５３】また、導線１１１乃至１１４の一端が、そ
れぞれ、振動子１０の電極１１乃至１４に半田付けされ
ることによって接続されている（図１及び図２において
は、図示せず）。本実施例においては、振動子１０の
（電極１１乃至１４の）各導線１１１乃至１１４が半田
付けされる位置は、半田玉の重さによって、振動子１０
の振動特性が損なわれないようにするために、節点部位
１０Ｓとなっている。

【００５４】従って、振動子１０の下面（電極１４）上
の節点部位１０Ｓは、支持部材３０の支持部３１の凹部
に接着されるので、導線１１４を電極１４の節点部位１
０Ｓの位置に半田付けするために、支持部３２の凹部に
切り欠け部３３が設けられており、その切り欠け部３３
の位置で、導線１１４は、電極１４に半田付けされる。

【００５５】一方、導線１１１及び１１２の他端は、基
板７０に設けられている、図示せぬ検出回路に接続さ
れ、導線１１３の他端は接地され、導線１１４の他端
は、基板７０に設けられている、図示せぬ発生回路に接
続されている。

【００５６】なお、同様の理由で、振動子２０を支持す
る支持部材５０または６０（図６の支持部材１００）に
切り欠け部（切り欠け部１０３）が設けられている。

【００５７】次に、本実施例の圧電振動角速度計１の動
作を説明する。振動子１０及び振動子２０は、同様の動
作を行うので、主に振動子１０の動作について、図８を
参照して詳細に述べる。

【００５８】基板７０に設けられている、図示せぬ発振
回路から出力される駆動用交流電圧が、導線１１４を介
して振動子１０の電極１４に印加されると、振動子１０
は、Ｘ軸を振動の軸として、振動子１０の断面の厚さ方
向に屈曲振動する。この場合において、圧電振動角速度
計１が、Ｘ軸を回転の軸として回転すると、コリオリの
力がＹ軸方向に発生し、振動子１０は、その断面の幅方
向に屈曲振動する（この場合においても、振動子１０
は、その断面の厚さ方向に屈曲振動している）。する
と、電極１１及び１２には、この振動子１０の断面の幅
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）が発生する。

【００５９】従来例において述べたように、電極１１，
１２に発生するコリオリの力に伴う（振動子１０の断面
の幅方向の振動に伴う）圧電電圧は、互いに振幅が等し
く、位相が反対である。すなわち、電極１１に発生する
コリオリの力に伴う圧電電圧が、＋（−）Ａのとき、電
極１２に発生するコリオリの力に伴う圧電電圧は、−
（＋）Ａである。なお、このとき、電極１１及び１２に
は、振動子１０の断面の厚さ方向の振動に伴う（駆動用
交流電圧の印加による振動に伴う）、振幅及び位相が等
しい圧電電圧も発生している。

【００６０】電極１１及び１２に発生した圧電電圧は、
それぞれ、導線１１１及び１１２を介して、基板７０に
設けられている、図示せぬ検出回路に入力される。そし
て、この２つの圧電電圧の差動がとられ、コリオリの力
に伴う圧電電圧のみが倍増して取り出されて、そのコリ
オリの力に伴う圧電電圧に対応して、Ｘ軸を中心とする
回転の回転角速度が検出される。

【００６１】また、Ｙ軸上に配置される振動子２０の動
作は、上述した振動子１０の動作と同様であり、Ｙ軸を
中心とする回転の回転角速度が検出される。従って、こ
の圧電振動角速度計１は、Ｘ軸及びＹ軸の２軸について
の回転角速度を検出することができる。

【００６２】本実施例においては、Ｘ軸を回転軸とする
回転の回転角速度を検出するための振動子１０と、Ｙ軸
を回転軸とする回転の回転角速度を検出するための振動
子２０とを、各々の節点部位（節点部位１０Ｔ，２０
Ｓ）で相互に接続して配置するようにしているので、図
２４及び図２５に示す、従来の２軸測定用の圧電振動角
速度計に較べて、圧電振動角速度計の占有面積を小さく
するようにすることができる。

