JP4058379B2 - 角速度センサおよび角速度検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁歪材料で構成された振動体を用いた角速度センサおよびこの角速度センサを用いた角速度検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
角速度を検出するために、多くの方式が従来から実用化されている。その中でも比較的構造が簡単で、しかも安価な角速度センサとして、一次元の振動運動状態にある振動体に対して角速度が印加されたときに振動方向に対して直交する方向に生じるコリオリ力を何らかの方法で検出することによって角速度を検出する方法を採用した角速度センサが広く使用されている。この角速度センサは、別名、レートジャイロと呼ばれ、特に、上記した振動体を用いているものは、一般に振動ジャイロと呼ばれている。この振動ジャイロでは、多くの場合、圧電セラミックを用いて振動体が形成されており、交流電圧を印加することによって励振させた状態の振動体に角速度が加わった際に、コリオリ力によって振動体に生じる変位を圧電効果によって電気信号として取り出して角速度を検出している。
【０００３】
しかしながら、この圧電セラミックを用いた圧電型角速度センサには、以下のような問題点がある。すなわち、この角速度センサでは、振動体に圧電素子を接着する構成、および振動体自身を圧電素子とする構成のいずれかを採用する必要があるが、いずれの構成を採用したとしても、圧電素子を駆動し、かつ圧電効果による電気信号を検出するためには、圧電素子の電極に配線を接続する必要がある。その結果、この配線を通して外部振動が振動体に伝達されて、角速度を正確に検出できないという問題点がある。
【０００４】
そこで、この問題点を改善するために、例えば、特開平５−１９１７号公報に記載された振動ジャイロ（１０）では、同公報中の図１に示すように、振動体（１２）は、そのノード点付近に取り付けられた支持部材（２２ａ，２２ｂ）によって支持されている。また、リード線（２４ａ，２４ｂ）は、同公報中の図２に示すように、振動体（１２）に沿わせて支持部材（２２ｂ）に巻き付けられている。さらに、リード線（２４ａ，２４ｂ）は、支持部材（２２ｂ）から圧電素子（１４ａ，１４ｂ）付近に至るまで間、シリコンなどの弾性接着剤（２６）によって振動体（１２）に取り付けられている。同様にして、リード線（２４ｃ）は、振動体（１２）に沿わせた状態において弾性接着剤（２６）で部分的に接着されて、支持部材（２２ａ）に巻き付けられている。以上の構成により、この振動ジャイロ（１０）では、弾性接着剤（２６）を用いてリード線（２４ａ〜２４ｃ）を振動体（１２）に取り付けているため、弾性接着剤（２６）がダンピング材として機能する。したがって、リード線（２４ａ〜２４ｃ）に伝わった外部振動が弾性接着剤（２６）によってダンピング（低減）される結果、振動体（１２）の屈曲振動に対する外部振動の影響が軽減される。
【０００５】
しかしながら、この振動ジャイロ（１０）では、弾性接着剤（２６）の量によってダンピング特性が変化することに起因して、外部振動の軽減度合いを一定にすることが困難のため（再現性が良好でないため）、高精度で角速度を検出するのが困難であるという問題点が存在する。また、弾性接着剤（２６）は温度変化や経時変化によってその弾性特性が変化（劣化）する。このため、この振動ジャイロ（１０）には、振動の漏洩を長期に亘って良好に軽減することが困難であるという問題点も存在する。また、弾性接着剤（２６）はその管理が容易ではなく、しかも作業性に劣るため、振動ジャイロ（１０）の生産性を向上させるのが困難であるという問題点も存在する。
【０００６】
そこで、外部振動による振動体への影響をより効果的に軽減し得る方法として、外部振動によって振動体に引き起こされる可能性の少ない振動モードで振動体を振動させる振動ジャイロが提案されている。この種の振動ジャイロとしては、例えば、特開平１０−２６７６６７号公報に開示されているジャイロ（ジャイロスコープ）が知られている。このジャイロでは、リング形状の振動共振器（１）を複数の可撓性支持ビーム（５）で静磁場中に宙吊り状に支持すると共に、その形状がリング形状から楕円形に、また楕円形からリング形状に変化可能に電磁誘導によって振動共振器（１）を振動させる振動モードを利用している。このような振動モードは外部振動によっては極めて起こりにくい振動のため、外部振動が加わったときであっても上記の振動モードへの影響が非常に少ない構造となっている。したがって、このジャイロでは、外部振動が加わったときにも角速度を精度よく検出することが可能となっている。
【０００７】
ところが、このジャイロでは、振動共振器（１）を支持する複数の可撓性支持ビーム（５）を、例えばマイクロマシーニング（微細加工技術）を利用して非常に精密に製作する必要があるため、製造費が高価になるという問題点がある。
【０００８】
一方、特開平７−２０１４０号公報に開示されている角速度センサでは、磁歪材料によって形成された振動体（１１）に駆動コイル（１２）で発生した励磁界を与えて屈曲振動させる。この振動状態において、振動体（１１）に角速度が加わったときには、振動方向に対して直交する方向のコリオリ力が振動体（１１）の脚部に生じる。この場合、このコリオリ力によって振動方向が基本振動方向から若干ずれる（ねじれる）結果、脚部に作用する応力が変化して、逆磁歪効果によって生じる磁化も変化する。このため、この角速度センサでは、この磁化の変化を検出コイル（１３ａ，１３ｂ）で検出することにより、振動体（１１）に加わっている角速度を非接触で検出することが可能となっている。
【０００９】
しかしながら、この角速度センサで利用されている振動モード（振動体（１１）を屈曲振動させる振動モード）が外部振動によって影響を受け易い振動モードのため、この角速度センサには、高精度で角速度を検出するのが困難であるという問題点が存在する。
【００１０】
【特許文献１】
特開平５−１９１７号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献２】
特開平１０−２６７６６７号公報（第３−５頁、第１図、第５図）
【特許文献３】
特開平７−２０１４０号公報（第６頁、第１図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来、種々の角速度センサが開発されているが、上記したように、特開平５−１９１７号公報および特開平７−２０１４０号公報に開示された角速度センサでは、振動体が外部振動の影響を受け易いために、高精度で角速度を検出するのが困難であるという問題点が存在し、特開平１０−２６７６６７号公報に開示されたジャイロでは、振動体に対する外部振動の影響を低減できるものの、製造コストが非常に高価になるという問題点がある。
