流体レートジャイロ
【課題】従来の流体レートジャイロは、ガス流３を用いて角速度の検出を行う構造であるので、大口径のバイモルフ構造が必要となり、設置スペースに制限がある場合等に適用が難しかった。
【解決手段】本発明による流体レートジャイロは、空間部１ａ内に電界共役流体３１を封入し、センシング流路２５内の電極部２７により電界共役流体３１に電圧が印加されることで流体ジェット４０を発生させる。センシング流路２５の下流に検出部を配置し、ケーシングに角速度が加えられた際の流体ジェット４０の偏向により発生する検出部の出力変化に基づいて、角速度を求めるように構成する。
【解決手段】本発明による流体レートジャイロは、空間部１ａ内に電界共役流体３１を封入し、センシング流路２５内の電極部２７により電界共役流体３１に電圧が印加されることで流体ジェット４０を発生させる。センシング流路２５の下流に検出部を配置し、ケーシングに角速度が加えられた際の流体ジェット４０の偏向により発生する検出部の出力変化に基づいて、角速度を求めるように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体レートジャイロに関し、特に、電極部により電界共役流体に電圧が印加されることで流体ジェットが発生し、ケーシングに角速度が加えられた際の流体ジェットの偏向により発生する検出部の出力変化に基づいて、角速度を求めるようにすることで、ジャイロ全体を小形化でき、適用範囲を広げることができるようにするための新規な改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来用いられていたこの種の流体レートジャイロとしては、例えば、特許文献１及び非特許文献１等に開示された構成を挙げることができる。図２１は従来の流体レートジャイロを示す構成図である。図において、ケーシング１の内部には、ガスが密封されているとともに空間部１ａが設けられており、このガスは気体ポンプ２によって空間部１ａにガス流３として供給される。前記空間部１ａの一端には、ノズル板４が取り付けられており、該ノズル板４には、ガス流３を空間部１ａに案内するノズル孔４ａが設けられている。前記空間部１ａの内部には、前記ノズル板４に対向して電極ホルダ５が配置されており、該電極ホルダ５には、ケーシング１に加えられる角速度を検出するための検出部６が設けられている。
【０００３】
次に、図２２は、図２１の検出部６を拡大して示す斜視図である。図において、検出部６は、電極ホルダ５上に各々独立して植設されたピン状の第１〜第４電極１１〜１４と、第１及び第２電極１１，１２間に張設され該各電極１１，１２に溶接等で一体接続された第１ホットワイヤＨ１と、第３及び第４電極１３，１４間に張設され該各電極１３，１４に溶接等で一体接続された第２ホットワイヤＨ２とから構成されている。尚、各電極１１〜１４は、ガス流３の中心（ノズル孔４ａの中心領域に対向する位置）から所定距離離れた位置に配置されている。図示はしないが、第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２は、第１及び第２抵抗Ｒ１，Ｒ２を含むブリッジ回路に組み込まれている。
【０００４】
次に、動作について説明する。各ホットワイヤＨ１，Ｈ２に電流が流された状態下で、空間部１ａ内にガス流３が供給される。このとき、ケーシング１に角速度が加えられると該ガス流３が偏向し、このガス流３の偏向によって各ホットワイヤＨ１，Ｈ２間に温度差が生じる。この温度差の状態が、各ホットワイヤＨ１，Ｈ２の抵抗値変化としてブリッジ回路によって検出され、この出力変化に基づいて前記角速度が求められる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１−１６７６７１号公報
【非特許文献１】ジャイロ活用技術入門（多摩川精機株式会社編、平成１４年工業調査会発行）の５６頁の２、２、４(１)のガスレートセンサ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような従来の流体レートジャイロでは、ガス流３を用いて角速度の検出を行うので、気体ポンプ２として円板状の圧電素子で作られたバイモルフ構造を採用する必要がある。このバイモルフ構造を用いてセンシングに利用可能な活発なガス流３を発生させるためには、広い面積で気体にバイモルフ構造を接触させる必要があり、大口径のバイモルフ構造が必要となる。このため、大口径のバイモルフ構造が流体レートジャイロの小形化の制限となり、設置スペースに制限がある場合等に適用が難しかった。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ジャイロ全体を小形化でき、適用範囲を広げることができる流体レートジャイロを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る流体レートジャイロは、内部に空間部を有するケーシングと、前記空間部内に設けられ、互いに離間されてセンシング流路を形成する一対の第１及び第２壁部からなる流路壁と、前記空間部内に形成され、前記流路壁と前記空間部を形成する空間内壁との間で輪状をなす戻り流路と、前記センシング流路の上流側に配置された電極部と、前記センシング流路の下流側に配置された検出部と、前記空間部内に封入された電界共役流体とを備え、前記電極部により前記電界共役流体に電圧が印加されることで流体ジェットが発生し、前記ケーシングに角速度が加えられた際の前記流体ジェットの偏向により発生する前記検出部の出力変化に基づいて、前記角速度を求めるように構成されている。
また、前記電極部は、少なくとも１組の針電極及びリング電極からなり、前記針電極は、前記ケーシングに取り付けられるとともに、少なくとも１つのスリット孔が設けられた針電極支持板と、前記針電極支持板に設けられた針電極本体とを有し、前記リング電極は、前記ケーシングに取り付けられるとともに、貫通孔が設けられたリング電極本体を有し、前記針電極本体と前記貫通孔とが互いに対向するように前記針電極及び前記リング電極が配置され、前記針電極本体及び前記リング電極本体間に電圧が印加されることで、前記スリット孔及び前記貫通孔を通過する前記流体ジェットが発生する。
さらに、前記ケーシングは、前記空間部が設けられた基部と、該基部に取り付けられる蓋部とからなり、前記基部には、前記空間部の外周側に輪状の封止部材が取り付けられている。
さらにまた、前記検出部は、前記センシング流路の下流側で、前記センシング流路の長手方向に沿う前記電極部の軸線を中心として、対となるように配置された第１及び第２ホットワイヤを有する。
また、前記センシング流路内で前記電極部と前記検出部との間に配置され、前記空間部の深さ方向に沿って互いに間隔をおいて配置された一対の対向電極からなる第１方向制御電極対と、前記センシング流路内で前記電極部と前記検出部との間に配置され、前記第１及び第２壁部が離間する左右方向に沿って互いに間隔をおいて配置された一対の対向電極からなる第２方向制御電極対とをさらに備え、前記第１及び第２方向制御電極対に印加される電圧により、前記深さ方向及び前記左右方向に沿う前記流体ジェットの方向が調整可能とされている。
さらに、前記検出部と前記第１及び第２方向制御電極対とに接続された電圧制御手段をさらに備え、前記電圧制御手段は、所定の調整タイミング時に、前記検出部の出力がゼロとなるように、前記第１及び第２方向制御電極対に印加する電圧の値を決定する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の流体レートジャイロによれば、空間部内に封入された電界共役流体に電極部により電圧を印加することで流体ジェットを発生させ、前記ケーシングに角速度が加えられた際の前記流体ジェットの偏向により発生する前記検出部の出力変化に基づいて、前記角速度を求めるので、圧電素子を用いる気体ポンプを採用する場合と比べてジャイロ全体を小形化でき、適用範囲を広げることができる。また、圧電素子を用いる気体ポンプを採用する場合と異なり、機械的な可動部分を無くすことができ、耐久性を向上できる。さらに、前記気体ポンプを採用する場合に比べて、低コスト化及び軽量化を実現できる。
また、前記電極部は、少なくとも１組の針電極及びリング電極からなり、針電極本体及びリング電極本体間に電圧が印加されることで、スリット孔及び貫通孔を通過する前記流体ジェットを発生させるので、センシングに利用可能な流体ジェットをより確実に発生させることができ、より確実にジャイロ全体の小形化を実現できる。
さらに、ケーシングは、空間部が設けられた基部と、基部に取り付けられる蓋部とからなり、基部には、空間部の外周側に輪状の封止部材が取り付けられているので、製造を容易にすることができるとともに、電界共役流体をより確実に封入できる。
