JPH04106408A - Angular velocity sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は角速度センサに関し、特にたとえばビテオカ
メラの手ぶれ検知や自動車の姿勢コントロールなどに用
いられる、角速度センサに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an angular velocity sensor, and more particularly to an angular velocity sensor used, for example, in detecting camera shake in a video camera or controlling the posture of an automobile.
（従来技術）
第９Ａ図はこの発明の前景となる従来の角速度センサの
一例を示す斜視図であり、第９Ｂ図はその断面図である
。角速度センサ１は振動体２を含む。振動体２は、エリ
ンバなどの機械的な振動を生じる材料で、たとえば３角
柱状に形成される。(Prior Art) FIG. 9A is a perspective view showing an example of a conventional angular velocity sensor that is the foreground of the present invention, and FIG. 9B is a sectional view thereof. The angular velocity sensor 1 includes a vibrating body 2. The vibrating body 2 is made of a material that generates mechanical vibrations, such as Erinva, and is formed into a triangular prism shape, for example.
振動体２の３つの側面には、それぞれ圧電素子３ａ、３
ｂおよび３ｃが形成される。圧電素子３ａ、３ｂ、３ｃ
は、たとえば圧電セラミックの両面に電極が形成された
ものである。これらの圧電素子３ａ、３ｂ、３ｃの一方
の電極が、たとえば接着剤などによって、振動体２に接
着される。そして、振動体２は、そのノード点付近で支
持部材によって支持される。Piezoelectric elements 3a and 3 are provided on three sides of the vibrating body 2, respectively.
b and 3c are formed. Piezoelectric elements 3a, 3b, 3c
For example, electrodes are formed on both sides of a piezoelectric ceramic. One electrode of these piezoelectric elements 3a, 3b, and 3c is bonded to the vibrating body 2 with, for example, an adhesive. The vibrating body 2 is supported by a support member near the node point.
この角速度センサ１では、たとえば圧電素子３ａ、３ｂ
と圧電素子３Ｃとの間に発振回路出力源が接続される。In this angular velocity sensor 1, for example, piezoelectric elements 3a, 3b
An oscillation circuit output source is connected between the piezoelectric element 3C and the piezoelectric element 3C.
この発振回路出力源からの信号によって、振動体２は、
圧電素子３Ｃの主面に直交する方向に屈曲振動する。そ
して、圧電素子３ａ、３ｂの出力電圧の差を測定するこ
とにより、角速度センサ１に加わった回転角速度が測定
される。A signal from this oscillation circuit output source causes the vibrating body 2 to
It bends and vibrates in a direction perpendicular to the main surface of the piezoelectric element 3C. Then, by measuring the difference between the output voltages of the piezoelectric elements 3a and 3b, the rotational angular velocity applied to the angular velocity sensor 1 is measured.
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、このような従来の角速度センサでは、振
動体の側面の中央部に圧電素子を接着しなければならな
いため、その加工が難しい。また、振動体と圧電素子と
の熱膨張係数が異なるため、雰囲気温度の変化によって
接着部分にばらつきが生し、特性にばらつきが生じやす
い。また、加工が難しいため製造コストが高くなり、さ
らに角速度センサの小型化が困難であった。(Problems to be Solved by the Invention) However, in such a conventional angular velocity sensor, the piezoelectric element must be bonded to the center of the side surface of the vibrating body, which is difficult to process. Furthermore, since the vibrating body and the piezoelectric element have different coefficients of thermal expansion, variations in the bonded portion occur due to changes in ambient temperature, which tends to cause variations in characteristics. In addition, manufacturing costs are high due to difficult machining, and furthermore, it has been difficult to downsize the angular velocity sensor.
それゆえに、この発明の主たる目的は、簡単に製造する
ことができ、特性のばらつきが少なく、しかも小型化が
可能な角速度センサを提供することである。Therefore, the main object of the present invention is to provide an angular velocity sensor that can be easily manufactured, has less variation in characteristics, and can be miniaturized.
（課題を解決するための手段）
この発明は、その軸方向に貫通する貫通孔を有する多角
柱状の圧電セラミックで形成された振動体と、振動体の
内周面に形成される内部電極と、振動体の外周面に形成
される外部電極とを含み、振動体は、その内周面から外
周面に向かう方向に分極が施された、角速度センサであ
る。(Means for Solving the Problems) The present invention includes a vibrating body formed of a polygonal columnar piezoelectric ceramic having a through hole penetrating in the axial direction, an internal electrode formed on an inner circumferential surface of the vibrating body, The vibrating body is an angular velocity sensor including an external electrode formed on the outer circumferential surface of the vibrating body, and the vibrating body is polarized in a direction from the inner circumferential surface to the outer circumferential surface.
