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この項目の情報は公開日時点(1996年11月1日)のものです。
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図面 (9)

目的

簡単に製造することができ、高感度でしかも小型化が可能な、振動ジャイロを提供する。

構成

振動ジャイロ10は振動子12を含み、振動子12は振動体14を含む。振動体14は、たとえば有底の正3角筒状に形成される。この場合、振動体14は、正3角柱状中空部16を有する。振動体14の軸方向の一端部には、振動体14を支持するための支持部18が形成される。支持部18は、3つの支持片20a,20b,20cと、1つのリング状の支持環体22とで形成される。振動体14および支持部18は、たとえば恒弾性材料で一体的に形成される。振動体14と支持部18は、たとえば略円板リング状の前加工材絞り加工を施すことによって、一体的に形成される。振動体14の3つの側面には、圧電素子32a,32bおよび32cがそれぞれ形成される。

概要

背景

図7(A)は従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図であり、図7(B)はその断面図である。図8は図7に示す振動ジャイロが屈曲振動している状態を示す図解図である。振動ジャイロ1は振動子2を含み、振動子2は振動体3を含む。振動体3は、たとえば恒弾性金属材料で正3角柱状に形成される。振動体3の3つの側面には、それぞれ圧電素子4a,4b,4cが形成される。圧電素子4a,4b,4cは、それぞれ磁器などからなる圧電層5を含む。そして、圧電層5の両面に電極6が形成される。これらの電極6の一方が、振動体3に接着される。さらに、振動体3のノード点付近稜線部には、支持部材7が固着される。支持部材7は、たとえば金属線などで形成され、溶接などにより振動体3に固着される。この支持部材7はコ字状に形成され、その両端部が支持台8などに取り付けられる。

この振動ジャイロ1では、圧電素子4a,4bと圧電素子4cとの間に発振回路が接続される。この発振回路によって、振動体3は圧電素子4c形成面に直交する方向に屈曲振動する。この状態で、振動体3の中心軸を中心として回転すると、コリオリ力によって屈曲振動の方向が変わる。それによって、圧電素子4a,4bの出力信号に差が生じる。したがって、圧電素子4a,4b間の出力信号の差を測定すれば、回転角速度を検出することができる。

概要

簡単に製造することができ、高感度でしかも小型化が可能な、振動ジャイロを提供する。

振動ジャイロ10は振動子12を含み、振動子12は振動体14を含む。振動体14は、たとえば有底の正3角筒状に形成される。この場合、振動体14は、正3角柱状の中空部16を有する。振動体14の軸方向の一端部には、振動体14を支持するための支持部18が形成される。支持部18は、3つの支持片20a,20b,20cと、1つのリング状の支持環体22とで形成される。振動体14および支持部18は、たとえば恒弾性材料で一体的に形成される。振動体14と支持部18は、たとえば略円板リング状の前加工材絞り加工を施すことによって、一体的に形成される。振動体14の3つの側面には、圧電素子32a,32bおよび32cがそれぞれ形成される。

目的

それゆえに、この発明の主たる目的は、簡単に製造することができ、高感度でしかも小型化が可能な振動ジャイロを提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
3件

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請求項1

中空部を有する振動体、および前記振動体の軸方向の端部で前記振動体を支持する支持部を含み、前記振動体と前記支持部は、前加工材絞り加工を施すことによって一体的に形成され、前記振動体は前記支持部で片持ち支持される、振動ジャイロ

請求項2

前記振動体が筒状に形成される、請求項1に記載の振動ジャイロ。

請求項3

前記振動体が有底筒状に形成される、請求項1に記載の振動ジャイロ。

請求項4

前記振動体が多角形筒状に形成される、請求項2に記載の振動ジャイロ。

請求項5

前記振動体が有底の多角形筒状に形成される、請求項3に記載の振動ジャイロ。

請求項6

前記振動体が円筒状に形成される、請求項2に記載の振動ジャイロ。

請求項7

前記振動体が有底の円筒状に形成される、請求項3に記載の振動ジャイロ。

技術分野

0001

この発明は振動ジャイロに関し、特にたとえは、角速度を検知することにより移動体の位置を検出して適切な誘導を行うナビゲーションシステム、あるいは外的振動を検知して適切な制振を行うヨーレートセンサなどに応用できる、振動ジャイロである。

