JPS60185110A - ジヤイロ装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明はジャイロ装置、特に音叉を用いたジャイロ装置
に関する。

背景技術とその問題点 本発明の説明に先立って、本願出願人が先に提案した特
願昭５８−４５２３４号のジャイロ装置Ｗの概略を、第
１及び第２図を参照して説明する。このシャイ口装置は
、その斜視図である第１図に示す如く、平板状の基台（
２）Ｊ−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を検出するだめの薄板状
の検出用圧電素子（３０）を取イマ１ける。尚、この際
、必要に応じ゛乙取付部（３０’）を用いζもよい。音
叉＋１１を、一対の大なる質量を有する振動質量部（１
−ＩＬ、（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」二面に、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ｌｉｔ、１１　（１−
４ｂ）が両撓め部（１−２）。

（１−２）と略々平行に伸びる如くなすと共に、基１１
（（１−３＞　の−ト血にカウンターウェイト部（１−
５）を取り付ける。

−上述の如く構成した音叉（１１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、凸゛
叉（１）の両撓み部（１−２）　、（１−２）間の隙間
＋ｇｌに、薄板状の圧電素子（３０）の中方向ＣＢ＞が
延在する如く、圧電素子（３ｏ）の上端に、Ｌ字状取付
部（１−４）の脚（１−４ｂ）を固定する。が（すれば
、第１図の側面図である第２図に不ず如く、音叉ｆｌ＋
は、その振動面（音叉面）が、水平に配置された基台（
２）の根面と略々平行、即ら圧電素子（３ｏ）の長手方
向の中心軸（Ｘ−Ｘ　）と直交する如く、圧電素子（３
０）に取イ」けられる。尚、この場合、ト；す撓み部（
１−２）　、、（１−２，）間の隙間＋ｆｆｌは、圧電
素子（３０）が振動し、音叉（１）の振動面が（す１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Ｃ
いると共に、音叉ｔｘｔの振動質量部（１−１＞　、（
１−１＞及びカウンターウェイト部（１−５）’、等が
、基台（２）の上面に接触しないように、圧電素子（３
０）の基台＋２１　ｊ二の商さは設定されＣいる。

尚、第１図に於て、＋４１．　（４１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乙これ
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＋１１の振動質量部（１−１＞　、（ＩＬＬ　
＞に、速度Ｖなる交番振動を励苅させる。

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、デモシ
ュレーク（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ｆ１＋の音叉軸＜２−２＞
まわりに人力される角速度Ωに比例した電圧が、このデ
モシュレーク（７）より出力され、ジャイロ装置が構成
される。

しかしながら上述のジャイロ装置におい°Ｃは、次の如
き欠点がある。即ち、 ■）ジャイロ装置は、角速度が測定されるべき運動体に
、基台（２）におい゛ζ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って、音
叉軸（Ｚ−Ｚ　）まわりの音叉＋１１、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′７ス的な誤差が発生する。

２）運動体の撮動が基台（２）を介して直接音叉＋１１
、検出用圧電素子（３０）からなる振動糸に伝達され、
出力誤差が生ずる。

３）−１−記運動体の振動の影響を避けようとしζ、基
台（２）をゴム等の可撓性物質を介し°Ｃｉｌ！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＜２−２＞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ごとになり、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ャイロ装置を提供
せんとするものである。

発明の概要 本発明のジャイロ装置に於ては、基台と、該基台の面と
長平方向が直角になるよう一端を上記基台にとりつけた
検出用圧電素子と、上記基台の血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、該音叉の基部にその一脚が上記基台の面と
平行且つ上記音叉の振動質量部の方向に廷長する如く取
イ」けたＬ字状取付部とよりなり、該り字状取付部の一
脚に上記検出用圧電素子の他端を取付け、−に記音叉等
の重心を上記検出用圧電素子の長手方向の略々中心に位
置させたジャイロ装置において、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
うになしたことに特徴がある。

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、１
．１−に同一素子を示すものとし、それ等のＡ’Ｆ細説
明は、これを省略する。

第３図に示す本発明の例に於゛ζは、カウンターウェイ
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（３０’）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。

彷で、本発明のこの例に於ては、第１及び第２図にツバ
ずと同様の音叉（１）を保持する検出用圧電素子（３０
）の°上端を、支持環（４０）の内側にその反軸＜　＜
２−２　＞軸に一致）に沿って固定する。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ｆｆ１ｌを、
夫々気密に固定し、その内部に、圧電素子（３０）を含
む音叉（１１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ず。筒状体（４１）　。

