JP4668752B2 - Vibrating gyro - Google Patents
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Description
本発明は、角速度を検出する振動ジャイロに関するものである。 The present invention relates to a vibrating gyroscope that detects angular velocity.
近年、ジャイロスコープも小型化の研究が進み、圧電効果で振動体を励振し、振動体に備えられた別の圧電効果で振動体が回転により受けるコリオリ力で起きる新たな振動により発生する電圧を検出する振動ジャイロの小型化は目を見張るものがあるが、適用される機器の小型化を制限しないように、更なる小型化が要求されている。 In recent years, research on miniaturization of gyroscopes has progressed, and the vibration body is excited by the piezoelectric effect. Although the downsizing of the vibrating gyroscope to be detected is remarkable, further downsizing is required so as not to limit downsizing of the applied equipment.
このような振動を利用する振動ジャイロは、外部からの振動や激力に対して、センシングに用いる内部振動系を徹底的に分離しておかなければ精度の良いセンシングが実現できない。このため高性能な振動ジャイロは、一般に外部振動や激力と内部振動系を分離するための大掛かりなサスペンション機構を備えなければならない。これはジャイロの小型化を阻害する大きな要素となっている。 A vibration gyro using such vibrations cannot achieve accurate sensing unless the internal vibration system used for sensing is thoroughly separated from external vibrations and strong forces. For this reason, high-performance vibration gyros generally have to be equipped with a large-scale suspension mechanism for separating external vibrations and violent forces from internal vibration systems. This is a major factor that hinders gyro miniaturization.
尚、振動体が利用している複数の振動を内部振動系と呼び、振動ジャイロが外部から加振されたり、激力を受けたりした場合の振動を外部振動と呼ぶこととする。以下に、サスペンションを用いて外部振動と内部振動系を分離する例を示す。 A plurality of vibrations used by the vibrating body are referred to as an internal vibration system, and a vibration when the vibration gyroscope is vibrated from the outside or receives a strong force is referred to as an external vibration. The following shows an example of separating external vibration and internal vibration systems using a suspension.
特許文献1には、外部振動と内部振動系を分離する機構が示されている。振動子1は枠形ベース20に包囲されるように枠形ベース20と一体的に形成されている。枠形ベース20には無端帯状の防振ゴム21が巻回されている。枠形ベース20に防振ゴム21を巻回した状態でケーシング本体31とカバー32との間に挟持される。外部からの衝撃や振動は防振ゴム21により吸収されて枠形ベース20に伝達されるのを防止でき、振動ジャイロの性能を向上させることができることが示されている。
特許文献2には、外部振動と内部振動系を分離する機構が示されている。振動子の基部1は錘17を接合した上で柔構造である枠型ジンバル体17に接合して支持する。外部からの衝撃や振動は枠型ジンバル体17により吸収されて外部に伝達されるのを防止でき、振動ジャイロの性能を向上させることができることが示されている。
しかしながら、従来の枠構造は閉構造となっているので、一般的に弾性が高く、緩やかな支持に適しておらず、また枠構造自体にダンパー機能がないので枠構造自体の振動を減衰させる構成とはなっていない。また、閉枠構造では全ての方向からの衝撃に対して柔構造となりえない。 However, since the conventional frame structure is a closed structure, it is generally highly elastic, not suitable for loose support, and the frame structure itself does not have a damper function so that the vibration of the frame structure itself is damped. It is not. In addition, the closed frame structure cannot be a flexible structure against impacts from all directions.
本発明の目的は、上記課題を解決しようとするもので、全方向からの激力や振動に対して緩やかに緩衝を行い、特定した方向ではより緩やかに緩衝を行い、外部振動を減衰させ、外部振動と内部振動系を分離した高性能の振動ジャイロを実現することである。 The purpose of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and gently cushions against violent forces and vibrations from all directions, more gently cushions in specified directions, attenuates external vibrations, It is to realize a high-performance vibration gyro that separates external vibration and internal vibration systems.
上記目的を解決するために、本発明の振動ジャイロは、下記の構成を採用する。 In order to solve the above object, the vibration gyro of the present invention employs the following configuration.
