JPH05209753A - 振動型レートジャイロセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 湿気及び温度変化に対しても，センサ出力の
変化がなく，正確な角速度を検出することができる振動
型レートジャイロセンサを提供すること。 【構成】 金属振動体８の駆動部６及び検知部７に圧電
体６１，６２，７１を貼着してなると共に，貼着された
圧電体６１，６２，７１の周囲には該圧電体と金属振動
体８との間に電気信号がリークすることを防止するため
の非吸湿性のコーティング層を被覆してなる。また，該
コーティング層は，金属振動体８の振動節部８２には被
覆しないこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，例えば自動車の角速度
（ヨーレート）を検出するための振動型レートジャイロ
センサに関する。

【０００２】

【従来技術】従来，振動型レートジャイロセンサ（角速
度センサ）は，図１２に示すごとく，下部に設けた駆動
部６とその上部に，該駆動部６に直交する方向に設けた
検知部７とよりなる金属振動体８を有する。駆動部６の
下方は支持部８５に連設され，両者の間には振動節部８
２を有する。上記駆動部６と検知部７との間には連結部
８１を有する。上記駆動部６には，その両面に圧電体６
１，６２が貼着され，一方検知部７にはその片面に圧電
体７１が貼着されている。

【０００３】上記振動型レートジャイロセンサにおいて
は，上記圧電体６２に交流電圧６２０を印加して金属振
動体８の共振周波数により，駆動部６をｘ軸方向に振動
させる。上記圧電体６２の反対側に貼着された圧電体６
１は，自励発振用である。そして，ｚ軸の回りにセンサ
が回転すると，ｙ軸方向にコリオリ力が働き，検知部７
がｙ軸方向にも振動し，該振動を，検知部７の片面に貼
着した圧電体７１により検出して，検出回路へ角速度の
出力信号を取り出す。上記角速度の検出は，上記のごと
く，コリオリの力を利用するものである。

【０００４】

【解決しようとする課題】しかしながら，振動型レート
ジャイロセンサは，湿気によりセンサ出力が変化する。
これは，湿気により圧電体６１，６２，７１と金属振動
体８との間に検知信号，及びフィードバック信号などの
電気信号がリークし，金属振動体を伝わって，アースに
流れ，正確な検出ができないためである。そこで，従来
は，金属振動体の支持部８５，振動節部８２，圧電体６
１，６２，７１，金属振動体８からなるセンサ部分の全
てを，非吸湿性のコーティング層により全面的に被覆す
る構造が提案されている（実開昭６０−１５２９１０
号）。

【０００５】しかし，このような従来の振動型レートジ
ャイロセンサにおいては，その使用場所の温度が変化す
ると，センサ出力が変化し，正しい検出を行うことがで
きないという問題がある。その原因としては，温度変化
によって，上記コーティング層が膨張，収縮し，上記金
属振動体の加振，振動状態が変化するためと考えられ
る。本発明はかかる従来の問題点に鑑み，湿気及び温度
変化に対しても，センサ出力の変化がなく，正確な角速
度を検出することができる振動型レートジャイロセンサ
を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題の解決手段】本発明は，金属振動体の駆動部及び
検知部に圧電体を貼着してなると共に，貼着された圧電
体の周囲には該圧電体と金属振動体との間に電気信号が
リークすることを防止するための，非吸湿性のコーティ
ング層を被覆してなり，かつ上記コーティング層は金属
振動体の振動節部には被覆していないことを特徴とする
振動型レートジャイロセンサにある。

【０００７】本発明において最も注目すべきことは，セ
ンサ部に上記非吸湿性のコーティング層を被覆するに当
たって，該コーティング層は振動節部には被覆しないこ
とにある。上記振動節部とは，金属振動体と該金属振動
体を支持する支持部との間において，振動時の節となる
部分をいう。上記支持部としては，台状物（図１），線
状物（図８〜１１）などがある。コーティング層は，上
記振動節部を除いてセンサ部に被覆するが，該コーティ
ング層は少なくとも圧電体の側面部分を全て被覆してい
る必要がある（図４，５参照）。

【０００８】何故なら，圧電体は絶縁体ではあるが，そ
の側面から金属振動体に対して電気信号のリークを生ず
るからである。また，コーティング層は，上記支持部に
は被覆する必要はない。支持部は上記圧電体と金属振動
体の間の電気信号のリークに関与しないからである。上
記非吸湿性のコーティング層の材料としては，アクリル
系樹脂，エポキシ系樹脂，シリコン系樹脂などがある。

【０００９】

【作用及び効果】本発明の振動型レートジャイロセンサ
においては，上記非吸湿性のコーティング層が圧電体に
は被覆され，振動節部には被覆されていない。そのた
め，後述の実施例からも知られるごとく，温度変化に対
するセンサ出力の変化が生ぜず，正確なセンサ出力を得
ることができる。

【００１０】もしも，従来のごとく，振動節部にも上記
コーティング層を被覆した場合には，上記コーティング
層はヤング率の温度変化が大きいために，温度変化によ
って振動節部における振動形態が大きく変化し，センサ
出力に大きな影響を与える。そのため，正確な角速度が
検出できなかった。本発明はかかる問題点を解決するも
のである。

