WO2000052421A1 - Capteur de vitesse angulaire - Google Patents

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WO2000052421A1
WO2000052421A1 PCT/JP2000/001136 JP0001136W WO0052421A1 WO 2000052421 A1 WO2000052421 A1 WO 2000052421A1 JP 0001136 W JP0001136 W JP 0001136W WO 0052421 A1 WO0052421 A1 WO 0052421A1
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WO
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angular velocity
velocity sensor
tuning fork
amount
piezoelectric
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PCT/JP2000/001136
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jiro Terada
Masami Tamura
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Publication date
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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
    • G01C19/5607—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating tuning forks

Definitions

  • the present invention relates to an angular velocity sensor using a polycrystalline piezoelectric material, and background art
  • a conventional angular velocity sensor there is known an angular velocity sensor in which a single crystal piezoelectric material is processed into a U-shaped sound or a tuning fork and a drive electrode and a detection electrode are provided.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-25833 is known. This angular velocity sensor supplies a voltage from a single drive power supply to the drive electrodes, and detects an angular velocity signal from the detection electrodes.
  • the angular velocity sensor In order to improve the detection sensitivity, the angular velocity sensor needs to supply a large electric power and generate a large vibration amplitude. Therefore, it was inevitable to use a non-linear operation region of the piezoelectric material, which would exceed the linear operation region where the characteristics of the piezoelectric material were stable and the vibration amplitude increased (the displacement due to vibration was not stable). Had issues. Disclosure of the invention
  • a piezoelectric element is a perovskite-type crystal structure represented by AB 0 3, the piezoelectric body 0.1 to 1. is characterized in that 0 wt% of 1 ⁇ 11 0 2 was added.
  • FIG. 1 is an external view for explaining the shape of the tuning fork element in Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is an electrical and mechanical characteristic diagram of the tuning fork element
  • FIG. 3 is an electrical and mechanical view of the tuning fork element.
  • Fig. 4 is an external view for explaining the arrangement of electrodes provided on the tuning fork element
  • Fig. 5 is a characteristic chart showing the relationship between input power and drive impedance of the tuning fork
  • Fig. 6 is the same.
  • FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the input power of the tuning fork and the driving impedance
  • FIG. 8 is a diagram for connecting the tuning fork to the processing circuit.
  • FIG. 8 is a diagram for connecting the tuning fork to the processing circuit.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram illustrating the arrangement of electrodes and their connections
  • FIG. 9 is a block diagram of an angular velocity sensor in which the tuning fork is connected to a processing circuit
  • FIG. 10 is a sensitivity characteristic diagram of the angular velocity sensor in the embodiment
  • FIG. The figure is a temperature characteristic diagram of the angular velocity sensor in the same embodiment. That. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is an external view for explaining the shape of a tuning fork element in Embodiment 1 of the angular velocity sensor of the present invention.
  • reference numeral 1 denotes a tuning fork element.
  • An outline of a method for preparing a sample used as the tuning fork element 1 is described below.
  • Chemical reagent grade P B_ ⁇ purity 99.9%
  • Z n O purity 99. 9%
  • N b 2 0 5 purity 99.
  • the weighed powder was wet-mixed in a ball mill for 24 hours using zirconia balls having a diameter of 10 mm and a polyethylene pot.
  • the wet-mixed powder was dehydrated and dried, and then calcined in air at a temperature of 123K for 2 hours.
  • the calcined powder was roughly pulverized in a mortar, and then pulverized with a medium stirring mill using 2 mm ⁇ zirconia balls to prepare a calcined powder.
  • the average particle size of the calcined powder obtained by this pulverization was 0.24 m.
  • After drying the pulverized powder a small amount of an organic binder was added and the mixture was granulated and molded at a pressure of 70 MPa.
  • This molded body was placed on a platinum plate, covered with a magnesia container to suppress the evaporation of PbO, placed in an electric furnace, debindered at a temperature of 973 K, and then heated at a heating rate of 250 K per hour. Then, it was baked at a temperature of 1373 to 1423 K for 1 hour.
