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図面 (9)

課題

振動型ジャイロスコープなどに用いられる振動体は、小型で且つ脆いものであるため、過大な外部衝撃が与えられたときに損傷しやすかった。

解決手段

U字状に折曲げシールド体1の開放端側(図示右端側)に、支持部材4、4を介して、振動子2の基部を支持している。外部衝撃が作用したときに、シールド体1がP点支点としてα1−α2方向へ変形し、その変形の自由端側を支点として振動子2がβ1β2方向へ変形する。シールド体1と振動子2の双方が変形振動することにより、外部衝撃を有効に吸収でき、振動子2の保護機能を向上できる。

概要

背景

図8は、三脚音叉型の振動子を用いた振動型ジャイロスコープを示す斜視図である。図8に示す振動型ジャイロスコープにおいて、符号2は振動子、符号3は支持台を示している。 振動子2は、基部2dが支持台3に剛体支持された片持ち梁構造である。振動子2の先部には、振動片2a、2b、2cが分岐形成されている。振動子2は、例えばエリンバなどの恒弾性金属板表裏両面に圧電材料が積層されたもの、または全体が圧電材料により形成されたものである。各振動片2a、2b、2cには、X方向へ振動させるための駆動電極、およびY方向の振動成分を検出する検出電極が設けられている。

振動子2に設けられた振動片のうちの両側の振動片2bおよび2cの駆動電極には、同位相交流駆動電圧印加され、中央の振動片2aの駆動電極には、振動片2b、2cと逆位相の交流駆動電圧が印加される。その結果、両側の振動片2bおよび2cと、中央の振動片2aは、X方向へ互いに逆の位相(180度相違する位相)で振動させられる。

上記の振動が生じている振動型ジャイロスコープが、Z軸回り回転系に置かれると、振動片2a、2b、2cに対し、X方向への速度に比例した大きさのY方向へのコリオリ力が作用し、各振動片2a、2b、2cがY方向への振動成分を持つようになる。このY方向の振動においても、両側の振動片2bおよび2cと、中央の振動片2aとでは、位相が逆である(180度相違している)。各振動片2a、2b、2cのY方向の振動成分が、検出電極から取り出され、この検出出力からZ軸回りの角速度ωが算出される。

概要

振動型ジャイロスコープなどに用いられる振動体は、小型で且つ脆いものであるため、過大な外部衝撃が与えられたときに損傷しやすかった。

U字状に折曲げシールド体1の開放端側(図示右端側)に、支持部材4、4を介して、振動子2の基部を支持している。外部衝撃が作用したときに、シールド体1がP点支点としてα1−α2方向へ変形し、その変形の自由端側を支点として振動子2がβ1β2方向へ変形する。シールド体1と振動子2の双方が変形振動することにより、外部衝撃を有効に吸収でき、振動子2の保護機能を向上できる。

目的

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、振動子を衝撃に対して強い状態で支持でき、またシールド効果も高くできる振動子の保護装置を提供することを目的としている。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
7件

この技術が所属する分野

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請求項1

先端に複数の振動片分岐形成されている振動子が組み込まれる保護装置において、前記振動子の少なくとも表裏両面を覆うシールド体を有し、前記振動子の基部が前記シールド体の内面に支持されていることを特徴とする振動子の保護装置。

請求項2

シールド体は、金属板をU字状に折曲げることにより形成されており、このシールド体の開放端に位置する上下の金属板の間に振動子の基部が挟持されて支持されている請求項1記載の振動子の保護装置。

請求項3

シールド体内で、振動子の基部が支持されているとともに振動子の中間部分が弾性支持されている請求項1または2記載の振動子の保護装置。

請求項4

シールド体は、振動子の支持側と逆側の部分が基台上に支持されている請求項1ないし3のいずれかに記載の振動子の保護装置。

請求項5

シールド体の上下が弾性体で挟持され、シールド体と弾性体とがケース内収納されている請求項1ないし4のいずれかに記載の振動子の保護装置。

技術分野

0001

本発明は、ナビゲーションシステムカメラの手振れ防止機構に使用される振動型ジャイロスコープ用などの振動子を保護する保護装置係り、特に落下などに対する耐衝撃性に優れ、且つシールド特性に優れた振動子の保護装置に関する。

