(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音叉型の振動子を備え、
前記振動子は、
基部と、
前記基部から上方に立上がって延び、所定の振動方向に振動する振動脚部とを含み、
前記駆動方向に対して交差する前記振動脚部の面は、
前記基部と前記振動脚部との境界をなす振動の基端面の一部を構成する底辺と、
前記底辺の両端から上方に立上がる互いに長さが異なる第１および第２の側辺と、
前記第１および第２の側辺の上端を連結する上辺とを有し、
前記振動脚部を前記駆動方向に対して振動させる駆動手段と、
前記駆動方向と直角をなす検出方向の振動成分を検出する検出手段とをさらに備え、
前記基部には、前記振動脚部の前記駆動方向の共振周波数と前記検出方向の共振周波数との離調度の調整と、前記駆動手段による前記振動脚部の振動の前記検出方向への漏れ振動の低減とを行うために、前記基部の上面からの深さが一様でない前記振動脚部の面に接する欠損部が設けられる、振動型ジャイロスコープ。
【請求項２】
前記振動脚部の断面は長方形の形状であり、
前記欠損部は、前記振動脚部の前記基端面に沿って前記振動脚部の先端から前記基部に向かう向きの延長方向に前記基部に溝状に設けられる、請求項１に記載の振動型ジャイロスコープ。
【請求項３】
前記振動脚部の断面は長方形の形状であり、
前記欠損部は、前記基部内において前記振動脚部の前記基端面および前記上面に交わる調整面と前記振動脚部の前記基端面とが鋭角を成して挟み、かつ、前記調整面と前記基端面とが鋭角を成して挟む部分を除去するように設けられる、請求項１に記載の振動型ジャイロスコープ。
【請求項４】
請求項１に記載の振動型ジャイロスコープの形成方法であって、
前記形成方法は、
前記振動脚部が非回転状態において前記駆動手段によって振動させられたときの前記検出方向の振動成分および前記振動脚部の前記検出方向の共振周波数を測定する測定ステップと、
前記測定ステップで測定された前記検出方向の振動成分の測定値に基づき前記欠損部の深さを前記検出方向に沿って次第に深く形成するか、前記検出方向と反対方向に沿って次第に深く形成するかを決定する方向決定ステップと、
前記方向決定ステップの決定結果に応じて前記基部に前記欠損部を形成する調整ステップとを含む、振動型ジャイロスコープの形成方法。
【請求項５】
音叉型の振動子を備え、前記振動子は、基部と、前記基部から上方に立上がって延び、所定の振動方向に振動する振動脚部とを含み、前記駆動方向に対して交差する前記振動脚部の面は、前記基部と前記振動脚部との境界をなす振動の基端面の一部を構成する底辺と、前記底辺の両端から上方に立上がる互いに長さが異なる第１および第２の側辺と、前記第１および第２の側辺の上端を連結する上辺とを有し、前記振動脚部を前記駆動方向に対して振動させる駆動手段と、前記駆動方向と直角をなす検出方向の振動成分を検出する検出手段とをさらに備える振動型ジャイロスコープの調整方法であって、
前記振動子が非回転状態において前記駆動手段によって前記振動脚部を振動させ、前記振動脚部の前記検出方向の振動成分と前記振動脚部の前記駆動方向の共振周波数と前記検出方向の共振周波数とを測定する測定ステップと、
前記振動脚部の前記駆動方向の共振周波数と前記検出方向の共振周波数との離調度の調整と、前記振動脚部の前記検出方向への漏れ振動の低減とを行うための欠損部を前記基部に設けるために、前記測定ステップで測定された前記検出方向の振動成分の測定値に基づき前記欠損部の深さを前記検出方向に沿って次第に深く形成するか、前記検出方向と反対方向に沿って次第に深く形成するかを決定する方向決定ステップと、
前記方向決定ステップの決定結果に応じて前記基部に前記欠損部を形成する調整ステップとを備える、振動型ジャイロスコープの調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動している物体に角速度が加わることで生じるコリオリ力を検出することで、角速度の大きさを検出する振動型ジャイロスコープに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の高度化に伴い、人間や自動車などの動きを電気信号に変えて、その動きに対する補正を行うため種々の方式が実用化されている。
【０００３】
振動型ジャイロスコープも、そのような方式の一つを用いた動き検出のためのセンサであり、ロボットや自動車等の回転角の検出やカメラの手ぶれ補正などに利用されている。
【０００４】
ｘ方向に励振されている振動子にｚ軸のまわりの角速度Ωが加わると角速度Ωに比例したコリオリ力がｙ軸方向に生ずる。その結果、振動子はｙ軸方向の振動成分を持つようになる。このｙ軸方向の振動成分を検出することで角速度Ωを検出することができる。
