JPS63172915A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はジャイロ装置、特に小形にして製造容易且つ高
性能な撮動型の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５図に
示すようなものがある。同図の例においては、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（Ｚ−Ｚ）のまわりに、角速度Ωが
入力されると、音叉（１）の振動速度■、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＜２−２＞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５図に示す従来例では、音叉（１１のこの捩り振
動を、捩り検出器（８）で検出し、この検出出力と駆動
増幅器（５）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（１１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（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（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、撓み軸（３）と涙り検出器（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、部品点数が多いため、高
価であること等の問題点があった。

従って、本発明の主目的は、上記従来の問題点を一掃し
たジャイロ装置を提供せんとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によるジャイロ装置は、基台（１０）と、長方形
断面を有する互に略々同一形状且つ同一寸法の一対の振
動アーム（ｌｌａ　）　、　　（ｌｌｂ　）の両端を互
に略々同一形状且つ同一寸法の一対のアーム（ｌｌｃ）
　、　　（ｌｉｄ）の各端に連結した全体として矩形且
つ環状の振動体（１１）と、該振動体の上記一対のアー
ムの夫々の略々中央部の外側に一端が連結され上記振動
体の振動アームと平衡に伸びる一対の連結アーム（ｌｉ
ｅ　）　、　　（ｌｌｆ　）と、該一対の連結アームの
他端に夫々の略々中央が連結され各々の両端が上記基台
に固定された一対の板ばね（ｌ１ｇ）　、　　（ｌｌｂ
）と、上記矩形且つ環状の振動体上に設けた振動体駆動
用の圧電体（１２ａ）。

（１２ｂ　）と、該圧電体を介して上記振動体を駆動す
る駆動源（１３ａ）　、　　（１３ｂ）　、　　（１５
）と、上記一対の板ばねの各々の上面に設置した角速度
検出用圧電体（１４ａ　）〜（１４ｄ）と、該圧電体の
出力を直流に変換する検出部（１６）とより成る。

〔作用〕

本発明のジャイロ装置では、基台（１０）にその両端が
固定された短冊状の板ばね（ｌ１ｇ）　、　　（ｌｌｈ
）の中央よりその長手方向に直角な方向に伸びた各連結
アーム（ｌｉｅ）　、　　（ｌｌｆ）の遊端により支持
された矩形且つ環状の振動体（１１）の振動アーム（ｌ
ｌａ　）　、　　（ｌｌｂ　）を圧電素子（１２ａ　）
　、　　（１２ｂ　）及び（１３ａ　）　、　　（１３
ｂ　）及び駆動回路（１５）により一定振幅で駆動する
。一方、入力角速度Ωが振動体（１１）に加わることに
より生ずるコリオリの力Ｆｃを、板ばね（ｌ１ｇ）　、
　　（ｌｌｂ）上の圧電体（１４ａ　）　〜（１４ｄ　
）及びデモジュレー！回路（１６）とにより検出し、角
速度Ωを計測するものである。

〔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一実施例を示す
斜視図である。先ずその構成を同図を参照して説明する
。

第１図において、（１０）は基台、（１１）は弾性体、
例えば、一枚の金属板より形成された板状の振動体であ
る。

第１図に示す如く、振動体（１１）は、その中央に、図
の上方から見て（（Ｘ−Ｘ）軸方向から見て）長方形又
は矩形且つ環状である。矩形且つ環状の振動体（１１）
は、夫々互に平行、且つ対向する２対の短朋状のアーム
（ｌｌａ　）　、　　（ｌｌｂ　）及び（１１，ｃ　）
　、　　（ｌｉｄ　）より構成されている。この場合、
振動部となる一対の振動アーム（ｌｌａ　）　。

（ｌｌｂ）は、夫々長方形の断面を有し、互に同−寸法
且つ同一形状であり、他方の対のアーム（ｌｌｃ、）　
。

（ｌｉｄ　）も、互に同−寸法且つ同一形状である。

振動体（１１）の板面に平行で且つ（Ｘ−Ｘ）軸と直角
な（Ｚ−Ｚ）軸と平行な振動アーム（ｌｌａ　）　。

（ｌｌｂ　）の一方のアーム（ｌｌａ　）の外及び内側
の略々中央には、夫々駆動用圧電体又は素子（１２ａ）
及び変位検出用圧電体又は素子（１３ａ）（第１図では
、内側の変位検出用圧電素子（１３ａ）は見えない）が
固着され、他方の振動アーム（ｌｌｂ）の内及び外側の
略々中央には、夫々変位検出用及び駆動用圧電体又は素
子（１３ｂ）　、　　（１２ｂ）　　（第１図では、圧
電素子（１２ｂ）は見えない）が固着されている。

尚、駆動用圧電素子（１２ａ　）　、　　（１２ｂ　）
は、共に、駆動回路（１５）の出力側に接続され、変位
検出用圧電素子（１３ａ　）　、　　（１３ｂ　）は、
共に駆動回路（１５）の入力側に接続されている。従っ
て、各振動アーム（ｌｌａ　）　、　　（ｌｌｂ　）は
一定振幅で振動する。