複数の脚部と基部と支持部とを備えた振動子と、この振動子を収容する筐体と、前記振動子へ不要な振動が伝達するのを防止し、前記支持部に接合された防振部材と、を有する振動ジャイロにおいて、前記防振部材は、少なくとも一部に開放部を有すると共にばね性を備えた枠状に形成され、かつ、弾性部材を介して筐体に固着されており、前記開放部は、前記防振部材における前記支持部と接合されている領域を除く位置に形成されていることを特徴とする。 A vibrator having a plurality of legs, a base, and a support section, a housing for housing the vibrator, and preventing unnecessary vibration from being transmitted to the vibrator, and a joint bonded to the support section. in the vibrating gyroscope having vibration and the member, wherein the vibration isolating member is formed in a frame shape having a spring property and having an opening on at least a portion, and is fixed to the casing via a resilient member The open portion is formed at a position excluding a region joined to the support portion in the vibration isolation member .
この構成により、全方向からの激力や振動に対して緩やかに緩衝を行うことができると共に、外部振動を減衰させ、外部振動と内部振動系を分離した高性能の振動ジャイロを実現できる。 With this configuration, it is possible to moderately buffer strong forces and vibrations from all directions, and to realize a high-performance vibration gyro that attenuates external vibrations and separates external vibrations and internal vibration systems.
また、この構成により、複数の脚部が含まれる面内に平行な方向からの振動を減衰させる効果を有する。 Further, the structure of this has the effect of damping vibrations from a direction parallel to a plane containing the plurality of legs.
また、前記振動子は、前記複数の脚部が含まれる面内に略直交する外周面を有し、この外周面が前記防振部材の内周面と対向するように、前記防振部材によって囲まれた包囲スペースの領域内に配置されることを特徴とする。この構成により、無駄な空間を設けることなく振動ジャイロの小型化を実現することができる。 In addition, the vibrator has an outer peripheral surface substantially orthogonal to a plane including the plurality of legs, and the vibration isolating member so that the outer peripheral surface faces the inner peripheral surface of the vibration isolating member. It is arranged in the area of the enclosed space. With this configuration, the vibration gyro can be reduced in size without providing a useless space.
また、前記開放部は、前記振動子における前記脚部の先端に対向する位置に形成されることを特徴とする。この構成により、特に振動子の長手方向に直交する方向の振動を減衰させる効果を実現することができる。 Further, the open portion is formed at a position facing the tip of the leg portion of the vibrator. With this configuration, an effect of attenuating vibrations in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the vibrator can be realized.
また、前記開放部は、前記支持部及び前記脚部の先端を除いた前記外周面に対向する位置に形成されることを特徴とする。この構成により特に振動子の長手方向の振動を減衰させる効果を実現することができる。 In addition, the open portion is formed at a position facing the outer peripheral surface except for the tips of the support portion and the leg portion. With this configuration, an effect of attenuating vibrations in the longitudinal direction of the vibrator can be realized.
また、前記振動子は前記防振部材と別部材であり、前記支持部が前記防振部材に固着されることを特徴とする。この構成により、防振部材の材質を振動子と同じものに制限されることなく最適な防振効果を実現することができる。 The vibrator is a member separate from the vibration isolating member, and the support portion is fixed to the vibration isolating member. With this configuration, it is possible to realize an optimal vibration isolation effect without being limited to the same material as that of the vibrator.
また、前記弾性部材は、前記防振部材と前記筐体との間に複数個設けられているとともに、所定の間隔を置いて前記防振部材を支持することを特徴とする。 In addition, a plurality of the elastic members are provided between the vibration isolation member and the housing, and support the vibration isolation member with a predetermined interval.
この構成により、前記弾性部材の全ての部分を前記防振部材で支えた場合に比べて、利用したい前記弾性部材の応力変位を、前記防振部材に妨げられることなく発現させることができる。 With this configuration, compared to the case where all the portions of the elastic member are supported by the vibration isolating member, the stress displacement of the elastic member desired to be used can be expressed without being obstructed by the vibration isolating member.
また、前記防振部材は、4つの角部を備えた略矩形状に形成されると共に、前記4つの角部の位置に前記弾性部材を配置したことを特徴とする。 The vibration-proof member is formed in a substantially rectangular shape having four corners, and the elastic member is disposed at the positions of the four corners.
この構成により、前記弾性部材の応力変位は前記弾性部材の一部に集中することなくバランスよく行われ、効率的に防振効果を発現できる。 With this configuration, the stress displacement of the elastic member is performed in a well-balanced manner without concentrating on a part of the elastic member, and a vibration isolation effect can be efficiently expressed.
また、前記弾性部材は、ゴムダンパまたはシリコーン剤であることを特徴とする。この構成により、振動の減衰率の高い防振効果を実現することができる。 The elastic member is a rubber damper or a silicone agent. With this configuration, it is possible to achieve an anti-vibration effect with a high vibration attenuation rate.
