JPH10332387A

JPH10332387A - 角速度センサ

Info

Publication number: JPH10332387A
Application number: JP9148135A
Authority: JP
Inventors: Tetsushi Hayashi; 哲史林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-06-05
Filing date: 1997-06-05
Publication date: 1998-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】振動型の角速度センサにおいて、センサ全体
の体格を大きくすること無く、外部振動によるセンサ部
の回転運動の発生を防止する防振構造を提供する。【解決手段】ｚ軸回りの角速度を検出する音叉型の振
動子１と、振動子１を固定支持しｚ軸に平行に配置され
た基板２を有する薄型のセンサ部Ｑは、４つの円柱状の
弾性体からなる防振部３３によってハウジング４０内部
に連結固定されている。防振部３３は、防振部３３と一
体成形された保持部３２を介して、基板２の取付部２ｂ
に取り付けられ、基板２およびｚ軸に対して平行、且
つ、４つの防振部３３の合成弾性中心Ｄ２とセンサ部Ｑ
の重心Ｍとが略一致するように配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動型の角速度セ
ンサに関するものであり、特に車両等の姿勢制御やナビ
ゲーションシステム等に用いる角速度センサに用いて好
適である。

【０００２】

【従来の技術】従来技術として、特開平８−１７０９１
７号公報記載の振動型の角速度センサが提案されてい
る。これは、角柱音叉状の振動子と、この振動子を固定
しつつこの振動子と略平行に配置された平板状の基台と
によってセンサ部が構成され、センサ部は、ケースに収
納されて車両等の被測定物に取り付けられた構造となっ
ている。

【０００３】そして、振動子を所定方向に駆動振動させ
ることにより、駆動振動方向と直交する検知軸回りに角
速度が入力された際に、検知軸及び駆動振動方向と直交
方向に検知振動が発生する。この検知振動による振幅を
電気信号に変換することにより、角速度に比例した電気
信号（出力）を得ることが出来る。従って、振動型の角
速度センサは、角速度を検出する原理が振動子の安定し
た振動によるものであるため、被測定物である車両など
の外部から伝達される振動によって、ノイズが発生し測
定誤差を生じる等の短所を有する。

【０００４】このため、本公報の角速度センサにおいて
は、以下のような防振構造とし、振動子を含むセンサ部
へ外部振動を伝えにくくしている。すなわち、基台の４
か所の隅部には防振部材として円柱状の防振ゴムが、基
台に対して垂直に取り付けられており、これらの防振ゴ
ムを介してセンサ部は車両等の被測定物に固定されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記の
防振構造について、試作検討を行った。その試作品の構
成を図７に示す。平板状の基板（基台）２の４か所の隅
部には、円柱状の防振ゴム（防振部材）７０が、基板２
に対して垂直に取り付けられている。センサ部Ｑは、こ
れらの防振ゴム７０を介して、車両等の被測定物に取り
付けられるハウジング４０内に固定されている。

【０００６】この従来構成に基づく試作品において、防
振ゴム７０をバネで表したモデル（図８、９参照）とし
て考えた。その結果、試作品においては、防振ゴム７０
上のセンサ部Ｑの重心Ｍと４つの防振ゴム７０の合成弾
性中心Ｄ１とがずれているため、被測定物の外部振動
（車両振動等）により、センサ部Ｑに回転モーメントが
発生し、結果としてセンサ部Ｑに回転力がかかることが
わかった。そのため、センサ部Ｑの振動子に対して回転
運動が連成され、本来の角速度以外の余分な角速度が入
力されることとなり、測定誤差となる。

【０００７】このように、従来の防振構造では、外部振
動が生じた際に、本来ならば角速度が生じない状態にお
いても、あたかも角速度が生じたかのように出力（オフ
セット出力）がなされるという問題が生じ、外部振動に
対する防振が不十分であることがわかった。なお、角速
度の検知軸回りの回転を防止する角速度センサの防振構
造に関するものとしては、実開平６−４３５７１号公報
に記載のものがある。これは、センサ部を、まず、シリ
コン樹脂を充填した円筒状ケース内に収納し、さらに、
円筒状ケースをユニットケースに収納し、円筒状ケース
とユニットケースとの間に、円筒状ケースに対して同心
状に防振ゴムを取り付けたものである。よって、防振ゴ
ムとセンサ部との間に、シリコン樹脂や円筒状ケースが
介在するため、角速度センサ全体の体格が大きくなって
しまうという問題がある。

【０００８】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、振動型の角速度センサにおいて、センサ全体の体
格を大きくすること無く、外部振動によるセンサ部の回
転運動の発生を防止する防振構造を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、センサ部
の重心と防振部材の弾性中心とを一致させることに着目
し、上記課題を解決することとした。すなわち、請求項
１の発明においては、所定の検知軸回りの角速度を検出
する振動子（１）と、該振動子（１）を固定支持する基
台（２）を有するセンサ部（Ｑ）と、センサ部（Ｑ）を
固定するための固定部材（４０）と、基台（２）に取り
付けられセンサ部（Ｑ）を固定部材（４０）に連結する
複数個の防振部材（３３）とを備え、複数個の防振部材
（３３）の合成弾性中心とセンサ部（Ｑ）の重心とが略
一致していることを特徴とする。