  • the fired piezoelectric body was applied to a plate having a length of 15 mm, a width of 2 mm, and a thickness of 0.85 mm, and then a slit was formed in the center of the width of the plate in the longitudinal direction to obtain a tuning fork structure. .
  • silver paste was applied to both sides of the plate and baked at 130 K to form electrodes.
  • This plate-like tuning fork structure was placed in silicon oil at a temperature of 383 K, and a DC electric field of 4 MVZm was applied between the electrodes for 0.5 hour so that an electric field was applied in the thickness direction, and polarization was performed. After the polarization was completed, the silver electrode was removed by polishing. Through a series of processing as described above, samples as the tuning fork element 1 having various compositions are produced.
  • Figure 2 without the addition of C r 2 0 3 in the sample above, the amount of A 1 2 0 3 is varied from 0 to 1.2 wt%, further MnO., The amount of 0 1.0% by weight It is an electrical and mechanical characteristic diagram at the time of changing to FIG. Figures 2 (a), (b), and (c) show the non-dielectric constant (£ s ), the mechanical quality factor (Qm), and the electromechanical coupling factor (Kp), respectively.
  • Mn0 up amount of 2 0.5 wt% suggests Qm, results in an increase in Kp, linear operating region to a large input power that attained can at the same time sensitivity ensured.
  • Mn_ ⁇ 2 is also effective to reduce the undesired signals because, as an angular velocity sensor increases the solid solution insulation resistance in the form of trivalent ions as donors.
  • FIG. 3 like the amount of Mn_ ⁇ 2 in the sample was fixed to 0.5 wt%, changing the amount of A 1 2 ⁇ 3 to 0 to 0.1 wt%, further C r 2 ⁇ 3 is a graph showing electrical and mechanical characteristics when the addition amount of No. 3 is changed from 0 to 0.282% by weight.
  • You. Fig. 3 (a), (b) and (c) show s s , Qm and Kp, respectively.
  • Kp If the amount of C r 2 0 3 is increased, Qm is increased, but shows a tendency to decrease epsilon s Hayaya. Increase in C r 2 0 3 amount of addition increases more the Qm, pulling the threshold to start softening phenomenon due to a further increase in the amplitude of the piezoelectric member, also pulling more level nonlinear operation is started, driven at a large amplitude This suggests that linear operation is maintained and that high sensitivity can be achieved at the same time.
  • the characteristic items £ s, Qm when comprehensively judging the Kp, the addition amount of C r 2 ⁇ 3 0.282 wt% or less, eight 1 amount of 2 ⁇ 3 is 1.0 wt% or less preferable.
  • FIG. 4 is an external view of a tuning fork for explaining the arrangement of electrodes provided on the tuning fork element 1 having the composition shown in (Table 2) from among the above-mentioned samples.
  • 25 is a drive electrode
  • 6 is a monitor electrode
  • 910 is a detection electrode
  • 11 is a tuning fork.
  • the drive electrode 25, the monitor electrode 6, and the detection electrode 910 are all formed by depositing gold.
  • Fig. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the input power (horizontal axis) and the driving impedance (vertical axis) of the tuning fork 11 having the composition shown in (Table 2) together with the evaluation results of the conventional example.
  • samples AB, CD, EFGH, and IJKL all have the same drive impedance compared to the conventional product (conventional example), and samples ABCEFGIJ and K have the same drive impedance as compared to samples DH and L.
  • Sample A shows a remarkable tendency. This also suggests that Sample A can provide a more sensitive angular velocity sensor.
  • FIG. 11 is a characteristic diagram showing a relationship between input power (horizontal axis) and driving impedance (vertical axis) of a tuning fork 11 having a changed composition.
  • FIG. 11 shows a highly sensitive angular velocity sensor can be realized.
