JPS59151015A - ジヤイロ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、同一出願人によって昭和５７年６月１７日付
で出願された特願昭５７−１０４３３１のジャイロ装置
の改良に関し、特に、構造が簡単で性能の商い新規な駆
動装置をもったジャイロ装置に関するものである 従来、この種の振動型ジャイロ装置としては、例えば第
１”図に示すようなものが提供されている。

この第１図に示す従来のジャイロ装置では、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ｒｌｊ器（５）を通して駆動コイル（４）に人力し
、音叉（１）の振動振ＩＩＩを一定に保持してる。音叉
（１）の撓メ軸（３）の軸（Ｚ−Ｚ）のまわりに、角速
度Ωが人力されると、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、捩り振動が、音叉（１）に発生ずる。

第１図にポず従来例では、音叉（１）のこの捩り振動を
、音叉ｆｌ＋に設りた捩り検出器（８）で検出し、この
検出出力と駆動増巾器（５）の出力とを、デモシュレー
タ（７）で開期整流することにより、入力角速度Ωを検
出しＣいる。

しかしながら、かかる従来の振動型ジャイロ装置にあっ
ては、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、音叉（１）のアンバランス等が直接外乱となっ
て検出精度に影響を及ばず為、加工精度−ヒの要求が厳
しいこと、これを避けようとして音叉（１）の駆動周波
数を下げると、音叉（１）のアンバランスによる外乱の
増大や、周波数特性が低下すること、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
化すること等の問題点（欠点）があった。

従って、上述した本願と同一出願人による先願の発明は
、このような従来の装置が有する問題点（欠点）に着目
して、慣性質量を有する２個の平　　　。

板を、交番振動する軸の１８０°対称の位置に、平板の
面が軸と直交するように取りつけ、コリオリの力によっ
て生ずる２個の平板の軸方向の変位、或いは歪みを差動
的に取出すことにより、上記の問題点を解決したジャイ
ロ装置に関するものであった。

従って〜上記先願の発明の要旨は、基台と該基台に回動
的に取り付けた軸部材と、該軸部材の軸線と略々直交す
る面と夫々の面が一致し、且つ夫々の長平方向が上記軸
線に関し軸対称となるように上記軸部材に取り付けた２
個の短冊状部材と、該２個の短冊状部材の上記軸線方向
の撓みを差動的に検出する検出装置と、上記２　（ｌｌ
ｉｌの短冊状部材を有する上記軸部材に上記基台に対し
上記軸線のまわりに交番角振動（捩り振動）を与える為
の駆動装置とより成るジャイロ装置に在った。

以下、本発明の理解を容易にするため、先づ、上述した
要旨を有する先願の発明を、第２及び第３図に基づいて
説明する。

第２図は、この先願の発明によるジャイロ装置をネオ斜
視図である。この第２図のジャイロ装置では、基台００
）に、軸（１１）の一端を、軸（１１）が基台００）に
対し略々車面となる如く回動的に取り付け、その他端に
、取付部材（１２）を介して、２枚の、例えば短冊状の
薄い板状部材（１３）　、　　（１３’）を取り付ける
。この場合、板状部材（１３）　、　　（１３’）は、
それ等の板面が軸（１１）の軸線、（Ｚ−Ｚ）と略々直
交し、且つそれ等の長平方向が軸（１１）に対して対称
となるようになされている。板状部材（１３）　、　　
（１３’）の遊端には、重錘（１４）　、　　（１４’
）を夫々取り付ける。変角検出器　（１５）及び駆動装
置（１６）を、軸（１１）の周囲に取り付け、外部の駆
動増巾器（５）よりの出力により、駆動装置（１６）を
駆動し、取付部材（１２）　、ｉ状部材（１３）　。

