JP3892993B2

JP3892993B2 - 振動型ジャイロスコープ

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Publication number: JP3892993B2
Application number: JP18785699A
Authority: JP
Inventors: 菊池　　尊行; 昭二横井
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1999-07-01
Filing date: 1999-07-01
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2019-07-01
Also published as: JP2001012953A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の回転軸の周りの回転角速度を測定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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
こうした振動型ジャイロスコープでは、２軸方向の各回転角速度を検出することが望まれる。２軸の各回転角速度を同時に測定するためには、複数の振動子を、それぞれ所望の回転軸の周りに取り付けることが考えられる。しかし、この方法では、２つの振動子をそれぞれ別個の位置に、別個の方向に向かって取り付ける必要があるので、製造、施工コストが高い。
【０００４】
本発明の課題は、複数の回転軸の周りの各回転角速度を検出可能な振動型ジャイロスコープを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、所定面に略平行に延びる第一の回転軸および第一の回転軸に対して直交している第二の回転軸を中心とする各回転角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、前記所定面に沿って延びる振動子を備えており、この振動子が、第一の回転軸および第二の回転軸に対して交差する方向に向かって延びる少なくとも一対の駆動振動片およびこの駆動振動片と分離された少なくとも一対の検出振動片であって、第二の回転軸に関して対称に配置された一対の駆動振動片および一対の検出振動片、一対の検出振動片の一方からの検出信号と他方からの検出信号との和から第一の回転軸の周りの回転角速度を検出する手段、および一対の検出振動片の一方からの検出信号と他方からの検出信号との差から第二の回転軸の周りの回転角速度を検出する手段を備えていることを特徴とする。
【０００６】
図１を参照しつつ、本発明について更に説明する。
図１（ａ）の振動型ジャイロスコープは、第一の回転軸ｘおよび第二の回転軸ｙを中心とする各回転角速度を測定するものである。振動子１Ａは、少なくとも一対の駆動振動片３Ａ、３Ｂからなる駆動振動系２Ａと、少なくとも一対の検出振動片６Ａ、６Ｂからなる検出振動系４Ａとを備えている。５は各振動片の付け根である。
【０００７】
各駆動振動片３Ａ、３Ｂに対して、矢印ＡＸＹに示すように、ｘ軸およびｙ軸に対して交差する方向に向かって駆動振動を励振する。この状態で、図１（ｂ）に示すように、振動子１Ａをｙ軸の周りに回転させると、駆動振動片３Ａと３Ｂとは、所定面に垂直な第三の軸（ｚ軸）の方向へとＢＺのように振動する。この際、一方の駆動振動片３Ａの振動の位相と他方の駆動振動片３Ｂの振動の位相とは逆になる。これに応答して、検出振動片６Ａと６Ｂとは、ＣＺに示すように、Ｚ軸方向へと向かって、逆位相で振動する。
【０００８】
一方、図１（ｃ）に示すように、振動子１Ａをｘ軸の周りに回転させると、駆動振動片３Ａと３Ｂとは、所定面に垂直な第三の軸（ｚ軸）の方向へとＤＺのように振動する。この際、一方の駆動振動片３Ａの振動の位相と他方の駆動振動片３Ｂの振動の位相とは同じになる。これに応答して、検出振動片６Ａと６Ｂとは、ＥＺのように、ｚ軸の方向へと順位相で振動する。
