JP3646759B2 - Vibrating gyro - Google Patents
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Description
【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6は従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図であり、図7はその平面図である。振動ジャイロ1は、音叉形の振動体2を含む。振動体2は、たとえばLiTaO3 圧電単結晶を音叉形に切りだすことによって形成されており、太い実線矢印で示す方向に分極されている。振動体2の一方の脚部の対向面には、それぞれ脚部の長手方向に延びる駆動用電極3a,3b,4a,4bが形成される。ここで、駆動用電極3a,4aは互いに対向するように形成され、駆動用電極3b,4bも互いに対向するように形成される。さらに、振動体2の4つの側面には、それぞれ1つずつ検出用電極5a,5b,5c,5dが形成される。
【0003】
この振動ジャイロ1では、たとえば駆動用電極3a,3b間に駆動信号が与えられる。それによって、破線矢印で示すように、駆動用電極3a,4a間および駆動用電極3b,4b間に、逆向きの電界が印加される。それによって、振動体2は、2つの脚部が開いたり閉じたりするように振動する。この状態で、振動体2の軸を中心として回転角速度が加わると、振動体2の振動方向と直交する向きにコリオリ力が働く。このコリオリ力によって、振動体2の振動方向が変わり、たとえば検出用電極5a,5b間から、コリオリ力に対応した信号が出力される。したがって、検出用電極5a,5b間の出力信号を測定すれば、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。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の振動ジャイロでは、検出用電極を振動体の脚部の4つの面に形成する必要があり、特に2つの脚部間の電極の製造が面倒である。また、振動体の2つの脚部に、駆動用電極および検出用電極が個別に形成されている。そのため、コリオリ力によって生じる一方の脚部の振動方向の変化のみが検出され、検出効率が悪い。さらに、駆動用電極に駆動信号を与えることによって、片方の脚部が励振されるため、振動体の振幅が小さく、低電圧駆動が困難である。
【0005】
それゆえに、この発明の主たる目的は、製造が簡単で、励振効率および検出効率の高い振動ジャイロを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明は、音叉形の2つの圧電体基板を接合して形成され、振動部となる2つの脚部と狭小部とを有する振動体と、一方の圧電体基板の外側主面において一方の脚部から他方の脚部へと音叉形に沿って並んで形成される2つの駆動用電極と、他方の圧電体基板の外側主面においてそれぞれの脚部に形成される2つの検出用電極とを含み、2つの圧電体基板は互いに逆向きに分極されてなるとともに、2つの駆動用電極および2つの検出用電極は全て振動体の少なくとも狭小部まで連続して形成された、振動ジャイロである。
この振動ジャイロにおいて、振動体は、2つの圧電体基板を接着することによって形成することができる。
また、振動体は、2つの圧電体セラミックグリーンシートを積層したのち一体焼成することによって形成してもよい。
さらに、この発明は、単結晶基板の熱分極反転現象を利用することによって互いに逆向きに分極され、振動部となる2つの脚部と狭小部とを有する音叉形の振動体と、振動体の対向主面の一方側において一方の脚部から他方の脚部へと音叉形に沿って並んで形成される2つの駆動用電極と、振動体の対向主面の他方側においてそれぞれの脚部に形成される2つの検出用電極とを含み、2つの圧電体基板は互いに逆向きに分極されてなるとともに、2つの駆動用電極および2つの検出用電極は全て振動体の少なくとも狭小部まで連続して形成された、振動ジャイロである。
【0007】
互いに逆向きに分極された2つの圧電体基板を接合することにより、バイモルフ型の振動体となる。駆動用電極が振動体の音叉形に沿って形成されており、駆動用電極に駆動信号を与えることによって、振動体の両脚部が励振される。このときの振動は、両脚部が開いたり閉じたりするような振動であり、回転角速度が加わると、2つの脚部には逆向きのコリオリ力が働く。そのため、2つの脚部に形成された検出用電極からは逆位相の信号が出力され、これらの出力信号の差をとることにより、コリオリ力に対応した大きい信号を得ることができる。
【0008】
【発明の効果】
この発明によれば、振動体の対向する主面にのみ電極を形成すればよく、2つの脚部間に電極を形成する必要がないため、振動ジャイロの製造が簡単である。また、駆動信号を与えることによって、振動体の両方の脚部が励振されるので、励振効率がよく、低電圧で振幅の大きい振動をさせることができる。さらに、2つの検出用電極からの出力信号の差をとることによって、コリオリ力に対応した大きい信号を得ることができるため、検出効率をよくすることができる。
【0009】
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。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1および図2はこの発明の振動ジャイロの一例を示す斜視図である。ここで、図1は振動ジャイロを一方側からみた斜視図であり、図2は振動ジャイロを他方側からみた斜視図である。振動ジャイロ10は、音叉形の振動体12を含む。振動体12は、図3に示すように、たとえば音叉形の第1の圧電体基板14および第2の圧電体基板16を接合することによって形成される。これらの第1の圧電体基板14および第2の圧電体基板16は、エポキシ樹脂などの接合層18で接合される。第1の圧電体基板14および第2の圧電体基板16は、太い実線矢印で示すように、互いに逆向きの厚み方向に分極される。第1の圧電体基板14の外側主面には、一方の脚部から他方の脚部へと振動体12の音叉形に沿って、2つの駆動用電極20,22が並んで形成される。また、第2の圧電体基板16の外側主面には、それぞれの脚部に検出用電極24,26が形成される。2つの駆動用電極20,22および2つの検出用電極24,26は、全て振動体12の少なくとも狭小部まで連続して形成される。
