JPH03108604A - 振動ジャイロ - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、角速度を検出する目的の下でコリオリの力
を検知する振動ジャイロに関するものである。

〔従来の技術〕

従来のこの種の振動ジャイロとしては、例えば、第１０
図に示すような圧電タイプのものがあり、これは、三次
元座標県内で、基台１の、Ｙ軸と直交する面のそれぞれ
に、圧電材料よりなるバイモルフ振動子１ユニモルフ振
動子その他の駆動振動子２の二枚を音叉状に固定してそ
れらをＸ軸方向へ突出させ、そして、それぞれの駆動振
動子２の自由端に、これもまた圧電材料からなるそれぞ
れの検知振動子３を、各々の広幅面が、駆動振動子２の
それと直交する方向に向く状態で固定することにより構
成されている。

このような振動ジャイロの使用に際しては、まず、駆動
振動子２に交流電圧を印加してその駆動振動子２を図の
実線矢印方向くＹ軸方向）に対称振動させる。なお、か
かる対称振動をもたらす方法としては、それぞれの駆動
振動子２に交流電圧を印加する方法の他、一方の駆動振
動子２だけに交流電圧を印加して、他方の駆動振動子２
を振動モニターとして利用して振動状態の制御を行い、
これによって振動を安定させる方法があるが、これらの
いずれにおいても、後述するコリオリの力を強くすべく
、駆動振動子２を共振状態で振動させて、振動振幅を太
き（することとしている。

次いで、駆動振動子２の振動状態下で、振動ジャイロ全
体をＺ軸の周りに角速度ωで回動させることによって、
検知振動子３に、それを図の破線矢印方向（Ｘ軸方向）
へ、角速度ωの大きさに応じて撓ませるように作用する
コリオリの力Ｆｃを生じさせ、この結果として、その検
知振動子３に設けた電極間に電圧を生じさせる。

ここで、この発生電圧は、コリオリの力Ｆｃに比例する
ことから、その電圧を測定することによって、角速度ω
の大きさを検出することができる。

なお−船釣には、上述したような装置全体を、支持部材
４によって支持することにより、共振状態での作動効率
を高める工夫がなされている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、このような従来技術にあっては、駆動振動子
２の先端に検知振動子３を連結する構造であるため、装
置が大型化する他、駆動振動子２に交流電圧を供給する
ための配線、検知振動子３から信号電圧を取り出すため
の配線などが複雑になる欠点があった。とりわけ、検知
振動子３に対する配線は、線材の引回しに苦労するとこ
ろが大であった。

すなわち、検知振動子３は、常に、およそ数μｍ〜１０
０μｍ程度の振動振幅下におかれており、信号電圧の取
出しのための線材の質量や弾性率、さらには変形状態そ
の他が、主には駆動振動子２の振動に大きな影響を及ぼ
して検知感度を変動させる要因となることから、その線
材を、駆動振動子２の側面２′に接着させて、振動の小
さい基台ｌの付近まで延在させ、そこから所定の接続端
子まで引き出すこと、所定の接続端子を検知振動子３の
近傍位置まで延在させて、線材の長さを短くすることに
てその線材の影響を低減することなどの手段が講じられ
ている。

しかしながら、このような方法によれば、振動ジャイロ
の製造作業効率の著しい低減が不可避であった。

またその一方において、駆動振動子２の広幅面と、検知
振動子３の広幅面とが正確に直交していない場合には、
検知振動子３での検知信号中に、Ｙ軸方向の振動成分が
漏れ込むことになるとともに、検知精度それ自体が低下
することになる。ところで、図示のように、駆動振動子
２の端面と検知振動子３の端面とを直接的に連結する構
造の下においては、それらを接着剤によって単に固着す
るだけでは高い連結精度を望み得べくもない。

