JPH056320U - 圧電振動ジヤイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の圧電振動ジャイロの支持法における欠
点を除去し、支持位置の位置合わせが容易で、かつ、熔
接あるいは半田付けすることなく支持でき、組立工程が
容易な振動ジャイロ用振動子を提供すること。 【構成】 圧電振動子１の外周面上に長さ方向と平行な
帯状電極２を形成し、該圧電振動子の圧電横効果による
屈曲振動モードを利用して駆動および検出を行なう圧電
振動ジャイロにおいて、前記圧電振動子１の両端面４か
ら夫々軸方向内部に向かって屈曲振動節点に相当する位
置まで針状の穴３が設けられており、且つ、該穴３に支
持具５を挿嵌して支持する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は圧電振動ジャイロに関するものであり、さらに詳しくは船舶や自動車 などの移動体自身およ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うち特に圧電振動子の超音波 振動を利用した圧電振動ジャイロにおける振動子の形状および支持方法に関する ものである。

【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加わるとその振動方向 と直交する方向にコリオリ力を生じるという力学現象を利用した、ジャイロスコ ープである。一方の振動を励振した状態で振動子を回転させると、前述したコリ オリ力の作用によりこの振動と直交する方向に力が働き、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および回転角速度に比例する。し たがって入力電圧を一定にした状態では、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。

【０００３】 図４に示すのは従来のこのような圧電振動ジャイロの構造概略の一例である。 正方形断面形状を有する金属製角柱７の隣り合う面に、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。この金属角柱７は互いに直交する ２つの方向にほぼ同じ共振周波数で屈曲振動することが可能であり、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９を接合した面が凹凸に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】 ところで、上記したような構造、性質の圧電振動子である金属角柱７の長さ方 向の一方の端面から全長のほぼ２２．４％の位置に対向する金属面の中央部に垂 直にそれぞれ細い金属線からなる支持線１０、１０’が熔接されている。さらに 他方の端面から全長のほぼ２２．４％の位置の前記金属線が熔接された面と直交 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１ １、１１’が熔接されている。これら金属線１０、１０、１１および１１’が熔 接されている部分は、角柱７の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で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。さらに、圧電セラミックス薄板の電極に電極引出 線が半田付けされ、駆動、検出回路に接続されている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、図４に示すような従来の支持方法によると、図５に示すように支持線 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接点を支持 していることになる。このとき支持線１１、１１’には屈曲の歪みが発生し、矢 印の方向の屈曲振動に悪い影響を与えることになる。一方図中の矢印と直交する 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 動に与える影響をすくなくするためには支持線の直径をできるだけ 小さくすれ ばよいが、支持線をあまり細くすると、圧電振動子自身の耐振動特性や耐衝撃特 性を劣化させる危険がある。

【０００６】 このような従来の支持方法によると、正確に支持線の位置を合わせ、かつ熔接 する工程は困難であり、しかも、支持する位置が屈曲振動の節点からずれると屈 曲振動に大きな影響を与え検出制度を悪化させるものである。

【０００７】 さらに、この圧電振動ジャイロにおいては、振動子は圧電セラミックス単体か ら構成されており、その外周面上に形成された帯状電極はスクリーン印刷または 蒸着などにより形成されている。従ってあまり細い金属線からなる支持線を熔接 または半田付けして支持することは、耐振動特性や耐久衝撃特性の面から見てさ らに一段と危険があることになる。

【０００８】 本考案の目的は上記従来技術の課題に鑑みて提案されたもので、従来の圧電振 動ジャイロの支持法における欠点を除去し、支持位置の位置合わせが容易で、か つ、熔接あるいは半田付けすることなく支持でき、組立工程が容易な振動ジャイ ロ用振動子を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

このため、本考案の圧電振動ジャイロは、圧電セラミックス円柱あるいはパイ プからなる振動子（以下「振動子」という）の外周面上に帯状電極を形成し、該 振動子の圧電横効果による屈曲振動モードを利用して駆動および検出を行なう圧 電振動ジャイロにおいて、前記振動子の屈曲振動の節点の位置まで針状の穴を設 けること、また、前記振動子において、その支持位置に設けられた針状の穴に金 属線などの導電材料で構成された支持具を圧着、接着または溶着して振動子を支 持することを特徴とする。