さらにまた、前記検出部は、前記センシング流路の下流側で、前記センシング流路の長手方向に沿う前記電極部の軸線を中心として、対となるように配置された第１及び第２ホットワイヤを有しているので、より確実に前記流体ジェットの偏向を検出でき、前記角速度をより確実に求めることができる。
また、前記第１及び第２方向制御電極対に印加される電圧により、前記深さ方向及び前記左右方向に沿う前記流体ジェットの方向が調整可能とされているので、電極部と検出部との間の電位差に伴う非一様な電界分布によって発生する前記流体ジェットの偏流を解消でき、この偏流が角速度検出に影響を及ぼす可能性を低減できる。
さらに、前記電圧制御手段が、所定の調整タイミング時に、前記検出部の出力がゼロとなるように、前記第１及び第２方向制御電極対に印加する電圧の値を決定するので、前記流体ジェットの偏流を調整タイミング時に解消でき、偏流が角速度検出に影響を及ぼす可能性をより確実に低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による流体レートジャイロを示す平面図であり、基部２０に蓋部２１が取り付けられた状態を示している。図２は、図１の流体レートジャイロの断面図である。図３は、図１の基部２０から蓋部２１が取り外された状態を示す平面図である。なお、従来の流体レートジャイロと同一又は同等部分については同一の符号を用いて説明する。
図２において、箱形のケーシング１は、基部２０と、蓋部２１とから構成されている。図３に示すように、基部２０には、空間内壁２２、流路壁２３、及び溝２４が設けられている。空間内壁２２は、内側に凹状の空間部１ａを形成する円環状の壁であり、前記流路壁２３は、前記空間部１ａ内で前記基部２０と一体に立設された第１及び第２壁部２３ａ，２３ｂにより構成されている。これら第１及び第２壁部２３ａ，２３ｂは、互いに離間されて配置されており、前記空間部１ａ内の中央にセンシング流路２５を形成している。また、第１及び第２壁部２３ａ，２３ｂと前記空間内壁２２との間には、前記センシング流路２５を囲む輪状の戻り流路２６が形成されている。また、前記センシング流路２５の上流側２５ａには、電極部２７が設けられている。後に詳しく説明するが、電極部２７は、２組の針電極２８及びリング電極２９がセンシング流路２５内で直列に配置されたものである。
【００１１】
図１及び図２に示すように、前記センシング流路２５の下流側２５ｂには、検出部６が配置されている。この検出部６は、従来のガスレートセンサと同様に、第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２を有している。すなわち、前記蓋部２１の下流側２５ｂには、第１〜第４電極１１〜１４が取り付けられており、前記第１及び第２電極１１，１２の先端間に第１ホットワイヤＨ１が張設され、前記第３及び第４電極１３，１４の先端間に第２ホットワイヤＨ２が張設されている。後に図面を用いて説明するが、これら第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２は、ブリッジ回路４５（図１０参照）に組み込まれている。
【００１２】
第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２は、前記下流側２５ｂで、センシング流路２５の長手方向Ａに沿う電極部２７の軸線２７ａを中心として、互いに対称に離間されて配置されている。また、図２に示すように、第１電極１１よりも下流側２５ｂに位置する第２電極１２は、前記第１電極１１よりも前記空間部１ａの深さ方向Ｂに突出しており、前記長手方向Ａに沿って見たときに前記第１ホットワイヤＨ１は前記深さ方向Ｂに沿って延在されている。図示はしないが、この第１ホットワイヤＨ１と同様に、前記長手方向Ａに沿って見たときに前記第２ホットワイヤＨ２も前記深さ方向Ｂに沿って延在されている。
【００１３】
また、図２に示すように、前記基部２０の溝２４には、例えばＯリング等の環状の封止部材３０が取り付けられている。すなわち、前記溝２４に封止部材３０が取り付けられた状態で、図１のように前記基部２０に前記蓋部２１が取り付けられることで、前記空間部１ａは密封される。この空間部１ａ内には、例えば特開平１０−８８１７４号公報や特開２０００−２３９６８３号公報等に記載された周知の電界共役流体３１が封入されている。電界共役流体３１は、特開平１０−８８１７４号公報や特開２０００−２３９６８３号公報等に記載されたものの単品でも混合物でもよい。
【００１４】
次に、図４は図３の針電極２８を拡大して示す正面図であり、図５は図４の針電極２８を示す平面図である。図において、針電極２８は、板状の針電極支持板３５と、針電極本体３６とを有している。針電極支持板３５には、一対のスリット孔３５ａが互いに離間されて設けられている。針電極本体３６は、針電極支持板３５とは別体に設けられており、針電極支持板３５の前記スリット孔３５ａ間に取り付けられている。図１のように基部２０に蓋部２１が取り付けられた状態のセンシング流路２５には、互いに離間されて溝（図示せず）が設けられており、この溝に針電極支持板３５が取り付けられることで、針電極２８がセンシング流路２５内に固定される。
【００１５】
次に、図６は図３のリング電極２９を拡大して示す正面図であり、図７は図６のリング電極２９を示す平面図である。図において、リング電極２９は、中心に円形の貫通孔３７ａが設けられたリング電極本体３７を有している。このリング電極本体３７は、前記センシング流路２５内の溝にリング電極本体３７が取り付けられることで、リング電極２９がセンシング流路２５内に固定される。
【００１６】
図８は図４の針電極２８と図６のリング電極２９とを用いての流体ジェット発生の概念を示す説明図であり、図９は図８の流体ジェットを示す平面図である。図において、前記針電極２８及び前記リング電極２９、具体的には針電極本体３６及びリング電極本体３７間には、高電圧の直流電圧３９が印加されている。例えば特許第３１５７８０４号等に示されているように、特定の絶縁性液体である電界共役流体３１に電圧を印加することにより、印加電圧に対応した絶縁性液体の移動流、すなわち流体ジェット４０を発生させることができる。なおこの場合、針電極本体３６とリング電極本体３７へ印加する電圧は各極性が反対であれば極性は不問である。
【００１７】
図９に示すように、前記針電極２８及び前記リング電極２９は、前記針電極本体３６と前記貫通孔３７ａとが互いに対向するように配置されている。電極部２７の軸線２７ａは、これら針電極本体３６及び貫通孔３７ａを結ぶ直線である。この状態で、前記針電極本体３６と前記リング電極本体３７との間に高電圧の直流電圧３９が印加されることで、前記各スリット孔３５ａ及び貫通孔３７ａを通過する前記流体ジェット４０が発生する。
【００１８】
図１〜図３に示すように、センシング流路２５内には、２組の前記針電極２８及び前記リング電極２９が直列に配置されており、これによって、より活発な流体ジェット４０を発生できるように構成している。この流体ジェット４０は、図１及び図３に示す軸線２７ａに沿ってセンシング流路２５の下流側２５ｂに進む。前記センシング流路２５の下流側２５ｂに位置する前記空間内壁２２の第１内壁部２２ａには、前記センシング流路２５を抜けた前記流体ジェット４０の戻り流４０ａを、前記戻り流路２６に沿うように、すなわちセンシング流路２５の両脇に案内する突部４１が設けられている。
【００１９】
次に、図１０は、図１の検出部６の回路構成を示す構成図である。図において、前記第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２は、該第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２と第１及び第２抵抗Ｒ１，Ｒ２とからなるブリッジ回路４５に組み込まれている。このブリッジ回路４５には、定電流源４６が接続されており、第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２が常に熱せられている。
【００２０】
周知のように、軸線２７ａに直交する軸回りの角速度ωがケーシング１に加えられると、コリオリの力により流体ジェット４０が偏向する。この流体ジェット４０の偏向が発生すると、流体ジェット４０による各ホットワイヤＨ１，Ｈ２の冷却に偏りが生じ、各ホットワイヤＨ１，Ｈ２の抵抗値に変化が生じる。このとき、ブリッジ回路４５の出力電圧Ｖ１−Ｖ２に変化が生じて、検出部６の出力変化、すなわち出力電圧Ｖ１−Ｖ２の変化に基づいて、前記角速度ωが検出される。すなわち、この実施の形態の流体レートジャイロは、周知のホットワイヤアネモメトリを利用して角速度ωを検出している。
