JPH11311519A - 回転ジャイロ - Google Patents
回転ジャイロInfo
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- JPH11311519A JPH11311519A JP10118475A JP11847598A JPH11311519A JP H11311519 A JPH11311519 A JP H11311519A JP 10118475 A JP10118475 A JP 10118475A JP 11847598 A JP11847598 A JP 11847598A JP H11311519 A JPH11311519 A JP H11311519A
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Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高精度な回転ジャイロを提供する。同じ大き
さの振動ジャイロに対して、コリオリ力の検出効率が大
きく、しかも大きなコリオリ力を発生させることができ
る。従って、同じ大きさの振動ジャイロに対して充分な
検出感度を保ちつつ、小型化することができる。 【解決手段】 ２つの振動体の一方を９０度位相差をも
って２方向から加振し、他方を−９０度位相差をもって
２方向から加振し、２つの振動体の振動部の重心を互い
に逆方向に回転運動させ、この回転運動の慣性による回
転位相差を１方向から検出することにより、振動体全体
の回転速度を検出する。
さの振動ジャイロに対して、コリオリ力の検出効率が大
きく、しかも大きなコリオリ力を発生させることができ
る。従って、同じ大きさの振動ジャイロに対して充分な
検出感度を保ちつつ、小型化することができる。 【解決手段】 ２つの振動体の一方を９０度位相差をも
って２方向から加振し、他方を−９０度位相差をもって
２方向から加振し、２つの振動体の振動部の重心を互い
に逆方向に回転運動させ、この回転運動の慣性による回
転位相差を１方向から検出することにより、振動体全体
の回転速度を検出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、角速度を検出する
回転ジャイロに関するものである。
回転ジャイロに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から機械式の回転ジャイロスコープ
が、飛行機や船舶の慣性航行装置として使われている
が、装置が大きく、価格が高く、従って小型の電子機器
や小型の輸送機械に組み込むことは困難である。
が、飛行機や船舶の慣性航行装置として使われている
が、装置が大きく、価格が高く、従って小型の電子機器
や小型の輸送機械に組み込むことは困難である。
【０００３】しかし近年、ジャイロスコープも小型化の
研究が進み、圧電素子で振動体を励振させ、振動体に設
けた別の圧電素子で振動体が回転により受けるコリオリ
力で起きる振動により発生する電圧を検出する振動ジャ
イロの実用化が進み、自動車のナビゲーションシステム
やビデオカメラの手振れ検出装置等に使われている。
研究が進み、圧電素子で振動体を励振させ、振動体に設
けた別の圧電素子で振動体が回転により受けるコリオリ
力で起きる振動により発生する電圧を検出する振動ジャ
イロの実用化が進み、自動車のナビゲーションシステム
やビデオカメラの手振れ検出装置等に使われている。
【０００４】以下に圧電素子を使用した従来技術の音片
型振動ジャイロを図面を用いて説明する。例えば図１３
は、平成２年９月の日本音響学会講演論文集２−Ｑ−８
に開示された、従来の四角柱音片型振動ジャイロを示す
斜視図である。
型振動ジャイロを図面を用いて説明する。例えば図１３
は、平成２年９月の日本音響学会講演論文集２−Ｑ−８
に開示された、従来の四角柱音片型振動ジャイロを示す
斜視図である。
【０００５】図１３により従来の音片型の振動ジャイロ
について説明する。振動体７１はエリンバなど恒弾性金
属で形成された音片型の構造を有している。すなわち振
動体７１は、四角柱であり、棒状振動体の互いに直交す
る２つの１次振動モードの節付近を支持する構造を持
つ。圧電素子製の駆動部及び駆動電極７２及び７３は四
角柱の２辺に張り合わせてある。駆動電極７２及び７３
は、検出部及び検出電極を兼ねている。ここで、振動体
７１の駆動電極７２を張り合わせた側面に直交する方向
をＸ軸方向、振動体７１の駆動電極７３を張り合わせた
側面に直交する方向をＺ軸方向、柱の伸びた方向をＹ軸
方向とする。
について説明する。振動体７１はエリンバなど恒弾性金
属で形成された音片型の構造を有している。すなわち振
動体７１は、四角柱であり、棒状振動体の互いに直交す
る２つの１次振動モードの節付近を支持する構造を持
つ。圧電素子製の駆動部及び駆動電極７２及び７３は四
角柱の２辺に張り合わせてある。駆動電極７２及び７３
は、検出部及び検出電極を兼ねている。ここで、振動体
７１の駆動電極７２を張り合わせた側面に直交する方向
をＸ軸方向、振動体７１の駆動電極７３を張り合わせた
側面に直交する方向をＺ軸方向、柱の伸びた方向をＹ軸
方向とする。
【０００６】作用について説明する。駆動電極７２に印
加した交流電圧により四角柱にはＸ方向の屈曲振動が発
生する。このＸ方向の屈曲振動が発生した状態で、音叉
全体をＹ軸の回りに角速度ωで回転させると、Ｘ方向の
屈曲振動と直交するＺ方向にコリオリ力Ｆｃが働く。コ
リオリ力Ｆｃは以下の式で表すことができる。 Ｆｃ＝２・Ｍ・ω・Ｖ ここで、Ｍは振動部の質量に比例する量であり、Ｖは振
動の速度である。このコリオリ力Ｆｃによって、Ｘ方向
の屈曲振動と直角方向に変位するＺ方向の屈曲振動を励
起する。このＺ方向の屈曲振動により発生する交流電圧
を検出電極７３で検出することによって、角速度ωを算
出して知ることができる。
加した交流電圧により四角柱にはＸ方向の屈曲振動が発
生する。このＸ方向の屈曲振動が発生した状態で、音叉
全体をＹ軸の回りに角速度ωで回転させると、Ｘ方向の
屈曲振動と直交するＺ方向にコリオリ力Ｆｃが働く。コ
リオリ力Ｆｃは以下の式で表すことができる。 Ｆｃ＝２・Ｍ・ω・Ｖ ここで、Ｍは振動部の質量に比例する量であり、Ｖは振
動の速度である。このコリオリ力Ｆｃによって、Ｘ方向
の屈曲振動と直角方向に変位するＺ方向の屈曲振動を励
起する。このＺ方向の屈曲振動により発生する交流電圧
を検出電極７３で検出することによって、角速度ωを算
出して知ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の振動ジ
ャイロには以下のような課題がある。一般に振動体を相
似を保ったまま小型化すると、周波数が大きくなり、駆
動振幅が小さくなるが、コリオリ力は一般に周波数に反
比例し、またコリオリ力の検出電圧は駆動振幅に比例す
るので、結果として検出電圧は非常に小さくなる。その
他の条件に差がないとすれば、検出電圧が小さくなると
検出Ｓ／Ｎは小さくなってしまい、結果として振動ジャ
イロは小型化すればするほど精度の悪い角速度検出装置
となってしまう。このような理由により振動ジャイロ
は、充分小型化するに至っていない。
ャイロには以下のような課題がある。一般に振動体を相
似を保ったまま小型化すると、周波数が大きくなり、駆
動振幅が小さくなるが、コリオリ力は一般に周波数に反
比例し、またコリオリ力の検出電圧は駆動振幅に比例す
るので、結果として検出電圧は非常に小さくなる。その
他の条件に差がないとすれば、検出電圧が小さくなると
検出Ｓ／Ｎは小さくなってしまい、結果として振動ジャ
イロは小型化すればするほど精度の悪い角速度検出装置
となってしまう。このような理由により振動ジャイロ
は、充分小型化するに至っていない。
【０００８】［発明の目的］本発明の目的は、上記課題
を解決しようとするもので、小型であっても充分Ｓ／Ｎ
が大きく、検出精度の良い、回転ジャイロを提供するこ
とにある。
を解決しようとするもので、小型であっても充分Ｓ／Ｎ
が大きく、検出精度の良い、回転ジャイロを提供するこ
とにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、本発明の回転ジャイロでは、下記の構成を採用す
る。
に、本発明の回転ジャイロでは、下記の構成を採用す
る。
【００１０】本発明の回転ジャイロは、静止系から見て
互いに反対方向に同一の一定速度の回転を行う２つの回
転部を備え、回転速度を測定する座標系に、該座標系か
ら見た２つの回転部の回転速度差を検出する手段を有す
ることを特徴とする。
互いに反対方向に同一の一定速度の回転を行う２つの回
転部を備え、回転速度を測定する座標系に、該座標系か
ら見た２つの回転部の回転速度差を検出する手段を有す
ることを特徴とする。
【００１１】回転速度を測定する座標系から見て互いに
反対方向に、一定の時間内に同一の一定速度に収束する
回転を行わせる２つの回転部を備え、回転速度を測定す
る座標系に２つの回転部の回転位相差を検出する手段を
有することを特徴とする。
反対方向に、一定の時間内に同一の一定速度に収束する
回転を行わせる２つの回転部を備え、回転速度を測定す
る座標系に２つの回転部の回転位相差を検出する手段を
有することを特徴とする。
【００１２】回転部は永久磁石からなるローターであ
り、駆動部は電磁石からなるステーターであり、検出部
は電磁石からなるエンコーダーであることを特徴とす
る。
り、駆動部は電磁石からなるステーターであり、検出部
は電磁石からなるエンコーダーであることを特徴とす
る。
【００１３】回転部は振動の節を支持した振動体の各々
の振動部の各々の重心であり、振動体に２つの方向から
加振する加振手段を備え、１つの方向から振動を検出す
る検出手段を備えたことを特徴とする。
の振動部の各々の重心であり、振動体に２つの方向から
加振する加振手段を備え、１つの方向から振動を検出す
る検出手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】振動体は振動の節を支持した音片であるこ
とを特徴とする。
とを特徴とする。
【００１５】振動体は振動の節を支持した４脚音叉であ
ることを特徴とする。
ることを特徴とする。
【００１６】足は弾性を持つ材料からなり、足は形状が
四角柱であり、足は四角柱の側面に駆動部と検出部を有
し、駆動部と検出部は圧電素子からなり、基部は弾性を
持つ材料からなり、基部は形状が四角柱であり、基部と
４本の足は一体構造であり、４本の足は互いに平行に基
部に田の字形に配置されており、基部の底面は支持に用
いられ、第１及び第２の足の圧電素子を用いて自励発振
を行わせ、第１の足と第２の足が互いに同相に振れる第
１の屈曲振動を行なわせると同時に、第１及び第２の足
の圧電素子を用いて自励発振を行わせ、第１の屈曲振動
と直交する方向に、第１の屈曲振動と振動数が一致し、
位相が９０度異なり、第１の足と第２の足が互いに同相
に振れる第２の屈曲振動を発生させておき、第１の屈曲
振動と第２の屈曲振動の合成振動として、第１の足の足
の伸びた方向の断面の重心と、第２の足の足の伸びた方
向の断面の重心が、互いに反対に回る回転運動である第
１の回転運動を発生させ、第１の回転運動が、基部の回
転によるコリオリ力により引き起こす、第１の屈曲振動
または第２の屈曲振動の周波数変化を、第１の足と同方
向に回転する第３の足と、第２の足と同方向に回転する
第４の足の検出部により検出することを特徴とする。
四角柱であり、足は四角柱の側面に駆動部と検出部を有
し、駆動部と検出部は圧電素子からなり、基部は弾性を
持つ材料からなり、基部は形状が四角柱であり、基部と
４本の足は一体構造であり、４本の足は互いに平行に基
部に田の字形に配置されており、基部の底面は支持に用
いられ、第１及び第２の足の圧電素子を用いて自励発振
を行わせ、第１の足と第２の足が互いに同相に振れる第
１の屈曲振動を行なわせると同時に、第１及び第２の足
の圧電素子を用いて自励発振を行わせ、第１の屈曲振動
と直交する方向に、第１の屈曲振動と振動数が一致し、
位相が９０度異なり、第１の足と第２の足が互いに同相
に振れる第２の屈曲振動を発生させておき、第１の屈曲
振動と第２の屈曲振動の合成振動として、第１の足の足
の伸びた方向の断面の重心と、第２の足の足の伸びた方
向の断面の重心が、互いに反対に回る回転運動である第
１の回転運動を発生させ、第１の回転運動が、基部の回
転によるコリオリ力により引き起こす、第１の屈曲振動
または第２の屈曲振動の周波数変化を、第１の足と同方
向に回転する第３の足と、第２の足と同方向に回転する
第４の足の検出部により検出することを特徴とする。
【００１７】位相の変化した第１の屈曲振動が、第３の
足に貼り付けられた圧電素子に発生させる電圧出力及
び、位相の変化した第１の屈曲振動が、第４の足に貼り
付けられた圧電素子に発生させる電圧出力を加算する加
算回路を備え、加算回路の出力を９０度移相する移相回
路を備え、移相回路の出力を２値化する２値化回路を備
え、位相の変化した第１の屈曲振動が、第３の足に貼り
付けられた圧電素子に発生させる電圧出力及び、位相の
変化した第１の屈曲振動が、第４の足に貼り付けられた
圧電素子に発生させる電圧出力を減算する減算回路を備
え、減算回路の出力を前記２値化回路の出力を用いて検
出するロックインアンプを備えたことを特徴とする。
足に貼り付けられた圧電素子に発生させる電圧出力及
び、位相の変化した第１の屈曲振動が、第４の足に貼り
付けられた圧電素子に発生させる電圧出力を加算する加
算回路を備え、加算回路の出力を９０度移相する移相回
路を備え、移相回路の出力を２値化する２値化回路を備
え、位相の変化した第１の屈曲振動が、第３の足に貼り
付けられた圧電素子に発生させる電圧出力及び、位相の
変化した第１の屈曲振動が、第４の足に貼り付けられた
圧電素子に発生させる電圧出力を減算する減算回路を備
え、減算回路の出力を前記２値化回路の出力を用いて検
出するロックインアンプを備えたことを特徴とする。
【００１８】第１の回転運動の軌道が、ほぼ円軌道にな
るように発振回路の出力信号を調整する為の振幅位相調
整回路を備えたことを特徴とする。
るように発振回路の出力信号を調整する為の振幅位相調
整回路を備えたことを特徴とする。
【００１９】回転速度を測定する座標系から見て、一定
の時間内に同一の一定速度に収束する回転を行わせる回
転部を備え、回転速度を測定する座標系に回転駆動信号
と回転部の回転の位相差を検出する手段を有することを
特徴とする回転ジャイロであって、回転部は振動の節を
支持した振動体の各々の振動部の各々の重心であり、振
動体に２つの方向から加振する加振手段を備え、１つの
方向から振動を検出する検出手段を備えたことを特徴と
する。
の時間内に同一の一定速度に収束する回転を行わせる回
転部を備え、回転速度を測定する座標系に回転駆動信号
と回転部の回転の位相差を検出する手段を有することを
特徴とする回転ジャイロであって、回転部は振動の節を
支持した振動体の各々の振動部の各々の重心であり、振
動体に２つの方向から加振する加振手段を備え、１つの
方向から振動を検出する検出手段を備えたことを特徴と
する。
【００２０】［作用］本発明による回転ジャイロは、例
えば時計用モータなどの非常に小型のモーターを２台組
み合わせることにより実現できる。ある程度の慣性能率
を持つローターに対して、ステーターがローターの回転
軸方向と同一の方向に回転すると、駆動検出部であるス
テーターから見てローターの回転速度が変化する。同じ
座標系にある２つのモーターの各々のステーターから見
ると、互いに逆に回転する２つのローターは、静止系に
対して一定の回転速度を保とうとするので、一方は回転
速度が遅くなり、他方は回転速度が速くなったように見
える。２つのローターの回転速度差を検出するのが本発
明の第１の測定方法である。次にローターの回転速度が
ステーターに対して、一定時間内に一定になるように調
整される場合は、２つのローターの回転速度差は次第に
解消されてゆく。この場合は、ステーターに対するロー
ターの回転速度の差が、復元力を介して２つのローター
の回転位相差に比例するので、２つのローターの回転位
相差を測定することにより、ステーターの回転速度を知
ることが出来る。
えば時計用モータなどの非常に小型のモーターを２台組
み合わせることにより実現できる。ある程度の慣性能率
を持つローターに対して、ステーターがローターの回転
軸方向と同一の方向に回転すると、駆動検出部であるス
テーターから見てローターの回転速度が変化する。同じ
座標系にある２つのモーターの各々のステーターから見
ると、互いに逆に回転する２つのローターは、静止系に
対して一定の回転速度を保とうとするので、一方は回転
速度が遅くなり、他方は回転速度が速くなったように見
える。２つのローターの回転速度差を検出するのが本発
明の第１の測定方法である。次にローターの回転速度が
ステーターに対して、一定時間内に一定になるように調
整される場合は、２つのローターの回転速度差は次第に
解消されてゆく。この場合は、ステーターに対するロー
ターの回転速度の差が、復元力を介して２つのローター
の回転位相差に比例するので、２つのローターの回転位
相差を測定することにより、ステーターの回転速度を知
ることが出来る。
【００２１】回転体としては、２方向に振動できる振動
体を用いることもできる。２つの振動体を用い、例えば
１つ目の振動体に、互いに直交する２つの方向から９０
度位相差を持たせて加振し、振動部の重心に右回りの回
転運動を行わせ、２つ目の振動体にも互いに直交する２
つの方向から−９０度位相差を持たせて加振し、振動部
の重心に左回りの回転運動を行わせる。この状態で、振
動体の支持部を用いて振動体全体を、振動体の振動部の
重心の回転方向と同一の方向に右回りに回転させた場合
は、静止系に対する慣性により、１つ目の振動体の振動
部の重心の回転速度は遅くなり、２つ目の振動体の振動
部の重心の回転速度は速くなる。しかしながら、各々の
振動体は固有振動を行うので、振動部の重心の回転速度
は、支持部を用いて回転させた振動体全体に対して一定
になろうとする復元力が働く。従って支持部を用いて回
転させた振動体全体の回転は、モーターの場合と同様
に、１つ目の振動体の振動部の重心の振動位相と２つ目
の振動体の振動部の重心の振動位相の差として検出する
ことが出来る。
体を用いることもできる。２つの振動体を用い、例えば
１つ目の振動体に、互いに直交する２つの方向から９０
度位相差を持たせて加振し、振動部の重心に右回りの回
転運動を行わせ、２つ目の振動体にも互いに直交する２
つの方向から−９０度位相差を持たせて加振し、振動部
の重心に左回りの回転運動を行わせる。この状態で、振
動体の支持部を用いて振動体全体を、振動体の振動部の
重心の回転方向と同一の方向に右回りに回転させた場合
は、静止系に対する慣性により、１つ目の振動体の振動
部の重心の回転速度は遅くなり、２つ目の振動体の振動
部の重心の回転速度は速くなる。しかしながら、各々の
振動体は固有振動を行うので、振動部の重心の回転速度
は、支持部を用いて回転させた振動体全体に対して一定
になろうとする復元力が働く。従って支持部を用いて回
転させた振動体全体の回転は、モーターの場合と同様
に、１つ目の振動体の振動部の重心の振動位相と２つ目
の振動体の振動部の重心の振動位相の差として検出する
ことが出来る。
【００２２】振動体を用いた場合は、一般の振動ジャイ
ロと比較することが出来る。回転ジャイロにおいて、静
止系に対して回転速度を一定に保とうとする慣性力は、
やはりコリオリ力である。ダランベールの原理に従え
ば、等速で回転する座標系に於いて円運動を行う物体で
は、コリオリ力は遠心力と釣り合う力となり、回転速度
の変化に対して軌道の変化を一定に保つ役割を果たして
いる。振動ジャイロでは直線的に振動を行わせるが、コ
リオリ力は振動部の重心の速度に比例して働くので、振
幅が最小の位置で最も大きくなり、振幅が最大の位置で
は全く働かない。一方、本発明による回転ジャイロに於
いては、振動体の振動部の重心は回転運動を行うので、
常に最大速度を持つ。同じ振幅の場合、直線振動の場合
は、回転の場合に比べて交流の実効値と同程度のコリオ
リ力しか働かない。言い換えると、本発明における回転
ジャイロは、振動ジャイロより約１．４倍高い効率でコ
リオリ力を検出することが出来る。
ロと比較することが出来る。回転ジャイロにおいて、静
止系に対して回転速度を一定に保とうとする慣性力は、
やはりコリオリ力である。ダランベールの原理に従え
ば、等速で回転する座標系に於いて円運動を行う物体で
は、コリオリ力は遠心力と釣り合う力となり、回転速度
の変化に対して軌道の変化を一定に保つ役割を果たして
いる。振動ジャイロでは直線的に振動を行わせるが、コ
リオリ力は振動部の重心の速度に比例して働くので、振
幅が最小の位置で最も大きくなり、振幅が最大の位置で
は全く働かない。一方、本発明による回転ジャイロに於
いては、振動体の振動部の重心は回転運動を行うので、
常に最大速度を持つ。同じ振幅の場合、直線振動の場合
は、回転の場合に比べて交流の実効値と同程度のコリオ
リ力しか働かない。言い換えると、本発明における回転
ジャイロは、振動ジャイロより約１．４倍高い効率でコ
リオリ力を検出することが出来る。
【００２３】更に、固有振動を行う振動ジャイロを励振
する場合、振動エネルギーは際限なく投入できるわけで
はない。直線状に振動する振動ジャイロに於いては、振
動振幅が大きくなると、振動体の振幅に対する復元力の
非線形性により振動が不安定になり、安定に大きな振幅
の振動を継続させることが出来ない。一方、回転ジャイ
ロに於いては、回転する振動体の振動部の重心の遠心力
により、大きな振幅でも安定した回転運動を継続するこ
とが出来る。従って、回転ジャイロは、同じ形状と大き
さを持つ振動ジャイロに対して振動体に大きな振幅変位
を与えることが出来る。
する場合、振動エネルギーは際限なく投入できるわけで
はない。直線状に振動する振動ジャイロに於いては、振
動振幅が大きくなると、振動体の振幅に対する復元力の
非線形性により振動が不安定になり、安定に大きな振幅
の振動を継続させることが出来ない。一方、回転ジャイ
ロに於いては、回転する振動体の振動部の重心の遠心力
により、大きな振幅でも安定した回転運動を継続するこ
とが出来る。従って、回転ジャイロは、同じ形状と大き
さを持つ振動ジャイロに対して振動体に大きな振幅変位
を与えることが出来る。
【００２４】回転ジャイロは、同じ形状と大きさを持つ
振動ジャイロに対して、同じ振幅に対するコリオリ力の
検出効率が大きく、しかも大きなコリオリ力を発生させ
ることができるので、充分な検出感度を保ちつつ、振動
ジャイロに対して小型化することができる。
振動ジャイロに対して、同じ振幅に対するコリオリ力の
検出効率が大きく、しかも大きなコリオリ力を発生させ
ることができるので、充分な検出感度を保ちつつ、振動
ジャイロに対して小型化することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の回転ジャイロを実
施するための最良の形態による実施の形態を図面を基に
説明する。図１７は本発明の実施の形態である回転ジャ
イロの構成を示すモーターの上面図及び回路ブロック図
であり、図１４及び図１５は、回転ジャイロの駆動検出
波形を示す波形図である。
施するための最良の形態による実施の形態を図面を基に
説明する。図１７は本発明の実施の形態である回転ジャ
イロの構成を示すモーターの上面図及び回路ブロック図
であり、図１４及び図１５は、回転ジャイロの駆動検出
波形を示す波形図である。
【００２６】［回転ジャイロの構造説明：図１７］回転
ジャイロは、第２のステーターＭＳ１，第１のエンコー
ダーＭＥ１，第２のローターＭＲ２，第２のステーター
ＭＳ２，第２のエンコーダーＭＥ２，駆動回路ＭＤ１，
検出回路ＭＤ２及び筐体ＭＢから成る。
ジャイロは、第２のステーターＭＳ１，第１のエンコー
ダーＭＥ１，第２のローターＭＲ２，第２のステーター
ＭＳ２，第２のエンコーダーＭＥ２，駆動回路ＭＤ１，
検出回路ＭＤ２及び筐体ＭＢから成る。
【００２７】第１のローターＭＲ１は円筒形状であり円
筒の中心に軸ＭＪ１を持ち、軸ＭＪ１は筐体ＭＢの軸受
けに挿入されている。第２のローターＭＲ２は円筒形状
であり円筒の中心に軸ＭＪ２を持ち、軸ＭＪ２は筐体Ｍ
Ｂの軸受けに挿入している。第１のローターＭＲ１及び
第２のローターＭＲ２の円筒部は、アルニコ，サマリウ
ムコバルト，ネオジウム鉄ボロン又は窒化鉄ボロン等の
永久磁石から成り、円筒の中心軸に直交する方向に磁化
されている。
筒の中心に軸ＭＪ１を持ち、軸ＭＪ１は筐体ＭＢの軸受
けに挿入されている。第２のローターＭＲ２は円筒形状
であり円筒の中心に軸ＭＪ２を持ち、軸ＭＪ２は筐体Ｍ
