JP2000055667A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動子を有する角速度センサにおいて、振動
子の振動特性に関連する振動方向の全方向にわたって、
不要振動を良好に吸収できるようにする。 【解決手段】 一対のアーム部５、６を連結部７にて連
結した音叉形状をなす振動子２が搭載された基台１は、
防振ゴム１１により固定部材としてのハウジング１０に
連結固定されている。防振ゴム１１は、基台１からハウ
ジング１０に向かう方向と直交する全方向に凸となるよ
うに湾曲した略球形状をなす湾曲部１１ａを有し、か
つ、基台１からハウジング１０に向かう方向に全体を貫
通する中空部１１ｂを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所定軸回りの角速
度が入力されたときにコリオリ力によって発生する振動
子の振動を検出することにより該角速度を検出するよう
にした角速度センサに関し、特に、車両に搭載される角
速度センサにおける防振構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、車載用角速度センサ（ヨーレー
トセンサ）において、検出される角速度（ヨーレート）
は、車両の様々な周波数の振動に埋もれてしまう程の例
えば１００Ｈｚ以下の非常に低い周波数の振動である。
従って、精度良く角速度を検出するには、センサに入力
される振動のうち例えば１００Ｈｚ以上の不要な振動
を、防振部材で吸収し、センシング部分に伝達させない
ようにする必要がある。

【０００３】このような防振構造の従来例を図４に示
す。鋼板である基台１の表面には、センシング部が固定
されており、センシング部は角速度を検出するための振
動子２と、振動子２に信号を入出力するための細線３
と、振動子２を基台１の表面に固定支持する支持台４と
から構成されている。振動子２は公知の音叉形状の圧電
体であり、角柱状の一対のアーム部５、６とこれら各ア
ーム部５、６の一端を連結する連結部７とを有する。

【０００４】また、振動子２上には、駆動及び検出のた
めの複数個の電極（図４において振動子２上のハッチン
グ部分）が設けられている。そして、これら各電極は各
細線３と電気的に接続され、更に、各細線３は、基台１
に設けられた配線部材８を介して、基台１の裏面から、
振動子２の駆動及び振動子２からの振動の検知を行なう
制御回路（図示せず）につながっている。

【０００５】そして、この制御回路により、アーム５、
６をその配列方向であるｙ軸方向へ励振させるととも
に、アーム５、６の長手方向であるｚ軸回りの角速度が
入力された際に、発生するコリオリ力によって生じるｙ
軸及びｚ軸と直交するｘ軸方向へのアーム５、６の振動
状態を検知することにより、前記角速度を検出するよう
になっている。

【０００６】ここにおいて、基台１は、防振部材として
の柱状の防振ゴム１００の中央部に挟み込まれ、ネジ９
で締結された形でハウジング１０と接続固定されてい
る。この種の角速度センサは、振動子に発生するコリオ
リ力を利用して角速度を検出するが故、外部からの振動
の影響を受けやすいという欠点がある。従って、ハウジ
ング１０から必要な周波数域の振動のみを基台１に伝達
する防振ゴム１００が構成要素として不可欠となってい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ここで、防振部材の防
振特性は、振動子の振動方向の全方向に対して差が無い
ことが望ましい。本発明者等は図４に示す上記従来例に
ついてｘ、ｙ、ｚ各軸方向の振動特性を検討した。図５
は振動周波数と加速度との関係として振動特性を計測し
た結果を示すもので、（ａ）はｘ軸方向、（ｂ）はｙ軸
方向、（ｃ）はｚ軸方向における振動特性である。

【０００８】図５に示されるように、上記従来例では、
特に、防振部材１００のｚ軸方向の剛性が高いため、振
動特性即ち防振特性に差が生じていることがわかった。
これは、上記図４に示す柱状の防振ゴム１００におい
て、ｘ軸及びｙ軸方向の振動は軟らかい曲げ変形、ｚ軸
方向の振動は硬い圧縮変形により吸収されるようになっ
ているためである。

