JPS60216210A - 角速度センサ− - Google Patents
角速度センサ−Info
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- JPS60216210A JPS60216210A JP59055420A JP5542084A JPS60216210A JP S60216210 A JPS60216210 A JP S60216210A JP 59055420 A JP59055420 A JP 59055420A JP 5542084 A JP5542084 A JP 5542084A JP S60216210 A JPS60216210 A JP S60216210A
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- Japan
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- angular velocity
- piezoelectric elements
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- driving
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5607—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating tuning forks
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
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。
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。
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。
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が主に使われている。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。
する物体の方位を知る方法が主に使われている。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、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
動ジャイロ（特開昭５８−１７４８５４号公報）が考え
られた。この振動ジャイロは音叉構造を有した振動セン
サーと考えることができる。
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
動ジャイロ（特開昭５８−１７４８５４号公報）が考え
られた。この振動ジャイロは音叉構造を有した振動セン
サーと考えることができる。
この構造の原型は米国特許２５４４６４６号にみること
ができる。これによれば駆動用弾性体（励振用）と検知
用弾性体の矩形板を直線的かつ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〈コリオリの力を
検出するものである。特開昭５８−１７４８５４の発明
内容はこの米国特許２５４４６４６号に示されている振
動素子を平行に検知軸に沿って接合した構造とし、電極
装着用ベースをＴ型バー２本にて振動素子の平行中心に
支持固定した装着方法がとられている。この方法では小
振幅時における音叉の不整合をなくすることができるが
、角速度に対する感度を高めるためには検知用バイモル
フ素子に与える速度（ｖ）を速める必要があり振動素子
として大振幅駆動が要求される。Ｔ型装着法では大振幅
時における不整合が発生する。それは左右の振動素子を
圧電特性・形状寸法・質量の完全な一致は量産を考慮す
れば不可能であり、左右の振動素子の片持ちばシ振動子
の共振周波数、共振インピーダンスを合致させることに
限界があるからである。
ができる。これによれば駆動用弾性体（励振用）と検知
用弾性体の矩形板を直線的かつ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〈コリオリの力を
検出するものである。特開昭５８−１７４８５４の発明
内容はこの米国特許２５４４６４６号に示されている振
動素子を平行に検知軸に沿って接合した構造とし、電極
装着用ベースをＴ型バー２本にて振動素子の平行中心に
支持固定した装着方法がとられている。この方法では小
振幅時における音叉の不整合をなくすることができるが
、角速度に対する感度を高めるためには検知用バイモル
フ素子に与える速度（ｖ）を速める必要があり振動素子
として大振幅駆動が要求される。Ｔ型装着法では大振幅
時における不整合が発生する。それは左右の振動素子を
圧電特性・形状寸法・質量の完全な一致は量産を考慮す
れば不可能であり、左右の振動素子の片持ちばシ振動子
の共振周波数、共振インピーダンスを合致させることに
限界があるからである。
発明の目的
本発明の目的は検出感度が高く、外部雑音に実用上十分
影響されない量産性の高い角速度センサーを提供するこ
とである。
影響されない量産性の高い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
を互いに９ｃ３の角度で直交接合してなる一対のセンサ
