JPH1026531A - 振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正確な回転角速度を検出することができる振
動ジャイロを提供する。 【解決手段】 振動ジャイロ１は略正三角柱状で反りを
有する振動体２を含み、振動体２の側面２ａ、２ｂ、２
ｃのほぼ中央に略短冊状の圧電素子５ａ、５ｂ、５ｃが
それぞれ取り付けられる。振動体２の側面２ａ、２ｂの
軸方向の反りは凹又は凸のどちらか一方に統一され、振
動体２の無回転時の振動方向と振動体２の反り方向を一
致させる。また、振動体２の稜線部２ｄの１次の振動モ
ードにおけるノード点近傍に、略コ字状の金属製支持部
材６、６が固着される。そして、支持部材６、６の端部
を取付基板７の一方主面に固着することにより、振動体
２は支持部材６、６を介して取付基板７に取り付けられ
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、回転角速度を検知
することにより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、あるいは手振れ等の外的振
動による回転角速度を検知し、適切な制振を行う手振れ
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
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の振動ジャイロの一例を示す
斜視図である。この振動ジャイロ３１は恒弾性金属から
なる略正三角柱状の振動体３２を含み、振動体３２の側
面３２ａ，３２ｂ，３２ｃのほぼ中央には略短冊状の圧
電素子３３ａ，３３ｂ，３３ｃがそれぞれ接着剤で取付
られている。また、振動体３２の稜線部３２ｄの１次の
振動モードにおけるノード点近傍に、弾性率が高い細い
線材からなる略コ字状の金属製支持部材３４，３４が固
着されている。そして、支持部材３４，３４の端部をガ
ラスエポキシ材等からなる取付基板３５の一方主面に固
着することにより、振動体３２は支持部材３４，３４を
介して取付基板３５に取り付けられる。

【０００３】ここで圧電素子３３ａ，３３ｂは駆動用及
び出力信号検出用として用いられ、圧電素子３３ｃは帰
還用として用いられる。そして、図７に示すように、圧
電素子３３ａ，３３ｂと圧電素子３３ｃとの間には、振
動体３２を自励振動させるための帰還ループとして発振
回路及び移相回路からなる駆動回路４１が接続され、圧
電素子３３ａ，３３ｂには、差動増幅回路からなる検出
回路４２が接続されている。

【０００４】この振動ジャイロ３１では、帰還用の圧電
素子３３ｃから駆動用の圧電素子３３ａ，３３ｂに駆動
回路４１を介して駆動信号を与えれば、振動体３２は圧
電素子３３ｃの接着面に直交する方向に屈曲振動する。
この状態で振動体３２の軸を中心とした回転が加わる
と、コリオリ力によって圧電素子３３ａ，３３ｂ間に回
転速度に応じた出力差が生じ、この出力差を検出回路で
検出することにより回転角速度が検出できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の振動ジャイ
ロ３１を構成する際、柱状の振動体３２には反りを有さ
ないものが選択されて使用されている。この理由の一つ
として、振動体３２がその軸方向に反りを有すると、側
面３２ａ，３２ｂ，３２ｃの反り方向は、凸面と凹面に
分かれる。そして、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、
駆動用及び出力信号検出用の圧電素子３３ａ，３３ｂが
取付られる側面３２ａ，３２ｂが一方が凹面で他方が凸
面となるように反り方向が異なると、側面３２ａと直交
する方向の共振周波数と側面３２ｂと直交する方向の共
振周波数が異なり、圧電素子３３ａと３３ｂの間にイン
ピーダンス差及び位相差を生じる点が挙げられる。

【０００６】また、他の理由として、振動体３２の圧電
素子３３ａ，３３ｂが接着された側面３２ａ，３２ｂの
反り方向が異なると、振動体３２と圧電素子３３ａ，３
３ｂの熱膨張係数差により圧電素子３３ａ，３３ｂが受
ける熱歪みの方向は、一方が圧縮で他方が伸びとなって
異なり、圧電素子３３ａ，３３ｂ間でさらにインピーダ
ンス差及び位相差を生じる点が挙げられる。

【０００７】そして、圧電素子３３ａ，３３ｂは、駆動
用及び出力信号検出用として差動増幅回路からなる検出
回路４２に接続されているため、圧電素子３３ａ，３３
ｂ間にインピーダンス差及び位相差が生じると、無回転
時でもドリフト信号が出力され、このドリフト信号が測
定誤差となり正確な回転角速度を検出することが出来な
くなる。

