JPS62217115A

JPS62217115A - ジヤイロ装置

Info

Publication number: JPS62217115A
Application number: JP61061789A
Authority: JP
Inventors: Kazuteru Sato; 一輝佐藤; Takeshi Hojo; 武北條
Original assignee: Tokyo Keiki Co Ltd
Current assignee: Tokyo Keiki Inc
Priority date: 1986-03-19
Filing date: 1986-03-19
Publication date: 1987-09-24

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、ジャイロ装置、特に、加速度および角加速度
による誤差を排除した新規な、高性能振動型ジャイロ装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種のジャイロ装置としては、例えば第７図に
示すようなものがある。同図の例においては、音叉ｆｌ
）を、撓み軸（３）を介して基台（２）に取付ける。音
叉ｆｌ）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
動増幅器（５）を通して駆動コイル（４）に入力し、音
叉（１）の振動振幅を一定に保持している。音叉（１）
の撓み軸（３）の軸（７，−Ｚ）のまわりに、角速度Ω
が入力されると、音叉（１１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、これによリ、
合図（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）に発生する。

この第７図に示す従来例では、音叉（１）のこの捩り振
動を、Ｉ戻り検出器（８）で検出し、この検出出力と駆
動増幅ｖ５（５１の出力とを、デモシュレータ（７）で
同期整流することにより、入力角速度Ωを検出して、ジ
ャイロ装置を構成している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

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、重量の大きい音叉（１）を片持ち的に支持する構
造の為、加速度等の外乱に対して容易に撓まないよう、
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、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ｆｉｌ
の回転軸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（、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、撓み軸（３）と１戻り検出器（
８）とが別々の部材から構成されている為、構造が複雑
であり、且つ検出感度が低いこと、また、（Ｚ　−Ｚ）
軸まわりに入力する角加速度による撓み軸（３）の変形
モードと、コリオリの力Ｆｃによる変形モードが一致す
るため、角加速度による誤差が混入すること、更にコリ
オリの力Ｆｃによる捩り振動を基台（２）で受けている
ため、基台（２）に捩り振動の反力が生じ、検出器（８
）の外乱信号となること等の問題点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を一掃したジャイロ装置を提供せん
とするもので、これは、基台（１ｏ）と、各々長方形の
断面を有する４本の振動腕又はアーム（１２ａ）　〜（
１２ｄ）の一端を夫々基部（１２Ａ）に固定して全体と
して０字形状となした圧電体より成る振動体（１２）と
、一端が振動体（１２）の基部（１２＾）に固定され他
端が基台（１０）に固定される連結部材又は支柱（１１
）と、各振動腕（１２ａ）　〜（１２ｄ）に設けた振動
腕の駆動用の電極（１３ａ）〜（１３ｈ）、（１４ａ）
〜（１４ｈ）と、各振動腕（１２ａ）　〜（１２ｄ）の
振動面上の略中央部に配した角速度検出用電極（１５ａ
）〜（１５ｈ）と、振動体（１２）を駆動する駆動回路
（１６）と、角速度を対応する直流に変換する検出回路
（１７）とより成り、各振動腕（１２ａ）　〜（１２ｄ
）の振動ベクトルの方向を、長手軸方向に接続された２
本の振動腕（１２ａ）、（１２ｂ）及び（１２ｃ）、（
１２ｄ）では互に逆方向、かつ、相隣る振動腕（１２ａ
）、（１２ｃ）及び（１２ｂ）、（１２ｄ＞においても
互に逆方向となるように駆動するようになしたものであ
る。

〔作用〕

本発明のジャイロ装置は、基台（１０）と、この基台に
固定された支柱（１１）により中央を支持された圧電体
より成るＨ字状の振動体（１２）と、振動体（１２）の
各アーム（１２ａ）　〜（１２ｄ）の表面に設置された
電極（１３ａ）　〜（１３ｈ）、（１４ａ）　〜（１４
ｈ）と、これ等電極を介して振動体（１２）を駆動する
駆動回路（１６）と、入力角速度Ωが加わることにより
生ずるコリオリの力を検出するための検出手段（１５ａ
）　〜（１５ｈ）、（１７）とにより構成され、［Ｉ字
伏の振動体の各アーム（１２ａ）〜（１２ｄ）の速度ベ
クトルの向きは、各対向したアーム（１２ａ）、（１２
ｃ）及び（１２ｂ）、（１２ｄ）間では逆方向であり、
かつ、入力軸方向のアーム（１２ａ）、（１２ｂ）及び
（１２ｃ）、（１２ｄ）間でも逆方向となるように設定
することにより、入力角速度Ωのみを検出する。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明によるジャイロ装置の主要部である振
動体の一実施例を示す斜視図である。また、第２図は、
第１図のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿った断面を、便宜上
、上下に並べて示すと共に、電極及び駆動源等の接続も
示している。

