JP2000304549A - 振動型ジャイロスコープおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】振動子に加えられている回転の回転角速度を検
出するための振動型ジャイロスコープにおいて、離調相
当周波数の外部振動が振動子に対して外部から加 わっ
たときに、振動子からのノイズを抑制できるようにす
る。 【解決手段】振動型ジャイロスコープは、圧電性材料か
らなる振動子１を備えており、この振動子１に電気的に
駆動振動を励起するための駆動振動片４Ａ−４Ｄ 、振
動子の回転に伴うコリオリ力によって生じた検出振動を
検出するための、駆 動振動片と分離された検出振動片
１６、および検出振動片に付着している高分子 材料製
の振動減衰材１７Ａを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動子に加えられ
ている回転の回転角速度を検出するための振動型ジャイ
ロスコープ、およびその製造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、振動型ジャイロスコープを自動車
に搭載し、自動車の車体の方向の制御に使用することが
検討されている。こうした用途においては、振動型ジャ
イロスコープを収容したハウジングを、自動車の車体シ
ャーシに取り付けたときに、シャーシから振動子へと外
部振動が伝わり、誤動作やノイズの原因となる。このた
め、自動車のシャーシから振動子へと伝わる振動によっ
て生ずるノイズを、最小限にする必要がある。

【０００３】特開平９−２６９２２８号公報において
は、音叉型振動子を使用したジャイロにおいて、外部振
動によるクロストークノイズを抑制する方法が開示され
ている。この（０００２）欄によれば、音叉型振動子の
ベースの長さを適切に調節することによって、振動ノイ
ズの低減を図っている。また、J. Yukawa etal.''Angul
ar Rate Sensor for Dynamic Chassis Control'', Sens
ors and Actuators 980269 第49頁、1998年において
は、金属振動子を多結晶圧電素子で駆動するタイプの振
動型ジャイロスコープにおいて、振動子のビートに起因
して発生する振動ノイズを、駆動周波数と検出モード周
波数との周波数差、即ち離調をローパスフィルターによ
るカットオフ周波数以上、例えば６００Ｈｚまで大きく
することによって抑えている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、振動子に
対する外部振動の影響を抑制するための研究を行ってい
た。ところが、この過程で、自動車のシャーシ等から、
離調相当周波数の外部振動が振動子に対して加わったと
きに、振動子から比較的に大きなノイズが発生すること
を見いだした。そして、例えば自動車のシャーシ等から
振動子へと加わる振動は、通常は幅広い周波数領域の振
動を含んでいるので、離調相当周波数の外部振動による
ノイズを抑制する必要がある。

【０００５】本発明の課題は、振動子に加えられている
回転の回転角速度を検出するための振動型ジャイロスコ
ープにおいて、離調相当周波数の外部振動が振動子に対
して外部から加わったときに、振動子からのノイズを抑
制できるようにすることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの態様は、
振動子に加えられている回転の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、圧電性材料から
なる振動子を備えており、振動子に電気的に振動を励起
したときに振動子に生ずる駆動振動モードと、振動子の
回転に伴うコリオリ力によって振動子に生ずる検出振動
モードとを別個に有しており、振動子の全表面のうち、
少なくとも検出振動モードにおける応力が極大になる領
域に、振動子外部から印加された外部振動に対する振動
感度を低減する為の高分子材料製の振動減衰材を備えて
いることを特徴とする、振動型ジャイロスコープに係る
ものである。

【０００７】この態様において好ましくは、振動子は、
駆動振動モードでは実質的に振動せず、検出振動モード
では顕著に振動する部位に検出電極を有している。駆動
振動モードにおいては、この部位の振幅は、最大振幅の
０．０１以下であることが好ましい。

【０００８】また、本発明の他の態様は、振動子に加え
られている回転の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、圧電性材料からなる振動子を
備えており、この振動子に電気的に駆動振動を励起する
ための駆動振動片、振動子の回転に伴うコリオリ力によ
って生じた検出振動を検出するための、駆動振動片と分
離された検出振動片、および検出振動片に付着してい
る、振動子外部から印加された外部振動に対する振動感
度を低減する為の高分子材料製の振動減衰材を備えてい
ることを特徴とする。好ましくは、振動減衰材が駆動振
動片には付着していない。

【０００９】駆動振動片とは、駆動電極等の駆動手段が
設けられている振動片を言う。検出振動片とは、検出電
極等の検出手段が設けられている振動片を言う。この態
様において好ましくは、検出振動片は、駆動振動モード
では実質的に振動しない。駆動振動モードにおいては、
検出振動片における振幅は、最大振幅の０．０１以下で
あることが好ましい。

