JP2000292171A - 振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動子の振動をダンピングすることなく強い
強度で支持することができる振動ジャイロを提供する。 【解決手段】 振動ジャイロ１０は、音片型の２つの振
動子１２ａおよび１２ｂを含む。２つの振動子１２ａお
よび１２ｂは、基台２４の一端からのびて基台２４と一
体的に形成される。基台２４には、支持板４０が接着さ
れる。支持板４０は、振動子１２ａおよび１２ｂの２つ
のノードラインを含む面上に配置される。支持板４０に
は、振動子１２ａおよび１２ｂの２つのノードラインに
相当する部分に、４つの支持棒４２がそれぞれ支持板４
０と一体的に形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【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
ションシステムなどに用いられる音叉型の振動ジャイロ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来の振動ジャイロの一例を示す
斜視図である。図７に示す振動ジャイロ１は、音片型の
２つの振動子２ａおよび２ｂを含む。振動子２ａおよび
２ｂは、それぞれ、正４角柱状の振動体３を含み、振動
体３は、短冊状の第１の圧電体基板３ａおよび第２の圧
電体基板３ｂを含む。第１の圧電体基板３ａおよび第２
の圧電体基板３ｂは、積層され接着される。また、第１
の圧電体基板３ａおよび第２の圧電体基板３ｂは、互い
に逆の厚み方向に分極される。第１の圧電体基板３ａの
主面には、その幅方向に間隔を隔てて、２つの駆動用電
極４ａおよび４ｂが形成される。また、第２の圧電体基
板３ｂの主面には、検出用電極５が形成される。なお、
第１の圧電体基板３ａおよび第２の圧電体基板３ｂ間に
は、中間電極６が形成される。これらの振動子２ａおよ
び２ｂは、基台７からのびて基台７と一体的に形成され
る。なお、振動子２ａおよび２ｂの駆動用電極４ａおよ
び４ｂは、基台７の上面にのびて形成され、振動子２ａ
の駆動用電極４ｂと振動子２ｂの駆動用電極４ａとは接
続される。また、振動子２ａおよび２ｂの２つの検出用
電極５は、基台７の下面にのびて形成される。

【０００３】図７に示す振動ジャイロ１には、図８に示
すように、振動子２ａおよび２ｂの駆動用電極４ａおよ
び４ｂ間に発振回路８が接続される。この発振回路８
は、たとえば増幅回路と位相補正回路とを含む。また、
振動子２ａおよび２ｂの２つの検出用電極５は、差動回
路９ａの２つの入力端にそれぞれ接続される。差動回路
９ａの出力端は、同期検波回路９ｂの入力端に接続され
る。同期検波回路９ｂの別に入力端には、発振回路８の
別の出力端が接続される。同期検波回路９ｂの出力端
は、積分回路９ｃの入力端に接続される。積分回路９ｃ
の出力端は、直流増幅回路９ｄの入力端に接続される。

【０００４】この振動ジャイロ１では、発振回路８によ
って、２つの振動子２ａおよび２ｂには分極方向と直交
する方向に電界が印加され、２つの振動子２ａおよび２
ｂは、図９の矢印で示すように、それらの先端部が開い
たり閉じたりするようにして振動する。このとき、２つ
の振動子２ａおよび２ｂの先端部は分極方向に対して同
じ状態で振動するため、２つの振動子２ａおよび２ｂの
検出用電極５からは同じ出力信号が得られる。そのた
め、差動回路９ａからは、０の信号が出力される。この
状態で、振動ジャイロ１の中心軸Ｏ（図１０）を中心と
して回転角速度ωが加わると、２つの振動子２ａおよび
２ｂには、図１０の矢印で示すように、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、振動子２ａおよび２ｂの振動方向が変わり、２
つの振動子２ａおよび２ｂの検出用電極５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つの振動子２ａおよび２ｂに対して互いに逆向
きに働くため、２つの振動子２ａおよび２ｂは互いに逆
向きに変位する。そのため、２つの振動子２ａおよび２
ｂの検出用電極５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９ａで２つの検出
用電極５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。なお、差動回路９ａ
の出力信号は、同期検波回路９ｂで、発振回路８の信号
に同期して検波される。また、同期検波回路９ｂの出力
信号は積分回路９ｃで直流信号に変換され、さらに直流
増幅回路９ｄで増幅される。

