JP2003185438A - 回転振動ジャイロの駆動方法及び振動子構造 - Google Patents
回転振動ジャイロの駆動方法及び振動子構造Info
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- JP2003185438A JP2003185438A JP2001382861A JP2001382861A JP2003185438A JP 2003185438 A JP2003185438 A JP 2003185438A JP 2001382861 A JP2001382861 A JP 2001382861A JP 2001382861 A JP2001382861 A JP 2001382861A JP 2003185438 A JP2003185438 A JP 2003185438A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、互いに異なる磁界中に置かれた振
動子に極性を切換えつつ電流を供給することにより、振
動子を電磁的に往復回動させつつ振動させることを目的
とする。 【解決手段】 本発明による回転振動ジャイロの駆動方
法及び振動子構造は、ケーシング(1)の両側に互いに異
なる磁界(5)を発生させ、この磁界(5)中に振動子(4)を
設け、この振動子(4)の両面に設けた十字状導通体(13)
及び接続用導通片(20)に極性を切換えつつ電流を供給す
ることによって振動子(4)を左右往復回動させて振動さ
せる構成である。
動子に極性を切換えつつ電流を供給することにより、振
動子を電磁的に往復回動させつつ振動させることを目的
とする。 【解決手段】 本発明による回転振動ジャイロの駆動方
法及び振動子構造は、ケーシング(1)の両側に互いに異
なる磁界(5)を発生させ、この磁界(5)中に振動子(4)を
設け、この振動子(4)の両面に設けた十字状導通体(13)
及び接続用導通片(20)に極性を切換えつつ電流を供給す
ることによって振動子(4)を左右往復回動させて振動さ
せる構成である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転振動ジャイロ
の駆動方法及び振動子構造に関し、特に、磁界中の振動
子に供給する電流の向きを所要速度で切換えることによ
り振動子を往復回動させて振動させ、振動子とケーシン
グとの間隙を従来の静電式構造よりも大きくし、製作を
容易化するための新規な改良に関する。
の駆動方法及び振動子構造に関し、特に、磁界中の振動
子に供給する電流の向きを所要速度で切換えることによ
り振動子を往復回動させて振動させ、振動子とケーシン
グとの間隙を従来の静電式構造よりも大きくし、製作を
容易化するための新規な改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、用いられていた振動体に角速度が
印加された時に、振動体に発生するコリオリの力を利用
して角速度を計測する振動ジャイロとしては、音叉型振
動子、片持ち梁型振動子の往復直線振動を用いる構成、
リング型振動子の伸縮振動を用いる構成、円板等の薄板
の回転振動を用いる構成があり、これらの駆動に用いる
力の発生方法としては、静電力を用いる構成、ピエゾ素
子の圧電現象を用いる構成、電磁力を用いる構成が周知
であり、回転振動の励起方法としては静電力によるもの
が一般的である。
印加された時に、振動体に発生するコリオリの力を利用
して角速度を計測する振動ジャイロとしては、音叉型振
動子、片持ち梁型振動子の往復直線振動を用いる構成、
リング型振動子の伸縮振動を用いる構成、円板等の薄板
の回転振動を用いる構成があり、これらの駆動に用いる
力の発生方法としては、静電力を用いる構成、ピエゾ素
子の圧電現象を用いる構成、電磁力を用いる構成が周知
であり、回転振動の励起方法としては静電力によるもの
が一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の振動ジャイロ
は、以上のように構成されていたため、次のような課題
が存在していた。すなわち、静電力を利用して駆動する
場合には、振動子とそれを挟む電極間の隙間を極めて微
小（数ミクロンオーダー）とする必要があるため、その
製作には極めて高精度が要求され、大量生産には大きい
障害となっていた。
は、以上のように構成されていたため、次のような課題
が存在していた。すなわち、静電力を利用して駆動する
場合には、振動子とそれを挟む電極間の隙間を極めて微
小（数ミクロンオーダー）とする必要があるため、その
製作には極めて高精度が要求され、大量生産には大きい
障害となっていた。
【０００４】本発明は、以上のような課題を解決するた
めになされたもので、特に、磁界中の振動子に供給する
電流の向きを所要速度で切換えることにより振動子を往
復回動させて振動させ、振動子とケーシングとの間隙を
従来の静電式構造よりも大きくし、製作を容易化するよ
