JP2004279271A - 圧電材料を利用したセンサ及びジャイロセンサ - Google Patents

圧電材料を利用したセンサ及びジャイロセンサ Download PDF

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Katsumi Takayama
勝己 高山
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Seiko Epson Corp
セイコーエプソン株式会社
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Abstract

【課題】検出用電極の検出信号に含まれるノイズを打ち消すことで高感度なセンサ及びジャイロセンサを提供する。
【解決手段】側面及び主面21a,21bを有し、固定される基部21と、この基部21から延びる振動腕22,22と、振動腕22,22に設けられており、駆動信号が印加されることで振動腕22,22を基部21の厚み方向Zに対して垂直な方向Xに屈曲駆動させる駆動用電極25a,25bと、基部21の一方の主面21aに設けられており、外部から作用する力に対応した検出信号を検出する検出用電極27a,27bと、基部21の一方の主面21aとは反対側の他方の主面21bに設けられており、検出用電極27a,27bの検出信号に含まれるノイズを打ち消すための調整信号が印加される調整用電極27c,27dと、を備えることを特徴とする、圧電材料を利用したセンサ20。
【選択図】 図2

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電材料で形成され、外部から作用する力に基づいて、圧電材料の振動を検出する圧電材料を利用したセンサ及びジャイロセンサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、圧電材料の振動や変位等を利用して、加速度や角速度等を検出する各種のセンサが広く利用されている。
図9は、従来の圧電材料を利用したセンサの簡単な構成例を示す斜視図である(特許文献1参照)。
この従来のセンサは、振動子として音叉を用いた音叉型の振動ジャイロに適用したものである。符号1は2本のアーム1a,1aを持つ音叉、符号2は支持棒である。
【0003】
音叉1の駆動振動方向(x方向)と直交する1つの面に同じ極性の2枚の駆動用圧電素子3a,3bをy方向左右に並べて縦に貼り付け、x方向と平行な面(y方向に直行する面)に検出用圧電素子4,4を貼り付けている。前記2枚の駆動用圧電素子3a,3bは、それぞれ可変抵抗器7の2つの端子に接続され、可変抵抗器7の摺動端子に高周波の駆動電源6が接続されている。尚、図示のように金属製である音叉1は接地されている。
【0004】
上記振動ジャイロにおいて、2つの駆動用圧電素子3a、3bに駆動電源6より電圧を印加すると、音叉1がx方向に振動する。そして、この音叉1にz軸周りの回転角速度が加わると、y方向のコリオリの力が発生して音叉1がy方向に振動する。この検出側振動を検出用圧電素子4が検出することで、外部から作用した力による回転角速度が検出される。
【0005】
ここで、音叉1の製造精度が悪いと、音叉1の振動にはy方向成分が生ずる。このy方向成分は、検出用圧電素子4,4に漏れ電圧として検出され、外部から作用した力による回転角速度の検出に誤差を生ずる。従って、音叉1の駆動振動方向が正しくx方向となるように調整する必要があるが、これには可変抵抗器7を調整して2つの駆動用圧電素子3a、3bに印加する駆動電圧のバランスを変化させる。これにより、音叉1のアーム1a,1aのy方向の片側部分(駆動用圧電素子3a側の部分)と他の片側部分(駆動用圧電素子3b側の部分)における駆動力バランスを調整することにより行うことができる。
【0006】
【特許文献1】
特開平4−102013号(第1図、第3図)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特に振動ジャイロの小型化が進むにつれて、このように音叉1の一方の細かいアーム1aの側面を異極に分割して駆動用圧電素子3a,3bを設けることは困難となってくる。また、このように音叉1の細かいアーム1aに駆動用圧電素子3a,3bを設けることは、構造を複雑にし、製造コストがかかってしまう問題点があった。
