JPH0455249B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は音叉を用いたジヤイロ装置（角速度検
出装置）に関する。

〔従来の技術〕

従来の音叉型ジヤイロ装置の一例を第４図に示
す。この第４図に示すジヤイロ装置では、音叉１
を、撓み軸３を介して基台２に取付ける。音叉１
の上端に近い位置に、変位検出器６及び駆動コイ
ル４を取付け、変位検出器６の出力を、駆動増幅
器５を通して駆動コイル４に入力し、音叉１の振
動振幅を一定に保持している。音叉１の撓み軸３
の軸、即ち、入力軸又は音叉軸Ｚ−Ｚのまわり
に、角速度Ωが入力されると、音叉１の振動速度
ｖ、入力角速度Ωに対応したコリオリの力Fcが
発生し、これにより、音叉１全体が軸Ｚ−Ｚのま
わりに交番的に回転する。即ち、捩り運動が、音
叉１に発生する。なお、入力軸Ｚ−Ｚは、音叉１
の振動ｖとコリオリの力Fcの両ベクトルに直交
するが、以降、音叉１の構造を説明する場合に
は、入力軸Ｚ−Ｚを音叉軸と称することとする。

第４図に示す従来例では、音叉１のこの捩り振
動を、その基部に設けた捩り検出器８で検出し、
この検出出力と駆動増幅器５の出力とを、デモジ
ユレータ７で同期整流することにより、入力角速
度Ωを検出して、ジヤイロ装置を構成している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、かかる従来の振動型ジヤイロ装
置にあつては、重量の大きい音叉１を片持ち的に
支持する構造の為、撓み軸３の負荷容量を大きく
とる必要があり、この部分が大型化すること、入
力角速度Ωに対応したコリオリの力Fcを、大き
な慣性モーメントを有する音叉１の回転角として
取り出す方式の為、入力角速度Ωに対する感度が
悪く、これを増大しようとすると、装置全体が大
型化してしまうこと、撓み軸３と捩り検出器８と
が別々の部材から構成されている為、構造が複雑
であり、且つ検出感度が低いこと等の問題点があ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、たとえば、第１図または第３図に示
すように、音叉１と該音叉１に生ずるコリオリの
力Fcによるモーメントを検出する検出部とを有
するジヤイロ装置に於て、上記検出部を短冊状の
ヒンジ部３０−１，３０−３と、該短冊状のヒン
ジ部３０−１，３０−３の両端が固定される基部
３０−４と、上記短冊状のヒンジ部３０−１，３
０−３の上下に夫々互いに離間して固定した一対
の検出用の圧電素子３１−１，３１−２とより形
成し、上記音叉１を、上記短冊状のヒンジ部３０
−１，３０−３の中央の上記一対の検出用の圧電
素子３１−１，３１−２の間に、その音叉軸Ｚ−
Ｚが上記短冊状のヒンジ部３０−１，３０−３の
長手方向及びその短冊状の両者に直交する軸線方
向と略々平行となると共に、音叉１の質量中心が
上記短冊状ヒンジ部３０−１，３０−３の中心に
一致するように固定されたジヤイロ装置により従
来の問題点を解決したものである。

〔作用〕

音叉１を、この重心位置において短冊状ヒンジ
部３０−１，３０−３の中央部と連結すると共
に、短冊状ヒンジ部３０−１，３０−３の上記音
叉１との連結部の上下に検出用の圧電素子３１−
１，３１−２を取付けることにより、音叉軸Ｚ−
Ｚまわりの角速度によつて音叉１に生じたコリオ
リ力Fcによるモーメントを上記検出用の圧電素
子３１−１，３１−２の電圧として検出する。こ
の電圧を音叉１の駆動電圧と同期整流することに
より、角速度検出装置、即ちジヤイロ装置とな
す。

〔実施例〕

第１図は本発明によるジヤイロ装置の一例の一
部を除く斜視図である。尚、同図において、第４
図と同一符号は互に同一素子を示すものとし、そ
れ等の詳細説明はこれを省略する。

