JP2000180182A - 振動型ジャイロスコープ - Google Patents
振動型ジャイロスコープInfo
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- JP2000180182A JP2000180182A JP10361051A JP36105198A JP2000180182A JP 2000180182 A JP2000180182 A JP 2000180182A JP 10361051 A JP10361051 A JP 10361051A JP 36105198 A JP36105198 A JP 36105198A JP 2000180182 A JP2000180182 A JP 2000180182A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】加速度と角速度とを一つの振動子内で同時に測
定でき、回転角速度の検出時の振動子の振動ノイズを減
少させ、加速度の検出感度を一層向上させる。 【解決手段】振動型ジャイロスコープが配置されている
系の回転角速度および直線加速度を検出する。振動型ジ
ャイロスコープは、所定面内に延びる振動子を備える。
振動子が、所定面内の駆動振動を励振するための駆動振
動系２Ａ、２Ｂ、振動子の回転によって振動子に発生し
た所定面内の検出振動を検出するための検出振動系３
Ａ、３Ｂ、駆動振動系と検出振動系とを連結する連結部
１、連結部１から延びている音叉型振動片であって、所
定の共振周波数において共振する音叉型振動片９Ａ−９
Ｈ、および音叉型振動片を固定する固定部７Ａ−７Ｄを
備える。検出振動系は、駆動振動系と分離されている。
検出振動を検出することによって回転角速度を算出し、
音叉型振動片の共振周波数の変化を検出することによっ
て直線加速度を算出する。
定でき、回転角速度の検出時の振動子の振動ノイズを減
少させ、加速度の検出感度を一層向上させる。 【解決手段】振動型ジャイロスコープが配置されている
系の回転角速度および直線加速度を検出する。振動型ジ
ャイロスコープは、所定面内に延びる振動子を備える。
振動子が、所定面内の駆動振動を励振するための駆動振
動系２Ａ、２Ｂ、振動子の回転によって振動子に発生し
た所定面内の検出振動を検出するための検出振動系３
Ａ、３Ｂ、駆動振動系と検出振動系とを連結する連結部
１、連結部１から延びている音叉型振動片であって、所
定の共振周波数において共振する音叉型振動片９Ａ−９
Ｈ、および音叉型振動片を固定する固定部７Ａ−７Ｄを
備える。検出振動系は、駆動振動系と分離されている。
検出振動を検出することによって回転角速度を算出し、
音叉型振動片の共振周波数の変化を検出することによっ
て直線加速度を算出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、系の回転角速度お
よび直線加速度を検出するための振動型ジャイロスコー
プに関するものである。
よび直線加速度を検出するための振動型ジャイロスコー
プに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば自動車の車体回転速度フィードバ
ック式の車両制御方法に用いる回転速度センサーに、振
動型ジャイロスコープを使用することが検討されてい
る。こうしたシステムにおいては、操舵輪の方向自身
は、ハンドルの回転角度によって検出する。これと同時
に、実際に車体が回転している回転速度を振動ジャイロ
スコープによって検出する。そして、操舵輪の方向と実
際の車体の回転速度を比較して差を求め、この差に基づ
いて車輪トルク、操舵角に補正を加えることによって、
安定した車体制御を実現する。
ック式の車両制御方法に用いる回転速度センサーに、振
動型ジャイロスコープを使用することが検討されてい
る。こうしたシステムにおいては、操舵輪の方向自身
は、ハンドルの回転角度によって検出する。これと同時
に、実際に車体が回転している回転速度を振動ジャイロ
スコープによって検出する。そして、操舵輪の方向と実
際の車体の回転速度を比較して差を求め、この差に基づ
いて車輪トルク、操舵角に補正を加えることによって、
安定した車体制御を実現する。
【０００３】更に、一軸の角速度センサーに対して、二
軸の加速度センサーを組み合わせることによって、自動
車の位置を正確に知るシステムが提案されてい（特開平
２−３１０４１９号公報）。また、特表平８−５０４２
７５号公報では、３軸の加速度・角速度センサーが開示
されている。また、特開昭６０−４７９１３号公報にお
いては、一つの振動子によって、加速度と角速度とを検
出する素子が記載されている。
軸の加速度センサーを組み合わせることによって、自動
車の位置を正確に知るシステムが提案されてい（特開平
２−３１０４１９号公報）。また、特表平８−５０４２
７５号公報では、３軸の加速度・角速度センサーが開示
されている。また、特開昭６０−４７９１３号公報にお
いては、一つの振動子によって、加速度と角速度とを検
出する素子が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、より正確な位
置測定を行うために、加速度と角速度とを一つの振動子
内で同時に測定することができ、かつ回転角速度の検出
時の振動子の振動ノイズを減少させ、更に加速度の検出
感度を一層向上させることが望まれている。
置測定を行うために、加速度と角速度とを一つの振動子
内で同時に測定することができ、かつ回転角速度の検出
時の振動子の振動ノイズを減少させ、更に加速度の検出
感度を一層向上させることが望まれている。
【０００５】本発明の課題は、加速度と角速度とを一つ
