JPH1062178A - 振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高性能で、かつ強い耐衝撃性を有する振動ジ
ャイロを得る。 【解決手段】 振動ジャイロ１０は、互いに逆向きに分
極した２つの圧電体基板１４，１６を接合層１８で接合
した振動体１２を含む。圧電体基板１４，１６の外側主
面に、電極２０，２４を形成する。電極２０は、６つの
電極部分２０ａ〜２０ｆに分割する。振動体１２のノー
ド点に対応する部分において、電極２４に突起２６を形
成する。突起２６を軟性樹脂で形成した支持部材３０で
包むことにより、振動体１２を支持台２８上に固定す
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、カメラの手振れ防止、カーナビゲー
ションシステム、ポインティングデバイスなどに使用さ
れる振動ジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来の振動ジャイロの一例を示す
斜視図である。振動ジャイロ１は、振動体２を含む。振
動体２は、第１の圧電体基板３および第２の圧電体基板
４を接着することによって形成される。第１の圧電体基
板３および第２の圧電体基板４は、矢印で示すように、
互いに逆向きの厚み方向に分極される。

【０００３】第１の圧電体基板３の外側主面には、分割
された電極５が形成される。電極５は、第１の圧電体基
板３の長手方向に延びる溝によって、幅方向に２分割さ
れている。さらに、電極５は、振動体２のノード点付近
において第１の圧電体基板３の幅方向に延びる２つの溝
によって、長手方向に３分割されている。つまり、電極
５は、６つの部分に分割されている。さらに、第２の圧
電体基板４の外側主面の全面に、別の電極６が形成され
る。振動体２のノード点付近において、電極６と支持台
７上の支持ピン８とが接続される。支持ピン８は、図８
に示すように、たとえば半田付けや接着剤などによっ
て、電極６に取り付けられている。

【０００４】この振動ジャイロ１では、電極５の長手方
向の中央部にある２つの電極部分５ａ，５ｂと、それに
対向する電極６との間に、駆動信号が印加される。第１
の圧電体基板３および第２の圧電体基板４は、互いに逆
向きに分極されているため、振動体２はバイモルフ構造
となっており、駆動信号によって振動体２が電極５，６
形成面に直交する向きに屈曲振動する。このとき、振動
体２は、その長手方向の両端から少し内側にある２つの
ノード点を中心として屈曲振動する。このとき、電極部
分５ａ，５ｂからは同じ信号が出力されるため、これら
の電極部分５ａ，５ｂから出力される信号の差をとれ
ば、２つの出力信号が相殺されて０となる。

【０００５】振動体２の軸を中心として回転すると、振
動体２の屈曲振動の向きに直交する向きにコリオリ力が
働く。そのため、振動体２の屈曲振動の方向が変わり、
電極部分５ａ，５ｂの出力信号が変化する。つまり、一
方の電極部分５ａからの出力信号がコリオリ力に対応し
て増加すると、他方の電極部分５ｂからの出力信号はコ
リオリ力に対応して減少する。したがって、これらの電
極部分５ａ，５ｂからの出力信号の差をとれば、コリオ
リ力に対応した信号のみを得ることができる。このよう
に、電極部分５ａ，５ｂの出力信号の差を測定すること
によって、振動ジャイロ１に加わった回転角速度を検出
することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような振動ジャイ
ロ１では、振動体２の屈曲振動がダンピングされないよ
うに、支持ピン８はできるだけ柔軟に変形するように設
計される。支持ピン８の剛性が高くなると、振動体２の
屈曲振動がダンピングされ、角速度センサとしての感度
やオフセットの安定性が損なわれる。逆に、支持ピン８
の柔軟性が高くなると、角速度センサとしての性能は向
上するが、強い衝撃が加わると支持ピン８の弾性限界を
越えてしまい、変形してしまうという問題がある。

【０００７】それゆえに、この発明の主たる目的は、高
性能で、かつ強い耐衝撃性を有する振動ジャイロを提供
することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、屈曲振動を
する振動体と、振動体の側面に形成される突起と、振動
体を支持するための支持台と、突起を支持台に固定する
ための軟性樹脂で形成された支持部材とを含む、振動ジ
ャイロである。この振動ジャイロにおいて、振動体の側
面に接続される導電材料で形成された支持ピンを含み、
突起を支持ピンに形成することができる。なお、振動体
は、互いに接合された２つの圧電体基板の外側主面に対
向電極が形成され、電極の少なくとも一方が分割された
構造とすることができる。