【００１０】また、本発明は、振動子の検出振動モード
について、有限要素法による固有モード解析によって振
動子の各点における応力の振動子における最大応力に対
する比率を算出した後、この応力が極大になる領域内で
振動子の表面に、前記振動子外部から印加された外部振
動に対する振動感度を低減する為の高分子材料製の振動
減衰材を付着させ、振動型ジャイロスコープを製造す
る。

【００１１】本発明者は、検出アームに、高分子材料を
含む振動減衰材を付着させることによって、離調相当周
波数の外部振動が振動子へと加わったときに、振動ノイ
ズを大きく減少させ得ることを見いだし、本発明に到達
した。

【００１２】この場合においては、検出振動片の全表面
のうち、一対の主面のうちの一方の主面、他方の主面、
または側面のいずれかに振動減衰材を付着させることが
でき、あるいは一方の主面と他方の主面、または、一方
の主面または他方の主面と側面とに対して、振動減衰材
を付着させることができる。また、検出振動片が細長い
形状をしている場合（特に長さが幅の３倍以上の場合）
には、検出振動片の長さを１としたときに、検出振動片
の根元ないし付け根から０．５以下の長さの領域内に、
振動減衰材を付着させることが好ましい。検出振動片の
先端付近に振動減衰材を付着すると、ジャイロスコープ
の温度ドリフトが大きくなる悪影響があり、好ましくな
い。

【００１３】なお、前記した「Sensors and Actuators
」誌の論文においては、離調をローパスフィルターの
カットオフ周波数よりも十分高くすることによって 、
離調に起因して振動型ジャイロスコープから検出される
振動ノイズを低減する ことを試みている。しかし、本
論文では離調相当周波数の外部振動によって振動 子が
発生する振動ノイズを改善するものではなく、また、離
調を大きくして振動 ノイズをローパスフィルターでカ
ットする方法では、ジャイロの感度が著しく低 下し、
Ｓ／Ｎ比が低下する欠点がある。

【００１４】また、振動子の全表面のうち、少なくとも
検出振動モードにおける応力が極大になる領域に、高分
子材料製の振動減衰材を付着させることが好ましい。こ
れは、検出振動モードにおける振動子の応力が最大にな
る領域も含んでいるが、必ずしも応力が最大になる領域
でなくともよい。ただし、検出振動モードにおける振動
子の最大応力を１．０としたきに、振動減衰材が付着し
ている領域における最小応力は０．０１以上であること
が好ましく、最大応力は０．７以上、更には０．８以上
であることが好ましい。

【００１５】このように、振動子の表面のうち、検出振
動モードにおける応力が大きい部位に振動減衰材を付着
させることによって、離調相当周波数の外部振動による
振動ノイズの抑制効果が最も大きくなる。また、応力の
大きな領域全体にわたって振動減衰材を広く付着させる
と、振動減衰材の作製時のバラツキの影響が少なくな
る。

【００１６】特に好ましくは、振動減衰材が、振動子の
全表面のうち、駆動振動モードにおける振動子の最大応
力に対する各点の各応力の比率が０．１以下である領域
に付着している。駆動振動モードにおける応力が大きな
領域に振動減衰材を付着させると、振動子の駆動インピ
ーダンスが高くなり、振動子の駆動に必要な駆動電圧が
大きくなり、ジャイロスコープ全体の消費電力が大きく
なる。

【００１７】好ましくは、振動減衰材が、振動子の全表
面のうち、駆動振動モードにおける振動子の最大振幅に
対する各点の各振幅の比率が０．１以上である領域には
付着していない。駆動振動モードにおける振幅が大きな
領域に振動減衰材を付着させると、振動子の駆動インピ
ーダンスが高くなり、振動子の駆動に必要な駆動電圧が
大きくなり、ジャイロスコープ全体の消費電力が大きく
なるばかりでなく、振動減衰材の粘弾性特性の温度変化
の影響が顕著になり、ジャイロスコープの温度ドリフト
が大きくなる。この悪影響は、特に、振動子が水晶など
の圧電性単結晶からなる場合に顕著である。

【００１８】検出振動モードにおいて、振動子が所定平
面内で振動し、振動子が平板状をなしている場合には、
検出振動モードにおける最大応力を有する部位が、振動
子の検出振動片の側面に位置することが多い。この場合
には、検出振動片の側面上に振動減衰材を設けることが
好ましい。しかし、側面上の最大応力部位において、検
出振動片の一対の主面の一方または双方上に振動減衰材
を設け，側面上には振動減衰材を設けない場合にも、本
発明の効果は得られる。また、検出振動片の検出電極上
に振動減衰材を設けることが好ましい。

