JPH11183176A - 音叉型振動子及び音叉型振動ジャイロ - Google Patents
音叉型振動子及び音叉型振動ジャイロInfo
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- JPH11183176A JPH11183176A JP9349738A JP34973897A JPH11183176A JP H11183176 A JPH11183176 A JP H11183176A JP 9349738 A JP9349738 A JP 9349738A JP 34973897 A JP34973897 A JP 34973897A JP H11183176 A JPH11183176 A JP H11183176A
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- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5607—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating tuning forks
Abstract
(57)【要約】
【課題】 全長を長くすることなく捩り振動のＱ値を高
めることができる音叉型振動子を提供する。 【解決手段】 音叉型振動子１において、両アーム２，
３間の中心位置である捩り振動の中心軸から両アーム
２，３の重心位置までの距離である回転半径の二乗に、
両アーム２，３の質量を乗算して求められるアーム２，
３の慣性モーメントに対する、ベース４の部分質量に同
一の捩り振動の中心軸からの回転半径の二乗を乗算して
求められるベース４の慣性モーメントの総和が1.0 以上
である。
めることができる音叉型振動子を提供する。 【解決手段】 音叉型振動子１において、両アーム２，
３間の中心位置である捩り振動の中心軸から両アーム
２，３の重心位置までの距離である回転半径の二乗に、
両アーム２，３の質量を乗算して求められるアーム２，
３の慣性モーメントに対する、ベース４の部分質量に同
一の捩り振動の中心軸からの回転半径の二乗を乗算して
求められるベース４の慣性モーメントの総和が1.0 以上
である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、音叉を形成する２
つのアームと、これらを支持するベースとを有し、両ア
ームが捩り振動する音叉型振動子、及び、音叉型振動子
を備えて回転角速度を検出する音叉型振動ジャイロに関
する。
つのアームと、これらを支持するベースとを有し、両ア
ームが捩り振動する音叉型振動子、及び、音叉型振動子
を備えて回転角速度を検出する音叉型振動ジャイロに関
する。
【０００２】
【従来の技術】ジャイロスコープは、航空機，大型船
舶，宇宙衛星等の移動体の位置を確認する手段として使
用されており、最近では、民生用の分野でカーナビゲー
ション，ＶＴＲ，スチルカメラ等の機器の手振れの検出
用としても利用されている。
舶，宇宙衛星等の移動体の位置を確認する手段として使
用されており、最近では、民生用の分野でカーナビゲー
ション，ＶＴＲ，スチルカメラ等の機器の手振れの検出
用としても利用されている。
【０００３】このようなジャイロスコープの中で、圧電
体を使った振動ジャイロが実用化されている。圧電振動
ジャイロは、所定振動している物体に回転角速度が加わ
ると、その振動と直角の方向にコリオリ力が生じる原理
を利用している。このような圧電振動ジャイロとして種
々のタイプのものが提案されているが、特に最近では、
圧電単結晶を材料とした音叉型振動ジャイロの研究が盛
んに行われており、その技術開発には小型化，低背化が
求められている。
体を使った振動ジャイロが実用化されている。圧電振動
ジャイロは、所定振動している物体に回転角速度が加わ
ると、その振動と直角の方向にコリオリ力が生じる原理
を利用している。このような圧電振動ジャイロとして種
々のタイプのものが提案されているが、特に最近では、
圧電単結晶を材料とした音叉型振動ジャイロの研究が盛
んに行われており、その技術開発には小型化，低背化が
求められている。
【０００４】図16は、音叉型振動ジャイロに使用される
音叉型振動子１の一般的な構成を示す斜視図である。音
叉型振動子１は、底面が例えば正方形である直方体状を
なす２つのアーム２，３と、両アーム２，３を支持する
直方体状のベース４とを有する。これらのアーム２，３
及びベース４は、ＬｉＴａＯ3 ，ＬｉＮｂＯ3 等の圧電
単結晶で一体的に構成されている。そして、このような
構成の音叉型振動子１を、回転角速度を検出する物体に
取り付け、音叉型振動子１の両アーム２，３を捩り振動
させ、その物体に回転角速度が加わった場合にその捩り
振動と直角の方向に生じるコリオリ力に伴う起電力を検
出して、その物体の回転角速度を検出する。
音叉型振動子１の一般的な構成を示す斜視図である。音
叉型振動子１は、底面が例えば正方形である直方体状を
なす２つのアーム２，３と、両アーム２，３を支持する
直方体状のベース４とを有する。これらのアーム２，３
及びベース４は、ＬｉＴａＯ3 ，ＬｉＮｂＯ3 等の圧電
単結晶で一体的に構成されている。そして、このような
構成の音叉型振動子１を、回転角速度を検出する物体に
取り付け、音叉型振動子１の両アーム２，３を捩り振動
させ、その物体に回転角速度が加わった場合にその捩り
