WO1997009585A1 - Capteur de vitesse angulaire - Google Patents

Description

明 細 書

発明 の名称

角速度セ ン サ

技術分野

本発明 は 、 航空機、 自 動車、 ロ ボ ッ ト 、 船舶、 車両等の移動 体の姿勢制御や ナ ビ ゲ ー シ ョ ン等 に利用 で き る 振動型角速度セ ン サ 、 あ る い は ス チ ル カ メ ラ ゃ ビ デ オ カ メ ラ 等 の 手振 れ防止 用 、 遠隔操作用 の リ モ コ ン用等 に用 い ら れ る 角速度セ ン サ に 関 す る も の で あ る 。

背景技術

こ の 種 の角 速度 セ ン サ に おい て は 、 コ 字状の振動部材 に圧電 体を貼 り 付 け、 駆動部 と 検出部 と を構成 し 、 前記振動部の圧電 体素子 の電極 に単一の駆動電源か ら 供給 し た信号 に よ り 圧電体 の音叉 ア ー ム を駆動 し 、 こ の駆動 に よ り 検出部 に発生 し た コ リ ォ リ のカ を検出部の圧電体 よ り 角速度信号 と し て抽 出 す る よ う に構成 し て い る 。

し か し な が ら 、 上記 の構成 に お い て は、 検出電極か ら 取 り 出 さ れ る 信号 に は角速度信号以外 に駆動信号 に よ り 誘起 さ れ る 成 分 が混入 し て い る の で 、 混入信号 を 分離 す る 回路 が必要 と な る 。 こ の場合、 角 速度信号以外 の信号分離が完全 に は 出来ず、 ど う し て も 、 そ の一部が残 り 、 こ れが ノ イ ズ成分 と な っ て検出 特性を高め る こ と が難 し い と い う 課題を有 し て い た。

発明 の 開示

本発明 は 、 駆動信号 に よ る ノ イ ズ成分の影響を排除 し 、 角速 度信号 の検 出特性を高 め る こ と を 目 的 と す る も の で あ る 。 こ の課題を解決す る た め本発明の角速度セ ン サ は、 検出電極 を介 し て重合 さ せ ら れた コ 字状の第 1 、 第 2 の圧電体 と 、 前記 第 1 の圧電体は少な く と も一方の音叉ア ー ム の検出電極の反対 側の面に設けた第 1 、 第 2 の駆動電極 と 、 前記第 1 、 第 2 の駆 動電極が設け ら れた音叉ア ー ム に対向す る前記第 2 の圧電体の 音叉ア ー ム に おけ る検出電極 と は反対側の面に設けた第 3 、 第 4 の駆動電極 と を備え、 前記第 1 〜第 4 の駆動電極の内、 検出 電極を介 し て対角線上に あ る第 1 、 第 3 の駆動電極に は第 1 の 駆動電源を接続 し、 同様に、 検出電極を介 して対角線上に あ る 第 2 、 第 4 の駆動電極に は前記第 1 の駆動電源 と は逆相 と な る 信号を供給す る よ う に第 2 の駆動電源を接続 し、 かつ前記 コ 字 状の第 1 、 第 2 の圧電体の少な く と も一方の音叉ア ー ム は重合 さ せ ら れた厚み方向 と 同一方向に第 1 、 第 2 の圧電体を分極 し た音叉 ア ー ム構造 と し た こ と を特徴 と す る も ので あ る 。

上記の構成 と すれば、 音叉 ア ー ム の対角線上に あ る第 1 、 第 3 の駆動電極に は第 1 の駆動電源か ら駆動信号が供給 さ れ、 ま た、 第 2 、 第 4 の駆動電極に は第 2 の駆動電源か ら第 1 の駆動 電源 と は逆相の駆動信号が供給 さ れ、 こ の音叉ア ー ム を駆動す る 信号は、 検出電極を介 し て駆動 さ れ る た め、 駆動信号は検出 電極上で互い に キ ヤ ン セ ル さ れ、 検出信号に は混入 さ れ る こ と がな く 、 結果 と し て角速度信号抽出 の検出能力を高め る こ と が で き る も の で あ る 。

ま た、 本発明 の角速度セ ン サ は、 中間電極を介 し て重合 さ せ ら れた コ 字状の第 1 、 第 2 の圧電体 と 、 前記第 1 の圧電体の少 な く と も一方の音叉 ア ー ム の 中間電極の反対側の面に設 け た第 1 、 第 2 の駆動電極およ び第 1 の検出電極 と 、 前記第 1 、 第 2 の駆動電極 と 第 1 の検出電極 と が設け ら れた音叉 ア ー ム に対向 す る前記第 2 の圧電体の音叉 ア ー ム におけ る 中間電極 と は反対 側の面に設け た第 3 、 第 4 の駆動電極 と第 2 の検出電極 と を備 え、 前記第 1 、 第 2 、 第 3 、 第 4 の駆動電極の内、 中間電極を 介 し て対角線上に あ る 第 1 、 第 3 の駆動電極に は第 1 の駆動電 源を接続 し、 同様に中間電極を介 し て対角線上に あ る第 2 、 第 4 の駆動電極 に は前記第 1 の駆動電源 と は逆相 と な る信号を供 給す る よ う に第 2 の駆動電源を接続 し、 かつ、 前記 コ 字状の第 1 、 第 2 の圧電体の少な く と も一方の音叉ア ー ム は重合 さ せ ら れた厚み方向 と 同一方向 に第 1 、 第 2 の圧電体を分極 し た音叉 ア ー ム構造 と し た も の で あ る 。

