振動ジヤイロ

【目的】振動子の温度を安定に保つことができる、振動ジャイロを提供する。
【構成】この振動ジャイロは振動子１２を含む。この振動子１２は、支持部材２２ａおよび２２ｂなどで、支持板３４の一方主面上に支持される。支持板３４の一方主面の中央には、ヒータとしてたとえば正特性サーミスタ４４が設けられる。

【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、たとえば自動車に搭載されるナビゲーションシステムに用いられる、振動ジャイロに関する。
【０００２】
【従来の技術】図９は従来の振動ジャイロの一例を示す図解図である。この振動ジャイロ１は振動子２を含む。振動子２は、断面３角形の振動体３を含み、振動体３の３つの側面には、圧電素子４ａ，４ｂおよび４ｃがそれぞれ形成される。
【０００３】さらに、振動子２の１つの圧電素子４ｃは、発振回路５の入力端に電気的に接続され、発振回路５の出力端は、他の２つの圧電素子４ａおよび４ｂに電気的に接続される。そのため、振動子２は自励振駆動する。また、２つの圧電素子４ａおよび４ｂは、たとえば差動増幅器からなる検出回路６の２つの入力端にそれぞれ電気的に接続される。したがって、検出回路６の出力によって、振動ジャイロ１の回転角速度が検出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の振動ジャイロでは、振動子が外部の温度に影響を受け、外部の温度変化によって、特性が劣化するという問題がある。
【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、振動子の温度を安定に保つことができる、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】この発明は、振動子と、振動子の近傍に設けられるヒータとを含む、振動ジャイロである。
【０００７】
【作用】ヒータによって、振動子の温度が安定に保たれる。
【０００８】
【発明の効果】この発明によれば、振動子の温度を安定に保つことができる、振動ジャイロがえられる。そのため、この発明にかかる振動ジャイロでは、外部の温度変化による特性の劣化が抑えられる。
【０００９】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。
【００１０】
【実施例】図１（Ａ）はこの発明の一実施例を示す正面図解図であり、図１（Ｂ）はその側面図解図である。図２は図１に示す振動ジャイロの分解斜視図である。図３は図１に示す振動ジャイロの回路図である。図４は図１に示す振動ジャイロの要部を示す分解斜視図である。
【００１１】この振動ジャイロ１０は振動子１２を含む。振動子１２は、特に図４に示すように、たとえば断面３角形の振動体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。
【００１２】振動体１４には、特に図３に示すように、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〜１６ｃの一方主面の電極２０ａが、振動体１４の側面にたとえば導電性接着剤で接着される。なお、この実施例では、２つの圧電素子１６ａおよび１６ｂが、振動体１４を振動ないし駆動させるための駆動用かつ振動体１４の変位を検出するための検出用として用いられ、他の１つの圧電素子１６ｃが２つの圧電素子１６ａおよび１６ｂへ駆動信号を帰還するための帰還用として用いられる。
【００１３】この振動子１２は、特に図４に示すように、２つの支持部材２２ａおよび２２ｂで支持される。支持部材２２ａおよび２２ｂは、それぞれ、たとえば金属などの線材でコ字形に形成される。そして、支持部材２２ａおよび２２ｂの中央部分が、２つの圧電素子１６ａおよび１６ｂで挟まれる振動体１４の１つの稜線部分に固着される。この場合、支持部材２２ａおよび２２ｂは、振動体１４の振動に悪影響を及ぼしにくくするために、振動体１４のノード点の近傍に固着される。この実施例では、振動体１４の長さをＬとすると、これらの支持部材２２ａおよび２２ｂは、振動体１４の両端から０．２２４Ｌの位置に固着される。
