JPH0843106A - 振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】振動子からの振動の漏洩を防止し、かつ振動を
妨げない振動吸収効果を維持しつつ、外部からの衝撃に
よる変形を起こさないような振動子の支持構造を備えた
振動ジャイロを提供する。 【構成】振動ジャイロ１０は、３角柱状の振動子１２を
含む。振動子１２の側面に、圧電素子１３ａ，１３ｂ，
１３ｃを形成する。振動子１２は、そのノード点付近の
稜線部分で、板材からなる支持部材１４に支持され、支
持部材１４は、保持板１６に固着される。保持板１６
は、保持台１５の壁部１５ａの上面に取り付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は音片型振動子を用いた
振動ジャイロに関し、特に、振動ジャイロを構成する振
動子の支持構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３（Ａ）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であり、図３（Ｂ）
はその断面図である。振動ジャイロ１は、振動子２を含
む。振動子２は、例えばエリンバなどの恒弾性金属から
なり、正３角柱状に形成される。振動子２の３つの側面
には、それぞれ圧電素子３ａ，３ｂ，３ｃが形成され
る。圧電素子３ａ，３ｂ，３ｃは、例えば圧電セラミッ
クの両面に電極を形成したものである。そして、この圧
電素子３ａ，３ｂ，３ｃが、振動子２の側面に接着さ
れ、このうち２つの圧電素子３ａ，３ｂが、駆動用およ
び出力信号検出用として用いられる。また、他の圧電素
子３ｃは、帰還用として用いられる。

【０００３】振動子２は、そのノード点付近の稜線部分
７で支持部材４に支持される。支持部材４は、タングス
テン等から成る高い弾性率を有する細い線材を、略コの
字状に成形したものである。支持部材４は、支持台５に
固定される。

【０００４】この振動ジャイロ１では、圧電素子３ａ，
３ｂと圧電素子３ｃとの間に、自励振駆動するための帰
還ループとして発振回路などが接続される。そして、発
振回路からの駆動信号によって、振動子２は圧電素子３
ｃの形成面と主に垂直に屈曲振動を生じる。この状態
で、振動子２の軸を中心として回転すると、コリオリ力
によって、振動子２の振動方向が変わり、圧電素子３
ａ，３ｂ間に出力差が生じる。その出力差を測定するこ
とによって、回転角速度を検知することができる。ここ
で、支持部材４を高い弾性率を有する細い線材から成形
しているのは、振動子２の振動を基板に漏洩させず、ま
た振動子の振動を妨げない振動吸収効果を得るためであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、外部か
ら過剰衝撃を受けた場合、支持部材４は細い線材からな
るため変形してしまうことが懸念され、この結果、所定
の振動が得られなくなり、特性の劣化や誤検知などを生
じるおそれがあった。

【０００６】それゆえに、この発明の主たる目的は、従
来の振動子の支持構造と変わらない振動吸収効果を維持
しつつ、外部からの過剰衝撃による変形を防止できる支
持構造を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、柱状の振動子と、該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の延長上の位
置で保持したことを特徴とする。また、前記支持部材を
枠状に成形し、前記支持部材を保持する位置に接続部を
設け、前記振動子を前記支持部材の枠の内側に接合する
ことにより支持することを特徴とする。また、前記支持
部材を長手方向の側面の一部分によって保持する長板状
の保持板と、壁部を有する断面が略コの字状の保持台と
を備え、前記保持板を、前記保持台の壁部上面に前記振
動子の軸方向と平行にして前記保持板の端部もしくは端
部よりも内側の一部分のみで取り付け、前記保持板の端
部もしくは端部よりも内側の一部分以外の部分と前記保
持台の壁部上面の間には空隙部を介在させたことを特徴
とする。

