JPH0425714A - 二軸振動ジャイロ - 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、なかでもとくに、単一の装
置で、直交三次元座標系の二軸の周りのそれぞれの角速
度の検出を可能ならしめる二軸振動ジャイロに関するも
のである。

〔従来の技術〕

従来既知の振動ジャイロとしては、例えば、第１１図に
示すものがある。

これは、三次元座標系のＹ軸方向へ相互に平行に延在し
てＹ軸方向に所定の間隔をおいて位置する二本の腕部材
４，５の下端部を、Ｙ軸方向へ延びるベース部６にて一
体的に連結してなる駆動振動子７を、支持部材８を介し
て基台９に固定するとともに、その駆動振動子７のベー
ス部６に、Ｘ軸方向へ突出する検知手段１０を設けるこ
とによって構成されている。

かかる振動ジャイロでは、例えば、それぞれの腕部材４
．５に設けた駆動手段ＩＬ　１２に交流電圧を印加して
、それらの腕部材４，５を、圧電的方法、電磁的方法な
どによってＹ軸方向へ対称振動させつつ、駆動振動子７
をＺ軸の周りに角速度ω２で回動させると、ある瞬間に
速度Ｖで運動してし）るそれぞれの腕部材４，５に、Ｘ
軸方向の、相互に逆向きのコリオリの力Ｆｃｘが発生す
る。

ここで、腕部材４，５の速度■は交番的に変化するので
、コリオリの力Ｆｃｘは、両腕部材４，５の振動数で変
調された形で生じ、駆動振動子７番よ基台９に対してＺ
軸の周りにねじれ振動することになり、そのねじれ角は
、コリオリの力Ｆｃｘ、ひいては角速度ω２に比例する
。

そこでこの従来装置では、そのねじれ振動の大きさを、
Ｘ軸方向へ突出する検知手段１０により、圧電的方法、
電磁的方法などをもって検知することとしており、例え
ば、バイモルフ素子その他を用いた圧電的方法では、ね
じれ振動を検知手段１０のたわみ振動に変換し、たわみ
量に応じてバイモルフ素子が発生する電荷を電圧として
抽出して検知することとしている。

ところが、かかる従来技術にあっては、それぞれの腕部
材４．５の質量のアンバランス、長さのアンバランスな
どにより、腕部材４，５の振動が、ベース部６の、Ｙ軸
方向への不要な振動を引き起こすことに起因して、検知
手段１０が、その不要な振動によって発生される信号を
も出力することになるため、角速度ω２が零であるにも
かかわらず、コリオリの力を検知しているかの如き状態
、すなわち、オフセットを発生し、Ｓ／Ｎ比、ひいては
検出感度の低下をもたらすという問題があった。

そこで、従来技術のかかる問題を解決すべく、出願人は
先に、Ｓ／Ｎ比のすぐれた高感度の振動ジャイロとして
、第１２図に例示するように、駆動振動子７のベース部
６からＸ軸方向へ突出させて設けた支持部材８の一側面
に、Ｘ軸方向へ分極処理した圧電材料と、この圧電材料
の、Ｙ軸と直交する対抗面のそれぞれに設けた電極とか
らなる検知手段１３を、それの一方の電極を支持部材８
に接触させた状態で、Ｘ軸方向へ偏らせて固定してなる
振動ジャイロを提案した（特願平１−２７０３６６号）
。

この振動ジャイロでは、それぞれの腕部材４゜５に、質
量、長さなどのアンバランスがあっても、検知手段１３
は、それらのアンバランスに起因して発生する振動によ
っては、電極間に電荷を発生することがなく、コリオリ
の力ＦｃｘによってＹ軸の周りに発生するねじれ振動の
大きさに応じた電荷だけを発生するので、腕部材のアン
バランスの影響を有効に取り除いて、検知感度を十分に
向上させることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような本出願人が本願に先行して提
案した技術では、Ｙ軸の周りの角速度ω２だけが検出可
能であり、他の軸の周りの角速度は検出不能であるため
、たとえば、映像撮影の際の撮影機の上下および左右両
方向の振れの防止や、飛翔体の運動制御のために二軸の
周りでの制御が必要となった場合には、二台の振動ジャ
イロを用いることが必要になり、制御機内での振動ジャ
イロの占める体積が過大となる問題があった。それゆえ
に、振動ジャイロの小型化や、二軸の周りでの角速度の
検出が可能な振動ジャイロの出現が強く望まれていた。

