JPH0334806B2 - - Google Patents
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- JPH0334806B2 JPH0334806B2 JP4107184A JP4107184A JPH0334806B2 JP H0334806 B2 JPH0334806 B2 JP H0334806B2 JP 4107184 A JP4107184 A JP 4107184A JP 4107184 A JP4107184 A JP 4107184A JP H0334806 B2 JPH0334806 B2 JP H0334806B2
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- Japan
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- tuning fork
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- piezoelectric element
- detection piezoelectric
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 24
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 15
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Description
発明の技術分野
本発明はジヤイロ装置、特に音叉を用いたジヤ
イロ装置に関する。 背景技術とその問題点 本発明の説明に先立つて、本願出願人が先に提
案した特願昭58−45234号のジヤイロ装置の概略
を、第１及び第２図を参照して説明する。このジ
ヤイロ装置は、その斜視図である第１図に示す如
く、平板状の基台２上に、その上面と略々垂直と
なる如く、短冊状バイモルフから成る入力角速度
Ωを検出するための薄板状の検出用圧電素子３０
を取付ける。尚、この際、必要に応じて、取付部
３０′を用いてもよい。音叉１を、一対の大なる
質量を有する振動質量部１−１，１−１と、これ
等の夫々に連結した撓み部１−２，１−２と両撓
み部１−２，１−２の各遊端を連結する基部１−
３とより構成する。ここで基部１−３の上面に、
Ｌ字状取付部１−４を、その一方の脚１−４ａが
略々垂直上方に伸びる如く固定し、他方の脚１−
４ｂが両撓み部１−２，１−２と略々平行に伸び
る如くなすと共に、基部１−３の下面にカウンタ
ーウエイト部１−５を取り付ける。 上述の如く構成した音叉１を、次の如く、薄板
状の振動検出用圧電素子３０に固定する。即ち、
音叉１の両撓み部１−２，１−２間の〓間ｇに、
薄板状の圧電素子３０の巾方向Ｂが延在する如
く、圧電素子３０の上端に、Ｌ字状取付部１−４
の脚１−４ｂを固定する。かくすれば、第１図の
側面図である第２図に示す如く、音叉１は、その
振動面（音叉面）が、水平に配置された基台２の
板面と略々平行、即ち圧電素子３０の長手方向の
中心軸（Ｘ−Ｘ）と直交する如く、圧電素子３０
に取付けられる。尚、この場合、両撓み部１−
２，１−２間の〓間ｇは、圧電素子３０が振動
し、音叉１の振動面が傾斜しても、圧電素子３０
と両撓み部１−２，１−２が接触しないような寸
法及び形状に設定されていると共に、音叉１の振
動質量部１−１，１−１及びカウンターウエイト
部１−５等が、基台２の上面に接触しないよう
に、圧電素子３０の基台２上の高さは設定されて
いる。 尚、第１図に於て、４，４は、両撓み部１−
２，１−２に夫々取付けた例えば駆動用圧電素子
で、これ等は、例えば交流信号源５よりの信号に
より駆動され、音叉１の振動質量部１−１，１−
