JPWO2004079296A1 - 六脚型圧電振動ジャイロスコープ - Google Patents

Abstract

本体部（２）から互いに間隔をおいて第１の方向（Ａ１）に延出した一対の励振用アーム（３ａ，３ｂ）、励振用アームの間で本体部から第１の方向に延出した一つの非励振用アーム（３ｃ）、本体部から互いに間隔をおいて第２の方向（Ａ２）に延出した一対の検出用アーム（４ａ，４ｂ）、検出用アームの間で本体部から第２の方向に延出した一つの非検出用アーム（４ｃ）を有する。励振用アームには駆動側電極が結合される。検出用アームには検出側電極が結合される。励振用アーム、非励振用アーム、検出用アーム、及び非検出用アームの各々は圧電体からなる。励振用アームの各々と非励振用アームとは幅寸法において互いに異なる。励振用アームの各々と検出用アームの各々とは幅寸法において互いに異なる。励振用アームの各々と非検出用アームとは幅寸法において互いに異なる。

Description

技術分野：
本発明は、カーナビゲーションや船舶航行用の姿勢制御装置等に角速度検出器として用いられるジャイロスコープに関し、特に、圧電振動ジャイロスコープに関する。
背景技術：
高精度に角速度検出が可能なジャイロスコープとして、六脚型圧電振動ジャイロスコープが例えば特開２００１−２５５１５２号公報に開示されている。その六脚型圧電振動ジャイロスコープは、圧電体と、圧電体に結合された駆動側電極及び検出側電極とを含んでいる。圧電体は、表裏面を主面とする矩形板状の本体部と、本体部の互いに対向する辺の一方からのびた駆動側アーム部と、他方からのびた検出側アーム部を有している。駆動側アーム部は、一対の励振用アーム及びこれらの間の一つの非励振用アームを有している。検出側アーム部は、一対の検出用アーム及びこれらの間の一つの非検出用アームを有している。励振用アームにはそれぞれ、本体部の主面と平行な方向に振動する面内振動を励振するための駆動側電極が形成されている。検出用アームにはそれぞれ、本体部の主面と垂直な方向に振動する面垂直振動を検出するための検出側電極が形成されている。通常、励振用アーム、非励振用アーム、検出用アーム、及び非検出用アームは、量産性の配慮から全て同一な幅寸法及び厚さで形成される。
高感度な六脚型圧電振動ジャイロスコープを提供するためには、駆動側アーム部における各アームの駆動振動モード（即ち、面内振動）における共振周波数と、検出側アーム部における各アームの検出振動モード（即ち、面垂直振動）における共振周波数とを、互いに近付けることが必要である。しかし、その場合には、総計６脚の各アームのそれぞれの面垂直振動及び面内振動が近似するため、駆動振動モード及び検出振動モードの近傍にスプリアス周波数が存在し、面内振動をするスプリアス振動が励起されて圧電振動子又は圧電体に機械的な結合を与えることになる。その結果、ジャイロ感度即ち検出感度が著しく低下してしまう。特に、面内振動のスプリアス振動の強度は面垂直振動のスプリアス振動の強度に比べて圧倒的に大きいため、ジャイロ感度の低下を来す要因となっている。
発明の開示：
それ故に本発明の目的は、ジャイロ感度が優れて高精度に角速度検出が可能な圧電振動ジャイロスコープを提供することにある。
