JP2008197066A - リングレーザージャイロ - Google Patents

Abstract

【課題】ディザースプリングとブロックの接合構造にディザ角振動伝達に十分な接合強度を備えるリングレーザージャイロを供給する。
【解決手段】回転運動を検出するブロック６１と、リングレーザージャイロにディザー角振動を印加するために、ブロック６１の中央部の円形貫通穴６２に装着されて、円筒形の外周壁６４と、中心から外周壁６４に向かって、放射方向に伸長する複数の腕６８を有するディザースプリング６３と、を備える前記ジャイロにおいて、ディザースプリング６３の外周壁６４の外周面６４ａ上には、ディザースプリング６３の軸線と平行な直線状の凸部６６、あるいは溝７２が複数の腕６８の隣接間にそれぞれ備えられ、ブロック６１の貫通穴６２の内周面６２ａ上には、凸部６６あるいは溝７２にそれぞれ嵌合された直線状溝７２あるいは凸部８２が備えられていることを特徴とするリングレーザージャイロ。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、航空機その他の運動体の慣性基準装置として角速度を検出するリングレーザージャイロに関する。

図８を参照して従来のリングレーザージャイロを簡単に説明する。なお、図８はリングレーザージャイロの入力軸線と垂直な断面で切った断面図（以下、単に、断面図という）である。ブロック１１は多角形（図８では三角形）であり、ブロック１１内にその多角形の各頂点に反射鏡１３ａ、１４、１５を設けて、三角形の閉塞光路１２が形成される。閉塞光路１２にはレーザ媒質が封入され、閉塞光路１２の二個の辺には陽極１６、１７かつ、これら両辺間の辺に陰極１８が設けられている。光路長制御用アクチュエータ１９は光路長制御用の反射鏡１５を変位させる。

また、ブロック１１では陽極１６、１７と陰極１８との間に高電圧を印加し、プラズマ放電を発生させて、レーザ媒質を励起し、閉塞光路１２に時計方向と反時計方向に通過する２つのレーザ光を発振させる。この状態で、ブロック１１に閉塞光路１２の軸線（入力軸）を中心とする角速度が入力すると、２つのレーザ光に光路差が生じ、その光路差が２つのレーザ光間に発振周波数差を生じさせる。

レーザ光の取り出しは、反射鏡１３ａを介して行われる。取り出された２つのレーザ光をプリズム２９と反射鏡１３ｂとを介して、重ね合わせることにより、干渉縞が出来る。この干渉縞から入力角速度を光検出器２７で検知する。

ところで、リングレーザージャイロには、低角速度入力時において、角速度を検出できない状態（ジャイロの不感帯）を起こすロックイン現象がある。ロックイン現象を回避するために、リングレーザージャイロに対して、入力軸廻りにディザー角振動を与え、低角速度も検出できるようにする方法がある。

リングレーザージャイロにディザー角振動を印加するために、ディザースプリング２１をブロック１１の中央付近に配置する。ブロック１１の中央付近に円形の貫通穴２８を設け、ディザースプリング２１を貫通穴２８の内側に挿入する。

また、ブロック１１は熱膨張率が小さいガラス製であるのに対し、ディザースプリング２１は金属性のため、その熱膨張率はブロック１１より大きい。特許文献１に示すように、ディザースプリング２１の熱膨張による応力がブロック１１に伝わるのを緩和する構造が考案されている。

ディザースプリング２１は外周壁２６とその中心２４から放射方向に伸張した複数の腕２３（図１では腕２３は３本）を有する。各腕２３の両側面に、圧電素子２５、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を取り付ける。圧電素子２５に交流電圧を印加させることにより、ブロック１１に対して、ディザー角振動を与える。このディザー角振動を起こす機構をディザー機構という。リングレーザージャイロから検出される角速度ω_１は、リングレーザージャイロの外部からの角速度ω_２とディザー機構のディザー角振動による角速度ω_３が合わさった角速度である。よって、外部入力角速度ω_２は、検出される角速度ω_１からディザー機構による角速度ω_３を差し引くことにより、求まる。

リングレーザージャイロの誤差要因に、ディザー機構による角速度ω_３を差し引く際の値の不正確さに起因するものや、ディザー角振動の振幅や周波数の不安定性に起因するもの等がある。ディザー角振動を伝えるディザースプリングとブロックの接合方法はディザー角振動の正確さと安定性に関わるので、リングレーザージャイロの性能に大きな影響を与える。

