JPH09105633A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電体からなる振動子を備えた角速度センサ
において、振動子に形成された電極に対する金属細線の
接合工数及び金属細線の振動に伴う振動子の不要振動を
低減し、且つ、検出信号のＳ／Ｎを向上して角速度の検
出精度を高める。 【解決手段】 圧電体に、駆動電極１２ａ，１２ｂ、モ
ニタ電極１４ａ，１４ｂ、共通電極１９を形成してなる
振動子２を備えた角速度センサにおいて、振動子２をベ
ースに固定する支持具２０を導電性の金属にて形成し、
共通電極１９を振動子２の支持具２０との接合面まで延
設して、共通電極１９と支持具２０との導通をとる。こ
の結果、各電極に接続する金属細線の数を減らして、そ
の接合工数及び金属細線による不要振動を低減できる。
また、支持具２０やこれが取り付けられるベースの電位
を、共通電極１９と同じ基準電位に保持できるので、こ
れら各部の電位が不安定となってセンサのＳ／Ｎが低下
するのも防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の車両制
御、ナビゲーション、ビデオカメラの手振れ防止等に用
いる角速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特開昭６１−２９４３
１１号公報に開示されているように、音叉形状の圧電体
の側壁に、励振用の駆動電極と、振動検出用の検出電極
と、これら各電極に対応した接地電極とを形成してなる
振動子を備えた角速度センサが知られている。

【０００３】この角速度センサは、角速度入力時に振動
子が受けるコリオリ力を検出するものであり、駆動電極
と接地電極との間に交流電圧（駆動電圧）を印加して振
動子を所定方向に振動（駆動振動）させ、この駆動振動
時に、検出電極と接地電極との間に流れる電流から、振
動子の励振方向とは直交する所定方向の振動状態を検出
することにより、コリオリ力，延いては角速度を検出で
きる。

【０００４】そして、この種の角速度センサでは、振動
子を構成する圧電体の側壁に上記各電極を設けるだけで
センサ本体を作製できるため、従来より一般に使用され
ている、振動子を金属にて形成してその表面に圧電体を
接合するタイプの角速度センサに比べて、部品点数が少
なく、構造，延いては製造工程が簡易であるという、利
点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この種の角
速度センサにおいては、角速度検出のための上記各電極
を、少なくとも４個以上は形成する必要があり、また、
これら各電極は、圧電体の同一面に形成することはでき
ず、少なくとも圧電体の２面以上の面に形成しなければ
ならない。このため、接地電極或は接地電極を駆動電極
と検出電極とで共用化させた共通電極を基準電位に保持
したり、駆動電極に駆動電圧を入力したり、検出電極か
ら検出信号を取り出すための信号線（金属細線）も、各
電極に対応して多数必要となり、振動子の電極形成面に
は、こうした多数の金属細線が接続されることになる。

【０００６】従って、圧電体からなる振動子を用いた角
速度センサにおいては、センサ製作上最も手間を要す
る、金属細線の接合工数が多くなるだけでなく、数多く
接合された金属細線の不要振動により、検出信号のＳ／
Ｎ（信号対雑音比）が悪化するという問題があった。

【０００７】また、この種の角速度センサにおいては、
検出信号の感度が、主に駆動振動の強度（振幅，周波
数）により決まるため、Ｓ／Ｎを向上するには、振動子
の駆動振動を一定の状態に保つ必要がある。そして、こ
のためには、駆動振動のエネルギが振動子の固定端を介
してベース側に逃げることのないように、振動子の一端
を支持して所定のベース上に固定する支持具を、金属に
て形成する必要がある。

【０００８】ところが、このように支持具を金属にて形
成した場合、支持具やこの支持具が接合されるベースが
電気的に浮いた状態になっていると、これら各部が外部
の電磁場によりアンテナの働きをし、その部分の電位が
不安定になって、検出信号に影響を与え、検出信号のＳ
／Ｎが悪化するといった問題もあった。

