JP2535077B2 - 音叉型振動ジャイロおよび角速度入力軸合わせ用治具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば船舶、航空機、車両、ロボット、自
動機器等の移動体の状態検出および制御に用いられる音
叉型振動ジャイロおよびこのジャイロにおける角速度入
力軸を合わせるための角速度入力軸合わせ用治具に関す
るものである。

［従来の技術］ 航空機、ミサイル、船舶等の航走体の角速度運動の検
出には、回転コマレートジャイロが広く用いられてい
る。

近年、ロボット、車両等の一般産業機器分野において
も、運動制御の多様化に伴い角速度センサが必要となっ
てきた。

しかしながら、回転コマレートジャイロは高速回転す
るコマと、そのコマを支える軸受部を持ち、この軸受摩
耗部を有するが故に寿命が約1000時間と短い。

それに比べ音叉型振動ジャイロのセンサの特徴は、回
転コマレートジャイロのような軸受摩耗部がなく長寿命
で、起動時間が短く、消費電力も少なく、特殊な交流電
圧を必要とせず、しかも安価である。また、分解能、直
線性の特性に関しても、回転コマレートジャイロの特性
と勝るとも劣らない。

この音叉型振動ジャイロのセンサ１は、移動体に固定
されるベース５上に立設されたトーションバー６の端部
6aに音叉振動子７の固設された電極ブロック８が取り付
けられ、音叉振動子７の先端7a,7aには移動体の角速度
を感知するセンスエレメント９が固設されており、全体
がケース10に覆われたもので、小型で取り付け面積小さ
く、しかも安価に構成できる利点から注目されている。

さらに、この音叉型振動ジャイロのセンサ１は、「速
度を持った物体に角速度を加えるとコリオリの力が生ず
る」という原理のもとに音叉振動子に振動速度を与え、
これにより生じたコリオリの力をバネ系で受け、入力し
た角速度に比例したコリオリの力を変位として検出する
ものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した第７図に示す構造の音叉型振
動ジャイロのセンサは、音叉振動子７の共振部が１本の
トーションバー６によって支持されており、ジャイロ本
体をなす音叉振動子７がケース10内にラフに収容固定さ
れているため、耐環境性、特に外部からの振動に対して
弱く、高精度な検出を行なうことができなかった。

また、取付時に生じる位置ずれにより、本来検出しな
くてよい方向の成分も同時に検出して誤差を招き、正確
な移動体の状態検出を行なうことができなかった。

さらに、この種の音叉型振動ジャイロでは、検出対象
となる移動体に応じて取付位置が異なり、特に軸調整の
困難な場所にジャイロを設置する場合には、予め取り付
け前に軸合わせを行なった方が好ましく、軸合わせが容
易に行なえて外部からの振動に強い構造が望まれてい
た。

そこで、本発明は上述した問題点に鑑みてなされたも
のであって、請求項１記載の音叉型振動ジャイロは、外
部からの振動に強く、高精度な検出が行なえることを目
的としている。

また、請求項２記載の音叉型振動ジャイロは、外部か
らの振動に強く、高精度な検出が行なえるとともに、軸
合わせを個人差なく容易に行なえることを目的としてい
る。

さらに、本発明による角速度入力軸合わせ用治具は、
軸合わせを個人差なく容易に行なえることを目的として
いる。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明の請求項１記載によ
る音叉型振動ジャイロは、所定の重量をもたせたセンサ
ユニットに収容固定されたジャイロ本体と、前記センサ
ユニットの全面に設けられた衝撃吸収材と、該衝撃吸収
材の一面を除く他の面に当接して覆うように設けられた
ケースと、該ケースの外周に嵌入された固定枠材と、前
記衝撃吸収材の一面に当接した状態で前記固定枠材によ
り前記ケースを固定した移動体に取外し自在な基板とを
備えたことを特徴としている。

また、本発明の請求項２記載による音叉型振動ジャイ
ロは、ジャイロの角速度入力軸に対応するセンサユニッ
トの外壁面にマークが形成されるとともに、基板には前
記角速度入力軸の基準表示が設けられ、衝撃吸収材およ
びケースの前記マークと対応する位置には、前記マーク
および基準表示を望むようにして開口部が形成されてい
ることを特徴としている。

