JPH1038581A - 音叉型振動ジャイロ - Google Patents
音叉型振動ジャイロInfo
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- JPH1038581A JPH1038581A JP8198034A JP19803496A JPH1038581A JP H1038581 A JPH1038581 A JP H1038581A JP 8198034 A JP8198034 A JP 8198034A JP 19803496 A JP19803496 A JP 19803496A JP H1038581 A JPH1038581 A JP H1038581A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧電体物質を利用し、安価で高性能かつ実用
的な圧電振動形ジャイロを提供することを目的とする。 【解決手段】 少なくとも第１及び第２のアーム（１
２、１４）とこれらのアームを支持するベース（１６）
とを有し、前記第１及び第２のアームとベースは圧電体
材料を含む音叉型振動ジャイロにおいて、検出側検出電
極（２６）を駆動時の振動による電荷発生量が所定値以
下の部分に配置した。
的な圧電振動形ジャイロを提供することを目的とする。 【解決手段】 少なくとも第１及び第２のアーム（１
２、１４）とこれらのアームを支持するベース（１６）
とを有し、前記第１及び第２のアームとベースは圧電体
材料を含む音叉型振動ジャイロにおいて、検出側検出電
極（２６）を駆動時の振動による電荷発生量が所定値以
下の部分に配置した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は音叉型振動ジャイロ
に関し、特に圧電体単結晶を利用した音叉型振動ジャイ
ロに関する。ジャイロスコープは航空機や大型船舶、宇
宙衛星などに位置の確認用として使用されてきた。最近
では、民生用の分野としてカーナビゲーションやＶＴＲ
やスチルカメラの手振れの検出などに使用されている。
に関し、特に圧電体単結晶を利用した音叉型振動ジャイ
ロに関する。ジャイロスコープは航空機や大型船舶、宇
宙衛星などに位置の確認用として使用されてきた。最近
では、民生用の分野としてカーナビゲーションやＶＴＲ
やスチルカメラの手振れの検出などに使用されている。
【０００２】従来のコマ・ジャイロは、いったんコマ
（円板）を回転させると、装置を傾けてもその中心軸の
方向は保ったまま姿勢を変えずに回転を続けるという原
理により、回転角速度を検出している。最近、光形ジャ
イロや圧電形ジャイロが開発され実用されはじめてい
る。圧電形ジャイロの原理は１９５０年頃の研究に遡
る。音叉や円筒や半球を利用したものなどが開発されて
きた。最近になって、圧電体を使った振動ジャイロが実
用化されている。測定感度や精度はコマ・ジャイロや光
ジャイロには劣るものの、小型、軽量で安価な点が他の
ジャイロと大きく異なる。
（円板）を回転させると、装置を傾けてもその中心軸の
方向は保ったまま姿勢を変えずに回転を続けるという原
理により、回転角速度を検出している。最近、光形ジャ
イロや圧電形ジャイロが開発され実用されはじめてい
る。圧電形ジャイロの原理は１９５０年頃の研究に遡
る。音叉や円筒や半球を利用したものなどが開発されて
きた。最近になって、圧電体を使った振動ジャイロが実
用化されている。測定感度や精度はコマ・ジャイロや光
ジャイロには劣るものの、小型、軽量で安価な点が他の
ジャイロと大きく異なる。
【０００３】
【従来の技術】圧電形振動ジャイロは、振動している物
体に角速度が加わると、その振動と直角の方向にコリオ
リ力が生じることを利用している。このような圧電形振
動ジャイロの原理は力学的モデルで解析される（例え
ば、「弾性波デバイスハンドブック」、オーム社、４９
１〜４９７）を参照）。圧電形振動ジャイロとしては種
々のものが提案されている。例えば、上記文献には、ス
ペリー音叉ジャイロ、ワトソン音叉ジャイロ、音片ジャ
イロ、円筒形振動ジャイロ等が記載されている。
体に角速度が加わると、その振動と直角の方向にコリオ
リ力が生じることを利用している。このような圧電形振
動ジャイロの原理は力学的モデルで解析される（例え
ば、「弾性波デバイスハンドブック」、オーム社、４９
１〜４９７）を参照）。圧電形振動ジャイロとしては種
々のものが提案されている。例えば、上記文献には、ス
ペリー音叉ジャイロ、ワトソン音叉ジャイロ、音片ジャ
イロ、円筒形振動ジャイロ等が記載されている。
【０００４】圧電形振動ジャイロの最近の報告では、圧
電セラミックによる音叉型ジャイロが提案されている
（特開昭６１−２９４３１１）。また、ＬｉＴａＯ3 の
単結晶からなる音片（振動体）を用いた圧電形ジャイロ
も提案されている（例えば、近野他、「ＬｉＴａＯ3 を
用いた角速度センサーの基礎実験」、昭和６１年度電子
通信学会総合全国大会、ｐ１−７９参照）。
電セラミックによる音叉型ジャイロが提案されている
（特開昭６１−２９４３１１）。また、ＬｉＴａＯ3 の
単結晶からなる音片（振動体）を用いた圧電形ジャイロ
