JPH09222434A

JPH09222434A - 角速度センサ

Info

Publication number: JPH09222434A
Application number: JP8053889A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Shiratori; 典彦白鳥; Hiroaki Terao; 博明寺尾; Tomoo Namiki; 智雄並木; Minoru Hatakeyama; 稔畠山; Toshiyasu Shigeta; 利靖重田; Kazutoyo Ichikawa; 和豊市川; Masato Handa; 正人半田; Yoshiya Okada; 恵也岡田; Yasuhiro Mochida; 育弘持田; Kazuhiro Okada; 和廣岡田
Original assignee: Miyota KK; Wako KK
Current assignee: Miyota KK; Wako KK
Priority date: 1996-02-15
Filing date: 1996-02-15
Publication date: 1997-08-26

Abstract

(57)【要約】【課題】２軸の角速度の検出ができる小型で検出感
度、検出精度ともに高く、かつ、安価に製造できる角速
度センサを得る。【解決手段】重錘体と支持部と可撓基板を一体に形成し
た振動体と、該振動体に、少なくとも励振電極と検出電
極を形成した圧電素子を貼付しセンサ体を構成する。補
助基板上には減衰手段と、接続手段を設け、前記センサ
体を固定するとともに前記センサ体と電気的導通を補助
基板ととれるようにする。ベースに回路固定手段を設
け、回路基板を固定する。前記回路基板と、前記補助基
板は、結合手段により、補助基板と電気的に、また機械
的に結合される。前記ベース上にはカバーが取り付けら
れ、センサ体等が保護される。

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スを用いてＸ軸に振動を与え、Ｙ軸
に設けた検出用圧電セラミックス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軸回りの角速度を
検出できるものが望まれていた。（以下、２軸回りの角
速度を検出できる角速度センサを２軸角速度センサと呼
ぶ。）この要望に応えるものとして、振動体の表面に圧
電素子（以下、圧電効果を示す材料を総称して圧電素子
という。）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１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。４つの励振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Ｌ字型をしたワイヤー
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５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】圧電素子３を含む平面の中心に原点を定
め、同平面上にＸ軸、同平面上でＸ軸に直交するＹ軸、
Ｘ軸、Ｙ軸に直交するＺ軸を設定する。振動モードは何
種類も存在するが、角速度センサとして用いる振動モー
ドは、図４、図５に示す如く重錘体９が縦方向に振れる
Ｚ軸方向の振動モードと、図６、図７に示す如く重錘体
９が横方向に振れるＸ、Ｙ軸方向（横方向）の振動モー
ドを用いる。

【０００９】図４はＺ軸方向の振動モードを示した断面
図でＺ軸プラス方向に振れている状態を示している。図
５はＺ軸方向の振動モードを示した断面図でＺ軸マイナ
ス方向に振れている状態を示している。Ｚ軸方向の振動
モードにおける振動周波数をＺ軸方向の振動周波数と言
う。Ｚ軸方向の振動モードは駆動（励振）モードとして
用いられる。図６はＸ、Ｙ軸方向の振動モードを示した
断面図でＸ、Ｙ軸プラス方向に振れている状態を示して
いる。図７はＸ、Ｙ軸方向の振動モードを示した断面図
でＸ、Ｙ軸マイナス方向に振れている状態を示してい
る。Ｘ、Ｙ軸方向の振動モードにおける振動周波数を重
錘体の振動周波数、あるいは、Ｘ、Ｙ軸方向の振動周波
数と言う。Ｘ、Ｙ軸方向の振動モードは検出モードとし
て用いられる。一般的に、共振型角速度センサでは駆動
モードと検出モードの振動周波数が近いと検出感度が高
くなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術で説明して
きた２軸角速度センサは、２軸回りの角速度をひとつの
角速度センサで検出できることにおいては画期的であっ
たが、さらに高感度、高精度、小型化、そして安価に製
造されることが望まれる。そのためには、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸
方向の振動周波数をいかに安定させ検出感度、検出精度
を高めるか、またＺ軸方向の振動周波数とＸ、Ｙ軸方向
の振動周波数をいかに近づけ検出感度、検出精度を高め
るか、それに加え、いかに小型化し、安価に製造するか
が課題である。