背景技術

0002

図8は、三脚音叉型の振動子を用いた振動型ジャイロスコープを示す斜視図である。図8に示す振動型ジャイロスコープにおいて、符号2は振動子、符号3は支持台を示している。 振動子2は、基部2dが支持台3に剛体支持された片持ち梁構造である。振動子2の先部には、振動片2a、2b、2cが分岐形成されている。振動子2は、例えばエリンバなどの恒弾性金属板表裏両面に圧電材料が積層されたもの、または全体が圧電材料により形成されたものである。各振動片2a、2b、2cには、X方向へ振動させるための駆動電極、およびY方向の振動成分を検出する検出電極が設けられている。

0003

振動子2に設けられた振動片のうちの両側の振動片2bおよび2cの駆動電極には、同位相交流駆動電圧印加され、中央の振動片2aの駆動電極には、振動片2b、2cと逆位相の交流駆動電圧が印加される。その結果、両側の振動片2bおよび2cと、中央の振動片2aは、X方向へ互いに逆の位相(180度相違する位相)で振動させられる。

0004

上記の振動が生じている振動型ジャイロスコープが、Z軸回り回転系に置かれると、振動片2a、2b、2cに対し、X方向への速度に比例した大きさのY方向へのコリオリ力が作用し、各振動片2a、2b、2cがY方向への振動成分を持つようになる。このY方向の振動においても、両側の振動片2bおよび2cと、中央の振動片2aとでは、位相が逆である(180度相違している)。各振動片2a、2b、2cのY方向の振動成分が、検出電極から取り出され、この検出出力からZ軸回りの角速度ωが算出される。

発明が解決しようとする課題

0005

図8に示した従来の振動型ジャイロスコープは小型で振動子2の寸法が小さいものであるため、振動子2を単体部品として取り扱うのは非常に困難である。また運搬時や部品保管時または製品への組み込み時に、誤って振動子2を他の部品に当てたりまたは落下させると、振動子2が損傷し使用不能になる。

0006

また振動子をケース内収納してチップ部品化することも考えられている。しかし、振動子はケース内にて振動可能に支持されなければならないため、振動子はケース内である程度自由度を有して収納されている。よってケースに落下などの強い衝撃が与えられると、ケース内において振動子が損傷を受けやすい。

0007

また、振動子2は非常に高い周波数で振動するために、この振動による高周波ノイズが他の回路に悪影響を与える。したがって、振動子は確実にシールドされた状態で製品に組み込まれることが必要である。

0008

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、振動子を衝撃に対して強い状態で支持でき、またシールド効果も高くできる振動子の保護装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0009

本発明は、先端に複数の振動片が分岐形成されている振動子が組み込まれる保護装置において、前記振動子の少なくとも表裏両面を覆うシールド体を有し、前記振動子の基部が前記シールド体の内面に支持されていることを特徴とするものである。

0010

上記シールド体は、金属板をU字状に折曲げることにより形成することができ、このシールド体の開放端に位置する上下の金属板の間に振動子の基部が挟持されて支持された構成とすることができる。

0011

また、シールド体内で、振動子の基部が支持されているとともに振動子の中間部分が弾性支持されている構成とすることもできる。

0012

さらに、シールド体は、振動子の支持側と逆側の部分が基台上に支持されている支持構造とすることが好ましい。

0013

また、シールド体の上下が弾性体で挟持され、シールド体と弾性体とがケース内に収納されている構造とすることが可能である。

0014

本発明による振動子の保護装置では、振動子の少なくとも表裏両面がシールド体に覆われた状態で、振動子の基部がシールド体に支持されている。よって他の部品に当たったときに振動子に直接に衝撃が伝達されず、振動子の損傷を防止しやすくなる。また振動子の振動による超音波放射ノイズをシールド体によりシールドできる。また振動子の表裏両面にシールド体が対向した形状であるため、シールド体と振動子との組立体薄型化できる。また、シールド体内において、振動子の基部を支持するのみならず、振動子の中央部を弾性支持すると、振動子はシールド体内で振動動作を行なうことができ、しかも振動子がシールド体内の中立位置に保持され、外部衝撃が与えられたときに、振動子がシールド体の内壁面に当たるようなこともなくなる。さらにシールド体をU字状に折曲げた金属板により形成すると、シールド体の製造工程が簡単になる。