振動と直角の方向に生じるコリオリ力に伴う起電力を検
出して、その物体の回転角速度を検出する。
【０００５】図17に、このような音叉型振動子１の捩り
振動の様子を示す。図17において、矢印は捩り振動の方
向を示し、また、捩り振動前の両アーム２，３の位置を
点線で表し、捩り振動後の両アーム２，３の位置を実線
で表している。図17に示すような捩り振動が発生した場
合、その振動は両アーム２，３だけでなくベース４の回
転も生じさせてしまう。このような場合に、音叉型振動
子１の支持部（ノード部）は回転の中心部分に限られる
ことになって、外部振動に対する支持が弱くなるという
問題がある。一方、強固に支持するようにすれば、Ｑ値
が低下するという問題が生じる。
振動の様子を示す。図17において、矢印は捩り振動の方
向を示し、また、捩り振動前の両アーム２，３の位置を
点線で表し、捩り振動後の両アーム２，３の位置を実線
で表している。図17に示すような捩り振動が発生した場
合、その振動は両アーム２，３だけでなくベース４の回
転も生じさせてしまう。このような場合に、音叉型振動
子１の支持部（ノード部）は回転の中心部分に限られる
ことになって、外部振動に対する支持が弱くなるという
問題がある。一方、強固に支持するようにすれば、Ｑ値
が低下するという問題が生じる。
【０００６】このような問題を解消するために、図18に
示すような構成の音叉型振動子１が提案されている。こ
の音叉型振動子１は、アーム２，３に加えて、そのベー
ス４の反対側の面に２つのアーム12，13を形成したＨ型
の構成をなす。このＨ型の音叉型振動子１では、アーム
２，３とアーム12，13とでそれぞれ捩り振動を生じさ
せ、両捩り振動にて相捩じれの状態を形成してベース４
の回転をなくすようにする。この結果、外部振動に対す
る支持が容易になり、捩り振動のＱ値を高くすることが
できる。
示すような構成の音叉型振動子１が提案されている。こ
の音叉型振動子１は、アーム２，３に加えて、そのベー
ス４の反対側の面に２つのアーム12，13を形成したＨ型
の構成をなす。このＨ型の音叉型振動子１では、アーム
２，３とアーム12，13とでそれぞれ捩り振動を生じさ
せ、両捩り振動にて相捩じれの状態を形成してベース４
の回転をなくすようにする。この結果、外部振動に対す
る支持が容易になり、捩り振動のＱ値を高くすることが
できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図18に
示すようなＨ型の音叉型振動子１では、アーム12，13の
分だけ全長が長くなって大型化し、音叉型振動ジャイロ
の小型化，低背化の要求を満たさないという問題があ
り、また、上側のアーム２，３と下側のアーム12，13と
のバランスをとらなければならず、そのためアームの加
工が難しくて量産性が悪くなり、加工コスト，部品コス
トが高くなるという問題がある。
示すようなＨ型の音叉型振動子１では、アーム12，13の
分だけ全長が長くなって大型化し、音叉型振動ジャイロ
の小型化，低背化の要求を満たさないという問題があ
り、また、上側のアーム２，３と下側のアーム12，13と
のバランスをとらなければならず、そのためアームの加
工が難しくて量産性が悪くなり、加工コスト，部品コス
トが高くなるという問題がある。
【０００８】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、全長を長くすることなくＱ値を高めることがで
きると共に量産性が良い音叉型振動子、及び、これを使
用する音叉型振動ジャイロを提供することを目的とす
る。
であり、全長を長くすることなくＱ値を高めることがで
きると共に量産性が良い音叉型振動子、及び、これを使
用する音叉型振動ジャイロを提供することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る音叉型振
動子は、音叉を形成する２つのアームと、これらを支持
するベースとを有し、前記両アームが捩り振動する音叉
型振動子において、前記両アームの捩り振動の中心軸か
ら前記両アームの重心位置までの距離の二乗に前記両ア
ームの質量を乗算した前記両アームの慣性モーメントに
対する、前記ベースの部分質量に前記捩り振動の中心軸
からの回転半径の二乗を乗算した前記ベースの慣性モー
メントの総和が1.0 以上であることを特徴とする。
動子は、音叉を形成する２つのアームと、これらを支持
するベースとを有し、前記両アームが捩り振動する音叉
型振動子において、前記両アームの捩り振動の中心軸か
ら前記両アームの重心位置までの距離の二乗に前記両ア
ームの質量を乗算した前記両アームの慣性モーメントに
対する、前記ベースの部分質量に前記捩り振動の中心軸
からの回転半径の二乗を乗算した前記ベースの慣性モー
メントの総和が1.0 以上であることを特徴とする。
【００１０】請求項２に係る音叉型振動子は、請求項１
において、前記アームの幅に対する前記ベースの幅の比
が1.0 以上であることを特徴とする。
において、前記アームの幅に対する前記ベースの幅の比
が1.0 以上であることを特徴とする。
【００１１】請求項３に係る音叉型振動子は、請求項１
において、前記アームの長さが前記ベースの長さより長
いことを特徴とする。
において、前記アームの長さが前記ベースの長さより長
いことを特徴とする。
【００１２】請求項４に係る音叉型振動子は、請求項１