【００１０】それによって、センサ部（Ｑ）に外部振動
が加わったとき、センサ部（Ｑ）の重心に力が作用する
が、重心と合成弾性中心とが略一致しているため、セン
サ部（Ｑ）には回転運動が連成されず平面運動だけとな
り、振動子（１）に対して回転力が発生しない。そのた
め、従来の防振構造を有する角速度センサに比べて、外
部振動が加わった際にオフセット出力を小さくでき、セ
ンサ性能の良好な角速度センサを提供することができ
る。

【００１１】なお、ここで略一致しているとは、完全一
致のみならず、外部振動によるセンサ部（Ｑ）の回転運
動の発生を防止する目的を達成する上で、実質的に一致
しているものを含む。また、防振部材（３３）は基台
（２）に直接取り付けられているため、センサ部（Ｑ）
と防振部材（３３）との間に余分な介在物を設けること
がなく、角速度センサ全体の体格を大きくすることなく
できる。

【００１２】また、請求項２の発明によれば、振動子
（１）は角柱形状を有し、その角柱の長手方向が検知軸
と平行であり、基台（２）は平板状であり、検知軸に対
して平行に配置されていることを特徴とする。それによ
って、振動子（１）の長手方向を平板状の基台（２）と
平行とできるので、センサ部（Ｑ）は全体として薄型と
できる。

【００１３】さらに、請求項３の発明によれば、防振部
材（３３）は弾性体からなり、その弾性力が基台（２）
平面と略同一平面内に作用するように配置されているこ
とを特徴とする。それによって、防振部材（３３）が基
台（２）平面と略同一平面内に位置する形となるので、
防振部材（３３）と基台（２）との取付け構造の体格を
薄型のものにできる。

【００１４】このように、上記請求項２および請求項３
の発明によれば、上記請求項１の作用効果に加えて、セ
ンサの厚み方向の体格を小さくできるという利点があ
る。ここで、防振部材（３３）は、請求項４に記載のよ
うに、柱状とすることができる。さらに、請求項５の発
明によれば、請求項４の構成に加えて、防振部材（３
３）の長手方向が、前記検知軸方向と平行であることを
特徴とする。ここで、防振部材（３３）は柱状であるた
め、その長手方向には圧縮応力のみが働き、それ以外の
方向にはせん断応力が働く。本発明では、角速度の検知
軸と平行な方向以外の外部振動に対しては、共振周波数
の小さいせん断応力によって防振がなされるので、より
防振効果が期待できる。

【００１５】ここで、基台（２）と防振部材（３３）の
構成としては、請求項６〜請求項９の発明のようなもの
にできる。すなわち、請求項６においては、防振部材
（３３）を基台（２）に取り付ける保持部（３２）が、
防振部材（３３）と一体に形成された構成となってお
り、さらに、請求項７においては、この保持部（３２）
を基台（２）に連結する取付部（２ｂ）が、基台（２）
の外周から突出して形成された構成となっている。そし
て、請求項８においては、保持部（３２）と取付部（２
ｂ）とは、ネジ（６０）によって締結される。

【００１６】また、請求項９においては、保持部（３
２）は、取付部（２ｂ）の形状に対応した形状を有し、
取付部（２ｂ）が挿入される穴部（３１）を備えたもの
となっている。さらに、請求項１０の発明によれば、固
定部材（４０）は、センサ部（Ｑ）および防振部材（３
３）を収納するハウジング形状を有しており、その内壁
面からは、防振部材（３３）の柱断面形状に対応した形
状の溝部（４１ａ）を有する突出部（４１）が突出して
形成されており、防振部材（３３）は、溝部（４１ａ）
に弾性的に狭着されることにより、固定部材（４０）に
結合されることを特徴とする。

【００１７】それによって、防振部材（３３）と固定部
材（４０）との結合を簡単に行うことができ、角速度セ
ンサの組み付け性が向上できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図に基づいて
以下説明する。本実施形態は、被測定物としての車両に
取り付けられ旋回時等に発生する角速度を検出する車両
姿勢制御用の角速度センサとして使用されたものとして
説明するが、本発明の用途はこれに限定されるものでは
ない。本実施形態の具体的構造を図１〜図５に示す。

【００１９】まず、本実施形態において、角速度を検出
する部分であるセンサ部について説明する。図４は、セ
ンサ部Ｑの主要部を示すものである。振動子１は、所定
の検知軸回りの角速度を検出するものであり、一対の角
柱状のアーム部４、５と、両アーム部の一端を連結する
連結部６とを有した音叉形状を有したいわゆる音叉型振
動子を構成している。そして、振動子１は、その表面上
に、後述する電極を有したものとなっている。この振動
子１は、ＰＺＴ等の圧電体から一体に形成されている。

