KR19990076780A - 진동 자이로스코프 - Google Patents

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KR19990076780A
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요시로 도미가와
고오이찌 가나야마
다께시 고이소
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나까니시 히로유끼
미쓰이 가가쿠 가부시키가이샤
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Abstract

압전체(60)와 압전체(70)로 된 압전체(80)를 구비한다. 압전체(60)의 하면(62) 전면에 여진 전극(22)을 설치한다. 압전체(60, 70) 사이에 여진 전극(21)을 전면에 설치한다.
여진 전극(21, 22)을 구동 신호원(90)에 접속한다. 압전체(70) 상면(71)에 검출 전극(31-34)을 설치하고, 검출 전극(31)과 검출 전극(34)을 출력 단자(50)의 한쪽에 접속하고, 검출 전극(32, 33)을 출력 단자(50)의 다른쪽에 접속한다. 압전체(70)는 상측으로, 압전체(60)는 하측으로 분극한다. 길이 방향(L)에서 종의 1차 진동을 여진시키고, 검출 전극(31-34)으로 굴곡 2차의 굴곡 진동을 검출해서 코리올리력(회전 각속도)에 비례한 전압을 출력한다. 이와 같은 구조로 하면 접합이 불요해서 제조 코스트를 저감할 수 있고, 박형화, 협폭화된 진동 자이로스코프를 실현할 수 있다.

Description

진동 자이로스코프
도 11은 종래의 진동 자이로스코프의 구조를 나타내는 사시도이다. 상기 진동 자이로스코프는 사각형의 단면을 갖는 항시 탄성 금속편형 진동자(1)에 여진용 압전 자기(3)와 검출용 압전 자기(4)가 접착된 구조로 되어 있다. 이 항시 탄성 금속형 진동자(1)의 주축 방향을 Z축으로 하고, 대향하는 1조의 면의 법선 방향을 X축, 다른 1조의 면의 법선 방향을 Y축으로 한다. 상기 진동자(1)는 지지핀(2a, 2b, 2c, 2d)으로 지지되어 있다.
다음에 이와 같은 구조의 진동 자이로스코프의 동작에 대해서 설명한다. 구동 신호(도시 않음)로부터의 전기 신호에 의해 여진용 압전 자기(3)를 여진함으로써 상기 진동자(1)에는 X축 면내의 굽힘 진동이 생긴다. 이 상태에서 Z축을 중심으로 회전 각속도를 주면, X축 면과 직교하는 방향으로 코리올리력(Coriolis force)이 작용하여, Y축 방향의 진동이 생긴다. 이 때 생긴 Y축 방향의 진동을 상기 검출용 압전 자기(4)로 검출해서, 상기 회전 각속도를 측정할 수가 있다.
종래의 진동 자이로스코프는 항시 탄성 금속과 압전 자기를 접합시킨 구조이기 때문에, 제조 코스트가 커지는 문제가 있었다.
또 회전각(Z축) 방향으로 긴 형상으로 되어 있고, 전자 기기 내에 부착시킬 때에, 기기의 소형화, 박형화의 요구에 대응하기가 곤란하였다.
따라서 본 발명의 주요한 목적은 접합이 불요하여 제조 코스트를 저감할 수 있는 진동 자이로스코프를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 박형화, 협폭화를 실현 가능한 진동 자이로스코프를 제공하는 것에 있다.
발명의 개시
본 발명자들은 예의 연구한 결과, 압전체로 된 진동체에 여진 전극을 설치하고, 이 여진 전극으로 길이 방향의 진동을 여진하고, 상기 진동체의 두께 방향을 회전축으로 한 회전 각속도에 의해 생기는 코리올리력으로 유기되는 상기 회전축과 직교하는 면내에서의 굴곡 진동을 상기 진동체의 일부에 설치한 검출 전극으로 검출함으로써, 회전 각속도를 구하는 구조의 것이 탁월한 특성을 나타내는 것을 발견하였다.
또 반대로 굴곡 진동을 여진하고, 상기 회전축에서의 회전 각속도에 의해 생기는 코리올리력으로 유기되는 진동체의 길이 방향의 진동을 상기 진동체의 일부에 설치한 검출 전극으로 검출해서, 회전 각속도를 구하는 것도 마찬가지 원리에 따라 가능하다.
여진 전극에 진동체의 길이 방향의 공진 주파수의 전기 신호를 입력하면, 진동체는 종진동을 시킨다. 이 상태에서 진동체의 두께 방향을 회전축으로 해서 회전 각속도를 주면, 회전축과 종진동 방향과의 양방에 직교하는 방향으로 코리올리력이 발생한다. 발생한 코리올리력과 종진동에 의해 코리올리력의 방향과 종진동의 방향으로 결정되는 면내에 굴곡 진동이 생긴다. 이 굴곡 진동만을 검출하는 검출 전극을 상기 진동체의 일부에 설치하여 두고서 회전 각속도를 측정하는 것이다.
상기 구성의 진동 자이로스코프에 의하면, 압전체 등에 여진 전극 및 검출 전극을 형성하기만 하면 회전 각속도 센서를 실현할 수 있어서, 종래의 진동 자이로스코프에 비해서 구조가 간단하여 제조 코스트가 대폭으로 삭감된다.
또 상기 진동체의 두께 방향을 회전축으로 하고, 상기 회전축과 직교하는 면내에서의 굴곡 진동을 상기 진동체의 일부에 설치한 검출 전극으로 검출하는 주조이므로, 협폭, 박형 형상이 되고, 종래의 3차원적 구조의 진동 자이로스코프에 비해서 센서의 소형화가 가능해진다.