【０００９】
検出振動片６Ａから得られた検出信号と、６Ｂから得られた検出信号との差は、図１（ｂ）、（ｃ）から分かるように、ｙ軸の周りの回転角速度を反映する。なぜなら、図１（ｂ）に示す各振動ＣＺに由来する検出信号は、逆位相なので増幅され、図１（ｃ）に示す各振動ＥＺに由来する検出信号は、順位相なので消去されるからである。一方、検出振動片６Ａから得られた検出信号と、６Ｂから得られた検出信号との和は、図１（ｃ）から分かるように、ｘ軸の周りの回転角速度を反映する。なぜなら、図１（ｂ）に示す各振動ＣＺに由来する検出信号は、逆位相なので消去され、図１（ｃ）に示す各振動ＥＺに由来する検出信号は、順位相なので増幅されるからである。従って、本振動子によって、ｘ軸の周りとｙ軸の周りとの各回転角速度を検出できる。
【００１０】
本発明の好適な実施形態においては、振動子が、駆動振動片と検出振動片とを連結する連結片を備えており、この連結片が、第二の回転軸ｙの方向に向かって延びている。図２（ａ）−（ｃ）はこの実施形態に係るものである。図１に示した各構成部分については説明を省略する。
【００１１】
振動子１Ｂは、各駆動振動片３Ａ、３Ｂと、各検出振動片６Ａ、６Ｂとを連結する連結片７を備えている。連結片７の長手方向は、ｙ軸と略平行である。
【００１２】
本発明の他の実施形態においては、振動子が、固定部、固定部の一方の側に設けられている第一の連結片、および固定部の他方の側に設けられている第二の連結片を備えており、駆動振動片が第一の連結片に連結されており、検出振動片が第二の連結片に連結されている。図３（ａ）、（ｂ）は、この実施形態に係る振動子を示す模式図である。
【００１３】
振動子１Ｃは、固定部１０、固定部１０の一方の側から突出する第一の連結片８、固定部１０の他方の側から突出する第二の連結片９を備えている。第一の連結片８の先端から、一対の駆動振動片３Ａ、３Ｂが延びており、第二の連結片９の先端から、一対の検出振動片６Ａ、６Ｂが延びている。
【００１４】
各駆動振動片３Ａ、３Ｂに対して、矢印ＡＸＹに示すように、ｘ軸およびｙ軸に対して交差する方向に向かって駆動振動を励振する。この状態で、図３（ａ）に示すように、振動子１Ｃをｙ軸の周りに回転させると、駆動振動片３Ａと３Ｂとは、第三の軸ｚの方向へとＢＺのように振動する。これに応答して、検出振動片６Ａと６Ｂとは、ＣＺに示すように、Ｚ軸方向へと向かって、逆位相で振動する。
【００１５】
図３（ｂ）に示すように、振動子１Ｃをｘ軸の周りに回転させると、駆動振動片３Ａと３Ｂとは、第三の軸ｚの方向へとＤＺのように振動する。これに応答して、検出振動片６Ａと６Ｂとは、ＥＺに示すように、Ｚ軸方向へと向かって、順位相で振動する。
【００１６】
この実施形態においては、固定部１０は細長いものであることが好ましく、その縦横比は３倍以上であることが好ましい。
【００１７】
本発明の他の実施形態においては、振動型ジャイロスコープが、第三の回転軸ｚを中心とする回転角速度を検出するものであり、振動子が、固定部と、駆動振動片を固定部に連結する細長い連結片とを備えており、振動子が第三の回転軸を中心として回転したときにコリオリ力によって連結片に生ずる屈曲振動に基づいて第三の回転軸を中心とする回転角速度を検出する。図４（ａ）、（ｂ）は、この実施形態に係るものである。
【００１８】
振動子１Ｄは、固定部１０と、一対の駆動振動片３Ａ、３Ｂを固定部１０に連結する細長い連結片８とを備えている。図４では、一対の検出振動片６Ａ、６Ｂも連結片８に連結されている。
【００１９】
各駆動振動片３Ａ、３Ｂに対して、矢印ＡＸＹに示すように、ｘ軸およびｙ軸に対して交差する方向に向かって駆動振動を励振する。この状態で、図４（ａ）に示すように、振動子１Ｄをｙ軸の周りに回転させると、検出振動片６Ａと６Ｂとは、ＣＺに示すように、Ｚ軸方向へと向かって、逆位相で振動する。振動子１Ｃをｘ軸の周りに回転させると、検出振動片６Ａと６Ｂとは、ＥＺに示すように、Ｚ軸方向へと向かって、順位相で振動する。