【０００９】本発明は、こうした問題に鑑みなされたも
ので、圧電体からなる振動子を備えた角速度センサにお
いて、振動子に形成された電極に対する金属細線の接合
工数、及び金属細線の振動に伴う振動子の不要振動を低
減し、しかも、検出信号のＳ／Ｎを向上して角速度の検
出精度を高めることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた請求項１に記載の発明は、圧電体に、励振
用の駆動電極，振動検出用の検出電極，及びこれら各電
極に対応した接地電極又は共通電極を形成してなる振動
子と、該振動子を所定の位置に固定するためのベース
と、前記振動子の一端に接合され、該振動子を前記ベー
ス上に固定する支持具と、を備えた角速度センサにおい
て、少なくとも前記支持具を、導電性を有する金属にて
形成し、該支持具と前記振動子の接地電極又は共通電極
とを導通させたことを特徴とする。

【００１１】このように請求項１に記載の角速度センサ
においては、振動子の一端に接合されて振動子をベース
上に固定する支持具を、導電性を有する金属にて形成
し、これを振動子の接地電極又は共通電極と導通させて
いる。従って、振動子に形成された接地電極又は共通電
極を基準電位に保持するには、支持具を基準電位にすれ
ばよく、従来のように、振動子に形成された接地電極又
は共通電極に基準電位印加用の金属細線を接続する必要
はない。

【００１２】このため、本発明によれば、振動子に接合
される金属細線の数や金属細線が接合される振動子の面
数を減らして、振動子への金属細線の接合工数を低減で
きる。また、振動子に接合される金属細線の数を減らす
ことができるので、金属細線による不要振動を低減する
ことができ、この不要振動による検出信号のＳ／Ｎの低
下を抑制できる。

【００１３】また、支持具を、支持具が固定されるベー
スが導電性を有する場合にはベースも含めて、振動子の
接地電極又は共通電極と同じ基準電位にすることができ
るので、振動子周辺の電位が外部の電磁場等によって変
動して、検出信号がその影響を受ける、といったことも
防止できる。このため、本発明によれば、従来の角速度
センサに比べて、検出信号のＳ／Ｎを向上して、角速度
の検出精度を高めることもできる。

【００１４】次に、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の角速度センサにおいて、前記接地電極又は共通
電極を、前記支持具が接合される前記振動子の接合面ま
で延設したことを特徴とする。このように、請求項２に
記載の角速度センサにおいては、接地電極又は共通電極
が、支持具が接合される振動子の接合面まで延設されて
いるので、振動子と支持具との接合時に、その接合部を
加圧接着して、接地電極又は共通電極を支持具に当接さ
せるだけで、支持具と接地電極又は共通電極とを導通さ
せることができ、これら各部を極めて簡単に導通させる
ことができる。

【００１５】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
に記載の角速度センサにおいて、前記振動子の一端が接
合される前記支持具の接合面近傍に、前記接地電極又は
共通電極に当接可能な導電性の突起を形成したことを特
徴とする。このように、請求項３に記載の角速度センサ
においては、支持具の振動子との接合面近傍に、接地電
極又は共通電極に当接可能な導電性の突起が形成されて
いるので、振動子と支持具との接合時に、その突起を接
地電極又は共通電極に当接させるだけで、支持具と接地
電極又は共通電極とを導通させることができ、請求項２
に記載の角速度センサと同様、これら各部を極めて簡単
に導通させることができる。

【００１６】一方、請求項４に記載の発明は、請求項１
に記載の角速度センサにおいて、前記振動子と前記支持
具とを導電性接着剤を用いて接合し、該導電性接着剤を
前記接合面からはみ出させることにより、該導電性接着
剤を介して、前記支持具と前記接地電極又は共通電極と
を導通させたことを特徴とする。

