JPH09145379A - 振動子の支持構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】振動子の各方向の屈曲振動振幅を増大させ、振
動姿勢を安定させる。 【解決手段】三次元座標系のＺ軸方向に延在し、Ｙ軸方
向に屈曲振動されてＸ軸方向にコリオリの力を発生する
円柱状の振動子１を、それの節点と対応する位置で、Ｙ
Ｚ平面およびＸＺ平面のいずれとも平行とならない面内
に配設した緩衝材２を介して支持脚５に連結する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、振動ジャイロそ
の他として用いることができる振動子の支持構造の改良
に関するものであり、振動子の屈曲振動に対する拘束力
を十分小ならしめて、それの屈曲振動姿勢を安定させる
ものである。

【０００２】

【従来の技術】三次元直交座標系のＺ軸方向に延在し
て、Ｙ軸方向に屈曲振動され、Ｘ軸方向にコリオリの力
の発生する柱状の振動子の従来の支持構造としては、図
８（ａ）に斜視図で例示するものがある。これは、恒弾
性合金その他からなる振動子２１を、それの二つのそれ
ぞれの節点と対応する位置もしくはそれらの近傍位置に
配設されて、振動子２１の全周にわたってそれに接合し
た筒状の緩衝材２２を介してそれぞれの支持脚２３に連
結したものであり、ここで、両支持脚２３は、ウェブ２
４の両端に、そこから直立させて一体形成されて、ウェ
ブ２４とともにほぼコ字状をなす。このような支持構造
の下で、圧電手段、電磁手段等の作用に基づく振動子２
１のＹ軸方向の屈曲振動に際し、多くは、クロロプレン
ゴム，ブチルゴム，シリコーンゴム等にて構成される緩
衝材２２は、振動子２１を直接に支持するとともに、そ
の屈曲振動を支持脚２３に対して絶縁して、両支持脚２
３への振動の伝達を阻止すべく機能する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来技術にあっては、振動子２１のＹ軸方向の屈曲振動
に当たり、その振動子２１の、Ｙ軸方向の側面に接合さ
せた緩衝材部分が、図８(b) にＹＺ平面での断面図で例
示するように、振動子２１の節点と対応する位置Ｓを境
にして、Ｚ軸方向の内側と外側とで、互いに逆方向に向
く圧縮および引張変形を同時に繰り返し受けることにな
るため、その部分では、位置Ｓの一方側での振動子２１
の振動変位が、位置Ｓの他方側に存在する緩衝材部分に
よって制限されることになり、その結果として、緩衝材
２２による、振動子２１の屈曲振動の拘束、抑制等が行
われ、振動子２１の屈曲振動姿勢が不安定にされてい
た。

【０００４】そしてこのことは、振動子２１が、コリオ
リの力の発生によってＸ軸方向にも屈曲振動する場合に
おいてもほぼ同様であり、この場合には、Ｘ軸方向で振
動子２１の側面に接合された緩衝材部分が、それのＸ軸
方向の振動を拘束し、抑制し、ひいては、角速度の検出
感度の低下をもたらすことになる。

【０００５】この発明は、従来技術の有するこのような
問題点を解決することを課題として検討した結果なされ
たものであり、この発明の目的は、振動子の、自励屈曲
振動および、コリオリの力の発生による屈曲振動のいず
れに対しても拘束力を有効に低減させて、振動振幅を増
大させるとともに、振動姿勢を安定させ、また、角速度
の検出感度を高めることができる振動子の支持構造を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の、振動子の支
持構造は、ＸＹＺ三次元座標系のＺ軸方向に延在し、Ｙ
軸方向に屈曲振動されてＸ軸方向にコリオリの力を発生
する、円柱状、楕円柱状、角柱状、異形柱状等の柱状を
なす振動子を、それの節点と対応する位置で、ＹＺ平面
およびＸＺ平面のいずれとも平行とならない面内に配設
した緩衝材を介して支持脚に連結したものであり、ここ
では、振動子のそれぞれの振動方向には存在しない緩衝
材が、振動子の各方向の振動に際し、主には、それの節
点と対応する位置の周りでの捩り変形を受けることにな
り、節点と対応する位置の、Ｚ軸方向の内外側での、前
述したような相互に逆向きの圧縮および引張変形は、そ
の緩衝材にはほとんど発生しない。

