JPH0526889A - 角速度センサ - Google Patents
角速度センサInfo
- Publication number
- JPH0526889A JPH0526889A JP3179327A JP17932791A JPH0526889A JP H0526889 A JPH0526889 A JP H0526889A JP 3179327 A JP3179327 A JP 3179327A JP 17932791 A JP17932791 A JP 17932791A JP H0526889 A JPH0526889 A JP H0526889A
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- Japan
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- piezoelectric element
- angular velocity
- tuning fork
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 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。 【構成】 圧電素子４を音叉振動部材１，２，３に貼り
合わせ接合し、そして圧電素子４を接合する接着層を金
属酸化物粉末を分散させた接着材５により形成したもの
である。
ることを目的としている。 【構成】 圧電素子４を音叉振動部材１，２，３に貼り
合わせ接合し、そして圧電素子４を接合する接着層を金
属酸化物粉末を分散させた接着材５により形成したもの
である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子による振動体
を用いた角速度センサに関するものである。
を用いた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、船舶の様な移動する物体
の方位を知る慣性航法装置として機械式ジャイロが主に
使われていた。
の方位を知る慣性航法装置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。
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２３９−
３５０Ｐ）。
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２３９−
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。
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、圧電素子が接合され
ている接着部は、被接着体である音叉振動部材と電素子
との熱的膨張係数の差による応力の発生と、接着部の振
動伝搬率の低下とで、センサが特性変化する。さらに
は、接着層自身の熱膨張及び、圧電素子と、音叉振動部
材との熱膨張の差により、圧電素子に応力歪みが加わ
り、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。
ンサに急激な温度変化を与えると、圧電素子が接合され
ている接着部は、被接着体である音叉振動部材と電素子
との熱的膨張係数の差による応力の発生と、接着部の振
動伝搬率の低下とで、センサが特性変化する。さらに
は、接着層自身の熱膨張及び、圧電素子と、音叉振動部
材との熱膨張の差により、圧電素子に応力歪みが加わ
り、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。
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、圧電素子を振動部材に貼り合わせ接合
し、かつ圧電素子を接合する接着層を金属酸化物粉末を
分散させた接着材により形成したものである。
決するために、圧電素子を振動部材に貼り合わせ接合
し、かつ圧電素子を接合する接着層を金属酸化物粉末を
分散させた接着材により形成したものである。
【０００９】
【作用】上記の構成により、圧電素子を接合している接
着層に分散させた金属酸化物粉末により、接着層自身の
熱膨張の低減、及び圧電素子と振動部材との熱膨張差の
吸収、そして振動部材と圧電素子との音響振動インピー
ダンスマッチングが改善され、温度変化に対し、圧電素
子への応力歪みが極めて少なくすることが可能となり、
その結果、温度変化に対して、出力オフセット信号変動
の小さい角速度センサを得ることができる。
着層に分散させた金属酸化物粉末により、接着層自身の
熱膨張の低減、及び圧電素子と振動部材との熱膨張差の
吸収、そして振動部材と圧電素子との音響振動インピー
ダンスマッチングが改善され、温度変化に対し、圧電素
子への応力歪みが極めて少なくすることが可能となり、
その結果、温度変化に対して、出力オフセット信号変動
の小さい角速度センサを得ることができる。
【００１０】
【実施例】図１〜図４は本発明による角速度センサの一
実施例を示す図であり、音叉振動系について以下に述べ
る。
実施例を示す図であり、音叉振動系について以下に述べ
る。
【００１１】まず、センサの振動部分の構造より説明す
る。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。４は圧電素子で、図２に示すよ
うに圧電セラミックス素子４ａの両面にＡｇ電極４ｂ，
４ｃを設けることにより構成されている。
る。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。４は圧電素子で、図２に示すよ
うに圧電セラミックス素子４ａの両面にＡｇ電極４ｂ，
４ｃを設けることにより構成されている。
【００１２】次に、圧電素子４は、図１に示す音叉振動
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。ところで、圧電素子４を音叉振動部材
１，２，３に貼り合わせる接合用の接着材５としては、
エポキシ系接着材に、粒径５μｍ以下のＳｉＯ2を、金
属酸化物として１０〜３５wt％含有させたものを用い、
接着した。
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。ところで、圧電素子４を音叉振動部材
１，２，３に貼り合わせる接合用の接着材５としては、
エポキシ系接着材に、粒径５μｍ以下のＳｉＯ2を、金
属酸化物として１０〜３５wt％含有させたものを用い、
接着した。
【００１３】このように、接着した断面の様子を図３に
示す。次に、６，７は音叉振動部材１，２を音叉振動部
材３の先端部にそれぞれ直角に接合する接合部材でＦ
ｅ，Ｎｉの合金が用いられ、かつ音叉振動部材１，２，
３を電気的にも導通させている。
示す。次に、６，７は音叉振動部材１，２を音叉振動部
材３の先端部にそれぞれ直角に接合する接合部材でＦ
ｅ，Ｎｉの合金が用いられ、かつ音叉振動部材１，２，
３を電気的にも導通させている。
【００１４】８は音叉振動部材２を支持する支持棒であ
る。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。
る。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。
【００１５】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１
０，１１，１２，１３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。
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１
０，１１，１２，１３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。
【００１６】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。
センサについて、以下その動作概要を説明する。
【００１７】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１，２，３や、圧電素子の接着貼り合わせ接合等の総
合的な性能で決まる。
