JP2006250769A - 振動ジャイロ素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 三方晶の結晶構造でY軸に対して3回対称軸を持つ圧電材料を用いた振動ジャイロ素子1において、基部2と、基部2の片側からY軸方向に延出された検出腕3と、検出腕3からY軸方向と略+120°方向および略−120°方向に延出された1対の駆動腕4と、を少なくともほぼ同一平面に備える。
【選択図】 図1
Description
ジャイロセンサを構成する振動ジャイロ素子として、例えば、略T字型の駆動振動系を中央の検出振動系に関して左右対称に配置した所謂、ダブルT型振動ジャイロ素子が知られている(特許文献1、図1参照)。このダブルT型振動ジャイロ素子では、基部に駆動腕と支持腕からなる略T字型の駆動振動系と、検出腕からなる検出振動系を備え、駆動腕に発生したコリオリ力は、支持腕および基部を介して検出腕にて取り出す構成となっている。
また、本発明の振動ジャイロ素子は、基部と、駆動腕、検出腕からなり、構成を簡素化でき小型化が可能となる。
さらに、基部は駆動振動および検出振動に関与しないため、基部を強固に固定することができ、耐衝撃性に優れる振動ジャイロ素子を得ることができる。
また、本発明の振動ジャイロ素子は1対の検出腕を有することから、角速度の検出において外乱として働く加速度などをキャンセルすることができ、信頼度の高い角速度の検出を可能とする。
さらに、基部は駆動振動および検出振動に関与しないため、基部を強固に固定することができ、耐衝撃性に優れる振動ジャイロ素子を得ることができる。
図14は、水晶をZ軸方向から見た各結晶軸を示す説明図である。
水晶100は、電気軸と呼ばれるX軸、機械軸と呼ばれるY軸、光学軸と呼ばれるZ軸を有している。水晶100は三方晶系の結晶であり、Z軸の周りに1回転すると、3回同一の図形をみることができる。Z軸に垂直な面内で、X軸に垂直な軸がY軸であり、X軸、Y軸共に120°回転毎に各軸(X1,X2,X3およびY1,Y2,Y3)が存在している。このような120°毎に存在する結晶軸は、3回対称軸と呼ばれている。
以降の実施形態の説明において、結晶軸は便宜上、X1軸をX軸、Y1軸をY軸と表現し、X2,X3軸およびY2,Y3軸については表記を省略する。
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。
(第1の実施形態)
振動ジャイロ素子1は、水晶のZ板からフォトリソグラフィ技術を利用し、エッチング加工にて形成されている。Z板はZ軸方向に厚みを持ち、XY平面を平面とする水晶基板である。
このように、この検出腕3および駆動腕4は、前述の結晶軸であるY軸における3回対称軸(Y1,Y2,Y3)を含む構成となっている。
また、図示はしないが、駆動腕4には駆動腕4を駆動させるための駆動電極が設けられ、検出腕3には検出振動における検出腕3の歪を検出する検出電極が設けられている。
図2は駆動振動の形態を説明する模式図であり、図3は検出振動の形態を説明する模式図である。図2および図3において、振動形態を簡易に表現するために各腕は線で表す。
また、振動ジャイロ素子1は、基部2と、検出腕3、駆動腕4からなり、構成が簡素化されており、小型化が可能となる。
さらに、基部2は駆動振動および検出振動に関与しないため、基部2を強固に固定することができ、所定の面積を持って基板などに接着固定すれば、耐衝撃性に優れる振動ジャイロ素子1を得ることができる。
(第2の実施形態)
図4は、振動ジャイロ素子の構成を示す平面図である。
振動ジャイロ素子10は、基部12と、基部12の両側からY軸方向に延出された検出腕13,15と、各検出腕13,15からY軸方向と略+120°の角度およびY軸方向と略−120°の角度で延出された各1対の駆動腕14,16を有している。なお、駆動腕14,16が延出する角度は製造上のばらつきを考慮し、120°±3°の範囲内に設定されている。
このように、この検出腕13,15および駆動腕14,16は、前述の結晶軸であるY軸における3回対称軸(Y1,Y2,Y3)を含む構成となっている。
また、図示はしないが、駆動腕14,16には駆動腕14,16を駆動させるための駆動電極が設けられ、検出腕13,15には検出振動における検出腕13,15の歪を検出する検出電極が設けられている。
図5は駆動振動の形態を説明する模式図であり、図6は検出振動の形態を説明する模式図である。図7は加速度が加わった場合の振動形態を説明する模式図である。図5、図6および図7において、振動形態を簡易に表現するために各腕は線で表す。
