JPH07294259A - 角速度センサ装置 - Google Patents

角速度センサ装置

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JPH07294259A
JPH07294259A JP6083111A JP8311194A JPH07294259A JP H07294259 A JPH07294259 A JP H07294259A JP 6083111 A JP6083111 A JP 6083111A JP 8311194 A JP8311194 A JP 8311194A JP H07294259 A JPH07294259 A JP H07294259A
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二郎 寺田
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正晴 牛原
Junichi Yukawa
潤一 湯河
Hiroaki Mori
浩明 毛利
Takeo Oogoshi
偉生 大越
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 移動体の姿勢制御やナビゲーションシステム
等に用いる角速度センサ装置を提供する。 【構成】 ピン22を有する凹型のケース21に、この
ピン22に防振部材24、角速度センサユニット28を
備えたセンサ支持板23、カラー29、角速度センサユ
ニット28と電気的に接続され角速度センサユニットを
駆動させ出力信号を処理する処理手段を搭載した基板3
1を挿入し、ケース21に嵌まり込む蓋とから構成され
ることにより、外乱振動による影響および特性変動・防
振特性劣化の少ない優れた角速度センサを提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、航空機・自動車・車両
等の移動体の姿勢制御やナビゲーションシステム等に用
いる角速度センサ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、特開平4−236321号公報
に、「角速度センサと、この角速度センサを駆動させ出
力信号を処理する回路部を搭載した回路基板と、角速度
センサの長手方向を衝撃吸収材を介して保持しかつ回路
基板を保持する保持板と、角速度センサ、回路基板、保
持板とを一括して収納するケース」からなる角速度セン
サ装置が開示されている。
【0003】以下に、この従来の角速度センサ装置につ
いて、図面を参照しながら説明する。図8は従来例にお
ける角速度センサ装置のケースを取った状態の分解斜視
図、図9は同ケースを取った状態の側面図、図10は同
要部であるベース単体の斜視図である。
【0004】図8〜図10において、1はホルダー2に
固定される角速度センサである。3は角速度センサ1の
出力端子で、この出力端子3に接続されるサブ回路基板
4が装着され、このサブ回路基板4のリード線5を介し
て角速度センサ1と回路基板6の回路パターンとが電気
的に接続されている。7a,7b,7cは回路基板6に
接続されたリード線で、各々入力用、出力用、グランド
用に使われている。8はセンサ保持材を兼ねるベース、
8aはベース8のセンサ保持部、8bはセンサ保持部8
aに設けられた凹部である。9はセンサ保持のための衝
撃緩衝材でその一部は凹部8bに圧入されて接着されて
いる。そして、衝撃緩衝材9の他方の端は角速度センサ
1およびホルダー2に圧入されて接着されている。10
もセンサ保持のための衝撃緩衝材であり、一部は凹部8
bに圧入されて接着され、また他方はセンサ出力端子3
に食い込ませている。11はケースで、角速度センサ1
の長手方向を緩衝部材10を介して、角速度センサ1、
回路基板6、ベース8を一括して収納して、角速度セン
サ装置を構成していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、ホルダー2の長手方向に沿ってセンサ保持
部8aとこのセンサ保持部8aに設けられた凹部8bで
角速度センサ1を保持しているため、外乱振動が加わる
と、防振効果をもたらす衝撃緩衝材9があるものの角速
度センサ1の中心付近で回転方向の振動に対しては影響
を受け易いという課題を有していた。
【0006】また、角速度センサ1の長手方向を、衝撃
緩衝材9を介して保持し、かつ、回路基板6を保持する
保持板8と、センサ1、回路基板6、保持板8とを一括
して収納する緩衝部材10とケース11とで一体化収納
した構造のため、ケース11内の各部とケース11の外
気との気密性を高めることが難しいため、外気により角
速度センサ1の表面への腐食および、水分結露による電
気漏洩を起こしたり、衝撃緩衝材9の着氷により防振効
果が著しく阻害されるという課題を有していた。
【0007】本発明は、上記した従来の課題を解決する
もので、外乱振動による影響、外気による回路基板の腐