【0008】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解消して、検出用電極の検出信号に含まれるノイズを打ち消すことで高感度なセンサ及びジャイロセンサを提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本願発明によれば、圧電材料で形成され、外部から作用する力に基づいて、前記圧電材料の振動を検出するセンサであって、側面及び主面を有し、固定される基部と、この基部から延びる振動腕と、前記振動腕に設けられており、駆動信号が印加されることで前記振動腕を前記基部の厚み方向に対して垂直な方向に屈曲駆動させる駆動用電極と、前記基部の一方の主面に設けられており、前記外部から作用する力に対応した検出信号を検出する検出用電極と、前記基部の一方の主面とは反対側の他方の主面に設けられており、前記検出用電極の検出信号に含まれるノイズを打ち消すための調整信号が印加される調整用電極とを備えることを特徴とする、圧電材料を利用したセンサにより、達成される。
上記構成によれば、静止状態において、一方の主面に設けられた検出用電極の検出信号にノイズが含まれている場合には、他方の主面に設けられた調整用電極に調整信号が入力される。この調整用電極は、この調整信号による圧電効果に基づいて、検出用電極の検出信号に含まれたノイズを打ち消すように基部を振動させるものである。従って、このセンサは、検出用電極の検出信号に含まれていたノイズが除去されることから、外部から作用した力による角速度を高感度に検出することができるようになる。尚、主面とは、基部の厚み方向に沿った互いに対をなす側面と連続する、基部の厚み方向に垂直な方向に沿った面をいう。
【0010】
上記構成において、前記調整信号は、前記駆動信号を分離した信号を可変抵抗の抵抗値を変更することで振幅を変化させて生成されるのが好ましい。
上記構成によれば、静止状態において検出用電極の検出信号にノイズが含まれている場合には、駆動信号を分離した信号を可変抵抗の抵抗値を変更することで振幅が調整された調整信号が調整用電極に入力される。この調整用電極は、この調整信号による圧電効果に基づいて、検出用電極の検出信号に含まれたノイズを打ち消すように基部を振動させるものである。従って、このセンサは、検出用電極の検出信号に含まれていたノイズが除去されることから、外部から作用した力による角速度を高感度に検出することができるようになる。
【0011】
上記構成において、前記基部には複数の溝が形成されており、前記調整用電極は、これら複数の溝の間の前記圧電材料を挟んで対向する両壁面に2対設けられているのが好ましい。
上記構成によれば、調整用電極は、調整信号による圧電効果に基づいて、2対の調整用電極間の圧電材料にほぼ平行な方向に電界を発生させ、検出用電極の検出信号に含まれるノイズを打ち消すように、基部を振動させる。従って、このセンサは、検出用電極の検出信号に含まれたノイズが打ち消され、外部から作用する力に対応した角速度を高感度に検出することができるようになる。
【0012】
上記構成において、前記2対の調整用電極は、前記他方の主面に、複数の前記振動腕に対応して複数設けられているのが好ましい。
上記構成によれば、各振動腕に対応してそれぞれ設けられた2対の調整用電極は、この調整信号による圧電効果に基づいて、検出用電極の検出信号に含まれたノイズを打ち消すように基部を振動させる。従って、このセンサは、各振動腕に対応して、検出用電極の検出信号に含まれていたノイズが除去されることから、外部から作用した力による角速度をさらに高感度に検出することができるようになる。
【0013】
上記構成において、前記圧電材料が単結晶材料であるのが好ましい。
上記構成によれば、圧電材料が単結晶材料である場合には、一般的に単結晶材料は多結晶材料に比べて安定性は高いが電気機械結合係数が低いので、安定した検出感度を得ることができるという利点がある。
【0014】
