JPH04127512U - 圧電振動子ジヤイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧電振動子ジャイロにおいて横方向の屈曲振
動に与える振動子支持構造の影響の低減。 【構成】 入出力端子２１を具えた圧電振動子２０と、
この圧電振動子を収容し内面上一波長屈曲共振モードの
振動の位置２個所と内端の一部とに微小突起３１〜３４
を具えた軟弾性体からなる円筒状支持具３０と、この支
持具を収容し端部内面に微小突起を具えた円筒状外ケー
ス４０とからなる圧電振動子ジャイロ。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は圧電振動子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子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。

【０００２】

【従来の技術】

圧電振動子ジャイロは、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。圧電振動子を回転させると、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。

【０００３】 図８に示すのは、従来のこのような圧電振動子ジャイロの一例である。圧電振 動子である金属製角柱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。この状態で角柱７を矢印Ｚで示すように長さ 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角柱７の支持は従来 一般にＹおよびＸ方向に行なわれる。すなわち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、１０’がＹ方向を指向して熔接されている。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Ｘ方向を指向して熔接されている。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、支持には細い金属線を用いてい るのである。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

図８に示すような従来の支持方法によると、図９に示すように支持線１０、１ ０’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１１、１１’はほぼ理想的に振動の接点を支 持していることになるが、このとき支持線１０、１０’には屈曲の歪みが発生し 、矢印と直交方向の屈曲振動に悪い影響を与えることになる。屈曲振動に与える 影響をすくなくす屡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。 さらに、この考案では、圧電セラミックス円柱、角柱またはパイプ単体などを 用いており、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。 そこで、本考案の技術的課題は、上記欠点に鑑み、圧電振動子ジャイロにおい て横方向（長さ方向と直交する方向）の屈曲振動に与える振動子支持構造の影響 を低減する圧電振動子ジャイロを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案の圧電振動子ジャイロは、入出力端子を具えた圧電振動子と、この圧電 振動子を収容し内面上一波長屈曲共振モードの振動の位置２個所と内端の一部と に微小突起を具えた軟弾性体からなる円筒状支持具と、この支持具を収容し端部 内面に微小突起を具えた円筒状外ケースとからなることを要旨とする。

【０００７】

【作用】

圧電振動子を支持具に収容すると、支持具内面上の微小突起が圧電振動子を浮 遊状に支持する。支持具は外ケースの内面微小突起により外ケース内に固定収容 される。

【０００８】

【実施例】

次に、本考案の実施例を図面を参照して説明する。 図１に示すのは、この実施例において共通に用いる圧電振動子の一例である。 すなわち、圧電セラミックス円柱２０の外周面上には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。

【０００９】 この圧電セラミックス円柱２０により構成される圧電振動子は、前記の帯状電 極２１を介して分極処理を施した後、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 （図８の矢印Ｚと同様に）、振動方向と直交する方向にコリオリ力を発生し、駆 動用の帯状電極とは別の帯状電極に回転角速度に比例した電圧が発生する。

【００１０】 図２に示すのは、この考案の第１の実施例における支持具３０である。この支 持具３０は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。この円 柱の内周面上には一波長屈曲共振モードの振動の位置の２個所に微小突起３１、 ３２が形成されるとともに、両端の一部にも微小突起３３、３４が形成されてい る。

【００１１】 図３に示すのは、この考案の第１の実施例の圧電振動子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の圧電振動子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 ４０に収容されている。この外ケース４０の内面上一端部には支持具３０の対応 する端部に接触する微小突起（図示せず）が形成されている。

【００１２】 上記のような第１の実施例よった場合、軟弾性体で形成された支持具３０内に 圧電セラミックス円柱からなる圧電振動子２０が収容されているので、２つの直 交する方向の屈曲振動に与える支持構造の影響も少なく、それぞれの影響の度合 いもほぼ等しくなる。また支持具３０の軟弾性体により圧電振動子２０の両端が 支持されているので、振動方向または振動方向と直交する方向からの外的影響も 少ないのである。

【００１３】 図４、５に示すのはこの考案の第２の実施例である。なお圧電振動子２０とし ては図１に示すものを用いてある。内面上図２に示す支持具３０と同様な位置に は同様に微小突起３１〜３４が形成されている。また開放端から少なくともこれ に近い方の節点に亘って複数個のスリット３５が互いに平行に形成され、これら のスリット３５を経てリード線３６が引き出されている。その他の構造は図２、 ３に示すものと実質的に同一である。

【００１４】 図６、７に示すのはこの考案の第３の実施例である。なお圧電振動子２０とし ては図１に示すものを用いてある。内面上図２に示す支持具３０と同様な位置に は同様に微小突起３１〜３４が形成されている。ただしこの実施例では支持具３ ０が互いに組み合わされた２個の半割り円筒体３０ａ、３０ｂから構成されてい る。その他の構造は図２、３に示すものと実質的に同一である。

【００１５】 なお以上の例では圧電振動子として圧電セラミックス円柱を用いたが、圧電セ ラミックス角柱やパイプで圧電振動子を構成したものについても、この考案は同 様に応用できるものである。

【００１６】

【考案の効果】

この考案によれば、直交する方向の屈曲振動に与える影響が少なく、しかも影 響を与える度合いが振動方向について対称的であり、圧電振動子ジャイロの特性 に与える影響が少なくて信頼性が大幅に向上する。また組立が容易であり、小型 化も可能で実用性に富んでいる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の圧電振動子ジャイロにおいて用いる
圧電振動子を示す斜視図である。

【図２】この考案の第１の実施例の支持具を示す一部切
除斜視図である。

【図３】第１の実施例の組立状態を示す一部切除斜視図
である。

【図４】この考案の第２の実施例の支持具を示す一部切
除斜視図である。

【図５】第２の実施例の組立状態を示す一部切除斜視図
である。

【図６】この考案の第３の実施例の支持具を示す一部切
除斜視図である。

【図７】第３の実施例の組立状態を示す一部切除斜視図
である。

【図８】従来の圧電振動子ジャイロにおける圧電振動子
支持構造を示す斜視図である。

【図９】従来の圧電振動子ジャイロの屈曲振動状態を示
す側面図図である。

【符号の説明】

２０ 圧電振動子 ３０ 支持具 ３１〜３４ 微小突起 ３５ スリット ４０ 外ケース

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】入出力端子（２１）を具えた圧電振動子
   （２０）と、この圧電振動子を収容し内面上一波長屈曲
   共振モードの振動の位置２個所と内端の一部とに微小突
   起（３１〜３４）を具えた軟弾性体からなる円筒状支持
   具（３０）と、この支持具を収容し端部内面に微小突起
   を具えた円筒状外ケース（４０）とからなることを特徴
   とする圧電振動子ジャイロ。
2. 【請求項２】支持具（３０）の開放端から少なくとも近
   くの節点まで複数個のスリットが形成され、これらのス
   リットを経てリード線が引き出されていることを特徴と
   する請求項１に記載の圧電振動子ジャイロ。
3. 【請求項３】支持具（３０）が２個の互いに組み合わさ
   れた半割り円筒体（３０ａ、３０ｂ）から形成されてい
   ることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子ジャイ
   ロ。