JP2000249561A - 角速度センサ - Google Patents
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- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
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- 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
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 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角速度センサを提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 振動を与えるための駆動電極２,３,４,
５を備えた慣性変換部およびコリオリ力検出部として検
出電極９,１０を備えた振動子としての音叉１１が、Ａ
ＢＯ3で表わされるペ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０．５重量％のＭｎＯ2
が添加されたものである。
時に高感度化が達成可能である角速度センサを提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 振動を与えるための駆動電極２,３,４,
５を備えた慣性変換部およびコリオリ力検出部として検
出電極９,１０を備えた振動子としての音叉１１が、Ａ
ＢＯ3で表わされるペ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０．５重量％のＭｎＯ2
が添加されたものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は多結晶圧電体を用い
た角速度センサに関する。
た角速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の角速度センサとして、単結晶圧電
体をコの字状の音叉に加工し、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６−２５８３３３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。
体をコの字状の音叉に加工し、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６−２５８３３３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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】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。
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。
【０００４】
【課題を解決するための手段】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力検
出部としての振動子が、ＡＢＯ3で表わされるペロブス
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０．５重量％のＭｎＯ2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。
に本発明は、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、ＡＢＯ3で表わされるペロブス
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０．５重量％のＭｎＯ2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。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、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、ＡＢＯ3で表わされるペロブスカイト型
結晶構造である圧電体からなり、前記圧電体には０．５
重量％のＭｎＯ2が添加されているため、圧電定数が大
きく変化せずに機械的品質係数（Ｑｍ）、電気機械結合
係数（Ｋｐ）を大きくできる。これにより、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
れるといった作用を有する。
は、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、ＡＢＯ3で表わされるペロブスカイト型
結晶構造である圧電体からなり、前記圧電体には０．５
重量％のＭｎＯ2が添加されているため、圧電定数が大
きく変化せずに機械的品質係数（Ｑｍ）、電気機械結合
係数（Ｋｐ）を大きくできる。これにより、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
れるといった作用を有する。
【０００６】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、圧電体には０．１重量％以上１．０重
量％以下のＡｌ2Ｏ3が添加されているため、機械的品質
係数（Ｑｍ）の増加に対しても大きな電気機械的結合係
数（Ｋｐ）が維持できる。これにより、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さ
れるといった作用を有する。
の発明において、圧電体には０．１重量％以上１．０重
量％以下のＡｌ2Ｏ3が添加されているため、機械的品質
係数（Ｑｍ）の増加に対しても大きな電気機械的結合係
数（Ｋｐ）が維持できる。これにより、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さ
れるといった作用を有する。
【０００７】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、圧電体には０．１重量％以上０．２８
２重量％以下のＣｒ2Ｏ3が添加されているため、機械的
品質係数（Ｑｍ）のさらなる増加に対しても大きな電気
機械的結合係数（Ｋｐ）が維持できる。これにより、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
上げられ、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されるといった作用を有する。
の発明において、圧電体には０．１重量％以上０．２８
２重量％以下のＣｒ2Ｏ3が添加されているため、機械的
品質係数（Ｑｍ）のさらなる増加に対しても大きな電気
機械的結合係数（Ｋｐ）が維持できる。これにより、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
上げられ、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されるといった作用を有する。
【０００８】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、ＡＢＯ3で表わされるペロブスカイト
型結晶構造である圧電体が少なくともＰｂ［（Ｚｎ1/3
Ｎｂ2 /3）xＺｒYＴｉZ］Ｏ3（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）よりな
るため、温度依存性の小さい安定した振動が得られると
いった作用を有する。
の発明において、ＡＢＯ3で表わされるペロブスカイト
