(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１波長共振で振動する円柱状の圧電振動子を振動の節点あるいは節点上で軟弾性体からなる環状の支持具を介してホルダーの両端に設けた支持台に接着、固定し、該支持台を回路基板上に固定し、前記圧電振動子と該回路基板とを電気的に接続し、前記圧電振動子の屈曲振動モードを利用して回転角速度を検出する圧電振動ジャイロにおいて、前記圧電振動子の両端面よりわずかに大きく、ケースの内側よりわずかに小さく形成し、前記支持台より外側の両端に、前記支持台と平行に直立して外枠部を設けたホルダーを用いたことを特徴とする圧電振動ジャイロ。
【請求項２】
１波長共振で振動する円柱状の圧電振動子を振動の節点あるいは節点上で軟弾性体からなる環状の支持具を介してホルダーの両端に設けた支持台に接着、固定し、該支持台を回路基板上に固定し、前記圧電振動子と該回路基板とを電気的に接続し、前記圧電振動子の屈曲振動モードを利用して回転角速度を検出する圧電振動ジャイロにおいて、前記支持台より外側の両端に外枠部を設け、該外枠部は、前記支持台と平行に直立し、前記圧電振動子の両端より大きく、ケースの内側に接することがなく、中央には前記圧電振動子の外形よりわずかに大きい貫通孔又は溝を設け、前記貫通孔又は溝の内側に圧電振動子が接しない構造であるホルダーを用いたことを特徴とする圧電振動子ジャイロ。
【請求項３】
前記ホルダーの両端面に二つの振動吸収体を設けて、複数の支柱で固定される前記回路基板上に前記ホルダーを固定し、分割したケースに収納され、組み立てられたことを特徴とする請求項１又は２記載の圧電振動ジャイロ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラ一体型ＶＴＲの手振れ防止や自動車のナビゲーションシステム等に用いられるジャイロスコープの内、特に、圧電振動子の屈曲振動を用いた、いわゆる圧電振動ジャイロに関し、特に、棒状屈曲振動子の支持具の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電振動ジャイロは、振動している物体に回転角速度が与えられると、その振動方向と直角な方向にコリオリ力を生ずるという力学現象を利用したジャイロスコープである。
【０００３】
互いに直交する二つの方向の励振と検出が可能であるように構成した振動系において、一方の振動を励振した状態で、圧電振動子自身を二つの振動面が交わる線と平行な軸を中心軸として回転させると、前述のコリオリ力の作用により、この振動と直角な方向に力が働き、他方の振動が励振される。
【０００４】
この振動の大きさは、入力側の振動の大きさ及び回転角速度に比例するため、入力電圧が一定の場合、出力電圧の大きさから回転角速度の大きさを求めることができる。
【０００５】
図２は、圧電振動ジャイロの本体である円柱状圧電セラミックス（以下、圧電振動子とも記す）の構造概略を示す斜視図である。図２に示すように、円柱状圧電セラミックス１は、その外周面に長さ方向に平行な帯状電極２が数本形成され、長手方向に対して両端から２２.４％の位置にある屈曲振動の節点を結ぶ線の節点線５上に、かつ、各帯状電極２の幅方向中央部に、入出力用リード線３が半田点４で固定されている。前記の帯状電極２を用いて分極処理が施される。
【０００６】
図３は、前記の圧電振動子をその節点線上で支持するために用いられる軟弾性体の支持具の斜視図である。支持具６は、中央に圧電振動子の外径と同じ径の貫通孔７を有する絶縁性のゴム状弾性材料からなる環状体である。
【０００７】
又、図４及び図５は、従来の圧電振動ジャイロに用いられる圧電振動子の組み立て前後の状態を示す斜視図である。
【０００８】
支持具６は、その外径と同じ径を持つ樹脂ホルダー８の貫通孔Ｂ９に、はめ込まれ、接着される。
【０００９】
この樹脂ホルダー８にはめ込まれて接着された支持具６の貫通孔７に、圧電振動子１が挿入され、支持具６の貫通孔７の縁部で圧電振動子１の屈曲振動の節点線で支持され、この支持具６と圧電振動子１の接する部分にシリコーンゴムが注入され、接着される。
【００１０】
次に、駆動あるいは検出用の電極に接続された入出力用リード線３が、金属端子棒１０に半田付けされる。
【００１１】
図６は、従来の圧電振動ジャイロの構造を示す斜視図である。圧電振動子１を具備した樹脂ホルダー８は、４箇所の金属端子棒１０によって、回路基板１２に半田付けされ、電気的に接続される。
【００１２】
更に、回路基板１２に形成された４箇所の固定用孔１３に、底ケース１５の固定用ピン１４が挿入され、半田付けによって固定される。