この発明は、このような要求を満たすべくなされたもの
であり、振動ジャイロの大型化をもたらすことなく、二
軸の周りの角速度を検出することができる二軸振動ジャ
イロを提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の二軸振動ジャイロは、とくに、二本の腕部材
とベース部とからなる駆動振動子のベース部、好ましく
はその中央部分に、Ｘ軸方向へ突出する支持部材を設け
、この支持部材の、Ｙ軸と直交する一方の側面もしくは
対抗側面のそれぞれに、圧電材料と電極とからなる検知
手段の少なくとも二個を、Ｘ軸方向へ偏らせて取付けた
ところにおいて、取付状態での検知手段の、前記圧電材
料を、ＹＺ面と平行をなす面内で、Ｙ軸とのなす角度θ
が ｎπ〈θ〈ｎπ＋π／２　　（ｎは整数）となる方向へ
分極処理するとともに、その圧電材料の、Ｙ軸と直交す
る対抗面のそれぞれに電極を設けたもの、 もしくは、前記検知手段に代え、圧電材料を、ＹＺ面と
平行をなす面内で、Ｙ軸とのなす角度θが ｎπ〈θ〈ｎπ＋π／２　　（ｎは整数）となる方向へ
分極処理し、その圧電材料の、Ｙ軸と直交する対抗面の
それぞれに電極を設けるとともに、それらの電極の少な
くとも一方をＸ軸方向に二分割することにより検知手段
を構成し、このような検知手段を、支持部材の、Ｙ軸と
直交する少なくとも一側面に、たとえばその全幅にわた
って取付けたもの、 または、二本の腕部材とベース部とからなる駆動振動子
のベース部、好ましくはその中央部分に、Ｘ軸方向へ突
出する支持部材を設け、この支持部材の、Ｙ軸と直交す
る一方の側面もしくは対抗側面のそれぞれに、圧電材料
と電極とからなる検知手段の少なくとも二個を、Ｘ軸方
向へ偏らせて取付けたところにおいて、取付状態での検
知手段の、前記圧電材料を、ＹＺ面と平行をなす面内で
、Ｙ軸のとなす角度θが ｎπ〈θ〈ｎπ＋π／２　　（ｎは整数）となる方向へ
分極処理するとともに、その圧電材料の、Ｙ軸と直交す
る対抗面のそれぞれに電極を設けたもの、 もしくは、その検知手段に代えて、圧電材料を、ＹＺ面
と平行をなす面内で、Ｙ軸とのなす角度θが ｎπくθ〈ｎπ＋π／２　　（ｎは整数）となる方向へ
分極処理し、その圧電材料の、Ｙ軸と直交する対抗面の
それぞれに電極を設けるとともに、それらの電極の少な
くとも一方をＺ軸方向に二分割することにより検知手段
を構成し、このような検知手段を、支持部材の、Ｙ軸と
直交する少なくとも一側面に、たとえばその全幅にわた
って取付けたものである。

〔作　用〕

先ずは、第１３図に示すように、三次元座標系のＸ軸方
向へ相互に平行に延在して、Ｙ軸方向に所定の間隔をお
いて位置する二本の腕部材４，５の下端部を、Ｙ軸方向
へ延びるベース部６によって一体的に連結してなる駆動
振動子７において、駆動振動子７の回動運動に伴って発
生するコリオリの力と、このコリオリの力によって、駆
動振動子７に作用するモーメントとを考える。

腕部材４，５をＹ軸方向に対称振動させつつ、駆動振動
子７をＹ軸の周りに角速度ω２で回動させると、それぞ
れの腕部材４，５に、前述したような、Ｘ軸方向の、相
互に逆向きのコリオリの力Ｆｃｘが発生する。これに加
えて、Ｘ軸の周りにまた角速度ωＸで回動させると、そ
れらの腕部材４゜５には、Ｘ軸方向の、相互に逆向きの
コリオリの力Ｆｅｚも発生する。従って、駆動振動子全
体としてみると、そこには、Ｙ軸とＸ軸との二軸の周り
での回動運動に基づき、コリオリの力Ｆｃｘに起因する
、Ｙ軸の周りのモーメントＭｔｚの他、コリオリの力Ｆ
ｃｚに起因する、Ｘ軸の周りのモーメントＭｔｘが作用
する。

