JPS58221109A - ジヤイロ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 禾−発明は、ジャイロ装置、特に振動数ジャイロ装置に
関する。

従来、この種の振動型ジャイロ装置としては、例えば第
１図に示すようなものが提供されている。

この第１図に示す従来のジャイロ装置では、音叉１１）
を、撓み軸（３）を介して基台（２）に取付ける。音叉
（１）の上端に近い位置に、変位検出器（６）及び駆動
コイル（４）を取付け、変位検出器（６）の出力を、駆
動増巾器（５）を通して駆動コイル（４）に入力し、音
叉＋１１の振動振巾な一定に保持してる。音叉（１１の
撓み軸（３）の軸（２−２）のまわりに、角速度Ωが入
力されると、音叉（１）の振動速度ｖ１人カ角速度Ωに
対応したコリオリの力Ｆｃが発生し、これにより、音叉
（１）全体が軸（２−２）のまわりに交番的に回転する
。

即ち、捩り振動が、音叉ｆｉｌに発生する。

第１図に示す従来例では、音叉（１）のこの捩り振動を
、捩り検出器（８）で検出し、この検出出力と駆動増巾
器（５）の出力とを、デモシュレータ（７）で同期整流
することにより、入力角速度Ωを検出している。

しかしながら、かかる従来の振動型ジャイロ装置にあつ
【は、入力角速度Ωに対応したコリオリの力Ｆｃを、大
きな慣性モーメントを有する音叉（１３０回転角として
取り出す方式の為、入力角速度Ωに対する感度が悪（、
これを増大しようとすると、装置全体が大屋化してしま
うこと、音叉［１１のアンバランス等が直接外乱となっ
て検出精度に影響を及ぼす為、加工精度上の要求が厳し
いこと、これを避けようとして音叉（１）の駆動周波数
を下げると、音叉（１）のアンバランスによる外乱の増
大や、周波数特性が低下すること、音叉（１１を片持ち
的に支持する構造の為、撓み軸（３）の負荷容量を大き
くとる必要があり、この部分が大型化すること等の問題
点（欠点）があった。

従って、本発明の主目的は、このような従来の装置が有
する問題点（欠点）に着目して、慣性質址を有する２個
の平板を、交番振動する軸の１８００対称の位置に、平
板の面が軸と直交するように取りつけ、コリオリの力に
よって生ずる２個の平板の軸方向の変位、或いは歪みを
差動的に取出すことにより、上記の問題点を解決したジ
ャイロ装置を提供することに在る。

従って、本発明の要旨は、基台と該基台に回動的に取り
付けた軸部材と、該軸部材の軸線と略々直交する面と夫
々の藺が一致し、且つ夫々の長手方向が上記軸線に関し
軸対称となるように上記軸部材に取り付けた２個の短冊
状部材と、該２個の短冊状部材の上記軸線方向の撓みを
差動的に検出する検出装置と、上記２個の短冊状部材を
有する上記軸部材に上記基台に対し上記軸線のまわりに
交番角振動（捩り振動）を与える為の駆動装置とより成
るジャイロ装置に在る。

以下、上述した要旨を有する本発明を、図面に基づいて
説明する。

第２図は、本発明によるジャイロ装置の一実施例を示す
図である。この第２図の例では、基台叫に、軸αυの一
端を軸αυが基台ＯＩに対し略々垂直となる如（回動的
に取り付け、その他端に、取付部材０を介して、２枚の
、例えば短冊状の薄い板状部材Ｃ１３Ｊ　、　ａｍを取
り付ける。この場合、板状部材０３゜（Ｉｊは、それ等
の板面が軸αυの軸線（２−２）と略々直交し、且つそ
れ等の長手方向が軸ｔｉυに対して対称となるようにな
されている。板状部材（１３１、ａｉの遊端には、重錘
（１４１、（１４１を夫々取り付ける。変角検出器Ｑ９
及び駆動装置（１６１を、軸圓の周囲に取り付け、外部
の駆動増巾器（５）よりの出力により、駆動装置ａｅを
駆動し、取付部材α２、板状部材（１３、ａ：４及び重
錘（１４１、（１４１を、同図の軸線（２−２）のまわ
りに、角速度ωで交番振動させる。変位検出器（１７）
　、αｈを基台０１上に於て、重錘Ｑ４１　、　ａ４の
下方に設け、重錘■。

０石の基台（１１に対する軸線（２−２）方向の変位を
検出する。尚、設計上の都合により、重錘圓、　Ｑ４１
は、板状部材０．αｊ自身の重量によって代替させるこ
とも出来る。