（作用）
貫通孔の形成された多角柱状の圧電セラミックの内周面
から外周面に向かって分極を施すことにより、複数の外
部電極間または内部電極と外部電極との間に信号を印加
することによって、振動体自身が屈曲振動する。(Operation) Applying a signal between multiple external electrodes or between an internal electrode and an external electrode by applying polarization from the inner circumferential surface to the outer circumferential surface of a polygonal columnar piezoelectric ceramic in which a through hole is formed. As a result, the vibrating body itself bends and vibrates.
（発明の効果）
この発明によれば、振動体に蒸着、スパッタリング、銀
ペースト焼結法およびめっきなどによって電極を形成す
ることができる。そして、振動体自身が屈曲振動するた
め、振動体に圧電素子を接着する必要がない−０そのた
め、角速度センサの加工が簡単であり、従来に比べて低
コストで製造することができる。さらに、振動体に圧電
素子を接着する必要がないため、雰囲気温度の変化によ
る接着部分のばらつきがなくなり、特性のばらつきが少
なくなる。また、貫通孔が形成されることにより、貫通
孔が形成されていない振動体に比べて、その共振周波数
が小さくなって感度が良くなる。(Effects of the Invention) According to the present invention, electrodes can be formed on the vibrating body by vapor deposition, sputtering, silver paste sintering, plating, or the like. Since the vibrating body itself bends and vibrates, there is no need to bond a piezoelectric element to the vibrating body. Therefore, the angular velocity sensor can be easily processed and manufactured at a lower cost than in the past. Furthermore, since there is no need to bond the piezoelectric element to the vibrating body, variations in the bonded portion due to changes in ambient temperature are eliminated, and variations in characteristics are reduced. Further, by forming the through hole, the resonance frequency becomes smaller and the sensitivity becomes better than that of a vibrating body without a through hole.
同一感度ならば、振動体を小さくすることができ、した
がって角速度センサを小型化することができる。If the sensitivity is the same, the vibrating body can be made smaller, and therefore the angular velocity sensor can be made smaller.
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点
は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から
一層明らかとなろう。The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the drawings.
（実施例）
第１Ａ図はこの発明の一実施例を示す斜視図であり、第
１Ｂ図は第１Ａ図の線ＩＢ−ＩＢにおける断面図である
。角速度センサ１０は振動体１２を含む。振動体１２は
、圧電セラミックでたとえば正３角柱状に形成される。(Embodiment) FIG. 1A is a perspective view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a sectional view taken along line IB-IB in FIG. 1A. The angular velocity sensor 10 includes a vibrating body 12. The vibrating body 12 is made of piezoelectric ceramic and is formed, for example, in the shape of a regular triangular prism.
この振動体１２には、その軸方向に向かって、正３角柱
状の貫通孔１４が形成される。さらに、この振動体１２
は、その内周面から外周面に向かって、放射状に分極が
施されている。この振動体１２は、そのノード点付近で
支持される。A regular triangular prism-shaped through hole 14 is formed in the vibrating body 12 in the axial direction thereof. Furthermore, this vibrating body 12
is polarized radially from its inner circumferential surface to its outer circumferential surface. This vibrating body 12 is supported near its node points.
振動体１２の内周面には、その全面に内部電極１６が形
成される。さらに、振動体１２の３つの側面には、それ
ぞれ中央部に外部電極１８ａ、１８ｂおよび１８Ｃが形
成される。これらの内部電極１６および外部電極１８ａ
〜１８ｃは、たとえば銀などで、銀ペースト焼結法、め
っき、蒸着およびスパッタリングなどによって形成され
る。Internal electrodes 16 are formed on the entire inner peripheral surface of the vibrating body 12. Furthermore, external electrodes 18a, 18b, and 18C are formed at the center of each of the three side surfaces of the vibrating body 12. These internal electrodes 16 and external electrodes 18a
~18c is made of silver, for example, and is formed by a silver paste sintering method, plating, vapor deposition, sputtering, or the like.