【００１１】また，本発明においては，圧電体に非吸湿
性のコーティング層を被覆しているので，前記電気信号
のリークを生ずることがない。そのため，湿気によりセ
ンサ出力が変化することもない。したがって，本発明に
よれば，湿気及び温度変化に対してもセンサ出力の変化
がなく，正確な角速度を検出することができる振動型レ
ートジャイロセンサを提供することができる。

【００１２】

【実施例】

実施例１ 本発明の実施例にかかる振動型レートジャイロセンサに
つき，図１〜図５を用いて説明する。本例の振動型レー
トジャイロセンサは，図１〜３に示すごとく，一対の金
属振動体８において，各駆動部６の両面に圧電体６１，
６２を貼着し，また各検知部７の片面に圧電体７１を貼
着してなる。金属振動体８の下部は台状の支持部８５と
連結してあり，両者の間には振動節部８２を有する。駆
動部６と検知部７との間には連結部８１を有する。

【００１３】そして，上記振動節部８２及び支持部８５
を除いて圧電体６１，６２，７１及びこれを貼着した金
属振動体８の全表面に，非吸湿性のコーティング層１が
被覆されている。上記コーティング層１は，図１におい
て，ハッチングで示されている。上記支持部８５は，図
１〜図３に示すごとく，ケース９内に設けたベース台９
２の穴９２１に，その脚部８６を挿入することにより固
定し，センサ部を立設している。また，ケース９内には
ターミナル９１を設け，上記各圧電体６１，６２，７１
との間にそれぞれリード線９４を接続している。

【００１４】上記振動節部８２は，上記のごとく，支持
部８５に立設した金属振動体８の下端部に形成されてい
る。そして，該振動節部８２の周囲及びその下方の支持
部８５には，非吸湿性のコーティング層１は被覆されて
いない（図１，図３）。図２は，一対の金属振動体８と
圧電体６１，６２，７１と，ベース台９２との展開斜視
図であり，コーティング層１を被覆する前の状態を示し
ている。図３は，コーティング層１を被覆したセンサ部
と，ベース台９２とを示している。

【００１５】また，圧電体６１（６２，７１も同様）
は，上記のごとく，金属振動体８の表面と共に，コーテ
ィング層１により全体的に被覆しても良いが，図４，図
５に示すごとく，その側面のみを被覆しても良い。圧電
体６１は，図４に示すごとく，ＰＺＴ６１１の裏面側及
び表面側に銀（Ａｇ）電極６１２，６１３を焼付けて構
成したものである。そして，銀電極６１２は金属振動体
８に接着剤により接着され，銀電極６１３は表面側に露
出している。

【００１６】上記非吸湿性のコーティング層としては，
アクリル系樹脂を用い，ディップ及び塗布の方法で，厚
さ約２０〜７００μｍに被覆した。その他は，前記従来
例と同様である。本例によれば，振動節部に上記コーテ
ィング層が被覆されていないので，温度変化に対して
も，センサ出力の変化がなく，正確な角速度を検出でき
る。また，圧電体には非吸湿性のコーティング層を被覆
しているので湿気によりセンサ出力が変化することもな
い。

【００１７】実施例２ 次に，実施例１に示した振動型レートジャイロセンサに
おいて，図６，図７に示すごとく，非吸湿性のコーティ
ング層の被覆場所を種々に変えて，コーティング層の位
置とセンサ出力との関係につき実験を行った。即ち，図
６の下方に示すごとく，コーティング層１の被覆場所を
変えたＡ〜Ｄの４種類のセンサ部を準備し，これらにつ
き，センサ温度ドリフト幅（°／ｓｅｃ／℃）を測定し
た。

【００１８】また，−３０℃から６５℃に温度変化させ
た場合のＱ値温度変動値，Ｑ値温度変動幅を測定し，図
７に示した。ここにＱ値とは，機械的品質係数を示す共
振周波数付近における機械的な振動の「鋭さ」を示す定
数である。上記図６に示すごとく，４種類のセンサ部に
おいて，センサＡは上記コーティング層を全く被覆して
いないものである。センサＢは，上記コーティング層１
を圧電体６１，６２，７１の全表面に被覆してあるが，
振動節部８２及びその下方部分，駆動部６と検知部７と
の間の連結部８１には被覆していない。

【００１９】センサＣは，振動節部８２及びその下方を
除いて，圧電体６１，６２，７１及び金属振動体８の全
てを上記コーティング層により被覆したものである。セ
ンサＤは，振動節部８２を含めて，その上方の金属振動
体，圧電体の全てを上記コーティング層により被覆した
ものである。図６より知られる如く，振動節部８２にコ
ーティング層を被覆していないセンサＡ，Ｂ及びＣは，
上記のごとく，−３０℃〜６５℃の温度変化に対して
も，温度ドリフト幅のバラツキは５〜７（°／ｓｅｃ／
℃）程度で低い。これに対して，振動節部８２にコーテ
ィング層を被覆したセンサＤは，−３０℃で約３０（°
／ｓｅｃ／℃）であったものが，６５℃では１００以上
となり測定不可能であった。

