JPH0755475A - Piezoelectrically vibrating gyro - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To provide a piezoelectrically vibrating gyro whose mass productivity is high. CONSTITUTION:Two sets of opposite driving electrodes 11a, 11b, 12a, 12b and two sets of detection electrodes 13a, 13b, 14a, 14b are arranged on two opposite side faces of a quadrangular-pillar piezoelectric ceramic 10, and bending vibrations are caused by the driving electrodes 11a to 12b. Coriolis' force by the angular velocity is detected and output as voltages of opposite phases by the two sets of detection electrodes 13a to 14b. Since the electrodes are formed only on two faces, side faces can be worked, and the adjustment or the like of the resonant frequency can be performed easily.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、角速度を検出する圧電
振動ジャイロに係るもので、製造が容易で特性の良好な
圧電振動ジャイロに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric vibrating gyroscope for detecting angular velocity, and more particularly to a piezoelectric vibrating gyroscope which is easy to manufacture and has good characteristics.

【０００２】[0002]

【従来の技術】ナビゲーションや手振れ防止用として用
いられ、回転角（角速度）を検出する圧電振動ジャイロ
が注目され、各種の構造が提案され、実用化されてい
る。これは、回転による圧電セラミックの変位を電圧と
して検出し、角速度に応じた信号を出力するものであ
る。圧電セラミックに電極を形成するものと、エリンバ
等の恒弾性体に圧電セラミック板を貼り付けた構造のも
のとがある。2. Description of the Related Art Piezoelectric vibrating gyros, which are used for navigation and to prevent camera shake, and which detect a rotation angle (angular velocity), have attracted attention, and various structures have been proposed and put into practical use. This detects the displacement of the piezoelectric ceramic due to rotation as a voltage and outputs a signal according to the angular velocity. There are a piezoelectric ceramic in which electrodes are formed and a piezoelectric ceramic in which a piezoelectric ceramic plate is attached to a constant elastic body such as an elinvar.

【０００３】恒弾性材に圧電セラミック板を貼る構造の
ものとしては、三角柱と四角柱のものが提案されている
が、金属表面に圧電セラミック板を貼り付けるものであ
り、接着剤を介して貼り付けられるので検出効率が必ず
しも十分でない。また、圧電セラミック体を振動子自体
として用いるものには、円柱のものが提案されている
が、分極を十分に行うことが難しくなり、表面の電極形
成が困難となる等の問題がある。Triangular prisms and quadrangular prisms have been proposed as a structure in which a piezoelectric ceramic plate is attached to a constant elastic material, but the piezoelectric ceramic plate is attached to a metal surface and is attached via an adhesive. Since it is attached, the detection efficiency is not always sufficient. In addition, a columnar one has been proposed as the one using the piezoelectric ceramic body as the vibrator itself, but there is a problem that it is difficult to sufficiently perform polarization, and it is difficult to form an electrode on the surface.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来の圧電振動ジャイロの欠点を改良し、検出効率が
高く、しかも量産性が高く製造が容易な圧電振動ジャイ
ロを提供するものである。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a piezoelectric vibrating gyro that improves the above-mentioned drawbacks of the conventional piezoelectric vibrating gyro and has high detection efficiency, high mass productivity, and easy manufacture. is there.

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、四角柱の圧電
セラミック体を用い、その対向する二側面のみに形成す
る電極のみで駆動、検出が可能な圧電振動ジャイロを得
ることによって、上記の課題を解決するものである。According to the present invention, a piezoelectric vibrating gyro that can be driven and detected only by electrodes formed only on two opposite side surfaces thereof by using a piezoelectric ceramic body having a quadrangular prism is provided. It solves the problem.

【０００６】すなわち、回転による圧電体の変位を電圧
出力として得る圧電振動ジャイロにおいて、回転を検出
する素子は圧電セラミック体であり、四角柱の圧電セラ
ミック体の対向する二つの側面にそれぞれ縁に沿って伸
びる各二つの駆動電極を具え、その二つの駆動電極に挟
まれた当該側面の中央部にそれぞれ軸方向に配置された
二つの電極から成る検出電極を具えたことに特徴を有す
るものである。That is, in a piezoelectric vibrating gyro that obtains the displacement of the piezoelectric body due to rotation as a voltage output, the element for detecting the rotation is a piezoelectric ceramic body, and the two sides of the quadrangular prismatic piezoelectric ceramic body face each other along their edges. It is characterized in that it has two drive electrodes extending in a vertical direction, and has a detection electrode composed of two electrodes axially arranged at the center of the side face sandwiched between the two drive electrodes. .

