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JPH10246638A - Piezoelectric oscillation gyro - Google Patents

Piezoelectric oscillation gyro

Info

Publication number
JPH10246638A
JPH10246638A JP9050449A JP5044997A JPH10246638A JP H10246638 A JPH10246638 A JP H10246638A JP 9050449 A JP9050449 A JP 9050449A JP 5044997 A JP5044997 A JP 5044997A JP H10246638 A JPH10246638 A JP H10246638A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
circuit
electrodes
vibrator
vibration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP9050449A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisahiro Ishikawa
寿洋 石川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokin Corp
Original Assignee
Tokin Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokin Corp filed Critical Tokin Corp
Priority to JP9050449A priority Critical patent/JPH10246638A/en
Publication of JPH10246638A publication Critical patent/JPH10246638A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a small-sized and thin piezoelectric oscillation gyro that can be connected without the need of input and output terminals and lead wires, restrains the oscillation of gyro characteristics with a simple structure and can be manufactured readily. SOLUTION: The gyro is formed such that a piezoelectric oscillator 200 with a plurality of electrodes including driving and detecting ones formed on one main surface of a piezoelectric plate 10 is arranged on a circuit substrate 300 including a circuit block 32 being a driving and detecting circuit. Electrodes of the piezoelectric oscillator 200 respectively include a leader electrode extended to the side face of the piezoelectric plate 10, and the circuit block 32 of the circuit substrate 300 includes a plurality of connecting conductors extended toward an attachment position of the piezoelectric oscillator 200, and further, the connecting conductor and leader electrode are conductivity connected to each other as the piezoelectric oscillator 200 is set on the circuit substrate 300, and the piezoelectric oscillator 200 is put on the circuit substrate 300 by adhesively forming the nearby portion around a cavity 30 of the circuit substrate 300.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、主として自動車の
ナビゲーションシステム,姿勢制御システム,カメラ一
体型VTRカメラの手振れ補正用角速度センサ等に用い
られるジャイロスコープに属されると共に、超音波振動
を利用した圧電振動ジャイロに関し、詳しくは振動モー
ドとしてエネルギー閉じ込め振動モードを利用した圧電
振動ジャイロに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention belongs to a gyroscope mainly used for an automobile navigation system, an attitude control system, a camera-shake correction angular velocity sensor of a camera-integrated VTR camera, and a piezoelectric device utilizing ultrasonic vibration. The present invention relates to a vibrating gyroscope, and more particularly, to a piezoelectric vibrating gyroscope using an energy trapping vibration mode as a vibration mode.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に圧電振動ジャイロは、振動してい
る物体に回転角速度が加えられると、その振動方向と直
角な方向にコリオリ力を生ずるという力学現象を利用し
たジャイロスコープに属される。
2. Description of the Related Art In general, a piezoelectric vibrating gyroscope belongs to a gyroscope utilizing a mechanical phenomenon that, when a rotational angular velocity is applied to a vibrating object, a Coriolis force is generated in a direction perpendicular to the vibration direction.

【0003】このジャイロスコープでは、互いに直交す
る二つの異なる方向の振動を励振可能に構成した複合振
動系において、一方の振動を励振した状態で振動子自体
を二つの振動面が交わる線と平行な軸を中心として回転
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働き、他方の振動が励振される。こ
の振動の大きさは、入力側の振動の振幅及び回転角速度
に比例するため、入力側の振動振幅を一定にした場合、
出力電圧の大きさから印加された回転角速度の大きさを
求めることができる。
In this gyroscope, in a composite vibration system configured to be able to excite vibrations in two different directions orthogonal to each other, the vibrator itself is parallel to a line where two vibration planes intersect with one vibration being excited. When rotated about an axis, a force acts in a direction perpendicular to this vibration by the action of the Coriolis force described above, and the other vibration is excited. Since the magnitude of this vibration is proportional to the amplitude of the vibration on the input side and the rotational angular velocity, when the vibration amplitude on the input side is fixed,
The magnitude of the applied angular velocity can be determined from the magnitude of the output voltage.

【0004】図6は、従来の圧電振動ジャイロ用圧電振
動子100の基本構成を示した斜視図である。この圧電
振動子100は、正方形断面形状を有する金属角柱10
1の隣り合う面のほぼ中央部に圧電セラミックス薄板1
02,103が接合され、圧電セラミックス薄板103
を有する面の局部が接地されて成っている。これらの圧
電セラミックス薄板102,103は、それぞれ両面に
電極が形成されて厚さ方向に分極されており、それぞれ
の一面(表面)には引き出し用のリード線104,10
5が接続されている。
FIG. 6 is a perspective view showing a basic structure of a conventional piezoelectric vibrator 100 for a piezoelectric vibrating gyroscope. This piezoelectric vibrator 100 has a metal prism 10 having a square cross-sectional shape.
The piezoelectric ceramic thin plate 1 is located almost at the center of the adjacent surfaces
02 and 103 are joined to form a piezoelectric ceramic thin plate 103.
Is locally grounded. The piezoelectric ceramic thin plates 102 and 103 have electrodes formed on both surfaces thereof and are polarized in the thickness direction, and lead wires 104 and 10 for drawing out are provided on one surface (front surface).
5 is connected.