次に、第２図に示す本発明の一実施例の動作を説明する
。今、駆動装置ｕｅにより、重錘Ｉ及び（１４１が、速
度Ｖで互いに反対方向に運動している時に、装置の軸線
（２−２）に対して垂直な軸（Ｘ）のまわりに、被測定
角速度Ωが入力され、装置全停が、慣性空間で回転して
いるものとすれば、重錘Ｉには上向きの、又重錘０石に
は下向きのコリオリの力Ｆｃが作用する。その結果、板
状部材（１：１．　ａ、４の可撓性により、第３図に示
す如き方向反対の撓み量ΔＸが、板状部材（１３１、ａ
：ｊに生ずる。故に、これを変位検出器面、　（１７）
により電気的に検出し、それ等の検出出力を、差動増巾
器賭を通した後、デモシュレータ（７）に入力し、これ
により入力角速度Ωに比例した出力を得ることが出来る
。即ち、角速度Ωを検出することが出来る。尚、軸線（
２−２）方向の加速度によっても、変位検出器（１７）
　、　（１７）は変位出力を発生するが、これ等は、同
方向の変位の為、差動増巾器ａ８１で相殺され、出力と
はならない。

第４図は、本発明の他の実施例を示す。尚、同図におい
て、第２図と同一部材には同一の符号を付し、それ等の
説明は省略する。この第４図の実施例においては、第２
図の変位検出器ｆＲａＤ、（１７）の代りに、チタン酸
バリウムや水晶等より成る圧電素子（１８ａ　）　、　
（１Ｂ’ａ　）を用いる。即ち、圧電素子（１８ａ）　
、　（１８′ａ）を板状部材α漕、ａｊ上に夫々装墳し
、板状部材ａｓ　、　ａｉの曲ゲ歪みを基にして、コリ
オリの力Ｆｃを検出し、第２図の例と同様の目的を達成
するようになしたものである。従って、図示せずも、第
２図の例と同様の素子が使用されている。

尚、この第４図の例では、圧電素子（１８ａ）　、　（
１８’ａ）の接続の仕方によっては、差動増巾器（１ａ
ｌを省略することができる。

第５図は、本発明の他の実施例を示す。この場合も、第
２図と同一部材には同一符号を付し、その詳細説明を省
略する。この例では、環状部材（至）及びその内部の軸
状部材３１１を、その下端において基台Ｑｌに取付ける
。上記環状部材−と軸状部材Ｃｉ！Ｄとの間に、例えば
４個の薄板で製作した撓み部材のが、環状部材−の約９
０°の角間隔の４個の半径方向に配され、それぞれの各
端部が、環状部材（イ）の内周面及び軸状部材０１Ｊの
外周面に例えば溶接等によって固定される。同−直径上
の一対の撓み部材■４には、駆動用圧電素子（ハ）、−
が、他方の同−直径上の一対の撓み部材四には、角変位
検出用の圧電素子等より成る歪み検出器ｃ！ａ　、　ｃ
！４が夫々接着等により取付けられ、これ等は、外部の
駆動用増巾器−（第２図の符号（５））により、軸線（
Ｚ−Ｚ）　ｉわりに一定振巾の捩り振動を維持するよう
制御される。環状部材（イ）の外周面には、バイモルフ
より成る薄い短冊状の圧電素子ｃ！乳−が、それ等の面
が軸線（２−２）と直交する如（、取付けられる。

圧電素子（ハ）、−の一方の出力端子は、短絡線（至）
によって短絡され、他方の出力端子（５）から、入力角
速度Ωに対応した出力が電気的に取り出される。

この例では、バイモルフより成る圧電素子（ハ）、−は
、例えば第２図の例に於ける板状部材Ｑ３１　、　ａ、
４及び変位検出装置ａｎ　、　（Ｌ？）の両者を兼用し
ている。尚、第５図に於ては、第３図、！４図に示した
重錘Ｉ。

篩は省略しであるが、設計によっては、勿論、これ等を
同様に取付けた構造も、可能である。

第６図は、本発明の更に他の実施例を示す。この例では
、１　（［１ｉ１の駆動用圧電素子（ハ）を、一対の撓
み部材シシの一方に設け、その他方に、検出用歪み検出
器０４１を設けると共に、コリオリの力の検出手段とし
ては、第３図に示した変位検出器αη、　（Ｌ？ｌを、
又第５図のバイモルフ圧電素子（ハ）、（ハ）の代りに
、第２図等に示すと同様の板状部材Ｑ３１　、　ａｍを
用いたものである。