【０００５】
理想的な振動型ジャイロスコープではｘ方向に励振された振動子の振動成分はｘ方向のみである。このようなジャイロスコープでは、駆動方向の共振周波数ｆｘと離調度Δｆとを駆動周波数ｆｄに対して最適なものとすると検出出力と感度とが最大となる。ここで、離調度Δｆは、駆動方向の共振周波数ｆｘと駆動方向に対し直角をなす検出方向の共振周波数ｆｙとの差である。
【０００６】
しかしながら、振動子の製作精度の誤差および振動子内部・外部の諸結合等のために、実際の離調度Δｆは、設計時の理想的な離調度Δｆ０に対して誤差を含む。また、駆動方向の励振に起因して、角速度Ωが０である時には０であるべき検出方向への漏れ振動も現れる。
【０００７】
これらの要因は、検出出力や感度の低下の原因となる。検出出力を大きくしたり感度を上げるために、離調度Δｆの調整や上記の漏れ振動を小さくするためのトリミングが行われる。
【０００８】
角速度を検出するジャイロに用いる振動子は、音叉型のものが使いやすい。振動脚が一本である片持ち梁型の振動子は、支持方法によって共振周波数等が変わったり、外部の振動の影響を受けやすいなどの問題があり、ジャイロとしては使いにくい。
【０００９】
このような音叉型の振動ジャイロの離調度Δｆを調整する方法が、「ＬｉＴａＯ３単結晶を用いた音さ型圧電ジャイロ」電気情報通信学会論文誌（Ｃ−ＩＩ  Ｖｏ．Ｊ７９−Ｃ−ＩＩ  Ｎｏ．１１  ｐｐ．６１０−６１７  １９９６年１１月）や特開平９−８９５７１号公報に提案されている。
【００１０】
図１３は、音叉型振動ジャイロスコープで振動子基部の長さｄを変えたときの共振周波数ｆｘ、ｆｙの変化を示した図である。
【００１１】
図１３を参照して、振動子基部の長さｄを大きくすると、共振周波数ｆｘはほとんど変わらず、共振周波数ｆｙのみが減少する。このように、振動子基部の長さｄを変え、共振周波数ｆｙを変化させることで離調度Δｆを調節できる。
【００１２】
図１４は、特開平９−８９５７１号公報に開示された三脚音叉型振動ジャイロスコープの正面図および側面図である。図１４（Ａ）は正面図である。図１４（Ｂ）は側面図である。
【００１３】
図１４を参照して、弾性体１０の上部には振動脚１１ａ、１１ｂ、１２が形成されている。各振動脚１１ａ、１１ｂおよび１２の断面形状は互いに等しくそれぞれほぼ正方形に近い矩形状である。左右両側の振動脚１１ａ、１１ｂのそれぞれの表面には駆動用電極が設けられる。駆動電極には交流駆動電力が与えられ弾性脚１１ａ、１１ｂはＸ方向に同じ位相で振動する。また、振動脚１２は、振動脚１１ａ、１１ｂと逆の位相でＸ方向へ振動する。
【００１４】
次に、図１４に示した振動型ジャイロスコープの調整方法を説明する。振動脚１１ａのＸ方向の共振周波数が高すぎる場合は、振動脚１１ａの基部において肩部（ロ）を除去する作業を行なう。また、除去する部分としては、振動脚１１ａと振動脚１２との間の溝１０ａの底部の（ハ）で示す部分を除去してもよいし、または振動脚１１ａの根元付近の（ニ）で示す部分を一部除去してもよい。このようにして離調度Δｆを調整する方法が提案されている。
【００１５】
一方、「ＬｉＴａＯ３音さ型圧電ジャイロの漏れ出力の検討」（電気情報通信学会技報  ＵＳ９５−４２）には、駆動方法の励振に起因した検出方向への漏れ振動を小さくするための方法が提案されている。
【００１６】
図１５は、漏れ振動を小さくするための従来の方法を説明するための図であり、２本の振動脚を持つ音叉型振動ジャイロスコープの振動脚の根元部の断面を示す図である。
【００１７】
図１５を参照して、駆動方向の励振に起因した検出方向への漏れ振動があるときには、音叉の振動脚は振動方向（ｘ方向）と検出方向（ｙ方向）のいずれからも傾いたα１方向またはα２方向に振動する。
【００１８】
この傾いた振動を矯正するためには、振動脚の根元部におけるコーナ部分に切り溝を入れることが有効であることが上記文献に報告されている。図１５に示した振動脚根元部の断面において、α１方向への傾きを減らすときには、Ａ１、Ａ２部を削り、α２方向への傾きを減らすときにはＢ１、Ｂ２部を削ればよい。
【００１９】
このように漏れ振動を減らすことによって、静止状態における検出方向のヌル電圧が減少し、ジャイロスコープが回転運動を検出する感度が上がる。また、特開平９−８９５１７号公報にも三脚音叉型振動ジャイロスコープの漏れ振動の軽減に関する同様の記載がある。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来例では、共振周波数の調整と漏れ振動の軽減とはそれぞれ別々の調整法で行なわれてきた。これらの調整を別々に行なうと、調整に手間やコストがかかる。さらに、離調度の調整と漏れ振動の調整との干渉効果も考える必要があり、最適なトリミング条件を得るために高度な技術が要求される。
