(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行に延びる一対のアーム部が軸部に連結され、所定形状に形成された基板で構成された振動子と、前記各アーム部の一の面に配置された、駆動電極の間に圧電体を介在させた駆動用の圧電素子からなり、前記アーム部を互いに逆向きに振動させる駆動手段と、前記アーム部がコリオリ力を受けて歪む方向における当該アーム部の歪を検知する歪検知手段とを備え、
前記各アーム部の一の面に配置された、補正駆動電極の間に圧電体を介在させた補正駆動用の圧電素子からなり、前記アーム部を当該アーム部がコリオリ力を受けて歪む方向に駆動させる補正駆動手段と、コリオリ力を受けずに発生するアーム部の擬似歪を前記歪検知手段で検知して、この擬似歪を相殺する方向に前記アーム部を駆動させるように前記補正駆動手段を制御する補正回路とが設けられており、
前記駆動用の圧電素子及び前記補正駆動用の圧電素子は、前記各アーム部の軸部側に配置されており、
前記駆動用の圧電素子は、前記各アーム部の一の面に一対配置されており、これらの駆動用の圧電素子の間に前記補正駆動用の圧電素子が配置されており、
前記歪検知手段は、前記各アーム部の一の面上で、前記一対の駆動用の圧電素子の間に配置された、検知電極の間に圧電体を介在させた検知用の圧電素子からなっており、
前記補正駆動用の圧電素子は、前記アーム部の並び方向で、前記検知用の圧電素子よりも外側に配置されていることを特徴とする角速度センサ。
【請求項２】
前記補正駆動用の圧電素子におけるアーム部の並び方向の幅は、前記駆動用の圧電素子及び検知用の圧電素子におけるアーム部の並び方向の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、各種電子機器に用いる角速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下、従来の角速度センサについて説明する。
【０００３】
図９は従来の角速度センサの振動子の平面図、図１０は同角速度センサの一部透視斜視図である。
【０００４】
従来の角速度センサは、例えば、音さ形状の振動子１を振動させて、コリオリ力の発生に伴う振動子１の歪を電気的に検知して、角速度を算出する。通常、１つの角速度センサによって、１つの回転軸に対する角速度を算出できる。
【０００５】
この角速度センサに用いる振動子１の形状としては、音さ形状やＨ形状やＴ字形状等、各種の形状がある。例えば、音さ形状の振動子１は、一対のアーム部２で形成されたＵ字部３に、棒状の軸部４が連結されている。
【０００６】
また、この振動子１には、コリオリ力に伴うアーム部２の歪を電気的に検知し、演算処理して角速度を算出する演算処理回路５が接続されている。前記演算処理回路５は回路基板６に形成されており、この回路基板６に振動子１が実装されている。そして、振動子１及び回路基板６にケース７が被せられて、角速度センサが形成されている。なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【０００７】
一般的に、上記角速度センサの振動子１は、その製造過程におけるバラツキによって、一対のアーム部２の質量が完全に同等にならない場合がある。
【０００８】
上記構成では、アーム部２を例えば互いに近接または離間する方向に振動させた状態で角速度が生じると、コリオリ力に起因してその振動方向と直交する方向にアーム部２が歪む。しかし、一対のアーム部２の質量が完全に同等になっていない場合等には、アーム部２を振動させると、角速度が生じていなくてもアーム部２が振動する方向以外にアーム部２が歪み（以下、この歪を「擬似歪」という）、この擬似歪によって不要信号が発生するという現象が生じていた。そして、これにより特性が劣化するという問題点を有していた。
【特許文献１】特開２００２−２４３４５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記問題点を解決するものであって、コリオリ力を受けずに発生するアーム部の擬似歪を抑制して、特性を向上させることができる角速度センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る角速度センサは、互いに平行に延びる一対のアーム部が軸部に連結された振動子と、前記アーム部を互いに逆向きに振動させる駆動手段と、前記アーム部がコリオリ力を受けて歪む方向における当該アーム部の歪を検知する歪検知手段とを備え、前記アーム部を当該アーム部がコリオリ力を受けて歪む方向に駆動させる補正駆動手段と、コリオリ力を受けずに発生するアーム部の擬似歪を前記歪検知手段で検知して、この擬似歪を相殺する方向に前記アーム部を駆動させるように前記補正駆動手段を制御する補正回路とが設けられていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
