JPH0721414B2

JPH0721414B2 - 角速度センサ

Info

Publication number: JPH0721414B2
Application number: JP9571989A
Authority: JP
Inventors: 和光上田; 誠一堀井; 二郎寺田; 信治築地; 茂川端; 由紀男西川; 守松田; 卯立石; 憲一郎河村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-04-14
Filing date: 1989-04-14
Publication date: 1995-03-08
Anticipated expiration: 2010-03-08
Also published as: JPH02272317A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、音叉振動型の角速度センサに関するものであ
る。

従来の技術従来より、回転力を使わずに、物体を振動させて、角速
度が発生した時に起こるコリオリの力から角速度を検出
する音叉振動型の角速度センサが提案されている（例え
ば、特開昭59−5542号公報）。

この構造の原型は、米国特許第2544646号公報にみるこ
とができる。これによれば、駆動用弾性体（励振用）と
検知用弾性体の矩形板を直線的かつ、直交接合させたも
ので、速度を持った検知用弾性体に働らくコリオリの力
を検出するものである。以下に図面を参照しながら従来
の角速度センサについて説明する。

第６図は、従来の角速度センサの構成図である。この第
６図において、角速度センサの主要構成部品である駆動
用圧電バイモルフ素子２および駆動検知用圧電バイモル
フ素子３（以下ともに駆動用圧電バイモルフ素子と称
す）と検知用圧電バイモルフ素子1a,1bとは、直交精度
が±20′以内に入るように結合部材４を介して接着剤５
により直交結合されている。また、駆動用圧電バイモル
フ素子2,3の後端部は結合部材６を介して結合され、こ
れにより音叉振動素子が構成されている。そして、この
音叉振動素子はベース７に金属部材８により立設されて
いる。検知用圧電バイモルフ素子1a,1bからのリードワ
イヤ9a,9b,9c,9dは、検知用圧電バイモルフ素子1a,1bの
表裏の電極にはんだ付され、駆動用圧電バイモルフ素子
2,3の側面に接着固定され、そしてベース７に植設され
たリードピン10に接続されている。また、駆動用圧電バ
イモルフ素子2,3からのリードワイヤ9e,9fもリードピン
10に接続されている。このように厳しい直交精度が要求
されるのは、駆動用圧電バイモルフ素子2,3が第７図に
示すような振動をする場合に、駆動速度方向と検出感度
方向が完全に直交していれば、角速度が入らないとき
に、検知用圧電バイモルフ素子1a,1bに発生する電気信
号はゼロである。しかし、第８図に示したように、直交
度にずれが生じた場合は、角速度が入らなくとも、検知
用圧電バイモルフ素子1a,1bに、直交誤差の正弦に比例
した駆動慣性力がかかり、それに応じた、電気信号（以
下ゼロシグナルと記す）が発生する。したがって、入力
角速度の検出精度を高めるために、上記のように厳しい
組立精度が要求される。

また第６図に示すように、リードワイヤ9a,9b,9c,9d
を、接合部材４の所まで接着しているのは、この接合部
材４の部分は比較的振動が少ないので、リードワイヤの
断線がおこりにくくするためであると同時に、前記した
ゼロシグナルを少なくするためである。第９図に示すよ
うに検知用圧電バイモルフ素子1aから、リードワイヤ9
a,9bを接着固定せずに引出した場合、検知用圧電バイモ
ルフ素子1aの表裏で、リードワイヤ9a,9bの張力が異な
れば、ゼロシグナルが発生する。この理由によって、リ
ードワイヤを接着固定する構造になっている。

発明が解決しようとする課題しかしながら上記の従来の構成では、リードワイヤの配
線が、複雑で工数がかかり、また、リードワイヤの接着
固定のための接着剤の信頼性や、過剰な付着を考慮しな
くてはならないという問題点があった。

本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、リード
ワイヤを接着固定せず、配線の簡略化を実現することの
できる角速度センサを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段この目的を達成するために本発明の角速度センサは、駆
動用圧電バイモルフ素子と検知用圧電バイモルフ素子と
を同軸上に結合部材を介して直交結合して構成したセン
サ素子と、このセンサ素子の検知用圧電バイモルフ素子
に電気的に接続したリードワイヤと、このリードワイヤ
の他端部を前記検知用圧電バイモルフ素子の面に対して
対称となる位置に保持するための保持体とを備えてい
る。

