JPH03138513A - Vibration gyro - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To improve the reliability and facilitate manufacture without using any special jig by wiring vibrators for driving and sliding vibrators nearby fixed parts and coupling the vibrators for driving by surface contact with a coupling member. CONSTITUTION:A base 2 is put in rotary motion on a Z axis while the vibrators 1a and 1b, and 1c and 1d are applied with an AC voltage to perform 180 deg. out-of- phase symmetrical vibration and the vibrators 1a and 1c, and 1b and 1d which are arranged coaxially in the Z-axis direction perform 180 deg. out-of-phase vibration. Then Corioli's forces which are proportional to an angular velocity omegaoperate on the vibrators 1a and 1b, and 1c and 1d in opposite Y-axis directions and also operate on the vibrators 1a and 1b, and 1c and 1d which are arrayed coaxially in the mutually-opposite Z-axis directions, so torsional moment based upon the Corioli's forces operates on the coupling members 4 and 4'. Therefore, torsional shearing stress is generated in support members 3 and 3' which couple the members 4 and 4' with the base 2 and the sliding vibrators 3a - 3d.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、コリオリの力に起因して生しるねじりモー
メントまたは剪断応力を検知することによって、角速度
を検出する振動ジャイロに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a vibrating gyroscope that detects angular velocity by detecting torsional moment or shear stress caused by Coriolis force.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来から広く一般に用いられている振動ジャイロとして
は、例えば、第５図に示すような圧電タイプのものがあ
る。これは、圧電材料よりなるノ＼イモルフ振動子、ユ
ニモルフ振動子等からなる、矩形板形状の二枚の駆動用
振動子５１．５１’を、三次元座標系のＸ軸方向へ延在
させるとともに、Ｙ軸方向に間隔をおいて配置し、そし
て、それらのそれぞれの広幅面を互いに向き合わせた姿
勢で、各一端を支持基板５９に固着し、また、かかる駆
動用振動子５Ｌ　５１’の遊端には、連結部材５６．５
６’を介して、これも圧電材料からなる矩形板状の検知
用振動子５７．５７’のそれぞれを、互いの広幅面が前
記駆動用振動子５１．５１’の広幅面と直交する方向に
向く姿勢で連結することにより構成されている。As a vibrating gyroscope that has been widely used in the past, there is, for example, a piezoelectric type vibrating gyroscope as shown in FIG. This consists of two rectangular plate-shaped drive vibrators 51 and 51' made of a piezoelectric material, such as a unimorph vibrator or a unimorph vibrator, extending in the X-axis direction of the three-dimensional coordinate system. , are arranged at intervals in the Y-axis direction, and one end of each is fixed to the support substrate 59 with their respective wide surfaces facing each other, and the drive vibrator 5L 51' is At the end, a connecting member 56.5
6', rectangular plate-shaped detection vibrators 57 and 57' also made of piezoelectric material are moved in a direction in which their wide surfaces are perpendicular to the wide surfaces of the drive vibrators 51 and 51'. It is constructed by connecting them in facing positions.

このような振動ジャイロの使用に際しては、先ず駆動用
振動子５１．５１’に交流電圧を印加して、それらの振
動子５１．５１’を図の矢印方向（Ｙ軸方向）に対称に
振動させる。すなわち、それぞれの広幅面を互いに直交
する方向に向けて連結した各振動子５１．５７ならびに
５１’　、　５７’からなる再振動体５８．５８’の全
体を、Ｙ軸方向に振動させる。この状態下で、振動ジャ
イロをＺ軸のまわりで、図に矢印で示す方向へ角速度ω
で回転させると、Ｘ軸方向にコリオリの力Ｆｃが発生し
、検知用振動子５７．５７’はともにそれらの厚み方向
に撓むことになる。When using such a vibrating gyroscope, first, an alternating current voltage is applied to the drive vibrators 51 and 51', and these vibrators 51 and 51' are vibrated symmetrically in the arrow direction (Y-axis direction) in the figure. . That is, the entire re-vibrating body 58,58' consisting of the vibrators 51,57 and 51', 57' connected with their respective wide surfaces facing in directions orthogonal to each other is vibrated in the Y-axis direction. Under this condition, the vibrating gyroscope is moved around the Z-axis at an angular velocity ω in the direction shown by the arrow in the figure.
When rotated, a Coriolis force Fc is generated in the X-axis direction, and both the detection vibrators 57 and 57' are bent in their thickness direction.

ところで、検知用振動子５７．５７’の彎曲の程度は、
発生するコリオリの力ＦＣ１ひいてはＺ軸周りの角速度
ωに比例する。したがって、検知用振動子５７．５７’
のそれぞれに設けた電極間に生じる電圧の大きさを測定
すれば、角速度ωを求めることができる。By the way, the degree of curvature of the detection vibrator 57, 57' is
The Coriolis force FC1 generated is proportional to the angular velocity ω around the Z-axis. Therefore, the detection vibrator 57.57'
The angular velocity ω can be determined by measuring the magnitude of the voltage generated between the electrodes provided at each of the two electrodes.

なおここで、支持基板５９は、コリオリの力板外の外力
の影響を排除して、振動体５８．５８’を正しく対称振
動させるべく機能する。Here, the support substrate 59 functions to eliminate the influence of external forces outside the Coriolis force plate and to cause the vibrating bodies 58, 58' to vibrate symmetrically correctly.

