(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
四面のうちの二面に少なくとも一対の駆動電極を設けた四角柱状の駆動電極振動体とこの駆動電極振動体と平行に設けられかつ四面のうち一面に少なくとも一対の検出電極を設けた四角柱状の検出電極振動体と前記駆動電極振動体と前記検出電極振動体のそれぞれの一端を一体に接続する接続部とを設けた音叉部と、
この音叉部における接続部を支持する支持台と、
この支持台の下部を固着するとともに複数の端子挿入孔を設け、この端子挿入孔に前記駆動電極あるいは検出電極と電気的に接続される端子を絶縁物を介して挿通させる金属製の基台と、
外周が前記基台の外周と接して前記基台の上面を覆う金属製のカバーと、
前記基台の下方に設けられるとともにこの基台の端子を実装する孔を設け、かつ前記検出電極振動体の検出電極から角速度により発生する出力電圧を処理する電子部品を設けた回路基板と、
前記基台とカバーの両端部をそれぞれ支持する一対のゴム体と、
前記基台とカバー、回路基板およびゴム体を収納するとともに開口部を設けた外ケースと、
この外ケースの開口部を閉塞するとともに、一端が前記回路基板における電子部品と電気的に接続され、かつ他端が外方へ突出する複数の外端子を設けた蓋とを備え、
前記基台とカバーおよび回路基板の全体の重心は、前記ゴム体によって支持された前記基台とカバーの両端部を結ぶ軸線近傍に位置することを特徴とする角速度センサ。
【請求項２】
前記基台とカバーおよび回路基板の全体の重心は、前記ゴム体によって支持された前記基台とカバーの両端部を結ぶ軸線上に位置することを特徴とする請求項１記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーションシステム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】
従来のこの種の角速度センサとしては、特開平８−１７０９１７号公報に開示されたものが知られている。
【０００３】
以下、従来の角速度センサについて、図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図４は従来の角速度センサの側断面図、図５は同角速度センサにおける音叉部を基台に固着した状態を示す斜視図である。
【０００５】
図４、図５において、１はコ字柱状の音叉部で、この音叉部１は一対の柱部２とこの柱部２の端部を接続する接続部３とで構成されている。そして音叉部１の一対の柱部２のそれぞれの外側面には駆動圧電素子４が設けられるとともに、この駆動圧電素子４を設けた側面と同一面状に参照圧電素子５が設けられている。そしてまた音叉部１の駆動圧電素子４および参照圧電素子５を設けた側面と異なる側面には一対の検知圧電素子６を設けている。７は金属製の支持部材で、この支持部材７は音叉部１の接続部３の根元を支持している。８は金属製の基台で、この基台８は支持部材７の下面を上面に固着するとともに、この基台８には複数の端子挿入孔９を設けており、そしてこの端子挿入孔９に端子１０を絶縁物１１を介して挿通させ、この端子１０を音叉部１の駆動圧電素子４、参照圧電素子５および検知圧電素子６に電気的に接続している。１２は回路基板で、この回路基板１２は基台８の下方に設けられるとともに、基台８の端子１０と電気的に接続されているリード線１３に半田付けによって電気的に接続され、かつ音叉部１の検知圧電素子６から角速度により発生する出力電圧を処理する電子部品１４を上面に設けている。１５は支持台で、この支持台１５はスタットボルト１６により基台８および回路基板１２を支持している。
【０００６】
以上のように構成されている従来の角速度センサについて、次にその動作を説明する。
【０００７】
音叉部１の駆動圧電素子４に交流電圧を印加することにより音叉部１が柱部２の固有振動数で駆動方向に速度ｖで屈曲振動している状態において、音叉部１が音叉部１の中心軸まわりに角速度ωで回転すると、音叉部１の一対の柱部２にＦ＝２ｍｖωのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により検知圧電素子６に発生する電荷を回路基板１２の電子部品１４で増幅し、出力電圧として外部コンピュータ（図示せず）で測定することにより、角速度を検出していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、スタットボルト１６により支持台１５に基台８および回路基板１２を支持するようにしているため、スタットボルト１６による支持位置が音叉部１における重心と異なることになり、その結果、外部から振動が角速度センサの内部に伝わると、音叉部１に回転方向の共振が発生して音叉部１における検知圧電素子６に電荷が発生することになり、これにより、角速度センサの出力特性が不安定になってしまうという課題を有していた。