(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一対の駆動電極を設けた駆動電極振動体と、少なくとも一対の検出電極を設けた検出電極振動体と、前記駆動電極振動体と前記検出電極振動体とを一体に接続する接続部と、この接続部の根元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、かつ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、この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を備え、前記基台と回路基板との間に間隙を設けた状態で前記基台の端子の一端部を前記回路基板の孔に実装して端子の一端部と孔とを固定するとともに、前記基台の端子のうち、前記検出電極に接続される端子の他端部を前記検出電極振動体における検出電極にリード線を介して接続する構成とした角速度センサ。
【請求項２】
駆動電極あるいは検出電極と電気的に接続される端子とは別個にダミー端子を設け、かつこのダミー端子は基台の端子挿入孔に挿通させるとともに、一端部を回路基板の孔に実装して固定するようにした請求項１記載の角速度センサ。
【請求項３】
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基台の一端部側に設け、かつダミー端子を前記基台の他端部側に設けた請求項２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られ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６は従来の角速度センサにおける基台に音叉を固着した状態を示す斜視図、図７は同角速度センサの側断面図である。
【０００５】
図６および図７において、１はコ字柱状の音叉で、この音叉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、前記音叉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上に参照圧電素子５が設けられている。そしてまた、前記音叉１における前記駆動圧電素子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は前記音叉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は前記支持部材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、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、さらにこの端子１０は前記音叉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と電気的に接続している。１２は回路基板で、この回路基板１２は前記基台８の下方に設けられるとともに、前記基台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、かつ前記音叉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により前記基台８および回路基板１２を支持している。１７は金属製のカバーで、このカバー１７は前記音叉１、基台８および回路基板１２を内側に収容するとともに、前記支持台１５を覆っている。
【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】
前記音叉１の駆動圧電素子４に交流電圧を印加することにより前記音叉１が駆動方向の固有振動数で駆動方向に速度ｖで屈曲振動している状態において、音叉１が音叉１の中心軸まわりに角速度ωで回転すると、前記音叉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前記検知圧電素子６に発生する電荷を前記回路基板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、図７に示すように前記基台８と回路基板１２とをスタットボルト１６で支持台１５に接続しているため、このスタットボルト１６を介して外部より振動が侵入することになり、そしてこの振動は音叉１に加わるため、その結果として角速度センサに角速度を付加しない状態においても、音叉１の検知圧電素子６に電荷が発生し、角速度センサの出力特性が劣化し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、角速度センサに角速度を付加しない状態において、外部より振動が加わっても、その振動が検出電極振動体に伝わるのを少なくして角速度センサの出力特性が劣化するのを未然に防止することができる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、少なくとも一対の駆動電極を設けた駆動電極振動体と、少なくとも一対の検出電極を設けた検出電極振動体と、前記駆動電極振動体と前記検出電極振動体とを一体に接続する接続部と、この接続部の根元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、かつ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、この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を備え、前記基台と回路基板との間に間隙を設けた状態で前記基台の端子の一端部を前記回路基板の孔に実装して端子の一端部と孔とを固定するとともに、前記基台の端子のうち、前記検出電極に接続される端子の他端部を前記検出電極振動体における検出電極にリード線を介して接続する構成としたもので、この構成によれば、角速度センサに角速度を付加しない状態において、外部より振動が加わっても、その振動が検出電極振動体に伝わるのを少なくして角速度センサの出力特性が劣化するのを未然に防止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、少なくとも一対の駆動電極を設けた駆動電極振動体と、少なくとも一対の検出電極を設けた検出電極振動体と、前記駆動電極振動体と前記検出電極振動体とを一体に接続する接続部と、この接続部の根元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、かつ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、この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を備え、前記基台と回路基板との間に間隙を設けた状態で前記基