ー素子を、検知軸に沿って互いに平行に前記駆動用圧電
バイモルフ素子の端部にて導電部材にて接合し、前記一
対のセンサー素子とベース部材との間を弾性部材にて支
持接合するように構成したものであり、これにより小振
幅駆動から大振幅駆動の広い領域にわたって完全整合さ
れた振動をさせることができる。これは接合された検知
用圧電バイモルフに左右完全対称なる速度を与えること
ができ、直線性が高く、感度の高い角速度を検知し、重
力、加速度に対して完全にキャンセルすることができる
。
を互いに９ｃ３の角度で直交接合してなる一対のセンサ
ー素子を、検知軸に沿って互いに平行に前記駆動用圧電
バイモルフ素子の端部にて導電部材にて接合し、前記一
対のセンサー素子とベース部材との間を弾性部材にて支
持接合するように構成したものであり、これにより小振
幅駆動から大振幅駆動の広い領域にわたって完全整合さ
れた振動をさせることができる。これは接合された検知
用圧電バイモルフに左右完全対称なる速度を与えること
ができ、直線性が高く、感度の高い角速度を検知し、重
力、加速度に対して完全にキャンセルすることができる
。
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。
する。
第１図は本発明の一実施例における角速度センサーの平
面図を示し、第２図は側面図を示すものである。第１図
、２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は導電部材（電極ブロッ
ク）、４は弾性部材、６はベース、６は接合部材を示す
。
面図を示し、第２図は側面図を示すものである。第１図
、２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は導電部材（電極ブロッ
ク）、４は弾性部材、６はベース、６は接合部材を示す
。
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。
いて以下その動作を説明する。
まず駆動用圧電バイモルフを駆動するには対向している
面を共通電極（この場合導電部材３）としてそれぞれ外
側の面との間にＡＣ信号（共振周波数）をかける。その
時のリード線はできるだけ細い導線を用いて振動に影響
を与えにくい導電部材付近にハンダ付される。
面を共通電極（この場合導電部材３）としてそれぞれ外
側の面との間にＡＣ信号（共振周波数）をかける。その
時のリード線はできるだけ細い導線を用いて振動に影響
を与えにくい導電部材付近にハンダ付される。
信号を印加された圧電バイモルフ２は導電部材３をベー
スとして１８ｄの位相にて振動を始める。
スとして１８ｄの位相にて振動を始める。
いわゆる音叉振動である。
一般に片持ちばり構造を有する圧電バイモルフは材料の
圧電定数１寸法形状によって決定されるが、この場合に
は検知用圧電バイモルフ素子１、駆動用圧電バイモルフ
素子２、接合部材６、そして接合に用いる接着剤等の総
合的な性能で決まる。
圧電定数１寸法形状によって決定されるが、この場合に
は検知用圧電バイモルフ素子１、駆動用圧電バイモルフ
素子２、接合部材６、そして接合に用いる接着剤等の総
合的な性能で決まる。
そのため小振幅領域ではこの差があまり問題とならない
が、大振幅時には左右の振動条件に差がでてくる。これ
は加工精度をいくら高めても完全に合致させることは困
難であり、この差が角速度センサーの精度を決定づける
。又共振周波数の差とともに、共振インピーダンスの差
が大きく現われる。大振幅時の従来例によるインピーダ
ンス特性を第３図に示す。この違いは駆動振幅量の差と
して現われ、検知用圧電バイモルフ１に働ら〈コリオリ
カの差となり、外乱ノイズに対しても弱くなる。この大
振幅時の左右の振動特性の差異を吸収し、高Ｑ値を有し
た振動子とするために一本の弾性部４を介してベース６
に接合する。この構造にすることによって２６０Ｈｚ前
後の共振周波数で約１ｏＨｚ程度の差は吸収することが
できる。
が、大振幅時には左右の振動条件に差がでてくる。これ
は加工精度をいくら高めても完全に合致させることは困
難であり、この差が角速度センサーの精度を決定づける
。又共振周波数の差とともに、共振インピーダンスの差
が大きく現われる。大振幅時の従来例によるインピーダ
ンス特性を第３図に示す。この違いは駆動振幅量の差と
して現われ、検知用圧電バイモルフ１に働ら〈コリオリ
カの差となり、外乱ノイズに対しても弱くなる。この大
振幅時の左右の振動特性の差異を吸収し、高Ｑ値を有し
た振動子とするために一本の弾性部４を介してベース６
に接合する。この構造にすることによって２６０Ｈｚ前
後の共振周波数で約１ｏＨｚ程度の差は吸収することが
できる。
１０ Ｈｚ以下の共振周波数の差で左右の振動素子を作
成することは容易である。ここで本実施例では導電部材
（電極ブロック）として黄銅製のブロックを用いて駆動
用バイモルフの対向面にハンダ付されている。黄銅以外
には金属材料であれば同じように用いることは容易に類
推できる。
成することは容易である。ここで本実施例では導電部材
（電極ブロック）として黄銅製のブロックを用いて駆動
用バイモルフの対向面にハンダ付されている。黄銅以外
には金属材料であれば同じように用いることは容易に類
推できる。
又、左右の振動素子を整合させるための弾性部材４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ｄ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、弾性部材の形