こ の構成に よ れば、 駆動信号に よ る上記 ノ イ ズ成分の影響を 排除で き 、 角速度信号の検出特性を高め る こ と がで き る 。

図面の簡単な説明

第 1 図は本発明の第 1 の実施例であ る角速度セ ン サを示す組 立斜視図、 第 2 図は同 セ ン サ の要部を示す模式図、 第 3 図は同 セ ン サ の回路結線図、 第 4 図は同セ ン サ の他の例の要部を示す 模式図、 第 5 図は本発明の第 2 の実施例で あ る角速度セ ン サ を 示す組立斜視図、 第 6 図は同 セ ン サ の要部を示す模式図、 第 7 図は同 セ ン サ の回路結線図、 第 8 図は同 セ ン サ の他の例の要部 を示す模式図で あ る 。

発明を実施す57^ 最良の形態

(実施例 1 )

以下、 本発明 の角速度セ ン サ に つ い て説明す る 。 第 1 図、 第 2 図、 第 3 図は本発明 の角速度セ ン サ の一実施例を示す。 第 1 図に おいて、 1 は下面が開口 し た鉄製の キ ャ ッ プで あ り 、 そ の 表裏面 に は ニ ッ ケ ル メ ツ キ が設け ら れて い る 。 こ の キ ャ ッ プ 1 の下面の開口部に は、 円盤状のベ ー ス 2 が嵌合 さ れ、 こ れに よ り キ ャ ッ プ 1 内 は密閉空間 と な る。

こ の密閉空間内 に キ ャ ッ ブ 1 の内面 と 非接触状態で検出素子 3 が配置さ れてお り 、 こ の検出素子 3 はベ ー ス 2上に接着剤に よ り 立設固定 さ れて い る 。 前記検出素子 3 は、 第 1 図、 第 2 図 に示す様に コ 字状の第 1 、 第 2 の圧電体 4 ， 5 を同 じ く コ 字状 を し た A g — P d系の検出電極 6 を介 し て重合 さ せ、 一体焼成 す る こ と に よ り 形成 さ れた も の であ る。 ま た、 前記第 1 、 第 2 の圧電体 4， 5 の そ れぞれの音叉ア ー ム 4 a， 4 b , 5 a , 5 b の検出電極 6 と は反対の面、 つ ま り 外部に表出 し て い る面に は 縦長形状の A g — P d 系電極 7 , 8 ， 9， 1 0 ， 1 1 , 1 2 ， 1 3 , 1 4 を印刷 し、 焼 き 付け に よ り 設けて い る 。 こ れ ら の電 極の内、 7， 8， 1 1， 1 2が駆動電極、 9 , 1 0， 1 3， 1 4 がモ ニ タ 電極 と な っ て い る。 すなわ ち、 第 2図に示す様に音叉 ア ー ム 4 a ， 5 a の重合体に おいて、 検出電極 6 を介 し て対角 線上に あ る駆動電極 7 ， 1 2 に は第 1 の駆動電源 1 5 が接铳 さ れ、 ま た、 そ れに ク ロ ス す る 対角線上の駆動電極 8 ， 1 1 に は 第 2 の駆動電源 1 6 が接続 さ れて い る 。 こ れ ら の第 1 、 第 2 の 駆動電源 1 5 ， 1 6 は そ れぞれ駆動電極 7 ， 1 2 及び 8 ， 1 1 に音叉共振を さ せ る た め の交流信号 （音叉共振周波数） を供給 す る の で あ る が、 こ れ ら の第 1 、 第 2 の駆動電源 1 5 ， 1 6 か ら供給 さ れ る 信号は逆相状態 と な っ て い る 。 ま た、 モ ニ タ 側 と な る音叉 ア ー ム 4 b , 5 b に おいて は対角 線上の モ ニ タ 電極 9 ， 1 4 が共に接地端子に接続 さ れ、 そ れに ク ロ ス す る対角線上の モ ニ タ 電極 1 0 ， 1 3 は モ ニ タ 検出端子 1 7 に接铳 さ れて い る 。 さ ら に、 検出電極 6 は検出端子 1 8 に 接続さ れて い る 。 第 1 図は、 こ れ ら の電気的接続状態を示す斜 視図で あ っ て、 1 9 ， 2 0 が電源端子であ り 、 そ れぞれ リ ー ド 線 A に よ り 接続 さ れて い る。 なお、 検出端子 1 8 と 検出電極 6 を接続 し た リ ー ド線 A は、 音叉ア ー ム 4 a ， 4 b ， 5 a , 5 b よ り も下方に おいて検出電極 6 と 接続さ れて い る 。

