JPH0854244A

JPH0854244A - 振動ジャイロ

Info

Publication number: JPH0854244A
Application number: JP6214275A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakamura; 村武中; Katsumi Fujimoto; 本克己藤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-08-15
Filing date: 1994-08-15
Publication date: 1996-02-27

Abstract

(57)【要約】【目的】回転角速度を検出する感度が回路基板によっ
てほとんど抑制されず、回路基板の厚みを含む全体の厚
みが薄い、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、たとえば正３角柱状の振動体１４を含む。
振動体１４には、その３つの側面の中央に、圧電素子１
６ａ，１６ｂおよび１６ｃがそれぞれ固着される。振動
子１２のノード部分の近傍には、コ字形の２つの支持部
材２２ａおよび２２ｂの中央部分がそれぞれ固着され
る。これらの支持部材２２ａおよび２２ｂの両端部分
は、たとえば絶縁材料からなる矩形の取付部材２４に固
着される。この取付部材２４は、回路基板３４の一端側
に取り付けられる。回路基板３４は、振動子１２の中心
軸に平行でかつ振動子１２が屈曲振動する方向に平行な
面に沿って広がる。回路基板３４の両主面に形成される
ベース３８の内側には、発振回路４０，同期検波回路４
２，ＤＣ増幅回路４４，他の回路や部品が実装される。

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、回転角速度を検知することによって移動
体の位置を検出し、適切な誘導を行うナビゲーションシ
ステム、または手ぶれなどの外的振動による回転角速度
を検知し適切な制振を行う手ぶれ防止装置などの除振シ
ステムなどに応用できる振動ジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来の振動ジャイロの一例を示す
分解斜視図であり、図８はその回路図である。図７およ
び図８に示す振動ジャイロ１は、振動子２を含む。

【０００３】振動子２は、正３角柱状の振動体３を含
み、振動体３の３つの側面のほぼ中央には、３つの圧電
素子４ａ，４ｂおよび４ｃがそれぞれ形成される。

【０００４】この振動子２は、２つの支持部材５ａおよ
び５ｂなどを介して、回路基板６の一方主面上に取り付
けられる。

【０００５】また、この振動子２では、たとえば２つの
圧電素子４ａおよび４ｂに同様な駆動信号を印加すれ
ば、振動体３が圧電素子４ｃの主面に直交する方向に、
すなわち回路基板６の主面に直交する方向に屈曲振動す
る。無回転時には、圧電素子４ａおよび４ｂから同様な
検出信号が得られる。そして、振動子２に振動体３の中
心軸を中心とする回転角速度が加わると、コリオリ力に
よって振動体３の屈曲振動の方向が変わり、２つの圧電
素子４ａおよび４ｂからその回転角速度に応じた検出信
号がそれぞれ得られる。この場合、その回転角速度に応
じて、たとえば、一方の圧電素子４ａからの検出信号の
電圧が正極性なら、他方の圧電素子４ｂからの検出信号
の電圧は負極性となる。

【０００６】振動子２の圧電素子４ｃは、発振回路７の
入力端に接続され、発振回路７の２つの出力端は、２つ
の圧電素子４ａおよび４ｂにそれぞれ接続される。この
発振回路７は、振動子２を駆動ないし振動させるための
駆動信号を発生するためのものである。また、圧電素子
４ａおよび４ｂは、同期検波回路８の２つの入力端にそ
れぞれ接続される。さらに、同期検波回路８の他の入力
端には、発振回路７の他の出力端が接続される。この同
期検波回路８は、圧電素子４ａおよび４ｂから得られる
２つの信号の差の信号を駆動信号に同期して検波するた
めのものである。さらに、同期検波回路８の出力端は、
ＤＣ増幅回路９の入力端に接続される。このＤＣ増幅回
路９は、同期検波回路８からの出力信号を平滑にして増
幅するためのものである。なお、発振回路７と、同期検
波回路８と、ＤＣ増幅回路９とは、回路基板６の他方主
面に実装される。