【００２０】振動子１は、略エ字型の金属（４２アロイ
等）製の支持部３にエポキシ系接着剤等により接着され
ている。支持部３は、溶接等により金属製平板状の基板
（基台）２に取り付けられ、基板２は、支持部３を介し
て振動子１を固定支持している。ここで、振動子１は、
Ｘ２面にて基板２と平行に向かい合っており、基板２に
対して浮遊した形となっている。そのため、振動子１と
基板２は全体として薄型となっている。

【００２１】次に、振動子１の電極構成について述べ
る。図５は、振動子１の外周面上に形成された各電極の
構成を、振動子１の前後、左右から見た展開図である。
（ａ）は、アーム部４、５の長手方向に延びて対向する
Ｕ字形状の振動子面のうち第１の振動子面（Ｘ１面）、
（ｂ）は上記のＵ字形状の振動子面のうち第２の振動子
面（Ｘ２面）、（ｃ）および（ｄ）は、それぞれアーム
部４、５の配列方向であるｙ軸と直交するＹ１面および
Ｙ２面上の電極構成を示すものである。

【００２２】Ｘ１面には、連結部６側から順に、振動子
１を駆動するための駆動電極１０、１１、駆動状態をモ
ニタし自励発振させるための帰還用としてのモニタ電極
１２、１３および取出し電極１４、１５、分極処理用の
分極用電極１６、１７、取出し電極１８、１９が形成さ
れている。また、Ｙ１面およびＹ２面には、それぞれ、
角速度を検出するための検出電極２１、２２が形成され
ている。一方、Ｘ２面には、上記の駆動電極１０、１
１、モニタ電極１２、１３および検出電極２１、２２の
基準電位用電極である共通電極２０がほぼ全面に形成さ
れている。

【００２３】ここで、取出し電極１４、１５は、それぞ
れ、短絡電極２３、２４を介して共通電極２０と、短絡
電極２５、２６を介して分極用電極１６、１７と電気的
に導通している。また、取出し電極１８、１９は、それ
ぞれ、引出し電極２７、２８を介して検出電極２１、２
２と電気的に導通している。また、振動子１は、図４の
白抜き矢印に示すように、Ｘ１、Ｘ２面に直交するｘ軸
方向に分極処理されている。そして、上記のｘ軸、ｙ
軸、およびアーム部４、５の長手方向と平行なｚ軸（検
知軸）により、図４に示すｘｙｚ直交座標が構成され
る。そして、基板２は検知軸に対して平行となってい
る。本実施形態では、以下、このｘｙｚ直交座標に基づ
いて説明する。

【００２４】以上のように、振動子１の電極は構成され
ている。そして、図４に示すように、上記各電極のう
ち、駆動電極１０、１１、モニタ電極１２、１３、取出
し電極１４、１５、および取出し電極１８、１９の各電
極と基板２上の各リード端子Ｐとは、導電性のワイヤＳ
（Ａｌ線のワイヤボンディング等）によって電気的に結
線されている。各リード端子Ｐの外周には、絶縁ガラス
２ａが配置され、各リード端子Ｐと基板２との電気絶
縁、及び気密を保つ役割を果している。

【００２５】各リード端子Ｐは、振動子１とは反対の基
板２の面側に突き出しており、センサ部Ｑとは別体の駆
動・検出回路（図示せず）と電気的に接続されるように
なっている。ここで、駆動・検出回路は、振動子１を励
振させる電圧を発振すると共に、図４に示すｚ軸（検知
軸）回りの角速度Ωｚにより生じる振動子１の振動状態
を電気的に検出するものである。

【００２６】次に、振動子１の作動について図６を参照
して述べる。上記の駆動・検出回路によって、共通電極
２０を基準電位として、駆動電極１０および駆動電極１
１に、それぞれ位相の１８０度異なる交流電圧（駆動電
圧）をｘ軸方向に印加することにより、各アーム部４、
５をｙ軸方向に駆動振動させる。この時、モニタ電極１
２、１３と共通電極２０との間を流れる出力電流を検知
し、振動状態をモニタしながらフィードバックを行う。
その結果、周囲温度が変化してもアーム部４、５のｙ軸
方向の振幅（駆動振幅）が一定となるように自励発振制
御を行うことができる。

【００２７】上記の駆動振動時に、振動子１に対して、
ｚ軸（検知軸）回りに角速度Ωｚが入力された時、コリ
オリ力によりアーム部４、５は、図６（ｂ）に示すよう
に、ｘ軸方向に角速度Ωｚに比例した検知振動を発生す
る。この検知振動によって、検出電極２５、２６と共通
電極２０との間に発生する出力電流を、取出し電極１
８、１９を介して検出して、電圧値（検出信号）に変換
することにより、各アーム部４、５の中心位置における
ｚ軸（検知軸）回りの角速度Ωｚを検出する。