本発明の一態様によれば、本体部、前記本体部から互いに間隔をおいて第１の方向に延出した一対の励振用アーム、前記励振用アームの間で前記本体部から前記第１の方向に延出した一つの非励振用アーム、前記本体部から互いに間隔をおいて前記第１の方向とは反対の第２の方向に延出した一対の検出用アーム、前記検出用アームの間で前記本体部から前記第２の方向に延出した一つの非検出用アーム、前記励振用アームにそれぞれ結合された駆動側電極、及び前記検出用アームにそれぞれ結合された検出側電極を含み、前記励振用アーム、前記非励振用アーム、前記検出用アーム、及び前記非検出用アームの各々は圧電体からなり、前記励振用アームの各々と前記非励振用アームとは幅寸法において互いに異なり、前記励振用アームの各々と前記検出用アームの各々とは幅寸法において互いに異なり、前記励振用アームの各々と前記非検出用アームとは幅寸法において互いに異なることを特徴とする圧電振動ジャイロスコープが得られる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る六脚型圧電振動ジャイロスコープに含まれる圧電体の正面図であり；
図２Ａは、図１に示す圧電体に電極を結合した六脚型圧電振動ジャイロスコープの上面図であり、
図２Ｂは、図２Ａの六脚型圧電振動ジャイロスコープの正面図であり；
図２Ｃは、図２Ａの六脚型圧電振動ジャイロスコープの底面図であり；
図３は、図２Ａ−２Ｃに示す六脚型圧電振動ジャイロスコープの駆動側における電気結線を示した説明図であり；
図４は、図２Ａ−２Ｃに示す六脚型圧電振動ジャイロスコープの検出側における電気結線を示した説明図であり；
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る六脚型圧電振動ジャイロスコープに含まれる圧電体の正面図であり；
図６Ａは、図５に示す圧電体に電極を結合した六脚型圧電振動ジャイロスコープの上面図であり；
図６Ｂは、図５Ａの六脚型圧電振動ジャイロスコープの正面図であり；
図６Ｃは、図５Ａの六脚型圧電振動ジャイロスコープの底面図であり；
図７は、図６Ａ−６Ｃに示す六脚型圧電振動ジャイロスコープの駆動側における電気結線を示した説明図であり；
図８は、図６Ａ−６Ｃに示す六脚型圧電振動ジャイロスコープの検出側における電気結線を示した説明図であり；
図９は、圧電体の他の例を示す正面図であり；
図１０は、圧電体のさらに他の例を示す正面図であり；及び
図１１は、圧電体のさらに他の例を示す正面図である。
発明を実施するための最良の形態：
図１及び図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る六脚型圧電振動ジャイロスコープについて説明する。
この六脚型圧電振動ジャイロスコープは、Ｘカットランガサイト結晶製の圧電体１を含んでいる。図１において、三方晶系に属するランガサイトの方向性及び角速度Ωの働く方向をＸ、Ｙ、Ｚ軸で示す。なお、圧電体１はＸカット水晶製としても良い。
圧電体１は、表裏面を主面とする矩形板状の本体部２、本体部２の一辺から互いに間隔をおいて第１の方向Ａ１に延出した一対の励振用アーム３ａ、３ｂ、励振用アーム３ａ、３ｂの間で本体部２の一辺から第１の方向Ａ１に延出した一つの非励振用アーム３ｃ、本体部２の反対辺から互いに間隔をおいて第１の方向Ａ１とは反対の第２の方向Ａ２に延出した一対の検出用アーム４ａ、４ｂ、及び検出用アーム４ａ、４ｂの間で本体部２の反対辺から第２の方向Ａ２に延出した一つの非検出用アーム４ｃを含んでいる。
励振用アーム３ａ、３ｂ及び非励振用アーム３ｃは互いに平行でありかつ本体部２の主面と平行にのびている。励振用アーム３ａ、３ｂ及び非励振用アーム３ｃの各々は角柱状のものである。検出用アーム４ａ、４ｂ及び非検出用アーム４ｃは互いに平行でありかつ本体部２の主面と平行にのびている。検出用アーム４ａ、４ｂ及び非検出用アーム４ｃの各々は角柱状のものである。励振用アーム３ａ、３ｂ、非励振用アーム３ｃ、検出用アーム４ａ、４ｂ、及び非検出用アーム４ｃは、互いに同じ５．５ｍｍのアーム長を有する。