食および水分結露による電気漏洩による特性変動、着氷
による防振特性劣化等の少ない角速度センサを提供する
ことを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記従来の課題を解決す
るために本発明の角速度センサ装置は、上面に開放端を
有しかつ底面から上面に向かってピンを有する凹型のケ
ースと、このケースのピンに挿入されかつ中央にくびれ
部を有する防振部材と、この防振部材のくびれ部にはめ
込まれかつ検知部の金属体に振動片貫通孔を配した音叉
ユニットを備えたセンサ支持板と、このセンサ支持板を
はめ入れた防振部材上にピンに挿入され防振部材を圧縮
加圧して支持するカラーと、このカラー上に音叉ユニッ
トとフレキシブル配線を用いて電気的に接続され、音叉
ユニットを駆動させ出力信号を処理する処理手段を搭載
しかつピンに挿入される基板と、ケースの上面の開放端
に密封するようにはまり込む蓋とからなる構成を有する
ものである。
【0009】また、音叉ユニットは、板状の金属体に圧
電体を接合した駆動部と、この駆動部に直交するように
結合配置しかつ複数の貫通孔を有する金属体に圧電体を
接着した検知部を有するものである。
【0010】また、センサ支持板を、T字型の止め具を
備え、この止め具からピンを延出して音叉ユニットを支
持したり、音叉ユニットと、この音叉ユニットの信号を
処理する処理手段を備えた基板とを、フレキシブルプリ
ント配線基板で電気的に接続したり、センサ支持板が、
発泡性を有する材質を用いたり、防振部材が、防振部材
貫通孔方向に圧縮加圧して支持した構成を有するもので
ある。
【0011】
【作用】この構成によって、音叉ユニットを備えたセン
サ支持板を、防振部材を介して4点をカラーにて押さ
え、かつ支持板の側面端を支持することにより、高い防
振効果を得、音叉中心軸で受ける外乱振動の影響度を小
さくできる。
【0012】
【実施例】以下に本発明の一実施例における角速度セン
サ装置について、図面を参照しながら説明する。
【0013】図1は本発明の一実施例における角速度セ
ンサ装置の分解斜視図、図2は同要部である蓋を外した
上面図、図3は同要部である蓋および基板を外した上面
図、図4は同断面図である。
【0014】図1〜図4において、21は樹脂成形にて
作製された凹型のケースで、その上面には開放端を有
し、かつ底面から開放端に向かって細くなる段差を有す
るピン22を4本有し側面には内外に貫通しかつ気密性
を有する電気信号端子35を備えている。このケース2
1は、好ましくはポリブチレンテレフタレート(以後、
「PBT」と記す。)、ポリフェニレンサルファイド
(以後、「PPS」と記す。)、その他エンジニアリン
グプラスチック等が使用でき、特にPBTは熱的安定
性、機械的強度、成形の容易性および電気的絶縁性の点
から好ましい。23はケース21の内形状に合わせた形
状で、その対向する辺の各頂点側近傍にそれぞれ2ヵ所
ずつ防振部材24を嵌入する溝25を有したセンサ支持
板で、好ましくは、後述する音叉ユニット28との質量
差が10倍程度の大きさで、音叉ユニットを支えるだけ
の機械的強度を有した金属板により構成される。材質と
しては、焼結により得られた発泡金属、真鍮、鉄、その
他の金属、セラミクス、エンジニアリングプラスチック
等が使用でき、特に真鍮は加工性、腐食しにくさ、機械
的強度、振動吸収の高さと、振動吸収のための適当な質
量の確保の点から好ましい。そして、防振部材24は、
中央にくびれ部26を有してセンサ支持板23の溝25
にはめ込まれ、かつ、このくびれ部26に垂直な面には
ケース21に設けられたピン22を貫通する防振部材貫
通孔27から構成され、好ましくは、後述する音叉ユニ
ット28を接合したセンサ支持板を保持する機械的強度
を有し、内部が空洞の構造で肉厚1.0ミリメートル程
度でシリコンゴムにより構成され、かつ約15%程度防
振部材貫通孔27方向に圧縮加圧して使用される。この
防振部材24の材質としては、シリコンゴム、ブチルゴ
ム、ウレタンゴム等が使用でき、特にシリコンゴムは温
度特性の点から好ましい。
【0015】28は音叉ユニットで、センサ支持板23
上に設けられている。29は防振部材24上に設けられ
たカラーで、ケース21のピン22の中程の段差までを
貫通するカラー貫通孔30から構成され、好ましくは、
防振部材24を圧縮できる機械的強度と平面積を有し、
防振部材24の共振周波数より高い値の剛性体により構
成される。このカラー29の材質としては、PBT、P
PS、エンジニアリングプラスチック、その他金属等が
使用でき、特にPBTは熱的安定性、成形の容易性の点
から好ましい。
【0016】31は片面もしくは両面に音叉ユニット2
8を駆動させ出力信号を処理する処理手段を搭載する基
板で、この基板31にはケース21のピン22を貫通す
る基板貫通孔32を有している。33は音叉ユニット2
8と基板31とを電気的に接続するフレキシブル配線
で、好ましくは、フレキシブルプリント配線基板を用