（４１’）のそれぞれの閉端を、円柱状の弾性部材（４
２）　、（４２’）を介し、士端部が夫々取付基台（４
４）に固定されている２１１Ｍ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）にハーメチッ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＋１１の圧電素子（３０）等が、交
流信号源（５）、デモシュレータ（７）等に接続される
。

尚、」二記構成において、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（
４１）　、（４１’）よりなる支持部の重心が音叉（１
１の重心Ｇと一致する如く、各支持部材は設計され尚、
温度変化による誤差の発生を防止するには、音叉＋ｌｌ
、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。

ご＼で、音叉（１）の振動数ｆ、と、（Ｚ−Ｚ　）軸ま
わりの音叉系及び検出用圧電素子（３ｏ）のトルクバネ
定数で定まる（Ｚ−Ｚ　）軸まわりの共振振動数ｆＯと
は、ジャ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Ｃは、取付部（３０’）、支持環（４ｏ）
、筒状体（４１）　、（４１’）からなる支持部（Ｄ（
Ｚ−Ｚ）軸まわりの慣性モーメントをＩｓｓ音叉系の（
Ｚ−’Ｚ）軸まわりの慣性モーメントをＩド、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とずれば、」−記（Ｚ−Ｚ　’）軸まわりの共振振
動数ｒｏは と書くことができる。

よって、本発明においては が共振条件となる。

上述した本発り■によるジャイ１：Ｊ装置の作用は、第
１及び第２図の例とＩＩＩ／）々同一である。

発明の効果 本発明によるジャ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’）
からなる支持部の重心と、音叉（１）の重心とを一致さ
−Ｕると共に、」二記支持部を弾性ａ１≦材（４２）　
、（４２’）及びＬ字型金具（４３）　、（４３’）等
により、−り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イ」部の
ＩｂＧ動や剛性等の影響のないジャイロ装置を得ること
が出来る。

２、上記支持部以内を重心のまわりに対称に支持するこ
とにより、加速度の影響を受番ノるごとかない。

３、」二記音叉（１）と支持部との（Ｚ−Ｚ　）軸まゎ
りの慣性モーメントをＩｐ＋Ｉｓ、検出用圧電素子（３
０）の入力軸まわりのトルクバネ定数をＫとめられる（
Ｚ−Ｚ　）軸まわりの共振振動数と音叉（１）の振動数
ｒＦとを略々等しい値に選定することにより、ジャイロ
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、誤差が発生ずるのを
防止し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は先に提案した特願昭５８−４５２３４号のジャ
イロ装置の斜視図、第２図はその側面図、第３１３！１
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）は撓め部、（１−３）は基部、（ｉ−４）はＬ
字状取付部、（１−５）はカウンターウェイト部、（４
）は駆動用田電素子、（５）は交流信号源、（７）はデ
モシュレータ、（３０）は検出用圧電素子、（３０’）
は取付部、（ｇ）ば隙間、（４０）は支持環、（４＋１
−１）は端子、（４１）　、（４１’）は筒状体、（４
２）　、（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)

1. 【特許請求の範囲】 １、基台と、該基台の面と長平方向が直角になるよう一
   端を上記基台にとりつけた検出用圧電素子と、上記基台
   の面と平行な振動面を有し音叉軸が」二記検出用圧電素
   子の面と平行となるよう配置した音叉と、該音叉の基部
   にその一脚が上記基台の面と平行且つ上記音叉の振動質
   量部の方向に延長する如く取付＆ＪたＬ字状取付部とよ
   りなり、該り字状取付部の一脚に上記検出用圧ｍ赤子の
   他端を取付け、上記音叉等の重心を上記検出用圧電素子
   の長手方向の略々中心に位置させたジャイロ装置におい
   て、上記基台の重心を略々上記音叉の重心と一致させる
   と共に上記基台を十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
   ジャイロ装置。 ２、−１−記特許請求の範囲第１項記載のジャイロ装置
   に於て、上記基台を十記音叉軸を中心とする円環状の支
   持環と、その軸方向両側におい′ζ開口部を上記支持環
   の両開口に固定した筒状体とより構成したことを特徴と
   する。 ３、上記特許請求の範囲第１項記載のジャイロ装置にお
   いて、上記音叉軸まわりの音叉の慣性モーメントをＩＰ
   、上記基台の慣４（１°モーメントをＩ　ｓ−、上記検
   出用圧電素子の」二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。