また、第６図に示す従来の振動ジャイロは、駆動用振動
子６１．６１’　、連結部材６６、６６’および検知用
振動子６７、６７’の各組合わせからなる一対の振動体
６８．６８’のそれぞれの一端を、固定部材６２に固定
してなる音叉状のものであり、この型式の振動ジャイロ
は、一方の駆動用振動子６１だけに交流電圧を印加し、
音叉の共振を利用して他方の駆動用振動子６１′をそれ
と対称に振動させると共に、その振幅を増大させてコリ
オリの力Ｆｃを強めるものである。なお、この場合には
、他方の駆動用振動子６１′は、振動モニターとして振
動片の振動状態を検知するのに利用することができる。Further, the conventional vibrating gyroscope shown in FIG. 6 includes a pair of vibrating bodies 68, 68, each of which is a combination of a driving vibrator 61, 61', a connecting member 66, 66', and a detecting vibrator 67, 67'. ' is shaped like a tuning fork and has one end fixed to a fixing member 62. This type of vibrating gyroscope applies AC voltage to only one drive vibrator 61,
The resonance of the tuning fork is used to vibrate the other driving vibrator 61' symmetrically with it, and its amplitude is increased to strengthen the Coriolis force Fc. In this case, the other driving vibrator 61' can be used as a vibration monitor to detect the vibration state of the vibrating element.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところが、これらの従来技術はいずれも、駆動用振動子
５１．５１’、　６１．６１’の先端に検知用振動子５
７、５７’、　６７、６７’を連結する構造であるため
、装置が縦長で大型化して不安定となる他、駆動用振動
子５１．５１’、　６Ｌ　６１’に交流電圧を供給する
ための配線、検知用振動子５７．５７’、　６７、６７
’から信号電圧を取り出すための配線などが複雑になる
欠点があり、とりわけ、検知用振動子５７．５７’、　
６７、６７’に対する配線は、線材の引回しに苦労する
ところが大であった。However, in all of these conventional techniques, the detection vibrator 5 is placed at the tip of the drive vibrator 51.51', 61.61'.
7, 57', 67, and 67' are connected, which makes the device vertically elongated and large, making it unstable. Wiring, detection vibrator 57.57', 67, 67
There is a disadvantage that the wiring for extracting the signal voltage from ' is complicated, especially the detection vibrator 57.57',
The wiring for 67 and 67' was difficult to route the wire rods.

すなわち、検知用振動子５７．５７’、　６７、６７’
は、常に、およそ数μｍ〜１００μｍ程度の微小な振動
振幅下におかれており、信号電圧の取出しのための線材
の質量や弾性率、さらには変形状態その他が、駆動用振
動子５１．５１’、　６１．６１’の振動に大きな影響
を及ぼして検知感度を変動させる要因となることから、
その線材を、駆動用振動子５１．５１’、　　６１゜６
１′の側面に接着させて、振動の小さい基台５９゜６９
の付近まで延在させ、そこから所定の接続端子まで引き
出すこと、あるいは所定の接続端子を検知用振動子５７
．５７’、　６７、６７’の近傍位置まで延在させて、
線材の長さを短くすることにて、その線材の影響を低減
することなどの手段が講じられている。しかしながら、
このような方法によれば、振動ジャイロの製造作業効率
の著しい低減が不可避で、あった。That is, the detection vibrators 57, 57', 67, 67'
is always under a minute vibration amplitude of about several μm to 100 μm, and the mass and elastic modulus of the wire for extracting the signal voltage, as well as the deformation state, etc. ', 61.61', as it has a large effect on the vibration and causes the detection sensitivity to fluctuate.
The wire rod is connected to a driving vibrator 51.51', 61°6
Glue it to the side of 1' to create a low vibration base 59°69
, and then pull it out to a predetermined connection terminal from there, or connect a predetermined connection terminal to the detection vibrator 57.
．． 57', 67, 67',
Measures have been taken to reduce the influence of the wire by shortening the length of the wire. however,
According to such a method, a significant reduction in the manufacturing efficiency of the vibrating gyroscope is unavoidable.

また、その一方において、駆動用振動子５１．５１’。Moreover, on the other hand, a driving vibrator 51, 51'.

６１、６１’の広幅面と、検知用振動子５７．５７’、
　６７゜６７′の広幅面とが正確に直交していない場合
には、検知用振動子５７．５７’、　６７、６７’での
検知信号中に、Ｙ軸方向の振動成分が漏れ込むことにな
るとともに、検知精度それ自体が低下することになる。61, 61' wide surfaces, detection vibrators 57, 57',
If the wide planes of 67° and 67' are not exactly orthogonal, vibration components in the Y-axis direction will leak into the detection signals from the detection vibrators 57, 57', 67, and 67'. At the same time, the detection accuracy itself decreases.

ところで、駆動用振動子５１．５１’、　６１．６１’
の端面と、検知用振動子５７．５７’、　６７、６７’
の各端面とを直接的に連結する構造の下においては、そ
れらを接着剤によって単に固着するだけでは高い連結精
度を望み得べくもない。By the way, the driving vibrators 51.51' and 61.61'
and the detection transducers 57, 57', 67, 67'
In a structure in which the respective end faces of the parts are directly connected to each other, high connection accuracy cannot be expected simply by simply fixing them with an adhesive.

そこで、図示のような連結部材５６．５６’、　６６、
６６’を介して、駆動用振動子５１．５１’、　６１．
６１’と検知用振動子５７．５７’、　６７、６７’　
とを連結することとしており、連結部材５６．５６’、
　６６、６６’を用いるこの方法によれば、駆動用振動
子５１．５１’、　６１．６１’および検知用振動子５
７．５７’、　６７、６７’のそれぞれの端部を、連結
部材５６．５６’、　６６、６６’に形成されて、州庁
に直交する方向に向くそれぞれの溝内に接合することに
よって、駆動用振動子５１．５１’、　６１．６１’と
検知用振動子５７．５７’、　６７、６７’とを、比較
的容易に、高い面角度をもって連結することが可能とな
る。Therefore, connecting members 56, 56', 66, as shown in the figure are used.
Via 66', driving vibrators 51, 51', 61.
61' and detection transducer 57.57', 67, 67'
The connecting members 56, 56',
According to this method using 66, 66', driving oscillators 51.51', 61.61' and detection oscillators 5
7.57', 67, 67' by joining their respective ends into respective grooves formed in the connecting members 56.56', 66, 66' and oriented perpendicular to the state office; It becomes possible to connect the drive vibrators 51.51', 61.61' and the detection vibrators 57.57', 67, 67' relatively easily with a high surface angle.