さらに、本発明による角速度入力軸合わせ用治具は、
ジャイロの角速度入力軸に対応するセンサユニットの外
壁面にマークが形成され、かつ、基板の前記マークと対
応する位置の外側に貫通穴が形成されるとともに、衝撃
吸収材およびケースの前記マークと対応する位置には、
前記マークおよび基準表示を望むようにして開口部が形
成され、前記貫通穴に挿通自在な位置出し部材を備えた
ことを特徴としている。

［作用］ 所定の重量をもたせたセンサユニットに収容固定され
たジャイロ本体は、周囲に衝撃吸収材が取付けられた状
態でケースと基板とによって覆われ、ケースの外周に固
定枠材が嵌入されて外周がネジ止めされ、外部からの衝
撃に対して強くなり、検出精度が保たれる。

基板に対するジャイロ本体の軸合わせは、基板に設け
られた角速度入力軸の基準表示とセンサユニットの外壁
面に形成されたマークとが一致するように衝撃吸収材お
よびケースの開口部から覗いて調整する。

さらには、基板の貫通穴に位置出し部材を挿通し、こ
の位置出し部材がセンサユニットの外壁面に形成された
マークと一致するように衝撃吸収材およびケースの開口
部から覗いて調整する。

［実施例］ 第１図は本発明による音叉型振動ジャイロの一実施例
を示す分解斜視図、第２図は同ジャイロの断面図であ
る。

この実施例による音叉型振動ジャイロは、例えば船
舶、航空機、車両、ロボット、自動機器等の移動体の状
態検出および制御に適用されるもので、センサをなすジ
ャイロ本体１の収容されたセンサユニット２が耐振構造
をとられて基板３に位置決めされた状態でケース４に覆
われて固定されている。

ジャイロ本体１は［従来の技術］の項で説明したよう
に移動体（船舶、航空機、車両、ロボット、自動機器
等）に固定されるベース５上に立設されたトーションバ
ー６の端部6aに音叉振動子７の固設された電極ブロック
８が取り付けられ、音叉振動子７の先端7a,7aには移動
体の角速度を感知するセンスエレメント９の固設されて
おり、その中心軸である角速度入力軸L-Lが位置決め固
定された状態で全体がケース10に覆われている。

このジャイロ本体１の収容されたセンサユニット２に
おける角速度入力軸L-L上の対面する各外壁面2a,2aに
は、角速度入力軸L-Lを示すマーク11が形成されてい
る。さらに、センサユニット２の全面には板状の重り12
および衝撃吸収材13が重合して両面テープ14により接着
固定されており、マーク11の形成された外壁面2a,2aに
接着固定された重り12,衝撃吸収材13および両面テープ1
4には、マーク11を望むように切欠き15が形成されてい
る。

これにより、ジャイロ本体１はある程度の重量を持ち
安定してセンサユニット２に収容され、外部からの衝撃
に対して強くなる。また、外部から衝撃が加わっても、
その衝撃は衝撃吸収材13で吸収されて振動が内部に伝わ
るのを防止できる。

重り12および衝撃吸収材13の接着固定されたセンサユ
ニット２は、その底面2bを除いてケース４に覆われてい
る。このケース４の周壁面4aは上壁面4bの四隅より分離
されており、各周壁面4aの端部には舌片4cが一体に形成
されている。さらに、切欠き15の形成された重り12およ
び衝撃吸収材13と対面するケース４の周壁面4aには同様
に切欠き4aaが形成されており、この切欠き4aaのない周
壁面4aの舌片4cには取付穴4dが形成されている。

ケース４の外周には周壁面4aの各舌片4cに当接するよ
うに固定枠材16が嵌入されており、舌片4cの取付穴4dと
対応する位置には取付穴16aが形成されている。この固
定枠材16の嵌入によりケース４の外壁面4aに一定のバネ
圧が生じてジャイロ本体１はケース４内に確実に固定さ
れる。さらに、センサユニット２の底面2bには舌片4cお
よびケース４の取付穴4dに対応する位置にネジ穴3aの形
成された基板３が当接しており、ケース４、固定枠材16
および基板３との間は取付穴4d,16aおよびネジ穴3aを通
してネジ17により固定されている。