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。又、金属材料であることから
駆動用バイモルフ素子としての共通電極の引出し線とし
て利用することができ、導電部材３と弾性部材４は別個
に設計しても良いし、一体として設計しても良い。
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ｄ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、弾性部材の形
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。又、金属材料であることから
駆動用バイモルフ素子としての共通電極の引出し線とし
て利用することができ、導電部材３と弾性部材４は別個
に設計しても良いし、一体として設計しても良い。
第４図には黄銅槽の弾性部材４を介してベースに接合し
た時のインピーダンス特性を示す。この時の検知用圧電
バイモルフ１の自由端の振幅量は１５０μｍ程度になる
ように駆動用バイモルフ素子２をドライブしている。こ
れは角速度センサーの感度として十分なものであり、第
４図から左右の振動素子が完全に整合された状態で振動
していることを示している。
た時のインピーダンス特性を示す。この時の検知用圧電
バイモルフ１の自由端の振幅量は１５０μｍ程度になる
ように駆動用バイモルフ素子２をドライブしている。こ
れは角速度センサーの感度として十分なものであり、第
４図から左右の振動素子が完全に整合された状態で振動
していることを示している。
発明の効果
以上の説明から明らかなように、本発明は駆動用圧電バ
イモルフ素子と検知用バイモルフ素子とを互いに９６の
角度で直交接合してなる一対のセンサー素子を、検知軸
に沿って互いに平行に前記駆動用圧電バイモルフ素子の
端部にて導電部材にて接合し、前記一対のセンサー素子
と振動部材を支えるベース部材との間を一本の弾性部材
にて支持接合するように構成しているので小振幅から大
振幅にかけて広い範囲で共振周波数、共振インピーダン
スの完全整合された振動モードの振動子が与られる。こ
れにより検知用バイモルフ素子に左右対称性の速度（ｖ
）を付与することができ、コリオリカの検知を左右で等
しい検出を行ない、外乱ノイズに対しては完全なキャン
セル効果を持ち、外部振動については弾性部材でも吸収
することができるという優れた効果が得られる。その効
果により検出感度が高く、直線性のよい角速度センサー
が得られる。
イモルフ素子と検知用バイモルフ素子とを互いに９６の
角度で直交接合してなる一対のセンサー素子を、検知軸
に沿って互いに平行に前記駆動用圧電バイモルフ素子の
端部にて導電部材にて接合し、前記一対のセンサー素子
と振動部材を支えるベース部材との間を一本の弾性部材
にて支持接合するように構成しているので小振幅から大
振幅にかけて広い範囲で共振周波数、共振インピーダン
スの完全整合された振動モードの振動子が与られる。こ
れにより検知用バイモルフ素子に左右対称性の速度（ｖ
）を付与することができ、コリオリカの検知を左右で等
しい検出を行ない、外乱ノイズに対しては完全なキャン
セル効果を持ち、外部振動については弾性部材でも吸収
することができるという優れた効果が得られる。その効
果により検出感度が高く、直線性のよい角速度センサー
が得られる。
第１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２図は本発明の一実施例における角速度センサ
ーの側面図、第３図は従来の１駆動用振動子の大振幅時
におけるインピーダンス特性を示す図、第４図は本発明
の一実施例における駆動用振動子の大振幅時におけるイ
ンピーダンス特性を示す図である。 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・・・・・導電部材
、４・・川・弾性部材、５・・・・・ベース、６・・面
接合部材。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はが１名第１
図 第２８１ − ミロ ４ 区 雫、）％−１．；ｓ、ビ℃ 一 型判 よ ； 挺 専 ミ 詣シ − 手続補正書 昭和６０年 ６月１４ 日 昭和５９年特許願第 ５６４２０号 ２発明の名称 角速度センサー ３補正をする者 事件との関係 特 許 出 願 人 住 所 大阪府門真市大字門真１００６番地名 称 （
５８２）松下電器産業株式会社代表者 山 下 俊 彦 ４代理人 〒５７１ 住 所 大阪府門真市大字門真１００６番地松下電器産
業株式会社内 明 細 書 １、発明の名称 角速度センサー ２、特許請求の範囲 駆動用圧電素子と検知用圧電素子とを互いに所定の角度
に配置接合してなる一対のセンサー素子を互いに平行に
配設し、前記それぞれの圧電素子の端部−ｔｗｈ部材に
より接合し、前記一対のセンサー素子とベース部材との
間を弾性部材にて支持したことを特徴とする角速度セン
サー。 ３、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 件年、コンピューター技術が発展し、多くの機能♀有し
た製品が商品化されるようになり、そのための各種セン
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、駆動装置のヌタビライザー装置、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・船舶のようが移動