において、前記ベースは、ベース本体部と、１または複
数の付加質量部とを有し、前記ベース本体部及び付加質
量部とにて前記ベースの慣性モーメントを形成するよう
に構成したことを特徴とする。
において、前記ベースは、ベース本体部と、１または複
数の付加質量部とを有し、前記ベース本体部及び付加質
量部とにて前記ベースの慣性モーメントを形成するよう
に構成したことを特徴とする。
【００１３】請求項５に係る音叉型振動子は、請求項４
において、前記付加質量部は、50ｋｇ／ｃｍ2 以上の硬
さを有することを特徴とする。
において、前記付加質量部は、50ｋｇ／ｃｍ2 以上の硬
さを有することを特徴とする。
【００１４】請求項６に係る音叉型振動子は、請求項４
または５において、前記ベースは、前記ベース本体部と
前記付加質量部とを接着させる接着部を更に有し、該接
着部は使用温度範囲内で50ｋｇ／ｃｍ2 以上の硬さを有
することを特徴とする。
または５において、前記ベースは、前記ベース本体部と
前記付加質量部とを接着させる接着部を更に有し、該接
着部は使用温度範囲内で50ｋｇ／ｃｍ2 以上の硬さを有
することを特徴とする。
【００１５】請求項７に係る音叉型振動子は、請求項１
〜６の何れかにおいて、前記ベースの回転運動の実質的
に中心の位置に設けられ、前記ベースを支持するための
支持部材を更に備えることを特徴とする。
〜６の何れかにおいて、前記ベースの回転運動の実質的
に中心の位置に設けられ、前記ベースを支持するための
支持部材を更に備えることを特徴とする。
【００１６】請求項８に係る音叉型振動ジャイロは、請
求項１〜７の何れかに記載の音叉型振動子を有すること
を特徴とする。
求項１〜７の何れかに記載の音叉型振動子を有すること
を特徴とする。
【００１７】ここで、本発明の原理について説明する。
図17に示すような音叉型振動子１の捩り振動に対して、
支持部がその振動を抑圧しているとした場合、言い換え
ると、支持部がその振動のエネルギの漏れを少なくして
いるとした場合、アーム２，３が発生するモーメントＭ
は以下のような式（１）の運動方程式になっていると考
えられる。 Ｍ＝Ｉ×（ｄ2 θ／ｄｔ2 ）＋Ｋθ …（１） 但し、 θ：捩り振動に伴うベース４の回転角度 Ｋ：支持部の反力（減衰を伴う） Ｉ：捩り振動の回転中心軸からのベース４の慣性モーメ
ントの総和（具体的には以下の（２）式で表される） Ｉ＝∫ｒ1 2 ｄｍ1 ＋∫ｒ2 2 ｄｍ2 ＋………＋∫ｒn 2 ｄｍn …（２） ｒi （１≦ｉ≦ｎ）：ベース４のｉ番目の回転半径 ｍi （１≦ｉ≦ｎ）：ベース４のｉ番目の部分質量
図17に示すような音叉型振動子１の捩り振動に対して、
支持部がその振動を抑圧しているとした場合、言い換え
ると、支持部がその振動のエネルギの漏れを少なくして
いるとした場合、アーム２，３が発生するモーメントＭ
は以下のような式（１）の運動方程式になっていると考
えられる。 Ｍ＝Ｉ×（ｄ2 θ／ｄｔ2 ）＋Ｋθ …（１） 但し、 θ：捩り振動に伴うベース４の回転角度 Ｋ：支持部の反力（減衰を伴う） Ｉ：捩り振動の回転中心軸からのベース４の慣性モーメ
ントの総和（具体的には以下の（２）式で表される） Ｉ＝∫ｒ1 2 ｄｍ1 ＋∫ｒ2 2 ｄｍ2 ＋………＋∫ｒn 2 ｄｍn …（２） ｒi （１≦ｉ≦ｎ）：ベース４のｉ番目の回転半径 ｍi （１≦ｉ≦ｎ）：ベース４のｉ番目の部分質量
【００１８】よって、アーム２，３が発生するモーメン
トＭを大きくして、ベース４の回転運動を示すθを小さ
くするようにすれば、ベース４の動きが少なくなり、支
持部の影響を受けにくくなることが理解できる。従っ
て、ベース４の慣性モーメントを大きくすることによっ
て、θを小さくでき、図18のような全長が長く量産性が
悪いいＨ型の構成にすることなく、高いＱ値が得られる
音叉型振動子１の構成を実現できる。
トＭを大きくして、ベース４の回転運動を示すθを小さ
くするようにすれば、ベース４の動きが少なくなり、支
持部の影響を受けにくくなることが理解できる。従っ
て、ベース４の慣性モーメントを大きくすることによっ
て、θを小さくでき、図18のような全長が長く量産性が
悪いいＨ型の構成にすることなく、高いＱ値が得られる
音叉型振動子１の構成を実現できる。
【００１９】そこで、本発明の音叉型振動子では、両ア
ームの慣性モーメントに対する、ベースの慣性モーメン
トの総和の比を1.0 以上として、Ｑ値を高めるようにす
る。ベースの慣性モーメントを大きくする１つの手法と
して、両アーム及びベースのサイズを調整する。具体的
には、アームの幅に対するベースの幅を所定倍率以上と
するか、及び／または、アームの長さよりベースの長さ
を長くする。
ームの慣性モーメントに対する、ベースの慣性モーメン
トの総和の比を1.0 以上として、Ｑ値を高めるようにす
る。ベースの慣性モーメントを大きくする１つの手法と
して、両アーム及びベースのサイズを調整する。具体的
には、アームの幅に対するベースの幅を所定倍率以上と
するか、及び／または、アームの長さよりベースの長さ
を長くする。
【００２０】ベースの慣性モーメントを大きくする他の
手法としては、慣性モーメントは必ずしも圧電体にて生
じさせる必要がない点を考慮して、ベースに１または複
数の付加質量部を設ける。但し、この付加質量部にて慣
性モーメントを生じさせるためには付加質量部が50ｋｇ
／ｃｍ2 以上の硬さを有する剛体であることが必要であ
る。また、この付加質量部をベースに設ける為の接着層
