JPH08271267A

JPH08271267A - 角速度センサ

Info

Publication number: JPH08271267A
Application number: JP7100324A
Authority: JP
Inventors: 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
Original assignee: Miyota KK; Wako KK
Current assignee: Miyota KK; Wako KK
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1995-03-31
Publication date: 1996-10-18

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

【図５】本発明に係る角速度センサを第一実施例で下面
図

【図６】本発明に係る角速度センサの第二実施例で断面
図

【図７】本発明に係る角速度センサの第三実施例で断面
図

【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

【特許請求の範囲】

【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。
【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。
【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。