JPS62140016A - 圧電体角速度センサ− - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は圧電体を用いた撮動形の角速度センサーに関す
るものである。

従来の技術およびその問題点 この種のセンサーをＸ軸の方向に振動速度Ｖで励振し、
Ｚ軸の回りに回転の角速度Ωを加えるとＹ軸の方向に両
者の積Ｖ・Ωに比例するコリオリの力が動くことが知ら
れている。このコリオリの力によって生じるＹ軸方向の
変位が角速度Ωに比例するので、変位の大きさを測定す
ることによって角速度Ωの大きさを知ることができる。

Ｙ軸方向の変位、すなわち、センサーの感度はＸ軸方向
の振動の最大振幅Ａに比例する。圧電体を用いて大きな
変位を得るには、寸法を大きくしたり、印加電圧を高く
することによってできるが、前者は装置寸法が大きくな
り、好ましくなく、また、後者は駆動回路のコストや取
扱いの点で好ましくない。

問題点を解決するための手段 本発明はセンサーの一部にテコの原理を用いて電圧印加
による変位を機構的に拡大することによって、形状を大
きくしたり、電圧を高くすることなく、大きな変位、ず
なわち、最大振幅Ａを得て、それにより圧電体角速度セ
ンサーのＳ度の向上を計るものである。

実　　施　　例 第４図は本発明へのテコの原理の応用の仕方を説明する
ための図である。駆動部に少なくとも２つ以上の動作の
異なる部分〈動作部分と非動作部分）α、β、γを並置
して設けている。第３図〈イ）においてはβ部（非動作
部分）を支点としてα部を振動（矢印）させたときの撮
動変位△ｙ１はテコの原理でビームの長さ１１．１２の
比によりΔｙ２なる変位に拡大される。また、α部を支
点（非動作部分）としてβ部に変位を与えたときもビー
ム先端で同様に変位は拡大される。さらに、α部とβ部
に互いに逆方向の変位を与えることによってもビーム先
端での変位は拡大される。第４図（ロ）はβ部を支点（
非動作部分）としてα部とγ部に互いに逆方向の変位を
与えて、さらに大きなビーム先端での変位が得られるこ
とを示したものである。

第１図はＷＲＷＪ子、電源、固定台からなる本発明角速
度センサーの一実施例を示すものである。図において、
２０は本発明角速度センサーの主要部分を構成する一体
化した圧電体からなる振動子である。１は前記振動子２
０のセンサー部の下方に設けられた駆動部で、該駆動部
には表・裏面にそれぞれ動作の異なる二対の電極３ａ、
３ａ’と３ｂ、３ｂが並置して設けられている。そして
、実施例では電極３ａ、３ａ’間および電極３ｂ、３ｂ
間はそれぞれ電極面に垂直に同一方向に分極されている
。２は駆動部より垂直方向（Ｚ軸方向）に伸びるセンサ
ー部で、スリット１０により二つに分離されでおり、そ
れぞれの両面には面対称に銀や白金などの導電性金属か
らなる交差指形電極４ａ、４ｂ　　（裏面にも対称位置
に電極４ａ、４ｂが設けられているが、本発明の詳細な
説明を簡略にするため図示していない）が設けられ、交
差指電極４ａ、４ｂ間は両面とも電極に垂直方向に分極
されている。９は駆動部の下辺中央に設けられた支持部
で、この部分は分極されている必要はない。５は支持部
９を固定する固定台である。６は電極３ａ、３ａおよび
３ｂ、３ｂに接続されたリード線で、交′ａ電ｆｉ７に
接続されており、電極３ａ、３ａと３ｂ、３ｂへは１８
０°移相器を通して互いに逆位相の電圧が印加さ　　・
れる様に構成されている。８は交差指電極４ａ、４ｂに
接続された出力リード線で、この端子より検出信号が得
られる。

本発明角速度センサーは次のように機能する。

駆動部分は同一方向に分極されているから、電極３　ａ
、　３　ａ問および電極３ｂ、３ｂ間ニ１８０°位相の
ずれた電圧を印加すると、例えば電極３８部分が横効果
により駆動部の長さ方向（Ｘ軸方向）に伸びるとき、電
極３ｂ部分は同じく横効果により同方向に収縮し、互い
に逆方向に動作する。そして、電極３ａと３ｂの間の、
これら電極と併置して設【プられた部分１２は非動作部
分となるので、それぞれの電圧印加による伸び変位と収
縮変位は加算されて第４図で示したテコの原理によりセ
ンサー部先端で同じくＸ軸方向の拡大された変位としＣ
得られる。従って交流電圧を印加した場合、駆動部の横
撮動変位は曙構的に拡大されて、センサー部先端で大き
な、互いに逆方向の振動変位として得れる。なお、電極
３８部に交流電圧を印加し、３ｂ部には電圧を印加しな
い場合、または３ｂ部に交流電圧を印加し、３８部に電
圧を印加しない場合のいずれでも、交流電圧の印加によ
る横撮動変位はセンサー部先端で拡大される。これらの
場合、交流電圧を印加しない非動作部分は支点として機
能するため、必ずしも分極されている必要はなく、支点
として機能するためにはセンサー部の寸法や印加電圧の
大きさによって異なるが、電圧印加による撮動変位を受
けないようなスペースを設けておくことが、その効果を
大きくするために必要である。

