JPS63292017A - 角速度検出装置 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は圧電効果を利用した角速度検出装置に関する
。

（従来の技術） 先ず、第７図を参照して角速度検出の原理を説明する。

センサーは圧電効果を有する平板状の２つの素子を板面
が互いに直交するように組合わせた構造となっている。

まず、圧電素子１１の一端を固定端１３に固定する。当
該圧電素子１１の他端には、例えば軽量のプラスティッ
クから成る結合子１５ヲ使用し、圧電素子１７を上述の
圧電素子１１と結合する。以下、このような構成におい
で、圧電素子１１を駆動素子１１とし圧電素子１７ヲ検
出素子１７として示す。

ここで、駆動素子１１を矢印ａ方向に自励振動させた時
、検出素子１７か矢印し方向に回転する場合、検出素子
１７上には矢印すに示す回転運動によるコリオリの力Ｆ
。ｏｌ　ｌｆｒ生し、この力ＦＣｏｌによって検出素子
１７には電荷か生じる。しかしながら、例えば、上述の
コリオリの力Ｆ。。、と方向か等しい外来の振動による
直進の力ＦＥｘが存在する場合には、この力ＦＥＸによ
る電荷がコリオリの力Ｆｃｏ＋による電荷に重畳する。

これがため、第７図に示す構成の角速度検出装置に具え
られた検出素子１７は外来の振動に悪影響を受は易い。

従来は、このような外来振動に起因する悪影響を除去す
るために、２本のセンサーを、第８図に示すように、平
行に配曹した構成の角速度検出装置としていた。１９ａ
及び＋９ｂは圧電素子よりなる駆動素子、２１ａ及び２
１ｂは固定端、２３ａ及び２３ｂは結合子、２５ａ及び
２５ｂは圧電素子よりなる検出素子である。

第８図に示す従来装置では、駆動素子１９ａ及び＋９ｂ
の有する位相が互いに１８０°異なるように自由振動さ
せる。これにより、検出素子２５ａ及び２５ｂには矢印
Ｃ方向の回転によって、すいに逆極性のコリオリの力Ｆ
′ｏｏｌ或いは−Ｆ　’Ｃａｌか夫々の検出素子２５ａ
または２５ｂに生じる。他方、直進運動の力Ｆ′６８は
、検出素子２５ａ及び２５１）の夫々に同極性で加わる
。

これかため、検出素子２５ａ及び２５ｂに加わる力をそ
れぞれＦｌ、Ｆ２とすれば、 Ｆ　Ｉ　＝　Ｆ’ＣＯ１＋　Ｆ’、、　　　　　　　　
　　（Ｉ　）Ｆ２＝　　Ｆ’ＣＯ１＋Ｆ’ＥＸ　　　　
　　　　　（ＩＩ）となる。従って、これら力Ｆ、及び
Ｆ２によって検出素子２５ａ或いは２５ｂの夫々に生し
る電荷を差動的に検出することにより、外来の振動によ
る悪影響を除去することか出来る。

（発明か解決しようとする問題点） しかしながら、この従来装置の技術では駆動素子１９ａ
と駆動素子＋９ｂの夫々が有する位相を、１８０°異な
るようにしで振動させなければならない。従って、製造
時には予め共通点の温度特性の似通った圧電素子を対と
しで選別し、組立で時にはト１ノミングにより共振点を
等しくしなければならなかった。これは困難な作業であ
り、特に温度に対しでは不安定な性質を持っていた。こ
れかため、出来上った製品に関しても温度試験や振動試
験等を長時間に亙って行ない、特性の良い角速度検出装
置のみを製品としで出荷しでいた。

このため、製造に要する工程か多くなり、かつ歩留りか
悪く、製造コストの上昇を来たすという問題点か有った
。

この発明の目的は上述した従来の問題点に鑑み、製造工
程か少なく、かつ歩留りの良い製造を可能にする角速度
検出装置を提供することに有る。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明の角速度検出装置
によれば、 ２つの圧電素子を直交させて結合して、その一方を駆動
素子、他方を検出素子とし、この駆動素子により検出素
子を駆動させ、この検出素子に生しるコリオリの力を検
出する角速度検出装置において、 上述した検出素子に近接し、かつ平行に、この検出素子
と同等の圧電素子を補償素子としで置き、この検出素子
からの信号と、この補償素子からの信号とを差動的に検
出すること そ特徴としている。

また、この発明を実施するに当り、 上述した駆動素子の両側に取付けた圧電セラミックスに
より、この駆動素子を駆動する駆動信号を検知し、この
駆動信号に適切な帰還増幅度、及び位相変化をもたせて
補償駆動信号とし、この補償駆動信号を前述の駆動素子
に与えて自由振動させる のが好適である。