【０００８】

【作用】振動子の支持部材が板材からなるため、外部か
らの過剰衝撃による変形を防止することができる。ま
た、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、かつ振動子の振動の屈曲方向と垂直である直線
の延長上の位置で保持するので、振動子から支持部材を
介して保持板に伝わる振動を最小にできる。さらに、保
持板は端部のみで保持台に保持されることにより、保持
板は端部を節として振動するので、保持台への振動の漏
洩が少なく、また振動子の振動を妨げない。

【０００９】

【実施例】図１（Ａ）はこの発明の一実施例を示す振動
ジャイロの斜視図であり、図１（Ｂ）はその断面図であ
る。振動ジャイロ１０は、振動子１２を含む。振動子１
２は、例えばエリンバ等の恒弾性金属、石英、ガラス、
水晶、セラミックス等、一般的に機械的振動を生じる材
料からなり、正３角柱状に形成される。

【００１０】振動子１２の３つの側面には、それぞれ圧
電素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃが形成される。圧電素子
１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、例えば圧電セラミックスの
両面に電極を形成したものである。そして、この圧電素
子１３ａ，１３ｂ，１３ｃが、振動子１２の側面に接着
され、このうち２つの圧電素子１３ａ，１３ｂが、駆動
用および出力信号検出用として用いられる。また、他の
圧電素子１３ｃは、帰還用として用いられる。

【００１１】支持部材１４は、Ｆｅ−Ｎｉ合金、恒弾性
鋼等の板材からなり、ほぼロの字型の枠状に成形され
る。振動子１２は、そのノード点付近の稜線部分の接合
点１７で、支持部材１４の枠の内側の上辺中央部に、ス
ポット溶接やレーザ溶接、半田付け、銀ロウ付け等で接
合される。支持部材１４の板材の厚みは、０．１〜１ｍ
ｍ程度が望ましく、またロの字型の枠の幅は、板材の厚
みよりも充分大きくすることが望ましい。なお、支持部
材１４を前述のロの字型の枠状の代わりに、台形型や楕
円型等の枠状に成形しても良い。

【００１２】保持台１５は、Ｆｅ−Ｎｉ合金、恒弾性
鋼、アルミニウム等の非鉄金属、セラミックス、ガラ
ス、ガラス充填エポキシ樹脂等からなり、一対の壁部１
５ａを有し、振動子１２の下側部分のほぼ全体を覆うよ
うに断面がコの字状に成形される。また、壁部１５ａの
それぞれの上面には、後述する保持板１６と保持台１５
の壁部上面の間に空隙部を設けるために、保持板１６の
接合位置に対応して凹部２０が形成される。

【００１３】保持板１６は、Ｆｅ−Ｎｉ合金、恒弾性鋼
等の板材からなり、板状に成形され、保持台１５の一対
の壁部１５ａのそれぞれの上面に、振動子１２の軸方向
と平行に延びるように取り付けられる。保持板１６の取
り付けは、その両端の縁部に設けた接合部１９を、スポ
ット溶接やレーザ溶接、半田付け、銀ロウ付け、接着剤
等で接合することにより行う。なお、振動子１２の振動
をより妨げないため、振動子１２の屈曲振動に応じて保
持板１６が屈曲振動するときに保持板１６の端部を自由
端とし、保持台１５に加わるストレスを減少させること
も可能である。その場合、保持板１６をその両端から等
距離ずつ寄った位置のみで保持するために、保持板１６
の長手方向の寸法を保持台１５に形成された凹部２０の
長手方向の寸法よりも小さくし、凹部２０内には、保持
板１６を支持する位置に突起を形成する。また、保持板
１６の両端を折曲して脚部を設け、保持板１６を前記脚
部によって壁部１５ａの上面に取り付けることにより、
保持板１６と保持台１５の壁部上面の間に空隙部を設け
ることも可能である。その場合、保持台１５の壁部１５
ａの上面には凹部２０を設ける必要はない。

【００１４】支持部材１４の、枠の左右辺それぞれの外
側の中央に、接続部１８を設ける。また接続部１８は、
振動子１２のノード点付近での断面の重心１２Ｇを通
り、かつ振動子１２の屈曲振動方向と垂直である直線の
延長上に位置する。支持部材１４は、接続部１８を介し
て保持板１６の長手方向の側面中央部に接合される。

