JPH0620967Y2 - Vibrating gyro - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、振動ジャイロに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial application] The present invention relates to a vibrating gyro.

［従来の技術］ 従来のＨ型振動ジャイロを第５図に示す。１はＨ型の振
動子で、この振動子１の幅方向（Ｙ軸方向）の両側面の
左右および上下の４カ所に駆動用圧電素子２が張り付け
られている。これらの４個の駆動用圧電素子２の極性
は、上側の２個と下側の２個とが正逆反対であり、この
駆動用圧電素子２による振動は、第６図(イ)に示す振動
モードとなる。また、振動子１の左右部分を結合するＹ
軸方向をなす結合部３のＸ軸方向の両面には、この結合
部３のねじれの大きさに比例した出力を発生する検出用
のねじれ型圧電素子４が表裏同じ極性で張り付けられて
いる。そして、振動子１の支持構造は、結合部３の上下
に一体に形成した支持板５を図示せぬケーシング側の支
持部材で支持する構造である。[Prior Art] A conventional H-type vibrating gyro is shown in FIG. Reference numeral 1 denotes an H-shaped vibrator, and driving piezoelectric elements 2 are attached to the left and right and upper and lower sides of both side surfaces of the vibrator 1 in the width direction (Y-axis direction). The polarities of these four driving piezoelectric elements 2 are opposite to each other in the upper two and the lower two, and the vibration due to the driving piezoelectric elements 2 is shown in FIG. 6 (a). The vibration mode is set. In addition, Y connecting the left and right parts of the vibrator 1
Twisting piezoelectric elements 4 for detection, which generate an output proportional to the magnitude of the twist of the coupling portion 3, are attached to both surfaces in the X-axis direction of the coupling portion 3 forming the axial direction with the same polarity on the front and back sides. The support structure of the vibrator 1 is a structure in which the support plate 5 integrally formed above and below the coupling portion 3 is supported by a support member on the casing side (not shown).

上記構成の振動ジャイロにＺ軸まわりの角速度が加わる
と、振動子１には駆動側の振動方向（第６図(イ)に示す
ようにＹ方向）と直角なＸ軸方向のコリオリの力が発生
し、振動子１はこのコリオリの力により第６図(ロ)のご
とき振動モードで、つまり、結合部３にねじれが生じる
ような振動モードで振動し、検出用のねじれ型圧電素子
４がこのねじれ振動を検出して、発生したコリオリの力
を検出する。When an angular velocity around the Z-axis is applied to the vibration gyro having the above-mentioned configuration, the vibrator 1 receives Coriolis force in the X-axis direction perpendicular to the vibration direction on the drive side (Y direction as shown in FIG. 6A). When the oscillator 1 is generated, the Coriolis force causes the oscillator 1 to vibrate in a vibration mode as shown in FIG. 6B, that is, in a vibration mode in which the joint 3 is twisted. By detecting this torsional vibration, the generated Coriolis force is detected.

［考案が解決しようとする課題］ 上記従来の振動ジャイロでは、駆動側の振動モード（駆
動モードという）が第６図(イ)に示すように結合部３に
上下の振動が生じるものであるため、支持板５による支
持は、駆動モードの節を支持する節点支持となっておら
ず、このため、検出用圧電素子４の出力には、支持によ
る影響が無視できない。例えば、駆動側の振動自体によ
り直接検出用圧電素子４に漏れ電圧が発生して誤差が生
じ、また、温度変動や経時変化によってＱ（クォリティ
・ファクタ）が不安定になる原因の一つであると考えら
れる。[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional vibration gyroscope described above, since the vibration mode on the drive side (referred to as drive mode) causes vertical vibration in the coupling portion 3 as shown in FIG. The support by the support plate 5 does not support the nodes in the drive mode, and therefore the output of the detection piezoelectric element 4 is not affected by the support. For example, this is one of the causes that the leakage voltage directly occurs in the detection piezoelectric element 4 due to the vibration itself on the driving side to cause an error, and the Q (quality factor) becomes unstable due to temperature fluctuations and changes over time. it is conceivable that.

