JPS6071909A - ジヤイロ - Google Patents

ジヤイロ

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JPS6071909A
JPS6071909A JP58179333A JP17933383A JPS6071909A JP S6071909 A JPS6071909 A JP S6071909A JP 58179333 A JP58179333 A JP 58179333A JP 17933383 A JP17933383 A JP 17933383A JP S6071909 A JPS6071909 A JP S6071909A
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stress
weight
pedestal
piezoelectric
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Kiyoshi Takeuchi
潔 竹内
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/0888Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values for indicating angular acceleration

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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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】 (イ)技術分野 本発明は角速度を高い分解能で確実に検出することがで
きるジャイロに関する。
(ロ)従来技術 従来移動一体の角速度を検出するジャイロが種々知られ
ているが、最近たとえば日本航空宇宙学会誌第30巻第
336号に記載されているように回転部分がなくて構造
が簡単且つ信頼性の高い振動ジャイロが開発されている
。第1図は振動ジャイpの動作原理を示しており、1は
低膨張係数の金属柱でその側面に駆動用圧電素子2と検
出用圧電素子3とが張り付けてあり、1次振動モードが
発生するように支点4,5で支持されている。圧電素子
2を発振器6で駆動し金属柱1をX2面内で振動させて
おく。このときzfillIまわりに角速度Ωが入力さ
れると、金属柱lの振動部分にコリオリの力が働いて、
Yz面内の振動が生じ、圧電素子3により検出される。
圧電素子3の出力はアンプ7で増幅され、位相検波器8
において発振器6の出力で位相検波され、角速度に応じ
た出力Pを得ることができる。角速度Ωの方向はこの出
力Pの位相でわかり、大きさはその出力Pの大きさで判
断できる0 この振動ジャイロは振動体である金属柱をその振動の節
で支持して自由に振動させるため振動体に角速度が伝わ
りに<<、分解能が低く且つ支持構造が衝撃などに弱い
という問題があった。
(ハ)発明の目的および構造 本発明は上記の点にかんがみてなされた本ので、角速度
を高−分解能で確実に検出することを目的とし、そのた
めに、■軸対称のウェイトと円周方向のせん断応力に対
して感度を有する応力変換素子とを台座に同軸的に固定
し、応力変換素子がウェイトから受ける応力を角速度信
号として出力するように構成したものである。
また、上記目的を達成するために、■軸対称のウェイト
と対称軸方向の応力に対して感度を有する応力変換素子
とを応力変換素子の対称軸方向の感度の方向および大き
さを打消すように台座に固定したものである。
に)実施例 以下本発明を図面に基づいて説明する。
第2図は本発明によるジャイロの一実施例を示しており
、軸対称に作ったウェイ)10の一ヒ下に同軸で且つ軸
対称にドーナツ状の圧■素子11と12とをワッシャ1
3を介してボルト14で台座15に固定する。ボルト1
4は上記構造部品が同軸上に並ぶようにチューブ16に
通しである。ウェイトlOにはリード線17が接続され
、台座15との間の出力がアンプ18で増幅され積分器
19を通して取出される。なお、各部品を組立てるのに
ボルトを用いずに接着剤を用いれば、各部品の間のせん
断力が再現性よく現われるので出力が安定する。
