JPH11281365A

JPH11281365A - 振動ジャイロ

Info

Publication number: JPH11281365A
Application number: JP10081333A
Authority: JP
Inventors: Akira Mori; 章森
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 1999-10-15
Anticipated expiration: 2018-03-27
Also published as: JP3440812B2

Abstract

(57)【要約】【課題】振動子の振動漏れが生じにくく、コリオリ
力の検出感度も高い振動ジャイロを提供する。【解決手段】振動ジャイロ１０は振動子１１を含む。
振動子１１は、第１の圧電体基板１３と第２の圧電体基
板１４が、金属板１５を介して張り合わされて一体的に
構成される。第１の圧電体基板１３の一方主面には、第
１の圧電体基板１３の長手方向に沿って、互いに離間す
るように２つの第１の帯状電極１６ａ，１６ｂが設けら
れ、第２の圧電体基板１４の一方主面のほぼ全面には、
第２の帯状電極１８が設けられるて、振動子１１が構成
される。金属板１５は、金属板本体部１５ａと、振動子
１１のノード点に対応する側面から突出するように設け
られた４つの支持部材１５ｂとを一体的に有するもので
あり、金属板１５と、第１の圧電体基板１３および第２
の圧電体基板１４とは、振動子１１のノード点近傍にお
いて非接触とした構造となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動ジャイロに関
し、詳しくは、ビデオカメラの手ぶれ防止用やカーナビ
ゲーションシステム、ポインティングデバイスなどに用
いられる振動ジャイロに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の振動ジャイロとして、本件出願人
は、特開平７−３３２９８８号公報に開示された構造の
振動ジャイロを出願している。これを図面を用いて説明
する。

【０００３】図５に示す第１の従来例である振動ジャイ
ロ１００は、振動子１０１を含む。振動子１０１は、厚
み方向に分極された第１の圧電体基板１０３と、第１の
圧電体基板１０３と逆向きに分極された第２の圧電体基
板１０４が、中間電極１０５を介して張り合わされて一
体的に構成される。そして、第１の圧電体基板１０３の
一方主面には、第１の圧電体基板１０３の長手方向に沿
って、互いに離間するように２つの分割電極１０６ａ，
１０６ｂが設けられ、第２の圧電体基板１０４の一方主
面の全面には共通電極１０７が形成されて、振動子１０
１が構成される。そして、この振動ジャイロ１００の振
動子１０１は、第１の圧電体基板１０３と第２の圧電体
基板１０４の間、すなわち、中間電極１０５における、
振動子１０１のノード点に対応する位置に線状の支持部
材１０８が設けられて支持されるものである。

【０００４】また、他の従来の振動ジャイロとして、特
開平９−２５０９３１号公報に開示されたものがある。
これを図面を用いて説明する。図６に示す第２の従来例
である振動ジャイロ１１０は、振動子１１１を含む。振
動子１１１は、厚み方向に分極された第１の圧電体基板
１１３と、第１の圧電体基板１１３と逆向きに分極され
た第２の圧電体基板１１４が、金属板１１５を介して張
り合わされて一体的に構成される。そして、第１の圧電
体基板１１３の一方主面には、第１の圧電体基板１１３
の長手方向に沿って、互いに離間するように２分割され
た電極１１６ａ，１１６ｂが設けられ、第２の圧電体基
板１１４の一方主面には、第２の圧電体基板１１４の長
手方向に沿って、互いに離間するように２分割された電
極１１７ａ，１１７ｂが設けられて、振動子１１１が構
成される。そして、この振動ジャイロ１１０の振動子１
１１では、金属板１１５における振動子１１１のノード
点に対応する位置に、板状の支持部１１８が一体的に形
成されており、さらに、支持部材１１８の先端側には基
台（図示せず）への取付部１１９が一体的に形成されて
いるもので、振動子１１１が支持部材１１８および取付
部１１９を介して支持されるものである。

