JPS62297713A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 産業上の利用分野 本発明はジャイロスコープ、特に圧電振動子を用いた角
速度センサに関するものである。

従来の技術 従来、ジャイロスコープを用いた慣性航法装置である飛
行機・船舶のような移動する物体の方位を知る方法とし
て、機械式の回転ジャイロが主に使われている。

これは安定した方位が得られるが機械式であることから
装置が大掛かりであり、コス［も高く、小型化が望まれ
る民生用機器への応用は困難である。

一方、回転力を使わずに物体を振動させて励振された検
知用素子からコリオリカ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がある。

これらはジャイロを構成する質量の運動が一定角速度の
回転運動ではなく振動によっている。従ってΩなる角速
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。

（例えば、日本航空宇宙学会誌　第２３巻　第２５７号
３３９−３５０ページ） 発明が解決しようとする問題点 上記の原理にもとすく構成にて先願特許（特願昭５９−
５５４２０号）の角速度センサを発明したが、これは振
動型の特徴である小型・軽量性を利用して民生機器のス
クビライザに応用できる。このとき人力角速度以外の信
号（振動・衝撃）が入ってくると誤動作となる。振動型
角速度センサの場合、その振動数数に等しい周波数成分
をもったコリオリの力板外の振動・衝撃を検出する可能
性がある。

一方、この分野での使用条件は厳しく、センサに対する
信顛性も高度な内容を含んでいる。特に圧電振動子の一
端固定によるたわみ振動を利用している先願発明ではセ
ンサに入る振動は外乱ノイズとなり回路にてフィルタ処
理をしてとりのぞいている。しかしながらセンサ素子の
共振周波数近傍の振動にたいしてはバンドパスフィルタ
を通過するので回路構成で処理することはできない。そ
の帯域はあまり狭くすると位相回りが発生し検知帯域が
狭くなる。人力加速度を圧電振動子の先端に加えないよ
うにする方法として、ゴムなどのような弾性部材にて吸
収することが考えられる。しかし、この方法では大きな
角速度に対して弾性部材が吸収帯となり、ねじれが生じ
、測定誤差を発生させることになり、実用上効果かえら
れない。

問題点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センサ素子とベース
部材との間を振動吸収合金にて支持あるいは振動吸収合
金のケースに収納し、ケースを介して保持する構造にし
たものである。

作用 この技術的手段による作用は次のようになる。

センサを構成している駆動用圧電振動Ｙと検知用圧電振
動子が検知軸に平行でかつ互いに直交接合された素子を
振動吸収金属の支持棒にて支持することによって入力速
度を検知用圧電振動子の自由端に加わらないように構成
し駆動周波数近傍の加速度信号を吸収することによって
センサの測定精度を高めることになる。ここでいう吸収
とは、衝撃にたいして収束を急峻に行わしめることであ
る。

振動吸収金属は振動を熱に変化させて吸収するものであ
り、複合型・強磁性型・転移型・総晶型がそれぞれの防
振機構すなわち振動エネルギー消費のメカニズムから分
類されており、その特性に応じてＡ　Ｌ系、Ｎｌ系、Ｆ
ｅ系が吸収特性に応じて使われる。使用する目安は強度
・硬度・耐熱・恒弾性・高弾性および減衰能、周波数特
性であり、自然減衰特性と比較して入力加速度が効率よ
く吸収する材料を選択すればよい。

実施例 以下に本発明の角速度センサの一実施例を図面を用いて
説明する。

図は本発明の角速度センサの一実施例を示す構造図であ
る。図において、１は検知用圧電素子２は駆動用圧電素
子、３は電極ブロック、４は支持棒、５はベース、６は
接合部材、７は衝撃吸収用支持部材、８はケース（振動
吸収金属）を示す。

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、以下その動作を説明する。

まず駆動用圧電振動子を駆動するに対向している面を共
通電極としてそれぞれ外側の面との間に交流信号をかけ
る。信号を印加された駆動用圧電振動子２は電極ブロッ
ク３をベースとして１８０゜の位相差にて振動を始める
、いわゆる音叉振動である。一般に片持ちぼり構造を有
する圧電振動子は材料の圧電定数・寸法形状によって決
定されるが、この場合には検知用圧電振動子ｌ、駆動用
圧電振動子２、接合部材６、そして接合に用いる接着剤
などの総合的な性能で決まる。

本実施例での音叉振動子の共振周波数は２６〇−３００
Ｈｚに設計してあり、検知用圧電振動子１の自由端での
振幅量は１００μｍ程度に振動させている。

この時、衝撃吸収用支持部材として鉄系のジェンタロイ
　（Ｆ３）を直径０．６５鶴、長さ３■讃に加工した。

Ｆ３の減衰能は０．０６、密度７．８３、弾性率２３０
０（１ｋｇ／菖璽、硬さ１５８マイクロビツカースであ
る。又、ケース７にも同じ材質にて内径７■■、厚みＱ
　、３　鰭、長さ５０１Ａ■に加工し、ベース５と圧入
によってケーシングをした。この様にして作られたセン
サに入力加速度として、周波数２８０１１ｚの信号をＩ
Ｇの大きさでセンサに与えて、その入力加速度の減衰を
測定した。

本実施例では信号がＯになる時間を測定して従来例と比
較した。本発明による対策を実施することによって、そ
の減衰時間はｌ　ｍ５ｅｃ以下であった。そして従来法
による構造では１０ｍ５ｅｃの減衰時間が必要であった
。

発明の効果 以上述べてきたように、本発明方法によれば角速度セン
サの耐衝撃性を高めてセンサの機能を損なうことなく実
用性の高い角速度センサが実現できる。実施例１では衝
撃吸収用支持部材として支持棒、そしてケースの２ケ所
に２重防振対策を実施したが、いずれか一方だけでも効
果が期待できることは容易に類推することができる。

【図面の簡単な説明】

図は面発明の角速度センサの一実施例を示す構造図であ
る。 １・・・・・・検知用圧電振動子、２・・・・・・駆動
用圧電振動子、３・・・・・・電極ブロック、４・・・
・・・支持棒（振動吸収合金）、５・・・・・・ベース
、６・・・・・・接合部材、７・・・・・・ケース（振
動吸収合金）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）駆動用圧電振動子と検知用圧電振動子が検知軸に
   平行で、かつ互いに直交接合されたセンサ素子があり、
   前記それぞれの圧電素子の端部を結合部材により接合し
   、前記一対のセンサ素子とベース部材との間を振動吸収
   合金にて支持したことを特徴とする角速度センサ。
2. （２）センサを振動吸収金属のケースに収納しケースを
   介して保持することを特徴とする特許請求の範囲第（１
   ）項記載の角速度センサ。