（１３’）及び重錘（１４）　、　　（１４’）を、同
図の軸線＜２−２＞のまわりに、角速度ωで交番振動さ
せる。変位検出器（１７）　、　　（１７’）を基台（
２）上に於て、重錘（１４）　、　　（１４’）の下方
に設け、重錘（１４）　。

（１４’）の基台（２）に対する軸線＜２−２＞方向の
変位を検出する。尚、設計上の都合により、重錘（１４
）　、　　（１４’）は、板状部材（１３）　、　　（
１３’）自身の重量によって代替させることも出来る。

次に、第２図に示ず先願のジャイロ装置の動作を説明す
る。今、駆動装置（１６）により、重錘（１４）及び（
１４’）が、速度■で互いに反対方向に運動している時
に、装置の軸線＜２−２＞に対して垂直な軸＜Ｘ　−Ｘ
）のまわりに、被測定角速度Ωが入力され、装置全体が
、慣性空間で回転しているものとすれば、重錘（１４）
には上向きの、又、重錘（１４’）には下向きのコリオ
リの力Ｆ、ｃが作用′Ｊ’る。その結果、板状部材（１
３）　、　　（１３’）の１月堡性により、第３図に示
す如き方向反対の撓み量ΔＸが、板状部材（１３）　、
　　（１３’）に生Ｊ゛る。故に、これを変位検出器（
１７）　、　　（１７’）により電気的に検出し、それ
等の検出出力を、作動用＋ＩＪ器（１８）を通した後、
変角検出器（１５）の出力が人力されているデモシュレ
ータ（７）に入力し、これにより入力角速度Ωに比例し
た出力を得ることが出来る。即ち、角速度Ωを検出する
ことが出来る。尚、軸線＜２−２＞方向の加速度によっ
ても、変位検出器（１７）　、　　（１７’）は変位出
力を発住するが、これ等は、同方向の変位の為、作動増
中器（１８）で相殺され、出力とはならない。

所で、」二連した従来及び先願の発明の装置の駆動装置
は、いずれも、機構的に複雑であり且つ、装置の出力感
度に直接影響する振動の１Ｂ＋１７を大きく取れないと
いう問題があった。

従って、本発明の主目的は、上述した欠点を一掃したジ
ャイロ装置を提供せんとするにある。

本発明によるジャイロ装置の特徴とするところは、基台
上に於て２ｆｌｌｊの薄板状の力検出部材を駆動装置に
より交番振動させ角速度を検出するジャイロ装置に於て
、上記駆動装置は、上記２１１１ｉ１の力検出部材の長
手方向の中央に位置し、且つそれ等の共通面及び上記長
手方向の夫々に直交する面を有するバイモルフ型圧電素
子より成り、該バイモルフ型圧電素子の一端を上記力検
出部材の取付部材に、その他端を上記基台に夫々取り伺
けたことに在る。

以下、本発明を、第４図乃至第６図を参照して説明する
。尚、第４図乃至第６図に於て、第１図乃至第３図と同
一符号は、互い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Ｊる。

第４図は、本発明のジャイロ装置の一例を示す斜視図で
ある。同図に示す本発明の例では、基台ａＯ）の略々中
央部に、各々短冊状のバイモルフ型圧電素子より成る２
個の駆動装置（３５）　、　　（３６）を、それ等の板
面が、共に、駆動軸（Ｚ−Ｚ）に平行な同一面−トで基
台Ｏωの板面と略々垂直となり且つ両者間に、略々知形
状で垂直方向に伸びる間隙（Ｇ）が存在する如く、取付
部材（３５’）、　　（３６’）を介して固定する。勿
論、取付部材（３５’）、　　（３６’）を除いてもよ
い。互に十字状に交叉して相互に固定された取イ」部（
３０−１）　、　　（３０−２）を有する取付部材（３
０）の一方の取付部（３０−１）を、両駆動装置（３５
）　、　　（３６）の遊端、即ち上端に固定し、これ等
上端を支持する。両駆動装置（３５）　、　　（３６）
間の間隙（Ｇ）内に位置すると共に入力軸（Ｘ−Ｘ）に
平行な取付部材（３０）の取付部（３Ｏ−２）に、各々
短冊状のバイモルフより成る２個の略々同形及び同寸法
の力検出用圧電素子、力検出部材又は板状の振動部材（
２５）　、　　（２５’）を、両者が、共に、入力軸（
Ｘ−Ｘ）と平行で、且つ両者の板面が、駆動装置（３５
）　、　　（３６）の圧電素子の板面と直交するように
、取り付ける。従って、両刀検出用圧電素子（２５）　
、　　（２５’）の板面ば、基台００）の−上面（水平
面）と直交、即ち垂直面内に在り、それ等の下縁と基台
（１０）の上面との間には、夫々充分な間隙が在る。