背景技術

0002

図7(A)は従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図であり、図7(B)はその断面図である。図8図7に示す振動ジャイロが屈曲振動している状態を示す図解図である。振動ジャイロ1は振動子2を含み、振動子2は振動体3を含む。振動体3は、たとえば恒弾性金属材料で正3角柱状に形成される。振動体3の3つの側面には、それぞれ圧電素子4a,4b,4cが形成される。圧電素子4a,4b,4cは、それぞれ磁器などからなる圧電層5を含む。そして、圧電層5の両面に電極6が形成される。これらの電極6の一方が、振動体3に接着される。さらに、振動体3のノード点付近稜線部には、支持部材7が固着される。支持部材7は、たとえば金属線などで形成され、溶接などにより振動体3に固着される。この支持部材7はコ字状に形成され、その両端部が支持台8などに取り付けられる。

0003

この振動ジャイロ1では、圧電素子4a,4bと圧電素子4cとの間に発振回路が接続される。この発振回路によって、振動体3は圧電素子4c形成面に直交する方向に屈曲振動する。この状態で、振動体3の中心軸を中心として回転すると、コリオリ力によって屈曲振動の方向が変わる。それによって、圧電素子4a,4bの出力信号に差が生じる。したがって、圧電素子4a,4b間の出力信号の差を測定すれば、回転角速度を検出することができる。

発明が解決しようとする課題

0004

図7に示すような従来の振動ジャイロ1では、振動体3が正3角柱状の音片で形成され、振動体3の自由振動のノード点で屈曲振動する。この場合、振動体3は、図8に示すように、2つのノード点を中心として屈曲振動し、振動体3のノード点は、振動体3の長さをLとすると、その両端から0.224Lの位置の中心線上に存在する。また、振動体3がその中心軸を中心にして回転した時に発生するコリオリ力による変位は、振動体3の自由振動の変位と直交する方向に発生する。さらに、それらの互いに直交する2つの方向に対して、振動体3の支持構造が高い自由度を保つことで、振動ジャイロ1の感度が高められている。

0005

これらの一連の理由によって、図7に示す従来の振動ジャイロ1では、振動体3を支持するための構造として、振動体3の自由度をできる限り高く保つために、振動体3のノード点付近の稜線部に、金属線からなるコ字状の支持部材7の中間部を溶接などにより固着し、さらに、支持部材7の両端部を支持台8に固着するという、立体的でかつ複雑な支持構造を構成している。この場合、振動体3は、その長手方向の両側にある2つのノード点において支持部材7で支持されている。

0006

図7に示す従来の振動ジャイロ1では、コ字状の支持部材7がかさばるため、振動ジャイロの小型化を阻害し、また、別途準備した支持部材7および支持台8を用いて振動体3を支持するため、それらの材料コストおよびそれらの組み立てコストも高くつき、製造コストの低減化も阻害するものであった。こういった状況下にある従来の振動ジャイロ1において、小型化を図るためには、振動体3の全長Lを短く形成することが考えられるが、振動体3の全長Lを短く形成すると、振動体3の自由振動時の振幅が小さくなるため、周波数が大きくなる。そのため、振動ジャイロを小型化しても、振動ジャイロ1の感度が低下し、支障をきたす。逆に、振動ジャイロ1の感度を高めようとすると、振動体3の自由振動の振幅を大きくするために、振動体3の全長Lを長く形成する必要があるが、この場合、小型化を阻害するものとなる。

0007

そこで、振動体3の全長Lが同じ場合には、周波数が小さくなり、振動ジャイロの感度を高めることができ、自由振動時の振動体3の周波数が同じ場合には、振動体3の全長Lを短くして、小型化が図れる振動モードを有する振動ジャイロが希求される。

0008

それゆえに、この発明の主たる目的は、簡単に製造することができ、高感度でしかも小型化が可能な振動ジャイロを提供することである。

課題を解決するための手段

0009

この発明は、中空部を有する振動体と、振動体の軸方向の端部で振動体を支持する支持部とを含み、振動体と支持部は、前加工材絞り加工を施すことによって一体的に形成され、振動体は支持部で片持ち支持される、振動ジャイロである。振動体は、筒状または有底筒状に形成されてもよい。また、振動体は、多角形筒状または有底の多角形筒状に形成してもよい。さらに、振動体は、円筒状または有底の円筒状に形成してもよい。