この構成によれば、コリオリ力を受けずに発生するアーム部の擬似歪を検知して、この擬似歪を相殺する方向にアーム部を駆動させるようにしているので、見かけ上、アーム部に歪が生じなくなるため、不要信号の発生を抑制することができ、特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
図１は本発明の一実施の形態における角速度センサの動作原理を説明するブロック図、図２は同角速度センサの振動子の平面図、図３は図２のＩ−Ｉ線断面図、図４は同角速度センサの振動子の側面図である。
【００１４】
図１〜図４において、本発明の一実施の形態における角速度センサは、互いに平行に延びる一対のアーム部１１で形成されたＵ字部１２に、棒状の軸部１３が連結された振動子１４と、コリオリ力に伴う振動子１４の歪を電気的に検知し、演算処理して角速度を算出する演算処理回路１５と、この振動子１４に発生する不要信号を補正する補正回路１０とを備えている。
【００１５】
演算処理回路１５及び補正回路１０は、振動子１４が実装される図略の回路基板に形成されている。
【００１６】
振動子１４は、電極間（駆動電極１７、検知電極１８、補正駆動電極１９、モニタ電極２０の各々の（＋側極）と（−側極）との間）に介在させた水晶からなる圧電体１６で構成され、アーム部１１が並ぶ方向（以下、Ｘ方向という）及びアーム部１１が延びる方向（以下、Ｚ方向という）と直交する方向（以下、Ｙ方向という）に所定の厚みを有している。
【００１７】
各アーム部１１の断面形状は、略矩形状となっており、各アーム部１１のＹ方向の互いに平行な表面に、アーム部１１をＸ方向に沿って互いに逆向きに駆動振動させる駆動電極１７（駆動手段）がそれぞれ配置され、各アーム部１１のＸ方向の互いに平行な表面に、コリオリ力に伴うアーム部１１のＹ方向の歪みを検知する検知用の検知電極１８（歪検知手段）及びアーム部１１をＹ方向に補正駆動させる補正駆動用の補正駆動電極１９（補正駆動手段）がそれぞれ配置されている。
【００１８】
検知電極１８と補正駆動電極１９は、Ｚ方向において駆動電極１７と対応する領域にＺ方向に並んで設けられており、補正駆動電極１９は、検知電極１８よりも基部１３側に位置している。補正駆動電極１９のＹ方向の幅は、検知電極１８のＹ方向の幅と略同一になっているが、補正駆動電極１９のＺ方向の長さは、検知電極１８のＺ方向の長さよりも短くなっている。
【００１９】
また、振動子１４の軸部１３のアーム部１１側近傍には、駆動振動の状態をモニタするモニタ電極２０が配置されている。
【００２０】
ここで、圧電体１６は、２つの圧電層２３を張り合わせたものであって、これらの圧電層２３は、一方の圧電層２３の電気軸と他方の圧電層２３の電気軸とが互いに反対になるように張り合わされており、補正駆動電極１９及び検知電極１８は、圧電層２３の張り合わせ面を跨って両圧電層２３に接合されるように配置されている。
【００２１】
このような振動子１４において、駆動振動用の駆動電極１７に電圧が印加されると、図２に示すように、Ｘ方向に、振動子１４のアーム部１１が駆動振動する。
【００２２】
このとき、角速度が生じていなくても、検知電極１８で歪が検知されて不要信号が発生することがある。この不要信号は、本来はコリオリ力に起因して振動子１４が歪む方向、すなわちＹ方向にコリオリ力を受けずにアーム部１１が歪む擬似歪に起因して発生した信号である。この擬似歪は、一対のアーム部１１に質量差がある場合に発生しやすい。補正回路１０は、このアーム部１１の擬似歪を相殺する方向に当該アーム部１１を補正駆動させるように補正駆動電極１８を制御する回路である。
【００２３】