第3図は第2図のジャイロを分解してその一部を示して
おり、圧電素子11 、12Fi円周方向に分極されて
おり、上下の圧電素子II、12とも分極方向を同方向
に揃えている。圧電素子11および12の上下両面には
それぞれ銀電極20および21が焼付けられている。
このジャイロに対して第2図のようにX、Y。
Z軸を定めると、その軸まわりに角速度ΩX。
Ω7.Ω2が加わると、これらの運動に対する動作は第
4図に示すようになる。圧電素子は一般に力に対して電
荷を発生するが、定常的な力に対しては発生した電荷が
漏れてしまうため力の変化つまり加速度または角加速度
の測定には好都合である。そこで第4図は様々な加速度
、角加速度に対する効果を示している。
 2 z 第4図(a)は台座15に2方向の加速度dt2が加わ
った場合で、この場合はウェイト10け慣性を持つため
、2の反対方向に力が働き上の圧電素子11には伸張力
が働き下の圧電素子12には圧縮力が働く。両圧電素子
11.12の分極方向は一致しているため圧電素子11
.12で発生する電荷はウェイト10に対して同方向に
なりリード線17を介して出力端子Fには両者の圧電素
子11.12で発生する電荷の和が得られる。この様子
な第4図の(3)に示す。ところが、このときの圧電効
果は、分極方向に垂直な力を加え、力の方向に電荷を取
り出すためd11効果である。dtt効果はPZTなど
の圧電セラミクスでd”Z は小さいので2方向に加速度下が加わっても出力端子F
に現われる出力は無視できるほど小さい。
次に第4図(b)は台座15の2軸のまわりに角加速度
血が加わった場合で、ウェイト10は反対方t 向の慣性力を圧電素子11.12に与える。圧電素子1
1と圧電素子12には、ウェイト10に対して逆方向の
せん断力が働き、ウェイト10に対して同方向の電荷が
発生し、リード線17で出力端子Fに取出すことができ
る。このときの圧電効果は分極方向に平行にせん断力が
働き、せん断力が働く面で電荷を取り出すためd11効
果である。dl11効果は□値が太き―とともに温度変
化があったとき圧電素子で電荷が発生するというパイロ
効果がないため、温度変化による出力変動が少なく違い
力変化を検知するのに有効である。従って2軸のまわり
の角加速度の感度よくかつ非常にゆっくりした変化も検
出できる。またウェイト10は周囲の重さを大きくしで
あるため角加速度に対する回転モーメントが大きくなる
ので感度はさらに大きくなる。
け圧電素子11.12にその接する面に対して加速度の
反対方向に力を与え、圧電素子11゜12にはせん断力
が加わる。このとき圧電効果は圧電素子上の場所によっ
て異なり、図のA。
A′の場所では分極方向に垂直にせん断力が働き、せん
断力が餉く面で電荷を取り出すためdlll効果である
。d16効果もPZTなどの圧電セラミクスでは小さい
。また図示したように、A、A′の場所では発生する電
荷の方向が逆なため、出力としては現われない。またB
の場所では2軸のまわりの角加速度と同様にdlB効果
であるが、B′と逆方向の出力のため打消し合い出力と
しては現われない。
次に、第4図(d)は台座15にX、Y軸のまわりの角
加速度匝医、土が加わった場合で、図1 dl 示したように圧電素子11.12には場所によって圧縮
力と伸張力が加わる。圧電効果は2方向の加速度の場合
と同じでdll効果なので小さく、また場所によって力
の方向が反転するので打消し台い出力端子Fには出力は
でない。
以上のように、このジャイロでは2方向の加速度(第4
図(a)の場合)と2軸のまわりの加速度(第4図(b
)の場合)に対して出力がでるが、2方向の加速度に対
する感度は小さいので無視でき、従ってほとんどZ軸の
まわりの角加速度に対する感度だけになる。そして角加
速度di)z1 の方向と大きさは、それぞれ出力の極性と大きさで判断
できる。なお、分極方向をすべて逆にすれば、逆方向の
出力が得られるのは自明である。
第5図は本発明によるジャイロの他の実施例の要部を示
している。第4図で説明したように、圧電素子11.1
2のいずれか一方の出力でも十分検出できるので、圧電
素子を1つにしたものである。ただしウェイト10分共
通電極とするため、ウェイト10と台座15との絶縁の
ために絶縁ワッシャ22を入れる必要がある。この実施
例によれば、圧電素子の数を半分にでき製造上、コスト
