(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
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。
【請求項２】
前記振動体は、２つの圧電体基板を接着することによって形成された、請求項１に記載の振動ジャイロ。
【請求項３】
前記振動体は、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された、請求項１に記載の振動ジャイロ。
【請求項４】
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、
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。
【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、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
【図１】
0003646759.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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