0015

上記のシールド体と振動子との組立体を基台上に設置する場合に、振動子が支持されている側と逆の側の部分においてシールド体を基台に支持することが好ましい。この構造では、外部からの振動や衝撃が与えられたときに、シールド体が基台への支持部を支点として振動し、さらにシールド体内で振動子が基部の支持部を支点として振動する。このシールド体の振動と振動子の振動により、外部からの振動や衝撃を有効に吸収でき、振動子に振動や衝撃による損傷が発生するのを防止できる。

0016

さらに、上記のシールド体と振動子とが組立てられたものを弾性体で挟持しケース内に収納すると、振動子をチップ部品と同様に扱うことが可能である。この組立体では、振動子がシールド体内に収納され、さらにシールド体がケース内で弾性体により保持されているため、ケースに外力が作用したときに振動子を保護できる機能がきわめて高くなる。またケースをシールド材料により形成すると、振動子を2重シールドすることができる。さらに基台をプリント基板とすると、振動子の電極配線を基台に接続し、この基台から外部回路に接続することが可能になる。

発明を実施するための最良の形態

0017

図1は、振動型ジャイロスコープとして使用される振動子の保護装置の基本的な構造を示す分解斜視図である。図1に示す振動子2は、図8に示した従来例と同じものである。振動子2は板状であり、エリンバなどの恒弾性材料の板の表裏両面に圧電材料が積層されたものあるいは、全体が圧電材料の板材により形成されたものである。従来技術として説明したように、振動子2の先部には振動片2a、2b、2cが分岐形成されており、各振動子の表面に、X方向へ駆動するための駆動電極、およびY方向へ振動したときの振動成分を検出する検出電極が設けられている。駆動電極に与えられる交流駆動電力により、両側の振動片2bと2cはX方向へ同じ位相で振動し、中央の振動子2aはX方向へ前記と逆の位相で振動する。そしてZ軸回りの回転系に置かれると、振動片2a、2b、2cにコリオリ力によるY方向の振動が生じる。この振動成分が検出電極により検出され、Z軸回りの角速度ωが求められる。

0018

この振動子2では、3個に分岐された振動片2a、2b、2cが振動することになるが、両側の振動片2b、2cと、中央の振動片2aとはX方向へ逆の位相で振動駆動され、またコリオリ力によるY方向への振動においても、両側の振動片2b、2cと、中央の振動片2aとでは位相が逆である。ある時点での両側の振動片2b、2cの振幅の方向と、中央の振動片2aの振幅の方向が逆である。したがって振動片2a、2b、2cが振動したときの振動子2全体のバランスがよく、振動子2の振動片が形成されていない部分にねじりなどが生じにくい。よって、振動子2の基部2dを支持部材4、4により挟持して、この基部2dを強固に支持しても、振動片2a、2b、2cの振動動作にあまり影響を与えない。すなわち三脚音叉型の振動子2は、基部を剛体で支持し片持ち支持構造とするのに適したものとなっている。

0019

シールド体1はステンレススチールなどの金属板をU字状に折曲げたものである。このシールド体1の開放端の上下の金属板1aと1bの間に前記支持部材4が固定されている。振動子2の基部2dは、シールド体1の開放端において金属板1aと1bおよび支持部材4、4により挟持され、振動片2a、2b、2cがシールド体1の折曲部1cに向けて延ばされ、シールド体1内で振動子2が片持ち支持状態となっている。振動子2は基部2dが剛体支持されても振動動作にさほど影響がないため、支持部材4、4を、金属やセラミックあるいは合成樹脂材料により形成し、振動子2の基部2dをシールド体1の開放端に剛性的に固定することが可能である。

