JPH0527614U - 圧電振動ジヤイロ - Google Patents

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。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

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。

【０００２】

【従来の技術】

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。

【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。

【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。

【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。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

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。

【００１２】

【実施例】

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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００１７】

【考案の効果】

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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】図１の圧電セラミックス円柱の斜視図である。

【図３】図１の円筒状支持具の一部破断斜視図である。

【図４】図１の薄肉リングの斜視図である。

【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。

【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。

【符号の説明】

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

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【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。