JPH06194178A

JPH06194178A - 角速度センサ

Info

Publication number: JPH06194178A
Application number: JP5246991A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ito; 岳志伊藤; Muneo Yorinaga; 宗男頼永; Tomoyuki Kanda; 知幸神田
Original assignee: Nippon Soken Inc; NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1992-10-12
Filing date: 1993-10-01
Publication date: 1994-07-15

Abstract

(57)【要約】【目的】駆動用圧電素子の伸縮に伴う振動子の振動に
よる検知用圧電素子でのノイズの発生を抑制することが
できる角速度センサを提供することにある。【構成】振動子１の第１角柱部３における左側面上部
には、駆動用圧電素子６が貼り付けられ、第２角柱部４
の右側面上部には駆動用圧電素子７が貼り付けられてい
る。又、振動子１の第１角柱部３における正面下部に
は、検知用圧電素子８が貼り付けられ、第１角柱部４に
おける正面下部には検知用圧電素子９が貼り付けられて
いる。ここで、角柱の軸心方向に重ならないようにズラ
して駆動用圧電素子６，７と検知用圧電素子８，９とが
配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、圧電振動型ジャイロ
を用いて角速度を測定する角速度センサに係り、同セン
サは車両・船舶・飛行機・ロボット等の運動体の運動状
態を測定する際に用いられ、例えば、車両の姿勢制御の
ための車両旋回角速度を測定するために用いられるもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の音叉ジャイロは、図２２に示すよ
うに、振動子３１０には２本の角柱部が形成され、その
直交する面には同じ高さにて駆動用圧電素子３２０と検
知用圧電素子３３０とが隣り合う位置に配置されてい
る。さらに、振動子３１０の角柱部における駆動用圧電
素子３２０と対向する面にはフィードバック用圧電素子
３４０が配置されている。

【０００３】このように振動子３１０の角柱部における
直交する面に駆動用及び検知用圧電素子３２０，３３０
を配置することにより、振動子３３０の振幅が大きくな
るとともに、コリオリ力による感度が大きくなる。ま
た、従来の音叉型角速度センサにおいても、図２１に示
す如く、角柱材３００の正面中央部に駆動用圧電素子３
０１が貼り付けられるとともに、角柱材３００の右側面
の中央部に検知用圧電素子３０２が貼り付けられてい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ジャイロを振動させる
ために、駆動用圧電素子３２０に交流信号を加えると、
圧電素子３２０が伸縮し、振動子３１０の角柱部が図８
の矢印の方向に屈曲振動する。しかし、図２３のように
従来の構造では、駆動用圧電素子３２０の伸縮によって
生じる振動子３１０の角柱部の伸縮により、検知用圧電
素子３３０に不要な信号が発生する。このことが、ジャ
イロのオフセットノイズの原因となる。

【０００５】又、一対の圧電素子がコンデンサとして働
き、静電容量結合による駆動信号の回り込みによるオフ
セットノイズも発生しやすくなる。そこで、この発明の
目的は、駆動用圧電素子の伸縮に伴う振動子の振動によ
る検知用圧電素子でのノイズの発生を抑制することがで
きる角速度センサを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、第１の発明とし
て、角柱状の振動子と、該振動子の一面に止着された駆
動用の圧電素子と、該駆動用圧電素子の止着面に直交す
る前記振動子の面に、前記角柱の軸心方向に重ならない
ようにズラして止着された検知用の圧電素子とからなる
角速度センサを提供するものである。

【０００７】さらに、第２の発明としては、基台部に対
し支持部にて支持された角柱状の振動子と、該振動子の
前記支持部よりに止着された駆動用の圧電素子と、該駆
動用圧電素子の止着面に直交する前記振動子の面に、前
記角柱の軸心方向に重ならないように前記支持部側とは
反対側にズラして止着された検知用の圧電素子とからな
る角速度センサを提供するつものである。

