JPH0334567B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はジヤイロ装置、特にジヤイロ装置の振
動が被測定物に伝達され、測定誤差が生じるのを
阻止するようになしたジヤイロ装置に関する。

従来のジヤイロ装置は、被測定物に取り付けら
れる場合、その基台は１個であつたので、その振
動部の振動が、この基台を通じて被測定物に伝わ
り、測定誤差を引き起すと云う欠点があつた。

従つて、本発明は、斯る欠点を回避したジヤイ
ロ装置を提供せんとするものである。

本発明によるジヤイロ装置の特徴とする点は、
第１の基台上に於て２個の薄板上の力検出部材を
その長手方向の中央に配置した駆動装置により駆
動軸まわりに交番振動させ角速度を検出するジヤ
イロ装置に於て、上記第１の基台を弾性部材を介
して第２の基台に取り付け、上記駆動軸まわりの
上記第１の基台の振動が上記第２の基台に伝達さ
れるのを阻止するようになしたことにある。

本発明の説明に先だち、本発明が適用される本
願発明と同一出願人による特願昭57−104331のジ
ヤイロ装置を、第１図及び第２図を参照して説明
しよう。

第１図は、この出願の発明によるジヤイロ装置
を示す斜視図である。この第１図のジヤイロ装置
では、基台１０に、軸１１の一端を、軸１１が基
台１０に対し略々垂直となる如く回動的に取り付
け、その他端に、取付部材１２を介して、２枚
の、例えば短冊状の薄い板状部材１３，１３′を
取り付ける。この場合、板状部材１３，１３′は、
それ等の板面が軸１１の軸線、即ち駆動軸Ｚ−Ｚ
と略々直交し、且つそれ等の長手方向が軸１１に
対して対称となるらうになされている。板状部材
１３，１３′の遊端には、重錘１４，１４′を夫々
取り付ける。変角検出器１５及び駆動装置１６
を、軸１１の周囲に取り付け、外部の駆動増巾器
５よりの出力により、駆動装置１６を駆動し、取
付部材１２、板状部材１３，１３′及び重錘１４，
１４′を、同図の駆動軸Ｚ−Ｚのまわりに、角速
度ωで交番振動させる。変位検出器１７，１７′
を基台１０上に於て、重錘１４，１４′の下方に
設け、重錘１４，１４′の基台１０に対する駆動
軸Ｚ−Ｚ方向の変位を検出する。尚、設計上の都
合により、重錘１４，１４′は、板状部材１３，
１３′自身の重量によつて代替させることも出来
る。

次に、第１図に示す装置の動作を説明する。
今、駆動装置１６により、重錘１４及び１４′が、
速度ｖで互いに反対方向に運動している時に、装
置の駆動軸Ｚ−Ｚに対して垂直な軸即ち入力軸Ｘ
−Ｘのまわりに、被測定角速度Ωが入力され、装
置全体が、慣性空間で回転しているものとすれ
ば、重錘１４には上向きの、又、重錘１４′には
下向きのコリオリの力Fcが作用する。その結果、
板状部材１３，１３′の可撓性により、第２図に
示す如き方向反対の撓み量Δxが、板状部材１３，
１３′に生ずる。故に、これを変位検出器１７，
１７′により電気的に検出し、それ等の検出出力
を、作動増巾器１８を通した後、変角検出器１５
の出力が入力されているデモジユレータ７に入力
し、これにより入力角速度Ωに比例した出力を得
ることが出来る。即ち、角速度Ωを検出すること
が出来る。尚、駆動軸Ｚ−Ｚ方向の加速度によつ
ても、変位検出器１７，１７′は変位出力を発生
するが、これ等は、同方向の変位の為、作動増巾
器１８で相殺され、出力とはならない。

第３図は、本発明が適用されるジヤイロ装置の
他の例を示す斜視図である。同図に示す例では、
基台１０の略々中央部に、各々短冊状のバイモル
フ型圧電素子より成る２個の駆動装置３５，３６
を、それ等の板面が、共に、駆動軸Ｚ−Ｚに平行
な同一面上で基台１０の板面と略々垂直となり且
つ両者間に、略々矩形状で垂直方向に伸びる間隙
Ｇが存在する如く、取付部材３５′，３６′を介し
て固定する。勿論、取付部材３５′，３６′を除い
てもよい。互に十字状に交又して相互に固定され
た取付部３０−１，３０−２を有する取付部材３
０の一方の取付部３０−１を、両駆動装置３５，
３６の遊端、即ち上端に固定し、これ等上端を支
持する。両駆動装置３５，３６間の間隙Ｇ内に位
置すると共に入力軸Ｘ−Ｘに平行な取付部材３０
の取付部３０−２に、各々短冊状のバイモルフよ
り成る２個の略々同形及び同寸法の力検出用圧電
素子、力検出部材又は板状の振動部材２５，２
５′を、両者が、共に、入力軸Ｘ−Ｘと平行で、
且つ両者の板面が、駆動装置３５，３６の圧電素
子の板面と直交するように、取り付ける。従つ
て、両力検出用圧電素子２５，２５′の板面は、
基台１０の上面（水平面）と直交、即ち垂直面内
に在り、それ等の下縁と基台１０の上面との間に
は、夫々充分な間隙が在る。

