JPH0868638A

JPH0868638A - 圧電振動ジャイロ，その支持構造，多次元ジャイロ

Info

Publication number: JPH0868638A
Application number: JP6228773A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Kuroda; 達也黒田; Hiromi Kakinuma; 博美柿沼
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 1994-08-30
Filing date: 1994-08-30
Publication date: 1996-03-12

Abstract

(57)【要約】【目的】組込位置の制約や組込みにかかる手数を低減
して、小型化，薄型化に好適な圧電振動ジャイロと支持
構造を提供する。【構成】振動ジャイロ１０の円環状の圧電振動子１２
の外周側面には、駆動用電極１４，１６，１８が形成さ
れており、上下面側には共通電極２０，２２が形成され
ている。圧電振動子１２は、駆動用電極１４，１６，１
８を共通に分極用電源のプラス側に接続し、共通電極２
０，２２を共通に分極用電源のマイナス側に接続して電
圧を印加することで、周方向と直交する方向に分極され
る。通常、圧電振動子１２は、電極１４と電極１６，１
８を結ぶ方向及びその直交方向に励振されている。角速
度が加わると、それらと直交する方向にコリオリ力が作
用する。角速度は、電極１６，１８の出力から差動検出
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、振動子の駆動と角速
度検出が圧電的に行われる圧電振動ジャイロにかかり、
更に具体的には、環状（リング状）の振動子を有する圧
電振動ジャイロ，その支持構造，及び多次元ジャイロに
関するものである。

【０００２】

【背景技術】従来の圧電振動ジャイロとしては、例えば
図２７に示すものがある。同図（Ａ）に示すジャイロの
外周面を展開したものが同図（Ｂ）であり、＃３０−＃
３０線に沿って矢印方向に見た断面が同図（Ｃ）に示さ
れている。これらの図において、振動ジャイロ９００
は、圧電材料，例えば圧電セラミックで円柱状に形成さ
れた振動子９０２を中心に構成されている。

【０００３】この振動子９０２の外周面には、その円柱
軸方向（長手方向）に対して平行に、帯状の電極９０
４，９０６，９０８が形成されている。そして、それら
の周囲に共通電極９１０が設けられている。これらの電
極９０４〜９１０は、同図（Ｃ）に示すように電源（図
示せず）のプラス，マイナスにそれぞれ接続される。そ
して、それらの各電極に通電することで、同図に矢印で
示す方向に振動子９０２の分極が施される。このような
振動ジャイロ９００は、そのノード点付近，つまり振動
の節となる位置で適宜の支持部材（図示せず）によって
支持される。

【０００４】このような振動ジャイロ９００を用いて角
速度検出を行うときは、図２８に示すように各電極を接
続する。すなわち、電極９０８には励振用の交流電源９
１２の一端を接続し、電極９１０はいずれもアースに接
続する。なお、交流電源９１２の他端もアースに接続す
る。残りの電極９０４，９０６は、検出用に用いられ
る。

【０００５】交流電源９１２から交流電圧が電極９０
８，９１０間に印加されると、振動子９０２は、その圧
電作用によって同図（Ａ）に示す矢印ＦＡ方向に屈曲励
振される。他方、電極９０４，９０６が励振方向ＦＡに
対して対称に配置されている。このため、電極９０４，
９０６には、振動子９０２の励振に基づく圧電効果によ
って同相，同振幅の電圧が発生する。

【０００６】この状態で振動子９０２がその軸方向（紙
面に垂直な方向）と平行な軸の回りに回転すると、励振
方向ＦＡと直角な方向に回転角速度に比例したコリオリ
力が発生し、同図（Ｂ）に矢印ＦＢで示す方向の屈曲振
動が発生する。これにより、振動子９０２の振動方向
が、無回転時の左右の振動方向からずれるようになる。

【０００７】すると、電極９０４，９０６の出力が振動
ジャイロ９００の回転角速度に応じて変化するようにな
り、この変化に対応する電圧がそれぞれ現われる。これ
ら電極９０４，９０６の電圧差を測定することで、振動
子９０２に加わった回転角速度が測定される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような背景技術では、振動子が柱状であり、コリオリ力
の属する面に対して振動子の長さ方向が直交している。
このため、例えばカーナビゲーションに利用するような
場合、振動子を立てた状態で自動車に組み込む必要があ
り、組込位置が制約されたり、あるいは組込みに手数が
かかるなどの不都合がある。

【０００９】特に、３次元ジャイロを構成する場合は、
３次元の各方向に振動子が配列されるため、相当の空間
を占有するようになり、圧電振動ジャイロの小型化，薄
型化を図ることができない。この発明は、以上の点に着
目したもので、その目的は、組込位置の制約や組込みに
かかる手数を低減することができ、小型化，薄型化に好
適な圧電振動ジャイロ及び多次元ジャイロを提供するこ
とである。他の目的は、圧電振動ジャイロの有効な支持
構造を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段と作用】前記目的を達成す
るため、この発明では、圧電材料で環状に圧電性の振動
子を構成し、いずれかの面に複数の駆動用電極を設ける
とともに、共通電極を設けている。そして、それら駆動
用電極と共通電極を用いて、周方向と直交する方向に圧
電性の振動子を分極処理をしている。駆動用電極に励振
用の信号を印加することで、振動子自身が径方向に振動
する。外部から角速度が作用すると、励振方向と直交す
る方向にコリオリ力が作用するので、これを検出するこ
とで角速度が得られる。

【００１１】他の発明によれば、圧電性の振動子に櫛状
に電極が配置され、圧電性の振動子は周方向に分極処理
される。更に他の発明によれば、振動材料によって振動
子が構成され、駆動用電極の代わりに圧電素子が用いら
れる。このような環状の圧電振動ジャイロは、振動の節
がないので、樹脂や線材などを用いて支持される。多次
元ジャイロを構成するときは、この発明の圧電振動ジャ
イロを用いることで、小型化を図ることができる。この
発明の前記及び他の目的、特徴、利点は、次の詳細な説
明及び添付図面から明瞭になろう。