以上の よ う な構成に おいて、 音叉 ア ー ム 4 a ， 5 a は第 2 図 に示す様に そ の厚 さ方向 に対 し て同方向に電界強度 3 k Y / mm で分極 し、 ま た、 音叉 ア ー ム 4 b , 5 b も そ れ と は反対方向で は あ る が厚 み方向 に 同 じ方向 に電界強度 3 k V / ramで分極 し た。 第 2 図に おいて、 分極方向は P I , P 2 で示 し て い る。

上記の構成 に おいて、 前記第 1 、 第 2 の駆動電源 1 5 ， 1 6 か ら前記駆動電極 7 ， 8 ， 1 1 ， 1 2 に信号が供給さ れ る と 、 音叉ア ー ム 4 a ， 5 a は第 2 図におけ る横方向 に振動す る こ と に な り 、 こ れに呼応す る ご と く 音叉ア ー ム 4 b ， 5 b も共振 し て横方向 に振動す る こ と に な る 。

こ の点につ いて具体的 に以下に説明す る と 、 今、 仮に、 あ る 時点に おい て、 音叉 ア ー ム 4 a , 5 a の内面側の駆動電極 8 , 1 2 部分に は逆相の信号が加え ら れ、 こ れを分極方向 P 1 か ら 見 る と 駆動電極 8 に は負電界、 駆動電極 1 2 に は正電界が加え ら れ、 こ れは両方の音叉ア ー ム 4 a ， 5 a 共に第 2 図に おけ る 下面側、 つ ま り 、 分極方向 と は反対側に負 の電界印加 と な る の で、 こ の結果 と し て音叉 ア ー ム 4 a , 5 a の 内面側、 即 ち 、 音 叉 ア ー ム 4 b ， 5 b 側が縮み、 内方即 ち第 2 図の右側 に 向 け て 屈 曲す る 。 逆 に音叉 ア ー ム 4 a ， 5 a の外側 に お い て は 、 駆動 電極 7 ， 1 1 か ら 分極方向 に対 し て 同 じ方向 の電界が印加 さ れ る の で 伸 長作用 が起 り 、 こ の 結果、 こ の 時点 で は 音叉 ア ー ム 4 a , 5 a は 内方に屈 曲す る 。 こ の時、 音叉 ア ー ム 4 b , 5 b は そ れ に 呼応 し て音叉 ア ー ム 4 a , 5 a 側 に 屈 曲 す る 。 し か し 、 次の時点つ ま り 、 第 1 、 第 2 の駆動電源 1 5 ， 1 6 か ら 供 給 さ れ る 信号が反転 す れ ば、 逆 に 、 音叉 ア ー ム 4 a , 5 a , 4 b , 5 b は共に外方 に屈 曲 し 、 共振振動す る こ と に な る 。

次に 、 こ の様 な 内外方への振動を繰 り 返 し て い る 状況 に お い て角速度が加え ら れる と 、 コ リ オ リ カの原理で音叉ア ー ム 4 a , 5 a , 4 b ， 5 b は厚み方向 に た わ み、 そ の た わ み程度が角速 度信号 と し て検出電極 6 、 検出端子 1 8 を介 し て取 り 出 さ れ る こ と に な る 。 た と え ば、 今、 音叉 ア ー ム 4 a の第 2 図 に お け る 下面側が伸 び、 音叉 ア ー ム 5 a の第 2 図 に お け る 上面側が縮む 方向 に音叉 ア ー ム 4 a ， 5 a がた わ む と す る と 、 駆動電極 7 , 8 に は そ の分極方向で あ っ て 、 直交す る方向で伸 び、 正電荷が 発生 し 、 駆動電極 1 1 ， 1 2 に は分極方向 と は逆で直交方向 で 縮 む こ と と な り 、 同 じ く 正電荷 が発生 す る こ と に な る 。 こ の 時、 検 出電極 6 が接す る 音叉 ア ー ム 4 a ， 5 a の部分 に は負電 荷が発生 し 、 同 じ く 音叉 ア ー ム 4 b , 5 b に接铳す る 部分 も 負 電荷が発生 し 、 こ れが検出端子 1 8 か ら取 り 出 さ れ る こ と に な る の で あ る 。 角速度が加わ る こ と に よ り 、 逆に音叉ア ー ム 4 a ， 5 a が駆動電極 1 1 ， 1 2 側が伸 び、 駆動電極 7 ， 8 が縮む場 合、 同様の理論 に よ り 検出端子 1 8 に は正電荷が取 り 出 さ れ る こ と に な る 。