【００６３】また、図２４及び図２５に示す従来の２軸
測定用の圧電振動角速度計においては、振動子５００及
び５０１が、ｘ軸とｙ軸の交点である点ｐから離れた位
置に配置されているので、点ｐを原点とするｘ軸及びｙ
軸の各軸を回転軸とする回転の回転角速度を正確に検出
できない場合がある。すなわち、例えば、振動子５０１
の配置位置と点ｐとの間で基板５３０がねじれた場合に
おいては、振動子５０１は、ｙ軸を回転軸とする回転角
速度を正確に検出できない（ｘ軸についても同様）。

【００６４】しかし、本発明を適用した、図１に示す圧
電振動角速度計１においては、Ｘ軸及びＹ軸の各軸を回
転軸とする回転の回転角速度を検出する振動子１０及び
２０が、各々の節点部位で交差して配置されているの
で、その交差点を原点とするＸ軸及びＹ軸の各軸を回転
軸とする回転の回転角速度を正確に検出するようにする
ことが可能になっている。

【００６５】図１０は、本発明の振動角速度計の他の実
施例の構成を示す立面図であり、図１１は、図１０に示
す圧電振動角速度計１５０の側面図である。本実施例の
圧電振動角速度計１５０の構成は、図１及び図２に示す
圧電振動角速度計１の構成と基本的に同様であり、Ｙ軸
を回転軸とする回転の回転角速度を検出する振動子２０
が、図１の圧電振動角速度計１の場合と較べて、その上
面と下面が逆に配置された構成になっている。なお、図
１０の振動子１０及び２０に示す斜線部は、それぞれの
振動子の電極を表している（図３参照）。

【００６６】本実施例の場合、振動子２０を支持する支
持部材１５０及び１６０は、図１２に示す支持部材１７
０と同様の構成になっている。図１２に示す支持部材１
７０の構成は、図６に示す支持部材１００の構成と基本
的に同様であるが、切り欠け部の形成位置が異なってい
る。すなわち、支持部材１７０においては、直方体部１
７１（図６の直方体部１０１と同形状）の上部に凹型形
状の支持部１７２（図６の支持部６２と同形状）が形成
されている。また、本実施例においては、振動子２０の
電極１１及び１２が形成される面が、支持部材１５０及
び１６０に接続されるので、支持部１７２の凹部には、
切り欠け部１７３Ａ及び１７３Ｂが電極１１及び１２に
対応する位置に形成される。

【００６７】なお、図１２に示す支持部材１７０の直方
体部１７１、支持部１７２、切り欠け部１７３Ａ，１７
３Ｂは、支持部材１５０においては、直方体部１５１、
支持部１５２、切り欠け部１５３Ａ，１５３Ｂと表さ
れ、支持部材１６０においては、直方体部１６１、支持
部１６２、切り欠け部１６３Ａ，Ｂと表される。但し、
図１０及び図１１においては、上記符号は、簡単のた
め、省略されている。

【００６８】図１３は、本実施例の振動子２０が、支持
部材１６０によって支持されている状態を示す斜視図で
あり、図１４は、その正面図である。支持部材１６０の
下部に形成される直方体部１６１の底面は、基板７０に
接着されている。振動子２０は、その節点部位２０Ｔの
位置が、支持部材６０の上部に形成されている支持部６
２の凹部にはめ込まれ、接着されている。

【００６９】また、導線１２１乃至１２４の一端は、そ
れぞれ、振動子２０の電極２１乃至２４に半田付けされ
ることによって接続されている（図１及び図２において
は、図示せず）。また、振動子２０の（電極２１乃至２
４の）各導線１２１乃至１２４が半田付けされる位置
は、半田玉の重さによって、振動子２０の振動特性が損
なわれないようにするために、節点部位２０Ｔとなって
いる。一方、導線１２１及び１２２の他端は、基板７０
に設けられている、図示せぬ検出回路に接続され、導線
１２３の他端は接地され、導線１２４の他端は、基板７
０に設けられている、図示せぬ発生回路に接続されてい
る。

