JPH08304079A - 角速度センサ - Google Patents

角速度センサ

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JPH08304079A
JPH08304079A JP7129548A JP12954895A JPH08304079A JP H08304079 A JPH08304079 A JP H08304079A JP 7129548 A JP7129548 A JP 7129548A JP 12954895 A JP12954895 A JP 12954895A JP H08304079 A JPH08304079 A JP H08304079A
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JP
Japan
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piezoelectric element
vibrating body
angular velocity
electrode
axis
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Pending
Application number
JP7129548A
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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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
性が良くかつ検出精度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、該振動体および該圧
電素子に直線部あるいは切り欠き部を設けあるいはその
外形を多角形にした。

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2
の如く2ヵ所をワイヤ11で固定し、ワイヤ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】通常、ある軸まわりの
角速度を正確に検出するために角速度センサはそのセン
サ筐体を被測定物に対し所定の位置関係を維持して固定
される。もし、その位置関係が崩れた場合は角速度セン
サの被測定物に対する取付角度がずれてしまうため検出
された角速度の値は正しい値とならない。角速度センサ
自体の問題としては角速度センサのセンサ筐体とセンサ
部とで所定の位置関係が保たれない場合はお互いの取り
付け角度がずれて検出精度が悪くなる。特に2軸の角速
度を検出する角速度センサにおいてはその影響は大き
い。2軸の角速度の検出精度を上げるためには検出電
極、センサ筐体、被測定物の位置関係を所定の位置に正
確に決めてやらなければならない。また振動体と圧電素
子との位置がずれると励振周波数が安定しないという不
都合が生じる。本発明は検出電極と圧電素子と振動体と
の位置関係と、それらと重錘体で構成されるセンサ部と
センサ筐体との位置関係を正確に決めてやることで課題
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、検出精度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、該振動体および該圧電素子に直線部を設けること、
あるいは多角形にすること、あるいは切り欠き部を設け
ることで、該直線部、あるいは該多角形の直線部分、ま
たは該切り欠き部を利用して位置決めをし、検出電極と
圧電素子と振動体との位置関係と、それらと重錘体で構
成されるセンサ部とセンサ筐体とを所定の位置関係に正
確に位置決めをして固定する。
【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上面図である。図5は本発明の第
一実施例で断面図である。2軸の直交座標系(X,Y)
を図4のように定める。振動体21は、円盤形振動体の
面上の中心21eを前記座標系の原点に一致させY軸に
平行で(−l,0)を通る直線21aで切断した形状を
している。圧電素子22は振動体21と外形は同形状を
している。すなわち、直径が振動体21と同じ円盤形圧
電素子の面上の中心22eを前記座標系の原点に一致さ
せY軸に平行で(−l,0)を通る直線22aで切断し
た形状をしている。圧電素子23も振動体21と外形は
同形状である。すなわち、直径が振動体21と同じ円盤
形圧電素子の面上の中心23eを前記座標系の原点に一
致させY軸に平行で(−l,0)を通る直線23aで切
断した形状をしている。圧電素子22の上面には4分円
状をした4つの励振電極を兼ねる検出電極25が中心2
2eに関して点対称で、かつ、X軸、Y軸に関して線対
称に形成され軸上に配置されている。圧電素子22の下
面には電極26が形成されている。圧電素子23は、上