【００１７】このように、請求項４に記載の角速度セン
サにおいては、振動子と支持具との接合に導電性接着剤
を用い、これを接合面からはみ出させることにより、支
持具と接地電極又は共通電極とを導通させているため、
請求項２に記載のように接地電極又は共通電極を振動子
の支持具との接合面まで延設するとか、請求項３に記載
のように支持具の接合面に突起を設ける、というよう
に、支持具と接地電極又は共通電極との導通をとるため
に、振動子や支持具を別途加工する必要はなく、これら
各部をより簡単に導通させることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面と共
に説明する。まず図２は、本発明が適用された角速度セ
ンサの振動子２の構成を表わす説明図であり、（ａ）は
正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は右側面図、（ｄ）
は裏面図、（ｅ）は上面図である。

【００１９】図２に示す如く、本実施例の振動子２は、
圧電体により、左右一対のアーム部４，６と各アーム部
４，６の一端を連結する連結部８とを有する音叉形状に
形成されている。なお、これらアーム部４，６及び連結
部８は、夫々四角柱状になっている。また、振動子２を
構成する圧電体には、ＰＺＴ等のセラミック圧電体や水
晶等を用いることができるが、本実施例の振動子２に
は、分極方向を任意に設定可能で製造のし易いＰＺＴが
使用されている。

【００２０】次に、各アーム部４，６の表面であるＸ１
面には、図２（ａ）に示す如く、連結部８側から順に、
駆動電極１２ａ，１２ｂ、モニタ電極１４ａ，１４ｂ、
予備電極１４ｃ，１４ｄ、及び分極処理用の電極１６
ａ，１６ｂが形成され、各アーム部４，６の左右の外側
側面であるＹ１面及びＹ２面には、図２（ｂ），（ｃ）
に示す如く、電極１６ａ，１６ｂと対応する位置に検出
電極１８ａ，１８ｂが形成され、各アーム部４，６の裏
面であるＸ２面には、図２（ｄ）に示す如く、駆動電極
１２ａ，１２ｂ、モニタ電極１４ａ〜１４ｄ、及び検出
電極１８ａ，１８ｂに対する基準電極となる共通電極１
９が形成されている。

【００２１】また、駆動電極１２ａ及び１２ｂは、連結
部８を通って、各アーム部４，６の外側面側（Ｙ１，Ｙ
２面側）と、各アーム部４，６の互いに対向する対向面
側とに夫々形成され、モニタ電極１４ａ及び１４ｂは、
各アーム部４，６の対向面側に夫々形成され、予備電極
１４ｃ及び１４ｄは、各アーム部４，６の外側面側に夫
々形成され、検出電極１８ａ及び１８ｂは、各アーム部
４，６のＹ１面及びＹ２面において、Ｘ２面側に偏った
位置に夫々形成されている。

【００２２】そして、各アーム部４，６のＸ１面及びＸ
２面に設けられた各電極を利用して分極処理することに
より、各アーム部４，６は、図２（ｅ）に矢印で示す如
く、Ｘ１面，Ｘ２面と直交するｘ軸（図３参照）に沿っ
て、Ｘ１面からＸ２面に至る方向に分極されている。

【００２３】このように構成された本実施例の振動子２
においては、共通電極１９を基準電位として、駆動電極
１２ａ，１２ｂに夫々位相の１８０度異なる交流電圧を
印加することにより、各アーム部４，６の配列方向に沿
ったｙ軸（図３参照）方向に各アーム部４，６を励振さ
せることができ、その励振状態を、モニタ電極１４ａ，
１４ｂと共通電極１９との間を流れる電流からモニタす
ることができる。また、この状態で、検出電極１８ａ，
１８ｂと共通電極１９との間を流れる電流を検出すれ
ば、各アーム部４，６のｘ軸方向への振動を検出するこ
とができ、その検出信号から、各アーム部４，６の中心
位置にて各アーム部４，６に平行なｚ軸（図３参照）回
りの角速度Ωｚを得ることができる。なお、予備電極１
４ｃ，１４ｄは、ノイズキャンセル等に用いられる。