【0005】金属角柱101には、互いに直交する二つ
の屈曲振動モードが存在し、材料の特性が均質である場
合には二つの屈曲振動モードの共振周波数がほぼ等しく
なることが知られている。従って、圧電セラミックス薄
板102に金属角柱101の屈曲振動の共振周波数にほ
ぼ等しい周波数の電圧を印加すると、圧電セラミックス
薄板102を接合した面が凹凸となる方向(Y軸方向)
に屈曲振動する。この状態で、金属角柱101を長さ方
向と平行な軸(Z軸)の回り(図中ではΩ方向)に回転
させると、金属角柱101はコリオリ力の作用により圧
電セラミックス薄板103を接合した面が凹凸となる方
向(X軸方向)にも屈曲振動し、こうした圧電効果によ
って圧電セラミックス薄板103に電圧が発生する。
It is known that the metal prism 101 has two bending vibration modes that are orthogonal to each other, and that the resonance frequencies of the two bending vibration modes are substantially equal when the characteristics of the material are uniform. Therefore, when a voltage having a frequency substantially equal to the resonance frequency of the bending vibration of the metal prism 101 is applied to the piezoelectric ceramic thin plate 102, the surface where the piezoelectric ceramic thin plate 102 is bonded becomes uneven (Y-axis direction).
Bending vibration. In this state, when the metal prism 101 is rotated around an axis (Z axis) parallel to the length direction (the Ω direction in the figure), the metal prism 101 is a surface on which the piezoelectric ceramic thin plate 103 is joined by the action of Coriolis force. Also bends and vibrates in the direction in which the surface becomes uneven (X-axis direction), and a voltage is generated in the piezoelectric ceramic thin plate 103 by such a piezoelectric effect.

【0006】ここで発生する電圧の大きさは、圧電セラ
ミックス薄板102により励振されている振動の大きさ
と印加した回転角速度の大きさとに比例するため、圧電
セラミックス薄板102に印加する励振電圧の大きさを
一定とすれば、圧電セラミックス薄板103に発生する
電圧は金属角柱101の回転角速度に比例した電圧とな
る。
Since the magnitude of the voltage generated here is proportional to the magnitude of the vibration excited by the piezoelectric ceramic thin plate 102 and the magnitude of the applied rotational angular velocity, the magnitude of the excitation voltage applied to the piezoelectric ceramic thin plate 102 Is constant, the voltage generated in the piezoelectric ceramic thin plate 103 is a voltage proportional to the rotational angular velocity of the metal prism 101.

【0007】ところで、FMラジオやテレビの中間周波
数フィルタには、エネルギー閉じ込め厚み滑り振動モー
ドを利用した構造の振動子(以下、単にエネルギー閉じ
込め型振動子と呼ぶ)が用いられている。
[0007] By the way, an intermediate frequency filter of an FM radio or a television uses an oscillator having a structure utilizing an energy trapping thickness-shear vibration mode (hereinafter, simply referred to as an energy trapping oscillator).

【0008】図7は、従来のエネルギー閉じ込め型振動
子の一例に係る基本構成を示したものであり、同図
(a)はその平面図に関するもの,同図(b)はその断
面図に関するものである。但し、ここでエネルギー閉じ
込め振動とは、振動のエネルギーが駆動電極近傍に集中
している振動モードを示すものであり、これには圧電板
10の厚さ方向の縦振動や滑り振動の他、圧電矩形板の
縦振動や滑り振動等の多くのものがある。
FIG. 7 shows a basic configuration of an example of a conventional energy trap type vibrator, in which FIG. 7A is related to a plan view and FIG. 7B is related to a cross-sectional view. It is. Here, the energy confined vibration refers to a vibration mode in which the energy of the vibration is concentrated in the vicinity of the driving electrode. This includes longitudinal vibration and sliding vibration in the thickness direction of the piezoelectric plate 10 as well as piezoelectric vibration. There are many things such as longitudinal vibration and sliding vibration of a rectangular plate.

【0009】図7(a),(b)を参照すると、エネル
ギー閉じ込め振動は、振動のエネルギーが駆動電極近傍
に集中しているため、例えば図7(a)に示されるよう
に、縦6mm×横6mmで厚さ0.2mmの圧電板(圧
電セラミック板)10を用いて、一方の主面のほぼ中央
部の直径1.5mmの領域に駆動電極51,52を形成
すると共に、他方の主面に駆動電極51,52に対向す
る部分から延在する領域に駆動電極53を形成してFM
ラジオ用10.7Mhzセラミックフィルタ(エネルギ
ー閉じ込め型振動子)を得たとする。
Referring to FIGS. 7 (a) and 7 (b), the energy trapped vibration is, for example, 6 mm long as shown in FIG. 7 (a) because the energy of the vibration is concentrated near the drive electrode. By using a piezoelectric plate (piezoelectric ceramic plate) 10 having a width of 6 mm and a thickness of 0.2 mm, drive electrodes 51 and 52 are formed in a 1.5 mm diameter region substantially at the center of one main surface, and the other main plate is formed. The drive electrode 53 is formed in a region extending from a portion facing the drive electrodes 51 and 52 on the
It is assumed that a 10.7 MHz ceramic filter (energy trap type vibrator) for radio is obtained.

