JPH07301534A - 圧電振動ジャイロ - Google Patents
圧電振動ジャイロInfo
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- JPH07301534A JPH07301534A JP6114077A JP11407794A JPH07301534A JP H07301534 A JPH07301534 A JP H07301534A JP 6114077 A JP6114077 A JP 6114077A JP 11407794 A JP11407794 A JP 11407794A JP H07301534 A JPH07301534 A JP H07301534A
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5642—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating bars or beams
- G01C19/5663—Manufacturing; Trimming; Mounting; Housings
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 雰囲気温度が変化しても測定誤差が小さく、
雰囲気温度の変化による測定精度および応答速度などの
特性の変化も小さい、圧電振動ジャイロを提供する。 【構成】 圧電振動ジャイロ１０は振動子１２を含み、
振動子１２はたとえば正３角柱状の振動体１３を含む。
振動体１３の３つの側面の中央部には、圧電素子１４
ａ，１４ｂおよび１４ｃが、それぞれ形成される。圧電
素子１４ａ，１４ｂおよび１４ｃは、それぞれ、圧電材
料からなる圧電体層１６ａ，１６ｂおよび１６ｃを含
む。これらの圧電体層１６ａ〜１６ｃの圧電材料として
は、圧電振動ジャイロ１０の使用温度範囲内で相転移が
起こらない材料が用いられる。
雰囲気温度の変化による測定精度および応答速度などの
特性の変化も小さい、圧電振動ジャイロを提供する。 【構成】 圧電振動ジャイロ１０は振動子１２を含み、
振動子１２はたとえば正３角柱状の振動体１３を含む。
振動体１３の３つの側面の中央部には、圧電素子１４
ａ，１４ｂおよび１４ｃが、それぞれ形成される。圧電
素子１４ａ，１４ｂおよび１４ｃは、それぞれ、圧電材
料からなる圧電体層１６ａ，１６ｂおよび１６ｃを含
む。これらの圧電体層１６ａ〜１６ｃの圧電材料として
は、圧電振動ジャイロ１０の使用温度範囲内で相転移が
起こらない材料が用いられる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は圧電振動ジャイロに関
し、特に、圧電効果が利用され、たとえば、回転角速度
を検知することにより、移動体の位置を検出して適切な
誘導を行うナビゲーションシステム、あるいは外的振動
を検知して適切な制振を行うヨーレートセンサなどに応
用できる圧電振動ジャイロに関する。
し、特に、圧電効果が利用され、たとえば、回転角速度
を検知することにより、移動体の位置を検出して適切な
誘導を行うナビゲーションシステム、あるいは外的振動
を検知して適切な制振を行うヨーレートセンサなどに応
用できる圧電振動ジャイロに関する。
【０００２】
【従来の技術】図８はこの発明の背景となる従来の圧電
材料を用いた圧電振動ジャイロの一例を示す斜視図であ
り、図９はその断面図である。圧電振動ジャイロ１は、
振動子２を含む。振動子２は、たとえば正３角柱状の振
動体３を含み、振動体３は、たとえばエリンバなどの機
械的な振動を生じる材料で形成される。振動体３の３つ
の側面には、３つの圧電素子４ａ，４ｂおよび４ｃが、
それぞれたとえば接着剤などによって接着される。これ
らの圧電素子４ａ，４ｂおよび４ｃは、それぞれ、圧電
材料からなる圧電体層を含み、圧電体層の両主面に電極
がそれぞれ形成され、一方の電極が振動体３に接着され
る。さらに、振動体３のノード点付近には、支持部材
５，５が取り付けられる。
材料を用いた圧電振動ジャイロの一例を示す斜視図であ
り、図９はその断面図である。圧電振動ジャイロ１は、
振動子２を含む。振動子２は、たとえば正３角柱状の振
動体３を含み、振動体３は、たとえばエリンバなどの機
械的な振動を生じる材料で形成される。振動体３の３つ
の側面には、３つの圧電素子４ａ，４ｂおよび４ｃが、
それぞれたとえば接着剤などによって接着される。これ
らの圧電素子４ａ，４ｂおよび４ｃは、それぞれ、圧電
材料からなる圧電体層を含み、圧電体層の両主面に電極
がそれぞれ形成され、一方の電極が振動体３に接着され
る。さらに、振動体３のノード点付近には、支持部材
５，５が取り付けられる。
【０００３】この圧電振動ジャイロ１を使用する場合、
たとえば圧電素子４ａおよび４ｂと圧電素子４ｃとの間
に発振回路出力源が接続される。この発振回路出力源か