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、外部から振動が角速度センサの内部に伝わったとしても角速度センサの出力特性が不安定になるということはない角速度センサを提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の角速度センサは、四面のうちの二面に少なくとも一対の駆動電極を設けた四角柱状の駆動電極振動体とこの駆動電極振動体と平行に設けられかつ四面のうち一面に少なくとも一対の検出電極を設けた四角柱状の検出電極振動体と駆動電極振動体と検出電極振動体のそれぞれの一端を一体に接続する接続部とを設けた音叉部と、この音叉部における接続部を支持する支持台と、この支持台の下部を固着するとともに複数の端子挿入孔を設け、この端子挿入孔に駆動電極あるいは検出電極と電気的に接続される端子を絶縁物を介して挿通させる金属製の基台と、外周が基台の外周と接して基台の上面を覆う金属製のカバーと、基台の下方に設けられるとともにこの基台の端子を実装する孔を設け、かつ検出電極振動体の検出電極から角速度により発生する出力電圧を処理する電子部品を設けた回路基板と、基台とカバーの両端部をそれぞれ支持する一対のゴム体と、基台とカバー、回路基板およびゴム体を収納するとともに開口部を設けた外ケースと、この外ケースの開口部を閉塞するとともに、一端が回路基板における電子部品と電気的に接続され、かつ他端が外方へ突出する複数の外端子を設けた蓋とを備え、基台とカバーおよび回路基板の全体の重心は、ゴム体によって支持された基台とカバーの両端部を結ぶ軸線近傍に位置する構成としたもので、この構成によれば、外部から振動が角速度センサの内部に伝わったとしても出力特性が不安定になるということはない角速度センサを提供することができるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、四面のうちの二面に少なくとも一対の駆動電極を設けた四角柱状の駆動電極振動体とこの駆動電極振動体と平行に設けられかつ四面のうち一面に少なくとも一対の検出電極を設けた四角柱状の検出電極振動体と駆動電極振動体と検出電極振動体のそれぞれの一端を一体に接続する接続部とを設けた音叉部と、この音叉部における接続部を支持する支持台と、この支持台の下部を固着するとともに複数の端子挿入孔を設け、この端子挿入孔に駆動電極あるいは検出電極と電気的に接続される端子を絶縁物を介して挿通させる金属製の基台と、外周が基台の外周と接して基台の上面を覆う金属製のカバーと、基台の下方に設けられるとともにこの基台の端子を実装する孔を設け、かつ検出電極振動体の検出電極から角速度により発生する出力電圧を処理する電子部品を設けた回路基板と、基台とカバーの両端部をそれぞれ支持する一対のゴム体と、基台とカバー、回路基板およびゴム体を収納するとともに開口部を設けた外ケースと、この外ケースの開口部を閉塞するとともに、一端が回路基板における電子部品と電気的に接続され、かつ他端が外方へ突出する複数の外端子を設けた蓋とを備え、基台とカバーおよび回路基板の全体の重心は、ゴム体によって支持された基台とカバーの両端部を結ぶ軸線近傍に位置する構成としたもので、この構成によれば、基台とカバーおよび回路基板の全体の重心位置に近接する基台とカバーを一対のゴム体で支持するため、基台とカバーおよび回路基板の全体の重心位置の近傍が一対のゴム体で支持されることになり、その結果、外部から角速度センサの内部に振動が伝わったとしても音叉部が回転方向への共振を起こしにくい構成となっているため、角速度センサの出力特性が不安定になるということはないという作用を有するものである。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の複数の外端子の一端を蓋の表面より突出するように蓋に設け、かつこの外端子の一端の突出した部分を逃がす逃がし部をゴム体に設けたもので、この構成によれば、外端子の一端の突出した部分を逃がす逃がし部をゴム体に設けているため、この逃がし部に外端子の一端の突出した部分が位置することになり、これにより、小型の角速度センサを提供できるという作用を有するものである。
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態における角速度センサについて、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は本発明の一実施の形態における角速度センサの分解斜視図、図２は同角速度センサの側断面図、図３は同角速度センサにおけるゴム体の上面図である。