【０００５】これらの振動ジャイロ１００，１１０の振
動子１０１，１１１は、駆動信号が印加されることによ
り、図６、図７に記載されているｘ軸方向に屈曲振動を
発生する。そして、この振動子１０１，１１１にｚ軸方
向まわりの回転角速度が加わると、ｙ軸方向に回転角速
度に応じたコリオリ力が発生し、振動子１０１，１１１
は、ｙ軸方向にコリオリ力による屈曲振動を発生する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の振動ジャイロには、次のような問題があった。

【０００７】即ち、振動ジャイロにおいて、支持部材
は、振動子の内部に存在する真のノード点に点接続する
のが理想である。しかしながら、それは物理的に不可能
である。したがって、第１の従来例や第２の従来例で示
したように、真のノード点の周辺においても支持部材が
圧電体基板と接触・接続しており、必然的に、振動子の
振動が支持部材を介して外部に漏れ、振動安定性を乱す
要因となっていた。

【０００８】また、振動ジャイロにおいて、振動子がｙ
軸方向にコリオリ力による屈曲振動を発生すると、振動
子のノード点付近ではノード点を中心とした振り子運動
を行う。これにより、振動子のノード点近傍に配置され
た支持部材には、振動子の長手方向と平行方向、すなわ
ち、ｚ軸方向に平行なコリオリ力に起因する力が加わる
ことになる。

【０００９】このとき、第２の従来例では、振動子の側
面より突出するように形成されている支持部材が板状で
あるため、支持部材に加わるｚ軸方向に平行なコリオリ
力に起因する力にたいして拘束力が大きい構造となって
いる。したがって、振動子の振幅が拘束され、得られる
コリオリ信号が小さくなり検出感度も低下する。

【００１０】したがって、本発明の目的は、上述の問題
点を解消するためになされたもので、振動子の振動漏れ
が生じにくく、コリオリ力の検出感度も高い振動ジャイ
ロを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、厚み方向に分極される第１の圧電体基板
と、第１の圧電体基板に積層され厚み方向に分極される
第２の圧電体基板と、第１の圧電体基板と第２の圧電体
基板の間に設けられる中間電極層としての金属板と、第
１の圧電体基板の一方主面に形成される第１の帯状電極
と、第２の圧電体基板の一方主面に形成される第２の帯
状電極と、からなる柱状の振動子を含み、振動子を厚み
方向に駆動するための駆動手段と、振動子の屈曲により
発生する変位を検出する検出手段と、を備える振動ジャ
イロであって、金属板は、金属板本体部と振動子のノー
ド点に対応する位置に設けられた支持部材とを一体的に
有してなり、金属板と第１の圧電体基板および第２の圧
電体基板とは、振動子のノード点近傍において非接触で
あることを特徴としている。

【００１２】また、厚み方向に分極される第１の圧電体
基板と、第１の圧電体基板に積層され厚み方向に分極さ
れる第２の圧電体基板と、第１の圧電体基板と第２の圧
電体基板の間に設けられる中間電極層としての金属板
と、第１の圧電体基板の一方主面に形成される第１の帯
状電極と、第２の圧電体基板の一方主面に形成される第
２の帯状電極と、からなる柱状の振動子を含み、振動子
を厚み方向に駆動するための駆動手段と、振動子の屈曲
により発生する変位を検出する検出手段と、を備える振
動ジャイロであって、金属板は、金属板本体部と振動子
のノード点に対応する位置に設けられた支持部材とを一
体的に有してなり、金属板の支持部材は、振動子の長手
方向と略直交する面を有するように曲折されたことを特
徴としている。

【００１３】また、厚み方向に分極される第１の圧電体
基板と、第１の圧電体基板に積層され厚み方向に分極さ
れる第２の圧電体基板と、第１の圧電体基板と第２の圧
電体基板の間に設けられる中間電極層としての金属板
と、第１の圧電体基板の一方主面に形成される第１の帯
状電極と、第２の圧電体基板の一方主面に形成される第
２の帯状電極と、からなる柱状の振動子を含み、振動子
を厚み方向に駆動するための駆動手段と、振動子の屈曲
により発生する変位を検出する検出手段と、を備える振
動ジャイロであって、金属板は、金属板本体部と振動子
のノード点に対応する位置に設けられた支持部材とを一
体的に有してなり、金属板と第１の圧電体基板および第
２の圧電体基板とは、振動子のノード点近傍において非
接触であるとともに、金属板の支持部材は、振動子の長
手方向と略直交する面を有するように曲折されたことを
特徴としている。