上記構成において、前記圧電材料が水晶であるのが好ましい。
上記構成によれば、水晶は単結晶材料の中でも最も安定しているため、特に安定した検出感度を得ることができる。また、水晶は加工が容易であるため、安価に製造する事ができる。
【0015】
上記目的は、本願発明によれば、圧電材料で形成され、外部から作用する力に基づいて、前記圧電材料の振動を検出するセンサ本体を備えるジャイロセンサであって、センサ本体を励振する手段と、前記センサ本体からの検出信号を処理する手段とを有し、前記センサ本体が、側面及び主面を有し、固定される基部と、この基部から延びる振動腕と、前記振動腕に設けられており、駆動信号が印加されることで前記振動腕を前記基部の厚み方向に対して垂直な方向に屈曲駆動させる駆動用電極と、前記基部の一方の主面に設けられており、前記外部から作用する力に対応した検出信号を検出する検出用電極と、前記基部の一方の主面とは反対側の他方の主面に設けられており、前記検出用電極の検出信号に含まれるノイズを打ち消すための調整信号が印加される調整用電極とを備えることを特徴とする、ジャイロセンサにより、達成される。
上記構成によれば、静止状態において、一方の主面に設けられた検出用電極の検出信号にノイズが含まれている場合には、他方の主面に設けられた調整用電極に調整信号が入力される。この調整用電極は、この調整信号による圧電効果に基づいて、検出用電極の検出信号に含まれたノイズを打ち消すように基部を振動させるものである。従って、このジャイロセンサは、検出用電極の検出信号に含まれていたノイズが除去されることから、外部から作用した力による角速度を高感度に検出することができるようになる。尚、主面とは、基部の厚み方向に沿った互いに対をなす側面と連続する、基部の厚み方向に垂直な方向に沿った面をいう。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明の好ましい実施形態としてのセンサ本体20の構成例を示す斜視図であり、図2は、図1のセンサ本体20の裏面21bの構成例を示す概略平面図である。
これらの図において、符号20で示すセンサ本体は、後述するジャイロセンサのセンサ本体として利用されたり、例えば流水中のプロペラの回転等を検出してフローセンサ等に応用できるセンサとして利用されるものである。以下の説明では、符号20に対応するセンサはジャイロセンサのセンサ本体と例示して説明する。
【0017】
図1及び図2において、センサ本体20は、圧電材料で構成されており、好ましくは単結晶の圧電材料であり、例えば水晶が使用されている。この場合、水晶以外の圧電材料として、例えばタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。図1、図2(及び後述する図6及び図7)において、X方向は水晶の電気軸、Y,Z方向は水晶の機械軸、光軸を示している。
【0018】
センサ本体20は、一方向(図2においてY軸の方向)に延びるほぼ矩形の基部21と、この基部21から、股部24を挟んでY軸方向に平行に延びる一対の振動腕22,22とを有する、所謂音叉型の圧電振動片の形態を備えている。図2の振動腕22,22には、それぞれ根元部若しくは付け根22a、22aの箇所に近接して、長さ方向に延びる溝23,23が形成されている。これら溝23,23は、振動腕22の表裏に同様の形状となるように形成されている。
【0019】
また、各溝23,23には、そのほぼ全長に渡って、センサ20に駆動電圧を印加するための駆動用電極である励振電極25a,25bが形成されている。具体的には、溝23の各側壁と、各側壁に近接した振動腕22の各側壁とで互いに対になるように、互いに異極となる励振電極25a、25bが形成されている。励振電極25bは、例えば接地されている。この励振電極25a,25bは、例えば圧電材料の表面にクロム及び金により形成されている。
【0020】
そして、励振電極25a、25bは、例えば図1に示すように基部21の長さ方向の中央付近で、幅方向の両端にそれぞれ設けた引き出し電極31,31と接続されている。さらにセンサ本体20の基部21の長さ方向の中央付近で、幅方向の両端には、くびれ部若しくは切欠き部33,33が形成されている。これにより、振動腕22,22からの振動の基部21側への漏れ込みを抑制するようになっている。