【0010】この場合のエネルギー閉じ込め型振動子の
支持構造は、図8に示されるように、駆動電極51,5
2,53を中心として直径約3mmの領域の両面に空洞
部54を形成するものとして、その他の部分を樹脂55
で固定すれば良い。こうした構造としても振動子特性に
は殆ど影響を与えない。即ち、このエネルギー閉じ込め
型振動子の場合、リード端子の形成が自由であり、支持
構造による影響の無いフィルタとすることができる。
The support structure of the energy trap type vibrator in this case is, as shown in FIG.
Assuming that cavities 54 are formed on both sides of a region having a diameter of about 3 mm centering on
Should be fixed with. Such a structure hardly affects the characteristics of the vibrator. That is, in the case of this energy trap type vibrator, a lead terminal can be freely formed, and a filter which is not affected by the support structure can be obtained.

【0011】因みに、一般的に単純な他例に係るエネル
ギー閉じ込め型振動子を形成する場合、図9に示すよう
に、圧電板(圧電セラミック板)10を支持体56を用
いて支持し、回路基板に実装している。
In general, when an energy trapping type vibrator according to another simple example is formed, as shown in FIG. 9, a piezoelectric plate (piezoelectric ceramic plate) 10 is supported using a support 56 and a circuit is formed. Mounted on board.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上述した圧電振動ジャ
イロ用圧電振動子の場合、金属角柱の屈曲振動モードを
利用しているため、圧電振動子の支持,固定を振動の節
の位置で行わなければならず、この作業が煩雑である
上、圧電振動ジャイロを組み立てる製造工程で駆動・検
出回路と圧電振動子の電極とをリード線で接続する際、
接続状態にばらつきがあるとジャイロ特性がばらつくこ
とになるため、ばらつきを抑制し得るように精度良く接
続を行わなければならないが、こうした接続作業には困
難を伴う他、駆動・検出回路を配備した基板上に保持具
により支持された圧電振動子を載せて組み立てを行うた
め、小型で薄型の圧電振動ジャイロを構成することが困
難であるという問題がある。
In the above-described piezoelectric vibrator for a piezoelectric vibrating gyroscope, since the bending vibration mode of the metal prism is used, the piezoelectric vibrator must be supported and fixed at the position of the vibration node. This operation is complicated, and when connecting the drive / detection circuit and the electrode of the piezoelectric vibrator with a lead wire in the manufacturing process of assembling the piezoelectric vibrating gyroscope,
Gyro characteristics will vary if the connection state varies, so connections must be made with precision to suppress the variation.However, such connection work is difficult, and a drive and detection circuit has been deployed. Since the piezoelectric vibrator supported by the holder is mounted on the substrate for assembly, there is a problem that it is difficult to form a small and thin piezoelectric vibrating gyroscope.

【0013】これに対し、図7(a),(b)に示した
エネルギー閉じ込め型振動子の場合には、こうした問題
が解決され、入出力用端子をリード線を用いないで接続
することが可能である上、駆動・検出回路を配備した基
板上に圧電振動子を組み合わせて圧電振動ジャイロを構
成することが容易になると類推されるが、ここでの振動
子は構造的に電極の配置等の細部構成が圧電振動ジャイ
ロ用ではないため、そのままでは適用できないという問
題がある。
On the other hand, in the case of the energy trap type vibrator shown in FIGS. 7A and 7B, such a problem is solved, and the input / output terminals can be connected without using lead wires. It is possible, and it is presumed that it will be easy to configure a piezoelectric vibrating gyroscope by combining a piezoelectric vibrator on a substrate on which a drive / detection circuit is provided, but the vibrator here is structurally arranged such as electrodes. Is not applicable to the piezoelectric vibrating gyroscope as it is.

【0014】又、図9に示すエネルギー閉じ込め型振動
子の場合、圧電板を支持体を用いて支持し、回路基板に
実装するものであるため、基板実装時に支持状態によっ
て特性がばらつき易いため、圧電振動ジャイロに適用す
るとジャイロ特性もばらつき易くなってしまうという問
題がある。
In the case of the energy trap type vibrator shown in FIG. 9, the piezoelectric plate is supported by using a support and mounted on a circuit board. When applied to a piezoelectric vibrating gyroscope, there is a problem that the gyroscope characteristics tend to vary.

