JPH0823258A - 振動子および振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 共振周波数を変えること無く、小型化を図る
ことができる振動子および振動ジャイロを得る。 【構成】 振動ジャイロ１における振動子１２は、３角
柱部分の両端に４角柱状の構造体１２ａを設けている。
振動子１２の３角柱の側面に、圧電素子１３ａ，１３
ｂ，１３ｃを形成する（１３ａは図示せず）。振動子１
２は、振動子１２のノード点付近の稜線部分１４ａ，１
４ｂで、支持部材１５に支持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は振動子および振動ジャ
イロに関し、特に例えば、回転角速度等を検出するため
に用いられる振動子および振動ジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】図２（Ａ）はこの発明の背景となる従来
の振動子を用いた振動ジャイロの一例を示す斜視図であ
り、図２（Ｂ）はその側面図である。この振動ジャイロ
１は、振動子２を含む。振動子２は、例えばエリンバな
どの恒弾性金属材料からなり、正３角柱状に形成され
る。振動子２の寸法は、例えば正３角柱の断面の正３角
形の一辺を３．５ｍｍ、長手方向の全長を４０ｍｍとす
る。この場合、振動子２の共振周波数は８．０５ＫＨｚ
となる。振動子２の３つの側面には、それぞれ圧電素子
３ａ，３ｂ，３ｃが形成される（３ａは図示せず）。圧
電素子３ａ，３ｂ，３ｃは、例えば圧電セラミックの両
面に電極を形成したものである。そして、この圧電素子
３ａ，３ｂ，３ｃが、振動子２の側面に接着され、この
うち２つの圧電素子３ａ，３ｂが、駆動用および出力信
号検出用として用いられる。また、もう１つの圧電素子
３ｃは、帰還用として用いられる。振動子２は、そのノ
ード点付近の稜線部分４ａ，４ｂで支持部材５に支持さ
れ、この支持部材５が支持台６に固定される。この振動
子２のノード点は、振動子２の長手方向の両端から中心
への距離がそれぞれ８．９６ｍｍの箇所に位置する。一
般に、両端が自由な屈曲振動する細棒の長手方向の全長
をＬとした場合のノード点の位置は、両端から中心への
距離がそれぞれ０．２２４×Ｌの２箇所である。

【０００３】この振動ジャイロ１では、圧電素子３ａ，
３ｂと圧電素子３ｃとの間に、自励振駆動するための帰
還ループとして発振回路などが接続される。そして、発
振回路からの駆動信号によって、振動子２は、圧電素子
３ｃ形成面に直交する方向に屈曲振動する。この状態
で、振動子２の軸を中心として回転すると、コリオリ力
によって、振動子２の振動方向が変わり、圧電素子３
ａ，３ｂ間に出力差が生じる。その出力差を測定するこ
とによって、回転角速度を検知することができる。ここ
で、振動ジャイロ１の基板への実装において、振動子２
の長手方向と前記基板面が垂直になるように振動ジャイ
ロ１を実装する場合、基板上の振動子２の高さを低くし
て装置の小型化を図るために、振動子２の小型化、特に
長手方向の短縮化が望まれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな振動子２では、小型化を図ろうとする際に長手方向
の全長を短くすると、振動子２の共振周波数が高くなっ
てしまう。振動子２の共振周波数が高くなると、振動子
２の駆動周波数もそれにともない高くなり、駆動時に揺
らぎが発生したり、検出回路にノイズが発生しやすくな
る問題が発生する。また従来の振動子と共振周波数が異
なるため、互換性がなくなる問題もある。

【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、共
振周波数を変えることなく長手方向の全長を短くし、小
型化した振動子および振動ジャイロを提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る振動子は、柱状体の両端部に所定の質
量を有する構造体を設けたことを特徴とし、また本発明
に係る振動ジャイロは、前記振動子を用い、該振動子の
側面に駆動検出手段を設けてなり、前記振動子をノード
点付近において支持体により支持することを特徴とす
る。

【０００７】

【作用】振動子の長手方向両端に質量を有する構造体を
設けたことで、前記振動子の長手方向全長を短縮して
も、前記振動子の共振周波数が高くなることがない。

【０００８】

【実施例】図１（Ａ）はこの発明の一実施例を示す斜視
図であり、図１（Ｂ）はその側面図である。振動ジャイ
ロ１０は、振動子１２を含む。振動子１２は、例えばエ
リンバ等の恒弾性金属、石英、ガラス、水晶、セラミッ
クス等、一般的に機械的振動を生じる材料で形成され
る。振動子１２の３角柱部分の両端に４角柱状の構造体
１２ａを、銀ろうやスポット溶接、レーザー溶接等の方
法で接合するか、もしくは振動子１２の両端に４角柱状
の構造体１２ａを一体成形することにより形成される。
振動子１２の寸法は、例えば正３角柱の部分は、断面の
正３角形の一辺を３．５ｍｍで長手方向の長さを２５ｍ
ｍとし、４角柱状の構造体１２ａの部分は、幅７．５ｍ
ｍ高さ３ｍｍ厚み３ｍｍとする。すなわち、振動子１２
の長手方向の全長は３１ｍｍである。この場合、振動子
２の共振周波数は８．８７ＫＨｚとなる。

