JPH08145688A

JPH08145688A - 振動ジャイロ

Info

Publication number: JPH08145688A
Application number: JP6289748A
Authority: JP
Inventors: Tasuku Masuo; 翼増尾; Hiroshi Kitagawa; 博司北川
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-11-24
Filing date: 1994-11-24
Publication date: 1996-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】振動子からの振動の漏洩を防止し、且つ振動を
妨げない振動吸収効果を維持しつつ、外部からの過剰衝
撃による変形を防止できる支持構造を備える振動ジャイ
ロを提供する。【構成】側面に圧電素子３ａ，３ｂ，３ｃを設けた柱状
の振動子２と、振動子２のノード点付近を支持する支持
部材４とを有する振動ジャイロ１であって、支持部材４
は、略枠状の内部支持体５と、内部支持体５の一部を包
囲する外部支持体６と、内部支持体５と外部支持体６を
連結する２つの連結部７，７と、外部支持体６に設けら
れた脚部８，８と、連結部７，７間を分断する分断部９
とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は振動ジャイロに関し、特
に例えば、回転角速度を検知することにより移動体の位
置を検出し、適切な誘導を行うナビゲーションシステ
ム、または外的振動を検知し、適切な制振を行う手振れ
防止装置などの除振システムなどに応用できる振動ジャ
イロに関する。

【０００２】

【従来の技術】図３（Ａ）はこの発明の背景となる従来
の振動ジャイロの一例を示す斜視図であり、図３（Ｂ）
はその正面図である。振動ジャイロ２１は、振動子２２
を含む。振動子２２は、例えばエリンバなどの恒弾性金
属からなり、略正三角柱状に形成される。振動子２２の
３つの側面には、それぞれ圧電素子２３ａ，２３ｂ，２
３ｃが形成される。圧電素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃ
は、例えば圧電セラミックの両面に電極を形成したもの
である。そして、この圧電素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃ
が、振動子２２の側面に接着され、このうち２つの圧電
素子２３ａ，２３ｂが、駆動用及び出力信号検出用とし
て用いられる。また、他の圧電素子２３ｃは、帰還用と
して用いられる。

【０００３】振動子２２は、そのノード点付近の稜線部
分で支持部材２４，２４に支持される。支持部材２４
は、タングステン等からなる高い弾性率を有する細い線
材を、略コ字状に形成したものである。支持部材２４
は、保持基板２５に固定される。

【０００４】この振動ジャイロ２１では、圧電素子２３
ａ，２３ｂとの圧電素子２３ｃとの間に、自励振動する
ための帰還ループとして発振回路などが接続される。そ
して、発振回路からの駆動信号によって、振動子２２は
圧電素子２３ｃの形成面と主に垂直に屈曲振動を生じ
る。この状態で、振動子２２の軸を中心として回転する
と、コリオリ力によって、振動子２２の振動方向が変わ
り、圧電素子２３ａ，２３ｂ間に出力差が生じる。その
出力差を測定することによって、回転角速度を検知する
ことができる。

【０００５】ここで、支持部材２４を高い弾性率を有す
る細い線材から形成しているのは、振動子２２の振動を
保持基板２５に漏洩させず、また振動子の振動を妨げな
い振動吸収効果を得るためである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の振動ジャイロ２１では、外部から過剰衝撃を受け
た場合、支持部材２４が細い線材からなるため変形して
しまうことがあり、その結果、所定の振動が得られなく
なり、特性の劣化や誤検知などを生じる恐れがあった。

【０００７】それゆえ、本発明の主たる目的は、従来の
振動子の支持構造と変わらない振動吸収効果を維持しつ
つ、外部からの過剰衝撃による変形を防止できる支持構
造をを備える振動ジャイロを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、柱状の振動子と、該振動子の側面に設
けられた駆動手段及び検出手段と、前記振動子のノード
点付近を支持する支持部材とを有する振動ジャイロであ
って、前記支持部材は、略枠状の内部支持体と、該内部
支持体の外側周縁部の一部を包囲する外部支持体と、前
記内部支持体の外側周縁部と前記外部支持体の内側周縁
部とを連結する少なくとも２つの連結部と、前記外部支
持体の外側周縁部に設けられた脚部とを板材によって一
体成型してなり、前記連結部は前記内部支持体の内側周
縁部に接合された振動子のノード点付近の断面の重心を
通り、且つ前記振動子の屈曲振動方向に垂直である直線
上に位置し、前記外部支持体は、前記連結部間で分断さ
れることを特徴とする。