Ｂの軸受けに挿入している。第１のローターＭＲ１及び
第２のローターＭＲ２の円筒部は、アルニコ，サマリウ
ムコバルト，ネオジウム鉄ボロン又は窒化鉄ボロン等の
永久磁石から成り、円筒の中心軸に直交する方向に磁化
されている。
【００２８】第１のステーターＭＳ１は軟磁性体材料に
コイルを巻いた電磁石で構成されており、電磁石の磁極
部が第１のローターＭＲ１の円筒面に近接し、第１のロ
ーターＭＲ１に向かって配置され、筐体ＭＢに固定され
ている。第２のステーターＭＳ２は軟磁性体材料にコイ
ルを巻いた電磁石で構成されており、電磁石の磁極部が
第２のローターＭＲ２の円筒面に近接し、第２のロータ
ーＭＲ２に向かって配置され、筐体ＭＢに固定されてい
る。
コイルを巻いた電磁石で構成されており、電磁石の磁極
部が第１のローターＭＲ１の円筒面に近接し、第１のロ
ーターＭＲ１に向かって配置され、筐体ＭＢに固定され
ている。第２のステーターＭＳ２は軟磁性体材料にコイ
ルを巻いた電磁石で構成されており、電磁石の磁極部が
第２のローターＭＲ２の円筒面に近接し、第２のロータ
ーＭＲ２に向かって配置され、筐体ＭＢに固定されてい
る。
【００２９】第１のエンコーダーＭＥ１は軟磁性体材料
にコイルを巻いた電磁石で構成されており、電磁石の磁
極部が第１のローターＭＲ１の円筒面に近接し、第１の
ローターＭＲ１に向かって配置され、筐体ＭＢに固定さ
れている。第２のエンコーダーＭＥ２は軟磁性体材料に
コイルを巻いた電磁石で構成されており、電磁石の磁極
部が第２のローターＭＲ２の円筒面に近接し、第２のロ
ーターＭＲ２に向かって配置され、筐体ＭＢに固定され
ている。
にコイルを巻いた電磁石で構成されており、電磁石の磁
極部が第１のローターＭＲ１の円筒面に近接し、第１の
ローターＭＲ１に向かって配置され、筐体ＭＢに固定さ
れている。第２のエンコーダーＭＥ２は軟磁性体材料に
コイルを巻いた電磁石で構成されており、電磁石の磁極
部が第２のローターＭＲ２の円筒面に近接し、第２のロ
ーターＭＲ２に向かって配置され、筐体ＭＢに固定され
ている。
【００３０】第１のステーターＭＳ１の、コイルの巻き
線の両端は駆動回路ＭＤ１に接続され、第１のエンコー
ダーＭＥ１の、コイルの巻き線の両端は検出回路ＭＤ２
に接続され、第２のステーターＭＳ２のコイルの巻き線
の両端は駆動回路ＭＤ１に接続され、第２のステーター
ＭＳ２のコイルの巻き線の両端は検出回路ＭＤ２に接続
されている。
線の両端は駆動回路ＭＤ１に接続され、第１のエンコー
ダーＭＥ１の、コイルの巻き線の両端は検出回路ＭＤ２
に接続され、第２のステーターＭＳ２のコイルの巻き線
の両端は駆動回路ＭＤ１に接続され、第２のステーター
ＭＳ２のコイルの巻き線の両端は検出回路ＭＤ２に接続
されている。
【００３１】［回転ジャイロの動作・作用説明：図１
４，図１５，図１７及び図１８］図１７に示した回転ジ
ャイロの動作を示す。本実施の形態で用いる回転ジャイ
ロの回転部は、電磁的に駆動するモーターのローター部
分である。このモーターは、ローターを動径方向に磁化
しておき、電磁石で構成されたステーターの磁力を電気
的に変化させることによりローターに回転力を与える機
構を有する。図１４，図１５及び図１８に、図１７に示
す回転ジャイロの検出波形を示す。本実施の形態では、
ローターに回転ムラの少ない等速回転を行わせたいの
で、駆動回路が発生する駆動信号の波形としては、一般
に矩形波形に比べてコッキングが少ないＳＩＮ波形を用
いる。
４，図１５，図１７及び図１８］図１７に示した回転ジ
ャイロの動作を示す。本実施の形態で用いる回転ジャイ
ロの回転部は、電磁的に駆動するモーターのローター部
分である。このモーターは、ローターを動径方向に磁化
しておき、電磁石で構成されたステーターの磁力を電気
的に変化させることによりローターに回転力を与える機
構を有する。図１４，図１５及び図１８に、図１７に示
す回転ジャイロの検出波形を示す。本実施の形態では、
ローターに回転ムラの少ない等速回転を行わせたいの
で、駆動回路が発生する駆動信号の波形としては、一般
に矩形波形に比べてコッキングが少ないＳＩＮ波形を用
いる。
【００３２】駆動回路ＭＤ１により、例えば第１のステ
ーターＭＳ１のコイルに流れる電流値が増加すると、第
１のステーターＭＳ１の電磁石の巻き心の、第１のロー
ターＭＲ１に近接した磁極が例えばＳ極になる。すると
第１のローターＭＲ１のＮ極に磁化された部分が引き寄
せられ、結果として第１のローターＭＲ１は回転軸ＭＪ
１の周りに回転する。第１のローターＭＲ１のＮ極が、
第１のステーターに最も接近する回転角を通過した角度
で、駆動電流が反転する様にすると、この動作の繰り返
しにより、第１のローターＭＲ１を連続的に回転させる
ことができる。第１のローターＭＲ１の回転数は、駆動
回路ＭＤ１の駆動周波数｜Ω｜により決定することがで
きる。ここで第１のローターＭＲ１が必ず右に回転する
ように、第１のローターＭＲ１の初期位置を決める小さ
な磁石ＭＴ１を、Ｎ極を第１のローターＭＲ１に向けて
第１のステータＭＳ１の右隣に配置しておく。小さな磁
石ＭＴ１は、第１のローターＭＲ１が連続回転を行う間
は回転ムラ発生の原因となるので、第１のローターＭＲ
１から離れた位置へ待避させる機構を備えている。
ーターＭＳ１のコイルに流れる電流値が増加すると、第
１のステーターＭＳ１の電磁石の巻き心の、第１のロー
ターＭＲ１に近接した磁極が例えばＳ極になる。すると
第１のローターＭＲ１のＮ極に磁化された部分が引き寄
せられ、結果として第１のローターＭＲ１は回転軸ＭＪ
１の周りに回転する。第１のローターＭＲ１のＮ極が、
第１のステーターに最も接近する回転角を通過した角度
で、駆動電流が反転する様にすると、この動作の繰り返
しにより、第１のローターＭＲ１を連続的に回転させる
ことができる。第１のローターＭＲ１の回転数は、駆動
回路ＭＤ１の駆動周波数｜Ω｜により決定することがで
きる。ここで第１のローターＭＲ１が必ず右に回転する
ように、第１のローターＭＲ１の初期位置を決める小さ
な磁石ＭＴ１を、Ｎ極を第１のローターＭＲ１に向けて
第１のステータＭＳ１の右隣に配置しておく。小さな磁
石ＭＴ１は、第１のローターＭＲ１が連続回転を行う間
は回転ムラ発生の原因となるので、第１のローターＭＲ
１から離れた位置へ待避させる機構を備えている。
【００３３】第１のローターＭＲ１が回転すると、第１
のローターＭＲ１の回転軸ＭＪ１に対して第１のステー
ターＭＳ１と対称な位置に配置され、第１のステーター
ＭＳ１と同じ構造を持つ第１のエンコーダーＭＥ１のコ
イルには、第１のローターＭＲ１の磁極との距離が変化
するため誘導起電力が発生するが、コイルの端部の接続
方法を選択することにより、第１のエンコーダーＭＥ１
には、駆動回路ＭＤ１が発生する電流と同相の電流を発
生させることができる。
のローターＭＲ１の回転軸ＭＪ１に対して第１のステー
ターＭＳ１と対称な位置に配置され、第１のステーター
ＭＳ１と同じ構造を持つ第１のエンコーダーＭＥ１のコ
イルには、第１のローターＭＲ１の磁極との距離が変化
するため誘導起電力が発生するが、コイルの端部の接続
方法を選択することにより、第１のエンコーダーＭＥ１
には、駆動回路ＭＤ１が発生する電流と同相の電流を発
生させることができる。
【００３４】次に、第２のロータＭＲ２の動作について
説明する。駆動回路ＭＤ１により、例えば第２のステー
ターＭＳ２のコイルに流れる電流値が増加すると、第２
のステーターＭＳ２の電磁石の巻き心の、第２のロータ
ーＭＲ２に近接した磁極が例えばＳ極になる。すると第
２のローターＭＲ２のＮ極に磁化された部分が引き寄せ
られ、結果として第２のローターＭＲ２は回転軸ＭＪ２
の周りに回転する。第２のローターＭＲ２のＮ極が、第
２のステーターに最も接近する回転角を通過した角度
で、駆動電流が反転する様にすると、この動作の繰り返
しにより、第２のローターＭＲ２を連続的に回転させる
ことができる。第２のローターＭＲ２の回転数は、駆動
回路ＭＤ２の駆動周波数｜Ω｜により決定することがで
きる。ここで第２のローターＭＲ２が必ず左に回転する
ように、第２のローターＭＲ２の初期位置を決める小さ
な磁石ＭＴ２を、Ｎ極を第２のローターＭＲ２に向けて
第２のステータＭＳ２の左隣に配置しておく。小さな磁
石ＭＴ２は、第２のローターＭＲ２が連続回転を行う間
は回転ムラ発生の原因となるので、第２のローターＭＲ
２から離れた位置へ待避させる機構を備えている。
説明する。駆動回路ＭＤ１により、例えば第２のステー
ターＭＳ２のコイルに流れる電流値が増加すると、第２
のステーターＭＳ２の電磁石の巻き心の、第２のロータ
ーＭＲ２に近接した磁極が例えばＳ極になる。すると第
２のローターＭＲ２のＮ極に磁化された部分が引き寄せ
られ、結果として第２のローターＭＲ２は回転軸ＭＪ２
の周りに回転する。第２のローターＭＲ２のＮ極が、第
２のステーターに最も接近する回転角を通過した角度
で、駆動電流が反転する様にすると、この動作の繰り返
しにより、第２のローターＭＲ２を連続的に回転させる
ことができる。第２のローターＭＲ２の回転数は、駆動
回路ＭＤ２の駆動周波数｜Ω｜により決定することがで
きる。ここで第２のローターＭＲ２が必ず左に回転する
ように、第２のローターＭＲ２の初期位置を決める小さ
な磁石ＭＴ２を、Ｎ極を第２のローターＭＲ２に向けて
第２のステータＭＳ２の左隣に配置しておく。小さな磁
石ＭＴ２は、第２のローターＭＲ２が連続回転を行う間
は回転ムラ発生の原因となるので、第２のローターＭＲ
２から離れた位置へ待避させる機構を備えている。
【００３５】第２のローターＭＲ２が回転すると、第２
のローターＭＲ２の回転軸ＭＪ２に対して第２のステー
ターＭＳ２と対称な位置に配置され、第２のステーター
ＭＳ２と同じ構造を持つ第２のエンコーダーＭＥ２のコ
イルには、第２のローターＭＲ２の磁極との距離が変化
するため誘導起電力が発生するが、コイルの端部の接続
方法を選択することにより、第２のエンコーダーＭＥ２
には、駆動回路ＭＤ２が発生する電流と同相の電流を発
生させることができる。
のローターＭＲ２の回転軸ＭＪ２に対して第２のステー
ターＭＳ２と対称な位置に配置され、第２のステーター
ＭＳ２と同じ構造を持つ第２のエンコーダーＭＥ２のコ
イルには、第２のローターＭＲ２の磁極との距離が変化
するため誘導起電力が発生するが、コイルの端部の接続
方法を選択することにより、第２のエンコーダーＭＥ２
には、駆動回路ＭＤ２が発生する電流と同相の電流を発
生させることができる。
【００３６】第１のローターＭＲ１及び第２のローター
ＭＲ２は、毎秒１回転程度の回転速度では「コッキン
グ」と呼ばれる激しい回転速度のムラを発生し、第１の
エンコーダーＭＥ１及び第２のエンコーダーＭＥ２の出
力波形は駆動回路ＭＤ１の電流波形と一致しないが、毎
秒数十回転程度に回転速度を速めると、きれいなＳＩＮ
波形となり、第１のローターＭＲ１及び第２のローター
ＭＲ２は安定した回転速度となる。本実施の形態に於い
ては第１のローターＭＲ１の回転速度−Ω及び、第２の
ローターＭＲ２の回転速度Ωが毎秒数十回転以上になる
ように、駆動回路ＭＤ１の周波数｜Ω｜を設定する。
ＭＲ２は、毎秒１回転程度の回転速度では「コッキン
グ」と呼ばれる激しい回転速度のムラを発生し、第１の
エンコーダーＭＥ１及び第２のエンコーダーＭＥ２の出
力波形は駆動回路ＭＤ１の電流波形と一致しないが、毎
秒数十回転程度に回転速度を速めると、きれいなＳＩＮ
波形となり、第１のローターＭＲ１及び第２のローター
ＭＲ２は安定した回転速度となる。本実施の形態に於い
ては第１のローターＭＲ１の回転速度−Ω及び、第２の
ローターＭＲ２の回転速度Ωが毎秒数十回転以上になる
ように、駆動回路ＭＤ１の周波数｜Ω｜を設定する。
【００３７】第１のローターＭＲ１が回転速度−Ω、ま
た第２のローターＭＲ２が回転速度Ωで回転している状
態で、筐体ＭＢをΩと同じ方向に回転速度ωで回転する
と、第１のローターＭＲ１は慣性により、静止系に対し
て回転速度−Ωを保とうとするため筐体ＭＢと一緒に回
転速度ωで回転する第１のエンコーダＭＥ１からは、第
１のローターＭＲ１の回転速度は−Ωより速くなったよ
うに観測される。即ち第１のエンコーダＭＥ１からは、
第１のローターＭＲ１の回転速度は−Ω−ω、即ち−｜
Ω＋ω｜と観測される。一方、第２のローターＭＲ２は
慣性により、静止系に対して回転速度Ωを保とうとする
ため、筐体ＭＢと一緒に回転速度ωで回転する第２のエ
ンコーダＭＥ２からは、第２のローターＭＲ２の回転速
度はΩより遅くなったように観測される。即ち第２のエ
ンコーダＭＥ２からは、第２のローターＭＲ２の回転速
度は｜Ω−ω｜と観測される。
た第２のローターＭＲ２が回転速度Ωで回転している状
態で、筐体ＭＢをΩと同じ方向に回転速度ωで回転する
と、第１のローターＭＲ１は慣性により、静止系に対し
て回転速度−Ωを保とうとするため筐体ＭＢと一緒に回
転速度ωで回転する第１のエンコーダＭＥ１からは、第
１のローターＭＲ１の回転速度は−Ωより速くなったよ
うに観測される。即ち第１のエンコーダＭＥ１からは、
第１のローターＭＲ１の回転速度は−Ω−ω、即ち−｜
Ω＋ω｜と観測される。一方、第２のローターＭＲ２は
慣性により、静止系に対して回転速度Ωを保とうとする
ため、筐体ＭＢと一緒に回転速度ωで回転する第２のエ
ンコーダＭＥ２からは、第２のローターＭＲ２の回転速
度はΩより遅くなったように観測される。即ち第２のエ
ンコーダＭＥ２からは、第２のローターＭＲ２の回転速
度は｜Ω−ω｜と観測される。
【００３８】筐体ＭＢが回転していない場合、第１のエ
ンコーダＭＥ１及び第２のエンコーダＭＥ２は、駆動回
路ＭＤ１で指定した周波数｜Ω｜のＳＩＮ波を観測して
おり筐体ＭＢが回転速度ωで回転すると、第１のエンコ
ーダＭＥ１は角周波数｜Ω＋ω｜のＳＩＮ波を観測し、
第２のエンコーダＭＥ２は角周波数｜Ω−ω｜のＳＩＮ
波を観測するのであるがら、駆動回路ＭＤ１の駆動角周
波数に対して、第１のエンコーダＭＥ１の出力の角周波
数、又は第２のエンコーダＭＥ２の出力の角周波数を比
較することにより筐体ＭＢの回転速度ωを知ることがで
きる。例えば図１８に、駆動回路ＭＤ１の周波数｜Ω｜
のＳＩＮ波を表す信号Ａを実線で示し、信号Ａの角周波
数が｜Ω＋ω｜に変化したＳＩＮ波を表す信号Ｂを破線
で示す。
ンコーダＭＥ１及び第２のエンコーダＭＥ２は、駆動回
路ＭＤ１で指定した周波数｜Ω｜のＳＩＮ波を観測して
おり筐体ＭＢが回転速度ωで回転すると、第１のエンコ
ーダＭＥ１は角周波数｜Ω＋ω｜のＳＩＮ波を観測し、
第２のエンコーダＭＥ２は角周波数｜Ω−ω｜のＳＩＮ
波を観測するのであるがら、駆動回路ＭＤ１の駆動角周
波数に対して、第１のエンコーダＭＥ１の出力の角周波
数、又は第２のエンコーダＭＥ２の出力の角周波数を比
較することにより筐体ＭＢの回転速度ωを知ることがで
きる。例えば図１８に、駆動回路ＭＤ１の周波数｜Ω｜
のＳＩＮ波を表す信号Ａを実線で示し、信号Ａの角周波
数が｜Ω＋ω｜に変化したＳＩＮ波を表す信号Ｂを破線
で示す。
【００３９】ところで、駆動回路ＭＤ１の出力に対して
第１のローターＭＲ１又は第２のローターＭＲ２が角周
波数差を持った状態が継続すると、駆動回路ＭＤ１の位
相に対して第１のローターＭＲ１又は第２のローターＭ
Ｒ２の位相がずれつづけ、駆動回路ＭＤ１の回転位相に
対して第１のローターＭＲ１又は第２のローターＭＲ２
の回転位相のずれがある程度を越えると、駆動回路ＭＤ
１は、第１のローターＭＲ１又は第２のローターＭＲ２
を駆動する事ができなくなる。この現象は一般に「脱
調」と呼ばれる。実際には駆動回路ＭＤ１と、第１のロ
ーターＭＲ１又は第２のローターＭＲ２の回転位相が一
致している状態では、第１のステーターＭＳ１及び第２
のステーターＭＳ２には、第１のエンコーダーＭＥ１及
び第２のエンコーダーＭＥ２と同様に、逆起電力が生
じ、駆動回路ＭＤ１からの駆動電流を完全に打ち消して
いる。即ち、駆動回路ＭＤ１は全く仕事をしていない。
一方駆動回路ＭＤ１と、第１のローターＭＲ１又は第２
のローターＭＲ２の回転位相がずれると、この平衡状態
は破れ、駆動回路ＭＤ１は、第１のステーターＭＳ１及
び第２のステーターＭＳ２に電流を流し、第１のロータ
ーＭＲ１又は第２のローターＭＲ２の回転速度を変化さ
せ、駆動回路ＭＤ１と、第１のローターＭＲ１又は第２
のローターＭＲ２の回転位相を一致させる方向に復元力
が働く。この復元力は、筐体ＭＢの回転速度ωと、駆動
回路ＭＤ１と、第１のローターＭＲ１又は第２のロータ
ーＭＲ２の回転位相のズレがほぼ比例する程度に働く。
第１のローターＭＲ１又は第２のローターＭＲ２が角周
波数差を持った状態が継続すると、駆動回路ＭＤ１の位
相に対して第１のローターＭＲ１又は第２のローターＭ
Ｒ２の位相がずれつづけ、駆動回路ＭＤ１の回転位相に
対して第１のローターＭＲ１又は第２のローターＭＲ２
の回転位相のずれがある程度を越えると、駆動回路ＭＤ
１は、第１のローターＭＲ１又は第２のローターＭＲ２
を駆動する事ができなくなる。この現象は一般に「脱
調」と呼ばれる。実際には駆動回路ＭＤ１と、第１のロ
ーターＭＲ１又は第２のローターＭＲ２の回転位相が一
致している状態では、第１のステーターＭＳ１及び第２
のステーターＭＳ２には、第１のエンコーダーＭＥ１及
び第２のエンコーダーＭＥ２と同様に、逆起電力が生
じ、駆動回路ＭＤ１からの駆動電流を完全に打ち消して
いる。即ち、駆動回路ＭＤ１は全く仕事をしていない。
一方駆動回路ＭＤ１と、第１のローターＭＲ１又は第２
のローターＭＲ２の回転位相がずれると、この平衡状態
は破れ、駆動回路ＭＤ１は、第１のステーターＭＳ１及
び第２のステーターＭＳ２に電流を流し、第１のロータ
ーＭＲ１又は第２のローターＭＲ２の回転速度を変化さ
せ、駆動回路ＭＤ１と、第１のローターＭＲ１又は第２
のローターＭＲ２の回転位相を一致させる方向に復元力
が働く。この復元力は、筐体ＭＢの回転速度ωと、駆動
回路ＭＤ１と、第１のローターＭＲ１又は第２のロータ
ーＭＲ２の回転位相のズレがほぼ比例する程度に働く。
【００４０】従って周波数の変化でなく、駆動回路ＭＤ
１と、第１のローターＭＲ１又は第２のローターＭＲ２
の回転位相差を測定する事によっても、筐体ＭＢの回転
速度ωを知ることができる。ところで、筐体ＭＢ及び第
１のローターＭＲ１又は第２のローターＭＲ２には、様
々な加速度が加えられることが予想される。これらの加
速度は、筐体ＭＢの回転速度ωを知る上でのノイズとな
る。本実施の形態に於いては、図１７に示すように、第
１のエンコーダーＭＥ１及び、第２のエンコーダーＭＥ
２の出力を検出回路ＭＤ２に入力し、エンコーダーＭＥ
１及び、第２のエンコーダーＭＥ２の出力の位相差を検
出することにより筐体ＭＢの回転速度ωを検出する。第
１のローターＭＲ１及び第２のローターＭＲ２の相対的
な回転位相差は、第１のローターＭＲ１及び第２のロー
ターＭＲ２の回転方向が反対なので、回転以外の加速度
に起因するノイズは、打ち消しあい、また、回転による
位相差は２倍に観測され、また、駆動回路ＭＤ１の駆動
信号の揺らぎに左右されない、非常にＳ／Ｎのよい検出
が可能である。
１と、第１のローターＭＲ１又は第２のローターＭＲ２
の回転位相差を測定する事によっても、筐体ＭＢの回転
速度ωを知ることができる。ところで、筐体ＭＢ及び第
１のローターＭＲ１又は第２のローターＭＲ２には、様
々な加速度が加えられることが予想される。これらの加
速度は、筐体ＭＢの回転速度ωを知る上でのノイズとな
る。本実施の形態に於いては、図１７に示すように、第
１のエンコーダーＭＥ１及び、第２のエンコーダーＭＥ
２の出力を検出回路ＭＤ２に入力し、エンコーダーＭＥ
１及び、第２のエンコーダーＭＥ２の出力の位相差を検
出することにより筐体ＭＢの回転速度ωを検出する。第
１のローターＭＲ１及び第２のローターＭＲ２の相対的
な回転位相差は、第１のローターＭＲ１及び第２のロー
ターＭＲ２の回転方向が反対なので、回転以外の加速度
に起因するノイズは、打ち消しあい、また、回転による
位相差は２倍に観測され、また、駆動回路ＭＤ１の駆動
信号の揺らぎに左右されない、非常にＳ／Ｎのよい検出
が可能である。
【００４１】図１４及び図１５に示す波形Ａは、第１の
エンコーダーＭＥ１の検出波形を示し、図１４及び図１
５に示す波形Ｂは、第２のエンコーダーＭＥ２の検出波
形を示している。図１４は筐体ＭＢが回転していない場
合の信号Ａ及び信号Ｂの波形を実線で示し、図１５は筐
体ＭＢが回転速度ωで回転する場合、位相の進んだ信号
Ａの波形を一点鎖線で示し、位相の遅れた信号Ｂの波形
を破線で示している。検出回路ＭＤ２は、実線で示す、
信号Ａ及び信号Ｂを加算した信号Ａ＋Ｂを参照信号とし
て、実線で示す、信号Ａ及び信号Ｂを減算した信号Ａ−
Ｂを位相検波することにより、筐体ＭＢの回転速度ωを
検出する。
エンコーダーＭＥ１の検出波形を示し、図１４及び図１
５に示す波形Ｂは、第２のエンコーダーＭＥ２の検出波
形を示している。図１４は筐体ＭＢが回転していない場
合の信号Ａ及び信号Ｂの波形を実線で示し、図１５は筐
体ＭＢが回転速度ωで回転する場合、位相の進んだ信号
Ａの波形を一点鎖線で示し、位相の遅れた信号Ｂの波形
を破線で示している。検出回路ＭＤ２は、実線で示す、
信号Ａ及び信号Ｂを加算した信号Ａ＋Ｂを参照信号とし
て、実線で示す、信号Ａ及び信号Ｂを減算した信号Ａ−
Ｂを位相検波することにより、筐体ＭＢの回転速度ωを
検出する。
【００４２】本実施の形態においては、説明の簡単のた
め、ローターに対しステータを１個配置する単極モータ
ーの構成を用いたが、回転速度ムラの少ないステーター
が、１個のローターの回りに多数配置された多極モータ
ーを用いても良い。また、エンコーダーとして独立した
電磁石を用いたが、エンコーダーにステーター自身を用
い、駆動波形と検出波形の合成波形から位相のズレを観
測しても良いし、エンコーダーは光学式の物であっても
良い。
め、ローターに対しステータを１個配置する単極モータ
ーの構成を用いたが、回転速度ムラの少ないステーター
が、１個のローターの回りに多数配置された多極モータ
ーを用いても良い。また、エンコーダーとして独立した
電磁石を用いたが、エンコーダーにステーター自身を用
い、駆動波形と検出波形の合成波形から位相のズレを観
測しても良いし、エンコーダーは光学式の物であっても
良い。
【００４３】また本実施の形態に於いては、筐体ＭＢの
回転速度ωを正確に検出するため、以上に述べた構成を
用いたが、粗い検出としては、ローターは第１のロータ
ーＭＲ１のみを用い、第１のローターＭＲ１を静止系に
対して回転させずに静止させておき、第１のエンコーダ
ーＭＥ１を用いて、第１のローターＭＲ１の回転角度を
検出するだけでも、筐体ＭＢの回転速度ωを検出するこ
とができる。
回転速度ωを正確に検出するため、以上に述べた構成を
用いたが、粗い検出としては、ローターは第１のロータ
ーＭＲ１のみを用い、第１のローターＭＲ１を静止系に
対して回転させずに静止させておき、第１のエンコーダ
ーＭＥ１を用いて、第１のローターＭＲ１の回転角度を
検出するだけでも、筐体ＭＢの回転速度ωを検出するこ
とができる。
【００４４】（第２の実施の形態）以下、本発明の回転
ジャイロを実施するための最良の形態による実施の形態
を図面を基に説明する。図４，図５，図１４から図１６
及び図１９から図２２は本発明の第２の実施の形態であ
る回転ジャイロであり、図４及び図５は圧電素子の変形
の仕組みを説明する斜視図であり、図１４及び図１５は
圧電素子からの信号を示す波形図であり、図１６は圧電
素子からの信号をベクトルで表現した動作説明図であ
り、図１９は、音片型振動ジャイロの外観を示し、圧電
素子及び支持部を示し、以後説明に用いる座標を示す斜
視図であり、図２０は支持に用いられるフイルムの正面
図であり、図２１は音片の先端側から見た音片Ｂ１０の
断面，回路ブロック及び配線模式図であり、図２２は音
片Ｂ１０の先端側から見た音片Ｂ１０の振動の腹の断面
を模式的に表した動作説明図である。
ジャイロを実施するための最良の形態による実施の形態
を図面を基に説明する。図４，図５，図１４から図１６
及び図１９から図２２は本発明の第２の実施の形態であ
る回転ジャイロであり、図４及び図５は圧電素子の変形
の仕組みを説明する斜視図であり、図１４及び図１５は
圧電素子からの信号を示す波形図であり、図１６は圧電
素子からの信号をベクトルで表現した動作説明図であ
り、図１９は、音片型振動ジャイロの外観を示し、圧電
素子及び支持部を示し、以後説明に用いる座標を示す斜
視図であり、図２０は支持に用いられるフイルムの正面
図であり、図２１は音片の先端側から見た音片Ｂ１０の
断面，回路ブロック及び配線模式図であり、図２２は音
片Ｂ１０の先端側から見た音片Ｂ１０の振動の腹の断面
を模式的に表した動作説明図である。
【００４５】［回転ジャイロの構造説明：図１９〜図２
１］図１９に示すように、音片Ｂ１０は断面形状が正方
