(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状の振動体、および
前記振動体を覆うケースを含む振動ジャイロにおいて、
前記ケースの前記振動体に対向する部分において、無回転時の前記振動体の振動方向に直交しかつ前記振動体の軸方向に直交する方向における内側の寸法を、ケース全幅より狭い幅とし、前記振動体の振動周波数における音波の波長の２分の１の整数倍と異なるようにしたことを特徴とする、振動ジャイロ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は振動ジャイロに関し、特に、たとえばＶＴＲカメラに搭載される手振れ防止システムに用いられる、振動ジャイロに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図であり、図１２は図１１の線ＸＩＩ−ＸＩＩにおける断面図であり、図１３は図１１の線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩにおける断面図である。この振動ジャイロ１は、特に図１２および図１３に示すように、振動子２を含む。振動子２は正３角柱状の振動体３を含む。振動体３の３つの側面の中央には、圧電素子４ａ，４ｂおよび４ｃがそれぞれ形成される。また、振動体３は、２つの支持部材５ａおよび５ｂによって、平面的に見て６．７ｍｍ×２０．４ｍｍの基板６上に支持される。さらに、内側の寸法が幅６．７ｍｍ，長さ２０．４ｍｍ，高さ５ｍｍの箱形のケース７が、振動体３などを覆うようにして、基板６に取り付けられる。このケース７は、振動体３などを外部から保護するためのものである。
【０００３】
この振動ジャイロ１では、上方の２つの圧電素子４ａおよび４ｂが駆動用かつ検出用に用いられ、下方の１つの圧電素子４ｃが帰還用に用いられる。そして、帰還用の圧電素子４ｃからの出力が駆動用かつ検出用の圧電素子４ａおよび４ｂに与えられると、振動体３は約２５．５ｋＨｚで上下方向に振動する。この場合、振動体３は、その長手方向における中央部分が腹となり、支持部材５ａおよび５ｂで支持された２つの部分が節となって振動する。
この状態で振動ジャイロ１が振動体３の軸を中心として回転すると、コリオリ力によって、振動体３の振動方向が、振動体３の軸方向と直交する方向ではあるが上下方向と異なる方向に変わる。そのため、２つの駆動用かつ検出用の圧電素子４ａおよび４ｂ間に回転角速度に応じた出力差が生じる。そして、その出力差によって、回転角速度が検出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図１１ないし図１３に示す振動ジャイロ１では、周囲の温度によっては、振動体３の振動周波数における音波の２分の１波長が、ケース７の幅方向における内側の寸法の６．７ｍｍとほぼ一致する場合がある。すなわち、周囲の温度が２０℃前後において、音速が約３４０ｍ／ｓｅｃとなるので、振動体３の振動周波数である約２５．５ｋＨｚにおける音波の２分の１波長が、ほぼ６．７ｍｍとなる。この場合、振動ジャイロ１の回転時に、振動体３がケース７と共振して定在波が生じ、感度が急激に変化してしまう。このように振動ジャイロの感度が急激に変化すると、回転角速度を正確に検出することが困難となってしまう。
【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、温度変化に対して感度が急激に変化しない、振動ジャイロを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、柱状の振動体と、振動体を覆うケースを含む振動ジャイロにおいて、ケースの振動体に対向する部分において、無回転時の前記振動体の振動方向に直交しかつ振動体の軸方向に直交する方向における内側の寸法を、ケース全幅より狭い幅とし、振動体の振動周波数における音波の波長の２分の１の整数倍と異なるようにした、振動ジャイロである。
【０００７】
【作用】
ケースの振動体に対向する部分において、無回転時の前記振動体の振動方向に直交しかつ振動体の軸方向に直交する方向における内側の寸法を、ケース全幅より狭い幅として、振動体の振動周波数における音波の波長の２分の１の整数倍と異なるようにしたので、振動ジャイロの回転時に温度が変化しても、振動体がケースと共振せず、感度が急激に変化しない。
【０００８】
【発明の効果】
この発明によれば、温度変化に対して感度が急激に変化しない振動ジャイロが得られる。そのため、この発明にかかる振動ジャイロでは、温度変化に対して回転角速度を正確に検出することができる。
【０００９】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１０】
【実施例】
図１はこの発明の一実施例を示す斜視図であり、図２は図１の線ＩＩ−ＩＩにおける断面図であり、図３は図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。この振動ジャイロ１０は、特に図２および図３に示すように、振動子１２を含む。