そこで、第１１図に示すような連結部材５を介して、駆
動振動子２と検知振動子３とを連結する方法が提案され
ている。この連結部材５を用いる方法によれば、駆動振
動子２および検知振動子３のそれぞれの端部分を、連結
部材５に形成されて、相互に直交する方向に向く面のそ
れぞれに、それらに設けた電極を介して接着することに
よって、駆動振動子２と検知振動子３とを、比較的容易
に、高い面角度をもって連結することが可能となる。

ところがこの場合には、連結部材５の、駆動振動子接着
面と検知振動子接着面とが相互に直交する方向に向いて
いることから、駆動振動子２と検知振動子３との、連結
部材５への接着を同時に行うためには、接着剤が硬化す
るまで、駆動振動子２および検知振動子３のそれぞれを
、連結部材５に、所定の相対関係の下で正確に位置決め
保持するために必要となる治具の構造が複雑になるとと
もに、治具が大型化して作業性が悪くなり、また、この
ような接着作業を２工程に分けて行うときには、作業工
数が著しく嵩むことになる。

この発明は、従来技術のかかる問題を有利に解決するも
のであり、装置の十分なる小型化を実現することに加え
、各種配線の引き回し、および検出手段と駆動手段との
高精度の組付けを極めて容易ならしめることによって、
生産性を大きく向上させることができ、しかも、すぐれ
た検出感度を有する振動ジャイロを提供するものである
。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の第１の振動ジャイロは、三次元座標系で、好
ましくは六面体形状をなす基台の、Ｙ軸と直交するそれ
ぞれの面に、第１および第２の腕部材を、Ｚ軸方向へ突
出させて固定したところにおいて、それぞれの腕部材を
、Ｙ軸と直交する二面、Ｙ軸と直交する二面および、Ｚ
軸と直交する二面を有し、Ｙ軸方向に分極された直六面
体形状の圧電材料の、Ｙ軸と直交するそれぞれの面に駆
動用電極を設けてなる第１の振動子と、前記圧電材料と
同様の直六面体形状をなし、Ｘ軸方向に分極された他の
圧電材料の、Ｚ軸と直交するそれぞれの面に検知用電極
を設けてなる第２の振動子との、Ｙ軸と直交する一方側
の面のそれぞれを相互に接合して構成し、第１および第
２の腕部材のそれぞれの自由端に、Ｙ軸方向へ偏って位
置する第１および第２の振動質量を設けたものであり、
この発明の第２の振動ジャイロは、第２の振動子を、前
述したところに代えて、直六面体形状をなす圧電材料を
Ｚ軸方向へ分極させるとともに、その圧電材料の、Ｙ軸
と直交するそれぞれの面に検知用電極を設けることによ
って構成したものである。

ここで好ましくは、第１および第２の振動子は、導電性
シムを介して接合し、また好ましくは、第２の振動子に
設けた検知用電極の接続端子を、圧電材料の、Ｙ軸と直
交するそれぞれの面に配設する。

〔作　用〕

かかる振動ジャイロの作用を、第１２図に示す模式図を
もとに以下に説明する。

図において、腕部材６の自由端を速度Ｖで振動させつつ
、装置をＺ軸の周りに角速度ωで回動させると、Ｘ軸方
向にコリオリの力Ｆｃが発生し、このコリオリの力Ｆｃ
の大きさは、 Ｆｃ＝２ｍＶω で表される。これによれば、振動速度Ｖおよび角速度ω
が同じであっても質量ｍが大きければ発生するコリオリ
の力Ｆｃも大きくなる。従ってここでは、腕部材６の自
由端に、図示のような振動質量７を設けることによって
、発生するコリオリの力それ自体を十分大ならしめ、し
かも、その振動質量７をＹ軸方向に偏せて位置させるこ
とによって、腕部材６に作用するねじりモーメントＭの
モーメントアームを十分大ならしめる。

