JP2534962Y2 - 圧電振動ジャイロ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【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の移動
体自身およびこれに搭載される機器の姿勢制御や自動車
のナビゲーションシステムなどに用いられるジャイロス
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振動子の形状および支持方法に
関するものである。

【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
ロスコープである。一方の振動を励振した状態で振動子
を回転させると、前述した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。

【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。正方形断面形状を有
する金属製角柱７の隣り合う面に、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。

【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％の位置の前記金属線が熔接された面と直交
し、対向する金属面の中央部に面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１１’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細い金属線で
支持されている。さらに、圧電セラミックス薄板の電極
に電極引出線が半田付けされ、駆動、検出回路に接続さ
れている。

【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。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１
０、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。

【０００６】このような従来の支持方法によると、正確
に支持線の位置を合わせ、かつ熔接する工程は困難であ
り、しかも、支持する位置が屈曲振動の節点からずれる
と屈曲振動に大きな影響を与え検出精度を悪化させるも
のである。

【０００７】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半田付けして支
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。この電極引出線の
半田付け部分は振動子の振動の妨げとなり、圧電振動ジ
ャイロの検出精度を悪化させる。このため、電極引出線
は振動の妨げにならないように、極細の導線を用いる
が、振動の腹の部分に半田付けされるため、振動で容易
に断線し、信頼性が極めて悪い。

【０００８】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
および電極引出方法における欠点を除去し、支持位置の
位置合わせが容易で、かつ、熔接あるいは半田付けする
ことなく支持でき、組立工程が容易でさらに電極引出線
の影響が少なく、信頼性にも優れた振動ジャイロ用振動
子および支持方法を提供することにある。

【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、圧電セラミックス体の外周面上で周方
向に間隔をおいて帯状電極を長手方向に施し、該帯状電
極を用いて該圧電セラミックスに分極処理を施してなる
圧電振動子の圧電横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う圧電振動ジャイロにおいて、該
圧電セラミックス体の屈曲振動モードにおける振動の節
点の位置でかつその外周面上で周方向に間隔をおいて複
数個の窪みを設け、該窪み位置迄前記帯条電極がそれぞ
延びており、支持台上に立設した複数本の導電性のバネ
材からなる支持具先端を前記窪みに挿入圧着して前記圧
電セラミックス体を支持するとともに電極引出線を兼ね
させたことを特徴とするものである。

【００１０】

【実施例】図１は本考案の圧電振動ジャイロ用支持具を
用いて構成される圧電振動ジャイロに使用される圧電振
動子および支持部の構造例を示す斜視図であり、図２お
よび図３は本考案の圧電振動ジャイロ用圧電振動子およ
び支持具の構造および組立方法を示す断面図である。圧
電振動子１の外周面上に長さ方向と平行なｎ個の帯状電
極２（ここではｎ＝６で説明する）が形成されており、
電極は図１（Ｃ）に示すように後述する支持位置の凹部
（窪み）３まで続いている。帯状電極２は曲面スクリー
ン印刷などにより直接形成するか、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。

【００１１】図１（Ｂ）に示すように、圧電振動子の長
さ方向の一方の端面からおよそ全長の２２．４％の位置
の円周上、すなわち屈曲振動節１３にｎ個の凹部３が形
成されており、支持具４の先端が該凹部３に挿入圧着さ
れて圧電振動子１は支持台に支持されている。

【００１２】図１に示した圧電振動子は前記帯状電極２
を用いて分極処理を行なった後、これらの帯状電極２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、前記駆動用の帯状電極とは別の帯状電極に加
えられた回転角速度に比例した電圧が発生する。