  • FIGS. 1 and 2 show a characteristic diagram showing a relationship between input power (horizontal axis) and driving impedance (vertical axis) of a tuning fork 11 having a changed composition.
  • the addition amount of A1203 exceeds 1.0% by weight, Kp and £ s decrease.
  • the addition amount of eight 1 2 ⁇ 3 exceeds 0 wt% 1.
  • the amount of A 1 2 ⁇ 3, 1. may be at 0 wt% or less, but more preferably in the range of 1.0 wt% 1 wt% or more 0.1.
  • Figure 7 is without the addition of the inner A 1 2 0 3 of the above sample, fixing the amount of Mn_ ⁇ 2 to 0.5 wt%, C r 2 ⁇ 3 amount of addition of 0, 0.1 FIG.
  • FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the input power (horizontal axis) and the driving impedance (vertical axis) of the tuning fork 11 having a composition changed to 0.22, 0.5% by weight.
  • the addition amount of C r 2 0 3 is more than 282 wt% 0., since K p is rapidly reduced, the amount of C r 2 0 3 0 It is less preferred to exceed 282% by weight.
  • Te embodiment smell, amount of C r 2 ⁇ 3 may if 0.282 wt% or less, and more preferred range of 0.1 wt% or more 0.282% by weight or less properly.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram illustrating the arrangement of electrodes for connecting the tuning fork 11 shown in FIG. 4 to a processing circuit for driving and detecting, and a connection relation thereof.
  • 3 and 4 are drive electrodes
  • 7 is a monitor electrode
  • 8 is a ground electrode
  • 12 is a drive source. It is.
  • the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
  • FIG. 9 is a block diagram of an angular velocity sensor in which the tuning fork 11 shown in FIG. 4 is connected to a processing circuit by wiring as shown in FIG.
  • 13 is a detection circuit connected to the detection electrodes 9 and 10 to amplify the detection signal
  • 14 is a detection circuit for detecting the output signal of the detection circuit
  • 15 is a detection circuit 14
  • 16 is a drive circuit connected to the drive electrodes 2 and 4 and the monitor electrodes 6 and 7.
  • the signals from the monitor electrodes 6 and 7 are input to the drive circuit 16, and the output signal of the drive circuit 16 is fed back to the drive electrodes 2 and 4 to drive the tuning fork self-excitedly.
  • the angular velocity signals detected by the detection electrodes 9 and 10 are differentially input to the detection circuit 13 and amplified.
  • a detection signal is obtained by detecting the amplified signal using the output signal of the drive circuit 16. This detection signal is input to the next stage filter circuit 15, and the drive signal component is removed from the signal component, so that only the angular velocity signal component can be finally detected.
  • FIG. 10 is a sensitivity characteristic diagram in which the output voltage with respect to the input angular velocity of sample A shown in (Table 2) was evaluated together with the conventional product (conventional example) using the processing circuit described in FIG.
  • the horizontal axis is the input angular velocity
  • the vertical axis is the output voltage. From Fig. 10, it can be seen that the sensitivity of sample A is significantly improved as compared with the conventional product (conventional example).
  • Table 3 shows the results of evaluation of the sensitivity characteristics of samples having a composition other than Sample A. Table 3
  • Table 4 shows the results of evaluating the sensitivity characteristics of an example of a bevelskite-type crystal structure represented by AB ⁇ 3 other than the composition described in the present example.
  • FIG. 11 is a temperature characteristic diagram for evaluating the temperature characteristics of the output voltage (sensitivity) shown in FIG.
  • the horizontal axis is temperature and the vertical axis is output voltage. From Fig. 11, it can be seen that sample A has less variation in output voltage (sensitivity) with respect to temperature than the conventional product (conventional example). For samples other than Sample A, it was found that the output voltage (sensitivity) fluctuated less with temperature than the conventional product (conventional example).