【0015】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、入出力用端子をリ
ード線を用いないで接続可能であると共に、簡素な構成
でジャイロ特性のばらつきを抑制して容易に製造し得る
小型にして薄形のエネルギー閉じ込め型圧電振動ジャイ
ロを提供することにある。
The present invention has been made in order to solve such a problem, and its technical problem is that the input / output terminals can be connected without using lead wires, and the gyro characteristic can be obtained with a simple configuration. It is an object of the present invention to provide a small and thin energy trap type piezoelectric vibrating gyroscope that can be easily manufactured by suppressing variations in the size.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、圧電板
の少なくとも一方の主面に駆動用及び検出用を含む複数
の電極が形成されたエネルギー閉じ込め厚み滑り振動を
利用した圧電振動子と、圧電振動子に対する駆動・検出
用回路を有すると共に、該圧電振動子を所定箇所に配備
するための回路基板とを備えた圧電振動ジャイロにおい
て、複数の電極は圧電板の側面に延在して引き出された
引き出し用電極を含み、駆動・検出用回路は所定箇所へ
向けて延在して引き出された接続用導体を含み、引き出
し用電極及び接続用導体は圧電振動子の回路基板におけ
る所定箇所に対する配備に際して互いに1対1で導通接
続される圧電振動ジャイロが得られる。
According to the present invention, there is provided a piezoelectric vibrator utilizing energy-confined thickness-shear vibration in which a plurality of electrodes for driving and detecting are formed on at least one main surface of a piezoelectric plate. In a piezoelectric vibrating gyroscope having a driving / detecting circuit for the piezoelectric vibrator and a circuit board for disposing the piezoelectric vibrator at a predetermined position, the plurality of electrodes extend to the side surface of the piezoelectric plate. The driving / detecting circuit includes a drawn-out electrode, the driving / detecting circuit includes a drawn-out connection conductor extending toward a predetermined position, and the drawing-out electrode and the connection conductor are formed at a predetermined position on the circuit board of the piezoelectric vibrator. The piezoelectric vibrating gyroscopes which are conductively connected to each other at the time of deployment are obtained.

【0017】又、本発明によれば、上記圧電振動ジャイ
ロにおいて、回路基板は所定箇所における圧電板の略中
央に対応する部分に空洞部分が形成されており、圧電振
動子は空洞部分の周囲近傍を固着形成して回路基板上に
配備された圧電振動ジャイロが得られる。
Further, according to the present invention, in the above piezoelectric vibrating gyroscope, the circuit board has a hollow portion at a portion corresponding to substantially the center of the piezoelectric plate at a predetermined location, and the piezoelectric vibrator is located near the periphery of the hollow portion. To form a piezoelectric vibrating gyroscope provided on a circuit board.

【0018】[0018]

【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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A piezoelectric vibrating gyroscope according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0019】図1は、本発明の一実施例に係るエネルギ
ー閉じ込め型圧電振動ジャイロ用圧電振動子200の構
成基本を示した斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing the basic configuration of a piezoelectric vibrator 200 for an energy trap type piezoelectric vibrating gyroscope according to one embodiment of the present invention.

【0020】この圧電振動子200は、圧電板(圧電セ
ラミック板)10の少なくとも一方の主面に駆動用及び
検出用を含む複数(ここでは3つ)の電極11,12,
13が形成されたエネルギー閉じ込め厚み滑り振動を利
用したもので、これらの電極11,12,13はそれぞ
れ圧電板10の側面に延在して引き出された引き出し用
電極11a,12a,13aを含んでいる。
The piezoelectric vibrator 200 has a plurality (three in this case) of electrodes 11, 12 including driving and detecting electrodes on at least one main surface of a piezoelectric plate (piezoelectric ceramic plate) 10.
The electrodes 13, 13, and 13 include extraction electrodes 11 a, 12 a, and 13 a, which extend and extend on the side surfaces of the piezoelectric plate 10, respectively. I have.

【0021】具体的に云えば、圧電振動子200は、厚
さ方向に分極軸を有する圧電板10の一方の主面のほぼ
中央におおよそ二等辺三角形を構成する各頂点の位置に
それぞれ第1の電極11,第2の電極12,及び第3の
電極13が形成され、第2の電極12及び第3の電極1
3と第1の電極11とは互いに対向して平行に配置され
ており、X方向の振動が励振できるように配置されてい
る。電極11,12,13の引き出し用電極11a,1
2a,13aは、圧電板10の側面まで引き出されてい
るため、圧電振動子200のエッジはX方向に対称な位
置で支持体に固定された状態となっている。因みに、電
極11は駆動用として、電極12,13は検出用として
使用される。
More specifically, the piezoelectric vibrator 200 has a first position at each vertex forming an isosceles triangle approximately at the center of one main surface of the piezoelectric plate 10 having a polarization axis in the thickness direction. Electrode 11, a second electrode 12, and a third electrode 13 are formed, and the second electrode 12, the third electrode 1,
The third electrode 11 and the first electrode 11 are arranged so as to face each other in parallel, and are arranged so that vibration in the X direction can be excited. Electrodes 11a, 1 for extracting electrodes 11, 12, 13
Since 2a and 13a are drawn out to the side of the piezoelectric plate 10, the edge of the piezoelectric vibrator 200 is fixed to the support at a position symmetrical in the X direction. Incidentally, the electrode 11 is used for driving, and the electrodes 12 and 13 are used for detection.

【0022】図2は、この圧電振動子200に適用(接
続)される検出・駆動用回路の基本構成を示したブロッ
ク図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a basic configuration of a detection / drive circuit applied (connected) to the piezoelectric vibrator 200.