本考案は上記事情に鑑みてなされたもので、振動モード
に対する支持の影響を少なくして、検出側の圧電素子に
生じる漏れ電圧を減少させ、かつ、安定した出力を得る
ことができる振動ジャイロを提供することを目的とす
る。The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a vibration gyro that can reduce the influence of support for the vibration mode, reduce the leak voltage generated in the piezoelectric element on the detection side, and obtain a stable output. The purpose is to provide.

［課題を解決するための手段］ 本考案では上記課題を解決するために、Ｈ型振動子の結
合部の中央に幅方向寸法を狭くしたくびれ部を形成し、
このくびれ部を支持棒で支持し、かつ、このくびれ部に
ねじれ型の検出用圧電素子を張り付けた。[Means for Solving the Problems] In the present invention, in order to solve the above problems, a constricted portion having a narrow width direction is formed in the center of a coupling portion of an H-shaped vibrator,
The constricted portion was supported by a support rod, and a twisting type piezoelectric element for detection was attached to the constricted portion.

［作用］ 上記構成の振動子は、２つの音叉を上下逆にしてくびれ
部で一体化したごとき形状となっている。[Operation] The vibrator having the above-described configuration has a shape such that two tuning forks are turned upside down and integrated at the constricted portion.

一般に、音叉底部の厚み（Ｚ軸方向寸法）がある厚さ以
上になるとその剛性によりたわみにくくなり、振動モー
ドが支持の影響を受けなくなるが、逆にねじれの共振周
波数、つまり、検出側の共振周波数が高くなってしま
う。しかし、検出用圧電素子を張り付けたくびれ部の幅
（Ｙ軸方向寸法）を調整することにより、検出側の共振
周波数を駆動側の共振周波数に容易に合わせることがで
きる。したがって、音叉底部の厚みを十分厚くすること
ができる。Generally, if the thickness of the bottom of the tuning fork (Z-axis direction dimension) exceeds a certain thickness, it becomes difficult to bend due to its rigidity, and the vibration mode is not affected by the support, but conversely, the resonance frequency of the twist, that is, the resonance of the detection side. The frequency becomes high. However, the resonance frequency on the detection side can be easily adjusted to the resonance frequency on the drive side by adjusting the width (dimension in the Y-axis direction) of the constricted portion to which the piezoelectric element for detection is attached. Therefore, the thickness of the bottom of the tuning fork can be made sufficiently thick.

そして、音叉底部の厚みが厚くくびれ部の幅が狭いと、
駆動モードに関して、このくびれ部の上下方向の振動は
ほとんどなく、このくびれ部を支持する幅方向（Ｙ軸軸
方向）の支持棒は、振動子の駆動モードにほとんど影響
を与えない。また、この支持棒の位置は、検出側の振動
モード（検出モード）の節となっている。このように、
駆動モードにも検出モードにも影響を与えない支持構造
となる。したがって、検出側圧電素子に生じる漏れ電圧
も小さくなり、また、安定した出力を得ることができ
る。And if the bottom of the tuning fork is thick and the width of the neck is narrow,
Regarding the drive mode, there is almost no vertical vibration of the constricted portion, and the support rods in the width direction (Y-axis axial direction) that support the constricted portion hardly affect the drive mode of the vibrator. In addition, the position of this support rod is a node of the vibration mode (detection mode) on the detection side. in this way,
The support structure does not affect the drive mode or the detection mode. Therefore, the leakage voltage generated in the detection-side piezoelectric element is reduced, and a stable output can be obtained.

［実施例］ 以下、本考案の一実施例を第１図〜第４図を参照して説
明する。[Embodiment] An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4.