【０００７】つまり、この振動ジャイロ１では、それに
回転角速度が加わっていないことや加わっている回転角
速度を、ＤＣ増幅回路９からの出力信号によって検出す
ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この振動ジ
ャイロ１では、振動子２が支持部材５ａおよび５ｂなど
を介して回路基板６の一方主面上に取り付けられている
ので、振動子２の屈曲振動にともなって回路基板６が屈
曲振動する。そのため、振動子２の屈曲振動の振幅が回
路基板６でダンピングされてしまい、回転角速度を検出
する感度が小さくなってしまう。

【０００９】さらに、この振動ジャイロ１では、振動子
２が回路基板６の一方主面上に取り付けられているの
で、回路基板６の厚みを含む全体の厚みが厚く、大型に
なってしまう。

【００１０】それゆえに、この発明の主たる目的は、回
転角速度を検出する感度が回路基板によってほとんど抑
制されず、回路基板の厚みを含む全体の厚みが薄い、振
動ジャイロを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、中心軸を有
し、その中心軸に直交する方向に屈曲振動する柱状の振
動子と、振動子に固着され、振動子を支持するための支
持部材と、支持部材に接続され、振動子の中心軸に平行
でかつ振動子が屈曲振動する方向に平行な面に沿って広
がる回路基板とを含む、振動ジャイロである。

【００１２】この発明にかかる振動ジャイロにおいて、
支持部材が振動子のノード部分の近傍に固着されること
が、振動子の屈曲振動の振幅が支持部材を介して抑制さ
れにくくなる点で好ましい。この場合、支持部材は、た
とえば、振動子の長手方向の長さをＬとしたときに、振
動子の長手方向の端部から０．２２４Ｌの位置に固着さ
れる。

【００１３】

【作用】振動子が支持部材を介して回路基板に支持され
る。この場合、回路基板は、振動子の中心軸に平行でか
つ振動子が屈曲振動する方向に平行な面に沿って広が
る。そのため、振動子の屈曲振動にともなって回路基板
が変形しにくくなる。したがって、振動子の屈曲振動の
振幅が回路基板でダンピングされにくくなる。そのた
め、回転角速度を検出する感度が、回路基板によって、
ほとんど抑制されない。

【００１４】また、回路基板が振動子の中心軸に平行で
かつ振動子が屈曲振動する方向に平行な面に沿って広が
るので、回路基板の厚みを含む全体の厚みが薄くなる。

【００１５】

【発明の効果】この発明によれば、回転角速度を検出す
る感度が回路基板によってほとんど抑制されず、回路基
板の厚みを含む全体の厚みが薄い、振動ジャイロが得ら
れる。

【００１６】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。

【００１７】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す分解斜視図
であり、図２はその要部を示す斜視図であり、図３はそ
の回路図である。この振動ジャイロ１０は、振動子１２
を含む。

【００１８】振動子１２は、たとえば正３角柱状の振動
体１４を含む。この振動体１４は、たとえば、ニッケ
ル，鉄，クロム，チタン、あるいはそれらの合金たとえ
ばエリンバ，鉄−ニッケル合金などの恒弾性金属材料で
形成される。なお、振動体１４は、たとえば、石英，ガ
ラス，水晶，セラミックなどのように一般的に機械的な
振動を生じる金属以外の材料で形成されてもよい。

【００１９】振動体１４には、その３つの側面の中央
に、圧電素子１６ａ，１６ｂおよび１６ｃがそれぞれ固
着される。これらの圧電素子１６ａ〜１６ｃは、それぞ
れ、たとえばセラミックからなる圧電層１８を含み、圧
電層１８の両主面には、電極２０ａおよび２０ｂがそれ
ぞれ形成される。そして、これらの圧電素子１６ａ〜１
６ｃの一方主面の３つの電極２０ａが、振動体１４の側
面にたとえば接着剤で接着される。なお、この実施例で
は、２つの圧電素子１６ａおよび１６ｂが、振動体１４
を振動ないし駆動させるための駆動用かつ振動体１４の
変位を検出するための検出用として用いられ、他の１つ
の圧電素子１６ｃが２つの圧電素子１６ａおよび１６ｂ
へ駆動信号を帰還するための帰還用として用いられる。