も提案されている（例えば、近野他、「ＬｉＴａＯ3 を
用いた角速度センサーの基礎実験」、昭和６１年度電子
通信学会総合全国大会、ｐ１−７９参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】現在、実用化されてい
る圧電振動ジャイロのほとんどは圧電セラミックを用い
たものである。他方、圧電体単結晶を利用した圧電振動
ジャイロは、上記文献以外に実用化を考慮した注目すべ
き提案がなされていない。
る圧電振動ジャイロのほとんどは圧電セラミックを用い
たものである。他方、圧電体単結晶を利用した圧電振動
ジャイロは、上記文献以外に実用化を考慮した注目すべ
き提案がなされていない。
【０００６】したがって、本発明は、ＬｉＴａＯ3 等の
圧電体単結晶を利用し、安価で高性能かつ実用的な圧電
振動形ジャイロを提供することを目的とする。
圧電体単結晶を利用し、安価で高性能かつ実用的な圧電
振動形ジャイロを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の手段は次の通りである。請求項１は、少なく
とも第１及び第２のアーム（後述する１２、１４）とこ
れらのアームを支持するベース（１６）とを有し、前記
第１及び第２のアームとベースは圧電体材料を含む音叉
型振動ジャイロにおいて、検出側検出電極（検出側側面
電極２６に相当する）を駆動時の振動による電荷発生量
が所定値以下の部分に配置することを特徴とする音叉型
振動ジャイロである。
の本発明の手段は次の通りである。請求項１は、少なく
とも第１及び第２のアーム（後述する１２、１４）とこ
れらのアームを支持するベース（１６）とを有し、前記
第１及び第２のアームとベースは圧電体材料を含む音叉
型振動ジャイロにおいて、検出側検出電極（検出側側面
電極２６に相当する）を駆動時の振動による電荷発生量
が所定値以下の部分に配置することを特徴とする音叉型
振動ジャイロである。
【０００８】請求項２は請求項１において、前記検出側
電極（２６）は第１のアーム（１２）に設けられ、検出
側電極のエッジ（２６ａ）は第１及び第２のアーム間の
溝の深さとほぼ同じかもしくはそれよりも浅い位置（Ｌ
ａ／Ｗ≧０）にあることを特徴とする音叉型振動ジャイ
ロである。
電極（２６）は第１のアーム（１２）に設けられ、検出
側電極のエッジ（２６ａ）は第１及び第２のアーム間の
溝の深さとほぼ同じかもしくはそれよりも浅い位置（Ｌ
ａ／Ｗ≧０）にあることを特徴とする音叉型振動ジャイ
ロである。
【０００９】請求項３は請求項１において、前記検出側
電極は第１のアームに設けられ、検出側電極のエッジは
第１及び第２のアーム間の溝の深さよりも深い位置（Ｌ
ａ／Ｗ＜０）にあることを特徴とする音叉型振動ジャイ
ロである。請求項４は請求項１ないし３のいずれか一項
において、前記検出側電極は、駆動振動方向に対してほ
ぼ直交する方向にある第１のアーム（１２）の外側側面
に設けられていることを特徴とする音叉型振動ジャイロ
である。
電極は第１のアームに設けられ、検出側電極のエッジは
第１及び第２のアーム間の溝の深さよりも深い位置（Ｌ
ａ／Ｗ＜０）にあることを特徴とする音叉型振動ジャイ
ロである。請求項４は請求項１ないし３のいずれか一項
において、前記検出側電極は、駆動振動方向に対してほ
ぼ直交する方向にある第１のアーム（１２）の外側側面
に設けられていることを特徴とする音叉型振動ジャイロ
である。
【００１０】請求項５は請求項１において、前記第１及
び第２のアームの幅をＷとし、第１及び第２のアーム間
の溝の底部と前記検出側電極のエッジの距離をＬａとし
た場合、Ｌａ／Ｗの値に応じて変化する不要な振動によ
る電荷発生量が所定値以下である部分に、検出側電極を
配置したことを特徴とする音叉型振動ジャイロである。
び第２のアームの幅をＷとし、第１及び第２のアーム間
の溝の底部と前記検出側電極のエッジの距離をＬａとし
た場合、Ｌａ／Ｗの値に応じて変化する不要な振動によ
る電荷発生量が所定値以下である部分に、検出側電極を
配置したことを特徴とする音叉型振動ジャイロである。
【００１１】請求項６は請求項５において、前記圧電体
材料は圧電体単結晶であり、そのＸ軸を回転軸として回
転させた場合、前記第１及び第２のアームが＋Ｙ’方向
に延びており、Ｌａ／Ｗの値に応じて変化する不要な振
動による圧電体単結晶の＋Ｚ’面と−Ｚ’面に発生する
電荷の発生量に応じて、前記検出側電極の引き出し電極
を電荷発生量の少ない方の＋Ｚ’面と−Ｚ’面のいずれ
か一方に設けたことを特徴とする音叉型振動ジャイロで
ある。
材料は圧電体単結晶であり、そのＸ軸を回転軸として回
転させた場合、前記第１及び第２のアームが＋Ｙ’方向
に延びており、Ｌａ／Ｗの値に応じて変化する不要な振
動による圧電体単結晶の＋Ｚ’面と−Ｚ’面に発生する
電荷の発生量に応じて、前記検出側電極の引き出し電極
を電荷発生量の少ない方の＋Ｚ’面と−Ｚ’面のいずれ
か一方に設けたことを特徴とする音叉型振動ジャイロで
ある。
【００１２】請求項７は請求項５において、前記圧電体
材料は圧電体単結晶であり、そのＸ軸を回転軸として回
転させた場合、前記第１及び第２のアームが−Ｙ’方向
に延びており、Ｌａ／Ｗの値に応じて変化する不要な振