【０００８】このような理由から、一般に振動ジャイロ
では、反りを有さない振動体を選別して使用していた。
この場合は、反りを有する振動体が不要となりコスト高
が問題となっていた。

【０００９】本発明は、正確な回転角速度を検出するこ
とができる振動ジャイロを提供することを目的とするも
のである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、反りを有する柱状の振動体と、振動体の
側面に形成される、少なくとも１つが駆動用であり、少
なくとも１つが検出用である複数の圧電素子を含む振動
ジャイロにおいて、振動体の無回転時における振動方向
と、振動体の反り方向が一致するように、複数の圧電素
子を配置したことを特徴としている。

【００１１】また、本発明は、反りを有する柱状の振動
体と、振動体の側面に形成される、少なくとも１つが駆
動用であり、少なくとも２つが検出用である複数の圧電
素子を含む振動ジャイロにおいて、複数の検出用圧電素
子が形成されている振動体の側面における反り方向がそ
れぞれ一致したことを特徴としている。

【００１２】上記構成によれば、振動体の反り方向と振
動体の振動方向が一致するため、振動体の検出側の共振
周波数の温度特性に差が生じることがない。また、複数
の検出用圧電素子が形成されている振動体の側面におけ
る反り方向がそれぞれ一致しているため、複数の検出用
圧電素子が受ける熱歪みの方向が一致する。したがっ
て、複数の検出用の圧電素子間にインピーダンス差及び
位相差が発生しない。

【００１３】また、従来振動ジャイロには不適当とされ
ていた反りを有する振動体を用いることが可能となり、
コストダウンが図れる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明による振動ジャイロ
の実施例を図面を用いて説明する。図１は振動ジャイロ
の斜視図である。図２は振動ジャイロの側面図である。
図３は振動体の反り方向を表す説明図である。図４及び
図５は振動ジャイロの第１及び第２の駆動回路ブロック
図である。

【００１５】図１及び図２において、振動ジャイロ１は
振動体２を含む。振動体２は例えばエリンバ等の恒弾性
金属、或いは鉄ニッケル合金、石英、ガラス、水晶、セ
ラミック等の一般に機械的振動を生じる材料からなる。
振動体２の側面２ａ，２ｂ，２ｃのほぼ中央部には、圧
電セラミック板の両面に金、銀、アルミニウム等の金属
からなる電極が印刷、蒸着、スパッタリング等により形
成されてなる略短冊状の圧電素子５ａ，５ｂ，５ｃが接
着等により取付られる。

【００１６】振動体２の側面２ａ，２ｂに接する稜線部
２ｄには、例えばタングステン、モリブデン等の高い弾
性率を有する細い線材からなる略コ字状の支持部材６，
６が振動体２を跨ぐように溶接等により接合部６ａに固
着される。接合部６ａの位置は、振動体２の振動を阻害
させないために、振動体２の１次の振動モードにおける
ノード点近傍とするのが望ましい。そして、支持部材
６，６の端部をガラスエポキシ材等からなる取付基板７
の一方主面に半田付け等で固着することにより、振動体
２は支持部材６，６を介して取付基板７に取り付けられ
る。

【００１７】このとき、図３（ａ），（ｂ）に示すよう
に、圧電素子５ａ，５ｂが取り付けられる振動体２の側
面２ａ，２ｂの軸方向の反りは、双方が凹面或いは凸面
になるように統一される。なお、図３（ａ）は振動体２
の軸方向で側面２ａ，２ｂが凸方向に反り、側面２ｃが
凹方向に反り、振動体２全体としては支持部材６との接
合部６ａ側が凸方向で、側面２ｃ側が凹方向となるよう
なＡ方向に反っているものを表す。また、図３（ｂ）は
振動体２の軸方向で側面２ａ，２ｂが凹方向に反り、側
面２ｃが凸方向に反り、振動体２全体としては支持部材
６との接合部６ａ側が凹方向で、側面２ｃ側が凸方向と
なるようなＢ方向に反っているものを表す。すなわち、
振動体２全体の軸方向の反りが、後述する無回転時の振
動方向である側面２ｃと直交する方向と同一方向に設定
されるものである。

【００１８】ここで圧電素子５ａ，５ｂは駆動用及び出
力信号検出用として用いられ、圧電素子５ｃは帰還用と
して用いられる。そして、圧電素子５ａ，５ｂと圧電素
子５ｃとの間には、振動体２を自励振動させるための帰
還ループとして、図４に示すように、発振回路１１及び
移相回路１２が接続され、圧電素子５ａ，５ｂには、差
動増幅回路１３が接続される。