【０００７】[0007]

【作用】電極の形成される二つの側面間で分極された圧
電セラミック体の駆動電極に駆動電圧を印加すると、分
極の方向に対して直角の方向に屈曲振動が生じる。この
状態で、回転運動（角速度）が加わると、圧電セラミッ
ク体の分極方向にコリオリ力を生じ、これを対向する側
面に配置された検出電極によって検出するものである。When a driving voltage is applied to the driving electrode of the piezoelectric ceramic body which is polarized between the two side surfaces on which the electrodes are formed, bending vibration occurs in the direction perpendicular to the direction of polarization. When a rotary motion (angular velocity) is applied in this state, a Coriolis force is generated in the polarization direction of the piezoelectric ceramic body, and this is detected by the detection electrodes arranged on the opposite side surfaces.

【０００８】[0008]

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例につ
いて説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【０００９】図１は、本発明の実施例を示す斜視図であ
り、電極を形成した圧電セラミック体を示したものであ
る。圧電セラミック体10は電極を形成した上下の面方向
（図１の破線で示した矢印の方向）に分極が施されてい
る。圧電セラミック体は四角柱に形成され、二つの対向
する側面すなわち図の上下の面に電極が形成されてい
る。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention, showing a piezoelectric ceramic body having electrodes formed thereon. The piezoelectric ceramic body 10 is polarized in the upper and lower surface directions (directions of arrows shown by broken lines in FIG. 1) on which electrodes are formed. The piezoelectric ceramic body is formed in a quadrangular prism, and electrodes are formed on two opposing side surfaces, that is, the upper and lower surfaces in the figure.

【００１０】圧電セラミック体10の上面には、縁の部分
に沿って軸方向に伸びる二つの駆動電極11ａ、11ｂが配
置される。同様に下面にも、縁の部分に沿って軸方向に
伸びる二つの駆動電極12ａ、12ｂが形成される。この駆
動電極間に駆動電圧を印加して、分極方向に対して直角
な方向（図の実線の矢印方向）に屈曲振動を生じさせる
ものである。On the upper surface of the piezoelectric ceramic body 10, two drive electrodes 11a and 11b are arranged which extend in the axial direction along the edge portion. Similarly, two drive electrodes 12a and 12b extending in the axial direction along the edge portion are also formed on the lower surface. A driving voltage is applied between the driving electrodes to generate bending vibration in a direction (arrow direction indicated by a solid line in the figure) perpendicular to the polarization direction.

【００１１】上下の面には駆動電極に挟まれた部分に検
出電極を形成する。すなわち、上面では、駆動電極11ａ
と11ｂに挟まれ、側面の中央部に検出電極13ａ、13ｂを
配置し、下面には同様に検出電極14ａ、14ｂを配置す
る。On the upper and lower surfaces, detection electrodes are formed in the portions sandwiched by the drive electrodes. That is, on the upper surface, the drive electrode 11a
11b, the detection electrodes 13a and 13b are arranged at the center of the side surface, and the detection electrodes 14a and 14b are similarly arranged on the lower surface.