【０００９】いずれにせよ従来、振動子を有する角速度
センサにおいては、センシングの全方向即ち振動子の振
動特性に関連するｘ、ｙ、ｚの各振動方向に対して、例
えば１００Ｈｚ以上の不要な振動を、良好に吸収するよ
うな防振構造としたものはなく、防振特性に差が生じて
しまうという問題が生じる。そこで、本発明は上記点に
鑑みて、振動子を有する角速度センサにおいて、振動子
の振動特性に関連する振動方向の全方向にわたって、不
要振動を良好に吸収できるようにすることを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、ｘ、ｙ、
ｚの各方向のうち、ある方向について防振部材の剛性
が、他の方向よりも高くなっていることが、防振特性の
差を生じさせていることに着目した。本発明は、全振動
方向の剛性を低くできるような防振部材の構成とするこ
とで、上記目的を達成しようとするものである。

【００１１】即ち、請求項１記載の発明では、振動子
（２）を搭載する基台（１）と該基台（１）を固定する
ための固定部材（１０）との間を連結する防振部材（１
１）において、該防振部材（１１）を、基台（１）から
固定部材（１０）に向かう方向と直交する方向に凸とな
るように湾曲した形状を有し且つ全体が中空であるもの
としたことを特徴としている。

【００１２】本発明では、防振部材（１１）は、全体を
中空とすることにより、防振部材として必要なばね定数
を確保すべく剛性を低くできるとともに、基台（１）か
ら固定部材（１０）に向かう方向及びこの方向と直交す
る方向のいずれの振動に対しても、上記湾曲部分の曲が
り変形（座屈変形）で対応できるから、ｘ、ｙ、ｚの各
方向に同等の剛性を確保することができる。よって、振
動特性に関連する振動方向の全方向にわたって、不要振
動を良好に吸収できる。

【００１３】また、請求項２記載の発明では、基台
（１）を、一面（１ａ）が振動子（２）の搭載面を形成
する平板状をなすものとし、防振部材（１１）を、基台
（１）の他面（１ｂ）からこの他面（１ｂ）に略垂直方
向に延びるように設けたことを特徴としており、基台
（１）の平面縁部の周囲に防振部材（１１）を設けるこ
とがないから、その分、センサの体格を小さくすること
ができる。

【００１４】また、請求項３記載の発明は、一対のアー
ム部（５、６）とこれら各アーム部（５、６）の一端を
連結する連結部（７）とを有する音叉形状をなす振動子
（２）を備え、アーム部（５、６）をその配列方向であ
るｙ軸方向へ励振させるとともに、アーム部（５、６）
の長手方向であるｚ軸回りの角速度によって生じる前記
ｙ軸及び前記ｚ軸と直交するｘ軸方向へのアーム部
（５、６）の振動状態を検知することにより、前記角速
度を検出するようにした角速度センサについてなされた
ものである。

【００１５】つまり、本発明は、音叉型の振動子（２）
を有する角速度センサについてなされたものであり、こ
の振動子（２）を搭載する基台（１）と該基台（１）を
固定するための固定部材（１０）との間を連結する防振
部材（１２）において、該防振部材（１２）は梁形状を
有し且つこの梁の長軸方向が前記ｚ軸に対して斜めにな
るように配置されていることを特徴としている。

【００１６】それによって、防振部材（１２）の梁の長
軸はｘ、ｙ、ｚの各軸方向のいずれに対しても斜めに配
置された形となるため、防振部材（１２）は、上記各軸
方向のいずれの振動に対しても、曲げ変形で対応するこ
ととなる。そのため、振動特性に関連する振動方向の全
方向にわたって、防振部材（１２）の剛性を低くでき、
不要振動を良好に吸収できる。

【００１７】なお、上記した括弧内の符号は、後述する
実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例であ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）本発明の第１実
施形態に係る角速度センサの防振構造を図１に示す。図
１において（ａ）は角速度センサ５０の正面図、（ｂ）
は（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、基台１上に配置された
センシング部等は省略してある。本実施形態の角速度セ
ンサは、車両に搭載され例えば車両の姿勢制御、ナビゲ
ーション等に適用される。

【００１９】ここで、図１のうち、振動子２、細線３及
び支持台４、即ちセンシング部は、上記図４にて述べた
ものと同様である。その他、上記図４と同一部分にも図
１中、同一符号を付してあるため、これら同一部分につ
いては補足的に説明をすることとする。振動子２は、Ｐ
ＺＴ（チタン酸ジルコン鉛）等の圧電体よりなり、略平
行に配列されたアーム（アーム部）５、６の各片端部が
連結部７により連結された略コの字型の音叉形状をな
す。