【００１４】これらの支持部材２２ａおよび２２ｂは、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、振動体１４に固着されるが、はんだ付けあるいは溶接することによって固着する場合には、支持部材の強度と振動体への支持部材のはんだ付け性ないし溶接性との双方を考慮すれば、たとえばモリブデン，チタンなどの強度の強い金属線の周囲に、たとえばニッケル，白金，金，銀，銅，ステンレス，鉄などのはんだ付け性および溶接性のよい材料を被覆した線材で、支持部材を形成することが好ましい。
【００１５】これらの支持部材２２ａおよび２２ｂの両端部分は、図４および図５に示すように、たとえば鉄，ニッケル，ステンレスなどの金属材料からなるたとえば略矩形の固定板２４ａおよび２４ｂに、それぞれ固着される。すなわち、固定板２４ａおよび２４ｂには、それぞれ、２つずつの孔２６が形成される。そして、一方の支持部材２２ａの両端部分が、一方の固定板２４ａの２つの孔２６に挿通されてはんだ付けされる。同様に、他方の支持部材２２ｂの両端部分が、他方の固定板２４ｂの２つの孔２６に挿通されてはんだ付けされる。
【００１６】これらの固定板２４ａおよび２４ｂの一端には、それぞれ、振動子１２に接触しないように、たとえば略Ｕ字板状の片部材２８が形成される。また、これらの片部材２８の幅方向の両端には、それぞれ、たとえば板状の保護部材３０が形成される。これらの保護部材３０は、支持部材２２ａおよび２２ｂが振動子１２の幅方向に必要以上に変位しないようにして、支持部材２２ａおよび２２ｂを保護するためのものであり、支持部材２２ａおよび２２ｂの近傍たとえば支持部材２２ａおよび２２ｂの内側に配置される。なお、これらの片部材２８および保護部材３０は、固定板２４ａおよび２４ｂと一体的に形成される。
【００１７】固定板２４ａおよび２４ｂは、図１（Ａ）および図４に示すように、それぞれ、たとえば緩衝材３２ａおよび３２ｂによって、たとえば鉄，ニッケル，ステンレスなどの磁性および導電性を有する材料からなるたとえば短冊状の支持板３４の一方主面に固着される。
【００１８】支持板３４には、図４および図６に示すように、その長手方向の一端および他端から下方に延びる足部材３６ａおよび３６ｂが形成される。また、支持板３４の長手方向の一端側の足部材３６ａには、その下端中央に、１つの突起部３８が形成される。さらに、支持板３４の長手方向の他端の両側には、２つの突起部４０ａおよび４０ｂが形成される。これらの突起部３８，４０ａおよび４０ｂは、支持板３４を後述する回路基板４６に固着するために用いられる。また、支持板３４には、その幅方向の一端に、２つの保持片４２が所定間隔を隔てて形成され、その幅方向の他端にも、２つの保持片４２が所定間隔を隔てて形成される。これらの保持片４２は、支持板３４に後述するワークカバー５６を保持させるために用いられる。
【００１９】支持板３４の一方主面の中央には、特に図４R>４に示すように、正特性サーミスタ４４が取り付けられる。この正特性サーミスタ４４は、振動子１２の温度を安定に保つためのものである。すなわち、この正特性サーミスタ４４には、一定の電圧が印加されている。そして、振動子１２の温度すなわち正特性サーミスタ４４の周辺の温度が高くなれば、正特性サーミスタ４４の抵抗が大きくなり、それからの発熱量が減ってその周辺の温度が下がり、逆にその周辺の温度が低くなれば、正特性サーミスタ４４の抵抗が小さくなり、それからの発熱量が増えてその周辺の温度が上がる。したがって、振動子１２の温度は、この正特性サーミスタ４４によって安定に保たれる。
【００２０】支持板３４は、図２および図４に示すように、回路基板４６の一方主面側に取り付けられる。この場合、支持板３４の一端側の足部材３６ａの突起部３８が、回路基板４６に挿通され、回路基板４６の他方主面のアースパターン（図示せず）にはんだ付けされる。そのため、支持板３４は、２つの足部材３６ａおよび３６ｂで回路基板４６の一方主面から浮かされた状態で、回路基板４６に固着される。