の振動子内で同時に測定することができ、かつ回転角速
度の検出時の振動子の振動ノイズを減少させ、更に加速
度の検出感度を一層向上させることである。
の振動子内で同時に測定することができ、かつ回転角速
度の検出時の振動子の振動ノイズを減少させ、更に加速
度の検出感度を一層向上させることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、振動型ジャイ
ロスコープが配置されている系の回転角速度および直線
加速度を検出するための振動型ジャイロスコープであっ
て、所定面内に延びるように形成されている振動子を備
えており、この振動子が、所定面内の駆動振動を励振す
るための駆動振動系、振動子の回転によって振動子に発
生した所定面内の検出振動を検出するための検出振動系
であって、駆動振動系と分離されている検出振動系、駆
動振動系と検出振動系とを連結する連結部、連結部から
延びている音叉型振動片であって、無荷重時に所定の共
振周波数において共振する音叉型振動片、および音叉型
振動片を固定する固定部を備えており、検出振動を検出
することによって回転角速度を算出し、音叉型振動片の
共振周波数の変化を検出することによって直線加速度を
算出する。
ロスコープが配置されている系の回転角速度および直線
加速度を検出するための振動型ジャイロスコープであっ
て、所定面内に延びるように形成されている振動子を備
えており、この振動子が、所定面内の駆動振動を励振す
るための駆動振動系、振動子の回転によって振動子に発
生した所定面内の検出振動を検出するための検出振動系
であって、駆動振動系と分離されている検出振動系、駆
動振動系と検出振動系とを連結する連結部、連結部から
延びている音叉型振動片であって、無荷重時に所定の共
振周波数において共振する音叉型振動片、および音叉型
振動片を固定する固定部を備えており、検出振動を検出
することによって回転角速度を算出し、音叉型振動片の
共振周波数の変化を検出することによって直線加速度を
算出する。
【０００７】本発明の振動型ジャイロスコープによれ
ば、音叉型振動片の共振周波数の変化に基づいて直線加
速度を検出する振動子において、音叉型振動片の末端
に、その質量部分として、連結部、駆動振動系および検
出振動系を設け、駆動振動系と検出振動系とを分離する
ことを想到した。そして、音叉型振動片の末端にある質
量部分内で、所定面内で駆動振動および検出振動を生じ
させ、回転角速度を検出するのと同時に、この音叉型振
動片の共振周波数の変化によって直線加速度を同時に検
出できることを見いだした。
ば、音叉型振動片の共振周波数の変化に基づいて直線加
速度を検出する振動子において、音叉型振動片の末端
に、その質量部分として、連結部、駆動振動系および検
出振動系を設け、駆動振動系と検出振動系とを分離する
ことを想到した。そして、音叉型振動片の末端にある質
量部分内で、所定面内で駆動振動および検出振動を生じ
させ、回転角速度を検出するのと同時に、この音叉型振
動片の共振周波数の変化によって直線加速度を同時に検
出できることを見いだした。
【０００８】本発明によれば、振動子の駆動振動および
検出振動、更に音叉型振動片の振動が、いずれも所定面
内で行われる。しかも、検出振動系には駆動振動の影響
が伝達されにくいので、検出信号に不可避的に発生して
いたノイズを、抑制ないし防止することができる。
検出振動、更に音叉型振動片の振動が、いずれも所定面
内で行われる。しかも、検出振動系には駆動振動の影響
が伝達されにくいので、検出信号に不可避的に発生して
いたノイズを、抑制ないし防止することができる。
【０００９】音叉型振動片の振動が所定面内で行われて
いるとき、この音叉型振動片に連結されている駆動振動
系または検出振動系が、所定面に対して垂直方向に振動
すると、音叉型振動片にねじれ振動が励起されるので、
クロストークが生じやすくなる。
いるとき、この音叉型振動片に連結されている駆動振動
系または検出振動系が、所定面に対して垂直方向に振動
すると、音叉型振動片にねじれ振動が励起されるので、
クロストークが生じやすくなる。
【００１０】本発明の好適例では、音叉型振動片が、直
線加速度を測定するべき一方の軸に沿って延びており、
かつ、振動子の重心の両側にそれぞれ設けられている。
この場合には、各音叉型振動片の共振周波数の変化の差
をとることによって、一層正確な測定ができる。各音叉
型振動片の各共振周波数およびその変化を検出する際に
は、周波数カウンターの信号をデジタル演算処理する
か、あるいは、各音叉型振動片の各共振周波数をｆ−ｖ
変換し、各信号を差動増幅器によって処理する。
線加速度を測定するべき一方の軸に沿って延びており、
かつ、振動子の重心の両側にそれぞれ設けられている。
この場合には、各音叉型振動片の共振周波数の変化の差
をとることによって、一層正確な測定ができる。各音叉
型振動片の各共振周波数およびその変化を検出する際に
は、周波数カウンターの信号をデジタル演算処理する
か、あるいは、各音叉型振動片の各共振周波数をｆ−ｖ
変換し、各信号を差動増幅器によって処理する。
【００１１】好ましくは、更に、音叉型振動片が、直線
加速度を測定するべき他方の軸に沿って延びるように、
振動子の重心の両側にそれぞれ設ける。これによって、
所定面内の２軸に沿って直線加速度を測定できる。
加速度を測定するべき他方の軸に沿って延びるように、
振動子の重心の両側にそれぞれ設ける。これによって、
所定面内の２軸に沿って直線加速度を測定できる。
【００１２】特に好ましくは、少なくとも一対の駆動振
動系が一方の軸に沿って延びるように設けられており、
また、少なくとも一対の検出振動系が、他方の軸に沿っ
て延びるように設けられている。
動系が一方の軸に沿って延びるように設けられており、
