JPH09166444A

JPH09166444A - 角速度センサ

Info

Publication number: JPH09166444A
Application number: JP7330002A
Authority: JP
Inventors: Jiro Terada; 二郎寺田; Masami Tamura; 雅巳田村; Hiroshi Senda; 博史千田; Masakazu Hatanaka; 正数畑中; Masaharu Ushihara; 正晴牛原; Masayoshi Murakami; 昌良村上; Hideyuki Shimizu; 英行清水
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-12-19
Filing date: 1995-12-19
Publication date: 1997-06-24
Anticipated expiration: 2015-12-19
Also published as: JP3360510B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、角速度信号を精度良く検出特性を
高めることを目的とする。【解決手段】中間電極を介して重合させられたコ字状
の第１、第２の圧電体４，５の少なくとも一方の音叉ア
ーム４ａ，５ａを重合させられた厚み方向と同一方向に
第１、第２の圧電体を分極した音叉アーム構造とし、こ
の音叉アームの対角線上に設けた駆動電極７，１５と
９，１３間に逆相の駆動信号を供給するように構成した
ことにより、駆動信号は検出電極に廻りこむことが無
く、検出電極８，１１，１４，１７に検出される検出信
号に駆動信号が混入されることがなく、角速度信号の検
出能力を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、航空機、自動車、
ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲー
ション等に利用できる振動型角速度センサ、あるいはス
チルカメラやビデオカメラ等の手振れ防止用、遠隔操作
用のリモコン用等に用いられる角速度センサに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】この種の角速度センサにおいては、コ字
状の振動部材に圧電体を貼り付けることにより、駆動部
と検出部とを構成し、前記駆動部の圧電体素子の電極に
単一の駆動電源から供給した信号により圧電体の音叉ア
ームを駆動し、この駆動により検出部に発生したコリオ
リの力を検出部の圧電体により角速度信号として抽出す
るように構成している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の構成において
は、検出電極から取り出される信号には角速度信号以外
に駆動信号により誘起される成分が混入しているので、
混入信号を分離する回路が必要となる。この場合、角速
度信号以外の信号分離が完全には出来ず、どうしても、
その一部が残り、これがノイズ成分となって検出特性を
高めることが難しいという課題を有していた。

【０００４】そこで、本発明は、駆動信号による上記ノ
イズ成分の影響を排除し、角速度信号の検出特性を高め
ることを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の角速度センサにおいては、中間電極を介して
重合させられたコ字状の第１、第２の圧電体と、前記第
１の圧電体の少なくとも一方の音叉アームの中間電極の
反対側の面に設けた第１、第２の駆動電極および第３の
検出電極と、前記第１、第２の駆動電極と第３の検出電
極とが設けられた音叉アームに対向する前記第２の圧電
体の音叉アームにおける中間電極とは反対側の面に設け
た第４、第５の駆動電極と第６の検出電極とを備え、前
記第１、第２、第４、第５の駆動電極の内、中間電極を
介して対角線上にある第１、第５の駆動電極には第１の
駆動電源を接続し、同様に中間電極を介して対角線上に
ある第２、第４の駆動電極には前記第１の駆動電源とは
逆相となる信号を供給するように第２の駆動電源を接続
し、かつ、前記コ字状の第１、第２の圧電体の少なくと
も一方の音叉アームは重合させられた厚み方向と同一方
向に第１、第２の圧電体を分極した音叉アーム構造とし
たものである。

【０００６】この発明によれば、駆動信号による上記ノ
イズ成分の影響を排除でき、角速度信号の検出特性を高
めることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、中間電極を介して重合させられたコ字状の第１、第
２の圧電体と、前記第１の圧電体の少なくとも一方の音
叉アームの中間電極の反対側の面に設けた第１、第２の
駆動電極および第３の検出電極と、前記第１、第２の駆
動電極と第３の検出電極とが設けられた音叉アームに対
向する前記第２の圧電体の音叉アームにおける中間電極
とは反対側の面に設けた第４、第５の駆動電極と第６の
検出電極とを備え、前記第１、第２、第４、第５の駆動
電極の内、中間電極を介して対角線上にある第１、第５
の駆動電極には第１の駆動電源を接続し、同様に中間電
極を介して対角線上にある第２、第４の駆動電極には前
記第１の駆動電源とは逆相となる信号を供給するように
第２の駆動電源を接続し、かつ、前記コ字状の第１、第
２の圧電体の少なくとも一方の音叉アームは重合させら
れた厚み方向と同一方向に第１、第２の圧電体を分極し
た音叉アーム構造とした角速度センサであり、単一の圧
電体上で駆動電極と検出電極とを分離させることにより
駆動側から検出側へのノイズ成分の混入の影響を低減さ
せる作用が得られる。

