JPH08128833A - Vibration-type gyroscope - Google Patents
Vibration-type gyroscopeInfo
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- JPH08128833A JPH08128833A JP6289009A JP28900994A JPH08128833A JP H08128833 A JPH08128833 A JP H08128833A JP 6289009 A JP6289009 A JP 6289009A JP 28900994 A JP28900994 A JP 28900994A JP H08128833 A JPH08128833 A JP H08128833A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、所定の方向へ変形振動
する弾性体が回転系内に置かれたときに、コリオリ力に
より生じる前記振動方向と直交する方向の変形振動を検
出して、回転系の角速度を求めることのできる振動型ジ
ャイロスコープに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention detects a deformation vibration in a direction orthogonal to the vibration direction generated by a Coriolis force when an elastic body which deforms and vibrates in a predetermined direction is placed in a rotary system, The present invention relates to a vibration type gyroscope capable of obtaining the angular velocity of a rotating system.
【０００２】[0002]
【従来の技術】回転角速度を検出するジャイロスコープ
は、車載用ナビゲーションシステム、航空機や船舶の慣
性航法システムや姿勢制御システム、ロボットや無人走
行車の姿勢制御システム、さらにはテレビカメラやビデ
オカメラの画面振れ防止装置などに使用される。このよ
うな種々の分野の使用に適するジャイロスコープとして
は小型のものが必要になっており、そこで振動型ジャイ
ロスコープが着目されている。2. Description of the Related Art Gyroscopes for detecting rotational angular velocity are used in vehicle navigation systems, inertial navigation systems and attitude control systems for aircraft and ships, attitude control systems for robots and unmanned vehicles, and screens for TV cameras and video cameras. Used in shake prevention devices. As a gyroscope suitable for use in such various fields, a small gyroscope is required, and therefore, a vibrating gyroscope is receiving attention.
【０００３】図１３はこの種の振動型ジャイロスコープ
の従来例を示している。この振動型ジャイロスコープ
は、恒弾性金属（エリンバ）により形成された柱状の弾
性体１に、駆動用の圧電素子２と検出用の圧電素子３が
固着されている。駆動用の圧電素子２により弾性体１に
Ｘ軸方向への曲げ振動を与えながら、弾性体１をＺ軸回
りの回転系内に置くと、弾性体１に対しＹ軸方向へコリ
オリ力が作用し、弾性体１はＹ軸方向へ振動する。この
Ｙ軸方向の曲げ振動による変形量が圧電素子３により電
圧として検出される。弾性体１の質量をｍ、弾性体１の
Ｘ軸方向の振動速度をｖ（ベクトル値）、回転系でのＺ
軸回りの角速度をω（ベクトル値）とすると、コリオリ
力Ｆ（ベクトル値）は、FIG. 13 shows a conventional example of this type of vibrating gyroscope. In this vibrating gyroscope, a driving piezoelectric element 2 and a detecting piezoelectric element 3 are fixed to a columnar elastic body 1 formed of a constant elastic metal (elinvar). When the elastic body 1 is placed in a rotary system around the Z axis while applying bending vibration to the elastic body 1 in the X axis direction by the driving piezoelectric element 2, a Coriolis force acts on the elastic body 1 in the Y axis direction. Then, the elastic body 1 vibrates in the Y-axis direction. The amount of deformation due to this bending vibration in the Y-axis direction is detected by the piezoelectric element 3 as a voltage. The mass of the elastic body 1 is m, the vibration speed of the elastic body 1 in the X-axis direction is v (vector value), and Z in the rotating system is
If the angular velocity around the axis is ω (vector value), the Coriolis force F (vector value) is
【０００４】[0004]
【数１】Ｆ＝２ｍ（ｖ×ω） （×はベクトル積）## EQU1 ## F = 2 m (v × ω) (× is a vector product)
【０００５】となり、コリオリ力Ｆは角速度ωに比例す
る。よって、弾性体１のＹ軸方向への変形振動が、検出
用圧電素子３により電圧に変換されると、この検出電圧
から角速度ωが求められることになる。Therefore, the Coriolis force F is proportional to the angular velocity ω. Therefore, when the deformation vibration of the elastic body 1 in the Y-axis direction is converted into a voltage by the detection piezoelectric element 3, the angular velocity ω is obtained from this detection voltage.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし図１３に示す振
動型ジャイロスコープでは、弾性体１をＺ軸に直交する
方向に振動駆動し、またコリオリ力により弾性体１をＺ
軸と直交する方向へ曲げ振動させる構造であるため、長
軸であるＺ軸回りの角速度ωしか検出できない。したが
って、回転系での回転面に対し、常に長軸方向であるＺ
軸を交叉させる向きでしか設置できず、振動型ジャイロ
スコープの各種装置への実装置条件に制約が生じる。例
えば、この種の振動型ジャイロスコープによって二次元
または三次元の各方向での回転角速度を検出する場合に
は、図１３に示す弾性体１を２個以上設け、それぞれの
弾性体１のＺ軸を直交させて配置することが必要にな
る。したがって、振動型ジャイロスコープを実装する基
板上にて、１個または２個の弾性体１は長軸であるＺ軸
を基板面に平行な向きに設置することができるが、いず
れか１個の弾性体１は必ず基板面に直立させて設置しな
くてはならなくなる。Ｚ軸が基板面に直交する向きにて
実装されると、、基板周囲の薄型化が困難になる。However, in the vibrating gyroscope shown in FIG. 13, the elastic body 1 is vibrated and driven in the direction orthogonal to the Z-axis, and the elastic body 1 is Z-driven by the Coriolis force.
Since the structure vibrates and vibrates in the direction orthogonal to the axis, only the angular velocity ω about the Z axis, which is the major axis, can be detected. Therefore, Z is always in the long axis direction with respect to the plane of rotation in the rotating system.
Since it can be installed only in the direction in which the axes are crossed, there are restrictions on the actual device conditions for various devices of the vibration gyroscope. For example, when the rotational angular velocity in each of the two-dimensional or three-dimensional directions is detected by this type of vibrating gyroscope, two or more elastic bodies 1 shown in FIG. 13 are provided, and the Z-axis of each elastic body 1 is provided. Must be arranged orthogonally. Therefore, one or two elastic bodies 1 can be installed with the Z axis, which is the long axis, in a direction parallel to the substrate surface on the substrate on which the vibration type gyroscope is mounted. The elastic body 1 must always be installed upright on the substrate surface. If the Z axis is mounted in a direction orthogonal to the board surface, it becomes difficult to reduce the thickness around the board.
【０００７】また、図１３に示す振動型ジャイロスコー
プでは、コリオリ力による変形が曲げ振動だけに限ら
れ、ねじり振動を生じさせることは不可能である。振動
モードが曲げ振動に限られることにより使用範囲も狭め
られることになる。Further, in the vibration type gyroscope shown in FIG. 13, the deformation due to the Coriolis force is limited to bending vibration, and it is impossible to generate torsional vibration. Since the vibration mode is limited to bending vibration, the range of use will also be narrowed.
【０００８】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、弾性体にコリオリ力が作用したときに、弾性体を
コリオリ力の作用方向への変形振動以外の方向の振動モ
ードに変換できるようにして、弾性体の長軸を回転系の
回転面に平行に配置することを可能として実装の自由度
を向上させるとともに、コリオリ力によりねじり振動を
生じさせることも可能にした振動型ジャイロスコープを
提供することを目的としている。The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and when a Coriolis force is applied to an elastic body, the elastic body can be converted into a vibration mode in a direction other than the deformation vibration in the direction in which the Coriolis force acts. In addition, it is possible to arrange the long axis of the elastic body parallel to the rotation surface of the rotating system to improve the mounting freedom and to generate torsional vibration by Coriolis force. It is intended to be provided.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明により振動型ジャ
イロスコープは、弾性体と、弾性体を第１の方向へ変形
振動させる駆動手段と、回転系内に置かれたときに弾性
体に作用する前記第１の方向と直交する方向のコリオリ
力を弾性体の中心軸に対し偏った位置に作用させて弾性
体を変形振動させる偏倚質量と、前記弾性体の変形振動
を検出する検出手段とが設けられていることを特徴とす
るものである。A vibrating gyroscope according to the present invention acts on an elastic body, a driving means for deforming and vibrating the elastic body in a first direction, and an elastic body when placed in a rotary system. A biasing mass for deforming and vibrating the elastic body by causing a Coriolis force in a direction orthogonal to the first direction to act at a position biased with respect to the central axis of the elastic body, and a detecting means for detecting the deforming vibration of the elastic body. Is provided.
【００１０】また、平板状の弾性体と、弾性体を板面に
沿う第１の方向へ変形振動させる駆動手段と、板面に直
交する軸回りの回転系内に置かれたときに弾性体の板面
内にて前記第１の方向と直交する方向へ作用するコリオ
リ力を弾性体の中心軸に対し偏った位置に作用させて弾
性体を曲げ振動させる偏倚質量と、前記弾性体の曲げ振
動を検出する検出手段とが設けられていることを特徴と
するものである。Further, a flat plate-shaped elastic body, drive means for deforming and vibrating the elastic body in a first direction along the plate surface, and the elastic body when placed in a rotary system around an axis orthogonal to the plate surface. A biasing mass for bending and vibrating the elastic body by causing a Coriolis force acting in a direction orthogonal to the first direction in a plate surface of the elastic body to act at a position biased with respect to the central axis of the elastic body, and bending of the elastic body. And a detection means for detecting vibration.
【００１１】この場合に、平板材に溝を切り込み形成し
て、溝で分離された互いに平行な複数枚の平板状の弾性
体を設け、この複数の弾性体に偏倚質量を設けて、コリ
オリ力により各弾性体を互いに逆方向の位相にて曲げ振
動させることが可能である。In this case, a groove is cut into a flat plate material, a plurality of parallel plate-like elastic bodies separated by the groove are provided, and a biasing mass is provided to the plurality of elastic bodies to coriolis force. Thus, it is possible to cause each elastic body to bend and vibrate in opposite phases.
【００１２】さらに本発明は、弾性体と、弾性体を中心
軸に沿う方向へ伸縮変形振動させる駆動手段と、前記中
心軸と直交する軸回りの回転系内に置かれたときに弾性
体に作用する前記第１の方向と直交する方向のコリオリ
力を弾性体の中心軸に対し偏った位置に作用させて弾性
体をねじり振動させる偏倚質量と、前記弾性体のねじり
振動を検出する検出手段とが設けられていることを特徴
とするものである。Further, the present invention provides an elastic body, a drive means for expanding and contracting and vibrating the elastic body in a direction along a central axis, and the elastic body when placed in a rotary system around an axis orthogonal to the central axis. A biasing mass that causes a Coriolis force acting in a direction orthogonal to the first direction to act at a position biased with respect to the central axis of the elastic body to cause the elastic body to torsionally vibrate, and a detection unit that detects the torsional vibration of the elastic body. And are provided.
【００１３】上記各手段において、偏倚質量は、弾性体
の先部などにおいて、中心軸（断面の重心を通る軸、中
立軸）に対して偏った位置に別体の質量（錘）を固定す
ることにより形成できる。あるいは弾性体の先部などに
切込みや溝を設け、中心軸に対して断面方向への質量の
分布を変えて偏倚質量としてもよい。あるいは、弾性体
の先部を曲げ変形することによっても偏倚質量を形成で
きる。In each of the above means, the biased mass fixes a separate mass (weight) at a position biased to the central axis (the axis passing through the center of gravity of the cross section, the neutral axis) at the tip of the elastic body or the like. It can be formed by Alternatively, a notched portion or groove may be provided in the tip portion of the elastic body, and the mass distribution in the cross-sectional direction with respect to the central axis may be changed to obtain the biased mass. Alternatively, the biased mass can be formed by bending the tip of the elastic body.
