JPH04353714A - 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】

【０００１】

【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、振動ジャイロなどとして用いられる角速
度センサに関する。

【０００２】

【従来技術】図６はこの発明の背景となる従来の音片型
角速度センサの一例を示す斜視図である。この角速度セ
ンサ１は、エリンバなどの恒弾性金属材料からなる４角
柱状の振動体２を含む。この振動体２の４つの側面には
、短冊状の圧電素子３が、それぞれ接着されている。 圧電素子３は、圧電材料で形成された圧電層の両主面に
電極を形成したものであり、その一方の電極が振動体２
の側面に接着される。

【０００３】一方の対向する圧電素子３間には、駆動信
号が印加され、それによって振動体２が屈曲振動する。 この振動体２の軸方向を中心として回転角速度が加わる
と、振動方向に直行する向きにコリオリ力が働く。その
ため、振動体２の振動方向は、無回転時の振動方向から
ずれる。それに応じて、他方の対向する圧電素子３に信
号が発生し、この信号を検出することによって、角速度
センサ１に加わった回転角速度が測定される。

【０００４】また、角速度センサとしては、図７に示す
スペリイ音叉型のものや、図８に示すワトソン音叉型の
ものがあった。これらの角速度センサでは、音叉型の振
動体２の側面に圧電素子３が接着されている。さらに、
別の角速度センサとして、図９に示す３角柱型のものが
あった。この３角柱状の角速度センサでは、互いに平行
でない側面に形成された圧電素子からの信号を検出する
ことによって、回転角速度が測定される。

【０００５】音片型の角速度センサ１を支持する方法と
しては、図１０に示すように、振動体２のノード点付近
の側面に支持部材４を取り付けることによって支持する
方法があった。特に、図１０では、振動体２を支持する
支持部材４が、互いに交差するように取り付けられてい
る。さらに、図１１に示すように、振動体２のノード点
付近の全ての側面に支持部材４を取り付ける方法もある
。

【０００６】

【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、振動体に圧電素子が接着
されているため、超小型化が困難である。すなわち、振
動体をあまり小さくすると、圧電素子を振動体に正確に
接着することが困難である。また、従来の角速度センサ
では、振動体の各側面に接着される圧電素子間の特性の
変動や、振動体と圧電素子との間の熱膨張係数の差によ
る振動の温度特性の変動のため、角速度センサの特性に
変動が生じやすい。

【０００７】そこで、圧電素子間の特性の変動や、接着
による振動の温度特性の変動などを防ぐために、振動体
を圧電材料で作製し、側面に電極を形成した角速度セン
サが考えられる。

【０００８】従来の角速度センサでは、電気伝導性の振
動体に圧電素子を接着しているため、たとえば振動体と
圧電素子の表面電極との間に駆動信号を印加することに
よって圧電素子の中の圧電層を励振し、圧電層の振動を
振動体に伝達している。そして、これとは別の圧電素子
の表面電極と振動体との間に発生する信号を検出するこ
とによって、回転角速度を測定している。しかしながら
、振動体を圧電材料で形成する場合、振動体が電気絶縁
体であるため、上述のような励振および信号検出をする
ことができない。そのため、このような角速度センサを
作製する場合、特別な電極構造が必要となる。

【０００９】それゆえに、この発明の主たる目的は、特
性の変動が少なく、感度が良好で、小型化が可能で、か
つ組み立てが容易な電極構造を有する角速度センサを提
供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、圧電材料か
らなる多角柱状の振動体と、振動体の少なくとも３つの
側面に形成される電極とを含み、電極は振動体のそれぞ
れの側面において２つ以上に分割されており、電極の内
、隣合う１対の電極が振動体を振動させるための励振用
電極として使用され、励振用電極を除く隣合う電極対が
角速度に応じた信号を検出するための検出用電極として
使用されることを特徴とする、角速度センサである。

【００１１】

【作用】この角速度センサでは、振動体として圧電材料
が用いられ、振動体に圧電素子が接着されない。そして
、振動体の側面には、蒸着やスパッタリングなどの薄膜
形成方法によって、正確な位置に電極が形成される。 また、各側面の電極は、レーザやカッタなどで薄膜を切
断するか、もしくはリソグラフィによるエッチング技法
などで２つ以上に分割される。これらの電極の隣合う１
対の電極に駆動信号を印加することによって振動体が励
振され、別の隣合う電極対から角速度に応じた信号が検
出される。このための配線は、振動の節になる支持部材
付近からはんだ付けや、溶接などによってリード線を接
続することにより形成される。

【００１２】

【発明の効果】この発明によれば、振動体に圧電素子が
接着されず、圧電性を有する振動体に薄膜形成法により
電極が形成されるため、角速度センサを小型化すること
ができる。さらに、各圧電素子間の特性変動や、振動体
と圧電素子との間の熱膨張係数の差による振動の温度特
性の変動がなく、角速度センサの特性に変動が生じにく
い。また、電極間の配線が振動の節になる支持部材付近
に接続されるため、リード線に振動が漏洩することがな
く、組み立ても容易である。また、電極を分割して隣合
う１対の電極間に駆動信号を印加することによって振動
体を励振しているため、たとえば水晶などのようなイン
ピーダンスの高い振動体も有効に励振することができる
。つまり、狭い間隔を隔てて電極を配置しているために
、電極間のインピーダンスを下げることができ、振動体
の励振が容易になる。

