| 【発明の名称】 |
圧電振動ジャイロ |
| 【発明者】 |
【氏名】白鳥 晃
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| 【要約】 |
【課題】圧電振動子に機械的加工を加えること無く振動方向の軸ズレの発生を極力抑制できる良好な振動特性を有する圧電振動ジャイロを提供すること。
【解決手段】この圧電振動子の場合、一軸方向に延びた円柱状圧電セラミックスの外周面上における円周を６等分する位置であって、且つ円柱状圧電セラミックスの一軸方向（長さ方向）と平行な位置に電極パターンとして形成した６本の帯状電極のうち、駆動電極１３及びこれと隣り合う共通アース電極１２，１４で構成される駆動部の電極パターンの形状と、検出電極１５及びこれと隣り合う共通アース電極１４，１６で構成される検出部の電極パターンの形状とが、共通アース電極１６の一軸方向における略中央部分が欠かれていることにより異なっている。これにより駆動部の共振周波数と検出部の共振周波数との差を適度に持たせて良好な振動特性を得ることを可能にしている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 一軸方向に延びた円柱状圧電体の外周面上における円周を等分する位置であって、且つ該円柱状圧電体の該一軸方向と平行な位置に電極パターンとして形成された複数の帯状電極が該円柱状圧電体の該一軸方向における端側で互いに円周方向に沿って接続された複数の共通アース電極と、前記複数の共通アース電極のうちの一対の組のものの間に配置された駆動電極と、前記複数の共通アース電極のうちの他の一対の組のものの間に配置された検出電極とを含む圧電振動ジャイロ用圧電振動子において、前記駆動電極及び前記共通アース電極の該駆動電極と隣り合うもので構成される駆動部の電極パターンと、前記検出電極及び前記共通アース電極の該検出電極と隣り合うもので構成される検出部の電極パターンとの形状が異なることにより、該駆動部の共振周波数と該検出部の共振周波数とが差を有することを特徴とする圧電振動ジャイロ用圧電振動子。
【請求項２】 請求項１記載の圧電振動ジャイロ用圧電振動子において、前記複数の帯状電極は、前記一軸方向における長さが前記検出電極と同じであると共に、前記複数の共通アース電極の特定なものを挟んで該検出電極とほぼ線対象な位置に配置された他の検出電極を含むことを特徴とする圧電振動ジャイロ用圧電振動子。
【請求項３】 請求項２記載の圧電振動ジャイロ用圧電振動子において、前記検出電極及び前記他の検出電極の前記一軸方向における長さは、前記駆動電極の該一軸方向における長さよりも短いことを特徴とする圧電振動ジャイロ用圧電振動子。
【請求項４】 請求項２又は３記載の圧電振動ジャイロ用圧電振動子において、前記駆動電極，前記検出電極，前記他の検出電極，及び前記複数の共通アース電極は、前記円柱状圧電体の振動節点の近傍に形成されると共に、外部の電気回路と電気的に接続するための電気的接続点をそれぞれ一つずつ有して成ることを特徴とする圧電振動ジャイロ用圧電振動子。
【請求項５】 請求項４記載の圧電振動ジャイロ用圧電振動子において、前記検出電極及び前記他の検出電極は、前記円柱状圧電体の円周方向において対称な頂点位置を含むように該円周方向に沿って延びた局部を有し、且つ前記電気的接続点を該局部の該円周方向において対称な頂点位置に形成したことを特徴とする圧電振動ジャイロ用圧電振動子。
【請求項６】 請求項４又は５記載の圧電振動ジャイロ用圧電振動子を用いた圧電振動ジャイロであって、前記外部の電気回路を含むと共に、前記電気的接続点を用いて該電気回路との間で導電性部材により機械的支持及び電気的接続を兼用して成ることを特徴とする圧電振動ジャイロ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として自動車用ナビゲーションシステムやカメラ一体型ＶＴＲの手振れ補正装置等に用いられるジャイロスコープに属されると共に、圧電材料により構成された棒状屈曲振動子を用いた圧電振動ジャイロに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の圧電振動ジャイロは、振動している物体に回転角速度が与えられると、その振動方向と直角な方向にコリオリ力が生じるという力学現象を利用したジャイロスコープとして知られている。