본 발명은 상기 발견에 의거한 것으로서 본 발명의 제 1 태양에 의하면,
압전체로 된 진동체와,
상기 진동체에 고착된 여진 전극으로서 상기 진동체에 종진동 및 굴곡 진동 중의 어느 하나의 진동을 여진할 수 있는 여진 전극과,
상기 진동체에 고착된 검출 전극으로서 상기 진동체의 상기 종진동 및 상기 굴곡 진동 중의 다른 하나의 진동을 검출할 수 있는 검출 전극
을 구비하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프가 제공된다.
바람직하게는 상기 종진동이 종 1차 진동 모드이고, 상기 굴곡 진동이 굴곡 2차 진동 모드이다.
또 본 발명의 제 2 태양에 의하면,
압전체로 된 진동체로서 서로 직교하는 길이 방향과 폭 방향과 두께 방향을 갖는 상기 진동체와,
상기 진동체에 고착된 여진 전극으로서 상기 진동체의 상기 길이 방향의 진동 및 굴곡 진동 중 어느 하나의 진동을 여진할 수 있는 여진 전극과,
상기 진동체에 고착된 검출 전극으로서 상기 진동체의 상기 길이 방향의 진동 및 상기 굴곡 진동 중 다른 하나의 진동을 검출할 수 있는 검출 전극
을 구비하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프가 제공된다.
바람직하게는 상기 길이 방향의 진동이 종진동이고, 상기 진동체의 회전축이 상기 진동체의 상기 두께 방향으로 존재하고, 상기 굴곡 진동이 상기 두께 방향과 직교하는 소정의 면내에서의 진동이다.
또한 바람직하게는 상기 종진동이 종 1차 진동 모드이고, 상기 굴곡 진동이 굴곡 2차 진동 모드이다.
또 더욱 바람직하게는 상기 진동체가 상기 진동체를 여진하는 여진부와 상기 진동체의 상기 길이 방향 진동 및 상기 굴곡 진동 중의 상기 다른 하나의 진동을 검출하는 검출부를 갖고,
상기 여진부에 상기 여진 전극이 고착되고,
상기 검출부에 상기 검출 전극이 고착되고,
상기 여진부와 상기 검출부가 상기 두께 방향으로 적층되어 있다.
또는 상기 진동체가 상기 진동체를 여진하는 여진부와 상기 진동체의 상기 길이 방향의 진동 및 상기 굴곡 진동 중의 상기 다른 하나의 진동을 검출하는 검출부를 갖고,
상기 여진부에 상기 여진 전극이 고착되고,
상기 검출부에 상기 검출 전극이 고착되고,
상기 여진부와 상기 검출부가 상기 직방체의 상기 길이 방향 및 상기 폭 방향을 포함하는 면내 방향으로 병설하는 것도 바람직하다.
또 본 발명의 상기 제 2 태양에서 바람직하게는
상기 여진 전극이 상기 두께 방향과 거의 직교하는 평면과 평행하게 설치되고, 상기 여진 전극간의 상기 압전체가 상기 두께 방향으로 분극되고,
상기 검출 전극이 상기 두께 방향과 거의 직교하는 평면과 평행하게 설치되고, 상기 압전체의 상기 검출 전극이 설치된 부분이 상기 두께 방향으로 분극되어 있다.
또 본 발명의 상기 제 2 태양에서 바람직하게는
상기 검출 전극이 상기 두께 방향으로 서로 대향해서 설치되어 있고, 상기 서로 대향하는 검출 전극간의 상기 압전체가 상기 두께 방향으로 분극되어 있다.
또 본 발명의 상기 제 2 태양에서 바람직하게는
상기 검출 전극 또는 상기 여진 전극이 상기 폭 방향과 거의 직교하는 평면과 평행하게 설치되고, 상기 검출 전극 또는 상기 여진 전극간의 상기 압전체가 상기길이 방향으로 분극되어 있다.
또 본 발명의 상기 제 2 태양에서 바람직하게는
상기 검출 전극간 또는 상기 여진 전극이 상기 폭 방향으로 대칭으로 설치되어 있다.
또 본 발명의 상기 제 2 태양에서 바람직하게는
상기 진동체의 회전축이 상기 진동체의 상기 두께 방향에 존재하고, 상기 검출 전극이 상기 회전축을 포함하여 상기 폭 방향으로 거의 수직한 면에 대해서 대칭으로 설치되어 있다.
또 본 발명의 제 3 태양에 의하면,
압전체로 된 진동체로서 서로 직교하는 길이 방향과 폭 방향과 두께 방향을 갖는 진동체와,
상기 진동체에 고착된 여진 전극과,
상기 진동체에 고착된 검출 전극을 구비하고,
상기 여진 전극이 상기 두께 방향과 직교하는 평면에 평행하게 설치되고, 상기 여진 전극간의 상기 압전체가 상기 두께 방향으로 분극되고,
상기 진동체의 회전축이 상기 진동체의 상기 두께 방향으로 존재하고,
상기 검출 전극이 상기 회전축을 포함하는 면으로서 상기 길이 방향에 평행한 면에 대해서 대칭으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프가 제공된다.
또 본 발명의 제 4 태양에 의하면,
복수의 압전체층이 두께 방향으로 적층된 적층 구조를 갖는 압전체로 된 진동체를 구비하고, 상기 복수의 압전체층의 분극 방향이 상기 두께 방향으로 평행하고, 상기 복수의 압전체 중 제 1 적층부를 구성하는 상기 압전체를 상기 두께 방향으로 끼도록 구성된 여진 전극 및 검출 전극 중 어느 하나의 전극과, 상기 복수의 압전체 중 제 2 적층부를 구성하는 상기 압전체층의 상기 두께 방향으로 거의 직교하는 주면에 설치된 상기 여진 전극 및 상기 검출 전극 중 다른 하나의 전극으로서 굴곡 진동의 진동 방향으로 분리해서 설치된 굴곡 진동의 여진 또는 검출 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프가 제공된다.