ま た 、 駆動時 に お い て音叉 ア ー ム 4 a ， 5 a , 4 b , 5 b を 駆動す る 信号 は、 音叉 ア ー ム 4 a ， 5 a , 4 b ， 5 b の駆動 に は 供給 さ れ る が、 信号成分 と し て は 互 い に キ ャ ン セ ル さ れ 、 よ っ て 、 こ の駆動信号が検出電極 6 を介 し て検出 さ れ る 検出信 号 に混入 さ れ る こ と は な い。

第 3 図は そ の回路図を示 し 、 検出端子 1 8 は増幅器 2 1 と コ ン デ ン サ C 1 で構成 し た チ ャ ー ジ ア ン プ の反転入力端子 に入力 さ れ る 。 前記 チ ャ ー ジ ア ン プ の 出力端子 2 7 に は 、 同期検波回 路 2 2 、 フ ィ ル タ 2 3 が接铳 さ れ 、 最終的 に は 出力端子 2 4 へ と 接続 さ れて い る 。 尚、 抵抗器 R l , R 2 と 可変抵抗器 R x と 増 幅器 2 5 で 構成 し た 反転増幅器 は 、 第 1 、 第 2 の 駆動電源 1 5 , 1 6 を作 る た め の も の で あ る 。 2 6 は音叉 の振幅 を安定 さ せ る た め の A G C ア ン プ で あ る 。

第 4 図 は本発明 の角 速度セ ン サ の他の例を示 し 、 こ の例 に お い て は音叉 ア ー ム 4 b ， 5 b の分極方向 P 3 を分極方向 P 1 と 同 じ 方向 に変更 し た も の で あ る 。 従 っ て、 こ の場合、 検出電極 は第 2 図 に示す場合 の様 に音叉 ア ー ム 4 a ， 5 a と 4 b ， 5 b の コ リ オ リ 信号成分 を 合算 し て取 る こ と がで き な い の で 、 そ れ ぞれ検出電極 1 8 a , 1 8 b と 分離 し 、 一方の音叉 ア ー ム よ り 得 ら れ る コ リ オ リ 信号成分を反転 さ せ た後 に合算す る 様 に し た も の で あ る 。

以上 の様 に本発明 の第 1 の実施例 に お け る 角速度 セ ン サ は 、 重合 さ せ ら れ た コ 字状 の第 1 、 第 2 の圧電体の少 な く と も 一方 の音叉 ア ー ム は重合 さ せ ら れた厚み方向 と 同一方向 に第 1 、 第 2 の圧電体を分極 し た音叉 ア ー ム構造 と す る こ と に よ り 、 音叉 ア ー ム の対角 線上に あ る 第 1 、 第 3 の駆動電極 に は第 1 の駆動 電源か ら 駆動信号が供給 さ れ、 ま た 、 第 2 、 第 4 の駆動電極に は第 2 の駆動電源か ら 第 1 の駆動電源 と は逆相 の駆動信号が供 給 さ れ る の で 、 こ の音叉 ア ー ム を駆動す る 信号成分は音叉駆動 と し て働 く が互 い に キ ャ ン セ ル さ れ、 こ の駆動信号が検出電極 を介 し て検出 さ れ る 検出信号 に混入 さ れ る こ と は な い。 こ の結 果、 角速度の検出能力 を高精度 に高め る こ と がで き る 。

さ ら に、 左右の音叉 ア ー ム の分極方向 は互い に反対方向 と す る こ と に よ り 、 左右の音叉 ア ー ム で得た コ リ オ リ の力 は検出電 極上の信号 と 同相 と な る た め、 合算が検出電極上で処理 さ れ る の で合算回路 は不要 と な り 、 非常 に 簡単 と な る 。

ま た、 左右の音叉 ア ー ム の分極方向 を 同一 と す る こ と に よ つ て も 検出電極 1 8 a， 1 8 b を分離 し、 一方の音叉 ア ー ム よ り 得 ら れた信号成分を反転 さ せ た後 に そ れぞれの音叉 ア ー ム よ り 得た信号成分 を合算す る こ と に よ り 角速度の検出能力 を高 め る 事がで き た。

さ ら に は 、 分極の部位 と し て駆動 · 検出部 に設 け た電極部分 に 分極処理を施す こ と に よ り 、 音叉 ア ー ム が駆動 し た場合、 電 極近傍 し か分極処理 を 行 っ て い な い た め 、 不要 な 振動成分 に よ っ て生 じ る ノ イ ズ成分を非常 に少な く す る こ と がで き る 。

(実施例 2 )

