JP3814016B2 - 振動型ジャイロスコープ - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はジャイロスコープに係り、さらに詳細には振動型ジャイロスコープに関する。
【0002】
【従来の技術】
慣性体の角速度を検出するためのジャイロスコープはミサイルや船舶、航空機などの航法装置用の核心部品として用いられているが、現在は自動車の航法装置や高倍率のカムコーダの手振れを検出してこれを補正する装置に適用されるなど、その使用領域が拡大されつつある。従来の角速度検出用のジャイロスコープは精密加工された多数の部品を組み立てて製作されるのでコスト高を招き、装置も大型なので一般産業用や民生用への適用は不向きである。
【0003】
CSDL(The Charles Stark Draper Labortory, Inc)により開発されたチューニングフォークモードを用いるコーム駆動型マイクロジャイロスコープが米国特許第5,349,855号に開示されている。該コーム駆動型マイクロジャイロスコープが図1に示されている。ここで、実線及び点線のハッチング部分は電極(端子)及び固定構造物をそれぞれ示し、ハッチングが引かれない部分は懸垂構造物を示す。
【0004】
図1を参照すると、平板部材101a,101bの両側にはコーム102a,102b,102c,102dがそれぞれ形成されており、連結部材103a,103bにより前記平板部材101a,101bと連結されたバー104a,104bは固定部105a,105bにより支持される。固定構造体106a,106b,106cには前記コーム102a,102b,102c,102dの間に一定の間隔に隔てて結合されるコーム107a,107b,107c,107dが形成されている。
【0005】
前記平板部材101a,101bの下部には電極108a,108bが設けられ、端子109a,109b,109c,109d,109eは前記固定構造体106a,106b,106cと電極108a,108bにそれぞれ電圧を印加する。
【0006】
このような構成のジャイロスコープにおいて、端子109a,109b,109c,109d,109eに交流電圧を印加すると、平板部材101,102の前記コーム102a,102b,102c,102dと固定構造物106a,106b,106cのコーム107a,107b,107c,107dの間に静電気力が発生して平板部材101a,101bはX軸方向に振動する。固定構造物106bのコーム107b,107cは平板部材101a,101bのX軸上の位置検出に用いられる。この際、ジャイロスコープがY軸を中心にして角速度(Ω)で回転すると、平板部材101a,101bにはZ方向にコリオリ力が与えられる。これにより、平板部材101a,101bはZ方向に変位され、平板部材101a,101bと電極108a,108bとの間隔の変化による蓄電量の差を測定することにより角速度(Ω)を検出する。
【0007】
前記のような従来のジャイロスコープにおいて、バー104a,104bの中央部のみ固定及び支持されているので、コリオリ力による平板部材101a,101bのZ方向の変位は不均一であり、これにより、平板部材101a,101bのZ方向に変位による蓄電量の変化が非線形になる問題点がある。
【0008】
他の従来のジャイロスコープは、図2に示したように、固定部202a,202b,202c,202dにその両端部が支持されて相互平行に設けられた一対のバー201a,201bを含む。
【0009】
しかしながら、かかるジャイロスコープも動作時、平板部材203a,203bと電極204a,204bとの間隔が不均一になる問題点を解決することができない。
【0010】
さらに、図3に示したように、バー201a,201bが振動するとき、バー201a,201bの中心振幅が大きくて平板部材203a,203bと電極204a,204bとの間隔はさらに不均一になり雑音の原因となる。そして、前記バー201a,201bは両端部が固定されているので、変形が大きくなる場合、バー201a,201bの長手方向への引張力はコリオリ力に比べ大きくて望ましくない。かつ、平板部材203a,203bが上下に振動するとき、バー201a,201bがある程度歪むことは望ましいが、前記バー201a,201bは固定部202a,202b,202c,202dに堅く結合されているので、可撓性を提供することができない。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記問題点を解決するために創出されたものであって、平板部材のZ方向への変位が大きくなることによるバーの長手方向の引張力を低減することができ、角速度の大きさによる蓄電量変化の非線形性を取り除くことができる振動型ジャイロスコープを提供するにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明は、互いに離隔されて設けられた平板部材と、前記平板部材を振動させる振動手段と、前記平板部材を支持する懸垂手段と、前記平板部材の下部に所定の間隔に離隔されて位置する電極部材を含む振動型ジャイロスコープにおいて、前記懸垂手段は、前記各平板部材と連結部材により連結されたバーと、前記バーを支持し前記バーの長手方向の引張力を低減するため前記バーの両端部に結合される固定手段と、前記バーを支持するため前記バーの中間部に設けられた支持手段とを備えてなることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図4は本発明による振動型ジャイロスコープを示す平面図である。図4において図1と同じ参照符号は同じ部材を示す。
【0014】
平板部材101a,101bを振動させる振動手段は前記平板部材101a,101bの両側から相互離隔されるように突出するコーム102a,102b,102c,102dと、該コーム102a,102b,102c,102dの間に所定の間隔に結合される他のコーム107a,107b,107c,107dと、前記コーム102a〜102d、107a〜107dに電源を印加する端子109a〜109eとを含む。前記平板部材101a,101bを電極108a,108bの上部を支持する懸垂手段は、前記平板部材101a,101bと連結される連結部材103a,103bが形成されたバー401a,401bと、該バー401a,401bの両端に結合されてバー401a,401bを支持し、バー401a,401bを長手方向に変形され得るようにすることにより引張力を低減することができる固定手段410と、前記バー401a,401bの中間部を支持する支持手段420とを含む。