形の柱形状の弾性材料から構成される。柱は弾性を持つ
金属または石英ガラスからなり、柱の断面形状は正方形
であり、柱の側面に張り合わされた圧電素子Ｂ２２及び
Ｂ２３、及び斜視図なので図示できないが圧電素子Ｂ２
１及びＢ２４からなる、駆動部及び検出部を有してい
る。破線で示す２カ所の支持位置Ｂ１２及びＢ１３は柱
の伸びた方向に直交する断面と柱の側面の交線であり、
音片Ｂ１０の１次振動の振動の節の位置にある。
１］図１９に示すように、音片Ｂ１０は断面形状が正方
形の柱形状の弾性材料から構成される。柱は弾性を持つ
金属または石英ガラスからなり、柱の断面形状は正方形
であり、柱の側面に張り合わされた圧電素子Ｂ２２及び
Ｂ２３、及び斜視図なので図示できないが圧電素子Ｂ２
１及びＢ２４からなる、駆動部及び検出部を有してい
る。破線で示す２カ所の支持位置Ｂ１２及びＢ１３は柱
の伸びた方向に直交する断面と柱の側面の交線であり、
音片Ｂ１０の１次振動の振動の節の位置にある。
【００４６】図２０に示す支持部Ｂ１４及びＢ１５は、
平面形状であり、周辺に支持枠Ｂ１４Ｗ及びＢ１５Ｗが
あり、中央に音片Ｂ１０の断面形状を持つ穴Ｂ１４Ｈ及
びＢ１５Ｈが空いており、弾性を持つ膜Ｂ１４Ｍ及びＢ
１５Ｍであり、膜Ｂ１４Ｍ及びＢ１５Ｍはマイラーフィ
ルム，ＦＰＣまたはゴム膜からなり、音片Ｂ１０の柱の
伸びた方向に面が直交する方向に配置され、音片Ｂ１０
が支持部Ｂ１４及びＢ１５の各々の穴Ｂ１４Ｈ及びＢ１
５Ｈに挿入され、図１９に示した音片Ｂ１０の１次振動
の節にある２カ所の支持位置Ｂ１２及びＢ１３に接合さ
れる。
平面形状であり、周辺に支持枠Ｂ１４Ｗ及びＢ１５Ｗが
あり、中央に音片Ｂ１０の断面形状を持つ穴Ｂ１４Ｈ及
びＢ１５Ｈが空いており、弾性を持つ膜Ｂ１４Ｍ及びＢ
１５Ｍであり、膜Ｂ１４Ｍ及びＢ１５Ｍはマイラーフィ
ルム，ＦＰＣまたはゴム膜からなり、音片Ｂ１０の柱の
伸びた方向に面が直交する方向に配置され、音片Ｂ１０
が支持部Ｂ１４及びＢ１５の各々の穴Ｂ１４Ｈ及びＢ１
５Ｈに挿入され、図１９に示した音片Ｂ１０の１次振動
の節にある２カ所の支持位置Ｂ１２及びＢ１３に接合さ
れる。
【００４７】この第２の実施の形態で使用する金属は、
弾性率の温度依存性が非常に小さい鉄５０％，ニッケル
３５％及びクロム９．１％を含む合金でエリンバーと呼
ばれるものを用いる。同じく弾性率の温度依存性が非常
に小さい石英ガラスを用いる場合は、予め表面の一部に
銀やクロム等の導電性材料を無電界メッキや蒸着などの
手法で薄膜形成し、張り付ける全ての圧電素子の共通電
極としておく。
弾性率の温度依存性が非常に小さい鉄５０％，ニッケル
３５％及びクロム９．１％を含む合金でエリンバーと呼
ばれるものを用いる。同じく弾性率の温度依存性が非常
に小さい石英ガラスを用いる場合は、予め表面の一部に
銀やクロム等の導電性材料を無電界メッキや蒸着などの
手法で薄膜形成し、張り付ける全ての圧電素子の共通電
極としておく。
【００４８】以下音片Ｂ１０を説明するに際しては、座
標軸Ｙ軸，Ｚ軸及びＸ軸を、各辺と平行な方向に定め
る。このとき、長手方向、即ち柱の伸びた方向をＹ軸，
巾方向をＺ軸及び厚さ方向をＸ軸とする。このように定
めた音片Ｂ１０の、長手方向，巾方向及び厚さ方向は、
それぞれＹ軸，Ｚ軸及びＸ軸と平行となる。ただし、音
片Ｂ１０はＸ−Ｚ面内で対称な形状を持つので、ここで
用いた巾と厚さという言葉は特別な意味をもたない。以
下ではＸ又はＺ方向の巾、もしくは単に柱の巾という言
葉を用いる。
標軸Ｙ軸，Ｚ軸及びＸ軸を、各辺と平行な方向に定め
る。このとき、長手方向、即ち柱の伸びた方向をＹ軸，
巾方向をＺ軸及び厚さ方向をＸ軸とする。このように定
めた音片Ｂ１０の、長手方向，巾方向及び厚さ方向は、
それぞれＹ軸，Ｚ軸及びＸ軸と平行となる。ただし、音
片Ｂ１０はＸ−Ｚ面内で対称な形状を持つので、ここで
用いた巾と厚さという言葉は特別な意味をもたない。以
下ではＸ又はＺ方向の巾、もしくは単に柱の巾という言
葉を用いる。
【００４９】図１９には一例として柱の側面に圧電素子
Ｂ２２及びＢ２３、及び斜視図なので図示できないが圧
電素子Ｂ２１及びＢ２４からなる駆動部及び検出部を接
着した様子を示した。圧電素子は、薄い板状の形状をし
ており、予め両面に銀やクロム等の合金を蒸着してあ
る。圧電素子の片面にエポキシ系の導電性接着剤を塗布
し、柱の４つの側面に貼り付ける。
Ｂ２２及びＢ２３、及び斜視図なので図示できないが圧
電素子Ｂ２１及びＢ２４からなる駆動部及び検出部を接
着した様子を示した。圧電素子は、薄い板状の形状をし
ており、予め両面に銀やクロム等の合金を蒸着してあ
る。圧電素子の片面にエポキシ系の導電性接着剤を塗布
し、柱の４つの側面に貼り付ける。
【００５０】図２１には図１９に示した形状の柱及び圧
電素子を、音片Ｂ１０を１次振動の腹で切断するＸ−Ｚ
断面に示した。駆動用として、音片Ｂ１０の第１の側面
に圧電素子Ｂ２１を張り付け，第２の側面に圧電素子Ｂ
２２を張り付けてある。また検出用として、音片Ｂ１０
の第３の側面に圧電素子Ｂ２３を張り付け、第４の側面
に圧電素子Ｂ２４を張り付けてある。
電素子を、音片Ｂ１０を１次振動の腹で切断するＸ−Ｚ
断面に示した。駆動用として、音片Ｂ１０の第１の側面
に圧電素子Ｂ２１を張り付け，第２の側面に圧電素子Ｂ
２２を張り付けてある。また検出用として、音片Ｂ１０
の第３の側面に圧電素子Ｂ２３を張り付け、第４の側面
に圧電素子Ｂ２４を張り付けてある。
【００５１】図２１は駆動用圧電素子Ｂ２１及びＢ２２
を用いて音片Ｂ１０を発振させる発振回路ＢＨＣ０、発
振回路ＢＨＣ０の発振位相を９０度遅らせ、振幅を調整
する移相回路ＢＬ、発振回路ＢＨＣ０及び検出用圧電素
子Ｂ２３の各々の信号を加算する加算回路ＢＫ０、加算
した信号の位相を変化させる移相回路ＢＩ０、移相した
信号を２値化する２値化回路ＢＣ０、発振回路ＢＨＣ０
及び検出用圧電素子Ｂ２３の各々の信号を減算する減算
回路ＢＧ０、減算した信号を参照信号を用いて位相検波
し直流電圧に変換するロックインアンプＢＰ０を示し、
これらの間の配線を示す。
を用いて音片Ｂ１０を発振させる発振回路ＢＨＣ０、発
振回路ＢＨＣ０の発振位相を９０度遅らせ、振幅を調整
する移相回路ＢＬ、発振回路ＢＨＣ０及び検出用圧電素
子Ｂ２３の各々の信号を加算する加算回路ＢＫ０、加算
した信号の位相を変化させる移相回路ＢＩ０、移相した
信号を２値化する２値化回路ＢＣ０、発振回路ＢＨＣ０
及び検出用圧電素子Ｂ２３の各々の信号を減算する減算
回路ＢＧ０、減算した信号を参照信号を用いて位相検波
し直流電圧に変換するロックインアンプＢＰ０を示し、
これらの間の配線を示す。
【００５２】［回転ジャイロの動作・作用説明：図４，
図５，図１４，図１５，図１６，図１９，図２０，図２
１及び図２２］図４及び図５に圧電素子の動作を示す。
本実施の形態で用いるＰＺＴと呼ばれる圧電素子は、予
め高電圧を加えて分極させておくと、圧電素子に加える
電圧の方向により、歪みの方向が異なる。図４に示す
（＋）面５８は、分極時にこの裏側の面に対して正の電
圧を印加した面であり、裏面に対して高電位にすると厚
みが増加し、縦横が縮む。また図５には面５８の裏面で
ある（−）面５９を示す。（−）面５９は、裏面に対し
て正の電圧を印加すると厚みが減少し、縦横が伸びる。
図２１に記入した（＋）または（−）の記号は、音片Ｂ
１０の柱の各々の側面に貼り付けられた圧電素子の面の
うち、柱の側面に接着されている面が何れの面であるか
を示している。図の外側の線は各圧電素子の電極間の配
線を模式的に示した。
図５，図１４，図１５，図１６，図１９，図２０，図２
１及び図２２］図４及び図５に圧電素子の動作を示す。
本実施の形態で用いるＰＺＴと呼ばれる圧電素子は、予
め高電圧を加えて分極させておくと、圧電素子に加える
電圧の方向により、歪みの方向が異なる。図４に示す
（＋）面５８は、分極時にこの裏側の面に対して正の電
圧を印加した面であり、裏面に対して高電位にすると厚
みが増加し、縦横が縮む。また図５には面５８の裏面で
ある（−）面５９を示す。（−）面５９は、裏面に対し
て正の電圧を印加すると厚みが減少し、縦横が伸びる。
図２１に記入した（＋）または（−）の記号は、音片Ｂ
１０の柱の各々の側面に貼り付けられた圧電素子の面の
うち、柱の側面に接着されている面が何れの面であるか
を示している。図の外側の線は各圧電素子の電極間の配
線を模式的に示した。
【００５３】図２１において発振回路ＢＨＣ０は、例え
ば水晶振動子を用いた正確な基準クロックを持ってお
り、周波数の安定したＳＩＮ波形を生成することができ
る。発振回路ＢＨＣ０から、圧電素子Ｂ２１の電極にＳ
ＩＮ波形の交流電圧が印加されると、例えば圧電素子Ｂ
２１がＹ方向に縮み、結果としてＸ軸方向に屈曲変位が
起こる。時間の経過とともに、この方向は変化し、結果
として、音片Ｂ１０はＸ軸方向に屈曲振動する。
ば水晶振動子を用いた正確な基準クロックを持ってお
り、周波数の安定したＳＩＮ波形を生成することができ
る。発振回路ＢＨＣ０から、圧電素子Ｂ２１の電極にＳ
ＩＮ波形の交流電圧が印加されると、例えば圧電素子Ｂ
２１がＹ方向に縮み、結果としてＸ軸方向に屈曲変位が
起こる。時間の経過とともに、この方向は変化し、結果
として、音片Ｂ１０はＸ軸方向に屈曲振動する。
【００５４】図２１において発振回路ＢＨＣ０から、移
相回路ＢＬにより位相を９０度遅らせ、−ＣＯＳ波形と
した交流電圧が圧電素子Ｂ２２の電極に印加されると、
例えば圧電素子Ｂ２２がＹ方向に縮み、結果としてＺ軸
方向に屈曲変位が起こる。時間の経過とともに、この方
向は変化し、結果として、音片Ｂ１０はＺ軸方向に屈曲
振動する。ここでは発振回路ＢＨＣ０からの交流電圧は
直接圧電素子Ｂ２２の電極に印可するのではなく、移相
回路ＢＬにより位相を９０度遅らせ、−ＣＯＳ波形とし
て圧電素子Ｂ２２の電極に入力している。従ってＺ方向
の屈曲振動は、Ｘ方向の屈曲振動に対して９０度位相の
遅れた屈曲振動となる。
相回路ＢＬにより位相を９０度遅らせ、−ＣＯＳ波形と
した交流電圧が圧電素子Ｂ２２の電極に印加されると、
例えば圧電素子Ｂ２２がＹ方向に縮み、結果としてＺ軸
方向に屈曲変位が起こる。時間の経過とともに、この方
向は変化し、結果として、音片Ｂ１０はＺ軸方向に屈曲
振動する。ここでは発振回路ＢＨＣ０からの交流電圧は
直接圧電素子Ｂ２２の電極に印可するのではなく、移相
回路ＢＬにより位相を９０度遅らせ、−ＣＯＳ波形とし
て圧電素子Ｂ２２の電極に入力している。従ってＺ方向
の屈曲振動は、Ｘ方向の屈曲振動に対して９０度位相の
遅れた屈曲振動となる。
【００５５】図２２にＸ方向の屈曲振動及びＺ方向の屈
曲振動が同時に存在する場合の、音片Ｂ１０の屈曲振動
の様子を模式的に示す。これを第１の回転運動と呼ぶ。
図２１の回路構成においては、１つの発振回路ＢＨＣ０
を用いて、同じ周波数と振幅を持つ電圧出力でＸ方向の
屈曲振動及びＺ方向の屈曲振動を励振している。このと
きＸ方向の屈曲振動の発振周波数Ｂｆ１とＺ方向の屈曲
振動の発振周波数Ｂｆ２は同じ周波数Ｂｆであり、Ｘ方
向の屈曲振動とＺ方向位の屈曲振動の合成として第１の
回転運動が発生する。Ｘ方向の屈曲振動に対してＺ方向
の屈曲振動の移相が９０度遅れる結果、音片Ｂ１０の運
動は振動ではなく、左回りの回転運動となる。本実施の
形態に於いては、音片Ｂ１０に正方形断面の四角柱を用
いているが、現実には工作精度や圧電素子の張り付け位
置のばらつきにより、Ｘ方向の屈曲振動の固有周波数と
Ｚ方向の屈曲振動の固有周波数は一致しないため、発振
回路ＢＨＣ０の発振周波数Ｂｆの選び方によっては、Ｘ
方向の屈曲振動とＺ方向の屈曲振動の振幅は一致せず、
位相も不安定となる。図２２においては、発振回路ＢＨ
Ｃ０の発振周波数Ｂｆを調整し、移相回路ＢＬの移相量
を調整し、Ｘ方向の屈曲振動とＺ方向の屈曲振動の振幅
を一致させ、円軌道とした場合の第１の回転運動を描い
ている。以後、発振周波数Ｂｆを回転速度｜Ω｜と書く
ことがある。
曲振動が同時に存在する場合の、音片Ｂ１０の屈曲振動
の様子を模式的に示す。これを第１の回転運動と呼ぶ。
図２１の回路構成においては、１つの発振回路ＢＨＣ０
を用いて、同じ周波数と振幅を持つ電圧出力でＸ方向の
屈曲振動及びＺ方向の屈曲振動を励振している。このと
きＸ方向の屈曲振動の発振周波数Ｂｆ１とＺ方向の屈曲
振動の発振周波数Ｂｆ２は同じ周波数Ｂｆであり、Ｘ方
向の屈曲振動とＺ方向位の屈曲振動の合成として第１の
回転運動が発生する。Ｘ方向の屈曲振動に対してＺ方向
の屈曲振動の移相が９０度遅れる結果、音片Ｂ１０の運
動は振動ではなく、左回りの回転運動となる。本実施の
形態に於いては、音片Ｂ１０に正方形断面の四角柱を用
いているが、現実には工作精度や圧電素子の張り付け位
置のばらつきにより、Ｘ方向の屈曲振動の固有周波数と
Ｚ方向の屈曲振動の固有周波数は一致しないため、発振
回路ＢＨＣ０の発振周波数Ｂｆの選び方によっては、Ｘ
方向の屈曲振動とＺ方向の屈曲振動の振幅は一致せず、
位相も不安定となる。図２２においては、発振回路ＢＨ
Ｃ０の発振周波数Ｂｆを調整し、移相回路ＢＬの移相量
を調整し、Ｘ方向の屈曲振動とＺ方向の屈曲振動の振幅
を一致させ、円軌道とした場合の第１の回転運動を描い
ている。以後、発振周波数Ｂｆを回転速度｜Ω｜と書く
ことがある。
【００５６】本実施の形態に示す第１の回転運動は、音
片Ｂ１０全体が回転しているわけではなく、振動の腹に
おける音片１０のＸ−Ｚ断面の重心が回転運動を行う、
音片１０のＸ−Ｚ断面の重心の回転運動である。以下第
１の回転運動を、音片１０の振動部の重心の回転運動と
表現することもある。
片Ｂ１０全体が回転しているわけではなく、振動の腹に
おける音片１０のＸ−Ｚ断面の重心が回転運動を行う、
音片１０のＸ−Ｚ断面の重心の回転運動である。以下第
１の回転運動を、音片１０の振動部の重心の回転運動と
表現することもある。
【００５７】第１の回転運動が発生している時、音片Ｂ
１０全体がＹ軸の回りに左回りに角速度ωで回転する
と、音片Ｂ１０は変位する方向に直交する方向にコリオ
リ力を受けるが、第１の回転運動が円運動の場合は、音
片Ｂ１０の属する角速度ωで回転する座標系から見ても
音片Ｂ１０の振動部の重心の回転軌道は変わらない。言
い換えると、図２２に示した円軌道を描く第１の回転運
動に働くコリオリ力は、遠心力と反対の方向に遠心力と
釣り合う力となって働くため、第１の回転運動の回転速
度｜Ω｜が、音片Ｂ１０の運動が静止系に対して慣性を
保つため、音片Ｂ１０の属する角速度ωで回転する座標
系から見てωだけ変化しても、音片Ｂ１０の振幅は変化
しない。即ち、第１の回転運動が発生している時、音片
Ｂ１０全体がＹ軸の回りに角速度ωで回転することによ
る効果は、音片Ｂ１０に張り付けられた検出用圧電素子
Ｂ２３又はＢ２４からは、発振回路ＢＨＣ０の発生する
駆動信号の周波数Ｂｆに対する、第１の回転運動の周波
数の変化として観測される。
１０全体がＹ軸の回りに左回りに角速度ωで回転する
と、音片Ｂ１０は変位する方向に直交する方向にコリオ
リ力を受けるが、第１の回転運動が円運動の場合は、音
片Ｂ１０の属する角速度ωで回転する座標系から見ても
音片Ｂ１０の振動部の重心の回転軌道は変わらない。言
い換えると、図２２に示した円軌道を描く第１の回転運
動に働くコリオリ力は、遠心力と反対の方向に遠心力と
釣り合う力となって働くため、第１の回転運動の回転速
度｜Ω｜が、音片Ｂ１０の運動が静止系に対して慣性を
保つため、音片Ｂ１０の属する角速度ωで回転する座標
系から見てωだけ変化しても、音片Ｂ１０の振幅は変化
しない。即ち、第１の回転運動が発生している時、音片
Ｂ１０全体がＹ軸の回りに角速度ωで回転することによ
る効果は、音片Ｂ１０に張り付けられた検出用圧電素子
Ｂ２３又はＢ２４からは、発振回路ＢＨＣ０の発生する
駆動信号の周波数Ｂｆに対する、第１の回転運動の周波
数の変化として観測される。
【００５８】厳密には音片Ｂ１０が角速度ωで回転する
座標系の回転中心が第１の回転運動の中心と一致しない
場合は、軌道が変わるが、音片Ｂ１０全体の回転速度ω
が、第１の回転運動の回転速度Ωに比べて非常に小さい
場合は無視して良い。本実施の形態に於いては、第１の
回転運動の回転速度Ωが５０００ＨＺから３００００Ｈ
Ｚであるのに対して、音片Ｂ１０全体の回転速度ωは
０．２５ＨＺ程度を上限とするので、第１の回転運動の
軌道は変わらないとしてよい。
座標系の回転中心が第１の回転運動の中心と一致しない
場合は、軌道が変わるが、音片Ｂ１０全体の回転速度ω
が、第１の回転運動の回転速度Ωに比べて非常に小さい
場合は無視して良い。本実施の形態に於いては、第１の
回転運動の回転速度Ωが５０００ＨＺから３００００Ｈ
Ｚであるのに対して、音片Ｂ１０全体の回転速度ωは
０．２５ＨＺ程度を上限とするので、第１の回転運動の
軌道は変わらないとしてよい。
【００５９】しかし、発振回路ＢＨＣ０で駆動する音片
Ｂ１０は、Ｘ方向とＺ方向に発振周波数Ｂｆで駆動して
いる。従って第１の回転運動の回転速度もコリオリ力が
働かない状態ではＢｆに引き戻される。この復元力は、
音片Ｂ１０全体の回転速度ωと、駆動回路ＢＨＣ０の出
力からの検出用圧電素子Ｂ２３の位相のズレがほぼ比例
する程度に働く。従って、周波数の変化でなく、駆動回
路ＢＨＣ０及び、検出用圧電素子Ｂ２３の位相の差を測
定する事によって、音片Ｂ１０全体の回転速度ωを知る
ことができる。
Ｂ１０は、Ｘ方向とＺ方向に発振周波数Ｂｆで駆動して
いる。従って第１の回転運動の回転速度もコリオリ力が
働かない状態ではＢｆに引き戻される。この復元力は、
音片Ｂ１０全体の回転速度ωと、駆動回路ＢＨＣ０の出
力からの検出用圧電素子Ｂ２３の位相のズレがほぼ比例
する程度に働く。従って、周波数の変化でなく、駆動回
路ＢＨＣ０及び、検出用圧電素子Ｂ２３の位相の差を測
定する事によって、音片Ｂ１０全体の回転速度ωを知る
ことができる。
【００６０】音片Ｂ１０の振動部の重心の回転速度Ω
は、発振回路ＢＨＣ０の発振周波数Ｂｆに引き戻される
結果、音片Ｂ１０の振動部の重心の回転速度Ωは静止系
から見ると、音片Ｂ１０全体の回転速度ωだけ変化し、
結果として回転角速度Ω−ωで回転することになる。従
って音片Ｂ１０全体の回転速度ωにより移相ズレが生じ
た平衡状態においては、音片Ｂ１０の振動部の重心の回
転運動は、遠心力の変化により僅かに軌道が変化してい
る。このとき音片Ｂ１０の振動部の重心の回転運動の半
径は減少する。コリオリ力の検出には、音片Ｂ１０のＸ
又はＺ方向の屈曲振動の振幅の変化も利用することもで
きるが振幅の変化は僅かである。本実施の形態において
は、発振回路ＢＨＣ０からの検出用圧電素子Ｂ２３の信
号の位相のズレを測定する方法を説明する。
は、発振回路ＢＨＣ０の発振周波数Ｂｆに引き戻される
結果、音片Ｂ１０の振動部の重心の回転速度Ωは静止系
から見ると、音片Ｂ１０全体の回転速度ωだけ変化し、
結果として回転角速度Ω−ωで回転することになる。従
って音片Ｂ１０全体の回転速度ωにより移相ズレが生じ
た平衡状態においては、音片Ｂ１０の振動部の重心の回
転運動は、遠心力の変化により僅かに軌道が変化してい
る。このとき音片Ｂ１０の振動部の重心の回転運動の半
径は減少する。コリオリ力の検出には、音片Ｂ１０のＸ
又はＺ方向の屈曲振動の振幅の変化も利用することもで
きるが振幅の変化は僅かである。本実施の形態において
は、発振回路ＢＨＣ０からの検出用圧電素子Ｂ２３の信
号の位相のズレを測定する方法を説明する。
【００６１】図２１において、加振用圧電素子Ｂ２１を
駆動する発振回路ＢＨＣ０の出力を信号Ａ、音片Ｂ１０
のＸ方向の振動を検出する圧電素子Ｂ２３の電極部から
の出力を信号Ｂとする。音片Ｂ１０の第１の回転運動
は、Ｘ方向に成分として、Ｘ方向の屈曲振動を持つ。左
回りに回転する音片Ｂ１０においては、Ｘ方向の屈曲振
動を反映する音片Ｂ１０の検出用圧電素子Ｂ２３からの
電圧出力Ｂは、音片Ｂ１０全体の左回りの回転ωにより
コリオリ力が働くとき、発振回路ＢＨＣ０の出力信号Ａ
に対して位相が遅れる。本実施の形態に於いては、信号
Ａと信号Ｂを加算回路ＢＫ０と減算回路ＢＧ０に入力
し、信号Ａと信号Ｂの和信号Ａ＋Ｂと差信号Ａ−Ｂを生
成し、これを利用する。
駆動する発振回路ＢＨＣ０の出力を信号Ａ、音片Ｂ１０
のＸ方向の振動を検出する圧電素子Ｂ２３の電極部から
の出力を信号Ｂとする。音片Ｂ１０の第１の回転運動
は、Ｘ方向に成分として、Ｘ方向の屈曲振動を持つ。左
回りに回転する音片Ｂ１０においては、Ｘ方向の屈曲振
動を反映する音片Ｂ１０の検出用圧電素子Ｂ２３からの
電圧出力Ｂは、音片Ｂ１０全体の左回りの回転ωにより
コリオリ力が働くとき、発振回路ＢＨＣ０の出力信号Ａ
に対して位相が遅れる。本実施の形態に於いては、信号
Ａと信号Ｂを加算回路ＢＫ０と減算回路ＢＧ０に入力
し、信号Ａと信号Ｂの和信号Ａ＋Ｂと差信号Ａ−Ｂを生
成し、これを利用する。
【００６２】図１４に、信号Ａを信号Ｂに対して同じ振
幅を持つように調整した場合、コリオリ力が働かない場
合の信号Ａ，Ｂ，Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの関係を実線で示
す。この場合、信号Ａと信号Ｂは各々Ｚ方向の屈曲振動
そのものであり、これらは完全に一致した信号である。
信号Ａ＋Ｂは信号Ａ及びＢの２倍の振幅を持つ信号であ
り、信号Ａ−Ｂは振幅がない。
幅を持つように調整した場合、コリオリ力が働かない場
合の信号Ａ，Ｂ，Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの関係を実線で示
す。この場合、信号Ａと信号Ｂは各々Ｚ方向の屈曲振動
そのものであり、これらは完全に一致した信号である。
信号Ａ＋Ｂは信号Ａ及びＢの２倍の振幅を持つ信号であ
り、信号Ａ−Ｂは振幅がない。
【００６３】図１５にコリオリ力により、第１の回転運
動に、発振回路ＢＨＣ０の駆動信号からの位相差が生じ
た場合の信号Ａ，Ｂ，Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの関係を示す。
コリオリ力の効果は、一点鎖線で示す信号Ａ及び破線で
示す信号Ｂの相対的な位相を変化させる。音片Ｂ１０全
体の回転速度ωの大きさにほぼ比例して信号Ａ及び信号
Ｂの相対的な位相が変化する。音片Ｂ１０全体の回転速
度ωにより信号Ｂの位相が遅れるとすると、音片Ｂ１０
全体の回転速度−ωに対しては信号Ｂの位相が進み、信
号Ａ及びＢの位相の変化は音片Ｂ１０全体の回転速度ω
の回転方向によることになる。一方コリオリ力の有無に
関わらず実線で示す信号Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂはコリオリ力
が働かない場合の位相を維持する。またコリオリ力は、
信号Ａ＋Ｂの振幅に少し変化をもたらし、信号Ａ−Ｂに
は僅かな振幅を発生させる。
動に、発振回路ＢＨＣ０の駆動信号からの位相差が生じ
た場合の信号Ａ，Ｂ，Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの関係を示す。
コリオリ力の効果は、一点鎖線で示す信号Ａ及び破線で
示す信号Ｂの相対的な位相を変化させる。音片Ｂ１０全
体の回転速度ωの大きさにほぼ比例して信号Ａ及び信号
Ｂの相対的な位相が変化する。音片Ｂ１０全体の回転速
度ωにより信号Ｂの位相が遅れるとすると、音片Ｂ１０
全体の回転速度−ωに対しては信号Ｂの位相が進み、信
号Ａ及びＢの位相の変化は音片Ｂ１０全体の回転速度ω
の回転方向によることになる。一方コリオリ力の有無に
関わらず実線で示す信号Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂはコリオリ力
が働かない場合の位相を維持する。またコリオリ力は、
信号Ａ＋Ｂの振幅に少し変化をもたらし、信号Ａ−Ｂに
は僅かな振幅を発生させる。
【００６４】図１６に信号Ａ，Ｂ，Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの
関係をベクトルで示す。この場合、信号の振幅はベクト
ルの長さで表現され、位相はベクトルの回転で表現され
る。コリオリ力の効果は、信号Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの振幅
の変化として検出することが出来る。ここで注目したい
のは、信号Ａ及び信号Ｂの変化が位相のみであり振幅が
変化しない場合は、信号Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの相対的な位
相関係がコリオリ力の大きさに関わらず常に９０度に保
たれることである。
関係をベクトルで示す。この場合、信号の振幅はベクト
ルの長さで表現され、位相はベクトルの回転で表現され
る。コリオリ力の効果は、信号Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの振幅
