JPH0989570A - 振動子の保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動型ジャイロスコープなどに用いられる振
動体は、小型で且つ脆いものであるため、過大な外部衝
撃が与えられたときに損傷しやすかった。 【解決手段】 Ｕ字状に折曲げたシールド体１の開放端
側（図示右端側）に、支持部材４、４を介して、振動子
２の基部を支持している。外部衝撃が作用したときに、
シールド体１がＰ点を支点としてα1−α2方向へ変形
し、その変形の自由端側を支点として振動子２がβ1−
β2方向へ変形する。シールド体１と振動子２の双方が
変形振動することにより、外部衝撃を有効に吸収でき、
振動子２の保護機能を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ナビゲーションシ
ステムやカメラの手振れ防止機構に使用される振動型ジ
ャイロスコープ用などの振動子を保護する保護装置に係
り、特に落下などに対する耐衝撃性に優れ、且つシール
ド特性に優れた振動子の保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、三脚音叉型の振動子を用いた振
動型ジャイロスコープを示す斜視図である。図８に示す
振動型ジャイロスコープにおいて、符号２は振動子、符
号３は支持台を示している。 振動子２は、基部２ｄが
支持台３に剛体支持された片持ち梁構造である。振動子
２の先部には、振動片２ａ、２ｂ、２ｃが分岐形成され
ている。振動子２は、例えばエリンバなどの恒弾性金属
板の表裏両面に圧電材料が積層されたもの、または全体
が圧電材料により形成されたものである。各振動片２
ａ、２ｂ、２ｃには、Ｘ方向へ振動させるための駆動電
極、およびＹ方向の振動成分を検出する検出電極が設け
られている。

【０００３】振動子２に設けられた振動片のうちの両側
の振動片２ｂおよび２ｃの駆動電極には、同位相の交流
駆動電圧が印加され、中央の振動片２ａの駆動電極に
は、振動片２ｂ、２ｃと逆位相の交流駆動電圧が印加さ
れる。その結果、両側の振動片２ｂおよび２ｃと、中央
の振動片２ａは、Ｘ方向へ互いに逆の位相（１８０度相
違する位相）で振動させられる。

【０００４】上記の振動が生じている振動型ジャイロス
コープが、Ｚ軸回りの回転系に置かれると、振動片２
ａ、２ｂ、２ｃに対し、Ｘ方向への速度に比例した大き
さのＹ方向へのコリオリ力が作用し、各振動片２ａ、２
ｂ、２ｃがＹ方向への振動成分を持つようになる。この
Ｙ方向の振動においても、両側の振動片２ｂおよび２ｃ
と、中央の振動片２ａとでは、位相が逆である（１８０
度相違している）。各振動片２ａ、２ｂ、２ｃのＹ方向
の振動成分が、検出電極から取り出され、この検出出力
からＺ軸回りの角速度ωが算出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図８に示した従来の振
動型ジャイロスコープは小型で振動子２の寸法が小さい
ものであるため、振動子２を単体で部品として取り扱う
のは非常に困難である。また運搬時や部品保管時または
製品への組み込み時に、誤って振動子２を他の部品に当
てたりまたは落下させると、振動子２が損傷し使用不能
になる。

【０００６】また振動子をケース内に収納してチップ部
品化することも考えられている。しかし、振動子はケー
ス内にて振動可能に支持されなければならないため、振
動子はケース内である程度自由度を有して収納されてい
る。よってケースに落下などの強い衝撃が与えられる
と、ケース内において振動子が損傷を受けやすい。

【０００７】また、振動子２は非常に高い周波数で振動
するために、この振動による高周波ノイズが他の回路に
悪影響を与える。したがって、振動子は確実にシールド
された状態で製品に組み込まれることが必要である。

【０００８】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、振動子を衝撃に対して強い状態で支持でき、また
シールド効果も高くできる振動子の保護装置を提供する
ことを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、先端に複数の
振動片が分岐形成されている振動子が組み込まれる保護
装置において、前記振動子の少なくとも表裏両面を覆う
シールド体を有し、前記振動子の基部が前記シールド体
の内面に支持されていることを特徴とするものである。