【００２１】
このような流体レートジャイロによれば、電極部２７により電界共役流体３１に電圧が印加されることで流体ジェット４０が発生し、ケーシング１に角速度ωが加えられた際の流体ジェット４０の偏向により発生する検出部６の出力変化に基づいて、角速度ωを求めるので、ガス流を用いる従来構成に比べて、ジャイロ全体を小形化でき、適用範囲を広げることができる。また、圧電素子を用いる気体ポンプを採用する場合と異なり、機械的な可動部分を無くすことができ、耐久性を向上できる。さらに、気体ポンプを採用する場合に比べて、低コスト化及び軽量化を実現できる。
【００２２】
また、電極部２７は、直列に配置された２組の針電極２８及びリング電極２９からなり、針電極本体３６及びリング電極本体３７間に電圧が印加されることで、スリット孔３５ａ及び貫通孔３７ａを通過する前記流体ジェット４０が発生するので、センシングに利用可能な流体ジェットをより確実に発生させることができるとともに、より確実にジャイロ全体の小形化を実現できる。
【００２３】
さらに、センシング流路２５の下流側２５ｂに位置する前記空間内壁２２の第１内壁部２２ａには、前記センシング流路２５を抜けた前記流体ジェット４０をセンシング流路２５の両脇に案内する突部４１が設けられているので、戻り流４０ａを円滑に案内でき、すなわち電界共役流体３１の循環を円滑にでき、角速度検出の精度を向上できる。
【００２４】
さらにまた、ケーシング１は、空間部１ａが設けられた基部２０と、基部２０に取り付けられる蓋部２１とからなり、基部２０には、空間部１ａの外周側に輪状の封止部材３０が取り付けられているので、製造を容易にすることができるとともに、電界共役流体３１をより確実に封入できる。
【００２５】
また、前記検出部６は、前記センシング流路２５の下流側で、前記センシング流路２５の長手方向Ａに沿う前記電極部２７の軸線２７ａを中心として、対となるように配置された第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２を有しているので、より確実に前記流体ジェット４０の偏向を検出でき、前記角速度ωをより確実に求めることができる。
【００２６】
なお、実施の形態１では、２組の針電極２８及びリング電極２９が設けられていると説明したが、針電極及びリング電極の組数は、１つ又は３つ以上でもよい。また、膜状の平板電極により電極部２７を構成してもよい。
【００２７】
実施の形態２．
図１１は本発明の実施の形態２による流体レートジャイロの針電極２８を示す正面図であり、図１２は図１１の針電極２８を示す平面図である。実施の形態１では、針電極本体３６は針電極支持板３５と別体に形成されていると説明したが、図１１及び図１２に示すように一体に設けられてもよい。
【００２８】
このように、針電極支持板３５及び針電極本体３６を一体に設けることで、部品数を低減でき、管理コストや製造コストを抑えることができる。
【００２９】
実施の形態３．
図１３は本発明の実施の形態３による流体レートジャイロを示す平面図であり、図１４は図１３の流体レートジャイロを示す断面図である。実施の形態１では、軸線２７ａを中心として互いに対称に第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２を離間させると説明したが、第２電極１２を軸線２７ａ上に配置し、この第２電極１２を共通電極として、第１及び第２電極１１，１２間に第１ホットワイヤＨ１を張設し、第２及び第３電極１２，１３間に第２ホットワイヤＨ２を張設してもよい。この実施の形態３では、第２電極１２を第１及び第３電極１１，１３よりも下流側２５ｂに配置して、流体ジェット４０に対して凹型のＶ字状に第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２を配置している。また、前記空間部１ａの深さ方向Ｂに沿う各電極１１〜１３の突出量は揃えられており、第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２は軸線２７ａと同じ高さに配置されている。
【００３０】
このように、軸線２７ａ上に配置された第２電極１２を共通電極として、軸線２７ａを中心に互いに対称に第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２を配置することで、より細い流体ジェット４０にも対応できる。
【００３１】
実施の形態４．
図１５は本発明の実施の形態４による流体レートジャイロを示す平面図であり、図１６は図１５の流体レートジャイロを示す断面図である。実施の形態３では、第２電極１２を第１及び第３電極１１，１３よりも下流側２５ｂに配置して、流体ジェット４０に対して凹型のＶ字状に第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２を配置すると説明したが、図１５，図１６に示すように、第１及び第３電極１１，１３を第２電極１２よりも下流側２５ｂに配置して、流体ジェット４０に対して凸型のＶ字状に第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２を配置してもよい。
【００３２】
実施の形態５．
図１７は本発明の実施の形態５による流体レートジャイロを示す平面図であり、図１８は図１７の流体レートジャイロを示す断面図である。実施の形態３，４では、Ｖ字状に第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２を配置すると説明したが、図１７，図１８に示すように、軸線２７ａに直交する直線上に第１〜第３電極１１〜１３を配置して、直線状に第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２を配置してもよい。
【００３３】
なお、実施の形態１〜５では、検出部６として、ホットワイヤＨ１，Ｈ２を有する構成を説明したが、検出部としては、流体ジェットの偏向を検出できればよく、例えば特許願２００７−０６１８３８で開示した構成、すなわち開口を有する基板と、前記開口を横断するように基板に設けられた接続部と、前記接続部上に蒸着形成された金属薄膜からなるセンシング用抵抗体とを備えた構成等でもよい。
【００３４】
実施の形態６．
図１９は本発明の実施の形態６による流体レートジャイロを示す平面図であり、図２０は図１９の流体レートジャイロを示す断面図である。この実施の形態６の構成は、実施の形態３の構成（図１３，１４）の構成に、第１及び第２方向制御電極対５０，５１と電圧制御手段５２（図２０参照）が追加された構成である。図１９及び図２０において、前記センシング流路２５内の前記電極部２７と前記検出部６との間には、第１及び第２方向制御電極対５０，５１が配置されている。前記第１方向制御電極対５０は、前記空間部１ａの深さ方向Ｂに沿って互いに間隔をおいて配置された一対の平板状の対向電極５０ａ，５０ｂにより構成され、前記第２方向制御電極対５１は、前記第１及び第２壁部２３ａ，２３ｂが離間する左右方向Ｃに沿って互いに間隔をおいて配置された一対の棒状の対向電極５１ａ，５１ｂにより構成されている。すなわち、前記第１方向制御電極対５０は前記流体ジェット４０を上下方向に挟み、前記第２方向制御電極対５１は前記流体ジェット４０を左右方向に挟むものである。前記電圧制御手段５２は、前記第１及び第２方向制御電極対５０，５１と前記検出部６とに接続されており、前記第１及び第２方向制御電極対５０，５１に印加する電圧を前記検出部６の出力に基づいて決定するものである。
【００３５】
次に、前記第１及び第２方向制御電極対５０，５１と前記電圧制御手段５２との動作について説明する。まず、前記電極部２７及び前記検出部６が前記センシング流路２５内にまとめて配置されているため、電極部２７と検出部６との間の電位差に伴う非一様な電界分布によって前記流体ジェット４０に偏流が生じ、角速度ωの検出に影響を及ぼしてしまう可能性が考えられる。具体的には、時計回りの角速度に対する感度と反時計回りの角速度に対する感度とが異なる可能性が考えられる。
【００３６】
この実施の形態では、非一様な電界分布による前記流体ジェット４０の偏流を解消するために、前記第１及び第２方向制御電極対５０，５１に印加する電圧により、前記深さ方向Ｂ及び前記左右方向Ｃに沿う前記流体ジェット４０の方向が調整可能とされている。具体的には、前記第１方向制御電極対５０に印加される電圧の大きさ及び向き（極性）が調整されることで、前記深さ方向Ｂに沿う前記流体ジェット４０の方向が調整され、前記第２方向制御電極対５１に印加される電圧の大きさ及び向き（極性）が調整されることで、前記左右方向Ｃに沿う前記流体ジェット４０の方向が調整される。