かくして、この振動ジャイロによれば、角速度ωに起因
して発生するねしりモーメンｌ−Ｍ、ひいてはコリオリ
の力Ｆｃを高い感度にて検知することができる。

またここでは、駆動手段として機能する第１の振動子と
、検出手段として機能する第２の振動子とを面接着させ
て腕部材を構成することから、装置の高精度の組み立て
を簡易・迅速に行うことができるとともに、装置を十分
小型のものとすることができ、とかも、信号の供給およ
び取り出しを基台の近傍部分にて行うことが可能となっ
て、線材を長く引き回すことに起因する不都合をことご
とく除去することができる。

なおここで、第１および第２の振動子を、導電性シムを
介して接合した場合には、腕部材の機械的強度を高める
ことができるとともに、それらの両振動子の相互接続お
よび、それらの、外部回路への接続を容易ならしめるこ
とができ、なかでも、電気接続の容易さは、第２の振動
子に設けた検知用電極の接続端子を、圧電材料の、Ｙ軸
と直交するそれぞれの面に配設した場合および／または
、基台に、検知用電極に接続される電極を設けた場合に
−Ｎ顕著なものとなり、また、これらのいずれによって
も、線材の引き回しの困難さを有利に除去することがで
きる。

〔実施例〕

以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、この発明の一実施例を示す斜視図である。

図中１６．１７はそれぞれ、第１および第２の腕部材を
示し、これらの腕部材１６．１７は、三次元座標県内で
、基台１８の、Ｙ軸と直交するそれぞれの面に各１端部
を固定されてＸ軸方向へ突設する。

ここで、それぞれの腕部材１６．１７は、第１の腕部材
１６を例として説明すると、第２図に示すように、Ｙ軸
と直交する２面ｘｌ、　Ｘｚ、Ｙ軸と直交する２面Ｙ＋
、　！Ｉ’２およびＹ軸と直交する二面ｚ、、　Ｚｚを
有する直六面体形状の圧電材料８を、Ｙ軸方向に分極処
理するとともに、その圧電材料８の、Ｙ軸と直交する面
Ｙ＋、　Ｙｚのそれぞれに駆動用電極９．１０を設ける
ことによって、駆動手段として機能する第１の振動子１
１を構成し、また、第３図に示すように、第２図に示す
圧電材料８と同様の形状および寸法を有する圧電材料８
をＸ軸方向に分極処理するとともに、それの、Ｙ軸と直
交する面ＺＩ＋ＺＺに検知用電極１２．１３をそれぞれ
設け、そして好ましくは、これらの検知用電極１２．１
３のそれぞれの接続端子１２’　、　１３’を、Ｙ軸と
直交するそれぞれの面Ｙｘ　Ｙｚ上に配置することにと
よって、検出手段として機能する第２の振動子１４を構
成する。そして、このような第１および第２の振動子１
１．１４は、これもまた好ましくは、第４図に示すよう
な金属薄板その他からなる導電性シム１５を介して、第
１の振動子１１の面ｙ２と第２の振動子１４の面ｙＩと
を相互に対向させて、接着剤により加圧接着することに
より、第５図に示すような第１の腕部材１６を構成する
。

このようにして構成される第１および第２の腕部材１６
．１７において、第２の振動子１４の接続端子１２’　
、　１３’は、それぞれの検知用電極１２．１３の外部
接続を容易ならしめるべく機能し、また、導電性シム１
５は、腕部材１６．１７の機械的強度を向上させるとと
もに、電極１０．１２の相互接続および、それらの電極
１０．１２の外部接続を容易ならしめるべく機能する。

またこては、第６図に斜視図で示すように、基台１８の
、Ｙ軸と直交するそれぞれの面：Ｊ’＋＋　ｙｚに、検
知用電極１３に接続される電極１９．２０を設け、これ
らの電極１９．２０の接続端子１９’　、　２０’を、
基台１８の、Ｙ軸と直交するいずれか一方の面、図では
面Ｘ１上に配設することによって、検知信号の取り出し
を容易ならしめる。

