JPWO2011004669A1 - 振動ジャイロ素子 - Google Patents
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Abstract
Description
この振動ジャイロ素子101は、振動板104と8つの検出用振動体と1つの駆動用振動体とを備える。駆動用振動体は駆動電極106と圧電基板107と駆動電極108とを備え、振動板104に主面法線方向の屈曲振動を励起させる。検出用振動体は検出電極102と圧電基板103と検出電極105とを備える。
図2は振動ジャイロ素子の構成例を示す図である。図2(A)は平面図、図2(B)は中央断面図、図2(C)はA−A’断面図、図2(D)はB−B’断面図である。
図6(A)は、オイラー角のψ=45°であるニオブ酸リチウムの圧電単結晶基板での線膨張係数の面内回転角依存性、即ち、ニオブ酸リチウム基板の線膨張係数をテンソルの変換則に従って変換したマトリクス成分と、右手系のオイラー角表示のθ°との関係を示す図である。ニオブ酸リチウム基板ではオイラー角のθに関わらず、常にα11=α22、かつ、α12=α21となる。これは、X1軸方向とX2軸方向に関わる線膨張係数が等しくなり、温度による変形がこの2軸に対して等しくなることを示している。したがって、圧電基板3や支持基板5における各検出軸上に生じる歪みの分布を対称にできる。これにより、広い温度範囲で、2つの検出軸それぞれを基準とした駆動特性や検出特性の相似性を確保できる。
図7(A)は、ニオブ酸リチウム基板およびタンタル酸リチウム基板におけるオイラー角のθと電気機械結合係数との関係を説明する図である。電気機械結合係数は、圧電基板3、上部主面電極、下部主面電極、誘電体層、支持基板の材料定数と振動体の構造を考慮して有限要素法解析を行い、自由容量Cfと着目した振動モードの等価値容量Cnを用いてkv=(Cn/Cf)^(1/2)として定義される。具体的には両端子間の自由容量Cfと等価値容量Cnは、下部電極を0V、上部電極のX1軸に隣接する電極を並列に接続した端子と、X2軸に隣接する電極を並列に接続した端子とにそれぞれ逆極性の電圧を印加し求めることができる。
2…上主面電極
2A…駆動検出電極
2B…回路接続電極
2C…基準電位接続電極
2D…配線
2E…絶縁層
3…圧電基板
31…内側開放孔
32…内側梁部
33…外側開放孔
34…外側梁部
3A…内側領域
3B…枠状領域
3C…外側領域
4…下主面電極
5…支持基板
5A…内側領域
5B…振動領域
5C…外側領域
6…周波数信号発生回路
7A,7B…差動回路
8A,8B…平滑回路
Claims (7)
- 主面に平行で互いに直交する2つの検出軸それぞれを中心として線対称な形状で構成した圧電基板と、前記圧電基板の主面表裏に設けた複数の主面電極対とを備え、少なくともいずれかの主面電極対の間に周波数信号を印加して主面法線方向に前記圧電基板を振動させ、少なくともいずれかの主面電極対に励起する電圧に基づいて、前記検出軸回りの回転によって前記圧電基板に作用するコリオリの力を検出する振動ジャイロ素子であって、
前記圧電基板は、三方晶系の点群3mに分類される単結晶からなり、2つの検出軸の間を等分する軸のいずれかに結晶座標系(X,Y,Z)の結晶軸Xが一致する、振動ジャイロ素子。 - 三方晶系の点群3mに分類される単結晶からなり、2つの検出軸の間を等分する前記軸に結晶座標系(X,Y,Z)の結晶軸Xが一致し、前記圧電基板を支持する支持基板を備える、請求項1に記載の振動ジャイロ素子。
- 前記圧電基板は、枠状の振動部と前記振動部を支持する支持梁とを備え、前記支持梁は2つの検出軸の間を等分する軸に沿って延設される、請求項1または2に記載の振動ジャイロ素子。
- 前記圧電基板は、右手系のオイラー角表示のθを0°から180°まで変化させた場合に電気機械結合係数が第1の極大値、極小値、第2の極大値の順に変化するとともに、第1の極大値よりも第2の極大値が大きい特性を有するものであり、電気機械結合係数が第1の極大値よりも大きくなる範囲に右手系のオイラー角表示のθが収まるように構成する、請求項3に記載の振動ジャイロ素子。
- 前記圧電基板は、右手系のオイラー角表示のθを電気機械結合係数がほぼ第2の極大値になる範囲に設定する、請求項4に記載の振動ジャイロ素子。
- 前記圧電基板は、右手系のオイラー角表示のθを0°から180°まで変化させた場合に、共振周波数が極値を示して変化する特性を有するものであり、この圧電基板を、共振周波数がほぼ極値になる範囲にオイラー角表示のθが収まるように構成する、請求項3〜5のいずれかに記載の振動ジャイロ素子。
- 前記圧電基板は、ニオブ酸リチウム、または、タンタル酸リチウムからなる、請求項1〜10のいずれかに記載の振動ジャイロ素子。
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