【００１２】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、外部振動によっては生じ得ない振動モードを使用して高精度の角速度検出を行い得る安価な角速度センサおよび角速度検出装置を提供することを主目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係る角速度センサは、磁歪材料を用いて平面視円板状に形成された振動体と、当該振動体の軸線を含む第１の平面上に前記振動体を内包するようにして配設された第１のコイルと、前記振動体の表面における前記軸線の通過部位において当該振動体を支持する非磁性材料製の支持部材と、前記第１の平面と交差し前記軸線を含む第２の平面上に前記振動体および前記第１のコイルを内包するようにして配設された第２のコイルとを備え、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルの内の一方は、供給された励磁電流に基づいて前記振動体の内部に磁界を発生させることによって当該磁界の方向に沿った振動を当該振動体に発生させ、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルの内の他方は、角速度が加わったときの前記振動の変化に応じた磁束変化を検出する。
【００１４】
この場合、前記振動体、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルを収容する磁性材料製のケースを備えているのが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る角速度検出装置は、上記請求項に記載の角速度センサを直交する２軸上にそれぞれ配設して構成されている。
【００１６】
また、本発明に係る角速度検出装置は、上記請求項に記載の角速度センサを互いに直交する３軸上にそれぞれ配設して構成されている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る角速度センサおよび角速度検出装置の好適な実施の形態について説明する。
【００１８】
最初に、本発明に係る角速度センサの構成について、図面を参照して説明する。
【００１９】
角速度センサ１は、図１，２に示すように、振動体２、支持部材３、第１のコイル４、発振駆動回路５、第２のコイル６、同期検波回路７およびケース８を備えている。本実施の形態では、一例として、第１のコイル４を励磁コイルとして使用すると共に、第２のコイル６を検出コイルとして使用する。このため、第１のコイル４を励磁コイル４とも言い、第２のコイル６を検出コイル６とも言う。
【００２０】
この場合、振動体２は、図３に示すように、一例として、印加される磁界の向きとは関係なく伸長する正の磁歪特性を有する磁歪材料を用いて平面視円板状（一例として、扁平な円板体）に形成されている。この場合、磁歪材料としては、正または負の磁歪特性を有する材料、具体的にはＮｉ−Ｆｅ系磁歪材料やＲＦｅ系磁歪材料等を使用することができる。また、磁歪材料としては、磁歪効果を示す向きがランダムの等方性磁歪材料が用いられている。ただし、振動体２における振動の効率を高めるためには、印加される磁界の向きとその向きとが同一方向に揃っている異方性磁歪材料を用いるのが好ましい。この異方性磁歪材料を用いる場合には、振動体２は、その表面における軸線Ａ（同図参照）を通過して第１のコイル４が配設される第１の平面ＰＬ１に直交する矢印Ｂの方向に沿う向きで配向して構成される。
【００２１】
支持部材３は、非磁性材料を用いて一例として円柱状に形成されると共に、図２に示すように、その一端面（下面）が第１のコイル４における後述するボビン１１の下枠上面に固定されると共に、その軸線と振動体２の軸線Ａとを一致させた状態でその他端面（上面）が振動体２の下面中央部分（振動体２の表面における軸線Ａの通過部位）に固定されて、第１のコイル４および第２のコイル６との接触を回避しつつ振動体２を支持する。この場合、振動体２の下面中央部分は、振動体２による振動の中心点（不動点）として機能する。また、この不動点は、角速度センサ１に加わる角速度の大きさや加速度の方向が変化したときにも、振動の中心としての機能が不変であるという性質を有する。したがって、外部から加わる振動による影響を受けることなく広い角速度領域に亘って正確な角速度検出が可能となっている。
【００２２】
励磁コイル４は、図１，２に示すように、平面視長方形の枠状に形成された非磁性材料製（一例として合成樹脂製）のボビン１１の外周面に線材（一例として、被覆銅線）を巻回することによって形成されている。また、励磁コイル４は、上記したように、振動体２の軸線Ａを含む第１の平面ＰＬ１（図３参照）上において、振動体２を内包するようにして配設されている。また、励磁コイル４は、発振駆動回路５から供給される駆動信号Ｓａに基づいて生成した磁界を振動体２に印加することにより、振動体２を振動させる。
【００２３】
発振駆動回路５は、図２に示すように、駆動信号Ｓａ、および駆動信号Ｓａに同期した基準信号Ｓｂを生成して、駆動信号Ｓａを励磁コイル４に供給すると共に、基準信号Ｓｂを同期検波回路７に供給する。一例として、発振駆動回路５は、駆動信号Ｓａとして、振動体２にバイアス磁界を加えるための直流電圧を交流電圧に重畳した信号を生成する。したがって、振動体２を直線性がよくかつ変化量の大きな領域で効率よく振動させることができる。
【００２４】
検出コイル６は、図１，２に示すように、平面視長方形の枠状に形成された非磁性材料製（一例として合成樹脂製）のボビン１２の外周面に線材（一例として、被覆銅線による巻線）を巻回することによって形成されている。また、検出コイル６は、第１の平面ＰＬ１と交差し（この例では、直交し）、かつ軸線Ａを含む第２の平面ＰＬ２（図３参照）上において、振動体２および励磁コイル４を内包するようにして配設されている。つまり、検出コイル６は、図３に示すように、平面視の状態では、励磁コイル４に対して直交するようにして配設されている。また、検出コイル６は、励磁コイル４によって生成される磁束の内の、その内部を通過（貫通）する磁束の数に応じた電圧の誘起電圧を検出する。
【００２５】
同期検波回路７は、検出コイル６の内部を通過する磁束の数に応じた電圧で検出コイル６の両端に誘起する信号Ｓｃを基準信号Ｓｂで同期検波することにより、信号Ｓｃの電圧値に応じた電圧値であって信号Ｓｃの位相に応じた極性（正負）の直流検出電圧Ｖｄを出力する。
【００２６】
ケース８は、図１，２に示すように、磁性材料を用いてそれぞれ構成された上ケース２１と下ケース２２とを備えている。この場合、上ケース２１は一端側（同図中の上端側）が閉塞して下端側が開口する円筒体に形成されている。また、上ケース２１の直径（内径）は、励磁コイル４および検出コイル６における長尺方向の長さよりも若干長めに形成されて、これらの部材および振動体２を収容可能に構成されている。一方、下ケース２２は、上ケース２１における開口側（同図中の下端側）を閉塞可能な円板体に形成されて、上ケース２１に対する蓋として機能すると共に、励磁コイル４および検出コイル６を載置するための載置台としても機能する。一例として、下ケース２２は、その上ケース２１側の面における中央部分が上ケース２１に嵌入可能な円柱状に形成されて、上ケース２１と嵌合可能な段付き円板体に構成されている。この構成により、上ケース２１の開口側を下ケース２２が閉塞した状態において、上ケース２１と下ケース２２との相対的な位置ずれを防止している。また、下ケース２２における中央部分の上面には、励磁コイル４を支持するための非磁性材料製の支持台２３が一対配設されている。
