JPH0875476A

JPH0875476A - 振動ジャイロ

Info

Publication number: JPH0875476A
Application number: JP6234240A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Fujimoto; 本克己藤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-09-01
Filing date: 1994-09-01
Publication date: 1996-03-22

Abstract

(57)【要約】【目的】小型化しても感度のよい振動ジャイロを提供
する。【構成】振動ジャイロ１０は、屈曲振動する振動子１
２を含む。振動子１２は、たとえば正３角柱状の振動体
１４を含み、振動体１４の３つの側面の中央には、圧電
素子１６ａ，１６ｂおよび１６ｃがそれぞれ固着され
る。振動子１２の長手方向における両端部には、支持部
材として吸振板２２ａおよび２２ｂが、それぞれ固着さ
れる。吸振板２２ａおよび２２ｂは、振動子１２の長手
方向における両端部を支持したときの振動子１２の屈曲
振動のノード部を、外周部分２８ａおよび２８ｂの外側
と内側とのほぼ中央を周回する部分に有する。吸振板２
２ａおよび２２ｂのノード部分には、たとえばリング状
の固定部材３０ａおよび３０ｂが、接続部材３２ａおよ
び３２ｂを介して、それぞれ接続される。固定部材３０
ａおよび３０ｂは、振動子１２に接触しないようにして
吸振板２２ａおよび２２ｂ間において振動子１２の周囲
に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は振動ジャイロに関し、
特にたとえば、回転角速度を検知することによって移動
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、または手ぶれなどの外的振動による回転角速度を
検知し適切な制振を行う手ぶ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１４は従来の振動ジャイロの一例を示
す斜視図であり、図１５はその正面図である。図１４お
よび図１５に示す振動ジャイロ１は、振動子２を含む。

【０００３】振動子２は、正３角柱状の振動体３を含
み、振動体３の３つの側面のほぼ中央には、３つの圧電
素子４ａ，４ｂおよび４ｃがそれぞれ形成される。

【０００４】この振動子２は、線材からなる略コ字形の
２つの支持部材５ａおよび５ｂによって、基板６の一方
主面の上方で支持される。この場合、支持部材５ａおよ
び５ｂの中央部分が、２つの圧電素子４ａおよび４ｂで
挟まれる振動体３の１つの稜線部分に固着される。支持
部材５ａおよび５ｂは、振動子２の屈曲振動に悪影響を
及ぼしにくくするために、振動子２のノード部分の近傍
に固着される。振動子２のノード部分は、振動子２の長
手方向の長さをＬとすると、振動子２の中心軸の両端か
ら０．２２４Ｌの位置にある。この従来例では、これら
の支持部材５ａおよび５ｂの中央部分は、振動体３の１
つの稜線部分の両端から０．２２４Ｌの位置に固着され
る。そして、それらの支持部材５ａおよび５ｂの両端
は、基板６の一方主面に固着される。

【０００５】この振動ジャイロ１では、たとえば２つの
圧電素子４ａおよび４ｂに同様な駆動信号を印加する
か、あるいは、１つの圧電素子４ｃに駆動信号を印加す
れば、振動体３が圧電素子４ｃの主面に直交する方向
に、すなわち基板６の主面に直交する方向に屈曲振動す
る。無回転時には、圧電素子４ａおよび４ｂから同様な
検出信号が得られる。そして、振動子２に振動体３の中
心軸を中心とする回転角速度が加わると、コリオリ力に
よって振動体３の屈曲振動の方向が変わり、２つの圧電
素子４ａおよび４ｂからその回転角速度に応じた検出信
号がそれぞれ得られる。この場合、その回転角速度に応
じて、たとえば、一方の圧電素子４ａからの検出信号の
電圧が大きくなり、他方の圧電素子４ｂからの検出信号
の電圧が小さくなる。したがって、この振動ジャイロ１
では、それらの検出信号の差の信号によって、回転角速
度が加わっていないことや加わっている回転角速度を検
出することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この振動ジャイロ１で
は、振動子２の質量をＭとし、振動子２の屈曲振動の周
波数をωとし、振動子２に加わっている回転角速度をΩ
とすると、その回転角速度によって振動子２に発生する
コリオリ力は、Ω・Ｍ／ωに比例する。また、この振動
ジャイロ１では、小型化を図るために振動子２を小型に
すると、振動子２の質量Ｍが軽くなるとともに振動子２
の屈曲振動の周波数ωが高くなるため、コリオリ力が小
さくなるとともに回転角速度を検出する感度が低下して
しまう。