【００１２】図２は、本発明による圧電振動ジャイロの
駆動回路と検出回路の説明図である。図において、圧電
振動ジャイロは説明の便宜上、駆動電極と検出電極を付
したものに分けて図示してある。発振回路15の出力によ
って所定の周波数（圧電セラミック体の共振周波数）の
駆動電圧を駆動電極に印加する。この際、駆動電極11ａ
と駆動電極12ｂが同相になり、駆動電極11ｂと駆動電極
12ａが同相となるように結線してある。これを圧電セラ
ミック体の屈曲一次の共振周波数で駆動すると、駆動電
極11ａ、12ａ側と駆動電極11ｂ、12ｂ側とでは逆位相と
なるため、伸びと縮みが逆相で生じる。これによって、
分極方向に対して直角な方向に屈曲振動が生じる。FIG. 2 is an explanatory diagram of a drive circuit and a detection circuit of the piezoelectric vibration gyro according to the present invention. In the figure, the piezoelectric vibrating gyro is illustrated as being divided into those provided with a drive electrode and a detection electrode for convenience of explanation. A drive voltage having a predetermined frequency (resonance frequency of the piezoelectric ceramic body) is applied to the drive electrode by the output of the oscillation circuit 15. At this time, the drive electrode 11a
And drive electrode 12b are in phase, and drive electrode 11b and drive electrode
12a are connected so that they are in phase. When this is driven at the bending primary resonance frequency of the piezoelectric ceramic body, since the drive electrodes 11a and 12a side and the drive electrodes 11b and 12b side have opposite phases, expansion and contraction occur in opposite phases. by this,
Flexural vibration occurs in the direction perpendicular to the polarization direction.

【００１３】上記の状態で、角速度が加わる（回転が生
じる）と、圧電セラミック体の上下面方向にコリオリ力
が生じる。このコリオリ力は検出電極13、14の方向に生
じ、図３に示したように、電極13ａ、13ｂ間では縮むよ
うになる場合、電極14ａ、14ｂ間では伸びるようにな
る。この伸び縮みによって、検出電極13ａ、13ｂ間と電
極14ａ、14ｂ間にその伸び縮みに応じた出力電圧が生じ
る。この二つの出力を、差動増幅回路16に入力し、その
出力から同期検波回路17、直流増幅回路18によって検出
出力を得るようにしたものである。When an angular velocity is applied (rotation occurs) in the above state, Coriolis force is generated in the upper and lower surfaces of the piezoelectric ceramic body. This Coriolis force is generated in the direction of the detection electrodes 13 and 14, and as shown in FIG. 3, when it contracts between the electrodes 13a and 13b, it extends between the electrodes 14a and 14b. Due to this expansion and contraction, an output voltage corresponding to the expansion and contraction is generated between the detection electrodes 13a and 13b and between the electrodes 14a and 14b. These two outputs are input to the differential amplifier circuit 16, and the detection output is obtained from the outputs by the synchronous detection circuit 17 and the DC amplifier circuit 18.

【００１４】なお、駆動電極と検出電極の配置は上記の
例に限られるものではなく、屈曲振動を生じさせるよう
な駆動電極の配置、コリオリ力を検出できるような検出
電極の配置を任意に選択することができる。The arrangement of the drive electrode and the detection electrode is not limited to the above example, and the arrangement of the drive electrode which causes bending vibration and the arrangement of the detection electrode which can detect the Coriolis force are arbitrarily selected. can do.

【００１５】本発明による圧電振動ジャイロにおいて
は、圧電セラミック体の側面の研磨が可能であるので、
高い精度の加工が可能となり、それによって直交する方
向の共振周波数をほぼ完全に一致させることができる。
これによって、従来の圧電セラミック板を貼り付けたも
のと異なり、コリオリ力を検出する面でのノイズを非常
に小さくすることができ、Ｓ／Ｎ比が向上する。In the piezoelectric vibrating gyroscope according to the present invention, since the side surface of the piezoelectric ceramic body can be polished,
High-precision processing becomes possible, and thereby the resonance frequencies in the orthogonal directions can be almost completely matched.
As a result, unlike the conventional one in which a piezoelectric ceramic plate is attached, noise on the surface for detecting the Coriolis force can be made extremely small, and the S / N ratio is improved.

【００１６】図４は、本発明の他の実施例を示す説明図
で、検出電極の形状を変えたものである。検出電極を櫛
歯状（インターデジタル）構造とすることによって、検
出出力を大きくすることが可能となる。FIG. 4 is an explanatory view showing another embodiment of the present invention, in which the shape of the detection electrode is changed. The detection output can be increased by forming the detection electrode in a comb-tooth (interdigital) structure.