0020

ただし、前記支持部材4、4を樹脂材料または硬質ゴムなどのように若干の変形が可能な弾性材料により形成することが可能である。支持部材4、4を弾性材料により形成すると、振動子2の振動片2a、2b、2cの振動により基部2dに若干の反りなどが発生したときに、これを支持部材4、4で吸収することができる。ただし、支持部材4、4の剛性がある程度高いことが必要である。支持部材4、4があまり軟質な材料であると、振動片2a、2b、2cの振動が支持部材4、4により緩衝され抑制されてしまい、コリオリ力の検出精度が低下する。

0021

また、振動子2の基端2dが支持部材4、4のみにより支持された構造であると、外部からの衝撃が与えられたときに、振動子2が瞬間的に大きく変形し、振動片2a、2b、2cがシールド体1の内壁面に衝撃的に当たるおそれがある。このような片持ち支持の不安定を解消するために、振動子2の中間部分を軟質な弾性体5、5により支持することが可能である。この弾性体5、5は、振動子2の振動片2a、2b、2cから外れた位置を支持し、また振動片2a、2b、2cの振動を妨げないように剛性の低い材料により形成される。

0022

上記弾性体5、5を設けることにより、振動子2がシールド体1の内部の中間に確実に保持されて、振動片2a、2b、2cがシールド体1の内壁に当たることが防止できる。また弾性体5、5を振動片2a、2b、2cから外れる位置で且つ軟質な材料で形成することにより、振動子2の振動動作に悪影響を与えることがない。

0023

図1に示す本発明の振動子の保護装置では、金属板により曲げ形成されたシールド体1の中に振動子2が挟まれた保持された構造であるため、全体として薄型である。また振動子2はシールド体1により保護されているため、振動子2が外力による損傷を受けにくくなる。また振動子2が振動したときの超音波によるノイズをシールド体1により確実にシールドできる。

0024

図2は、図1に示すシールド体1と振動子2との組立体を基台上に支持する構造の一例を示し、図3ないし図5は、図2に示す支持構造を具体的に示した斜視図である。図2に示すように、シールド体1は、折曲部1cの側、すなわち振動子2を支持する支持部材4が設けられているのと逆の側のP点にて支持するのが好ましい。P点は、シールド体1のZ方向の寸法の中心点よりも図示左側に設けられるのが好ましく、図6に示すように、P点を折曲部1cに設けてもよい。

0025

シールド体1の支持点のP点が図示左側に設けられているものでは、外部から振動や衝撃が与えられたときに、シールド体1がP点を支点としてα1−α2方向へ変形して振動する。また振動子1は、シールド体1の自由端側に位置する支持部材4の部分を支点としてβ1β2方向へ変形し振動する。このように、シールド体1がP点を支点として変形振動し、この振動の自由端側を支点としてさらに振動子2が変形振動する構造では、外部からの振動や衝撃が、シールド体1の変形と振動子2の変形とに分散して吸収されることになる。よって振動子2が外部衝撃や振動により損傷を受けにくくなる。

0026

図3に示す振動子の保護装置では、シールド体11が金属板によりU字形状に折曲げられており、その開放端に、振動子2の基部2dが支持部材4、4で保持されている。このシールド体11では、折返し部に近い部分の下側の金属板11cの両側に、支持片11a、11aが形成され、この支持片11a、11aに取付穴11b、11bが穿設されている。

0027

基台7の上に前記取付穴11b、11bの部分がねじにより固定されると、この支持片11aが図2におけるP点となり、外部衝撃や振動が与えられたときに、シールド体11は、支持片11aを支点として変形するものとなる。また、基台7とシールド体11の底面との間には、弾性体6が介装されている。弾性体6は、例えばゴムスポンジエアークッション発泡剤等の柔軟な弾性体である。この弾性体6を設けることにより、基台7に作用する外力が弾性体6により吸収され、振動子2がさらに外部振動から保護されることになる。

0028

図4に示す振動体の保護装置では、U字状のシールド体21の上側の金属板21cの両側に支持片21a、21aが形成され、この支持片21a、21aに形成された取付穴21b、21bにより基台7上に固定されている。図4においても支持片21a、21aが図2におけるP点となり、シールド体21は、支持片21a、21aを支点として変形できるようになっている。