型結晶構造である圧電体が少なくともＰｂ［（Ｚｎ1/3
Ｎｂ2 /3）xＺｒYＴｉZ］Ｏ3（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）よりな
るため、温度依存性の小さい安定した振動が得られると
いった作用を有する。
【０００９】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の発明において、Ｐｂ［（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）xＺｒYＴｉ
Z］Ｏ3のＸ、Ｙ、Ｚがそれぞれ０．１２５、０．３８
５、０．４９であるため、より温度特性の改善が図れる
といった作用を有する。
の発明において、Ｐｂ［（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）xＺｒYＴｉ
Z］Ｏ3のＸ、Ｙ、Ｚがそれぞれ０．１２５、０．３８
５、０．４９であるため、より温度特性の改善が図れる
といった作用を有する。
【００１０】以下、本発明の実施の形態について、図面
を用いて説明する。
を用いて説明する。
【００１１】（実施の形態１）図１は本発明の角速度セ
ンサの第１の実施の形態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。図１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ＰｂＯ（純度９９．９
％）、ＺｎＯ（純度９９．９％）、Ｎｂ2Ｏ5（純度９
９．９％）、ＺｒＯ 2（純度９９．９％）、ＴｉＯ2（純
度９９．８５％）を用い、温度による特性変化の軽減が
図れるＰｂ［（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）xＺｒYＴｉZ］Ｏ3（Ｘ
＋Ｙ＋Ｚ＝１）の組成の中でも特にＰｂ［（Ｚｎ1/3Ｎ
ｂ2/3）0.125Ｚｒ0.385Ｔｉ0.49］Ｏ3になるように秤量
したものを用いた（詳細な評価結果は、図１１に示
す）。また、化学試薬級のＭｎＯ2（純度９９．８
％）、Ａｌ2Ｏ3（純度９９．９９％）、Ｃｒ2Ｏ3（純度
９９．８％）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。
ンサの第１の実施の形態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。図１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ＰｂＯ（純度９９．９
％）、ＺｎＯ（純度９９．９％）、Ｎｂ2Ｏ5（純度９
９．９％）、ＺｒＯ 2（純度９９．９％）、ＴｉＯ2（純
度９９．８５％）を用い、温度による特性変化の軽減が
図れるＰｂ［（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）xＺｒYＴｉZ］Ｏ3（Ｘ
＋Ｙ＋Ｚ＝１）の組成の中でも特にＰｂ［（Ｚｎ1/3Ｎ
ｂ2/3）0.125Ｚｒ0.385Ｔｉ0.49］Ｏ3になるように秤量
したものを用いた（詳細な評価結果は、図１１に示
す）。また、化学試薬級のＭｎＯ2（純度９９．８
％）、Ａｌ2Ｏ3（純度９９．９９％）、Ｃｒ2Ｏ3（純度
９９．８％）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。
【００１２】
【表１】
【００１３】秤量した粉末を１０ｍｍφのジルコニアボ
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１１２３Ｋ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、２ｍｍφジルコニ
アボールを用いて媒体攪拌ミルで粉砕し、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、０．２４μｍ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、７０ＭＰａの圧
力で成型した。この成型体を白金の板に載せ、ＰｂＯ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９７３Ｋで脱バインダした後、１時間当たり
２５０Ｋの昇温速度で昇温させ、温度１３７３〜１４２
３Ｋで１時間焼成した。
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１１２３Ｋ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、２ｍｍφジルコニ
アボールを用いて媒体攪拌ミルで粉砕し、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、０．２４μｍ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、７０ＭＰａの圧
力で成型した。この成型体を白金の板に載せ、ＰｂＯ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９７３Ｋで脱バインダした後、１時間当たり
２５０Ｋの昇温速度で昇温させ、温度１３７３〜１４２
３Ｋで１時間焼成した。
【００１４】焼成後の圧電体を長さ１５ｍｍ×幅２ｍｍ
×厚さ０．８５ｍｍの板状に加工し、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、１０３３Ｋで焼き付けて電極とし
た。この板状の音叉構造体を、温度３８３Ｋ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４ＭＶ／ｍ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。
×厚さ０．８５ｍｍの板状に加工し、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、１０３３Ｋで焼き付けて電極とし
た。この板状の音叉構造体を、温度３８３Ｋ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４ＭＶ／ｍ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。
【００１５】図２は、上述の試料内のＣｒ2Ｏ3の添加な
しで、Ａｌ2Ｏ3の添加量を０〜１．２重量％まで変化さ
せ、さらにＭｎＯ2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。図２
（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ非誘電率（εs）、
機械的品質係数（Ｑｍ）、電気機械結合係数（Ｋｐ）を
示す。
しで、Ａｌ2Ｏ3の添加量を０〜１．２重量％まで変化さ
せ、さらにＭｎＯ2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。図２
（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ非誘電率（εs）、
機械的品質係数（Ｑｍ）、電気機械結合係数（Ｋｐ）を
示す。
【００１６】図２（ａ）〜（ｃ）において、ＭｎＯ2と
Ａｌ2Ｏ3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ＭｎＯ2の添加に
よりＱｍが若干大きくなったことの原因とも考えられ
る。すなわち、ＭｎＯ2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。
Ａｌ2Ｏ3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ＭｎＯ2の添加に
よりＱｍが若干大きくなったことの原因とも考えられ