らの出力信号によって、振動体３は圧電素子４ｃの形成
された面に直交する方向に屈曲振動する。この圧電振動
ジャイロ１の軸を中心として回転すると、圧電素子４ａ
および４ｂ間に回転角速度に応じた出力電圧の差が発生
する。これらの圧電素子４ａおよび４ｂからの出力電圧
の差を測定することによって、圧電振動ジャイロ１に加
わった回転角速度が測定される。
たとえば圧電素子４ａおよび４ｂと圧電素子４ｃとの間
に発振回路出力源が接続される。この発振回路出力源か
らの出力信号によって、振動体３は圧電素子４ｃの形成
された面に直交する方向に屈曲振動する。この圧電振動
ジャイロ１の軸を中心として回転すると、圧電素子４ａ
および４ｂ間に回転角速度に応じた出力電圧の差が発生
する。これらの圧電素子４ａおよび４ｂからの出力電圧
の差を測定することによって、圧電振動ジャイロ１に加
わった回転角速度が測定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の圧電振動ジャイロでは、圧電振動ジャイロの
使用温度範囲内で、雰囲気温度の変化によって、回転角
速度に応じた電圧以外の電圧が発生し、圧電振動ジャイ
ロの測定誤差を大きくする原因となっていた。また、こ
のような従来の圧電振動ジャイロでは、その出力電圧や
応答速度は振動子の一部を形成する圧電材料の材料特性
の変化によって変化するため、雰囲気温度の変化によっ
てその圧電材料の材料特性の変化が大きくなると、圧電
振動ジャイロの測定精度や応答速度などの特性が雰囲気
温度の変化によって大きく変化するという問題があっ
た。
うな従来の圧電振動ジャイロでは、圧電振動ジャイロの
使用温度範囲内で、雰囲気温度の変化によって、回転角
速度に応じた電圧以外の電圧が発生し、圧電振動ジャイ
ロの測定誤差を大きくする原因となっていた。また、こ
のような従来の圧電振動ジャイロでは、その出力電圧や
応答速度は振動子の一部を形成する圧電材料の材料特性
の変化によって変化するため、雰囲気温度の変化によっ
てその圧電材料の材料特性の変化が大きくなると、圧電
振動ジャイロの測定精度や応答速度などの特性が雰囲気
温度の変化によって大きく変化するという問題があっ
た。
【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、雰
囲気温度が変化しても測定誤差が小さく、雰囲気温度の
変化による測定精度および応答速度などの特性の変化も
小さい、圧電振動ジャイロを提供することである。
囲気温度が変化しても測定誤差が小さく、雰囲気温度の
変化による測定精度および応答速度などの特性の変化も
小さい、圧電振動ジャイロを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、圧電材料が
用いられる振動子を含み圧電効果を利用した圧電振動ジ
ャイロにおいて、その使用温度範囲内で圧電材料が相転
移が起こらない材料であることを特徴とする、圧電振動
ジャイロである。
用いられる振動子を含み圧電効果を利用した圧電振動ジ
ャイロにおいて、その使用温度範囲内で圧電材料が相転
移が起こらない材料であることを特徴とする、圧電振動
ジャイロである。
【０００７】また、この発明は、圧電材料からなる振動
子を含み圧電効果を利用した圧電振動ジャイロにおい
て、その使用温度範囲内で圧電材料が相転移が起こらな
い材料であることを特徴とする、圧電振動ジャイロであ
る。
子を含み圧電効果を利用した圧電振動ジャイロにおい
て、その使用温度範囲内で圧電材料が相転移が起こらな
い材料であることを特徴とする、圧電振動ジャイロであ
る。
【０００８】さらに、この発明は、屈曲振動する柱状の
振動体とその振動体に形成される圧電素子とを有する振
動子を含み圧電効果を利用した圧電振動ジャイロにおい
て、その使用温度範囲内で圧電素子の圧電材料が相転移
が起こらない材料であることを特徴とする、圧電振動ジ
ャイロである。
振動体とその振動体に形成される圧電素子とを有する振
動子を含み圧電効果を利用した圧電振動ジャイロにおい
て、その使用温度範囲内で圧電素子の圧電材料が相転移
が起こらない材料であることを特徴とする、圧電振動ジ
ャイロである。
【０００９】
【作用】圧電振動ジャイロの使用温度範囲で相転移が起
こらない材料が、圧電振動ジャイロの振動子において用
いられる圧電材料、圧電振動ジャイロの振動子として用
いられる圧電材料、または、圧電振動ジャイロにおいて
振動子の圧電素子の圧電材料として用いられるので、雰
囲気温度が変化しても、圧電振動ジャイロの測定誤差が
小さく、圧電振動ジャイロの測定精度や応答速度などの
特性の変化も小さくなる。
こらない材料が、圧電振動ジャイロの振動子において用
いられる圧電材料、圧電振動ジャイロの振動子として用
いられる圧電材料、または、圧電振動ジャイロにおいて
振動子の圧電素子の圧電材料として用いられるので、雰