【０００８】

【作用】第１の発明によれば、駆動用圧電素子と検知用
圧電素子を隣り合わないように離して配置することによ
り、駆動信号による振動子の伸縮信号を無視できる程度
に低減させることが可能となる。さらに、第２の発明に
よれば、駆動用圧電素子を検出用圧電素子よりも支持部
側に止着させることによって、検出用圧電素子からの出
力を十分維持させながら、駆動信号による振動子の伸縮
信号を無視できる程度に低減させることが可能となる。

【０００９】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
駆動用圧電素子の伸縮に伴う振動子の振動による検知用
圧電素子でのノイズの発生を抑制することができる優れ
た効果を発揮する。

【００１０】

【実施例】

（第１実施例）以下、この発明を具体化した一実施例を
図面に従って説明する。図１に示すように、振動子１
は、恒弾性材料、例えば、鉄−ニッケル合金よりなり、
角柱音叉型に形成されている。つまり、基台部２に対し
第１角柱部３と第２角柱部４とが支持部５に集合した状
態で支持されている。

【００１１】又、基台部２と第１角柱部３と第２角柱部
４と支持部５とは、断面が正方形となっている。振動子
１の第１角柱部３における左側面上部には、長方形状の
駆動用圧電素子６が貼り付けられている。同様に、振動
子１の第２角柱部４における右側面上部には、長方形状
の駆動用圧電素子７が貼り付けられている。そして、駆
動用圧電素子６，７に交流電圧を印加すると、第１及び
第２角柱部３，４が図１において左右方向（Ｘ軸で示す
方向）に振動するようになっている。

【００１２】又、振動子１の第１角柱部３における正面
下部には、長方形状の検知用圧電素子８が貼り付けられ
ている。同様に、振動子１の第２角柱部４における正面
下部には、長方形状の検知用圧電素子９が貼り付けられ
ている。そして、検知用圧電素子８，９は、角柱部３，
４（振動子）の中心軸に回転角速度が加わると、駆動用
圧電素子６，７の交流電圧印加による第１及び第２角柱
部３，４の振動に伴い図１において前後方向（Ｙ軸で示
す方向）に作用するコリオリ力を電圧として検出する。

【００１３】さらに、振動子１の第１角柱部３における
右側面下部には、長方形状のフィードバック用圧電素子
１０が貼り付けられている。同様に、振動子１の第２角
柱部４における左側面下部には、長方形状のフィードバ
ック用圧電素子１１が貼り付けられている。そして、フ
ィードバック用圧電素子１０，１１は、駆動用圧電素子
６，７の交流電圧印加による第１及び第２角柱部３，４
の振動に伴い同振動を電圧として検出する。

【００１４】本実施例では、駆動用圧電素子６，７と検
知用圧電素子８，９とフィードバック用圧電素子１０，
１１とは同一の寸法をなし、図１に示すように、縦横の
寸法が１３ｍｍ×３ｍｍとなっている。さらに、駆動用
圧電素子６と検知用圧電素子８とは、第１角柱部３の軸
心方向に２ｍｍ離間して配置されている。同様に、駆動
用圧電素子７と検知用圧電素子９とは、第２角柱部４の
軸心方向に２ｍｍ離間して配置されている。

【００１５】次に、このように構成した角速度センサの
作用を説明する。駆動用圧電素子６と７に交流電圧が供
給されると、第１及び第２角柱部３，４が駆動振動方向
に屈曲振動する。一方、フィードバック用圧電素子１
０，１１からは、振幅に比例した信号が発生し、駆動用
圧電素子６，７とともに自励発振回路が構成される。

【００１６】そして、角柱部３，４（振動子）の中心軸
に回転角速度が加わると、コリオリの力により検知振動
が発生し、屈曲振動による信号が検知用圧電素子８，９
に発生する。この検知用圧電素子８，９の信号に基づい
て角速度を検出する。図２には、オフセットノイズ低減
の効果を示す。周波数１ｋＨz 、２ボルトの駆動信号を
加えた場合、従来型では１０〜２０ｍＶのオフセット信
号が発生しているが、図１の構成によるものではオフセ
ットノイズは約１／１０に低減されている。