する物体の方位を知る方法が主に使わわている。こｉＨ
安定した方位が得られる一方、機械式であることから装
置が犬がかりでめり、コス１も高く、小型化が望ｔｈ、
る民生用機器への応用は困難である。 一方、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
動ジャイロ（特開昭５８−１７４Ｂ６４号公報）が考え
ら引た。この振動ジャイロは音叉構造を有した振動セン
サーと考えることができる。 この構造の原型は米国特許２６４４６４６号にみること
ができる。これによれば駆動用弾性体（励振用）と検知
用弾性体の矩形板を直線的かつ直交接合σ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の力を
検出するものである。特開昭５８−１７４８５４の発明
内容はこの米国特許２５４４６４６号に示されている振
動素子を平行に検知軸に沿って接合した構造とし、電極
装着用ベースをＴ型バー２本にて振動素子の平行中心に
支持固定した装着方法がとられている。この方法では小
振幅時における音叉の不整合をなくすることができるが
、角速度に対する感度を高めるためには検知用バイモル
フ素子に与える速度（マ）を速める必要があり振動素子
として大振幅駆動が要求される。Ｔ型装着法では大振幅
時における不整合が発生する。それは左右の振動素子を
圧電特性・形状寸法・質量の完全な一致は量産を考慮す
わば不可能でるり、左右の振動素子の片持ちぼり振動子
の共振周波数、共振インピーダンスを合致させることに
限界がろるからである。 発明の目的 本発明の目的は検出感度が高く、外部雑音に実用上十分
影響ちれない量産性の高い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素子と検知用圧電
素子とを互いに所定の角度に配置接合してなる一対のセ
ンサー素子を、互いに平行に配設し前記それぞれの圧電
素子の端部を結合部材にて接合し、前記一対のセンサー
素子とベース部材との間を弾性部材にて支持するように
構成したものでるり、これにより小振幅駆動から大振幅
駆動の広い領域にわたって完全整合された振動をさせる
ことができる。これは接合された検知用圧電素子に左右
完全対称なる速度を与えることができ、直線性が高く、
感度の高い角速度を検知し、重力。 加速度に対して完全にキャンセルすることができる。 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１図は本発明の一実施例における角速度センサーの平
面図を示し、第２図は側面図を示すものである。第１図
、２図において、１は検知用圧電素子、２は駆動用圧電
素子、３は結合部材（電極ブロック）、４は弾性部材、
５はベース、６は接合部材を示す。 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。 まず駆動用圧電素子を駆動するには対向している面を共
通電極（この場合導電部材３）としてそねそれ外側の面
との間にＡＣ信号（共振周波数）をかける。その時のリ
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
にくい導電部材付近にハンダ付される。 信号を印加された圧電素子２は結合部材３をベースとし
て１８０°の位相にて振動を始める。いわゆる音叉振動
である。 一般に片持ちばり構造を有する圧電素子は材料の圧電定
数１寸法形状によって決定ざねるが、この場合には検知
用圧電素子１、駆動用圧電素子２、接合部材６、そして
接合に用いる接着剤等の総合的な性能で決まる。そのた
め小振幅領域ではこの差かめまり問題とならないが、大
振幅時には左右の振動条件に差がでてくる。こワは加工
精度をいくら高めても完全に合致させることは困難であ
り、この差が角速度センサーの精度を決定づける。又共
振周波数の差とともに、共振インピーダンスの差が大き
く現われる。大振幅時の従来例によるインピーダンス特
性を第３図に示す。この違いは駆動振幅量の差として現
われ、検知用圧電素子１に働らくコリオリカの差となり
、外乱ノイズに対しても弱くなる。この大振幅時の左右
の振動特性の差異を吸収し、高Ｑ値を有した振動子とす
るために一本の弾性部４を介してベース６に接合する。 この構造にすることによって２６０Ｈｚ前後の共振周波
数で約１０Ｈｚ程度の差は吸収することができる。１０
Ｈ２以下の共振周波数の差で左右の振動素子を作成する
ことは容易である。ここで本実施例では結合部材（電極
ブロック）として黄銅製のブロックを用いて駆動用バイ
モルフの対向面にハンダ付されている。金属を用いたの
は結合の以外には金属材料でめれば同じように用いるこ
とは容易に類推できる。 又、左右の振動素子を整合きせるための弾性部材４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、弾性部材の形
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。又、金属材料であることから
駆動用圧電素子としての共通電極の引出し線として利用
することができ、結合部材３と弾性部材４は別個に設計
しても良いし、一体として設計しても良い。 第４図には黄銅製の弾性部材４を介してベースに接合し
た時のインピーダンス特性を示す。この時の検知用圧電
素子１の自由端の振幅量は１５０μｍ程度になるように
駆動用圧電素子２をドライブしている。これは角速度セ