【００１２】

【好ましい実施例の説明】この発明には数多くの実施例
が有り得るが、ここでは適切な数の実施例を示し、詳細
に説明する。

【００１３】＜実施例１＞最初に、図１〜図４を参照し
ながら実施例１について説明する。図１には実施例１の
圧電振動ジャイロが示されており、同図（Ａ）の斜視図
を矢印＃１Ｂ方向に展開したものが同図（Ｂ）であり、
＃１Ｃ−＃１Ｃ線に沿って矢印方向に見た断面が同図
（Ｃ）である。

【００１４】これらの図において、振動ジャイロ１０は
円環状ないしリング状の圧電性の振動子（以下単に「圧
電振動子」という）１２を中心に構成されている。圧電
振動子１２は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛などの圧
電性材料によって形成されている。この圧電振動子１２
の外周側面には駆動用電極１４，１６，１８が形成され
ており、上下面側には共通電極２０，２２が形成されて
いる。なお、同図（Ｃ）に示すように、駆動用電極１４
は駆動用電極１６，１８に対向する配置となっている。

【００１５】以上のような電極構造の圧電振動子１２に
対する分極は、例えば図２に示すようにして行われる。
すなわち、駆動用電極１４，１６，１８を共通に分極用
電源（図示せず）のプラス側に接続し、共通電極２０，
２２を共通に分極用電源のマイナス側に接続する。そし
て、分極用の電圧を印加すると、圧電振動子１２には同
図に矢印Ｆ１で示すように分極が施される。

【００１６】圧電振動ジャイロ１０は、上述した背景技
術の柱状の圧電振動ジャイロと異なり、振動の節がな
い。そこで、この実施例では、図３に示すようにスポン
ジなどの柔軟材料を用いて支持するようにする。同図
（Ａ）は分解図であり、支持体２４の中央に圧電振動ジ
ャイロ１０の内径に相当する凸部２６が設けられてい
る。この凸部２６に圧電振動ジャイロ１０を矢印Ｆ２の
ように填込むとともに、その上から矢印Ｆ３のように他
の支持体２８を押し付けるようにする。つまり、同図
（Ｂ）に組立時の断面を示すように、圧電振動ジャイロ
１０は、柔軟材料による支持体２４，２８で挟むように
して、振動可能に固定支持される。

【００１７】次に、以上のような振動ジャイロ１０を駆
動するための駆動検出装置について、図４を参照しなが
ら説明する。同図において、帰還用及び検出用の電極１
６，１８は、加算回路３０に接続されており、この加算
回路３０の出力側は発振回路３２の入力側に接続されて
いる。そして、この発振回路３２の出力側が励振用の電
極１４に接続されている。

【００１８】また、帰還・検出用の電極１６，１８は、
差動検出回路３４にそれぞれ接続されており、これによ
って電極１６，１８の電位差が検出されるようになって
いる。差動検出回路３４の出力側は同期検波回路３６に
接続されており、同期検波回路３６の出力側はリップル
フィルタ３８に接続されている。他方、共通電極２０，
２２（２０の一部のみ図示）は、いずれもアースされて
おり、このアースは、加算回路３０，発振回路３２，差
動検出回路３４，同期検波回路３６，及びリップルフィ
ルタ３８のコモン電位となっている。

【００１９】次に、以上のような駆動検出装置の動作を
説明する。まず、外部からの回転角速度が印加されてい
ないものとする。この状態で励振用の電極１４に発振回
路３２から交流電圧を印加すると、圧電振動子１２に
は、その圧電作用によって図４（Ｂ）に矢印Ｆ４，Ｆ５
で示す径方向の振動が励振される。励振方向Ｆ４，Ｆ５
は直交しており、またそれらの振動は逆位相となってい
る。つまり、一方の方向の振動が増大するときは他方の
方向の振動が減少する振動となっている。

【００２０】ここで、帰還・検出用電極１６，１８は、
この励振方向Ｆ４に対して対称の配置となっている。こ
のため、それらには、圧電効果によって同相，同振幅の
電圧が発生する。差動検出回路３４では、電極１６，１
８の電圧差が検出されるが、この場合は差が「０」であ
るため、角速度の検出出力はない。帰還・検出用電極１
６，１８の出力は、加算回路３０で加算されて発振回路
３２に帰還される。

【００２１】次に、この状態で角速度が作用し、圧電振
動子１２がその軸（図４の紙面と垂直の方向）と平行な
軸の回りに回転したとすると、振動方向Ｆ４，Ｆ５と直
角な方向に回転角速度に比例したコリオリ力が発生す
る。このため、圧電振動子１２は、同図（Ｃ）に示す矢
印Ｆ６，Ｆ７方向に振動するようになる。このように、
発振回３２による圧電振動子１２の屈曲振動状態で、振
動子１２が軸を中心として回転すると、その回転角速度
に応じて、振動方向Ｆ４，Ｆ５の重ね合わせの方向にコ
リオリ力が働き、圧電振動子１２の振動方向が無回転時
の振動方向からずれるようになる。

【００２２】すると、２つの電極１６，１８間に出力電
圧の差が生じ、これが差動検出回路３４から出力され
る。この差動出力は、同期検波回路３６によって発振回
路３２の発振周波数，すなわち圧電振動子１２の励振周
波数で同期検波され、更にリップルフィルタ３８で平滑
化されて、直流の検出出力が得られる。この検出出力
は、コリオリ力に基づく振動方向のずれに対応してお
り、これによって圧電振動ジャイロ１０に印加された回
転角速度を知ることができる。

【００２３】以上のように、実施例１によれば、圧電振
動子がリング状となっており、励振による振動子の各点
の変位は、全てコリオリ力の発生する方向の属する平面
と同一となっている。別言すれば、同一面内で振動子の
励振とコリオリ力による振動が生ずる。このため、柱状
の振動子と比較して小型化，薄型化が実現でき、また、
組込位置の制約や組込みにかかる手数を低減することが
できる。

【００２４】＜実施例２＞次に、図５〜図７を参照しな
がら実施例２について説明する。なお、上述した実施例
１と対応する構成部分には、同一の符号を用いる（以下
の実施例においても同様）。図５には実施例２の圧電振
動ジャイロが示されており、同図（Ａ）の斜視図を矢印
＃２Ｂ方向に展開したものが同図（Ｂ）であり、＃２Ｃ
−＃２Ｃ線に沿って矢印方向に見た断面が同図（Ｃ）で
ある。

