JPH07325102A

JPH07325102A - 角速度計

Info

Publication number: JPH07325102A
Application number: JP6121243A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Onuki; 一朗大貫
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-06-02
Filing date: 1994-06-02
Publication date: 1995-12-12

Abstract

(57)【要約】【目的】ピボット支持された円板を有する容器内に粘
性液体を充填し、角変位計として用いる従来例があった
が、ピボット軸受部に摩擦が生じたり、加撃時に軸受ガ
タにより円板がずれるという問題点があった。それらの
問題点を解消した振れ検出手段として用いることのでき
る角速度計を提供する。【構成】本発明では円板を容器内に所定のバネ定数で
弾性支持したものに粘性液体を充填し、液体無しでは角
加速動計として動作するものを液体の粘性で角速度計と
なる様にした。ピボット軸受が不要となり、軸受ガタの
問題も解消する。更に、検知体を２軸方向に弾性支持す
ることにより、２軸角速度計も容易に構成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転運動、特にカメラ
等の光学機器に生ずる手ブレ振動を検出するのに好適な
角速度計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来よりコマの原理を利用したレートジ
ャイロ、振動ジャイロ、リングレーザジャイロ等、種々
の角速度計が提案されている。

【０００３】例えば、液体を用いた角速度計としては、
特開昭６４−３５３８１号公報において、提案されてい
るものがある。これは円筒容器内にディスクを回転自在
に支持し、この容器内に所定粘度の液体を封入してディ
スクと液体の慣性及び液体の粘性を利用して、容器に生
じた角速度を検出するものである。その検出原理を図１
３ないし図１５を用いて説明する。

【０００４】図１３は従来例の角速度計本体の斜視図で
容器１０３内にはディスク１０４がピボット軸１１１と
ピボット軸受１１２にて回動自在に支持され、該容器内
には液体１０９が充填される。そして容器に所定の角速
度が生ずるとディスク１０４の慣性モーメント、液体１
０９の慣性モーメント、ディスク１０４と液体１０９間
の粘性抵抗及び容器１０３と液体１０９間の粘性抵抗の
４つのファクターに基づきディスク１０４が容器１０３
に対し相対変位する。この相対角変位を光ピックアップ
１０６、１０７で検出することにより、容器に生じた角
速度を検出する。

【０００５】図１４は上記従来例の容器に入力する角変
位と光ピックアップ１０６、１０７の出力ゲインの関係
を示す周波数応答特性で、横軸は容器に入力する角変位
の周波数、縦軸は容器に対するディスクの角変位出力の
ゲインである。同図において破線Ａ₀は液体１０９がな
いと仮定した時の特性で、ピボット軸受の摩擦がゼロと
すれば水平な線すなわち理想的な角変位計となる。

【０００６】実線Ａ₁は容器に高粘度の液体を充填した
場合の特性で、周波数ゼロ（ＤＣ）からｆ₁までの傾斜
直線部が角速度計として使用できる領域となる。一方、
一点鎖線Ａ₂は低粘度の液体を用いた時の特性で周波数
ゼロからｆ₂までが角速度計帯域となる。

【０００７】図１５は図１４の特性Ａ₁及びＡ₂の角速度
計を帯域無限大の理想積分器を通して角変位計として用
いた場合の周波数特性で、特性線Ｂ₁、Ｂ₂は各々図１４
のＡ₁、Ａ₂に相当する。すなわち高粘度液体を用いた場
合の特性Ｂ₁は角速度検知帯域は狭いが高感度、低粘度
液体を用いた場合の特性Ｂ₂は角速度検知帯域は広いが
低感度となる。

【０００８】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来例ではディスク１０４の支持部材であるピボット
軸受１１２に摺動抵抗が存在すると性能が極端に劣化す
るという欠点がある。例えば通常液体１０９は温度によ
って比重が変化するので所定の温度で液体１０９とディ
スク１０４の比重を合わせても、他の温度では比重のア
ンバランスが生じ、軸受１１２に負荷がかかって摺動抵
抗が増し、低周波領域あるいは微小回転時の検出能力が
低下する。