【００２１】
本発明は、このような振動型ジャイロスコープの駆動方向の共振周波数と検出方向の共振周波数の離調度Δｆの調整と、駆動方向の励振に起因した検出方向への漏れ振動を小さくするための調整とを同時に行なうことで、手間を少なくし、容易に最適なトリミングを行なえる調整方法およびこの調整方法により調整されコストが軽減される振動型ジャイロスコープを提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の振動型ジャイロスコープは、音叉型の振動子を備え、振動子は、基部と、基部から上方に立上がって延び、所定の振動方向に振動する振動脚部とを含み、駆動方向に対して交差する振動脚部の面は、基部と振動脚部との境界をなす振動の基端面の一部を構成する底辺と、底辺の両端から上方に立上がる互いに長さが異なる第１および第２の側辺と、第１および第２の側辺の上端を連結する上辺とを有し、振動脚部を駆動方向に対して振動させる駆動手段と、駆動方向と直角をなす検出方向の振動成分を検出する検出手段とをさらに備える。
【００２３】
基部には、振動脚部の駆動方向の共振周波数と検出方向の共振周波数との離調度の調整と、駆動手段による振動脚部の振動の検出方向への漏れ振動の低減とを行うために、基部の上面からの深さが一様でない振動脚部の面に接する欠損部が設けられる。
【００２４】
請求項２に記載の振動型ジャイロスコープは、請求項１に記載の振動型ジャイロスコープの構成において、振動脚部の断面は長方形の形状であり、欠損部は、振動脚部の基端面に沿って振動脚部の先端から基部に向かう向きの延長方向に基部に溝状に設けられる。
【００２５】
請求項３に記載の振動型ジャイロスコープは、請求項１に記載の振動型ジャイロスコープの構成において、振動脚部の断面は長方形の形状であり、欠損部は、基部内において振動脚部の基端面および上面に交わる調整面と振動脚部の面とが鋭角を成して挟み、かつ、調整面と基準面とが鋭角を成して挟む部分を除去するように設けられる。
【００２６】
請求項４に記載の振動型ジャイロスコープの形成方法は、請求項１に記載の振動型ジャイロスコープを形成する形成方法であって、振動脚部が非回転状態において駆動手段によって振動させられたときの検出方向の振動成分および振動脚部の検出方向の共振周波数を測定する測定ステップと、測定ステップで測定された検出方向の振動成分の測定値に基づき欠損部の深さを検出方向に沿って次第に深く形成するか、検出方向と反対方向に沿って次第に深く形成するかを決定する方向決定ステップと、方向決定ステップの決定結果に応じて基部に欠損部を形成する調整ステップとを含む。
【００２７】
請求項５に記載の振動型ジャイロスコープの調整方法は、音叉型の振動子を備え、振動子は、基部と、基部から上方に立上がって延び、所定の振動方向に振動する振動脚部とを含み、駆動方向に対して交差する振動脚部の面は、基部と振動脚部との境界をなす振動の基端面の一部を構成する底辺と、底辺の両端から上方に立上がる互いに長さが異なる第１および第２の側辺と、第１および第２の側辺の上端を連結する上辺とを有し、振動脚部を駆動方向に対して振動させる駆動手段と、駆動方向と直角をなす検出方向の振動成分を検出する検出手段とをさらに備える振動型ジャイロスコープの調整方法であって、振動子が非回転状態において駆動手段によって振動脚部を振動させ、振動脚部の検出方向の振動成分と振動脚部の駆動方向の共振周波数と検出方向の共振周波数とを測定する測定ステップと、振動脚部の駆動方向の共振周波数と検出方向の共振周波数との離調度の調整と、振動脚部の検出方向への漏れ振動の低減とを行うための欠損部を基部に設けるために、測定ステップで測定された検出方向の振動成分の測定値に基づき欠損部の深さを検出方向に沿って次第に深く形成するか、検出方向と反対方向に沿って次第に深く形成するかを決定する方向決定ステップと、方向決定ステップの決定結果に応じて基部に欠損部を形成する調整ステップとを備える。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は、同一または相当部分を示す。
【００３０】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１の振動型ジャイロスコープの形状を示す図である。図１（Ａ）は正面図であり、図１（Ｂ）は側面図である。
【００３１】
図１を参照して、実施の形態１の振動型ジャイロスコープは、２本の振動脚部５ａ、５ｂを持つ音叉型の振動子１および圧電体２ａ、２ｂ、３ａおよび３ｂで構成されている。振動子１としてはエリンバー合金などの恒弾性金属を好適に用いることができる。圧電体２ａ、２ｂ、３ａおよび３ｂとしてはＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）を用いたが、ＢａＴｉＯ３などの他の圧電セラミックスを用いてもよい。
