JP2524887Y2 - Piezoelectric vibration gyro - Google Patents

Piezoelectric vibration gyro

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JP2524887Y2
JP2524887Y2 JP1991055223U JP5522391U JP2524887Y2 JP 2524887 Y2 JP2524887 Y2 JP 2524887Y2 JP 1991055223 U JP1991055223 U JP 1991055223U JP 5522391 U JP5522391 U JP 5522391U JP 2524887 Y2 JP2524887 Y2 JP 2524887Y2
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piezoelectric
vibration
vibrating gyroscope
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piezoelectric vibrating
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哲男 吉田
力 増子
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Tokin Corp
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Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本考案は圧電振動ジャイロに関す
るものであり、さらに詳しくは船舶や自動車などに搭載
されてその姿勢や航路制御を行なうジャイロスコープの
うち特に圧電振動子の超音波振動を利用した圧電振動ジ
ャイロにおける圧電振動子の支持構造の改良に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric vibrating gyroscope, and more particularly to a gyroscope mounted on a ship or a car for controlling its attitude and route, particularly utilizing the ultrasonic vibration of a piezoelectric vibrator. The present invention relates to an improvement in a supporting structure of a piezoelectric vibrator in a piezoelectric vibrating gyroscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】圧電振動ジャイロは、振動している物体
に回転角速度が加わるとその振動方向と直交する方向に
コリオリ力を生じるという力学現象を利用した、ジャイ
ロスコープの一種である。圧電振動を回転させると、こ
のコリオリ力の作用によりこの振動と直交する方向に力
が働き、他方の振動が励振される。この振動の大きさは
入力側の振動の大きさおよび回転角速度に比例する。し
たがって入力電圧を一定にした状態では、出力電圧の大
きさから回転角速度の大きさを求めることができる。
2. Description of the Related Art A piezoelectric vibrating gyroscope is a type of gyroscope utilizing a mechanical phenomenon in which when a rotational angular velocity is applied to a vibrating object, a Coriolis force is generated in a direction orthogonal to the direction of vibration. When the piezoelectric vibration is rotated, a force acts in a direction orthogonal to the vibration by the action of the Coriolis force, and the other vibration is excited. The magnitude of this vibration is proportional to the magnitude of the input-side vibration and the rotational angular velocity. Therefore, when the input voltage is kept constant, the magnitude of the rotational angular velocity can be obtained from the magnitude of the output voltage.

【0003】図4に示すのは従来のこのような圧電振動
ジャイロの構造概略の一例である。正方形断面の金属製
角柱7の隣り合う面に、両面に電極が形成され、厚さ方
向に分極された圧電セラミックス薄板8、9が接合され
ている。この金属角柱7は互いに直交する2つの方向に
ほぼ同じ共振周波数で屈曲振動することが可能であり、
圧電セラミックス薄板8にこの共振周波数に等しい周波
数の電圧を印加すると、圧電セラミックス薄板8を接合
した面が凹凸となる方向に屈曲振動する。この状態で金
属角柱7の圧電セラミックス薄板9には電圧は発生しな
いが、金属角柱7を長さ方向を軸として回転させると、
コリオリ力の作用により金属角柱7は圧電セラミックス
9を接合した面が凹凸になる方向に屈曲振動し、圧電セ
ラミックス9に回転角速度に比例した電圧が発生する。
FIG. 4 shows an example of the structure of such a conventional piezoelectric vibrating gyroscope. Electrodes are formed on both sides of the adjacent surface of the metal prism 7 having a square cross section, and the piezoelectric ceramic thin plates 8 and 9 polarized in the thickness direction are joined. The metal prism 7 can bend and vibrate in two directions orthogonal to each other at substantially the same resonance frequency.
When a voltage having a frequency equal to the resonance frequency is applied to the piezoelectric ceramic thin plate 8, the surface to which the piezoelectric ceramic thin plate 8 is bonded vibrates in a direction in which the surface becomes uneven. In this state, no voltage is generated on the piezoelectric ceramic thin plate 9 of the metal prism 7, but when the metal prism 7 is rotated around the length direction,
By the action of the Coriolis force, the metal prism 7 bends and vibrates in a direction in which the surface on which the piezoelectric ceramics 9 are bonded becomes uneven, and a voltage proportional to the rotational angular velocity is generated in the piezoelectric ceramics 9.

