JPH0921643A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、角速度センサに関するもので、検
出特性を高めることを目的とする。 【構成】 検出電極６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と、前記第１の圧電体４のい
ずれか一方の音叉アーム４ａの検出電極６とは反対側の
面に設けた第１、第２の駆動電極７，８と、前記第１、
第２の駆動電極７，８が設けられた音叉アーム４ａに対
向する前記第２の圧電体５の音叉アーム５ａにおける検
出電極６とは反対側の面に設けた第３、第４の駆動電極
１１，１２とを備え、前記第１〜第４の駆動電極７，
８，１１，１２の内、前記検出電極６を介して対角線上
にある第１、第４の駆動電極７，１２には第１の駆動電
源１５を供給し、前記第２、第３の駆動電極８，１１に
は第１の駆動電源１５とは逆相関係となる第２の駆動電
源１６を供給するよう構成した。

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、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の角速度センサ、あるいはカメ
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、角速度センサにおいては、コ字
状の圧電体に駆動電極と検出電極を設け、前記駆動電極
に接続した単一の駆動電源から供給した信号により前記
圧電体の音叉アームを駆動し、この駆動時において角速
度信号は前記検出電極から取り出すように構成してい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記構成においては、
前記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、
別個にその混入信号を分離する回路が必要となる。その
場合に問題となるのは、混入信号の分離が完全にはでき
ず、どうしてもその一部が残ってしまい、これがノイズ
となって検出特性を高めることができなかった。

【０００４】本発明は、駆動信号による上記ノイズの影
響を排除し、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】この目的を達成するため
に本発明の角速度センサは、検出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
体のいずれか一方の音叉アームの検出電極とは反対側の
面に設けた第１、第２の駆動電極と、前記第１、第２の
駆動電極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検出電極とは反対側の面に
設けた第３、第４の駆動電極とを備え、前記第１〜第４
の駆動電極の内、前記検出電極を介して対角線上にある
第１、第４の駆動電極には第１の駆動電源を接続し、第
２、第３の駆動電極には前記第１の駆動電源とは逆相と
なる第２の駆動電源を接続したものである。

【０００６】

【作用】上記構成とすれば、音叉アームの対角線上にあ
る前記第１、第４の駆動電極には第１の駆動電源から信
号が供給され、また、前記第２、第３の駆動電極には第
２の駆動電源から前記第１の駆動電源とは逆相の信号が
供給されるので、この音叉アームを駆動する信号は、音
叉アームの駆動には供給されるが信号成分としては互い
にキャンセルされる。よって、この駆動信号が前記検出
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
く、この結果として検出特性を高めることができるもの
である。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の角速度センサの一実施例を示
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、円盤上のベー
ス２が嵌合させられ、これによりキャップ１内は密閉空
間となっている。この密閉空間には前記キャップ１の内
面と非接触状態で角速度センサとしての検出素子３が配
置されている。この検出素子３は前記ベース２上に接着
剤により立設され、固定されている。

【０００８】前記検出素子３は、図１、図２に示すごと
くコ字状の第１、第２の圧電体４，５を同じくコ字状を
したＡｇ−Ｐｄ系の検出電極６を介して重合させ、一体
焼成することにより形成したものである。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の検出電極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系電極
７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４を印刷し、
焼き付けにより設けている。

【０００９】これらの電極の内、７，８，１１，１２が
駆動電極、９，１０，１３，１４がモニタ電極となって
いる。即ち、図２に示すごとく前記音叉アーム４ａ，５
ａの重合体において、検出電極６を介して対角線上にあ
る駆動電極７，１２には第１の駆動電源１５が接続さ
れ、また、それにクロスする対角線上の駆動電極８，１
１には第２の駆動電源１６が接続されている。これらの
第１、第２の駆動電源１５，１６としては、それぞれ駆
動電極７，１２及び８，１１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
れらの第１、第２の駆動電源１５，１６から供給される
信号は逆相状態となっている。

【００１０】また、モニタ側となる音叉アーム４ｂ，５
ｂにおいては、対角線上の電極９，１４が共にアース端
子に接続され、それにクロスする対角線上の電極１０，
１３はモニタ検出端子１７に接続されている。さらに、
前記検出電極６は検出端子１８に接続されている。

【００１１】図１は、これらの電気的接続状態を示す斜
視図であって、１９，２０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、検出端子１８
と検出電極６を接続したリード線Ａは、音叉アーム４
ａ，４ｂ，５ａ，５ｂよりも下方において検出電極６と
接続されている。

【００１２】以上のような構成において、音叉アーム４
ａ，５ａは図２に示すごとくその厚さ方向に対して同方
向に分極されており、また、音叉アーム４ｂ，５ｂもそ
れとは反対方向であるが同方向に分極されている。この
図２においては、分極方向はＰ₁，Ｐ₂で示している。

【００１３】上記構成において、第１、第２の駆動電源
１５，１６から駆動電極７，８，１１，１２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。

【００１４】この点について今少し具体的に説明する
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８，１２部分には逆相の信号が加え
られ、これを分極方向Ｐ₁から見ると駆動電極８には負
電界、駆動電極１２には正電界が加えられ、これは両音
叉アーム４ａ，５ａ共図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（音叉アーム４
ｂ，５ｂ側）が縮み、内方（図２の右側）に向けて屈曲
しようとする。逆に音叉アーム４ａ，５ａの外側におい
ては、駆動電極７，１１から分極方向に対して同方向の
電界が印加されるので伸長作用が起こり、この結果とし
てこの時点では音叉アーム４ａ，５ａは内方に屈曲する
ことになる。この時、音叉アーム４ｂ，５ｂはそれに呼
応して音叉アーム４ａ，５ｂ側に屈曲することになるの
である。