【００１０】

【実施例】

図１は本考案の圧電振動ジャイロ用支持具を用いて構成される圧電振動ジャイ ロに使用される圧電振動子および支持部の構造例を示す斜視図であり、図２およ び図３は本考案の圧電振動ジャイロ用圧電振動子および支持具の構造および組立 方法を示す断面図である。圧電振動子１の外周面上に長さ方向と平行なｎ個の帯 状電極２（ここではｎ＝６で説明する）が形成されている。帯状電極２は曲面ス クリーン印刷などにより直接形成するか、またはメッキなど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も のである。

【００１１】 圧電振動子の両端面たる円形面４より長さ方向の一方の端面から内部に向かっ ておよそ全長の２２．４％の位置まで針状の穴３がが形成されており、支持具５ の先端が該穴３に挿入圧着または接着されて圧電振動子１は支持台６に支持され ている。

【００１２】 図１に示した圧電振動子は前記帯状電極を用いて分極処理を行なった後、これ らの帯状電極の一部にこの圧電セラミックス円柱２０の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起こした状態で、圧電セラミックス円 柱２０を長さ軸を中心に回転させると、振動方向と直交する方向にコリオリ力が 発生し、前記駆動用の帯状電極とは別の帯状電極に加えられた回転角速度に比例 した電圧が発生する。

【００１３】 図２（Ａ）は圧電振動子の円柱の軸にそった断面であり、支持部穴３は長さ方 向の一方の端面からおよそ全長の２２．４％の位置まで針状に形成されている。 この針状の穴３の大きさは支持具５が振動子の動きを妨げることのない大きさに 設定する。図２（Ｂ）は圧電振動ジャイロ用支持具５の構造を示す断面図で、該 支持具５はリン青銅などの導電性ばね材などで形成されている。そして、その先 端は圧電振動子１の屈曲振動を妨げることなきよう鋭利になっている。支持具５ はそのばね性により矢印方向に自由度を持つように構成されている。そして圧電 振動子１は図３に示すようにこの支持具５に挿入される。 支持具５先端は振動子の針状の穴３に挿入される。支持具５―１、支持具５―２ は圧電振動子１により矢印方向に押し広げられており、支持具５のばね性により 支持具５の先端は圧電振動子１に圧着され、圧電振動子１は支持される。

【００１４】 組立時、圧電振動子１の支持位置は振動子１の穴３により容易に位置決めされ るので、圧電振動子１は位置がずれることがなく支持されることになる。また、 圧電振動子１の穴３に支持具５の先端を押しつけて圧電振動子１を支持するため 、熔接、半田付けなどの工程が不要となる。

【００１５】 上記説明においては、便宜上圧電セラミックス円柱で構成した圧電振動ジャイ ロについて説明したが、角柱状のものであっても同様に構成できることはいうま でもない。

【００１６】

【考案の効果】

本考案によれば、圧電振動子１の支持位置の位置決めが容易となり、支持具に 振動子を挿入するだけで振動子が支持具の圧着で支持される。このため、支持具 の熔接や半田付けなどの工程が不要となり、製造コストの低廉化を図ることがで きる。また、本考案によると針状の穴３の存在により組立時に支持位置がずれる ことが無くなり、圧電振動ジャイロの特性に与える影響の少ない支持が得られ、 高精度の圧電振動ジャイロを提供することができその工業的価値は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本考案の位置実施例の圧電振動ジャイ
ロの構造を示す斜視図。（Ｂ）は本考案の一実施例の圧
電振動ジャイロ用圧電振動子の針状の穴を示した斜視
図。

【図２】（Ａ）は本考案の一実施例の圧電振動ジャイロ
用振動子の支持部の構造を示す軸方向断面図。（Ｂ）は
本考案の一実施例の圧電振動ジャイロの支持具の構造を
示す断面図。

【図３】本考案の圧電振動ジャイロ用支持具および圧電
振動子を用いて構成した圧電振動ジャイロの構造の一例
を示す斜視図。

【図４】従来の圧電振動ジャイロの一例の構造概略図。

【図５】従来の圧電振動ジャイロ支持方法を示した説明
図。

【符号の説明】

１ 圧電セラミックス円柱 ２ 帯状電極 ３ 針状の穴 ４ 円形面（端面） ５ 支持具 ６ 支持台 ６ 外部電極 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

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】 圧電振動子の外周面上に長さ方向と平行
   な帯状電極を形成し、該圧電振動子の圧電横効果による
   屈曲振動モードを利用して駆動および検出を行なう圧電
   振動ジャイロにおいて、前記圧電振動子の両端面から夫
   々軸方向内部に向かって屈曲振動節点に相当する位置ま
   で針状の穴が設けられており、且つ、該穴に支持具が挿
   嵌されていることを特徴とする圧電振動ジャイロ。