【0004】ところで、上記したような構造、性質の圧
電振動子である金属角柱7の長さ方向の一方の端面から
全長のほぼ22.4%の位置に対向する金属面の中央部
に垂直にそれぞれ細い金属線からなる支持線10、1
0’が熔接されている。さらに他方の端面から全長のほ
ぼ22.4%の位置に対向する金属面の中央部に垂直に
それぞれ細い金属線からなる支持線11、11’が熔接
されている。これら金属線10、10、11および1
1’が熔接されている部分は、角柱7の屈曲共振振動モ
ードに対する振動の節点となっており、互いに直交する
屈曲振動でそれぞれに対する影響を極力少なくするよう
に、支持には細い金属線を用いているのである。
By the way, perpendicularly to the center of the metal surface opposite to a position approximately 22.4% of the entire length from one end face in the length direction of the metal prism 7 which is a piezoelectric vibrator having the above-described structure and properties. Support wires 10, 1 each made of a thin metal wire
0 'is welded. Further, supporting wires 11 and 11 ′ made of thin metal wires are welded vertically to the center of the metal surface opposite to a position about 22.4% of the entire length from the other end face. These metal wires 10, 10, 11 and 1
The portion where 1 'is welded is a node of the vibration with respect to the bending resonance vibration mode of the prism 7, and a thin metal wire is used for the support so that the influence of each of the bending vibrations orthogonal to each other is minimized. -ing

【0005】[0005]

【考案が解決しようとする課題】しかし、図4に示すよ
うな従来の支持方法によると、図5に示すように支持線
10、10’は矢印の方向の屈曲振動に対してはほぼ理
想的に振動の接点を支持していることになる。しかしこ
のとき支持線11、11’には屈曲の歪みが発生し、矢
印の方向の屈曲振動に悪い影響を与えることになる。一
方図中の矢印と直交する方向の屈曲振動に対しては、支
持線10、10’が同様に影響を与える。屈曲振動に与
える影響をすくなくするためには支持線の直径をできる
だけ 小さくすればよいが、支持線をあまり細くする
と、圧電振動子自身の耐振動特性や耐衝撃特性を劣化さ
せる危険がある。
However, according to the conventional supporting method as shown in FIG. 4, according to the conventional supporting method, as shown in FIG. 5, the supporting wires 10, 10 'are almost ideal for bending vibration in the direction of the arrow. This means that the vibration contacts are supported. However, at this time, bending distortion occurs in the supporting wires 11 and 11 ', which has a bad influence on bending vibration in the direction of the arrow. On the other hand, the supporting lines 10, 10 'similarly affect the bending vibration in the direction orthogonal to the arrow in the figure. In order to minimize the influence on the bending vibration, the diameter of the support wire may be made as small as possible. However, if the support wire is too thin, the vibration resistance and shock resistance of the piezoelectric vibrator itself may be deteriorated.

【0006】さらに、この圧電振動ジャイロにおいて
は、振動子は圧電セラミックス単体から構成されてお
り、その外周面上にに形成された帯状電極はスクリーン
印刷または蒸着などにより形成されている。従ってあま
り細い金属線からなる支持線を熔接またはハンダ付けし
て支持することは、耐振動特性や耐久衝撃特性の面から
見てさらに一段と危険があることになる。
Further, in this piezoelectric vibrating gyroscope, the vibrator is formed of a single piezoelectric ceramic, and the strip-shaped electrodes formed on the outer peripheral surface thereof are formed by screen printing or vapor deposition. Accordingly, supporting a support wire made of a very thin metal wire by welding or soldering is even more dangerous from the viewpoint of vibration resistance and durability shock characteristics.