基板３上の重り12および衝撃吸収材13の位置する外側
には、重り12と衝撃吸収材13とを合わせた厚さh₁＋h₂を
その高さＨとする小ブロック18が設けられている。ま
た、基板３の表面3bには側面3cにかけて角速度入力軸L-
Lの基準表示を示す基準線19が形成されている。さら
に、小ブロック18の外側面18aにも角速度入力軸L-Lの基
準表示をなす基準マーク20が形成されており、この基準
マーク20および基準線19にセンサユニットのマークを一
致させることで角速度入力軸L-Lの調整を行なってい
る。

すなわち、基板３に対するジャイロ本体１の角速度入
力軸の軸合わせ時には、重り12,衝撃吸収材13およびケ
ース４の開口部15,4aaから覗きながら、小ブロック18の
基準マーク20（基板３に形成された基準線19）とセンサ
ユニット２の外壁面2aに形成されたマーク11とが一致す
るようにジャイロ本体１を動かして調整し、基準マーク
20とマーク11が一致した状態でジャイロ本体１の収容さ
れたケース４を基板３に対して固定する。

第３図は上述した音叉型振動ジャイロとセンサ１にお
ける振動試験のデータを示すもので、４→50→4Hzの振
動を図中のX,Y,Zの３方向に３分間繰り返した時の、零
点ドリフトを測定したものである。

ここで、音叉型振動ジャイロとセンサ１は移動体に取
付けてあり、音叉型振動ジャイロとセンサ１に加わる加
速度は3Gである。

なお、データ中の↑↓は振動周波数の増加および減少
を示している。

これらの図から、耐振構造のとられていないセンサよ
りも実施例のジャイロの方が、何れの軸方向に対する零
点ドリフトの変動量が小さく誤差が少ないことがわか
る。

以上のように構成される音叉型振動ジャイロでは、ジ
ャイロ本体１にある程度の重量が備わり重量感が増して
安定し、ジャイロ本体１が収容されるセンサユニット２
の全面には衝撃吸収材13が取付けられているので、外部
からの振動に強く、また、外部から衝撃が加わったとし
ても、この衝撃による振動を衝撃吸収材13で吸収して内
部に伝わる振動を弱めることができ、測定に無関係な振
動に直接影響されず高精度な検出が行なえる。

なお、音叉型振動ジャイロが取付けられる移動体の共
振周波数、加わる外力を考慮して、音叉型振動ジャイロ
の重り12等の重量を決定することにより一層高精度の検
出が可能となる。

また、角速度入力軸L-Lの軸合わせについても、衝撃
吸収材13およびケース４の開口部15,4aaから覗きなが
ら、マーク11と基準マーク20とを合わせればよいので、
個人差なく容易に軸合わせを行なうことができる。

次に、第４図（ａ）は本発明による軸合わせ用治具の
一実施例を示す平面図、第４図（ｂ）は同治具の一部に
断面を施した側面図である。

この実施例による治具は、音叉型振動ジャイロの角速
度入力軸L-Lの軸合わせを行なう時に用いられるもの
で、上述した音叉型振動ジャイロの基板３において小ブ
ロック18の配設された位置に貫通穴3dの形成されたもの
が適用され、その構成を第６図に示す。

なお、上述した実施例の音叉型振動ジャイロと同一の
構成要素には同一番号が付してある。

この治具は基板３に形成された位置決め穴3eが挿入さ
れて基板３を支持する位置決めピン21が基台22上に設け
られており、この位置決めピン21はケース４の内壁面に
おける角部の２箇所に当接してケース４を基台22に対し
て微動可能な範囲に位置規制している。また、基台22上
には基板３に形成された貫通穴3dが挿入されてマーク11
との位置合わせにより角速度入力軸L-Lの軸調整するた
めの位置合わせ部材としての軸合わせピン23が設けられ
ている。さらに、基台22上には基板３が装着された際に
基板３の外周の位置を規制するための開口部24が形成さ
れている。また、基台22上において基板３のネジ穴3aと
対応する位置には、軸合わせ後に基板３とケース４とを
固定するネジ17の端部を受け止めるための受け穴25が形
成されている。

以上のように構成された治具を用いて角速度入力軸L-
Lの軸合わせを行なう場合には、位置決め穴3eを位置決
めピン21に挿入し、貫通穴3dを軸合わせピン23に挿入し
て基板３を治具上に装着した状態で、衝撃吸収材13およ
びケース４の開口部15,4aaから覗きながら軸合わせピン
23がマーク11と一致するように調整し、基準線19とマー
ク11が一致した状態でジャイロ本体１の収容されたケー
ス４を基板３に対してネジ17により固定する。