【００２８】以上のような構成、作動を有する振動子１
および基板２を主要部とするセンサ部Ｑは、被測定物で
ある車両に対して、ｚ軸（検知軸）を上下とし、防振構
造を施して取り付けられる。次に、本実施形態の防振構
造について述べる。図１は、本実施形態の防振構造の分
解状態を示すもので、基板２の振動子とは反対の面側か
ら見た斜視図である。

【００２９】ここで、図１に示すように、基板２上の振
動子１は、ドーム状のシェル７によって覆われている。
シェル７は金属製であり、その外周部が基板２の外周縁
部に溶接等により接合されている。そのため、振動子１
は、外部から遮断されて気密が保たれ、湿度等の影響を
受けないようになっている。また、基板２は、その外周
から突出する２つの取付部２ｂを有している。取付部２
ｂは、基板２の平面内にて、基板２の外周から突出して
形成されており、略中央には、後述のゴム体３０が取り
付けられるためのネジ穴２ｃが形成されている。

【００３０】以上のように、センサ部Ｑは、上記の振動
子１、基板２、支持部３、リード端子Ｐ、ワイヤＳ、お
よびシェル７により構成されている。そして、センサ部
Ｑは、２個のゴム体３０を介して、ハウジング（固定部
材）４０に連結固定され、防振構造を構成する。ここ
で、図２（ａ）は、センサ部Ｑとゴム体３０との組付け
状態を、図１の矢印Ｅに示す方向（つまり、ｘ軸方向）
から一部切欠してみた図であり、図２（ｂ）は、図２
（ａ）の右側面透過図である。図３（ａ）は、センサ部
Ｑが、ゴム体３０を介してハウジング４０に固定された
状態を示す図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の右側面
透過図である。ここで、図２および図３中、ゴム体３０
はハッチングで示す。

【００３１】図１に示すように、各ゴム体３０は、基板
２の取付部２ｂの断面形状と対応した四角形状の挿入穴
（穴部）３１およびネジ穴３１ａが形成された保持部３
２を有している。保持部３２からは、互いに反対方向に
延びる２本の円柱状の防振部３３が形成されており、こ
れら防振部３３は、本発明の防振部材として構成されて
いる。

【００３２】また、防振部３３のうち保持部３２とは反
対側の端部、すなわち、ゴム体３０の両端部には、鍔部
３４が防振部３３の径方向に突出して形成されている。
これら、保持部３２、防振部３３、鍔部３４は、弾性体
であるシリコンゴムにより一体に成形され、全体として
ゴム体３０を構成している。なお、ゴム体３０の材質
は、ゴム材であればよいが、特にバネ定数の温度依存性
が小さいもの（例えば、シリコンゴム等）が好ましい。

【００３３】また、ハウジング４０は、一面が開口した
箱状のものであり、車両等に取り付けられるための図示
しない取付部を有している。ハウジング４０内面から
は、板状のあご部（突出部）４１が、４か所突出して形
成されている。あご部４１の板面には、防振部３３の円
柱断面形状に対応したＵ字型の切欠溝（溝部）４１ａが
形成されている。

【００３４】ゴム体３０は、次のようにして基板２に取
り付けられる。保持部３２の中央に設けられている挿入
穴３１に、基板２の取付部２ｂを挿入する。その状態
で、保持部３２に対して、図２および図３に示すゴム押
さえ５０を介し、ネジ６０を基板２のネジ穴２ｃおよび
保持部３２のネジ穴３１ａに挿入して締結する。これに
より、基板２とゴム体３０とが固定され、センサ部Ｑに
４つの防振部３３が取り付けられた形となる。

【００３５】そして、図２に示すように、２個のゴム体
３０は、その長手方向が、センサ部Ｑの基板２に対して
平行になるように配置されている。また、上述のよう
に、振動子１のｚ軸（検知軸）に対し、基板２の平面は
平行になっている。ここで、防振部３３の長手方向は、
圧縮、引っ張りの弾性力が作用する方向であるが、この
長手方向の中心軸も、ｚ軸および基板２と平行になって
いる。

【００３６】ここで、４つの防振部３３は、センサ部Ｑ
の重心（質量中心）を含む平面上に位置し、且つ、セン
サ部Ｑの重心に対して対称となるように配置されてい
る。センサ部Ｑは薄型であり、その重心は基板２の平面
近くに位置するため、防振部３３は、実質的に、基板２
の平面と略同一平面内に配置された形となっている。そ
のため、防振部３３の弾性力は、基板２の平面と略同一
平面内に作用する。さらに、後述するように、各防振部
３３の弾性中心を合成した合成弾性中心は、センサ部Ｑ
の重心と一致している。

