JP2668154B2 - ジャイロ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は音叉を用いたジャイロ装置（角速度検出装
置）に関する。

〔従来の技術〕

従来の音叉型ジャイロの一例を第４図に示す。

第４図の従来例に於ては、音叉（１）を、大なる質量
を有する振動質量部（１−１），（１−１）と、これ等
の夫々に連結した撓み部（１−２），（１−２）と、量
撓み部（１−２），（１−２）の各遊端を連結する基部
（１−３）と、この基部（１−３）より両撓み部（１−
２），（１−２）間の空隙内を両者に非接触で伸びる連
結部（１−４）とより構成する。

尚、（30）はヒンジで、このヒンジ（30）は、中央の
連結部（30−２）と、それから上下に伸延する短冊状の
ヒンジ（30−１），（30−３）と、該２個のヒンジ部
（30−１），（30−３）の遊端を一体的に連結、結合す
る基部又は延環部（30−４）とから構成される。ヒンジ
（30）は全体として一枚の板からワイヤカット等の方法
で製作することが望ましい。ヒンジ部（30−１），（30
−３）には、音叉（１）の入力軸（Ｚ−Ｚ）まわりに入
力する角速度Ωによる音叉（１）、従って、ヒンジ（3
0）に生ずる撓みを検出するための圧電素子（31−
１），（31−２）が夫々固定される。又、ヒンジ（30）
の連結部（30−２）は、音叉（１）の連結部（１−４）
のコ字状凹部（１−4a）に嵌合している。

又、ヒンジ（30）の基部、即ち円環部（30−４）の外
面の両端に、一端が閉じているほぼ円形状の筒状体（41
−１），（41−２）の開口部の内面を接着剤等により夫
々気密に固定する。この場合、円環部（30−４）、筒状
体（41−１），（41−２）の軸は、夫々音叉軸或いは入
力軸（Ｚ−Ｚ）に一致するようになされている。筒状体
（41−１），（41−２）の夫々の閉端（41−1a），（41
−2a）を、円筒状の弾性部材（42−１），（42−２）を
介し、下端部が夫々取付基台（44）に固定されているＬ
字型金具（43−１），（43−２）の上端部に固定する。
尚、上記構成において、音叉（１）の重心が、ヒンジ
（30）の両ヒンジ部（30−１），（30−３）の中心、即
ち連結部（30−２）の中心に一致するように、音叉
（１）の各部は設計されていることは勿論である。尚、
（4a），（4a）は、夫々音叉（１）の両撓み部（１−
２），（１−２）の基部（１−３）の近傍に設けた音叉
（１）の駆動用の圧電素子で、電圧源（5a）に接続され
ている。

第５図は第４図に示した従来例の原理を説明するため
の説明図で、その主要部を第４図の軸（Ｚ−Ｚ）方向か
ら見たものである。同図に示す如く、このジャイロ装置
に、角速度Ωが軸（Ｚ−Ｚ）まわりに加わると、それに
対応したコリオリの力F_Cが両振動質量部（１−１），
（１−１）に互に平行且つ反対方向に発生し、これによ
るトルクが、ヒンジ（30）の連結部（30−２）を介して
ヒンジ部（30−１），（30−３）に、同図に示す如く、
Ｓ字状の曲げ変形を生ぜしめる。この場合、圧電素子
（31−１），（31−２）は、その分極方向が同図で＋，
−で示したように、互いに逆方向になるように、夫々ヒ
ンジ部（30−１），（30−３）に固定されているので、
両圧電素子（31−１），（31−２）を短絡して一つの出
力（45）とし、これを電圧源（5a）よりの電圧と共にデ
モジュレータ等の電気回路部（７）で同期整流すること
により、入力角速度Ωを検出し、従ってジャイロ装置を
得ることが出来る。

尚、図示せずも、入力軸（Ｚ−Ｚ）と直角な軸（Ｙ−
Ｙ）方向に加速度が作用した場合には、圧電素子（31−
１）と（31−２）とに誘起される電圧は互いに逆符号と
なり、これ等より出力ではない。

又、温度による影響を避けるために、音叉（１）及び
ヒンジ（30）を熱恒弾性材で作ることが望ましい。

更に、検出感度を上げるためには、音叉（１）の共振
周波数と、音叉（１）の入力軸（Ｚ−Ｚ）まわりの慣性
能率と、ヒンジ部（30−１），（30−３）の入力軸（Ｚ
−Ｚ）まわりのトルクバネ定数及び円環部（30−４）、
筒状体（41−１），（41−２）の入力軸（Ｚ−Ｚ）のま
わりの慣性能率で決定される入力軸（Ｚ−Ｚ）まわりの
自由角共振周波数とを略々等しい値に選定することが望
ましい。

