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【発明の名称】 屈曲振動片、振動子および振動型ジャイロスコープ
【発明者】 【氏名】菊池 尊行

【氏名】今枝 美能留

【氏名】川口 竜生
【要約】 【課題】バイモルフ型の振動子を備えている振動型ジャイロスコープにおいて、検出信号の感度を向上させ、その雑音に対する比率を向上させる。

【解決手段】屈曲振動片１は、第一の軸Ｚの方向に向かって屈曲振動し、第一の軸に対して垂直な第二の軸Ｙに向かって延びており、圧電性材料からなる。屈曲振動片１は、第一の軸Ｚの正の方向に向かって圧電成分１０Ａを有する第一の領域４と、第一の軸Ｚの負の方向に向かって圧電成分１０Ｂを有する第二の領域５Ａ、５Ｂとからなり、第一の軸Ｚの方向に見たときに、第一の領域４のみからなる第一領域部分２７と、第一の領域４および第二の領域５Ｂが共に存在する混在部分２８とを備えている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】第一の軸の方向に向かって屈曲振動し、第一の軸に対して垂直な第二の軸に向かって延びている圧電性材料からなる屈曲振動片であって、第一の軸の正の方向に向かって圧電成分を有する第一の領域と、第一の軸の負の方向に向かって圧電成分を有する第二の領域とからなり、第一の軸の方向に見たときに、第一の領域のみからなる第一領域部分と、第一の領域および第二の領域が共に存在する混在部分とを備えていることを特徴とする、屈曲振動片。
【請求項２】第一の軸の方向に見たときに、第二の領域のみからなる第二領域部分を備えていることを特徴とする、請求項１記載の屈曲振動片。
【請求項３】前記第一領域部分と前記第二領域部分との間に前記混在部分が設けられていることを特徴とする、請求項２記載の屈曲振動片。
【請求項４】少なくとも二つの前記第一領域部分と少なくとも一つの前記混在部分とを備えており、二つの第一領域部分の間に混在部分が設けられていることを特徴とする、請求項１記載の屈曲振動片。
【請求項５】前記圧電性材料が圧電単結晶であることを特徴とする、請求項１−４のいずれか一つの請求項に記載の屈曲振動片。
【請求項６】回転角速度を検出するための振動型ジャイロスコープであって、請求項１−５のいずれか一つの請求項に記載の屈曲振動片、前記屈曲振動片に対して駆動振動を励起するための駆動手段、および屈曲振動片が回転したときに屈曲振動片に作用するコリオリ力および駆動振動に応じて屈曲振動片に励振される検出振動を検出するための検出手段を備えていることを特徴とする、振動型ジャイロスコープ。
【請求項７】回転角速度を検出するための振動型ジャイロスコープであって、請求項２、３または５記載の屈曲振動片、前記屈曲振動片に対して駆動振動を励起するための駆動手段であって、前記混在部分の表面に設けられている駆動手段、および屈曲振動片が回転したときに屈曲振動片に作用するコリオリ力および駆動振動に応じて屈曲振動片に励振される検出振動を検出するための検出手段であって、前記第一領域部分および前記第二領域部分の表面に設けられている検出手段を備えていることを特徴とする、振動型ジャイロスコープ。
【請求項８】回転角速度を検出するための振動型ジャイロスコープであって、請求項４または５記載の屈曲振動片、前記屈曲振動片に対して駆動振動を励起するための駆動手段であって、前記混在部分の表面に設けられている駆動手段、および屈曲振動片が回転したときに屈曲振動片に作用するコリオリ力および駆動振動に応じて屈曲振動片に励振される検出振動を検出するための検出手段であって、前記第一領域部分の表面に設けられている検出手段を備えていることを特徴とする、振動型ジャイロスコープ。
