JPH07128066A

JPH07128066A - 振動ジャイロ

Info

Publication number: JPH07128066A
Application number: JP5278313A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kobayashi; 隆幸小林; Shigeki Sano; 茂樹佐野; Takeo Yokoyama; 武男横山
Original assignee: Showa Electric Wire and Cable Co
Current assignee: SWCC Corp
Priority date: 1993-11-08
Filing date: 1993-11-08
Publication date: 1995-05-19

Abstract

(57)【要約】【目的】ｘ軸方向の共振振動数とｙ軸方向の共振振動
数とを、極めて簡単に一致させることにより良好な特性
を得る。【構成】振動子１のｘ軸方向及びｙ軸方向に位置する
頂角部１ａ、１ｂの２箇所を支持線５に固定させる。【効果】これにより、ｘ軸、ｙ軸両方向の振動バラン
スを保つことができるので、ｘ軸、ｙ軸両方向の共振振
動数を一致させる調整が極めて簡単になり、工数の低減
を図ることができる。また、ｘ軸、ｙ軸両方向の対称
性、支持面積、メカニカルＱ等の支持特性を安定させる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は飛行体、船舶、車両、
ロボットなどの位置、姿勢制御に適した振動ジャイロに
係わり、特に、ｘ軸、ｙ軸両方向の対称性、支持面積、
ｘ軸、ｙ軸両方向の共振振動数、メカニカルＱ等の支持
特性を向上させて振動子を確実に支持するようにした振
動ジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、図３に示すように振動子２１
のｘ軸面２１x、ｙ軸面２１yにトランスデューサ２２、
２３を貼着し、ｘ軸方向に運動している物体２１にｚ軸
回りに角速度Ωが加わるとｙ軸方向にコリオリの力Ｆc
が発生することが知られている。この原理を利用し、物
体をｘ軸方向に屈曲振動を起こさせて速度を与え、ｚ軸
回りに角速度Ωを受けたときにｙ軸方向に発生するコリ
オリの力Ｆcにより起きる振動を検知することにより、
この角速度Ωを測定する振動ジャイロが提案されている
（特開昭６２−１０６３１５号、特開平１−２５００１
４号、特開平２−５１０６６号、特開平２−８０９１１
号、特開平２−８２１６４号、特開平２−１８７６２１
号、特開平２−１８７６２２号、特開平２−２０１２１
８号公報）。

【０００３】これらの振動ジャイロには、その振動子に
着目すれば両端自由の音片型、音又型等色々の種類があ
るが、その振動子は横断面形状が正ｎ角形（ｎは３以上
の正の整数）から成る角柱形状で、両端自由の音片型で
は支持用ピン２０でケーシング内で支持される。この両
端自由の音片型の振動ジャイロに関して言えば、音片の
長手方向両端間をＬとすれば両端から０．２２４Ｌの位
置に振動の変位零点、即ち振動の節があり、振動子はこ
の位置を支持点として支持用ピン２０により担持され
る。この両端自由の音片型の振動子を支持するには、理
想的には支持面積が零であって、音片の屈曲振動に影響
を与えず、音片の断面のｘ軸、ｙ軸両方向に対して対称
性であることが必要である。

【０００４】この両端自由の音片型では振動子は上述の
ように振動の変位零点で支持されるが、その支持手段と
しては支持ピンを支持点において振動子に溶接等で固定
して支持する溶接法が考えられている。このような振動
ジャイロは図４（ａ）、（ｂ）に示すように、振動子３
１の面３１Ａにトランスデューサ３２、面３１Ｂにトラ
ンスデューサ３３を貼着し、この振動子３１の稜部３１
ａを固定基板３４に固定された支持線３５に溶接等で固
定して支持したものであり、例えばｘ軸方向に加振し、
この励振方向に対して直交方向に励起されたコリオリの
力Ｆｃによる屈曲運動を検出測定することで、角速度セ
ンサとして利用できるわけである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、振動子３１の
稜部３１ａを溶接等で固定する支持法においては、振動
子３１と支持線３５との固定箇所がｙ軸方向の稜部３１
ａ、１箇所のみなので、ｘ軸、ｙ軸両方向の振動バラン
スが崩れることによりｘ軸、ｙ軸両方向の共振振動数を
一致させる調整が極めて困難になり、コリオリの力によ
る屈曲振動から角速度を検出する感度の低下を招き、良
好な特性をもつ振動ジャイロが得られないという不都合
があった。