【００２０】ここで、アーム５、６の長手方向をｚ軸、
アーム５、６の配列方向をｙ軸、これらｙ軸及びｚ軸と
直交する方向をｘ軸として、図１に示してある。そし
て、本実施形態においても、上記図４と同様に、振動子
２におけるアーム５、６及び連結部７が同一平面をなす
コの字平面上には、駆動及び検出のための複数個の電極
（図１（ａ）において振動子２上のハッチング部分）が
設けられている。

【００２１】そして、これら各電極は、各細線３及び各
配線部材８を介して、基台１の裏面から、振動子２の駆
動及び振動子２からの振動の検知を行なう制御回路（図
示せず）に電気的に接続されている。また、振動子２
は、連結部７にて支持台４に接着剤等により接合され、
この支持台４は接着剤や締結部材等により基台１の表面
（一面）１ａに接合されている。そして、振動子２は、
支持台４を介して基台１に支持固定され、基台１の表面
１ａとは略平行に間隔を開けて配置されている。

【００２２】また、表面１ａがセンシング部を搭載する
搭載面を形成する矩形平板状の基台１は、たとえばアル
ミナ基板により形成されている。基台１の四隅部には穴
１ｃが設けられ、各穴１ｃには硬度６０程度のシリコン
等からなる防振部材としての防振ゴム１１が設けられて
いる。ここで、防振ゴム１１は、図１（ｂ）に示す様
に、穴１ｃの縁部を挟み込むようにして基台１に固定さ
れている。

【００２３】そして、防振ゴム１１は、基台１の裏面
（他面）１ｂ側の端部からこの裏面１ｂに対して略垂直
方向に延び、他端部側にてハウジング（固定部材）１０
に固定されている。こうして、基台１とハウジング１０
とは、防振ゴム１１を介して図１に示すｘ軸方向に連結
されている。ハウジング１０は、上記センシング部及び
基台１を収納するとともに、車両適所に取り付けるため
のものである。

【００２４】図１（ｂ）に示す様に、このハウジング１
０にも基台１の穴１ｃに対応して穴１０ａが形成されて
おり、防振ゴム１１は、基台１の穴１ｃ部分と同様に穴
１０ａの縁部を挟み込むようにしてハウジング１０に固
定されている。ここで、防振ゴム１１は各穴１ｃ、１０
ａに対し、弾性変形を利用した圧入により、挿入される
ようになっている。

【００２５】そして、本実施形態では、図１（ｂ）に示
す様に、防振ゴム１１を、基台１とハウジング１０との
間に湾曲部１１ａを有し、且つ、内部全体をｘ軸方向に
貫通する中空部１１ｂを有するものとしたことを主たる
特徴としている。ここで、湾曲部１１ａは、基台１から
ハウジング１０に向かう方向と直交する全方向におい
て、外方に凸となるように湾曲した略球形状をなす。

【００２６】かかる構成を有する角速度センサ５０の作
動について述べる。センサは例えば上記ｚ軸方向を上下
方向として車両適所に搭載される。上記制御回路によ
り、各アーム５、６上に位置する上記電極を介して各ア
ーム５、６に電圧を印加し、各アーム５、６をｙ軸方向
において互いに反対方向に励振させる。つまり、各アー
ム５、６は、互いに離れたり近づいたりするように駆動
振動を行なう。

【００２７】この駆動振動のもと、ｚ軸回りの角速度が
入力された際に、コリオリ力によって、各アーム５、６
はｙ軸及びｚ軸と直交するｘ軸方向へ振動（検出振動）
する。この検出振動により振動子２から発生する電気信
号を、振動子２上の上記電極から上記制御回路によって
検知し、信号処理を行ない、前記角速度の検出信号とし
て出力する。

【００２８】ところで、本実施形態によれば、防振ゴム
１１は中空部１１ｂにより、防振部材として必要なばね
定数を確保すべく剛性を低くできるとともに、湾曲部１
１ａを持つため、基台１からハウジング１０に向かう方
向及びこの方向と直交する方向のいずれの振動（例えば
車両走行中の振動等）に対しても、この湾曲部１１ａが
振動方向に対応して曲がる曲がり変形（座屈変形）で対
応できる。

【００２９】よって、振動特性に関連するｘ、ｙ、ｚの
各軸方向に同程度の低い剛性を確保することができ、こ
れら振動方向の全方向にわたって、例えば１００Ｈｚ以
上の不要振動を良好に吸収できる。特に、本実施形態で
は湾曲部１１ａが略球状であり、３次元的に全方位対称
に近い形状を有し且つ３次元的に全方位同程度に近い剛
性を得ることができる。