【００２７】
このような構成のケース８内に、下ケース２２における中央部分の上面に検出コイル６を載置すると共に、振動体２の軸線Ａとケース８の軸線とが一致するようにして支持台２３，２３上に励磁コイル４を載置することで、両コイル４，６と支持部材３によって支持された状態の振動体２とがケース８の内部に収納される。したがって、磁性材料製の上ケース２１および下ケース２２は、励磁コイル４によって生成される磁界のケース８の外部への漏洩を防止すると共に外部磁界のケース８の内部への侵入を抑制することによって振動体２および検出コイル６に対する外部磁界の影響を低減するシールド機能を備えている。さらに、ケース８は、振動体２と相俟って、励磁コイル４によって形成される磁界に対する閉磁路を形成する機能も備えている。
【００２８】
次いで、角速度センサ１の角速度検出動作について図２〜図５を参照して説明する。
【００２９】
発振駆動回路５から励磁コイル４に駆動信号Ｓａが供給されている状態では、励磁コイル４は、図３に示すように、振動体２が配設された領域内を通過する合成磁界Ｃを生成する。この場合、合成磁界Ｃは、駆動信号Ｓａのうちの直流電圧に基づくバイアス磁界と、駆動信号Ｓａのうちの交流電圧に基づく交番磁界とが合成されて生成される。この合成磁界Ｃは、振動体２、および振動体２を取り囲むようにして配設された上ケース２１によって形成される磁気回路（閉磁路）内を通過するため、振動体２に効率よく供給される。また、合成磁界Ｃは、その方向が同図に示す検出コイル６の配置されている方向（矢印Ｂで示す方向）と一致している。この状態において、振動体２は、軸線Ａ回りの角速度が加わっていないときには、駆動信号Ｓａに含まれている交流電圧の周期に同期して、矢印Ｂで示す方向に沿って伸縮を繰り返して振動する。具体的には、振動体２は、その平面形状を円形からほぼ楕円形、またほぼ楕円形から円形へと繰り返し変形させて、第１の平面ＰＬ１を基準（中心）として伸縮する方向で振動する（図３〜図５では、振動体２の変形を誇張して示すものとし、楕円形に変形した状態を一点鎖線で示し、円形に戻った状態を実線で示す）。この状態では、合成磁界Ｃの向きが検出コイル６と平行になるため、磁束は検出コイル６の内部を殆ど通過しない。したがって、この合成磁界Ｃに起因する電圧は検出コイル６に殆ど誘起しない。以下、理解を容易にするために、この状態における振動体２の振動方向（矢印Ｂで示される方向）を基本振動方向ともいう。
【００３０】
この状態において、図４に示すように、角速度センサ１に対して軸線Ａを中心として時計方向回り（同図中の矢印の向き）の角速度が加わった場合、振動体２には基本振動方向Ｂに直交する方向に角速度に応じた大きさのコリオリ力が発生するため、振動体２の振動方向は、それまでの基本振動方向Ｂの方向から同図に矢印Ｄで示す振動方向の向きに変化する。この場合、基本振動方向Ｂと矢印Ｄで示す振動の向きとのずれ量は、角速度の大きさに応じて変化する。同様にして、振動体２の内部を通過する磁界（磁束）の方向も、矢印Ｄと同方向に角速度の大きさに応じて変化する（ずれる）。このため、基本振動時には検出コイル６の巻線に対して平行に通過していた磁束が、その巻線と交差するように変化する。この結果、角速度の大きさに応じた信号Ｓｃがコイル６ｂの両端に誘起する。したがって、同期検波回路７によって生成される直流検出電圧Ｖｄも、その電圧値が角速度に応じて変化する。
【００３１】
一方、図５に示すように、角速度センサ１に対して軸線Ａを中心として反時計方向回り（同図中の矢印の向き）の角速度が加わった場合、上記と同様にして振動体２には角速度に応じた大きさのコリオリ力が発生して、振動体２の振動方向は、それまでの基本振動方向Ｂの方向から同図に矢印Ｅで示す振動方向の向きに変化する。この場合にも、基本振動方向Ｂと矢印Ｅで示す振動の向きとのずれ量は、角速度の大きさに応じて変化する。同様にして、振動体２の内部を通過する磁界（磁束）の方向も、矢印Ｅと同方向に角速度の大きさに応じて変化する（ずれる）。このため、基本振動時には検出コイル６の巻線に対して平行に通過していた磁束が、その巻線と交差するように変化する。この結果、角速度の大きさに応じた信号Ｓｃがコイル６ｂの両端に誘起する。この場合、信号Ｓｃの極性（位相）は、角速度センサ１に対して軸線Ａを中心として時計方向回りの角速度が加わったときとは逆極性（逆相）となる。したがって、同期検波回路７によって生成される直流検出電圧Ｖｄも、その極性（正負）が角速度センサ１に対して軸線Ａを中心として時計方向回りの角速度が加わったときとは逆になる以外は、同じようにして、その電圧値が角速度に応じて変化する。
【００３２】
したがって、この角速度センサ１を使用することにより、同期検波回路７によって生成される直流検出電圧Ｖｄの極性に基づいて、角速度センサ１に加わっている角速度の方向（時計方向か反時計方向か）を特定することができると共に、直流検出電圧Ｖｄの電圧値の大きさに基づいて、角速度の大きさを特定することができる。
【００３３】
このように、この角速度センサ１によれば、伸縮振動における不動点としての中心部分に固定された支持部材３で検出コイル６を含む他の部材と非接触の状態で振動体２を支持し、かつ、励磁コイル４によって振動体２の内部に合成磁界Ｃを発生させて、振動体２の中心部分（支持部材３によって支持されている不動点）を通過する第１の平面ＰＬ１を基準として振動体２を円形からほぼ楕円形、ほぼ楕円形から円形というように伸縮させて振動させるという、通常の状態では起こり得ない振動状態（振動モード）で振動体２を振動させることにより、支持部材３による振動体２に対する振動の阻害を回避しつつ、外部振動が振動体２に伝わったときであっても、その外部振動による影響を殆ど受けることなく振動体２を基本振動での振動状態に維持することができる。したがって、この角速度センサ１によれば、外部振動が加わった状態においても、高い精度で角速度を検出することができる。
【００３４】
さらに、振動体２を支持部材３で支持する簡易な構成を採用したことにより、角速度センサ１を十分に安価に製造することができる。また、振動体２、励磁コイル４および検出コイル６を磁性材料製のケース８内に収容したことにより、励磁コイル４による磁界のケース８の外部への漏洩を防止できると共に、外部磁界のケース８の内部への侵入を抑制して振動体２および検出コイル６に対する外部磁界の影響を低減することができる。また、ケース８が振動体２と相俟って励磁コイル４によって生成される磁界に対する閉磁路を形成するため、漏れ磁束を低減できる結果、より一層効率よく振動体２を振動させることができる。