囲気温度が変化しても、圧電振動ジャイロの測定誤差が
小さく、圧電振動ジャイロの測定精度や応答速度などの
特性の変化も小さくなる。
【００１０】
【発明の効果】この発明によれば、雰囲気温度の変化に
よる測定誤差が小さく、雰囲気温度の変化による測定精
度や応答速度などの特性の変化も小さい、圧電振動ジャ
イロが得られる。
よる測定誤差が小さく、雰囲気温度の変化による測定精
度や応答速度などの特性の変化も小さい、圧電振動ジャ
イロが得られる。
【００１１】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。
【００１２】
【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す斜視図であ
り、図２はその断面図である。この実施例の圧電振動ジ
ャイロ１０は振動子１２を含み、振動子１２はたとえば
正３角柱状の振動体１３を含む。この振動体１３は、た
とえばエリンバなどの恒弾性金属材料やガラス，石英，
水晶，セラミックなど一般的に機械的な振動を生じる材
料で形成される。
り、図２はその断面図である。この実施例の圧電振動ジ
ャイロ１０は振動子１２を含み、振動子１２はたとえば
正３角柱状の振動体１３を含む。この振動体１３は、た
とえばエリンバなどの恒弾性金属材料やガラス，石英，
水晶，セラミックなど一般的に機械的な振動を生じる材
料で形成される。
【００１３】この振動体１３の３つの側面の中央部に
は、圧電素子１４ａ，１４ｂおよび１４ｃが、それぞれ
形成される。圧電素子１４ａは、圧電材料からなる圧電
体層１６ａを含み、この圧電体層１６ａの両主面には、
電極１８ａおよび電極２０ａがそれぞれ形成される。そ
して、一方の電極２０ａが振動体１３の側面に接着され
る。同様に、圧電素子１４ｂおよび１４ｃは、圧電材料
からなる圧電体１６ｂおよび１６ｃをそれぞれ含み、こ
れらの圧電体１６ｂおよび１６ｃの両主面には、電極１
８ｂ，２０ｂおよび電極１８ｃ，２０ｃがそれぞれ形成
される。そして、振動体１３の側面に、電極２０ｂおよ
び電極２０ｃが接着される。
は、圧電素子１４ａ，１４ｂおよび１４ｃが、それぞれ
形成される。圧電素子１４ａは、圧電材料からなる圧電
体層１６ａを含み、この圧電体層１６ａの両主面には、
電極１８ａおよび電極２０ａがそれぞれ形成される。そ
して、一方の電極２０ａが振動体１３の側面に接着され
る。同様に、圧電素子１４ｂおよび１４ｃは、圧電材料
からなる圧電体１６ｂおよび１６ｃをそれぞれ含み、こ
れらの圧電体１６ｂおよび１６ｃの両主面には、電極１
８ｂ，２０ｂおよび電極１８ｃ，２０ｃがそれぞれ形成
される。そして、振動体１３の側面に、電極２０ｂおよ
び電極２０ｃが接着される。
【００１４】この実施例の圧電振動ジャイロ１０の圧電
素子１４ａ，１４ｂおよび１４ｃの材料としては、圧電
振動ジャイロ１０の使用温度範囲内で相転移が起こらな
い圧電材料が用いられる。このような圧電材料は、たと
えばＰｂ，ＺｒおよびＴｉを含む圧電磁器材料におい
て、たとえばＺｒとＴｉとの含有率を変化させることに
より得られる。そして、その材料を成形し、焼成するこ
とによって、圧電体層１６ａ，１６ｂおよび１６ｃが形
成される。さらに、圧電体層１６ａ，１６ｂおよび１６
ｃの両主面に電極１８ａ，２０ａ，電極１８ｂ，２０ｂ
および電極１８ｃ，２０ｃをそれぞれ形成することによ
って、圧電素子１４ａ，１４ｂおよび１４ｃが得られ
る。
素子１４ａ，１４ｂおよび１４ｃの材料としては、圧電
振動ジャイロ１０の使用温度範囲内で相転移が起こらな
い圧電材料が用いられる。このような圧電材料は、たと
えばＰｂ，ＺｒおよびＴｉを含む圧電磁器材料におい
て、たとえばＺｒとＴｉとの含有率を変化させることに
より得られる。そして、その材料を成形し、焼成するこ
とによって、圧電体層１６ａ，１６ｂおよび１６ｃが形
成される。さらに、圧電体層１６ａ，１６ｂおよび１６
ｃの両主面に電極１８ａ，２０ａ，電極１８ｂ，２０ｂ
および電極１８ｃ，２０ｃをそれぞれ形成することによ
って、圧電素子１４ａ，１４ｂおよび１４ｃが得られ
る。
【００１５】このようにして得られた圧電素子１４ａ，
１４ｂおよび１４ｃを振動体１３に接着することによっ
て、振動子１２が形成される。さらに、この振動子１２
の振動体１３のノード点付近に支持部材２２，２２を取
り付けることによって、圧電振動ジャイロ１０が作製さ
れる。
１４ｂおよび１４ｃを振動体１３に接着することによっ
て、振動子１２が形成される。さらに、この振動子１２
の振動体１３のノード点付近に支持部材２２，２２を取
り付けることによって、圧電振動ジャイロ１０が作製さ
れる。
【００１６】この圧電振動ジャイロ１０の特性を調べる
ために、図３に示すように、圧電素子１４ａおよび１４
ｂと圧電素子１４ｃとの間に、発振回路出力源３０が接
続される。そして、発振回路出力源３０からの信号によ