【００２４】次に、振動子２は、図３に示す如く、連結
部８のアーム部４，６とは反対側端面（底面）２ａを、
支持具２０の台座部２０ｂに接着剤等で接合し、更に支
持具２０の本体側を、溶接又は接着等で板状のベース２
２の表面に固定することにより、ベース２２に、振動子
２の表裏面（Ｘ１，Ｘ２面）がベース２２の表面と平行
となるように固定される。

【００２５】支持具２０は、ベース２２に固定される本
体に対し、振動吸収用の首部２０ａを介して、振動子２
を接合するための台座部２０ｂを形成したものであり、
例えば、ＳＵＳ等の導電性金属により一体形成されてい
る。また、ベース２２は、振動子２を角速度センサの筐
体或は角速度の検出対象となる車体等に直接又は防振ゴ
ムを介して固定するためのものであり、ＳＵＳ等の導電
性を有する略四角形の金属板からなり、その４角にねじ
止め用又は防振ゴム取付用の孔部を形成した形状になっ
ている。

【００２６】そして、ベース２２には、振動子２に形成
された駆動電極１２ａ，１２ｂ、モニタ電極１４ａ，１
４ｂ、及び検出電極１８ａ，１８ｂに、夫々、金属細線
Ｌ１〜Ｌ６を介して接続され、これら各電極と図示しな
い検出回路との中継を行う６個のターミナル２４〜２９
が立設されている。なお、ベース２２とターミナル２４
〜２９とは電気的に絶縁されている。また金属細線Ｌ１
〜Ｌ６は半田付け等によって対応する電極及びターミナ
ル２４〜２９に接続されている。

【００２７】ところで、角速度検出のためには、振動子
２の裏面（Ｘ２面）に形成された共通電極１９を所定の
基準電位に保持する必要がある。そして、このために
は、例えば、図３に点線で示す如く、ベース２２に、共
通電極１９用のターミナル３０を設け、これと共通電極
１９とを金属細線Ｌ７にて接続して、ターミナル３０に
外部から基準電位を印加するようにしてもよい。

【００２８】しかし、前述したように、共通電極１９は
振動子２の裏面に形成されているため、共通電極１９に
基準電位印加用の金属細線Ｌ７を接続するのは、量産
上、工数がかかるという、製造上の問題があり、また、
振動子２に接続する金属細線Ｌの数が多くなるのは、金
属細線Ｌの不要振動によりセンサのＳ／Ｎが悪化すると
いう特性上の問題がある。また、振動子２の周囲に配設
される支持具２０やベース２２が電気的に浮いた状態で
あると、これら各部が、外部の電磁場によりアンテナの
働きをして、その電位が不安定になり、微小電気信号を
用いる角速度の検出信号に影響を与え、センサのＳ／Ｎ
を悪化させることも判った。

【００２９】そこで、本実施例では、図１（ｂ）に示す
如く、振動子２において、共通電極１９を、支持具２０
の台座部２０ｂに接合される接合面（つまり振動子２の
底面２ａ）側に回り込ませて、振動子２の底面２ａに、
共通電極１９を延設した電極１９ａを形成し、図１
（ａ）に示すように、振動子２と支持具２０との接合時
に、その接合部を加圧接着することにより、共通電極１
９と支持具２０（延いてはベース２２）との導通をとる
ようにしている。

【００３０】この結果、本実施例の角速度センサによれ
ば、ベース２２を、例えば検出回路において基準電位に
保持されたグランド端子と接続することにより、共通電
極１９を基準電位に保持することができ、共通電極１９
に基準電位印加用の金属細線を接続する必要はない。

【００３１】このため、本実施例によれば、振動子２に
接合される金属細線Ｌの数、及び金属細線Ｌが接合され
る振動子２の面数を減らして、振動子２への金属細線の
接合工数を低減できる。また、振動子２に接合される金
属細線Ｌの数を減らすことができるので、金属細線Ｌに
よる不要振動を低減することができ、この不要振動によ
る検出信号のＳ／Ｎの低下を抑制できる。また更に、支
持具２０及びベース２２を基準電位にすることができる
ので、これら各部の電位が変動して検出信号に影響を与
えることもなく、検出信号のＳ／Ｎを向上して、角速度
の検出精度を高めることもできる。

