JPH04208807A - 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】

［０００１１

【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。 ［０００２］ 【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。 ［０００３］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。 ［０００４］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２
５７号３３９−３５０ページ）。 ［０００５］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、接着を
問わず、面接合が行われている。 ［０００６］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、接合剤を接合面前体に行き渡らせる
ようにしていた。 ［０００７］上記の原理に基づ〈従来の角速度センサの
構造を図４に示す。図４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
はベースである。上記構成の製造過程で駆動用圧電素子
２２とｔ極ブロック２３とを面接合する必要があり、は
んだ付けで接合していた。駆動用圧電素子２２と電極ブ
ロック２３とは、接合面での幅は等しく、はんだ付けは
、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
外側から加圧しながら、電極ブロック２３を加熱すると
いう方法を用いていた。 ［０００８］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。 ［０００９］速度υで作動している検知用圧電素子２１
に角速度ωの回転が加わると、検知用圧電素子２１には
「コリオリの力」が生ずる。この「コリオリの力」は速
度υに垂直で大きさは２ｍｕωである（ｍは検知用圧電
素子２１の先端の等画質量である。）。音叉素子は音叉
振動をしているので、ある時点で一方の検知用圧電素子
２１は速度υで振動しているとすれば、他方の検知用圧
電素子２１は速度−Ｕで振動しており「コリオリの力」
は−２ｍυω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、素子表面には圧電効果によって電荷が
生じる。一対のセンサ素子は「コリオリの力」による発
生電荷が、互いに加算されるように結線されている。 ［００１０１ここでυは音叉振動によって生じる速度で
あり、音叉振動速度が ＬＩ＝Ｌｌｏ　４Ｓ　ｉ’ｎ　　Ｑ）ｏ　ｔυ０：音叉
振動速度振幅 ω０：音叉振動の角周期 であるとすれば、「コリオリの力」は Ｆｅ　＝２ｍ・ｔ、＋ｏ・ωψ５ｉｎ−ωｏｔとなり角
速度ωおよび、音叉振動速度υ０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れる力となる
。したがって検知用圧電素子２１の表面電荷量Ｑｅは ＱｃｃＣＩ、ｌＯ°ω０ｓｉｎωｏｔ となり音叉振動速度振幅υ０が一定にコントロールされ
ているとすれば ＱｃＣＣω４Ｓｉｎωｏｔ 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に比例した出力として得られる。 ［００１１１

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の電極
ブロック２３、いわゆる弾性接合部材を用いた音叉構造
では駆動用圧電素子との接合強度が弱いため音叉構造が
破壊してしまうという問題を有していた。この原因とし
ては、半田による銀食われが発生し圧電素子表面の銀電
極が？’ｌ離してしまうとか、圧電素子表面の焼付銀電
極は本質的に剥離強ｌが低いとか、駆動素子の駆動によ
り接合破壊が進行しやすい等、音叉構造を強力に保持す
る必要があった。 ［００１２］本発明はかかる点に鑑みなされたものであ
り、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。 ［００１３］

【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、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溝を設けるとともに、その溝に前
記駆動用圧電素子の端部を差し込むことにより接合した
構成を有している。 ［００１４］

【作用】この構成によって、本発明の角速度センサは弾
性接合部材の溝に前記駆動用圧電素子の端部を差し込ん
で、頑強に接着固定されることから、音叉構造を強力に
保持する信頼性の高い角速度センサを得ることが可能と
なる。 ［００１５］

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図１７図
２、図３を参照しながら説明する。 ［００１６］図１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。図２は本発明の一実施例の角速度セ
ンサに用いられる弾性接合部材の斜視図、図３は同じく
駆動用圧電素子の斜視図である。 ［００１７］図１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で振動方向が直交するよ
うに積み重ねた構造で接合し、弾性接合部材４に設けら
れた溝１１に差し込み、そして導電性接着剤によって接
合することによって、この接合した素子の２組の駆動用
圧電素子のそれぞれの端部と接合して音叉構造に構成す
る。これを支持棒５にてベース６に支持固定する。 （００１８１電気的にはリードビン９よりリード線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と直交接続さ
れている検知用圧電素子１もそれにともない振動するこ
とになる。 ［００１９］この音叉振動で生じる速度をυ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が得られる
原理は、従来例で示したものと同じなので省略する。 ［００２０１図２は弾性接合部材４の駆動用圧電素子２
の差し込まれる溝１１を示した斜視図である。αは溝１
１の深さで、この寸法は後で述べる駆動用圧電素子（図
３参照）の電極のない部分の寸法βより短い。また、弾
性接合部材４の溝１１を形成する外側の壁４ａの高さは
中央支持部４ｂの高さより低く、電極７ａ、　　７ｂ、
　　７ｃの端部にリード線８を半田付けする際に、駆動
用圧電素子２に余分なストレスがかからなく、クラック
が発生することがない。 ［００２１１弾性接合部材４には、中央部にセンサ支持
棒を挿入固定するための穴１２が設けられている。 ［００２２］図３は、駆動用圧電素子２の電極７ａ、７
ｂ、７ｃを示した斜視図である。駆動用圧電素子２には
電極のない部分があり、その寸法βは、駆動用圧電素子
２が弾性接合部材４に差し込まれて接合されたときに電
極７ａ、７ｂ、７ｃが弾性接合部材４の壁４ａに触れな
いように構成されている。 ［ｏｏ２３］

【発明の効果】以上の説明より明らかなように本発明は
、弾性接合部材には駆動用圧電素子を保持するための溝
が設けられ、そして弾性接合部材と駆動用圧電素子の端
部での接合は前記溝に差し込むことにより行う構成であ
ることにより、本発明の角速度センサは弾性接合部材に
駆動用圧電素子が強固に接着固定されることとなり、音
叉構造を強力に保持する信頼性の高い角速度センサを得
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による角速度センサの斜視図
。

【図２】同角速度センサに用いられている弾性接合部材
の斜視図。

【図３】同じく駆動用圧電素子の斜視図。

【図４】一般的な角速度センサを示す正面図。

【符号の説明】

１　検知用圧電素子 ２　駆動用圧電素子 ３　接合部材 ４　弾性接合部材 ４ａ壁 ４ｂ　中央支持部 １１溝

【図１】 フロントページの続き （７２）発明者 市瀬　俊彦 大阪府門真市大字門真１００６番地 産業株式会社内 松下電器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動用電圧素子と、検知用電圧素子と、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溝を設けるとともに、その溝に前記
   駆動用圧電素子の端部を電気的に接続されるように差し
   込むことにより接合したことを特徴とする角速度センサ
   。
2. 【請求項２】弾性接合部材の溝を形成する外側の壁の高
   さは、この弾性接合部材の中央支持部の高さより低いこ
   とを特徴とする請求項１記載の角速度センサ。
3. 【請求項３】弾性接合部材と駆動用圧電素子の端部とは
   、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。