【０００５】図７に示す振動ジャイロ１では、回転角速
度が加わっていない場合、振動子２ａおよび２ｂは、図
９の矢印で示すように、それらの先端部が基台７の厚み
内で開いたり閉じたりするよう振動するため、図９の斜
線で示す部分すなわち基台７がノード部分となる。した
がって、この場合、基台７を支持すれば、振動子２ａお
よび２ｂの振動をダンピングすることなく、振動ジャイ
ロ１を支持することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図７に示す
振動ジャイロ１では、中心軸Ｏ（図１０）を中心にして
回転角速度が加わっている場合、コリオリ力によって２
つの振動子２ａおよび２ｂの振動方向が基台７の厚み外
にでるように変わるため、中心軸Ｏを中心として基台７
にねじれが発生し、中心軸Ｏがノード部分となる。その
ため、この振動ジャイロ１では、振動子２ａおよび２ｂ
の振動をダンピングしないようにするためには、中心軸
Ｏを支持する必要がある。この場合、振動ジャイロ１
は、たとえば極力細い線状の金属棒からなる支持部材を
中心軸Ｏ上に接着することによって支持されるが、その
支持強度が弱い。なお、その支持強度を強くするために
支持部材を太く形成すると、振動子２ａおよび２ｂの振
動のダンピングにつながり、振動のダンピングが大きく
なると振動が不安定になり、温度ドリフトの原因にな
る。

【０００７】それゆえに、この発明の主たる目的は、振
動子の振動をダンピングすることなく強い強度で支持す
ることができる振動ジャイロを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる振動ジ
ャイロは、音片型の２つの振動子の一端が基台にそれぞ
れ接続された音叉型の振動ジャイロにおいて、振動子の
ノードラインを含む面上に配置され、基台に接着される
支持板を設けたことを特徴とする、振動ジャイロであ
る。この発明にかかる振動ジャイロでは、支持板におい
て振動子のノードラインに相当する部分に支持棒が設け
られてもよい。また、この発明にかかる振動ジャイロで
は、支持板において振動子のノードラインに相当する部
分が支持台で支持されてもよい。

【０００９】この発明にかかる振動ジャイロでは、回転
角速度が加わっていない場合、振動子が基台の厚み内で
振動するため、基台および支持板がノード部分となる。
また、この発明にかかる振動ジャイロでは、回転角速度
が加わっている場合、振動子のノードラインが基台の外
側に発生するが、振動子のノードラインに相当する部分
に支持板が存在する。そのため、この発明にかかる振動
ジャイロでは、支持板において振動子のノードラインに
相当する部分を支持すれば、振動子の振動をダンピング
することなく、強い強度で支持することができる。

【００１０】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。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１はこの発明にかかる振動ジャ
イロの一例を示す斜視図であり、図２はその振動ジャイ
ロの分解斜視図である。図１および図２に示す振動ジャ
イロ１０は、音片型の２つの振動子１２ａおよび１２ｂ
を含む。

【００１２】一方の振動子１２ａは、たとえば正４角柱
状の振動体１４を含み、振動体１４は、たとえば短冊状
の第１の圧電体基板１６ａおよび第２の圧電体基板１６
ｂを含む。第１の圧電体基板１６ａおよび第２の圧電体
基板１６ｂは、積層され接着される。また、第１の圧電
体基板１６ａおよび第２の圧電体基板１６ｂは、互いに
逆の厚み方向に分極される。なお、第１の圧電体基板１
６ａおよび第２の圧電体基板１６ｂの分極の方向は、同
じ方向であってもよい。