【００３２】
振動子１の振動脚部５ａ、５ｂは圧電体３ａ、３ｂにより図１のｘ方向へ励振される。この励振されている振動子に、ｚ軸のまわりの角速度Ωが加わると、角速度Ωに比例したコリオリ力がｙ軸方向に生じる。
【００３３】
その結果、振動脚部５ａ、５ｂはｙ軸方向の振動成分を持つようになる。このｙ軸方向の振動を圧電体２ａ、２ｂで検出することで、角速度Ωを求めることができる。
【００３４】
一般に音叉の共振状態が最適になるのは音叉の左右の振動脚のバランスが取れたときである。このため、実施の形態１では、左右の振動脚のバランスをとるのに好ましいように２本の振動脚のそれぞれに駆動用、検出用の圧電体を設けている。しかし、音叉がジャイロとして機能するためには圧電体は駆動用、検出用それぞれ１つずつ取り付ければよいため、圧電体の個数や取り付け位置は、異なっても良い。
【００３５】
実施の形態１では、振動子１の基部を振動脚部５ａ、５ｂに沿って、振動脚部の断面積を変えずに長くする方向へ削るトリミング部４ａ、４ｂを設けることで共振周波数の離調度Δｆの調整と漏れ出力の軽減とを同時に行なう。トリミング部４ａ、４ｂは、必要に応じてｚ軸の負方向への向きの深さ、すなわち基部の上面からの深さが不均一になるように線状に削られる。
【００３６】
このようなトリミングを行なうと、振動脚部５ａ、５ｂが長くなるので、駆動方向の共振周波数ｆｘと検出方向の共振周波数ｆｙとはともに下がるが、このとき図１のような形状の振動子においては共振周波数ｆｘの下がり方の方が大きくなる。
【００３７】
すなわち、振動子形状が音叉の場合には、振動脚部の断面が純粋な正方形の場合やむしろｘ方向の長さがｙ方向の長さよりも長い場合、あるいはその逆の場合でも、現実的でない極端な形状としない限りトリミングによって共振周波数ｆｘのほうが共振周波数ｆｙよりも大きく減少する。
【００３８】
したがって、共振周波数ｆｘ、ｆｙを近づけるためには、初期にｆｘ＞ｆｙとなるように振動子を設計することが必要である。
【００３９】
その際に、たとえば、振動子の全長が２０ｍｍ程度の場合において、０．１ｍｍの加工精度の誤差に対して共振周波数が１ｋＨｚ程度変わることがあるので、加工精度なども考慮して振動子を設計することが必要である。
【００４０】
図２は、図１に示した振動子１を上方から見た形状を示す平面図である。
図２を参照して、振動子１には、共振周波数の離調度Δｆと漏れ振動の調整のため振動脚部５ａの側面に沿うように溝状のトリミング部４ａが設けられ、振動脚部５ｂの側面に沿うように溝状のトリミング部４ｂが設けられている。トリミング部４ａの幅は、図２においてトリミング幅４ｗである。
【００４１】
図３は、図２におけるＡ−Ａでの断面を示す断面図である。
図３を参照して、図１（Ａ）および図２に示したトリミング部４ａは図３の断面図においては、点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ５、Ｐ３で囲まれた四角形である。つまり、トリミング前の状態においては、振動脚部５ａと振動子１の基部との境界は線Ｐ１−Ｐ２であったが、離調度Δｆおよび漏れ振動の調整のために振動脚部５ａに沿うように振動子１の基部に溝状の切込みが入れられ、トリミング後には振動脚部５ａと振動子１の基部との境界は線Ｐ３−Ｐ５となっている。この振動脚部と基部との境界線を本明細書中では底辺と呼ぶこととする。
【００４２】
このような切込みを入れると、振動脚部が基部と結合する結合面の位置が変わる。この結合面を本明細書では振動の基端面と称する。基端面は、図３では底辺Ｐ３−Ｐ５を含み点Ｐ６、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７を含む振動脚部の側面と直交する面である。
【００４３】
基端面を境界として振動脚部の長さが定まる。振動脚部５ａの側辺の長さは、Ｐ１側においてはＬ１０からＬ１１へと長さが増し、ｘ方向の共振周波数ｆｘは減少する。また、点Ｐ２側の振動脚部５ａの側辺の長さはＬ１０からＬ１２となり、長さＬ１１に対してさらに長くなっている。
【００４４】
つまり、トリミングを行なう際に、トリミング角δを設けつつ振動脚部５ａに沿うように振動子１の基部に対して溝を形成する。
【００４５】