【0023】この検出・駆動用回路では、電極12,電
極13にそれぞれ電流検出回路18,19が接続され、
電流検出回路18,19の出力側には差動増幅回路22
が接続され、この差動増幅回路22からの出力が同期検
波回路23,整流回路24を介して圧電振動ジャイロの
検出信号となる。
In this detecting / driving circuit, current detecting circuits 18 and 19 are connected to the electrodes 12 and 13, respectively.
The differential amplifier circuit 22 is provided on the output side of the current detection circuits 18 and 19.
Is connected, and the output from the differential amplifier circuit 22 becomes a detection signal of the piezoelectric vibration gyro via the synchronous detection circuit 23 and the rectification circuit 24.

【0024】一方、電流検出回路18,19は自励発振
条件を満たすための発振回路25に接続され、更に発振
回路25がX振動を行わせるための駆動回路26を介し
て電極11に接続されることによって、自励発振回路を
構成している。この自励発振回路により圧電振動子20
0の厚み滑り振動の共振周波数にほぼ等しい周波数の交
流電圧が電極11に印加される。
On the other hand, the current detection circuits 18 and 19 are connected to an oscillation circuit 25 for satisfying self-excited oscillation conditions, and the oscillation circuit 25 is connected to the electrode 11 via a drive circuit 26 for performing X vibration. This constitutes a self-excited oscillation circuit. This self-excited oscillation circuit makes the piezoelectric vibrator 20
An AC voltage having a frequency substantially equal to the resonance frequency of the thickness slip vibration of 0 is applied to the electrode 11.

【0025】次に、この圧電振動子200の駆動原理を
図3(a),(b)を参照して具体的に説明する。但
し、図3は、圧電振動子200を単純化した場合の平行
電界励振式厚み滑りエネルギー閉じ込め型圧電振動子の
基本構造を示したもので、同図(a)はその平面図に関
するもの,同図(b)はその要部(電極は局部のみを示
す)の側面断面図に関するものである。
Next, the driving principle of the piezoelectric vibrator 200 will be specifically described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b). FIG. 3 shows the basic structure of a parallel electric field excitation type thickness-slip energy trapping type piezoelectric vibrator when the piezoelectric vibrator 200 is simplified, and FIG. 3 (a) relates to a plan view thereof. FIG. 2B relates to a side sectional view of a main part (electrodes show only local parts).

【0026】このエネルギー閉じ込め型圧電振動子で
は、厚さ方向(Z軸方向)に分極された圧電板10の中
央部の同一面上にX軸方向に対向する部分電極14,1
5が形成されており、部分電極14,15に挟まれてい
る部分にはほぼ板の面に平行な方向(X軸方向)の電界
が印加される。このため、ここでの電界とこれに直交す
る厚さ方向の分極との相互作用により、部分電極14,
15の寸法を使用する圧電材料の特性に合わせて適当に
設計すると、部分電極14,15に挟まれている部分に
平行電界励振式厚み滑りエネルギー閉じ込め振動を得る
ことができる。因みに、ここでの厚み滑り振動は、変位
の方向が板面に平行で、且つ波の伝搬方向が板の厚さ方
向となる振動を示す。
In this energy trap type piezoelectric vibrator, the partial electrodes 14, 1 opposed in the X-axis direction on the same plane at the center of the piezoelectric plate 10 polarized in the thickness direction (Z-axis direction).
5 is formed, and an electric field in a direction substantially parallel to the surface of the plate (X-axis direction) is applied to a portion sandwiched between the partial electrodes 14 and 15. Therefore, the interaction between the electric field here and the polarization in the thickness direction orthogonal to the electric field causes the partial electrodes 14,
By properly designing the dimensions of 15 according to the characteristics of the piezoelectric material to be used, it is possible to obtain a parallel electric field excitation type thickness-slip energy trapped vibration in a portion sandwiched between the partial electrodes 14 and 15. Incidentally, the thickness-shear vibration here indicates vibration in which the direction of displacement is parallel to the plate surface and the direction of wave propagation is the thickness direction of the plate.

【0027】図1に示す圧電振動子200の場合、電極
11を二等辺三角形の頂角の位置とすると共に、電極1
2,13をそれぞれ二等辺三角形の底角の位置とし、且
つ電極11と電極12,13とが平行になるように配置
し、電極12,13がそれぞれ仮想接地機能を有する電
流検出回路18,19に接続されている。これにより、
電極12,13は、電流検出回路18,19の仮想接地
機能により仮想的に基準電位に保たれるため、電位的に
はアース端子とみなすことができる。
In the case of the piezoelectric vibrator 200 shown in FIG. 1, the electrode 11 is positioned at the apex of an isosceles triangle and the electrode 1
2 and 13 are respectively located at the base angles of an isosceles triangle, and the electrodes 11 and 12 and 13 are arranged so as to be parallel, and the electrodes 12 and 13 have current detection circuits 18 and 19 each having a virtual ground function. It is connected to the. This allows
Since the electrodes 12 and 13 are virtually maintained at the reference potential by the virtual ground function of the current detection circuits 18 and 19, they can be regarded as potential ground terminals.