【0007】本考案の目的は上記従来技術の課題に鑑み
て提案されたもので、従来の圧電振動ジャイロの支持法
における欠点を除去し、直角な方向の屈曲振動に与える
影響を少なくし、しかも、影響の与え方が各々の振動方
向に対して対称的で、圧電振動ジャイロの特性に与える
影響の少ない圧電ジャイロを提供することにある。
The object of the present invention has been proposed in view of the above-mentioned problems of the prior art, and eliminates the drawbacks of the conventional method of supporting a piezoelectric vibrating gyroscope, thereby reducing the influence on bending vibration in a direction perpendicular to the direction. An object of the present invention is to provide a piezoelectric gyro that is symmetrical in the direction of vibration with respect to each vibration direction and has little effect on the characteristics of the piezoelectric vibratory gyro.

【0008】また、本考案の他の目的は、圧電セラミッ
クス単体からなる柱状振動子の外周に帯状電極を形成し
た圧電振動子を用いて安定に支持可能な圧電振動ジャイ
ロを提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrating gyroscope that can be stably supported by using a piezoelectric vibrator in which a band-shaped electrode is formed on the outer periphery of a columnar vibrator made of piezoelectric ceramics alone.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】このため、本考案の圧電
振動ジャイロは、柱状圧電セラミックスの外周面に長さ
方向と平行な帯状電極を形成し、該帯状電極を用いて分
極処理を施し、前記柱状圧電セラミックスの圧電効果に
よる屈曲振動モードを利用して駆動および検出を行なう
圧電振動ジャイロにおいて、前記屈曲振動モードの1波
長共振における振動の節点に対応する2ヶ所に微小突起
部を一体に形成したシリコンゴムなどの軟弾性体からな
る円筒状の支持具に前記柱状圧電セラミックスを挿入し
た後、微小突起と前記圧電セラミックスとを特に柔らか
いシリコン接着剤を用い、その屈曲振動の節点の位置で
支持固定することを基本的構成とするものである。
For this reason, the piezoelectric vibrating gyroscope of the present invention forms a strip electrode parallel to the length direction on the outer peripheral surface of the columnar piezoelectric ceramics, and performs a polarization process using the strip electrode. In a piezoelectric vibrating gyroscope that drives and detects using the bending vibration mode of the columnar piezoelectric ceramics using the piezoelectric effect, minute projections are integrally formed at two positions corresponding to vibration nodes at one-wavelength resonance of the bending vibration mode. After inserting the columnar piezoelectric ceramics into a cylindrical support made of a soft elastic material such as silicon rubber, the microprojections and the piezoelectric ceramics are supported at the positions of the nodes of the bending vibration using a particularly soft silicone adhesive. Fixing is a basic configuration.

【0010】[0010]

【実施例】図1は本考案の圧電振動ジャイロに用いられ
る柱状圧電セラミックスの構造例を示す斜視図であり、
圧電セラミックス円柱20の外周面上の円周を等分する
位置に長さ方向と平行に複数個の帯状電極21が形成さ
れている。これらの帯状電極21は入出力端子を構成す
るものであって、曲面スクリーン印刷により直接形成さ
れるか、またはメッキなどで全面に形成された電極の不
要部分をフォトエッチングにより除去することにより容
易に得られるものである。
FIG. 1 is a perspective view showing a structural example of a columnar piezoelectric ceramic used in a piezoelectric vibrating gyroscope according to the present invention.
A plurality of strip-shaped electrodes 21 are formed at positions equally dividing the circumference on the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic cylinder 20 in parallel with the length direction. These strip electrodes 21 constitute input / output terminals, and are formed directly by curved screen printing, or easily formed by removing unnecessary portions of the electrodes formed on the entire surface by plating or the like by photoetching. It is obtained.

【0011】この圧電セラミックス円柱20は前記帯状
電極を用いて分極処理を行なった後、これらの帯状電極
の一部にこの圧電セラミックス円柱20の屈曲振動の共
振周波数にほぼ等しい交流電圧を印加して屈曲振動を起
こした状態で、圧電セラミックス円柱20を長さ軸を中
心に回転させると、振動方向と直交する方向にコリオリ
力が発生し、前記帯状電極の一部に加えられた回転角速
度に比例した電圧が発生する。
The piezoelectric ceramic cylinder 20 is subjected to a polarization treatment using the strip electrodes, and then an AC voltage substantially equal to the resonance frequency of the bending vibration of the piezoelectric ceramic cylinder 20 is applied to a part of the strip electrodes. When the piezoelectric ceramic cylinder 20 is rotated around the longitudinal axis in a state where the bending vibration is caused, Coriolis force is generated in a direction orthogonal to the vibration direction, and is proportional to the rotational angular velocity applied to a part of the strip electrode. The generated voltage is generated.

