JPH09170926A - 角速度センサ - Google Patents

角速度センサ

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JPH09170926A
JPH09170926A JP7332983A JP33298395A JPH09170926A JP H09170926 A JPH09170926 A JP H09170926A JP 7332983 A JP7332983 A JP 7332983A JP 33298395 A JP33298395 A JP 33298395A JP H09170926 A JPH09170926 A JP H09170926A
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JP
Japan
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vibrator
angular velocity
velocity sensor
electrode
holding plate
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Application number
JP7332983A
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English (en)
Inventor
Masakazu Hatanaka
正数 畑中
Hideyuki Shimizu
英行 清水
Masami Tamura
雅巳 田村
Jiro Terada
二郎 寺田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 各電気機器に使用される角速度センサにおい
て、作りやすく、温度特性にも優れ、小型、低コスト、
高性能化を実現することを目的とする。 【解決手段】 圧電体に少なくとも3つの切り込みを設
けて少なくとも2本のアームを形成し、一方のアームに
駆動電極を形成し、他方のアームにモニタ電極を形成し
てなる音叉振動子を局在させた振動子と、前記振動子を
保持する保持板と、前記振動子を駆動し、角速度を検出
する回路部と、前記振動子と前記回路部を接続する接続
手段とを備えることによって、振動子自体を簡易に作る
ことができ、駆動効率も良く、温度特性にも優れ、角速
度センサ全体の小型、低コスト、高性能化を実現するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ナビゲーションシ
ステムに使用されている自動車の回転時の角速度を検出
する角速度センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、角速度センサの構造としては、特
開平5−45168号公報に開示されている。その角速
度センサの構造は図6に示すように保持板3上に振動子
1を搭載したものである。角速度を検出する振動子1は
図7に示すように圧電バイモルフからなる駆動電極1
0、モニタ電極11、検出電極12を音叉型の金属板に
接着剤により貼合せて構成され、駆動電極10とモニタ
電極11は検出電極12と直行結合させて連結ブロック
13にて連結して音叉構造としたものである。2は支持
ピンで、振動子1を安定に支持するもので、振動子1の
底部にある連結ブロック13を一点で支持した構成にな
っている。保持板3上に支持ピン2を固定し、振動子1
の不要な振動成分あるいはセンサの外側からの外乱振動
成分を吸収する。4は回路部で、振動子1を駆動し、角
速度を検出するものである。5は接続手段としてのフレ
キシブル基板で、振動子1と回路部4の信号ラインを結
合するものである。6はリード線で、振動子1とフレキ
シブル基板5を配線するものである。
【0003】以上のように構成された角速度センサにつ
いて以下その動作について説明する。図6において、セ
ンサの構成要素である圧電バイモルフは、その両面間に
電圧を印加すると圧電バイモルフ面と垂直の方向にたわ
み、逆に外力を加えて圧電バイモルフ面と垂直方向にた
わませると、圧電バイモルフの両面間に電圧が発生する
という電気−機械変換特性をもっている。角速度センサ
は、この圧電バイモルフの性質と、運動している物体に
角速度が加わるとその運動している方向と直角な方向に
“コリオリの力”が発生するという原理とを巧みに利用
したものである。
【0004】まず、振動子1の駆動電極10にのみ電圧
を印加、振動させると、連結ブロック13を介してモニ
タ電極11が振動し音叉構造全体を共振させることがで
きる。この振動に対して回路部4は振動帰還制御方式を
採用しており、モニタ電極11の振動振幅・位相をモニ
タすることで印加電圧を制御し、駆動振動周波数を安定
にしている。
【0005】センサがこの安定な振動状態にあるとき、
図に示したようなセンサ幅方向に回転運動すなわち角速
度ωが生ずると、検知素子12の振動方向と直角の方向
にコリオリの力Fcが生ずる。
【0006】コリオリの力:Fc=2m×υ×ω ここに、ω:回転の角速度、m:質点の質量、υ:質点
の速度 コリオリの力によってたわみを生じた検出電極12から
は、たわみに応じた電力が出力される。したがって、こ
の電圧を計測することで角速度の検出ができるものであ
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この角
速度センサにおいては、小型、低コスト、高性能化が要
求されており、従来の構成では、振動子1自体大型で複
雑な構造であるのと、振動子1と振動子1を支持する支
持ピン2とは、それぞれ異なった材料であるため、これ
