(57)【要約】【課題】構成部材を増やすことなく、また、生産性を損なうことなく、温度ドリフトを低減できる圧電振動ジャイロ用柱状振動子を得る。【解決手段】表裏面に電極が形成され厚み方向に分極処理された第１の圧電基板１及び第２の圧電基板２を、互いに分極方向が反転する向きに重ね合わせ接合し、前記第１の圧電基板１の接合されていない側の電極を前記第１の圧電基板の長手方向に平行に２分割した圧電振動ジャイロ用柱状振動子において、前記第１の圧電基板１と前記第２の圧電基板２とが異なる組成の圧電材料からなる圧電振動ジャイロ用柱状振動子とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表裏面に電極が形成され厚み方向に分極処理された第１の圧電基板及び第２の圧電基板を、互いに分極方向が反転する向きに重ね合わせ接合し、前記第１の圧電基板の接合されていない側の電極を前記第１の圧電基板の長手方向に平行に２分割した圧電振動ジャイロ用柱状振動子において、前記第１の圧電基板と前記第２の圧電基板とが異なる組成の圧電材料からなることを特徴とする圧電振動ジャイロ用柱状振動子。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動ジャイロ用柱状振動子において、前記第１の圧電基板の屈曲振動モードにおける機械的品質係数Ｑｍと、前記第２の圧電基板の機械的品質係数Ｑｍとは、温度依存性が異なり、一方の圧電基板は２５℃より低い温度で前記Ｑｍがピークをとり、他方の圧電基板は２５℃より高い温度で前記Ｑｍがピークをとることを特徴とする圧電振動ジャイロ用柱状振動子。
【請求項３】
請求項１または２記載の圧電振動ジャイロ用柱状振動子において、前記第１の圧電基板の屈曲振動モードにおける共振周波数ｆｒ１と、前記第２の圧電基板の共振周波数ｆｒ２とは、温度依存性が異なり、一方の圧電基板は２５℃より低い温度で共振周波数ｆｒ１がピークをとり、他方の圧電基板は２５℃より高い温度で共振周波数ｆｒ２がピークをとることを特徴とする圧電振動ジャイロ用柱状振動子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として自動車のナビゲーションシステムや姿勢制御、カメラー体型ＶＴＲの手振れ防止装置等に用いられるジャイロスコープの内、特に圧電振動ジャイロ用柱状振動子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電振動ジャイロは、速度を持つ物体に角速度が与えられると、その物体自身に速度方向と直角な方向にコリオリ力が発生するという力学現象を利用した角速度センサである。
【０００３】
電気的な信号を印加することで機械的な振動（駆動振動）を励起させることができ、且つ、駆動振動と直交する方向の機械的な振動（検出振動）の大きさを電気的に検出可能とした系において、予め、駆動振動を励起させた状態で、駆動振動面と検出振動面が交わる線と平行な軸を中心とした角速度を与えると、前述のコリオリ力の作用により、検出振動が発生し、出力電圧として検出される。検出された出力電圧は、駆動振動の大きさ及び角速度に比例するため、駆動振動の大きさを一定にした状態では、出力電圧の大きさから角速度の大きさを求めることができる。
【０００４】
振動ジャイロ用振動子には、様々な形状の振動子が提案されているが、圧電体からなる柱状の音片振動子は、形状が簡素なことから、小形で安価な振動ジャイロによく利用されている。
【０００５】
図４は、従来の振動ジャイロ用柱状振動子を示す断面図である。ここで、図４は、特開平９−１２６７８５号に記載されている。図２にて、電極２３，２４，２５，２７が形成された圧電基板２１及び２２からなるバイモルフ柱状振動子において、支持部材３１に施した突起部３４により支持部材３１と電極２３との間に隙間をもたせ、突起部３４周辺にて半田３５で半田付けした後、隙間を弾性接着剤３２で固定し、バイモルフの柱状振動子の屈曲振動を外部に漏らさないようにし、温度ドリフトを低減する技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示す従来の柱状振動子では、突起部３４の微細加工が必要となる上、半田等の接続の他に、弾性接着剤３２による接合工程が新たに付加され、生産性上に悪影響を及ぼすといった問題点を抱えていた。ところで、振動ジャイロの温度ドリフトは、振動子の屈曲振動モードにおける機械的品質係数Ｑｍ及び共振周波数ｆｒの温度依存性によることが知られている。従って、温度ドリフトを低減するには、振動ジャイロの構造に工夫を施す他に、柱状振動子自体の温度特性を改良する方法もある。
【０００７】
しかしながら、ＰＺＴ系等の圧電体には、電気機械変換効率が高い利点がある反面、水晶等の単結晶からなる圧電体と比較し、Ｑｍ及びｆｒの温度依存性が大きいと言った欠点があった。また、ＰＺＴ系等の圧電体には、その組成により温度依存性が少ないものも存在するが、Ｑｍ及びｆｒ共に温度依存性が少ないものとなると際立ったものが存在しなかった。
【０００８】
本発明の課題は、柱状振動子自体の温度特性を改良することで、構成部材を増やすことなく、また、生産性を損なうことなく、温度ドリフトを低減できる圧電振動ジャイロ用柱状振動子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧電振動ジャイロ用柱状振動子は、表裏面に電極が形成され厚み方向に分極処理された第１の圧電基板及び第２の圧電基板を、互いに分極方向が反転する向きに重ね合わせ接合し、前記第１の圧電基板の接合されていない側の電極を前記第１の圧電基板の長手方向に平行に２分割した圧電振動ジャイロ用柱状振動子において、前記第１の圧電基板と前記第２の圧電基板とが異なる組成の圧電材料からなる圧電振動ジャイロ用柱状振動子である。