【００１１】さらに具体的に言うと、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向
の振動周波数を安定化するためには、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸に関
する対称性の向上（組立精度の向上）、温度特性の向
上、そして振動漏れを減少させることが重要である。ま
た、Ｘ、Ｙ軸方向の振動周波数は、重錘体の重心位置で
変化する。そのため、Ｚ軸方向の振動周波数とＸ、Ｙ軸
方向の振動周波数を近づけるために重錘体の重心位置を
できるだけ精確に決めることは、感度の向上と調整時間
の短縮をする上で重要である。小型化し、安価に製造す
るためには、部品数の削減、組立性の向上、調整時間の
短縮をすることが課題となる。

【００１２】本発明はこのような技術課題を解決し、高
性能な２軸角速度センサを提供するものである。

【００１３】

【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、検出感度、検
出精度が高く、小型で安価な角速度センサを提供する。

【００１４】板状の可撓基板に重錘体と、ベンディング
振動のノード部を支持する支持部とを一体に形成した振
動体に、少なくとも励振電極と検出電極を形成した板状
の圧電素子を貼付してセンサ体を構成する。補助基板を
設け、該補助基板上に減衰手段と、接続手段を固定す
る。前記減衰手段は、前記センサ体の支持部を固定し、
前記センサ体が振動することによる漏れ振動を減衰させ
る。前記接続手段は、前記圧電素子に形成された電極と
前記補助基板とを電気的に接続する。回路基板を設け、
該回路基板上には、励振手段、コリオリ力検出手段、演
算手段を設け、回転角速度に対応した出力が得られるよ
うにする。前記回路基板に前記補助基板が結合手段によ
り、相互の位置関係が定められ、かつ、電気的に接続さ
れて固定される。前記回路基板はベースに固定される。
前記ベースには、前記回路基板の固定と、外部との電気
的接続がとられるように回路固定手段が備えられてい
る。前記ベースとカバーで閉空間を構成し、前記センサ
体と、前記補助基板（前記減衰手段と、前記接続手段を
含む。）と、前記回路基板（前記励振手段、前記コリオ
リ力検出手段、前記演算手段を含む。）と、前記結合手
段とを保護して角速度センサを構成する。

【００１５】振動体は重錘体と支持部とを一体で形成し
ているので、従来例より部品数が減り、その結果として
組立誤差が減少し、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸に関する対称性（組立
精度）が向上する。また、部品数と部品間の接合数が減
るので、それぞれの部品の弾性率の温度係数（温度変化
に対する弾性率の変化の比率）の違いによる影響が減
り、温度特性が向上する。そして、支持部が振動体のベ
ンディング振動のノード部に形成されていることと、減
衰手段を備えることで振動漏れが減少する。さらに、組
立工程数が減り、安価に製造できる。また、ベースとカ
バーによって作られる閉空間を真空にすることで、空気
抵抗が無くなり、センサ体がより振動しやすくなり、高
感度化が図れる。

【００１６】Ｚ軸方向の振動周波数とＸ、Ｙ軸方向の振
動周波数とをより近づけるために、重錘体に中空部を設
ける。中空部を設けることで重心位置が調整できる。さ
らに微調整が必要な場合は、中空部の一部、あるいは全
部に充填用物質を充填するとよい。充填用物質は調整の
目的に応じて比重の異なる材料を選定すると良く、比重
の軽い材料を用いると微調整が容易にできる。

【００１７】減衰効果を高め、振動漏れを減少させるた
めに、振動体、減衰手段、接続手段回路固定手段を後述
のようにすると効果的である。すなわち、振動体に一体
形成されている支持部の形状を、該振動体に接合してい
る部分、減衰手段に固定されている部分ともナイフエッ
ジ状にする。補助基板上に設けられた減衰手段に関して
は、次の〜のような部材を用いるとよい。防振ゴム断面が略逆三角形の略環状部材ワイヤー減衰率の高い材料と、それを保持する部材とから構成
される略環状部材特には、好ましいものである。補助基板上に設けられ
た接続手段はピンとリード線から構成される。ここでリ
ード線はセンサ体の振動姿態を乱さないように適度なた
るみを持ち（突っ張った状態にすると漏れ振動がリード
線を伝播するので）、振動体主面と平行な空間面上で略
円弧状になるように形成されている。リード線は、ま
た、圧電素子上に形成されている電極（好ましくはベン
ディング振動のノード部上）より引き出され、前記ピン
に接続される。機械的品質係数（Ｑｍ）の値と位相値を
低下させず、振動漏れも減少させる。さらに回路固定手
段に減衰手段を設けることで、回路基板からの振動漏れ
をベースに伝えないように、逆にベースから回路基板に
振動を伝わらせないようにする。