って、振動体１３の振動が励起される。この場合、振動
体１３は、圧電素子１４ｃが接着された面に直交する方
向に屈曲振動する。この状態では、圧電素子１４ａおよ
び１４ｂに発生する出力電圧は同じ大きさで同じ極性と
なる。したがって、差動回路３２を用いて、圧電素子１
４ａおよび１４ｂの出力電圧の差を測定すると、その差
は０となる。そして、振動体１３の軸を中心として回転
すると、コリオリ力により圧電素子１４ａおよび１４ｂ
の出力電圧に差が生じる。この出力電圧の差を測定する
ことによって、圧電振動ジャイロ１０に加わった回転角
速度を検出することができる。
ために、図３に示すように、圧電素子１４ａおよび１４
ｂと圧電素子１４ｃとの間に、発振回路出力源３０が接
続される。そして、発振回路出力源３０からの信号によ
って、振動体１３の振動が励起される。この場合、振動
体１３は、圧電素子１４ｃが接着された面に直交する方
向に屈曲振動する。この状態では、圧電素子１４ａおよ
び１４ｂに発生する出力電圧は同じ大きさで同じ極性と
なる。したがって、差動回路３２を用いて、圧電素子１
４ａおよび１４ｂの出力電圧の差を測定すると、その差
は０となる。そして、振動体１３の軸を中心として回転
すると、コリオリ力により圧電素子１４ａおよび１４ｂ
の出力電圧に差が生じる。この出力電圧の差を測定する
ことによって、圧電振動ジャイロ１０に加わった回転角
速度を検出することができる。
【００１７】また、回転していない状態の圧電振動ジャ
イロ１０について、雰囲気温度を−３０℃〜８５℃の範
囲で変化させて、圧電素子１４ａおよび１４ｂの出力電
圧の差を測定し、その無回転時の出力電圧の差のうち、
上述の雰囲気温度の範囲内での最大値と最小値との差の
絶対値を、温度ドリフトとする。つまり、圧電素子１４
ａおよび１４ｂの出力電圧の差が無回転時に初期値の０
から最も大きくずれた場合のずれ幅を、圧電振動ジャイ
ロ１０の温度ドリフトとする。
イロ１０について、雰囲気温度を−３０℃〜８５℃の範
囲で変化させて、圧電素子１４ａおよび１４ｂの出力電
圧の差を測定し、その無回転時の出力電圧の差のうち、
上述の雰囲気温度の範囲内での最大値と最小値との差の
絶対値を、温度ドリフトとする。つまり、圧電素子１４
ａおよび１４ｂの出力電圧の差が無回転時に初期値の０
から最も大きくずれた場合のずれ幅を、圧電振動ジャイ
ロ１０の温度ドリフトとする。
【００１８】さらに、振動体１３の軸を中心にして一定
の角速度で回転している状態の圧電振動ジャイロ１０に
ついて、雰囲気温度を−３０℃〜８５℃の範囲で変化さ
せて、圧電素子１４ａおよび１４ｂの出力電圧の差を測
定し、雰囲気温度の変化による回転時の出力電圧の差の
変化を調べる。
の角速度で回転している状態の圧電振動ジャイロ１０に
ついて、雰囲気温度を−３０℃〜８５℃の範囲で変化さ
せて、圧電素子１４ａおよび１４ｂの出力電圧の差を測
定し、雰囲気温度の変化による回転時の出力電圧の差の
変化を調べる。
【００１９】次に、この圧電振動ジャイロ１０におい
て、圧電素子１４ａ，１４ｂおよび１４ｃの材料とし
て、圧電振動ジャイロ１０の使用温度範囲内で相転移が
起こらない圧電材料が用いられた場合と、相転移が起こ
る圧電材料が用いられた場合との特性を比較して説明す
る。
て、圧電素子１４ａ，１４ｂおよび１４ｃの材料とし
て、圧電振動ジャイロ１０の使用温度範囲内で相転移が
起こらない圧電材料が用いられた場合と、相転移が起こ
る圧電材料が用いられた場合との特性を比較して説明す
る。
【００２０】まず、圧電素子１４ａ，１４ｂおよび１４
ｃの材料として、ＰｂＺｒＯ3 −ＰｂＴｉＯ3 系圧電磁
器材料において、ＺｒとＴｉとの含有率の異なる材料で
あって、上述の雰囲気温度の範囲内で相転移が起こらな
い圧電磁器材料Ａと、相転移が起こる圧電磁器材料Ｂと
を作製した。これらの圧電磁器材料ＡおよびＢのＺｒと
Ｔｉとの含有率を表１に示した。
ｃの材料として、ＰｂＺｒＯ3 −ＰｂＴｉＯ3 系圧電磁
器材料において、ＺｒとＴｉとの含有率の異なる材料で
あって、上述の雰囲気温度の範囲内で相転移が起こらな
い圧電磁器材料Ａと、相転移が起こる圧電磁器材料Ｂと
を作製した。これらの圧電磁器材料ＡおよびＢのＺｒと
Ｔｉとの含有率を表１に示した。
【００２１】
【表１】
【００２２】そして、圧電磁器材料Ａを用いて圧電素子
を形成し、さらに、圧電磁器材料Ｂを用いて別の圧電素
子を形成した。雰囲気温度の変化によるこれらの圧電素
子の材料特性（機械的品質係数Ｑｍおよび共振周波数）
の変化を図４に示し、さらに、雰囲気温度の変化による
これらの圧電素子の相転移にともなって発生する焦電荷
の変化を図５に示した。
を形成し、さらに、圧電磁器材料Ｂを用いて別の圧電素
子を形成した。雰囲気温度の変化によるこれらの圧電素
子の材料特性（機械的品質係数Ｑｍおよび共振周波数）
の変化を図４に示し、さらに、雰囲気温度の変化による