【００１４】さらに、金属板は、金属板本体部と支持部
材との交点付近との幅を、他の部分の幅と比較して幅狭
にしたことを特徴としている。

【００１５】これにより、支持部材が直接、圧電体基板
に接触することがないため、支持部材が振動子の振動を
拘束する働きを低減でき、振動子の屈曲量が十分大きく
なり、得られるコリオリ信号が大きくなり、振動ジャイ
ロとして感度が向上する。

【００１６】また、支持部材を振動子の長手方向と直交
する面を有するように折り曲げることにより、支持部材
に加わるコリオリ力に起因する振動子長手方向と平行す
る方向の力が、振動子の長手方向と直交する面により吸
収（緩衝）される構造となっているため、振動子の振幅
が拘束されることなく、したがって、得られるコリオリ
信号が大きくなり検出感度も向上する。

【００１７】さらに、支持部材を一体に有する金属板
を、金属板本体部と支持部材との交点付近の幅と交点付
近以外の部分の幅とを比較して、交点付近の方を幅狭と
することにより、振動子のノード点における点支持を擬
似的に構成することができるため、振動子から支持部材
への振動漏れが軽減でき、振動子の屈曲振動が阻害され
ることなく、振動ジャイロの感度が向上する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。図１，図２において、１０
は振動ジャイロであり、振動子１１を含む。振動子１１
は、厚み方向、すなわち、図面上のｘ軸方向に分極され
た圧電セラミックスからなる第１の圧電体基板１３と、
第１の圧電体基板１３と逆向きに分極された圧電セラミ
ックスからなる第２の圧電体基板１４が、エリンバなど
の恒弾性金属からなる中間電極層としての金属板１５を
介して張り合わされて一体的に構成される。第１の圧電
体基板１３の一方主面には、第１の圧電体基板１３の長
手方向、すなわち、図面上のｙ軸方向に沿って、互いに
離間するように２つの第１の帯状電極１６ａ，１６ｂが
設けられ、他方主面のほぼ全面には全面電極１７が設け
られる。また、第２の圧電体基板１４の一方主面のほぼ
全面には、第２の帯状電極１８が設けられ、他方主面の
ほぼ全面には全面電極１９が設けられる。これらの電極
は、印刷などの厚膜形成技術や、蒸着，メッキ，スパッ
タリングなどの薄膜形成技術などを用いて形成される。
そして、第１の圧電体基板１３の全面電極１７、およ
び、第２の圧電体基板１４の全面電極１９が、金属板１
５にエポキシ系樹脂などからなる接着剤で貼り付けられ
ることにより、振動子１１が構成される。

【００１９】ここで、金属板１５は、金属板本体部１５
ａと、振動子１１のノード点に対応する側面から突出す
るように設けられた４つの支持部材１５ｂとを一体的に
有するものであり、一枚の金属板をプレス加工により打
ち抜きされて形成される。この振動ジャイロ１０では、
金属板１５と、第１の圧電体基板１３および第２の圧電
体基板１４とは、振動子１１のノード点近傍において非
接触であるように、すなわち、離間する構造となってい
る。ここで、金属板１５は、ノード点近傍から突出する
ように支持部材１５ｂを一体的に有しており、このよう
に、金属板１５と振動子１１とをノード点近傍で非接触
とすることにより、支持部材１５ｂも、振動子１１と非
接触な関係となっている。

【００２０】なお、金属板１５と、第１の圧電体基板１
３および第２の圧電体基板１４とを非接触とする手段と
しては、たとえば、本実施の形態では、金属板１５の振
動子１１のノード点近傍に対応する部分を薄く加工する
ことにより構成される。この、金属板１５の一部を薄く
加工する方法としては、金属板１５の薄くする部分の両
面をエッチングしたり、その部分のみ両面からプレス加
工する、などがある。また、金属板１５と、第１の圧電
体基板１３および第２の圧電体基板１４とを非接触とす
る他の手段としては、特に図示はしないが、第１の圧電
体基板１３および第２の圧電体基板の他方主面における
振動子１１のノード点近傍に対応する部分を削り取るこ
とによっても構成されるものである。

