JPH08285606A - 振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単に製造することができ、高感度でしかも
小型化が可能な、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を含み、振動
子１２は振動体１４を含む。振動体１４は、たとえば有
底の正３角筒状に形成される。この場合、振動体１４
は、正３角柱状の中空部１６を有する。振動体１４の軸
方向の一端部には、振動体１４を支持するための支持部
１８が形成される。支持部１８は、３つの支持片２０
ａ，２０ｂ，２０ｃと、１つのリング状の支持環体２２
とで形成される。振動体１４および支持部１８は、たと
えば恒弾性材料で一体的に形成される。振動体１４と支
持部１８は、たとえば略円板リング状の前加工材に絞り
加工を施すことによって、一体的に形成される。振動体
１４の３つの側面には、圧電素子３２ａ，３２ｂおよび
３２ｃがそれぞれ形成される。

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、
特にたとえは、角速度を検知することにより移動体の位
置を検出して適切な誘導を行うナビゲーションシステ
ム、あるいは外的振動を検知して適切な制振を行うヨー
レートセンサなどに応用できる、振動ジャイロである。

【０００２】

【従来の技術】図７（Ａ）は従来の振動ジャイロの一例
を示す斜視図であり、図７（Ｂ）はその断面図である。
図８は図７に示す振動ジャイロが屈曲振動している状態
を示す図解図である。振動ジャイロ１は振動子２を含
み、振動子２は振動体３を含む。振動体３は、たとえば
恒弾性金属材料で正３角柱状に形成される。振動体３の
３つの側面には、それぞれ圧電素子４ａ，４ｂ，４ｃが
形成される。圧電素子４ａ，４ｂ，４ｃは、それぞれ磁
器などからなる圧電層５を含む。そして、圧電層５の両
面に電極６が形成される。これらの電極６の一方が、振
動体３に接着される。さらに、振動体３のノード点付近
の稜線部には、支持部材７が固着される。支持部材７
は、たとえば金属線などで形成され、溶接などにより振
動体３に固着される。この支持部材７はコ字状に形成さ
れ、その両端部が支持台８などに取り付けられる。

【０００３】この振動ジャイロ１では、圧電素子４ａ，
４ｂと圧電素子４ｃとの間に発振回路が接続される。こ
の発振回路によって、振動体３は圧電素子４ｃ形成面に
直交する方向に屈曲振動する。この状態で、振動体３の
中心軸を中心として回転すると、コリオリ力によって屈
曲振動の方向が変わる。それによって、圧電素子４ａ，
４ｂの出力信号に差が生じる。したがって、圧電素子４
ａ，４ｂ間の出力信号の差を測定すれば、回転角速度を
検出することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図７に示すような従来
の振動ジャイロ１では、振動体３が正３角柱状の音片で
形成され、振動体３の自由振動のノード点で屈曲振動す
る。この場合、振動体３は、図８に示すように、２つの
ノード点を中心として屈曲振動し、振動体３のノード点
は、振動体３の長さをＬとすると、その両端から０．２
２４Ｌの位置の中心線上に存在する。また、振動体３が
その中心軸を中心にして回転した時に発生するコリオリ
力による変位は、振動体３の自由振動の変位と直交する
方向に発生する。さらに、それらの互いに直交する２つ
の方向に対して、振動体３の支持構造が高い自由度を保
つことで、振動ジャイロ１の感度が高められている。

【０００５】これらの一連の理由によって、図７に示す
従来の振動ジャイロ１では、振動体３を支持するための
構造として、振動体３の自由度をできる限り高く保つた
めに、振動体３のノード点付近の稜線部に、金属線から
なるコ字状の支持部材７の中間部を溶接などにより固着
し、さらに、支持部材７の両端部を支持台８に固着する
という、立体的でかつ複雑な支持構造を構成している。
この場合、振動体３は、その長手方向の両側にある２つ
のノード点において支持部材７で支持されている。

