JP4361174B2

JP4361174B2 - 振動型ジャイロスコープ

Info

Publication number: JP4361174B2
Application number: JP26194299A
Authority: JP
Inventors: 菊池　　尊行; 幸久大杉
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-09-16
Filing date: 1999-09-16
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2019-09-16
Also published as: JP2001082962A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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】
本発明者は、振動型ジャイロスコープの応用について種々検討を進めており、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振動型ジャイロスコープを使用することを検討した。こうしたシステムにおいては、操舵輪の方向自身は、ハンドルの回転角度によって検出する。これと同時に、実際に車体が回転している回転速度を振動ジャイロスコープによって検出する。そして、操舵輪の方向と実際の車体の回転速度を比較して差を求め、この差に基づいて車輪トルク、操舵角に補正を加えることによって、安定した車体制御を実現する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の圧電振動型ジャイロスコープは、いずれの例でも、振動子を回転軸に対して平行に配置（いわゆる縦置き）しなければ、回転角速度を検出することができない。しかし、通常、測定したい回転系の回転軸は、装着部に対して垂直である。従って、このような圧電振動型ジャイロスコープを実装する際、圧電振動型ジャイロスコープの低背化を達成すること、即ち、振動型ジャイロスコープを回転軸方向に見たときの寸法を減少させることができなかった。
【０００５】
近年になって、振動子を回転軸に対して垂直に配置（いわゆる横置き）しても、回転角速度を検出できる圧電振動型ジャイロスコープが、特開平８−１２８８３３号公報において提案されている。
【０００６】
また、本発明者は、この問題を解決するために、特願平１０−３０６４３４号明細書において、主として平面内に延びる振動子を用いた、横置き型に適した振動型ジャイロスコープを提案した。
【０００７】
しかし、車体制御システムにおいては、振動型ジャイロスコープおよびその振動子は、幅広い環境温度、即ち高温と低温とにさらされる。このような使用温度範囲は、通常は−４０℃−＋８０℃の範囲にわたっている。特に、振動子を圧電性単結晶によって形成した場合には、圧電性単結晶の有する温度特性の影響がある。このように、−４０℃−＋８０℃の温度範囲における温度ドリフトを削減することが求められている。
【０００８】
本発明の課題は、所定面に沿って形成されており、駆動振動系、検出振動系および駆動振動系と検出振動系とを連結する連結部を備えている振動子を用いた振動型ジャイロスコープにおいて、その温度ドリフトを低減することである。
【０００９】
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、所定面に沿って形成されており、２つの駆動振動系、２つの検出振動系および前記駆動振動系と前記検出振動系とを連結する連結部を備えており、前記連結部内に前記振動子の重心が位置しており、前記連結部は振動子の重心を中心として４回対称の正方形であり、前記各駆動振動系が、前記連結部の外縁の相対向する２辺のうち一方の辺から垂直且つ前記辺の中央から突出する屈曲振動片と、前記屈曲振動片から突出し、前記屈曲振動片の長手方向に直交する方向に延びる２つの駆動振動片とを備えており、前記各検出振動系が、前記連結部の外縁の相対向する２辺であって前記駆動振動系の屈曲振動片が突出した辺とは異なる２辺のうち一方の辺から垂直且つ前記辺の中央から突出する屈曲振動片を備えている、圧電性単結晶からなる振動子、前記振動子の前記駆動振動系を構成する前記駆動振動片に設けた駆動電極から構成される、前記所定面内の駆動モードの振動を励起するための駆動手段、および前記振動子の前記検出振動系を構成する前記屈曲振動片に設けた検出電極から構成される、前記所定面内の回転が与えられたときに前記振動子に励起される前記所定面内の検出モードの振動を検出するための検出手段を備えており、前記振動子に前記所定面内の回転が与えられたときに、前記振動子にスプリアスモードの振動が励起され、下記の関係を満足す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。