【００２１】このように、金属板本体部１５ａと支持部
材１５ｂを一体的に有する金属板１５において、金属板
１５と、第１の圧電体基板１３および第２の圧電体基板
１４とは、振動子１１のノード点近傍において非接触と
することにより、支持部材１５ｂも振動子１１と非接触
の関係となる。この結果、支持部材１５ｂが振動子１１
の振動を拘束する働きが軽減され、振動子１１の振動が
安定し、湿度・温度などの外的環境の変化による振動子
１１の振幅の変化が小さくなり、外的環境の変化に対し
ても安定した検出信号が得られる振動ジャイロ１０を構
成できる。また、支持部材１５ｂと第１の圧電体基板１
３および第２の圧電体基板１４とが非接触であるため、
支持部材１５ｂを介して外部に振動が漏れにくくなり、
したがって、振動子１１の振幅が大きくなり、振動ジャ
イロ１０の感度も向上する。

【００２２】また、この振動ジャイロ１０は、金属板１
５の支持部材１５ｂが、振動子１１の長手方向、すなわ
ち、ｚ軸方向と略直交する面１５ｂ’を有するように曲
折されて構成されるものである。そして、振動ジャイロ
１０は、この４つの支持部材１５ｂ（面１５ｂ’）を介
して、取付基板２１に取り付けられる。

【００２３】振動子１１は、後述する発振回路３０から
の駆動信号により、ｘ軸方向に屈曲振動を発生する。そ
して、この振動子１１にｚ軸方向まわりの回転角速度が
加わると、ｙ軸方向に回転角速度に応じたコリオリ力が
発生し、振動子１１は、ｙ軸方向にコリオリ力による屈
曲振動を発生する。すると、振動子１１のノード点付近
ではノード点を中心とした振り子運動を行う。これによ
り、振動子１１のノード点近傍に配置された支持部材１
５ｂには、振動子１１の長手方向と平行な方向、すなわ
ち、ｚ軸方向に平行なコリオリ力に起因する力が加わる
ことになる。そして、支持部材１５ｂが、振動子１１の
長手方向、すなわち、ｚ軸方向と略直交する面１５ｂ’
を有するように曲折されていることから、支持部材１５
ｂに加わるコリオリ力に起因する力は、この面１５ｂ’
によって吸収（緩衝）される構造となっているため、振
動子１１の振幅が拘束されることなく、したがって、得
られるコリオリ信号が大きくなり検出感度も向上する。

【００２４】さらに、この振動ジャイロ１０では、金属
板１５が、金属板本体部１５ａと支持部材１５ｂとの交
点付近と、交点付近以外の部分とを比較して、金属板１
５の幅が交点付近の方が幅狭となるように構成されてい
る。この、金属板本体部１５ａと支持部材１５ｂとの交
点は、振動子１１の真のノード点と一致する。このよう
に構成することにより、振動子１１の真のノード点にお
ける点支持を擬似的に構成することができるため、振動
子１１から支持部材１５ｂへの振動漏れが軽減でき、振
動子１１の屈曲振動が阻害されることなく、振動ジャイ
ロ１０の感度が向上する。

【００２５】次に、この振動ジャイロ１０の動作を、図
３を用いて説明する。振動子１１に駆動信号を印加する
ために、振動子１１の第２の帯状電極１８には、駆動手
段としての発振回路３０の出力端が接続される。そし
て、振動子１１の２つの第１の帯状電極１６ａ，１６ｂ
には、発振回路３０の入力端が、２つのＩ−Ｖ変換回路
３２ａ，３２ｂを介して接続される。また、２つの第１
の帯状電極１６ａ，１６ｂは、検出手段としての検出回
路４０の入力端が、２つのＩ−Ｖ変換回路３２ａ，３２
ｂを介して接続される。さらに、振動子１１の金属板１
５は、基準電位点に接続される。