第 5 図、 第 6 図、 第 7 図は本発明 の第 2 の実施例 に お け る 角 速度 セ ン サ を示す。 第 5 図 に お い て 、 1 は下面が開 口 し た鉄製 の キ ャ ッ プで あ り 、 そ の表裏面に は ニ ッ ケ ルメ ツ キが設け ら れ て い る 。 こ の キ ャ ッ プ 1 の下面の開口部に は、 円盤状の ベ ー ス 2 が嵌合 さ れ、 こ れに よ り キ ャ ッ プ 1 内 は密閉空間 と な る。 こ の密閉空間内 に キ ヤ ッ ブ 1 の内面 と 非接触状態で検出素子 3 が 配置さ れて お り 、 こ の検出素子 3 は ベ ー ス 2 上に接着剤に よ り 立設さ れて固定 さ れて い る 。 前記検出素子 3 は 、 第 5 図、 第 6 図に示す様に コ 字状の第 1 、 第 2 の圧電体 4 ， 5 を同 じ く コ 字 状を し た A g — P d 系の中間電極 3 6 を介 し て重合 さ せ、 一体 焼成す る こ と に よ り 形成さ れた も の であ る 。 ま た、 前記第 1 、 第 2 の圧電体 4， 5 のそ れぞれの音叉ア ー ム 4 a ， 4 b , 5 a , 5 b の 中間電極 3 6 と は反対の面、 つ ま り 外部に表出 し て い る 面には縦長形状の A g — P d 系の電極 3 7 ， 3 8 ， 3 9 , 4 0 ， 4 1 ， 4 2 ， 4 3 ， 4 4 ， 4 5 , 4 6 ， 4 7 ， 4 8 を印刷 し、 焼 き 付け に よ り 設けて い る 。 こ れ ら の電極の内、 3 7 ， 3 9 , 4 3 , 4 5 が駆動電極、 4 0 , 4 2 , 4 6 ， 4 8 がモ ニ タ 電極 と な っ て い る 。 すなわ ち、 第 6 図に示す様に音叉 ア ー ム 4 a , 5 a の重合体に おいて、 中間電極 3 6 を介 し て対角線上に あ る 駆動電極 3 7 ， 4 5 に は第 1 の駆動電源 1 5 が接続 さ れ、 ま た、 そ れに ク ロ ス す る 対角線上の駆動電極 3 9 ， 4 3 に は第 2 の駆動電源 1 6 が接続 さ れて い る 。 こ れ ら の第 1 、 第 2 の駆動 電源 1 5 ， 1 6 は そ れぞれ駆動電極 3 7 ， 4 5 及び 3 9 ， 4 3 に音叉共振を さ せ る た め の交流信号 （音叉共振周波数） を供給 す る の で あ る が、 こ れ ら第 1 、 第 2 の駆動電源 1 5 , 1 6 か ら 供給 さ れ る 信号は逆相状態 と な っ て い る。

ま た、 モ ニ タ 側 と な る音叉 ア ー ム 4 b ， 5 b に おいて は対角 線上の モ ニ タ 電極 4 0 , 4 8 が共に接地端子に接続さ れ、 そ れ に ク ロ ス す る対角線上の モ ニ タ 電極 4 2 ， 4 6 は モ ニ タ 検出端 子 5 1 に接铳 さ れてい る。 ま た 中間電極 3 6 は接地端子 5 2 に 接铳さ れて い る。 さ ら に、 検出電極 3 8 ， 4 1 は検出端子 5 5 a に、 検出電極 4 4 ， 4 7 は検出端子 5 5 b に そ れぞれ接続 し て い る 。 第 5 図は こ れ ら の電気的接続状態を示す斜視図であ つ て、 5 3 ， 5 4 が電源端子であ り 、 そ れぞれ リ ー ド線 A に よ り 接続 さ れて い る 。 なお、 接地端子 5 2 と 中間電極 3 6 を接続 し た リ ー ド線 A は、 音叉 ア ー ム 4 a , 4 b , 5 a , 5 b よ り も下 方に おいて中間電極 3 6 と 接铳さ れてい る。

以上の よ う な構成に おいて、 音叉 ア ー ム 4 a ， 5 a は第 6 図 に示す様に そ の厚さ方向 に対 して同方向に電界強度 3 k V /mm で分極 し、 ま た、 音叉ア ー ム 4 b ， 5 b も そ れ と は反対方向で は あ る が、 厚み方向に同 じ方向 に電界強度 3 k V Zmmで分極 し た。 第 6 図に おいて、 分極方向は P l ， P 2 で示 し て い る 。

