JPS62250309A - 角速度センサの製造方法 - 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 本発明はジャイロスコープ、特に圧電振動子を用いた角
速度センサの製造方法に関するものである。

従来の技術 近年、コンピューター技術が発展し、多くの機能ををし
た製品が商品化されるようになり、そのための各種セン
サの要求が大きくなってきている。

角速度センサの応用も電装品におけるナビゲーションシ
ステム、ロボットの方向検知、！！動装置のスタビライ
ザー装置、などがあり、いずれも小型で高性能なものが
これから必要となってくる。

従来、慣性航法装置として、飛行機・船舶のような移動
する物体の方位を知る方法が主に使われている。これは
安定した方位が得られる一方、機械式であることから装
置が大がかりであり、コストも高く、小型化が望まれる
民生用機器への応用は困難である。

一方、回転力を使わずに物体を振動させて、角速度が発
生した時に起こるコリオリの力から角速度を検出する振
動ジャイロ（特開昭５８−１７４８５４号公報）が考え
られた。この振動ジャイロは音叉構造を有した振動セン
サと考えることができる。この構造の原型は米国特許２
５４４６４６号公報にみることができる。これによれば
駆動用弾性体（励信用）と検知用弾性体の矩形板を直線
的かつ直交接合させたもので速度（Ｖ）を持った検知用
弾性体に働らくコリオリの力を検出するものである。

発明が解決しようとする問題点 圧電振動子を用いて、片持ばりの音叉構造を有した振動
子の振動状態は常に一定振幅、そして１８０°の位相差
にて正確に振動する必要がある。

そのために音叉の左右の振動子は不整合をおこすことは
センサとして問題がある。

又、検知用圧電振動子の感度は左右の特性が全く同じで
あればよいが、現実の製造を考えると不可能である。入
力角速度に対しては和のたわみ出力としてとり出すので
左右の素子に感度差があっても問題はない、しかし、加
速度に対する感度は打ち消す方向にたわみ出力がとり出
されているので、左右の素子に感度差があるとその差分
が出力として現われる。角速度に対してのみ検出しなけ
ればならないセンサであるので加速度に対して検知する
ことはノイズとなり、好ましくない、左右の振動子の圧
電特性、形状寸法、質量の完全な一致は不可能であり、
振動に対して十分な対応ができないという問題がある。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明の角速度センサの
製造方法は駆動用圧電振動子と検知用圧電振動子が検知
軸に平行でかつ互いに直交接合されたセンサ素子がある
。この素子を検知用圧電振動子のたわみ方向に振動を加
えて加速度を働がせておき、検知用圧電振動子の振動加
速度に対する感度の差をみながら感度の高い素子の自由
端をレーザーを用いて切断し、感度を調整するという構
成を備えたものである。

作用 本発明は上記した構成によって圧電セラミック材料の圧
電定数のバラツキ、振動子を製造する時の寸法バラツキ
、あるいはセンサへ組み立てる時の組み立てバラツキな
どによってできあがるセンサの感度バラツキを最終段階
で検知用圧電振動の自由端を切断することによって左右
の検知用圧電素子の感度バラツキをなくし、加速度に対
して十分実用レベルまでキャンセルしてノイズ出力を制
御することができる。

実施例 以下本発明の一実施例の角速度センサの製造方法につい
て、図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例における角速度センサの構造
を示すものである。第１図において、１は検知用圧電バ
イモルフ素子、２は駆動用圧電素子、３は電極ブロック
、４はジヨイントである。

ここで駆動用圧電素子は検知軸Ｚに平行でかつ対向して
電極ブロック３にハンダづけあるいは接着されており、
片持ばり構造の音叉を構成している。

一方の端には検知用圧電バイモルフ素子が検知軸Ｚに平
行でかつ互いに駆動用圧電素子１に直交してジヨイント
４を介して接合している。

第３図は検知用圧電バイモルフ素子の自由端の拡大図で
あり、５は圧電素子の上に付与された電極である。

次に第１図、第２図、第３図を用いて本発明の製造方法
について説明する。

全体の構造は音叉振動子を形成しており、振動させるに
は駆動用圧電素子に交流信号を加えて検知軸Ｚを対称に
電極ブロック３をベースとして１８０°の位相差にて振
動を始める。

−Ｍに片持ばり構造を有する圧電バイモルフは材料の圧
電定数１寸法形状によって決定されるが、この場合には
検知用圧電バイモルフ素子１、駆動用圧電素子２、ジヨ
イント４、そして接合に用いる接着剤等の総合的な性能
で決まる。これは加工精度をいくら高めても完全に合致
させることは困難であり、この差が角速度センサの精度
を決定づける。

