JPH02129511A - 回転検出装置 - Google Patents

回転検出装置

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JPH02129511A
JPH02129511A JP63283157A JP28315788A JPH02129511A JP H02129511 A JPH02129511 A JP H02129511A JP 63283157 A JP63283157 A JP 63283157A JP 28315788 A JP28315788 A JP 28315788A JP H02129511 A JPH02129511 A JP H02129511A
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JP
Japan
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vibrating
connecting member
rod
tuning fork
axis
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JP63283157A
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English (en)
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Naoki Ogawa
直樹 小川
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Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] [産業上の利用分野] 本発明は、それ自身の回転を検出し、回転に応じた信号
を出力する、いわゆる振動ジャイロと呼ばれる回転検出
装置に関する。
[従来の技術] いわゆる4g動ジャイロ1よ、一般的に、第2図に示す
ような構造になっている。即ち、音叉のような機械振動
子を駆動素子により駆動してそれに定常的な振動を与え
て慣性力を作り出し、ベースの回転によって振動子に作
用するコリオリカを、音叉に装着した検知素子によって
検知する。コリオリカが角速度ωに応じて変化するので
、コリオリカにより発生する音叉のたわみを圧電素子に
よって検出することにより、回転の角速度を検出できる
[発明が解決しようとする1[] 従来の振動ジャイロにおいては1次のような様々な難点
があった。
(1)角速度以外に直線的な加速度にも応答するので、
それによって検出誤差が生じる。
(2)温度ドリフトが大きい。つまり音叉の厚み方向の
曲がりを検出するために、検知素子に例えば厚み方向に
分極させた圧電素子が用いられるが、圧電素子には、パ
イロ電気効果によってその分極面に温度変化に応じた電
位が現われる。ところが。
分極面に電極を設けざるを得ないので F?極から出力
されろ信号は、温度によって変動する。
(3)音叉を駆動する振動が圧電素子1;伝わってノイ
ズとして検出される。
(4)装置毎の特性のばらつきが大きい。例えば。
圧電素子と音叉とを接合する際に使用する接着剤の厚み
や歪の影響によりばらつきが生じ、また温度ドリフトも
発生する。
(5)生産にあたり手間のかかる作業が多く生産性が悪
い9例えば、音叉の共振周波数や検出感度などの調整が
難しいし、圧電素子と金属との接着や素子と回路との配
線も難しい。
(6)精度が低く、特に角速度の小さい領域で誤差が大
きい。
本発明は、上述のような難点を解決するためになされた
もので、角速度ωに応じた正確な信号を得ることを共通
の技術的課題とする。
[発明の構成] [課題を解決するための手段] 上記a題を解決するため、本発明においては、支持部材
;少なくとも一端が前記支持部材に支持された棒状の連
結部材;前記連結部材に支持された板状の振動部材;前
記振動部材に固着された駆動手段;前記連結部材のねじ
れ歪みを検出するねじれ検出手段;及び前記駆動手段を
付勢し、前記振動部材に前記連結部材の軸方向の振動を
与える駆動付勢手段:を設ける。
[作用] 即ち、本発明においては、振動部材をその厚み方向、つ
まり連結部材の軸方向に定常的に振動させる。この場合
、連結部材の軸と直交する軸に沿ってこの装置を回転さ
せれば、その時の振動部材の角速度に応じて、該振動部
材にコリオリカが作用する。このコリオリカは、連結部
材をその軸のまわりに回動させる方向に作用するので、