【００１８】次に小型化に関しては、補助基板、回路基
板に貫通穴をあけ、そこに重錘体を配置することで高さ
を低くできる。

【００１９】安価に製造するためには、部品数の削減、
組立性の向上、調整時間の短縮をする等の方法がある。
部品数の削減は、前述したように、重錘体と支持部とを
一体化して振動体を形成したことにより可能となった
が、このほかにも補助基板上に設けられた減衰手段が接
続手段を兼ねることで、さらに部品数の削減が可能とな
る。組立性を上げるには、圧電素子の中心部に貫通穴を
設ける。重錘体の中空部（穴）、あるいは重錘体の外径
を利用することで、前記圧電素子と前記重錘体は簡単
に、かつ、精確に位置決めできる。調整時間の短縮は、
補助基板上に設けられた接続手段の一部のピンの高さを
圧電素子の上面とほぼ同じにし、さらに前記ピンの先端
端面部、あるいは先端端面部に近い部分に切り欠きまた
は貫通穴を設けることで可能である。なぜならば、特に
リード線を円弧状に形成する作業は時間がかかる。前記
切り欠きあるいは前記貫通穴を利用してリード線を仮に
固定することで形状の調整が容易となるからである。こ
れにより組立性も向上する。また、補助基板と回路基板
との結合手段を備えることで、センサ体の調整（トリミ
ング等）を行うとき、調整装置に補助基板ごと固定する
ことができ、調整時間が短縮されるとともに、搬送、取
り扱いが容易となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明を図面に基き詳細に説明す
る。図８は本発明の第一実施例で上面図である（カバー
とベースの一部分は省略してある。）。図９は本発明の
第一実施例で正面断面図である。三次元空間にＸＹＺ三
次元直交座標系を設定する。円板状の可撓基板２１ｃ
は、主面（上面）をＸ、Ｙ平面上に配置し、主面上の中
心はＸＹＺ三次元直交座標系の原点３６と一致するよう
に配置されている。Ｚ軸を中心軸とする、三つの円柱か
らなる重錘体２１ａと、同じくＺ軸を中心軸とする円筒
状支持部２１ｂは、可撓基板２１ｃの中心軸（Ｚ軸）と
一致するように一体で形成され振動体２１が構成され
る。重錘体２１ａの形状を三つの円柱から構成したこと
で、重量に比して重心を低くできるため、Ｚ軸方向の振
動周波数とＸ、Ｙ軸方向の振動周波数を近づけることが
でき、かつ、重錘体２１ａの高さを低くできる。また、
一体で形成したことにより、部品数と部品間の接合数が
減り、それぞれの部品の弾性率の温度係数の違いによる
影響が減り、温度特性が向上する。振動体２１の上面に
は、下面に電極２３を設け、上面に４つの励振電極を兼
ねる検出電極２４と、帰還電極２５と、下面に形成され
た電極２３から引き出された電極２３ａを設けた円板状
の圧電素子２２が、圧電素子２２の面上中心と振動体２
１の面上中心とが一致するように貼付されている。圧電
素子２２の直径は振動体２１より小さく設定されてい
る。振動体２１と圧電素子２２とでセンサ体２０が構成
される。円筒状支持部２１ｂは、センサ体２０のベンデ
ィング振動のノード部２６上に形成されている。また、
４つの励振電極を兼ねる検出電極２４はベンディング振
動のノード部２６の内側に形成されている。振動体２１
は恒弾性材料であるエリンバ材を、圧電素子２２はＰＺ
Ｔを用い、エポキシ系の接着剤にて接着した。圧電素子
２２の平面上に蒸着によりＡｇ−Ｃｒ、あるいはＮｉ−
Ｃｒ等の合金の薄膜にて電極を形成した。電極形成は、
スパッタ、スクリーン印刷などの方法を用いても、もち
ろんかまわない。