０．７０×α≦Δｆ／Δｆｓ≦１．３０×α
α＝１．７^a/b×１但し、１．１≦α≦２．２且つ０．２５≦ａ／ｂ≦１．５
（Δｆは、前記駆動モードの振動の固有共振周波数と前記検出モードの振動の固有共振周波数との差であり、 Δｆｓは、前記駆動モードの固有共振周波数と前記スプリアスモードの固有共振周波数との差であり、ａは、前記検出振動系中の前記屈曲振動片の幅であり、ｂは、前記駆動振動系中の前記屈曲振動片の幅である）
【００１０】
本発明者は、駆動モードの振動の固有共振周波数ｆｄと検出モードの振動の固有共振周波数ｆｐとの差Δｆを、駆動モードの固有共振周波数ｆｄとスプリアスモードの固有共振周波数ｆｓとの差Δｆｓの１．７倍に近づけることによって、具体的には１．７倍の±３０％以内に調節することによって、−４０℃−＋８０℃の温度範囲における温度ドリフトを著しく低減し得ることを見出し、本発明に到達した。
【００１１】
スプリアスモードとは、前記の振動子において、駆動モードの振動および検出モードの振動の各固有共振周波数に近く、かつ検出モードとは異なる一定した振動形態を有する振動モードである。
【００１２】
ただし、前記したαには、ａ、ｂ、ｃ、ｄの四つの変数がある（α＝１．７の（ａ／ｂ）乗×（ｃ／ｄ）の３／２乗）。これは、使用する振動子の形態によって、最適のΔｆ／Δｆｓが変動するからである。αは、１．７を基本値とし、前記の四つの変数に係る振動子の形態を反映している。
【００１３】
本発明においては、Δｆ／Δｆｓをαの０．７０−１．３０倍とする必要があるが、αの０．９０−１．１０倍とすることが更に好ましく、０．９５−１．０５倍とすることがもっとも好ましい。
【００１４】
このように、Δｆ／Δｆｓをαの近傍に調節することによって、−４０℃−＋８０℃の温度範囲における温度ドリフトを抑制できる理由は、明確ではない。しかし、これによって、振動子の検出モードにおいて、振動子の連結部中の変位が小さい領域（微小変位領域）の面積が広くなることを確認した。また、通常、振動子の微小変位領域に対して、外部の支持部材が接触している。なぜなら、振動子のうち検出振動の変位が大きい領域に支持部材を接触させると、検出振動のＱ値が低下するからである。この結果、連結部の微小変位領域に対して接触する支持部材が、温度ドリフトに影響しているものと思われる。そして、本発明によって、検出モードにおいて、連結部中の微小変位領域の面積が拡大することによって、温度が変動するときに、検出信号に対する支持部材の影響が減少するものと思われる。
【００１５】
以下、図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。
【００１６】
図１、図２は、振動子１Ａの形態を模式的に示す図である。図１、図２の振動子１Ａは、二つの駆動振動系３Ａ、３Ｂと、二つの検出振動系４Ａ、４Ｂと、これらの各振動系を連結部する連結部２Ａとを備えている。本例では、連結部２の内部に振動子１Ａの重心ＧＯ（非振動時）が存在しており、連結部２Ａの外周縁２ａから、各振動系が突出している。
【００１７】
各駆動振動系３Ａ、３Ｂには、それぞれ、連結部２Ａの外周縁２ａから突出する屈曲振動片５Ａ、５Ｂが設けられている。各屈曲振動片５Ａ、５Ｂには、それぞれ、一対の駆動振動片７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄが設けられている。各検出振動系４Ａ、４Ｂには、それぞれ、連結部２Ａの外周縁２ａから突出する径方向屈曲振動片６Ａ、６Ｂが設けられている。
【００１８】
各駆動振動片７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄに、それぞれ、図示しない駆動手段を設け、各屈曲振動片を矢印８Ａ、８Ｂのように振動させる。この際、屈曲振動片７Ａと７Ｂとが同位相で共振し、屈曲振動片７Ｃと７Ｄとが同位相で共振し、屈曲振動片７Ａ−７Ｄの駆動振動の全体の重心ＧＤが、振動子の重心ＧＯ上か、またはその近傍に位置するようにする。