うにした回転振動ジャイロの駆動方法及び振動子構造を
提供することを目的とする。
めになされたもので、特に、磁界中の振動子に供給する
電流の向きを所要速度で切換えることにより振動子を往
復回動させて振動させ、振動子とケーシングとの間隙を
従来の静電式構造よりも大きくし、製作を容易化するよ
うにした回転振動ジャイロの駆動方法及び振動子構造を
提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明による回転振動ジ
ャイロの駆動方法は、ケーシング内に固定して設けられ
た固定軸と、前記固定軸の外周に設けられた輪状円板
と、前記輪状円板に形成され前記固定軸と導通すると共
に前記固定軸を交点とする十字状の十字状導通体と、前
記十字状導通体の互いに対向する一対の端部間に形成さ
れた接続用導通片と、前記ケーシングの外面に前記固定
軸を中心として互いに対向する位置となるように設けら
れ前記輪状円板を通過する磁界の方向が逆となるような
磁界を発生する一対の磁界発生部と、前記固定軸の両端
に接続され前記両端に供給する電流の極性を所要の速度
で切換えることができる電流源とを備え、前記電流源か
らの極性を切換えることにより、前記十字状導通体及び
接続用導通片を流れる電流の向きが前記極性の切換えと
同期して切換わり、前記輪状円板が前記極性の切換えと
同期して回転方向を切換えることにより前記輪状円板が
往復回動して振動する方法であり、また、本発明による
振動子構造は、固定軸の外周に設けられた輪状円板と、
前記輪状円板に形成され前記固定軸と導通すると共に前
記固定軸を交点とする十字状の十字状導通体と、前記十
字状導通体の互いに対向する一対の端部間に形成された
接続用導通片とを備え、前記輪状円板は前記固定軸に対
して前記十字状導通体のみで接続されている構成であ
る。
ャイロの駆動方法は、ケーシング内に固定して設けられ
た固定軸と、前記固定軸の外周に設けられた輪状円板
と、前記輪状円板に形成され前記固定軸と導通すると共
に前記固定軸を交点とする十字状の十字状導通体と、前
記十字状導通体の互いに対向する一対の端部間に形成さ
れた接続用導通片と、前記ケーシングの外面に前記固定
軸を中心として互いに対向する位置となるように設けら
れ前記輪状円板を通過する磁界の方向が逆となるような
磁界を発生する一対の磁界発生部と、前記固定軸の両端
に接続され前記両端に供給する電流の極性を所要の速度
で切換えることができる電流源とを備え、前記電流源か
らの極性を切換えることにより、前記十字状導通体及び
接続用導通片を流れる電流の向きが前記極性の切換えと
同期して切換わり、前記輪状円板が前記極性の切換えと
同期して回転方向を切換えることにより前記輪状円板が
往復回動して振動する方法であり、また、本発明による
振動子構造は、固定軸の外周に設けられた輪状円板と、
前記輪状円板に形成され前記固定軸と導通すると共に前
記固定軸を交点とする十字状の十字状導通体と、前記十
字状導通体の互いに対向する一対の端部間に形成された
接続用導通片とを備え、前記輪状円板は前記固定軸に対
して前記十字状導通体のみで接続されている構成であ
る。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明による回
転振動ジャイロの駆動方法及び振動子構造の好適な実施
の形態について説明する。図１において符号１で示され
るものは全体形状が箱形をなすケーシングであり、この
ケーシング１の外面である上面１ａと下面１ｂには、互
いに離間した状態で第１、第２磁界発生部２、３が設け
られている。
転振動ジャイロの駆動方法及び振動子構造の好適な実施
の形態について説明する。図１において符号１で示され
るものは全体形状が箱形をなすケーシングであり、この
ケーシング１の外面である上面１ａと下面１ｂには、互
いに離間した状態で第１、第２磁界発生部２、３が設け
られている。
【０００７】前記各磁界発生２、３は、マグネット（電
磁マグネットも可）よりなり、ケーシング１の上面１ａ
と下面１ｂに発生する磁極が互いに異なるように構成さ
れ、このケーシング１内の振動子４を通過する磁界５の
方向が互いに逆となるように構成されている。
磁マグネットも可）よりなり、ケーシング１の上面１ａ
と下面１ｂに発生する磁極が互いに異なるように構成さ
れ、このケーシング１内の振動子４を通過する磁界５の
方向が互いに逆となるように構成されている。
【０００８】前記振動子４は、前記ケーシング１内の中
央に配設された固定軸６（この固定軸６は導体の場合、
表面に導体を付着させた不導体の場合、半導体の場合が
ある）にこの固定軸６を中心として後述のばねである十
字状導通体１３を介して弾性的に支持され、この固定軸
６を中心として振動子４がこの十字状導通体１３のばね
部１３ｃを介して正逆往復回動するように構成されてい
る。すなわち、この十字状導通体１３は、図１及び図２
で示す円形空隙１２に対応した部分のばね部１３ｃが輪
状円板１１に接合している状態であると共にばね性を有