ところがこの場合には、連結部材５６．５６’、　６６
゜６６′の、駆動用振動子接合溝と検知用振動子接合溝
とが相互に直交する方向に向いていることから、駆動用
振動子５１．５１’、　６１．６１’と検知用振動子５
７５７’、　６７、６７’との、各連結部材５６．５６
’、　６６、６６’への接合を同時に行うに際しては、
接着剤が硬化するまでの間、駆動用振動子５１．５１’
、　６１．６１’および検知用振動子５７．５７’、　
６７、６７’のそれぞれを、各連結部材５６．５６’、
　６６、６６’に、所定の相対関係の下で正確に位置決
め保持するための特別の治１°１が必要となり、しかも
、その治具の構造が複雑になるとともに、治具が大型化
して作業性が悪くなる。However, in this case, the connecting members 56, 56', 66
66', the drive vibrator joint groove and the detection vibrator joint groove are oriented in directions perpendicular to each other, so that the drive vibrator 51.51', 61.61' and the detection vibrator 5
757', 67, 67', each connecting member 56.56
When joining ', 66, and 66' at the same time,
Until the adhesive hardens, the drive vibrator 51.51'
, 61.61' and a detection vibrator 57.57',
67, 67', each connecting member 56, 56',
66 and 66', a special jig 1°1 is required to accurately position and hold them under a predetermined relative relationship, and the structure of the jig becomes complex, and the jig becomes large and difficult to work with. Sexuality becomes worse.

この一方において、かかる接合作業を２工程に分けて行
うときには、作業工数が著しく嵩むことになる。On the other hand, when such joining work is performed in two steps, the number of work steps increases significantly.

もちろん、このように多くの課題を抱えている従来技術
に対して、解決の方策がなかった訳ではなく、コリオリ
の力によって発生するねじりモーメントを利用して角速
度を検出するタイプの振動ジャイロも提案されている。Of course, this does not mean that there are no solutions to the conventional technology, which has many problems, and we also proposed a type of vibrating gyroscope that detects angular velocity using the torsional moment generated by the Coriolis force. has been done.

第７図は、その−例を示すものであり、これは、圧電バ
イモルフその他からなる一対の駆動用振動子７１ａ、　
７１ｂのそれぞれの一端部を、少なくとも一部をすべり
振動子７３ａ〜７３ｄに構成した連結部材７２によって
コ字形に連結してなる振動ジャイロである。FIG. 7 shows an example of this, in which a pair of drive vibrators 71a made of a piezoelectric bimorph or the like,
This is a vibrating gyro in which one end of each of the gyros 71b is connected in a U-shape by a connecting member 72, at least a portion of which is formed by sliding oscillators 73a to 73d.

この振動ジャイロは、第８図に、一方の駆動用振動子７
１ｂについての作動状態を示すように、駆動用振動子７
１１）を三次元座標系内のＹ軸方向に振動させた状態の
下で、連結部材７２がＹ軸の周りに入力角速度ωで回転
する場合に、Ｘ軸方向に発生するコリオリの力Ｆｃによ
り、駆動用振動子７１ｂの固定面ＳＩに生じる、ねじり
モーメントによる剪断応力τ′を、たとえば、Ｘ軸方向
に分極処理されてＹ軸と直交するそれぞれの面７５ａ　
　７５ａ’　７５ｂおよび７５ｂ′に検知用電極を設け
てなるすべり振動子７３ｃ、　７３ｄにて検知するもの
である。This vibrating gyroscope is shown in FIG.
As shown in the operating state for 1b, the driving vibrator 7
11) is vibrated in the Y-axis direction in a three-dimensional coordinate system, and when the connecting member 72 rotates around the Y-axis at an input angular velocity ω, the Coriolis force Fc generated in the X-axis direction causes , the shear stress τ' due to the torsional moment generated on the fixed surface SI of the drive vibrator 71b is, for example, polarized in the X-axis direction and perpendicular to the Y-axis on each surface 75a.
Detection is performed by sliding oscillators 73c and 73d, which are provided with detection electrodes at 75a', 75b, and 75b'.

ところが、この振動ジャイロでは、基台７２、とくには
その一部を構成するすべり振動子７３ｃ、　７３ｄに、
Ｘ軸方向に向く単純剪断応力τも同時に作用することに
なるため、検出用のすべり振動子７３ｃ。However, in this vibrating gyroscope, the base 72, especially the sliding oscillators 73c and 73d forming a part thereof,
Since the simple shear stress τ directed in the X-axis direction also acts at the same time, the detection sliding oscillator 73c.

７３ｄの出力の絶対値に差が生ずることとなる。This results in a difference in the absolute value of the output of 73d.

それ故に、駆動用振動子７１ｂが、Ｙ軸に対してその固
定面ＳＩが常に直交するような理想的な片持ちはりとし
てＹ軸方向に振動し、またコリオリの力ＦｃによるＸ軸
方向の振動も同様に理想的なものである場合には、たし
かにすべり振動子７３ｃ。Therefore, the driving vibrator 71b vibrates in the Y-axis direction as an ideal cantilever beam with its fixed surface SI always perpendicular to the Y-axis, and also vibrates in the X-axis direction due to the Coriolis force Fc. If the oscillator 73c is also ideal, it is true that the oscillator 73c is an ideal one.

１３ｄからの出力電圧を差動的に取ることによって、ね
じり剪断応力τ′のみを取り出すことは可能である。し
かしながら、現実には、すべり振動子７３ｃ７３ｄと駆
動用振動子７１ｂとの結合状態、駆動用振動子７１ｂと
振動ジャイロを支持する固定枠との慣性モーメントとの
比などにより、ねじり剪断応力の中心が固定面Ｓ１の中
心からずれるため、精度的な面においてなお問題を残し
ている。By differentially taking the output voltage from 13d, it is possible to take out only the torsional shear stress τ'. However, in reality, the center of torsional shear stress depends on the coupling state of the sliding oscillator 73c73d and the driving oscillator 71b, the ratio of the moment of inertia between the driving oscillator 71b and the fixed frame that supports the vibrating gyroscope, etc. Since it deviates from the center of the fixed surface S1, there still remains a problem in terms of accuracy.