【００１９】
駆動振動の重心ＧＤが、振動子の重心ＧＯの近傍領域に位置しているとは、重心ＧＯから直径１ｍｍの円内に存在している場合を含む。
【００２０】
この状態で、振動子１Ａを所定面（Ｘ−Ｙ面）内でωのように回転させると、回転中にコリオリ力が振動子１Ａに作用する結果、検出モードの振動が振動子に励起される。検出モードにおいては、各屈曲振動片５Ａ、５Ｂが、矢印９Ａ、９Ｂのように、その連結部２Ａへの付け根を中心として屈曲振動し、これに応答して、各屈曲振動片６Ａ、６Ｂが、矢印９Ａ、９Ｂのように、その連結部２Ａへの付け根を中心として屈曲振動する。この際、駆動振動系の各屈曲振動片５Ａ、５Ｂが、重心ＧＯを中心として周方向に見たときに同位相で共振し、検出振動系の各屈曲振動片６Ａ、６Ｂが、周方向に見たときに、駆動振動系内の各屈曲振動片とは逆位相で共振する。
【００２１】
従って、検出振動系４Ａ、４Ｂ内の各屈曲振動片６Ａ、６Ｂにそれぞれ検出手段を設けることによって、矢印９Ａ、９Ｂのような屈曲振動を電気的信号として取り出すことができる。
【００２２】
一方、この振動子においては、通常の設計では、図２に示すようなスプリアスモードの振動が発生する。スプリアスモードにおいては、各駆動振動系３Ａ、３Ｂ内の各駆動振動片７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄが、矢印１０Ａ、１０Ｂのように、それぞれ屈曲振動片５Ａ、５Ｂへの付け根を中心として屈曲振動する。この際、駆動振動系３Ａ内の駆動振動片７Ａ、７Ｂと、駆動振動系３Ｂ内の駆動振動片７Ｃ、７Ｄとは共振しており、かつ、いずれの時点においても、振動子の重心ＧＯを中心として同じ方向に向かって変形している。従って、振動子の駆動振動全体の重心ＧＤも、ＧＯに対して、矢印３０Ａ、３０Ｂのように振動する。
【００２３】
一方、各検出振動系４Ａ、４Ｂ内の各屈曲振動片６Ａ、６Ｂは、それぞれ、矢印１０Ａ、１０Ｂのように、その連結部への付け根を中心として屈曲振動する。この際、いずれの時点においても、屈曲振動片６Ａと６Ｂとは、駆動振動全体の重心ＧＤの振動の方向とは逆方向に向かって振動しており、これによって駆動振動片７Ａ−７Ｄの振動を相殺し、連結部２が全体として並進、回転しないようになっている。
【００２４】
本発明においては、連結部として、中空部分が設けられた枠部を設けることができる。この場合には、中空部分内に重心が位置しており、枠部の内側面または外側面から各屈曲振動片が突出している。図３、図４は、この実施形態に係る振動子１１Ａを示す模式図である。
【００２５】
振動子１１Ａは、枠部１２Ａと、枠部１２Ａの内側面１２ｂから中空部分１３へと向かって突出する、２つの駆動振動系３Ｃ、３Ｄと、２つの検出振動系４Ｃ、４Ｄとを備えている。各駆動振動系、検出振動系は、枠部１２Ａの外側面１２ａから放射状に突出するように、設けることもできる。各駆動振動系３Ｃ、３Ｄ内には、それぞれ、屈曲振動片５Ｃ、５Ｄが設けられており、各検出振動系４Ｃ、４Ｄ内には、それぞれ、屈曲振動片６Ｃ、６Ｄが設けられている。各屈曲振動片５Ｃ、５Ｄには、それぞれ、一対の駆動振動片７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄが設けられている。
【００２６】
各駆動振動片７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄに、それぞれ、図示しない駆動手段を設け、各屈曲振動片を矢印８Ａ、８Ｂのように振動させる。この際、屈曲振動片７Ａと７Ｂとが同位相で共振し、屈曲振動片７Ｃと７Ｄとが同位相で共振し、屈曲振動片７Ａ−７Ｄの駆動振動の全体の重心ＧＤが、振動子の重心ＧＯ上か、またはその近傍に位置するようにする。
【００２７】
この状態で、振動子１１Ａを所定面（Ｘ−Ｙ面）内でωのように回転させると、回転中にコリオリ力が振動子１１Ａに作用する結果、検出モードの振動が振動子に励起される。検出モードにおいては、各屈曲振動片５Ｃ、５Ｄが、矢印９Ａ、９Ｂのように、枠部１２Ａへの付け根を中心として屈曲振動し、これに応答して、各屈曲振動片６Ｃ、６Ｄが、矢印９Ａ、９Ｂのように、枠部１２Ａへの付け根を中心として屈曲振動する。この際、駆動振動系の各屈曲振動片５Ｃ、５Ｄが、重心ＧＯを中心として周方向に見たときに同位相で共振し、検出振動系の各屈曲振動片６Ｃ、６Ｄが、周方向に見たときに、駆動振動系内の各屈曲振動片とは逆位相で共振する。