【００１０】上記シールド体は、金属板をＵ字状に折曲
げることにより形成することができ、このシールド体の
開放端に位置する上下の金属板の間に振動子の基部が挟
持されて支持された構成とすることができる。

【００１１】また、シールド体内で、振動子の基部が支
持されているとともに振動子の中間部分が弾性支持され
ている構成とすることもできる。

【００１２】さらに、シールド体は、振動子の支持側と
逆側の部分が基台上に支持されている支持構造とするこ
とが好ましい。

【００１３】また、シールド体の上下が弾性体で挟持さ
れ、シールド体と弾性体とがケース内に収納されている
構造とすることが可能である。

【００１４】本発明による振動子の保護装置では、振動
子の少なくとも表裏両面がシールド体に覆われた状態
で、振動子の基部がシールド体に支持されている。よっ
て他の部品に当たったときに振動子に直接に衝撃が伝達
されず、振動子の損傷を防止しやすくなる。また振動子
の振動による超音波の放射ノイズをシールド体によりシ
ールドできる。また振動子の表裏両面にシールド体が対
向した形状であるため、シールド体と振動子との組立体
を薄型化できる。また、シールド体内において、振動子
の基部を支持するのみならず、振動子の中央部を弾性支
持すると、振動子はシールド体内で振動動作を行なうこ
とができ、しかも振動子がシールド体内の中立位置に保
持され、外部衝撃が与えられたときに、振動子がシール
ド体の内壁面に当たるようなこともなくなる。さらにシ
ールド体をＵ字状に折曲げた金属板により形成すると、
シールド体の製造工程が簡単になる。

【００１５】上記のシールド体と振動子との組立体を基
台上に設置する場合に、振動子が支持されている側と逆
の側の部分においてシールド体を基台に支持することが
好ましい。この構造では、外部からの振動や衝撃が与え
られたときに、シールド体が基台への支持部を支点とし
て振動し、さらにシールド体内で振動子が基部の支持部
を支点として振動する。このシールド体の振動と振動子
の振動により、外部からの振動や衝撃を有効に吸収で
き、振動子に振動や衝撃による損傷が発生するのを防止
できる。

【００１６】さらに、上記のシールド体と振動子とが組
立てられたものを弾性体で挟持しケース内に収納する
と、振動子をチップ部品と同様に扱うことが可能であ
る。この組立体では、振動子がシールド体内に収納さ
れ、さらにシールド体がケース内で弾性体により保持さ
れているため、ケースに外力が作用したときに振動子を
保護できる機能がきわめて高くなる。またケースをシー
ルド材料により形成すると、振動子を２重シールドする
ことができる。さらに基台をプリント基板とすると、振
動子の電極の配線を基台に接続し、この基台から外部回
路に接続することが可能になる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、振動型ジャイロスコープ
として使用される振動子の保護装置の基本的な構造を示
す分解斜視図である。図１に示す振動子２は、図８に示
した従来例と同じものである。振動子２は板状であり、
エリンバなどの恒弾性材料の板の表裏両面に圧電材料が
積層されたものあるいは、全体が圧電材料の板材により
形成されたものである。従来技術として説明したよう
に、振動子２の先部には振動片２ａ、２ｂ、２ｃが分岐
形成されており、各振動子の表面に、Ｘ方向へ駆動する
ための駆動電極、およびＹ方向へ振動したときの振動成
分を検出する検出電極が設けられている。駆動電極に与
えられる交流駆動電力により、両側の振動片２ｂと２ｃ
はＸ方向へ同じ位相で振動し、中央の振動子２ａはＸ方
向へ前記と逆の位相で振動する。そしてＺ軸回りの回転
系に置かれると、振動片２ａ、２ｂ、２ｃにコリオリ力
によるＹ方向の振動が生じる。この振動成分が検出電極
により検出され、Ｚ軸回りの角速度ωが求められる。