作用この構成によって、リードワイヤのリードピンへの接続
位置が保持体により固定され、対称性を保ったまま、リ
ード配線の簡略化を実現することができる。

実施例以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は、本発明の一実施例における角速度センサの構
成図である。第１図において、駆動用圧電バイモルフ素
子12,13と検知用圧電バイモルフ素子11a,11bをそれぞれ
結合部材14を介して直交結合することにより二つのセン
サ素子を構成し、そしてその二つのセンサ素子を駆動用
圧電バイモルフ素子12,13の後端部において結合部材15
を介して結合することにより音叉振動素子を構成してい
る。この音叉振動素子は、ベース16に立設された金属弾
性部材17によって支持されて、ベース16上に配設されて
いる。また、このベース16は、有底筒状のケース（図示
せず）の開口部を塞ぐ蓋も兼ねており、音叉振動素子は
ケース内に封入される。18a,18b,18c,18d,18e,18fはベ
ース16に植設されたリードピンであり、これらのリード
ピン18a〜18fのうち、リードピン18a,18b,18c,18dは他
のリードピン18e,18fより長さが長い金属部材により構
成され、そしてそのリードピン18a,18b,18c,18dの先端
部には、プリント配線板により構成したリング状の保持
板19が固定されこのリング状の保持板19は、前記音叉振
動素子の外周部に所定の周隔をあけて、かつ音叉振動素
子と直交するように配置している。

20a〜20fは検知用圧電バイモルフ素子11a,11bおよび駆
動用圧電バイモルフ素子12,13の電極に一端がはんだ付
けされたリードワイヤであり、検知用圧電バイモルフ素
子11a,11bから引出したリードワイヤ20a,20b,20c,20d
は、検知用圧電バイモルフ素子11a,11bの面に対して対
称となる位置において、保持板19を介してリードピン18
a,18b,18c,18dにそれぞれ接続され、また駆動用圧電バ
イモルフ素子12,13から引出したリードワイヤ20e,20f
は、リードピン18e,18fに接続されている。

なお、リング状の保持板19にリードワイヤ20a〜20dの保
持用の孔、突起等を設け、それにより、リードワイヤ20
a〜20dの中間部を保持し、そしてリードワイヤ20a〜20d
の先端部とリードピン18a〜18dとを直接接続してもよ
い。また保持板19により、リードピン18a,18b,18c,18d
の端部の位置決めができているので、そこにリードワイ
ヤ20a〜20dを直接接続してもよい。

本実施例にあっては、リードワイヤ20a〜20dにはφ0.03
mmのウレタン被覆軟銅線５本のより線を用い、第２図の
ように検知用圧電バイモルフ素子の面とほぼ垂直な面内
に位置するように逆Ｊ字型に湾曲させている。

第３図に、逆Ｊ字型に湾曲させた、軟銅線のそれぞれの
方向への張力を示している。張力が大きいと、製造ばら
つきによる誤差もそれに応じて大きくなるので、検知用
圧電バイモルフ素子の表裏の対称性がくずれ、ゼロシグ
ナルが大となるので、従来の技術の項で述べたように、
入力角速度の検出精度が悪くなる。また、張力が大であ
ると、リードワイヤの端部の疲労が大となり、断線の危
険性が、大となる。したがって、引出し角は、張力が小
となるように、90゜に近い程良いことがわかる。またリ
ードワイヤを湾曲させているのも、張力を減じるためで
ある。