【0021】
また、基部21の表面21aには、各振動腕22,22に対応して、例えば各振動腕22,22を長さ方向に基部21へ向かって延長した領域に、それぞれ図1に示すように検出用電極27a,27b,27a,27bを備えている。一方、基部21の表面21aとは反対側の裏面21bには、図2に示すように各振動腕22,22に対応して、例えば各振動腕22,22を長さ方向に基部21へ向かって延長した領域に、それぞれ後述する調整用電極27c,27d,27c,27dが設けられている。調整用電極27c,27cは、調整用信号が印加される電極31aに接続されており、調整用電極27d,27dは、接地された電極31bに接続されている。
【0022】
この基部21には、好ましくは図1及び図2に示すように表面21a及び裏面21bにおいて振動腕22,22を長さ方向に延長した領域に、それぞれY軸方向に延びる平行な各一対の検出用溝26a,26a及び調整用溝26b,26bが形成されている。図2の基部21の調整用溝26b,26bは、それぞれ図1の検出用溝26a,26aとほぼ同様の形状である。
【0023】
図3は、図2のB−B線切断端面図であり、図4及び図5は、それぞれ図2に示すA−A線切断端面図である。
図3に示す基部21の表面21aにおけるこれら各一対の検出用溝26a,26aにおいては、圧電材料を挟んで対向する両壁面に検出用電極27a,27bをそれぞれ形成している。これら検出用電極27a,27bは、互いに異極となるように構成されている。尚、検出用電極27a,27bは、溝を形成して設ける代わりに、基部21の裏面21bに沿って設けても良い。
【0024】
本実施形態においては、例えば図3に示すように各一対の検出用溝26a,26aを形成して、検出用電極27a,27bを設けるのが望ましい。これにより、基部21を構成する圧電材料においては、検出用電極27a,27bの間で、例えば矢印で示すように電界が形成されることで、検出信号を得るための電界効率が向上し、検出効率を高めることができる。
【0025】
一方、基部21の裏面21bに形成された一対の調整用溝26b,26bにおいては、圧電材料を挟んで対向する壁面に調整用電極27c,27dを形成している。図2等に示すセンサ20は、例えば製造時において振動腕22,22等に形成される異形形状や、その製造ばらつきによる両振動腕22,22のアンバランス等を原因として、外部から作用する力による回転角速度ωに基づく、ウォーク振動以外の振動を生ずる場合がある。以下、このようなウォーク振動以外の振動を「振動漏れ」という。
【0026】
このような振動漏れを生ずると、センサ20は、静止状態にも拘わらず、検出用電極27a,27bの検出信号にノイズが生じてしまう。図3の調整用電極27cは、検出用電極27a,27bの検出信号に含まれるノイズを除去するための調整信号が印加され、調整用電極27dは例えば接地されている。尚、調整用電極27c,27dは、このような調整用溝26b,26bに形成する代わりに、基部21の裏面21bに沿って形成するようにしても良い。
【0027】
基部21においては、例えばウォーク振動以外のノイズの原因である振動漏れにより、図4に示すように検出用電極27a,27b間の圧電材料が例えば縮むと、この縮みによって圧電材料には発生電界E1が発生する。そして、検出用電極27a,27bには、この発生電界E1に対応した検出信号が検出される。従って、未調整の段階では、この検出用電極27a,27bの検出信号にウォーク振動以外のノイズが含まれていることになる。このウォーク振動以外のノイズは、上記駆動信号に基づいて屈曲振動する振動腕22の振動に起因するため、上記駆動信号と同相の信号となる。
【0028】
これに対して、図5の調整用電極27cには調整信号が印加される。この調整信号は、例えば上記駆動信号を分離した信号を後述するように可変抵抗で振幅を変えて生成しているため、上記駆動信号と同相の信号である。調整用電極27c,27dは、印加された調整信号に基づいて、調整用電極27c,27d間の圧電材料に印加電界E2を発生させる。発生電界E1が発生した圧電材料は、その圧電現象により例えば縮む。従って、基部21は、圧電材料の表面21a側と裏面21b側が共に縮むため、ウォーク振動以外の振動漏れが抑制されるようになる。
