JPH0620967Y2

JPH0620967Y2 - 振動ジャイロ

Info

Publication number: JPH0620967Y2
Application number: JP1988011643U
Authority: JP
Inventors: 誠一藤村; 博章山田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-01-30
Filing date: 1988-01-30
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2003-01-30
Also published as: JPH01118310U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］この考案は、振動ジャイロに関する。

［従来の技術］従来のＨ型振動ジャイロを第５図に示す。１はＨ型の振
動子で、この振動子１の幅方向（Ｙ軸方向）の両側面の
左右および上下の４カ所に駆動用圧電素子２が張り付け
られている。これらの４個の駆動用圧電素子２の極性
は、上側の２個と下側の２個とが正逆反対であり、この
駆動用圧電素子２による振動は、第６図(イ)に示す振動
モードとなる。また、振動子１の左右部分を結合するＹ
軸方向をなす結合部３のＸ軸方向の両面には、この結合
部３のねじれの大きさに比例した出力を発生する検出用
のねじれ型圧電素子４が表裏同じ極性で張り付けられて
いる。そして、振動子１の支持構造は、結合部３の上下
に一体に形成した支持板５を図示せぬケーシング側の支
持部材で支持する構造である。

上記構成の振動ジャイロにＺ軸まわりの角速度が加わる
と、振動子１には駆動側の振動方向（第６図(イ)に示す
ようにＹ方向）と直角なＸ軸方向のコリオリの力が発生
し、振動子１はこのコリオリの力により第６図(ロ)のご
とき振動モードで、つまり、結合部３にねじれが生じる
ような振動モードで振動し、検出用のねじれ型圧電素子
４がこのねじれ振動を検出して、発生したコリオリの力
を検出する。

［考案が解決しようとする課題］上記従来の振動ジャイロでは、駆動側の振動モード（駆
動モードという）が第６図(イ)に示すように結合部３に
上下の振動が生じるものであるため、支持板５による支
持は、駆動モードの節を支持する節点支持となっておら
ず、このため、検出用圧電素子４の出力には、支持によ
る影響が無視できない。例えば、駆動側の振動自体によ
り直接検出用圧電素子４に漏れ電圧が発生して誤差が生
じ、また、温度変動や経時変化によってＱ（クォリティ
・ファクタ）が不安定になる原因の一つであると考えら
れる。

本考案は上記事情に鑑みてなされたもので、振動モード
に対する支持の影響を少なくして、検出側の圧電素子に
生じる漏れ電圧を減少させ、かつ、安定した出力を得る
ことができる振動ジャイロを提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］本考案では上記課題を解決するために、Ｈ型振動子の結
合部の中央に幅方向寸法を狭くしたくびれ部を形成し、
このくびれ部を支持棒で支持し、かつ、このくびれ部に
ねじれ型の検出用圧電素子を張り付けた。

［作用］上記構成の振動子は、２つの音叉を上下逆にしてくびれ
部で一体化したごとき形状となっている。

一般に、音叉底部の厚み（Ｚ軸方向寸法）がある厚さ以
上になるとその剛性によりたわみにくくなり、振動モー
ドが支持の影響を受けなくなるが、逆にねじれの共振周
波数、つまり、検出側の共振周波数が高くなってしま
う。しかし、検出用圧電素子を張り付けたくびれ部の幅
（Ｙ軸方向寸法）を調整することにより、検出側の共振
周波数を駆動側の共振周波数に容易に合わせることがで
きる。したがって、音叉底部の厚みを十分厚くすること
ができる。

そして、音叉底部の厚みが厚くくびれ部の幅が狭いと、
駆動モードに関して、このくびれ部の上下方向の振動は
ほとんどなく、このくびれ部を支持する幅方向（Ｙ軸軸
方向）の支持棒は、振動子の駆動モードにほとんど影響
を与えない。また、この支持棒の位置は、検出側の振動
モード（検出モード）の節となっている。このように、
駆動モードにも検出モードにも影響を与えない支持構造
となる。したがって、検出側圧電素子に生じる漏れ電圧
も小さくなり、また、安定した出力を得ることができ
る。

［実施例］以下、本考案の一実施例を第１図〜第４図を参照して説
明する。

第１図は本考案の振動ジャイロの正面図、第２図は同側
面図で、振動子１０は、概略的にはＨ型をなしている
が、左右部分を結合する結合部１１のＺ軸方向寸法を
十分大きく取り、この結合部１１の中央（Ｚ軸方向中
央）の幅方向（Ｙ軸方向）寸法ｍを狭くしてくびれ部１
２を形成している。また、振動子１０のくびれ部１２の
上側部分、および、下側部分はそれぞれが音叉型となっ
ているが、その音叉底部１３の厚み（Ｚ軸方向寸法）ｎ
を十分厚くしている。そして、支持棒１４は、このくび
れ部１２を幅方向（Ｙ軸方向）に貫通して固定され、両
端がケーシングに固定されている。また、上下、左右部
には従来と同様に４枚の駆動用圧電素子１５が張り付け
られている。この駆動用振動子１５の極性は、第５図に
示した従来のものと同様に、上側の２枚と下側の２枚と
が正逆反対とされており、駆動モードは、結合部を除き
第６図(イ)と同様な振動モードとなる。そして、前記く
びれ部１２の両面（Ｘ方向の両面）にねじれ型圧電素子
１６が表裏同じ極性で張り付けられている。

