JPH1114371A

JPH1114371A - 振動型ジャイロスコープ

Info

Publication number: JPH1114371A
Application number: JP9171634A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kikuchi; 菊池　　尊行; Shiyousaku Gouji; 庄作郷治; Yukihisa Osugi; 幸久大杉; Takao Soma; 隆雄相馬
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 1999-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】回転角速度を高精度で検出することができる振
動型ジャイロスコープを提供する。【解決手段】駆動手段１１−１〜１１−４を有する駆動
アーム３と、検出手段１２−１〜１２−４を有する検出
アーム２、４と、これらの駆動アーム３と検出アーム
２、４とを接続する基部５とから構成される音叉型振動
子１を用いた振動型ジャイロスコープにおいて、検出ア
ーム２、４の形状を、駆動振動面内においては、幅方向
の形状を駆動アーム３の幅方向の形状と異なる形状に構
成するとともに、検出振動面内においては、幅方向の形
状を駆動アーム３の幅方向の形状と同一の形状に構成し
て、検出アーム２、４に、駆動振動は伝達せず、この駆
動振動に垂直の検出振動のみ伝達する形状とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駆動手段を有する
駆動アームと、検出手段を有する検出アームと、これら
の駆動アームと検出アームとを接続する基部とから構成
される音叉型振動子を用いた振動型ジャイロスコープに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、駆動アームと検出アームとを
基部で一体に接続し、駆動アームと検出アームとがそれ
ぞれ対称の位置となるように配置された音叉型振動子か
らなる振動型ジャイロスコープは、種々の構成のものが
知られている。例えば、特開平８−２７８１４２号公報
において、駆動アームと検出アームとを構成する４本の
アームからなる角速度センサが開示されている。図１０
はそのような角速度センサの一例の構成を示す図であ
る。図１０に示す例において、角速度センサ５１は、４
本のアーム５２〜５５と、これら４本のアーム５２〜５
５を接続する基部５６とからなる音叉型振動子から構成
されている。

【０００３】上述した構成の角速度センサ５１におい
て、両端の２本のアーム５２、５５を、これらのアーム
５２、５５に設けた図示しない駆動手段により、ＸＹ面
内で互いに逆相の振動をさせる。そして、中央の２本の
アーム５３、５４をＸＹ面内で互いに逆相に共振させ
る。この状態で、角速度センサ５１の対称軸を中心に回
転角速度ωが作用すると、アーム５３、５４にコリオリ
の力ｆが作用する。アーム５３、５４が振動しているこ
とから、アーム５３、５４はＹＺ面内で互いに逆相の振
動が誘起される。この振動をアーム５３、５４に設けた
検出手段により検出して、回転角速度を測定している。
また、他の例として、両端のアーム５２、５５と中央の
アーム５３、５４とがＸＹ面内において共振しないよう
構成し、中央のアーム５３、５４がＸＹ面内に振動しな
い例も開示されている。この場合は、コリオリの力によ
り発生するアーム５２、５５にＹＺ面内の振動を、アー
ム５３、５４に誘起させ、上述した例と同様に回転角速
度を検出することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した構成の従来の
角速度センサ５１では、検出用アーム５３、５４は駆動
用アーム５２、５５と共振して常にＸＹ面内で振動す
る。検出用アーム５３、５４と駆動用アーム５２、５５
とをＸＹ面内で共振しない形状とした場合でも、完全に
検出用アーム５３、５４のＸＹ面内での振動を抑制する
ことができない。そのため、検出用アーム５３、５４に
おいて、コリオリの力に基づくＹＺ面内での振動に基づ
くひずみを、検出用アーム５３、５４に設けた検出手段
で測定する際、上記ＹＸ面内での振動により検出誤差を
無くすことができず、回転角速度を高精度で検出するこ
とができない問題があった。

