JPH08145694A - 振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外部からの衝撃に強く、かつ振動を有効に吸
収する支持構造を有する振動ジャイロを提供する。 【構成】 振動ジャイロ１０は、振動子１２を含む。振
動子１２は、正３角柱状の振動体１４を含む。振動体１
４の３つの側面の略中央部には、それぞれ圧電素子１６
ａ，１６ｂおよび１６ｃが形成される。また、支持部材
１８および２０は、振動子１２の２つのノード点付近の
周囲を取り囲むようにして配置される。支持部材１８お
よび２０は、それぞれ、３角柱状の振動体１４のノード
点付近の稜線と底面の略中央部とで振動体１４を挟持し
て振動子１２を支持する。また、支持部材１８および２
０は、振動子１２のノード点付近の断面の重心を通り、
かつ、振動子１２の屈曲振動方向と垂直である直線上の
位置で、取付基板２２および２４によって保持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は振動ジャイロに関し、
特にたとえば、ナビゲーションシステムや手振れ防止シ
ステムなどに用いられる振動ジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、この発明の背景となる従来の振
動ジャイロの一例を示す斜視図解図であり、図６はその
正面図解図である。この振動ジャイロ１は、振動子２を
含む。振動子２は、３角柱状の振動体３の３つの側面の
略中央部に圧電素子４ａ，４ｂおよび４ｃをそれぞれ形
成したものである。振動体３は、たとえば恒弾性金属な
どからなる。振動体３の稜線を挟んで隣合う２面の圧電
素子４ａおよび４ｂは、それぞれ駆動用および出力信号
検出用として用いられる。また、振動体３の底面の圧電
素子４ｃは、帰還用として用いられる。

【０００３】この振動子２は、その稜線上のノード点付
近において、コの字形状の支持部材５ａおよび５ｂによ
って支持される。支持部材５ａおよび５ｂは、たとえば
タングステンなどの高い弾性率を有する細い線材から形
成される。支持部材５ａおよび５ｂは、振動子２の底面
（圧電素子４ｃ形成面）側に配置された基板６に固定さ
れる。このような支持構造を採ることにより、振動子２
の底面に直交する方向への屈曲振動（以下、Ｆｘモード
の振動という）に対しても、また、振動子２の底面に平
行な幅方向への振動（以下、Ｆｙモードの振動という）
に対しても振動を有効に吸収することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５お
よび図６に示すような従来の振動ジャイロ１では、支持
部材５ａおよび５ｂが、細い線材から形成されているた
め、外部から大きな衝撃を受けた場合に変形する場合が
ある。一方、支持部材５ａおよび５ｂの線径を太くした
り、さらに、剛性の高い線材で形成すると、振動子２の
振動が吸収されにくくなるため振動が抑制され、振動ジ
ャイロ１の特性が悪くなるという不都合が生じる。

【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、外
部からの衝撃に強く、かつ振動を有効に吸収する支持構
造を有する振動ジャイロを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる振動ジ
ャイロは、柱状の振動子と、振動子の側面に設けられた
駆動・検出手段と、振動子のノード点付近を支持する板
状の支持部材とを備え、支持部材を、振動子のノード点
付近での断面の重心を通り、かつ、振動子の屈曲振動方
向と垂直である直線上の位置で保持し、さらに、支持部
材は、振動子のノード点付近の稜線部分と、稜線部分に
対向する部分とにおいて振動子を支持する、振動ジャイ
ロである。

【０００７】また、振動子は３角柱状の振動体を含んで
もよい。その場合の支持部材は、３角柱状の振動体のノ
ード点付近の稜線部分と、稜線部分に対向する底面部分
とにおいて振動体を支持することが好ましい。

【０００８】

【作用】支持部材が板状なので、従来の細線状の支持部
材よりも強固である。また、板状の支持部材は、振動子
の屈曲振動に伴い、ねじれるように撓み、振動子の振動
を吸収する。さらに、支持部材は、ノード点付近で振動
子を支持するので、振動子の振動を抑制しにくい。ま
た、支持部材は、振動子のノード点付近での断面の重心
を通り、かつ、振動子の屈曲振動方向と垂直である直線
上の位置を保持するので、振動子の振動に伴う支持部材
のねじれを抑制しにくい。また、支持部材は、振動子の
ノード点付近の稜線部分と、稜線部分に対向する部分と
において、振動子を支持するので、振動子の振動を抑制
しにくい。

【０００９】

【発明の効果】この発明によれば、板状の支持部材によ
って振動子を保持するので、支持構造が強固で外部から
の衝撃に強い振動ジャイロを得ることができる。しか
も、この振動ジャイロは、振動子の振動を有効に吸収す
る支持構造を有するので特性がよい。