【０００９】振動子１２の正３角柱部分の３つの側面に
は、それぞれ圧電素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃが形成さ
れる（１３ａは図示せず）。圧電素子１３ａ，１３ｂ，
１３ｃは、それぞれ圧電体を含み、その圧電体の両面に
電極を形成したものである。そして、この圧電素子１３
ａ，１３ｂ，１３ｃが、振動子１２の側面に接着され
る。このうち２つの圧電素子１３ａ，１３ｂが、駆動用
および出力信号検出用として用いられる。また、もう１
つの圧電素子１３ｃは、帰還用として用いられる。 振
動子１２は、そのノード点付近の稜線部分１４ａ，１４
ｂで支持部材１５に支持され、この支持部材１５が支持
台１６に固定される。この場合、ノード点の位置は、有
限要素法などのシミュレーションや、解析的手法により
計算で求めることができる。上述した寸法においては、
振動子１２のノード点は、振動子１２の長手方向の両端
から中心への距離がそれぞれ４．６６ｍｍの箇所に位置
する。 この振動ジャイロ１では、圧電素子１３ａ，１
３ｂと圧電素子１３ｃとの間に、自励振駆動するための
帰還ループとして発振回路などが接続される。そして、
発振回路からの駆動信号によって、振動子１２は、圧電
素子１３ｃ形成面に直交する方向に屈曲振動する。この
状態で、振動子１２の軸を中心として回転すると、コリ
オリ力によって、振動子１２の振動方向が変わり、圧電
素子１３ａ，１３ｂ間に出力差が生じる。その出力差を
測定することによって、回転角速度を検知することがで
きる。

【００１０】本実施例において、振動子１２の共振周波
数は８．８７ＫＨｚ、ノード点１４ａ，１４ｂ間の距離
の長手方向全長に対する比は０．７０、長手方向の全長
は３１ｍｍである。また従来例において、振動子２の共
振周波数は８．０５ＫＨｚ、ノード点４ａ，４ｂ間の距
離の長手方向全長に対する比は０．５５、長手方向の全
長は４０ｍｍである。このように、従来例に比べ、本実
施例はノード点間の距離の、長手方向全長に対する比が
大きくなることにより、共振周波数を許容できる近似値
に保持しつつ、振動子の長手方向の全長を２２．５％短
くすることが可能となった。

【００１１】なお、振動子１２の形状としては、３角柱
部分は円柱や四角柱など他の柱状体でもよく、４角柱状
の構造体１２ａは所定の質量を得る目的を果たせばよい
ので、３角柱状、板状、球状等の形状でもよく、また断
面をコの字状の形状として３角柱部分を覆うように取着
してもよく、またさらに不定形でもよい。また、振動子
１２の側面に圧電素子を設けたものについて述べたが、
振動子そのものを圧電体で構成することもでき、その場
合は駆動用、出力検出用の電極を振動子側面に設けてジ
ャイロを構成することもできる。このように、振動子１
２の形状や構成は、目的に応じて変更が可能である。

【００１２】

【発明の効果】この発明によれば、振動子の長手方向全
長を短縮しても、振動子の共振周波数が高くなることが
なく、従って振動子の駆動周波数も高くなることがな
い。よって、このような振動子を用いて振動ジャイロを
構成する場合には、振動子の駆動時に揺らぎが発生した
り、検出回路にノイズが発生しやすくなる問題が起こら
ず、また、従来の振動子との互換性も損ねることも無
く、小型化を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）はこの発明の一実施例の振動ジャイロの
斜視図であり、（Ｂ）はその側面図である。

【図２】（Ａ）は従来の振動ジャイロの斜視図であり、
（Ｂ）はその側面図である。

【符号の説明】

１０ 振動ジャイロ １２ 振動子 １２ａ 構造体 １３ａ，１３ｂ，１３ｃ 圧電素子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】柱状体の両端部に、所定の質量を有する構
   造体を設けたことを特徴とする振動子。
2. 【請求項２】請求項１記載の振動子を用い、該振動子の
   側面に駆動検出手段を設けてなり、前記振動子をノード
   点付近において支持体により支持することを特徴とする
   振動ジャイロ。