また、少なくとも一対の検出振動系が、他方の軸に沿っ
て延びるように設けられている。
【００１３】本発明の一つの好適な形態においては、連
結部の中に振動子の重心が位置しており、連結部の周縁
から、駆動振動系、検出振動系および音叉型振動子が延
びている。この実施形態について、図１の模式的正面図
を参照しつつ、説明する。
結部の中に振動子の重心が位置しており、連結部の周縁
から、駆動振動系、検出振動系および音叉型振動子が延
びている。この実施形態について、図１の模式的正面図
を参照しつつ、説明する。
【００１４】例えば円形の連結部１の周縁１ａから、駆
動振動系２Ａと２Ｂ、および検出振動系３Ａ、３Ｂが放
射状に突出している。なお、図１、図２における各振動
系２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂは、各振動系の具体的形態を
図示するものではなく、各振動系を概念的に示すもので
ある。ここで、Ｏは、回転軸Ｚと振動子の所定面との交
点（回転中心）である。ＧＯは、振動子の全体の重心
（非振動時）であり、ＧＤは、駆動振動の重心である。
動振動系２Ａと２Ｂ、および検出振動系３Ａ、３Ｂが放
射状に突出している。なお、図１、図２における各振動
系２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂは、各振動系の具体的形態を
図示するものではなく、各振動系を概念的に示すもので
ある。ここで、Ｏは、回転軸Ｚと振動子の所定面との交
点（回転中心）である。ＧＯは、振動子の全体の重心
（非振動時）であり、ＧＤは、駆動振動の重心である。
【００１５】ここで、複数の駆動振動系、あるいは複数
の検出振動系は、それぞれ、重心ＧＯを中心として回転
対称の位置にあることが、比較的微小な検出振動への影
響を抑制できることから、好ましい。これは、重心ＧＯ
を中心として、各振動系がそれぞれ所定面内で同じ所定
角度離れている状態を意味する。従って、一つの振動系
を所定面内で所定角度回転させる操作を行うと、他の振
動系の位置に位置する。例えば、図１においては、駆動
振動系２Ａと２Ｂとは、１８０°離れているので、振動
系２Ａを１８０°回転させる操作を行うと、振動系２Ｂ
の位置にくる。
の検出振動系は、それぞれ、重心ＧＯを中心として回転
対称の位置にあることが、比較的微小な検出振動への影
響を抑制できることから、好ましい。これは、重心ＧＯ
を中心として、各振動系がそれぞれ所定面内で同じ所定
角度離れている状態を意味する。従って、一つの振動系
を所定面内で所定角度回転させる操作を行うと、他の振
動系の位置に位置する。例えば、図１においては、駆動
振動系２Ａと２Ｂとは、１８０°離れているので、振動
系２Ａを１８０°回転させる操作を行うと、振動系２Ｂ
の位置にくる。
【００１６】本例では、各駆動振動系中の振動片４Ａ，
４Ｂの振動は、主として径方向に振動する振動成分（矢
印Ａで示す）からなり、各検出振動系中の振動片５Ａ、
５Ｂの振動は、主として周方向に振動する振動成分（矢
印Ｂで示す）からなる。周方向に振動する振動成分と
は、振動子の重心ＧＯから見て所定面内で円周方向に振
動する振動成分のことを指している。径方向に振動する
成分とは、重心ＧＯからみて所定面内で円の直径方向に
振動する振動成分のことを指しており、つまり、重心Ｇ
Ｏに対して遠ざかる方向と近づく方向とに対して、交互
に振動する成分のことを言う。
４Ｂの振動は、主として径方向に振動する振動成分（矢
印Ａで示す）からなり、各検出振動系中の振動片５Ａ、
５Ｂの振動は、主として周方向に振動する振動成分（矢
印Ｂで示す）からなる。周方向に振動する振動成分と
は、振動子の重心ＧＯから見て所定面内で円周方向に振
動する振動成分のことを指している。径方向に振動する
成分とは、重心ＧＯからみて所定面内で円の直径方向に
振動する振動成分のことを指しており、つまり、重心Ｇ
Ｏに対して遠ざかる方向と近づく方向とに対して、交互
に振動する成分のことを言う。
【００１７】連結部１からは、更に、一方の軸（Ｘ軸）
の方向に延びるように、直線加速度検出部６Ａ、６Ｃが
延びており、他方の軸（Ｙ軸）の方向に延びるように、
直線加速度検出部６Ｂ、６Ｄが延びている。各検出部
は、それぞれ、音叉型振動片９Ａと９Ｂ，９Ｃと９Ｄ，
９Ｅと９Ｆ，９Ｇと９Ｈとの各対の音叉型振動片を備え
ており、各対の音叉型振動片の端部に固定部７Ａ，７
Ｂ，７Ｃ，７Ｄが結合されている。各固定部は、何らか
の固定手段８によって固定されている。各対の音叉型振
動片の内側の空隙１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄにそ
れぞれ各振動系２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂが設けられてい
る。
の方向に延びるように、直線加速度検出部６Ａ、６Ｃが
延びており、他方の軸（Ｙ軸）の方向に延びるように、
直線加速度検出部６Ｂ、６Ｄが延びている。各検出部
は、それぞれ、音叉型振動片９Ａと９Ｂ，９Ｃと９Ｄ，
９Ｅと９Ｆ，９Ｇと９Ｈとの各対の音叉型振動片を備え
ており、各対の音叉型振動片の端部に固定部７Ａ，７
Ｂ，７Ｃ，７Ｄが結合されている。各固定部は、何らか
の固定手段８によって固定されている。各対の音叉型振
動片の内側の空隙１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄにそ
れぞれ各振動系２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂが設けられてい
る。
【００１８】図２は、本発明の他の実施形態に係る振動
