(57)【要約】【課題】簡単な構造で質量調整やバランス調整も容易であり、極端に精度の高い加工を必要としない。【解決手段】胴部２の表裏方向に当たる板面厚さ方向と、胴部２の上下方向に当たる板面高さ方向と、胴部２の左右方向に当たる板面幅方向とを設定した場合、この板面幅方向に並列配置した中央脚４とその両側の外部脚５、６からなる３脚の振動脚３を胴部２を中心として板面高さ方向に対称に備えた計６脚の振動ジャイロ１において、外部脚５、６に板面幅方向の振動を励起する駆動電極７、８を備えると共に板面厚さ方向の振動を検出する検出電極９、１０を備え、中央脚４に板面幅方向の振動を検出する検出電極１１を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴部の表裏方向に当たる板面厚さ方向と、上記胴部の上下方向に当たる板面高さ方向と、上記胴部の左右方向に当たる板面幅方向とを設定した場合、この板面幅方向に並列配置した中央脚とその両側の外部脚からなる３脚の振動脚を上記胴部を中心として板面高さ方向に対称に備えた計６脚の振動ジャイロにおいて、
上記外部脚に上記板面幅方向の振動を励起する駆動電極を備えると共に上記板面厚さ方向の振動を検出する検出電極を備え、上記中央脚に上記板面幅方向の振動を検出する検出電極を備えたことを特徴とする２軸振動ジャイロ。
【請求項２】
上記駆動電極及び上記検出電極は、外部脚及び中央脚の基端から先端にかけて形成したことを特徴とする請求項１に記載の２軸振動ジャイロ。
【請求項３】
上記胴部重心位置に支持体を配置し、この支持体にて全体を支持したことを特徴とする請求項１ないし2に記載の２軸振動ジャイロ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、６脚を有する音叉型構造の振動ジャイロに係り、特に簡単な構造で異なる２軸周りの回転を検出することができる２軸振動ジャイロに関する。
【背景技術】
【０００２】
６脚の音叉型振動ジャイロ(以下振動ジャイロという)の一例を図８に示す。この図８では、振動ジャイロ１の胴部２を、この胴部２の表裏に当たる板面厚さ方向と、胴部２の上下に当たる板面高さ方向と、胴部２の左右に当たる板面幅方向とに分けた場合、振動ジャイロ１は、胴部２を中心として板面高さ方向に対称に３本の脚３が片持ち梁構造で胴部２に計６本植立されるように配置されている。胴部２の上及び下に位置して板面幅方向に並列配置した３本の脚３のうち、中央には中央脚４が存在し、この中央脚４の両側に駆動脚となる外部脚５、６が存在する。この構造と同様な構造は特許文献１に開示される。
【０００３】
このような構造の振動ジャイロ１を駆動して図８のｙ軸周りの回転を検出する場合、例えば胴部２の上側の外部脚５、６を板面幅方向に互いに逆位相となるように振動させ、ｙ軸周りの回転に伴って板面幅方向の振動に対して直角に働くコリオリ力により、胴部２の下側の外部脚５、６に生ずる板面厚さ方向に生ずる振動を検出することで、ｙ軸周りの回転を検出することができる。この場合、外部脚５、６を互いに逆位相に励振させるためには、圧電単結晶からなる外部脚５、６に設けた駆動電極に逆相電圧を印加することで励振し、あるいはｙ軸周りの回転を検出するには、外部脚５、６に検出電極を設けて板面厚さ方向の変位に対する電圧を取り出すことで検出する。ところが、この図８に示す振動ジャイロは、ｙ軸周りのみの回転を検出するもので、他の軸（例えばｘ軸あるいはｚ軸）周りの回転を検出することができない。
【０００４】
２軸あるいは３軸の軸周りの角速度を検出するものとしては、特許文献２がある。この特許文献２は、中央脚と外部脚からなる３脚構造の振動ジャイロであって、外部脚先端に突起部を有し板面厚さ方向と板面幅方向とが結合した振動モードが生起するように励振させ、複数軸周りの回転に伴う振動成分を検出する技術が開示される。しかし、この特許文献２では、板面厚さ方向と板面幅方向との各共振周波数を近付けるように外部脚の精度の高い加工等が必要であるが、このような微妙な加工は機械加工では難しく、エッチング加工を行う必要がある。従って、ランガサイトのように効果的なエッチング方法が確立していない材料の加工は困難である。また、振動モードは、捩りを伴うため、加工精度が不足すると振動成分を分離しにくくなり回転の検出ができないという問題も生ずる。
【特許文献１】特開２００１−２５５１５２号公報
【特許文献２】特開２００２−２１３９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数軸周りの回転を検出する場合、複雑な構造や精密な質量調整が必要となり、しかも複雑な振動モードの検出や厳密なバランス調整のために精度の高い加工が必要になる。
