JPS63284412A - 角速度検出器 - 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） この発明は、角速度検出器に係り、特に振動方式の角速
度検出器に関する。

（従来の技術） この種の角速度検出器は、航空機、船舶のオートパイロ
ットシステム、自動車のオートナビゲーションシステム
、各種装置のオートスタビライザ等に利用されており、
第９ないし１１図には、特開昭６０−６７８１５号公報
で示される従来の角速度検出器が示されている。

この従来の検出装置は、支持台１に一対の長方形の板状
の振動片２ａ、２ｂを互いの板面が平行になるように、
所定間隔保って片持梁状に支持されているとともに、そ
の一方の板面には、それぞれ振動素子３ａ、３ｂを有し
ている。

一方、振動片２ａ、２ｂの先端側の板幅の一側には、振
動片２ａ、２ｂの板面の向きと直交する向きの板面を持
つ検出片４ａ、４ｂを一体的に接続しているとともに、
それぞれの検出片４ａ、４ｂの板面の一面には、圧電体
からなる歪−電気変換機能を有する検出素子５ａ、５ｂ
が設けられている。

この従来の角速度検出器においては、撮動素子３ａ、３
ｂに駆動回路６から印加すると、振動片２ａ、２ｂが振
動しこれに伴って検出片４ａ、４ｂが振動片２ａ、２ｂ
の板面と直交する方向（矢印ａ）に一定振幅で振動する
。このとぎ両振動片２ａ、　２ｂの中心位置に想定され
る角速度入力軸ｂに、角速度ωｒａｄ／ｓｅｃが入力さ
れると、振動素子の振動による移動速度νｃｍ／ｓｅｃ
と、検出片の質ｆｆｉｍＱとの積に相当するコリオリカ
Ｆｃ　（＝ωＸν×ＴｒＬ）が発生する。このコリオリ
カは、検出素子の電荷変化を生じさせるので、これを検
出回路７で角速度に比例した電圧出力として検出できる
。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記角速度検出器にあっては、検出片に
固定される検出素子は、検出片の板厚が厚過ぎるとコリ
オリカを感度良く検出できないという問題点がある。こ
のため、検出片の板厚を極力薄くすることが考えられる
が、あまり薄過ぎると検出片の質量が小さくなり、この
ため、上記したように質量が小さくなるとこれに比例し
てコリリカも小さくなるという欠点が出てくる。

このよな欠点を解決するため、本発明者らは、第１２図
に示すように、検出片４ａ、４ｂの先端部に接着剤８で
挿片９ａ、９ｂを固定することにより質量を増大させ、
または第１３図に示すように各振動片２ａ、２ｂの先端
側の板幅の両方に、同一方向の検出片４ａ、４ａ＝、４
ｂ、４ｂ＝を設けた場合各検出片４ａ、４ａ−，４ｂ、
４ｂ−の先端部に挿片９ａ、９ａ’−、９ｂ、９ｂ′８
接着剤８により固定することにより質量を増大させて上
記欠点を解決できる知見を得た。

けれども、上記の角速度検出器にあっては、金属板から
なる平板から振動片と検出片とを展開した状態で一体的
に型取りを行なって裁断し、それを折曲げ加工により製
造しているので振動片２ａ。

２ｂの先端側の一側と検出片４ａ、４ｂの後端側の一側
を共通した状態で形成される。これを用いて角速度を検
出する場合には、角速度の入力時に、第１１図に示すよ
うに、コリオリカＦＣ，振動片２ｂの幅の２分の１の長
さ１１および検出片４ｂの幅の２分の１の長さＩ！、２
の積にほぼ等しい捩じり力Ｕ＋　　（Ｆｃｘ、ｇ＋　ｘ
Ｉ！、２）が振動片２ｂの長手方向の中心線Ｃを支点と
して発生する。しかも、この捩じり力は、コリオリカＦ
Ｃに比例して大きくなる関係があるので、第１２図およ
び第１３図のように挿片を設けた場合、さらに大きくな
る。

特に、第１３図に示したような同一方向に検出片を設け
た場合、捩じり力は倍加する。

このため、振動片全体が捩じり変位を示し、正確な角速
度の検出ができないという問題点があった。

（問題点を解決しようとするための手段）本発明は上記
問題点を解決するためになされたものであって、片持梁
状に支持された板状の振動片と、 上記振動片の先端側の板幅の一側に、上記振動片の板面
方向と直交する板面方向を有して設けられた検出片と、 前記振動片の先端側の板幅の他側に、前記検出片方向と
反対に伸びるバランス片を設けたことを特徴とするもの
である。

（作用） 本発明は、検出片の向きと逆になるようにバランス片が
振動片に接続されているので、検出片への捩じり力は相
殺される。

（実施例の説明） 本発明に係わる角速度検出器を図示の実施例に基づいて
説明する。なお、従来と同じ構成要素には同一符号を付
して説明する。

第１ないし３図は、本発明の第１の実施例を示すもので
、第１図は斜視図、第２図は第１図の矢印Ｘ方向平面図
、および第３図は捩じり力の発生状態を示す説明図であ
る。

図において２ａ、２ｂは長方形の金属製の板状の振動片
で、これらは下端を共通にしており、この共通部分を各
振動片２ａ、２ｂの板面が平行になるように折曲げて、
はぼＵ字状を呈するように形成されている。この折曲げ
部分は、図示しないが支持台に片持梁状に支持される。