【００１３】第１の圧電体基板１６ａの主面には、その
幅方向に間隔を隔てて、２つの駆動用電極１８ａおよび
１８ｂが形成される。また、第２の圧電体基板１６ｂの
主面には、検出用電極２０が形成される。さらに、第１
の圧電体基板１６ａおよび第２の圧電体基板１６ｂ間に
は、中間電極２２が形成される。

【００１４】他方の振動子１２ｂは、一方の振動子１２
ａと同じ構造であり、振動体１４となる第１の圧電体基
板１６ａおよび第２の圧電体基板１６ｂと、２つの駆動
用電極１８ａおよび１８ｂ、検出用電極２０および中間
電極２２の各電極とを有する。

【００１５】２つの振動子１２ａおよび１２ｂの一端
は、基台２４の一端にそれぞれ接続される。基台２４
は、たとえば矩形状の第１の圧電体基板２６ａおよび第
２の圧電体基板２６ｂを含む。第１の圧電体基板２６ａ
の一端には、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの第１の
圧電体基板１６ａの一端がそれぞれ接続される。この場
合、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの第１の圧電体基
板１６ａと基台２４の第１の圧電体基板２６ａとは、同
じ材料で一体的に形成される。同様に、第２の圧電体基
板２６ｂの一端には、２つの振動子１２ａおよび１２ｂ
の第２の圧電体基板１６ｂの一端がそれぞれ接続され
る。この場合、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの第２
の圧電体基板１６ｂと基台２４の第２の圧電体基板２６
ｂとは、同じ材料で一体的に形成される。そして、第１
の圧電体基板２６ａおよび第２の圧電体基板２６ｂは、
積層され接着される。

【００１６】基台２４の第１の圧電体基板２６ａの主面
には、その幅方向に間隔を隔てて、３つの駆動用電極２
８ａ、２８ｂおよび２８ｃが形成される。この場合、１
つの駆動用電極２８ａは、一方の振動子１２ａの駆動用
電極１８ａからのびて形成され、他の１つの駆動用電極
２８ｂは、一方の振動子１２ａの駆動用電極１８ｂおよ
び他方の振動子１２ｂの駆動用電極１８ａからのびて形
成され、残りの１つの駆動用電極２８ｃは、他方の振動
子１２ｂの駆動用電極１８ｂからのびて形成される。ま
た、基台２４の第２の圧電体基板２６ｂの主面には、そ
の幅方向に間隔を隔てて、２つの検出用電極３０ａおよ
び３０ｂが形成される。この場合、一方の検出用電極３
０ａは、一方の振動子１２ａの検出用電極２０からのび
て形成され、他方の検出用電極３０ｂは、他方の振動子
１２ｂの検出用電極２０からのびて形成される。さら
に、基台２４の第１の圧電体基板２６ａおよび第２の圧
電体基板２６ｂ間には、中間電極３２が、２つの振動子
１２ａおよび１２ｂの中間電極２２からのびて形成され
る。

【００１７】また、基台２４には、たとえば短冊状の金
属板からなる支持板４０が接着される。この場合、支持
板４０は、基台２４の検出用電極３０ａおよび３０ｂの
表面に絶縁剤からなる接着剤で接着される。それによっ
て、支持板４０は、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの
２つのノードライン（図４）を含む面上に配置される。

【００１８】さらに、支持板４０には、２つの振動子１
２ａおよび１２ｂの２つのノードラインに相当する部分
に、線状の４つの支持棒４２がそれぞれ支持板４０と一
体的に形成される。

【００１９】この振動ジャイロ１０には、図３に示すよ
うに、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの駆動用電極１
８ａおよび１８ｂからのびて形成される駆動用電極２８
ａおよび２８ｃと駆動用電極２８ｂとの間に発振回路５
０が接続され、駆動用電極２８ａおよび２８ｃが電源電
圧の中間点に接続される。発振回路５０は、たとえば増
幅回路と位相補正回路とを含む。