【０００９】また液体の粘性は温度により変化し、その
結果当角速度計の検出感度が変化するが、当従来例では
この感度変化を補償する手段がない。

【００１０】更に、ディスク１０４が滑らかに回転する
ためには、ピボット軸１１１とピボット軸受１１２の間
には微小な隙間を設けておかなければならない。すると
当角速度計にリニア方向の衝撃が印加された時、ディス
ク１０４が該軸受の隙間分だけ移動してしまうことがあ
る。この場合光ピックアップ１０６、１０７はディスク
１０４がステップ状に角変位したと見なし、その結果と
して当角速度計にはステップ状の角速度が印加したもの
と誤認してしまう。

【００１１】（発明の目的）請求項１乃至１３、１６、
１７に示した本発明の目的は、安価で、組立作業性が良
く、衝撃が加わった際の誤出力の出にくい角速度計を提
供しようとするものである。

【００１２】請求項１４、１５に示した本発明の目的
は、上述の請求項１乃至１３に示した本発明の目的に加
え、１つの検知片で複数軸まわりの角速度を検出するこ
とのできる角速度計を提供しようとするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に示した本発明
は、内部に空間を有する密閉容器と、前記容器内に配置
される検知片と、前記検知片を前記容器に対し、弾性的
に初期位置に付勢する弾性付勢手段と、前記容器に対す
る前記検知片の前記初期位置からの角変位を検出するた
めの角変位検出手段と、前記容器内に充填される所定粘
度の液体とを有し、前記検知片の慣性モーメントと前記
弾性付勢手段のバネ定数とで決定する共振周波数が、検
出する速度成分の周波数領域より高くなるように設定さ
れ、前記角変位検出手段の出力に応じて角速度を検出す
るようにし、その構成によって、簡単な構成で正確に角
速度を検出することができるようにするものである。

【００１４】請求項１４に示した本発明は、請求項１に
示した構成に加え、前記弾性付勢手段は、前記検知片を
少なくとも２つの異なる方向の軸まわりに角変位可能に
弾性付勢し、前記角変位検出手段は前記検知片の前記少
なくとも２つの異なる方向の軸まわりの角変位を検出す
るようにした角速度計で、１つの検知片で異なる２つの
軸まわりの角速度を検出することが可能なものである。

【００１５】請求項１６に示した本発明は、内部に空間
を有する密閉容器と、前記容器内に固定され、弾性部を
有する検知片と、前記弾性部の弾性変形を検出する変位
検出手段と、前記容器内に充填される所定粘度の液体と
を有し、前記検知片の慣性モーメントと前記弾性部のバ
ネ定数とで決定する共振周波数が検出する速度成分の周
波数領域より高くなるように設定され、前記変位検出手
段の出力に応じて角速度を検出するようにし、その構成
によって、簡単な構成で正確に角速度を検出できるよう
にするものである。

【００１６】

【実施例】図１乃至図６は本発明の第１の実施例を示す
図である。

【００１７】図１は第１の実施例の角速度計本体の斜視
図である。透明樹脂製のケース１１と蓋１２とで密閉容
器が形成され、その内部にはピアノ線等の弾性ワイヤ１
３が植設されたディスク１４が、そのワイヤ１３の両端
のフランジ１５、１６にてケース１１及び蓋１２の内面
に固着されている。ワイヤ１３は後述する様にｚ軸まわ
りについて所定のねじり剛性を有する様にその形状及び
材質が設定されており、ディスク１４はケース１１に対
しｚ軸まわりに微小量回転変位可能となっている。そし
てディスク１４には２つのスリット１４ａ、１４ｂが設
けられ、蓋１２上に設けられた赤外発光ダイオード（以
下ＩＲＥＤと称す）１７からの近赤外光がスリット１４
ａを通過してケース１１の下面に設けられたポジション
センサ（以下ＰＳＤと称す）１８に投影される。よって
ＰＳＤ１８の出力により、ディスク１４のケース１１に
対するｚ軸まわりの相対角変位が検出できる。

【００１８】ケース１１内には所定の粘性係数を有した
透明液体１９が充填される。そして蓋１２には穴１２ａ
が設けられ、その穴１２ａの上面出口にはベローズ２０
が溶着されているため、液体１９の温度による体積変化
はそのベローズ２０で吸収される。

【００１９】次に図２乃至図４を用いて本発明の角速度
計の角速度検出原理について説明する。図２は図１の角
速度計要部を軸ｚの上方から見た図でケース１１、ディ
スク１４、液体１９と、ケース上の仮想基準点１１ａ、
液体上の仮想基準点１９ａ及びディスク１４の基準点で
あるスリット１４ａを示してある。そして、ケース１１
が静止状態にある時、３者の基準点１１ａ、１４ａ、１
９ａはすべて角変位θ＝０となっている。

