JPH0527614U - Piezoelectric vibration gyro - Google Patents

Piezoelectric vibration gyro

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JPH0527614U
JPH0527614U JP083700U JP8370091U JPH0527614U JP H0527614 U JPH0527614 U JP H0527614U JP 083700 U JP083700 U JP 083700U JP 8370091 U JP8370091 U JP 8370091U JP H0527614 U JPH0527614 U JP H0527614U
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哲男 吉田
力 増子
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 屈曲振動に与える影響が少なく、安定に支持
できる圧電振動ジャイロを得ることである。 【構成】 本考案の圧電振動ジャイロは、複数の帯状電
極21を長さ方向に被膜した柱状圧電セラミックス20
を備え、屈曲振動モードの振動の接点に対応した位置に
溝23を形成した筒状支持具30と、この溝23に嵌合
される軟弾性体からなる薄肉リング22とを有すること
を特徴とする。
(57) [Abstract] [Purpose] To obtain a piezoelectric vibration gyro that has little influence on flexural vibration and can be stably supported. The piezoelectric vibrating gyroscope according to the present invention comprises a columnar piezoelectric ceramic 20 having a plurality of strip electrodes 21 coated in the length direction.
And a cylindrical support 30 having a groove 23 formed at a position corresponding to a contact point of vibration in a bending vibration mode, and a thin ring 22 made of a soft elastic body fitted in the groove 23. To do.

Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the device]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】[Industrial applications]

本考案は、船舶や自動車等の移動体自身及びこれに搭載される機器の姿勢制御 や自動車のナビゲーションシステムなどに用いられるジャイロスコープの内、特 に圧電振動子の超音波振動を用いた、いわゆる圧電振動ジャイロに関し、特に圧 電セラミックス円柱の振動子を用いた圧電振動ジャイロに関する。 The present invention is a so-called gyroscope used for a posture control of a moving body such as a ship or an automobile and equipment mounted on the moving body itself, a navigation system of an automobile, etc. The present invention relates to a piezoelectric vibrating gyro, and more particularly to a piezoelectric vibrating gyro using a piezoelectric ceramic cylinder vibrator.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior Art]

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を生ずる力学現象を利用したジャイロスコープ である。互いに直交する二つの方向の励振と検出が可能であるように構成した振 動系におけて、一方の振動を励振した状態で、振動子自身を二つの振動面が交わ る線を中心軸として回転させると、前述の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 動の大きさ及び回転角速度に比例するため、入力電圧を一定にした状態では、こ の振動の大きさに比例した出力電圧の大きさから回転角速度の大きさを求めるこ とが出来る。 A piezoelectric vibrating gyroscope is a gyroscope that utilizes a mechanical phenomenon that produces a Coriolis force in a direction perpendicular to the direction of vibration when a rotating angular velocity is applied to a vibrating object. In a vibration system configured to be able to excite and detect in two directions orthogonal to each other, with one vibration being excited, the vibrator itself is centered on the line where the two vibrating planes intersect. When rotated, a force acts in a direction perpendicular to this vibration due to the action of the Coriolis force described above, and the other vibration is excited. The magnitude of this vibration is proportional to the magnitude of the input side vibration and the rotational angular velocity.Therefore, with the input voltage kept constant, the magnitude of the output voltage proportional to the magnitude of this vibration changes to the rotational angular velocity. You can ask for it.

