JPH03243829A - 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っかわれている。

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、「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３
３９−３５０ページ）上記の原理に基づく角速度センサ
の構造を第１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は第１の接合部材である接合部材
６で直交接合され、電極ブロック３により音叉構造に接
合される。なお４は支持棒、５はヘース、６は接合部材
、７はリート線、８はリードピン、９は接着剤である。

駆動用圧電素子２の振動を検知用圧電素子１に伝達しな
ければならないので、接合部材６は曲げ弾性率が高く、
その温度変化の少ないアルミナ系のセラミックスを用い
ており、接着剤９は、接着強度の高いエポキシ系のもの
を使っている。

以上のように構成された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
電極ブロック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、「コリ
オリの力」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。

すなわち結合部材６はアルミナ系または、ステアタイト
系などのセラミックスにより構成することで接合部材６
内での振動エネルギーの伝達ロス、およびその温度変化
は抑えられるが、エポキシ系接着剤９は、高温でやはり
軟化傾向にあり、駆動用圧電素子２の振動を伝達するに
際して「ずれ変形」をおこし、振動エネルギーの伝達ロ
スが多くなり、共振インピーダンスが高くなる。この角
速度センサは、共振インピーダンスが変化しても駆動速
度の変化は抑えられるように制御されているが、共振イ
ンピーダンスが変化すると駆動は不安定となる。すなわ
ち、最終出力のオフセット電圧は不安定となり、いわゆ
るドリフトが大きくなり、出力電圧が変動する。

本発明はかかる課題に留意し、広い温度範囲でオフセッ
ト電圧の安定な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達成するために、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
素子の振動方向が直交するよう積み上げ接合する第１の
接合部材と、この接合された素子の一対を音叉構造に接
合する第２の接合部材とを具備し、第１の接合部材に駆
動用圧電素子および検知用圧電素子と嵌合する溝を設け
るとともに、この溝の幅が、それぞれ嵌合する圧電素子
の厚みより２０μｍ以内の精度で大きくし、嵌合の際に
発生する２０μｍ以下の空隙には接着剤が充填され、接
着、固定されるものである。

作用 上記構成の本発明の角速度センサは、駆動用圧電素子と
検知用圧電素子の接合を、第１の接合部材の溝に嵌合さ
せ、接着剤で固定し、かつこの嵌合が２０μｍ以下の空
隙に充填されるので非常に強固に接合される。すなわち
接着剤の部分が少ないため、高温下においても接着剤で
の「ずれ変形」は小さく、振動の伝達ロスは少ないので
、駆動が安定し、広い温度範囲でオフセット電圧が安定
する。

実施例 第１図は従来例であるとともに、本発明による角速度セ
ンサの一実施例を示す斜視図である。

構成は従来例と同様であるが接合部材６は駆動用圧電素
子２および、検知用圧電素子１の厚みとの差（以下クリ
アランスという）が２０μｍ以下の幅の溝を設けており
、その溝にエポキシ系の接着剤を注入し、駆動用圧電素
子２および、検知用圧電素子ｌを嵌合し上記のクリアラ
ンスに相当する空隙に接着剤が充填された状態で、焼付
は硬化することで、駆動用圧電素子２と、検知用圧電素
子■が接着剤が少ない状態で確実に接着されるので、「
ずれ変形」もなく、駆動用圧電素子２の振動を少ないロ
スで、検知用圧電素子１に伝達している。

第２図は、本実施例と、従来例の角速度センサとの２０
℃〜８５℃の温度におけるセンサ出力のヘースとなる、
いわゆるオフセット電圧の変化量の最大値、すなわちド
リフト変動量のクリアランス依存性を示したものである
。この結果から明らかなように駆動用圧電素子２および
検知用圧電素子ｌの厚みと、接合部材６の溝の幅のクリ
アランスが２０μｍ以下のものではオフセット電圧の変
動量の幅が狭く、温度変化が少ないことがわかる。

発明の効果 以上の説明より明らかなように、本発明によれば接合部
材の溝幅とそこに嵌合する駆動用圧電素子または、検知
用圧電素子の厚みの差が２０μｍ以下のものにすること
により、高温下においても接着剤での「ずれ変形」は小
さく、振動の伝達ロスは少ないので、広い温度範囲で駆
動が安定し、オフセット電圧が１Ｍ度変化に際しても安
定な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Ｓ線Ｗ従蒐例の角速度センサ
の構造を示す斜視図、第２図はオフセット電圧の変化量
（ドリフト変動量）と、駆動用圧電素子と検知用圧電素
子の接合のクリアランス（接合クリアランス）の関係を
示すグラフである。 １・・・・・・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〉、９
・・・・・・接着剤。

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
   に積み上げ接合する第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の接合部材とを具
   備し、前記第１の接合部材に前記駆動用圧電素子および
   前記検知用圧電素子と嵌合する溝を設けるとともに、前
   記第１の接合部材の溝の幅を、それぞれ嵌合する前記駆
   動用圧電素子および前記検知用圧電素子の厚みより２０
   μｍ以内の精度で大きくし、かつ嵌合部の空隙に接着剤
   を充填した角速度センサ。