い、容量結合の変化による出力電圧変動を防ぎ、厚さ5
0マイクロメーター程度で、検出信号系と駆動信号系と
を分離して配置している。このフレキシブルプリント配
線基板33の材質としては、ポリイミド、テトロン等が
使用でき、特にポリイミドは耐熱性の点から好ましい。
34はケース21の凹部に密封するようにはまり込む蓋
で、この蓋34にはケース21のピン22にはまり込む
はめ穴(図示せず)を有した樹脂成形品で、その材質と
しては、PBT、PPS、その他エンジニアリングプラ
スチック等が使用でき、特にPBTは熱的安定性、機械
的強度、成形の容易さ及び電気的絶縁性の点から好まし
い。また、蓋34をケース21の凹部にはめ込む際に窒
素ガス等の乾燥不活性ガスを封入して、密封している。
【0017】図5は音叉ユニット28の分解斜視図であ
る。図5において、直交する板状の金属体41の一方を
検知部43とし、他方を駆動部45とする。検知部43
の金属体41には複数の振動片貫通孔53を配し、この
金属体41のどちらか一方の面に圧電体42を接着し、
駆動部45の金属体41にもどちらか一方の面に圧電体
44を接着して振動片46を構成している。この検知部
43の振動片貫通孔53は音叉片の直交軸方向に列をな
すように配置し、後述する金属ブロック47は駆動部4
5の金属体41の板幅方向寸法と一致するように構成
し、それぞれの振動片46は音叉振動の中心軸を通り駆
動部45の金属体41と平行な面に対し面対称になるよ
うに配置し、金属ブロック47とそれぞれの振動片46
の固定では両者の電気導通をとっている。そして、振動
片46の2枚をそれぞれの振動片46の駆動部45を金
属ブロック47に接着剤で接着し、この金属ブロック4
7より延出した支持ピン48を介して支柱49に固定し
て音叉ユニット28を構成している。
【0018】なお、検知部43の板状の金属体41に複
数の振動片貫通孔53を設けることにより、圧電体42
が受ける感応歪力が増加するため検知部43の感度を上
げることができる。
【0019】以上のように構成された角速度センサ装置
について、以下にその動作について説明する。
【0020】図6は、音叉ユニットの動作原理を説明す
る図で、まず入力角速度を与えた時に発生する作用の力
について説明する。図6において、駆動方向に速度Vで
屈曲振動している状態でセンサの中心軸周りに角速度ω
の回転が印加されたとすると、質点の重量をmとする
と、コリオリの力Fは、「F=2mVω」で表すことが
できる。
【0021】このコリオリの力Fは振動速度Vのなす方
向と垂直の方向であるから、コリオリの力Fを検出する
ことにより、センサに加えた角速度ωを検出することが
できるのである。このコリオリの力Fの検出は検知部4
3に貼り付けられた圧電体42で電気信号に変換する。
【0022】この電気信号は、検知部43が、コリオリ
の力により厚み方向にたわむと、検知部43に貼り付け
られた圧電体42は伸び、または縮みのため、歪を受
け、コリオリの力Fに対応した電荷が発生し、電気信号
となる。
【0023】この圧電体42に発生した電気信号は信号
処理手段を搭載した基板31で信号処理することによ
り、音叉ユニット28に与えた入力角速度ωを得ること
ができる。
【0024】なお、本実施例では、音叉ユニット28を
センサ支持板23に固定する際、振動片46の駆動部4
5を金属ブロック47に接着剤で固定し、この金属ブロ
ック47より延出した支持ピン48を介して支柱49を
設けたが、図7に示すように、センサ支持板51にT字
型の止め具52を固着し、この止め具52に支持ピンを
固着することにより、支柱49が、T字型の止め具52
に変えるだけで、音叉ユニット28の支持に対する剛性
が高まり、不要な振動成分が吸収され、外乱振動に対す
る出力電圧の変動がより小さいという効果が得られる。
【0025】さらに、図5の実施例または、図7の実施
例により得られた音叉ユニット28は防振部材24を設
けたセンサ支持板にて支持するので、ケースに伝達した
外乱振動の振動成分の減衰効果と支持ピン48とT字型
の止め具52とによる減衰効果、フレキシブルプリント
配線基板の振動に対する低剛性とセンサ支持板23を発
泡性金属に置き換えることによる低剛性での外乱振動に
対する減衰効果により、不要な振動成分の除去、外乱振
動に対する安定性を高めたものである。
【0026】さらに防振部材24を圧縮加圧して支持す
ることにより、音叉ユニット28とセンサ支持板23の
自重により、防振部材とケースのピン部22の適当な隙
間の維持を保ち、図4に示す隙間54を設けることによ
り、高い減衰効果を得たものである。
【0027】また、検知部43に複数の貫通孔53を設
けることにより、圧電体への感応歪力の増加による角速
度感度の増加作用を得ることができた。
【0028】
【発明の効果】以上のように本発明は、上面に開放端を
有しかつ底面から上面に向かってピンを有する凹型のケ
ースと、このケースのピンに挿入されかつ中央にくびれ