【０００７】それゆえに、この発明の主たる目的は、小
型化しても感度のよい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】この発明は、屈曲振動す
る柱状の振動子と、振動子の長手方向における両端部に
それぞれが固着され、振動子を支持するための支持部材
とを含む、振動ジャイロである。

【０００９】なお、この発明にかかる振動ジャイロにお
いて、支持部材が振動子の屈曲振動のノード部分を有
し、支持部材のノード部分に固定部材が接続されること
が、後述の理由によって好ましい。

【００１０】この場合、固定部材の外径が振動子の外径
および支持部材の外径よりそれぞれ大きく形成されるこ
とが、後述の理由によって好ましい。

【００１１】

【作用】振動子の長手方向における両端部がそれぞれの
支持部材で支持される。そのため、振動子の屈曲振動の
周波数が低くなり、振動子に発生するコリオリ力が大き
くなり、回転角速度を検出する感度が上がる。そのた
め、振動子を小型に形成しても、感度がよい。

【００１２】また、この発明にかかる振動ジャイロにお
いて、支持部材が振動子の屈曲振動のノード部分を有
し、支持部材のノード部分に固定部材が接続される場
合、固定部材を固定すれば、振動子の屈曲振動をほとん
ど抑制することなく、振動子を支持することができる。

【００１３】さらに、固定部材の外径が振動子の外径お
よび支持部材の外径よりそれぞれ大きく形成される場
合、振動子および支持部材に接触することなく、固定部
材を固定しやすい。

【００１４】

【発明の効果】この発明によれば、小型化しても感度の
よい振動ジャイロが得られる。

【００１５】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１６】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す斜視図であ
り、図２はその平面図であり、図３はその正面図であ
り、図４は図２の線ＩＶ−ＩＶにおける断面図である。
この振動ジャイロ１０は、振動子１２を含む。

【００１７】振動子１２は、たとえば正３角柱状の振動
体１４を含む。この振動体１４は、たとえば、ニッケ
ル，鉄，クロム，チタン、あるいはそれらの合金たとえ
ばエリンバ，鉄−ニッケル合金などの恒弾性金属材料で
形成される。なお、振動体１４は、たとえば、石英，ガ
ラス，水晶，セラミックなどのように一般的に機械的な
振動を生じる金属以外の材料で形成されてもよい。

【００１８】振動体１４には、その３つの側面の中央
に、圧電素子１６ａ，１６ｂおよび１６ｃがそれぞれ固
着される。これらの圧電素子１６ａ〜１６ｃは、それぞ
れ、たとえばセラミックからなる圧電層１８を含み、圧
電層１８の両主面には、電極２０ａおよび２０ｂがそれ
ぞれ形成される。そして、これらの圧電素子１６ａ〜１
６ｃの一方主面の３つの電極２０ａが、振動体１４の側
面にたとえば接着剤で接着される。

【００１９】この振動子１２には、支持部材として吸振
板２２ａおよび２２ｂが固着される。一方の吸振板２２
ａは、たとえば中空半球状の突出部分２４ａを含み、そ
の突出部分２４ａの周囲には、３つの接続部分２６ａを
介して、振動子１２の外径より大きい外径を有するリン
グ状の外周部分２８ａが接続される。そして、この吸振
板２２ａの突出部分２４ａの中央部が、振動子１２の振
動体１４の長手方向における一端面の中央部に、たとえ
ば、接着剤で接着し、はんだ付けし、または溶接するこ
とによって固着される。同様に、他方の吸振板２２ｂ
は、たとえば中空半球状の突出部分２４ｂを含み、その
突出部分２４ｂの周囲には、３つの接続部分２６ｂを介
して、振動子１２の外径より大きい外径を有するリング
状の外周部分２８ｂが接続される。そして、この吸振板
２２ｂの突出部分２４ｂの中央部が、振動子１２の振動
体１４の長手方向における他端面の中央部に固着され
る。

