DE69206522T2

DE69206522T2 - Vibrator.

Info

Publication number: DE69206522T2
Application number: DE69206522T
Authority: DE
Inventors: Kokichi Terajima
Original assignee: Akai Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-08-28
Filing date: 1992-08-27
Publication date: 1996-05-09
Anticipated expiration: 2012-08-28
Also published as: EP0529637A2; US5254898A; EP0529637A3; EP0529637B1; JPH0552572A; DE69206522D1

Description

Sachgebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Vibrator, der zur Verwendung in einem Vibrationskreisel geeignet ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Vibrator, bei dem ein Vibrationskörper an einer Tragestruktur getragen wird.

Hintergrund der Erfindung

Eine Tragestruktur fiir einen Vibrator nach dem Stand der Technik ist zum Beispiel aus der DE-A-3 926 504 bekannt und in den vorliegenden Fig. 1(a) und 1(b) dargestellt. Diese Tragestruktur nach dem Stand der Technik tragt einen Vibrator 5, der zwei piezoelektrische Antriebselemente 2 und 3 und ein piezoelektrisches Rückführelement 4 umfaßt, die jeweils an den drei Seitenoberflächen eines Vibratorkörpers bzw. -gehauses 1 angeklebt sind, das einen dreieckförmigen, seitlichen Querschnitt besitzt. Die Tragestruktur umfaßt zwei Fäden 6 und 7, die zum Tragen verwendet werden, die mit dem Vibratorkörper 1 an Positionen verbunden sind, die den zwei Knotenpunkten des Vlbrators 5 entlang der Kammlinie der zwei Seitenoberflächen des Vibratorkörpers 1 entsprechen, an denen die piezoelektrischen Antriebselemente 2 und 3 angeklebt sind. Dieser Vibrator 5 vibriert flexibel in Richtungen unter rechten Winkeln zu der Seitenoberfläche, an der das piezoelektrische Rückführelement 4 angeklebt ist, durch Beaufschlagung einer Antriebs-AC-Spannung auf die piezoelektrischen Antriebselemente 2 und 3.
Mit der Tragestruktur dieser Art nach dem Stand der Technik variiert der Abstand zwischen den Verbindungspunkten der zwei Tragefaden 6 und 7 zu dem Vibratorkörper 1 aufgrund der Biegevibration in dem Vibrator 5. Demzufolge entstehen Biegedeformationen in den faden 6 und 7, die dazu tendieren, die Vibration des Vibrators 5 zu dampfen. Dies bedeutet, daß der Vibrator 5 Biegevibrationen erzeugt, wie dies in Fig. 2(a) dargestellt ist. Der Abstand 1 wird, wie dargestellt ist, zwischen den Tragepunkten in dem Ruhezustand zu den Abstanden 1a und 1b wahrend der Vibration gedehnt, so daß Deformationen in den Fäden 6 und 7 auftreten, wie dies durch die unterbrochenen Linien in Fig. 2(b) dargestellt ist.
Mit dieser Technologie nach dem Stand der Technik wird der Vibrator 5 durch Aufhängung getragen, da die zwei Tragefaden 6 und 7 an der Kammlinie verbunden sind. Demzufolge tendiert, wenn eine horizontale Vibration auf den Vibrator 5 als eine äußere Kraft in den Richtungen der Pfeile 8 (wie dies durch die Endansicht in Fig. 3 dargestellt ist) einwirkt, der Vibrator 5 dazu, wie ein Pendel in den Richtungen der Pfeile 9 um eine Mittellinie zwischen den Tragepunkten an den Fäden 6 und 7 zu schwingen. Demzufolge entsteht ein Problem dann, wenn dieser Vibrator 5 als Vibrationskreisel verwendet wird, indem seine Schwingbewegung fehlerhaft als eine Drehbewegung ermittelt wird.
Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Tragestruktur für einen Vibrator zu schaffen, die für eine effektive Verhinderung einer Dämpfung der Vibration des Vibrators geeignet ist und die fur eine zufriedenstellende Beseitigung irgendeines Bezugs hinsichtlich fehlerhafter Ermittlungen geeignet ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese und andere Aufgaben werden durch die vorliegende Erfindung gelöst, die einen Vibrator schafft, der einen Vibrationskörper mit einem polygonalen, seitlichen Querschnitt und mindestens zwei piezoelektrischen Elementen, die an zwei nicht parallelen Seitenoberflächen jeweils des Vibrationskörpers angeordnet sind, umfaßt. Eine Tragestruktur ist vorgesehen, die den Vibrationskörper an zwei Tragepunkten des Vibrationskörpers trägt. Die Tragepunkte sind in einer Teilungsebene angeordnet, die durch die Schnittlinie der zwei Ebenen hindurchfuhrt, in der die zwei Seitenoberflächen liegen, und die den Innenwinkel, der durch diese zwei Ebenen gebildet wird, halbiert. Einer der Tragepunkte ist an oder nahe einer Position entsprechend einem Knotenpunkt des Vibrators angeordnet. Der andere Tragepunkt ist an oder nahe einer Position entsprechend dem anderen Knotenpunkt des Vibrators angeordnet, allerdings an einer Seite des Vibrators, die zu dem ersten Tragepunkt gegenüberliegt.