こゝで、バイモルフ型圧電素子より成る一方の
駆動装置３５は、図示の如く、２枚の薄板状の圧
電素子３５−１，３５−３と両者にサンドイツチ
された高強度材より形成した金属薄板３５−２と
から構成される。この例では、一方の、例えば、
圧電素子３５−１に、図示せずも、第２図の例と
同様の駆動用増巾器よりの信号、例えば交番電圧
を加え、これを駆動用に、他方の圧電素子３５−
３を偏角検出用としているが、偏角検出用として
は、他の構成の検出装置を用いることも可能であ
ることは、勿論である。

尚、第３図に於て、２６は両力検出用圧電素子
２５，２５′の一方の同一面側の各電極を差動的
に接続するリード線である。又、２７，２７′は、
夫々、両力検出用圧電素子２５，２５′の他方の
同一面側の電極より導出したリード線で、増巾器
１８′の入力側に接続されている。この増巾器１
８′の出力は、デモジユレータ７に供給されてい
る。尚、図示せずも、リード線を介して、駆動装
置３５，３６よりの偏角信号が、基準信号とし
て、デモジユレータ７に供給されている。従つ
て、この例も、第１図の例と同様に、デモジユレ
ータ７の出力により、角速度Ωが検出し得るもの
である。

尚、上述の説明では、別個の駆動装置３５，３
６を用いたが、中央部に間隙Ｇを有する一体の駆
動装置を用いてもよい。

次に、第３図に示した例の動作を、第４図を参
照して説明する。この第４図は、第３図に示した
例の駆動装置３５，３６の動作原理を示す為のも
のである。第４図に示す如く、力検出用圧電素子
２５，２５′の巾の中心線Ａ−Ａは、駆動装置３
５，３６圧電素子（以下、駆動用圧電素子３５，
３６と称する）の曲ゲ撓みを生ずる部分の長手方
向の中心０を通り、且つ、取付部材３０と力検出
用圧電素子２５，２５′とからなる振動部の上下
方向の重心0′も、略々上記中心０と一致するよう
に、各部分が設計される。今、上述の如く駆動用
圧電素子３５に交番電圧を加えると、この駆動用
圧電素子３５は、第４図に於て破線Ｂで示す如く
変形するので、上記振動部は、特にその力検出用
圧電素子２５，２５′は、同図に鎖線で示す如く、
変角φの振動を行うことになる。この場合、駆動
用圧電素子３５の長手方向の中心０と、力検出用
圧電素子２５，２５′の巾の中心、即ち振動部の
重心0′が略々一致するように設計されている為、
振動部全体は、重心0′を中心に交番振動を行うこ
とになる。

即ち、上述した各例によれば、駆動装置３５，
３６は、２個の力検出用圧電素子２５，２５′と
取付部材３０とからなる振動部を、その重心0′の
まわりにのみ、回転運動を許容する軸受装置とし
ての作用と、上記振動部に交番振動を与える為の
駆動装置としての作用、並びに、該交番振動の振
巾を検出する為の変角検出器としての作用を、同
時に実現しており、極めて簡単な構造と最小の部
品数とで諸機能を達成出来ることになる。

次に、第３図に示す例のジヤイロ装置としての
動作を説明する。今、駆動装置３５，３６によ
り、力検出用圧電素子２５，２５′が、速度ｖで
互いに反対方向に運動している時に、駆動軸Ｚ−
Ｚに対して直角な入力軸Ｘ−Ｘのまわりに、被測
定角速度Ωが入力され、装置全体が、慣性空間に
対して角速度Ωで回転しているものとすれば、力
検出用圧電素子２５，２５′には、夫々反対向き
のコリオリの力Fcが作用する。その結果、力検
出用圧電素子２５，２５′の夫々に、コリオリの
力Fcの大きさに比例した逆向きの電圧が発生す
る。この等電圧は、リード線２７，２７′を介し
て増巾器１８′を通した後、デモジユレータ７に
入力し、これにより、入力角速度Ωに比例した出
力を得ることが出来る。即ち、角速度Ωを検出す
ることが出来る。尚、駆動軸Ｚ−Ｚ方向の加速度
によつても、変位出力を発生するが、これ等は、
力検出用圧電素子２５，２５′の同一面側の夫々
の電極がリード線２６により差動的に接続されて
いるため、相殺され、出力とはならない。

