JPH0552570A

JPH0552570A - 振動ジヤイロおよびその調整方法

Info

Publication number: JPH0552570A
Application number: JP3238889A
Authority: JP
Inventors: Kokichi Terajima; 厚吉寺嶋
Original assignee: Akai Electric Co Ltd
Current assignee: Akai Electric Co Ltd
Priority date: 1991-08-27
Filing date: 1991-08-27
Publication date: 1993-03-02
Anticipated expiration: 2012-02-19
Also published as: JP2583701B2

Abstract

(57)【要約】【目的】角速度の検出感度を高め、かつ安定した検出
性能をもたらす。【構成】多角形横断面形状を有する振動体１の、相互
に平行とならない少なくとも二側面に圧電素子11, 12を
貼着して振動子５を構成し、それらの圧電素子11, 12
を、駆動用、帰還用および検出用として用いる。振動子
５の、駆動方向の共振周波数と、検出方向の共振周波数
とを一致させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、角速度の検出に用い
る振動ジャイロ、とくに、角速度の検出感度にすぐれ、
かつ安定した検出性能を有する振動ジャイロおよびその
調整方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の振動ジャイロとしては、
図８に例示するものがある。これは、三角形横断面形状
を有する振動体１の三側面に、圧電素子２，３，４のそ
れぞれを貼着することによって振動子５を構成し、それ
らの圧電素子のうちの一つ、たとえば圧電素子４に駆動
用交流電圧を印加して、その振動子５を図に矢印６で示
す方向に加振するとともに、圧電素子２，３からの出力
電圧を駆動回路に帰還させてその振動を一定に制御する
ものである。

【０００３】このような振動ジャイロでは、振動子５が
矢印６の方向に加振されている状態の下で、それが、振
動体１の軸線の周りに回転されると、振動子５は、コリ
オリの力によって加振方向とは直交する、図の矢印７方
向に振動することになり、圧電素子２，３のそれぞれ
は、その振動成分のうち、それらの各貼着面と直交する
方向８，９の成分を検出する。

【０００４】ところで、かかる振動ジャイロでは、振動
体１の加工寸法の差、振動体組織の不均一性、圧電素子
の貼着精度、振動子支持のアンバランスなどによって、
加振方向６の共振周波数と、検出方向７，８の共振周波
数とが一致しないことが、大部分であり、このことによ
って検出感度が低下することから、振動体１の角部を削
り落しながら、加振方向６と、検出方向７，８との共振
周波数を調整一致させることで対処していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この従来技術による共
振周波数の調整一致は、各個の圧電素子２，３，４につ
き、それぞれ独立して共振周波数の調整を行うことによ
って、その一致をもたらすこととしており、たとえば、
はじめに圧電素子４だけに交流電圧を印加し、このとき
のインピーダンスや位相角を、その圧電素子それ自身の
出力電圧によって測定しながら、圧電素子４を貼着した
測面と対抗する角部10を削り落として所定の共振周波数
をもたらし、以下、他の圧電素子２，３についても同様
にして、各方向の共振周波数がともに所定の値となるよ
うに他の角部を削り落とすことによって行うこととして
いる。

【０００６】ところが、振動子５の共振周波数は、振動
方向が同一であっても、それの屈曲振動の振幅の大きさ
によって微妙に相違することになり、一般には、屈曲振
動の振幅が大きくなるほど共振周波数は低下することに
なる。

【０００７】そこで、このこととの関連において、図８
に示す従来技術についてみるに、振動子５の実際の使用
に当っては、矢印６で示す加振方向の振動振幅の方が、
矢印７で示す検出方向の振動振幅より相当大きくなっ
て、加振方向の共振周波数は検出方向の共振周波数に比
してはるかに小さくなるところ、前述したように、振動
方向の相違による振幅の差について全く考慮することな
く、それぞれの圧電素子２，３，４の貼着面毎に相互に
独立させて共振周波数の調整を行った場合には、その振
動子５を振動ジャイロに用いて実際に作動させても、駆
動方向の共振周波数と検出方向の共振周波数との正確な
一致を望み得べくもなく、これがため、検出感度の低下
が余儀なくされ、また、振動子５の回転に伴って圧電素
子２，３から出力される電圧の位相変動を生じ易いとい
う問題があった。