第１図の本発明の実施例に於ては、音叉１を、
大なる質量を有する振動質量部１−１，１−１
と、これ等の夫々に連結した撓み部１−２，１−
２と、両撓み部１−２，１−２の各遊端を連結す
る基部１−３と、この基部１−３より両撓み部１
−２，１−２間の空隙内を両者に非接触で伸びる
連結部１−４とより構成する。

尚、３０はヒンジで、このヒンジ３０は、中央
の連結部３０−２と、それから上下に伸延する短
冊状のヒンジ部３０−１，３０−３と、該２個の
ヒンジ部３０−１，３０−３の遊端を一体的に連
結、結合する基部又は円環部３０−４とから構成
される。ヒンジ３０は全体として一枚の板からワ
イヤカツト等の方法で製作することが望ましい。
ヒンジ部３０−１，３０−３には、音叉１の入力
軸Ｚ−Ｚまわりに入力する角速度Ωによる音叉
１、従つて、ヒンジ３０に生ずる撓みを検出する
ための圧電素子３１−１，３１−２が夫々固定さ
れる。又、ヒンジ３０の連結部３０−２は、音叉
１の連結部１−４のコ字状凹部１−４ａに嵌合し
ている。

又、ヒンジ３０の基部、即ち円環部３０−４の
両開口端に、一端が閉じている略々同形状、且つ
同寸法の筒状体４１−１，４１−２の開口部を
夫々気密に固定する。この場合、円環部３０−
４、筒状体４１−１，４１−２の軸は、夫々音叉
軸或いは入力軸Ｚ−Ｚに一致するようになされて
いる。筒状体４１−１，４１−２の夫々の閉端４
１−１ａ，４１−２ａを、円筒状の弾性部材４２
−１，４２−２を介し、下端部が夫々取付基台４
４に固定されているＬ字型金具４３−１，４３−
２の上端部に固定する。尚、上記構成において、
音叉１の重心が、ヒンジ３０の両ヒンジ部３０−
１，３０−３の中心、即ち連結部３０−２の中心
に一致するように、音叉１の各部は設計されてい
ることは勿論である。

第２図は第１図に示した本発明の実施例の原理
を説明するための説明図で、その主要部を第１図
の軸Ｚ−Ｚ方向から見たものである。同図に示す
如く、このジヤイロ装置に、角速度Ωが軸Ｚ−Ｚ
まわりに加わると、それに対応したコリオリの力
Fcが、両振動質量部１−１，１−１に互に平行
且つ反対向に発生し、これによるトルクは、ヒン
ジ３０の連結部３０−２を介してヒンジ部３０−
１，３０−３に、同図に示す如く、Ｓ字状の曲げ
変形を生ぜしめる。この場合、圧電素子３１−
１，３１−２は、その分極方向が同図で＋，−で
示したように、互いに逆方向になるように、夫々
ヒンジ部３０−１，３０−３に固定されているの
で、両圧電素子３１−１，３１−２を短絡して一
つの出力４５とし、これを電圧源５ａよりの電圧
と共にデモジユレータ７で同期整流することによ
り、入力角速度Ωを検出し、従つてジヤイロ装置
を得ることが出来る。

尚、図示せずも、入力軸Ｚ−Ｚと直角な軸Ｙ−
Ｙ方向に加速度が作用した場合には、圧電素子３
１−１と３１−２とに誘起される電圧は互に逆符
号となり、これ等より出力はでない。

又、温度による影響を避けるために、音叉１及
びヒンジ３０を熱恒弾性材で作ることが望まし
い。

更に、検出感度を挙げるためには、音叉１の共
振周波数と、音叉１の入力軸Ｚ−Ｚのまわりの慣
性能率と、ヒンジ部３０−１，３０−３の入力軸
Ｚ−Ｚまわりのトルクバネ定数及び円環部３０−
４、筒状体４１−１，４１−２の入力軸Ｚ−Ｚま
わりの慣性能率で決定される入力軸Ｚ−Ｚまわり
の自由角共振周波数とを略々等しい値に選定する
ことが望ましい。尚、第１図の本発明の例では、
第４図の従来例の駆動コイル４，４の代りに、駆
動用の圧電素子４ａ，４ａを音叉１の基部１−３
の両側及び各撓み部１−２，１−２の結合部に亘
り固定し、これ等圧電素子４ａ，４ａを、電圧源
５ａの電圧により駆動すると共に、この電圧及び
圧電素子３１−１，３１−２よりの出力電圧を、
デモジユレータ７により同期整流することによ
り、ジヤイロ装置となす。