動による圧電体単結晶の＋Ｚ’面と−Ｚ’面に発生する
電荷の発生量に応じて、前記検出側電極の引き出し電極
を電荷発生量の少ない方の＋Ｚ’面と−Ｚ’面のいずれ
か一方に設けたことを特徴とする音叉型振動ジャイロで
ある。
材料は圧電体単結晶であり、そのＸ軸を回転軸として回
転させた場合、前記第１及び第２のアームが−Ｙ’方向
に延びており、Ｌａ／Ｗの値に応じて変化する不要な振
動による圧電体単結晶の＋Ｚ’面と−Ｚ’面に発生する
電荷の発生量に応じて、前記検出側電極の引き出し電極
を電荷発生量の少ない方の＋Ｚ’面と−Ｚ’面のいずれ
か一方に設けたことを特徴とする音叉型振動ジャイロで
ある。
【００１３】請求項８は、請求項２ないし４のいずれか
一項の記載において、駆動側電極は前記第２のアームに
設けられていることを特徴とする音叉型振動ジャイロで
ある。請求項９は、請求項１ないし８のいずれか一項の
記載において、前記圧電体材料はＬｉＴａＯ3 の単結晶
であり、その結晶方位はＸ軸を回転軸として４０°±２
０°回転させたＺ板であることを特徴とする音叉型振動
ジャイロである。
一項の記載において、駆動側電極は前記第２のアームに
設けられていることを特徴とする音叉型振動ジャイロで
ある。請求項９は、請求項１ないし８のいずれか一項の
記載において、前記圧電体材料はＬｉＴａＯ3 の単結晶
であり、その結晶方位はＸ軸を回転軸として４０°±２
０°回転させたＺ板であることを特徴とする音叉型振動
ジャイロである。
【００１４】請求項１０は、請求項１ないし８のいずれ
か一項の記載において、前記圧電体材料はＬｉＮｂＯ3
の単結晶であり、その結晶方位はＸ軸を回転軸として５
０°±２０°回転させたＺ板であることを特徴とする音
叉型振動ジャイロである。
か一項の記載において、前記圧電体材料はＬｉＮｂＯ3
の単結晶であり、その結晶方位はＸ軸を回転軸として５
０°±２０°回転させたＺ板であることを特徴とする音
叉型振動ジャイロである。
【００１５】
【発明の実施の形態】まず音叉型振動体について説明
し、次に本発明の原理及び実施の形態を説明する。図１
は、音叉型振動体の振動を示す図である。音叉型振動体
（以下、単に音叉又は振動体という）１０は２つのアー
ム１２、１４及びこれらを支持するベース１６を有す
る。アーム１２、１４とベース１６とは、圧電体材料を
加工した一体のものである。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）
に示すように、音叉型振動体はｆｙモード振動（面垂直
振動）及びｆｘモード振動（面内振動）の２種類の振動
がある。通常の水晶振動子音叉などでは、図１（Ｂ）に
示すｆｘモード振動がほとんどである。本発明では、ｆ
ｘモード振動（駆動振動モード）により音叉型振動体を
駆動し、ｆｙモード振動（検出振動モード）により検出
を行うことで、コリオリ力による出力を検出する構成と
している。
し、次に本発明の原理及び実施の形態を説明する。図１
は、音叉型振動体の振動を示す図である。音叉型振動体
（以下、単に音叉又は振動体という）１０は２つのアー
ム１２、１４及びこれらを支持するベース１６を有す
る。アーム１２、１４とベース１６とは、圧電体材料を
加工した一体のものである。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）
に示すように、音叉型振動体はｆｙモード振動（面垂直
振動）及びｆｘモード振動（面内振動）の２種類の振動
がある。通常の水晶振動子音叉などでは、図１（Ｂ）に
示すｆｘモード振動がほとんどである。本発明では、ｆ
ｘモード振動（駆動振動モード）により音叉型振動体を
駆動し、ｆｙモード振動（検出振動モード）により検出
を行うことで、コリオリ力による出力を検出する構成と
している。
【００１６】ｆｘモード振動を駆動する電極とｆｙモー
ド振動を検出する電極について、図２及び図３を参照し
て説明する。図２は、ｆｘモード振動（同図（Ａ））を
駆動する電極を説明するための図である。ｆｘモード振
動はたわみ振動が基本となる。図２（Ｂ）に示すよう
に、アームをｆｘモード振動方向に直交する方向に縦に
２分割し、一方が伸びる場合には他方が縮むようにアー
ムに電圧をかける。この場合の電極構成を図２（Ｃ）に
示す。２組の電極を図示の通り配列する。図中の２つの
矢印は、対応する電極に駆動電圧を印加することで生じ
る電界の方向を示す。
ド振動を検出する電極について、図２及び図３を参照し
て説明する。図２は、ｆｘモード振動（同図（Ａ））を
駆動する電極を説明するための図である。ｆｘモード振
動はたわみ振動が基本となる。図２（Ｂ）に示すよう
に、アームをｆｘモード振動方向に直交する方向に縦に
２分割し、一方が伸びる場合には他方が縮むようにアー
ムに電圧をかける。この場合の電極構成を図２（Ｃ）に
示す。２組の電極を図示の通り配列する。図中の２つの
矢印は、対応する電極に駆動電圧を印加することで生じ
る電界の方向を示す。
【００１７】図３は、ｆｙモード振動（同図（Ａ））を
検出する電極を説明するための図である。ｆｙモード振
動もｆｘモード振動と同様にたわみ振動が基本となる。