ざらに、 前述した検出素子がホトインタラプタの有する光検出部
を中程度逼ぎるように、このホトインタラプタを設言し
、このホトインタラプタの出力信号に適切な帰還増幅度
及び位相変化を持たせて補償駆動信号として、前述した
駆動素子に与えて自由振ｖＪさせる のも好適である。

また、 前述した駆動素子を駆動する為に、この駆動素子の側部
に小型マグネットを取付け、この小型マグネットに対向
して励磁コイルを設け、このｖｉＪ磁コイルに供給する
駆動信号を上述の駆動素子自体から得て、当該駆動素子
を自由振動させることも好適である。

（作用） この発明の角速度検出装置の構成によれば、第４図にお
いて、駆動素子２７が固定端２９ａに固定せしめられる
。検出素子３１は結合子３３を介して、駆動素子２７の
板面と、検出素子３１の板面とが直交するように結合せ
しめられる。補償用の圧電素子３５（以下、単に補償素
子３５と称する。）は、同図中、破線を付して示す通り
、その板面が検出素子３１と平行に並ぶように、固定＠
２９ｂに固定する。

駆動素子２７を矢印ｄの向きに自由振動させると検出素
子３１には矢印ｅ方向の回転によって生じるコリオリの
力Ｆ　”Ｃｏｔと直進運動による力Ｆ″５とが加わる。

一方、補償素子３５にはＦ　”’Ｅｘのみが加わる。検
出素子３１と補償素子３５に加わる電荷を差動的に検出
することにより外来の振動による悪影響を除去すること
が出来る。

従って、第４図に示す構造の角速度検出装置では駆動素
子２７のみを自由振動させるため、トリミングや、当該
駆動素子と対になる圧電素子の選定を行って振動の位相
を調節する必要はない。

これかため、従来に比べ製造に要する工程を大幅に減少
させることが出来ると共に、温度に対する安定性か増す
ため、製造歩留りを良くすることか出来る。

（実施例） 以下、図面を参照して、この発明の実施例につき説明す
る。

この発明の実施例を構成する圧電素子としでは第２図（
Ａ）の概略的斜視図に示すパラモルフ素子を使用する。

尚、第２図（Ｂ）はその電気的状態を示す図である。バ
ラモルフ素子とは第２図（Ａ）に示すように、リン青銅
やコパール（Ｆｅ−Ｃｏ−旧合金）またはその他任意好
適な材料から成る導電性の弾性体３７に、分極方向のそ
ろった圧電セラミックス３９ａ及び３９ｂを貼り付けた
ものである。当該圧電セラミックス３９ａ及び３９ｂと
しては、その効率の点からピエゾセラミックスが通常用
いられる。

まず、圧電セラミックス３９ａ及び３９ｂの外側（こ銀
メッキ等で電極４１ａ及び４１ｂを夫々被着させて、パ
ラモルフ素子４３ヲ構成する。

このパラモルフ素子４３ヲ実際に使用する際には、任意
好適な材料からなる細いワイヤ４５ａを、例えばハンダ
付けして電極４１ａと電極４１ｂとを電気的に接続し、
かつ当該電極４１ａと弾性体３７との間、または電極４
１ｂと弾性体３７との間に、信号源４７をワイヤ４５ｂ
によって接続し、当該信号源４７によっで加撮信号を加
える。このような配線を行なうことにより第２図（Ｂ）
に示すバラモルフ素子４３が振動する。以下、上述のパ
ラモルフ素子４３ヲタイプ］パラモルフ素子４３と称す
る。また、上述した振動を加えることにより、電極４１
ａ或いは４１ｂと弾性体３７との間に電圧が発生する。

次に、第３図（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、この発明の
角速度検出装置に用いる別な構造の、タイプ２バラモル
フ素子につき説明する。

第３図（Ａ）はタイプ２バラモルフ素子の概略的斜視図
、第３図（Ｂ）は電気的状態を示す図である。

笥３図（Ａ）及び（８）からも理解できるように、第２
図（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明したタイプ１バラモ
ルフ素子４３を構成する電極旧ａ及び４１ｂの外側に、
圧電セラミックス３９ａ或いは３９ｂと同分極の圧電セ
ラミックス４９ａ及び４９１：１夫々貼り付け、ざらに
、当該圧電セラミックス４９ａ及び４９ｂの外側に、前
述と同様の電極５１ａ或いは５１ｂを形成し、タイプ２
バラモルフ素子５３を構成する。