第１図は本考案の振動ジャイロの正面図、第２図は同側
面図で、振動子１０は、概略的にはＨ型をなしている
が、左右部分を結合する結合部１１のＺ軸方向寸法を
十分大きく取り、この結合部１１の中央（Ｚ軸方向中
央）の幅方向（Ｙ軸方向）寸法ｍを狭くしてくびれ部１
２を形成している。また、振動子１０のくびれ部１２の
上側部分、および、下側部分はそれぞれが音叉型となっ
ているが、その音叉底部１３の厚み（Ｚ軸方向寸法）ｎ
を十分厚くしている。そして、支持棒１４は、このくび
れ部１２を幅方向（Ｙ軸方向）に貫通して固定され、両
端がケーシングに固定されている。また、上下、左右部
には従来と同様に４枚の駆動用圧電素子１５が張り付け
られている。この駆動用振動子１５の極性は、第５図に
示した従来のものと同様に、上側の２枚と下側の２枚と
が正逆反対とされており、駆動モードは、結合部を除き
第６図(イ)と同様な振動モードとなる。そして、前記く
びれ部１２の両面（Ｘ方向の両面）にねじれ型圧電素子
１６が表裏同じ極性で張り付けられている。FIG. 1 is a front view of the vibrating gyroscope of the present invention, and FIG. 2 is a side view thereof. The vibrator 10 is generally H-shaped, but the Z-axis of the connecting portion 11 connecting the left and right parts. The direction dimension is made sufficiently large, and the width direction (Y axis direction) dimension m of the center (Z axis direction center) of the joint portion 11 is narrowed to make the constricted portion 1.
Forming 2. Further, the upper part and the lower part of the constricted portion 12 of the vibrator 10 are each of a tuning fork type, but the thickness (Z-axis direction dimension) n of the tuning fork bottom part 13 thereof.
Is thick enough. The support rod 14 is fixed by penetrating the constricted portion 12 in the width direction (Y-axis direction), and both ends thereof are fixed to the casing. Further, four driving piezoelectric elements 15 are attached to the upper, lower, left and right portions as in the conventional case. The polarities of the driving vibrator 15 are the same as in the conventional one shown in FIG. 5 such that the upper two sheets and the lower two sheets are opposite to each other, and in the driving mode, the coupling portion is Except for this, the vibration mode is the same as in Fig. 6 (a). The twisted piezoelectric elements 16 are attached to both sides (both sides in the X direction) of the constricted portion 12 with the same polarity on the front and back sides.

前記ねじれ型圧電素子１６は、すべりひずみにより電圧
が発生する圧電物質を利用したもので、第３図、第４図
に示すように、分極方向（矢印で示す）が逆の２つの部
分からなり、上、下両面に電極（図示略）を張り付けた
構成であり、ねじれ型圧電素子の対向面の間に働くねじ
り力（Ｚ−Ｙ平面内のねじり力）に対してねじれ型圧電
素子１６の対向面間に電圧（Ｘ方向の電圧）が発生す
る。第３図は縦割りの場合で、これにも同図(イ)、同図
(ロ)の分極方向を反対にした２つのタイプがある。第４
図は横割りの場合で、これにも同図(イ)、同図(ロ)の２つ
のタイプがある。The twist-type piezoelectric element 16 uses a piezoelectric material that generates a voltage due to a slip strain, and as shown in FIGS. 3 and 4, it is composed of two parts having opposite polarization directions (indicated by arrows). , A structure in which electrodes (not shown) are attached to the upper and lower surfaces, respectively, and the torsional piezoelectric element 16 is applied to the torsional force (twisting force in the Z-Y plane) acting between the opposing surfaces of the torsional piezoelectric element. A voltage (voltage in the X direction) is generated between the facing surfaces. Figure 3 shows the case of vertical division, and this figure (a), the same figure
There are two types with the polarization directions of (b) reversed. Fourth
The figure shows the case of horizontal division, and there are also two types of this figure (a) and (b).

次に動作について説明する。Next, the operation will be described.