【００１１】
振動子１２は、たとえば正３角柱状の振動体１４を含む。この振動体１４は、たとえばエリンバ，鉄−ニッケル合金，石英，ガラス，水晶，セラミックなど、一般的に機械的な振動を生じる材料で形成される。
【００１２】
この振動体１４には、その３つの側面の中央に、圧電素子１６ａ，１６ｂおよび１６ｃがそれぞれ形成される。圧電素子１６ａ〜１６ｃは、それぞれ、たとえば磁器からなる圧電層を含み、それらの圧電層の両主面には、電極がそれぞれ形成される。なお、これらの電極は、たとえば金，銀，アルミニウム，ニッケル，銅−ニッケル合金（モネルメタル）などの電極材料で、たとえばスパッタリング，蒸着等の薄膜技術で、あるいはその材料によっては印刷技術で形成される。
【００１３】
振動体１４の２つのノード点の近傍部分は、たとえば金属線からなるコ字形の支持部材１８ａおよび１８ｂで、それぞれ支持される。これらの支持部材１８ａおよび１８ｂの中央部は、たとえば溶接することによって、あるいは導電性ペーストで接着することによって、振動体１４の２つのノード点の近傍部分にそれぞれ固着される。また、これらの支持部材１８ａおよび１８ｂの端部は、平面的に見てたとえば６．７ｍｍ×２０．４ｍｍの基板２０の一方主面に固着される。
【００１４】
この振動子１２では、たとえば、上方の２つの圧電素子１６ａおよび１６ｂが駆動用かつ検出用として用いられ、下方の他の１つの圧電素子１６ｃが帰還用として用いられる。そして、帰還用の圧電素子１６ｃからの出力を増幅して駆動用かつ検出用の圧電素子１６ａおよび１６ｂに駆動信号を加えれば、振動体１４が振動し、それらの圧電素子１６ａおよび１６ｂから同様の波形が出力される。この場合、振動体１４は、約２５．５ｋＨｚで上下方向に振動する。また、その状態で振動子１２がその軸を中心として回転すれば、振動体１４の振動方向が振動体１４の軸に直交する方向ではあるが上下方向と異なる方向に変わり、駆動用かつ検出用の一方の圧電素子の出力は回転角速度に従って大きくなり、逆に駆動用かつ検出用の他方の圧電素子の出力は回転角速度に従って小さくなる。そのため、駆動用かつ検出用の圧電素子１６ａおよび１６ｂの出力差から回転角速度を検出することができる。
【００１５】
この振動子１２は、たとえば合成樹脂からなるケース２２で覆われる。ケース２２は、その下部に基板２０と同じ大きさの内寸の開口部２４を有する。また、ケース２２の上部２６は、その幅方向における寸法が短く形成される。この実施例では、ケース２２の上部２６は、その幅方向における内側の寸法がたとえば３ｍｍになるように、幅方向に狭く形成される。そして、このケース２２は、その上部２６で振動子１２を覆った状態で、その開口部２４が基板２０に接着される。
【００１６】
この振動ジャイロ１０では、ケース２２の振動体１４に対向する部分において、無回転時の振動体１４の振動方向すなわち上下方向に直交しかつ振動体１４の軸方向に直交する幅方向における内側の寸法を、振動体１４の振動周波数における音波の波長の２分の１の整数倍と異なるようにしたので、回転時に、温度が変化しても、振動体１４がケース２２と共振せず、感度が急激に変化しない。そのため、この振動ジャイロ１０では、温度変化に対して、回転角速度を正確に検出することができる。
【００１７】
図４は、図１ないし図３に示す実施例、図１１ないし図１３に示す従来例、その従来例においてケースの幅方向における内側の寸法を６．８ｍｍに広げた比較例、およびケースなしの振動ジャイロの温度変化に対する感度変化の特性を示すグラフである。
【００１８】
図４に示すグラフから明らかなように、従来例および比較例では、温度変化に対して感度が急激に変化する。
これは、表１に、温度Ｔ（℃）と、音速Ｖ（ｍ／ｓｅｃ）と、２５ｋＨｚ，２５．５ｋＨｚおよび２６ｋＨｚの音波における２分の１波長λ／２（ｍｍ）との関係を示し、図５に、２５ｋＨｚ，２５．５ｋＨｚおよび２６ｋＨｚの音波において、温度（℃）と、２分の１波長λ／２（ｍｍ）との関係を示すように、従来例および比較例では、いずれも、振動体の振動周波数の２分の１波長がケースの振動体に対向する部分の内側の寸法にほぼ一致する場合があるからである。
【００１９】
【表１】
0003627247.tif 000002
【００２０】
なお、表１における音速Ｖ（ｍ／ｓｅｃ）および音波の２分の１波長λ／２（ｍｍ）は、温度Ｔ（℃）および音波の周波数ｆ（ｋＨｚ）から次式（１）および（２）で求めた。
Ｖ  ＝  ３３４＋０．２×Ｔ＋０．００７×Ｔ×Ｔ  ・・・（１）
λ／２  ＝  Ｖ／（２×ｆ）                          ・・・（２）
【００２１】
さらに、図４に示すグラフから明らかなように、図１ないし図３に示す実施例では、ケースなしの振動ジャイロと同様に、温度変化に対して感度が急激に変化しないことがわかる。
【００２２】
また、この実施例では、図１１ないし図１３に示す実施例と比べて、ケース２２の上部２６の幅が狭く形成されるので、全体が小型になる。
【００２３】
