JP3111499B2 - 振動型角速度センサ - Google Patents
振動型角速度センサInfo
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- JP3111499B2 JP3111499B2 JP03094028A JP9402891A JP3111499B2 JP 3111499 B2 JP3111499 B2 JP 3111499B2 JP 03094028 A JP03094028 A JP 03094028A JP 9402891 A JP9402891 A JP 9402891A JP 3111499 B2 JP3111499 B2 JP 3111499B2
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- Japan
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- metal body
- angular velocity
- fixed point
- velocity sensor
- vibration
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はジャイロスコープ、特に
圧電素子による振動を用いた振動型角速度センサに関す
る。
圧電素子による振動を用いた振動型角速度センサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】振動型のジャイロとして従来、金属棒体
の振動を用いた方式のものが提案されている。これは、
例えば四角断面を有する柱状の金属体の一側面に貼った
圧電素子により金属体を振動させ、他の交差する側面に
貼った圧電素子により、回転時のコリオリ力による金属
体の歪みを検知しているが、金属体の支持は、振動時の
屈曲の節を支持すべく、金属体の側面で支持棒を溶接し
て行うという近似的な不動点支持を行っていた。
の振動を用いた方式のものが提案されている。これは、
例えば四角断面を有する柱状の金属体の一側面に貼った
圧電素子により金属体を振動させ、他の交差する側面に
貼った圧電素子により、回転時のコリオリ力による金属
体の歪みを検知しているが、金属体の支持は、振動時の
屈曲の節を支持すべく、金属体の側面で支持棒を溶接し
て行うという近似的な不動点支持を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な近似的な支持では、ｘ方向の振動に対しては振動負荷
が少なく、金属は滑らかに振動するが、ｙ方向の振動に
対しては支持棒を変形屈曲させることになり、そのため
にｙ方向の振動に対しては振動負荷が大きく、かつ金属
体の単純振動の他に支持棒の複雑な振動が入りこみ、ノ
イズを発生させ、そのため角速度の検出感度及び精度を
低下させるという問題点を有していた。
な近似的な支持では、ｘ方向の振動に対しては振動負荷
が少なく、金属は滑らかに振動するが、ｙ方向の振動に
対しては支持棒を変形屈曲させることになり、そのため
にｙ方向の振動に対しては振動負荷が大きく、かつ金属
体の単純振動の他に支持棒の複雑な振動が入りこみ、ノ
イズを発生させ、そのため角速度の検出感度及び精度を
低下させるという問題点を有していた。
【０００４】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、感度が良く、ノイズ発生の少ない振動型角速度セン
サを提供することを目的とするものである。
で、感度が良く、ノイズ発生の少ない振動型角速度セン
サを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この問題点を解決するた
めに本発明は、角柱状の金属体と、この金属体の外側面
の少なくとも一面に貼付けた駆動用圧電素子と、前記金
属体の駆動用圧電素子を貼付けた面に対して交差する外
側面のうち少なくとも一面に貼付けた検知用圧電素子と
を備え、前記金属体の上端面及び下端面に、金属体内部
に存する屈曲時の不動点に達する孔を設け、かつその孔
を通して前記不動点を支持部材によって支持する構成を
有している。
めに本発明は、角柱状の金属体と、この金属体の外側面
の少なくとも一面に貼付けた駆動用圧電素子と、前記金
属体の駆動用圧電素子を貼付けた面に対して交差する外
側面のうち少なくとも一面に貼付けた検知用圧電素子と