【００１９】特に好適な実施形態では、検出振動片内の
みに振動減衰材を設け、振動子の他の部分には振動減衰
材を設けないようにできる。

【００２０】振動子は、エリンバー等の恒弾性合金から
構成することができ、この場合には振動子上に多結晶圧
電素子を設ける。しかし、特に好ましくは、振動子が圧
電性単結晶からなり、振動子に、駆動振動を励起するた
めの駆動電極と、検出振動を検出するための検出電極と
を設ける。圧電性単結晶は、通常極めて低い粘性しか有
していないので、本発明による高分子材料製の振動減衰
材の効果が特に大きい。圧電性単結晶には、水晶、Ｌｉ
ＴａＯ_３ 単結晶、ＬｉＮｂＯ_３単結 晶などがある。

【００２１】振動減衰材の材質は、振動型ジャイロスコ
ープの使用温度範囲、即ち−４０℃−＋８５℃の温度範
囲において動的粘弾性変化の小さい粘弾性体であること
が好ましい。具体的には、−４０℃−＋８５℃の温度範
囲における動的粘弾性の変化率が３倍以内であることが
望ましい。こうした粘弾性体としては、シリコーン樹脂
の他、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、ウレタン
ゴムなどの合成ゴム、テフロン、四フッ化エチレン樹脂
などのフッ素樹脂、塩化ビニール、ナイロン、ポリエチ
レンなどがある。また、粘弾性体の動的弾性率は１０２
−１０１０Ｐａが好ましく、動的損失は１０１ −１
０８ Ｐａが好ましい。振動減衰材の 厚さは、動的粘
弾性の大きさに大凡反比例して調整する。

【００２２】振動減衰材の形成方法は限定されない。例
えば、未硬化の液状原料を、振動子上に塗布、ポッティ
ング、スプレー塗布することで、塗布膜を形成できる。
例えば、脱アルコール型、脱アセトン型、脱オキシム
型、脱酢酸型、付加反応型などの種々のシリコーン接着
剤を、ディスペンサーによって振動子上にポッティング
し、付着させることができる。液状原料を振動子上に塗
布またはポッティングする場合には、液状原料の粘性を
１００Ｐａ・ｓ以下とすることによって、液状原料の付
着面積を容易に広くでき、かつ塗布膜の厚さを均一にで
きる。また、高分子材料からなるシートや平板状成形体
を振動子に接着、粘着することができる。

【００２３】振動型ジャイロスコープ内では、振動子に
接触する各部材は、振動子の重心ＧＯに対して対称とな
るように配置することが好ましい。例えば、振動子の各
電極と電気回路とを接続するための引き出し線を、振動
子の重心ＧＯに対して対称に配置することが好ましい。

【００２４】振動子をカンパッケージなどの基材に対し
て固定するための支持部材は、振動子よりも弾性率の小
さな材料、例えば高分子材料からなる緩衝部材を介して
振動子に接触していることが好ましい。この場合、振動
子は、緩衝部材の変形によって、支持部材を中心とした
ねじれ振動モードやたわみ振動モードを有する。これら
の各振動モードの各固有振動数が２００Ｈｚ〜２ｋＨｚ
となるように、緩衝部材の弾性率、寸法、形状を調整す
る。

【００２５】本発明は、下記のタイプの横置き型の振動
型ジャイロスコープに対して、特に好適に適用できる。
この振動子は、所定の回転軸を中心として回転させるた
めの振動子であって、この振動子が少なくとも複数の振
動系を備えており、これら複数の振動系が回転軸に対し
て交差する所定面内に延びるように形成されており、振
動系が、振動系の振動の重心が振動子の重心から見て所
定面内で径方向に振動する径方向振動成分を含む第一の
振動系と、振動系の振動の重心が振動子の重心から見て
所定面内で周方向に振動する周方向振動成分を含む第二
の振動系とを備えている。

【００２６】なお、周方向に振動する振動成分とは、重
心ＧＯから見て所定面内で円周方向に振動する振動成分
のことを指している。径方向に振動する成分とは、重心
ＧＯからみて所定面内で円の直径方向に振動する振動成
分のことを指しており、つまり、重心ＧＯに対して遠ざ
かる方向と近づく方向とに対して交互に振動する成分の
ことを言う。

【００２７】前記した第一の振動系と第二の振動系と
は、すべて何らかの形で連結され、所定面内に延びる振
動子を形成している。こうした振動子を、回転軸Ｚを中
心として矢印ωのように回転させることで、回転角速度
の検出を行える。

【００２８】また、好適な実施形態においては、駆動振
動系が、基部の周縁部から延びる細長い支持部と、この
支持部から支持部に対して交差する方向に延びる少なく
とも一片の駆動振動片とを備えており、駆動振動片がそ
の連結部への付け根を中心として所定面内で屈曲振動
し、振動子が所定面内で回転したときに支持部がその基
部への付け根を中心として所定面内で屈曲振動する。