【００２０】ここでケース１１に反時計方向に角速度ω
₁₁の回転運動が加わった場合の所定時間後の状態を図３
に示す。その角速度ω₁₁の結果、ケース１１には外界の
基準座標に対し角変位θ₁₁が生じており、ケース１１に
弾性的に固定支持されたディスク１４にもθ₁₁とほぼ等
しい角変位θ₁₄が生じる。一方液体１９はそれ自身の慣
性モーメントのため外界座標に対し静止しようとするの
で液体１９の角変位θ₁₉はほぼゼロに等しい。

【００２１】図４は、図３の要部を拡大し液体１９の角
速度分布を示した図である。ケース１１は角速度ω
₁₁で、ディスク１４はω₁₁とほぼ等しい角速度ω₁₄でそ
れぞれ反時計方向に回転している。一方、液体１９の中
央層１９ｂは液体自身の慣性モーメントにより角速度は
ゼロである。しかしケース１１及びディスク１４と接す
る境界層では傾き一定の角速度勾配を有するため、液体
１９の角速度分布は同図の折れ線ω₁₉に示す様にモデル
化できる。よってディスク１４は液体１９の境界層１９
ｃの角速度勾配すなわちディスク１４の角速度ω₁₄（≒
ω₁₁）に比例した時計方向のトルクＴ₁₄を液体より受け
る。するとディスク１４はそのトルクＴ₁₄と前述のワイ
ヤ１３のねじり剛性とで決まる量だけケース１１に対し
相対角変位θ₁₁−θ₁₄を生ずる。よって該相対角変位θ
₁₁−θ₁₄をＰＳＤ１８で検出することにより、ディスク
１４の角速度ω₁₄すなわちケースに印加された角速度ω
₁₁を検知することができる。

【００２２】当角速度計の運動方程式は以下の様に示さ
れる。

【００２３】 −Ｊ₁₄θ₁₄Ｓ²＋η₁₄（θ₁₉−θ₁₄）Ｓ＋Ｋ（θ₁₁−θ₁₄）＝０…（１） −Ｊ₁₉θ₁₉Ｓ²＋η₁₁（θ₁₁−θ₁₉）Ｓ＋η₁₄（θ₁₉−θ₁₄）Ｓ＝０…（２）ただし、Ｊ₁₄：ディスク１４の慣性モーメントＪ₁₉：液体１９の慣性モーメント η₁₁：ケース１１と液体１９間の粘性係数 η₁₄：ディスク１４と液体１９間の粘性係数Ｋ：軸１３のねじり方向のバネ定数Ｓ：ラプラス演算子

【００２４】ここで式（１）はディスク１４の運動方程
式で第１項は慣性項、第２項は液体１９との粘性作用
項、第３項はワイヤ１３によるバネ項である。また式
（２）は液体１９の運動方程式で第１項は慣性項、第２
項はケース１１との粘性作用項、第３項はディスク１４
との粘性作用項である。そして式（１）、（２）より液
体１９の角変位θ₁₉を消去して伝達関数

【００２５】

【外１】を求めると

【００２６】

【外２】となる。ここで式（３）の伝達関数

【００２７】

【外３】とはケースの入力角変位θ₁₁に対するケース１１とディ
スク１４の相対角変位θ₁₁−θ₁₄を表しているので、式
（３）は図１の角速度計の角変位応答を示したものであ
る。

【００２８】式（３）の周波数応答を示したものが図５
で前述の従来例で説明した図１４に対応する。

【００２９】図５において破線Ｃ₀は図１の角速度計に
おいて液体１９を除いた時の特性であり、共振周波数

【００３０】

【外４】より低い周波数帯域では２次の傾斜を有している。すな
わち、この状態では角速度計として動作する。ただし、
このままでは共振周波数ｆｃ₁におけるダンピングが悪
く、鋭いゲインピークを有するため、精密な回転検出用
には不向きである。