駆動時の振動モードは矩形板の屈曲振動であり、その時
の共振周波数ｆｒは次式で示される。

（ｔ；振動子の厚み＋Ｊｉ振動子の長さ、Ｅ；ヤング率
、ρ；重密度 実際には振動子の先端に検知用圧電バイモルフ素子とい
う質量が加わるためにその質量に応じて低い共振周波数
を持つことになる０本実施例では２６０１１ｚ付近に設
定されている。

検知信号は検知用圧電バイモルフ素子１のジヨイント４
を支持点とするたわみ振動の出力としてとりだすもので
ある。この時、コリオリの力は駆動ベクトル方向が１８
０°異なるので逆方向にたわむ、そのため、検知用圧電
バイモルフ素子の信号とり出しもその和となるように結
線されている。

一方、振動などの加速度は第２図に示す方向へ入る時に
最も感度が高くなるのであるが、前述の結線のお陰でキ
ャンセルされる。しかしながらこの時左右の検知用圧電
バイモルフ素子に感度差があるとその差分の出力がノイ
ズとなって現われる。

本実施例では振動器によって入力加速度方向にセンサを
振動させておき、感度差による加速度出力をゼロにチュ
ーニングするため、検知用圧電バイモルフ素子の自由端
の電極５をレーザ（ＹＡＧ。

あるいはＣＯ２ガスレーザ−）を用いて切断、あるいは
除去させながら入力加速度に対して出力がゼロになるま
で電極を取り除き、左右の感度差を調節する。これによ
って通常の組み立てによる加速度に対する感度を約３０
αＢ〜４Ｑｃｘ１３改善するこができる。

本実施例では駆動用圧電素子として長さ１５ｍ■。

幅１．５ｍ＋＋、厚み０．５龍の振動子、検知用圧電素
子として、長さ１６■■（一枚で構成された部分；３禽
−）、幅１．５龍、厚み０．５１のバイモルフ振動子を
用いて共振周波数２５０〜２８０　Ｉｌｚの駆動周波数
を持つ各速度センサを作成し、ＣＯ□ガスレーザーを用
いて自由端に照射してＩＩ電極を除去していき、振動に
よる入力加速度をゼロになるように調節した。ここでは
検知用圧電素子にバイモルフ素子を用いているがコリオ
リカを検出するためには片持ばりのたわみ振動子であれ
ばよいので感度は低下するが一枚のモノモルフによるた
わみ振動子であっても同じ効果が得られ、レーザー源に
ついてもＣｏ２ガスレーザーのみならずＹＡＧレーザー
を用いてマスリフト状に電極を切断していって調節して
もよい、非接触にて電極を除去、切断できるレーザーで
あればよいことが分る。又、電極を取り除（たけでなく
、振動子そのものを切断、除去することによっても同じ
効果が得られる。

以上のように本実施例によれば検知用圧電バイモルフ素
子の一方の自由端をＣＯ２ガスレーザーを用いて、電極
部を除去することによって角速度センサの入力加速度に
対するキャンセル効果を高め、振動ノイズに強い安定し
たセンサを得ることができる。

発明の効果 以上のように本発明は振動用圧電振動子と検知用圧電振
動子が検知軸に平行でかつ互いに直交接合されたセンサ
素子があり、この素子を検知用圧電振動子のたわみ方向
に振動を加えて加速度を働かせておき、検知用圧電振動
子、振動加速度に対する感度の差をみながら感度の高い
素子の自由端をレーザーを用いて切断し、感度を調整す
ることを設けることにより、角速度センサの入力加速度
に対するキャンセル効果を高め、コリオリの加速度のみ
に感知する精度の高いセンサの製造方法を実現するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における角速度センサの正面
図、第２図は第１図の側面図、第３図は本発明の実施例
における角速度センサの製造方法を説明するための部分
拡大図である。 １・・・・・・検知用圧電バイモルフ素子、２・・・・
・・駆動用圧電素子、３・・・・・・電極ブロック、４
・・・・・・ジヨイント、５・・・・・・電極。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名／−一一お
友知用工電バイモルフ素子 ２−　駆暫■工亀木子 ３−　電極ブロック ４−一一ソヨイソト ５−一一電抛 第１図 乙 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　駆動用圧電振動子と検知用圧電振動子が検知軸に平行
   でかつ互いに直交結合されたセンサ素子を検知用圧電振
   動子のたわみ方向に振動を加えて加速度を働らかせてお
   き、検知用圧電振動子の振動加速度に対する感度の差を
   みながら感度の高い素子の自由端をレーザーを用いて切
   断し感度を調整する角速度センサの製造方法。