〔発明が解決しようとする課題〕

本来、音叉の両振動質量部（１−１），（１−１）の
振動方向は入力軸（Ｚ−Ｚ）と直角な軸（Ｙ−Ｙ）方向
と一致していなければならないが、従来のジャイロ装置
にあっては、音叉の加工精度に限界があり、各振動質量
部（１−１）の重心が（Ｙ−Ｚ）平面上からズレて、ヒ
ンジ部（30−１），（30−３）に撓みが生じ、検出用圧
電素子（31−１），（31−２）から、入力軸（Ｚ−Ｚ）
回りの角速度Ωに無関係な電圧（以下ヌル電圧）が出力
されてしまうという問題があった。また、温度変化等に
より電気回路部（７）のゲインが変わると、ヌル電圧に
比例して、電気回路部（７）からの出力（バイアス値）
が変化するため、広い温度範囲での使用が困難であっ
た。

本発明は上記従来の課題を一掃した新規なジャイロ装
置を提供せんとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、筒状体（41−２）内に収納された音
叉（１）と該音叉に生ずるコリオリの力F_Cによるモーメ
ントを検出する検出部とを有するジャイロ装置に於い
て、音叉の各振動質量部（１−１）にその重心（Ｇ）の
位置を調整用する調整手段（１−５）を設けると共に、
筒状体に透孔（41−３）を穿ち、調整手段を筒状体の外
部より調整し得るようになしたことにより従来の課題を
解決したジャイロ装置が得られる。

〔作用〕

音叉（１）の各振動質量部（１−１）に、その中心を
通り、（Ｙ−Ｚ）平面に垂直な軸（Ｘ−Ｘ）方向にネジ
孔（１−６）をきり、同径のネジ（１−５）が軸（Ｘ−
Ｘ）方向に移動できるようにすることにより、各振動質
量部の重心を（Ｙ−Ｚ）平面上に位置させ、その振動方
向を軸（Ｙ−Ｙ）方向に調整することにより、ヒンジ部
（30−１），（30−３）に生じる入力軸（Ｚ−Ｚ）回り
の角速度Ωに無関係な撓みをなくすと共に、筒状体（41
−２）に、例えばネジの中心を通り軸（Ｘ−Ｘ）に平行
な方向に穴を開けることにより組立終了後にネジの調整
が出来るようにする。

〔実施例〕

以下図面を参照して、本発明を説明する。

第１図は本発明によるジャイロ装置の一実施例の斜視
図である。同図に於て、第４図と同一符号は互に同一素
子を示すものとし、それらの詳細説明は、これを省略す
る。

第１図に於て、（１−５）は、各振動質量部（１−
１）の重心位置調整用の調整手段の一例としてのネジで
ある。この例では、音叉（１）の各振動質量部（１−
１）に、その中心を通り、軸（Ｘ−Ｘ）方向にネジ孔
（１−６）（第２図Ｃ参照）を設け、これにネジ（１−
５）を螺入し、軸（Ｘ−Ｘ）方向へ移動できるようにな
す。

第２図A,B及びＣは、第１図に示した本発明の実施例
の原理を説明するための略線図で、その主要部を第１図
の軸（Ｚ−Ｚ）方向から見たものである。

同図Ａは両振動質量部（１−１），（１−１）の重心
（Ｇ），（Ｇ）が（Ｘ−Ｘ）方向にずれていない良品の
場合である（ネジ（１−５）は省略してある）。

一方、同図Ｂに示すように、両振動質量部（１−
１），（１−１）の重心（Ｇ），（Ｇ）が軸（Ｘ−Ｘ）
方向に於て互にズレている場合、それ等の振動によっ
て、軸（Ｚ−Ｚ）まわりにトルクが生じ、ヒンジ部（30
−１），（30−３）が同図の点線図示の如くたわみ、検
出用圧電素子（31−１），（31−２）から音叉（１）の
共振周波数と同周波数の不要な出力電圧が生じてしま
う。

これを解決するため、同図Ｃに示すように、各ネジ
（１−５）を各振動質量部（１−１）に対して移動する
ことによって、両振動質量部（１−１），（１−１）の
重心（Ｇ），（Ｇ）を軸（Ｘ−Ｘ）方向に於て一致させ
ることで、両振動質量部（１−１），（１−１）の振動
によるヒンジ部（30−１），（30−３）の撓みをなくす
ことができる。尚、両ネジ（１−５），（１−５）の位
置の微少な移動を可能にするため、両ネジ孔（１−
６），（１−６）のネジ山間のピッチはできるだけ小さ
いほうが望ましい。

また、各振動質量部（１−１）の重心（Ｇ）の位置が
決定した後は、接着剤等によってネジ（１−５）がゆる
まないようにすることが望ましい。

更に、両ネジ（１−５），（１−５）自体の質量を調
整することにより、音叉（１）の両振動質量部（１−
１），（１−１）の質量アンバランス及び音叉（１）の
共振周波数等も微調整することができ、ジャイロ装置の
高精度化が期待できる。

又、各ネジ孔（１−６）の代りに単なる孔を設け、そ
の孔にピン等を挿入し、重心（Ｇ），（Ｇ）の位置を調
節した後、ピンを固定するようになしてもよい。

然しながら、かかる構成のジャイロ装置にあっては音
叉（１）が円環部（30−４）及び２個の筒状体（41−
１），（41−２）の内部に収納されている構造のため、
組立前に、重心位置調整手段（１−５），（１−５）を
用いて、両振動質量部（１−１），（１−１）の重心
（Ｇ），（Ｇ）の位置を軸（Ｘ−Ｘ）方向に移動し、
（Ｙ−Ｚ）平面上に於いて一致させたとしても、組立終
了後になんらかの要因（ネジの緩み、ネジの接着剤の未
乾燥、筒状体の接着具合い等）によって振動質量部（１
−１），（１−１）の重心（Ｇ），（Ｇ）の位置が狂っ
た場合に、再調整が難しいという恐れがある。