１に、速度ｖなる交番信号を励起させる。 この場合、検出用圧電素子３０の出力電圧を、
基準電圧として交流信号源５よりの信号と共に、
デモジユレータ７に入力し、同期整流することに
より、（Ｘ−Ｘ）軸と直交する音叉１の音叉軸
（Ｚ−Ｚ）まわりに入力される角速度Ωに比例し
た電圧が、このデモジユレータ７より出力され、
ジヤイロ装置が構成される。 しかしながら上述のジヤイロ装置においては、
次の如き欠点がある。即ち、 (1) ジヤイロ装置は、角速度が測定させるべき運
動体に、基台２において直接取付けられる構造
のため、運動体側の固定されるべき部分の剛性
の差によて、音叉軸（Ｚ−Ｚ）まわりの音叉
１、検出用圧電素子３０、基台２からなる振動
系の共振点が変化し、バイアス的な誤差が発生
する。 (2) 運動体の振動が基台２を介して直接音叉１、
検出用圧電素子３０からなる振動系に伝達さ
れ、出力誤差が生ずる。 (3) 上記運動体の振動の影響を避けようとして、
基台２をゴム等の可撓性物質を介して運動体に
取付ける場合、全体の重心が基台の上方にある
為に、例えば第１図において（Ｘ−Ｘ）軸及び
（Ｚ−Ｚ）軸の双方に直交する方向の加速度に
対して、全体が（Ｚ−Ｚ）軸まわりに回転する
ことになり、この角速度が誤差出力となる。 発明の目的 本発明は、上述した如き欠点のないジヤイロ装
置を提供せんとするものである。 発明の概要 本発明のジヤイロ装置に於ては、基台と、該基
台の長手方向とその長手方向が直交するよう一端
を上記基台にとりつけた検出用圧電素子と、上記
検出用圧電素子の長手方向と直交する面と平行な
振動面を有し音叉軸が上記検出用圧電素子の面と
平行となるよう配置した音叉と、該音叉の基部と
上記検出用圧電素子の他端とを連結するＬ字状取
付部と、上記音叉の基部の上記Ｌ字状取付部が取
り付けられた側とは反対の側にカウンターウエイ
ト部を設けたジヤイロ装置において、上記カウン
ターウエイト部に上記音叉軸と平行かつ上記音叉
の振動質量部の方向に向つて上記検出用圧電素子
の両側に沿うようにのびる２本の脚を設け、上記
基台は円環状の支持環とその軸方向両側において
開口部を上記支持環の両開口に固定した２個の筒
状体とにより構成し、かつ上記基台の重心を略々
上記音叉と重心と一致させると共に上記基台を上
記音叉の重心のまわりに対称的に弾性部材を用い
て支持するようになしたことを特徴とする。 実施例 第３図は、本発明の一実施例を示す一部を除い
た斜視図である。同図に於て、第１及び第２図と
同一符号は、互に同一素子を示すものとし、それ
等の詳細説明は、これを省略する。 第３図に示す本発明の例に於ては、カウンター
ウエイト部１−５の両側より、互いに（Ｚ−Ｚ）
軸に平行で、両者間に圧電素子３０の取付部３
０′を挟んで、振動質量部１−１方向に延びる２
本の脚１−５′を、夫々延設し、音叉１、圧電素
子３０等より成る振動系の重心Ｇを、（Ｚ−Ｚ）
軸及び（Ｘ−Ｘ）軸の交点と略々一致させてい
る。 扨て、本発明のこの例に於ては、第１及び第２
図に示すと同様の音叉１を保持する検出用圧電素
子３０の下端を、支持環４０の内側にその環軸
（（Ｚ−Ｚ）軸に一致）に沿つて固定する。この支
持環４０の両開口端に、一端が閉じている同形状
且つ同寸法の筒状体４１，４１′の開口部を、
夫々気密に固定し、その内部に、圧電素子３０を
含む音叉１を、気密に保持する。この場合、支持
環４０、筒状体４１，４１′の軸は、（Ｚ−Ｚ）軸
に一致するようになす。筒状体４１，４１′のそ
れぞれの閉端を、円柱状の弾性部材４２，４２′
を介し、下端部が夫々取付基台４４に固定されて
いる２個のＬ字型金具４３，４３′の上端に固定
する。斯くして、支持環４０等を取付基台４４に
固定する。尚、４０−１は、支持環４０にハーメ
チツクシールで取付けた端子で、これを介して、