【００２０】
これと共に、図４（ｂ）に示すように、振動子１Ｄを、ｚ軸の周りに回転させると、各駆動振動片３Ａ、３Ｂには、ＦＸＹで示すような方向の振動が発生する。この振動成分をｘ軸方向とｙ軸方向とに向かって分解すると、ｙ軸方向の各成分は互いに相殺し、ｘ軸方向の成分が残る。この結果、ＧＸで示すように、連結片８が、その付け根８ａを中心として振動する。連結片８の付け根８ａの近傍に何らかの検出手段を設けることによって、連結片８の屈曲振動を検出する。
【００２１】
本発明の他の実施形態においては、振動子が、固定部と、駆動振動片を固定部に連結する細長い連結片と、固定部から突出する少なくとも一対の共振アームとを備えており、振動子が第三の回転軸を中心として回転したときにコリオリ力によって連結片に生ずる屈曲振動に対して、各共振アームが共振し、各共振アームの共振に基づいて第三の回転軸を中心とする回転角速度を検出する。または、駆動振動片を固定部の一方の側に連結する細長い連結片と、固定部の他方の側から突出する共振片とを備えており、振動子が第三の回転軸を中心として回転したときにコリオリ力によって連結片に生ずる屈曲振動に対して、共振片が共振し、この共振片の共振に基づいて第三の回転軸を中心とする回転角速度を検出する。図５は、この実施形態に係る振動子を示す模式図である。
【００２２】
振動子１Ｅは、固定部１０の一方の側から突出する連結片８と、他方の側から突出する共振片１２とを備えている。一対の駆動振動片３Ａ、３Ｂが連結片８の先端に設けられており、一対の検出振動片４Ａ、４Ｂが連結片８の両側面から突出している。
【００２３】
この振動子１Ｅは、前述したように、ｘ軸およびｙ軸の周りの各回転角速度を検出する。これと共に、振動子１Ｅをｚ軸の周りに回転させると、各駆動振動片３Ａ、３Ｂには矢印ＦＸＹで示すような振動が発生し、これに応答して、連結片８には、矢印ＧＸで示すように、付け根８ａを中心とする屈曲振動が発生する。この屈曲振動ＧＸに対して、一対の共振アーム１１Ａ、１１Ｂが矢印ＨＸのように順位相で屈曲振動する。従って、各共振アーム１１Ａ、１Ｂにそれぞれ検出手段を設け、各検出手段からの検出信号を加算することによって、ｚ軸の周りの回転回転角速度を算出できる。
【００２４】
これと共に、固定部１０の他方の側にある共振片１２は、連結片８の振動ＧＸに応答して、ＪＸのように屈曲振動する。共振片１２の付け根の近傍に検出手段を設け、この検出手段からの検出信号を処理することによって、ｚ軸の周りの回転角速度を算出できる。
【００２５】
このように、共振アームを１１Ａ、１１Ｂ、あるいは共振片１２を、ｘ軸およびｙ軸の周りの回転角速度を検出する検出振動片６Ａ、６Ｂから分離して設けることによって、ｚ軸の周りの回転角速度の検出感度を向上させることができる。
【００２６】
連結片８の屈曲振動からｚ軸の周りの回転角速度を検出するためには、連結片８の縦横比は３倍以上とすることが好ましい。
【００２７】
また、本発明の実施形態においては、振動子が、少なくとも二対の駆動振動片、少なくとも二対の検出振動片、各対の駆動振動片および各対の検出振動片に対してそれぞれ連結されている細長い連結片、および各連結片を互いに連結する連結部分を備えており、二対の駆動振動片にそれぞれ駆動振動を励起するための手段を備えている。この際、特に好ましくは、振動子が、連結部分に連結されている少なくとも一つの第二の検出振動片を備えており、振動子が第三の回転軸を中心として回転したときにコリオリ力によって各連結片に生ずる屈曲振動に対して、第二の検出振動片が共振し、この第二の検出振動片の共振に基づいて第三の回転軸を中心とする回転角速度を検出する。図６、図７は、この実施形態に係る振動子１Ｆに係るものである。
【００２８】