各振動片２ａ。

２ｂの一面には、圧電体からなる振動素子３ａ。

３ｂが接着剤により固定されている。

ざらに、各振動片２ａ、２ｂの先端側の板幅の一側には
、板面の向きを各振動片２ａ、２ｂの板面の向きと直交
するようにした長方形の板状の検出片４ａ、４ｂが設け
られている。これら検出片４ａ、４ｂは互いに反対方向
に位置して向いているとともに、同一形状をしており、
各検出片４ａ。

４ｂの一板面には、それぞれ、圧電体からなる歪−電気
変換機能を持つ検出素子５ａ、５ｂが接着剤により固定
されている。

一方、各振動片２ａ、２ｂの先端側の板幅の他側には、
上記検出片４ａ、４ｂと同一形状のバランス片１０ａ、
１０ｂが互いに向合う方向に設けられている。

上述の振動片、検出片およびバランス片は、１枚の金属
板、例えばＦｅ−Ｃｏ−Ｎｔ金合金らなる厚ざＱ、５ｍ
ｍ程度の金属板に振動片と検出片とを展開した状態で型
取りをして、これを振動片と検出片の接続部を折曲げる
ことにより成形することができる。

上述の実施例からなる角速度検出器において、振動素子
３ａ、３ｂに図示しない駆動回路から印加すると、振動
片２ａ、２ｂが振動し、これに伴って各検出片４ａ、４
ｂが矢印ａ方向に一定幅で撮動する。この際、両振動片
２ａ、　２ｂ間に想定される角速度入力軸すに角速度ω
／　Ｓｅｃが入力されると、振動素子３ａ、３ｂによる
移動速度νｃｍ／ｓｅｃと、検出片の質ｆｆ１ｍとから
、これに相当するコリオリカＦｃ　（＝ω×νＸｍ＞が
発生する。このコリオリカは、検出素子４の電荷変化を
生じさせ、これを図示しない検出回路により角速度に比
例した電圧出力として検出する。これにより、この電圧
出力から角速度を検出する。

上述の角速度検出器を、第３図をもとにさらに説明する
。この図は上記第２図とは説明の関係上上下逆にしたも
ので、振動片全体の捩じれ変化の状態を示すものである
。図示から明らかなように、コリオリカＦｃと振動片２
ｂの幅の上半分、すなわち振動片の幅の２分の１の長さ
！、および検出片４ｂの幅！２の積にほぼ等しい捩じり
力Ｕ１（＝ＦＣＸＵ＋　Ｘ１２２＞が、反時計方向に振
動片２ｂの長手方向中心線Ｃを支点として発生する。

一方、バランス片１０ｂの存在により、コリオリカＦｃ
と振動片２ｂの幅の下半分、すなわち振動片の幅の２分
の１の長さＩ？、１およびバランス片１０ｂの幅Ｉ！、
２の積にほぼ等しい捩じり力Ｕ２（＝ＦＣ＋！、ＸＩ？
、２）が、振動片２ｂの長手方向中心線Ｃを支点として
、上述の捩じり力Ｕ１と逆向き（時計方向）に発生する
。従って捩じり力Ｕ１とＵ２とが相殺され、全体として
の捩じり力は消失する。

なお、振動片２ａの捩じり力については、上述した振動
片２ｂと同様なので説明を省略するが、この振動片２ａ
の捩じり力も相殺される。

以上の実施例においては振動片の板幅の両側に同一形状
の検出片とバランス片とを逆向きに設けたので、捩じり
力の発生がなく正確な角速度を検出することができる。

第４．５図は本発明の第２の実施例を示すもので、上記
第１の実施例における検出片４ａ、４ｂとバランス片１
０ａ、１０ｂの先端部に同一質量の挿片９ａ、９ａ−，
９ｂ、９ｂ−を接着剤８により固定した構成をしている
。

このように、検出片に挿片を設けると、検出片の質量ｍ
と挿片の質量ｍ′の和によりコリオリカＦｃ　（＝ωＸ
ｖＸ　（ｍ＋ｍ−））が得られるので、感度の良い角速
度を検出することができる。ざらに、バランス片にも検
出片と同様に挿片が設けられているので、上述したよう
な捩じり力の発生は防止されるので、正確でしかも感度
良く角速度を検出することができる。

なお、上述の実施例では、検出片およびバランス片への
錘片の固着は、接着剤８により行なったが、これを第６
図に示すような手段で固定したり、あるいは挿片を構成
させることもできる。

すなわち、第６図（ａ＞は挿片９をスポット溶接可能な
ものとし、検出片４またはバランス片１０にスポット溶
接１１で固定したものである。

また、同図（ｂ）は挿片９と検出片４またはバランス片
１０に開口１２．１３を設け、この開口にボルト１４と
ナツト１５でネジ止めにより゛固定したものである。

ざらに、同図（Ｃ）は、上記（ｂ）と同様に挿片９と検
出片４またはバランス片１０に開口１２゜１３を設け、
ここに逆止片を有するフック１６を挿入して固定したも
のである。