【0003】 図5は圧電振動ジャイロの従来例の構造概略図であり、正方形断面の金属角柱 7の隣合う面に、両面に電極が形成され厚さ方向に分極された圧電セラミックス 薄板8,9が接合されている。金属角柱7は互いに直角な二つの方向に、ほぼ同 じ共振周波数で屈曲振動が可能であり、圧電セラミックス薄板8にこの共振周波 数に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8を接合した面が 凹凸となる方向に屈曲振動する。この状態では金属角柱7の圧電セラミックス薄 板9には電圧が発生しないが、金属角柱7を長さ方向を軸として回転させるとコ リオリ力の作用により金属角柱7は圧電セラミックス薄板9を接合した面が凹凸 となる方向に屈曲振動し、圧電セラミックス9に回転角速度に比例した電圧が発 生する。FIG. 5 is a schematic structural view of a conventional example of a piezoelectric vibrating gyro. Piezoelectric ceramic thin plates 8 and 9 in which electrodes are formed on both surfaces of a square prismatic metal prism 7 adjacent to each other and polarized in the thickness direction. Are joined. The metal prism 7 can flexurally vibrate in two directions perpendicular to each other at substantially the same resonance frequency. When a voltage having a frequency equal to this resonance frequency is applied to the piezoelectric ceramic thin plate 8, the piezoelectric ceramic thin plate 8 is bonded. Flexural vibration occurs in the direction in which the surface becomes uneven. In this state, no voltage is generated in the piezoelectric ceramic thin plate 9 of the metal prism 7, but when the metal prism 7 is rotated about the length direction, the metal prism 7 is bonded to the piezoelectric ceramic thin plate 9 by the action of Coriolis force. Flexural vibration occurs in the direction in which the surface becomes uneven, and a voltage proportional to the rotational angular velocity is generated in the piezoelectric ceramics 9.

【0004】 図5において、金属角柱7の長さ方向の一方の端面からおよそ全長の22.4 %の位置の対向する金属面の中央部に、面に垂直にそれぞれ細い金属線からなる 支持線10,10′が溶接されている。さらに、他方の端面からおよそ全長の2 2.4%の位置の前記金属線が溶接された面と直交し、対向する金属面の中央部 に面に垂直にそれぞれ細い金属線からなる支持線11,11′が溶接されている 。これら金属線が溶接されている部分は金属角柱7の1波長屈曲共振振動モード に対する振動の節点となっており、互いに直交する屈曲振動それぞれに対する影 響を極力少なくするように細い金属線で支持されている。In FIG. 5, a supporting wire made of a thin metal wire is formed in a central portion of the metal surfaces facing each other at a position of about 22.4% of the entire length from one end surface of the metal prism 7 in the length direction. 10, 10 'are welded. Further, a supporting wire 11 made of a thin metal wire is formed at a position approximately 22.4% of the entire length from the other end surface of the metal wire, which is orthogonal to the surface on which the metal wire is welded and which is perpendicular to the surface at the center of the facing metal surface. , 11 'are welded. The portion where these metal wires are welded is a node of vibration for the 1-wavelength bending resonance vibration mode of the metal prism 7 and is supported by a thin metal wire so as to minimize the influence on each bending vibration orthogonal to each other. ing.

【0005】 ところで、支持線10,10′は矢印の方向の屈曲振動に対してはほぼ理想的 に振動の節点を支持している。By the way, the support lines 10 and 10 ′ support the node of vibration almost ideally for bending vibration in the direction of the arrow.

【0006】[0006]

【考案が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the device]

しかしながら、図6に示すようにこのとき支持線11,11′には屈曲の歪が 発生し、矢印の方向の屈曲振動に影響を与える。 However, as shown in FIG. 6, bending strains are generated in the support lines 11 and 11 'at this time, which affects the bending vibration in the direction of the arrow.

【0007】 一方、矢印と直角な方向(長さ方向)の屈曲振動に対しては支持線10,10 ′が同様に影響を与える。屈曲振動に与える影響を少なくするためには支持線の 直径を出来るだけ細くする必要があるが、支持線を細くすることは振動子自身の 耐振動特性や耐衝撃特性を劣化させてしまう欠点がある。On the other hand, the supporting wires 10 and 10 ′ similarly affect the bending vibration in the direction (length direction) perpendicular to the arrow. In order to reduce the effect on flexural vibration, it is necessary to make the diameter of the support wire as thin as possible.However, making the support wire thin reduces the vibration resistance and shock resistance of the vibrator itself. is there.

