JP3259144B2 - 圧電振動ジャイロ - Google Patents

圧電振動ジャイロ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ジャイロスコープのう
ち、カメラ一体型VTRの手振れセンサーなどとして用
いられる超小型の圧電振動ジャイロに関し、特に、圧電
セラミックス円柱あるいはパイプの外周面上に帯状電極
を形成した圧電振動子を用いた圧電振動ジャイロに関す
る。
【0002】
【従来の技術】圧電振動ジャイロは、振動している物体
に回転角速度が与えられると、その振動方向と直角な方
向にコリオリ力を生じるという力学現象を利用した角速
度センサーである。
【0003】一般に、互いに直交する2つの異なる方向
の振動を励振可能に構成した複合振動系において、一方
の振動を励振した状態で、振動子を回転させると、上述
のコリオリ力の作用により、この振動と直角な方向に力
が働き、他方の振動が励振される。
【0004】ここで、その振動の大きさは、入力側の振
動の大きさ及び回転角速度に比例するため、この振動系
に一定の入力電圧を与えて、その入力側の振動の大きさ
を一定にすることにより、この振動の大きさに比例した
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。
【0005】図5に、本発明の背景となる圧電セラミッ
クス円柱からなる圧電振動子を用いた圧電振動ジャイロ
の原理を説明するための圧電振動子を示す。
【0006】この圧電振動子は、圧電セラミックス円柱
からなる振動子1の外周面上に、振動子1の長さ方向と
平行な、複数個の帯状電極2を形成して構成されてい
る。
【0007】この振動子1は、帯状電極2を用いて分極
処理を行なった後、帯状電極2に、この振動子の屈曲振
動の共振周波数に略等しい交流電圧を印加して、図5
実線で示す矢印4方向の屈曲振動を励振し、この状態
で、セラミックス円柱の中心軸(圧電振動ジャイロの最
大感度軸5)を回転軸として、振動子1を回転させる
と、その振動方向と直角な方向にコリオリ力が発生し、
この振動子1に加えられた回転角速度に比例する電圧
が、他の帯状電極に発生する。
【0008】この振動子1は、図6に示すような構造の
振動子支持部材6の台座部7にシリコンゴム等により固
定されて、図7に示すような構造の回路基板11に実装
される。
【0009】この従来の振動子支持部材6には、回路基
板11に固定及び電気的に接続するための複数個の電極
8が形成されており、これらの各電極に、振動子1の帯
状電極2から引き出されたリード線3(図5参照)がそ
れぞれ接続される。
【0010】従来の回路基板11の振動子支持部材6の
実装部には、図7に示すように、振動子支持部材6の電
極8と、回路基板11上に実装された駆動・検出回路
(図示せず)とを電気的に接続・固定するための電極9
が形成されている。
【0011】また、この回路基板11の外周には、リー
ドフレーム等からなる入出力端子10が形成されてい
る。
【0012】上述のようにして振動子1が固定された振
動子支持部材6は、図8に示すように、その電極8と回
路基板11の電極9とを半田付け等で接続して、回路基
板11上に固定される。
【0013】そして、この振動子1及び振動子支持部材
6が実装された回路基板11は、図8に示すように、金
属ケース12に嵌合する絶縁性の樹脂等からなるケース
蓋13によって、この回路基板11の入出力端子10が
金属ケース12に接触しないように位置決めされた後、
金属ケース12内に封入される。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述したよ
うな圧電振動ジャイロは、図5に示したように、振動子
1の長さ方向を最大感度軸5とした回転角速度を検出す
る角速度センサーであり、通常、この最大感度軸5に直
交した方向を回転軸とする回転には反応しない。
【0015】しかしながら、この種の圧電振動ジャイロ
は、その振動子1の取り付け軸がずれると、本来反応し
ないはずの方向の回転成分を検出して、誤差出力を発生
する不具合がある。
【0016】従って、この種の圧電振動ジャイロにおい
ては、振動子1の回転中心がその最大感度軸5と正確に
一致するように、振動子1及び振動子支持部材6を回路
基板11上に取り付ける必要があった。
【0017】しかしながら、前記従来の圧電振動ジャイ
ロは、その回路基板11に対する振動子支持部材6の位
置決め手段が特に設けられていないため、この回路基板
11への振動子支持部材6の取り付け位置の調整はオペ
レータのによるところが大きい。
【0018】このため、この従来の圧電振動ジャイロで
は、その回路基板11に対して振動子1の振動子支持部
材6を半田付け等によって接続・固定する際に、この回
路基板11への振動子支持部材6の取り付け位置がずれ
易く、その振動子1の最大感度軸5のずれによる誤差出
力が発生し易くなる不具合があった。
【0019】また、この従来の圧電振動ジャイロでは、
このジャイロの組み立てから、そのシステムへの取り付
けまでの全ての工程において、その位置決め手段を持た
ない構成部品の取り付け誤差が積算されるため、その最
大感度軸を高精度に位置決めすることが困難であった。
【0020】更に、前記従来の圧電振動ジャイロは、そ