【００２６】発振回路３０は、合成回路３０１、ＡＧＣ
回路３０２、および、位相回路３０３とから構成され
る。振動子１１の２つの第１の帯状電極１６ａ，１６ｂ
から出力される帰還信号は、Ｉ−Ｖ変換回路３２ａ，３
２ｂで電圧に変換され、合成回路３０１にそれぞれ入力
され、合成される。合成回路３０１の出力信号はＡＧＣ
回路３０２に入力され、振幅を一定に維持される。ＡＧ
Ｃ回路３０２の出力信号は位相回路３０３に入力され、
発振回路３０の出力信号、つまり、駆動信号の駆動電圧
および駆動信号の発振点が調整される。そして、位相回
路３０３の出力信号は発振回路３０の出力信号として、
振動子１１の第２の帯状電極１８に入力される。

【００２７】検出回路４０は、差動増幅回路４０１、同
期検波回路４０２、平滑回路４０３、および、直流増幅
回路４０４とから構成されている。振動子１１の２つの
第１の帯状電極１６ａ，１６ｂから出力される検出信号
は、Ｉ−Ｖ変換回路３２ａ，３２ｂで電圧に変換され、
差動増幅回路４０１に入力され、差動増幅回路４０１に
より２つの第１の帯状電極１６ａ，１６ｂの出力信号の
差が出力される。差動増幅回路４０１の出力信号は同期
検波回路４０２に入力され、検波される。このとき、検
波の位置（検波のタイミング）は、合成回路３０１から
出力される信号に応じて決定される。同期検波回路４０
２の出力信号は、平滑回路４０３に入力され、平滑され
る。平滑回路４０３の出力信号は直流増幅回路４０４に
入力されて、直流増幅され、検出回路４０の検出信号と
して出力される。

【００２８】この振動ジャイロ１０では、発振回路３０
から出力される正弦波信号などの駆動信号が、振動子１
１の第２の帯状電極１８と中間電極１５との間に印加さ
れる。この駆動信号によって、第２の圧電体基板１４は
屈曲振動する。したがって、振動子１１がその主面に直
交する方向（ｘ軸方向）に屈曲振動する。この状態で、
振動子１１に、その中心軸を中心に回転角速度が加わる
と、２つの第１の帯状電極１６ａ，１６ｂとの間にその
回転角速度に応じたコリオリ力に起因する信号が発生す
る。このコリオリ力に起因する信号が、２つの第１の帯
状電極１６ａ，１６ｂから検出回路４０を介して検出さ
れる。

【００２９】なお、上記の実施の形態の振動ジャイロに
おいては、金属板１５の支持部材１５ｂは、振動子１１
の上側に向かって曲折することにより振動子１１の長手
方向（ｚ軸方向）と直交する面を有するように構成され
ているが、たとえば、図４に示すように、支持部材１５
ｂが、振動子１１の下側に向かって曲折されてもよい。
なお、他の構成は、図１，図２に示した振動ジャイロ１
０と同一であるため、同一番号を付しその説明を省略す
る。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明による振動ジャイ
ロでは、支持部材が直接、圧電体基板に接触することが
ないため、支持部材が振動子の振動を拘束する働きを低
減でき、振動子の屈曲量が十分大きくなり、得られるコ
リオリ信号が大きくなり、振動ジャイロとして感度が向
上する。

【００３１】また、支持部材を、振動子の長手方向と直
交する面を有するように折り曲げることにより、支持部
材に加わるコリオリ力に起因する振動子長手方向と平行
する方向の力が、振動子の長手方向と直交する面により
吸収（緩衝）される構造となっているため、振動子の振
幅が拘束されることなく、したがって、得られるコリオ
リ信号が大きくなり検出感度も向上する。