【００３１】図５のＣ₁は当角速度計に比較的高粘度の
液体を充填した時の特性で、共振周波数ｆｃ₁以下の傾
斜直線部（１次の傾きを有する）が角速度計として利用
できる領域である。またＣ₂は比較的低粘度の液体を使
用した時の特性で、周波数ｆｃ₂以下の傾斜直線部が角
速度計として利用できる領域である。そしてＣ₁とＣ₂を
比較すると、Ｃ₁の方が検出感度が高く、また共振点ｆ
ｃ₁におけるピークゲインが低くなるため、高粘度液体
を用いた方が良いことがわかる。ただし式（３）には表
現されていないが、液体の粘性が高くなると、低周波数
の回転運動に対しては液体１９はケース１１と一体とな
って回転する、すなわち低域特性が悪くなるという欠点
が生じるため、用途に応じて最適な粘度の液体を使用し
たほうが良いことは従来の角速度計と同じである。

【００３２】ここで本発明と従来例の構成の違いをまと
めると、従来の角速度計は液体無しでは角速度計として
動作するものを液体の粘性を利用して角速度計としたの
に対し、本発明の角速度計は液体無しでは角加速度計と
して動作するものを、液体の粘性を利用して角速度計と
して構成したところに違いがある。

【００３３】図６は本発明の角速度計の出力信号処理用
回路図である。

【００３４】ＩＲＥＤ１７から投光された近赤外光はデ
ィスク１４のスリット１４ａを通過してＰＳＤ１８の受
光面上に到達する。オペアンプＯＰ１、ＯＰ２はＰＳＤ
１８の両端子の出力をそれぞれ増幅するアンプであり、
オペアンプＯＰ３はそのオペアンプＯＰ１、ＯＰ２の出
力の差を出力するアンプである。この３つのアンプの働
きにより、ＰＳＤ１８に投影されたスリット光の重心位
置に応じた出力、すなわちディスク１４のケース１１に
対する相対角変位がオペアンプＯＰ３から出力される。

【００３５】オペアンプＯＰ４は前述のオペアンプＯＰ
１、ＯＰ２の出力の和を出力するアンプであり、オペア
ンプＯＰ５はアンプＯＰ４の出力を所定電圧Ｖｃから減
じるためのアンプである。そして、オペアンプＯＰ５の
出力はＩＲＥＤ駆動用トランジスタＴＲのベースに入力
されるため、ＩＲＥＤ１７の光量フィードバックループ
が成立し、ＰＳＤ１８の検出感度を一定に保持する。

【００３６】前述のオペアンプＯＰ３の出力は、オペア
ンプＯＰ６で構成される可変増幅器で増幅される。ここ
で、ＴＭは温度センサ、ＭＰＵはマイクロプロセッサで
あり、そのマイクロプロセッサＭＰＵは、温度計ＴＭで
検知した環境温度に基づき、スイッチＳＷＴＭをライン
ＰＷＭを介して所定のデューティ比で高速オンオフ制御
し、オペアンプＯＰ６の増幅率を調整する。この構成に
よりオペアンプＯＰ６からは温度較正されたディスク１
４の角変位すなわちケース１１の角速度ω₁₁が出力され
る。

【００３７】ここまでの構成で本発明の第１の実施例の
角速度計が完成するが、図６では更に積分器を追加して
角変位が得られる構成になっている。

【００３８】オペアンプＯＰ６の出力ω₁₁はオペアンプ
ＯＰ７で構成されるハイパスフィルタで信号のバイアス
成分が除去される。ついで、該アンプＯＰ７の出力はオ
ペアンプＯＰ８で構成される積分器で積分され、この積
分出力が、ケース１１に印加された回転運動の角変位θ
₁₁となる。

【００３９】図７は図６のオペアンプＯＰ８の出力の周
波数応答を示す図で、図中のＤ₁、Ｄ₂は各々図５の
Ｃ₁、Ｃ₂を積分した特性となっている。なお折点周波数
ｆｃ₂は前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数及び
積分器の積分時定数にて決まる数値で、当角速度計を適
用する機器に応じて適宜設定すれば良い。

【００４０】〔第２の実施例〕図１に示した第１の実施
例では、ディスク１４を支持する軸を円形断面のワイヤ
としていたが、この様なワイヤはディスク１４及びケー
ス１１との結合の際、組立作業作が悪いという欠点があ
る。また角速度計本体にリニアの衝撃が加わった際、該
ワイヤが撓んで僅かではあるが誤出力を発生する恐れが
ある。そこで図８に示す第２の実施例は前記欠点を解消
した構成となっている。

