JP4256727B2

JP4256727B2 - 振動ジャイロの支持構造

Info

Publication number: JP4256727B2
Application number: JP2003167963A
Authority: JP
Inventors: 繁男松沼; 哲江本; 直樹石川
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2023-06-12
Also published as: JP2005003538A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は振動ジャイロの支持構造に関し、より詳細にはセンサを支持する支持フレームの剛性を向上させ、感度を良好にした振動ジャイロの支持構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
振動ジャイロはロボット等の可動部の移動位置検出あるいは自動車等の移動体の移動位置検出等に用いられている。図５は、音叉型センサ１０を用いた振動ジャイロの従来の構成を示す。音叉型センサ１０は、水晶、圧電セラミック等を音叉型に加工して形成したものであり、このセンサを用いることによって物体の角加速度を検知し、物体の移動位置を検出することができる。
音叉型センサを用いて角加速度を検知する原理は、音叉型センサの脚部を一方向に振動（１次振動）させた状態で音叉型センサに角加速度が作用すると、コリオリ効果によって、角加速度が作用した方向と直交する方向に振動（２次振動）が発生することを利用するものである。
【０００３】
振動ジャイロではセンサを１次振動させるための固定支点が必要である。図５に示す従来例はセンサを横置きとしたタイプのもので、図５(a)に示すように、金属板を折曲して箱形に形成した支持フレーム１２に音叉型センサ１０の一端部を固定する構成としている。
音叉型センサ１０の一端側にはスリット状の切り込みが設けられ、支持フレーム１２の支持板１２ａを、音叉型センサ１０の切り込み部分に差し込み、支持板１２ａを脚部１０ａにより挟む配置として、接着剤１４により脚部１０ａを支持板１２ａに接着している。図５(b)は音叉型センサ１０を接着剤１４により支持フレーム１２に接着した状態の正面図、図５(c)は側面図を示す。１６は支持フレーム１２を支持するベース板である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示す振動ジャイロ構造は、支持フレーム１２に支持された音叉型センサ１０を加振させた状態で、音叉型センサ１０から出力される信号を検知して物体の変位を検知するものである。したがって、音叉型センサ１０が加振されている状態で、音叉型センサ１０を支持している支持フレーム１２が外部振動や衝撃によって振動すると、音叉型センサ１０が誤出力するという問題がある。音叉型あるいはビーム型のセンサでその一端側を固定支点とした振動ジャイロ構造では、このような誤出力が発生するという構造的な問題があり、外部振動や衝撃が支持フレーム１２に作用しないように緩衝材を使用するといったことも考えられている。しかしながら、緩衝材を使用した場合は、センサの応答性が悪くなる点で、必ずしも好ましくない。
【０００５】
そこで、本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、音叉型センサを使用する振動ジャイロ構造において、センサを支持する支持部が外部振動あるいは衝撃によって影響を受けにくい構造とし、センサが誤出力を発生することを抑えることによって感度を向上させ、正確に変位を検知することができる信頼性の高い振動ジャイロ構造を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
すなわち、支持フレームにセンサの一端側を固定し、センサの他端側を自由端とした振動ジャイロの支持構造において、前記センサとして、音叉型センサを使用し、前記支持フレームの前記センサを支持する支持部を、板体をＸ型に交差させたＸ型フレーム部により形成し、該Ｘ型フレーム部の交差部に、前記音叉型センサの一端側の脚部を前記交差部を上下から挟む配置として、センサを固定したことを特徴とする。
また、前記Ｘ型フレーム部の交差部分の近傍に貫通孔を設け、該貫通孔を介して交差部分に接着剤を充填して前記センサを固定したことを特徴とする。Ｘ型フレーム部に貫通孔を設けたことにより、Ｘ型フレーム部の交差部分に容易に接着剤を充填してセンサを固定することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面とともに詳細に説明する。