子を模式的に示す正面図である。図１に示した各部分と
同じ部分には同じ符号を付け、その説明を省略する。本
例では連結部が枠部１１であり、枠部１１中に空隙１２
が設けられている。枠部１１の内側面１１ｂから、一方
の軸の方向に向かって、各駆動振動系２Ａ、２Ｂが延び
ており、他方の軸の方向に向かって、各検出振動系３
Ａ、３Ｂが延びている。枠部１１の外側面１１ａから、
一方の軸の方向に向かって、各音叉型振動片９Ａ、９
Ｂ、９Ｅ、９Ｆが延びており、他方の軸の方向に向かっ
て、各音叉型振動片９Ｃ、９Ｄ、９Ｇ、９Ｈが延びてい
る。
子を模式的に示す正面図である。図１に示した各部分と
同じ部分には同じ符号を付け、その説明を省略する。本
例では連結部が枠部１１であり、枠部１１中に空隙１２
が設けられている。枠部１１の内側面１１ｂから、一方
の軸の方向に向かって、各駆動振動系２Ａ、２Ｂが延び
ており、他方の軸の方向に向かって、各検出振動系３
Ａ、３Ｂが延びている。枠部１１の外側面１１ａから、
一方の軸の方向に向かって、各音叉型振動片９Ａ、９
Ｂ、９Ｅ、９Ｆが延びており、他方の軸の方向に向かっ
て、各音叉型振動片９Ｃ、９Ｄ、９Ｇ、９Ｈが延びてい
る。
【００１９】本発明の振動子においては、駆動振動系の
振動の全体の重心ＧＤが、振動子の重心ＧＯの近傍領域
に位置していることが好ましく、これによって検出振動
系への影響を最小限にできる。駆動振動の重心ＧＤが、
振動子の重心ＧＯの近傍領域に位置しているとは、具体
的には、実質的に重心ＧＯ上に位置していてもよいが、
重心ＧＯから直径１ｍｍの円内に存在していることを意
味する。
振動の全体の重心ＧＤが、振動子の重心ＧＯの近傍領域
に位置していることが好ましく、これによって検出振動
系への影響を最小限にできる。駆動振動の重心ＧＤが、
振動子の重心ＧＯの近傍領域に位置しているとは、具体
的には、実質的に重心ＧＯ上に位置していてもよいが、
重心ＧＯから直径１ｍｍの円内に存在していることを意
味する。
【００２０】本発明の振動子においては、駆動振動系が
複数設けられていて、一つの駆動振動系に対して９０°
以上離れた位置に、他の駆動振動系が存在することが好
ましく、複数の駆動振動系の間に検出振動系が設けられ
ていることが好ましい。これによって、各駆動振動系の
駆動振動が相殺しあい、検出振動系への影響が一層少な
くなるからである。
複数設けられていて、一つの駆動振動系に対して９０°
以上離れた位置に、他の駆動振動系が存在することが好
ましく、複数の駆動振動系の間に検出振動系が設けられ
ていることが好ましい。これによって、各駆動振動系の
駆動振動が相殺しあい、検出振動系への影響が一層少な
くなるからである。
【００２１】本発明の振動子は所定面内に延びている
が、これは厚さにして１ｍｍ以下の範囲内に振動子が形
成されている場合を含む。また、所定面と回転軸とがな
す角度は、６０−１２０度とすることが好ましく、８５
−９５度とすることが好ましく、直交していることが一
層好ましい。
が、これは厚さにして１ｍｍ以下の範囲内に振動子が形
成されている場合を含む。また、所定面と回転軸とがな
す角度は、６０−１２０度とすることが好ましく、８５
−９５度とすることが好ましく、直交していることが一
層好ましい。
【００２２】図１、図２においては、回転中心（回転軸
と所定面との交点）Ｏが、振動子の重心ＧＯおよび駆動
振動の全体の重心ＧＤと一致しているが、回転中心Ｏが
振動子の重心とは一致していない場合も、更には回転中
心Ｏが振動子の外部に位置している場合も、本願発明の
振動子は有用である。なぜなら、振動子が回転している
ときに、回転中心Ｏと振動子の重心ＧＯとが一致してい
ない場合の振動子の各部分の変位は、回転中心Ｏが振動
子の重心ＧＯと一致している場合の振動子の各部分の変
位（回転による振動子の各部分の変位）と、振動子の各
部分の並進運動による変位とのベクトル和となる。そし
て、振動子の各部分の並進運動による変位については、
コリオリ力は働かないので、振動型ジャイロスコープに
よって検出することなく、消去できるからである。
と所定面との交点）Ｏが、振動子の重心ＧＯおよび駆動
振動の全体の重心ＧＤと一致しているが、回転中心Ｏが
振動子の重心とは一致していない場合も、更には回転中
心Ｏが振動子の外部に位置している場合も、本願発明の
振動子は有用である。なぜなら、振動子が回転している
ときに、回転中心Ｏと振動子の重心ＧＯとが一致してい
ない場合の振動子の各部分の変位は、回転中心Ｏが振動
子の重心ＧＯと一致している場合の振動子の各部分の変
位（回転による振動子の各部分の変位）と、振動子の各
部分の並進運動による変位とのベクトル和となる。そし
て、振動子の各部分の並進運動による変位については、
コリオリ力は働かないので、振動型ジャイロスコープに
よって検出することなく、消去できるからである。
【００２３】駆動振動系と検出振動系との一方における
径方向振動成分と周方向振動成分との振幅の大きさは、
１：０−３とすることが好ましく、１：０−１とするこ
とが更に好ましい。他方における径方向振動成分と周方
向振動成分との振幅の大きさは、０−１：５とすること
が好ましく、０−１：１０とすることが更に好ましい。
ただし、ここで言う各振動成分の各振幅は、対象とする
振動系内に存在する、逆向きの振動を互いに相殺しない
場合の各振動成分の各振幅を意味する。
径方向振動成分と周方向振動成分との振幅の大きさは、
１：０−３とすることが好ましく、１：０−１とするこ
とが更に好ましい。他方における径方向振動成分と周方
向振動成分との振幅の大きさは、０−１：５とすること
が好ましく、０−１：１０とすることが更に好ましい。
ただし、ここで言う各振動成分の各振幅は、対象とする