【００２１】補助基板２７上には減衰手段として防振ゴ
ム２８が設けられている。防振ゴム２８に円筒状支持部
２１ｂが接着剤で固定される。接着剤は減衰効果の大き
いシリコーン接着剤等の弾性接着剤であれば好ましい。
補助基板２７上には、接続手段も設けられている。接続
手段は８本のピン２９とリード線３０から構成される。
ピン２９は、補助基板２７上に立てられ、圧電素子２２
の上面とほぼ同じ高さに形成されている。リード線３０
はピン２９の端面部分と圧電素子２２の電極にハンダ付
けされている。リード線３０は適度なたるみを持ち、振
動体２１の主面と平行な空間上で略円弧状に形成されて
いる。なお、電極上のハンダ付けは、ノード部２６上に
するのが好ましい。リード線３０の固定方法はハンダに
限られるものではなく、圧着等でもよい。また、ピン２
９は８本全部使用する必要はない。リード線が振動に及
ぼす影響の少ないところを選んで利用するとよい。

【００２２】補助基板２７と回路基板３２の間には結合
手段として着脱が簡単にできるコネクタ３１が設けられ
ている。コネクタ３１によって補助基板２７と回路基板
３２の位置決め固定がなされ、さらに電気的導通がとら
れている。補助基板２７上には回路が引き回され（たと
えばプリントサーキット）、コネクタ３１と８本のピン
２９と導通がとれるようになっている。図示はしていな
いが、回路基板３２上には、励振回路、コリオリ力検出
回路、演算回路が設けられている。

【００２３】ベース３４には、回路基板固定手段とし
て、５本のピン３３が設けられている。回路基板３２は
ピン３３によって固定され、かつ、角速度センサ外部と
の電気的導通をとっている。ピン３３は、回路基板３２
に近い場所で、略円弧状に形成され、これにより漏れ振
動を減衰している。ピン３３の形状は略円弧状に限られ
るものではなく、漏れ振動を減衰、あるいは遮断するよ
うな形状であればよい。ベース３４上にカバー３５を固
定し、これらによって閉空間を作り、センサ体２０、補
助基板２７、回路基板３２などを保護している。ベース
３４は安価に製造できる樹脂を材料として用いた。カバ
ー３５は、センサ体２０や、回路基板３２が磁気の影響
を受けないように材料にパーマロイを用いた。ベース３
４とカバー３５の固定は接着剤を用いて行ったが、これ
に限られるものではない。

【００２４】次に動作について説明する。５本のピン３
３は、Ｖｃｃ（印加電圧（５Ｖ））ＧＮＤ（グラ
ンド（０Ｖ））Ｖｘ（Ｘ軸回りの角速度出力）Ｖｙ
（Ｙ軸回りの角速度出力）Ｖｒｅｆ（基準電圧（２．
５Ｖ）出力）で構成されている。ＶｃｃとＧＮＤに電圧
を印加すると回路基板３２に構成された回路に電圧が加
わり、励振回路より励振信号を発生して送り出す。前記
励振信号は、コネクタ３１、補助基板２７、ピン２９、
リード線３０を経由して圧電素子上に形成されている電
極に加わる。逆に、圧電素子上に形成された電極に発生
した信号（帰還信号、コリオリ力検出信号）は、全く逆
の経路で回路基板３２に加えられる。回路基板３２に加
えられた信号は、コリオリ力検出回路、演算回路で処理
され、ピン３３のＶｘ，Ｖｙ，Ｖｒｅｆより出力され
る。

【００２５】各信号の流れを説明してきたが、センサ体
がどのようにコリオリ力を検出するかを説明する。電極
２３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２４に交流
（励振信号）をかけると圧電素子２２が振動し振動体２
１も一緒に振動する。本実施例では電極２３ａと４つの
励振電極を兼ねる検出電極２４に交流をかけてもよい。
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２１ａが移動することでセンサ体が変形し検出電極
２４に電荷が発生する。４つの検出電極２４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。