そこで、第１４図に例示するように、駆動振動子７のベ
ース部６、好ましくはその中央部分に、Ｘ軸方向へ突出
する支持部材８ａを設け、この支持部材８ａを図示しな
い基台に固定した場合には、支持部材８ａは、モーメン
トＭｔｚによる、Ｚ軸周りのねじれ変形と、モーメン）
Ｍｔｘによる、Ｙ軸方向のたわみ変形とを生じることに
なる。この一方において、ベース部６の、これも好まし
くは中央部分に、図に仮想線で示すように、Ｘ軸方向へ
突出する支持部材８ｂを設け、その先端を図示しない基
台に固定した場合は、その支持部材８ｂは、モーメント
Ｍｔｚによる、Ｙ軸方向のたわみ変形と、モーメントＭ
ｔｘによる、Ｘ軸周りのねじれ変形とを生しることにな
る。それ故に、駆動用振動子７に、Ｘ軸方向もしくはＸ
軸方向へ突出する支持部材を設け、その支持部材に生じ
るねじれ変形およびたわみ変形の双方を検知できる検知
手段をそこに配設することによって、２軸の周りの角速
度ω２．ωＸの両者を検出可能な二軸振動ジャイロを構
成することができる。

次いで、ねじれ変形およびたわみ変形のそれぞれを検知
できる検知手段の作動原理について説明する。

圧電材料に応力Ｔと電界Ｅとが加わった場合にとなり、
圧電材料としてチタン酸ジルコン酸鉛を例にとると、応
力Ｔだけが加わった場合の電気変位は、 で表される。

なおここにおいて、加わる応力Ｔ１〜Ｔ６は、第１５図
および第１６図で示される方向に作用するものとし、圧
電材料は白抜矢印で示すように、第３軸方向に分極され
ているものとする。

ここで、第１７図に示すように、第１軸および第３軸を
、第２軸の周りに角度θだけ変位させてなるｕｖｗ座標
系内に配置した圧電材料１７に、応力が作用した場合に
ついて考える。

第１８図に示すように、Ｕ軸と直交する面に引張りまた
は圧縮応力σＵが作用すると、第１軸に直交する面１８
には、 σθ、−σｕ　ｃｏｓ”θ　　　　　　　・・・・・・
（３）で表わされる引張りまたは圧縮応力が作用すると
止もに、 τθ＝−（σｕ　ｓｉｎ　２θ）／２　　　・・・・・
・（４）で表わされる剪断応力が作用する。

また、第１９図に示すように、Ｖ軸（第２軸）周りに剪
断応力τＶが作用すると、第１軸と直交する面１８には
、 σθ２＝τｖ　ｓｉｎ　２θ　　　　　　°°゛°°°
（５）で表わされる引張りまたは圧縮応力の他、τθ２
：τν。ａｓ　２θ　　　　　　・・・・・・（６）で
表わされる剪断応力が作用する。

同様にして、第３軸に直交する面には、引張りまたは圧
縮応力σＵによって、 σθ、　’　＝　σｕ　ｃｏｓ”（θ＋π／２）　＝　
ａ　ｕ　５ｉｎ２θ・（７）ｒＢ、’　＝　（−σｕ　
ｓｔｎ　２（θ＋π／２））／２＝（σｕ　ｓｉｎ　２
θ）／２　　　　・・・・・・（８）で表わされる引張
りまたは圧縮応力と剪断応力とが作用し、剪断応力τＶ
によって、 σθ、′−τｖ　５ｉｎ２（θ＋π／２）−−ｒｖ　５
ｉｎ２θ・・・（９）ｒ　（ｐ、’　＝　ｒｖ　ｃｏｓ
２（θ＋π／２）＝−ｒｖ　ｃｏｓ２θ−００）で表わ
される引張りまたは圧縮応力と剪断応力とが作用する。

これがため、第１７図に示すような圧電材料１７を、柱
状部材の側面に、Ｗ軸と直交する面１．−２のいずれか
一方が接するように、たとえば第２０図に示すように、
基台１９に固定した柱状部材２０に、面一、を接触させ
て接合した場合は、柱状部材２０に、Ｗ軸方向のたわみ
変形およびＵ軸周りのねしれ変形が生じると、圧電材料
１７には、そのたわみ変形に起因する、Ｕ軸方向の圧縮
または引張応力が発生するとともに、ねじれ変形に起因
する、Ｖ軸周りおよびＷ軸周りの剪断応力が発生するこ
とになる。