また、前記防振部材は、比重の大きな金属のタングステンであることを特徴とする。この構成により、振動子側の振動を外部に伝えにくい構成とすることができる。 Further, the vibration-proof member is a metal tungsten having a large specific gravity. With this configuration, the vibration on the vibrator side can be hardly transmitted to the outside.
本発明により、特定した方向を含む全方向からの激力や振動に対して緩やかに緩衝を行
うことが出来るとともに、外部振動を減衰させ、外部振動と内部振動系を分離した高性能の振動ジャイロを実現できる。
According to the present invention, a high-performance vibration gyro that can gently buffer strong forces and vibrations from all directions including a specified direction, attenuate external vibrations, and separate external vibrations from internal vibration systems. Can be realized.
以下、本発明の振動ジャイロを実施するための最良の形態による実施の形態を図面を基に説明する。図1〜図5は本発明の実施の形態である外部振動と内部振動系を分離した振動ジャイロである。図1は第1の実施形態である外部振動と内部振動系を分離した振動ジャイロの外観を示す斜視図であり、図2は外部振動と内部振動系を分離した振動ジャイロの平面図である。図3は音叉の構成を示す平面図であり、図4は第2の実施形態である外部振動と内部振動系を分離した振動ジャイロの平面図である。図5は第3の実施形態である外部振動と内部振動系を分離した振動ジャイロの平面図である。 Hereinafter, an embodiment according to the best mode for carrying out a vibrating gyroscope of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 5 show a vibration gyro according to an embodiment of the present invention in which an external vibration and an internal vibration system are separated. FIG. 1 is a perspective view showing an external appearance of a vibration gyro according to a first embodiment in which an external vibration and an internal vibration system are separated. FIG. 2 is a plan view of the vibration gyro in which an external vibration and an internal vibration system are separated. FIG. 3 is a plan view showing a configuration of a tuning fork, and FIG. 4 is a plan view of a vibration gyro according to a second embodiment in which an external vibration and an internal vibration system are separated. FIG. 5 is a plan view of a vibration gyro according to a third embodiment in which an external vibration and an internal vibration system are separated.
(第1の実施形態)
本実施の形態においては、外部振動と内部振動系を分離し、振動ジャイロの性能を向上させることができる振動ジャイロの構成を説明する。振動ジャイロは、ある方向に振動する振動子が回転すことにより振動子に発生するこの回転速度に比例する新たな振動を精密に検出することにより、この回転速度を測定する装置だが、振動子が利用している振動を内部振動と呼び、振動ジャイロが外部から加振されたり、激力を受けたりした場合の振動を外部振動と呼ぶこととする。
(First embodiment)
In the present embodiment, a configuration of a vibration gyro capable of separating the external vibration and the internal vibration system and improving the performance of the vibration gyro will be described. A vibrating gyroscope is a device that measures this rotational speed by accurately detecting new vibration proportional to this rotational speed generated in the vibrator when the vibrator vibrating in a certain direction rotates. The vibration used is called internal vibration, and the vibration when the vibration gyroscope is vibrated from the outside or receives intense force is called external vibration.
激力は多くの周波数を持つ振動の集まりとみなすことができる。ここに、内部振動と外部振動が結合し、あるいは共鳴すると、回転速度を計測していることにならないことは明らかである。 Intense force can be regarded as a collection of vibrations with many frequencies. It is obvious that the rotational speed is not measured when the internal vibration and the external vibration are combined or resonated.