【００２６】図１０は本発明の第二実施例で正面断面図
である。第二実施例は第一実施例と振動体の形状と部材
の一部が異なるのみで、その他の部品の構成、材質、製
造方法、動作に関しては同じであるため、異なる部分に
ついて説明する。円板状の可撓基板４１ｃは、主面（上
面）をＸ、Ｙ平面上に配置し、主面上の中心はＸＹＺ三
次元直交座標系の原点３６と一致するように配置されて
いる。Ｚ軸を中心軸とする円柱状の重錘体４１ａと、同
じくＺ軸を中心軸とする円筒状支持部４１ｂは、可撓基
板４１ｃの中心軸（Ｚ軸）と一致するように一体で形成
され、さらに重錘体４１ａの内部には、可撓基板４１ｃ
の上面側よりＺ軸を中心軸とする中空部４１ｄが設けら
れ、振動体４１が構成される。中空部４１ｄの一部には
比重の異なる物質４２が充填されている。中空部４１ｄ
の寸法、あるいは、比重の異なる物質４２を適当に設定
することで重錘体の重心の位置を精確に調整でき、Ｚ軸
方向の振動周波数とＸ、Ｙ軸方向の振動周波数とをあら
かじめ近づけることができる。また、振動体４１は上述
のような形状であるため、部品加工は金型を用いたプレ
ス加工が可能となり、高精度で安価に製造することがで
きる。

【００２７】図１１は本発明の第三実施例で正面断面図
である。第三実施例は第二実施例と減衰手段が異なるの
みで、その他の部品の構成、材質、製造方法、動作に関
しては同じであるため、異なる部分について説明する。
補助基板２７の上面に断面が逆三角形の環状部材４３が
固定される。環状部材４３に振動体４１の円筒状支持部
４１ｂの端面が接着固定（好ましくは弾性接着剤）され
ている。固定方法は溶接等を用いてもかまわない。環状
部材４３は逆三角形の断面を持つことで振動漏れが閉じ
こめられ補助基板に伝わりにくい利点を有する。

【００２８】図１２は本発明の第四実施例で正面断面図
である。第四実施例は第二実施例とは、減衰手段がワイ
ヤー４４を用いているところが異なる。ワイヤー４４で
円筒状支持部４１ｂの側面を固定している。

【００２９】図１３は本発明の第五実施例で正面断面図
である。第五実施例は第二実施例と減衰手段が異なるの
みで、その他の部品の構成、材質、製造方法、動作に関
しては同じであるため、異なる部分について説明する。
補助基板２７の上面に保持部材４６が固定される。保持
部材４６は、コの字型の断面を有し、凹部に減衰率の高
い柔らかい材料である弾性接着剤４５が充填されてい
る。充填後、振動体４１の円筒状支持部４１ｂの端面が
一緒に接着固定される。今まで説明してきた実施例の中
では減衰率が高く好ましい。

【００３０】図１４は本発明の第六実施例で上面図であ
る（カバーとベースの一部分は省略してある。）。図１
５は本発明の第六実施例で正面断面図である。第六実施
例は第二実施例と振動体の形状、圧電素子の形状、電極
の形状が異なる。その他の部品の構成、材質、製造方
法、動作に関しては同じであるため、異なる部分につい
て説明する。円板状の可撓基板５１ｃは、主面（上面）
をＸ、Ｙ平面上に配置し、主面上の中心はＸＹＺ三次元
直交座標系の原点３６と一致するように配置されてい
る。Ｚ軸を中心軸とする円柱状の重錘体５１ａと、同じ
くＺ軸を中心軸とする円筒状支持部５１ｂは、可撓基板
５１ｃの中心軸（Ｚ軸）と一致するように一体で形成さ
れ、さらに可撓基板５１ｃ上面側よりＺ軸を中心とする
中空部５１ｄを形成して、振動体５１が構成される。振
動体５１の上面には、圧電素子５２が圧電素子５２の面
上中心と振動体５１の面上中心とが一致するように貼付
されている。圧電素子５２は外径と同心円に形成された
穴５２ａを有し、いわゆるドーナツ型をしている。圧電
素子５２の下面はいわゆるドーナツ型をした電極５３を
設け、振動体５１に貼付される。圧電素子５２の上面に
は、上面に４つの励振電極を兼ねる検出電極５４と、帰
還電極５５と、下面に形成された電極５３から引き出さ
れた電極５３ａとが設けられている。穴５２ａの影響で
帰還電極５５は圧電素子５２の内径側にドーナツ型に形
成され、そこからさらに外周側に伸びて形成されるてい
る。４つの励振電極を兼ねる検出電極５４は扇型に形成
されている。圧電素子５２の外径は振動体５１より小さ
く設定されている。振動体５１と圧電素子５２とでセン
サ体５０が構成される。