【００２９】更に好ましくは、検出振動系が、周縁部か
ら延びる細長い検出振動片を備えており、この検出振動
片が、振動子が所定面内で回転したときに検出振動片の
基部への付け根を中心として所定面内で屈曲振動する。

【００３０】この実施形態において特に好ましくは、振
動子が所定面内で回転したときに、駆動振動系の支持部
および検出振動片が、その基部への付け根を中心として
所定面内で屈曲振動すると共に、支持部の振動の位相と
検出振動片の振動の位相（重心ＧＯを中心として回転方
向に見たとき）とが、互いに逆である。

【００３１】好ましくは、各駆動振動系が、重心ＧＯを
中心として回転対称の位置にある。例えば、図１におい
ては、駆動振動系２Ａと２Ｂとは、１８０°離れている
ので、駆動振動系２Ａを１８０°回転させる操作を行う
と、駆動振動系２Ｂの位置にくる。この回転対称は、２
回対称、３回対称、４回対称であることが好ましい。

【００３２】本発明において好ましくは、振動子の変位
が主として所定面内で生ずる。こうした場合に、前記ノ
イズが特に問題となり易い。

【００３３】特に好適な実施形態においては、基部が所
定面内において、振動子の重心に対して回転対称の形状
を有している。このように対称性の高い基部を使用する
ことによって、振動子に対して外部振動が加わったとき
の不正規な振動の発生を一層抑制できる。この「回転対
称」は、前述したような意味である。基部の位置は、３
−６回対称であることが好ましく、４回対称であること
が一層好ましい。

【００３４】図１は、この態様に係る圧電単結晶製の振
動子１を備えた振動型ジャイロスコープを、概略的に示
す平面図である。基部６は、振動子の重心ＧＯを中心と
して、４回対称の正方形をしている。基部６の周縁部６
ａから、四方に向かって放射状に、二つの駆動振動系２
Ａ、２Ｂ（本例では第一の振動系）と検出振動系３Ａ、
３Ｂ（本例では第二の振動系）とが突出しており、各振
動系は互いに分離されている。駆動振動系２Ａと２Ｂと
は、重心ＧＯを中心として２回対称であり、検出振動系
３Ａと３Ｂとは、重心ＧＯを中心として２回対称であ
る。振動子はＸ−Ｙ平面内に延びており、Ｚ軸を中心と
してωのように回転する。

【００３５】駆動振動系２Ａ、２Ｂは、基部６の周縁部
６ａから突出する支持５Ａ、５Ｂと、支持部５Ａ、５Ｂ
の先端５ｂ側から支持部に直交する方向に延びる屈曲振
動片４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄを備えている。各屈曲振動
片４Ａ−４Ｄには、それぞれ駆動電極１３Ａ、１３Ｂ、
１３Ｃ、１３Ｄが設けられている。各検出振動系３Ａ、
３Ｂは、細長い周方向屈曲振動片１６からなり、各屈曲
振動片１６には検出電極１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４
Ｄが設けられている。

【００３６】図１および図２（ａ）に示すように、各屈
曲振動片１６の基部領域１６ａにおいて、振動子の一方
の主面１０上に、振動減衰材１７Ａが付着している。ま
た、図２（ｂ）に示すように、各屈曲振動片１６の基部
領域１６ａにおいて、振動子の一方の主面１０上および
他方の主面１５上に、それぞれ振動減衰材１７Ａ、１７
Ｄを付着させることができる。また、図２（ｃ）に示す
ように、各屈曲振動片１６の基部領域１６ａにおいて、
振動子の一方の主面１０上、他方の主面１５および一対
の側面１１、１２上に、それぞれ、振動減衰材１７Ａ、
１７Ｄ、１７Ｂを付着させることができる。

【００３７】こうした検出振動片の付け根領域は、通常
は、検出振動モードにおいて、振動子の応力が極大の領
域になる。本例について、振動子の各点の振動振幅及び
応力を算出した結果について述べる。

【００３８】本発明者は、図１の振動子について、駆動
振動モードおよび検出振動モードに於ける振動子の振動
分布を調べるため、有限要素法による固有モード解析を
実施した。そして、振動子を水晶によって作製し、振動
子の各点の振動の振幅を、最大振動振幅点に対する比率
の分布として求めた。

【００３９】図４には、振動子の各点の駆動振動モード
における最大振動時の振幅の相対比率を示し、図５に
は、振動子の各点の検出振動モードにおける最大振動時
の振幅の相対比率を示している。図４の駆動モードにお
いては、各屈曲振動片が、支持部５Ａ、５Ｂの先端部分
５ｂ付近を中心として矢印Ａのように屈曲振動してい
る。図５の検出モードにおいては、支持部５Ａ、５Ｂ
が、固定部５ａを中心として周方向に屈曲振動し、これ
に対応して、検出振動系の屈曲振動片１６が矢印Ｂのよ
うに屈曲振動している。