の変化として検出することが出来る。ここで注目したい
のは、信号Ａ及び信号Ｂの変化が位相のみであり振幅が
変化しない場合は、信号Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの相対的な位
相関係がコリオリ力の大きさに関わらず常に９０度に保
たれることである。
【００６５】本実施の形態においては、出力の小さなコ
リオリ力の検出にロックインアンプの構成を用い、被検
出信号から参照信号と同一の周波数成分のみを抽出して
積分することにより高いＳ／Ｎを実現しようとするが、
この場合被検出信号と位相の一致した正確な参照信号が
必要である。まず、コリオリ力を反映する被検出信号と
して信号Ａ，Ｂ及びＡ＋Ｂは、コリオリ力がない状態で
も大きな出力をもつので小さなコリオリ力による変化を
とらえるのに適していない。一方、信号Ａ−Ｂはコリオ
リ力が無い場合は出力がないので、ダイナミックレンジ
を考慮すると被検出信号として最も適しており、これを
使用する。一方参照信号としては、信号Ａ及びＢはコリ
オリ力により位相が変化するので使用できず、最も位相
が正確なＡ−Ｂ信号自身もコリオリ力が働かないか小さ
い場合に交流出力が無いか不安定なので、使用できな
い。しかし図１６に示した様にＡ＋Ｂ信号は常に安定し
た大きな振幅とＡ−Ｂ信号と正確に９０度だけ異なる位
相差を持っている。従って参照信号としては、Ａ＋Ｂ信
号を９０度位相を移相したものを使用する。
リオリ力の検出にロックインアンプの構成を用い、被検
出信号から参照信号と同一の周波数成分のみを抽出して
積分することにより高いＳ／Ｎを実現しようとするが、
この場合被検出信号と位相の一致した正確な参照信号が
必要である。まず、コリオリ力を反映する被検出信号と
して信号Ａ，Ｂ及びＡ＋Ｂは、コリオリ力がない状態で
も大きな出力をもつので小さなコリオリ力による変化を
とらえるのに適していない。一方、信号Ａ−Ｂはコリオ
リ力が無い場合は出力がないので、ダイナミックレンジ
を考慮すると被検出信号として最も適しており、これを
使用する。一方参照信号としては、信号Ａ及びＢはコリ
オリ力により位相が変化するので使用できず、最も位相
が正確なＡ−Ｂ信号自身もコリオリ力が働かないか小さ
い場合に交流出力が無いか不安定なので、使用できな
い。しかし図１６に示した様にＡ＋Ｂ信号は常に安定し
た大きな振幅とＡ−Ｂ信号と正確に９０度だけ異なる位
相差を持っている。従って参照信号としては、Ａ＋Ｂ信
号を９０度位相を移相したものを使用する。
【００６６】図２１示す様に、信号Ａ及び信号Ｂを減算
回路ＢＧ０に入力し、ロックインアンプＢＰ０に入力す
る。また、信号Ａ及び信号Ｂを加算回路ＢＫ０に入力
し、移相回路ＢＩ０で９０度移相し、２値化回路ＢＣ０
でスイッチング信号を生成し、ロックインアンプＢＰ０
に参照信号として入力する。この結果、Ａ−Ｂ信号はＡ
＋Ｂ信号を９０度移相したタイミングで全波整流され、
直流出力に変換される。この構成では、ノイズと見なさ
れる参照信号の周波数以外の殆どの信号成分が取り除か
れ、非常にＳ／Ｎのよいコリオリ力の検出が実現でき
る。
回路ＢＧ０に入力し、ロックインアンプＢＰ０に入力す
る。また、信号Ａ及び信号Ｂを加算回路ＢＫ０に入力
し、移相回路ＢＩ０で９０度移相し、２値化回路ＢＣ０
でスイッチング信号を生成し、ロックインアンプＢＰ０
に参照信号として入力する。この結果、Ａ−Ｂ信号はＡ
＋Ｂ信号を９０度移相したタイミングで全波整流され、
直流出力に変換される。この構成では、ノイズと見なさ
れる参照信号の周波数以外の殆どの信号成分が取り除か
れ、非常にＳ／Ｎのよいコリオリ力の検出が実現でき
る。
【００６７】従って、Ｘ方向の屈曲振動を検出する音片
Ｂ１０の検出用圧電素子Ｂ２３及び発振回路ＢＨＣ０の
位相差のみが直流として抽出される。これによって角速
度ωの値を正確に知ることができる。
Ｂ１０の検出用圧電素子Ｂ２３及び発振回路ＢＨＣ０の
位相差のみが直流として抽出される。これによって角速
度ωの値を正確に知ることができる。
【００６８】本実施の形態における音片Ｂ１０は振動ジ
ャイロとして動作させることもできる。この場合、例え
ば移相回路ＢＬの移相量を０度とすれば、音片１０を直
線的に振動させられるが、コリオリ力は速度に比例して
働くので、振幅が最小の位置で最も大きくなり、振幅が
最大の位置では全く働かない。一方、本実施の形態によ
る回転ジャイロに於いては、音片Ｂ１０は回転運動を行
うので、常に最大速度を持つ。音片Ｂ１０が同じ振幅の
場合、直線振動の場合は、回転の場合に比べて交流の実
効値と同程度のコリオリ力しか働かない。言い換える
と、本実施の形態における回転ジャイロは、振動ジャイ
ロより約１．４倍高い効率でコリオリ力を検出すること
が出来る。
ャイロとして動作させることもできる。この場合、例え
ば移相回路ＢＬの移相量を０度とすれば、音片１０を直
線的に振動させられるが、コリオリ力は速度に比例して
働くので、振幅が最小の位置で最も大きくなり、振幅が
最大の位置では全く働かない。一方、本実施の形態によ
る回転ジャイロに於いては、音片Ｂ１０は回転運動を行
うので、常に最大速度を持つ。音片Ｂ１０が同じ振幅の
場合、直線振動の場合は、回転の場合に比べて交流の実
効値と同程度のコリオリ力しか働かない。言い換える
と、本実施の形態における回転ジャイロは、振動ジャイ
ロより約１．４倍高い効率でコリオリ力を検出すること
が出来る。
【００６９】更に、固有振動を行う振動ジャイロを励振
する場合、振動エネルギーは際限なく投入できるわけで
はない。直線状に振動する振動ジャイロに於いては、振
動振幅が大きくなると、振動体の振幅に対する復元力の
非線形性により振動が不安定になり、安定に大きな振幅
の振動を継続させることが出来ない。一方、回転ジャイ
ロに於いては、回転する振動体の遠心力により、大きな
振幅でも安定した回転運動を継続することが出来る。従
って、回転ジャイロは、同じ形状と大きさを持つ振動ジ
ャイロに対して振動体に大きな振幅変位を与えることが
出来る。
する場合、振動エネルギーは際限なく投入できるわけで
はない。直線状に振動する振動ジャイロに於いては、振
動振幅が大きくなると、振動体の振幅に対する復元力の
非線形性により振動が不安定になり、安定に大きな振幅
の振動を継続させることが出来ない。一方、回転ジャイ
ロに於いては、回転する振動体の遠心力により、大きな
振幅でも安定した回転運動を継続することが出来る。従
って、回転ジャイロは、同じ形状と大きさを持つ振動ジ
ャイロに対して振動体に大きな振幅変位を与えることが
出来る。
【００７０】本実施の形態の回転ジャイロは、例えば本
実施の形態で用いた音片１０をそのまま用いた振動ジャ
イロに対して、同じ振幅に対するコリオリ力の検出効率
が大きく、しかも大きなコリオリ力を発生させることが
できる。従って、振動ジャイロに対して充分な検出感度
を保ちつつ、小型化することができる。
実施の形態で用いた音片１０をそのまま用いた振動ジャ
イロに対して、同じ振幅に対するコリオリ力の検出効率
が大きく、しかも大きなコリオリ力を発生させることが
できる。従って、振動ジャイロに対して充分な検出感度
を保ちつつ、小型化することができる。
【００７１】（第３の実施の形態）以下、本発明の回転
ジャイロを実施するための最良の形態による実施の形態
を図面を基に説明する。図４，図５，図１４から図１
６，図１９から図２０、及び図２２から図２４は本発明
の第３の実施の形態である回転ジャイロであり、図４及
び図５は圧電素子の変形の仕組みを説明する斜視図であ
り、図１４、及び図１５は圧電素子からの信号を示す波
形図であり、図１６は圧電素子からの信号をベクトルで
表現した動作説明図であり、図１９は、音片型振動ジャ
イロの外観を示し、圧電素子及び支持部を示し、以後説
明に用いる座標を示す斜視図であり、図２０は支持に用
いられるフイルムの正面図であり、図２２及び図２３は
音片Ｂ１０の先端側から見た音片Ｂ１０の振動の腹の断
面を模式的に表した動作説明図であり、図２４は音片の
先端側から見た音片Ｂ１０及び音片１１の断面，回路ブ
ロック及び配線模式図である。
ジャイロを実施するための最良の形態による実施の形態
を図面を基に説明する。図４，図５，図１４から図１
６，図１９から図２０、及び図２２から図２４は本発明
の第３の実施の形態である回転ジャイロであり、図４及
び図５は圧電素子の変形の仕組みを説明する斜視図であ
り、図１４、及び図１５は圧電素子からの信号を示す波
形図であり、図１６は圧電素子からの信号をベクトルで
表現した動作説明図であり、図１９は、音片型振動ジャ
イロの外観を示し、圧電素子及び支持部を示し、以後説
明に用いる座標を示す斜視図であり、図２０は支持に用
いられるフイルムの正面図であり、図２２及び図２３は
音片Ｂ１０の先端側から見た音片Ｂ１０の振動の腹の断
面を模式的に表した動作説明図であり、図２４は音片の
先端側から見た音片Ｂ１０及び音片１１の断面，回路ブ
ロック及び配線模式図である。
【００７２】［回転ジャイロの構造説明：図１９〜図２
０及び図２４］本実施の形態に於いては、回転ジャイロ
として、２本の音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１を用いる。音
片Ｂ１０及び音片Ｂ１１は全く同じ形状及び構造を持つ
ので、以下音片の形状及び構造については、音片Ｂ１０
のみについて説明し、回路との接続に関しては図２４に
示す。図１９に示すように、音片Ｂ１０は断面形状が正
方形の柱形状の弾性材料から構成される。柱は弾性を持
つ金属または石英ガラスからなり、柱の断面形状は正方
形であり、柱の側面に張り合わされた圧電素子Ｂ２２及
びＢ２３、及び斜視図なので図示できないが圧電素子Ｂ
２１及びＢ２４からなる、駆動部及び検出部を有してい
る。破線で示す２カ所の支持位置Ｂ１２及びＢ１３は柱
の伸びた方向に直交する断面と柱の側面の交線であり、
音片Ｂ１０の１次振動の振動の節の位置にある。
０及び図２４］本実施の形態に於いては、回転ジャイロ
として、２本の音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１を用いる。音
片Ｂ１０及び音片Ｂ１１は全く同じ形状及び構造を持つ
ので、以下音片の形状及び構造については、音片Ｂ１０
のみについて説明し、回路との接続に関しては図２４に
示す。図１９に示すように、音片Ｂ１０は断面形状が正
方形の柱形状の弾性材料から構成される。柱は弾性を持
つ金属または石英ガラスからなり、柱の断面形状は正方
形であり、柱の側面に張り合わされた圧電素子Ｂ２２及
びＢ２３、及び斜視図なので図示できないが圧電素子Ｂ
２１及びＢ２４からなる、駆動部及び検出部を有してい
る。破線で示す２カ所の支持位置Ｂ１２及びＢ１３は柱
の伸びた方向に直交する断面と柱の側面の交線であり、
音片Ｂ１０の１次振動の振動の節の位置にある。
【００７３】図２０に示す支持部Ｂ１４及びＢ１５は、
平面形状であり、周辺に支持枠Ｂ１４Ｗ及びＢ１５Ｗが
あり、中央に音片Ｂ１０の断面形状を持つ穴Ｂ１４Ｈ及
びＢ１５Ｈが空いており、弾性を持つ膜Ｂ１４Ｍ及びＢ
１５Ｍであり、膜Ｂ１４Ｍ及びＢ１５Ｍはマイラーフィ
ルム，ＦＰＣまたはゴム膜からなり、音片Ｂ１０の柱の
伸びた方向に面が直交する方向に配置され、音片Ｂ１０
が支持部Ｂ１４及びＢ１５の各々の穴Ｂ１４Ｈ及びＢ１
５Ｈに挿入され、図１９に示した音片Ｂ１０の１次振動
の節にある２カ所の支持位置Ｂ１２及びＢ１３に接合さ
れる。
平面形状であり、周辺に支持枠Ｂ１４Ｗ及びＢ１５Ｗが
あり、中央に音片Ｂ１０の断面形状を持つ穴Ｂ１４Ｈ及
びＢ１５Ｈが空いており、弾性を持つ膜Ｂ１４Ｍ及びＢ
１５Ｍであり、膜Ｂ１４Ｍ及びＢ１５Ｍはマイラーフィ
ルム，ＦＰＣまたはゴム膜からなり、音片Ｂ１０の柱の
伸びた方向に面が直交する方向に配置され、音片Ｂ１０
が支持部Ｂ１４及びＢ１５の各々の穴Ｂ１４Ｈ及びＢ１
５Ｈに挿入され、図１９に示した音片Ｂ１０の１次振動
の節にある２カ所の支持位置Ｂ１２及びＢ１３に接合さ
れる。
【００７４】この実施の形態で使用する金属は、弾性率
の温度依存性が非常に小さい鉄５０％，ニッケル３５
％、及びクロム９．１％を含む合金でエリンバーと呼ば
れるものを用いる。同じく弾性率の温度依存性が非常に
小さい石英ガラスを用いる場合は、予め表面の一部に銀
やクロム等の導電性材料を無電界メッキや蒸着などの手
法で薄膜形成し、張り付ける全ての圧電素子の共通電極
としておく。
の温度依存性が非常に小さい鉄５０％，ニッケル３５
％、及びクロム９．１％を含む合金でエリンバーと呼ば
れるものを用いる。同じく弾性率の温度依存性が非常に
小さい石英ガラスを用いる場合は、予め表面の一部に銀
やクロム等の導電性材料を無電界メッキや蒸着などの手
法で薄膜形成し、張り付ける全ての圧電素子の共通電極
としておく。
【００７５】以下音片Ｂ１０を説明するに際しては、座
標軸Ｙ軸，Ｚ軸及びＸ軸を、各辺と平行な方向に定め
る。このとき、長手方向、即ち柱の伸びた方向をＹ軸，
巾方向をＺ軸及び厚さ方向をＸ軸とする。このように定
めた音片Ｂ１０の、長手方向，巾方向及び厚さ方向は、
それぞれＹ軸，Ｚ軸及びＸ軸と平行となる。ただし、音
片Ｂ１０はＸ−Ｚ面内で対称な形状を持つので、ここで
用いた巾と厚さという言葉は特別な意味をもたない。以
下ではＸ又はＺ方向の巾、もしくは単に柱の巾という言
葉を用いる。
標軸Ｙ軸，Ｚ軸及びＸ軸を、各辺と平行な方向に定め
る。このとき、長手方向、即ち柱の伸びた方向をＹ軸，
巾方向をＺ軸及び厚さ方向をＸ軸とする。このように定
めた音片Ｂ１０の、長手方向，巾方向及び厚さ方向は、
それぞれＹ軸，Ｚ軸及びＸ軸と平行となる。ただし、音
片Ｂ１０はＸ−Ｚ面内で対称な形状を持つので、ここで
用いた巾と厚さという言葉は特別な意味をもたない。以
下ではＸ又はＺ方向の巾、もしくは単に柱の巾という言
葉を用いる。
【００７６】図１９には一例として音片Ｂ１０の柱の側
面に、圧電素子Ｂ２２及びＢ２３、及び斜視図なので図
示できないが圧電素子Ｂ２１及びＢ２４からなる駆動部
及び検出部を接着した様子を示した。圧電素子は、薄い
板状の形状をしており、予め両面に銀やクロム等の合金
を蒸着してある。圧電素子の片面にエポキシ系の導電性
接着剤を塗布し、柱の４つの側面に貼り付ける。
面に、圧電素子Ｂ２２及びＢ２３、及び斜視図なので図
示できないが圧電素子Ｂ２１及びＢ２４からなる駆動部
及び検出部を接着した様子を示した。圧電素子は、薄い
板状の形状をしており、予め両面に銀やクロム等の合金
を蒸着してある。圧電素子の片面にエポキシ系の導電性
接着剤を塗布し、柱の４つの側面に貼り付ける。
【００７７】図２４には図１９に示した形状の柱及び圧
電素子を、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１を１次振動の腹で
切断するＸ−Ｚ断面に示した。駆動用として、音片Ｂ１
０の第１の側面に圧電素子Ｂ２１を張り付け，第２の側
面に圧電素子Ｂ２２を張り付け、音片Ｂ１１の第１の側
面に圧電素子Ｂ２５を張り付け，第２の側面に圧電素子
Ｂ２６を張り付けてある。また検出用として、音片Ｂ１
０の第３の側面に圧電素子Ｂ２３を張り付け、第４の側
面に圧電素子Ｂ２４を張り付け、音片Ｂ１１の第３の側
面に圧電素子Ｂ２７を張り付け、第４の側面に圧電素子
Ｂ２８を張り付けてある。
電素子を、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１を１次振動の腹で
切断するＸ−Ｚ断面に示した。駆動用として、音片Ｂ１
０の第１の側面に圧電素子Ｂ２１を張り付け，第２の側
面に圧電素子Ｂ２２を張り付け、音片Ｂ１１の第１の側
面に圧電素子Ｂ２５を張り付け，第２の側面に圧電素子
Ｂ２６を張り付けてある。また検出用として、音片Ｂ１
０の第３の側面に圧電素子Ｂ２３を張り付け、第４の側
面に圧電素子Ｂ２４を張り付け、音片Ｂ１１の第３の側
面に圧電素子Ｂ２７を張り付け、第４の側面に圧電素子
Ｂ２８を張り付けてある。
【００７８】図２４は駆動用圧電素子Ｂ２１及びＢ２２
を使用して音片Ｂ１０を発振させ、駆動用圧電素子Ｂ２
５及びＢ２６を用いて音片Ｂ１１を発振させる発振回路
ＢＨ０、自励発振を継続するための帰還信号の供給源と
して、検出用圧電素子Ｂ２３及びＢ２５を示し、発振回
路ＢＨ０の位相を９０度遅らせ、振幅を調整する移相回
路ＢＬ１及びＢＬ２，検出用圧電素子Ｂ２４及びＢ２８
の各々の信号を加算する加算回路ＢＫ０、加算した信号
の位相を変化させる移相回路ＢＩ０、移相した信号を２
値化する２値化回路ＢＣ０、検出用圧電素子Ｂ２４及び
Ｂ２８の各々の信号を減算する減算回路ＢＧ０、減算し
た信号を参照信号を用いて位相検波し直流電圧に変換す
るロックインアンプＢＰ０を示し、これらの間の配線を
示す。
を使用して音片Ｂ１０を発振させ、駆動用圧電素子Ｂ２
５及びＢ２６を用いて音片Ｂ１１を発振させる発振回路
ＢＨ０、自励発振を継続するための帰還信号の供給源と
して、検出用圧電素子Ｂ２３及びＢ２５を示し、発振回
路ＢＨ０の位相を９０度遅らせ、振幅を調整する移相回
路ＢＬ１及びＢＬ２，検出用圧電素子Ｂ２４及びＢ２８
の各々の信号を加算する加算回路ＢＫ０、加算した信号
の位相を変化させる移相回路ＢＩ０、移相した信号を２
値化する２値化回路ＢＣ０、検出用圧電素子Ｂ２４及び
Ｂ２８の各々の信号を減算する減算回路ＢＧ０、減算し
た信号を参照信号を用いて位相検波し直流電圧に変換す
るロックインアンプＢＰ０を示し、これらの間の配線を
示す。
【００７９】［回転ジャイロの動作・作用説明：図４，
図５，図１４，図１５，図１６，図１９，図２０，図２
２，図２３及び図２４］図４及び図５に圧電素子の動作
を示す。この実施の形態で用いるＰＺＴと呼ばれる圧電
素子は、予め高電圧を加えて分極させておくと、圧電素
子に加える電圧の方向により、歪みの方向が異なる。図
４に示す（＋）面５８は、分極時にこの裏側の面に対し
て正の電圧を印加した面であり、裏面に対して高電位に
すると厚みが増加し、縦横が縮む。また、図５には面５
８の裏面である（−）面５９を示す。（−）面５９は、
裏面に対して正の電圧を印加すると厚みが減少し、縦横
が伸びる。図２５に記入した（＋）または（−）の記号
は、音片Ｂ１０の柱の各々の側面に貼り付けられた圧電
素子の面のうち、柱の側面に接着されている面が何れの
面であるかを示している。図の外側の線は各圧電素子の
電極間の配線を模式的に示した。
図５，図１４，図１５，図１６，図１９，図２０，図２
２，図２３及び図２４］図４及び図５に圧電素子の動作
を示す。この実施の形態で用いるＰＺＴと呼ばれる圧電
素子は、予め高電圧を加えて分極させておくと、圧電素
子に加える電圧の方向により、歪みの方向が異なる。図
４に示す（＋）面５８は、分極時にこの裏側の面に対し
て正の電圧を印加した面であり、裏面に対して高電位に
すると厚みが増加し、縦横が縮む。また、図５には面５
８の裏面である（−）面５９を示す。（−）面５９は、
裏面に対して正の電圧を印加すると厚みが減少し、縦横
が伸びる。図２５に記入した（＋）または（−）の記号
は、音片Ｂ１０の柱の各々の側面に貼り付けられた圧電
素子の面のうち、柱の側面に接着されている面が何れの
面であるかを示している。図の外側の線は各圧電素子の
電極間の配線を模式的に示した。
【００８０】図２４において発振回路ＢＨ０から、圧電
素子Ｂ２１及びＢ２７の電極に電圧が印加されると、例
えば圧電素子Ｂ２１及びＢ２７がＹ方向に縮み、結果と
してＸ軸方向に屈曲変位が起こる。発振回路ＢＨ０は、
圧電素子の電極Ｂ２３及びＢ２５からの電圧を増幅し、
時間の経過とともに、この方向は変化し結果として、音
片Ｂ１０及びＢ１１はＸ軸方向に屈曲振動を自励発振す
る。
素子Ｂ２１及びＢ２７の電極に電圧が印加されると、例
えば圧電素子Ｂ２１及びＢ２７がＹ方向に縮み、結果と
してＸ軸方向に屈曲変位が起こる。発振回路ＢＨ０は、
圧電素子の電極Ｂ２３及びＢ２５からの電圧を増幅し、
時間の経過とともに、この方向は変化し結果として、音
片Ｂ１０及びＢ１１はＸ軸方向に屈曲振動を自励発振す
る。
【００８１】音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１がＸ軸方向に自
励発振している時、発振回路ＢＨ０から、圧電素子Ｂ２
２及びＢ２６の電極に電圧が印加されると、例えば圧電
素子Ｂ２２及びＢ２６がＹ方向に縮み、結果としてＺ軸
方向に屈曲変位が起こる。発振回路ＢＨ０は、圧電素子
の電極Ｂ２３及びＢ２５からの電圧を増幅し、時間の経
過とともに、この方向は変化し、結果として、音片Ｂ１
０及び音片Ｂ１１はＺ軸方向に屈曲振動する。ただし、
ここでは発振回路ＢＨ０からの交流電圧は直接圧電素子
Ｂ２２及びＢ２６の電極に印可するのではなく、移相回
路ＢＬ１及びＢＬ２により位相を９０度遅らせ、電圧を
調整し、圧電素子Ｂ２２及びＢ２６の電極に入力してい
る。従ってＺ方向の屈曲振動は、Ｘ方向の屈曲振動に対
して９０度位相の遅れた屈曲振動となる。
励発振している時、発振回路ＢＨ０から、圧電素子Ｂ２
２及びＢ２６の電極に電圧が印加されると、例えば圧電
素子Ｂ２２及びＢ２６がＹ方向に縮み、結果としてＺ軸
方向に屈曲変位が起こる。発振回路ＢＨ０は、圧電素子
の電極Ｂ２３及びＢ２５からの電圧を増幅し、時間の経
過とともに、この方向は変化し、結果として、音片Ｂ１
０及び音片Ｂ１１はＺ軸方向に屈曲振動する。ただし、
ここでは発振回路ＢＨ０からの交流電圧は直接圧電素子
Ｂ２２及びＢ２６の電極に印可するのではなく、移相回
路ＢＬ１及びＢＬ２により位相を９０度遅らせ、電圧を
調整し、圧電素子Ｂ２２及びＢ２６の電極に入力してい
る。従ってＺ方向の屈曲振動は、Ｘ方向の屈曲振動に対
して９０度位相の遅れた屈曲振動となる。
【００８２】図２２にＸ方向の屈曲振動及びＺ方向の屈
曲振動が同時に存在する場合の、音片Ｂ１０の屈曲振動
の様子を模式的に示す。これを第１の回転運動と呼ぶ。
図２１の回路構成においては、１つの発振回路ＢＨ０を
用いて、同じ周波数と振幅を持つ電圧出力でＸ方向の屈
曲振動及びＺ方向の屈曲振動を励振している。このとき
Ｘ方向の屈曲振動の発振周波数Ｂｆ１とＺ方向の屈曲振
動の発振周波数Ｂｆ２は同じ周波数Ｂｆであり、Ｘ方向
の屈曲振動とＺ方向位の屈曲振動の合成として第１の回
転運動が発生する。Ｘ方向の屈曲振動に対してＺ方向の
屈曲振動の移相が９０度遅れる結果、音片Ｂ１０の運動
は振動ではなく、左回りの回転運動となる。この実施の
形態に於いては、音片Ｂ１０に正方形断面の四角柱を用
いているが、現実には工作精度や圧電素子の張り付け位
置のばらつきにより、Ｘ方向の屈曲振動の固有周波数と
Ｚ方向の屈曲振動の固有周波数は一致しないため、発振
回路ＢＨ０の発振周波数Ｂｆの選び方によっては、Ｘ方
向の屈曲振動とＺ方向の屈曲振動の振幅は一致せず、位
相も不安定となる。図２２においては、発振回路ＢＨ０
の発振周波数Ｂｆを調整し、移相回路ＢＬ１の移相量を
調整し、Ｘ方向の屈曲振動とＺ方向の屈曲振動の振幅を
一致させ、円軌道とした場合の第１の回転運動を描いて
いる。以後、発振周波数Ｂｆを回転速度｜Ω｜と書くこ
とがある。
曲振動が同時に存在する場合の、音片Ｂ１０の屈曲振動
の様子を模式的に示す。これを第１の回転運動と呼ぶ。
図２１の回路構成においては、１つの発振回路ＢＨ０を
用いて、同じ周波数と振幅を持つ電圧出力でＸ方向の屈
曲振動及びＺ方向の屈曲振動を励振している。このとき
Ｘ方向の屈曲振動の発振周波数Ｂｆ１とＺ方向の屈曲振
動の発振周波数Ｂｆ２は同じ周波数Ｂｆであり、Ｘ方向
の屈曲振動とＺ方向位の屈曲振動の合成として第１の回
転運動が発生する。Ｘ方向の屈曲振動に対してＺ方向の
屈曲振動の移相が９０度遅れる結果、音片Ｂ１０の運動
は振動ではなく、左回りの回転運動となる。この実施の
形態に於いては、音片Ｂ１０に正方形断面の四角柱を用
いているが、現実には工作精度や圧電素子の張り付け位
置のばらつきにより、Ｘ方向の屈曲振動の固有周波数と
Ｚ方向の屈曲振動の固有周波数は一致しないため、発振
回路ＢＨ０の発振周波数Ｂｆの選び方によっては、Ｘ方
向の屈曲振動とＺ方向の屈曲振動の振幅は一致せず、位
相も不安定となる。図２２においては、発振回路ＢＨ０
の発振周波数Ｂｆを調整し、移相回路ＢＬ１の移相量を
調整し、Ｘ方向の屈曲振動とＺ方向の屈曲振動の振幅を
一致させ、円軌道とした場合の第１の回転運動を描いて
いる。以後、発振周波数Ｂｆを回転速度｜Ω｜と書くこ
とがある。
【００８３】本実施の形態に示す第１の回転運動は、音
片Ｂ１０全体が回転しているわけではなく、振動の腹に
おける音片１０のＸ−Ｚ断面の重心が回転運動を行う、
音片１０のＸ−Ｚ断面の重心の回転運動である。以下第
１の回転運動を、音片１０の振動部の重心の回転運動と
表現することもある。
片Ｂ１０全体が回転しているわけではなく、振動の腹に