  • Ru Berobusukai Bok-type crystal structure der represented by AB_ ⁇ 3 P b in [(Z n l / 3 b 2/3) 0. 125 Z r 0. 385 T i 0. 49] ⁇ 3 , Mn_ ⁇ 2 0 - 5 wt%, the Alpha 1 2 0 3 1. 0 wt%, sample a is from the point of overall characteristics as the angular velocity sensor of adding C r 2 ⁇ 3 0.282 wt% ( Most preferred, especially for linear operation at large amplitudes.
  • Mn_ ⁇ 2 but has been mainly described when added 0.5 wt%, not necessarily specified in this 0. 1 in accordance with the desired properties 1 The addition amount of 0.0% by weight can be appropriately selected.
  • a P b [(Z n l / 3 Nb 2/3) 0. 125 Z r 0. 385 T i 0. 49] piezoelectric a perovskite-type crystal structure represented by 0 3 examples have been described using, but in the piezoelectric is a pair Robusukai Bok-type crystal structure represented by other AB0 3, of the present invention by 0.1 to 1.0 wt% added pressure to the Mn 0 2 It is possible to achieve technical ideas. Industrial applicability
  • a piezoelectric element is a perovskite-type crystal structure represented by A B0 3, 0 on the piezoelectric.

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Description

明 細 書 角速度センサ 技術分野
本発明は多結晶圧電体を用いた角速度センサに関する, 背景技術
従来の角速度センサとして、 単結晶圧電体をコの字状の音又に加工し、 こ の音叉に駆動電極と検出電極を設けたものが知られている。 この例としては、 特開平 6— 2 5 8 3 3 3号公報が知られている。 この角速度センサは、 単一 の駆動電源から駆動電極に電圧を供給し、 検出電極より角速度信号を検出す るものである。
上記角速度センサは、 検出感度の向上のためには大きな電力を投入し、 大 きな振動振幅を発生させなければならない。 したがって、 どうしても圧電体 の特性の安定した線形な動作領域を超え、 振動振幅の大きくなる （振動によ る変位量の安定しない） 圧電体の非線形な動作領域を使用せざるを得ないと いった課題を有していた。 発明の開示
この課題を解決するために本発明は、 振動による慣性変換部およびコリオ リカ検出部としての振動子が、 A B 03で表わされるベロブスカイト型結晶 構造である圧電体からなり、 前記圧電体には 0 . 1〜 1 . 0重量％の1^ 11 02 が添加されたことを特徴とするものである。 この構成により、 大振幅で線形 動作に近い振動が得られると同時に高感度化が達成される。 図面の簡単な説明