本実施の形態で説明する外部振動と内部振動系を分離した振動ジャイロ1の構成を図1に示す。振動ジャイロ1は、高いQ値を持って高精度に自励発振を行い、この系に働くコリオリ力により検出振動を励振できる振動体である振動子2と、この振動子2を収めた筐体30及びこの振動子2の振動系と外界を分離できる支持構造により構成される。
FIG. 1 shows a configuration of a
この支持構造は、後述する防振部材10、40、50及び弾性部材20、21、22、23で構成される。図1には図示しないが、筐体30は六面体のひとつの面を取り除いた箱型であり、振動子2は筐体30の内側の取り付け面31に取り付けられる。
This support structure includes
振動ジャイロ1に用いる振動子には様々な形状のものが提案され、実際に適用されているが、本実施形態では小型化に最も有利な片持ち構造の音叉形状の振動子を用いる。片持ち構造の音叉形状を持つ振動子にも音叉の脚の数や平面構造であるかないか等、様々な種類があるが、本実施の形態では、振動子の形状が構造の説明がし易く、また発明の効果が最も大きく現れる平面型2脚音叉の場合について説明するが、3、4脚音叉などの場合にも適用できるものである。
Various vibrators having various shapes have been proposed and actually applied to the vibrator used in the vibrating
図3には振動体として用いる音叉型の振動子2を示す。振動子2は脚部3及び基部4及び支持部5で構成され、脚部3は駆動と検出を担う振動部であり、脚部3の付け根である基部4は脚部3を支持し、ひずみと変位をもって脚部3の振動を継続させる。基部4から伸びた支持部5は振動子2の振動変位に際してひずみの少ない部分であり、外部への接続に用いられる。
FIG. 3 shows a tuning
尚、振動子2は、2本の脚部3が含まれる面内(Y−X面)に垂直な方向(Z方向)に外周面2aを備えている。
The
図1及び図2に、本発明の構成の枢要な部分である支持構造を示す。この支持構造は、
錘を兼ねたばね構造を有する防振部材10及び筐体30への柔接続部である弾性部材20〜23であり、振動子2は防振部材10に接合される。
1 and 2 show a support structure which is a key part of the configuration of the present invention. This support structure
A
防振部材10は比重が大きく、ばね性を持つ金属板であり、振動子2を漸く包囲できる大きさと略リング状の形状を有する。しかし、その一部は開放部11により開放され、結果としてリングではなく折り曲げられた4つの角部を備える略矩形状となっている。振動子2はその外周面2aが防振部材10の内周面10aと対向するように、防振部材10 によって囲まれた包囲スペースの領域内に配置されている。
The
これにより、無駄な空間を設けることなく振動ジャイロ1の小型化を実現することができる。そして、開放部11は、振動子2の脚部3の先端に対向する位置に形成されている。これにより、振動子2の長手方向(Y方向)に直交する方向(X方向)の振動を減衰させる効果を実現することができる。
Thereby, size reduction of the
弾性部材20〜23は、柔らかいゴム状の平板である。また、弾性部材20〜23は、シリコーン剤で構成しても良い。これにより、振動の減衰率の高い防振効果を実現することができる。また、防振部材10は、比重の大きなタングステンが適している。これにより、振動子側の振動を外部に伝えにくい構成とすることができる。
The
図1及び図2には、振動子2の支持部5は、防振部材10の一部にエポキシ接着剤などで固着され、防振部材10は弾性部材20〜23を介して筐体30の取り付け面31 に取り付けられた様子が示されている。
1 and 2, a
この構成において、振動子2は、振動子2の全体サイズに比べて全体サイズの大きな防振部材10に支持部5を固着したことにより、振動子2に対して振動を安定させる大きな支持機構を獲得できる。すなわち、外部からの変位は弾性部材20〜23により減衰できるが、振動子2の脚部3の長手方向(Y方向)に垂直な方向(Z方向)に関しては、更に防振部材10の変形による効果が相乗され、サスペンション機構を実現している。
In this configuration, the
また、振動子2と防振部材10とを別の部材で構成する。これにより、防振部材10の材質を振動子2と同じものに制限されることなく最適な防振効果を実現することができる。また、弾性部材20〜23は、所定の間隔を置いて4つの角部の位置に配置され、防振部材10を支持している。
Further, the
これにより弾性部材の応力変形が一部に集中することなく能率的に発現でき、更に防振部材の重心に対してバランスの良い保持が行えるので、加速度による防振部材の変位も均等にでき、大きな変異によって防振部材の一部が伸びきったりすることはなくなる。 As a result, the stress deformation of the elastic member can be efficiently expressed without concentrating on a part, and furthermore, the balance of the vibration isolating member can be maintained with a good balance, so that the displacement of the vibration isolating member due to acceleration can be made even, A part of the vibration isolating member does not extend due to a large variation.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態を図4に示す。本実施の形態では、第1の実施形態と異なる構成のみを説明し、同一の構成は省略する。第1の実施形態と異なる構成は、開放部41を有する防振部材40に穴42、43、44、45を設けることである。この構成により、防振部材40をジンバル状にしてばね定数を小さくすることができる。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention is shown in FIG. In the present embodiment, only the configuration different from the first embodiment will be described, and the same configuration will be omitted. A different configuration from the first embodiment is that holes 42, 43, 44, 45 are provided in the
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態を図5に示す。本実施の形態では、第1の実施形態と異なる構成のみを説明し、同一の構成は省略する。第1の実施形態と異なる構成は、防振部材50において開放部51の位置が振動子2における支持部5及び脚部3の先端を除いた外周面2aに対向する位置に形成されることである。すなわち、防振部材10の撓み易い方向が振動子2の長手方向(Y方向)になる。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention is shown in FIG. In the present embodiment, only the configuration different from the first embodiment will be described, and the same configuration will be omitted. The configuration different from the first embodiment is that the position of the
