JP4734985B2 - 圧電振動ジャイロ素子および圧電振動片 - Google Patents
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ジャイロセンサを構成する圧電振動ジャイロ素子として、例えば、略T字型の駆動振動系を中央の検出振動系に関して左右対称に配置した所謂、ダブルT型振動ジャイロ素子が知られている。このダブルT型振動ジャイロ素子では、基部に駆動振動腕と支持腕からなる略T字型の駆動振動系と、検出振動腕からなる検出振動系を備え、駆動振動腕に発生したコリオリ力を、支持腕および基部を介して検出振動腕にて取り出す構成となっている。
また、本発明では、基部と、前記基部より延出される検出振動腕と、前記基部から前記検出振動腕と略直交する向きに延出される連結腕と、前記連結腕の先端側から前記検出振動腕と略平行に延出される駆動振動腕とを備え、前記駆動振動腕および前記検出振動腕の一方の主面と他方の主面にそれぞれ溝部を有する水晶からなる圧電振動ジャイロ素子であって、前記振動ジャイロ素子の平面視で、前記駆動振動腕および前記検出振動腕の延出方向が前記水晶のY軸(機械軸)に、且つ前記連結腕の延出方向が前記水晶のX軸(電気軸)にそれぞれほぼ一致する関係を有し、前記溝部の平面視で、前記溝部の前記基部に近い側の終端の両側に、前記溝部の幅の中立線に対して略30°の方向の面取り部を備えていることを特徴とする。
また、上記本発明のジャイロ素子では、前記溝部の平面視で、前記溝部に略円弧状の面取り部を含んでいても良い。
また、前記部位は傾斜部であっても良い。
また、本発明では、基部と、前記基部より延出される振動腕を備え、前記振動腕の一方の主面および他方の主面にそれぞれ溝部を有する水晶からなる圧電振動片であって、前記圧電振動片の平面視で、前記振動腕の延出方向が前記水晶のY軸(機械軸)にほぼ一致し、且つ前記振動腕の一方の主面および他方の主面が、前記水晶のX軸(電気軸)と前記Y軸(機械軸)からなる面と略平行な関係を有し、前記溝部の平面視で、前記溝部の前記基部に近い側の終端の両側に、前記溝部の幅の中立線に対して略30°の方向の面取り部を備えていることを特徴とする。
また、上記本発明の圧電振動片では、前記溝部の平面視で、前記溝部に略円弧状の面取り部を含んでいても良い。
また、前記部位は傾斜部であっても良い。
また、本発明では、基部と、前記基部より延出される振動腕を備え、前記振動腕の一方の主面および他方の主面にそれぞれ溝部を有する水晶からなる圧電振動片の製造方法であって、
前記圧電振動片の平面視で、前記振動腕の延出方向が前記水晶のY軸(機械軸)にほぼ一致し、且つ前記振動腕の一方の主面および他方の主面が、前記水晶のX軸(電気軸)と前記Y軸(機械軸)からなる面と略平行な関係を有し、前記溝部の平面視で、前記溝部の前記基部に近い側の終端の両側に、前記溝部の幅の中立線に対して略30°の方向の面取り部を、エッチングによって設けることを特徴とする。
(第1の実施形態)
圧電振動ジャイロ素子1は、圧電材料である水晶から形成されている。水晶には電気軸と呼ばれるX軸、機械軸と呼ばれるY軸および光学軸と呼ばれるZ軸を有している。そして、圧電振動ジャイロ素子1はZ軸方向に所定の厚みを持ち、表裏のXY平面をそれぞれ主面とする水晶板から、エッチング加工により形成されている。
さらに、検出振動腕12には、検出振動腕12の長さ方向に沿って溝部20が形成され、駆動振動腕16には、駆動振動腕16の長さ方向に沿って溝部21が形成されている。そして、溝部20,21終端の角部23,25は面取り形状に形成されている。
図2は検出振動腕12の拡大平面図である。図3は図2におけるA−A断面図であり、図4は図2におけるB−B断面図である。
本実施形態のように振動腕に重り部を備えた構成で、振動腕に衝撃力などが加わった場合、基部11側だけでなく、重り部13側の溝部20終端にも応力が集中すると予想される。このため、溝部20の両終端の角部23は面取り形状に形成されるのが望ましい。なお、この面取り形状の大きさは、小さくても良い。
また、溝部20は図3に示すように、検出振動腕12の一方の主面(表面)および他方の主面(裏面)に設けられている。
さらに、図4に示すように、溝部20の幅の中立線B−Bで断面にした断面視において、それぞれの溝部20の終端に近づくにつれて溝部20の深さが減少する斜面部24を備えている。
検出電極および駆動電極の配置については限定されないが、例えば、検出振動腕12の側面と溝部20の壁面に、対向するように検出電極を設け、駆動振動腕16の側面と溝部21の壁面に、対向するように駆動電極を設ける。