【００４１】図８において、透明樹脂製のケース３１と
蓋３２で形成された密閉容器内には薄い金属板のディス
ク３４が、その一部を切欠いて折曲げ形成した脚部３４
ｂによってケース３１の底面に固定される。そして、そ
のディスク３４上の脚部切欠きとは反対側に、もう１ヶ
所切欠いて折曲げした反射部３４ａが形成され、その反
射部３４ａの表面は鏡面処理されている。そしてケース
３１の外部側面には指向性の鋭いＩＲＥＤ３７が配置さ
れ、その投射スポット光はディスク３４の反射部３４ａ
で反射して同じくケース３１の外部側面に配置されたＰ
ＳＤ３８の受光面上に投影される。そしてケース３１内
には透明液体１９が充填され、蓋３２には該液体１９の
体積変化を吸収するベローズ２０が設けられている。

【００４２】以上の構成による角速度計では以下の理由
により図１に示す第１実施例よりもリニア衝撃に対し強
くなっている。

【００４３】まず図１においてｙ軸方向にリニア衝撃が
印加された場合、ディスク１４に発生するリニア加速度
によってワイヤ１３が撓み、スリット１４ａはｙ軸方向
に微小変位する。するとこの変位により、ＰＳＤは角速
度とは無関係の信号すなわち誤信号を出力する。

【００４４】一方、図８の第２の実施例においてはｙ軸
方向のリニア衝撃に対しては、ディスク３４に生ずる加
速度は脚部３４ｂの板幅方向になるが、この方向に対し
て該脚部は高い剛性を示すのでディスク３４は殆ど変位
しない。またｘ軸方向の衝撃に対しては脚部３４ｂは変
形し易いが、ＩＲＥＤ３７とＰＳＤ３８による検出系は
反射部３４ａのｘ軸方向に対して不感なため問題ない。
すなわち、当第２実施例の角速度計は衝撃時の誤出力が
極めて小さいという利点がある。

【００４５】また、ディスク３４と一体の脚部３４ｂで
誤ディスク３４を固定するため、第１の実施例のワイヤ
１３とフランジ１５、１６が不要でコストが安く、組立
作業性も良好である。なお本実施例での回路は図６と同
一のものが用いられる。

【００４６】〔第３の実施例〕以下に示す第３の実施例
はディスクの角変位検出に光学センサの代わりに圧電セ
ンサを利用したものである。

【００４７】図９において、ケース４１と蓋４２で構成
された密閉容器内には、２つの折曲げ脚部４４ａ、４４
ｂを有した薄い金属板のディスク４４が該脚部にてケー
ス４１の底面に固定されている。そして該脚部４４ａ、
４４ｂには図に示す様にＰＺＴ等の圧電素子４７、４８
が接着され、それぞれの圧電素子の電極にはリード線４
９が接続され、該リード線はケース４１の内壁から蓋４
２との接合部を通って、ケース４１の外に引出されてい
る。そしてケース内には前述の第１、２の実施例と同様
透明液体１９が充填され、ベローズ２０も設けられる。

【００４８】この角速度計において、ケース４１にｚ軸
まわりに反時計方向の角速度が加わると図２乃至図４で
説明した様に、ディスク４４には液体の粘性抵抗による
トルクが働き、脚部４４ａ、４４ｂによる弾性力と釣り
合う位置までディスク４４はケース４１に対し時計方向
に微小量角変位する。この時、脚部４４ａ、４４ｂの変
形により、第１の圧電素子４７には圧縮応力が、第２の
圧電素子４８には引張応力が働くため、両圧電素子から
は極性が異なり、かつ、ディスクの角変位に比例した電
圧が発生する。よって両電圧の差を演算すればケース４
１に入力した角速度が検知できる。

【００４９】図１０は当第３の実施例の角速度計に用い
る回路である。

【００５０】４７、４８は圧電素子の等価回路で、両圧
電素子の出力をオペアンプＯＰ１、ＯＰ２で増幅し、オ
ペアンプＯＰ３でその差を出力する。そして図６の回路
と同様に温度計ＴＭで検出した温度に応じてマイクロプ
ロセッサＭＰＵはオペアンプＯＰ６のゲイン補正用ＰＷ
Ｍ信号を出力するが、本第３の実施例では液体１９の他
に圧電素子４７、４８も温度依存性を有するため、マイ
クロプロセッサＭＰＵは液体と圧電素子の両方の温度較
正値を加味したゲイン補正を行う。するとオペアンプＯ
Ｐ６の出力がケース４１に印加した角速度ω₄₁となる。
そしてオペアンプＯＰ７、ＯＰ８で構成されたハイパス
フィルタ及び積分器を介してケース４１に印加した角変
位信号θ₄₁を得る。