第５図は、本発明が適用されるジヤイロ装置の
更に他の例を示す斜視図である。同図の例におい
ては、駆動装置として、第３図の例の一方の駆動
装置３５と同様に、２枚の薄板状圧電素子３５Ａ
−１，３５Ａ−３及び両者間に配した高強度材よ
り成る金属薄板３５Ａ−２より成る一個のバイモ
ルフ圧電素子３５Ａのみを用いる。この場合、中
央の金属薄板３５Ａ−２のみを、更に上方に延長
し、この延長部Ｃに、第３図の例と同様の取付部
材３０の取付部３０−１を固定する。尚、この取
付部材３０の力検出用圧電素子２５，２５′を取
付け支持する取付部３０−２を、鞍型状に下方に
形成し、力検出用圧電素子２５，２５′の巾の中
心、即ち略々重心と、上記金属板３５Ａ−２の延
長部Ｃの長手方向の中心とは、略一致せしめてあ
る。

取付部材３０と２個の力検出用圧電素子２５，
２５′とから成る振動部の慣性能率と、上記金属
薄板３５Ａ−２のバネ復元作用とで、大幅決定さ
れる駆動軸Ｚ−Ｚまわりの交番回転振動の共振周
波数foと等しい周波数の信号を、駆動装置３５
Ａ、即ちその一方の圧電素子、例えば３５Ａ−１
に印加すると、振動部は、共振現象を生じ、小さ
な印加電圧で大きな振巾が得られる。この場合、
金属薄板３５Ａ−２に高強度材を用いている為、
これに、大振巾を与えても、繰り反しによる疲労
等で、この金属薄板３５Ａ−２が破損することは
ない。即ち、金属薄板３５Ａ−２と振動部との共
振作用を、振動増巾器として利用することによ
り、上述の装置に比較して、一桁以上大なる大振
巾を得ることが出来、ジヤイロとしての感度を、
飛躍的に増大し得る効果が得られた。

尚、この第５図の例の他の構成及び作用等は、
第３図の例と略々同様なので、それ等の説明は省
略する。

第６図は本発明が適用されるジヤイロ装置の、
又更に他の例の要部を示す斜視図で、この例と第
５図の例との相違は、力検出用圧電素子２５，２
５′の取付部材３０、特にその取付部３０−２の
構造に在る。この第６図の例では、取付部を、２
個のＬ字状の部分３０−２及び３０′−２より構
成し、それ等の夫々の脚部の面３０−３，３０′
−３は、同一平面上に在る如く同時に加工出来
る。従つて、２個の力検出用圧電素子２５，２
５′を、部分３０−２，３０′−２の夫々の平面３
０−３，３０′−３に夫々取り付ければ、前者の
各面は、同一平面内に正しく整合した状態とな
る。尚、図示の例では、部分３０−２，３０′−
２の夫々の脚部を下方に延長しているのは、力検
出用圧電素子２５，２５′の巾の中心に、振動部
の重心を略々一致せしめるためである。

扨て、上述した如く、第１，３，５及び６図に
示すジヤイロ装置の夫々の例を、基台１０を介し
て、被測定物に取り付ける際に、基台１０に伝達
される振動部の振動が、測定に悪影響を与えると
云う問題を起す。

以下、斯る基台１０の振動問題を解決した本発
明の一例を、第７図を参照して説明する。

第７図は、一例として、第５図に示すジヤイロ
装置に本発明を適用した場合を示す、一部を除去
した斜視図である。尚、第７図に於ては、第６図
に示すリード線２６，２７，２７′、デモジユレ
ータ７等は図示されていないが、これ等は、勿
論、第７図に示す本発明の例には、含まれている
ものである。

第７図の例に於ては、取付部材３０、力検出用
圧電素子２５，２５′からなる振動部を、基台１
０に対して駆動部３５Ａによつて、変角φ（第４
図参照）で振動させているわけであるが、こゝ
で、ジヤイロとしての感度を上げようとして、振
動部の振巾を大きくした場合、振動部の振動が、
基台１０を介して被測定物に伝わり、測定誤差を
生ずると云う問題を起す。

