JPH067297Y2 - 角速度センサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本考案は、コリオリカを利用して角速度を検出する角速
度センサに関する。

《従来の技術》 この種のセンサに関しては特開昭６０−６７８１５等が
知られており、第２図には第１の従来センサが示されて
いる。

第２図において振動板１０−１，１０−２は互いに平行
な姿勢で各々片持ちされており、それらの左端は固定端
とされている。

そして振動板１０−１，１０−２の中間部には圧電素子
１２−１，１２−２が各々貼着されており、それら圧電
素子１２−１，１２−２により振動板１０−１，１０−
２が各々振動駆動されている。

さらに振動板１０−１，１０−２の自由端となる右端面
からそれらに対して直角のひねり姿勢で検出板１４−
１，１４−２が各々伸張しており、それらには印加加速
度によるコリオリカに比例した電圧の得られる圧電素子
１６−１，１６−２が各々貼着されている。

ここで、振動板１０−１，１０−２と検出板１４−１，
１４−２とは一体成形されており、このためそれらは鋳
物とされている。

そして振動板１０−１，１０−２および検出板１４−
１，１４−２にはバネ性が要求されるので、これらの焼
入れ処理が必要となる。

ところが鋳物の純度を均一に保つことが困難であり、そ
の焼入れ処理時に破損や特性劣化を招く可能性が極めて
高い。

また第２図の符号Ａで示される振動板１０−１，１０−
２と検出板１４−１，１４−２との接合コーナ部分に応
力が集中するので、センサの耐久性が低下する。

なお、ブロック材をプレス加工して振動板１０−１，１
０−２および検出板１４−１，１４−２が一体成形され
る場合には、充分な寸法精度を得ることが不可能とな
る。

このため第３図に示された第２の従来センサが提案され
ており、この従来センサでは振動板１０−１，１０−２
の一方の自由端側面から直角のひねり姿勢で検出板１４
−１，１４−２が伸張している。

そしてこれら振動板１０−１，１０−２および検出板１
４−１，１４−２は焼生された２枚の板材が曲げ加工さ
れることにより一体成形されており、バネ性を得るため
に焼入れがその際に行なわれている。

この従来センサによれば、振動板１０−１，１０−２お
よび検出板１４−１，１４−２の素材となる板材の純度
が圧延時に均一化されており、焼生，曲げ加工，焼入れ
の工程を充分な管理の下で行える。

その結果、振動板１０−１，１０−２と検出板１４−
１，１４−２の一体成形品を精度良く低コストで得るこ
とが可能となる。

《考案が解決しようとする問題点》 しかしながら第３図の従来センサにおいては、振動板１
０−１，１０−２の固定端が接着剤を用いて固定される
ので、製造工程の複雑化および信頼性の低下を招くとい
う問題があった。

またその接着加工によっては両振動板の取付角度を高精
度に維持することが困難となり、このためセンサの加工
精度が低下して製品間で特性にバラツキが生ずるという
問題があった。

さらに、この第３図に示す従来のセンサでは、振動板１
０−１，１０−２および検出板１４−１，１４−２が曲
げ加工により一体成形されているため、第３図および第
４図に示すように振動板１０−１，１０−２と検出板１
４−１，１４−２とのコーナ部前側Ｃに応力集中が起こ
り、このコーナ部前側Ｃで撓み量が多くなる。しかし、
このコーナ部前側Ｃは、曲げ加工により曲面化している
ので、ここには圧電素子１６−１，１６−２を均密に貼
着できず、このため極めて撓み量の少ない先端側へ圧電
素子１６−１，１６−２の貼着位置が移動することにな
り、センサの感度が低下するという問題がある。

本考案は上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、
その目的は、製造が容易であり信頼性に優れるとともに
常に一定の特性が得られ、なおかつ高感度なこの種の角
速度センサを提供することにある。

《問題点を解決しようとするための手段》 上記目的を達成するために、本考案は、 互いに平行な姿勢で各々片持ちされ少なくとも一方が振
動駆動される一対の振動板と、 両振動板の一方の自由端側面から直角のひねり姿勢で各
々伸長する一対の検出板と、 両検出板に各々貼着された角速度検出用の振動検出素子
と、 両振動板の固定端を連結する連結片と、 を有し、 両振動板、両検出板および連結片は１枚の板材が曲げ加
工されることにより一体成形され、 両振動板の自由端近傍における両検出板の対向側面であ
って、かつ、振動検出素子の略中心と対向する位置に切
欠きが形成された、 ことを特徴としている。

