JP3440812B2 - 振動ジャイロ - Google Patents
振動ジャイロInfo
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
来の振動ジャイロには、次のような問題があった。
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。
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。
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。
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。
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、振動子のノード点近傍におい
て幅狭に形成された金属板本体部と、金属板本体部の幅
狭部から第1および第2の圧電体基板の各主面に平行な
面を有したまま振動子の幅方向に伸びる支持部材とを一
体的に有してなり、振動子のノード点近傍の第1および
第2の圧電体基板に挟まれた部分における金属板の厚み
を薄くすること、もしくは振動子のノード点近傍の金属
板を挟んでいる部分における第1および第2の圧電体基
板の他方主面を削り取ることによって、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。
ド点付近から振動子の幅方向に伸び、その先で振動子の
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
の構造を示す斜視図である。
の構造を示す分解斜視図である。
の動作回路を示す説明図である。
の他の例を示す分解斜視図である。
図である。
図である。
Claims (2)
- 【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、前記振動子のノード点近傍において幅狭
に形成された金属板本体部と、該金属板本体部の幅狭部
から前記第1および第2の圧電体基板の各主面に平行な
面を有したまま前記振動子の幅方向に伸びる支持部材と
を一体的に有してなり、前記振動子のノード点近傍の前記第1および第2の圧電
体基板に挟まれた部分における前記金属板の厚みを薄く
すること、もしくは前記振動子のノード点近傍の前記金
属板を挟んでいる部分における前記第1および第2の圧
電体基板の他方主面を削り取ることによって、 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】 前記金属板の前記支持部材は、前記振動
子のノード点付近から前記振動子の幅方向に伸び、その
先で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、請求項1に記載の振動
ジャイロ。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP08133398A JP3440812B2 (ja) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | 振動ジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08133398A JP3440812B2 (ja) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | 振動ジャイロ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH11281365A JPH11281365A (ja) | 1999-10-15 |
JP3440812B2 true JP3440812B2 (ja) | 2003-08-25 |
Family
ID=13743464
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP08133398A Expired - Fee Related JP3440812B2 (ja) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | 振動ジャイロ |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3440812B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
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CA2498178A1 (en) * | 2004-03-03 | 2005-09-03 | Northrop Grumman Corporation | Support of vibrating beam near nodal point |
-
1998
- 1998-03-27 JP JP08133398A patent/JP3440812B2/ja not_active Expired - Fee Related
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