JPH08271267A - 角速度センサ - Google Patents

角速度センサ

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JPH08271267A
JPH08271267A JP7100324A JP10032495A JPH08271267A JP H08271267 A JPH08271267 A JP H08271267A JP 7100324 A JP7100324 A JP 7100324A JP 10032495 A JP10032495 A JP 10032495A JP H08271267 A JPH08271267 A JP H08271267A
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JP
Japan
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angular velocity
vibrating body
electrode
guide
velocity sensor
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Pending
Application number
JP7100324A
Other languages
English (en)
Inventor
Norihiko Shiratori
典彦 白鳥
Hiroaki Terao
博明 寺尾
Tomoo Namiki
智雄 並木
Toshiyasu Shigeta
利靖 重田
Minoru Hatakeyama
稔 畠山
Kazuhiro Okada
和廣 岡田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Miyota KK
Wako KK
Original Assignee
Miyota KK
Wako KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 [目的] 2軸の角速度の検出ができる小型軽量で組立
性が良くかつ信頼性の高い角速度センサを得る。 [構成] 板状の振動体、および該振動体の片面若しく
は両面に圧電素子を貼付し、該圧電素子には少なくとも
励振用電極と検出用電極を形成し、該振動体にガイドを
設け、支持部材あるいは重錘体あるいは該圧電素子の位
置決めをした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は圧電振動型角速度センサ
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】姿勢制御、位置制御が可能な角速度セン
サは、ビデオカメラの手ぶれ防止や、自動車のナビゲー
ションに使うことを目的に小型化、高性能化の開発が行
われている。角速度センサにもいろいろあるが、サイズ
やコストの面では圧電振動型の角速度センサが有利であ
り、音叉型、音片型(四角柱)、円柱型、三角柱型等が
製品化されている。
【0003】図1は音片型圧電振動角速度センサを説明
するための構造図である。圧電振動型角速度センサの原
理は、振動している振動子の中心軸(Z軸)回りに、回
転角速度(ω0)が加わると、もとの振動方向(X軸)
に対し、直角方向(Y軸)に回転角速度に比例したコリ
オリ力(Fc)が生じる力学現象を利用したもので、駆
動用圧電セラミックを用いてX軸に振動を与え、Y軸に
設けた検出用圧電セラミックによってコリオリ力を電圧
として検出するものである。コリオリ力は一般に次式に
より求められる。 Fc=2m×v×ω0 mは質量、v
は速度、ω0は角速度である。
【0004】振動周波数が同じであればX軸の振幅が大
きいほどY軸変位は大きく、検出電圧(感度)を高める
にはX軸の振幅が大きく、Y軸の検出効率を高めた共振
型振動角速度センサが有利である。音片型振動角速度セ
ンサは共振型であり、感度は高くできるが、駆動辺と検
出辺の振動姿勢を崩さず、共振周波数を正確に調整する
ことが難しく、しかも駆動辺と検出辺の共振特性の不一
致やズレによる顕著な特性変化や高機械的品質係数(Q
m)がゆえに応答速度が遅いなど問題も多い。
【0005】一つの角速度センサーで2軸の角速度を検
出できるものが望まれていたが、この要望に応えるもの
として、振動体の表面に圧電素子を貼付して角速度によ
り圧電素子が変形することで変化する電荷の量を測定し
て角速度を検出するセンサが開発された。図2はその角
速度センサを斜め上から見た分解斜視図である。図3は
同じ角速度センサを斜め下から見た分解斜視図である。
振動体1は中央部に複数のスリット(又は凹部)4が設
けられている。振動体1の上面には、下面に電極6を設