【００１８】この振動子２では、３個に分岐された振動
片２ａ、２ｂ、２ｃが振動することになるが、両側の振
動片２ｂ、２ｃと、中央の振動片２ａとはＸ方向へ逆の
位相で振動駆動され、またコリオリ力によるＹ方向への
振動においても、両側の振動片２ｂ、２ｃと、中央の振
動片２ａとでは位相が逆である。ある時点での両側の振
動片２ｂ、２ｃの振幅の方向と、中央の振動片２ａの振
幅の方向が逆である。したがって振動片２ａ、２ｂ、２
ｃが振動したときの振動子２全体のバランスがよく、振
動子２の振動片が形成されていない部分にねじりなどが
生じにくい。よって、振動子２の基部２ｄを支持部材
４、４により挟持して、この基部２ｄを強固に支持して
も、振動片２ａ、２ｂ、２ｃの振動動作にあまり影響を
与えない。すなわち三脚音叉型の振動子２は、基部を剛
体で支持し片持ち支持構造とするのに適したものとなっ
ている。

【００１９】シールド体１はステンレススチールなどの
金属板をＵ字状に折曲げたものである。このシールド体
１の開放端の上下の金属板１ａと１ｂの間に前記支持部
材４が固定されている。振動子２の基部２ｄは、シール
ド体１の開放端において金属板１ａと１ｂおよび支持部
材４、４により挟持され、振動片２ａ、２ｂ、２ｃがシ
ールド体１の折曲部１ｃに向けて延ばされ、シールド体
１内で振動子２が片持ち支持状態となっている。振動子
２は基部２ｄが剛体支持されても振動動作にさほど影響
がないため、支持部材４、４を、金属やセラミックある
いは合成樹脂材料により形成し、振動子２の基部２ｄを
シールド体１の開放端に剛性的に固定することが可能で
ある。

【００２０】ただし、前記支持部材４、４を樹脂材料ま
たは硬質ゴムなどのように若干の変形が可能な弾性材料
により形成することが可能である。支持部材４、４を弾
性材料により形成すると、振動子２の振動片２ａ、２
ｂ、２ｃの振動により基部２ｄに若干の反りなどが発生
したときに、これを支持部材４、４で吸収することがで
きる。ただし、支持部材４、４の剛性がある程度高いこ
とが必要である。支持部材４、４があまり軟質な材料で
あると、振動片２ａ、２ｂ、２ｃの振動が支持部材４、
４により緩衝され抑制されてしまい、コリオリ力の検出
精度が低下する。

【００２１】また、振動子２の基端２ｄが支持部材４、
４のみにより支持された構造であると、外部からの衝撃
が与えられたときに、振動子２が瞬間的に大きく変形
し、振動片２ａ、２ｂ、２ｃがシールド体１の内壁面に
衝撃的に当たるおそれがある。このような片持ち支持の
不安定を解消するために、振動子２の中間部分を軟質な
弾性体５、５により支持することが可能である。この弾
性体５、５は、振動子２の振動片２ａ、２ｂ、２ｃから
外れた位置を支持し、また振動片２ａ、２ｂ、２ｃの振
動を妨げないように剛性の低い材料により形成される。

【００２２】上記弾性体５、５を設けることにより、振
動子２がシールド体１の内部の中間に確実に保持され
て、振動片２ａ、２ｂ、２ｃがシールド体１の内壁に当
たることが防止できる。また弾性体５、５を振動片２
ａ、２ｂ、２ｃから外れる位置で且つ軟質な材料で形成
することにより、振動子２の振動動作に悪影響を与える
ことがない。

【００２３】図１に示す本発明の振動子の保護装置で
は、金属板により曲げ形成されたシールド体１の中に振
動子２が挟まれた保持された構造であるため、全体とし
て薄型である。また振動子２はシールド体１により保護
されているため、振動子２が外力による損傷を受けにく
くなる。また振動子２が振動したときの超音波によるノ
イズをシールド体１により確実にシールドできる。

【００２４】図２は、図１に示すシールド体１と振動子
２との組立体を基台上に支持する構造の一例を示し、図
３ないし図５は、図２に示す支持構造を具体的に示した
斜視図である。図２に示すように、シールド体１は、折
曲部１ｃの側、すなわち振動子２を支持する支持部材４
が設けられているのと逆の側のＰ点にて支持するのが好
ましい。Ｐ点は、シールド体１のＺ方向の寸法の中心点
よりも図示左側に設けられるのが好ましく、図６に示す
ように、Ｐ点を折曲部１ｃに設けてもよい。