ンサーの感度として十分なものであり、第４図から左右
の振動素子がト全に整合δれた状態で振動していること
を示している。 発明の効果 以上の説明から明らか力ように、本発明は駆動用圧電素
子と検知用圧電素子とを互いに所定の角度に配置接合し
てなる一対のセンサー素子を互いに平行に配設し前記そ
れぞれの圧電素子の端部を結合部材により接合し、前記
一対のセンサー素子と振動部材を支えるベース部材との
間を一本の弾性部材にて支持接合するように構成してい
るので小振幅から大振幅にかけて広い範囲で共振周波数
。 共振インピーダンスの完全整合された振動モードの振動
子が得られる。これにより検知用圧電素子に左右対称性
の速度（Ｖ）を付与することができ、コリオリカの検知
を左右で等しい検出を行ない、外乱ノイズに対しては完
全なキャンセル効果を持ち、外部振動については弾性部
材でも吸収することができるという優れた効果が得られ
る。その効果により検出感度が高く、直線性のよい角速
度センサーが得られる。 ｔ、図面の簡単な説明 第１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２図は本発明の一実施例における角速度センサ
ーの側面図、第３図は従来の駆動用振動子の大振幅時に
おけるインピーダンス特性を示す図、第４図は本発明の
一実施例における駆動用振動子の大振幅時におけるイン
ピーダンス特性を示す図である。 １・・ 検知用圧電素子、２・・ ・駆動用圧電素子、
３・・・・・・結合部材、４・・・・弾性部材、５・・
ベース、６・・・・接合部材。
面図、第２図は本発明の一実施例における角速度センサ
ーの側面図、第３図は従来の１駆動用振動子の大振幅時
におけるインピーダンス特性を示す図、第４図は本発明
の一実施例における駆動用振動子の大振幅時におけるイ
ンピーダンス特性を示す図である。 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・・・・・導電部材
、４・・川・弾性部材、５・・・・・ベース、６・・面
接合部材。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はが１名第１
図 第２８１ − ミロ ４ 区 雫、）％−１．；ｓ、ビ℃ 一 型判 よ ； 挺 専 ミ 詣シ − 手続補正書 昭和６０年 ６月１４ 日 昭和５９年特許願第 ５６４２０号 ２発明の名称 角速度センサー ３補正をする者 事件との関係 特 許 出 願 人 住 所 大阪府門真市大字門真１００６番地名 称 （
５８２）松下電器産業株式会社代表者 山 下 俊 彦 ４代理人 〒５７１ 住 所 大阪府門真市大字門真１００６番地松下電器産
業株式会社内 明 細 書 １、発明の名称 角速度センサー ２、特許請求の範囲 駆動用圧電素子と検知用圧電素子とを互いに所定の角度
に配置接合してなる一対のセンサー素子を互いに平行に
配設し、前記それぞれの圧電素子の端部−ｔｗｈ部材に
より接合し、前記一対のセンサー素子とベース部材との
間を弾性部材にて支持したことを特徴とする角速度セン
サー。 ３、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 件年、コンピューター技術が発展し、多くの機能♀有し
た製品が商品化されるようになり、そのための各種セン
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、駆動装置のヌタビライザー装置、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・船舶のようが移動
する物体の方位を知る方法が主に使わわている。こｉＨ
安定した方位が得られる一方、機械式であることから装
置が犬がかりでめり、コス１も高く、小型化が望ｔｈ、
る民生用機器への応用は困難である。 一方、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
動ジャイロ（特開昭５８−１７４Ｂ６４号公報）が考え
ら引た。この振動ジャイロは音叉構造を有した振動セン
サーと考えることができる。 この構造の原型は米国特許２６４４６４６号にみること
ができる。これによれば駆動用弾性体（励振用）と検知
用弾性体の矩形板を直線的かつ直交接合σ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の力を
検出するものである。特開昭５８−１７４８５４の発明
内容はこの米国特許２５４４６４６号に示されている振
動素子を平行に検知軸に沿って接合した構造とし、電極
装着用ベースをＴ型バー２本にて振動素子の平行中心に
支持固定した装着方法がとられている。この方法では小
振幅時における音叉の不整合をなくすることができるが
、角速度に対する感度を高めるためには検知用バイモル
フ素子に与える速度（マ）を速める必要があり振動素子
として大振幅駆動が要求される。Ｔ型装着法では大振幅
時における不整合が発生する。それは左右の振動素子を
圧電特性・形状寸法・質量の完全な一致は量産を考慮す
わば不可能でるり、左右の振動素子の片持ちぼり振動子
の共振周波数、共振インピーダンスを合致させることに
限界がろるからである。 発明の目的 本発明の目的は検出感度が高く、外部雑音に実用上十分
影響ちれない量産性の高い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素子と検知用圧電
素子とを互いに所定の角度に配置接合してなる一対のセ