このように、検出振動腕12にて角速度を検出する検出振動系を構成し、連結腕14と駆動振動腕16にて圧電振動ジャイロ素子1を駆動する駆動振動系を構成している。
なお、圧電振動ジャイロ素子1は基部11を支持することにより、角速度の検出を可能にしている。
駆動振動腕16は駆動電極に交番電圧を印加することにより駆動され、駆動振動腕16がXY平面で屈曲振動を行う。この状態でZ軸回りの角速度が加わると、駆動振動腕16にコリオリ力が働き、このコリオリ力に呼応して検出振動腕12がXY平面で屈曲振動を行う。この屈曲振動に伴う検出振動腕12に生ずる歪を検出電極が検出して角速度を認識することができる。
さらに、溝部20の幅の中立線B−Bにて断面にした断面視で、溝部20の終端に近づくにつれて溝部20の深さが減少する斜面部24を備えることにより、溝部20の終端の剛性を高めることができる。また、溝部20の終端がほぼ垂直な場合に比べて、過度な力が各振動腕に加わったときの応力集中を緩和でき、各振動腕の折れの発生をさらに軽減することができる。
(第1の実施形態の変形例)
図5は、第1の実施形態の変形例における検出振動腕の拡大平面図である。
検出振動腕12には、検出振動腕12の長さ方向に沿って溝部30が配置され、溝部30の終端の角部31は、略円弧状に形成されている。
さらに、溝部30の幅の中立線で断面にした断面視において、図4で示したのと同様に、それぞれの溝部30の終端に近づくにつれて溝部30の深さが減少する斜面部を備えている。なお、上記の形状の溝部は、駆動振動腕にも形成されている。
図6は検出振動腕の部分拡大平面図である。
検出振動腕12に形成された溝部90の終端の角部は、角部91,92の2段階に形成され略円弧状となっている。角部91は、溝部90の幅の中立線に対して略60°の角度であり、角部92は略30°の角度に設定されている。
このような、構成においても上記と同様な効果を享受することができる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態は、図1で示した圧電振動ジャイロ素子1の検出振動腕および駆動振動腕に形成された、溝部の形状のみ異なる。
図7は本実施形態の検出振動腕を示す拡大平面図である。
また、この溝部33は検出振動腕12の一方の主面(表面)および他方の主面(裏面)に設けられている。
さらに、溝部33の幅の中立線で断面にした断面視において、図4で示したのと同様に、それぞれの溝部33の終端34に近づくにつれて溝部33の深さが減少する斜面部を備えている。なお、上記の形状の溝部は、駆動振動腕16にも形成されている。
さらに、溝部33の終端34に近づくにつれて溝部33の深さが減少する斜面部を備えることにより、溝部33の終端34の剛性を高めることができる。また、溝部33の終端34がほぼ垂直な場合に比べて、過度な力が各振動腕に加わったときの応力集中を緩和でき、各振動腕の折れの発生をさらに軽減することができる。
(第1の実施形態と第2の実施形態を組み合わせた変形例)
図8に示すように、溝部36の一方の終端38を略円弧状に形成し、他方の終端の角部37を溝部36の幅の中立線C−Cに対して略30°の角度で面取り形状に形成しても良い。
また、図示しないが、溝部36の一方の終端を略円弧状に形成し、他方の終端の角部を略円弧状に形成しても良い。
このようにすれば、第1の実施形態および第2の実施形態と同様の効果を享受することができる。
(第3の実施形態)
さらに、検出振動腕42には、検出振動腕42の長さ方向に沿って溝部50が形成され、駆動振動腕46には、駆動振動腕46の長さ方向に沿って溝部52が形成されている。そして、溝部50,52終端の角部51,53は面取り形状に形成されている。
図10は検出振動腕12の拡大平面図である。
また、溝部50は検出振動腕42の一方の主面(表面)および他方の主面(裏面)に設けられている。
さらに、溝部50の幅の中立線D−Dで断面にした断面視において、図4と同様に、それぞれの溝部50の終端に近づくにつれて溝部50の深さが減少する斜面部を備えている。
(第3の実施形態の変形例)
図11において、検出振動腕42には、検出振動腕42の長さ方向に沿って溝部60が配置され、溝部60の終端の角部61は、略円弧状に形成されている。
また、図12において、検出振動腕42には、検出振動腕42の長さ方向に沿って溝部63が配置され、溝部63の終端64は、略円弧状に形成されている。
なお、本発明の圧電振動ジャイロ素子は、ダブルT型ジャイロ素子の他に、H型、音叉型などの圧電振動ジャイロ素子においても実施が可能である。
(第4の実施形態)
図13は本実施形態の圧電振動片を示す平面図である。