【００２５】シールド体１の支持点のＰ点が図示左側に
設けられているものでは、外部から振動や衝撃が与えら
れたときに、シールド体１がＰ点を支点としてα1−α2
方向へ変形して振動する。また振動子１は、シールド体
１の自由端側に位置する支持部材４の部分を支点として
β1−β2方向へ変形し振動する。このように、シールド
体１がＰ点を支点として変形振動し、この振動の自由端
側を支点としてさらに振動子２が変形振動する構造で
は、外部からの振動や衝撃が、シールド体１の変形と振
動子２の変形とに分散して吸収されることになる。よっ
て振動子２が外部衝撃や振動により損傷を受けにくくな
る。

【００２６】図３に示す振動子の保護装置では、シール
ド体１１が金属板によりＵ字形状に折曲げられており、
その開放端に、振動子２の基部２ｄが支持部材４、４で
保持されている。このシールド体１１では、折返し部に
近い部分の下側の金属板１１ｃの両側に、支持片１１
ａ、１１ａが形成され、この支持片１１ａ、１１ａに取
付穴１１ｂ、１１ｂが穿設されている。

【００２７】基台７の上に前記取付穴１１ｂ、１１ｂの
部分がねじにより固定されると、この支持片１１ａが図
２におけるＰ点となり、外部衝撃や振動が与えられたと
きに、シールド体１１は、支持片１１ａを支点として変
形するものとなる。また、基台７とシールド体１１の底
面との間には、弾性体６が介装されている。弾性体６
は、例えばゴム、スポンジ、エアークッション、発泡剤
等の柔軟な弾性体である。この弾性体６を設けることに
より、基台７に作用する外力が弾性体６により吸収さ
れ、振動子２がさらに外部振動から保護されることにな
る。

【００２８】図４に示す振動体の保護装置では、Ｕ字状
のシールド体２１の上側の金属板２１ｃの両側に支持片
２１ａ、２１ａが形成され、この支持片２１ａ、２１ａ
に形成された取付穴２１ｂ、２１ｂにより基台７上に固
定されている。図４においても支持片２１ａ、２１ａが
図２におけるＰ点となり、シールド体２１は、支持片２
１ａ、２１ａを支点として変形できるようになってい
る。

【００２９】図５に示す振動体の保護装置では、図４に
示すものと同様に、Ｕ字状に曲げ形成されたシールド体
３１の上側の金属板３１ｃの両側に支持片３１ａ、３１
ａが形成されている。ただし金属板３１ｃの両側に切込
みが形成されて支持片３１ａ、３１ａが中心側に引っ込
んだ位置に形成されている。支持片３１ａ、３１ａが幅
方向へ大きく突出しないため全体の幅寸法Ｗを小さくで
きる。なお、図５では支持片３１ａ、３１ａの基端に切
込み３１ｄが形成されているため、支持片３１ａ、３１
ａを支点のＰ点として、図２に示すようにシールド体３
１がα1−α2方向へ振動変形しやすくなる。よって外部
振動や衝撃をシールド体３１により吸収でき、振動子２
の保護機能が高くなる。

【００３０】図３ないし図５に示す振動子の保護装置で
は、シールド体１１または２１または３１全体を囲むシ
ールドケースを被せて基台７に固定することにより、チ
ップ状の部品として扱うことが可能である。この場合
に、基台７の表面に導体の回路パターンを形成し、振動
子２の振動片２ａ、２ｂ、２ｃに設けられた駆動電極お
よび検出電極のリード線を基台７の表面の回路パターン
に半田付けし、また基台７の底面に電極を形成してお
く。このようにすると、一般的なマザー基板の上に基台
７を設置して基台７の電極とマザー基板の回路とを半田
付けし、振動子２の電極をマザー基板の回路パターンに
導通させることができる。また、基台７上に、振動型ジ
ャイロスコープの検出用回路などの他の電子回路を実装
することも可能である。