【００３７】また、組み付けられたセンサ部Ｑとゴム体
３０は、鍔部３４と次のようにして、ハウジング４０に
固定される。ゴム体３０の防振部３３は、ハウジング４
０のあご部４１の切欠溝４１ａに、各々に挿入されて弾
性的に狭着され、ゴム体３０の鍔部３４によって引っ掛
けられ、外れるのを防いでいる。また、ゴム体３０の長
手方向の弾性力により、鍔部３４とハウジング４０の内
壁面とは、適度な圧力を持って密着するので、センサ部
Ｑおよびゴム体３０は、ハウジング４０内に固定され
る。

【００３８】そして、本実施形態の角速度センサは、図
３に示すように、センサ部Ｑおよびゴム体３０がハウジ
ング４０に収納されたものとして構成されている。な
お、センサ部Ｑは、シェル７とは反対の基板２面を、ハ
ウジング４０の開口部に面して、ハウジング４０内に収
納されている。さらに、ハウジング４０は、車両のコン
ソールボックス等に取付固定されて車両に搭載される。
この時、角速度センサは、上記のｚ軸（検知軸）を上下
として取り付けられる。

【００３９】ところで、本発明者等は、本実施形態を作
製するに当たって、従来技術にて述べた従来のセンサの
防振構造を、予め試作し検討した。従来の防振構造に基
づく試作品（以下、試作品という）と本実施形態を比較
しつつ、以下、本実施形態の特徴について更に説明す
る。図７に、試作品の構成を示す。なお、センサ部Ｑ
は、基板２の外周形状を除き、上記した本実施形態のセ
ンサ部Ｑと同等のものを用いている。図７（ａ）は、振
動子とは反対の基板２の面側からみた正面図、図７
（ｂ）は、図７（ａ）の右側面図である。防振ゴム７０
は、図７中ハッチングで示す。

【００４０】図７は、４個の円柱状の防振ゴム（防振部
材）７０がセンサ部Ｑの基板２に対し、垂直に配置され
ている。センサ部Ｑは、本実施形態と同様な構造である
ため、ｚ軸（検知軸）に対し、基板２の平面は平行にな
っており、円柱状の防振ゴム７０の中心軸は垂直になっ
ている。４個の防振ゴム７０は、それぞれゴム押さえ８
０により、ネジ８５を用いて、基板２に取り付けられて
いる。また、基板２と反対側の防振ゴム７０の端部は、
ゴム押さえ８１により、図示していないネジなどを用い
て、ハウジング４０に取り付けられている。また、振動
子１から検出される電気信号は、本実施形態と同様に、
ワイヤＳおよびリード端子Ｐを介し、図示していない駆
動・検出回路により、信号処理され、角速度信号として
変換される。

【００４１】図７に示す試作品の防振構造をモデル化し
て、振動状態を説明する。図８に図７の防振構造をモデ
ル化した図を示す。センサ部Ｑを四角形、センサ部Ｑの
重心を白丸Ｍ、防振ゴム７０をバネによって表現してい
る。図８（ａ）は、振動子１のＸ１面（図４参照）から
みたもの、図８（ｂ）は、振動子１のＹ２面（図４参
照）からみたもの、図８（ｃ）は、振動子１の下方（つ
まり、車両下方）からみたものとして示されている。

【００４２】一般的に、防振ゴムには、力を作用させる
と、力の方向と弾性変位の方向が一致し、かつ角変位を
生じないような軸が３方向に存在する。このような軸
は、防振ゴムの弾性主軸と呼ばれ、力の作用線が弾性中
心（３つの弾性主軸の交点）を通る時は、防振ゴムには
並進的な変位のみが発生し、角変位は生じない。図８で
は、図７の構造における各防振ゴム７０の各方向の合成
弾性主軸を、上記した振動子１に基づくｘｙｚ直交座標
系を用い、それぞれ矢印Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚで示す。そし
て、各合成弾性主軸Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚの交点である合成
弾性中心は、図８中の黒丸Ｄ１に示す位置となる。

【００４３】また、この時のｘ、ｙ、ｚ各軸方向の力の
作用は、センサ部Ｑの質量中心、つまりセンサ部Ｑの重
心Ｍ（白丸）に対して働く。ちなみに、図８（ａ）にお
けるｘ軸方向、図８（ｂ）におけるｙ軸方向、図８
（ｃ）におけるｚ軸方向は、それぞれ、各図における紙
面手前方向である。図８のモデル図に示す様に、試作品
においては、センサ部Ｑに垂直に４本の防振ゴム７０を
配した形をとっているため、防振ゴム７０の合成弾性中
心Ｄ１は、センサ部Ｑとケース４０との間に位置し、セ
ンサ部Ｑの重心Ｍとは、ずれている。この様な場合は、
図９に示す様に、例えば、ｙ軸方向やｚ軸方向の外部か
らの振動が生じた場合、合成弾性中心Ｄ１と重心Ｍとの
間で回転モーメントが発生し、角変位、つまり回転運動
が発生する。