これらの圧電素子の相転移にともなって発生する焦電荷
の変化を図５に示した。
【００２３】図５に示すグラフから明らかなように、圧
電磁器材料Ｂを用いて形成した圧電素子は、上述の雰囲
気温度範囲内の４０℃付近に焦電荷のピークを示してい
る。これは、表１に示す圧電磁器材料ＢのＺｒとＴｉと
の含有率から、この材料がＭＰＢ（ｍｏｒｐｈｏｔｒｏ
ｐｉｃ ｐｈａｓｅ ｂｏｕｎｄａｒｙ）と呼ばれる組
成的相境界付近の組成であり、雰囲気温度の変化により
相転移が起こることを示している。これに対して、圧電
磁器材料Ａを用いて形成した圧電素子は、図５に示すグ
ラフから明らかなように、上述の雰囲気温度範囲内で焦
電荷の発生が見られず、この温度範囲内で相転移が起こ
らないことがわかる。
電磁器材料Ｂを用いて形成した圧電素子は、上述の雰囲
気温度範囲内の４０℃付近に焦電荷のピークを示してい
る。これは、表１に示す圧電磁器材料ＢのＺｒとＴｉと
の含有率から、この材料がＭＰＢ（ｍｏｒｐｈｏｔｒｏ
ｐｉｃ ｐｈａｓｅ ｂｏｕｎｄａｒｙ）と呼ばれる組
成的相境界付近の組成であり、雰囲気温度の変化により
相転移が起こることを示している。これに対して、圧電
磁器材料Ａを用いて形成した圧電素子は、図５に示すグ
ラフから明らかなように、上述の雰囲気温度範囲内で焦
電荷の発生が見られず、この温度範囲内で相転移が起こ
らないことがわかる。
【００２４】また、図４に示すグラフから明らかなよう
に、上述の雰囲気温度範囲内で相転移が起こらない圧電
磁器材料Ａを用いて形成した圧電素子は、相転移が起こ
る圧電磁器材料Ｂを用いて形成した圧電素子と比べて、
雰囲気温度の変化による材料特性の変化が小さく、その
変化率も雰囲気温度によらずほぼ一定であることがわか
る。
に、上述の雰囲気温度範囲内で相転移が起こらない圧電
磁器材料Ａを用いて形成した圧電素子は、相転移が起こ
る圧電磁器材料Ｂを用いて形成した圧電素子と比べて、
雰囲気温度の変化による材料特性の変化が小さく、その
変化率も雰囲気温度によらずほぼ一定であることがわか
る。
【００２５】そして、圧電磁器材料Ａを用いた圧電素子
などで実施例の圧電振動ジャイロ１０を作製し、圧電磁
器材料Ｂを用いた圧電素子などで比較例の圧電振動ジャ
イロ１０を作製した。そして、実施例および比較例の圧
電振動ジャイロ１０について、上述のようにして、温度
ドリフトを検出しかつ雰囲気温度の変化による回転時の
出力電圧の差の変化を調べ、それらの温度ドリフトを表
２に示し、それらの回転時の出力電圧の差の変化を図６
に示した。
などで実施例の圧電振動ジャイロ１０を作製し、圧電磁
器材料Ｂを用いた圧電素子などで比較例の圧電振動ジャ
イロ１０を作製した。そして、実施例および比較例の圧
電振動ジャイロ１０について、上述のようにして、温度
ドリフトを検出しかつ雰囲気温度の変化による回転時の
出力電圧の差の変化を調べ、それらの温度ドリフトを表
２に示し、それらの回転時の出力電圧の差の変化を図６
に示した。
【００２６】
【表２】
【００２７】圧電振動ジャイロ１０は圧電素子１４ａお
よび１４ｂの出力電圧の差によって、圧電振動ジャイロ
１０に加わった回転角速度を検出しているため、回転し
ていない状態では、雰囲気温度にかかわらず、その出力
電圧の差は０であるか、またはそれに近い値のほうが望
ましい。つまり、温度ドリフトは、小さいほうがよい。
また、回転時の圧電素子１４ａおよび１４ｂの出力電圧
の差が雰囲気温度の変化によって大きく変化してしまう
ことは、雰囲気温度により回転角速度を検出する精度が
大きく異なることになり好ましくない。つまり、雰囲気
温度の変化による圧電素子１４ａおよび１４ｂの出力電
圧の差の変化は、小さいほうがよい。
よび１４ｂの出力電圧の差によって、圧電振動ジャイロ
１０に加わった回転角速度を検出しているため、回転し
ていない状態では、雰囲気温度にかかわらず、その出力
電圧の差は０であるか、またはそれに近い値のほうが望
ましい。つまり、温度ドリフトは、小さいほうがよい。
また、回転時の圧電素子１４ａおよび１４ｂの出力電圧
の差が雰囲気温度の変化によって大きく変化してしまう
ことは、雰囲気温度により回転角速度を検出する精度が
大きく異なることになり好ましくない。つまり、雰囲気
温度の変化による圧電素子１４ａおよび１４ｂの出力電
圧の差の変化は、小さいほうがよい。
【００２８】表２および図６に示す結果から明らかなよ
うに、圧電磁器材料Ａを用いた実施例の圧電振動ジャイ
ロ１０では、圧電磁器材料Ｂを用いた比較例の振動ジャ
イロ１０と比べて、その温度ドリフトが小さく、しか
も、回転時の雰囲気温度の変化による圧電素子１４ａお
よび１４ｂの出力電圧の差の変化が小さく、その変化率
もほぼ一定であることがわかる。これは、上述の相転移
が起こらない圧電磁器材料Ａを用いることによって、雰
囲気温度の変化による圧電素子１４ａ，１４ｂおよび１
４ｃの材料特性の変化が小さいためである。そのため、