ンサー素子を、互いに平行に配設し前記それぞれの圧電
素子の端部を結合部材にて接合し、前記一対のセンサー
素子とベース部材との間を弾性部材にて支持するように
構成したものでるり、これにより小振幅駆動から大振幅
駆動の広い領域にわたって完全整合された振動をさせる
ことができる。これは接合された検知用圧電素子に左右
完全対称なる速度を与えることができ、直線性が高く、
感度の高い角速度を検知し、重力。 加速度に対して完全にキャンセルすることができる。 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１図は本発明の一実施例における角速度センサーの平
面図を示し、第２図は側面図を示すものである。第１図
、２図において、１は検知用圧電素子、２は駆動用圧電
素子、３は結合部材（電極ブロック）、４は弾性部材、
５はベース、６は接合部材を示す。 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。 まず駆動用圧電素子を駆動するには対向している面を共
通電極（この場合導電部材３）としてそねそれ外側の面
との間にＡＣ信号（共振周波数）をかける。その時のリ
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
にくい導電部材付近にハンダ付される。 信号を印加された圧電素子２は結合部材３をベースとし
て１８０°の位相にて振動を始める。いわゆる音叉振動
である。 一般に片持ちばり構造を有する圧電素子は材料の圧電定
数１寸法形状によって決定ざねるが、この場合には検知
用圧電素子１、駆動用圧電素子２、接合部材６、そして
接合に用いる接着剤等の総合的な性能で決まる。そのた
め小振幅領域ではこの差かめまり問題とならないが、大
振幅時には左右の振動条件に差がでてくる。こワは加工
精度をいくら高めても完全に合致させることは困難であ
り、この差が角速度センサーの精度を決定づける。又共
振周波数の差とともに、共振インピーダンスの差が大き
く現われる。大振幅時の従来例によるインピーダンス特
性を第３図に示す。この違いは駆動振幅量の差として現
われ、検知用圧電素子１に働らくコリオリカの差となり
、外乱ノイズに対しても弱くなる。この大振幅時の左右
の振動特性の差異を吸収し、高Ｑ値を有した振動子とす
るために一本の弾性部４を介してベース６に接合する。 この構造にすることによって２６０Ｈｚ前後の共振周波
数で約１０Ｈｚ程度の差は吸収することができる。１０
Ｈ２以下の共振周波数の差で左右の振動素子を作成する
ことは容易である。ここで本実施例では結合部材（電極
ブロック）として黄銅製のブロックを用いて駆動用バイ
モルフの対向面にハンダ付されている。金属を用いたの
は結合の以外には金属材料でめれば同じように用いるこ
とは容易に類推できる。 又、左右の振動素子を整合きせるための弾性部材４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、弾性部材の形
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。又、金属材料であることから
駆動用圧電素子としての共通電極の引出し線として利用
することができ、結合部材３と弾性部材４は別個に設計
しても良いし、一体として設計しても良い。 第４図には黄銅製の弾性部材４を介してベースに接合し
た時のインピーダンス特性を示す。この時の検知用圧電
素子１の自由端の振幅量は１５０μｍ程度になるように
駆動用圧電素子２をドライブしている。これは角速度セ
ンサーの感度として十分なものであり、第４図から左右
の振動素子がト全に整合δれた状態で振動していること
を示している。 発明の効果 以上の説明から明らか力ように、本発明は駆動用圧電素
子と検知用圧電素子とを互いに所定の角度に配置接合し
てなる一対のセンサー素子を互いに平行に配設し前記そ
れぞれの圧電素子の端部を結合部材により接合し、前記
一対のセンサー素子と振動部材を支えるベース部材との
間を一本の弾性部材にて支持接合するように構成してい
るので小振幅から大振幅にかけて広い範囲で共振周波数
。 共振インピーダンスの完全整合された振動モードの振動
子が得られる。これにより検知用圧電素子に左右対称性
の速度（Ｖ）を付与することができ、コリオリカの検知
を左右で等しい検出を行ない、外乱ノイズに対しては完
全なキャンセル効果を持ち、外部振動については弾性部
材でも吸収することができるという優れた効果が得られ
る。その効果により検出感度が高く、直線性のよい角速
度センサーが得られる。 ｔ、図面の簡単な説明 第１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２図は本発明の一実施例における角速度センサ
ーの側面図、第３図は従来の駆動用振動子の大振幅時に
おけるインピーダンス特性を示す図、第４図は本発明の
一実施例における駆動用振動子の大振幅時におけるイン
ピーダンス特性を示す図である。 １・・ 検知用圧電素子、２・・ ・駆動用圧電素子、
３・・・・・・結合部材、４・・・・弾性部材、５・・
ベース、６・・・・接合部材。
Claims (1)
- 駆動用圧電バイモルフ素子と検知用バイモルフ素子とを
互いに９６の角度で直交接合してなる一対のセンサー素
子を、検知軸に沿って互いに平行に前記駆動用圧電バイ
モルフ素子の端部にて導電部材により接合し、前記一対
のセンサー素子とベース部材との間を弾性部材にて支持