面には電極27が形成され、下面には帰還電極28が形
成されている。4つの励振電極を兼ねる検出電極25、
電極26は圧電素子22の外形の全周あるいは直線22
aを含み複数箇所をガイドすることで所定の位置関係を
保ちながら形成した。電極27、帰還電極28について
も圧電素子23の外形の全周あるいは直線23aを含み
複数箇所をガイドすることで所定の位置関係を保ちなが
ら形成した。振動体21の上面には圧電素子22の下面
が、下面には圧電素子23の上面が直線21a、22
a、23aおよび円周部分が一致するようにジグを用い
て位置決めして貼付し、さらに帰還電極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。前記
センサ部は円筒状支持部材30aによりベンディング振
動のノード部を固定されている。
【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30a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30aの内径より内側に設けてある。円筒状支
持部材30a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】前記センサ部は直線21a、22a、23
aと、センサ筐体31の端面31aとをジグによって方
向を一致させて位置決め固定されている。このようにし
て、検出電極と圧電素子、圧電素子と振動体あるいはセ
ンサ筐体とを所定の位置関係に正確に決めることができ
るようになった。
【0015】図6は本発明の第二実施例で上面図であ
る。図7は本発明の第二実施例で断面図である。これは
振動体および圧電素子を多角形にした例である。励振、
検出の原理は第一実施例と同じであるので、その説明は
省略する。2軸の直交座標系(X,Y)も第一実施例で
用いた座標系と同じに設定する。
【0016】振動体41は、円盤形振動体の面上の中心
41eを前記座標系の原点に一致させ、Y軸に平行で
(−m,0)を通る直線41a、(m,0)を通る直線
41c、X軸に平行で(0,−m)を通る直線41b、
(0,m)を通る直線41dで切断した形状をしてい
る。圧電素子42は振動体41と外形は同形状をしてい
る。すなわち、直径が振動体41と同じ円盤形圧電素子
の面上の中心42eを前記座標系の原点に一致させ、Y
軸に平行で(−m,0)を通る直線42a、(m,0)
を通る直線42c、X軸に平行で(0,−m)を通る直
線42b、(0,m)を通る直線42dで切断した形状
をしている。圧電素子43も振動体41と外形は同形状
である。すなわち、直径が振動体41と同じ円盤形圧電
素子の面上の中心43eを前記座標系の原点に一致さ
せ、Y軸に平行で(−m,0)を通る直線43a、
(m,0)を通る直線43c、X軸に平行で(0,−
m)を通る直線43b、(0,m)を通る直線43dで
切断した形状をしている。圧電素子42の上面には4分
円状をした4つの励振電極を兼ねる検出電極45が中心
42eに関して点対称で、かつ、X軸、Y軸に関して線
対称に形成され軸上に配置されている。圧電素子42の
下面には電極46が形成されている。圧電素子43は、
上面には電極47が形成され、下面には帰還電極48が
形成されている。4つの励振電極を兼ねる検出電極4
5、電極46は圧電素子42の外形の全周あるいは直線
42a、42bをガイドすることで所定の位置関係を保
ちながら形成した。電極47、帰還電極48についても
圧電素子43の外形の全周あるいは直線43a、43b
をガイドすることで所定の位置関係を保ちながら形成し
た。位置決めをするにあたり、このほかの直交する直線
の組を用いても、もちろんかまわない。振動体41の上
面には圧電素子42の下面が、下面には圧電素子43の
上面が直線41a、42a、43aおよび41b、42
b、43bが一致するようにジグを用いて位置決めして
貼付し、さらに帰還電極48の下面には重錘体が貼付さ
れセンサ部が構成されている。前記センサ部は円筒状支
持部材30bによりベンディング振動のノード部を固定
されている。円筒状支持部材30bは図2の如く2ヵ所
をワイヤで固定し(図示はしていない)、ワイヤの他端
を基板に固定するものである。
【0017】前記センサ部は直線41a、42a、43
aと、センサ筐体31の端面31aとをジグによって方
向を一致させて位置決め固定されている。このようにし
て、検出電極と圧電素子、圧電素子と振動体あるいはセ
ンサ筐体とを所定の位置関係に正確に決めることができ
るようになった。多角形としたことで、任意の直線ある
いは直線の組み合わせを利用して位置決め、組立ができ
る。また形状は対称な部分が多いため励振周波数が安定
する。円盤形の振動体、円盤形の圧電素子と比較して多
角形の振動体と多角形の圧電素子は部品として材料より
多数とることができ安価になる。
【0018】図8は本発明の第三実施例で上面図であ
る。図9は本発明の第四実施例で上面図である。振動体