【００２１】また、支持板３４と回路基板４６との間において、回路基板４６の一方主面の中央には、シート状のクッション材４８が接着剤で接着される。このクッション材４８は、たとえばブチルゴムなどのゴムやウレタンなどの合成樹脂をそれぞれの気泡が繋がらないように発泡いわゆる独立発泡した材料で形成される。
【００２２】さらに、回路基板４６の一方主面には、支持板３４の長手方向の他端の外側に、たとえばＵ字状の中継基板５０が取り付けられる。中継基板５０には、その主面に平行しその外側に延びる３つの端子５２ａ，５２ｂおよび５２ｃが、互いに平行に形成される。そして、これらの端子５２ａ〜５２ｃが、回路基板４６に貫通され、回路基板４６の他方主面の３つの導体パターン（図示せず）にそれぞれはんだ付けされる。したがって、この中継基板５０は、その一方主面が支持板３４の長手方向の他端側の端面に対向するように、回路基板４６に固着される。
【００２３】また、この中継基板５０には、支持板３４の２つの突起部４０ａおよび４０ｂが挿通され、それらの突起部４０ａおよび４０ｂが、中継基板５０の他方主面の導体パターン（図示せず）にはんだ付けされる。したがって、この中継基板５０を介して、支持板３４が、回路基板４６にさらに強固に固着される。
【００２４】さらに、中継基板５０の他方主面には、３つの導体パターン５４ａ，５４ｂおよび５４ｃが形成され、これらの導体パターン５４ａ〜５４ｃには、３つの端子５２ａ〜５２ｃがそれぞれ電気的に接続される。また、これらの導体パターン５４ａ〜５４ｃには、振動子１２の３つの圧電素子１６ａ〜１６ｃの他方主面の電極２０ｂが、それぞれ、リード線（図示せず）で電気的に接続される。
【００２５】支持板３４には、振動子１２および中継基板５０などを覆うようにして、たとえば鉄，ニッケル，ステンレスなどの磁性および導電性を有する材料からなるワークカバー５６が、取付けられる。ワークカバー５６は、図４および図７に示すように、短冊状の主面部材５８を含み、主面部材５８には、その幅方向の両端から下方に延びる側面部材６０がそれぞれ形成される。これらの側面部材６０の下端中央部は、それぞれ、外側に突出する突出部６２として形成される。また、主面部材５８には、その長手方向の両端に、たとえば断面Ｌ字状の保護部材６４が、それぞれ形成される。そして、ワークカバー５６は、それらの側面部材６０が支持板３４の保持片４２の内側に嵌められ、かつ、側面部材６０の突出部６２が保持片４２，４２の間に嵌められる。この場合、２つの保護部材６４は、振動子１２の長手方向の両端の外側の近傍に配置される。これらの保護部材６４は、振動子１２がその長手方向に必要以上に変位しないようにすなわち支持部材２２ａおよび２２ｂが振動子１２の長手方向に必要以上に変位しないようにして、支持部材２２ａおよび２２ｂを保護するためのものである。
【００２６】一方、回路基板４６の他方主面には、図４に示すように、発振回路６６および検出回路６８が搭載される。
【００２７】発振回路６６は、振動子１２を駆動ないし振動させるためのものであって、発振周波数を安定させるための水晶や発振周波数を調整するための位相補正回路を含む。この発振回路６６の入力端は、特に図３に示すように、導体パターン（図示せず）および中継基板５０の端子５２ｃなどを介して、振動子１２の圧電素子１６ｃの電極２０ｂに電気的に接続され、発振回路６６の出力端は、可変抵抗器７２ａにて分割され、別の導体パターン（図示せず），端子５２ａおよび５２ｂなどを介して、圧電素子１６ａおよび１６ｂの電極２０ｂにそれぞれ接続される。
【００２８】検出回路６８は、振動子１２の変位を検出するためのものであって、たとえば差動増幅器などからなる。この検出回路６８の２つの入力端は、導体パターン（図示せず），端子５２ａおよび５２ｂなどを介して、圧電素子１６ａおよび１６ｂの電極２０ｂにそれぞれ接続される。
【００２９】さらに、回路基板４６の他方主面には、図４R>４に示すように、３つの可変抵抗器７２ａ，７２ｂおよび７２ｃが搭載される。１つの可変抵抗器７２ａは、発振回路の出力をバランスよく圧電素子１６ａおよび１６ｂに分配するものである。また、別の可変抵抗器７２ｂは、検出回路６８に入力される入力信号のレベルを調整するためのものであって、図３に示すように、検出回路６８の２つの入力端間に接続される。さらに、残りの可変抵抗器７２ｃは、検出回路６８の出力信号のレベルを調整するためのものであって、検出回路６８の出力端とアースとの間に接続される。