この圧電磁器材料Ａのように圧電振動ジャイロの使用温
度範囲内で相転移が起こらない圧電材料を用いた圧電素
子を圧電振動ジャイロに用いることによって、雰囲気温
度が変化しても測定誤差が小さく、測定精度の変化が小
さい圧電振動ジャイロを得ることができる。
うに、圧電磁器材料Ａを用いた実施例の圧電振動ジャイ
ロ１０では、圧電磁器材料Ｂを用いた比較例の振動ジャ
イロ１０と比べて、その温度ドリフトが小さく、しか
も、回転時の雰囲気温度の変化による圧電素子１４ａお
よび１４ｂの出力電圧の差の変化が小さく、その変化率
もほぼ一定であることがわかる。これは、上述の相転移
が起こらない圧電磁器材料Ａを用いることによって、雰
囲気温度の変化による圧電素子１４ａ，１４ｂおよび１
４ｃの材料特性の変化が小さいためである。そのため、
この圧電磁器材料Ａのように圧電振動ジャイロの使用温
度範囲内で相転移が起こらない圧電材料を用いた圧電素
子を圧電振動ジャイロに用いることによって、雰囲気温
度が変化しても測定誤差が小さく、測定精度の変化が小
さい圧電振動ジャイロを得ることができる。
【００２９】次に、上述の実施例および比較例の圧電振
動ジャイロ１０について、雰囲気温度の変化による応答
特性の変化を調べ、その結果を図７に示した。図７に示
す結果から明らかなように、圧電磁器材料Ａを用いた実
施例の圧電振動ジャイロ１０では、圧電磁器材料Ｂを用
いた比較例の圧電振動ジャイロ１０と比べて、雰囲気温
度の変化による応答速度の変化が小さいことがわかる。
動ジャイロ１０について、雰囲気温度の変化による応答
特性の変化を調べ、その結果を図７に示した。図７に示
す結果から明らかなように、圧電磁器材料Ａを用いた実
施例の圧電振動ジャイロ１０では、圧電磁器材料Ｂを用
いた比較例の圧電振動ジャイロ１０と比べて、雰囲気温
度の変化による応答速度の変化が小さいことがわかる。
【００３０】つまり、圧電振動ジャイロ１０の応答特性
は、一般の振動子の立ち上がり特性と同様に次の（１）
式で表される。
は、一般の振動子の立ち上がり特性と同様に次の（１）
式で表される。
【００３１】１／ｔ≒ｆ／Ｑｍ ・・・・・（１）
【００３２】（１）式中、１／ｔは応答速度で、ｆは振
動子１２の周波数で、Ｑｍは振動子１２の機械的品質係
数である。圧電振動ジャイロ１０の振動子１２の周波数
は上述の雰囲気温度範囲内でほぼ一定とみなせるため、
（１）式より、雰囲気温度の変化による圧電振動ジャイ
ロ１０の応答速度の変化は、雰囲気温度の変化による振
動子１２の機械的品質係数Ｑｍの変化が小さいほど速い
ことになる。雰囲気温度の変化による振動子１２の機械
的品質係数Ｑｍの変化は、雰囲気温度の変化による圧電
素子１４ａ，１４ｂおよび１４ｃの機械的品質係数Ｑｍ
の変化と同様の傾向を示す。そのため、図４に示すよう
に、上述の雰囲気温度範囲内で相転移が起こらない圧電
磁器材料Ａを用いて雰囲気温度の変化による機械的品質
係数Ｑｍの変化が小さい圧電素子１４ａ，１４ｂおよび
１４ｃを形成し、これらの圧電素子１４ａ，１４ｂ，１
４ｃを圧電振動ジャイロ１０に用いることによって、雰
囲気温度の変化による圧電振動ジャイロ１０の応答速度
の変化を小さくすることができる。
動子１２の周波数で、Ｑｍは振動子１２の機械的品質係
数である。圧電振動ジャイロ１０の振動子１２の周波数
は上述の雰囲気温度範囲内でほぼ一定とみなせるため、
（１）式より、雰囲気温度の変化による圧電振動ジャイ
ロ１０の応答速度の変化は、雰囲気温度の変化による振
動子１２の機械的品質係数Ｑｍの変化が小さいほど速い
ことになる。雰囲気温度の変化による振動子１２の機械
的品質係数Ｑｍの変化は、雰囲気温度の変化による圧電
素子１４ａ，１４ｂおよび１４ｃの機械的品質係数Ｑｍ
の変化と同様の傾向を示す。そのため、図４に示すよう
に、上述の雰囲気温度範囲内で相転移が起こらない圧電
磁器材料Ａを用いて雰囲気温度の変化による機械的品質
係数Ｑｍの変化が小さい圧電素子１４ａ，１４ｂおよび
１４ｃを形成し、これらの圧電素子１４ａ，１４ｂ，１
４ｃを圧電振動ジャイロ１０に用いることによって、雰
囲気温度の変化による圧電振動ジャイロ１０の応答速度
の変化を小さくすることができる。
【００３３】上述のように、圧電振動ジャイロの使用温
度範囲内で相転移が起こらない圧電材料を用いた圧電素
子を用いて圧電振動ジャイロを形成することによって、
雰囲気温度の変化による測定誤差が小さく、雰囲気温度
の変化による測定精度や応答速度などの変化が小さく、
しかも、雰囲気温度の変化による特性の変化が小さい圧
電振動ジャイロを得ることができる。
度範囲内で相転移が起こらない圧電材料を用いた圧電素
子を用いて圧電振動ジャイロを形成することによって、
雰囲気温度の変化による測定誤差が小さく、雰囲気温度
の変化による測定精度や応答速度などの変化が小さく、
しかも、雰囲気温度の変化による特性の変化が小さい圧
電振動ジャイロを得ることができる。