【０００８】本発明の請求項２に記載の発明は、前記駆
動電極および検出電極は他方の音叉アームにも同様に設
け、左右の音叉アームの分極方向は互いに反対方向であ
る角速度センサであり、駆動および検出に関して音叉の
運動方向と電極からの電気信号の極性をあらかじめ決定
することができる。

【０００９】本発明の請求項３に記載の発明は、前記駆
動電極および検出電極は他方の音叉アームにも同様に設
け、左右の音叉アームの分極方向は互いに同一方向であ
る角速度センサであり、駆動および検出に関して前記同
様に音叉の運動方向と電極からの電気信号の極性をあら
かじめ決定することができる。

【００１０】本発明の請求項４に記載の発明は、前記駆
動電極および検出電極を設けた部分にのみ分極処理を施
した角速度センサであり、音叉アームが駆動した場合、
電極近傍しか分極処理を行っていないため不要な振動成
分によって生じるノイズ成分を非常に少なくする作用を
有する。

【００１１】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図４を用いて説明する。（実施の形態１）図１、図２、図３は本発明の角速度セ
ンサの第１の実施形態を示す。図１において、１は下面
が開口した鉄製のキャップであり、その表裏面にはニッ
ケルメッキが設けられている。このキャップ１の下面の
開口部には、円盤状のベース２が嵌合され、これにより
キャップ１内は密閉空間となる。この密閉空間内にキャ
ップ１の内面と非接触状態で検出素子３が配置されてお
り、この検出素子３はベース２上に接着剤により立設さ
れて固定されている。前記検出素子３は、図１、図２に
示す様にコ字状の第１、第２の圧電体４，５を同じくコ
字状をしたＡｇ−Ｐｇ系の中間電極６を介して重合さ
せ、一体焼成することにより形成されたものである。ま
た、前記第１、第２の圧電体４，５のそれぞれの音叉ア
ーム４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂの中間電極６とは反対の
面、つまり外部に表出している面には縦長形状のＡｇ−
Ｐｄ系の電極７，８，９，１０，１１，１２，１３，１
４，１５，１６，１７，１８を印刷し、焼き付けにより
設けている。これらの電極の内、７，９，１３，１５が
駆動電極、１０，１２，１６，１８がモニタ電極となっ
ている。すなわち、図２に示す様に音叉アーム４ａ，５
ａの重合体において、中間電極６を介して対角線上にあ
る駆動電極７，１５には第１の駆動電源１９が接続さ
れ、また、それにクロスする対角線上の駆動電極９，１
３には第２の駆動電源２０が接続されている。これらの
第１、第２の駆動電源１９，２０はそれぞれ駆動電極
７，１５及び９，１３に音叉共振をさせるための交流信
号（音叉共振周波数）を供給するのであるが、これら第
１、第２の駆動電源１９，２０から供給される信号は逆
相状態となっている。

【００１２】また、モニタ側となる音叉アーム４ｂ，５
ｂにおいては対角線上のモニタ電極１０，１８が共に接
地端子に接続され、それにクロスする対角線上のモニタ
電極１２，１６はモニタ検出端子２１に接続されてい
る。また中間電極６は接地端子２２に接続されている。
さらに、検出電極８，１１は検出端子２５ａに、検出電
極１４，１７は検出端子２５ｂにそれぞれ接続してい
る。図１はこれらの電気的接続状態を示す斜視図であっ
て、２３，２４が電源端子であり、それぞれリード線Ａ
により接続されている。なお、接地端子２２と中間電極
６を接続したリード線Ａは、音叉アーム４ａ，４ｂ，５
ａ，５ｂよりも下方において中間電極６と接続されてい
る。

【００１３】以上のような構成において、音叉アーム４
ａ，５ａは図２に示す様にその厚さ方向に対して同方向
に電界強度３ｋＶ／ｍｍで分極し、また、音叉アーム４
ｂ，５ｂもそれとは反対方向ではあるが、厚み方向に同
じ方向に電界強度３ｋＶ／ｍｍで分極した。図２におい
て、分極方向はＰ１，Ｐ２で示している。