従って、この実施例の治具によれば、基準線19とマー
ク11とを一致させる操作により、ジャイロ本体１の角速
度入力軸L-Lの軸合わせを個人差なく容易に行なうこと
ができる。

ところが、上述した第１図に示す実施例では、角速度
入力軸L-Lの軸合わせを行なう際に、マーク11と位置合
わせされる基準マーク20を小ブロック18に形成する構成
について説明したが、小ブロック18が配設される位置に
直接マーク11と位置合わせするためのピンあるいはそれ
に代わるものを設けるようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の請求項１記載による音
叉型振動ジャイロは、ジャイロ本体がある程度の重量を
持って安定しているので、外部からの振動に対して強
い。また、ジャイロ本体の収容されたセンサユニットの
全面に衝撃吸収材が設けられているので、外部から振動
が加わってもこの衝撃を吸収して内部に伝わる振動を弱
めることができ、誤差の少ない高精度な検出を行なうこ
とができる。

また、請求項２記載による音叉型振動ジャイロは、請
求項１記載の音叉型振動ジャイロと同様にジャイロ本体
がある程度の重量を持って安定しているので、外部から
の振動に対して強い。また、ジャイロ本体の収容された
センサユニットの全面に衝撃吸収材が設けられているの
で、外部から振動が加わってもこの衝撃を吸収して内部
に伝わる振動を弱めることができ、誤差の少ない高精度
な検出を行なうことができる。さらに、衝撃吸収材およ
びケースの開口部を覗きながらマークと基準線を一致さ
せることで角速度入力軸の軸合わせを行なえるので、こ
の軸合わせを個人差なく容易に行なうことができる。

さらに、本発明の角速度入力軸合わせ用治具は、衝撃
吸収材およびケースの開口部を覗きながらマークと位置
出し部材を一致させることで角速度入力軸の軸合わせを
行なえるので、この軸合わせを個人差なく容易に行なう
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による音叉型振動ジャイロの一実施例を
示す分解斜視図、第２図は同ジャイロの断面図、第３図
は同ジャイロおよびセンサによる振動試験の各軸に対す
るデータを示す図、第４図（ａ），（ｂ）は本発明によ
る角速度入力軸合わせ用治具の一実施例を示す図、第５
図は同治具による軸合わせの状態を示す断面図、第６図
は第４図に示す治具が適用される音叉型振動ジャイロの
一実施例を示す分解斜視図、第７図は音叉型振動ジャイ
ロのセンサの内部構成を示す斜視図である。 １……ジャイロ本体（センサ）、２……センサユニッ
ト、３……基板、3d……貫通穴、４……ケース、11……
マーク、12……重り、13……衝撃吸収材、15……開口
部、16……固定枠材、19……基準線（基準表示）、20…
…基準マーク（基準表示）、23……軸合わせピン（位置
出し部材）、L-L……角速度入力軸。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の重量をもたせたセンサユニットに収
   容固定されたジャイロ本体と、前記センサユニットの全
   面に設けられた衝撃吸収材と、該衝撃吸収材の一面を除
   く他の面に当接して覆うように設けられたケースと、該
   ケースの外周に嵌入された固定枠材と、前記衝撃吸収材
   の一面に当接した状態で前記固定枠材により前記ケース
   を固定した移動体に取外し自在な基板とを備えたことを
   特徴とする音叉型振動ジャイロ。
2. 【請求項２】請求項１記載の音叉型振動ジャイロであっ
   て、 ジャイロの角速度入力軸に対応するセンサユニットの外
   壁面にマークが形成されるとともに、基板には前記角速
   度入力軸の基準表示が設けられ、衝撃吸収材およびケー
   スの前記マークと対応する位置には、前記マークおよび
   基準表示を望むようにして開口部が形成されていること
   を特徴とする音叉型振動ジャイロ。
3. 【請求項３】請求項１記載の音叉型振動ジャイロであっ
   て、 ジャイロの角速度入力軸に対応するセンサユニットの外
   壁面にマークが形成され、かつ、基板の前記マークと対
   応する位置の外側に貫通穴が形成されるとともに、衝撃
   吸収材およびケースの前記マークと対応する位置には、
   前記マークおよび基準表示を望むようにして開口部が形
   成され、前記貫通穴に挿通自在な位置出し部材を備えた
   ことを特徴とする角速度入力軸合わせ用治具。