【０００５】本発明の目的は上述した課題を解消して、
回転角速度を高精度で検出することができる振動型ジャ
イロスコープを提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の振動型ジャイロ
スコープは、駆動手段を有する駆動アームと、検出手段
を有する検出アームと、これらの駆動アームと検出アー
ムとを接続する基部とから構成される音叉型振動子を用
いた振動型ジャイロスコープにおいて、前記検出アーム
の形状を、駆動振動面内においては、幅方向の形状を駆
動アームの幅方向の形状と異なる形状に構成するととも
に、検出振動面内においては、幅方向の形状を駆動アー
ムの幅方向の形状と同一の形状に構成して、検出アーム
に、駆動振動は伝達せず、この駆動振動に垂直の検出振
動のみ伝達する形状とすることを特徴とするものであ
る。

【０００７】本発明では、検出アームの形状を、駆動振
動面内においては、幅方向の形状を駆動アームの幅方向
の形状より細くあるいは太くして異なる形状に構成する
とともに、検出振動面内においては、幅方向の形状を駆
動アームの幅方向の形状と同一の形状に構成すること
で、検出アームに、駆動振動は伝達せず、この駆動振動
に垂直の検出振動のみ伝達するよう構成している。その
ため、検出アームにおける検出手段による回転角速度の
検出において、駆動振動の悪影響を受けることなく、コ
リオリの力に起因する検出振動のみを回転角速度の検出
に利用できる構成とし、検出手段に現れる駆動振動に起
因するノイズを大きく低減することができ、高精度の回
転角速度の検出を可能としている。

【０００８】また、好ましい態様として、駆動アームと
検出アームとの間に中間アームを設け、この中間アーム
に駆動アームの駆動振動を伝達し、中間アームに駆動振
動を与えた状態で音叉型振動子に作用するコリオリの力
を中間アームに作用させることにより、駆動振動と垂直
の検出振動を中間アームに発生させ、検出アームに中間
アームに発生した検出振動を伝達させるよう構成した場
合は、この中間アーム自体にも、駆動振動は伝達せず、
この駆動振動に垂直の検出振動のみを伝達するという駆
動振動吸収作用が働く。また、中間アームが存在するこ
とで、駆動手段と検出手段とを離して構成することがで
き、検出手段で検出した検出信号に対する駆動手段の影
響を少なくすることができる。その結果、より高精度の
回転角速度の検出を行うことができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の振動型ジャイロス
コープの一例の構成を示す図である。図１に示す例にお
いて、振動型ジャイロスコープを構成する音叉型振動子
１は、３本の互いにほぼ平行に配置されたアーム２〜４
と、これら３本のアーム２〜４を接続する基部５とから
構成される。３本のアーム２〜４のうち、両端のアーム
２、４は検出アームを構成し、中央のアーム３は駆動ア
ームを構成する。なお、音叉型振動子１の材質として
は、従来から知られているエリンバ合金等の恒弾性合
金、あるいは圧電セラミックス、水晶、ＬｉＴａＯ₃ 単
結晶、ＬｉＮｂＯ₃ 単結晶などの圧電材料を用いること
ができるが、その中でもＬｉＴａＯ₃ 単結晶、ＬｉＮｂ
Ｏ₃ 単結晶などの単結晶を用いると本発明の効果が大き
い。図１に示す例では、音叉型振動子１としてＬｉＴａ
Ｏ₃ 単結晶を使用した例を示している。そして、駆動ア
ーム３に駆動手段としての駆動電極１１−１〜１１−４
を設けるとともに、検出アーム２、４のそれぞれに検出
手段としての検出電極１２−１〜１２−４を設けてい
る。

【００１０】上述した本発明の振動型ジャイロスコープ
に用いる音叉型振動子１において重要なのは、検出アー
ム２、４のそれぞれの形状を、駆動振動面内（ＸＺ面
内）においては、幅方向の形状を駆動アーム３の幅方向
の形状より細くして異なる形状に構成するとともに、検
出振動面内（ＹＺ面内）においては、幅方向の形状を駆
動アーム１の幅方向の形状と同一の形状に構成した点で
ある。この検出アーム２、４の形状により、検出アーム
２、４に、ＸＺ面内の駆動振動は伝達せず、この駆動振
動に垂直のＹＺ面内の検出振動のみ伝達することができ
る。