【００５１】なお、図８に示した第２の実施例におい
て、脚部４４ａ、４４ｂを圧電素子で構成しても同様の
効果が得られる。

【００５２】〔第４の実施例〕前記第１乃至第３の実施
例では１つの軸まわりの回転角速度のみ検出可能であっ
たが、以下に示す第４の実施例では２軸まわりの角速度
が検出可能な構成となっている。

【００５３】図１１はその第４の実施例の構成を示す図
である。同図において、透明樹脂製の半球ケース５１と
半球蓋５２で構成された透明容器内に、検知棒５４が２
つの弾性ワイヤ５３でケース５１の内壁に固定される。
検知棒５４の両端には液体１９からの粘性抵抗を増すた
めの８個のフィン５５が取り付けられ、また該棒の中心
には光ファイバー製のライトガイド５６が埋設されてい
る。そしてライトガイド５６の入射端５４ａに対向する
ケース１１の外側にはＩＲＥＤ５７が、同じく出射端５
４ｂの対向位置には２次元ＰＳＤ５８がケースに固定設
置される。更にケース５１内には透明液体１９が充填さ
れ、蓋５２の上面にはベローズ２０が配置される。

【００５４】上記構成において、ケース５１にｚ軸まわ
りの角速度が印加されると、検知棒５４は液体１９から
ｚ軸まわりの粘性抵抗トルクを受け、ワイヤ５３が曲げ
変形して該棒５４はケース５１に対しｚ軸まわりに微小
量角変位する。すると、ライトガイド５４の出射端５４
ｂがＰＳＤ５８に対しｙ軸方向に相対変位する。よって
ＰＳＤ５８のｙ軸方向の出力を図６と同様の回路で処理
することにより、ケース５１のｚ軸まわりの角速度が検
知できる。

【００５５】一方ケース５１のｙ軸まわりの回転に対し
ては、検知棒５４は同じくｙ軸まわりの粘性抵抗トルク
を受け、ワイヤ５３がねじり変形して該棒５４はケース
５１に対しｙ軸まわりに微小量角変位する。するとライ
トガイドの出射端５４ｂがＰＳＤ５８に対しｚ軸方向に
相対変位するため、ＰＳＤ５８のｚ軸方向出力を図６の
回路で処理することにより、ケース５１のｙ軸まわりの
角速度が検知できる。

【００５６】なおワイヤ５３が検知棒５４を支持する剛
性はｚ軸まわりとｙ軸まわりとで異なるため、両方向の
処理回路を全く同一とするとｚ軸まわりとｙ軸まわりの
角速度検出感度が異なる。この場合は回路中のオペアン
プ例えば図６のＯＰ１、ＯＰ２のゲインをｚ軸角速度検
知回路とｙ軸角速度検知回路とで異なる様にすれば良
い。あるいは支持ワイヤ５３をｚ軸方向にも設け、検知
棒５４をワイヤ５３で十字支持することにより、ｚ軸ま
わりとｙ軸まわりの支持剛性を等しくすることもでき
る。

【００５７】〔第５の実施例〕前記第１乃至第４の実施
例は実質上剛体であるディスクあるいは検知棒を弾性支
持部材でケースに固定していたが、以下に示す第５の実
施例では、ディスクあるいは検知棒に相当する検知体を
弾性部材、これを支持する支持部材を剛体としたもので
ある。

【００５８】図１２において半球状のケース６１と蓋６
２で構成された密閉容器内に薄板金属製の十字形検知片
６４が剛体である支持棒６３にてケース６１内に固定さ
れる。そして該検知片の表面には４個の圧電素子６５乃
至６８が接着固定され、各圧電素子の電極から引出され
たリード線は、支持棒６３からケース６１と蓋６２の接
合部を通ってケース６１の外に引出される。そして圧電
素子６５と６６は図１０に示した回路の圧電素子４７、
４８に置き換えられ、圧電素子６７と６８は図１０と同
様のもう１組の回路に同様に組込まれる。

【００５９】以上の構成において、ケース６１にｚ軸ま
わりの角速度が生じると、検知片６４の腕部６４ａ、６
４ｂには液体１９の粘性抵抗が作用して弾性変形し、圧
電素子６５及び６６のうち一方には圧縮応力が、他方に
は引張応力が働く。よって両圧電素子の出力差を検知す
ることによりケース６１に生じたｚ軸まわりの角速度が
検知できる。ｙ軸まわりの角速度も同様に圧電素子６７
と６８の出力差により検知される。

