JPH05264283A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 音叉振動を利用したジャイロスコープに用い
られる角速度センサにおいて、広い温度範囲で温度−オ
フセット出力変化が小さく、かつ安価な角速度センサを
提供する。 【構成】 金属板１の上部の検知部３と下部の駆動部４
とにそれぞれ圧電素子５，６を設けた音叉振動部材２個
を金属ブロックを介して接合した音叉を有する角速度セ
ンサにおいて、駆動部４の側面に凹形状の溝４ａを形成
してこの溝４ａに沿って検知部３からの信号取り出し用
のリードワイヤー７を配線し固定したことにより、温度
変化に伴う圧電素子６とリードワイヤー７との間の電気
信号の漏れが抑えられ、広い温度範囲で温度−オフセッ
ト出力変化が小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音叉振動を利用したジ
ャイロスコープに用いられる角速度センサに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、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の慣性航法装置には、機械式
ジャイロスコープが主に使われていた。しかしこのジャ
イロスコープは、安定した方位が得られるものの機械式
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。

【０００３】一方、このような回転力を使う機械式ジャ
イロスコープとは異なり、振動させた検知素子によりコ
リオリの力を検出する振動型角速度センサを用いるもの
がある。この角速度センサの多くは、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
ジャイロスコープ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。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、特に圧電体を用いたセ
ンサが多く考案されている（たとえば、日本航空宇宙学
会誌第２３巻第２５７号２３９−３５０頁に記載のも
の）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
原理に基づく構成による従来の角速度センサには、下記
のような課題があった。すなわち、音叉振動型角速度セ
ンサは、検知部と駆動部とが金属板で一体化され、検知
部から取り出されたリードワイヤーは駆動部側面に沿っ
て保持し端子へ導かれた構造をしているが、これに温度
変化を与えると、駆動部に設けられた圧電素子の温度特
性による電気信号の変化、すなわち分布容量の変化等に
よって、駆動電圧の一部が検知部側に漏れるため、結果
的に広い温度範囲ではオフセット出力が変動し、温度特
性に優れた角速度センサが得られなかった。

【０００５】本発明はかかる点に鑑みてなされたもの
で、広い温度範囲で温度特性に優れ、かつ安価な角速度
センサを提供することを目的としている。

【０００６】

【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、金属板の駆動部の側面に溝
を形成し、この溝に沿って検知部からの信号取り出し用
のリードワイヤーを配置し固定する構成としたものであ
る。

【０００７】

【作用】上記の構成によれば、駆動部側面に溝を形成し
て検知部からのリードワイヤーを配線したことにより、
溝の側面が電気的分布容量の遮蔽効果を生み出し、駆動
部に設けた圧電素子から電気信号がリードワイヤーへ漏
れるのを抑制する。その結果、駆動部の電気信号が検知
部へ廻り込むことがなくなり、たとえば、温度変化によ
って変動する駆動部の電気信号が検知部へ漏れることが
ないので、駆動部の温度特性の影響による温度オフセッ
ト変動は飛躍的に改善することができた。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面により
説明する。図１は本実施例による角速度センサの音叉振
動部材の斜視図、図２は同角速度センサの斜視図であ
る。

【０００９】まず、角速度センサの音叉振動部材の構造
より説明する。図１において、１は振動部材として用い
るＦｅ，Ｎｉを主体とした平板状の金属板で、その長手
方向のほぼ中央部に互い違いとなるように幅方向の端部
から中間部に向けてスリット２を設け、この中間部を軸
に上部平面と下部平面とが直交するように捻って検知部
３と駆動部４とを形成している。そして、検知部３およ
び駆動部４の表面には、両面に銀の電極５ａ，６ａを設
けた圧電セラミックからなる圧電素子５，６をエポキシ
接着剤で貼り付けている。さらに駆動部４の側面には、
化学エッチングで形成した断面が凹形状の溝４ａを設
け、その溝４ａに圧電素子５の片面の電極５ａと接続し
たリードワイヤー７を沿わせて配線し固定している。

【００１０】また、圧電素子６の片面の電極６ａにはリ
ードワイヤー８が接続されている。次に、このように構
成された左右一対の音叉振動部材は、図２に示すよう
に、互いに平行になるようにその端部が金属ブロック９
に接合され保持されて音叉が形成されている。この金属
ブロック９には中央部に穴が設けてあり、その穴に支持
棒１０の一端が挿入されている。また、支持棒１０の他
端は端子ベース１１に絶縁ガラス１２を介して固定され
ている。この端子ベース１１は鉄を主体とする材料から
なり、リード端子１３，１４，１５が絶縁ガラス１２を
介して、植設されている。

【００１１】リード端子１３，１４は、４箇所の圧電素
子５，６からの電気信号を外部に導き取り出す端子であ
り、これらにはリードワイヤー７，８が接続されてい
る。そして、音叉を内蔵するように鉄を主体とした缶キ
ャップ１６を被せ、その開口部を端子ベース１１の外周
縁と溶接して接合している。

【００１２】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。

【００１３】まず、音叉振動部材を駆動するには、駆動
部４に貼り付けた一対の圧電素子６のうちの一方に、そ
れと導通しているリード端子１４に交流信号を印加する
とこの圧電素子６は振動を開始し、音叉振動部材は支持
棒１０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、検知部の圧電素子５により角速
度信号を検出することができる。一般に角速度センサの
性能は、構成素材である圧電素子５，６や金属板１等を
含む総合的な性能で決まる。

【００１４】次に、上記実施例の角速度センサについて
従来例のものとともにその温度−オフセット出力特性を
評価し、比較した。その評価結果を図３に示す。なお、
評価した従来の角速度センサは、検知部と駆動部とが直
交する同一の金属板で構成されたものであるが、駆動部
の側面には溝は設けられていないものである。

【００１５】図３によると、−４０℃〜８５℃の温度変
化を与えて温度−オフセット出力特性の変化を比較をす
ると、本実施例の方がオフセット出力値の変化が約１／
５と極めて小さく、広い温度範囲に渡って特性変化の小
さい優れた温度特性を有する角速度センサが得られた。
なお本実施例では溝の断面形状を凹形状としたが、Ｕ字
状などリードワイヤーが配線できる形状であればよい。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の角速度セン
サは、検知部から取り出されたリードワイヤーを駆動部
側面の溝に沿わせて固定保持することにより、温度変化
に伴うリードワイヤーと圧電素子との間での電気信号の
漏れが抑えられて温度−オフセット出力変動が極めて小
さくなり、温度特性に優れた角速度センサが得られる。

【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音叉
振動部材の斜視図

【図２】同角速度センサの斜視図

【図３】温度−オフセット出力特性の関係図

【符号の説明】

１ 金属板 ３ 検知部 ４ 駆動部 ４ａ 溝 ５，６ 圧電素子 ７，８ リードワイヤー ９ 金属ブロック １０ 支持棒 １１ 端子ベース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 雅己 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 市瀬 俊彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 吉田 純威 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属板の上部を検知部とし下部を駆動部と
   して前記検知部の平面と前記駆動部の平面とを互いに直
   交させ、前記検知部の平面上と前記駆動部の平面上とに
   圧電素子をそれぞれ設けた音叉振動部材２個を金属ブロ
   ックを介して接合した音叉を備え、前記駆動部の少なく
   とも１つの側面に溝を形成し、この溝に沿って検知部か
   らの信号取り出し用のリードワイヤーを配置し固定した
   角速度センサ。