も、付加質量部と同様に50ｋｇ／ｃｍ2 以上の硬さを有
することが必要である。
手法としては、慣性モーメントは必ずしも圧電体にて生
じさせる必要がない点を考慮して、ベースに１または複
数の付加質量部を設ける。但し、この付加質量部にて慣
性モーメントを生じさせるためには付加質量部が50ｋｇ
／ｃｍ2 以上の硬さを有する剛体であることが必要であ
る。また、この付加質量部をベースに設ける為の接着層
も、付加質量部と同様に50ｋｇ／ｃｍ2 以上の硬さを有
することが必要である。
【００２１】また、Ｑ値を高めるためには、更に、回転
中心位置でベースを支持するような支持部材を設けるよ
うにした方が良い。
中心位置でベースを支持するような支持部材を設けるよ
うにした方が良い。
【００２２】以上のような構成により、本発明の音叉型
振動子は全長を長くすることなく高いＱ値が得られる。
また、量産性が良い音叉型振動子提供できる。従って、
このような音叉型振動子を使用することにより、小型
化，低背化，低コストを実現した音叉型振動ジャイロを
提供できる。
振動子は全長を長くすることなく高いＱ値が得られる。
また、量産性が良い音叉型振動子提供できる。従って、
このような音叉型振動子を使用することにより、小型
化，低背化，低コストを実現した音叉型振動ジャイロを
提供できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面を参照して具体的に説明する。
示す図面を参照して具体的に説明する。
【００２４】図１は、本発明の音叉型振動子の構成を示
す斜視図である。音叉型振動子１は、底面が例えば正方
形である直方体状をなす２つのアーム２，３と、両アー
ム２，３を支持する直方体状のベース４とを有する。２
つのアーム２，３は同形状であり、各アーム２，３の長
さ（アーム長）をＬA 、各アーム２，３の幅（アーム
幅）をＷA 、各アーム２，３の厚さ（アーム厚）を
ＴA 、両アーム２，３間の距離（アーム間距離）をＤと
する。また、ベース４の長さ（ベース長）をＬB 、ベー
ス４の幅（ベース幅）をＷB とする。
す斜視図である。音叉型振動子１は、底面が例えば正方
形である直方体状をなす２つのアーム２，３と、両アー
ム２，３を支持する直方体状のベース４とを有する。２
つのアーム２，３は同形状であり、各アーム２，３の長
さ（アーム長）をＬA 、各アーム２，３の幅（アーム
幅）をＷA 、各アーム２，３の厚さ（アーム厚）を
ＴA 、両アーム２，３間の距離（アーム間距離）をＤと
する。また、ベース４の長さ（ベース長）をＬB 、ベー
ス４の幅（ベース幅）をＷB とする。
【００２５】そして、このような構成の音叉型振動子１
を有する音叉型振動ジャイロを、回転角速度を検出する
物体に取り付け、音叉型振動子１の両アーム２，３を捩
り振動させ、その物体に回転角速度が加わった場合にそ
の捩り振動と直角の方向に生じるコリオリ力に伴う起電
力を検出して、その物体の回転角速度を検出する。
を有する音叉型振動ジャイロを、回転角速度を検出する
物体に取り付け、音叉型振動子１の両アーム２，３を捩
り振動させ、その物体に回転角速度が加わった場合にそ
の捩り振動と直角の方向に生じるコリオリ力に伴う起電
力を検出して、その物体の回転角速度を検出する。
【００２６】本発明の音叉型振動子１では、アーム２，
３の慣性モーメントに対するベース４の慣性モーメント
の総和が1.0 以上、望ましくは1.0 〜9.0 である。この
アーム２，３の慣性モーメントは、両アーム２，３間の
中心位置である捩り振動の中心軸から両アーム２，３の
重心位置までの距離である回転半径の二乗に、両アーム
２，３の質量を乗算して求められ、ベース４の慣性モー
メントの総和は、ベース４の部分質量に同一の捩じれ振
動の中心軸からの回転半径の二乗を乗算して求められ
る。
３の慣性モーメントに対するベース４の慣性モーメント
の総和が1.0 以上、望ましくは1.0 〜9.0 である。この
アーム２，３の慣性モーメントは、両アーム２，３間の
中心位置である捩り振動の中心軸から両アーム２，３の
重心位置までの距離である回転半径の二乗に、両アーム
２，３の質量を乗算して求められ、ベース４の慣性モー
メントの総和は、ベース４の部分質量に同一の捩じれ振
動の中心軸からの回転半径の二乗を乗算して求められ
る。
【００２７】図２は、アームの慣性モーメントに対する
ベースの慣性モーメントの比の値と捩り振動のＱ値との
関係を示すグラフであり、横軸に比の値、縦軸にＱ値を
とって両者の特性を示している。アームの慣性モーメン
トに対するベースの慣性モーメントの比の値が大きくな
るに従って捩り振動のＱ値が高くなり、その比の値が1.
0 以上である場合に、精度良い回転角速度の検出を行え
るに充分大きなＱ値が得られている。なお、その比が9.
0 以上になると、Ｑ値がほぼ一定となる反面、その比を
大きくする手段（ベース及び付加質量部）の形状が大型
化するので、実用上望ましくない。また、Ｑ値は2000以
上が実用上ベストである。
ベースの慣性モーメントの比の値と捩り振動のＱ値との
関係を示すグラフであり、横軸に比の値、縦軸にＱ値を
とって両者の特性を示している。アームの慣性モーメン
トに対するベースの慣性モーメントの比の値が大きくな
るに従って捩り振動のＱ値が高くなり、その比の値が1.
0 以上である場合に、精度良い回転角速度の検出を行え
るに充分大きなＱ値が得られている。なお、その比が9.