【０００３】一般に、圧電振動ジャイロは、互いに直交する２つ異なる方向の励振とその検出とが可能であるように構成した複合振動系において、一方の振動を励振した状態で圧電振動子自体を２つの振動面が交わる線と平行な軸を中心軸として回転させると、上述したコリオリ力の作用によりこの振動と直角な方向に力が作用し、その方向に新たに他方の振動が励振される。この新たな振動の大きさは、入力側の振動の大きさ及び圧電振動子に加えられた回転角速度に比例するため、入力電圧を一定にした場合、出力電圧の大きさから回転角速度の大きさを求めることができる。因みに、圧電振動子に電極パターンが形成された状態では、入力側の振動の大きさは圧電振動子の駆動電極に印加される入力電圧としての駆動電圧により発生する駆動振動の振幅を示し、出力電圧は圧電振動子の検出電極から得られる検出電圧となる。
【０００４】図５は、従来の圧電振動ジャイロに用いられる圧電振動子１００の外観構成を示した斜視図である。又、図６は、この圧電振動子１００の電極パターンを展開して示した平面図である。
【０００５】この圧電振動子１００は、一軸方向に延びた円柱状圧電セラミックス５１の外周面上における円周を６等分する位置であって、且つ円柱状圧電セラミックス５１の一軸方向（長さ方向）と平行な位置に電極パターンとして６本の帯状電極を形成した後、これらの帯状電極を互いに一つおきに接続して２端子として分極処理を施すことにより、円柱状圧電セラミックス５１の一軸方向における端側（ここでは両端側）で互いに円周方向に沿って接続された３本の共通アース電極５２，５４，５６と、共通アース電極５２，５４の間に配置された１本の駆動電極５３と、共通アース電極５４，５６の間に配置された１本の検出電極５５と、共通アース電極５６を挟んで検出電極５５とほぼ線対象な位置に配置された１本の検出電極５７とを構成している。
【０００６】この圧電振動子１００では、各電極を成す６本の帯状電極を円柱状圧電セラミックス５１の円周方向に均一に６等分した位置であると共に、円柱状圧電セラミックス５１の一軸方向の長さにおいて同一に配置しているため、分極を施した際に分極状態が均一になる。即ち、圧電振動子１００では、分極状態が均一であることにより音速も均一になり、駆動方向の共振周波数と検出方向の共振周波数とがほぼ同一になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述した圧電振動子の場合、理論的には分極状態が均一であって音速を均一できる構成となっているが、実際には円柱状圧電セラミックス材料や電極パターンのばらつきの他、形状，寸法の精度のばらつきが生じたり、或いは分極状態のばらつき等が生じるため、若干ではあるが音速が不均一となり、本来同一な筈の駆動方向の共振周波数と検出方向の共振周波数とに差が生じてしまう。こうした場合、圧電振動子を励振させると、振動方向に軸ズレが発生する（但し、逆に駆動方向であるＸ方向の共振周波数と検出方向であるＹ方向の共振周波数との差を５０Ｈｚ程度以上持たると軸ズレが起こらず圧電振動子として良好な特性が得られる）ことになり、静止状態でも２つの検出出力の出力や位相に差が出ることになる。
【０００８】そこで、実際の圧電振動子作製時の仕上げ段階では、共振周波数の差を抑制するため、圧電振動子に機械的加工を加え、共振周波数を合わせる等の仕上げ加工を実施するようにしている。
【０００９】ところが、このような仕上げ加工は、圧電振動子に機械的加工を加えるもので、完成品の外観上の品質を劣化させることにもなるため、余り好ましくないという問題がある。
