JPH0968543A - 角速度センサ - Google Patents

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、重錘体を設け、ノー
ド部を支持する支持部材を有し、該支持部材をワイヤー
で固定する。前記支持部材には、フランジ部、あるいは
突起部、 あるいは凹部を有し、前記ワイヤーに、該
フランジ部、あるいは該突起部、あるいは該凹部を位置
決めガイドとして前記円筒状支持部材を固定する。

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１０ａ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１０ａ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
ａの内径より内側に設けてある。円筒状支持部材１０ａ
は図の如く２ヵ所をＬ字型をしたワイヤー１１ａで固定
し、ワイヤー１１ａの他端を基板に固定するものであ
る。図４は、従来技術のもう一例で円筒状支持部材１０
ｂを図の如く２本のコの字型をしたワイヤー１１ｂで固
定し、ワイヤー端面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、またノイズ、雑振動の影響を少なくして角
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。さらに支持部材
とワイヤーの位置関係も正確に決めてやることが重要と
なる。支持部材とワイヤーの固定方法としては、接着、
溶接、カシメ等の方法がある。固定する際、２本（ある
いは複数本）のワイヤーの位置関係は圧電素子の平面に
対し平行で、かつ、同じ高さに固定する必要がある。従
来の技術で示されているような円筒状支持部材とワイヤ
ーを固定するには、複雑なジグを用いなければならな
い。本発明は支持部材とワイヤーの位置関係を簡単に、
かつ、正確に位置決め固定することにより課題を解決し
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し、該支持部材をワイヤ
ーで固定する角速度センサにおいて、該支持部材は該圧
電素子に接着される端面に平行なフランジ部を設け、該
フランジ部を該ワイヤーで固定する。または、該フラン
ジ部を位置決めガイドとして該円筒状支持部材と該ワイ
ヤーを固定することで該支持部材と該ワイヤーの相互位
置関係を所定の位置に保つことができる。

【００１１】また、支持部材の側面上には突起部あるい
は凹部を設け、該突起部あるいは該凹部を位置決めガイ
ドとして、該支持部材と該ワイヤーを固定することで該
支持部材と該ワイヤーの相互位置関係を所定の位置に保
つことができる。

【００１２】

【実施例】本発明を図面に基き詳細に説明する。図５は
本発明の第一実施例で上面図である。図６は本発明の第
一実施例で図４をＡＡで切断した断面図である。図７は
本発明の第一実施例で図５をＢ方向より見た側面図であ
る。円盤状の振動体２１の下面には、上面に電極２５を
設け下面に４つの帰還電極を兼ねる検出電極２４を設け
た円盤状の圧電素子２２が貼付されている。振動体２１
の上面には、上面に励振電極２７を設け下面に電極２６
を設けた円盤状の圧電素子２３が貼付されている。励振
電極２７の上面には重錘体２８が、重錘体２８の中心軸
が圧電素子２３の面上中心を通るように貼付されセンサ
部が構成されている。円筒状支持部材２９は、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。円筒状支持部材２９の上端面に下端面と平行にフラ
ンジ部２９ａを設け、フランジ部２９ａの上平面上にコ
の字型をした円形断面を持つワイヤー３０が固定され
る。これにより円筒状支持部材２９とワイヤー３０は圧
電素子２３の平面に対し平行で、かつ、同じ高さに固定
される。第一実施例では円筒状支持部材２９、ワイヤー
３０の材料として金属材料を用いた。固定方法は溶接を
用いたが、接着剤等を用いてもかまわない。また、組立
時においてフランジ部２９ａの平面上にワイヤー３０を
線接触の状態で置くことができ組立が容易となる。さら
に接合強度が上がる利点を有する。ワイヤー３０の端部
は、基板３１にハンダ付けされ固定されている。なお、
ワイヤー３０はフランジ部２９ａの下平面に固定しても
よい。

【００１３】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２１と励振電極２７に交
流をかけると圧電素子２３が振動し、振動体２１も一緒
に振動する。４つの帰還電極を兼ねる検出電極２４は円
筒状支持部材２９の内径より内側に設けてある。

【００１４】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２８が移動することでセンサ部が変形
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。