【０００７】すなわち、図１(a) に例示するように、Ｙ
軸およびＸ軸のいずれにも交差しない位置に存在する緩
衝材１１は、振動子の、例えばＹ軸方向への屈曲振動に
際し、振動子の節点と対応する位置Ｓの周り、より正確
には、その位置Ｓを通るラジアル線分の周りで、振動子
の屈曲振動方向に共連れされる向きの捩り力を受け、こ
れによりその緩衝材11は、図１(b) に、図１(a) のｂ−
ｂ矢視図を模式的に示すように、内外周面が実質的に相
互の平行姿勢を保ったままの状態で、振動振幅に応じた
捩れ変形を行うことになる。ここで、このような捩れ変
形は、位置Ｓに対するＺ軸方向の内側および外側のそれ
ぞれの側においてもともと同方向に生じ、緩衝材内に、
その捩れ変形を妨げる方向の変形が生じることはない。

【０００８】従ってここでは、ＹＺ平面およびＸＺ平面
のいずれとも平行とならない面内に配設した緩衝材は、
振動子のＹ軸方向の屈曲振動を、本来的に変形抵抗の大
きい圧縮および引張変形によらず、かつ、位置Ｓの一方
側の変形を他方側で制限するような変形態様を生じるこ
となく、主として、変形抵抗の小さい捩れ変形をもって
吸収するので、その屈曲振動に対する拘束力は、従来技
術に比してはるかに低下し、屈曲振動の振動振幅が増大
するとともに、振動姿勢を安定させることができる。そ
してこれらのことは、コリオリの力の発生による、振動
子のＸ軸方向への屈曲振動についても同様であり、その
屈曲振動に対する拘束力を低減させて、角速度の検出感
度を高めることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。図２は、この発明の一の実施形
態を示す斜視図であり、図中１は、Ｚ軸方向へ延在し、
横断面形状が円形をなす、恒弾性合金製、セラミックス
製などとすることができる柱状の振動子を示す。ここ
で、このような振動子１の側面には、それのそれぞれの
節点と対応する位置で、各四個の緩衝材２を周方向に９
０度の間隔をおいて接合させ、隣接緩衝材相互間の隙間
をＹ軸方向およびＸ軸方向に位置させる。これにより、
各緩衝材２は、ＹＺ平面およびＸＺ平面のいずれとも平
行にならない面内に位置することになる。

【００１０】ところで、この例では、四個で一組をなす
それぞれの緩衝材２の取扱いを容易ならしめるべく、そ
れらの緩衝材２を外周縁部分にて相互連結して、緩衝材
組を環状形状としているが、かかる相互連結を、図３に
示すように、それぞれの緩衝材２の内周縁部にて行うこ
とも可能である。なお、ここにおいて、緩衝材２の構成
材料としては、クロロプレンゴム，ブチルゴム，シリコ
ーンゴム等の高分子材料の他、制振合金等の金属材料を
選択することもできる。

【００１１】このようにして緩衝材２を取付けた振動子
１を、平坦な基板３に固定もしくは固着した台座４の支
持脚５に、その緩衝材２を介して連結する。この連結
は、緩衝材２の外周面を、それの若干の縮径変形下で、
もしくは原形状を維持したままで、支持脚５に設けた緩
衝材収容面に接着させること、あるいは支持脚５との一
体成型等によって行うことができる。またここでは、そ
れぞれの支持脚５を、台座４の本体部分の両端から直立
させて一体形成しており、その台座４の、基板３への連
結は、それら両者を直接的に接着，溶接等することもし
くは、それらの両者間に、外部振動の伝達を遮断する防
振材を介在させることにより行っている。

【００１２】振動子１の以上のような支持構造によれ
ば、それぞれの緩衝材２は、ＹＺ平面およびＸＺ平面の
いずれとも平行にならない面内で、振動子１のＹ軸方向
の屈曲振動および、コリオリの力によるＸ軸方向の屈曲
振動のそれぞれに対し、前述したように、大きな捩れ変
形をもって追従するので、振動子１の各方向屈曲振動
の、支持脚５への伝達を有効に阻止し得ることはもちろ
ん、屈曲振動に対する拘束を十分小ならしめて、振動振
幅の増大、振動姿勢の安定化をもたらし、併せて、角速
度の検出感度を高めることができる。なお、図２，３に
示す実施形態では、台座４を基板３の上面に取付けてい
るも、その取付位置を、基板３の側面または下面とする
こともできる。

【００１３】図４は、図１に示す実施形態において、台
座４の本体部分を省いて、それぞれの支持脚５を基板３
に直接に連結したものに相当し、この実施形態によれ
ば、それぞれの支持脚５の固有の振動に対する相互干渉
を低減し、各支持脚５、ひいては振動子１の振動に対す
る拘束を一層小ならしめることができる。