を備え、前記金属体の上端面及び下端面に、金属体内部
に存する屈曲時の不動点に達する孔を設け、かつその孔
を通して前記不動点を支持部材によって支持する構成を
有している。
【０００６】
【作用】この構成によって金属体は真の不動点で支持さ
れるため、金属柱がどの方向に屈曲する場合でも、駆動
上の負荷が少なく、不要なノイズ振動も発生しないため
の高感度，高精度のセンサを提供することができる。
れるため、金属柱がどの方向に屈曲する場合でも、駆動
上の負荷が少なく、不要なノイズ振動も発生しないため
の高感度，高精度のセンサを提供することができる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図１〜図５
を参照しながら説明する。
を参照しながら説明する。
【０００８】図１，図２，図３は本発明の一実施例の振
動型角速度センサを示す図で、１は四角形断面をする柱
状金属体である。この金属体１の向かい合う側面１ａ，
１ｂには、駆動用の圧電素子２ａ，２ｂが貼付されてい
る。また、側面１ａ，１ｂに交差する側面１ｃ，１ｄに
は各々検出用圧電素子２ｃ，２ｄが貼付されている。金
属体１の上端面１ｓ，下端面１ｐには孔３ｓ，３ｐが各
々あけられている。各孔３ｓ，３ｐの最深部Ｎs，Ｎ
pは、図４に示すように金属体１が振動時に屈曲する時
に金属体１内部に存在する振動の節である不動点Ｎ1，
Ｎ2に各々相当している。
動型角速度センサを示す図で、１は四角形断面をする柱
状金属体である。この金属体１の向かい合う側面１ａ，
１ｂには、駆動用の圧電素子２ａ，２ｂが貼付されてい
る。また、側面１ａ，１ｂに交差する側面１ｃ，１ｄに
は各々検出用圧電素子２ｃ，２ｄが貼付されている。金
属体１の上端面１ｓ，下端面１ｐには孔３ｓ，３ｐが各
々あけられている。各孔３ｓ，３ｐの最深部Ｎs，Ｎ
pは、図４に示すように金属体１が振動時に屈曲する時
に金属体１内部に存在する振動の節である不動点Ｎ1，
Ｎ2に各々相当している。
【０００９】Ｎ1，Ｎ2は図４のように紙面に平行な方向
の単振動のみならず、Ｎ1，Ｎ2を含むあらゆる面方向の
単振動に対しての不動点となる。
の単振動のみならず、Ｎ1，Ｎ2を含むあらゆる面方向の
単振動に対しての不動点となる。
【００１０】孔３ｓ，３ｐには、筐体に固定して設けら
れた支持棒４ｓ，４ｐが挿入されており、支持棒４ｓ，
４ｐの先端は前述の不動点Ｎs，Ｎpに所定の圧力をもっ
て当接されている。
れた支持棒４ｓ，４ｐが挿入されており、支持棒４ｓ，
４ｐの先端は前述の不動点Ｎs，Ｎpに所定の圧力をもっ
て当接されている。
【００１１】孔３ｓ，３ｐは奥よりも入口の方が略円錐
状に広くなっており、振動時に支持棒４ｓ，４ｐの側面
と干渉することがないように隙間を設けている。
状に広くなっており、振動時に支持棒４ｓ，４ｐの側面
と干渉することがないように隙間を設けている。
【００１２】また、筐体の回転運動に対しては金属体１
は軸方向の所定の圧力を受けているので支持棒４ｓ，４
ｐを介して忠実に伝達される。
は軸方向の所定の圧力を受けているので支持棒４ｓ，４
ｐを介して忠実に伝達される。
【００１３】以上のように構成された振動型角速度セン
サについて以下にその動作について説明する。
サについて以下にその動作について説明する。
【００１４】圧電素子２ａ，２ｂに駆動信号を印加する
ことによって金属体１は図５に示すように側面１ａ，１
ｂに直角な方向に屈曲をおこし、Ｎs，Ｎpを不動点とす
る振動を始める。この状態で金属体１がその中心軸Ｘ−
Ｙのまわりにωの角速度が与えられると、金属体１の側
面１ｃ，１ｄに直角な方向にコリオリ力が働き、金属体
１を側面１ｃ，１ｄに直角な方向にＮs，Ｎpを不動点と
する屈曲運動を発生させ、その結果面１ｃ，１ｄに貼付
された圧電素子２ｃ，２ｄに圧電効果による電圧を発生
させる。発生電圧とωとの間には比例関係があり、電圧
を検出することによってωの値を測ることができる。
ことによって金属体１は図５に示すように側面１ａ，１
ｂに直角な方向に屈曲をおこし、Ｎs，Ｎpを不動点とす
る振動を始める。この状態で金属体１がその中心軸Ｘ−
Ｙのまわりにωの角速度が与えられると、金属体１の側
面１ｃ，１ｄに直角な方向にコリオリ力が働き、金属体
１を側面１ｃ，１ｄに直角な方向にＮs，Ｎpを不動点と
する屈曲運動を発生させ、その結果面１ｃ，１ｄに貼付
された圧電素子２ｃ，２ｄに圧電効果による電圧を発生
させる。発生電圧とωとの間には比例関係があり、電圧