ディザースプリング２１の外周壁２６と腕２３とは接続部３１により接続される。外周壁２６において、隣接する接続部３１間の中間部は、腕２３がないので、剛性が低い。隣接する接続部３１間の中間部に、外周壁２６の外周面上より放射外方に突出部３２が形成される。

ディザースプリング２１をブロック１１の貫通穴２８に装着して組み立てる。その装着により、突出部３２の突出端面（以下、接合面という）３２ａを、ブロック１１の貫通穴２８の内周面３５と接合させる。この接合方法としては、接合面３２ａに接着剤を塗布して接合する、または、単に圧入することも出来る。

図９に突出部３２近辺を拡大した断面図を示す。図９では、接合面３２ａとブロック１１の内周面３５とが接着剤層３３により接合された状態を示している。ブロック１１の内周面３５とディザースプリング２１の外周壁２６の外周面との間に、突出部３２の突出長だけ、空間３６が形成される。この結果、ディザースプリング２１が熱膨張しても、熱膨張による応力がブロック１１に伝達されるのは、外周壁２６中の剛性が低い突出部３２の接合面３２ａを介して行われるため、ディザースプリング２１の熱膨張による応力は緩和される。
特公平８−３４３２６号公報

ディザースプリング２１の熱膨張による応力の向きは、ディザースプリング２１の半径方向外方である。外周壁２６において、外周壁２６と腕２３とが接続される接続部３１の剛性が高く、ブロック１１と接合する突出部３２は外周壁２６の剛性が低い中間部に設けられている。よって、外周壁２６の全周に対して、突出部３２が小さいほど、つまり突出部３２の接合面３２ａの面積がより小さければ、ブロック１１へ伝達される応力はより緩和される。しかし、接合面３２ａの面積が小さくなると、ディザースプリング２１のディザー角振動方向と、接合面３２ａとは、ほぼ平行であるため、ディザー角振動に対して、接着剤による十分な接着強度、あるいは圧入による十分な接合強度を得ることが出来ず、ディザー角振動を伝達できなくなる可能性がある。

この発明によれば、多角形のブロックの各頂点に反射鏡を設けて閉塞光路を形成し、前記光路に２本のレーザ光を時計方向と反時計方向に通過させて例えば光検出器により、回転運動を検出する前記ブロックと、リングレーザージャイロにディザー角振動を印加するために、前記ブロックの中央部の円形の貫通穴に装着されて、円筒形の外周壁と、中心から前記外周壁に向かって、放射方向に伸長する複数の腕を有するディザースプリングと、を備えるリングレーザージャイロにおいて、前記ディザースプリングの外周壁の外周面上には、前記ディザースプリングの軸線と平行な直線状の凸部、あるいは溝が前記複数の腕の隣接間にそれぞれ備えられ、前記ブロックの貫通穴の内周面には、前記凸部あるいは前記溝にそれぞれ嵌合された直線状溝あるいは凸部が備えられる。

この発明によるリングレーザージャイロは、ブロックへ伝達されるディザースプリングの熱膨張による応力を緩和する凸部を備え、ディザースプリングとブロックとの接合面は、ディザースプリングのディザー角振動の方向とほぼ垂直な方向である。このため、ディザー角振動をブロックに伝達するのに十分な接合強度を得ることができる。

以下に、この発明を実施するための最良の形態を示す。

この発明のリングレーザージャイロの機能構成例の断面図を図１に示す。図８と同じ部分には同一参照番号を付け、重複説明を省略する。このことは、図２から図７の説明についても同様とする。

ブロック６１の中央部に円形の貫通穴６２が設けられる。ディザースプリング６３は円筒形の外周壁６４と、中心部６５から外周壁６４に向かって放射方向に伸張する複数の腕６８（実施例１では、腕６８は３本、以下も同様）を有している。この実施例においては、ディザースプリング６３の外周壁６４の外周面６４ａ上に、ディザースプリング６３の軸線と平行な直線状の凸部６６が、隣接しあう腕６８の間、好ましくは、真ん中に備えられる。また、ブロック６１の貫通穴６２の内周面６２ａ上には、凸部６６に嵌合した直線状溝７２が備えられる。凸部６６と溝７２を嵌合させることにより、ディザースプリング６３の角振動方向とほぼ垂直な接合面を介して、ディザースプリング６３のディザー角振動がブロック６１に伝達される。

図２に凸部６６の近辺を拡大した断面図を示す。この実施例１および以下の実施例２および３では、凸部６６の形状は直六面体であり、ディザースプリング６３の軸線と垂直な断面は矩形状となる。