【0029】
図6は、本実施形態による圧電材料を利用したセンサ20をセンサ本体として利用したジャイロセンサの概略構成例を示すブロック図である。
ジャイロセンサ10は、センサ本体20及び処理回路51を備え、処理回路51は、このセンサ本体20を励振させ駆動するための回路及び、センサ本体20からの信号を検出する検出回路を備えている。
【0030】
センサ本体20は、図示しない例えばセラミック等の絶縁材料等で形成されたパッケージやケースに気密に収容されている。このセンサ本体20は、外部との導通を行う端子である引き出し電極31が導電性接着剤やワイヤボンディング等によりパッケージ内の端子と接続されている。
処理回路51は、図示されているように、後述する各回路を集積した一つ又は複数の集積回路で形成されている。尚、或いは処理回路51に含まれる一部の回路だけ集積回路とは別に構成しても良い。
【0031】
増幅回路52,53は、センサ本体20の引き出し電極32a,32b,32a、32bと接続されている。これにより、増幅回路52,53には、センサ本体20の後述するウォーク振動による検出用電極27a,27bの出力信号が引き出し電極32a,32b,32a,32bを介して入力される。そして、この増幅回路52,53は、この出力信号を増幅した増幅信号を差動回路54に与えるものである。
【0032】
差動回路54は、同期検波回路57と発振回路56に接続されている。差動回路54は、図1で説明したように、複数対、この場合においては2対の検出用電極27a,27bの第1の出力と第2の出力との出力差を取る。これによりセンサ本体20に加わった衝撃(加速度a)によって生じた不要な検出信号を打ち消すことができる。
【0033】
すなわち、センサ本体20に外部から作用した角速度ωが加わると、振動腕22,22は互いに逆方向となるようにZ方向に振動し、検出用電極27a等からは逆相の信号が出力されるため、差を取ると信号の振幅が倍になる。Z方向に加速度aが加わると検出用電極27a等の同相信号が出力されるため、差を取ることで打ち消すことができるものである。差動回路54の出力信号は、この同期検波回路57に与えられる。同期検波回路57は、発振回路56から得られる周波数を基準として、差動回路54からの出力信号を同期検波するものである。このように同期検波すると、コリオリの力によるウォーク振動以外のノイズ等を除去することができる。
この実施形態では、例えば可変抵抗R自体をレーザによりトリミングすることにより抵抗値を変更する方式を採用している。
【0034】
発振回路56は、センサ本体20の励振電極25a,25bに接続された引き出し電極31に接続されている。この発振回路56は、センサ本体20の振動腕22,22を駆動するための駆動電圧を印加する機能を有する。AGC(オート・ゲイン・コントローラ)55は、発振回路56の出力信号のゲインを調整して、振動腕22,22が一定の振幅で振動するように制御するものである。また、可変抵抗Rは、一方の端子がAGC55等に接続されており、他方の端子が調整用電極27cに接続されている。この可変抵抗Rは、抵抗値を任意に設定可能な抵抗である。
【0035】
センサ本体20及びジャイロセンサ10は以上のような構成であり、次に図1〜図6を参照しつつセンサ本体20及びジャイロセンサ10の動作例及び調整方法の一例について説明する。
<外部から力が作用しない状態での屈曲振動>
センサ本体20は、図6に示す励振手段としての発振回路56により、一方の引き出し電極31を経由して振動腕22,22の励振電極25a,25aに、例えば1種類の駆動信号を印加する。ここでは一例として、励振電極25b,25bが、接地された他方の引き出し電極31に接続されている。
【0036】
各振動腕22,22は、励振電極25a,25aに印加された駆動信号に基づく圧電現象により、G方向に沿って互いに逆方向に機械共振周波数で屈曲振動(いわゆる音叉振動)する。両振動腕22,22は互いに位相が反転して屈曲振動する。発振回路56は、各振動腕22,22が一定の振幅で振動するように制御している。