【００２５】これらの図において、リング状の圧電振動
ジャイロ４０の圧電振動子４１の外周側面には駆動用電
極４２，４４，４６，４８，５０，５２が形成されてお
り、上下面側には共通電極５４，５６が形成されてい
る。これらのうち、対向する電極４２，４４はそれぞれ
励振用の電極であり、対向する電極４６，４８，５０，
５２は検出用の電極となっている。また、電極５０，５
２は帰還用の電極である。

【００２６】なお、同図（Ｃ）に矢印Ｆ８，Ｆ９で示す
各電極の大きさは、適宜設定してよいが、励振用電極４
２，４４は、良好に圧電振動子４１を励振するためには
ある程度大きい方が好ましい。また、検出用電極４６，
４８，５０，５２も、良好な検出感度を得るためには角
度にして４０度以上，好ましくは４５度以上とする（他
の実施例においても同様）。また、圧電振動子４１に対
する分極は、上述した実施例１と同様に行えばよい。

【００２７】次に、以上のような圧電振動ジャイロ４０
の駆動検出装置は、例えば図６に示すようになる。同図
において、発振回路３２の出力側は、励振用の電極４
２，４４にそれぞれ接続されている。検出用の電極４
８，５０は差動検出回路３４のプラス入力側に接続され
ており、検出用の電極４６，５２は差動検出回路３４の
マイナス入力側に接続されている。また、共通電極５
４，５６（５４の一部のみ図示）は、いずれもアースに
接続されている。このような駆動検出装置の動作は前記
実施例１と同様であり、圧電振動ジャイロ４０に加わっ
た回転角速度を同様に測定することができる。

【００２８】図７には、以上の実施例２の変形例が示さ
れており、実施例２の圧電振動ジャイロ４０から検出用
の電極４６，４８を省略した電極構成となっている。図
５〜図７のいずれの実施例においても、励振用電極と帰
還用電極（検出用電極と兼用となっている）とが、振動
子の振動面で直交する配置となっているが、他の実施例
でも、そのような電極配置としてよい。

【００２９】＜実施例３＞次に、図８を参照しながら実
施例３について説明する。まず、同図（Ａ）に断面を示
す実施例では、圧電振動ジャイロ６０の圧電振動子６２
が断面三角形状のリング状の形状となっている。そし
て、その外側に複数の駆動用電極６４が設けられてお
り、内側に共通電極６６が形成されている。なお、圧電
振動子６２の内側と外側の電極配置を逆としてもよい
が、リード線の接続の観点からすると、多数のリード線
を接続する駆動用電極６４を圧電振動子６２の外側に形
成した方が好都合である。

【００３０】次に、同図（Ｂ）に断面を示す実施例は、
圧電振動ジャイロ７０の圧電振動子７２が断面円状のリ
ング形状となっている。その外側に複数の駆動用電極７
４が設けられており、内側に共通電極７６が形成されて
いる。なお、駆動用電極７４を圧電振動子７２の外側に
形成した方が好ましい点は、同図（Ａ）の実施例と同様
である。

【００３１】次に、同図（Ｃ）に平面を示す実施例は、
前記実施例１における電極の大きさを変形した実施例で
ある。同図に示すように、圧電振動ジャイロ８０の圧電
振動子８２には、同様に３つの電極８４，８６，８８が
形成されている。実施例１では、電極１４が他の電極１
６，１８よりも大きくなっているが、この実施例では電
極８４，８６，８８がいずれも同一の大きさとなってい
る。

【００３２】＜電極構造の他の実施例＞次に、図９〜図
１１を参照しながら電極構造と分極手法の他の実施例に
ついて説明する。なお、図９（Ａ１）の＃９−＃９線に
沿って矢印方向に見た断面が（Ｂ１）あるいは（Ｃ１）
に示されている。以下の各図についても同様である。ま
ず、図９（Ａ１），（Ｂ１）に示す実施例は、圧電振動
子９０の一方の平面側に３つの駆動用電極９２Ａを設
け、反対側の平面側に共通電極９４Ａを設けたものであ
る。圧電振動子９０は、駆動用電極９２Ａと共通電極９
４Ａとの間に電圧を印加することで、矢印方向（又はそ
の反対方向，以下の実施例でも同様）に分極される。同
図（Ｃ１）は、共通電極９６Ａの幅を狭くしたものであ
る。

【００３３】次に、図９（Ａ２），（Ｂ２）に示す実施
例は、圧電振動子９０の内周面側に３つの駆動用電極９
２Ｂを設け、反対の外周面側に共通電極９４Ｂを設けた
ものである。圧電振動子９０は、駆動用電極９２Ｂと共
通電極９４Ｂとの間に電圧を印加することで、矢印方向
に分極される。

【００３４】次に、図９（Ａ３），（Ｂ３）に示す実施
例は、圧電振動子９０の内周面側に３つの駆動用電極９
２Ｃを設け、上下面側に共通電極９４Ｃを設けたもので
ある。圧電振動子９０は、駆動用電極９２Ｃと共通電極
９４Ｃとの間に電圧を印加することで、矢印方向に分極
される。なお、この実施例において、共通電極９４Ｃ
は、圧電振動子９０の上下面のいずれか一方に設ければ
よい。また、駆動用電極９２Ｃを、圧電振動子９０の外
周面側に設けるようにしてもよい。

【００３５】次に、図１０（Ａ１），（Ｂ１）に示す実
施例は、圧電振動子９０の外周面側に３つの駆動用電極
９２Ｄを設け、その内部に共通電極９４Ｄを埋め込んだ
ものである。圧電振動子９０は、駆動用電極９２Ｄと共
通電極９４Ｄとの間に電圧を印加することで、矢印方向
に分極される。なお、この実施例において、駆動用電極
９２Ｄを圧電振動子９０の内周側に設けるようにしても
よい。駆動用電極９２Ｄを圧電振動子９０の内周側及び
外周側に設けたときは、いずれか一方にプラス，他方に
マイナスの電圧を印加し、共通電極９４Ｄをアースとす
るという手法で圧電振動子９０を分極することもでき
る。