【００１５】なお、支持部材１４、保持板１６、接続部
１８は一体に成形されてもよい。

【００１６】この振動ジャイロ１０では、圧電素子１３
ａ，１３ｂと圧電素子１３ｃとの間に、自励振駆動する
ための帰還ループとして発振回路（図示せず）などが接
続される。そして、発振回路からの駆動信号によって、
振動子１２は、圧電素子１３ｃの形成面に主に垂直な方
向に屈曲振動する。この状態で、振動子１２の軸を中心
として回転すると、コリオリ力によって、振動子１２の
振動方向が変わり、圧電素子１３ａ，１３ｂ間に出力差
が生じる。その出力差を測定することによって、回転角
速度を検知することができる。

【００１７】また、このように形成された振動ジャイロ
１０における振動子の支持構造は、圧電素子１３ａ，１
３ｂ，１３ｃと発振回路を結ぶ配線の通路としても使用
することができる。

【００１８】ここで、以下に本実施例の振動ジャイロ１
０において、振動子１２の振動の妨害を抑制し、保持台
１５への振動の漏洩を防止する動作について説明する。

【００１９】３次元座標軸のＸ軸を、振動子１２の圧電
素子１３ｃを含む面と垂直方向にとり、Ｙ軸を、振動子
１２の圧電素子１３ｃを含む面に水平方向にとり、Ｚ軸
を振動子１２の軸方向にとる。そして、振動子１２の屈
曲振動を、Ｘ軸方向の屈曲振動（以下、Ｆｘモードとす
る）と、Ｙ軸方向の屈曲振動（以下、Ｆｙモードとす
る）に分解して考える。

【００２０】Ｆｘモードの振動に対して、支持部材１４
はＸ軸方向の並進運動エネルギーと、接合部１８を通る
Ｙ軸まわりの回転運動エネルギーを受ける。Ｘ軸方向の
並進運動エネルギーによる支持部材１４の振動は、接続
部１８に収束し、次に保持板１６に拡散され、接合部１
９で振動の節をつくる。Ｙ軸まわりの回転運動エネルギ
ーによる支持部材１４の振動は、接続部１８で節をつく
り、次に保持板１６に拡散され、接合部１９で、また振
動の節をつくる。いっぽうＦｙモードの振動に対して
は、支持部材１４はＹ軸方向の並進運動エネルギーと、
接合点１７を通るＸ軸まわりの回転運動エネルギーを受
ける。Ｙ軸方向の並進運動エネルギーは、接続部１８に
収束し、次に保持板１６に拡散され、接合部１９に再度
収束する。Ｘ軸まわりの回転運動エネルギーによる支持
部材１４の振動は、接合点１７で節をつくり、次に保持
板１６に拡散され、接合部１９に再度収束する。

【００２１】Ｆｘモードの振動は、保持板１６が接合部
１９のみにより保持されることにより、接合部１９を節
としたＸ軸方向の屈曲振動を行うので、接合部１９を介
しての保持台１５への振動の漏洩が少なく、また振動子
１２の振動も妨げられない。いっぽうＦｙモードの振動
の保持板への漏洩はもともと微小であるため、振動子１
２の振動の妨害といった影響は少ない。

【００２２】本実施例の振動ジャイロ１０の１メートル
落下試験を行ったところ、振動子１２の支持構造に変形
は認められなかった。振動子１２の振動の尖鋭度Ｑｍを
比較すると、従来のジャイロと変わらない値が得られ
た。このことは、振動子１２の支持構造は強固であり、
かつ振動子１２の振動の抑制作用も従来と変わらないこ
とを示している。また、振動ジャイロ１０の静止時の出
力電圧の温度特性についても、−３０℃〜８５℃の範囲
で１．０ｍＶ以下と、良好な値が得られた。