【００１５】
図１〜図３において、２１は水晶製の音叉部で、この音叉部２１は四角柱状の駆動電極振動体２２と、この駆動電極振動体２２と平行に設けられた四角柱状の検出電極振動体２３と、駆動電極振動体２２の一端と検出電極振動体２３の一端を一体に接続する接続部２４とにより構成されている。そして駆動電極振動体２２の４つの側面には、それぞれ金からなる駆動電極２５を設けている。また検出電極振動体２３の表面および裏面には金からなるモニタ電極２６が設けられるとともに、この検出電極振動体２３の内側の側面には金からなるＧＮＤ電極２７（図示せず）が設けられ、かつ外側の側面には金からなる一対の検出電極２８が設けられている。２９は直方体形状の金属製の支持台で、この支持台２９は接続部２４の根元を支持している。３０は金属製の基台で、この基台３０は支持台２９の下部を固着するとともに、複数の端子挿入孔３１を設けており、この端子挿入孔３１の内側面には絶縁物３２を設けている。そして基台３０の端子挿入孔３１に絶縁物３２を介して端子３３を挿通している。また基台３０の端子３３は駆動電極２５、検出電極２８、ＧＮＤ電極２７およびモニタ電極２６とリード線３３ａによりそれぞれ電気的に接続されている。３４は金属製のカバーで、このカバー３４は基台３０の上面を覆うように設けており、このカバー３４と基台３０とにより、駆動電極振動体２２、検出電極振動体２３および接続部２４からなる音叉部２１を内側に収納している。３５は回路基板で、この回路基板３５は基台３０の下方に設けられるとともに、下面に電子部品３６を設けており、検出電極振動体２３の検出電極２８から角速度により発生する出力電圧を端子３３を介してこの電子部品３６に入力し、出力電圧に変換している。また回路基板３５には孔３７を設けており、この孔３７に端子３３を実装し、そして基台３０と回路基板３５との間に間隙３８を設けて、端子３３と回路基板３５とを半田付けしている。３９は一対のゴム体で、この一対のゴム体３９によりカバー３４および基台３０の両端部をそれぞれ支持しており、カバー３４、音叉部２１および基台３０の全体の重心位置をこのゴム体３９により支持する構成となっている。またゴム体３９には貫通孔からなる逃がし部３９ａを設けている。４０は金属製の外ケースで、この外ケース４０は基台３０とカバー３４、回路基板３５および一対のゴム体３９を収納している。４１は樹脂製の蓋で、この蓋４１は外ケース４０の開口部を閉塞するとともに複数の外端子４２を一体に設けており、かつこの外端子４２は一端を回路基板３５における電子部品３６と電気的に接続するとともに、他端を外方に突出させている。また蓋４１における外端子４２の一端は蓋４１の表面より突出するように設けるとともに、この一端の突出した部分をゴム体３９における逃がし部３９ａに位置させているもので、このようにゴム体３９における逃がし部３９ａに蓋４１における外端子４２の一端を位置させて逃がしているため、外端子の一端の突出した部分は逃がし部３９ａの小さなスペースに収納されることになり、これにより、小型の角速度センサを提供することができるという作用効果を有するものである。
【００１６】
以上のように構成された本発明の一実施の形態における角速度センサについて、次にその組立方法を説明する。
【００１７】
まず、駆動電極振動体２２、検出電極振動体２３および接続部２４を一体に構成した水晶製の音叉部２１を準備する。
【００１８】
次に、駆動電極振動体２２の４つの側面に駆動電極２５を、検出電極振動体２３の表面および裏面にモニタ電極２６を、検出電極振動体２３の内側の側面にＧＮＤ電極２７（図示せず）を、検出電極振動体２３の外側の側面に一対の検出電極２８をそれぞれ金を蒸着することにより形成する。
【００１９】
次に、音叉部２１の根元を支持台２９に固着した後、支持台２９の下面を基台３０の上面に固着する。
【００２０】
次に、予め絶縁物３２を内側面に設けた基台３０の端子挿入孔３１に端子３３を挿入した後、この端子３３と駆動電極２５、検出電極２８、ＧＮＤ電極２７（図示せず）およびモニタ電極２６をそれぞれリード線３３ａを介して半田付けにより電気的に接続する。
【００２１】
次に、基台３０と回路基板３５との間に間隙３８を設けるように、端子３３を回路基板３５の孔３７に挿入した後、回路基板３５と端子３３とを半田付けにより電気的に接続する。
【００２２】
次に、カバー３４および基台３０の両端部に一対のゴム体３９を設置する。
【００２３】
次に、カバー３４、基台３０および一対のゴム体３９を外ケース４０の内側に収納した後、回路基板３５における電子部品３６と蓋４１における外端子４２を電気的に接続するとともに、この外端子４２の一端がゴム体３９の逃がし部３９ａに位置するように外ケース４０の開口部を蓋４１により閉塞する。