を検出することによってωの値を測ることができる。
【００１５】金属体１の振動時の屈曲運動に当たって
は、不動点Ｎs，Ｎpにて支持棒４ｓ，４ｐに支持されて
いるので、駆動時の振動に対しても、コリオリ力検出時
の振動に対しても振動時の負荷になることが少なく、駆
動に要するエネルギーが少なくてすむと共に、わずかな
コリオリ力でも振動が発生しやすいため、感度の高い検
出をすることができる。
は、不動点Ｎs，Ｎpにて支持棒４ｓ，４ｐに支持されて
いるので、駆動時の振動に対しても、コリオリ力検出時
の振動に対しても振動時の負荷になることが少なく、駆
動に要するエネルギーが少なくてすむと共に、わずかな
コリオリ力でも振動が発生しやすいため、感度の高い検
出をすることができる。
【００１６】また、支持部４ｓ，４ｐがたわんだりする
ことも少ないため、副次的なノイズの発生もなく、計器
としての信頼性を高めることができる。
ことも少ないため、副次的なノイズの発生もなく、計器
としての信頼性を高めることができる。
【００１７】なお、本実施例では、四角柱状の金属体に
ついて説明したが、角柱でも円柱で一部を切欠いて圧電
素子を貼ったものでもよく、また、各柱の場合の角数も
いくらでも同様の効果を得ることができる。また、駆動
用の圧電素子と検出用の圧電素子とは直角に交差してい
る例を示したが、直角は必ずしも必須ではなく、コリオ
リ力が検出できる程度に交差していればよいものであ
る。
ついて説明したが、角柱でも円柱で一部を切欠いて圧電
素子を貼ったものでもよく、また、各柱の場合の角数も
いくらでも同様の効果を得ることができる。また、駆動
用の圧電素子と検出用の圧電素子とは直角に交差してい
る例を示したが、直角は必ずしも必須ではなく、コリオ
リ力が検出できる程度に交差していればよいものであ
る。
【００１８】図６に本発明の第２の実施例を示す。１１
は柱状の金属体であり、上端部１１ｓ，下端部１１ｐに
は金属体１１の中心軸を貫通する孔１３があいており、
ワイヤ１２が挿通され、ワイヤ１２の両端は筐体に、ワ
イヤ１２に所定の張力を与えて固定されている。図７は
柱状の金属体１１の両不動点を通る平面で切った断面図
である。
は柱状の金属体であり、上端部１１ｓ，下端部１１ｐに
は金属体１１の中心軸を貫通する孔１３があいており、
ワイヤ１２が挿通され、ワイヤ１２の両端は筐体に、ワ
イヤ１２に所定の張力を与えて固定されている。図７は
柱状の金属体１１の両不動点を通る平面で切った断面図
である。
【００１９】中心軸に設けられた孔１３は上下端部で径
が大きく、不動点Ｎs，Ｎpでワイヤ１２とほぼ同じ径と
なり、上下に連なっている。ワイヤ１２はＮs〜Ｎp間で
接着、または溶接等により金属体１１と一体に結合され
ている。また、ワイヤ１２はより線にてできており、屈
曲に対してしなやかであり、Ｎs，Ｎpの不動点にて軽く
屈曲させることができる。その他の構成や動作について
は第１の実施例と同様であり、金属体の屈曲運動をその
不動点であるＮs，Ｎpにてしなやかなワイヤにて所定の
張力をもって張架支持されており、金属体の屈曲運動に
対して負荷が少なく、従って第１の実施例と同様の効果
を有するものである。
が大きく、不動点Ｎs，Ｎpでワイヤ１２とほぼ同じ径と
なり、上下に連なっている。ワイヤ１２はＮs〜Ｎp間で
接着、または溶接等により金属体１１と一体に結合され
ている。また、ワイヤ１２はより線にてできており、屈
曲に対してしなやかであり、Ｎs，Ｎpの不動点にて軽く
屈曲させることができる。その他の構成や動作について
は第１の実施例と同様であり、金属体の屈曲運動をその
不動点であるＮs，Ｎpにてしなやかなワイヤにて所定の
張力をもって張架支持されており、金属体の屈曲運動に
対して負荷が少なく、従って第１の実施例と同様の効果
を有するものである。
【００２０】また、ワイヤは所定の張力をもって張架さ
れているので、筐体の回転運動はワイヤを介して金属体
に忠実に伝達される。
れているので、筐体の回転運動はワイヤを介して金属体
に忠実に伝達される。
【００２１】
【発明の効果】以上のように本発明は、振動体の屈曲運
動の振動体内部にある不動点を直接支持するので、振動
体に対して負荷が小さく理想に近い支持ができ、従って
駆動に要するエネルギーの効率が良く、かつわずかのコ
リオリ力でも高感度検出することができると共に、支持
に伴う副次的な振動が発生しにくいので信頼性の高い検
出ができるものである。
動の振動体内部にある不動点を直接支持するので、振動