上記の構成において、 前記第 1 、 第 2 の駆動電源 1 5 ， 1 6 か ら駆動電極 3 7 , 4 5 , 3 9 ， 4 3 に信号が供給さ れ る と 、 音叉 ア ー ム 4 a ， 5 a は第 6 図におけ る横方向 に振動す る こ と に な り 、 こ れに呼応す る ご と く 音叉 ア ー ム 4 b ， 5 b も共振 し て横方向 に振動す る こ と に な る 。 こ の点に つ いて具体的 に以下 に説明す る と 、 今、 仮に、 あ る時点において、 音叉ア ー ム 4 a , 5 a の内面側の駆動電極 3 9 , 4 5 部分に は正相 と逆相 の信号 が加え ら れ、 こ れを分極方向 P 1 か ら見 る と 駆動電極 3 9 に は 負電界、 駆動電極 4 5 に は正電界が加え ら れ、 こ れは両方の音 叉 ア ー ム 4 a ， 5 a 共に第 6 図に お け る下面側、 つ ま り 、 分極 方向 と は反対側に負の電界印加 と な る の で、 こ の結果 と し て音 叉 ア ー ム 4 a ， 5 a の内面側、 即 ち、 音叉 ア ー ム 4 b ， 5 b 側 が縮み、 内方側、 即 ち第 6 図の右側に向 けて屈曲す る 。 逆に音 叉 ア ー ム 4 a ， 5 a の外側に おいて は、 駆動電極 3 7 ， 4 3 か ら分極方向 に対 し て同 じ方向の電界が印加 さ れ る の で伸長作用 が起 り 、 こ の結果、 こ の時点では音叉ア ー ム 4 a ， 5 a は内方 に屈曲す る 。 こ の時、 音叉ア ー ム 4 b ， 5 b は そ れに呼応 し て 音叉ア ー ム 4 a ， 5 a 側に屈曲す る 。

し か し、 次の時点つ ま り 、 第 1 、 第 2 の駆動電源 1 5 , 1 6 か ら 供給 さ れ る 信号が反転す れば、 逆 に 、 音叉 ア ー ム 4 a , 5 a , 4 b , 5 b は共に外方に屈曲 し、 共振振動す る こ と に な る

次に、 こ の様な内外方への振動を繰 り 返 し て い る状況に おい て角速度が加え られる と、 コ リ オ リ カの原理で音叉ア ー ム 4 a ， 5 a , 4 b , 5 b は厚み方向 にたわ み、 そ のたわ み程度が角速 度信号 と し て検出電極 3 8 ， 4 1 ， 4 4 ， 4 7 、 検出端子 5 5 を介 し て取 り 出 さ れ る こ と に な る。

た と え ば、 今、 音叉ア ー ム 4 a の第 6 図におけ る下面側が伸 び、 音叉ア ー ム 5 a の第 6 図 におけ る上面側が縮む方向 に音叉 ア ー ム 4 a ， 5 a がた わ む と す る と 、 駆動電極 3 8 に は そ の分 極方向で あ っ て、 直交す る方向で伸 び、 正電荷が発生 し 、 検出 電極 4 4 に は分極方向 と は逆で直交方向で縮む こ と と な り 、 同 じ く 正電荷が発生す る こ と に な る 。 こ の時、 検出電極 3 6 が接 す る音叉ア ー ム 4 a ， 5 a の部分に は負電荷が発生 し、 こ れが 検出端子 5 5 か ら取 り 出 さ れ る こ と に な る ので あ る 。 角速度が • 加わ る こ と に よ り 、 逆に音叉ア ー ム 4 a ， 5 a が駆動電極 4 4 側が伸 び、 検出電極 3 8 側が縮む場合、 検出端子 5 5 に は負電 荷が取 り 出 さ れる こ と に な る 。 そ し て、 音叉ア ー ム 4 b ， 5 b に おいて も 同様の理論に よ り 、 正ま た は負の電荷が発生 し、 検 出端子 5 5 に電荷が取 り 出 さ れる こ と に な る 。

ま た、 駆動時におい て音叉 ア ー ム 4 a , 5 a , 4 b , 5 b を 駆動す る信号は、 音叉 ア ー ム 4 a ， 5 a , 4 b , 5 b の駆動に は供給 さ れ る が、 信号成分 と し て は互 い に キ ヤ ン セ ル さ れ 、 よ っ て、 こ の駆動信号が中間電極 3 6 を介 し て接地 さ れて お り 、 駆動側 と 検出側 と は分離 し て い る た め、 検出側へ駆動信号 が混入 さ れ る こ と は な い。

第 7 図は そ の回路図を示 し、 検出端子 5 5 は増幅器 5 6 と コ ン デ ン サ C 1 で構成 し た チ ャ ー ジ ア ン プ の反転入力端子に入力 さ れ る 。 前記 チ ャ ー ジ ア ン プ の出力端子 6 2 に は同期検波回路 5 7 、 フ ィ ル タ 5 8 が接铳さ れ、 最終的に は出力端子 5 9 へ と 接続さ れて い る 。 尚、 抵抗器 R l ， R 2 と 可変抵抗器 R x と 増 幅器 6 0 で構成 した反転増幅器は、 第 1 、 第 2 の駆動電源 1 5 , 1 6 を作る た め の も のであ る 。 6 1 は音叉の振幅を安定 さ せ る • た め の A G C ア ン プ で あ る 。

