JP2909851B2 - 圧電型振動ジャイロ - Google Patents
圧電型振動ジャイロInfo
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- JP2909851B2 JP2909851B2 JP3191368A JP19136891A JP2909851B2 JP 2909851 B2 JP2909851 B2 JP 2909851B2 JP 3191368 A JP3191368 A JP 3191368A JP 19136891 A JP19136891 A JP 19136891A JP 2909851 B2 JP2909851 B2 JP 2909851B2
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- Japan
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- piezoelectric
- piezoelectric element
- vibrator
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、コリオリの力を利用し
た圧電型振動ジャイロに関するもので、このような振動
ジャイロは、角速度または角加速度等の検出に用いられ
る。
た圧電型振動ジャイロに関するもので、このような振動
ジャイロは、角速度または角加速度等の検出に用いられ
る。
【0002】
【従来の技術】従来の圧電型ジャイロとして、例えば図
9に示したように、コの字形に屈曲形成した本体bと、
その両腕部c1,c2の上端(自由端)より突出する振
動片d1,d2とを具えた音叉aより構成され、前記両
腕部c1,c2の一側面には、音叉本体bが三元座標に
おけるY方向に振動するよう駆動用圧電素子e1,e2
を貼着し、更に前記振動片d1,d2の片面には、該振
動片が三元座標におけるX方向に振動するよう検出用圧
電素子f1,f2を貼着している。
9に示したように、コの字形に屈曲形成した本体bと、
その両腕部c1,c2の上端(自由端)より突出する振
動片d1,d2とを具えた音叉aより構成され、前記両
腕部c1,c2の一側面には、音叉本体bが三元座標に
おけるY方向に振動するよう駆動用圧電素子e1,e2
を貼着し、更に前記振動片d1,d2の片面には、該振
動片が三元座標におけるX方向に振動するよう検出用圧
電素子f1,f2を貼着している。
【0003】そしてこのジャイロによる角速度もしくは
角加速度の検出は、音叉駆動回路(図示しない)から所
定周波数の交流信号を駆動用圧電素子e1,e2に印加
することにより両腕部c1,c2をY方向に振動させ
る。この状態では振動片d1,d2は励振されず、検出
用圧電素子f1,f2からは信号を生じないが、ジャイ
ロの支持点g、即ち、三元座標のZ方向の回りに角速度
または角加速度が加わると、コリオリの力により前記両
腕部の振動方向とは直角な方向、即ちX方向の振動が誘
起され、これにより振動片d1,d2が振動し、検出用
圧電素子f1,f2よりコリオリの力に比例した大きさ
の信号を生じ、この信号より角速度または角加速度を検
出するものである。
角加速度の検出は、音叉駆動回路(図示しない)から所
定周波数の交流信号を駆動用圧電素子e1,e2に印加
することにより両腕部c1,c2をY方向に振動させ
る。この状態では振動片d1,d2は励振されず、検出
用圧電素子f1,f2からは信号を生じないが、ジャイ
ロの支持点g、即ち、三元座標のZ方向の回りに角速度
または角加速度が加わると、コリオリの力により前記両
腕部の振動方向とは直角な方向、即ちX方向の振動が誘
起され、これにより振動片d1,d2が振動し、検出用
圧電素子f1,f2よりコリオリの力に比例した大きさ
の信号を生じ、この信号より角速度または角加速度を検
出するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】而るに上記従来の音叉
型ジャイロにあっては、コの字形本体bと振動片d1,
d2の合体構造よりなる音叉aの形状が極めて複雑にな
るため、その製作が面倒で高価となるだけでなく、検出
部が、金属の振動片d1,d2にセラミックの圧電素子
f1,f2を貼着したものであるから、両者の熱膨張差
により、接着過程あるいは周囲の温度変化により反りや
捩じれを生じ、振動片の振感方向がコリオリの力の方向
と一致しなくなり、検出精度を劣下する問題があった。
型ジャイロにあっては、コの字形本体bと振動片d1,
d2の合体構造よりなる音叉aの形状が極めて複雑にな
るため、その製作が面倒で高価となるだけでなく、検出