この構成により、振動子2は、振動子2の全体サイズに比べて全体サイズの大きな防振部材10に支持部5を固着したことにより、振動子2に対して振動を安定させる大きな支持機構を獲得できる。すなわち、外部からの変位は弾性部材20〜23により減衰できるが、振動子2の脚部3の長手方向(Y方向)に関しては更に防振部材10の変形による効果が相乗され、サスペンション機構を実現している。
With this configuration, the
尚、本実施形態では、開放部51を振動子2の左側に形成したが、振動子2の右側に形成しても同様の効果を奏する。
In the present embodiment, the
一方、振動ジャイロ1においては、駆動振動を発生させ、検出振動を検知ずる為に振動体としての振動子2には圧電体を用い、筐体30側に備えられた振動体駆動検出用の電子回路(図示せず)と振動体はこれらに必要な信号のやり取りの為に電気的な接続を行わなければならない。
On the other hand, in the vibrating
第1〜第3の実施形態で使用する音叉型振動子2は水晶から成り、非常に小さいが正確な電流を電子回路とやり取りする必要がある。また、第1〜第3の実施形態に示した構成では、振動子2は筐体30と相対的に変位するので、ここでは図示しないが、振動子2と筐体30上の電子回路との電気的な接続には機械的な変位を許容する電気的接続方法であるワイヤボンドで接続するのが好ましい。
The
尚、第1及び第3の実施形態で示した防振部材の開放部を、振動子の脚部先端に対向する位置に形成した場合と、振動子の側面に対向する位置に形成した場合とで説明したが、これらの位置以外であっても防振部材における振動子の支持部と接合されている領域を除く位置に形成しても構わない。 In addition, when the opening part of the vibration isolator shown in the first and third embodiments is formed at a position facing the tip of the leg of the vibrator, and when it is formed at a position facing the side face of the vibrator However, it may be formed at a position other than these positions, excluding the region of the vibration isolation member joined to the support portion of the vibrator.
また、第1〜第3の実施形態では、振動子と防振部材とを別部材として、振動子の脚部と支持部が防振部材から略同一高さになるようにして振動子を防振部材に近接して接合した場合を説明した。しかし、振動子の脚部と支持部とが防振部材から同一高さではなく、脚部の方が高くなるように振動子が防振部材から離れた場合であっても本発明が適用されることは言うまでもない。 In the first to third embodiments, the vibrator and the vibration isolating member are separated from each other, and the vibrator leg is fixed to the vibration isolating member so that the leg portion and the support portion are substantially at the same height from the vibration isolating member. The case where it adjoined to the vibration member was demonstrated. However, the present invention is applied even when the vibrator is separated from the vibration isolating member so that the leg portion and the support portion of the vibrator are not at the same height from the vibration isolating member and the leg portion is higher. Needless to say.
1 振動ジャイロ
2 振動子
2a 外周面
3 脚部
4 基部
5 支持部
10、40、50 防振部材
10a 内周面
11、41、51 開放部
42、43、44、45 穴
20、21、22、23 弾性部材
30 筐体
31 取り付け面
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記防振部材は、少なくとも一部に開放部を有すると共にばね性を備えた枠状に形成され、かつ、弾性部材を介して筐体に固着されており、
前記開放部は、前記防振部材における前記支持部と接合されている領域を除く位置に形成されていることを特徴とする振動ジャイロ。 A vibrator having a plurality of legs, a base, and a support section, a housing for housing the vibrator, and preventing unnecessary vibration from being transmitted to the vibrator, and a joint bonded to the support section. A vibrating gyroscope having a vibrating member,
The vibration-proof member is formed in a frame shape having an open portion at least in part and having spring properties, and is fixed to the housing via an elastic member ,
The opening portion is formed at a position excluding an area where the vibration isolating member is joined to the support portion .
置に前記弾性部材を配置したことを特徴とする請求項6に記載の振動ジャイロ。 The vibration isolator according to claim 6 , wherein the vibration isolating member is formed in a substantially rectangular shape having four corners, and the elastic member is disposed at the positions of the four corners.
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