JPS6238313A - ジャイロ装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は音叉を用いたジャイロ装置（角速度検出装置）
に関する。

〔従来の技術〕

従来の音叉型ジャイロ装置の一例を第４図に示す、この
第４図に示すジャイロ装置では、音叉（１１を、撓み軸
（３）を介して基台（２）に取付ける。音叉（１）の上
端に近い位置に、変位検出器（６）及び駆動コイル（４
）を取付け、変位検出器（６）の出力を、駆動増幅器（
５）を通して駆動コイル（４）に入力し、音叉（１）の
振動振幅を一定に保持してる。音叉（１）の撓み軸（３
）の軸、即ち、入力軸又は音叉軸（Ｚ　−Ｚ）のまわり
に、角速度Ωが入力されると、音叉（１）の振動速度ｖ
１人力角速度Ωに対応したコリオリの力Ｆｃが発生し、
これにより、音叉（１）全体が軸（Ｚ−Ｚ）のまわりに
交番的に回転する。即ち、捩り振動が、音叉（１）に発
生する。

第４図に示す従来例では、音叉（１）のこの捩り振動を
、その基部に設けた捩り検出器（８）で検出し、この検
出出力と駆動増幅器（５）の出力とを、デモシュレータ
（７）で同期整流することにより、入力角速度Ωを検出
して、ジャイロ装置を構成している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、かかる従来の振動型ジャイロ装置にあっ
ては、重量の大きい音叉（１１を片持ち的に支持する構
造の為、撓み軸（３）の負荷容量を大きくとる必要があ
り、この部分が大型化すること、入力角速度Ωに対応し
たコリオリの力Ｆｃを、大きな慣性モーメントを有する
音叉（１）の回転角として取り出す方式の為、入力角速
度Ωに対する感度が悪く、これを増大しようとすると、
装置全体が大型化してしまうこと、撓み軸（３）と捩り
検出器（８）とが別々の部材から構成されている為、構
造が複雑であり、且つ検出感度が低いこと等の問題点が
あった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、音叉と該音叉に生ずるコリオリの力によるモ
ーメントを検出する検出部とを有するジャイロ装置に於
て、上記検出部を短冊状のヒンジ部と、該短冊状のヒン
ジ部の両端が固定される基部と、上記短冊状のヒンジ部
の上下に夫々互に離間して固定した一対の検出用の圧電
素子とより形成し、上記音叉を、上記短冊状のヒンジ部
の中央の上記一対の検出用の圧電素子の間に、その音叉
軸が上記短冊状のヒンジ部の長手方向及びその短冊面の
両者に直交する軸線方向と略々平行となると共に、その
質量中心が上記短冊状ヒンジ部の中心に一致するように
固定されたジャイロ装置により従来の問題点を解決した
ものである。

〔作用〕

音叉を、その重心位置において短冊状ヒンジの中央部と
連結すると共に、短冊状ヒンジの上記音叉との連結部の
上下に検出用の圧電素子を取付ることにより、音叉軸ま
わりの角速度によって音叉に生じたコリオリカによるモ
ーメントを上記検出用の圧電素子の電圧として検出する
。この電圧を音叉の駆動電圧と同期整流することにより
、角速度検出装置、即ちジャイロ装置となす。

〔実施例〕

第１図は本発明によるジャイロ装置の一例の一部を除く
斜視図である。尚、同図において、第４図と同一符号は
互に同一素子を示すものとし、それ等の詳細説明はこれ
を省略する。

第１図の本発明の実施例に於ては、音叉（１１を、大な
る質量を有する振動質量部（１−１）　、　　（１−１
’）と、これ等の夫々に連結した撓み部（１−２）。

（１−２）と、両撓み部（１−２）　、　　（１−２）
の各遊端を連結する基部（１−３）と、この基部（１−
３）より両撓み部（１−２’）　、　　（１−２）間の
空隙内を両者に非接触で伸びる連結部（１−４）とより
構成する。

尚、（３０）はヒンジで、このヒンジ（３０）は、中央
の連結部（３０−２）と、それから上下に伸延する短冊
状のヒンジ部（３０−１）　　（３０−３）と、該２個
のヒンジ部（３０−１）　、　　（３０−３）の遊端を
一体的に連結、結合する基部又は円環部（３Ｏ−４）と
から構成される。ヒンジ（３０）は全体として一枚の板
からワイヤカット等の方法で製作することが望ましい。