この発明の目的は、従来技術のかかる問題を有利に解決
するところにあり、基本的には、装置の十分なる小型化
を実現することに加え、各種配線の引き回し、および検
出手段と駆動手段との高精度の組付けを極めて容易なら
しめることによって、生産性を大きく向上させ、より望
ましくは、さらに優れた検出感度を有する振動ジャイロ
の提供を目指すところにある。The purpose of the present invention is to advantageously solve the problems of the prior art, and basically, in addition to achieving sufficient miniaturization of the device, it is also possible to reduce the number of wirings, detecting means, and driving means. By making it extremely easy to assemble with high precision, the present invention aims to greatly improve productivity and, more desirably, to provide a vibrating gyroscope with even better detection sensitivity.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

この発明の振動ジャイロは、 基台に、三次元座標系のＸ軸と直交する方向に向く二壁
面を設けるとともに、それらの各壁面からＸ軸方向へ突
出する支持部材をその基台に取付け、また、各支持部材
に、そこからさらにＸ軸方向へ突出する連結部材を設け
、 そして、これらのそれぞれの連結部材に、Ｚ軸両方向へ
突出延在し、かつその延在部分のＸ軸と直交する方向の
面が広幅面である、矩形板形状の０ 二枚一対の駆動用振動子二対を、それらの各一端部にて
固着して、一方の対の駆動用振動子のそれぞれと、他方
の対の駆動用振動子のそれぞれとを同軸上に配設したと
ころにおいて、 各支持部材の少なくとも一部を、Ｘ軸と直交するいずれ
かの方向へ分極させた圧電材料の、Ｘ軸と直交するそれ
ぞれの面に検知用電極を形成してなるすべり振動子の少
なくとも一個にて構成することにより、 駆動用振動子のＸ軸方向への振動状態下での、基台のＺ
軸周りの回転運動に伴って生起されるコリオリの力に基
づいて、すべり振動子に作用するねじりモーメントまた
は剪断応力を検知するごとにより、その基台のＺ軸周り
の角速度を検出するようにしたものである。The vibrating gyroscope of the present invention is provided with two wall surfaces facing in a direction orthogonal to the X-axis of a three-dimensional coordinate system on a base, and supporting members protruding from each wall surface in the X-axis direction are attached to the base. Further, each support member is provided with a connecting member that further projects in the X-axis direction, and each of these connecting members has a connecting member that extends in both directions of the Z-axis and is perpendicular to the X-axis at the extending portion thereof. Two pairs of rectangular plate-shaped drive vibrators, each of which has a wide surface in the direction of When each of the drive vibrators of the other pair is arranged coaxially, at least a portion of each support member is made of a piezoelectric material polarized in any direction perpendicular to the X-axis. By comprising at least one sliding vibrator with detection electrodes formed on each orthogonal surface, the Z-axis of the base is
The angular velocity of the base around the Z-axis is detected by detecting the torsional moment or shear stress acting on the sliding oscillator based on the Coriolis force generated by rotational movement around the axis. It is something.

〔作　用〕[For production]

この発明にかかる振動ジャイロにあっては、各連結部材
に一端部を固着した、対をなすそれぞれの駆動用振動子
を、位相を１８０°ずらしてＸ軸方向に対称振動させる
とともに、他のそれぞれの駆動用振動子を、前記駆動用
振動子対とは１８０°位相をずらして対称振動させた状
態の下で、基台がＺ軸まわりに入力角速度ωの回転運動
を行うと、同軸に配列された多対のそれぞれの駆動用振
動子には、互いに反対方向のコリオリの力Ｆｃが発生し
、そのコリオリの力Ｆｃは、連結部材、ひいては支持部
材をＺ軸まわりに回転させる方向のねじりモーメントを
もたらす。なお、この場合には、各連結部材に固着され
た異なった対の駆動用振動子は、互いに逆向きのコリオ
リの力を発生することにより、支持部材に作用する単純
剪断応力は相互に相殺されることになる。In the vibrating gyroscope according to the present invention, each driving vibrator in the pair, one end of which is fixed to each connecting member, is vibrated symmetrically in the X-axis direction with a phase shift of 180°, and the other driving vibrators are When the base performs a rotational movement around the Z-axis at an input angular velocity ω while the driving vibrator is symmetrically vibrated with a phase shift of 180° from the driving vibrator pair, the two drive vibrators are aligned coaxially. A Coriolis force Fc in the opposite direction is generated in each of the multiple pairs of driving vibrators, and the Coriolis force Fc generates a torsional moment in a direction that rotates the connecting member and ultimately the support member around the Z axis. bring about. In this case, different pairs of driving vibrators fixed to each connecting member generate Coriolis forces in opposite directions, so that the simple shear stress acting on the supporting member is canceled out. That will happen.

従って、各支持部材の少なくとも一部に設けたすべり振
動子には、角速度ωに対応したねじりモーメントだけが
作用することになり、すべり振動子の、Ｘ軸と直交する
それぞれの面に形成された電極間には、ねじりモーメン
ト、ひいては角速度に正確に対応した電圧が発生し、そ
の電圧から基台の回転角速度ωを、高い精度をもって検
知することができる。Therefore, only the torsional moment corresponding to the angular velocity ω acts on the sliding oscillator provided on at least a part of each support member, and the sliding oscillator formed on each surface perpendicular to the A voltage that accurately corresponds to the torsional moment and thus the angular velocity is generated between the electrodes, and the rotational angular velocity ω of the base can be detected with high accuracy from this voltage.