【００３７】
ところで、非一様な電界分布による前記流体ジェット４０の偏流は、電極部２７と検出部６との組み合わせによる固有の誤差と考えられるので、製造時にテストを行い、偏流を解消できる電圧の大きさ及び向きを手動で決定することも可能である。しかしながら、この実施の形態では、前記電圧制御手段５２が、所定の調整タイミング時に、前記検出部６の出力がゼロとなるように、前記第１及び第２方向制御電極対５０，５１に印加する電圧の値を決定する。調整タイミングとは、例えばジャイロの電源が投入されたとき、又は調整指令信号が外部から入力されたとき等であり、このタイミング時にホットワイヤＨ１，Ｈ２に均等に流体ジェット４０が供給されるように流体ジェット４０の向きが調整される。
【００３８】
このような流体レートジャイロでは、前記第１及び第２方向制御電極対５０，５１に印加される電圧により、前記深さ方向Ｂ及び前記左右方向Ｃに沿う前記流体ジェット４０の方向が調整可能とされているので、電極部２７と検出部６との間の電位分布によって発生する前記流体ジェット４０の偏流を解消でき、この偏流が角速度検出に影響を及ぼす可能性を低減できる。
【００３９】
また、前記電圧制御手段５２が、所定の調整タイミング時に、前記検出部６の出力がゼロとなるように、前記第１及び第２方向制御電極対５０，５１に印加する電圧の値を決定するので、前記流体ジェット４０の偏流を調整タイミング時に解消でき、偏流が角速度検出に影響を及ぼす可能性をより確実に低減できる。
角速度入力による偏流が零となるように制御電極に電圧印加が可能とするように前記電圧制御手段を設定することにより、零サーボを行うための手段ともなりうる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態１による流体レートジャイロを示す平面図である。
【図２】図１の流体レートジャイロの断面図である。
【図３】図１の基部から蓋部が取り外された状態を示す平面図である。
【図４】図３の針電極を拡大して示す正面図である。
【図５】図４の針電極を示す平面図である。
【図６】図３のリング電極を拡大して示す正面図である。
【図７】図６のリング電極を示す平面図である。
【図８】図４の針電極と図６のリング電極とを用いての流体ジェット発生の概念を示す説明図である。
【図９】図８の流体ジェットを示す平面図である。
【図１０】図１の検出部６の回路構成を示す構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態２による流体レートジャイロの針電極を示す正面図である。
【図１２】図１１の針電極を示す平面図である。
【図１３】本発明の実施の形態３による流体レートジャイロを示す平面図である。
【図１４】図１３の流体レートジャイロを示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態４による流体レートジャイロを示す平面図である。
【図１６】図１５の流体レートジャイロを示す断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態５による流体レートジャイロを示す平面図である。
【図１８】図１７の流体レートジャイロを示す断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態６による流体レートジャイロを示す平面図である。
【図２０】図１９の流体レートジャイロを示す断面図である。
【図２１】従来の流体レートジャイロを示す構成図である。
【図２２】図２１の検出部を拡大して示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ ケーシング
１ａ 空間部
６ 検出部
２０ 基部
２１ 蓋部
２２ 空間内壁
２２ａ 内壁部
２３ 流路壁
２３ａ，２３ｂ 第１及び第２壁部
２５ センシング流路
２５ａ 上流側
２５ｂ 下流側
２６ 戻り流路
２７ 電極部
２７ａ 軸線
２８ 針電極
２９ リング電極
３０ 封止部材
３１ 電界共役流体
３５ 針電極支持板
３５ａ スリット孔
３６ 針電極本体
３７ リング電極本体
３７ａ 貫通孔
４０ 流体ジェット
４１ 突部
５０，５１ 第１及び第２方向制御電極対
５２ 電圧制御手段
Ａ 長手方向
Ｂ 深さ方向
Ｃ 左右方向
Ｈ１，Ｈ２ 第１及び第２ホットワイヤ
ω 角速度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体レートジャイロに関し、特に、電極部により電界共役流体に電圧が印加されることで流体ジェットが発生し、ケーシングに角速度が加えられた際の流体ジェットの偏向により発生する検出部の出力変化に基づいて、角速度を求めるようにすることで、ジャイロ全体を小形化でき、適用範囲を広げることができるようにするための新規な改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来用いられていたこの種の流体レートジャイロとしては、例えば、特許文献１及び非特許文献１等に開示された構成を挙げることができる。図２１は従来の流体レートジャイロを示す構成図である。図において、ケーシング１の内部には、ガスが密封されているとともに空間部１ａが設けられており、このガスは気体ポンプ２によって空間部１ａにガス流３として供給される。前記空間部１ａの一端には、ノズル板４が取り付けられており、該ノズル板４には、ガス流３を空間部１ａに案内するノズル孔４ａが設けられている。前記空間部１ａの内部には、前記ノズル板４に対向して電極ホルダ５が配置されており、該電極ホルダ５には、ケーシング１に加えられる角速度を検出するための検出部６が設けられている。
【０００３】
次に、図２２は、図２１の検出部６を拡大して示す斜視図である。図において、検出部６は、電極ホルダ５上に各々独立して植設されたピン状の第１〜第４電極１１〜１４と、第１及び第２電極１１，１２間に張設され該各電極１１，１２に溶接等で一体接続された第１ホットワイヤＨ１と、第３及び第４電極１３，１４間に張設され該各電極１３，１４に溶接等で一体接続された第２ホットワイヤＨ２とから構成されている。尚、各電極１１〜１４は、ガス流３の中心（ノズル孔４ａの中心領域に対向する位置）から所定距離離れた位置に配置されている。図示はしないが、第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２は、第１及び第２抵抗Ｒ１，Ｒ２を含むブリッジ回路に組み込まれている。
【０００４】
次に、動作について説明する。各ホットワイヤＨ１，Ｈ２に電流が流された状態下で、空間部１ａ内にガス流３が供給される。このとき、ケーシング１に角速度が加えられると該ガス流３が偏向し、このガス流３の偏向によって各ホットワイヤＨ１，Ｈ２間に温度差が生じる。この温度差の状態が、各ホットワイヤＨ１，Ｈ２の抵抗値変化としてブリッジ回路によって検出され、この出力変化に基づいて前記角速度が求められる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１−１６７６７１号公報
【非特許文献１】ジャイロ活用技術入門（多摩川精機株式会社編、平成１４年工業調査会発行）の５６頁の２、２、４(１)のガスレートセンサ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような従来の流体レートジャイロでは、ガス流３を用いて角速度の検出を行うので、気体ポンプ２として円板状の圧電素子で作られたバイモルフ構造を採用する必要がある。このバイモルフ構造を用いてセンシングに利用可能な活発なガス流３を発生させるためには、広い面積で気体にバイモルフ構造を接触させる必要があり、大口径のバイモルフ構造が必要となる。このため、大口径のバイモルフ構造が流体レートジャイロの小形化の制限となり、設置スペースに制限がある場合等に適用が難しかった。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ジャイロ全体を小形化でき、適用範囲を広げることができる流体レートジャイロを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る流体レートジャイロは、内部に空間部を有するケーシングと、前記空間部内に設けられ、互いに離間されてセンシング流路を形成する一対の第１及び第２壁部からなる流路壁と、前記空間部内に形成され、前記流路壁と前記空間部を形成する空間内壁との間で輪状をなす戻り流路と、前記センシング流路の上流側に配置された電極部と、前記センシング流路の下流側に配置された検出部と、前記空間部内に封入された電界共役流体とを備え、前記電極部により前記電界共役流体に電圧が印加されることで流体ジェットが発生し、前記ケーシングに角速度が加えられた際の前記流体ジェットの偏向により発生する前記検出部の出力変化に基づいて、前記角速度を求めるように構成されている。
