JPH04106407A - 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） この発明は角速度センサに関し、特にたとえばビテオカ
メラの手ぶれ検知や自動車の姿勢コントロールなどに用
いられる、角速度センサに関する。

（従来技術） 第７Ａ図はこの発明の背景となる従来の角速度センサの
一例を示す斜視図であり、第７Ｂ図はその断面図である
。角速度センサ１は振動体２を含む。振動体２は、エリ
ンバなどの機械的な振動を生じる材料で、たとえば３角
柱状に形成される。

振動体２の３つの側面には、それぞれ圧電素子３ａ、３
ｂおよび３Ｃが形成される。圧電素子３ａ、３ｂ、３ｃ
は、たとえば圧電セラミックの両面に電極が形成された
ものである。これらの圧電素子３ａ、３ｂ、３ｃの一方
の電極が、たとえば接着剤などによって、振動体２に接
着される。そして、振動体２は、そのノード点付近で支
持部材によって支持される。

この角速度センサ１では、たとえば圧電素子３ａ、３ｂ
と圧電素子３ｃとの間に発振回路出力源が接続される。

この発振回路出力源からの信号によって、振動体２は、
圧電素子３ｃめ主面に直交する方向に屈曲振動する。そ
して、圧電素子３ａ、３ｂの出力電圧の差を測定するこ
とにより、角速度センサ１に加わった回転角速度が測定
される。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の角速度センサでは、振
動体の側面の中央部に圧電素子を接着しなければならな
いため、その加工が難しい。また、振動体と圧電素子と
の熱膨張係数が異なるため、雰囲気温度の変化によって
接着部分にばらつきが生じ、特性にばらつきが生じやす
い。しかも、振動体を３角柱状に形成するために、精密
な加工が必要であり、製造コストが高（なる。さらに、
角速度センサの小型化が困難であった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、簡単に製造する
ことができ、低コストで、特性のばらつきが少なく、し
かも小型化が可能な角速度センサを提供することである
。

（課題を解決するための手段） この発明は、その軸方向に貫通する貫通孔を有する円筒
形状の圧電セラミックで形成された振動体と、振動体の
内周面に形成される内部電極と、振動体の外周面に形成
され、振動体の周方向に間隔を隔てて配置される外部電
極とを含み、振動体は、その内周面から外周面に向かう
方向に分極が施された、角速度センサである。

（作用） 貫通孔の形成された円筒形状の圧電セラミ・７りで形成
された振動体の内周面から外周面に向かって分極を施す
ことにより、複数の外部電極間または内部電極と外部電
極との間に信号を印加することによって、振動体自身が
屈曲振動する。また、振動体は圧電セラミックで円筒形
状に形成されるため、これを作製するための金型の製作
が簡単になる。

（発明の効果） この発明によれば、振動体に蒸着、スパッタリング、銀
ペースト焼結法およびめっきなどによって電極を形成す
ることができる。そして、振動体自身が屈曲振動するた
め、振動体に圧電素子を接着する必要がない。また、振
動体が円筒形状に形成される。そのため、金型の作製が
簡単になるなど角速度センサの加工が簡単であり、また
センタレス研磨等により簡単に精度の高い製品を作製す
ることができる。したがって、従来に比べて低コストで
製造することができる。さらに、振動体に圧電素子を接
着する必要がないため、雰囲気温度の変化による接着部
分のばらつきがなくなり、特性のばらつきが少なくなる
。また、貫通孔が形成されることにより、貫通孔が形成
されていない振動体に比べて、その共振周波数が小さく
なって感度が良くなる。同一感度ならば、振動体を小さ
くすることができ、したがって角速度センサを小型化す
ることができる。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点
は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から
一層明らかとなろう。

（実施例） 第１Ａ図はこの発明の一実施例を示す斜視図であり、第
１Ｂ図は第１Ａ図の線Ｉ　Ｂ−Ｉ　Ｂにおける断面図で
ある。角速度センサ１０は振動体１２を含む。振動体１
２は、圧電セラミックで円筒形状に形成される。この振
動体Ｉ２には、その軸方向に向かって、円形の貫通孔１
４が形成される。

さらに、この振動体１２は、その内周面から外周面に向
かって、放射状に分極が施されている。この振動体１２
は、そのノード点付近で支持される。

振動体１２の内周面には、その全面に内部電極１６が形
成される。また、振動体１２の外周面には、その外周を
ほぼ３分割して、外部電極１８ａ１８ｂおよび１８ｃが
形成される。さらに、これらの外部電極１８ａ〜１８ｃ
は、それらの面が互いに間隔を隔てて形成される。

これらの内部電極１６および外部電極１８ａ〜１８ｃは
、たとえば銀などで、銀ペースト焼結法めっき、蒸着お
よびスパッタリングなどによって形成される。

角速度センサ１０を製造するには、貫通孔１４の形成さ
れた振動体１２が準備される。この振動体１２の内周面
の全面および外周面の全面には、第２図に示すように、
銀ペースト焼結法、めっき、蒸着およびスパッタリング
などによって、内部電極１６および外周面電極２０が形
成される。そして、内部電極１６と外周面電極２０との
間に電界を印加することによって、矢印で示すように、
振動体１２の内周面から外周面に向かって、放射状に分
極が施される。

次に、外周面電極２０の不要な部分が取り除かれること
によって、外部電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃが形成され
る。