その一端が支持されていれば、連結部材にねじり力が作
用する。従って、連結部材のねじり力を検出すれば、コ
リオリカ、即ちこの装置の角速度ωに応じた正確な信号
が得られる。
本発明の他の目的及び特徴は、以下の、図面を参照した
実施例説明により明らかになろう。
[実施例] 第1図に、本発明の一実施例を示す。第1図を参照する
と、各軸X、Y及びZは、お互いの軸に対して90度傾
いた軸をそれぞれ示している。支持部材10は、板状の
金属をコ字状に折り曲げて形成しである。4は、その全
体に渡って周面にねじが形成された断面が円形のロッド
であり、金属で形成されている。このロッド4は、前記
支持部材10をその一端10aから他端10bまで貫通
する形で設けられており、ロッド4の一端は、支持部材
の一端10aの両面で、それぞれ固定機構8によって支
持部材10に固定されており、ロッドの他端は、支持部
材の他端10bの両面で、それぞれ固定機構9によって
支持部材10に固定されている。ロッド4は、この例で
はY軸に沿って配置されている。
固定機構9は、ロッド4のねじと螺合するロックナツト
9a、ワッシャ9b及びインシュレータ9cで構成され
ている。固定機構8及び後述する固定機構7も同様であ
る。
ロッド4の中央部には、ねじれ検出器3が配置され、該
ねじれ検出器3の厚み方向(Y軸方向)の一端に、イン
シュレータ6を介して、それと面接触する状態に音叉1
が配置されており、ねじれ検出器3の厚み方向の他端に
も、同様にインシュレータ5を介して音叉2が配置され
ている。ロッド4は、ねじれ検出器3.インシュレータ
5,6゜音叉1及び2にそれぞれ設けた図示しない穴を
貫通する形で、それらを支持している。
音叉lの支持部材10の一端10aと対向する面、及び
音叉2の支持部材10の他端10bと対向する面には、
それぞれ固定機構7が設けられており、それらの締め付
けによって、音叉1.インシュレータ6、ねじれ検出器
3.インシュレータ5及び音叉2が、両端から互いに押
し付けられ、一体に固定されている。但し、これらはY
軸方向に対し、僅かにねじれ変形が可能な状態になって
いる。
音叉1は、その長平方向がZ軸方向に向けられた矩形の
薄板状に形成された金属製の振動板1aを備えている。
この振動板1aは、その長平方向の一端近傍で、ロッド
4に支持されている。また、振動板1aの厚み方向の両
方の面には、それぞれ、薄板状で矩形の圧電セラミック
1b及び1cが固着されている。また、圧電セラミック
1b及びICは、それらの厚み方向に分極されている。
従って、これらの圧電セラミックに交流電圧を印加すれ
ば、それらは厚み方向に歪を生じるし。
逆に厚み方向の歪を受けると、それに電圧が発生する。
もう一方の音叉2は、音叉1と同様に、振動板2aと、
その両方の面にそれぞれ固着された圧電セラミック2b
、2cを備えている。
第3b図に、ねじれ検出器3の構成を示す。第3b図を
参照すると、この検出器3は、筒状の絶縁チューブ3a
と、その外周に装着された。圧電体3b、3c、電極3
d、3e及び3fで構成されている。圧電体3bは電極
3dと38とで挟まれ、圧電体3cは電極3eと3fで
挟まれている。
絶縁チューブ3aの内部を前述のロッド4が貫通する。
圧電体3bは、図示のように、円筒状に形成されている
が、これは各々90度の円弧状に形成された4つのの圧
電素子3bl + 3b2t 3b3及び3haを組合
せて構成しである。また、各々の圧電素子は、矢印で示
す周方向に、それぞれ分権させである。もう一方の′圧
電体3cも圧電体3bと同一の構成になっている。
従って、圧電体3b及び3cは、それがロッド4の軸方
向、即ちY軸方向に対してねじる方向(周方向)に力を
受けろと、その力の大きさに応じた電圧を出力する。
ここで再び第1図を参照すると、電極3d及び3fは互
いに共通に接続され、アースと接続されている。そして
、2つの圧電体3b、3cの中央に配置した電極3eか
ら、このねじれ検出器3の信号S3が取り出される。つ
まり、このねじれ検出塁3の場合、その厚み方向の両端
が接地されているので、その部分と他の部材との絶縁に
ついては、特別に考慮しなくても、問題は生じない・従
って、この例では、電極3dとインシュレータ6、なら
びに電極3fとインシュレータ5との間には特別な電気
絶縁部材は設けてない。ねじれ検出器3の電気的な等価
回路を第4b図に示すので、参照されたい。
なお、ロッド4のねじと固定機構7のロックナツトによ
って、第1図のY軸方向に動かないように音叉1,2と
ねじれ検出器3を一体に止める構成にすれば、接着剤を
用いて止める場合のように。
