JPH04142420A - 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 本発明は物体の慣性角速度を検出するジャイロスコープ
、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、この種の装置として、第５図に示す圧電振動型の
角速度センサがある。

この角速度センサの構成を説明すると、第１゜第２の駆
動用圧電ユニモルフ素子１と、この第１゜第２の駆動用
圧電ユニモルフ素子の一端に検知軸とほぼ平行で、かつ
第１．第２の駆動用圧電ユニモルフ素子ｌとほぼ直交す
るように接合部材６で接合した第１．第２の検知用圧電
バイモルフ素子２と、前記第１．第２の駆動用圧電ユニ
モルフ素子と第１．第２の検知用圧電バイモルフ素子か
らなる第１．第２のセンサ素子が音叉構造となるように
、第１．第２の駆動用圧電ユニモルフ素子それぞれの自
由端を導電部材で接合した振動型角速度センサである。

７は第１．第２の検知用圧電素子の出力リードである。

ここで、出力リードは、ポリウレタン等の絶縁物で被覆
しであるできるだけ細い銅線（被覆銅線）を用いている
。

この角速度センサにおいて、第１．第２の駆動用圧電ユ
ニモルフ素子１に交流駆動電圧が印加された時、第１．
第２の駆動用圧電ユニモルフ素子１は互いに位相が１８
０°ずれて振動し、その振動に伴う第１．第２の検知用
圧電バイモルフ素子２の垂直方向の屈曲状態を検出して
角速度センサに加わった角速度を得るようにしている。

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。ここでコリオリの力は入力慣性角速度と駆動速
度の積に比例するので、検知用圧電素子に作用するコリ
オリの力は瞬時駆動速度と入力慣性角速度の両者に直交
した方向に作用する。このコリオリの力によるトルクを
振動によって検出し、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２
３巻第２５７号３３９〜３５０ページ）発明が解決しよ
うとする課題 このように構成された音叉構造を有する振動型角速度セ
ンサは、検知用圧電素子の出力リードの配線方法により
、ゼロ点が、温度変化、時間変化などの環境条件の変化
においてドリフトする１例えば、検知用圧電素子の出力
リードを駆動用圧電ユニモルフ素子に沿わせないで空中
にて配線すると、外乱振動が直接検知用圧電素子に影響
を与え、オフセット電圧が変化してしまう。

また、検知用圧電素子の出力リードを駆動用圧電ユニモ
ルフ素子の圧電素子に接着剤にて固定すると、接着剤を
介して駆動用圧電ユニモルフ素子から検知用圧電素子の
出力リードに駆動電圧が容量結合にて漏れるため、角速
度検出信号に対して非常に大きなオフセット電圧が発生
し、正確な角速度検出を行うことができない。この信号
がナビゲーシジンシステム等に応用された場合、測定誤
差として現れるので致命的欠陥となる。

すなわち、センサの性能は、第１．第２の検知用圧電素
子、第１．第２の駆動用圧電ユニモルフ素子、接合部材
、第１．第２の検知用圧電素子の出力リードの配線方法
、そして接合に用いる接着剤等の総合的な性能で決まる
。小振幅領域ではこの差があまり問題とならないが、大
振幅時にはこれらが影響し、角速度センサの精度を決定
づけ、ゼロ点の経時ドリフト、温度ドリフトとして現れ
る。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、ゼロ点ドリ
フトの小さい角速度センサを提供することを目的とする
。

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、
圧電素子を恒弾性合金板に貼り合わせて構成した第１．
第２の駆動用圧電素子と、第１第２の検知用圧電素子と
を検知軸とほぼ平行でかつ互いにほぼ直交するようにそ
れぞれ接合して第１、第２のセンサ素子を構成し、この
第１．第２のセンサ素子が音叉構造となるように、前記
第１゜第２の駆動用圧電素子のそれぞれの自由端の恒弾
性合金板を金属性の導電部材で接合され、前記第１、第
２の駆動用圧電ユニモルフ素子の恒弾性合金板を接地し
、この第１．第２の駆動用圧電素子の振動方向に平行な
面に、第１．第２の検知用圧電素子の出力リードを誘電
率の小さい絶縁体にて固定するものである。

作用 本発明によれば、第１．第２の駆動用圧電素子と第１．
第２の検知用圧電素子の出力リードとの間の容量結合を
遮断するようにしたものであるため、第１．第２の駆動
用圧電素子から、第１．第２の検知用圧電素子の出力リ
ードに駆動圧電が漏れることがなく、オフセット電圧の
発生を防止することができる。また、第１．第２の検知
用圧電素子の出力リードが第１．第２の駆動用圧電素子
の恒弾性合金板に振動方向に平行な面、即ち駆動に影響
しない面に誘電率の小さい絶縁体にて固定、または第１
．第２の駆動用圧電素子の恒弾性合金板の振動方向に平
行な面に溝部を設け、第１．第２の検知用圧電素子の出
力リードを誘電率の小さい絶縁体で覆い固定されている
ことによって、角速度センサの精度を向上させ、温度変
化、時間変化等の環境変化においてゼロ点ドリフトを少
なくでき、外乱振動に実用上影響されないので検出精度
の高い角速度センサを提供できる。