け上面に4つの励振電極を兼ねる検出電極5を設けた圧
電素子2が貼付されている。振動体1の下面には、上面
に電極7を設け下面に帰還電極8を設けた圧電素子3が
貼付されている。帰還電極8の下面には重錘体9が貼付
されセンサ部が構成されている。センサ部は円筒状支持
部材10によりベンディング振動のノード部を固定され
ている。
【0006】電極6と振動体1は電気的に接続されて接
着されているので、振動体と励振電極を兼ねる検出電極
5に交流をかけると圧電素子2が振動し振動体1も一緒
に振動する。円筒状支持部材10で支持しており4つの
励振用電極を兼ねる検出電極5は円筒状支持部材10の
内径より内側に設けてある。円筒状支持部材10は図の
如く2ヵ所をワイヤー11で固定し、ワイヤー11の他
端を基板に固定するものである。
【0007】角速度センサに角速度が作用するとコリオ
リ力により重錘体9が移動することでセンサ部が変形し
検出電極に電荷が発生する。4つの検出電極5に発生す
る電荷の量により角速度の方向と強さが検出できる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】励振周波数を安定させ
るためには、また角速度の検出精度を上げるためにはセ
ンサ部のノード部を支持部材によって正確に支持するこ
とと、センサ部を構成する振動体と圧電素子と重錘体は
お互いの位置関係を正確に決めてやることが重要であ
る。組立位置精度を上げるための組立装置は複雑にな
り、その装置費用が高くなる。本発明は各部品それ自体
によりお互いの位置決めが正確にできることで課題を解
決しようとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は従来の角速度セ
ンサの課題を解決するためのものであり、小型であり軽
量、組立性の良い安価で信頼性の高い角速度センサを提
供する。
【0010】板状の振動体、および該振動体の片面若し
くは両面に圧電素子を貼付し、該圧電素子には少なくと
も励振用電極と検出用電極を形成し、重錘体を設け、ノ
ード部を支持する支持部材を有する角速度センサにおい
て、該振動体のノード部の近傍にガイドを設け、該支持
部材がノード部を押さえるように位置決めされ固定され
る。また前記振動体にさらにガイドを設け、前記重錘体
または前記圧電素子が該ガイドにより位置決めされる。
このようにして各部品の相互の位置決めが部品自体によ
りなされることになる。
【0011】
【実施例】本発明を図面に基き詳細に説明する。図4は
本発明の第一実施例で断面図である。図5は本発明の第
一実施例で下面図である。振動体21は中央部に複数の
スリット(又は凹部)が設けられ、ノード部の近傍で外
側にガイド32が設けられている。ガイド32は振動体
21にエッチング加工を施して舌状部を4カ所作り、該
舌状部を折り曲げて形成した。振動体21は金属材料を
用いた。振動体21の上面には、下面に電極26を設け
上面に4つの励振電極を兼ねる検出電極25を設けた圧
電素子22が貼付されている。振動体21の下面には、
上面に電極27を設け下面に帰還電極28を設けた圧電
素子23が貼付されている。帰還電極28の下面には重
錘体29が貼付されセンサ部が構成されている。ガイド
32により円筒状支持部材30はその外径をガイドされ
て位置決めされ、前記センサ部のベンディング振動のノ
ード部に接着固定されている。
【0012】電極26と振動体21は電気的に接続され
て接着されているので、振動体と励振電極を兼ねる検出
電極25に交流をかけると圧電素子22が振動し振動体
21も一緒に振動する。円筒状支持部材30で支持して
おり4つの励振用電極を兼ねる検出電極25は円筒状支
持部材30の内径より内側に設けてある。円筒状支持部
材30は図2の如く2ヵ所をワイヤーで固定し(図示は
していない)、ワイヤーの他端を基板に固定するもので
ある。
【0013】角速度センサに角速度が作用するとコリオ
リ力により重錘体29が移動することでセンサ部が変形
し検出電極に電荷が発生する。4つの検出電極25に発
生する電荷の量により角速度の方向と強さが検出でき
る。
【0014】図6は本発明の第二実施例で断面図であ
る。第二実施例は、第一実施例で用いた振動体21にか
え振動体41を用いて構成されたものである。振動体4
1は円盤状をしており中央部に複数のスリット(又は凹
部)が設けられノード部の近傍で外側にガイド42が設
けられている。振動体41は金属材料を使った。ガイド
42はプレス加工により振動体41の中心に対し同心円
上に円環状に設けた。ガイド42により円筒状支持部材
30はその外径をガイドされて位置決めされ、第一実施
例で説明したセンサ部のベンディング振動のノード部に
接着固定されている。
【0015】図7は本発明の第三実施例で断面図であ