【００１４】[0014]
【作用】上記手段では、弾性体に偏倚質量が設けられて
いる。弾性体に第１の方向への振動を与えてこの弾性体
を回転系内に置くと、弾性体に前記第１の方向と直交す
る方向へのコリオリ力が作用する。偏倚質量が設けられ
ていることにより、コリオリ力は弾性体の中心軸から偏
った位置に作用するため、弾性体はこの偏った位置に作
用する力のモーメントに基づいて変形する。In the above means, the biasing mass is provided on the elastic body. When vibration is applied to the elastic body in the first direction and the elastic body is placed in the rotary system, Coriolis force acts on the elastic body in a direction orthogonal to the first direction. Since the biased mass is provided, the Coriolis force acts at a position deviated from the central axis of the elastic body, and the elastic body is deformed based on the moment of the force acting at the deviated position.
【００１５】例えば、コリオリ力が平板状の弾性体の板
面方向へ作用すると、前記モーメントにより弾性体は曲
げ振動を生じることになる。この曲げ振動による変形
（変形速度または変形量）を検出することにより角速度
の検出が可能になる。弾性体が平板状の場合、１枚の平
板材に溝を形成して複数の弾性体を形成し、コリオリ力
により複数の弾性体を異なる位相で曲げ振動させること
が可能である。例えば１枚の平板材に３個の弾性体が形
成されている場合には、両側の弾性体と中央の弾性体と
を互いに逆の位相にて振動させることができる。この振
動モードでは平板材内部の振動による応力のバランスが
とれ、安定した振動を得ることができる。また中央の弾
性体をトリミングして長さを変えることにより固有振動
数の設定調整が可能である。また、３個の弾性体が形成
されているものでは、平板材の基部全体を剛体支持する
ことも可能になる。For example, when the Coriolis force acts in the plate surface direction of the flat plate-shaped elastic body, the elastic body causes bending vibration due to the moment. The angular velocity can be detected by detecting the deformation (deformation speed or deformation amount) due to this bending vibration. When the elastic body has a flat plate shape, it is possible to form a plurality of elastic bodies by forming a groove in one flat plate material and to bend and vibrate the plurality of elastic bodies in different phases by Coriolis force. For example, when three elastic bodies are formed on one flat plate member, the elastic bodies on both sides and the central elastic body can be vibrated in opposite phases. In this vibration mode, the stress due to the vibration inside the flat plate material is balanced, and stable vibration can be obtained. Also, the natural frequency can be set and adjusted by trimming the central elastic body and changing the length. Further, in the case where three elastic bodies are formed, it becomes possible to rigidly support the entire base portion of the flat plate material.
【００１６】偏倚質量を設け、コリオリ力により弾性体
を曲げ変形させるものでは、角速度を検出する回転系の
回転面に対し弾性体の板面を平行に設置することが可能
である。よって薄型の装置にジャイロスコープを効果的
に配置できるようになる。In the case where a biased mass is provided and the elastic body is bent and deformed by the Coriolis force, the plate surface of the elastic body can be installed parallel to the rotation surface of the rotary system for detecting the angular velocity. Therefore, the gyroscope can be effectively arranged in the thin device.
【００１７】また、長軸方向が中心軸となる弾性体に偏
倚質量が設けられ、コリオリ力が弾性体の中心軸から偏
り且つ中心軸と直交する方向に作用するものでは、弾性
体がねじり振動することになり、このねじり振動を検出
することにより、角速度の検出が可能になる。弾性体を
曲げ振動でなくねじり振動とすることにより、弾性体を
例えばその中心部にて単純支持することも可能になり、
支持条件を簡単にできるようになる。この場合も、回転
系の回転面に対して長軸の中心軸を平行に配置すること
が可能であり、薄型の装置に用いるのに最適なものとな
る。Further, in a case where an eccentric mass is provided on an elastic body whose central axis is in the major axis direction, and the Coriolis force acts in a direction deviating from the central axis of the elastic body and orthogonal to the central axis, the elastic body undergoes torsional vibration. Therefore, the angular velocity can be detected by detecting this torsional vibration. By making the elastic body a torsional vibration rather than a bending vibration, it becomes possible to simply support the elastic body at its center, for example.
Support conditions can be simplified. Also in this case, the central axis of the long axis can be arranged in parallel with the rotation surface of the rotary system, which is optimal for use in a thin device.
【００１８】すなわち偏倚質量により板状の弾性体を曲
げ変形させ、または弾性体をねじり変形させることがで
きる本発明の振動型ジャイロスコープは、いずれも、軸
方向を基板に平行に実装したときに、基板に平行な回転
面での角速度の検出ができる。一方、偏倚質量を用いて
いない例えば図１３に示すような曲げ振動モードの振動
型ジャイロスコープは、Ｚ軸を基板に平行に向けて実装
したときに、基板に平行な方向の軸回りの角速度を検出
できる。よって本発明の偏倚質量を設けた振動型ジャイ
ロスコープと、偏倚質量を設けない例えば図１３に示す
曲げ振動型の振動型ジャイロスコープを共に基板に平行
な向きで実装した場合には、双方の振動型ジャイロスコ
ープにより二方向の角速度成分の検出が可能になる。し
かも全ての弾性体を基板に平行な向きにて実装できるの
で、二次元方向の角速度を検出できる薄型の検出装置を
構成できる。また三次元方向の角速度を検出できる装置
を薄型に構成することも可能である。That is, the vibrating gyroscope of the present invention capable of bending and deforming a plate-like elastic body or twisting and deforming an elastic body by a biased mass is not applicable when the axial direction is mounted parallel to a substrate. , The angular velocity can be detected on the rotating surface parallel to the substrate. On the other hand, a vibrating gyroscope that does not use a biased mass, for example, a bending vibration mode as shown in FIG. 13 has an angular velocity about an axis parallel to the substrate when the Z axis is mounted parallel to the substrate. Can be detected. Therefore, when both the vibrating gyroscope having the biasing mass of the present invention and the bending vibrating type gyroscope having no biasing mass, for example, the bending vibration type gyroscope shown in FIG. Type gyroscope makes it possible to detect angular velocity components in two directions. Moreover, since all the elastic bodies can be mounted in a direction parallel to the substrate, it is possible to configure a thin detection device capable of detecting angular velocity in a two-dimensional direction. It is also possible to make the device that can detect the angular velocity in the three-dimensional direction thin.
【００１９】[0019]
【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。図１は本発明の第１実施例の振動ジャイロスコープ
を示す斜視図、図２（Ａ）は図１に示す振動型ジャイロ
スコープがコリオリ力に基づいて振動する振動モードを
示す動作を示す側面図、図２（Ｂ）は２次共振モードに
て曲げ振動する状態を示す説明図、図３は圧電素子の構
成を示す図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線の拡大断面図である。
図１に示す振動型ジャイロスコープは、１枚の平板状の
弾性体１１が支持体１２により片持ち支持（剛体支持）
されたものである。弾性体１１は、恒弾性金属（エリン
バ）により形成されている。恒弾性金属（エリンバ）
は、室温付近にて温度変化に対するヤング率の変化がほ
とんどない材料であり、Ｆｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッケ
ル）、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）の合金、または
これにＣｏ（コバルト）を加えた合金などである。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a vibrating gyroscope according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2A is a side view showing an operation showing a vibrating mode in which the vibrating gyroscope shown in FIG. 1 vibrates based on Coriolis force. 2 (B) is an explanatory view showing a state of bending vibration in the secondary resonance mode, and FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along line III-III of FIG. 1 showing the structure of the piezoelectric element.
In the vibrating gyroscope shown in FIG. 1, one flat plate-shaped elastic body 11 is cantilevered by a support body 12 (rigid body support).
It was done. The elastic body 11 is formed of a constant elastic metal (elinvar). Constant elasticity metal (elimba)
Is a material whose Young's modulus hardly changes with room temperature near room temperature. Fe (iron), Ni (nickel), Cr (chromium), Ti (titanium) alloys, or Co (cobalt) For example, added alloy.
【００２０】弾性体１１の先部での一方の側面には、偏
倚質量１３が設けられている。この偏倚質量１３は、弾
性体１１と別体に形成されたものであり、弾性体１１に
接着などの手段により固定されている。偏倚質量１３は
金属などのある程度大きい質量のものが使用される。な
お、偏倚質量１３と弾性体１１とが一体に形成されても
よい。図１と図２には中心軸Ｏが示されている。この中
心軸Ｏは、弾性体１１のＸ−Ｚ平面に沿う方向の断面で
の重心を通る線、すなわち弾性体１１が撓む際の中立軸
である。この実施例では、コリオリ力がＹ方向に作用す
ることを想定しているが、弾性体１１の先部の一方の側
面に偏倚質量が設けられていることにより、コリオリ力
の作用点Ｏ１は、前記中心軸Ｏに対して図２の図示上方
へ偏った位置になる。A biasing mass 13 is provided on one side surface at the tip of the elastic body 11. The biased mass 13 is formed separately from the elastic body 11, and is fixed to the elastic body 11 by means such as adhesion. As the biased mass 13, a material having a large mass such as metal is used. The biasing mass 13 and the elastic body 11 may be integrally formed. The central axis O is shown in FIGS. 1 and 2. The central axis O is a line passing through the center of gravity in a cross section of the elastic body 11 in a direction along the XZ plane, that is, a neutral axis when the elastic body 11 bends. In this embodiment, it is assumed that the Coriolis force acts in the Y direction. However, since the biasing mass is provided on one side surface of the tip of the elastic body 11, the action point O1 of the Coriolis force is The position is biased upward in FIG. 2 with respect to the central axis O.
【００２１】図１に示すように、弾性体１１の板面での
Ｘ方向の両縁部には、駆動手段となる圧電素子１４と１
５が固着されている。図３に示すように、圧電素子１４
と１５は、弾性体１１の表裏両面に対称位置となるよう
に固着されている。表裏両面の圧電素子１４，１５の表
面には駆動用の電極層１７が形成され、この電極層１７
と弾性体１１とで各圧電素子１４，１５に対して厚さ方
向（Ｚ方向）へ交流電圧が与えられる。弾性体１１の板
面の中央部には検出手段となる圧電素子１６が固着され
ている。図３に示すように、弾性体１１の裏面側の対称
位置にも同様にして検出手段となる圧電素子１６が固着
されている。表裏両面に設けられた圧電素子１６，１６
の表面には検出用の電極層１８が形成され、この電極層
１８と弾性体１１との間において、圧電素子１６の誘電
分極による厚さ方向（Ｚ方向）の電位差が検出される。As shown in FIG. 1, piezoelectric elements 14 and 1 serving as driving means are provided at both edges in the X direction on the plate surface of the elastic body 11.
5 is fixed. As shown in FIG. 3, the piezoelectric element 14
And 15 are fixed to both front and back surfaces of the elastic body 11 so as to be symmetrically positioned. Electrode layers 17 for driving are formed on the surfaces of the piezoelectric elements 14 and 15 on both the front and back sides.
With the elastic body 11, an AC voltage is applied to each piezoelectric element 14, 15 in the thickness direction (Z direction). A piezoelectric element 16 serving as detection means is fixed to the central portion of the plate surface of the elastic body 11. As shown in FIG. 3, a piezoelectric element 16 serving as a detecting means is similarly fixed to the symmetrical position on the back surface side of the elastic body 11. Piezoelectric elements 16, 16 provided on both front and back surfaces
An electrode layer 18 for detection is formed on the surface of, and a potential difference in the thickness direction (Z direction) due to dielectric polarization of the piezoelectric element 16 is detected between the electrode layer 18 and the elastic body 11.