【0037】
<外部から力が作用した状態での屈曲振動>
まず、センサ本体20の外部から作用した力により、例えば図6のY軸周りに回転角速度ωが生ずると、振動腕22,22は、X軸方向の振動の方向と、回転角速度ωとのベクトル積の方向に働くコリオリの力を受けて、YZ平面に沿って互いに反対方向に振動(いわゆる「ウォーク振動」)する。
【0038】
各振動腕22,22がウォーク振動を生じている状態では、電界は表面21a及び裏面21bに平行な方向に生ずる。上述のように図3の検出用電極27a、27bは、基部21の表面21aに形成した検出用溝26a,26aの側壁に形成されていることから、上記電界とのなす角が垂直に近い方が電界を有効に検出することができる。
【0039】
図6のように各振動腕22,22がYZ平面に沿ってウォーク振動を生ずると、各振動腕22,22の付け根から基部21にかけて、図3の表面21a(プラスZ面)と裏面21b(マイナスZ面)では反対の伸縮応力が生じて圧電気現象により、検出用電極27a,27bに電圧が生じる。この検出電圧(検出信号)に基づいて、図6の回転角速度ωが取得される。尚、各振動腕22,22がウォーク振動を生じている場合には、検出用電極27a,27bの検出信号の位相が駆動信号の位相から位相が90度ずれている。
【0040】
<調整手順>
以下では、主として一方の振動腕22について説明する。
ここで、図1のセンサ本体20は、製造時のばらつき、例えば図7に示すように各振動腕22の断面形状の対称性がばらつくと、静止状態において各振動腕22の先端がXY平面だけのG方向の屈曲振動だけではなく、Z方向の振動成分G1が生ずる場合がある。
【0041】
つまり、振動腕22は、G方向の屈曲振動のみならず、実際にはG2方向に振動を生じてしまう場合がある。このZ方向の振動成分G1は、振動腕22に本来必要なG方向における屈曲振動とは異なる振動(振動漏れ)であり、取得したい回転角速度ωの検出感度の低下や回転角速度ωが印加されていない状態でも出力変動の原因となる。この実施形態中では、このようなウォーク振動以外の振動漏れとして、例えば「異形形状に起因する振動」を例示している。
【0042】
このような構成において、図6のセンサ本体20に回転角速度ωが印加されていない静止状態においては、ウォーク振動以外の振動漏れによる応力によって、検出用電極27a,27bには、外部から作用した力による回転角速度ωが印加されたときと同様に、ウォーク振動以外のノイズを含む検出信号(電圧)が検出されてしまう場合がある。ここでは、一例として一方の振動腕22側の検出用電極27a,27bでは、それぞれ図8(B)に示す検出信号Ep1が検出されたものとする。また、他方の振動腕22側の検出用電極27a,27bでは、検出信号Ep2が検出されているものとする。
【0043】
この検出信号Ep1,Ep2は、それぞれ図6に示す引き出し電極32a,32b及び引き出し電極32a,32bを介して、増幅回路52,53に出力される。これら増幅回路52,53は、それぞれ検出信号Ep1,Ep2を増幅し、増幅信号を差動回路54に出力する。この差動回路54は、増幅された検出信号Ep1と検出信号Ep2との差を取り、この差信号に基づいて、以下のようにウォーク振動以外の振動漏れに起因するノイズを打ち消すための調整信号を生成する。
【0044】
図6に示すジャイロセンサ10において引き出し用電極31とAGC55との間には、可変抵抗Rの一端が接続されており、可変抵抗Rの他端が調整用電極27cに接続されている。尚、上述のように調整用電極27dは接地されている。この可変抵抗Rは、例えばIC化された処理回路51に内蔵されていても良いし、ジャイロセンサ10を内蔵するパッケージの外部に設けられていても良いことはいうまでもない。
【0045】
そして、ジャイロセンサ10をそのまま静止状態とし、検出回路からの出力を測定しながら、ウォーク振動以外のノイズを打ち消して基部21の厚み方向における振動が最小となるように、可変抵抗Rの抵抗値を変えていく。具体的な可変抵抗Rの抵抗値の変更方法としては、例えばレーザにより可変抵抗Rの電極の一部を除去するレーザトリミングを採用することができる。このようにして、打ち消される振動の量が最小となるように可変抵抗Rを変更し、調整用電極27cに加えられる図8(C)の調整信号Et1の振幅を調整することができる。