또 본 발명의 제 5 태양에 의하면,
판 형상의 압전체로 된 진동체를 구비하고, 상기 진동체의 두께 방향으로 거의 직교하는 양주면에 상기 진동체의 길이 방향 치수의 거의 1/3 내지 2/3의 크기로 상기 길이 방향의 진동을 여진 또는 검출하는 여진 전극 및 검출 전극 중 어느 하나의 전극을 서로 대향해서 각각 설치하고, 상기 진동체의 길이 방향의 다른 부분에 상기 여진 전극 및 상기 검출 전극 중 다른 하나의 전극으로서 굴곡 진동의 진동 방향으로 분리한 굴곡 진동의 여진 또는 검출 전극을 설치한 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프가 제공된다.
또 본 발명의 제 6 태양에 의하면,
판 형상의 압전체로 된 진동체를 구비하고, 상기 진동체의 두께 방향으로 거의 직교하는 주면의 상기 진동체의 폭 방향의 중앙부에 상기 진동체의 길이 방향으로 연재해서 설치된 여진 전극 및 검출 전극 중 어느 하나의 전극을 설치하고, 상기 여진 전극의 상기 폭 방향의 양측에 상기 여진 전극 및 상기 검출 전극 중 다른 하나의 전극으로서 굴곡 진동의 여진 또는 검출 전극을 설치한 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프가 제공된다.
바람직하게는 상기 압전체로 된 진동체의 분극 방향이 그 두께 방향으로 평행하다.
또 본 발명의 제 7 태양에 의하면,
판 형상의 압전체로 된 진동체를 구비하고, 상기 진동체의 두께 방향으로 거의 직교하는 제 1 양주면의 상기 진동체의 길이 방향의 한편측에 여진 전극 및 검출 전극 중 어느 하나의 전극을 서로 대향해서 설치하고, 상기 압전체의 상기 여진 전극 및 상기 검출 전극 중의 상기 하나의 전극으로 끼인 부분의 분극 방향을 상기 두께 방향으로 하고, 상기 진동체의 상기 여진 전극이 설치되어 있지 않은 부분의 상기 진동체의 폭 방향과 거의 직교하는 제 2 양주면에 상기 여진 전극 및 상기 검출 전극 중 다른 하나의 전극으로서 굴곡 진동의 상기 여진 전극 또는 검출 전극을 각각 서로 대향해서 설치하고, 상기 굴곡 진동의 상기 여진 전극 및 상기 검출 전극 중의 상기 다른 하나의 전극 간의 상기 압전체의 분극 방향을 상기 길이 방향에 평행하게 한 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프가 제공된다.
또 본 발명의 제 8 태양에 의하면,
진동체와,
상기 진동체에 종진동 및 굴곡 진동 중 어느 하나의 진동을 여진할 수 있는 여진 수단과,
상기 진동체의 상기 종진동 및 상기 굴곡 진동 중 다른 하나의 진동을 검출할 수 있는 검출 수단
을 구비하는 것을 특징으로 하는 진도 자이로스코프가 제공된다.
또 본 발명의 제 9 태양에 의하면,
판 형상의 진동체와,
상기 진동체의 길이 방향의 진동 및 굴곡 진동 중 어느 하나의 진동을 여진하는 여진 수단과,
상기 진동체의 상기 길이 방향의 진동 및 상기 굴곡 진동 중 다른 하나의 진동을 검출하는 검출 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 진도 자이로스코프가 제공된다.
바람직하게는 상기 길이 방향의 진동이 종진동이고, 상기 진동체의 회전축이 상기 진동체의 두께 방향으로 존재하고, 상기 굴곡 진동이 상기 두께 방향과 직교하는 소정의 면내에서의 진동이다.
또한 바람직하게는 상기 종진동이 종 1차 진동 모드이고, 상기 굴곡 진동이 굴곡 2차 진동이다.
이 발명은 진동 자이로스코프에 관한 것이고, 특히 자동차 등의 네비게이션 등에 사용되는 진동 자이로스코프에 관한 것이다.
도 1a - 도 1c는 본 발명의 제 1 실시예의 진동 자이로스코프를 설명하기 위한 도면이고, 도 1a는 사시도이고, 도 1b, 도 1c는 개략 평면도이고,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예의 진동 자이로스코프의 각속도와 출력 전압과의 관계를 나타내는 특성도이고,
도 3은 본 발명의 제 2 실시예의 진동 자이로스코프를 설명하기 위한 사시도이고,
도 4는 본 발명의 제 3 실시예의 진동 자이로스코프를 설명하기 위한 사시도이고,
도 5는 본 발명의 제 4 실시예의 진동 자이로스코프를 설명하기 위한 사시도이고,
도 6은 본 발명의 제 5 실시예의 진동 자이로스코프를 설명하기 위한 사시도이고,
도 7은 본 발명의 제 6 실시예의 진동 자이로스코프를 설명하기 위한 사시도이고,
도 8a-도 8c는 본 발명의 제 7 실시예의 진동 자이로스코프를 설명하기 위한 도면이고, 도 8a는 진동 자이로스코프를 상방에서 보았을 때의 사시도, 도 8b는 진동 자이로스코프를 하방에서 보았을 때의 사시도, 도 8c는 X8-X8 방향에서 보았을 때의 측면도이고,
도 9a, 도 9b는 본 발명의 제 8 실시예의 진동 자이로스코프를 설명하기 위한 도면이고, 도 9a는 진동 자이로스코프를 상방에서 보았을 때의 사시도, 도 9b는 진동 자이로스코프를 하방에서 보았을 때의 사시도이고,
도 10a-도 10c는 본 발명의 제 9 실시예의 진동 자이로스코프를 설명하기 위한 도면이고, 도 10a는 진동 자이로스코프를 상방에서 보았을 때의 사시도, 도 10b는 진동 자이로스코프를 하방에서 보았을 때의 사시도, 도 10c는 X10-X10 방향에서 보았을 때의 측면도이고,
도 11은 종래의 진동 자이로스코프를 설명하기 위한 사시도이다.