【０００６】図７に示す従来の振動ジャイロ１では、コ
字状の支持部材７がかさばるため、振動ジャイロの小型
化を阻害し、また、別途準備した支持部材７および支持
台８を用いて振動体３を支持するため、それらの材料コ
ストおよびそれらの組み立てコストも高くつき、製造コ
ストの低減化も阻害するものであった。こういった状況
下にある従来の振動ジャイロ１において、小型化を図る
ためには、振動体３の全長Ｌを短く形成することが考え
られるが、振動体３の全長Ｌを短く形成すると、振動体
３の自由振動時の振幅が小さくなるため、周波数が大き
くなる。そのため、振動ジャイロを小型化しても、振動
ジャイロ１の感度が低下し、支障をきたす。逆に、振動
ジャイロ１の感度を高めようとすると、振動体３の自由
振動の振幅を大きくするために、振動体３の全長Ｌを長
く形成する必要があるが、この場合、小型化を阻害する
ものとなる。

【０００７】そこで、振動体３の全長Ｌが同じ場合に
は、周波数が小さくなり、振動ジャイロの感度を高める
ことができ、自由振動時の振動体３の周波数が同じ場合
には、振動体３の全長Ｌを短くして、小型化が図れる振
動モードを有する振動ジャイロが希求される。

【０００８】それゆえに、この発明の主たる目的は、簡
単に製造することができ、高感度でしかも小型化が可能
な振動ジャイロを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、中空部を有
する振動体と、振動体の軸方向の端部で振動体を支持す
る支持部とを含み、振動体と支持部は、前加工材に絞り
加工を施すことによって一体的に形成され、振動体は支
持部で片持ち支持される、振動ジャイロである。振動体
は、筒状または有底筒状に形成されてもよい。また、振
動体は、多角形筒状または有底の多角形筒状に形成して
もよい。さらに、振動体は、円筒状または有底の円筒状
に形成してもよい。

【００１０】

【作用】振動体および振動体を支持する支持部は、絞り
加工により一体的に形成される。振動体は、支持部によ
って、振動体の軸方向の端部で支持されるため、振動体
の自由振動時において、所謂、片持ち支持形（片持ばり
形）の振動モードとなる。そのため、本願発明の振動ジ
ャイロと従来例の振動ジャイロにおいて、振動体の軸方
向の長さが同じ場合、従来の両端支持タイプの振動ジャ
イロよりも、本願発明の振動ジャイロの方が振幅が大き
くなる。したがって、振幅が大きくなることにより、本
願発明の振動ジャイロは、周波数が小さくなり、感度が
高くなる。一方、本願発明の振動ジャイロと従来例の振
動ジャイロにおいて、振動体の自由振動時の周波数が同
じ場合、本願発明の振動ジャイロの方は、片持ち支持形
の振動モードにより振幅が大きくなるので、振動体の軸
方向の長さを従来の両端支持タイプの振動ジャイロより
も短く形成することが可能となり、振動体の小型化が図
られる。

【００１１】

【発明の効果】この発明によれば、簡単に製造すること
ができ、高感度でしかも小型化が可能な振動ジャイロが
得られる。

【００１２】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。

【００１３】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す斜視図であ
り、図２は図１の線ＩＩ−ＩＩにおける図解図である。

【００１４】この振動ジャイロ１０は、振動子１２を含
み、振動子１２は振動体１４を含む。この振動体１４
は、たとえば恒弾性材料などで、有底の正３角筒状に形
成される。この場合、振動体１４は、その軸方向の一端
から他端側に所定の長さ分だけ、正３角柱状の中空部１
６を有している。また、振動体１４の軸方向の一端部に
は、振動体１４を支持するための支持部１８が振動体１
４と一体的に形成される。振動体１４と支持部１８と
は、たとえば恒弾性材料などで一体的に形成される。支
持部１８は、３つの支持片２０ａ，２０ｂ，２０ｃと１
つの支持環体２２とで構成される。

【００１５】すなわち、振動体１４には、その軸方向の
一端の３つの周縁部から外方に直角に延びて、矩形板状
の３つの支持片２０ａ，２０ｂおよび２０ｃがそれぞれ
形成される。さらに、３つの支持片２０，２０ｂおよび
２０ｃの先端部の周辺は、１つの支持環体２２によっ
て、取り囲まれる。この実施例では、支持環体２２は、
たとえば円板リングで形成され、３つの支持片２０ａ，
２０ｂおよび２０ｃと一体的に形成される。