また同図（ｄ）は、上述の開口１２．１３に、リベット
１７を挿入して挿片９を固定したものである。

さらに同図（ｅ）は、検出片４またはバランス片１０に
２つの開口１３．１３”を設け、挿片９には、この開口
１３．１３″に対応した突起１４゜１４′を設けて挿入
し、突起先端をカシメて固定したものである。

また同図（ｆ＞は、検出片４またはバランス片１０の先
端近くに凹条部１５を作り、ここにＵ字状の錘片９をカ
シメ加工により固定したものである。

さらに同図（ｑ）は、検出素子４またはバランス片１０
の先端部の一部を折曲げ加工により肉厚にし、この肉厚
を挿片９としたものである。

また同図（ｈ）は、検出素子としてバイモルフ圧電素子
１６を補強用金属板１７にサンドイツヂ状に配置して検
出片４を構成した場合の挿片９の固定手段を示すもので
、検出片４の先端部分を補強用金属板１７のみが突出す
るようにし、この金属部分に接着剤８により固着する。

または、上述の（ａ）〜（ｆ）の手段で固着しても良く
、場合によっては、上記（ｑ）のように突出した補強用
金属板１７を折曲げ加工を行ない、挿片を構成しても良
い。

いずれにしても、検出片への挿片の固定は振動を伴うの
で、これに充分耐えるようにすることが必要である。

第７および８図は、本発明の第３の実施例を示すもので
、上述した実施例と相違する点は、検出片４ａ、４ｂお
よびバランス片１０ａ、１０ｂの向きが相違しているの
みで、他は同一である。

すなわち、この実施例における検出片と振動片の位置関
係は、第８図の矢印Ｘ方向平面図の第７図から明らかな
ように、振動片２ａ、２ｂに接続される検出片４ａ、４
ｂは同一方向に、またバランス片１０ａ、１０ｂは検出
片４ａ、４ｂとは逆向きの同一方向に折曲げて構成され
ている。しかも、このバランス片ｉｏａ、ｉｏｂには検
出素子５ａ＝、５ｂ′が設けられていて、これら検出素
子からも角速度の検出ができるようになっている。

また、角検出片とバランス片の先端部に錘片が設けられ
ている。

この実施例においても、上述した実施例と同様に、全体
としての捩じり力は相殺されるとともに、挿片を有して
いるのでコリオリカを大きくすることができるので、高
感度に正確な角速度検出が可能となる。

なお、この第３の実施例からも明らかなように、バラン
ス片にも検出素子を設けることにより検出片としての機
能を持たせることが可能である。この場合、バランス片
に対しては検出片がバランス片の役目を果していること
になる。従って、本発明においてバランス片というとき
には、バランス片にも検出機能を持たせた場合、一方の
検出片に対しては他方の検出片が、また他方の検出片に
対しては一方の検出片がバランス片であると理解しなけ
ればならない。

（効果） 本発明は、振動片の両側に振動片の面と直交するように
互いに逆向きに検出片とバランス片を設けたので、捩じ
り力の発生がなく正確な角速度を検出することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１ないし３図は本発明に係わる角速度検出器の第１の
実施例を示すもので、第１図はその斜視図、第２図は第
１図のＸ方向平面図、第３図は捩じり力を説明するため
の説明図、第４，５図は本発明の第２の実施例を示すも
ので、第４図はその斜視図、第５図は第４図のｖ−ｖ線
断面拡大図、第６図は挿片の固定の仕方を示す断面図、
第７゜８図は本発明の第３の実施例を示すもので、第７
図はその斜視図、第８図は第７図のＸ方向平面図、第９
ないし１１図は従来例を示すもので、第９図はその斜視
図、第１０図は検出手段の概略を示す説明図、第１１図
は捩じり力を説明するための説明図、および第１２．１
３図は検出片に挿片を付加した斜視図である。 ２ａ、　２ｂ・・・振動片 ３ａ、３ｂ・・・娠動素子 ４ａ、４ｂ・・・検出片 ５ａ、５ａ′、５ｂ、５ｂ−・−検出索子９ａ、９ａ′
、９ｂ、９ｂ−・・・挿片１０ａ、１０ｂ・・・バラン
ス片 特許出願人　日産自動車株式会社 第１図 第２図　　　４゜ 第６図 （ａ）　　　　　　　　　　　　（ｂ）　　　　　　　
　　　　（ｃ）（ｄ）　　　　　　　　　　（ｅ）　　
　　　　　　　（ｆ）第７図 第８図 第９図 第１Ｏ図 ｂ 第１１図 ｃ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）片持梁状に支持された板状の振動片と、上記振動
   片の先端側の板幅の一側に、上記振動片の板面方向と直
   交する板面方向を有して設けられた検出片と、 前記振動片の先端側の板幅の他側に、前記検出片方向と
   反対に伸びるバランス片を設けたことを特徴とする角速
   度検出器。