補正回路１０は、製造工程の後の調整工程で所定の電圧信号を出力するように調整される。この調整工程では、例えば、工場内で接地固定された定盤上に角速度センサが設置され、この状態でアーム部１１が駆動振動させられることにより、角速度が生じていないときのアーム部の擬似歪が検知用の検知電極１８で検知される。擬似歪の特性は、一対のアーム部１１の質量差以外にもアーム部１１の剛性等の影響により、振動子１４ごとに異なるものであるため、検知電極１８で検知される擬似歪は、種々の波形を有し、例えばＡＣ的波形やＤＣ的波形またはこれらの組合せからなる波形を有する。そして、検知電極１８で検知された擬似歪の波形は、補正回路１０の内部に設けられたメモリに予め記憶される。補正回路１０は、メモリに記憶された擬似歪の波形を反転した波形を有する電圧信号を出力するようになっており、この電圧信号に応じた電圧を補正駆動用の補正駆動電極１９に印加することによって、擬似歪を相殺する方向にアーム部１１を補正駆動させる。これにより、見かけ上、アーム部１１には歪みが生じなくなる。なお、補正回路１０としては、メモリを有したものに限らず、擬似歪の波形が例えば正弦波等の単純な波形である場合には、その波形を反転した波形を有する電圧信号をオペアンプ等のアナログ回路を通じて直接的に出力するようにしてもよい。
【００２４】
このように、本実施形態における角速度センサでは、コリオリ力を受けずに発生するアーム部１１の擬似歪を検知して、この擬似歪を相殺する方向にアーム部１１を駆動させるようにしているので、見かけ上、アーム部１１に歪が生じなくなるため、不要信号の発生を抑制することができ、特性を向上させることができる。
【００２５】
なお、図５、図６に示すように、振動子１４の圧電体１６は、単体の水晶で形成し、補正駆動用の補正駆動電極１９をアーム部１１の各表面で分割するとともに、分割した補正駆動電極１９を互いに極性が異なるように配置してもよい。
【００２６】
また、図７、図８に示すように、振動子１４は、所定形状に形成された基板２２で構成されていてもよい。この場合には、各アーム部１１のＹ方向の片面に、電極間（駆動電極１７、検知電極１８、補正駆動電極１９、モニタ電極２０の各々の（＋側極）と（−側極）との間）に圧電体１６を介在させた圧電素子２７〜２９を設ければよい。
【００２７】
具体的には、駆動電極１７の間に圧電体１６を介在させた、アーム部１１を駆動振動させる駆動振動用の圧電素子２７が各アーム部１１におけるＸ方向の外側に一対配置されているとともに、これらの圧電素子２７の間に、検知電極１８の間に圧電体１６を介在させた、アーム部１１の歪を検知する検知用の圧電素子２８と、補正駆動電極１９の間に圧電体１６を介在させた、アーム部１１を補正駆動させる補正駆動用の圧電素子２９とが配置されている。
【００２８】
各圧電素子２７〜２９のＺ方向における長さは、全てが略同一に設定されている。また、補正駆動用の圧電素子２９は、Ｘ方向において検知用の圧電素子２８よりも外側に位置しており、補正駆動用の圧電素子２９のＸ方向の幅は、駆動用の圧電素子２７及び検知用の圧電素子２８のＸ方向の幅よりも狭くなっている。
【００２９】
さらに、振動子１４の形状としては、音さ形状以外にも、Ｈ形状やＴ字形状等、各種の形状でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上のように、本発明の角速度センサは、特性を向上させることができるものであり、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、各種電子機器に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態における角速度センサの動作原理を説明するブロック図である。
【図２】図２は、同角速度センサの振動子の平面図である。
【図３】図３は、図２のＩ−Ｉ線断面図である。
【図４】図４は、同角速度センサの振動子の側面図である。
【図５】図５は、同角速度センサの他の振動子の平面図である。
【図６】図６は、図５のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図７】図７は、同角速度センサの他の振動子の平面図である。
【図８】図８は、図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図９】図９は、従来の角速度センサの振動子の平面図である。
【図１０】図１０は、同角速度センサの一部透視斜視図である。
【図１】
0004980063.tif 000002
【図２】
0004980063.tif 000003
【図３】
0004980063.tif 000004
【図４】
0004980063.tif 000005
【図５】
0004980063.tif 000006
【図６】
0004980063.tif 000007
【図７】
0004980063.tif 000008
【図８】
0004980063.tif 000009
【図９】
0004980063.tif 000010
【図１０】
0004980063.tif 000011