図１(a)、(b)および(c)は、本発明に係る振動ジャイロ構造の一実施形態の構成を示す斜視図、正面図および側面図である。
同図で、２０は音叉型センサ１０を支持する支持フレームであり、音叉型センサ１０は、図５に示す従来の振動ジャイロ構造と同様に、一端側を固定支点として支持フレーム２０に固定支持されている。１６は支持フレーム２０を支持するベース板である。
【０００８】
本実施形態の振動ジャイロ構造において特徴的な点は、音叉型センサ１０を支持する支持フレーム２０の構成にある。すなわち、従来の振動ジャイロ構造では支持フレームは、図５に示すような箱形に形成され、音叉型センサ１０を支持する支持部は単なる平板状に形成されているのに対して、本実施形態の支持フレーム２０では、音叉型センサ１０を支持する支持部は板体をＸ型に交差させたＸ型フレーム部２０ａによって形成されている。
【０００９】
図１(b)は、Ｘ型フレーム部２０ａを正面方向から見た状態を示すもので、Ｘ型フレーム部２０ａが交差している部分に脚部を上下から挟むようにして音叉型センサ１０が取り付けられていることを示す。
Ｘ型フレーム部２０ａは、図のように、ベース板１６上に立設された支持板間をＸ型に連結する構造となっている。Ｘ型フレーム部２０ａと支持板とは溶接によって接合してもよいし、支持板にＸ型フレーム部２０ａの端部を係止する係止部を形成しておき、支持板でＸ型フレーム部２０ａを両側から挟むようにして支持するようにしてもよい。
Ｘ型フレーム部２０ａは三角格子構造を構成することによって、音叉型センサ１０を支持する支持部の剛性を高めることを目的とするものであるから、支持板との連結状態等がとくに限定されるものではない。
【００１０】
図２は、Ｘ型フレーム部２０ａに音叉型センサ１０を接着剤１４によって固定する方法を拡大して示している。図２(a)は、Ｘ型フレーム部２０ａの交差部分を上下に挟む配置に音叉型センサ１０の脚部１０ａ、１０ａが配置されていることを示し、図２(b)は、Ｘ型フレーム部２０ａの交差部分の近傍に接着剤１４を連通させるための貫通孔２２を形成した状態を示す。
図２(b)に示すように、交差配置したＸ型フレーム部２０ａの交差部分の近傍に貫通孔２２を形成したことにより、図２(a)に示すように、交差部分の両側からＸ型フレーム部２０ａの交差部分に接着剤１４を注入することによって、音叉型センサ１０の脚部１０ａとＸ型フレーム部２０ａとの間に接着剤１４を充填することができる。
【００１１】
図３は、従来の振動ジャイロ構造において、支持フレーム１２の支持板１２ａを音叉型センサ１０の脚部１０ａ、１０ａで挟み、接着剤１４を用いて音叉型センサ１０を接着固定する方法を示す。
従来の支持フレーム１２の構造の場合には、支持板１２ａの上下面から接着剤１４を塗布する必要があり、４個所から接着剤１４を注入しているのに対して、本実施形態ではＸ型フレーム部２０ａに貫通孔２２を設けることによって、２個所から接着剤１４を注入して音叉型センサ１０を接着固定することが可能である。
【００１２】
本実施形態の振動ジャイロ構造では、音叉型センサ１０の一端側をＸ型フレーム部２０ａの交差部分に固定することにより、図１(c)に示すように、音叉型センサ１０の他端側が支持フレーム２０から横方向に延出するように取り付けられ、音叉型センサ１０は一端側が固定支点として支持されたものとなる。
この状態で、音叉型センサ１０の他端側に形成された脚部１０ｂ、１０ｂに１次振動を加え、音叉型センサ１０に外力が作用した際に音叉型センサ１０から出力される信号を検知して物体の変位を検知することができる。
【００１３】
本実施形態の振動ジャイロ構造では、音叉型センサ１０を支持する支持フレーム２０の支持部を三角格子構造としたことによって、従来の支持フレーム１２にくらべて支持部の剛性を大きく向上させることが可能となった。実際、従来の支持フレーム１２の構造と本実施形態のＸ型フレーム部２０ａを備えた支持フレーム２０の構造について、固有周波数による変位量をシミュレーションし、本実施形態の支持フレーム２０によれば従来の支持フレーム１２に比べて変位量を効果的に抑えることができる結果を得ている。
このように、支持フレーム２０の剛性とくに、音叉型センサ１０を支持する支持部の剛性を向上させることができたことによって、音叉型センサ１０に１次振動を加えても、支持部の振動や変位を抑えることができ、誤出力を抑えることが可能となった。
【００１４】
また、支持フレーム２０にＸ型フレーム部２０ａを設けることで、音叉型センサ１０を支持する支持部自体の重量を増加させることができ、支持部自体の固有周波数の高周波化が可能となる。
【表１】