【００２０】また、この振動子１２は、たとえば２つの
圧電素子１６ａおよび１６ｂに同様な駆動信号を印加す
るか、あるいは、１つの圧電素子１６ｃに駆動信号を印
加すれば、振動体１２が圧電素子１６ｃの主面に直交す
る方向に屈曲振動する。この場合、吸振板２２ａおよび
２２ｂは、図５および図６に示すように、振動子１２の
長手方向における両端部を支持したときの振動子１２の
屈曲振動のノード部を、外周部分２８ａおよび２８ｂの
外側と内側とのほぼ中央を周回する部分に有する。

【００２１】これらの吸振板２２ａおよび２２ｂのノー
ド部分には、たとえばリング状の固定部材３０ａおよび
３０ｂが、それぞれ接続される。この場合、一方の固定
部材３０ａは、たとえば３つの接続部材３２ａを介し
て、一方の吸振板２２ａの外周部分２８ａのノード部分
に接続され、他方の固定部材３０ｂは、たとえば３つの
接続部材３２ｂを介して、他方の吸振板２２ｂの外周部
分２８ｂのノード部分に接続される。また、これらの固
定部材３０ａおよび３０ｂは、吸振板２２ａおよび２２
ｂの外周部分２８ａおよび２８ｂの外径より大きい外径
を有し、振動子１２に接触しないようにして吸振板２２
ａおよび２２ｂ間において振動子１２の周囲に配置され
る。なお、これらの固定部材３０ａおよび３０ｂは、吸
振板２２ａおよび２２ｂを振動子１２に固着する前に、
振動子１２の周囲に配置される。

【００２２】この振動ジャイロ１０では、たとえば２つ
の圧電素子１６ａおよび１６ｂに同様な駆動信号を印加
するか、あるいは、１つの圧電素子１６ｃに駆動信号を
印加すれば、振動体１２が圧電素子１６ｃの主面に直交
する方向に屈曲振動する。無回転時には、圧電素子１６
ａおよび１６ｂから同様な検出信号が得られる。そし
て、振動子１２に振動体１４の中心軸を中心とする回転
角速度が加わると、コリオリ力によって振動体１４の屈
曲振動の方向が変わり、２つの圧電素子１６ａおよび１
６ｂからその回転角速度に応じた検出信号がそれぞれ得
られる。この場合、その回転角速度に応じて、たとえ
ば、一方の圧電素子１６ａからの検出信号の電圧が大き
くなり、他方の圧電素子１６ｂからの検出信号の電圧が
小さくなる。したがって、この振動ジャイロ１０では、
それらの検出信号の差の信号によって、それに回転角速
度が加わっていないことや加わっている回転角速度を検
出することができる。

【００２３】また、この振動ジャイロ１０では、図１４
および図１５に示す従来例と比べて、振動子の長手方向
における両端部が吸振板で支持されるため、振動子の屈
曲振動の周波数が低くなる。

【００２４】すなわち、図１４および図１５に示す従来
例では、図７に示すように、振動子２が自由共振するの
で、ｎ次モードの基準定数をα_naとし、振動子のヤング
率をＥとし、振動子の断面の中性面に関する２次モーメ
ントをＩとし、振動子の密度をρとし、振動子の断面積
をＡとし、振動子の長さをＬとすると、ｎ次モードの共
振角周波数ω_naは、（α_na ²／Ｌ²）・｛（Ｅ・Ｉ）／
（ρ・Ａ）｝^1/2で表され、１次モードの基準定数α_1a
は、４．７３０で表される。そして、図１４および図１
５に示す従来例では、振動子２の屈曲振動の周波数が２
５ｋＨｚになる。

【００２５】それに対して、この振動ジャイロ１０で
は、図８に示すように、振動子１２の両端部が支持され
た状態で振動子１２が屈曲振動するので、ｎ次モードの
基準定数をα_nbとし、振動子のヤング率をＥとし、振動
子の断面の中性面に関する２次モーメントをＩとし、振
動子の密度をρとし、振動子の断面積をＡとし、振動子
の長さをＬとすると、ｎ次モードの共振角周波数ω
_nbは、（α_nb ²／Ｌ²）・｛（Ｅ・Ｉ）／（ρ・Ａ）｝
^1/2で表され、１次モードの基準定数α_1bは、３．１４
で表される。そして、この振動ジャイロ１０では、振動
子１２の屈曲振動の周波数が１１ｋＨｚになる。