部が、金属の振動片d1,d2にセラミックの圧電素子
f1,f2を貼着したものであるから、両者の熱膨張差
により、接着過程あるいは周囲の温度変化により反りや
捩じれを生じ、振動片の振感方向がコリオリの力の方向
と一致しなくなり、検出精度を劣下する問題があった。
【0005】更に駆動用圧電素子e1,e2と検出用圧
電素子f1,f2は、いずれも音叉本体bおよび振動片
d1,d2に単に接着しているだけであるから、使用
中、接着面の剥離により容易に脱落したり、外的衝撃に
より容易に破損し、耐久性の面でも問題があった。
電素子f1,f2は、いずれも音叉本体bおよび振動片
d1,d2に単に接着しているだけであるから、使用
中、接着面の剥離により容易に脱落したり、外的衝撃に
より容易に破損し、耐久性の面でも問題があった。
【0006】本発明は、このような問題をもたない新規
な構成の圧電型振動ジャイロを提供することを目的とす
る。
な構成の圧電型振動ジャイロを提供することを目的とす
る。
【0007】この目的を達成するために、本発明は、三
元座標のY方向に二分割され、該分割された圧電領域の
分極方向を異にする圧電素子を有する駆動用電歪要素を
第1の挟持体と第2の挟持体との間に挟み、更に三元座
標のX方向に二分割され、該分割された圧電領域の分極
方向を異にする圧電素子を有する検出用圧電要素を前記
第2の挟持体と第3の挟持体との間に挟み、これらを一
体に結合してなる棒状撓み振動子を用い、かつこの撓み
振動子の軸線を三元座標のZ方向に一致させたことを特
徴としている。
元座標のY方向に二分割され、該分割された圧電領域の
分極方向を異にする圧電素子を有する駆動用電歪要素を
第1の挟持体と第2の挟持体との間に挟み、更に三元座
標のX方向に二分割され、該分割された圧電領域の分極
方向を異にする圧電素子を有する検出用圧電要素を前記
第2の挟持体と第3の挟持体との間に挟み、これらを一
体に結合してなる棒状撓み振動子を用い、かつこの撓み
振動子の軸線を三元座標のZ方向に一致させたことを特
徴としている。
【0008】更に本発明では、前記第2の挟持体の一部
に径小部を設けたり、第1、第2、第3の各挟持体と、
これら挟持体間に挟持された駆動電歪要素と検出圧電要
素とを、ねじ要素により一体に結合することも特徴とす
るものである。
に径小部を設けたり、第1、第2、第3の各挟持体と、
これら挟持体間に挟持された駆動電歪要素と検出圧電要
素とを、ねじ要素により一体に結合することも特徴とす
るものである。
【0009】
【作用】上記本発明の構成において、振動体としての棒
状撓み振動子の形状が、音叉型に比べ単純構造であり、
簡単かつ安価に製作できる。また駆動用電歪要素と検出
用圧電要素は、各挟持体間に挟持されているので、温度
変化を受けても反りや捩じりを起こすようなことは一切
ない。また強度の小さい圧電素子は、挟持体により補強
されているので、外的衝撃を受けても容易に破損するよ
うなことはない。
状撓み振動子の形状が、音叉型に比べ単純構造であり、
簡単かつ安価に製作できる。また駆動用電歪要素と検出
用圧電要素は、各挟持体間に挟持されているので、温度
変化を受けても反りや捩じりを起こすようなことは一切
ない。また強度の小さい圧電素子は、挟持体により補強
されているので、外的衝撃を受けても容易に破損するよ
うなことはない。
【0010】
【実施例】図1、図2は本発明の一実施例に用いる円柱
状撓み振動子を示し、第1の挟持体1と第2の挟持体ロ
ック2との間に駆動用電歪要素4を、前記第2の挟持体
2と第3の挟持体3との間に検出用圧電要素5をそれぞ
れ挟持し、これら積層物を適当な接着剤を用いて一体に
結合した構成よりなる。前記第1、第2、第3の各挟持
体1〜3は、ステンレス等の金属やアルミナ、窒化珪素
等の高強度磁器より製作されている。また前記駆動用電
歪要素4は、チタン酸ジルコン酸鉛等の圧電磁器よりな
り、その表裏面に電極薄層を被着した圧電素子4pに対
し、三元座標のY方向に沿って形成した絶縁スリット4
e1、4e2により前記電極薄層を4a1,4a2、4
b1,4b2に二分割し、これによって形成された左右
対称の圧電領域4c,4dを分極方向(矢印)が異なる
よう分極処理し、この圧電素子4pの二枚を、各圧電領
域4c,4dの分極方向が上下方向で逆になるように、
電極板4tを介して電気的並列に積層したものである。
また検出用圧電要素5は、チタン酸ジルコン酸鉛等の圧
電磁器よりなり、その表裏面に電極薄層を被着した圧電
素子5pに対し、三元座標のX方向に沿って形成した絶
縁スリット5e1、5e2により前記電極薄層を5
a1,5a2、5b1,5b2二分割し、これによって
形成された左右対称の圧電領域5c,5dを分極方向が
