JPH0353110A - 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、特に圧電振動子を用いた角
速度センサに関するものである。

従来の技術 従来、飛行機・船舶のような移動する物体の方位を知る
方法としてジャイロスコープを用いた慣性航法装置があ
る。そのセンサとして、主に機械式の回転型ジャイロ、
レーザを用いたレーザジャイロが使われている。これは
安定した方位が得られるが機械式，光学式であることか
ら装置が大掛かりであり、コストも高く、小型化が望ま
れる民生用機器への応用は困難である。一方、回転力、
レーザを使わずに、物体を振動させて励起された検知用
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
あり、多くは圧電式と電磁式のメカニズムを採用してい
る構造のものがある。これらはジャイロを構成する質量
の運動が一定角速度の回転運動ではなく振動によってい
ることが特徴である。したがって、Ωなる角速度が加わ
った場合、コリオリの力が質量の振動数と等しい振動ト
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、特に圧電体を用いたセンサが
多く考案されている。（例えば、日本航空宇宙学会誌　
第２３巻　第２５７号３３９〜３５０ページ） 発明が解決しようとする課題 上記の原理に基づき先願特許（特願昭５９−５５４２０
号）の角速度センサを出願した。しかしながら、上記の
圧電振動子を用いた角速度センサの構威では、それぞれ
の構威に使用されている圧電振動子に対して電気的信号
の印加（質量に振動を与える）・取り出し（コリオリの
力を検出する）が必要になる。このとき、検知用圧電振
動子は駆動用圧電振動子の上部に位置しているため、圧
電振動子からの電気的出力（コリオリの力に比例した電
荷出力）を取り出すための配線（一般的には細いリード
線による配線）を必要とする。一方、駆動用の圧電振動
子の場合には構造的に下方に位置するため、基部からの
距離も短く、振動による増幅量もわずかの部位からリー
ド線を配線することができるため、技術的に容易である
。

コリオリの力は振動する物体の質量と速度に比例して発
生するために、信号／ノイズ成分を高めるために検知用
圧電振動子は駆動用圧電振動子にて常時、励振されてい
る。そのために検知用圧電振動子の振幅量が大きくなり
、リード配線方法によっては圧電振動子の振動を抑制し
たり、スプリアスのような不要振動を発生する。また、
振動の位相関係に重要な機械的質係数（Ｑｍ）を下げた
りしていた。従来、圧電振動子のリード線の取り付け方
法は可能な限り柔らかい細線を用いて樹脂による接着に
て行っており、樹脂の硬化までに数１０秒〜数分を要す
るため圧電振動子からリード線が浮いたり、外れたりす
ることが起こっていた。又、接着樹脂の硬化により圧電
振動子の振動特性が悪化するという課題を有していた。

さらに、生産面では樹脂の硬化までの時間がかかるので
治工具などで生産性を向上することが困難であった。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、不要振動
を発生せずに圧電振動子の振動を妨げない、優れた配線
構造を有したセンサに量産性・信頼性を充分確保して提
供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明は上記課題を解決するために、駆動用圧電振動子
と検知用圧電振動子とを互いに直交接合したセンサ素子
を、それぞれの駆動用圧電振動子の自由端を接合部材に
より接合して音叉構造とし、かつ前記駆動用圧電振動子
の側面に感圧型接着剤を塗布し、検知用圧電振動子から
のリード線を感圧型接着剤に粘着させた構成にしたもの
である。