【0012】図2に示すのは本考案の圧電ジャイロに使
用される支持具30である。この支持具30は屈曲振動
モードの1波長共振における振動の節点に対応する2ヶ
所に微小突起22を一体に形成したシリコンなどの軟弾
性体からなる円筒状の構造を有している。
FIG. 2 shows a support 30 used in the piezoelectric gyro of the present invention. The support 30 has a cylindrical structure made of a soft elastic body such as silicon in which minute projections 22 are integrally formed at two locations corresponding to vibration nodes in one-wavelength resonance in the bending vibration mode.

【0013】図3は本考案の圧電振動ジャイロの組立状
態であり、図2に示すような支持具30には、図1の圧
電セラミックス20が収容されており、この支持具30
がさらに金属またはプラスチック からなる円筒状の外
ケース31に装着されている。即ち、微小突起22と前
記圧電セラミックス20とを特に柔らかいシリコン接着
剤などを用い、その屈曲振動の節点の位置で支持固定さ
れ、外ケース31に収容装着されている。
FIG. 3 shows an assembled state of the piezoelectric vibrating gyroscope according to the present invention. The support 30 shown in FIG. 2 accommodates the piezoelectric ceramic 20 of FIG.
Are further mounted on a cylindrical outer case 31 made of metal or plastic. That is, the microprojections 22 and the piezoelectric ceramics 20 are supported and fixed at the nodes of the bending vibration thereof using a particularly soft silicone adhesive or the like, and are housed and mounted in the outer case 31.

【0014】一般に共振している振動子をなるべく振動
に影響を与えないで支持するためには、振動の節の点
(あるいは線)を柔らかい材料で支持する必要がある。
しかし、外部からの振動や衝撃に対して安定的に支持す
るためには、支持部で振動子がずれたりしないようよう
に固定する必要がある。本考案の支持具30は前述した
ように柔らかいシリコンゴムから構成されており、圧電
セラミックス20との固定も柔らかいシリコン接着剤で
行なっているため、外部から振動や衝撃が加えられても
振動子がずれないように安定的に支持することができ
る。
In general, in order to support a resonating vibrator as much as possible without affecting the vibration, it is necessary to support points (or lines) of vibration nodes with a soft material.
However, in order to stably support external vibrations and shocks, it is necessary to fix the vibrator at the support portion so as not to shift. The support 30 of the present invention is made of soft silicone rubber as described above, and is also fixed to the piezoelectric ceramics 20 with a soft silicone adhesive, so that the vibrator is not affected by external vibration or shock. It can be stably supported so as not to shift.

【0015】また、本考案の圧電振動ジャイロにおいて
は、支持具30の微小突起22の形状がリング状である
ため励振振動方向とコリオリ力による振動の両方向の振
動に対して対称的に支持されるため、圧電振動ジャイロ
としての特性に与える支持の影響が少なくなる。
Further, in the piezoelectric vibrating gyroscope according to the present invention, since the shape of the minute projections 22 of the support 30 is ring-shaped, the piezoelectric vibrating gyroscope is symmetrically supported with respect to both the excitation vibration direction and the vibration due to Coriolis force. Therefore, the influence of the support on the characteristics as the piezoelectric vibrating gyroscope is reduced.

【0016】以上の説明では、柱状圧電セラミックスの
形状として円柱状の場合について行なったが、柱状圧電
セラミックスの形状として正方形軸断面形状の角柱やそ
の他の正多角形軸断面形状の角柱であっても同様に構成
できるものである。
In the above description, the case where the shape of the columnar piezoelectric ceramic is cylindrical is described. However, the shape of the columnar piezoelectric ceramic may be a prism having a square shaft cross section or another prism having a regular polygonal shaft cross section. It can be configured similarly.