【０００６】

【目的】本発明は、このような従来の問題点を解決する
ためになされたもので、ｘ軸、ｙ軸両方向の共振振動数
を極めて簡単に一致させることにより良好な特性を得る
ことができる振動ジャイロを提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の振動ジャイロは、横断面形状が正ｎ角形（ｎ
は３以上の正の整数）の角柱形状から成る振動子と、振
動子の変位零点位置の稜部に交差して設けらた支持線
と、振動子を支持線により非接触状態に保持して実装さ
れる基板とから構成される振動ジャイロにおいて、振動
子は変位零点位置の少なくとも２カ所の稜部が支持線の
異なる部位にそれぞれ固定されているものである。

【０００８】

【作用】この振動ジャイロでは、振動子の変位零点位置
の少なくとも２カ所の稜部を支持線の異なる部位に固定
させることにより、ｘ軸、ｙ軸両方向の振動バランスを
保つことができるので、ｘ軸、ｙ軸両方向の共振振動数
を一致させる調整が極めて簡単になり、工数の削減を図
ることができる。また、これによりｘ軸、ｙ軸両方向の
対称性、支持面積、メカニカルＱ等の支持特性を安定さ
せることができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の振動ジャイロを両端自由の音
片型に適用した実施例につき図面を参照して説明する。
図２において、振動ジャイロは横断面４角形の直方体の
音片で構成された振動子１をｘ軸方向に屈曲運動を起こ
させて速度を与え、ｚ軸回りに角速度Ωを受けたときに
ｙ軸方向に発生するコリオリの力Ｆｃにより起きる屈曲
運動を検知することにより、この角速度Ωを測定するも
のである。

【００１０】本発明の振動ジャイロにおいて、振動子
は、メカニカルＱ、ヤング率、密度の温度係数、線膨張
係数、等方性などの諸特性を考慮して恒弾性材料が使用
されているＮｉ−ＳＰＡＮ−ＣまたはＣｏ−エリンバ等
の恒弾性金属材料やガラス、セラミック等の恒弾性電気
絶縁物で構成される。後者の恒弾性電気絶縁物としては
ヤング率の温度係数が小さく線膨張係数が小さい絶縁物
で、特殊ガラスが好適に採用される。特殊ガラスは恒弾
性である他、メカニカルＱが大きく等方的であり、振動
子として必要な特性を備えている。特殊ガラスとして
は、低膨張の鉛を含むガラスが特に好ましい。例えば、
PbO-SiO₂、PbO-B₂O₃、PbO-P₂O₅系、R₂O-PbO-SiO₂、R₂O-
CaO-PbO-SiO₂、R₂O-ZnO-PbO-SiO₂、R₂O-BaO-PbO-SiO₂、
R₂O-Al₂O₃-PbO-SiO₂(R₂O:Na₂O、K₂O)系またはこれらのS
iO₂分をB₂O₃若しくはP₂O₅で置換した系が採用できる。
鉛を含むこれらのガラスは恒弾性であって低線膨張係数
を有しており振動ジャイロに必要な特性を具備してい
る。

【００１１】一般に、振動ジャイロに使用する振動子は
特に断面２次モーメントの関係で厳密に正ｎ角形（ｎは
３以上の正の整数）である必要があるので、断面の角度
精度、寸法精度等を厳格に規定するため、切削、研磨し
て調整を行なう際に、恒弾性絶縁物、特にガラスではそ
の作業が容易である。このような恒弾性電気絶縁物で構
成された振動子１は図１（ａ）、（ｂ）に示すように、
振動子の共振振動数でｘ軸方向に振動させて速度を与え
るために、ｘ軸、ｙ軸に対して４５゜の軸線に平行な面
１Ａに圧電トランスデューサ２、ｘ軸、ｙ軸に対して４
５゜の軸線に直交する軸線に平行な面１Ｂに圧電トラン
スデューサ３が貼着されている。また、この圧電トラン
スデューサ２、３にはｙ軸方向に発生するコリオリの力
Ｆｃによる振動を検知するために、ＬＣ発振回路や移相
型発振回路に接続されている。