図３（Ｂ）に示すように、アームをｆｙモード振動に直
交する方向に縦に２分割すると、一方が伸びているとき
には他方は縮んでいる。このアームに対し、図３（Ｃ）
に示す電極を設けることで、ｆｙモード振動に対応する
電圧を検出できる。
検出する電極を説明するための図である。ｆｙモード振
動もｆｘモード振動と同様にたわみ振動が基本となる。
図３（Ｂ）に示すように、アームをｆｙモード振動に直
交する方向に縦に２分割すると、一方が伸びているとき
には他方は縮んでいる。このアームに対し、図３（Ｃ）
に示す電極を設けることで、ｆｙモード振動に対応する
電圧を検出できる。
【００１８】なお、図２及び図３に示す電極を用いた場
合には、ｆｘモード振動を駆動する電極とｆｙモード振
動を検出する電極との間の電気的な結合を完全に抑制す
ることはできない場合がある。電気的に結合すると、不
要なモードの振動が発生し、この不要なモードの振動が
ｆｘモード振動又はｆｙモード振動に弾性的に結合し
て、ジャイロの検出精度を劣化させる可能性がある。
合には、ｆｘモード振動を駆動する電極とｆｙモード振
動を検出する電極との間の電気的な結合を完全に抑制す
ることはできない場合がある。電気的に結合すると、不
要なモードの振動が発生し、この不要なモードの振動が
ｆｘモード振動又はｆｙモード振動に弾性的に結合し
て、ジャイロの検出精度を劣化させる可能性がある。
【００１９】図４に示す音叉１０の電極はこの点を考慮
したものである。アーム１４を介してｆｘモード振動を
駆動し、アーム１２を介してｆｙモード振動を検出す
る。アーム１４には電極１８と２０及び電極２２と２４
が対向するようにアーム１４の側面に取り付けてある。
なお、電極２０と２４は接続され接地側電極として機能
し、電極１８と２２は接続されて、これらに駆動電圧が
印加される。
したものである。アーム１４を介してｆｘモード振動を
駆動し、アーム１２を介してｆｙモード振動を検出す
る。アーム１４には電極１８と２０及び電極２２と２４
が対向するようにアーム１４の側面に取り付けてある。
なお、電極２０と２４は接続され接地側電極として機能
し、電極１８と２２は接続されて、これらに駆動電圧が
印加される。
【００２０】検出側電極は電極２６及び電極２８を有す
る。電極２８は接地電極として機能し、アーム１２の３
つの側面上に設けられている。残りの側面（ｆｘモード
の駆動振動の方向に直交するアーム１２の外側側面）
に、電極２６（以下、検出側側面電極ともいう）が設け
られている。電極２６と２８の間に、コリオリ力による
検出電圧が出力される。
る。電極２８は接地電極として機能し、アーム１２の３
つの側面上に設けられている。残りの側面（ｆｘモード
の駆動振動の方向に直交するアーム１２の外側側面）
に、電極２６（以下、検出側側面電極ともいう）が設け
られている。電極２６と２８の間に、コリオリ力による
検出電圧が出力される。
【００２１】電極２８はアーム１２の３つの側面を覆っ
ているので、両アーム間のシールド効果が得られる。ま
た、アームの３側面を覆う電極２８の作成は容易であ
り、電極の位置ずれによる駆動モードとの結合の割合も
減少する可能性もある。本発明は、図４に示すような電
極構成において、以下に説明する事項を特徴とする。
ているので、両アーム間のシールド効果が得られる。ま
た、アームの３側面を覆う電極２８の作成は容易であ
り、電極の位置ずれによる駆動モードとの結合の割合も
減少する可能性もある。本発明は、図４に示すような電
極構成において、以下に説明する事項を特徴とする。
【００２２】まず、図５を参照して、本発明の一実施の
態様で関係するパラメータを説明する。図５は、タンタ
ル酸リチュームＬｉＴａＯ3 等の圧電体単結晶で形成さ
れた音叉型振動ジャイロの振動体（基板）の斜視図であ
る。図５において、Ｌａはアーム１２と１４との間に形
成された溝の底面１３と駆動側検出電極２６の底面（振
動体中央側のエッジ）２６ａの距離、Ｗはアーム１２及
び１４の幅（アーム幅）である。
態様で関係するパラメータを説明する。図５は、タンタ
ル酸リチュームＬｉＴａＯ3 等の圧電体単結晶で形成さ
れた音叉型振動ジャイロの振動体（基板）の斜視図であ
る。図５において、Ｌａはアーム１２と１４との間に形
成された溝の底面１３と駆動側検出電極２６の底面（振
動体中央側のエッジ）２６ａの距離、Ｗはアーム１２及
び１４の幅（アーム幅）である。
【００２３】図６は、音叉型振動ジャイロの基板をＬｉ
ＴａＯ3 で形成した場合の不要な漏れ量の相対値とＬａ
／Ｗ（アーム間に形成された溝の底面１３と検出側側面
電極２６の振動体中央側エッジ２６ａとの距離／アーム
幅）との関係を表したグラフである。グラフの横軸はＬ
ａ／Ｗを表し、Ｌａ／Ｗ＝０は図５に示す溝の底面１３
に相当し、Ｌａ／Ｗ＞０はアーム１４側（アーム間の溝
の深さよりも浅い位置）にあり、Ｌａ／Ｗ＜０はベース
１６側（アーム間の溝の深さよりも深い位置）にある。
ＴａＯ3 で形成した場合の不要な漏れ量の相対値とＬａ
／Ｗ（アーム間に形成された溝の底面１３と検出側側面
電極２６の振動体中央側エッジ２６ａとの距離／アーム
幅）との関係を表したグラフである。グラフの横軸はＬ
ａ／Ｗを表し、Ｌａ／Ｗ＝０は図５に示す溝の底面１３