第 1図は本発明の実施例 1における音叉素子の形状を説明するための外観 図、 第 2図は同音叉素子の電気的及び機械的特性図、 第 3図は同音叉素子の 電気的及び機械的特性図、 第 4図は同音叉素子に設けた電極配置を説明する ための外観図、 第 5図は同音叉の入力電力と駆動インピーダンスとの関係を 示す特性図、 第 6図は同音叉の入力電力と駆動インピーダンスとの関係を示 す特性図、 第 7図は同音叉の入力電力と駆動インピーダンスとの関係を示す 特性図、 第 8図は同音叉を処理回路に接続するための電極配置及びその結線 関係を説明する概略構成図、 第 9図は同音叉を処理回路に接続した角速度セ ンサのブロック図、第 10図は同実施例における角速度センサの感度特性図、 第 1 1図は同実施例における角速度センサの温度特性図である。 発明を実施するための最良の形態
(実施例 1 )
第 1図は本発明の角速度センサの実施例 1における音叉素子の形状を説明 するための外観図である。 第 1図において、 1は音叉素子である。 以下に音 叉素子 1として用いる試料の作製方法の概略を述べる。 化学試薬級の P b〇 (純度 99. 9 %)、 Z n O (純度 99. 9 %)、 N b 205 (純度 99. 9 %)、 Z r 02 (純度 99. 9 %)、 T i 02 (純度 99. 85 %) を用い、 温度によ る特性変化の軽減が図れる P b [(Z n1/3N b,/3) XZ r YT i z] 03 (X+Y + Z= 1) の組成の中でも特に P b [(Z n,/3Nb2/3) 。.I25Z r。.385 T i。.49] 03になるように秤量したものを用いた （詳細な評価結果は、 第 1 1図に示 す）。 また、 化学試薬級の M n 02 (純度 9 9. 8 %)、 A 1 , O 3 (純度 99. 99 %)、 C r ,03 (純度 9 9. 8 %) を用いて、 （表 1 ) に示すよう な範囲の添加量になるように秤量した。 00/5221
表 1
Figure imgf000005_0001
秤量した粉末を 10 mm Φのジルコニァボールとポリエチレンポットを用 いて 24時間、 ボールミルで湿式混合した。 この湿式混合した粉末を脱水乾 燥後、 大気中にて温度 1 1 23Kで 2時間仮焼した。 この仮焼した粉末を乳 鉢で粗粉砕した後、 2 mm φのジルコニァボールを用いて媒体攪拌ミルで粉 碎し、 仮焼粉末を作製した。 この粉砕によって得られた仮焼粉末の平均粒子 径は、 0. 24 mであった。 この粉砕した粉末を乾燥後、 少々の有機バイ ンダを加え造粒後、 7 OMP aの圧力で成型した。 この成型体を白金の板に 載せ、 P bOの蒸発を抑えるためにマグネシアの容器を被せ、 電気炉に入れ、 温度 973 Kで脱バインダした後、 1時間当たり 250 Kの昇温速度で昇温 させ、 温度 1 373〜 1423 Kで 1時間焼成した。
焼成後の圧電体を長さ 1 5 mmx幅 2 mmx厚さ 0. 85 mmの板状に加 ェし、 次に前記板の幅中央に長手方向に向かってスリットを入れ、 音叉構造 体とした。 この音叉構造体を研磨加工した後、 銀ペーストを板の両面に塗布 し、 1 0 3 3 Kで焼き付けて電極とした。 この板状の音叉構造体を、 温度 383 Kのシリコンオイル中に入れ、 厚み方向に電界が加えられるように電 極間に 4MVZmの直流電界を 0. 5時間印加し、 分極を行った。 分極終了 後、 銀電極を研磨により除去した。 以上のような一連の加工により、 種々の 組成からなる音叉素子 1としての試料が作られる。
第 2図は、 上述の試料内の C r 203の添加なしで、 A 1203の添加量を 0 〜 1. 2重量％まで変化させ、 さらに MnO.,の添加量を 0〜 1. 0重量％ まで変化させた時の電気的及び機械的特性図である。 第 2図 （a), (b)， (c) はそれぞれ非誘電率 （ £s)、 機械的品質係数 （Qm)、 電気機械結合 係数 （Kp) を示す。
第 2図 （a) 〜 （c) において、 Mn02と A 12〇3の添加量が 0重量％の 場合、 Qmが 100程度である。 ただし、 これは原料に含まれる極微量の不 純物による影響と考えられる。 これはまた Mn〇2の添加により Qmが若干 大きくなつたことの原因とも考えられる。 すなわち、 Mn〇2の添加は原料 中にもともと含まれているドナー不純物の影響を打ち消すことができたもの と思われる。
Mn02の添加量が 0. 5重量％までは、 Qm、 Kpの増加をもたらし、 大きな入力電力まで線形な動作領域が確保できると同時に高感度化が図れる ことを示唆する。