支持環４０等の内部に気密に保持されている音叉
１の圧電素子３０等が、交流信号源５、デモジユ
レータ７等に接続される。 尚、上記構成において、検出用圧電素子３０の
取付部３０′の重量を含む支持環４０、筒状体４
１，４１′よりなる基台の重心が音叉１の重心Ｇ
と一致する如く、各支持部材は設計される。 尚、温度変化による誤差の発生を防止するに
は、音叉１、Ｌ字状取付部１−４等を、周知の熱
恒弾性材で形成すればよい。 こゝで、音叉１の振動数fFと、（Ｚ−Ｚ）軸ま
わりの音叉系及び検出用圧電素子３０のトルクバ
ネ定数で定まる（Ｚ−Ｚ）軸まわりの共振振動数
f0とは、ジヤイロ装置の出力感度を上げるため
に、略々等しい値とする必要がある。 本発明においては、取付部３０′、支持環４０、
筒状体４１，４１′からなる基台の（Ｚ−Ｚ）軸
まわりの慣性モーメントをIS、音叉系の（Ｚ−
Ｚ）軸まわりの慣性モーメントをIF、検出用圧電
素子３０の（Ｚ−Ｚ）軸まわりのトルクバネ定数
をＫとすれば、上記（Ｚ−Ｚ）軸まわりの共振振
動数f0は と書くことができる。 よつて、本発明においては が共振条件となる。 上述した本発明によるジヤイロ装置の作用は、
第１及び第２図の例と略々同一である。 発明の効果 本発明によるジヤイロ装置の効果は次の通りで
ある。即ち、 １ 支持環４０、筒状体４１，４１′からなる基
台の重心と、音叉１の重心とを一致させると共
に、上記基台を弾性部材４２，４２′及びＬ字
型金具４３，４３′等により、上記重心のまわ
りに対称に支持する構造としたことにより、角
速度を測定すべき運動体の取付部の振動や剛性
等の影響のないジヤイロ装置を得ることが出来
る。 ２ 上記基台および基台内部を重心のまわりに対
称に支持することにより、加速度の影響を受け
ることができない。 ３ 上記音叉１と基台との（Ｚ−Ｚ）軸まわりの
慣性モーメントをIF，IS、検出用圧電素子３０
の入力軸のまわりのトルクバネ定数をＫとした
時に、
イロ装置に関する。 背景技術とその問題点 本発明の説明に先立つて、本願出願人が先に提
案した特願昭58−45234号のジヤイロ装置の概略
を、第１及び第２図を参照して説明する。このジ
ヤイロ装置は、その斜視図である第１図に示す如
く、平板状の基台２上に、その上面と略々垂直と
なる如く、短冊状バイモルフから成る入力角速度
Ωを検出するための薄板状の検出用圧電素子３０
を取付ける。尚、この際、必要に応じて、取付部
３０′を用いてもよい。音叉１を、一対の大なる
質量を有する振動質量部１−１，１−１と、これ
等の夫々に連結した撓み部１−２，１−２と両撓
み部１−２，１−２の各遊端を連結する基部１−
３とより構成する。ここで基部１−３の上面に、
Ｌ字状取付部１−４を、その一方の脚１−４ａが
略々垂直上方に伸びる如く固定し、他方の脚１−
４ｂが両撓み部１−２，１−２と略々平行に伸び
る如くなすと共に、基部１−３の下面にカウンタ
ーウエイト部１−５を取り付ける。 上述の如く構成した音叉１を、次の如く、薄板
状の振動検出用圧電素子３０に固定する。即ち、
音叉１の両撓み部１−２，１−２間の〓間ｇに、
薄板状の圧電素子３０の巾方向Ｂが延在する如
く、圧電素子３０の上端に、Ｌ字状取付部１−４
の脚１−４ｂを固定する。かくすれば、第１図の
側面図である第２図に示す如く、音叉１は、その
振動面（音叉面）が、水平に配置された基台２の
板面と略々平行、即ち圧電素子３０の長手方向の
中心軸（Ｘ−Ｘ）と直交する如く、圧電素子３０
に取付けられる。尚、この場合、両撓み部１−
２，１−２間の〓間ｇは、圧電素子３０が振動
し、音叉１の振動面が傾斜しても、圧電素子３０
と両撓み部１−２，１−２が接触しないような寸
法及び形状に設定されていると共に、音叉１の振
動質量部１−１，１−１及びカウンターウエイト
部１−５等が、基台２の上面に接触しないよう