接合面の厚みにばらつきが生じる恐れが殆どなくなるの
で、装置の検出特性が極めて均一になる。
なお、この実施例におけるインシュレータ5゜6.90
等は1機械的な振動が不要な箇所に伝達されるのを防止
する機能を有している。
第1図を参照すると、発振回路11の出力信号S1が音
叉1の圧電セラミック1b及び音叉2の圧電セラミック
2bに、付勢信号として印加されている。また、音叉2
の圧電セラミック2cから出力される信号S2が、フィ
ードバック信号として発振回路11に印加されている。
発振回路11は、第4a図に示すように構成されており
、付勢信号S1として周波数及び振幅の安定化された正
弦波を出力する。フィードバック信号S2は、発振を安
定化させ安定した音叉振動を得ろために利用されている
6また、フィードバック信号S2は、検出される信号を
処理する回路(12)で同期をとるために利用される。
発振回路11によって生成される正弦波の付勢信号S1
が印加される2つの圧電セラミック1b及び2bは、各
々その厚み方向に分極されているので、付勢信号S1に
よって、それらの厚み方向に歪を発生しその歪の方向が
交互に切換わるので、厚み方向に振動し、その振動に共
振するように、振動板1a及び2a、即ち音叉1及び2
が振動する。従って、音叉l及び2の振動の方向は、第
1図の矢印Ft、即ちY軸方向である。但し、音叉1と
音叉2の振動の方向は逆になっており、音叉1が音叉2
に近づく方向に撓む時は、音叉2も音叉1に近づく方向
に撓み、音叉1が音叉2から離れる方向に撓む時は、音
、叉2も音叉1から離れる方向に撓む。
このように音叉1及び2を定常的に振動させた状態では
、この検出装置に慣性力が働くので、この装置がZ軸を
中心として回転した場合、2つの音叉1及び2には、そ
れぞれ、X軸の方向に、回転の角速度ωに応じた大きさ
のコリオリの力FCが作用する。音叉1に働く力Fcと
音叉2に働く力Fcは、互いに方向が逆であり、音叉1
がX軸の正方向の力Fcを受ける時は、音叉2に働く力
Fcの方向はX軸の負方向になる。
従って、インシュレータ6を介して音叉1に接続された
、ねじれ検出器3の厚み方向の一方の面と、インシュレ
ータ5を介して音叉2に接続された、ねじれ検出器3の
厚み方向の他方の面とには、この装置の2軸まわりの回
転によって、互いに逆方向の、Y軸のまわりに回転する
力が加わる。つまりそれによって、ねじれ検出器3は、
Y軸に沿つてねじられることになる。ねじれ検出器3は
、前述のようにその周方向に分極されているので、ねじ
れ方向の力を受けると、その力に応じた電気信号を出力
する。従って、ねじれ検出器3から出力される信号S3
の振幅の大きさは、Z軸まわりの角速度ωに対応する。
第1図を参照すると、ねじれ検出器3の中央の電極3e
から出力されろ信号S3が、整流回路12の入力端子に
印加されており、また該回路12の同期入力端子に、フ
ィードバック信号S2が印加されている。
整流回路12の動作を第4C図に示す。第4C図を参照
すると、ねじれ検出器3から出力される信号S3は、正
弦波であり、フィードバック信号S2と同期して現われ
る。Z軸まわりの角速度ωの方向が時計回り(CW)の
時と、反時計回り(CCW)の時とでは、信号S3の位
相が互いに反転する。整流回路12は、フィードバック
信号S2に基づいて、矩形波S5をその内部で生成し、
その信号に同期して信号S3を処理し、整流された信号
S4を出力する。つまり第4C図に示すように、信号S
4の整流波形は、CW力方向角速度に対しては正極性に
なり、CCW方向の角速度に応しては負極性になる。
整流回路12の出力する信号S4は、平滑回路13で平
均化され、直流電圧として出力される。
従って、平滑回路13から出力される直流電圧は、角速
度ωの大きさと方向を示す。
第5図、第6図及び第7図に、それぞれ音叉の構成につ
いての変形実施例を示す。即ち、第5図の実施例におい
ては、音叉の各振動板20及び30に装着する圧電セラ
ミック21,22,31及び32の位置を、各振動板2
0.30の中央に位置決めしである。この構成によれば
、音叉の振動のバランスが良好になり、振動の波形がよ
り正弦波に近づく。
第6図の実施例においては、振動板40及び50をそれ
ぞれその中央部で支持されるように構成しである。また
、振動板40に装着した圧電セラミック41と43、な
らびに圧電セラミック42と44とは、それぞれ振動板
の支持軸に対して対称となる位置に配置しである。これ
らの圧電セラミックを配置する位置は、振動のバランス
を考慮して、振動板40をその長平方向に3分割する位
置に設定しである。