【００６０】なお、本実施例は２軸角速度計として説明
したが、１軸角速度計として構成しても良いことはもち
ろんである。また検知片の腕部６４ａ乃至６４ｄの変形
を第１あるいは第２実施例の様に光学的に検知しても良
い。

【００６１】なお、上述の各実施例において、ケース１
１、３１、４１、５１、６１が本発明の密閉容器に、デ
ィスク１４、３４、４４、検知棒５４、検知片６４が本
発明の検知片に、支持ワイヤ１３、５３、脚部３４ｂ、
４４ａ、４４ｂが本発明の弾性支持手段に、ＩＲＥＤ１
７とスリット１４ａ、１４ｂとＰＳＤ１８のセット、Ｉ
ＲＥＤ３７と反射部３４ａとＰＳＤ３８のセット、ＩＲ
ＥＤ５７とライトガイド５６とＰＳＤ５８のセット圧電
素子４７、４８が本発明の角変位検出手段に、透明液体
１９が本発明の液体に、検知片６４が本発明の弾性部を
有する検知片に、圧電素子６５、６６、６７、６８が本
発明の弾性変形検出手段にそれぞれ相当する。

【００６２】以上が実施例の各構成と本発明の各構成の
対応関係であるが、本発明は、これら実施例の構成に限
られるものではなく、請求項で示した機能、または、実
施例の構成が持つ機能が達成できる構成であればどのよ
うなものであってもよい。

【００６３】また、各実施例またはそれら技術要素を必
要に応じて組み合わせることも可能である。

【００６４】また、上述の各実施例では、本発明の構成
を加速度計等他の検出計に用いることも可能である。

【００６５】

【発明の効果】以上説明した様に、請求項１乃至１３に
示した本発明の角速度計によれば、液体を充填した密閉
容器に対して振動検知片を初期位置に弾性付勢し、液体
からの粘性抵抗による検知片の初期位置からの角変位か
ら容器に印加する角速度を検知するようにし、また、請
求項１６、１７に示した本発明によれば、その容器内に
固定された弾性部を有する検知片の弾性変形を検知する
ようにしたため、従来の角速度計で必要としていたピボ
ット軸受が不要となり、安価で組立作業性の良い角速度
計が提供できる。

【００６６】また、検知片の固定部にガタがないため、
衝撃が加わった際の誤出力も大幅に軽減される。

【００６７】また、所定の初期位置からの変位、所定の
初期状態からの変形を検出すればよいので、変位検出手
段または、変形検出手段の構成を簡単なものにすること
ができる。

【００６８】更に請求項１４、１５に示した本発明の角
速度計は検知片を２軸まわり方向に弾性的に支持するこ
とも容易であるため、１つの検知片で２軸まわりの角速
度を検出する２軸角速度計も実現可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の角速度計要部を示す図
である。

