JP2000337880A

JP2000337880A - 振動型ジャイロスコープおよび振動型ジャイロスコープの調整方法

Info

Publication number: JP2000337880A
Application number: JP11144862A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Ogaki; 久志大垣; Hitoshi Isono; 仁志磯野; Tomohisa Komoda; 智久薦田; Toru Kira; 徹吉良
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-05-25
Filing date: 1999-05-25
Publication date: 2000-12-08
Anticipated expiration: 2019-05-25
Also published as: JP3553418B2

Abstract

(57)【要約】【課題】振動型ジャイロスコープにおける共振周波数
の離調度の調整と漏れ振動を軽減させる調整とを同時に
実現する。【解決手段】振動型ジャイロスコープのトリミングを
行なうとき、振動子１の基部を振動脚部５ａに沿って深
さ方向に角度に変化をつけて削ることで、容易に共振周
波数の離調度の調整と漏れ振動の軽減とを同時に行なう
ことができる。したがって、最適な条件にするために手
間やコストの削減をすることができる。

Description

【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 V
o.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、ｆ
ｙ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１
４（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１
０ａ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 US95-4
2）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】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、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３に記載の振動型ジャイロスコープ
は、請求項２に記載の振動型ジャイロスコープの構成に
おいて、振動脚部の断面は基準面において長方形の形状
であり、欠損部は、振動脚部の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４に記載の振動型ジャイロスコープ
は、請求項２に記載の振動型ジャイロスコープの構成に
おいて、振動脚部の断面は基準面において長方形の形状
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５に記載の振動型ジャイロスコープ
は、請求項２に記載の振動型ジャイロスコープの構成に
おいて、欠損部は、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
成分に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方法によって形成される。

【００２７】請求項６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。

【００２８】請求項７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、振動脚部の先端付近において基部の上面
と平行な断面の断面積が基端面から先端に向かって減少
する。

【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３
ｂ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（Ｚ
ｒ，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３
ａ、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ｆ
ｘ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２０
ｍｍ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４
ａ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Ｌ
１０からＬ１１へと長さが増し、ｘ方向の共振周波数ｆ
ｘ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−Ｐ
５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ｆ
ｘ、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Ｓ０
５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θ
０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＝１
１ｍｍ、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、２
ａ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＝７８４９Ｈ
ｚ、共振周波数ｆｙ＝７８４７ｈｚ、離調度Δｆ＝２Ｈ
ｚ、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２．０
ｍｍ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Δ
ｆ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、Ｐ１４
ａ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、Ｐ１
３ａ、Ｐ１４ａで囲まれる三角形の領域においても点Ｐ
１２、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、Ｐ１
１、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ｆ
ｘ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ｆ
ｘ＝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＝７５７８Ｈ
ｚ、共振周波数ｆｙ＝７５７７Ｈｚ、離調度Δｆ＝１Ｈ
ｚ、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Ｐ２
２、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＝２．０ｍ
ｍ、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＝６２２８Ｈ
ｚ、共振周波数ｆｙ＝６２２６Ｈｚ、離調度Δｆ＝２Ｈ
ｚ、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ｆ
ｘ＞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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者薦田智久大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者吉良徹大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 2F105 AA02 AA10 BB15 CC01 CD02 CD06 CD13

Claims

【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る、振動型ジャイロスコー
プ。
【請求項２】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、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前記基準面におい
て長方形の形状であり、前記欠損部は、前記振動脚部の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２に記載の振動型ジャイロ
スコープ。
【請求項４】前記振動脚部の断面は前記基準面におい
て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面お
よび前記上面に交わる調整面と前記振動脚部の面とが鋭
角を成して挟み、かつ、前記調整面と前記基準面とが鋭
角を成して挟む部分を除去するように設けられる、請求
項２に記載の振動型ジャイロスコープ。
【請求項５】前記欠損部は、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にの測定
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方法によって
形成される、請求項２に記載の振動型ジャイロスコー
プ。
【請求項６】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。
【請求項７】前記振動脚部は、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
記振動脚部の先端付近において前記基部の上面と平行な
断面の断面積が前記基端面から前記先端に向かって減少
する、請求項１に記載の振動型ジャイロスコープ。