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発明の名称 角速度センサ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平9−21643
公開日 平成9年(1997)1月21日
出願番号 特願平7−168479
出願日 平成7年(1995)7月4日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】滝本 智之 (外1名)
発明者 村上 昌良 / 田村 雅巳 / 跡地 信久 / 寺田 二郎
要約 目的
本発明は、角速度センサに関するもので、検出特性を高めることを目的とする。

構成
検出電極6を介して重合させられたコ字状の第1、第2の圧電体4,5と、前記第1の圧電体4のいずれか一方の音叉アーム4aの検出電極6とは反対側の面に設けた第1、第2の駆動電極7,8と、前記第1、第2の駆動電極7,8が設けられた音叉アーム4aに対向する前記第2の圧電体5の音叉アーム5aにおける検出電極6とは反対側の面に設けた第3、第4の駆動電極11,12とを備え、前記第1〜第4の駆動電極7,8,11,12の内、前記検出電極6を介して対角線上にある第1、第4の駆動電極7,12には第1の駆動電源15を供給し、前記第2、第3の駆動電極8,11には第1の駆動電源15とは逆相関係となる第2の駆動電源16を供給するよう構成した。
特許請求の範囲
【請求項1】 検出電極を介して重合させられたコ字状の第1、第2の圧電体と、前記第1の圧電体のいずれか一方の音叉アームの検出電極が設けられた面とは反対側の面に設けた第1、第2の駆動電極と、前記第1の圧電体の第1、第2の駆動電極が設けられた音叉アームに対向する前記第2の圧電体の音叉アームにおける検出電極が設けられた面とは反対側の面に設けた第3、第4の駆動電極とを備え、前記第1〜第4の駆動電極の内、前記検出電極を介して対角線上にある第1、第4の駆動電極には第1の駆動電源を接続し、同様に前記検出電極を介して対角線上にある第2、第3の駆動電極には第2の駆動電源を接続し、第1、第2の駆動電源は逆相となる信号を供給するように構成したことを特徴とする角速度センサ。
【請求項2】 第1、第2の圧電体の第2の音叉アームの検出電極が設けられた面とは反対側の面に第1〜第4のモニタ電極を設けた請求項1に記載の角速度センサ。
【請求項3】 第1、第2の駆動電極と第1、第2のモニタ電極及び第3、第4の駆動電極と第3、第4のモニタ電極は左右対称な形状とした請求項2に記載の角速度センサ。
【請求項4】 第1〜第4の駆動電極は音叉アームの横端面よりも内方に所定間隔をおいて設けるとともに、検出電極は音叉アームの横端面にまで延長して設けた請求項1に記載の角速度センサ。
【請求項5】 第1〜第4のモニタ電極は音叉アームの横端面よりも内方に所定間隔をおいて設けるとともに、検出電極は音叉アームの横端面にまで延長して設けた請求項2または3に記載の角速度センサ。
【請求項6】 検出電極は音叉アームの部位よりも下方部位においてリード線と接続した請求項1乃至5のいずれか一つに記載の角速度センサ。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等に利用できる振動型の角速度センサ、あるいはカメラやビデオカメラ等の手振れ防止用、遠隔操作用のリモコン用等に用いる角速度センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】この種、角速度センサにおいては、コ字状の圧電体に駆動電極と検出電極を設け、前記駆動電極に接続した単一の駆動電源から供給した信号により前記圧電体の音叉アームを駆動し、この駆動時において角速度信号は前記検出電極から取り出すように構成していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記構成においては、前記検出電極から取り出される信号には角速度信号以外に駆動信号により誘起される成分が混入しているので、別個にその混入信号を分離する回路が必要となる。その場合に問題となるのは、混入信号の分離が完全にはできず、どうしてもその一部が残ってしまい、これがノイズとなって検出特性を高めることができなかった。
【0004】本発明は、駆動信号による上記ノイズの影響を排除し、検出特性を高めることを目的とするものである。