【請求項９】請求項１−５のいずれか一つの請求項に記載の屈曲振動片と、この屈曲振動片の少なくとも一方の端部を固定する固定部とを備えていることを特徴とする、振動子。
【請求項１０】前記屈曲振動片と共振する他の屈曲振動片を備えていることを特徴とする、請求項９記載の振動子。
【請求項１１】回転角速度を検出するための振動型ジャイロスコープであって、請求項９または１０記載の振動子、振動子に対して駆動振動を励起するための駆動手段、および振動子が回転したときに振動子に作用するコリオリ力および駆動振動に応じて振動子に励振される検出振動を検出するための検出手段を備えていることを特徴とする、振動型ジャイロスコープ。
【請求項１２】圧電性材料からなる少なくとも一対の屈曲振動片、およびこれらの屈曲振動片を結合する結合部を備えている振動子であって、一方の屈曲振動片が、互いに圧電軸の方向が異なる複数の領域からなり、他方の屈曲振動片が、所定方向の圧電軸を有する実質的に単一の領域からなることを特徴とする、振動子。
【請求項１３】前記一方の屈曲振動片が第一の軸の方向に向かって振動し、一方の屈曲振動片が、第一の軸の正の方向に向かって圧電成分を有する第一の領域と、第一の軸の負の方向に向かって圧電成分を有する第二の領域とからなり、第一の軸の方向に見たときに、第一の領域および第二の領域が共に存在する混在部分を備えていることを特徴とする、請求項１２記載の振動子。
【請求項１４】前記他方の屈曲振動片が、前記第一の軸に対して垂直な面内で振動することを特徴とする、請求項１３記載の振動子。
【請求項１５】前記結合部に、前記一方の屈曲振動片と前記他方の屈曲振動片との間での電気的影響の伝達を防止するためのガード電極が設けられていることを特徴とする、請求項１２−１４のいずれか一つの請求項に記載の振動子。
【請求項１６】前記圧電性材料が圧電性単結晶であることを特徴とする、請求項１２−１５のいずれか一つの請求項に記載の振動子。
【請求項１７】回転角速度を検出するための振動型ジャイロスコープであって、請求項１２−１６のいずれか一つの請求項に記載の振動子、振動子に対して駆動振動を励起するための駆動手段、および振動子が回転したときに振動子に作用するコリオリ力および駆動振動に応じて振動子に励振される検出振動を検出するための検出手段を備えていることを特徴とする、振動型ジャイロスコープ。
【請求項１８】回転角速度を検出するための振動型ジャイロスコープであって、請求項１４−１６のいずれか一つの請求項に記載の振動子、前記一方の屈曲振動片に対して前記第一の軸の方向の振動を駆動振動として励起するための駆動手段、および振動子が回転したときに振動子に作用するコリオリ力および駆動振動に応じて前記他方の屈曲振動片に励振される前記第一の軸に対して垂直な面内の振動を、検出振動として検出するための検出手段を備えていることを特徴とする、振動型ジャイロスコープ。
【請求項１９】回転角速度を検出するための振動型ジャイロスコープであって、請求項１４−１６のいずれか一つの請求項に記載の振動子、前記他方の屈曲振動片に対して、前記第一の軸に対して垂直な面内の振動を駆動振動として励起するための駆動手段、および振動子が回転したときに振動子に作用するコリオリ力および駆動振動に応じて前記一方の屈曲振動片に励振される前記第一の軸の方向の振動を、検出振動として検出するための検出手段を備えていることを特徴とする、振動型ジャイロスコープ。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電性材料からなる振動子、および回転系内の回転角速度を検出する角速度センサ用の振動型ジャイロスコープに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】圧電振動型ジャイロスコープは、振動している物体に角速度が加わると、その振動と直角方向にコリオリ力が生じることを利用している。