に、圧電素子３０の基台２上の高さは設定されて
いる。 尚、第１図に於て、４，４は、両撓み部１−
２，１−２に夫々取付けた例えば駆動用圧電素子
で、これ等は、例えば交流信号源５よりの信号に
より駆動され、音叉１の振動質量部１−１，１−
１に、速度ｖなる交番信号を励起させる。 この場合、検出用圧電素子３０の出力電圧を、
基準電圧として交流信号源５よりの信号と共に、
デモジユレータ７に入力し、同期整流することに
より、（Ｘ−Ｘ）軸と直交する音叉１の音叉軸
（Ｚ−Ｚ）まわりに入力される角速度Ωに比例し
た電圧が、このデモジユレータ７より出力され、
ジヤイロ装置が構成される。 しかしながら上述のジヤイロ装置においては、
次の如き欠点がある。即ち、 (1) ジヤイロ装置は、角速度が測定させるべき運
動体に、基台２において直接取付けられる構造
のため、運動体側の固定されるべき部分の剛性
の差によて、音叉軸（Ｚ−Ｚ）まわりの音叉
１、検出用圧電素子３０、基台２からなる振動
系の共振点が変化し、バイアス的な誤差が発生
する。 (2) 運動体の振動が基台２を介して直接音叉１、
検出用圧電素子３０からなる振動系に伝達さ
れ、出力誤差が生ずる。 (3) 上記運動体の振動の影響を避けようとして、
基台２をゴム等の可撓性物質を介して運動体に
取付ける場合、全体の重心が基台の上方にある
為に、例えば第１図において（Ｘ−Ｘ）軸及び
（Ｚ−Ｚ）軸の双方に直交する方向の加速度に
対して、全体が（Ｚ−Ｚ）軸まわりに回転する
ことになり、この角速度が誤差出力となる。 発明の目的 本発明は、上述した如き欠点のないジヤイロ装
置を提供せんとするものである。 発明の概要 本発明のジヤイロ装置に於ては、基台と、該基
台の長手方向とその長手方向が直交するよう一端
を上記基台にとりつけた検出用圧電素子と、上記
検出用圧電素子の長手方向と直交する面と平行な
振動面を有し音叉軸が上記検出用圧電素子の面と
平行となるよう配置した音叉と、該音叉の基部と
上記検出用圧電素子の他端とを連結するＬ字状取
付部と、上記音叉の基部の上記Ｌ字状取付部が取
り付けられた側とは反対の側にカウンターウエイ
ト部を設けたジヤイロ装置において、上記カウン
ターウエイト部に上記音叉軸と平行かつ上記音叉
の振動質量部の方向に向つて上記検出用圧電素子
の両側に沿うようにのびる２本の脚を設け、上記
基台は円環状の支持環とその軸方向両側において
開口部を上記支持環の両開口に固定した２個の筒
状体とにより構成し、かつ上記基台の重心を略々
上記音叉と重心と一致させると共に上記基台を上
記音叉の重心のまわりに対称的に弾性部材を用い
て支持するようになしたことを特徴とする。 実施例 第３図は、本発明の一実施例を示す一部を除い
た斜視図である。同図に於て、第１及び第２図と
同一符号は、互に同一素子を示すものとし、それ
等の詳細説明は、これを省略する。 第３図に示す本発明の例に於ては、カウンター
ウエイト部１−５の両側より、互いに（Ｚ−Ｚ）
軸に平行で、両者間に圧電素子３０の取付部３
０′を挟んで、振動質量部１−１方向に延びる２
本の脚１−５′を、夫々延設し、音叉１、圧電素
子３０等より成る振動系の重心Ｇを、（Ｚ−Ｚ）
軸及び（Ｘ−Ｘ）軸の交点と略々一致させてい
る。 扨て、本発明のこの例に於ては、第１及び第２
図に示すと同様の音叉１を保持する検出用圧電素
子３０の下端を、支持環４０の内側にその環軸
（（Ｚ−Ｚ）軸に一致）に沿つて固定する。この支
持環４０の両開口端に、一端が閉じている同形状
且つ同寸法の筒状体４１，４１′の開口部を、
夫々気密に固定し、その内部に、圧電素子３０を
含む音叉１を、気密に保持する。この場合、支持
環４０、筒状体４１，４１′の軸は、（Ｚ−Ｚ）軸
に一致するようになす。筒状体４１，４１′のそ
れぞれの閉端を、円柱状の弾性部材４２，４２′
を介し、下端部が夫々取付基台４４に固定されて