【0005】
【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、検出電極を介して重合させられたコ字状の第1、第2の圧電体と、前記第1の圧電体のいずれか一方の音叉アームの検出電極とは反対側の面に設けた第1、第2の駆動電極と、前記第1、第2の駆動電極が設けられた音叉アームに対向する前記第2の圧電体の音叉アームにおける検出電極とは反対側の面に設けた第3、第4の駆動電極とを備え、前記第1〜第4の駆動電極の内、前記検出電極を介して対角線上にある第1、第4の駆動電極には第1の駆動電源を接続し、第2、第3の駆動電極には前記第1の駆動電源とは逆相となる第2の駆動電源を接続したものである。
【0006】
【作用】上記構成とすれば、音叉アームの対角線上にある前記第1、第4の駆動電極には第1の駆動電源から信号が供給され、また、前記第2、第3の駆動電極には第2の駆動電源から前記第1の駆動電源とは逆相の信号が供給されるので、この音叉アームを駆動する信号は、音叉アームの駆動には供給されるが信号成分としては互いにキャンセルされる。よって、この駆動信号が前記検出電極を介して検出される検出信号に混入されることはなく、この結果として検出特性を高めることができるものである。
【0007】
【実施例】図1は本発明の角速度センサの一実施例を示す。図1において、1は下面が開口した鉄製のキャップであり、その表裏面にはニッケルメッキが設けられている。このキャップ1の下面の開口部には、円盤上のベース2が嵌合させられ、これによりキャップ1内は密閉空間となっている。この密閉空間には前記キャップ1の内面と非接触状態で角速度センサとしての検出素子3が配置されている。この検出素子3は前記ベース2上に接着剤により立設され、固定されている。
【0008】前記検出素子3は、図1、図2に示すごとくコ字状の第1、第2の圧電体4,5を同じくコ字状をしたAg−Pd系の検出電極6を介して重合させ、一体焼成することにより形成したものである。また、前記第1、第2の圧電体4,5のそれぞれの音叉アーム4a,4b,5a,5bの検出電極6とは反対の面、つまり外部に表出している面には、縦長形状のAg−Pd系電極7,8,9,10,11,12,13,14を印刷し、焼き付けにより設けている。
【0009】これらの電極の内、7,8,11,12が駆動電極、9,10,13,14がモニタ電極となっている。即ち、図2に示すごとく前記音叉アーム4a,5aの重合体において、検出電極6を介して対角線上にある駆動電極7,12には第1の駆動電源15が接続され、また、それにクロスする対角線上の駆動電極8,11には第2の駆動電源16が接続されている。これらの第1、第2の駆動電源15,16としては、それぞれ駆動電極7,12及び8,11に音叉共振をさせるための交流信号(音叉共振周波数)を供給するのであるが、これらの第1、第2の駆動電源15,16から供給される信号は逆相状態となっている。
【0010】また、モニタ側となる音叉アーム4b,5bにおいては、対角線上の電極9,14が共にアース端子に接続され、それにクロスする対角線上の電極10,13はモニタ検出端子17に接続されている。さらに、前記検出電極6は検出端子18に接続されている。
【0011】図1は、これらの電気的接続状態を示す斜視図であって、19,20が電源端子であり、それぞれリード線Aにより接続されている。なお、検出端子18と検出電極6を接続したリード線Aは、音叉アーム4a,4b,5a,5bよりも下方において検出電極6と接続されている。
【0012】以上のような構成において、音叉アーム4a,5aは図2に示すごとくその厚さ方向に対して同方向に分極されており、また、音叉アーム4b,5bもそれとは反対方向であるが同方向に分極されている。この図2においては、分極方向はP1,P2で示している。
【0013】上記構成において、第1、第2の駆動電源15,16から駆動電極7,8,11,12に信号が供給されると、音叉アーム4a,5aは図2における横方向に振動することになり、これに呼応するごとく音叉アーム4b,5bも共振して横方向に振動することになる。