一方、駆動腕16では、駆動腕16の駆動振動方向と直角の方向(矢印J方向)にコリオリ力が働く。そして、このコリオリ力に呼応して、検出腕15が矢印L方向に変位する。
このように、振動ジャイロ素子10に角速度ωが加わった場合には、検出腕13,15はそれぞれ反対の方向に変位する。
そして、この検出振動により発生した圧電材料(水晶)の歪を、検出腕13,15に形成された検出電極が検出して角速度ωが求められる。
さらに、基部12は駆動振動および検出振動に関与しないため、基部12を強固に固定することができ、また、所定の面積をもって基部12を接着固定すれば、耐衝撃性に優れる振動ジャイロ素子10を得ることができる。
以下の振動ジャイロ素子の構成については、上記と同じ構成については同符号を付し、説明を省略する。また、動作については前述の動作と同様のため、説明を省略する。
(変形例1)
例えば、駆動腕14に形成された溝部33は、図9(a)に示すように、駆動腕14の厚み方向に対向する面にそれぞれ溝部33が形成されている。
また、駆動腕14の側面と溝部33には駆動電極35,36が形成され、それぞれが異極となるように構成されている。
また、検出腕13の側面と溝部31には検出電極37,38が形成され、それぞれが異極となるように構成されている。
以上のように、溝部31,32,33,34を設けることにより、駆動振動および検出振動における電界効率を向上させることができ、振動ジャイロ素子30を小型化しても十分な駆動振動と検出感度を得ることができる。
(変形例2)
振動ジャイロ素子40は各駆動腕14,16の先端に、それぞれ重り部41,42が形成されている。
このことから、駆動腕14,16に発生するコリオリ力を大きくすることができ、振動ジャイロ素子40の小型化を可能にする。
(変形例3)
この振動ジャイロ素子50は、変形例2(図10参照)で説明した振動ジャイロ素子40の駆動腕14,16と検出腕13,15に溝部を設けた構成である。
振動ジャイロ素子50の駆動腕14,16にそれぞれ溝部33,34が形成され、検出腕13,15にそれぞれ溝部31,32が形成されている。溝部31,32は、厚み方向に対向する面(両面)にそれぞれ形成されている。
(変形例4)
この振動ジャイロ素子60は、変形例2(図10参照)で説明した振動ジャイロ素子40の検出腕13,15の先端に重り部43,44を備えた構成である。
(変形例5)
この振動ジャイロ素子70は、変形例4(図12参照)で説明した振動ジャイロ素子60の駆動腕14,16と検出腕13,15に溝部を設けた構成である。
振動ジャイロ素子70の駆動腕14,16にそれぞれ溝部33,34が形成され、検出腕13,15にそれぞれ溝部31,32が形成されている。溝部31,32は、厚み方向に対向する面(両面)にそれぞれ形成されている。
以上、X軸をX1軸、Y軸をY1軸とした例を説明した。本発明は、X軸をX2軸、Y軸をY2軸としても良い。また、X軸をX3軸、Y軸をY3軸としても良い。
Claims (7)
- 三方晶の結晶構造でY軸に対して3回対称軸を持つ圧電材料を用いた振動ジャイロ素子であって、
基部と、
前記基部の片側からY軸方向に延出された検出腕と、
前記検出腕から前記Y軸方向と略+120°方向および略−120°方向に延出された1対の駆動腕と、を少なくともほぼ同一平面に備えていることを特徴とする振動ジャイロ素子。 - 三方晶の結晶構造でY軸に対して3回対称軸を持つ圧電材料を用いた振動ジャイロ素子であって、
基部と、
前記基部の両側からY軸方向に延出された1対の検出腕と、
前記各検出腕から前記Y軸方向と略+120°方向および略−120°方向に延出された各1対の駆動腕と、を少なくともほぼ同一平面に備えていることを特徴とする振動ジャイロ素子。 - 請求項2に記載の振動ジャイロ素子において、
前記各駆動腕および前記各検出腕の厚み方向に対向する面にそれぞれ溝部を備えたことを特徴とする振動ジャイロ素子。 - 請求項2に記載の振動ジャイロ素子において、
前記各駆動腕の先端に重り部を備えたことを特徴とする振動ジャイロ素子。 - 請求項4に記載の振動ジャイロ素子において、
前記各駆動腕および前記各検出腕の厚み方向に対向する面にそれぞれ溝部を備えたことを特徴とする振動ジャイロ素子。 - 請求項2に記載の振動ジャイロ素子において、
前記各駆動腕の先端および前記検出腕の先端に重り部を備えたことを特徴とする振動ジャイロ素子。 - 請求項6に記載の振動ジャイロ素子において、
前記各駆動腕および前記各検出腕の厚み方向に対向する面にそれぞれ溝部を備えたことを特徴とする振動ジャイロ素子。
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