【００４０】図４および図５において、それぞれ色の異
なる領域は、各別に異なる最大振動振幅点との比率の領
域を示す。橙色の部分が、振幅が最小の領域となる。

【００４１】図４によると、各支持部５Ａ、５Ｂの基部
６に対する固定部５ａの近辺では、各駆動振動系の振動
に伴って引っ張り応力が加わり、変形が見られる。しか
し、この変形の影響は、各駆動振動系２Ａと２Ｂとが２
回対称の位置に配置されていることから、基部内におい
て互いに相殺し合う。このため、基部の中心付近、そし
て駆動振動系に挟まれた検出振動系３Ａ、３Ｂにおいて
は、駆動振動による影響が見られなくなっている。

【００４２】図５によると、各駆動振動系２Ａと２Ｂと
から基部に加わる影響が相殺し合っている。しかも、各
検出振動系３Ａ、３Ｂから基部に加わる影響も、各検出
振動系が２回対称の位置に配置されていることから、基
部内において互いに相殺し合う。この結果、基部の中心
付近８（図１および図５参照）においては、検出振動に
よる影響が見られなくなっている。

【００４３】また、検出振動片の上、好ましくはその主
面上および／または側面上に検出電極が設けられている
場合には、その検出電極の少なくとも一部の上に振動減
衰材を設けることが好ましく、検出電極の少なくとも検
出振動片付け根側の端部に設けることが好ましい。なぜ
なら、検出振動片の振動を効率よく信号に変換するため
に、検出電極の付け根側の端部は、通常、検出振動片中
で最も歪みまたは応力が大きい領域であるため、離調相
当周波数の外部振動が振動子へと加わったときの振動ノ
イズの抑制に対する振動減衰材の効果が大きいからであ
る。

【００４４】この際、振動減衰材を、検出電極の検出振
動片付け根側の端部と、検出振動片の検出信号が設けら
れていない表面上との双方を被覆するように設けること
が、特に好ましい。

【００４５】好ましくは、検出振動の振幅が最小の領域
８内において、振動子１を支持し、固定する。または支
持孔７を形成する。

【００４６】また、本例においては、図１、図４におけ
るように、駆動振動が最も小さい領域内に、振動子の重
心ＧＯが位置している。また、検出振動が最も小さい領
域内に、振動子の重心ＧＯが位置している。

【００４７】上記の有限要素法による固有モード解析に
よって、図３に示す応力分布が得られる。ただし、図３
においては、各点における応力の最大応力に対する比率
を、色分けして示している。最大応力を１．０とし、応
力０と応力１．０との間を九等分してある。この場合に
は、例えば図６（ａ）に示すように、主面１０上では、
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのように、応力が層状に分布している。
ただし、Ａは、応力比率が１−６／９であり、Ｂは、応
力比率が６／９−５／９であり、Ｃは５／９−３／９で
あり、Ｄは３／９−２／９である。

【００４８】この場合には、図６（ｂ）に示すように、
振動片の側面１１、１２上に、応力分布の特に大きな領
域Ａ−Ｃが、主面上におけるよりも大きな面積で出して
いる。

【００４９】以上の例では、図６（ａ）に示すように、
一方の主面１０（また他方の主面１５）の付け根領域に
振動減衰材を設けることができ、また図６（ｂ）に示す
ように、側面１１上または１２上に振動減衰材を設ける
ことができる。

【００５０】次に振動子の具体的な支持方法について例
示する。

【００５１】図７（ａ）においては、支持部材の突起２
１を支持孔２２の下方に配置し、振動子の主面と突起２
１とを、緩衝部材２５を介して接合する。図７（ ｂ）
においては、振動子の支持孔２２を挟むように、振動子
の上下に突起２１Ａ 、２１Ｂを設置し、支持孔２２の
中と、振動子２０と突起２１Ａおよび突起２１ Ｂとの
間に、高分子材料２５を充填し、緩衝部材を形成する。
また、図７（ｃ）に示すように、支持部材２３の突起２
３ａを支持孔２２中に挿入し、挿通し、支持部材２３の
端面と振動子２０との間、および突起２３ａと支持孔２
２の内周面との間に、緩衝部材２５を形成する。また、
図７（ｄ）においては、突起２３の方にピン２３ａを設
け、他方の突起２４の方に孔２４ａを設け、突起２３と
２４とを、振動子２０の支持孔２２を挟むように上下に
配置し、ピン２３ａを支持孔２４に挿入し、貫通させ、
更に孔２３ａに挿入する。そして、突起２３および２４
の各端面と振動子２０との間、および突起２３ａと支持
孔２２の内壁面との間に、高分子材料２５を充填する。

【００５２】

【実施例】（実施例１、比較例１）図１に示す振動型ジ
ャイロスコープを作製した。具体的には、厚さ０．３ｍ
ｍの水晶のＺ板のウエハーに、スパッタ法によって、所
定位置に、厚さ２００オン グストロームのクロム膜
と、厚さ５０００オングストロームの金膜とを形成した
。ウエハーの両面にレジストをコーティングした。

【００５３】このウエハーを、ヨウ素とヨウ化カリウム
との水溶液に浸漬し、余分な金膜をエッチングによって
除去し、更に硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸との
水溶液にウエハーを浸漬し、余分なクロム膜をエッチン
グして除去した。温度８０℃の重フッ化アンモニウムに
２０時間ウエハーを浸漬し、ウエハーをエッチングし、
振動子の外形を形成した。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。

【００５４】得られた振動子の基部６の寸法は６．０ｍ
ｍ×６．０ｍｍであり、各検出振動片１６の寸法は、幅
１．０ｍｍ×長さ６．０ｍｍであった。検出電極 １４
Ａ−１４Ｄの寸法は、幅０．６ｍｍ×長さ２．８ｍｍで
あり、検出振動片１ ６の付け根から１．２−４．０ｍ
ｍの位置に形成されていた。

【００５５】実施例１においては、振動子の２本の検出
振動片の各付け根領域の一方の主面１０上に、それぞれ
図１に示すように、振動減衰材１７Ａを形成した 。こ
の際には、ディスペンサーを用いて、シリコーン樹脂接
着剤（一液性脱アル コール型シリコーン樹脂、室温硬
化型、動的弾性率５×１０６ Ｐａ、動的損失５ ×１
０５ Ｐａ）をポッティングし、室温で硬化させた。振
動減衰材１７Ａは、検 出振動片の付け根から０．５−
１．９ｍｍの位置に形成されていた。図７（ｃ） に示
すように、振動子の中央部に０．７５ｍｍ×０．７５ｍ
ｍの正方形の支持孔 を形成し、この振動型ジャイロス
コープ孔に直径０．６ｍｍの金属ピンを通し、 金属ピ
ンに対して振動子をシリコーン樹脂接着剤によって接着
した。

【００５６】また、実施例１において、振動減衰材を設
けないこととし、比較例１の振動型ジャイロスコープを
得た。

【００５７】各振動型ジャイロスコープについて、振動
子の電気インピーダンス特性を測定した。即ち、駆動電
極間および検出電極間の各々について、インピーダンス
アナライザを用いて、電気インピーダンスの周波数変化
を測定し、共振周波数と共振先鋭度Ｑ値とを見積もっ
た。また、各振動型ジャイロスコープについて、ジャイ
ロセンサー特性と振動ノイズ特性を測定した。ジャイロ
センサー特性は、振動型ジャイロスコープを回転テーブ
ルに取り付け、回転時および静止時について、ロックイ
ンアンプを用いて、検出電極から取り出した信号のう
ち、駆動 信号と同期する成分のみの強度を測定し、測
定によって得られた回転時の角速度 当たりの信号強度
（＝ジャイロ感度）と静止時の信号強度（＝０点信号）
との比 率から、Ｓ／Ｎ比を算出した。振動ノイズ特性
は、振動型ジャイロスコープを加 振機に取り付け、１
００−３００Ｈｚの周波数で加振した場合について、ロ
ック インアンプを用いて信号強度を測定し、加振加速
度当たりの信号強度（＝振動感 度）のピーク周波数と
ピーク値を求めた。これらの結果を表１に示す。

【００５８】

【表１】

【００５９】また、図８には、実施例１における振動感
度と加振周波数との関係を示し、図９には、比較例１に
おける振動感度と加振周波数との関係を示す。実施例１
では、比較例１と比較して、Ｓ／Ｎ比が低下することな
く、振動ノイズが１／６以下にまで著しく減少してい
た。

【００６０】また、本発明において、検出振動片の一方
または双方の主面上に振動減衰材を設ける場合には、少
なくとも、検出振動片の主面の中心軸上であって、検出
振動モードにおいて中心軸の応力が最大の点を被覆する
ように、振動減衰 材を設けることが好ましい。

【００６１】実施例１の振動子を例にとって、本発明の
この態様を説明する。図３においては、検出振動モード
における検出振動片の中心軸上の応力の最大応力 に対
する比率は、いずれも０−１／９未満となっており、こ
のために中心軸上に おいて応力が最大の点ないし領域
は明らかではない。しかし、図１０に示すよう に、検
出振動片の各点における応力の最大応力に対する比率
を、０／２０から８ ／２０まで１／２０単位に分けて
表示すると、検出振動片の主面上における応力 が最大
の点が明らかになる。