【0046】
そして、図6の差動回路54は、その出力信号を同期検波回路57に与え、同期検波回路57は、発振回路56から得られる周波数を基準として、差動回路54からの出力信号を同期検波する。そして、同期検波により、ウォーク振動以外の振動成分を除去するための図8(C)の調整信号Et1が生成される。図2に示す各調整用電極27c,27cには、例えばこの1種類の調整信号Et1が入力される。
【0047】
これら調整用電極27c,27cは、それぞれ調整信号Et1による圧電現象に基づいて、図6のセンサ本体20に作用した力によるウォーク振動以外の回転角速度(ノイズ等)を打ち消すように、基部21に振動を生じさせる。ジャイロセンサ10は、検出用電極27a,27bの検出信号を直流電圧に変換し、ウォーク振動以外のノイズを除去して、外部から作用した力による回転角速度ω等を高精度に検出することができる。
【0048】
従って、本発明の実施形態によれば、圧電材料で形成されていて、外部から作用する力に基づいて、圧電材料の振動を検出するセンサ本体20やジャイロセンサ10に適用される。この場合、「振動」とは外部から作用する力に基づいて、圧電材料に生じる「振動や変位もしくは変形等」を全て含んでいる。
本実施形態においてジャイロセンサ10は、静止状態において、検出用電極27a,27bが基部21の厚み方向に生じた振動を検出すると、この検出信号に基づいて生成された調整信号Et1が各調整用電極27cに入力される。各調整用電極27cは、この調整信号Et1に基づいて、ウォーク振動以外の振動漏れに起因するノイズを打ち消すように振動腕22,22を振動させる。従って、このジャイロセンサは、そのウォーク振動以外の振動漏れに起因するノイズが打ち消され、外部から作用した力による回転角速度ωを高感度に検出することができるようになる。
【0049】
本発明は、上記実施の形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。例えば上記実施形態の各構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせることができる。
上記実施形態において可変抵抗Rの抵抗値の変更方法として、例えばレーザにより可変抵抗Rの電極の一部を削除するレーザトリミングを採用しているが、これに限られず、図6の処理回路51を含む例えばIC(Integrated Circuit)内に設けられたメモリに設定したい抵抗値を書き込み、IC内に内蔵されたスイッチを切り替えて抵抗値を変更するようにしても良い。
【0050】
また、ICに抵抗値を設定する方法においては、例えばこのようにIC内に設けた可変抵抗Rにて調整信号の大きさを変更する場合、IC内に温度を検出する素子を内蔵し、温度と調整信号の大きさを測定した結果を元に調整値をメモリに書き込んでおくようにしても良い。このようにすると、温度が変化した場合においても、ジャイロセンサ10は、安定した回転角速度ωの検出を行うことができる。
【0051】
上記実施形態においては、図7におけるG1の方向が+Z方向/−Z方向で逆の場合には、調整用電極27cに印加する調整信号の位相を180度変えなければならないところであるが、その代わりに、極性を揃えた調整用電極のどちらか一方を選択して調整信号を印加すれば、調整信号の位相は変えずに調整することができる。このような構成とすると、未調整時の駆動漏れ方向がどちらの向きでも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態としてのセンサの構成例を示す斜視図。
【図2】図1に示すセンサ本体の裏面の構成例を示す概略平面図。
【図3】図2のB−B線切断端面図。
【図4】図2のA−A線切断端面図。
【図5】図2のA−A線切断端面図。
【図6】ジャイロセンサの構成例を示すブロック図。
【図7】振動漏れが生じている様子の一例を示す図。
【図8】各信号の一例を示す図。
【図9】従来のジャイロセンサの構成例を示す概略斜視図。
【符号の説明】