【０００９】振動体の側面に形成された突起が、軟性樹
脂で形成された支持部材によって支持台に固定されてい
るため、突起は軟性樹脂で包まれ、突起のない支持ピン
を軟性樹脂で固定した場合に比べて、突起と軟性樹脂と
の接触面積が大きい。そのため、突起と軟性樹脂との間
に大きい接着力を得ることができる。導電材料で形成さ
れた支持ピンに突起を形成すれば、支持ピンを振動体へ
の信号の入出力用として用いることができる。２つの圧
電体基板を接合して振動体を形成することにより、バイ
モルフ構造とすることができ、振動体を効率よく屈曲振
動させることができる。

【００１０】

【発明の効果】この発明によれば、大きい接着力を得る
ことができるため、大きい衝撃が加わっても、振動体の
側面に形成された突起が支持部材から外れにくい。しか
も、支持部材は軟性樹脂で形成されているため、振動体
の屈曲振動がダンピングされにくく、良好な特性を得る
ことができる。また、導電材料で形成された支持ピンを
用いれば、大きい支持強度を得ることができるととも
に、信号入出力用としても用いることができる。さら
に、振動体をバイモルフ構造とすることにより、振動体
を効率よく屈曲振動させることができるため、良好な特
性を得ることができる。

【００１１】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。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の振動ジャイロの
一例を示す斜視図である。振動ジャイロ１０は、振動体
１２を含む。振動体１２は、第１の圧電体基板１４およ
び第２の圧電体基板１６を含む。第１の圧電体基板１４
および第２の圧電体基板１６としては、たとえば圧電セ
ラミックやＬｉＮｂＯ₃ ，ＬｉＴａＯ₃ などの単結晶な
どが用いられる。第１の圧電体基板１４および第２の圧
電体基板１６は、接合層１８で接合される。接合層１８
の材料としては、たとえばエポキシ樹脂などが用いられ
る。第１の圧電体基板１４と第２の圧電体基板１６と
は、図１の矢印に示すように、互いに逆向きの厚み方向
に分極される。したがって、振動体１２は、バイモルフ
構造となる。

【００１３】第１の圧電体基板１４の外側主面には、第
１の電極２０が形成される。第１の電極２０には、第１
の圧電体基板１４の長手方向に延びる溝２２ａと、第１
の圧電体基板１４の幅方向に延びる２つの溝２２ｂとが
形成される。溝２２ｂは、振動体１２が屈曲振動すると
きのノード点に対応する部分、つまり第１の圧電体基板
１４の長手方向の両端から少し内側に入った部分に形成
される。これらの溝２２ａ，２２ｂによって、第１の電
極２０が６つの電極部分２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０
ｄ，２０ｅおよび２０ｆに分割される。さらに、第２の
圧電体基板１６の外側主面には、その全面に第２の電極
２４が形成される。

【００１４】このような振動体１２を作製するには、た
とえば大きい２枚の圧電体基板をエポキシ樹脂などで接
合して積層基板を形成し、一方の圧電体基板上に形成さ
れた電極に所定の間隔で溝を形成したのち、ダイシング
カットなどによって積層基板を切断すればよい。

【００１５】さらに、第２の電極２４上には、図２に示
すように、２つの突起２６が形成される。振動体１２の
屈曲振動については後述するが、突起２６は振動体１２
の屈曲振動のノード点に対応する部分に形成される。突
起２６としては、たとえばＬ字状の金属片を第２の電極
２４に半田付けすることによって形成される。なお、突
起２６の材料としては、絶縁体であってもよく、第２の
電極２４との接続は接着剤などを用いてもよい。そし
て、振動体１２は、支持台２８上に固定される。このと
き、図３に示すように、支持台２８には、突起２６に対
応する間隔で、軟性樹脂によって支持部材３０が形成さ
れる。支持部材３０としては、たとえばシリコン樹脂な
どが用いられる。この支持部材３０によって突起２６が
包まれ、振動体１２は支持台２８上に固定される。