に相当し、Ｌａ／Ｗ＞０はアーム１４側（アーム間の溝
の深さよりも浅い位置）にあり、Ｌａ／Ｗ＜０はベース
１６側（アーム間の溝の深さよりも深い位置）にある。
【００２４】図６に示すグラフは、図７に示すように、
Ｘ軸を回転軸とするＬｉＴａＯ3 単結晶の４０°回転Ｚ
板（１４０°回転Ｙ板）であって、音叉アーム１２、１
４がＹ’方向に延びている素子を用いて得られたもので
ある。なお、ＬｉＴａＯ3 単結晶は４０°回転Ｚ板に限
られず、４０°±２０°回転Ｚ板（１４０°±２０°回
転Ｙ板）の範囲のものを用いることができる。
Ｘ軸を回転軸とするＬｉＴａＯ3 単結晶の４０°回転Ｚ
板（１４０°回転Ｙ板）であって、音叉アーム１２、１
４がＹ’方向に延びている素子を用いて得られたもので
ある。なお、ＬｉＴａＯ3 単結晶は４０°回転Ｚ板に限
られず、４０°±２０°回転Ｚ板（１４０°±２０°回
転Ｙ板）の範囲のものを用いることができる。
【００２５】図６に示す○を結ぶ曲線は、駆動側アーム
１２を駆動して発生した振動により発生した電荷を、図
７に示す振動体の＋Ｚ’面で測定することで得られたも
のである（角速度ゼロの状態）。また、図６に示す●を
結ぶ曲線は、同様に駆動側アーム１２を駆動したことに
より発生した電荷を、＋Ｚ’面と対向する−Ｚ’面で測
定することで得られたものである。図６からわかるよう
に、いずれの場合にもＬａ／Ｗの値によって、不要な振
動の漏れ量が変化する。具体的には、＋Ｚ’面では概ね
−１．５＜Ｌａ／Ｗ＜０．５の範囲で漏れ量の相対値は
１を越え、−Ｚ’面では概ね−１＜Ｌａ／Ｗ＜１の範囲
で漏れ量の相対値は１又は−１を越える。
１２を駆動して発生した振動により発生した電荷を、図
７に示す振動体の＋Ｚ’面で測定することで得られたも
のである（角速度ゼロの状態）。また、図６に示す●を
結ぶ曲線は、同様に駆動側アーム１２を駆動したことに
より発生した電荷を、＋Ｚ’面と対向する−Ｚ’面で測
定することで得られたものである。図６からわかるよう
に、いずれの場合にもＬａ／Ｗの値によって、不要な振
動の漏れ量が変化する。具体的には、＋Ｚ’面では概ね
−１．５＜Ｌａ／Ｗ＜０．５の範囲で漏れ量の相対値は
１を越え、−Ｚ’面では概ね−１＜Ｌａ／Ｗ＜１の範囲
で漏れ量の相対値は１又は−１を越える。
【００２６】アーム１２、１４を−Ｙ’方向に形成した
場合には、図６のグラフ中の＋Ｚ’面の場合の曲線と−
Ｚ’面の場合の曲線とが入れ替わることになる。以上の
ことから、不要な振動の漏れ量は＋Ｚ’面と−Ｚ’面と
で異なり、それぞれ検出側側面電極２６の振動体中央側
エッジ２６ａの位置によって不要な振動の漏れ量が変化
する。検出側側面電極２６は、漏れ量が少なくなるよう
に（すなわち、不要振動による電荷発生量が少ない部分
に設けられるように）、その側面上の位置、具体的には
振動体中央側エッジ２６ａの位置を決める。更に、検出
側側面電極２６を外部に接続するための引き出し電極
は、不要な振動の漏れ量が少ない面に設けることが好ま
しい。漏れ量が多い側の面に引き出し電極を設けると、
この不要な振動を検出してしまい、誤差が生じる。
場合には、図６のグラフ中の＋Ｚ’面の場合の曲線と−
Ｚ’面の場合の曲線とが入れ替わることになる。以上の
ことから、不要な振動の漏れ量は＋Ｚ’面と−Ｚ’面と
で異なり、それぞれ検出側側面電極２６の振動体中央側
エッジ２６ａの位置によって不要な振動の漏れ量が変化
する。検出側側面電極２６は、漏れ量が少なくなるよう
に（すなわち、不要振動による電荷発生量が少ない部分
に設けられるように）、その側面上の位置、具体的には
振動体中央側エッジ２６ａの位置を決める。更に、検出
側側面電極２６を外部に接続するための引き出し電極
は、不要な振動の漏れ量が少ない面に設けることが好ま
しい。漏れ量が多い側の面に引き出し電極を設けると、
この不要な振動を検出してしまい、誤差が生じる。
【００２７】図９は、Ｌａ／Ｗ＞０の場合において、検
出側側面電極２６の引き出し電極３２を設けた場合の構
成を示す。引き出し電極３２は、検出側側面電極２６の
振動体中央側エッジ２６ａ部分から引き出されている。
引き出し電極３２を＋Ｚ’面に設ける場合には、図６の
グラフからＬａ／Ｗ＞０．５、より好ましくはＬａ／Ｗ
＞１．０を満足するように、検出側側面電極２６の振動
体中央側エッジ２６ａの位置が決められていることが必
要である。また、引き出し電極３２を−Ｚ’面に設ける
場合には、図６のグラフからＬａ／Ｗ＞１．５、より好
ましくはＬａ／Ｗ＞２．０を満足するように、検出側側
面電極２６の振動体中央側エッジ２６ａの位置が決めら
れていることが必要である。なお、Ｌａ／Ｗ＞２．０の
場合には、不要な振動の漏れ量は少ないので、引き出し
電極３２を＋Ｚ’面と−Ｚ’面のどちらに設けても良
い。
出側側面電極２６の引き出し電極３２を設けた場合の構
成を示す。引き出し電極３２は、検出側側面電極２６の
振動体中央側エッジ２６ａ部分から引き出されている。
引き出し電極３２を＋Ｚ’面に設ける場合には、図６の
グラフからＬａ／Ｗ＞０．５、より好ましくはＬａ／Ｗ
＞１．０を満足するように、検出側側面電極２６の振動
体中央側エッジ２６ａの位置が決められていることが必