【００３６】次に、図１０（Ａ２），（Ｂ２）に示す実
施例は、圧電振動子９０の外周面側の上部に３つの駆動
用電極９２Ｅを設け、下部に共通電極９４Ｅを設けたも
のである。圧電振動子９０は、駆動用電極９２Ｅと共通
電極９４Ｅとの間に電圧を印加することで、矢印方向に
分極される。同図（Ｃ２）は、圧電振動子９０の外周側
面側の上部及び下部に、それぞれ３つの駆動用電極９６
Ｂ，９６Ｃが設けられており、それらの間に共通電極９
６Ｄを設けたものである。圧電振動子９０は、駆動用電
極９６Ｂ，９６Ｃと共通電極９６Ｄとの間に電圧を印加
することで、矢印方向に分極される。

【００３７】次に、図１０（Ａ３），（Ｂ３）に示す実
施例は、圧電振動子９０の上面外側及び下面内側に、そ
れぞれ３つの駆動用電極９２Ｆ，９２Ｇを設け、上面内
側及び下面外側に、それぞれ共通電極９４Ｆ，９４Ｇを
設けたものである。圧電振動子９０は、駆動用電極９２
Ｆ，９２Ｇと共通電極９４Ｆ，９４Ｇとの間に電圧を印
加することで、矢印方向に分極される。なお、共通電極
９４Ｆを駆動用電極とし、駆動用電極９２Ｇを共通電極
としてもよい。この場合は、圧電振動子９０の下面側が
いずれも共通電極となるので、両者を１つとしてよい。
このとき、更に、上面側の２組の駆動用電極に、それぞ
れプラス，マイナスの電圧を印加し、共通電極をアース
として圧電振動子を分極するようにしてもよい。

【００３８】同図（Ｃ３）は、圧電振動子９０の内外周
側面側に、それぞれ共通電極９６Ｅ，９６Ｆが設けられ
ており、上下面にそれぞれ２組の駆動用電極９６Ｇ〜９
６Ｊを設けたものである。圧電振動子９０は、駆動用電
極９６Ｇ〜９６Ｊと共通電極９６Ｅ，９６Ｆとの間に電
圧を印加することで、矢印方向に分極される。

【００３９】次に、図１１（Ａ１），（Ｂ１）に示す実
施例は、圧電振動子９０の上下面外側に、それぞれ３つ
の駆動用電極９２Ｈ，９２Ｉを設け、その内部に共通電
極９４Ｈを埋め込んだものである。圧電振動子９０は、
駆動用電極９２Ｈ，９２Ｉと共通電極９４Ｈとの間に電
圧を印加することで、矢印方向に分極される。なお、共
通電極９４Ｈをアース，駆動用電極９２Ｈ，９２Ｉの一
方にプラス，他方にマイナスの電圧を印加して圧電振動
子９０を分極するようにしてもよい。なお、この実施例
では、共通電極９４Ｈからみたとき、圧電振動子９０の
コンデンサ容量が２倍になるという特長がある。

【００４０】次に、図１１（Ａ２），（Ｂ２）に示す実
施例は、圧電振動子９０の上面外側角部に、３つの駆動
用電極９２Ｊを設け、下面外側角部に共通電極９４Ｉを
設けたものである。圧電振動子９０は、駆動用電極９２
Ｊと共通電極９４Ｉとの間に電圧を印加することで、矢
印方向に分極される。なお、圧電振動子９０の内側角部
に、各電極を設けるようにしてもよい。

【００４１】次に、図１１（Ａ３），（Ｂ３）に示す実
施例は、前記実施例に加えて、圧電振動子９０の上面内
側に、共通電極９４Ｊを設け、下面内側に駆動用電極９
２Ｋを設けたものである。圧電振動子９０は、駆動用電
極９２Ｊ，９２Ｋと共通電極９４Ｉ，９４Ｊとの間に電
圧を印加することで、矢印方向に分極される。なお、図
９〜図１１で特に指摘しなかった実施例においても、内
側，外側，上側，下側の電極配置をそれらの間で適宜変
更してよく、駆動用電極と共通電極を逆に配置してよ
い。

【００４２】＜実施例４＞次に、図１２を参照しながら
実施例４について説明する。上述した各実施例は、圧電
振動子がいわゆるｄ31モードで動作するもので、分極方
向と直交する方向に圧電振動子が伸縮する。分極は、圧
電振動子の周方向と直交する方向（半径方向）となって
いるので、圧電振動子は結果的に周方向に伸縮すること
になる。このため、圧電振動子は、図４（Ｂ）に矢印で
示したように励振されることになる。しかし、この実施
例４はｄ33モードで動作し、分極方向と同一方向に圧電
振動子が伸縮する。このため、圧電振動子は周方向に分
極される。

【００４３】図１２（Ａ）には実施例４の圧電振動ジャ
イロが示されており、一部が同図（Ｂ）に拡大して示さ
れている。また、同図（Ｃ）には同図（Ａ）の＃１２−
＃１２線に沿って矢印方向に見た断面が示されており、
同図（Ｄ）には圧電振動子の上下面及び外周面の一部が
展開して示されている。これらの図において、圧電振動
ジャイロ１００のリング状の圧電振動子１０２の上面内
側には、複数の駆動用電極１０４が適宜の間隔で設けら
れている。また、圧電振動子１０２の下面内側には、共
通電極１０６が設けられている。

【００４４】そして、駆動用電極１０４，共通電極１０
６から交互に、圧電振動子１０２の外周面に向かって櫛
状に電極１０８，１１０が延設されている。ここで、駆
動用電極１０４と共通電極１０６に分極用の電圧を印加
すると、同図（Ｂ）に矢印で示す周方向に圧電振動子１
０２が分極する。圧電振動子１０２は、ｄ33モードでは
分極方向に励振されるので、結局周方向に伸縮すること
となる。なお、駆動用電極１０４，共通電極１０６と駆
動検出用回路との接続は、図６の実施例と同様である。

【００４５】＜実施例５＞次に、図１３を参照しながら
実施例５について説明する。前記実施例は、いずれも振
動子自体が圧電材料によって形成されていたが、この実
施例５では、振動子は圧電材料とはなっておらず、例え
ば鉄・ニッケル合金，エリンバ合金，石英，ガラス，セ
ラミック，樹脂などの機械振動を生ずる材料によって形
成されている。同図（Ｂ）は、同図（Ａ）の斜視図の＃
１３−＃１３線に沿って矢印方向に見た断面である。