第１図において、（１０）は基台、（１１）は基台（１
０）にその下端が固定された支柱、（１２）は、例えば
ニオブ酸リチウム、水晶等の圧電体で形成された振動体
で、その中央部又は基部（１２Ａ）で支柱（１１）の上
端に支持されている。振動体（１２）は、同図に示す如
く、例えば上方から見て（後述の（Ｘ　−Ｘ）軸方向か
ら見て）　Ｉ（字状に形成されている。即ち、中央部又
は基部（１２Ａ）の−側より断面略々長方形状で、互に
略々同一形状、且つ同一寸法の振動腕又はアーム（１２
ａ）、（１２ｃ）が互に平行且つ外側へ伸び、その他側
よりアーム＜１２ａ）、（１２ｃ）と略々同一形状のア
ーム（１２ｂ）、（１２ｄ）が互に平行かつ外側に伸び
、アーム（１２ａ）、（１２ｂ）の長手方向の軸は互に
咄々一致し、又、アーム（１２ｃ）、（１２ｄ）の長手
方向の軸も互に略々一致している。

アーム（１２ａ）〜（１２ｄ）の各々の上面及び下面に
は、第２図に示すように３個のニッケル２銀等を蒸着等
の手法により電極が夫々設けられている。

即ち、各アームを介して互に対向する外側部の電極（１
３ａ）、（１３ｅ）；　（１３ｂ）、（１３ｆ）；　（
１３ｃ）、（１３ｇ）及び（１３ｄ）、（１３ｈ）は各
アーム（１２ａ）　〜（１２ｄ）の駆動電極、同様に各
アームを介して対向している内側部の電極（１４ａ）、
（１４ｅ）；　（１４ｂ）、（１４ｆ）；　（１４ｃ）
、（１４ｇ）及び（１４ｄ）、（１４ｈ）は、各アーム
の変位検出用電極であり、電極（１３ａ）、（１３ｃ）
　、（１３ｆ）、（１３ｈ）は駆動回路（１６）の出力
側に接続され、電極（１４ａ）、（１４ｃ）　、（１４
ｆ）　、（１４ｈ）は駆動回路（１６）の入力側に接続
されている。また、各アームの中央部に配され各アーム
を介して互に対向する電極（１５ａ）、（１５ｅ）　；
　（１５ｂ）、（１５ｆ）　；　（１５ｃ）、（１５ｇ
）及び（１５ｄ）、（１５ｈ）は、入力角速度検出用電
極であり、電極（１５ａ）、（１５ｆ）　、（１５ｄ）
　、　（１５ｇ）はデモシュレータ（１７）の入力側に
接続され、そこで、検出された角速度は、駆動回路（１
６）の出力により同期整流され、入力角速度に対応した
直流として出力される。

尚、上記以外の電極は、並べて接地されている。

上記構成のジャイロ装置に、各アーム（１２ａ）〜（１
２ｄ’）の長手方向に平行で基部（１２Ａ）の中心（０
）を通る（Ｚ−Ｚ）軸まわりに角速度Ωが入力した場合
の各アーム（１２ａ）〜（１２ｄ）の変形を第３図及び
第４図を用いて説明する。

第３図Ａ及びＢは、振動体（１２）を、ＣＺ　−Ｚ＞軸
に直交し、支柱（１１）の中心（０）と一致する（Ｘ　
−Ｘ）軸方向から見た路線図である。第３図Ａは、振動
体（１２）のある瞬間における各アーム（１２ａ）、（
１２ｃ）の速度Ｖが領域（ｒ）で互に外向き、アーム（
１２ｂ）、（１２ｄ）の速度Ｖが領域（ｉｌ）で互に内
向きの場合であり、第３図Ｂは、振動体（１２）の他の
ある瞬間における各アーム（１２ａ）、（１２ｃ）の速
度Ｖが、領域（１）では互に内向き、アーム（１２ｂ）
　、（１２ｄ）の速度Ｖが領域（ＩＩ）で互に外向きの
場合を表わしている。このような振動体（１２）の各ア
ーム（１２ａ）〜（１２ｄ）の駆動は、駆動用電極（１
３ａ）　〜（１３ｈ）及びアームの変位検出用電極＜１
４ａ）〜（１４ｈ）の接続極性を領域（Ｉ）と領域（■
）と°　で反対とすることにより、単一の駆動回路（１
６）により達成することができる。