る。すなわち、ＭｎＯ2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。
【００１７】ＭｎＯ2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。
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。
【００１８】また、ＭｎＯ2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。
が特性ばらつきに与える影響を小さくする。
【００１９】さらに、ＭｎＯ2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。
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。
【００２０】ただし、ＭｎＯ2の添加量が１．０重量％
超えると、εs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。
超えると、εs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。
【００２１】したがって、特性項目のεs、Ｑｍ、Ｋｐ
を総合的に判断すると、ＭｎＯ2の添加量は０．５重量
％が最も好ましい。
を総合的に判断すると、ＭｎＯ2の添加量は０．５重量
％が最も好ましい。
【００２２】また、Ａｌ2Ｏ3の添加量が１．０重量％を
超えると、εs、Ｋｐの低下が顕著となりあまり好まし
くない。
超えると、εs、Ｋｐの低下が顕著となりあまり好まし
くない。
【００２３】図３は、同じく試料内のＭｎＯ2の添加量
を０．５重量％に固定し、Ａｌ2Ｏ3の添加量を０〜０．
１重量％まで変化させ、さらにＣｒ2Ｏ3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。図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞ
れεs、Ｑｍ、Ｋｐを示す。
を０．５重量％に固定し、Ａｌ2Ｏ3の添加量を０〜０．
１重量％まで変化させ、さらにＣｒ2Ｏ3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。図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞ
れεs、Ｑｍ、Ｋｐを示す。
【００２４】図３（ａ）〜（ｃ）において、Ａｌ2Ｏ3の
添加量の増加に対して、Ｋｐ、εs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。したがっ
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。
添加量の増加に対して、Ｋｐ、εs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。したがっ
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。
【００２５】ただし、Ａｌ2Ｏ3の添加量が１．０重量％
を超えると、Ｋｐ、εsが低下しあまり好ましくない。
を超えると、Ｋｐ、εsが低下しあまり好ましくない。
【００２６】また、Ｃｒ2Ｏ3の添加量が増加するとＫ
ｐ、Ｑｍは増加するが、εsはやや低下する傾向を示
す。Ｃｒ2Ｏ3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。
ｐ、Ｑｍは増加するが、εsはやや低下する傾向を示
す。Ｃｒ2Ｏ3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。
【００２７】ただし、Ｃｒ2Ｏ3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εs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、Ａｌ2Ｏ3の添加
量が１．０重量％、Ｃｒ2Ｏ3の添加量が０．２８２重量
％の場合、Ｑｍ＝４７５０となる。
量％を超えると、Ｋｐが急激に低下すると同時にεs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、Ａｌ2Ｏ3の添加
量が１．０重量％、Ｃｒ2Ｏ3の添加量が０．２８２重量
％の場合、Ｑｍ＝４７５０となる。
【００２８】したがって、特性項目のεs、Ｑｍ、Ｋｐ
を総合的に判断すると、Ｃｒ2Ｏ3の添加量は０．２８２
重量％以下、Ａｌ2Ｏ3の添加量は１．０重量％以下が好
ましい。
を総合的に判断すると、Ｃｒ2Ｏ3の添加量は０．２８２
重量％以下、Ａｌ2Ｏ3の添加量は１．０重量％以下が好
ましい。
【００２９】図４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
ための音叉の外観図である。
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
ための音叉の外観図である。
【００３０】
【表２】
【００３１】図４において、２，５は駆動電極、６はモ
ニター電極、９，１０は検出電極、１１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。
ニター電極、９，１０は検出電極、１１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。
【００３２】図５は、（表２）に示すような組成の音叉
１１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。図５において、サンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄはいずれも
従来品（従来例）に比して、またサンプルＡ，Ｂ，Ｃは
サンプルＤに比べて、同一の駆動インピーダンスに対し
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。
１１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。図５において、サンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄはいずれも
従来品（従来例）に比して、またサンプルＡ，Ｂ，Ｃは
サンプルＤに比べて、同一の駆動インピーダンスに対し
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。
【００３３】図６は、前述の試料の内Ｃｒ2Ｏ3の添加な
しで、ＭｎＯ2の添加量を０．５重量％に固定し、Ａｌ2
Ｏ3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１１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。図６に
おいて、Ａｌ2Ｏ3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、
図２，図３においても述べたようにＡｌ2Ｏ3の添加量が
１．０重量％を超えるとＫｐ、εsが低下する。特に、
Ｋｐの低下が著しくなるため、Ａｌ2Ｏ3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。本実施の
形態において、Ａｌ2Ｏ3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。
しで、ＭｎＯ2の添加量を０．５重量％に固定し、Ａｌ2
Ｏ3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１１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。図６に