このようにすることにより、振動脚部５ａの長さＬ１１とＬ１２とが異なり、かつ振動脚部と基部との結合部である点Ｐ３、Ｐ５、Ｐ８、Ｐ９で囲まれた領域の形状も変形されるため、離調度Δｆと漏れ振動との調整が同時に行なえる。このような調整を行った後には、点Ｐ６、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７を含む振動脚部の側面は、底辺Ｐ３−Ｐ５の両端から上方に立上がった長さが異なる側辺Ｐ７−Ｐ５、Ｐ６−Ｐ３を有することになる。
【００４６】
図４は、図１（Ａ）におけるトリミング部４ａを拡大して示した図である。
図４を参照して、トリミング部４ａは、振動脚部５ａの側面に沿いつつ、かつ、振動子１の基部に溝状に形成される。図４において、手前側は点Ｐ５の深さまで溝が形成されており、裏側は、点Ｐ４の深さまで溝が形成されている。このようなトリミング部はヤスリ、ルータおよびレーザー光線等を用いて形成することができる。このトリミング部の形成により、図３で説明した振動の基端面は底辺Ｐ３−Ｐ５を含み側面に直交する面Ｐ３−Ｐ５−Ｐ５１−Ｐ３１となる。
【００４７】
図５は、振動脚部の振動方向とトリミングの形状の関係を説明するための図である。
【００４８】
図５を参照して、振動脚の漏れ振動の方向がα１のように駆動方向に対して角θの（＋）方向にずれている場合は、図５の点Ｐ２側が深くなるようにトリミング角δを設ければよく、逆に角θの（−）方向にずれた場合は点Ｐ１側が深くなるようにトリミング角δを設ければよい。
【００４９】
図６は、実施の形態１のジャイロスコープの調整方法の流れを示すフローチャートである。
【００５０】
図６を参照して、まずステップＳ０１において調整が開始される。次いでステップＳ０２において静止時、すなわち回転していないときの共振周波数ｆｘ、共振周波数ｆｙ、漏れ振動角θを測定する。
【００５１】
ステップＳ０３において、測定された漏れ振動角θの値によってトリミングをする側を決める。このとき漏れ振動角θ＞０であればステップＳ０４に進み、図９に図示したと同じ向きにトリミング角δを設定し、深さ方向に基部を削る（図６ではδ＞０と表わす）。漏れ振動角θ＜０であれば、ステップＳ０５に進み、図９に図示した場合と逆側すなわち、点Ｐ１１側をより深く削るようにトリミング角δを設定し、深さ方向に削る（図６ではδ＜０と表わす）。
【００５２】
続いてステップＳ０４またはステップＳ０５が終了すると、ステップＳ０６に進む。
【００５３】
ステップＳ０６においては、静止時、すなわち回転していないときの共振周波数ｆｘ、ｆｙおよび漏れ振動角θを再度測定する。
【００５４】
そしてステップＳ０７において離調度Δｆが目標値ｆ０より小で、かつ、漏れ振動角θが目標値θ０より小さいことを確認する。この条件が満たされない場合は、再びステップＳ０３に戻り、再度調整をする。漏れ振動角θ＞０が連続して測定された場合は、トリミング角をさらに大きく設定してステップＳ０４にて基部を削る。漏れ振動角θ＜０が連続して測定された場合は、トリミング角をさらに負方向に大きく設定してステップＳ０４にて基部を削る。
【００５５】
ステップＳ０７において条件が満たされた場合は、ステップＳ０８に進みジャイロスコープの調整が終了する。
【００５６】
実施の形態１のジャイロスコープの調整方法を用いて調整した例を示す。
再び、図１を参照して、振動部５ａのｘ方向の幅Ｘ１＝１．５ｍｍ、ｙ方向の幅Ｙ１＝２．０ｍｍ、振動脚部５ａの初期の長さＬ１＝１１ｍｍ、振動子１の基部の長さＬ２＝９ｍｍという寸法に設計して作製した振動型ジャイロスコープの調整を行なった。
【００５７】
共振周波数の初期値を測定すると、ｘ方向の共振周波数ｆｘ＝８３４８Ｈｚ、ｙ方向の共振周波数ｆｙ＝８２７４Ｈｚ、離調度Δｆ＝７４Ｈｚであった。また、漏れ振動については、図５に示した角θ＝２４．５°となった。
【００５８】
この状態から実施の形態１の方法を用いてトリミングを行なった。この際、圧電体３ａ、３ｂ、２ａおよび２ｂを適宜駆動および検出に用いて、ｘ軸およびｙ軸の２方向の共振周波数と漏れ振動の方向および大きさを観察しながら調整を進めた。漏れ振動の方向が図５に示されるα１方向なので、切り口は、断面が図３に表わされるように、削る深さが不均一になるように削った。
【００５９】
その結果、共振周波数ｆｘ＝７８４９Ｈｚ、共振周波数ｆｙ＝７８４７ｈｚ、離調度Δｆ＝２Ｈｚ、漏れ振動角θ＝４．５°に調整ができた。なお、トリミングの幅すなわち図２の幅４ａは０．１ｍｍであり、削った深さすなわち図３の長さＰ２−Ｐ５は２．０ｍｍであった。また、トリミング角δは、６．５°であった。
【００６０】
トリミングの幅４ａが広くなると、先に説明したｘ方向の共振周波数の下がり方とｙ方向の共振周波数の下がり方との差が小さくなる。したがって、トリミング前の状態での離調度Δｆの大きさに応じて、適宜トリミングの幅を選択するのが望ましい。また、漏れ振動の方向が図５のθの（−）方向の場合は、図３で示した場合とは逆の方向が低くなるように削ればよい。すなわち、漏れ振動の方向と反対の対角線の方向が低くなるようにトリミングを行なうと漏れ振動が小さくなる。