【００４６】これらの図において、圧電振動ジャイロ１
２０のリング状の振動子１２２には、その上面側に圧電
素子１２４，１２６，１２８がそれぞれ接着などの手法
で貼り付けられている。各圧電素子１２４，１２６，１
２８は、同図（Ｂ）に示すように、圧電体１３０を電極
１３２，１３４で挟んだ構成となっている。圧電体１３
０としては、酸化亜鉛，ＰＺＴなどの圧電材料が用いら
れる。電極１３２，１３４としては、アルミ，銀などの
金属や合金が用いられる。

【００４７】なお、接着剤としては、良好な振動特性を
得るため、温度変化に対して安定な無機質ペーストを用
いるのが好ましい。特に、導電性ペーストを用いると、
圧電素子１２４，１２６，１２８の下側電極１３４を省
略することができる。圧電素子１２４，１２６，１２８
の上側電極１３２は、図４（Ａ）に示したように駆動検
出用回路に接続される。また、振動子１２２はアースさ
れる。図４に示した実施例１では、圧電振動子自体が圧
電作用により振動したが、この実施例５では圧電素子１
２４，１２６，１２８が圧電作用により振動し、これに
よって振動子１２２が励振されるようになる。他の動作
は、実施例１と同様である。

【００４８】＜実施例６＞次に、図１４を参照しながら
実施例６について説明する。この実施例６は、圧電素子
を用いた圧電振動ジャイロの例である。同図に示すよう
に、圧電振動ジャイロ１４０の振動子１４２は、金属，
セラミック，樹脂などによって八角環状に形成されてい
る。そして、振動子１２の外周の各辺に圧電素子１４４
〜１５８がそれぞれ設けられている。振動子１２は、ア
ースされている。

【００４９】駆動検出回路は前記実施例とほぼ同様であ
るが、発振回路１６０の出力は、互いに逆位相となって
いる。この発振回路１６０の一方の出力側は圧電素子１
４４，１５２に接続されており、他方の出力側は圧電素
子１４８，１５６に接続されている。つまり、振動子１
４２の上下，左右の直交する位置に配置されている圧電
素子が、それぞれ逆位相で駆動されるようになってい
る。これにより、振動子１４２が、上下，左右方向に励
振されることになる。

【００５０】振動子１４２の斜め方向，つまりコリオリ
力が作用する方向に位置する圧電素子のうち、対向する
もの同士が共通に差動検出回路３４に接続されている。
図の例では、圧電素子１５０，１５８が差動検出回路３
４のプラス入力側に接続されており、圧電素子１４６，
１５４がマイナス入力側に接続されている。次に、以上
のような駆動検出装置の動作を説明する。まず、外部か
らの回転角速度が印加されていないものとする。この状
態で励振用の圧電素子１４４，１５２，１４８，１５６
に発振回路１６０から逆位相の交流電圧を印加すると、
振動子１４２に、図４（Ｂ）に矢印Ｆ４，Ｆ５で示した
振動が励振される。励振方向Ｆ４，Ｆ５は直交してお
り、またそれらの振動は逆位相となっている。

【００５１】ここで、検出用の圧電素子１４６，１５
４，１５０，１５８は、これらの励振方向に対して対称
の配置となっている。このため、それらには、圧電効果
によって同相，同振幅の電圧が発生する。差動検出回路
３４では、それらの電圧差が検出されるが、この場合は
差が「０」であるため、角速度の検出出力はない。次
に、この状態で角速度が作用し、振動子１４２がその軸
（図１４の紙面と垂直の方向）と平行な軸の回りに回転
したとすると、前記振動方向Ｆ４，Ｆ５と直角な方向に
回転角速度に比例したコリオリ力が発生する。このた
め、振動子１４２は、図４（Ｃ）に示した矢印Ｆ６，Ｆ
７方向に振動するようになる。

【００５２】すると、２組の圧電素子１４６，１５４と
１５０，１５８との間に出力電圧の差が生じ、これが差
動検出回路３４から出力される。この差動出力は、同期
検波回路３６によって発振回路１６０の発振周波数，す
なわち振動子１４２の励振周波数で同期検波され、更に
リップルフィルタ３８で平滑化されて、回転角速度に対
応する直流の検出出力が得られる。

【００５３】＜支持装置の他の実施例＞次に、図１５〜
図２５を参照しながら圧電振動ジャイロの支持装置の他
の実施例について説明する。いずれも、振動子の振動を
妨げることがないように工夫されている。また、振動子
が回転すると感度が低下するので、このような回転が生
じないように工夫されている。

【００５４】図１５に示す実施例は、圧電振動ジャイロ
２００全体を、柔軟性を有する樹脂材料，例えばシリコ
ンゴム２０２で覆うようにしたものである。図１６
（Ａ）に示す実施例は、支持柱２０４の頂部２０６に対
し、４本の針金２０８によって圧電振動ジャイロ２００
を吊すようにしたものである。なお、圧電振動ジャイロ
２００における針金２０８の当る位置としては、励振用
電極２００Ａ，帰還・検出用電極２００Ｂ，２００Ｃに
対して例えば同図（Ｂ）に楕円斜線で示す位置，例えば
コリオリ力が作用したときの振動位置（図４（Ｃ）の矢
印参照）とする。なお、図４（Ｂ），（Ｃ）に矢印で示
す位置の他、それらと直交する位置，つまり振動方向に
対して対称な位置とすると、角速度の検出感度などの観
点から都合がよい。以下の実施例についても同様であ
る。

【００５５】図１７に示す実施例は、例えばシリコン樹
脂で形成した十字状の固定枠２１０内に、圧電振動ジャ
イロ２００を挿入し、その振動的に見て対称な４ヶ所を
支持線２１２によって支持するようにしたものである。
図１８に断面を示す実施例は、いずれもスポンジ，シリ
コンゴム，又は発砲性樹脂２１４，２１６で、圧電振動
ジャイロ２００を固定したものである。同図（Ａ）に示
すものは、同図（Ｂ）のものと比較して、外周部分が多
少樹脂２１４で塞がれた構造となっている。

【００５６】図１９に示す実施例は、２枚の支持板２１
８，２２０を適宜の間隔をおいて支持し、これらに針金
２２２〜２２８によって圧電振動ジャイロ２００を支持
するようにしたものである。針金２２２，２２４は、上
側の支持板２１８に結合されており、針金２２６，２２
８は、下側の支持板２２０に結合されている。図２０に
示す実施例は、四角形の枠あるいは箱２３０に圧電振動
ジャイロ２００を収納し、箱２３０の側面に針金２３２
で圧電振動ジャイロ２００を４ヶ所で支持するようにし
たものである。