【００１３】
その後、外ケースに挿入、接着し、圧電振動ジャイロが完成する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の圧電振動ジャイロでは、樹脂ホルダーの固定時に圧電振動子の屈曲振動を阻害しないように位置精度を出すのが困難であった。
【００１５】
又、従来の圧電振動ジャイロに用いられる樹脂ホルダーによる支持方法では、圧電振動子の固定に軟弾性体を用いているため、圧電振動ジャイロに過大な衝撃が加わった時に、圧電振動子がホルダー内で動いてしまい、リード線が引っ張られて、特性変化につながったり、断線を引き起こしていた。又、圧電振動子が動いてケース等に衝突し、圧電振動子の欠け等を引き起こし、特性の劣化及び信頼性の低下を招いていた。
【００１６】
従って、本発明の課題は、位置精度を出すのが容易で、リード線が引っ張られて断線したり、特性変化をもたらしたりせず、衝撃による振動子の欠け等が発生しない、特性及び信頼性に優れた圧電振動ジャイロを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、１波長共振で振動する円柱状の圧電振動子を振動の節点あるいは節点上で軟弾性体からなる環状の支持具を介してホルダーの両端に設けた支持台に接着、固定し、該支持台を回路基板上に固定し、前記圧電振動子と該回路基板とを電気的に接続し、前記圧電振動子の屈曲振動モードを利用して回転角速度を検出する圧電振動ジャイロにおいて、前記圧電振動子の両端面よりわずかに大きく、ケースの内側よりわずかに小さく形成し、前記支持台より外側の両端に、前記支持台と平行に直立して外枠部を設けたホルダーを用いたことを特徴とする圧電振動ジャイロが得られる。
【００１８】
又、本発明によれば、１波長共振で振動する円柱状の圧電振動子を振動の節点あるいは節点上で軟弾性体からなる環状の支持具を介してホルダーの両端に設けた支持台に接着、固定し、該支持台を回路基板上に固定し、前記圧電振動子と該回路基板とを電気的に接続し、前記圧電振動子の屈曲振動モードを利用して回転角速度を検出する圧電振動ジャイロにおいて、前記支持台より外側の両端に外枠部を設け、該外枠部は、前記支持台と平行に直立し、前記圧電振動子の両端より大きく、ケースの内側に接することがなく、中央には前記圧電振動子の外形よりわずかに大きい貫通孔又は溝を設け、前記貫通孔又は溝の内側に圧電振動子が接しない構造であるホルダーを用いたことを特徴とする圧電振動子ジャイロである。
【００１９】
又、本発明によれば、前記ホルダーの両端面に二つの振動吸収体を設けて、複数の支柱で固定される前記回路基板上に上記ホルダーを固定し、分割したケースに収納され、組み立てられたことを特徴とする上記の圧電振動ジャイロが得られる。
【００２０】
本発明の圧電振動ジャイロは、樹脂ホルダーによって圧電振動子とその他の部品との間隔が微少、かつ、一定に保たれるから、振動子の屈曲振動を阻害することなく、かつ、過大な衝撃等が加わっても、振動子の移動が最小限に抑えられ、よって、リード線の変形、断線等による特性の劣化及び信頼性の低下をなくすことができる。
【００２１】
又、振動子のＸ，Ｙ方向の変位に対しては樹脂ホルダーの貫通孔と圧電振動子の間に介する軟弾性体からなる環状の支持具が、又、Ｚ方向の変位に対しては樹脂ホルダーの外枠部に嵌合された防振ゴムからなる振動吸収体が介在するので、圧電振動ジャイロに過大な衝撃が加わっても、衝撃を吸収することができ、圧電振動子の欠け等を防ぐことができる。
【００２２】
以上、本発明により、高精度で、かつ信頼性の高い圧電振動ジャイロを得ることができ、この工業的価値は大である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２４】
図１は、本発明の圧電振動子を説明する斜視図である。図１（ａ）は、本発明の圧電振動ジャイロに用いられる樹脂ホルダーの斜視図である。図１（ｂ）は、本発明の圧電振動ジャイロの分解斜視図である。
【００２５】
図１（ａ）に示すように、樹脂ホルダー１６には、圧電振動子の長軸方向に対して直交するように、両端に二つの直立する外枠部１７が設けられ、更に、この外枠部１７より内側に所定の間隔を置いて、外枠部１７と平行に直立して支持台１７ａが設けられている。
【００２６】
前記支持台１７ａには、ケース下部２３［図１（ｂ）参照］、及び回路基板２１［図１（ｂ）参照］に取り付け、半田付けし、電気的に接続するために、金属端子棒１０が、貫通孔に圧入、固定されて、両端部が、それぞれ露出するように設置されている。
【００２７】