おいて、Ａｌ2Ｏ3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、
図２，図３においても述べたようにＡｌ2Ｏ3の添加量が
１．０重量％を超えるとＫｐ、εsが低下する。特に、
Ｋｐの低下が著しくなるため、Ａｌ2Ｏ3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。本実施の
形態において、Ａｌ2Ｏ3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。
【００３４】図７は、前述の試料の内Ａｌ2Ｏ3の添加な
しで、ＭｎＯ2の添加量を０．５重量％に固定し、Ｃｒ2
Ｏ3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１１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。図７
において、Ｃｒ2Ｏ3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、図３の説明でも述べたように、Ｃｒ2Ｏ3の添加量が
０．２８２重量％を超えると、Ｋｐが急激に低下するた
め、Ｃｒ2Ｏ3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。本実施の形態において、Ｃｒ2
Ｏ3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。
しで、ＭｎＯ2の添加量を０．５重量％に固定し、Ｃｒ2
Ｏ3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１１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。図７
において、Ｃｒ2Ｏ3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、図３の説明でも述べたように、Ｃｒ2Ｏ3の添加量が
０．２８２重量％を超えると、Ｋｐが急激に低下するた
め、Ｃｒ2Ｏ3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。本実施の形態において、Ｃｒ2
Ｏ3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。
【００３５】図８は、図４に示した音叉１１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。図８において、３，
４は駆動電極、７はモニター電極、８は接地電極、１２
は駆動源である。また、図８において、図４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。
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。図８において、３，
４は駆動電極、７はモニター電極、８は接地電極、１２
は駆動源である。また、図８において、図４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。
【００３６】図９は、図４に示した音叉１１を図８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。
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。
【００３７】図９において、１３は検出電極９,１０と
接続され検出信号を増幅する検出回路、１４は検出回路
１３の出力信号を検波するための検波回路、１５は検波
回路１４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、１６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。
接続され検出信号を増幅する検出回路、１４は検出回路
１３の出力信号を検波するための検波回路、１５は検波
回路１４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、１６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。
【００３８】次に本実施の形態における角速度センサの
動作について、図９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１６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９,１０によ
り検出された角速度信号は、検出回路１３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１６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ター回路１５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。
動作について、図９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１６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９,１０によ
り検出された角速度信号は、検出回路１３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１６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ター回路１５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。
【００３９】図１０は、図９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。図１０において、横軸は入力角速度、縦軸は出力電
圧である。図１０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。図１０において、横軸は入力角速度、縦軸は出力電
圧である。図１０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。
【００４０】
【表３】
【００４１】（表３）に示すように、感度が従来比１．
５倍以上となる。これは、図２から図７までの結果が示
唆するとおりでもある。
５倍以上となる。これは、図２から図７までの結果が示
唆するとおりでもある。
【００４２】また、本実施の形態において述べてきた組
成以外のＡＢＯ3で表わされるペ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。
成以外のＡＢＯ3で表わされるペ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。
【００４３】
【表４】
【００４４】（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ＡＢＯ3で表
わされるペロブスカイト型結晶構造のサンプルに対して
も図２から図７までの示唆する内容が適当であると考え
られる。
果と同等のレベルであり、これらの組成のＡＢＯ3で表
わされるペロブスカイト型結晶構造のサンプルに対して
も図２から図７までの示唆する内容が適当であると考え
られる。
【００４５】図１１は、図１０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。図１１におい