【００６１】
他の場合においても、離調度Δｆが大きいときには削る深さを深く、離調度Δｆが小さいときには浅くすることで、また漏れ振動角θが大きいときにはトリミング角δを大きく、漏れ振動角θが小さいときにはトリミング角δを小さくすることで対応することができる。
【００６２】
このように、実施の形態１で説明したジャイロスコープの調整方法を用いることにより、離調度Δｆの調整と漏れ振動の調整とを同時に行なうことができるため、調整作業が容易になり、それによりジャイロスコープのコストダウンを図ることができる。
【００６３】
［実施の形態２］
図７は、実施の形態２における調整方法を施したジャイロスコープの形状を示す図であり、図７（Ａ）は正面図であり、図７（Ｂ）は側面図である。
【００６４】
図７を参照して、実施の形態２におけるジャイロスコープは、トリミング部４ｃの形状が図１で示したジャイロスコープと異なる。他の部分については実施の形態１のジャイロスコープと同様であるため説明は繰返さない。
【００６５】
図８は、図７に示した振動子１を上方から見た平面図である。
図８を参照して、実施の形態２では、振動脚部５ａに沿うように振動子１の基部にトリミング部４ｃが設けられる。図８では、トリミング部は除去されることにより、点Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４で囲まれる三角形の領域および点Ｐ１２ａ、Ｐ１３ａ、Ｐ１４ａで囲まれる三角形の領域の面が露出している。
【００６６】
図９は、図８のＢ−Ｂにおける断面を示す断面図である。
図９を参照して、振動脚部５ａの側面に沿うようにトリミング部４ｃが除去されている。除去された部分は、点Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４で囲まれる三角形の部分であり、図９で示すようなトリミング角δとなる。なお図示しないが、図８における点Ｐ１２ａ、Ｐ１３ａ、Ｐ１４ａで囲まれる三角形の領域においても点Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４で囲まれる三角形の領域におけると同様に形状および大きさが同じである部分が除去されている。
【００６７】
トリミング後には振動脚部５ａと振動子１の基部との境界は折れ線Ｐ１３−Ｐ１２−Ｐ１１となっている。この振動脚部と基部との境界線を本明細書中では底辺と呼ぶこととする。実施の形態１では底辺は直線であったが、実施の形態２では折れ線となった。底辺は直線や折れ線に限られるものではなく曲線でもかまわない。
【００６８】
図１０は、トリミング部４ｃの周辺を拡大して示した斜視図である。
図１０を参照して、トリミング部４ｃは、点Ｐ１０、Ｐ１２、Ｐ１４を頂点とする三角形と、点Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４を頂点とする三角形と、点Ｐ１０、Ｐ１３、Ｐ１４を頂点とする三角形と、点Ｐ１０、Ｐ１２、Ｐ１３を頂点とする三角形とが取囲む領域である。
【００６９】
すなわち、本実施例では、２本の振動脚部の間にある振動子１の基部を、２本の振動脚部の断面積を変えずに長くする方向に、かつ削る深さが不均一になるように面状に削ることで、共振周波数の離調度Δｆの調整と、漏れ出力の軽減を同時に行なう。
【００７０】
実施の形態２のトリミングの場合にも、実施の形態１の場合と同様に、振動脚部が基部と結合する結合面すなわち基端面の位置が変わる。基端面は、図９では底辺Ｐ１１−Ｐ１２−Ｐ１３を含み点Ｐ１６、Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１７を含む振動脚部の側面と直交する面である。
【００７１】
このようなトリミングを行った後には、点Ｐ１６、Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１７を含む振動脚部の側面は、底辺Ｐ１１−Ｐ１２−Ｐ１３の両端である点Ｐ１１、Ｐ１３からそれぞれ上方に立上がった長さが異なる側辺Ｐ１１−Ｐ１６、Ｐ１３−Ｐ１７を有することになる。
【００７２】
基端面の位置が変わると、振動脚部が長くなるので、駆動方向の共振周波数ｆｘと検出方向の共振周波数ｆｙとはともに下がるが、このとき共振周波数ｆｘの下がり方の方が大きい。
【００７３】
再び図７を参照して、各部の寸法をＸ１＝１．４ｍｍ、Ｙ１＝２．０ｍｍ、Ｌ１＝９ｍｍ、Ｌ２＝９ｍｍという寸法に設計したとき、振動型ジャイロスコープの共振周波数の初期値を測定すると、共振周波数ｆｘ＝７７０９Ｈｚ、共振周波数ｆｙ＝７６８８Ｈｚ、離調度Δｆ＝２１Ｈｚとなった。また、漏れ振動については、図５のθで表わすとθ＝１８．３°になった。