【００６２】即ち、図１０を分かりやすくするために図
１１の線図に書き直す。ここで、検出振動片１６の主面
１０の中心軸は、振動子の検出モードにおいては 、図
１１の３０に示すように若干湾曲し、振動する。ただ
し、Ｆは応力の最大値 に対する比率が４／２０−２０
／２０の領域であり、Ｇは、この比率が３／２０ −４
／２０の領域であり、Ｈは、この比率が２／２０−３／
２０の領域であり、 Ｉは、この比率が１／２０から２
／２０の領域である。図１１から分かるように 、主面
１６の中心軸３０は、主として領域Ｉに属しているが、
検出振動片の付け 根近くの領域３１においては、より
応力の大きい領域Ｈに属している。この領域 ３１の少
なくとも一部を覆うように、好ましくは領域３１の全体
を覆うように、 振動減衰材を設けることが好ましい。

【００６３】更に詳しく検討すると、実施例１において
は、図１２のグラフに示すように、応力が最大の点３５
は、検出振動片の根元から約１．７ｍｍの位置に 存在
していたので、この点３５を被覆するように振動減衰材
を設けることが好ま しい。

【００６４】また、本発明において、検出振動片の一方
または双方の主面上に振動減衰材を設ける場合には、少
なくとも、検出振動モードにおいて曲率が最大と なる
点を被覆するように、振動減衰材を設けることが好まし
い。図１０、図１１ のような結果から、主面の中心軸
上において中心軸の曲率が最大の点は、容易に 算出で
きる。

【００６５】（実施例２および比較例２）実施例１、比
較例１と同様にして、それぞれ実施例２、比較例２の各
振動型ジャイロスコープを製造した。ただし、実施例
２、比較例２においては、振動子に 支持孔がなく、振
動子の中央部に、直径４ｍｍの円柱形状の金属ピンの端
面を、 直径３．５ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのシリコーン
樹脂接着剤層を介して接着した。 各振動型ジャイロス
コープについての測定結果を表２に示す。

【００６６】

【表２】

【００６７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、振動子に加えられている回転の回転角速度を
検出するための振動型ジャイロスコープにおいて 、離
調相当周波数の外部振動が振動子に対して外部から加わ
ったときに、振動子 からのノイズを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る振動型ジャイロスコープ
を模式的に示す平面図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、検出振
動片と振動減衰材との位置関係を例示する正面図であ
る。

【図３】図１の振動子の検出振動モードにおける応力分
布を示す図である。

【図４】図１の振動子の駆動振動モードにおける各点の
振幅の最大振幅に対する比率を示す分布図である。

【図５】図１の振動子の検出振動モードにおける各点の
振幅の最大振幅に対する比率を示す分布図である。

【図６】（ａ）は、検出振動片の主面における各部分の
応力分布と振動減衰材との位置関係を示す正面図であ
り、（ｂ）は、検出振動片の側面における各部分の 応
力分布と振動減衰材との位置関係を示す正面図である。

【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞ
れ、振動子の支持形態の一例を示す断面図である。

【図８】実施例１における、加振周波数と振動感度との
関係を示すグラフである。

【図９】比較例１における、加振周波数と振動感度との
関係を示すグラフである。

【図１０】図１の振動子の検出振動モードにおける、検
出振動片の応力分布を示す図である。

【図１１】図１０の応力分布を概略的に示す線図であ
る。

【図１２】実施例１の振動子の検出振動モードにおい
て、主面の中心軸の各点の検出振動片の根元からの距離
と、その点における応力の最大応力に対する比率と の
関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 振動子 ２Ａ、２Ｂ 駆動振動系 ３Ａ、
３Ｂ 検出振動系 ４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ 駆動
振動片 ６ 基部 ７支持孔 １０ 振動
子の一方の主面 １１、１２ 振動子の側面 １３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ 駆動電極 １４Ａ、１４
Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ 検 出電極 １６ 検出振動
片 １７Ａ、１７Ｂ、１７Ｄ 振動減衰材 ３
０ 検出振動片の主面の中心軸 ３１ 振動子の検
出振動モードにお いて、中心軸上の応力が最大の領域
３５ 振動子の検出振動モードにお いて、中
心軸上の応力が最大の点