【００１３】図２（Ａ）は圧電振動子の支持部（長さ方
向の一方の端面からおよそ全長の２２．４％の位置の断
面図であり、円周上Ｎ等分された位置にＮ個（Ｎは２以
上の整数）の凹部が形成されている。図２（Ｂ）は圧電
振動ジャイロ用支持具４の構造を示す断面図で、該支持
具４はリン青銅などの導電性バネ材などで形成されてい
る。そして、その先端は圧電振動子１の屈曲振動を妨げ
ることなきよう鋭利になっている。支持具４はそのバネ
性により矢印方向に自由度を持つように構成されてい
る。そして圧電振動子１は図３に示すようにこの支持具
４に挿入される。支持具４先端は振動子凹部に挿入され
る。支持具４―１、支持具４―２は圧電振動子１により
矢印方向に押し広げられており、支持具４のバネ性によ
り支持具４の先端は圧電振動子１に圧着され、圧電振動
子１は支持される。

【００１４】組立時、圧電振動子１の支持位置は振動子
１の凹部３により容易に位置決めされるので、圧電振動
子１は位置がずれることがなく支持されることになる。
また、圧電振動子１の凹部３に支持具４の先端を押しつ
けて圧電振動子１を支持するため、熔接、半田付けなど
の工程が不要となる。各帯状電極は振動子１の凹部３で
支持具４と接続されているため電極引出線は不要とな
る。そして、支持具４は支持台５から外部電極として引
き出され駆動、検出回路へと接続される。

【００１５】上記説明においては、便宜上圧電セラミッ
クス円柱で構成した圧電振動ジャイロについて説明した
が、角柱状のものであっても良く、さらには、圧電セラ
ミックスパイプで構成された圧電振動ジャイロについて
も同様に構成できることはいうまでもない。

【００１６】

【考案の効果】本考案によれば、圧電振動子１の支持位
置の位置決めが容易となり、支持具に振動子を挿入する
だけで振動子が支持具の圧着で支持される。このため、
支持具の熔接や半田付けなどの工程が不要となり、製造
コストの低廉化を図ることができる。また、本考案によ
ると凹部の存在により組立時に支持位置がずれることが
無くなり、性能の信頼性も向上する。さらに、本考案の
圧電振動ジャイロは振動の腹に振動を妨げる電極引出線
がなく、極細導電線を用いていないから信頼性も向上
し、安価でかつ高精度の圧電振動ジャイロを提供するこ
とができその工業的価値は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本考案の位置実施例の圧電振動ジャイ
ロの構造を示す斜視図。 （Ｂ）は本考案の一実施例の圧電振動ジャイロ用圧電振
動子の凹部の位置の一例を示した斜視図。 （Ｃ）は本考案の一実施例の圧電振動ジャイロ用振動子
を示す斜視図。

【図２】（Ａ）は本考案の一実施例の圧電振動ジャイロ
用振動子の支持部の構造を示す断面図。 （Ｂ）は本考案の一実施例の圧電振動ジャイロの支持具
の構造を示す断面図。

【図３】本考案の圧電振動ジャイロ用支持具および圧電
振動子を用いて構成した圧電振動ジャイロの構造の一例
を示す斜視図。

【図４】従来の圧電振動ジャイロの一例の構造概略図。

【図５】従来の圧電振動ジャイロ支持方法を示した説明
図。

【符号の説明】

１ 圧電セラミックス円柱 ２ 帯状電極 ３ 凹部（窪み） ４ 支持具 ５ 支持台 ６ 外部電極 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 １２ 電極引出線 １３ 屈曲振動節点

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電セラミックス体の外周面上で周方向
   に間隔をおいて帯状電極を長手方向に施し、該帯状電極
   を用いて該圧電セラミックスに分極処理を施してなる圧
   電振動子の圧電横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う圧電振動ジャイロにおいて、該圧
   電セラミックス体の屈曲振動モードにおける振動の節点
   の位置でかつその外周面上で周方向に間隔をおいて複数
   個の窪みを設け、該窪み位置迄前記帯条電極がそれぞ延
   びており、支持台上に立設した複数本の導電性のバネ材
   からなる支持具先端を前記窪みに挿入圧着して前記圧電
   セラミックス体を支持するとともに電極引出線を兼ねさ
   せたことを特徴とする圧電振動ジャイロ。