【００１５】以下、説明していく実施例に関しては、角
速度の検出方法は第一実施例で説明してあるものと同じ
であるので省略する。

【００１６】図８は本発明の第二実施例で円筒状支持部
材およびワイヤーの断面図である。円筒状支持部材、ワ
イヤー以外の部材構成は、本発明の第一実施例と同じで
あるので図示および説明は省略する。円筒状支持部材３
２は、フランジ部３２ａを円筒状支持部材３２の下端面
に平行で外側面に設けたものである。円筒状支持部材３
２は、フランジ部３２ａの平面部分をガイドとし、コの
字型をした円形断面を持つワイヤー３３に円筒状支持部
材３２の側面が溶接固定されている。フランジ部３２ａ
をワイヤー３３に溶接してもよい。またワイヤー３３の
位置はフランジ部３２ａの下平面側であってもよい。

【００１７】図９は本発明の第三実施例で円筒状支持部
材およびワイヤーの断面図である。円筒状支持部材、ワ
イヤー以外の部材構成は、本発明の第一実施例と同じで
あるので図示および説明は省略する。円筒状支持部材３
４は、フランジ部３４ａを円筒状支持部材３４の下端面
に平行で内側面の上端部分に設けたものである。コの字
型をした円形断面を持つワイヤー３５にフランジ部３４
ａの平面が溶接固定されている。

【００１８】図１０は本発明の第四実施例で円筒状支持
部材およびワイヤーの一部の上面図である。図１１は本
発明の第四実施例で円筒状支持部材およびワイヤーの断
面図である。円筒状支持部材、ワイヤー以外の部材構成
は、本発明の第一実施例と同じであるので図示および説
明は省略する。円筒状支持部材３６は、突起部３６ａを
円筒状支持部材３６の側面に１８０゜間隔で２カ所設け
たものである。コの字型をした円形断面を持つワイヤー
３７は、突起部３６ａの平面部分３６ｂをガイドとし、
円筒状支持部材３６の側面で狭持されている。円筒状支
持部材３６とワイヤー３７の固定方法は溶接を用いた
が、接着、カシメ等でもよい。

【００１９】図１２は本発明の第五実施例で円筒状支持
部材およびワイヤーの一部の上面図である。図１３は本
発明の第五実施例でＣＣで切断した円筒状支持部材およ
び一部ワイヤーの断面図である。円筒状支持部材、ワイ
ヤー以外の部材構成は、本発明の第一実施例と同じであ
るので図示および説明は省略する。円筒状支持部材３８
は側面上にＬ字型をした円形断面を持つワイヤー３９の
入る穴３８ｂを持つ突起部３８ａを９０゜間隔で４カ所
設けたものである。４個の穴３８ｂは、円筒状支持部材
３８の下端面より同じ高さで９０゜間隔に設置されてい
る。４本のワイヤー３９の端部を穴３８ｂに入れて溶接
固定する。固定方法は、接着を用いても、カシメて固定
してもかまわない。

【００２０】図１４は本発明の第六実施例で円筒状支持
部材およびワイヤーの断面図である。円筒状支持部材、
ワイヤー以外の部材構成は、本発明の第一実施例と同じ
であるので図示および説明は省略する。円筒状支持部材
４０は、突起部４０ａを円筒状支持部材４０の下端面に
平行で外側面に設けたものである。コの字型をした円形
断面を持つワイヤー４１に、突起部４０ａを位置決めガ
イドとし、円筒状支持部材４０の側面が溶接されてい
る。

【００２１】図１５は本発明の第七実施例で円筒状支持
部材およびワイヤーの断面図である。円筒状支持部材、
ワイヤー以外の部材構成は、本発明の第一実施例と同じ
であるので図示および説明は省略する。円筒状支持部材
４２は、凹部４２ａを円筒状支持部材４２の下端面に平
行で外側面に設けたものである。コの字型をした円形断
面を持つワイヤー４３に、凹部４２ａを位置ガイドと
し、円筒状支持部材４２の側面が溶接されている。

【００２２】以上説明してきたワイヤーの断面形状は、
円形断面であるが、円筒状支持部材との接触面積を大き
くとれる場合には、たとえば四角形断面、異形断面を持
つワイヤーを用いてもよい。

【００２３】

【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 円筒状支持部材にフランジ部、突起部、凹部を持つ
ことによりワイヤーと円筒状支持部材の相互位置関係が
正確に所定の位置に保たれ、励振周波数が安定し、検出
精度が向上する。 ２ ノイズ、雑振動の影響が少なくなる。 ３ 部品自体に位置決めガイドを設けることで、組立ジ
グは複雑にならず、安価になる。 ４ 組立精度及び強度が向上する。 ５ 組立作業性が向上する。