【００１６】この振動ジャイロ１０を使用するには、図
４に示すように、第１の電極２０の長手方向の中央部に
ある２つの電極部分２０ａ，２０ｂに抵抗４０，４２が
接続される。これらの抵抗４０，４２と第２の電極２４
との間には、発振回路４４が接続される。発振回路４４
は、たとえば増幅回路と位相補正回路とを含み、第２の
電極２４から出力される信号が発振回路４４に帰還され
る。そして、増幅回路および位相補正回路によって、帰
還された信号のレベルおよび位相が調整され、第１の電
極２０の電極部分２０ａ，２０ｂに与えられる。

【００１７】また、第１の電極２０の電極部分２０ａ，
２０ｂは、差動回路４６の入力端に接続される。差動回
路４６の出力端は、同期検波回路４８に接続される。同
期検波回路４８では、たとえば発振回路４４の信号に同
期して、差動回路４６の出力信号が検波される。同期検
波回路４８は平滑回路５０に接続され、さらに平滑回路
５０は増幅回路５２に接続される。

【００１８】この振動ジャイロ１０は、発振回路４４に
よって自励振駆動される。このとき、振動体１２はバイ
モルフ構造であるため、第１の圧電体基板１４がその主
面に平行する向きに延びたとき、第２の圧電体基板１６
はその主面に平行する向きに縮む。逆に、第１の圧電体
基板１４がその主面に平行する向きに縮んだとき、第２
の圧電体基板１６はその主面に平行する向きに延びる。
そのため、振動体１２は、第１および第２の電極２０，
２４形成面に直交する向きに屈曲振動する。

【００１９】回転角速度が加わっていないとき、電極部
分２０ａ，２０ｂから出力される信号は同じであり、差
動回路４６で相殺されるため、差動回路４６からは信号
が出力されない。振動体１２の軸を中心として回転する
と、屈曲振動の向きに直交する向きにコリオリ力が働
く。このコリオリ力により、振動体１２の屈曲振動の向
きが変わる。そのため、電極部分２０ａ，２０ｂから出
力される信号が変わる。たとえば、電極部分２０ａから
出力される信号が大きくなったとき、電極部分２０ｂか
ら出力される信号は小さくなる。したがって、差動回路
４６から、２つの電極部分２０ａ，２０ｂの出力信号の
差が得られる。電極部分２０ａ，２０ｂの出力信号の変
化は、振動体１２の屈曲振動の向きの変化、すなわちコ
リオリ力に対応している。したがって、差動回路４６か
らは、コリオリ力に対応したレベルの信号が出力され
る。

【００２０】差動回路４６の出力信号は、同期検波回路
４８において、発振回路４４の信号に同期して検波され
る。このとき、差動回路４６の出力信号の正部分のみま
たは負部分のみが検波される。同期検波回路４８で検波
された信号は、平滑回路５０で平滑され、さらに増幅回
路５２で増幅される。したがって、増幅回路５２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。

【００２１】回転角速度の向きが逆の場合、振動体１２
の屈曲振動の向きの変化も逆になり、電極部分２０ａ，
２０ｂの出力信号の変化は逆となる。そのため、差動回
路４６から出力される信号は逆位相となり、同期検波回
路４８で検波される信号も逆極性となる。そのため、増
幅回路５２からの出力信号の極性も逆となる。したがっ
て、増幅回路５２の出力信号の極性から、回転角速度の
方向を検出することができる。

【００２２】この振動ジャイロ１０では、振動体１２が
突起２６および支持部材３０を介して支持台２８に固定
されている。しかも、支持部材３０はシリコン樹脂など
の軟性樹脂で形成され、突起２６は支持部材３０に包ま
れるようにして固定されている。そのため、突起２６と
支持部材３０との接触面積は大きく、大きい接着力を得
ることができる。ここで、突起２６がなければ、支持部
材３０は振動体１２の側面に不定形に接着され、その接
着面積が大きければ大きいほど振動はダンピングされ、
小さければ小さいほど強度が低下する。つまり、ばらつ
きの大きな製品となってしまう。一方、突起２６は一定
形状で振動体１２に固着されており、かつ、接着面積も
大きくとれるため、振動ジャイロ１０に大きい衝撃が加
わっても、突起２６が支持部材３０から外れにくい。し
かも、支持部材３０は軟性樹脂で形成されているため、
振動体１２の屈曲振動がダンピングされにくく、良好な
感度を有する振動ジャイロ１０を得ることができる。つ
まり、良好な特性を有し、しかも耐衝撃性のある振動ジ
ャイロ１０を得ることができる。