凸部６６と溝７２との嵌合により、外周壁６４の周方向と交差する接合面６６ａが形成される。この接合面６６ａを通じて、ディザー角振動がディザースプリング６３からブロック６１に伝達される。この実施例では、接合面６６ａは、ディザー角振動方向と垂直であり、ディザースプリング６３とブロック６１の接合面が小さい面積でもディザー角振動を十分に伝達することができる。

ところで、ディザースプリング６３の熱膨張の応力の向きはディザースプリング６３の中心からの放射方向であり、ディザースプリング６３の凸部６６の突出頂面６６ｂとブロック６１の溝７２の底面７２ｂとが接合すると、ブロック６１はこの接合面からもディザースプリング６３の熱膨張による応力を受けることになる。そこで、ディザースプリング６３の凸部６６の突出頂面６６ｂとブロック６１の溝７２の底面７２ｂとの間に空間９０を設けることにより、突出頂面６６ｂからブロック６１に与える応力を防止することが出来る。以下の説明では、この空間を応力緩和空間と称する。応力緩和空間９０を設けない構成も考えられるが、応力緩和空間９０を設けることが望ましい。このことは以下の実施例においても同様である。

上述したように、ディザースプリング６３は、ブロック６１の貫通穴６２に装着して組み立てられる。その装着に当たっては、凸部６６の接合面６６ａに接着剤を塗布してもよく、また、単に圧入してもよい。このことは以下の実施例でも同様である。

図３にこの実施例２のディザースプリング６３とこれに関連する部分の機能構成例の断面図を示す。この実施例２では、図３に示すように、隣接しあう腕６８の間に、ディザースプリング６３の外周壁６４の外周面６４ａ上にディザースプリング６３の軸線と平行な直線状の溝８０が備えられる。またブロック６１の貫通穴６２の内周面６２ａ上に、溝８０に嵌合する直線状凸部８２が備えられる。溝８０の近辺を拡大した断面図を図４に示す。この実施例２ではディザ角振動方向と垂直な面が溝８０と凸部８２の嵌合によって形成され、この面が接合面８０ａとなる。また、凸部８２の突出頂面８２ｂと溝８０の底面８０ｂとの間に応力緩和空間１１０を設けることが望ましい。

実施例２では、互いに嵌合する直線状凸部をブロック６１側に設け、溝をディザースプリング６３側に設けた点が実施例１と異なるだけで、実施例１と同様の作用効果が得られることは明らかであろう。

図５に、この実施例３の要部の断面図を示す。この実施例３では、ディザースプリング６３の外周壁６４の外周面６４ａ上に、その軸線と平行な直線状溝１３５が形成され、ブロック６１の貫通穴６２の内周面６２ａ上に、ディザースプリング６３の軸線と平行な直線状溝１４５が形成される。そして、直六面体であり、断面矩形状の継手部材１３０Ａの一半部１３１Ａが溝１３５に嵌合される。他半部１３２Ａが突出され、凸部６６として機能する。このようにして、凸部６６は、外周壁６４とは別体のものを用いて設けてもよい。そして、凸部６６が溝１４５と嵌合される。この実施例３の場合、継手部材１３０Ａと溝１３５との嵌合により形成された外周壁６４の周方向と交差する面、および継手部材１３０Ａと溝１４５との嵌合により内周面６２ａの周方向と交差する面がそれぞれ接合面１３０Ａａとなる。

また、溝１３５の底面１３５ａと、これと対向する継手部材１３０Ａの端面１３０Ａｂとの間に応力緩和空間１１０が設けられていることが望ましい。応力緩和空間１１０を設けることで、応力緩和空間９０同様、ディザースプリング６３の熱膨張による応力の緩和を図ることが出来る。

ブロック６１は熱膨張率が小さいガラス製であり、ディザースプリング６３も熱膨張率が小さいインバーである。継手部材１３０Ａの材質は、ブロック６１あるいはディザースプリング６３と同じ熱膨張率の材質が望ましい。以下の実施例で説明する継手部材の材質についても同様である。

実施例１〜３では、ディザースプリング６３の凸部６６、または、ブロック６１の凸部８２が直六面体、つまりディザースプリング６３の軸線と直角な断面で見ると、矩形状である場合を説明した。実施例４は、凸部が矩形状から台形状への変形した例であり、ディザースプリング６３、ブロック６１の凸部と溝が嵌合されている近辺の断面図を図６に示す。