参考までに、ねじれ変形による、Ｖ軸まわりおよびＷ軸
周りの剪断応力は、次のような原理で発生する。

第２１図に示すように、基台１９からＵ軸方向へ突出す
る、直六面体形状の柱状部材２０が、基台１９の固定下
で、偶力Ｍｔを受けて捩られる場合を考えると、その柱
状部材２０の横断面寸法が２ｂ　Ｘ　２ｈであるときに
は、第２２図に示すように横断面内の、任意の点Ｐ（ν
、−）での、Ｗ軸周りの剪断応力τ−およびＶ軸周りの
剪断応力τν はそれぞれ、 で与えられる。

従って、ｕｖｗ座標系において、圧電材料にそれぞれの
応力σＵ、τνが作用すると、１２３座標系の第１軸と
直交する面および第３軸と直交する面のそれぞれに囲ま
れた圧電材料の小ユニットには、 Ｔ、＝σ０．＋σｇ、＝ｔｔｕ　ｃｏｓ”θ＋ｒｖｓｉ
ｎ２θ　−・−（１３）Ｔ３＝ａＯ，’　＋ｔｙｏ、’
　＝σｕ　ｓｉｎ”θ−ｒｖｓｉｎ２θ−０４）Ｔ、＝
ｒＢ、＋ｒｏ、＝ｒｖ　ｃｏｓ２θ−（σｕｓｉｎ２θ
）／２　・Ｑ５）なる応力が作用することになり、第２
０図に示すようにして圧電材料１７を柱状部材２０に接
合した場合において、その圧電材料１７の面一１．−２
に電極を設けると、電気変位りは、 となる。

ここで、Ｗ軸が第３軸に対して角度θだけ変位している
ことを考慮すると、Ｗ軸方向の電気変位り神は、 Ｄｉｖ　＝Ｄ、　ｓｉｎθ＋Ｄ３ｃｏｓθ　・０７）と
なり、従って、 Ｄｗ　−ｄ、、　（ｒｖ　ｃｏｓ２θ−（σｕ　５ｉｎ
２θ）／２１　ｓｉｎθ十（ｄ、３１（σｕ　ｃｏｓ２
θ＋ｒｖｓｉｎ２θ）十ｄ　ｚ３（ｔｙｕ　ｓｉｎ”θ
−ｒｖｓｉｎ２θ）ｌｃｏｓθ・０８）となる。

ところで、前記００．０２）式および０８）式から明ら
かなように、第２２図のｖｗ座標系では、第１象現２１
と第３象現２３、第２象現２２と第４象現２４とで、そ
れぞれの剪断応力τ−１τＶの極性が相違するので、第
２０図の、Ｗ軸と直交する面の全体に圧電材料を接合し
ただけでは、剪断応力τνがたとえ発生していても、そ
れによる電気変位は全体として零となり、電極には電荷
は発生しない。

加えて、角度θがｎπ（ｎは整数）のときには、０８）
弐から明らかなように、ねじれ変形による剪断応力τν
が発生していても、その剪断応力τＶによる電気変位は
零となり、また、その角度θが、ｎπ＋π／２（ｎは整
数）のときには、たわみ変形による、引張りもしくは圧
縮応力σＵが発生していても、それによる電気変位は零
となるので、角度θが、０π、ｎπ十π／２のときは、
ねじれ変形とたわみ変形のいずれか一方に対して感度を
有しないことになる。

そこでこの発明では、基本的には、Ｗ軸となす角度θが ｎπ〈θ〈ｎπ＋π／２　　　（ｎは整数）となる方向
へ分極処理した圧電材料を主体として構成した二個の検
知手段を、柱状部材の、Ｗ軸と直交する側面に、Ｙ軸方
向へ偏らせて接合することとし、これによって、簡単な
構造にして、二軸検知可能な小型の振動ジャイロを得る
こととした。

なおここで、電気変位をより効果的に出力させるために
は、Ｗ軸と直交する面の、幅方向の中央部を境としてそ
の各半部に検知手段を接合することが好ましい。

〔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り、図
中、従来技術および本出願人の先行して提案した前記技
術で述べた部分と同様の部分は、それらと同一の番号で
示す。