다음에 본 발명의 실시예를 도면을 참조해서 설명한다.
(제 1 실시예)
도 1a 내지 도 1c를 참조하면 본 실시예의 진동 자이로스코프(100)는 직방체 형상의 압전체(80)를 구비하고 있다. 압전체(80)는 2개의 압전체(60, 70)가 두께 방향(T)으로 적층되어 형성되어 있다.
하측의 압전체(60)의 하면(62) 전면에 여진 전극(22)이 설치되어 있다. 압전체(60)의 상면(61)과 상측의 압전체(70)의 하면(72)에는 접지측의 여진 전극(21)이 전면에 걸쳐서 설치되어 있다. 여진 전극(21, 22)은 구동 신호원(90)에 접속되어 있다.
압전체(70)의 상면(71)에는 검출 전극(31∼34)이 설치되어 있다. 검출 전극(31∼34)은 압전체(70)의 상면(71)을 거의 4분할해서 설치되어 있다. 검출 전극(31)과 검출 전극(33)은 회전축 Z를 포함하고, 길이 방향(L)에 평행하고 폭 방향(W)에 수직한 평면에 대해서 대칭으로 설치되어 있다. 검출 전극(32)과 검출 전극(34)은 회전축 Z를 포함하고, 길이 방향(L)에 평행하고 폭 방향(W)에 수직한 평면에 대해서 대칭으로 설치되어 있다. 검출 전극(31)과 검출 전극(34)은 리드선(41)으로 접속되어 있고, 검출 전극(32)과 검출 전극(33)은 리드선(42)으로 접속되어 있다. 검출 전극(32)은 출력 리드선(52)으로 출력 단자(50)의 한쪽과 접속되고, 검출 전극(34)은 출력 리드선(51)으로 출력 단자(50)의 다른 쪽에 접속되어 있다.
압전체(80)는 압전 세라믹스를 사용하고, 일체 소결로 형성하였다. 분극 방향은 상측의 압전체(70)에 대해서는 두께 방향(T)의 상측 하방, 하측의 압전체(60)에 대해서는 두께 방향(T)의 하측 방향으로 하였다.
회전축 Z는 압전 자이로스코프(100)를 평면도적으로 보아서 길이 방향(L)의 중앙으로서 폭 방향(W)의 중앙에 설치하였다. 압전 자이로스코프(100)는 중앙부를 실리콘 고무 접착제로 고착하여 지지하였다.
다음에 이 압전 자이로스코프(100)의 동작을 설명한다. 이 압전 자이로스코프(100)를 동작시키기 위해서는 우선 구동 신호원(90)으로부터 여진 전극(21, 22)에 구동 신호를 주어 압전체(60)를 여진시키고, 그에 따라 압전체(60)와 일체적으로 형성된 압전체(70)를 여진시킨다. 본 실시예에서는 길이 방향(L)에서 종의 1차 진동을 여진시킨다. 압전 자이로스코프(100)가 정지하고 있을 경우에는 도 1b에 나타내듯이 검출 전극(31∼34)에 나타나는 전하는 동상이기 때문에 동일 전위가 되고, 그 결과 출력 단자(50)에 나타나는 출력은 0이 된다.
압전 자이로스코프(100)가 회전축 Z의 둘레로 회전하고 있을 경우에는 도 1c에 나타내듯이 종진동에 수직한 방향(본 실시예에서 폭 방향(W))으로서 회전축 Z에 수직한 방향으로 코리올리력이 작용하고, 굴곡 진동, 특히 굴곡 2차 진동이 생긴다. 예를 들어 도 1c에 나타내듯이 어느 순간에는 검출 전극(31, 34)이 설치된 부분은 신장하고, 검출 전극(32, 33)이 설치된 부분은 수축된다. 그 결과 검출 전극(31, 34)에 나타나는 전하와 검출 전극(32, 33)에 나타나는 전하의 극성이 반대가 되고, 코리올리력(회전 각속도)에 비례한 전압이 출력 단자(50)로부터 출력된다.
또한 이와 같이 종의 1차 진동에 의해 압전체를 여진시켜서, 굴곡 2차 진동 모드를 검출하도록 하면, 종의 진동 모드와 굴곡 2차 진동 모드의 결합은 크므로 높은 출력을 끄집어 낼 수 있다. 또한 종의 1차 진동 모드와 굴곡 2차 진동 모드의 결합을 크게 하기 위해서는 압전체(80)의 폭 w와 길이 l의 관계를 (W/l)≒0.28로 하는 것이 특히 바람직하다. 이 것은 후술하는 제 2 내지 제9 실시예에서 사용하는 압전체(10)에 있어서도 동일하다.
다음에 이 진동 자이로스코프(100)를 시험 제작해서 그 특성을 측정하였다. 시험 제작한 진동 자이로스코프(100)의 크기는 길이l이 29mm, 폭 w가 7.5mm, 두께 t가 1.4mm이었다. 전극은 Ag-Pd를 베이킹해서 형성하였다. 이와 같이 해서 시험 제작한 진동 자이로스코프(100)의 각속도와 출력 전압과의 관계를 도 2에 나타내었다. 각속도에 거의 비례한 출력 전압이 얻어지는 것을 알 수 있다.