の回路基板11の入出力端子10が回路基板11の外周
に設けられているため、この回路基板11を金属ケース
12に挿入する際に、この回路基板11の入出力端子1
0と金属ケース12との接触(短絡)を防ぐためのケー
ス蓋13を使用しなければならず、その全体の外径寸法
が大きくなる欠点があった。
【0021】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、最大感度軸の精密な位置決めが
できる精度の高い小型で安価な圧電振動ジャイロを提
供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するために、圧電セラミックス円柱あるいはパイプ
の外周面上に帯状電極を形成した圧電振動子を用い、こ
の圧電振動子を利用して駆動及び検出を行なう圧電振動
シャイロにおいて、上記圧電振動子の電極を回路基板に
電気的に接続するための電極と、上記圧電振動子の上記
回路基板への取付位置を決めるための位置決めピンとを
具備する振動子支持部材により、上記圧電振動子を固定
し、上記振動子支持部材の位置決めピンが、上記回路基
板から突出し、かつ、上記回路基板の内側の位置で電気
的に接続されて、上記回路基板の入出力端子として使用
される構成とする。
【0023】
【0024】更に、本発明は、上述の課題を解決するた
めに、上記回路基板を実装するための圧電振動ジャイロ
用ケース内に、上記回路基板の高さを位置決めするため
の段差を形成した構成とする。
【0025】更に、本発明は、上述の課題を解決するた
めに、上記圧電振動ジャイロ用ケース内に、上記圧電振
動子及び振動子支持部材を実装した回路基板を挿入した
後、この回路基板を裏面側から樹脂により封入した構成
とする。
【0026】更に、本発明は、上述の課題を解決するた
めに、上記振動子支持部材の位置決めピンが、上記圧電
振動ジャイロ用ケースから突出する長さを有し、この位
置決めピンが、上記圧電振動ジャイロの組み立てから上
記圧電振動ジャイロのシステムへの取り付けまでの工程
において、上記圧電振動ジャイロの最大感度軸の位置決
め基準として一貫して使用される構成とする。
【0027】
【実施例】以下、本発明の実施例を図によって詳細に説
明する。
【0028】但し、本実施例の記述から明らかに想起し
得る範囲の構成および作用等については、説明の煩雑化
を避ける上から、その図示並びに開示を省略、もしくは
簡略化する。
【0029】図1に、本発明の一実施例における圧電振
動ジャイロの振動子支持部材14の構成を示す。
【0030】この振動子支持部材14は、図5に示した
ように構成されている振動子1の各帯状電極2からのリ
ード線3を電気的に接続・固定するための振動子接続用
端子15と、この振動子支持部材14を回路基板20
(図2)に実装する際の位置決め部材としての位置決め
ピン16と、振動子1の節を固定するための台座17と
から構成されている。
【0031】ここで、位置決めピン16は、図1に示す
ように、振動子支持部材14の内側に位置するように配
設されており、また、この位置決めピン16の長さは、
図4に示すように、回路基板20が金属からなるケース
21内に挿入された状態で、この位置決めピン16の延
出端部が金属ケース21の外方に十分に延出する長さを
有している。
【0032】振動子1は、図4に示すように、振動子支
持部材14の台座17にシリコンゴム等の樹脂により固
定される。
【0033】また、この振動子1の帯状電極2からのリ
ード線3は、振動子支持部材14の振動子接続用端子1
5に、それぞれ電気的に接続される。
【0034】一方、この実施例における回路基板20の
上述した振動子支持部材14の位置決めピン16と対応
する位置には、図2に示すように、この回路基板20上
に実装されたIC等からなる駆動・検出回路24(図4
参照)の入出力端子が、位置決めピン16が挿入される
回路入出力用スルーホール端子18として設けられてい
る。
【0035】上述のようにして振動子1が実装された振
動子支持部材14は、図4に示すように、回路基板20
の回路入出力用スルーホール端子18に、その位置決め
ピン16を挿入して、回路基板20に対する位置決めが
なされた後、この位置決めピン16と回路入出力用スル
ーホール端子18とを半田付け等で接続して、回路基板
20上に固定される。
【0036】そして、この位置決めピン16と回路入出
力用スルーホール端子18とを固定した後、振動子1の
リード線3が接続された振動子支持部材14各振動子接
続用端子15と、回路基板20の支持部材接続用端子1
9が電気的に接続されることによって、振動子1と駆動
・検出回路24とが電気的に接続される。
【0037】また、本発明の実施例における圧電振動ジ
ャイロのケース21には、図3及び図4に示すように、
回路基板20が嵌合することによって、振動子1及び振
動子支持部材14が実装された回路基板20のケース2
1への実装時の高さを位置決めするための段差22が形
成されている。
【0038】これにより、振動子1及び振動子支持部材
14が実装された回路基板20は、図4に示すように、
この回路基板20の回路入出力用スルーホール端子18
に接続された位置決めピン16がケース21に接触する
こと無く、このケース21に形成された段差22に嵌合