すなわち、４，５はそれぞれ、Ｚ軸方向へ相互に平行に
延在して、Ｙ軸方向に所定の間隔をおいて位置する腕部
材を示し、６は、それら腕部材４゜５を、図では下端部
にて一体的に連結するベース部をそれぞれ示す。また、
７は、腕部材４．５とベース部６とからなる駆動振動子
を示し、この駆動振動子７は、そのベース部６、好まし
くはその中央部分からＺ軸方向へ突設した支持部材８に
よって基台９に固定されている。

ここでこの例では、第２図に要部を拡大して示すところ
から明らかなように、支持部材８の、Ｙ軸と直交する一
方の側面に、一つの検知手段３０をＸ軸方向へ偏せで取
付けるとともに、Ｙ軸と直交する他方の側面に、他の検
知手段３０を、これもまたＸ軸方向へ偏せて取付けて、
両検知手段３０を、支持部材８を隔てて対向させること
により二軸振動ジャイロを構成する。

なおここにおいて、ＸＹＺ座標系と、前述したｕｖｗ座
標系とは、Ｘ軸とＹ軸、Ｙ軸とＷ軸、そしてＺ軸とＵ軸
をそれぞれ対応させることによって共通の座標系となる
。

ところで、図示例のそれぞれの検知手段３０は、圧電材
料３１を、７２面と平行をなす面内で、Ｙ軸となす角度
θが ｎπ〈θ〈ｎπ＋π／２　　（ｎは整数）となる方向へ
分極処理したところにおいて、その圧電材料３１の、Ｙ
軸と直交する対向面のそれぞれに、その圧電材料３１と
同幅の電極３２を設けてなり、各検知手段３０の一方の
電極３２は支持部材８に面接触する。

このことによれば、支持部材８に、Ｗ軸方向のたわみ変
形およびＵ軸周りのねじれ変形のそれぞれが生じたとき
に、一方の検知手段３ｏ、第２図では手前側の検知手段
３ｏに、電気変位Ｄｗ、がＩ）１＋＝ｄ＋ｓ　（ｒｖ　
ｃｏｓ２θ−（ａｕ　５ｉｎ２θ）／２　）　ｓｉｎθ
”　（ｄ：＋＋（ａｕ　ｃｏｓす＋ｒｖｓｉｎ２θ）＋
ｄ３ｚ（ａｕ　５ｉｎ２θ−ｒｖｓｉｎ２θ）　）　ｃ
ｏｓθ・・・・・・（１８−１） の大きさで発生すると、図の後方側に位置する他方の検
知手段３０の電気変位Ｄｗ２は、剪断応力τＶの作用方
向は同方向で、引張りまたは圧縮応力τＵの作用方向が
反対となることにより、 Ｄｌｌ、＝　ｄ　、、　（ｒｖ　ｃｏｓ２θ＋（ａｕ　
５ｉｎ２θ）／２　）　ｓｉｎθ＋（ｄ３１（−ａｕ　
ｃｏｓ”θ＋ｒｖｓｉｎ２θ）＋　ｄ　ｚｚｃ　　ｏｕ
　ｓｉｎ”θ−ｒｖｓｉｎ２θ）　）　ｃｏｓθ・・・
・・・（１８−２） となる。そこで、（１８−１）式と（１８−２）式の和
をとると、 Ｄｗ　＋Ｄｉｍｚ ＝　２　ｒｖ（ｄ、５ｃｏｓ２θｓｉｎθ＋ｄａ＋　５
ｉｎ２θｃｏｓθＴｏ：＋　５ｉｎ２θｃｏｓθ）　　
　　　　　・・・・・・０９）（１８−１）式と（１８
−２）式の差をとると、Ｄｗ、−Ｄｗ２ ＝　　２　　ａｕ　　（（−ｄｏｓ（ｓｉｎ２θｓｉｎ
　θ）／２　　＋ｄ：ｎ　　ｃｏｓす＋ｄ：＋ｚ　５ｉ
ｎ２θｃｏｓθ）・・・・・・Ｑ■となり、和および差
をとることにより、ねじれ変形およびたわみ変形のそれ
ぞれを、相互に分離して検知することが可能となる。な
お、加算もしくは減算のいずれか一方だけを行えば、単
軸検知として、それらの変形の一方だけを検知し得るこ
とは勿論である。