そして、その原理は力学的モデルで解析される（例えば、「弾性波素子技術ハンドブック」、オーム社、第４９１〜４９７頁）。そして、圧電型振動ジャイロスコープとしては、これまでに種々のものが提案されている。例えば、スペリー音叉型ジャイロスコープ、ワトソン音叉型ジャイロスコープ、正三角柱型音片ジャイロスコープ、円筒型音片ジャイロスコープ等が知られている。
【０００３】圧電型ジャイロセンサーとしては、セラミックバイモルフを使用したジャイロセンサーが、特開平１０−５４７２６号公報に開示されている。これは、２枚の圧電性セラミック板を接着して振動子を作製し、各セラミック板の分極方向を逆にし、各セラミック板の表面にそれぞれ駆動電極を設ける。ここで一方のセラミック板上の駆動電極を分割する。各駆動電極に電圧を印加することによって、一方のセラミック板を伸長させ、他方のセラミック板を収縮させ、振動子を全体として屈曲振動させるものである。屈曲振動中の振動子を回転させると、振動子に作用するコリオリ力によって、屈曲振動の方向と垂直な方向へと向かって別の屈曲振動成分が発生するので、振動子の屈曲振動の方向が全体として変化する。この屈曲振動の方向の変化を、一方のセラミック板上の分割された駆動電極からの各出力信号の差として検出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平１０−５４７２６号公報記載の振動型ジャイロスコープでは、基本的に振動子の一方向への屈曲振動を利用しており、コリオリ力による屈曲振動の方向のズレを、その屈曲振動を励起した駆動電極によって検出するものである。このため、基本的に感度が低くなる傾向があり、また、駆動電極に対して印加される駆動電圧（検出電圧よりもはるかに大きい）の影響によって雑音が大きくなる傾向がある。
【０００５】本発明の課題は、バイモルフ型の振動子を備えている振動型ジャイロスコープにおいて、検出信号の感度を向上させ、その雑音に対する比率を向上させることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、第一の軸の方向に向かって屈曲振動し、第一の軸に対して垂直な第二の軸に向かって延びている圧電性材料からなる屈曲振動片であって、第一の軸の正の方向に向かって圧電成分を有する第一の領域と、第一の軸の負の方向に向かって圧電成分を有する第二の領域とからなり、第一の軸の方向に見たときに、第一の領域のみからなる第一領域部分と、第一の領域および第二の領域が共に存在する混在部分とを備えることを特徴とする。
【０００７】また、本発明は、回転角速度を検出するための振動型ジャイロスコープであって、前記屈曲振動片、屈曲振動片に対して駆動振動を励起するための駆動手段、および屈曲振動片が回転したときに屈曲振動片に作用するコリオリ力および駆動振動に応じて屈曲振動片に励振される検出振動を検出するための検出手段を備えていることを特徴とする。
【０００８】また、本発明は、前記屈曲振動片と、この屈曲振動片の少なくとも一方の端部を固定する固定部とを備えていることを特徴とする、振動子に係るものである。
【０００９】また、本発明は、回転角速度を検出するための振動型ジャイロスコープであって、前記振動子、振動子に対して駆動振動を励起するための駆動手段、および振動子が回転したときに振動子に作用するコリオリ力および駆動振動に応じて振動子に励振される検出振動を検出するための検出手段を備えていることを特徴とする。