作用 この技術的手段による作用は次の様になる。

感圧型接着剤を塗布する工程とリード線を粘着させる工
程に分けることによって、作業の単純化と樹脂の硬化時
間に左右されないでリード線を駆動用圧電振動子に粘着
させることができる。このような構成では感圧型接着剤
に押し付けるだけで、瞬時にリード線の保持ができ、感
圧型とすることで接着剤の硬化時間に影響されることも
なく、線材の位置ぎめが自動化でき、量産性にも優れた
工法を提供するものである。感圧型接着剤以外の接着方
法では、硬化までの時間に細い線材には若干の形状的歪
みがあるため、その固有の形状に曲がる性質がある。従
って、樹脂が硬化するまでの時間、しっかりとリード線
を圧電振動子に密接しておかなければならない。もしこ
のとき、リード線が浮き上がったり、外れたりして確実
に固定されていないと、リード線による不要な振動、例
えば基本共振に於けるスプリアス、あるいは高調波成分
の発生が起こりセンサ特性が変化してしまう。又、感圧
型接着剤は高粘度を有するが硬化型の接着剤に比較して
硬度は大変低い、そのため駆動用圧電振動子，検知用圧
電振動子の振動を抑制することもなく、機械的質係数（
Ｑｍ）の優れた角速度センサを実現できるものである。

実施例 以下、本発明の一実施例について図面を用いて説明する
。第１図は本発明の角速度センサの一実施例を示す構造
図、第２図は第１図におけるリード配線の具体的方法を
示す拡大図である。図において、１は検知用圧電振動子
、２は駆動用圧電振動子、３は電極ブロック、４は支持
捧、５はべ一ス、６は接合部材、７はワイヤ、８は塗布
された感圧型接着剤、９は検知軸、１０は電極ビンを示
す。

本実施例の構或は第１図に示すように、駆動用圧電振動
子２と検知用圧電子振動１は検知軸９に平行で、かつ互
いに接合部材６にて直交接合されたセンサ素子とし、駆
動用圧電振動子２の一方の自由端を支持棒４を有する電
極ブロック３により半田付けされて音叉構造を構成して
いる。この音叉構造体は支持棒４によりベース５に取付
けられている。音叉構造に組み立てられた駆動用圧電振
動子２の端面には感圧型接着剤８が塗布されている。又
、感圧型接着剤８に粘着させられて銅線からなるリード
線７が駆動用圧電振動子２の端面に接着してある。リー
ド線７の端部は検知用圧電振動子１の表面電極に接続さ
れ、一方の自由端は信号取り出し用電極ビン１０に接続
されている。

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、以下その動作を説明する。まず、駆動用圧電振動子
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印加する。信号を
印加された駆動用圧電振動子２は電極ブロック３をベー
スとして１８０度の位相差にて振動を始める、いわゆる
音叉振動である。一般に片持ちぼり構造を有する圧電振
動子は材料の圧電定数・寸法形状によって決定されるが
、この場合には検知用圧電振動子１、駆動用圧電振動子
２、接合部材６、そして接合に用いる接着剤などの総合
的な性能で決まる。本実施例での音叉振動子の共振周波
数は１０００〜１１００Ｈｚに設計してあり、検知用圧
電振動子１の自由端での振幅量は２５μｍ程度に振幅し
ている。この時、検知用圧電振動子１からコリオリの力
によって発生するたわみの電荷量を取り出すために、リ
ード線７にて配線し、ベース５に設けられた電極ピン１
０に接続される。このときリード線７の形状としては振
動の妨げにならないような固さ・太さが必要になってく
る。本実施例では５０μｍφの銅線を用いている。この
銅線は検知用圧電振動子１の接合部材６に近い部位に半
田付けされる。その後、どこにも固定されないで下方の
電極ピンに接続されると、リード線７自身の固有振動、
変形による振動子との接触、あるいは、振動による応力
付加に起因した信頼性の低下（リード線の断線）などが
起こる。そのため、リード線７は駆動用圧電振動子２に
固定されるのが不要振動の観点から有利となり、その固
定方法は接着剤による固定が一般的である。しかしなが
ら、接着剤の硬化に時間が掛かるため、リード線７が持
っている歪みによって接着剤から離れたり、駆動用圧電
振動子２から離れたりする。又、硬化された樹脂は剛性
を示すために、振動子の振動を妨げることになり、機械
的質係数（Ｑｍ）　・共振インピーダンス特性を低下さ
せるといった弊害も有している。　ここで、本実施例で
は溶剤にて調整された粘度５００〜１５００ｃｐｓのア
クリルゴム系の感圧型接着剤８をあらかじめ駆動用圧電
振動子２の端面部にディスベンサを用いて塗布する。そ
の後、溶剤を飛散させることによって粘着力が高まって
くる。本実施例における感圧型接着剤８の粘着力は２０
００ｇ／２５ｍｍであった。この感圧型接着剤８の厚み
は約３０〜１００μｍであり、この感圧型接着剤８の上
から線径５０μｍφの軟鋼線を接着剤の上に弱い圧力を
加えながら圧着していく。このような方法によって、検
知用圧電振動子１から配線されてきたワイヤが粘着力に
よって駆動用圧電振動子２の端面部に固定される。ここ
で、感圧型接着剤８としてアクリルゴム系の感圧型接着
剤を用いたが、このような性質を有する接着剤であれば
同じ効果を得ることができる。そのなかで工法・信頼性
を満足する樹脂としてシリコンゴム・合成ゴム系が良好
な結果を示した。感圧型接着剤８の構戊方法については
ディスペンサにて行う方法と、両面テープの構造にして
駆動用圧電振動子２の端面部に張り付ける方法も考えら
れる。いずれの方法においても同じ結果が得られること
は容易に類推できる。駆動用圧電振動子２の固定端より
下においては、振動の振幅はほとんどなく、そのまま空
中を配線し、電極ビン１０に半田付けされている。