１ ２ この一方において、Ｘ軸方向に同軸配置した異なった対
の駆動用振動子の相互を、Ｘ軸方向に同位相となるよう
に振動させるとともに、対をなすそれぞれの駆動用振動
子を、１８０°位相をずらして対称振動させた場合には
、多対の、互いに同軸に配列された駆動用振動子のそれ
ぞれには、共に同方向に向くコリオリの力Ｆｃが発生し
、その力の方向は対をなすそれぞれの駆動用振動子間で
は相互に逆向きとなるので、各連結部材と基台たの間に
配設したそれぞれの支持部材には、Ｙ軸方向の剪断応力
だけが作用する。1 2 On the other hand, different pairs of drive vibrators arranged coaxially in the X-axis direction are vibrated so as to have the same phase in the X-axis direction, and each drive vibrator in the pair is When symmetrically vibrating with a 180° phase shift, a Coriolis force Fc is generated in each of the multiple pairs of drive vibrators arranged coaxially, and the Coriolis force Fc is directed in the same direction. Since the directions are opposite to each other between each driving vibrator in the pair, only shear stress in the Y-axis direction acts on each supporting member placed between each connecting member and the base. .

これがため、支持部材の一部に設けたすべり振動子には
、角速度に正確に対応した剪断応力が作用することにな
り、すべり振動子の、Ｘ軸と直交するそれぞれの面に形
成された電極間には、剪断応力、ひいては角速度に対応
した電圧が発生し、その電圧から基台の回転角速度ωを
、高い精度にて検知することができる。Therefore, a shear stress that accurately corresponds to the angular velocity acts on the sliding oscillator provided on a part of the support member, and the electrodes formed on each surface of the sliding oscillator perpendicular to the X axis act on the sliding oscillator. In between, a voltage corresponding to the shear stress and thus the angular velocity is generated, and from this voltage, the rotational angular velocity ω of the base can be detected with high accuracy.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照してこの発明の振動ジャイロの実施例
について詳述する。Hereinafter, embodiments of the vibrating gyroscope of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第１図は、この発明の一実施例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention.

図中、ｌａ、　ｌｂは、相互に対をなす一対の駆動用振
動子を、Ｉｃ、　Ｉｄは他の対の駆動用振動子をそれぞ
れ示し、圧電バイモルフ、ユニモルフ等からなり、それ
ぞれが矩形板形状をなす多対の駆動用振動子１ａ、　ｌ
ｂおよびｌｃ、　ｌｄは、三次元座標系のＸ軸方向に所
定の間隔をおいてＸ軸方向へともに等量づつ突出延在す
る。In the figure, la and lb represent a pair of driving vibrators that form a pair with each other, and Ic and Id represent another pair of driving vibrators, each of which is made of a piezoelectric bimorph, unimorph, etc., and each has a rectangular plate shape. Multiple pairs of drive vibrators 1a, l
b, lc, and ld all protrude and extend in the X-axis direction by the same amount at a predetermined interval in the X-axis direction of the three-dimensional coordinate system.

また図中２は、三次元座標系のＸ軸と直交する二壁面を
有する基台を示し、３．３′は、この基台２のそれぞれ
の壁面からＸ軸方向へ突出させて設けた支持部材を示し
ており、４，４′は、これらの各支持部材からさらにＸ
軸方向へ突出させて設けた連結部材を示す。In addition, 2 in the figure indicates a base having two wall surfaces perpendicular to the X-axis of the three-dimensional coordinate system, and 3.3' indicates a support provided protruding from each wall surface of this base 2 in the X-axis direction. 4, 4' further indicate X from each of these supporting members.
A connecting member provided to protrude in the axial direction is shown.

ここで、二対の駆動用振動子１ａ、　ＩｂおよびＩｃ。Here, two pairs of drive vibrators 1a, Ib and Ic.

１ｄのそれぞれは、それらの広幅面をＸ軸と直交する方
向に向けた姿勢で、それぞれの一端部を連結部材４，４
′のＺ軸直交面に、それぞれ独立して固３ ４ 着すると共に、連結部材４，４′を挟んで両側に突出延
在させたものどうし、すなわち、駆動用振動子１ａと１
０．１ｂと１ｄは、連結部材４，４′を挟んで同軸上に
設ける。1d, with their wide surfaces facing in the direction perpendicular to the
The drive vibrators 1a and 1 are fixedly fixed independently on the plane perpendicular to the Z-axis of the drive vibrators 1a and 1a, respectively, and extend protrudingly on both sides with the connecting members 4 and 4' in between.
0.1b and 1d are provided coaxially with the connecting members 4, 4' in between.

ところで、こ・うした同軸上に突出延在させた駆動用振
動子１ａ、　Ｉｃおよびｌｂ、　ｌｄの各連結部材４，
４′への連結は、その連結状態を強ｐ１に維持し、かつ
測定精度の向−ヒを担保するため、各連結部材の互いに
対抗する面、つまり、Ｚ軸と直交するそれぞれの面に形
成されてＹ軸方向に延在する溝部に、多対の駆動用振動
子の一方の端部分をそれぞれ嵌め込み、たとえば、接着
剤を用いて、それらの連結部十Ａ’４．４’に駆動用振
動子１．ａ、　ｌｂ、　ｌｃ、　ｌｄを固着することに
より行われる。By the way, each connecting member 4 of the drive vibrator 1a, Ic and lb, ld, which extends protrudingly on the same axis,
The connections to 4' are formed on the surfaces of each connection member that oppose each other, that is, on the respective surfaces orthogonal to the Z axis, in order to maintain the connection state at a strong p1 and to ensure improved measurement accuracy. One end portion of the multiple pairs of drive vibrators is respectively fitted into the groove extending in the Y-axis direction, and the drive vibrator is attached to the connecting portion 10A'4.4' using adhesive, for example. Vibrator 1. This is done by fixing a, lb, lc, and ld.

これに対し、連結部材４．４′は、後に詳述する支持部
１’３．３’を介して、基台２の、Ｘ軸と直交する方向
に向く二壁面番こ固着することによって、それらの連結
部材４，４′に同軸に配設した多対の駆動用振動子１ａ
、　ｌｂとｌｃ、　ｌｄの広幅面は相互に対向すること
となる。On the other hand, the connecting member 4.4' is fixed to the two walls of the base 2 facing in the direction perpendicular to the X-axis via the support part 1'3.3' which will be described in detail later. Multiple pairs of drive vibrators 1a coaxially arranged on the connecting members 4, 4'
, lb, lc, and ld face each other.

