JPH04204213A - 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手段とし
て主に機械式の回転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。〈Ｂ本航空宇宙学
会語第２３巻第２５７号３３９　３３０ページ〉角速度
センサの組み立てをはじめ、多くの電子部品などの組立
、実装の過程ではんだ付け、装着を問わず、面接合が行
われている。

従来、面接合の際、面接合される２つの被接合部材の間
に接合剤を置き、２つの被接合部材の外側から加圧しな
がら、接合剤を接合面全体（二行き渡らせるようにして
いた。

上記の原理に基づ〈従来の角速度センサの構造を第４図
に示す。第４図に示すように、検知用圧電素子２１と駆
動用圧電素子２２は接合部材２６で接合され電極ブロッ
ク２３により、この接合された素子の一対を音叉構造に
接合している。また図中の２４は支持棒、２５はヘース
である。上記構成の製造過程で駆動用圧電素子２２！：
電極ブロック２３とを面接合する必要があり、はんだ付
けて接合していた。駆動用圧電素子２２と電極ブロック
２３とは、接合面での幅：ま等しり、：まんだ付けは、
一対の駆動用圧電素子２２と電極ブロック２３との間に
それぞれはんだを置き、一対の駆動用圧電素子２２の外
１りから加圧しながら、電極ブロック２３を加執すると
いう方法を用いていた。

以上のように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２２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電極
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２２は電極ブロック２３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る。

速度し・で振動しでいる検知用圧電素子２１に角速度ω
の回転か加わると、検知用圧電素子２１には「コリオリ
の力」が生ずる。このｒ：Ｉｌｌオリの力」は速度νに
垂直で大きさは２ｍしωである。（ｍは検知用圧電素子
２１の先端の等価質量である。）音叉素子は音叉振動を
しでいるので、ある時点て一方の検知用圧電素子２１が
速度して振動しているとすれば、他方の検知用圧電素子
２１は速度−νで振動しており「コ１ｊオｌの力」は−
２ｍνωである。一対の検知用圧電素子２１には、互い
に逆向きの「コリオリの力」が働き、互いに逆向きの方
向に変形し、素子表面には１Ｔ電効果によって電荷が生
じる。一対のセンサ素子は「コ１ｊオリの力」による発
生電荷が、互いに１３０算されろように結線されている
。

ここで、νは音叉振動によって生じる速度であり、音叉
振動速度が ν　＝　νｏ　ｅ　Ｓ　ｌ　ｎ　　（Ｊ）Ｏｔν０　音
叉振動速度振幅 ω０・音叉振動の角周期 であるとすれば、ｒコリオリの力」は ＦＣ−２ｍ―　νｏａω−ｓ　１　ｎ　、Ｊ）ｏｔとな
り、角速度０ンおよび音叉振動速度ν０に比例しており
、検知用圧電素子２１をそれぞれ面方向に変形させる力
となる。したがって検知用圧電素子２１の表面電荷量Ｑ
ｃは Ｑｃ、’ビ＝シｏ”（４Ｊ・５ｉｒｌＱ）ｏｆ七なり音
叉振動速度振幅シ０が一定にコントロールされていると
すれば Ｑ　　ｃ　＝−：ｔｎ　　・　　ｓ　　　ｉ　　　ｎ　
　　　ｖノ　ｏ　　ｔとなり検知用圧電素子２１に発生
する表面電荷量Ｑは角速度ωに比例した出力、とじで得
られる。

発明が解決しようとする課聞 ところか、従来の電極プロ・・ノア　２３　、いわゆる
弾性接合部材を用いた音叉構造では、ベイモルフ構造の
駆動用圧電素子に用いられるシム材、すなわち中間電極
からの電気的取り出しは、駆動用１圧電素子の端部に銀
ペーストを用いて弾性接合部材に接合することにより電
気的導通を図るという方法であったため、作業性も悪り
、また接着面積も小さいためノ・クリ強度が小さいなど
信頼性に欠けるという問題を有していた。

本発明はかかる点に鑑みなされたもので、上記のような
問題点を解決できる角速度センサを得ることを目的とし
ている。

課題を解決するための手段 この問題点を解決するために本発明は、中間電極により
パラレル接合したバイモルフ構造の駆動用圧電素子と、
検知用圧電素子と、前記２つの圧電素子を接合する接合
部材と、前記接合された素子を接合して音叉構造とする
弾性接合部材とを具備し、かつ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ほぼ直交するよう積み上
げて前記接合部材で接合するとともに、前記接合された
素子の一対を前記駆動用圧電素子の端部で前記弾性接合
部材により接合して音叉構造とし、かつ前記弾性接合部
材に前記駆動用圧電素子を保持するための段差部を設け
、その段差部に駆動用圧電素子の端部を装着固定するこ
とにより接合するとともに、前記駆動用圧電素子の中間
電極と前記弾性接合部材とを電気的に接続した構成を有
している。