ところで、この第７図に示す本発明の例におい
ては、装置を第１の基台１０を介して被測定物に
取り付ける代りに、別に設けた第２の基台４２を
用いて、装置を被測定物に取り付け、上記振動伝
達問題を解決している。即ち、第２の基台４２
を、偏角撓み部４０−１，４０′−１を有し、駆
動装置３５Ａの両側と夫々対接する弾性部材４
０，４０′を介して、基台１０に結合する。必要
に応じて、基台１０の入力軸Ｘ−Ｘ方向の端部
に、ダンパーウエイト４１，４１′を夫々取付け、
振動部の振動が第２の基台４２へ伝達されるのを
防止したものである。尚、ダンパーウエイト４
１，４１′を有する基台１０の上下方向の重心は、
図示せずも、上記振動部の中心0′と略々一致せし
められており、且つ弾性部材４０，４０′の撓み
部４０−１，４０′−１の中心も、上記重心０′と
略々一致せしめられている。又、上記み部４０−
１，４０′−１は、駆動軸Ｚ−Ｚまわりには、小
さな偏角バネ定数をもつと同時に、ジヤイロ装置
としての周波数特性の確保の点からは、入力軸Ｘ
−Ｘまわりのトルクバネ定数は、出来るだけ高い
ことが望ましい。

第８図は弾性部材４０，４０′の一例を示す斜
視図で、この例では、弾性部材４０（他方の弾性
部材４０′も同一構成）を、２個のゴム等の弾性
部材より成る部材４０Ａ，４０Ｂと、両者間にサ
ンドイツチされた高強度材よりなる薄板４０Ｃと
より構成する。この場合、撓み部４０−１は、両
部材４０Ａ，４０Ｂの両側面に、駆動軸Ｚ−Ｚ方
向に沿う、例えば半円柱状の凹部４０Ａ−１，４
０Ｂ−１を夫々形成することにより作られる。斯
る構造の弾性部材４０，４０′を用いれば、駆動
軸Ｚ−Ｚまわりのトルクバネ定数は小さいが、入
力軸Ｘ−Ｘまわりのトルクバネ定数は大きくとれ
ると云う効果が得られる。

尚、第７図は本発明を、第５図に示すジヤイロ
装置に適用した場合の例であるが、本発明は、第
１，３及び６図に示すジヤイロ装置に夫々適用し
得、同様の効果が得られること、明らかであろ
う。

上述の如く、本発明のジヤイロ装置は、先願の
ジヤイロ装置に極めて簡単な構成を追加するのみ
で従来及び先願では、全く解決し得ない問題を一
掃し得たと云う優れた効果を奏するものである。

尚、上述した本発明の要旨を逸脱せずに、多く
の変化、変更が当該業者により達成され得るこ
と、明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されるジヤイロ装置の一
例の斜視図、第２図はその動作原理を説明するに
供する略線図、第３図は本発明が適用されるジヤ
イロ装置の他の例の斜視図、第４図はその駆動部
の動作説明用の略線図、第５図は本発明が適用さ
れるジヤイロ装置の更に他の例の斜視図、第６図
は本発明が適用されるジヤイロ装置の又更に他の
例の主要部の斜視図、第７図は本発明によるジヤ
イロ装置の一例の斜視図、第８図は本発明の主要
部の一例を示す斜視図である。 図に於て、７はデモジユレータ、１０は第１の
基台、２５，２５′は力検出用圧電素子、２６，
２７，２７′はリード線、３０は取付部材、３５，
３６，３５Ａは駆動装置、４０，４０′は弾性部
材、４０−１，４０′−１は撓み部、４１，４
１′はダンパーウエイト、４２は第２の基台を
夫々示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の基台上に於て２個の薄板状の力検出部
   材をそれ等の長手方向の中央に配した駆動装置に
   より駆動軸のまわりに交番振動させ、上記第１の
   基台を弾性体を介して第２の基台に取り付け角速
   度を検出するジヤイロ装置において、上記弾性体
   を柱状となし、該柱状弾性体を２個、上記第１の
   基台の中央に配した上記駆動装置の両側より夫々
   上方に突出する如く取り付けると共に、該２個の
   柱状弾性体の他端を上記第１の基台の上方且つこ
   れと平行に配した上記第２の基台の中央両側部に
   夫々固定し、上記第１の基台の重心を略々上記駆
   動軸の中心に選定し、上記柱状弾性体の各々の変
   角撓みの中心を略々上記駆動軸の中心に選定した
   ことを特徴とするジヤイロ装置。 ２ 上記特許請求の範囲第１項記載のジヤイロ装
   置に於て、上記柱状弾性体の各々は高強度材より
   成る薄板と、該薄板の両側にこれと夫々一体に固
   定した弾性体とより成ることを特徴とする。