【0011】
この振動ジャイロ10では、図4に示すように、外側の駆動用電極22が、電源電圧の中間点に接続されるとともに、2つの駆動用電極20,22間に発振回路30が接続される。発振回路30は、たとえば増幅回路と位相補正回路とを含み、駆動用電極22から出力される信号を増幅し、位相補正して駆動用電極20に与えられる。これにより、振動体12の分極方向と直交する向きに電界が印加され、音叉状の振動体12が開いたり閉じたりするようにして振動する。
【0012】
また、検出用電極24,26は、差動回路32に接続される。差動回路32は、たとえばオペアンプや抵抗などによって構成される。さらに、差動回路32の出力端は、同期検波回路34に接続される。同期検波回路34では、たとえば発振回路30の信号に同期して、差動回路30の出力信号が検波される。同期検波回路34の出力信号は、積分回路36で直流信号に変換される。さらに、積分回路36の出力信号は、直流増幅回路38で増幅される。
【0013】
この振動ジャイロ10では、駆動用電極20,22間に信号を与えることにより、振動体12の脚部が開いたり閉じたりするように振動する。このとき、振動体12の2つの脚部は、分極方向に対して同じ状態で振動するため、検出用電極24,26から出力される信号は同じである。そのため、差動回路32からは、信号が出力されない。
【0014】
この状態で、図5に示すように、振動体12の2つの脚部に平行な軸を中心として回転角速度ωが加わると、無回転時の振動と直交する向きにコリオリ力が働く。このコリオリ力によって、振動体12の2つの脚部の振動方向が変わる。そのため、検出用電極24,26からは、コリオリ力に対応した信号が出力される。このとき、コリオリ力は、2つの脚部に対して互いに逆向きに働くため、振動体12の2つの脚部は互いに逆向きに変位する。そのため、検出用電極24,26から出力される信号は、互いに逆位相の信号となる。したがって、差動回路32で検出用電極24,26の出力信号の差をとれば、コリオリ力に対応した大きい信号を得ることができる。
【0015】
差動回路32の出力信号は、同期検波回路34で、発振回路30の信号に同期して検波される。それにより、差動回路32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34の出力信号は積分回路36で直流信号に変換され、さらに直流増幅回路38で増幅される。検出用電極24,26からの出力信号のレベルは、振動体12の脚部の変位の大きさによって決まるため、大きいコリオリ力が働くと、主力信号のレベルは大きくなる。したがって、直流増幅回路38の出力信号のレベルから、回転角速度の大きさを検出することができる。
【0016】
また、回転角速度が加わる方向によって、振動体12の2つの脚部にかかるコリオリ力の方向が変わる。そのため、2つの検出用電極24,26から出力される信号の位相も変わり、差動回路32からは、回転角速度の方向によって、逆位相の信号が出力される。したがって、同期検波回路34では、一方向に回転角速度が加わったとき信号の正部分が検波されるとすると、他方向に回転角速度が加わったとき信号の負部分が検波される。そのため、回転角速度の加わる方向によって、直流増幅回路38の出力信号の極性が変わる。つまり、直流増幅回路38の出力信号の極性から、回転角速度の加わった方向を知ることができる。
【0017】
この振動ジャイロ10では、駆動用電極20,22が、音叉形の振動体12に沿って形成されている。したがって、これらの駆動用電極20,22に駆動信号を与えることにより、2つの脚部が駆動される。そのため、一方の脚部に形成された駆動用電極に駆動信号を与える従来の振動ジャイロに比べて、振動体12に振動を発生させるための励振効率を高くすることができ、低電圧で振幅の大きい振動をさせることができる。また、振動体12の2つの脚部に形成された検出用電極からの出力信号の差をとることにより、コリオリ力に対応した大きい信号を出力させることができる。そのため、回転角速度の検出感度を高めることができる。さらに、振動体12の対向主面に駆動用電極20,22および検出用電極24,26が形成され、2つの脚部の間に電極を形成する必要がないため、振動ジャイロ10の製造が簡単である。
【0018】
なお、上述の振動ジャイロ10では、2つの圧電体基板14,16を接合してバイモルフ構造としたが、2つの圧電体セラミックグリーンシートを電極ペーストなどで積層し、一体焼成することによって振動体12を形成してもよい。この場合、焼成されてできた2つの基板の間に接合層としての電極が形成される。したがって、振動体12の対向主面に外部電極を形成し、接合層と外部電極との間に電界を印加することにより、2つの基板が互いに逆向きに分極される。そして、エッチングなどによって外部電極を加工し、駆動用電極20,22および検出用電極24,26を形成すればよい。
【0019】
また、たとえばLiNbO3 やLiTaO3 などの単結晶基板を音叉形に形成し、熱分極反転現象を用いて部分的に逆向きの分極とし、疑似バイモルフ構造としてもよい。この場合、振動体12全体が同一材料で形成されているため、熱などの影響により振動体に歪みが生じることを防ぐことができる。
【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一方側からみた斜視図である。
【図2】図1に示す振動ジャイロを他方側からみた斜視図である。
【図3】図1および図2に示す振動ジャイロの平面図解図である。
【図4】図1ないし図3に示す振動ジャイロを使用するための回路を示す図解図である。
【図5】この発明の振動ジャイロに回転角速度が加わったときに振動体に働く力を示す図解図である。
【図6】従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図である。
【図7】図6に示す従来の振動ジャイロの平面図解図である。
【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
20,22 駆動用電極