叉振動部材３に設けた圧電素子４の一方に、たえば、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１，２，３や、圧電素子の接着貼り合わせ接合等の総
合的な性能で決まる。
【００１８】以下、上記実施例を基に、金属酸化物粉末
を樹脂に分散させてなる接着層の条件とその特性評価結
果について説明する。
を樹脂に分散させてなる接着層の条件とその特性評価結
果について説明する。
【００１９】（表１）は、音叉振動部材１，２，３に圧
電素子４を、貼り付け接着接合するためのエポキシ接着
材において、充填したＳｉＯ2の平均粒径と、従来例と
による感度の比較を行ったものである。
電素子４を、貼り付け接着接合するためのエポキシ接着
材において、充填したＳｉＯ2の平均粒径と、従来例と
による感度の比較を行ったものである。
【００２０】（表１）によると、エポキシ接着材に含有
するＳｉＯ2の平均粒径が、３μｍを超えると、感度が
急に低下しはじめる。たとえば、ＳｉＯ2の平均粒径が
５μｍの場合、感度低下は−３．６％と下がっている。
従って、ＳｉＯ2の平均粒径は、３μｍ以下が良い。
するＳｉＯ2の平均粒径が、３μｍを超えると、感度が
急に低下しはじめる。たとえば、ＳｉＯ2の平均粒径が
５μｍの場合、感度低下は−３．６％と下がっている。
従って、ＳｉＯ2の平均粒径は、３μｍ以下が良い。
【００２１】
【表１】
【００２２】また、（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℃の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。この結果から明らかなように、金属酸化物粉末を含
有したものは、繰返し温度衝撃範囲内において、感度変
化０．９％以下、オフセット出力変化０．８Deg／ｓ以
下が得られた。また、本願は、実施例としてＳｉＯ2を
例にとり説明したが、特に金属酸化物粉末として、他の
Ａｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2，ＴｉＯ2についても、同様の効果が
得られる。
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℃の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。この結果から明らかなように、金属酸化物粉末を含
有したものは、繰返し温度衝撃範囲内において、感度変
化０．９％以下、オフセット出力変化０．８Deg／ｓ以
下が得られた。また、本願は、実施例としてＳｉＯ2を
例にとり説明したが、特に金属酸化物粉末として、他の
Ａｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2，ＴｉＯ2についても、同様の効果が
得られる。
【００２３】
【表２】
【００２４】さらには、他の実施例として、図４に示し
た音叉振動系の支持部が、金属ブロックで支持した構造
の角速度センサについても、同様の効果が得られた。
た音叉振動系の支持部が、金属ブロックで支持した構造
の角速度センサについても、同様の効果が得られた。
【００２５】図４は、左右の音叉振動部材２８，２９に
金属酸化物粉末を含有した接着材５で圧電素子４を貼り
付けている。３０は左右の音叉振動部材２８，２９を支
持するための金属ブロックであり、中央で音叉支持した
構造となっている。
金属酸化物粉末を含有した接着材５で圧電素子４を貼り
付けている。３０は左右の音叉振動部材２８，２９を支
持するための金属ブロックであり、中央で音叉支持した
構造となっている。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、接
着層自身の熱膨張の低減及び圧電素子と音叉振動部材と
の熱膨張差による歪みの発生や、音響振動伝搬損を前記
接着材に金属酸化物粉末を含有分散させた接着層を構成
することにより、熱膨張の低減と音響振動インピーダン
スのマッチングを、より良く行うことができ、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ものである。
着層自身の熱膨張の低減及び圧電素子と音叉振動部材と
の熱膨張差による歪みの発生や、音響振動伝搬損を前記
接着材に金属酸化物粉末を含有分散させた接着層を構成
することにより、熱膨張の低減と音響振動インピーダン
スのマッチングを、より良く行うことができ、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ものである。
【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
斜視図
【図２】同センサにおける圧電素子の斜視図
【図３】圧電素子を音叉振動部材に貼り合わせ接合した
断面図
断面図
【図４】本発明の他の実施例を示す斜視図
１，２，３， 音叉振動部材
４ 圧電素子
５ 接着材
フロントページの続き
(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 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 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 (3)
- 【請求項１】圧電素子を振動部材に貼り合わせ接合し、
かつ圧電素子を接合する接着層を金属酸化物粉末を分散
させた接着材により形成したことを特徴とする角速度セ
ンサ。 - 【請求項２】接着層を形成するために用いる金属酸化物
粉末が、ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2，ＴｉＯ2の中の
少なくとも１種である請求項１記載の角速度センサ。 - 【請求項３】接着層を形成するために用いた金属酸化物
粉末の粒径が３μｍ以下である請求項１記載の角速度セ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3179327A JPH0526889A (ja) | 1991-07-19 | 1991-07-19 | 角速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3179327A JPH0526889A (ja) | 1991-07-19 | 1991-07-19 | 角速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0526889A true JPH0526889A (ja) | 1993-02-02 |
Family
ID=16063904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3179327A Pending JPH0526889A (ja) | 1991-07-19 | 1991-07-19 | 角速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0526889A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0921648A (ja) * | 1995-07-10 | 1997-01-21 | Showa Electric Wire & Cable Co Ltd | 振動ジャイロ装置 |
| US6134963A (en) * | 1997-09-17 | 2000-10-24 | Fujitsu Limited | Tuning-fork type piezoelectric vibratory gyroscope |
-
1991
- 1991-07-19 JP JP3179327A patent/JPH0526889A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0921648A (ja) * | 1995-07-10 | 1997-01-21 | Showa Electric Wire & Cable Co Ltd | 振動ジャイロ装置 |
| US6134963A (en) * | 1997-09-17 | 2000-10-24 | Fujitsu Limited | Tuning-fork type piezoelectric vibratory gyroscope |
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