【０００９】

【作用】上記の構成によれば、支持部材が板材によって
一体成型されることにより、外部からの過剰衝撃による
変形を防止することができる。また、内部支持体と外部
支持体との連結部が、振動子のノード点付近の断面の重
心を通り、且つ振動子の屈曲振動方向に垂直である直線
上に位置することにより、内部支持体から連結部を介し
て外部支持体に伝わる振動子の振動を最小にすることが
できる。さらに、各々の連結部から外部支持体に伝わっ
た振動を外部支持体の撓み振動として吸収できる。そし
て、外部支持体が連結部間で分断されることにより、こ
れら各々の連結部から発生した撓み振動が互いに干渉す
ることを防げる。

【００１０】

【実施例】図１（Ａ）は本発明の一実施例を示す振動ジ
ャイロの斜視図であり、図１（Ｂ）はその正面図であ
る。振動ジャイロ１は、振動子２を含む。振動子２は、
例えばエリンバ等の恒弾性金属、或いは石英、ガラス、
水晶、セラミック等の一般に機械的振動を生じる材料か
らなり、略正三角柱状に形成される。

【００１１】振動子２の３つの側面には、それぞれ圧電
素子３ａ，３ｂ，３ｃが形成される。圧電素子３ａ，３
ｂ，３ｃは、例えば圧電セラミックの両面に電極を形成
してなり、これら電極の一方が振動子２の側面に接着剤
などで接着される。このうち圧電素子３ａ，３ｂが、駆
動用及び出力信号検出用として用いられ、圧電素子３ｃ
が、帰還用として用いられる。そして、圧電素子３ａ，
３ｂと、圧電素子３ｃとの間に、自励振駆動するための
帰還ループとして発振回路（図示せず）などが接続され
る。

【００１２】また、振動子２は、支持部材４，４によっ
て支持される。支持部材４は、略ロ字形の枠状の内部支
持体５と、内部支持体５の外側周縁部を両方の側辺の中
央付近から下側にかけて包囲するように形成された略コ
字状の外部支持体６と、内部支持体５の外側周縁部の両
方の側辺の中央付近と外部支持体６の内側周縁部を連結
する略帯状の連結部７，７と、外部支持体６の外側周縁
部の下辺に一定の間隔を隔てて設けられた脚部８，８
と、外部支持体６の脚部８，８間の中央を一定の幅で分
断した分断部９とによって構成され、Ｆｅ−Ｎｉ合金、
恒弾性綱等の板材を例えばエッチングすることによって
一体に成型されている。そして、振動子２のノード点付
近の稜線部分を、スポット溶接、レーザ溶接、半田付
け、銀ロウ付け等によって内部支持体５の内側周縁部の
上辺の中央部に接合することにより、連結部７，７は、
振動子２のノード点付近の断面の重心２Ｇを通り、且つ
前記振動子２の屈曲振動方向に垂直である直線上に配置
される。さらに、支持持部材４の外部支持体６の脚部
８，８の端部を、ガラスエポキシ材、金属材、アルミナ
等のセラミック材、或いはガラス材等からなる保持基板
１０に半田付け等により固定する。ここで、支持部材４
の板材の厚みは、０．１〜１ｍｍ程度が望ましく、内部
支持体５及び外部支持体６の幅は、板材の厚みよりも十
分大きくすることが望ましい。

【００１３】なお、上述の実施例では、支持部材４の内
部支持体５の形状を略ロ字形の枠状としたが、台形や楕
円形等の枠状でもよく、その場合、外部支持体６に内部
支持体５の形状に応じた形状に変更される。また、支持
部材４は、圧電素子３ａ，３ｂ，３ｃと発振回路を結ぶ
配線の通路としても使用することができる。

【００１４】このような振動ジャイロ１では、発振回路
からの駆動信号によって、振動子２が圧電素子３ｃの形
成面に垂直な方向に屈曲振動する。この状態で、振動子
２の軸を中心に回転すると、コリオリ力によって、振動
子２の振動方向が変わり、圧電素子３ａ，３ｂ間に出力
差が生じる。その出力差を測定することによって、回転
角速度を検知することができる。