台の端子の一端部を前記回路基板の孔に実装して端子の一端部と孔とを固定するとともに、前記基台の端子のうち、前記検出電極に接続される端子の他端部を前記検出電極振動体における検出電極にリード線を介して接続する構成としたもので、この構成によれば、基台と回路基板との間に間隙を設けた状態で前記基台の端子の一端部を前記回路基板の孔に実装して端子の一端部と孔とを固定しているため、前記回路基板と基台とは細い端子のみにより間隙を設けた状態で固定されることになり、これにより、角速度センサに角速度を付加しない状態において、外部より振動が加わっても、その振動は細い端子によって減衰され、さらに前記基台の端子のうち、検出電極に接続される端子の他端部は検出電極振動体における検出電極にリード線を介して接続する構成としているため、端子から検出電極へ伝わろうとする振動もリード線によって減衰することになり、これにより、外部からの振動が検出電極振動体に伝わるということは少なくなるため、簡単な構成にして、検出電極振動体に電荷が発生することによる角速度センサの出力特性の劣化を未然に防止することができる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、駆動電極あるいは検出電極と電気的に接続される端子とは別個にダミー端子を設け、かつこのダミー端子は基台の端子挿入孔に挿通させるとともに、一端部を回路基板の孔に実装して固定するようにしたもので、この構成によれば、検出電極と電気的に接続される端子とは別個にダミー端子を設けているため、このダミー端子の存在により、基台の固定が回路基板との間に間隙をおいて安定した状態で行えるという作用を有するものである。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、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基台の一端部側に設け、かつダミー端子を前記基台の他端部側に設けたもので、この構成によれば、基台の固定が回路基板との間に間隙をおいてバランスよく安定した状態で行えるという作用を有するものである。
【００１４】
以下、本発明の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。
【００１５】
図１は本発明の実施の形態１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である。
【００１６】
図１および図２において、２１は水晶製の音叉で、この音叉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、前記駆動電極振動体２２と検出電極振動体２３と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。前記駆動電極振動体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、前記検出電極振動体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は直方体形状をなす金属製の支持台で、この支持台２９は前記接続部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は前記支持台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、前記基台３０の端子挿入孔３１に、前記絶縁物３２を介して端子３３を挿通している。また、前記基台３０の端子３３の他端部は前記駆動電極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。３３ｂは前記端子３３とは別個に設けられたダミー端子で、このダミー端子３３ｂは図１および図２に示すように、前記基台３０の端子挿入孔３１に絶縁物３２を介して挿通させているものである。３４は金属製のカバーで、このカバー３４は前記基台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、前記駆動電極振動体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は前記基台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、この電子部品３６により前記検出電極振動体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を介して入力し、出力電圧に変換している。また前記回路基板３５には孔３７を設けており、この孔３７に前記端子３３の一端部とダミー端子３３ｂの一端部を実装し、そして前記基台３０と回路基板３５との間に間隙３８を設けて、前記端子３３の一端部とダミー端子３３ｂの一端部を回路基板３５に半田付けして固定している。また、前記端子３３とダミー端子３３ｂは、図１および図２に示すように、前記基台３０の一端部側に端子３３を設け、かつ前記基台３０の他端部側にダミー端子３３ｂを設けているものである。
【００１７】
以上のように構成された本発明の実施の形態１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。
【００１８】
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とを一体に構成した水晶製の音叉２１を準備する。
【００１９】
次に、前記駆動電極振動体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、前記検出電極振動体２３の内側の側面にＧＮＤ電極２７を、前記検出電極振動体２３の外側面に一対の検出電極２８を金を蒸着することによりそれぞれ形成する。
【００２０】
次に、前記音叉２１の根元を支持台２９に固着した後、前記支持台２９の下面を基台３０の上面に固着する。
【００２１】
次に、あらかじめ絶縁物３２を内側面に設けた基台３０の端子挿入孔３１に端子３３とダミー端子３３ｂを挿通させた後、前記端子３３の他端部と前記駆動電極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。
【００２２】
次に、前記基台３０と回路基板３５との間に間隙３８を設けて、前記端子３３の一端部とダミー端子３３ｂの一端部を回路基板３５の孔３７に挿入した後、前記回路基板３５と端子３３の一端部およびダミー端子３３ｂの一端部とを半田付けにより電気的に接続する。最後に、前記音叉２１を内側に収納するようにカバー３４を基台３０に固着する。
【００２３】
以上のように構成された本発明の実施の形態１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。
【００２４】