また、 Mn〇2の添加は、 焼成時の雰囲気が特性ばらつきに与える影響を 小さくする。
さらに、 Mn〇2はドナーとして 3価イオンの形で固溶し絶縁抵抗を上げ るため、 角速度センサとして不要信号を小さくする効果もある。
ただし、 Mn〇2の添加量が 1. 0重量％を超えると、 ssと Kpが急激に 低下するために圧電特性として好ましくない。
したがって、 特性項目の ε 、 Qm、 Kpを総合的に判断すると、 Mn〇2 の添加量は 0. 5重量％が最も好ましい。
また、 八 12〇3の添加量が1. 0重量％を超えると、 £s、 Kpの低下が顕 著となりあまり好ましくない。
第 3図は、 同じく試料内の Mn〇2の添加量を 0. 5重量％に固定し、 A 12〇3の添加量を 0〜 0. 1重量％まで変化させ、 さらに C r2〇3の添加 量を 0〜 0. 282重量％まで変化させた時の電気的及び機械的特性図であ る。 第 3図 （a)， （b)， (c) は、 それぞれ ss、 Qm、 Kpを示す。
第 3図 （a) 〜 （c) において、 A 1203の添加量の増加に対して、 Kp、
£sにあまり変化は見られないが、 Qmは大きな増加が認められる。 したが つて、 大振幅まで駆動しても線形動作が保たれると同時に高感度化が達成可 能であることを示唆する。
ただし、 八 1203の添加量が1. 0重量％を超えると、 Kp、 £sが低下し あまり好ましくない。
また、 C r 203の添加量が増加すると Kp、 Qmは増加するが、 ε sはやや 低下する傾向を示す。 C r 203の添加量の増加は Qmをより増加させ、 圧電 体の振幅のさらなる増加に伴う軟化現象の開始する閾値を引き上げ、 非線形 動作が開始するレベルもより引き上げ、 より大振幅で駆動しても線形動作が 保たれると同時に高感度化が達成可能であることを示唆する。
ただし、 （： 203の添加量が0. 282重量％を超えると、 Kpが急激に 低下すると同時に £ sもさらに低下するため、 あまり好ましくない。 以上の 内から Qmの評価結果の一例を紹介すると、 A 〇3の添加量が 1. 0重量％、 じ 1" 2〇3の添加量が0. 282重量％の場合、 Qm= 47 50となる。
したがって、 特性項目の £s、 Qm、 Kpを総合的に判断すると、 C r2〇3 の添加量は 0. 282重量％以下、 八 12〇3の添加量は1. 0重量％以下が 好ましい。
第 4図は、 上述の試料の内から （表 2) に示すような組成の音叉素子 1に 設けた電極配置を説明するための音又の外観図である。
(以 下 余 白） 表 2 単位：重量％
Figure imgf000008_0001
第 4図において、 2 5は駆動電極、 6はモニタ一電極、 9 1 0は検出 電極、 1 1は音叉である。 駆動電極 2 5、 モニター電極 6及び検出電極 9 10は、 いずれも金を蒸着し形成されている。
第 5図は、 （表 2) に示すような組成の音叉 1 1の入力電力 （横軸） と駆 動インピーダンス （縦軸） との関係を従来例の評価結果とともに示す特性図 である。 第 5図において、 サンプル A B, C D, E F G H, I J K Lはいずれも従来品 （従来例） に比して、 またサンプル A B C E F G I J , Kはサンプル D H, Lに比べて、 同一の駆動インピ 一ダンスに対してさらに大きな入力電力を投入することが可能であると同時 に大きな入力電力まで線形な領域が確保できることを示している。 これらの 中でも特にサンプル Aに顕著な傾向が認められる。 これはまた、 サンプル A がより高感度の角速度センサを実現できることをも示唆している。