【００４４】特に、ｙ軸方向の車両振動に対しては、ｚ
軸（検知軸）まわりの回転運動を連成するため、検知軸
まわりに角速度を入力した時と同じになり、角速度を検
出するという誤差を招き、車両振動に対する角速度セン
サの精度が低下する。一方、本実施形態は、この様な車
両振動に対し、センサの精度低下を防ぐ防振構造となっ
ている。図１０に、本実施形態の防振構造をモデル化し
て、振動状態を説明する。

【００４５】図１０中に、本実施形態の防振構造におけ
る合成弾性主軸を、図８と同じく振動子１のｘｙｚ直交
座標系を用いて、それぞれ矢印Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚで示
す。本実施形態の場合、ゴム体３０のうち、保持部３２
および鍔部３４は、それぞれ基板２およびハウジング４
０と固定されているので、円柱状の防振部３３が、実際
に防振作用を行う防振部材として作用する。そのため、
図１０においては、４つの防振部３３がバネとして表さ
れている。そして、各防振部３３の合成弾性主軸の交点
が合成弾性中心Ｄ２（黒丸）として示されている。

【００４６】また、この時の力の作用は、上述の試作品
と同じく、センサ部Ｑの重心Ｍ（白丸）に対して働く。
図１０のモデル図に示す様に、本実施形態の防振構造
は、試作品の防振構造と異なり、４つの防振部３３の合
成弾性中心Ｄ２とセンサ部Ｑの重心Ｍとが一致してい
る。この様な場合は、回転モーメントを発生しないの
で、図１１に示す様に、外部からの振動に対し、センサ
部Ｑは、角変位を発生せず並進運動のみとなる。

【００４７】従って、本実施形態の防振構造では、セン
サ部Ｑが、車両振動等の外部振動に対し回転運動を連成
しない、つまり、角速度を出力しない構造であり、オフ
セット出力の低減等、角速度センサのとしての誤差を低
減することができる。ところで、本実施形態の振動子１
は、角柱音叉形状の振動子であり、材質はＰＺＴセラミ
クスを用いている。そして、振動子１の体格は、図１２
に示すように、厚み（Ｘ１面とＸ２面間距離）が２．１
７ｍｍであり、各アーム部４、５の幅はそれぞれ各２ｍ
ｍ、両アーム部４、５が対向する面間の距離（スリット
溝）は０．６ｍｍである。また、振動子１のｚ軸方向の
長さは、支持部３と接合する連結部６の面から、アーム
部４、５先端までの距離が２０ｍｍで、前述の０．６ｍ
ｍのスリット溝の長さは１７ｍｍである。

【００４８】このような振動子１において、駆動振動の
周波数は、３．２ＫＨｚになるように、設定されてい
る。そして、防振部３３による防振特性は、駆動周波数
３．２ＫＨｚにおいて、−４０ｄＢとなるように、ゴム
体３０の体格および硬さは、設定されることとなる。
尚、本実施形態においては、ゴム体３０はシリコンゴム
を用い、ゴム硬度は、Ｈｓ（ＪＩＳ−Ｃ−２３２３）
で、６０のものを使用している。

【００４９】このように、角速度センサの振動子の駆動
周波数での防振特性で設定するのは、上述した駆動・検
出回路には、同期検波回路が含まれており、前述の駆動
周波数で検波され、他の周波数成分は除去されるので、
この駆動周波数での防振部３３の防振特性を設定すれば
よいからである。ところで、角速度センサにおいては、
そもそも、角速度の検知軸まわりの回転振動が誘起され
ると、誤信号を発生することとなる。単純に、所望の周
波数において所望の防振特性となるようにするだけの防
振部３３の設計では、不充分である。本実施形態におい
ては、さらに、上述したようにセンサ部Ｑと防振部３３
の合成弾性中心Ｄ２の一致に着目して、検知軸回りの回
転を誘発しにくい防振部３３の配置設定としたところに
固有の効果がある。

【００５０】以下に、本発明の角速度センサ性能に対す
る防振効果を実機評価データで説明する。図１３は、上
記の試作品（図７の構成、以下Ａ構造と呼ぶ）を比較例
とし、比較例と本実施形態（図１の構成、以下Ｂ構造と
呼ぶ）との振動感度の実機評価データ（Ａ構造：ｎ＝
３、Ｂ構造：ｎ＝４）である。振動感度とは、角速度セ
ンサを振動機で加振したとき、加振力に対して発生する
センサ出力であり、外部振動が加わった際のオフセット
出力を表す。

【００５１】ここでは、上記のｘｙｚ各方向（ｘ：検知
振動方向、ｙ：駆動振動方向、ｚ：検知軸方向）に、上
述の駆動周波数３．２ＫＨｚで、０．１Ｇの加振力で振
動させたときに発生するセンサ出力（電圧、単位Ｖ）
を、センサの単位角速度に対する出力（感度、単位Ｖ／
°／Ｓ）で、除したもの（単位は、°／Ｓ）をしめした
ものである。