実施例 以下、本発明の一実施例の角速度センサにて詳述する。

（実施例１） 本発明の一実施例について、圧電ユニモルフ素子を用い
た場合を例にとって、図面を用いて説明する。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を示す
。

第１．第２の駆動用圧電ユニモルフ素子２と、第１．第
２の検知用圧電素子ｌとは検知軸にほぼ平行でかつ互い
に直交するように接合部材６にて接合されてセンサ素子
を構成し、このセンサ素子は第１．第２の駆動用圧電ユ
ニモルフ素子２の自由端で恒弾性合金板を導電部材３に
て接合し音叉構造としている。４はこの音叉構造体を支
持する弾性部材、５は角速度センサ全体のベースである
。

そして恒弾性合金板は、グランドに接地されている。そ
して、第１．第２の駆動用圧電ユニモルフ素子２に駆動
信号を与える駆動用リード線９は、導電部材３付近にハ
ンダ付けされ、他端はリードビン８にそれぞれ接続され
ている。この駆動用リード線９には、できるだけ細い銅
線を用い、また振動に影響を与えにくい導電部材３付近
に接続すればよい、また、第１．第２の検知用圧電素子
の出カリードアは、第１．第２の駆動用圧電ユニモルフ
素子１の恒弾性合金板の振動方向に平行な面に、誘電率
の小さい絶縁体、例えば合成ゴム系接着剤にて固定され
ている。第２図に前回のＡ−Ａ’断面図を示す、この図
において、１０は圧電素子、１１は恒弾性合金板、７は
出力リード、１２は絶縁体を示す、そして第１．第２の
駆動用圧電ユニモルフ素子２の恒弾性合金板１１の厚み
は３５０μｍ程度、合成ゴム系接着剤の接着幅は１５０
μｍ程度、出カリードアの径は５０μｍ程度である。

この振動型角速度センサの動作原理は、まず第１、第２
の駆動用圧電ユニモルフ素子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
に交流信号を印加する。信号を印加された第１．第２の
駆動用圧電ユニモルフ素子２は導電部材３をベースとし
て１８０°の位相にて振動を始める。いわゆる音叉振動
である。

そして、本実施例のように、出カリードアを第１゜第２
の駆動用圧電ユニモルフ素子１の恒弾性合金板に固定し
ている場合と、第１．第２の検知用圧電素子１の出力リ
ードを第１．第２の駆動用圧電ユニモルフ素子の圧電素
子部に固定している場合とを比較すると、本実施例の場
合大きなオフセット電圧が発生することがないことがわ
かる。比較例では実施例に比して３倍以上のオフセット
電圧が発生する。また、伝達インピーダンスも大きくな
り経時ドリフトも大きくなる。

よって、本実施例では、第１．第２の駆動用圧電ユニモ
ルフ素子２から、第１．第２の検知用圧電素子１の出力
リードへの駆動電圧の漏れが従来より小さいため、オフ
セット電圧の発生を防止することができ、また、第１．
第２の検知用圧電素子ｌの出カリードアが第１．第２の
駆動用圧電ユニモルフ素子２の恒弾性合金板に振動方向
に平行な面、即ち面の伸縮がほとんどなく駆動に影響し
ない面に絶縁体にて固定されているため、従来より経時
ドリフト、温度ドリフトが小さくなる。

（実施例２） 次に本発明の第２の実施例を説明する０本実施例と前述
の実施例との違いは、第３図に示すように、第１．第２
の駆動用圧電ユニモルフ素子２の恒弾性合金板１１の振
動方向に平行な面に、第１の絶縁体層１３（幅１５０Ｉ
Ｉｍ）を設け、その上部に導体層１４（暢５０．ｃａｍ
）を設け、さらにそれらの上部に第２の絶縁体層１５（
幅１５０μｍ）を設けた。絶縁体としては、アルミナ（
Ａ１！○、）、チタニア（ＴｉＯ□）等のセラミックス
を用いた。導体としては、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の
導電性樹脂を用いた。第１．第２の検知用圧電素子１の
出カリードアを第１．第２の駆動用圧電ユニモルフ素子
２と一体にすることで、経時ドリフト、温度ドリフトが
実施例１より低減し、信転性も向上した。