Mit der Tragestruktur der vorliegenden Erfindung dienen die zwei Tragepunkte als Verbindungspunkte zu zwei Fäden jeweils, die den Vibrator tragen. Durch Halten des Vibrators fest an diesen zwei Tragepunkten an gegenüberliegenden Seiten des vibrierenden Körpers ist es möglich, effektiv zu verhindern, daß die Tragefäden die Vibration des Vibrators dämpfen, und zwar durch ausreichende Herabsetzung von Variationen in dem Abstand zwischen den zwei Tragepunkten gerade dann, wenn der Vibrator eine Biegevibration besitzt. Demzufolge können die Bildung einer schwingenden Pendelbewegung in dem Vibrator und demzufolge irgendwelche fehlerhaften Ermittlungen des Vibrators effektiv verhindert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend basierend auf den Zeichnungen erläutert, wobei ähnliche Bezugszeichen entsprechende Elemente bezeichnen und wobei:
Fig. 1(a)-(b) stellen einen Vibrator nach dem Stand der Technik dar;
Fig. 2(a)-(b) stellen eine Variation des Abstands zwischen Tragepunkten des Vibrators nach dem Stand der Technik dar;
Fig. 3 stellt eine Endansicht dar, die eine Pendelvibration des Vibrators nach dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 4(a)-(b) stellen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
Fig. 5 stellt eine Endansicht dar, die eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vibrators zeigt;
Fig. 6 stellt eine Seitenansicht dar, die einen Biegevibrationszustand des Vibrators zeigt, der in den Fig. 4(a)-(b) dargestellt ist;
Fig. 7(a)-(b) stellen eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vibrators dar; und
Fig. 8(a)-(b) stellen eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vibrators dar.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Fig. 4(a)-(b) stellen eine Ausführungsform dieser Erfindung dar, die einen Vibrator 105 mit piezoelektrischen Elementen 110 und 111 umfaßt, die die funktion, neben anderen funktionen, eines Vibrierens eines Vibratorkörpers 101 besitzen. Die piezoelektrischen Elemente 110 und 111 sind an zwei Seitenoberflächen jeweils, die nicht zueinander parallel sind, des Vibratorkörpers 101 angeklebt, der, in dieser Ausführungsform, eine rechtwinklige, seitliche Querschnittsform besitzt.
Wenn ein solcher Vibrator 105 in einem Vibrationskreisel verwendet wird, wird eine Antriebs-AC-Spannung, zum Beispiel auf die piezoelektrischen Elemente 110 und 111, jeweils über deren Impedanzelemente beaufschlagt, während gleichzeitig die Ausgangsspannungen der Verbindungspunkte zwischen den piezelektrischen Elementen 110 und 111 und deren jeweiligen Impedanzelementen zur Ermittlung der Coriolis-Kraft und zur Ruckführung zu dem Antriebsschaltkreis verwendet wird. Ein solcher Antriebsschaltkreis ist in der EP-A-0 517 259 mit dem Titel "Vibrator Control Apparatus" offenbart, die der Japanischen Patentanmeldung No. 3-162330 entspricht. Demzufolge ist es möglich, die Richtung einer Rotation und die winkelmäßige Geschwindigkeit des Vibrators 105 zu ermitteln.
Der Vibrator 105, wie er zum Beispiel in Fig. 5 dargestellt ist, kann auch zusätzliche piezoelektrische Elemente 120 und 121 besitzen, die an den anderen zwei Seitenoberflächen jeweils des Vibratorkörpers 101 angeklebt sind. Diese piezoelektrischen Elemente 120 und 121 können auch in derselben Art und Weise wie die vorstehend erwähnten piezoelektrischen Elemente 110 und 111 funktionieren, oder die Antriebs- und Rückführfunktionen können separiert werden, wobei die piezoelektrischen Elemente 110 und 111 zum Antrieb verwendet werden und die piezoelektrischen Elemente 120 und 121 für eine Rückführung verwendet werden können.
Die Tragestruktur des Vibrators 105 wird als nächstes basierend auf dem, was in den Fig. 4(a)-(b) dargestellt ist, erläutert. Eine Teilungsebene 112 führt durch eine Ebene hindurch, die die Seitenoberfläche umfaßt, an der das piezoelektrische Element 110 angeklebt ist, und durch eine Ebene, die die Seltenoberfläche umfaßt, an der das piezoelektrische Element 111 angeklebt ist. Die Teilungsebene 112 unterteilt gleich den Innenwinkel dieser zwei Ebenen. Ein Punkt in einer Position entsprechend einem Knotenpunkt des Vibrators 105 oder in einer Position nahe dazu, wobei die Position an der Kammlinie 101a des Vibratorkörpers 101 angeordnet ist, wird als ein Tragepunkt 113 ausgewählt. Andererseits wird ein Punkt an einer Position entsprechend dem anderen Knotenpunkt des Vibrators 105 oder in einer Position nahe dazu, wobei die Position an der Kammlinie 101b gegenüberliegend der Kammlinie 101a angeordnet ist, als der andere Tragepunkt 114 ausgewählt. Die Mittelpunkte jedes fadens 106 und 107 sind mit den Tragepunkten 113 und 114 jeweils verbunden. Die Endabschnitte dieser Fäden 106 und 107 sind mit einer Trageeinrichtung verbunden, die nicht dargestellt ist.