センサー部先端がＸ軸方向に互いに反対方向に振動して
いる状態で、Ｚ軸の回りに角速度Ωが加わると、Ｙ軸方
向にコリオリの力が作用し、センサー部は下端が固定さ
れているため、Ｙ軸方向に互いに反対方向に屈曲撮動を
行ない、その屈曲の大きさは交差指電極４ａ、４ｂ間に
電圧の大きさとなって検出される。なお、一対のセンサ
ー部を用いることによる利点については特開昭５８−１
７４８５４号明ｍ　：Ｎに述べられているので省略する
。

本発明の一体物よりなる振動子２０はチタン酸ジルコン
酸鉛などからなる圧電板を実施例の形状に加工した後、
蒸着やスクリーン印刷などの方法で電極を塗布し、焼付
けるなどの方法で雷（框を設け、常法により分極するこ
とによって得られる。

第２図は本発明角速度センサーの振動子２０の他実施例
を示すもので、センサー部と駆動部に内部中央にそれぞ
れ内部電極１１ａと１１ｂを設けて、駆動部２の電界を
大きくして、さらに変位を大きくすると共に、センサー
部はバイモルフ構造とした点が異なり、その機能および
符号は第１図に示した実施例と同じである。ずなわら、
駆動部２は第１図の実施例と同様に、動作の異なる電極
３８部と３ｂ部〈１面にも電極３８′と３ｂ７が設けら
れている）が並置して設けられており、電極３ａ、３ａ
と内部電極１１ｂとの間、ざらに電極３ｂ。

３１）と内部型に１１ｂとの間は矢印で示すように内部
電極に対し、面対称に垂直に分極されている。

センサー部には両面に斜線で示すように電極３Ｃと３ｃ
　　（１面のため見えない）の電極が設けられており、
内部電極との間は矢印Ｐで示すように、内部電極１１ａ
に対し、面対称に垂直に分極され、電極３ｃ、３ｃに出
力リード線８が接続され、出力電圧が取出せるようにな
っている。

このような構成の撮動子の両外表面電（倶３ａ、３８′
および３ｂ、３ｂ’と、内部電極１１１）との間にそれ
ぞれ１８０°位相のずれた交流電圧を印加すると、Ｔ４
極３ａと３ｂの部分はＸ軸方向に伸びと収縮のユいに反
対の横撮動変位を行ない、第１図の実施例と同様、電極
３ａ、３ｂ間の非動作部分１２を支点として、この変位
がテコの原理でセンサー部先端でＸ軸方向の拡大された
振動変位となる。電極３ａ、３ｂ部分のいずれかを駆動
し、他方を支点（非動作部分）とする場合も変位は拡大
されることは第１図の実施例と同様である。

センサー部２は下端が固定されているため、コリΔりの
力によりＹ軸方向に屈曲撮動を行なうが、センサー部２
は通常のバイモルフ構ｊ告（直列接続）になっているか
ら、屈曲により生じる電圧は円外表面より取り出されて
測定される。本実施例は内部？！極１１ａを中央に設け
ているため、同じ大ぎさの電圧を印加する場合、内部電
極のないものに比べて電界が大きく、電圧印加による変
位が大きくなり、また、センサー部がバイセルフ構造に
なっているために比較的大ぎな信号が得られやすく、感
度を大きくすることができる。

本実施例は二層構造について述べたが、四層、六層等多
層にして、感度の向上を計りながら、振動、衝撃などに
対し、安定な強固な構造とすることができる。

本実施例に示した撮動子の内部電極は、例えばチタン酸
ジルコン酸鉛よりなるグリーンシート上に白金などの金
属を所定の形状に印刷して加圧積層した後、一体に焼成
づ°る常法によりに？られる。