0029

図5に示す振動体の保護装置では、図4に示すものと同様に、U字状に曲げ形成されたシールド体31の上側の金属板31cの両側に支持片31a、31aが形成されている。ただし金属板31cの両側に切込みが形成されて支持片31a、31aが中心側に引っ込んだ位置に形成されている。支持片31a、31aが幅方向へ大きく突出しないため全体の幅寸法Wを小さくできる。なお、図5では支持片31a、31aの基端に切込み31dが形成されているため、支持片31a、31aを支点のP点として、図2に示すようにシールド体31がα1−α2方向へ振動変形しやすくなる。よって外部振動や衝撃をシールド体31により吸収でき、振動子2の保護機能が高くなる。

0030

図3ないし図5に示す振動子の保護装置では、シールド体11または21または31全体を囲むシールドケースを被せて基台7に固定することにより、チップ状の部品として扱うことが可能である。この場合に、基台7の表面に導体回路パターンを形成し、振動子2の振動片2a、2b、2cに設けられた駆動電極および検出電極のリード線を基台7の表面の回路パターンに半田付けし、また基台7の底面に電極を形成しておく。このようにすると、一般的なマザー基板の上に基台7を設置して基台7の電極とマザー基板の回路とを半田付けし、振動子2の電極をマザー基板の回路パターンに導通させることができる。また、基台7上に、振動型ジャイロスコープの検出用回路などの他の電子回路実装することも可能である。

0031

図3ないし図5のものをさらにシールドケースで囲むと、振動子2の振動により発する超音波をシールド体11、21、または31およびシールドケースの双方でシールドすることができる。

0032

図6に示すものは、U字状のシールド体41の折曲部に支持片41aを形成した例を示している。基台7の上に軟質な弾性体6が設置され、その上にシールド体41が載せられ、その上に弾性体6と同材質の弾性体9が設置され、さらにシールドケース10が被せられている。シールド体41は、基台7と、シールドケース10の天井との間で弾性体6と9とに囲まれた保持されたものとなっている。そして支持片41aの先部は、基板7に形成された溝7aに嵌合している。図6に示すものでは、外部振動や衝撃が与えられると、シールド体41は支持片41aを支点として動くが、その上下が弾性体6と9で保持されているため、シールド体41に無理な力が作用せず、よって振動子2が保護されるものとなっている。

0033

なお、上記の保護装置では、シールド体が金属板をU状に曲げたものとなっているが、図7に示すように、ケース51と蓋体52とでシールド体が構成され、このシールド体の内部に振動子2が設置されたものであってもよい。

発明の効果

0034

本発明によれば、外部振動や衝撃が与えられても、振動子がシールド体により保護されたものとなり、振動子の破損を防止できるようになる。またシールド体をU字状のものにすると、シールド体の製造が容易であり、また全体を薄型にできる。

0035

また、振動子の支持側と逆の側でシールド体を支持すると、外部振動または衝撃がシールド体の変形と振動子の変形とで吸収でき、振動子の保護機能を高くできる。

0036

さらに、振動子が組み込まれたシールド体を、弾性体と共にケース内に収納することにより、チップ状の部品として取り扱うことができ、耐衝撃強度をさらに高くすることができ、また振動子から発せられる超音波などのノイズを2重シールドできる。

図面の簡単な説明

0037

図1本発明の一例として振動型ジャイロスコープの振動子の保護装置の基本的な構造を示す分解斜視図、
図2図1に示すシールド体を支持する構造として好ましい例を示す側面図、
図3図2に示す支持構造の具体例を示す側面図、
図4図2に示す支持構造の他の具体例を示す側面図、
図5図2に示す支持構造の他の具体例を示す側面図、
図6振動子の保護装置の他の構造を示す分解斜視図、
図7シールド体の構造の一例を示す側面図、
図8振動型ジャイロスコープに使用される振動子の斜視図、

--

0038

1、11、21、31、41シールド体
2振動子
2a、2b、2c振動片
2d 基部
4支持部材
5弾性体
6、9 弾性体
7基台
10 シールドケース

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