第 6図は、前述の試料の内 C r 2〇3の添加なしで、 Mn〇2の添加量を 0. 5 重量％に固定し、 A 1 ,,〇3の添加量を 0 , 0. 1 1. 0 1. 2重量％に 変化させた組成の音叉 1 1の入力電力 （横軸） と駆動インピーダンス （縦軸） との関係を示す特性図である。 第 6図において、 A 1203の添加量が増加す る程、 同一の駆動インピーダンスに対して大きな入力電力を投入することが 可能であることと同時に大きな入力電力値まで線形な領域を確保できること を示している。 また、 高感度の角速度センサを実現できることをも示唆して いる。 しかし、 第 2図、 第 3図においても述べたように A 1203の添加量が 1. 0重量％を超えると Kp、 £sが低下する。 特に、 Kpの低下が著しく なるため、 八 12〇3の添加量が1. 0重量％を超えることはあまり好ましく ない。 本実施例において、 A 12〇3の添加量は、 1. 0重量％以下であれば よいが、 より好ましくは 0. 1重量％以上 1. 0重量％以下の範囲である。 第 7図は、前述の試料の内 A 1203の添加なしで、 Mn〇2の添加量を 0. 5 重量％に固定し、 C r2〇3の添加量を 0， 0. 1， 0. 282， 0. 5重量％ に変化させた組成の音叉 1 1の入力電力 （横軸） と駆動インピーダンス （縦 軸） との関係を示す特性図である。 第 7図において、 C r2〇3の添加量が増 加する程、 同一の駆動インピーダンスに対して大きな入力電力を投入するこ とが可能であることと同時に大きな入力電力値まで線形な領域を確保できる ことを示している。 また、 高感度の角速度センサを実現できることをも示唆 している。 しかし、 第 3図の説明でも述べたように、 C r 203の添加量が 0. 282重量％を超えると、 K pが急激に低下するため、 C r203の添加 量が 0. 282重量％を超えることはあまり好ましくない。 本実施例におい て、 C r2〇3の添加量は、 0. 282重量％以下であればよいが、 より好ま しくは 0. 1重量％以上 0. 282重量％以下の範囲である。
第 8図は、 第 4図に示した音叉 1 1を駆動、 検出用の処理回路に接続する ための電極配置及びその結線関係を説明する概略構成図である。 第 8図にお いて、 3, 4は駆動電極、 7はモニタ一電極、 8は接地電極、 12は駆動源 である。 また、 第 8図において、 第 4図と同一構成部分には同一番号を付し て詳細な説明を省略する。
第 9図は、 第 4図に示した音叉 1 1を第 8図に示すような配線で処理回路 に接続した角速度センサのブロック図である。
第 9図において、 1 3は検出電極 9 , 1 0と接続され検出信号を増幅する 検出回路、 1 4は検出回路 1 3の出力信号を検波するための検波回路、 1 5 は検波回路 1 4から出力された信号成分中の駆動信号成分を除去するための フィルター回路、 1 6は駆動電極 2， 4、 モニター電極 6， 7と接続された 駆動回路である。
次に本実施例における角速度センサの動作について、 第 9図を用いて説明 する。モニター電極 6， 7からの信号を駆動回路 1 6へ入力し、駆動回路 1 6 の出力信号を駆動電極 2， 4へフィードバックすることにより音叉を自励駆 動させる。 検出電極 9， 1 0により検出された角速度信号は、 検出回路 1 3 に差動入力され増幅される。 この増幅された信号を駆動回路 1 6の出力信号 を用いて検波することで検波信号が得られる。 この検波信号を次段のフィル 夕一回路 1 5に入力し、 信号成分中から駆動信号成分を除去することで最終 的に角速度信号成分のみを検出することができる。
第 1 0図は、 第 9図に述べた処理回路を用いて （表 2 ) に示すサンプル A の入力角速度に対する出力電圧を従来品 （従来例） と共に評価した感度特性 図である。 第 1 0図において、 横軸は入力角速度、 縦軸は出力電圧である。 第 1 0図よりサンプル Aは、 従来品 （従来例） に比べて著しく感度が向上し ていることが分かる。 また、 サンプル A以外の組成のサンプルについて感度 特性の評価を行った結果を （表 3 ) に示す。 表 3
Figure imgf000011_0001
(表 3) に示すように、 感度が従来比 1. 4倍以上となる。 これは、 第 2 図から第 7図までの結果が示唆するとおりでもある。
また、 本実施例において述べてきた組成以外の AB〇3で表わされるベロ ブスカイト型結晶構造のサンプルの一例について感度特性の評価を行った結 果を （表 4) に示す。
表 4
Figure imgf000012_0001