【００１７】[0017]

【発明の効果】本発明によれば、分極方向の二表面にそ
れぞれ二つの駆動電極と一つの検出電極を形成するの
で、側面への電極形成が不要となり、量産性が大幅に向
上する。また、圧電セラミック板のウェハの状態で分
極、電極形成処理工程を行うことができる。According to the present invention, since two drive electrodes and one detection electrode are formed on each of the two surfaces in the polarization direction, there is no need to form electrodes on the side surfaces, and mass productivity is greatly improved. In addition, the polarization and electrode formation processing steps can be performed in the state of the wafer of the piezoelectric ceramic plate.

【００１８】また、共振周波数の合わせ込みも容易とな
り、検出精度の良好な圧電振動ジャイロが得られる。そ
の上、接着を必要としないので、検出効率、信頼性等の
面でも有利となる。Further, it is easy to match the resonance frequencies, and a piezoelectric vibrating gyro with good detection accuracy can be obtained. Moreover, since no adhesion is required, it is advantageous in terms of detection efficiency and reliability.

【００１９】更に、位相が逆となる信号を重畳させて出
力信号を得ることができるので、検出効率、検出精度の
向上が可能となる。Further, since the output signal can be obtained by superimposing the signals whose phases are opposite to each other, the detection efficiency and the detection accuracy can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】 本発明の実施例の斜視図FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of the present invention.

【図２】 本発明による圧電振動ジャイロの駆動回路の
一例の説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of an example of a drive circuit for a piezoelectric vibration gyro according to the present invention.

【図３】 本発明による圧電振動ジャイロの振動状態の
説明図FIG. 3 is an explanatory diagram of a vibration state of the piezoelectric vibration gyro according to the present invention.

【図４】 本発明の他の実施例の平面図FIG. 4 is a plan view of another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11、12：駆動電極 13、14：検出電極 11, 12: Drive electrode 13, 14: Detection electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 高浩 埼玉県比企郡玉川村大字玉川字日野原828 番地 東光株式会社玉川工場内 (72)発明者 高野 勝好 埼玉県比企郡玉川村大字玉川字日野原828 番地 東光株式会社玉川工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Takahiro Ogawa 828 Hinohara, Hamahara, Tamagawa-mura, Hiki-gun, Saitama Prefecture Inside the Tamagawa factory, Toko Co., Ltd. Toko Co., Ltd. Tamagawa factory

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 回転による圧電体の変位を電圧出力とし
て得る圧電振動ジャイロにおいて、回転を検出する素子
は圧電セラミック体であり、四角柱の圧電セラミック体
の対向する二つの側面にそれぞれ縁に沿って伸びる各二
つの駆動電極を具え、その二つの駆動電極に挟まれた当
該側面の中央部にそれぞれ軸方向に配置された二つの電
極から成る検出電極を具えたことを特徴とする圧電振動
ジャイロ。1. In a piezoelectric vibrating gyro which obtains a displacement of a piezoelectric body due to rotation as a voltage output, a rotation detecting element is a piezoelectric ceramic body, and two side surfaces of a square columnar piezoelectric ceramic body face each other along edges thereof. A piezoelectric vibrating gyroscope characterized in that it has two drive electrodes extending in a vertical direction and a detection electrode composed of two electrodes axially arranged at the center of the side face sandwiched between the two drive electrodes. . 【請求項２】 回転による圧電体の変位を電圧出力とし
て得る圧電振動ジャイロにおいて、回転を検出する素子
は圧電セラミック体であり、四角柱の圧電セラミック体
の対向する二つの側面にそれぞれ縁に沿って伸びる各二
つの駆動電極を具え、その二つの駆動電極に挟まれた当
該側面の中央部にそれぞれ軸方向に配置された二つの電
極から成る検出電極を具え、二つの側面の検出電極の逆
相の電圧から差動増幅回路を通して検出出力を得ること
を特徴とする圧電振動ジャイロ。2. In a piezoelectric vibrating gyro that obtains a displacement of a piezoelectric body due to rotation as a voltage output, an element for detecting rotation is a piezoelectric ceramic body, and the two sides of a square columnar piezoelectric ceramic body face each other along edges. Each of the two drive electrodes is extended, and the detection electrode is composed of two electrodes axially arranged in the center of the side face sandwiched between the two drive electrodes. A piezoelectric vibration gyro characterized in that a detection output is obtained from a phase voltage through a differential amplifier circuit.