JPH05240648A - 回転角速度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 〔目的〕 回転角速度検出装置の検出感度の向上、検出
範囲の拡大ができるようにする。 〔構成〕 一端が開口する円筒状の共振体の壁面に圧電
素子から成る駆動素子を配設して、該駆動素子によって
前記共振体を励振して該共振体に印加される回転角速度
を前記共振体に配設した圧電素子から成る検出素子によ
って検出する回転角速度検出装置であって、共振体の開
口縁部に共振体の軸線方向に長手方向を有するように駆
動素子を等間隔に配設すると共に、駆動素子の間に円周
方向に長手方向を有する検出素子を配設したことであ
り、さらに、共振体の開口縁部に円周方向に長手方向を
有する検出素子を配設し、さらに駆動素子は円筒状の共
振体の閉口端側の共振体の壁面に配設したことである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の目的】

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は自動車、航空機、あるい
は船舶等の運動体に搭載されてその運動、特に回転角速
度を検出する装置に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】公知の角速度検出装置として、光ファイ
バジャイロ、振動式ジャイロ等が知られているが、光フ
ァイバジャイロは高い精度で回転角速度が検出できる利
点があるにもかかわらず非常に高価なものであり、その
利用分野も限らてしまうものであった。一方、振動式ジ
ャイロはこれに比較して安価なものではあるが外部から
の振動や衝撃に対する対策が必要であり実用に供するに
は種々の問題を解決しなければならなかった。上記角速
度検出装置のほか、円筒形あるいはワイングラスシェイ
プと一般的に呼ばれる共振体を有する振動型ジャイロが
知られている。そして、振動型ジャイロの一例として、
例えば、英国特許公開第２０６１５０２号公報に示され
た回転運動検出センサに関するものがある。

【０００４】この従来技術による回転運動検出センサ
は、第４図に示したように、円筒形状の共振体５０に所
定の間隔で配設した駆動用圧電素子５１に交流電圧を印
加して共振体５０を振動させた状態で角速度を検出する
ものであった。すなわち、駆動用圧電素子によって励振
状態にある共振体５０に第４図中Ωで示した回転角速度
が印加されると駆動用圧電素子５１と共に共振体に配設
された検出用圧電素子５２，５３に圧電現象が生じてこ
れが回転角速度に応じた電圧が出力されることを利用し
て回転角速度を検出するものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述した従
来技術によると検出用圧電素子は円周方向に分割された
状態で配設されており、各検出用圧電素子は充分な感度
が得られる長さに設定されていないため、励振状態にあ
る共振体に印加された回転角速度を高感度で検出するこ
とができないという問題があった。さらに、駆動用圧電
素子が共振体を充分に励振するように配設されていない
ため、励振効率を充分に得ることができず、これによっ
ても回転角速度を高い感度で検出できないという問題も
あった。

【０００６】本発明は、上記した従来技術が抱えた問題
点を解決するために成されたものであり、高い感度で回
転角速度検出装置の出力信号が得られるようにすること
を技術的課題とする。

【０００７】

【発明の構成】

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために講じた第１の技術的な手段は、一端が開口する
円筒状の共振体の壁面に圧電素子から成る駆動素子を配
設して、該駆動素子によって前記共振体を励振して該共
振体に印加される回転角速度を前記共振体に配設した圧
電素子から成る検出素子によって検出する回転角速度検
出装置において、共振体の開口縁部に共振体の軸線方向
に長手方向を有するように駆動素子を等間隔に配設する
と共に、駆動素子の間に円周方向に長手方向を有する前
記検出素子を配設したことである。

【０００９】さらに上記技術的課題を解決するために講
じた第２の技術的手段は、一端が開口する円筒状の共振
体の壁面に圧電素子から成る駆動素子を配設して、該駆
動素子によって前記共振体を励振して該共振体に印加さ
れる回転角速度を前記共振体に配設した圧電素子から成
る検出素子によって検出する回転角速度検出装置におい
て、共振体の開口縁部に円周方向に長手方向を有する検
出素子を配設し、さらに駆動素子は円筒状の共振体の閉
口端側の共振体の壁面に配設したことである。

【００１０】

【作用】上記技術的手段を講じたことによって、励振状
態にある共振体に印加される角速度を効率的に検出でき
るため、高い感度で回転角速度が検出できるようになっ
た。さらに、駆動素子による共振体の励振効率も高める
ことがきるため、これによっても高い感度で回転角速度
が検出できるようになった。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の好ましい実施例について図面
を参照して説明する。

【００１２】第１図は第１の発明による回転角速度検出
装置１の斜視図である。回転角速度検出装置１は一端が
開口する円筒状の共振体２を基本構成としている。開口
部とは対向する閉口部は円筒ベース部２ａとなってお
り、円筒ベース部２ａには支持棒３の一端が固定され、
さらに支持棒３の他端は被測定物への結合部となるベー
スプレート４に固定されている。