【００３１】円筒状支持部５１ｂは、センサ体５０のベ
ンディング振動のノード部５６上に形成されている。ま
た、４つの励振電極を兼ねる検出電極５４はベンディン
グ振動のノード部５６の内側に形成されている。円筒状
支持部５１ｂは可撓基板５１ｃと接合している部分と、
防振ゴム２８に固定されている端面部分がナイフエッジ
状に形成されている。これにより、ベンディング振動の
ノード部を精確に支持することができ、かつ、振動漏れ
を閉じこめることができる。中空部５１ｄと穴５２ａを
利用して振動体５１と圧電素子５２の位置決めを簡単
に、かつ、精確に位置決めして貼付することができる。

【００３２】図１６は本発明の第七実施例で正面断面図
である。第七実施例は第六実施例と振動体の形状が異な
る。重錘体６１ａを反対側（上面側）に設け、圧電素子
５２の位置決めもしている。

【００３３】第一実施例から第七実施例まで、補助基板
に設けられて接続手段としてピンを用いた実施例を開示
してきた。ピンの端面形状は丸いものが多いが、角状の
ものでもかまわない。図１７から図２０は、ピンの形状
の変形例で、リード線を固定し、略円弧状に形成しやす
くしたものである。各々の変形例について説明する。図
１７は、ピンの先端端面部に切り欠きを設けた例で正面
図である。図１８は、ピンの先端端面部に近い部分に貫
通穴を設けた例で正面図である。図１９は、ピンの先端
端面部に近い部分に切り欠きを設けた例で正面図であ
る。図２０は、ピンの先端端面部に近い部分にピン先
端端面部より外径の小さい部分を設けた例で正面図であ
る。これらのいずれの形状の例においても、切り欠き部
等に、リード線を通し、適度なたるみを持つ長さをまず
設定し、そのあと、ピンにからげるようにしてリード線
を固定する。リード線の形状が所定の形状（略円弧状）
に調整できたら、そのままハンダ付けをして固定する。

【００３４】図２１は本発明の第八実施例で上面図であ
る（カバーとベースの一部分は省略してある。）。図２
２は本発明の第八実施例で正面断面図である。第六実施
例は補助基板に固定された減衰手段が、接続手段を兼ね
る例である。基本的な部品の構成、材質、製造方法、動
作に関しては第二実施例と同じであるため、異なる部分
について説明する。円板状の可撓基板７１ｃは、主面
（上面）をＸ、Ｙ平面上に配置し、主面上の中心はＸＹ
Ｚ三次元直交座標系の原点３６と一致するように配置さ
れている。Ｚ軸を中心軸とする円柱状の重錘体７１ａ
は、可撓基板７１ｃの中心軸（Ｚ軸）と一致するように
一体で形成され、さらに重錘体７１ａの内部には、可撓
基板７１ｃの上面側よりＺ軸を中心軸とする中空部７１
ｄが設けられ、振動体７１が構成される。振動体７１の
上面には、下面に電極７３を設け、上面に４つの励振電
極を兼ねる検出電極７４と、帰還電極７５と、下面に形
成された電極７３から引き出された電極７３ａを設けた
円板状の圧電素子７２が、圧電素子７２の面上中心と振
動体７１の面上中心とが一致するように貼付されてい
る。圧電素子７２の直径は振動体７１より小さく設定さ
れている。振動体７１と圧電素子７２とでセンサ体７０
が構成される。補助基板７７には、接続手段を兼ねる減
衰手段として、導電性を持つ８本のピン７８が立てられ
ている。ピン７８は円形断面を持ち、さらに両端面とそ
の近傍の直径が小さく加工され、中央部分に円弧状の溝
７８ａが設けられている。断面形状を変化させること
で、減衰効果を持つことができる。センサ体７０のベン
ディング振動のノード部７６上には等間隔に８箇所の穴
が開けられている。圧電素子７２に開けられた８箇所の
貫通穴７２ａは、ピン７８の端面の直径とほぼ等しく形
成されている。振動体７１に開けられた８箇所の貫通穴
７１ｅは、ピン７８よりやや大きめに形成され、ピン７
８と電気的に接続されないように形成されている。補助
基板７７上にもセンサ体７０と同じ位置に貫通穴７７ａ
が形成され、８本のピン７８は貫通穴７７ａで位置決め
固定されている。センサ体７０は、８本のピン７８によ
って、圧電素子７２の貫通穴７２ａと係合し支持され
る。８本のピン７８が、圧電素子７２上に形成されてい
る電極とハンダ付けされることにより、電気的に接続さ
れ、かつ、センサ体７０を固定することとなる。