【００３４】なお、上述の実施例では３角柱状の振動体
に圧電素子を形成した振動子が使用されているが、この
発明は、たとえば４角柱状，６角柱状，円柱状などの柱
状の振動体に圧電素子を形成した振動子や柱状以外の他
の形状、たとえばＨ型などの音叉型の振動体に圧電素子
を形成した振動子が使用された圧電振動ジャイロにも適
用され得る。また、上述の実施例では圧電素子の一方の
電極が振動体に接着されているが、この電極を形成せず
に公知の薄膜形成技術により圧電体層が振動体に直接形
成されてもよい。この場合、圧電素子の圧電材料として
圧電振動ジャイロの使用温度範囲内で相転移が起こらな
い材料を用いることによって、上述の実施例と同様の効
果を得ることができる。
に圧電素子を形成した振動子が使用されているが、この
発明は、たとえば４角柱状，６角柱状，円柱状などの柱
状の振動体に圧電素子を形成した振動子や柱状以外の他
の形状、たとえばＨ型などの音叉型の振動体に圧電素子
を形成した振動子が使用された圧電振動ジャイロにも適
用され得る。また、上述の実施例では圧電素子の一方の
電極が振動体に接着されているが、この電極を形成せず
に公知の薄膜形成技術により圧電体層が振動体に直接形
成されてもよい。この場合、圧電素子の圧電材料として
圧電振動ジャイロの使用温度範囲内で相転移が起こらな
い材料を用いることによって、上述の実施例と同様の効
果を得ることができる。
【００３５】さらに、上述の実施例では振動体に圧電素
子を形成した振動子が使用されているが、この発明は、
圧電材料からなる振動体の表面に電極を形成した振動子
が使用された圧電振動ジャイロにも適用され得る。ま
た、振動子の形状も上記と同様に限定されることはな
い。この場合、振動子の圧電材料として圧電振動ジャイ
ロの使用温度範囲内で相転移が起こらない材料を用いる
ことによって、上述の実施例と同様の効果を得ることが
できる。
子を形成した振動子が使用されているが、この発明は、
圧電材料からなる振動体の表面に電極を形成した振動子
が使用された圧電振動ジャイロにも適用され得る。ま
た、振動子の形状も上記と同様に限定されることはな
い。この場合、振動子の圧電材料として圧電振動ジャイ
ロの使用温度範囲内で相転移が起こらない材料を用いる
ことによって、上述の実施例と同様の効果を得ることが
できる。
【図１】この発明の一実施例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す圧電振動ジャイロの断面図である。
【図３】図１に示す圧電振動ジャイロを使用するときの
回路を示すブロック図である。
回路を示すブロック図である。
【図４】雰囲気温度の変化による圧電素子の材料特性の
変化を示すグラフである。
変化を示すグラフである。
【図５】雰囲気温度の変化による圧電素子に発生する焦
電荷の変化を示すグラフである。
電荷の変化を示すグラフである。
【図６】雰囲気温度の変化による圧電振動ジャイロの回
転時の出力電圧の差の変化を示すグラフである。
転時の出力電圧の差の変化を示すグラフである。
【図７】雰囲気温度の変化による圧電振動ジャイロの応
答速度の変化を示すグラフである。
答速度の変化を示すグラフである。
【図８】この発明の背景となる従来の圧電素子を用いた
圧電振動ジャイロの一例を示す斜視図である。
圧電振動ジャイロの一例を示す斜視図である。
【図９】図８に示す圧電振動ジャイロの断面図である。
１０ 振動ジャイロ １２ 振動子 １３ 振動体 １４ａ，１４ｂ，１４ｃ 圧電素子 １６ａ，１６ｂ，１６ｃ 圧電体層 １８ａ，１８ｂ，１８ｃ 電極 ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 電極 ２２ 支持部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大 槻 健 彦 京都府長岡京市天神２丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 長 谷 喜 代 司 京都府長岡京市天神２丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 白 露 幸 祐 京都府長岡京市天神２丁目26番10号 株式 会社村田製作所内
Claims (3)
- 【請求項１】 圧電材料が用いられる振動子を含み圧電
効果を利用した圧電振動ジャイロにおいて、 その使用温度範囲内で前記圧電材料が相転移が起こらな
い材料であることを特徴とする、圧電振動ジャイロ。 - 【請求項２】 圧電材料からなる振動子を含み圧電効果
を利用した圧電振動ジャイロにおいて、 その使用温度範囲内で前記圧電材料が相転移が起こらな
い材料であることを特徴とする、圧電振動ジャイロ。 - 【請求項３】 屈曲振動する柱状の振動体と前記振動体
に形成される圧電素子とを有する振動子を含み圧電効果