【００２０】また、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの
検出用電極２０からのびて形成される２つの検出用電極
３０ａおよび３０ｂは、差動回路５２の２つの入力端に
それぞれ接続される。差動回路５２は、２つの振動子１
２ａおよび１２ｂの検出用電極２０から得られる出力信
号の差を検出するためのものである。差動回路５２の出
力端は、同期検波回路５４の入力端に接続される。同期
検波回路５４の別に入力端には、発振回路５０の別の出
力端が接続される。同期検波回路５４は、差動回路５２
の出力信号を発振回路５０の出力信号に同期して検波す
るためのものである。同期検波回路５４の出力端は、積
分回路５６の入力端に接続される。積分回路５６は、同
期検波回路５４の出力信号を積分するためのものであ
る。積分回路５６の出力端は、直流増幅回路５８の入力
端に接続される。直流増幅回路５８は、積分回路５６の
出力信号を増幅するためのものである。

【００２１】この振動ジャイロ１０では、発振回路５０
によって、一方の振動子１２ａの駆動用電極１８ａおよ
び他方の振動子１２ｂの駆動用電極１８ｂから出力され
る信号が増幅され、位相補正され、一方の振動子１２ａ
の駆動用電極１８ｂおよび他方の振動子１２ｂの駆動用
電極１８ａに与えられる。それによって、２つの振動子
１２ａおよび１２ｂには分極方向と直交する方向に電界
が印加され、２つの振動子１２ａおよび１２ｂは、それ
らの先端部が開いたり閉じたりするようにして振動す
る。このとき、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの先端
部は分極方向に対して同じ状態で振動するため、２つの
振動子１２ａおよび１２ｂの検出用電極２０からは同じ
出力信号が得られる。そのため、差動回路５２からは、
０の信号が出力される。

【００２２】この状態で、振動ジャイロ１０の中心軸Ｏ
（図４）を中心として回転角速度が加わると、２つの振
動子１２ａおよび１２ｂには、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、
振動子１２ａおよび１２ｂの振動方向が変わる。そのた
め、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの検出用電極２０
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つの振動子１２ａおよび１２ｂに
対して互いに逆向きに働くため、２つの振動子１２ａお
よび１２ｂは互いに逆向きに変位する。そのため、２つ
の振動子１２ａおよび１２ｂの検出用電極２０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５２で２つの検出用電極２０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。

【００２３】差動回路５２の出力信号は、同期検波回路
５４で、発振回路５０の信号に同期して検波される。そ
れによって、差動回路５２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５４の出力信
号は積分回路５６で直流信号に変換され、さらに直流増
幅回路５８で増幅される。振動子１２ａおよび１２ｂの
検出用電極２０からの出力信号のレベルは、振動子１２
ａおよび１２ｂの先端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、出力信号のレベルは
大きくなる。したがって、直流増幅回路５８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。

【００２４】また、回転角速度が加わる方向によって、
振動子１２ａおよび１２ｂに働くコリオリ力の方向が変
わる。そのため、２つの検出用電極２０から出力される
信号の位相も変わり、差動回路５２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５４では、一方向に回転角速度が加わ
ったときに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に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５８の出力信号の極性が変わる。つまり、直流
増幅回路５８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。

【００２５】この振動ジャイロ１０では、回転角速度が
加わっていない場合、振動子１２ａおよび１２ｂは、そ
れらの先端部が開いたり閉じたりするよう振動する。そ
のため、この場合、振動ジャイロ１０の基台２４、支持
板４０および支持棒４２がノード部分となる。したがっ
て、この場合、支持棒４２などを支持することによっ
て、振動子１２ａおよび１２ｂの振動をダンピングする
ことなく、振動ジャイロ１０を強い強度で支持すること
ができる。

【００２６】また、この振動ジャイロ１０では、中心軸
Ｏ（図４）を中心にして回転角速度が加わっている場
合、２つの振動子１２ａおよび１２ｂの２つのノードラ
インが基台２４の外側に発生するが、２つの振動子１２
ａおよび１２ｂの２つのノードラインに相当する部分に
支持板４０および支持棒４２が存在する。したがって、
この場合も、支持棒４２を支持することによって、振動
子１２ａおよび１２ｂの振動をダンピングすることな
く、振動ジャイロ１０を強い強度で支持することができ
る。