かかるＨ字状の振動体（１２）の振動状態において、（
Ｚ　−Ｚ）軸（入力軸）まわりに角速度Ωが入力すると
、振動体（１２）の各アーム（１２ａ）　〜（１２ｄ）
はコリオリの力Ｆｃを受け、第４図に示すごとく、振動
速度Ｖと垂直方向に振動する。即ち、第４図Ａは第３図
Ａの瞬間に対応する各アームクｌ２ａ）〜（１２ｄ）の
変形を表わしており、第４図Ｂは、第３図Ｂの瞬間に対
応する各アーム（１２ａ）〜（１２ｄ）の変形を表わし
ている。

このように、Ｉ（字状の振動体（１２）の各アーム（１
２ａ）〜（１２ｄ）は、コリオリの力Ｆｃにより変形す
るから、それ等の変形方向に設置した角速度検出用電極
（１５ａ）〜（１５ｈ）によりこの変形量を検出し、検
出出力をデモシュレータ回路（１７）により、駆動回路
（１６）の出力を用い同期整流を行い、直流出力として
入力軸まわりの角速度Ωの値を計測することができる。

なお、角速度検出用電極（１５ａ）〜（１５ｈ）の接続
極性は、領域（１）および領域（ＴＩ）の各アームで互
に反対方向、かつ（Ｚ−Ｚ）軸方向について互に反対と
なるように設定される。

第４図に示したように、各アーム（１２ａ）〜（１２ｄ
）に作用するコリオリの力Ｆｃは、（Ｚ　−Ｚ）軸方向
については互に反対であるから、（Ｚ　−Ｚ）軸方向の
領域（１）と領域（ＩＩ）を貫通ずる夫々のアーム（１
２ａ）、（１２ｂ）及び（１２ｃ）、（１２ｄ）は、夫
々ねじりトルクＴを受ける。しかし、一方の貫通アーム
（１２ｃ）、（１２ｄ’）のねじりトルクＴの向きは、
他方のアーム（１２ａ）、（１２ｂ）のトルクＴとは逆
であるから、Ｈ字状の振動体（１２）の中心点、叩ぢそ
の中央部（１２Ａ）の中心点（０）は、上記ねじり振動
に対して節となる。したがって、中心点（０）でＨ字状
の振動体（１２）を支持ずれは、振動体（１２）の振動
は外部に伝わることがないから、振り１体（１２）の振
動モードを安定に保持することができる。

次に、上記振動体（１２）に直線加速度が加わった場合
について、説明する。

ジャイロ装置に加わる直線加速度の方向は、三軸方向に
ついて存在するが、角速度検出用電極（１５ａ）〜（１
５ｈ）が検出する直線加速度の方向は、（Ｘ　−Ｘ）軸
方向のみであるから、（Ｘ−Ｘ）軸方向の加速度につい
てのみ言及することとする。

第５図は、振動体（１２）にその（Ｘ−Ｘ）軸方向に加
速度αが加わった場合の振動体（１２）の変形を表わし
たものである。同図に示したように、振動体（１２）の
４本のアーム（１２ａ）　〜（１２ｄ）は、全て、加速
度αの方向に変形する。しかし、各アーム（１２ａ）〜
（１２ｄ）の表面に設けた角速度検出用電極（１５ａ）
　〜（１５ｈ）の接続礒性は、領域（１）内の電極（１
５ａ）、（１５ｃ）では、互に反対方向、領域（ＩＩ）
内の一電極（１５ｂ）、（１５ｄ）でも、互に反対方向
に設定されているから、領域（１）のアーム（１２ａ）
、（１２ｃ）よりの出力電圧及び領域（ＩＩ）のアーム
（１２ｂ）、（１２ｄ）よりの出力電圧は、それぞれ打
ち消し合い、角速度検出用電極（１５ａ）〜（１５ｈ）
の総電圧は零となる。即ち、第１及び第２図のジャイロ
装置は、誤差の原因となる直線加速度αに対して不感で
あるといえる。