この角速度センサ１０を使用するためには、たとえば第
３図に示すような角速度検出回路が用いられる。すなわ
ち、２つの外部電極１８ａ、１８ｂが抵抗２１２．２１
ｂを介して接続される。そして、これら２つの抵抗２１
ａ、２１ｂと他の外部電極１８ｃとの間に発振回路出力
源２６が接続される。この発振回路出力源２６からの信
号によって、振動体１２は、外部電極１１３ａ、１８ｂ
の中間部分と外部電極１８ｃとを結ぶ方向に屈曲振動す
る。

さらに、２つの外部電極１８ａ、１８ｂには、別の抵抗
２２．２４が接続される。これらの抵抗２２．２４は、
差動増幅回路２８の入力側に接続される。さらに、差動
増幅回路２８の出力側は同期検波回路３０に接続され、
この同期検波回路３０はリップルフィルタ３２に接続さ
れる。

発振回路出力源２６からの信号によって振動体１２が屈
曲振動している状態で、振動体１２の軸を中心として回
転した場合、その回転角速度に応じて、振動方向と直交
する方向にコリオリカが働（。それによって、振動体１
２の振動方向は、無回転時の振動方向からずれる。その
ため、２つの外部電極１８ａ、１８ｂ間に出力電圧の差
が生じ、差動増幅回路２８から出力が得られる。

差動増幅回路２８から得られた出力を同期検波回路３０
で同期検波し、さらにリップルフィルタ３２を通すこと
によって、直流出力が得られる。

したがって、この直流出力を測定することによって、角
速度センサ１０に加わった回転角速度を測定することが
できる。

この角速度センサ１０では、振動体１２が圧電セラミッ
クで形成されているため、従来のもののように振動体の
側面に圧電素子を接着する必要がない。そのため、圧電
セラミックの振動体１２に内部電極１６および外部電極
１８ａ〜１８ｃを形成すればよい、これらの電極は、銀
ペースト焼結法、めっき、蒸着およびスパッタリングな
どによって簡単に形成することができる。この場合、こ
れらの内部電極１６．外部電極１８ａ、１８ｂと１８Ｃ
との間を均一に分極することができる。

しかも、外部電極１８ａ〜１８ｃは、外周面電極２０の
不要な部分を取り除くことによって形成することができ
る。この外周面電極２０は、振動体１２に分極を施すた
めに使用することができる。

つまり、この角速度センサ１０では、振動体１２に分極
を施すための外周面電極２０を利用して、外部電極１８
８〜１８ｃを形成することができる。

さらに、振動体１２自体が円筒形状に形成されるため、
これを作製するための金型の製作も簡単である。したが
って、この角速度センサ１０は、従来の角速度センサに
比べて簡単に製造することができ、低コストで製造する
ことができる。また、この場合、最初の加工精度さえ合
わせておけば、振動体１２の各方向の屈曲振動の共振周
波数が−致しやすい、地形状に比して、センタレス研磨
等でこの加工精度をコントロールすることが容易である
。

また、この角速度センサ１０では接着剤が用いられない
ため、従来の角速度センサのように、雰囲気温度の変化
による圧電素子と振動体との熱膨張係数の差による特性
変化が生じない。さらに、円筒形状の振動体１２に貫通
孔１４を形成することにより、貫通孔の形成されない同
一形状の振動体に比べて、共振周波数を小さくすること
ができ、その感度を良くすることができる。また、同一
感度であれば、貫通孔の形成されないものより、振動体
１２を小型化することができる。

なお、上述の実施例では外部電極１８ａ、１８ｂと外部
電極１８ｃとの間に発振回路出力源２６を接続したが、
第４図に示すように、内部電極１６と外部電極１８ｃと
の間に発振回路出力源２６を接続してもよい。これらの
実施例のような回路構成とするために、第５図に示すよ
うに、内部電極１６を振動体１２の端面から側面に引き
回して形成することができる。

さらに、第６図に示すように、内部電極１６と２つの外
部電極１８ａ、１８ｂとの間に発振回路出力源２６を接
続してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図はこの発明の一実施例を示す斜視図であり、第
１Ｂ図は第１Ａ図の線ＩＢ−ＩＢにおける断面図である
。 第２図は第１Ａ図および第１Ｂ図に示す角速度センサを
製造する一過程を示す斜視図である。 第３図は第１Ａ図および第１Ｂ図に示す角速度センサを
用いた角速度検出回路の一例を示す回路図である。 第４図は第３図に示す角速度検出回路の他の例を示す回
路図である。 第５図は第１Ａ図および第１Ｂ図に示す角速度センサの
他の例を示す斜視図である。 第６図は第３図に示す角速度センサの別の例を示す回路
図である。 第７Ａ図はこの発明の背景となる従来の角速度センサの
一例を示す斜視図であり、第７Ｂ図はその断面図である
。 図において、ｌＯは角速度センサ、１２は振動体、１４
は貫通孔、１６は内部電極、１８ａ、１８ｂおよび１８
ｃは外部電極を示す。 特許出願人　株式会社　村田製作所 代理人　弁理士　岡　１）　全　啓 第 図 １、、ｒ二”　７Ａ　図 第７［３ｔ１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 その軸方向に貫通する貫通孔を有する円筒形状の圧電セ
   ラミックで形成された振動体、 前記振動体の内周面に形成される内部電極、および 前記振動体の外周面に形成され、前記振動体の周方向に
   間隔を隔てて配置される外部電極を含み、前記振動体は
   、その内周面から外周面に向かう方向に分極が施された
   、角速度センサ。