【００３２】さらに、支持部材を一体に有する金属板
を、金属板本体部と支持部材との交点付近と交点付近以
外の前記金属板の部分とを比較して、交点付近の方を幅
狭とすることにより、振動子のノード点における点支持
を擬似的に構成することができるため、振動子から支持
部材への振動漏れが軽減でき、振動子の屈曲振動が阻害
されることなく、振動ジャイロの感度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る振動ジャイロ
の構造を示す斜視図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る振動ジャイロ
の構造を示す分解斜視図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係る振動ジャイロ
の動作回路を示す説明図である。

【図４】本発明の実施の形態に係る振動ジャイロの構造
の他の例を示す分解斜視図である。

【図５】従来の振動ジャイロの第１の例を示す斜視説明
図である。

【図６】従来の振動ジャイロの第２の例を示す斜視説明
図である。

【符号の説明】

１０振動ジャイロ１１振動子１３第１の圧電体基板１４第２の圧電体基板１５金属板１５ａ金属板本体部１５ｂ支持部材１６ａ，１６ｂ第１の帯状電極１８第２の帯状電極２１取付基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚み方向に分極される第１の圧電体基板
と、該第１の圧電体基板に積層され、厚み方向に分極さ
れる第２の圧電体基板と、前記第１の圧電体基板と前記
第２の圧電体基板の間に設けられる中間電極層としての
金属板と、前記第１の圧電体基板の一方主面に形成され
る第１の帯状電極と、前記第２の圧電体基板の一方主面
に形成される第２の帯状電極と、からなる柱状の振動子
を含み、前記振動子を厚み方向に駆動するための駆動手
段と、前記振動子の屈曲により発生する変位を検出する
検出手段と、を備える振動ジャイロであって、前記金属
板は、金属板本体部と前記振動子のノード点に対応する
位置に設けられた支持部材とを一体的に有してなり、前
記金属板と、前記第１の圧電体基板および前記第２の圧
電体基板とは、前記振動子のノード点近傍において非接
触であることを特徴とする、振動ジャイロ。
【請求項２】厚み方向に分極される第１の圧電体基板
と、該第１の圧電体基板に積層され、厚み方向に分極さ
れる第２の圧電体基板と、前記第１の圧電体基板と前記
第２の圧電体基板の間に設けられる中間電極層としての
金属板と、前記第１の圧電体基板の一方主面に形成され
る第１の帯状電極と、前記第２の圧電体基板の一方主面
に形成される第２の帯状電極と、からなる柱状の振動子
を含み、前記振動子を厚み方向に駆動するための駆動手
段と、前記振動子の屈曲により発生する変位を検出する
検出手段と、を備える振動ジャイロであって、前記金属
板は、金属板本体部と前記振動子のノード点に対応する
位置に設けられた支持部材とを一体的に有してなり、前
記金属板の前記支持部材は、前記振動子の長手方向と略
直交する面を有するように曲折されたことを特徴とす
る、振動ジャイロ。
【請求項３】厚み方向に分極される第１の圧電体基板
と、該第１の圧電体基板に積層され、厚み方向に分極さ
れる第２の圧電体基板と、前記第１の圧電体基板と前記
第２の圧電体基板の間に設けられる中間電極層としての
金属板と、前記第１の圧電体基板の一方主面に形成され
る第１の帯状電極と、前記第２の圧電体基板の一方主面
に形成される第２の帯状電極と、からなる柱状の振動子
を含み、前記振動子を厚み方向に駆動するための駆動手
段と、前記振動子の屈曲により発生する変位を検出する
検出手段と、を備える振動ジャイロであって、前記金属
板は、金属板本体部と前記振動子のノード点に対応する
位置に設けられた支持部材とを一体的に有してなり、前
記金属板と、前記第１の圧電体基板および前記第２の圧
電体基板とは、前記振動子のノード点近傍において非接
触であるとともに、前記金属板の前記支持部材は、前記
振動子の長手方向と略直交する面を有するように曲折さ
れたことを特徴とする、振動ジャイロ。
【請求項４】前記金属板は、前記金属板本体部と前記
支持部材との交点付近との幅を、他の部分の幅と比較し
て幅狭にしたことを特徴とする、請求項１乃至請求項３
のいずれかに記載の振動ジャイロ。