JPH03243817A - 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方法とし
て機械式の回転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「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、とくに圧電
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〈従来の角速度センサの構造を第２図に
示す。図示のように検知用圧電素子１と、駆動用圧電素
子２が接合部材６で直交接合され、電極ブロック３で音
叉構造に接合され、支持棒４でヘース５に固定されてい
る。７はリード線、８はリードピン、１１は半田である
。その製造過程で駆動用圧電素子２と電極ブロック３と
を音叉構造に接合するとき、構造的に接合するとともに
電気的に接合する必要があり、半田１１ａで半田付けに
より接合を行っていた。またその後リード線７と駆動用
圧電素子２とを電気的に接合する必要があるので、ここ
も同し組成の半田１１ｂで半田付けにより接合していた
。

以上のよう乙こ構成された従来の角速度センサを動作さ
せるには、まず一対の駆動用圧電素子２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
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２は電極プロ。

り３を中心にして対称な振動を始める、いわゆる音叉振
動であり、これに角速度が加わるとｒコリオリの力ｊが
発生し、角速度が検出できる。

発明が解決しようとする課題 以上のような従来の構成の角速度センサでは、下記のよ
うな課題があった。

従来のような構成では、すなわちリード線７の半田１１
ｂによる半田付けの際に、その熱が音叉接合部分の半田
１１ａに伝わり、その半田接合強度が低下する。その半
田付は強度を測定すると電極ブロック３を固定し駆動用
圧電素子２の半田付は面の直近を半田付は面に垂直に引
張る方法での半田付は強度は、０．２ｋｇから１．５ｋ
ｇまでばらついていた。

しかも、半田付は強度が不安定であると、音叉構造の振
動が不安定となり、角速度センサの特性が不安定となる
。第３図は、角速度センサの共振インピーダンスと音叉
接合強度の関係を示すグラフである。接合強度としては
上述の方法で一対の半田付は面の半田付は強度を測り、
その低い方の値で代表させている。

共振インピーダンスは低い方が望ましく、高ければ、一
定振幅を得るためには駆動電圧を高めなければならず、
電源電圧を高（しなくてはならない。

また共振インピーダンスの高い角速度センサは、最終出
力が不安定な傾向がある。共振インピーダンスが３０に
Ω以下であることを良しとすると、第３図より半田付は
強度は少なくとも０．７５ｋｇは必要であることになる
が、前述のごとく、従来の方式では０．２〜１．５心ま
でばらついている。

本発明はかかる課題に留意し、音叉接合強度が充分で、
共振インピーダンスが低く、高効率で、安定な出力が得
られ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 本発明は上記目的を遠戚するために、駆動用圧電素子と
、検知用圧電素子と、この駆動用圧電素子と検知用圧電
素子を振動方向が直交するように積み上げ接合する第１
の接合部材と、接合された素子の一対を音叉構造に接合
する第２の接合部材と、駆動用圧電素子を駆動するため
の電気配線用電極を具備し、電気配線用のリード線を駆
動用圧電素子を駆動するための電気配線用電極に接合す
るのに用いる半田を、音叉素子を構成するための駆動用
圧電素子の端部と第２の接合部材とを接合するのに用い
る半田に比べ、融点の低い半田としたものである。また
この低融点半田には、とくにビスマス含有の低融点半田
を用いたものである。

作用 上記構成の本発明の角速度センサは、その製造過程にお
いて、音叉構造として組み立てるときに駆動用圧電素子
の端部と第２の接合部材を接合するのに半田を用い、電
気的、構造的な接合を同時に行なう。この半田を第１の
半田とする。この第１の半田の接合の後、この音叉構造
をした素子を支持棒にてヘースに固定する。その後ベー
スに埋設されたリードピンとリード線により電気的接続
を行い、角速度センサとしての基本構造が完成する。こ
のリード線接続の際に、第１の半田の融点より充分低い
第２の半田の低融点半田を用いる。

これにより第１の半田で接合された音叉構造部は、第２
の半田によるリード線接続により第１の半田が軟化しな
いので劣化することなく、充分な強度を保つことができ
る。

実施例 第１図は本発明による角速度センサの一実施例の構造を
示す側面図であり、第２図の従来例と同一部分について
は、同一番号を付している。図中の９は高融点半田であ
り、銀３％、鉛１０％、スズ８７％でその融点は約２８
０°Ｃである。１０は低融点半田であり、ビスマス１４
％、鉛４３％、スズ４３％でその融点は、約１３５°Ｃ
である。

ここでリード線７の半田付けは低融点半田ＩＯの融点の
約５０’Ｃ高星の１８５°Ｃで半田接合する。したがっ
てその熱が高融点半田９に伝わっても高融点半田９の融
点より充分小さいので高融点半田９を溶融することはな
い。すなわち、音叉接合強度を低下させることがなく、
充分な音叉接合強度を維持することができる。半田付は
強度を発明が解決しようとする課題の項で述べた方法で
測定すれば、全ての半田付けが０．７５ｋｇ以上の半田
付は強度を持っていた。本実施例では、ビスマスを含有
した低温半田を用いているが電気的な接続のためだけに
半田付けを行なっているので低融点半田であれば、如何
なる組成の半田であっても、本発明の効果は期待できる
。

また上記の構成による角速度センサの共振インピーダン
スは、はぼ全数が３０にΩ以下となり、安定した特性が
得られた。

発明の効果 以上の説明より明らかなように本発明によれば、リード
配線の半田付けは低温で可能なので前工程でなされた駆
動用圧電素子と電極ブロックとの半田接合の半田を溶融
させることが無い。したがって、安定した接合を維持す
るので、共振インピーダンスが低く保て、低駆動電圧で
高効率な振動ができる。また、接合強度の安定した駆動
用圧電素子と電極ブロックとの接合により、特性の安定
した角速度センサを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の角速度センサの構造を示す
概略側面図、第２図は従来の角速度センサの構造を示す
概略側面図、第３図は従来の角速度センサにおける音叉
接合強度と共振インピーダンスの相関を示す相関図であ
る。 ｌ・・・・・・検知用圧電素子、２・・・・・・駆動用
圧電素子、３・・・・・・電極ブロック（第２の接合部
材）、６・・・・・・接合部材（第１の接合部材）、７
・・・・・・リード線、９・・・・・・高融点半田（第
１の半田）、１０・・・・・・低融点半田（第２の半田
）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）駆動用圧電素子と、検知用圧電素子と、前記駆動
   用圧電素子と前記検知用圧電素子を振動方向が直交する
   よう積み上げて接合する第１の接合部材と、前記接合さ
   れた素子の一対を音叉構造に接合する第２の接合部材と
   、前記駆動用圧電素子上に構成された電気配線用電極と
   を具備し、前記第２の接合部材による接合を第１の半田
   により行うとともに、前記電気配線用電極へのリード線
   の半田付けに用いる第２の半田の融点を前記第１の半田
   の融点より低くした角速度センサ。
2. （２）第２の半田がビスマスを含有する低融点半田であ
   る請求項１記載の角速度センサ。