24,26 検出用電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vibrating gyroscope, and more particularly to a vibrating gyroscope used for camera shake prevention, a car navigation system, a pointing device, and the like.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 is a perspective view showing an example of a conventional vibrating gyroscope, and FIG. 7 is a plan view thereof. The vibrating
[0003]
In the vibrating
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional vibrating gyroscope, it is necessary to form the detection electrodes on the four surfaces of the legs of the vibrating body, and in particular, the manufacture of the electrodes between the two legs is troublesome. In addition, driving electrodes and detection electrodes are individually formed on the two legs of the vibrating body. Therefore, only a change in the vibration direction of one leg caused by the Coriolis force is detected, and the detection efficiency is poor. Further, since one leg is excited by applying a drive signal to the drive electrode, the amplitude of the vibrating body is small and low voltage driving is difficult.
[0005]
Therefore, a main object of the present invention is to provide a vibration gyro which is easy to manufacture and has high excitation efficiency and detection efficiency.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is formed by bonding two tuning-fork-shaped piezoelectric substrates, and has a vibrating body having two legs and a narrow portion serving as a vibrating portion, and one leg on the outer main surface of one piezoelectric substrate. Two drive electrodes formed side by side along a tuning fork from one part to the other leg part, and two detection electrodes formed on each leg part on the outer main surface of the other piezoelectric substrate. In addition, the two piezoelectric substrates are polarized in opposite directions to each other, and the two drive electrodes and the two detection electrodes are all vibration gyroscopes that are continuously formed to at least a narrow portion of the vibration body .
In this vibrating gyroscope, the vibrating body can be formed by bonding two piezoelectric substrates.
The vibrating body may be formed by laminating two piezoelectric ceramic green sheets and then firing them integrally.
Furthermore, the present invention provides a tuning fork-shaped vibrating body having two legs and a narrowed portion that are polarized in opposite directions by utilizing the thermal polarization reversal phenomenon of a single crystal substrate, Two drive electrodes formed side by side along a tuning fork from one leg to the other leg on one side of the opposing main surface, and each leg on the other side of the opposing main surface of the vibrator The two piezoelectric substrates are polarized in opposite directions, and the two drive electrodes and the two detection electrodes are all continuous to at least a narrow portion of the vibrator. This is a vibrating gyroscope.