【0017】[0017]

【考案の効果】本考案によれば、支持による振動特性の
劣化が少なく、互いに直角な2つの方向の屈曲振動に与
える影響が少なく、しかも影響の与え方が各々の振動方
向に対して対称的であり、更に本考案の支持具の微小突
起は1波長共振における振動の節点に対応して一体に成
形されているため、一方の微小突起を一方の節点の位置
にあわせることにより他方の位置は自動的に他の節点の
位置になる圧電振動ジャイロの特性に与える影響の少な
い信頼性の大幅な向上が図れる圧電ジャイロが得られ
る。
According to the present invention, there is little deterioration in vibration characteristics due to support, and there is little influence on bending vibration in two directions perpendicular to each other, and the influence is symmetric with respect to each vibration direction. Further, since the microprojections of the support of the present invention are integrally formed corresponding to the nodes of vibration at one-wavelength resonance, by aligning one microprojection with the position of one node, the other position becomes A piezoelectric gyro can be obtained in which the influence of the characteristics of the piezoelectric vibrating gyroscope which automatically becomes the position of another node is small and the reliability is greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本考案の圧電振動ジャイロに用いられる圧電セ
ラミックス円柱の構造を示す斜視図。
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a piezoelectric ceramic cylinder used in the piezoelectric vibrating gyroscope of the present invention.

【図2】本考案に用いられる支持具を示す軸方向断面
図。
FIG. 2 is an axial sectional view showing a support used in the present invention.

【図3】本考案の圧電振動ジャイロの構造を示す斜視
図。
FIG. 3 is a perspective view showing the structure of the piezoelectric vibrating gyroscope according to the present invention.

【図4】従来の圧電振動ジャイロの一例の構造概略図。FIG. 4 is a schematic structural view of an example of a conventional piezoelectric vibrating gyroscope.

【図5】従来の圧電振動ジャイロ支持方法を示した説明
図。
FIG. 5 is an explanatory view showing a conventional method of supporting a piezoelectric vibrating gyroscope.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、1’、2、2’ 金属音片振動子 3、4、5、6 圧電セラミックス薄板 7 金属角柱 8、9 圧電セラミックス薄板 10、10’、11、11’ 金属支持線 20 圧電セラミックス円柱 21 帯状電極 22 微小突起 30 支持具 31 外ケース 1, 1 ', 2 and 2' Metal vibrating piece resonator 3, 4, 5, 6 Piezoelectric ceramic thin plate 7 Metal prism 8, 9 Piezoelectric ceramic thin plate 10, 10 ', 11, 11' Metal support wire 20 Piezoelectric ceramic cylinder 21 Strip electrode 22 minute projection 30 support 31 outer case

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】(57) [Scope of request for utility model registration] 【請求項1】 柱状圧電セラミックスの外周面に長さ方
向と平行な帯状電極を形成し、該帯状電極を用いて分極
処理を施し、前記柱状圧電セラミックスの圧電効果によ
る屈曲振動モードを利用して駆動および検出を行なう圧
電振動ジャイロにおいて、前記屈曲振動モードの1波長
共振における振動の節点に対応する2ヶ所に微小突起部
を一体に形成したシリコンゴムなどの軟弾性体からなる
円筒状の支持具に前記柱状圧電セラミックスを挿入した
後、微小突起と前記圧電セラミックスとを所定の接着剤
によって、その屈曲振動の節点の位置で支持固定したこ
とを特徴とする圧電振動ジャイロ。
1. A strip-shaped electrode parallel to the length direction is formed on an outer peripheral surface of a columnar piezoelectric ceramic, a polarization process is performed using the strip-shaped electrode, and a bending vibration mode by a piezoelectric effect of the columnar piezoelectric ceramic is used. In a piezoelectric vibrating gyroscope for driving and detecting, a cylindrical support made of a soft elastic body such as silicon rubber having minute projections integrally formed at two positions corresponding to vibration nodes at one-wavelength resonance in the bending vibration mode. A piezoelectric vibrating gyroscope, wherein the columnar piezoelectric ceramics are inserted into the piezoelectric vibrating member, and the minute projections and the piezoelectric ceramics are supported and fixed at predetermined bending vibration nodes by a predetermined adhesive.
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