JPH0530721U - 圧電振動ジヤイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 屈曲振動に与える影響が少なく，圧電振動ジ
ャイロの特性に与える影響の少ない圧電振動ジャイロを
提供すること。また，支持枠に外部接続用端子が一体に
形成された小型の圧電振動ジャイロを提供すること。 【構成】 柱状圧電振動子の屈曲振動モードを利用した
圧電振動ジャイロにおいて，前記柱状圧電振動子の屈曲
振動の節点の位置を軟弾性体からなる支持具３０で支持
した。また，支持具３０を固定するための絶縁体からな
る支持枠３１に前記柱状圧電振動子の入力端子および出
力端子の接続端子３２，３３，３４，３５を形成した。
この接続端子３２，３３，３４，３５の夫々を支持枠３
０の一つの面に引き出した。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は船舶や自動車等の移動体自身及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内，特に 圧電振動子の超音波振動を用いた，いわゆる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ずるという力学現象を利用したジャイロスコ ープである。互いに直交する二つの方向の励振と検出が可能であるように構成し た振動系において，一方の振動を励振した状態で，振動子自身を二つの振動面が 交わる線を中心軸として回転させると，前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。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ため，入力電圧を一定にした状態で は，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 めることが出来る。

【０００３】 図３は従来の圧電振動ジャイロの一例の構造概略図であり，正方形断面の金属 角柱１０７の隣合う面に，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１０８，１０９が接合されている。金属角柱１０７は互いに直角 な二つの方向に，ほぼ同じ共振周波数で屈曲振動が可能であり，圧電セラミック ス薄板１０８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１０８を接合した面が凹凸となる方向に屈曲振動する。この状態では 金属角柱１０７の圧電セラミックス薄板１０９には電圧が発生しないが，金属角 柱１０７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 １０７は圧電セラミックス薄板１０９を接合した面が凹凸となる方向に屈曲振動 し，圧電セラミックス１０９に回転角速度に比例した電圧が発生する。 一方，金属角柱１０７の長さ方向の一方向の端面からおよそ全長の２２．４％ の位置の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１１０，１１０′が溶接されている。さらに，他方の端面からおよそ全長の ２２．４％の位置の前記金属線が溶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１１１，１１１′が溶接され ている。これら金属線が溶接されている位置は金属角柱７の１波長屈曲共振振動 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る。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかし，図３に示した従来の支持方法によると，図４に示すように，支持線 １１０，１１０′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節点を支持しているが，このとき支持線１１１，１１１′に は屈曲の歪が発生し，矢印の方向の屈曲振動に影響を与える。一方，矢印と直角 な方向の屈曲振動に対しては支持線１１０，１１０′が同様に影響を与える。こ のような屈曲振動に与える影響を少なくするためには支持線の直径を出来るだけ 細くする必要があるが，支持線を細くすることは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，図３に示した従来の圧電振動ジャイロ においては，支持線１１０，１１０′を固定するための支持枠１１１を図５に示 すようにプリント基板１１２に固定した後に，入出力端子の接続を行い，このプ リント基板をさらに駆動・検出回路が形成された回路基板１１３と組み合わせて いるため，構造が複雑で寸法が大きくなると言う欠点を有していた。 そこで，本考案の技術的課題は，以上に示した従来の圧電振動ジャイロにおけ る欠点を除去し，屈曲振動に与える影響が少なく，圧電振動ジャイロの特性に与 える影響の少ない圧電振動ジャイロを提供することにある。 また，本考案の他の技術的課題は，支持枠に外部接続用端子が一体に形成され た小型の圧電振動ジャイロを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

本考案によれば，柱状圧電振動子の屈曲振動モードを利用した圧電振動ジャイ ロにおいて，前記柱状圧電振動子の屈曲振動の節点の位置を軟弾性体で支持し， 前記軟弾性体を固定するための絶縁体からなる支持枠に前記柱状圧電振動子の入 力端子および出力端子の接続端子を形成し，前記接続端子の夫々を前記支持枠の 一つの面に引き出したことを特徴とする圧電振動ジャイロが得られる。