おける音片１０のＸ−Ｚ断面の重心が回転運動を行う、
音片１０のＸ−Ｚ断面の重心の回転運動である。以下第
１の回転運動を、音片１０の振動部の重心の回転運動と
表現することもある。
【００８４】図２３にＸ方向の屈曲振動及びＺ方向の屈
曲振動が同時に存在する場合の、音片Ｂ１１の屈曲振動
の様子を模式的に示す。これを第２の回転運動と呼ぶ。
図２４の回路構成においては、１つの発振回路ＢＨ０を
用いて、同じ周波数を持つ電圧出力でＸ方向の屈曲振動
及びＺ方向の屈曲振動を励振している。このときＸ方向
の屈曲振動の発振周波数Ｂｆ３とＺ方向の屈曲振動の発
振周波数Ｂｆ４は同じ周波数Ｂｆであり、Ｘ方向の屈曲
振動とＺ方向位の屈曲振動の合成として回転運動が発生
する。Ｘ方向の屈曲振動に対してＺ方向の屈曲振動の移
相が９０度遅れる結果、音片Ｂ１１の運動は振動ではな
く、右回りの回転運動となる。本実施の形態に於いて
は、音片Ｂ１１に正方形断面の四角柱を用いているが、
現実には工作精度や圧電素子の張り付け位置のばらつき
により、Ｘ方向の屈曲振動の固有周波数とＺ方向の屈曲
振動の固有周波数は一致しないため、発振回路ＢＨ０の
発振周波数Ｂｆの選び方によっては、Ｘ方向の屈曲振動
とＺ方向の屈曲振動の振幅は一致しないし、位相も不安
定となる。図２３においては、移相回路ＢＩ２の移相量
及び振幅を調整し、Ｘ方向の屈曲振動とＺ方向の屈曲振
動の振幅を一致させ、円軌道とした場合の第２の回転運
動を描いている。以後、発振周波数Ｂｆを回転速度を｜
−Ω｜と書くことがある。
曲振動が同時に存在する場合の、音片Ｂ１１の屈曲振動
の様子を模式的に示す。これを第２の回転運動と呼ぶ。
図２４の回路構成においては、１つの発振回路ＢＨ０を
用いて、同じ周波数を持つ電圧出力でＸ方向の屈曲振動
及びＺ方向の屈曲振動を励振している。このときＸ方向
の屈曲振動の発振周波数Ｂｆ３とＺ方向の屈曲振動の発
振周波数Ｂｆ４は同じ周波数Ｂｆであり、Ｘ方向の屈曲
振動とＺ方向位の屈曲振動の合成として回転運動が発生
する。Ｘ方向の屈曲振動に対してＺ方向の屈曲振動の移
相が９０度遅れる結果、音片Ｂ１１の運動は振動ではな
く、右回りの回転運動となる。本実施の形態に於いて
は、音片Ｂ１１に正方形断面の四角柱を用いているが、
現実には工作精度や圧電素子の張り付け位置のばらつき
により、Ｘ方向の屈曲振動の固有周波数とＺ方向の屈曲
振動の固有周波数は一致しないため、発振回路ＢＨ０の
発振周波数Ｂｆの選び方によっては、Ｘ方向の屈曲振動
とＺ方向の屈曲振動の振幅は一致しないし、位相も不安
定となる。図２３においては、移相回路ＢＩ２の移相量
及び振幅を調整し、Ｘ方向の屈曲振動とＺ方向の屈曲振
動の振幅を一致させ、円軌道とした場合の第２の回転運
動を描いている。以後、発振周波数Ｂｆを回転速度を｜
−Ω｜と書くことがある。
【００８５】本実施の形態に示す第２の回転運動は、音
片Ｂ１１全体が回転しているわけではなく、振動の腹に
おける音片１１のＸ−Ｚ断面の重心が回転運動を行う、
音片１１のＸ−Ｚ断面の重心の回転運動である。以下第
２の回転運動を、音片１１の振動部の重心の回転運動と
表現することもある。
片Ｂ１１全体が回転しているわけではなく、振動の腹に
おける音片１１のＸ−Ｚ断面の重心が回転運動を行う、
音片１１のＸ−Ｚ断面の重心の回転運動である。以下第
２の回転運動を、音片１１の振動部の重心の回転運動と
表現することもある。
【００８６】第１の回転運動及び第２の回転運動が発生
している時、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１がＹ軸の回りに
左回りに回転速度ωで回転すると、音片Ｂ１０及び音片
Ｂ１１の振動部の重心は変位する方向に直交する方向に
コリオリ力を受けるが、円運動の場合は、音片Ｂ１０及
び音片Ｂ１１の属する回転速度ωで回転する座標系から
見ても音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１の振動部の重心の軌道
は変わらない。言い換えると、図２２に示した円軌道を
描く第１の回転運動に働くコリオリ力及び、図２３に示
した円軌道を描く第２の回転運動に働くコリオリ力は、
遠心力と反対の方向に遠心力と釣り合う力となって働く
ため、第１の回転運動及び第２の回転運動の回転周波数
Ｂｆが、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１の運動が静止系に対
して慣性を保つため、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１の属す
る回転速度ωで回転する座標系から見て回転速度ωだけ
変化しても、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１の振動部の重心
の振幅は変化しない。即ち、第１の回転運動及び第２の
回転運動が発生しているとき、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１
１がＹ軸の回りに回転速度ωで回転することによる効果
は、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１に張り付けられた検出用
圧電素子Ｂ２４又及びＢ２８からは、発振回路ＢＨ０の
発生する駆動信号の周波数Ｂｆに対する、第１の回転運
動及び第２の回転運動の周波数の変化｜ω｜として観測
される。ただし周波数の変化はωが左回りの場合は、第
１の回転運動の周波数は小さくなり、第２の回転運動の
周波数は大きくなる。
している時、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１がＹ軸の回りに
左回りに回転速度ωで回転すると、音片Ｂ１０及び音片
Ｂ１１の振動部の重心は変位する方向に直交する方向に
コリオリ力を受けるが、円運動の場合は、音片Ｂ１０及
び音片Ｂ１１の属する回転速度ωで回転する座標系から
見ても音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１の振動部の重心の軌道
は変わらない。言い換えると、図２２に示した円軌道を
描く第１の回転運動に働くコリオリ力及び、図２３に示
した円軌道を描く第２の回転運動に働くコリオリ力は、
遠心力と反対の方向に遠心力と釣り合う力となって働く
ため、第１の回転運動及び第２の回転運動の回転周波数
Ｂｆが、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１の運動が静止系に対
して慣性を保つため、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１の属す
る回転速度ωで回転する座標系から見て回転速度ωだけ
変化しても、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１の振動部の重心
の振幅は変化しない。即ち、第１の回転運動及び第２の
回転運動が発生しているとき、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１
１がＹ軸の回りに回転速度ωで回転することによる効果
は、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１に張り付けられた検出用
圧電素子Ｂ２４又及びＢ２８からは、発振回路ＢＨ０の
発生する駆動信号の周波数Ｂｆに対する、第１の回転運
動及び第２の回転運動の周波数の変化｜ω｜として観測
される。ただし周波数の変化はωが左回りの場合は、第
１の回転運動の周波数は小さくなり、第２の回転運動の
周波数は大きくなる。
【００８７】厳密には、音片Ｂ１０が角速度ωで回転す
る座標系の回転中心が第１の回転運動の中心と一致しな
い場合は、音片Ｂ１０の振動部の重心の軌道が変わる
が、音片Ｂ１０全体の回転速度ωが、第１の回転運動の
回転速度Ωに比べて非常に小さい場合は無視して良い。
本実施の形態に於いては、第１の回転運動の回転速度Ω
が５０００ＨＺから３００００ＨＺであるのに対して、
音片Ｂ１０全体の回転速度ωは０．２５ＨＺ程度を上限
とするので、第１の回転運動の軌道は変わらないとして
よい。
る座標系の回転中心が第１の回転運動の中心と一致しな
い場合は、音片Ｂ１０の振動部の重心の軌道が変わる
が、音片Ｂ１０全体の回転速度ωが、第１の回転運動の
回転速度Ωに比べて非常に小さい場合は無視して良い。
本実施の形態に於いては、第１の回転運動の回転速度Ω
が５０００ＨＺから３００００ＨＺであるのに対して、
音片Ｂ１０全体の回転速度ωは０．２５ＨＺ程度を上限
とするので、第１の回転運動の軌道は変わらないとして
よい。
【００８８】同様に、音片Ｂ１１が回転速度ωで回転す
る座標系の回転中心が第２の回転運動の中心と一致しな
い場合は、音片Ｂ１１の振動部の重心の軌道が変わる
が、音片Ｂ１１全体の回転速度ωが、第２の回転運動の
回転速度−Ωに比べて非常に小さい場合は無視して良
い。本実施の形態に於いては、第２の回転運動の回転速
度Ωが５０００ＨＺから３００００ＨＺであるのに対し
て、音片Ｂ１１全体の回転速度ωは０．２５ＨＺ程度を
上限とするので、第２の回転運動の軌道は変わらないと
してよい。
る座標系の回転中心が第２の回転運動の中心と一致しな
い場合は、音片Ｂ１１の振動部の重心の軌道が変わる
が、音片Ｂ１１全体の回転速度ωが、第２の回転運動の
回転速度−Ωに比べて非常に小さい場合は無視して良
い。本実施の形態に於いては、第２の回転運動の回転速
度Ωが５０００ＨＺから３００００ＨＺであるのに対し
て、音片Ｂ１１全体の回転速度ωは０．２５ＨＺ程度を
上限とするので、第２の回転運動の軌道は変わらないと
してよい。
【００８９】音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１は、発振回路Ｂ
Ｈ０を用いてＸ方向及びＺ方向に音片の固有振動数付近
の発振周波数Ｂｆで自励発振している。従って第１の回
転運動及び第２の回転運動の回転周波数もコリオリ力が
働かない状態ではＢｆに引き戻される。この復元力は、
音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１全体の回転速度ωと、第１の
回転運動を反映する検出用圧電素子Ｂ２４の位相遅れ及
び第２の回転運動を反映する検出用圧電素子Ｂ２８の位
相進みに起因する、検出用圧電素子Ｂ２４及びＢ２８の
位相差が、ほぼ比例する程度に働く。従って、周波数変
化でなく、検出用圧電素子Ｂ２４及びＢ２８の位相の差
を測定する事によって、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１全体
の回転速度ωを知ることもできる。
Ｈ０を用いてＸ方向及びＺ方向に音片の固有振動数付近
の発振周波数Ｂｆで自励発振している。従って第１の回
転運動及び第２の回転運動の回転周波数もコリオリ力が
働かない状態ではＢｆに引き戻される。この復元力は、
音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１全体の回転速度ωと、第１の
回転運動を反映する検出用圧電素子Ｂ２４の位相遅れ及
び第２の回転運動を反映する検出用圧電素子Ｂ２８の位
相進みに起因する、検出用圧電素子Ｂ２４及びＢ２８の
位相差が、ほぼ比例する程度に働く。従って、周波数変
化でなく、検出用圧電素子Ｂ２４及びＢ２８の位相の差
を測定する事によって、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１全体
の回転速度ωを知ることもできる。
【００９０】音片Ｂ１０の振動部の重心の回転速度Ω及
び音片Ｂ１１の振動部の重心の回転速度−Ωは、発振回
路ＢＨ０の発振周波数Ｂｆに引き戻される結果、音片Ｂ
１０及び音片Ｂ１１の振動部の重心の各々の回転速度は
静止系から見ると、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１全体の回
転角速度ωだけ変化し、結果として音片Ｂ１０の振動部
の重心は回転速度−｜Ω−ω｜で回転することになり、
音片Ｂ１１の振動部の重心は回転速度Ω＋ωで回転する
ことになる。従って音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１全体の回
転速度ωにより移相ズレが生じた平衡状態においては、
音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１の振動部の重心の回転運動
は、遠心力の変化により僅かに軌道が変化している。こ
のとき音片Ｂ１０の第１の回転運動の半径は減少し、音
片Ｂ１１の第２の回転運動の半径は増加する。コリオリ
力の検出には、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１のＸ又はＺ方
向の屈曲振動の、各々の振幅の相対的な変化も利用する
こともできるが振幅の変化は僅かである。本実施の形態
においては、検出用圧電素子Ｂ２４及びＢ２８の信号を
用いて、位相の差を測定する方法を説明する。
び音片Ｂ１１の振動部の重心の回転速度−Ωは、発振回
路ＢＨ０の発振周波数Ｂｆに引き戻される結果、音片Ｂ
１０及び音片Ｂ１１の振動部の重心の各々の回転速度は
静止系から見ると、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１全体の回
転角速度ωだけ変化し、結果として音片Ｂ１０の振動部
の重心は回転速度−｜Ω−ω｜で回転することになり、
音片Ｂ１１の振動部の重心は回転速度Ω＋ωで回転する
ことになる。従って音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１全体の回
転速度ωにより移相ズレが生じた平衡状態においては、
音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１の振動部の重心の回転運動
は、遠心力の変化により僅かに軌道が変化している。こ
のとき音片Ｂ１０の第１の回転運動の半径は減少し、音
片Ｂ１１の第２の回転運動の半径は増加する。コリオリ
力の検出には、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１のＸ又はＺ方
向の屈曲振動の、各々の振幅の相対的な変化も利用する
こともできるが振幅の変化は僅かである。本実施の形態
においては、検出用圧電素子Ｂ２４及びＢ２８の信号を
用いて、位相の差を測定する方法を説明する。
【００９１】図２４において、音片Ｂ１１のＺ方向の振
動を検出する圧電素子Ｂ２８の電極部からの出力を信号
Ａ，音片Ｂ１０のＺ方向の振動を検出する圧電素子Ｂ２
４の電極部からの出力を信号Ｂとする。音片Ｂ１０の第
１の回転運動は、Ｚ方向に成分として、Ｚ方向の屈曲振
動を持つ。左回りに回転する音片Ｂ１０においては、Ｚ
方向の屈曲振動を反映する音片Ｂ１０の検出用圧電素子
Ｂ２４からの電圧出力Ｂは、音片Ｂ１０全体の左回りの
回転ωによりコリオリ力が働くとき、位相が遅れる。一
方、右回りに回転する音片Ｂ１１においては、Ｚ方向の
屈曲振動を反映する音片Ｂ１１の検出用圧電素子Ｂ２８
からの電圧出力Ａは、音片Ｂ１１全体の左回りの回転ω
によりコリオリ力が働くとき、位相が進む。本実施の形
態に於いては、信号Ａと信号Ｂを加算回路Ｋ０と減算回
路Ｇ０に入力し、信号Ａと信号Ｂの和信号Ａ＋Ｂと差信
号Ａ−Ｂを生成し、これを利用する。
動を検出する圧電素子Ｂ２８の電極部からの出力を信号
Ａ，音片Ｂ１０のＺ方向の振動を検出する圧電素子Ｂ２
４の電極部からの出力を信号Ｂとする。音片Ｂ１０の第
１の回転運動は、Ｚ方向に成分として、Ｚ方向の屈曲振
動を持つ。左回りに回転する音片Ｂ１０においては、Ｚ
方向の屈曲振動を反映する音片Ｂ１０の検出用圧電素子
Ｂ２４からの電圧出力Ｂは、音片Ｂ１０全体の左回りの
回転ωによりコリオリ力が働くとき、位相が遅れる。一
方、右回りに回転する音片Ｂ１１においては、Ｚ方向の
屈曲振動を反映する音片Ｂ１１の検出用圧電素子Ｂ２８
からの電圧出力Ａは、音片Ｂ１１全体の左回りの回転ω
によりコリオリ力が働くとき、位相が進む。本実施の形
態に於いては、信号Ａと信号Ｂを加算回路Ｋ０と減算回
路Ｇ０に入力し、信号Ａと信号Ｂの和信号Ａ＋Ｂと差信
号Ａ−Ｂを生成し、これを利用する。
【００９２】図１４にコリオリ力が働かない場合の信号
Ａ，Ｂ，Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの関係を実線で示す。この場
合、信号Ａと信号Ｂは各々Ｚ方向の屈曲振動そのもので
ありこれらは図２４に示した移相回路ＢＬ１及びＢＬ２
による振幅と位相の調整により、完全に一致した信号で
ある。信号Ａ＋Ｂは信号Ａ及びＢの２倍の振幅を持つ信
号であり、信号Ａ−Ｂは振幅がない。
Ａ，Ｂ，Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの関係を実線で示す。この場
合、信号Ａと信号Ｂは各々Ｚ方向の屈曲振動そのもので
ありこれらは図２４に示した移相回路ＢＬ１及びＢＬ２
による振幅と位相の調整により、完全に一致した信号で
ある。信号Ａ＋Ｂは信号Ａ及びＢの２倍の振幅を持つ信
号であり、信号Ａ−Ｂは振幅がない。
【００９３】図１５にコリオリ力により音片Ｂ１０及び
音片Ｂ１１の各々の振動部の重心の回転運動に位相差が
生じた場合の信号Ａ，Ｂ，Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの関係を示
す。コリオリ力の効果は、一点鎖線で示す信号Ａ及び破
線で示す信号Ｂの相対的な位相を変化させる。音片Ｂ１
０及び音片Ｂ１１の振動部の重心の回転速度ωの大きさ
にほぼ比例して信号Ａ及び信号Ｂの相対的な位相が変化
する。回転速度ωにより信号Ａの位相が進み，信号Ｂの
位相が遅れるとすると、回転速度が−ωでは信号Ａの位
相が遅れ，信号Ｂの位相が進み、信号Ａ及びＢの位相の
変化はωの方向によることになる。一方コリオリ力の有
無に関わらず実線で示す信号Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂはコリオ
リ力が働かない場合の位相を維持する。またコリオリ力
は、信号Ａ＋Ｂの振幅に少し変化をもたらし、信号Ａ−
Ｂには振幅を発生させる。
音片Ｂ１１の各々の振動部の重心の回転運動に位相差が
生じた場合の信号Ａ，Ｂ，Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの関係を示
す。コリオリ力の効果は、一点鎖線で示す信号Ａ及び破
線で示す信号Ｂの相対的な位相を変化させる。音片Ｂ１
０及び音片Ｂ１１の振動部の重心の回転速度ωの大きさ
にほぼ比例して信号Ａ及び信号Ｂの相対的な位相が変化
する。回転速度ωにより信号Ａの位相が進み，信号Ｂの
位相が遅れるとすると、回転速度が−ωでは信号Ａの位
相が遅れ，信号Ｂの位相が進み、信号Ａ及びＢの位相の
変化はωの方向によることになる。一方コリオリ力の有
無に関わらず実線で示す信号Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂはコリオ
リ力が働かない場合の位相を維持する。またコリオリ力
は、信号Ａ＋Ｂの振幅に少し変化をもたらし、信号Ａ−
Ｂには振幅を発生させる。
【００９４】図１６に信号Ａ，Ｂ，Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの
関係をベクトルで示す。この場合、信号の振幅はベクト
ルの長さで表現され、位相はベクトルの回転で表現され
る。コリオリ力の効果は、信号Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの振幅
の変化として検出することが出来る。ここで注目したい
のは、信号Ａ及び信号Ｂの変化が位相のみであり振幅が
変化しない場合は、信号Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの相対的な位
相関係がコリオリ力の大きさに関わらず常に９０度に保
たれることである。
関係をベクトルで示す。この場合、信号の振幅はベクト
ルの長さで表現され、位相はベクトルの回転で表現され
る。コリオリ力の効果は、信号Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの振幅
の変化として検出することが出来る。ここで注目したい
のは、信号Ａ及び信号Ｂの変化が位相のみであり振幅が
変化しない場合は、信号Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの相対的な位
相関係がコリオリ力の大きさに関わらず常に９０度に保
たれることである。
【００９５】本実施の形態においては、出力の小さなコ
リオリ力の検出にロックインアンプの構成を用い、被検
出信号から参照信号と同一の周波数成分のみを抽出して
積分することにより高いＳ／Ｎを実現しようとするが、
この場合被検出信号と位相の一致した正確な参照信号が
必要である。まず、コリオリ力を反映する被検出信号と
して信号Ａ，Ｂ及びＡ＋Ｂは、コリオリ力がない状態で
も大きな出力をもつので小さなコリオリ力による変化を
とらえるのに適していない。一方、信号Ａ−Ｂはコリオ
リ力が無い場合は出力がないので、ダイナミックレンジ
を考慮すると被検出信号として最も適しており、これを
使用する。一方参照信号としては、信号Ａ及びＢはコリ
オリ力により位相が変化するので使用できず、最も位相
が正確なＡ−Ｂ信号自身もコリオリ力が働かないか小さ
い場合に交流出力が無いか不安定なので、使用できな
い。しかし図１６に示した様にＡ＋Ｂ信号は常に安定し
た大きな振幅とＡ−Ｂ信号と正確に９０度だけ異なる位
相差を持っている。従って参照信号としては、Ａ＋Ｂ信
号を９０度位相を移相したものを使用する。
リオリ力の検出にロックインアンプの構成を用い、被検
出信号から参照信号と同一の周波数成分のみを抽出して
積分することにより高いＳ／Ｎを実現しようとするが、
この場合被検出信号と位相の一致した正確な参照信号が
必要である。まず、コリオリ力を反映する被検出信号と
して信号Ａ，Ｂ及びＡ＋Ｂは、コリオリ力がない状態で
も大きな出力をもつので小さなコリオリ力による変化を
とらえるのに適していない。一方、信号Ａ−Ｂはコリオ
リ力が無い場合は出力がないので、ダイナミックレンジ
を考慮すると被検出信号として最も適しており、これを
使用する。一方参照信号としては、信号Ａ及びＢはコリ
オリ力により位相が変化するので使用できず、最も位相
が正確なＡ−Ｂ信号自身もコリオリ力が働かないか小さ
い場合に交流出力が無いか不安定なので、使用できな
い。しかし図１６に示した様にＡ＋Ｂ信号は常に安定し
た大きな振幅とＡ−Ｂ信号と正確に９０度だけ異なる位
相差を持っている。従って参照信号としては、Ａ＋Ｂ信
号を９０度位相を移相したものを使用する。
【００９６】図２４示す様に、信号Ａ及び信号Ｂを減算
回路ＢＧ０に入力し、ロックインアンプＢＰ０に入力す
る。また、信号Ａ及び信号Ｂを加算回路ＢＫ０に入力
し、移相回路ＢＩ０で９０度移相し、２値化回路ＢＣ０
スイッチング信号を生成し、ロックインアンプＢＰ０に
参照信号として入力する。この結果、Ａ−Ｂ信号はＡ＋
Ｂ信号を９０度移相したタイミングで全波整流され、直
流出力に変換される。この構成では、ノイズと見なされ
る参照信号の周波数以外の殆どの信号成分が取り除か
れ、非常にＳ／Ｎのよいコリオリ力の検出が実現でき
る。
回路ＢＧ０に入力し、ロックインアンプＢＰ０に入力す
る。また、信号Ａ及び信号Ｂを加算回路ＢＫ０に入力
し、移相回路ＢＩ０で９０度移相し、２値化回路ＢＣ０
スイッチング信号を生成し、ロックインアンプＢＰ０に
参照信号として入力する。この結果、Ａ−Ｂ信号はＡ＋
Ｂ信号を９０度移相したタイミングで全波整流され、直
流出力に変換される。この構成では、ノイズと見なされ
る参照信号の周波数以外の殆どの信号成分が取り除か
れ、非常にＳ／Ｎのよいコリオリ力の検出が実現でき
る。
【００９７】従って、Ｚ方向の屈曲振動を検出する音片
Ｂ１０の検出用圧電素子Ｂ２４及び音片Ｂ１１の検出用
圧電素子Ｂ２８の位相差のみが直流として抽出される。
これによって角速度ωの値を正確に知ることができる。
Ｂ１０の検出用圧電素子Ｂ２４及び音片Ｂ１１の検出用
圧電素子Ｂ２８の位相差のみが直流として抽出される。
これによって角速度ωの値を正確に知ることができる。
【００９８】本実施の形態における音片Ｂ１０及び音片
Ｂ１１は振動ジャイロとして動作させることもできる。
この場合、例えば移相回路ＢＬ１及びＢＬ２の移相量を
０度とすれば、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１を直線的に振