以上のように本実施例によれば、駆動用圧電振動子．検
知用圧電振動子からなる音叉型角速度センサの駆動用圧
電振動子の端面部に感圧型接着剤を塗布し、リード線を
粘着させることにより組み立てられた角速度センサは、
不要な振動モードを発生することもなく、信頼性におい
ても十分に満足できる性能が得られる。又、機械的質係
数（Ｑｍ）は７００以上の特性が得られたが、従来のよ
うにエボキシ樹脂による硬化接着では５００程度であり
、左右の振動の位相特性において優れた振動特性を示す
ことが分かった。配線終了後、この組み立てられたセン
サはシールドをかねた保護ケースに収納するため組立後
に余分な埃を付着させることもない。粘着性の低下につ
いては高温環境下，高温高湿環境下１０００時間の耐久
試験において十分な特性を示しており問題は見当たらな
かった。さらに配線に用いるリード線として単線を用い
ているが、更に細い線のより線を用いてもよい結果が得
られるものである。

発明の効果 以上のように本発明によれば、駆動用圧電振動子と検知
用圧電振動子とを互いに直交接合されたセンサ素子をそ
れぞれの駆動用圧電振動子の自由端を接合して音叉構造
とし、それぞれの駆動用圧電振動子の側面に感圧型接着
剤を塗布し、検知用圧電振動子からのリード線を感圧型
接着剤に粘着させることにより、コリオリの力を検出し
た検知用圧電振動子の電気信号の取り出しのためのリー
ド配線を簡単な工法にて実現することができる。

更に、配線に伴うリード線の不要振動を抑え、リード線
の振動による一点への応力集中がさけられ、断線の少な
い優れた性能を有した角速度センサを提供することがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の角速度センサの一実施例を示す構成図
、第２図は第１図におけるリード配線を示す拡大図であ
る。 １・・・・・・検知用圧電振動子、２・・・・・・駆動
用圧電振動子、３・・・・・・電極ブロック、４・・・
・・・支持捧、５・・・・・・ベース、６・・・・・・
接合部材、７・・・・・・リード線、８・・・・・・感
圧型接着剤、 ９・・・・・・検知軸、 １ ０・・・・・・電極 ピン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）駆動用圧電振動子と検知用圧電振動子とを互いに
   直交接合したセンサ素子をそれぞれの駆動用圧電振動子
   の自由端を接合部材により接合して音叉構造とし、かつ
   前記駆動用圧電振動子の側面に感圧型接着剤を塗布し、
   検知用圧電振動子からのリード線を感圧型接着剤に粘着
   させたことを特徴とする角速度センサ。
2. （２）感圧型接着剤としてシリコン系樹脂、アクリル系
   樹脂、ゴム系樹脂のいずれかを用いたことを特徴とする
   請求項１記載の角速度センサ。