いる２個のＬ字型金具４３，４３′の上端に固定
する。斯くして、支持環４０等を取付基台４４に
固定する。尚、４０−１は、支持環４０にハーメ
チツクシールで取付けた端子で、これを介して、
支持環４０等の内部に気密に保持されている音叉
１の圧電素子３０等が、交流信号源５、デモジユ
レータ７等に接続される。 尚、上記構成において、検出用圧電素子３０の
取付部３０′の重量を含む支持環４０、筒状体４
１，４１′よりなる基台の重心が音叉１の重心Ｇ
と一致する如く、各支持部材は設計される。 尚、温度変化による誤差の発生を防止するに
は、音叉１、Ｌ字状取付部１−４等を、周知の熱
恒弾性材で形成すればよい。 こゝで、音叉１の振動数fFと、（Ｚ−Ｚ）軸ま
わりの音叉系及び検出用圧電素子３０のトルクバ
ネ定数で定まる（Ｚ−Ｚ）軸まわりの共振振動数
f0とは、ジヤイロ装置の出力感度を上げるため
に、略々等しい値とする必要がある。 本発明においては、取付部３０′、支持環４０、
筒状体４１，４１′からなる基台の（Ｚ−Ｚ）軸
まわりの慣性モーメントをIS、音叉系の（Ｚ−
Ｚ）軸まわりの慣性モーメントをIF、検出用圧電
素子３０の（Ｚ−Ｚ）軸まわりのトルクバネ定数
をＫとすれば、上記（Ｚ−Ｚ）軸まわりの共振振
動数f0は と書くことができる。 よつて、本発明においては が共振条件となる。 上述した本発明によるジヤイロ装置の作用は、
第１及び第２図の例と略々同一である。 発明の効果 本発明によるジヤイロ装置の効果は次の通りで
ある。即ち、 １ 支持環４０、筒状体４１，４１′からなる基
台の重心と、音叉１の重心とを一致させると共
に、上記基台を弾性部材４２，４２′及びＬ字
型金具４３，４３′等により、上記重心のまわ
りに対称に支持する構造としたことにより、角
速度を測定すべき運動体の取付部の振動や剛性
等の影響のないジヤイロ装置を得ることが出来
る。 ２ 上記基台および基台内部を重心のまわりに対
称に支持することにより、加速度の影響を受け
ることができない。 ３ 上記音叉１と基台との（Ｚ−Ｚ）軸まわりの
慣性モーメントをIF，IS、検出用圧電素子３０
の入力軸のまわりのトルクバネ定数をＫとした
時に、
【式】で決められ
る（Ｚ−Ｚ）軸まわりの共振振動数と音叉１の
振動数fFとを略々等しい値に選定することによ
り、ジヤイロ装置、即ち角速度検出装置として
最適感度を得ることが出来る。 ４ 支持環４０以内を気密にしたことにより、風
や音響等の外乱が振動系に作用し、誤差が発生
するのを防止し得る。
振動数fFとを略々等しい値に選定することによ
り、ジヤイロ装置、即ち角速度検出装置として
最適感度を得ることが出来る。 ４ 支持環４０以内を気密にしたことにより、風
や音響等の外乱が振動系に作用し、誤差が発生
するのを防止し得る。
第１図は先に提案した特願昭58−45234号のジ
ヤイロ装置の斜視図、第２図はその側面図、第３
図は本発明の一例の一部を除いた斜視図である。 図に於て、１は音叉、１−１は振動質量部、１
−２は撓み部、１−３は基部、１−４はＬ字状取
付部、１−５はカウンターウエイト部、４は駆動
用圧電素子、５は交流信号源、７はデモジユレー
タ、３０は検出用圧電素子、３０′は取付部、ｇ
は〓間、４０は支持環、４０−１は端子、４１，
４１′は筒状体、４２，４２′は弾性部材、４３，
４３′はＬ字型金具、４４は取付基台を夫々示す。
ヤイロ装置の斜視図、第２図はその側面図、第３
図は本発明の一例の一部を除いた斜視図である。 図に於て、１は音叉、１−１は振動質量部、１
−２は撓み部、１−３は基部、１−４はＬ字状取
付部、１−５はカウンターウエイト部、４は駆動
用圧電素子、５は交流信号源、７はデモジユレー
タ、３０は検出用圧電素子、３０′は取付部、ｇ
は〓間、４０は支持環、４０−１は端子、４１，
４１′は筒状体、４２，４２′は弾性部材、４３，