振動系内に存在する、逆向きの振動を互いに相殺しない
場合の各振動成分の各振幅を意味する。
【００２４】あるいは、駆動振動系と検出振動系との一
方における径方向振動成分と周方向振動成分との振幅の
大きさは、５：０−１とすることが好ましく、１０：０
−１とすることが更に好ましい。他方における径方向振
動成分と周方向振動成分との振幅の大きさは、０−１：
５とすることが好ましく、０−１：１０とすることが更
に好ましい。ただし、ここで言う各振動成分の各振幅
は、対象とする振動系内に存在する、逆向きの振動を互
いに相殺した後に残る各振動成分の各振幅を意味する。
方における径方向振動成分と周方向振動成分との振幅の
大きさは、５：０−１とすることが好ましく、１０：０
−１とすることが更に好ましい。他方における径方向振
動成分と周方向振動成分との振幅の大きさは、０−１：
５とすることが好ましく、０−１：１０とすることが更
に好ましい。ただし、ここで言う各振動成分の各振幅
は、対象とする振動系内に存在する、逆向きの振動を互
いに相殺した後に残る各振動成分の各振幅を意味する。
【００２５】駆動振動系の駆動振動の周波数は、音叉型
振動片の共振周波数と異なっていることが、回転角速度
および直線加速度の測定精度を向上させる上で特に好ま
しい。この場合には、両者の差を１ｋＨｚ以上とするこ
とが好ましい。
振動片の共振周波数と異なっていることが、回転角速度
および直線加速度の測定精度を向上させる上で特に好ま
しい。この場合には、両者の差を１ｋＨｚ以上とするこ
とが好ましい。
【００２６】各対の音叉型振動片は、互いに平行な平行
部分の他に、各平行部分に対して所定角度をもって交差
している傾斜部分を備えていることが好ましく、これに
よって直線加速度の測定感度が増加する。この観点から
は、平行部分と傾斜部分との角度は、３０度−６０度と
することが好ましい。
部分の他に、各平行部分に対して所定角度をもって交差
している傾斜部分を備えていることが好ましく、これに
よって直線加速度の測定感度が増加する。この観点から
は、平行部分と傾斜部分との角度は、３０度−６０度と
することが好ましい。
【００２７】本発明の振動子の変位は、所定面内で生ず
る。このため、振動子の全体を、同一の圧電単結晶によ
って形成することができる。この場合には、まず圧電単
結晶の薄板を作製し、この薄板をエッチング、研削によ
り加工することによって、振動子を作製できる。振動子
の各部分は、別の部材によってそれぞれ形成することも
できるが、一体で構成することが特に好ましい。
る。このため、振動子の全体を、同一の圧電単結晶によ
って形成することができる。この場合には、まず圧電単
結晶の薄板を作製し、この薄板をエッチング、研削によ
り加工することによって、振動子を作製できる。振動子
の各部分は、別の部材によってそれぞれ形成することも
できるが、一体で構成することが特に好ましい。
【００２８】また、振動子の材質は特に限定するもので
ないが、水晶、ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 、ニオブ酸
リチウム−タンタル酸リチウム固溶体（Ｌｉ（Ｎｂ，Ｔ
ａ）Ｏ3 ）単結晶、ホウ酸リチウム単結晶、ランガサイ
ト単結晶等からなる圧電単結晶を使用することが好まし
い。
ないが、水晶、ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 、ニオブ酸
リチウム−タンタル酸リチウム固溶体（Ｌｉ（Ｎｂ，Ｔ
ａ）Ｏ3 ）単結晶、ホウ酸リチウム単結晶、ランガサイ
ト単結晶等からなる圧電単結晶を使用することが好まし
い。
【００２９】圧電単結晶を使用すると、検出感度を良好
にすることができるとともに、検出ノイズを小さくでき
る。しかも、圧電単結晶を使用すると、温度変化に対し
て特に鈍感な振動子を作製でき、このような振動子は、
温度安定性を必要とする車載用として好適である。即
ち、振動子の全体が所定面内で振動するように設計され
ていることから、圧電単結晶のうち振動周波数の温度変
化がほとんどない結晶面のみを利用して、振動子を製造
することができる。これによって、きわめて温度安定性
の高い振動型ジャイロスコープを提供できる。
にすることができるとともに、検出ノイズを小さくでき
る。しかも、圧電単結晶を使用すると、温度変化に対し
て特に鈍感な振動子を作製でき、このような振動子は、
温度安定性を必要とする車載用として好適である。即
ち、振動子の全体が所定面内で振動するように設計され
ていることから、圧電単結晶のうち振動周波数の温度変
化がほとんどない結晶面のみを利用して、振動子を製造
することができる。これによって、きわめて温度安定性
の高い振動型ジャイロスコープを提供できる。
【００３０】本発明の振動子を圧電性材料によって形成
した場合には、この振動子に駆動電極および検出電極を
設ける。圧電性材料としては、圧電単結晶の他に、ＰＺ
Ｔ等の圧電セラミックスがある。
した場合には、この振動子に駆動電極および検出電極を
設ける。圧電性材料としては、圧電単結晶の他に、ＰＺ
Ｔ等の圧電セラミックスがある。
【００３１】本発明の振動型ジャイロスコープを構成す
る振動子は、前述した圧電材料や恒弾性合金の他に、シ
リコンマイクロマシンにおいて使用されるように、シリ
コン半導体プロセスによって形成することもできる。こ
の場合には、振動子を駆動する際には、静電力等を利用
する。
る振動子は、前述した圧電材料や恒弾性合金の他に、シ
リコンマイクロマシンにおいて使用されるように、シリ
コン半導体プロセスによって形成することもできる。こ
の場合には、振動子を駆動する際には、静電力等を利用
する。
【００３２】また、本発明の振動子を、エリンバー等の
恒弾性金属によって形成することもできる。この場合に