【００１５】また、本実施例の振動ジャイロ１では、支
持部材４が板材を一体成型してなるため、１ｍ落下によ
る耐衝撃試験を行っても、支持部材４の変形は認められ
ず、従来に比べ、各段に支持構造が強固になった。

【００１６】次に、本実施例の振動ジャイロ１におい
て、振動子２の振動を妨げず、保持基板１０への振動の
漏洩を防止する動作について説明する。

【００１７】３次元座標軸のＸ軸を振動子２の圧電素子
３ｃを含む側面と垂直方向にとり、Ｙ軸を振動子２の圧
電素子３ｃを含む側面と水平方向にとり、Ｚ軸を振動子
２の軸方向にとる。そして、振動子２の屈曲振動を、Ｘ
軸方向の屈曲振動（以下、Ｆｘモードと呼ぶ）と、Ｙ軸
方向の屈曲振動（以下、Ｆｙモードと呼ぶ）に分解して
考える。

【００１８】まず、連結部７，７が、振動子２のノード
点付近の断面の重心２Ｇを通り、且つ前記振動子２の屈
曲振動方向に垂直である直線上に位置することにより、
内部支持体５から連結部７，７を介して外部支持体６に
伝わる振動子２のＦｘモード及びＦｙモードの振動を最
小にする。

【００１９】Ｆｘモードの振動に対しては、支持部材４
はＸ軸方向の並進運動エネルギーと、連結部７，７を通
るＹ軸まわりの回転運動エネルギーとを受ける。Ｘ軸方
向の並進運動エネルギーによる支持部材４の振動は、連
結部７，７に収束し、外部支持体６の撓み振動として吸
収される。Ｙ軸まわりの回転運動エネルギーによる支持
部材４の振動も、連結部７，７で節をつくり、外部支持
体６の撓み振動として吸収される。

【００２０】一方、Ｆｙモードの振動に対しては、支持
部材４はＹ軸方向の並進運動エネルギーと、支持部材４
と振動子２の接合点１１を通るＸ軸まわりの回転運動エ
ネルギーとを受ける。Ｙ軸方向の並進運動エネルギーに
よる支持部材４の振動は、連結部７，７に収束し、外部
支持体６の撓み振動として吸収される。Ｘ軸まわりの回
転運動エネルギーによる支持部材４の振動も、接合点１
１で節をつくり、連結部７，７に収束し、外部支持体６
の撓み振動として吸収される。

【００２１】また、外部支持体６の撓み振動は、振動子
２のＦｘモード及びＦｙモードの振動が連結部７，７を
介して伝わることで左右から発生するが、外部支持体６
を途中分断する分断部９によって、これら左右からの撓
み振動が互いに干渉することが防がれる。

【００２２】このように、振動子２のＦｘモード及びＦ
ｙモードの振動を外部支持体６の撓み振動として吸収す
ることにより、振動子２の振動を妨げず、保持基板１０
への振動の漏洩が非常に小さい振動吸収効果を得ること
ができる。

【００２３】次に、支持部材４の振動吸収効果を確認す
るために、振動子２のＦｘモード及びＦｙモードの振動
の機械的品質係数（以下、Ｑｍと呼ぶ）を測定した実験
結果を示す。

【００２４】今回の実験では、図２で示すように、内部
支持体５の寸法が縦Ｌ１＝６．５ｍｍ、横Ｗ１＝６．０
ｍｍ、幅Ｂ１＝１．０ｍｍであり、外部支持体６の寸法
が縦Ｌ２＝５．５ｍｍ、横Ｗ２＝９．５ｍｍ、幅Ｂ２＝
１．０ｍｍであり、全体の厚みが０．２ｍｍである支持
部材４を使用した。

【００２５】そして、条件１では、外部支持体６の下辺
の中央部を幅０．２ｍｍで分断した。条件２では、外部
支持体６の下辺の中央部を幅０．４ｍｍで分断した。条
件３では、内部支持体５の下辺の中央部を幅０．２ｍｍ
で分断した。条件４では、内部支持体５と外部支持体６
のどちらも分断しなかった。