作用 この構成によって、本発明の角速度センサは弾性接合部
材の段差部に駆動用圧電素子の端部が装着固定されるこ
とから、前記弾性接合部材と前記駆動用圧電素子の端部
での接合と同時に、前記駆動用圧電素子の中間電極と前
記弾性接合部材との電気的接続を行うことができ、作業
性のよい接合を行うことができるとともに、接着面積を
大きくすることでハクリ強度が大きくなり、信頼性の高
い角速度センサを得ることができる。

実施例 以下、本発明の一実施例について、第１図、第２図、第
３図を参照しながら説明する。

第１図は、本発明の一実施例による角速度センサの斜視
図である。第２図は同角速度センサに用いられる弾性接
合部材の斜視図、第３図は同角速度センサに用いられる
弾性接合部材に駆動用圧電素子を接着固定した部分の斜
視図である。

第１図に示すように、検知用圧電素子１と駆動用圧電素
子２とを接合部材３て振動方向がほぼ直交するように積
み重ねた構造で接合し、この接合した素子の２組の駆動
用圧電素子２のそれぞれの端部を弾性接合部材４に設け
られた段差部１１に接着固定すると同時に、駆動用圧電
素子２の中間電極を弾性接合部材４に電気的に接合して
音叉構造に構成する。これを支持棒５にてヘース６に支
持固定する。

電気的には）ｊ−ドビン９よりリート線８を介して電極
７ｂ（反対面の電極および対称にあるもう一つの駆動用
圧電素子の電極は図示していない）に交流電圧が印加さ
れ、駆動用圧電素子２が振動し、いわゆる音叉振動が起
こる。この駆動用圧電素子２七直交接続されている検知
用圧電素子ｌもそれにともない振動することになる。

この音叉振動で生じる速度をνとして検知用圧電素子に
発生する角速度に比例した出力かえられる原理は、従来
例で示したものと同じなので省略する。

第２図は弾性接合部材４の段差８１１を示した斜視図で
ある。弾性接合部材４には、中央にセンサ支持棒５を挿
入固定するための穴１２が設けられでいる。また、駆動
用圧電素子２は弾性接合部材４の段差部１１に半田付け
や導電性接着剤により接合されている。

第３図（′ａ）は、駆動用圧電素子２の電極７ａ。

７　ｂ　＋　７　ｃを示すために第３図１）の表面１’
ｌｌｌ　ｘより見た正面図である。第３図（ｂ）は、駆
動用圧電素子２の断面図である。駆動用圧電素子２の裏
面倒ｙには裏面電極７ｄのない部分αがあり、駆動用圧
電素子２が弾性接合部材４に接着固定したときに、駆動
用圧電素子２の裏面全体が弾性接合部材４に電気的に接
続されないように断線されている。また、駆動用圧電素
子２は、中間電極としてのシム材２ａの両面に圧電振動
板を接合したバイモルフ構造であり、それぞれの圧電振
動板の電極はジム材２ａによってパラレル接続されてい
る。

発明の効果 以上の説明より明らかなように本発明は、弾性接合部材
の段差部に駆動用圧電素子の端部を接合すると同時に、
駆動用圧電素子の中間電極を前記弾性接合部材に電気的
に接続している構成であり、作業性よく接合作業を行う
ことができ、しかも接着面積を大きくすることでハクリ
強度が大きくなり、信頼性の高い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による角速度センサの斜視図
、第２図は同角速度センサに用いられる弾性結合部材の
斜視図、第３図（ａ）　、　（ｂ）は同角速度センサに
用いる駆動用圧電素子を示す平面図及び断面図、第４図
は一般的な角速度センサを示す正面図である。 １・・・・・・検知用圧電素子、２・・・・・・駆動用
圧電素子、２ａ・・・・・・シム材、３・・・・・・接
合部材、４・・・・・・弾性結合部材、１１・・・・・
・段差部。 代理人の氏名　弁理士小蝦治明　ほか２名第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）中間電極によりパラレル接合したバイモルフ構造
   の駆動用圧電素子と、検知用圧電素子と、前記２つの圧
   電素子を接合する接合部材と、前記接合された素子を接
   合して音叉構造とする弾性接合部材とを具備し、かつ前
   記駆動用圧電素子と前記検知用圧電素子を振動方向がほ
   ぼ直交するよう積み上げて前記接合部材で接合するとと
   もに、前記接合された素子の一対を前記駆動用圧電素子
   の端部で前記弾性接合部材により接合して音叉構造とし
   、かつ前記弾性接合部材に前記駆動用圧電素子を保持す
   るための段差部を設け、その段差部に前記駆動用圧電素
   子の端部を装着固定することにより接合するとともに、
   前記駆動用圧電素子の中間電極と前記弾性接合部材とを
   電気的に接続したことを特徴とする角速度センサ。
2. （２）弾性接合部材と駆動用圧電素子の端部とを半田付
   けによって接合したことを特徴とする請求項１記載の角
   速度センサ。
3. （３）弾性接合部材と駆動用圧電素子の端部とを導電性
   接着剤によって接合したことを特徴とする請求項１記載
   の角速度センサ。