JPH03214016A - 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 本発明はジャイロスコープ、とくに圧電素子振動を用い
た角速度センサに関する。

従来の技術 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手段とし
て、主として機械式の回転ジャイロかつかわれている。

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
装置が大がかシであシ、コストも高く、小型化が望まれ
る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振動された検
知素子から「コリオリの力」を検出する振動型角速度セ
ンサがある。多くは圧電式と電磁式のメカニズムを採用
している構造のものである。

これらはジャイロを構成する質量の運動が一定速度の運
動ではなく振動になっている。したがって角速度が加わ
った場合、コリオリの力は、質量の振動数と等しい振動
数の振動トルクとして生じるものである。このトルクに
よる振動を検出することによって角速度を測定するのが
振動型角速度センサの原理であシ、とくに圧電体を用い
たセンナが多く考案されている。（日本航空宇宙学会誌
第２３巻第２６７号３３９−３６０ページ）上記の原理
に基づき先願特許（特願昭６２−１２６２０６　）の角
速度センサを発明しているが、その構造を第２図に示す
。第２図に示すように、検知用圧電素子２１を、接合部
材２２で、駆動用圧電素子２３と振動方向が直交するよ
う積上げて接続し、駆動用圧電素子２３には駆動用電極
２６を形成し、この組立部材２組を弾性結合部材２６で
結合する。このように構成されたものにベース３０に設
置された支持ビン２９から、リードワイア２７を介して
駆動用圧電素子２３上のリードパターン２４＆　、２４
ｂで形成された信号線で電気的に接続され、さらに導電
ペース）３１ａＬ、３１ｂで検知用圧電素子２１の電極
に接続されている。

以上のように構成された従来の角速度センサの各構成要
素の関連動作を説明する。まず弾性結合部材２ｅで結合
された一対の駆動用圧電素子２３を駆動するだめに対向
している面を共通電極としてそれぞれ外側の面の駆動用
電極２６との間に交流信号をかける。信号を印加された
駆動用圧電素子２３は弾性結合部材２６を中心にして対
称な振動を始める、いわゆる音叉振動である。

このように振動している駆動用圧電素子２３に接合部材
２２で機械的に接合されている検知用圧電素子２１も振
動することになる。そこで速度Ｖで振動している検知用
圧電素子２１に角速度ωの回転が加わると、検知用圧電
素子２１には「コリオリの力」が生ずる。この「コリオ
リの力」は速度マに垂直で大きさは２ｍｍママここでｍ
は検知用圧電素子の先端の等価質量を表わす）である。

音叉振動をしているので、ある時点で一方の検知用圧電
素子２１が速度マで振動しているとすれば、他方の検知
用圧電素子２１は速度−マで振動しておシ「コリオリの
力」は−２ｍｍママある。一対の検知用圧電素子２１に
は、互いに逆向きの「コリオリの力」が働き、互いに逆
向きの方向に変形し、素子表面には圧電効果によって電
荷が生じる。

一対のセンサ素子は「コリオリの力」による発生電荷が
、互いに加算されるように結線されている。

それゆえ、このセンサに角速度以外の並進運動を与えて
も一対の検知用圧電素子２１の表面には同極性の電荷が
生ずるため、互に打ち消しあって出力は出ないようにな
っている。

ここでマは音叉振動によって生じる速度であり、音叉振
動速度が マ＝マｏ−５ｉｎω、１ マ０：音叉振動速度振幅 ω。：音叉振動の角周期 であるとすれば「コリオリの力」は Ｆ０＝２Ｉｌｌ・マ。・ω・Ｓｉｎω。ｔとなり角速度
ωおよび音叉振動速度マ。に比例しておシ、検知用圧電
素子２１をそれぞれ面方向に変形させる力となる。した
がって検知用圧電素子２１の表面電荷量Ｑ０は Ｑｃｃ＋ｃｖｏ・ω−ｓｉｎω。１ となシ音叉振動速度振幅マ。が一定にコントロールされ
ているとすれば、 Ｑｃｏｃω−ｓｉｎω。１ となり、検知用圧電素子２１に発生する表面電荷量Ｑは
角速度ωに比例した出力として得られ、この信号をω。

ｔで同期検波すれば角速度ωに比例した直流信号が得ら
れる。

また、駆動用圧電素子２３上の相対する１組の駆動用電
極２６（片方の電極は表示していない）には、駆動用圧
電素子２３の変形に応じて電荷が発生するが、相対する
駆動用電極２６はその形状を対称にし、面積を等しくし
ているので、発生電荷は等しいから、差動入力により、
信号処理することで、発生電荷をキャンセルしている。