第３図は本発明レンυ−一の振動子２０の他実施例を示
すもので、１字形の圧電体の平坦面を駆動部とし、該部
分に電１（ｉ３ａ、３ａ’および３ｂ、３ｂ’および非
動作部分を並置して設けてテコの原理を応用したもので
、その機能と符号は第１図の実施例と同じである。この
例では２個のスリットって形成された中央部を支持部８
としている。このような形状のセンサーは一点１１腺で
示す圧電体ブロックより切断により一体物どして容易に
１ｑることかできる。

本発明実施例では、駆動部は分極方向に垂直な方向の振
動、すなわら、横振動を利用して振動変位を得ているが
、第１．３図の実施例では駆動部の良さ方向の端面に電
極３ａ、３ｂ部を設け、良さ方向に分極し、縦娠動によ
り助成することも容易にできる。

発明の効果 本発明は以上の如く、駆動部とセンサー部が一体となっ
Ｉζ圧電板で形成されており、テコの原理により駆動部
の電圧による変位を機構的に拡大・Ｌるものであるから
、変位の拡大が有効に行なわれ、センサー部先端で大き
な変位が（りられ、この種のセン督１−の感度を大幅に
向上することができる。

一般に、この種センサーは駆動部をＸ軸方向に励振して
いる時に、この振動によりセンサー部２がＹ軸方向に振
８づ−ると誤差になるので、加工１．ｉ度は当然のこと
、構造的にら強固であることが必要である。従って撮動
子の厚さを、のくして、振動時の電界強度を高くし、娠
幅を大きくするのは必ずしも好ましくなく、本発明の如
く、一体化した強固な構造体にテコの原理で変位を拡大
し、センサー感度を高める方法は極めて有効なものとな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明角速度センサーの実施例を示す斜視図、
ｎ’（２，３図は本発明角速度センサーの振動子部分の
他実施例を示す斜視図、第４図は本発明の詳細な説明す
る図である。 １・・・・・・駆動部　　　　２・・・・・・センサー
部３ａ、３ｂ、４ａ、４　ｂ　・−−−−−電極２０．
３０・・・・・・振動子 方　３　区 才　４　因 手厳え７…正ｌ啓（自発） 昭和６１年　１月２７日 一長官　殿 −の表示 和６０年　特　許　願　第２８１６１４号の名称 一電体角速度センサー ３、補正をする者 ■件との関係　　　　　特許出願人 〒６０１ の対象 細囚の「発明の詳細な説明」、「図面の簡単な説明」の
潤Ｊ：び図面。 、７／！” ５、補正の内容 （１）明細書第８頁３行目の「第３図」を「第４図」と
訂正する。 （２）明細占第４頁２〜３行目の「３ｂ、３１）’か並
行して」をｒ３ｂ、３ｂ　　（３ａ、３ｂ　はｄ而に設
ケラれている）が並置して」と訂正する。 （３）明細書第８頁７行目の［スリットＩＯＪを「スリ
ット９Ｊと訂正する。 （４）明細間第４頁１３〜１４行目の「９は駆動部の」
を「８は駆動部の１と訂正する。 （５）明細書簡４頁１５行目の「支持部９を」を「支持
部８Ｊと訂正する。 （６）明Ｍ１３第４頁２０行目の１８は交差摺電（〜」
を！’１０は交差指電極」と訂正する。 （７）明細書第８頁４行目の「必ずしも」を削除する。 （８）明細；ｎ第６頁７行目の「撮動変位をｊを「＠動
変位の影響を１と訂正する。 （９）明細；Ｃ第７頁７行目および同１０〜１１行目の
「駆動部２」を「駆動部１」と訂正する。 〈１０）明朝よ第９頁１６行の「出力リード線８がＪを
「出力リード線１０が」と訂正する。 （１１）明細書第８頁１８〜１つ（ｊ目の「内部電極１
１ａ」を「内部電極１１　ｂ　Ｊと訂正する。 （１２）明細書第９頁１６行［］の「非動作部分を」を
「非動作部分１２をＪと訂Ｉにすう。 （１３）明細書第１１頁１２？テ目の「２０．３０・・
・・・・振り子」をｒ２ｏ・・・・・・振動子１と訂正
する１゜（１４）添１・１図面の第１図おＪ、び第２図
を別紙の通り訂正する。 ６、添トＪ書類の目録 訂正図面（第１図、第２図）　　　　１通以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 縦または横振動する駆動部と、これと垂直方向に伸びる
   センサー部とが一体の圧電体よりなり、センサー部を前
   記両方向に垂直に作用する力によって屈曲させ、その大
   きさを検出するものにおいて、駆動部に電圧印加により
   動作する部分と非動作部分を並置して設け、電圧印加に
   よる駆動変位をテコの原理により機構的に拡大するよう
   に構成した圧電体角速度センサー。