【００１３】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。

【００１４】

【実施例】図１（Ａ）はこの発明の一実施例を示す正面
図であり、図１（Ｂ）はその側面図である。角速度セン
サ１０は振動体１２を含む。振動体１２は、たとえば水
晶，ＬｉＴａＯ３　，ＬｉＮｂＯ３　などの圧電性単結
晶を正３角柱状に加工することによって形成される。振
動体１２の３つの側面には、電極１４が真空蒸着やスパ
ッタリングなどの薄膜形成技術によって形成される。ま
た、振動体１２の各側面の電極１４は、レーザやカッタ
などで薄膜を切断するか、もしくはリソグラフィによる
エッチング技法などで、複数の電極１４ａ，１４ａ’，
１４ｂ，１４ｂ’，１４ｃ，１４ｃ’に分割される。な
お、電極の形状は用途に応じて振動体の中央部に形成す
るなどが考えられるが、有効に振動体を励振するために
は、振動体の長手方向に延びるように形成した電極が電
極面積を大きくとることができて有利である。この電極
材料としては、導電性薄膜であればよく、この実施例で
はＴｉとＡｕ，ＴｉとＮｉ，ＴｉとＣｕなどの２層で実
施した。

【００１５】振動体１２は、支持部材１６ａ，１６ｂに
よって、電極１４ａと電極１４ｂとが形成された２つの
側面の間の稜線部分で支持される。支持部材１６ａ，１
６ｂは、たとえばはんだ付けなどによって、振動体１２
の節になる位置に取り付けられる。この場合、振動体１
２の長さをＬとすると、支持部材１６ａ，１６ｂは、振
動体１２の両端から０．２２４Ｌの距離にある位置に取
り付けられる。また、各電極には、駆動信号を印加した
り発生した信号を検出するためのリード線が取り付けら
れる。このリード線は、振動体１２の振動の節になる支
持部材１６ａ，１６ｂ付近に接続される。

【００１６】この角速度センサ１０では、図２に示すよ
うに、たとえば１つの角を挟んで隣合う電極１４ａ，１
４ｂ間に駆動回路２０が接続され、この駆動回路２０に
よって駆動信号が印加される。この駆動信号によって、
振動体１２は屈曲振動する。そして、振動体１２の軸方
向を中心として回転角速度が加わると、コリオリ力によ
ってその振動方向がずれる。それに応じて、隣合う電極
１４ｂ’，１４ｃ間および隣合う電極１４ａ’，１４ｃ
’間に信号が発生し、これらの信号を検出回路２２で検
出することによって、角速度センサ１０に加わった回転
角速度が測定される。

【００１７】この角速度センサ１０では、振動体に圧電
素子を接着するかわりに、振動体として圧電性を有する
材料が用いられ、電極を薄膜形成法で形成するため、圧
電素子を接着する従来のものに比べて、角速度センサを
小型化することができる。さらに、各圧電素子間の特性
変動や、振動体と圧電素子との間の熱膨張係数の差によ
る振動の温度特性の変動がなく、角速度センサの特性に
変動が生じにくい。また、電極間の配線が振動の節にな
る支持部材付近に接続されるため、リード線に振動が漏
洩することがなく、組み立ても容易である。さらに、電
極を分割して１つの角を挟む隣合う電極間に駆動信号を
印加することによって励振しているため、たとえば水晶
などのインピーダンスの高い振動体でも有効に励振する
ことができる。つまり、狭い間隔を隔てて電極を配置し
ているために、電極間のインピーダンスを下げることが
でき、振動体１２の励振が容易になる。

【００１８】なお、上述の実施例では、振動体を単結晶
で作製したが、多結晶体であるチタン酸ジルコン酸鉛（
ＰＺＴ）の焼結体で作製しても、同様の効果を期待する
ことができる。また、振動体を正３角柱状に形成したが
、図４に示すように、４角柱状に形成し、各側面の電極
を分割してもよい。さらに、図５に示すように、振動体
を６角柱状に形成し、各側面の電極を分割してもよい。 このように、振動体の形状は正３角柱状に限らず、他の
多角柱状に形成してもよい。

【００１９】また、この実施例では図２に示すように、
１つの角を挟んで隣合う電極間に駆動信号を印加し、別
の２つの角を挟んで隣合う２対の電極で角速度に応じた
信号を検出したが、図３に示すように、同じ側面内の隣
合う電極を用いて振動体を励振したり、角速度に応じた
信号を検出するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）はこの発明の一実施例を示す平面図であ
り、（Ｂ）は（Ａ）に示す角速度センサの側面図である
。

【図２】図１に示す角速度センサの励振および信号検出
のための回路を示す図解図である。

【図３】図２に示す回路と別の回路を示す図解図である
。

【図４】この発明の他の例を示す斜視図である。

【図５】この発明のさらに他の例を示す斜視図である。

【図６】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る。

【図７】図６に示す従来の角速度センサの他の例を示す
斜視図である。

【図８】図６に示す従来の角速度センサのさらに他の例
を示す斜視図である。

【図９】図６に示す従来の角速度センサの別の例を示す
斜視図である。

【図１０】図６に示す従来の角速度センサの支持構造を
示す斜視図である。

【図１１】図１０に示す従来の支持構造の他の例を示す
斜視図である。

【符号の説明】

１０　　　　角速度センサ １２　　　　振動体 １４ａ　　電極 １４ａ’電極 １４ｂ　　電極 １４ｂ’電極 １４ｃ　　電極 １４ｃ’電極 １６ａ　　支持部材 １６ｂ　　支持部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　圧電材料からなる多角柱状の振動体、
   および前記振動体の少なくとも３つの側面に形成される
   電極を含み、前記電極は前記振動体のそれぞれの側面に
   おいて２つ以上に分割されており、前記電極の内、隣合
   う１対の電極が前記振動体を振動させるための励振用電
   極として使用され、前記励振用電極を除く隣合う電極対
   が角速度に応じた信号を検出するための検出用電極とし
   て使用されることを特徴とする、角速度センサ。