を利用した圧電振動ジャイロにおいて、 その使用温度範囲内で前記圧電素子の圧電材料が相転移
が起こらない材料であることを特徴とする、圧電振動ジ
ャイロ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6114077A JPH07301534A (ja) | 1994-04-29 | 1994-04-29 | 圧電振動ジャイロ |
| EP95106579A EP0679866A3 (en) | 1994-04-29 | 1995-05-02 | Piezoelectric vibrating gyroscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6114077A JPH07301534A (ja) | 1994-04-29 | 1994-04-29 | 圧電振動ジャイロ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07301534A true JPH07301534A (ja) | 1995-11-14 |
Family
ID=14628484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6114077A Pending JPH07301534A (ja) | 1994-04-29 | 1994-04-29 | 圧電振動ジャイロ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0679866A3 (ja) |
| JP (1) | JPH07301534A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000249561A (ja) * | 1999-03-03 | 2000-09-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 角速度センサ |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03150914A (ja) * | 1989-11-07 | 1991-06-27 | Murata Mfg Co Ltd | 振動子 |
| JPH05847A (ja) * | 1991-06-21 | 1993-01-08 | Murata Mfg Co Ltd | 積層圧電素子磁器組成物 |
| JPH05302833A (ja) * | 1992-04-07 | 1993-11-16 | Nissan Motor Co Ltd | 圧電式振動ジャイロの直流増幅回路 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2172279B (en) * | 1985-03-15 | 1988-05-05 | Plessey Co Plc | Pyroeletric ceramics |
| JPH0674774A (ja) * | 1992-08-27 | 1994-03-18 | Murata Mfg Co Ltd | ジャイロの駆動回路 |
| GB9220977D0 (en) * | 1992-10-06 | 1992-11-18 | British Aerospace | Method of and apparatus for compensating for material instabilities in piezoelectric materials |
-
1994
- 1994-04-29 JP JP6114077A patent/JPH07301534A/ja active Pending
-
1995
- 1995-05-02 EP EP95106579A patent/EP0679866A3/en not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03150914A (ja) * | 1989-11-07 | 1991-06-27 | Murata Mfg Co Ltd | 振動子 |
| JPH05847A (ja) * | 1991-06-21 | 1993-01-08 | Murata Mfg Co Ltd | 積層圧電素子磁器組成物 |
| JPH05302833A (ja) * | 1992-04-07 | 1993-11-16 | Nissan Motor Co Ltd | 圧電式振動ジャイロの直流増幅回路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0679866A3 (en) | 1995-11-15 |
| EP0679866A2 (en) | 1995-11-02 |
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