【００２２】図３では、圧電素子１４，１５，１６を実
際よりも厚く図示し、各圧電素子の誘電分極方向を矢印
で示している。駆動手段では、弾性体１１の表裏両面に
設けられた圧電素子１４と１４のＺ軸方向の分極方向が
互いに逆である。同じく駆動手段として弾性体１１の表
裏両面に設けられた圧電素子１５と１５は、分極方向が
互いに逆方向であり、また分極方向が圧電素子１４，１
４と逆向きとなっている。検出手段として表裏両面に設
けられた圧電素子１６と１６は分極方向が同じであり、
図３では共に分極方向が−Ｚ方向である。また、弾性体
１１が各電極層１７と１８の対向電極となり電気的に接
地されている。In FIG. 3, the piezoelectric elements 14, 15 and 16 are shown thicker than they actually are, and the direction of the dielectric polarization of each piezoelectric element is indicated by an arrow. In the drive means, the polarization directions of the piezoelectric elements 14 and 14 provided on the front and back surfaces of the elastic body 11 in the Z-axis direction are opposite to each other. Similarly, the piezoelectric elements 15 and 15 provided on both front and back surfaces of the elastic body 11 as driving means have polarization directions opposite to each other, and the polarization directions are piezoelectric elements 14, 1.
It is in the opposite direction to 4. The piezoelectric elements 16 and 16 provided on the front and back sides as the detection means have the same polarization direction,
In FIG. 3, both polarization directions are the −Z direction. Further, the elastic body 11 serves as a counter electrode of the electrode layers 17 and 18 and is electrically grounded.
【００２３】次に、上記第１実施例の振動型ジャイロス
コープの動作について説明する。弾性体１１の表裏両面
に設けられた駆動手段としての圧電素子１４，１５の電
極層１７に、駆動用回路から所定周波数の交流電圧が与
えられる。各圧電素子１４，１５の分極方向が図３に示
すものである場合に、各圧電素子１４と１５の表面の電
極層１７に同じ位相の交流電圧が与えられる。圧電素子
１４と１５に与えられる上記交流電圧により、弾性体１
１は板面（Ｘ−Ｙ平面）内にてＸ方向へ変形振動する。
この弾性体１１が、Ｚ軸回りの回転系内に置かれると、
Ｘ方向と直交するＹ方向へのコリオリ力が作用する。偏
倚質量１３が設けられているために、コリオリ力は中心
軸Ｏに対して偏った作用点Ｏ１に作用し、このコリオリ
力のモーメントにより、弾性体１１はＺ方向への曲げ振
動を起こす。Next, the operation of the vibrating gyroscope of the first embodiment will be described. An alternating voltage of a predetermined frequency is applied from the driving circuit to the electrode layers 17 of the piezoelectric elements 14 and 15 as the driving means provided on both front and back surfaces of the elastic body 11. When the polarization directions of the piezoelectric elements 14 and 15 are as shown in FIG. 3, the AC voltage of the same phase is applied to the electrode layers 17 on the surfaces of the piezoelectric elements 14 and 15. The elastic body 1 is generated by the AC voltage applied to the piezoelectric elements 14 and 15.
1 deforms and vibrates in the X direction within the plate surface (X-Y plane).
When this elastic body 11 is placed in the rotation system around the Z axis,
Coriolis force acts in the Y direction, which is orthogonal to the X direction. Since the eccentric mass 13 is provided, the Coriolis force acts on the action point O1 that is deviated from the central axis O, and the elastic body 11 causes bending vibration in the Z direction due to the moment of this Coriolis force.
【００２４】例えばある時点で、圧電素子１４がＹ方向
への伸び力を発揮し、圧電素子１５がＹ方向への圧縮力
を発揮すると、弾性体１１の駆動変形の方向は＋Ｘ方向
となる。弾性体１１の駆動変形の方向が＋Ｘ方向である
と、＋Ｙ方向のコリオリ力が作用し、その結果、弾性体
１１は図２（Ａ）にてＯａで示す方向へ曲げ変形する。
また、圧電素子１４がＹ方向への圧縮力を発揮し、圧電
素子１５がＹ方向の伸び力を発揮すると、弾性体１１の
駆動変形の方向が−Ｘ方向となる。この場合には、コリ
オリ力は−Ｙ方向へ作用し、弾性体１１は図２（Ａ）に
てＯｂで示す方向へ変形する。For example, when the piezoelectric element 14 exerts a stretching force in the Y direction and the piezoelectric element 15 exerts a compressive force in the Y direction at a certain point in time, the direction of driving deformation of the elastic body 11 becomes the + X direction. When the direction of drive deformation of the elastic body 11 is the + X direction, a Coriolis force in the + Y direction acts, and as a result, the elastic body 11 bends and deforms in the direction indicated by Oa in FIG.
When the piezoelectric element 14 exerts a compressive force in the Y direction and the piezoelectric element 15 exerts a stretching force in the Y direction, the direction of driving deformation of the elastic body 11 becomes the −X direction. In this case, the Coriolis force acts in the −Y direction, and the elastic body 11 is deformed in the direction indicated by Ob in FIG.
【００２５】上記の弾性体１１のＺ方向への曲げ振動
は、検出手段として弾性体１１の表裏両面に設けられた
圧電素子１６，１６により検出される。コリオリ力によ
り弾性体１１がＺ方向へ曲げ振動するとき、ある振動位
相において、表面に設けられた圧電素子１６と裏面に設
けられた圧電素子１６の一方がＺ方向へ延び、他方がＺ
方向へ圧縮される。圧電素子１６の分極方向が図３に示
すものである場合、表裏両面の圧電素子１６と１６に設
けられた検出用の電極層１８に同じ位相の交流電圧が得
られる。表裏それぞれの圧電素子１６，１６の電極層か
ら得られた電圧を加算することにより、弾性体１１のＺ
方向への曲げ振動に基づく交流電圧が得られる。この交
流電圧からＺ軸回りの角速度ωを求めることが可能にな
る。The bending vibration of the elastic body 11 in the Z direction is detected by the piezoelectric elements 16 and 16 provided on both front and back surfaces of the elastic body 11 as detecting means. When the elastic body 11 bends and vibrates in the Z direction by the Coriolis force, one of the piezoelectric element 16 provided on the front surface and the piezoelectric element 16 provided on the back surface extends in the Z direction and the other Z
Compressed in the direction. When the polarization direction of the piezoelectric element 16 is as shown in FIG. 3, the alternating-current voltage of the same phase can be obtained in the detection electrode layers 18 provided on the piezoelectric elements 16 on both front and back surfaces. By adding the voltages obtained from the electrode layers of the piezoelectric elements 16 and 16 on the front and back respectively, Z of the elastic body 11
An AC voltage based on the bending vibration in the direction is obtained. The angular velocity ω around the Z axis can be obtained from this AC voltage.
【００２６】またコリオリ力が作用点Ｏ１に作用し、弾
性体１１がＺ方向へ曲げ振動する際、その振動周波数に
より、図２（Ａ）にてＯａとＯｂで示すように弾性体１
１が１次の共振モードで曲げ振動する場合と、図２
（Ｂ）にてＯｃで示すように、弾性体１１が２次の共振
モードにて曲げ振動する場合、あるいはさらに高次の共
振モードで振動する場合がある。また、弾性体１１がＸ
方向へ駆動される際の振動は１次の共振モードである。
弾性体１１のＺ軸方向への曲げ振動モードは、弾性体１
１のＸ方向への共振振動の周波数に影響されるものであ
るが、Ｘ方向への共振モードで駆動される場合、Ｚ方向
の曲げ振動は、一般的に図２（Ｂ）に示す２次の共振モ
ードである。When the Coriolis force acts on the point of action O1 and the elastic body 11 bends and vibrates in the Z direction, the elastic body 1 as shown by Oa and Ob in FIG.
1 is bending vibration in the first-order resonance mode, and FIG.
As indicated by Oc in (B), the elastic body 11 may bend and vibrate in a secondary resonance mode, or may vibrate in a higher resonance mode. Also, the elastic body 11 is X
The vibration when driven in the direction is the first-order resonance mode.
The bending vibration mode of the elastic body 11 in the Z-axis direction is
1 is influenced by the frequency of the resonance vibration in the X direction, but when driven in the resonance mode in the X direction, the bending vibration in the Z direction is generally a secondary vibration shown in FIG. Is the resonance mode of.
【００２７】図４は図１に示す第１実施例の振動型ジャ
イロスコープの変形例を示している。図４に示す振動型
ジャイロスコープでは、恒弾性金属（エリンバ）などの
平板材１０に、先端側から切り込まれた溝１１ｃが形成
され、この溝１１ｃで分離された２個の平板状の弾性体
１１ａと１１ｂが形成されている。２個の弾性体１１ａ
と１１ｂの形状と寸法は同じである。またそれぞれの弾
性体１１ａと１１ｂの先部の片側の面に偏倚質量１３，
１３が接着などの手段で固定されている。FIG. 4 shows a modification of the vibrating gyroscope of the first embodiment shown in FIG. In the vibrating gyroscope shown in FIG. 4, a groove 11c cut from the tip side is formed in a flat plate material 10 such as a constant elastic metal (elimba), and two flat plate-shaped elastic members separated by the groove 11c are formed. The bodies 11a and 11b are formed. Two elastic bodies 11a
And 11b have the same shape and size. Further, the biasing mass 13, on the surface on one side of the tip of each elastic body 11a and 11b,
13 is fixed by means such as adhesion.
【００２８】各弾性体１１ａと１１ｂに設けられ駆動手
段と検出手段は、図１に示す弾性体１１と同種のもので
ある。それぞれの弾性体１１ａと１１ｂには、駆動手段
として圧電素子１４および１５が設けられている。ただ
し、弾性体１１ａと１１ｂとで、圧電素子１４と１５の
固着位置が相違しており、両弾性体１１ａと１１ｂで
は、溝１１ｃに近い側の表裏両面にそれぞれ圧電素子１
４が設けられ、溝１１ｃと逆側の縁部での表裏両面に圧
電素子１５が固着されている。図４に示す圧電素子１４
と１５の誘電分極方向は図３に示したものと同じであ
る。弾性体１１ａの中央の表裏両面には、検出手段とな
る圧電素子１６が固着されている。この表裏両面の圧電
素子１６の誘電分極方向は、図３に示す圧電素子１６と
同じである。弾性体１１ｂには、同じく検出手段として
表裏両面に圧電素子１６ａが設けられている。弾性体１
１ｂの表裏両面に設けられた圧電素子１６ａの誘電分極
方向は、図３に示す圧電素子１６と逆方向である。すな
わち、弾性体１１ｂの表裏両面に設けられた圧電素子１
６ａ，１６ａの分極方向は共に＋Ｚ方向である。The drive means and detection means provided on each elastic body 11a and 11b are of the same type as the elastic body 11 shown in FIG. Piezoelectric elements 14 and 15 are provided as driving means on the elastic bodies 11a and 11b, respectively. However, the fixing positions of the piezoelectric elements 14 and 15 are different between the elastic bodies 11a and 11b, and in both elastic bodies 11a and 11b, the piezoelectric elements 1 are formed on both the front and back surfaces on the side close to the groove 11c.
4 are provided, and the piezoelectric elements 15 are fixed to both front and back surfaces at the edge portion on the side opposite to the groove 11c. Piezoelectric element 14 shown in FIG.
The dielectric polarization directions of and 15 are the same as those shown in FIG. Piezoelectric elements 16 serving as detection means are fixed to both front and back surfaces of the center of the elastic body 11a. The dielectric polarization directions of the piezoelectric elements 16 on the front and back surfaces are the same as those of the piezoelectric element 16 shown in FIG. Similarly, the elastic body 11b is provided with piezoelectric elements 16a on both front and back surfaces as a detecting means. Elastic body 1
The dielectric polarization directions of the piezoelectric elements 16a provided on both front and back surfaces of 1b are opposite to those of the piezoelectric element 16 shown in FIG. That is, the piezoelectric elements 1 provided on both front and back surfaces of the elastic body 11b.
The polarization directions of 6a and 16a are both + Z directions.