[0007]
By joining two piezoelectric substrates polarized in opposite directions to each other, a bimorph type vibrating body is obtained. The driving electrode is formed along the tuning fork shape of the vibrating body, and both legs of the vibrating body are excited by giving a driving signal to the driving electrode. The vibration at this time is such that both legs are opened and closed. When a rotational angular velocity is applied, opposite Coriolis forces act on the two legs. Therefore, signals having opposite phases are output from the detection electrodes formed on the two legs, and a large signal corresponding to the Coriolis force can be obtained by taking the difference between these output signals.
[0008]
【The invention's effect】
According to the present invention, the electrodes need only be formed on the opposing main surfaces of the vibrating body, and it is not necessary to form an electrode between the two legs, so that the vibrating gyroscope can be easily manufactured. Moreover, since both the leg portions of the vibrating body are excited by applying the drive signal, the excitation efficiency is good, and the vibration with a large amplitude can be generated at a low voltage. Furthermore, since a large signal corresponding to the Coriolis force can be obtained by taking the difference between the output signals from the two detection electrodes, the detection efficiency can be improved.
[0009]
The above object, other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments of the present invention with reference to the drawings.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 and 2 are perspective views showing an example of a vibrating gyroscope according to the present invention. Here, FIG. 1 is a perspective view of the vibrating gyroscope as seen from one side, and FIG. 2 is a perspective view of the vibrating gyroscope as seen from the other side. The vibrating
[0011]
In the
[0012]
The
[0013]
In the vibrating
[0014]
In this state, as shown in FIG. 5, when a rotational angular velocity ω is applied around an axis parallel to the two legs of the vibrating
[0015]
The output signal of the
[0016]
Further, the direction of the Coriolis force applied to the two legs of the vibrating
[0017]
In the vibrating
[0018]
In the above-described vibrating
[0019]
Alternatively, for example, a single crystal substrate such as LiNbO 3 or LiTaO 3 may be formed in a tuning fork shape, and partially reversely polarized using a thermal polarization reversal phenomenon to form a pseudo bimorph structure. In this case, since the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an example of a vibration gyro according to the present invention as viewed from one side.
FIG. 2 is a perspective view of the vibrating gyroscope shown in FIG. 1 as viewed from the other side.
3 is an illustrative plan view of the vibrating gyroscope shown in FIGS. 1 and 2. FIG.
4 is an illustrative view showing a circuit for using the vibrating gyroscope shown in FIGS. 1 to 3; FIG.
FIG. 5 is an illustrative view showing a force acting on a vibrating body when a rotational angular velocity is applied to the vibrating gyroscope of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view showing an example of a conventional vibrating gyroscope.
7 is an illustrative plan view of the conventional vibrating gyroscope shown in FIG. 6. FIG.
[Explanation of symbols]
10 Vibrating
Claims (4)
一方の前記圧電体基板の外側主面において一方の脚部から他方の脚部へと音叉形に沿って並んで形成される2つの駆動用電極、および、
他方の前記圧電体基板の外側主面においてそれぞれの脚部に形成される2つの検出用電極を含み、
2つの前記圧電体基板は互いに逆向きに分極されてなるとともに、
前記2つの駆動用電極および前記2つの検出用電極は全て前記振動体の少なくとも狭小部まで連続して形成された、振動ジャイロ。 A vibrating body formed by joining two tuning-fork-shaped piezoelectric substrates, and having two legs and a narrow portion as a vibrating portion ;
Two drive electrodes formed side by side along a tuning fork from one leg to the other leg on the outer principal surface of one of the piezoelectric substrates; and
Including two detection electrodes formed on the respective leg portions on the outer principal surface of the other piezoelectric substrate;
The two piezoelectric substrates are polarized in opposite directions, and
The vibration gyro, wherein the two drive electrodes and the two detection electrodes are all formed continuously to at least a narrow portion of the vibration body .
前記振動体の対向主面の一方側において一方の脚部から他方の脚部へと音叉形に沿って並んで形成される2つの駆動用電極、および、
前記振動体の対向主面の他方側においてそれぞれの脚部に形成される2つの検出用電極を含み、
前記2つの駆動用電極および前記2つの検出用電極は全て前記振動体の少なくとも狭小部まで連続して形成された、振動ジャイロ。 A tuning-fork-shaped vibrating body having two legs and a narrowed portion that are polarized in opposite directions by utilizing the thermal polarization reversal phenomenon of the single crystal substrate,
Two drive electrodes formed side by side along a tuning fork from one leg to the other leg on one side of the opposing main surface of the vibrator; and
Including two detection electrodes formed on each leg on the other side of the opposing main surface of the vibrator,
The vibration gyro, wherein the two drive electrodes and the two detection electrodes are all formed continuously to at least a narrow portion of the vibration body .
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