0 以上になると、Ｑ値がほぼ一定となる反面、その比を
大きくする手段（ベース及び付加質量部）の形状が大型
化するので、実用上望ましくない。また、Ｑ値は2000以
上が実用上ベストである。
【００２８】以下、このような高いモーメントの比の値
を得るようにした本発明の実施の形態について説明す
る。
を得るようにした本発明の実施の形態について説明す
る。
【００２９】（第１の実施の形態）第１の実施の形態
は、図３に示すように、ベース４の幅（ベース幅ＷB ）
を大きくすることにより、ベース４の慣性モーメントを
大きくして、上記モーメントの比の値を大きくすること
を実現した例である。
は、図３に示すように、ベース４の幅（ベース幅ＷB ）
を大きくすることにより、ベース４の慣性モーメントを
大きくして、上記モーメントの比の値を大きくすること
を実現した例である。
【００３０】アーム２，３の形状（アーム長ＬA ＝8.00
ｍｍ，アーム幅ＷA ＝1.00ｍｍ，アーム厚ＴA ＝1.00ｍ
ｍ，アーム間距離Ｄ＝0.45ｍｍ）と、ベース４の長さ
（ベース長ＬB ＝4.00ｍｍ）とは一定として、ベース４
の幅（ベース幅ＷB ）を2.90〜3.90ｍｍの範囲で0.10ｍ
ｍ間隔にて変化させた場合のアーム２，３の慣性モーメ
ント（アームモーメント：ＭA ）とベース４の慣性モー
メント（ベースモーメント：ＭB ）とアームモーメント
に対するベースモーメントの比（モーメント比：ＭB ／
ＭA ）との測定結果を表１に示す。また、表１での結果
におけるベース幅ＷB とモーメント比ＭB ／ＭA との関
係を表すグラフを、前者を横軸、後者を縦軸にとって図
４に示す。
ｍｍ，アーム幅ＷA ＝1.00ｍｍ，アーム厚ＴA ＝1.00ｍ
ｍ，アーム間距離Ｄ＝0.45ｍｍ）と、ベース４の長さ
（ベース長ＬB ＝4.00ｍｍ）とは一定として、ベース４
の幅（ベース幅ＷB ）を2.90〜3.90ｍｍの範囲で0.10ｍ
ｍ間隔にて変化させた場合のアーム２，３の慣性モーメ
ント（アームモーメント：ＭA ）とベース４の慣性モー
メント（ベースモーメント：ＭB ）とアームモーメント
に対するベースモーメントの比（モーメント比：ＭB ／
ＭA ）との測定結果を表１に示す。また、表１での結果
におけるベース幅ＷB とモーメント比ＭB ／ＭA との関
係を表すグラフを、前者を横軸、後者を縦軸にとって図
４に示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】表１，図４に示すように、ベース幅ＷB を
大きくしていくにつれてベースモーメントＭB が増加
し、モーメント比ＭB ／ＭA も増加していく。そして、
ベース幅ＷB を少なくとも3.30ｍｍ以上とすることによ
り、1.0 より大きいモーメント比ＭB ／ＭA を実現でき
ている。
大きくしていくにつれてベースモーメントＭB が増加
し、モーメント比ＭB ／ＭA も増加していく。そして、
ベース幅ＷB を少なくとも3.30ｍｍ以上とすることによ
り、1.0 より大きいモーメント比ＭB ／ＭA を実現でき
ている。
【００３３】また、音叉型振動子１においてベース４の
幅（ベース幅ＷB ）を変化させた場合の支持部の変位を
シミュレーションした。その結果を図５に示す。図５の
例では、アーム２，３の長さ（アーム長ＬA ）を７ｍｍ
で一定とし、３種類のベース幅ＷB についてのシミュレ
ーション結果を、横軸にアーム２，３の先端からの長
さ、縦軸に支持部の変位をとって示す。横軸の７（ｍ
ｍ）の位置がアーム２，３とベース４との境界位置であ
り、また、□−□はベース幅ＷB が10.3ｍｍ、△−△は
ベース幅ＷB が6.3 ｍｍ、○−○はベース幅ＷB が2.3
ｍｍの場合の特性をそれぞれ示す。ベース４の幅を広げ
て慣性モーメントを大きくした場合に、ベース４の回転
が少なくなり、回転運動の変位が小さくなっていること
が分かる。
幅（ベース幅ＷB ）を変化させた場合の支持部の変位を
シミュレーションした。その結果を図５に示す。図５の
例では、アーム２，３の長さ（アーム長ＬA ）を７ｍｍ
で一定とし、３種類のベース幅ＷB についてのシミュレ
ーション結果を、横軸にアーム２，３の先端からの長
さ、縦軸に支持部の変位をとって示す。横軸の７（ｍ
ｍ）の位置がアーム２，３とベース４との境界位置であ
り、また、□−□はベース幅ＷB が10.3ｍｍ、△−△は
ベース幅ＷB が6.3 ｍｍ、○−○はベース幅ＷB が2.3
ｍｍの場合の特性をそれぞれ示す。ベース４の幅を広げ
て慣性モーメントを大きくした場合に、ベース４の回転
が少なくなり、回転運動の変位が小さくなっていること
が分かる。
【００３４】（第２の実施の形態）第２の実施の形態
は、図６に示すように、ベース４の長さ（ベース長
ＬB ）を長くすることにより、ベース４の慣性モーメン
トを大きくして、上記モーメントの比の値を大きくする
ことを実現した例である。
は、図６に示すように、ベース４の長さ（ベース長
ＬB ）を長くすることにより、ベース４の慣性モーメン
トを大きくして、上記モーメントの比の値を大きくする
ことを実現した例である。
【００３５】アーム２，３の形状（アーム長ＬA ＝8.00
ｍｍ，アーム幅ＷA ＝1.00ｍｍ，アーム厚ＴA ＝1.00ｍ
ｍ，アーム間距離Ｄ＝0.45ｍｍ）と、ベース４の幅（ベ
ース幅ＷB ＝2.45ｍｍ）とは一定として、ベース４の長
さ（ベース長ＬB ）を4.00〜14.00 ｍｍの範囲で1.00ｍ
ｍ間隔にて変化させた場合のアーム２，３の慣性モーメ
ント（アームモーメントＭA ）とベース４の慣性モーメ
ント（ベースモーメントＭB ）とアームモーメントに対
するベースモーメントの比（モーメント比ＭB／ＭA ）
との測定結果を表２に示す。また、表２での結果におけ
るベース長ＬBとモーメント比ＭB ／ＭA との関係を表
すグラフを、前者を横軸、後者を縦軸にして図７に示
す。
ｍｍ，アーム幅ＷA ＝1.00ｍｍ，アーム厚ＴA ＝1.00ｍ
ｍ，アーム間距離Ｄ＝0.45ｍｍ）と、ベース４の幅（ベ
ース幅ＷB ＝2.45ｍｍ）とは一定として、ベース４の長
さ（ベース長ＬB ）を4.00〜14.00 ｍｍの範囲で1.00ｍ
ｍ間隔にて変化させた場合のアーム２，３の慣性モーメ
ント（アームモーメントＭA ）とベース４の慣性モーメ
ント（ベースモーメントＭB ）とアームモーメントに対
するベースモーメントの比（モーメント比ＭB／ＭA ）
との測定結果を表２に示す。また、表２での結果におけ
るベース長ＬBとモーメント比ＭB ／ＭA との関係を表
すグラフを、前者を横軸、後者を縦軸にして図７に示
す。
【００３６】
【表２】
【００３７】表２，図７に示すように、ベース長ＬB を