本体部２は、励振用アーム３ａ、３ｂで発生した面内振動波動を検出用アーム４ａ、４ｂに伝播させないための機能を有し、これによって圧電体１がＹ軸の回りに角速度Ωで回転したときにコリオリカを利用して検出用アーム４ａ、４ｂで角速度Ωを検出することを可能にする。
以下では、励振用アーム３ａ、３ｂ及び非励振用アーム３ｃを合せて駆動側アーム部３と呼び、また、検出用アーム４ａ、４ｂ及び非検出用アーム４ｃを合せて検出側アーム部４と呼ぶ。駆動側アーム部３において、励振用アーム３ａ、３ｂの各々の幅寸法をＷ１、非励振用アーム３ｃの幅寸法をＷ２とする。検出側アーム部４において、検出用アーム４ａ、４ｂの各々の幅寸法をＷ３、非検出用アーム４ｃの幅寸法をＷ４とする。ここで、これらの幅寸法Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４をそれぞれ異なる値に設定し、本体部２の幾何学的な中心位置に圧電体１の重心を一致させる。この結果、六脚型圧電振動ジャイロスコープをその重心で支持することが可能になる。
幅寸法Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４を具体的に説明する。
励振用アーム３ａ、３ｂの各々の幅寸法Ｗ１は４２０μｍである。非励振用アーム３ｃの幅寸法Ｗ２は幅寸法Ｗ１よりも約１９％大きい５００μｍである。検出用アーム４ａ、４ｂの各々の幅寸法Ｗ３は幅寸法Ｗ１よりも約５％大きい４４０μｍである。非検出用アーム４ｃの幅寸法Ｗ４は幅寸法Ｗ２よりも８％小さい４６０μｍである。これらの幅寸法Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４により、駆動側アーム部３の３脚のアームと検出側アーム部４の３脚のアームとにおける重量を等しくした上で本体部２の幾何学的中心位置に重心を一致させる。
この圧電体１をアルミナで重心支持し、励振用アーム３ａ、３ｂにおける共振周波数と検出用アーム４ａ、４ｂにおける共振周波数との差分を調整するために、励振用アーム３ａ、３ｂ及び検出用アーム４ａ、４ｂの各々の先端部を加工して離調幅処理する。具体的には、先端部に予め導電性金属材である金メッキで成膜して質量付加し、その後にそのメッキ膜をレーザトリミングすることで離調幅処理を施し、これにより面内振動の共振周波数と面垂直振動の共振周波数との差を３０Ｈｚ未満になるように調整した。
この圧電体１について、有限要素法（ＦＥＭ）解析、並びに実測により面内で振動するスプリアス振動を調べた結果、駆動共振周波数８７６７Ｈｚに対して±２００Ｈｚ以内には全く存在しないことが判った。また、面垂直振動に関するスプリアス振動の強度は面内振動のスプリアス振動の強度と比べてかなり小さく、駆動共振周波数から約２８０Ｈｚ離れたところに存在しているため、ジャイロ感度に影響を及ぼさないことも明らかとなった。さらに、圧電体１を用いて六脚型圧電振動ジャイロスコープを作製し、周波数８７６７Ｈｚ、駆動電圧１Ｖ_ｐ−ｐで駆動し、Ｙ軸回りに角速度Ωを３度／ｓとして回転させた場合、ジャイロ出力が０．３６ｍＶとなり、高感度なジャイロ特性が得られることが判った。
さらに、励振用アーム３ａ、３ｂの各々には複数、即ち、表面側及び裏面側にそれぞれ二つずつ、合計四つの駆動側電極２１が結合されている。駆動側電極２１は、励振用アーム３ａ、３ｂに面内振動を励振するためのものであり、所定の間隔を持って平行な帯状に配設されている。
一方、検出用アーム４ａ、４ｂの各々には複数、即ち、各面に一つずつ、合計四つの検出側電極２２が結合されている。検出側電極２２は、検出用アーム４ａ、４ｂの面垂直振動を検出するためのものであり、各々が帯状に配設されている。