【００７４】
この状態から、実施の形態２の方法でトリミングを行なった。この際、実施の形態１の場合と同様に、圧電体３ａ、３ｂ、２ａおよび２ｂを適宜駆動および検出に用いて、ｘ軸およびｙ軸の２方向の共振周波数と漏れ振動の方向および大きさを観測しながら調整を進めた。漏れ振動が図５に示したα１方向であったので、切り口は図８〜図１０で示したように削る深さが不均一になるように削った。
【００７５】
その結果、共振周波数ｆｘ＝７５７８Ｈｚ、共振周波数ｆｙ＝７５７７Ｈｚ、離調度Δｆ＝１Ｈｚ、漏れ振動角θ＝３．０°に調整ができた。このときの削った深さ、すなわち図９の長さＰ１３−Ｐ１４は１．２ｍｍであった。また、トリミング角δは、５．２°であった。
【００７６】
実施の形態２の場合でも、初期値の離調度Δｆが大きいときには削る深さを深く、離調度Δｆが小さいときには削る深さを浅くすることで、また漏れ振動角θが大きいときにはトリミング角δを大きく、漏れ振動角θが小さいときにはトリミング角δを小さくすることでさまざまな初期値を持つ場合に対応できる。
【００７７】
［実施の形態３］
図１１は、実施の形態３の調整方法を施した振動型ジャイロスコープの斜視図である。
【００７８】
図１１を参照して、実施の形態３の振動型ジャイロスコープは、トリミング部４ａ、４ｂに代えてリミング部４ｄ〜４ｇを有する点が実施の形態１と異なる。他の部分については実施の形態１と同様の形状を有するため説明は繰返さない。なお、実施の形態３では、振動脚部の上部付近の側面がトリミング部４ｄ〜４ｇとなる。
【００７９】
実施の形態３では、図１１のトリミング部４ｄにおいては、点Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３を頂点とする三角形で示される平面を露出させるように振動脚部の上部を除去する。同様に、トリミング部４ｅにおいては、点Ｐ２６、Ｐ２７、Ｐ２８を頂点とする三角形で示される平面を露出させるように振動脚部の上部を除去する。つまり、振動脚部の上部側面を斜めに削ることで、共振周波数の離調度Δｆの調整と漏れ振動の軽減とを同時に行なう。このような調整を行った後には、点Ｐ２２、Ｐ２４、Ｐ２５、Ｐ２６、ｐ２７を含む振動脚部の側面は、底辺Ｐ２４−Ｐ２５の両端から上方に立上がった長さが異なる側辺Ｐ２２−Ｐ２４、Ｐ２６−Ｐ２５を有することになる。
【００８０】
実施の形態１および実施の形態２に記載したトリミング方法では、共振周波数ｆｘを多く下げるような場所でトリミングを行なっていたため、共振周波数ｆｘ＜共振周波数ｆｙとなった場合には、最適なトリミングができなくなる。したがって、予め共振周波数ｆｘが共振周波数ｆｙよりも大きくなるように設計しておく必要があった。しかしながら、実施の形態３においては、共振周波数ｆｘ、ｆｙのどちらを多く下げるかをトリミング時に選ぶことが可能であり、設計目標値を共振周波数ｆｘ＝ｆｙとなるようにして設計することができる。
【００８１】
再び図１１を参照して、調整結果の実例を示す。各部の寸法がＸ１＝１．５ｍｍ、Ｙ１＝２．０ｍｍ、Ｌ１＝１２．５ｍｍ、Ｌ２＝７．５ｍｍという寸法にし、設計目標値を共振周波数ｆｘ＝ｆｙとなるように設計したとき、振動型ジャイロスコープの共振周波数を測定すると、共振周波数ｆｘ＝６９１９Ｈｚ、共振周波数ｆｙ＝６９８２Ｈｚ、離調度Δｆ＝−６３Ｈｚとなり、漏れ振動は図５のθで表わすとθ＝−２０．８°になった。
【００８２】
この状態から、実施の形態３の方法でトリミングを行なった。この際、実施の形態１と同様に、圧電体３ａ、３ｂ、２ａおよび２ｂを適宜駆動および検出に用いて、ｘ軸およびｙ軸の２方向の共振周波数と漏れの方向および大きさを観測しながら調整を進めた。漏れ振動が図５におけるα２の方向であったので、図１１で示すようにトリミング部４ｄ、４ｅ部を削った。
【００８３】
図１２は、図１１に示したジャイロスコープの上方から見た場合の平面図である。すなわち、この場合には図１２におけるｆ−ｆで示される部分を削った。
【００８４】
その結果、共振周波数ｆｘ＝６２２８Ｈｚ、共振周波数ｆｙ＝６２２６Ｈｚ、離調度Δｆ＝２Ｈｚ、漏れ振動角θ＝−４．０°に調整できた。
【００８５】
初期値が上記以外の場合でも、離調度Δｆが大きいときには削る幅を大きく、離調度Δｆが大きいときには削る幅を小さくすることで、また漏れ振動角θが大きいときにはトリミング角δを大きく、漏れ振動角θが小さいときにはトリミング角δを小さくすることで対応できる。
【００８６】
トリミング前の離調度Δｆと漏れ振動の方向との組合せは４通りあって、それらに対して次のようにトリミングを行なえばよいことがわかる。
【００８７】