【0008】 さらに、従来の圧電振動ジャイロにおいては、振動子が圧電セラミックス単体 から構成され、その外周面上に形成された帯状電極はスクリーン印刷あるいは蒸 着などにより形成されているのに対し、細い金属線からなる支持線を溶接あるい は半田付けすることは耐振動特性や耐衝撃特性の面で問題がある。Further, in the conventional piezoelectric vibrating gyro, the vibrator is composed of a single piezoelectric ceramic, and the strip electrodes formed on the outer peripheral surface of the vibrator are formed by screen printing or vapor deposition. Welding or soldering support wires made of metal wires has problems in terms of vibration resistance and shock resistance.

【0009】 本考案の目的は、以上に示した従来の圧電振動ジャイロの支持手段の欠点を除 去し、長さ方向の屈曲振動に与える影響が少なく、しかもその影響の与え方が各 々の振動方向に対して対称的で、圧電振動ジャイロの屈曲振動特性に与える影響 の少ない圧電振動ジャイロを提供することにある。The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the conventional supporting means of the piezoelectric vibrating gyroscope, to have little influence on the flexural vibration in the longitudinal direction, and to give different influences. An object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrating gyro that is symmetric with respect to the vibrating direction and has little influence on the flexural vibration characteristics of the piezoelectric vibrating gyro.

【0010】 また、本考案の他の目的は、圧電セラミックス単体からなる柱状振動子の外周 面に帯状電極を形成した圧電振動子を用いて安定に支持可能な圧電振動ジャイロ を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrating gyro that can be stably supported by using a piezoelectric vibrator in which a strip-shaped electrode is formed on the outer peripheral surface of a columnar vibrator made of a single piezoelectric ceramic. .

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

本考案によれば、複数の帯状電極を長さ方向に被膜した柱状圧電セラミックス を備え、該柱状圧電セラミックスを振動子としての圧電横効果による屈曲振動モ ードを利用して回転角速度の検出を行う圧電振動ジャイロにおいて、前記屈曲振 動モードの振動の節点に対応した位置に溝を形成した筒状支持具を備え、該溝に 嵌合される軟弾性体からなる薄肉リングにより前記柱状圧電セラミックスを前記 筒状支持具内に設けたことを特徴とする圧電振動ジャイロが得られる。 According to the present invention, the columnar piezoelectric ceramics in which a plurality of strip electrodes are coated in the length direction are provided, and the rotational angular velocity is detected by utilizing the columnar piezoelectric ceramics as a vibrator by utilizing the bending vibration mode by the piezoelectric lateral effect. The piezoelectric vibrating gyro is provided with a cylindrical support having a groove formed at a position corresponding to a node of vibration in the bending vibration mode, and the columnar piezoelectric ceramic is formed by a thin ring made of a soft elastic body fitted in the groove. A piezoelectric vibrating gyro is obtained which is characterized in that is provided inside the tubular support.

【0012】[0012]

【実施例】【Example】

以下、本考案の一実施例による圧電振動ジャイロについて図面を用いて説明す る。 図1は本考案の一実施例による圧電振動ジャイロが示され、図2はこの圧電振 動ジャイロに用いられる柱状の圧電セラミックス20が示されている。この圧電 ラミックス円柱20には外周面上の円周を等分する位置に長さ方向と平行に帯状 電極21がそれぞれ形成されている。帯状電極21は曲面スクリーン印刷で直接 形成するか、あるいはメッキ等で全面に形成された電極の不要部分をフォトエッ チングにより除去することにより容易に得られる。 Hereinafter, a piezoelectric vibrating gyroscope according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a piezoelectric vibrating gyroscope according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a columnar piezoelectric ceramic 20 used in this piezoelectric vibrating gyroscope. The piezoelectric lamix cylinder 20 is provided with strip electrodes 21 in parallel with the length direction at positions equally dividing the circumference on the outer peripheral surface. The strip electrode 21 can be easily obtained by directly forming by curved screen printing, or by removing unnecessary portions of the electrode formed on the entire surface by plating or the like by photoetching.