動させられるが、コリオリ力は速度に比例して働くの
で、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１の振動部の重心の振幅が
最小の位置で最も大きくなり、振幅が最大の位置では全
く働かない。一方、本実施の形態による回転ジャイロに
於いては、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１の振動部の重心は
回転運動を行うので、常に最大速度を持つ。音片Ｂ１０
及び音片Ｂ１１の振動部の重心が同じ振幅の場合、直線
振動の場合は、回転の場合に比べて交流の実効値と同程
度のコリオリ力しか働かない。言い換えると、本実施の
形態における回転ジャイロは、振動ジャイロより約１．
４倍高い効率でコリオリ力を検出することが出来る。
Ｂ１１は振動ジャイロとして動作させることもできる。
この場合、例えば移相回路ＢＬ１及びＢＬ２の移相量を
０度とすれば、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１を直線的に振
動させられるが、コリオリ力は速度に比例して働くの
で、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１の振動部の重心の振幅が
最小の位置で最も大きくなり、振幅が最大の位置では全
く働かない。一方、本実施の形態による回転ジャイロに
於いては、音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１の振動部の重心は
回転運動を行うので、常に最大速度を持つ。音片Ｂ１０
及び音片Ｂ１１の振動部の重心が同じ振幅の場合、直線
振動の場合は、回転の場合に比べて交流の実効値と同程
度のコリオリ力しか働かない。言い換えると、本実施の
形態における回転ジャイロは、振動ジャイロより約１．
４倍高い効率でコリオリ力を検出することが出来る。
【００９９】更に、固有振動を行う振動ジャイロを励振
する場合、振動エネルギーは際限なく投入できるわけで
はない。直線状に振動する振動ジャイロに於いては、振
動振幅が大きくなると、振動体の振幅に対する復元力の
非線形性により振動が不安定になり、安定に大きな振幅
の振動を継続させることが出来ない。一方、回転ジャイ
ロに於いては、回転する振動体の遠心力により、大きな
振幅でも安定した回転運動を継続することが出来る。従
って、回転ジャイロは、同じ形状と大きさを持つ振動ジ
ャイロに対して振動体に大きな振幅変位を与えることが
出来る。
する場合、振動エネルギーは際限なく投入できるわけで
はない。直線状に振動する振動ジャイロに於いては、振
動振幅が大きくなると、振動体の振幅に対する復元力の
非線形性により振動が不安定になり、安定に大きな振幅
の振動を継続させることが出来ない。一方、回転ジャイ
ロに於いては、回転する振動体の遠心力により、大きな
振幅でも安定した回転運動を継続することが出来る。従
って、回転ジャイロは、同じ形状と大きさを持つ振動ジ
ャイロに対して振動体に大きな振幅変位を与えることが
出来る。
【０１００】本実施の形態の回転ジャイロは、例えば本
実施の形態で用いた音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１をそのま
ま用いた振動ジャイロに対して、同じ振幅に対するコリ
オリ力の検出効率が大きく、しかも大きなコリオリ力を
発生させることができる。従って、振動ジャイロに対し
て充分な検出感度を保ちつつ、小型化することができ
る。
実施の形態で用いた音片Ｂ１０及び音片Ｂ１１をそのま
ま用いた振動ジャイロに対して、同じ振幅に対するコリ
オリ力の検出効率が大きく、しかも大きなコリオリ力を
発生させることができる。従って、振動ジャイロに対し
て充分な検出感度を保ちつつ、小型化することができ
る。
【０１０１】（第４の実施の形態）以下、本発明の回転
ジャイロを実施するための最良の形態による実施の形態
を図面を基に説明する。図１から図１２、及び図１４か
ら図１６は本発明の実施の形態である回転ジャイロであ
り、図１は、以後４叉型と呼ぶ、４脚音叉型の振動ジャ
イロの外観を示し、圧電素子の位置を示し、振動調整の
ための又の位置を示し、以後説明に用いる座標を示す斜
視図であり、図２は４叉型の足の先端側から見た足の断
面，回路ブロック及び配線模式図であり、図３は４叉型
の足の先端側から見た足の断面，詳細な回路例及び配線
模式図であり、図４及び図５は圧電素子の変形の仕組み
を説明する斜視図であり、図６は４叉型を円筒状の管に
封入した回転ジャイロの構成を示す外観図であり、図
７，図８，図９，図１０，図１１及び図１２は４叉型の
足の先端側から見た足の断面を模式的に表した動作説明
図であり、図１４及び図１５は圧電素子からの信号を示
す波形図であり、図１６は圧電素子からの信号をベクト
ルで表現した動作説明図である。
ジャイロを実施するための最良の形態による実施の形態
を図面を基に説明する。図１から図１２、及び図１４か
ら図１６は本発明の実施の形態である回転ジャイロであ
り、図１は、以後４叉型と呼ぶ、４脚音叉型の振動ジャ
イロの外観を示し、圧電素子の位置を示し、振動調整の
ための又の位置を示し、以後説明に用いる座標を示す斜
視図であり、図２は４叉型の足の先端側から見た足の断
面，回路ブロック及び配線模式図であり、図３は４叉型
の足の先端側から見た足の断面，詳細な回路例及び配線
模式図であり、図４及び図５は圧電素子の変形の仕組み
を説明する斜視図であり、図６は４叉型を円筒状の管に
封入した回転ジャイロの構成を示す外観図であり、図
７，図８，図９，図１０，図１１及び図１２は４叉型の
足の先端側から見た足の断面を模式的に表した動作説明
図であり、図１４及び図１５は圧電素子からの信号を示
す波形図であり、図１６は圧電素子からの信号をベクト
ルで表現した動作説明図である。
【０１０２】［回転ジャイロの構造説明：図１，図２，
図３及び図６］図１に示すように、４叉型１０は第１の
足１１，第２の足１２，第３の足１３及び第４の足１４
と基部１５から構成される。足は弾性を持つ金属または
石英ガラスからなり、形状が四角柱であり、四角柱の側
面に張り合わされた圧電素子からなる駆動部及び検出部
を有している。基部は弾性を持つ金属または石英ガラス
からなり、形状が四角柱である。第１の足１１，第２の
足１２，第３の足１３及び第４の足１４は互いに平行に
方形の基部１５の４つの頂点の位置に配置されており、
基部１５と第１の足１１，第２の足１２，第３の足１３
及び第４の足１４は一体構造である。
図３及び図６］図１に示すように、４叉型１０は第１の
足１１，第２の足１２，第３の足１３及び第４の足１４
と基部１５から構成される。足は弾性を持つ金属または
石英ガラスからなり、形状が四角柱であり、四角柱の側
面に張り合わされた圧電素子からなる駆動部及び検出部
を有している。基部は弾性を持つ金属または石英ガラス
からなり、形状が四角柱である。第１の足１１，第２の
足１２，第３の足１３及び第４の足１４は互いに平行に
方形の基部１５の４つの頂点の位置に配置されており、
基部１５と第１の足１１，第２の足１２，第３の足１３
及び第４の足１４は一体構造である。
【０１０３】この第４の実施の形態で使用する金属は、
弾性率の温度依存性が非常に小さい鉄５０％，ニッケル
３５％及びクロム９．１％を含む合金でエリンバーと呼
ばれるものを用いる。同じく弾性率の温度依存性が非常
に小さい石英ガラスを用いる場合は、予め表面の一部に
銀やクロム等の導電性材料を無電界メッキや蒸着などの
手法で薄膜形成し、張り付ける全ての圧電素子の共通電
極としておく。
弾性率の温度依存性が非常に小さい鉄５０％，ニッケル
３５％及びクロム９．１％を含む合金でエリンバーと呼
ばれるものを用いる。同じく弾性率の温度依存性が非常
に小さい石英ガラスを用いる場合は、予め表面の一部に
銀やクロム等の導電性材料を無電界メッキや蒸着などの
手法で薄膜形成し、張り付ける全ての圧電素子の共通電
極としておく。
【０１０４】以下４叉型１０を説明するに際しては、座
標軸Ｙ軸，Ｚ軸及びＸ軸を、各辺と平行な方向に定め
る。このとき、長手方向、即ち足の伸びた方向をＹ軸，
巾方向をＺ軸及び厚さ方向をＸ軸とする。このように定
めた４叉型１０の、長手方向，巾方向及び厚さ方向は、
それぞれＹ軸，Ｚ軸及びＸ軸と平行となる。ただし、４
叉型１０はＸ−Ｚ面内で対称な形状を持つので、ここで
用いた巾と厚さという言葉は特別な意味をもたない。以
下ではＸ又はＺ方向の巾、もしくは単に足の巾という言
葉を用いる。
標軸Ｙ軸，Ｚ軸及びＸ軸を、各辺と平行な方向に定め
る。このとき、長手方向、即ち足の伸びた方向をＹ軸，
巾方向をＺ軸及び厚さ方向をＸ軸とする。このように定
めた４叉型１０の、長手方向，巾方向及び厚さ方向は、
それぞれＹ軸，Ｚ軸及びＸ軸と平行となる。ただし、４
叉型１０はＸ−Ｚ面内で対称な形状を持つので、ここで
用いた巾と厚さという言葉は特別な意味をもたない。以
下ではＸ又はＺ方向の巾、もしくは単に足の巾という言
葉を用いる。
【０１０５】図１には一例として第１の足１１，第２の
足１２及び第３の足１３に圧電素子からなる駆動部及び
検出部を接着した様子を示した。圧電素子は、薄い板状
の形状をしており、予め両面に銀やクロム等の合金を蒸
着してある。圧電素子の片面にエポキシ系の導電性接着
剤を塗布し、各々の足に貼り付ける。
足１２及び第３の足１３に圧電素子からなる駆動部及び
検出部を接着した様子を示した。圧電素子は、薄い板状
の形状をしており、予め両面に銀やクロム等の合金を蒸
着してある。圧電素子の片面にエポキシ系の導電性接着
剤を塗布し、各々の足に貼り付ける。
【０１０６】図２には図１に示した形状の圧電素子を、
第１の足１１，第２の足１２，第３の足１３及び第４の
足１４を切断するＸ−Ｚ面内の断面に示した。自励発振
用として、第１の足１１に圧電素子２３及び２５を張り
付け，第２の足１２に圧電素子２７及び２９を張り付け
てある。また検出用として、第３の足１３に圧電素子３
３を張り付け，第４の足１４に圧電素子３７を張り付け
てある。また、回転状態モニター用として、第３の足１
３に圧電素子３１を張り付け，第４の足１４に圧電素子
３５を張り付けてある。
第１の足１１，第２の足１２，第３の足１３及び第４の
足１４を切断するＸ−Ｚ面内の断面に示した。自励発振
用として、第１の足１１に圧電素子２３及び２５を張り
付け，第２の足１２に圧電素子２７及び２９を張り付け
てある。また検出用として、第３の足１３に圧電素子３
３を張り付け，第４の足１４に圧電素子３７を張り付け
てある。また、回転状態モニター用として、第３の足１
３に圧電素子３１を張り付け，第４の足１４に圧電素子
３５を張り付けてある。
【０１０７】図２には加振用圧電素子２３，２５，２７
及び２９の各々の電極と共に用いてすべての足を自励発
振させる発振回路Ｈ０、発振位相を９０度遅らせ、振幅
を調整する移相回路ＬＡ及びＬＢ、検出用圧電素子３３
及び３７の各々の電極からの信号を加算する加算回路Ｋ
０、加算した信号の位相を変化させる移相回路Ｉ０、移
相した信号を２値化する２値化回路Ｃ０、検出用圧電素
子３３及び３７の各々の電極からの信号を減算して参照
信号を生成する減算回路Ｇ０、減算した信号を参照信号
を用いて位相検波し直流電圧に変換するロックインアン
プＰ０を示し、これらの間の配線を示す。
及び２９の各々の電極と共に用いてすべての足を自励発
振させる発振回路Ｈ０、発振位相を９０度遅らせ、振幅
を調整する移相回路ＬＡ及びＬＢ、検出用圧電素子３３
及び３７の各々の電極からの信号を加算する加算回路Ｋ
０、加算した信号の位相を変化させる移相回路Ｉ０、移
相した信号を２値化する２値化回路Ｃ０、検出用圧電素
子３３及び３７の各々の電極からの信号を減算して参照
信号を生成する減算回路Ｇ０、減算した信号を参照信号
を用いて位相検波し直流電圧に変換するロックインアン
プＰ０を示し、これらの間の配線を示す。
【０１０８】図３には図２の発信回路Ｈ０を実現する一
例として、干渉バッファを構成するオペアンプＨ１，ロ
ーパスフィルタを構成するトリマ抵抗Ｈ２及びコンデン
サＨ７，反転増幅器を構成するオペアンプＨ３及び抵抗
Ｈ４〜Ｈ６を示し、直流バイアスを加える為の負電源Ｄ
１及び分割抵抗Ｄ２を示す。
例として、干渉バッファを構成するオペアンプＨ１，ロ
ーパスフィルタを構成するトリマ抵抗Ｈ２及びコンデン
サＨ７，反転増幅器を構成するオペアンプＨ３及び抵抗
Ｈ４〜Ｈ６を示し、直流バイアスを加える為の負電源Ｄ
１及び分割抵抗Ｄ２を示す。
【０１０９】図３には図２の移相回路ＬＡを実現する一
例として、トリマ抵抗ＬＡ１及びコンデンサＬＡ２を示
す。
例として、トリマ抵抗ＬＡ１及びコンデンサＬＡ２を示
す。
【０１１０】図３には図２の移相回路ＬＢを実現する一
例として、トリマ抵抗ＬＢ１及びコンデンサＬＢ２を示
す。
例として、トリマ抵抗ＬＢ１及びコンデンサＬＢ２を示
す。
【０１１１】図３には図２の加算回路Ｋ０を実現する一
例として、干渉バッファを構成するオペアンプＫ１〜Ｋ
２，抵抗Ｋ３〜Ｋ４及びを示す。
例として、干渉バッファを構成するオペアンプＫ１〜Ｋ
２，抵抗Ｋ３〜Ｋ４及びを示す。
【０１１２】図３には図２の移相回路Ｉ０を実現する一
例として、ローパスフィルタを構成する抵抗Ｉ１及びコ
ンデンサＩ２を示す。
例として、ローパスフィルタを構成する抵抗Ｉ１及びコ
ンデンサＩ２を示す。
【０１１３】図３には図２の２値化回路Ｃ０を実現する
一例として、第１のコンパレータＣ１及び第２のコンパ
レータＣ２を示す。
一例として、第１のコンパレータＣ１及び第２のコンパ
レータＣ２を示す。
【０１１４】図３に図２の減算回路Ｇ０を実現する一例
として、干渉バッファＧ１〜Ｇ２，第１の差動増幅回路
を構成するオペアンプＧ３及び抵抗Ｇ４〜Ｇ７，第２の
差動増幅回路を構成するオペアンプＧ８及び抵抗Ｇ９〜
Ｇ１２を示す。
として、干渉バッファＧ１〜Ｇ２，第１の差動増幅回路
を構成するオペアンプＧ３及び抵抗Ｇ４〜Ｇ７，第２の
差動増幅回路を構成するオペアンプＧ８及び抵抗Ｇ９〜
Ｇ１２を示す。
【０１１５】図３には図２のロックインアンプＰ０を実
現する一例として、第１のバンドパスフィルタを構成す
るオペアンプＰ１，コンデンサＰ２〜Ｐ３及び抵抗Ｐ４
〜Ｐ７、第２のバンドパスフィルタを構成するオペアン
プＰ８，コンデンサＰ９〜Ｐ１０及び抵抗Ｐ１１〜Ｐ１
４、第１のアナログスイッチＰ１５、第２のアナログス
イッチＰ１６、ローパスフィルタを構成する抵抗Ｐ１７
及びコンデンサＰ１８を示す。
現する一例として、第１のバンドパスフィルタを構成す
るオペアンプＰ１，コンデンサＰ２〜Ｐ３及び抵抗Ｐ４
〜Ｐ７、第２のバンドパスフィルタを構成するオペアン
プＰ８，コンデンサＰ９〜Ｐ１０及び抵抗Ｐ１１〜Ｐ１
４、第１のアナログスイッチＰ１５、第２のアナログス
イッチＰ１６、ローパスフィルタを構成する抵抗Ｐ１７
及びコンデンサＰ１８を示す。
【０１１６】［振動ジャイロの動作・作用説明：図２，
図３，図４，図５，図７，図８，図９，図１０，図１
１，図１２，図１４，図１５及び図１６］図４及び図５
に圧電素子の動作を示す。本実施の形態で用いるＰＺＴ
と呼ばれる圧電素子は、あらかじめ高電圧を加えて分極
させておくと、圧電素子に加える電圧の方向により、歪
みの方向が異なる。図４に示す（＋）面５８は、分極時
にこの裏側の面に対して正の電圧を印加した面であり、
裏面に対して高電位にすると厚みが増加し、縦横が縮
む。また、図５には面５８の裏面である（−）面５９を
示す。（−）面５９は、裏面に対して正の電圧を印加す
ると厚みが減少し、縦横が伸びる。図２及び図３に記入
した（＋）または（−）の記号は、４叉型１０の各々の
足に貼り付けられた圧電素子の面のうち、足に接着され
ている面が何れの面であるかを示している。また、図２
及び図３には第１の足１１のＹ方向の屈曲振動の第１の
中立線３９を点で示し、第２の足１２のＹ方向の屈曲振
動の第２の中立線４０を点で示し、第３の足１３のＹ方
向の屈曲振動の第３の中立線４１を点で示し、第４の足
１４のＹ方向の屈曲振動の第４の中立線４２を点で示
す。図の外側の線は各圧電素子の電極間の配線を模式的
に示した。
図３，図４，図５，図７，図８，図９，図１０，図１
１，図１２，図１４，図１５及び図１６］図４及び図５
に圧電素子の動作を示す。本実施の形態で用いるＰＺＴ
と呼ばれる圧電素子は、あらかじめ高電圧を加えて分極
させておくと、圧電素子に加える電圧の方向により、歪
みの方向が異なる。図４に示す（＋）面５８は、分極時
にこの裏側の面に対して正の電圧を印加した面であり、
裏面に対して高電位にすると厚みが増加し、縦横が縮
む。また、図５には面５８の裏面である（−）面５９を
示す。（−）面５９は、裏面に対して正の電圧を印加す
ると厚みが減少し、縦横が伸びる。図２及び図３に記入
した（＋）または（−）の記号は、４叉型１０の各々の
足に貼り付けられた圧電素子の面のうち、足に接着され
ている面が何れの面であるかを示している。また、図２
及び図３には第１の足１１のＹ方向の屈曲振動の第１の
中立線３９を点で示し、第２の足１２のＹ方向の屈曲振
動の第２の中立線４０を点で示し、第３の足１３のＹ方
向の屈曲振動の第３の中立線４１を点で示し、第４の足
１４のＹ方向の屈曲振動の第４の中立線４２を点で示
す。図の外側の線は各圧電素子の電極間の配線を模式的
に示した。
【０１１７】ＰＺＴは分極方向の逆方向に電圧をかける
と分極の状態が劣化する可能性が指摘されている。本実
施の形態に於いては 分極形成時に印加する高電圧に比
べて無視しうる電圧で駆動するので特に問題とならない
が、図３においてはこの指摘に対処する方法を示してお
く。圧電素子２５，２７，２９，３５，２３，３１，３
３及び３７の電極部は４叉型１０の基部がエリンバ等の
導体においては共通電極を構成するので、通常は図２に
示すようにグランドに接地しておくが、ここではＰＺＴ
分極劣化の対策として、常に分極時にかけた電圧と同じ
方向の電圧を加えるため、グランドより低レベルの電圧
源Ｄ１に接続しておく。また、この直流バイアスの大き
さを調整するため、分割抵抗Ｄ２を介して接続する。
と分極の状態が劣化する可能性が指摘されている。本実
施の形態に於いては 分極形成時に印加する高電圧に比
べて無視しうる電圧で駆動するので特に問題とならない
が、図３においてはこの指摘に対処する方法を示してお
く。圧電素子２５，２７，２９，３５，２３，３１，３
３及び３７の電極部は４叉型１０の基部がエリンバ等の
導体においては共通電極を構成するので、通常は図２に
示すようにグランドに接地しておくが、ここではＰＺＴ
分極劣化の対策として、常に分極時にかけた電圧と同じ
方向の電圧を加えるため、グランドより低レベルの電圧
源Ｄ１に接続しておく。また、この直流バイアスの大き
さを調整するため、分割抵抗Ｄ２を介して接続する。
【０１１８】図２において、第３の足１３の圧電素子３
３及び第４の足１４の圧電素子３７からの電圧を加算回
路Ｋ０により加算した電圧を参照とする発振回路Ｈ０か
ら、第１の足１１の圧電素子２５の電極に電圧が印加さ
れると、たとえば圧電素子２５がＹ方向に縮み、結果と
してＸ軸方向に屈曲変位が起こる。時間の経過ととも
に、この方向は変化し、結果として、第１の足１１はＸ
軸方向に屈曲振動する。同時に、第３の足１３の圧電素
子３３及び第４の足１４の圧電素子３７からの電圧を加
算回路Ｋ０により加算した電圧を参照とし、出力電圧を
移相回路ＬＡで９０度遅らせた発振回路Ｈ０から、第１
の足１１の圧電素子２８の電極に電圧が印加されると、
例えば圧電素子２８がＹ方向に縮み、結果としてＺ軸方
向に屈曲変位が起こる。時間の経過とともに、この方向
は変化し、結果として、第１の足１１はＺ軸方向に屈曲
振動する。このとき、第１の足１１は右回りの回転運動
を行う。
３及び第４の足１４の圧電素子３７からの電圧を加算回
路Ｋ０により加算した電圧を参照とする発振回路Ｈ０か
ら、第１の足１１の圧電素子２５の電極に電圧が印加さ
れると、たとえば圧電素子２５がＹ方向に縮み、結果と
してＸ軸方向に屈曲変位が起こる。時間の経過ととも
に、この方向は変化し、結果として、第１の足１１はＸ
軸方向に屈曲振動する。同時に、第３の足１３の圧電素
子３３及び第４の足１４の圧電素子３７からの電圧を加
算回路Ｋ０により加算した電圧を参照とし、出力電圧を
移相回路ＬＡで９０度遅らせた発振回路Ｈ０から、第１
の足１１の圧電素子２８の電極に電圧が印加されると、
例えば圧電素子２８がＹ方向に縮み、結果としてＺ軸方
向に屈曲変位が起こる。時間の経過とともに、この方向
は変化し、結果として、第１の足１１はＺ軸方向に屈曲
振動する。このとき、第１の足１１は右回りの回転運動
を行う。
【０１１９】図２において、第３の足１３の圧電素子３
３及び第４の足１４の圧電素子３７からの電圧を加算回
路Ｋ０により加算した電圧を参照とする発振回路Ｈ０か
ら、第２の足１２の圧電素子２９の電極に電圧が印加さ
れると、例えば圧電素子２９がＹ方向に縮み、結果とし
てＸ軸方向に屈曲変位が起こる。時間の経過とともにこ
の方向は変化し、結果として、第２の足１２はＸ軸方向
に屈曲振動する。同時に、第３の足１３の圧電素子３３
及び第４の足１４の圧電素子３７からの電圧を加算回路
Ｋ０により加算した電圧を参照とし、出力電圧を移相回
路ＬＢで９０度遅らせた発振回路Ｈ０から、第２の足１
２の圧電素子２７の電極に電圧が印加されると、例えば
圧電素子２７がＹ方向に縮み、結果としてＺ軸方向に屈
曲変位が起こる。時間の経過とともに、この方向は変化
し、結果として、第２の足１２はＺ軸方向に屈曲振動す
る。このとき、第２の足１２は左回りの回転運動を行
う。
３及び第４の足１４の圧電素子３７からの電圧を加算回
路Ｋ０により加算した電圧を参照とする発振回路Ｈ０か
ら、第２の足１２の圧電素子２９の電極に電圧が印加さ
れると、例えば圧電素子２９がＹ方向に縮み、結果とし
てＸ軸方向に屈曲変位が起こる。時間の経過とともにこ
の方向は変化し、結果として、第２の足１２はＸ軸方向
に屈曲振動する。同時に、第３の足１３の圧電素子３３
及び第４の足１４の圧電素子３７からの電圧を加算回路
Ｋ０により加算した電圧を参照とし、出力電圧を移相回
路ＬＢで９０度遅らせた発振回路Ｈ０から、第２の足１
２の圧電素子２７の電極に電圧が印加されると、例えば
圧電素子２７がＹ方向に縮み、結果としてＺ軸方向に屈
曲変位が起こる。時間の経過とともに、この方向は変化
し、結果として、第２の足１２はＺ軸方向に屈曲振動す
る。このとき、第２の足１２は左回りの回転運動を行
う。
【０１２０】この時、駆動する足が第１の足１１及び第
２の足１２のみであったとしても、第１の足１１及び第
２の足１２の振動が基部１５を通して伝達し、第３の足
１３及び第４の足１４が自動的に励振され、第１の足１
１及び第４の足１４が右回りに回転運動を行い、第２の
足１２及び第３の足１３が左回りの回転運動を行う４叉
型１０全体としての協調動作である第１の回転運動が自
励発振する。この時、第１の足１１及び第４の足１４の
行う。右回りの回転運動は、互いに回転位相が１８０度
異なり、第２の足１２及び第３の足１３の行う左回りの
回転運動は、互いに回転位相が１８０度異なるので、４
本の足の回転運動は互いにバランスを取り合い、基部は
全く振動しない。
２の足１２のみであったとしても、第１の足１１及び第
２の足１２の振動が基部１５を通して伝達し、第３の足
１３及び第４の足１４が自動的に励振され、第１の足１
１及び第４の足１４が右回りに回転運動を行い、第２の
足１２及び第３の足１３が左回りの回転運動を行う４叉
型１０全体としての協調動作である第１の回転運動が自
励発振する。この時、第１の足１１及び第４の足１４の
行う。右回りの回転運動は、互いに回転位相が１８０度
異なり、第２の足１２及び第３の足１３の行う左回りの
回転運動は、互いに回転位相が１８０度異なるので、４
本の足の回転運動は互いにバランスを取り合い、基部は
全く振動しない。
【０１２１】４叉型１０において、第１の回転運動を自
励発振させる機構について、さらに詳細に説明する。４
叉型１０の４本の足の中から、例えば、第２の足１２の
圧電素子２９の電圧を参照に発振回路Ｈ０を用いて第１
の足１１の圧電素子２５に電圧を印可し、Ｘ方向に加振
すると、図７に４叉型１０の各々の足のある瞬間の変位
方向を模式的に矢印で示すように、第１の足１１及び第
２の足１２が音叉型に振れ、第３の足１３及び第４の足
１４が逆相で音叉型に振れる第１の屈曲振動が発生す
る。４叉型１０においては、この発振モードは最も安定
であり、発振周波数を制限するフィルター等を設けなけ
れば殆どの場合このモードで発振する。また、第３の足
１３の圧電素子３１の電圧を参照に発振回路Ｈ０を用い
て第１の足１１の圧電素子２３に電圧を印可し、Ｚ方向
に加振すると、図８に４叉型１０の各々の足のある瞬間
の変位方向を模式的に矢印で示すように、第１の足１１