【００１４】上記の構成において、前記第１、第２の駆
動電源１９，２０から駆動電極７，１５，９，１３に信
号が供給されると、音叉アーム４ａ，５ａは図２におけ
る横方向に振動することになり、これに呼応するごとく
音叉アーム４ｂ，５ｂも共振して横方向に振動すること
になる。この点について具体的に以下に説明すると、
今、仮に、ある時点において、音叉アーム４ａ，５ａの
内面側の駆動電極９，１５部分には正相と逆相の信号が
加えられ、これを分極方向Ｐ１から見ると駆動電極９に
は負電界、駆動電極１５には正電界が加えられ、これは
両方の音叉アーム４ａ，５ａ共に図２における下面側、
つまり、分極方向とは反対側に負の電界印加となるの
で、この結果として音叉アーム４ａ，５ａの内面側、即
ち、音叉アーム４ｂ，５ｂ側が縮み、内方側、即ち図２
の右側に向けて屈曲する。逆に音叉アーム４ａ，５ａの
外側においては、駆動電極７，１３から分極方向に対し
て同じ方向の電界が印加されるので伸長作用が起り、こ
の結果、この時点では音叉アーム４ａ，５ａは内方に屈
曲する。この時、音叉アーム４ｂ，５ｂはそれに呼応し
て音叉アーム４ａ，５ａ側に屈曲する。

【００１５】しかし、次の時点つまり、第１、第２の駆
動電源１９，２０から供給される信号が反転すれば、逆
に、音叉アーム４ａ，５ａ，４ｂ，５ｂは共に外方に屈
曲し、共振振動することになる。

【００１６】次に、この様な内外方への振動を繰り返し
ている状況において角速度が加えられると、コリオリ力
の原理で音叉アーム４ａ，５ａ，４ｂ，５ｂは厚み方向
にたわみ、そのたわみ程度が角速度信号として検出電極
８，１１，１４，１７、検出端子２５を介して取り出さ
れることになる。

【００１７】たとえば、今、音叉アーム４ａの図２にお
ける下面側が伸び、音叉アーム５ａの図２における上面
側が縮む方向に音叉アーム４ａ，５ａがたわむとする
と、検出電極８にはその分極方向であって、直交する方
向で伸び、正電荷が発生し、検出電極１４には分極方向
とは逆で直交方向で縮むこととなり、同じく正電荷が発
生することになる。この時、中間電極６が接する音叉ア
ーム４ａ，５ａの部分には負電荷が発生し、これが検出
端子２５から取り出されることになるのである。角速度
が加わることにより、逆に音叉アーム４ａ，５ａが検出
電極１４側が伸び、検出電極８側が縮む場合、検出端子
２５には負電荷が取りだされることになる。そして、音
叉アーム４ａ，５ｂにおいても同様の理論により、正ま
たは負の電荷が発生し、検出端子２５に電荷が取り出さ
れることになる。

【００１８】また、駆動時において音叉アーム４ａ，５
ａ，４ｂ，５ｂを駆動する信号は、音叉アーム４ａ，５
ａ，４ｂ，５ｂの駆動には供給されるが、信号成分とし
ては互いにキャンセルされ、よって、この駆動信号が中
間電極６を介して接地されており、駆動側と検出側とは
分離している為、検出側へ駆動信号が混入されることは
ない。

【００１９】図３はその回路図を示し、検出端子２５は
増幅器２６とコンデンサＣ１で構成したチャージアンプ
の反転入力端子に入力される。前記チャージアンプの出
力端子３２には同期検波回路２７、フィルタ２８が接続
され、最終的には出力端子２９へと接続されている。
尚、抵抗器Ｒ１，Ｒ２と可変抵抗器Ｒｘと増幅器３０で
構成した反転増幅器は、第１、第２の駆動電源１９，２
０を作るためのものである。３１は音叉の振幅を安定さ
せるためのＡＧＣアンプである。

【００２０】（実施の形態２）図４は本発明の角速度セ
ンサの第２の実施形態を示し、この実施形態においては
音叉アーム４ｂ，５ｂの分極方向Ｐ３を分極方向Ｐ１と
同じ方向に変更したものである。

【００２１】従って、この場合、図２に示す場合の様に
音叉アーム４ａ，５ａと４ｂ，５ｂのコリオリ信号成分
を合算して取り出すことができないので、検出電極８，
１４と検出電極１１，１７とに左右の音叉アーム毎に分
離させ、即ち、検出電極８，１４により得た信号成分の
合算２５ａと、検出電極１１，１７により得た信号成分
の合算２５ｂとに分離させ、一方の音叉アームより得ら
れる信号成分２５ａを反転させた後に他方の音叉アーム
からの信号成分２５ｂを合算する様にしたものである。