【００１１】上述した本発明の振動型ジャイロスコープ
の音叉型振動子１の動作は、以下の通りである。まず、
駆動アーム３を、駆動アーム３に設けた駆動電極１１−
１〜１１−４により、ＸＺ面内で振動させる。この時、
ＸＺ面内における駆動アーム３の形状と検出アーム２、
４の形状とは異なるため、駆動アーム３の駆動振動の検
出アーム２、４への伝達はほぼ完全に抑制することがで
き、そのため検出アーム２、４は共振しない。この駆動
振動モードの振動を図２（ａ）にも示す。この状態で、
音叉型振動子１にＺ軸を中心とする回転角速度ωが作用
すると、駆動アーム３にコリオリの力ｆが作用する。駆
動アーム３はＸＺ面内で振動していることから、駆動ア
ーム３にはＹＺ面内で振動が誘起される。この駆動アー
ム３のＹＺ面内の振動は、ＹＺ面内における駆動アーム
３の形状と検出アーム２、４の形状は同一であるため、
検出アーム２、４をＹＺ面内で共振させる。これによ
り、図２（ｂ）に示すような検出振動モードの振動が発
生する。この検出モードの振動を検出アーム２、４に各
別に設けた検出電極１２−１〜１２−４により電気信号
として検出して、回転角速度を測定している。なお、図
３に各電極の配線状態を示す。

【００１２】上述した本発明の振動型ジャイロスコープ
では、検出アーム２、４における検出電極１２−１〜１
２−４による回転角速度の検出において、駆動振動の悪
影響を受けることなく、コリオリの力に起因する検出振
動のみを回転角速度の検出に利用できる構成とすること
ができる。そのため、検出電極１２−１〜１２−４側に
現れる駆動振動に起因するノイズを大きく低減すること
ができ、高精度の回転角速度の検出を可能とすることが
できる。

【００１３】図４は本発明の振動型ジャイロスコープに
用いる音叉型振動子の他の例の構成を示す図である。図
４に示す例において、図１に示す例と同一の部材には同
一の符号を付し、その説明を省略する。図４に示す例に
おいて、図１に示す例と異なる点は、駆動アーム３と検
出アーム２との間および駆動アーム３と検出アーム４と
の間のそれぞれに、駆動アーム３と同一形状の中間アー
ム２１、２２を、駆動アーム３および検出アーム２、４
と平行でかつ基部５と一体に設けた点である。そして、
本例では、中間アーム２１、２２に駆動アーム３の駆動
振動を共振させて伝達し、中間アーム２１、２２に駆動
振動を与えた状態で音叉型振動子１に作用するコリオリ
の力を中間アーム２１、２２に作用させることにより、
駆動振動と垂直の検出振動を中間アーム２１、２２に発
生させ、さらに検出アーム２、４に中間アーム２１、２
２に発生した検出振動を共振させて伝達する。この検出
振動を検出電極１２−１〜１２−４で検出して、回転角
速度を求めている。なお、図５（ａ）、（ｂ）に図４に
示す例の駆動振動モードおよび検出振動モードの例を示
し、図６に各電極の配線状態を示す。

【００１４】図４に示す例では、中間アーム２１、２２
自体が、駆動振動は伝達せず、この駆動振動に垂直の検
出振動のみを伝達するという駆動振動の吸収作用を有す
る。また、中間アーム２１、２２が存在することで、駆
動電極１１−１〜１１−４と検出電極１２−１〜１２−
４とを離して構成することができ、検出電極１２−１〜
１２−４で検出した検出信号に対する駆動電極１１−１
〜１１−４の影響を少なくすることができる。その結
果、より高精度の回転角速度の検出を行うことができ
る。

【００１５】図７は本発明の振動型ジャイロスコープに
用いる音叉型振動子のさらに他の例の構成を示す図であ
る。図７に示す例において、図１及び図４に示す例と同
一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図７に示す例において、図４に示す例と異なる点は、駆
動アーム３と平行させて追加の駆動アーム３’および駆
動電極１１−１’〜１１−４’を設けた点である。図７
に示す例では、図８（ａ）、（ｂ）に駆動振動モードお
よび検出振動モードを示し、さらに図９に各電極の配線
状態を示すように、駆動振動モードおよび検出振動モー
ド、さらに各電極の配線状態が図４に示すそれらの例と
若干異なる以外、図４に示す例と同様の作用効果を得る
ことができる。