異なるよう分極処理し、この圧電素子5pの二枚を、各
圧電領域5c,5dの分極方向が上下方向で逆になるよ
うに、電極板5tを介して電気的並列に積層したもので
ある。
状撓み振動子を示し、第1の挟持体1と第2の挟持体ロ
ック2との間に駆動用電歪要素4を、前記第2の挟持体
2と第3の挟持体3との間に検出用圧電要素5をそれぞ
れ挟持し、これら積層物を適当な接着剤を用いて一体に
結合した構成よりなる。前記第1、第2、第3の各挟持
体1〜3は、ステンレス等の金属やアルミナ、窒化珪素
等の高強度磁器より製作されている。また前記駆動用電
歪要素4は、チタン酸ジルコン酸鉛等の圧電磁器よりな
り、その表裏面に電極薄層を被着した圧電素子4pに対
し、三元座標のY方向に沿って形成した絶縁スリット4
e1、4e2により前記電極薄層を4a1,4a2、4
b1,4b2に二分割し、これによって形成された左右
対称の圧電領域4c,4dを分極方向(矢印)が異なる
よう分極処理し、この圧電素子4pの二枚を、各圧電領
域4c,4dの分極方向が上下方向で逆になるように、
電極板4tを介して電気的並列に積層したものである。
また検出用圧電要素5は、チタン酸ジルコン酸鉛等の圧
電磁器よりなり、その表裏面に電極薄層を被着した圧電
素子5pに対し、三元座標のX方向に沿って形成した絶
縁スリット5e1、5e2により前記電極薄層を5
a1,5a2、5b1,5b2二分割し、これによって
形成された左右対称の圧電領域5c,5dを分極方向が
異なるよう分極処理し、この圧電素子5pの二枚を、各
圧電領域5c,5dの分極方向が上下方向で逆になるよ
うに、電極板5tを介して電気的並列に積層したもので
ある。
【0011】上記円柱状撓み振動子の全長は、使用する
撓み共振周波数の波長の整数倍長さに設定され、かつそ
の軸線が三元座標のZ方向と一致するように第3の挟持
体3を、固定台6の上に直立状態で保持固定する。
撓み共振周波数の波長の整数倍長さに設定され、かつそ
の軸線が三元座標のZ方向と一致するように第3の挟持
体3を、固定台6の上に直立状態で保持固定する。
【0012】本実施例の動作について説明する。駆動回
路7より所定共振周波数の交流信号を駆動用電歪要素4
に印加すると、交流信号の正過程では圧電素子4pの一
方の圧電領域4cには分極方向と順方向の電圧が、他方
の圧電領域4dには逆方向の電圧がそれぞれ加えられ
て、図3Aのように変位し、交流信号の負過程では前記
とは逆に図3Bのように変位し、全体として図1bに図
示した撓み振動モードでX方向に振動する。一方、検出
用圧電要素5にあっては振動子の振動により電荷を発生
するが、圧電素子の分割電極5a1,5a2、5b1,
5b2が振動子の振動方向に対し直交するため、各圧電
領域5c,5dにはそれぞれ異符号の発生電荷が発生
し、互いにキャンセルされる。従ってこの振動状態では
検出用圧電要素5からは出力信号は発生しない。
路7より所定共振周波数の交流信号を駆動用電歪要素4
に印加すると、交流信号の正過程では圧電素子4pの一
方の圧電領域4cには分極方向と順方向の電圧が、他方
の圧電領域4dには逆方向の電圧がそれぞれ加えられ
て、図3Aのように変位し、交流信号の負過程では前記
とは逆に図3Bのように変位し、全体として図1bに図
示した撓み振動モードでX方向に振動する。一方、検出
用圧電要素5にあっては振動子の振動により電荷を発生
するが、圧電素子の分割電極5a1,5a2、5b1,
5b2が振動子の振動方向に対し直交するため、各圧電
領域5c,5dにはそれぞれ異符号の発生電荷が発生
し、互いにキャンセルされる。従ってこの振動状態では
検出用圧電要素5からは出力信号は発生しない。
【0013】いま、上記振動状態にある撓み振動子の軸
線、即ち、三元座標のZ方向の回りに、角速度または角
加速度が与えると、その振動方向とは直角のY方向にコ
リオリの力が発生し、このコリオリの力により振動子が
Y軸方向に撓み振動を呈し、検出用圧電要素5よりコリ
オリの力の大きさに比例した出力信号を生じ、出力端子
8a,8bより角速度または角加速度を検出する。
線、即ち、三元座標のZ方向の回りに、角速度または角
加速度が与えると、その振動方向とは直角のY方向にコ
リオリの力が発生し、このコリオリの力により振動子が
Y軸方向に撓み振動を呈し、検出用圧電要素5よりコリ
オリの力の大きさに比例した出力信号を生じ、出力端子
8a,8bより角速度または角加速度を検出する。
【0014】図4は本発明に用いる他の形態の円柱状撓
み振動子を示し、第2の挟持体2の一部に径小部2aを
設けた以外の構成は、図1の撓み振動子と同一形態であ
る。この実施例の場合、径小部2aにより振動子の質量