前記ねじれ型圧電素子１６は、すべりひずみにより電圧
が発生する圧電物質を利用したもので、第３図、第４図
に示すように、分極方向（矢印で示す）が逆の２つの部
分からなり、上、下両面に電極（図示略）を張り付けた
構成であり、ねじれ型圧電素子の対向面の間に働くねじ
り力（Ｚ−Ｙ平面内のねじり力）に対してねじれ型圧電
素子１６の対向面間に電圧（Ｘ方向の電圧）が発生す
る。第３図は縦割りの場合で、これにも同図(イ)、同図
(ロ)の分極方向を反対にした２つのタイプがある。第４
図は横割りの場合で、これにも同図(イ)、同図(ロ)の２つ
のタイプがある。

次に動作について説明する。

駆動用圧電素子１５に図示せぬ発振回路からの交流電圧
を印加すると、振動子１０の４本の各腕については、第
６図(イ)に示した駆動モードと同様な振動モードで振動
する。しかし、結合部１１の音叉底部１３の厚みｎが十
分厚いので、この部分の上下のたわみはほとんど発生せ
ず、かつ、くびれ部１２の幅が狭いので、くびれ部１
２に上下のたわみ振動はほとんど発生しない。したがっ
て、このくびれ部１２に幅方向（Ｙ方向）に貫通固定さ
れた支持棒１４は、駆動モードに影響をほとんど与えな
い。かつ、この支持棒１４の位置は、検出モードの節と
なっている。このように、支持棒１４は、駆動モードに
も検出モードにも影響を与えないように振動子１０を支
持している。

ここで、振動ジャイロにＺ軸回りの角速度が加わると、
振動子１０には、駆動側の振動方向（Ｙ軸方向）に垂直
なＸ軸方向のコリオリの力が発生する。このコリオリの
力による振動の振動モード（すなわち、検出モード）
は、第６図(ロ)と同様であり、くびれ部１２にねじれが
発生するような振動モードである。このねじれ振動をね
じれ型圧電素子１６が検出して、発生したコリオリの力
を検出し、このコリオリの力から振動ジャイロに加わっ
た角速度を検出する。

一般に、音叉型振動子では、音叉底部の厚み（Ｚ軸方向
寸法）がある厚み以上になるとその剛性によりたわみに
くくなり、振動モードが支持形態の影響をうけなくなる
が、逆にねじれの共振周波数、つまり、検出側の共振周
波数が高くなってしまう。検出側の共振周波数と駆動側
の共振周波数とのずれが大きいと、コリオリの力による
振動を維持できず、コリオリの力を検出できなくなる。
しかし、本考案の振動子１０では、検出用圧電素子１６
を張り付けたくびれ部１２の幅（Ｙ軸方向寸法）ｍを調
整することにより、検出側の共振周波数を低くし駆動側
の共振周波数に容易に合わせることができる。したがっ
て、音叉底部１３の厚みｎを十分厚くすることができ
る。

そして、音叉底部１３の厚みｎが厚くくびれ部１２の幅
ｍが狭いと、駆動モードに関して、このくびれ部１２の
上下方向の振動はほとんどなく、このくびれ部１２を支
持する幅方向（Ｙ軸軸方向）の支持棒１４は、振動子１
０の駆動モードに影響を与えない。また、この支持棒１
４の位置は、検出モードの節となっている。このよう
に、駆動モードにも検出モードにも影響を与えない支持
構造となる。したがって、検出側圧電素子、つまり、ね
じれ型圧電素子１６に生じる漏れ電圧を減少させること
ができる。また、温度変動、あるいは、経時変化により
Ｑ（クォリティ・ファクタ）の変動の原因の１つとして
支持形態の影響があると考えられることから、Ｑの安定
化に寄与するものと考えられ、安定した出力を得ること
が可能となる。

［考案の効果］以上説明したように本考案によれば、Ｈ型振動子の結合
部の中央に幅方向寸法を狭くしたくびれ部を形成し、こ
のくびれ部を支持棒で支持し、かつ、このくびれ部にね
じれ型の検出用圧電素子を張り付けた構成としたので、
駆動側振動モードにも検出側振動モードにも影響を与え
ない支持構造を得ることができた。これにより、検出側
圧電素子に生じる漏れ電圧を小さくすることができ、さ
らに、温度変動による変化や経時変化の少ない安定した
出力を得ることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す振動ジャイロの正面
図、第２図は同側面図、第３図(イ),(ロ)はねじれ型圧電
素子の一例の説明図、第４図(イ),(ロ)はねじれ型圧電素
子の他の例の説明図、第５図は従来の振動ジャイロの斜
視図、第６図(イ)は第５図の振動ジャイロの駆動側の振
動モードの説明図、同図(ロ)は同検出側の振動モードの
説明図である。１０……振動子、１１……結合部、１２……くびれ部、
１３……音叉底部、１４……支持棒、１５……駆動用圧電素子、１６……ねじれ型圧電素子（検出用圧電素子）。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】Ｈ型振動子の結合部の中央に幅方向寸法を
狭くしたくびれ部を形成し、このくびれ部を支持棒で支
持し、かつ、このくびれ部にねじれ型の検出用圧電素子
を張り付けたことを特徴とする振動ジャイロ。