【００１７】このように本実施例では、角柱部３，４に
おいてその側面上部に駆動用圧電素子６，７を止着する
とともに、駆動用圧電素子６，７の止着面に直交する第
１角柱部３，４の正面下部に検知用圧電素子８，９を止
着した、つまり、図３に示すように、角柱の軸心方向に
重ならないようにズラして駆動用圧電素子６，７と検知
用圧電素子８，９とを配置した。

【００１８】このように、駆動用圧電素子６，７と検知
用圧電素子８，９を隣り合わないように離して配置する
ことにより、駆動信号による振動子の伸縮信号を無視で
きる程度に低減させることが可能となる。又、伸縮によ
るノイズを低減することにより高精度な角速度センサを
提供することができる。（第２実施例）次に、第２実施例について、説明する。

【００１９】第２実施例の振動子２０は、この振動子２
０の保持部２１に設けられたＵ字状の固定部２３によっ
て、台座２３に固定されている。また、振動子２０の信
号は、リード線２４を介して信号の処理を行う回路２５
に接続されている。そして、この処理された信号は、コ
ネクタ２６を介して図示しない外部のＥＣＵ等へ信号が
送られるように構成されている。

【００２０】これら、振動子２０および回路２５等は、
第４図に示されるように、ケース２７内に設けられてい
る。次に、第２実施例の振動子２０の固定方法につい
て、さらに詳細に説明する。この振動子２０には、後に
詳細に述べるが、検知用圧電素子３０，３１、駆動用圧
電素子３２，３３、フィードバック用圧電素子３４，３
５が設けられている。

【００２１】この振動子２０は、振動子２０の基台部３
６がハウジング３７に圧入されることによって、振動子
２０とハウジング３７とが一体に固定されている。ま
た、振動子２０に設けられた検知用圧電素子３０，３
１、駆動用圧電素子３２，３３、フィードバック用圧電
素子３４，３５には、信号取り出し線３８の一端が半田
付けにて固定されるとともに、信号取り出し線３８の他
端が基台部３６上に設けられたターミナル３９に半田付
けにて固定されている。

【００２２】このような構成とすることによって、各圧
電素子からの信号は、ターミナル３９に接続されたリー
ド線２４によって、ハウジング３７より取り出され、図
４に示す回路２５に導かれる。また、振動子２０が固定
されたハウジング３７の外周には、フランジ４０がかし
め固定される。そして、このフランジ４０のさらに外周
においては、図示しないゴムよりなる保持部２１がかし
めにて固定されている。

【００２３】即ち、振動子２０は、ハウジング３７，フ
ランジ４０，保持部２１を介して台座２３に固定される
ことにより、ケース２７内に保持されている。また、振
動子２０の保護する保護ケース４１は、ハウジング３７
において、かしめにより固定されている。グランドター
ミナル４２は、ハウジング３７にスポット溶接で接続さ
れており、振動板２０のグランド出力をハウジング３７
を介し得るものである。

【００２４】図６に第２実施例の振動子２０の構成を示
す。図６に示すように、第２実施例においては、振動子
２０の基第部３６に対し第１角柱部５１と第２角柱部５
２とが支持部５３に集合した状態で支持されている。
又、基台部３６と第１角柱部５１と第２角柱部５２と支
持部５３とは、断面が正方形となっている。

【００２５】以上までは、第１実施例とほぼ同様の構成
であるが、第２実施例においては、第１実施例と比較し
て、各圧電素子３０乃至３５のその位置関係が第２実施
例とは相違する。即ち、第２実施例においては、振動子
２０の第１角柱部５１における正面上部部には、長方形
状の検知用圧電素子３０が貼り付けられている。同様
に、振動子２０の第２角柱部５２における正面上部に
は、長方形状の検知用圧電素子３１が貼り付けられてい
る。

【００２６】さらに、この検知用圧電素子３０，３１
は、それぞれの圧電素子３０，３１の分極方向が互いに
異なった方向になるように、第１および第２角柱部５
１，５２の同一方向の面に貼り付けられている。又、振
動子２０の第１角柱部５１における左側下部には、長方
形状の駆動用圧電素子３２が貼り付けられている。同様
に、振動子２０の第２角柱部５２における右側下部に
は、長方形状の駆動用圧電素子３３が貼り付けられてい
る。