こ＼で、バイモルフ型圧電素子より成る一方の駆動装置
（３５）は、図示の如く、２枚の薄板状の圧電素子（３
５−り　、　　（３５−３）と両者にサンドインチされ
た高強度材より形成した金属薄板（３５−２）とから構
成される。この例では、一方の、例えば、圧電素子（３
５−１）に、図示せずも、第２図の例と同様の駆動用増
ｒｌＪ器よりの信号、例えば交番電圧を加え、されを駆
動用に、他方の圧電素子（３５−３）を偏角検出用とし
ているが、偏角検出用としては、他の構成の検出装置を
用いることも可能であることは、勿論である。

尚、第３図に於て、（２６）は両刀検出用圧電素子（２
５）　、　　（２５’）の一方の同一面側の各電極を差
動的に接続するり一ド線である。又、（２７）　。

（２７’　）は、夫々、両刀検出用圧電素子（２５）　
。

（２５’　）の他方の同一面側の各電極より導出したリ
ード線で、増中器（１８’）の入力側に接続されている
。この増中器（１８’）の出力は、デモシュレータ（７
）に供給されている。尚、図示せずも、リード線を介し
て、駆動装置（３５）　、　　（３６）よりの偏角信号
が、基準信号として、デモシュレータ（７）に供給され
ζいる。従って、上述の先願の例と同様に、デモシュレ
ータ（７）の用力により角速度Ωが検出し得るものであ
る。

尚、上述の説明では、別個の駆動装置（３５）　。

（３６）を用いたが、中央部に間隙（ｃ）を有する一体
の駆動装置を用いてもよい。

次に、第３図に示した例の動作を、第４図を参照して説
明する。この第４図は、第３図に示した例の駆動装置（
３５）　、　’（３６）の動作原理を示゛４−為のもの
である。第４図に示す如（、力検出用圧電素子（２５）
　、　　（２５’）の１１Ｊの中心線（Ａ−Ａ）は、駆
動装置（３５）　、　　（３６）の圧電素子（以−ト、
駆動用圧電素子（３５）　、　　（３６）と称する）の
曲ゲ撓みを生ずる部分の長平方向の中心（０）を辿り、
且フ、取付部材（３０）と力検出用圧電素子（２５）。

（２５，’）とからなる振動部の」−０下方向の重心（
０′）も、略々上記中心（０）と一致するように、各部
分が設計される。今、上述の如く駆動用圧電素子（３５
）に交番電圧を加えると、この駆動用圧電素子（３５）
は、第４図に於て破線（■３）で示す如く変形するので
、上記振動部は、特にその力検出用圧電素子（２５）　
、　　（２５’）は、同図に鎖線で示す如く、変角φの
振動を行うことになる。この場合、駆動用圧電素子（３
５）の長手方向の中心（０）と、力検出用圧電素子（２
５）　、　　（２５’）の１１１の中心、即ち振動部の
重心（０′）が略々一致するように設計されている為、
振動郡全体は、重心（０′）を中心に交番振動を行うご
とになる。

