JPS62289719A - 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】 ３、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などに用いる角速度センサに
関するものである。

従来の技術 近年コンピュータ技術が発展し、多（の機能を有した製
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
探知、駆動装置のスタビライザ装置などがあり、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、ジャイロスコープを用いた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が、
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移動させて、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（たとえば特開昭５９−５５４２０号公報）
が提案されている。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
米国特許第２５４４６４６号公報にみることができる。

これによれば駆動用弾性体（励振用）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１こ検知用弾性体に働くコリオリの力を検出する
ものでる。以下に図面を参照しながら従来の角速変セン
サについて説明する。

第２図は角速度センサの構成図であり、駆動用圧電バイ
モルフ素子２と駆動検知用圧電バイモルフ素子３を検知
軸に平行でかつ互いに接合部材７を介して直交接合され
た検知用圧電バイモルフ素子１ａ、ｌｂがあり、この一
対を駆動および駆動検知用圧電バイモルフ素子２．３の
自由端にて接合された振動素子とする。そして前記振動
素子とベース６の間を一木の金属弾性部材５にて支持接
合し、駆動用圧電バイモルフ素子２を駆動させることで
音叉振動をさせ、検知用圧電バイモルフ素子１ａ、ｌｂ
に角速度が加わった場合に出力が得られるよう構成した
ものである。

第３図はこの角速度センサを動作させ、角速度信号を取
り出すための回路ブロック図である。駆動用圧電バイモ
ルフ素子２に駆動信号を印加し振動させることにより駆
動検知用圧電バイモルフ素子３が共振し、音叉振動を開
始する。この場合に角速度に対する感度を極カ一定にす
るための、音叉振動の振幅を一定にするよう駆動検知用
圧電バイモルフ素子３から得られた振幅信号を自動利得
調整回路（ＡＧＣ回路）をへて駆動回路へフィードバッ
クしている。また、駆動検知用圧電バイモルフ３から得
られる位相信号を利用してセンサ素子１ａ、ｌｂから角
速度成分を抽出する。駆動用圧電バイモルフ素子２から
検知用圧電バイモルフ素子３への機械的伝達ロスが生じ
たり、音叉振動のバランスが不均一な場合は駆動用圧電
バイモルフ素子２に負荷が加わり、伝達共振インピーダ
ンスが高くなる。伝達共振インピーダンスが高くなると
次のような問題が生ずる。すなわち、回路構成上、駆動
検知用圧電バイモルフ素子３の出力電圧を一定の値に保
つよう自動利得調整をおこなっているが、駆動側の負荷
が増大して駆動電圧が高（なり、電源電圧との関係から
飽和状態になり、自動利得調整が効かなくなって駆動が
停止する。

従来、圧電バイモルフ素子１ａ、ｌｂ、２．３としては
チタン酸鉛磁器を用い、接合部材７としてプラスチック
材料のポリブチレンテレフタレート樹脂（以下、ＰＢＴ
樹脂と称す、曲げ弾性率９ＸＩＯ’　ｋｇ／ｃｏ（）を
用い、それぞれをエポキシ樹脂系の接着剤１０にて直交
接合した。第４図はこの角速度センサの伝達共振インピ
ーダンスの温度特性を示したものである。この角速度セ
ンサの場合、２５°Ｃを中心として低温側、高温側で伝
達共振インピーダンスが高くなっている。低温側での変
化は圧電バイモルフそのものの温度特性の影響を受けた
ものであるが、高温側での変化は、前述したように接合
部材７がプラスチック材料であるために高温下で軟化、
すなわち、曲げ弾性率が低下し駆動用圧電バイモルフ素
子２および駆動検知用圧電バイモルフ素子３の振動に対
し、検知用圧電バイモルフ素子１ａ、ｌｂの振動が第５
図に示すようにずれが生じ、音叉振動のバランスがくず
れて伝達共振インピーダンスが高（なってしまったもの
である。

発明が解決しようとする問題点 しかし、このような一般的なプラスチ、り系の接合部材
では、周囲温度の上界により曲げ弾性率が低下し、結果
として高温下での伝達共振インピーダンスが大きくなっ
てしまうという問題があった。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、駆動用圧電バイモ
ルフ素子と検知用圧電バイモルフ素子の直交接合を曲げ
弾性率の高い接合部材でおこなうようにするものである
。

作用 本発明は上記した手段により、駆動用圧電バイモルフ素
子と検知用圧電バイモルフ素子とを直交接合する接合部
材の曲げ弾性率を高温環境下でも高い値に維持すること
ができ、伝達共振インピーダンスの温度依存性が極めて
安定した角速度センサを得ることができる。

