JPH04364464A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、振動を用いたジャイロ
スコープや角速度センサに関するものである。

【０００２】

【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
を知る方法として機械式ジャイロが主に使われていた。

【０００３】これら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った。

【０００４】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ない振動
となっている。従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、特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２５７号２３
９−３５０Ｐ）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の原理に基づく構
成による角速度センサが発明されているが、下記のよう
な課題があった。

【０００６】このような圧電体を用いたセンサでは、セ
ンサに急激な温度変化を与えると、圧電体の焦電効果に
よって圧電体自身の自発分極で再分極され、センサが特
性変化すること、さらには、この再分極により圧電体が
膨張し、残留歪となり、センサ特性に大きく影響を与え
、これらの要因により、広い温度範囲で動作させること
ができなかった。

【０００７】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
、広い温度範囲で動作可能な角速度センサを得ることを
目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するために、圧電素子を用いて音片、又は音叉振動系
を構成し、少なくとも圧電素子の電極間部に抵抗値が１
０５〜１０８Ωの間の抵抗体を形成したものである。

【０００９】

【作用】上記の構成により広い温度範囲において、圧電
体の焦電効果による焦電電流を、抵抗体で漏洩させるこ
とにより、広い温度範囲で動作可能となる。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明による角速度センサの一実施
例を示す構造図であり、音叉振動系について以下に述べ
る。まず、センサの振動部分の構造により説明する。

【００１１】図１において、１，２，３はＦｅ，Ｎｉを
主体とした音叉振動部材である。４ａは圧電セラミック
ス素子であり、両面に、Ａｇ電極４ｂ，４ｃを設けてい
る。これを以下、圧電素子４と呼ぶ。

【００１２】５は酸化錫を主体とした抵抗体で、エポキ
シ樹脂との混合比率により、各種抵抗値の異なるペース
トを作成し、前記圧電セラミックス４ａ両面のＡｇ電極
４ｂ，４ｃの側面間の一部に塗布することにより設けら
れている。この抵抗体ペースト塗布は、圧電セラミック
スの全側面塗布でも良い。この抵抗体ペーストが塗布さ
れた圧電セラミックス４ａは、図１に示された音叉振動
部材１，２，３に一体化接合され、これにより電気的に
導通されている。

【００１３】そして、６，７は音叉振動部材１と３，２
と３をそれぞれ直角にＦｅ，Ｎｉの合金で接合させ、電
気的にも導通させてなる接合部材である。８は音叉振動
部材２を支持する支持棒である。

【００１４】９は支持棒８を保持させ、リード線を固定
する端子ベースである。端子ベース９は、Ｆｅを主体と
し、リード端子１０，１１，１２，１３，１４，１５と
支持棒８とを絶縁ガラス１６，１７，１８，１９，２０
，２１，２２で介在させて植設させた構造である。リー
ド端子１０，１１，１２，１３は、４箇所の圧電素子４
からの電気信号を外部に導き取り出す端子である。また
、リードワイヤ２３，２４，２５，２６は、圧電素子４
とリード端子１０，１１，１２，１３とを接続するため
のものである。次に、端子ベース９とＦｅを主体とした
缶キャップ２７とを溶接にて接合し、角速度センサとし
ている。

【００１５】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動作概要を説明する。

【００１６】まず、音叉振動部材３を駆動するには、音
叉振動部材３に設けた圧電素子４の一方に、たとえばリ
ード端子１３側の圧電素子に交流信号を印加すると、こ
の圧電素子４は振動を開始し、支持棒８を中心に対称な
音叉振動を始める。この音叉振動は、振動している系に
角速度を加えると物理的な力（コリオリの力）が作用し
、振動部材１，２に設けた圧電素子４により、角速度信
号を検出することができる。一般に音叉振動を有する音
叉は、音叉の構成素材である圧電素子４，音叉振動部材
３等の総合的な性能で決まる。以下、詳細な動作原理に
ついては、従来と同様であるので、ここでは省略する。

【００１７】特に、圧電素子４の特性変化をなくすため
、以下圧電素子４に形成した抵抗体を中心にその動作に
ついて説明する。

【００１８】音叉振動部材１，２，３に設けられた圧電
素子４は、圧電素子４が振動しているために、圧電素子
４に抵抗体を形成させた場合、安定した抵抗体の抵抗値
が得られない。

【００１９】本発明では、この抵抗体に酸化錫を主体と
した抵抗体ペーストを選んだ。この理由として、圧電素
子の振動体に形成した抵抗体が、振動においても、安定
した抵抗値が確保でき、また繰返し温度衝撃により発生
する圧電素子の焦電電流の漏洩について、検討した結果
、特に、酸化錫系の抵抗体は、原子価制御をすることに
より目的とする抵抗値が容易に得られるためであり、こ
れをペースト化し、ペースト材の混合比率を適当に変え
ることにより、希望する抵抗体が容易に得られる。

【００２０】次に、本実施例でのセンサ特性について、
説明する。

【００２１】

【表１】

【００２２】（表１）は、圧電素子のＡｇ電極間部に１
０５〜１０８Ωの間で制御した抵抗体を形成し、この抵
抗体の抵抗値とセンサ感度とを示したもので、抵抗値が
、１０５Ω以下であると、センサの検出信号も、この抵
抗体により漏洩するため、センサ感度が、低下する。ま
た、この抵抗値が、１０８Ω以上であると、繰返し温度
衝撃による圧電体の焦電効果による自発分極でセンサ特
性が変化を生じる。この特性変化を（表２）に示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】（表２）は、前述した実施例と従来例の角
速度センサとをセンサ感度，オフセット出力について、
温度−４０℃〜８５℃　　１００サイクルの繰返し温度
衝撃を加え、前と後の特性を比較したものである。

【００２５】この結果から明らかなように、本発明によ
れば、繰返し温度衝撃範囲内において、感度変化１％以
下、オフセット出力変化１Ｄｅｇ／ｓ以下の特性を得る
ことができる。

【００２６】また、本発明は、実施例として、音叉振動
系を例に取り説明したが、音片振動系についても同様の
結果が、得られる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
電体の焦電効果による自発分極の分極電流を抵抗体で漏
洩させることにより、広い温度範囲でかつ急激な温度変
化に対し、特性変化のない安定した角速度センサを得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における角速度センサの分解
斜視図

【図２】同角速度センサにおける圧電素子の斜視図

【符
号の説明】 １，２，３　　音叉振動部材 ４　　圧電素子 ５　　抵抗体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電素子を用いて音片、又は音叉振動系を
   構成し、少なくとも圧電素子の電極間部に抵抗値が１０
   ５〜１０８Ωの間の抵抗体を形成した角速度センサ。
2. 【請求項２】抵抗体は、酸化錫を含む抵抗体よりなる導
   電ペーストを圧電素子の電極間に塗布して形成した請求
   項１記載の角速度センサ。