【００３５】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されない。例えば、本発明の実施の形態では、直流電圧と交流電圧とを合成した駆動信号Ｓａに基づいて生成した合成磁界Ｃによって振動体２を振動させる例について説明したが、直流電圧を重畳させることなく交流電圧のみで構成される駆動信号Ｓａを用いることもできる。この構成によれば、直流電圧を駆動信号Ｓａに重畳しないため、発振駆動回路５の複雑化を回避することができるものの、振動体２にバイアス磁界を印加しないために、振動体２を振動させる効率が低下する。しかしながら、発振駆動回路５を簡易に構成することができるため、簡易で安価に角速度センサ１を構成することができる。さらに、直流電圧によってバイアス磁界を加えた構成と比較して、振動体２を２倍の周波数で振動させることができるため、振動周波数の高い加速度センサを簡易に構成することができる。
【００３６】
また、上記した実施の形態では、振動体２の下面中央部分とボビン１１の下枠との間に支持部材３を配設して振動体２を支持した例について説明したが、この構成に代えて、振動体２の上面中央部分とボビン１１の上枠との間に支持部材３を配設して振動体２を支持（吊り下げた状態で支持）する構成を採用することもできる。さらに、振動体２の下面中央部分とボビン１１の下枠との間、および振動体２の上面中央部分とボビン１１の上枠との間にそれぞれ支持部材３を配設して振動体２を上下から支持する構成を採用することもできる。さらに、支持部材３の一端（下端）を下ケース２２に固定することにより、ボビン１１を介しての支持に代えて、支持部材３を介して下ケース２２によって直接的に振動体２を支持する構成を採用することもできる。また、上記した実施の形態では、振動体２の内部に効率よく磁界を発生させるために、振動体２により近い第１のコイル４を励磁コイルとして使用すると共に、その外側に位置する第２のコイル６を検出コイルとして使用した例について説明したが、第１のコイル４を検出コイルとして使用すると共に、その外側に位置する第２のコイル６を励磁コイルとして使用する構成を採用することもできる。
【００３７】
また、角速度センサ１は、単体で使用することもできるが、図６に示すように、３つの角速度センサ１，１，１を組み合わせて３軸の角速度検出装置３１を構成することもできる。この角速度検出装置３１は、３つの角速度センサ１，１，１と、固定部材３２と、各角速度センサ１用の発振駆動回路５および同期検波回路７（いずれも図示せず）とを備えて構成されている。この場合、１つの角速度センサ１はＸ軸と平行に、もう１つの角速度センサ１はＹ軸と平行に、残りの角速度センサ１はＺ軸と平行になるように設定されて、それぞれ固定部材３２に固定される。この角速度検出装置３１によれば、３軸の全てに対する角速度を同時に検出することができる。また、図示はしないが、所定の平面内においてのみ移動する物体に加わる角速度を検出する場合には、例えば、同図におけるＺ軸に配設した角速度センサ１を除いて、２つの角速度センサ１，１で２軸の角速度検出装置を構成することもできる。
【００３８】
また、上記した角速度センサ１や角速度検出装置は、ビデオカメラ等に採用されている手ぶれ補正機構（動揺補正機構）に適用することができるのは勿論のこと、航法装置への適用や、自動車および航空機等の姿勢制御装置への適用を図ることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る角速度センサによれば、第１のコイルおよび第２のコイルの内の一方が励磁電流に基づいて振動体の内部に磁界を発生させることによって磁界の方向に沿った振動を振動体に発生させ、第１のコイルおよび第２のコイルの内の他方が、角速度が加わったときの振動の変化に応じた磁束変化を検出することにより、通常の状態では起こり得ない振動状態（振動モード）で振動体を振動させることができ、これにより、支持部材による振動体に対する振動の阻害を回避しつつ、外部振動が振動体に伝わったときであっても、その外部振動による影響を殆ど受けることなく振動体を基本振動での振動状態に維持することができる。したがって、この角速度センサによれば、外部振動が加わった状態においても、高い精度で角速度を検出することができる。また、振動体を支持部材のみで支持する簡易な構成を採用したことにより、角速度センサを十分安価に製造することができる。
【００４０】
また、本発明に係る角速度センサによれば、振動体、第１のコイルおよび第２のコイルを磁性材料製のケース内に収容することにより、第１のコイルおよび第２のコイルの内の一方のコイルによる磁界のケースの外部への漏洩を防止できると共に、外部磁界のケースの内部への侵入を抑制して振動体と、第１のコイルおよび第２のコイルの内の他方のコイルとに対する外部磁界の影響を低減することができる。また、ケースが振動体と相俟って一方のコイルによって生成される磁界に対する閉磁路を形成するため、漏れ磁束を低減できる結果、より一層効率よく振動体を振動させることができる。
【００４１】
また、本発明に係る角速度検出装置によれば、上記の角速度センサを、直交する２軸上にそれぞれ配設したり、３軸上にそれぞれ配設したりすることにより、外部振動が加わった状態であっても２軸または３軸の方向に対する角速度を高い精度で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る角速度センサ１の分解斜視図である。
【図２】 角速度センサ１の内部構造、発振駆動回路５および同期検波回路７を説明するための説明図である。
【図３】 励磁コイル４によって生成される合成磁界Ｃの方向、および角速度センサ１に角速度が加わっていない状態における振動体２の振動方向Ｂを示す振動体２、励磁コイル４および検出コイル６の平面図である。
【図４】 角速度センサ１に対して時計方向回りの角速度が加わった状態での振動体２内部における磁界の方向および振動体２の振動方向を示す振動体２、励磁コイル４および検出コイル６の平面図である。
【図５】 角速度センサ１に対して反時計方向回りの角速度が加わった状態での振動体２内部における磁界の方向および振動体２の振動方向を示す振動体２、励磁コイル４および検出コイル６の平面図である。
【図６】 ３つの角速度センサ１を用いた角速度検出装置３１の構成を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１ 角速度センサ
２ 振動体
３ 支持部材
４ 励磁コイル
５ 発振駆動回路
６ 検出コイル
７ 同期検波回路
８ ケース
３１ 角速度検出装置
Ａ 軸線
ＰＬ１ 第１の平面
ＰＬ２ 第２の平面
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁歪材料で構成された振動体を用いた角速度センサおよびこの角速度センサを用いた角速度検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