【００２８】
従って、検出振動系４Ｃ、４Ｄ内の各屈曲振動片６Ｃ、６Ｄにそれぞれ検出手段を設けることによって、矢印９Ａ、９Ｂのような屈曲振動を電気的信号として取り出すことができる。
【００２９】
この振動子においては、通常の設計では、図４に示すようなスプリアスモードの振動が発生する。スプリアスモードにおいては、各駆動振動片７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄが、矢印１０Ａ、１０Ｂのように、それぞれ屈曲振動片５Ｃ、５Ｄへの付け根を中心として屈曲振動する。この際、駆動振動系３Ｃ内の駆動振動片７Ａ、７Ｂと、駆動振動系３Ｄ内の駆動振動片７Ｃ、７Ｄとは共振しており、かつ、いずれの時点においても、振動子の重心ＧＯを中心として同じ方向に向かって変形している。従って、振動子の駆動振動全体の重心ＧＤも、ＧＯに対して、矢印３０Ａ、３０Ｂのように振動する。
【００３０】
一方、各検出振動系４Ｃ、４Ｄ内の各屈曲振動片６Ｃ、６Ｄは、それぞれ、矢印１０Ａ、１０Ｂのように、その連結部への付け根を中心として屈曲振動する。この際、いずれの時点においても、屈曲振動片６Ｃと６Ｄとは、駆動振動全体の重心ＧＤの振動の方向とは逆方向に向かって振動しており、これによって駆動振動片の振動を相殺し、枠部１２Ａが全体として並進、回転しないようにしている。
【００３１】
このような振動型ジャイロスコープによれば、振動子の駆動および検出のための振動が、いずれも所定面内で行われ、振動子の振動アームが回転軸に対して交差する方向に延びるように、振動子を設置した場合にも、十分に高い感度で回転角速度を検出できる。
【００３２】
しかも、従来の振動型ジャイロスコープにおいては、いずれも駆動振動アームの駆動振動が、何らかの形で検出アームにも歪みとして影響を及ぼし、検出信号にノイズを発生させていた。しかし、本実施形態によれば、検出振動系には駆動振動の影響が伝達されにくい。この結果、検出信号に不可避的に発生していたノイズを、抑制ないし防止することができる。
【００３３】
本発明の振動子は所定面内に延びているが、これは厚さにして１ｍｍ以下の範囲内に複数の振動系が形成されている場合を含む。
【００３４】
本発明の振動子の変位は、所定面内で生ずる。このため、振動子の全体を、同一の圧電単結晶によって形成することができる。この場合には、まず圧電単結晶の薄板を作製し、この薄板をエッチング、研削により加工することによって、振動子を作製できる。振動子の各部分は、別の部材によってそれぞれ形成することもできるが、一体で構成することが特に好ましい。
【００３５】
振動子の材質は特に限定するものでないが、水晶、ＬｉＮｂＯ₃ 、ＬｉＴａＯ₃ 、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体（Ｌｉ（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ₃ ）単結晶、ホウ酸リチウム単結晶、ランガサイト単結晶等からなる圧電単結晶を使用することが好ましい。前記した単結晶の中では、ＬｉＮｂＯ₃ 単結晶、ＬｉＴａＯ₃ 単結晶、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶が、電気機械結合係数が特に大きい。
【００３６】
圧電単結晶を使用すると、検出感度を良好にすることができるとともに、検出ノイズを小さくできる。しかも、圧電単結晶を使用すると、温度変化に対して特に鈍感な振動子を作製でき、このような振動子は、温度安定性を必要とする車載用として好適である。
【００３７】
なぜなら、本発明におけるように振動子の全体を所定面内で振動するようにし、かつ振動子を圧電単結晶によって形成することで、単結晶の最も温度特性の良い結晶面のみを振動子において利用できるようになった。
【００３８】
即ち、振動子の全体が所定平面内で振動するように設計されていることから、圧電単結晶のうち振動周波数の温度変化がほとんどない結晶面のみを利用して、振動子を製造することができる。これによって、温度安定性の高い振動型ジャイロスコープを提供できる。
【００３９】