【００１０】本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、圧電振動子に機械的加工を加えること無く振動方向の軸ズレの発生を極力抑制できる良好な振動特性を有する圧電振動ジャイロを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、一軸方向に延びた円柱状圧電体の外周面上における円周を等分する位置であって、且つ該円柱状圧電体の該一軸方向と平行な位置に電極パターンとして形成された複数の帯状電極が該円柱状圧電体の該一軸方向における端側で互いに円周方向に沿って接続された複数の共通アース電極と、複数の共通アース電極のうちの一対の組のものの間に配置された駆動電極と、複数の共通アース電極のうちの他の一対の組のものの間に配置された検出電極とを含む圧電振動ジャイロ用圧電振動子において、駆動電極及び共通アース電極の該駆動電極と隣り合うもので構成される駆動部の電極パターンと、検出電極及び共通アース電極の該検出電極と隣り合うもので構成される検出部の電極パターンとの形状が異なることにより、該駆動部の共振周波数と該検出部の共振周波数とが差を有する圧電振動ジャイロ用圧電振動子が得られる。
【００１２】又、本発明によれば、上記圧電振動ジャイロ用圧電振動子において、複数の帯状電極は、一軸方向における長さが検出電極と同じであると共に、複数の共通アース電極の特定なものを挟んで該検出電極とほぼ線対象な位置に配置された他の検出電極を含む圧電振動ジャイロ用圧電振動子が得られる。
【００１３】更に、本発明によれば、上記圧電振動ジャイロ用圧電振動子において、検出電極及び他の検出電極の一軸方向における長さは、駆動電極の該一軸方向における長さよりも短い圧電振動ジャイロ用圧電振動子が得られる。
【００１４】加えて、本発明によれば、上記何れかの圧電振動ジャイロ用圧電振動子において、駆動電極，検出電極，他の検出電極，及び複数の共通アース電極は、円柱状圧電体の振動節点の近傍に形成されると共に、外部の電気回路と電気的に接続するための電気的接続点をそれぞれ一つずつ有して成る圧電振動ジャイロ用圧電振動子が得られる。
【００１５】一方、本発明によれば、上記圧電振動ジャイロ用圧電振動子において、検出電極及び他の検出電極は、円柱状圧電体の円周方向において対称な頂点位置を含むように該円周方向に沿って延びた局部を有し、且つ電気的接続点を該局部の該円周方向において対称な頂点位置に形成した圧電振動ジャイロ用圧電振動子が得られる。
【００１６】他方、本発明によれば、上記何れかの圧電振動ジャイロ用圧電振動子を用いた圧電振動ジャイロであって、外部の電気回路を含むと共に、電気的接続点を用いて該電気回路との間で導電性部材により機械的支持及び電気的接続を兼用して成る圧電振動ジャイロが得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下に実施例を挙げ、本発明の圧電振動ジャイロについて、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】図１は、本発明の一実施例に係る圧電振動ジャイロ用圧電振動子に形成される電極パターンを展開して示した平面図である。ここでの圧電振動子の場合も、図６に示した従来の電極パターンと比べ、一軸方向に延びた円柱状圧電セラミックスの外周面上における円周を６等分する位置であって、且つ円柱状圧電セラミックスの一軸方向（長さ方向）と平行な位置に電極パターンとして６本の帯状電極を形成した後、これらの帯状電極を互いに一つおきに接続して２端子として分極処理を施すことにより、円柱状圧電セラミックスの一軸方向における端側（ここでは両端側）で互いに円周方向に沿って接続された３本の共通アース電極１２，１４，１６と、共通アース電極１２，１４の間に配置された１本の駆動電極１３と、共通アース電極１４，１６の間に配置された１本の検出電極１５と、共通アース電極１６を挟んで検出電極１５とほぼ線対象な位置に配置された１本の検出電極１７とを構成している点は、基本構成上において同じである。
【００１９】但し、ここでの電極パターンの形状、即ち、駆動電極１３及びこの駆動電極１３と隣り合う共通アース電極１２，１４で構成される駆動部の電極パターンの形状と、検出電極１５及びこの検出電極１５と隣り合う共通アース電極１４，１６で構成される検出部の電極パターンの形状とが、共通アース電極１６の一軸方向における略中央部分が欠かれていることにより異なっており、これにより駆動部の共振周波数と検出部の共振周波数とが差を有するようになっている。