【００３２】なお、振動子２と支持具２０との接合には
接着剤を使用すればよいが、この接着剤には、硬化後の
減衰係数の小さい接着剤、例えばエポキシ系の熱硬化性
の接着剤等を用いることが望ましい。ここで、上記実施
例では、振動子２の底面２ａに共通電極１９を延設する
ことにより、共通電極１９と支持具２０とを導通させる
ようにしたが、例えば、図４（ａ）に示す如く、振動子
２と支持具２０との接合に、導電性接着剤３２を用い、
接合時に、この導電性接着剤３２を、共通電極１９が形
成された裏面側にわざとはみ出させることにより、共通
電極１９と支持具２０とを導通させるようにしてもよ
い。そして、このようにすれば、振動子２や支持具２０
に共通電極１９と支持具２０との導通をとるための特別
な加工を施すことなく、共通電極１９と支持具２０とを
導通させて、上記実施例と同様の効果を得ることができ
る。

【００３３】また、例えば、振動子２と支持具２０とを
接着剤等で一旦接合した後、導電性接着剤或は導電性ペ
ーストを塗り固めることにより、これら導電材により共
通電極１９と支持具２０とを導通させるようにしてもよ
い。この場合、共通電極１９と支持具２０とを導通させ
るための作業工程が増えるものの、共通電極１９と支持
具２０とをより確実に導通させることができると共に、
上記実施例と同様の効果を得ることができる。

【００３４】また、例えば、図４（ｂ）に示す如く、支
持具２０の台座部２０ｂに、支持具２０と同材料にて、
振動子２を接合したときに共通電極１９に当接可能な突
起部２０ｃを形成し、この突起部２０ｃを介して、共通
電極１９と支持具２０とを導通させるようにしてもよ
い。この場合、支持具２０に突起部２０ｃを形成する必
要があるが、この突起部２０ｃにより、振動子２の側壁
の一部を保持することができるので、支持具２０によ
り、振動子２をよりしっかりと支持することができ、し
かも上記実施例と同様の効果を得ることができる。

【００３５】そして、更に、共通電極１９と支持具２０
とを導通させるために、上記説明した手法を組み合せれ
ば、共通電極１９と支持具２０とをより確実に導通させ
ることができる。以上、本発明の実施例として、音叉形
状の振動子２を用いた角速度センサについて説明した
が、棒状の圧電体に駆動及び検出用の電極を形成した長
尺状の振動子を備えた角速度センサであっても、本発明
を適用して上記実施例と同様の効果を得ることができ
る。

【００３６】また、上記実施例では、駆動電極や検出電
極に対する接地電極として、これら各電極に共通の共通
電極を形成した振動子２を用いて角速度を検出する角速
度センサについて説明したが、例えば図５に示す如く、
一対のアーム部４′，６′とこれらを連結する連結部
８′とからなる音叉形状の圧電体を備え、その一方のア
ーム部６′側に、駆動電極４１とこれに対応した接地電
極４２を形成し、他方のアーム部４′側に一対の検出電
極４３，４４とこれに対応した接地電極４５，４６を形
成した振動子２′、を用いて角速度を検出する角速度セ
ンサであっても、本発明を適用して上記実施例と同様の
効果を得ることができる。