【００３０】なお、湾曲部１１ａは略球状でなくともよ
い。即ち、基台１からハウジング１０に向かう方向と直
交する方向のうち少なくとも２つの方向即ちｙ軸方向と
ｚ軸方向に湾曲した形状であればよい。また、湾曲部１
１ａは外方に凸となるように湾曲するものでなくとも、
逆に内方に凸即ちくびれて湾曲する形状、いわゆる鼓形
状であってもよい。これらの形状であっても、ｘ、ｙ、
ｚの各軸方向の全方向にわたって、不要振動を良好に吸
収できる。

【００３１】ここで、この不要振動の吸収効果につい
て、図２及び上記図５を参照して、より具体的に述べ
る。図２は、図１に示す角速度センサの振動特性をシミ
ュレーションしたものである。横軸に振動の周波数（Ｈ
ｚ）、縦軸に振動の加速度（ｄＢ）を示す。図２及び上
記図５において、（ａ）はｘ軸方向、（ｂ）はｙ軸方
向、（ｃ）はｚ軸方向の振動特性を示す。

【００３２】図２と上記図５との比較から、本実施形態
においては、ｘ軸方向の剛性を従来レベルに維持しつ
つ、従来高かったｚ軸方向の剛性をｙ軸方向と同程度に
低下させることが出来ることがわかる。つまり、本実施
形態の防振ゴム１１において、ｘ、ｙ、ｚの各軸方向の
共振周波数を不要振動よりも低い１００Ｈｚ以下の周波
数にシフトさせることができる。

【００３３】また、本実施形態によれば、防振ゴム１１
を、基台１の平面縁部の周囲に設けていないから、上記
図４に示した従来構造よりもｙ軸方向の長さを小さく抑
えることができる。そのため、センサを小型化でき、車
両への取り付けスペースを小さくすることが出来る。
（第２実施形態）本発明の第２実施形態に係る角速度セ
ンサの防振構造を図３に示す。本実施形態は、上記第１
実施形態において防振部材の構造を変形したものであ
り、その他の部分は同一であるため、図３中、同一符号
を付して説明を省略する。図３において（ａ）は角速度
センサ５１の正面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ｂ方向から
見た図であり、（ａ）ではハウジング１０は省略してあ
る。

【００３４】図３（ａ）に示す様に、本実施形態の防振
ゴム（防振部材）１２は、基台１の平面外縁周囲に配置
されている。防振ゴム１２は、基台１の対向する一組の
辺に接して基台１を支持する一対の支持部１２ａを有す
る。各支持部１２ａの両端には、図中、破線に示す様
に、基台１の四隅部が挿入される切欠部１２ｂが設けら
れ、基台１を固定支持するようになっている。

【００３５】また、支持部１２ａの各端部は、各々、ハ
ウジング１０と接続される接続部１２ｃに対して、梁状
の防振構造部１２ｄを介して連結されている。接続部１
２ｃは、図３（ｂ）に示す様に、ハウジング１０のう
ち、基台１の平面外縁端部と対向する部位に形成された
凹部１０ｂに収納固定されるようになっている。これら
各部１２ａ〜１２ｄにより構成される防振ゴム１２も硬
度６０程度のシリコン等の公知の材質とできる。

【００３６】ここで、支持部１２ａと接続部１２ｃの間
の防振構造部１２ｄは、接続部１２ｃに対して斜め方向
に配置されている。つまり、アーム（アーム部）５、６
の長手方向すなわち角速度の回転軸であるｚ軸方向に対
して、防振構造部１２ｄの梁の長軸方向が斜めになって
いる。それによって、防振構造部１２ｄの梁の長軸は
ｘ、ｙ、ｚの各軸方向のいずれに対しても斜めに配置さ
れた形となる。

【００３７】このため、防振構造部１２ｄは、ｘ、ｙ、
ｚの各軸方向のいずれの振動に対しても、曲げ変形で対
応することとなり、全振動方向に対して、防振ゴム１２
の剛性を低くできる。そのため、上記第１実施形態と同
様に、振動特性に関連する振動方向の全方向にわたっ
て、例えば１００Ｈｚ以上の不要振動を良好に吸収で
き、ｘ、ｙ、ｚの３方向の防振性能を同時に良好な性能
に保つことが出来る。