図３を参照して、駆動側電極２１に対する電気結線について説明する。
励振用アーム３ａ、３ｂの各々において、互いに対向する二つの駆動側電極２１が交流電源の両極にそれぞれ接続され、かつ同じ面内で隣接した二つの駆動側電極２１も交流電源の両極にそれぞれ接続されている。しかも、励振用アーム３ａ、３ｂ全体としては、駆動側電極２１の外側のものと内側のものとで交流電源に対する接続極性が反対になっている。こうして、励振用アーム３ａ、３ｂの各々を本体部２の板厚方向において相反する向きに励振するように電気結線が成されている。なお、駆動側電極２１による電気力線の向きを矢印で例示している。
図４を参照して、検出側電極２２に対する電気結線について説明する。
一方の検出用アーム４ａにおいては、板厚方向で互いに対向する二つの検出側電極２２が検出装置（図示せず）の負極に接続され、かつ残りの二つの検出側電極２２が正極に接続されている。他方の検出用アーム４ｂにおいては、板厚方向で互いに対向する二つの検出側電極２２が検出装置の正極に接続され、かつ残りの二つの検出側電極２２が負極に接続されている。なお、検出用アーム４ａ、４ｂの電気力線の向きを矢印で例示している。
図５及び図６を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る六脚型圧電振動ジャイロスコープについて説明する。同様な部分については同じ参照符号を付して説明を省略する。
図５の圧電体１は、Ｚカットランガサイト製のものであるが、Ｚカット水晶製のものであってもよい。三方晶系に属するランガサイトの方向性及び角速度Ωの働く方向をＸ、Ｙ、Ｚ軸で示す。
圧電体１において、励振用アーム３ａ、３ｂ、非励振用アーム３ｃ、検出用アーム４ａ、４ｂ、及び非検出用アーム４ｃの各々は角柱状のものであり、かつアーム長は６．０ｍｍである。Ｙ軸の回りに圧電体１が角速度Ωで回転したときに励振用アーム３ａ、３ｂにコリオリ力が働く。このコリオリ力が面垂直方向に働くため、励振用アーム３ａ、３ｂは面垂直振動を行う。本体部２はこの面垂直振動を一対の検出用アーム４ａ、４ｂに伝える機能を有する。
この圧電体１においては、励振用アーム３ａ、３ｂの各々の幅寸法Ｗ１は４００μｍである。非励振用アーム３ｃの幅寸法Ｗ２は幅寸法Ｗ１よりも約１０％小さい３６０μｍである。検出用アーム４ａ、４ｂの各々の幅寸法Ｗ３は幅寸法Ｗ１よりも７．５％小さい３７０μｍである。非検出用アーム４ｃの幅寸法Ｗ４は非励振用アーム３ｃの幅寸法Ｗ２よりも約１７％大きい４２０μｍである。こうして、駆動側アーム部３の３脚のアームと検出側アーム部４の３脚のアームとの重量を互いに等しくし、かつ本体部２の幾何学的中心の位置に重心を一致させている。この圧電体１を使用することにより、圧電体１がＹ軸の回りに角速度Ωで回転したときに検出用アーム４ａ、４ｂで角速度Ωを検出することができる。
この圧電体１をアルミナで重心支持し、励振用アーム３ａ、３ｂにおける共振周波数と検出用アーム４ａ、４ｂにおける共振周波数との差分を調整するために、励振用アーム３ａ、３ｂ及び検出用アーム４ａ、４ｂの各々の先端部を加工して離調幅処理する。具体的には、先端部に導電性金属材である金（Ａｕ）をスパッタリング法により成膜することで周波数を下げる方向で離調幅処理を施し、これにより面内振動の共振周波数と面垂直振動の共振周波数との差を１８Ｈｚとなるように調整した。