【００１６】振動体１４およびその振動体１４と一体的
に形成される支持部１８は、たとえば絞り加工によって
製造される。この実施例では、たとえば図３に示すよう
な前加工材（ブランク）２４に絞り加工を施すことによ
って、振動体１４および支持部１８が一体的に形成され
る。この場合、前加工材２４は、たとえば円板状の振動
体形成部２６を含む。振動体形成部２６の円周部には、
同じ間隔を隔てた部位に、３つの矩形板状の支持片形成
部２８ａ，２８ｂおよび２８ｃが突き出し設けられる。
さらに、３つの支持片形成部２８ａ，２８ｂおよび２８
ｃの周囲には、それらを取り囲むようにして、１つのた
とえばリング状の支持環体形成部３０が形成される。１
つの振動体形成部２６と３つの支持片形成部２８，２８
ｂおよび２８ｃと１つの支持環体形成部３０とは、恒弾
性材料などで一体的に形成される。そして、この前加工
材２４の振動体形成部２６の中心部に、絞り加工を施す
ことによって、振動体１４および支持部１８が一体的に
製造される。

【００１７】一方、振動体１２の３つの側面には、圧電
素子３２ａ，３２ｂおよび３２ｃが形成される。圧電素
子３２ａは、たとえばセラミックスからなる圧電体層３
４ａを含み、この圧電体層３４ａの両面に電極３６ａ，
３８ａが形成される。そして、一方の電極３６ａが、振
動体１４の１つの側面に接着される。同様に、圧電素子
３２ｂ，３２ｃは、それぞれ、圧電体層３４ｂ，３４ｃ
を含む。そして、圧電体層３４ｂの両面に電極３６ｂ，
３８ｂが形成され、圧電体層３４ｃの両面に電極３６
ｃ，３８ｃが形成される。これらの圧電素子３２ｂ，３
２ｃの一方の電極３６ｂ，３６ｃが、振動体１４の他の
２つの側面に接着される。

【００１８】このようにして形成された振動子１２は、
図４および図５に示すように、たとえば合成樹脂からな
る円筒形の保持部材４０によって保持される。この場
合、振動子１２は、その軸方向の一端側が保持部材４０
により保持されるため、この実施例の振動ジャイロ１０
の振動モードは、所謂、片持ちはり形（片持ち支持形）
の振動モードとなる。

【００１９】この振動ジャイロ１０では、圧電素子３２
ａ，３２ｂと３２ｃとの間に、発振回路（図示せず）が
接続される。この発振回路によって、振動体１４は、圧
電素子３２ｃが形成されている面に直交する方向に屈曲
振動する。この状態で、振動体１４がその中心軸を中心
に回転すると、振動体１４にコリオリ力が働き、屈曲振
動の方向が変わる。そのために、圧電素子３２ａと圧電
素子３２ｂとの出力信号に差が生じ、これらの出力信号
の差を測定することによって、回転角速度を検出するこ
とができる。

【００２０】この振動ジャイロ１０では、片持ち支持
（片持ばり形）の振動モードとなるため、図７および図
８に示す従来の振動ジャイロ１のように、両端支持形の
振動モードに近いものと比べて、変位量が大きくなる。
この場合、振動体１４の軸方向の長さが同じであれば、
図７および図８に示す従来の振動ジャイロ１よりも、図
１，図２，図４および図５に示す本実施例の振動ジャイ
ロ１０の方が振幅が大きくなる。そのため、この実施例
の振動ジャイロ１０では、周波数が小さくなり、感度が
高くなる。

【００２１】また、従来の振動ジャイロ１および本実施
例の振動ジャイロ１０の振動体の自由振動時における共
振周波数が同じであれば、言い換えると、同一感度であ
れば、本実施例の振動ジャイロ１０の方が従来の振動ジ
ャイロ１よりも、振動体の軸方向の長さを短く形成する
ことができる。そのため、この実施例の振動ジャイロ１
０では、小型化が可能となる。この場合、発明者の実験
によれば、振動体の軸方向の長さを従来の１／４とする
ことができる。

