JPH09113281A - 角速度センサ - Google Patents
角速度センサInfo
- Publication number
- JPH09113281A JPH09113281A JP7297549A JP29754995A JPH09113281A JP H09113281 A JPH09113281 A JP H09113281A JP 7297549 A JP7297549 A JP 7297549A JP 29754995 A JP29754995 A JP 29754995A JP H09113281 A JPH09113281 A JP H09113281A
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Abstract
(57)【要約】
［課題］ ２軸の角速度の検出ができる小型軽量で２軸
の検出感度差の少ない角速度センサを得る。 ［解決手段］ 板状の振動体、および該振動体の片面若
しくは両面に圧電素子を貼付し、該圧電素子には少なく
とも励振用電極と検出用電極を形成し、該検出用電極に
より所定の軸まわりの角速度を検出する検出軸が設定さ
れ、重錘体を設け、ノード部を支持する支持部材を有
し、該支持部材をワイヤーで固定する。２軸の検出軸は
前記ワイヤーに関してほぼ４５゜傾けて取り付けられ
る。
の検出感度差の少ない角速度センサを得る。 ［解決手段］ 板状の振動体、および該振動体の片面若
しくは両面に圧電素子を貼付し、該圧電素子には少なく
とも励振用電極と検出用電極を形成し、該検出用電極に
より所定の軸まわりの角速度を検出する検出軸が設定さ
れ、重錘体を設け、ノード部を支持する支持部材を有
し、該支持部材をワイヤーで固定する。２軸の検出軸は
前記ワイヤーに関してほぼ４５゜傾けて取り付けられ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧電振動型角速度セ
ンサに関するものである。
ンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】姿勢制御、位置制御が可能な角速度セン
サは、ビデオカメラの手ぶれ防止や、自動車のナビゲー
ションに使うことを目的に小型化、高性能化の開発が行
われている。角速度センサにもいろいろあるが、サイズ
やコストの面では圧電振動型の角速度センサが有利であ
り、音叉型、音片型（四角柱）、円柱型、三角柱型等が
製品化されている。
サは、ビデオカメラの手ぶれ防止や、自動車のナビゲー
ションに使うことを目的に小型化、高性能化の開発が行
われている。角速度センサにもいろいろあるが、サイズ
やコストの面では圧電振動型の角速度センサが有利であ
り、音叉型、音片型（四角柱）、円柱型、三角柱型等が
製品化されている。
【０００３】図１は音片型圧電振動角速度センサを説明
するための構造図である。圧電振動型角速度センサの原
理は、振動している振動子の中心軸（Ｚ軸）回りに、回
転角速度（ω0）が加わると、もとの振動方向（Ｘ軸）
に対し、直角方向（Ｙ軸）に回転角速度に比例したコリ
オリ力（Ｆc）が生じる力学現象を利用したもので、駆
動用圧電セラミックを用いてＸ軸に振動を与え、Ｙ軸に
設けた検出用圧電セラミックによってコリオリ力を電圧
として検出するものである。コリオリ力は一般に次式に
より求められる。 Ｆc＝２ｍ×ｖ×ω0 ｍは質量、ｖ
は速度 、 ω0は角速度である。
するための構造図である。圧電振動型角速度センサの原
理は、振動している振動子の中心軸（Ｚ軸）回りに、回
転角速度（ω0）が加わると、もとの振動方向（Ｘ軸）
に対し、直角方向（Ｙ軸）に回転角速度に比例したコリ
オリ力（Ｆc）が生じる力学現象を利用したもので、駆
動用圧電セラミックを用いてＸ軸に振動を与え、Ｙ軸に
設けた検出用圧電セラミックによってコリオリ力を電圧
として検出するものである。コリオリ力は一般に次式に
より求められる。 Ｆc＝２ｍ×ｖ×ω0 ｍは質量、ｖ
は速度 、 ω0は角速度である。
【０００４】振動周波数が同じであればＸ軸の振幅が大
きいほどＹ軸変位は大きく、検出電圧（感度）を高める
にはＸ軸の振幅が大きく、Ｙ軸の検出効率を高めた共振
型振動角速度センサが有利である。音片型振動角速度セ
ンサは共振型であり、感度は高くできるが、駆動辺と検