要である。また、引き出し電極３２を−Ｚ’面に設ける
場合には、図６のグラフからＬａ／Ｗ＞１．５、より好
ましくはＬａ／Ｗ＞２．０を満足するように、検出側側
面電極２６の振動体中央側エッジ２６ａの位置が決めら
れていることが必要である。なお、Ｌａ／Ｗ＞２．０の
場合には、不要な振動の漏れ量は少ないので、引き出し
電極３２を＋Ｚ’面と−Ｚ’面のどちらに設けても良
い。
【００２８】図１０は、Ｌａ／Ｗ＜０の場合において、
検出側側面電極２６の引き出し電極３２を設けた場合の
構成を示す。引き出し電極３２を＋Ｚ’面に設ける場合
には、図６のグラフからＬａ／Ｗ＜−１．５、より好ま
しくはＬａ／Ｗ＜−２．０を満足するように、検出側側
面電極２６の振動体中央側エッジ２６ａの位置が決めら
れていることが必要である。また、引き出し電極３２を
−Ｚ’面に設ける場合には、図６のグラフからＬａ／Ｗ
＜−１．２、より好ましくはＬａ／Ｗ＞−２．０を満足
するように、検出側側面電極２６の振動体中央側エッジ
２６ａの位置が決められていることが必要である。な
お、Ｌａ／Ｗ＜−２．０の場合には、不要な振動の漏れ
量は少ないので、引き出し電極３２を＋Ｚ’面と−Ｚ’
面のどちらに設けても良い。
検出側側面電極２６の引き出し電極３２を設けた場合の
構成を示す。引き出し電極３２を＋Ｚ’面に設ける場合
には、図６のグラフからＬａ／Ｗ＜−１．５、より好ま
しくはＬａ／Ｗ＜−２．０を満足するように、検出側側
面電極２６の振動体中央側エッジ２６ａの位置が決めら
れていることが必要である。また、引き出し電極３２を
−Ｚ’面に設ける場合には、図６のグラフからＬａ／Ｗ
＜−１．２、より好ましくはＬａ／Ｗ＞−２．０を満足
するように、検出側側面電極２６の振動体中央側エッジ
２６ａの位置が決められていることが必要である。な
お、Ｌａ／Ｗ＜−２．０の場合には、不要な振動の漏れ
量は少ないので、引き出し電極３２を＋Ｚ’面と−Ｚ’
面のどちらに設けても良い。
【００２９】図１０は、上記構成の音叉型振動ジャイロ
の一実装例を示す図である。検出側側面電極２６及びこ
の引き出し電極３２は、前述したように構成されてい
る。検出電極２８には引き出し電極３４が設けられ、駆
動側アーム１２に設けられた駆動電極１８と２４にはそ
れぞれ引き出し電極３６と３８が図示するように設けら
れている。上記引き出し電極３２、３４、３６及び３８
は、ベース１６の底面側に設けられている端子Ｔ１、Ｔ
２、Ｔ３及びＴ４にそれぞれ接続されている。また、図
１０では現われないが、駆動電極１８と２４にそれぞれ
対向するように設けられた駆動電極２０と２２は駆動素
子の裏面に設けられた引き出し電極を介して、振動体の
底面側に設けられた端子に接続されている。
の一実装例を示す図である。検出側側面電極２６及びこ
の引き出し電極３２は、前述したように構成されてい
る。検出電極２８には引き出し電極３４が設けられ、駆
動側アーム１２に設けられた駆動電極１８と２４にはそ
れぞれ引き出し電極３６と３８が図示するように設けら
れている。上記引き出し電極３２、３４、３６及び３８
は、ベース１６の底面側に設けられている端子Ｔ１、Ｔ
２、Ｔ３及びＴ４にそれぞれ接続されている。また、図
１０では現われないが、駆動電極１８と２４にそれぞれ
対向するように設けられた駆動電極２０と２２は駆動素
子の裏面に設けられた引き出し電極を介して、振動体の
底面側に設けられた端子に接続されている。
【００３０】振動体は、例えば矩形状のＬｉＴａＯ3 の
１３０°回転Ｚ板に、ダイシングソー又はワイヤーソー
で音叉としての切れ目を加工した後、側面を含む全面に
スパッタリング等により薄膜（例えば、ＮｉＣｒ／Ａ
ｕ）を形成し、その後、前後面及び側面の電極及び配線
を光露光法により加工する（３次元的な電極は斜め露光
を用いる）。なお、共振に与える影響をできるだけ少な
くするために、振動体上に形成されるパターン及び配線
はできるだけ対称になるように形成することが好まし
い。
１３０°回転Ｚ板に、ダイシングソー又はワイヤーソー
で音叉としての切れ目を加工した後、側面を含む全面に
スパッタリング等により薄膜（例えば、ＮｉＣｒ／Ａ
ｕ）を形成し、その後、前後面及び側面の電極及び配線
を光露光法により加工する（３次元的な電極は斜め露光
を用いる）。なお、共振に与える影響をできるだけ少な
くするために、振動体上に形成されるパターン及び配線
はできるだけ対称になるように形成することが好まし
い。
【００３１】上記振動体は、例えば支持基板４０で図示
するように支持される。支持基板４０には端子Ｔ１〜Ｔ
４に対応して設けられた端子Ｔ１１〜Ｔ１４に接続され
ている。これらの端子Ｔ１１〜Ｔ１４は外部接続用の端
子Ｔ２１〜Ｔ２４に配線４２、４４、４６及び４８を介
して接続されている。支持基板４０の裏面には、振動体
の裏面に設けられている端子に対して、表面と同様の配
線及び端子が設けられている。また、支持基板４０にス
ルーホールを設けて裏面の配線を表面に引き上げ、同一
電位の配線に接続するようにしても良い。なお、支持基
板４０の材質として、アルミナ基板、エポキシプリント
板及び液晶ポリマ板等がある。
するように支持される。支持基板４０には端子Ｔ１〜Ｔ