(제 2 실시예)
도 3을 참조하면 본 실시예의 진동 자이로스코프(100)는 직방체 형상의 압전체(10)를 구비하고 있다. 압전체(10)의 하면(12) 전면에 접지면측의 여진 전극(121)이 설치되어 있다. 압전체(10)의 상면(11) 좌측의 거의 절반의 영역에는 여진 전극(122)이 설치되어 있다. 여진 전극(121, 122)은 구동 신호원(90)에 접속되어 있다.
압전체(10)의 상면(11) 우측의 거의 절반의 영역에는 검출 전극(131, 132)이 설치되어 있다. 검출 전극(131, 132)은 압전체(10)의 우측의 거의 절반의 폭 방향(W)으로 거의 2분할해서 설치되어 있다. 검출 전극(131)과 검출 전극(132)은 회전축 Z를 포함하여 길이 방향(L)에 평행이고 폭 방향(W)으로 수직한 평면에 대해서 대칭으로 설치되어 있다. 검출 전극(131)은 출력 리드선(51)에 의해 출력 단자(50)의 한쪽과 접속되고, 검출 전극(132)은 출력 리드선(52)에 의해 출력 단자(50)의 다른쪽에 접속되어 있다.
압전체(10)는 압전 세라믹스를 사용하였다. 압전체(10)의 분극 방향은 두께 방향(T)의 상측 방향으로 하였다. 시험 제작한 진동 자이로스코프(100)의 크기는 길이 l이 29mm, 폭 w가 7.5mm, 두께 t가 1.4mm이었다. 전극은 Ag-Pd를 베이킹하여 형성하였다. 회전축 Z는 압전 자이로스코프(100)를 평면도적으로 보아서 길이 방향(L)의 중앙으로서 폭 방향(W)의 중앙에 설치하였다.
압전 자이로스코프(100)가 회전축 Z의 주위를 회전하고 있을 경우에는 역시 코리올리력이 작용하여, 굴곡 2차 진동이 생기고, 예를 들어 어는 순간에는 검출 전극(131)이 설치된 부분을 신장하고, 검출 전극(132)이 설치된 부분을 수축하여, 그 결과 검출 전극(13)에 나타나는 전하와 검출 전극(132)에 나타나는 전하의 극성이 반대가 되고, 코리올리력(회전 각속도)에 비례한 전압이 출력 단자(50)로부터 출력된다.
(제 3 실시예)
도 4를 참조하면 본 실시예의 진동 자이로스코프(100)는 직방체 형상의 압전체(10)를 구비하고 있다. 압전체(10)의 하면(12) 전면에 접지측의 여진 전극(221)이 설치되어 있다. 압전체(10)의 상면(11)의 길이 방향(L)의 중앙부에는 압전체(10)의 길이 방향(L)의 거의 1/3의 길이를 갖는 여진 전극(222)이 압전체(10)의 폭 방향(W)의 거의 전폭에 걸쳐서 설치되어 있다. 여진 전극(221, 222)은 구동 신호원(90)에 접속되어 있다.
압전체(10)의 상면(11)의 길이 방향(L)의 좌측의 거의 1/3의 영역에는 검출 전극(231, 233)이 설치되어 있고, 우측의 거의 1/3의 영역에는 검출 전극(232, 234)이 설치되어 있다. 검출 전극(231)과 검출 전극(233)은 회전축 Z를 포함하여 길이 방향(L)으로 평행이고 폭 방향(W)에 수직한 평면에 대해서 대칭으로 설치되어 있다. 검출 전극(232)과 검출 전극(234)에 대해서도 마찬가지이다. 검출 전극(231, 234)은 리드선(241)으로 접속되어 있고, 검출 전극(232, 233)은 리드선(242)에 의해 접속되어 있다. 검출 전극(232)은 출력 리드선(52)으로 출력 단자(50)의 한쪽과 접속되고, 검출 전극(234)은 출력 리드선(51)에 의해 출력 단자(50)의 다른쪽에 접속되어 있다.
압전체(10)는 압전 세라믹스를 사용하였다. 압전체(10)의 분극 방향은 두께 방향(T)의 상측 방향으로 하였다. 회전축 Z는 압전 자이로스코프(100)를 평면도적으로 보아서 길이 방향(L)의 중앙으로서 폭 방향(W)의 중앙에 설치하였다. 동작은 제 1 실시예의 진동 자이로스코프와 동일하다.
(제 4 실시예)
도 5를 참조하면 본 실시예의 진동 자이로스코프(100)는 직방체 형상의 압전체(10)를 구비하고 있다. 압전체(10)의 하면(12) 전면에 접지측의 여진 전극(321)이 설치되어 있다. 압전체(10)의 상면(11) 폭 방향(W)의 중앙부에는 압전체(10)의 폭 방향(W)의 길이의 거의 1/3 길이를 갖는 여진 전극(322)이 압전체(10)의 길이 방향(L)의 거의 전폭에 걸쳐서 설치되어 있다. 여진 전극(321, 322)은 구동 신호원(90)에 접속되어 있다.
압전체(10)의 상면(11) 폭 방향(W)의 앞측의 거의 1/3의 영역에는 검출 전극(333, 334)이 설치되어 있고, 깊숙한 측의 거의 1/3의 영역에는 검출 전극(331, 332)이 설치되어 있다. 검출 전극(331)과 검출 전극(333)은 회전축 Z를 포함하여 길이 방향(L)에 평행하고 폭 방향(W)에 수직한 평면에 대해서 대칭으로 설치되어 있다. 검출 전극(332)과 검출 전극(334)에 대해서도 마찬가지이다. 검출 전극(331, 334)은 리드선(341)으로 접속되어 있고, 검출 전극(332, 333)은 리드선(342)으로 접속되어 있다. 검출 전극(332)은 출력 리드선(52)에 의해 출력 단자(50)의 한쪽과 접속되고, 검출 전극(334)은 출력 리드선(51)에 의해 출력 단자(50)의 다른쪽에 접속되어 있다.