さらにここでは、支持部材３，３′の少なくとも一部を
、たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）その他か
らなる圧電セラミックス材料を主体とするすべり振動子
３ａ、　３ｂ、　３ｃ、　３ｄにより構成し、それらの
各すべり振動子を、例えば、直六面体形状をなす圧電材
料をＺ軸方向へ分極させるとともに、その圧電材料の、
Ｘ軸と直交するそれぞれの面に検知用電極を配設するこ
とによって構成する。Further, here, at least a part of the supporting members 3, 3' is constituted by sliding vibrators 3a, 3b, 3c, 3d mainly made of piezoelectric ceramic material such as lead zirconate titanate (PZT), For example, each of these sliding oscillators polarizes a rectangular hexahedral piezoelectric material in the Z-axis direction, and polarizes the piezoelectric material in the Z-axis direction.
It is constructed by arranging detection electrodes on each plane perpendicular to the X-axis.

第２図ｔａ）は、支持部材３，３′の全てを、上述した
すべり振動子で構成した例を、一方の支持部材３′につ
いて示すものであり、ここでは、支持部材３′を、Ｙ軸
方向にセパレートさせた二個のすべり振動子３ｃ、　３
ｄによって構成することとし、各すべり振動子３ｃ、　
３ｄを、Ｚ軸方向へ分極させた圧電材料の、Ｘ軸と直交
するそれぞれの面に、検知用電極５ｃ、　５ｃ’および
５ｄ、　５ｄ’をそれぞれ設けることによって構成して
いるが、この発明によれば、いずれか一方のすべり振動
子を単なるスペーサに置換してもなお、所期した通りの
振動ジャイロをもたらすことができ、また、支持部材３
′の厚み５ ６ 方向、いいかえればＸ軸方向の一部だけをすべり振動子
３ｃおよび／または３ｄによって構成することも可能で
ある。FIG. 2 ta) shows an example in which all of the support members 3 and 3' are constructed of the above-mentioned sliding oscillators, and one of the support members 3' is shown here. Two slip oscillators 3c, 3 separated in the axial direction
d, each slip oscillator 3c,
3d is constructed by providing detection electrodes 5c, 5c' and 5d, 5d' on each surface perpendicular to the X-axis of a piezoelectric material polarized in the Z-axis direction. According to the above, even if one of the sliding oscillators is replaced with a simple spacer, the desired vibrating gyroscope can still be obtained, and the supporting member 3
It is also possible to configure only a part of the thickness 5 6 direction of ', in other words, the X-axis direction, by the sliding oscillators 3c and/or 3d.

以上のように構成してなる振動ジャイロの作用を以下に
説明する。The operation of the vibrating gyroscope constructed as described above will be explained below.

第１図に示すところにおいて、対をなす駆動用振動子１
ａ、　ｌｂおよびｌｃ、　Ｉｄのそれぞれに交流電圧を
印加して、多対の駆動用振動子に、図に矢印■で示すよ
うに、位相が１８０　’ずれた対称振動を行わせるとと
もに、Ｚ軸方向に同軸に配設された、異なる対の駆動用
振動子１ａと１０並びに１ｂとＩｄにもまた、位相が１
８０°ずれた振動を行わせた状態の下で、基台２にＺ軸
の周りでの回転運動を与える。In the place shown in FIG. 1, a pair of drive vibrators 1
By applying an AC voltage to each of a, lb, lc, and Id, the multiple pairs of drive vibrators are caused to vibrate symmetrically with a phase shift of 180', as shown by the arrow ■ in the figure, and the Z-axis Different pairs of driving vibrators 1a and 10 and 1b and Id, which are arranged coaxially in the direction, also have a phase of 1.
The base 2 is given a rotational motion around the Z-axis under a state where the vibration is deviated by 80°.

すると、対をなすそれぞれの駆動用振動子１ａ。Then, each driving vibrator 1a forms a pair.

１ｂ並びにｌｃ、　ｌｄには、角速度ωに比例するコリ
オリの力Ｆｃが、Ｙ軸方向に互いに逆向きに作用し、か
つ、Ｚ軸方向に同軸に配列された多対の駆動用振動子１
ａ及び１ｂ並びに１ｃ及び１ｄにもまた、相互に逆向き
に作用するので、それぞれの連結部材４．４′には、そ
れらのコリオリの力に基づくねしりモーメントが作用す
る。1b, lc, and ld, Coriolis force Fc proportional to the angular velocity ω acts in mutually opposite directions in the Y-axis direction, and multiple pairs of driving oscillators 1 are arranged coaxially in the Z-axis direction.
Since a and 1b and 1c and 1d also act in opposite directions, a torsion moment based on their Coriolis forces acts on each connecting member 4.4'.

これがため、連結部材４．４′を基台２に連結する支持
部材３．３’　、ひいては、すべり振動子３ａ〜３ｄに
は、第２図（ａｌに弧状の矢印で示すように、そのねじ
りモーメントに起因するねじり剪断応力が生ずる。なお
、簡略のため、振動子３ａ、　３ｂについては図示しな
い。For this reason, the supporting member 3.3' that connects the connecting member 4.4' to the base 2, and in turn the sliding oscillators 3a to 3d, have their torsional A torsional shear stress is generated due to the moment.For the sake of simplicity, the vibrators 3a and 3b are not shown.

ここで注意することは、Ｚ軸方向に同軸に配列された多
対の駆動用振動子１ｂ及びＩｄに作用するコリオリの力
ＦｃｚとＦｃａは、それらの駆動用振動子の各種寸法お
よび重量をともに等しくしたところにおいて、それぞれ
大きさが等しく、作用方向が逆になるので、支持部材３
′を構成するすべり振動子３Ｃおよび３ｄと連結部材４
′との接合面Ｓには、ねじり剪断応力だけが作用すると
いうことである。It should be noted here that the Coriolis forces Fcz and Fca acting on the multiple pairs of driving oscillators 1b and Id arranged coaxially in the Z-axis direction are When they are made equal, the sizes are the same and the directions of action are opposite, so the support member 3
'The sliding oscillators 3C and 3d and the connecting member 4
This means that only torsional shear stress acts on the joint surface S with '.