振動子１Ｆは、少なくとも二対の駆動振動片３Ａと３Ｂおよび３Ｃと３Ｄ、少なくとも二対の検出振動片６Ａと６Ｂ、および６Ｃと６Ｄ、各対の駆動振動片および各対の検出振動片に対してそれぞれ連結されている細長い連結片８Ａ、８Ｂ、および各連結片８Ａと８Ｂとを互いに連結する連結部分２０を備えている。連結部分２０は、本例では略正方形をしており、連結部分２０の相対向する各辺から、連結片８Ａ、８Ｂが突出している。２Ａ、２Ｂは駆動振動系であり、４Ｃ、４Ｄは検出振動系である。
【００２９】
各駆動振動片に対して、矢印ＡＸＹで示すように、屈曲振動を励振し、この状態で振動子１Ｆをｘ軸、ｙ軸の周りに回転させると、各検出振動片６Ａ−６ＤがＣＺ、ＥＺで示すように振動するので、前述したようにしてｘ軸、ｙ軸の周りの回転角速度を算出できる。
【００３０】
また、振動子１Ｆは、連結部分２０に連結されている二つの第二の検出振動片１３を備えている。図７に示すように、振動子１Ｆが第三の回転軸ｚを中心として回転すると、コリオリ力によって各連結片８Ａ、８Ｂに、矢印ＧＸで示す屈曲振動が生ずる。これに応答して、第二の検出振動片１３がＫＹのように屈曲振動する。この振動に基づいて、ｚ軸の周りの回転角速度を算出できる。
【００３１】
振動子の材質は特に限定しないが、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，Ｔａ）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。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。
【００３２】
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、ＰＺＴ等の圧電セラミックスがある。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。
【００３３】
振動子は、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。具体的には静電検出電極を利用できる。また、静電検出電極のかわりに、特定の金属がドープされた半導体ドーピング領域を設け、この半導体ドーピング領域によってピエゾ抵抗素子を構成できる。この場合には、振動子が回転するときに、各屈曲振動片の各ピエゾ抵抗素子に加わる応力による抵抗値の変化を測定し、回転角速度の指標として検出する。
【００３４】
駆動振動片は、第一の回転軸に対して、１０−８０°の角度をなすことが好ましく、３０−６０°の角度をなすことが一層好ましい。
【００３５】
振動子が圧電性セラミックスまたは恒弾性金属によって形成されている場合には、駆動振動片および検出振動片が、第一の回転軸ｘに対して１０−８０°の角度をなしていることが好ましく、３０−６０°の角度をなしていることが一層好ましい。これが約４５°であると、ｘ軸の周りの回転角速度の検出感度と、ｙ軸の周りの回転角速度の検出感度とを同程度とすることができるので、特に好ましい。
【００３６】
振動子が圧電性単結晶、特に水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体からなる場合には、駆動振動片および検出振動片が、第一の回転軸に対して１０−８０°の角度をなしていることが好ましく、２０−７０°の角度をなしていることが一層好ましい。一対の駆動振動片同士、あるいは一対の検出振動片同士は、約１２０°の角度をなすことが特に好ましい。
【００３７】
水晶のように、所定面内に３回回転の結晶軸を有している単結晶によって振動子が形成されている場合には、各結晶軸の方向に向かって各駆動振動片、各検出振動片が延びるようにすることが好ましい。これによって、一対の駆動振動片の振動面の結晶方位、あるいは一対の検出振動片の振動面の結晶方位が一致する。
【００３８】