【００１０】この発明の上述の目的、その他の目的、特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１１】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す斜視図解図
であり、図２はその正面図解図である。この実施例の振
動ジャイロ１０は、振動子１２を含む。振動子１２は、
正３角柱状の振動体１４を含む。この実施例の振動体１
４は、たとえば恒弾性鋼を引き抜き加工することにより
正３角柱状に形成される。なお、振動体１４は、エリン
バ，鉄−ニッケル合金，石英，ガラス，水晶およびセラ
ミックなど、一般的に機械的な振動を生じる材料で形成
することができる。

【００１２】振動体１４の３つの側面の略中央部には、
それぞれ駆動・検出手段としての圧電素子１６ａ，１６
ｂ，および１６ｃが形成される。振動体１４の稜線１４
ａを挟んで隣合う２面の圧電素子１６ａおよび１６ｂ
は、それぞれ駆動用および出力信号検出用として用いら
れる。また、振動体１４の底面の圧電素子１６ｃは、帰
還用として用いられる。そして、圧電素子１６ａおよび
１６ｂには、発振回路（図示せず）の出力端が接続さ
れ、発振回路（図示せず）の入力端は、圧電素子１６ｃ
に接続されて、帰還ループが形成される。この帰還ルー
プにより、振動子１２は自励振駆動される。

【００１３】この振動ジャイロ１０は、略ロの字形状の
支持部材１８および２０を含む。支持部材１８および２
０は、たとえばＦｅ−Ｎｉ合金、恒弾性鋼などからなる
板材をホトリソグラフィによりエッチングすることによ
って形成される。支持部材１８および２０の厚みは、振
動子１２の振動を撓みにより吸収するため、たとえば
０．１ｍｍから１ｍｍに形成することが望ましい。一
方、支持部材１８および２０の幅長は、振動子１２をし
っかりと支持するため、厚みに比べて十分に長く形成す
ることが望ましい。

【００１４】図２に示すように、支持部材１８および２
０には、上部結合部１８ａおよび２０ａが、その内周側
から振動子１２方向へ突き出し形成される。また、支持
部材１８および２０には、下部結合部１８ｂおよび２０
ｂが、上部結合部１８ａおよび２０ａと対向しながら、
その内周側から振動子１２方向へ突き出し形成される。

【００１５】支持部材１８および２０は、振動子１２の
２つのノードの周囲を取り囲むようにしてそれぞれ配置
される。そして、上部結合部１８ａおよび２０ａは、３
角柱状の振動体１４の２つのノード点付近の稜線にそれ
ぞれ固着される。また、下部結合部１８ｂおよび２０ｂ
は、３角柱状の振動体１４の２つのノード点付近の底面
の幅方向における略中央部にそれぞれ固着される。こう
して、支持部材１８および２０は、振動体１４をノード
点付近において挟持するようにして、振動子１２を支持
する。支持部材１８および２０と振動体１４との固着
は、たとえばスポット溶接、はんだ付け、および銀ろう
付けなどの方法により行うことができる。なお、振動子
１２は、振動子１２の長手方向の全長を１としたとき
に、両端部から中央方向へ０．２２４の中心軸上にノー
ド点を有する。

【００１６】また、支持部材１８および２０は、それぞ
れその両側部がたとえば、保持部材としての取付基板２
２および２４によって保持される。取付基板２２および
２４は、支持部材１８および２０の幅方向の両側に対称
に配置される。そして、図２に一点鎖線で示すように、
取付基板２２および２４は、振動子１２のノード点付近
の断面の重心を通り、かつ、振動子の屈曲振動方向（圧
電素子１６ｃ形成面の垂直方向）と垂直である直線上の
位置で、支持部材１８および２０の両側部に固着され
る。この固着は、緩衝材を介在させたねじ止め、はんだ
止め、および銀ろう付けなどの方法により行われる。取
付基板２２および２４は、たとえばガラスエポキシ系プ
リント基板、Ｆｅ−Ｎｉ系合金基板、アルミナなどのセ
ラミック基板、およびガラス基板などを用いることがで
きる。取付基板２２および２４は、振動子１２の幅方向
の両側に延び、ケース（図示せず）などに固着される。

【００１７】有限要素法によるシミュレーションで正３
角柱状の振動子１２の振動を考察すると、Ｆｘモードの
振動の中性線は、振動子１２のノード点付近の断面の重
心を通り幅方向へ延びる線上にある。また、Ｆｙモード
の振動の中性線は、振動子１２のノード点付近の断面の
重心を通り高さ方向に延びる線上にある。中性線とは、
振動に対して最も動きの少ない部分をいう。したがっ
て、この中性線付近において支持することにより、支持
部材が振動子の振動に与える影響を最も少なくすること
ができる。

【００１８】次に、図３および図４を参照しながら、こ
の実施例の振動ジャイロ１０の振動状況を説明する。図
３は、図１に示す実施例のＦｘモードでの振動状況を示
す側面図解図であり、図４は、図１に示す実施例のＦｙ
モードでの振動状況を示す平面図解図である。発振回路
（図示せず）により励振された振動子１２は、図３に誇
張して示すように、振動子１２の底面（圧電素子１６ｃ
形成面）に直交する方向にＦｘモードの屈曲振動をす
る。