本発明の振動子を圧電性材料によって形成した場合には、この振動子に駆動電極および検出電極を設ける。圧電性材料としては、圧電単結晶の他に、ＰＺＴ等の圧電セラミックスがある。
【００４０】
また、本発明の振動子を、エリンバー等の恒弾性金属によって形成することもできる。この場合には、振動子の所定箇所に、駆動手段および／または検出手段として、圧電体を取り付ける必要がある。
【００４１】
本発明においては、駆動振動系を複数設け、各駆動振動系を、重心ＧＯを中心として互いに回転対称の位置に設けることができる。例えば図１−図４の振動子においては、２つの駆動振動系が、重心ＧＯを中心として二回対称の位置に設けられている。
【００４２】
また、検出振動系を複数設け、各検出振動系を、重心ＧＯを中心として互いに回転対称の位置に設けることが好ましい。例えば、図１−図４の振動子においては、２つの検出振動系が、重心ＧＯを中心として二回対称の位置に設けられている。
【００４３】
各振動系が重心ＧＯを中心として回転対称の位置にあるとは、重心ＧＯを中心として、問題とする複数の振動系がそれぞれ所定面内で同じ所定角度離れている状態を意味する。従って、一つの振動系を所定面内で所定角度回転させる操作を行うと、他の振動系の位置に位置する。
【００４４】
回転対称は、具体的には２回対称、３回対称、４回対称であることが好ましい。また、複数の駆動振動系を重心ＧＯを中心として回転対称の位置に設けることによって、特に比較的微小な検出振動への影響を抑制できることから、効果が大きい。
【００４５】
振動子の駆動モード、検出モード、スプリアスモードの各固有共振周波数ｆｄ、ｆｐ、ｆｓを調節するためには、振動子の材質、厚さ、連結部の寸法（例えば連結部の一片の長さ）、屈曲振動片の長さ、屈曲振動片の幅を調節することが好適である。
【００４６】
図５は、本発明の一実施形態に係る圧電単結晶製の振動子１Ｂ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。この振動子１Ｂは、図１、図２に模式的に示した形態の振動子に属しているので、振動子１Ｂの既に説明した構成部分には図１、図２と同じ符号を付け、その説明は省略する。
【００４７】
連結部２Ｂ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。連結部２Ｂの周縁部の相対向する２辺２ｂから、二つの駆動振動系３Ａ、３Ｂが突出しており、周縁部の相対向する２辺２ｃから、二つの検出振動系４Ａ、４Ｂが突出している。
【００４８】
各駆動振動系３Ａ、３Ｂは、連結部２Ｂから突出する屈曲振動片５Ａ、５Ｂと、屈曲振動片の先端側から屈曲振動片５Ａ、５Ｂに直交する方向に延びる駆動振動片７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄとを備えている。各屈曲振動片には、それぞれ駆動電極１５が設けられている。検出振動系の各屈曲振動片６Ａ、６Ｂには、それぞれ、検出電極１６が設けられている。
【００４９】
この振動子の駆動モードを図６に示す。各駆動振動片７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄが、その付け根（各屈曲振動片５Ａ、５Ｂの先端部分）１８を支点として、矢印８Ａ、８Ｂのように屈曲振動していることがわかる。
【００５０】
この振動子の検出モードを図７に示す。各屈曲振動片５Ａ、５Ｂが、その固定部１７を支点として、重心ＧＯを中心として周方向に見たときに、同位相で屈曲振動している。これに対応して、各屈曲振動片６Ａ、６Ｂが、矢印９Ａ、９Ｂのように、固定部１９を中心として同位相で屈曲振動している。
【００５１】
この振動子のスプリアスモードを図８に示す。各駆動振動片７Ａ−７Ｄが、その付け根１８を中心として矢印１０Ａ、１０Ｂのように屈曲振動し、これに応答して、各屈曲振動片６Ａ、６Ｂが矢印１０Ａ、１０Ｂのように振動している。
【００５２】
図９は、図３、図４に模式的に示した振動子１１Ｂを更に具体化したものである。振動子１１Ｂは、図３、図４に模式的に示した形態の振動子に属しているので、振動子１１Ｂの既に説明した構成部分には図３、図４と同じ符号を付け、その説明は省略する。振動子１１Ｂの駆動モード、検出モード、スプリアスモードは、前述したとおりである。
【００５３】
以下、具体的な実験結果について述べる。
【００５４】
（実験Ａ）