【０００６】

【実施例】

以下，本考案の実施例について図面を用いて説明する。 図１は本考案の実施例に係る圧電振動ジャイロを用いられる圧電振動子を示す 示す斜視図である。図１において，圧電セラミックス円柱２０の外周面上には， 円周を等分する位置に長さ方向と平行な帯状電極２１，２１，・・が形成されて いる。帯状電極２１，２１，・・は曲面スクリーン印刷で直接形成するか，ある いはメッキ等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。図１に示した圧電セラミックス円柱２０は前記 帯状電極２１，２１，・・を用いて分極処理を行った後，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励振した状態で，圧電セラミックス円柱２０を円柱の軸 を回転軸として回転させると，振動方向と直角な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。

【０００７】 図２は本考案の実施例に係る圧電振動ジャイロの構造を示す斜視図である。図 ２において，支持具３０はシリコンゴムやスポンジ等の軟弾性体からなる帯状リ ングであり，前記圧電セラミックス円柱２０の振動の節点（節線）の部分２箇所 を周回するように装着されて接着されており，支持具３０の外周は硬い支持枠 ３１で固定されている。 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 れたりしないように固定する必要がある。 図２で示した本考案の実施例に係る圧電振動ジャイロの支持具３０は，前述し たように帯状の軟弾性体から形成されているため振動子特性に与える影響は小さ い。さらに，その外周を硬い支持枠３１で補強しているため，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に支持することが出来る。 また，本考案の実施例に係る圧電振動ジャイロにおいては，支持枠３１に，前 記圧電振動子の入・出力端子からのリード線を接続するための接続端子３２， ３３，３４，３５が一体に形成され，しかも，これらの接続端子３２，３３， ３４，３５は，前記支持枠３１の一方の面に引き出されて外部接続端子を構成し ている。このように支持枠３１に接続端子および外部接続端子が形成されている ため，駆動・検出回路が形成されているプリント基板に，直接前記支持枠を半田 付けすることもできる。 以上の実施例において，柱状圧電振動子の例として圧電振動セラミックス円柱 の場合について行ったが，図３に示したように，金属角柱に圧電セラミックス薄 板を接合した構造の柱状圧電振動子を用いても同様の効果が得られることは言う までも無いことである。

【０００８】

【考案の効果】

以上説明したように，本考案によれば，支持による振動特性の劣化が少なく， 互いに直角な二つの方向の屈曲振動に与える影響が少なく，圧電振動ジャイロの 特性に与える影響の少ない圧電振動ジャイロを提供することができる。 更に，本考案によれば，支持枠に接続端子および外部接続端子が形成されてい るため，駆動・検出回路が形成されているプリント基板に直接前記支持枠を半田 付けすることが可能となり，小型の圧電振動ジャイロを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例に係る圧電振動ジャイロに用い
られる圧電振動子を示す斜視図である。

【図２】本考案の実施例に係る圧電振動ジャイロの構造
を示す斜視図である。

【図３】従来の圧電振動ジャイロの一例の構造概略図で
ある。

【図４】従来の圧電振動ジャイロ支持方法の一例を示す
説明図である。

【図５】従来の圧電振動ジャイロ駆動・検出回路を含め
た一構造例を示す図である。

【符号の説明】

２０ 圧電セラミックス円柱 ２１ 帯状電極 ３０ 体支持具 ３１ 支持枠 ３２，３３，３４，３５ 接続端子 ３２′，３３′，３４′，３５′ 外部接続端子 １０７ 金属角柱 １０８，１０９ 圧電セラミックス薄板 １１０，１１０′，１１１，１１１′ 支持部（金属
支持線、支持枠） １１２ プリント基板 １１３ 回路基板

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 柱状圧電振動子の屈曲振動モードを利用
   した圧電振動ジャイロにおいて，前記柱状圧電振動子の
   屈曲振動の節点の位置を軟弾性体で支持し，前記軟弾性
   体を固定するための絶縁体からなる支持枠に前記柱状圧
   電振動子の入力端子および出力端子の接続端子を形成
   し，前記接続端子の夫々を前記支持枠の一つの面に引き
   出したことを特徴とする圧電振動ジャイロ。