まず最初に、トリミング前の状態が共振周波数ｆｘ＞ｆｙで、漏れ振動の方向が図５のα１方向の場合には、図１２のＣ−Ｃ部を削ってトリミングを行なえばよい。
【００８８】
このとき、振動脚部の断面のｘ方向の幅が小さくなることによって共振周波数ｆｘが下がり、斜めに削り取ることで漏れ振動を小さくできる。したがって、図１２のＣ−Ｃ部を削ることで、離調度Δｆの調整と漏れ振動の軽減との両方が可能になる。
【００８９】
次に、トリミング前の状態が共振周波数ｆｘ＞ｆｙで漏れ振動の方向が図５のα２方向の場合には、図１２のＤ−Ｄ部を削ってトリミングを行なえばよく、共振周波数がｆｘ＜ｆｙで漏れ振動の方向が図５のα１方向の場合には、図１２のＥ−Ｅを削ってトリミングを行なえばよい。最後に、トリミング前の状態が共振周波数ｆｘ＜ｆｙで漏れ振動の方向が図５に示したα２方向の場合には、図１２のＦ−Ｆ部を削ってトリミングを行なえばよいことがわかる。
【００９０】
以上説明したように、実施の形態３においては、離調度Δｆと漏れ振動との調整を同時に行なうことができることに加えて、さらに調整の自由度が増すという点で有利である。
【００９１】
実施の形態１〜３では、駆動および検出に圧電体を用いたが、これは磁石やコイルなどを用いた駆動および検出の場合でも同様のことがいえる。また、振動脚の断面は長方形の場合を示したが正方形の場合も本発明のトリミング方法を適用することができる。さらには、振動子はＨ型、三脚音叉型であるときにも同様に本発明のトリミング方法を適用することができる。
【００９２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００９３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、振動型ジャイロスコープの駆動方向の共振周波数と検出方向の共振周波数と漏れ振動との観測を行ないながら、２つの共振周波数の離調度と漏れ振動とを同時に調整することができる。したがって、振動型ジャイロスコープに対する最適なトリミングを容易に行なうことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の振動型ジャイロスコープの形状を示す図であり、図１（Ａ）は正面図であり、図１（Ｂ）は側面図である。
【図２】図１に示した振動子１を上方から見た形状を示す平面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａでの断面を示す断面図である。
【図４】図１（Ａ）におけるトリミング部４ａを拡大して示した図である。
【図５】振動脚部の振動方向とトリミングの形状の関係を説明するための図である。
【図６】実施の形態１のジャイロスコープの調整方法の流れを示すフローチャートである。
【図７】実施の形態２における調整方法を施したジャイロスコープの形状を示す図であり、図７（Ａ）は正面図であり、図７（Ｂ）は側面図である。
【図８】図７に示した振動子１を上方から見た平面図である。
【図９】図８のＢ−Ｂにおける断面を示す断面図である。
【図１０】トリミング部４ｃの周辺を拡大して示した斜視図である。
【図１１】実施の形態３の調整方法を施した振動型ジャイロスコープの斜視図である。
【図１２】図１１に示したジャイロスコープの上方から見た場合の平面図である。
【図１３】音叉型振動ジャイロスコープで振動子基部の長さｄを変えたときの共振周波数ｆｘ、ｆｙの変化を示した図である。
【図１４】特開平９−８９５７１号公報に示される三脚音叉型振動ジャイロスコープの正面図および側面図である。図１４（Ａ）は正面図である。図１４（Ｂ）は側面図である。
【図１５】漏れ振動を小さくするための従来の方法を説明するための図であり、音叉型振動ジャイロスコープを上方から見た図である。
【符号の説明】
１  振動子
２ａ，２ｂ  検出用圧電体
３ａ，３ｂ  駆動用圧電体
５ａ，５ｂ  振動脚部
４ａ〜４ｇ  トリミング部
θ  漏れ振動角
δ  トリミング角
【図１】
0003553418.tif 000002
【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】
0003553418.tif 000007
【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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【図１４】
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【図１５】
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