【0028】従って、電極11に圧電板10の厚み滑り
モードの共振周波数にほぼ等しい周波数の励振用の駆動
電圧を印加すると、電極11,12,13によって囲ま
れる領域に電極11の中心及び電極12,13の中心を
結ぶ直線の中点を結ぶ直線の方向のエネルギー閉じ込め
振動モードの滑り振動が発生する。この状態で圧電板1
0をその主面と直交する軸の回りに回転させると、コリ
オリ力の作用により、励振されている厚み滑り振動の方
向と直角な方向の厚み滑り振動が発生する。このコリオ
リ力により発生した厚み滑り振動により、電極11,1
2の間と電極11,13の間とのインピーダンスが変化
し、その結果として、電流検出回路18,19に流れ込
む電流値が変化する。電極12,13は上述したよう
に、励振されている厚み滑り振動の方向に対して対称に
配置されているため、コリオリ力により変化する電流は
振幅が等しく、しかも互いに180度位相の異なった電
流となる。これにより、電流検出回路18,19の出力
電圧も、互いに180度位相の異なった電圧となり、こ
れらの出力電圧の差値を差動回路22により検出し、同
期検波回路23によって差値電圧を所定のタイミングで
同期検波し、整流回路24で整流することにより、印加
した回転角速度に比例した直流の出力電圧を得ることが
できる。
Therefore, when a drive voltage for excitation having a frequency substantially equal to the resonance frequency of the thickness-slip mode of the piezoelectric plate 10 is applied to the electrode 11, the center of the electrode 11 and the electrode 12 , 13 in the direction of the straight line connecting the midpoints of the straight lines connecting the centers of the straight lines connecting the centers of the energy generating vibration modes. In this state, the piezoelectric plate 1
When 0 is rotated about an axis orthogonal to its main surface, the action of Coriolis force causes thickness-shear vibration in a direction perpendicular to the direction of the excited thickness-shear vibration. The thickness slip vibration generated by this Coriolis force causes the electrodes 11, 1
2 and the impedance between the electrodes 11 and 13 change, and as a result, the current value flowing into the current detection circuits 18 and 19 changes. As described above, since the electrodes 12 and 13 are arranged symmetrically with respect to the direction of the excited thickness-shear vibration, the currents that change due to the Coriolis force have the same amplitude, and also have currents 180 degrees out of phase with each other. Becomes As a result, the output voltages of the current detection circuits 18 and 19 also become voltages having phases different from each other by 180 degrees, the difference value between these output voltages is detected by the differential circuit 22, and the difference detection voltage is determined by the synchronous detection circuit 23. The synchronous detection is performed at the timing described above, and the output is rectified by the rectifier circuit 24, so that a DC output voltage proportional to the applied rotational angular velocity can be obtained.

【0029】一方、電流検出回路18,19は自励発振
条件を満足するための発振回路25と駆動回路26とを
介して電極11に接続され、自励発振ループを構成して
いるため、圧電振動子200の共振周波数を自動的に追
尾して効率良く振動子を駆動できる。従って、高感度な
ジャイロ特性を得ることができる。
On the other hand, the current detection circuits 18 and 19 are connected to the electrode 11 via an oscillation circuit 25 and a drive circuit 26 for satisfying the self-excited oscillation condition, and constitute a self-excited oscillation loop. The resonator can be efficiently driven by automatically tracking the resonance frequency of the resonator 200. Therefore, high-sensitivity gyro characteristics can be obtained.

【0030】ところで、図2に示した各回路を有する検
出・駆動用回路は、回路ブロックとして回路基板上に設
けられる。
The detection / driving circuit having each circuit shown in FIG. 2 is provided on a circuit board as a circuit block.

【0031】図4は、上述した圧電振動子200の回路
基板300上への配備を説明するために示した分解斜視
図である。回路基板300は、圧電振動子200に対す
る駆動・検出用回路としての回路ブロック32を有する
と共に、圧電振動子200を所定箇所に配備するように
なっている。回路ブロック32は所定箇所(圧電振動子
200の取り付け位置)へ向けて延在して引き出された
複数(ここでは3つ)の接続用導体31a,31b,3
1cを含んでおり、これらの接続用導体31a,31
b,31cは圧電振動子200を回路基板300におけ
る所定箇所に対して配備した際、電極11,12,13
のそれぞれの引き出し用電極11a,12a,13aに
対して互いに1対1で導通接続されるようになってい
る。
FIG. 4 is an exploded perspective view shown for explaining the arrangement of the piezoelectric vibrator 200 on the circuit board 300. As shown in FIG. The circuit board 300 has a circuit block 32 as a drive / detection circuit for the piezoelectric vibrator 200, and the piezoelectric vibrator 200 is arranged at a predetermined position. The circuit block 32 includes a plurality (three in this case) of connection conductors 31a, 31b, 3 which are extended toward a predetermined position (the position where the piezoelectric vibrator 200 is attached) and drawn out.
1c, and these connecting conductors 31a, 31
When the piezoelectric vibrator 200 is disposed at a predetermined position on the circuit board 300, the electrodes 11, 12, 13
Are electrically connected to each of the lead-out electrodes 11a, 12a, and 13a on a one-to-one basis.