音叉２１の駆動電極振動体２２に交流電圧を印加することにより、前記駆動電極振動体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２１が音叉２１の長手方向の中心軸周りに角速度ωで回転すると、前記検出電極振動体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、前記検出電極振動体２３の検出電極２８に発生する電荷を前記端子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、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。
【００２５】
ここで、角速度が加わらない状態において、角速度センサに外部より振動が加わった場合について考える。回路基板３５に外部から振動が加わった場合、本発明の実施の形態１においては、基台３０と回路基板３５との間に間隙３８を設けた状態で、前記基台３０の端子３３を回路基板３５の孔３７に実装して端子３３と孔３７とを固定しているため、前記回路基板３５と基台３０とは細い端子３３のみにより固定されることになり、これにより、外部からの振動は減衰されるため、外部からの振動が音叉２１の検出電極振動体２３に伝わることは少なくなり、その結果、検出電極振動体２３に電荷が発生することによる角速度センサの出力特性の劣化を未然に防止することができるという作用効果を有するものである。
【００２６】
また、本発明の実施の形態１における角速度センサにおいては、支持台２９の下面と基台３０の上面とを直に接続しているが、図３に示す本発明の実施の形態２のように、支持台２９を弾性部材３９を介して基台３０に固定してもよいものである。この構成によれば、前記支持台２９を弾性部材３９を介して基台３０に固定しているため、この弾性部材３９により、外部から支持台２９に侵入してくる振動をさらに大幅に減衰させることができ、これにより、外部からの振動が前記音叉２１の検出電極振動体２３に伝わりにくくなるという作用効果を有するものである。
【００２７】
そしてまた、本発明の実施の形態１における角速度センサにおいては、音叉２１と回路基板３５とを電気的に接続するのに金属のみからなる端子３３を設けた構成について説明したが、図４に示す本発明の実施の形態３のように、端子３３における基台３０と回路基板３５との間の間隙に位置する部分に、振動減衰用の導電ゴムからなる導電体４０を設けても良いものである。この構成によれば、基台３０の端子３３における基台３０と回路基板３５との間の間隙３８に位置する部分に振動減衰用の導電体４０を設けているため、この振動減衰用の導電体４０により、外部から端子３３を伝わって振動が入ろうとしてもこの振動を大幅に減衰させることができ、その結果として音叉２１の検出電極振動体２３に振動がさらに伝わりにくくなるという作用効果を有するものである。
【００２８】
さらに、本発明の実施の形態１における角速度センサにおいては、前記基台３０と回路基板３５との間に間隙３８を設ける構成としたが、図５に示す本発明の実施の形態４のように、間隙３８の代わりに前記基台３０と回路基板３５との間隙３８に位置して樹脂からなる振動減衰体４１を設けても良いものである。この構成によれば、基台３０と回路基板３５との間隙３８に位置して振動減衰体４１を設けているため、外部から侵入しようとする振動を基台３０と回路基板３５との間に設けた端子３３および振動減衰体４１により減衰させることができるとともに、振動減衰体４１により基台３０と回路基板３５とを強固に固着することができるという作用効果を有するものである。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明の角速度センサは、少なくとも一対の駆動電極を設けた駆動電極振動体と、少なくとも一対の検出電極を設けた検出電極振動体と、前記駆動電極振動体と前記検出電極振動体とを一体に接続する接続部と、この接続部の根元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、かつ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、この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を備え、前記基台と回路基板との間に間隙を設けた状態で前記基台の端子の一端部を前記回路基板の孔に実装して端子の一端部と孔とを固定するとともに、前記基台の端子のうち、前記検出電極に接続される端子の他端部を前記検出電極振動体における検出電極にリード線を介して接続する構成としたもので、この構成によれば、基台と回路基板との間に間隙を設けた状態で前記基台の端子の一端部を前記回路基板の孔に実装して端子の一端部と孔とを固定しているため、前記回路基板と基台とは細い端子のみにより間隙を設けた状態で固定されることになり、これにより、角速度センサに角速度を付加しない状態において、外部より振動が加わっても、その振動は細い端子によって減衰され、さらに前記基台の端子のうち、検出電極に接続される端子の他端部は検出電極振動体における検出電極にリード線を介して接続する構成としているため、端子から検出電極へ伝わろうとする振動もリード線によって減衰することになり、これにより、外部からの振動が検出電極振動体に伝わるということは少なくなるため、簡単な構成にして、検出電極振動体に電荷が発生することによる角速度センサの出力特性の劣化を未然に防止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】  本発明の実施の形態１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】  本発明の実施の形態２における角速度センサの分解斜視図
【図４】  本発明の実施の形態３における角速度センサの側断面図
【図５】  本発明の実施の形態４における角速度センサの側断面図
【図６】  従来の角速度センサにおける基台に音叉を固着した状態を示す斜視図
【図７】  従来の角速度センサの側断面図
【符号の説明】
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
３３ｂ  ダミー端子
３４  カバー
３５  回路基板
３６  電子部品
３７  孔
３８  間隙
３９  弾性部材
４０  導電体
４１  振動減衰体
【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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【図６】
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【図７】
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