【００１０】本発明の振動型ジャイロスコープは、種々の角速度センサーに利用できるが、例えば自動車の車体回転速度フィードバック式の車両制御方法に用いる回転速度センサーに特に好適に利用できる。
【００１１】本発明について、図面を参照しつつ、更に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る屈曲振動片１および電極の構成を示す模式的斜視図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【００１２】屈曲振動片１は、細長い平板状または四角柱状を有している。屈曲振動片１は、第一の軸Ｚの方向に向かって屈曲振動し、第一の軸Ｚに対して垂直な第二の軸Ｙに向かって延びている。屈曲振動片１の４つの側面のうち、側面１ａは第一の軸Ｚの正の方向を向いており、側面１ｂは軸Ｚの負の方向を向いており、側面１ｃは第三の軸Ｘの正の方向を向いており、側面１ｄは第三の軸Ｘの負の方向を向いている。ただし、ここで言う「正の方向」「負の方向」とは、各軸に平行な二方向を区別するために任意に指定した方向であり、互いに等価である。
【００１３】屈曲振動片１は、第一の軸Ｚの正の方向に向かって圧電成分を有する第一の領域４と、第一の軸Ｚの負の方向に向かって圧電成分を有する第二の領域５Ａ、５Ｂとからなり、第一の軸Ｚの方向に見たときに、第一の領域４のみからなる第一領域部分２７と、第一の領域４および第二の領域５Ｂが共に存在する混在部分２８と、第二の領域５Ａのみからなる第二領域部分２９とを備えている。領域２８と２９との間にも第一領域部分２７が形成されている。
【００１４】本例では、屈曲振動片１の側面１ｂ上には、その全面を被覆するように駆動電極３Ｂが形成されている。屈曲振動片１の第二の領域５Ｂの表面には、電極３Ｂと対向する駆動電極３Ａが設けられている。第一領域部分２７の表面および第二領域部分２９の表面に、駆動電極３Ａを挟むように、一対の検出電極２Ａ、２Ｂが形成されている。駆動電極３Ａは交流電源６に接続されており、駆動電極３Ｂはアースされている。検出電極２Ａ、２Ｂは、検出回路７を通して検出部８に接続されている。
【００１５】図１、図２の例では、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶の場合のように、１つのａ軸と１つのｃ軸とを有する単結晶を使用している。このタイプの単結晶は、ａ軸方向の圧電定数は０であり、ａ軸に垂直な平面内において、ｃ軸から約１４０°離れた方向において、圧電定数が最大となる。ｃ軸から９０°離れた方向では圧電定数が０になる。図１、図２の例では、Ｘ軸方向（ａ軸方向）の圧電定数は０であり、ｃ軸はＹ−Ｚ面内にある。そして、Ｙ−Ｚ面内において、ｃ軸との間の角度が約１４０°離れた方向において、圧電定数が最大となる。
【００１６】駆動電極３Ａと３Ｂとに交流電圧を印加すると、混在部分２８に第一の軸Ｚの方向に電圧が印加される。第一の領域４内では、例えば矢印１０Ａに示すように、第二の軸Ｙ、第一の軸Ｚの正の方向に圧電成分があり、第二の領域５Ａ内では、例えば矢印１０Ｂに示すように、第二の軸Ｙ、第一の軸Ｚの負の方向に圧電成分がある。即ち、領域４と５Ａとの間で、第一の軸Ｚ方向に見ると、圧電成分の方向が反対になっている。この結果、第一の領域４の伸縮振動の位相と第二の領域３Ａの伸縮振動の位相とが逆になるので、屈曲振動片１は第一の軸Ｚの方向に屈曲振動する。