部を有する防振部材と、この防振部材のくびれ部にはめ
込まれかつ検知部の金属体に振動片貫通孔を配した音叉
ユニットを備えたセンサ支持板と、このセンサ支持板を
はめ入れた防振部材上にピンに挿入され防振部材を圧縮
加圧して支持するカラーと、このカラー上に音叉ユニッ
トとフレキシブル配線を用いて電気的に接続され、音叉
ユニットを駆動させ出力信号を処理する処理手段を搭載
しかつピンに挿入される基板と、ケースの上面の開放端
に密封するようにはまり込む蓋から構成することによ
り、従来よりも形状が小さく軽量であり、外乱振動に対
する出力電圧の変動が低減した角速度センサ装置が得ら
れる。
【0029】また、検知部の振動片に貫通孔を設けるこ
とにより、高い感度を得られる。また、T字型の止め具
からピンを延出して音叉ユニットを支持し、フレキシブ
ルプリント配線基板の低剛性を活用し、センサ支持板に
発泡性の材質を用い、さらに防振部材を貫通孔方向に圧
縮加圧して支持することにより、外乱振動に対する出力
電圧の変動がさらに低減されるため従来よりも非常に高
い出力分解能が得られる角速度センサ装置を提供でき
る。
【0030】また、蓋にてケースの凹部に容易に気密密
封することができるので、外気の湿度による電気漏洩及
び防振部材に対する着氷による防振特性の劣化、腐食ガ
スによる特性変化の影響度を小さく、特性の経時変化が
小さいため、従来よりも簡単な構造で温度・湿度環境及
び腐食ガス(大気汚染ガスSO2など)、各環境下にお
いても従来と比較して、より優れた特性を得ることがで
きる角速度センサ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における角速度センサ装置の
分解斜視図
【図2】同要部である蓋を外した上面図
【図3】同要部である蓋および基板を外した上面図
【図4】同断面図
【図5】同要部である音叉ユニットの分解斜視図
【図6】同動作を説明する図
【図7】本発明の他の実施例における角速度センサ装置
の要部である音叉ユニットをセンサ支持板に固着する状
態を示す斜視図
【図8】従来例における角速度センサ装置の一部分解斜
視図
【図9】同ケースを外した側面図
【図10】同要部であるベースの斜視図
【符号の説明】 21 ケース 22 ピン 23 センサ支持板 24 防振部材 26 くびれ部 28 音叉ユニット 29 カラー 31 基板 34 蓋
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牛原 正晴 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 湯河 潤一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 毛利 浩明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 大越 偉生 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 村上 昌良 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上面に開放端を有しかつ底面から上面に
    向かってピンを有する凹型のケースと、このケースの前
    記ピンを貫通しかつ中央にくびれ部を有する防振部材
    と、この防振部材のくびれ部にはめ込まれかつ音叉ユニ
    ットを備えたセンサ支持板と、このセンサ支持板をはめ
    込んだ前記防振部材上に前記ピンに挿入されるカラー
    と、このカラー上に前記音叉ユニットと電気的に接続さ
    れ音叉ユニットを駆動させ出力信号を処理する信号処理
    手段を搭載しかつ前記ピンに挿入される基板と、前記ケ
    ースの上面の開放端に密封するようにはまり込む蓋とか
    らなる角速度センサ装置。
  2. 【請求項2】 音叉ユニットは、板状の金属体に圧電体
    を接合した駆動部と、この駆動部と直交するように結合
    配置しかつ複数の貫通孔を有する金属体に圧電体を接着
    した検知部とを配置した請求項1記載の角速度センサ装
    置。
  3. 【請求項3】 センサ支持板にT字型の止め具を備え、
    この止め具からピンを延出して音叉ユニットを支持する
    請求項1記載の角速度センサ装置。
  4. 【請求項4】 音叉ユニットと、この音叉ユニットの信
    号を処理する処理手段を備えた基板とを、フレキシブル
    プリント配線基板で電気的に接続した請求項1記載の角
    速度センサ装置。
  5. 【請求項5】 センサ支持板は、発泡性を有する材質を
    用いた請求項1記載の角速度センサ装置。
  6. 【請求項6】 防振部材は、貫通孔方向に圧縮加圧して
    支持したことを特徴とした請求項1記載の角速度センサ
    装置。
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