角速度センサ１０を製造するには、貫通孔１４の形成さ
れた振動体１２が準備される。この振動体１２の内周面
の全面および外周面の全面には、第２図に示すように、
銀ペースト焼結法、めっき、蒸着およびスパッタリング
などによって、内部電極１６および外周面電極２０が形
成される。そして、内部電極１６と外周面電極２０との
間に電界を印加することによって、矢印で示すように、
振動体１２の内周面から外周面に向かって、放射状に分
極が施される。To manufacture the angular velocity sensor 10, a vibrating body 12 in which a through hole 14 is formed is prepared. As shown in FIG.
The internal electrode 16 and the outer peripheral surface electrode 20 are formed by silver paste sintering, plating, vapor deposition, sputtering, or the like. Then, by applying an electric field between the internal electrode 16 and the outer peripheral surface electrode 20, as shown by the arrow,
Polarization is applied radially from the inner circumferential surface of the vibrating body 12 toward the outer circumferential surface.
次に、外周面電極２０の不要な部分が取り除かれること
によって、外部電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃが形成され
る。Next, unnecessary portions of the outer peripheral surface electrode 20 are removed to form external electrodes 18a, 18b, and 18c.
この角速度センサ１０を使用するためには、たとえば第
３図に示すような角速度検出回路が用いられる。すなわ
ち、２つの外部電極１８ａ、１８ｂに抵抗２２．２４が
接続される。そして、これらの抵抗２２．２４と他の外
部電極１８ｃとの間に発振回路出力源２６が接続される
。この発振回踏出力源２６からの信号によって、振動体
１２は、外部電極１８Ｃの主面に直交する方向に屈曲振
動する。In order to use this angular velocity sensor 10, for example, an angular velocity detection circuit as shown in FIG. 3 is used. That is, resistors 22 and 24 are connected to the two external electrodes 18a and 18b. An oscillation circuit output source 26 is connected between these resistors 22, 24 and the other external electrode 18c. This signal from the oscillating rotation output source 26 causes the vibrating body 12 to bend and vibrate in a direction perpendicular to the main surface of the external electrode 18C.
さらに、２つの外部電極１８ａ、１８ｂには、別の抵抗
２８．３０が接続される。これらの抵抗２８．３０は、
差動増幅回路３２の入力側に接続される。さらに、差動
増幅回路３２の出力側は同期検波回路３４に接続され、
この同期検波回路３４はリップルフィルタ３６に接続さ
れる。Furthermore, another resistor 28.30 is connected to the two external electrodes 18a, 18b. These resistors 28.30 are
It is connected to the input side of the differential amplifier circuit 32. Further, the output side of the differential amplifier circuit 32 is connected to a synchronous detection circuit 34,
This synchronous detection circuit 34 is connected to a ripple filter 36.
発振回路出力源２６からの信号によって振動体１２が屈
曲振動している状態で、振動体１２の軸を中心として回
転した場合、その回転角速度に応じて、振動方向と直交
する方向にコリオリカが働く。それによって、振動体１
２の振動方向は、無回転時の振動方向からずれる。その
ため、２つの外部電極１８ａ、１８ｂ間に出力電圧の差
が生じ、差動増幅回路３２から出力が得られる。When the vibrating body 12 is subjected to bending vibration by the signal from the oscillation circuit output source 26 and rotates around the axis of the vibrating body 12, Coriolis acts in a direction perpendicular to the vibration direction depending on the rotational angular velocity. . As a result, the vibrating body 1
The vibration direction of No. 2 deviates from the vibration direction when no rotation occurs. Therefore, a difference in output voltage occurs between the two external electrodes 18a and 18b, and an output is obtained from the differential amplifier circuit 32.
差動増幅回路３２から得られた出力を同期検波回路３４
で同期検波し、さらにリップルフィルタ３６を通すこと
によって、直流出力が得られる。The output obtained from the differential amplifier circuit 32 is sent to the synchronous detection circuit 34.
A DC output is obtained by synchronously detecting the signal and passing it through a ripple filter 36.
したがって、この直流出力を測定することによって、角
速度センサ１０に加わった回転角速度を測定することが
できる。Therefore, by measuring this DC output, the rotational angular velocity applied to the angular velocity sensor 10 can be measured.