発明が解決しようとする課題 ところが従来は、駆動用圧電素子と接合部材、および検
知用圧電素子と接合部材との接合にはエポキシ系熱硬化
型接着剤を用いているので、直交組み立ての製造工程で
熱硬化のために高温にさらされるので角速度センサを構
成している圧電素子の分極が一部取れてしまい、素子の
感度劣化を促進することになるという角速度センサにと
って重大な問題を有していた。

本発明はかかる課題に留意し、圧電素子の劣化のない、
圧電素子を用いた角速度センサを提供しようとするもの
である。

課題を解決するだめの手段 上記目的を達成するために本発明は、駆動用圧、電素子
と検知用圧電素子とを、接合部材を介して互いに直交接
続したセンサ直交素子２個を音叉状に組み立てた角速度
センサにおいて、駆動用圧電素子と接合部材、および検
知用圧電素子と接合部材との接合に紫外線硬化型接着剤
を用いたものである。

作用 上記構成の本発明の角速度センサは駆動用圧電素子と接
合部材、および検知用圧電素子と接合部材との接合は紫
外線を照射することにより硬化接着されるのでほとんど
温度上昇がなく、直交組み立ての製造工程で高温にさら
されることがなくなり、そのため圧電素子の分極状態を
破壊することなく素子の感度劣化は皆無であり、しかも
温度槽が不要であるため接着させたいときに容易に接着
できる。

実施例 以下、本発明の角速度センサの実施例について、図面を
参照しながら説明する。

第１図に示すように、駆動用圧電素子６上には銀電極１
と、リードパターン２１Ｌ　、２ｂが形成され、検知用
圧電素子３との電気的接続は導電性銀ベース）４１Ｌ、
４ｂで行われている。機械的接続は接合部材６で行われ
、接着に紫外線硬化型接着剤７を用いている。

以上のように構成された本実施例の角速度セ／すについ
て、以下その構成要素の関連動作を説明する。

角速度検出の原理の説明は、従来例と同じなので省略す
る。駆動用圧電素子６は電極１に交流電圧を加え、音叉
のように振動させ、それによシまた検知用圧電素子３も
振動し、さらに角速度が加わると「コリオリの力」によ
る力を受けるため駆動用圧電素子６と接合部材６、およ
び検知用圧電素子３と接合部材６との接合は強度が要求
される。

本発明では紫外線硬化型を用いるので紫外線を照射する
ことによシ確実な強度で硬化接着されるとともに、温度
上昇がほとんどなく、直交組み立ての製造工程で高温に
さらされることなく、上記接合ができる。そのため、圧
電素子の分極状態が破壊されないので素子の感度劣化は
皆無であシ、また特別に高温槽が不要なため接着させた
いときに容易に接着できるという画期的な角速度センサ
を提供することができる。また、とくに紫外線硬化型接
着剤７の中で、エポキシ系樹脂と、アクリル系樹脂は透
明に近く、かつ高硬度で強度が得られるので、作業性の
向上および信頼性が向上する。

実際の紫外線硬化型接着剤としてたとえば日本チバガイ
ギー製のエポキシ系接着剤ＸＮＲ−５４００シリーズが
ある。

発明の効果 以上の説明より明らかなように本発明は、駆動用圧電素
子と検知用圧電素子とを、接合部材を介して互いに直交
接続したセンサ直交素子２個を音叉状に組み立てた角速
度センサのため、駆動用圧電素子は交流電圧を加え振動
させ、検知用圧電素子を「コリオリの力」で独自の振動
をするため、前記駆動用圧電素子と接合部材、および検
知用圧電素子と接合部材との接合は強度が要求されるが
、その接着剤に紫外線硬化型接着剤を用いた構成を有す
ることによって、駆動用圧電素子と接合部材、および検
知用圧電素子と接合部材との接合が確実な強度が得られ
るとともに紫外線を照射することにより硬化接着される
ので温度上昇がほとんどなく、直交組み立ての製造工程
で高温にさらされることがなく、圧電素子の分極状態を
破壊することがなくなシ素子の感度劣化は皆無となる。

しかも硬化のときの高温槽が不要なため接着させたいと
きに容易に接着できるという画期的な角速度センサを提
供することができる。

【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接合
部材の付近の部分斜視図、第２図は従来の角速度センサ
の斜視図である。 ３・・・・−検知用圧電素子、６・・・・・・駆動用圧
電素子、６・・・・・・接合部材、７・・・・・・紫外
線硬化型接着剤。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）駆動用圧電素子と、検知用圧電素子と、前記２つ
   の圧電素子を接合する接合部材を具備し、前記駆動用圧
   電素子と前記検知用圧電素子を前記接合部材にて各圧電
   素子の振動方向が直交するように積み上げ接合し、前記
   接合に紫外線硬化型接着剤を用いた角速度センサ。
2. （２）紫外線硬化型接着剤はエポキシ系樹脂またはアク
   リル系樹脂である請求項１記載の角速度センサ。