0010

振動体および振動体を支持する支持部は、絞り加工により一体的に形成される。振動体は、支持部によって、振動体の軸方向の端部で支持されるため、振動体の自由振動時において、所謂、片持ち支持形(片持ばり形)の振動モードとなる。そのため、本願発明の振動ジャイロと従来例の振動ジャイロにおいて、振動体の軸方向の長さが同じ場合、従来の両端支持タイプの振動ジャイロよりも、本願発明の振動ジャイロの方が振幅が大きくなる。したがって、振幅が大きくなることにより、本願発明の振動ジャイロは、周波数が小さくなり、感度が高くなる。一方、本願発明の振動ジャイロと従来例の振動ジャイロにおいて、振動体の自由振動時の周波数が同じ場合、本願発明の振動ジャイロの方は、片持ち支持形の振動モードにより振幅が大きくなるので、振動体の軸方向の長さを従来の両端支持タイプの振動ジャイロよりも短く形成することが可能となり、振動体の小型化が図られる。

発明の効果

0011

この発明によれば、簡単に製造することができ、高感度でしかも小型化が可能な振動ジャイロが得られる。

0012

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。

0013

図1はこの発明の一実施例を示す斜視図であり、図2図1の線II−IIにおける図解図である。

0014

この振動ジャイロ10は、振動子12を含み、振動子12は振動体14を含む。この振動体14は、たとえば恒弾性材料などで、有底の正3角筒状に形成される。この場合、振動体14は、その軸方向の一端から他端側に所定の長さ分だけ、正3角柱状の中空部16を有している。また、振動体14の軸方向の一端部には、振動体14を支持するための支持部18が振動体14と一体的に形成される。振動体14と支持部18とは、たとえば恒弾性材料などで一体的に形成される。支持部18は、3つの支持片20a,20b,20cと1つの支持環体22とで構成される。

0015

すなわち、振動体14には、その軸方向の一端の3つの周縁部から外方に直角に延びて、矩形板状の3つの支持片20a,20bおよび20cがそれぞれ形成される。さらに、3つの支持片20,20bおよび20cの先端部の周辺は、1つの支持環体22によって、取り囲まれる。この実施例では、支持環体22は、たとえば円板リングで形成され、3つの支持片20a,20bおよび20cと一体的に形成される。

0016

振動体14およびその振動体14と一体的に形成される支持部18は、たとえば絞り加工によって製造される。この実施例では、たとえば図3に示すような前加工材(ブランク)24に絞り加工を施すことによって、振動体14および支持部18が一体的に形成される。この場合、前加工材24は、たとえば円板状の振動体形成部26を含む。振動体形成部26の円周部には、同じ間隔を隔てた部位に、3つの矩形板状の支持片形成部28a,28bおよび28cが突き出し設けられる。さらに、3つの支持片形成部28a,28bおよび28cの周囲には、それらを取り囲むようにして、1つのたとえばリング状の支持環体形成部30が形成される。1つの振動体形成部26と3つの支持片形成部28,28bおよび28cと1つの支持環体形成部30とは、恒弾性材料などで一体的に形成される。そして、この前加工材24の振動体形成部26の中心部に、絞り加工を施すことによって、振動体14および支持部18が一体的に製造される。

0017

一方、振動体12の3つの側面には、圧電素子32a,32bおよび32cが形成される。圧電素子32aは、たとえばセラミックスからなる圧電体層34aを含み、この圧電体層34aの両面に電極36a,38aが形成される。そして、一方の電極36aが、振動体14の1つの側面に接着される。同様に、圧電素子32b,32cは、それぞれ、圧電体層34b,34cを含む。そして、圧電体層34bの両面に電極36b,38bが形成され、圧電体層34cの両面に電極36c,38cが形成される。これらの圧電素子32b,32cの一方の電極36b,36cが、振動体14の他の2つの側面に接着される。

0018

このようにして形成された振動子12は、図4および図5に示すように、たとえば合成樹脂からなる円筒形保持部材40によって保持される。この場合、振動子12は、その軸方向の一端側が保持部材40により保持されるため、この実施例の振動ジャイロ10の振動モードは、所謂、片持ちはり形(片持ち支持形)の振動モードとなる。