このタイプ２バラモルフ素子５３ヲ使用するに当っては
、ます、タイプ１パラモルフ素子と同様に、ワイヤ４５
ａをハンダ付けすることにより電極４１ａと電極４１ｂ
との間を接続すると共に、電極５１ａと電極５１ｂとの
間をワイヤ４５ｃのハンダ付けにより接続する。ざらに
、電極５１ａ及び５１ｂか基準電位となるように、当該
電極４１ａ及び４１ｂのうちのいずれか一方に、ワイヤ
４５ｄの一端をハンダ付けし、当該ワイヤ４５ｄの他端
を接地する。

また、タイプ１バラモルフ素子と同様に、電極４１ａと
弾性体３７との間、または電極４１ｂと弾性体３７との
間に、信号源４７をワイヤ４５ｂによって接続し、当該
信号源４７によって加振信号を加える。

この振動により電極５１ａと電極５１ｂとの間、或いは
電極４１ａと電極４１ｂとの間には、振動に応じた電荷
を夫々生じる。

以下、図面ヲ参照して、上述のタイプ］バラモルフ素子
或いはタイプ２バラモルフ素子を用いで構成した、この
発明の第１実施例、第２実施例及び第３実施例につき説
明する。

１上天施あ ます、第１図を参照して、この発明の第１実施例につき
説明する。

第１図は、前述したタイプ１バラモルフ素子及びターｒ
ブ２バラモルフ素子を使用した第１実施例としての角速
度検出装置の構成を示す概略的斜視図である。

第１図においで、タイプ１パラモルフ素子４３からなる
検出素子５５と、タイプ２バラモルフ５３かうなる駆動
素子５７との夫々の板面が互いに直交するように結合子
５９によって固定結合され、駆動素子５７を構成する電
極５１ａ及び５１ｂが配設された部分（以下、この部分
を駆１７Ｉ検知部６１と称する。）を固定材６３により
挟み込んで固定する。

また、上述の構成に加えで、タイプ１パラモルフ４３よ
りなる補償素子６５が固定材６７により保持され、第１
図に破線を付しで示すような位Ｍ開係を以って、検出素
子５５の補償を行ない得る位置に配設される。

ざらに、検出素子５５と駆動素子５７と補償素子６５と
を構成する夫々の電極４１ａ及び４１ｂＭ、図示しでい
ない配線により接地して基準電位とし、及び駆動検知部
６１の電極５１ａと５１ｂとを同一電位として駆動検知
信号を取り出す。この駆動検知信号に適切なフィードバ
ックゲインと位相シフトを加えて、これを駆動素子５７
の弾性体６９に加える。

このように構成した角速度検出装置に回転運動か加わっ
た場合、コリオリの力は検出素子５５のみに生じる。直
進運動による加速度はタイプ１パラモルフ４３から構成
される検出素子５５と補償素子６５とに、同極′ｉとな
って生しる。これがため、当該検出素子５５と補償素子
６５との電荷を差動的に検出することにより、コリオリ
の力のみを測定することかできる。

剃ｚ！痙上 次に、図面ヲ参照して、この発明の第２実施例につき説
明する。

この第２実施例で説明する角速度検出装置は、振Ｉ７１
を効率よく発生さ、せる装置構成の一例である。

第５図は、駆動を検知するに当り、ホトインタラプタを
使用した装置構成の一例を概略的に示す斜視図である。

但し、第５図に示す装置構成では、この第２実施例の特
徴となる構成成分のみを詳細に図示し、第１図を用いて
既に説明した構成成分については同一の符号を付しで示
すと共に、これら前述の構成成分については、この実施
例を理解し得る程度に簡略化しで示しでいる。ざらに、
第１実施例で説明した補償素子については、省略しで示
す。

まず始めに、ホトインタラプタ６９の光検出部に相当す
る開ロア１を中程度逼ぎるように、検出素子５５とホト
インタラプタ６９の位置関係を定め、当該ホトインタラ
ブクロ９の出力を駆動検知信号とする。また、ホトイン
タラプタ６９と駆動素子５７が振動帰還系を形成する構
成となっている。

１１叉流圀 次に、この発明の第３実施例につき、第２実施例と同様
、図面を参照して説明する。

第６図は、駆動を検知するに当り、小型マグネットを用
いて振動を効率良く発生せしめる装置構成の一例を示す
概略的斜視図である。

まず、この第３実施例では、第１実施例の構成に加えて
、駆動素子５７の板面に相当する側部に小型マグネット
７１ヲ取付け、当該小型マグネット７１に対して振動を
与え得るように、−励磁コイル７３を配設する。このよ
うな構成により、励磁コイル７３に電流を通じ、これに
よって生じる磁界が小型マグネット７１８振動せしめ、
さらに、当該振動が駆動素子５７１Ｆｒ励振し、駆動素
子５７自体を駆動検出素子としで用いることができる。