て、横軸は温度、縦軸は出力電圧である。図１１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、Ｐｂ［（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）XＺｒYＴｉZ］
Ｏ3（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）が温度特性上から好ましく、中
でもＰｂ［（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.125Ｚｒ0.385Ｔ
ｉ0.49］Ｏ3が最も良好である。
の温度特性を評価した温度特性図である。図１１におい
て、横軸は温度、縦軸は出力電圧である。図１１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、Ｐｂ［（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）XＺｒYＴｉZ］
Ｏ3（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）が温度特性上から好ましく、中
でもＰｂ［（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.125Ｚｒ0.385Ｔ
ｉ0.49］Ｏ3が最も良好である。
【００４６】本実施の形態において、ＡＢＯ3で表わさ
れるペロブスカイト型結晶構造であるＰｂ［（Ｚｎ1/3
Ｎｂ2/3）0.125Ｚｒ0.385Ｔｉ0.49］Ｏ3に、ＭｎＯ2を
０．５重量％、Ａｌ2Ｏ3を１．０重量％、Ｃｒ2Ｏ3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最も好ましい。また、本実施の
形態においては、ＭｎＯ2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、添加量を所望の特性に合わせて適宜選択
することが可能である。
れるペロブスカイト型結晶構造であるＰｂ［（Ｚｎ1/3
Ｎｂ2/3）0.125Ｚｒ0.385Ｔｉ0.49］Ｏ3に、ＭｎＯ2を
０．５重量％、Ａｌ2Ｏ3を１．０重量％、Ｃｒ2Ｏ3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最も好ましい。また、本実施の
形態においては、ＭｎＯ2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、添加量を所望の特性に合わせて適宜選択
することが可能である。
【００４７】
【発明の効果】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力検出部としての振動子
が、ＡＢＯ3で表わされるペ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０．５重量％のＭｎ
Ｏ2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。
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、ＡＢＯ3で表わされるペ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０．５重量％のＭｎ
Ｏ2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。
【図１】本発明の第１の実施の形態における音叉素子の
形状を説明するための外観図
形状を説明するための外観図
【図２】同音叉素子の電気的及び機械的特性図
【図３】同音叉素子の電気的及び機械的特性図
【図４】同音叉素子に設けた電極配置を説明するための
外観図
外観図
【図５】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
係を示す特性図
【図６】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
係を示す特性図
【図７】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
係を示す特性図
【図８】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
びその結線関係を説明する概略構成図
【図９】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
ロック図
【図１０】同実施の形態における角速度センサの感度特
性図
性図
【図１１】同実施の形態における角速度センサの温度特
性図
性図
１ 音叉素子 ２，３，４，５ 駆動電極 ６，７ モニター電極 ８ 接地電極 ９，１０ 検出電極 １１ 音叉 １２ 駆動源 １３ 検出回路 １４ 検波回路 １５ フィルター回路 １６ 駆動回路
Claims (5)
- 【請求項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、ＡＢＯ3で表わされるペロブ
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０．５重量％のＭｎＯ2が添加されたことを特徴と
する角速度センサ。 - 【請求項２】 圧電体には０．１重量％以上１．０重量
％以下のＡｌ2Ｏ3が添加されたことを特徴とする請求項
１に記載の角速度センサ。 - 【請求項３】 圧電体には０．１重量％以上０．２８２
重量％以下のＣｒ2Ｏ3が添加されたことを特徴とする請
求項１記載の角速度センサ。 - 【請求項４】 ＡＢＯ3で表わされるペロブスカイト型
結晶構造である圧電体は、少なくともＰｂ［（Ｚｎ1/3
Ｎｂ2/3）xＺｒYＴｉZ］Ｏ3（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）よりな
ることを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。 - 【請求項５】 Ｐｂ［（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）xＺｒYＴ
ｉZ］Ｏ3において、Ｘ＝０．１２５、Ｙ＝０．３８５、
Ｚ＝０．４９であることを特徴とする請求項４に記載の
角速度センサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11055012A JP2000249561A (ja) | 1999-03-03 | 1999-03-03 | 角速度センサ |
| US09/674,565 US6539802B1 (en) | 1999-03-03 | 2000-02-28 | Angular velocity sensor |
| PCT/JP2000/001136 WO2000052421A1 (fr) | 1999-03-03 | 2000-02-28 | Capteur de vitesse angulaire |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11055012A JP2000249561A (ja) | 1999-03-03 | 1999-03-03 | 角速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000249561A true JP2000249561A (ja) | 2000-09-14 |
Family
ID=12986760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11055012A Pending JP2000249561A (ja) | 1999-03-03 | 1999-03-03 | 角速度センサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6539802B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000249561A (ja) |