上有利であり、コンバタ)化モ可能である。
第6図は本発明によるジャイpの第3の実施例を示す。
この実施例では圧電素子11はそのままとして、絶縁ワ
ッシャ22を介してウェイト10の下方に圧電素子23
を入れる。この圧電素子23は2方向の上下両面に錫電
極23aがつけられ、2方向に分極されている。このた
め圧電効果dSSによって2方向の加速度に対してのみ
感度を持たせることができ、リード線24で出力を取り
出すことができる。圧電素子23はさらに他の分極方法
によりx、y方向への加速度を検知するようにもできる
。従って、この実施例によれば、1つのウェイトで多次
元加速度計が実現できる。
第7図は本発明によるシャイpのざらに他の実施例で、
ジャイoB構成する圧電素子11゜23およびウェイト
10などの部品は第6図に示した実施例と同じである。
ところがこの実施例では圧電素子11の出力から圧電素
子23の出力の一部を差し引いている。チャージアンプ
24で得られる圧電素子11の出力にFiZ軸方向の加
速度成分による出、力がわずかながら含まれている。こ
のためZ軸方向だけの出力が得られる。圧電素子23の
チャージアンプ25の出力とチャージアンプ24の出力
とがそれぞれ抵抗R2+ R+を介してフィードバック
抵抗R,を有する加算器26で加える。加える比率Fi
R1とR2の比で決められる。この実施例で2方向に加
速度が加わると圧電素子11ではdll効果によって正
の出力が得られ、圧電素子23でF′1dsa効果で負
の出力が得られるため両者は逆位相の出力である。この
ため両者を比率を合わせて加えるだけで2方向に対する
感度を打、消してなくすことができる。
第8図は本発明によるジャイpのさらに他の実施例を組
立て状態で示しており、ウェイト30を一方向だけのも
のとした例である。ウェイト30は回転モーメントを発
生すればよいので2軸に対して軸対称であれば使える。
31はリード線である。このような構成にすればジャイ
ロのサイズを小さくすることができる。
第9図は本発明によるジャイロのさらに他の実施列で、
上下の圧電素子をそれぞれ2分割している。分割された
上下の圧電素子32.34および36.38は同じもの
であり、それぞれ両面に銀電極32a、34a+36a
、38aが付けである。第3図に示した実施例では分極
方向は同局方向となっているが、これでは分極をさせる
ことが難しいので第10図に示すようにして分極をして
いる。圧電素子の作り方としては、第10図で切断面に
銀電極34bおよび34cをつけ外部から高電圧Vat
’印加する。これをポーリングという。次に同図(ロ)
に示すように銀電極34b、34cを硝酸などで取り除
く。
そして同図(ハ)のように新たな銀電極34aをつける
のである。なお銀電極34aIE一つけるとき高温焼成
すると分極がなくなるので導電接着剤などの塗付による
ほうがよい。また各部品の組立のときの接着を導電接着
剤で行なえば第10図(ハ)の工程が同時にできるため
製造上効率的である。
なお、上記実施例では、圧電素子の分極方向を円周方向
とし、■極を2軸方向と垂直な面にとっているが、これ
tiPZTなどの圧電セラミクスにとって有効な圧電効
果(たとえばd15効果は大きくd11効果は小さい)
をいかした分極、電極の配置であり、他の圧電セラミク
スまたは圧電結晶さらに圧電高分子などでは感度の高い
他の圧電効果を用いてもよい。この場合でも、分極方向
を円周方向または各方向とし、電極を選ぶことによりそ
れぞれの素子の特徴を活かすことができる。この例を第
11図に示す。ここに図示した例は、ウェイト10の上
下に圧電素子11と12とを同軸的に配置したもので、
(a)は素子の円周方向に分極させて素子の外周面に銀
電極を設けるとともに素子の上面と外周面および内周面
との角部に回り込み電極を設けた構造、(b)は圧電素
子の径方向に分極させ素子の上下両面に銀電極を設けた
構造、(c)は圧電素子の径方向に分極させ素子の外周
面に銀電極を設けるとともに素子の上面と外周面および
内周面との角部に回り込み電極を設けた構造である。回
り込み電極は上下に出力を伝えるためである。
また第11図には各構造ごとに必要な圧電定数と不要な
圧電定数とを示してあり、この条件に適う圧電素子であ
ればよい。
また上記実施例ではすべて圧電素子を用いたが、本発明
のジャイロは圧電素子に限らす磁歪素子、光偏向素子な