そこで、接合面ＳにおいてＸ軸の周りに作用するねじり
剪断応力を検出すべく、接合面Ｓの、図ではほぼ半分を
構成するそれぞれのすべり振動子３ｃ及び３ｄの分極方
向をＺ軸方向とすると共に、それらのすべり振動子の、
Ｘ軸と直交するそれぞれ７ ８ の面５ｃ及び５ｃ’並びに５ｄ及び５ｄ’に検知用電極
を配設し、このことによって、角速度ωに比例した電圧
の検出を可能ならしめる。勿論、このことは支持部材３
を構成する他のすべり振動子３ａ及び３ｂについても同
様である。Therefore, in order to detect the torsional shear stress acting around the X-axis on the joint surface S, the polarization direction of each of the sliding oscillators 3c and 3d, which constitute approximately half of the joint surface S in the figure, is set as the Z-axis direction. and of those slip oscillators,
Detection electrodes are arranged on 7 8 planes 5c and 5c' and 5d and 5d', respectively, perpendicular to the X-axis, thereby making it possible to detect a voltage proportional to the angular velocity ω. Of course, this means that the support member 3
The same applies to the other sliding oscillators 3a and 3b that constitute the oscillator.

なお、上述したねじり剪断応力は、第２図（ｂｌに示す
ように、支持部材３′と連結部材４′との接合面Ｓ′の
一部を構成する、Ｚ軸方向にセパレートさせたそれぞれ
のすべり振動子３ｃ′及び３ｄ’の分極方向をＹ軸方向
とすると共に、それらのすべり振動子の、Ｙ軸と直交す
るそれぞれの面５ｅ及び５ｅ’及び５ｆ及び５ｆ’に検
知用電極をそれぞれ配設することによってもまた検出す
ることができ、第２図＋ａ）及び（ｂ）に示したいずれ
の場合にあっても、すべり振動子３ｃ、　３ｄおよび３
ｃ’、３ｄ’はそれぞれ、Ｙ軸およびＹ軸に対して線対
称に配置されるので、それぞれのすべり振動子に生起さ
れる電圧の絶対値は等しくなる。Note that the above-mentioned torsional shear stress is applied to each of the parts separated in the Z-axis direction that constitute a part of the joint surface S' between the support member 3' and the connecting member 4', as shown in FIG. The polarization direction of the slip oscillators 3c' and 3d' is set to the Y-axis direction, and detection electrodes are arranged on the respective surfaces 5e and 5e' and 5f and 5f' of these slip oscillators perpendicular to the Y-axis. Detection can also be made by installing slip oscillators 3c, 3d and 3 in both cases shown in FIGS. 2+a) and (b).
Since c' and 3d' are arranged line-symmetrically with respect to the Y-axis and the Y-axis, the absolute values of the voltages generated in the respective slip oscillators are equal.

ところで、上述した実施例にあっては、対をなす駆動用
振動子１ａ、　Ｉｂおよびｌｃ、　ｌｄに交流電圧を印
加して、それらのそれぞれの対を、位相を１８０６ずら
して矢印Ｖで示す方向に対称振動させるとともに、Ｚ軸
方向に同軸に配列された多対の駆動用振動子１ａと１ｃ
および１ｂと１ｄをもまた、位相を１８０’ずらして振
動させたが、第３図に示すように、Ｚ軸方向に同軸に配
列された多対の駆動用振動子１ａと１ｃ並びに１ｂとｌ
ｄとをそれぞれ同相に振動させる一方、対をなす駆動用
振動子１ａと１ｂおよび駆動用振動子１ｃと１ｄとの間
では、位相を１８０°ずらして振動させた状態の下で、
基台２にＹ軸の周りでの回転運動を与えた場合にもまた
、回転運動の角速度ωを求めることができる。By the way, in the above-mentioned embodiment, an AC voltage is applied to the driving vibrators 1a, Ib, lc, and ld which form a pair, and each pair is shifted in phase by 1806 points in the direction indicated by the arrow V. Multiple pairs of drive vibrators 1a and 1c are arranged coaxially in the Z-axis direction and vibrate symmetrically.
and 1b and 1d were also vibrated with a phase shift of 180', but as shown in FIG.
d are vibrated in the same phase, while the paired driving vibrators 1a and 1b and driving vibrators 1c and 1d are vibrated with a phase shift of 180°.
When the base 2 is given a rotational movement around the Y-axis, the angular velocity ω of the rotational movement can also be determined.

この場合にあっても、Ｚ軸方向に同軸に配列された多対
の駆動用振動子ｌａ、　ｌｃおよびｌｂ、　Ｉｄに、角
速度ωに比例したコリオリの力が作用することに変わり
はないが、駆動用振動子１ａとＩＣ１１ｂと１ｄとに作
用するコリオリの力の方向がともに同じとなるのに対し
、それらの駆動用振動子１ａ、　ｌｃと１ｂ１ｄとの間
ではその作用方向が逆向きとなる。Even in this case, the Coriolis force proportional to the angular velocity ω still acts on the multiple pairs of driving oscillators la, lc, lb, and Id arranged coaxially in the Z-axis direction. While the direction of the Coriolis force acting on the drive vibrator 1a, ICs 11b and 1d is the same, the direction of the Coriolis force acting on the drive vibrator 1a, lc and 1b1d is opposite. .