を減じて撓み共振周波数を下げることができるため、径
小部を設けないものに比し、同一共振周波数の設計の下
で、振勤子の全長を短くでき、振動子を小型化できる利
点がある。
み振動子を示し、第2の挟持体2の一部に径小部2aを
設けた以外の構成は、図1の撓み振動子と同一形態であ
る。この実施例の場合、径小部2aにより振動子の質量
を減じて撓み共振周波数を下げることができるため、径
小部を設けないものに比し、同一共振周波数の設計の下
で、振勤子の全長を短くでき、振動子を小型化できる利
点がある。
【0015】図5は本発明に用いる更に他の形態の円柱
状撓み振動子を示し、第1の挟持体1と第2の挟持体2
の対向面中央に雌ねじ孔9aと9bを、第2の挟持体2
と第3の挟持体3の対向面中央に雌ねじ孔9cと9dを
それぞれ設け、更に前記各挟持体間に挟持される駆動用
電歪要素4と検出用圧電要素5の各中央にも内孔10
a、10bを設け、別に準備した両端ねじ付き植え込み
ボルト11a、11bを各要素4、5の内孔10a、1
0bを挿通すると共にその両端を第1、第2、第3の各
挟持体の雌ねじ孔9a、9b、9c、9dに螺合するこ
とによって、これら積層物を一体に結合したものであ
る。この実施例の場合、接着剤により結合した図1に示
す振動子に比し強固に結合することができるだけでな
く、温度特性の悪い接着剤を使用しないので、使用温度
範囲を広める利点がある。
状撓み振動子を示し、第1の挟持体1と第2の挟持体2
の対向面中央に雌ねじ孔9aと9bを、第2の挟持体2
と第3の挟持体3の対向面中央に雌ねじ孔9cと9dを
それぞれ設け、更に前記各挟持体間に挟持される駆動用
電歪要素4と検出用圧電要素5の各中央にも内孔10
a、10bを設け、別に準備した両端ねじ付き植え込み
ボルト11a、11bを各要素4、5の内孔10a、1
0bを挿通すると共にその両端を第1、第2、第3の各
挟持体の雌ねじ孔9a、9b、9c、9dに螺合するこ
とによって、これら積層物を一体に結合したものであ
る。この実施例の場合、接着剤により結合した図1に示
す振動子に比し強固に結合することができるだけでな
く、温度特性の悪い接着剤を使用しないので、使用温度
範囲を広める利点がある。
【0016】尚、上記各実施例において、駆動用電歪要
素と検出用圧電要素に使用した圧電素子4p、5pに
は、図6に示したように、円板状圧電磁器の表裏面に被
着形成された電極薄層を、絶縁スリット4e1,4
e2、5e1,5e2により二分割することにより左右
対称で分極方向を異にする圧電領域4c,4d、5c,
5dに区画したものを用いたが、図7に示したように円
板状圧電磁器を、その中央部で切断すると共に一方の半
割り片を他方の半割れ片に対し表裏反転して分極方向を
異にする圧電領域4c,4d、5c,5dを形成したも
のを用いてもよい。
素と検出用圧電要素に使用した圧電素子4p、5pに
は、図6に示したように、円板状圧電磁器の表裏面に被
着形成された電極薄層を、絶縁スリット4e1,4
e2、5e1,5e2により二分割することにより左右
対称で分極方向を異にする圧電領域4c,4d、5c,
5dに区画したものを用いたが、図7に示したように円
板状圧電磁器を、その中央部で切断すると共に一方の半
割り片を他方の半割れ片に対し表裏反転して分極方向を
異にする圧電領域4c,4d、5c,5dを形成したも
のを用いてもよい。
【0017】更に上記各実施例において、棒状撓み振動
子として円柱状のものを用いたが、角柱状に形成したも
のを用いもよく、この場合、駆動用電歪要素と検出用圧
電要素の圧電素子4p、5pは、図8に示すように外形
状が方形となり、方向性のない円形に比し、駆動用電歪
要素と検出用圧電要素を所定の方向に正確かつ容易位置
決めすることができる。
子として円柱状のものを用いたが、角柱状に形成したも
のを用いもよく、この場合、駆動用電歪要素と検出用圧
電要素の圧電素子4p、5pは、図8に示すように外形
状が方形となり、方向性のない円形に比し、駆動用電歪
要素と検出用圧電要素を所定の方向に正確かつ容易位置
決めすることができる。
【0018】更に上記各実施例では、駆動用電歪要素と
検出用圧電要素に、二枚の圧電素子を電気的並列に対向
したものを用いたが、一枚でもよく、この場合、一方の
電極薄層が他方の電極薄層に対し短絡しないよう電気絶
縁部材により絶縁する必要がある。
検出用圧電要素に、二枚の圧電素子を電気的並列に対向
したものを用いたが、一枚でもよく、この場合、一方の
電極薄層が他方の電極薄層に対し短絡しないよう電気絶
縁部材により絶縁する必要がある。
【0019】尚、上記本発明において、第1の挟持体と
第2の挟持体との間および第2の挟持体と第3の挟持体