は、振動子の所定箇所に圧電体を取り付ける必要があ
る。
恒弾性金属によって形成することもできる。この場合に
は、振動子の所定箇所に圧電体を取り付ける必要があ
る。
【００３３】図３は、本発明の一実施形態に係る圧電単
結晶製の振動子を備えた振動型ジャイロスコープを、概
略的に示す正面図である。連結部１３は、振動子の重心
ＧＯを中心として、４回対称の正方形をしている。連結
部１３の周縁部１３ａから、四方に向かって、放射状
に、二つの駆動振動系２Ａ、２Ｂと検出振動系３Ａ、３
Ｂとが突出しており、各振動系は互いに分離されてい
る。駆動振動系２Ａと２Ｂとは重心ＧＯを中心として２
回対称であり、検出振動系３Ａと３Ｂとは重心ＧＯを中
心として２回対称である。
結晶製の振動子を備えた振動型ジャイロスコープを、概
略的に示す正面図である。連結部１３は、振動子の重心
ＧＯを中心として、４回対称の正方形をしている。連結
部１３の周縁部１３ａから、四方に向かって、放射状
に、二つの駆動振動系２Ａ、２Ｂと検出振動系３Ａ、３
Ｂとが突出しており、各振動系は互いに分離されてい
る。駆動振動系２Ａと２Ｂとは重心ＧＯを中心として２
回対称であり、検出振動系３Ａと３Ｂとは重心ＧＯを中
心として２回対称である。
【００３４】駆動振動系２Ａ、２Ｂは、連結部１３の周
縁部１３ａから突出する支持部１８と、支持部１８の先
端１８ｂ側から支持部に直交する方向に延びる屈曲振動
片４Ａ、４Ｂを備えている。各屈曲振動片４Ａ、４Ｂ
は、更に詳細には屈曲振動片１４Ａと１４Ｂ、および１
４Ｃと１４Ｄからなる。各屈曲振動片には、それぞれ駆
動電極１５が設けられている。検出振動系３Ａ、３Ｂ
は、細長い周方向屈曲振動片５Ａ、５Ｂからなり、各屈
曲振動片には検出電極１６が設けられている。
縁部１３ａから突出する支持部１８と、支持部１８の先
端１８ｂ側から支持部に直交する方向に延びる屈曲振動
片４Ａ、４Ｂを備えている。各屈曲振動片４Ａ、４Ｂ
は、更に詳細には屈曲振動片１４Ａと１４Ｂ、および１
４Ｃと１４Ｄからなる。各屈曲振動片には、それぞれ駆
動電極１５が設けられている。検出振動系３Ａ、３Ｂ
は、細長い周方向屈曲振動片５Ａ、５Ｂからなり、各屈
曲振動片には検出電極１６が設けられている。
【００３５】連結部１３からは、更に、一方の軸（Ｘ
軸）の方向に延びるように、直線加速度検出部６Ａ、６
Ｃが延びており、他方の軸（Ｙ軸）の方向に延びるよう
に、直線加速度検出部６Ｂ、６Ｄが延びている。各検出
部は、それぞれ、音叉型振動片９Ｉと９Ｊ，９Ｋと９
Ｌ，９Ｍと９Ｎ，９Ｐと９Ｑとの各対の音叉型振動片を
備えており、各対の音叉型振動片の端部に固定部７Ｅ，
７Ｆ，７Ｇ，７Ｈが結合されている。各固定部は、固定
ピン８Ａによって、図示しない固定部材に対して固定さ
れている。
軸）の方向に延びるように、直線加速度検出部６Ａ、６
Ｃが延びており、他方の軸（Ｙ軸）の方向に延びるよう
に、直線加速度検出部６Ｂ、６Ｄが延びている。各検出
部は、それぞれ、音叉型振動片９Ｉと９Ｊ，９Ｋと９
Ｌ，９Ｍと９Ｎ，９Ｐと９Ｑとの各対の音叉型振動片を
備えており、各対の音叉型振動片の端部に固定部７Ｅ，
７Ｆ，７Ｇ，７Ｈが結合されている。各固定部は、固定
ピン８Ａによって、図示しない固定部材に対して固定さ
れている。
【００３６】各音叉型振動片９Ｉ、９Ｊ、９Ｍ、９Ｎ
は、それぞれ、平行部分９ｂ、および、平行部分９ｂと
連結部１３とを連結する傾斜部分９ａを備えている。各
音叉型振動片９Ｋ、９Ｌ、９Ｐ、９Ｑは、それぞれ、平
行部分９ｄ、および、平行部分９ｄと連結部１３とを連
結する傾斜部分９ｃを備えている。各対の音叉型振動片
の内側の空隙１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ内に、そ
れぞれ、各振動系２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂが設けられて
いる。
は、それぞれ、平行部分９ｂ、および、平行部分９ｂと
連結部１３とを連結する傾斜部分９ａを備えている。各
音叉型振動片９Ｋ、９Ｌ、９Ｐ、９Ｑは、それぞれ、平
行部分９ｄ、および、平行部分９ｄと連結部１３とを連
結する傾斜部分９ｃを備えている。各対の音叉型振動片
の内側の空隙１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ内に、そ
れぞれ、各振動系２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂが設けられて
いる。
【００３７】駆動モードにおいては、各屈曲振動片１４
Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄが、支持部１８の先端部分
１８ｂ付近を中心として、矢印Ａのように屈曲振動す
る。検出モードにおいては、各支持部１８が、固定部１
８ａを中心として周方向に屈曲振動し、これに対応し
て、各検出振動系の各屈曲振動片５Ａ、５Ｂが、矢印Ｂ
のように屈曲振動する。
Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄが、支持部１８の先端部分
１８ｂ付近を中心として、矢印Ａのように屈曲振動す
る。検出モードにおいては、各支持部１８が、固定部１
８ａを中心として周方向に屈曲振動し、これに対応し
て、各検出振動系の各屈曲振動片５Ａ、５Ｂが、矢印Ｂ
のように屈曲振動する。
【００３８】図４に示す振動子は、図２に示す振動子の
一層具体的な形態を例示するものである。図２に示した
構成部分については、同じ符号を付け、その説明は省略
する。枠部１１Ａの外側面１１ａから、一方の軸（Ｘ
軸）の方向に延びるように、直線加速度検出部６Ａ、６