【００１２】この圧電トランスデューサ２、圧電トラン
スデューサ３に駆動信号を印加し振動子１のｘ軸方向に
励振させ、ｚ軸回りに角速度Ωを受けることによりこの
励振方向に９０°の位相差をもつコリオリの力Ｆｃが発
生する。この励振方向に対して直交方向に励起されたコ
リオリの力Ｆｃによる屈曲振動を圧電トランスデューサ
２、３によって検出測定することができる。

【００１３】さて、図示の振動ジャイロにおいて、振動
子１は断面が正方形であり、この振動子１をケーシング
（図示せず）内において支持する手段として、固定基板
４に溶接等で固定された金属線等からなる支持線５に、
ｘ軸方向に位置する稜部１ａとｙ軸方向に位置する稜部
１ｂとを、例えばスポット溶接することによって２点で
支持されている。なお、この振動ジャイロは両端自由の
音片型なので、音片の長手方向両端間をＬとすれば両端
から０．２２４Ｌの位置に振動の変位零点、即ち振動の
節があり、振動子はこの位置を支持点として支持線５が
２本溶接される。

【００１４】こうして得られた振動ジャイロによれば、
振動子１は支持線５に対して稜部１ａ、１ｂの２点で固
定されることにより、ｘ軸、ｙ軸両方向の振動バランス
を保つことができるので、ｘ軸、ｙ軸両方向の共振振動
数を極めて簡単に一致させることができ、振動ジャイロ
の支持手段として理想条件を満足するものである。な
お、本実施例では、圧電トランスデューサ２、３に励振
と検出とを同時に兼ねるような配置、即ち振動方向が振
動子１に対して対角方向になる振動ジャイロについて説
明したが、これに限らず、ｘ軸方向に振動させて速度を
与える駆動用圧電トランスデューサと、ｙ軸方向に発生
するコリオリの力を検知する検出用圧電トランスデュー
サとが、それぞれ振動子のｘ軸面、ｙ軸面に貼着されて
いる振動ジャイロについても等しく適用できる。

【００１５】また、本実施例では、振動ジャイロを４角
形の直方体振動子を使用した音片型に適用した例につい
て説明したが、本発明の振動ジャイロは横断面ｎ角形
（ｎは３以上の正の整数）の多辺体の音片型にも適用で
き、音又片等に応用する場合についても等しく適用でき
る。この場合、ｘ軸方向、ｙ軸方向とはその横断面ｎ角
形のｘ軸方向、ｙ軸方向成分をいうものとする。

【００１６】

【発明の効果】以上の実施例からも明らかなように本発
明の振動ジャイロによれば、横断面形状が正ｎ角形（ｎ
は３以上の正の整数）の角柱形状から成る振動子と、振
動子の変位零点位置の稜部に交差して設けらた支持線
と、振動子を支持線により非接触状態に保持して実装さ
れる基板とから構成される振動ジャイロにおいて、振動
子は変位零点位置の少なくとも２カ所の稜部が支持線の
異なる部位にそれぞれ固定されていることにより、ｘ
軸、ｙ軸両方向の振動バランスを保つことができるの
で、ｘ軸、ｙ軸両方向の共振振動数を一致させる調整が
極めて簡単になり、工数の削減を図ることができる。ま
た、構造的にバランスがとれているので、ｘ軸、ｙ軸両
方向の対称性、支持面積、メカニカルＱ等の支持特性を
安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の振動ジャイロを示す図で、（ａ）は斜
視図、（ｂ）は平面図。

【図２】本発明の振動ジャイロを示す斜視図。

【図３】従来の振動ジャイロを示す平面図。

【図４】従来の振動ジャイロを示す図で、（ａ）は斜視
図、（ｂ）は平面図。

【符号の説明】

１‥‥振動子２、３‥‥圧電トランスデューサ４‥‥固定基板５‥‥支持線 Ω……角速度Ｆc……コリオリの力

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】横断面形状が正ｎ角形（ｎは３以上の正の
整数）の角柱形状から成る振動子と、前記振動子の変位
零点位置の稜部に交差して設けらた支持線と、前記振動
子を前記支持線により非接触状態に保持して実装される
基板とから構成される振動ジャイロにおいて、前記振動
子は変位零点位置の少なくとも２カ所の稜部が前記支持
線の異なる部位にそれぞれ固定されていることを特徴と
する振動ジャイロ。