（実施例３） 次に本発明の第３の実施例を説明する０本実施例と前述
の第１の実施例との違いは、第５図に示すように、第１
．第２の駆動用圧電ユニモルフ素子２の恒弾性合金板１
１の振動方向に平行な面に溝部１１ａを設け、前記第１
．第２の検知用圧電素子１の出カリードアを絶縁体１２
を充填して埋め込んだものである。第１．第２の駆動用
圧電ユニモルフ素子２の恒弾性合金板１１の厚みは３５
０μｍ程度、溝部１１ａの幅、深さともに１１００ａ程
度、出カリードアの径は５０μｍ程度である。第１．第
２の駆動用圧電ユニモルフ素子２の恒弾性合金板１１は
、グランドに接地されているが、本実施例では出カリー
ドアの三方が恒弾性合金板に囲まれる形で恒弾性合金板
に固定されているため、第１．第２の駆動用圧電ユニモ
ルフ素子２から、第１．第２の検知用圧電素子１の出カ
リードアに駆動電圧が漏れることがなく、実施例１、実
施例２より経時ドリフト、温度ドリフトが低減する。ま
た接着面積も実施例１より大きく、しかも埋め込まれて
いるために接着強度も向上する。また、溝の形状、例え
ば四角、丸、横型等により、センサの特性が変化するこ
とはなかった。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、第１
．第２の駆動用圧電素子の恒弾性合金板を接地し、その
振動方向に平行な面の導電部材付近に、第１．第２の検
知用圧電素子の出力リードを誘電率の小さい絶縁体にて
少なくとも１点で固定、または第１．第２の駆動用圧電
素子の恒弾性合金板を接地し、その振動方向に平行な面
に溝部を設け、第１．第２の検知用圧電素子の出力リー
ドを誘電率の小さい絶縁体で覆い固定することにより、
第１．第２の駆動用圧電素子から、第１第２の検知用圧
電素子の出力リードに駆動電圧が漏れることがないため
、オフセット電圧の発生を防止できるという優れた効果
が得られる。その効果により、経時ドリフト、温度ドリ
フトが小さく、検出精度が高く、さらに、外乱振動に実
用上影響されないので検出精度の高い角速度センサが得
られる。

【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施例にお
ける駆動用圧電ユニモルフ素子の断面図、第５図は従来
例における角速度センサの斜視図である。 １・・・・・・第１．第２の検知用圧電素子、２・・・
・・・第１、第２の駆動用圧電ユニモルフ素子、３・・
・・・・導電部材、４・・・・・・弾性部材、５・・・
・・・ベース、６・・・・・・接合部材、７・・・・・
・出力リード、８・・・・・・リードビン、９・・・・
・・駆動用リード、１０・・・・・・圧電素子、１１・
・・・・・恒弾性合金板、ｌｌａ・・・・・・溝部、１
２・・・・・・絶縁体、１３・・・・・・第１の絶縁体
層、１４・・・・・・導体層、１５・・・・・・第２の
絶縁体層。 代理人の氏名　弁理士　小鍜治　明　ほか２名第 図 胡ｐ勅方匈 第 図 振動′ｙｉＩｔＴ 第 図 掻勤方向

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電素子を恒弾性合金板に貼り合わせて構成した
   第１、第２の駆動用圧電素子と、第１、第２の検知用圧
   電素子とを検知軸とほぼ平行でかつ互いにほぼ直交する
   ようにそれぞれ接合して第１、第２のセンサ素子を構成
   し、この第１、第２のセンサ素子が音叉構造となるよう
   に、前記第１、第２の駆動用圧電素子のそれぞれの自由
   端の恒弾性合金板を金属性の導電部材で接合され、前記
   第１、第２の駆動用圧電素子の恒弾性合金板を接地し、
   この第１、第２の駆動用圧電素子の振動方向に平行な面
   に、第１、第２の検知用圧電素子の出力リードを誘電率
   の小さい絶縁体にて固定することを特徴とする角速度セ
   ンサ。
2. （２）圧電素子を恒弾性合金板に貼り合わせて構成した
   第１、第２の駆動用圧電素子と、第１、第２の検知用圧
   電素子とを検知軸とほぼ平行でかつ互いにほぼ直交する
   ようにそれぞれ接合して第１、第２のセンサ素子を構成
   し、この第１、第２のセンサ素子が音叉構造となるよう
   に、前記第１、第２の駆動用圧電素子のそれぞれの自由
   端の恒弾性合金板を金属性の導電部材で接合され、前記
   第１、第２の駆動用圧電素子の恒弾性合金板を接地し、
   この第１、第２の駆動用圧電素子の振動方向に平行な面
   に設けた溝部に第１、第２の検知用圧電素子の出力リー
   ドを誘電率の小さい絶縁体を充填して固定することを特
   徴とする角速度センサ。