本発明は、上述の問題にかんがみ発明されたものであり、簡単な構造で２軸方向周りの回転が検出でき、質量調整やバランス調整も容易であり、極端に精度の高い加工を必要としない２軸振動ジャイロの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため本発明は、胴部の表裏方向に当たる板面厚さ方向と、上記胴部の上下方向に当たる板面高さ方向と、上記胴部の左右方向に当たる板面幅方向とを設定した場合、この板面幅方向に並列配置した中央脚とその両側の外部脚からなる３脚の振動脚を胴部を中心として板面高さ方向に対称に備えた計６脚の振動ジャイロにおいて、外部脚に板面幅方向の振動を励起する駆動電極を備えると共に板面厚さ方向の振動を検出する検出電極を備え、中央脚に板面幅方向の振動を検出する検出電極を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、構造は、従来技術に示すような高精度な加工が必要ないので機械加工にても形成することができ、質量調整やバランス調整もトリミングによる補正等によって容易に設定することができる６脚の極めて簡単な構造で２軸方向周りの回転が検出できる。
６脚の音叉型の振動ジャイロの構造にて、板面高さ方向の軸周りの回転を外部脚の板面厚さ方向の振動として外部脚の検出電極にて取り出すことができ、また板面厚さ方向の軸周りの回転を中央脚の板面幅方向の振動として中央脚の検出電極にて取り出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
ここで、図１〜図７を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、図８に示す部分と同一部分は、同符号を付し、必要がなければ説明を省略する。
〔実施形態〕
図１は、６脚の音叉型の振動ジャイロ１を示すもので、この図１では、Ｘカットにて切り出した水晶、ニオブ酸リチウム、あるいはランガサイト等の圧電単結晶材料からなる。この場合、圧電単結晶材料を用いることで、振動ジャイロの脚には電界と機械的変位とが相互に作用することになるが、結晶軸に対する励振のための駆動電極の配置や振動検出のための検出電極の配置は、例えばＸカットの場合とＺカットの場合とでは異なる。この実施形態ではＸカットの圧電単結晶材料につき説明する。
【０００９】
例えばＸカットのランガサイトを用いて図１のように６脚の音叉型の振動ジャイロ１を形成する。この振動ジャイロ１では、胴部２の板面厚さ方向をｘ軸方向、胴部２の板面高さ方向をｙ軸方向、胴部２の板面幅方向をｚ軸方向とし、ｚ軸方向に並列配置された３脚の片持ち梁構造の振動脚３が胴部２を中心として上下対称に計６脚植立されて振動ジャイロ１を構成する。この場合、３脚の振動脚３は、中央脚４とこの中央脚４の両側に外部脚５、６を有する。
図１に示す例では、上下計４脚の外部脚５と６の先端側には、ｚ軸方向に相互に逆方向に振動を励起する電圧が印加される短冊状の駆動電極７、８、外部脚５と６の基端側には、ｘ軸方向の振動を検出する短冊状の検出電極９、１０を有する。また、上下計２脚の中央脚４の先端側には、ｚ軸方向の振動を検出する短冊状の検出電極１１を有する。
【００１０】
図２は、図１に示す振動脚３及び各電極配置をｙ軸方向（上方向）から見た図であり、電極同士の結線状態をも図示する。図２において（ａ）は、図１に示す細い破線で囲まれた外部脚５、６の駆動電極７、８及び中央脚４の検出電極１１を示し、（ｂ）は、図１に示す太い破線で囲まれた外部脚５、６の検出電極９、１０を示す。図２（ａ）に示す駆動電極７、８及び検出電極１１は、外部脚５、６及び中央脚４のｚ軸方向に沿う左右に配置され、しかもｘ軸方向に沿う表裏２面に計４個それぞれ短冊状に形成される。そして、駆動電極７は、表面Ｓ左側と裏面Ｂ右側とが結線されて電源ＰＳの一方に接続され、表面Ｓ右側と裏面Ｂ左側とが結線されて電源ＰＳの他方に接続される。また、駆動電極８は、表面Ｓ左側と裏面Ｂ右側とが結線されて電源ＰＳの他方に接続され、表面Ｓ右側と裏面Ｂ左側とが結線されて電源ＰＳの一方に接続される。したがって、駆動電極７、８に電源ＰＳより電圧が印加されると、駆動電極７と８との間では矢印にて示すように表裏両面の右側電極と左側電極とにより形成される電界の方向が逆になり、外部脚５と外部脚６とで矢印の電界の発生に伴うｚ方向に沿い逆の機械的変位が発生する。
【００１１】
更に、中央脚４の検出電極１１においても、表面Ｓ左側と裏面Ｂ右側とが結線されて一方の出力端子に接続され、表面Ｓ右側と裏面Ｂ左側とが結線されて他方の出力端子に接続される。そして、この中央脚４では、ｚ方向に沿う機械的変位が検出され得る。