４３′はＬ字型金具、４４は取付基台を夫々示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 基台と、該基台の長手方向とその長手方向が
直交するよう一端を上記基台にとりつけた検出用
圧電素子と、上記検出用圧電素子の長手方向と直
交する面と平行な振動面を有し音叉軸が上記検出
用圧電素子の面と平行となるよう配置した音叉
と、該音叉の基部と上記検出用圧電素子の他端と
を連結するＬ字状取付部と、上記音叉の基部の上
記Ｌ字状取付部が取り付けられた側とは反対の側
にカウンターウエイト部を設けたジヤイロ装置に
おいて、上記カウンターウエイト部に上記音叉軸
と平行かつ上記音叉の振動質量部の方向に向つて
上記検出用圧電素子の両側に沿うようにのびる２
本の脚を設け、上記基台は円環状の支持環とその
軸方向両側において開口部を上記支持環の両開口
に固定した２個の筒状体とにより構成し、かつ上
記基台の重心を略々上記音叉の重心と一致させる
と共に上記基台を上記音叉の重心のまわりに対称
的に弾性部材を用いて支持するようになしたこと
を特徴とするジヤイロ装置。 ２ 上記特許請求の範囲第１項記載のジヤイロ装
置において、上記音叉軸まわりの音叉の慣性モー
メントIF、上記基台の慣性モーメントをIS、上記
検出用圧電素子の上記音叉軸まわりのトルクバネ
定数をＫとしたとき、 で表わされる共振振動数と上記音叉の振動数とを
略々等しくしたことを特徴とする。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59041071A JPS60185110A (ja) | 1984-03-02 | 1984-03-02 | ジヤイロ装置 |
| US06/707,213 US4653325A (en) | 1984-03-02 | 1985-03-01 | Gyro apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59041071A JPS60185110A (ja) | 1984-03-02 | 1984-03-02 | ジヤイロ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60185110A JPS60185110A (ja) | 1985-09-20 |
| JPH0334806B2 true JPH0334806B2 (ja) | 1991-05-24 |
Family
ID=12598210
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59041071A Granted JPS60185110A (ja) | 1984-03-02 | 1984-03-02 | ジヤイロ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60185110A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02268224A (ja) * | 1989-04-10 | 1990-11-01 | Tokimec Inc | ジャイロ装置 |
| JPH02268222A (ja) * | 1989-04-10 | 1990-11-01 | Tokimec Inc | ジャイロ装置 |
-
1984
- 1984-03-02 JP JP59041071A patent/JPS60185110A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60185110A (ja) | 1985-09-20 |
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