第 8 図は本発明の角速度セ ン サ の第 2 の実施例の変形例を示 し、 こ の例に おい て は音叉ア ー ム 4 b ， 5 b の分極方向 P 3 を 分極方向 P 1 と 同 じ方向 に変更 し た も の で あ る 。

従 っ て、 こ の場合、 第 6 図に示す場合の様に音叉ア ー ム 4 a ， 5 a と 4 b ， 5 b の コ リ オ リ 信号成分を合算 し て取 り 出す こ と が で き な い の で 、 検出電極 3 8 ， 4 4 と 検出電極 4 1 ， 4 7 と に左右の音叉 ア ー ム毎に分離 さ せ、 即 ち、 検出電極 3 8 ， 4 4 に よ り 得た信号成分の合算 5 5 a と 、 検出電極 4 1 , 4 7 に よ り 得た信号成分の合算 5 5 b と に分離さ せ、 一方の音叉 ア ー ム よ り 得 ら れ る 信号成分 5 5 a を反転 さ せた後に他方の信号成分 5 5 b を合算す る様に し た も のであ る。

以上の様に本発明の第 2 の実施例に おけ る 角速度セ ン サ は、 中間電極を介 し て重合 させ ら れた コ 字状の第 1 、 第 2 の圧電体 と 、 前記第 1 の圧電体の少な く と も一方の音叉ア ー ム の中間電 極の反対側の面に設け た第 1 、 第 2 の駆動電極およ び第 1 の検 出電極 と 、 前記第 1 、 第 2 の駆動電極 と 第 1 の検出電極 と が設 け ら れた音叉 ア ー ム に対向す る前記第 2 の圧電体の音叉ア ー ム に お け る 中間電極 と は反対側の面に設けた第 3 、 第 4 の駆動電 極 と 第 2 の検出電極 と を備え、 前記第 1 、 第 2 、 第 3 、 第 4 の 駆動電極の内、 中間電極を介 し て対角線上に あ る第 1 、 第 3 の 駆動電極に は第 1 の駆動電源を接続 し、 同様に 中間電極を介 し て対角線上に あ る第 2 、 第 4 の駆動電極に は前記第 1 の駆動電 源 と は逆相 と な る信号を供給す る よ う に第 2 の駆動電源を接続 し、 かつ、 前記、 コ 字状の第 1 、 第 2 の圧電体の少な く と も一 方の音叉 ア ー ム は重合 さ せ ら れた厚み方向 と 同一方向 に第 1 、 第 2 の圧電体を分極 し た音叉 ア ー ム構造 と し た こ と に よ り 、 音 叉ア ー ム を駆動す る信号成分は音叉駆動 と し て働 く が、 駆動側 と 検出側 と が完全 に分離 し、 こ の駆動信号が電極を介 し て検出 さ れ る検出信号に混入 さ れる こ と は な い。 こ の結果、 角速度の 検出能力を高精度に高め る こ と がで き る 。

さ ら に、 左右の音叉 ア ー ム の分極方向 は互い に反対方向 と す る こ と に よ り 、 左右の音叉ア ー ム で得た コ リ オ リ の力 は検出電 極上の信号 と 同相 と な る た め、 信号の合算が検出電極上で処理 さ れる の で、 合算回路は不要 と な っ て非常に簡単 と な る 。

ま た、 左右の音叉ア ー ム の分極方向を同一 と す る こ と に よ つ て も検出電極 3 8， 4 4 と 検出電極 4 1， 4 7 と を分離 し、 一 方の音叉ア ー ム よ り 得 ら れた信号成分を反転さ せた後に そ れぞ れの音叉ア ー ム よ り 得た信号成分を合算す る こ と に よ り 角速度 の検出能力を高め る事がで き る。

さ ら に は、 分極の部位 と し て駆動 · 検出部に設けた電極部分 に分極処理を施す こ と に よ り 、 音叉 ア ー ム が駆動 し た場合、 電 極近傍 し か分極処理を行 っ て い な い ため不要な振勖成分に よ つ て生 じ る ノ イ ズ成分を非常に少な く す る こ と がで き る。

産業上の利用可能性

本発明の角速度セ ン サ に よれば、 音叉ア ー ム を駆動す る信号 成分は音叉駆動 と し て働 く が、 駆動側 と 検出側 と が完全に分離 さ れ る た め、 駆動信号が電極を介 し て検出 さ れ る検出信号に混 入 さ れ る こ と は な く 、 角速度信号の検出能力を高精度化す る こ と がで き る 。

