JPS6162814A - 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、各種制御装置のスタビ
ライザー機能などがあり、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Ｏ 従来、ジャイロスコープを用いた慣性航法装置があり、
飛行機、船舶のような移動する物体の方位を知る方法と
して機械式の回転型ジャイロが主に使われている。これ
は安定した方位が得られるが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励振された検
知用素子からコリオリの力を検出する振動型角速度セン
サーがある。圧電式と電磁式のメカニズムを採用してい
る構造のものが多くみられるに れらはいずれも低周波領域での使用が考えられているが
周波数の高い領域になると駆動周波数のリップル成分が
信号成分に影響を及ぼし、正確な角速度情報が得られな
い欠点があった。

また片持ばり構造を有するために支店での作用−反作用
の影響が大きく、非常に大きな質量で支える必要がある
ことから小型、軽量化の点でも限界があった。

発明の目的 本発明の目的は検出範囲が広く、高い周波数領域捷で使
用可能で、外乱ノイズに強く、小型化と量産性の高い角
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矩形状たわみ振動子の中央を
一本の弾性部材にて支持し、その両端に振動面に直角で
かつ、検知用圧電振動子が検知軸に対して平行になるよ
うに構成したものである。

これにより、１つのたわみ振動子を用いることによって
、２つの検知用圧電振動子を駆動することができるため
に検知用圧電振動子を正確に１８０゜の位相差にて１駆
動させることができる。又、検知軸に対して平行に位置
しているために音叉振動となり、作用−反作用でキャン
セルされ外力が出てとないセンサーとなる。又、たわみ
振動子に直角に検知用圧電振動子が接合されているため
にたわみ振動子にかかる慣性モーメントが小さくなり、
共振周波数を高く設定することができ、小型で量産性の
高いセンサーとなる。

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正
面図を示し、第２図は側面図を示す。

第１．２図において１は検知用圧電振動子、２は駆動用
圧電振動子、３は振動子支持材、４は接合部材、５はベ
ースを示す。

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、第１，２図に示すところの検知用
圧電振動子に矢印の方向に速度（Ｖ）なる力を与えると
その検知用圧電振動子の面上にコリオリの力が角速度の
発生とともに作用する。その時、角速度は検知軸Ｚ方向
にとり、コリオリの力は圧電振動子のたわみ出力として
検知する。

速度（Ｖ）なる力を与えるためには駆動用圧電振動モ２
を振動させることによって検知用圧電振動子１を第１図
に示す矢印方向に１８ｏ０の位相にて励振する。１８０
０の位相にて励振させることによって角速度に対するコ
リオリカの発生が検知部に逆方向に現われる。一般の振
動、加速度などの外乱ノイズは左右の検知用圧電振動子
１の同一ベクトル方向に作用するので角速度情報と分離
することができるものである。

次に各部の構造について詳述する。

駆動用圧電振動子２の両端に接合部材４を介して検知用
圧電振動子１を振動面に直交し、検知軸Ｚ軸に平行にな
るように接合されている。駆動用圧電振動子には矩形状
バイモルフ素子、モノモルフ素子のようにたわみ振動を
する振動子を用いる。

、駆動用圧電振動子２は振動子の長さの棒の部分を支持
して１本の弾性部材３はヤング率の高い、ねじれ剛性の
大きいものがよく、金属弾性部材が最も適している。

以−ヒ述べてきた構造は一枚の圧電振動子の駆動６　／
　　。

にて２枚の圧電振動子を振動させる音叉振動とみること
ができる。

一枚の振動子を駆動するだけでよいことから、左右の対
称性が高く、一般的にはバイモルフ素子がこの場合用い
られるが複数枚用いる時におこる不整合が少ない。

又、さらに２枚の検知用圧電振動子の整合性を高めるた
めに弾性部材３を構成する。

接合部材４は一般的に溝ありの三次元構造を有すること
と、絶縁性を要求されることから樹脂の射出成型品を用
いるのがよい。

上記のように構成されたセンサーを動作させるために駆
動用圧電振動子２の両面に駆動信号（共振周波数）を印
加する。信号を与えるには細いリード線を用いて振動子
の電極面に・・ンダ付け、あるいはボンディングによっ
て行なえばよく、一般的には銀電極を設けて細い銅線を
・・ンダ付けする方法がよい。

駆動時の振動モードは矩形板の屈曲振動であり、その時
の共振周波数ｆｒは次式で示される。

（１＋振動子の厚み、６．振動子の長さ、Ｅ＋ギヤング
率ρ；密度） 実際には振動子の両端に検知用圧電振動子という質量が
加わるためにその質量に応じて低い共振周波数を持つこ
とになる。本実施例で設計した角速度センサーの共振周
波数は約１．５　ＫＨｚである。

振動を支えるべきところは弾性部材３で支えたところと
なり、そこを支点として振動させる。

約１．５　ＫＨｚにて振動させた駆動用圧電振動子２は
接合部材４を介して検知用圧電振動子１へ振動を伝える
。検知用圧電振動子１は矢印取方向にＺ軸を対称として
逆相関係で振れる。弾性部材３はベース５に接合されて
おり、弾性部材３とベース６は一体設計であってもよい
。

振動子は逆相に振動しているので作用−反作用の力がキ
ャンセルされるので外力がセンサーより出ることはなく
、このことはセンサー取り付けが簡単で振動設計を要し
ない利点となる。

そして本センサーの検知軸はＺ方向の軸回りに発生する
角速度を検知する。

発明の効果 以上の説明で明らかなように本発明は矩形状たわみ振動
子の中央を一体の弾性部材にて支持し、その両端に振動
面に直角でかつ、検知用圧電振動子が検知軸に対して平
行になるように構成しているので検知周波数帯域を広く
設計できるようになる。又外乱ノイズをキャンセルする
効果と合わせて、一本の振動子にて駆動するために左右
の検知用圧電振動子の整合性が高く彦り、作用−反作用
もキャンセルされて振動が外力として出てこないために
振動ノイズが発生しない、又、取付の振動設計が不必要
となる。

これらの効果により、角速度センサーの高性能化と小型
化が実現される。

【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図は同側面図である。 １・・・・・・検知用圧電振動子、２・・・・・・駆動
用圧電振動子、３・・・・・・弾性部材、４・・・・・
・接合部材、６・・・・・・ベース。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　矩形状たわみ振動子の中央を一本の弾性部材にて支持
   し、その両端に振動面に直角でかつ、検知用圧電振動子
   が検知軸に対して平行になるような構造を有した角速度
   センサー。