る。振動体51は円盤状をしており中央部に複数のスリ
ット(又は凹部)が設けられ、ノード部の近傍で外側に
ガイド62、他の位置にガイド63、64が設けられて
いる。振動体51は金属材料を用いた。ガイド62、6
3、64はプレス加工により振動体51の中心に対し同
心円上に円環状に設けた。振動体51の上面には、下面
に電極56を設け上面に4つの励振電極を兼ねる検出電
極55を設けた圧電素子52がガイド64により位置決
めされて貼付されている。振動体51の下面には、上面
に電極57を設け下面に帰還電極58を設けたいわゆる
ドーナツ状をした圧電素子53がガイド63により位置
決めされて貼付されている。振動体51の下面には重錘
体59がガイド63により位置決めされて貼付されセン
サ部が構成されている。ガイド62により円筒状支持部
材60はその外径をガイドされて位置決めされ、前記セ
ンサ部のベンディング振動のノード部に接着固定されて
いる。
【0016】電極56と振動体51は電気的に接続され
て接着されているので、振動体と励振電極を兼ねる検出
電極55に交流をかけると圧電素子52が振動し振動体
51も一緒に振動する。円筒状支持部材60で支持して
おり4つの励振用電極を兼ねる検出電極55は円筒状支
持部材60の内径より内側に設けてある。円筒状支持部
材60は図2の如く2ヵ所をワイヤーで固定し(図示は
していない)、ワイヤーの他端を基板に固定するもので
ある。
【0017】角速度の検出は第一実施で説明してあるも
のと同じであるので、ここでは省略する。
【0018】
【発明の効果】本発明は前記のような構成にすることで
次のような効果が生じる。 1 振動体にガイドを設けることで各部品を正確に位置
決めでき、複雑な組立装置が不要となる。 2 各部品を正確に位置決めできることにより、励振
周波数が安定し角速度の検出能力も上がる。
【図面の簡単な説明】
【図1】音片型圧電振動角速度センサを説明するための
構造図
【図2】本発明に係る角速度センサの従来例を斜め上か
ら見た分解斜視図
【図3】本発明に係る角速度センサを従来例を斜め下か
ら見た分解斜視図
【図4】本発明に係る角速度センサの第一実施例で断面
【図5】本発明に係る角速度センサを第一実施例で下面
【図6】本発明に係る角速度センサの第二実施例で断面
【図7】本発明に係る角速度センサの第三実施例で断面
【符号の説明】
1 振動体 2 圧電素子 3 圧電素子 4 スリット 5 励振電極を兼ねる検出電極 6 電極 7 電極 8 帰還電極 9 重錘体 10 円筒状支持部材 11 ワイヤ 21 振動体 22 圧電素子 23 圧電素子 25 励振電極を兼ねる検出電極 26 電極 27 電極 28 帰還電極 29 重錘体 30 円筒状支持部材 32 ガイド 41 振動体 42 ガイド 51 振動体 52 圧電素子 53 圧電素子 55 励振電極を兼ねる検出電極 56 電極 57 電極 58 帰還電極 59 重錘体 60 円筒状支持部材 62 ガイド 63 ガイド 64 ガイド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 並木 智雄 長野県北佐久郡御代田町大字御代田4107番 地5 ミヨタ株式会社内 (72)発明者 重田 利靖 長野県北佐久郡御代田町大字御代田4107番 地5 ミヨタ株式会社内 (72)発明者 畠山 稔 長野県北佐久郡御代田町大字御代田4107番 地5 ミヨタ株式会社内 (72)発明者 岡田 和廣 埼玉県上尾市菅谷4丁目73番地

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 板状の振動体、および該振動体の片面若
    しくは両面に圧電素子を貼付し、該圧電素子には少なく
    とも励振用電極と検出用電極を形成し、重錘体を設け、
    ノード部を支持する支持部材を有する角速度センサにお
    いて、該振動体にガイドを設け、該支持部材が該ガイド
    により位置決めされてなることを特徴とする角速度セン
    サ。
  2. 【請求項2】 振動体にガイドを設け重錘体が該ガイド
    により位置決めされてなる請求項1の角速度センサ。
  3. 【請求項3】 振動体にガイドを設け圧電素子が該ガイ
    ドにより位置決めされてなる請求項1の角速度センサ。
JP7100324A 1995-03-31 1995-03-31 角速度センサ Pending JPH08271267A (ja)

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JP7100324A JPH08271267A (ja) 1995-03-31 1995-03-31 角速度センサ

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