各部材をこのように構成したところにおいて、第１図に
斜視図で示すように、基台１８の、Ｙ軸と直交するそれ
ぞれの面に、第１および第２の腕部材１６．１７を、そ
れらの第２の振動子１４を相互に向き合わせて接着させ
ることにより、それぞれの検知用電極１３を、接続端子
１３′を介して基台電極１９゜２０に接続し、そしてさ
らに、それぞれの腕部材１６゜１７の自由端に、第１お
よび第２の振動質量の２１゜２２のそれぞれを、Ｙ軸方
向へ偏せて、図では、それらのそれぞれが相互に離隔す
る方向へ偏せて取付ける。

ごこで、これらの振動質量２１．２２は、前述したよう
に、発生するコリオリの力Ｆｃを大ならしめるべく、ま
た、それらの振動質量２１．２２の、Ｙ軸方向への偏り
は、これも前述したように、それぞれの腕部材１６．１
７に、コリオリの力Ｆｃに起因して生じるねじりモーメ
ントを大ならしめるべく、それぞれ作用する。

第７図は、この発明の他の実施例を示す斜視図である。

この図に示す実施例は、第８図に示すように、第１およ
び第２の腕部材１６．１７の、検知手段として機能する
第２の振動子２６を、圧電材料８をＺ軸方向へ分極させ
るとともに、その圧電材料８の、Ｘ軸と直交するそれぞ
れの面ＸＩ＋Ｘ２に検知用電極２７．２８を設け、そし
て好ましくは、それらの電極２７．２８の接続端子２７
’　、　２８’を、Ｙ軸と直交するそれぞれの面３’＋
＋　ｙｚ上に配設することによって構成したものである
。このような第２の振動子２６を用いた腕部材１６．１
７は、好ましくは第９図に示すように、その振動子２６
０面ｙ１と第１の振動子１１の面ｙ２とを、導電性シム
】５を介して相互接合することにより構成される。

なお、この振動ジャイロの、他の部分の構成は、前述し
た実施例と同様である。

以上に述べたようなそれぞれの振動ジャイロにおいて、
導電性シム１５の下端部に接続したリード線２３を接地
するとともに、第１の腕部材１６の第１の振動子１１に
設けた駆動用電極９に、その下端部に接続したリード線
２４を介して交流電圧を印加すると、第１の腕部材１６
はＹ軸方向へ振動し、共振点においては、第１の腕部材
１６と第２の腕部材１７とが、大きな振幅で対称振動す
る。そこで、腕部材１６．１７のかかる振動状態を維持
したまま、装置をＺ軸の周りに角速度ωで回動させると
、それぞれの腕部材１６．１７にはコリオリの力に起因
するねじりモーメントが作用し、それらの腕部材１６．
１７の構成部品としての第２の振動子１４．２６にはね
じり剪断応力が作用して、検知用電極１２．１３問およ
び検知用型ｉ２７．２８間には、ねじり剪断応力、ひい
ては、コリオリの力に応じた電気変位が生じる。

そこでたとえば、基台１８に設けた一方の電極１９から
リード線２５を介して電気信号を出力することにより、
コリオリの力を検知することができる。

なおここにおいては、第２の腕部材１７の第１の振動子
を、振動状態のモニターとして利用することによって振
動を安定させることもでき、また、第２の腕部材１７の
第２の振動子からも、コリオリの力に起因する電気信号
を取り出すことができる。

以上この発明を図示例に基づいて説明したが、それぞれ
の腕部材の第１および第２の振動子を、図示例とは逆の
相対位置関係とすることもでき、また、それぞれの振動
質量を、それらが相互に近接する方向へ偏せることも可
能である。