【００１９】屈曲振動している状態の振動子１２が、長
手方向に延びる中心軸を中心として回転すると、屈曲振
動方向に直交する方向にコリオリ力が働き、Ｆｙモード
の振動成分が生じる。すると、振動子１２の振動方向が
変わり、圧電素子１６ａおよび１６ｂ間に出力電圧差が
生じる。この出力電圧差を測定することにより、振動子
１２に加わった回転角速度を検出することができる。な
お、振動ジャイロ１０が、その中心軸と平行な任意の軸
を中心として回転しても同様である。

【００２０】また、この振動ジャイロ１０は、上述の支
持構造を有するので、振動子１２の底面に直交する方向
へＦｘモードの振動をするときは、図３に誇張して示す
ように支持部材１８および２０がねじれるようにして撓
み、振動が有効に吸収される。さらに、図４に誇張して
示すように、振動子１２の底面に水平な幅方向へＦｙモ
ードの振動をするときは、振動子１２の振動が、振動子
１２に固着された上部結合部１８ａおよび２０ａと、下
部結合部１８ｂおよび２０ｂとを軸とした支持部材１８
および２０のねじれ運動により有効に吸収される。

【００２１】この振動ジャイロ１０について、１ｍの高
さから落下させる落下試験を行ったところ、支持部材１
８，２０、および取付基板２２，２４の変形は認められ
なかった。また、振動子１２の振動の先鋭度Ｑｍを比較
すると、従来の振動ジャイロ１の値とほとんど変わなか
った。さらに、静止時の出力電圧の温度特性は、−３０
℃から８５℃の範囲で、１ｍＶ／℃以下であり良好な特
性を示した。

【００２２】この実施例によれば、板状の支持部材１８
および２０により、振動子１２が上部結合部１８ａおよ
び２０ａと、下部結合部１８ｂおよび２０ｂとの２か所
で挟持されて支持される。そのため、図５に示す従来の
細線状の支持部材３ａおよび３ｂによる１か所だけの支
持よりも強固である。したがって、この実施例の振動ジ
ャイロ１０は、外部からの衝撃に強い。また、板状の支
持部材１８および２０は、振動子１２の屈曲振動に伴
い、取付基板２２および２４によって保持された部分を
中心としてねじれるように撓み、振動子１２の振動を吸
収する。さらに、支持部材１８および２０は、ノード点
付近で振動子１２を支持するので、振動子１２の振動を
抑制しにくい。また、支持部材１８および２０は、振動
子１２のノード点付近の断面の重心を通り、振動子の屈
曲振動方向と垂直である直線上の位置で保持されるの
で、振動子１２の振動に伴う支持部材１８および２０の
ねじれを抑制しにくい。また、支持部材１８および２０
は、振動子１２のノード点付近の稜線部分と稜線部分に
対向する部分とにおいて、振動子１２を支持するので、
振動子１２の振動を抑制しにくい。したがって、この実
施例の振動ジャイロ１０は、特性がよい。

【００２３】なお、支持部材１８および２０は、圧電素
子１６ａ，１６ｂ，および１６ｃと検出回路とを接続す
るための導線の通路として使用してもよい。また、取付
基板２２および２４を同様に使用してもよい。

【００２４】また、振動子が角柱状であり、その稜線に
おいて支持部材に支持される場合には、支持部材の内周
側の上部結合部および下部結合部は特に形成される必要
はなく、振動子の稜線を支持部材の内周側に直接固着す
ればよい。また、取付基板は、支持部材と別体ではな
く、たとえば、ホトリソグラフィによりエッチングする
ことにより一体的に形成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す斜視図解図である。

【図２】図１に示す実施例の正面図解図である。

【図３】図１に示す実施例のＦｘモードでの振動状況を
示す側面図解図である。

【図４】図１に示す実施例のＦｙモードでの振動状況を
示す平面図解図である。

【図５】この発明の背景となる従来の振動ジャイロの一
例を示す斜視図解図である。

【図６】図６は図５に示す従来の振動ジャイロの正面図
解図である。

【符号の説明】

１０ 振動ジャイロ １２ 振動子 １４ 振動体 １６ａ〜１６ｃ 圧電素子 １８，２０ 支持部材 １８ａ，２０ａ 上部結合部 １８ｂ，２０ｂ 下部結合部 ２２，２４ 取付基板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 柱状の振動子と、 前記振動子の側面に設けられた駆動・検出手段と、 前記振動子のノード点付近を支持する板状の支持部材と
   を備え、 前記支持部材を、前記振動子のノード点付近での断面の
   重心を通り、かつ、前記振動子の屈曲振動方向と垂直で
   ある直線上の位置で保持し、さらに、前記支持部材は、
   前記振動子のノード点付近の稜線部分と、前記稜線部分
   に対向する部分とにおいて前記振動子を支持する、振動
   ジャイロ。