また、前記電極部は、少なくとも１組の針電極及びリング電極からなり、前記針電極は、前記ケーシングに取り付けられるとともに、少なくとも１つのスリット孔が設けられた針電極支持板と、前記針電極支持板に設けられた針電極本体とを有し、前記リング電極は、前記ケーシングに取り付けられるとともに、貫通孔が設けられたリング電極本体を有し、前記針電極本体と前記貫通孔とが互いに対向するように前記針電極及び前記リング電極が配置され、前記針電極本体及び前記リング電極本体間に電圧が印加されることで、前記スリット孔及び前記貫通孔を通過する前記流体ジェットが発生する。
さらに、前記ケーシングは、前記空間部が設けられた基部と、該基部に取り付けられる蓋部とからなり、前記基部には、前記空間部の外周側に輪状の封止部材が取り付けられている。
さらにまた、前記検出部は、前記センシング流路の下流側で、前記センシング流路の長手方向に沿う前記電極部の軸線を中心として、対となるように配置された第１及び第２ホットワイヤを有する。
また、前記センシング流路内で前記電極部と前記検出部との間に配置され、前記空間部の深さ方向に沿って互いに間隔をおいて配置された一対の対向電極からなる第１方向制御電極対と、前記センシング流路内で前記電極部と前記検出部との間に配置され、前記第１及び第２壁部が離間する左右方向に沿って互いに間隔をおいて配置された一対の対向電極からなる第２方向制御電極対とをさらに備え、前記第１及び第２方向制御電極対に印加される電圧により、前記深さ方向及び前記左右方向に沿う前記流体ジェットの方向が調整可能とされている。
さらに、前記検出部と前記第１及び第２方向制御電極対とに接続された電圧制御手段をさらに備え、前記電圧制御手段は、所定の調整タイミング時に、前記検出部の出力がゼロとなるように、前記第１及び第２方向制御電極対に印加する電圧の値を決定する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の流体レートジャイロによれば、空間部内に封入された電界共役流体に電極部により電圧を印加することで流体ジェットを発生させ、前記ケーシングに角速度が加えられた際の前記流体ジェットの偏向により発生する前記検出部の出力変化に基づいて、前記角速度を求めるので、圧電素子を用いる気体ポンプを採用する場合と比べてジャイロ全体を小形化でき、適用範囲を広げることができる。また、圧電素子を用いる気体ポンプを採用する場合と異なり、機械的な可動部分を無くすことができ、耐久性を向上できる。さらに、前記気体ポンプを採用する場合に比べて、低コスト化及び軽量化を実現できる。
また、前記電極部は、少なくとも１組の針電極及びリング電極からなり、針電極本体及びリング電極本体間に電圧が印加されることで、スリット孔及び貫通孔を通過する前記流体ジェットを発生させるので、センシングに利用可能な流体ジェットをより確実に発生させることができ、より確実にジャイロ全体の小形化を実現できる。
さらに、ケーシングは、空間部が設けられた基部と、基部に取り付けられる蓋部とからなり、基部には、空間部の外周側に輪状の封止部材が取り付けられているので、製造を容易にすることができるとともに、電界共役流体をより確実に封入できる。
さらにまた、前記検出部は、前記センシング流路の下流側で、前記センシング流路の長手方向に沿う前記電極部の軸線を中心として、対となるように配置された第１及び第２ホットワイヤを有しているので、より確実に前記流体ジェットの偏向を検出でき、前記角速度をより確実に求めることができる。
また、前記第１及び第２方向制御電極対に印加される電圧により、前記深さ方向及び前記左右方向に沿う前記流体ジェットの方向が調整可能とされているので、電極部と検出部との間の電位差に伴う非一様な電界分布によって発生する前記流体ジェットの偏流を解消でき、この偏流が角速度検出に影響を及ぼす可能性を低減できる。
さらに、前記電圧制御手段が、所定の調整タイミング時に、前記検出部の出力がゼロとなるように、前記第１及び第２方向制御電極対に印加する電圧の値を決定するので、前記流体ジェットの偏流を調整タイミング時に解消でき、偏流が角速度検出に影響を及ぼす可能性をより確実に低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による流体レートジャイロを示す平面図であり、基部２０に蓋部２１が取り付けられた状態を示している。図２は、図１の流体レートジャイロの断面図である。図３は、図１の基部２０から蓋部２１が取り外された状態を示す平面図である。なお、従来の流体レートジャイロと同一又は同等部分については同一の符号を用いて説明する。
図２において、箱形のケーシング１は、基部２０と、蓋部２１とから構成されている。図３に示すように、基部２０には、空間内壁２２、流路壁２３、及び溝２４が設けられている。空間内壁２２は、内側に凹状の空間部１ａを形成する円環状の壁であり、前記流路壁２３は、前記空間部１ａ内で前記基部２０と一体に立設された第１及び第２壁部２３ａ，２３ｂにより構成されている。これら第１及び第２壁部２３ａ，２３ｂは、互いに離間されて配置されており、前記空間部１ａ内の中央にセンシング流路２５を形成している。また、第１及び第２壁部２３ａ，２３ｂと前記空間内壁２２との間には、前記センシング流路２５を囲む輪状の戻り流路２６が形成されている。また、前記センシング流路２５の上流側２５ａには、電極部２７が設けられている。後に詳しく説明するが、電極部２７は、２組の針電極２８及びリング電極２９がセンシング流路２５内で直列に配置されたものである。
【００１１】
図１及び図２に示すように、前記センシング流路２５の下流側２５ｂには、検出部６が配置されている。この検出部６は、従来のガスレートセンサと同様に、第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２を有している。すなわち、前記蓋部２１の下流側２５ｂには、第１〜第４電極１１〜１４が取り付けられており、前記第１及び第２電極１１，１２の先端間に第１ホットワイヤＨ１が張設され、前記第３及び第４電極１３，１４の先端間に第２ホットワイヤＨ２が張設されている。後に図面を用いて説明するが、これら第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２は、ブリッジ回路４５（図１０参照）に組み込まれている。
【００１２】
第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２は、前記下流側２５ｂで、センシング流路２５の長手方向Ａに沿う電極部２７の軸線２７ａを中心として、互いに対称に離間されて配置されている。また、図２に示すように、第１電極１１よりも下流側２５ｂに位置する第２電極１２は、前記第１電極１１よりも前記空間部１ａの深さ方向Ｂに突出しており、前記長手方向Ａに沿って見たときに前記第１ホットワイヤＨ１は前記深さ方向Ｂに沿って延在されている。図示はしないが、この第１ホットワイヤＨ１と同様に、前記長手方向Ａに沿って見たときに前記第２ホットワイヤＨ２も前記深さ方向Ｂに沿って延在されている。
【００１３】
また、図２に示すように、前記基部２０の溝２４には、例えばＯリング等の環状の封止部材３０が取り付けられている。すなわち、前記溝２４に封止部材３０が取り付けられた状態で、図１のように前記基部２０に前記蓋部２１が取り付けられることで、前記空間部１ａは密封される。この空間部１ａ内には、例えば特開平１０−８８１７４号公報や特開２０００−２３９６８３号公報等に記載された周知の電界共役流体３１が封入されている。電界共役流体３１は、特開平１０−８８１７４号公報や特開２０００−２３９６８３号公報等に記載されたものの単品でも混合物でもよい。
【００１４】
次に、図４は図３の針電極２８を拡大して示す正面図であり、図５は図４の針電極２８を示す平面図である。図において、針電極２８は、板状の針電極支持板３５と、針電極本体３６とを有している。針電極支持板３５には、一対のスリット孔３５ａが互いに離間されて設けられている。針電極本体３６は、針電極支持板３５とは別体に設けられており、針電極支持板３５の前記スリット孔３５ａ間に取り付けられている。図１のように基部２０に蓋部２１が取り付けられた状態のセンシング流路２５には、互いに離間されて溝（図示せず）が設けられており、この溝に針電極支持板３５が取り付けられることで、針電極２８がセンシング流路２５内に固定される。
【００１５】