【００３８】（他の実施形態）なお、上記第１実施形態
において、振動子２は音叉形状に限定されるものではな
い。つまり、所定方向への駆動振動中、所定軸回りの角
速度が入力されたときにコリオリ力によって駆動振動と
直角方向に検出振動を発生させるような振動子であれば
よく、従来より知られている一本の四角柱、あるいは三
角柱形状でもよい。

【００３９】また、防振ゴム１１は、基台１の裏面１ｂ
側の端部からこの裏面１ｂに略垂直方向に延びるように
配置されるものでなくともよく、基台１の平面縁部から
外方に延びるように配置されてもよい。また、防振ゴム
１１において、基台１及びハウジング１０との接続部分
は、上記のように穴１ｃ及び１０ａを利用して係止する
構成に限定されず、例えば、圧着、接着、締結、嵌合等
の手段により接続するようにしてもよい。

【００４０】また、基台１の形状も平板状に限定される
ものではなく、適宜形状変更してもよい。以上、各実施
形態について述べてきたが、上記第１実施形態において
は、湾曲形状と中空形状を組み合わせた防振ゴム構造を
特徴とし、上記第２実施形態においては、音叉型振動子
の音叉長手方向に対して長軸が斜めになっている梁状部
分を有する防振ゴム構造を特徴している。

【００４１】そして、各実施形態とも、振動特性に関連
するｘ、ｙ、ｚの各軸方向に同程度の低い剛性を確保す
ることができ、これら振動方向の全方向にわたって、例
えば１００Ｈｚ以上の不要振動を良好に吸収できる。ま
た、本発明は車両に搭載される角速度センサだけでな
く、検出される角速度（ヨーレート）が例えば１００Ｈ
ｚ以下の非常に低い周波数の振動であるような角速度セ
ンサに対して、角速度検出振動が様々な周波数の振動に
埋もれてしまうのを防止する目的で用いることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る角速度センサの防
振構造を説明する図である。

【図２】図１に示す角速度センサの振動特性を示す図で
ある。

【図３】本発明の第２実施形態に係る角速度センサの防
振構造を説明する図である。

【図４】従来の角速度センサの構成図である。

【図５】従来の角速度センサの防振構造の振動特性を示
す図である。

【符号の説明】

１…基台、１ａ…基台の一面、１ｂ…基台の他面、２…
振動子、５、６…アーム、７…連結部、１０…ハウジン
グ、１１、１２…防振ゴム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 順明 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 吉野 好 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 2F105 AA02 BB03 CC01 CD02 CD06 CD13 CD20

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定軸回りの角速度が入力されたときに
   コリオリ力によって発生する振動子（２）の振動を検出
   することにより前記角速度を検出するようにした角速度
   センサにおいて、 前記振動子を搭載する基台（１）と、 この基台を固定するための固定部材（１０）と、 前記基台に取り付けられ前記基台を前記固定部材に連結
   する防振部材（１１）とを備え、 前記防振部材は、前記基台から前記固定部材に向かう方
   向と直交する方向に凸となるように湾曲した形状を有
   し、かつ、全体が中空であることを特徴とする角速度セ
   ンサ。
2. 【請求項２】 前記基台（１）は、一面（１ａ）が前記
   振動子（２）の搭載面を形成する平板状をなし、 前記防振部材（１１）は、前記基台の他面（１ｂ）から
   この他面に略垂直方向に延びるように設けられているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
3. 【請求項３】 一対のアーム部（５、６）とこれら各ア
   ーム部の一端を連結する連結部（７）とを有する音叉形
   状をなす振動子（２）を備え、 前記アーム部を前記アーム部の配列方向であるｙ軸方向
   へ励振させるとともに、前記アーム部の長手方向である
   ｚ軸回りの角速度によって生じる前記ｙ軸及び前記ｚ軸
   と直交するｘ軸方向への前記アーム部の振動状態を検知
   することにより、前記角速度を検出するようにした角速
   度センサにおいて、 前記振動子を搭載する基台（１）と、 前記基台を固定するための固定部材（１０）と、 前記基台に取り付けられ前記基台を前記固定部材に連結
   する防振部材（１２）とを備え、 前記防振部材は、梁形状を有し、かつ、この梁の長軸方
   向が前記ｚ軸に対して斜めになるように配置されている
   ことを特徴とする角速度センサ。