４に対応して設けられた端子Ｔ１１〜Ｔ１４に接続され
ている。これらの端子Ｔ１１〜Ｔ１４は外部接続用の端
子Ｔ２１〜Ｔ２４に配線４２、４４、４６及び４８を介
して接続されている。支持基板４０の裏面には、振動体
の裏面に設けられている端子に対して、表面と同様の配
線及び端子が設けられている。また、支持基板４０にス
ルーホールを設けて裏面の配線を表面に引き上げ、同一
電位の配線に接続するようにしても良い。なお、支持基
板４０の材質として、アルミナ基板、エポキシプリント
板及び液晶ポリマ板等がある。
【００３２】振動体と支持基板４０とは、接着剤で固定
する。また、振動体の端子と支持基板４０の端子とは、
ハンダや導電性接着剤などて架橋することで、容易に電
気的に接続できる。なお、支持基板４０を一本のピン等
で支持して、音叉型振動ジャイロを配線基板等に搭載す
ることができる。この状態で、支持基板４０の端子Ｔ２
１〜Ｔ２４と配線基板上の端子とを、銅などのソフトワ
イヤでワイヤボンディングすることで、電気的に接続可
能である。
する。また、振動体の端子と支持基板４０の端子とは、
ハンダや導電性接着剤などて架橋することで、容易に電
気的に接続できる。なお、支持基板４０を一本のピン等
で支持して、音叉型振動ジャイロを配線基板等に搭載す
ることができる。この状態で、支持基板４０の端子Ｔ２
１〜Ｔ２４と配線基板上の端子とを、銅などのソフトワ
イヤでワイヤボンディングすることで、電気的に接続可
能である。
【００３３】以上、本発明の一実施の形態を説明した。
振動体はＬｉＮｂＯ3 の他にＬｉＴａＯ3 の単結晶を用
いることができ、その結晶方位はＸ軸を回転軸として５
０°±２０°回転させたＺ板（すなわち１３０°±２０
°回転Ｙ板）である。また、その他の圧電体材料を適宜
選択して用いることもできる。
振動体はＬｉＮｂＯ3 の他にＬｉＴａＯ3 の単結晶を用
いることができ、その結晶方位はＸ軸を回転軸として５
０°±２０°回転させたＺ板（すなわち１３０°±２０
°回転Ｙ板）である。また、その他の圧電体材料を適宜
選択して用いることもできる。
【００３４】また、上記実施の形態は２つのアームを有
する構成であったが、３つ以上のアームを用いた場合に
も、検出電極の構成を上述のようにすることで同様の効
果が得られる。なお、本発明の音叉型振動ジャイロの駆
動回路及び検出回路は公知の回路を用いることが出きる
ので、ここでの説明を省略する。
する構成であったが、３つ以上のアームを用いた場合に
も、検出電極の構成を上述のようにすることで同様の効
果が得られる。なお、本発明の音叉型振動ジャイロの駆
動回路及び検出回路は公知の回路を用いることが出きる
ので、ここでの説明を省略する。
【００３５】本発明は、自動車のナビゲーション装置、
サスペンション制御装置、ＶＴＲの手振れ防止装置等、
種々の分野に適用できる。用途により、本発明の音叉型
振動ジャイロを複数用いて、複数方向の回転角速度の検
出を行うことができる。
サスペンション制御装置、ＶＴＲの手振れ防止装置等、
種々の分野に適用できる。用途により、本発明の音叉型
振動ジャイロを複数用いて、複数方向の回転角速度の検
出を行うことができる。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし請
求項１０に記載の発明によれば、検出側検出電極を駆動
時の振動による電荷発生量が所定値以下の部分に配置す
る構成としたため、不要な振動により影響されることが
無くなり、検出精度が向上する。また、電極配置を工夫
した構成なので、製造は容易でかつ実用的な圧電振動形
ジャイロを提供することができる。
求項１０に記載の発明によれば、検出側検出電極を駆動
時の振動による電荷発生量が所定値以下の部分に配置す
る構成としたため、不要な振動により影響されることが
無くなり、検出精度が向上する。また、電極配置を工夫
した構成なので、製造は容易でかつ実用的な圧電振動形
ジャイロを提供することができる。
【図１】音叉（振動体）の振動を説明するための図であ
る。
る。
【図２】音叉に面内振動（ｆｘ振動モード）を起こすた
めの電極構成を説明するための図である。
めの電極構成を説明するための図である。
【図３】音叉に発生した面垂直振動（ｆｙ振動モード）
を検出するための電極構成を説明するための図である。
を検出するための電極構成を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施の形態で用いる電極構成を示す
図である。
図である。
【図５】本発明の一実施の形態の振動体に関するパラメ
ータを示す図である。
ータを示す図である。
【図６】Ｌａ／Ｗ（アーム１２と１４の間に形成された
溝の底面１３と検出側側面電極２６の振動体中央側エッ
ジ２６ａとの距離／アーム幅）と不要振動の漏れ量（相
対値）との関係を示すグラフである。
溝の底面１３と検出側側面電極２６の振動体中央側エッ
ジ２６ａとの距離／アーム幅）と不要振動の漏れ量（相
対値）との関係を示すグラフである。
【図７】結晶方位を示す図である。
【図８】検出側側面電極及びその引き出し電極の一構成
例を示す図である。
例を示す図である。
【図９】検出側側面電極及びその引き出し電極の別の構