| WO (1) | WO2000052421A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003012369A (ja) * | 2001-06-29 | 2003-01-15 | Nikko Co | 圧電体磁器組成物 |
| JP2021005627A (ja) * | 2019-06-26 | 2021-01-14 | 株式会社村田製作所 | 圧電磁器組成物、圧電磁器組成物の製造方法及び圧電セラミック電子部品 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4404217B2 (ja) * | 2003-09-25 | 2010-01-27 | Ｔｄｋ株式会社 | 圧電素子 |
| WO2006027892A1 (ja) * | 2004-09-09 | 2006-03-16 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 圧電磁器及び圧電セラミック素子 |
Family Cites Families (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3549536A (en) * | 1964-07-06 | 1970-12-22 | Clevite Corp | Lead zirconate-titanate containing manganese additive |
| JPS4942638B1 (ja) * | 1970-12-26 | 1974-11-15 | ||
| JPS4928900A (ja) | 1972-07-13 | 1974-03-14 | ||
| US3856693A (en) * | 1972-12-18 | 1974-12-24 | Bell Telephone Labor Inc | Method for producing lead zirconate titanate polycrystalline ceramics |
| JPS5233626B2 (ja) | 1973-03-12 | 1977-08-30 | ||
| JPS53142700A (en) * | 1977-05-19 | 1978-12-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Method of manufacturing piezoelectric porcelain element |
| EP0043032B1 (en) * | 1980-06-27 | 1984-11-28 | Hitachi, Ltd. | Piezoelectric resonator |
| JPS5768090A (en) * | 1980-10-15 | 1982-04-26 | Hitachi Ltd | Thickness vibrator |
| JPS61253710A (ja) * | 1985-04-30 | 1986-11-11 | 太陽誘電株式会社 | 誘電体磁器組成物 |
| US4626369A (en) * | 1985-06-26 | 1986-12-02 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Lead zirconate titanate ceramics |
| JPS63151667A (ja) * | 1986-12-16 | 1988-06-24 | 京セラ株式会社 | 圧電磁器組成物 |
| JPS63166756A (ja) * | 1986-12-26 | 1988-07-09 | 京セラ株式会社 | 圧電磁器組成物 |
| JPS63166755A (ja) * | 1986-12-27 | 1988-07-09 | 京セラ株式会社 | 圧電磁器組成物 |
| JPH04270172A (ja) | 1991-02-22 | 1992-09-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電磁器の製造方法 |
| JPH05296770A (ja) | 1992-04-17 | 1993-11-09 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電振動ジャイロ |
| US5378382A (en) * | 1993-12-09 | 1995-01-03 | Mitsubishi Kasei Corporation | Piezoelectric ceramic composition for actuator |
| JPH07206519A (ja) | 1994-01-19 | 1995-08-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電磁器 |
| JPH07280571A (ja) | 1994-04-07 | 1995-10-27 | Murata Mfg Co Ltd | 振動ジャイロ用圧電セラミックおよび振動ジャイロ |
| JPH07301534A (ja) | 1994-04-29 | 1995-11-14 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電振動ジャイロ |
| US5998911A (en) | 1996-11-26 | 1999-12-07 | Ngk Insulators, Ltd. | Vibrator, vibratory gyroscope, and vibration adjusting method |
| JPH10287469A (ja) | 1997-04-11 | 1998-10-27 | Sony Corp | 圧電材料 |
| KR100314762B1 (ko) * | 1998-02-27 | 2002-01-09 | 사토 히로시 | 압전세라믹 및 압전장치 |
| JP3581577B2 (ja) * | 1998-08-19 | 2004-10-27 | Ｔｄｋ株式会社 | 圧電磁器組成物 |
-
1999
- 1999-03-03 JP JP11055012A patent/JP2000249561A/ja active Pending
-
2000
- 2000-02-28 WO PCT/JP2000/001136 patent/WO2000052421A1/ja active Application Filing
- 2000-02-28 US US09/674,565 patent/US6539802B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003012369A (ja) * | 2001-06-29 | 2003-01-15 | Nikko Co | 圧電体磁器組成物 |
| JP2021005627A (ja) * | 2019-06-26 | 2021-01-14 | 株式会社村田製作所 | 圧電磁器組成物、圧電磁器組成物の製造方法及び圧電セラミック電子部品 |
| JP7352140B2 (ja) | 2019-06-26 | 2023-09-28 | 株式会社村田製作所 | 圧電磁器組成物の製造方法及び圧電セラミック電子部品 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2000052421A1 (fr) | 2000-09-08 |
| US6539802B1 (en) | 2003-04-01 |
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