【００１４】図５は、他の実施形態を示す図であり、こ
れは、振動子１の横断面形状を四角形とするとともに、
振動子１のそれぞれの節点と対応する位置で、その振動
子１を、相互に隣接する二側面に接合させたそれぞれの
緩衝材２を介してそれぞれの支持脚５に連結して、四角
形横断面の一方の対角線方向をＹ軸方向に、そして他方
の対角線方向をＸ軸方向にそれぞれ向けたものである。
なおここでは、図５(b) に要部を正面図で示すところか
ら明らかなように、振動子１の各稜線部分は、緩衝材２
および支持脚５のいずれに対しても完全に自由なものと
し、また、各稜線部分は、振動子１の屈曲振動に際して
も、支持脚５の上端部分に切欠形成した、ほぼＶ字状の
緩衝材収容面５ａには接触しないものとする。

【００１５】この実施形態においてもまた、振動子１の
Ｙ軸方向の屈曲振動に対しては、そのＹ軸方向の稜線部
分に緩衝材が存在しないが故に、振動拘束力が小さくな
って、振動振幅を有効に増大させることができる。そし
てこのことは、振動子１にＺ軸周りの角速度が与えられ
ることによって、それの屈曲振動の周期と対応してＸ軸
方向にコリオリの力が交番的に作用して、その振動子１
がＸ軸方向にも屈曲振動する場合にもまた同様であり、
そのＸ軸方向の稜線部分が、支持脚５に連結されていな
いことにより、大きな振幅で屈曲振動することができ
る。

【００１６】なお、ここにおいてもまた、図２、３に示
すところと同様に、振動子１に外接するまたは緩衝材収
容面５ａに内接する連結部によって、両緩衝材２を相互
連結することもできる。そしてさらには、振動子１の、
支持脚５への連結は、振動子１の上側の二側面にて連結
することの他、任意の三側面をもって行うこと、また
は、全ての側面にて行うことも可能であり、これらのい
ずれの場合にあっても、振動子１のそれぞれの稜線部分
は非連結とする。

【００１７】ところで、上述した支持構造においてもま
た、台座４を、基板３のいずれかの側面もしくは下面に
取付けることもできる。

【００１８】図６は、図５について述べたように支持し
た振動子１への導線６の接続例である。たとえば、振動
子１を接地させる等の目的のためにそこに接続される導
線６は、振動子１の屈曲振動を拘束しないよう、なるべ
く低剛性のものを、節点と対応する位置に、たとえば半
田付け、溶接等によって接続することが好ましい。ま
た、この導線６は十分な低抵抗であることが望ましい。
ところで、導線６を、図７に示すように、それぞれの節
点と対応する位置に接続した場合には、一層の低抵抗化
を図ることができ、併せて、一方の導線６の破談等の損
傷に対しても、接地機能等を十分に発揮することができ
る。

【００１９】以上、柱状の振動子として、円形断面およ
び四角形断面を有するものについて述べたが、振動子の
横断面形状は、三角形、五角形等の他の多角形形状とす
ることもでき、楕円形状、異形形状等とすることもでき
る。

【００２０】

【発明の効果】かくしてこの発明によれば、振動子の屈
曲振動に際し、緩衝材の圧縮および引張り変形を有効に
低減して、その緩衝材に、主には、変形抵抗の小さい捩
り変形を発生させ、かつ、節点と対応する位置の、Ｚ軸
方向の内外側のそれぞれで、ともに同方向の捩り変形を
生じさせることで、屈曲振動に対する拘束力を小ならし
めて、振動振幅を増大させるとともに、振動姿勢を十分
に安定させることができる。そして、コリオリの力に対
しては、角速度の検出感度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に従って配設した緩衝材およびそれの
変形挙動を例示する図である。

【図２】この発明の一の実施形態を示す斜視図である。

【図３】緩衝材の他の連結例を示す斜視図である。

【図４】この発明の他の実施形態を示す斜視図である。

【図５】この発明のさらに他の実施形態を示す図であ
る。

【図６】振動子への導線の接続例を示す斜視図である。

【図７】導線の他の接続例を示す斜視図である。

【図８】従来例を示す図である。

【符号の説明】

１ 振動子 ２，１１ 緩衝材 ３ 基板 ４ 台座 ５ 脚部 ６ 導線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 三次元直交座標系のＺ軸方向に延在し、
   Ｙ軸方向に屈曲振動されてＸ軸方向にコリオリの力を発
   生する柱状の振動子を、それの節点と対応する位置で、
   ＹＺ平面およびＸＺ平面のいずれとも平行とならない面
   内に配設した緩衝材を介して支持脚に連結したことを特
   徴とする振動子の支持構造。