この圧電体１について、有限要素法（ＦＥＭ固有値）解析、並びに実測により面内で振動するスプリアス振動を調べた結果、駆動共振周波数７８３０Ｈｚに対して±２００Ｈｚ以内には全く存在しないことが判った。さらに、圧電体１を用いて六脚型圧電振動ジャイロスコープを作製し、周波数７８３０Ｈｚ、駆動電圧１Ｖ_ｐ−ｐで駆動し、Ｙ軸回りに角速度Ωを２度／ｓとして回転させた場合、ジャイロ出力が０．２６ｍＶとなり、高感度なジャイロ特性が得られることが判った。
さらに図６を参照すると、励振用アーム３ａ、３ｂの各々には複数、即ち、各面に一つずつ、合計四つの駆動側電極１１が結合されている。駆動側電極１１は、励振用アーム３ａ、３ｂに面内振動を励振するためのものであり、各々が帯状に配設されている。
一方、検出用アーム４ａ、４ｂの各々には複数、即ち、表面及び裏面に直交した両側面に二つずつ、合計四つの検出側電極１２が結合されている。検出側電極１２は、検出用アーム４ａ、４ｂの面垂直振動を検出するためのものであり、所定の間隔を持って平行な帯状に配設されている。
図７を参照して、駆動側電極１１に対する電気結線について説明する。
一方の励振用アーム３ａにおいて、板厚方向で互いに対向する二つの駆動側電極１１が交流電源の一方の極に接続され、かつ残りの二つの駆動側電極１１が交流電源の他方の極に接続されている。他方の励振用アーム３ｂにおいては、板厚方向で互いに対向する二つの駆動側電極１１が交流電源の他方の極に接続され、かつ残りの二つの駆動側電極１１が一方の極に接続されている。なお、駆動側電極１１による電気力線の向きを矢印で例示している。
図８を参照して、検出側電極１２に対する電気結線について説明する。
検出用アーム４ａ、４ｂの各々において、互いに対向する二つの検出側電極１２が検出装置（図示せず）の両極にそれぞれ接続され、かつ同じ面内で隣接した二つの検出側電極１２も両極にそれぞれ接続されている。こうして、検出用アーム３ａ、３ｂの各々の相反する向きの振動を検出するように電気結線が成されている。なお、検出用アーム４ａ、４ｂの電気力線の向きを矢印で例示している。
図９を参照して、圧電体１の他の例について説明する。同様な部分については同じ参照符号を付して説明を省略する。
図９の圧電体１は、Ｚカット水晶製のものであるが、Ｚカットランガサイト製のものであってもよい。三方晶系に属する水晶の方向性及び角速度Ωの働く方向をＸ、Ｙ、Ｚ軸で示す。
圧電体１において、励振用アーム３ａ、３ｂ、非励振用アーム３ｃ、検出用アーム４ａ、４ｂ、及び非検出用アーム４ｃの各々は角柱状のものであり、かつアーム長は６．０ｍｍである。Ｙ軸の回りに圧電体１が角速度Ωで回転したときに励振用アーム３ａ、３ｂにコリオリ力が働く。このコリオリ力が面垂直方向に働くため、励振用アーム３ａ、３ｂは面垂直振動を行う。本体部２はこの面垂直振動を一対の検出用アーム４ａ、４ｂに伝える機能を有する。
この圧電体１においては、励振用アーム３ａ、３ｂの各々の幅寸法Ｗ１は４００μｍである。非励振用アーム３ｃの幅寸法Ｗ２は幅寸法Ｗ１よりも１０％大きい４４０μｍである。検出用アーム４ａ、４ｂの各々の幅寸法Ｗ３は幅寸法Ｗ１よりも５％小さい３８０μｍである。非検出用アーム４ｃの幅寸法Ｗ４は非励振用アーム３ｃの幅寸法Ｗ２よりも約９％大きい４８０μｍである。こうして、駆動側アーム部３の３脚のアームと検出側アーム部４の３脚のアームとの重量を互いに等しくし、かつ本体部２の幾何学的中心の位置に重心を一致させている。この圧電体１を使用することにより、圧電体１がＹ軸の回りに角速度Ωで回転したときに検出用アーム４ａ、４ｂで角速度Ωを検出することができる。
この圧電体１をアルミナで重心支持し、励振用アーム３ａ、３ｂにおける共振周波数と検出用アーム４ａ、４ｂにおける共振周波数との差分を調整するために、励振用アーム３ａ、３ｂ及び検出用アーム４ａ、４ｂの各々の先端部を加工して離調幅処理する。これにより面内振動の共振周波数と面垂直振動の共振周波数との差を９Ｈｚとなるように調整した。