長くしていくにつれてベースモーメントＭB が増加し、
モーメント比ＭB ／ＭA も増加していく。そして、ベー
ス長ＬB を少なくとも10.00 ｍｍ以上とすることによ
り、1.0 より大きいモーメント比ＭB ／ＭA を実現でき
ている。
長くしていくにつれてベースモーメントＭB が増加し、
モーメント比ＭB ／ＭA も増加していく。そして、ベー
ス長ＬB を少なくとも10.00 ｍｍ以上とすることによ
り、1.0 より大きいモーメント比ＭB ／ＭA を実現でき
ている。
【００３８】（第３の実施の形態）第３の実施の形態
は、図８に示すように、ベース４の両端部に接着層６を
介して付加質量部５を設けることにより、ベース４の慣
性モーメントを大きくして、上記モーメントの比の値を
大きくすることを実現した例である。付加質量部５は、
慣性モーメントとなるために50ｋｇ／ｃｍ2 以上の硬さ
を有する剛体である必要があり、付加質量部５は例えば
銅製である。なお、この付加質量部５は密度が大きい材
料で構成されている程慣性モーメント増大の効果は大き
いが、密度が低くても剛体であれば慣性モーメント増大
の効果は期待できる。また、接着層６はエポキシ樹脂製
である。
は、図８に示すように、ベース４の両端部に接着層６を
介して付加質量部５を設けることにより、ベース４の慣
性モーメントを大きくして、上記モーメントの比の値を
大きくすることを実現した例である。付加質量部５は、
慣性モーメントとなるために50ｋｇ／ｃｍ2 以上の硬さ
を有する剛体である必要があり、付加質量部５は例えば
銅製である。なお、この付加質量部５は密度が大きい材
料で構成されている程慣性モーメント増大の効果は大き
いが、密度が低くても剛体であれば慣性モーメント増大
の効果は期待できる。また、接着層６はエポキシ樹脂製
である。
【００３９】アーム２，３の形状（アーム長ＬA ＝8.00
ｍｍ，アーム幅ＷA ＝1.00ｍｍ，アーム厚ＴA ＝1.00ｍ
ｍ，アーム間距離Ｄ＝0.45ｍｍ）と、ベース４の本体部
の形状（ベース長ＬB ＝4.00ｍｍ，ベース幅ＷB ＝2.45
ｍｍ）とは一定として、銅製の付加質量部５を設置した
ベース４の幅（ベース幅ＷB ）を2.45〜5.45ｍｍの範囲
で0.30ｍｍ間隔にて変化させた場合のアーム２，３の慣
性モーメント（アームモーメントＭA ）とベース４の慣
性モーメント（ベースモーメントＭB ）とアームモーメ
ントに対するベースモーメントの比（モーメント比ＭB
／ＭA ）との測定結果を表３に示す。なお、表２では、
ベース幅ＷB ＝2.45ｍｍは付加質量部５を付加していな
い場合を示しており、それから設置する銅製の付加質量
部５の幅を0.30ｍｍずつ増加させた場合の特性を示して
いる。また、表３での結果におけるベース幅ＷB とモー
メント比ＭB ／ＭA との関係を表すグラフを、前者を横
軸、後者を縦軸にして図９に示す。
ｍｍ，アーム幅ＷA ＝1.00ｍｍ，アーム厚ＴA ＝1.00ｍ
ｍ，アーム間距離Ｄ＝0.45ｍｍ）と、ベース４の本体部
の形状（ベース長ＬB ＝4.00ｍｍ，ベース幅ＷB ＝2.45
ｍｍ）とは一定として、銅製の付加質量部５を設置した
ベース４の幅（ベース幅ＷB ）を2.45〜5.45ｍｍの範囲
で0.30ｍｍ間隔にて変化させた場合のアーム２，３の慣
性モーメント（アームモーメントＭA ）とベース４の慣
性モーメント（ベースモーメントＭB ）とアームモーメ
ントに対するベースモーメントの比（モーメント比ＭB
／ＭA ）との測定結果を表３に示す。なお、表２では、
ベース幅ＷB ＝2.45ｍｍは付加質量部５を付加していな
い場合を示しており、それから設置する銅製の付加質量
部５の幅を0.30ｍｍずつ増加させた場合の特性を示して
いる。また、表３での結果におけるベース幅ＷB とモー
メント比ＭB ／ＭA との関係を表すグラフを、前者を横
軸、後者を縦軸にして図９に示す。
【００４０】
【表３】
【００４１】ベース４に上述したような付加質量部５を
設置する場合に使用する接着層６も、付加質量部５と同
様の条件を満たす必要があり、音叉型振動子１の使用温
度範囲内で接着層６は50ｋｇ／ｃｍ2 以上の硬さを有し
ている。この接着層６の硬さと捩り振動のＱ値との関係
を表すグラフを、前者を横軸、後者を縦軸にして図10に
示す。なお、図10に示す特性では、ベース４の慣性モー
メントは一定としている。接着層６の硬さに応じてＱ値
が変動することが分かる。
設置する場合に使用する接着層６も、付加質量部５と同
様の条件を満たす必要があり、音叉型振動子１の使用温
度範囲内で接着層６は50ｋｇ／ｃｍ2 以上の硬さを有し
ている。この接着層６の硬さと捩り振動のＱ値との関係
を表すグラフを、前者を横軸、後者を縦軸にして図10に
示す。なお、図10に示す特性では、ベース４の慣性モー
メントは一定としている。接着層６の硬さに応じてＱ値
が変動することが分かる。
【００４２】なお、上述した例では、銅製の付加質量部
を設けるようにしたが、付加質量部の材料は、銅以外に
鉄，アルミナ，半田等の金属を使用できる。
を設けるようにしたが、付加質量部の材料は、銅以外に
鉄，アルミナ，半田等の金属を使用できる。
【００４３】また、上述した例では、ベース４の両端部
に付加質量部５を設けるようにしたが、ベース４の下端
部に付加質量部５を設けるような構成も可能である。図
11〜図14は、このような場合の構成例を示す図である。
図11に示す例は、ベース４の慣性を大きくするためにベ
ース４の下端部に、ベース４の幅方向に長尺である直方
体状の付加質量部５を設けた例である。図12に示す例
は、ベース４の幅方向に長尺である直方体状の付加質量
部５をベース４の下端部に設けた例である。図13に示す
例は、図11及び図12の構成を組み合わせた形状の付加質
量部５をベース４の下端部に設けた例である。図14は円
盤状の付加質量部５をベース４の下端部に設けた例であ
る。
に付加質量部５を設けるようにしたが、ベース４の下端
部に付加質量部５を設けるような構成も可能である。図
11〜図14は、このような場合の構成例を示す図である。
図11に示す例は、ベース４の慣性を大きくするためにベ
ース４の下端部に、ベース４の幅方向に長尺である直方
体状の付加質量部５を設けた例である。図12に示す例
は、ベース４の幅方向に長尺である直方体状の付加質量
部５をベース４の下端部に設けた例である。図13に示す
例は、図11及び図12の構成を組み合わせた形状の付加質
量部５をベース４の下端部に設けた例である。図14は円
盤状の付加質量部５をベース４の下端部に設けた例であ
る。
【００４４】また、図11に示すように、付加質量部５に
はその表面に絶縁膜を介して引出し電極11を設け、この