【００７０】本実施例においては、図１及び図２に示す
実施例の場合と異なり、電極２１及び２２が形成される
面が、支持部材１６０の支持部１６２にはめ込まれるよ
うになされている。従って、支持部１６２には、切り欠
け部１６３Ａ及び１６３Ｂが、電極２１及び２２に対応
する位置に形成されており、導線１２１及び１２２は、
それぞれ、この切り欠け部１６３Ａ及び１６３Ｂの位置
で、電極２１及び２２に半田付けされている。

【００７１】なお、本実施例においても、振動子１０と
振動子２０との間には、絶縁材料である支持板４０が配
置されているので、振動子１０と振動子２０との間は、
絶縁状態が保たれている。

【００７２】なお、本実施例の圧電振動角速度計１５０
の動作は、図１及び図２に示す圧電振動角速度計１の動
作と同様である。

【００７３】本発明は、上述した実施例の他に、異なる
形状の振動子を用いるようにすることも可能である。図
１５は、上述した実施例に示す振動子と異なる構成の振
動子の構成例を示す斜視図であり、図１６は、図１５に
示す振動子２８０の正面図である。

【００７４】本実施例の振動子２８０は、圧電セラミッ
ク材料であるＰＺＴからなる上部部材２８０Ａと、所定
の材料（後述する）からなる下部部材２８０Ｂとが、そ
の下面と上面とが接着されることによって構成されてい
る。上部部材２８０Ａ及び下部部材２８０Ｂの形状は、
その幅が１．０mm、その厚さが０．５mm、その長さが
９．０mm、の四角柱形状である。すなわち、この振動子
２８０の断面形状は１辺の長さが１．０mmの正方形であ
る。

【００７５】電極２８１，２８２は、それぞれ、上部部
材２８０Ａの両側面に、その長さ方向に平行に所定の幅
（例えば、０．２mm）で銀ペーストされることによって
形成されている。この電極２８１，２８２は、コリオリ
の力に伴う圧電電圧の検出（すなわち、回転角速度の検
出）電極として使用される。

【００７６】電極２８３は、上部部材２８０Ａと下部部
材２８０Ｂとの接着面の全面が銀ペーストされることに
よって形成されている。この電極２８３は、基準電位電
極として使用される。

【００７７】電極２８４は、上部部材２８３の上面の中
央部に、幅６．０mmで、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。この電極２８４は、
振動子２８０を厚さ方向に振動させるための駆動用交流
電圧の印加を受ける電極として使用される。

【００７８】また、圧電材料であるＰＺＴからなる上部
部材２８０Ａは、電極２８１と電極２８３の間、電極２
８２と電極２８３の間、電極２８４と電極２８３の間、
のそれぞれに、電極２８３を基準電位電極として、電圧
を印加することによって分極処理が施される。

【００７９】本実施例の振動子は、圧電材料であるＰＺ
Ｔからなる上部部材２８０Ａのみが圧電的に活性状態で
使用されるので、下部部材２８０Ｂは不活性材料（例え
ば、ガラス、アルミナ等）で構成してもよい。また、上
部部材２８０Ａと同様に、下部部材２８０ＢをＰＺＴで
構成してもよいが、この場合においては、下部部材２８
０Ｂは、不活性状態で使用される。

【００８０】この振動子２８０は、図１及び図２（図
３）に示す振動子１０及び２０（振動子８０）とほぼ同
様の動作を行う。すなわち、振動子２８０を、その断面
の厚さ方向に振動させるための駆動用交流電圧が、電極
２８４に印加されると、振動子２８０は、Ｚ軸を振動の
軸として、その断面の厚さ方向に屈曲振動する。このと
き、振動子２８０が、Ｚ軸を回転の軸として回転する
と、振動子２８０の断面の幅方向にコリオリの力が働
き、振動子２８０は、その断面の幅方向に屈曲振動す
る。