【００５２】図１３で明らかな様に、いずれの方向に対
しても、Ｂ構造のほうが、振動感度が小さく、すなわ
ち、振動に対する誤信号が小さい。特に、ｘ、ｙ方向で
効果が顕著である。これは、上述の図１０のモデルのよ
うに、センサ部Ｑの重心Ｍと、各防振部３３の弾性主軸
とを一致させていることによるが、特にＢ構造において
は、ｚ方向を防振部３３の長手方向としており、すなわ
ち、ｘ、ｙ方向が弾性体の圧縮方向（弾性力作用方向）
ではなく、共振周波数の小さいせん断方向のため、防振
効果が、一層向上していることによる。

【００５３】図１４は、Ａ構造とＢ構造の温度ドリフト
の実機評価データ（ｎ＝４）である。温度ドリフトと
は、センサに検知軸回りの角速度が入力されていない状
態で発生する出力（オフセット電圧）が、周囲温度が変
化したときの出力変化のことである。ここでは、周囲温
度が−３０℃から８５℃に変化した時のセンサ出力変化
を、センサの単位角速度に対する出力で、除したもの
（すなわち、単位は、°／Ｓとなる）で示してある。温
度ドリフトは、センサの誤出力となるので小さい方が、
望ましい。

【００５４】図１４に示すように、本実施形態（Ｂ構
造）の方が、温度ドリフトが小さく、且つバラツキが小
さくすることができる。これは振動子１の駆動振動が漏
れることにより誘起されるｚ軸（検知軸）回りの回転振
動が、上述のモデルで説明したのと同様の作用効果によ
って、Ｂ構造において低減されていることに起因すると
考えられる。

【００５５】ところで、本実施形態によれば、防振部３
３は、基板２に取り付けられ、センサ部Ｑに直接作用す
る形となっているので、特別な介在物が不要で簡単な構
成の防振構造を実現しており、センサ全体の体格の大型
化を防止できる。さらに、本実施形態によれば、振動子
１における検知軸を基板２と略平行に配置した薄型のセ
ンサ部Ｑの構成としているので、センサ部Ｑの重心Ｍは
基板２平面の近くに位置することとなる。そのため、防
振部３３は、その長手方向を、基板２平面と略同一平面
内に、且つ、基板２の左右側部と平行に配置している。
そのため、例えば、従来のように防振部材を基板に垂直
に配置するものに比べて、ハウジング４０の厚み方向
（本実施形態ではｘ軸方向）への大型化が避けられると
ともに、組付けの生産性が良好であるという優れた効果
がある。

【００５６】また、本実施形態では、ゴム体３０の取り
付けは、上記のように、ゴム体３０の保持部３２に、四
角形状の挿入穴３１を設け、基板２に、挿入穴３１形状
と一致した形状の取付部２ｂを設け、これを挿入し、ネ
ジ６０で固定している。そのため、正確な位置にて両者
を結合でき、角速度の検知軸に対し、振動子１を正確に
設置することが可能となり、角速度センサの精度が向上
できる。

【００５７】また、本実施形態によれば、ゴム体３０と
ハウジング４０との取付は、防振部３３を切欠溝４１ａ
に弾性的に狭着するだけの簡単な作業で行うことがで
き、角速度センサの組み付け性が向上できる。（他の実施形態）なお、上記実施形態では、ゴム体３０
の防振部３３は、その長手方向をｚ軸方向としている
が、その長手方向をｙ軸方向としてもよい。また、セン
サ部Ｑの周囲に配する柱状の防振部の数を増加して、ｚ
軸とｙ軸の両方向、さらには、ｘ軸も含めたあらゆる任
意の方向に配置するものとしてもよい。これらの場合に
も、センサ部Ｑの重心Ｍと各防振部の合成弾性中心とが
略一致するように配置することは勿論である。

【００５８】なお、振動子としては、上記の音叉型振動
子に限定されるものではない。角速度センサの振動子と
しては、種々の形態が可能である。例えば、図１５の
（ａ）のように、金属板を直交するように折り曲げ、い
わゆる直交音叉とした振動部に、ＰＺＴ素子１０１を接
合した振動子であってもよいし、（ｂ）のように、中央
から両側にかけて、それぞれ、図中の矢印に示すよう
に、駆動振動を行う駆動音叉１５０、検知振動を行う検
知音叉１５１が形成されたＨ型音叉状の振動子１であっ
てもよいし、（ｃ）のように、金属で三角柱を形成した
振動部２００に、駆動検知用ＰＺＴ素子２０１およびフ
ィードバック用ＰＺＴ素子２０２を接合したものでもよ
い。