【図２】本発明の第１の実施例の角速度検出原理を説明
するための図である。

【図３】本発明の第１の実施例の角速度検出原理を説明
するための図である。

【図４】本発明の第１の実施例の角速度検出原理を説明
するための図である。

【図５】本発明の第１の実施例の角速度計の出力の周波
数応答特性を示す図である。

【図６】本発明の第１の実施例に用いられる回路を示す
図である。

【図７】図６の回路を用いた角変位計の出力の周波数応
答特性を示す図である。

【図８】本発明の第２の実施例の角速度計の要部を示す
図である。

【図９】本発明の第３の実施例の角速度計の要部を示す
図である。

【図１０】本発明の第３の実施例の角速度計に用いられ
る回路図である。

【図１１】本発明の第４の実施例の角速度計の要部を示
す図である。

【図１２】本発明の第５の実施例の角速度計の要部を示
す図である。

【図１３】従来の角速度計の出力の周波数応答特性を示
す図である。

【図１４】図１３の角速度計の出力を一階積分した出力
の周波数応答特性を示す図である。

【図１５】図１３の角速度計を角変位計として用いた場
合の出力の周波数応答特性を示す図である。

【符号の説明】

１１、３１、４１、５１、６１ケース１３、５３支持ワイヤ１４、３４、４４ディスク５４検知棒６４検知片１７、３７、５７ＩＲＥＤ１８、３８、５８ＰＳＤ４７、４８、６５、６６、６７、６８圧電素子１９透明液体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に空間を有する密閉容器と、前記容
器内に配置される検知片と、前記検知片を前記容器に対
し、弾性的に初期位置に付勢する弾性付勢手段と、前記
容器に対する前記検知片の前記初期位置からの角変位を
検出するための角変位検出手段と、前記容器内に充填さ
れる所定粘度の液体とを有し、前記検知片の慣性モーメ
ントと前記弾性支持手段のバネ定数とで決定する共振周
波数が、検出する速度成分の周波数帯域より高くなるよ
うに設定され、前記角変位検出手段の出力に応じて角速
度を検出することを特徴とする角速度計。
【請求項２】前記周波数領域の速度が発生していると
き、前記検知片が前記液体から受ける粘性力は、前記検
知片に作用する慣性力よりも支配的であることを特徴と
する請求項１の角速度計。
【請求項３】前記弾性付勢手段は前記検知片を前記容
器に対して機械的に弾性支持する弾性支持手段であるこ
とを特徴とする請求項１の角速度計。
【請求項４】前記検知片の形状は、前記検知片が前記
液体から受ける粘性力が前記検知片が前記液体から受け
る慣性力より大きくなるように、速度が生じることによ
って発生する前記液体の流れ方向に平行な方向の面積が
大きく、前記流れ方向に垂直な方向の面積が小さくなっ
ていることを特徴とする請求項１の角速度計。
【請求項５】前記角変位検出手段は、前記容器に対す
る前記検知片の相対角変位を検出し、前記相対角変位と
して慣性座標系に対する前記容器の角速度を取り出すこ
とを特徴とする請求項１の角速度計。
【請求項６】前記検知片はワイヤ状弾性支持手段によ
り固定支持された薄板状部材であることを特徴とする請
求項３の角速度計。
【請求項７】前記検知片は薄板状弾性支持手段により
固定支持された薄板状部材であることを特徴とする請求
項３の角速度計。
【請求項８】前記検知片と前記弾性支持手段は同一部
材により一体に形成されていることを特徴とする請求項
３の角速度計。
【請求項９】前記角変位検出手段は、前記密閉容器に
配置された投光手段と受光手段及び前記検知片に形成さ
れた光透過孔または反射部とを有し、前記受光手段上の
受光位置に応じて前記検知片の前記初期位置からの角変
位を検出することを特徴とする請求項１の角速度計。
【請求項１０】前記角変位検出手段は前記密閉容器に
配置された投光手段と受光手段及び前記検知片に設けら
れた反射部材とを有することを特徴とする請求項１の角
速度計。
【請求項１１】前記角変位検出手段は前記密閉容器に
配置された投光手段と受光手段及び検知片に設けられた
ライトガイドとを有することを特徴とする請求項１の角
速度計。
【請求項１２】前記角変位検出手段は前記弾性支持手
段に設けられた圧電素子であることを特徴とする請求項
３の角速度計。
【請求項１３】前記角変位検出手段は温度計測手段
と、相対角変位検出感度補正手段とを有し、環境温度に
よる液体の粘性変動を該感度補正手段にて補償すること
を特徴とする請求項１の角速度計。
【請求項１４】前記弾性付勢手段は、前記検知片を少
なくとも２つの異なる方向の軸まわりに角変位可能に弾
性付勢し、前記角変位検出手段は前記検知片の前記少な
くとも２つの異なる方向の軸まわりの角変位を検出する
ことを特徴とする請求項１の角速度計。
【請求項１５】前記弾性付勢手段は前記検知片を互い
に直交する２つの軸まわりに角変位可能に弾性付勢し、
前記角変位検出手段は前記検知片の前記２つの異なる方
向の軸まわりの角変位を検出することを特徴とする請求
項１４の角速度計。
【請求項１６】内部に空間を有する密閉容器と、前記容器内に固定され、弾性部を有する検知片と、前記弾性部の弾性変形を検出する弾性変形検出手段と、前記容器内に充填される所定粘度の液体とを有し、前記検知片の慣性モーメントと前記弾性部のバネ定数と
で決定する共振周波数が検出する速度成分の周波数領域
より高くなるように設定され、前記変位検出手段の出力
に応じて角速度を検出することを特徴とする角速度計。
【請求項１７】前記変位検出手段は前記弾性部に設け
られた圧電素子であることを特徴とする請求項１６の角
速度計。