【００１５】しかし、次の時点つまり第１、第２の駆動
電源１５，１６から供給される信号が反転すれば、今度
は逆に音叉アーム４ａ，５ａ，４ｂ，５ｂは共に外方に
屈曲し、共振振動することになるのである。

【００１６】そして、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６、検出端子１８を介して取り出されることになる。

【００１７】例えば今、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がたわんだとすると、
駆動電極７，８にはその分極方向であって、直交する方
向で伸びていることとなるので正電荷が発生し、駆動電
極１１，１２には分極方向とは逆で直交方向で縮んでい
ることとなるので、同じく正電荷が発生することにな
る。この時、検出電極６が接する音叉アーム４ａ，５ａ
の部分には負電荷が発生し、同じく音叉アーム４ｂ，５
ｂに接続する部分も負電荷が発生し、これが検出端子１
８から取り出されることになるのである。

【００１８】逆に音叉アーム４ａ，５ｂが駆動電極１
１，１２側が伸び、駆動電極７，８側が縮む角速度が加
わった場合には、同様の理論により検出端子１８には正
電荷が取り出されることになるのである。

【００１９】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、この駆動信号が検出
電極６を介して検出される検出信号に混入されることは
ない。

【００２０】図３は回路図を示し、検出端子１８は増幅
器２１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２７には、同期検波回路２２、フィルタ２３が接続さ
れ、最終的に出力端子２４へと接続されている。なお、
抵抗器Ｒ１，Ｒ２と可変抵抗器Ｒｘと増幅器２５で構成
した反転増幅器は、第１、第２の駆動電源１５，１６を
作るためのものである。２６は音叉の振幅を安定させる
ためのＡＧＣアンプである。

【００２１】尚、第１の実施例では駆動側となる音叉ア
ーム４ａ，５ａの分極方向とモニタ側となる音叉アーム
４ｂ，５ｂの分極方向を異なる方向としたが、図４に示
すようにモニタ側となる音叉アーム４ｂ，５ｂの分極方
向Ｐ₃を分極方向Ｐ₁と同方向に変更してもよい。したが
って、この場合には検出電極は図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、それぞれ検出電
極１８ａ，１８ｂとして分離し、一方の音叉アームより
得られるコリオリ信号成分を反転させた後に合算する様
にすればよい。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明は、検出電極を介し
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の圧電体のいずれか一方の音叉アームの検出電極と
は反対側の面に設けた第１、第２の駆動電極と、前記第
１、第２の駆動電極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検出電極とは反
対側の面に設けた第３、第４の駆動電極とを備え、前記
第１〜第４の駆動電極の内、前記検出電極を介して対角
線上にある第１、第４の駆動電極には第１の駆動電源を
接続し、第２、第３の駆動電極には第２の駆動電源を接
続し、第１、第２の駆動電源は逆相となる信号を供給す
る構成としたので、この音叉アームを駆動する信号は、
音叉アーム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、この駆動信号が検出電極
を介して検出される検出信号に混入されることはなく、
この結果として角速度の検出特性を高めることができる
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の角速度センサの一実施例を示す組立斜
視図

【図２】同角速度センサの要部を示す模式図

【図３】同角速度センサの回路図

【図４】本発明の角速度センサの他の実施例の要部を示
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 検出電極 ７ 駆動電極 ８ 駆動電極 ９ モニタ電極 １０ モニタ電極 １１ 駆動電極 １２ 駆動電極 １３ モニタ電極 １４ モニタ電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺田 二郎 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】 検出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の圧電体のいずれか
   一方の音叉アームの検出電極が設けられた面とは反対側
   の面に設けた第１、第２の駆動電極と、前記第１の圧電
   体の第１、第２の駆動電極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検出電極
   が設けられた面とは反対側の面に設けた第３、第４の駆
   動電極とを備え、前記第１〜第４の駆動電極の内、前記
   検出電極を介して対角線上にある第１、第４の駆動電極
   には第１の駆動電源を接続し、同様に前記検出電極を介
   して対角線上にある第２、第３の駆動電極には第２の駆
   動電源を接続し、第１、第２の駆動電源は逆相となる信
   号を供給するように構成したことを特徴とする角速度セ
   ンサ。
2. 【請求項２】 第１、第２の圧電体の第２の音叉アーム
   の検出電極が設けられた面とは反対側の面に第１〜第４
   のモニタ電極を設けた請求項１に記載の角速度センサ。
3. 【請求項３】 第１、第２の駆動電極と第１、第２のモ
   ニタ電極及び第３、第４の駆動電極と第３、第４のモニ
   タ電極は左右対称な形状とした請求項２に記載の角速度
   センサ。
4. 【請求項４】 第１〜第４の駆動電極は音叉アームの横
   端面よりも内方に所定間隔をおいて設けるとともに、検
   出電極は音叉アームの横端面にまで延長して設けた請求
   項１に記載の角速度センサ。
5. 【請求項５】 第１〜第４のモニタ電極は音叉アームの
   横端面よりも内方に所定間隔をおいて設けるとともに、
   検出電極は音叉アームの横端面にまで延長して設けた請
   求項２または３に記載の角速度センサ。
6. 【請求項６】 検出電極は音叉アームの部位よりも下方
   部位においてリード線と接続した請求項１乃至５のいず
   れか一つに記載の角速度センサ。