【００２２】

【発明の効果】以上の様に本発明の角速度センサは、中
間電極を介して重合させられたコ字状の第１、第２の圧
電体と、前記第１の圧電体の少なくとも一方の音叉アー
ムの中間電極の反対側の面に設けた第１、第２の駆動電
極および第３の検出電極と、前記第１、第２の駆動電極
と第３の検出電極とが設けられた音叉アームに対向する
前記第２の圧電体の音叉アームにおける中間電極とは反
対側の面に設けた第４、第５の駆動電極と第６の検出電
極とを備え、前記第１、第２、第４、第５の駆動電極の
内、中間電極を介して対角線上にある第１、第５の駆動
電極には第１の駆動電源を接続し、同様に中間電極を介
して対角線上にある第２、第４の駆動電極には前記第１
の駆動電源とは逆相となる信号を供給するように第２の
駆動電源を接続し、かつ、前記、コ字状の第１、第２の
圧電体の少なくとも一方の音叉アームは重合させられた
厚み方向と同一方向に第１、第２の圧電体を分極した音
叉アーム構造としたことにより、音叉アームを駆動する
信号成分は音叉駆動として働くが、駆動側と検出側とが
完全に分離し、この駆動信号が電極を介して検出される
検出信号に混入されることはない。この結果、角速度の
検出能力を高精度に高めることができる。

【００２３】さらに、左右の音叉アームの分極方向は互
いに反対方向とすることにより、左右の音叉アームで得
たコリオリの力は検出電極上の信号と同相となるため、
信号の合算が検出電極上で処理されるので、合算回路は
不要となって非常に簡単となる。

【００２４】また、左右の音叉アームの分極方向を同一
とすることによっても検出電極８，１４と検出電極１
１，１７とを分離し、一方の音叉アームより得られた信
号成分を反転させた後にそれぞれの音叉アームより得た
信号成分を合算することにより角速度の検出能力を高め
る事ができる。

【００２５】さらには、分極の部位として駆動・検出部
に設けた電極部分に分極処理を施すことにより、音叉ア
ームが駆動した場合、電極近傍しか分極処理を行ってい
ないため不要な振動成分によって生じるノイズ成分を非
常に少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の角速度センサの第１の実施形態を示す
組立斜視図

【図２】同センサの要部を示す模式図

【図３】同センサの回路図

【図４】本発明の角速度センサの第２の実施形態の要部
を示す模式図

【符号の説明】

４ａ音叉アーム４ｂ音叉アーム５ａ音叉アーム５ｂ音叉アーム６中間電極７駆動電極８検出電極９駆動電極１０モニタ電極１１検出電極１２モニタ電極１３駆動電極１４検出電極１５駆動電極１６モニタ電極１７検出電極１８モニタ電極Ｐ１，Ｐ２分極方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者畑中正数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 (72)発明者清水英行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

【特許請求の範囲】

【請求項１】中間電極を介して重合させられたコ字状
の第１、第２の圧電体と、前記第１の圧電体の少なくと
も一方の音叉アームの中間電極の反対側の面に設けた第
１、第２の駆動電極および第３の検出電極と、前記第
１、第２の駆動電極と第３の検出電極とが設けられた音
叉アームに対向する前記第２の圧電体の音叉アームにお
ける中間電極とは反対側の面に設けた第４、第５の駆動
電極と第６の検出電極とを備え、前記第１、第２、第
４、第５の駆動電極の内、中間電極を介して対角線上に
ある第１、第５の駆動電極には第１の駆動電源を接続
し、同様に中間電極を介して対角線上にある第２、第４
の駆動電極には前記第１の駆動電源とは逆相となる信号
を供給するように第２の駆動電源を接続し、かつ、前記
コ字状の第１、第２の圧電体の少なくとも一方の音叉ア
ームは重合させられた厚み方向と同一方向に第１、第２
の圧電体を分極した音叉アーム構造としたことを特徴と
する角速度センサ。
【請求項２】前記駆動電極は他方の音叉アームにも同
様に設け、左右の音叉アームの分極方向は互いに反対方
向であることを特徴とする請求項１記載の角速度セン
サ。
【請求項３】前記駆動電極は他方の音叉アームにも同
様に設け、左右の音叉アームの分極方向は互いに同一方
向であることを特徴とする請求項１記載の角速度セン
サ。
【請求項４】前記駆動電極を設けた部分にのみ分極処
理を施したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに
記載の角速度センサ。