即ち、上述した各側によれば、駆動装置（３５）　。

（３６）は、２．個の力検出用圧電素子（２５）　、　
　（２５’）と取付部材（３０）とからなる振動部を、
その重心（０′）のまわりにのみ、回転運動を許容する
軸受装置としての作用と、」二記振動部に交番）駆動を
１ｊえる為の駆動装置としての作用、並びに、該交番振
動の振巾を検出する為の変角検出器としての作用を、同
時に実現しており、極めて簡単な構造と最小の部品数と
で諸機能を達成出来るごとになる。

次に、第３図に示す例のジャイロ装置としての動作を説
明する。今、駆動装置（３５）　、　　（３６）により
、力検出用圧電素子（２５）　、　　（２５’）が、速
度■で互いに反対方向に運動している時に、駆動軸（Ｚ
−Ｚ）に対して“直角な入力軸＜’ｘ−ｘ）のまわりに
、被測定角速度Ωが人力され、装置全体が、慣性空間に
対して角速度Ωで回転しているものとすれば、力検出用
圧電素子（２５）　、　　（２５’）には、夫々反対向
きのコリオリの力ＦＣが作用する。そ、　　　　　　　
　の結果、力検出用圧電素子（２５）　、　　（２５’
）の夫々に、コリオリの力Ｆｃの大きさに比例した逆向
きの電圧が発生ずる。これ等電圧は、リード線（２７）
（２７’　）を介して、増中器（１８’）を通した後、
デモシュレータ（７）に人力し、これにより、入力角速
度Ωに比例した出力を得ることが出来る。即ぢ、角速度
Ｓ２を検出することが出来る。尚、駆動軸（Ｚ−Ｚ）方
向の加速度によっても、変位出力を発生するが、これ等
は、力検出用ｌ１電素子（２５）　。

’　　（２５’）の同一面側の夫々の電極がリード線（
２６）により差動的に接続されているため、相殺され、
出力とはならない。

第５図は、本発明が適用されるジャイロ装置の更に他の
例を示す斜視図である。同図の例においては、駆動装置
として、第３図の例の一方の駆動装置（３５）と同様に
、２枚の薄板状圧電素子（３５Ａ−１）’　、　　（３
５八−３）及び両者間に配した高強度材より成る金属薄
板（３５／ｌ−２）より成る一個のバイモルフ圧電素子
（３５’Ａ）のめを用いている。

この場合、中央の金属薄板（３５Ａ−２）のみを、更に
上方に延長し、この延長部（Ｃ）に、第３図の例と同様
の取付部材（３０）の取付部（３０−１）を固定する。

尚、こ９取付部材（３０）の力検出用圧電素子（２５）
　、　　（２５’）を取付は支持する取付部（３０−２
）を、鞍型状に上方に形成し、力検出用圧電素子（２５
）　、　　（２５’）のｒｌＪの中心、即ち略々重心と
、上記金属線（３’５Ａ−２）の延長部（Ｃ）の−長手
方向の中心とは、略一致せしめである。

取付部材（３０）と２個の力検出用圧電素子（２５）（
２５’）とから成る振動部の慣性能率と、上記金属薄板
（３５Ａ−２）のバネ復元作用とで、大幅決定される駆
動軸（Ｚ−Ｚ）まわりの交番回転振動の共振周波数ｆｏ
と等しい周波数の信号を、駆動装置（３５Ａ　）　、即
ちその一方の圧電素子、例えば（３５Ａ−１，）に印加
すると、１辰リノ（ｊＪｌは、共（辰現象を生じ、小さ
な印加電圧で大きな振巾が得られる。

この場合、金属薄＆　（３５Ａ−２）に高強度材を用い
ている為、これに、大振ｒｐを与えても、繰り返しによ
る疲労等で、この金属薄板（３５Ａ−２）が破損するこ
とはない。即ち、金属薄板（３５Ａ−２）と振動部との
共振作用を、振動増ｒｐ器として利用することにより、
上述の装置に比較し′ζ、−桁以上大なる大振中を得る
ことが出来、ジャイロとしての感度を、飛躍的に増大し
得る効果が得られた。