図５に示す形態の振動型ジャイロスコープを作製した。具体的には、厚さ０．３ｍｍ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。
【００５５】
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。
【００５６】
得られた振動子の連結部２Ｂの一片の長さ（幅）ｇは６．０ｍｍとし、各屈曲振動片５Ａ、５Ｂの長さｅは６．０ｍｍとし、各屈曲振動片６Ａ、６Ｂの長さｆは６．０ｍｍとした。各屈曲振動片６Ａ、６Ｂの幅ａと、各屈曲振動片５Ａ、５Ｂの幅ｂとは、いずれも１ｍｍとした。各検出電極１６の寸法は、幅０．６ｍｍ×長さ２．８ｍｍであり、各屈曲振動片の付け根から１．２−４．０ｍｍの位置に形成されていた。各駆動電極１５の寸法は、幅０．６ｍｍ×長さ２．８ｍｍであった。
【００５７】
振動子１Ｂの中央部に、０．７５ｍｍ×０．７５ｍｍの正方形の支持孔（図示せず）を形成し、この支持孔に直径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。
【００５８】
この振動子に対して、４ボルトの矩形波による自励振発振駆動を行い、駆動振動を生じさせ、振動子１Ｂを所定面内で回転させ、検出モードおよびスプリアスモードを励起させた。
【００５９】
各振動子について、インピーダンスアナライザの測定端子に所定の端子を接続して、駆動振動の固有共振周波数（ｆｄ）、検出モードの固有共振周波数（ｆｐ）、スプリアスモードの固有共振周波数（ｆｓ）を測定し、Δｆ、Δｆｓ、Δｆ／Δｆｓを算出し、表１に示した。この際、駆動振動系の基部の長さと、検出振動片の長さとを調節することによって、ｆｄ、ｆｐ、ｆｓを調節した。ｂ／ａ＝１、ｃ／ｄ＝１であるから、指標値α＝１．７である。
【００６０】
各振動子について、指標値αからのずれを百分率で表記した。また、−４０−＋８０℃の温度範囲内の各温度において、角速度に換算した出力（ｄｅｇ／ｓ）を測定した。そして、この温度範囲内における角速度の値の最大値と最小値との差を、「温度ドリフト」として表１に示した。
【００６１】
【表１】

【００６２】
なお、表１において、指標値からのずれが６８％の比較例について、角速度に換算した出力の温度変化を図１０に示し、指標値からのずれが２％の本発明例について、角速度に換算した出力の温度変化を図１１に示す。
【００６３】
（実験Ｂ）
実験Ａと同様にして前記の各数値を測定した。ただし、ａ＝１．５ｍｍ、ｂ＝１ｍｍとした。ａ／ｂ＝１．５、ｃ／ｄ＝１であるから、指標値α＝２．２である。この結果を表２に示す。
【００６４】
【表２】

【００６５】
（実験Ｃ）
実験Ａと同様にして前記の各数値を測定した。ただし、ａ＝０．５ｍｍ、ｂ＝１ｍｍとした。ａ／ｂ＝０．５、ｃ／ｄ＝１であるから、指標値α＝１．３である。この結果を表３に示す。
【００６６】
【表３】

【００６７】
（実験Ｄ）
実験Ａと同様にして前記の各数値を測定した。ただし、ａ＝０．２５ｍｍ、ｂ＝１ｍｍとした。ａ／ｂ＝０．２５、ｃ／ｄ＝１であるから、指標値α＝１．１である。この結果を表４に示す。
【００６８】
【表４】

【００６９】
（実験Ｅ）
実験Ａと同様にして前記の各数値を測定した。ただし、ａ＝１．５ｍｍ、ｂ＝１．０ｍｍとした。また、駆動振動系の数ｃを１個とした。ａ／ｂ＝１．５、ｃ／ｄ＝０．５であるから、指標値α＝０．７８である。この結果を表５に示す。
【００７０】
【表５】

【００７１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、所定面に沿って形成されており、駆動振動系、検出振動系および駆動振動系と検出振動系とを連結する連結部を備えている振動子を用いた振動型ジャイロスコープにおいて、その温度ドリフトを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る振動子１Ａおよびその駆動振動、検出振動を示す模式図である。
【図２】振動子１Ａのスプリアスモードの振動を示す模式図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る振動子１１Ａおよびその駆動振動、検出振動を示す模式図である。
【図４】振動子１１Ａのスプリアスモードの振動を示す模式図である。
【図５】図１、図２の実施形態に係る振動子１Ｂを示す概略図である。