するように構成されている。前記固定軸６の上下両端に
は、その出力される電流の極性を所要の速度（すなわ
ち、振動子４の構造によって決まる共振周波数で振動を
励起する）で切換えができるように構成された電流源１
０が接続されている。
央に配設された固定軸６（この固定軸６は導体の場合、
表面に導体を付着させた不導体の場合、半導体の場合が
ある）にこの固定軸６を中心として後述のばねである十
字状導通体１３を介して弾性的に支持され、この固定軸
６を中心として振動子４がこの十字状導通体１３のばね
部１３ｃを介して正逆往復回動するように構成されてい
る。すなわち、この十字状導通体１３は、図１及び図２
で示す円形空隙１２に対応した部分のばね部１３ｃが輪
状円板１１に接合している状態であると共にばね性を有
するように構成されている。前記固定軸６の上下両端に
は、その出力される電流の極性を所要の速度（すなわ
ち、振動子４の構造によって決まる共振周波数で振動を
励起する）で切換えができるように構成された電流源１
０が接続されている。
【０００９】前記振動子４は、具体的には、図２で示さ
れるように構成されている。すなわち、前記振動子４を
構成する輪状円板１１が固定軸６の外周に位置し、この
輪状円板１１の中央に位置する円形空隙１２の中心に前
記固定軸６が位置している。
れるように構成されている。すなわち、前記振動子４を
構成する輪状円板１１が固定軸６の外周に位置し、この
輪状円板１１の中央に位置する円形空隙１２の中心に前
記固定軸６が位置している。
【００１０】前記輪状円板１１の両面には、蒸着エッチ
ング等により形成された金属よりなる十字状をなす十字
状導通体１３が形成され、この十字状導通体１３の交点
１４は前記固定軸６に溶接又はわずか半田等によって接
続され、前記円形空隙１２部分はこの一対の弾性体から
なる十字状導通体１３のばね部１３ｃのみが存在し、前
記輪状円板１１は前記固定軸６に対して前記ばね部１３
ｃのみによって往復回転（すなわち回動振動及び傾斜等
の変形が可能となるように構成されている。
ング等により形成された金属よりなる十字状をなす十字
状導通体１３が形成され、この十字状導通体１３の交点
１４は前記固定軸６に溶接又はわずか半田等によって接
続され、前記円形空隙１２部分はこの一対の弾性体から
なる十字状導通体１３のばね部１３ｃのみが存在し、前
記輪状円板１１は前記固定軸６に対して前記ばね部１３
ｃのみによって往復回転（すなわち回動振動及び傾斜等
の変形が可能となるように構成されている。
【００１１】前記各十字状導通体１３の互いに対向する
一対の端部１３ａ、１３ｂ間には、輪状円板１１の外周
に沿う円弧状（直線状も可）の接続用導通片２０が電気
的に導通して接続され（尚、輪状円板１１の両面とも同
様に形成されている）、固定軸６の位置すなわち交点１
４を中心としてほぼ８字形に形成されている。
一対の端部１３ａ、１３ｂ間には、輪状円板１１の外周
に沿う円弧状（直線状も可）の接続用導通片２０が電気
的に導通して接続され（尚、輪状円板１１の両面とも同
様に形成されている）、固定軸６の位置すなわち交点１
４を中心としてほぼ８字形に形成されている。
【００１２】次に、動作について説明する。まず、本発
明の動作説明をする前に、一般的な回転振動ジャイロの
動作原理について述べる。モデルとして円板形を採用
し、振動子４が固定軸６に対して４本のばね部１３ｃを
有する十字状ばね１３Ａで支持されているものとする。
前述の状態で、固定軸６まわりのｘ軸に回転振動を励起
した状態で、ｙ軸まわりに回転速度Ωが加わったとする
と、励起した回転振動の速度ベクトルの向きｖと回転角
速度ベクトルΩの外積を使って（１）式のように定義さ
れる周知のコリオリの力Ｆｃが発生し、ｚ軸まわりに振
動が発生する。このｚ軸まわりの振動を静電式又は光学
的変位検出式を用いて検出することによって角速度を測
定することができる。但し、ここでは、符号の上につけ
る矢印マークは省略している。
明の動作説明をする前に、一般的な回転振動ジャイロの
動作原理について述べる。モデルとして円板形を採用
し、振動子４が固定軸６に対して４本のばね部１３ｃを
有する十字状ばね１３Ａで支持されているものとする。
前述の状態で、固定軸６まわりのｘ軸に回転振動を励起
した状態で、ｙ軸まわりに回転速度Ωが加わったとする
と、励起した回転振動の速度ベクトルの向きｖと回転角
速度ベクトルΩの外積を使って（１）式のように定義さ
れる周知のコリオリの力Ｆｃが発生し、ｚ軸まわりに振
動が発生する。このｚ軸まわりの振動を静電式又は光学
的変位検出式を用いて検出することによって角速度を測
定することができる。但し、ここでは、符号の上につけ
る矢印マークは省略している。
【００１３】
【数１】
【００１４】次に、図２の本発明における振動子４を高
速で左右往復回動させて振動させる場合について説明す
る。前記電流源１０から正負が高速で切換えられて電流
が固定軸６の両端に供給されると、振動子４の両面の各
十字状導通体１３及び接続用導通片２０を介して円周方
