JPH0455714A - 振動ジャイロ - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、ジャイロスコープのように移動体の回転角速
度を検出するものであって、特に振動状態にある弾性体
に回転力が加わることにより振動状態が変化するのを測
定して回転角速度を検出する振動ジャイロに関する。

（従来の技術） この種の振動ジャイロの従来例を第４図に示す。

四角柱状をなす振動体１は、金属等の弾性部材からなる
もので、上部及び下部の２箇所で夫々支持棒２及び３に
より固定支持されている。この場合、振動体１は支持棒
２及び３により、後述する励振振動状態で節となる位置
で支持されており、支持棒２及び３には振動が伝達され
ない。振動体１において、側面１ａ及びこれと隣接する
側面１ｂには長方形状の圧電素子４及び５が貼付されて
おり、圧電素子４は交流電源６により所定周波数の交流
電圧が印加されるようになっていると共に、圧電素子５
は振動体１の圧電素子５と垂直方向の振動成分を検出し
て電圧信号を出力するようになっている。ここで、振動
体１において、その長手方向を２軸、側面１ａに垂直な
方向をＸ軸、そして側面１ｂに垂直な方向をｙ軸とする
。

このような構成において、圧電素子４に交流電源６によ
り所定周波数の交流電圧を印加すると、振動体１は支持
棒２及び３による支持部分を節としてＸ軸方向に所定周
波数で振動する。いま、この励振状態においては、振動
体１はｙ軸方向の振動成分を持たないため、圧電素子５
からは電圧信号が出力されていない。そして、このよう
な励振状態において、振動体１が２軸の周りに回転角速
度Ωで回転されると、周知のように、見かけ上の力とし
てコリオリの力が働き、励振の周波数と同じ周波数でｙ
軸方向の振動が発生する。この振動により、圧電素子５
には検出方向への応力が加わり、従って、その応力に比
例した振幅値を有する電圧信号が発生する。そして、こ
のような電圧信号の振幅値は、回転角速度Ωに略比例す
ることが分かっているので、これを検出することにより
、回転角速度Ωが測定できるのである。つまり、ジャイ
ロスコープとしての機能を果たすのである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述のような構成のものでは、実際には
圧電素子４による励振を行う場合に、Ｘ軸方向の振動の
みならずｙ軸方向の振動も発生させてしまい、これでは
回転角速度Ωが作用していない状態でも検出用の圧電素
子５に電圧信号が発生することになる。つまり、検出さ
れる電圧が回転角速度Ωに対して正確に比例していない
ことになり、検出精度を低下させている要因となってい
るのである。

また、振動体１は、支持棒２及び３により支持する都合
上、正四角柱状に形成されていてもＸ方向とＸ方向とで
夫々における共振周波数が異なる値となってしまうため
、検出感度を低下させる要因となる。さらに、支持棒２
及び３が振動体１０節の位置にあっても、ｙ軸方向の振
動が発生すると支持棒２及び３は曲げ振動を生じてしま
い、これも検出感度を低下させる要因となっている。

つまり、従来構成のものでは、前述した検出原理に基づ
く回転角速度の検出が忠実に実現されていないのである
。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、回転角速度の検出を原理的に忠実に実現させること
ができ、検出精度及び検出感度を向上し得る振動ジャイ
ロを提供するにある。

［発明の構成］ （Ｒ題を解決するための手段） 本発明の振動ジャイロは、弾性部材からなる四角柱状の
振動体と、この振動体をその長手方向に垂直な方向に振
動させる励振手段と、前記振動体の長手方向に垂直な方
向で且つ前記励振手段による振動方向に垂直な方向の振
動を検出する検出手段とを備え、前記検出手段の検出信
号に基づいて前記振動体の長手方向を回転中心とした回
転成分を回転角速度として検出するものを対象とし、前
記励振手段が設けられた弾性材製の支持部材、及びこの
支持部材と前記振動体との間にその振動体を支持するよ
うに設けられ前記励振手段による励振振動を前記振動体
に伝達する支持棒を具備したところに特徴を有する。

（作用） 本発明の振動ジャイロによれば、励振手段による振動は
支持部材を振動させ、この振動が支持棒を介して振動体
に伝達される。この場合、支持棒は振動体の励振方向に
面して振動体を支持しているので、振動体に対して純粋
に励振方向のみの振動を伝達することになる。つまり、
回転角速度が作用していないときには、励振方向に対し
て直交する方向の振動成分が現われることがなくなる。

そして、振動体の長手方向を回転中心とする回転角速度
が与えられたときには、振動体はコリオリカの働きによ
り検出手段の検出方向に回転角速度に比例した振幅の振
動を発生する。検出手段からの検出信号は振動体の検出
方向に対する振動の振幅に比例しているので、その電圧
を測定することにより、対応する回転角速度が精度良く
検出できる。また、この場合に、支持部材の形状は、振
動体の形状と無関係に形成できるので、振動体の共振周
波数と同じ共振周波数になるように形成することができ
、これにより検出感度の向上を図ることができる。

（実施例） 以下、本発明の第１の実施例について、第１図を参照し
ながら説明する。

振動体］１は、四角柱状をなす弾性部材からなるもので
、対向する一対の側面１１ａ、ｌｌｂには、これらを垂
直に貫通した状態で支持棒１２が固定されており、他の
対向する一対の側面１１Ｃ１ｌｉｄのうち側面１１Ｃに
は、この側面１１ｃに垂直な方向の振動を検出する検出
手段たる圧電素子１３が貼付されている。この振動体１
１に固定された支持体１２は、支持部材たる弾性部材型
の枠体１４に支持されており、振動体１１は長手方向が
上になるように配置されている。枠体１４は、支持棒１
２が固定された側の外側面１４ａ、１４ｂに励振手段た
る圧電素子１５ａ、１５ｂが貼付されている。これら圧
電素子１５ａ、１．５ｂは、外部に設けられた交流電源
１６ａ、１６ｂにより互いに位相が反転した交流電圧が
与えられるようになっている。つまり、圧電素子１５ａ
、１５ｂは交流電圧が与えられると、枠体１４を励振す
ると共に、支持棒１２を介して振動体１１を励振するよ
うになっている。このときの励振状態は、圧電素子１５
ａ、１５ｂが位相の反転した交流電圧が与えられること
により、振動体１１を全体に左右（Ｘ軸方向）に振動さ
せることになる。