【００２７】このような構成とすることにより、駆動用
圧電素子３２，３３に交流電圧を印加すると、第１及び
第２角柱部５１，５２が図６において左右方向（Ｘ軸で
示す方向）に振動する。そして、駆動用圧電素子３２，
３３の交流電圧印加による第１及び第２角柱部５１，５
２の振動が生じている時に、さらに、角柱部５１，５２
（振動子２０）の中心軸Ａに回転角速度ωが加わると、
検知用圧電素子３０，３１は、図６において前後方向
（Ｙ１およびＹ２で示す方向）に作用するコリオリ力を
電圧として検出する。尚、この時、このコリオリ力の方
向Ｙ１およびＹ２は、各角柱部５１，５２で同方向とな
ることはなく、互いに異なる方向に振動する。

【００２８】またさらに、振動子２０の第１角柱部５１
における左側上部には、長方形状のフィードバック用圧
電素子３４が貼り付けられている。同様に、振動子２０
の第２角柱部５２における右側上部には、長方形状のフ
ィードバック用圧電素子３５が貼り付けられている。そ
して、フィードバック用圧電素子３４，３５は、駆動用
圧電素子３２，３３の交流電圧印加による第１及び第２
角柱部５１，５２の振動に伴い同振動を電圧として検出
する。

【００２９】また、第２実施例における振動子２０の検
知用圧電素子３０，３１は、互いの分極方向が異なった
方向となるように、角柱部の同一方向面に貼りつけられ
ている。このような構成とすることにより、コリオリ力
が角柱部５１，５２に働いた場合には、角柱部５１，５
２は互いに異なる方向に振動するために、検知用圧電素
子３０，３１によって、角柱部５１，５２のコリオリ力
による振動を検出することができる。

【００３０】しかしながら、振動子２０自体が外部から
の振動等によって、揺らされた場合には、角柱部５１，
５２は、同方向に振動することとなる。このような場合
には、検知用圧電素子３０，３１の分極方向が逆になる
ように設けられているため、互いの検出信号を打ち消す
ような出力がなされる。そのため、振動子２０に外部よ
り加えられるノイズ要因をキャンセルすることができる
のである。

【００３１】第２実施例においては、駆動用圧電素子３
２，３３と検知用圧電素子３０，３１とフィードバック
用圧電素子３４，３５とは同一の寸法をなす。また、そ
の寸法は、縦横の寸法が１３ｍｍ×２．６２ｍｍで厚さ
が０．４ｍｍとなっている。さらに、駆動用圧電素子３
２と検知用圧電素子３０とは、第１角柱部５１の軸心方
向に２ｍｍ離間して配置されている。同様に、駆動用圧
電素子３３と検知用圧電素子３１とは、第２角柱部５２
の軸心方向に２ｍｍ離間して配置されている。

【００３２】次に、第４図に示した回路２５の詳細を説
明する。図７にその回路２５の主要部分を示す。この回
路２５は、駆動用圧電素子３２，３３のフィードバック
回路２５ａおよび検知用圧電素子３０，３１からの検知
信号から角速度出力を得る角速度検出回路２５ｂからな
る。

【００３３】フィードバック回路２５ａは、増幅器１０
１，整流器１０２，ローパスフィルタ１０３，基準電圧
電源１０４，差動増幅１０５、移相回路１０６及び掛算
器１０７とからなる。また、角速度検出回路は、増幅器
１０８，周期検波回路１０９，ローパスフィルタ１１
０、増幅器１１１とからなる。

【００３４】次にこの回路２５の作動を説明する。はじ
めに、フィードバック回路２５ａについて述べる。フィ
ードバック用圧電素子３４，３５の出力は、増幅器１０
１で増幅され、振動子２０の共振点で発振させる為、移
相回路１０６に入力される。一方、増幅器１０１の出力
は、整流器１０２及びローパスフィルタ１０３を通り、
フィードバック用圧電素子３４，３５の出力振幅に応じ
たＤＣ電圧に変換される。さらに、フィードバック用圧
電素子３４，３５の出力振幅を一定にする為、ローパス
フィルタ１０３の出力と、基準電圧電源１０４とが差動
増幅器１０５により差動増幅される。