この圧電体１について、有限要素法（ＦＥＭ固有値）解析、並びに実測により面内で振動するスプリアス振動を調べた結果、駆動共振周波数９３６１Ｈｚに対して±２００Ｈｚ以内には全く存在しないことが判った。さらに、圧電体１を用いて六脚型圧電振動ジャイロスコープを作製し、周波数９３６１Ｈｚ、駆動電圧１Ｖ_ｐ−ｐで駆動し、Ｙ軸回りに角速度Ωを１度／ｓとして回転させた場合、ジャイロ出力が０．０６２ｍＶとなり、高感度なジャイロ特性が得られることが判った。
図１０を参照して、圧電体１のさらに他の例について説明する。同様な部分については同じ参照符号を付して説明を省略する。
図１０の圧電体１は、Ｚカット水晶製のものであるが、Ｚカットランガサイト製のものであってもよい。三方晶系に属する水晶の方向性及び角速度Ωの働く方向をＸ、Ｙ、Ｚ軸で示す。
圧電体１において、励振用アーム３ａ、３ｂ、非励振用アーム３ｃ、検出用アーム４ａ、４ｂ、及び非検出用アーム４ｃの各々は角柱状のものであり、かつアーム長は６．０ｍｍである。Ｙ軸の回りに圧電体１が角速度Ωで回転したときに励振用アーム３ａ、３ｂにコリオリ力が働く。このコリオリ力が面垂直方向に働くため、励振用アーム３ａ、３ｂは面垂直振動を行う。本体部２はこの面垂直振動を一対の検出用アーム４ａ、４ｂに伝える機能を有する。
この圧電体１においては、励振用アーム３ａ、３ｂの各々の幅寸法Ｗ１は４００μｍである。非励振用アーム３ｃの幅寸法Ｗ２は幅寸法Ｗ１よりも１５％小さい３４０μｍである。検出用アーム４ａ、４ｂの各々の幅寸法Ｗ３は幅寸法Ｗ１よりも１０％小さい３６０μｍである。非検出用アーム４ｃの幅寸法Ｗ４は非励振用アーム３ｃの幅寸法Ｗ２よりも約２４％大きい４２０μｍである。こうして、駆動側アーム部３の３脚のアームと検出側アーム部４の３脚のアームとの重量を互いに等しくし、かつ本体部２の幾何学的中心の位置に重心を一致させている。この圧電体１を使用することにより、圧電体１がＹ軸の回りに角速度Ωで回転したときに検出用アーム４ａ、４ｂで角速度Ωを検出することができる。
この圧電体１をアルミナで重心支持し、励振用アーム３ａ、３ｂにおける共振周波数と検出用アーム４ａ、４ｂにおける共振周波数との差分を調整するために、励振用アーム３ａ、３ｂ及び検出用アーム４ａ、４ｂの各々の先端部を加工して離調幅処理する。これにより面内振動の共振周波数と面垂直振動の共振周波数との差を１０Ｈｚとなるように調整した。
この圧電体１について、有限要素法（ＦＥＭ固有値）解析、並びに実測により面内で振動するスプリアス振動を調べた結果、駆動共振周波数９３５３Ｈｚに対して±２００Ｈｚ以内には全く存在しないことが判った。さらに、圧電体１を用いて六脚型圧電振動ジャイロスコープを作製し、周波数９３５３Ｈｚ、駆動電圧１Ｖ_ｐ−ｐで駆動し、Ｙ軸回りに角速度Ωを１度／ｓとして回転させた場合、ジャイロ出力が０．０６１ｍＶとなり、高感度なジャイロ特性が得られることが判った。
図１１を参照して、圧電体１のさらに他の例について説明する。同様な部分については同じ参照符号を付して説明を省略する。
図１１の圧電体１は、Ｚカット水晶製のものであるが、Ｚカットランガサイト製のものであってもよい。三方晶系に属する水晶の方向性及び角速度Ωの働く方向をＸ、Ｙ、Ｚ軸で示す。