【００３０】さらに、回路基板４６の他方主面には、図２R>２および図４に示すように、発振回路６６，検出回路６８および可変抵抗器７２ａ，７２ｂおよび７２ｃなどを覆うようにして、たとえば鉄，ニッケル，ステンレスなどの磁性，導電性および弾性を有する材料からなるシールドカバー７４が取り付けられる。シールドカバー７４は、図４および図８に示すように、回路基板４６と略同じ幅を有する矩形板状の主面部材７６を含む。この主面部材７６は、その幅方向の中央部分が外側に折り曲げられている。主面部材７６の幅方向の両端には、側面部材７８ａおよび７８ｂがそれぞれ形成される。さらに、それらの側面部材７８ａおよび７８ｂの両端部には、それぞれ、突起部８０が形される。そして、それらの突起部８０が、回路基板４６に挿通され、回路基板４６の一方主面のアースパターン（図示せず）にはんだ付けされる。また、このシールドカバー７４には、側面部材７８ａに３つの可変抵抗器７２ａ〜７２ｃの調整ねじに対応する３つの孔８４ａ，８４ｂおよび８４ｃが形成される。
【００３１】回路基板４６の一方主面には、正特性サーミスタ４４，発振回路６６および検出回路６８に電力を供給するための電源端子や検知回路６８の出力信号を取り出すための出力端子などの複数の端子８６が上向きに形成され、これらの端子８６は、回路基板４６の導体パターン（図示せず）などを介して、正特性サーミスタ４４，発振回路６６および検出回路６８に接続される。
【００３２】これらの振動子１２，回路基板４６，ワークカバー５６などは、図１（Ａ）および図２に示すように、２つのクッション材８８および９０とともに、箱形のケース９２に収納される。
【００３３】クッション材８８は、たとえば矩形板状に形成され、ワークカバー５６の上面に配置される。また、クッション材９０は、その中央にワークカバー５６に対応する孔が形成され、ワークカバー５６の側面に配置される。これらのクッション材８８およびおよび９０は、上述のクッション材４８と同様に、たとえばブチルゴムなどのゴムやウレタンなどの合成樹脂をそれぞれの気泡が繋がらないように発泡した材料で形成される。これらのクッション材４８，８８および９０は、振動子１２の周囲と外部との間の断熱効果を高め、外部から振動子１２への不要な音波を吸収し、かつ、振動子１２から外部への振動のもれを防ぐためのものである。
【００３４】また、ケース９２には端子８６に対応して開口部９４が形成され、特に図１（Ｂ）に示すように、その開口部９４から端子８６が露出される。さらに、ケース９２には、特に図２に示すように、可変抵抗器７２ａおよび７２ｃの調整ねじに対応して、それらの調整ねじを外部から調整するための２つの孔９６ａおよび９６ｂが形成される。
【００３５】そして、このケース９２には、図１および図２に示すように、たとえばアルミニウムなどの導体からなる矩形板状のバックカバー９８が、ねじ１００で取り付けられる。この場合、弾性を有するシールドカバー７４の主面部材７６の幅方向の中央が外側に折り曲げられているので、バックカバー９８は、シールドカバー７４の弾性力に抗してシールドカバー７４に圧着され、シールドカバー７４に電気的に接続される。
【００３６】この振動ジャイロ１０では、振動子１２を支持するための支持部材２２ａおよび２２ｂの内側の近傍に保護部材３０が設けられているので、支持部材２２ａおよび２２ｂが振動子１２の幅方向に必要以上に変位されずに、塑性変形を起こしにくい。そのため、支持部材２２ａおよび２２ｂの塑性変形による特性の劣化が防止される。さらに、振動子１２の長手方向の両端の外側の近傍に設けられたワークカバー５６の保護部材６４によって、支持部材２２ａおよび２２ｂが振動子１２の長手方向に必要以上に変位されないので、支持部材２２ａおよび２２ｂの塑性変形による特性の劣化が防止される。なお、支持部材２２ａおよび２２ｂの塑性変形による特性の劣化を防止するためには、保護部材を振動子１２あるいは支持部材２２ａおよび２２ｂの近傍に設ければよく、また、保護部材の形状は、板状に限らずブロック状であってもよい。