第３図（ａ）は、手前側の検知手段３０の圧電材料３１
を角度θの方向へ分極処理し、後方側の検知手段３０の
圧電材料３１を角度θ十πの方向へ分極処理した例であ
り、ここでは、手前側の検知手段３０に発生する電気変
位Ｄｗ＋が Ｄｗ＋＝　ｄ　＋ｓ　（ｒｖ　ｃｏｓ２θ−（σｕｓｉ
ｎ２θ）／２１　ｓｉｎθ＋　（ｄ＋＋（ａｕ　ｃｏｓ
”θ十τｖ　５ｉｎ２θ）＋　ｄ　３３（ａｕ　５ｉｎ
２θ−ｒｖｓｉｎ２θ）　ｌ　ｃｏｓθ・・・・・・（
１８−３） のとき、後方側の検知手段３０の電気変位Ｄｔｎｚは、
ＤＷｚ−−ｄ　＋ｓ　（ｒｖ　ｃｏｓ２θ＋（ａｕ　５
ｉｎ２θ）／２１　ｓｉｎθ（ｄ３１（ａｕ　ｃｏｓ２
θ＋ｒｖｓｉｎ２θ）＋　ｄ　３ｚ（ｏｕ　５ｉｎ２θ
−ｒｖｓｉｎ２θ）　）　ｃｏｓθ・・・・・・（１８
−４） となる。従って、（１８−３）式と（１８−４）弐との
和Ｄｗ、±Ｄｗ２ −２　ａｕ　（ｄｏｓ（ｓｉｎ２θｓｉｎθ）／２十ｄ
３１　ｃｏｓ３θ＋ｄ、：＋　Ｓｉｎ”θｃｏｓθ）・
・・・・・（２１１から、引張または圧縮応力σＵを求
めることができ、（１８−３）式と（１８−４）式との
差Ｄｔｍ、　−Ｄｗｚ ＝２τｖ　（（ｄｏｓ（ｃｏｓ２θｓｉｎθ＋ｄ３．５
ｉｎ２θｃｏｓθ−ｄ３３ｓｉｎ２θｃｏｓθ）　・・
・−ａより剪断応力τＶを求めることができる。

なおこのことは、第３図（ｂ）に示すように、支持部材
８の、Ｙ軸と直交する一方の側面に、二個の検知手段３
０を、Ｘ軸方向の逆方向へそれぞれ偏らせて取付けると
ともに、一方の検知手段３０の圧電材料３１を、Ｙ軸に
対して角度θおよびθ＋πの方向へそれぞれ分極処理し
た場合においても同様である。

以上に述べたような二個一対の検知手段３０を、第１図
に示すような支持部材８に適用することにより、Ｘ軸周
りの角速度ω２により発生されるコリオリの力Ｆｃｘに
基づく、支持部材８のねしれ変形が、剪断応力として検
知され、また、Ｘ軸周りの角速度ωＸによって発生され
るコリオリの力Ｆｅｚに基づく、支持部材８のたわみ変
形が、引張りまたは圧縮応力として検知されることにな
る。

ここで、支持部材の突出方向を、第１図に示すところと
は逆に、Ｚ軸の正方向とすることも可能であり、このこ
とによっても、図示例と同様の効果をもたらすことがで
きる。

第４図は、他の実施例を示す斜視図であり、これは、支
持部材８を板状材料にて構成するとともに、その支持部
材８の、Ｙ軸と直交するそれぞれの面に取付けた検知手
段３０を、第５図に示すように構成したものであり、板
状支持部材８とほぼ等しい幅を有する圧電材料３１を、
７２面と平行な面内でＹ軸とのなす角度θが ｎπ〈θくｎπ＋π／２　（ｎは整数）となる方向へ分
極処理し、その圧電材料３１の、Ｙ軸と直交する対向面
のそれぞれに、圧電材料３１と同幅の電極３２を設けた
ところにおいて、それらの一方の電極を、Ｘ軸方向に二
分割、好ましくは二等分してなる小電極３２ａ、　３２
ｂとすることによって検知手段３０としたものである。