、接合したことを特徴とする角速度センサー。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59055420A JPS60216210A (ja) | 1984-03-22 | 1984-03-22 | 角速度センサ− |
| CA000476995A CA1234705A (en) | 1984-03-22 | 1985-03-20 | Angular velocity sensor |
| AU40207/85A AU565176B2 (en) | 1984-03-22 | 1985-03-21 | Tuning fork gyro angular velocity sensor |
| DE8585301975T DE3576085D1 (de) | 1984-03-22 | 1985-03-21 | Drehgeschwindigkeitssensor. |
| US06/714,682 US4671112A (en) | 1984-03-22 | 1985-03-21 | Angular velocity sensor |
| EP85301975A EP0161049B1 (en) | 1984-03-22 | 1985-03-21 | Angular velocity sensor |
| KR1019850001884A KR900008300B1 (ko) | 1984-03-22 | 1985-03-22 | 각속도센서 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59055420A JPS60216210A (ja) | 1984-03-22 | 1984-03-22 | 角速度センサ− |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60216210A true JPS60216210A (ja) | 1985-10-29 |
Family
ID=12998080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59055420A Pending JPS60216210A (ja) | 1984-03-22 | 1984-03-22 | 角速度センサ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60216210A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62289719A (ja) * | 1986-06-10 | 1987-12-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 角速度センサ |
| US5014554A (en) * | 1989-04-14 | 1991-05-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Angular rate sensor |
| JPH03223093A (ja) * | 1990-01-29 | 1991-10-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | クレーン制御装置 |
| US5131273A (en) * | 1989-07-07 | 1992-07-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Angular velocity sensor and a sensor apparatus incorporating the same |
| CN103363979A (zh) * | 2012-04-02 | 2013-10-23 | 精工爱普生株式会社 | 陀螺传感器和电子设备 |
-
1984
- 1984-03-22 JP JP59055420A patent/JPS60216210A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62289719A (ja) * | 1986-06-10 | 1987-12-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 角速度センサ |
| US5014554A (en) * | 1989-04-14 | 1991-05-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Angular rate sensor |
| US5131273A (en) * | 1989-07-07 | 1992-07-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Angular velocity sensor and a sensor apparatus incorporating the same |
| JPH03223093A (ja) * | 1990-01-29 | 1991-10-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | クレーン制御装置 |
| CN103363979A (zh) * | 2012-04-02 | 2013-10-23 | 精工爱普生株式会社 | 陀螺传感器和电子设备 |
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