【００５７】図２１に示す実施例は、シリコンゴムなど
によって形成された略Ｌ字状の支持枠２３４を十字状に
４つ結合し、その凹部に圧電振動ジャイロ２００を押し
込んで支持するようにしたものである。図２２に示す実
施例は、圧電振動ジャイロ２３６の中央に十字状の支持
部２３８を設け、これに支持棒２４０を挿通して支持す
るようにしたものである。

【００５８】図２３に示す実施例は、いずれも圧電振動
ジャイロの振動子の内部に針金などの支持手段を予め設
け、これによって圧電振動ジャイロを支持するようにし
たものである。同図（Ａ）に示す実施例は、同図（Ｂ）
に示すような車輪状の支持体２４２を圧電振動ジャイロ
２４４内に設けたもので、圧電振動ジャイロ２４４から
露出した支持体の中心部分を利用して適宜固定支持する
ようにする。同図（Ｃ）に示す実施例は、圧電振動ジャ
イロ２４４内に同図（Ｄ）に示すようなスパイラル状の
支持体２４６を設けたものである。なお、支持体の形状
は、必要に応じて適宜設定してよい。例えば、十字状な
どの放射状とするなどである。また、支持体を、図１０
（Ｂ１），図１１（Ｂ１）に示す振動子内部の共通電極
と兼用するようにしてもよい。

【００５９】図２４に示す実施例は、支持線とリード線
を兼用するようにしたものである。同図（Ｂ）は、同図
（Ａ）の斜視図の＃２４−＃２４線に沿って矢印方向に
見た断面である。これらの図において、圧電振動ジャイ
ロ２５０の振動子２５２には、その上面に複数の駆動用
電極２５４が設けられており、下面に共通電極２５６が
設けられている。そして、駆動用電極２５４には、金属
による略Ｕ字状の支持線兼リード線２５８の一端が半田
などによって取り付けられている。共通電極２５６につ
いても同様である。

【００６０】他方、圧電振動ジャイロ２５０の下方には
支持基盤２６０が設けられており、この支持基盤２６０
の中央には振動子２５２の内側に挿入可能な凸部２６２
が設けられている。支持線兼リード線２５８の他端は、
この支持基盤２６０の凸部２６２に固定されている。ま
た、支持線兼リード線２５８は、支持基盤２６０上に形
成された回路パターン（図示せず）を利用して上述した
駆動検出装置の回路に接続される。

【００６１】図２５に示す実施例は、支持部分が静止状
態で圧電振動ジャイロを支持できるようにしたものであ
る。例えば、同図（Ｂ）に示すように、適宜の壁２７０
に略コ字状の支持線２７２の一端を固定し、他端を図中
の矢印方向に押すようにすると、図中に点線で示すよう
に支持線２７２が屈曲し、点ＰＡが移動する。これに対
し、同図（Ｃ）に示すような形状の支持線２７４の場合
は、図中に点線で示すように点ＰＢがＰＡとは逆の方向
に移動する。このような点からすると、支持線の形状を
工夫することで、点ＰＡ，ＰＢが移動しないようにする
ことが可能である。

【００６２】同図（Ａ）には、このような原理を利用し
た支持手段が示されている。圧電振動ジャイロ２８０
は、例えば４点で支持線２８２によって支持されてい
る。支持線２８２は、クランク状に曲折しており、その
先端は支持柱２８４に連結されている。支持線２８２と
支持柱２８４との結合点ＰＱは、上述した条件を満たし
ており、振動子２８０が図の左右方向（あるいは紙面垂
直方向）に移動したとしても、結合点ＰＱは移動しな
い。このため、支持柱２８４は静止状態となり、支持手
段の長寿命化が可能となる。

【００６３】＜実施例７＞次に、図２６を参照しながら
実施例７について説明する。この実施例７は、２次元や
３次元の角速度検出を行うための例である。従来の圧電
振動ジャイロ，例えば四角柱状の圧電振動ジャイロを用
いて３次元ジャイロを構成すると、同図（Ａ）に示すよ
うに、圧電振動ジャイロ３００，３０２，３０４を３次
元方向にそれぞれ配置し、それらによって囲まれた空間
内の適宜位置に駆動検出用回路３０６を配置するという
具合になる。このため、全体としてみると、縦，横，高
さがいずれも相当必要となり、小型化，薄型化を図るこ
とができない。

【００６４】しかし、同図（Ｂ）に示すように、四角柱
状の圧電振動ジャイロ３０４の代わりにリング状の圧電
振動ジャイロ３０８を用いるようにすると、いずれか一
つの方向（図示の例では高さ方向）について小型化，薄
型化を図ることが可能となる。同図（Ｃ）に示す実施例
は、同図（Ｂ）から圧電振動ジャイロ３００を省いて２
次元ジャイロとしたものである。

【００６５】＜他の実施例＞この発明は、以上の開示に
基づいて多様に改変することが可能であり、例えば次の
ようなものがある。（1）前記実施例では、差動検出を行うために、検出用
電極や検出用圧電素子を複数設けたが、原理的には１つ
あればよい。励振用や帰還用のものについても同様であ
る。

【００６６】更に、図２９に示すような帰還用電極のな
い構成としてもよい。同図において、振動ジャイロ４０
０の円環状の圧電振動子４０２の外周側面には駆動用電
極４０４，４０６が形成されており、上下面側には共通
電極４０８，４１０（４０８の一部のみ図示）が形成さ
れている。駆動用電極４０４，４０６は、発振回路３２
の出力側及び差動検出回路３４の入力側にそれぞれ接続
されている。共通電極４０８，４１０はアースされてお
り、発振回路３２のコモンもアースとなっている。

【００６７】この実施例によれば、駆動用電極４０４，
４０６は、発振回路３２の出力に基づいて圧電振動子４
０２を励振する励振用電極、及び、角速度の検出信号を
作動検出回路３４に出力する検出用電極として作用し、
帰還用電極としては作用しない。このような電極構成で
も、前記実施例と同様の効果を得ることができる。この
ような帰還用電極を省略した電極構成を前記いずれかの
実施例に適用することも、もちろん可能である。なお、
図１３や図１４の実施例に適用するときは、電極の代わ
りに圧電素子とし、圧電振動子の代わりに振動子とす
る。このような電極構成は、共通電極が帰還用電極を兼
用していると考えることもできる。