駆動用圧電素子１５に図示せぬ発振回路からの交流電圧
を印加すると、振動子１０の４本の各腕については、第
６図(イ)に示した駆動モードと同様な振動モードで振動
する。しかし、結合部１１の音叉底部１３の厚みｎが十
分厚いので、この部分の上下のたわみはほとんど発生せ
ず、かつ、くびれ部１２の幅が狭いので、くびれ部１
２に上下のたわみ振動はほとんど発生しない。したがっ
て、このくびれ部１２に幅方向（Ｙ方向）に貫通固定さ
れた支持棒１４は、駆動モードに影響をほとんど与えな
い。かつ、この支持棒１４の位置は、検出モードの節と
なっている。このように、支持棒１４は、駆動モードに
も検出モードにも影響を与えないように振動子１０を支
持している。When an alternating voltage from an oscillating circuit (not shown) is applied to the driving piezoelectric element 15, each of the four arms of the vibrator 10 vibrates in the same vibration mode as the driving mode shown in FIG. 6 (a). . However, since the thickness n of the tuning fork bottom portion 13 of the coupling portion 11 is sufficiently thick, the upper and lower deflections of this portion hardly occur, and the constricted portion 12 has a narrow width.
The upper and lower flexural vibrations in 2 hardly occur. Therefore, the support rod 14 that is fixed through the constricted portion 12 in the width direction (Y direction) has almost no influence on the drive mode. Moreover, the position of the support rod 14 is a node of the detection mode. In this way, the support rod 14 supports the vibrator 10 so as not to affect the drive mode and the detection mode.

ここで、振動ジャイロにＺ軸回りの角速度が加わると、
振動子１０には、駆動側の振動方向（Ｙ軸方向）に垂直
なＸ軸方向のコリオリの力が発生する。このコリオリの
力による振動の振動モード（すなわち、検出モード）
は、第６図(ロ)と同様であり、くびれ部１２にねじれが
発生するような振動モードである。このねじれ振動をね
じれ型圧電素子１６が検出して、発生したコリオリの力
を検出し、このコリオリの力から振動ジャイロに加わっ
た角速度を検出する。Here, when the angular velocity around the Z axis is applied to the vibration gyro,
A Coriolis force is generated in the vibrator 10 in the X-axis direction perpendicular to the driving-side vibration direction (Y-axis direction). Vibration mode of this Coriolis force (that is, detection mode)
Is a vibration mode similar to that of FIG. 6B, in which the constricted portion 12 is twisted. The torsional piezoelectric element 16 detects this torsional vibration to detect the generated Coriolis force, and the angular velocity applied to the vibration gyro from the Coriolis force is detected.

一般に、音叉型振動子では、音叉底部の厚み（Ｚ軸方向
寸法）がある厚み以上になるとその剛性によりたわみに
くくなり、振動モードが支持形態の影響をうけなくなる
が、逆にねじれの共振周波数、つまり、検出側の共振周
波数が高くなってしまう。検出側の共振周波数と駆動側
の共振周波数とのずれが大きいと、コリオリの力による
振動を維持できず、コリオリの力を検出できなくなる。
しかし、本考案の振動子１０では、検出用圧電素子１６
を張り付けたくびれ部１２の幅（Ｙ軸方向寸法）ｍを調
整することにより、検出側の共振周波数を低くし駆動側
の共振周波数に容易に合わせることができる。したがっ
て、音叉底部１３の厚みｎを十分厚くすることができ
る。Generally, in a tuning fork type vibrator, when the thickness of the bottom of the tuning fork (Z-axis direction dimension) exceeds a certain thickness, it becomes difficult to bend due to its rigidity, and the vibration mode is not affected by the support form, but conversely, the resonance frequency of the twist, That is, the resonance frequency on the detection side becomes high. If the difference between the resonance frequency on the detection side and the resonance frequency on the drive side is large, the vibration due to the Coriolis force cannot be maintained and the Coriolis force cannot be detected.
However, in the vibrator 10 of the present invention, the detecting piezoelectric element 16
By adjusting the width (dimension in the Y-axis direction) m of the constricted portion 12 attached with, the resonance frequency on the detection side can be lowered and easily adjusted to the resonance frequency on the drive side. Therefore, the thickness n of the tuning fork bottom portion 13 can be made sufficiently thick.