更に、二つの支持台１７ａには、それぞれ貫通孔９が設けられている。この貫通孔９は、支持具６の外径とほぼ同じ径である。なお、支持具６は、絶縁性のゴム状弾性体からなり、圧電振動子の外径とほぼ同じ径の貫通孔７を有する。
【００２８】
この貫通孔９に、支持具６が嵌め込まれ、接着、固定されている。
【００２９】
前記ホルダーの両端の外枠部１７には、振動子の両端を通すために、中央に貫通孔１８が設けられている。外枠部１７に設けられた貫通孔１８は、前記振動子の外径よりも大きい径を有する。なお、外枠部１７は、過大な衝撃等が加わった場合、振動子の屈曲振動を阻害しないように、振動子と他の部品との距離を保ち、振動子を保護するために設けられている。
【００３０】
ところで、圧電振動ジャイロは、上述した樹脂ホルダー１６を使用して、次のようにして作られる。樹脂ホルダー１６の支持具６の貫通孔７に振動子を挿入して、支持具６の貫通孔７の縁部で振動子の節点線を支持し、振動子の接する部分にシリコーンゴムを注入して接着し、設置する。
【００３１】
前記振動子には、外周面に長さ方向に平行な帯状電極が数本形成されて、長手方向に対して両端から２２.４％の位置にある、屈曲振動の節点を結ぶ節点線上で、各帯状電極の幅方向中央部に、入出力用リード線が半田で固定されている。又、この振動子は、帯状電極を用いて分極処理されている。
【００３２】
次に、図１（ｂ）に示すように、前記振動子１を樹脂ホルダー１６に設置した後、前記金属端子棒１０に入出力用リード線をからげて接続し、樹脂ホルダー１６の両端面に、防振ゴムからなる、ホルダー嵌合用の凹部２０を有する振動吸収体１９を装着する。
【００３３】
ケース下部２３に設けられた穴２５に、樹脂ホルダーの下面から突出している金属端子棒１０を挿入して、半田付け固定し、支持台１７ａから突出している金属端子棒１０を回路基板２１の挿装穴２６に挿入し固定する。この時、同時に、ケース下部２３に設けられた四つの支柱２４を、回路基板２１に設けられた穴２７に装着し、半田付けして、固定して止める。
【００３４】
ケース下部２３に保持された樹脂ホルダー１６の上に、ケース上部２２を被せて、振動子と回路基板とを電気的に接続した圧電振動ジャイロの組み立てが完了する。
【００３５】
なお、本実施例では、外枠部には貫通孔を設けたが、溝を設けても同様な効果が得られる。
【００３６】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、位置精度を出すのが容易で、リード線が引っ張られて断線したり、特性変化をもたらしたりせず、衝撃による振動子の欠け等が発生しない、特性及び信頼性に優れた圧電振動ジャイロを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電振動ジャイロを説明する斜視図。図１（ａ）は本発明の圧電振動ジャイロに用いられる樹脂ホルダーの斜視図。図１（ｂ）は本発明の圧電振動ジャイロの分解斜視図。
【図２】圧電振動ジャイロに用いられる圧電振動子の構造概略を示す斜視図。
【図３】従来の圧電振動ジャイロに用いられる圧電振動子を支持するための支持具の斜視図。
【図４】従来の圧電振動ジャイロに用いられる圧電振動子の組み立て前の状態を示す斜視図。
【図５】従来の圧電振動ジャイロに用いられる圧電振動子の組み立て後の状態を示す図。
【図６】従来の圧電振動ジャイロの構造を示す斜視図。
【符号の説明】
１    円柱状圧電セラミックス（又は圧電振動子）
２    帯状電極
３    入出力用リード線
４    半田点
５    節点線
６    （従来の圧電振動ジャイロに用いられる）支持具
７   （支持具の）貫通孔
８    （従来の圧電振動ジャイロに用いられる）樹脂ホルダー
９    （支持台の）貫通孔
１０    金属端子棒
１１    接着剤
１２，２１    回路基板
１３    固定用孔
１４    固定用ピン
１５    底ケース
１６    （本発明の圧電振動ジャイロに用いられる）樹脂ホルダー
１７    外枠部
１７ａ    支持台
１８    （外枠部の）貫通孔
１９    振動吸収体
２０    凹部
２２    ケース上部
２３    ケース下部
２４    支柱
２５，２７    穴
２６    挿装穴
【図１】
0003668536.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003668536.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003668536.tif 000007