【００８１】このとき、電極２８１及び２８２には、振
幅が等しく、位相が反対のコリオリの力に伴う圧電電圧
が発生している。このコリオリの力に伴う圧電電圧を検
出し、その差動をとることにより、Ｚ軸を回転の軸とす
る回転の回転角速度を検出することができる。

【００８２】図１７は、この振動子２８０を用いた場合
の圧電振動角速度計の構成を示す立面図である。また、
図１８は、図１７に示す圧電振動角速度計３００の正面
図である。なお、本実施例に示す振動子３１０及び３２
０の構成は、図１５及び図１６に示す振動子２８０の構
成と同様であり、振動子２８０の上部部材２８０Ａ、下
部部材２８０Ｂ、電極２８１乃至２８４は、振動子３１
０においては、それぞれ、上部部材３１０Ａ、下部部材
３１０Ｂ、電極３１１乃至３１４と表され、振動子３２
０においては、それぞれ、上部部材３２０Ａ、下部部材
３２０Ｂ、電極３２１乃至３２４と表される。但し、図
１７及び図１８においては、簡単のため、上記符号が省
略されているものもある。

【００８３】振動子３１０は、図１及び図２に示す振動
子１０と同様に支持され（すなわち、節点部位３１０Ｓ
及び３１０Ｔの位置が、それぞれ、支持部材３０及び支
持板４０によって支持され）、振動子３２０は、図１及
び図２に示す振動子２０と同様に支持される（すなわ
ち、節点部位３２０Ｓ及び３２０Ｔの位置が、それぞ
れ、支持部材５０及び６０によって支持される）が、図
中、支持部材３０，５０，６０及び基板７０は、簡単の
ため省略されている。また、振動子３１０及び３２０の
配置位置、及び振動子３１０と３２０との接続点（節点
部位３１０Ｔ，３２０Ｓ）についても、図１及び図２の
場合と同様である。また、振動子３１０及び３２０は、
振動子３１０の下部部材３１０Ｂと振動子３２０の上部
部材３２０Ａとが、対向するように配置されている。

【００８４】また、本実施例においても、振動子３１０
と振動子３２０との交差点で、絶縁材料である支持板４
０が、振動子３１０と振動子３２０との間に配置されて
いるので、振動子３１０及び振動し３２は、絶縁状態が
保たれて、相互に接続されている。

【００８５】なお、この場合においては、振動子１０及
び２０の、支持部材３０，５０，６０との接続面には、
電極が形成されていないので、支持部材３０，５０，６
０には、切り欠け部を設ける必要がない。

【００８６】図１９は、本発明の他の実施例の構成を示
す立面図であり、図２０は、図１９に示す圧電振動角速
度計３５０の側面図である。本実施例の圧電振動角速度
計３５０の構成は、図１７及び図１８に示す圧電振動角
速度計３００の構成と基本的に同様であり、Ｙ軸上に配
置される振動子３２０の上下が、図１７及び図１８に示
す場合と反対になっている。なお、図１７及び図１８中
には、支持部材３０、５０、６０、及び基板７０は、簡
単のため省略されている。

【００８７】本実施例の場合、振動子３２０は、その電
極３２４が形成される面が支持部材５０及び６０に接続
するため、導線を半田付けするための切り欠け部を、支
持部材６０（または支持部材５０）の支持部６２の凹部
の電極３２１，３２２及び３２４に対応する位置に形成
する必要がある。