【００２６】条件１乃至４において、振動子２のＦｘモ
ード及びＦｙモードの振動のＱｍを測定した結果と、比
較例として従来の線材を用いた支持構造による振動子の
Ｆｘモード及びＦｙモードの振動のＱｍを表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１に示したように、今回の実験に使用し
た支持部材４においては、外部支持体６を幅０．２ｍｍ
で分断した条件１で、Ｆｘモード及びＦｙモードの振動
のＱｍが共に従来の線材を用いた支持構造と変わらない
良好な値を示した。特に、Ｆｘモードの振動のＱｍにつ
いては、外部支持体６を分断しなかった条件４との比較
からわかるように、外部支持体６を分断することによ
り、良好な振動吸収効果を得ている。ただし、条件２の
ように、外部支持体６を分断する幅を０．４ｍｍまで拡
げると、Ｆｘモード及びＦｙモードの振動のＱｍが従来
よりも逆に低下し、十分な振動吸収効果を得ることがで
きなくなる。また、同じ分断する場合でも、条件３のよ
うに内部支持体５を分断したのでは、Ｆｘモード及びＦ
ｙモードの振動のＱｍが従来よりも大幅に低下し、振動
吸収効果を得ることができない。

【００２９】この実験から、外部支持体６の下辺の中央
部を、支持部材４の大きさに応じて一定の幅で分断する
ことにより、Ｆｘモード及びＦｙモードの振動のＱｍ
を、従来の振動ジャイロと変わらない値にできることが
確認された。また、条件１のような支持部材を使用した
支持構造で、振動子２の静止時の出力電圧の温度特性を
測定した結果、−３０℃から８５℃の範囲で２００ｍＶ
／℃以下と良好であることが確認された。これら２つの
測定結果は、条件１の支持部材４が従来と変わらずに振
動子２の振動を妨げず、保持基板１０への振動の漏洩を
防いでいることを示している。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる振
動ジャイロよれば、支持部材が板材により一体成型され
ることにより、外部からの過剰衝撃による変形を防止す
ることができる。また、内部支持体と外部支持体との連
結部が、振動子のノード点付近の断面の重心を通り、且
つ振動子の屈曲振動方向に垂直である直線上に位置する
ことにより、内部支持体から連結部を介して外部支持体
に伝わる振動を最小にすることができる。さらに、各々
の連結部から外部支持体に伝わった振動を外部支持体の
撓み振動として吸収できる。そして、外部支持体が連結
部間で分断されることにより、これら各々の連結部から
発生した撓み振動が互いに干渉することを防ぐことがで
きる。この結果、保持基板への振動の漏洩を防止し、振
動子の振動を妨げない良好な振動吸収効果を得られ、耐
振性・耐衝撃性に優れた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】（Ａ）は本発明の実施例における振動ジャイロ
を示す斜視図であり、（Ｂ）はその正面図である。

【図２】図１の振動ジャイロの支持部材を示す平面図で
ある。

【図３】（Ａ）は従来の振動ジャイロを示す斜視図であ
り、（Ｂ）はその正面図である。

【符号の説明】

１振動ジャイロ２振動子２Ｇ重心３ａ圧電素子３ｂ圧電素子３ｃ圧電素子４支持部材５内部支持体６外部支持体７連結部８脚部９分断部１０保持基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】柱状の振動子と、該振動子の側面に設けら
れた駆動手段及び検出手段と、前記振動子のノード点付
近を支持する支持部材とを有する振動ジャイロであっ
て、前記支持部材は、略枠状の内部支持体と、該内部支持体
の外側周縁部の一部を包囲する外部支持体と、前記内部
支持体の外側周縁部と前記外部支持体の内側周縁部とを
連結する少なくとも２つの連結部と、前記外部支持体の
外側周縁部に設けられた脚部とを板材によって一体成型
してなり、前記連結部は前記内部支持体の内側周縁部に接合された
振動子のノード点付近の断面の重心を通り、且つ前記振
動子の屈曲振動方向に垂直である直線上に位置すること
を特徴とする振動ジャイロ。
【請求項２】前記支持部材の外部支持体は、前記連結部
間で分断されることを特徴とする請求項１記載の振動ジ
ャイロ。