つまり例えば、振動板4oの下端から圧電セラミック4
1の中央(重心)までの距離と、圧電セラミック41の
中央から43の中央までの間の距離と、圧電セラミック
43の中央がら振動板4゜の上端までの距離は全て等し
くなっている。これにより、好ましい振動が得られる。
他方の振動板50とそれに装着した各々の圧電セラミッ
クも同様の構成になっている6 第7図の実施例においては、振動板6oは、X軸方向に
向けた2つの振動部60b、60dとZ軸方向に向けた
2つの振動部60a、60cを備える十字形状に構成し
てあり、各々の振動部に、それぞれ圧電セラミック(6
1,62)が装着しである。振動板70は、振動板6o
と同様に、十字形状であり、各々の振動部に圧電セラミ
ック(71,72)が装着されている。圧電セラミック
を装着する位置は、第6図の実施例の場合と同様である
。なお、圧電セラミック62及び71が駆動用に利用さ
れ、圧電セラミック61及び72が振動検出用に利用さ
れる。勿論、その逆でも構わない。
なお、上記実施例においては、2組の音叉を用いている
が、単一の音叉だけでもねじれ検出器3にねじり力を与
えることはできるので、一方の音叉を廃止しても本発明
は実施しうる。また、ロッド4は、少なくともその一端
が支持部材lOで支持されていれば、本発明は実施しう
る。
また、実施例のインシュレータ5,6を排上して、ねじ
れ検出器3の厚み方向の両面が直接、音叉1.2の表面
と接するように構成してもよい。
更に、第3a図に示すように、振動板1aの先端近傍に
スクリュー21とそれを振動板1aに固定するためのワ
ッシャ24.25及びロックナツト22.23を設けて
もよい。この機構を設ければ、スクリュー21の位置を
動かすことによって音叉21の重心を変え、振動のバラ
ンスを調整することができる。また、このような構成に
よれば、音叉振動の調整作業が従来に比べて非常に簡単
になる。
なお、上記実施例においては、ねじれ検出手段を圧電素
子を用いて構成したが、その他にも、例えば歪ゲージ、
差動変圧器、磁気ヘッド等の磁気検出器、磁歪効果を利
用する検出器などを用いても2本発明に利用しうるねじ
れ検出手段を構成しうる。
[効果] 以上のとおり、本発明の各請求項の構成により。
それぞれ次のような効果が得られる。
鼠工五± 振動部材(1,2)を第1図のY軸方向に振動させるこ
とにより、2軸まわりの角速度ωを、Y軸まわりのねじ
れ歪として検出することができる。
ねじれ検出手段は、Y軸まわりのねじれのみを検出すれ
ばよいので、検出対象であるZ軸まわりの角速度以外の
力、即ちX、Y、Zの各軸方向の加速度に対して応答し
ないように構成しうる。従って、直線的な外力を受ける
場合でも、角速度ωの検出誤差が非常に小さい。
しかも、振動部材の振動方向は、第1図のY軸方向であ
り、ねじれ検出手段の検出対象である周方向とは異なる
ので、振動部材の振動がねじれ検出手段に伝わっても、
その影響は出力信号に現われず、検出誤差は生じない。
鼠米夙主 ねじれ検出手段として、周方向に分極された圧電素子を
用いるので、検出特性の温度ドリフトが小さい。即ち、
圧電素子には、温度変化に従ってパイロ電気効果による
ノイズ電圧が分極面に現われるが、信号を取り出す電極
は圧電素子の厚み方向に配置されるので、そのノイズ電
圧が出力信号に重畳することはなく、従って温度変化の
影響を受けない。また、その圧電素子が厚み方向及び径
方向の歪を受けても、電圧は現われないので、第1図の
X、Y、Zの各軸方向の直線的な加速度の影響が排除さ
れる。
碧:[3 請求項1の効果に加え、次の効果が得られる。
即ち、2組の振動部材が検出対象の回転軸(2軸)に対
して実質上対称に配置されるので、外部から印加される
直線的な加速度は、ねじれ検出手段のねじれに関して、
2組の振動部材に互いに逆方向に作用し、相殺されるの
で検出出力に現われない。
従って、検出対象の回転以外の外力を受けた場合の検出
誤差が極めて小さい。
2」J[(及β」− 組立てが簡単になり、しかも接着剤で固定する場合のよ
うな接合面の厚みのばらつきは実質上存在しないので、
検出特性の装置毎のばらつきが小さくなる。
。求項67及び8 振動部材が矩形又は十字形であるので、各々の振動部分
で振動モードが一様になり、測定結果に誤差をもたらす
不要振動を生じにくい、また、駆動手段が中央又は互い
に対称な位置に配置されているので、振動のバランスが
良く、振動が安定する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例を示す斜視図である。 第2図は、回転検出装置の従来例を示す斜視図である。 第3a図及び第3b図は、第1図の一部を拡大して詳細