【００３７】また、この振動ジャイロ１０では、振動子１２の周囲に独立発泡した材料からなるクッション材４８，８８および９０が設けられているので、振動子１２の周囲と外部との間の断熱効果がよく、外部から振動子１２への不要な音波を吸音することができ、かつ、振動子１２から外部への振動のもれを防ぐことができる。そのため、外部の温度変化や外部からの音波による特性の劣化を防止することができるとともに、振動子１２から外部の機器への振動のもれを防ぐことができる。
【００３８】さらに、この振動ジャイロ１０では、振動子１２の近傍に正特性サーミスタ４４が設けられているので、振動子１２の温度を安定に保つことができる。そのため、温度変化による特性の劣化が抑えられる。なお、振動子１２の温度を安定に保つためには、振動子１２の近傍に、正特性サーミスタ４４に代えてたとえば負特性サーミスタ，ニクロム線，セラミックヒータなどの他のヒータを設け、さらに、振動子１２の周辺の温度を検知するための、たとえばバイメタルなどの温度検知手段を設けて、温度検知手段による検知に基づいてヒータをオン−オフするようにしてもよい。
【００３９】また、この振動ジャイロ１０では、磁性を有する材料からなる遮蔽材として支持板３４およびワークカバー５６が振動子１２の周囲に設けられているので、振動子１２が磁気的に外部から遮蔽され、外部の磁気による特性の劣化を防ぐことができる。
【００４０】さらに、この振動ジャイロ１０では、中継基板５０の端子５２ａ〜５２ｃを介して、回路基板４６の一方主面側に設けた振動子１２が、回路基板４６の他方主面側の発振回路６６および検出回路６８に電気的に接続されるので、回路基板４６の一方主面側から他方主面側にリード線を引き回す必要がない。
【００４１】また、この振動ジャイロ１０では、発振回路６６などを覆うようにして、磁性を有する材料からなるシールドカバー７４が設けられているので、発振回路６６から発生する高周波ノイズを防止することができる。
【００４２】さらに、この振動ジャイロ１０では、アース電位となるシールドカバー７４にバックカバー９８が電気的に接続されるているので、外部のアース電位に接続しやすい。また、バックカバー９８は、シールドカバー７４の弾性力に抗してシールドカバー７４に圧着するだけで、シールドカバー７４に電気的に簡単に接続される。このようにシールドカバー７４とバックカバー９８とを電気的に簡単に接続するためには、弾性を有する材料でシールドカバー７４およびバックカバー９８の少なくとも一方を形成し、その弾性力に抗してシールドカバー７４にバックカバー９８を圧着するようにすればよい。
【００４３】なお、上述の実施例では、振動子１２の振動体１４が断面３角形に形成されているが、振動体１４は、断面４角形に形成されてもよい。この場合、圧電素子は、振動体の４つの側面に形成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）はこの発明の一実施例を示す正面図解図であり、（Ｂ）はその側面図解図である。
【図２】図１に示す振動ジャイロの分解斜視図である。
【図３】図１に示す振動ジャイロの回路図である。
【図４】図１に示す振動シャイロの要部を示す分解斜視図である。
【図５】（Ａ）は図１に示す振動ジャイロの振動子を支持するための構造を示す正面図解図であり、（Ｂ）はその側面図解図である。
【図６】（Ａ）は図１に示す振動ジャイロに用いられる支持板の正面図であり、（Ｂ）はその平面図であり、（Ｃ）はその側面図である。
【図７】（Ａ）は図１に示す振動ジャイロに用いられるワークカバーの正面図であり、（Ｂ）はその平面図であり、（Ｃ）はその側面図である。
【図８】（Ａ）は図１に示す振動ジャイロに用いられるシールドカバーの正面図であり、（Ｂ）はその平面図であり、（Ｃ）はその側面図である。
【図９】従来の振動ジャイロの一例を示す図解図である。
【符号の説明】
１０振動ジャイロ
１２振動子
２２ａ，２２ｂ支持部材
３４支持板
４４正特性サーミスタ

【特許請求の範囲】
【請求項１】振動子、および前記振動子の近傍に設けられるヒータを含む、振動ジャイロ。
【請求項２】前記ヒータは、正特性サーミスタを含む、請求項１の振動ジャイロ。

【図１】