【0013】 図1及び図2に示した圧電セラミックス円柱20は前記帯状電極21を用いて 分極処理を行った後、これらの帯状電極21の一部に屈曲振動の共振周波数にほ ぼ等しい交流電圧を印加して屈曲振動を励振した状態で、圧電セラミックス円柱 20を回転軸のまわりに回転させると、振動方向と直角な方向にコリオリ力が発 生し、前記帯状電極21の一部に加えられた回転角速度に比例した電圧が発生す る。The piezoelectric ceramic cylinder 20 shown in FIGS. 1 and 2 is polarized by using the strip electrodes 21, and then a portion of these strip electrodes 21 is subjected to an AC voltage approximately equal to the resonance frequency of bending vibration. When the piezoelectric ceramic cylinder 20 is rotated around the rotation axis in a state in which the bending vibration is excited by applying a force, a Coriolis force is generated in a direction perpendicular to the vibration direction and is applied to a part of the strip electrode 21. A voltage proportional to the rotational angular velocity is generated.

【0014】 図3は図1の圧電振動ジャイロに使用される円筒状の支持具30である。支持 具30は屈曲振動モードの1波長共振における振動の節点に対応する2箇所に円 周に平行な溝23を形成した軟弾性体からなる円筒状の支持具である。図1を参 照して、円筒状の支持具30の溝23に図4に示すような薄肉リング22を挿入 後、これら全体を外ケース24に挿入し、固定してある。FIG. 3 shows a cylindrical support 30 used in the piezoelectric vibrating gyro of FIG. The support 30 is a cylindrical support made of a soft elastic body in which grooves 23 parallel to the circumference are formed at two locations corresponding to the nodes of vibration in one-wavelength resonance of the bending vibration mode. Referring to FIG. 1, after inserting the thin ring 22 as shown in FIG. 4 into the groove 23 of the cylindrical support 30, the whole is inserted into the outer case 24 and fixed.

【0015】 一般に共振している振動子をなるべく振動に影響を与えないで支持するために は、振動の節の点(あるいは線)を柔らかい材料で支持する必要がある。しかし 、外部からの振動や衝撃に対して安定に支持するためには、支持部で振動子がず れたりしないように固定する必要がある。 本考案の支持構造は前述したように弾性体からなる薄肉リング22を柔らかい シリコンゴム等の軟弾性体からなる円筒状支持具30に挿入しているため、外部 から振動や衝撃が加えられても圧電セラミックス円柱20の振動子がずれないよ うに安定に支持することが出来る。また、本考案の圧電振動ジャイロにおいては 、支持がリング状であるため、励振振動方向とコリオリ力による振動の両方向の 振動に対して対称的に支持されるため、圧電振動ジャイロとしての特性に与える 支持の影響が少なくなる。In general, in order to support a resonator that resonates without affecting vibration as much as possible, it is necessary to support a node (or line) of a vibration node with a soft material. However, in order to support it stably against external vibrations and shocks, it is necessary to fix it so that the vibrator does not shift at the support part. In the support structure of the present invention, since the thin ring 22 made of an elastic body is inserted into the cylindrical support tool 30 made of a soft elastic body such as soft silicone rubber as described above, even if an external vibration or shock is applied. The vibrator of the piezoelectric ceramic cylinder 20 can be stably supported so as not to shift. Further, in the piezoelectric vibrating gyro of the present invention, since the support is ring-shaped, it is supported symmetrically with respect to both the vibration direction of the excitation vibration and the vibration due to the Coriolis force, which gives characteristics to the piezoelectric vibration gyro. The influence of support is reduced.