かかる検知手段３０を、支持部材８の、Ｙ軸と直交する
それぞれの面に取付けてなる図示の適用状態は、外観と
しては、一般の厚み振動子によって弾性板を挟み込んだ
バイモルフと同様である。

この実施例では、コリオリの力Ｆ　ｃｘ、　　Ｆ　ｃｚ
のそれぞれに対し、第１図に示したものと同様の機能を
発揮させることができる。

ところで、検知手段３０は、第５図に示すところにおい
て、支持部材側に位置する電極だけを分割することもで
きる他、画電極をともに分割することもでき、また、支
持部材８の、Ｙ軸と直交するいずれか一方の側面だけに
それを取付けることによって使用に供することもできる
。

第６図は、支持部材の変更例を示す斜視図であり、これ
は、ベース部６の、好ましくは中央部分からＸ軸方向へ
突設した支持部材３８を図示しない基台に固定したとこ
ろにおいて、支持部材３８の、Ｙ軸と直交する対向面の
それぞれに、検知手段３０を、Ｘ軸方向の一方側へ偏ら
せて取付けたものである。

なおこの例では、ＸＹＺ座標系と、前述したＵｖｗ座標
系とは、Ｙ軸と＝Ｕ軸、Ｙ軸とＷ軸、そしてＹ軸とＹ軸
をそれぞれ対応させることによって共通の座標系となる
。

ここにおける検知手段３０は、第７図に示すところから
明らかなように、圧電材料３１を、ＸＹ面と平行をなす
面内で、Ｙ軸となす角度θがｎπ〈θ〈ｎπ＋π／２　
　（ｎは整数）となる方向へ分極処理するとともに、そ
の圧電材料３１の、Ｙ軸と直交する対向面のそれぞれに
電極３２を設けることによって構成することができる。

この例の二軸振動ジャイロによれば、２軸闇りの角速度
ω２によって発生するコリオリの力Ｆｃｘに基づく、支
持部材３８のたわみ変形が、引張りまたは圧縮応力とし
て検知され、また、Ｘ軸周りの角速度ωＸによって発生
するコリオリの力Ｆｃｚに基づく、支持部材３８のねじ
れ変形か、剪断応力として検知されることになる。

なお、たわみ変形による引張りまたは圧縮応力σＵと、
ねじれ変形による剪断応力τνとの電気変位での分離は
、第２図について述べたところと同様にして行うことが
できる。

第８図は、検知手段の他の例を示す斜視図であり、支持
部材３８の、Ｙ軸と直交する対向面のそれぞれに、支持
部材３８とほぼ同幅の検知手段３０を取付けたものであ
る。

この例の検知手段３０は、第９図に示すように、板状を
なす支持部材３８とほぼ同幅の圧電材料３１を、ＸＹ面
と平行な面内で、Ｙ軸となす角度θがｎπくθくｎπ＋
π／２　　（ｎは整数）となる方向へ分極処理し、その
圧電材料の、Ｙ軸と直交する対向面のそれぞれに電極３
２を設けるとともに、それらの電極の一方を、Ｘ軸方向
に二分割、好ましくは三等分してなるる小電極３２ａ、
　３２ｂとすることによって構成したものである。

かかる検知手段３０を取付けた振動ジャイロは、コリオ
リの力Ｆ　ｃｘ、　　Ｆ　ｃｚに対し、第６図に示した
ものと同様の機能を発揮することができる。

第１０図は、この発明のさらに他の実施例を示す斜視図
であり、これは、２本の腕部材４，５のそれぞれを、そ
れらの長さ方向の中央部位置で、ベース部６にて一体的
に連結することによって、正面形状がほぼＨ字状をなす
駆動振動子７を構成し、そしてそのベース部６から、Ｙ
軸の正負両方向へ突出させた支持部材８のそれぞれに、
検知手段３０を、第１図に示す実施例と同様にして取付
けたものである。