【００２０】この振動子１２には、２つの支持部材２２
ａおよび２２ｂが固着される。支持部材２２ａおよび２
２ｂは、それぞれ、たとえば金属などの線材でコ字形に
形成される。そして、支持部材２２ａおよび２２ｂの中
央部分が、２つの圧電素子１６ａおよび１６ｂで挟まれ
る振動体１４の１つの稜線部分に固着される。この場
合、支持部材２２ａおよび２２ｂは、振動子１２の屈曲
振動に悪影響を及ぼしにくくするために、振動子１２の
ノード部分の近傍に固着される。振動子１２のノード部
分は、振動子１２の長手方向の長さをＬとすると、振動
子１２の中心軸の両端から０．２２４Ｌの位置にある。
この実施例では、これらの支持部材２２ａおよび２２ｂ
は、振動体１４の１つの稜線部分の両端から０．２２４
Ｌの位置に固着される。

【００２１】これらの支持部材２２ａおよび２２ｂは、
たとえば、接着剤で接着し、はんだ付けし、または溶接
することによって、振動体１４に固着されるが、はんだ
付けあるいは溶接することによって固着する場合には、
支持部材の強度と振動体への支持部材のはんだ付け性な
いし溶接性との双方を考慮すれば、たとえばモリブデ
ン，タングステンなどの強度の強い金属線の周囲に、た
とえばニッケル，白金，金，銀，銅，ステンレス，鉄な
どのはんだ付け性および溶接性のよい材料を被覆した線
材で、支持部材を形成することが好ましい。

【００２２】これらの支持部材２２ａおよび２２ｂの両
端部分は、絶縁材料からなるたとえば矩形の取付部材２
４に固着される。この場合、取付部材２４には、４つの
孔２６およびパターン電極２８が形成される。そして、
これらの支持部材２２ａおよび２２ｂの両端部分が、そ
れらの孔２６に挿通され、かつ、パターン電極２８には
んだ付けされる。なお、取付部材２４に孔２６やパター
ン電極２８を形成する代わりに取付部材２４を細く形成
し、支持部材２２ａおよび２２ｂの両端部分を取付部材
２４の両側に接着剤で固着してもよい。

【００２３】また、取付部材２４の一端側および他端側
には、２つずつの突出部３０が間隔を隔てて形成され
る。さらに、それらの４つの突出部３０の表面には、４
つの電極３２がそれぞれ形成される。そして、それらの
４つの電極３２には、３つの圧電素子１６ａ〜１６ｃの
３つの電極２０ｂおよびパターン電極２８が、それぞれ
リード線で電気的に接続される。

【００２４】この取付部材２４は、回路基板３４の一端
側に取り付けられる。この場合、回路基板３４の一端側
には、２つの突出片３６が形成され、これらの突出片３
６が、取付部材２４の突出部３０間にそれぞれ挿入され
る。なお、これらの突出片３６の両主面には、パターン
電極（図示せず）がそれぞれ形成され、それらのパター
ン電極は、取付部材２４側の４つの電極３２にそれぞれ
圧着され電気的に接続される。また、回路基板３４の一
方主面および他方主面には、コ字形のベース３８がそれ
ぞれ形成され、これらのベース３８の端部が、取付部材
２４に突き合わされる。したがって、取付部材２４は、
回路基板３４の一端側に強固に取り付けられる。

【００２５】また、回路基板３４の両主面に形成される
ベース３８の内側には、発振回路４０，同期検波回路４
２，ＤＣ増幅回路４４，他の回路や部品が実装される。

【００２６】発振回路４０は、振動子１２を駆動ないし
振動させるための駆動信号を発生するためのものであっ
て、発振周波数を安定させるための水晶や発振周波数を
調整するための位相補正回路を含む。この発振回路４０
の入力端は、回路基板３４上のパターン電極（図示せ
ず）や取付部材２４側の電極３２などを介して、振動子
１２の圧電素子１６ｃの電極２０ｂに電気的に接続され
る。また、発振回路４０の２つの出力端は、回路基板３
４上のパターン電極（図示せず）や取付部材２４側の電
極３２などを介して、圧電素子１６ａおよび１６ｂの電
極２０ｂにそれぞれ電気的に接続される。