Claims

請 求 の 範 囲

検出電極を介 し て重合 さ せ ら れた コ 字状の第 1 、 第 2 の圧 電体 と 、 前記第 1 の圧電体は少な く と も一方の音叉 ア ー ム の検 出電極 の反対側 の面 に 設 け た第 1 、 第 2 の 駆動電極 と 、 前記第 1 、 第 2 の駆動電極が設け ら れた音叉ア ー ム に 対向す る前記第 2 の圧電体の音叉ア ー ム に お け る検出電極 と は反対側の面に設けた第 3 、 第 4 の駆動電極 と を備え、 前記第 1 〜第 4 の駆動電極の内、 検出電極を介 し て対角線 上に あ る第 1 、 第 3 の駆動電極に は第 1 の駆動電源を接続 し 、 同様に検出電極を介 し て対角線上に あ る 第 2 、 第 4 の 駆動電極に は前記第 1 の駆動電源 と は逆相 と な る信号を供 給す る よ う に第 2 の駆動電源を接続 し、 かつ前記 コ 字状の 第 1 、 第 2 の圧電体の少な く と も一方の音叉 ア ー ム は重合 さ せ ら れた厚み方向 と 同一方向 に第 1 、 第 2 の圧電体を分 極 し た音叉ア ー ム構造 と し た こ と を特徵 と す る角速度セ ン サ o

請求の範囲第 1 項に おいて、 前記第 1 、 第 2 の圧電体の他 方の音叉 ア ー ム に は前記駆動電極 と 同様の配置構成 と し た モ ニ タ 電極を設け、 左右の音叉ア ー ム の分極方向 は互い に 反対方向 で あ る こ と を特徵 と す る 角速度セ ン サ 。

請求の範囲第 2 項に おい て、 前記駆動電極お よ び前記モ ニ タ 電極 を設 け た 部分 に の み分極処理 を施 し た 角 速度 セ ン サ o

請求の範囲第 1 項に おい て、 前記第 1 、 第 2 の圧電体の他 方の音叉 ア ー ム に は前記駆動電極 と 同様の配置構成 と し た • モ ニ タ 電極を設け、 左右の音叉 ア ー ム の分極方向は互い に 同一方向であ る こ と を特徵 と す る角速度セ ン サ 。

5 . 請求の範囲第 4 項に おいて、 前記駆動電極およ び前記モ ニ タ 電極 を設 け た 部分 に の み分極処理 を施 し た 角 速度 セ ン サ 。

6 . 中間電極を介 し て重合 さ せ ら れた コ 字状の第 1 、 第 2 の圧 電体 と 、 前記第 1 の圧電体の少な く と も一方の音叉 ア ー ム の 中間電極の反対側の面に設け た第 1 、 第 2 の駆動電極お よ び第 1 の検出電極 と 、 前記第 1 、 第 2 の駆動電極 と 第 1 の検出電極 と が設け ら れた音叉 ア ー ム に対向す る前記第 2 の圧電体の音叉 ア ー ム に おけ る 中間電極 と は反対側の面に 設けた第 3 、 第 4 の駆動電極 と 第 2 の検出電極 と を備え、 前記第 1 、 第 2 、 第 3 、 第 4 の駆動電極の内、 中間電極を 介 し て対角線上に あ る第 1 、 第 3 の駆動電極に は第 1 の駆 動電源を接続 し、 同様に 中間電極を介 し て対角線上に あ る 第 2 、 第 4 の駆動電極に は前記第 1 の駆動電源 と は逆相 と な る 信号を供給 す る よ う に第 2 の駆動電源 を接続 し 、 か つ、 前記 コ 字状の第 1 、 第 2 の圧電体の少な く と も一方の 音叉 ア ー ム は重合 さ せ ら れた厚み方向 と 同一方向 に第 1 、 第 2 の圧電体を分極 し た音叉 ア ー ム構造 と し た こ と を特徴 と す る 角速度セ ン サ 。

7 . 請求の範囲第 6 項に おい て、 前記第 1 、 第 2 の圧電体の他 方の音叉 ア ー ム に は、 一方の音叉ア ー ム に設 けた前記駆動 電極およ び検出電極 と 同様の配置構成 と し た モ ニ タ 電極お よ び検出電極を設 け、 左右の音叉 ア ー ム の分極方向 は互い に反対方向で あ る こ と を特徴 と る 角速度セ ン サ 。

8 請求の範囲第 7 項 に お い て 、 前 駆動電極、 前記検 出電極 お よ び前記 モ ニ タ 電極を設 け た 分 に の み分極処理を施 し た こ と を特徴 と す る 角速度セ ン

9 請求の範囲第 6 項 に お い て、 前 第 1 、 第 2 の圧電体の他 方 の音叉 ア ー ム に は、 一方の音 ア ー ム に設 け た前記駆動 亀極お よ び検出電極 と 同様の配 構成 と し た モ ニ タ 電極お よ び検出電極を設 け、 左右の音 ア ー ム の分極方向 は互 い に 同一方向 で あ る こ と を特徴 と 記部記叉叉記部すサすサ る 角 速度セ ン サ 。

10 請求の範囲第 9 項 に お い て 、 前 駆動電極、 前記検 出電極 お よ び前記 モ ニ 夕 電極を設 け た 分 に の み分極処理を施 し た こ と を特徴 と す る 角速度セ ン