第３図は本発明の他の実施例の主要部の一部を
除いた斜視図である。この第３図の例と第１図の
例の主たる相違は、第３図の例に於ては、２個の
音叉を用いた点に在る。即ち、同一の音叉１，１
の夫々の基部１−３，１−３にコ字状凹部を設
け、ヒンジ３０の連結部３０−２をこれ等の凹部
に嵌合し、両音叉１，１をヒンジ３０に固定す
る。この場合、第３図に示す如く、各音叉１，１
は、その音叉軸が夫々入力軸Ｚ−Ｚに一致し、入
力軸Ｚ−Ｚ及びこの入力軸Ｚ−Ｚに直角な軸Ｙ−
Ｙに関し、夫々対称となる如く配設されている。
その他の構成は、図示せずも、第１図の例と同様
であり、その動作も略々同一であるので、それ等
の説明は省略する。

〔発明の効果〕

本発明によるジヤイロ装置の効果は次の通りで
ある。従来例における撓み軸３及び捩り検出器８
を、構造簡単なヒンジ部３０−１，３０−３及び
検出用の圧電素子３１−１，３１−２で実現する
と共に、音叉１を、その音叉軸Ｚ−Ｚ方向の重心
において、ヒンジ３０の連続部３０−２により支
持している構造のため、従来例の片持支持と異
り、全体を小型化出来ると共に、検出用の圧電素
子３１−１，３１−２の強度を低く抑えることが
でき、検出感度を大きくすることができる。

更に、本発明に於ては、音叉１を上下対称の２
枚のヒンジ部３０−１，３０−３の中央部の連結
部３０−２において支持すると共に、それぞれの
ヒンジ部３０−１，３０−３に検出用圧電素子３
１−１，３１−２を取付け、且つこれ等の出力を
差動的に取り出す構造としたことにより、特にヒ
ンジ３０の面と直交する方向、即ち、軸Ｙ−Ｙ方
向の加速度の影響をなくすことが出来る。

更に、ヒンジ部３０−１，３０−３、連結部３
０−２、円環部３０−４からなるヒンジ３０を、
ワイヤカツト等の方法により一体構造となすと共
に、連結部３０−２において、同様にワイヤカツ
ト等の方法により一体的に製作した音叉１と連結
固定した構造としたことにより、連結部を必要最
小限とすることができ、ジヤイロとしての性能を
向上させると共に、簡単且つ安価に製作すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のジヤイロ装置の一実施例の一
部を除いた斜視図、第２図はその原理説明に供す
る略線図、第３図は本発明の他の実施例の要部の
斜視図、第４図は従来のジヤイロ装置の斜視図で
ある。 図に於て、１は音叉、３０はヒンジ、３０−
１，３０−３はヒンジ部、３０−２は連結部、３
０−４は円環部、３１−１，３１−２は検出用の
圧電素子、４１−１，４１−２は筒状体、４ａは
駆動用の圧電素子、５ａは電圧源、７はデモジユ
レータ、４４は基台を夫々示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 音叉と該音叉に生ずるコリオリの力によるモ
   ーメントを検出する検出部とを有するジヤイロ装
   置に於て、上記検出部を短冊状のヒンジ部と、該
   短冊状のヒンジ部の両端が固定される基部と、上
   記短冊状のヒンジ部の上下に夫々互に離間して固
   定した一対の検出用の圧電素子とより形成し、上
   記音叉を、上記短冊状のヒンジ部の中央の上記一
   対の検出用の圧電素子の間に、その音叉軸が上記
   と短冊状のヒンジ部の長手方向及びその短冊面の
   両者に直交する軸線方向と略々平行となると共
   に、その質量中心が上記短冊状ヒンジ部の中心に
   一致するように固定したことを特徴とするジヤイ
   ロ装置。