引出し電極11によってアーム２，３上の駆動電極，検出
電極と支持基板（プリント基板）上の配線とを接続する
ことも可能である。
はその表面に絶縁膜を介して引出し電極11を設け、この
引出し電極11によってアーム２，３上の駆動電極，検出
電極と支持基板（プリント基板）上の配線とを接続する
ことも可能である。
【００４５】（第４の実施の形態）図15（ａ），（ｂ）
は、第４の実施の形態における音叉型振動子１の構成を
示す、斜視図，上側から見た平面図である。捩り振動の
Ｑ値を高めるためには、回転中心位置での支持が必要で
あり、第４の実施の形態では、音叉型振動子１（ベース
４）を接続ピン12付きのステム10で支持させるための支
持部材７をベース４の下面に設ける。この支持部材７
は、ステム10への振動漏れを防ぐべく、ステム10とのア
イソレーションを図るために、ゴム状弾性体を使用す
る。アーム２，３に形成された駆動電極15，検出電極16
と接続する引出し電極13がベース４に設けられ、この引
出し電極13とステム10の接続ピン12とがリード線14で接
続される。
は、第４の実施の形態における音叉型振動子１の構成を
示す、斜視図，上側から見た平面図である。捩り振動の
Ｑ値を高めるためには、回転中心位置での支持が必要で
あり、第４の実施の形態では、音叉型振動子１（ベース
４）を接続ピン12付きのステム10で支持させるための支
持部材７をベース４の下面に設ける。この支持部材７
は、ステム10への振動漏れを防ぐべく、ステム10とのア
イソレーションを図るために、ゴム状弾性体を使用す
る。アーム２，３に形成された駆動電極15，検出電極16
と接続する引出し電極13がベース４に設けられ、この引
出し電極13とステム10の接続ピン12とがリード線14で接
続される。
【００４６】
【発明の効果】以上のように本発明では、ベースの幅を
大きくするか、ベースの幅を長くするか、または、ベー
スに付加質量部を設けるかして、両アームの慣性モーメ
ントに対する、ベースの慣性モーメントの総和の比を所
定値以上として、Ｑ値を高めるようにしたので、全長を
長くすることなくＱ値を高めることができる音叉型振動
子を実現できる。また、アームの難しい加工性を必要と
せず、量産性に優れる。また、回転中心位置でベースを
支持するような支持部材を設けるようにしたので、更に
Ｑ値を高めた音叉型振動子を実現できる。そして、この
ような音叉型振動子を使用するので、小型化，低背化を
実現した高性能の音叉型振動ジャイロを提供できる。
大きくするか、ベースの幅を長くするか、または、ベー
スに付加質量部を設けるかして、両アームの慣性モーメ
ントに対する、ベースの慣性モーメントの総和の比を所
定値以上として、Ｑ値を高めるようにしたので、全長を
長くすることなくＱ値を高めることができる音叉型振動
子を実現できる。また、アームの難しい加工性を必要と
せず、量産性に優れる。また、回転中心位置でベースを
支持するような支持部材を設けるようにしたので、更に
Ｑ値を高めた音叉型振動子を実現できる。そして、この
ような音叉型振動子を使用するので、小型化，低背化を
実現した高性能の音叉型振動ジャイロを提供できる。
【図１】本発明の音叉型振動子の構成を示す斜視図であ
る。
る。
【図２】アームの慣性モーメントに対するベースの慣性
モーメントの比と捩り振動のＱ値との関係を表すグラフ
である。
モーメントの比と捩り振動のＱ値との関係を表すグラフ
である。
【図３】第１の実施の形態における音叉型振動子の構成
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図４】ベース幅ＷB とモーメント比ＭB ／ＭA との関
係を表すグラフである。
係を表すグラフである。
【図５】ベース幅ＷB を変化させた場合のアーム先端か
らの長さと支持部の変位との関係を表すグラフである。
らの長さと支持部の変位との関係を表すグラフである。
【図６】第２の実施の形態における音叉型振動子の構成
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図７】ベース長ＬB とモーメント比ＭB ／ＭA との関
係を表すグラフである。
係を表すグラフである。
【図８】第３の実施の形態における音叉型振動子の構成
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図９】付加質量部の幅を含むベース幅ＷB とモーメン
ト比ＭB ／ＭA との関係を表すグラフである。
ト比ＭB ／ＭA との関係を表すグラフである。
【図１０】接着層の硬さと捩り振動のＱ値との関係を表
すグラフである。
すグラフである。
【図１１】付加質量部の他の例を示す斜視図である。
【図１２】付加質量部の更に他の例を示す斜視図であ
る。
る。
【図１３】付加質量部の更に他の例を示す斜視図であ
る。
る。
【図１４】付加質量部の更に他の例を示す斜視図であ
る。
る。
【図１５】第４の実施の形態における音叉型振動子の構
成を示す斜視図及び平面図である。
成を示す斜視図及び平面図である。
【図１６】音叉型振動ジャイロに使用される音叉型振動
子の一般的構成を示す斜視図である。
子の一般的構成を示す斜視図である。
【図１７】音叉型振動子の捩り振動の様子を示す模式図
である。
である。
【図１８】従来の音叉型振動子の構成を示す斜視図であ
る。
る。
１ 音叉型振動子 ２，３ アーム ４ ベース ５ 付加質量部 ６ 接着層 ７ 支持部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 寛 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 佐藤 良夫 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 菊池 一二 神奈川県横浜市港北区新横浜３丁目18番３ 号 富士通東和エレクトロン株式会社内
Claims (8)
- 【請求項１】 音叉を形成する２つのアームと、これら
を支持するベースとを有し、前記両アームが捩り振動す
る音叉型振動子において、前記両アームの捩り振動の中
心軸から前記両アームの重心位置までの距離の二乗に前
記両アームの質量を乗算した前記両アームの慣性モーメ
ントに対する、前記ベースの部分質量に前記捩り振動の
中心軸からの回転半径の二乗を乗算した前記ベースの慣
性モーメントの総和が1.0 以上であることを特徴とする
音叉型振動子。 - 【請求項２】 前記アームの幅に対する前記ベースの幅
の比が1.0 以上である請求項１記載の音叉型振動子。 - 【請求項３】 前記アームの長さが前記ベースの長さよ