出辺の振動姿勢を崩さず、振動周波数を正確に調整する
ことが難しく、しかも駆動辺と検出辺の振動特性の不一
致やズレによる顕著な特性変化や高機械的品質係数（Ｑ
ｍ）がゆえに応答速度が遅いなど問題も多い。
きいほどＹ軸変位は大きく、検出電圧（感度）を高める
にはＸ軸の振幅が大きく、Ｙ軸の検出効率を高めた共振
型振動角速度センサが有利である。音片型振動角速度セ
ンサは共振型であり、感度は高くできるが、駆動辺と検
出辺の振動姿勢を崩さず、振動周波数を正確に調整する
ことが難しく、しかも駆動辺と検出辺の振動特性の不一
致やズレによる顕著な特性変化や高機械的品質係数（Ｑ
ｍ）がゆえに応答速度が遅いなど問題も多い。
【０００５】一つの角速度センサーで２軸の角速度を検
出できるものが望まれていたが、この要望に応えるもの
として、振動体の表面に圧電素子を貼付して角速度によ
り圧電素子が変形することで変化する電荷の量を測定し
て角速度を検出するセンサが開発された。図２はその角
速度センサを斜め上から見た分解斜視図である。図３は
同じ角速度センサを斜め下から見た分解斜視図である。
振動体１の上面には、下面に電極６を設け上面に４つの
励振電極を兼ねる検出電極５を設けた圧電素子２が貼付
されている。振動体１の下面には、上面に電極７を設け
下面に帰還電極８を設けた圧電素子３が貼付されてい
る。帰還電極８の下面には重錘体９が貼付されセンサ部
が構成されている。センサ部は円筒状支持部材１０によ
りベンディング振動のノード部を固定されている。
出できるものが望まれていたが、この要望に応えるもの
として、振動体の表面に圧電素子を貼付して角速度によ
り圧電素子が変形することで変化する電荷の量を測定し
て角速度を検出するセンサが開発された。図２はその角
速度センサを斜め上から見た分解斜視図である。図３は
同じ角速度センサを斜め下から見た分解斜視図である。
振動体１の上面には、下面に電極６を設け上面に４つの
励振電極を兼ねる検出電極５を設けた圧電素子２が貼付
されている。振動体１の下面には、上面に電極７を設け
下面に帰還電極８を設けた圧電素子３が貼付されてい
る。帰還電極８の下面には重錘体９が貼付されセンサ部
が構成されている。センサ部は円筒状支持部材１０によ
りベンディング振動のノード部を固定されている。
【０００６】電極６と振動体１は電気的に接続されて接
着されているので、振動体１と励振電極を兼ねる検出電
極５に交流をかけると圧電素子２が振動し振動体１も一
緒に振動する。４つの励振用電極を兼ねる検出電極５は
円筒状支持部材１０の内径より内側に設けてある。円筒
状支持部材１０は図の如く２ヵ所をＬ字型をしたワイヤ
ー１１で固定し、ワイヤー１１の他端を基板に固定する
ものである。
着されているので、振動体１と励振電極を兼ねる検出電
極５に交流をかけると圧電素子２が振動し振動体１も一
緒に振動する。４つの励振用電極を兼ねる検出電極５は
円筒状支持部材１０の内径より内側に設けてある。円筒
状支持部材１０は図の如く２ヵ所をＬ字型をしたワイヤ
ー１１で固定し、ワイヤー１１の他端を基板に固定する
ものである。
【０００７】角速度センサに角速度が作用するとコリオ
リ力により重錘体９が移動することでセンサ部が変形し
検出電極に電荷が発生する。４つの検出電極５に発生す
る電荷の量により角速度の方向と強さが検出できる。
リ力により重錘体９が移動することでセンサ部が変形し
検出電極に電荷が発生する。４つの検出電極５に発生す
る電荷の量により角速度の方向と強さが検出できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】一般的に角速度センサ
は所定の軸まわりの角速度を検出できるように製作され
る。ここで所定の軸を検出軸という。直交する２つの検
出軸を持つ角速度センサを、２軸の角速度センサとい
う。２軸の角速度センサでは、被測定物への取り付けは
ユーザーが任意に行うものであるため、２軸間の検出感
度差は無いことが望ましい。しかしながら各部材の加工
誤差、あるいは組立誤差等により２軸の検出感度には差
が生じる。内部回路の容量値、抵抗値を変更することで
２軸の検出感度差を小さくしていたが、２軸の検出感度
差が大きい場合、検出感度の低い軸回りの検出出力を増
幅するとノイズも増幅され、正確な検出信号が取り出し
にくい。また、検出感度の低い軸回りの検出出力を増幅
するための部品の種類が増え、製造、管理コストが上が
る。本発明では、ワイヤーと検出軸を所定の位置関係に
保つことにより課題を解決しようとするものである。
は所定の軸まわりの角速度を検出できるように製作され
る。ここで所定の軸を検出軸という。直交する２つの検
出軸を持つ角速度センサを、２軸の角速度センサとい
う。２軸の角速度センサでは、被測定物への取り付けは
ユーザーが任意に行うものであるため、２軸間の検出感
度差は無いことが望ましい。しかしながら各部材の加工
誤差、あるいは組立誤差等により２軸の検出感度には差
が生じる。内部回路の容量値、抵抗値を変更することで
２軸の検出感度差を小さくしていたが、２軸の検出感度
差が大きい場合、検出感度の低い軸回りの検出出力を増
幅するとノイズも増幅され、正確な検出信号が取り出し
にくい。また、検出感度の低い軸回りの検出出力を増幅
するための部品の種類が増え、製造、管理コストが上が
る。本発明では、ワイヤーと検出軸を所定の位置関係に
保つことにより課題を解決しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は従来の角速度セ
ンサの課題を解決するためのものであり、小型、軽量で
２軸の検出感度差の小さい角速度センサを提供する。
ンサの課題を解決するためのものであり、小型、軽量で
２軸の検出感度差の小さい角速度センサを提供する。
【００１０】板状の振動体、および該振動体の片面若し
くは両面に圧電素子を貼付し、該圧電素子には少なくと
も励振用電極と検出用電極を形成し、該検出用電極によ
り所定の軸まわりの角速度を検出する検出軸が設定さ
れ、重錘体を設け、ノード部を支持する支持部材を有
し、該支持部材をワイヤーで固定する角速度センサにお
いて、該ワイヤーと該検出軸がほぼ４５゜をなすように
取り付ける。
くは両面に圧電素子を貼付し、該圧電素子には少なくと
も励振用電極と検出用電極を形成し、該検出用電極によ
り所定の軸まわりの角速度を検出する検出軸が設定さ
れ、重錘体を設け、ノード部を支持する支持部材を有
し、該支持部材をワイヤーで固定する角速度センサにお
いて、該ワイヤーと該検出軸がほぼ４５゜をなすように
取り付ける。
【００１１】ワイヤーと検出軸がほぼ４５゜をなすこと
で、ワイヤーが支持部材、センサ部に及ぼす振動、変形
等の影響は各軸に均等に分担され、２軸の検出感度は等
しくなる。
で、ワイヤーが支持部材、センサ部に及ぼす振動、変形
等の影響は各軸に均等に分担され、２軸の検出感度は等
しくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明を図面に基き詳細に説明す
る。図４は本発明の第一実施例で上面図である。図５は
本発明の第一実施例で図４をＡＡで切断した断面図であ
る。図６は本発明の第一実施例で図４をＢ方向より見た
側面図である。図７は本発明の第一実施例で図６をＣＣ
で切断した一部断面を含む下面図である。円盤状の振動
体２１の下面には、上面に電極２５を設け下面に４つの
帰還電極を兼ねる検出電極２４を設けた円盤状の圧電素
子２２が貼付されている。振動体２１の上面には、上面
に励振電極２７を設け下面に電極２６を設けた円盤状の
圧電素子２３が貼付されている。励振電極２７の上面に
は重錘体２８が、重錘体２８の中心軸が圧電素子２３の
面上中心を通るように貼付されセンサ部が構成されてい
る。円筒状支持部材２９は、前記センサ部のベンディン
グ振動のノード部に接着固定されている。円筒状支持部
材２９はコの字型をした円形断面を持つワイヤー３０に
固定される。ワイヤー３０の端部は、基板３１にハンダ
付けされ固定されている。
る。図４は本発明の第一実施例で上面図である。図５は
本発明の第一実施例で図４をＡＡで切断した断面図であ
る。図６は本発明の第一実施例で図４をＢ方向より見た
側面図である。図７は本発明の第一実施例で図６をＣＣ
で切断した一部断面を含む下面図である。円盤状の振動
体２１の下面には、上面に電極２５を設け下面に４つの
帰還電極を兼ねる検出電極２４を設けた円盤状の圧電素
子２２が貼付されている。振動体２１の上面には、上面
に励振電極２７を設け下面に電極２６を設けた円盤状の
圧電素子２３が貼付されている。励振電極２７の上面に
は重錘体２８が、重錘体２８の中心軸が圧電素子２３の
面上中心を通るように貼付されセンサ部が構成されてい
る。円筒状支持部材２９は、前記センサ部のベンディン
グ振動のノード部に接着固定されている。円筒状支持部
材２９はコの字型をした円形断面を持つワイヤー３０に
固定される。ワイヤー３０の端部は、基板３１にハンダ
付けされ固定されている。
【００１３】電極２６と振動体２１は電気的に接続され
て接着されているので、振動体２１と励振電極２７に交
流をかけると圧電素子２３が振動し、振動体２１も一緒
に振動する。４つの帰還電極を兼ねる検出電極２４は円
筒状支持部材２９の内径より内側に設けてある。
て接着されているので、振動体２１と励振電極２７に交
流をかけると圧電素子２３が振動し、振動体２１も一緒
に振動する。４つの帰還電極を兼ねる検出電極２４は円
筒状支持部材２９の内径より内側に設けてある。
【００１４】角速度センサに角速度が作用するとコリオ
リ力により重錘体２８が移動することでセンサ部が変形
し検出電極２４に電荷が発生する。４つの検出電極２４
に発生する電荷の量により角速度の方向と強さが検出で
きる。
リ力により重錘体２８が移動することでセンサ部が変形
し検出電極２４に電荷が発生する。４つの検出電極２４
に発生する電荷の量により角速度の方向と強さが検出で
きる。
【００１５】図７の如く圧電素子２２の面上中心３３に
点対称に検出用電極２４が形成されている。面上中心３
３を中心とし圧電素子２２の主面上に、矢印Ｄ方向に第
一軸、矢印Ｄに直交する矢印Ｅ方向に第二軸が設定さ
れ、これらの２軸回りの角速度を検出することができ
る。第一実施例では平行する２本のコの字型のワイヤー
３０に関して、二つの検出軸である第一軸、第二軸は４
５゜傾けて取り付けられている。第一軸、第二軸を含む
平面と、平行する２本のワイヤー部を含む平面は平行と
なっている。
点対称に検出用電極２４が形成されている。面上中心３
３を中心とし圧電素子２２の主面上に、矢印Ｄ方向に第
一軸、矢印Ｄに直交する矢印Ｅ方向に第二軸が設定さ
れ、これらの２軸回りの角速度を検出することができ
る。第一実施例では平行する２本のコの字型のワイヤー
３０に関して、二つの検出軸である第一軸、第二軸は４
５゜傾けて取り付けられている。第一軸、第二軸を含む
平面と、平行する２本のワイヤー部を含む平面は平行と
なっている。
【００１６】図８は本発明の第二実施例で上面図であ
る。図９は本発明の第二実施例で側面図である。図１０
は本発明の第二実施例で図９をＦＦで切断した一部断面
を含む下面図である。ワイヤー以外の部材構成は本発明
の第一実施例と同じであるので、ここでは異なる部分を
説明する。また、角速度の検出方法も第一実施例と同じ
であるので説明は省略する。図１０の如く圧電素子２２
の面上中心３３に点対称に検出用電極２４が形成されて
いる。面上中心３３を中心とし圧電素子２２の主面上
に、矢印Ｄ方向に第一軸、矢印Ｄに直交する矢印Ｅ方向
に第二軸が設定され、これらの２軸回りの角速度を検出
することができる。第二実施例では直線上に並んだ２本
のＬ字型のワイヤー３２に関して、二つの検出軸である
第一軸、第二軸は４５゜傾けて取り付けられている。
る。図９は本発明の第二実施例で側面図である。図１０
は本発明の第二実施例で図９をＦＦで切断した一部断面
を含む下面図である。ワイヤー以外の部材構成は本発明
の第一実施例と同じであるので、ここでは異なる部分を
説明する。また、角速度の検出方法も第一実施例と同じ
であるので説明は省略する。図１０の如く圧電素子２２
の面上中心３３に点対称に検出用電極２４が形成されて
いる。面上中心３３を中心とし圧電素子２２の主面上
に、矢印Ｄ方向に第一軸、矢印Ｄに直交する矢印Ｅ方向
に第二軸が設定され、これらの２軸回りの角速度を検出
することができる。第二実施例では直線上に並んだ２本
のＬ字型のワイヤー３２に関して、二つの検出軸である
第一軸、第二軸は４５゜傾けて取り付けられている。
【００１７】
【発明の効果】本発明は前記のような構成にすることで
次のような効果が生じる。 １ ２軸の検出感度が等しくなる。 ２ ノイズの影響が少なくなり、検出精度が上がる。 ３ 部品の種類を削減でき、製造コストが安価になる。
次のような効果が生じる。 １ ２軸の検出感度が等しくなる。 ２ ノイズの影響が少なくなり、検出精度が上がる。 ３ 部品の種類を削減でき、製造コストが安価になる。
【図１】音片型圧電振動角速度センサを説明するための
構造図。
構造図。
【図２】本発明に係る角速度センサの従来例を斜め上か
ら見た分解斜視図。
ら見た分解斜視図。
【図３】本発明に係る角速度センサの従来例を斜め下か
ら見た分解斜視図。
ら見た分解斜視図。
【図４】本発明に係る角速度センサの第一実施例で上面
図。
図。
【図５】本発明に係る角速度センサの第一実施例で断面
図。
図。
【図６】本発明に係る角速度センサの第一実施例で側面
図。
図。
【図７】本発明に係る角速度センサの第一実施例で一部
断面を含む下面図。
断面を含む下面図。
【図８】本発明に係る角速度センサの第二実施例で上面
図。
図。
【図９】本発明に係る角速度センサの第二実施例で側面
図。
図。
【図１０】本発明に係る角速度センサの第二実施例で一
部断面を含む下面図。
部断面を含む下面図。
１ 振動体 ２ 圧電素子 ３ 圧電素子 ５ 励振電極を兼ねる検出電極 ６ 電極 ７ 電極 ８ 帰還電極 ９ 重錘体 １０ 円筒状支持部材 １１ ワイヤー ２１ 振動体 ２２ 圧電素子 ２３ 圧電素子 ２４ 帰還電極を兼ねる検出電極 ２５ 電極 ２６ 電極 ２７ 励振電極 ２８ 重錘体 ２９ 円筒状支持部材 ３０ ワイヤー ３１ 基板 ３２ ワイヤー ３３ 面上中心
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 並木 智雄 長野県北佐久郡御代田町大字御代田4107番 地５ ミヨタ株式会社内 (72)発明者 畠山 稔 長野県北佐久郡御代田町大字御代田4107番 地５ ミヨタ株式会社内 (72)発明者 重田 利靖 長野県北佐久郡御代田町大字御代田4107番 地５ ミヨタ株式会社内 (72)発明者 岡田 和廣 埼玉県上尾市菅谷４丁目73番地
Claims (1)
- 【請求項１】 板状の振動体、および該振動体の片面若
しくは両面に圧電素子を貼付し、該圧電素子には少なく
とも励振用電極と検出用電極を形成し、該検出用電極に
より所定の軸まわりの角速度を検出する検出軸が設定さ
れ、重錘体を設け、ノード部を支持する支持部材を有
し、該支持部材をワイヤーで固定する角速度センサにお
いて、該ワイヤーと該検出軸がほぼ４５゜をなしている
ことを特徴とする角速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7297549A JPH09113281A (ja) | 1995-10-19 | 1995-10-19 | 角速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7297549A JPH09113281A (ja) | 1995-10-19 | 1995-10-19 | 角速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09113281A true JPH09113281A (ja) | 1997-05-02 |
Family
ID=17847987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7297549A Pending JPH09113281A (ja) | 1995-10-19 | 1995-10-19 | 角速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09113281A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008139054A (ja) * | 2006-11-30 | 2008-06-19 | Epson Toyocom Corp | 角速度センサ |
-
1995
- 1995-10-19 JP JP7297549A patent/JPH09113281A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008139054A (ja) * | 2006-11-30 | 2008-06-19 | Epson Toyocom Corp | 角速度センサ |
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