【００３５】そして、この差動増幅された信号と移相回
路１０６の出力とが、掛算器１０７により掛算される。
そしてこの掛算された信号が駆動用圧電素子３２，３３
に加えられる。以上により、振動子２０は振幅が一定と
なるように自励発振する。次に、角速度検出回路２５ｂ
について述べる。

【００３６】検知用圧電素子３０，３１の出力は、増幅
器１０８で増幅され周期検波回路１０９により、移相回
路１０６の出力位相で周期検波される。さらに、ローパ
スフィルタ１１０及び増幅器１１１を通り、角速度に比
例した出力を検出することができる。ここで、図８に、
図７に示した２０１乃至２０５の点における波形を示
す。

【００３７】図８には、増幅器１０１の出力波形２０１
と移相回路１０６の出力波形２０２とは９０°位相がず
れていることを示している。又、増幅器１０８の出力波
形２０３は、検知用圧電素子３０，３１から発生してい
るオフセット及び、右廻り、左廻りの角速度が与えられ
た時に発生する電圧が含まれている。図８において、左
廻り又は右廻りの信号を点線で示す。

【００３８】この出力波形２０３の信号が移相回路１０
６の出力波形２０２の位相で周期検波された信号つまり
周期検波回路１０９の出力波形を２０４に示す。この出
力波形２０４において、オフセットにおいて、ＤＣ分は
発生しないが、左廻りについては正の出力、右廻りにつ
いては負の出力が発生している。最終的にローパスフィ
ルタ１１０及び増幅器１１１を通した角速度出力の出力
波形を２０５に示す。

【００３９】次に、第２実施例の振動子２０において、
駆動用圧電素子３２，３３を検知用圧電素子３０，３１
よりも下部に設けたかの理由を説明する。図９に、第２
実施例の振動子２０の正面図を示す。ここで、振動子２
０の第１角柱部５１及び第２角柱部５２の付け根部を０
点とする。そして、検知用圧電素子３０，３１および駆
動用圧電素子３２，３３のＯ点を基準とした位置と、そ
れぞれの感度および振幅を図１０（ａ）及び（ｂ）に示
す。

【００４０】図１０よりあきらかなように、検知用圧電
素子３０，３１の位置は、振動子２０のＯ点に近づく程
感度が高くなる。また、駆動用圧電素子３２，３３は、
Ｏ点に近づく程、振幅を大きくすることができる。ま
た、この駆動用圧電素子３２，３３は、Ｏ点よりも下の
位置に設けたとしても、Ｏ点よりも４ｍｍ下までなら、
殆ど振幅が変化しないが、４ｍｍを越えると急激に振幅
が減少することもまたわかった。

【００４１】図１０からでは、検知用圧電素子３０，３
１及び駆動用圧電素子３２，３３の双方とも振動子２０
のＯ点に近くほど良好な特性を得ることができることが
わかる。また、検知用圧電素子３０，３１よりも駆動用
圧電素子３２，３３の方がＯ点よりも下の位置に設ける
ことができることも分かる。さらに、我々は振動子２０
に発生する応力分布を考慮した。

【００４２】図１１にその応力分布を示す模式図を示
す。図１１に示すように、振動子２０の応力は、根元部
（Ｏ点付近）に多く生じることがわかる。そのため、こ
の応力が集中した箇所に検知用圧電素子３０，３１を設
けることは、この応力をもまた検知用圧電素子３０，３
１が検出してしまい、正確な角速度を測定できないとい
う問題が生じる可能性がある。

【００４３】即ち、応力集中によるノイズを検出してし
まうため、検知用圧電素子３０，３１を、Ｏ点付近に設
けることは好ましくないのである。以上より、第２実施
例においては、検知用圧電素子３０，３１を角柱部の上
部に、また、駆動用圧電素子３２，３３は、角柱部の下
部に設けたのである。さらに、第２実施例においては、
駆動用圧電素子３２，３３は、Ｏ点よりも４ｍｍ下にさ
げることにより、できるだけ検知用圧電素子３０，３１
をＯ点付近に近づける構成とした。