この角速度センサ１０では、振動体１２が圧電セラミッ
クで形成されているため、従来のもののように振動体の
側面に圧電素子を接着する必要がない。そのため、圧電
セラミックの振動体１２に内部電極１６および外部電極
１８３〜１８ｃを形成すればよい。これらの電極は、銀
ペースト焼結法、めっき、蒸着およびスパッタリングな
どによって簡単に形成することができる。In this angular velocity sensor 10, since the vibrating body 12 is made of piezoelectric ceramic, there is no need to adhere a piezoelectric element to the side surface of the vibrating body unlike in the conventional sensor. Therefore, the internal electrode 16 and the external electrodes 183 to 18c may be formed on the piezoelectric ceramic vibrating body 12. These electrodes can be easily formed by silver paste sintering, plating, vapor deposition, sputtering, and the like.
しかも、外部電極１８ａ〜１８ｃは、外周面電極２０の
不要な部分を取り除くことによって形成することができ
る。この外周面電極２０は、振動体１２に分極を施すた
めに使用することができる。Furthermore, the external electrodes 18a to 18c can be formed by removing unnecessary portions of the outer peripheral surface electrode 20. This outer peripheral surface electrode 20 can be used to polarize the vibrating body 12.
つまり、この角速度センサ１０では、振動体１２に分極
を施すための外周面電極２０を利用して、外部電極１８
ａ〜１８ｃを形成することができる。That is, in this angular velocity sensor 10, the outer circumferential surface electrode 20 for polarizing the vibrating body 12 is used to
a to 18c can be formed.
したがって、この角速度センサｌＯは、従来の角速度セ
ンサに比べて簡単に製造することができ、低コストで製
造することができる。Therefore, this angular velocity sensor IO can be manufactured more easily and at lower cost than conventional angular velocity sensors.
また、この角速度センサ１０では接着剤が用いられない
ため、従来の角速度センサのように、雰囲気温度の変化
による圧電素子と振動体との熱膨張係数の差による特性
変化が生じない。さらに、３角柱状の振動体１２に貫通
孔１４を形成することにより、貫通孔の形成されない同
一形状の振動体に比べて、共振周波数を小さくすること
ができ、その感度を良くすることができる。また、同一
感度であれば、貫通孔の形成されないものより、振動体
１２を小型化することができる。Further, since no adhesive is used in this angular velocity sensor 10, unlike conventional angular velocity sensors, characteristics do not change due to a difference in thermal expansion coefficient between the piezoelectric element and the vibrating body due to a change in ambient temperature. Furthermore, by forming the through holes 14 in the triangular prism-shaped vibrating body 12, the resonance frequency can be lowered and the sensitivity can be improved compared to a vibrating body of the same shape without a through hole. . Furthermore, if the sensitivity is the same, the vibrating body 12 can be made smaller than a vibrating body 12 without a through hole.
なお、上述の実施例では外部電極１８ａ、１８ｂと外部
電極１８ｃとの間に発振回路出力源２６を接続したが、
第４図に示すように、内部電極１６と外部電極１６ｃと
の間に発振回路出力源２６を接続してもよい。また、第
５図に示すように、内部電極１６と２つの外部電極１８
ａ、１８ｂとの間に発振回路出力源２６を接続してもよ
い。これらの実施例のような回路構成とするために、第
６図に示すように、内部電極１６を振動体１２の端面か
ら側面に引き回して形成することができる。Note that in the above embodiment, the oscillation circuit output source 26 was connected between the external electrodes 18a, 18b and the external electrode 18c.
As shown in FIG. 4, an oscillation circuit output source 26 may be connected between the internal electrode 16 and the external electrode 16c. Further, as shown in FIG. 5, an internal electrode 16 and two external electrodes 18 are provided.
An oscillation circuit output source 26 may be connected between the terminals a and 18b. In order to obtain the circuit configuration as in these embodiments, the internal electrode 16 can be formed by extending from the end surface to the side surface of the vibrating body 12, as shown in FIG.
また、貫通孔１４の形状は、３角柱状に限らず、第７図
に示すような円柱状など他の形状にしてもよい。さらに
、振動体１２の形状は３角柱状に限らず、第８図に示す
ような６角柱状など他の多角形状にしてもよい。Further, the shape of the through hole 14 is not limited to a triangular columnar shape, but may be made into another shape such as a cylindrical shape as shown in FIG. Further, the shape of the vibrating body 12 is not limited to a triangular column shape, but may be other polygonal shapes such as a hexagonal column shape as shown in FIG.