【図６】図５の振動子１Ｂの駆動モードの振動を示す線図である。
【図７】図５の振動子１Ｂの検出モードの振動を示す線図である。
【図８】図５の振動子１Ｂのスプリアスモードの振動を示す線図である。
【図９】図３、図４の実施形態に係る振動子１１Ｂを示す概略図である。
【図１０】比較例の振動型ジャイロスコープの角速度に換算した出力の温度変化を示すグラフである。
【図１１】本発明例の振動型ジャイロスコープの角速度に換算した出力の温度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１１Ａ、１１Ｂ振動子２Ａ、２Ｂ連結部３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ駆動振動系４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ検出振動系５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ駆動振動系の屈曲振動片
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ検出振動系の屈曲振動片７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ駆動振動片８Ａ、８Ｂ駆動モードの振動９Ａ、９Ｂ検出モードの振動１０Ａ、１０Ｂスプリアスモードの振動
１２Ａ、１２Ｂ枠部１７、１９屈曲振動片の連結部への付け根
１８駆動振動片の屈曲振動片への付け根ＧＯ振動子の重心（非振動時）ＧＤ駆動振動の全体の重心

Claims

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、
所定面に沿って形成されており、２つの駆動振動系、２つの検出振動系および前記駆動振動系と前記検出振動系とを連結する連結部を備えており、前記連結部内に前記振動子の重心が位置しており、前記連結部は振動子の重心を中心として４回対称の正方形であり、
前記各駆動振動系が、前記連結部の外縁の相対向する２辺のうち一方の辺から垂直且つ前記辺の中央から突出する屈曲振動片と、前記屈曲振動片から突出し、前記屈曲振動片の長手方向に直交する方向に延びる２つの駆動振動片とを備えており、前記各検出振動系が、前記連結部の外縁の相対向する２辺であって前記駆動振動系の屈曲振動片が突出した辺とは異なる２辺のうち一方の辺から垂直且つ前記辺の中央から突出する屈曲振動片を備えている、圧電性単結晶からなる振動子、
前記振動子の前記駆動振動系を構成する前記駆動振動片に設けた駆動電極から構成される、前記所定面内の駆動モードの振動を励起するための駆動手段、および
前記振動子の前記検出振動系を構成する前記屈曲振動片に設けた検出電極から構成される、前記所定面内の回転が与えられたときに前記振動子に励起される前記所定面内の検出モードの振動を検出するための検出手段を備えており、
前記振動子に前記所定面内の回転が与えられたときに、前記振動子にスプリアスモードの振動が励起され、下記の関係を満足することを特徴とする、振動型ジャイロスコープ。
０．７０×α≦Δｆ／Δｆｓ≦１．３０×α
α＝１．７^a/b×１但し、１．１≦α≦２．２且つ０．２５≦ａ／ｂ≦１．５
（Δｆは、前記駆動モードの振動の固有共振周波数と前記検出モードの振動の固有共振周波数との差であり、
Δｆｓは、前記駆動モードの固有共振周波数と前記スプリアスモードの固有共振周波数との差であり、
ａは、前記検出振動系中の前記屈曲振動片の幅であり、
ｂは、前記駆動振動系中の前記屈曲振動片の幅である）
前記検出モードにおいて、前記駆動振動系中の前記屈曲振動片と、前記検出振動系中の前記屈曲振動片とが、前記振動子の重心を中心として周方向に見たときに前記連結部への付け根を中心として互いに逆位相で共振することを特徴とする、請求項１に記載の振動型ジャイロスコープ。
前記駆動モードにおいて、前記駆動振動片が前記屈曲振動片への付け根を中心として屈曲振動することを特徴とする、請求項１または２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。
前記振動子が前記駆動振動系を２つ備えており、前記駆動モードにおいて、前記各駆動振動片の駆動振動の全体の重心が、前記振動子の重心上またはその近傍にあることを特徴とする、請求項３記載の振動型ジャイロスコープ。