そして、音叉底部１３の厚みｎが厚くくびれ部１２の幅
ｍが狭いと、駆動モードに関して、このくびれ部１２の
上下方向の振動はほとんどなく、このくびれ部１２を支
持する幅方向（Ｙ軸軸方向）の支持棒１４は、振動子１
０の駆動モードに影響を与えない。また、この支持棒１
４の位置は、検出モードの節となっている。このよう
に、駆動モードにも検出モードにも影響を与えない支持
構造となる。したがって、検出側圧電素子、つまり、ね
じれ型圧電素子１６に生じる漏れ電圧を減少させること
ができる。また、温度変動、あるいは、経時変化により
Ｑ（クォリティ・ファクタ）の変動の原因の１つとして
支持形態の影響があると考えられることから、Ｑの安定
化に寄与するものと考えられ、安定した出力を得ること
が可能となる。If the thickness n of the tuning fork bottom portion 13 is large and the width m of the constricted portion 12 is narrow, there is almost no vertical vibration of the constricted portion 12 in the drive mode, and the width direction (Y-axis axis) that supports the constricted portion 12 is small. (Direction) support rod 14 is the vibrator 1
It does not affect the 0 drive mode. Also, this support rod 1
The position of 4 is a section of the detection mode. In this way, the support structure does not affect the drive mode or the detection mode. Therefore, the leak voltage generated in the detection side piezoelectric element, that is, the twist type piezoelectric element 16 can be reduced. In addition, since it is considered that there is an influence of the supporting form as one of the causes of the fluctuation of Q (quality factor) due to temperature fluctuation or aging, it is considered that it contributes to the stabilization of Q and is stable. Output can be obtained.

［考案の効果］ 以上説明したように本考案によれば、Ｈ型振動子の結合
部の中央に幅方向寸法を狭くしたくびれ部を形成し、こ
のくびれ部を支持棒で支持し、かつ、このくびれ部にね
じれ型の検出用圧電素子を張り付けた構成としたので、
駆動側振動モードにも検出側振動モードにも影響を与え
ない支持構造を得ることができた。これにより、検出側
圧電素子に生じる漏れ電圧を小さくすることができ、さ
らに、温度変動による変化や経時変化の少ない安定した
出力を得ることが可能となった。[Advantage of the Invention] As described above, according to the present invention, a constricted portion having a narrow width direction is formed in the center of the coupling portion of the H-shaped vibrator, and the constricted portion is supported by a support rod, and Since a twist-type detection piezoelectric element is attached to the constricted portion,
It was possible to obtain a support structure that does not affect the drive-side vibration mode or the detection-side vibration mode. As a result, it is possible to reduce the leak voltage generated in the detection side piezoelectric element, and it is possible to obtain a stable output with little change due to temperature change and change over time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第１図は本考案の一実施例を示す振動ジャイロの正面
図、第２図は同側面図、第３図(イ),(ロ)はねじれ型圧電
素子の一例の説明図、第４図(イ),(ロ)はねじれ型圧電素
子の他の例の説明図、第５図は従来の振動ジャイロの斜
視図、第６図(イ)は第５図の振動ジャイロの駆動側の振
動モードの説明図、同図(ロ)は同検出側の振動モードの
説明図である。 １０……振動子、１１……結合部、１２……くびれ部、
１３……音叉底部、１４……支持棒、 １５……駆動用圧電素子、 １６……ねじれ型圧電素子（検出用圧電素子）。FIG. 1 is a front view of a vibrating gyroscope showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view thereof, and FIGS. 3 (a) and 3 (b) are explanatory views of an example of a twist type piezoelectric element, and FIG. (A) and (b) are explanatory views of another example of the twist type piezoelectric element, FIG. 5 is a perspective view of a conventional vibrating gyro, and FIG. 6 (a) is vibration on the drive side of the vibrating gyro of FIG. The mode explanatory diagram and FIG. 14B are explanatory diagrams of the vibration mode on the detection side. 10 ... vibrator, 11 ... coupling part, 12 ... constriction part,
13 ... Tuning fork bottom part, 14 ... Support rod, 15 ... Driving piezoelectric element, 16 ... Twist-type piezoelectric element (detection piezoelectric element).

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項１】Ｈ型振動子の結合部の中央に幅方向寸法を
狭くしたくびれ部を形成し、このくびれ部を支持棒で支
持し、かつ、このくびれ部にねじれ型の検出用圧電素子
を張り付けたことを特徴とする振動ジャイロ。1. A constricted portion having a reduced widthwise dimension is formed at the center of a coupling portion of an H-shaped oscillator, the constricted portion is supported by a support rod, and a twisted piezoelectric element for detection is provided in the constricted portion. A vibrating gyro, which is characterized by being attached to.