Unter Verwendung einer solchen Tragestruktur für den Vibrator 105 unterliegt, wenn eine Antriebs-AC-Spannung jeweils auf die piezoelektrischen Elemente 110 und 111 beaufschlagt wird, der Vibrator 105 Biegevibrationen. Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht, die einen solchen Biegevibrationszustand darstellt, bei dem die Abstände 1oa und 1ob zwischen Tragepunkten 113 und 114 unter Vibration des Vibrators 105 Werte annehmen, die sehr nahe den Abstand 1o zwischen diesen Tragepunkten 113 und 114 des Vibrators 105 unter einem Ruhezustand annähern. Demzufolge ist ersichtlich, daß Vibrationen in den Tragepunktabständen, die eine Biegevibration begleiten, im wesentlichen verhindert werden. Demzufolge wird die Größe einer Biegedeformation der Tragefäden 106 und 107, die aus der Biegedeformation des Vibrators 105 entsteht, effektiv gedämpft und eine Vibrationsdämpfung des Vibrators 105, die aus solchen Biegedeformationen entsteht, wird effektiv verhindert. Mit dieser Tragestruktur wird der Vibrator 105 an seinen gegenüberliegenden Seiten so gehalten, daß die Pendelbewegung des Vibrators 105 aufgrund der Einwirkung äußerer Kräfte auch effektiv verhindert wird, und demzufolge wird die Wahrscheinlichkeit einer abweichenden Bewegung des Vibrators 105 zufriedenstellend beseitigt.
Die Fig. 7(a)-(b) stellen eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, wobei die seitliche Querschnittsform des vibrierenden Körpers 101' dreieckig ist. In den Fig. 7(a)-(b) ist der Vibrator 105' durch Ankleben der plezoelektrischen Elemente 110 und 111, die den Vibratorkörper 101' vibrieren, an zwei Seiten des Vibratorkörpers 101' jeweils aufgebaut. Ein Punkt an der Kammlinie wird als Tragepunkt 113 ausgewählt und der andere Tragepunkt 114 ist an der Seitenoberfläche gegenüberliegend dieser Kammlinie angeordnet. In dieser Ausführungsform ist der erste Tragepunkt 113 an oder nahe zu einer Position angeordnet, die einem Knotenpunkt des Vibrators 105' entspricht, und zwar in einer Art und Weise, wie sie zuvor beschrieben ist. Der andere Tragepunkt 114 steht von einer Position an der gegenüberliegenden oder nahe der gegenüberliegenden Seitenoberfläche vor, die keine piezoelektrischen Elemente besitzt, und ist auf einer Verlängerung 115 angeordnet, die in der Ebene 112 liegt. In dieser Ausführungsform sind die Fäden 106 und 107 auch an den Trägern 113 und 114 jeweils verbunden. Die Dämpfung der Biegevibration des Vibrators 105' wird in derselben Art und Weise, wie in dem Beispiel, das vorstehend beschrieben ist, durch Verbindung der Endabschnitte dieser Fäden 106 und 107 mit einer Trageeinrichtung, die nicht dargestellt ist, verhindert. Weiterhin kann die Pendelbewegung effektiv in dem Vibrator selbst verhindert werden.
Die Fig. 8(a)-(b) stellen noch eine andere Ausführungsform der Erfindung dar, bei der die seitliche Querschnittsform des Vibratorkörpers 101'' oktagonal ist. In diesem Beispiel ist der Vibrator 105'' mit piezoelektrischen Elementen 110 und 111 aufgebaut, die jeweils an zwei Seiten angeklebt sind, die nicht zueinander parallel sind. Ein Tragepunkt 113 ist an oder nahe einer Position gegenüberliegend einem Knotenpunkt des Vibrators 105'' angeordnet. Der Tragepunkt 113 liegt innerhalb der Teilungsebene 112, die durch die Schnittlinie der Ebenen der Seitenoberfläche hindurchführt, an denen die piezoelektrischen Elemente 110 und 111 angeklebt sind und die gleichmäßig den Innenwinkel dieser Ebene unterteilt. in der Zeichnung ist dieser Tragepunkt 113 an der schmalen Oberfläche benachbart den zwei Seitenoberflächen angeordnet, an denen die piezoelektrischen Elemente 110 und 111 angeklebt sind. Der andere Tragepunkt 114 ist an oder nahe einer Position entsprechend dem anderen Knotenpunkt des Vibrators 105'' an der schmalen Oberfläche gegenüberliegend der schmalen Oberfläche angeordnet, an der der Tragepunkt 113 angeordnet ist. Die Fäden 106 und 107 sind mit diesen Tragepunkten 113 und 114 jeweils verbunden.
Es wird ersichtlich werden, daß diese Ausführungsform auch dazu in der Lage ist, dieselbe effektive Funktion zu bieten, wie jede der anderen zuvor beschriebenen Ausführungsformen.
Um zusammenzufassen, was vorstehend angegeben ist, ist durch ausreichende Verringerung von Variationen in dem Abstand zwischen den Tragepunkten, wobei solche Variationen von einer Biegevibration in dem Vibrator resultieren, diese Erfindung für ein effektives Verhindern von Biegedeformationen in der Lage, die in Fäden auftreten, die zum Tragen verwendet werden, und demzufolge zum Verhindern von einer Vibrationsdämpfung in dem Vibrator. Auch ist es durch Tragen des Vibrators an den Tragepunkten, die auf separaten Achsen positioniert sind, möglich, effektiv die Bildung einer Pendelbewegung in dem Vibrator gerade dann, wenn äußere Kräfte auf ihn einwirken, einzuschränken. Dies ermöglicht eine nahezu vollständige Vermeidung einer fehlerhaften Ermittlung eines Zustands einer Rotation, wenn der Vibrator als ein Vibrationskreisel verwendet wird.
Schließlich sind die vorstehenden Ausführungsformen rein illustrativ gedacht. Zahlreiche andere Ausführungsformen können von dem Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet ins Auge gefaßt werden, ohne den Schutzumfang der nachfolgenden Anspruche zu verlassen.

