[发明专利]振子、振动型回转仪及振子的调整方法

说明书

本发明涉及为检测旋转系统内的旋转角速度用的角速度传感器所使用的振子、及使用该振子的振动型回转仪，尤其涉及使用压电体的振子及使用该振子的振动型回转仪。

历来，作为检测旋转系统内旋转角速度用的角速度传感器，使用压电体的振动型回转仪一直被使用于飞机、船舶及宇宙卫星等的定位。最近，在民用领域，又被使用于车辆导航、VTR及静物照相机的手抖动检测等。

如上所述的压电振动型回转仪利用的是当在振动物体上施加角速度时，在与该振动垂直的方向会产生哥氏力这一点。其原理可以用力学模型进行解析(例如《弹性波元件技术手册》欧姆社，第491-497页)。此外，作为压电型振动回转仪，到目前为止已提出了多种。例如，斯佩里音叉型回转仪、华特生音叉型回转仪、正三棱柱型音片回转仪及圆筒型回转仪等等。

本发明人对振动型回转仪的应用进行了种种研究，例如，研究了在汽车的车体转动速度反馈式车辆控制方法中所使用的旋转速度传感器中使用振动型回转仪。在这样的系统中，操纵轮的方向本身由手柄的转动角度来测出。与此同时，车体实际转动的转动速度由振动回转仪测出。然后，比较操纵轮的方向与实际车体的转动速度并求出其差，根据该差修正车轮转矩及操纵角，从而实现稳定的车体控制。

但是，上述传统的压电振动型回转仪中的任一例，都只有将振子相对转轴平行配置(所谓纵置)，才能检测出旋转角速度。然而，要测定的旋转系统的转轴相对安装部分是垂直的。因此，安装这样的压电振动型回转仪时，不能使压电振动型回转仪降低高度，即，不能减少从转轴方向看振动型回转仪时的尺寸。到了近几年，日本发明专利公开1996年第128833号公报提出了一种将振子相对转轴垂直配置(所谓横置)也能测出旋转角速度的压电振动型回转仪。在这些例子中，如图1所示的其中一个例子所示，振子沿X、Y方向延伸，而且相对转轴Z垂直地延伸。在3个弹性体51a、51b、51c的顶端设有配重53。利用压电元件54、55使弹性体51a、51b、51c在X、Y平面内以相互相反的相位振动。使绕Z轴旋转的旋转角速度ω所产生的Y方向的哥氏力作用于配重53的重心位置。因为弹性体51a、51b、51c的面与配重53重心位置在Z方向稍稍分离，所以，由于作用于配重53重心的哥氏力，弹性体51a、51b、51c的顶端在Z方向相互反方向地弯曲。通过用压电元件56、57检测该弯曲振动，求出绕Z轴的旋转角速度ω。

此外，采用这种振子即，采用有多个臂及连接多个臂的基部，对臂的振子施加在规定面内的驱动振动，并根据与该驱动振动垂直的所施加旋转角速度对应的检测振动来求出旋转角速度的振子的振动型回转仪已知有种种结构。例如，在日本发明专利公开1995年第83671号公报中，公开了一种使用将中央的驱动臂与其左右的检测臂共3根臂用基部连接成一体结构的音叉型振子的振动型回转仪。图2示出一例这种现有振动型回转仪的结构。在图2所示的例子中，构成振动型回转仪的音叉型振子102具有将中央的驱动臂104及在其左右大致平行配置的检测臂103、105这样3条臂，以及采用基部106将这些驱动臂104和检测臂103、105连接成一体的结构。

上述的音叉型振子102利用设于驱动臂的未图示的驱动装置使驱动臂104在XZ面内振动，并使左右检测臂103、105在相同的XZ面内共振。在此状态下，一旦以音叉型振子102的对称轴Z为中心旋转角速度ω起作用，检测臂103、105即受到哥氏力f的作用。因为检测臂103、105正在XZ面内振动，故检测臂103、105感应产生在YZ面内的振动。用设于检测臂103、105的未图示的检测装置检测该振动，测定旋转角速度。

上述日本发明专利公开1996年第128833号公报记载的压电振动型回转仪在其原理上确实是将振子横置也能检测出旋转角速度。但是，因为必须设置配重53，故高度的降低不充分。若为了充分降低高度而减薄配重53的厚度，则存在哥氏力产生的力矩相应减小，弯曲振动微小，测定灵敏度低的问题。

上述结构的压电振动型回转仪的振子因为振子结构的关系，驱动与检测的振动方向是不同的。即，弹性体51a、51b、51c必须在XY平面内振动的同时，在Z方向也振动，作2方向的振动。一般情况下，对于压电振动型回转仪，为了使测定灵敏度良好，要求驱动用振动频率与检测用振动频率始终保持一定的关系。在此，若考虑振子的材料为单晶，则因为单晶具有各向异性，故温度造成的振动频率变化因振动方向而异。因此，若用单晶构成上述结构的振子，即存在如下问题：即使在某一温度下将驱动与检测的振动频率确定为一定关系，一旦温度发生变化，即不能维持该关系，测定灵敏度容易因温度而变化。