【００４４】また、検知用圧電素子３０，３１の下辺と
と駆動用圧電素子３２，３３の上辺との距離Ｈは、２ｍ
ｍ離した。これは、１ｍｍよりも近づける場合には、駆
動用圧電素子３２，３３の影響を検出用圧電素子３０，
３１が検出してしまうからである。（第３実施例）又、前記実施例では角柱音叉型の角速度
センサであったが、図１２，１３のように音片型にも適
用してもよい。

【００４５】つまり、図１２に示すように、角柱部６０
の正面中央部に駆動用圧電素子６１を貼り付ける。そし
て、角柱部６０の右側面の上下に検知用圧電素子６２，
６３を貼り付ける。また、図１３に示すように、角柱材
６５の正面上下部に駆動用圧電素子６５，６６を貼り付
け、角柱材６５の右側面の中央部に検知用圧電素子６８
を貼り付ける。

【００４６】（第４実施例）第４実施例では、本願発明
の振動子２０の取付構造の他の実施例を説明する。図１
３に第４実施例における振動子２０を有する角速度セン
サ７０を示す。第４実施例の特徴部分は、振動子２０と
回路２５とを平行に設けた点にある。以下、詳細に角速
度センサ７０の構成を説明する。

【００４７】角速度センサ７０は、ステー７１上に回路
２５および振動子２０が平行に設けられている。即ち、
振動子２０の支持部５３を挟持するようにクランプ７２
が設けられているとともに、このクランプ７２の両端７
２ａ，ｂがステーにスポット溶接されている。さらに、
クランプ７２の振動子２０の支持部５３の挟持部７２ｃ
においてもスポット溶接することによって、さらに強固
にクランプ７２と支持部５３とが固定されている。

【００４８】このような構成とすることにより、振動子
２０はステー７１の一方面７１ａ上に固定されている。
また、回路２５は、ステー７１と振動子２０との間に介
在される位置、即ち、ステー７２の一方面７１ａ上に設
けられている。振動子２０の検出信号は、図示しない信
号取り出し線によって、回路２５に導かれる。

【００４９】さらに回路２５によって処理された信号
は、ピン７３によって、ステー７１の他方面７１ｂに導
かれる。そして、さらにこのピン７３よりリード線７
４、コネクタ７５を介して、回路２５によって処理され
た信号が図示しない処理回路に導かれる。また、振動子
２０および回路２５を覆うように、カバー７６がステー
７１の一方面７１ａ上に全周が溶接されることによって
固定されている。

【００５０】このカバー７６，ステー７１およびピン７
３近傍７３ａに設けられたハーメチックシールによっ
て、振動子２０および回路２５は、大気雰囲気中の影響
を直接うけないようになっている。第４実施例の構成と
することによって、振動子２０と回路２５とを平行にか
つ近傍に設けることができる。そのため、振動子２０の
検出信号を最短距離で回路２５に導くことができるた
め、構成の小型化および誘導ノイズ信号からの影響を最
小限にとどめることができる。

【００５１】（第５実施例）第５実施例においては、さ
らに振動子２０の他の支持構造を図１５（ａ）及び
（ｂ）を用いて説明する。振動子２０は、この支持部５
３がハウジング８１に設けられた嵌合孔８１ａに圧入に
より保持される。

【００５２】このハウジング８１には、インサート成形
によって形成されたターミナル８２ａおよび８２ｂが設
けられている。そして、ターミナル８２には、駆動用圧
電素子３２，３３およびフィードバック用圧電素子３
４，３５の信号が導かれるように信号取り出しリード線
が半田付けによって接続されている。また、ターミナル
８３には、検出用圧電素子３０，３１の信号が導かれる
ように信号取り出しリード線が半田付けによって接続さ
れている。