ヒンジ部（３０−１）　、　　（３０−３）には、音叉
（１）の入力軸（Ｚ　−Ｚ）まわりに入力する角速度Ω
による音叉（１）、従って、ヒンジ（３０）に生ずる撓
みを検出するための圧電素子（３１−１）　、　　（３
１−２）が夫々固定される。又、ヒンジ（３０）の連結
部（３０−２）は、音叉（１）の連結部（１−４）のコ
字状凹部（１−４ａ）に嵌合している。

又、ヒンジ（３０）の基部、即ち円環部（３Ｏ−４）の
両開口端に、一端が閉じている略々同形状、且つ同寸法
の筒状体（４１−１）　、　　（４１−２）の開口部を
夫々気密に固定する。この場合、円環部（３Ｏ−４）、
筒状体（４１−１）　、　　（４１−２）の軸は、夫々
音叉軸或いは入力軸（Ｚ−Ｚ）に一致するようになされ
ている。筒状体（４１−１）　、　　（４１−２）の夫
々の閉端（４１−１ａ　）　、　　（４１−２ａ　）を
、円筒状の弾性部材（４２−１）　、　　（４２−２）
を介し、下端部が夫々取付基台（４４）に固定されてい
るＬ字型金具（４３−１）　。

（４３−２）の上端部に固定する。尚、上記構成におい
て、音叉（１）の重心が、ヒンジ（３０）の両ヒンジ部
（３０−１）　、　　（３０−３）　（７）中心、即ち
連結部（３０−２）の中心に一致するように、音叉（１
）の各部は設計されていることは勿論である。

第２図は第１図に示した本発明の実施例の原理を説明す
るための説明図で、その主要部を第１図の軸（Ｚ　−Ｚ
）方向から見たものである。同図に示す如く、このジャ
イロ装置に、角速度Ωが軸ＣＺ−Ｚ’）まわりに加わる
と、それに対応したコリオリの力Ｆｃが、再振動質量部
（１−１）　、　　（１−１）に互に平行且つ反対向に
発生し、これによるトルクが、ヒンジ（３０）の連結部
（３０−２）を介してヒンジ部（３０−１）　、　　（
３０−３）に、同図に示す如（、Ｓ字状の曲げ変形を生
ぜしめる。この場合、圧電素子（３１−１）　、　　（
３１−２）は、その分極方向が同図で＋、−で示したよ
うに、互いに逆方向になるように、夫々ヒンジ部（３０
−１）　、　　（３０−３）に固定されているので、両
圧電素子（３１−１）　、　　（３１−２）を短絡して
一つの出力（４５）とし、これを電圧源（５ａ）よりの
電圧と共にデモシュレータ（７）で同期整流することに
より、入力角速度Ωを検出し、従ってジャイロ装置を得
ることが出来る。

尚、図示せずも、入力軸（Ｚ−Ｚ）と直角な軸（Ｙ　−
Ｙ）方向に加速度が作用した場合には、圧電素子（３１
−１）と（３１−２）とに誘起される電圧は互に逆符号
となり、これ等より出力はでない。

又、温度による影響を避けるために、音叉（１）及びヒ
ンジ（３０）を熱恒弾性材で作ることが望ましい。

更に、検出感度を上げるためには、音叉（１）の共振周
波数と、音叉（１）の入力軸＜２−２＞まわりの慣性能
率と、ヒンジ部（３０−１）　、　　（３０−３）の入
力軸（Ｚ−Ｚ）まわりのトルクバネ定数及び円環部（３
０−４）　、筒状体（４１−１）　、　　（４１−２）
の入力軸＜２−２＞まわりの慣性能率で決定される入力
軸（Ｚ−Ｚ）まわりの自由角共振周波数とを略々等しい
値に選定することが望ましい。尚、第１図の本発明の例
では、第４図の従来例の駆動コイル（４）。