らを接合する手段も困難で、温度特性の影響も大きいも
のであった。また、センサ部と回路部は完全に分離され
ていることから、これ以上の小型、低コスト、高精度化
を満足することが困難であることが推測される。
【0008】本発明はこのような角速度センサにおい
て、小型、低コスト、高性能化を可能にする角速度セン
サを提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の角速度センサは、圧電体に少なくとも3つの
切り込みを設けて少なくとも2本のアームを形成し、一
方のアームに駆動電極を形成し、他方のアームにモニタ
電極を形成してなる音叉振動子を局在させた振動子と、
前記振動子を保持する保持板と、前記振動子を駆動し、
角速度を検出する回路部と、前記振動子と前記回路部を
接続する接続手段とを備えたものであり、これにより温
度特性にも優れ、角速度センサ全体の小型、低コスト、
高性能化を実現することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、圧電体に少なくとも3つの切り込みを設けて少なく
とも2本のアームを形成し、一方のアームに駆動電極を
形成し、他方のアームにモニタ電極を形成してなる音叉
振動子を局在させた振動子と、前記振動子を保持する保
持板と、前記振動子を駆動し、角速度を検出する回路部
と、前記振動子と前記回路部を接続する接続手段とを備
えた角速度センサであり、前記振動子は振動子自体簡易
に作ることができ、従来の支持ピンが不要で、高精度な
接合手段も省略することができるので、温度特性などの
問題点をも解決することができ、センサ部の小型、低コ
スト、高精度化を実現することができる。
【0011】本発明の請求項2に記載の発明は、前記振
動子の中間層に検出電極を形成した角速度センサであ
り、対向する電極が平行であり、有効な電界を圧電体に
印加することができ、前記駆動電極の駆動効率を上げる
ことができる。
【0012】本発明の請求項3に記載の発明は、前記圧
電体の切り込みにおいて、中心の切り込み深さを他の切
り込み深さよりも浅くした角速度センサであり、振動子
の振動モードを安定にすることができる。
【0013】本発明の請求項4に記載の発明は、前記圧
電体が板状である角速度センサであり、前記振動子を薄
くでき、小型化を実現することができる。
【0014】本発明の請求項5に記載の発明は、前記駆
動電極と前記モニタ電極と前記検出電極が、リード配線
を兼ねる角速度センサであって、従来のリード線の配線
工程を無くし簡易に振動子を作ることができ、低コスト
化と信頼性試験におけるリード配線の断線等の不具合も
減少させることができる。
【0015】本発明の請求項6に記載の発明は、前記保
持板が、前記振動子の周辺部を固定する窪み部と、前記
振動子の音叉振動子の部分に対向する部分を窪ませる
か、あるいは打ち抜き成形した空間部を備えた角速度セ
ンサであり、振動子と保持板を合わせた厚みを減らし、
センサ全体の薄型化(小型化)を実現することができ
る。
【0016】本発明の請求項7に記載の発明は、前記保
持板に、前記回路部を形成して一体化した角速度センサ
であり、センサ全体の薄型化(小型化)を実現すること
ができる。
【0017】以下、本発明の実施の形態について、図1
〜図5を用いて説明する。 (実施の形態1)図1は本発明の第1の実施形態におけ
る角速度センサ全体の構成を示した斜視図で、図2は振
動子の詳細を示す斜視図である。なお、本実施形態にお
いて、従来の装置と同じ構成には同一番号を付けて詳細
な説明を省略する。
【0018】図1において、21は振動子であり、従来
の振動子1とは構造が異なるが、基本的には同様な原理
をもって動作する。この振動子21は図2のように二枚
の圧電体22a,22bを検出電極23をはさんで貼合
せた積層構造の圧電体に中心の切り込み深さを他の切り
込み深さよりも浅くした3つの切り込みを設けて2本の
アーム24a,24bを形成し、一方のアーム24aに
駆動電極25、他方のアーム24bにモニタ電極26と
して形成し、音叉振動子27を局在させた構造となって
おり、全体として板状になっている。ここで、上記駆動
電極25、モニタ電極26、検出電極23は、Ag−P
g系導電ペーストにより形成し、焼き付け処理した。
尚、上記駆動電極25、モニタ電極26に関しては金蒸
着でもよい。
【0019】音叉振動子27は電界強度3kV/mmで
分極した。上記音叉振動子27を局在させた振動子21
は、音叉振動子27の部分のみが振動し、その他の部分
は振動しない。28は上記振動子21の振動しない部分
に設けた接続パッドであり、駆動電極25にリード配線
を兼ねて接続されている。29は同様に上記振動子21
の振動しない部分に設けた接続パッドであり、モニタ電
極26にリード配線を兼ねて接続されている。30は同
様に上記振動子21の振動しない部分に設けた電極パッ
ドであり、検出電極23にリード配線を兼ねて接続され
ている。
【0020】31は上記振動子21を保持する保持板で
あり、上記振動子21の周辺部を固定する窪み部32を
有し、かつ上記振動子21の音叉振動子27に対向する
部分に窪みを形成して音叉振動子27の振動に影響しな
い空間部33を有している。そして、上記保持板31の
窪み部32に上記振動子21が装着され接着剤によって
固定されている。
【0021】以上のように構成された角速度センサにつ
いて、左のアームには駆動電極25、右のアームにはモ
ニタ電極26、振動子21の厚み側の中心部には検出電
極23があり、従来装置で説明したのと同様の原理で動
作するため、ここでの詳しい説明は省略する。さて、セ
ンサ部においては、振動子21は圧電体に中心の切り込