それゆえに、このような場合には、連結部材４゜９ ０ ４′を基台２に連結する支持部材３．３’　、ひいては
、すべり振動子３ｅ、　３ｆに、第４図に示すような単
純剪断応力τが生ずる。勿論、Ｚ軸方向に同軸に配列さ
れた駆動用振動子、たとえば、１ａ及び１ｃにそれぞれ
作用するコリオリの力Ｆ輪’　、Ｆｃ３’によるねじり
モーメントＭＩ、Ｍ３がすべり振動子に作用することに
なるが、それらは互いに逆向きに作用して打ち消し合う
結果、実質的に単純剪断応力でだけが作用することとな
る。Therefore, in such a case, a simple structure as shown in FIG. A shear stress τ is generated. Of course, the torsional moments MI and M3 due to Coriolis forces F' and Fc3' acting on drive vibrators arranged coaxially in the Z-axis direction, for example 1a and 1c, respectively, act on the sliding vibrator. However, as a result of these acting in opposite directions and canceling each other out, only simple shear stress actually acts.

そこで、接合面Ｓ“においてＹ軸方向に作用する単純剪
断応力を検出すべく、ここでは、接合面を形成する各す
べり振動子３ｅ及び３ｆを、たとえば、接合面Ｓ“と同
一の寸法を有するとともに、所要の厚みを有する圧電材
料をＹ軸方向へ分極させるとともに、その圧電材料の、
Ｙ軸と直交する対向面５ｇ、　５ｇ’および５ｈ、　５
ｈ’のそれぞれに検知用電極を設けることによって構成
する。Therefore, in order to detect the simple shear stress acting in the Y-axis direction on the joint surface S", here, each sliding oscillator 3e and 3f forming the joint surface is set to have the same dimensions as the joint surface S". At the same time, the piezoelectric material having the required thickness is polarized in the Y-axis direction, and the piezoelectric material is
Opposing surfaces 5g, 5g' and 5h, 5 perpendicular to the Y axis
It is constructed by providing a detection electrode on each of h'.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

かくして、この発明によれば、駆動用振動子およびすべ
り振動子への配線が固定部付近で行なえるのみならず、
駆動用振動子の連結を、連結部材との面接触下にて行う
ことができるので、特別な治具および熟練を必要とせず
、信頼性を大きく向上させることができ、製作を容易な
らしめることができる。Thus, according to the present invention, not only can the wiring to the drive vibrator and the sliding vibrator be done near the fixed part, but also
Since the driving vibrator can be connected in surface contact with the connecting member, no special jig or skill is required, reliability can be greatly improved, and manufacturing can be facilitated. Can be done.

しかも、矩形板状をなす二対の駆動用振動子を、それぞ
れの連結部材を介して対称に配置する構成としたので、
各駆動用振動子に作用するコリオリの力を、対称的なね
じり剪断応力または単純剪断応力として、いいかえれば
、検知精度の低下をもたらす応力を極めて有効に相殺し
て検知することができ、安定性に優れた高精度の振動ジ
ャイロを得ることができる。Furthermore, since the two pairs of rectangular plate-shaped drive vibrators are arranged symmetrically via their respective connecting members,
The Coriolis force that acts on each drive vibrator can be detected as symmetrical torsional shear stress or simple shear stress.In other words, the stress that causes a decrease in detection accuracy can be extremely effectively offset and detected, resulting in improved stability. You can get an excellent high-precision vibration gyro.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は、この発明の実施例を示す斜視図、第２図（ａ
）及び（ｂｌは、それぞれ第１図のすべり振動子に作用
する応力を示す図、 第３図は、第１図に示す装置の異なった作動を示す説明
図、 第４図は、第３図のすべり振動子に作用する応１ ２ 力を示す図、 第５図及び第６図は、それぞれ従来の振動ジャイロの構
成を示す斜視図、 第７図及び第８図はそれぞれ、ずベリ振動子を用いた振
動ジャイロの例、及びその作動原理を示す図である。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the invention, and FIG.
) and (bl are diagrams showing the stresses acting on the slip oscillator in Figure 1, respectively; Figure 3 is an explanatory diagram showing different operations of the device shown in Figure 1; Figure 4 is the diagram shown in Figure 3). Figures 5 and 6 are perspective views showing the configuration of a conventional vibrating gyro, and Figures 7 and 8 are diagrams showing the force acting on a sliding gyro, respectively. FIG. 2 is a diagram showing an example of a vibrating gyroscope using a vibration gyroscope and its operating principle.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １、三次元座標系内で、Ｘ軸と直交する方向に向く二壁
面を有する基台と、この基台それぞれの壁面からＸ軸方
向へ突出させて設けた支持部材と、これらの各支持部材
からさらにＸ軸方向へ突出させて設けた連結部材と、一
端が各連結部材に固着されていてＺ軸方向へ突出延在し
、かつその延在部分のＸ軸と直交する方向の面が広幅面
である、矩形板形状の二枚一対の駆動用振動子二対と、
を具え、連結部材を挟む一方にのびる駆動用振動子と他
方にのびる駆動用振動子とをそれぞれ同軸上に配設して
なる振動ジャイロであって、 前記各支持部材の少なくとも一部を、Ｘ軸と直交するい
ずれかの方向へ分極させた圧電材料の、Ｘ軸と直交する
それぞれの面に検知用電極を設けてなるすべり振動子に
て構成したことを特徴とする振動ジャイロ。[Claims] 1. A base having two wall surfaces facing in a direction perpendicular to the X-axis within a three-dimensional coordinate system, and a support member provided to protrude from each wall surface of the base in the X-axis direction. , a connecting member provided further protruding from each of these support members in the X-axis direction, and a connecting member having one end fixed to each connecting member, protruding and extending in the Z-axis direction, and the extending portion thereof being perpendicular to the X-axis. two pairs of rectangular plate-shaped driving oscillators, each of which has a wide surface in the direction of
A vibrating gyro comprising a driving vibrator extending on one side and a driving vibrator extending on the other side of a connecting member, each coaxially disposed with at least a portion of each supporting member A vibrating gyroscope comprising a shear vibrator comprising a piezoelectric material polarized in any direction perpendicular to the axis and a detection electrode provided on each surface perpendicular to the X-axis.