図６は図１に示す実施例の変形例を示す斜視図である。図１に示す実施例では、ケース２２の上部２６の長手方向における両端部の内側および外側の面が、それぞれ外側に湾曲されているが、図６に示す実施例では、ケース２２の上部２６の長手方向における両端部の内側および外側の面が、それぞれ傾斜面状に形成される。
図６の実施例でも、図１に示す実施例と同様に、温度変化に対して、感度が急激に変化せず、回転角速度を正確に測定することができる。さらに、図６に示す実施例でも、図１１ないし図１３に示す従来例と比べて、全体が小型になる。
【００２４】
図７は図６に示す実施例の変形例を示す斜視図であり、図８は図７の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩにおける断面図である。図７および図８に示す実施例では、図６に示す実施例と比べて、特に、ケース２２の上部２６の幅方向における両端部の内側および外側の面がそれぞれ傾斜面状に形成される。
図７および図８に示す実施例でも、温度変化に対して、感動が急激に変化せず、回転角速度を正確に検出することができるとともに、全体が小型になる。
【００２５】
図９はこの発明の他の実施例の示す斜視図である。上述の各実施例では、ケース２２の上部２６の長手方向における一端から他端にわたって幅が狭く形成されているが、図９に示す実施例では、振動体１４に対向するケース２２の上部２６において、その長手方向における中央部のみの内側および外側の幅が狭く形成される。この場合、ケース２２の上部２６の長手方向における中央部は、内側および外側の面がそれぞれ傾斜面状に形成される。また、図９に示す実施例では、ケース２２の上部２６の長手方向における両端部の内側および外側の面が、それぞれ外側に湾曲される。
図９に示す実施例でも、温度変化に対して、感度が急激に変化せず、回転角速度を正確に検出することができる。
【００２６】
図１０はこの発明の別の実施例を示す斜視図である。上述の各実施例では、ケース２２の上部２６の幅が狭く形成されているが、図１０に示す実施例では、ケース２２において、振動体１４と幅方向に対向する部分を含む長円形状の中央部分２８のみの幅が狭く形成される。
図１０に示す実施例でも、温度変化に対して、感度が急激に変化せず、回転角速度を正確に検出することができる。
【００２７】
なお、上述の各実施例では、正３角柱状の振動体が用いられているが、この発明では、円柱状の振動体、４角柱状の振動体、あるいは他の柱状の振動体が用いられてもよい。
【００２８】
また、上述の各実施例では、３つの圧電素子が用いられるが、この発明では、駆動用かつ検出用の２つの圧電素子のみが用いられてもよく、使用する圧電素子の数を任意に変更してもよい。
【００３０】
また、上述の各実施例では、振動体１４の振動周波数が約２５．５ｋＨｚであるが、この発明は、他の振動周波数で振動する振動体を有する振動ジャイロにも適用可能である。
【００３１】
さらに、上述の各実施例では、基板とケースとで振動子などを封止しているが、ケースのみで振動子および基板などを封止するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示す斜視図である。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩにおける断面図である。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。
【図４】図１ないし図３に示す実施例、図１１ないし図１３に示す従来例、その従来例においてケースの幅方向における内側の寸法を広げた比較例、およびケースなしの振動ジャイロの温度変化に対する感度変化の特性を示すグラフである。
【図５】２５ｋＨｚ，２５．５ｋＨｚおよび２６ｋＨｚの音波において、温度と２分の１波長との関係を示すグラフである。
【図６】図１に示す実施例の変形例を示す斜視図である。
【図７】図６に示す実施例の変形例を示す斜視図である。
【図８】図７の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩにおける断面図である。
【図９】この発明の他の実施例を示す斜視図である。
【図１０】この発明の別の実施例を示す斜視図である。
【図１１】従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図である。
【図１２】図１１の線ＸＩＩ−ＸＩＩにおける断面図である。
【図１３】図１１の線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩにおける断面図である。
【符号の説明】
１０  振動ジャイロ
１２  振動子
１４  振動体
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ  圧電素子
１８ａ，１８ｂ  支持部材
２０  基板
２２  ケース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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