第一の回転軸ｘの周りの回転角速度に対応する屈曲振動ＣＺの共振周波数ｆ（ＣＺ）と、第二の回転軸ｙの周りの回転角速度に対応する屈曲振動ＥＺの共振周波数ｆ（ＥＺ）とは、互いに５０Ｈｚ以上異なっていることが好ましい。また、駆動振動の共振周波数ｆ（Ｄ）は、屈曲振動ＣＺの共振周波数ｆ（ＣＺ）と屈曲振動ＥＺの共振周波数ｆ（ＥＺ）との間にあることが好ましい。この場合には、駆動振動の共振周波数ｆ（Ｄ）と屈曲振動ＣＺの共振周波数ｆ（ＣＺ）との差｜ｆ（Ｄ）−ｆ（ＣＺ）｜と、駆動振動の共振周波数ｆ（Ｄ）と屈曲振動ＥＺの共振周波数ｆ（ＥＺ）との差｜ｆ（Ｄ）−ｆ（ＥＺ）｜とが、互いに１０Ｈｚ以下異なっていることが好ましい。これによって、ｘ軸の周りの回転角速度の検出感度と、ｙ軸の周りの回転角速度の検出感度とを近づけ、あるいは一致させることができる。
【００３９】
本発明においては、振動子が所定面に沿って延びているが、これは厳密に幾何学的意味で所定面内に延びていることを言うものではなく、本技術分野において常識的な値、例えば厚さにして１ｍｍ以下の範囲内に振動子が形成されていることを意味する。
【００４０】
図８は、本発明の他の実施形態に係る振動子１Ｇを示す斜視図である。振動子１Ｇは、固定部１０と、固定部１０から延びる細長い連結片８とを備えている。連結片８の先端側には拡張部分１４が設けられている。拡張部分１４の先端側から一対の駆動振動片３Ａ、３Ｂが延びており、拡張部分１４の固定部１０側の端部から一対の検出振動片６Ａ、６Ｂが延びている。駆動振動片と検出振動片とは互いに略平行である。
【００４１】
図９に示す振動子１Ｈは、図８に示した振動子１Ｇとほぼ同様の形態を有しているが、各駆動振動片３Ａ、３Ｂ、検出振動片６Ａ、６Ｂが延びている方向が異なっており、かつ連結片２２が平面的に見て長方形をなしている。
【００４２】
図１０に示す振動子１Ｊの外形は正方形ないし正方形に近い長方形である。振動子１Ｊは枠部１５を備えており、枠部１５内には中空部１６が形成されている。枠部１５から中空部１６へと向かって連結片８が突出している。連結片８の先端から一対の駆動振動片３Ａ、３Ｂが突出しており、駆動振動片から若干付け根８ａ側に離れた位置から、一対の検出振動片６Ａ、６Ｂが突出している。
【００４３】
本例の振動子１Ｊの全体は恒弾性金属からなっており、恒弾性金属の表面に、アース電極膜が形成されており、アース電極膜の表面に、圧電セラミックス板が取り付けられており、圧電セラミックス板の表面に、各電極が形成されている。また、振動子１Ｊの枠部１５の縁部には電極パッド１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ、１７Ｅが形成されている。
【００４４】
各駆動振動片３Ａ、３Ｂ上にはそれぞれ駆動電極１８Ａ、１８Ｂが形成されている。各検出振動片６Ａ、６Ｂ上にはそれぞれ検出電極１９Ａ、１９Ｂが形成されている。連結片８には第二の検出電極２１Ａ、２１Ｂが形成されている。これらの各駆動電極および検出電極とアース電極との間に、それぞれ圧電セラミックス板が挟まれている。
【００４５】
各駆動電極１８Ａ、１８Ｂは、電極パッド１７Ａを介して高周波電源２５に接続されており、この高周波電源２５によって各駆動振動片を励振する。各検出電極１９Ａ、１９Ｂ、２１Ａ、２１Ｂからの各検出信号は、次のように処理される。即ち、各検出振動片１９Ａ、１９Ｂからの検出信号を、電極パッド１７Ｂ、１７Ｃを通して振動子の外部へと送り、加算し、この和を計算装置へと送り、ｘ軸の周りの回転角速度を算出する。また、各検出振動片１９Ａ、１９Ｂからの検出信号を、電極パッド１７Ｂ、１７Ｃを通して振動子の外部へと送り、除算し、その差を計算装置へと送り、ｙ軸の周りの回転角速度を算出する。また、検出電極２１Ａ、２１Ｂからの検出信号を、電極パッド１７Ｄ、１７Ｅを通して振動子の外部へと送り、除算し、この差を計算装置へと送り、ｚ軸の周りの回転角速度を算出する。
【００４６】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明によれば、複数の回転軸の周りの各回転角速度を検出可能な振動型ジャイロスコープを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は振動子１Ａの模式図であり、（ｂ）は、振動子１Ａをｙ軸の周りに回転させたときの動作を示す模式図であり、（ｃ）は、振動子１Ａをｘ軸の周りに回転させたときの動作を示す模式図である。