振動体（１１）の板面に平行で、＜Ｘ−Ｘ＞軸及び（Ｚ
　−Ｚ）軸の両者に直角な（Ｙ−Ｙ）軸に平行なアーム
（ｌｌｃ　）　、　　（ｌｉｄ　）の外側の略々中央部
より外側に伸びる略々同一寸法、同一形状の連結アーム
（ｌｉｅ　）　、　　（ｌｌｆ　）が夫々設けられ（即
ち、両連結アーム（ｌｉｅ　）　、　　（ｌｌｆ　）は
（Ｚ−Ｚ）軸に沿っている）、両連結アーム（ｌｌｅ　
）　、　　（ｌｌｆ　）の各遊端に、略々同一寸法、同
一形状の板ばね（ｌ１ｇ　）　、　　（ｌｌｂ　）が、
夫々その略々中央部に於てその長手方向が互に平行（（
Ｙ−Ｙ）軸に平行）になるように固定される。各板ばね
（Ｉｌｇ　）　。

（ｌｌｈ　）の上面には、互に離間して一対の角速度検
出用圧電体又は素子（１４ａ　）　、　　（１４ｂ　）
及び（１４ｃ　）　、　　（１４ｄ　）が夫々固着され
ている。これ等圧電素子（１４ａ）〜（１４ｄ）は、共
にデモシュレータ回路（１６）の一方の入力側に接続さ
れる。

圧電素子（１４ａ　）〜（１４ｄ　”）よりの角速度信
号は、デモシュレータ回路（１６）に於て、その他方の
入力側に供給される駆動回路（１５）の出力により同期
整流され、対応した直流に変換され、出力される。

基台（１０）の外郭形状、特にその上面の外郭形状は、
板ばね（ｌ１ｇ）　、　　（ｌｌｈ）を含む振動体（１
１）の外郭形状と略々同一で、その上面の４隅に夫々同
一高さの凸部（１０ａ）　、　　（１０ｂ）　、　　（
１０ｃ）　。

（１０ｄ）が設けられている。一方の板ばね（ｌ１ｇ　
）の（Ｙ−Ｙ）軸方向の両端部が突部（１０ａ）。

（１０ｂ　）上に固定され、他方の板ばね（ｌｌｂ　’
）の（Ｙ　−Ｙ）軸方向の両端部が突部（１０ｃ　）　
、　　（１０ｄ　）上に夫々固定される。従って、振動
体（１１）の下面と、基台（１０）の上面との間にはギ
ヤツブが存在し、各振動アーム（Ｉｌａ　）　、　　（
ｌｌｂ　）及び板ばね（ｌ１ｇ　）　、　　（ｌｌｂ　
）は、基台（１０）に接触することなく、振動し得る。

かくして、ジャイロ装置が構成される。

次に上記構成による振動体（１１）の変形を、第２図及
び第３図を用いて説明する。

第２図は、第１図に示すジャイロ装置の基台（１０）を
省略した路線図であり、入力角速度Ωが零の場合の振動
体（１１）の変形モードを表わしている。同図に示すよ
うに、振動体（１１）は、その振動アーム（ｌｌａ　）
　、　　（ｌｌｂ　）の速度ベクトル■の向きが、互に
逆となるように、駆動用圧電素子（１２ａ　）　、　　
（１２ｂ　）等を介して、駆動回路（１５）により一定
振幅で駆動されている（点線図示）。

第３図は、振動体（１１）の振動アーム（ｌｌａ）。

（ｌｌｂ　＞が第２図のごと（振動しているときに、入
力角速度Ωが（Ｚ　−Ｚ）軸まわりに加わったときの変
形状態を示す路線図である（尚、ここでは振動体（１１
）の変形モードは省略している）。ここで、振動体（１
１）の振動アーム（ｌｌａ　）　、　　（ｌｌｂ　）の
速度ベクトル■の向きは、上述の如（、互に逆であるか
ら、各アーム（ｌｌａ　）　、　　（ｌｌｂ　）には、
速度ベクトルＶと入力角速度Ωとに互に垂直な方向に、
向きが互に逆のコリオリの力Ｆｃが生ずる。

従って、このコリオリの力Ｆｃは、（Ｚ−Ｚ）軸上の連
結アーム（ｌｉｅ　）　、　　（ｌｌｆ　）に対して偶
力であるから、基台（１０）に固定された各板ばね（ｌ
１ｇ　）　、　　（ｌｌｂ　）は、この偶力により捩ら
れ、変形する（点線図示）。板ばね（ｌ１ｇ）　、　　
（ｌｌｈ）のこの変形量は、各板ばね（１１１り　、　
　（ｌｌｂ　）に設置した圧電素子（１４ａ）〜（１４
ｄ）により検出され、その大きさは入力角速度Ωに略々
比例する。