このような装置において、駆動素子５７と小型マグネッ
ト７１と励磁コイル７３とが振動帰還系を形成する。

（発明の効果） 上述した説明から明らかなように、この発明の角速度検
出装置によれば、圧電素子のみを自由振動させるため、
従来のようなトリミングや対となる素子の選定による振
動位相の調節を行う必要がない。これがため、従来の装
置に比べて製造が簡単かつ容易となると共に、製造歩留
りが著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の角速度検出装置の第１実施例に係
る装置構成を説明するための概略的斜視図、 第２図（Ａ）及び第３図（Ａ）は、この発明の詳細な説
明に供する圧電素子の概略的斜視図、第２図（８）及び
第３図（８）は、この発明の詳細な説明に供する圧電素
子の電気状態図、第４図は、この発明の装置の原理説明
に供する説明図、 第５図及び第６図は、各々、この発明の第２実施例或い
は第３実施例の説明に供する概略的斜視図、 第７図は、従来技術の説明に供する原理説明図、 第８図は、従来技術の説明に供する製雪構成図である。 ＩＩ、　１９ａ、　１９ｂ、　２７．５７−−・−駆動
素子１３、２１ａ、　２１ｂ、　２９ａ、　２９ｂ・・
−・固定端１５、２３ａ、　２３ｂ、　３３．５９−−
−−結合子１７、２５ａ、　２５ｂ、　３１．５５−−
−−検出素子３５、６５・・・・補償素子、３７・・・
・弾性体３９ａ、　３９ｂ、　４９ａ、　４９ｂ−−−
・圧電セラミックス４１ａ、４１ｂ、５１ａ、５１ｂ・
−・・電極４３・・・・タイプ１パラモルフ素子 ４５ａ、　４５ｂ、　４５ｃ、　４５ｄ−−−−ワイヤ
４７・・・・信号源 ５３・・・・タイプ２バラモルフ素子 ６１・・・・駆動検出部、６３．６７・・・・固定材６
９・・・・ホトインタラプタ、７１・・・・小型マグネ
ット７３・・・・励磁コイル ａ・・・・駆動素子の自励振動の方向 す、ｃ、ｅ・・・・検出素子の回転方向ｄ・・・・駆動
素子の自由振動の方向 Ｆ　ＣＯＬ＋　Ｆ　’Ｃｏｌ＋　　Ｆ　”　Ｃａｔ　”
・・コリオリの力Ｆ□　Ｆ　ＩＩ：、　Ｆ　１′、、・
・・・外来振動による力。 特許出願人　　　セントロニクス株式会社この発明の角
速度検出装置の説明図 第４図 第２実施例の説明図 第５図 第３実施例の説明図 才疋東の角速度検出装置の原理説明図 第７図 第Ｓ図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）２つの圧電素子を直交させて結合して、その一方
   を駆動素子、他方を検出素子とし、該駆動素子により検
   出素子を駆動させ、該検出素子に生じるコリオリの力を
   検出する角速度検出装置において、 前記検出素子に近接し、かつ平行に該検出素子と同等の
   圧電素子を補償素子として置き、該検出素子からの信号
   と該補償素子からの信号とを差動的に検出すること を特徴とする角速度検出装置。
2. （２）前記駆動素子の両側に取付けた圧電セラミックス
   により、該駆動素子を駆動する駆動信号を検知し、該駆
   動信号に適切な帰還増幅度、及び位相変化をもたせて補
   償駆動信号とし、該補償駆動信号を前記駆動素子に与え
   て自由振動させることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の角速度検出装置。
3. （３）前記検出素子がホトインタラプタの光検出部を中
   程度遮ぎるように該ホトインタラプタを設置し、該ホト
   インタラプタの出力信号に適切な帰還増幅度及び位相変
   化を持たせて補償駆動信号として、前記駆動素子に与え
   て自由振動させることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の角速度検出装置。
4. （４）前記駆動素子を駆動するために、該駆動素子の側
   部に小型マグネットを取付け、該小型マグネットに対向
   して励磁コイルを設け、該励磁コイルに供給する駆動信
   号を前記駆動素子自体から得て、前記駆動素子を自由振
   動させることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の角速度検出装置。