【００２０】即ち、この圧電振動子では、各電極を成す６本の帯状電極を円柱状圧電セラミックスの円周方向に均一に６等分した位置に形成していても、円柱状圧電セラミックスの一軸方向の長さにおいて共通アース電極１６を他の共通アース電極１２，１４と比べて短くしているため、こうした電極パターンで分極を施した場合には分極状態が不均一になる。
【００２１】図２は、ここで説明した圧電振動ジャイロ用圧電振動子の端面に平行な一平面上における断面図を示したものである。ここでは、圧電振動子において、駆動電極１３を上面に配置して共通アース電極１６を下面に位置させ、駆動電極１３及び共通アース電極１６を結ぶ方向を駆動方向のＸ方向とし、それに直交するＹ方向を検出方向とした場合、圧電振動子の上側の分極状態に比べて下側の分極状態が弱くなること、即ち、圧電振動子のＸ方向の分極状態がＹ方向の分極状態に比べて弱くなることにより、Ｘ方向の音速がＹ方向の音速に比べて早くなり、結果として共振周波数に置き換えると、Ｘ方向の共振周波数がＹ方向の共振周波数に比べて高くなってＸ方向の共振周波数とＹ方向の共振周波数とに差が出ることを示している。
【００２２】ところで、図１に示した圧電振動子の電極パターンを変形し、例えば共通アース電極１６を他の共通アース電極１２，１４と同じ長さにし、且つ検出電極１５，１７の長さを駆動電極１３の長さよりも短く構成したり、或いは共通アース電極１６の長さを変えずに駆動電極１３と対向する共通アース電極１２，１４の長さを短く変化させる構成としても、同様にＸ方向の共振周波数とＹ方向の共振周波数とに差が出るという効果が得られる。一般に、こうした共振周波数の差は短くする電極の長さにより変化し、他の電極との長さの比でその差が決まる。
【００２３】図３は、共通アース電極１６の長さを変えずに駆動電極１３と対向する他の共通アース電極１２，１４の長さを短く変化させた場合の他の共通アース電極１２，１４の長さの比（％）に対する駆動側Ｘ方向及び検出側Ｙ方向の共振周波数差（Ｈｚ）の関係を示したものである。但し、ここでは駆動側Ｘ方向の共振周波数を２６ｋＨｚとしており、他の共通アース電極１２，１４の長さが共通アース電極１６の長さと同じである場合の他の共通アース電極１２，１４の長さの比を１００％としている。
【００２４】ここでは、他の共通アース電極１２，１４の長さの比を共通アース電極１６の長さの約７０％近傍以下にすれば、共振周波数差５０Ｈｚ以下とすることができることを示している。こうした共振周波数差５０Ｈｚ以下の圧電振動子の場合、圧電振動子に機械的加工を加えること無く振動方向の軸ズレの発生を極力抑制でき、良好な振動特性を有するものとなる。
【００２５】図４は、本発明の他の実施例に係る圧電振動ジャイロ用圧電振動子に形成される電極パターンを展開して示した平面図である。
【００２６】ここでの圧電振動子の場合も、図６に示した従来の電極パターンと比べ、一軸方向に延びた円柱状圧電セラミックスの外周面上における円周を６等分する位置であって、且つ円柱状圧電セラミックスの一軸方向（長さ方向）と平行な位置に電極パターンとして６本の帯状電極を形成した後、これらの帯状電極を互いに一つおきに接続して２端子として分極処理を施すことにより、円柱状圧電セラミックスの一軸方向における端側（ここでは片端側）で互いに円周方向に沿って接続された３本の共通アース電極３２，３４，３６と、共通アース電極３２，３４の間に配置された１本の駆動電極１３と、共通アース電極３４，３６の間に配置された１本の検出電極３５と、共通アース電極３６を挟んで検出電極３５とほぼ線対象な位置に配置された１本の検出電極３７とを構成している点は、基本構成上において同じである。