即ち、上述の如くジャイロ装置として機能する。

このように振動体（１１）を構成すると、振動体（１１
）は一部品で構成することができ、安価であること、ま
た、振動体（１１）が両持ち構造であるため、撮動体（
１１）の剛性を高くできること等の利点がある。

なお、第１図では、駆動用圧電素子（１２ａ）。

（１２ｂ　）と変位検出用圧電素子（１３ａ　）　、　
　（１３ｂ　）とを、振動体（１１）の振動アーム（ｌ
ｌａ　）　、　　（ｌｌｂ　）の外及び内側面に設置し
たが、この順序を入れかえても、また外面の中央部にな
らべて設置しても同様の作用効果が得られる。

第４図は、本発明のジャイロ装置の主として振動体（１
１）の他の実施例を示す斜視図である。同図において、
第１図と対応する部分には同一番号を付しそれ等の説明
は省略する。

第４図の例は、振動体（１１）の各振動アーム（ｌｌａ
　）　、　　（ｌｌｂ　）の内側中央部に、夫々同一質
量の質量部（ｌｌｉ　）　、　　（ｌｌｊ　）を対向し
て付加したものということができる。この質量部（ｌｌ
ｉ　）　。

（ｌｌｊ　）の質量を選択することにより、振動体（１
１）の固有振動数を適当な値に設計することが可能であ
り、また、質量部（ｌｌｉ　）　、　　（ｌｌｊ　）を
付加することにより、同一人力角速度Ωであっても、振
動アーム（ｌｌａ　）　、　　（ｌｌｂ　）に作用する
コリオリの力Ｆｃは増加するから、検出感度をあげるこ
とができるという特徴を有している。尚、質量部（ｌｌ
ｉ　）　、　　（ｌｌｊ　）は、振動アーム（ｌｌａ）
。

（ｌｌｂ）の内側中央部ではなく、外側中央部に取り付
けてもよい。

又、第４図の例では、駆動用及び変位検出用圧電素子（
１２ａ　）　、　　（１３ａ　）及び（１２ｂ）　、　
　（１３ｂ）を、振動アーム（ｌｌａ　）　、　　（ｌ
ｌｂ　）の外側面の略々中央部に互に離間して夫々並設
しである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、構造が簡単であ
るため、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図は本発明の一例の斜視図、第２図及び第３図はそ
の振動体等の変形の説明に供する路線図、第４図は本発
明の他の実施例の斜視図、第５図は従来例の斜視図であ
る。 図に於て、（１０）は基台、（１１）は振動体、（ｌｌ
ａ　）　、　　（ｌｌｂ　）は振動アーム、＜ｌ１ｇ）
。 （ｌｌｂ）は板ばね、（ｌｌｉ　）　、　　（ｌｌｊ　
）は質量部、（１２ａ　）　、　　（１２ｂ　）は駆動
用圧電素子、（１３ａ）。 （１３ｂ）は変位検出用圧電素子、（１４ａ　）　〜（
１４ｄ　）は角速度検出用圧電素子、（１５）は駆動回
路、（１６）はデモジェレータ回路を夫々示す。 同　　松隈秀盛 １０ｃ 木発朗の一例の斜視図 第１図 第２図 第３図 ４ｂ 従来イ列の金付見図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基台と、長方形断面を有する互に略々同一形状且つ
   同一寸法の一対の振動アームの両端を互に略々同一形状
   且つ同一寸法の一対のアームの各端に連結した全体とし
   て矩形且つ環状の振動体と、該振動体の上記一対のアー
   ムの夫々の略々中央部の外側に一端が連結され上記振動
   体の振動アームと平衡に伸びる一対の連結アームと、該
   一対の連結アームの他端に夫々の略々中央が連結され各
   々の両端が上記基台に固定された一対の板ばねと、上記
   矩形且つ環状の振動体上に設けた振動体駆動用の圧電体
   と、該圧電体を介して上記振動体を駆動する駆動源と、
   上記一対の板ばねの各々の上面に設置した角速度検出用
   圧電体と、該圧電体の出力を直流に変換する検出部とよ
   り成ることを特徴とするジャイロ装置。 ２、基台と、長方形断面を有する互に略々同一形状且つ
   同一寸法の一対の振動アームの両端を互に略々同一形状
   且つ同一寸法の一対のアームの各端に連結した全体とし
   て矩形且つ環状の振動体と、上記一対の振動アームの各
   々の略々中央部に各々固定した質量部と、上記振動体の
   上記一対のアームの夫々の略々中央部の外側に一端が連
   結され上記振動体の振動アームと平衡に伸びる一対の連
   結アームと、該一対の連結アームの他端に夫々の略々中
   央が連結され各々の両端が上記基台に固定された一対の
   板ばねと、上記矩形且つ環状の振動体上に設けた振動体
   駆動用の圧電体と、該圧電体を介して上記振動体を駆動
   する駆動源と、上記一対の板ばねの各々の上面に設置し
   た角速度検出用圧電体と、該圧電体の出力を直流に変換
   する検出部とより成ることを特徴とするジャイロ装置。