【００５３】上記構成とすることによって、各信号はタ
ーミナル８２，８３を介して、外部へ取り出される。振
動子２０のグランド出力は、振動子２０にスポット溶接
等の手段で接続されたグランドターミナル８４により、
外部へ取り出される。さらにハウジング８１の両翼に
は、切り欠け状の丸穴８５ａを有するフランジ部８５が
構成されている。そして、この丸穴８５ａに、ゴム等の
材質でできている支持部材８６の一端側に設けられた固
定部８７が嵌合により固定されている。また、この支持
部材８６の他端側に設けられた固定部８８と図示市内ケ
ーシングとが嵌合によって固定している。

【００５４】以上のごとく構成によって、図示しないケ
ーシング側の台座とハウジング８１とは、支持部材８６
を介して固定されている。（第６実施例）第６実施例においては、振動子に設けら
れる圧電素子およびこの圧電素子に形成する電極パター
ンに特徴を有し、図１６により説明する。

【００５５】即ち、振動子９０には、振動子９０を形成
する第１角柱部９１および第２角柱部９２の一面の面積
とほぼ同一の面積を有する検知用圧電素子９３，９４お
よび駆動用兼フィードバック用圧電素子９５，９６が接
着されている。駆動用兼フィードバック用圧電素子９
５，９６には、Ａｇペーストその他により電極がパター
ニングされている。そして、このパターニングによっ
て、駆動用兼フィードバック用圧電素子９５，９６の表
面にフィードバック部９５ａ，９６ａおよび駆動部９５
ｂ，９６ｂが形成される。

【００５６】圧電素子９３乃至９６からの信号の入出力
は、それぞれに、Ａｇペーストその他により、パターニ
ングされた信号取り電極９７ａ乃至９７ｄにより、振動
子９０の支持部９８近傍までひき出されている。そこよ
り、フレキシブルな板状のバネ電極９９ａ乃至９９ｄ
（９９ｂのみが図示されている。）を介し、ハウジング
８１の外部へ取り出される。

【００５７】実施例では、バネ電極９９をハウジング８
１に素子成形されたターミナル８３を介し接続している
が、バネ電極９９はハウジング８１に直接構成してもよ
い。尚、第６実施例における振動子９０の圧電素子の位
置関係は、検知用圧電素子が駆動用圧電素子の上部とし
たが、特に限定されるものでなく、検知用圧電素子と駆
動用圧電素子とが隣り合わせにならなければよい。

【００５８】（第７実施例）第７実施例では、振動子か
らの信号を処理する他の実施例を図１７を用いて説明す
る。ユリオリの力Ｆは

【００５９】

【数１】Ｆ＝２ｍΩ×Ｖで表される。振動子の変位ｌを

【００６０】

【数２】ｌ＝Ｌ・ｓｉｎｗｔとすれば、先端速度Ｖは、

【００６１】

【数３】となる為、ユリオリの力Ｆは、

【００６２】

【数４】Ｆ＝２ｍΩ×Ｌ・ｗ・ｗｓｗｔとなり、先端振幅Ｌを一定にすれば入力角速度Ωに比例
した電圧が発生する。従って、図７に示す第２実施例で
は、フィードバック用圧電素子３４，３５の出力が一定
になるように制御していた。

【００６３】図１７の第７実施例では、この振幅制御を
必要としいな例である。この原理は、周期検波回路１０
９の代わりに、検知用圧電素子３０，３１の出力をフィ
ードバック用圧電素子３４，３５の出力を９０°移相さ
せた出力で割り算器１１２によって、割算を行うことに
より、振動子の変位Ｌに対し無関係にした事にある。

【００６４】この割算を実施すると、まず、変位ｌを９
０°移相させてｌ’とすると、

【００６５】

【数５】ｌ′＝Ｌｓｉｎ（ｗｔ＋π／２）＝Ｌｃｏｓｗｔ次に割算をすると

【００６６】

【数６】となり、Ｌに無関係となり、振幅制御を必要としないこ
とがわかる。

【００６７】図１８には、図１７実施例の各部２０２乃
至２０５における波形を示す。（第８実施例）図１９に振幅制御を必要としない処理回
路を示す。ここでは、検知用圧電素子をレーザトリミン
グし、適当なオフセット電圧にすることにより実施可能
となる。