【００１６】なお、上述した例では、検出アーム２、４
の形状を駆動アーム３の形状よりも細くして異なる形状
としたが、他の方法例えば検出アーム２、４の形状を駆
動アーム３の形状よりも太くして異なる形状としても、
形状が異なっていさえすれば本発明の効果を得ることが
できることはいうまでもない。

【００１７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、検出アームの形状を所定の形状にすること
で、検出アームに、駆動振動は伝達せず、この駆動振動
に垂直の検出振動のみ伝達するよう構成できる。そのた
め、検出アームにおける検出手段による回転角速度の検
出において、駆動振動の悪影響を受けることなく、コリ
オリの力に起因する検出振動のみを回転角速度の検出に
利用できる構成をとることができ、検出手段に現れる駆
動振動に起因するノイズを大きく低減することができ、
高精度の回転角速度の検出を可能とすることができる。

【００１８】また、好ましい態様として、駆動アームと
検出アームとの間に中間アームを設けた場合は、この中
間アーム自体にも、駆動振動は伝達せず、この駆動振動
に垂直の検出振動のみを伝達するという駆動振動吸収作
用が働く。また、中間アームが存在することで、駆動手
段と検出手段とを離して構成することができ、検出手段
で検出した検出信号に対する駆動手段の影響を少なくす
ることができる。その結果、より高精度の回転角速度の
検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の振動型ジャイロスコープに用いる音叉
型振動子の一例の構成を示す図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１に示す例におけ
る駆動振動モードと検出振動モードの例を示す図であ
る。

【図３】図１に示す例における各電極の配線状態を示す
図である。

【図４】本発明の振動型ジャイロスコープに用いる音叉
型振動子の他の例の構成を示す図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図４に示す例におけ
る駆動振動モードと検出モードの例を示す図である。

【図６】図４に示す例における各電極の配線状態を示す
図である。

【図７】本発明の振動型ジャイロスコープに用いる音叉
型振動子のさらに他の例の構成を示す図である。

【図８】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図７に示す例におけ
る駆動振動モードと検出モードの例を示す図である。

【図９】図７に示す例における各電極の配線状態を示す
図である。

【図１０】従来の振動型ジャイロスコープに用いる音叉
型振動子の一例の構成を示す図である。

【符号の説明】

１音叉型振動子、２、４検出アーム、３駆動アー
ム、５基部、１１−１〜１１−４駆動電極、１２−
１〜１２−４検出電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者相馬隆雄愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動手段を有する駆動アームと、検出手段
を有する検出アームと、これらの駆動アームと検出アー
ムとを接続する基部とから構成される音叉型振動子を用
いた振動型ジャイロスコープにおいて、前記検出アーム
の形状を、駆動振動面内においては、幅方向の形状を駆
動アームの幅方向の形状と異なる形状に構成するととも
に、検出振動面内においては、幅方向の形状を駆動アー
ムの幅方向の形状と同一の形状に構成して、検出アーム
に、駆動振動は伝達せず、この駆動振動に垂直の検出振
動のみ伝達する形状とすることを特徴とする振動型ジャ
イロスコープ。
【請求項２】前記駆動アームと検出アームとの間に中間
アームを設け、この中間アームに駆動アームの駆動振動
を伝達し、中間アームに駆動振動を与えた状態で音叉型
振動子に作用するコリオリの力を中間アームに作用させ
ることにより、駆動振動と垂直の検出振動を中間アーム
に発生させ、検出アームに中間アームに発生した検出振
動を伝達させるよう構成する請求項１記載の振動型ジャ
イロスコープ。
【請求項３】前記音叉型振動子を、１本の駆動アーム
と、この駆動アームの左右外側に各別に設けた２本の中
間アームと、この２本の中間アームのそれぞれの外側に
各別に設けた２本の検出アームとから構成する請求項２
記載の振動型ジャイロスコープ。
【請求項４】前記音叉型振動子を、２本の駆動アーム
と、この２本の駆動アームのそれぞれの外側に各別に設
けた２本の中間アームと、この２本の中間アームのそれ
ぞれの外側に各別に設けた２本の検出アームとから構成
する請求項２記載の振動型ジャイロスコープ。