図６Ａは、ディザースプリング６３の凸部１４０が、前記断面がテーパ面を有する台形状である場合の断面図である。この場合、凸部１４０が、ブロック６１の溝１５０に嵌合される。テーパ面１４０ａ中の溝１５０の側面と接する面１４０ａ’が接合面となる。また、凸部１４０の突出頂面１４０ｂと溝１５０の底面１５０ａとの間には、応力緩和空間１４２が設けられることが望ましい。

図６Ａに示した凸部１４０の特に接合面を形成する部分の台形のテーパ面の傾斜が急なほど、ディザー角振動をディザースプリング６３からブロック６１へ伝達する接合面１４０ａの面積を小さく出来る。このことは以下で説明する図６Ｂ、図６Ｃにおいても同様である。

図６Ｂは、ブロック６１の凸部１８０は前記断面がテーパ面１８０ａを有する台形状である場合の断面図である。この場合、凸部１８０が、ディザースプリング６３の溝１６０に嵌合される。テーパ面１８０ａ中の溝１６０の側面と接する面１８０ａ’が接合面となる。また、凸部１８０の突出頂面１８０ｂと溝１６０の底面１６０ａとの間には、応力緩和空間１８２が設けられることが望ましい。

図６Ｃは、前記断面が逆台形状の溝１９０が、ディザースプリング６３に設けられ、これに対し、継手部材１３０Ｂの一部が嵌合されて凸部６６１が形成された場合の断面図である。また、ブロック６１の溝２００と凸部６６１との嵌合は図６Ａに示した場合と同様とされている。この実施例では、継手部材１３０Ｂの溝１９０に嵌合されている台形形状と、溝２００に嵌合されている台形形状とが、継手部材１３０Ｂの断面の中心線１３０Ｂｃに対し、対称とされている。継手部材１３０Ｂが対称とされることで、溝１９０と溝２００を同一形状にしておけば、継手部材１３０Ｂの一半部をどちらにしても、この実施例を実施することが出来るという効果を得ることができる。

この場合は、継手部材１３０Ｂと、ディザースプリング６３の溝１９０およびブロック６１の溝２００と、が接する面１３０Ｂａが接合面となる。なお、この場合も、溝１９０の底面１９０ａと、これと対向する継手部材１３０Ｂの端面１３０Ｂｂとの間に応力緩和空間９２が設けられ、溝２００の底面２００ａと、これと対向する継手部材１３０Ｂの端面１３０Ｂｂ’との間に、応力緩和空間９４が設けられることが望ましい。

実施例１〜４では、ディザースプリング６３の凸部６６、または、ブロック６１の凸部８２が直六面体、つまりディザースプリング６３の軸線と直角な断面で見ると、矩形状である場合、あるいは、テーパ面を有する台形状である場合を説明した。しかし、一般的に、ガラス材であるブロックの製造工程において、正しく断面矩形状あるいは断面台形状の凸部や溝を形成するのは高度な技術と長い加工時間を要する。

凸部、溝加工の容易化を図るため、図７に示すように、凸部および溝のディザースプリング６３の軸線と直角な断面が半レーストラック形状あるいは半楕円状をなす形状とすることが出来る。

図７Ａは、断面が半レーストラック形状の凸部２８０をディザースプリング６３が有し、断面が半レーストラック形状の溝２８５をブロック６１が有し、凸部２８０と溝２８５が嵌合する場合の断面図である。この場合、凸部２８０と溝２８５が接する面が接合面２８０ａとなる。また、凸部２８０の突出頂面２８０ｂと溝２８５の底面２８５ａの間に応力緩和空間２９０が設けられることが望ましい。

図７Ｂは、断面が半レーストラック形状の凸部３００をブロック６１が有し、凸部３００と嵌合するような断面が半レーストラック形状の溝３０５をディザースプリング６３が有することを示す断面図である。この場合、凸部３００と溝３０５が接する面が接合面３００ａとなる。また、凸部３００の突出頂面３００ｂと溝３０５の底面３０５ａの間に応力緩和空間３１０が設けられることが望ましい。

図７Ｃは、断面がレーストラック形状である継手部材１３０Ｃが用いられ、ディザースプリング６３に形成された溝３６０に継手部材１３０Ｃの一半部が嵌合されて、凸部６６２が形成され、この凸部６６２がブロック６１に形成された半レーストラック形状溝３７０に嵌合されている断面図である。この場合は、継手部材１３０Ｃと、溝３６０および溝３７０と、が接する面１３０Ｃａが接合面となる。また、溝３６０の底面３６０ａと、これと対向する継手部材１３０Ｃの端面１３０Ｃｂとの間に応力緩和空間３２４が設けられ、溝３７０の底面３７０ａと、これと対向する継手部材の端面１３０Ｃｂ’との間に、応力緩和空間３２２が設けられることが望ましい。