【００１０】
また、本発明の圧電振動ジャイロ用柱状振動子は、前記第１の圧電基板の屈曲振動モードにおける機械的品質係数Ｑｍと、前記第２の圧電基板の該機械的品質係数Ｑｍとは、温度依存性が異なり、一方の圧電基板は２５℃より低い温度で該Ｑｍがピークをとり、他方の圧電基板は２５℃より高い温度で前記Ｑｍがピークをとる圧電振動ジャイロ用柱状振動子である。
【００１１】
また、本発明の圧電振動ジャイロ用柱状振動子は、前記第１の圧電基板の屈曲振動モードにおける共振周波数ｆｒ１と、前記第２の圧電基板の共振周波数ｆｒ２とは、温度依存性が異なり、一方の圧電基板は２５℃より低い温度で共振周波数ｆｒ１がピークをとり、他方の圧電基板は２５℃より高い温度で共振周波数ｆｒ２がピークをとる圧電振動ジャイロ用柱状振動子である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態による圧電振動ジャイロ用柱状振動子について、以下に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態による圧電振動ジャイロ用柱状振動子の断面図である。本発明の圧電振動ジャイロ用柱状振動子は、厚み方向に分極処理された互いに異なる組成の圧電材料からなる圧電基板１と圧電基板２を、図中の矢印が示すように互いに分極方向が反転する向きに重ね合わせ接合し、圧電基板１の表面に検出電極４及び５を設け、圧電基板２の表面に駆動電極３を設けたものである。
【００１４】
因みに、圧電基板１及び２との接合面における分極性電極７は、分極処理を施す上で設けたものであって、振動子としての機能上必要とするものではない。駆動電極３と検出電極４及び５間に交流電圧を印加することで駆動振動が励起でき、それと直交する方向の検出振動に対しては、検出電極４と５に発生する電圧の差を測ることで検出を可能とし、圧電振動ジャイロ用柱状振動子としての機能を果たすものである。
【００１５】
図２及び図３には、バイモルフ柱状振動子の温度特性を示す。変化曲線１１は、圧電材料Ａからなる圧電基板１と同じく圧電材料Ａからなる圧電基板２を接合したバイモルフ柱状振動子の屈曲振動モードにおける機械的品質係数Ｑｍ及び共振周波数ｆｒの温度依存性を示すものである。また、変化曲線１２は、圧電材料Ｂからなる圧電基板１と同じく圧電材料Ｂからなる圧電基板２を接合したバイモルフ柱状振動子のものである。そして、変化曲線１３は、圧電材料Ａからなる圧電体基板１と圧電材料Ｂからなる圧電基板２を接合した本実施の形態のバイモルフ柱状振動子の特性である。
【００１６】
図２及び図３に示すように、圧電材料Ａの単一材料を用いたバイモルフ柱状振動子は、ｆｒの温度依存性が少なく、Ｑｍのピーク温度が２５℃より低く、Ｑｍの温度依存性が大きい。一方、圧電材料Ｂの単一材料を用いたバイモルフ柱状振動子は、ｆｒの温度依存性が大きく、Ｑｍのピーク温度が２５℃より高く、Ｑｍの温度依存性が小さい。それに対し、圧電材料ＡとＢを複合させたバイモルフ柱状振動子は、各々のピーク温度の相違が温度依存性曲線を平らにし、単一材料では得られないほどＱｍの温度依存性が少なく、また、ｆｒの温度依存性も、圧電材料Ａの単一材料を用いたバイモルフ柱状振動子のものより少ない。
【００１７】
本実施の形態では、Ｑｍのピークをとる温度が異なる圧電材料を複合させた場合について説明したが、ｆｒのピークをとる温度が異なる圧電材料を複合させた場合も同様の結果が得られており、本発明によりｆｒの温度依存性も大幅に低減させることができる。
【００１８】
振動ジャイロの温度ドリフトは、振動子の屈曲振動モードにおけるＱｍ及びｆｒの温度変化に伴う特性変化に依存するため、Ｑｍ及びｆｒの温度依存性の少ない本発明の柱状振動子は、圧電振動ジャイロ用柱状振動子として適したものとなる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明における圧電振動ジャイロ用柱状振動子によれば、Ｑｍ及びｆｒの両方の温度依存性を同時に少なくでき、構成部材を増やすことなく、また、生産性を損なうことなく、温度ドリフトを低減できる圧電振動ジャイロ用柱状振動子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による圧電振動ジャイロ用柱状振動子の断面図。
【図２】本発明に係わる圧電振動ジャイロ用柱状振動子のＱｍの温度依存性を示す図。
【図３】本発明に係わる圧電振動ジャイロ用柱状振動子のｆｒの温度依存性を示す図。
【図４】従来の振動ジャイロ用柱状振動子を示す断面図。
【符号の説明】
１，２　　圧電基板
３　　駆動電極
４，５　　検出電極
７　　分極用電極
１１　　（圧電材料Ａの）変化曲線
１２　　（圧電材料Ｂの）変化曲線
１３　　（圧電材料ＡＢ複合の）変化曲線
２１，２２　　圧電基板
２３　　共通電極
２４，２５　　駆動兼用検出電極
２７　　電極
３１　　支持部材
３２　　弾性接着剤
３４　　突起部
３５　　半田
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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