JPH03214018A - 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、とくに圧電素子振動を用い
た角速度センサに関する。

従来の技術 従来、ジャイロスコープを用いた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手段とし
て、主として機械式の回転ジャイロかつかわれている。

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振動された検
知素子からｒコリオリの力」を検出する振動型角速度セ
ンサがある。多くは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である。これらはジャイロを構成す
る質量の運動が一定速度の運動ではなく振動になってい
る。したがって角速度が加わった場合、コリオリの力は
、質量の振動数と等しい振動数の振動トルクとして生じ
るものである。このトルクによる振動を検出することに
よって角速度を測定するのが振動型角速度センサの原理
であり、と（に圧電体を用いたセンサが多く考案されて
いる。（日本航空宇宙学会誌第２３巻第２５７号３３９
−３５０ページ）上記の原理に基づき先願特許（特顯昭
６２−１２６２０６）の角速度センサを発明しているが
、その構造を第３図に示す。第３図に示すように、検知
用圧電素子２１を、接合部材２２で駆動用圧電素子２３
と振動方向か直交するよう積上げて接続し、駆動用圧電
素子２３には駆動用電極２５を形成し、この組立部材２
組を弾性結合部材２６で結合する。このように構成され
たものにベース３０に設置された支持ピン２９から、リ
ードワイア２７を介して駆動用圧電素子２３上のリード
パターン２４ａ、２４ｂで形成された信号線で電気的に
接続され、さらに導電ペースト３１ａ、３１ｂで検知用
圧電素子２１の電極に接続されている。

以上のように構成された従来の角速度センサの各構成要
素の関連動作を説明する。まず弾性結合部材２６で結合
された一対の駆動用圧電素子２３を駆動するために対向
している面を共通電極としてそれぞれ外側の面の駆動用
電極２５との間に交流信号をかける。信号を印加された
駆動用圧電素子２３は弾性結合部材２６を中心にして対
称な振動を始める、いわゆる音叉振動である。

このように振動している駆動用圧電素子２３に接合部材
２２で機械的に接合されている検知用圧電素子２１も振
動することになる。そこで速度Ｖて振動している検知用
圧電素子２１に角速度ωの回転が加わると、検知用圧電
素子２１には「コリオリの力」が生ずる。この「コリオ
リの力」は速度Ｖに垂直で大きさは２　ｍ　ｖωである
（ここでｍは検知用圧電素子の先端の等価質量を表わす
）。

音叉振動をしているので、ある時点で一方の検知用圧電
素子２１が速度Ｖで振動しているとすれば、他方の検知
用圧電素子２１は速度−■で振動しており「コリオリの
力」は−２ｍｖωである。

一対の検知用圧電素子２１には、互いに逆向きの「コリ
オリの力」が働き、互いに逆向きの方向に変形し、素子
表面には圧電効果によって電荷が生じる。一対のセンサ
素子は「コリオリの力」による発生電荷が、互いに加算
されるように結線されている。

それゆえ、このセンサに角速度以外の並進運動を与えて
も一対の検知用圧電素子２１の表面には同極性の電荷が
生ずるため、互いに打ち消しあって出力は出ないように
なっている。

ここでＶは音叉振動によって生じる速度であり、音叉振
動速度が ｖ　＝　Ｖ、　＃　ｓｉｎω。ｊ　　Ｖｏ：音叉振動速
度振幅ω。：音叉振動の角周期 であるとすれば「コリオリの力」は ＦＣ＝　　２ｍ　　”　　Ｖｏ　　・　ω　”　　Ｓｉ
ｎ　ω□　　ｔとなり角速度ωおよび音叉振動速度Ｖ。

に比例しており、検知用圧電素子２１をそれぞれ面方向
に変形させる力となる。したがって検知用圧電素子２１
の表面電荷量Ｑｃは Ｑｃαｖｏ−ω　・ｓｉ口　ωｏ１ となり音叉振動速度振幅ｖ０が一定にコントロールされ
ているとすれば、 Ｑｃαω−５ｌｎωｏｔ となり検知用圧電素子２１に発生する表面電荷量Ｑは角
速度ωに比例した出力として得られ、この信号をω。ｔ
で同期検波すれば角速度ωに比例した直流信号が得られ
る。

また、駆動用圧電素子２３上の相対する１組の駆動用電
極２５（片方の電極は表示していない）には、駆動用圧
電素子２３の変形に応じて電荷が発生するが、相対する
駆動用電極２５はその形状を対称にし、面積を等しくし
ているので、発生電荷は等しいから、差動入力により信
号処理することで、発生電荷をキャンセルしている。

発明が解決しようとする課題 角速度センサは自動車電装品用として用いる場合など、
温度や振動で、苛酷な環境で用いられる場合が多い。こ
の場合、角速度センサそのものが圧電素子の振動を利用
していることに加え、上記厳しい環境条件で使用すると
従来の駆動用圧電素子上のリードパターンと、検知用圧
電素子の電極を接続したエポキシ系銀ペーストのような
硬い導電ペーストを用いる信号線では断線してしまう。