【００３７】即ち、この角速度センサは、図５（ａ）に
示す如く、駆動電極４１と接地電極４２との間に駆動用
の交流電圧ＶD を印加して、振動子２′の一方のアーム
部６′側から振動子２′をｙ軸方向に振動させ、他方の
アーム部４′に設けた検出電極４３，４４と接地電極４
５，４６との間に流れる電流変化を検出信号Ｖｓとして
取り出すことにより、アーム部６′のｘ軸方向の振動状
態、延いてはｚ軸回りの角速度Ωｚを検出するもの（特
開昭６１−２９４３１１号：第４図参照）であるが、こ
のような振動子２′を備えた角速度センサにおいても、
図５（ｂ）に示すように、振動子２′を支持して所定の
ベースに固定する支持具５０を導電性の金属にて形成し
て、その台座部５０ｂに振動子２′の底面２ａ′を接合
する際に、振動子２′側の接地電極４２，４５，４６と
支持具５０の台座部５０ｂとを各々導通させれば、上記
実施例と同様の効果を得ることができる。なお、台座部
５０ｂは、上記実施例と同様、支持具５０本体に首部５
０ａを介して設けられている。

【００３８】そして、各接地電極４２，４５，４６と支
持具５０とを実際に導通させるには、上記実施例と同
様、図５（ｃ）に示すように、振動子２′の底面２ａ′
に接地電極４２，４５，４６を延設した電極４２ａ，４
５ａ，４６ａを夫々形成し、電極振動子２′と支持具５
０とを加圧接着するようにしてもよく、図５（ｄ）に示
すように、振動子２′と支持具５０とを導電性接着剤５
２にて接合し、その接合時に、導電性接着剤５２を、接
地電極４２，４５，４６と支持具５０とが導通するよう
に外にはみ出させるようにしてもよく、図５（ｅ）に示
すように、台座部５０ｂの各接地電極４２，４５，４６
との対応位置に、接合時に各接地電極４２，４５，４６
に当接可能な突起部５０ｃ，５０ｅ，５０ｄを夫々形成
するようにしてもよく、またこれらの手法を組み合せる
ようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の振動子と支持具との接合方法を説明
する説明図である。

【図２】 実施例の振動子を前後，左右及び上方から見
た状態を表わす説明図である。

【図３】 実施例の振動子を支持具を介してベースに接
合した状態を表わす斜視図である。

【図４】 振動子に形成された共通電極と支持具との導
通方法を説明する説明図である。

【図５】 振動子に形成された複数の接地電極と支持具
との導通方法を説明する説明図である。

【符号の説明】

２…振動子 ２ａ…底面 ４，６…アーム部 ８
…連結部 １２ａ，１２ｂ，４１…駆動電極 １９…共通電極
１９ａ…電極 １８ａ，１８ｂ，４３，４４…検出電極 ４２，４
５，４６…接地電極 ２０，５０…支持具 ２０ａ，５０ａ…首部 ２０
ｂ，５０ｂ…台座部 ２０ｃ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ…突起部 ２２…ベ
ース ２４〜２９…ターミナル ３２，５２…導電性接着剤 Ｌ１〜Ｌ６…金属細線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電体に、励振用の駆動電極，振動検出
   用の検出電極，及びこれら各電極に対応した接地電極又
   は共通電極を形成してなる振動子と、 該振動子を所定の位置に固定するためのベースと、 前記振動子の一端に接合され、該振動子を前記ベース上
   に固定する支持具と、 を備えた角速度センサにおいて、 少なくとも前記支持具を、導電性を有する金属にて形成
   し、 該支持具と前記振動子の接地電極又は共通電極とを導通
   させたことを特徴とする角速度センサ。
2. 【請求項２】 前記接地電極又は共通電極を、前記支持
   具が接合される前記振動子の接合面まで延設したことを
   特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
3. 【請求項３】 前記振動子の一端が接合される前記支持
   具の接合面近傍に、前記接地電極又は共通電極に当接可
   能な導電性の突起を形成したことを特徴とする請求項１
   に記載の角速度センサ。
4. 【請求項４】 前記振動子と前記支持具とを導電性接着
   剤を用いて接合し、該導電性接着剤を前記接合面からは
   み出させることにより、該導電性接着剤を介して、前記
   支持具と前記接地電極又は共通電極とを導通させたこと
   を特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。