【００３５】第一実施例から第八実施例まで共通する構
成要素であるベースとカバーによって作られる閉空間を
真空にするとさらによい。ベースの材質を金属にし、ハ
ーメチックシールによって密閉する。空気の影響を受け
なくなり、振動がより安定する。

【００３６】

【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振動体は、重錘体と円筒状支持部とを一体で形成し
ている。そのため次の〜に示す効果が得られる。部品数の削減温度特性の向上。Ｘ、Ｙ、Ｚ軸
に関する対称性の向上（組立精度の向上）組立時間
の短縮２重錘体に中空部を設けることで、また、中空部に充
填用物質を充填することで重錘体の重心位置の調整が精
確になされ、Ｚ軸方向の振動周波数とＸ、Ｙ軸方向の振
動周波数をあらかじめ近づけることができ、検出感度の
向上と調整時間が短縮する。３減衰手段を各部材に設けることで、より効果的に振
動漏れがおさえられ、振動姿態、振動周波数が安定し、
検出精度が向上する。４リード線の形状を略円弧状にすることにより、振動
姿態が安定する。５接続手段であるピンの形状を、圧電素子上面とほぼ
同じ高さにしていること、あるいは切り欠き等を入れて
形成しているため、リード線の組立、形状調整がしやす
い。６補助基板、回路基板に貫通穴を設けることで、小型
化ができる。７補助基板を設けることで、調整、搬送、取り扱いが
容易になる。８減衰手段と、接続手段を１部品化することで、組立
及び調整時間を短縮でき、安価に製造できる。９ベースとカバーによって作られる閉空間を真空にす
ることで高感度化が図れる。