角速度を検出するために、多くの方式が従来から実用化されている。その中でも比較的構造が簡単で、しかも安価な角速度センサとして、一次元の振動運動状態にある振動体に対して角速度が印加されたときに振動方向に対して直交する方向に生じるコリオリ力を何らかの方法で検出することによって角速度を検出する方法を採用した角速度センサが広く使用されている。この角速度センサは、別名、レートジャイロと呼ばれ、特に、上記した振動体を用いているものは、一般に振動ジャイロと呼ばれている。この振動ジャイロでは、多くの場合、圧電セラミックを用いて振動体が形成されており、交流電圧を印加することによって励振させた状態の振動体に角速度が加わった際に、コリオリ力によって振動体に生じる変位を圧電効果によって電気信号として取り出して角速度を検出している。
【０００３】
しかしながら、この圧電セラミックを用いた圧電型角速度センサには、以下のような問題点がある。すなわち、この角速度センサでは、振動体に圧電素子を接着する構成、および振動体自身を圧電素子とする構成のいずれかを採用する必要があるが、いずれの構成を採用したとしても、圧電素子を駆動し、かつ圧電効果による電気信号を検出するためには、圧電素子の電極に配線を接続する必要がある。その結果、この配線を通して外部振動が振動体に伝達されて、角速度を正確に検出できないという問題点がある。
【０００４】
そこで、この問題点を改善するために、例えば、特開平５−１９１７号公報に記載された振動ジャイロ（１０）では、同公報中の図１に示すように、振動体（１２）は、そのノード点付近に取り付けられた支持部材（２２ａ，２２ｂ）によって支持されている。また、リード線（２４ａ，２４ｂ）は、同公報中の図２に示すように、振動体（１２）に沿わせて支持部材（２２ｂ）に巻き付けられている。さらに、リード線（２４ａ，２４ｂ）は、支持部材（２２ｂ）から圧電素子（１４ａ，１４ｂ）付近に至るまで間、シリコンなどの弾性接着剤（２６）によって振動体（１２）に取り付けられている。同様にして、リード線（２４ｃ）は、振動体（１２）に沿わせた状態において弾性接着剤（２６）で部分的に接着されて、支持部材（２２ａ）に巻き付けられている。以上の構成により、この振動ジャイロ（１０）では、弾性接着剤（２６）を用いてリード線（２４ａ〜２４ｃ）を振動体（１２）に取り付けているため、弾性接着剤（２６）がダンピング材として機能する。したがって、リード線（２４ａ〜２４ｃ）に伝わった外部振動が弾性接着剤（２６）によってダンピング（低減）される結果、振動体（１２）の屈曲振動に対する外部振動の影響が軽減される。
【０００５】
しかしながら、この振動ジャイロ（１０）では、弾性接着剤（２６）の量によってダンピング特性が変化することに起因して、外部振動の軽減度合いを一定にすることが困難のため（再現性が良好でないため）、高精度で角速度を検出するのが困難であるという問題点が存在する。また、弾性接着剤（２６）は温度変化や経時変化によってその弾性特性が変化（劣化）する。このため、この振動ジャイロ（１０）には、振動の漏洩を長期に亘って良好に軽減することが困難であるという問題点も存在する。また、弾性接着剤（２６）はその管理が容易ではなく、しかも作業性に劣るため、振動ジャイロ（１０）の生産性を向上させるのが困難であるという問題点も存在する。
【０００６】
そこで、外部振動による振動体への影響をより効果的に軽減し得る方法として、外部振動によって振動体に引き起こされる可能性の少ない振動モードで振動体を振動させる振動ジャイロが提案されている。この種の振動ジャイロとしては、例えば、特開平１０−２６７６６７号公報に開示されているジャイロ（ジャイロスコープ）が知られている。このジャイロでは、リング形状の振動共振器（１）を複数の可撓性支持ビーム（５）で静磁場中に宙吊り状に支持すると共に、その形状がリング形状から楕円形に、また楕円形からリング形状に変化可能に電磁誘導によって振動共振器（１）を振動させる振動モードを利用している。このような振動モードは外部振動によっては極めて起こりにくい振動のため、外部振動が加わったときであっても上記の振動モードへの影響が非常に少ない構造となっている。したがって、このジャイロでは、外部振動が加わったときにも角速度を精度よく検出することが可能となっている。
【０００７】
ところが、このジャイロでは、振動共振器（１）を支持する複数の可撓性支持ビーム（５）を、例えばマイクロマシーニング（微細加工技術）を利用して非常に精密に製作する必要があるため、製造費が高価になるという問題点がある。
【０００８】
一方、特開平７−２０１４０号公報に開示されている角速度センサでは、磁歪材料によって形成された振動体（１１）に駆動コイル（１２）で発生した励磁界を与えて屈曲振動させる。この振動状態において、振動体（１１）に角速度が加わったときには、振動方向に対して直交する方向のコリオリ力が振動体（１１）の脚部に生じる。この場合、このコリオリ力によって振動方向が基本振動方向から若干ずれる（ねじれる）結果、脚部に作用する応力が変化して、逆磁歪効果によって生じる磁化も変化する。このため、この角速度センサでは、この磁化の変化を検出コイル（１３ａ，１３ｂ）で検出することにより、振動体（１１）に加わっている角速度を非接触で検出することが可能となっている。
【０００９】
しかしながら、この角速度センサで利用されている振動モード（振動体（１１）を屈曲振動させる振動モード）が外部振動によって影響を受け易い振動モードのため、この角速度センサには、高精度で角速度を検出するのが困難であるという問題点が存在する。
【００１０】
【特許文献１】
特開平５−１９１７号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献２】
特開平１０−２６７６６７号公報（第３−５頁、第１図、第５図）
【特許文献３】
特開平７−２０１４０号公報（第６頁、第１図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来、種々の角速度センサが開発されているが、上記したように、特開平５−１９１７号公報および特開平７−２０１４０号公報に開示された角速度センサでは、振動体が外部振動の影響を受け易いために、高精度で角速度を検出するのが困難であるという問題点が存在し、特開平１０−２６７６６７号公報に開示されたジャイロでは、振動体に対する外部振動の影響を低減できるものの、製造コストが非常に高価になるという問題点がある。
【００１２】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、外部振動によっては生じ得ない振動モードを使用して高精度の角速度検出を行い得る安価な角速度センサおよび角速度検出装置を提供することを主目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係る角速度センサは、磁歪材料を用いて平面視円板状に形成された振動体と、当該振動体の軸線を含む第１の平面上に前記振動体を内包するようにして配設された第１のコイルと、前記振動体の表面における前記軸線の通過部位において当該振動体を支持する非磁性材料製の支持部材と、前記第１の平面と交差し前記軸線を含む第２の平面上に前記振動体および前記第１のコイルを内包するようにして配設された第２のコイルとを備え、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルの内の一方は、供給された励磁電流に基づいて前記振動体の内部に磁界を発生させることによって当該磁界の方向に沿った振動を当該振動体に発生させ、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルの内の他方は、角速度が加わったときの前記振動の変化に応じた磁束変化を検出する。