Ｃが延びており、他方の軸（Ｙ軸）の方向に延びるよう
に、直線加速度検出部６Ｂ、６Ｄが延びている。各検出
部は、それぞれ、音叉型振動片９Ｒと９Ｓ，９Ｔと９
Ｕ，９Ｖと９Ｗ，９Ｘと９Ｙとの各対の音叉型振動片を
備えており、各対の音叉型振動片の端部に固定部７Ｅ，
７Ｆ，７Ｇ，７Ｈが結合されている。各音叉型振動片９
Ｒ、９Ｓ、９Ｖ、９Ｗは、それぞれ、平行部分９ｆ、お
よび、平行部分９ｆと連結部１１Ａとを連結する傾斜部
分９ｅを備えている。各音叉型振動片９Ｔ、９Ｕ、９
Ｘ、９Ｙは、それぞれ、平行部分９ｈ、および、平行部
分９ｈと連結部１１Ａとを連結する傾斜部分９ｇを備え
ている。
一層具体的な形態を例示するものである。図２に示した
構成部分については、同じ符号を付け、その説明は省略
する。枠部１１Ａの外側面１１ａから、一方の軸（Ｘ
軸）の方向に延びるように、直線加速度検出部６Ａ、６
Ｃが延びており、他方の軸（Ｙ軸）の方向に延びるよう
に、直線加速度検出部６Ｂ、６Ｄが延びている。各検出
部は、それぞれ、音叉型振動片９Ｒと９Ｓ，９Ｔと９
Ｕ，９Ｖと９Ｗ，９Ｘと９Ｙとの各対の音叉型振動片を
備えており、各対の音叉型振動片の端部に固定部７Ｅ，
７Ｆ，７Ｇ，７Ｈが結合されている。各音叉型振動片９
Ｒ、９Ｓ、９Ｖ、９Ｗは、それぞれ、平行部分９ｆ、お
よび、平行部分９ｆと連結部１１Ａとを連結する傾斜部
分９ｅを備えている。各音叉型振動片９Ｔ、９Ｕ、９
Ｘ、９Ｙは、それぞれ、平行部分９ｈ、および、平行部
分９ｈと連結部１１Ａとを連結する傾斜部分９ｇを備え
ている。
【００３９】枠部１１Ａの内側面１１ｂから、一方の軸
の方向に向かって、二つの駆動振動系２Ａ、２Ｂが突出
しており、他方の軸の方向に向かって、二つの検出振動
系３Ａ、３Ｂが突出している。駆動振動系２Ａと２Ｂと
は重心ＧＯを中心として２回対称であり、検出振動系３
Ａと３Ｂとは重心ＧＯを中心として２回対称である。各
駆動振動系２Ａ、２Ｂは、連結部１１Ａの内側面１１ｂ
から突出する支持部１８と、支持部１８の先端１８ｂ側
から支持部に直交する方向に延びる屈曲振動片１４Ａ、
１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄを備えている。各検出振動系３
Ａ、３Ｂは、細長い周方向屈曲振動片５Ａ、５Ｂからな
る。
の方向に向かって、二つの駆動振動系２Ａ、２Ｂが突出
しており、他方の軸の方向に向かって、二つの検出振動
系３Ａ、３Ｂが突出している。駆動振動系２Ａと２Ｂと
は重心ＧＯを中心として２回対称であり、検出振動系３
Ａと３Ｂとは重心ＧＯを中心として２回対称である。各
駆動振動系２Ａ、２Ｂは、連結部１１Ａの内側面１１ｂ
から突出する支持部１８と、支持部１８の先端１８ｂ側
から支持部に直交する方向に延びる屈曲振動片１４Ａ、
１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄを備えている。各検出振動系３
Ａ、３Ｂは、細長い周方向屈曲振動片５Ａ、５Ｂからな
る。
【００４０】駆動モードにおいては、各屈曲振動片１４
Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄが、支持部１８の先端部分
１８ｂ付近を中心として、矢印Ａのように屈曲振動す
る。検出モードにおいては、各支持部１８が、固定部１
８ａを中心として周方向に屈曲振動し、これに対応し
て、各検出振動系の各屈曲振動片５Ａ、５Ｂが、矢印Ｂ
のように屈曲振動する。
Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄが、支持部１８の先端部分
１８ｂ付近を中心として、矢印Ａのように屈曲振動す
る。検出モードにおいては、各支持部１８が、固定部１
８ａを中心として周方向に屈曲振動し、これに対応し
て、各検出振動系の各屈曲振動片５Ａ、５Ｂが、矢印Ｂ
のように屈曲振動する。
【００４１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、加
速度と角速度とを一つの振動子内で同時に測定すること
ができ、かつ回転角速度の検出時の振動子の振動ノイズ
を減少させ、更に加速度の検出感度を一層向上させ得
る。
速度と角速度とを一つの振動子内で同時に測定すること
ができ、かつ回転角速度の検出時の振動子の振動ノイズ
を減少させ、更に加速度の検出感度を一層向上させ得
る。
【図１】本発明の一実施形態に係る振動子を模式的に示
す正面図である。
す正面図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る振動子を模式的に
示す正面図である。
示す正面図である。
【図３】図１の振動子を更に具体化した振動子を模式的
に示す正面図である。
に示す正面図である。
【図４】図２の振動子を更に具体化した振動子を模式的
に示す正面図である。
に示す正面図である。
１、１３ 振動子の重心ＧＯがある連結部 ２Ａ、
２Ｂ 駆動振動系 ３Ａ、３Ｂ 検出振動系
４Ａ、４Ｂ、５Ａ、５Ｂ 振動片 ６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ 直線加速度検出部 ７
Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ、７Ｆ、７Ｇ、７Ｈ 固定
部 ８ 固定手段 ８Ａ 固定用ピン ９
Ａ−９Ｙ 音叉型振動片 １０Ａ、１０Ｂ、１０
Ｃ、１０Ｄ 音叉型振動片の空隙部 １１、１１Ａ
中空の枠部 １２ 枠部の空隙部 １４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ 屈曲振動片 １
５ 駆動電極 １６ 検出電極 １８ 支持部