して、そのケース21内への挿入時の取り付け位置が位
置決めされた後、その裏面側から樹脂23により封入さ
れる。
【0039】
【発明の効果】本発明によれば、上述したように、上記
位置決めピンにより、上記振動子支持部材の回路基板へ
の取り付け時の、回路基板に対する振動子支持部材の位
置決めが行なわれるので、上記回路基板への振動子の取
り付けを正確に行なうことができ、この振動子の最大感
度軸のずれによる誤差出力の発生を防止できる。
【0040】また、本発明によれば、上記振動子支持部
材の位置決めピンが、上記回路基板の内側の位置に配置
されているので、回路基板を金属ケースに挿入する際
の、この回路基板と金属ケースとの接触を、ケース蓋を
使用せずに回避できる。
【0041】更に、本発明によれば、上記回路基板を実
装するための圧電振動ジャイロ用ケース内に、回路基板
の高さを位置決めするための段差が形成されているの
で、この回路基板の実装時の高さを、ケース蓋を使用せ
ずに位置決めできる。
【0042】更に、本発明によれば、上記金属ケース内
に、上記圧電振動子及び振動子支持部材を実装した回路
基板を挿入した後、この回路基板が裏面側から樹脂によ
り封入されるので、ケース蓋が不要になり、その構成部
品点数及び製造工程を減少でき、その小型化及び低コス
ト化を実現できる。
【0043】更に、本発明によれば、上記振動子支持部
材の位置決めピンが、上記圧電振動ジャイロ用ケースか
ら突出する長さを有し、この位置決めピンが、上記圧電
振動ジャイロの組み立てから上記圧電振動ジャイロのシ
ステムへの取り付けまでの工程において、上記圧電振動
ジャイロの最大感度軸の位置決め基準として一貫して使
用されるので、この圧電振動ジャイロをシステムに取付
ける際に、構成部品の取り付け誤差が積算されることが
無く、その最大感度軸の取り付け精度を高精度に維持で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における圧電振動ジャイロの
振動子支持部材の構造を示す斜視図である。
【図2】本発明の一実施例における圧電振動ジャイロの
回路基板の構造を示す斜視図である。
【図3】本発明の一実施例における圧電振動ジャイロの
ケースの斜視図である。
【図4】本発明の一実施例における圧電振動ジャイロの
組み立て後の構造を示す断面図である。
【図5】本発明の背景となる圧電セラミックス円柱から
なる振動子を用いた圧電振動ジャイロの原理を説明する
ための振動子の斜視図である。
【図6】図5に示した振動子を固定して回路基板に実装
するための従来の振動子支持部材の構造を示す斜視図で
ある。
【図7】従来の圧電振動ジャイロにおける回路基板の構
造を示す斜視図である。
【図8】従来の圧電振動ジャイロの組み立て後の構造を
示す断面図である。
【符号の説明】
1 振動子 2 帯状電極 3 リード線 5 最大感度軸 14 振動子支持部材 15 振動子接続用端子 16 位置決めピン 17 台座 18 回路入出力用スルーホール端子 19 支持部材接続用端子 20 回路基板 21 ケース 22 ケースの段差 23 樹脂 24 駆動・検出回路

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電セラミックス円柱あるいはパイプの
    外周面上に帯状電極を形成した圧電振動子を用い、この
    圧電振動子を利用して駆動及び検出を行なう圧電振動シ
    ャイロにおいて、上記圧電振動子の電極を回路基板に電
    気的に接続するための電極と、上記圧電振動子の上記回
    路基板への取付位置を決めるための位置決めピンとを具
    備する振動子支持部材により、上記圧電振動子を固定
    し、上記振動子支持部材の位置決めピンが、上記回路基
    板から突出し、かつ、上記回路基板の内側の位置で電気
    的に接続されて、上記回路基板の入出力端子として使用
    されることを特徴とする圧電振動ジャイロ。
  2. 【請求項2】 上記回路基板を実装するための圧電振動
    ジャイロ用ケース内に、上記回路基板の高さを位置決め
    するための段差を形成したことを特徴とする請求項1記
    載の圧電振動ジャイロ。
  3. 【請求項3】 上記圧電振動ジャイロ用ケース内に、上
    記圧電振動子及び振動子支持部材を実装した回路基板を
    挿入した後、この回路基板を裏面側から樹脂により封入
    したことを特徴とする請求項2記載の圧電振動ジャイ
    ロ。
  4. 【請求項4】 上記振動子支持部材の位置決めピンが、
    上記圧電振動ジャイロ用ケースから突出する長さを有
    し、この位置決めピンが、上記圧電振動ジャイロの組み
    立てから上記圧電振動ジャイロのシステムへの取り付け
    までの工程において、上記圧電振動ジャイロの最大感度
    軸の位置決め基準として一貫して使用されることを特徴
    とする請求項1記載の圧電振動ジャイロ。
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JP4915482B2 (ja) * 2011-02-24 2012-04-11 パナソニック株式会社 振動ジャイロ
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