【００１４】
この場合、前記振動体、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルを収容する磁性材料製のケースを備えているのが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る角速度検出装置は、上記請求項に記載の角速度センサを直交する２軸上にそれぞれ配設して構成されている。
【００１６】
また、本発明に係る角速度検出装置は、上記請求項に記載の角速度センサを互いに直交する３軸上にそれぞれ配設して構成されている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る角速度センサおよび角速度検出装置の好適な実施の形態について説明する。
【００１８】
最初に、本発明に係る角速度センサの構成について、図面を参照して説明する。
【００１９】
角速度センサ１は、図１，２に示すように、振動体２、支持部材３、第１のコイル４、発振駆動回路５、第２のコイル６、同期検波回路７およびケース８を備えている。本実施の形態では、一例として、第１のコイル４を励磁コイルとして使用すると共に、第２のコイル６を検出コイルとして使用する。このため、第１のコイル４を励磁コイル４とも言い、第２のコイル６を検出コイル６とも言う。
【００２０】
この場合、振動体２は、図３に示すように、一例として、印加される磁界の向きとは関係なく伸長する正の磁歪特性を有する磁歪材料を用いて平面視円板状（一例として、扁平な円板体）に形成されている。この場合、磁歪材料としては、正または負の磁歪特性を有する材料、具体的にはＮｉ−Ｆｅ系磁歪材料やＲＦｅ系磁歪材料等を使用することができる。また、磁歪材料としては、磁歪効果を示す向きがランダムの等方性磁歪材料が用いられている。ただし、振動体２における振動の効率を高めるためには、印加される磁界の向きとその向きとが同一方向に揃っている異方性磁歪材料を用いるのが好ましい。この異方性磁歪材料を用いる場合には、振動体２は、その表面における軸線Ａ（同図参照）を通過して第１のコイル４が配設される第１の平面ＰＬ１に直交する矢印Ｂの方向に沿う向きで配向して構成される。
【００２１】
支持部材３は、非磁性材料を用いて一例として円柱状に形成されると共に、図２に示すように、その一端面（下面）が第１のコイル４における後述するボビン１１の下枠上面に固定されると共に、その軸線と振動体２の軸線Ａとを一致させた状態でその他端面（上面）が振動体２の下面中央部分（振動体２の表面における軸線Ａの通過部位）に固定されて、第１のコイル４および第２のコイル６との接触を回避しつつ振動体２を支持する。この場合、振動体２の下面中央部分は、振動体２による振動の中心点（不動点）として機能する。また、この不動点は、角速度センサ１に加わる角速度の大きさや加速度の方向が変化したときにも、振動の中心としての機能が不変であるという性質を有する。したがって、外部から加わる振動による影響を受けることなく広い角速度領域に亘って正確な角速度検出が可能となっている。
【００２２】
励磁コイル４は、図１，２に示すように、平面視長方形の枠状に形成された非磁性材料製（一例として合成樹脂製）のボビン１１の外周面に線材（一例として、被覆銅線）を巻回することによって形成されている。また、励磁コイル４は、上記したように、振動体２の軸線Ａを含む第１の平面ＰＬ１（図３参照）上において、振動体２を内包するようにして配設されている。また、励磁コイル４は、発振駆動回路５から供給される駆動信号Ｓａに基づいて生成した磁界を振動体２に印加することにより、振動体２を振動させる。
【００２３】
発振駆動回路５は、図２に示すように、駆動信号Ｓａ、および駆動信号Ｓａに同期した基準信号Ｓｂを生成して、駆動信号Ｓａを励磁コイル４に供給すると共に、基準信号Ｓｂを同期検波回路７に供給する。一例として、発振駆動回路５は、駆動信号Ｓａとして、振動体２にバイアス磁界を加えるための直流電圧を交流電圧に重畳した信号を生成する。したがって、振動体２を直線性がよくかつ変化量の大きな領域で効率よく振動させることができる。
【００２４】
検出コイル６は、図１，２に示すように、平面視長方形の枠状に形成された非磁性材料製（一例として合成樹脂製）のボビン１２の外周面に線材（一例として、被覆銅線による巻線）を巻回することによって形成されている。また、検出コイル６は、第１の平面ＰＬ１と交差し（この例では、直交し）、かつ軸線Ａを含む第２の平面ＰＬ２（図３参照）上において、振動体２および励磁コイル４を内包するようにして配設されている。つまり、検出コイル６は、図３に示すように、平面視の状態では、励磁コイル４に対して直交するようにして配設されている。また、検出コイル６は、励磁コイル４によって生成される磁束の内の、その内部を通過（貫通）する磁束の数に応じた電圧の誘起電圧を検出する。
【００２５】
同期検波回路７は、検出コイル６の内部を通過する磁束の数に応じた電圧で検出コイル６の両端に誘起する信号Ｓｃを基準信号Ｓｂで同期検波することにより、信号Ｓｃの電圧値に応じた電圧値であって信号Ｓｃの位相に応じた極性（正負）の直流検出電圧Ｖｄを出力する。
【００２６】
ケース８は、図１，２に示すように、磁性材料を用いてそれぞれ構成された上ケース２１と下ケース２２とを備えている。この場合、上ケース２１は一端側（同図中の上端側）が閉塞して下端側が開口する円筒体に形成されている。また、上ケース２１の直径（内径）は、励磁コイル４および検出コイル６における長尺方向の長さよりも若干長めに形成されて、これらの部材および振動体２を収容可能に構成されている。一方、下ケース２２は、上ケース２１における開口側（同図中の下端側）を閉塞可能な円板体に形成されて、上ケース２１に対する蓋として機能すると共に、励磁コイル４および検出コイル６を載置するための載置台としても機能する。一例として、下ケース２２は、その上ケース２１側の面における中央部分が上ケース２１に嵌入可能な円柱状に形成されて、上ケース２１と嵌合可能な段付き円板体に構成されている。この構成により、上ケース２１の開口側を下ケース２２が閉塞した状態において、上ケース２１と下ケース２２との相対的な位置ずれを防止している。また、下ケース２２における中央部分の上面には、励磁コイル４を支持するための非磁性材料製の支持台２３が一対配設されている。
【００２７】
このような構成のケース８内に、下ケース２２における中央部分の上面に検出コイル６を載置すると共に、振動体２の軸線Ａとケース８の軸線とが一致するようにして支持台２３，２３上に励磁コイル４を載置することで、両コイル４，６と支持部材３によって支持された状態の振動体２とがケース８の内部に収納される。したがって、磁性材料製の上ケース２１および下ケース２２は、励磁コイル４によって生成される磁界のケース８の外部への漏洩を防止すると共に外部磁界のケース８の内部への侵入を抑制することによって振動体２および検出コイル６に対する外部磁界の影響を低減するシールド機能を備えている。さらに、ケース８は、振動体２と相俟って、励磁コイル４によって形成される磁界に対する閉磁路を形成する機能も備えている。