《作用》 本考案では、１枚の板材か曲げ加工されることにより振
動板，検出板および連絡片が一体成形されるので、振動
板の固定端を接着する工程が省略される。

また、両振動板が連結片で連結されているので、それら
は固有の周波数で共鳴振動する。

そして、両振動板の自由端近傍における両検出板の対向
側面であって、かつ、振動検出素子の略中心と対向する
位置に切欠きが形成されたため、この検出板に外力が加
わった場合には、その切欠きのある箇所に応力が集中し
て、その箇所が応力集中によって大きく撓むことにな
り、その箇所に貼着された振動検出素子の感度が向上す
る。

《実施例》 以下、図面に基づいて本考案に係るセンサの好適な実施
例を説明する。

第１図には本考案が適用されたセンサの一例が示されて
おり、基台１８には４本の端子ピン２０−１，２０−
２，２０−３，２０−４が立設されている。

そして振動板１０−１，１０−２の左端はＵ字状の連結
片２２により連結されており、連結片２２の上下側面か
ら各々引き出されたＬ字状の金具２４−１，２４−２は
ネジ２６−１，２６−２で基台１８に締付けられてい
る。

従って振動板１０−１，１０−２は基台１８に片持ちさ
れており、また全体として馬蹄形状とされている。

そして振動板１０−１，１０−２の自由端の一方の側面
（図においては下側面）から直角のひねり姿勢で検出板
１４−１，１４−２が各々伸張されており、これら検出
板１４−１，１４−２は振動板１０−１，１０−２、連
結片２２、金具２４−１，２４−２とともに、１枚の板
材の曲げ加工により一体成形されている。

さらに振動板１０−１，１０−２の中間部であってそれ
らの外面側には圧電素子１２−１，１２−２が各々貼着
されており、また検出板１４−１，１４−２の図におけ
る上面に圧電素子１６−１，１６−２が各々貼着されて
いる。

これら圧電素子１２−１，１２−２，１６−１，１６−
２の一方の電極は振動板１０−１，１０−２，検出板１
４−１，１４−２を介して共通接続されており、それら
の他方の電極は専用の信号線を介して端子ピン２０−
１，２０−２，２０−３，２０−４に各々接続されてい
る。

なお、圧電素子１６−１，１６−２は検出板１４−１，
１４−２側の面を基準として分極が互いに逆方向となる
ようにそれら検出板１４−１，１４−２に接着されてい
る。

この第１図の圧電素子１２−１，１２−２には第５図に
示された自励発振回路２８の駆動電圧が基台１８側の端
子ピン２０−１，２０−２から与えられており，それら
圧電素子１２−１，１２−２により振動板１０−１，１
０−２が一定周波数、一定振幅で駆動される。

その際には振動板１０−１，１０−２にそれら固有振動
数における１次モードの振動運動が発生し、振動板１０
−１，１０−２の振動面には１８０°の位相差が生ず
る。

この振動状態で振動板１０−１，１０−２の長手方向中
心線回りに角速度ω（rad/sec）が第１図のように印加
されると、検出板１４−１，１４−２の移動速度と角速
度ωの積に比例したコリオリカがそれら検出板１４−
１，１４−２の主面に垂直な方向へ発生する。

そして振動板１０−１，１０−２が互いに逆方向に振動
しているので、上記コリオリカで検出板１４−１，１４
−２が逆方向へ各々撓み変形され、それらの撓み量は圧
電素子１６−１，１６−２で電荷変化として検出され
る。

さらにそれら圧電素子１６−１，１６−２の電荷変化は
端子ピン２０−３，２０−４を介して第５図の検出アン
プ３０に与えられて電圧変化に変換され、その出力電圧
は自励発振回路２８の出力信号とともに同期検波回路３
２に供給される。

同期検波回路３２では自励発振回路２８の出力信号を基
準として検出アンプ３０の出力電圧が同期検波されてお
り、その同期検波出力の平滑により、平滑化回路３４で
は印加加速度ωに比例した平滑出力が得られる。

ここで、第１図のように、検出板１４−１，１４−２の
互いに対向する内側の側面であって、その側面と振動板
１０−１，１０−２の自由端側先端とのコーナ部分近傍
には、切欠き３６−１，３６−２が各々形成されてい
る。

このため、その切欠き３６−１，３６−２の形成された
箇所の検出板１４−１，１４−２の強度が弱くなるの
で、検出板１４−１，１４−２の振動時に上記コーナ部
分には応力が集中せず、この切欠き３６−１，３６−２
の形成箇所に応力が集中することになる。