本実施例においても、リードワイヤ20a〜20dに、より線
を使用しているのは断線，予防のためである。また断線
は、リードワイヤ20a〜20dが、共振を起した場合に、そ
の危険性が高くなる。従がって、リードワイヤ20a〜20d
の固有振動数は、音叉振動素子の固有振動数（本実施例
の場合約1KHz）との差が大であることが望ましい。リー
ドワイヤ20a〜20dの固有振動数が、音叉振動素子の固有
振動数よりも小さければ、前者の高調波が、後者の音叉
振動子の固有振動周波数に近づくことがあるので、前者
の固有振動周波数は、後者よりも、音叉振動子の固有振
動数が、大でなくてはならない。本実施例の場合、リー
ドワイヤ20a〜20dの固有振動数は、3KHz以上であり、音
叉振動素子の２倍以上に設定している。なお、リードワ
イヤの径を太くし、より線の線数を多くすると、固有振
動数は、高くなるが、張力も大となるので、ゼロシグナ
ルが大となる。あるいは、音叉振動素子の振動を阻害す
る。第４図，第５図に示すように、φ0.03ウレタン被覆
軟銅線の場合は10本まで、５本よりの場合は、素線径が
φ0.5までが、ゼロシグナルの増加において、許される
範囲である。

本実施例の場合、各リードピン18a〜18dの固有振動数は
1.6KHzであり、製造ばらつきにより、線径の細い製品が
できると音叉振動素子の固有振動数に近づく。両固有振
動数が近いと、後者の振動が、ベースを介して、前者に
伝わり、前者が共振すると、前者の振動が逆に後者に伝
わり、後者の検知用圧電バイモルフ素子11a,11bを振動
させるので、ゼロシグナルが大となる。また、リードワ
イヤ20a〜20dの断線の危険性も大となる。そこで、リー
ドピン18a〜18dの４ピンを、保持板19で結合させること
により、固有振動数を高くしている。計算によれば、リ
ードピンと保持板からなる保持体の固有振動数は、音叉
振動素子の固有振動数の２倍以上の12KHzである。ま
た、リードピン18a〜18dを充分太く短かくすることで、
保持板19がなくとも、固有振動数の充分高い保持体とす
ることもできる。

発明の効果以上のように本発明によれば、リードワイヤを接着固定
せずに配線の簡略化を実現することができ、しかも検出
精度の高い角速度センサを得ることができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における角速度センサの一部
を切欠いて示す斜視図、第２図は同センサのリードワイ
ヤを示す平面図、第３図はリードワイヤの張力の振動方
向依存性を示す特性図、第４図は本発明の角速度センサ
の感度におけるリード線より線数依存性を示す特性図、
第５図は同じくリード線より線素線径依存性を示す特性
図、第６図は従来の角速度センサの斜視図、第７図は音
叉振動素子の振動方向を示した正面図、第８図はセンサ
素子の振動をモデル的に示した上面図、第９図はリード
ワイヤを接続したセンサ素子をモデル的に示した上面図
である。 11a,11b……検知用圧電バイモルフ素子、12,13……駆動
用圧電バイモルフ素子、14,15……結合部材、16……ベ
ース、18a,18b,18c,18d,18e,18f……リードピン、19…
…保持板、20a,20b,20c,20d,20e,20f……リードワイ
ヤ。

フロントページの続き (72)発明者築地信治大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者川端茂大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者西川由紀男大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者松田守大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者立石卯大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者河村憲一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 (56)参考文献特開昭62−229023（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−290911（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−36516（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動用圧電バイモルフ素子と検知用圧電バ
イモルフ素子とを同軸上に結合部材を介して直交結合し
て構成したセンサ素子と、このセンサ素子の検知用圧電
バイモルフ素子に電気的に接続したリードワイヤと、こ
のリードワイヤの他端部を前記検知用圧電バイモルフ素
子の面に対して対称となる位置に保持する複数のリード
端子を固定するリング状の保持体とを備えた角速度セン
サ。
【請求項２】駆動用圧電バイモルフ素子と検知用圧電バ
イモルフ素子とを同軸上に結合部材を介して直交結合し
て構成したセンサ素子と、このセンサ素子一対を駆動用
圧電バイモルフ素子の端部で結合部材を介して結合する
ことにより構成した音叉振動素子と、この音叉振動素子
の検知用圧電バイモルフ素子に電気的に接続したリード
ワイヤと、このリードワイヤを前記検知用圧電バイモル
フ素子の面に対して対称となる位置に保持する複数のリ
ード端子を固定するリング状の保持体とを備えた角速度
センサ。
【請求項３】保持体が、複数のリードピンと、このリー
ドピンにより支持された保持板とからなることを特徴と
する請求項２記載の角速度センサ。