第１Ａ図はこの発明の一実施例を示す斜視図であり、第
１Ｂ図は第１Ａ図の線ＩＢ−ＩＢにおける断面図である
。
第２図は第１Ａ図および第１Ｂ図に示す角速度センサを
製造する一過程を示す斜視図である。
第３図は第１Ａ図および第１Ｂ図に示す角速度センサを
用いた角速度検出回路の一例を示す回路図である。
第４図は第３図に示す角速度検出回路の他の例を示す回
路図である。
第５図は第３図に示す角速度検出回路のさらに他の例を
示す回路図である。
第６図は第１Ａ図および第１Ｂ図に示す角速度センサの
他の例を示す斜視図である。
第７図は第１Ａ図および第１Ｂ図に示す角速度センサの
さらに他の例を示す斜視図である。
第８図は第１Ａ図および第１Ｂ図に示す角速度センサの
別の例を示す斜視図である。
第９Ａ図はこの発明の背景となる従来の角速度センサの
一例を示す斜視図であり、第９Ｂ図はその断面図である
。
図において、１０は角速度センサ、１２は振動体、１４
は貫通孔、１６は内部電極、１８ａ、１８ｂおよび１８
ｃは外部電極を示す。
第１Ａ図
特許出願人 株式会社 村田製作所
代理人 弁理士 岡 １） 全 啓
第１Ｂ図
図
図
６Ｃ
第９Ａ図
第９Ｂ図FIG. 1A is a perspective view showing one embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a sectional view taken along line IB--IB in FIG. 1A. FIG. 2 is a perspective view showing a process of manufacturing the angular velocity sensor shown in FIGS. 1A and 1B. FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of an angular velocity detection circuit using the angular velocity sensor shown in FIGS. 1A and 1B. FIG. 4 is a circuit diagram showing another example of the angular velocity detection circuit shown in FIG. 3. FIG. 5 is a circuit diagram showing still another example of the angular velocity detection circuit shown in FIG. 3. FIG. 6 is a perspective view showing another example of the angular velocity sensor shown in FIGS. 1A and 1B. FIG. 7 is a perspective view showing still another example of the angular velocity sensor shown in FIGS. 1A and 1B. FIG. 8 is a perspective view showing another example of the angular velocity sensor shown in FIGS. 1A and 1B. FIG. 9A is a perspective view showing an example of a conventional angular velocity sensor, which is the background of the present invention, and FIG. 9B is a sectional view thereof. In the figure, 10 is an angular velocity sensor, 12 is a vibrating body, and 14
16 is a through hole, 16 is an internal electrode, 18a, 18b and 18
c indicates an external electrode. Figure 1A Patent Applicant Murata Manufacturing Co., Ltd. Representative Patent Attorney Oka 1) Zen Kei Figure 1B Figure 6C Figure 9A Figure 9B
Claims (1)
ラミックで形成された振動体、 前記振動体の内周面に形成される内部電極、および 前記振動体の外周面に形成される外部電極を含み、 前記振動体は、その内周面から外周面に向かう方向に分
極が施された、角速度センサ。[Scope of Claims] A vibrating body formed of a polygonal columnar piezoelectric ceramic having a through hole penetrating in the axial direction, an internal electrode formed on the inner circumferential surface of the vibrating body, and an internal electrode formed on the outer circumferential surface of the vibrating body. An angular velocity sensor including an external electrode formed, wherein the vibrating body is polarized in a direction from an inner circumferential surface to an outer circumferential surface of the vibrating body.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2225844A JP2508384B2 (en) | 1990-08-27 | 1990-08-27 | Angular velocity sensor |
| US07/606,286 US5117148A (en) | 1989-11-07 | 1990-10-31 | Vibrator |
| DE69016743T DE69016743T2 (en) | 1989-11-07 | 1990-11-05 | Vibrator. |
| EP90121146A EP0427177B1 (en) | 1989-11-07 | 1990-11-05 | Vibrator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2225844A JP2508384B2 (en) | 1990-08-27 | 1990-08-27 | Angular velocity sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04106408A true JPH04106408A (en) | 1992-04-08 |
| JP2508384B2 JP2508384B2 (en) | 1996-06-19 |
Family
ID=16835717
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2225844A Expired - Lifetime JP2508384B2 (en) | 1989-11-07 | 1990-08-27 | Angular velocity sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2508384B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5574221A (en) * | 1993-10-29 | 1996-11-12 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Angular acceleration sensor |
-
1990
- 1990-08-27 JP JP2225844A patent/JP2508384B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5574221A (en) * | 1993-10-29 | 1996-11-12 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Angular acceleration sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JP2508384B2 (en) | 1996-06-19 |
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