体に対して負荷が小さく理想に近い支持ができ、従って
駆動に要するエネルギーの効率が良く、かつわずかのコ
リオリ力でも高感度検出することができると共に、支持
に伴う副次的な振動が発生しにくいので信頼性の高い検
出ができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における振動型角速度セ
ンサの概要図
ンサの概要図
【図２】第１の実施例における金属体の斜視図
【図３】第１の実施例の金属体の中央部分の断面図
【図４】本発明の要点となる不動点の説明図
【図５】第１の実施例の動作を示す斜視図
【図６】本発明の第２の実施例における振動型角速度セ
ンサの概要図
ンサの概要図
【図７】第２の実施例の要部断面図
１ 金属体 ２ 圧電素子 ３ｓ，３ｐ 孔 ４ｓ，４ｐ 支持棒 Ｎs，Ｎp 不動点 １１ 金属体 １２ ワイヤ １３ 孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01P 9/04 G01C 19/56
Claims (3)
- 【請求項１】柱状の金属体と、この金属体の外側面の少
なくとも一面に貼付けた駆動用圧電素子と、前記金属体
の駆動用圧電素子を貼付けた面に対して交差する外側面
のうち少なくとも一面に貼付けた検知用圧電素子とを備
え、前記金属体の上端面及び下端面に、金属内部に存す
る屈曲時の不動点に達する孔を設け、かつその孔を通し
て前記不動点を支持部材により支持した振動型角速度セ
ンサ。 - 【請求項２】金属体の上端面及び下端面に、金属体内部
に向かって径が徐々に小さくなる形状で、かつ頂点が不
動点と一致する孔を設け、前記孔の頂点で支持部材によ
り支持した請求項１記載の振動型角速度センサ。 - 【請求項３】金属体上端面から下端面に向かって、金属
体内部の不動点を通る貫通孔を設け、その貫通孔に可撓
性のよい線状の支持部材を挿通させると共に、支持部材
を金属体に少なくとも不動点において結合した請求項１
記載の振動型角速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03094028A JP3111499B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 振動型角速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03094028A JP3111499B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 振動型角速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04324369A JPH04324369A (ja) | 1992-11-13 |
| JP3111499B2 true JP3111499B2 (ja) | 2000-11-20 |
Family
ID=14099113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03094028A Expired - Fee Related JP3111499B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 振動型角速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3111499B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101828799B1 (ko) | 2017-12-22 | 2018-02-13 | 조민수 | 가상현실 연동형 스마트 라이딩 시뮬레이터 |
-
1991
- 1991-04-24 JP JP03094028A patent/JP3111499B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101828799B1 (ko) | 2017-12-22 | 2018-02-13 | 조민수 | 가상현실 연동형 스마트 라이딩 시뮬레이터 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04324369A (ja) | 1992-11-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |