JPS60205313A - 角速度センサ− - 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 本発明はジャイロスコープに用いる角速度センサーに関
するものである。

従来例の構成とその問題点 近年、コンピューター技術が発展し、多くの機能を有し
た製品が商品化されるようになり、そのだめの各種セン
サーの要求が大きくなってきている。角速度センサーの
応用も電装品におけるナビゲーションシステム、ロボッ
トの方向検知、駆動装置のスタビライザー装置などがあ
り、いずれも小型で高性能なものがこれから必要となっ
てくる。

従来、慣性航法装置として、飛行機、船舶のような移動
する物体の方位を知る方法に主に使われている。これは
安定した方位が得られる一方、機械式であることから装
置が大がかりであり、コストも高く、小型化が望まれる
民生用機器への応用は困難である。

一方１回転力を使わずに物体を振動させて、角速度が発
生した時に起こるコリオリの力から角速度を検出する振
動ジャ（ｏ　（ＵＳＰ−２５４４６４８）が考えられた
。これによれば駆動用弾性体と検知用弾性体の矩形板を
直交接合させたもので速度Ｖを持った検知用弾性体に働
らくコリオリカを検出するものである。以下図面を参照
しながら説明する。第１図は従来例（ＵＳＰ−２５４４
６４６）（７）振動ジャイロの原理図であり、１は検知
用圧電バイモルフ、２ｉ［動用圧［バイモルフ％３はベ
ース部材、４は接着部材、５は接合部材である。以上の
ように構成された角速度センサーについてその動作を以
下に説明する。検知用バイモルフ素子１に速度Ｖを付与
するために駆動用圧電バイモルフ２が存在する。コリオ
リの力をバイモルフの感度として取り出すために矢印の
方向に振動をする必要がある。ここではペース部材３に
駆動用バイモルフ素子の自由端を接着部材４にて固定し
、検知用圧電バイモルフ１の先端が自由端となる。駆動
用圧電バイモルフ２にこの振動子の共振周波数のＡＣ信
号を印加してやると駆動用圧電バイモルフ２Ｆｉたわみ
振動を始める。振動モードとしてはベース部材を基点と
しだ片持ぼり型の振動モードとなるので共振周波数を低
くとることができ、機械インピーダンスが下がるので振
幅量が犬きくとることができる。コリオリの力を検出す
るためには検知用圧電バイモルフ１を大振幅させる必要
から第１図に示す構成のベース部材３に大きな振動に見
合った反作用が現われる。そのためペース部材には十分
な強度と質量が必要であり、センサーとして用いる時に
振動子の保持・装着法によって特性が変化したり、精度
が悪くなったりするという大きな問題点を有していた。

発明の目的 本発明の目的は振動ジャイロにおける反作用の影響を留
意する必要のない装着法を可能とする角速度センサーを
提供することである。

発明の構成 本発明の角速度センサーは駆動用圧電バイモルフ素子と
検知用バイモルフ素子を９０°の角度で直交接合し駆動
用圧電バイモルフ素子の自由端と振動部を支えるペース
部材との間を１本の金属弾性部材にて支持接合し、両端
自由のたわみ振動を駆動信号源に用いるように構成した
ものであり、これにより、振動による圧電バイモルフの
反作用を金属弾性部材にて吸収し、センザー外部への圧
電バイモルフによる振動が発生しないので小型。

軽量化が実現できる。

実施例の説明 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第２図は本発明の一実施例における用達１■センサの平
面図を示し、第３図は側面図を示すものである。第２，
３図において１は検知用圧電バイモルフ素子、２は駆動
用圧電バイモルフ素子、３はベース部材、４は接着部材
、６は接合部材、６は金属弾性部材を示す。

以上のように構成された本実施例の角速度センサーにつ
いて以下その動作を説明する。

角速度の検出にはコリオリの力を検出することがこのセ
ンサーの原理であり、検知用圧電バイモルフ１に矢印の
方向に速度Ｖなる力を与え、その時速度マとは９ｏ０、
そして回転軸とも９００の角度、すなわち、検知用圧電
バイモルフ１が接合部材６を基点としてたわむ方向に働
き、バイモルフの出力として検知するものである。今駆
動用圧電バイモルフ２を駆動するには圧電バイモルフの
両面にムＣ信号（共振周波数）をかける。信号を印加す
るためのリード線はできるだけ細い導線を用いて振動に
影響を与えにくい下部にノ・ンダ付される。このような
信号を印加された駆動用圧電バイモルフ２は振動を始め
、これが検知用圧電バイモルフ１に働らく速度Ｖとなる
。

一般に片持ばり構造を有する圧電バイモルフの共振周波
数は圧電定数２寸法形状によって決定される。その時の
共振周波数ｆｒ　は にて示される。（ｆ、　；共振周波数、ｅ；片持げりの
長さ、ｔ；バイモルフの厚み、Ｅ；ヤング率。

ρｉ密度） 長さ１５１１．　中１．５１ＦＩ、厚みＱ、６１１Ｍの
圧電バイモルフを第１図のごとく構成するとｆｒは約２
６０１を付近となる。次に本発明方法の第２図に示す構
造の共振周波数は一枚のバイモルフ素子の両端自由の屈
曲振動と考える。音片の屈曲振動は節を有して共振周波
数ｆｒ　は た形態で振動するので共振周波数としては計算式より質
量付加分低くなる。完全両端自由のバイモルフ振動子（
ｅ＝　１ｓｍ、ｗ　＝　１．ｔｓｍ、ｔ　＝ｏ、ｒｓＩ
１１　）では約２１の共振周波数を有するが第２図に示
すところの構造では６５０Ｈｚ付近となる。そしてその
時のインピーダンス特性を第４図に示す。

第４図において６６０　Ｈｚにみられるピークがたわみ
振動による共振を示し、１１ｏ１−１ｚ付近にみられる
小さなピークが片持ばりによる振動であるが６５０１１
ｚの共振ピークより約ａｏｄＢ程度低い値であり、実用
−Ｌ問題にはならない。

どこに共振周波数を設定するかは各素子（主に圧電バイ
モルフ１，２と金属弾性部材６）の寸法形状、材質によ
って異なるので種々の設計が可能となる。この第２図に
示した構造では片持ばり振動から両端自由のたわみ振動
へ振動モードが変化し共振周波数が高くなっている。速
度Ｖはこのｆｒに比例するので同じ速度Ｖを得るには振
幅量を逆比例して小さくすることができる。

そして振動による反作用は全んど金属弾性部材６にて減
衰するのでベース部拐３には伝わらない。

そのため第１図に示した構造ではベース部材３がどうし
ても大型で質量の大きなものが要求されていたが本発明
の構造によればその問題を解決できる。

又、金属弾性部材６の材質としてはヤング率の高い材料
が適しており、リン青銅、黄銅、チタン。

鉄、アルミニウムあるいは合金系のエリンバ−等の金属
材料が最適である。

又、金属弾性部材６の形状は出来る限り細くて長い方が
好ましいのでパイプ状、丸棒、角棒の形状が良い。そし
て金１ｉｉｔＪ料であることから駆動用圧電バイモルフ
素子２の電極の引出し線として利用することができる。

金属弾性部材６とベース部材３は一体構造として考えて
もよいし１個別に作成してもよい。

発明の効果 以上の説明で明らかなように本発明は駆動円圧素子の自
由端と振動部を支えるベース部材との間を１本の金属弾
性部材にて支持接合するように構成しているので圧電バ
イモルフの振動による反作用がベース部材まで影響しな
いという優れた効果が得られるので、その効果によりセ
ンサー素子の小型化とセンサー取付のだめの保持に留意
する必要がなくなるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の角速度センサーの正面図、第２図は本発
明の一実施例における角速度センサーの正面図、第３図
は側面図である。第４図は本発明の一実施例におけるイ
ンピーダンス特性図である。 １・・・・・・検知用圧電バイモルフ素子％２・・・・
・・駆動用圧電バイモルフ素子、３・・・・・・ベース
部材、４・・・・・・接着部材、５・・・・・・接合部
材、６・・・・・・金属弾性部材。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
１　図 第２図 □　原初方向 ｌＡａ　面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 駆動用圧電バイモルフ素子と検知用圧電バイモルフ素子
   をｅｏｏの角度で直交接合し、前記駆動用圧電バイモル
   フ素子の自由端と振動部とを支えるベース部拐との間を
   １本の金稿弾性部材にて支持接合し、両端自由のたわみ
   振動を駆動信号源に用いることを特徴とする角速度セン
   サー。