【００２３】図２は、前述した実施例の変形例を示す振
動ジャイロの斜視図である。この変形例は、Ｆｘモード
の振動に対しては前述した実施例と同等の効果を有しつ
つ、Ｆｙモードの振動に対して、さらなる振動吸収効果
を有するようにしたものである。なお、前述した実施例
と同一若しくは同等の部分については、同じ符号を付し
てその説明を省略する。支持部材１４は、接続部１８を
介して保持板２６の側面端部に接合され、保持板２６は
片端の縁部のみに設けた接合部１９により、保持台２５
の一対の壁部２５ａの上面に形成された凹部２０の一部
を覆うように接合される。このとき、支持部材１４の左
右に位置するそれぞれの保持板２６、接合部１９、凹凸
部２０は支持部材１４に対して保持台２５の長手方向に
沿って互いに相反する方向に延びるように形成し、また
２つの支持部材１４の左側どうし、右側どうしの保持板
２６、接合部１９、凹部２０は保持台２５の長手方向に
沿ってそれぞれ同じ向きに延びるように形成する。

【００２４】この変形例における振動子の支持構造は、
Ｆｘモードの振動に対しては、前述した実施例と同等の
効果を持つ。いっぽうＦｙモードの振動に対しては、保
持板２６を片端の縁部（接合部１９）のみで支持するの
で、保持板２６の接合部１９を通るＸ軸まわりの回転振
動が発生することにより、振動子１２のＦｙモードの振
動成分をも効果的に吸収できる。その結果、前述の実施
例に比べて、保持台２５への振動の漏洩が少なく、また
振動子１２の振動も妨げられない効果がより大きくな
る。

【００２５】なお、振動子１２の側面に圧電素子を設け
たものについて述べたが、振動子そのものを圧電体で構
成することもでき、その場合は駆動用、出力検出用の電
極を振動子側面に設けて振動ジャイロを構成する。

【００２６】

【発明の効果】振動子の支持部材が板材からなるため、
外部からの過剰衝撃による変形を防止することができ
る。また、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
直線の延長上の位置で保持するので、振動子から支持部
材を介して保持板に伝わる振動を最小にできる。さら
に、保持板は端部のみで保持台に保持されることによ
り、端部を節として振動するので、保持台への振動の漏
洩が少なく、また振動子の振動を妨げない良好な振動吸
収効果をも得られる。その結果、より耐振性・耐衝撃性
に優れた振動ジャイロを提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の一実施例を示す振動ジャイロ
の斜視図であり、（Ｂ）はその断面図である。

【図２】図１に示した実施例の変形例を示す振動ジャイ
ロの斜視図である。

【図３】（Ａ）は従来の振動ジャイロの斜視図であり、
（Ｂ）はその断面図である。

【符号の説明】

１０ 振動ジャイロ １２ 振動子 １２Ｇ 振動子の重心 １３ａ，１３ｂ，１３ｃ 圧電素子 １４ 支持部材 １５，２５ 保持台 １５ａ，２５ａ 壁部 １６，２６ 保持板 １７ 接合点 １８ 接続部 １９ 接合部 ２０ 凹部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】柱状の振動子と、該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の延長上の位置
   で保持したことを特徴とする振動ジャイロ。
2. 【請求項２】前記支持部材を枠状に成形し、前記支持部
   材を保持する位置に接続部を設け、前記振動子を前記支
   持部材の枠の内側に接合することにより支持することを
   特徴とする、請求項１記載の振動ジャイロ。
3. 【請求項３】前記支持部材を長手方向の側面の一部分に
   よって保持する板状の保持板と、壁部を有する断面が略
   コの字状の保持台とを備え、前記保持板を、前記振動子
   の軸方向と平行に延びるように前記保持台の壁部上面に
   前記保持板の端部もしくは節点付近で取り付け、前記保
   持板の端部もしくは節点以外の部分と前記保持台の壁部
   上面の間には空隙部を介在させたことを特徴とする、請
   求項１、請求項２いずれかに記載の振動ジャイロ。