JPH03214019A - 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
装置が大がかりであり、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り、とくに圧電体を用い
たセンサ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３３９−３５０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２
２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３ｏに設置された支
持ビン２９から、リードワイアー２７を介して駆動用圧
電素子２３上のリードパターン２４＆。

２４ｂで形成された信号線で電気的に接続され、さらに
導電ベースト３１　＆　、３１　ｂで検知用圧電素子２
１の電啄に接続されている。

以上のように構成された従来の角速度セ／すの各構成要
素の関連動作を説明する。まず弾性結合部材２６で結合
された一対の駆動用圧電素子２３を駆動するために対向
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２５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２ｅ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。そこで速度マ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２１ｊＣは「コリオリの力」が生ずる。この「コリ
オリの力」は速度ｆに垂直で大きさは２ｍｍママある。

（ここでｍは検知用圧電素子の先端の等価質量を表わす
）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−マで振動しており「コリオリ
の力」は−２！Ｉマωである。一対の検知用圧電素子２
１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
て電荷が生じる〇一対のセンサ素子は「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 Ｖ＝マロ・ｓｉｎωｏｔ　　　ｖｏ：音叉振動速度振幅
ω０：音叉振動の角周期 であるとすれば「コリオリの力」は Ｆｃ＝２ｍ＊　１’Ｏ＃　０ｍ　ｇｉｎωｏｉとなり角
速度ωおよび音叉撮動速度マ０に比例しており、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２１０表面電荷量Ｑｃは ＱＯｏｃマＯＩＩω−５ｉｎωｏｔ となり、音叉振動速度振幅マ０が一定にコントロールさ
れているとすれば、 ＱＯｏｃω−ｓｉｎωａｔ 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、この信号を町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２５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、従来の角速度センナは駆動用圧電素子２３と
リードビン２８とを結ぶリード線２７をこの駆動用圧電
素子２３の銀電極２４＆、２４ｂ。

２６面上に半田付けするには、半田とての加熱による温
度上昇で圧電素子２３の分極がとれないように、適切に
加熱し素早く結線しなければならないのに反して、半田
付性が悪く、長く半田ごてをあてなければならない課題
があった。また、リード線２７はφ０１　ｍｍと細いた
めリード配線工程で素早く処理することが困難を極め、
さらに半田付けに時間がかかる傾向にある課題を有して
いた。

本発明はかかる課題に留意し、リード線の半田付処理が
素早くでき、特性劣化のない角速度センナを提供するこ
とを目的としている。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、本発明の角速度センサは、
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、駆動用圧電素子上の銀
電極にあらかじめ予備半田しておき、予備半田部分を設
け、リード線による結線をその予備半田部に半田付を行
ったものであるっ 作用 この構成の本発明の角速度センサは、電極に予備半田部
があるため、その部分の半田付けが容易になるっそのた
め駆動用圧電素子とリードピンとを結ぶリード線を、こ
の駆動用圧電素子の銀電極面上の予備半田部に半田付け
するのに素早い作業で半田付けできるので、半田とての
加熱で圧電素子の分極がとれることもなくなる。また適
切に加熱し素早く結線することができ細いリード線でも
作業性の良い非常に高性能な角速度センサを提供するこ
とができる。

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図は本発明の一実施例における角速度センサの半田
付は部分の斜視図である。

なお、角速度センサ全体の構成は第２図に示しである従
来例と同様である。

第１図に示すように駆動用圧電素子１上には、駆動用圧
電素子１の駆動用銀電極２と、検知用圧電素子（図示し
ていない）へのリードパターン３ａ、ｓｂが形成されて
いる。その中で、斜線で示した部分があらかじめ半田コ
ートされた予備半田部４である。リード線ｃｓａ、ｓｂ
、ｅｓｃは予備半田部４とリードピン６１Ｌ　、ｅｂ　
、５ｃに半田付されている。なお７は弾性接合部材であ
る。

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

角速度検出の原理は、従来例と同じなので省略する。

駆動用圧電素子１の面上には、駆動用圧電素子１を駆動
するだめの銀電極２と検知用圧電素子（図示していない
）へのリードパターン３１Ｌ　、　３ｂとしての銀電極
が形成されており、いずれも角速度センサの外部端子と
の電気的接続が必要である。

この銀電極の一部に予備半田された予備半田部４があり
、ここに外部端子として使用されるリードビｙｓａ、ｅ
ｂ、ｅｃＫ接続されたリード線Ｓ＆。

ｓｂ、ｓｃを半田付けする。

このリード線ｓａ、６ｂ、ｓｃの銀電極２とリードパタ
ーン３ａ、３ｂへの半田付けを、その予備半田部４にて
行っておシ、そのため半田付けが容易に、かつ作業者の
熟練度に関係なく確実に素早くできるので、作業性が悪
く半田ごてを長く銀電極につけているために起る温度上
昇もなくなり、駆動用圧電素子１の分極が壊れるような
こともなくなる。

このように作業性が向上するとともに、性能の安定した
角速度センサが実現できる。

なお予備半田部４を半田メッキで行うことにより、よシ
高温にさらさ２れることなく高性能で作業性の良い角速
度センサが得られる。

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
速度センサにおいて、前記駆動用圧電素子上の銀電極に
あらかじめ予備半田した予備半田部を設はリード線をこ
の予備半田部に半田付けする結線を実施することにより
、半田付けが容易になる。そのため駆動用圧電素子とリ
ードピンとを結ぶリード線を、この駆動用圧電素子の銀
電極面上に半田付けするのに作業者の熟練度にあまり関
係なく素早く半田付ができるので、半田とての加熱で圧
電素子の分極がとれることもなくなる３、すなわち適切
に加熱し素早く結線することができ、非常に高性能で、
作業性の良い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半田
付は部分の斜視図、第２図は従来の角速度センサの斜視
図である。 １・・・・・・駆動用圧電素子、２・・・・・・駆動用
圧電素子の駆動銀電極、３１Ｌ　、ｓｂ・・・・・・リ
ードパターン、４・・・・・・予備半田部、５ａ　、ｓ
ｂ　、５ｃ・・・・・・リード線、６ＩＬ、ｅｉｂ　、
６０・・・・・・リードビン、７・・・・・・弾性接合
部材。

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、前記駆動
   用圧電素子と前記検知用圧電素子を接合する接合部材と
   、前記接合した素子の一対を接合して音叉構造を構成す
   る弾性接合部材と、前記音叉構造体をベースに固定支持
   する支持棒と、前記駆動用圧電素子上に構成された電気
   配線用電極とを具備し、前記駆動用圧電素子と前記検知
   用圧電素子とを振動方向が直交するように前記接合部材
   で積み重ねて接合し、前記接合した素子の一対を前記弾
   性接合部材で接合して音叉構造とし、前記音叉構造体を
   支持棒によりベースに固定保持するとともに、前記電気
   配線用電極に予備半田部を設け、電気配線用リード線が
   前記予備半田部に半田付けされた角速度センサ。
2. （２）予備半田が半田メッキである請求項１記載の角速
   度センサ。