【００２９】図４に示す振動型ジャイロスコープでは、
弾性体１１ａと１１ｂが駆動手段となる圧電素子１４と
１５によりＸ方向へ変形振動させられる。ただし、両弾
性体１１ａと１１ｂとで、圧電素子１４と１５の配置位
置がＸ方向にて逆であるため、弾性体１１ａと１１ｂが
互いに逆の位相にて振動する。例えばある位相におい
て、弾性体１１ａの振幅方向が＋Ｘ方向のとき、弾性体
１１ｂの振幅方向は−Ｘ方向である。この平板材１０
が、Ｚ軸回りの回転系内に置かれると、Ｙ方向へのコリ
オリ力が作用するが、弾性体１１ａと１１ｂとでＸ方向
への振動変形の位相が逆であるので、弾性体１１ａと１
１ｂに作用するコリオリ力も逆位相となる。例えばある
位相にて、弾性体１１ａの振幅方向が＋Ｘ方向で弾性体
１１ｂの振幅方向が−Ｘ方向のとき、弾性体１１ａに作
用するコリオリ力は＋Ｙ方向であり、弾性体１１ｂに作
用するコリオリ力は−Ｙ方向である。In the vibration type gyroscope shown in FIG.
The elastic bodies 11a and 11b are deformed and vibrated in the X direction by the piezoelectric elements 14 and 15 serving as driving means. However, since the arrangement positions of the piezoelectric elements 14 and 15 in the two elastic bodies 11a and 11b are opposite in the X direction, the elastic bodies 11a and 11b vibrate in opposite phases. For example, in a certain phase, when the amplitude direction of the elastic body 11a is + X direction, the amplitude direction of the elastic body 11b is −X direction. This flat plate material 10
However, when placed in a rotation system around the Z axis, a Coriolis force in the Y direction acts, but since the elastic bodies 11a and 11b have opposite phases of vibration deformation in the X direction, 1
The Coriolis force acting on 1b also has the opposite phase. For example, when the amplitude direction of the elastic body 11a is + X direction and the amplitude direction of the elastic body 11b is −X direction at a certain phase, the Coriolis force acting on the elastic body 11a is + Y direction, and the Coriolis force acting on the elastic body 11b. The force is in the -Y direction.
【００３０】各弾性体１１ａと１１ｂの先部には偏倚質
量１３，１３が固着されているため、前記コリオリ力
は、弾性体１１ａ，１１ｂの中心軸Ｏに対して図示上面
側に偏った作用点Ｏ１に作用する。その結果、図５に示
すように、＋Ｙ方向のコリオリ力が作用する弾性体１１
ａは−Ｚ方向へ曲げ変形し、−Ｙ方向のコリオリ力が作
用する弾性体１１ｂは＋Ｚ方向へ曲げ変形する。よっ
て、両弾性体１１ａと１１ｂは、Ｚ方向へ逆の位相とな
るように互い違での曲げ振動を生じることになる。この
曲げ振動は、それぞれの弾性体１１ａと１１ｂに設けら
れた圧電素子１６と１６ａにより検出される。弾性体１
１ａと１１ｂはＺ方向へ逆の位相で曲げ振動するが、圧
電素子１６と１６ａとでは分極方向が逆であるため、両
圧電素子１６と１６ａの検出用の電極層１８から同じ位
相の電圧が得られる。この電圧を加算することにより、
Ｚ軸回りの回転系の角速度ωを検出できる。Since the biasing masses 13, 13 are fixed to the tips of the elastic bodies 11a and 11b, the Coriolis force is biased toward the upper surface in the figure with respect to the central axis O of the elastic bodies 11a, 11b. Affects point O1. As a result, as shown in FIG. 5, the elastic body 11 on which the Coriolis force in the + Y direction acts
a is bent and deformed in the −Z direction, and the elastic body 11b on which the Coriolis force in the −Y direction acts is bent and deformed in the + Z direction. Therefore, the two elastic bodies 11a and 11b generate mutually different bending vibrations so as to have opposite phases in the Z direction. This bending vibration is detected by the piezoelectric elements 16 and 16a provided on the elastic bodies 11a and 11b, respectively. Elastic body 1
Although 1a and 11b flexurally vibrate in opposite phases in the Z direction, the polarization directions of the piezoelectric elements 16 and 16a are opposite to each other, so that a voltage of the same phase is applied from the electrode layers 18 for detection of both piezoelectric elements 16 and 16a. can get. By adding this voltage,
The angular velocity ω of the rotary system around the Z axis can be detected.
【００３１】また、図４に示す振動型ジャイロスコープ
において、一方の弾性体１１ａの先部において偏倚質量
１３を図示上面側に設け、他方の弾性体１１ｂの先部に
おいて偏倚質量１３を図示下面側に設けてもよい。この
場合には、両弾性体１１ａと１１ｂをＸ方向へ同じ位相
にて変形振動させる。すなわちある時点での弾性体１１
ａと１１ｂの振幅方向が共に＋Ｘ方向または−Ｘ方向と
なるように駆動する。この場合、両弾性体１１ａ，１１
ｂに対しＹ方向へ同じ位相のコリオリ力が作用する。例
えばある時点で弾性体１１ａと１１ｂに作用するコリオ
リ力は共に＋Ｙ方向または−Ｙ方向である。In the vibrating gyroscope shown in FIG. 4, the biasing mass 13 is provided on the upper surface side in the figure at the tip of one elastic body 11a, and the biasing mass 13 is provided at the tip side of the other elastic body 11b in the figure. May be provided. In this case, both elastic bodies 11a and 11b are deformed and vibrated in the same phase in the X direction. That is, the elastic body 11 at a certain point
The drive is performed so that the amplitude directions of a and 11b are both the + X direction or the −X direction. In this case, both elastic bodies 11a, 11
Coriolis force of the same phase acts on b in the Y direction. For example, the Coriolis forces acting on the elastic bodies 11a and 11b at a certain time point are both + Y direction and -Y direction.
【００３２】しかし、偏倚質量１３は、弾性体１１ａと
１１ｂにおいて中心軸Ｏに対し上下逆側に設けられてい
る。してがって、同じ方向のコリオリ力により弾性体１
１ａと１１ｂは−Ｚ方向と＋Ｚ方向とに逆位相にて曲げ
振動することになり、図５に示すのと同じ振動モードが
得られる。したがって、検出手段となる圧電素子１６と
１６ａとで、図４に示したものと同様にして、曲げ振動
成分を検出することが可能になる。また、図４に示す変
形例において弾性体１１ａと１１ｂの、Ｘ方向の振動を
１次共振モードとし、Ｚ方向の曲げ振動を図２（Ｂ）に
示す２次共振モードとするのが一般的である。However, the biasing mass 13 is provided upside down with respect to the central axis O in the elastic bodies 11a and 11b. Therefore, due to the Coriolis force in the same direction, the elastic body 1
Bending vibrations of 1a and 11b occur in opposite phases in the −Z direction and the + Z direction, and the same vibration mode as shown in FIG. 5 is obtained. Therefore, the bending vibration component can be detected by the piezoelectric elements 16 and 16a serving as the detection means in the same manner as shown in FIG. In addition, in the modification shown in FIG. 4, it is general that the X-direction vibration of the elastic bodies 11a and 11b is the primary resonance mode and the Z-direction bending vibration is the secondary resonance mode shown in FIG. 2B. Is.
【００３３】図６は、第１実施例でのさらに他の変形例
を示している。図６に示す振動型ジャイロスコープで
は、恒弾性金属（エリンバ）により形成された平板材１
０ａに、先部から切り込まれた２つの溝１１ｇと１１ｈ
が形成され、この溝１１ｇと１１ｈにより分離された３
個の平板状の弾性体１１ｄ，１１ｅ，１１ｆが設けられ
ている。各弾性体１１ｄ，１１ｅ，１１ｆはその形状と
寸法が互いに同じである。ただし、中央の弾性体１１ｆ
と、左右両側の弾性体１１ｄ，１１ｅとでＸ方向の幅寸
法が相違していてもよい。そして各弾性体１１ｄ，１１
ｅ，１１ｆの先部には同じ面側に偏倚質量１３，１３，
１３が固着されている。FIG. 6 shows another modification of the first embodiment. In the vibrating gyroscope shown in FIG. 6, a flat plate material 1 made of a constant elasticity metal (elimba) is used.
0a, two grooves 11g and 11h cut from the front
Is formed and is separated by these grooves 11g and 11h.
Plate-shaped elastic bodies 11d, 11e, 11f are provided. The elastic bodies 11d, 11e, and 11f have the same shape and size. However, the central elastic body 11f
And the elastic bodies 11d and 11e on both the left and right sides may have different width dimensions in the X direction. And each elastic body 11d, 11
e and 11f have the masses 13, 13
13 is fixed.
【００３４】左右両側に位置する弾性体１１ｄと１１ｅ
の表裏両面には、駆動手段として圧電素子１４と１５が
固着され、また表裏両面の中央には検出手段として圧電
素子１６が固着されている。弾性体１１ｄと１１ｅに設
けられている圧電素子１４，１５と圧電素子１６の配置
は、図１に示した弾性体１１および図４に示した一方の
弾性体１１ａと同じである。すなわち、弾性体１１ｄと
１１ｅに設けられた圧電素子１４，１５と１６の分極方
向は、図３と全く同じである。また、中央に位置する弾
性体１１ｆの表裏両面には、駆動手段としての圧電素子
１４と１５が設けられているが、このＸ方向の配置位置
は弾性体１１ｄ，１１ｅと逆側であり、溝１１ｇに近い
側の表裏両面に圧電素子１４が固着され、溝１１ｈに近
い側の表裏両面に圧電素子１５が固着されている。ま
た、弾性体１１ｆの中央の表裏両面には検出手段として
圧電素子１６ａが固着されている。すなわち中央の弾性
体１１ｆに設けられている圧電素子１４と１５の配置お
よび圧電素子１６ａは、図４に示す他方の弾性体１１ｂ
に設けられたものと同じである。Elastic bodies 11d and 11e located on both left and right sides
Piezoelectric elements 14 and 15 are fixed to both front and back sides as driving means, and a piezoelectric element 16 is fixed to the center of both front and back sides as detection means. The arrangement of the piezoelectric elements 14 and 15 and the piezoelectric element 16 provided on the elastic bodies 11d and 11e is the same as that of the elastic body 11 shown in FIG. 1 and one elastic body 11a shown in FIG. That is, the polarization directions of the piezoelectric elements 14, 15 and 16 provided on the elastic bodies 11d and 11e are exactly the same as those in FIG. Further, piezoelectric elements 14 and 15 as driving means are provided on both front and back surfaces of the elastic body 11f located in the center, but the arrangement position in the X direction is on the opposite side to the elastic bodies 11d and 11e, and the groove is formed. The piezoelectric elements 14 are fixed to both the front and back surfaces on the side close to 11g, and the piezoelectric elements 15 are fixed to the front and back surfaces on the side close to the groove 11h. Piezoelectric elements 16a are fixed as detection means on the front and back surfaces of the center of the elastic body 11f. That is, the arrangement of the piezoelectric elements 14 and 15 and the piezoelectric element 16a provided in the central elastic body 11f is the same as the other elastic body 11b shown in FIG.
It is the same as that provided in.
【００３５】図６に示す振動型ジャイロスコープにおい
て、駆動手段となる各圧電素子１４，１５の電極層１７
に交流電圧が与えられると、各弾性体１１ｄ，１１ｅ，
１１ｆは板面内でＸ方向へ変形振動する。各弾性体での
駆動用の圧電素子１４と１５の配置により、左右両側の
弾性体１１ｄと１１ｅは同じ位相によりＸ方向へ変形振
動し、中央の弾性体１１ｆはこれと逆の位相にてＸ方向
へ変形振動する。ある位相にて、左右の弾性体１１ｄと
１１ｅの振幅が＋Ｘ方向であるとき、中央の弾性体１１
ｆの振幅は−Ｘ方向である。この平板材１０ａがＺ軸回
りの回転系に置かれると、左右の弾性体１１ｄと１１ｅ
にはＹ方向への同じ向きのコリオリ力が作用し、中央の
弾性体１１ｆにはこれと逆向きのコリオリ力が作用す
る。例えば図６に示すように、ある時点で、左右両側の
弾性体１１ｄと１１ｅが＋Ｘ方向へ変形し、中央の弾性
体１１ｆが−Ｘ方向へ変形するとき、コリオリ力は、左
右の弾性体１１ｄと１１ｅにおいて＋Ｙ方向で、中央の
弾性体１１ｆにて−Ｙ方向に働く。In the vibrating gyroscope shown in FIG. 6, the electrode layer 17 of each piezoelectric element 14 and 15 serving as a driving means.