〔発明の効果〕

かくして、この発明によれば、駆動手段として機能する
第１の振動子と、検出手段として機能する第２の振動子
とを面接着させて腕部材を構成することにより、装置の
高精度の組み立てを極めて容易ならしめるとともに、装
置を十分小型化することができ、しかも、広幅のそれぞ
れの振動子を相互に接合した後に、それを所定の幅に切
断することによって、大量の腕部材を効率よく生産でき
ることに加え、各腕部材の性能のばらつきを有効に除去
することができる。

また、この装置では、信号の供給および取り出しのすべ
てを、基台の近傍部分にて行うことができるので、線材
の引き回しに起因する不都合をほぼ完全に取り除くこと
ができる。

さらにここでは、腕部材の自由端に振動質量を設け、か
つその振動質量をＹ軸方向に偏せで位置させることによ
って、コリオリの力の検知感度を大きく向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す斜視図、第２図〜
５図はそれぞれ、腕部材の構成部品およびそれらからな
る腕部材を例示する斜視図、第６図は、基台への電極の
形成例を示す斜視図、第７図は、この発明の他の実施例
を示す斜視図、第８，９図はそれぞれ、第２の振動子の
他の例およびその振動子を用いた腕部材を例示する斜視
図、 第１０図は、従来例を示す斜視図、 第１１図は、従来の連結部材を示す斜視図、第１２図は
、発明装置の作用を説明するための模式図である。 ８・・・圧電材料、　９，１ｏ・・・駆動用電極、１１
・・・第１の振動子、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、三次元座標県内で、基台のＹ軸と直交するそれぞれ
   の面に、第１および第２の腕部材を、Ｚ軸方向へ突出さ
   せて固定してなる振動ジャイロであって、 それぞれの腕部材を、Ｘ軸と直交する二面、Ｙ軸と直交
   する二面および、Ｚ軸と直交する二面を有し、Ｙ軸方向
   に分極された直六面体形状の圧電材料の、Ｙ軸と直交す
   るそれぞれの面に駆動用電極を設けてなる第１の振動子
   と、前記圧電材料と同様の直六面体形状をなし、Ｘ軸方
   向に分極された他の圧電材料の、Ｚ軸と直交するそれぞ
   れの面に検知用電極を設けてなる第２の振動子との、Ｙ
   軸と直交するそれぞれの面を相互に接合して構成し、 第１および第２の腕部材のそれぞれの自由端に、Ｙ軸方
   向へ偏って位置する第１および第２の振動質量を設けて
   なる振動ジャイロ。 ２、三次元座標県内で、基台のＹ軸と直交するそれぞれ
   の面に、第１および第２の腕部材を、Ｚ軸方向へ突出さ
   せて固定してなる振動ジャイロであって、 それぞれの腕部材を、Ｘ軸と直交する二面、Ｙ軸と直交
   する二面および、Ｚ軸と直交する二面を有し、Ｙ軸方向
   に分極された直六面体形状の圧電材料の、Ｙ軸と直交す
   るそれぞれの面に駆動用電極を設けてなる第１の振動子
   と、前記圧電材料と同様の直六面体形状をなし、Ｚ軸方
   向に分極された他の圧電材料の、Ｘ軸と直交するそれぞ
   れの面に検知用電極を設けてなる第２の振動子との、Ｙ
   軸と直交するそれぞれの面を相互に接合して構成し、 第１および第２の腕部材のそれぞれの自由端に、Ｙ軸方
   向へ偏って位置する第１および第２の振動質量を設けて
   なる振動ジャイロ。 ３、第１の振動子と第２の振動子とを、導電性シムを介
   して接合してなる請求項１もしくは２に記載の振動ジャ
   イロ。 ４、第２の振動子に設けた検知用電極の接続端子を、圧
   電材料の、Ｙ軸と直交する面に配設してなる請求項１〜
   ３のいずれかに記載の振動ジャイロ。 ５、前記基台に、検知用電極に接続される電極を設けて
   なる請求項１〜４のいずれかに記載の振動ジャイロ。