圧電振動片3は、圧電材料である水晶から構成され、Z軸方向に所定の厚みを持ち、表裏のXY平面をそれぞれ主面とする水晶板から、エッチング加工により形成されている。
振動腕72にはそれぞれ、振動腕72の長さ方向に沿って溝部80が形成されている。この溝部80の終端の角部81は、平面視において溝部80の幅の中立線E−Eに対して略30°の角度で面取り形状に形成されている。この角度は製造上のばらつきを考慮して30°±3°の角度に設定されている。
さらに、溝部80の幅の中立線E−Eで断面にした断面視において、図4で説明したのと同様に、それぞれの溝部80の終端に近づくにつれて溝部80の深さが減少する斜面部を備えている。
さらに、溝部80の幅の中立線E−Eにて断面にした断面視で、溝部80の終端に近づくにつれて溝部80の深さが減少する斜面部を備えることにより、溝部80の終端の剛性を高めることができる。また、溝部80の終端がほぼ垂直な場合に比べて、過度な力が振動腕72に加わったときの応力集中を緩和でき、振動腕72の折れの発生をさらに軽減することができる。
(第4の実施形態の変形例)
図14および図15は、第4の実施形態の変形例を示す平面図である。
また、この溝部83は振動腕72の一方の主面(表面)および他方の主面(裏面)に設けられている。
さらに、溝部83の幅の中立線で断面にした断面視において、図4で示したのと同様に、それぞれの溝部83の終端に近づくにつれて溝部83の深さが減少する斜面部を備えている。
また、この溝部86は振動腕72の一方の主面(表面)および他方の主面(裏面)に設けられている。
さらに、溝部86の幅の中立線で断面にした断面視において、図4で示したのと同様に、それぞれの溝部86の終端87に近づくにつれて溝部86の深さが減少する斜面部を備えている。
さらに、溝部86の終端87に近づくにつれて溝部86の深さが減少する斜面部を備えることにより、溝部86の終端87の剛性を高めることができる。また、溝部86の終端がほぼ垂直な場合に比べて、過度な力が振動腕72に加わったときの応力集中を緩和でき、振動腕72の折れの発生をさらに軽減することができる。
Claims (5)
- 基部と、前記基部より延出される検出振動腕と、前記基部から前記検出振動腕と略直交する向きに延出される連結腕と、前記連結腕の先端側から前記検出振動腕と略平行に延出される駆動振動腕とを備え、前記駆動振動腕および前記検出振動腕の一方の主面と他方の主面にそれぞれ溝部を有する水晶からなる圧電振動ジャイロ素子であって、
前記振動ジャイロ素子の平面視で、前記駆動振動腕および前記検出振動腕の延出方向が前記水晶のY軸(機械軸)に、且つ前記連結腕の延出方向が前記水晶のX軸(電気軸)にそれぞれほぼ一致する関係を有し、
前記溝部の平面視で、前記溝部の前記基部に近い側の終端の両側に、前記溝部の幅の中立線に対して略30°の方向の面取り部を備えていることを特徴とする圧電振動ジャイロ素子。 - 請求項1に記載の圧電振動ジャイロ素子において、
前記溝部が、前記溝部の幅の前記中立線の位置における断面視で、終端に近づくにつれて深さが減少する部位を備えていることを特徴とする圧電振動ジャイロ素子。 - 基部と、前記基部より延出される振動腕を備え、前記振動腕の一方の主面および他方の主面にそれぞれ溝部を有する水晶からなる圧電振動片であって、
前記圧電振動片の平面視で、前記振動腕の延出方向が前記水晶のY軸(機械軸)にほぼ一致し、且つ前記振動腕の一方の主面および他方の主面が、前記水晶のX軸(電気軸)と前記Y軸(機械軸)からなる面と略平行な関係を有し、
前記溝部の平面視で、前記溝部の前記基部に近い側の終端の両側に、前記溝部の幅の中立線に対して略30°の方向の面取り部を備えていることを特徴とする圧電振動片。 - 請求項3に記載の圧電振動片において、
前記溝部が、前記溝部の幅の前記中立線の位置における断面視で、終端に近づくにつれて深さが減少する部位を備えていることを特徴とする圧電振動片。 - 基部と、前記基部より延出される振動腕を備え、前記振動腕の一方の主面および他方の主面にそれぞれ溝部を有する水晶からなる圧電振動片の製造方法であって、
前記圧電振動片の平面視で、前記振動腕の延出方向が前記水晶のY軸(機械軸)にほぼ一致し、且つ前記振動腕の一方の主面および他方の主面が、前記水晶のX軸(電気軸)と前記Y軸(機械軸)からなる面と略平行な関係を有し、
前記溝部の平面視で、前記溝部の前記基部に近い側の終端の両側に、前記溝部の幅の中立線に対して略30°の方向の面取り部を、エッチングによって設けることを特徴とする圧電振動片の製造方法。
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