圧電体１において、励振用アーム３ａ、３ｂ、非励振用アーム３ｃ、検出用アーム４ａ、４ｂ、及び非検出用アーム４ｃの各々は角柱状のものであり、かつアーム長は６．０ｍｍである。Ｙ軸の回りに圧電体１が角速度Ωで回転したときに励振用アーム３ａ、３ｂにコリオリ力が働く。このコリオリ力が面垂直方向に働くため、励振用アーム３ａ、３ｂは面垂直振動を行う。本体部２はこの面垂直振動を一対の検出用アーム４ａ、４ｂに伝える機能を有する。
この圧電体１においては、励振用アーム３ａ、３ｂの各々の幅寸法Ｗ１は４００μｍである。非励振用アーム３ｃの幅寸法Ｗ２は幅寸法Ｗ１よりも５％小さい３８０μｍである。検出用アーム４ａ、４ｂの各々の幅寸法Ｗ３は幅寸法Ｗ１よりも１０％大きい４４０μｍである。非検出用アーム４ｃの幅寸法Ｗ４は非励振用アーム３ｃの幅寸法Ｗ２よりも約２１％小さい３００μｍである。こうして、駆動側アーム部３の３脚のアームと検出側アーム部４の３脚のアームとの重量を互いに等しくし、かつ本体部２の幾何学的中心の位置に重心を一致させている。この圧電体１を使用することにより、圧電体１がＹ軸の回りに角速度Ωで回転したときに検出用アーム４ａ、４ｂで角速度Ωを検出することができる。
この圧電体１をアルミナで重心支持し、励振用アーム３ａ、３ｂにおける共振周波数と検出用アーム４ａ、４ｂにおける共振周波数との差分を調整するために、励振用アーム３ａ、３ｂ及び検出用アーム４ａ、４ｂの各々の先端部を加工して離調幅処理する。これにより面内振動の共振周波数と面垂直振動の共振周波数との差を８Ｈｚとなるように調整した。
この圧電体１について、有限要素法（ＦＥＭ固有値）解析、並びに実測により面内で振動するスプリアス振動を調べた結果、駆動共振周波数９３６１Ｈｚに対して±２００Ｈｚ以内には全く存在しないことが判った。さらに、圧電体１を用いて六脚型圧電振動ジャイロスコープを作製し、周波数９３６１Ｈｚ、駆動電圧１Ｖ_ｐ−ｐで駆動し、Ｙ軸回りに角速度Ωを１度／ｓとして回転させた場合、ジャイロ出力が０．０６３ｍＶとなり、高感度なジャイロ特性が得られることが判った。
以上に説明した各六脚型圧電振動ジャイロスコープでは、励振用アーム３ａ、３ｂの幅寸法と検出用アーム４ａ、４ｂの幅寸法とが充分異なるため、面内振動の共振周波数が互いに異なるものとなり、駆動振動周波数の近傍に検出側の面内振動に係るスプリアス振動が存在しないことにより、高感度で安定性の優れた基本性能を得ることができる。
尚、上述では、圧電体１を、Ｘカットランガサイト結晶製又はＸカット水晶製か、Ｚカットランガサイト結晶製又はＺカット水晶製とした例を説明したが、その他にも１３０度回転Ｙ板リチウムタンタレートや圧電セラミックス等を用いても同様の作用効果を奏するため、圧電体１の材料は開示したものに限定されない。
以上に説明したように、本発明の六脚型圧電振動ジャイロスコープによれば、面内振動の共振周波数が互いに異なるものとなり、使用状態で駆動振動周波数の近傍に検出側の面内振動に係るスプリアス振動が存在せず、ジャイロスコープを作製したときに圧電体における面内振動のスプリアス振動を充分に抑止できる．その上、安定性良くジャイロ感度の優れた高精度な高Ｓ／Ｎ比による角速度検出が可能になり、結果として優れた分解能で地球の自転速度以下の小さな角速度を検出できるようになる。

本発明の六脚型圧電振動ジャイロスコープは、カーナビゲーションや船舶航行用の姿勢制御装置等に角速度検出器として用いることができる。

Claims (13)