次に、図６は図３のリング電極２９を拡大して示す正面図であり、図７は図６のリング電極２９を示す平面図である。図において、リング電極２９は、中心に円形の貫通孔３７ａが設けられたリング電極本体３７を有している。このリング電極本体３７は、前記センシング流路２５内の溝にリング電極本体３７が取り付けられることで、リング電極２９がセンシング流路２５内に固定される。
【００１６】
図８は図４の針電極２８と図６のリング電極２９とを用いての流体ジェット発生の概念を示す説明図であり、図９は図８の流体ジェットを示す平面図である。図において、前記針電極２８及び前記リング電極２９、具体的には針電極本体３６及びリング電極本体３７間には、高電圧の直流電圧３９が印加されている。例えば特許第３１５７８０４号等に示されているように、特定の絶縁性液体である電界共役流体３１に電圧を印加することにより、印加電圧に対応した絶縁性液体の移動流、すなわち流体ジェット４０を発生させることができる。なおこの場合、針電極本体３６とリング電極本体３７へ印加する電圧は各極性が反対であれば極性は不問である。
【００１７】
図９に示すように、前記針電極２８及び前記リング電極２９は、前記針電極本体３６と前記貫通孔３７ａとが互いに対向するように配置されている。電極部２７の軸線２７ａは、これら針電極本体３６及び貫通孔３７ａを結ぶ直線である。この状態で、前記針電極本体３６と前記リング電極本体３７との間に高電圧の直流電圧３９が印加されることで、前記各スリット孔３５ａ及び貫通孔３７ａを通過する前記流体ジェット４０が発生する。
【００１８】
図１〜図３に示すように、センシング流路２５内には、２組の前記針電極２８及び前記リング電極２９が直列に配置されており、これによって、より活発な流体ジェット４０を発生できるように構成している。この流体ジェット４０は、図１及び図３に示す軸線２７ａに沿ってセンシング流路２５の下流側２５ｂに進む。前記センシング流路２５の下流側２５ｂに位置する前記空間内壁２２の第１内壁部２２ａには、前記センシング流路２５を抜けた前記流体ジェット４０の戻り流４０ａを、前記戻り流路２６に沿うように、すなわちセンシング流路２５の両脇に案内する突部４１が設けられている。
【００１９】
次に、図１０は、図１の検出部６の回路構成を示す構成図である。図において、前記第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２は、該第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２と第１及び第２抵抗Ｒ１，Ｒ２とからなるブリッジ回路４５に組み込まれている。このブリッジ回路４５には、定電流源４６が接続されており、第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２が常に熱せられている。
【００２０】
周知のように、軸線２７ａに直交する軸回りの角速度ωがケーシング１に加えられると、コリオリの力により流体ジェット４０が偏向する。この流体ジェット４０の偏向が発生すると、流体ジェット４０による各ホットワイヤＨ１，Ｈ２の冷却に偏りが生じ、各ホットワイヤＨ１，Ｈ２の抵抗値に変化が生じる。このとき、ブリッジ回路４５の出力電圧Ｖ１−Ｖ２に変化が生じて、検出部６の出力変化、すなわち出力電圧Ｖ１−Ｖ２の変化に基づいて、前記角速度ωが検出される。すなわち、この実施の形態の流体レートジャイロは、周知のホットワイヤアネモメトリを利用して角速度ωを検出している。
【００２１】
このような流体レートジャイロによれば、電極部２７により電界共役流体３１に電圧が印加されることで流体ジェット４０が発生し、ケーシング１に角速度ωが加えられた際の流体ジェット４０の偏向により発生する検出部６の出力変化に基づいて、角速度ωを求めるので、ガス流を用いる従来構成に比べて、ジャイロ全体を小形化でき、適用範囲を広げることができる。また、圧電素子を用いる気体ポンプを採用する場合と異なり、機械的な可動部分を無くすことができ、耐久性を向上できる。さらに、気体ポンプを採用する場合に比べて、低コスト化及び軽量化を実現できる。
【００２２】
また、電極部２７は、直列に配置された２組の針電極２８及びリング電極２９からなり、針電極本体３６及びリング電極本体３７間に電圧が印加されることで、スリット孔３５ａ及び貫通孔３７ａを通過する前記流体ジェット４０が発生するので、センシングに利用可能な流体ジェットをより確実に発生させることができるとともに、より確実にジャイロ全体の小形化を実現できる。
【００２３】
さらに、センシング流路２５の下流側２５ｂに位置する前記空間内壁２２の第１内壁部２２ａには、前記センシング流路２５を抜けた前記流体ジェット４０をセンシング流路２５の両脇に案内する突部４１が設けられているので、戻り流４０ａを円滑に案内でき、すなわち電界共役流体３１の循環を円滑にでき、角速度検出の精度を向上できる。
【００２４】
さらにまた、ケーシング１は、空間部１ａが設けられた基部２０と、基部２０に取り付けられる蓋部２１とからなり、基部２０には、空間部１ａの外周側に輪状の封止部材３０が取り付けられているので、製造を容易にすることができるとともに、電界共役流体３１をより確実に封入できる。
【００２５】
また、前記検出部６は、前記センシング流路２５の下流側で、前記センシング流路２５の長手方向Ａに沿う前記電極部２７の軸線２７ａを中心として、対となるように配置された第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２を有しているので、より確実に前記流体ジェット４０の偏向を検出でき、前記角速度ωをより確実に求めることができる。
【００２６】
なお、実施の形態１では、２組の針電極２８及びリング電極２９が設けられていると説明したが、針電極及びリング電極の組数は、１つ又は３つ以上でもよい。また、膜状の平板電極により電極部２７を構成してもよい。
【００２７】
実施の形態２．
図１１は本発明の実施の形態２による流体レートジャイロの針電極２８を示す正面図であり、図１２は図１１の針電極２８を示す平面図である。実施の形態１では、針電極本体３６は針電極支持板３５と別体に形成されていると説明したが、図１１及び図１２に示すように一体に設けられてもよい。
【００２８】
このように、針電極支持板３５及び針電極本体３６を一体に設けることで、部品数を低減でき、管理コストや製造コストを抑えることができる。
【００２９】
実施の形態３．
図１３は本発明の実施の形態３による流体レートジャイロを示す平面図であり、図１４は図１３の流体レートジャイロを示す断面図である。実施の形態１では、軸線２７ａを中心として互いに対称に第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２を離間させると説明したが、第２電極１２を軸線２７ａ上に配置し、この第２電極１２を共通電極として、第１及び第２電極１１，１２間に第１ホットワイヤＨ１を張設し、第２及び第３電極１２，１３間に第２ホットワイヤＨ２を張設してもよい。この実施の形態３では、第２電極１２を第１及び第３電極１１，１３よりも下流側２５ｂに配置して、流体ジェット４０に対して凹型のＶ字状に第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２を配置している。また、前記空間部１ａの深さ方向Ｂに沿う各電極１１〜１３の突出量は揃えられており、第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２は軸線２７ａと同じ高さに配置されている。
【００３０】
このように、軸線２７ａ上に配置された第２電極１２を共通電極として、軸線２７ａを中心に互いに対称に第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２を配置することで、より細い流体ジェット４０にも対応できる。
【００３１】
実施の形態４．
図１５は本発明の実施の形態４による流体レートジャイロを示す平面図であり、図１６は図１５の流体レートジャイロを示す断面図である。実施の形態３では、第２電極１２を第１及び第３電極１１，１３よりも下流側２５ｂに配置して、流体ジェット４０に対して凹型のＶ字状に第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２を配置すると説明したが、図１５，図１６に示すように、第１及び第３電極１１，１３を第２電極１２よりも下流側２５ｂに配置して、流体ジェット４０に対して凸型のＶ字状に第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２を配置してもよい。
【００３２】
実施の形態５．