【0032】又、回路基板300は所定箇所における圧
電板10の略中央に対応する部分に空洞部分30が形成
されており、圧電振動子200はこの空洞部分30の周
囲近傍を固着形成して回路基板300上に配備されるよ
うになっている。この空洞部分30は、エネルギー閉じ
込め型振動ジャイロの原理的要因から圧電板10の振動
部分が触れないように回路基板300側に設けられてい
る。但し、ここでの空洞部分30の周囲近傍の固着形成
は、圧電板10の側面まで引き出された引き出し電極1
1a,12a,13aと回路基板300の接続用導体3
1a,31b,31cとの電気的に接続を行った後に行
う。これにより、圧電振動子200(圧電板10)と回
路ブロック32とが接続用導体31を介して導通接続さ
れる。
The circuit board 300 is provided with a hollow portion 30 at a position corresponding to substantially the center of the piezoelectric plate 10 at a predetermined position. It is arranged on a substrate 300. The cavity 30 is provided on the circuit board 300 side so that the vibrating part of the piezoelectric plate 10 does not touch due to the principle of the energy trap type vibrating gyroscope. However, here, the fixed formation in the vicinity of the periphery of the hollow portion 30 is performed by the extraction electrode 1 drawn out to the side surface of the piezoelectric plate 10.
Connection conductor 3 between 1a, 12a, 13a and circuit board 300
This is performed after the electrical connection with 1a, 31b, 31c is made. As a result, the piezoelectric vibrator 200 (piezoelectric plate 10) and the circuit block 32 are electrically connected via the connection conductor 31.

【0033】因みに、図5はここでの配備による回路基
板300上の固着部分33の形態を斜線で示したもので
あるが、固着部分33は図示のように圧電板10を回路
基板300に固定する際、圧電板10の周囲近傍に漏れ
なく形成されるようにすれば良い。
Incidentally, FIG. 5 shows the form of the fixed portion 33 on the circuit board 300 according to this arrangement by diagonal lines. The fixed portion 33 fixes the piezoelectric plate 10 to the circuit board 300 as shown. In this case, it is sufficient to form the piezoelectric plate 10 near the periphery of the piezoelectric plate 10 without leakage.

【0034】[0034]

【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、圧電振動子の圧電板における複数
の電極にそれぞれ圧電板の側面に延びた引き出し用電極
を持たせ、回路基板の駆動・検出用回路である回路ブロ
ックには圧電振動子の取り付け位置へ向けて延びた複数
の接続用導体を持たせ、圧電振動子(圧電板)を回路基
板に配備する際、接続用導体及び引き出し用電極が互い
に1対1で導通接続され、しかも回路基板の圧電振動子
の取り付け位置内には空洞部分を形成して圧電振動子を
回路基板の空洞部分の周囲近傍を固着形成して回路基板
上に配備される構成としているため、入出力用端子をリ
ード線を用いないで接続可能となると共に、簡素な構成
でジャイロ特性のばらつきを抑制して容易に製造し得る
小型にして薄形のエネルギー閉じ込め型圧電振動ジャイ
ロが得られるようになる。特に、圧電振動子を直接的に
回路基板に固着させる構成としているので、圧電振動子
を容易に実装することが可能となって組み立てや製造が
簡単になる上、ジャイロ特性として耐振動特性や耐衝撃
性に優れるようになり、しかも支持体を用いる必要が無
いために構造が簡単で支持が容易となり、結果としてコ
ストの低減化や小型化が充分に計られるようになる。
As described above, according to the piezoelectric vibrating gyroscope of the present invention, the plurality of electrodes of the piezoelectric plate of the piezoelectric vibrator are provided with the lead-out electrodes extending to the side surfaces of the piezoelectric plate, respectively. The circuit block, which is the drive / detection circuit, has a plurality of connection conductors extending toward the mounting position of the piezoelectric vibrator. When the piezoelectric vibrator (piezoelectric plate) is disposed on the circuit board, the connection conductor is provided. The lead-out electrodes are electrically connected to each other in a one-to-one manner, and a cavity is formed in the mounting position of the piezoelectric vibrator on the circuit board, and the piezoelectric vibrator is fixedly formed in the vicinity of the cavity of the circuit board. Since it is arranged on the circuit board, the input / output terminals can be connected without using lead wires. Shaped Energy-trap type piezoelectric vibrating gyro can be obtained. In particular, since the piezoelectric vibrator is directly fixed to the circuit board, the piezoelectric vibrator can be easily mounted, and assembling and manufacturing are simplified. Since the impact strength is improved and the use of a support is not required, the structure is simple and the support is easy, and as a result, cost reduction and size reduction can be sufficiently achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例に係るエネルギー閉じ込め型
圧電振動ジャイロ用圧電振動子の構成基本を示した斜視
図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a basic configuration of a piezoelectric vibrator for an energy trap type piezoelectric vibrating gyroscope according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示した圧電振動ジャイロ用圧電振動子に
適用される駆動・検出回路を示したブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a drive / detection circuit applied to the piezoelectric vibrator for the piezoelectric vibrating gyroscope shown in FIG.

【図3】図1に示した圧電振動ジャイロ用圧電振動子を
単純化した場合の平行電界励振式厚み滑りエネルギー閉
じ込め型圧電振動子の基本構造を示したもので、(a)
はその平面図に関するもの,(b)はその要部(電極は
局部のみを示す)の側面断面図に関するものである。
FIG. 3 shows the basic structure of a parallel electric field excitation type thickness-slip energy trapping type piezoelectric vibrator when the piezoelectric vibrator for the piezoelectric vibrating gyroscope shown in FIG. 1 is simplified, and (a)
Fig. 1B relates to a plan view thereof, and Fig. 2B relates to a side sectional view of a main portion thereof (electrodes show only local portions).