【００５９】その他、丸棒形状、四角柱形状その他種々
の振動子形状でもよく、材質も、金属に圧電体を接合し
たものでも、ＰＺＴあるいは、水晶等の圧電体で形成し
たものでもよいし、あるいは、シリコンといった半導体
で形成してやってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る角速度センサの各構成
要素の分解斜視図である。

【図２】図１のうちセンサ部とゴム体の構成を示すもの
であり、（ａ）は図１のＥ方向からみた一部切欠正面
図、（ｂ）は（ａ）の右側面透過図である。

【図３】図１の角速度センサの全体構成を示すものであ
り、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面透過図である。

【図４】図１におけるセンサ部の主要部を示す斜視図で
ある。

【図５】図４のセンサ部における振動子の電極構成を示
す展開図である。

【図６】上記実施形態の振動子の作動説明図である。

【図７】従来の角速度センサの防振構造に基づいて本発
明者等が試作した試作品の構成を示すものであり、
（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の右側面透過図であ
る。

【図８】上記試作品の防振構造をモデル化して示す説明
図である。

【図９】図８の防振構造の防振作用を示す説明図であ
る。

【図１０】上記実施形態の角速度センサの防振構造をモ
デル化して示す説明図である。

【図１１】図１０の防振構造の防振作用を示す説明図で
ある。

【図１２】上記実施形態の振動子の体格を示す模式図で
ある。

【図１３】本発明の防振効果を示すグラフである。

【図１４】本発明の温度ドリフト性能の向上効果を示す
グラフである。

【図１５】本発明の他の実施形態を示す構成図である。

【符号の説明】

１…振動子、２…基板、２ｂ…取付部、４、５…アーム
部、６…連結部、３１…挿入穴、３２…保持部、３３…
防振部、４０…ハウジング、４１…あご部、４１ａ…切
欠溝、６０…ネジ、Ｑ…センサ部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の検知軸回りの角速度を検出する振
動子（１）と、該振動子（１）を固定支持する基台
（２）を有するセンサ部（Ｑ）と、前記センサ部（Ｑ）を固定するための固定部材（４０）
と、前記基台（２）に取り付けられ、前記センサ部（Ｑ）を
前記固定部材（４０）に連結する複数個の防振部材（３
３）とを備え、前記複数個の防振部材（３３）の合成弾性中心と前記セ
ンサ部（Ｑ）の重心とが略一致していることを特徴とす
る角速度センサ。
【請求項２】前記振動子（１）は角柱形状を有し、そ
の角柱の長手方向が前記検知軸と平行に配置されてお
り、前記基台（２）は平板状であり、前記検知軸に対して平
行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の
角速度センサ。
【請求項３】前記防振部材（３３）は弾性体からな
り、その弾性力が前記基台（２）平面と略同一平面内に
作用するように配置されていることを特徴とする請求項
１または２に記載の角速度センサ。
【請求項４】前記防振部材（３３）は柱状であり、そ
の長手方向が前記基台（２）と平行であることを特徴と
する請求項２または３のいずれか１つに記載の角速度セ
ンサ。
【請求項５】前記防振部材（３３）の長手方向が、前
記検知軸方向と平行であることを特徴とする請求項４に
記載の角速度センサ。
【請求項６】前記防振部材（３３）は、該防振部材
（３３）と一体に形成され、前記基台（２）に取り付け
られる保持部（３２）を有することを特徴とする請求項
１ないし５のいずれか１つに記載の角速度センサ。
【請求項７】前記基台（２）は、その外周から突出し
て形成され、前記保持部（３２）に取り付けられる取付
部（２ｂ）を有することを特徴とする請求項６に記載の
角速度センサ。
【請求項８】前記保持部（３２）と前記取付部（２
ｂ）とは、ネジ（６０）によって締結されていることを
特徴とする請求項７に記載の角速度センサ。
【請求項９】前記保持部（３２）は、前記取付部（２
ｂ）の形状に対応した形状を有し、前記取付部（２ｂ）
が挿入される穴部（３１）を備えていることを特徴とす
る請求項７または８に記載の角速度センサ。
【請求項１０】前記固定部材（４０）は、前記センサ
部（Ｑ）および防振部材（３３）を収納するハウジング
形状を有しており、その内壁面からは、前記防振部材
（３３）の柱断面形状に対応した形状の溝部（４１ａ）
を有する突出部（４１）が突出して形成されており、前記防振部材（３３）は、前記溝部（４１ａ）に弾性的
に狭着されることにより、前記固定部材（４０）に結合
されることを特徴とする請求項３ないし９のいずれか１
つに記載の角速度センサ。
【請求項１１】前記振動子（１）は圧電体からなり、
一対の角柱状のアーム部（４、５）と、これら両アーム
部（４、５）の一端を連結する連結部（６）とにより音
叉形状に形成された振動子であり、前記検知軸は前記アーム部（４、５）の長手方向と平行
であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか
１つに記載の角速度センサ。