【００２７】図５はこの発明にかかる振動ジャイロの他
の例を示す斜視図である。図５に示す振動ジャイロ１０
では、図１および図２に示す振動ジャイロ１０と比べ
て、支持棒４２が形成されていない代わりに、たとえば
金属からなる支持台４４が設けられる。支持台４４は、
支持板４０と同様の台板４６を含み、台板４６上には、
板状の２つの脚部４８ａおよび４８ｂが間隔を隔てて形
成される。そして、これらの脚部４８ａおよび４８ｂの
先端部が、支持板４０において２つの振動子１２ａおよ
び１２ｂの２つのノードライン（図６）に相当する部分
に、それぞれたとえばシリコンなどで接着される。

【００２８】図５に示す振動ジャイロ１０でも、図１お
よび図２に示す振動ジャイロ１０と同様に動作し、同様
の効果が得られる。

【００２９】なお、上述の各振動ジャイロ１０では２つ
の振動子１２ａおよび１２ｂがそれぞれいわゆるバイモ
ルフ構造に形成されているが、この発明では振動子はユ
ニモルフ構造などの他の構造に形成されてもよい。ま
た、基台２４についても、同様に、ユニモルフ構造など
の他の構造に形成されてもよい。

【００３０】さらに、上述の各振動ジャイロ１０では支
持板４０、支持棒４２、支持台４４が金属で特定の形状
に形成されているが、支持板４０、支持棒４２、支持台
４４などは他の形状に形成されてもよく、また、それら
の材料として金属以外のものが用いられてもよい。

【００３１】

【発明の効果】この発明によれば、振動子の振動をダン
ピングすることなく強い強度で支持することができるジ
ャイロが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる振動ジャイロの一例を示す斜
視図である。

【図２】図１に示す振動ジャイロの分解斜視図である。

【図３】図１および図２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４】図１および図２に示す振動ジャイロにおいて回
転角速度が加わっている場合のノードラインを示す図解
図である。

【図５】この発明にかかる振動ジャイロの他の例を示す
斜視図である。

【図６】図５に示す振動ジャイロにおいて回転角速度が
加わっている場合のノードラインを示す図解図である。

【図７】従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図であ
る。

【図８】図７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９】図７に示す振動ジャイロにおいて回転角速度が
加わっていない場合のノード部分を示す図解図である。

【図１０】図７に示す振動ジャイロにおいて回転角速度
が加わっている場合のノード部分を示す図解図である。

【符号の説明】

１０ 振動ジャイロ １２ａ、１２ｂ 振動子 １４ 振動体 １６ａ 第１の圧電体基板 １６ｂ 第２の圧電体基板 １８ａ、１８ｂ 駆動用電極 ２０ 検出用電極 ２２ 中間電極 ２４ 基台 ２６ａ 第１の圧電体基板 ２６ｂ 第２の圧電体基板 ２８ａ、２８ｂ、２８ｃ 駆動用電極 ３０ａ、３０ｂ 検出用電極 ３２ 中間電極 ４０ 支持板 ４２ 支持棒 ４４ 支持台 ４６ 台板 ４８ａ、４８ｂ 脚部 ５０ 発振回路 ５２ 差動回路 ５４ 同期検波回路 ５６ 平滑回路 ５８ 直流増幅回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音片型の２つの振動子の一端が基台にそ
   れぞれ接続された音叉型の振動ジャイロにおいて、 前記振動子のノードラインを含む面上に配置され、前記
   基台に接着される支持板を設けたことを特徴とする、振
   動ジャイロ。
2. 【請求項２】 前記支持板において前記振動子のノード
   ラインに相当する部分に支持棒が設けられる、請求項１
   に記載の振動ジャイロ。
3. 【請求項３】 前記支持板において前記振動子のノード
   ラインに相当する部分が支持台で支持される、請求項１
   に記載の振動ジャイロ。