また圧電素子１６−１，１６−２は検出板１４−１，１
４−２上でそれら切欠き３６−１，３６−２の外側へ各
々わずかにオフセットした位置に貼着されており、それ
らの長手方向略中央に切欠き３６−１，３６−２が各々
位置している。

従って、印加加速度ωによって検出板１４−１，１４−
２の主面に垂直な方向にコリオリカが生じた場合、コリ
オリカにより検出板１４−１，１４−２に生じる応力が
その切欠き３６−１，３６−２のある箇所に集中して、
その箇所が応力集中によって大きく撓むことになり、そ
の大きな撓みを切欠き３６−１，３６−２の外側へオフ
セットした位置に貼着された圧電素子１６−１，１６−
２が検出することになる。

その結果、このような位置に切欠き３６−１，３６−２
を形成しない場合と比べ貼着面積が同じでも、圧電素子
１６−１，１６−２の検出感度が向上して、圧電素子１
６−１，１６−２で大振幅の電荷変化が生じるため、印
加加速度ωに対して著しく高い電圧の平滑出力が平滑化
回路３４で得られる。

以上説明したように本実施例によれば、振動板１０−
１，１０−２の固定端側が連結片２２により連結され、
振動板１０−１，１０−２，検出板１４−１，１４−
２，連結片２２が１枚の板材の曲げ加工により一体成形
されたので、基台１８へ振動板１０−１，１０−２を接
着する工程を省略でき、このため加工工程を減少させて
製造コストを低減させることが可能となる。

また本実施例によれば、接着箇所を減少できるので、セ
ンサの信頼性および加工精度を向上させることが可能と
なる。

さらに本実施例によれば、振動板１０−１，１０−２が
曲げ加工で一体成形され、それらに固有の周波数におい
て高い尖鋭度Ｑでそれらが安定して振動を継続し、この
ためセンサの特性バラツキを著しく低減することが可能
となる。

そして特に本実施例によれば、切欠き３６−１，３６−
２が検出板１４−１，１４−２に形成されたので、圧電
素子１６−１，１６−２の印加加速度ωによる撓み量を
拡大でき、従ってセンサの検出感度を著しく高めること
が可能となる。

なお、振動板１０−１，１０−２，検出板１４−１，１
４−２およびバランス片２４−１，２４−２の素材とな
る金属材料としては、温度膨出係数が低く加工性に優れ
たエリンバ材を使用することが好適である。

また、圧電素子１６−１，１６−２に代えて歪ゲージ，
膜状または板状の抵抗体を使用することも好適であり、
さらに振動板１０−１，１０−２を電磁力で振動駆動す
るようにセンサを構成することが可能である。

さらに、振動板１０−１，１０−２が共鳴振動するの
で、圧電素子１２−１，１２−２のいずれかを省略して
センサ構造の簡略化を図ることも可能である。

《効果》 以上説明したように本考案によれば、一対の振動板，そ
れらの連結片，および検出板が曲げ加工により一体成形
されるとともに両振動板の自由端近傍における両検出板
の対向側面であって、かつ、振動検出素子の略中心と対
向する位置に切欠きが形成されたので、振動板の接着工
程を省いて信頼性および加工精度の向上とコスト低減と
を図りながらセンサの特性バラツキを抑制でき、その
上、センサの検出感度を著しく高めることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るセンサの好適な実施例の要部構成
説明図、第２図は第１の従来例を示す斜視図、第３図は
第２の従来例を示す斜視図、第４図は第２実施例におけ
る圧電素子の貼着位置説明図、第５図は第１実施例の全
体構成説明図である。 １０−１，１０−２……振動板 １２−１，１２−２……圧電素子 １４−１，１４−２……検出板 １６−１，１６−２……圧電素子 ２２……連結片 ３６−１，３６−２……連絡片

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 山下 義正 京都府長岡京市天神２丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)考案者 井上 二郎 京都府長岡京市天神２丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (56)参考文献 特開 昭62−15410（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−240115（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに平行な姿勢で各々片持ちされ少なく
   とも一方が振動駆動される一対の振動板と、 同振動板の一方の自由端側面から直角のひねり姿勢で各
   々伸長する一対の検出板と、 両検出板に各々貼着された角速度検出用の振動検出素子
   と、 両振動板の固定端を連結する連結片と、 を有し、 両振動板，両検出板および連結片は１枚の板材が曲げ加
   工されることにより一体成形され、 両振動板の自由端近傍における両検出板の対向側面であ
   って、かつ、振動検出素子の略中心と対向する位置に切
   欠きが形成された、 ことを特徴とする角速度センサ。