【0016】 以上の説明は柱状圧電セラミックスの形状として円柱の場合について行ったが 、圧電セラミックスの形状として正方形断面形状の角柱やその他の正多角形断面 の角柱であっても同様に構成できる。Although the above description has been made on the case where the columnar piezoelectric ceramics are cylindrical, the piezoelectric ceramics can be configured in the same manner even if they are square prisms having a square cross section or other prisms having a regular polygonal cross section.

【0017】[0017]

【考案の効果】[Effect of the device]

以上に示したように、本考案の圧電ジャイロによれば、支持による振動特性の バラツキが少なく、互いに直角な二つの方向の屈曲振動に与える影響の与え方が 各々の振動方向に対して対称的で、しかも円筒状支持具がシリコンゴム等の軟弾 性体で出来ているため、衝撃による影響の少ない、安定な特性を確保することが 出来る。 As described above, according to the piezoelectric gyro of the present invention, there is little variation in the vibration characteristics due to the support, and the influence on the flexural vibration in two directions orthogonal to each other is symmetrical with respect to each vibration direction. Moreover, since the cylindrical support is made of a soft elastic material such as silicon rubber, it is possible to secure stable characteristics that are less affected by impact.

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

【図1】本考案の圧電振動ジャイロの一部破断斜視図で
ある。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of a piezoelectric vibrating gyro according to the present invention.

【図2】図1の圧電セラミックス円柱の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the piezoelectric ceramic cylinder of FIG.

【図3】図1の円筒状支持具の一部破断斜視図である。3 is a partially cutaway perspective view of the cylindrical support of FIG.

【図4】図1の薄肉リングの斜視図である。4 is a perspective view of the thin ring of FIG. 1. FIG.

【図5】圧電振動ジャイロの従来例の構成を示す斜視図
である。
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of a conventional example of a piezoelectric vibrating gyro.

【図6】図5の圧電振動ジャイロの動作を説明するため
の図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the piezoelectric vibration gyro of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

7 金属角柱 8,9 圧電セラミックス薄板 10(10′),11(11′) 金属支持線 20 圧電セラミックス円柱 21 帯状電極 22 薄肉リング 23 支持具30に形成されている溝 24 外ケース 30 支持具 7 Metal Prism 8, 9 Piezoelectric Ceramics Thin Plate 10 (10 '), 11 (11') Metal Support Wire 20 Piezoelectric Ceramics Column 21 Strip Electrode 22 Thin Ring 23 Groove Formed in Supporting Tool 24 Outer Case 30 Supporting Tool

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】 複数の帯状電極を長さ方向に被膜した柱
状圧電セラミックスを備え、該柱状圧電セラミックスを
振動子としての圧電横効果による屈曲振動モードを利用
して回転角速度の検出を行う圧電振動ジャイロにおい
て、前記屈曲振動モードの振動の節点に対応した位置に
溝を形成した筒状支持具を備え、該溝に嵌合される軟弾
性体からなる薄肉リングにより前記柱状圧電セラミック
スを前記筒状支持具内に設けたことを特徴とする圧電振
動ジャイロ。
1. A piezoelectric vibration comprising a columnar piezoelectric ceramic in which a plurality of strip-shaped electrodes are coated in the lengthwise direction, and the angular vibration velocity is detected by utilizing a bending vibration mode by the piezoelectric lateral effect of the columnar piezoelectric ceramic as a vibrator. The gyro includes a tubular support having a groove formed at a position corresponding to a node of vibration in the bending vibration mode, and the columnar piezoelectric ceramic is tubularly formed by a thin ring made of a soft elastic body fitted in the groove. A piezoelectric vibrating gyro provided in a support.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60122818U (en) * 1984-01-27 1985-08-19 ジエコ−株式会社 angular velocity sensor
JPH02173517A (en) * 1988-12-26 1990-07-05 Tokyo Keiki Co Ltd Gyroscope device

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