み深さを他の切り込み深さよりも浅くした3つの切り込
みを設けて音叉振動子27を局在させた構造であるの
で、従来の支持ピン2も必要なく、振動子21の周りの
振動しない部分を保持板31にシリコン樹脂やエポキシ
樹脂の接着剤等で固定するだけでよいので、薄い形状に
することができ、振動子21自体が作りやすく、コスト
も低減でき、音叉自体同じ材料で接着剤も使わないので
温度特性にも優れた角速度センサを実現することができ
る。
【0022】また、図2において、駆動電極25とモニ
タ電極26をAg−Pg系の導電ペーストで印刷焼き付
け、あるいは金蒸着の際に回路部4との接続手段として
のフレキシブル基板5とのリード配線を兼ねることによ
って、フレキシブル基板5とのリード線による配線が不
要となり、センサ部と回路部の接合が非常に簡易とな
り、コスト低減を図ることができる。
【0023】さらに、図3(a),(b)において、4
0は、駆動電極25に電圧を印加したときに発生する電
界を表しており、図3(a)のような電極配置により駆
動電極25に電圧を印加させて電界40を発生させるも
のと比べ、図3(b)のように検出電極23を振動子2
1の厚み側の中央部に設けることによって、対向する電
極が平行であり、有効な電界40を圧電体に印加するこ
とができ、駆動電極25による駆動効率を上げることが
できる。
【0024】(実施の形態2)図4,5は本発明の角速
度センサの第2の実施形態を示した斜視図である。な
お、図4,5に示す本実施形態の角速度センサにおい
て、従来の装置と同一構成部分には同一番号を付けて詳
細な説明を省略する。図4において、34は保持板31
と回路部4を接合するネジであり、保持板31は回路部
4が接合される部分をなるべく小さく窪ませて空間部3
5を形成し、回路部4をネジ34で接合して一体化する
ことにより、センサ全体の小型化を実現することができ
る。また、図5においては、回路部4として基板の厚さ
が薄いフレキシブル基板41を利用し、保持板31の振
動子21が搭載されない外周に巻き付けて接合し、一体
化することにより、更にセンサ全体の小型化を実現する
ことができる。
【0025】尚、上記の実施形態では3つの切り込みに
より2本のアームを形成した場合について説明したが、
それ以上のアーム本数としても良いことは言うまでもな
い。
【0026】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、圧電体に
少なくとも3つの切り込みを設けて少なくとも2本のア
ームを形成し、一方のアームに駆動電極を形成し、他方
のアームにモニタ電極を形成してなる音叉振動子を局在
させた振動子と、前記振動子を保持する保持板と、前記
振動子を駆動し、角速度を検出する回路部と、前記振動
子と前記回路部を接続する接続手段とを備えた角速度セ
ンサであるため、振動子自体を簡易に作ることができ、
駆動効率も良く、温度特性にも優れ、角速度センサ全体
の小型、低コスト、高性能化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態による角速度センサを
示す斜視図
【図2】同角速度センサの振動子を示す斜視図
【図3】(a),(b)同角速度センサの検出電極の配
置による電界印加状況を示す図
【図4】本発明の第2の実施形態による角速度センサを
示す斜視図
【図5】同斜視図
【図6】従来の角速度センサを示す斜視図
【図7】同角速度センサの振動子を示す斜視図
【符号の説明】
1,21 振動子 2 支持ピン 3,31 保持板 4 回路部 5 接続手段(フレキシブル基板) 6 リード線 10,25 駆動電極 11,26 モニタ電極 12,23 検出電極 13 連結ブロック 34 ネジ 40 電界
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺田 二郎 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 (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電体に少なくとも3つの切り込みを設
    けて少なくとも2本のアームを形成し、一方のアームに
    駆動電極を形成し、他方のアームにモニタ電極を形成し
    てなる音叉振動子を局在させた振動子と、前記振動子を
    保持する保持板と、前記振動子を駆動し、角速度を検出
    する回路部と、前記振動子と前記回路部を接続する接続
    手段とを備えた角速度センサ。
  2. 【請求項2】 前記振動子の中間層に検出電極を形成し
    たことを特徴とする請求項1記載の角速度センサ。
  3. 【請求項3】 前記圧電体の切り込みは、中心の切り込
    み深さが他の切り込み深さよりも浅いことを特徴とする
    請求項1記載の角速度センサ。
  4. 【請求項4】 前記圧電体は、板状のものであることを
    特徴とする請求項1記載の角速度センサ。
  5. 【請求項5】 前記駆動電極と前記モニタ電極と前記検
    出電極は、リード配線を兼ねたことを特徴とする請求項
    1記載の角速度センサ。
  6. 【請求項6】 前記保持板は、前記振動子の周辺部を固
    定する窪み部と、さらに前記振動子の音叉振動子に対向
    する部分を窪ませるか、あるいは打ち抜き成形した空間
    部を備えたことを特徴とする請求項1記載の角速度セン
    サ。
  7. 【請求項7】 前記保持板は、前記回路部を形成して一
    体化したことを特徴とする請求項6記載の角速度セン
    サ。
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