【0014】この点について今少し具体的に説明すると、今、仮にある時点において、音叉アーム4a,5aの内面側の駆動電極8,12部分には逆相の信号が加えられ、これを分極方向P1から見ると駆動電極8には負電界、駆動電極12には正電界が加えられ、これは両音叉アーム4a,5a共図2における下面側(つまり分極方向とは反対側)に負の電界印加となるので、この結果として音叉アーム4a,5aの内面側(音叉アーム4b,5b側)が縮み、内方(図2の右側)に向けて屈曲しようとする。逆に音叉アーム4a,5aの外側においては、駆動電極7,11から分極方向に対して同方向の電界が印加されるので伸長作用が起こり、この結果としてこの時点では音叉アーム4a,5aは内方に屈曲することになる。この時、音叉アーム4b,5bはそれに呼応して音叉アーム4a,5b側に屈曲することになるのである。
【0015】しかし、次の時点つまり第1、第2の駆動電源15,16から供給される信号が反転すれば、今度は逆に音叉アーム4a,5a,4b,5bは共に外方に屈曲し、共振振動することになるのである。
【0016】そして、この様な内外方への振動を繰り返している状況において角速度が加えられると、コリオリ力の原理で音叉アーム4a,5a,4b,5bは厚み方向にたわみ、そのたわみ程度が角速度信号として検出電極6、検出端子18を介して取り出されることになる。
【0017】例えば今、音叉アーム4aの図2における下面側が伸び、音叉アーム5aの図2における上面側が縮む方向に音叉アーム4a,5aがたわんだとすると、駆動電極7,8にはその分極方向であって、直交する方向で伸びていることとなるので正電荷が発生し、駆動電極11,12には分極方向とは逆で直交方向で縮んでいることとなるので、同じく正電荷が発生することになる。この時、検出電極6が接する音叉アーム4a,5aの部分には負電荷が発生し、同じく音叉アーム4b,5bに接続する部分も負電荷が発生し、これが検出端子18から取り出されることになるのである。
【0018】逆に音叉アーム4a,5bが駆動電極11,12側が伸び、駆動電極7,8側が縮む角速度が加わった場合には、同様の理論により検出端子18には正電荷が取り出されることになるのである。
【0019】また、駆動時において音叉アーム4a,5a,4b,5bを駆動する信号は、音叉アーム4a,5a,4b,5bの駆動には供給されるが信号成分としては互いにキャンセルされ、よって、この駆動信号が検出電極6を介して検出される検出信号に混入されることはない。
【0020】図3は回路図を示し、検出端子18は増幅器21とコンデンサC1で構成したチャージアンプの反転入力端子に入力される。前記チャージアンプの出力端子27には、同期検波回路22、フィルタ23が接続され、最終的に出力端子24へと接続されている。なお、抵抗器R1,R2と可変抵抗器Rxと増幅器25で構成した反転増幅器は、第1、第2の駆動電源15,16を作るためのものである。26は音叉の振幅を安定させるためのAGCアンプである。
【0021】尚、第1の実施例では駆動側となる音叉アーム4a,5aの分極方向とモニタ側となる音叉アーム4b,5bの分極方向を異なる方向としたが、図4に示すようにモニタ側となる音叉アーム4b,5bの分極方向P3を分極方向P1と同方向に変更してもよい。したがって、この場合には検出電極は図2に示す場合の様に音叉アーム4a,5aと4b,5bのコリオリ信号成分を合算して取り出すことができないので、それぞれ検出電極18a,18bとして分離し、一方の音叉アームより得られるコリオリ信号成分を反転させた後に合算する様にすればよい。
【0022】
【発明の効果】以上のように本発明は、検出電極を介して重合させられたコ字状の第1、第2の圧電体と、前記第1の圧電体のいずれか一方の音叉アームの検出電極とは反対側の面に設けた第1、第2の駆動電極と、前記第1、第2の駆動電極が設けられた音叉アームに対向する前記第2の圧電体の音叉アームにおける検出電極とは反対側の面に設けた第3、第4の駆動電極とを備え、前記第1〜第4の駆動電極の内、前記検出電極を介して対角線上にある第1、第4の駆動電極には第1の駆動電源を接続し、第2、第3の駆動電極には第2の駆動電源を接続し、第1、第2の駆動電源は逆相となる信号を供給する構成としたので、この音叉アームを駆動する信号は、音叉アームの駆動には供給されるが信号成分としては互いにキャンセルされ、よって、この駆動信号が検出電極を介して検出される検出信号に混入されることはなく、この結果として角速度の検出特性を高めることができるものである。




 

 


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