【００１３】共振体２は円柱部材から切削加工によって
壁面２ｂが均一な厚さになるようにカップ状に加工され
ている。共振体２はその中心部を通る中心軸Ｏを中心と
して軸対象となるように形成されている。なお、本実施
例では直径２０ミリの円柱部材から壁面２ｂの厚さが１
ミリとなるように切削加工された共振体２を用いてい
る。共振体２の開口縁部には駆動素子５ａ、５ｂ、５
ｃ、５ｄ、および検出素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが互
いに等間隔に接着固定されている。駆動素子５ａ、５
ｂ、５ｃ、５ｄは共振体２の中心軸Ｏ周りに９０度の角
度を以て、開口縁部に４箇所配設されている。一方、検
出素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄも隣接する駆動素子の中
間点にその中間点が位置するように開口縁部に配設され
ている。駆動素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、および検出
素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは圧電素子から成り、形状
は長方形のものを使用している。そして、駆動素子５
ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄについては共振体２の開口縁部に
て長手方向が中心軸Ｏに沿うように固定され、検出素子
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄについては開口縁部にて短手方
向が中心軸Ｏに沿うように固定されている。そして、駆
動素子、および検出素子は図示しない駆動・制御回路に
電気的に結線され駆動信号の供給、検出信号の処理が成
されるようになっている。本実施例にて用いた駆動素
子、および検出素子は長手方向の長さが５ミリ、短手方
向の長さが２ミリの平板状のものを使用した。なお、駆
動素子、および検出素子は曲率を有する共振体２の壁面
２ｂに固定することになるため両者の間には間隙が生じ
るが、壁面２ｂと素子との間は接着剤を充填することに
よってその間隙が埋められている。

【００１４】次に第２図を用いて回転角速度検出装置１
の動作について説明する。第２図は第１図に示した回転
角速度検出装置１を上方から観た図面である。破線αに
て示した楕円は駆動素子５ａ、５ｃによって共振体２が
励振された状態を示し、破線βにて示した楕円は駆動素
子５ｂ、５ｄによって共振体２が励振された状態を示し
たものである。駆動素子には交流電圧が印加され、共振
体２は交流電圧の印加状態に応じて破線αと破線βで示
した励振状態を順次繰り返す。図面からも明らかなよう
に、各駆動素子は共振体２の最大変形部に固定され、一
方各検出素子は最小変形部（節部）に固定されている。
励振状態において、共振体２に図中Ωで示した回転角速
度が印加されると、検出素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに
圧電現象が生じる。すなわち、中心軸Ｏの周りに回転角
速度が生じると前出の節部に変位量が生じて、検出素子
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに圧電現象を生じさせるように
なる。その結果、検出装置に印加された回転角速度に応
じた電圧が検出素子に励起される。励振状態にある共振
体２の節部を含むように検出素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６
ｄを配設したことによって回転角速度の検出感度を向上
することができるようになった。

【００１５】検出素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは中心部
を励振状態にある共振体２の節部に正確に位置決めする
ことによって回転角速度の検出範囲を拡大することがで
きるが、検出素子の中心部を正確に節部に対応するよう
に位置決めすることは難しい。ところが、本発明装置の
ように検出素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが節部を跨ぐよ
うに配設したことによって、中点部が節部の位置から多
少位置ずれしたとしても長手方向全体量に占める節部か
らのずれ量の割合を小さくすることができる。

【００１６】したがって、回転角速度の検出範囲を拡大
することができるようになる。

【００１７】第３図は第２の発明に関連する実施例を示
したものである。この発明においては駆動素子５ａ、５
ｂ、５ｃ、５ｄを共振体２の閉口端側の円筒ベース部２
ａの近傍の壁面２ｂ上に配設したことが第１図に示した
ものと異なりの他の構成は同一である。第３図に示した
回転角速度検出装置によると、駆動素子５ａ、５ｂ、５
ｃ、５ｄによって共振体２を効率的に励振することがで
きるようになるため検出感度を格段に向上することがで
きるようになった。すなわち、駆動素子によって共振体
２を同じ励振状態としても、駆動素子から開口端縁部ま
での距離を大きくすることによって開口端縁部の振動を
大きくすることができるようになるためである。

【００１８】

【発明の効果】本発明の第１の発明によれば、回転角速
度検出装置に角速度が印加されていない状態においても
検出素子が出力する信号（零点ドリフト）を小さく抑え
ることができるようになるという効果が得られる。ま
た、検出素子の長手方向が円周方向となるように共振体
の開口縁部に固定したことで検出感度の向上と検出範囲
の拡大ができるようにもなる。

【００１９】さらに本発明による第２の発明により共振
体の効果的な励振が可能となったため、検出感度の向
上、および検出範囲の拡大ができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１図は第１の発明による回転角速度検出装置
の斜視図。

【図２】第２図は第１図に示した回転角速度検出装置を
上方から観た装置の作動状態を説明する図面。

【図３】第３図は第２の発明による回転角速度検出装置
の斜視図。

【図４】第４図は従来技術による回転運動検出センサの
斜視図。

【符号の説明】

２ 共振体 ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ 駆動素子 ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ 検出素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡 邉 徹 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端が開口する円筒状の共振体の壁面に
   圧電素子から成る駆動素子を配設して、該駆動素子によ
   って前記共振体を励振して該共振体に印加される回転角
   速度を前記共振体に配設した圧電素子から成る検出素子
   によって検出する回転角速度検出装置において、 前記共振体の開口縁部に共振体の軸線方向に長手方向を
   有するように駆動素子を等間隔に配設すると共に、前記
   駆動素子の間に円周方向に長手方向を有する前記検出素
   子を配設したことを特徴とする回転角速度検出装置。
2. 【請求項２】 一端が開口する円筒状の共振体の壁面に
   圧電素子から成る駆動素子を配設して、該駆動素子によ
   って前記共振体を励振して該共振体に印加される回転角
   速度を前記共振体に配設した圧電素子から成る検出素子
   によって検出する回転角速度検出装置において、 前記共振体の開口縁部に円周方向に長手方向を有する検
   出素子を配設し、さらに駆動素子は円筒状の共振体の閉
   口端側の前記共振体の壁面に配設したことを特徴とする
   回転角速度検出装置。