および圧電素子に切り欠き部を設けた例である。第四実
施例は第三実施例の切り欠き部形状を円状にしたもので
その他は第三実施例と同じである。従って、ここでは第
三実施例についてのみ説明をする。各部材の構成および
励振、検出の原理は第一実施例と同じであるので、その
説明は省略する。2軸の直交座標系(X,Y)も第一実
施例で用いた座標系と同じに設定する。
【0019】振動体51は、円盤形振動体の面上の中心
51eを前記座標系の原点に一致させ切り欠き部51a
を鋭部の交点51bが(−p,0)上を通るように切り
欠いて形成した。圧電素子52は振動体51と外形は同
形状をしている。すなわち、直径が振動体51と同じで
円盤形圧電素子の面上の中心52eを前記座標系の原点
に一致させ切り欠き部52aを鋭部の交点52bが(−
p,0)上を通るように切り欠いて形成した。圧電素子
53も振動体51と外形は同形状である。すなわち、直
径が振動体51と同じで円盤形圧電素子の面上の中心5
3eを前記座標系の原点に一致させ切り欠き部53aを
鋭部の交点53bが(−p,0)上を通るように切り欠
いて形成した。圧電素子52の上面には4分円状をした
4つの励振電極を兼ねる検出電極55が中心52eに関
して点対称で、かつ、X軸、Y軸に関して線対称に形成
され軸上に配置されている。圧電素子52の下面には電
極56が形成されている。圧電素子53は、上面には電
極57が形成され、下面には帰還電極58が形成されて
いる。4つの励振電極を兼ねる検出電極55、電極56
は圧電素子52の外形の全周あるいは切り欠き部52a
を含み複数箇所をガイドすることで所定の位置関係を保
ちながら形成した。電極57、帰還電極58についても
圧電素子53の外形の全周あるいは切り欠き部53aを
含み複数箇所をガイドすることで所定の位置関係を保ち
ながら形成した。振動体51の上面には圧電素子52の
下面が、下面には圧電素子53の上面が切り欠き部51
a、52a、53a及び円周部分を一致するようにジグ
を用いて位置決めして貼付し、さらに帰還電極58の下
面には重錘体が貼付されセンサ部が構成されている。前
記センサ部は円筒状支持部材によりベンディング振動の
ノード部を固定されている。(振動体51、圧電素子5
3、電極56、電極57、帰還電極58は図示していな
い。) なお、切り欠き部は複数箇所設けてもかまわない。
【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 検出電極との位置関係を正確に決められることで、
2軸の角速度の検出精度が上がる。 2 振動体と圧電素子の位置が正確に決められること
で、励振周波数が安定する。 3 直線部あるいは多角形の直線部分あるいは切り欠き
部を設けそれを利用することで組立が容易である。
【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上面
【図5】本発明に係る角速度センサの第一実施例で断面
【図6】本発明に係る角速度センサの第二実施例で上面
【図7】本発明に係る角速度センサの第二実施例で断面
【図8】本発明に係る角速度センサの第三実施例で上面
【図9】本発明に係る角速度センサを第四実施例で上面
【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 21a 直線 21e 中心 22 圧電素子 22a 直線 22e 中心 23 圧電素子 23a 直線 23e 中心 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 30a 円筒状支持部材 30b 円筒状支持部材 31 センサ筐体 31a 端面 41a 直線 41b 直線 41c 直線 41d 直線 41e 中心 42 圧電素子 42a 直線 42b 直線 42c 直線 42d 直線 42e 中心 43 圧電素子 43a 直線 43b 直線 43c 直線 43d 直線 43e 中心 45 励振電極を兼ねる検出電極 51a 切り欠き部 51b 交点 51e 中心 52 圧電素子 52a 切り欠き部 52b 交点 52e 中心 53a 切り欠き部 53b 交点 53e 中心 55 励振電極を兼ねる検出電極
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、該振動体および該圧電素子が直線部を有することを
    特徴とする角速度センサ。
  2. 【請求項2】振動体および圧電素子が多角形であること
    を特徴とする請求項1の角速度センサ。
  3. 【請求項3】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、該振動体および該圧電素子が切り欠き部を有するこ
    とを特徴とする角速度センサ。
JP7129548A 1995-04-28 1995-04-28 角速度センサ Pending JPH08304079A (ja)

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