実施例 以下本発明の角速度センサの一実施例について図面を参
照しながら説明する。角速度センサの構成は従来と変ら
ないので省略する。

第２図に示す角速度センサの接合部材７としてポリフェ
ニレンオキサイド樹脂（以下ＰＰ○樹脂と称す、曲げ弾
性率７　ＸＩＯ’　ｋｇ／ｃｆｆｌ）　、Ｐ　Ｂ　Ｔ樹
脂（曲げ弾性率９　Ｘ　１０’　ｋｇ　／　ｃｏ？）　
、ポリフェニレンサルファイド樹脂（以下ＰＰＳ樹脂と
称す、曲げ弾性率１４Ｘ１０’　ｋｇ／ｃｎｌ）　、特
殊ポリアミド樹脂（商品名：スミブロイＣＡ　１４４０
、住人化学工業ＫＫ製、曲げ弾性率１９Ｘ１０’　ｋｇ
／ｃｎｌ）　、および、チタン酸バリウム磁器（曲げ弾
性率１１０ＸＩＯ’　ｋｇ／ｃａｌ）、以上５種類を選
択し、接着剤１０とし、エポキシ樹脂系接着剤を選択し
た。

接合部材７および接着剤１０をそれぞれ組み合せて駆動
用圧電バイモルフ素子２，３と検知用圧電バイモルフ素
子１ａ、１ｂを直交組立し、接着剤１０を１２０℃で２
０分間硬化することによって角速度センサを作成し、伝
達共振インピーダンスの温度依存性を測定した結果を次
の第１表及び第１図に示した。

第１表 この結果について考察する。サンプル（１１，＋２１゜
！３１．　（４１はいずれもプラスチック類の接合部材
７で角速度センサを構成しており、順番に従って接合部
材７の曲げ弾性率を大きくしたものであるが、特に高温
側では、接合部材７の曲げ弾性率が小さいほど伝達共振
インピーダンスの変化比が大きいことが分る。チタン酸
バリウム磁器製の接合部材７で構成したサンプル（５）
の高温側での伝達共振インピーダンスの変化は極めて安
定した結果になっている。

−ｍ的にプラスチック材料の場合、周囲温度が上昇する
につれて軟化、すなわち曲げ弾性率が低下する傾向を示
す。事例で述べれば、サンプル（３）のＰＰＳ樹脂の場
合、２５℃中での曲げ弾性率を１とすると８０℃中では
０．８５になってしまう。このような高温中での曲げ弾
性率の低下により、第５図の振動モデルに示したように
、駆動用圧電バイモルフ素子２，３と検知用圧電バイモ
ルフ素子１ａ。

１ｂとの振動ずれθが太き（なり伝達共振インピーダン
スが大きくなってしまう。

一方、チタン酸バリウム磁器の場合は、１０００’Ｃ以
上の高温中での焼結セラミックであるため、曲げ弾性率
の極めて大きく、かつ１００℃以下程度の温度領域では
全く曲げ弾性率の変化は生じないものと考えられる。こ
れがサンプル（５）の伝達共振インピーダンスが安定し
ている理由として説明できる。

以上の結果から、角速度センサの接合部材７としては、
曲げ弾性率が裔く、かつ角速度センサが通常使用される
温度環境中″で曲げ弾性率に変化が生しないものが適し
ていることが分る。この要求う満たすものは本実施例で
はチタン酸バリウム磁器ということになるが、接合部材
７をプラスチック材料とする場合でも曲げ弾性率が極力
大きいものを選択することで、伝達共振インピーダンス
の温度依存性が良好な角速度センサを得ることができる
。

本角速度センサにおいては、２５°Ｃ中での伝達共振イ
ンピーダンスの値、および駆動回路の構成上から、伝達
共振インピーダンスの２５゛Ｃ１８０゛Ｃの変化比の許
容値が１．５であるため、プラスチック類の接合部材７
とする場合には、サンプル（３）の曲げ弾性率以上のも
の、すなわち１４　Ｘ　１０’　ｋｇ　／　ｃａ以上の
材料が適している。

発明の効果 以上のように、本発明は駆動用圧電バイモルフ素子と検
知用圧電バイモルフ素子との直交接合を、曲げ弾性率の
太き一；接合部材を用いておこなうことにより伝達共振
インピーダンスの温度依存性を小さくすることができ、
性能が良好な角速度センサを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

））八 第１図は本発明の一実施怪の角速度センサの伝達共振イ
ンピーダンスの温度依存性を示すグラフ、第２図は従来
例の角速度センサの斜視図、第３図は本角速度センサを
用いた角速度検出ブロック図、第４図は従来例角速度セ
ンサの伝達共振インピーダンスの温度依存性を示すグラ
フ、第５図は圧電バイモルフ素子の振動モードをモデル
的に表わした正面図である。 ｌａ、ｌｂ・・・・・・検知用圧電バイモルフ素子、２
・・・・・・駆動用圧電バイモルフ素子、３・・・・・
・駆動検知用圧電バイモルフ素子、４・・・・・・結合
部材、８ａ・８ｂ・８ｃ・８ｄ・・・・・・リードピン
、９ａ・９ｂ・９ｃ・９ｄ・９ｅ・９ｆ・・・・・・ワ
イヤ、ＩＯ・・・・・・接着剤。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第１図 溢す（［°Ｃコ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 駆動用圧電バイモルフ素子と検知用圧電バイモルフ素子
   とが検知軸に平行でかつ互いに接合部材を介して直交接
   合されたセンサ素子があり、前記センサ素子の一対を駆
   動用圧電バイモルフ素子の自由端にて接合して振動素子
   とした角速度センサにおいて、接合部材の曲げ弾性率を
   １４×１０＾４ｋｇ／ｃｍ＾２以上としたことを特徴と
   する角速度センサ。