２Ｂ 駆動振動系 ３Ａ、３Ｂ 検出振動系
４Ａ、４Ｂ、５Ａ、５Ｂ 振動片 ６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ 直線加速度検出部 ７
Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ、７Ｆ、７Ｇ、７Ｈ 固定
部 ８ 固定手段 ８Ａ 固定用ピン ９
Ａ−９Ｙ 音叉型振動片 １０Ａ、１０Ｂ、１０
Ｃ、１０Ｄ 音叉型振動片の空隙部 １１、１１Ａ
中空の枠部 １２ 枠部の空隙部 １４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ 屈曲振動片 １
５ 駆動電極 １６ 検出電極 １８ 支持部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F105 AA02 BB02 BB03 CC01 CD02 CD03 CD06
Claims (9)
- 【請求項１】振動型ジャイロスコープが配置されている
系の回転角速度および直線加速度を検出するための振動
型ジャイロスコープであって、 所定面内に延びる振動子を備えており、この振動子が、
前記所定面内の駆動振動を励振するための駆動振動系、
前記振動子の回転によって前記振動子に発生した前記所
定面内の検出振動を検出するための検出振動系であっ
て、前記駆動振動系と分離されている検出振動系、駆動
振動系と検出振動系とを連結する連結部、この連結部か
ら延びている音叉型振動片であって、無荷重時に所定の
共振周波数において共振する音叉型振動片、およびこの
音叉型振動片を固定する固定部を備えており、 前記検出振動を検出することによって前記回転角速度を
算出し、前記音叉型振動片の共振周波数の変化を検出す
ることによって前記直線加速度を算出することを特徴と
する、振動型ジャイロスコープ。 - 【請求項２】前記音叉型振動片が、前記直線加速度を測
定するべき一方の軸に沿って延びており、かつ、前記振
動子の重心の両側にそれぞれ設けられていることを特徴
とする、請求項１記載の振動型ジャイロスコープ。 - 【請求項３】前記音叉型振動片が、前記直線加速度を測
定するべき他方の軸に沿って延びており、かつ、前記振
動子の重心の両側にそれぞれ設けられていることを特徴
とする、請求項２記載の振動型ジャイロスコープ。 - 【請求項４】前記駆動振動系が複数設けられており、こ
れらの駆動振動系が前記振動子の重心を中心として互い
に回転対称の位置に設けられていることを特徴とする、
請求項１−３のいずれか一つの請求項に記載の振動型ジ
ャイロスコープ。 - 【請求項５】前記駆動振動系が複数設けられており、す
べての前記駆動振動系の振動の全体の重心が前記振動子
の重心の近傍領域内にあることを特徴とする、請求項１
−４のいずれか一つの請求項に記載の振動型ジャイロス
コープ。 - 【請求項６】少なくとも一対の前記駆動振動系が前記一
方の軸に沿って延びるように設けられていることを特徴
とする、請求項２−５のいずれか一つの請求項に記載の
振動型ジャイロスコープ。 - 【請求項７】少なくとも一対の前記検出振動系が前記他
方の軸に沿って延びるように設けられていることを特徴
とする、請求項３−６のいずれか一つの請求項に記載の
振動型ジャイロスコープ。 - 【請求項８】前記連結部の中に前記振動子の重心が位置
しており、前記連結部の周縁から、前記駆動振動系、前
記検出振動系および前記音叉型振動子が延びていること
を特徴とする、請求項１−７のいずれか一つの請求項に
記載の振動型ジャイロスコープ。 - 【請求項９】前記連結部が中空の枠部であることを特徴
とする、請求項１−７のいずれか一つの請求項に記載の
振動型ジャイロスコープ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10361051A JP2000180182A (ja) | 1998-12-18 | 1998-12-18 | 振動型ジャイロスコープ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10361051A JP2000180182A (ja) | 1998-12-18 | 1998-12-18 | 振動型ジャイロスコープ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000180182A true JP2000180182A (ja) | 2000-06-30 |
Family
ID=18471988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10361051A Withdrawn JP2000180182A (ja) | 1998-12-18 | 1998-12-18 | 振動型ジャイロスコープ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000180182A (ja) |
Cited By (11)
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-
1998
- 1998-12-18 JP JP10361051A patent/JP2000180182A/ja not_active Withdrawn
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| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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