【００２６】したがって、この振動ジャイロ１０では、
図１４および図１５に示す従来例と比べて、振動子の屈
曲振動の周波数が低くなり、そのため、振動子に発生す
るコリオリ力が大きくなり、回転角速度を検出する感度
が上がる。したがって、この振動ジャイロ１０では、振
動子を小型にしても、感度がよい。

【００２７】さらに、この振動ジャイロ１０では、吸振
板２２ａおよび２２ｂが振動子１２の屈曲振動のノード
部分を有し、それらの吸振板２２ａおよび２２ｂのノー
ド部分に固定部材３０ａおよび３０ｂがそれぞれ接続さ
れているので、それらの固定部材３０ａおよび３０ｂを
固定すれば、振動子１２の屈曲振動をほとんど抑制する
ことなく、振動子１２を支持することができる。

【００２８】また、この振動ジャイロ１０では、固定部
材３０ａおよび３０ｂの外径が振動子１２の外径および
吸振板２２ａおよび２２ｂの外径よりそれぞれ大きく形
成されているので、振動子１２や吸振板２２ａおよび２
２ｂに接触することなく、固定部材３０ａおよび３０ｂ
をたとえば基板の一方主面などの平面上に固定しやす
い。

【００２９】なお、上述の実施例では、振動子１２に正
３角柱状の振動体１４が用いられているが、この発明で
は、たとえば図９に示す正８角柱状の振動体１４や正４
角柱状の振動体などの他の多角柱状の振動体、あるい
は、たとえば図１０および図１１に示す円柱状の振動体
１４が用いられてもよい。なお、振動体１４には、たと
えば図１２および図１３に示すように、中心軸に沿って
中空部１５が形成されてもよい。

【００３０】また、上述の実施例では、振動体の側面に
３つの圧電素子が形成されているが、この発明では、振
動体の側面に２つ以上の圧電素子が形成されればよい。

【００３１】さらに、振動体１４は、たとえば図１０な
いし図１３に示すように、圧電体で形成されてもよく、
その場合、振動体１４の表面には、圧電素子の代わりに
電極１７が形成される。

【００３２】また、固定部材３０ａおよび３０ｂは、そ
れぞれ、上述の実施例ではリング状に形成されている
が、たとえば４角環状などの他の形状に形成されてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す斜視図である。

【図２】図１に示す実施例の平面図である。

【図３】図１に示す実施例の正面図である。

【図４】図２の線ＩＶ−ＩＶにおける断面図解図であ
る。

【図５】図１に示す実施例に用いられる振動子および吸
振板の振動状態を示す断面図解図である。

【図６】図１に示す実施例に用いられる吸振板の振動状
態を示す図解図である。

【図７】図１４に示す振動ジャイロに用いられる振動子
の自由共振による振動状態を示す側面図解図である。

【図８】図１に示す実施例に用いられる振動子の両端部
を支持した場合の振動状態を示す側面図解図である。

【図９】振動子の他の例を示す正面図である。

【図１０】振動子のさらに他の例を示す斜視図である。

【図１１】図１０の線ＸＩ−ＸＩにおける断面図解図で
ある。

【図１２】振動子の別の例を示す斜視図である。

【図１３】図１２の線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩにおける断面
図解図である。

【図１４】従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図であ
る。

【図１５】図１５に示す振動ジャイロの正面図である。

【符号の説明】

１０振動ジャイロ１２振動子１４振動体１６ａ〜１６ｃ圧電素子１８圧電層２０ａ，２０ｂ電極２２ａ，２２ｂ吸振板２４ａ，２４ｂ突出部分２６ａ，２６ｂ接続部分２８ａ，２８ｂ外周部分３０ａ，３０ｂ固定部材３２ａ，３２ｂ接続部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】屈曲振動する柱状の振動子、および前記
振動子の長手方向における両端部にそれぞれが固着さ
れ、前記振動子を支持するための支持部材を含む、振動
ジャイロ。
【請求項２】前記支持部材は前記振動子の屈曲振動の
ノード部分を有し、前記支持部材のノード部分に接続さ
れる固定部材を含む、請求項１に記載の振動ジャイロ。
【請求項３】前記固定部材の外径は、前記振動子の外
径および前記支持部材の外径よりそれぞれ大きく形成さ
れる、請求項２に記載の振動ジャイロ。