10 ジャイロセンサ、20 センサ,センサ本体、21 基部、21a 表面(一方の主面)、21b 裏面(他方の主面)、22 振動腕、24 股部、25a,25b 駆動用電極(励振電極)、26a 検出用溝、26b 調整用溝、27a,27b 検出用電極、27c,27d 調整用電極、Ed1 駆動信号、Ep1,Ep2 検出信号、Et1 調整信号、R 可変抵抗、X 方向(基部の厚み方向に対して垂直な方向)、Z 方向(基部の厚み方向)

Claims (7)

  1. 圧電材料で形成され、外部から作用する力に基づいて、前記圧電材料の振動を検出するセンサであって、
    側面及び主面を有し、固定される基部と、
    この基部から延びる振動腕と、
    前記振動腕に設けられており、駆動信号が印加されることで前記振動腕を前記基部の厚み方向に対して垂直な方向に屈曲駆動させる駆動用電極と、
    前記基部の一方の主面に設けられており、前記外部から作用する力に対応した検出信号を検出する検出用電極と、
    前記基部の一方の主面とは反対側の他方の主面に設けられており、前記検出用電極の検出信号に含まれるノイズを打ち消すための調整信号が印加される調整用電極と
    を備えることを特徴とする、圧電材料を利用したセンサ。
  2. 前記調整信号は、前記駆動信号を分離した信号を可変抵抗の抵抗値を変更することで振幅を変化させて生成されることを特徴とする請求項1に記載の圧電材料を利用したセンサ。
  3. 前記基部には複数の溝が形成されており、
    前記調整用電極は、これら複数の溝の間の前記圧電材料を挟んで対向する両壁面に2対設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかに記載の圧電材料を利用したセンサ。
  4. 前記2対の調整用電極は、前記他方の主面に、複数の前記振動腕に対応して複数設けられていることを特徴とする請求項3に記載の圧電材料を利用したセンサ。
  5. 前記圧電材料が単結晶材料であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の圧電材料を利用したセンサ。
  6. 前記圧電材料が水晶であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の圧電材料を利用したセンサ。
  7. 圧電材料で形成され、外部から作用する力に基づいて、前記圧電材料の振動を検出するセンサ本体を備えるジャイロセンサであって、
    センサ本体を励振する手段と、
    前記センサ本体からの検出信号を処理する手段とを有し、
    前記センサ本体が、
    側面及び主面を有し、固定される基部と、
    この基部から延びる振動腕と、
    前記振動腕に設けられており、駆動信号が印加されることで前記振動腕を前記基部の厚み方向に対して垂直な方向に屈曲駆動させる駆動用電極と、
    前記基部の一方の主面に設けられており、前記外部から作用する力に対応した検出信号を検出する検出用電極と、
    前記基部の一方の主面とは反対側の他方の主面に設けられており、前記検出用電極の検出信号に含まれるノイズを打ち消すための調整信号が印加される調整用電極と
    を備えることを特徴とする、ジャイロセンサ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008051729A (ja) * 2006-08-28 2008-03-06 Denso Corp 力学量センサ
US8225663B2 (en) 2008-09-02 2012-07-24 Murata Manufacturing Co., Ltd. Tuning fork-type vibrator, tuning fork-type vibrator manufacturing method, and angular velocity sensor
CN103017747A (zh) * 2011-09-26 2013-04-03 精工爱普生株式会社 传感器元件及其制造方法、传感器装置以及电子设备

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