成例を示す図である。
成例を示す図である。
【図１０】圧電振動ジャイロの一実装例を示す斜視図で
ある。
ある。
１０ 音叉型振動体（音叉又は振動体） １２ アーム １４ アーム １６ ベース ２６ 検出側側面電極 ３２ 引き出し電極
Claims (10)
- 【請求項１】 少なくとも第１及び第２のアームとこれ
らのアームを支持するベースとを有し、前記第１及び第
２のアームとベースは圧電体材料を含む音叉型振動ジャ
イロにおいて、 検出側検出電極を駆動時の振動による電荷発生量が所定
値以下の部分に配置することを特徴とする音叉型振動ジ
ャイロ。 - 【請求項２】 前記検出側電極は第１のアームに設けら
れ、検出側電極のエッジは第１及び第２のアーム間の溝
の深さとほぼ同じかもしくはそれよりも浅い位置にある
ことを特徴とする請求項１記載の音叉型振動ジャイロ。 - 【請求項３】 前記検出側電極は第１のアームに設けら
れ、検出側電極のエッジは第１及び第２のアーム間の溝
の深さよりも深い位置にあることを特徴とする請求項１
記載の音叉型振動ジャイロ。 - 【請求項４】 前記検出側電極は、駆動振動方向に対し
てほぼ直交する方向にある第１のアームの外側側面に設
けられていることを特徴とする請求項１ないし３いずれ
か一項記載の音叉型振動ジャイロ。 - 【請求項５】 前記第１及び第２のアームの幅をＷと
し、第１及び第２のアーム間の溝の底部と前記検出側電
極のエッジの距離をＬａとした場合、Ｌａ／Ｗの値に応
じて変化する不要な振動による電荷発生量が所定値以下
である部分に、検出側電極を配置したことを特徴とする
請求項１記載の音叉型振動ジャイロ。 - 【請求項６】 前記圧電体材料は圧電体単結晶であり、
そのＸ軸を回転軸として回転させた場合、前記第１及び
第２のアームが＋Ｙ’方向に延びており、Ｌａ／Ｗの値
に応じて変化する不要な振動による圧電体単結晶の＋
Ｚ’面と−Ｚ’面に発生する電荷の発生量に応じて、前
記検出側電極の引き出し電極を電荷発生量の少ない方の
＋Ｚ’面と−Ｚ’面のいずれか一方に設けたことを特徴
とする請求項５に記載の音叉型振動ジャイロ。 - 【請求項７】 前記圧電体材料は圧電体単結晶であり、
そのＸ軸を回転軸として回転させた場合、前記第１及び
第２のアームが−Ｙ’方向に延びており、Ｌａ／Ｗの値
に応じて変化する不要な振動による圧電体単結晶の＋
Ｚ’面と−Ｚ’面に発生する電荷の発生量に応じて、前
記検出側電極の引き出し電極を電荷発生量の少ない方の
＋Ｚ’面と−Ｚ’面のいずれか一方に設けたことを特徴
とする請求項５に記載の音叉型振動ジャイロ。 - 【請求項８】 駆動側電極は前記第２のアームに設けら
れていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか
一項記載の音叉型振動ジャイロ。 - 【請求項９】 前記圧電体材料はＬｉＴａＯ3 の単結晶
であり、その結晶方位はＸ軸を回転軸として４０°±２
０°回転させたＺ板であることを特徴とする請求項１な
いし８のいずれか一項記載の音叉型振動ジャイロ。 - 【請求項１０】 前記圧電体材料はＬｉＮｂＯ3 の単結
晶であり、その結晶方位はＸ軸を回転軸として５０°±
２０°回転させたＺ板であることを特徴とする請求項１
ないし８のいずれか一項記載の音叉型振動ジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8198034A JPH1038581A (ja) | 1996-07-26 | 1996-07-26 | 音叉型振動ジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8198034A JPH1038581A (ja) | 1996-07-26 | 1996-07-26 | 音叉型振動ジャイロ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1038581A true JPH1038581A (ja) | 1998-02-13 |
Family
ID=16384441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8198034A Pending JPH1038581A (ja) | 1996-07-26 | 1996-07-26 | 音叉型振動ジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1038581A (ja) |
-
1996
- 1996-07-26 JP JP8198034A patent/JPH1038581A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040924 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041102 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041227 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050222 |