When an AC voltage is applied to the elastic bodies 11d, 11e,
11f deforms and vibrates in the X direction within the plate surface. Due to the arrangement of the piezoelectric elements 14 and 15 for driving in each elastic body, the elastic bodies 11d and 11e on both left and right sides are deformed and vibrated in the X direction by the same phase, and the central elastic body 11f is in the opposite phase to X. It deforms and vibrates in the direction. At a certain phase, when the amplitudes of the left and right elastic bodies 11d and 11e are in the + X direction, the central elastic body 11
The amplitude of f is in the -X direction. When the flat plate material 10a is placed in a rotary system around the Z axis, the left and right elastic bodies 11d and 11e are
Is applied with the Coriolis force in the same direction in the Y direction, and the Coriolis force with the opposite direction acts on the central elastic body 11f. For example, as shown in FIG. 6, when the elastic bodies 11d and 11e on both the left and right sides are deformed in the + X direction and the elastic body 11f in the center is deformed in the −X direction at a certain time, the Coriolis force is changed to the left and right elastic bodies 11d. And 11e in the + Y direction and the central elastic body 11f in the −Y direction.
【００３６】各弾性体１１ｄ，１１ｅ，１１ｆの先部に
偏倚質量１３が設けられているため、コリオリ力は各弾
性体１１ｄ，１１ｅ，１１ｆの中心軸に対して図示上方
側へ偏った作用点Ｏ１に作用する。このコリオリ力が作
用することによるモーメントによって、左右の弾性体１
１ｄ，１１ｅと中央の弾性体１１ｆとが、Ｚ方向へ逆位
相となって曲げ振動する。図７に示すように、ある位相
では、左右の弾性体１１ｄと１１ｅの曲げ振動の振幅が
共に−Ｚ方向で、このとき中央の弾性体１１ｆの曲げ振
動の振幅は＋Ｚ方向である。すなわち、コリオリ力によ
り、弾性体１１ｄおよび１１ｅはＺ方向へ同じ方向へ振
動し、中央の弾性体１１ｆはこれと互い違いの位相で曲
げ振動することになる。このＺ方向への曲げ振動は図２
（Ａ）に示す１次の共振モードまたは同図（Ｂ）に示す
２次の共振モード、あるいはさらに高次の振動モードで
ある。左右の弾性体１１ｄと１１ｅの表裏両面には、検
出用の圧電素子１６が、中央の弾性体１１ｆの表裏両面
には同じく検出用の圧電素子１６ａが設けられているた
め、全ての圧電素子１６と１６ａの表面の電極層１８か
ら得られる検出電圧を加算することにより、Ｚ軸回りの
角速度ωを検出することが可能である。Since the biasing mass 13 is provided at the tip of each elastic body 11d, 11e, 11f, the Coriolis force is biased upward in the figure with respect to the central axis of each elastic body 11d, 11e, 11f. Acts on O1. The left and right elastic bodies 1 are generated by the moment resulting from the action of this Coriolis force.
1d and 11e and the elastic body 11f at the center are in opposite phases in the Z direction and bend and vibrate. As shown in FIG. 7, at a certain phase, the bending vibrations of the left and right elastic bodies 11d and 11e are in the −Z direction, and the bending vibration of the central elastic body 11f is in the + Z direction. That is, due to the Coriolis force, the elastic bodies 11d and 11e vibrate in the same direction in the Z direction, and the central elastic body 11f vibrates in a staggered phase. This bending vibration in the Z direction is shown in FIG.
It is the first-order resonance mode shown in (A), the second-order resonance mode shown in (B), or a higher-order vibration mode. Since the piezoelectric elements 16 for detection are provided on both front and back surfaces of the left and right elastic bodies 11d and 11e, and the piezoelectric elements 16a for detection are provided on both front and back surfaces of the central elastic body 11f, all the piezoelectric elements 16 are provided. It is possible to detect the angular velocity ω around the Z-axis by adding the detection voltages obtained from the electrode layers 18 on the surfaces of and 16a.
【００３７】また、図６に示す平板材１０ａにおいて、
左右両側の弾性体１１ｄ，１１ｅの先部の上面側に偏倚
質量１３を設け、中央の弾性体１１ｆの先部には逆の下
面側に偏倚質量１３を設ける構造とすることも可能であ
る。この場合には、駆動手段となる圧電素子１４と１５
のＸ方向での配置位置を全ての弾性体１１ｄ，１１ｅ，
１１ｆにおいて同じとする。この場合、駆動手段となる
圧電素子１４と１５により、全ての弾性体１１ｄ，１１
ｅ，１１ｆがＸ方向へ同じ位相にて変形振動させられ
る。すなわちある時点でのＸ方向への振幅は全ての弾性
体１１ｄ，１１ｅ，１１ｆで＋Ｘ方向または−Ｘ方向と
なる。Further, in the flat plate material 10a shown in FIG.
It is also possible to provide the biasing mass 13 on the upper surface side of the tip portions of the left and right elastic bodies 11d and 11e, and to provide the biasing mass 13 on the opposite lower surface side of the tip portion of the central elastic body 11f. In this case, the piezoelectric elements 14 and 15 serving as driving means
Of the elastic body 11d, 11e,
The same applies to 11f. In this case, all the elastic bodies 11d, 11 are driven by the piezoelectric elements 14 and 15 that serve as driving means.
e and 11f are deformed and vibrated in the same phase in the X direction. That is, the amplitude in the X direction at a certain time point becomes the + X direction or the −X direction in all the elastic bodies 11d, 11e, 11f.
【００３８】この場合、Ｚ軸回りの回転系に基づくコリ
オリ力は、全ての弾性体１１ｄ，１１ｅ，１１ｆに対し
同じ方向に働く。すなわちある時点でのコリオリ力は全
ての弾性体１１ｄ，１１ｅ，１１ｆにて全て＋Ｙ方向ま
たは−Ｙ方向である。ただし、中央の弾性体１１ｆの偏
倚質量１３が両側の弾性体１１ｄ，１１ｅの偏倚質量１
３，１３と表裏逆側に設けられているので、同じ方向の
コリオリ力により、左右の弾性体１１ｄと１１ｅは同じ
位相でＺ方向へ曲げ振動するが、中央の弾性体１１ｆは
Ｚ方向へ逆位相にて曲げ振動することになり、図７に示
すのと全く同じ振動モードが得られる。よってこの場合
も、検出手段となる圧電素子１６と１６ａの表面の電極
層１８から得られる交流電圧により、角速度ωを求める
ことが可能になる。In this case, the Coriolis force based on the rotary system around the Z axis acts in the same direction on all the elastic bodies 11d, 11e, 11f. That is, the Coriolis force at a certain point is in the + Y direction or the −Y direction in all the elastic bodies 11d, 11e, 11f. However, the biasing mass 13 of the central elastic body 11f is equal to the biasing mass 1 of the elastic bodies 11d and 11e on both sides.
Since they are provided on the opposite sides of 3 and 13, the left and right elastic bodies 11d and 11e bend and vibrate in the Z direction in the same phase by the Coriolis force in the same direction, but the central elastic body 11f reverses in the Z direction. Bending vibration occurs in the phase, and the same vibration mode as shown in FIG. 7 is obtained. Therefore, also in this case, it is possible to obtain the angular velocity ω by the AC voltage obtained from the electrode layers 18 on the surfaces of the piezoelectric elements 16 and 16a serving as the detection means.
【００３９】図６に示す振動型ジャイロスコープでは、
３個の弾性体１１ｄ，１１ｅ，１１ｆの全てからコリオ
リ力による曲げ振動を検出できるので、検出出力を高く
できる。また、図６では、左右の弾性体１１ｄ，１１ｅ
と中央の弾性体１１ｆがＺ方向へ互い違いに曲げ振動す
るため、平板材１０ａの溝１１ｇ，１１ｈが形成されて
いない基部（（イ）部）での変形量が非常に小さく、よ
って支持体１２にて平板材１０ａを表裏両面から挟み込
む剛体支持が可能である。すなわち平板材１０ａを剛性
支持しても、図７に示す振動モードへの影響が生じなく
なる。また図６に示す平板材１０ａでは、中央の弾性体
１１ｆの長さを変えることにより、図７に示す振動モー
ドの共振周波数（固有振動数）を調整することが可能で
あり、振動数の調整作業が非常に簡単である。In the vibration type gyroscope shown in FIG.
Since the bending vibration due to the Coriolis force can be detected from all the three elastic bodies 11d, 11e, 11f, the detection output can be increased. Further, in FIG. 6, the left and right elastic bodies 11d and 11e are
Since the elastic body 11f in the center and the elastic body 11f in the center alternately bend and vibrate in the Z direction, the amount of deformation in the base portion ((a) portion) of the flat plate material 10a where the grooves 11g and 11h are not formed is very small, and thus the support 12 It is possible to support the rigid body by sandwiching the flat plate material 10a from both front and back sides. That is, even if the flat plate member 10a is rigidly supported, the vibration mode shown in FIG. 7 is not affected. Further, in the flat plate material 10a shown in FIG. 6, it is possible to adjust the resonance frequency (natural frequency) of the vibration mode shown in FIG. 7 by changing the length of the elastic body 11f at the center. The work is very easy.
【００４０】上記の図１、図４および図６に示す振動型
ジャイロスコープは、いずれも平板状の弾性体の板面
（Ｘ−Ｙ面）に直交する方向（Ｚ方向）の軸回りでの角
速度を検出できる。よって、各振動型ジャイロスコープ
を、その板面が基板と平行となるように実装した場合
に、基板と平行な回転系での角速度の検出が可能であ
る。また、Ｙ軸を中心とする回転系の角速度を検出する
他の振動型ジャイロスコープと併用することにより、二
次元または三次元の各方向への回転成分の検出が可能で
ある。The vibrating gyroscopes shown in FIGS. 1, 4 and 6 are all about the axis in the direction (Z direction) orthogonal to the plate surface (X-Y plane) of the flat elastic body. The angular velocity can be detected. Therefore, when each vibrating gyroscope is mounted such that its plate surface is parallel to the substrate, it is possible to detect the angular velocity in a rotary system parallel to the substrate. Further, when used in combination with another vibrating gyroscope that detects the angular velocity of a rotary system about the Y axis, it is possible to detect a rotational component in each of two-dimensional or three-dimensional directions.
【００４１】例えば図６に示す平板材１０ａを使用した
振動型ジャイロスコープにおいて、各偏倚質量１３を設
けないものとする。このジャイロスコープでは、図６に
示したのと同様に左右の弾性体１１ｄ，１１ｅと中央の
弾性体１１ｆを板面方向（Ｘ方向）にて互いに逆の位相
にて振動させる。これがＹ軸回りの回転系内に置かれる
と、コリオリ力により各弾性体１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ
にＺ方向への曲げ振動が生じる。このときの各弾性体１
１ｄ，１１ｅ，１１ｆの曲げ振動モードは図７に示すの
と全く同じである。この曲げ振動を検出することによ
り、Ｙ軸回りの角速度を検出できる。よって、図６に示
す振動型ジャイロスコープと、図６において偏倚質量１
３を除去した振動型ジャイロスコープとを使用し、両ジ
ャイロスコープを、その板面がそれぞれ基板に平行にな
るように実装すれば、薄型の検出装置を構成でき、この
装置によりＺ軸回りとＹ軸回りの双方の角速度を検出で
き、二次元の各方向の回転検出も可能となる。しかもい
ずれのジャイロスコープも平板状の弾性体の板面が基板
に平行に設置されるので薄型の検出装置となる。For example, in the vibrating gyroscope using the flat plate material 10a shown in FIG. 6, each biasing mass 13 is not provided. In this gyroscope, the left and right elastic bodies 11d and 11e and the central elastic body 11f are vibrated in mutually opposite phases in the plate surface direction (X direction) as shown in FIG. When this is placed in the rotation system around the Y axis, each elastic body 11d, 11e, 11f is generated by the Coriolis force.