（４）の代りに、駆動用の圧電素子（４ａ）　、　　（
４ａ）を音叉（１）の基部（１−３）の両側及び各撓み
部（１−２）。

（１−２）の結合部に亘り固定し、これ等圧電素子（４
ａ）　、　　（４ａ）を、電圧源（５ａ）の電圧により
駆動すると共に、この電圧及び圧電素子（３１−１）　
。

（３１−２）よりの出力電圧を、デモシュレータ（７）
により同期整流することにより、ジャイロ装置となす。

第３図は本発明の他の実施例の主要部の一部を除いた斜
視図である。この第３図の例と第１図の例の主たる相違
は、第３図の例に於ては、２個の音叉を用いた点に在る
。Ｉｐち、同一の音叉（１）、　（１）の夫々の基部（
１−３）　、　　（１−３）にコ字状凹部を設け、ヒン
ジ（３０）の連結部（３０−２）をこれ等の凹部に嵌合
し、両音叉（１）、（１）をヒンジ（３ｏ）に固定する
。この場合、第３図に示す如（、各音叉（ｌ）。

（１１は、その音叉軸が夫々入力軸＜２−２＞に一致し
、入力軸（Ｚ　−Ｚ）及びこの入力軸ＣＺ−Ｚ）に直角
な軸（Ｙ−Ｙ）に関し、夫々対称となる如く配設されて
いる。その他の構成は、図示せずも、第１図の例と同様
であり、その動作も略々同一であるので、それ等の説明
は省略する。

〔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。従
来例における撓み軸（３）及び捩り検出器（８）を、構
造簡単なヒンジ部（３０−１）　、　　（３０−３）及
び検出用の圧電素子（３１−１）　、　　（３１−２）
で実現すると共に、音叉（１）を、その音叉軸＜２−２
＞方向の重心において、ヒンジ（３０）の連続部（３０
−２）により支持している構造のため、従来例の片持支
持と異り、全体を小型化出来ると共に、検出用の圧電素
子（３１−１）　、　　（３１−２）の強度を低く抑え
ることができ、検出感度を大きくすることができる。

更に、本発明に於ては、音叉（１）を上下対称の２枚の
ヒンジ部（３Ｇ−１）　、　　（３０−３）の中央部の
連結部（３０−２）において支持すると共に、それぞれ
のヒンジ部（３０−１）　、　　（３０−３）に検出用
圧電素子（３１−１）　、　　（３１−２）を取付け、
且つこれ等の出力を差動的に取り出す構造としたことに
より、特にヒンジ（３０）の面と直交する方向、即ち、
軸（Ｙ　−Ｙ）方向の加速度の影響をなくすことが出来
る。

更に、ヒンジ部（３０−１）　、　　（３０−３）　、
連結部（３０−２）　、円環部（３０−４）からなるヒ
ンジ（３ｏ）を、ワイヤカット等の方法番こより一体構
造となすと共に、連結部（３０−２）において、同様に
ワイヤカット等の方法により一体的に製作した音叉（１
１と連結固定した構造としたことにより、連結部を必要
最小限とすることができ、ジャイロとしての性能を向上
させると共に、簡単且つ安価に製作することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のジャイロ装置の一実施例の一部を除い
た斜視図、第２図はその原理説明に供する路線図、第３
図は本発明の他の実施例の要部の斜視図、第４図は従来
のジャイロ装置の斜視図である。 図に於て、（１１は音叉、（３０）はヒンジ、（３０−
１）　。 （３Ｏ−３）はヒンジ部、（３Ｏ−２）は連結部、（３
Ｏ−４）は円環部、（３１−１）　、　　（３１−２）
は検出用の圧電素子、（４１−１）　、　　（４１−２
）は筒状体、（４ａ）は駆動用の圧電素子、（５ａ）は
電圧源、（７）はデモシュレータ、（４４）は基台を夫
々示す。 従」１伊１つ４Ｆ＋俣阻 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 音叉と該音叉に生ずるコリオリの力によるモーメントを
   検出する検出部とを有するジャイロ装置に於て、上記検
   出部を短冊状のヒンジ部と、該短冊状のヒンジ部の両端
   が固定される基部と、上記短冊状のヒンジ部の上下に夫
   々互に離間して固定した一対の検出用の圧電素子とより
   形成し、上記音叉を、上記短冊状のヒンジ部の中央の上
   記一対の検出用の圧電素子の間に、その音叉軸が上記短
   冊状のヒンジ部の長手方向及びその短冊面の両者に直交
   する軸線方向と略々平行となると共に、その質量中心が
   上記短冊状ヒンジ部の中心に一致するように固定したこ
   とを特徴とするジャイロ装置。