【００３１】図３ないし図５のものをさらにシールドケ
ースで囲むと、振動子２の振動により発する超音波をシ
ールド体１１、２１、または３１およびシールドケース
の双方でシールドすることができる。

【００３２】図６に示すものは、Ｕ字状のシールド体４
１の折曲部に支持片４１ａを形成した例を示している。
基台７の上に軟質な弾性体６が設置され、その上にシー
ルド体４１が載せられ、その上に弾性体６と同材質の弾
性体９が設置され、さらにシールドケース１０が被せら
れている。シールド体４１は、基台７と、シールドケー
ス１０の天井との間で弾性体６と９とに囲まれた保持さ
れたものとなっている。そして支持片４１ａの先部は、
基板７に形成された溝７ａに嵌合している。図６に示す
ものでは、外部振動や衝撃が与えられると、シールド体
４１は支持片４１ａを支点として動くが、その上下が弾
性体６と９で保持されているため、シールド体４１に無
理な力が作用せず、よって振動子２が保護されるものと
なっている。

【００３３】なお、上記の保護装置では、シールド体が
金属板をＵ状に曲げたものとなっているが、図７に示す
ように、ケース５１と蓋体５２とでシールド体が構成さ
れ、このシールド体の内部に振動子２が設置されたもの
であってもよい。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、外部振動や衝撃が与え
られても、振動子がシールド体により保護されたものと
なり、振動子の破損を防止できるようになる。またシー
ルド体をＵ字状のものにすると、シールド体の製造が容
易であり、また全体を薄型にできる。

【００３５】また、振動子の支持側と逆の側でシールド
体を支持すると、外部振動または衝撃がシールド体の変
形と振動子の変形とで吸収でき、振動子の保護機能を高
くできる。

【００３６】さらに、振動子が組み込まれたシールド体
を、弾性体と共にケース内に収納することにより、チッ
プ状の部品として取り扱うことができ、耐衝撃強度をさ
らに高くすることができ、また振動子から発せられる超
音波などのノイズを２重シールドできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例として振動型ジャイロスコープの
振動子の保護装置の基本的な構造を示す分解斜視図、

【図２】図１に示すシールド体を支持する構造として好
ましい例を示す側面図、

【図３】図２に示す支持構造の具体例を示す側面図、

【図４】図２に示す支持構造の他の具体例を示す側面
図、

【図５】図２に示す支持構造の他の具体例を示す側面
図、

【図６】振動子の保護装置の他の構造を示す分解斜視
図、

【図７】シールド体の構造の一例を示す側面図、

【図８】振動型ジャイロスコープに使用される振動子の
斜視図、

【符号の説明】

１、１１、２１、３１、４１ シールド体 ２ 振動子 ２ａ、２ｂ、２ｃ 振動片 ２ｄ 基部 ４ 支持部材 ５ 弾性体 ６、９ 弾性体 ７ 基台 １０ シールドケース

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に複数の振動片が分岐形成されてい
   る振動子が組み込まれる保護装置において、前記振動子
   の少なくとも表裏両面を覆うシールド体を有し、前記振
   動子の基部が前記シールド体の内面に支持されているこ
   とを特徴とする振動子の保護装置。
2. 【請求項２】 シールド体は、金属板をＵ字状に折曲げ
   ることにより形成されており、このシールド体の開放端
   に位置する上下の金属板の間に振動子の基部が挟持され
   て支持されている請求項１記載の振動子の保護装置。
3. 【請求項３】 シールド体内で、振動子の基部が支持さ
   れているとともに振動子の中間部分が弾性支持されてい
   る請求項１または２記載の振動子の保護装置。
4. 【請求項４】 シールド体は、振動子の支持側と逆側の
   部分が基台上に支持されている請求項１ないし３のいず
   れかに記載の振動子の保護装置。
5. 【請求項５】 シールド体の上下が弾性体で挟持され、
   シールド体と弾性体とがケース内に収納されている請求
   項１ないし４のいずれかに記載の振動子の保護装置。