及び第３の足１３が音叉型に振れ、第２の足１２及び第
４の足１４が逆相で音叉型に振れる第２の屈曲振動が発
生する。４叉型１０においては、この発振モードもまた
最も安定であり、発振周波数を制限するフィルター等を
設けなければ殆どの場合このモードで発振する。
励発振させる機構について、さらに詳細に説明する。４
叉型１０の４本の足の中から、例えば、第２の足１２の
圧電素子２９の電圧を参照に発振回路Ｈ０を用いて第１
の足１１の圧電素子２５に電圧を印可し、Ｘ方向に加振
すると、図７に４叉型１０の各々の足のある瞬間の変位
方向を模式的に矢印で示すように、第１の足１１及び第
２の足１２が音叉型に振れ、第３の足１３及び第４の足
１４が逆相で音叉型に振れる第１の屈曲振動が発生す
る。４叉型１０においては、この発振モードは最も安定
であり、発振周波数を制限するフィルター等を設けなけ
れば殆どの場合このモードで発振する。また、第３の足
１３の圧電素子３１の電圧を参照に発振回路Ｈ０を用い
て第１の足１１の圧電素子２３に電圧を印可し、Ｚ方向
に加振すると、図８に４叉型１０の各々の足のある瞬間
の変位方向を模式的に矢印で示すように、第１の足１１
及び第３の足１３が音叉型に振れ、第２の足１２及び第
４の足１４が逆相で音叉型に振れる第２の屈曲振動が発
生する。４叉型１０においては、この発振モードもまた
最も安定であり、発振周波数を制限するフィルター等を
設けなければ殆どの場合このモードで発振する。
【０１２２】一方、４叉型１０の４本の足の中から、例
えば、第２の足１２の圧電素子２９の電圧を参照に発振
回路Ｈ０を用いて第１の足１１の圧電素子２５及び第３
の足１３の圧電素子３３に電圧を印可し、Ｘ方向に同時
に加振すると、図９に４叉型１０の各々の足のある瞬間
の変位方向を模式的に矢印で示すように、第１の足１１
及び第２の足１２が音叉型に振れ、第３の足１３及び第
４の足１４が同相で音叉型に振れる第３の屈曲振動が発
生する。また、第３の足１３の圧電素子３１の電圧を参
照に発振回路Ｈ０を用いて第２の足１２の圧電素子２３
及び第２の足１２の圧電素子３７に電圧を印可し、Ｘ方
向に同時に加振すると、図１０に４叉型１０の各々の足
のある瞬間の変位方向を模式的に矢印で示すように、第
１の足１１及び第３の足１３が音叉型に振れ、第２の足
１２及び第４の足１４が同相で音叉型に振れる第４の屈
曲振動が発生する。
えば、第２の足１２の圧電素子２９の電圧を参照に発振
回路Ｈ０を用いて第１の足１１の圧電素子２５及び第３
の足１３の圧電素子３３に電圧を印可し、Ｘ方向に同時
に加振すると、図９に４叉型１０の各々の足のある瞬間
の変位方向を模式的に矢印で示すように、第１の足１１
及び第２の足１２が音叉型に振れ、第３の足１３及び第
４の足１４が同相で音叉型に振れる第３の屈曲振動が発
生する。また、第３の足１３の圧電素子３１の電圧を参
照に発振回路Ｈ０を用いて第２の足１２の圧電素子２３
及び第２の足１２の圧電素子３７に電圧を印可し、Ｘ方
向に同時に加振すると、図１０に４叉型１０の各々の足
のある瞬間の変位方向を模式的に矢印で示すように、第
１の足１１及び第３の足１３が音叉型に振れ、第２の足
１２及び第４の足１４が同相で音叉型に振れる第４の屈
曲振動が発生する。
【０１２３】図２に示した機構に於いては、Ｚ方向の屈
曲振動の位相をＸ方向の屈曲振動にたいして９０度遅ら
せることによって、各々の足を回転させている。図１１
には図９に示したＸ方向に振動する第３の屈曲振動に対
して、図１０に示したＺ方向に振動する第４の屈曲振動
の位相を９０度遅らせ、両者を合成することにより発生
する第１の回転運動を模式的に示す。この実施の形態に
示す第１の回転運動では、４叉型１０の第１の足１１，
第２の足１２，第３の足１３及び第４の足１４のＸ−Ｚ
断面における重心が回転運動を行うが、第１の足１１及
び第４の足１４が右回りに回転運動を行い、第２の足１
２及び第３の足１３が左回りの回転運動を行う。ここで
はある瞬間の変位方向を矢印で示している。一方、図１
２には、図７に示したＸ方向に振動する第１の屈曲振動
に対して、図１０に示したＺ方向に振動する第４の屈曲
振動の位相を９０度遅らせ、両者を合成することにより
発生する第２の回転運動を模式的に示す。この実施の形
態に示す第２の回転運動では、４叉型１０の第１の足１
１，第２の足１２，第３の足１３及び第４の足１４のＸ
−Ｚ断面における重心が回転運動を行うが、第１の足１
１及び第３の足１３が右回りに回転運動を行い、第２の
足１２及び第４の足１４が左回りの回転運動を行う。こ
こではある瞬間の変位方向を矢印で示している。
曲振動の位相をＸ方向の屈曲振動にたいして９０度遅ら
せることによって、各々の足を回転させている。図１１
には図９に示したＸ方向に振動する第３の屈曲振動に対
して、図１０に示したＺ方向に振動する第４の屈曲振動
の位相を９０度遅らせ、両者を合成することにより発生
する第１の回転運動を模式的に示す。この実施の形態に
示す第１の回転運動では、４叉型１０の第１の足１１，
第２の足１２，第３の足１３及び第４の足１４のＸ−Ｚ
断面における重心が回転運動を行うが、第１の足１１及
び第４の足１４が右回りに回転運動を行い、第２の足１
２及び第３の足１３が左回りの回転運動を行う。ここで
はある瞬間の変位方向を矢印で示している。一方、図１
２には、図７に示したＸ方向に振動する第１の屈曲振動
に対して、図１０に示したＺ方向に振動する第４の屈曲
振動の位相を９０度遅らせ、両者を合成することにより
発生する第２の回転運動を模式的に示す。この実施の形
態に示す第２の回転運動では、４叉型１０の第１の足１
１，第２の足１２，第３の足１３及び第４の足１４のＸ
−Ｚ断面における重心が回転運動を行うが、第１の足１
１及び第３の足１３が右回りに回転運動を行い、第２の
足１２及び第４の足１４が左回りの回転運動を行う。こ
こではある瞬間の変位方向を矢印で示している。
【０１２４】図２に示した回路に於いては、第１の足１
１の圧電素子２３及び第２の足１２の圧電素子２７には
同相の電圧が入力されるので、Ｚ方向の屈曲振動は必ず
図１０に示した第４の屈曲振動となるが、Ｘ方向には、
各々の足の振動位相を制限していないので、図７に示し
た第１の屈曲振動、又は図９に示した第３の屈曲振動の
いずれの振動が発生するかは、回路上は決定されていな
い。従って、図２に示した回路では、図１１に示した第
１の回転運動が発生するか、図１２に示した第２の回転
運動が発生するかは決定されていない。
１の圧電素子２３及び第２の足１２の圧電素子２７には
同相の電圧が入力されるので、Ｚ方向の屈曲振動は必ず
図１０に示した第４の屈曲振動となるが、Ｘ方向には、
各々の足の振動位相を制限していないので、図７に示し
た第１の屈曲振動、又は図９に示した第３の屈曲振動の
いずれの振動が発生するかは、回路上は決定されていな
い。従って、図２に示した回路では、図１１に示した第
１の回転運動が発生するか、図１２に示した第２の回転
運動が発生するかは決定されていない。
【０１２５】しかし、４叉型１０が対称性良く作られて
いれば、ほぼ等しい図９に示した第３の屈曲振動及び図
１０に示した第４の屈曲振動の共振周波数は、同様にほ
ぼ等しい図７に示した第１の屈曲振動及び図８に示した
第２の屈曲振動の共振周波数に対して明らかに低い周波
数を持つので、図２に於いて、図１０に示したＺ方向の
第４の屈曲振動が発生している時、同じ発振回路Ｈ０の
信号で発振するＸ方向の屈曲振動としては、必ず図９に
示した第３の屈曲振動が発生する。したがって４叉型１
０が対称性良く製作される場合は、図２の回路構成に於
いては、必ず第１の足１１及び第４の足１４が右回りに
回転運動を行い、第２の足１２及び第３の足１３が左回
りの回転運動を行う、第１の回転運動が発生する。
いれば、ほぼ等しい図９に示した第３の屈曲振動及び図
１０に示した第４の屈曲振動の共振周波数は、同様にほ
ぼ等しい図７に示した第１の屈曲振動及び図８に示した
第２の屈曲振動の共振周波数に対して明らかに低い周波
数を持つので、図２に於いて、図１０に示したＺ方向の
第４の屈曲振動が発生している時、同じ発振回路Ｈ０の
信号で発振するＸ方向の屈曲振動としては、必ず図９に
示した第３の屈曲振動が発生する。したがって４叉型１
０が対称性良く製作される場合は、図２の回路構成に於
いては、必ず第１の足１１及び第４の足１４が右回りに
回転運動を行い、第２の足１２及び第３の足１３が左回
りの回転運動を行う、第１の回転運動が発生する。
【０１２６】図７に示した第１の屈曲振動，図８に示し
た第２の屈曲振動，図９に示した第３の屈曲振動及び図
１０に示した第４の屈曲振動は何れも，４叉型１０の試
作品の動作確認により、弾性体としての共振周波数の存
在がが確認されているものであり、これらの振動は４本
の足が互いにバランスを取り合い、基部１５は振動の節
となっており殆ど振動しないので、４叉型１０は底面を
支持すれば、支持の方法によって振動状態が変わること
は殆どない。また、図９に示した第３の屈曲振動及び図
１０に示した第４の屈曲振動から合成される第１の回転
運動及び、図７に示した第１の屈曲振動及び図１０に示
した第４の屈曲振動から合成される第２の回転運動もま
た４本の足が互いにバランスを取り合い、基部１５は振
動の節となっており殆ど振動しないので、４叉型１０は
底面を支持すれば、支持の方法によって振動状態が変わ
ることは殆どない。
た第２の屈曲振動，図９に示した第３の屈曲振動及び図
１０に示した第４の屈曲振動は何れも，４叉型１０の試
作品の動作確認により、弾性体としての共振周波数の存
在がが確認されているものであり、これらの振動は４本
の足が互いにバランスを取り合い、基部１５は振動の節
となっており殆ど振動しないので、４叉型１０は底面を
支持すれば、支持の方法によって振動状態が変わること
は殆どない。また、図９に示した第３の屈曲振動及び図
１０に示した第４の屈曲振動から合成される第１の回転
運動及び、図７に示した第１の屈曲振動及び図１０に示
した第４の屈曲振動から合成される第２の回転運動もま
た４本の足が互いにバランスを取り合い、基部１５は振
動の節となっており殆ど振動しないので、４叉型１０は
底面を支持すれば、支持の方法によって振動状態が変わ
ることは殆どない。
【０１２７】図１１に示した第１の回転運動が発生して
いる時、第３の足１３は左回りに回転し、第４の足１４
は右回りに回転しているが、４叉型１０全体がＹ軸の回
りに回転速度ωで回転すると、回転する第３の足１３の
Ｘ−Ｚ断面の重心及び回転する第４の足１４のＸ−Ｚ断
面の重心には、変位する方向に直交する方向にコリオリ
力を受けるが、円運動の場合は、第３の足１３及び第４
の足１４の属する回転速度ωで回転する座標系から見て
も第３の足１３及び第４の足１４のＸ−Ｚ断面の重心の
軌道は変わらない。言い換えると、図１１に示した、円
軌道を描く第３の足１３及び第４の足１４のＸ−Ｚ断面
の重心に働くコリオリ力は、遠心力と反対の方向に遠心
力と釣り合う力となって働くため、円軌道を描く第３の
足１３及び第４の足１４のＸ−Ｚ断面の重心の回転周波
数ｆが、第３の足１３及び第４の足１４のＸ−Ｚ断面の
重心の回転運動が静止系に対して慣性を保つため、第３
の足１３及び第４の足１４の属する回転速度ωで回転す
る座標系から見てωだけ変化しても、第３の足１３及び
第４の足１４のＸ−Ｚ断面の重心の振幅は変化しない。
即ち、第３の足１３及び第４の足１４のＸ−Ｚ断面の重
心の回転運動が発生している時、第３の足１３及び第４
の足１４を含む４叉型１０全体がＹ軸の回りに回転速度
ωで回転することによる効果は、第３の足１３及び第４
の足１４に張り付けられた検出用圧電素子３３又及び３
７からは、発振回路Ｈ０の発生する駆動信号の周波数ｆ
に対する、回転する第３の足１３及び回転する第４の足
１４の周波数の変化｜ω｜として観測される。ただし、
周波数の変化は回転速度ωが左回りの回転の場合は、左
回りに回転する第３の足１３のＸ−Ｚ断面の重心の回転
周波数は小さくなり、右回りに回転する第４の足１４の
Ｘ−Ｚ断面の重心の回転周波数は大きくなる。
いる時、第３の足１３は左回りに回転し、第４の足１４
は右回りに回転しているが、４叉型１０全体がＹ軸の回
りに回転速度ωで回転すると、回転する第３の足１３の
Ｘ−Ｚ断面の重心及び回転する第４の足１４のＸ−Ｚ断
面の重心には、変位する方向に直交する方向にコリオリ
力を受けるが、円運動の場合は、第３の足１３及び第４
の足１４の属する回転速度ωで回転する座標系から見て
も第３の足１３及び第４の足１４のＸ−Ｚ断面の重心の
軌道は変わらない。言い換えると、図１１に示した、円
軌道を描く第３の足１３及び第４の足１４のＸ−Ｚ断面
の重心に働くコリオリ力は、遠心力と反対の方向に遠心
力と釣り合う力となって働くため、円軌道を描く第３の
足１３及び第４の足１４のＸ−Ｚ断面の重心の回転周波
数ｆが、第３の足１３及び第４の足１４のＸ−Ｚ断面の
重心の回転運動が静止系に対して慣性を保つため、第３
の足１３及び第４の足１４の属する回転速度ωで回転す
る座標系から見てωだけ変化しても、第３の足１３及び
第４の足１４のＸ−Ｚ断面の重心の振幅は変化しない。
即ち、第３の足１３及び第４の足１４のＸ−Ｚ断面の重
心の回転運動が発生している時、第３の足１３及び第４
の足１４を含む４叉型１０全体がＹ軸の回りに回転速度
ωで回転することによる効果は、第３の足１３及び第４
の足１４に張り付けられた検出用圧電素子３３又及び３
７からは、発振回路Ｈ０の発生する駆動信号の周波数ｆ
に対する、回転する第３の足１３及び回転する第４の足
１４の周波数の変化｜ω｜として観測される。ただし、
周波数の変化は回転速度ωが左回りの回転の場合は、左
回りに回転する第３の足１３のＸ−Ｚ断面の重心の回転
周波数は小さくなり、右回りに回転する第４の足１４の
Ｘ−Ｚ断面の重心の回転周波数は大きくなる。
【０１２８】しかしながら、４叉型１０は、発振回路Ｈ
０を用いてＸ方向及びＺ方向に発振周波数ｆで第１の回
転運動を自励発振している。従って第３の足１３及び第
４の足１４のＸ−Ｚ断面の重心の各々の回転運動の回転
周波数もコリオリ力が働かない状態ではｆに引き戻され
る。この復元力は、４叉型１０全体の回転速度ωと、第
３の足１３のＸ−Ｚ断面の重心の回転運動を反映する検
出用圧電素子３３の位相遅れ及び第４の足１４のＸ−Ｚ
断面の重心の回転運動を反映する検出用圧電素子３７の
位相進みに起因する、検出用圧電素子３３及び３７の位
相差が、ほぼ比例する程度に働く。従って、僅かな周波
数の変化でなく、検出用圧電素子３３及び３７の位相の
差を測定する事によって、４叉型１０全体の回転速度ω
を知ることができる。
０を用いてＸ方向及びＺ方向に発振周波数ｆで第１の回
転運動を自励発振している。従って第３の足１３及び第
４の足１４のＸ−Ｚ断面の重心の各々の回転運動の回転
周波数もコリオリ力が働かない状態ではｆに引き戻され
る。この復元力は、４叉型１０全体の回転速度ωと、第
３の足１３のＸ−Ｚ断面の重心の回転運動を反映する検
出用圧電素子３３の位相遅れ及び第４の足１４のＸ−Ｚ
断面の重心の回転運動を反映する検出用圧電素子３７の
位相進みに起因する、検出用圧電素子３３及び３７の位
相差が、ほぼ比例する程度に働く。従って、僅かな周波
数の変化でなく、検出用圧電素子３３及び３７の位相の
差を測定する事によって、４叉型１０全体の回転速度ω
を知ることができる。
【０１２９】第３の足１３及び第４の足１４のＸ−Ｚ断
面の重心の各々の回転運動の回転周波数もコリオリ力が
働かない状態ではｆに引き戻される結果、第３の足１３
及び第４の足１４のＸ−Ｚ断面の重心の各々の回転運動
の回転速度は静止系から見ると、４叉型１０全体の回転
角速度ωだけ変化し、結果として第３の１３のＸ−Ｚ断
面の重心は回転角速度−｜Ω−ω｜で回転することにな
り、第４の足１４のＸ−Ｚ断面の重心は回転速度Ω＋ω
で回転することになる。従って４叉型１０全体の回転速
度ωにより移相ズレが生じた平衡状態においては、第３
の足１３及び第４の足１４のＸ−Ｚ断面の重心の回転運
動は、遠心力の変化により僅かに軌道が変化している。
このとき第３の足１３のＸ−Ｚ断面の重心の回転運動の
半径は増加し、第４の足１４のＸ−Ｚ断面の重心の回転
運動の半径は減少する。コリオリ力の検出には、第３の
足１３及び第４の足１４のＸ又はＺ方向の屈曲振動の、
各々の振幅の相対的な変化も利用することもできるが振
幅の変化は僅かである。本実施の形態においては、圧電
素子３３及び３７の信号を用いて、位相の差を測定する
方法を説明する。
面の重心の各々の回転運動の回転周波数もコリオリ力が
働かない状態ではｆに引き戻される結果、第３の足１３
及び第４の足１４のＸ−Ｚ断面の重心の各々の回転運動
の回転速度は静止系から見ると、４叉型１０全体の回転
角速度ωだけ変化し、結果として第３の１３のＸ−Ｚ断
面の重心は回転角速度−｜Ω−ω｜で回転することにな
り、第４の足１４のＸ−Ｚ断面の重心は回転速度Ω＋ω
で回転することになる。従って４叉型１０全体の回転速
度ωにより移相ズレが生じた平衡状態においては、第３
の足１３及び第４の足１４のＸ−Ｚ断面の重心の回転運
動は、遠心力の変化により僅かに軌道が変化している。
このとき第３の足１３のＸ−Ｚ断面の重心の回転運動の
半径は増加し、第４の足１４のＸ−Ｚ断面の重心の回転
運動の半径は減少する。コリオリ力の検出には、第３の
足１３及び第４の足１４のＸ又はＺ方向の屈曲振動の、
各々の振幅の相対的な変化も利用することもできるが振
幅の変化は僅かである。本実施の形態においては、圧電
素子３３及び３７の信号を用いて、位相の差を測定する
方法を説明する。
【０１３０】図２において、第３の足１３のＸ方向の振
動を検出する圧電素子３３の電極部からの出力を信号
Ｂ，第４の足１４のＸ方向の振動を検出する圧電素子３
７の電極部からの出力を信号Ａとする。第１の回転運動
は、Ｘ方向に成分として、第３の屈曲振動を持つ。左回
りに回転する第３の足１３においては、第３の屈曲振動
を反映する第３の足１３の検出用圧電素子３３からの電
圧出力Ｂは、４叉型１０の左回りの回転ωによりコリオ
リ力が働くとき、位相が遅れる。一方、右回りに回転す
る第４の足１４においては、第３の屈曲振動を反映する
第４の足１４の検出用圧電素子３７からの電圧出力Ａ
は、４叉型１０の左回りの回転ωによりコリオリ力が働
くとき、位相が進む。本実施の形態に於いては、信号Ａ
と信号Ｂを加算回路Ｋ０と減算回路Ｇ０に入力し、信号
Ａと信号Ｂの和信号Ａ＋Ｂと差信号Ａ−Ｂを生成し、こ
れを利用する。
動を検出する圧電素子３３の電極部からの出力を信号
Ｂ，第４の足１４のＸ方向の振動を検出する圧電素子３
７の電極部からの出力を信号Ａとする。第１の回転運動
は、Ｘ方向に成分として、第３の屈曲振動を持つ。左回
りに回転する第３の足１３においては、第３の屈曲振動
を反映する第３の足１３の検出用圧電素子３３からの電
圧出力Ｂは、４叉型１０の左回りの回転ωによりコリオ
リ力が働くとき、位相が遅れる。一方、右回りに回転す
る第４の足１４においては、第３の屈曲振動を反映する
第４の足１４の検出用圧電素子３７からの電圧出力Ａ
は、４叉型１０の左回りの回転ωによりコリオリ力が働
くとき、位相が進む。本実施の形態に於いては、信号Ａ
と信号Ｂを加算回路Ｋ０と減算回路Ｇ０に入力し、信号
Ａと信号Ｂの和信号Ａ＋Ｂと差信号Ａ−Ｂを生成し、こ
れを利用する。
【０１３１】図１４にコリオリ力が働かない場合の信号
Ａ，Ｂ，Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの関係を示す。この場合、信
号Ａと信号Ｂは各々第３の屈曲振動そのものであり、こ
れらは図２に示したローパスフィルタＬＡ及びＬＢによ
る振幅と位相の調整により、完全に一致した信号であ
る。信号Ａ＋Ｂは信号Ａ及びＢの２倍の振幅を持つ信号
であり、信号Ａ−Ｂは振幅がない。
Ａ，Ｂ，Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの関係を示す。この場合、信
号Ａと信号Ｂは各々第３の屈曲振動そのものであり、こ
れらは図２に示したローパスフィルタＬＡ及びＬＢによ
る振幅と位相の調整により、完全に一致した信号であ
る。信号Ａ＋Ｂは信号Ａ及びＢの２倍の振幅を持つ信号
であり、信号Ａ−Ｂは振幅がない。
【０１３２】図１５にコリオリ力により第３の足１３及
び第４の足１４の各々の回転運動に位相差が生じた場合
の信号Ａ，Ｂ，Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの関係を示す。コリオ
リ力の効果は、信号Ａ及び信号Ｂの相対的な位相を変化
させる。４叉型１０全体の回転速度ωの大きさにほぼ比
例して信号Ａ及び信号Ｂの相対的な位相が変化する。４
叉型１０全体の回転速度ωにより信号Ａの位相が進み，
信号Ｂの位相が遅れるとすると、４叉型１０全体の回転
速度−ωでは信号Ｂの位相が進み，信号Ａの位相が遅れ
信号Ａ及びＢの位相の変化は回転速度ωの回転方向によ
ることになる。一方コリオリ力の有無に関わらず信号Ａ
＋Ｂ及びＡ−Ｂはコリオリ力が働かない場合の位相を維
持する。またコリオリ力は、信号Ａ＋Ｂの振幅に少し変
化をもたらし、信号Ａ−Ｂには振幅を発生させる。
び第４の足１４の各々の回転運動に位相差が生じた場合
の信号Ａ，Ｂ，Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの関係を示す。コリオ
リ力の効果は、信号Ａ及び信号Ｂの相対的な位相を変化
させる。４叉型１０全体の回転速度ωの大きさにほぼ比
例して信号Ａ及び信号Ｂの相対的な位相が変化する。４
叉型１０全体の回転速度ωにより信号Ａの位相が進み，
信号Ｂの位相が遅れるとすると、４叉型１０全体の回転
速度−ωでは信号Ｂの位相が進み，信号Ａの位相が遅れ
信号Ａ及びＢの位相の変化は回転速度ωの回転方向によ
ることになる。一方コリオリ力の有無に関わらず信号Ａ
＋Ｂ及びＡ−Ｂはコリオリ力が働かない場合の位相を維
持する。またコリオリ力は、信号Ａ＋Ｂの振幅に少し変
化をもたらし、信号Ａ−Ｂには振幅を発生させる。
【０１３３】図１６に信号Ａ，Ｂ，Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの
関係をベクトルで示す。この場合、信号の振幅はベクト
ルの長さで表現され、位相はベクトルの回転で表現され
る。コリオリ力の効果は、信号Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの振幅
の変化として検出することが出来る。ここで注目したい
のは、信号Ａ及び信号Ｂの変化が位相のみであり振幅が
変化しない場合は、信号Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの相対的な位
相関係がコリオリ力の大きさに関わらず常に９０度に保
たれることである。
関係をベクトルで示す。この場合、信号の振幅はベクト
ルの長さで表現され、位相はベクトルの回転で表現され
る。コリオリ力の効果は、信号Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの振幅
の変化として検出することが出来る。ここで注目したい
のは、信号Ａ及び信号Ｂの変化が位相のみであり振幅が
変化しない場合は、信号Ａ＋Ｂ及びＡ−Ｂの相対的な位
相関係がコリオリ力の大きさに関わらず常に９０度に保
たれることである。
【０１３４】本実施の形態においては、出力の小さなコ
リオリ力の検出にロックインアンプの構成を用い、被検
出信号から参照信号と同一の周波数成分のみを抽出して
積分することにより高いＳ／Ｎを実現しようとするが、
この場合被検出信号と位相の一致した正確な参照信号が
必要である。まず、コリオリ力を反映する被検出信号と
して信号Ａ，Ｂ及びＡ＋Ｂは、コリオリ力がない状態で
も大きな出力をもつので小さなコリオリ力による変化を
とらえるのに適していない。一方、信号Ａ−Ｂはコリオ
リ力が無い場合は出力がないので、ダイナミックレンジ
を考慮すると被検出信号として最も適しており、これを
使用する。一方参照信号としては、信号Ａ及びＢはコリ
オリ力により位相が変化するので使用できず、最も位相
が正確なＡ−Ｂ信号自身もコリオリ力が働かないか小さ
い場合に交流出力が無いか不安定なので、使用できな
い。しかし図１６に示した様にＡ＋Ｂ信号は常に安定し
た大きな振幅とＡ−Ｂ信号と正確に９０度だけ異なる位
相差を持っている。従って参照信号としては、Ａ＋Ｂ信
号を９０度位相を移相したものを使用する。
リオリ力の検出にロックインアンプの構成を用い、被検
出信号から参照信号と同一の周波数成分のみを抽出して
積分することにより高いＳ／Ｎを実現しようとするが、
この場合被検出信号と位相の一致した正確な参照信号が
必要である。まず、コリオリ力を反映する被検出信号と
して信号Ａ，Ｂ及びＡ＋Ｂは、コリオリ力がない状態で