との間に挟持される駆動用電歪要素と検出用圧電要素を
逆にしたり、また駆動用電歪要素と検出用圧電要素の圧
電素子の分割方向を逆にしてもよいことは勿論である。
第2の挟持体との間および第2の挟持体と第3の挟持体
との間に挟持される駆動用電歪要素と検出用圧電要素を
逆にしたり、また駆動用電歪要素と検出用圧電要素の圧
電素子の分割方向を逆にしてもよいことは勿論である。
【0020】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、温度特
性、耐久性に富んだ圧電型ジャイロを安価に供し得ると
いう効果がある。
性、耐久性に富んだ圧電型ジャイロを安価に供し得ると
いう効果がある。
【図1A】本発明に用いる棒状撓み振動子の概略図であ
る。
る。
【図1B】図1Aに示した振動子の撓み振動モードの曲
線図である。
線図である。
【図2】図1Aに示した振動子の要部分解斜視図であ
る。
る。
【図3A】図1Aに示した振動子に交流信号の正信号を
印加したときの変位状態を示す概略図である。
印加したときの変位状態を示す概略図である。
【図3B】図1Aに示した振動子に交流信号の負信号を
印加したときの変位状態を示す概略図である。
印加したときの変位状態を示す概略図である。
【図4】本発明に用いる他の形態を示す棒状撓み振動子
の斜視図である。
の斜視図である。
【図5】本発明に用いる更に他の形態を示す棒状撓み振
動子の断面図である。
動子の断面図である。
【図6】図1Aの振動子に圧電素子の斜視図である。
【図7】圧電素子の他の形態を示す斜視図である。
【図8】圧電素子の更に他の形態を示す斜視図である。
【図9】従来の圧電型振動ジャイロを示す斜視図であ
る。
る。
1 第1の挟持体 2 第2の挟持体 3 第3の挟持体 4 駆動用電歪要素 5 検出用圧電要素
Claims (3)
- 【請求項1】 三元座標のY方向に二分割され、該分割
された圧電領域の分極方向を異にする圧電素子を有する
駆動用電歪要素を第1の挟持体と第2の挟持体との間に
挟み、更に三元座標のX方向に二分割され、該分割され
た圧電領域の分極方向を異にする圧電素子を有する検出
用圧電要素を前記第2の挟持体と第3の挟持体との間に
挟み、これらを一体に結合してなる棒状撓み振動子を用
い、かつこの撓み振動子の軸線を三元座標のZ方向に一
致させたことを特徴とする圧電型振動ジャイロ。 - 【請求項2】 前記第3の挟持体の一部に径小部を設け
たことを特徴とする請求項1記載の圧電型振動ジャイ
ロ。 - 【請求項3】 前記第1、第2、第3の各挟持体と、こ
れら挟持体によって挟持された駆動用電歪要素と検出用
圧電要素とを、ねじ要素により一体に結合したことを特
徴とする請求項1及び請求項2記載の圧電型振動ジャイ
ロ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3191368A JP2909851B2 (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | 圧電型振動ジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3191368A JP2909851B2 (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | 圧電型振動ジャイロ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04328417A JPH04328417A (ja) | 1992-11-17 |
JP2909851B2 true JP2909851B2 (ja) | 1999-06-23 |
Family
ID=16273425
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3191368A Expired - Lifetime JP2909851B2 (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | 圧電型振動ジャイロ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2909851B2 (ja) |
-
1991
- 1991-04-26 JP JP3191368A patent/JP2909851B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04328417A (ja) | 1992-11-17 |
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