図５、図６Ｃ、図７Ｃでは、継手部材１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃをディザースプリング６３側に設けられた溝（図５では溝１３５、図６Ｃでは溝１９０、溝３６０）に嵌合して凸部（図５では凸部６６、図６Ｃでは凸部６６１、図７Ｃでは凸部６６２）を設けて、この設けられた凸部をブロック６１側に設けられた溝（図５では溝１４５、図６Ｃでは溝２００、図７Ｃでは溝３７０）に嵌合させる手順を説明した。継手部材１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃの接合手順の変形例として、ブロック６１側に設けられた溝（図５では溝１４５、図６Ｃでは溝２００、図７Ｃでは溝３７０）に継手部材１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃのいずれかを嵌合させて、凸部を形成し、この形成された凸部をディザースプリング６３側の溝（図５では溝１３５、図６Ｃでは溝１９０、溝３６０）に嵌合させてもよい。

また、ディザースプリング６３側の溝（図５では溝１３５、図６Ｃでは溝１９０、溝３６０）およびブロック６１側の溝（図５では溝１４５、図６Ｃでは溝２００、図７Ｃでは溝３７０）を両方設けて、対応する継手部材をディザースプリング６３側の溝とブロック６１側の溝に同時に嵌合させてもよい。

この発明の実施例１のリングレーザージャイロの入力軸線と垂直に切った断面図（以下単に断面図という）。 この発明の実施例１の凸部６６の近辺を拡大した断面図。 この発明の実施例２のディザースプリング６３の近辺の断面図。 この発明の実施例２の凸部８２の近辺を拡大した断面図。 この発明の実施例３の継手部材１３０Ａの一半部１３１Ａが溝１３５に嵌合され、凸部６６が形成され、凸部６６が溝１４５に嵌合されていることを示す断面図。 この発明の実施例４を示す断面図であり、図６Ａは凸部１４０の近辺を拡大した断面図、図６Ｂは凸部１８０の近辺を拡大した断面図、図６Ｃは継手部材１３０Ｂが溝１９０に嵌合され、形成された凸部６６１が溝２００に嵌合されていることを示す断面図である。 この発明の実施例５を示す断面図であり、図７Ａは凸部２８０の近辺を拡大した断面図、図７Ｂは凸部３００の近辺を拡大した断面図、図７Ｃは継手部材１３０Ｃが溝３６０に嵌合され、形成された凸部６６２が溝３７０に嵌合されていることを示す断面図である。 従来のリングレーザージャイロの断面図。 従来のリングレーザージャイロの突出部３２近辺を拡大した断面図。

Claims (4)

1. 多角形のブロックの各頂点に反射鏡を設けて閉塞光路を形成し、
   前記光路に２本のレーザ光を時計方向と反時計方向に通過させる前記ブロックと、
   リングレーザージャイロにディザー角振動を印加するために、前記ブロックの中央部の円形貫通穴に装着されて、円筒形の外周壁と、中心から前記外周壁に向かって、放射方向に伸長する複数の腕を有するディザースプリングと、を備えるリングレーザージャイロにおいて、
   前記ディザースプリングの外周壁の外周面上には、前記ディザースプリングの軸線と平行な直線状の凸部、あるいは溝が前記複数の腕の隣接間にそれぞれ備えられ、
   前記ブロックの円形貫通穴の内周面上には、前記凸部あるいは前記溝にそれぞれ嵌合された直線状溝あるいは凸部が備えられていることを特徴とするリングレーザージャイロ。
2. 請求項１記載のリングレーザージャイロにおいて、
   前記凸部の突出頂面と前記溝の底面との間に空間が形成されることを特徴とするリングレーザージャイロ。
3. 請求項１または２に記載のリングレーザージャイロにおいて、
   前記外周壁の外周面上あるいは前記貫通穴の内周面上に形成された溝に、継手部材の一半部が嵌合され、前記継手部材の突出した他半部が前記凸部を構成していることを特徴とするリングレーザージャイロ。
4. 請求項３記載のリングレーザージャイロにおいて、
   前記溝の底面とこれと対向する前記継手部材の端面との間に空間が設けられていることを特徴とするリングレーザージャイロ。

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