압전체(10)는 압전 세라믹스를 사용하였다. 압전체(10)의 분극 방향은 두께 방향(T)의 상측 방향으로 하였다. 시험 제작한 진동 자이로스코프(100)의 크기는 길이 l이 29mm, 폭 w가 7.5mm, 두께 t가 1.4mm이었다. 전극은 Ag-Pd를 베이킹하여 형성하였다. 회전축 Z는 압전 자이로스코프(100)를 평면도적으로 보아서 길이 방향(L)의 중앙으로서 폭 방향(W)의 중앙에 설치하였다. 동작은 제 1 실시예의 진동 자이로스코프와 동일하다.
(제 5 실시예)
도 6을 참조하면 본 실시예의 진동 자이로스코프(100)는 직방체 형상의 압전체(10)를 구비하고 있다. 압전체(10)의 하면(12) 좌측의 거의 절반의 영역에는 접지측의 여진 전극(421)이 설치되어 있다. 압전체(10)의 상면(11) 좌측의 거의 절반의 영역에는 여진 전극(422)이 설치되어 있다. 여진 전극(421)과 여진 전극(422) 사이의 압전체(10)는 두께 방향(T)의 상측 방향으로 분극되어 있다. 여진 전극(421, 422)은 구동 신호원(90)에 접속되어 있다.
압전체(10)의 상면(11) 좌측의 거의 절반의 영역의 폭 방향(W)과 직교하는 측면(13, 14)에는 검출 전극(431, 432)이 각각 설치되어 있다. 검출 전극(431)과 검출 전극(432)은 회전축 Z를 포함하여 길이 방향(L)에 평행이고 폭 방향(W)에 수직한 평면에 대해서 대칭으로 되어 있다. 검출 전극(431)과 검출 전극(432) 사이의 압전체(10)는 길이 방향(L)으로 우측 방향에 분극되어 있다. 검출 전극(431)은 출력 리드선(51)에 의해 출력 단자(50)의 한쪽과 접속되고, 검출 전극(334)은 출력 리드선(52)에 의해 출력 단자(50)의 다른쪽에 접속되어 있다.
압전체(10)는 압전 세라믹스를 사용하였다. 회전축 Z는 압전 자이로스코프(100)를 평면도적으로 보아서 길이 방향(L)의 중앙으로서 폭 방향(W)의 중앙에 설치하였다.
압전 자이로스코프(100)가 회전축 Z의 주위를 회전하고 있을 경우에는 역시 코리올리력이 작용하여, 굴곡 2차 진동이 생기고, 예를 들어 어느 순간에는 검출 전극(431)이 설치된 부분은 신장하고, 검출 전극(432)이 설치된 부분은 수축하여, 그 결과 검출 전극(431)에 나타나는 전하와 검출 전극(432)에 나타나는 전하의 극성이 반대가 되고, 코리올리력(회전 각속도)에 비례한 전압이 출력 단자(50)로부터 출력된다.
(제 6 실시예)
도 7을 참조하면 본 실시예의 진동 자이로스코프(100)는 상술한 제 5 실시예의 진동 자이로스코프와 거의 동일 구성, 동일 동작이지만, 본 실시예의 진동 자이로스코프(100)에서는 여진 전극(421, 422)으로부터 검출 전극(431, 432)에 부유 용량을 통해서 구동 신호가 새는 것을 막기 위해서 접지측의 여기 전극(421)과 동 전위의 가드 전극(423)을 여진 전극(421, 422)과 검출 전극(431, 432) 사이에 띠형으로 설치하고 있다.
(제 7 실시예)
도 8a 내지 도 8c를 참조하면 본 실시예의 진동 자이로스코프(100)는 직방체 형상의 압전체(10)를 구비하고 있고, 분극 방향은 두께 방향(T)의 상측 방향이다.
상술한 제 2 실시예의 진동 자이로스코프(100)에서는 압전체(10)의 하면(12)의 전면에 접지측의 여진 전극(121)을 형성하였지만, 본 실시예의 진동 자이로스코프(100)에서는 압전체(10)의 상면(11) 및 하면(12) 모두, 제 2 실시예의 진동 자이로스코프(100)의 상면(11)과 같은 전극 패턴으로 하였다. 이와 같이 하면 제 2 실시예의 진동 자이로스코프(100)보다 얻어지는 전하량이 많아져서, 파워 게인의 점에서 보다 우수하고, S/N비가 양호해진다.
(제 8 실시예)
도 9a, 도 9b를 참조하면 본 실시예의 진동 자이로스코프(100)는 직방체 형상의 압전체(10)를 구비하고 있고, 분극 방향은 두께 방향(T)의 상측 방향이다.
상술한 제 3 실시예의 진동 자이로스코프(100)에서는 압전체(10)의 하면(12)의 전면에 접지측의 여진 전극(221)을 형성하였지만, 본 실시예의 진동 자이로스코프(100)에서는 압전체(10)의 상면(11) 및 하면(12) 모두, 제 3 실시예의 진동 자이로스코프(100)의 상면(11)과 같은 전극 패턴으로 하였다. 이와 같이 하면 제 3 실시예의 진동 자이로스코프(100)보다 얻어지는 전하량이 많아져서, 파워 게인의 점에서 보다 우수하고, S/N비가 양호해진다.
(제 9 실시예)
도 10a 내지 도 10c를 참조하면 본 실시예의 진동 자이로스코프(100)는 직방체 형상의 압전체(10)를 구비하고 있고, 분극 방향은 두께 방향(T)의 상측 방향이다.