Bending vibration occurs in the Z direction. Each elastic body 1 at this time
The bending vibration modes of 1d, 11e, and 11f are exactly the same as those shown in FIG. By detecting this bending vibration, the angular velocity around the Y axis can be detected. Therefore, the vibrating gyroscope shown in FIG. 6 and the biasing mass 1 in FIG.
By using a vibrating gyroscope in which 3 is removed and mounting both gyroscopes so that their plate surfaces are parallel to the substrate, a thin detection device can be constructed. Both angular velocities around the axis can be detected, and rotation in each two-dimensional direction can also be detected. Moreover, in any of the gyroscopes, the plate surface of the plate-like elastic body is installed in parallel with the substrate, so that it is a thin detection device.
【００４２】図８は本発明の振動型ジャイロスコープの
第２実施例を示す斜視図、図９はその動作を示すもので
あり（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。この振動
型ジャイロスコープでは、断面が矩形状（正方形）の弾
性体２０が使用されている。この弾性体２０は恒弾性金
属（エリンバ）により形成されているものである。図９
（Ａ）（Ｂ）では、弾性体２０の中心軸（矩形断面の重
心を通る軸）をＯで示している。弾性体２０は前記中心
軸Ｏ上の２点にて一対の支持棒２１，２１により支持さ
れている。支持棒２１，２１は、中心軸Ｏの軸中心から
等距離の位置にて、弾性体２０の下面に固定され、支持
棒２１，２１の下端は基板または支持板に固定されてい
る。FIG. 8 is a perspective view showing a second embodiment of the vibrating gyroscope of the present invention, FIG. 9 shows its operation, (A) is a plan view, and (B) is a side view. This vibrating gyroscope uses an elastic body 20 having a rectangular (square) cross section. The elastic body 20 is made of a constant elastic metal (elinvar). Figure 9
In (A) and (B), the central axis of the elastic body 20 (the axis passing through the center of gravity of the rectangular cross section) is indicated by O. The elastic body 20 is supported by a pair of support rods 21 and 21 at two points on the central axis O. The support rods 21 and 21 are fixed to the lower surface of the elastic body 20 at positions equidistant from the center of the central axis O, and the lower ends of the support rods 21 and 21 are fixed to the substrate or the support plate.
【００４３】弾性体２０の長軸（中心軸Ｏ）方向の両端
部には、偏倚質量２０ａ，２０ａが形成されている。こ
の偏倚質量２０ａ，２０ａは、弾性体２０の両端部に、
上下互い違いの方向から欠損部２０ｂ，２０ｂを切り込
むことにより形成されている。図９（Ｂ）に示すよう
に、上記偏倚質量２０ａ，２０ａを形成することによ
り、Ｙ方向に働くコリオリ力が、中心軸Ｏに対して偏っ
た作用点Ｏ１ａとＯ１ｂに作用するものとなる。図９
（Ａ）に示すように、弾性体２０のＸ方向に対向する両
側面には、駆動手段としての圧電素子２２，２２が固着
されている。図９（Ａ）では、圧電素子２２，２２を実
際よりも厚く図示し、且つ誘電分極方向を矢印で示して
いる。両圧電素子２２，２２の分極方向は共に同じ方向
である。圧電素子２２，２２の表面には駆動用の電極層
２３，２３が設けられている。Bias masses 20a, 20a are formed at both ends of the elastic body 20 in the major axis (central axis O) direction. The biased masses 20a, 20a are provided at both ends of the elastic body 20,
It is formed by cutting the defective portions 20b, 20b in a vertically alternate direction. As shown in FIG. 9B, by forming the biasing masses 20a, 20a, the Coriolis force acting in the Y direction acts on the action points O1a and O1b that are biased with respect to the central axis O. Figure 9
As shown in (A), piezoelectric elements 22 serving as driving means are fixed to both side surfaces of the elastic body 20 facing each other in the X direction. In FIG. 9A, the piezoelectric elements 22 and 22 are shown thicker than they actually are, and the direction of dielectric polarization is indicated by an arrow. The polarization directions of both piezoelectric elements 22 and 22 are the same. Electrode layers 23, 23 for driving are provided on the surfaces of the piezoelectric elements 22, 22.
【００４４】弾性体２０のＺ方向に対向する上下両面に
は、検出手段としての圧電素子２４，２４が固着されて
いる。図９（Ｂ）では、両圧電素子２４，２４が実際よ
りも厚く図示され、誘電分極方向が矢印で示されてい
る。上下両圧電素子２４，２４の分極方向は共に同じで
あり、例えば−Ｚ方向である。圧電素子２４，２４の表
面には検出用の電極層２５，２５が形成されている。な
お、弾性体２０自体が、前記両電極層２３と２５の対向
電極として機能し、弾性体２０は電気的に接地されてい
る。Piezoelectric elements 24, 24 as detecting means are fixed to both upper and lower surfaces of the elastic body 20 facing each other in the Z direction. In FIG. 9B, the piezoelectric elements 24, 24 are shown thicker than they actually are, and the direction of dielectric polarization is indicated by an arrow. Both the upper and lower piezoelectric elements 24, 24 have the same polarization direction, for example, the -Z direction. Electrode layers 25, 25 for detection are formed on the surfaces of the piezoelectric elements 24, 24. The elastic body 20 itself functions as a counter electrode between the two electrode layers 23 and 25, and the elastic body 20 is electrically grounded.
【００４５】上記第２実施例の振動型ジャイロスコープ
の動作について説明する。この振動型ジャイロスコープ
では、交流駆動電力が、圧電素子２２，２２の電極層２
３，２３に与えられる。両電極層２３，２３には同じ位
相の交流電圧が与えられ、その結果、弾性体２０は、支
持棒２１，２１による２箇所の支持点を節としてＸ方向
へ曲げ振動を生じるように駆動される。図９（Ａ）
（Ｂ）は、弾性体２０が１次の共振モードにて曲げ振動
する場合を示している。図９（Ａ）に示すように、ある
時点での中心軸Ｏの振幅方向は、図示右端が回転方向に
対する＋Ｘ方向で、図示左端が回転方向に対する−Ｘ方
向である。この弾性体２０が、Ｚ軸回りの回転系内に置
かれると、図９（Ｂ）に示すように、弾性体２０の図示
右端では、回転半径の外側方向（＋Ｙ方向）のコリオリ
力が働き、図示左端では回転半径の内側方向（−Ｙ方
向）のコリオリ力が働く。The operation of the vibrating gyroscope of the second embodiment will be described. In this vibrating gyroscope, the AC drive power is applied to the electrode layers 2 of the piezoelectric elements 22 and 22.
Given to 3,23. AC voltages of the same phase are applied to both electrode layers 23, 23, and as a result, the elastic body 20 is driven so as to generate bending vibration in the X direction with two supporting points by the supporting rods 21, 21 as nodes. It FIG. 9 (A)
(B) shows a case where the elastic body 20 flexurally vibrates in the first resonance mode. As shown in FIG. 9A, the amplitude direction of the central axis O at a certain time point is the + X direction with respect to the rotation direction at the right end in the drawing, and the −X direction with respect to the rotation direction at the left end in the drawing. When this elastic body 20 is placed in the rotary system around the Z axis, as shown in FIG. 9B, at the right end of the elastic body 20 in the figure, the Coriolis force in the outer direction (+ Y direction) of the rotation radius acts. At the left end in the figure, Coriolis force acts in the inner direction of the radius of gyration (-Y direction).
【００４６】弾性体２０の長軸方向の両端部には偏倚質
量２０ａ，２０ａが形成されているため、＋Ｙ方向と−
Ｙ方向のコリオリ力は中心軸Ｏに対して上下互いに逆方
向へ偏った位置の作用点Ｏ１ａとＯ１ｂに作用する。偏
って作用するコリオリ力のモーメントにより、弾性体２
０は上下に１次の共振モードにて曲げ振動する。図９
（Ｂ）はある時点での中心軸Ｏの撓み状態を符号Ｏｅで
示している。上記のコリオリ力による弾性体２０のＯｅ
で示すモードでの振動は、検出手段となる圧電素子２
４，２４により検出される。弾性体２０が図９（Ｂ）に
てＯｅで示す位相にて変形しているときには、上面側の
圧電素子２４はＹ軸上にて収縮し、下面側の圧電素子２
４はＹ軸上にて延びる。この互いに逆の挙動となる圧電
素子２４，２４の電極層２５，２５に生じる電圧を加算
することにより、Ｚ軸回りの角速度ωを検出することが
できる。Since the biasing masses 20a, 20a are formed at both ends of the elastic body 20 in the long axis direction, the biasing masses 20a, 20a are negative and +.
The Coriolis force in the Y direction acts on the action points O1a and O1b which are deviated from each other with respect to the central axis O in opposite directions. Due to the moment of the Coriolis force acting in a biased manner, the elastic body 2
0 vibrates up and down in a first-order resonance mode. Figure 9
In (B), the bending state of the central axis O at a certain point of time is indicated by reference numeral Oe. Oe of the elastic body 20 due to the above Coriolis force
The vibration in the mode indicated by is detected by the piezoelectric element 2 serving as a detection means.
4,24 detected. When the elastic body 20 is deformed at the phase indicated by Oe in FIG. 9B, the piezoelectric element 24 on the upper surface side contracts on the Y axis, and the piezoelectric element 2 on the lower surface side.
4 extends on the Y axis. The angular velocity ω about the Z-axis can be detected by adding the voltages generated in the electrode layers 25, 25 of the piezoelectric elements 24, 24 which have opposite behaviors.
【００４７】図１０（Ａ）（Ｂ）は、図８に示すのと同
等の弾性体２０を用いた振動型ジャイロスコープにおい
て、弾性体２０が、駆動方向と検出方向へ２次の共振モ
ードで振動する場合を示している。図１０（Ａ）は平面
図、同図（Ｂ）は側面図である。この弾性体２０では、
長軸方向（Ｙ方向）の両端部の上下両端に、別体の偏倚
質量２６，２６が固着されている。すなわち偏倚質量は
図８に示すように欠損部２０ｂを形成することにより設
けてもよいし、図１０に示すように別体の部材を固着す
ることにより設けてもよいことになる。10 (A) and 10 (B) are vibration type gyroscopes using the elastic body 20 equivalent to that shown in FIG. 8, in which the elastic body 20 has a secondary resonance mode in the driving direction and the detecting direction. The case where it vibrates is shown. 10A is a plan view and FIG. 10B is a side view. In this elastic body 20,
Separate biasing masses 26, 26 are fixed to the upper and lower ends of both ends in the major axis direction (Y direction). That is, the biased mass may be provided by forming the defective portion 20b as shown in FIG. 8 or may be provided by fixing a separate member as shown in FIG.