【００２７】同期検波回路４２は、圧電素子１６ａおよ
び１６ｂから得られる２つの信号の差の信号を駆動信号
に同期して検波するためのものであって、たとえば差動
増幅器およびスイッチング素子などからなる。この同期
検波回路４２の２つの入力端は、回路基板３４上の導体
パターン（図示せず）や取付部材２４側の電極３２など
を介して、圧電素子１６ａおよび１６ｂの電極２０ｂに
それぞれ電気的に接続される。さらに、同期検波回路４
２の他の入力端は、回路基板３４上の導体パターン（図
示せず）を介して、発振回路４０の他の出力端に電気的
に接続される。

【００２８】ＤＣ増幅回路４４は、同期検波回路４２か
らの出力信号を平滑にして増幅するためのものであっ
て、たとえば平滑回路および増幅回路などからなる。こ
のＤＣ増幅回路４４の入力端は、回路基板３４上のパタ
ーン電極（図示せず）を介して、同期検波回路４２の出
力端に電気的に接続される。

【００２９】さらに、振動子１２，取付部材２４および
回路基板３４などの周囲には、たとえば金属板からなる
ケース４６が設けられる。このケース４６は、振動子１
２および各回路を外部から保護するとともに、振動子１
２が必要以上に変位しないようにして、支持部材２２ａ
および２２ｂが塑性変形しないようにするためのもので
ある。

【００３０】この振動ジャイロ１０では、回路基板３４
が振動子１２の中心軸に平行でかつ振動子１２が屈曲振
動する方向に平行な面に沿って広がる。そのため、振動
子１２の屈曲振動にともなって、回路基板３４が変形し
にくい。したがって、振動子１２の屈曲振動の振幅が回
路基板３４でダンピングされにくい。そのため、回転角
速度を検出する感度が、回路基板３４によって、ほとん
ど抑制されない。

【００３１】また、この振動ジャイロ１０では、回路基
板３４が振動子１２の中心軸に平行でかつ振動子１２が
屈曲振動する方向に平行な面に沿って広がるので、回路
基板３４の厚みを含む全体の厚みが薄い。

【００３２】さらに、この振動ジャイロ１０では、支持
部材２２ａおよび２２ｂが振動子１２のノード部分の近
傍に固着されているので、振動子１２の屈曲振動の振幅
が支持部材２２ａおよび２２ｂを介して抑制されにく
い。

【００３３】また、この振動ジャイロ１０では、回路基
板３４が振動子１２の中心軸に平行でかつ振動子１２が
屈曲振動する方向に平行な面に沿って広がるので、振動
子１２の稜線部分を削って振動子１２の共振周波数を調
整する際、回路基板３４がほとんど邪魔にならない。そ
のため、この振動ジャイロ１０では、振動子１２の共振
周波数を調整することが簡単である。なお、図７および
図８に示す従来例では、振動子が回路基板の一方主面上
に取り付けられているので、振動子の稜線部分を削る際
に回路基板が邪魔になり、振動子の共振周波数を調整す
ることが困難である。

【００３４】図４はこの発明の他の実施例の要部を示す
斜視図である。図４に示す実施例では、図１ないし図３
に示す実施例と比べて、支持部材２２ａおよび２２ｂの
両端部分がＨ型の取付部材２４に固着され、取付部材２
４には突出部３０および電極３２が形成されない。その
ため、圧電素子１６ａ〜１６ｃの３つの電極２０ｂは、
リード線と、回路基板３４上のパターン電極（図示せ
ず）とを介して、各回路に電気的に接続される。なお、
取付部材２４は、金属材料で形成されてもよい。

【００３５】図４に示す実施例でも、図１ないし図３に
示す実施例と同様に、回転角速度を検出する感度が回路
基板３４によってほとんど抑制されず、回路基板３４の
厚みを含む全体の厚みが薄く、振動子１２の屈曲振動の
振幅が支持部材２２ａおよび２２ｂを介して抑制されに
くく、さらに、振動子１２の共振周波数を調整すること
が簡単である。