【００２０】このように，振動節部８２にコーティング
層１を被覆した場合には，センサ温度特性が非常に悪化
することが分かる。これは，振動節部８２に，金属振動
体８に比してヤング率の温度変動の大きいコーティング
層が存在するため，金属振動体８の振動形態が変化した
ためと考えられる。例えば，恒弾性金属のヤング率の温
度変動率は，１００℃の温度変化で０．１％以下（鉄系
は２〜４％）であり，一方コーティング層の樹脂は２０
％程度と非常に大きい。

【００２１】この点に関して，更に図７により説明すれ
ば，同図の上方に示すごとく，振動節部に対してコーテ
ィング層を被覆していないセンサＡ，Ｂ，Ｃでは，上記
−３０℃から６５℃の間の，Ｑ値の温度変動幅が非常に
小さい。これに対して，振動節部にコーティング層を被
覆したセンサＤは温度変動幅が極めて大きく，測定不能
であった。これは，コーティング層の被覆により，振動
損失が温度により変動することを示している。

【００２２】また，上記センサＡとＤに関して，図７の
下方に示すごとく，センサＡにおいては，温度が−３０
℃から６５℃に高くなると，Ｑ値の変動は減少する。こ
れに対して，振動節部にコーティング層を被覆したセン
サＤにおいては，同様に温度が高くなると，Ｑ値の変動
は逆に増加している。このように，温度が高い側でＱ値
の変動が大きくなるのは，樹脂のコーティング層が軟化
し，振動損失が小さくなったことによる。上記より知ら
れるごとく，センサ部の振動節部８２には，非吸湿性の
コーティング層を被覆してはならないことが分かる。

【００２３】実施例３ 本例は，図８，９に示すごとく，角棒状の金属振動体８
０を有する振動型レートジャイロセンサに本発明を適用
したものである。該振動型レートジャイロセンサは，上
記金属振動体８０に実施例１と同様の圧電体６１，６２
及び圧電体７１（図示略）を貼着してなると共に，金属
振動体８０の両端部近くを４本のピン状の支持部８５０
により支持してなる。金属振動体８０に対する支持部８
５０の取付部分が，振動節部８２０を構成している。そ
して，非吸湿性のコーティング層１は，図９に示すごと
く，４ヶ所の振動節部８２０付近を除いて，圧電体及び
金属振動体の全面に被覆されている。その他は，実施例
１と同様である。本例においても，実施例１と同様の効
果を得ることができる。

【００２４】実施例４ 本例は，図１０，１１に示すごとく，三角棒状の金属振
動体８００を有する振動型レートジャイロセンサに，本
発明を適用したものである。該振動型レートジャイロセ
ンサは，上記金属振動体８００の１つの頂点に，２本の
細線状の支持部８５１を取付けたものである。上記支持
部８５１の取付部分の近くが振動節部８２０を構成して
いる。金属振動体８００には，実施例１と同様の圧電体
６１（６２，７１は省略）が貼着してある。そして，非
吸湿性のコーティング層１は，図１１に示すごとく，上
記振動節部８２０付近を除いて，圧電体及び金属振動体
の全面に被覆されている。その他は，実施例１と同様で
ある。本例においても，実施例１と同様の効果を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１にかかる振動型レートジャイロセンサ
の全体斜視図。

【図２】実施例１にかかる振動型レートジャイロセンサ
のセンサ部の展開斜視図。

【図３】実施例１にかかる振動型レートジャイロセンサ
のセンサ部の正面図。

【図４】実施例１における，振動型レートジャイロセン
サの圧電体付近の拡大説明図。

【図５】図４の左側面図。

【図６】実施例２における，各種センサ部とセンサドリ
フト幅との関係を示す図。

【図７】実施例２における，各種センサ部とＱ値温度変
動及びその変動幅との関係を示す図。

【図８】実施例３における振動型レートジャイロセンサ
の斜視図。

【図９】実施例３におけるコーティング層の被覆状態を
示す説明図。

【図１０】実施例４における振動型レートジャイロセン
サの斜視図。

【図１１】実施例４におけるコーティング層の被覆状態
を示す説明図。

【図１２】従来の振動型レートジャイロセンサにおける
センサ部の説明図。

【符号の説明】

１．．．コーティング層， ６．．．駆動部， ６１，６２，７１．．．圧電体， ７．．．検知部， ８，８０，８００．．．金属振動体， ８１．．．連結部， ８２，８２０．．．振動節部， ８５，８５０，８５１．．．支持部，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神田 知幸 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属振動体の駆動部及び検知部に圧電体
   を貼着してなると共に，貼着された圧電体の周囲には該
   圧電体と金属振動体との間に電気信号がリークすること
   を防止するための，非吸湿性のコーティング層を被覆し
   てなり，かつ上記コーティング層は金属振動体の振動節
   部には被覆していないことを特徴とする振動型レートジ
   ャイロセンサ。