向へ放射状に電流ｉが矢印で示される向きＡ、Ｂ、Ｃ、
Ｄのように流れ、電流ループが形成される。
速で左右往復回動させて振動させる場合について説明す
る。前記電流源１０から正負が高速で切換えられて電流
が固定軸６の両端に供給されると、振動子４の両面の各
十字状導通体１３及び接続用導通片２０を介して円周方
向へ放射状に電流ｉが矢印で示される向きＡ、Ｂ、Ｃ、
Ｄのように流れ、電流ループが形成される。
【００１５】前述の場合、電流が流れる向きがＡ、Ｂと
Ｃ、Ｄの各十字状導通体１３上で、図１のように、磁界
５の向きが逆であると共に、電流の極性を変えてその向
きをＡ→Ｃ／Ｂ→ＤとＡ←Ｃ／Ｂ←Ｄとを交互に高速で
切換えることにより、矢印Ｆで各々示されるように、図
２のＣＷ方向とＣＣＷ方向とが電流源１０の極性切換え
に同期して切換えられ、振動子４はこの同期に供う周期
で固定軸６を中心として十字状導通体１３のばね部１３
ｃを介して左右往復回転振動を発生する。
Ｃ、Ｄの各十字状導通体１３上で、図１のように、磁界
５の向きが逆であると共に、電流の極性を変えてその向
きをＡ→Ｃ／Ｂ→ＤとＡ←Ｃ／Ｂ←Ｄとを交互に高速で
切換えることにより、矢印Ｆで各々示されるように、図
２のＣＷ方向とＣＣＷ方向とが電流源１０の極性切換え
に同期して切換えられ、振動子４はこの同期に供う周期
で固定軸６を中心として十字状導通体１３のばね部１３
ｃを介して左右往復回転振動を発生する。
【００１６】前述の状態で振動している間に、外部から
角速度入力が発生した場合には、図３に示したコリオリ
の力が発生し、振動子４が傾斜するため、この傾斜状態
を周知の静電方式又は光学的変位検出方式等の検出手段
によって検出することにより角速度入力の大きさを検出
することができる。
角速度入力が発生した場合には、図３に示したコリオリ
の力が発生し、振動子４が傾斜するため、この傾斜状態
を周知の静電方式又は光学的変位検出方式等の検出手段
によって検出することにより角速度入力の大きさを検出
することができる。
【００１７】尚、前述の角速度入力の検出データは、車
輛、船舶、航空機、ロボット等の姿勢制御等に用いられ
るものである。
輛、船舶、航空機、ロボット等の姿勢制御等に用いられ
るものである。
【００１８】
【発明の効果】本発明による回転振動ジャイロの駆動方
法及び振動子構造は、以上のように構成されているた
め、次のような効果を得ることができる。すなわち、異
なる磁界中に電流を流すようにした十字状導通体を有す
る振動子を用い、振動子に供給する電流の向きを高速で
切換えるようにしているため、振動子は電磁力によって
左右往復回動による振動を発生することができ、ケーシ
ングと振動子４との間隙を従来の静電式又は光学的変位
検出方式等の間隙に比べると大幅に大きくすることがで
き、従来よりも製作が容易となり、検出精度も向上させ
ることができる。また、従来の静電構成に比べると、構
造を堅固に作ることができ、取扱いが容易でかつ適用分
野を広げることができる。
法及び振動子構造は、以上のように構成されているた
め、次のような効果を得ることができる。すなわち、異
なる磁界中に電流を流すようにした十字状導通体を有す
る振動子を用い、振動子に供給する電流の向きを高速で
切換えるようにしているため、振動子は電磁力によって
左右往復回動による振動を発生することができ、ケーシ
ングと振動子４との間隙を従来の静電式又は光学的変位
検出方式等の間隙に比べると大幅に大きくすることがで
き、従来よりも製作が容易となり、検出精度も向上させ
ることができる。また、従来の静電構成に比べると、構
造を堅固に作ることができ、取扱いが容易でかつ適用分
野を広げることができる。
【図１】本発明による回転振動ジャイロの駆動方法及び
振動子構造を示す構成図である。
振動子構造を示す構成図である。
【図２】図１の振動子の振動状態を示す説明図である。
【図３】一般的な円板状の振動子の入力角速度の検出状
態を示す説明図である。
態を示す説明図である。
１ ケーシング
１ａ、１ｂ 上面、下面（外面）
２、３ 磁界発生部
４ 振動子
５ 磁界
６ 固定軸
１０ 電流源
１１ 輪状円板
１２ 円形空隙
１３ 十字状導通体
１３ａ、１３ｂ 両端
１３ｃ ばね部
１４ 交点
２０ 接続用導通片
ｉ 電流
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 向き
Claims (2)
- 【請求項１】 ケーシング(1)内に固定して設けられた
固定軸(6)と、前記固定軸(6)の外周に設けられた輪状円
板(11)と、前記輪状円板(11)に形成され前記固定軸(6)
と導通すると共に前記固定軸(6)を交点とする十字状の
十字状導通体(13)と、前記十字状導通体(13)の互いに対
向する一対の端部(13a、13b)間に形成された接続用導通
片(20)と、前記ケーシング(1)の外面に前記固定軸(6)を
中心として互いに対向する位置となるように設けられ前
記輪状円板(11)を通過する磁界(5)の方向が逆となるよ