상술한 제 4 실시예의 진동 자이로스코프(100)에서는 압전체(10)의 하면(12)의 전면에 접지측의 여진 전극(321)을 형성하였지만, 본 실시예의 진동 자이로스코프(100)에서는 압전체(10)의 상면(11) 및 하면(12) 모두, 제 4 실시예의 진동 자이로스코프(100)의 상면(11)과 같은 전극 패턴으로 하였다. 이와 같이 하면 제 4 실시예의 진동 자이로스코프(100)보다 얻어지는 전하량이 많아져서, 파워 게인의 점에서 보다 우수하고, S/N비가 양호해진다.
상기 각 실시예에서는 종진동을 여진하여, 굴곡 진동을 검출할 경우에 대해서 설명하였지만, 굴곡 진동을 여진하여, 종진동을 검출할 경우도 마찬가지 구조의 진동 자이로스코프를 사용할 수 있고, 또 동작 원리도 동일하다.
또 상기 각 실시예에서는 압전체(10, 60, 70)로서 압전 세라믹스를 사용하였지만, 압전 세라믹스에 한정하지 않고, LiNbO3, LiTaO3, 수정 등의 단결정을 사용할 수도 있다. 단결정은 결정 성장시에 단일 도메인으로 할 수도 있고, 예를 들어 제 1 실시예의 압전체(60, 70), 제 2, 제 3, 제 4, 제 7, 제 8, 제 9 실시예의 압전체(10)와 같이 압전체 내의 분극 방향이 같으면 단결정을 잘라내서 전극을 설치하면 좋고, 압전 세라믹스의 경우와 달리 전극 형성 후의 분극 처리가 불요해진다. 또 이 경우의 단결정 압전체의 분극 방향은 상기 종진동 및 상기 굴곡 진동을 여진, 검출할 수 있으면 좋고, 두께 방향의 분극에 한정할 필요는 없다.
또 여진 전극, 검출 전극, 가드 전극에는 Ag, Ag-Pd계, Pt계 베이크의 전극이 바람직하게 이용된다. 또 Au, Al을 증착 또는 스퍼터로 형성함으로써 이들 전극을 형성하여도 좋다.
이상과 같이 본 발명에 의하면 압전체 등에 전극을 형성하는 것만으로 회전 각속도 센서를 실현할 수 있어서, 종래의 진동 자이로스코프에 비해 구조가 간단하고 제작 코스트가 대폭적으로 삭감된다.
또 협폭, 박형 형상으로 할 수 있기 때문에 종래의 3차원 구조의 진동 자이로스코프에 비해 센서의 소형화가 가능해진다.
그 결과 본 발명은 진동 자이로스코프, 그 중에서도 자동차 등의 네비게이션 등에 사용되는 진동 자이로스코프에 특히 호적하게 이용할 수 있다.

Claims (22)

  1. 압전체로 된 진동체와,
    상기 진동체에 고착된 여진 전극으로서 상기 진동체에 종진동 및 굴곡 진동 중 어느 하나의 진동을 여진할 수 있는 여진 전극과,
    상기 진동체에 고착된 검출 전극으로서 상기 진동체의 상기 종진동 및 상기 굴곡 진동 중 다른 하나의 진동을 검출할 수 있는 검출 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 종진동이 종 1차 진동 모드이고, 상기 굴곡 진동이 굴곡 2차 진동 모드인 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  3. 압전체로 된 진동체로서 서로 직교하는 길이 방향과 폭 방향과 두께 방향을 갖는 상기 진동체와,
    상기 진동체에 고착된 여진 전극으로서 상기 진동체의 상기 길이 방향의 진동 및 굴곡 진동 중 어느 하나의 진동을 여진할 수 있는 여진 전극과,
    상기 진동체에 고착된 검출 전극으로서 상기 진동체의 상기 길이 방향의 진동 및 상기 굴곡 진동 중 다른 하나의 진동을 검출할 수 있는 검출 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 길이 방향의 진동이 종진동이고, 상기 진동체의 회전축이 상기 진동체의 상기 두께 방향으로 존재하고, 상기 굴곡 진동이 상기 두께 방향과 직교하는 소정의 면내에서의 진동인 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 종진동이 종 1차 진동 모드이고, 상기 굴곡 진동이 굴곡 2차 진동 모드인 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 진동체가 상기 진동체를 여진하는 여진부와 상기 진동체의 상기 길이 방향의 진동 및 상기 굴곡 진동 중 상기 다른 하나의 진동을 검출하는 검출부를 갖고,
    상기 여진부에 상기 여진 전극이 고착되고,
    상기 검출부에 상기 검출 전극이 고착되고,
    상기 여진부와 상기 검출부가 상기 두께 방향으로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 진동체가 상기 진동체를 여진하는 여진부와 상기 진동체의 상기 길이 방향의 진동 및 상기 굴곡 진동 중의 상기 다른 하나의 진동을 검출하는 검출부를 갖고,
    상기 여진부에 상기 여진 전극이 고착되고,
    상기 검출부에 상기 검출 전극이 고착되고,
    상기 여진부와 상기 검출부가 상기 직육면체의 상기 길이 방향 및 상기 폭 방향을 포함하는 면내 방향으로 병설되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  8. 제 3항에 있어서, 상기 여진 전극이 상기 두께 방향과 거의 직교하는 평면과 평행하게 설치되고, 상기 여진 전극 간의 상기 압전체가 상기 두께 방향으로 분극되고,