1. 本体部、前記本体部から互いに間隔をおいて第１の方向に延出した一対の励振用アーム、前記励振用アームの間で前記本体部から前記第１の方向に延出した一つの非励振用アーム、前記本体部から互いに間隔をおいて前記第１の方向とは反対の第２の方向に延出した一対の検出用アーム、前記検出用アームの間で前記本体部から前記第２の方向に延出した一つの非検出用アーム、前記励振用アームにそれぞれ結合された駆動側電極、及び前記検出用アームにそれぞれ結合された検出側電極を含み、前記励振用アーム、前記非励振用アーム、前記検出用アーム、及び前記非検出用アームの各々は圧電体からなり、前記励振用アームの各々と前記非励振用アームとは幅寸法において互いに異なり、前記励振用アームの各々と前記検出用アームの各々とは幅寸法において互いに異なり、前記励振用アームの各々と前記非検出用アームとは幅寸法において互いに異なることを特徴とする圧電振動ジャイロスコープ。
2. 前記本体部の幾何学的な中心位置に一致した重心を有する、請求の範囲１に記載の圧電振動ジャイロスコープ。
3. 前記本体部は表裏面の各々を主面とする矩形板であり、前記励振用アーム、前記非励振用アーム、前記検出用アーム、及び前記非検出用アームの各々は、前記主面と平行にのびている、請求の範囲１又は２に記載の圧電振動ジャイロスコープ。
4. 前記駆動側電極は前記励振用アームを互いに逆位相でそれぞれ励振するものである、請求の範囲１−３のいずれかに記載の圧電振動ジャイロスコープ。
5. 前記非励振用アームの幅寸法は、前記励振用アームの各々の幅寸法よりも２％〜６０％の範囲で大きく、前記検出用アームの各々の幅寸法は、前記励振用アームの各々の幅寸法よりも１％〜３０％の範囲で大きく、前記非検出用アームの幅寸法は、前記非励振用アームの各々の幅寸法よりも２％〜６０％の範囲で小さい、請求の範囲１−４のいずれかに記載の圧電振動ジャイロスコープ。
6. 前記非励振用アームの幅寸法は、前記励振用アームの各々の幅寸法よりも２％〜６０％の範囲で大きく、前記検出用アームの各々の幅寸法は、前記励振用アームの各々の幅寸法よりも１％〜３０％の範囲で小さく、前記非検出用アームの各々の幅寸法は、前記非励振用アームの幅寸法よりも２％〜６０％の範囲で大きい、請求の範囲１−４のいずれかに記載の圧電振動ジャイロスコープ。
7. 前記非励振用アームの幅寸法は、前記励振用アームの各々の幅寸法よりも２％〜６０％の範囲で小さく、前記検出用アームの各々の幅寸法は、前記励振用アームの各々の幅寸法よりも１％〜３０％の範囲で大きく、前記非励振用アームの幅寸法は、前記非励振用アームの幅寸法よりも２％〜６０％の範囲で小さい、請求の範囲１−４のいずれかに記載の圧電振動ジャイロスコープ。
8. 前記非励振用アームの幅寸法は、前記励振用アームの各々の幅寸法よりも２％〜６０％の範囲で小さく、前記検出用アームの各々の幅寸法は、前記励振用アームの各々の幅寸法よりも１％〜３０％の範囲で小さく、前記非検出用アームの幅寸法は、前記非励振用アームの幅寸法よりも２％〜６０％の範囲で大きい、請求の範囲１−４のいずれかに記載の圧電振動ジャイロスコープ。
9. 前記本体部の幾何学的な中心位置が支持された、請求の範囲１−８のいずれかに記載の圧電振動ジャイロスコープ。
10. 前記励振用アーム及び前記検出用アームの少なくとも一つは、両者間の共振周波数の差分を調整するための離調幅処理をされた特定部分を有する、請求の範囲１−９のいずれかに記載の圧電振動ジャイロスコープ。
11. 前記離調幅処理は、前記特定部分に施された加工を含む、請求の範囲１０に記載の圧電振動ジャイロスコープ。
12. 前記離調幅処理は、前記特定部分に対するスパッタリング法による導電性膜の形成を含む、請求の範囲１１に記載の圧電振動ジャイロスコープ。
13. 前記離調幅処理は、さらに、前記導電成膜に対するレーザトリミングを含む、請求の範囲１２に記載の圧電振動ジャイロスコープ。

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