【００２３】また、図５に示すように、金属などの導電
材料で形成した支持ピン３２を用いてもよい。この場
合、支持ピン３２は、支持台２８の幅方向に延びるよう
に形成される。そして、図６に示すように、支持ピン３
２に突起２６が形成される。支持ピン３２は、振動体１
２のノード点に対応する部分において、第２の電極２４
に半田付けされる。このとき、突起２６は振動体１２の
外方に向かって突き出すように配置され、この突起２６
が支持部材３０によって包まれるようにして固定され
る。

【００２４】この振動ジャイロ１０においても、図１に
示した振動ジャイロと同様に、突起２６と支持部材３０
との間に大きい接着力を得ることができる。そのため、
振動ジャイロ１０に衝撃が加わっても、振動体１２が支
持台２８から外れることを防止することができる。しか
も、支持部材３０が軟性樹脂で形成されているため、振
動体１２の屈曲振動がダンピングされず、良好な感度を
有する振動ジャイロ１０を得ることができる。さらに、
図１に示す振動ジャイロでは、第２の電極２４の信号入
出力用として、リード線などを用いる必要があるが、こ
の振動ジャイロ１０では、支持ピン３２を信号入出力用
として用いることができる。そのため、第２の電極２４
にリード線などを接続する必要がない。

【００２５】この振動ジャイロ１０では、２つの圧電体
基板１４，１６が接合され、バイモルフ構造となってい
るため、振動体１２に効率よく屈曲振動を励振すること
ができる。そのため、良好な特性を有する振動ジャイロ
とすることができる。なお、２つの圧電体基板１４，１
６は、必ずしも逆向きに分極する必要はなく、同じ方向
に分極してもよい。この場合、たとえば接合層１８を半
田などの金属層で形成し、この接合層１８が共通電極と
して用いられ、接合層１８からの出力信号が発振回路４
４に帰還される。そして、発振回路４４からの信号を第
１の電極２０および第の電極２４に与えることにより、
振動体１２を屈曲振動させることができる。

【００２６】また、上述の振動ジャイロ１０では、第１
の電極２０のみが分割されたが、第２の電極２４も同様
に分割されてもよい。このような電極構造であっても、
２つの電極２０，２４間に駆動信号を与えることによ
り、振動体１２を屈曲振動させることができる。この場
合、回転角速度に対応した信号は、第１の電極２０の分
割部分から取り出してもよいし、第２の電極２４の分割
部分から取り出してもよい。

【００２７】さらに、上述の各振動ジャイロでは、２つ
の圧電体基板をバイモルフ構造にしたが、たとえばエリ
ンバなどの恒弾性材料で形成した柱状振動体の側面に圧
電素子を形成したものを用いてもよい。このような振動
体であっても、屈曲振動のノード部分に突起を形成し、
この突起を軟性樹脂で形成した支持部材で支持すること
により、同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の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に用いられる振動体と
突起との関係を示す図解図である。

【図３】図２に示す振動体を支持台に取り付けた状態を
示す図解図である。

【図４】図１に示す振動ジャイロを使用するときの回路
を示すブロック図である。

【図５】この発明の振動ジャイロの他の例を示す斜視図
である。

【図６】図５に示す振動ジャイロの振動体と支持ピンと
の関係を示す図解図である。

【図７】従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図であ
る。

【図８】図７に示す従来の振動ジャイロに用いられる振
動体と支持ピンとの関係を示す図解図である。

【符号の説明】

１０ 振動ジャイロ １２ 振動体 １４ 第１の圧電体基板 １６ 第２の圧電体基板 １８ 接合層 ２０ 第１の電極 ２２ａ，２２ｂ 溝 ２４ 第２の電極 ２６ 突起 ２８ 支持台 ３０ 支持部材 ３２ 支持ピン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 屈曲振動をする振動体、 前記振動体の側面に形成される突起、 前記振動体を支持するための支持台、および前記突起を
   前記支持台に固定するための軟性樹脂で形成された支持
   部材を含む、振動ジャイロ。
2. 【請求項２】 前記振動体の側面に接続される導電材料
   で形成された支持ピンを含み、前記突起は前記支持ピン
   に形成される、請求項１に記載の振動ジャイロ。
3. 【請求項３】 前記振動体は、互いに接合された２つの
   圧電体基板の外側主面に対向電極が形成され、前記電極
   の少なくとも一方が分割された構造である、請求項１ま
   たは請求項２に記載の振動ジャイロ。