なお、この例においてもまた、検知手段の型式を適宜に
変更できることはもちろんである。

〔発明の効果］ 以上に述べたところから明らかなように、この発明によ
れば、Ｙ軸の周りの角速度と、Ｙ軸の周りの角速度とを
単一の装置にて検出することができ、従来装置の二台分
の機能を、−台の装置にて発揮させることが可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図、第４図、第６図、第８図および第１０図はそれ
ぞれ、この発明の実施例を示す斜視図、第２図、第３図
、第５図、第７図および第９図はそれぞれ、検知手段の
構成例を示す斜視図、第１１図は従来技術を、第１２図
は本出願人が先に本願に先行して提案した技術をそれぞ
れ示す斜視図、 第１３図〜第２２図はそれぞれ、この発明の作動原理の
説明図である。 ４．５・・・腕部材、　６・・・ヘース部、７・・・駆
動振動子、　８．３８・・・支持部材、９・・・基台、
　３０・・・検知手段、　３１・・・圧電材料、３２・
・・電極、　３２ａ、　３２ｂ・・・小電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、三次元座標系のＺ軸方向へ相互に平行に延在して、
   Ｙ軸方向に間隔をおいて位置する二本の腕部材と、これ
   らの腕部材を一体的に連結するベース部とで駆動振動子
   を構成し、この駆動振動子のベース部にＺ軸方向へ突出
   する支持部材を設け、この支持部材の、Ｙ軸と直交する
   側面に、圧電材料と電極とからなる検知手段の少なくと
   も二個を、Ｘ軸方向へ偏らせて取付けた振動ジャイロで
   あって、 取付状態での検知手段の、前記圧電材料を、ＹＺ面と平
   行をなす面内で、Ｙ軸とのなす角度θが ｎπ＜θ＜ｎπ＋π／２（ｎは整数） となる方向へ分極処理するとともに、その圧電材料の、
   Ｙ軸と直交する対抗面のそれぞれに電極を設けてなる二
   軸振動ジャイロ。 ２、三次元座標系のＺ軸方向へ相互に平行に延在して、
   Ｙ軸方向に間隔をおいて位置する二本の腕部材と、これ
   らの腕部材を一体的に連結するベース部とで駆動振動子
   を構成し、この駆動振動子のベース部にＺ軸方向へ突出
   する支持部材を設け、この支持部材の、Ｙ軸と直交する
   少なくとも一側面に、圧電材料と電極とからなる検知手
   段を取付けた振動ジャイロであって、 取付状態での検知手段の、前記圧電材料を、ＹＺ面と平
   行をなす面内で、Ｙ軸とのなす角度θが ｎπ＜θ＜ｎπ＋π／２（ｎは整数） となる方向へ分極処理し、その圧電材料の、Ｙ軸と直交
   する対抗面のそれぞれに電極を設けるとともに、それら
   の電極の少なくとも一方を、Ｘ軸方向に二分割してなる
   二軸振動ジャイロ。 ３、三次元座標系のＺ軸方向へ相互に平行に延在して、
   Ｙ軸方向に間隔をおいて位置する二本の腕部材と、これ
   らの腕部材を一体的に連結するベース部とで駆動振動子
   を構成し、この駆動振動子のベース部にＸ軸方向へ突出
   する支持部材を設け、この支持部材の、Ｙ軸と直交する
   側面に、圧電材料と電極とからなる検知手段の少なくと
   も二個を、Ｚ軸方向へ偏らせて取付けた振動ジャイロで
   あって、 取付状態での検知手段の、前記圧電材料を、ＸＹ面と平
   行をなす面内で、Ｙ軸とのなす角度θが ｎπ＜θ＜ｎπ＋π／２（ｎは整数） となる方向へ分極処理するとともに、その圧電材料の、
   Ｙ軸と直交する対抗面のそれぞれに電極を設けてなる二
   軸振動ジャイロ。 ４、三次元座標系のＺ軸方向へ相互に平行に延在して、
   Ｙ軸方向に間隔をおいて位置する二本の腕部材と、これ
   らの腕部材を一体的に連結するベース部とで駆動振動子
   を構成し、この駆動振動子のベース部にＸ軸方向へ突出
   する支持部材を設け、この支持部材の、Ｙ軸と直交する
   少なくとも一側面に、圧電材料と電極とからなる検知手
   段を取付けた振動ジャイロであって、 取付状態での検知手段の、前記圧電材料を、ＸＹ面と平
   行をなす面内で、Ｙ軸とのなす角度θが ｎπ＜θ＜ｎπ＋π／２（ｎは整数） となる方向へ分極処理し、その圧電材料の、Ｙ軸と直交
   する対抗面のそれぞれに電極を設けるとともに、それら
   の電極の少なくとも一方をＺ軸方向に二分割してなる二
   軸振動ジャイロ。