に示す斜視図である。 第4a図は、発振回路11と圧電セラミックとの接続を
示すブロック図である。 第4b図は、ねじれ検出器3の等価回路図である。 第4c図は、整流回路12の動作を示すタイミングチャ
ートである。 第5図、第6図及び第7図は、それぞれ、本発明の変形
実施例における音叉の構成を示す斜視図である。 1.2:音叉 Ia、2a:振動板(振動部材) lb、2b:圧電セラミック(駆動手段)lc、2c:
圧電セラミック 3:ねじれ検出器(ねじれ検出手段) 3a:絶縁チューブ  3b、3c:圧電体3d、3e
、3f :電極 4:ロシド(連結部材) 5.6:インシュレータ 7.8.9:固定機構 10:支持部材(支持部材) 11:発振回路(駆動付勢手段) 12:整流回路    13:平滑回路声3a図 東2図 声3b図 e 声 図

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)支持部材; 少なくとも一端が前記支持部材に支持された棒状の連結
    部材; 前記連結部材に支持された板状の振動部材; 前記振動部材に固着された駆動手段; 前記連結部材のねじれ歪みを検出するねじれ検出手段;
    及び 前記駆動手段を付勢し、前記振動部材に前記連結部材の
    軸方向の振動を与える駆動付勢手段; を備える回転検出装置。
  2. (2)前記ねじれ検出手段は、環状に形成されその円周
    方向に分極された複数の圧電素子をその厚み方向に重ね
    て、厚み方向の中央と両端にそれぞれ電極を配置した構
    成とされた、前記特許請求の範囲第(1)項記載の回転
    検出装置。
  3. (3)支持部材; 両端が前記支持部材に支持された棒状の連結部材; 前記連結部材上の軸方向の互いに異なる位置にそれぞれ
    支持された2組の板状の振動部材; 前記振動部材の各々に固着された駆動手段; 前記2組の振動部材の間に配置され、前記連結部材のね
    じれ歪みを検出するねじれ検出手段;及び 前記駆動手段を付勢し、前記振動部材に前記連結部材の
    軸方向の振動を与える駆動付勢手段; を備える回転検出装置。
  4. (4)前記連結部材をボルトとし、前記ねじれ検出手段
    を前記2組の振動部材によって挟み込み、各々の振動部
    材の外側を前記ボルトのねじと螺合するナットによって
    それぞれ絞め付け、ねじれ検出手段と2組の振動部材と
    を前記連結部材に装着した、前記特許請求の範囲第(3
    )項記載の回転検出装置。
  5. (5)前記振動部材は、それをその厚み方向に貫通する
    ねじと該ねじに螺合しそれを固定する複数のナットを備
    える、前記特許請求の範囲第(1)項記載の回転検出装
    置。
  6. (6)前記振動部材は、矩形の平面形状に形成され、そ
    の中央部に駆動手段が固着された、前記特許請求の範囲
    第(1)項記載の回転検出装置。
  7. (7)前記振動部材は、矩形の平面形状に形成され、そ
    の中央部が前記連結部材に固定され、該中央部に対して
    互いに対称な位置に、複数の振動手段が配置された、前
    記特許請求の範囲第(1)項記載の回転検出装置。
  8. (8)前記振動部材は、十字形の平面形状に形成され、
    その中央部が前記連結部材に固定され、該中央部に対し
    て互いに対称な位置に、4つの振動手段が配置された、
    前記特許請求の範囲第(1)項記載の回転検出装置。
JP63283157A 1988-11-09 1988-11-09 回転検出装置 Pending JPH02129511A (ja)

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JP (1) JPH02129511A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0396807A (ja) * 1989-09-11 1991-04-22 Akai Electric Co Ltd 振動ジャイロ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0396807A (ja) * 1989-09-11 1991-04-22 Akai Electric Co Ltd 振動ジャイロ

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