【０００８】この発明は、従来技術のかかる問題点に着
目してなされたものであり、とくには、振動子の共振周
波数を、駆動方向と検出方向とのそれぞれにおいて、高
い精度をもって一致させることにより、角速度の検出感
度が高く、また、検出電圧の位相変動の少ない振動ジャ
イロおよびその調整方法を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の振動ジャイロ
は、多角形横断面形状を有する振動体の、相互に平行と
ならない二側面、たとえば角部を隔てて隣接する二側面
に圧電素子を貼着して振動子を構成し、それらの圧電素
子を、駆動用、帰還用および検出用として機能させる振
動ジャイロにおいて、振動子の駆動方向の共振周波数
と、検出方向の共振周波数とを正確に一致させたもので
ある。

【００１０】また、この発明の調整方法は、とくに、駆
動方向の共振周波数と、検出方向の共振周波数とを一致
させるに当り、それぞれの圧電素子に同時に交流電圧を
印加しつつ、それらの圧電素子の出力電圧を測定し、そ
の測定結果、たとえば位相差に応じて所要箇所を切削す
るものである。

【００１１】

【作用】この発明の調整方法では、振動体の、相互に平
行とならない少なくとも二側面に貼着した圧電素子のそ
れぞれに、交流電圧を同時に印加することにより、合成
された屈曲方向の振動状態と、圧電素子を貼着したそれ
ぞれの側面と直交する方向の振動成分とを、それらの圧
電素子によって同時に観察できることから、各方向の共
振周波数の微妙な調整を、容易にかつ十分正確に行うこ
とができる。

【００１２】そして、この方法にて調整した振動ジャイ
ロによれば、駆動方向および検出方向の共振周波数がと
もに高い精度で一致することから、角速度の検出感度を
大きく向上させ、併せて、検出電圧の位相変動の少な
い、安定した検出性能をもたらすことができる。

【００１３】

【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。図１はこの発明の一実施例を示す正面図であ
る。ここでは、横断面形状が四角形をなす振動体１の、
相互に平行とならない二側面にそれぞれの圧電素子11,
12を貼着して振動子５を構成し、それらの圧電素子11,
12を、駆動用、帰還用および検出用として用いる。

【００１４】かかる振動子５に対して、それぞれの共振
周波数の調整一致をもたらすためには、はじめに、それ
ぞれの圧電素子11, 12のそれぞれの端子13, 14に、駆動
用交流電圧を印加して、振動子５を駆動しつつ、それら
の端子13, 14の出力電圧を基準交流電圧と差動すること
により、圧電素子11, 12の発生電圧を、たとえばオシロ
スコープ等にて測定する。

【００１５】ここで、出力電圧の差動は、たとえば、一
方の圧電素子11を例として図２に示すように、その圧電
素子11をインピーダンス素子Z₁を介して駆動手段15に接
続するとともに、容量素子16を、他のインピーダンス素
子Z₂を介して駆動手段15に接続し、そして、端子17の出
力電圧を基準交流電圧として、端子13の出力電圧をそれ
と差動することにより行い、これによれば、駆動用交流
電圧の印加による駆動振動に伴って圧電素子11に発生す
る電圧を測定することができる。

【００１６】ところで、それぞれの端子13, 14に同位相
の駆動用交流電圧を印加すると、振動子５は、圧電素子
11, 12の合成力に基づいて、図の矢印18方向に屈曲振動
し、この屈曲振動の共振点の近傍にてはそれぞれの端子
13, 14の出力電圧が大きくなる。