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】振動子に加えられている回転の回転角速度
   を検出するための振動型ジャイロスコープであって、圧
   電性材料からなる振動子を備えており、前記振動子に電
   気的に振動を励起したときに前記振動子に生ずる駆動振
   動モードと、前記振動子の回転に伴うコリオリ力によっ
   て前記振動子に生ずる検出振動モードとを別個に有して
   おり、前記振動子の全表面のうち、少なくとも前記検出
   振動モードにおける応力が極大になる領域に、前記振動
   子外部から印加された外部振動に対する振動感度を低減
   する為の高分子材料製の振動減衰材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。
2. 【請求項２】前記振動減衰材が前記駆動振動モードにお
   ける前記振動子の最大振幅に対する各点の振幅の比率が
   ０．１以上である領域には付着していないことを特徴と
   する、請求項１記載の振動型ジャイロスコープ。
3. 【請求項３】振動子に加えられている回転の回転角速度
   を検出するための振動型ジャイロスコープであって、圧
   電性材料からなる振動子を備えており、この振動子に電
   気的に駆動振動を励起するための駆動振動片、前記振動
   子の回転に伴うコリオリ力によって生じた検出振動を検
   出するための、前記駆動振動片と分離された検出振動
   片、および前記検出振動片に付着している、前記振動子
   外部から印加された外部振動に対する振動感度を低減す
   る為の高分子材料製の振動減衰材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。
4. 【請求項４】前記振動減衰材が前記駆動振動片には付着
   していないことを特徴とする、請求項３記載の振動型ジ
   ャイロスコープ。
5. 【請求項５】前記振動減衰材が、前記振動子の全表面の
   うち、前記駆動振動モードにおける前記振動子の最大振
   幅に対する各点の振幅の比率が０．１以上である領域に
   は付着していないことを特徴とする、請求項３または４
   記載の振動型ジャイロスコープ。
6. 【請求項６】前記振動子が所定平面内に延びており、前
   記振動子がこの所定平面方向の一対の主面と、前記所定
   平面に垂直な側面とを有しており、前記振動子の前記主
   面および／または側面上に前記振動減衰材が付着してい
   ることを特徴とする、請求項１−５のいずれか一つの請
   求項に記載の振動型ジャイロスコープ。
7. 【請求項７】前記検出振動片の前記主面の中心軸上であ
   って、振動子の回転に伴うコリオリ力によって振動子に
   生ずる検出振動モードにおいて前記中心軸の曲率が最大
   の点を、前記振動減衰材が被覆していることを特徴とす
   る、請求項６記載の振動型ジャイロスコープ。
8. 【請求項８】前記検出振動片の前記主面の中心軸上であ
   って、振動子の回転に伴うコリオリ力によって振動子に
   生ずる検出振動モードにおいて応力が最大となる点を、
   前記振動減衰材が被覆していることを特徴とする、請求
   項６記載の振動型ジャイロスコープ。
9. 【請求項９】前記振動子が圧電性単結晶からなり、前記
   振動子に、前記駆動振動を励起するための駆動電極と、
   前記検出振動を検出するための検出電極とが設けられて
   いることを特徴とする、請求項１−８のいずれか一つの
   請求項に記載の振動型ジャイロスコープ。
10. 【請求項１０】前記検出電極の少なくとも前記検出振動
    片の付け根側の端部上に前記振動減衰材が付着している
    ことを特徴とする、請求項９記載の振動型ジャイロスコ
    ープ。
11. 【請求項１１】前記振動減衰材が、−４０℃−＋８５℃
    の温度範囲における動的粘弾性の変化率が３倍以内であ
    る粘弾性体からなることを特徴とする、請求項１−１０
    のいずれか一つの請求項に記載の振動型ジャイロスコー
    プ。
12. 【請求項１２】前記振動子が少なくとも複数の振動系を
    備えており、これら複数の振動系が回転軸に対して交差
    する所定平面内に延びるように形成されており、振動系
    が、振動系の振動の重心が振動子の重心から見て所定平
    面内で径方向に振動する径方向振動成分を含む第一の振
    動系と、振動系の振動の重心が振動子の重心から見て所
    定平面内で周方向に振動する周方向振動成分を含む第二
    の振動系とを備えていることを特徴とする、請求項１−
    １１のいずれか一つの請求項に記載の振動型ジャイロス
    コープ。
13. 【請求項１３】前記第一の振動系と前記第二の振動系と
    の一方が、振動子に電気的に駆動振動を励起するための
    駆動振動片を備えており、他方が、前記振動子の回転に
    伴うコリオリ力によって生じた検出振動を検出するため
    の、前記駆動振動片と分離された検出振動片を備えてい
    ることを特徴とする、請求項１２記載の振動型ジャイロ
    スコープ。
14. 【請求項１４】振動子に加えられている回転の回転角速
    度を検出するための振動型ジャイロスコープを製造する
    方法であって、前記振動子が、前記振動子に電気的に振
    動を励起したときに前記振動子に生ずる駆動振動モード
    と、前記振動子の回転に伴うコリオリ力によって前記振
    動子に生ずる検出振動モードとを別個に有しており、前
    記検出振動のモードについて、有限要素法による固有モ
    ード解析によって、前記振動子の各点における応力の前
    記振動子における最大応力に対する各比率を算出し、こ
    の応力が極大になる領域内で前記振動子の表面に高分子
    材料製の振動減衰材を付着させることを特徴とする、振
    動型ジャイロスコープの製造方法。