【００８８】また、本発明においては、２個の振動子を
支持する支持部材を他の構成にすることも可能である。
図２１は、図１に示す振動子１０及び２０を支持する支
持部材の一構成例を示す斜視図である。この支持部材３
７０は、絶縁材料であるシリコン部材等によって構成さ
れており、図１及び図２に示す支持部材３０，５０及び
６０をいったい形成した構成になっている。すなわち、
板厚（高さ）ｂのＬ字型の支持基板３７１上に、高さ
（ａ−ｂ）の直方体部３７２、支持部３７４，３７５
が、それぞれ、図１における支持部材３０，５０及び６
０に対応する位置に一体形成されている。さらに、支持
部３７３が、直方体部３７２の上部に形成されている。

【００８９】各支持部３７３，３７４，３７５の形状
は、それぞれ、支持部材３０の支持部３２、支持部材５
０の支持部５２、支持部材６０の支持部６０の形状と同
様であり、支持部３７３は振動子１０を、その節点部位
１０Ｓで支持し、支持部３７４及び支持部３７５は振動
子２０を、それぞれ、その節点部位２０Ｓ，２０Ｔで支
持する。また、この支持部材３７０を用いて、他の実施
例に示す振動子を支持するようにしてもよい。

【００９０】なお、各支持部３７３，３７４及び３７５
には、必要に応じて、切り欠け部を設けるようにする。

【００９１】以上の実施例においては、断面形状が正方
形の、圧電部材によって構成される振動子を用いて振動
角速度計を構成しているが、本発明においては、金属振
動子を用いて構成することも可能であり、また、他の断
面形状の振動子によって構成することも可能である。こ
の場合、振動子を支持する支持部材の形状を振動子の断
面形状に対応する形状にする必要がある。

【００９２】また、以上の実施例においては、２個の振
動子を、直角に交わる２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）上に配置する
ようにしているが、本発明においては、所定のなす角度
で交わるような２軸上に、２個の振動子を配置するよう
にしてもよい。この場合、各振動子は、配置された軸を
回転軸とする回転の回転角速度を検出する。

【００９３】

【発明の効果】以上のように、本発明の圧電振動角速度
計によれば、第１の軸を振動の軸として所定の方向に振
動し、第１の軸を回転軸とする回転の回転角速度を検出
する第１の検出手段と、第１の軸に対して所定の角度を
なす第２の軸を振動の軸として、所定の方向に振動し、
第２の軸を回転軸とする回転の回転角速度を検出する第
２の検出手段とを、各々の振動の節点で、相互に接続し
て配置するようにしたので、振動角速度計の占有面積を
小さくするようにすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す立面図である。