【００１９】斯かる構成の振動ジャイロ１では、帰還用
の圧電素子５ｃから駆動用の圧電素子５ａ，５ｂに駆動
信号を与えれば、振動体２が圧電素子５ｃが接着された
側面２ｃに直交する方向に屈曲振動する。すなわち、圧
電素子５ａ，５ｂは、無回転時における振動体２の振動
方向と振動体２の軸を含む面の両側にほぼ対称に配置さ
れる。この状態で振動体２の軸を中心とした回転が加わ
ると、コリオリ力によって圧電素子５ａ、５ｂ間に回転
速度に応じた出力差が生じ、この出力差を差動増幅回路
１３で検出することにより回転角速度が検出できる。

【００２０】このように構成された振動ジャイロ１は、
振動体２の振動方向と、振動体２の反り方向が一致して
おり、また、振動体２の駆動用及び検出用圧電素子５
ａ，５ｂが取り付けられた側面２ａ，２ｂの反り方向を
一致することにより、振動体２の側面２ａと直交する方
向の共振周波数と、側面２ｂと直交する方向の共振周波
数に差が生じることがなく、さらに、圧電素子５ａ，５
ｂが受ける熱歪みの方向も同一となる。その結果、圧電
素子５ａ，５ｂ間にインピーダンス差及び位相差が生じ
ることがない。

【００２１】なお、本発明による振動ジャイロは、図４
に示すような回路の他に、図５に示すように、圧電素子
５ａ，５ｂと圧電素子５ｃとの間に、振動体２を自励振
動させるための帰還ループとして、和動回路２１、発振
回路２２及び移相回路２３が接続され、圧電素子５ａ，
５ｂには差動増幅回路２４が接続され、圧電素子５ｃが
駆動用として用いられ、圧電素子５ａ，５ｂが帰還用及
び検出用として用いられた回路を使用した場合でも同様
の効果を有するものである。

【００２２】また、上記実施例の振動ジャイロでは、略
正三角柱状の振動体を用いたが、振動体の形状としては
その他の三角柱、或いは四角柱，六角柱等の多角柱や円
柱等でもよく特に限定されない。また、駆動用または検
出用圧電素子の数は１つまたは２つに限らず、素子の数
は必要に応じて適宜設定できるものである。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる振
動ジャイロによれば、反りを有する振動体の反り方向と
振動体の振動方向と一致するように振動体の側面に駆動
用または検出用の圧電素子を設けているため、振動ジャ
イロの周囲温度が変化しても検出用の圧電素子間にイン
ピーダンス差及び位相差が生じることがなく、温度ドリ
フトが抑制され正確な回転角速度を検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による振動ジャイロの斜視図で
ある。

【図２】本発明の実施例による振動ジャイロの側面図で
ある。

【図３】本発明の実施励による振動ジャイロの、振動体
の反り方向を表す説明図である。

【図４】本発明の実施例による振動ジャイロの第１の駆
動回路ブロック図である。

【図５】本発明の実施例による振動ジャイロの第２の駆
動回路ブロック図である。

【図６】従来の振動ジャイロの斜視図である。

【図７】従来の振動ジャイロの駆動回路ブロック図であ
る。

【図８】従来の振動ジャイロの反り方向が異なるものの
平面図である。

【符号の説明】

１−−−−−−−−−振動ジャイロ ２−−−−−−−−−振動体 ２ａ、２ｂ、２ｃ−−側面 ２ｄ−−−−−−−−稜線部 ５ａ、５ｂ、５ｃ−−圧電素子 ６−−−−−−−−−支持部材 ７−−−−−−−−−取付基板 １１、２２−−−−−発振回路 １２、２３−−−−−移相回路 １３、２４−−−−−差動増幅回路 ２１−−−−−−−−和動増幅回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反りを有する柱状の振動体と、該振動体
   の側面に形成される、少なくとも１つが駆動用であり、
   少なくとも１つが検出用である複数の圧電素子を含む振
   動ジャイロにおいて、前記振動体の無回転時における振
   動方向と、前記振動体の反り方向が一致するように、前
   記複数の圧電素子を配置したことを特徴とする振動ジャ
   イロ。
2. 【請求項２】 反りを有する柱状の振動体と、該振動体
   の側面に形成される、少なくとも１つが駆動用であり、
   少なくとも２つが検出用である複数の圧電素子を含む振
   動ジャイロにおいて、前記複数の検出用圧電素子が形成
   されている前記振動体の側面における反り方向が一致し
   たことを特徴とする振動ジャイロ。