【００２７】但し、ここでの電極パターンの形状、即ち、駆動電極１３及びこの駆動電極１３と隣り合う共通アース電極３２，３４で構成される駆動部の電極パターンの形状と、検出電極３５及びこの検出電極３５と隣り合う共通アース電極３４，３６で構成される検出部の電極パターンの形状とが、共通アース電極３６の一軸方向における検出電極３７寄りの略半分が欠かれていることにより異なっており、更に、検出電極３５，３７が円柱状圧電セラミックスの円周方向において対称な頂点位置を含むように円周方向に沿って延びた局部を有し、駆動電極１３と検出電極３５，３７と共通アース電極３２，３４，３６とが円柱状圧電セラミックスの円周方向で対称の頂点にあり、且つ長さ方向で振動節点の近傍の上下各２箇所となる合計４箇所に形成されると共に、外部の電気回路と電気的に接続するための電気的接続点１３ａ，３５ａ，３７ａ，３６ａをそれぞれ一つずつ有して成る（但し、ここで検出電極３５，３７の電気的接続点３５ａ，３７ａは局部の円周方向において上下の対称な頂点位置に形成される）ことにより、駆動部（駆動側Ｘ方向）の共振周波数と検出部（検出側Ｙ方向）の共振周波数とが差を有するようになっている。
【００２８】一般に、このような構成の圧電振動子を用いて圧電振動ジャイロを作製する場合、圧電振動子をシリコンゴム等の支持部材で機械的に支持し、各電極と電気回路とをリード線等で電気的に接続するように構成されるが、ここでの圧電振動子においては、各電極が圧電振動子の円周方向で対称の頂点にあり、且つ長さ方向で振動節点に位置される電気的接続点１３ａ，３５ａ，３７ａ，３６ａをそれぞれ一つずつ有するため、各電気的接続点１３ａ，３５ａ，３７ａ，３６ａを用いて電気回路との間で金属板等の導電性部材により圧電振動子における上下方向並びに左右方向での電気的接続及び機械的支持を兼用することで容易に圧電振動ジャイロを作製することができる。
【００２９】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の圧電振動ジャイロによれば、既存の圧電振動ジャイロ用圧電振動子（円柱状圧電体）に形成される電極パターンを改良し、駆動電極及び共通アース電極の駆動電極と隣り合うもので構成される駆動部の電極パターンと、検出電極及び共通アース電極の検出電極と隣り合うもので構成される検出部の電極パターンとの形状を異なるようにして駆動部（駆動側Ｘ方向）の共振周波数と検出部（検出側Ｙ方向）の共振周波数との差を適度（５０Ｈｚ程度以上）に持たせて良好な振動特性を得られるようにしているので、圧電振動子に機械的加工を加えること無く振動方向の軸ズレの発生を極力抑制できるようになる。又、他の形態の圧電振動子（円柱状圧電体）では、電極パターンとして形成される各電極が円柱状圧電体の円周方向で対称の頂点にあり、且つ長さ方向で振動節点に位置される電気的接続点をそれぞれ一つずつ有する構成としており、圧電振動子を用いて圧電振動ジャイロを作製する際、電気的接続点を用いて電気回路との間で導電性部材により圧電振動子における電気的接続及び機械的支持を兼用して圧電振動ジャイロを容易に作製可能にしているため、結果としてジャイロ特性の優れた圧電振動ジャイロを量産できるようになる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２３９７３６
【氏名又は名称】トーキンセラミクス株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１月６日（２０００．１．６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７１２７２
【弁理士】
【氏名又は名称】後藤 洋介 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１９４１４７（Ｐ２００１−１９４１４７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年７月１９日（２００１．７．１９） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−５７０（Ｐ２０００−５７０） |
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