り長い請求項１記載の音叉型振動子。 - 【請求項４】 前記ベースは、ベース本体部と、１また
は複数の付加質量部とを有し、前記ベース本体部及び付
加質量部とにて前記ベースの慣性モーメントを形成する
ように構成した請求項１記載の音叉型振動子。 - 【請求項５】 前記付加質量部は、50ｋｇ／ｃｍ2 以上
の硬さを有する請求項４記載の音叉型振動子。 - 【請求項６】 前記ベースは、前記ベース本体部と前記
付加質量部とを接着させる接着部を更に有し、該接着部
は使用温度範囲内で50ｋｇ／ｃｍ2 以上の硬さを有する
請求項４または５記載の音叉型振動子。 - 【請求項７】 前記ベースの回転運動の実質的に中心の
位置に設けられ、前記ベースを支持するための支持部材
を更に備える請求項１〜６の何れかに記載の音叉型振動
子。 - 【請求項８】 請求項１〜７の何れかに記載の音叉型振
動子を有することを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9349738A JPH11183176A (ja) | 1997-12-18 | 1997-12-18 | 音叉型振動子及び音叉型振動ジャイロ |
| US09/066,904 US6105426A (en) | 1997-12-18 | 1998-04-28 | Tuning fork type vibration element and tuning fork type vibration gyro |
| DE19821260A DE19821260A1 (de) | 1997-12-18 | 1998-05-12 | Schwingelement des Stimmgabeltyps und Schwingkreisel des Stimmgabeltyps |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9349738A JPH11183176A (ja) | 1997-12-18 | 1997-12-18 | 音叉型振動子及び音叉型振動ジャイロ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11183176A true JPH11183176A (ja) | 1999-07-09 |
Family
ID=18405776
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9349738A Pending JPH11183176A (ja) | 1997-12-18 | 1997-12-18 | 音叉型振動子及び音叉型振動ジャイロ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6105426A (ja) |
| JP (1) | JPH11183176A (ja) |
| DE (1) | DE19821260A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005227215A (ja) * | 2004-02-16 | 2005-08-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 角速度センサおよびその設計方法 |
| JP2010060361A (ja) * | 2008-09-02 | 2010-03-18 | Murata Mfg Co Ltd | 音叉型振動子、音叉型振動子の製造方法および角速度センサ |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US33479A (en) * | 1861-10-15 | Improved blacksmith s portable forge | ||
| US4410827A (en) * | 1980-04-24 | 1983-10-18 | Kabushiki Kaisha Suwa Seikosha | Mode coupled notched tuning fork type quartz crystal resonator |
| US4540909A (en) * | 1983-04-04 | 1985-09-10 | Seiko Instruments & Electronics Ltd. | Tuning fork type quartz crystal resonator with variable width base |
| US4538461A (en) * | 1984-01-23 | 1985-09-03 | Piezoelectric Technology Investors, Inc. | Vibratory angular rate sensing system |
| GB2158579B (en) | 1984-01-23 | 1988-07-13 | Piezoelectric Technology Inves | Angular rate sensor system |
| US4592663A (en) * | 1984-05-10 | 1986-06-03 | Quartex, Inc. | Resonator temperature transducer |
| JPH0783671A (ja) * | 1993-07-22 | 1995-03-28 | Yoshiro Tomikawa | 振動型ジャイロスコープ |
| JP3029001B2 (ja) * | 1993-10-28 | 2000-04-04 | トヨタ自動車株式会社 | 振動子 |
| JP3326989B2 (ja) * | 1994-08-25 | 2002-09-24 | 株式会社豊田中央研究所 | 振動子とその調整方法および角速度センサ |
-
1997
- 1997-12-18 JP JP9349738A patent/JPH11183176A/ja active Pending
-
1998
- 1998-04-28 US US09/066,904 patent/US6105426A/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-05-12 DE DE19821260A patent/DE19821260A1/de not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6105426A (en) | 2000-08-22 |
| DE19821260A1 (de) | 1999-07-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20021126 |