図１７は本発明の実施の形態５による流体レートジャイロを示す平面図であり、図１８は図１７の流体レートジャイロを示す断面図である。実施の形態３，４では、Ｖ字状に第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２を配置すると説明したが、図１７，図１８に示すように、軸線２７ａに直交する直線上に第１〜第３電極１１〜１３を配置して、直線状に第１及び第２ホットワイヤＨ１，Ｈ２を配置してもよい。
【００３３】
なお、実施の形態１〜５では、検出部６として、ホットワイヤＨ１，Ｈ２を有する構成を説明したが、検出部としては、流体ジェットの偏向を検出できればよく、例えば特許願２００７−０６１８３８で開示した構成、すなわち開口を有する基板と、前記開口を横断するように基板に設けられた接続部と、前記接続部上に蒸着形成された金属薄膜からなるセンシング用抵抗体とを備えた構成等でもよい。
【００３４】
実施の形態６．
図１９は本発明の実施の形態６による流体レートジャイロを示す平面図であり、図２０は図１９の流体レートジャイロを示す断面図である。この実施の形態６の構成は、実施の形態３の構成（図１３，１４）の構成に、第１及び第２方向制御電極対５０，５１と電圧制御手段５２（図２０参照）が追加された構成である。図１９及び図２０において、前記センシング流路２５内の前記電極部２７と前記検出部６との間には、第１及び第２方向制御電極対５０，５１が配置されている。前記第１方向制御電極対５０は、前記空間部１ａの深さ方向Ｂに沿って互いに間隔をおいて配置された一対の平板状の対向電極５０ａ，５０ｂにより構成され、前記第２方向制御電極対５１は、前記第１及び第２壁部２３ａ，２３ｂが離間する左右方向Ｃに沿って互いに間隔をおいて配置された一対の棒状の対向電極５１ａ，５１ｂにより構成されている。すなわち、前記第１方向制御電極対５０は前記流体ジェット４０を上下方向に挟み、前記第２方向制御電極対５１は前記流体ジェット４０を左右方向に挟むものである。前記電圧制御手段５２は、前記第１及び第２方向制御電極対５０，５１と前記検出部６とに接続されており、前記第１及び第２方向制御電極対５０，５１に印加する電圧を前記検出部６の出力に基づいて決定するものである。
【００３５】
次に、前記第１及び第２方向制御電極対５０，５１と前記電圧制御手段５２との動作について説明する。まず、前記電極部２７及び前記検出部６が前記センシング流路２５内にまとめて配置されているため、電極部２７と検出部６との間の電位差に伴う非一様な電界分布によって前記流体ジェット４０に偏流が生じ、角速度ωの検出に影響を及ぼしてしまう可能性が考えられる。具体的には、時計回りの角速度に対する感度と反時計回りの角速度に対する感度とが異なる可能性が考えられる。
【００３６】
この実施の形態では、非一様な電界分布による前記流体ジェット４０の偏流を解消するために、前記第１及び第２方向制御電極対５０，５１に印加する電圧により、前記深さ方向Ｂ及び前記左右方向Ｃに沿う前記流体ジェット４０の方向が調整可能とされている。具体的には、前記第１方向制御電極対５０に印加される電圧の大きさ及び向き（極性）が調整されることで、前記深さ方向Ｂに沿う前記流体ジェット４０の方向が調整され、前記第２方向制御電極対５１に印加される電圧の大きさ及び向き（極性）が調整されることで、前記左右方向Ｃに沿う前記流体ジェット４０の方向が調整される。
【００３７】
ところで、非一様な電界分布による前記流体ジェット４０の偏流は、電極部２７と検出部６との組み合わせによる固有の誤差と考えられるので、製造時にテストを行い、偏流を解消できる電圧の大きさ及び向きを手動で決定することも可能である。しかしながら、この実施の形態では、前記電圧制御手段５２が、所定の調整タイミング時に、前記検出部６の出力がゼロとなるように、前記第１及び第２方向制御電極対５０，５１に印加する電圧の値を決定する。調整タイミングとは、例えばジャイロの電源が投入されたとき、又は調整指令信号が外部から入力されたとき等であり、このタイミング時にホットワイヤＨ１，Ｈ２に均等に流体ジェット４０が供給されるように流体ジェット４０の向きが調整される。
【００３８】
このような流体レートジャイロでは、前記第１及び第２方向制御電極対５０，５１に印加される電圧により、前記深さ方向Ｂ及び前記左右方向Ｃに沿う前記流体ジェット４０の方向が調整可能とされているので、電極部２７と検出部６との間の電位分布によって発生する前記流体ジェット４０の偏流を解消でき、この偏流が角速度検出に影響を及ぼす可能性を低減できる。
【００３９】
また、前記電圧制御手段５２が、所定の調整タイミング時に、前記検出部６の出力がゼロとなるように、前記第１及び第２方向制御電極対５０，５１に印加する電圧の値を決定するので、前記流体ジェット４０の偏流を調整タイミング時に解消でき、偏流が角速度検出に影響を及ぼす可能性をより確実に低減できる。
角速度入力による偏流が零となるように制御電極に電圧印加が可能とするように前記電圧制御手段を設定することにより、零サーボを行うための手段ともなりうる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態１による流体レートジャイロを示す平面図である。
【図２】図１の流体レートジャイロの断面図である。
【図３】図１の基部から蓋部が取り外された状態を示す平面図である。
【図４】図３の針電極を拡大して示す正面図である。
【図５】図４の針電極を示す平面図である。
【図６】図３のリング電極を拡大して示す正面図である。
【図７】図６のリング電極を示す平面図である。
【図８】図４の針電極と図６のリング電極とを用いての流体ジェット発生の概念を示す説明図である。
【図９】図８の流体ジェットを示す平面図である。
【図１０】図１の検出部６の回路構成を示す構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態２による流体レートジャイロの針電極を示す正面図である。
【図１２】図１１の針電極を示す平面図である。
【図１３】本発明の実施の形態３による流体レートジャイロを示す平面図である。
【図１４】図１３の流体レートジャイロを示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態４による流体レートジャイロを示す平面図である。
【図１６】図１５の流体レートジャイロを示す断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態５による流体レートジャイロを示す平面図である。
【図１８】図１７の流体レートジャイロを示す断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態６による流体レートジャイロを示す平面図である。
【図２０】図１９の流体レートジャイロを示す断面図である。
【図２１】従来の流体レートジャイロを示す構成図である。
【図２２】図２１の検出部を拡大して示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ ケーシング
１ａ 空間部
６ 検出部
２０ 基部
２１ 蓋部
２２ 空間内壁
２２ａ 内壁部
２３ 流路壁
２３ａ，２３ｂ 第１及び第２壁部
２５ センシング流路
２５ａ 上流側
２５ｂ 下流側
２６ 戻り流路
２７ 電極部
２７ａ 軸線
２８ 針電極
２９ リング電極
３０ 封止部材
３１ 電界共役流体
３５ 針電極支持板
３５ａ スリット孔
３６ 針電極本体
３７ リング電極本体
３７ａ 貫通孔
４０ 流体ジェット
４１ 突部
５０，５１ 第１及び第２方向制御電極対
５２ 電圧制御手段
Ａ 長手方向
Ｂ 深さ方向
Ｃ 左右方向
Ｈ１，Ｈ２ 第１及び第２ホットワイヤ
ω 角速度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に空間部（１ａ）を有するケーシング（１）と、
前記空間部（１ａ）内に設けられ、互いに離間されてセンシング流路（２５）を形成する一対の第１及び第２壁部（２３ａ，２３ｂ）からなる流路壁（２３）と、
前記空間部（１ａ）内に形成され、前記流路壁（２３）と前記空間部（１ａ）を形成する空間内壁（２２）との間で輪状をなす戻り流路（２６）と、
前記センシング流路（２５）の上流側（２５ａ）に配置された電極部（２７）と、
前記センシング流路（２５）の下流側（２５ｂ）に配置された検出部（６）と、
前記空間部（１ａ）内に封入された電界共役流体（３１）と
を備え、
前記電極部（２７）により前記電界共役流体（３１）に電圧が印加されることで流体ジェット（４０）が発生し、前記ケーシング（１）に角速度（ω）が加えられた際の前記流体ジェット（４０）の偏向により発生する前記検出部（６）の出力変化に基づいて、前記角速度（ω）を求めるように構成されたことを特徴とする流体レートジャイロ。