【００４８】図１０（Ａ）には駆動手段となる圧電素子
２２と駆動用の電極層２３を示しているが、４箇所に固
着された圧電素子２２の分極方向は矢印で示した通りで
ある。各電極層２３に同じ位相の交流電圧が与えられる
と、弾性体２０は、その中心軸がある時点でＯｆとなる
ように２次の共振モードにて曲げ振動する。その結果、
弾性体２０の両端部では回転半径方向へ同じ向きとなる
コリオリ力が作用する。弾性体２０の長軸方向の両端部
には偏倚質量２６，２６が固着され、コリオリ力が中心
軸Ｏに対してＺ方向へ偏った作用点Ｏ１ａ，Ｏ１ｂに作
用する。その結果、図１０（Ｂ）に示すように、弾性体
２０の中心軸はＯｇで示すような２次の共振モードにて
曲げ振動する。検出手段となる圧電素子２４と電極層２
５は図１０（Ｂ）に示され、圧電素子２４の分極方向は
矢印で示されている。図１０（Ｂ）にてＯｇで示すモー
ドの曲げ振動は各電極層２５により電圧として検出さ
れ、これによりＺ軸回りの回転系の角速度ωを求めるこ
とが可能である。FIG. 10A shows the piezoelectric element 22 serving as the driving means and the electrode layer 23 for driving. The polarization directions of the piezoelectric elements 22 fixed at four positions are as shown by arrows. . When an alternating voltage of the same phase is applied to each electrode layer 23, the elastic body 20 flexurally vibrates in the secondary resonance mode so that the central axis of the elastic body 20 becomes Off at a certain point. as a result,
Coriolis forces acting in the same direction in the radial direction of rotation act on both ends of the elastic body 20. Bias masses 26, 26 are fixed to both ends of the elastic body 20 in the long axis direction, and Coriolis force acts on the action points O1a, O1b that are biased in the Z direction with respect to the central axis O. As a result, as shown in FIG. 10B, the central axis of the elastic body 20 flexurally vibrates in the secondary resonance mode as indicated by Og. Piezoelectric element 24 serving as detection means and electrode layer 2
5B is shown in FIG. 10B, and the polarization direction of the piezoelectric element 24 is indicated by an arrow. The bending vibration in the mode indicated by Og in FIG. 10B is detected as a voltage by each electrode layer 25, and the angular velocity ω of the rotary system around the Z axis can be obtained by this.
【００４９】図１１は本発明の振動型ジャイロスコープ
の第３実施例を示している。この実施例では、恒弾性金
属により形成された矩形状断面の弾性体３０が、支持体
３１に片持ち支持されている。また弾性体３０の長軸方
向（Ｙ方向）の先端の上面に偏倚質量３２が固定されて
いる。この偏倚質量３２は、図８に示すように弾性体の
先端に切り込みを形成することにより設けてもよい。こ
の弾性体３０はＸ方向に対向する両側面に設けられた駆
動手段としての圧電素子３３によりＹ方向へ伸びと圧縮
を繰返す振動が与えられる。図１１では、ある位相にて
弾性体３０が＋Ｙ方向へ伸びた状態を示している。FIG. 11 shows a vibrating gyroscope according to a third embodiment of the present invention. In this embodiment, an elastic body 30 having a rectangular cross section formed of a constant elastic metal is cantilevered by a support body 31. A biasing mass 32 is fixed to the upper surface of the tip of the elastic body 30 in the long axis direction (Y direction). The biased mass 32 may be provided by forming a cut at the tip of the elastic body as shown in FIG. The elastic body 30 is given a vibration that is repeatedly expanded and compressed in the Y direction by piezoelectric elements 33 as drive means provided on both side surfaces facing each other in the X direction. FIG. 11 shows a state in which the elastic body 30 extends in the + Y direction at a certain phase.
【００５０】この弾性体３０がＺ軸回りの回転系内に置
かれると、弾性体３０にＸ方向へのコリオリ力が働く、
弾性体３０の先端には偏倚質量３２が設けられているた
めに、Ｘ方向へのコリオリ力は、弾性体３０の中心軸Ｏ
に対して＋Ｚ方向へ偏った位置に作用する。その結果、
弾性体３０はＹ方向に延びる中心軸回りにθ方向へのね
じり振動を生じる。図１１に示すように、ある位相にて
弾性体３０が＋Ｙ方向へ伸びているとき偏倚質量３２に
作用するコリオリ力は−Ｘ方向であり、ねじり変形方向
は−θである。弾性体３０のＹ方向への伸縮振動によ
り、弾性体３０は＋θ方向と−θ方向へ交互にねじり振
動することになるが、このねじり振動は、Ｚ方向に対面
する上下両面にそれぞれ設けられた圧電素子３４と３５
の電極層から電圧として検出できる。例えば弾性体３０
が＋θ方向へねじり変形しているときには、一方の圧電
素子３４は先端が＋Ｚ方向へ向く撓みを生じ、圧電素子
３５は先端が−Ｚ方向へ向く撓みを生じる。このそれぞ
れ違う方向の撓みにより、弾性体３０のねじり振動に基
づく変形を検出でき、これによりＺ軸回りの回転系にお
ける角速度ωを検出することが可能である。When this elastic body 30 is placed in the rotation system around the Z axis, Coriolis force in the X direction acts on the elastic body 30,
Since the biased mass 32 is provided at the tip of the elastic body 30, the Coriolis force in the X direction is applied to the central axis O of the elastic body 30.
With respect to + Z direction. as a result,
The elastic body 30 causes torsional vibration in the θ direction around the central axis extending in the Y direction. As shown in FIG. 11, when the elastic body 30 extends in the + Y direction at a certain phase, the Coriolis force acting on the biasing mass 32 is the −X direction, and the torsional deformation direction is −θ. The elastic body 30 expands and contracts in the Y direction, causing the elastic body 30 to alternately twist and vibrate in the + θ direction and the −θ direction. The torsional vibrations are provided on both upper and lower surfaces facing each other in the Z direction. Piezoelectric elements 34 and 35
Can be detected as a voltage from the electrode layer. For example, elastic body 30
Is twisted and deformed in the + θ direction, the tip of one of the piezoelectric elements 34 bends in the + Z direction, and the tip of the piezoelectric element 35 bends in the −Z direction. Due to the bending in different directions, the deformation of the elastic body 30 due to the torsional vibration can be detected, and thus the angular velocity ω in the rotating system around the Z axis can be detected.
【００５１】図１２は本発明の第３実施例の変形例を示
している。この変形例では、矩形断面の弾性体３０の長
軸方向の中心の下面に支持棒３６が固着され、弾性体３
０の中心部が支持棒３６により単純支持されたものとな
っている。弾性体３０の両端部には偏倚質量３２，３２
が設けられている。この偏倚質量３２，３２は別体の金
属体が固着されるなどして形成されたものである。図１
１に示したのと同様の駆動手段としての圧電素子３３に
より、弾性体３０がＹ方向へ伸縮するように振動駆動さ
れる。これがＺ軸回りの回転系内に置かれると、弾性体
３０にＸ方向へのコリオリ力が働く。偏倚質量３２，３
２が設けられていることにより、コリオリ力は弾性体３
０の中心軸Ｏに対してＺ方向へ偏った位置に作用する。
その結果、弾性体３０はねじり振動を生じることにな
る。FIG. 12 shows a modification of the third embodiment of the present invention. In this modification, the support rod 36 is fixed to the lower surface of the center of the elastic body 30 having a rectangular cross section in the longitudinal direction,
The center portion of 0 is simply supported by the support rod 36. The biased masses 32, 32 are provided at both ends of the elastic body 30.
Is provided. The biased masses 32, 32 are formed by fixing a separate metal body. FIG.
The elastic element 30 is oscillated and driven so as to expand and contract in the Y direction by the piezoelectric element 33 as the driving means similar to that shown in FIG. When this is placed in the rotation system around the Z axis, the Coriolis force in the X direction acts on the elastic body 30. Biased mass 32,3
2 is provided, Coriolis force is elastic body 3
It acts at a position deviated in the Z direction with respect to the central axis O of 0.
As a result, the elastic body 30 causes torsional vibration.
【００５２】例えば、ある時点で図１２に示すように、
弾性体３０が伸び変形しているとき、弾性体３０の長軸
方向の両端部は回転方向に対してそれぞれ＋Ｙ方向への
速度成分を持つ。このとき両端部に対しコリオリ力が回
転方向に対して同じ−Ｘ方向に作用し、その結果、弾性
体３０の一端は−θ方向へ他端は＋θ方向へねじり変形
する。よって弾性体３０全体が中心軸Ｏ回りにねじり振
動し、このねじり振動が、図１１に示したのと同様の検
出手段としての圧電素子３４，３５により検出される。
図１１と図１２に示すねじり振動を利用した振動型ジャ
イロスコープでは、弾性体の断面が長方形や正方形のも
のの他に断面が円形の丸棒状の弾性体を使用することも
可能である。For example, at some point, as shown in FIG.
When the elastic body 30 is stretched and deformed, both ends in the long axis direction of the elastic body 30 have velocity components in the + Y direction with respect to the rotation direction. At this time, the Coriolis force acts on both ends in the same −X direction with respect to the rotation direction, and as a result, one end of the elastic body 30 is twisted and deformed in the −θ direction and the other end in the + θ direction. Therefore, the entire elastic body 30 undergoes torsional vibration about the central axis O, and this torsional vibration is detected by the piezoelectric elements 34 and 35 as the detection means similar to that shown in FIG.
In the vibration type gyroscope utilizing the torsional vibration shown in FIGS. 11 and 12, it is possible to use an elastic body having a round bar shape having a circular cross section in addition to the elastic body having a rectangular or square cross section.
【００５３】図８から図１０に示した第２実施例と、図
１１と図１２に示した第３実施例では、共に弾性体の長
軸方向がＹ方向であり、この長軸方向に直交するＺ軸回
りの角速度を検出できる。よって各弾性体を基板上に実
装するときに、長軸方向を基板に平行に向ければ、基板
の面と平行な面での回転系の角速度を検出できる。また
図１３に示す従来例では、弾性体の長軸回りの角速度を
検出することが可能である。したがって、第２実施例ま
たは第３実施例の振動型ジャイロスコープの弾性体を、
その長軸を基板の面に平行に向けて実装し、これと併せ
て図１３などに示す従来の振動型ジャイロスコープを、
その長軸方向を基板と平行に向けて実装すれば、薄型の
構造で、基板と平行な回転面での角速度と、基板に直交
する回転面での角速度の双方を検出可能な検出装置を構
成できる。In both the second embodiment shown in FIGS. 8 to 10 and the third embodiment shown in FIGS. 11 and 12, the major axis direction of the elastic body is the Y direction and is orthogonal to this major axis direction. The angular velocity around the Z axis can be detected. Therefore, when each elastic body is mounted on the substrate, if the major axis direction is oriented parallel to the substrate, the angular velocity of the rotating system on the surface parallel to the surface of the substrate can be detected. Further, in the conventional example shown in FIG. 13, it is possible to detect the angular velocity about the major axis of the elastic body. Therefore, the elastic body of the vibrating gyroscope of the second or third embodiment is
The conventional vibrating gyroscope shown in FIG. 13 is mounted with its long axis oriented parallel to the surface of the board.
If it is mounted with its major axis oriented parallel to the board, a thin structure will be possible to construct a detection device that can detect both the angular velocity on the plane of rotation parallel to the board and the angular velocity on the plane of rotation orthogonal to the board. it can.
【００５４】また、図８から図１０に示す実施例および
図１２に示す実施例では、弾性体の長軸方向の中心部が
支持棒により単純支持されるものであり、図６に示すも
のとは逆に剛性支持には適さないものである。この弾性
体の中心部を支持棒で支持する構造は支持条件が非常に
簡単であり、基板などへの弾性体の支持構造を簡単にで
きる利点もある。Further, in the embodiment shown in FIGS. 8 to 10 and the embodiment shown in FIG. 12, the central portion of the elastic body in the long axis direction is simply supported by the support rod, and is different from that shown in FIG. On the contrary, is not suitable for rigid support. The structure for supporting the central portion of the elastic body with the supporting rod has very simple supporting conditions, and also has an advantage that the structure for supporting the elastic body on the substrate or the like can be simplified.
【００５５】ここで、数１に示したように、コリオリ力
Ｆは角速度ωに比例するが、前記各実施例では、コリオ
リ力Ｆにより生じる弾性体の曲げ振動やねじり振動が、
検出手段となる圧電素子の電極層から交流電圧として検
出され、この交流電圧から角速度ωが算出されるものと
なる。この検出の原理を図１４に示す。各弾性体に設け
られた検出手段となる圧電素子の電極層から得られる電
圧を図１４にてベクトルＶ0で示す。Ｖ1は弾性体が回転
していないときの漏れ出力電圧であり、弾性体が回転し
たときに角速度ωに比例するコリオリ力に基づいて検出
される電圧がＶ2である。また、φはＶ0とＶ1の位相差
である。すなわち、圧電素子からの検出電圧のうち上記
Ｖ2を求めることにより、回転系での角速度を求めるこ
とが可能になる。Here, as shown in the equation 1, the Coriolis force F is proportional to the angular velocity ω, but in the above-mentioned embodiments, the bending vibration and the torsional vibration of the elastic body caused by the Coriolis force F are
The voltage is detected as an AC voltage from the electrode layer of the piezoelectric element serving as the detection means, and the angular velocity ω is calculated from this AC voltage. The principle of this detection is shown in FIG. The voltage obtained from the electrode layer of the piezoelectric element, which serves as the detection means and is provided on each elastic body, is indicated by a vector V0 in FIG. V1 is the leakage output voltage when the elastic body is not rotating, and V2 is the voltage detected based on the Coriolis force proportional to the angular velocity ω when the elastic body is rotating. Further, φ is the phase difference between V0 and V1. That is, it is possible to obtain the angular velocity in the rotary system by obtaining V2 of the detected voltage from the piezoelectric element.