Claims

1. Vibrator (105, 105', 105''), der

einen Vibrationskörper (101, 101', 101''), der einen polygonalen, seitlichen Querschnitt besitzt,

mindestens zwei piezoelektrische Elemente (110, 111), von denen jedes jeweils an einer von zwei nicht parallelen Seitenoberflächen des Vibrationskörpers angeordnet sind, und

eine Tragestruktur (106, 107), die den Vibrationskörper an zwei Tragepunkten (113, 114) des Vibrationskörpers trägt, aufweist, wobei die Tragepunkte an oder nahe unterschiedlichen Knotenpunkten des Vibrators positioniert sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die Tragepunkte in einer Teilungsebene (112) angeordnet sind, die durch eine Schnittlinie von zwei Ebenen hindurchführt, in denen die nicht parallelen Seitenoberflächen liegen, wobei die Teilungsebene einen inneren Winkel, der durch die zwei Ebenen gebildet ist, halbiert,

wobei die Tragepunkte an gegenüberliegenden Seiten des Vibrationskörpers angeordnet sind.

2. Vibrator nach Anspruch 1, wobei die nicht parallelen Seitenoberflächen benachbart zueinander sind.

3. Vibrator nach Anspruch 1, wobei mindestens einer (113) der Tragepunkte auf einer Kammlinie (101a) an dem Schnitt der zwei Seitenoberflächen des Vibrationskörpers angeordnet ist.

4. Vibrator nach Anspruch 1, wobei mindestens einer der Tragepunkte an einer Verlängerung (115) oberhalb einer Seitenoberfläche des Vibrationskörpers angeordnet ist.

5. Vibrator nach Anspruch 1, wobei die Tragestruktur (106, 107) zwei Fäden aufweist, wobei jeder der Fäden mit dem Vibrationskörper an einem der Tragepunkte (113, 114) jeweils verbunden ist.