【００２４】
以上のようにして組み立てられた本発明の一実施の形態における角速度センサについて、次にその動作を説明する。
【００２５】
音叉部２１の駆動電極振動体２２における駆動電極２５に交流電圧を印加することにより、駆動電極振動体２２が駆動方向の固有振動数で駆動方向に速度ｖで屈曲振動する。この屈曲振動は接続部２４を介して対向する検出電極振動体２３にも伝わり、そしてこの検出電極振動体２３も駆動方向の固有振動数で駆動方向に速度ｖで屈曲振動する。この駆動電極振動体２２および検出電極振動体２３が屈曲振動している状態において、音叉部２１が音叉部２１の長手方向の中心軸周りに角速度ωで回転すると、検出電極振動体２３にＦ＝２ｍｖωのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により、検出電極振動体２３の検出電極２８に発生する電荷を端子３３を介して回路基板３５の電子部品３６により出力電圧に変換し、さらに蓋４１における外端子４２を介して相手側のコンピュータ（図示せず）に入力することにより、角速度として検出するものである。
【００２６】
ここで、外部から振動が角速度センサに伝わった場合について考えて見ると、本発明の一実施の形態における角速度センサにおいては、基台３０とカバー３４および回路基板３５の全体の重心位置に近接する基台３０とカバー３４を一対のゴム体３９で支持しているため、基台３０とカバー３４および回路基板３５の全体の重心位置の近傍が一対のゴム体３９で支持されることになり、その結果、外部から角速度センサの内部に振動が伝わったとしても音叉部２１が回転方向の共振を起こしにくい構成となっているため、角速度センサの出力特性が不安定になるということはないという作用効果を有するものである。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明の角速度センサは、四面のうちの二面に少なくとも一対の駆動電極を設けた四角柱状の駆動電極振動体とこの駆動電極振動体と平行に設けられかつ四面のうち一面に少なくとも一対の検出電極を設けた四角柱状の検出電極振動体と駆動電極振動体と検出電極振動体のそれぞれの一端を一体に接続する接続部とを設けた音叉部と、この音叉部における接続部を支持する支持台と、この支持台の下部を固着するとともに複数の端子挿入孔を設け、この端子挿入孔に駆動電極あるいは検出電極と電気的に接続される端子を絶縁物を介して挿通させる金属製の基台と、外周が基台の外周と接して基台の上面を覆う金属製のカバーと、基台の下方に設けられるとともにこの基台の端子を実装する孔を設け、かつ検出電極振動体の検出電極から角速度により発生する出力電圧を処理する電子部品を設けた回路基板と、基台とカバーの両端部をそれぞれ支持する一対のゴム体と、基台とカバー、回路基板およびゴム体を収納するとともに開口部を設けた外ケースと、この外ケースの開口部を閉塞するとともに、一端が回路基板における電子部品と電気的に接続され、かつ他端が外方へ突出する複数の外端子を設けた蓋とを備え、基台とカバーおよび回路基板の全体の重心は、ゴム体によって支持された基台とカバーの両端部を結ぶ軸線近傍に位置する構成としたもので、この構成によれば、基台とカバーおよび回路基板の全体の重心位置に近接する基台とカバーを一対のゴム体で支持するとともに、回路基板を一対のゴム体で支持しないように構成しているため、基台とカバーおよび回路基板の全体の重心位置の近傍が一対のゴム体で支持されることになり、その結果、外部から角速度センサの内部に振動が伝わったとしても音叉部が回転方向への共振を起こしにくい構成となっているため、出力特性が不安定になるということはない角速度センサを提供することができるというすぐれた効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態における角速度センサの分解斜視図
【図２】  同角速度センサの側断面図
【図３】  同角速度センサのゴム体の上面図
【図４】  従来の角速度センサの側断面図
【図５】  同角速度センサにおける音叉部を基台に固着した状態を示す斜視図
【符号の説明】
２１  音叉部
２２  駆動電極振動体
２３  検出電極振動体
２４  接続部
２５  駆動電極
２８  検出電極
２９  支持台
３０  基台
３１  端子挿入孔
３２  絶縁物
３３  端子
３４  カバー
３５  回路基板
３６  電子部品
３７  孔
３９  一対のゴム体
３９ａ  逃がし部
４０  外ケース
４１  蓋
４２  外端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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