【００１５】
表１は、図５に示す従来の振動ジャイロ構造（従来例）における共振周波数と図１に示す本実施形態の振動ジャイロ構造（本発明）について、１次〜４次高調波の共振周波数を示す。表１に示すように、１次〜３次高調波については、いずれも、本実施形態の振動ジャイロ構造によるものの方が従来のものよりも共振周波数が高くなっていることを示す。すなわち、本実施形態の振動ジャイロ構造によるセンサを、たとえば車載用センサとして使用した場合には、ロードノイズといった１０Ｈｚ以下の低周波との離調を図ることができ、センサの感度を向上させることができる。
【００１６】
また、本実施形態の振動ジャイロ構造では、Ｘ型フレーム部２０ａの交差部分を音叉型センサ１０の固定支点位置とすることで、支持部の重心位置に正確に音叉型センサ１０を固定することが可能になる。従来の支持板１２ａの幅方向の中央に位置合わせする方法に比べて、本実施形態においてはＸ型フレーム部２０ａの交差部分を位置決め位置とできるから、音叉型センサ１０の位置合わせが容易になる。
また、音叉型センサ１０を正確に重心位置に位置合わせできることから、１次振動時のセンサ位置が安定し、２次振動のブレがなくなり、センサの特性が向上する。また、支持部に低次の固有振動が加わった際の固定支点の振幅が従来方式にくらべて小さくでき、センサの感度を向上させることができる。
【００１７】
図４は、圧電セラミックを音叉型センサ１０に使用して、図５に示す従来構造の振動ジャイロと、図１に示す本実施形態の振動ジャイロについて、外部振動や衝撃が加わった際の出力誤差を測定した結果を示す。
図４に示す測定結果は、本実施形態の振動ジャイロ構造とすることで、大幅に出力誤差が小さくなり、センサの感度が向上していることを示している。このように、Ｘ型フレーム部２０ａを音叉型センサ１０の支持部に用いた振動ジャイロ構造は、センサの感度を向上させ信頼性を向上させる構成として有効であることが確かめられた。
【００１８】
【発明の効果】
本発明に係る振動ジャイロ構造は、上述したように、音叉型センサを支持する支持部の剛性が向上することから、音叉型センサから誤出力が発生することを効果的に抑えることができ、センサの感度を高めることができるとともに、信頼性の高い振動センサとして提供されるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る振動ジャイロ構造の一実施形態の構成を示す斜視図(a)、正面図(b)、側面図(c)である。
【図２】本発明の振動ジャイロ構造で、Ｘ型フレーム部に音叉型センサを接着固定する部位を拡大して示す説明図である。
【図３】従来の振動ジャイロ構造で、支持板に音叉型センサを接着固定する方法を示す説明図である。
【図４】外部振動印加時の出力誤差の出力値を測定した結果を示すグラフである。
【図５】従来の振動ジャイロ構造の構成を示す斜視図(a)、正面図(b)、側面図(c)である。
【符号の説明】
１０音叉型センサ
１０ａ、１０ｂ脚部
１０ａ、１０ａ脚部
１２支持フレーム
１２ａ支持板
１４接着剤
１６ベース板
２０支持フレーム
２０ａＸ型フレーム部
２２貫通孔

Claims

支持フレームにセンサの一端側を固定し、センサの他端側を自由端とした振動ジャイロの支持構造において、
前記センサとして、音叉型センサを使用し、
前記支持フレームの前記センサを支持する支持部を、板体をＸ型に交差させたＸ型フレーム部により形成し、
該Ｘ型フレーム部の交差部に、前記音叉型センサの一端側の脚部を前記交差部を上下から挟む配置として、センサを固定したことを特徴とする振動ジャイロの支持構造。
前記Ｘ型フレーム部の交差部分の近傍に貫通孔を設け、該貫通孔を介して交差部分に接着剤を充填して前記センサを固定したことを特徴とする請求項１記載の振動ジャイロの支持構造。