【００１７】屈曲振動片１を第二の軸Ｙの周りに回転させると、コリオリ力によって、屈曲振動片１が第三の軸Ｘの方向に屈曲振動する。第一の領域４および第二の領域５Ａは、いずれも、第二の軸Ｙの方向に圧電成分があり、かつ圧電成分の方向は反対である。屈曲振動片１が第三の軸Ｘの方向に屈曲振動すると、第一領域部分２７と第二領域部分２９とは共に伸縮振動するので、各伸縮振動に応じて各検出電極２Ａ、２Ｂに電圧が発生する。この際、第一領域部分２７と第二領域部分２９とにおいては、各伸縮振動の位相は当然逆になるが、第二の軸Ｙ方向の圧電成分の方向も逆になるので、各検出電極２Ａ、２Ｂに発生する電圧の位相は同じになる。従って、検出電極２Ａ、２Ｂに発生する各電圧の和を検出し、この検出値から回転角速度を算出できる。
【００１８】一方、第一の軸Ｚ方向の駆動振動に応じて、第一領域部分２７と第二領域部分２９とには、それぞれ電圧が発生する。この際、第一領域部分２７と第二領域部分２９との間では、Ｚ方向の圧電成分の方向が逆であるので、駆動振動に応じて発生する電圧の位相は逆になる。従って、各検出電極２Ａ、２Ｂから発生する電圧を加算すると、駆動振動に応じて各検出電極２Ａ、２Ｂに発生する電圧は相殺される。
【００１９】以上の実施形態からも明らかなように、本発明によれば、混在部分と第一領域部分との間で、駆動手段と検出手段とを分配することができる。例えば、混在部分において駆動を行い、第一領域部分において検出を行うことによって、屈曲振動片の駆動振動による検出手段への影響をなくし、あるいは大きく低減することができる。この結果、検出信号の感度を向上させ、その雑音に対する比率を向上させることができる。
【００２０】好適な実施形態においては、図１、図２に示したように、屈曲振動片１が、第一の軸Ｚの方向に見たときに、第二の領域５Ａのみからなる第二領域部分２９を備えている。
【００２１】この際、特に好ましくは、図１、図２に示したように、第一領域部分２７と第二領域部分２９との間に混在部分２８を設ける。この場合には、前述したように、第一領域部分２７の表面および第二領域部分２９の表面に検出手段を設け、各検出手段からの検出信号を加算することによって、第二の軸Ｙを中心とする回転角速度を検出できる。
【００２２】圧電成分の方向と第二の軸Ｙとがなす角θは０−４５°とすることが好ましい。
【００２３】また、第一の軸Ｚと第三の軸ＸとからなるＸ−Ｚ面内に圧電成分がある場合にも、本発明の屈曲振動片は有用である。この実施形態について、図３、図４を参照しつつ、説明する。
【００２４】この例でも、１つのａ軸と１つのｃ軸とを有する単結晶を使用している。図３、図４の例では、第二の軸Ｙ方向（ａ軸方向）の圧電定数は０であり、ｃ軸はＸ−Ｚ面内にある。そして、Ｘ−Ｚ面内において、ｃ軸との間の角度が約１４０°離れた方向において、圧電定数が最大となる。従って、第一の領域４Ａにおける圧電成分１０Ｃは、第一の軸Ｚおよび第三の軸Ｘの正の方向を向いており、、第二の領域５Ｃ、５Ｄにおける圧電成分１０Ｄは、第一の軸Ｚおよび第三の軸Ｘの負の方向を向いている。本例では、一対の検出電極２Ａと２Ｂとの間の駆動電極３Ａをアースし、駆動電極３Ｂを交流電源６に接続する。
【００２５】駆動電極３Ａと３Ｂとに交流電圧を印加すると、混在部分２８に第一の軸Ｚの方向に電圧が印加される。この結果、前述したように、屈曲振動片１Ａが第一の軸Ｚの方向に屈曲振動する。
【００２６】屈曲振動片１Ａを第二の軸Ｙの周りに回転させると、コリオリ力によって、屈曲振動片１Ａが第三の軸Ｘの方向に屈曲振動する。第一の領域４Ａおよび第二の領域５Ｃは、いずれも、第三の軸Ｘの方向に圧電成分があり、かつ圧電成分の方向は反対である。屈曲振動片１Ａが第三の軸Ｘの方向に屈曲振動すると、電極２Ａと３Ａとの間、電極２Ｂと３Ａとの間に、それぞれ第三の軸Ｘ方向に電圧が発生する。そして、この電圧の位相は一致する。従って、検出電極２Ａ、２Ｂに発生する各電圧の和を検出し、この検出値から回転角速度を算出できる。前述したように、各検出電極２Ａ、２Ｂから発生する電圧を加算すると、駆動振動に応じて各検出電極２Ａ、２Ｂに発生する電圧は、相殺される。
【００２７】圧電成分の方向と第一の軸Ｚとがなす角αは０−４５°とすることが好ましい。
【００２８】また、好適な実施形態においては、屈曲振動片が、少なくとも二つの第一領域部分と少なくとも一つの混在部分とを備えており、二つの第一領域部分の間に混在部分が設けられている。図５、図６は、この実施形態に係るものである。
【００２９】屈曲振動片１Ｂは、第一の領域４と、第二の領域５Ｂとからなる。第一の軸Ｚの方向に見たときに、二つの第一領域部分２７Ａ、２７Ｂと、一つ混在部分２８とを備えており、二つの第一領域部分の間に混在部分２８が挟まれている。屈曲振動片１の側面１ｂ上には、その全面を被覆するように駆動電極３Ｂが形成されている。屈曲振動片１の混在部分２８の表面には、電極３Ｂと対向する駆動電極３Ａが設けられている。二つの第一領域部分２７Ａ、２７Ｂの表面に、駆動電極３Ａを挟むように、一対の検出電極２Ａ、２Ｂが形成されている。駆動電極３Ａは交流電源６に接続されており、駆動電極３Ｂはアースされている。
【００３０】図５、図６の例でも、１つのａ軸と１つのｃ軸とを有する単結晶を使用しており、Ｘ軸方向（ａ軸方向）の圧電定数は０であり、ｃ軸はＹ−Ｚ面内にある。そして、Ｙ−Ｚ面内において、ｃ軸との間の角度が約１４０°離れた方向において、圧電定数が最大となる。
【００３１】駆動電極３Ａと３Ｂとに交流電圧を印加すると、前述したように、屈曲振動片１Ｂは、第一の軸Ｚの方向に屈曲振動する。この状態で、屈曲振動片１Ｂを第二の軸Ｙの周りに回転させると、屈曲振動片１Ｂが第三の軸Ｘの方向に屈曲振動する。これに対応して、二つの第一領域部分２７Ａ、２７Ｂは、それぞれ伸縮振動し、各伸縮振動に応じて各検出電極２Ａ、２Ｂに電圧が発生する。この際、二つの第一領域部分においては、各伸縮振動の位相は逆になり、第二の軸Ｙ方向の圧電成分の方向は同じなので、各検出電極２Ａ、２Ｂに発生する電圧の位相は逆になる。従って、検出電極２Ａ、２Ｂに発生する各電圧の差を検出し、この検出値から回転角速度を算出できる。
【００３２】一方、第一の軸Ｚ方向の駆動振動に応じて、第一領域部分２７Ａと２７Ｂとには、それぞれ電圧が発生する。この際、第一領域部分２７Ａと２７Ｂとの間では、駆動振動の方向が同じであり、Ｚ方向の圧電成分の方向が同じであるので、駆動振動に応じて発生する電圧の位相は同じになる。従って、各検出電極２Ａ、２Ｂから発生する電圧の差を計算すると、駆動振動に応じて各検出電極２Ａ、２Ｂに発生する電圧は相殺される。
【００３３】なお、図５、図６に示すような実施形態において、図３、図４に示すように、Ｙ軸の方向にａ軸を一致させ、ｃ軸をＸ−Ｚ面内に位置させることができる。
【００３４】屈曲振動片は、平板状であってよく、円柱状、角柱状のような柱状であってよいが、屈曲振動片の最大幅に対する長さの比率が１：５以上であることが好ましい。
【００３５】第一の領域、第二の領域は、それぞれ、その表面に対して垂直な方向に垂直圧電成分を有しており、かつ平行圧電成分を有していることが好ましい。この垂直圧電成分の圧電定数は１Ｃ／ｍ2 以上であることが好ましく、２Ｃ／ｍ2 以上であることが更に好ましい。平行圧電成分の圧電定数は、０．５Ｃ／ｍ2 以上であることが好ましく、１Ｃ／ｍ2 以上であることが更に好ましい。
【００３６】振動子の材質である圧電材料は、特に限定せず、圧電性セラミックスを利用できる。ただし、本発明は、振動子を圧電単結晶によって形成した場合に特に効果的である。
【００３７】圧電性単結晶としては、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、ランガサイト、リチウムテトラボレート、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、リラクサ化合物（一般式：Ｐｂ（Ａ1/3 Ｂ2/3 ）Ｏ3 ：ここでＡはＣｄ、Ｚｎ、Ｍｇなどであり、ＢはＮｂ、Ｔａ、Ｗなどである）、チタン酸ジルコン酸鉛とリラクサ化合物との混晶系圧電単結晶を例示できる。
【００３８】また、前記の屈曲振動片それ自体を振動子として使用することができるが、屈曲振動片を何らかの固定部に対して固定し、屈曲振動片と固定部とを備える振動子を作製することができる。
【００３９】また、本発明は、圧電性材料からなる少なくとも一対の屈曲振動片、およびこれらの屈曲振動片を結合する結合部を備えている振動子であって、一方の屈曲振動片が、互いに圧電軸の方向が異なる複数の領域からなり、他方の屈曲振動片が、所定方向の圧電軸を有する実質的に単一の領域からなることを特徴とする。
【００４０】また、本発明は、回転角速度を検出するための振動型ジャイロスコープであって、前記の振動子、振動子に対して駆動振動を励起するための駆動手段、および振動子が回転したときに振動子に作用するコリオリ力および駆動振動に応じて振動子に励振される検出振動を検出するための検出手段を備えていることを特徴とする。
【００４１】このように、圧電軸が互いに異なる複数の領域を有する一方の屈曲振動片を設けることによって、この屈曲振動片を構成する各領域の圧電軸の方向の相違を利用して駆動励振や振動検出を行うことが可能となり、かつ、他の所定方向の圧電軸を有する屈曲振動片を固定部を介して一方の屈曲振動片から分離することによって、一方の屈曲振動片の振動による影響を遮断でき、これによって不要の振動の発生、そして検出感度の低下や信号／雑音比率の低下を防止できる。
【００４２】好適な実施形態においては、一方の屈曲振動片が第一の軸の方向に向かって振動し、第一の軸の正の方向に向かって圧電成分を有する第一の領域と、第一の軸の負の方向に向かって圧電成分を有する第二の領域とからなり、第一の軸の方向に見たときに、第一の領域および第二の領域が共に存在する混在部分を備えている。この場合、好ましくは、他方の屈曲振動片が、第一の軸に対して垂直な面内で振動する。
【００４３】図７は、この実施形態に係る振動子１Ｃを備えた振動型ジャイロスコープを示す概略斜視図であり、図８（ａ）は、図７の振動子のＶＩＩＩａ−ＶＩＩＩａ線断面図であり、図８（ｂ）は、図７の振動子のＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂ線断面図である。
【００４４】振動子１Ｃの結合部１１が、支持台１７の上に載置されている。結合部の上面側には、例えば一対の屈曲振動片１２と１３とが延設されている。屈曲振動片１３、固定部１１の全体は、第一の領域４Ｃからなる。一方の屈曲振動片１２は、第一の領域４Ｄと第二の領域５Ｅとが共存する混在部分２８をそなえており、かつ屈曲振動片１２の先端側は、第一の領域４Ｃのみからなる第一領域部分２７からなる。混在部分２８においては、第一の領域４Ｄは、第一の軸Ｚの負の方向の側にあり、第二の領域５Ｅは、その反対側にあり、第一の領域４Ｄと第二の領域５Ｅとは共に平板状をしている。
【００４５】特に図８（ａ）に示すように、他方の屈曲振動片１３の＋Ｚ面上に、駆動電極３Ｃ、３Ｄが形成されており、−Ｚ面側に駆動電極３Ｅ、３Ｆが形成されている。矢印１０Ａは圧電成分の方向を示すが、＋Ｚ方向および＋Ｙ方向を向いている。駆動電極３Ｃと３Ｆとはアースされており、駆動電極３Ｄと３Ｅとは交流電源６に接続されている。このため、駆動電極３Ｄ−３Ｆ間と、駆動電極３Ｃ−３Ｅ間とでは、互いに逆位相の交流電圧が印加される。これに応じて、駆動電極３Ｄ−３Ｆ間および３Ｃ−３Ｅ間が、それぞれ逆位相で屈曲振動するので、屈曲振動片１３は第三の軸Ｘ方向に屈曲振動する。