【００１７】この場合、圧電素子11, 12を貼着したそれ
ぞれの側面に直交する方向の共振周波数に差があれば、
圧電素子11, 12の発生電圧の大きさや位置に差を生じ
る。図３はこのことを測定する図であり、同相の駆動用
交流電圧の印加時において、たとえば、圧電素子11を貼
着した側面に直交する方向の共振周波数の方が、圧電素
子12を貼着した側面に直交する方向の共振周波数より高
いときは、圧電素子11の発生電圧の位相が、圧電素子12
の発生電圧の位相より進むことになる。

【００１８】そこで、かかる場合には、圧電素子11を貼
着した振動体側面または、図１(b)に示すように、圧電
素子11の貼着側面と対抗する側面19のいずれかを切削す
ることによって、両圧電素子11, 12の発生電圧の位相、
ひいては、それぞれの圧電素子11, 12の貼着側面と直交
するそれぞれの方向の共振周波数の一致をもたらす。

【００１９】その後は、それぞれの端子13, 14に、位相
が相互に反転した駆動用交流電圧を印加して、振動子５
を、図の矢印20の方向に振動させ、この時の、圧電素子
11,12の発生電圧の位相と、矢印18の方向に振動させた
時の、圧電素子11, 12の発生電圧の位相とを、たとえば
図４に示すようにして比較する。図４に例示するところ
によれば、矢印18方向の振動の方が共振周波数が高く、
発生電圧の位相が進んでいるので、この場合には、図１
(c) に示すように、振動体１の角部21を切削することに
よって、矢印18方向の振動の共振周波数を矢印20方向の
振動の共振周波数に一致させる。

【００２０】そしてさらには、それぞれの端子13, 14に
同相の駆動用交流電圧を印加して、振動子５を矢印18の
方向に駆動振動させつつ、図１(a) に矢印22で示す方向
に回転させて、この回転時におけるそれぞれの圧電素子
11, 12の発生電圧を、駆動振動時のそれぞれの圧電素子
11, 12の発生電圧との関連の下で、図５に示すような電
圧波形線とし、そこで、全ての電圧波形が交差する、位
相の動かない点Ａと、駆動振動時の発生電圧が零となる
ゼロクロス点Ｂとの位相差を測定し、図示のように、位
相の動かない点Ａの位相の方が進んでいるときは、振動
体１の、一方の対角線方向の角部23もしくは24を削除し
て、両点Ａ，Ｂの一致をもたらすべく微調整を行う。な
おここで、ゼロクロス点８の位相が進んでいる場合は、
他方の対角線方向のいずれか一方の角部を削除して同様
の微調整を行う。

【００２１】以上のように、それぞれの方向の共振周波
数を、振動子５の実際の作動に則して調整することによ
り、駆動方向および検出方向のそれぞれの共振周波数
を、高い精度をもって一致させることができ、それ故
に、かかる振動子５をもって構成した振動ジャイロによ
れば、角速度の検出感度を高め、併せて、安定した検出
性能をもたらすことができる。

【００２２】図６は他の実施例を示す正面図であり、こ
れは、振動体１の四側面に圧電素子11, 12および11a, 1
2aをそれぞれ貼着して振動子５を構成し、圧電素子11,
11aに共通の端子13を、そして、圧電素子12, 12a に共
通の端子14をそれぞれ設けたものである。

【００２３】この例においても、四枚の圧電素子11, 1
2, 11a, 12aのそれぞれは駆動用、帰還用および検出用
として機能し、端子13,14に駆動用交流電圧を印加する
ことで、振動子５の、矢印18方向もしくは矢印20方向へ
の駆動振動をもたらすことができる。

【００２４】このような振動子５におけるそれぞれの共
振周波数の調整は、前述したところとほぼ同様にして行
うことができる。

【００２５】ところで、前述した実施例をも含めて、振
動体１の側面17および角部18の切削は、いずれが先であ
っても良いことはもちろんである。

【００２６】図７は、この発明のさらに他の実施例を示
す図であり、この例は、横断面形状が三角形をなす振動
体１の二側面に圧電素子11, 12をそれぞれ貼着して振動
子５を構成したところにおいて、それらの二枚の圧電素
子11, 12を、駆動用、帰還用および検出用として機能さ
せるものである。