【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の従来例を斜め下か
ら見た分解斜視図。

【図４】本発明に係る角速度センサの従来例のＺ軸方向
の振動モードを示した断面図。

【図５】本発明に係る角速度センサの従来例のＺ軸方向
の振動モードを示した断面図。

【図６】本発明に係る角速度センサの従来例のＸ、Ｙ軸
方向の振動モードを示した断面図。

【図７】本発明に係る角速度センサの従来例のＸ、Ｙ軸
方向の振動モードを示した断面図。

【図８】本発明に係る角速度センサの第一実施例で上面
図。

【図９】本発明に係る角速度センサの第一実施例で正面
断面図。

【図１０】本発明に係る角速度センサの第二実施例で正
面断面図。

【図１１】本発明に係る角速度センサの第三実施例で正
面断面図。

【図１２】本発明に係る角速度センサの第四実施例で正
面断面図。

【図１３】本発明に係る角速度センサの第五実施例で正
面断面図。

【図１４】本発明に係る角速度センサの第六実施例で上
面図。

【図１５】本発明に係る角速度センサの第六実施例で正
面断面図。

【図１６】本発明に係る角速度センサの第七実施例で正
面断面図。

【図１７】本発明に係る角速度センサのピン形状の変形
例で正面図。

【図１８】本発明に係る角速度センサのピン形状の変形
例で正面図。

【図１９】本発明に係る角速度センサのピン形状の変形
例で正面図。

【図２０】本発明に係る角速度センサのピン形状の変形
例で正面図。

【図２１】本発明に係る角速度センサの第八実施例で上
面図。

【図２２】本発明に係る角速度センサの第八実施例で正
面断面図。

【符号の説明】

１振動体２圧電素子３圧電素子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２０センサ体２１振動体２１ａ重錘体２１ｂ円筒状支持部２１ｃ可撓基板２２圧電素子２３電極２３ａ電極２４励振電極を兼ねる検出電極２５帰還電極２６ベンディング振動のノード部２７補助基板２８防振ゴム２９ピン３０リード線３１コネクタ３２回路基板３３ピン３４ベース３５カバー３６原点４１振動体４１ａ重錘体４１ｂ円筒状支持部４１ｃ可撓基板４１ｄ中空部４２充填用物質４３環状部材４４ワイヤー４５弾性接着剤４６保持部材５０センサ体５１振動体５１ａ重錘体５１ｂ円筒状支持部５１ｃ可撓基板５１ｄ中空部５２圧電素子５２ａ穴５３電極５３ａ電極５４励振電極を兼ねる検出電極５５帰還電極５６ベンディング振動のノード部６１ａ重錘体７０センサ体７１振動体７１ａ重錘体７１ｃ可撓基板７１ｄ中空部７１ｅ貫通穴７２圧電素子７２ａ貫通穴７３電極７３ａ電極７４励振電極を兼ねる検出電極７５帰還電極７６ベンディング振動のノード部７７補助基板７７ａ貫通穴７８ピン７８ａ溝

───────────────────────────────────────────────────── 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)発明者市川和豊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)発明者半田正人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)発明者岡田恵也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)発明者持田育弘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】板状の可撓基板に重錘体とベンディング
振動のノード部を支持する支持部とを一体に形成した振
動体に、少なくとも励振電極と検出電極を形成した板状
の圧電素子を貼付して構成されるセンサ体と、該センサ体の支持部を固定し、かつ、漏れ振動を減衰さ
せる減衰手段と、該減衰手段を固定し、前記圧電素子に形成された電極と
電気的に接続する接続手段を備えた補助基板と、励振手段、コリオリ力検出手段、演算手段を備えた回路
基板と、前記補助基板と、前記回路基板との相互の位置関係を定
め、かつ、電気的に接続させる結合手段と、前記回路基板を固定し、かつ電気的に接続する回路基板
固定手段を備えたベースと、前記センサ体、補助基板、回路基板、結合手段を保護す
るカバーとで構成される角速度センサ。
【請求項２】重錘体の重心位置を調整するように該重
錘体に中空部を設けた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】重錘体の重心位置を微調整するように該
重錘体に設けた中空部の一部あるいは全部に充填用物質
を充填することを特徴とする請求項２記載の角速度セン
サ。
【請求項４】振動体に一体形成されている支持部は、
該振動体に接合している部分がナイフエッジ状であり、
減衰手段に固定されている部分もナイフエッジ状である
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。
【請求項５】圧電素子の中心部に貫通穴が設けられて
いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の
角速度センサ。
【請求項６】減衰手段は次のうちのいずれかであるこ
とを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の角速度
センサ。防振ゴム断面が略逆三角形の略環状部材ワイヤー減衰率の高い材料と、それを保持する部材とから構成
され略環状部材
【請求項７】補助基板に設けられた接続手段はピンと
リード線を備え、該ピンの高さは圧電素子上面とほぼ同
じであり、該リード線は適度なたるみを持ち、振動体主
面と平行な空間面上で略円弧状に形成されることを特徴
とする請求項１〜６のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項８】ピンの先端端面部、あるいは先端端面部
に近い部分に切り欠き、または、貫通穴を設けたことを
特徴とする請求項７記載の角速度センサ。
【請求項９】補助基板に固定された減衰手段は、接続
手段を兼ねることを特徴とする請求項１〜５のいずれか
に記載の角速度センサ。
【請求項１０】補助基板に貫通穴を設けたことを特徴
とする請求項１〜９のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項１１】回路基板に貫通穴を設けたことを特徴
とする請求項１〜１０のいずれかに記載の角速度セン
サ。
【請求項１２】回路基板固定手段は減衰手段を備える
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の角
速度センサ。
【請求項１３】ベースとカバーによって作られる閉空
間は真空であることを特徴とする請求項１〜１２のいず
れかに記載の角速度センサ。