このため、本発明に於いては、第１図及びその要部の
一部を除いた上面図である第３図に示す如く、音叉
（１）の両振動質量部（１−１），（１−１）を覆う側
の筒状体（41−２）を貫通して軸（Ｘ−Ｘ）方向に伸び
る透孔（41−３），（41−３）を夫々設け、これ等の透
孔（41−３），（41−３）に筒状体（41−２）の外部よ
りネジまわし等の治具を挿通し、両振動質量部（１−
１），（１−１）に設けたそれ等の重心（Ｇ），（Ｇ）
の位置を調整する手段としてのネジ（１−５），（１−
５）に係合し得るようになしてある。尚、各透孔（41−
３）は、必ずしも軸（Ｘ−Ｘ）と平行でなくともよい。
何故ならば、透孔（41−３）の目的は、それを介して治
具が筒状体（41−２）の外部よりその内部の各ネジ（１
−５）と係合し選ればよいものがあるからである。例え
ば、各透孔（41−３）は筒状体（41−２）の中心に向か
うように設けてもよい。

従って、本発明によれば、装置の組立の後、両振動質
量部（１−１），（１−１）の重心（Ｇ），（Ｇ）の位
置が組立前とずれたとしても、透孔（41−３），（41−
３）を通じて、ネジまわし等を、筒状体（41−２）の外
部よりその内部のネジ（１−５），（１−５）に係合さ
せ、それ等を回動し、両振動質量部（１−１），（１−
１）の重心（Ｇ），（Ｇ）を、再び第２図Ａに示す如
く、軸（Ｘ−Ｘ）方向に於いて一致、換言すれば（Ｙ−
Ｚ）平面上に持ち来すことが出来る。

尚、必要に応じて、両重心（Ｇ），（Ｇ）の最終調整
後、例えば鉛テープ栓部材等の封止部材を用いて、両透
孔（41−３），（41−３）を密封すれば、筒状体（41−
２）等内を気密に保持することができる。

尚、本発明は上述の実施例に限定する必要はなく、多
くの変化変更が当該業者により容易にできることは、明
らかであろう。

〔発明の効果〕

上述した構成の本発明のジャイロ装置によれば、入力
軸（Ｚ−Ｚ）回りの角速度Ωが零の場合に、検出用圧電
素子からの出力が完全に零となるので、電気的にバイア
ス値を補正してやる必要がないため、電気回路部の簡略
化及びジャイロ装置のコストダウンが計れるという効果
がある。

また、各ネジの質量を調整することにより、重心位置
ばかでななく、左右の振動質量部の質量のアンバラン
ス、音叉の共振周波数なども微調整が簡単となり、高精
度化できるという大きな効果もある。

さらにヌル電圧が零になるため、温度によって電気回
路部のゲインが変化しても、バイアス値が変化しないた
め、より広い温度範囲での使用が可能となった。

又、上述した構成の本発明によれば、ネジ（１−５）
は、最終的な組立後にも、その調整を行うことが可能で
あるため、重心（Ｇ），（Ｇ）の位置が組立時のいろい
ろな影響を受けて狂うことを補正できる。即ち、ネジの
緩みや各部材の変形などによる重心位置ずれを容易に再
調整することが出来るという効果がある。これによっ
て、ジャイロ装置の性能が製品によってバラつくことが
なく、高精度化が均一的に図れるようになる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明のジャイロ装置の一実施例の一部を除い
た斜視図、第２図はその原理説明に供する略線図、第３
図は第１図の要部の一部を除いた平面図、第４図は従来
のジャイロ装置の一部を除いた斜視図、第５図は第４図
の原理説明図である。 図に於て、（１）は音叉、（30）はヒンジ、（41−
１），（41−２）は筒状体、（１−５）は重心位置調整
用ネジ、（１−６）はネジ孔、（41−３）は透孔を夫々
示す。

フロントページの続き (72)発明者 北條 武 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株 式会社東京計器内 (56)参考文献 特開 平１−165917（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−81514（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−85316（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−118911（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−90079（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筒状体内に収納された音叉と、害音叉に生
   ずるコリオリの力によるモーメントを検出する検出部と
   を有するジャイロ装置に於いて、 上記音叉の振動質量部に音叉の振動面と直交する方向に
   調整手段を設け、上記振動質量部の重心の位置を微調整
   できるようになし、 上記筒状体に透孔を穿ち、上記調整手段を上記筒状体の
   外部より調整し得るようになしたことを特徴とするジャ
   イロ装置。
2. 【請求項２】上記透孔を調整後封止部材により密封する
   ようになしたことを特徴とする上記特許請求の範囲第１
   項記載のジャイロ装置。