【図２】（ａ）は、連結片７を備える振動子１Ｂの模式図であり、（ｂ）は、振動子１Ｂをｙ軸の周りに回転させたときの動作を示す模式図であり、（ｃ）は、振動子１Ｂをｘ軸の周りに回転させたときの動作を示す模式図である。
【図３】（ａ）は、固定部１０、第一の連結片８および第二の連結片９を備える振動子１Ｃを示す模式図であり、（ｂ）は、振動子１Ｃをｘ軸の周りに回転させときの動作を示す模式図である。
【図４】（ａ）は、振動子１Ｄをｘ軸およびｙ軸の周りに回転させたときの動作を示す模式図であり、（ｂ）は、振動子１Ｄをｚ軸のまわりに回転させたときの動作を示す模式図である。
【図５】振動子１Ｅをｚ軸の周りに回転させたときの動作を示す模式図であり、振動子１Ｅは、固定部１０、連結片８、一対の共振アーム１１Ａ、１１Ｂ、および共振片１２を備えている。
【図６】振動子１Ｆをｘ軸およびｙ軸の周りに回転させたときの動作を示す模式図であり、振動子１Ｆは、第一の連結片８Ａ、第二の連結片８Ｂ、一対の第二の検出振動片１３、およびこれらを連結する連結部分２０を備えている。
【図７】振動子１Ｆをｚ軸の周りに回転させたときの動作を示す模式図である。
【図８】振動子１Ｇを示す斜視図である。
【図９】振動子１Ｈを示す斜視図である。
【図１０】振動子１Ｊおよびその回路構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、１Ｊ振動子２Ａ、２Ｂ駆動振動系３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ駆動振動片４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ検出振動系５各振動片の付け根６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ第一の回転軸ｘおよび第二の回転軸ｙの周りの各回転角速度を検出するための検出振動片７第二の回転軸の方向に延びる連結片８、８Ａ、８Ｂ細長い連結片１０固定部１１Ａ、１１Ｂ共振アーム１２共振片１３第三の回転軸ｚの周りの回転角速度を検出するための第二の検出振動片ＡＸＹ各駆動振動片の駆動振動ＢＺ第二の回転軸ｙの周りの回転によって各駆動振動片に励起された屈曲振動ＣＺ振動ＢＺに応答して各検出振動片に励起された検出振動ＤＺ第一の回転軸ｘの周りの回転によって各駆動振動片に励起された屈曲振動ＥＺ振動ＤＺに応答して各検出振動片に励起された検出振動ＦＸＹ第三の回転軸ｚの周りの回転によって各駆動振動片に励起された振動ＧＸ各駆動振動片に励起された振動ＦＸＹに基づいて連結片８に励起された屈曲振動ＨＸ振動ＧＸに応答して共振アーム１１Ａ、１１Ｂに励起された検出振動ＪＸ振動ＧＸに応答して共振片１２に励起された検出振動ＧＯ振動子の重心ＧＤ駆動振動の全体の重心

Claims

所定面に略平行に延びる第一の回転軸および第一の回転軸に対して直交している第二の回転軸を中心とする各回転角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、
前記所定面に沿って延びる振動子を備えており、この振動子が、第一の回転軸および第二の回転軸に対して交差する方向に向かって延びる少なくとも一対の駆動振動片およびこの駆動振動片と分離された少なくとも一対の検出振動片であって、第二の回転軸に関して対称に配置された一対の駆動振動片および一対の検出振動片、一対の検出振動片の一方からの検出信号と他方からの検出信号との和から第一の回転軸の周りの回転角速度を検出する手段、および一対の検出振動片の一方からの検出信号と他方からの検出信号との差から第二の回転軸の周りの回転角速度を検出する手段を備えていることを特徴とする、振動型ジャイロスコープ。
前記振動子が、前記駆動振動片と前記検出振動片とを連結する連結片を備え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。