図２（ｂ）に外部脚５、６の基端側の形成された短冊状の検出電極９、１０を示す。そして、外部脚５の左右２面の検出電極９と外部脚６の表裏２面の検出電極１０とが一方の出力端子に接続され、外部脚５の表裏２面の検出電極９と外部脚６の左右２面の検出電極１０とが他方の出力端子に接続される。この電極の結線によって、矢印の電界の発生に伴うｘ軸方向に沿う機械的変位が検出され得る。
【００１２】
上記図１、図２にて示す構造と結線を有する振動ジャイロ１に電源ＰＳによる外部脚５、６の駆動電極７、８への交番電圧の印加によって外部脚５、６には、ｚ軸方向に振動が励起される。この場合、外部脚５と６とは、互いに逆位相にて励振される。この様子を図３に示す。
図３のように励振されている振動ジャイロに図１に示すようにｙ軸方向周りの回転ωＲが生じた場合、図４（ａ）に示すｚ軸方向に振動されている外部脚５、６にコリオリ力により図４（ｂ）（ｃ）に示すようなｘ軸方向の力が働き、ｚ軸方向の振動にｘ軸方向の振動が結合した新たな振動が生ずる。以上のように回転ωＲに相当するコリオリ力による振動は、図２（ｂ）に示す外部脚５、６の検出電極９、１０によりｘ軸方向の振動として検出される。
【００１３】
更に、図３のように励振されている振動ジャイロに図１に示すようにｘ軸方向周りの回転ωＨが生じた場合、図５（ａ）に示すｚ軸方向に振動されている外部脚５、６にコリオリ力が働き外部脚５、６に図５（ｂ）に示すような軸方向の力が働き、胴部２を回動させる力となり、その反力として中央脚４をｚ軸方向に振動させる。以上のように回転ωＨに相当するコリオリ力による振動は、図２（ａ）に示す中央脚４の検出電極１１によりｚ軸方向の振動として検出される。
このようにして、６脚の音叉型のジャイロを構成し、振動脚３のうち外部脚５、６に駆動電極７、８及び検出電極９、１０を形成し、中央脚４に検出電極１１を形成することで、ｙ軸方向周りの回転ωＲ及びｘ軸方向周りの回転ωＨの２軸方向周りの回転を検出することができる。この場合、振動ジャイロは圧電単結晶材料を用いてＸカット（あるいはＺカット）にて切り出して６脚音叉型の構成としたことにより、従来同様簡単な構成であり、また中央脚に対して外部脚の電極数が同じになるなどバランスが取りやすく加工誤差による精度の低下や極端に精度の高い加工を必要としない、またトリミングによる質量補正も容易となる。
【００１４】
図６は、本実施形態の振動ジャイロ１を支持する構造を示す。この振動ジャイロ１は、６脚のバランスの取れた構造を有する。この６脚のバランス構造としたのは、この振動ジャイロ１の環境が振動脚３の外乱となるような場合、その外乱の影響を受け難い構造となるためである。例えば、振動ジャイロ１が車両の振動下にあるとき、その振動が振動ジャイロ１に作用しても、振動脚３が対称構造でバランスしているので、振動脚３の回転検出にとりたとえば車両の振動が外乱による変動要因とはならない。そして、この振動ジャイロ１のバランス構造を得るために、図６に示すように振動ジャイロ１の支持体１２を振動ジャイロ１あるいは胴部２の重心に位置させることでバランスが保たれる。図６（ａ）は、胴部２に対する支持体１２の位置を示し、図６（ｂ）は、基板（デュアルインラインのピンを有する既存の基板を図示する）１３に支持体１２を介して振動ジャイロ１を取り付ける場合の分解斜視を示す。
【００１５】
図１での駆動電極７、８及び検出電極９、１０、１１は、振動脚３の先端側あるいは基端側に分けて形成したのであるが、振動脚３を振動させる機械的変位は、振動脚３の軸方向中央に現れる可能性が高いことを考慮するとき、図７に示すような電極構造でも良いと考える。図７は、外部脚５、６のｘ軸方向表裏２面に駆動電極７、８を形成すると共に駆動電極７、８間に検出電極９、１０を形成し、また外部脚５、６のｚ軸方向の左右２面に検出電極９、１０を形成した構造を示す。また、図７は、中央脚４のｘ軸方向表裏２面に検出電極１１を形成した構造を示す。この図７では、振動脚３の基端から先端にかけて軸方向中央部分に電極が形成されている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態を示す構造図である。
【図２】電極配置と結線を示す構造図である。
【図３】基本駆動振動状態の説明図である。
【図４】ｙ軸周りの回転による振動状態の説明図である。
【図５】ｘ軸周りの回転による振動状態の説明図である。
【図６】振動ジャイロの支持構造の説明図である。
【図７】電極配置の他の例を示す構造図である。
【図８】従来の振動ジャイロの説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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