うな磁界(5)を発生する一対の磁界発生部(2、3)と、前
記固定軸(6)の両端に接続され前記両端に供給する電流
の極性を所要の速度で切換えることができる電流源(10)
とを備え、前記電流源(10)からの極性を切換えることに
より、前記十字状導通体(13)及び接続用導通片(20)を流
れる電流(i)の向き(A、B、C、D)が前記極性の切換えと
同期して切換わり、前記輪状円板(11)が前記極性の切換
えと同期して回転方向を切換えることにより前記輪状円
板(11)が往復回動して振動することを特徴とする回転振
動ジャイロ駆動方法。 - 【請求項２】 固定軸(6)の外周に設けられた輪状円板
(11)と、前記輪状円板(11)に形成され前記固定軸(6)と
導通すると共に前記固定軸(6)を交点とする十字状の十
字状導通体(13)と、前記十字状導通体(13)の互いに対向
する一対の端部(13a、13b)間に形成された接続用導通片
(20)とを備え、前記輪状円板(11)は前記固定軸(6)に対
して前記十字状導通体(13)のみで接続されていることを
特徴とする回転振動ジャイロの振動子構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001382861A JP2003185438A (ja) | 2001-12-17 | 2001-12-17 | 回転振動ジャイロの駆動方法及び振動子構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001382861A JP2003185438A (ja) | 2001-12-17 | 2001-12-17 | 回転振動ジャイロの駆動方法及び振動子構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003185438A true JP2003185438A (ja) | 2003-07-03 |
Family
ID=27593075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001382861A Pending JP2003185438A (ja) | 2001-12-17 | 2001-12-17 | 回転振動ジャイロの駆動方法及び振動子構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003185438A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005038399A1 (ja) * | 2003-10-20 | 2005-04-28 | Sony Corporation | 角速度検出装置、角速度検出装置による角速度検出方法および角速度検出装置の製造方法 |
| JP2007046927A (ja) * | 2005-08-08 | 2007-02-22 | Wacoh Corp | 加速度・角速度センサおよびその製造方法 |
| JP2010286477A (ja) * | 2009-05-01 | 2010-12-24 | Board Of Trustees Of The Leland Stanford Jr Univ | ジャイロスコープおよび回転検出方法 |
-
2001
- 2001-12-17 JP JP2001382861A patent/JP2003185438A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005038399A1 (ja) * | 2003-10-20 | 2005-04-28 | Sony Corporation | 角速度検出装置、角速度検出装置による角速度検出方法および角速度検出装置の製造方法 |
| US7469603B2 (en) | 2003-10-20 | 2008-12-30 | Sony Corporation | Angular velocity detector, method of detection of angular velocities using angular velocity detector, and method of fabricating angular velocity detector |
| JP2007046927A (ja) * | 2005-08-08 | 2007-02-22 | Wacoh Corp | 加速度・角速度センサおよびその製造方法 |
| JP2010286477A (ja) * | 2009-05-01 | 2010-12-24 | Board Of Trustees Of The Leland Stanford Jr Univ | ジャイロスコープおよび回転検出方法 |
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060228 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060627 |