【００２８】
次いで、角速度センサ１の角速度検出動作について図２〜図５を参照して説明する。
【００２９】
発振駆動回路５から励磁コイル４に駆動信号Ｓａが供給されている状態では、励磁コイル４は、図３に示すように、振動体２が配設された領域内を通過する合成磁界Ｃを生成する。この場合、合成磁界Ｃは、駆動信号Ｓａのうちの直流電圧に基づくバイアス磁界と、駆動信号Ｓａのうちの交流電圧に基づく交番磁界とが合成されて生成される。この合成磁界Ｃは、振動体２、および振動体２を取り囲むようにして配設された上ケース２１によって形成される磁気回路（閉磁路）内を通過するため、振動体２に効率よく供給される。また、合成磁界Ｃは、その方向が同図に示す検出コイル６の配置されている方向（矢印Ｂで示す方向）と一致している。この状態において、振動体２は、軸線Ａ回りの角速度が加わっていないときには、駆動信号Ｓａに含まれている交流電圧の周期に同期して、矢印Ｂで示す方向に沿って伸縮を繰り返して振動する。具体的には、振動体２は、その平面形状を円形からほぼ楕円形、またほぼ楕円形から円形へと繰り返し変形させて、第１の平面ＰＬ１を基準（中心）として伸縮する方向で振動する（図３〜図５では、振動体２の変形を誇張して示すものとし、楕円形に変形した状態を一点鎖線で示し、円形に戻った状態を実線で示す）。この状態では、合成磁界Ｃの向きが検出コイル６と平行になるため、磁束は検出コイル６の内部を殆ど通過しない。したがって、この合成磁界Ｃに起因する電圧は検出コイル６に殆ど誘起しない。以下、理解を容易にするために、この状態における振動体２の振動方向（矢印Ｂで示される方向）を基本振動方向ともいう。
【００３０】
この状態において、図４に示すように、角速度センサ１に対して軸線Ａを中心として時計方向回り（同図中の矢印の向き）の角速度が加わった場合、振動体２には基本振動方向Ｂに直交する方向に角速度に応じた大きさのコリオリ力が発生するため、振動体２の振動方向は、それまでの基本振動方向Ｂの方向から同図に矢印Ｄで示す振動方向の向きに変化する。この場合、基本振動方向Ｂと矢印Ｄで示す振動の向きとのずれ量は、角速度の大きさに応じて変化する。同様にして、振動体２の内部を通過する磁界（磁束）の方向も、矢印Ｄと同方向に角速度の大きさに応じて変化する（ずれる）。このため、基本振動時には検出コイル６の巻線に対して平行に通過していた磁束が、その巻線と交差するように変化する。この結果、角速度の大きさに応じた信号Ｓｃがコイル６ｂの両端に誘起する。したがって、同期検波回路７によって生成される直流検出電圧Ｖｄも、その電圧値が角速度に応じて変化する。
【００３１】
一方、図５に示すように、角速度センサ１に対して軸線Ａを中心として反時計方向回り（同図中の矢印の向き）の角速度が加わった場合、上記と同様にして振動体２には角速度に応じた大きさのコリオリ力が発生して、振動体２の振動方向は、それまでの基本振動方向Ｂの方向から同図に矢印Ｅで示す振動方向の向きに変化する。この場合にも、基本振動方向Ｂと矢印Ｅで示す振動の向きとのずれ量は、角速度の大きさに応じて変化する。同様にして、振動体２の内部を通過する磁界（磁束）の方向も、矢印Ｅと同方向に角速度の大きさに応じて変化する（ずれる）。このため、基本振動時には検出コイル６の巻線に対して平行に通過していた磁束が、その巻線と交差するように変化する。この結果、角速度の大きさに応じた信号Ｓｃがコイル６ｂの両端に誘起する。この場合、信号Ｓｃの極性（位相）は、角速度センサ１に対して軸線Ａを中心として時計方向回りの角速度が加わったときとは逆極性（逆相）となる。したがって、同期検波回路７によって生成される直流検出電圧Ｖｄも、その極性（正負）が角速度センサ１に対して軸線Ａを中心として時計方向回りの角速度が加わったときとは逆になる以外は、同じようにして、その電圧値が角速度に応じて変化する。
【００３２】
したがって、この角速度センサ１を使用することにより、同期検波回路７によって生成される直流検出電圧Ｖｄの極性に基づいて、角速度センサ１に加わっている角速度の方向（時計方向か反時計方向か）を特定することができると共に、直流検出電圧Ｖｄの電圧値の大きさに基づいて、角速度の大きさを特定することができる。
【００３３】
このように、この角速度センサ１によれば、伸縮振動における不動点としての中心部分に固定された支持部材３で検出コイル６を含む他の部材と非接触の状態で振動体２を支持し、かつ、励磁コイル４によって振動体２の内部に合成磁界Ｃを発生させて、振動体２の中心部分（支持部材３によって支持されている不動点）を通過する第１の平面ＰＬ１を基準として振動体２を円形からほぼ楕円形、ほぼ楕円形から円形というように伸縮させて振動させるという、通常の状態では起こり得ない振動状態（振動モード）で振動体２を振動させることにより、支持部材３による振動体２に対する振動の阻害を回避しつつ、外部振動が振動体２に伝わったときであっても、その外部振動による影響を殆ど受けることなく振動体２を基本振動での振動状態に維持することができる。したがって、この角速度センサ１によれば、外部振動が加わった状態においても、高い精度で角速度を検出することができる。
【００３４】
さらに、振動体２を支持部材３で支持する簡易な構成を採用したことにより、角速度センサ１を十分に安価に製造することができる。また、振動体２、励磁コイル４および検出コイル６を磁性材料製のケース８内に収容したことにより、励磁コイル４による磁界のケース８の外部への漏洩を防止できると共に、外部磁界のケース８の内部への侵入を抑制して振動体２および検出コイル６に対する外部磁界の影響を低減することができる。また、ケース８が振動体２と相俟って励磁コイル４によって生成される磁界に対する閉磁路を形成するため、漏れ磁束を低減できる結果、より一層効率よく振動体２を振動させることができる。
【００３５】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されない。例えば、本発明の実施の形態では、直流電圧と交流電圧とを合成した駆動信号Ｓａに基づいて生成した合成磁界Ｃによって振動体２を振動させる例について説明したが、直流電圧を重畳させることなく交流電圧のみで構成される駆動信号Ｓａを用いることもできる。この構成によれば、直流電圧を駆動信号Ｓａに重畳しないため、発振駆動回路５の複雑化を回避することができるものの、振動体２にバイアス磁界を印加しないために、振動体２を振動させる効率が低下する。しかしながら、発振駆動回路５を簡易に構成することができるため、簡易で安価に角速度センサ１を構成することができる。さらに、直流電圧によってバイアス磁界を加えた構成と比較して、振動体２を２倍の周波数で振動させることができるため、振動周波数の高い加速度センサを簡易に構成することができる。
【００３６】