0019

この振動ジャイロ10では、圧電素子32a,32bと32cとの間に、発振回路(図示せず)が接続される。この発振回路によって、振動体14は、圧電素子32cが形成されている面に直交する方向に屈曲振動する。この状態で、振動体14がその中心軸を中心に回転すると、振動体14にコリオリ力が働き、屈曲振動の方向が変わる。そのために、圧電素子32aと圧電素子32bとの出力信号に差が生じ、これらの出力信号の差を測定することによって、回転角速度を検出することができる。

0020

この振動ジャイロ10では、片持ち支持(片持ばり形)の振動モードとなるため、図7および図8に示す従来の振動ジャイロ1のように、両端支持形の振動モードに近いものと比べて、変位量が大きくなる。この場合、振動体14の軸方向の長さが同じであれば、図7および図8に示す従来の振動ジャイロ1よりも、図1図2図4および図5に示す本実施例の振動ジャイロ10の方が振幅が大きくなる。そのため、この実施例の振動ジャイロ10では、周波数が小さくなり、感度が高くなる。

0021

また、従来の振動ジャイロ1および本実施例の振動ジャイロ10の振動体の自由振動時における共振周波数が同じであれば、言い換えると、同一感度であれば、本実施例の振動ジャイロ10の方が従来の振動ジャイロ1よりも、振動体の軸方向の長さを短く形成することができる。そのため、この実施例の振動ジャイロ10では、小型化が可能となる。この場合、発明者の実験によれば、振動体の軸方向の長さを従来の1/4とすることができる。

0022

さらに、この振動ジャイロ10では、図7および図8に示すような複雑であって形成しにくい振動体の支持構造を有する従来例とは異なり、振動体14および支持部18が絞り加工などによって一体的に形成されるため、製造が簡単となり、製造コストの低減化が図れる。言い換えると、本願発明にかかる振動ジャイロでは、図7および図8に示す従来の振動ジャイロ1のように、別途、振動体を支持する支持部材を準備し、それを振動体に取り付けるといった製造工程を省くことができる。

0023

図6はこの発明の他の実施例を示す斜視図である。図6に示す実施例の振動ジャイロ10では、上述の実施例の振動ジャイロと比べて、特に、圧電素子32a,32bおよひ32cの形成位置が相違する。すなわち、図1図2および図4などに示す振動ジャイロでは、3つの圧電素子32a,32bおよび32cが振動体14の3つの側面にそれぞれ形成されたが、図6に示す振動ジャイロ10では、3つの圧電素子32a,32bおよび32cが振動体14の支持部18の3つの支持片20a,20bおよび20cの上面にそれぞれ形成されている。図6に示す実施例の振動ジャイロ10においても、上述の実施例と同様の作用・効果を有する。

0024

上述の各実施例では、絞り加工により形成される振動体の形状は、正3角筒状に限らず、たとえば4角筒状および6角筒状など他の多角形筒状に形成されてもよく、また、円筒状に形成されてもよい。この場合、貫通孔の形状は、正3角柱状に限らず、4角柱状など他の多角形柱状に形成してもよく、また、円筒状に形成されてもよい。

0025

また、上述の各実施例では、振動体14が有底筒状に形成されたが、振動体14は、その軸方向の一端から他端に貫通する貫通孔で中空部16を形成するようにしたものであってもよい。

0026

なお、上述の各実施例では、支持部を構成する支持片が矩形板状に形成されているが、矩形板状に限定されるものではなく、円柱状など他の形状に形成されてもよい。さらに、上述の各実施例では、支持部を構成する支持環体が円板リング状に形成されているが、支持環体は、円板リング状に限定されるものではなく、たとえば矩形枠状など他の環状体に形成されてもよい。

図面の簡単な説明

0027

図1この発明の一実施例を示す斜視図である。
図2図1の線II−IIにおける断面図である。
図3図1および図2に示す実施例の振動ジャイロの振動体の製造方法の一例を示す図解図である。
図4図1および図2に示す振動ジャイロを支持する方法を示す一部切欠き斜視図である。
図5図4の線V−Vにおける断面図である。
図6この発明の他の実施例を示す斜視図である。
図7(A)は従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図であり、(B)はその断面図である。
図8図7に示す振動ジャイロが屈曲振動している状態を示す図解図である。

--

0028

10振動ジャイロ
12振動子
14振動体
16中空部
18 支持部
20a,20b,20c支持片
22支持環体
24 前加工材(ブランク)
32a,32b,32c圧電素子
34a,34b,34c圧電体層
36a,36b,36c,38a,38b,38c電極
40 保持部材

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