次に、本実施例の作用について説明する。尚、ここでは
振動体１１に対して次のように座標軸を取って説明する
。即ち、図示のように、振動体］１の長手方向を２軸、
励振用の圧電素子１５ａ。

１、５　ｂの励振方向をｙ軸、検出用の圧電素子１３の
検出方向をｙ軸とする。そして、後述の回転角速度Ωは
ｙ軸の回りに作用するものとする。

まず、励振用圧電素子１５ａ、１５ｂには夫々交流電源
１６ａ、１６ｂから交流電圧が印加される。この場合、
上述のように、交流電源１６ａ。

１６ｂは夫々位相が反転した交流電圧となっているので
、対向して配置された圧電素子１５ａ、１５ｂは、Ｘ軸
方向で同じ向きに振動を励起する。

つまり、枠体１４をＸ軸方向に振動させることにより、
支持棒１２を介して振動体１１を全体としてＸ軸方向に
振動させるのである。この状態において、振動体１１は
Ｘ方向のみに励振された状態となっており、回転角速度
Ωがゼロの場合には、ｙ方向には振動成分が現れない。

しかして、２軸周りの回転角速度Ωがゼロでないときに
は、周知のように、コリオリの力が働くことにより、ｙ
軸方向に回転角速度Ωに比例した振幅を有しＸ軸方向と
同じ周波数の振動が発生する。この振動を検出用圧電素
子１３により電圧として検出する。つまり、この電圧を
測定することにより回転角速度Ωが検出できるのである
。この場合に、振動体１１は支持棒１２を介して全体の
中心位置で支持されており、且つその横断面は正方形と
なっているので、Ｘ軸方向、ｙ軸方向共に共振周波数を
同じとすることができる。従って、Ｘ軸方向に共振周波
数で励振すれば、回転角速度Ωの検出感度を高めること
ができる。

このような本実施例によれば、励振用圧電素子１．５ａ
、１５ｂを枠体１４に取り付け、この枠体１４を振動さ
せることにより支持棒１２を介して振動体１１を励振す
るようにしたので、励振状態で回転角速度Ωが作用して
いないときには検出方向の振動をゼロにすることができ
ると共に、振動体１１の共振周波数を幾何学的に設定す
ることができ、これにより、励振状態で回転角速度Ωが
作用したときに共振周波数で振動させることにより検出
感度をより高くすることができる。

第２図は本発明の第２の実施例を示すもので、第１の実
施例と異なるところは、枠体１４の方向をＸ軸周りに９
０″回転させた配置状態としたものである。このような
配置状態とした場合でも、振動体１１の励振振動の発生
は全く同様にして生起させることができ、第１の実施例
と同様の効果が得られる。また、このように、枠体１４
の配置状態は、ｙ軸の周りであれば、どのような角度に
あっても全く同様に検出できるので、装置の設置環境に
応じて適切な角度に設定できる。

第３図は本発明の第３の実施例を示すもので、第２の実
施例と異なるところは、枠体１４に代えて支持部材とし
てコ字状をなす支持体１７を用いている点である。支持
体１７の両端部が支持棒１２を介して振動体１１に固定
され、両側面に励振用の圧電素子１５ａ、１５ｂが取り
付けられた状態とされるもので、この場合も、上記各実
施例と全く同様の作用効果が得られる。

尚、上記各実施例においては、検出手段として圧電素子
１５を用いたがこれに限らず、振動の振幅に比例した出
力が得られるものであれば良い等、本発明の要旨を逸脱
しない範囲内で種々の変形が可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の振動ジャイロによれば、
励振手段を支持部材に取り付け、励振手段による振動を
支持棒を介して振動体に与えるようにしたので、励振方
向と検出方向の共振周波数を幾何学的な構成により簡単
に一致させることができると共に、回転角速度が作用し
ていないときには検出方向の振動をゼロとすることがで
き、これにより、検出感度を向上させることができると
いう優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す全体構成の斜視図
、第２図は本発明の第２の実施例を示す第１図相当図、
第３図は本発明の第３の実施例を示す第１図相当図であ
り、第４図は従来例を示す第１図相当図である。 図面中、１１は振動体、１２支持棒、１３は検出用圧電
素子（検出手段）、１４は枠体（支持部材）、１５ａ、
１５ｂは励振用圧電素子（励振手段）　、１．６ａ、１
．６ｂは交流電源、１７は支持体（支持部材）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、弾性部材からなる四角柱状の振動体と、この振動体
   をその長手方向に垂直な方向に振動させる励振手段と、
   前記振動体の長手方向に垂直な方向で且つ前記励振手段
   による振動方向に垂直な方向の振動を検出する検出手段
   とを備え、前記検出手段の検出信号に基づいて前記振動
   体の長手方向を回転中心とした回転成分を回転角速度と
   して検出する振動ジャイロにおいて、前記励振手段が設
   けられた弾性材製の支持部材と、この支持部材と前記振
   動体との間にその振動体を支持するように設けられ前記
   励振手段による励振振動を前記振動体に伝達する支持棒
   とを具備してなる振動ジャイロ。