【００６８】（2）図１２に示した実施例における駆動
用電極の配置として、図５〜図１１，図２９に示したよ
うな駆動用電極と同様の配置としてよい。櫛状の電極
も、圧電振動子のいずれかの面に設ければよい。（3）図１３に示した実施例における圧電素子の配置と
して、図５〜図１１，図２９に示したような駆動用電極
と同様の配置としてよい。なお、駆動用の電極や圧電素
子は、リード線接続の関係から振動子の上下面あるいは
外周面側に設けると好都合である。（4）また、いずれの実施例においても、振動子を８角
形その他の多角形状あるいは楕円などの環状としてよ
い。なお、それらの場合は、振動方向に対して対称とな
るように電極を配置するとよい。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、次のような効果がある。（1）圧電性の振動子を環状に形成するとともに、その
いずれかの面に駆動用電極を設け、周方向あるいはそれ
と直交する方向に分極処理して駆動することとしたの
で、圧電性の振動子の励振方向とコリオリ力の方向が同
一面となり、薄型化，小型化が可能となる。

【００７０】（2）振動子を環状に形成するとともに、
そのいずれかの面に駆動用圧電素子を設けて駆動するこ
ととしたので、振動子の励振方向とコリオリ力の方向が
同一面となり、薄型化，小型化が可能となる。（3）また、これらのため、圧電振動ジャイロの組込位
置の制約や組込みにかかる手数の低減を図ることができ
る。（4）線材や樹脂を用いて環状の振動子を支持すること
としたので、振動子の振動を妨げることなく、良好に支
持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１の圧電振動ジャイロの構成
を示す図である。