次に、ジャイロ装置の振動体（１２）に角加速度Δが加
わった場合について、第６図を参照して説明を行う。

角速度検出用電極（１５ａ）〜（１５ｈ）が検出する角
加速度の方向は、（Ｚ−Ｚ）軸方向及び（Ｙ−Ｙ）軸方
向の２種があり、第６図Ａは（Ｚ　−Ｚ）軸方向の角加
速度＾が作用した場合の振動体（１２）の各アーム（１
２ａ）　〜（１２ｄ）の変形、第６図Ｂは、（Ｙ−Ｙ）
軸方向の角加速度へか作用した場合の振動体（１２）の
各アーム（１２ａ）〜（１２ｄ）の変形を表わしている
。

第６図Ａ及びＢの各アームの変形様式と、第４図Ａまた
はＢに示した角速度入力時の各アームの変形様式とを比
較すると、第６図ＡおよびＢ共に、振動体（１２）の４
本のアーム（１２ａ）　〜（１２ｄ）のうち、相隣る２
本のアームの変形方向は同一であるが、残る２本の相隣
るアームの変形方向は、第４図と反対であることがわか
る。すなわち、全角速度検出用電極（１５ａ）〜（１５
ｈ）の出力信号の和は、変形方向が同一な２本のアーム
の出力と、反対方向の２本のアームの出力とが互に打ち
消し合い、角加速度による出力信号の和は零となる。こ
のため、不要な角加速度に対しても、本発明のジャイロ
装置は不感であるということができる。

なお、第１及び第２図に示す本発明の例において、各ア
ーム（１２ａ）　〜（１２ｄ）上の駆動用電極（１３ａ
）〜（１３ｈ）と変位検出用電極（１４ａ）　〜（１４
ｈ）の位置を交換しても、また全電極の接続方向を逆に
しても、前述の不要な加速度及び角加速度に対して不感
なジャイロ装置を構成することができることは勿論であ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、以下に列挙する
効果が得られる。

（１）　　加速度及び角加速度に不感な、高性能なジャ
イロ装置を得ることができる。

（２）振動の節を支持する構造のため、支持法の影響を
受けないジャイロ装置を得ることができる。

（３）構造が簡単なため、小形、低コストで高性能なジ
ャイロ装置を量産することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は　　゛第
１図の八−Δ線及びＢ−Ｂ線に沿った断面を上下に並べ
て各電極、駆動回路及びデモシュレータの接続を示す結
線図、第３図はその振動体の駆動振動モードの説明図、
第４図は振動体に角速度が加わった時の振動体の変形モ
ードの説明図、第５図は振動体に直線加速度が加わった
時の振動体の変形モードの説明図、第６図は振動体に角
加速度が加わった時の振動体の変形モードの説明図、第
７図は従来の振動ジャイロの斜視図である。図に於て、（１０）は基台、（１１）は支柱、（１２）
は振動体、（１２ａ）　〜（１２ｄ）はアーム、（１３
ａ）　〜（１３ｄ）及び（１３ｅ）　〜（１３ｈ）は駆
動用電極、（１４ａ）〜（１４ｄ）　；及び（１４ｅ）
　〜（１４ｈ）は変位検出用電極、（１５ａ）　〜（１
５ｄ）及び（１５ｅ）　〜（１５ｈ）は角加速度検出用
電極、（１６）は駆動回路、（１７）はデモシュレータ
を夫々示す。

Claims

【特許請求の範囲】１、基台と、各々長方形の断面を有する４本の振動腕の
一端を夫々基部に固定して全体としてＨ字形状となした
圧電体より成る振動体と、一端が該振動体の上記基部に
固定され他端が上記基台に固定される連結部材と、上記
各振動腕に設けた振動腕駆動用の電極と、上記各振動腕
の振動面上の略中央部に配した角速度検出用電極と、上
記振動体を駆動する駆動手段と、上記角速度を対応する
直流に変換する検出手段とより成り、上記各振動腕の振
動ベクトルの方向を、長手軸方向に接続された２本の振
動腕では互に逆方向、かつ、相隣る振動腕においても互
に逆方向となるように駆動するようになしたことを特徴
とするジャイロ装置。２、特許請求の範囲第１項記載のジャイロ装置において
、上記連結部材はその一端が上記振動体の基部の中央に
連結されその他端が上記基台に結合するようになしたこ
とを特徴とする。