【0015】
前記固定手段410はバー401a,401bの端部から直角方向に延びる緩衝部411及び該緩衝部411と結合されて基板(図示せず)に固定される固定部412を含む。
【0016】
前記固定手段の他の実施例が図5乃至図7に示されている。図5を参照すると、バー501aは四角の環状の緩衝部511により固定部512に結合される。緩衝部511は図6に示したように、バー501aの長手方向への引張力を緩和させるため少なくとも一つのU字形の曲げ部511aを含むことができる。図7には蛇行またはジグザグ形態の緩衝部711が示されている。
【0017】
図4において、支持手段420はバー401a,401bの中間部、即ち、バー401a,401bの振幅が最も大きい部分でバー401a,401bと直角になるように両側に延びる歪みバー421a,421bと、該歪みバー421a,421bの端部に結合されて基板に固定される固定部422a,422bとを含む。
【0018】
前記支持手段420(図4)の他の実施例が図8に示されている。示したように、バー801aの両側から延びた連結バー821aの端部には固定部822に結合される四角環状の歪み部821bが連結されている。
【0019】
図9に示したさらに他の支持手段は、バー901aの両側から延びる連結バー921aと、該連結バー921aの端部から連結バーと直角になるように両側に分岐され、その分岐された端部は内側に曲がる歪みバー921bと、前記歪みバー921bが結合される固定部922とを含む。
【0020】
前記固定手段と支持手段は開示した実施例により限らず、平板部材が上下に振動するとき、バーの引張力を低減し、バーの歪みを提供することができる構造は本発明に含まれる。
【0021】
本発明によると、図4に示したように平板部材101a,101bを支持する連結部材103a,103bはバー401a,401bの最大変位点に設けられることが望ましい。
【0022】
図10には前記のように構成される本発明による振動型ジャイロスコープの振動状態が示されている。示したように、バー401a,401bが振動するとき、平板部材101a,101bと電極108a,108bとの間隔は均一である。従って、角速度の変化による蓄電量の変化は線形的になる。
【0023】
【発明の効果】
以上、本発明による振動型ジャイロスコープの固定手段及び支持手段は平板部材の振動の際、バーの長手方向の引張力を緩和させ、平板部材と電極との間隔を均一に保たせてバーの歪みを可能にすることにより、雑音を防止し、さらに精密に角速度を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のジャイロスコープの平面図である。
【図2】他の従来のジャイロスープの平面図である。
【図3】図2のジャイロスコープの振動状態の概略側面図である。
【図4】本発明による振動型ジャイロスコープの概略平面図である。
【図5】本発明によるジャイロスコープの固定手段の実施例を示す平面図である。
【図6】本発明によるジャイロスコープの固定手段の実施例を示す平面図である。
【図7】本発明によるジャイロスコープの固定手段の実施例を示す平面図である。
【図8】本発明によるジャイロスコープの支持手段の実施例を示す平面図である。
【図9】本発明によるジャイロスコープの支持手段の実施例を示す平面図である。
【図10】本発明による振動型ジャイロスコープの振動状態を示す側面図である。
【符号の説明】
101a,101b 平板部材
102a〜102d,107a〜107d コーム(振動手段)
103a,103b 連結部材(懸垂手段)
108a,108b 電極(電極部材)
109a〜109e 端子(振動手段)
401a,401b、501a,801a,901a バー(懸垂手段)
410 固定手段(懸垂手段)
411,511,711 緩衝部
412,512 固定部
420 支持手段(懸垂手段)
421a,421b,921b 歪みバー
422a,422b,822,922 固定部
511a 曲げ部
821a,921a 連結バー
821b 歪み部

Claims (9)

  1. 互いに離隔されて設けられた平板部材と、前記平板部材を振動させる振動手段と、前記平板部材を支持する懸垂手段と、前記平板部材の下部に所定の間隔に離隔されて位置する電極部材を含む振動型ジャイロスコープにおいて、
    前記懸垂手段は、
    前記各平板部材と連結部材により連結されたバーと、
    前記バーを支持し前記バーの長手方向の引張力を低減するため前記バーの両端部に結合される固定手段と、
    前記バーを支持するため前記バーの中間部に設けられた支持手段とを備え
    前記連結部材は前記バーの振動変位が最も大きい部位に結合されていることを特徴とする振動型ジャイロスコープ。
  2. 前記固定手段は前記バーの端部に結合される緩衝部と、前記緩衝部に結合されて前記バーを支持する固定部とを含むことを特徴とする請求項1に記載の振動型ジャイロスコープ。
  3. 前記緩衝部は前記バーの端部から直角に延びることを特徴とする請求項2に記載の振動型ジャイロスコープ。
  4. 前記緩衝部は四角の環状よりなることを特徴とする請求項2に記載の振動型ジャイロスコープ。
  5. 前記緩衝部に少なくとも一つのU字形の曲げ部が形成されることを特徴とする請求項4に記載の振動型ジャイロスコープ。
  6. 前記緩衝部は蛇行またはジグザグ型であることを特徴とする請求項2に記載の振動型ジャイロスコープ。
  7. 前記支持手段は、
    前記バーの中間部から前記バーと直角になるように両側に延びる歪みバーと、前記バーを支持するため前記歪みバーの端部に結合される固定部とを含むことを特徴とする請求項1に記載の振動型ジャイロスコープ。
  8. 前記支持手段は、
    前記バーの中間部から前記バーと直角になるように両側に延びる連結バーと、前記連結バーの各端部に結合される四角環状の歪み部と、前記バーを支持するため前記歪み部に結合される固定部とを含むことを特徴とする請求項1に記載の振動型ジャイロスコープ。
  9. 前記支持手段は、
    前記バーの中間部から前記バーと直角になるように両側に延びる連結バーと、前記連結バーの端部から前記連結バーと直角になるように両側に分岐され、前記分岐された端部は内側に曲がる歪みバーと、前記歪みバーの端部が結合される固定部とを含むことを特徴とする請求項1に記載の振動型ジャイロスコープ。
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