また、上記した実施の形態では、振動体２の下面中央部分とボビン１１の下枠との間に支持部材３を配設して振動体２を支持した例について説明したが、この構成に代えて、振動体２の上面中央部分とボビン１１の上枠との間に支持部材３を配設して振動体２を支持（吊り下げた状態で支持）する構成を採用することもできる。さらに、振動体２の下面中央部分とボビン１１の下枠との間、および振動体２の上面中央部分とボビン１１の上枠との間にそれぞれ支持部材３を配設して振動体２を上下から支持する構成を採用することもできる。さらに、支持部材３の一端（下端）を下ケース２２に固定することにより、ボビン１１を介しての支持に代えて、支持部材３を介して下ケース２２によって直接的に振動体２を支持する構成を採用することもできる。また、上記した実施の形態では、振動体２の内部に効率よく磁界を発生させるために、振動体２により近い第１のコイル４を励磁コイルとして使用すると共に、その外側に位置する第２のコイル６を検出コイルとして使用した例について説明したが、第１のコイル４を検出コイルとして使用すると共に、その外側に位置する第２のコイル６を励磁コイルとして使用する構成を採用することもできる。
【００３７】
また、角速度センサ１は、単体で使用することもできるが、図６に示すように、３つの角速度センサ１，１，１を組み合わせて３軸の角速度検出装置３１を構成することもできる。この角速度検出装置３１は、３つの角速度センサ１，１，１と、固定部材３２と、各角速度センサ１用の発振駆動回路５および同期検波回路７（いずれも図示せず）とを備えて構成されている。この場合、１つの角速度センサ１はＸ軸と平行に、もう１つの角速度センサ１はＹ軸と平行に、残りの角速度センサ１はＺ軸と平行になるように設定されて、それぞれ固定部材３２に固定される。この角速度検出装置３１によれば、３軸の全てに対する角速度を同時に検出することができる。また、図示はしないが、所定の平面内においてのみ移動する物体に加わる角速度を検出する場合には、例えば、同図におけるＺ軸に配設した角速度センサ１を除いて、２つの角速度センサ１，１で２軸の角速度検出装置を構成することもできる。
【００３８】
また、上記した角速度センサ１や角速度検出装置は、ビデオカメラ等に採用されている手ぶれ補正機構（動揺補正機構）に適用することができるのは勿論のこと、航法装置への適用や、自動車および航空機等の姿勢制御装置への適用を図ることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る角速度センサによれば、第１のコイルおよび第２のコイルの内の一方が励磁電流に基づいて振動体の内部に磁界を発生させることによって磁界の方向に沿った振動を振動体に発生させ、第１のコイルおよび第２のコイルの内の他方が、角速度が加わったときの振動の変化に応じた磁束変化を検出することにより、通常の状態では起こり得ない振動状態（振動モード）で振動体を振動させることができ、これにより、支持部材による振動体に対する振動の阻害を回避しつつ、外部振動が振動体に伝わったときであっても、その外部振動による影響を殆ど受けることなく振動体を基本振動での振動状態に維持することができる。したがって、この角速度センサによれば、外部振動が加わった状態においても、高い精度で角速度を検出することができる。また、振動体を支持部材のみで支持する簡易な構成を採用したことにより、角速度センサを十分安価に製造することができる。
【００４０】
また、本発明に係る角速度センサによれば、振動体、第１のコイルおよび第２のコイルを磁性材料製のケース内に収容することにより、第１のコイルおよび第２のコイルの内の一方のコイルによる磁界のケースの外部への漏洩を防止できると共に、外部磁界のケースの内部への侵入を抑制して振動体と、第１のコイルおよび第２のコイルの内の他方のコイルとに対する外部磁界の影響を低減することができる。また、ケースが振動体と相俟って一方のコイルによって生成される磁界に対する閉磁路を形成するため、漏れ磁束を低減できる結果、より一層効率よく振動体を振動させることができる。
【００４１】
また、本発明に係る角速度検出装置によれば、上記の角速度センサを、直交する２軸上にそれぞれ配設したり、３軸上にそれぞれ配設したりすることにより、外部振動が加わった状態であっても２軸または３軸の方向に対する角速度を高い精度で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る角速度センサ１の分解斜視図である。
【図２】 角速度センサ１の内部構造、発振駆動回路５および同期検波回路７を説明するための説明図である。
【図３】 励磁コイル４によって生成される合成磁界Ｃの方向、および角速度センサ１に角速度が加わっていない状態における振動体２の振動方向Ｂを示す振動体２、励磁コイル４および検出コイル６の平面図である。
【図４】 角速度センサ１に対して時計方向回りの角速度が加わった状態での振動体２内部における磁界の方向および振動体２の振動方向を示す振動体２、励磁コイル４および検出コイル６の平面図である。
【図５】 角速度センサ１に対して反時計方向回りの角速度が加わった状態での振動体２内部における磁界の方向および振動体２の振動方向を示す振動体２、励磁コイル４および検出コイル６の平面図である。
【図６】 ３つの角速度センサ１を用いた角速度検出装置３１の構成を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１ 角速度センサ
２ 振動体
３ 支持部材
４ 励磁コイル
５ 発振駆動回路
６ 検出コイル
７ 同期検波回路
８ ケース
３１ 角速度検出装置
Ａ 軸線
ＰＬ１ 第１の平面
ＰＬ２ 第２の平面
Claims (4)
- 磁歪材料を用いて平面視円板状に形成された振動体と、当該振動体の軸線を含む第１の平面上に前記振動体を内包するようにして配設された第１のコイルと、前記振動体の表面における前記軸線の通過部位において当該振動体を支持する非磁性材料製の支持部材と、前記第１の平面と交差し前記軸線を含む第２の平面上に前記振動体および前記第１のコイルを内包するようにして配設された第２のコイルとを備え、
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルの内の一方は、供給された励磁電流に基づいて前記振動体の内部に磁界を発生させることによって当該磁界の方向に沿った振動を当該振動体に発生させ、
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルの内の他方は、角速度が加わったときの前記振動の変化に応じた磁束変化を検出する角速度センサ。 - 前記振動体、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルを収容する磁性材料製のケースを備えている請求項１記載の角速度センサ。
- 請求項１または２記載の角速度センサを直交する２軸上にそれぞれ配設して構成されている角速度検出装置。
- 請求項１または２記載の角速度センサを互いに直交する３軸上にそれぞれ配設して構成されている角速度検出装置。
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