さらに、導電ペーストが硬いため導電ペーストにより発
生する応力のために圧電素子の振動を阻害するという問
題を有していた。

本発明は上記課題に留意し、厳しい使用環境条件下でも
充分使用できる角速度センサを提供しようとするもので
ある。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明の角速度センサは、駆
動用圧電素子と、検知用圧電素子と、駆動用圧電素子と
検知用圧電素子とを互いに振動方向が直交するように接
続する接合部材とがらなり、その直交組立された構造の
電気的接続線を、駆動用圧電素子の電極面上に設けられ
たリードパターンと検知用圧電素子の電極とリードパタ
ーンを結線する導電ペーストで形成し、この導電ペース
トがポリウレタン系導電ペーストである構成としたもの
である。

作用 上記構成の本発明の角速度センサは、角速度センサを構
成している圧電素子の電気的接続のためのリード配線に
使用する導電ペーストは比較的柔らかいため、低温によ
る硬度上昇時の振動での断線や、自動車用電装品での大
きな振動による断線など、振動や温度変化による断線は
皆無となり、また、導電ペーストにより発生する応力が
、ペーストが柔らかいため小さく振動を阻害する吉いう
ことのない、結果的に出力の安定した耐振性にすぐれた
、非常に高性能な角速度センサを提供することができる
。

実施例 以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図および第２図に示すように、検知用圧電素子１，
２と駆動用圧電素子３，４とを接合部材である直交ジヨ
イント５，６で振動方向が直角になるよう積み重ねて接
合している。この２組の積み重ねられた圧電素子を電極
ブロック７で音叉構造に組み合わせている。

検知用圧電素子１．２の各面にある銀電極９ａ。

９ｂと駆動用圧電素子３．４の片面にあるリードパター
ン１０ａ、１０ｂとをポリウレタン系導電銀ペースト８
ａ、８ｂで結線している。　なお図中の１１は駆動用圧
電素子の銀電極であり、１２はリード線、１３はリード
ピン、１４はベースである。

以上のように構成された本実施例の角速度センサについ
て、以下その構成要素の関連動作を説明する。

角速度検出の原理の説明は、従来例と同じなので省略す
る。

この構成の角速度センサが角速度を受けたとき、検知用
圧電素子１，２がたわむことにより「コリオリの力」に
よって電極９ａ、９ｂに発生した電荷を導電ペースト８
ａ、８ｂ、　リードパターン１０ａ、１０ｂおよびリー
ド線１２を介してリードピン１３から信号として取り出
し、角速度成分の信号として使用する。ポリウレタン系
導電銀ペースト８ａ、８ｂには弾力性があるので、検知
用圧電素子がたわんだ際も断線したり、そのたわみを阻
害することがない。また、銀電極１１は駆動用圧電素子
３．４を駆動するための電極である。なお、リードパタ
ーン１０ａ、１０ｂは駆動用圧電素子上に形成したが電
気的に接続されれば他の方法でもかまわない。

発明の効果 以上の説明より明らかなように本発明は、検知用圧電素
子の電極間に発生した「コリオリの力。

による角速度信号の信号路をポリウレタン系銀ペースト
を用いた導電路と、駆動用圧電素子の電極面上に設けら
れたリードパターンで構成している。そのためリード配
線に使用する導電ペーストが比較的柔らかいため、振動
や温度変化による断線は皆無となり、また、導電ペース
トが柔らかいため発生する応力のために圧電素子の振動
を阻害するということのない、結果的に出力の安定した
耐振性にすぐれた非常に高性能な角速度センサを提供す
ることができる。

【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の斜視
図、第２図は同ジヨイント部分の拡大斜視図、第３図は
従来の角速度センサの斜視図である。 １．２・・・・・・検知用圧電素子、３．４・・・・・
・駆動用圧電素子、５，６・・・・・・直交ジヨイント
、７・・・・・・電極ブロック、８ａ、８ｂ・・・・・
・ポリウレタン系導電銀ペースト、９ａ、９ｂ・・・・
・・検知用圧電素子の銀電極、１０ａ、１０ｂ・・・・
・・リードパターン、１１・・・・・・駆動用圧電素子
の銀電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 駆動用圧電素子と、検知用圧電素子と、前記２つの圧電
   素子を接合する接合部材を具備し、前記駆動用圧電素子
   と前記検知用圧電素子を前記接合部材にて各圧電素子の
   振動方向が直交するように積み上げ接合し、電気的接続
   線を前記駆動用圧電素子上に形成されたリードパターン
   と前記リードパターンと前記検知用圧電素子の電極とを
   導電ペーストで構成し、前記導電ペーストがポリウレタ
   ン系導電ペーストからなる角速度センサ。