尚、この第５図の例の他の構成及び作用等は、第３図の
例と略々同様なので、それ等の説明は省略する。

第７図は本発明史に他の例の要部を不ず斜視図で、この
例と第５図の例との相違は、力検出用圧電素子（２５）
　、　　（２５’）の取付部材（３０）、特にその取付
部（３０−２）の構造に在る。この第６図の例では、取
イ１部を、２（（も１のし、字状の部分（３０−２）及
び（３０’−２）より構成し、それ等の夫々の脚部の面
（３０−３）　、　、　３０′−３）は、同一平面上に
在る如く同時に加工出来る。従って、２個の力検出用圧
電素子（２５）　、　　（２５’）を、部分（３０−２
）　、　　（３０’−２）の夫々の平面（３０−３）　
、　　（３０’−３）に夫々取り付ければ、前者の各面
は、同一平面内に正しく整合した状態となる。尚、図示
の例で、部分（３０−２）　。

（３０’−２）の夫々の脚部を下方に延長しているのは
、力検出用圧電素子（２５）　、　　（２５’）の巾の
１ｐ心に、振動部の重心を略々一致せしめるためである
。

Ｌ述の如く、本発明のジャイロ装置は、従来及び先願に
比して、構成は極めて簡単であるにも拘わらず、格段に
優れた効果を奏するものである。

尚、上ｉ’ｌｆ＞した本発明の要旨を逸脱せずに、多く
の変化、変更が当該業者により達成され（↓Ｌるごと、
明らかごあろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来周知の音叉方式振動ジャイロ装置の斜視図
、第２図は先願のジ中・イロ装置の斜視図、第３図は第
２図の装置の動作原理を説明するに供する路線図、第４
図は本発明の一例の斜視図、第５図は第４図の例の動作
説明用の路線図、第６図は本発明の他の例の斜視図、第
７図は本発明の更に他の例の要部を示す斜視図である。 図に於て、（７）はデモシュレータ、α０）は基台、（
２５）　、　　（２５’）は力検出用圧電素子、（２６
＞　。 （２７）　、　　（２７’）はリード線、（３０）は取
付部材、（３５）　、　　（３６）　、　　（３５八）
は駆動装置である。 第４図 １ｒ 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基台上に於て２　（１１ｉ１の薄板状の力検出部材
   を駆動装置により交番振動させ角速度を検出するジャイ
   ロ装置に於て、上記駆動装置は、上記２個の力検出部材
   の長手方向の中央に位置し、且つそれ等の共通面及び上
   記長手方向の夫々に直交する面を有するバイモルフ型圧
   電素子より成り、該バイモルフ型圧電素子の一端を上記
   力検出部材の取付部材に、その他端を上記基台に夫々取
   り付けたことを特徴とするジャイロ装置。 ２、上記特許請求の範囲第１項記載のジャイロ装置に於
   て、上記２個の力検出部材の中の中心と上記駆動装置と
   してのバイモルフ型圧電素子の長平方向の中心とが略々
   一致するようになしたことを特徴とする。 ３、上記特許請求の範囲第１項及び第２項記載のジャイ
   ロ装置に於て、上記２個の力検出部材と上記取付部材と
   からなる振動部の重心を略々上記２個の力検出部材とし
   てのバイモルフ型圧電素子の巾の中心に一致するように
   なしたごとを特徴とする。 ４、上記特許請求の範囲第１項記載のジャイロ装置に於
   て、上記駆動装置としてのバイモルフ型圧電素子を、中
   心部の高強度材から在る薄板と、その両側に設けた薄板
   状圧電素子とから構成すると共に、上記薄板のみを長平
   方向に延長して、上記取イ１部材と結合させたことを特
   徴とする。