【００６８】今

【００６９】

【数７】Ｖ_OF＝Ｖ_OF・ｃｏｓｗｔ

【００７０】

【数８】Ｖｗ＝Ｖｗ・ｓｉｎｗｔとすると検知用圧電素子２の出力Ｖｓは

【００７１】

【数９】Ｖ_S＝Ｖ_OF＋Ｖ_W＝Ｖ_OF・ｃｏｓｗｔ＋Ｖ_W・ｓｉｎｗｔここで、

【００７２】

【数１０】Ｖ_OF＞＞Ｖ_W に調整すれば

【００７３】

【数１１】Ｖ_S≒Ｖ_OF ｃｏｓ（ｗｔ＋Δφ）となり、このΔφを検出すれば、入力角速度に相当す
る。図１８において、フィードバック用圧電素子３４，
３５の出力を増幅器１０１によって、増幅させる。そし
て、移相回路１０６によって、９０°移相し、コンパレ
ータ１１３によりデジタル信号に変換する。

【００７４】一方、検知用圧電素子３０，３１の出力
も、増幅器１０８により増幅させる。そして、コンパレ
ータ１１４でデジタル信号に変換される。そこで両信号
のＥＸ−ＯＲ１１５をとり、ローパスフィルタ１１０及
び増幅器１１１を経て、角速度出力となる。図２０に図
１９の実施例の各部２０３，，２０５，２０７，２０
８，２０９の波形を示す。

【００７５】オフセットについては、デジタル信号２０
７と２０８の位相が９０°ずれる為、信号２０９におい
ては、デューティが５０％のデジタル信号となる。一
方、左側の角速度が入力された時はデューティが５０％
以上、右廻りの角速度についてはデューティが５０％以
下となる。この信号をローパスフィルタ１１０及び増幅
器１１１を通すことにより角速度信号が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の角速度センサの斜視図である。

【図２】比較のためのオフセットノイズの測定結果を示
す図である。

【図３】実施例の圧電素子の配置による効果を示すため
のモデル図である。

【図４】第２実施例の角速度センサを示す模式図であ
る。

【図５】第２実施例の角速度センサを示す模式図であ
る。

【図６】第２実施例の角速度センサを示す模式図であ
る。

【図７】第２実施例の角速度センサの回路図である。

【図８】図７の回路の波形図である。

【図９】第２実施例の特徴を説明する説明図である。

【図１０】第２実施例の特徴を説明する特性図である。

【図１１】角速度センサの応力分布を説明する説明図で
ある。

【図１２】第３実施例を説明する角速度センサの斜視図
である。

【図１３】第３実施例を説明する角速度センサの斜視図
である。

【図１４】第４実施例を説明する角速度センサの全体図
である。

【図１５】第５実施例を説明する角速度センサの模式図
である。

【図１６】第６実施例を説明する角速度センサの模式図
である。

【図１７】第７実施例を説明する回路図である。

【図１８】第７実施例を説明する回路の波形図である。

【図１９】第８実施例を説明する回路図である。

【図２０】第８実施例を説明する回路の波形図である。

【図２１】従来の角速度センサの全体図である。

【図２２】従来の角速度センサの全体図である。

【図２３】従来の角速度センサの全体図である。

【符号の説明】

３第１角柱部４第２角柱部６駆動用圧電素子７駆動用圧電素子８検知用圧電素子９検知用圧電素子

フロントページの続き (72)発明者神田知幸愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】角柱状の振動子と、該振動子の一面に止着された駆動用の圧電素子と、該駆動用圧電素子の止着面に直交する前記振動子の面
に、前記角柱の軸心方向に重ならないようにズラして止
着された検知用の圧電素子とからなることを特徴とする
角速度センサ。
【請求項２】基台部に対し支持部にて支持された角柱
状の振動子と、該振動子の前記支持部よりに止着された駆動用の圧電素
子と、該駆動用圧電素子の止着面に直交する前記振動子の面
に、前記角柱の軸心方向に重ならないように前記支持部
側とは反対側にズラして止着された検知用の圧電素子と
からなることを特徴とする角速度センサ。