JP2000304549A - 振動型ジャイロスコープおよびその製造方法 - Google Patents
振動型ジャイロスコープおよびその製造方法Info
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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
」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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
TaO3 単結晶、LiNbO3単結 晶などがある。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
示する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
を模式的に示す平面図である。
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。
布を示す図である。
振幅の最大振幅に対する比率を示す分布図である。
振幅の最大振幅に対する比率を示す分布図である。
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。
れ、振動子の支持形態の一例を示す断面図である。
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
出振動片の応力分布を示す図である。
る。
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。
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)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
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