も大きな出力をもつので小さなコリオリ力による変化を
とらえるのに適していない。一方、信号Ａ−Ｂはコリオ
リ力が無い場合は出力がないので、ダイナミックレンジ
を考慮すると被検出信号として最も適しており、これを
使用する。一方参照信号としては、信号Ａ及びＢはコリ
オリ力により位相が変化するので使用できず、最も位相
が正確なＡ−Ｂ信号自身もコリオリ力が働かないか小さ
い場合に交流出力が無いか不安定なので、使用できな
い。しかし図１６に示した様にＡ＋Ｂ信号は常に安定し
た大きな振幅とＡ−Ｂ信号と正確に９０度だけ異なる位
相差を持っている。従って参照信号としては、Ａ＋Ｂ信
号を９０度位相を移相したものを使用する。
【０１３５】図２に示す様に、信号Ａ及び信号Ｂを減算
回路Ｇ０に入力し、図３に示す高い同相除去比ＣＭＲＲ
を持つ構成の差動増幅回路Ｇ１〜Ｇ１２をもって、信号
Ａ−Ｂ及びこれと逆相の信号Ｂ−Ａを生成し、図２に示
すロックインアンプＰ０に入力する。図３に示すように
ロックインアンプＰ０の内部では、バンドパスフィルタ
Ｐ１〜Ｐ１４を用いて信号Ａ−Ｂ及びこれと逆相の信号
Ｂ−Ａの直流成分と奇数次高調波成分を除去し、アナロ
グスイッチＰ１５〜Ｐ１６を用いてスイッチングし、平
滑及び積分回路Ｐ１７〜Ｐ１８を用いて直流に変換す
る。また図２に示す様に、信号Ａ及び信号Ｂを加算回路
Ｋ０に入力し、図３に示す移相回路Ｉ０〜Ｉ１で９０度
移相し、コンパレータＣ１〜Ｃ２でスイッチング信号と
これと逆相のスイッチング信号を生成し、アナログスイ
ッチＰ１５〜Ｐ１６に入力する。この結果、Ａ−Ｂ信号
はＡ＋Ｂ信号を９０度移相したタイミングで全波整流さ
れ、直流出力に変換される。ここでは直流ドリフトを嫌
う理由から位相の検波に乗算器でなくスイッチング方式
を用いた。この構成では、ノイズと見なされる参照信号
の周波数以外の殆どの信号成分が取り除かれ、非常にＳ
／Ｎのよいコリオリ力の検出が実現できる。
回路Ｇ０に入力し、図３に示す高い同相除去比ＣＭＲＲ
を持つ構成の差動増幅回路Ｇ１〜Ｇ１２をもって、信号
Ａ−Ｂ及びこれと逆相の信号Ｂ−Ａを生成し、図２に示
すロックインアンプＰ０に入力する。図３に示すように
ロックインアンプＰ０の内部では、バンドパスフィルタ
Ｐ１〜Ｐ１４を用いて信号Ａ−Ｂ及びこれと逆相の信号
Ｂ−Ａの直流成分と奇数次高調波成分を除去し、アナロ
グスイッチＰ１５〜Ｐ１６を用いてスイッチングし、平
滑及び積分回路Ｐ１７〜Ｐ１８を用いて直流に変換す
る。また図２に示す様に、信号Ａ及び信号Ｂを加算回路
Ｋ０に入力し、図３に示す移相回路Ｉ０〜Ｉ１で９０度
移相し、コンパレータＣ１〜Ｃ２でスイッチング信号と
これと逆相のスイッチング信号を生成し、アナログスイ
ッチＰ１５〜Ｐ１６に入力する。この結果、Ａ−Ｂ信号
はＡ＋Ｂ信号を９０度移相したタイミングで全波整流さ
れ、直流出力に変換される。ここでは直流ドリフトを嫌
う理由から位相の検波に乗算器でなくスイッチング方式
を用いた。この構成では、ノイズと見なされる参照信号
の周波数以外の殆どの信号成分が取り除かれ、非常にＳ
／Ｎのよいコリオリ力の検出が実現できる。
【０１３６】従って、第３の屈曲振動を検出する第３の
足１３の検出用圧電素子３３及び第４の足１４の検出用
圧電素子３７の位相差のみが直流として抽出される。こ
れによって４叉型１０全体の回転速度ωの値を正確に知
ることができる。
足１３の検出用圧電素子３３及び第４の足１４の検出用
圧電素子３７の位相差のみが直流として抽出される。こ
れによって４叉型１０全体の回転速度ωの値を正確に知
ることができる。
【０１３７】本発明における４叉型１０の第３の屈曲振
動は、大きなＱ値を持つ音叉型発振器を構成している。
即ち非常に安定した周波数を持つ。従って、これを参照
信号として用いることによりロックインアンプの機能で
ある周波数抽出の幅を非常に小さくできる。言い換える
と、本実施の形態の構成においては、角速度ωに起因す
る信号以外のノイズを殆ど除外でき、大変Ｓ／Ｎがよ
い。
動は、大きなＱ値を持つ音叉型発振器を構成している。
即ち非常に安定した周波数を持つ。従って、これを参照
信号として用いることによりロックインアンプの機能で
ある周波数抽出の幅を非常に小さくできる。言い換える
と、本実施の形態の構成においては、角速度ωに起因す
る信号以外のノイズを殆ど除外でき、大変Ｓ／Ｎがよ
い。
【０１３８】本実施の形態における４叉型１０は振動ジ
ャイロとして動作させることもできる。この場合、例え
ば移相回路ＬＡの移相量を０度とし、移相回路ＬＢの移
相量を１８０度すれば、４叉型１０を直線的に振動させ
られるが、コリオリ力は速度に比例して働くので、振幅
が最小の位置で最も大きくなり、振幅が最大の位置では
全く働かない。一方、本実施の形態による回転ジャイロ
に於いては、４叉型１０は回転運動を行うので、常に最
大速度を持つ。４叉型１０が同じ振幅の場合、直線振動
の場合は、回転の場合に比べて交流の実効値と同程度の
コリオリ力しか働かない。言い換えると、本実施の形態
における回転ジャイロは、振動ジャイロより約１．４倍
高い効率でコリオリ力を検出することが出来る。
ャイロとして動作させることもできる。この場合、例え
ば移相回路ＬＡの移相量を０度とし、移相回路ＬＢの移
相量を１８０度すれば、４叉型１０を直線的に振動させ
られるが、コリオリ力は速度に比例して働くので、振幅
が最小の位置で最も大きくなり、振幅が最大の位置では
全く働かない。一方、本実施の形態による回転ジャイロ
に於いては、４叉型１０は回転運動を行うので、常に最
大速度を持つ。４叉型１０が同じ振幅の場合、直線振動
の場合は、回転の場合に比べて交流の実効値と同程度の
コリオリ力しか働かない。言い換えると、本実施の形態
における回転ジャイロは、振動ジャイロより約１．４倍
高い効率でコリオリ力を検出することが出来る。
【０１３９】更に、固有振動を行う振動ジャイロを励振
する場合、振動エネルギーは際限なく投入できるわけで
はない。直線状に振動する振動ジャイロに於いては、振
動振幅が大きくなると、振動体の振幅に対する復元力の
非線形性により振動が不安定になり、安定に大きな振幅
の振動を継続させることが出来ない。一方、回転ジャイ
ロに於いては、回転する振動体の遠心力により、大きな
振幅でも安定した回転運動を継続することが出来る。従
って、回転ジャイロは、同じ形状と大きさを持つ振動ジ
ャイロに対して振動体に大きな振幅変位を与えることが
出来る。
する場合、振動エネルギーは際限なく投入できるわけで
はない。直線状に振動する振動ジャイロに於いては、振
動振幅が大きくなると、振動体の振幅に対する復元力の
非線形性により振動が不安定になり、安定に大きな振幅
の振動を継続させることが出来ない。一方、回転ジャイ
ロに於いては、回転する振動体の遠心力により、大きな
振幅でも安定した回転運動を継続することが出来る。従
って、回転ジャイロは、同じ形状と大きさを持つ振動ジ
ャイロに対して振動体に大きな振幅変位を与えることが
出来る。
【０１４０】本実施の形態の回転ジャイロは、例えば本
実施の形態で用いた４叉型１０をそのまま用いた振動ジ
ャイロに対して、同じ振幅に対するコリオリ力の検出効
率が大きく、しかも大きなコリオリ力を発生させること
ができる。従って、振動ジャイロに対して充分な検出感
度を保ちつつ、小型化することができる。
実施の形態で用いた４叉型１０をそのまま用いた振動ジ
ャイロに対して、同じ振幅に対するコリオリ力の検出効
率が大きく、しかも大きなコリオリ力を発生させること
ができる。従って、振動ジャイロに対して充分な検出感
度を保ちつつ、小型化することができる。
【０１４１】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
回転ジャイロは、同じ大きさの振動ジャイロに対して、
コリオリ力の検出効率が大きく、しかも大きなコリオリ
力を発生させることができる。従って、本発明の回転ジ
ャイロは、同じ大きさの振動ジャイロに対して充分な検
出感度を保ちつつ、小型化することができる。
回転ジャイロは、同じ大きさの振動ジャイロに対して、
コリオリ力の検出効率が大きく、しかも大きなコリオリ
力を発生させることができる。従って、本発明の回転ジ
ャイロは、同じ大きさの振動ジャイロに対して充分な検
出感度を保ちつつ、小型化することができる。
【図１】本発明の実施の形態である４脚音叉型の回転ジ
ャイロの外観を示し、圧電素子の位置を示し、振動調整
のための又の位置を示し、以後説明に用いる座標を示す
斜視図である。
ャイロの外観を示し、圧電素子の位置を示し、振動調整
のための又の位置を示し、以後説明に用いる座標を示す
斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態である４脚音叉型の回転ジ
ャイロの足の先端側から見た足の断面，回路ブロック及
び配線模式図である。
ャイロの足の先端側から見た足の断面，回路ブロック及
び配線模式図である。
【図３】本発明の実施の形態である４脚音叉型の回転ジ
ャイロの足の先端側から見た足の断面，詳細な回路例及
び配線模式図である。
ャイロの足の先端側から見た足の断面，詳細な回路例及
び配線模式図である。
【図４】本発明の実施の形態である回転ジャイロに用い
る圧電素子の斜視図である。
る圧電素子の斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態である回転ジャイロに用い
る圧電素子の斜視図である。
る圧電素子の斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態である４脚音叉型の回転ジ
ャイロの円筒状の管に封入したジャイロ素子の構成を示
す外観図である。
ャイロの円筒状の管に封入したジャイロ素子の構成を示
す外観図である。
【図７】本発明の実施の形態である４脚音叉型の回転ジ
ャイロの足の先端側から見た足の断面を模式的に表した
動作説明図である。
ャイロの足の先端側から見た足の断面を模式的に表した
動作説明図である。
【図８】本発明の実施の形態である４脚音叉型の回転ジ
ャイロの足の先端側から見た足の断面を模式的に表した
動作説明図である。
ャイロの足の先端側から見た足の断面を模式的に表した
動作説明図である。
【図９】本発明の実施の形態である４脚音叉型の回転ジ
ャイロの足の先端側から見た足の断面を模式的に表した
動作説明図である。
ャイロの足の先端側から見た足の断面を模式的に表した
動作説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態である４脚音叉型の回転
ジャイロの足の先端側から見た足の断面を模式的に表し
た動作説明図である。
ジャイロの足の先端側から見た足の断面を模式的に表し
た動作説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態である４脚音叉型の回転
ジャイロの足の先端側から見た足の断面を模式的に表し
た動作説明図である。
ジャイロの足の先端側から見た足の断面を模式的に表し
た動作説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態である４脚音叉型の回転
ジャイロの足の先端側から見た足の断面を模式的に表し
た動作説明図である。
ジャイロの足の先端側から見た足の断面を模式的に表し
た動作説明図である。
【図１３】従来の音片型振動ジャイロを示す斜視図であ
る。
る。
【図１４】本発明の実施の形態である回転ジャイロの検
出信号を示す波形図である。
出信号を示す波形図である。
【図１５】本発明の実施の形態である回転ジャイロの検
出信号を示す波形図である。
出信号を示す波形図である。
【図１６】本発明の実施の形態である回転ジャイロの検
出信号をベクトルで表現した動作説明図である。
出信号をベクトルで表現した動作説明図である。
【図１７】本発明の実施の形態である回転ジャイロの構
成を示すモーターの上面図及び回路ブロック図である。
成を示すモーターの上面図及び回路ブロック図である。
【図１８】本発明の実施の形態である回転ジャイロの検
出信号を示す波形図である。
出信号を示す波形図である。
【図１９】本発明の実施の形態である音片型回転ジャイ
ロの外観を示し、圧電素子及び支持部を示し、説明に用
いる座標を示す斜視図である。
ロの外観を示し、圧電素子及び支持部を示し、説明に用
いる座標を示す斜視図である。
【図２０】本発明の実施の形態である音片型回転ジャイ
ロの支持に用いられるフイルムの正面図である。
ロの支持に用いられるフイルムの正面図である。
【図２１】本発明の実施の形態である音片型回転ジャイ
ロの音片の先端側から見た音片の断面，回路ブロック及
び配線模式図である。
ロの音片の先端側から見た音片の断面，回路ブロック及
び配線模式図である。
【図２２】本発明の実施の形態である音片型回転ジャイ
ロの音片の先端側から見た音片の振動の腹の断面を模式
的に表した動作説明図である。
ロの音片の先端側から見た音片の振動の腹の断面を模式
的に表した動作説明図である。
【図２３】本発明の実施の形態である音片型回転ジャイ
ロの音片の先端側から見た音片の振動の腹の断面を模式
的に表した動作説明図である。
ロの音片の先端側から見た音片の振動の腹の断面を模式
的に表した動作説明図である。
【図２４】本発明の実施の形態である音片型回転ジャイ
ロの音片の先端側から見た音片の断面，回路ブロック及
び配線模式図である。
ロの音片の先端側から見た音片の断面，回路ブロック及
び配線模式図である。
１０ ４脚音叉型の振動ジャイロ １１，１２，１３，１４ ４脚音叉の足 １５ ４脚音叉の基部 １６ ベース １７ 金属製のキャップ １８，１９，２０，２１ リード線 ２２ 配線基板 ２３、２５，２７，２９，３１，３３，３５及び３７
圧電素子 ３９〜４２ 屈曲振動の中立線 Ａ，Ｂ 電圧波形 Ｄ１ 負電源 Ｄ２ 分割抵抗 Ｈ０ 発振回路 Ｈ１ オペアンプ Ｈ２ 調整用抵抗 Ｈ３ オペアンプ Ｈ４〜Ｈ６ 抵抗 Ｈ７ コンデンサ ＬＡ ローパスフィルタ ＬＡ１ トリマ抵抗 ＬＡ２ コンデンサ ＬＢ ローパスフィルタ ＬＢ１ トリマ抵抗 ＬＢ２ コンデンサ Ｋ０ 加算回路 Ｋ１〜Ｋ２ オペアンプ Ｋ３〜Ｋ４ 抵抗 Ｉ０ 移相回路 Ｉ１ 抵抗 Ｉ２ コンデンサ Ｃ０ ２値化回路 Ｃ１ 第１のコンパレータ Ｃ２ 第２のコンパレータ Ｇ０ 減算回路 Ｇ１〜Ｇ２ 干渉バッファ Ｇ３ オペアンプ Ｇ４〜Ｇ７ 抵抗 Ｇ８ オペアンプ Ｇ９〜Ｇ１２ 抵抗 Ｐ０ ロックインアンプ Ｐ１ オペアンプ Ｐ２〜Ｐ３ コンデンサ Ｐ４〜Ｐ７ 抵抗 Ｐ８ オペアンプ Ｐ９〜Ｐ１０ コンデンサ Ｐ１１〜Ｐ１４ 抵抗 Ｐ１５ 第１のアナログスイッチ Ｐ１６ 第２のアナログスイッチ Ｐ１７ 抵抗 Ｐ１８ コンデンサ ５８ （＋）面 ５９ (−）面 ７１ 振動体 ７６ 駆動検出用圧電素子 ７７ 駆動検出用圧電素子 ＭＢ 筐体 ＭＤ１ 駆動回路 ＭＤ２ 検出回路 ＭＲ１ 第１のローター ＭＪ１ 第１のローターの回転軸 ＭＳ１ 第１のステーター ＭＥ１ 第１のエンコーダー ＭＴ１ 磁石 ＭＲ２ 第２のローター ＭＪ２ 第２のローターの回転軸 ＭＳ２ 第２のステーター ＭＥ２ 第２のエンコーダー ＭＴ２ 磁石 Ｂ１０ 音片 Ｂ１１ 音片 Ｂ１２ 支持位置 Ｂ１３ 支持位置 Ｂ１４ 支持部 Ｂ１４Ｗ 支持部の枠 Ｂ１４Ｍ 支持部の膜 Ｂ１４Ｈ 支持部の穴 Ｂ１５ 支持部 Ｂ１５Ｗ 支持部の枠 Ｂ１５Ｍ 支持部の膜 Ｂ１５Ｈ 支持部の穴 Ｂ２１〜Ｂ２４ 圧電素子 Ｂ２５〜Ｂ２８ 圧電素子 ＢＨＣ０ 発振回路 ＢＨ０ 発振回路 ＢＬ 移相回路 ＢＬ１ 移相回路 ＢＬ２ 移相回路 ＢＫ０ 加算回路 ＢＩ０ 移相回路 ＢＣ０ ２値化回路 ＢＧ０ 減算回路 ＢＰ０ ロックインアンプ
圧電素子 ３９〜４２ 屈曲振動の中立線 Ａ，Ｂ 電圧波形 Ｄ１ 負電源 Ｄ２ 分割抵抗 Ｈ０ 発振回路 Ｈ１ オペアンプ Ｈ２ 調整用抵抗 Ｈ３ オペアンプ Ｈ４〜Ｈ６ 抵抗 Ｈ７ コンデンサ ＬＡ ローパスフィルタ ＬＡ１ トリマ抵抗 ＬＡ２ コンデンサ ＬＢ ローパスフィルタ ＬＢ１ トリマ抵抗 ＬＢ２ コンデンサ Ｋ０ 加算回路 Ｋ１〜Ｋ２ オペアンプ Ｋ３〜Ｋ４ 抵抗 Ｉ０ 移相回路 Ｉ１ 抵抗 Ｉ２ コンデンサ Ｃ０ ２値化回路 Ｃ１ 第１のコンパレータ Ｃ２ 第２のコンパレータ Ｇ０ 減算回路 Ｇ１〜Ｇ２ 干渉バッファ Ｇ３ オペアンプ Ｇ４〜Ｇ７ 抵抗 Ｇ８ オペアンプ Ｇ９〜Ｇ１２ 抵抗 Ｐ０ ロックインアンプ Ｐ１ オペアンプ Ｐ２〜Ｐ３ コンデンサ Ｐ４〜Ｐ７ 抵抗 Ｐ８ オペアンプ Ｐ９〜Ｐ１０ コンデンサ Ｐ１１〜Ｐ１４ 抵抗 Ｐ１５ 第１のアナログスイッチ Ｐ１６ 第２のアナログスイッチ Ｐ１７ 抵抗 Ｐ１８ コンデンサ ５８ （＋）面 ５９ (−）面 ７１ 振動体 ７６ 駆動検出用圧電素子 ７７ 駆動検出用圧電素子 ＭＢ 筐体 ＭＤ１ 駆動回路 ＭＤ２ 検出回路 ＭＲ１ 第１のローター ＭＪ１ 第１のローターの回転軸 ＭＳ１ 第１のステーター ＭＥ１ 第１のエンコーダー ＭＴ１ 磁石 ＭＲ２ 第２のローター ＭＪ２ 第２のローターの回転軸 ＭＳ２ 第２のステーター ＭＥ２ 第２のエンコーダー ＭＴ２ 磁石 Ｂ１０ 音片 Ｂ１１ 音片 Ｂ１２ 支持位置 Ｂ１３ 支持位置 Ｂ１４ 支持部 Ｂ１４Ｗ 支持部の枠 Ｂ１４Ｍ 支持部の膜 Ｂ１４Ｈ 支持部の穴 Ｂ１５ 支持部 Ｂ１５Ｗ 支持部の枠 Ｂ１５Ｍ 支持部の膜 Ｂ１５Ｈ 支持部の穴 Ｂ２１〜Ｂ２４ 圧電素子 Ｂ２５〜Ｂ２８ 圧電素子 ＢＨＣ０ 発振回路 ＢＨ０ 発振回路 ＢＬ 移相回路 ＢＬ１ 移相回路 ＢＬ２ 移相回路 ＢＫ０ 加算回路 ＢＩ０ 移相回路 ＢＣ０ ２値化回路 ＢＧ０ 減算回路 ＢＰ０ ロックインアンプ
Claims (10)
- 【請求項１】 静止系から見て互いに反対方向に同一の
一定速度の回転を行う２つの回転部を備え、 回転速度を測定する座標系に、該座標系から見た２つの
回転部の回転速度差を検出する手段を有することを特徴
とする回転ジャイロ。 - 【請求項２】 回転速度を測定する座標系から見て互い
に反対方向に、一定の時間内に同一の一定速度に収束す
る回転を行わせる２つの回転部を備え、 回転速度を測定する座標系に２つの回転部の回転位相差
を検出する手段を有することを特徴とする回転ジャイ
ロ。 - 【請求項３】 請求項２に記載の回転ジャイロであっ
て、 回転部は永久磁石からなるローターであり、 駆動部は電磁石からなるステーターであり、 検出部は電磁石からなるエンコーダーであることを特徴
とする回転ジャイロ。 - 【請求項４】 請求項２に記載の回転ジャイロであっ
て、 回転部は振動の節を支持した振動体の各々の振動部の各
々の重心であり、 振動体に２つの方向から加振する加振手段を備え、 １つの方向から振動を検出する検出手段を備えたことを
特徴とする回転ジャイロ。 - 【請求項５】 請求項４に記載の回転ジャイロであっ
て、 振動体は振動の節を支持した音片であることを特徴とす
る回転ジャイロ。 - 【請求項６】 請求項４に記載の回転ジャイロであっ
て、 振動体は振動の節を支持した４脚音叉であることを特徴
とする回転ジャイロ。 - 【請求項７】 請求項４に記載の回転ジャイロであっ
て、 足は弾性を持つ材料からなり、 足は形状が四角柱であり、 足は四角柱の側面に駆動部と検出部を有し、 駆動部と検出部は圧電素子からなり、 基部は弾性を持つ材料からなり、 基部は形状が四角柱であり、 基部と４本の足は一体構造であり、 ４本の足は互いに平行に基部に田の字形に配置されてお
り、 基部の底面は支持に用いられ、 第１及び第２の足の圧電素子を用いて自励発振を行わ
せ、第１の足と第２の足が互いに同相に振れる第１の屈
曲振動を行なわせると同時に、第１及び第２の足の圧電
素子を用いて自励発振を行わせ、第１の屈曲振動と直交
する方向に、第１の屈曲振動と振動数が一致し、位相が
９０度異なり、第１の足と第２の足が互いに同相に振れ
る第２の屈曲振動を発生させておき、第１の屈曲振動と
第２の屈曲振動の合成振動として、第１の足の足の伸び
た方向の断面の重心と、第２の足の足の伸びた方向の断
面の重心が、互いに反対に回る回転運動である第１の回
転運動を発生させ、第１の回転運動が、基部の回転によ
るコリオリ力により引き起こす、第１の屈曲振動または
第２の屈曲振動の周波数変化を、第１の足と同方向に回
転する第３の足と、第２の足と同方向に回転する第４の
足の検出部により検出することを特徴とする回転ジャイ
ロ。 - 【請求項８】 請求項７に記載の回転ジャイロであっ
て、 位相の変化した第１の屈曲振動が、第３の足に貼り付け
られた圧電素子に発生させる電圧出力及び、位相の変化
した第１の屈曲振動が、第４の足に貼り付けられた圧電
素子に発生させる電圧出力を加算する加算回路を備え、
加算回路の出力を９０度移相する移相回路を備え、移相
回路の出力を２値化する２値化回路を備え、位相の変化
した第１の屈曲振動が、第３の足に貼り付けられた圧電
素子に発生させる電圧出力及び、位相の変化した第１の
屈曲振動が、第４の足に貼り付けられた圧電素子に発生
させる電圧出力を減算する減算回路を備え、減算回路の
出力を前記２値化回路の出力を用いて検出するロックイ
ンアンプを備えたことを特徴とする回転ジャイロ。 - 【請求項９】 請求項８に記載の回転ジャイロであっ
て、 第１の回転運動の軌道が、ほぼ円軌道になるように発振
回路の出力信号を調整する為の振幅位相調整回路を備え
たことを特徴とする。 - 【請求項１０】 回転速度を測定する座標系から見て、
一定の時間内に同一の一定速度に収束する回転を行わせ
る回転部を備え、回転速度を測定する座標系に回転駆動
信号と回転部の回転の位相差を検出する手段を有するこ
とを特徴とする回転ジャイロであって、 回転部は振動の節を支持した振動体の各々の振動部の各
々の重心であり、 振動体に２つの方向から加振する加振手段を備え、 １つの方向から振動を検出する検出手段を備えたことを
特徴とする回転ジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10118475A JPH11311519A (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 回転ジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10118475A JPH11311519A (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 回転ジャイロ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11311519A true JPH11311519A (ja) | 1999-11-09 |
Family
ID=14737603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10118475A Pending JPH11311519A (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 回転ジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11311519A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6437490B1 (en) * | 1997-06-13 | 2002-08-20 | Citizen Watch Co., Ltd. | Vibration gyroscope |
| JP2006047144A (ja) * | 2004-08-05 | 2006-02-16 | Denso Corp | 振動型角速度センサ |
| JP2008107271A (ja) * | 2006-10-27 | 2008-05-08 | Kyocera Kinseki Corp | 角速度センサ |
-
1998
- 1998-04-28 JP JP10118475A patent/JPH11311519A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6437490B1 (en) * | 1997-06-13 | 2002-08-20 | Citizen Watch Co., Ltd. | Vibration gyroscope |
| JP2006047144A (ja) * | 2004-08-05 | 2006-02-16 | Denso Corp | 振動型角速度センサ |
| JP2008107271A (ja) * | 2006-10-27 | 2008-05-08 | Kyocera Kinseki Corp | 角速度センサ |
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