どの方向性を有する応力変換素子などを使うことができ
る。
(ホ)発明の詳細 な説明したように、本発明においては、軸対称のウェイ
トと円周方向のせん断応力に対して感度を有する応力変
換素子とを台座に同軸的に固定し、応力変換素子がウェ
イトから受ける応力を角速度信号として出力するように
したので、物体が受ける角速度を高い分解能で確実に検
出することができる。本発明によるジャイロは構造上衝
撃に強く耐久性が大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のジャイロの一例としての振動ジャイロの
概略構成図、第2図は本発明によるジャイロの構造を示
す部分断面斜視図、第3図は第2図に示したジャイロの
要部分解斜視図、第4図は本発明によるジャイロに様々
な加速度および角加速度が加わったときの効果を示した
図、第5図、第6図、第7図、第8図、第9図は本発明
によるジャイロの異なる実施例の要部分解斜視図、第1
0図は第9図に示した実施例で用いる圧電素子の製造方
法を説明する図、第11図は本発明によるジャイロで用
いる圧電素子の分極方向および電極の配置を示す図であ
る。 10.30・・・ウェイト、11 、] 2.23,3
2゜34.36.38・・・圧電素子、15・・・台座
、20121 、23 a 、 32 a 、 34 
a 、 36 a 、 38a・・・銀電極、17.3
1・・・リード線、19・・・積分器、24.25・・
・チャージアンプ、26・・・加算特許出願人 日産自
動車株式会社 −15− 手 続 補 正 書 昭和58年10月−2y日 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 1、事件の表示 昭和58年特許願第179333号 2、発明の名称 ジ ャ イ 四 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 神奈川県横浜市神奈用区宝町2査地名称 (39
9)日産自動車株式会社 代表者 石 原 俊 4、代 理 人 住所 東東部港区芝3丁目4番11号 芝シティビル6
、補正の対象 昭和58年9月29日提出の特許願の願書7、補正の内
容 願書を下記のとおり補正する。 (1) la書の第1行の特許願と第2行の提出年月日
との間に「(特許法第38条ただし書の規定による特許
出願)」を加入する。 (2) jiil書の第2項として[2、特許請求の範
囲に記載された発明の数2]を加入する。 (3)願書の第2項「29発明者」、第3項「3.特許
出願人」、第4項「49代理人」、第5項「5゜添付書
類の目録」の各項数を1項ずつ繰り下げて第3項「30
発明者」、第4項「4.特許出願人」、第5項「56代
理人」、第6項「6.添付書類の目録」とする。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)軸対称のウェイトと円周方向のせん断応力に対し
    て感度を有する応力変換素子とを台座に同軸的に固定し
    、前記応力変換素子が前記ウェイトから受ける応力を角
    速度信号として出力することを特徴とするジャイロ。
  2. (2)前記応力変換素子が対称軸に対して円周方向に分
    極され且つ対称軸方向に電極を有する圧電素子である特
    許請求の範囲第1項に記載のジャイロ。
  3. (3)軸対称のウェイトと対称軸方向の応力に対して感
    度を有する応力変換素子とを前記応力変換素子の対称軸
    方向の感度の方向および大きさを打消すように台座に固
    定したことを特徴とするジャイロ。
JP58179333A 1983-09-29 1983-09-29 ジヤイロ Granted JPS6071909A (ja)

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JP58179333A JPS6071909A (ja) 1983-09-29 1983-09-29 ジヤイロ
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JPH0356428B2 JPH0356428B2 (ja) 1991-08-28

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