【図4】図1に示した圧電振動ジャイロ用圧電振動子の
回路基板上への配備を説明するために示した分解斜視図
である。
FIG. 4 is an exploded perspective view shown for explaining the arrangement of the piezoelectric vibrator for a piezoelectric vibrating gyroscope shown in FIG. 1 on a circuit board.

【図5】図4に示す配備による回路基板上の固着部分を
示した斜視図である。
5 is a perspective view showing a fixed portion on a circuit board by the arrangement shown in FIG. 4;

【図6】従来の圧電振動ジャイロ用圧電振動子の基本構
成を示した斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing a basic configuration of a conventional piezoelectric vibrator for a piezoelectric vibrating gyroscope.

【図7】従来のエネルギー閉じ込め型振動子の一例に係
る基本構成を示したものであり、(a)はその平面図に
関するもの,(b)はその断面図に関するものである。
7A and 7B show a basic configuration according to an example of a conventional energy trap type vibrator, in which FIG. 7A relates to a plan view and FIG. 7B relates to a cross-sectional view thereof.

【図8】図7に示すエネルギー閉じ込め型振動子の支持
構造を示した側面図である。
8 is a side view showing a support structure of the energy trap type vibrator shown in FIG.

【図9】従来のエネルギー閉じ込め型振動子の他例に係
る支持構造を示した斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view showing a support structure according to another example of the conventional energy trap type vibrator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 圧電板 11,12,13 電極 11a,12a,13a 引き出し用電極 14,15 部分電極 18,19 電流検出回路 22 差動回路 23 同期検波回路 24 整流回路 25 発振回路 26 駆動回路 30 空洞部分 31a,31b,31c 接続用導体 32 回路ブロック 33 固着部分 51,52,53 駆動電極 56 支持体 100,200 圧電振動子 101 金属角柱 102,103 圧電セラミックス薄板 104,105 リード線 300 回路基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Piezoelectric plate 11, 12, 13 Electrode 11a, 12a, 13a Leading electrode 14, 15 Partial electrode 18, 19 Current detection circuit 22 Differential circuit 23 Synchronous detection circuit 24 Rectifier circuit 25 Oscillation circuit 26 Drive circuit 30 Hollow part 31a, 31b, 31c Connection conductor 32 Circuit block 33 Fixed part 51, 52, 53 Drive electrode 56 Support 100, 200 Piezoelectric vibrator 101 Metal prism 102, 103 Piezoelectric ceramic thin plate 104, 105 Lead wire 300 Circuit board

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧電板の少なくとも一方の主面に駆動用
及び検出用を含む複数の電極が形成されたエネルギー閉
じ込め厚み滑り振動を利用した圧電振動子と、前記圧電
振動子に対する駆動・検出用回路を有すると共に、該圧
電振動子を所定箇所に配備するための回路基板とを備え
た圧電振動ジャイロにおいて、前記複数の電極は前記圧
電板の側面に延在して引き出された引き出し用電極を含
み、前記駆動・検出用回路は前記所定箇所へ向けて延在
して引き出された接続用導体を含み、前記引き出し用電
極及び前記接続用導体は前記圧電振動子の前記回路基板
における前記所定箇所に対する配備に際して互いに1対
1で導通接続されることを特徴とする圧電振動ジャイ
ロ。
1. A piezoelectric vibrator utilizing energy-confined thickness-shear vibration in which a plurality of electrodes for driving and detecting are formed on at least one main surface of a piezoelectric plate, and for driving and detecting the piezoelectric vibrator. In a piezoelectric vibrating gyroscope having a circuit and a circuit board for disposing the piezoelectric vibrator at a predetermined position, the plurality of electrodes extend from a side surface of the piezoelectric plate and are drawn out. Wherein the drive / detection circuit includes a connection conductor extending toward the predetermined location and being drawn out, and the lead-out electrode and the connection conductor are provided at the predetermined location on the circuit board of the piezoelectric vibrator. A piezoelectric vibrating gyroscope, wherein the piezoelectric vibrating gyroscopes are electrically connected to each other in a one-to-one manner when the piezoelectric vibrating gyroscope is arranged.
【請求項2】 請求項1記載の圧電振動ジャイロにおい
て、前記回路基板は前記所定箇所における前記圧電板の
略中央に対応する部分に空洞部分が形成されており、前
記圧電振動子は前記空洞部分の周囲近傍を固着形成して
前記回路基板上に配備されたことを特徴とする圧電振動
ジャイロ。
2. The piezoelectric vibrating gyroscope according to claim 1, wherein the circuit board has a hollow portion at a portion corresponding to substantially the center of the piezoelectric plate at the predetermined location, and the piezoelectric vibrator is formed at the hollow portion. A piezoelectric vibrating gyroscope, wherein the vibrating gyroscope is provided on the circuit board with the vicinity thereof being fixedly formed.
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