前記振動子が、固定部、この固定部の一方の側に設けられている第一の連結片、および固定部の他方の側に設けられている第二の連結片を備えており、前記駆動振動片が第一の連結片に連結されており、前記検出振動片が第二の連結片に連結さ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。
前記振動型ジャイロスコープが、前記所定面に対して略垂直な第三の回転軸を中心とする回転角速度を検出するものであり、前記振動子が、固定部と、前記駆動振動片を前記固定部に連結する細長い連結片とを備えており、振動子が第三の回転軸を中心として回転したときにコリオリ力によって連結片に生ずる屈曲振動に基づいて、第三の回転軸を中心とする回転角速度を検出することを特徴とする、請求項１または２記載の振動型ジャイロスコープ。
前記振動型ジャイロスコープが、前記所定面に対して略垂直な第三の回転軸を中心とする回転角速度を検出するものであり、前記振動子が、固定部と、前記駆動振動片を前記固定部に連結する細長い連結片と、前記固定部から突出する少なくとも一対の共振アームとを備えており、振動子が第三の回転軸を中心として回転したときにコリオリ力によって連結片に生ずる屈曲振動に対して、各共振アームが共振し、各共振アームの共振に基づいて第三の回転軸を中心とする回転角速度を検出することを特徴とする、請求項１または２記載の振動型ジャイロスコープ。
前記振動型ジャイロスコープが、前記所定面に対して略垂直な第三の回転軸を中心とする回転角速度を検出するものであり、前記振動子が、細長い固定部と、前記駆動振動片を前記固定部の一方の側に連結する細長い連結片と、前記固定部の他方の側から突出する共振片とを備えており、振動子が第三の回転軸を中心として回転したときにコリオリ力によって連結片に生ずる屈曲振動に対して、共振片が共振し、この共振片の共振に基づいて第三の回転軸を中心とする回転角速度を検出することを特徴とする、請求項１または２または５記載の振動型ジャイロスコープ。
前記検出振動片が前記連結片に連結されていることを特徴とする、請求項４−６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。
前記振動子が、少なくとも二対の前記駆動振動片、少なくとも二対の前記検出振動片、各対の駆動振動片および各対の検出振動片に対してそれぞれ連結されている細長い連結片、および各連結片を互いに連結する連結部分を備えており、二対の駆動振動片にそれぞれ駆動振動を励起するための手段を備え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。
前記二対の駆動振動片の駆動振動の全体の重心が、前記振動子の重心上またはその近傍にあることを特徴とする、請求項８記載の振動型ジャイロスコープ。
前記振動型ジャイロスコープが、前記所定面に対して略垂直な第三の回転軸を中心とする回転角速度を検出するものであり、前記振動子が、前記連結部分に連結されている少なくとも一つの第二の検出振動片を備えており、振動子が第三の回転軸を中心として回転したときにコリオリ力によって各連結片に生ずる屈曲振動に対して、第二の検出振動片が共振し、この第二の検出振動片の共振に基づいて第三の回転軸を中心とする回転角速度を検出することを特徴とする、請求項８または９記載の振動型ジャイロスコープ。
前記振動子が圧電性セラミックスまたは恒弾性金属からなり、前記駆動振動片および前記検出振動片が、前記第一の回転軸に対して１０−８０°の角度をなしていることを特徴とする、請求項１−１０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。
前記振動子が圧電性単結晶からなり、前記駆動振動片および前記検出振動片が、前記第一の回転軸に対して１０−８０°の角度をなしていることを特徴とする、請求項１−１０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。