【図２】実施例１の圧電振動ジャイロの分極手法を示す
主要断面図である。

【図３】実施例１の圧電振動ジャイロの支持手法を示す
図である。

【図４】実施例１の圧電振動ジャイロの駆動検出装置と
動作状態を示す図である。

【図５】実施例２の圧電振動ジャイロの構成を示す図で
ある。

【図６】実施例２の圧電振動ジャイロの駆動検出装置を
示すブロック図である。

【図７】実施例２の変形例を示すブロック図である。

【図８】実施例３の圧電振動ジャイロを示す主要断面図
である。

【図９】圧電振動ジャイロの電極配置と分極方向の他の
実施例を示す図である。

【図１０】圧電振動ジャイロの電極配置と分極方向の他
の実施例を示す図である。

【図１１】圧電振動ジャイロの電極配置と分極方向の他
の実施例を示す図である。

【図１２】実施例４の圧電振動ジャイロの構成を示す図
である。

【図１３】実施例５の圧電振動ジャイロの構成を示す図
である。

【図１４】実施例６の圧電振動ジャイロとその駆動検出
装置を示すブロック図である。

【図１５】圧電振動ジャイロの支持装置の他の実施例を
示す斜視図である。

【図１６】圧電振動ジャイロの支持装置の他の実施例を
示す図である。

【図１７】圧電振動ジャイロの支持装置の他の実施例を
示す斜視図である。

【図１８】圧電振動ジャイロの支持装置の他の実施例を
示す主要断面図である。

【図１９】圧電振動ジャイロの支持装置の他の実施例を
示す一部破断した斜視図である。

【図２０】圧電振動ジャイロの支持装置の他の実施例を
示す斜視図である。

【図２１】圧電振動ジャイロの支持装置の他の実施例を
示す斜視図である。

【図２２】圧電振動ジャイロの支持装置の他の実施例を
示す斜視図である。

【図２３】圧電振動ジャイロの支持装置の他の実施例を
示す斜視図である。

【図２４】圧電振動ジャイロの支持装置の他の実施例を
示す図である。

【図２５】圧電振動ジャイロの支持装置の他の実施例を
示す図である。

【図２６】実施例７の圧電振動ジャイロを示す斜視図で
ある。

【図２７】圧電振動ジャイロの背景技術を示す図であ
る。

【図２８】背景技術の圧電振動ジャイロの動作を示す図
である。

【図２９】圧電振動ジャイロとその駆動装置の他の実施
例を示す図である。

【符号の説明】

１０，４０，６０，７０，８０，１００，１２０，１４
０，２００，２３６，２４４，２５０，３００，３０
２，３０４，３０８，４００…圧電振動ジャイロ１２，４１，６２，７２，８２，９０，１０２，１２
２，１４２，２５２，２８０，４０２…振動子１４，１６，１８，４２，４４，４６，４８，５０，５
２，６４，７４，８４，８６，８８，９２，９６Ｂ，９
６Ｃ，１０４，２５４，４０４，４０６…駆動用電極２０，２２，５４，５６，６６，７６，９４，９６Ａ，
９６Ｄ，１０６，２５６，４０８，４１０…共通電極２４，２８…支持体３０…加算回路３２，１６０…発振回路３４…差動検出回路３６…同期検波回路３８…リップルフィルタ１０８，１１０…電極１２４，１２６，１２８，１４４，１４６，１４８，１
５０，１５２，１５４，１５６，１５８…圧電素子１３０…圧電体１３２，１３４…電極２０２…シリコンゴム２０４…支持柱２０８，２２２，２２４，２２６，２２８，２３２…針
金２１０…固定枠２１２，２８２…支持線２１４，２１６…樹脂２１８，２２０…支持板２４２，２４６…支持体２３０…枠２３４…支持枠２３８…支持部２４０…支持棒２６０…支持基盤２６２…凸部２５８…支持線兼リード線２８４…支持柱３０６…駆動検出用回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電材料によって環状に形成され、周方
向と直交する方向に分極が施された圧電性の振動子；圧
電性の振動子のいずれかの面に、周方向に沿って形成さ
れた少なくとも一つの励振用電極を兼ねた検出用電極；
圧電性の振動子に、周方向に沿って形成された少なくと
も一つの共通電極；を備えた圧電振動ジャイロ。
【請求項２】圧電材料によって環状に形成され、周方
向と直交する方向に分極が施された圧電性の振動子；圧
電性の振動子のいずれかの面に、周方向に沿って形成さ
れた少なくとも一つの励振用電極；圧電性の振動子に、
周方向に沿って形成された少なくとも一つの共通電極；
圧電性の振動子の励振用電極に対向する位置に設けられ
た少なくとも一つの帰還用電極を兼ねた検出用電極；を
備えた圧電振動ジャイロ。
【請求項３】圧電材料によって環状に形成され、周方
向と直交する方向に分極が施された圧電性の振動子；圧
電性の振動子のいずれかの面に、周方向に沿って形成さ
れた少なくとも一つの励振用電極；圧電性の振動子に、
周方向に沿って形成された少なくとも一つの共通電極；
圧電性の振動子のいずれかの面に、周方向に沿って形成
された少なくとも一つの検出用電極；圧電性の振動子の
励振用電極に対向する位置に設けられた、少なくとも一
つの帰還用電極；を備えた圧電振動ジャイロ。
【請求項４】圧電材料によって環状に形成され、周方
向に分極が施された圧電性の振動子；圧電性の振動子の
いずれかの面に、周方向に沿って形成された少なくとも
一つの励振用電極を兼ねた検出用電極；圧電性の振動子
に、周方向に沿って形成された少なくとも一つの共通電
極；圧電性の振動子のいずれかの面に、検出用電極から
半径方向に櫛状に延長された複数の第１の電極；これら
の第１の電極に対して交互の配置となるように、共通電
極から櫛状に延長された複数の第２の電極；を備えた圧
電振動ジャイロ。
【請求項５】圧電材料によって環状に形成され、周方
向に分極が施された圧電性の振動子；圧電性の振動子の
いずれかの面に、周方向に沿って形成された少なくとも
一つの励振用電極；圧電性の振動子のいずれかの面に、
周方向に沿って形成された少なくとも一つの共通電極；
圧電性の振動子の励振用電極に対向する位置に設けられ
た少なくとも一つの帰還用電極を兼ねた検出用電極；圧
電性の振動子のいずれかの面に、励振用電極及び検出用
電極から半径方向に櫛状に延長された複数の第１の電
極；これらの第１の電極に対して交互の配置となるよう
に、共通電極から櫛状に延長された複数の第２の電極；
を備えた圧電振動ジャイロ。
【請求項６】圧電材料によって環状に形成され、周方
向に分極が施された圧電性の振動子；圧電性の振動子の
いずれかの面に、周方向に沿って形成された少なくとも
一つの励振用電極；圧電性の振動子のいずれかの面に、
周方向に沿って形成された少なくとも一つの共通電極；
圧電性の振動子のいずれかの面に、周方向に沿って形成
された少なくとも一つの検出用電極；圧電性の振動子の
励振用電極に対向する位置に設けられた、少なくとも一
つの帰還用電極；圧電性の振動子のいずれかの面に、励
振用電極，検出用電極，及び帰還用電極から半径方向に
櫛状に延長された複数の第１の電極；これらの第１の電
極に対して交互の配置となるように、共通電極から櫛状
に延長された複数の第２の電極；を備えた圧電振動ジャ
イロ。
【請求項７】前記励振用電極と帰還用電極を、前記振
動子の振動面の直交する位置にそれぞれ配置した請求項
２又は５記載の圧電振動ジャイロ。
【請求項８】前記検出用電極を、前記振動子の周方向
の角度で４０度以上の大きさに形成した請求項１，２，
３，４，５，６，又は７記載の圧電振動ジャイロ。
【請求項９】振動材料によって環状に形成された振動
子；振動子のいずれかの面に、周方向に沿って形成され
た少なくとも一つの励振用圧電素子を兼ねた検出用圧電
素子；を備えた圧電振動ジャイロ。
【請求項１０】振動材料によって環状に形成された振
動子；振動子のいずれかの面に、周方向に沿って形成さ
れた少なくとも一つの励振用圧電素子；振動子の励振用
圧電素子に対向する位置に設けられた少なくとも一つの
帰還用圧電素子を兼ねた検出用圧電素子；を備えた圧電
振動ジャイロ。
【請求項１１】前記励振用圧電素子と帰還用圧電素子
を、振動子の振動面の直交する位置にそれぞれ配置した
請求項１０記載の圧電振動ジャイロ。
【請求項１２】振動材料によって環状に形成された振
動子；振動子のいずれかの面に、周方向に沿って形成さ
れた少なくとも一つの励振用圧電素子；振動子のいずれ
かの面に、周方向に沿って形成された少なくとも一つの
検出用圧電素子；振動子の励振用電極に対向する位置に
設けられた、少なくとも一つの帰還用圧電素子；を備え
た圧電振動ジャイロ。
【請求項１３】前記検出用圧電素子を、振動子の周方
向の角度で４０度以上の大きさに形成した請求項９，１
０，１１，又は１２記載の圧電振動ジャイロ。
【請求項１４】表面に電極が形成された環状の振動子
を保持するための樹脂材料による支持手段を備えた圧電
振動ジャイロの支持構造。
【請求項１５】表面に電極が形成された環状の振動子
を吊すための線材による支持手段を備えた圧電振動ジャ
イロの支持構造。
【請求項１６】前記線材は、リード線を兼ねている請
求項１５記載の圧電振動ジャイロの支持構造。
【請求項１７】表面に電極が形成された環状の振動子
に支持用の延設部を設けた圧電振動ジャイロの支持構
造。
【請求項１８】表面に電極が形成された環状の振動子
内部に支持用部材を挿入した圧電振動ジャイロの支持構
造。
【請求項１９】前記支持用部材を、振動子の電極と兼
用とした請求項１８記載の圧電振動ジャイロの支持構
造。
【請求項２０】振動子の振動方向に対して対称となる
位置で圧電振動ジャイロを支持する請求項１４，１５，
１６，１７，１８，又は１９記載の圧電振動ジャイロの
支持構造。
【請求項２１】直交する第１及び第２の方向の角速度
のうちの少なくとも一つを検出するための第１のジャイ
ロ；第１及び第２の方向と直交する第３の方向の角速度
を検出するための第２のジャイロ；を備え、少なくとも第２のジャイロを、環状の振動子による圧電
振動ジャイロとした多次元ジャイロ。