(表 4) に示す結果も、 （表 3) に示す結果と同等のレベルであり、 これ らの組成の AB03で表わされるベロブスカイト型結晶構造のサンプルに対 しても第 2図から第 7図までの示唆する内容が適当であると考えられる。 第 1 1図は、 第 10図に示す出力電圧 （感度） の温度特性を評価した温度 特性図である。 第 1 1図において、 横軸は温度、 縦軸は出力電圧である。 第 1 1図よりサンプル Aは、 従来品 （従来例） に比べて温度に対する出力電圧 (感度） の変動が少ないことが分かる。 サンプル A以外に関しても、 従来品 (従来例） に比べて温度に対する出力電圧 （感度） の変動が少ないことが判 明している。 ただし、 P b [(Z n1/3N b,/3) XZ r YT i z] 03 (X + Y + Z = 1) が温度特性上から好ましく、 中でも P b [(Z n1/3Nb2/3) 0.,25Z r0.385 T i 0.49] 〇3が最も良好である。
本実施例において、 A B〇3で表わされるベロブスカイ 卜型結晶構造であ る P b [(Z nl/3 b2/3) 0.125Z r 0.385 T i 0.49] 〇3に、 Mn〇2を 0· 5 重量％、 Α 1203を 1. 0重量％、 C r2〇3を 0. 282重量％添加するサ ンプル Aが角速度センサとしての総合特性の点から （特に、 大振幅における 線形動作の点から） 最も好ましい。 また、 本実施例においては、 Mn〇2が 0. 5重量％添加された場合を中心に説明してきたが、 必ずしもこれに特定 されるものではなく、 所望の特性に合わせて 0. 1〜 1. 0重量％の添加量 を適宜選択することが可能である。
なお本実施例においては、 P b [ (Z nl/3Nb2/3) 0. 125 Z r 0. 385 T i 0. 49] 03で表わされるベロブスカイト型結晶構造である圧電体を用い た例について説明してきたが、 その他の AB03で表わされるぺロブスカイ 卜型結晶構造である圧電体においても、 Mn 02を 0. 1〜 1. 0重量％添 加することにより本発明の技術思想を達成することが可能である。 産業上の利用可能性
以上のように本発明によれば、 振動による慣性変換部およびコリオリカ検 出部としての振動子が、 A B03で表わされるベロブスカイト型結晶構造で ある圧電体からなり、 前記圧電体に 0. 1〜 1. 0重量％の1^ 11〇 が添加 された構成により、 大振幅で線形動作に近い振動が得られると同時に高感度 化が達成可能である。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 振動による慣性変換部およびコリオリ力検出部としての振動子が、 A B03で表わされるベロブスカイト型結晶構造である圧電体からなり、 前記圧電体には 0. 1〜 1. 0重量％のMn02が添加されたことを特 徴とする角速度センサ。
2. 圧電体には 0. 1重量％以上 1. 0重量％以下の A 12〇3が添加された ことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の角速度センサ。
3. 圧電体には 0. 1重量％以上 0. 282重量％以下の C r 2〇3が添加さ れたことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の角速度センサ。
4. AB〇3で表わされるベロブスカイト型結晶構造である圧電体は、 少な くとも P b [(Z n1/3N b2/3) XZ r yT i z] 03 (X + Y+ Z= l) より なることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の角速度センサ。
5. P b [(Z n,/3Nb2/3) XZ rYT i z] 〇3において、 X=0. 1 25、 Y = 0. 385、 Z = 0. 49であることを特徴とする請求の範囲第 4項 に記載の角速度センサ。
6. P b [(Z n1/3N b2/3) XZ r YT i z] 〇3において、 X = 0. 1 25、 Y =0. 385、 Z = 0. 49である圧電体に 0. 5重量％の 11 02が 添加されたことを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の角速度センサ。
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