    상기 검출 전극이 상기 두께 방향과 거의 직교하는 평면과 평행하게 설치되고, 상기 압전체의 상기 검출 전극이 설치된 부분이 상기 두께 방향으로 분극되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  9. 제 3항에 있어서, 상기 검출 전극이 상기 두께 방향으로 서로 대향해서 설치되어 있고, 상기 서로 대향하는 검출 전극 간의 상기 압전체가 상기 두께 방향으로 분극되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  10. 제 3항에 있어서, 상기 검출 전극 또는 상기 여진 전극이 상기 폭 방향과 거의 직교하는 평면과 평행하게 설치되고, 상기 검출 전극간 또는 상기 여진 전극 간의 상기 압전체가 상기 길이 방향으로 분극되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  11. 제 3항에 있어서, 상기 검출 전극 또는 상기 여진 전극이 상기 폭 방향으로 대칭으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  12. 제 3항에 있어서, 상기 진동체의 회전축이 상기 진동체의 상기 두께 방향에 존재하고, 상기 검출 전극이 상기 회전축을 포함하여 상기 폭 방향으로 거의 수직한 면에 대해서 대칭으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  13. 압전체로 된 진동체로서 서로 직교하는 길이 방향과 폭 방향과 두께 방향을 갖는 진동체와,
    상기 진동체에 고착된 여진 전극과,
    상기 진동체에 고착된 검출 전극을 구비하고,
    상기 여진 전극이 상기 두께 방향과 거의 직교하는 평면에 평행하게 설치되고, 상기 여진 전극 간의 상기 압전체가 상기 두께 방향으로 분극되고,
    상기 진동체의 회전축이 상기 진동체의 상기 두께 방향으로 존재하고,
    상기 검출 전극이 상기 회전축을 포함하는 면으로서 상기 길이 방향에 병행한 면에 대해서 대칭으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  14. 복수의 압전체층이 두께 방향으로 적층된 적층 구조를 갖는 압전체로 된 진동체를 구비하고, 상기 복수의 압전체층의 분극 방향이 상기 두께 방향으로 평행하고, 상기 복수의 압전체 중 제 1 적층부를 구성하는 상기 압전체를 상기 두께 방향으로 끼우도록 구성된 여진 전극 및 검출 전극 중 어느 하나의 전극과, 상기 복수의 압전체 중 제 2 적층부를 구성하는 상기 압전체층의 상기 두께 방향으로 거의 직교하는 주면에 설치된 상기 여진 전극 및 상기 검출 전극 중의 다른 하나의 전극으로서 굴곡 진동의 진동 방향으로 분리해서 설치된 굴곡 진동의 여진 또는 검출 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  15. 판 형상의 압전체로 된 진동체를 구비하고, 상기 진동체의 두께 방향으로 거의 직교하는 양주면에 상기 진동체의 길이 방향 치수의 거의 1/3 내지 2/3의 크기로 상기 길이 방향의 진동을 여진 또는 검출하는 여진 전극 및 검출 전극 중 어느 하나 의 전극을 서로 대향해서 각각 설치하고, 상기 진동체의 길이 방향의 다른 부분에 상기 여진 전극 및 상기 검출 전극 중 다른 하나의 전극으로서 굴곡 진동의 진동 방향으로 분리한 굴곡 진동의 여진 또는 검출 전극을 설치한 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  16. 판 형상의 압전체로 된 진동체를 구비하고, 상기 진동체의 두께 방향으로 거의 직교하는 주면의 상기 진동체의 폭 방향의 중앙부에 상기 진동체의 길이 방향으로 연재해서 설치된 여진 전극 및 검출 전극 중 어느 하나의 전극을 설치하고, 상기 여진 전극의 상기 폭 방향의 양측에 상기 여진 전극 및 상기 검출 전극 중 다른 하나의 전극으로서 굴곡 진동의 여진 또는 검출 전극을 설치한 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 압전체로 된 진동체의 분극 방향이 그 두께 방향으로 평행한 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  18. 판 형상의 압전체로 된 진동체를 구비하고, 상기 진동체의 두께 방향으로 거의 직교하는 제 1 양주면의 상기 진동체의 길이 방향의 한편측에 여진 전극 및 검출 전극 중 어느 하나의 전극을 서로 대향해서 설치하고, 상기 압전체의 상기 여진 전극 및 상기 검출 전극 중 상기 어느 하나의 전극으로 끼우게 된 부분의 분극 방향을 상기 두께 방향으로 하고, 상기 진동체의 상기 여진 전극이 설치되어 있지 않은 부분의 상기 진동체의 폭 방향과 거의 직교하는 제 2 양주면에 상기 여진 전극 및 상기 검출 전극 및 상기 검출 전극 중의 다른 하나의 전극으로서 상기 굴곡 진동의 여진 전극 또는 검출 전극을 각각 서로 대향해서 설치하고, 상기 굴곡 진동의 상기 여진 전극 및 상기 검출 전극 중의 상기 다른 하나의 전극 간의 상기 압전체의 분극 방향을 상기 길이 방향에 평행하게 한 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  19. 진동체와,
    상기 진동체에 종진동 및 굴곡 진동 중 어느 하나의 진동을 여진할 수 있는 여진 수단과,
    상기 진동체의 상기 종진동 및 상기 굴곡 진동 중 다른 하나의 진동을 검출할 수 있는 검출 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 진도 자이로스코프.
  20. 판 형상의 진동체와,
    상기 진동체의 길이 방향의 진동 및 굴곡 진동 중 어느 하나의 진동을 여진하는 여진 수단과,
    상기 진동체의 상기 길이 방향의 진동 및 상기 굴곡 진동 중의 다른 하나의 진동을 검출하는 검출 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 진도 자이로스코프.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 길이 방향의 진동이 종진동이고, 상기 진동체의 회전축이 상기 진동체의 두께 방향으로 존재하고, 상기 굴곡 진동이 상기 두께 방향과 직교하는 소정의 면내에서의 진동인 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 종진동이 종 1차 진동 모드이고, 상기 굴곡 진동이 굴곡 2차 진동인 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
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