【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で斜視図。

【図５】本発明に係る角速度センサの第一実施例で上面
図。

【図６】本発明に係る角速度センサを第一実施例で断面
図。

【図７】本発明に係る角速度センサの第一実施例で側面
図。

【図８】本発明に係る角速度センサの第二実施例で断面
図。

【図９】本発明に係る角速度センサの第三実施例で断面
図。

【図１０】本発明に係る角速度センサの第四実施例で上
面図。

【図１１】本発明に係る角速度センサの第四実施例で断
面図。

【図１２】本発明に係る角速度センサの第五実施例で上
面図。

【図１３】本発明に係る角速度センサの第五実施例で断
面図。

【図１４】本発明に係る角速度センサの第六実施例で断
面図。

【図１５】本発明に係る角速度センサの第七実施例で断
面図。

【符号の説明】

１ 振動体 ２ 圧電素子 ３ 圧電素子 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 １０ａ 円筒状支持部材 １０ｂ 円筒状支持部材 １１ａ ワイヤー １１ｂ ワイヤー ２１ 振動体 ２２ 圧電素子 ２３ 圧電素子 ２４ 帰還電極を兼ねる検出電極 ２５ 電極 ２６ 電極 ２７ 励振電極 ２８ 重錘体 ２９ 円筒状支持部材 ３０ ワイヤー ３１ 基板 ３２ 円筒状支持部材 ３２ａ フランジ部 ３３ ワイヤー ３４ 円筒状支持部材 ３４ａ フランジ部 ３５ ワイヤー ３６ 円筒状支持部材 ３６ａ 突起部 ３６ｂ 平面部 ３７ ワイヤー ３８ 円筒状支持部材 ３８ａ 突起部 ３８ｂ 穴 ３９ ワイヤー ４０ 円筒状支持部材 ４０ａ 突起部 ４１ ワイヤー ４２ 円筒状支持部材 ４２ａ 凹部 ４３ ワイヤー

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年１１月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】

【実施例】本発明を図面に基き詳細に説明する。図５は
本発明の第一実施例で上面図である。図６は本発明の第
一実施例で図５をＡＡで切断した断面図である。図７は
本発明の第一実施例で図５をＢ方向より見た側面図であ
る。円盤状の振動体２１の下面には、上面に電極２５を
設け下面に４つの帰還電極を兼ねる検出電極２４を設け
た円盤状の圧電素子２２が貼付されている。振動体２１
の上面には、上面に励振電極２７を設け下面に電極２６
を設けた円盤状の圧電素子２３が貼付されている。励振
電極２７の上面には重錘体２８が、重錘体２８の中心軸
が圧電素子２３の面上中心を通るように貼付されセンサ
部が構成されている。円筒状支持部材２９は、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。円筒状支持部材２９の上端面に下端面と平行にフラ
ンジ部２９ａを設け、フランジ部２９ａの上平面上にコ
の字型をした円形断面を持つワイヤー３０が固定され
る。これにより円筒状支持部材２９とワイヤー３０は圧
電素子２３の平面に対し平行で、かつ、同じ高さに固定
される。第一実施例では円筒状支持部材２９、ワイヤー
３０の材料として金属材料を用いた。固定方法は溶接を
用いたが、接着剤等を用いてもかまわない。また、組立
時においてフランジ部２９ａの平面上にワイヤー３０を
線接触の状態で置くことができ組立が容易となる。さら
に接合強度が上がる利点を有する。ワイヤー３０の端部
は、基板３１にハンダ付けされ固定されている。なお、
ワイヤー３０はフランジ部２９ａの下平面に固定しても
よい。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】本発明に係る角速度センサの円筒状支持部材の
従来例で斜視図。

───────────────────────────────────────────────────── 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 (4)

【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し、該支持部材をワイ
   ヤーで固定する角速度センサにおいて、該支持部材は該
   圧電素子に接着される端面に平行なフランジ部を有し、
   該フランジ部を該ワイヤーで固定することを特徴とする
   角速度センサ。
2. 【請求項２】 支持部材とワイヤーはフランジ部を位置
   決めガイドとして固定され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し、該支持部材をワイ
   ヤーで固定する角速度センサにおいて、該支持部材は位
   置決めガイドを兼ねる突起部を有し、該突起部を該ワイ
   ヤーで固定することを特徴とする角速度センサ。
4. 【請求項４】 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し、該支持部材をワイ
   ヤーで固定する角速度センサにおいて、該支持部材の側
   面上には突起部あるいは凹部を有し、該突起部あるいは
   該凹部を位置決めガイドとして該支持部材を該ワイヤー
   で固定することを特徴とする角速度センサ。