【請求項２】
前記電極部（２７）は、少なくとも１組の針電極（２８）及びリング電極（２９）からなり、
前記針電極（２８）は、前記ケーシング（１）に取り付けられるとともに少なくとも１つのスリット孔（３５ａ）が設けられた針電極支持板（３５）と、前記針電極支持板（３５）に設けられた針電極本体（３６）とを有し、
前記リング電極（２９）は、前記ケーシング（１）に取り付けられるとともに貫通孔（３７ａ）が設けられたリング電極本体（３７）を有し、
前記針電極本体（３６）と前記貫通孔（３７ａ）とが互いに対向するように前記針電極（２８）及び前記リング電極（２９）が配置され、前記針電極本体（３６）及び前記リング電極本体（３７）間に電圧が印加されることで、前記スリット孔（３５ａ）及び前記貫通孔（３７ａ）を通過する前記流体ジェット（４０）が発生することを特徴とする請求項１記載の流体レートジャイロ。
【請求項３】
前記ケーシング（１）は、
前記空間部（１ａ）が設けられた基部（２０）と、
該基部（２０）に取り付けられる蓋部（２１）とからなり、
前記基部（２０）には、前記空間部（１ａ）の外周側に輪状の封止部材（３０）が取り付けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体レートジャイロ。
【請求項４】
前記検出部（６）は、前記センシング流路（２５）の下流側（２５ｂ）で、前記センシング流路（２５）の長手方向（Ａ）に沿う前記電極部（２７）の軸線（２７ａ）を中心として、対となるように配置された第１及び第２ホットワイヤ（Ｈ１，Ｈ２）を有することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の流体レートジャイロ。
【請求項５】
前記センシング流路（２５）内で前記電極部（２７）と前記検出部（６）との間に配置され、前記空間部（１ａ）の深さ方向（Ｂ）に沿って互いに間隔をおいて配置された一対の対向電極（５０ａ，５０ｂ）からなる第１方向制御電極対（５０）と、
前記センシング流路（２５）内で前記電極部（２７）と前記検出部（６）との間に配置され、前記第１及び第２壁部（２３ａ，２３ｂ）が離間する左右方向（Ｃ）に沿って互いに間隔をおいて配置された一対の対向電極（５１ａ，５１ｂ）からなる第２方向制御電極対（５１）と
をさらに備え、
前記第１及び第２方向制御電極対（５０，５１）に印加される電圧により、前記深さ方向（Ｂ）及び前記左右方向（Ｃ）に沿う前記流体ジェット（４０）の方向が調整可能とされていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の流体レートジャイロ。
【請求項６】
前記検出部（６）と前記第１及び第２方向制御電極対（５０，５１）とに接続された電圧制御手段（５２）をさらに備え、
前記電圧制御手段（５２）は、所定の調整タイミング時に、前記検出部（６）の出力がゼロとなるように、前記第１及び第２方向制御電極対（５０，５１）に印加する電圧の値を決定することを特徴とする請求項５記載の流体レートジャイロ。
【請求項１】
内部に空間部（１ａ）を有するケーシング（１）と、
前記空間部（１ａ）内に設けられ、互いに離間されてセンシング流路（２５）を形成する一対の第１及び第２壁部（２３ａ，２３ｂ）からなる流路壁（２３）と、
前記空間部（１ａ）内に形成され、前記流路壁（２３）と前記空間部（１ａ）を形成する空間内壁（２２）との間で輪状をなす戻り流路（２６）と、
前記センシング流路（２５）の上流側（２５ａ）に配置された電極部（２７）と、
前記センシング流路（２５）の下流側（２５ｂ）に配置された検出部（６）と、
前記空間部（１ａ）内に封入された電界共役流体（３１）と
を備え、
前記電極部（２７）により前記電界共役流体（３１）に電圧が印加されることで流体ジェット（４０）が発生し、前記ケーシング（１）に角速度（ω）が加えられた際の前記流体ジェット（４０）の偏向により発生する前記検出部（６）の出力変化に基づいて、前記角速度（ω）を求めるように構成されたことを特徴とする流体レートジャイロ。
【請求項２】
前記電極部（２７）は、少なくとも１組の針電極（２８）及びリング電極（２９）からなり、
前記針電極（２８）は、前記ケーシング（１）に取り付けられるとともに少なくとも１つのスリット孔（３５ａ）が設けられた針電極支持板（３５）と、前記針電極支持板（３５）に設けられた針電極本体（３６）とを有し、
前記リング電極（２９）は、前記ケーシング（１）に取り付けられるとともに貫通孔（３７ａ）が設けられたリング電極本体（３７）を有し、
前記針電極本体（３６）と前記貫通孔（３７ａ）とが互いに対向するように前記針電極（２８）及び前記リング電極（２９）が配置され、前記針電極本体（３６）及び前記リング電極本体（３７）間に電圧が印加されることで、前記スリット孔（３５ａ）及び前記貫通孔（３７ａ）を通過する前記流体ジェット（４０）が発生することを特徴とする請求項１記載の流体レートジャイロ。
【請求項３】
前記ケーシング（１）は、
前記空間部（１ａ）が設けられた基部（２０）と、
該基部（２０）に取り付けられる蓋部（２１）とからなり、
前記基部（２０）には、前記空間部（１ａ）の外周側に輪状の封止部材（３０）が取り付けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体レートジャイロ。
【請求項４】
前記検出部（６）は、前記センシング流路（２５）の下流側（２５ｂ）で、前記センシング流路（２５）の長手方向（Ａ）に沿う前記電極部（２７）の軸線（２７ａ）を中心として、対となるように配置された第１及び第２ホットワイヤ（Ｈ１，Ｈ２）を有することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の流体レートジャイロ。
【請求項５】
前記センシング流路（２５）内で前記電極部（２７）と前記検出部（６）との間に配置され、前記空間部（１ａ）の深さ方向（Ｂ）に沿って互いに間隔をおいて配置された一対の対向電極（５０ａ，５０ｂ）からなる第１方向制御電極対（５０）と、
前記センシング流路（２５）内で前記電極部（２７）と前記検出部（６）との間に配置され、前記第１及び第２壁部（２３ａ，２３ｂ）が離間する左右方向（Ｃ）に沿って互いに間隔をおいて配置された一対の対向電極（５１ａ，５１ｂ）からなる第２方向制御電極対（５１）と
をさらに備え、
前記第１及び第２方向制御電極対（５０，５１）に印加される電圧により、前記深さ方向（Ｂ）及び前記左右方向（Ｃ）に沿う前記流体ジェット（４０）の方向が調整可能とされていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の流体レートジャイロ。
【請求項６】
前記検出部（６）と前記第１及び第２方向制御電極対（５０，５１）とに接続された電圧制御手段（５２）をさらに備え、
前記電圧制御手段（５２）は、所定の調整タイミング時に、前記検出部（６）の出力がゼロとなるように、前記第１及び第２方向制御電極対（５０，５１）に印加する電圧の値を決定することを特徴とする請求項５記載の流体レートジャイロ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００９−１４５３１７（Ｐ２００９−１４５３１７Ａ）
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３８１３４（Ｐ２００８−１３８１３４）
【出願日】平成２０年５月２７日（２００８．５．２７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度、独立行政法人科学技術振興機構、「電界共役流体を用いた新型レートジャイロの研究」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００２０３６３４）多摩川精機株式会社 (669)
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２７日（２００８．５．２７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度、独立行政法人科学技術振興機構、「電界共役流体を用いた新型レートジャイロの研究」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００２０３６３４）多摩川精機株式会社 (669)
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
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