【００２７】ここでもまた、それぞれの端子13, 14に駆
動用交流電圧を印加して、振動子５を駆動しつつ、圧電
素子11, 12の発生電圧を、基準交流電圧に基づいて測定
することによって、共振周波数の調整を行う。

【００２８】端子13, 14に同位相の駆動用交流電圧を印
加すると、振動子５は、圧電素子11, 12の合成力によっ
て、図の矢印25の方向に屈曲振動することになり、その
屈曲振動の共振点の近傍において、圧電素子11, 12の発
生電圧が大きくなる。このとき、圧電素子11, 12を貼着
したそれぞれの側面と直交する、矢印26および27の方向
の共振周波数に差異があれば、圧電素子11, 12の発生電
圧の大きさや位相に差を生じる。

【００２９】そこで、位相の進んでいる圧電素子を貼着
した側面と対抗する角部、図７(b)に示すところでは角
部28を切削して、矢印26および27のそれぞれの方向の共
振周波数の一致をもたらす。

【００３０】そしてその後は、それぞれの端子13, 14
に、位相が相互に反転した駆動用交流電圧をそれぞれ印
加して、振動子５を、図の矢印29の方向に振動させ、こ
のときの圧電素子11, 12の発生電圧の位相を、矢印25の
方向に振動させたときのそれらの発生電圧の位相と比較
して、位相が進んでいる振動方向の振動体角部、図７
(c) に示すところでは角部30を切除し、これによって矢
印25の方向の共振周波数を、矢印29の方向のそれに十分
近づけ、好ましくは、それらの両共振周波数の一致をも
たらす。

【００３１】さらに、端子13, 14に同相の駆動用交流電
圧を印加して、振動子５を矢印22の方向に回転させたと
きの、駆動方向の共振周波数と、検出方向の共振周波数
とを、前述の例と同様にして微調整することにより、そ
れらの両共振周波数を、すぐれた精度で一致させる。

【００３２】従って、このような振動子５を振動ジャイ
ロに用いる場合には、これも前述したように、角速度に
対する高い検出感度をもたらすことができ、しかも、常
に安定した検出性能をもたらすことができる。

【００３３】

【発明の効果】かくしてこの発明によれば、振動子の、
駆動方向の共振周波数と、検出方向の共振周波数とを、
高い精度にて容易に一致させることができ、この結果と
して、角速度の検出感度を十分に高め、また、振動子の
回転時における圧電素子の出力電圧の位相変動を有効に
取除いて、安定した検出性能をもたらすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す図である。

【図２】出力電圧の差動例を示す回路図である。

【図３】それぞれの発生電圧の電圧波形を示す図であ
る。

【図４】発生電圧の電圧波形を示す図である。

【図５】検出電圧の電圧波形を示す図である。

【図６】他の実施例を示す正面図である。

【図７】さらに他の実施例を示す図である。

【図８】従来例を示す正面図である。

【符号の説明】

１振動体５振動子 11, 11a, 12, 12a 圧電素子 13, 14 端子 19 側面 21, 23, 24, 28, 30 角部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】横断面形状が多角形をなす振動体の、相
互に平行とならない少なくとも二側面に電圧素子を貼着
して振動子を構成し、それらの圧電素子を、駆動用、帰
還用および検出用として用いる振動ジャイロであって、振動子の、駆動方向の共振周波数と、検出方向の共振周
波数とを一致させてなる振動ジャイロ。
【請求項２】横断面形状が多角形をなす振動体の、相
互に平行とならない少なくとも二側面に圧電素子を貼着
して振動子を構成し、それらの圧電素子を、駆動用、帰
還用および検出用として用いる振動ジャイロの、駆動方
向の共振周波数と、検出方向の共振周波数とを一致させ
るに際し、それぞれの圧電素子に交流電圧を同時に印加しつつ、そ
れらの圧電素子の出力電圧を測定し、その測定結果に応
じて振動体の所要箇所を切削することを特徴とする振動
ジャイロの調整方法。