【００３６】さらに、図４に示す実施例では、回路基板
３４の２つの突出片３６において、振動子１２の両端部
に対向する部分に切欠部３７がそれぞれ形成されてい
る。これらの切欠部３７は、振動子１２の取り付けやリ
ード線の配線を容易にするものである。したがって、図
４に示す実施例では、振動子１２と回路基板３４とを接
近させて小型化を図ることができる。

【００３７】図５はこの発明のさらに他の実施例の要部
を示す斜視図である。図５に示す実施例では、図４に示
す実施例と比べて、支持部材２２ａおよび２２ｂの両端
部分が、２つのＩ型の取付部材２４にそれぞれ固着され
る。そのため、回路基板３４には、２つの取付部材２４
間にも突出片３６が形成される。なお、取付部材２４
は、金属材料で形成されてもよい。

【００３８】図５に示す実施例でも、図４に示す実施例
と同様に、感度がほとんど抑制されず、全体の厚みが薄
く、振動子１２の屈曲振動の振幅が抑制されにくく、さ
らに、振動子１２の共振周波数を調整することが簡単で
ある。

【００３９】図６はこの発明の別の実施例の要部を示す
斜視図である。図１ないし図５に示す各実施例では、支
持部材２２ａおよび２２ｂが取付部材を介して回路基板
３４に接続されているが、図６に示す実施例では、支持
部材２２ａおよび２２ｂの両端部分を回路基板３４の両
主面のパターン電極（図示せず）にはんだ付けすること
によって、支持部材２２ａおよび２２ｂが回路基板３４
に直接接続されている。そのため、図６に示す実施例の
回路基板３４には、取付部材を挟むための突出片が形成
されていない。

【００４０】図６に示す実施例でも、感度がほとんど抑
制されず、全体の厚みが薄く、振動子１２の屈曲振動の
振幅が抑制されにくく、さらに、振動子１２の共振周波
数を調整することが簡単である。

【００４１】なお、上述の各実施例では振動子の振動体
として正３角柱状の振動体１４が用いられているが、こ
の発明ではたとえば４角柱状などの他の多角状の振動体
や円柱状の振動体が用いられてもよい。

【００４２】また、上述の実施例では振動子１２の振動
体１４の側面に３つの圧電素子１６ａ〜１６ｃが形成さ
れているが、この発明では振動体の側面に２つ以上の圧
電素子が形成されればよい。

【００４３】さらに、振動子の振動体は圧電体で形成さ
れてもよく、その場合、振動体の側面には、圧電素子の
代わりに電極が形成されてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す分解斜視図である。

【図２】図１に示す振動ジャイロの要部を示す斜視図で
ある。

【図３】図１に示す振動ジャイロの回路図である。

【図４】この発明の他の実施例の要部を示す斜視図であ
る。

【図５】この発明のさらに他の実施例の要部を示す斜視
図である。

【図６】この発明の別の実施例の要部を示す斜視図であ
る。

【図７】従来の振動ジャイロの一例を示す分解斜視図で
ある。

【図８】図７に示す振動ジャイロの回路図である。

【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圧電層２０ａ，２０ｂ電極２２ａ，２２ｂ支持部材２４取付部材２６孔２８パターン電極３０突出部３２電極３４回路基板３６突出片３８ベース４０発振回路４２同期検波回路４４ＤＣ増幅回路４６ケース

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心軸を有し、前記中心軸に直交する方
向に屈曲振動する柱状の振動子、前記振動子に固着され、前記振動子を支持するための支
持部材、および前記支持部材に接続され、前記振動子の
前記中心軸に平行でかつ前記振動子が屈曲振動する方向
に平行な面に沿って広がる回路基板を含む、振動ジャイ
ロ。
【請求項２】前記支持部材は、前記振動子のノード部
分の近傍に固着される、請求項１の振動ジャイロ。
【請求項３】前記支持部材は、前記振動子の長手方向
の長さをＬとしたときに、前記振動子の長手方向の端部
から０．２２４Ｌの位置に固着される、請求項２の振動
ジャイロ。