第７図は、本発明の又更に他の実施例を示す。

この例では、コリ・オリの力Ｆｃの検出部としては、第
５図と同様バイモルフ圧電素子（ハ）、（２５１を用い
るが、振動駆動部にバイモルフ圧電素子を用いる点が、
第５図の例と異る。即ち、駆動用バイモルフ圧電素子０
υ、　ｃｌ＋：＋と変角検出用バイモルフ圧電素子０ａ
　、　ｏｓとを、図示の如く、それ等の長手方向が軸線
（２−２）と平行で、同一円周上９０°間隔にて基台（
ＩＩに固定する一方、それ等の上端を円盤状の取付部材
（至）に固定し、この円盤状の取付部材（至）の軸対称
位置に、コリオリの力の検出用圧電素子ｅω、０５１を
取り付ける。ここで、駆動用バイモルフ圧電素子Ｃ（υ
、０６には、軸線（２−２）に対して対称形の曲ゲが生
ずる様に配されており、これによって、円盤状の取付部
材（７）は、軸線（２−２）のまわりに交番回転振動が
゛与えられる。この捩り振動は、変角検出用バイモルフ
圧電索子ｏｃ　、　ａ’ａによって等測的に検出され、
外部の駆動用増１］器（図示せず）とループを構成する
ことにより、常時、一定振巾になるよう制御される。尚
、この例に於て、駆動用及び変角検出用バイモルフ圧電
素子Ｃ３Ｕ　、　則及び国。

０急の代りに、４個の薄板状撓み部材と、それぞれに取
り付けた板状の圧電素子とを用いることも可能である。

第８図は、本発明の更に他の実施例を示す。この例では
、第７図における駆動用バイモルフ圧電素子８１）　、
　Ｃ３１１の代りに、第９図に示す捩り振動型の圧電素
子−を用い、又変角検出器（ロ）、０４１として、歪み
ゲージ又は歪み検出圧電素子を、上記捩り振動型の圧電
素子□□□の両面に交叉させて接着したものである。他
は第７図の例と、実質的に同一である。

尚、以上述べた本発明の各実施例においては、交番振動
駆動手段として、変角検出器、駆動装置、駆動増巾器か
らなる制御ループを用いたが、性能上許容出来る場合、
駆動装置を直接交流電源によって駆動することも可能で
ある。

又、第３図、第６図等において板状部材の撓みを検出す
る手段として、光、静電容量、電磁気等各種の手段が使
用できることは言うまでもない。

更に、第８図に示した板状の捩り振動型の圧電素子の代
りに、円筒状の捩り振動素子を使用することも可能であ
る。

以上説明した本発明によれば、以下に列挙する効果が得
られる。

■　重錘に作用したコリオリの力を直接変位や歪みとし
て取り出す構造の為、検出感度が高く、且つ高い周波数
の入力角速度が検出できる。

■　交番振動駆動部とコリオリの力の検出系が完全に独
立している為、検出系の感度を太き（保ったまま、振動
駆動部を外部の振動や衝撃に強い構造にすることが出来
る。

■　コリオリの力の受感部を、２枚の薄板で構成し、そ
れぞれの変位を差動的に出力させることにより、振動軸
方向の外部加速度の影響を完全にとり除（ことが出来る
。

■　構造が簡単で、安価に製作でき、且つ堅牢−につく
ることができる。

■　音叉式と異り、コリオリの力の検出部と交番振動駆
動部との駆動軸線方向の距離が短（、或いはほとんどゼ
ロとすることができる為、′駆動軸々受がモーメント荷
重を受ける必要がなく、駆動軸々受の小型化が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は周知の音叉方式振動ジャイロを示す斜視図、第
２図は本発明の一実施例を示す斜視図、第３図は第２図
の実施例の原理を示す路線図、第４乃至第８図は夫々本
発明の他の実施例を示す斜視図、第９図は第８図に示す
実施例の捩り振動型圧電素子の斜視図である。 図に於て、（５）は駆動増巾器、（７）はデモシュレー
タ、鵠は基台、（１Ｂは軸、鰭は取付部材、（１３、ａ
：ｉは板状部材、（１４１、０４＋　ハ重錘、ａ５１．
ｐａ、ｉは変角検出器、α日は駆動装置、αｎ、（１η
は変位検出装置、ｔｉｅ　ｔｔ差動増巾器、（１８ａ）
　、　（１８′ａ）　、（２３，（２ｊ、ＣＢ、（２４
，Ｃ３υ、６υ、Ｏ）。 −は圧電素子、（至）は環状部材、（ハ）は撓み部材、
（２尋、−は歪み検出器、（ホ）は短絡線、（５）は出
力端子、（至）は取付部材、關は捩り振動型の圧電素子
である。 第１図 第２図 り 第３図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基台と、該基台に回動的に取り付けた軸部材と、該軸部
   材の軸線と略々直交する面と夫々の面が一致し、且つ夫
   々の長手方向が上記軸線に関し軸対称となるように上記
   軸部材に取り付けた２個の短冊状部材と、該２個の短冊
   状部材の上記軸線方向の撓みを差動的に検出する検出装
   置と、上記２個の短冊状部材を有する上記軸部材に上記
   基台に対し上記軸線のまわりに交番角振動（捩り振動）
   を与える為の駆動装置とより成るジャイロ装置。