【００４６】図８（ｂ）に示すように、一方の屈曲振動片１２の＋Ｚ面上に、検出電極２Ｃが形成されており、−Ｚ面側に検出電極２Ｄが形成されている。矢印１０Ａ、１０Ｂに示すように、各領域４Ｄ、５Ｅにおける圧電成分１０Ａ、１０Ｂの方向は、第一の軸Ｚ方向に見ると逆方向である。振動子１Ｃを、第二の軸Ｙを中心として回転させると、屈曲振動片１２が第一の軸Ｚの方向に屈曲振動する。この屈曲振動に応じて、第一の領域５Ｅおよび第二の領域４Ｄは、それぞれ伸縮振動し、各伸縮振動に応じてそれぞれ振動電圧が発生する。この際、第一の領域５Ｅと第二の領域４Ｄとでは、伸縮振動の位相が逆であり、かつ圧電成分の方向も第一の軸Ｚ方向に見て逆であるので、各振動電圧の位相は同じになる。従って、検出電極２Ｃと２Ｄとの間に発生する振動電圧から、回転角速度を算出できる。なお、図７に示す１５はリードであり、１６は端子である。
【００４７】また、固定部に、一方の屈曲振動片と他方の屈曲振動片との間での電気的影響の伝達を防止するためのガード電極を設けることが好ましい。
【００４８】図９は、この実施形態に係る振動子１Ｄを示す斜視図である。固定部１１には、アースされたガード電極１９が設けられている。ガード電極１９は、通常の電極と同様にして設けることができる。
【００４９】
【実施例】図１、図２に示す振動型ジャイロスコープを作製した。具体的には、図１０（ａ）に模式的に示すように、厚さ０．３ｍｍのニオブ酸リチウムのＺ板の基板２１の表面に、所定パターンに応じてタンタル製マスク２２を形成した。１０Ａは圧電成分の方向である。２３０℃に保持されたピロ燐酸中に、マスク２２付きの基板２１を約１０時間浸漬し、図１０（ｂ）に模式的に示すプロトン交換層２３を形成した。マスクを除去し、基板２１を１０００℃で１０時間熱処理することによって、図１０（ｃ）に示すように、第二の領域５Ｂを形成した。
【００５０】次いで、図１１に示すように、基板の所定部分にタンタル製電極２４を形成し、各電極を直流電源２５に接続した。一対の電極２４間に、約２５ｋＶ／ｍｍの電圧を印加し、電極２４間を分極反転させ、第二の領域５Ａを形成した。
【００５１】次いで、図１、図２に示すように、メタルマスクを使用して、厚さ２０００オングストロームのアルミニウム膜を電極膜として形成した。振動子１の寸法は、ａが１．００２ｍｍであり、ｂが１．００ｍｍであり、ｃが４ｍｍであり、ｄが１６ｍｍであり、ｅが４ｍｍであった。θは４０°とした。この状態で、１°／秒当たりの感度を測定したところ、３０ｍＶ／（ｄｅｇ／ｓｅｃ）であり、信号／雑音比率は３．６５であった。
【００５２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、バイモルフ型の振動子を備えている振動型ジャイロスコープにおいて、検出信号の感度を向上させ、その雑音に対する比率を向上させることができる。
【出願人】 【識別番号】０００００４０６４
【氏名又は名称】日本碍子株式会社
【出願日】 平成１１年７月２日（１９９９．７．２）
【代理人】 【識別番号】１０００５９２５８
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 暁秀 （外２名）
【公開番号】 特開２００１−１２９５４（Ｐ２００１−１２９５４Ａ）
【公開日】 平成１３年１月１９日（２００１．１．１９）
【出願番号】 特願平１１−１８８４９４