【００２２】さらに、この振動ジャイロ１０では、図７
および図８に示すような複雑であって形成しにくい振動
体の支持構造を有する従来例とは異なり、振動体１４お
よび支持部１８が絞り加工などによって一体的に形成さ
れるため、製造が簡単となり、製造コストの低減化が図
れる。言い換えると、本願発明にかかる振動ジャイロで
は、図７および図８に示す従来の振動ジャイロ１のよう
に、別途、振動体を支持する支持部材を準備し、それを
振動体に取り付けるといった製造工程を省くことができ
る。

【００２３】図６はこの発明の他の実施例を示す斜視図
である。図６に示す実施例の振動ジャイロ１０では、上
述の実施例の振動ジャイロと比べて、特に、圧電素子３
２ａ，３２ｂおよひ３２ｃの形成位置が相違する。すな
わち、図１，図２および図４などに示す振動ジャイロで
は、３つの圧電素子３２ａ，３２ｂおよび３２ｃが振動
体１４の３つの側面にそれぞれ形成されたが、図６に示
す振動ジャイロ１０では、３つの圧電素子３２ａ，３２
ｂおよび３２ｃが振動体１４の支持部１８の３つの支持
片２０ａ，２０ｂおよび２０ｃの上面にそれぞれ形成さ
れている。図６に示す実施例の振動ジャイロ１０におい
ても、上述の実施例と同様の作用・効果を有する。

【００２４】上述の各実施例では、絞り加工により形成
される振動体の形状は、正３角筒状に限らず、たとえば
４角筒状および６角筒状など他の多角形筒状に形成され
てもよく、また、円筒状に形成されてもよい。この場
合、貫通孔の形状は、正３角柱状に限らず、４角柱状な
ど他の多角形柱状に形成してもよく、また、円筒状に形
成されてもよい。

【００２５】また、上述の各実施例では、振動体１４が
有底筒状に形成されたが、振動体１４は、その軸方向の
一端から他端に貫通する貫通孔で中空部１６を形成する
ようにしたものであってもよい。

【００２６】なお、上述の各実施例では、支持部を構成
する支持片が矩形板状に形成されているが、矩形板状に
限定されるものではなく、円柱状など他の形状に形成さ
れてもよい。さらに、上述の各実施例では、支持部を構
成する支持環体が円板リング状に形成されているが、支
持環体は、円板リング状に限定されるものではなく、た
とえば矩形枠状など他の環状体に形成されてもよい。

【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である。

【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩにおける断面図である。

【図３】図１および図２に示す実施例の振動ジャイロの
振動体の製造方法の一例を示す図解図である。

【図４】図１および図２に示す振動ジャイロを支持する
方法を示す一部切欠き斜視図である。

【図５】図４の線Ｖ−Ｖにおける断面図である。

【図６】この発明の他の実施例を示す斜視図である。

【図７】（Ａ）は従来の振動ジャイロの一例を示す斜視
図であり、（Ｂ）はその断面図である。

【図８】図７に示す振動ジャイロが屈曲振動している状
態を示す図解図である。

【符号の説明】

１０ 振動ジャイロ １２ 振動子 １４ 振動体 １６ 中空部 １８ 支持部 ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 支持片 ２２ 支持環体 ２４ 前加工材（ブランク） ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 圧電素子 ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ 圧電体層 ３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３８ａ，３８ｂ，３８ｃ 電
極 ４０ 保持部材

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空部を有する振動体、および前記振動
   体の軸方向の端部で前記振動体を支持する支持部を含
   み、 前記振動体と前記支持部は、前加工材に絞り加工を施す
   ことによって一体的に形成され、前記振動体は前記支持
   部で片持ち支持される、振動ジャイロ。
2. 【請求項２】 前記振動体が筒状に形成される、請求項
   １に記載の振動ジャイロ。
3. 【請求項３】 前記振動体が有底筒状に形成される、請
   求項１に記載の振動ジャイロ。
4. 【請求項４】 前記振動体が多角形筒状に形成される、
   請求項２に記載の振動ジャイロ。
5. 【請求項５】 前記振動体が有底の多角形筒状に形成さ
   れる、請求項３に記載の振動ジャイロ。
6. 【請求項６】 前記振動体が円筒状に形成される、請求
   項２に記載の振動ジャイロ。
7. 【請求項７】 前記振動体が有底の円筒状に形成され
   る、請求項３に記載の振動ジャイロ。