【図２】図１に示す圧電振動角速度計１の側面図であ
る。

【図３】図１に示す振動子１０及び２０と同様の構成を
有する振動子の構成を示す斜視図である。

【図４】図３に示す振動子８０の構成を示す正面図であ
る。

【図５】図１に示す支持部材３０の構成を示す斜視図で
ある。

【図６】図１に示す支持部材５０及び６０と同様の構成
を有する支持部材の構成を示す斜視図である。

【図７】図１の振動子１０及び２０の交差状態を説明す
る斜視図である。

【図８】図１に示す振動子１０の支持部材３０による支
持状態を示す斜視図である。

【図９】図１に示す振動子１０の支持部材３０による支
持状態を示す正面図である。

【図１０】本発明の他の実施例の構成を示す立面図であ
る。

【図１１】図１０に示す圧電振動角速度計１５０の側面
図である。

【図１２】図１１に示す支持部材１５０及び１６０の構
成を示す斜視図である。

【図１３】図１０に示す振動子２０の支持部材１６０に
よる支持状態を示す斜視図である。

【図１４】図１０に示す振動子２０の支持部材１６０に
よるし事情体を示す正面図である。

【図１５】振動子の他の構成例を示す斜視図である。

【図１６】図１５に示す振動子２８０の構成を示す正面
図である。

【図１７】本発明の他の実施例の構成を示す立面図であ
る。

【図１８】図１７に示す圧電振動角速度計３００の側面
図である。

【図１９】本発明の他の実施例の構成を示す立面図であ
る。

【図２０】図１９に示す圧電振動角速度計３５０の側面
図である。

【図２１】支持部材の他の構成例を示す斜視図である。

【図２２】振動角速度計の一種の圧電振動角速度計の一
構成例を示す斜視図である。

【図２３】図２２に示す圧電振動角速度計４００の立面
図である。

【図２４】従来の２軸測定用の圧電振動角速度計の立面
図である。

【図２５】図２４に示す圧電振動角速度計の側面図であ
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１０Ｓ，１０Ｔ節点部位１１乃至１４電極２０振動子２０Ａ，２０Ｂ圧電部材２０Ｓ，２０Ｔ節点部位２１乃至２４電極３０支持部材３１直方体部３２支持部３３切り欠け部４０支持板５０支持部材５１直方体部５２支持部６０支持部材７０基板８０振動子８０Ａ，１０Ｂ圧電部材８１乃至８４電極１００支持部材１０１直方体部１０２支持部１０３切り欠け部１１１乃至１１４，１２１乃至１２４導線１５０圧電振動角速度計１７０支持部材１７１直方体部１７２支持部１７３Ａ，１７３Ｂ切り欠け部１６０支持部材１６１直方体部１６２支持部１６３切り欠け部２８０振動子２８０Ａ上部部材２８０Ｂ下部部材２８１乃至２８４電極３００圧電振動角速度計３１０振動子３１０Ｓ，３１０Ｔ節点部位３１１，３１４電極３２０振動子３２０Ａ上部部材３２０Ｂ下部部材３２４電極３５０圧電振動角速度計３７０支持部材３７２直方体部３７３乃至３７５支持部４００圧電振動角速度計４０１乃至４０４側面４０５金属振動子４１１乃至４１４圧電セラミック薄板４２１乃至４２４導線４３１乃至４３４支持用金属線５００，５０１振動子５１１，５１２，５２１，５２２支持用ワイヤ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コリオリの力を検出することにより、回
転角速度を検出する振動角速度計において、第１の軸を振動の軸として所定の方向に振動し、前記第
１の軸を回転軸とする回転の角速度を検出する第１の検
出手段と、前記第１の軸に対して所定の角度をなす第２の軸を振動
の軸として所定の方向に振動し、前記第２の軸を回転軸
とする回転の回転角速度を検出する第２の検出手段とを
備え、前記第１の検出手段及び前記第２の検出手段は、各々の
振動の節点で、相互に接続されることを特徴とする振動
角速度計。
【請求項２】前記第１の軸と前記第２の軸とが直交し
ていることを特徴とする請求項１に記載の振動角速度
計。
【請求項３】前記第１及び第２の検出手段は、圧電材料からなる第１の部材と、前記圧電材料からなり、その上面が前記第１の部材の下
面に接合される第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材との接合面に形成され
る基準電位電極と、前記第２の部材の下面に形成され、前記第１の部材及び
前記第２の部材を振動させるための信号電圧の印加を受
ける電圧印加用電極と、前記第１の部材の上面または側面の所定の位置に形成さ
れ、前記回転の回転角速度の検出に用いられる検出用電
極とを、各々備えることを特徴とする請求項１または２
に記載の振動角速度計。
【請求項４】前記第１及び第２の検出手段は、圧電材料からなる第１の部材と、所定の材料からなり、その上面が前記第１の部材の下面
に接合される第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材との接合面に形成され
る基準電位電極と、前記第１の部材の上面の中央部に、所定の幅で形成さ
れ、前記第１の部材を振動させるための信号電圧の印加
を受ける電圧印加用電極と、前記第１の部材の上面または側面の所定の位置に形成さ
れ、前記回転の回転角速度の検出に用いられる検出用電
極とを、各々備えることを特徴とする請求項１または２
に記載の振動角速度計。