【００５６】また、弾性体に設ける偏倚質量として、各
実施例にて符号１３，２６，３２に示すように、弾性体
に別体の金属体などを固着する構造である場合に、１個
の偏倚質量が固定される部分の弾性体の質量に対し、偏
倚質量が１０〜３０％程度の大きさであることが好まし
い。また、図８に示すように、弾性体の端部に欠損部２
０ｂを形成する場合、この欠損部２０ｂにて除去される
質量が弾性体の質量の１０〜３０％程度であることが好
ましい。Further, as the biasing mass provided on the elastic body, as shown by reference numerals 13, 26 and 32 in each embodiment, one metal mass is attached to the elastic body in a separate structure. The biased mass is preferably about 10 to 30% of the mass of the elastic body where the biased mass is fixed. Moreover, as shown in FIG.
In the case of forming 0b, it is preferable that the mass removed by the defective portion 20b is about 10 to 30% of the mass of the elastic body.
【００５７】また、偏倚質量を設ける場合の構造として
は、全ての実施例において、弾性体に別体の金属体など
を固着するもの、また上記欠損部を形成するものを採用
でき、また平板状の弾性体の場合には、先端部を折曲げ
ることにより、偏倚質量を形成してもよい。また弾性体
が柱状などの場合、前記欠損部を設ける代わりに偏倚質
量が弾性体の上面または下面に凸状となるように切削加
工し、または成型してもよい。As the structure for providing the biased mass, in all the embodiments, a structure in which a separate metal body or the like is fixed to the elastic body, or a structure in which the above-mentioned defect portion is formed can be adopted, and a flat plate shape can be adopted. In the case of the elastic body, the biased mass may be formed by bending the tip portion. When the elastic body has a columnar shape or the like, instead of providing the defective portion, it may be cut or molded so that the biased mass has a convex shape on the upper surface or the lower surface of the elastic body.
【００５８】[0058]
【発明の効果】以上のように本発明では、弾性体の中心
軸から偏った位置に偏倚質量を設け、コリオリ力がこの
偏倚質量に作用したときに、弾性体がコリオリ力の作用
方向に対して交叉する方向に変形することになる。した
がって、弾性体の軸方向に沿う方向のコリオリ力により
弾性体を曲げ変形させ、あるいはねじり変形させ、この
曲げ変形やねじり変形の検出により軸方向と平行な回転
系での角速度を検出することが可能である。As described above, according to the present invention, the biased mass is provided at a position deviated from the central axis of the elastic body, and when the Coriolis force acts on the biased mass, the elastic body acts on the action direction of the Coriolis force. It will be deformed in the crossing direction. Therefore, the elastic body is bent or twisted by the Coriolis force in the axial direction of the elastic body, and the angular velocity in the rotary system parallel to the axial direction can be detected by detecting the bending or twisting deformation. It is possible.
【００５９】したがって、弾性体の軸方向が基板の面と
平行となるように実装した場合に、基板面と平行な回転
系での角速度の検出が可能であり、薄型の検出装置を構
成できる。Therefore, when the elastic body is mounted so that the axial direction thereof is parallel to the surface of the substrate, the angular velocity can be detected by a rotary system parallel to the surface of the substrate, and a thin detector can be constructed.
【００６０】さらに弾性体が平板状の場合に、溝により
分離された複数の弾性体を設け、この弾性体を互い違い
に変形させることにより、安定した振動を発生させるこ
とが可能になる。Further, when the elastic body has a flat plate shape, a plurality of elastic bodies separated by the grooves are provided and the elastic bodies are deformed alternately, so that stable vibration can be generated.
【図１】本発明の第１実施例による振動型ジャイロスコ
ープを示す斜視図、FIG. 1 is a perspective view showing a vibrating gyroscope according to a first embodiment of the present invention,
【図２】（Ａ）は第１実施例のジャイロスコープが１次
共振モードにて曲げ振動する状態を示す側面図、（Ｂ）
は２次共振モードにて曲げ振動する状態を示す説明図、FIG. 2A is a side view showing a state where the gyroscope of the first embodiment bends and vibrates in a primary resonance mode; FIG.
Is an explanatory view showing a state of bending vibration in the secondary resonance mode,
【図３】弾性体に設けられた圧電素子の構成を示す図１
のＩＩＩ−ＩＩＩ線の拡大断面図、FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a piezoelectric element provided on an elastic body.
III-III line enlarged sectional view of
【図４】第１実施例の変形例による振動型ジャイロスコ
ープを示す斜視図、FIG. 4 is a perspective view showing a vibrating gyroscope according to a modification of the first embodiment,
【図５】図４の弾性体の曲げ振動のモードを示す斜視
図、5 is a perspective view showing modes of bending vibration of the elastic body of FIG. 4;
【図６】第１実施例のさらに他の変形例による振動型ジ
ャイロスコープを示す斜視図、FIG. 6 is a perspective view showing a vibrating gyroscope according to still another modification of the first embodiment,
【図７】図６に示す弾性体の曲げ振動のモードを示す斜
視図、FIG. 7 is a perspective view showing modes of bending vibration of the elastic body shown in FIG.
【図８】本発明の第２実施例の振動型ジャイロスコープ
を示す斜視図、FIG. 8 is a perspective view showing a vibrating gyroscope according to a second embodiment of the present invention,
【図９】（Ａ）は図８に示すジャイロスコープの平面
図、（Ｂ）は側面図、9 (A) is a plan view of the gyroscope shown in FIG. 8, (B) is a side view, FIG.
【図１０】第２実施例の変形例を示すものであり、
（Ａ）はジャイロスコープの平面図、（Ｂ）は側面図、FIG. 10 shows a modification of the second embodiment,
(A) is a plan view of the gyroscope, (B) is a side view,
【図１１】本発明の第３実施例による振動型ジャイロス
コープの斜視図、FIG. 11 is a perspective view of a vibrating gyroscope according to a third embodiment of the present invention,
【図１２】第３実施例の変形例での振動型ジャイロスコ
ープを示す斜視図、FIG. 12 is a perspective view showing a vibrating gyroscope according to a modification of the third embodiment,
【図１３】従来の振動型ジャイロスコープの斜視図、FIG. 13 is a perspective view of a conventional vibrating gyroscope,
【図１４】振動型ジャイロスコープでの圧電素子からの
検出電圧とコリオリ力との関係を示す説明図、FIG. 14 is an explanatory diagram showing the relationship between the detected voltage from the piezoelectric element and the Coriolis force in the vibration type gyroscope.
１０，１０ａ 平板材 １１，１１ａ，１１ｂ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，２
０，３０ 弾性体 １２，３１ 支持体 １３，２０ａ，２６，３２ 偏倚質量 １４，１５，２２，３３ 駆動手段としての圧電素子 １６，１６ａ，２４，３４，３５ 検出手段としての圧
電素子、 １７，２３ 駆動用の電極層 １８，２５ 検出用の電極層 ２０ｂ 欠損部 ２１，３６ 支持棒 ω 角速度10, 10a Flat plate material 11, 11a, 11b, 11d, 11e, 11f, 2
0,30 Elastic body 12,31 Support body 13,20a, 26,32 Biased mass 14,15,22,33 Piezoelectric element as driving means 16,16a, 24,34,35 Piezoelectric element as detecting means, 17, 23 Electrode layer for driving 18,25 Electrode layer for detection 20b Defect portion 21,36 Support rod ω angular velocity
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 昭 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アルプ ス電気株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Akira Sato 1-7 Yukiya Otsukacho, Ota-ku, Tokyo Alps Electric Co., Ltd.
Claims (4)
動させる駆動手段と、回転系内に置かれたときに弾性体
に作用する前記第１の方向と直交する方向のコリオリ力
を弾性体の中心軸に対し偏った位置に作用させて弾性体
を変形振動させる偏倚質量と、前記弾性体の変形振動を
検出する検出手段とが設けられていることを特徴とする
振動型ジャイロスコープ。1. An elastic body, a driving means for deforming and vibrating the elastic body in a first direction, and a Coriolis force acting on the elastic body when placed in a rotary system in a direction orthogonal to the first direction. A vibrating gyroscope, which is provided with a biasing mass for deforming and vibrating the elastic body by causing the elastic body to act at a position biased with respect to the central axis of the elastic body, and a detection means for detecting the deforming vibration of the elastic body. scope.
第１の方向へ変形振動させる駆動手段と、板面に直交す
る軸回りの回転系内に置かれたときに弾性体の板面内に
て前記第１の方向と直交する方向へ作用するコリオリ力
を弾性体の中心軸に対し偏った位置に作用させて弾性体
を曲げ振動させる偏倚質量と、前記弾性体の曲げ振動を
検出する検出手段とが設けられていることを特徴とする
振動型ジャイロスコープ。2. A flat plate-shaped elastic body, a drive means for deforming and vibrating the elastic body in a first direction along the plate surface, and an elastic body when placed in a rotary system around an axis orthogonal to the plate surface. A biasing mass for bending and vibrating the elastic body by causing a Coriolis force acting in a direction orthogonal to the first direction in a plate surface of the elastic body to act at a position biased with respect to the central axis of the elastic body, and bending of the elastic body. A vibrating gyroscope, which is provided with a detecting means for detecting vibration.
離された互いに平行な複数枚の平板状の弾性体が形成さ
れ、この複数の弾性体に偏倚質量が設けられ、コリオリ
力により各弾性体が互いに逆方向の位相にて曲げ振動す
る請求項２記載の振動型ジャイロスコープ。3. A groove is cut into a flat plate material to form a plurality of parallel plate-like elastic bodies separated by the groove, and the plurality of elastic bodies are provided with a biasing mass, and Coriolis force is provided. 3. The vibrating gyroscope according to claim 2, wherein the elastic bodies flexurally vibrate in mutually opposite phases.
伸縮変形振動させる駆動手段と、前記中心軸と直交する
軸回りの回転系内に置かれたときに弾性体に作用する前
記第１の方向と直交する方向のコリオリ力を弾性体の中
心軸に対し偏った位置に作用させて弾性体をねじり振動
させる偏倚質量と、前記弾性体のねじり振動を検出する
検出手段とが設けられていることを特徴とする振動型ジ
ャイロスコープ。4. An elastic body, drive means for expanding and contracting and vibrating the elastic body in a direction along a central axis, and the elastic body acting on the elastic body when placed in a rotary system around an axis orthogonal to the central axis. A biasing mass that applies a Coriolis force in a direction orthogonal to the first direction to a position biased with respect to the central axis of the elastic body to torsionally vibrate the elastic body, and a detection unit that detects torsional vibration of the elastic body are provided. A vibrating gyroscope characterized by being used.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6289009A JPH08128833A (en) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | Vibration-type gyroscope |
| US08/549,616 US5708320A (en) | 1994-10-28 | 1995-10-27 | Vibratory gyroscope |
| US08/997,248 US5912524A (en) | 1994-10-28 | 1997-12-23 | Vibratory gyroscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6289009A JPH08128833A (en) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | Vibration-type gyroscope |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08128833A true JPH08128833A (en) | 1996-05-21 |
Family
ID=17737659
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6289009A Withdrawn JPH08128833A (en) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | Vibration-type gyroscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
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